JP2000340869A

JP2000340869A - 可視赤及びｉｒコントロールを備えたｆ２レーザー

Info

Publication number: JP2000340869A
Application number: JP2000123351A
Authority: JP
Inventors: D Onkerusu Eckhardt; ディーオンケルスエックハード; Richard L Sandstrom; エルサンドストロームリチャード; P Daffy Thomas; ピーダフィートーマス
Original assignee: Cymer Inc
Current assignee: Cymer Inc
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2000-12-08
Anticipated expiration: 2020-03-21
Also published as: TW469680B; JP2007281517A; JP4041264B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】Ｆ２エキシマレーザーは、１０００から２０
００Ｈｚの反復度で、１５７ｎｍの波長で約１０ｍＪを
超えるパルスエネルギーを有するレーザーパルスを生成
できる。【解決手段】エネルギー、パルスエネルギー範囲を１
０から５ｍＪとした場合、１０００から４０００Ｈｚの
範囲で作動するレーザーを照明源として、ステッパー又
はスキャナー装置は０．１μｍ又はそれ以下の集積回路
解像度を作り出す。好適な実施例では、二つの外部プリ
ズムから成るセットを使い、レーザをフッ素の１５７．
６ｎｍ線に同調させた。好適な第２実施例では、レーザ
を広帯域作動させ、１５７．６ｎｍ線を共振空胴の外部
に選択している。好適な実施例では、注入シーディング
を使い０．２ｐｍの線幅を提供している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本出願は、「信頼性のあるモジュラー型の
製造品質を備えた狭帯域高周波数Ｆ２エキシマレーザ」
と題する１９９９年３月１９日出願の米国特許出願番号
第０９／２７３，４４６号の一部継続出願である。本発
明はレーザに、より厳密には狭帯域Ｆ２エキシマレーザ
に関する。

【０００２】

【従来技術】ＫｒＦエキシマレーザは集積回路リソグラ
フィ用の最新の光源である。このようなレーザの一つ
が、１９９０年９月２５日付で発行された米国特許第
４，９５９，３４０号に記載されている。このレーザは
約２４８ｎｍの波長で作動する。ＫｒＦレーザを使う
と、１８０ｎｍ程度の寸法の集積回路を製造することが
できる。約１９３ｎｍで作動するＡｒＦレーザ、又は約
１５７ｎｍで作動するＦ２レーザを使うと、更に微細な
寸法のものを作ることができる。

【０００３】このようなＫｒＦレーザ、ＡｒＦレーザ、
Ｆ２レーザは酷似しており、事実、ＫｒＦレーザを作る
ために使われる同じ基本的装置を、波長の僅かの差に対
応するためにガス濃度を変更し制御装置と計器を変更す
るだけで、ＡｒＦレーザやＦ２レーザを作るために使用
できる。

【０００４】リソグラフィレーザ制御装置及び他のリソ
グラフィ装置には、このようなレーザにより生成された
紫外線を感知するレーザパルスエネルギモニターが必要
である。最新の集積回路リソグラフィ装置においてパル
スエネルギをモニターするために使われる、標準的な先
行技術による検知器は、シリコンフォトダイオードであ
る。

【０００５】集積回路生産で使われる代表的な先行技術
によるＫｒＦエキシマレーザを、図１と図２に示す。こ
の先行技術によるレーザのレーザチャンバの断面図を図
３に示す。パルスパワーシステム２はパルス高電圧電源
３により駆動され、放電チャンバ８に配置された電極６
に電気パルスを供給する。代表的な最新のリソグラフィ
レーザは、パルス速度約１０００Ｈｚ、１パルス当たり
約１０ｍＪのパルスエネルギで作動する。約３気圧のレ
ーザガス（ＫｒＦレーザの場合、０．１％のフッ素、
１．３％のクリプトン、残りはバッファガスとして機能
するネオン）が、電極間の空間を約１０００インチ／秒
の速度で循環する。これにはレーザ放電チャンバ内に配
置された接線流ブロワー１０を使用する。レーザガスの
冷却には、やはり放電チャンバ内に配置された熱交換器
１１と、チャンバの外側に取り付けた冷却プレート（図
示せず）とを使用する。エキシマレーザの固有帯域巾
は、ライン狭帯化モジュール１８により狭められる。市
販のエキシマレーザシステムは、通常、システムの他の
部分を妨げることなく素早く交換できる、複数のモジュ
ールから構成される。主要なモジュールには、レーザチ
ャンバモジュール、高電圧電源モジュール付きパルスパ
ワーシステム、整流子モジュール及び高電圧圧縮ヘッド
モジュール、出力連結モジュール、ライン狭帯化モジュ
ール、波長計モジュール、コンピュータ制御モジュー
ル、ガス制御モジュール、冷却水モジュールが含まれ
る。

【０００６】電極６は陰極６Ａと陽極６Ｂとから構成さ
れる。陽極６Ｂは、この従来技術による実施例では、図
３に断面図で示された陽極支持棒４４により支持され
る。この図では流れは時計回り方向である。陽極支持棒
４４の一つのコーナーと一つのエッジはガイドベーンと
して働き、ブロワー１０からの空気を陰極６Ａと陽極６
Ｂの間に強制的に流す。この従来技術によるレーザの他
のガイドベーンを４６、４８、５０として示す。穴の開
いた逆流板５２は、陽極６Ｂがチャンバ８の金属構造体
へ接地するのを助ける。本プレートには大きな穴（図３
に示さず）がレーザガス流経路内に設けられているの
で、逆流板がガスの流れへ実質的に影響しないようにな
っている。アレイ状の個別のコンデンサ１９から構成さ
れたピーキングコンデンサは、各パルスを発生させる前
に、パルスパワーシステム２により充電される。ピーキ
ングコンデンサの電圧上昇の間に、二つのプレイオナイ
ザ５６により陰極６Ａと陽極６Ｂ間でレーザガスを僅か
ながらイオン化し、コンデンサ１９の充電が約１６，０
００Ｖに達すると、電極を横切って放電が起こり、エキ
シマレーザパルスが生成される。各パルスに続き、電極
間に約１インチ／ミリ秒のガス流をブロワー１０で生成
すれば、１ミリ秒後に起こる次のパルスに間に合うよう
に新たなレーザガスを電極間に提供するには十分であ
る。

【０００７】通常のリソグラフィエキシマレーザでは、
フィードバック制御システムにより各パルスの出力レー
ザエネルギを測定し、所望パルスエネルギからの変動度
合を求め、次に電源電圧を調整するために信号を制御装
置に送り、後に続くパルスのエネルギを所望エネルギに
近づけるようにしている。このようなエキシマレーザで
は通常、１日２４時間、毎週７日間の数ヶ月の連続操業
が、定期点検用の僅かな停止のみで要求される。このよ
うな先行技術によるレーザで見られる問題の一つは、ブ
ロワーベアリングの過度の磨耗と偶発的故障である。集
積回路産業には、ＫｒＦレーザやＡｒＦレーザでは得る
ことができない集積回路解像度を可能にするために、モ
ジュラー型で信頼性のある製造ライン品質を備えたＦ２
レーザへのニーズが存在している。

【０００８】

【発明の概要】本発明は、１，０００から２，０００Ｈ
ｚ又はそれ以上の範囲の反復度で、１５７ｎｍの波長範
囲で約１ｐｍ又はそれ以下の最大帯域幅、最大半値幅で
数ｍＪ範囲のパルスエネルギを有するレーザパルスを生
成できる、信頼性のあるモジュラー型で製造品質のＦ２
エキシマレーザを提供する。本発明は、レーザからの望
ましくない赤外線及び可視光の放出を減らしつつレーザ
効率を最大化するためのレーザガス混合気体も開示して
いる。更に、赤外線及び可視光を実質的に感知しない紫
外線エネルギー検知器も開示している。本発明の好適な
実施例は、平均パワー出力を約１０から４０Ｗの範囲と
し、パルスエネルギを１．０から１０ｍＪの範囲とし、
１，０００から４，０００Ｈｚの範囲で作動させること
ができる。このレーザを照明源、ステッパー又はスキャ
ナ装置として用いると、０．１μｍ又はそれ以下の集積
回路解像度を作ることができる。交換可能なモジュール
としては、レーザチャンバとモジュラーパルスパワーシ
ステムがある。

【０００９】好適な実施例では、レーザは二つの外部プ
リズムからなるセットを使ってＦ２の１５７．６ｎｍの
線に同調される。第２の好適な実施例では、広帯域でレ
ーザを作動させ、１５７．６ｎｍの線は共振空胴の外側
に選択される。第３の好適な実施例では、インジェクシ
ョンシーディングを使って０．２ｐｍの線幅が提供され
る。第４の好適な実施例では、二つのＦ２線の内の一方
がエタロン出力カプラを使って選択される。他の実施例
では、線選択に格子を利用し、レーザを４気圧を超す圧
力で作動させることにより同調範囲を拡大している。

【００１０】

【実施例】（第１の好適な実施例）図面を参照して、本
発明の好適な実施例について説明する。（モジュラーレーザ設計）本発明の好適な実施例の正面
図を図４に示す。本図は、修理、交換、メンテナンス時
に素早くモジュールの交換ができる、本発明のモジュー
ルの特性を強調している。本発明の主な特徴を図４の符
号に対応させ、以下に列挙する。２０１レーザエンクロージャ２０２ガスモジュール２０３冷却水供給モジュール２０４交流／直流分配モジュール２０５制御モジュール２０６ライン狭帯化モジュール２０７圧縮ヘッド２０８高電圧パルス電源モジュール２０９パルス電源用整流子モジュール２１０金属フッ化物トラップ２１１レーザチャンバ２１３波長計２１４自動シャッタ２１６出力カプラ２１７ブロワーモータ２１８金属フッ化物トラップ電源２１９状態指示ランプ２２０２４Ｖ電源２２１チャンバ窓２２２ガス制御フレキシブル接続部２２４ベントボックス

【００１１】（好適な実施例）本発明の好適な実施例
は、図１、２、３に示したレーザの改良版である。この
好適な実施例は下記の改良点を含んでいる。１）効率の改善、プレイオナイゼーションの改良、電極
間のレーザガス流の改善のために、先行技術の二本管プ
レイオナイザの組み合わせを単一管の大型プレイオナイ
ザに置き換える。２）ワンピースで機械加工されるシリコンを含まない
（以下、無シリコン）ファンブレード。３）半導体パルスパワーシステムを変更して立上り時間
を早め、より安定したパルスを提供し、高電圧でのレー
ザ効率を改良する。４）パルスパワーシステムの充電電圧のより精密な制
御。５）パルスエネルギとバーストエネルギの制御を大幅に
改良する新アルゴリズムによりプログラムされたコンピ
ュータ制御装置。６）電極間隔を１０ｍｍへ削減する。

【００１２】１レーザチャンバ１−１単一管プレイオナイザ図６は、図３に示す二本管プレイオナイザ５６に代わる
単一大型プレイオナイザ管５６Ａを示す。単一管プレイ
オナイザは、１９９８年２月１７日に発行された米国特
許第５，７１９，８９６号の記載に従って製造され、こ
の特許は本明細書に参考文献として組み込まれている。
本出願人は、単一管プレイオナイザがそれで十分なばか
りでなく二本管プレイオナイザに比べ驚異的な性能向上
をもたらすことを発見した。本実施例ではプレイオナイ
ザを電極の上流に配置している。本出願人は、単一管プ
レイオナイザは、放電の空間的安定性の改良によりパル
ス間の安定性を改良すると判断している。

【００１３】図７において、本プレイオナイザは、アン
チトラッキング溝１７０を管の一体構成要素として組み
込んでいるブッシング要素１８０を有する、一体型管の
デザインを利用している。ロッド部分１４５の直径とプ
レイオナイザのブッシング部分１８０の外径は１／２イ
ンチである。内側のコンダクタロッド１４６の直径は７
／３７インチ、接地を行うためブッシング部分の内部を
通り延びる接続ワイヤの直径は１／１６インチである。
先行技術によるプレイオナイザ管の設計では二直径設計
を利用し、ロッド部分の直径を約１／４インチ、ブッシ
ング部分の直径を約１インチとしている。このため、製
造するためには、ブッシング部品を管部品に接続する接
合工程が必要であった。直径が一定で厚肉の管設計は従
来の設計ルールに反しており、低容量に起因するイオン
化の減少が予想された。多くの設計では、管の肉厚は選
ばれた材料の絶縁強度に左右される。当業者は、先行技
術による従来のプレイオナイザ管の設計手法が、最高絶
縁強度の材料を選びその容量に合う壁厚を決定する手法
であることを認識している。例えばサファイア材料は１
２００Ｖ／ミルから１７００Ｖ／ミルの絶縁強度を有す
ることが知られている。それ故０．０３５インチの絶縁
厚さであれば、レーザが２５ｋＶで作動する場合安全率
は２である。この設計では低容量となるものの、この低
減した容量がレーザ作動に及ぼす実際の影響は、電極ギ
ャップで測定される幾何学的な放射照度が驚異的に増加
するため、無視し得ることが発見されている。一定の直
径、厚い管壁、一体ブッシング設計、単一片材料を採用
しているので、アンチトラッキング溝１７０を設けるた
めに機械加工ができる。単一片構造なので、超高純度
（例えば９９．９％）の多結晶半透明酸化アルミニウム
セラミックを使う必要はない。とはいえ本出願人は超高
純度材料を使い続けている。ブッシング１８０と管１４
５の間に人工的に一体関係を作り出すための拡散接合に
備えて、管形状へ難しい表面研磨を施す必要はない。事
実、高純度は材料の空隙率ほどに重要な特性ではないこ
とが判明している。空隙率が上がると絶縁強度は低くな
ることが分かっている。従って商業的等級のセラミック
は少なくとも９９．８％の純度と低空隙率を有すること
が好ましく、例えばクアーズセラミック社が絶縁耐力３
００Ｖ／ミルを有する材料番号ＡＤ−９９８Ｅとして製
造するものが使用できる。ブッシング１８０には、先に
述べたようにアンチトラッキング溝１７０が設けられて
いるので、高電圧が管表面に沿って軸方向に陰極から接
地面１６０へと伝わるのを防止する。

【００１４】上記のように本出願人は、単一プレイオナ
イザは二つのプレイオナイザよりもはるかに性能がよい
ことを発見しており、上記のように第１の実施例では、
単一プレイオナイザシステムを電極の上流に配置してい
る。本出願人は、単一プレイオナイザを電極の下流に配
置した実験も行っており、この構成では、一定のブロワ
ー速度で、二つのプレイオナイザを上流に配置する場合
に比べ、パルスエネルギの安定性が基本的に良好になる
ことを見いだしている。

【００１５】１−２高効率チャンバレーザの効率を改良するためチャンバに改良が施されて
いる。アルミナＡＬ₂Ｏ₃で構成された単一片の陰極イン
シュレータ５５Ａは、図６に示すように、上部チャンバ
構造から陰極を遮蔽する。先行技術による設計では、イ
ンシュレータの熱膨張応力によるインシュレータの割れ
を避けるため、８個の別々のインシュレータが必要であ
った。この重要な改良により、チャンバのヘッド部分を
短縮でき、陰極８３とピーキングコンデンサ８２との間
の距離を相当短くすることができた。ピーキングコンデ
ンサアレイ８２を形成する個々のコンデンサ５４Ａは、
水平方向に動かされ、先行技術の場合に比べ、陰極へ近
づいている。

【００１６】市販のリソグラフィレーザ用の先行技術に
よる陰極は、通常、図３に示すように、陰極支持棒５３
により支持されていた。この好適な実施例では陰極支持
棒が不要であり、陰極８３は若干厚くなり、単一片イン
シュレータ５５Ａ上に直接取り付けられている。陰極８
３は、フィードスルーロッド８３Ａと連結ナット８３Ｂ
により、ピーキングコンデンサ８２の高圧側８２Ａへ接
続される。好適な実施例では、新たな陰極支持棒８４Ａ
は、先行技術の陰極支持棒に比べて基本的に大きく、ガ
ス流領域中に配置されたフィン８４Ｂを含んでいる。こ
の二つの特徴により陽極の温度変動が最小となる。

【００１７】１−３金属シール本出願人は、先行技術のエラストマシールはフッ素ガス
と反応し、レーザ性能を低下させる汚染物をレーザガス
中に生じさせることを発見した。本発明の好適な実施例
では、レーザチャンバをシールするため全てが金属のシ
ールを使用する。好適な金属シールは、錫メッキしたイ
ンコネル１７１８のシールである。

【００１８】１−４モネル製の逆流板及びベーン本出願人は、ステンレススチール製の構成要素もフッ素
と反応し、汚染物をレーザガス中に生じさせることを発
見した。それ故に、この好適な実施例では、先行技術に
よるステンレススチール製の逆流構造体とガスフローベ
ーンとを、モネル製の逆流板２５０とモネル製のフロー
ベーン２５２、２５４に置き換えた。

【００１９】１−５ファンの改良本発明のこの好適な実施例は、真鍮を含まないブロワー
ブレード構造体を含んでいる。ブロワーブレードは、共
振効果を大幅に減らし、ベアリング寿命を延ばす非対称
ブレード構成となっている。

【００２０】１−５−１無シリコンファンブレード構
造体本出願人は、ブロワーブレード構造体によく使われてい
る真鍮材がレーザチャンバ内のＳ_iＦ₆の主要源であるこ
とを発見した。このガスはＫｒＦレーザではレーザ性能
を相当低下させるものであったが、ＡｒＦレーザとＦ２
レーザの場合は完全に駄目にするものであった。この問
題に対し本出願人は４つの解決策を採用した。第一に、
材料の中実ブロック（本ケースではアルミニウム）から
ブレード構造体を幾つかのセグメントに機械加工した。
第二の解決策では、ブレード構造体を幾つかのセグメン
トに鋳造することであった。次に、新たな材料を一切加
えない電子ビーム溶接により、これらのセグメントを溶
接した。ブレードをフレーム構造体へと連結することに
よりブレード構造体を作ることもできるが、この場合、
先行技術による蝋付け処理ではなく電子ビーム溶接によ
り接続した。第四の解決方法は、無シリコン半田材を使
う半田処理によりブレードをフレーム構造体へ接続する
ことである。全ての構成要素片のベース材料として、ア
ルミニウム６０６１が使用される。次に、これらの部品
は半田付け工程に先立ち銅メッキされる。次に全部品を
組み立て、これに、９１％の錫（Ｓｎ）と９％亜鉛（Ｚ
ｎ）で代表される低融点半田材を使って、ファンを真空
炉で半田付けする。この半田材を選ぶ理由は、シリコン
を含んでいないこと及び銅メッキされたアルミニウムを
使えることである。次に、組立てられ半田付けされたフ
ァンをニッケルメッキする。この組立方法により、無シ
リコンファンを安価に製造できる。

【００２１】１−５−２共振効果の低減先行技術によるブロワーブレード構造体は、２３枚の縦
ブレードを有する接線流ブロワーにより構成されてい
た。ブレードは構造体の外周に対称的に取り付けられて
いた。実質的な共振効果をファンパラメータと実際のレ
ーザ性能の両者に対し測定した。レーザビーム内の摂動
は、ファンの回転数の２３倍の音響波と一致しているこ
とが示された。ベアリング性能に対する悪影響もファン
の回転数の２３倍に対して測定された。

【００２２】ファン構造の改良には、図１４Ａに示すよ
うな非対称のブレード配置が必要である。図１４Ｂに示
す代替例では、ファンブレード構造は、各セグメントが
２３枚のブレードを有する、１６の個別の機械加工又は
鋳造されたセグメントで形成されており、各セグメント
を隣接するセグメントに対し３６０°／（１５ｘ２３）
又は約１°だけ回転させて作られている。ファンブレー
ド構造体を製作する上で機械加工又は鋳造の手法へ比較
的簡単に折り込まれる別の改良は、ブレードを図１４Ｃ
の３２０に示すようなエアフォイル状に形成することで
ある。先行技術によるブレードは打ち抜き加工されてい
たが、打ち抜き加工ブレードの内の二つのブレードの断
面３１４を比較のために示す。回転方向を３１８で、フ
ァンブレード構造体の外周を３３０で示す。従来型ブレ
ードでは厚みが一様であるのに対し、エアフォイルブレ
ードは、丸みの付いたリーディングエッヂ、厚肉の中央
部、先細のトレーリングエッヂを含む涙滴型形状をして
いる。

【００２３】１−６ベアリングの改良本発明の実施例は、先行技術に対する２つの代替改良点
の内の１つにより実現される。１−６−１セラミックベアリング本発明の好適な実施例は、セラミックベアリングを含ん
でいる。好適なセラミックベアリングは合成潤滑剤で潤
滑される窒化シリコン製であり、過フッ素ポリアルキル
エーテル（ＰＦＰＥ）で潤滑されることが好ましい。こ
のベアリングの寿命は先行技術によるエキシマレーザベ
アリングよりも基本的に長い。又、ベアリング、潤滑剤
のいずれも反応性の高いフッ素ガスの影響を著しく受け
ることはない。

【００２４】１−６−２磁気ベアリング本発明のもう一つの好適な実施例は、図５に示すよう
に、ファン構造体を支える磁気ベアリングである。本実
施例では、ファンブレード構造体１４６を支持するシャ
フト１３０はアクティブ磁気ベアリングシステムにより
支持され、ブラシレスＤＣモーター１３０で駆動され、
モーターのローター１２９と少なくとも二つのベアリン
グのローター１２８とはレーザ空洞のガス環境内でシー
ルされ、モーター固定子１４０と磁気ベアリング磁石の
コイル１２６はガス環境外に配置されている。この好適
なベアリング設計も又、ガス環境外に配置されたコイル
を有するアクティブ磁気スラストベアリング１２４を含
んでいる。

【００２５】１−７空気力学的な陽極支持棒図３に示すように、先行技術によるブロワー１０からの
ガス流は、陽極支持棒４４により電極６Ａと６Ｂの間に
強制的に流れされていた。しかし本出願人は、図３に示
されているような先行技術による支持棒４４の設計で
は、相当な空気力学的反力がブロワーに生じてブロワー
ベアリングに伝えられ、チャンバ振動を引き起こすこと
を発見した。本出願人は、この振動による力はブロワー
ベアリングの磨耗と偶発的なベアリング故障の原因とな
るのではないかと考えた。本出願人は他の設計のものを
試験し、その内の幾つかを１２Ａ−１２Ｅに示している
が、いずれの場合も、ブレードが支持棒４４の縁の近く
を通過する度に生じる反力をより長い期間に亘って分散
させることにより、空気力学的反力が減少した。本出願
人が好適とする陽極支持棒の設計を図６Ａの８４Ａに示
す。この設計では基本的に大きな質量を持たせ陽極の温
度上昇を最小に抑えた。陽極と陽極支持棒の全体質量は
約３．４ｋｇである。この設計には又、陽極を更に冷却
するフィン８４Ｂが含まれている。本出願人の試験の示
す所では、音響的バッフルと空気力学的な陽極支持棒の
両者はガス流を若干減らす傾向があるためガ、ス流が制
限されており、この二つの改良点を利用するにはトレー
ドオフ分析が必要であった。このような理由から二つの
改良点は、図６Ａには示されているが、図６には示され
ていない。

【００２６】２パルスパワーシステム２−１４つのパルスパワーモジュールの機能説明好適なパルスパワーシステムは、図８Ａ、８Ｂに示すよ
うに、４つの別々のモジュールで製造されており、各モ
ジュールはエキシマレーザシステムの重要な部品であ
り、部品故障又は定期点検実施の際には素早く交換でき
るようになっている。本出願人はこれらのモジュールを
高電圧電源モジュール２０、整流子モジュール４０、圧
縮ヘッドモジュール６０、レーザチャンバモジュール８
０と呼んでいる。

【００２７】２−２高電圧電源モジュール高電圧電源モジュール２０は、電源１０からの２０８Ｖ
三相交流発電電力を３００Ｖの直流に変換するための３
００Ｖ整流器２２を備えている。インバータ２４は、整
流器２２の出力を１００ｋＨｚから２００ｋＨｚの範囲
の高周波３００Ｖパルスに変換する。インバータ２４の
周波数とオン時間は、システムの最終出力パルスエネル
ギを予定通りに調節するために、ＨＶ電源制御ボード２
１で制御される。インバータ２４の出力は昇圧変圧器２
６により約１２００Ｖに昇圧される。変圧器２６の出力
は、標準ブリッジ整流回路３０とフィルターコンデンサ
３２とを含む整流器２８により１２００Ｖの直流に変換
される。回路３０からの直流電気エネルギは、図８Ａに
示すように、インバータ２４の作動を制御するＨＶ電源
制御ボード２１の指令通りに、整流子モジュール４０の
８．１μＦＣ₀充電コンデンサ４２を充電する。ＨＶ電
源制御ボード２１内のセットポイントはレーザシステム
制御ボード１００により設定される。

【００２８】図８Ａに示すように、この実施例では、レ
ーザシステムに対するパルスエネルギ制御を電源モジュ
ール２０が行っていることに注目されたい。整流子４０
と圧縮ヘッド６０の中の電気回路は、電源モジュール２
０により充電コンデンサ４２に貯えられた電気エネルギ
を使って、毎秒１０００から２０００回の割合で電気パ
ルスを形成し、パルス電圧を増幅し、正しくパルス持続
時間を圧縮する役割を果たすだけである。このような制
御の例として図８Ａでは、制御ボード１００のプロセッ
サ１０２は、充電サイクルの間は半導体スイッチ４６に
よって下流回路から遮断されている充電コンデンサ４２
へ正確に７００Ｖが供給されるように、電源を制御して
いる。整流子４０と圧縮ヘッド６０の中の電気回路は、
スイッチ４６が閉じられると即刻且つ自動的に、充電コ
ンデンサ４２に貯えられた電気エネルギを、次のレーザ
パルスを制御ボード１００のプロセッサ１０２が決めた
必要とされる正確なエネルギで提供するのに必要な、電
極８３、８４を横切る正確な電気的放電パルスに変換す
る。

【００２９】２−３整流子モジュール整流子モジュール４０は、本実施例では８．１μＦの合
計キャパシタンスを提供する並列接続されたコンデンサ
バンクであるＣ₀充電コンデンサ４２を含む。電圧分割
器４４は、充電コンデンサ４２の充電をある電圧（「制
御電圧」と呼ぶ）に制限するために制御ボード２１が使
用するフィードバック電圧信号をＨＶ電源制御ボード２
１に提供するが、この制御電圧は、電気パルスに形成さ
れ整流子４０と圧縮ヘッド６０の中で圧縮され増幅され
た時に、ピーキングコンデンサ８２の上及び電極８３、
８４を横切って所望放電電圧を作り出すものである。

【００３０】この実施例（約３ジュール及び１６，００
０Ｖの範囲で、毎秒２０００Ｈｚで電気パルスを提供す
るように設計されている）の場合、電源２０が充電コン
デンサ４２を８００Ｖに充電するには、約２５０μ秒
（図８Ｆ１）が必要である。従って、充電コンデンサＣ
₀に蓄えられた３ジュールの電気エネルギを電極８３と
８４の間の１６，０００Ｖの放電電圧に変換する高速の
ステップを開始する半導体スイッチ４４が、整流子制御
ボード４１からの信号により閉じられた時、充電コンデ
ンサ４２は完全に充電され所望電圧で安定する。この実
施例の場合、半導体スイッチ４６はＩＧＢＴスイッチで
あるが、ＳＣＲ、ＧＴＯ、ＭＣＴ等の他のスイッチ技術
も使用できる。６００ｎＨの充電インダクタ４８は半導
体スイッチ４６と直列に接続されており、Ｃ₀充電コン
デンサを放電させるためにスイッチ４６が閉じている間
にはスイッチ４６を通過する電流を一時的に制限する。

【００３１】２−３−１パルス生成段階高電圧パルスパワー生成の第一段階はパルス生成段階５
０である。パルスを生成するために、充電コンデンサ４
２上の電荷は、ＩＧＢＴスイッチ４６を閉じることによ
り図８Ｆ２に示すように、Ｃ₁８．５μＦのコンデンサ
５２上へ約５μ秒で切り換えられる。

【００３２】２−３−２圧縮の第一段階可飽和インダクタ５４はまずコンデンサ５２上に蓄えら
れた電圧を遅延し、次に飽和し、コンデンサ５２から
１：２３昇圧パルス変圧器５６を通してＣ_p-1コンデン
サ６２への電荷転送が、図８Ｆ３に示すように、圧縮の
第一段階６１として約５５０ｎ秒の転送時間内にできる
ようになる。パルス変圧器５６の設計を以下に述べる。
パルス変圧器は非常に効率が高く、７００Ｖ、１７，５
００Ａ、５５０ｎ秒のパルス繰り返し数を１６，１００
Ｖ、７６０Ａ、５５０ｎ秒のパルス繰り返し数に変換
し、極めて短時間、圧縮ヘッドモジュール６０中のＣ
_p-1コンデンサバンク６２上に蓄える。

【００３３】２−４圧縮ヘッドモジュール６０圧縮ヘッドモジュール６０によりパルスを更に圧縮す
る。２−４−１圧縮の第二段階Ｌ_p-1可飽和インダクタ６４（約１２５ｎＨの飽和イン
ダクタンスを有する）は、１６．５ｎＦのＣ_p-1コンデ
ンサバンク６２上に電圧を約５５０ｎ秒の間、遅延させ
た後、Ｃ_p-1上の電荷が、レーザチャンバ８０の最上部
に配置され、電極８３、８４及びプレイオナイザ５６Ａ
と電気的に並列に接続されている１６．５ｎＦＣ_pピー
キングコンデンサ８２上へ流れる（約１００ｎ秒）よう
にする。この５５０ｎ秒の長さのパルスを、Ｃ_pピーキ
ングコンデンサ８２を充電するための１００ｎ秒の長さ
のパルスへの変換は、図８Ａの６５に示すように第二及
び最後の段階を構成する。

【００３４】２−５レーザチャンバモジュールレーザチャンバモジュール８０の一部として、その最上
部に取り付けられているピーキングコンデンサ８２上へ
電荷が流れ始めて約１００ｎ秒後、ピーキングコンデン
サ８２の電圧は約１４，０００Ｖに達し電極間の放電が
始まる。放電が約５０ｎ秒続き、この間にレーザー現象
がエキシマレーザの光学共鳴チャンバ内で起こる。光学
共鳴チャンバは、本例の場合、図８Ａに８６で示す２プ
リズム波長選択器及びＲ−ｍａｘ鏡からなるライン選択
パッケージ８６と、出力カプラ８８により形成される。
このレーザのレーザパルスは狭帯域で、２０から５０ｎ
秒、約１０ｍＪで反復度２０００パルス／秒までの１５
７ｎｍのパルスである。本パルスによりレーザビーム９
０が定められ、ビームのパルスはフォトダイオード９２
によりモニターされ、以上を関係を図８Ａに示す。

【００３５】２−６パルスエネルギの制御フォト検出器９２からの信号は制御ボード１００のプロ
セッサ１０２に送信され、プロセッサは、次及び／又は
将来のパルスのためのコマンド電圧を設定するために、
このエネルギ信号と好ましくは他のパルスエネルギの履
歴データ（以下のパルスエネルギ制御アルゴリズムの項
で説明する）を使用する。一連の短時間バースト（例え
ば、約０．１秒の不感時間で分離された２０００Ｈｚで
の１００パルス０．５秒バースト）でレーザーが作動す
る、好適な実施例においては、制御ボード１００のプロ
セッサ１０２は、パルス間及びバースト間のエネルギ変
動が最小となるように、後続パルス用の制御電圧を選択
するために、バースト中の過去の全パルスのエネルギ信
号と他のパルスプロフィールの履歴データ共に、最新の
パルスエネルギ信号を使う特別なアルゴリズムでプログ
ラムされている。このアルゴリズムを使って、制御ボー
ド１００のプロセッサ１０２が約３５μ秒の時間内でこ
の計算を実行する。レーザパルスは、図８Ｆ３のＩＧＢ
Ｔスイッチ４６のＴ₀ファイアリングの後の約５μ秒に
発生し、レーザパルスエネルギデータの収集には約２０
μ秒が必要である（スイッチ４６のファイアリングの開
始をＴ ₀と呼ぶ）。こうして、前のパルス（２０００Ｈ
ｚで、ファイアリング期間は５００μ秒）に対するＩＧ
ＢＴスイッチ４６のファイアリングの後、約７０μ秒で
新たな制御電圧値が準備される（図８Ｆ１に示す）。エ
ネルギ制御アルゴリズムの特徴を以下に述べるが、より
詳しくは米国特許出願番号第０９／０３４，８７０号に
説明されており、これは本明細書に参考文献として組み
込まれている。

【００３６】２−７エネルギ回収この好適な実施例は、前のパルスから余分のエネルギを
充電コンデンサ４２へ回収する電子回路を備えている。
この回路はエネルギの浪費を実質的に減らし、レーザチ
ャンバ８０内の後信号が事実上なくなる。エネルギ回収
回路５７は、エネルギ回収インダクタ５８とエネルギ回
収ダイオード５９とから成り、両者は直列に接続され、
図８Ｂに示すようにＣ₀充電コンデンサ４２と並列に接
続されている。実際には、パルスパワーシステムのイン
ピーダンスはチャンバのインピーダンスと正確には一致
せず、及びチャンバインピーダンスはパルス放電の間に
数次のオーダーで変化するので、チャンバからパルス生
成システムの前端へ向かって逆に伝搬するメインパルス
により、逆進行「反射」が生成される。余分のエネルギ
が圧縮ヘッド６０と整流子４０を通って、逆に伝搬した
後で、制御装置がトリガ信号を取り除くことにより、ス
イッチ４６が開く。エネルギ回収回路５７は、ダイオー
ド５９によるインダクタ５８内の電流の逆転に抗してク
ランプされたものとして、共鳴自由回転（充電コンデン
サ４２及びエネルギ回収インダクタ５８から構成された
ＬＣ回路の信号の半サイクル）を通して、充電コンデン
サ４２上に負の電圧を生成した反射の極性を反転する。
最終的に、チャンバ８０から反射されたエネルギの実質
的に全てが各パルスから回収され、次のパルスで利用す
る準備の整った正の電荷として充電コンデンサ４２上に
蓄えられる。図８Ｆ１−８Ｆ３は、コンデンサＣ₀、
Ｃ₁、Ｃ_p-1、Ｃ_p上の電荷を示すタイムチャートであ
る。チャートはＣ₀上でのエネルギ回収プロセスを示し
ている。

【００３７】２−８磁気スイッチによるバイアス可飽和インダクタで使われる磁気材料の全Ｂ−Ｈ曲線ス
イングを完全に利用するために、スイッチ４６を閉じる
ことによりパルスが開始される時点で各インダクタが逆
飽和状態になるように、直流バイアス電流が供給され
る。整流子の可飽和インダクタ４８、５４の場合、これ
を達成するためインダクタを通して約１５Ａのバイアス
電流が逆方向（通常のパルス電流方向と比べ）に供給さ
れる。このバイアス電流は、バイアス電流源１２０によ
り絶縁インダクタＬＢ１を通して供給される。実際の電
流は、矢印Ｂ１で示すように電源から、整流子の接地接
続、パルス変圧器の一次巻線、可飽和インダクタ５４、
可飽和インダクタ４８、絶縁インダクタＬＢ１を経て、
バイアス電流源１２０へと流れる。

【００３８】圧縮ヘッドの可飽和インダクタの場合、約
５Ａのバイアス電流Ｂ２が第二のバイアス電流源１２６
から絶縁インダクタＬＢ２を通して供給される。圧縮ヘ
ッドで電流は分岐して、大部分の電流Ｂ２−１は、可飽
和インダクタＬ_p-1６４を通り、絶縁インダクタＬＢ３
を逆に通り、第二バイアス電流源１２６へと流れる。残
りの小電流Ｂ２−２は、圧縮ヘッド６０と整流子４０と
を接続するＨＶ接続ケーブルを逆に通り、パルス変圧器
の二次巻線を通って接地部へ、そして、バイアス抵抗器
を通って、第二バイアス電流源１２６へと逆に流れる。
この第二の小電流はパルス変圧器をバイアスさせるのに
使われ、パルス変圧器がパルス作動のためにリセットさ
れるようにもなっている。二つの枝部分の各々に分れる
電流の量は各経路の抵抗によって決まり、各経路が正し
い量のバイアス電流を受け取るように意図的に調整され
る。

【００３９】２−９電流の方向本実施例では、システムを通って標準の三相電源１０か
ら電極及び電極の先の接地部へ流れるパルスエネルギの
流れを「順方向流れ」、この方向を「順方向」と呼ぶ。
順方向導電状態にある可飽和インダクタような電気的構
成要素に言及する場合、電気的構成要素は、電極方向に
「パルスエネルギ」を導電する飽和状態にバイアスされ
ていることを意味する。逆方向導電状態にある場合、電
気的構成要素はエネルギを電極から充電コンデンサの方
向へ導電する飽和状態にバイアスされている。システム
中の電流の実際の流れ（即ち電子の流れ）は、システム
内で何処にいるかによって変わる。電流方向を説明した
のは混乱する可能性をなくすためである。

【００４０】図８Ａ、８Ｂによると、本実施例では、Ｃ
₀コンデンサ４２は、スイッチ４６が閉じた時に、電流
がコンデンサ４２からインダクタ４８を通りＣ₁コンデ
ンサ５２へ向かって流れる（電子は実際には逆方向に流
れる）ように、（例えば）正電圧７００Ｖに充電され
る。同様に、電流はＣ₁コンデンサ５２からパルス変圧
器５６の一次側を通り接地部へ向かって流れる。このよ
うに、電流とパルスエネルギの方向は充電コンデンサ４
２からパルス変圧器５６へと同じ方向となる。以下の項
「パルス変圧器」で述べるように、パルス変圧器５６の
第一次側ループと二次側ループでは共に、電流は接地部
へ向かっている。結果的に放電の開始初期部分の間（放
電の主な部分[通常は８０％]）、パルス変圧器５６と電
極との間の電流は、電極からパルス変圧器５６へと流れ
る。従って、主放電の間に電子は接地部からパルス変圧
器５６の第二次側を通り一時的にＣ_p _― ₁コンデンサ６２
の上そしてインダクタ６４を通り、又一時的にＣ_pコン
デンサ８２上へ、そしてインダクタ８１を通り、電極８
４（放電陰極とも呼ぶ）を通って放電プラズマを通り、
電極８３を通って接地部へと逆に流れる。このように主
放電の間、電子は、パルス変圧器５６と電極８４、８３
の間をパルスエネルギと同じ方向に流れる。放電の主要
部分に続いて直ぐに電流と電子の流れが逆転し、電子は
接地部から、接地された電極８４、電極間の放電空間、
電極８３、電気回路、変圧器５６を通って接地部へと逆
に流れる。電子の逆の流れが変圧器５６を通過すると、
変圧器５６の「一次側」ループ中に電流が生じ、電子の
流れが接地部からパルス変圧器５６の「一次側」を通り
（メインパルスの電流と同じ方向）、最終的にはＣ
₀を、図８Ｆ２に定性的に示されているような負に充電
する。Ｃ₀上の負の電荷は、図８Ｆ２に示され、先に
「エネルギ回収」の項で説明したように逆転される。

【００４１】３パルスパワー構成要素の詳細な説明３−１電源好適な実施例の電源部分の更に詳細な回路線図を図８Ｃ
に示す。図８Ｃに示されているように、整流器２２は、
＋１５０Ｖから−１５０Ｖの直流出力の６パルス位相制
御整流器である。インバータ２４は、実際は三つのイン
バータ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃである。８．１μＦのＣ
₀充電コンデンサ４２の電圧がコマンド電圧より５０Ｖ
小さいと、インバータ２４Ｂ及び２４Ｃが切れ、Ｃ₀４
２の電圧がコマンド電圧を僅かでも越えると、インバー
タ２４Ａが切れる。この方法では、充電終期近くで充電
速度が下がる。昇圧変圧器２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃは定
格がそれぞれ７キロワットで、電圧を１２００Ｖ交流に
変える。

【００４２】三つのブリッジ整流器回路３０Ａ、３０
Ｂ、３０Ｃを示す。ＨＶ電源制御ボード２１は１２ビッ
トデジタルコマンドをアナログ信号に変換し、それをＣ
₀電圧モニター４４からのフィードバック信号４５と比
較する。フィードバック電圧がコマンド電圧を越える
と、上記のようにインバータ２４Ａのスイッチが切れ、
電源内に蓄えられたエネルギーを分散させるためにＱ２
スイッチ３４が閉じ、更なるエネルギーが電源から逃げ
ぬようにＱ３絶縁スイッチ３８が開き、Ｑ１流出スイッ
チ３８が閉じてＣ₀の電圧がコマンド電圧と等しくなる
までＣ₀の電圧を減らす。等しくなった時点でＱ１は開
く。

【００４３】３−２整流子と圧縮ヘッド図８Ａ、８Ｂは整流子４０と圧縮ヘッド６０の主要構成
要素を示し、システム作動に関しては上記の通りであ
る。本項では整流子の製作ついて詳述する。

【００４４】３−３半導体スイッチこの好適な実施例では、半導体スイッチ４６はペンシル
ベニア州、ヤングウッドに事務所を持つパワレックス社
製Ｐ／ＮＣＭ１０００ＨＡ-２８ＨＩＧＢＴスイッチで
ある。

【００４５】３−４インダクタインダクタ４８、５４、６４は、米国特許第５，４４
８，５８０号及び第５，３１５，６１１号に記載された
可飽和インダクタと類似の可飽和インダクタである。好
適な可飽和インダクタ設計の平面図と断面図をそれぞれ
図８Ｇ１、８Ｇ２に示す。図８Ｇ２に示すように、本実
施例のインダクタでは、インダクタ内の漏洩磁束を減ら
すために３０１、３０２、３０３、３０４のような磁束
遮断金属片を加えている。このインダクタへの入力電流
は、コンデンサ６２にも接続されているバスへのスクリ
ュー接続３０５で行われる。電流は鉛直インダクタを通
り４回半のループを形成する。電流は位置３０５から１
Ａとラベル付けされた中央の大径導体へ下り、外周の６
個の小経インダクタ１Ｂを上り、２Ａを下り、２Ｂを上
り、次に全ての磁束遮断要素を下り、３Ｂを上り、３Ａ
を下り、４Ｂを上り、４Ａを下り、それから電流は位置
３０６から出てゆく。ポットのようなハウジング６４Ａ
は高電圧電流リード線の役目を果たす。可飽和インダク
タの「蓋」６４Ｂは、テフロン（登録商標）のような電
気絶縁体材料で構成される。先行技術のパルスパワーシ
ステムでは、オイル絶縁された電気構成要素からのオイ
ル漏れが問題であった。本実施例では、オイル絶縁され
た電気構成要素は可飽和インダクタに限られており、オ
イルは、上記のように、高電圧接続出力線の役目を果た
すポットのようなオイル収容金属ハウジング６４Ａに収
容されている。全てのシール接続部はオイルレベルより
も上方に配置され、オイル洩れの可能性を実質的に無く
している。例えばインダクタ６４の最も低い位置にある
シールは、図８Ｇ２の３０８である。磁束遮断金属構成
要素はインダクタを通る電流経路の中央部分にあるの
で、電圧は、磁束遮断金属部品と他の巻線の金属ロッド
との間の安全ホールドオフ間隔が減ることを許容する。
放熱を改善するためにフィン３０７が備えられている。

【００４６】３−５コンデンサコンデンサバンク４２、５２、６２は全て、市販の入手
可能な規格品コンデンサが並列接続されたバンクで構成
されている。これらのコンデンサは、ジョージア州スミ
ルナに事務所を持つムラタのような納入業者から入手で
きる。出願人が好適とするコンデンサとインダクタとの
接続方法は、米国特許第５，４４８，５８０号に記載の
方法と類似の方法により、厚くニッケル鍍金された銅線
を有する特別のプリント回路板上の正端子及び負端子
へ、コンデンサとインダクタとを半田付けするか又はボ
ルト締めするものである。

【００４７】３−６パルス変圧器パルス変圧器５６も米国特許第５，４４８，５８０号及
び第５，３１３，４８１号に記載のパルス変圧器と類似
しているが、本実施例のパルス変圧器は、一回だけ巻い
た二次巻線と、２３個の個別の一次巻線を有する。パル
ス変圧器５６の図面を図８Ｄに示す。２３個の一次巻線
はそれぞれ、図８Ｄの底面エッジに沿って示すように、
プリント回路板５６Ｂ上の正端子及び負端子にボルト締
めされた（それぞれ、ボルトねじ穴を有する平らなエッ
ジを備える）二つのフランジを有する、アルミニウムの
スプール５６Ａを備えている。絶縁体５６Ｃが各スプー
ルの正端子と隣のスプールの負端子を隔てている。スプ
ールのフランジの間には、長さ１１/１６インチ、外径
０．８７５インチ、壁厚約１/３２インチの中空シリン
ダーがある。スプールは、幅１インチ、厚さ０．７ミル
のメトグラス２６０５Ｓ３Ａと、厚さ０．１ミルのマイ
ラー薄膜とで、絶縁されたメトグラス包装材の外径が
２．２４インチになるまで包装されている。一次巻線を
形成する単一包装済みスプールの斜視図を図８Ｅに示
す。

【００４８】変圧器の二次側は、電気ガラス製の締まり
嵌めの絶縁管内に取りつけられた単一ステンレス鋼ロッ
ドである。巻線は図８Ｄに示すように四つの部分にあ
る。図８Ｄに５６Ｄとして示したステンレス鋼の二次側
はプリント回路板５６Ｂ上のアース線に５６Ｅで接地さ
れ、高電圧端子は５６Ｆである。上記のように、第一巻
線の＋及び−端子の間の７００Ｖのパルスは、１：２３
の変圧作用により二次側端子の端子５６Ｆにマイナス１
６，１００Ｖのパルスを作り出す。本設計によれば、漏
洩インダクタンスは非常に低いので、出力上昇時間は非
常に早まる。

【００４９】３−７レーザチャンバパルス出力構成要
素Ｃｐコンデンサ８２は、レーザチャンバ圧力容器の最上
面に取り付けられた２８個の０．５９ｎｆコンデンサバ
ンクで構成されている。各電極８３、８４は長さ約２８
インチの中実真鍮棒で、お互いが約０．５から１．０イ
ンチ離されている。本実施例では、図８Ａに示すよう
に、最上部電極８３が陰極で、最下部電極８４が接地さ
れている。

【００５０】３−８圧縮ヘッド取り付け本発明のこの好適な実施例は、図８Ｈ１、８Ｈ２に示す
圧縮ヘッド取り付け技術を含む。図８Ｈ１はレーザシス
テムの側断面図で、電極８３、８４に対するコンプレッ
サーヘッドモジュール６０の位置を示す。本技術は、圧
縮リードチャンバ接続に関連するインピーダンスを最小
化するために考案されたが、同時に圧縮ヘッドが容易に
素早く取り替えられるようにしている。図８Ｈ１、８Ｈ
２に示すように、接地接続は、図８Ｈ１の８１Ａと、図
８Ｈ２の８１Ｂで示されている圧縮ヘッドの後面沿いに
長さ約２８インチのスロットタブ接続により行われる。
スロットタブの底面は、柔軟性のあるフィンガストック
８１Ｃと嵌合されている。好適なフィンガストック材料
が商品名マルチラムで販売されている。高電圧接続は、
図８Ｈ１の８９の個所で、可飽和インダクタ６４の６イ
ンチ直径の滑らかな底面と柔軟性のあるフィンガストッ
クの嵌合アレイとの間で行われる。上記のように、好適
なフィンガストック材料はマルチラムである。本構成に
より、修理又は予防的メンテナンスのために圧縮ヘッド
モジュールを約５分で取り替えることができる。

【００５１】４ガス制御モジュールこの好適な実施例は、選択されたスイートスポット内で
フッ素モニターを使わずに作動できるフッ素制御システ
ムを備えている。図１６を参照しこの実施例を述べる。４−１フッ素消耗レーザチャンバ１は、約２０．３リットルのレーザガス
を含んでいる。上記のように普通、成分はフッ素が０．
１％、残りがバッファガス（ヘリウム、ネオン又はヘリ
ウムとネオンの組み合わせが望ましい）で、約４気圧で
ある。０．１％のフッ素は、４気圧で約０．００２３リ
ットル即ち２．３ｍｌのフッ素である。質量換算する
と、レーザチャンバ内のフッ素の公称量は約１１０ｍｇ
である。純粋フッ素の分圧は、約４１１Ｐａ、純粋フッ
素（１％フッ素混合物の約４１ｋＰａに相当）である。
衝撃係数約４０％（通常のリソグラフィレーザ）で作動
するレーザでは、フッ素は通常の作動の間に毎時約４．
５ｍｇの割合で消耗される（１時間にチャンバ内のフッ
素の約４％を消費することに相当）。純粋フッ素分圧に
換算すると、この通常のフッ素消耗割合は毎時約１６Ｐ
ａである。1％のフッ素ガス混合物を使ってこの消耗を
補うために、毎時約１．６ｋＰａに相当する体積の混合
物がチャンバに加えられる。

【００５２】レーザのフッ素消耗割合は一定からは程遠
い。レーザファンが作動してもレーザが発生しない場
合、フッ素消耗割合は約半分に下がる。ファンを止める
とフッ素消耗割合は、４０％衝撃係数での消耗割合の約
１／４に低下する。１００％衝撃係数の場合、フッ素消
耗割合は４０％衝撃係数での消耗割合の約二倍である。

【００５３】４−２ガス交換上記プロセスでは、消耗したフッ素を基本的にほぼ絶え
間無く交換する。フッ素ガス源はフッ素を僅か１％しか
含まないから、チャンバ内のバッファガス又はガスの一
部もほぼ絶え間無く交換している。にもかかわらず、た
とえレーザガスの一部を実質的に絶え間無く交換して
も、このモードでの作動により結果的に汚染物質がレー
ザガス内に貯まるので、レーザ効率が低下する。効率が
低下すると、所望のパルスエネルギーを維持するために
電圧を上げること、及び/又はフッ素濃度を上げること
が必要となる。このため、先行技術によるシステムを普
通に運転することは、実質的に完全なガス交換を行うた
めにレーザーを定期的に一時停止することを示唆してい
る。この実質的に完全なガス交換を補充と呼ぶ。この周
期は、１億パルスのような補充から補充の間のレーザパ
ルス数に基づいて決めるか、補充回数を前回の補充から
のカレンダー時間で決めるか、又はパルスとカレンダー
時間の組み合わせに基づいて決める。補充回数は又、特
定のフッ素濃度での所望出力に必要な充電電圧の大きさ
から決めてもよい。補充後は、「スイートスポット」に
関する新たなテストを行うべきである。また補充の間は
定期的に、スイートスポットが変わった場合に新たなス
イートスポットが何処にあるかを運転者が知ることがで
きるよう、「スイートスポット」試験を実施すべきであ
る。

【００５４】補充は、図１６に示すシステムを使い以下
のようにして達成される。ここでの検討では、０．１％
のフッ素と残りがバッファガスという構成の通常のレー
ザガスを想定する。バルブ５１０、５０６、５１５、５
１２、５１７、５０４を閉じ、バルブ５０６、５１２を
開き、真空ポンプ５１３を作動させ、レーザチャンバを
絶対圧１３ｋＰａ以下に真空引きする（素早く圧力を下
げられるようにチャンバ１と真空ポンプ５１３の間に直
接圧力低減配管を備えてもよい）。バルブ５１２を閉じ
る。バルブ５１６を開き、ヘリウム１００％のバッファ
ガスをバッファガス瓶からチャンバに加え、２６２ｋＰ
ａ／５０℃相当の圧力となるように充填する（２０．３
リットルのレーザチャンバでは、５０℃からのチャンバ
温度変動に対しては１ｋＰａ／℃の△Ｐ／△Ｔ補正式を
使って、温度補正を近似できることに注目されたい。チ
ャンバ温度が２３℃であれば、２４７ｋＰａまで充填す
ることになる。）バルブ５１７を閉じ、バルブ５１５を
開き、１％のフッ素と９９％のバッファガスの混合物を
ハロゲンリッチガス瓶５１４からチャンバ１に加え、２
９０ｋＰａ／５０℃相当の圧力になるように充填する。
これにより、ほぼ０．１％のフッ素と９９．９％のバッ
ファガスから成るガス混合物がチャンバ内に生成され
る。チャンバを約５０℃に加熱すると、圧力は約４気圧
となる。

【００５５】５パージシステム酸素は、１５７ｎｍの光を強力に吸収するので、ビーム
経路から除かなければならない。本出願人は、従来技術
システムを大巾に改良した窒素パージシステムを開発し
た。レーザーに関連するチャンバ外の全ての光学構成要
素は、窒素を使ってパージされる。この窒素システムは
レーザが作動する間に、大気圧より僅か約１０パスカル
高い圧力で運転される。この僅かな気圧差は、圧力が光
学構成要素に及ぼす歪みの影響を避けるのに好適であ
る。パージされる構成要素は、ライン狭帯化モジュー
ル、出力連結器、波長計、シャッターアセンブリを含
む。

【００５６】漏洩の可能性のある全個所をシールする。
内径１／１６インチ、長さ６フィートの管で構成される
出力ポートを備える。パージシステムの適切な機能を確
保するために、出力ポートを通過する流れをモニターす
る。内径１／１６インチ、長さ６フィートの管を通過す
る、好適な流量である約４リットル／分は、所望の窒素
差圧に対応する好適な流量である。６フィートの出力ポ
ート管３０４は、コイル状に巻かれているのが望まし
い。図１７に示すように、窒素の流れにより開いたまま
に保たれ流れが無くなると警告灯３０２を点灯させる簡
単なフラップスイッチにより、流れをモニターする。同
様のパージシステムを出力連結器及び波長計に適用する
のが好ましい。

【００５７】パージガスにヘリウムを使うこともでき
る。ヘリウムの利点は、熱伝達特性と光学特性が良い点
である。しかしヘリウムは窒素よりもはるかに高いの
で、量産用レーザに使う場合、ヘリウム再利用の収集シ
ステムを考えることが好ましい。

【００５８】６レーザ構成要素の冷却１０００から２０００Ｈｚを越える反復度での作動に特
に有用な本発明の好適実施例は、エキシマレーザを冷却
するために、図１３に示す独特の冷却技術を含んでい
る。レーザの構成要素は、僅かな真空を内側に維持して
いるエンクロージャ２４０内に含まれており、この真空
は図１３及び４Ａの２２４で示されているベントに取り
付けられたブロワーより作り出される。キャビネット
は、キャビネットの最上部近くに濾過吸気ポート２４１
とガスケット付き扉のような僅かな漏洩源とを備え、レ
ーザエンクロージャを通過するチャンバ内空気の流量は
約２００ｆｔ³／分となっているが、この流量はレーザ
の熱生成構成要素が生成する熱を除くのに十分とはいえ
ない。

【００５９】レーザにより生成される廃熱（１００％衝
撃係数で略１２ｋｗ）の大半（略９０％）は、図１３に
示す冷水システムにより除かれる。この実施例ではレー
ザ内の主な熱源は、高電圧電源２０、整流子４０、圧縮
ヘッド６０、レーザチャンバ８０である。チャンバ用の
水冷却熱交換器がチャンバの内側に配置され、熱は循環
するレーザガスから熱交換器を通り冷却水へ伝えられ
る。別の熱交換器（図示せず）がチャンバの外側表面に
取り付けられる。残りの主な熱生成構成要素用に冷却水
配管が構成要素まで配管されており、一つ又はそれ以上
のファンが、水から空気へ熱を伝える熱交換器を通過す
る風を図１３に示すように構成要素へ送る。圧縮ヘッド
では、図示のように内部循環であるが、ＨＶＰＳ及び整
流子では、循環空気が構成要素へ、次にエンクロージャ
の別の部分を通過し、再び熱交換器に戻る前に別の構成
要素を冷却する。

【００６０】分割パン２４２及び２４３は全体的な通気
を、フィルター２４１から矢印２４４が示した経路へ通
過させ、ベント２２４へ誘導する。この冷却システムに
はダクトがなく、レーザチャンバの内側及びレーザチャ
ンバに装着された熱交換器に水を供給する管以外には、
いかなるレーザ構成要素とも接続される水管は含まれて
いない。全構成要素（レーザチャンバを除く）はエンク
ロージャの内側付近に吹き付ける風によって冷却される
ので、構成要素を組込／交換する時に運転を停止させる
冷却用の接続部分はない。配管が必要ないため、利用で
きる構成要素とエンクロージャ内の作業空間が大巾に増
える。

【００６１】７パルスエネルギー制御アルゴリズム７−１作動モード−チップリソグラフィ本発明の実施例は、先行来技術に見られたパルスエネル
ギー及び積分された全体バーストエネルギーにおける変
動を実質的に減らす新しいアルゴリズムを備えたコンピ
ューターコントローラープログラムを含んでいる。改良
された装置及びソフトウェア、エネルギーシグマとバー
スト線量変動を減らすための好適なプロセスを以下に述
べる。

【００６２】本明細書の背景の項で述べたように、バー
ストモードは、リソグラフィによる量産集積回路のステ
ッパー機器光源に使われるエキシマレーザを作動させる
典型的モードである。このモードでレーザが作動する
と、ウェーハのある部分を照らす１１０パルスを生成す
るために、約１１０ミリ秒間に亘り１０００Ｈｚの割合
で「バースト」パルスが作りだされる。バーストが終わ
るとステッパーがウェーハとマスクを移動させ、一秒に
も満たない時間で移動が一旦完了すると、レーザは別の
１１０パルスのバーストを生成する。従って、通常の作
動は約１１０ミリ秒のバーストであり、その後に一秒未
満の無駄時間が続く。別の作動を実行できるように長め
の無駄時間が様々な時に設定される。この基本プロセス
は一般に、レーザで一日に数百万回のバーストを生成し
ながら、一日２４時間、週７日続く。上記のバーストモ
ードでは、ウェーハの各部分が各バーストにおいて同じ
照度エネルギーを受けることが重要である。又、チップ
製造者はパルス間の変動が最小となることを望んでい
る。本発明の好適な実施例では、各パルス（Ｎ−１番目
のパルス）のエネルギーをモニターし、次に１）Ｎ−１番目のパルスにより測定されたエネルギー
と、目標パルスエネルギーとの比較、及び２）Ｎ−１番目のパルスによるバーストの累積線量と、
Ｎ−１番目のパルスによる目標パルス線量との比較、の両比較の結果に基づいて、次のパルス（Ｎ番目のパル
ス）のエネルギーを制御する装置及びソフトウェアを用
いて、これらの目的を達成する。

【００６３】典型的なフッ素エキシマレーザの場合、あ
るバーストの最初の３０から４０ミリ秒のエネルギー
は、レーザガス内の過渡的影響のため他のバーストに比
べ一般に不安定であることがずっと問題とされてきた。
第一パルス後の約４０ミリ秒以後では、一定電圧でのパ
ルスエネルギーは比較的一定である。これらの初期の摂
動を処理するに当たり本出願人は、バーストを時間方向
で二つの領域、即ち「Ｋ」領域と呼ばれる第一領域（多
数の初期パルス、例えば４０パルス）と本明細書で出願
人が「Ｌ」領域と呼ぶ第二領域（Ｋ領域の後に続くパル
スから成る）とに分割した。

【００６４】本発明の実施例では、先行技術のエキシマ
レーザ装置をパルスエネルギーの制御に利用する。各バ
ーストの各パルスにおけるパルスエネルギーは、図８Ａ
の示すようなフォトダイオード９２により測定される。
このフォトダイオードとそのサンプル及びホールド回路
の全体応答時間は、回路をリセットする時間を含め実質
的に５００μ秒未満である。約１５ナノ秒のパルスのそ
れぞれから生じる累積信号はパルス終了後の数μ秒間に
亘って保存されるが、この信号は、パルス開始後約１．
０μ秒でコンピューターコントローラー２２によって６
回読み取られ、その平均が記憶される。あるバースト中
の過去の個々の全パルスの累積エネルギーをバースト線
量値と呼ぶ。コンピューターコントローラーは、Ｎ＋１
番目のパルスに対して高電圧を規定するために、目標パ
ルスエネルギー及びＮ番目のパルスのパルスエネルギー
を表す信号とバースト線量値とを利用する。この計算に
は約２００μ秒が必要である。Ｎ＋１番目のパルスのた
めの高電圧が決定されると、コンピューターコントロー
ラーは、Ｎ＋１番目のパルスのために充電電圧を確立す
る信号を、図８Ａに示された高電圧電源の高電圧コマン
ド（ＶＣＭＤ）へ送るが、これには数μ秒が必要であ
る。コンピューターコントローラーは、コンデンサＣ₀
を規定電圧に充電するように高電圧電源に指示する。
（計算が完了する以前に２０００Ｈｚを越える高速の反
復度で充電を開始することが好ましい）。Ｎ番目パルス
ためのトリガ信号の後の０．５ｍ秒の時点で、コンデン
サＣ₀が完全に充電され、図２に示されたトリガ回路１
３からＮ＋１番目パルスのためのトリガ信号を受信した
時に準備ができているようにするには、充電に約２５０
μ秒が必要である。トリガ信号の時点でコンデンサＣ₀
が約７００Ｖの電圧を図８Ｂの磁気圧縮回路へ約５μ秒
間に亘って放電すると、パルスは磁気圧縮回路によって
圧縮／増幅され、約１６１００Ｖの放電電圧がコンデン
サＣｐ上に生成され、次いで約１００ナノ秒の放電が電
極間で起こり、持続時間が約１５ナノ秒で約１０ｍＪの
レーザパルスが生成される。

【００６５】７−２好適なアルゴリズムバーストモード作動時に所望のパルスエネルギーを実質
的に達成するために、充電電圧を調整するための特別の
好適なプロセスは、次の通りである。プロセスは二つの
電圧調整アルゴリズムを利用する。第一アルゴリズムは
最初の８０パルスに適用されＫＰＩアルゴリズムと呼ば
れる。第二アルゴリズムは４０番目のパルス以降のパル
スに適用されＰＩアルゴリズムと呼ばれる。８０番目の
パルス以降の時間を、本明細書ではバーストの「Ｌ領
域」と呼ぶ。頭文字「ＰＩ」は「比例積分」を指し、
「ＫＰＩ」の「Ｋ」はバーストの「Ｋ領域」を指してい
る。

【００６６】７−３ＫＰＩアルゴリズムＫ領域は、１番目からＫ番目までのパルスから成り、好
適な本実施例ではＫ＝４０である。Ｎ番目パルスのため
の充電電圧を設定するためのアルゴリズムは、但し、Ｖ_N＝Ｎ番目のパルスのための充電電圧（Ｖ_B）_N ＝Ｋ領域のＮ番目パルスのための目標エネル
ギーＥ_Tを生成するために必要な電圧に関する電流の最
良推定値を表すｋ個の記憶された電圧アレイ。このアレ
イは以下の方程式に従って各バースト終了後に更新され
る。

【００６７】（Ｖ_C）_N-1＝一つ前のパルスのエネルギー
誤差とバースト中の過去のＮ−１番目のパルスまでに生
じたエネルギー誤差定義より（Ｖ_C）₀＝０Ａ，Ｂ＝一般に０から１の分数で、好適な本実施例では
Ａ、Ｂ共に０．５である。 ε_i ＝ｉ番目パルスのエネルギー誤差＝Ｅ_i-Ｅ_T、Ｅｉはｉ番目パルスに関するエネルギー、Ｅ_Tは目標エネルギーである。Ｄｉ＝バーストの累積線量誤差であり、１からｉまでの全パルスを含む。ｄＥ／ｄＶ＝充電電圧によるパルスエネルギーの変化率
（本実施例では、一つ又はそれ以上のｄＥ／ｄＶの値を
各バーストの間に実験的に決定し、これらの数値の移動
平均を計算に使う）。

【００６８】記憶された値（ＶＢ）Ｎは、各バースト間
又は各バースト後に次の比較式に従って更新される。但しインデックスＭは、バースト番号である。Ｃ＝一般
に０から１の間の分数で、好適な本実施例では０．３で
ある。

【００６９】７−４ＰＩアルゴリズムＬ領域は、Ｋ+１番目のパルスからバーストの最後のパ
ルスまでのパルスから成り、（好適な実施例では、パル
ス番号は４１以上である。）Ｎ番目パルスのための充電電圧を設定するアルゴリズム
は、但しＶ_N＝Ｎ番目パルスに対する電圧充電Ｖ_N-1＝Ｎ−１番目（一つ前）パルスのための充電電圧変数Ａ、Ｂ、ε₁、Ｄ₁、ｄＥ／ｄＶは先の定義の通り。

【００７０】７−５ｄＥ／ｄＶの決定レーザ特性の比較的遅い変化を追跡するために、ｄＥ／
ｄＶの新しい数値を周期的に決定する。好適実施例で
は、Ｌ領域の二連続パルスの間に、制御された方法で電
圧を変えるか又はディザーすることによりｄＥ／ｄＶを
測定する。これら二つのパルスに対しては、通常のＰＩ
エネルギー制御アルゴリズムを一時的に中断し以下のア
ルゴリズムに置き換える。パルスｊに対して但し、Ｖ_Dither＝一定の電圧増分、通常は数ボルトで
ある。パルスｊ＋１に対してパルスｊ+１の後に、ｄＥ／ｄＶを計算する。

【００７１】電圧のディザーのため予想されるエネルギ
ーの変動の強さはレーザの通常のエネルギー変動と同じ
であるので、ｄＥ／ｄＶの計算は雑音が多い。好適な実
施例では、過去５０回のｄＥ／ｄＶ計算値の移動平均が
実際にＰＩアルゴリズムとＫＰＩアルゴリズムで使われ
る。

【００７２】Ｖ_Dither選択のための好適な方法では、所
望エネルギーのディザーＶ_Dither、即ち、通常はエネル
ギー目標Ｅ_Tの数パーセントを規定し、Ｖ_Ditherを計算
するためにｄＥ／ｄＶに関する電流（平均）値を用い
る。Ｊ+２パルス（二つのディザーパルス直後）はディザー
しないが、特定値を持つ。

【００７３】Ｖ_j-2に関するこの特別な値は、加えられ
た電圧のディザーとパルスｊ+１から予想されるエネル
ギーディザーとの両者に関する補正が行われる。上記ア
ルゴリズムには様々な修正をすることができる。例え
ば、Ｋ領域と同様にＬ領域でもｄＥ／ｄＶを決定するこ
とができる。ディザリングは、バースト毎に一回又は数
回実行することができる。ディザリングのシーケンス
は、先述のように決まったパルス番号ｊで行われてもよ
いし、又は無作為に選ばれたパルス番号で開始されて次
のバーストへ移っても良い。

【００７４】Ａ、Ｂ、Ｃは、収束係数であり他の多くの
値となり得ることを理解されたい。上記に規定した値よ
りも大きければ素早く収束するが、不安定さが増す。別
の好適な実施例ではＡ＝√２Ｂである。この関係は臨界
減衰を生成するために既存の手法から開発された。Ｂ
は、線量補正を行わないゼロの場合もあり得るが、Ａは
アルゴリズムの線量搬送部分のための減衰項を提供する
ので、ゼロであってはならない。

【００７５】ｄＥ／ｄＶの決定値が小さすぎると、上記
アルゴリズムでは過剰補正を生じさせる。従ってエネル
ギーシグマ値が閾値を越える場合、好適な技術ではｄＥ
／ｄＶを任意に二倍の値にする。バーストの第一パルス
に対しては、Ｖ及びｄＥ／ｄＶの値はデフォルト値とさ
れる。各バーストの開始時、Ｄはゼロに設定される。ｄ
Ｅ／ｄＶのデフォルト値は、初期の過剰修正を避けるた
めに予想されるｄＥ／ｄＶの約三倍に設定される。

【００７６】上記のディザーを伴わずにｄＥ／ｄＶを決
定する代替方法では、レーザ作動中のエネルギー値と電
圧値を単に測定し記憶する。（規定された電圧値ではな
く測定された電圧値が使われてもよい。）パルスエネル
ギーが一定の場合、これらのデータを使ってＶの関数と
してｄＥ／ｄＶを決定できる。数値要素は相当な不確定
性を有する測定値の差であるため、それぞれの個別のｄ
Ｅ／ｄＶ値は相当な不確定性を有することに注目された
い。しかし多くのｄＥ／ｄＶ値を平均することにより、
このような不確定性を減らすことができる。

【００７７】ｄＥ／ｄＶを決定するためのディザーの運
用は、バースト毎に行う必要はなくＭバースト毎に１回
のように定期的に行ってもよい。又はｄＥ／ｄＶの測定
値をコンピューターが実行した計算と置き換えることも
できるし、Ｖ_N ₊ ₁を計算するために一つ前のパルスのｄ
Ｅ／ｄＶ値をオペレータにより手動で挿入することもで
きる。代替手法ではこの制御システムのためにＶ_Nの実
際の測定値を用いる。

【００７８】またＶ_BINの数値は、上記実施例における
実際の測定値ではなく規定値から計算される。測定電圧
値を使うことは明らかに代替手法である。Ｅ_Tは一般に
１０ｍＪのような定数であるが、必ずしも一定である必
要はない。例えば、最後の１０パルスのＥ_Tを公称パル
スエネルギーより小さくし、これらのパルスによる目標
Ｅ_Tからの変動割合が全体のパルス線量にあまり影響し
ないようにすることができる。又状況により、バースト
間で変動するＥ_T値をコンピューターコントローラー２
２が与えるようにプログラムすることが望ましい。

【００７９】８プロトタイプユニット本出願人と協力者は、プロトタイプのＦ２レーザシステ
ムユニットを組み立て試験した。プロトタイプレーザ
は、その大半が現量産型のＫｒＦレーザ及びＡｒＦレー
ザをベースとし、先行技術のエキシマレーザシステムに
対して複数の重要な改良点を折り込み、高効率のチャン
バと半導体パルスによるパワー励起を利用している。ガ
スの汚染を最小にするために、コロナプレイオン化の放
電を行わせる。全光学ビーム経路を窒素によりパージ
し、酸素による光吸収を避け光学構成要素に対する損傷
を回避する。全光学共鳴器は、レーザチャンバに据え付
けられた角度付きのチャンバ窓の外側に置かれた。ガス
混合物は４気圧のヘリウム中に０．１％のフッ素を含
み、電極間隔は１０ｍｍに縮小された。

【００８０】このプロトタイプユニットは改良されたパ
ルス変圧器が利用される。本パルス変圧器では、二次巻
線として機能する４部分から成る単一ステンレス鋼ロッ
ド（図８Ｄに図示、既述）は、円筒形の内部ロッドと二
つの同軸管とから成る変圧器の第二導体と置き換えら
れ、これら全ては図２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃに示すよう
に直列接続され互いに絶縁されている。第二導体は、バ
スバーに対して３０２の個所で、ＨＶケーブルに対して
３０４の個所で接続された二つの同軸アセンブリ（断面
図を図２２Ｂ、２２Ｃに示す）から成る。図２２Ｄは、
図２２Ｂ、２２Ｃ同様に同じ断面図を示し、第一巻線を
形成するスプールの円筒形部分３０８の周囲に巻き付け
られたメトグラス及びマイラー薄膜の層３０６も示して
いる。図２２Ｄは又、パルス変圧器の第二部分を形成す
る中央線３１０と中空円筒形導体３１２、３１４も示し
ている。メトグラス及びマイラー層は、図２２Ａ、２２
Ｂ、２２Ｃには示されていない。電圧ピークが約１、０
００Ｖの電流パルス（３１６）は、図２２Ａで３１８と
して示された第二ＨＶ端子に約０−３６、０００Ｖのパ
ルスを生成する。

【００８１】一次巻線と三つの同軸二次導体は、図８Ｅ
に関連して述べたメトグラスとマイラー薄膜とを巻きつ
けることにより連結される。本実施例は特殊な圧縮段階
（追加コンデンサバンクＣ_P-1による）を備えている。
本実施例のコンデンサバンクの値は、Ｃ₀ ＝約１２．１μＦＣ_l ＝約１２．４μＦＣ_P-2＝約８．８２μＦＣ_P-1＝約８．４μＦＣ_P ＝約１０ｎＦである。

【００８２】本プロトタイプ実施例の改良されたパルス
パワーシステムは、約８０ｎ秒の出力利用時間をピーキ
ングコンデンサバンクに生成する。パルス変圧器の昇圧
比は３６倍（詳述した上記実施例では２３倍）である。
これによりレーザは、相応に低いフッ素濃度でも実質的
に高電圧で作動できる。高電圧作動により放電の安定性
が改良され高い反復度が得られることが確認できた。

【００８３】９実験結果プロトタイプユニットによる実験結果を以下に述べる。
レーザ出力を標準出力計で測定し焦電ジュール計と相関
させた。赤と原子Ｆ２レーザの寄与分は除かれ、この寄
与分は通常は全エネルギーの３％未満であった。１５７
ｎｍの光を強く吸収する空気へビーム発射管を通気させ
ることによって、赤の放射を測定できる。

【００８４】本プロトタイプユニットのレーザ波長は、
二個外部プリズムのセットを用いて調整することによ
り、１５７．６ｎｍの単一線モードで作動させた。レー
ザは１５７．５ｎｍ遷移線へ調節することもできるが、
効率は下がる。１５６．７ｎｍでの遷移は観測されなか
った。２メートルジョビンイボンＶＵＶ分光計で記録さ
れたレーザスペクトルは、測定限界の線幅６ｐｍを示
す。

【００８５】広帯域（又は複線）作動では、反復度１０
００Ｈｚで１２ワットの最大出力が得られた。出力は反
復度と共に線形的に増加し、飽和の兆候は見られなかっ
た。単一線モードでの動作も同様であったが、エネルギ
ーは三分の一であった。このエネルギー減少は、本プリ
ズム機構において空洞長さが大巾に長くなったためであ
り、かなり縮小することができる。バーストモードで
は、５％の３σ安定性が記録された。出力エネルギーの
点で良性のバースト過渡現象だけが観測された。この点
は、より高いエネルギーの不安定性とガス流に関係した
バースト過渡現象とを示すＡｒＦレーザに比べて望まし
い。このことから、量産用のフッ素リトグラフィレーザ
は、現在のＡｒＦレーザより更に良好な安定性を有する
との結論を得ることができる。積分二乗パルス持続時間
は、ＡｒＦレーザの性能に近い３０ｎ秒であった。

【００８６】レーザチャンバ材料を慎重に選択すること
及びコロナ放電によりプレイオン化することにより、極
低温浄化もハロゲン注入もすることなく数時間に及ぶレ
ーザ作動と、エネルギー低下を最小とする３Ｍの発射と
が可能となった。

【００８７】広帯域レーザ出力と反復度との関係を図１
０Ａの上部分に示す。図１０Ａの下部分は、パルスエネ
ルギーが反復度１０００Ｈｚ以上で若干下がることを示
す。レーザ出力は反復度に対しほぼ比例して増え、１ｋ
Ｈｚで１５Ｗ、２０００Ｈｚで約１９Ｗである。この線
形関係に基づき、ガスの流れを相応に増やせば、更に数
ｋＨｚの作動までＦ２レーザの規模を拡大できると仮定
できる。本出願人はバッファガスとしてヘリウムを使っ
たが、標準的ネオンベースレーザのブロワー出力の数分
の一しか必要でないので、より高速な流れに対する制限
は存在しない。

【００８８】エネルギー安定の尺度は、バーストモード
中のエネルギー過渡現象を観測して得る。このためレー
ザはバースト中に繰り返し発射され、バースト中の各パ
ルス位置での平均エネルギーが記録される。バースト中
の各パルス番号に関して、バースト間のエネルギーの平
均変動も計算される。Ｆ２レーザ及び比較のための狭帯
化ＡｒＦレーザに関して、実験結果のエネルギー曲線と
安定性曲線を図１０Ｂ１、１０Ｂ２に示す。Ｆ２レーザ
では１２０回のショットバーストに対してエネルギー変
動が少ない。エネルギー安定性はバーストの開始時に初
期増加を示し、次に約３％の３σレベルで安定する。こ
れと対照的に、ＡｒＦレーザは、エネルギーにおける大
きな過渡現象と７％程度の３σ不安定性を示す。ＡｒＦ
レーザでは６０パルス窓で０．５％の線量安定性を得た
ので、Ｆ２レーザでも少なくとも同じ線量安定性が得ら
れると思われる。図１０Ｃは、１０００Ｈｚと１９００
Ｈｚにおけるパルスエネルギー値と３σ値を示す。

【００８９】ＶＵＶ分光計で記録された広帯域Ｆ２レー
ザのスペクトルを図１０Ｄ１、１０Ｄ２に示す。二本の
遷移線が１５７．５２ｎｍと１５７．６３ｎｍにはっき
り認められる。レーザエネルギーの８７％は１５７．６
３ｎｍの長い波長線にある。１５６．７ｎｍで過渡現象
は観測されなかった。１５７．６３ｎｍの単一線モード
作動は、二個外部プリズムのセットを使って調節するこ
とにより達成された。レーザは１５７．５２ｎｍの遷移
線にも同調できるが効率は下がる。図１０Ｄ１と１０Ｄ
２は１５７．６３ｎｍのレーザ線の拡大図も示す。ＦＷ
ＨＭが１．１４ｐｍで９５％をカバーする幅が２．３５
ｐｍのうず巻き状の線幅が測定された。これらの線幅
は、過去に予想されていた線幅よりもはるかに狭い。従
って、狭帯化を追加しないで線選択されたＦ２レーザ
は、ほぼ完全な屈折画像システムに対して十分な性能が
ある。単一線レーザのレーザ出力と反復度動作の関係
は、広帯域レーザと同じ比例関係を示す。しかしこの初
期実験での最大出力は４Ｗに限られた。出力低下は線選
択レンズでの反射損失と空洞長さが長すぎるためであっ
た。

【００９０】水平方向及び垂直方向のビームプロファイ
ルを、レーザから１ｍ離れた所で測定した（１０Ｅ１、
１０Ｅ２を参照）。ビームは対称性の高い滑らかなプロ
ファイルを示す。この種類のプロファイルは、非常に均
一な照度を生成するために現在使われている均一化技術
により容易に達成される。

【００９１】ガス寿命の推定値は、フッ素注入をするこ
となく一定電圧でＦ２レーザを運転し、ショット数とレ
ーザ出力発生を記録することにより導かれる。これらの
測定では極低温浄化は行われない。図１０Ｆで明らかな
ように、レーザ出力は４００万回のレーザショット後に
２０パーセント足らず低下するが、同等のＡｒＦレーザ
と少なくとも同じである。ＡｒＦレーザによる先の実験
から、ガス寿命は、定期的なフッ素注入を行いながら約
２５００万回のショットであると推定することができ
る。これは明らかに、レーザチャンバに同等の材料を選
びコロナのプレイオン化を利用する場合の結果である。
ＫｒＦレーザとＡｒＦレーザでは、フッ素消耗とチャン
バ寿命の直接相関は過去に確立されている。従って、Ｆ
２レーザのチャンバ寿命をＡｒＦレーザに同程度と推定
することができる。

【００９２】図１５Ａの下のグラフはパルスエネルギー
とフッ素濃度の関係を、上のグラフは最大パルス反復度
とフッ素濃度の関係を示し、両者共にブロワー速度は２
５００ｒｐｍである。図１５Ｂの上のグラフは時間関数
としてのパルス形状と１６ｎ秒のＦＷＨＭを示し、下の
グラフは積分二乗パルス幅が約３７ｎ秒であることを示
す。

【００９３】１０パルスエネルギーのモニタリング上記プロトタイプユニットを使う場合、先行技術による
ＵＶパルスエネルギー検知器では良好な結果が得られな
い。これは、先行技術によるＫｒＦレーザ及びＡｒＦレ
ーザに使われるパルスエネルギー検知器が、赤外線及び
ネオン赤外線スペクトル領域の光に非常に敏感なためで
ある。実際これらの標準シリコン光ダイオードは、１５
７ｎｍのレーザ光に対してよりも赤及び赤外線に対して
遙かに敏感である。従って、光が上記のように約３％の
領域内にある場合でも、シリコンフォトダイオードへの
影響は３％を遙かに越える。従って、可視赤及び赤外線
の影響をあまり受けないエネルギー検知器が要望されて
いる。ＵＶ放射に対し特に敏感で、赤及び赤外放射に対
し比較的又は完璧に敏感な検知器を、市場で入手でき
る。これらの検知器は一般に太陽光不感検知器と呼ば
れ、大気圏外天文学分野で使われているが、本出願人が
知る限りレーザパルスエネルギーの測定には使われてい
ない。「太陽光不感」光検知器を組み立てるために多く
の方法を利用できる。幾つかの方法を以下に述べる。

【００９４】１０−１光電管光電管は二つの電極と、光電陰極と陽極とから成る真空
装置である。光電陰極に光を当てると、光電作用により
陰極材料から電子を放出させることができる。陽極と陰
極の間に正電圧を加えると、放出された電子が陽極へ移
動し、１秒間に光電陰極に当たる光子数に比例して装置
を通る電流が生成される。この効果にはカットオフがあ
り、一定の値よりも波長の長い光を使って照射しても光
電子は生成されない。最大波長は、 λmax＝ｈｃ/Φ で定められ、ここでＨはプランク定数、ｃは真空中の光
の速度、Φは仕事関数と呼ばれる材料の特性である。仕
事関数が十分に高い（例えば＞４電子ボルト）光電陰極
材料を選ぶと、３００ｎｍよりも短い波長での照明に対
してだけ光電流を生成する、即ち太陽光不感応答とな
る。受容できる仕事関数を有する光電陰極材料の例は、
ＣｓＴｅ及びＣｓＩダイヤモンド薄膜である。

【００９５】１０−２光電導体幾つかの半導体及び／又は絶縁材の照明は、光電子効果
に密接に関係した効果を作り出す、即ち、材料内の光子
と電子の間の相互作用が電子を励起し、電子は材料内の
特定の場所（即ち、価電子帯）に拘束されず、加えられ
た電圧に応じて結晶を通過し自由に動くようになる（即
ち、導電帯）。やはり、材料に当たる光子束に比例した
電流が生成される。この効果は、上記の式で与えられる
カットオフと同一の波長カットオフを示すが、違うの
は、材料の仕事関数Φが一般に帯域ギャップＥｇと呼ば
れる別の特性に置き換えられることである。更に、帯域
ギャップが十分大きい材料は短波長の放射にのみ応答す
る。５．４８ｅＶの帯域ギャップを有するダイアモンド
は、２００ｎｍ未満の波長で光電導体応答を示す。

【００９６】１０−３フォトダイオードダイオード接合（ショットキー、p-n又はp-I-nドープ半
導体）の照明も、価電子帯から導電帯へと電子を促し、
光電流を生成できる。ダイオードが順方向にバイアスさ
れると、この場合、担体寿命が長くなる点を除き、性能
は光電導体と非常に良く似ている。逆方向にバイアスさ
れると、加えられた電界により装置の応答速度が改善さ
れる。バンドギャップが十分大きい接合ではやはり、Ｕ
Ｖ波長でのみ応答ができる。

【００９７】１０−４吸収深度選別バンドギャップの小さい光導電体又はダイオードの赤へ
の反応を、そのＵＶへの反応に比べて、強く抑制する一
つの方法は、デバイスの厚みを適切に選択することであ
る。材料の深部にまでＵＶ光子が浸透することは可視光
に比べずっと少ないことが、このような材料の特徴であ
る。つまり、ＵＶ光の完全な吸収が表面付近の非常に薄
い層で起こる。デバイスの厚みをＵＶ光吸収深度と同等
に選ぶことにより、デバイスを長波長に対し透過性（応
答しない）とすることができる。真に太陽光不感でなく
とも、このような構成によりデバイスの可視／赤外線応
答を検出可能な閾値よりもさらに下げることができる。

【００９８】好適な既製の太陽光不感光電管検知器を、
カリフォルニア州、ロサンゼルス及び日本に事務所を持
つハママツ社のような納入業者から入手できる。ＣｓＩ
を使った同社のモデルＲ１１８７は、１１５ｎｍから２
００ｎｍの領域でスペクトル応答を示す。ＣｓＴｅを使
うモデルＲ１１０７及びＲ７６３は最良応答領域が約１
５７ｎｍより少し上であるが、使用できるであろう。

【００９９】図１８は、パルスエネルギー及び／又は線
量エネルギーを所望レベルへ制御するためにレーザシス
テム内で使われる太陽光不感検知器を示す。（パルスエ
ネルギー及び線量エネルギーの制御の詳細については、
以前の章を参照。）

【０１００】１０−５反射ベースモニターサンプルビーム（赤及びＶＵＶ）は、（１５７ｎｍ）Ｖ
ＵＶ波長では高反射率に、赤／赤外線（所望しない波長
は６３５ｎｍから７５５ｎｍまでの領域）では低反射率
になるように設計されている、誘電コーティングを施さ
れた複数のミラーで反射される。吸光率が２４：１まで
ならば、通常の光学器は１５７ｎｍで９５％の反射率
を、赤／ＩＲで４％の反射率を有する。所望の吸光率
（一般的には５００又は１０００：１）は、複数のミラ
ーへ連続的に入射させることにより得られる。これらの
ミラーを通る光は、散乱光が検知器への経路を進むこと
がないように、赤／赤外線吸収カラーガラスフィルター
又は他の光捕獲要素に当たるようにしなければならな
い。

【０１０１】１０−６分散による分離ＶＵＶを赤／赤外線波長から分離するために分散要素
（プリズム又は回折格子）が使われ、光ダイオードはＶ
ＵＶビームだけを遮るために配置される。格子要素を使
い、赤／赤外線波長の高い回折オーダーとＵＶ波長の高
い回折オーダーとの間に実質的に重なりがないように、
溝の間隔を選択しなければならない。即ち、ｍの数値
（ｍは常に整数であり、例えば、Ｄｓｉｎ（シータ）＝
ｍ₁＊１５７ｎｍ≠ｍ₂＊７５５ｎｍ（例えば全可視放出
波長／赤外線放出波長に関して））を変えることによ
り、格子方程式が、設計角度シータにおいて、紫外線波
長及び可視波長／赤外線波長に対して同時に満足される
ことの無いようにしなければならない。

【０１０２】１０−７フッ素による検知１５７ｎｍ光に曝されて可視又は赤外線内で蛍光を発す
る材料は、シリコン光検知器の前に配置される。ＶＵＶ
光を可視／ＩＲ光に変換することにより、フォトダイオ
−ドの赤への強い応答が相殺される。蛍光放出波長が実
質的に赤／ＩＲレーザ放出波長と異なる場合には、蛍光
変換器の後に赤／ＩＲ吸収フィルターを使って赤／ＩＲ
放出を直接抑えることができる。蛍光変換器もそのよう
な吸収材料で構成してもよいし、そのような吸収材料で
ドーピングしてもよい。

【０１０３】１０−８赤色放射の低減先行技術によるＦ２レーザは通常、バッファガスとして
ヘリウムを利用している。ネオンも使えるが、バッファ
ガスにネオンを使うレーザの効率は、バッファガスにヘ
リウムを使うＦ２レーザに比べ大巾に下がる。一般にバ
ッファガスにネオンを使うと、同等のレーザパルスエネ
ルギーを生成するのに実質的に高濃度のフッ素と高電圧
が必要となる。ヘリウムはネオンよりはるかに安いの
で、先行技術ではフッ素バッファガスに自然とヘリウム
が選ばれてきた。しかし上記のように、ヘリウムバッフ
ァガスによるＦ２レーザはかなり高割合の可視及び赤外
線光を生成するので、超蛍光又はレーザ発光さえもが当
該波長で起こる。通常この割合は十分に高いので、これ
らの長波長においてレーザ発光が実際に起こる。レーザ
ビーム内のこれらの長波長は、上記のエネルギー検出に
関する問題を引き起こす可能性があり、赤波長も下流の
リトグラフシステム内で問題を引き起こす可能性があ
る。これらの問題は対処可能であるが、多くの場合良好
な解決方法は、ビームがレーザ内に生成されている時に
ビームから赤及び赤外線光を実質的に減らすか又は無く
すことである。

【０１０４】本出願人は、バッファガスが純粋ヘリウム
からヘリウムとネオンの適切な混合に変わる時に、事実
ビーム中の赤及び近赤外線が無くなると説明した。しか
し、望ましくない赤及び近赤外線の成分を実質的に減ら
すことに加えて、ネオンを追加することは、望ましいＵ
Ｖ波長でのレーザ効率に影響を及ぼす。従ってヘリウム
とネオンの最良の混合は、最大パルスエネルギーの重要
性と赤及び近赤外線を無くすことの相対的な重要性に左
右され、異なる可能性がある。全バッファ量に対する割
合として、ネオンの好適な範囲は通常、約４０％から９
５％である。図２１に示すように、赤―ＩＲエネルギを
実質的にゼロにしながら最大ＵＶパルスエネルギーを提
供する良好なバッファガス混合の範囲は、ネオンが０．
５２から０．６３で残りがヘリウムとなる範囲である。

【０１０５】１１単線と狭線構成図１１Ａは、好適なＦ２レーザシステムの好適な単線構
成を示す。この構成では、二つの主なフッ素線の内の一
つを図示の簡単なプリズム選択器により選択する。図１
１Ｂは線を狭めた好適なシステムを示し、このシステム
では電力発振器が主発振器によりシードされる。主発振
器と電力発振器の両方が同じレーザチャンバを使うこと
ができる。Ｆ２レーザの線を狭めるため、１９９９年９
月２７日出願の米国特許出願番号第０９／４０７，１２
０号に記載された手法を使って、エタロン出力カプラー
が使用されており、この出願は参考文献として本明細書
に組み込まれている。この手法によりエタロン出力カプ
ラーは、二つの主要線の内の一方で光の約２０％を反射
し他方の主要フッ素線で光を通すように調整される。次
にレーザは、反射された線でレーザ発光する。

【０１０６】図１９と２０は、調節領域が拡大した可同
調Ｆ２レーザを示す。レーザ共振器は、出力連結器ミラ
ー３２と波長同調光学機器とから成る。波長同調光学機
器はビーム拡大光学サブアセンブリ３１と回折格子３８
とから成る。光学利得媒体はガス放電のフッ素ガス分子
を励起する手段により、ガス放電チャンバ３０内に生成
される。同様の構成が、長波長、即ち２４８ｎｍのＫｒ
Ｆレーザ及び１９３ｎｍのＡｒＦ、で作動するリトグラ
フのための狭帯域エクシプレックスレーザで現在使われ
ている。これらのレーザ間の主な違いは、利得媒体のス
ペクトル利得分布と時間利得ダイナミックである。エク
シプレックス分子は通常少なくとも数十ｐｍのはるかに
広いスペクトル領域内で利得を示すのに対して、約１５
７ｎｍで観察されたフッ素分子遷移のスペクトル利得分
布は、複数線及び単線のレーザ放出スペクトルの最近の
測定結果によれば、普通は約１．１ｐｍに制限されてい
ると考えられている。しかし詳しく調べると、例えば特
定の高利得値が含まれる場合、観察されたスペクトルは
利得媒体の実際の利得分布を必ずしも反映していないの
で、これは真実ではないことが判明している。分子Ｆ２
レーザ媒体の高特定利得と、約０．５ｍから１ｍという
利得媒体の通常使用される長さのため、観測できる放射
スペクトルは、狭められ、利得媒体を通る単一経路内に
既にある固有遷移波長の最大値の個所でピークとなる。
この物理的な既知の挙動は、カリフォルニア州、ミルバ
レー、大学科学書、Ａ．Ｅ．シーグマン著「レーザ」
等、多くの標準的なレーザ手引書に記載されている。残
念ながら、この単純な手法によるジオプティク画像光学
系を使って、リソグラフにとって役立つ帯域にまで線を
狭める操作を達成するために必要な利得長製品は、少な
くとも数ｍの不合理な増幅長を必要とする。

【０１０７】いずれの個別ＵＶ／ＶＵＶ分子Ｆ２レーザ
遷移の本当に利用可能なＦＷＨＭ（最大半値幅）利得帯
域も、フッ素分子を励起することにより利得を生成する
ガス放電の通常の作動条件においては、１５７．６２９
９ｎｍで４ｐｍと推定することができる。レーザの光共
振器及び放出波長は、ＵＶ／ＶＵＶ分子Ｆ２レーザ遷移
の任意の単一の遷移のほぼＦＷＨＭ帯域の範囲に亘って
同調させることができる。ＦＷＨＭ利得帯域へ主に寄与
するのは、圧力誘発衝突による幅拡大であるので、同調
範囲は放電チャンバ内の圧力を上げることで容易に拡大
できる。１５７ｎｍフッ素分子遷移の約７ｐｍ離れてい
る隣接回転線遷移が、圧力を高めた時の個別遷移の圧力
拡大によって重なるのであれば、拡大された波長（約５
０ｐｍ）の範囲に亘るほぼ連続的同調を達成することが
できる。図２０は、圧力を高めたときの１５７．６２９
９ｎｍの強線近傍のスペクトル利得分布を示す。

【０１０８】勿論、先行技術によるエキシマレーザで通
常使用されている約３気圧という圧力以上にチャンバ圧
力を上げると、チャンバコストが増大する。しかし、本
出願人は、約７から１０気圧の範囲内の気圧ならば大巾
にコストを上げずに対処できるし、同調領域を実質的に
広げることになるであろうことを提案する。

【０１０９】１２利得媒体線識別Ｆ２レーザの二つの主スペクトル線の中心は、約１５
７．６３０ｎｍと、１５７．５２３ｎｍである。自励レ
ーザでは通常、１５７．６３０ｎｍ線は１５７．５２３
ｎｍ線よりも実質的に大きい。しかし一般に１５７．５
２３ｎｍは、多くの製品で問題となるくらい広い。本出
願人は、小さい線を識別するための利得媒体に関係なく
上記方法を述べた。本出願人は、放電領域を約２１．５
インチから約１４インチへ短くし放電電圧を下げれば、
１５７．６３０ｎｍだけでレーザ発光させることがで
き、１５７．５２３線は現れないことを発見した。

【０１１０】本Ｆ２レーザシステムを特定の実施例を参
照しながら説明したが、様々な変更と修正ができること
を認識されたい。例えば、多数の代替実施例が本明細書
の最初の項に列挙した特許出願で述べられており、その
すべてが参考文献として本明細書に組み込まれている。
更に線を狭めるために、エタロン出力カプラを使うこと
もできる。バッファガスはヘリウムでなくネオンとする
こともできる。本発明は上記請求項によってのみ限定さ
れるものとする。

【図面の簡単な説明】

【図１】先行技術による市販のエキシマリソグラフィレ
ーザの図面である。

【図２】集積回路リソグラフィ用に使われる先行技術に
よる市販のエキシマレーザの主要要素の幾つかを示すブ
ロック線図である。

【図３】図２のレーザのレーザチャンバの図面である。

【図４】本発明の好適な実施例の図面である。

【図５】磁気ベアリングを含むブロワー駆動ユニットを
示す図面である。

【図６】本発明の好適な実施例のレーザチャンバの断面
図である。

【図６Ａ】本発明の好適な実施例のレーザチャンバの断
面図である。

【図７】好適なプレイオナイザ管の特徴を示す図面であ
る。

【図８Ａ】本発明の好適な実施例のパルス出力システム
のブロック線図である。

【図８Ｂ】上記の好適な実施例の簡略化された回路線図
である。

【図８Ｃ】上記の好適な実施例の一部の高電圧電源の混
成のブロック線図と回路線図である。

【図８Ｄ】上記の好適な実施例で使われるパルス変圧器
の斜視アッセンブリ図である。

【図８Ｅ】上記の好適な実施例で使われるパルス変圧器
の一次巻線の図面である。

【図８Ｆ１】上記の好適な実施例を用いたパルス圧縮を
示すタイムラインチャートである。

【図８Ｆ２】上記の好適な実施例を用いたパルス圧縮を
示すタイムラインチャートである。

【図８Ｆ３】上記の好適な実施例を用いたパルス圧縮を
示すタイムラインチャートである。

【図８Ｇ１】可飽和インダクタの平面図である。

【図８Ｇ２】図８Ｇ１の線８Ｇ２−８Ｇ２に沿う可飽和
インダクタの断面図である。

【図８Ｈ１】好適な実施例における圧縮ヘッドの取付を
示す。

【図８Ｈ２】好適な実施例における圧縮ヘッドの取付を
示す。

【図９Ａ】好適な熱交換器の設計を示す図面である。

【図９Ｂ】好適な熱交換器の設計を示す図面である。

【図１０Ａ】プロトタイプのＦ２レーザの実験中に得ら
れた試験データのグラフである。

【図１０Ｂ】プロトタイプのＦ２レーザの実験中に得ら
れた試験データのグラフである。

【図１０Ｃ】プロトタイプのＦ２レーザの実験中に得ら
れた試験データのグラフである。

【図１０Ｄ】プロトタイプのＦ２レーザの実験中に得ら
れた試験データのグラフである。

【図１０Ｅ】プロトタイプのＦ２レーザの実験中に得ら
れた試験データのグラフである。

【図１０Ｆ】プロトタイプのＦ２レーザの実験中に得ら
れた試験データのグラフである。

【図１１Ａ】好適なＦ２システム構成を示す。

【図１１Ｂ】好適なＦ２システム構成を示す。

【図１２Ａ】陽極支持棒の設計を示す。

【図１２Ｂ】陽極支持棒の設計を示す。

【図１２Ｃ】陽極支持棒の設計を示す。

【図１２Ｄ】陽極支持棒の設計を示す。

【図１２Ｅ】陽極支持棒の設計を示す。

【図１３】好適なエンクロージャ冷却システムを示す。

【図１４Ａ】好適なブロワーブレード構造の設計を示
す。

【図１４Ｂ】好適なブロワーブレード構造の設計を示
す。

【図１４Ｃ】好適なブロワーブレード構造の設計を示
す。

【図１６】大型のマニホールドガス供給システムを示
す。

【図１７】光学的パージシステムを示す。

【図１８】好適なパルスエネルギ検知システムを示す。

【図１９】Ｆ２レーザの線を狭くするための手法を示
す。

【図２０】圧力を高めＦ２レーザビームを拡大する様子
を定性的に示す。

【図２１】他のバッファガスをヘリウムとしてネオン濃
度を高める場合の、パルスエネルギと光スペクトルの変
化を示す。

【図２２Ａ】高電圧パルスを生成するための好適なパル
ス変圧器の特徴を示す。

【図２２Ｂ】高電圧パルスを生成するための好適なパル
ス変圧器の特徴を示す。

【図２２Ｃ】高電圧パルスを生成するための好適なパル
ス変圧器の特徴を示す。

【図２２Ｄ】高電圧パルスを生成するための好適なパル
ス変圧器の特徴を示す。

【符号の説明】

２０１レーザエンクロージャ２０２ガスモジュール２０３冷却水供給モジュール２０４交流／直流分配モジュール２０５制御モジュール２０６ライン狭帯化モジュール２０７圧縮ヘッド２０８高電圧パルス電源モジュール２０９パルス電源用整流子モジュール２１０金属フッ化物トラップ２１１レーザチャンバ２１３波長計２１４自動シャッタ２１６出力カプラ２１７ブロワーモータ２１８金属フッ化物トラップ電源２１９状態指示ランプ２２０２４Ｖ電源２２１チャンバ窓２２２ガス制御フレキシブル接続部２２４ベントボックス

【手続補正書】

【提出日】平成１２年６月２７日（２０００．６．２
７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図３】図２のレーザのレーザチャンバの図面である。

【図４】本発明の好適な実施例の図面である。

【図８Ｇ１】可飽和インダクタの平面図である。

【図９Ａ】好適な熱交換器の設計を示す図面である。

【図９Ｂ】好適な熱交換器の設計を示す図面である。

【図１１Ａ】好適なＦ２システム構成を示す。

【図１１Ｂ】好適なＦ２システム構成を示す。

【図１２Ａ】陽極支持棒の設計を示す。

【図１２Ｂ】陽極支持棒の設計を示す。

【図１２Ｃ】陽極支持棒の設計を示す。

【図１２Ｄ】陽極支持棒の設計を示す。

【図１２Ｅ】陽極支持棒の設計を示す。

【図１３】好適なエンクロージャ冷却システムを示す。

【図１４Ａ】好適なブロワーブレード構造の設計を示
す。

【図１４Ｂ】好適なブロワーブレード構造の設計を示
す。

【図１４Ｃ】好適なブロワーブレード構造の設計を示
す。

【図１５Ａ】フッ素濃度に対する、最大パルス反復度
と、パルスエネルギとの関係を示す。

【図１５Ｂ】時間に対する、相対電力と、パルス巾との
関係を示す。

【図１６】大型のマニホールドガス供給システムを示
す。

【図１７】光学的パージシステムを示す。

【図１８】好適なパルスエネルギ検知システムを示す。

【図１９】Ｆ２レーザの線を狭くするための手法を示
す。

【符号の説明】２０１レーザエンクロージャ２０２ガスモジュール２０３冷却水供給モジュール２０４交流／直流分配モジュール２０５制御モジュール２０６ライン狭帯化モジュール２０７圧縮ヘッド２０８高電圧パルス電源モジュール２０９パルス電源用整流子モジュール２１０金属フッ化物トラップ２１１レーザチャンバ２１３波長計２１４自動シャッタ２１６出力カプラ２１７ブロワーモータ２１８金属フッ化物トラップ電源２１９状態指示ランプ２２０２４Ｖ電源２２１チャンバ窓２２２ガス制御フレキシブル接続部２２４ベントボックス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者リチャードエルサンドストロームアメリカ合衆国カリフォルニア州 92024 エンシニタストレイルヴィューロード 305 (72)発明者トーマスピーダフィーアメリカ合衆国カリフォルニア州 92129 サンディエゴマドリーガルストリート 10980

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも約１０００Ｈｚの反復度で狭
帯域のパルスレーザービームを生成するための、非常に
狭い帯域の信頼性あるモジュラー型の製造品質を備えた
高反復度のＦ２エキシマレーザーにおいて、Ａ．１）二つの細長い電極と、２）ａ）フッ素と、ｂ）ヘリウムとネオンを含むバッフ
ァガス混合物とを含むレーザーガスと、３）前記ガスを前記電極間に少なくとも２ｃｍ／ミリ秒
の速度で循環させるためのガス循環器とを備えたレーザ
ーチャンバを備えたレーザーチャンバモジュールと、Ｂ．前記電極を横切り少なくとも１４，０００Ｖの高電
圧電気パルスを、少なくとも約１０００Ｈｚの割合で生
成するための、電源回路及びパルス圧縮回路及び増幅回
路と、パルス出力制御装置とからなるパルス出力システ
ムと、Ｃ．前記パルス出力システムによって提供される電圧を
制御するために、レーザーパルスエネルギーモニター
と、所望のエネルギー範囲内のパルスエネルギーを有す
るレーザーパルスを生成するのに必要な電気パルスを履
歴パルスエネルギーデータに基づいて計算するためのア
ルゴリズムによりプログラムされたコンピュータープロ
セッサとを備えるレーザーパルスエネルギー制御システ
ムとを備えていることを特徴とするレーザー。
【請求項２】前記混合物が、０．４から０．９５の範
囲内のネオン濃度であることを特徴とする請求項１に記
載のレーザー。
【請求項３】前記混合物が、０．５２から０．６３の
範囲内のネオン濃度であることを特徴とする請求項２に
記載のレーザー。
【請求項４】前記チャンバと前記ガス循環器が、ガス
流経路と上流方向を定め、前記レーザーが更に前記電極
の上流に配置された単一管プレイオナイザを備えている
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザー。
【請求項５】前記電極のそれぞれが、ある電極長さを
有し、前記単一管プレイオナイザが、前記電極長さより
長いＡｌ₂Ｏ₃の中空円筒管の軸に沿って配置されて接地
された導電性ロッドを含んでいることを特徴とする請求
項１に記載のレーザー。
【請求項６】前記レーザーチャンバが、チャンバ構造
体を輪郭付け、前記二つの細長い電極が陰極及び陽極を
形成し、前記陰極は、前記チャンバ構造体のある部分に
取り付けられたＡｌ₂Ｏ₃の単一片絶縁物により前記チャ
ンバ構造体から絶縁されていることを特徴とする請求項
１に記載のレーザー。
【請求項７】前記陰極が、前記単一片絶縁物へ直接取
り付けられていることを特徴とする請求項６に記載のレ
ーザー。
【請求項８】前記レーザーガスに曝されている全シー
ルが、金属シールであることを特徴とする請求項１に記
載のレーザー。
【請求項９】前記二つの細長い電極が、陰極及び陽極
を形成し、前記陽極が前記ベアリング上の空気力学的反
力を減らすために配置されたテーパ付きの表面を有する
陽極支持棒により支持されていることを特徴とする請求
項１に記載のレーザー。
【請求項１０】前記電源が、交流電力を直流電力に変
換するための整流器と、直流電力を高周波数交流電力に
変換するためのインバータと、前記高周波数交流電力の
電圧をより高い電圧に上げるための昇圧変圧器と、充電
コンデンサを充電するために前記より高い電圧を前記レ
ーザーパルスエネルギー制御システムにより確立された
コマンド電圧又はその付近の電圧へ変えるための整流器
とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のレー
ザー。
【請求項１１】前記電源が、前記充電コンデンサを僅
かに過充電するように構成され、更に前記充電コンデン
サを前記コマンド電圧までブリードするためのブリード
回路を備えていることを特徴とする請求項１０に記載の
レーザー。
【請求項１２】前記パルス出力システムが、閉じられ
ると直ちに、前記記録コンデンサに高電圧電荷を作り出
すために電荷を前記充電コンデンサから第二コンデンサ
へ流すことにより前記高電圧電気パルスを開始する半導
体スイッチを備えていることを特徴とする請求項１０に
記載のレーザー。
【請求項１３】更にインダクタと、パルス変圧器と、
第三コンデンサとを備え、前記インダクタと、パルス変
圧器と、前記第三コンデンサとが、前記パルス変圧器の
出力に非常に高い電圧パルスを生成して前記第三コンデ
ンサに一時的に蓄えるために前記第二コンデンサ上の高
電圧電荷が前記パルス変圧器の一次側を通して地面に流
れるように配列されていることを特徴とする請求項１０
に記載のレーザー。
【請求項１４】前記パルス変圧器の前記一次側は、各
々が軸を有し直列に接続される複数の中空スプールを備
え、前記パルス変圧器の二次側は、前記複数のスプール
の軸に対して整列する少なくとも一つのロッドを備えて
いることを特徴とする請求項１０に記載のレーザー。
【請求項１５】前記少なくとも一つのロッドが、直列
に接続された四つのロッドであり、一方が接地リード線
で他方が非常に高電圧のリード線である二つのリード線
となることを特徴とする請求項１０に記載のレーザー。
【請求項１６】前記レーザーパルス出力システムが、
インダクタの高電圧リード線の役割も果たすポットの中
に含まれているオイルの油面より上に出ているコイルを
有する少なくとも一つの可飽和インダクタを備えている
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザー。
【請求項１７】前記ガス循環器が、少なくとも二つの
アクティブ磁気ベアリングに支持されたシャフトを備え
たブロワーを備え、前記ベアリングのそれぞれが固定子
及び回転子を備え、前記シャフトは固定子及び回転子を
備えたモーターによりドライバを支え、前記ブロワー
は、前記固定子を前記レーザーガスを含む環境の外側に
しながら、前記回転子を前記レーザーガスを含む前記環
境内にシールするためのシール手段も備えていることを
特徴とする請求項１に記載のレーザー。
【請求項１８】前記ガス循環器が、少なくとも二つの
セラミックベアリングにより支持されるシャフトを備え
たブロワーを備えていることを特徴とする請求項１に記
載のレーザー。
【請求項１９】ある長さを有する長い管を備え、前記
長さの五十分の一より小さい平均内径を有する出口ポー
トを有し、前記レーザーチャンバの外側の少なくとも一
つのレーザー光学構成要素にパージフローを提供するパ
ージシステムを更に備えていることを特徴とする請求項
１に記載のレーザー。
【請求項２０】前記パージシステムが、パージフロー
を検知するために流れモニターを備えていることを特徴
とする請求項１９に記載のレーザー。
【請求項２１】可視赤光及び赤外線光のパルスエネル
ギーに鈍感な材料を含むパルスエネルギー検知器を更に
備えていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ
ー。
【請求項２２】パルスエネルギーを検知するために太
陽光不感エネルギー検知器を更に備えていることを特徴
とする請求項１に記載のレーザー。
【請求項２３】少なくとも約１０００Ｈｚの反復度で
狭帯域のパルスレーザービームを生成するための、非常
に狭い帯域の信頼性あるモジュラー型の製造品質を備え
た高反復度のＦ２エキシマレーザーにおいて、Ａ．１）二つの細長い電極と、２）ａ）フッ素と、ｂ）バッファガスとを含むレーザー
ガスと、３）前記ガスを前記電極間に少なくとも２ｃｍ／ミリ秒
の速度で循環させるためのガス循環器とを備えたレーザ
ーチャンバを備えたレーザーチャンバモジュールと、Ｂ．前記電極を横切り少なくとも１４，０００Ｖの高電
圧電気パルスを、少なくとも約１０００Ｈｚの割合で生
成するための、電源回路及びパルス圧縮回路及び増幅回
路と、パルス出力制御装置とからなるパルス出力システ
ムと、Ｃ．前記パルス出力システムによって提供される電圧を
制御するために、レーザーパルスエネルギーモニター
と、所望のエネルギー範囲内のパルスエネルギーを有す
るレーザーパルスを生成するのに必要な電気パルスを履
歴パルスエネルギーデータに基づいて計算するためのア
ルゴリズムによりプログラムされたコンピュータープロ
セッサとを備えるレーザーパルスエネルギー制御システ
ムとＤ．１５７ｎｍの領域のＵＶ光には敏感であるが、可視
赤光と赤外線光の両者には鈍感なパルスエネルギー検知
器とを備えていることを特徴とするレーザー。
【請求項２４】前記検知器が、太陽光不感検知器であ
ることを特徴とする請求項２３に記載のレーザー。
【請求項２５】前記検知器が、光電管であることを特
徴とする請求項２３に記載のレーザー。
【請求項２６】前記検知器が、ＣｓＴｅと、ＣｓＩ
と、ダイアモンドとから成るグループから選択される光
電陰極材料を備えた光電管であることを特徴とする請求
項２３に記載のレーザー。
【請求項２７】前記バッファガスが、ヘリウムを含ん
でいることを特徴とする請求項２３に記載のレーザー。
【請求項２８】前記バッファガスが、ヘリウムとネオ
ンを含んでいることを特徴とする請求項２３に記載のレ
ーザー。
【請求項２９】前記検知器が、ＵＶ光を優先的に反射
するか又は通すように構成されている少なくとも一つの
ミラーを備えていることを特徴とする請求項２３に記載
のレーザー。
【請求項３０】前記検知器が、前記ビーム内に存在す
る可視光又は赤外線光とは異なる方向へＵＶ光を分散す
るように構成された少なくとも一つの分散要素を備えて
いることを特徴とする請求項２３に記載のレーザー。
【請求項３１】前記検知器が、ＵＶ光に曝された時に
蛍光発光するように構成されている蛍光発光要素を備え
ていることを特徴とする請求項２３に記載のレーザー。