JP2001015831A - ガス温度制御を備えたガス放電レーザ - Google Patents
ガス温度制御を備えたガス放電レーザInfo
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- G03F7/70008—Production of exposure light, i.e. light sources
- G03F7/70025—Production of exposure light, i.e. light sources by lasers
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
- H01S3/131—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
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- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガス温度制御を備えたガス放電レーザを提供
する。 【解決手段】 本発明は、バーストモード作動中に、所
望の範囲内にレーザガス温度を保持するために、高速応
答ガス温度制御を備えたガス放電レーザを提供する。好
ましい実施形態は、レーザガス熱交換器の冷却フィンの
表面積と少なくとも等しい表面積にレーザガスをフロー
するように曝した表面積を備えたフィンを有するパッシ
ブ温度安定器を含む。好ましい実施形態は、アイドル時
間を予測するようにプログラムされたプロセッサを使用
して、レーザガス温度を調節するために、加熱エレメン
ト及びクーラントフロー制御を利用する。
する。 【解決手段】 本発明は、バーストモード作動中に、所
望の範囲内にレーザガス温度を保持するために、高速応
答ガス温度制御を備えたガス放電レーザを提供する。好
ましい実施形態は、レーザガス熱交換器の冷却フィンの
表面積と少なくとも等しい表面積にレーザガスをフロー
するように曝した表面積を備えたフィンを有するパッシ
ブ温度安定器を含む。好ましい実施形態は、アイドル時
間を予測するようにプログラムされたプロセッサを使用
して、レーザガス温度を調節するために、加熱エレメン
ト及びクーラントフロー制御を利用する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光パルス周波数ガ
ス放電レーザ用の温度制御装置及び技術に関し、特に、
ステッパ又はスキャナデバイスを照射するのに使用され
るかかるレーザにおいて、ガス循環の温度を制御するた
めの装置及び技術に関する。
ス放電レーザ用の温度制御装置及び技術に関し、特に、
ステッパ又はスキャナデバイスを照射するのに使用され
るかかるレーザにおいて、ガス循環の温度を制御するた
めの装置及び技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】米国特許第5,377,215号及び第5,748,656
号に記載されたエキシマレーザのような典型的なガス放
電レーザでは、２つの電極が、チャンバ内で間隔が隔て
られた関係で配置され、ギャップは電極の間で循環され
る。図１は、米国特許第5,377,215号に示された従来技
術のＫｒＦエキシマレーザの断面図である。高電圧パル
スが図１の電極１８及び２０の間に印加されたとき、レ
ーザパルスを作り出す放電が生成される。従来技術の市
販のエキシマレーザでは、パルスは、パルスレーザビー
ムを作り出すために１００Ｈｚ乃至２００Ｈｚの範囲の
周波数で作り出される。集積回路リソグラフィで使用さ
れる市販のＫｒＦエキシマレーザの典型的なパルスの光
学的エネルギは約１０ｍＪであり、それを作り出すのに
利用される電気的エネルギは、２Ｊより幾分大きく、そ
の殆どがレーザチャンバで循環するレーザガスを加熱す
る。そのため、レーザが１０００Ｈｚのパルス周波数で
連続的に作動するならば、放電はレーザチャンバ１０内
で約２０００ワットのエネルギをダンプする。入力エネ
ルギの約０．５パーセントだけがレーザパルスとして出
る。この場合のレーザガスは、約０．１％フッ素と、１
％クリプトンと、残りがネオンの混合であり、約３３０
０ｒｐｍで作動する３．２５インチの正接ブロワーファ
ン５０によって約２０００ｃｍ／秒の速度で電極の間を
循環する。ファンによるレーザガスのこの高速循環は、
約５００ワットのレートでチャンバに熱を加える。レー
ザの性能はガスの温度によって影響されることが知られ
ており、最適な性能を生じさせる温度を決定するための
レーザでの実験が知られている。典型的な従来技術のＫ
ｒＦエキシマレーザの好ましい作動温度は約５０℃の範
囲である。
号に記載されたエキシマレーザのような典型的なガス放
電レーザでは、２つの電極が、チャンバ内で間隔が隔て
られた関係で配置され、ギャップは電極の間で循環され
る。図１は、米国特許第5,377,215号に示された従来技
術のＫｒＦエキシマレーザの断面図である。高電圧パル
スが図１の電極１８及び２０の間に印加されたとき、レ
ーザパルスを作り出す放電が生成される。従来技術の市
販のエキシマレーザでは、パルスは、パルスレーザビー
ムを作り出すために１００Ｈｚ乃至２００Ｈｚの範囲の
周波数で作り出される。集積回路リソグラフィで使用さ
れる市販のＫｒＦエキシマレーザの典型的なパルスの光
学的エネルギは約１０ｍＪであり、それを作り出すのに
利用される電気的エネルギは、２Ｊより幾分大きく、そ
の殆どがレーザチャンバで循環するレーザガスを加熱す
る。そのため、レーザが１０００Ｈｚのパルス周波数で
連続的に作動するならば、放電はレーザチャンバ１０内
で約２０００ワットのエネルギをダンプする。入力エネ
ルギの約０．５パーセントだけがレーザパルスとして出
る。この場合のレーザガスは、約０．１％フッ素と、１
％クリプトンと、残りがネオンの混合であり、約３３０
０ｒｐｍで作動する３．２５インチの正接ブロワーファ
ン５０によって約２０００ｃｍ／秒の速度で電極の間を
循環する。ファンによるレーザガスのこの高速循環は、
約５００ワットのレートでチャンバに熱を加える。レー
ザの性能はガスの温度によって影響されることが知られ
ており、最適な性能を生じさせる温度を決定するための
レーザでの実験が知られている。典型的な従来技術のＫ
ｒＦエキシマレーザの好ましい作動温度は約５０℃の範
囲である。
【０００３】５０℃のような所望の温度での作動のため
に、いくつかの従来技術のレーザは、加熱エレメントを
利用し、それは所望の範囲まで温度を最初に増加させる
のを助け、温度が所望の範囲より下がったならばチャン
バの温度を増加させるために、チャンバ壁に又はチャン
バ壁内に取り付けられる。従来技術のレーザでは、冷却
は、図１に示したように、チャンバ内に配置された６６
のようなフィン付水冷熱交換器によって典型的に提供さ
れる。あるケースでは、追加の冷却がチャンバ壁の外側
に取り付けられた水冷冷却プレートによって提供され
る。冷却システムは、同じ割合でチャンバから熱を平均
して除去しなければならず、一定の平均温度を維持する
ためにチャンバに熱を加える。
に、いくつかの従来技術のレーザは、加熱エレメントを
利用し、それは所望の範囲まで温度を最初に増加させる
のを助け、温度が所望の範囲より下がったならばチャン
バの温度を増加させるために、チャンバ壁に又はチャン
バ壁内に取り付けられる。従来技術のレーザでは、冷却
は、図１に示したように、チャンバ内に配置された６６
のようなフィン付水冷熱交換器によって典型的に提供さ
れる。あるケースでは、追加の冷却がチャンバ壁の外側
に取り付けられた水冷冷却プレートによって提供され
る。冷却システムは、同じ割合でチャンバから熱を平均
して除去しなければならず、一定の平均温度を維持する
ためにチャンバに熱を加える。
【０００４】集積回路製造のためのステッパ及びスキャ
ナ装置の光源として使用されるエキシマレーザの好まし
い動作モードは、「バーストモード」と呼ばれる。この
モードでは、レーザは１０００Ｈｚのパルス周波数で約
３００パルスの「バースト」で作動し、各３００パルス
バーストは、直径約８インチのウェハで約２又は４平方
センチメートルのサイズを１回で露光するように照射す
る。１枚のウェハあたりで典型的には多くの（例えば８
５のような）露光サイトがあり、各サイトは１又はそれ
以上の集積回路に相当する。各バーストは、例えば０．
３秒のようなアイドル期間によって隔てられる。例え
ば、８５露光サイトをカバーする８５「バースト」の
後、新しいウェハがステッパ又はスキャナによって位置
に移動される間、レーザは、例えば約９秒間という長い
間アイドル状態である。
ナ装置の光源として使用されるエキシマレーザの好まし
い動作モードは、「バーストモード」と呼ばれる。この
モードでは、レーザは１０００Ｈｚのパルス周波数で約
３００パルスの「バースト」で作動し、各３００パルス
バーストは、直径約８インチのウェハで約２又は４平方
センチメートルのサイズを１回で露光するように照射す
る。１枚のウェハあたりで典型的には多くの（例えば８
５のような）露光サイトがあり、各サイトは１又はそれ
以上の集積回路に相当する。各バーストは、例えば０．
３秒のようなアイドル期間によって隔てられる。例え
ば、８５露光サイトをカバーする８５「バースト」の
後、新しいウェハがステッパ又はスキャナによって位置
に移動される間、レーザは、例えば約９秒間という長い
間アイドル状態である。
【０００５】図２は、米国特許第5,748,656号の図３の
修正バージョンであり、それは温度を制御するための従
来技術のシステムを示す。システムは、ガス温度を測定
するためにチャンバ内に延びた温度検出器３３０を含
む。検出器からの信号は、所望の作動範囲内にガス温度
を保持するために、冷却フィン付熱交換器６６及びロッ
ドタイプ加熱エレメント６７に対して、水のフローを制
御するためにフィードバックループにおけるマイクロプ
ロセッサベースコントローラによって利用される。その
特許は、プロセッサが、加熱エレメントによって短いア
イドル時間の間にパルスを放電することによって加えら
れた熱に等しく熱を加えることができるようにプログラ
ムすることができることを教示し、その結果、ほぼ一定
のガス温度を保持することができる。マイクロプロセッ
サによって制御された過熱器により、熱は、（０．３秒
以上のダウン時間の間のように）レーザが連続的に作動
していないときはいつでも加えることができ、より実用
的には、（９秒以上のアイドル時間のような）一連のバ
ーストの間隔の間に加えることができる。
修正バージョンであり、それは温度を制御するための従
来技術のシステムを示す。システムは、ガス温度を測定
するためにチャンバ内に延びた温度検出器３３０を含
む。検出器からの信号は、所望の作動範囲内にガス温度
を保持するために、冷却フィン付熱交換器６６及びロッ
ドタイプ加熱エレメント６７に対して、水のフローを制
御するためにフィードバックループにおけるマイクロプ
ロセッサベースコントローラによって利用される。その
特許は、プロセッサが、加熱エレメントによって短いア
イドル時間の間にパルスを放電することによって加えら
れた熱に等しく熱を加えることができるようにプログラ
ムすることができることを教示し、その結果、ほぼ一定
のガス温度を保持することができる。マイクロプロセッ
サによって制御された過熱器により、熱は、（０．３秒
以上のダウン時間の間のように）レーザが連続的に作動
していないときはいつでも加えることができ、より実用
的には、（９秒以上のアイドル時間のような）一連のバ
ーストの間隔の間に加えることができる。
【０００６】９秒アイドル時間の間等しく加熱エレメン
トで約１０００ワットの熱エネルギを加えることによ
り、実質的に一定の熱の入力を行い、冷却水のフローを
変化させることなく熱の抽出を行うことができる。変形
実施形態では、いくつかの従来技術のシステムが、作動
範囲内でガス温度を維持するために温度フィードバック
アレンジメントに基づいて冷却水のフローを変化させ
る。これらのアプローチの問題は、熱が電極によってレ
ーザガスに瞬時に加えられるのに対して、加熱エレメン
トからレーザガスに熱が伝達されるのに数秒又は数分要
することである。効果的に水のフローを変化させるのに
もまた、数秒又は数分要する。それ故、所望の温度を中
心とした数℃の温度変動は一般的には、従来技術のガス
放電レーザでの通常のバーストモード作動を生じる。こ
れらの温度変動は、パフォーマンスの低下を招く。ガス
放電レーザのよりよい温度制御をすることができる改良
が必要である。
トで約１０００ワットの熱エネルギを加えることによ
り、実質的に一定の熱の入力を行い、冷却水のフローを
変化させることなく熱の抽出を行うことができる。変形
実施形態では、いくつかの従来技術のシステムが、作動
範囲内でガス温度を維持するために温度フィードバック
アレンジメントに基づいて冷却水のフローを変化させ
る。これらのアプローチの問題は、熱が電極によってレ
ーザガスに瞬時に加えられるのに対して、加熱エレメン
トからレーザガスに熱が伝達されるのに数秒又は数分要
することである。効果的に水のフローを変化させるのに
もまた、数秒又は数分要する。それ故、所望の温度を中
心とした数℃の温度変動は一般的には、従来技術のガス
放電レーザでの通常のバーストモード作動を生じる。こ
れらの温度変動は、パフォーマンスの低下を招く。ガス
放電レーザのよりよい温度制御をすることができる改良
が必要である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、バーストモー
ド作動中に、所望の範囲内にレーザガス温度を保持する
ために、高速応答ガス温度制御を備えたガス放電レーザ
を提供する。好ましい実施形態は、レーザガス熱交換器
の冷却フィンの表面積と少なくとも等しい表面積にレー
ザガスをフローするように曝した表面積を備えたフィン
を有するパッシブ温度安定器を含む。好ましい実施形態
は、アイドル時間を予測するようにプログラムされたプ
ロセッサを使用して、レーザガス温度を調節するため
に、加熱エレメント及びクーラントフロー制御を利用す
る。
ド作動中に、所望の範囲内にレーザガス温度を保持する
ために、高速応答ガス温度制御を備えたガス放電レーザ
を提供する。好ましい実施形態は、レーザガス熱交換器
の冷却フィンの表面積と少なくとも等しい表面積にレー
ザガスをフローするように曝した表面積を備えたフィン
を有するパッシブ温度安定器を含む。好ましい実施形態
は、アイドル時間を予測するようにプログラムされたプ
ロセッサを使用して、レーザガス温度を調節するため
に、加熱エレメント及びクーラントフロー制御を利用す
る。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施形態を図面
を参照して記載する。 ガス温度制御の重要性 放電ガスレーザにおいて所望の範囲内にガス温度を保持
することによりレーザ性能を著しく改善することができ
ることを出願人は発見した。例えば、出願人は、約４５
℃乃至７５℃の範囲においてＫｒＦエキシマレーザでは
５乃至７℃までの温度変化が、レーザビームパラメータ
の小さなインパクトであることを出願人は見いだした。
これらのインパクトは、測定するのが困難であるほど小
さい。しかしながら、ＡｒＦエキシマレーザにおける数
度の温度変化は、レーザ性能に本質的な影響を有する。
例えば、図１９Ｃのグラフは、一定の放電電圧で５つの
異なる初期ガス温度で１００パルス、１０００Ｈｚバー
ストの１００パルス間におけるパルスエネルギを示す。
このグラフは、ガス温度がＡｒＦレーザのパルスエネル
ギ安定性に関して非常に大きな影響があることを示す。
このデータは、この特定のレーザに関する裁量のエネル
ギ安定性のための好ましい温度は、（バース内で均一な
パルスエネルギのためには）約６５℃であることを示
す。図１９Ｂは、連続的な１０００Ｈｚ作動でのガス温
度の関数として、パルスエネルギのプロットを示す。図
１９Ａは、５２℃、５８℃及び６２℃でのＡｒＦレーザ
に関するエネルギ安定性の曲線を示す。パルス−トゥ−
パルス・エネルギ安定性に関して、最適なガス温度は約
６０℃である。
を参照して記載する。 ガス温度制御の重要性 放電ガスレーザにおいて所望の範囲内にガス温度を保持
することによりレーザ性能を著しく改善することができ
ることを出願人は発見した。例えば、出願人は、約４５
℃乃至７５℃の範囲においてＫｒＦエキシマレーザでは
５乃至７℃までの温度変化が、レーザビームパラメータ
の小さなインパクトであることを出願人は見いだした。
これらのインパクトは、測定するのが困難であるほど小
さい。しかしながら、ＡｒＦエキシマレーザにおける数
度の温度変化は、レーザ性能に本質的な影響を有する。
例えば、図１９Ｃのグラフは、一定の放電電圧で５つの
異なる初期ガス温度で１００パルス、１０００Ｈｚバー
ストの１００パルス間におけるパルスエネルギを示す。
このグラフは、ガス温度がＡｒＦレーザのパルスエネル
ギ安定性に関して非常に大きな影響があることを示す。
このデータは、この特定のレーザに関する裁量のエネル
ギ安定性のための好ましい温度は、（バース内で均一な
パルスエネルギのためには）約６５℃であることを示
す。図１９Ｂは、連続的な１０００Ｈｚ作動でのガス温
度の関数として、パルスエネルギのプロットを示す。図
１９Ａは、５２℃、５８℃及び６２℃でのＡｒＦレーザ
に関するエネルギ安定性の曲線を示す。パルス−トゥ−
パルス・エネルギ安定性に関して、最適なガス温度は約
６０℃である。
【０００９】エネルギバランス 典型的なＫｒＦリソグラフィエキシマレーザにおけるガ
スの総量は、約３気圧で焼く２０リットルであり、その
９７乃至９９パーセントがネオンである。３気圧、５０
℃でのネオンの密度は、約２．５ｇｍ／リットルであ
る。従って、レーザのガスのマスは、約５０グラムであ
る。上述の圧力及び温度でのネオンの比熱Ｃｖは、約
０．６２３Ｊ／ｇｍ℃である。各パルスは、約２Ｊをチ
ャンバのガスに加える。
スの総量は、約３気圧で焼く２０リットルであり、その
９７乃至９９パーセントがネオンである。３気圧、５０
℃でのネオンの密度は、約２．５ｇｍ／リットルであ
る。従って、レーザのガスのマスは、約５０グラムであ
る。上述の圧力及び温度でのネオンの比熱Ｃｖは、約
０．６２３Ｊ／ｇｍ℃である。各パルスは、約２Ｊをチ
ャンバのガスに加える。
【００１０】連続作動 １秒あたり千パルスでの連続レーザ作動では、電極は、
チャンバに焼く２０００J／秒でダンプする。ファン５
０は、５００Ｊ／秒のレートで熱を加える。平衡状態で
は、熱は、連続作動で、熱が焼く２．５キロワットの速
度で除去されるように加えられる同じ速度で除去されな
ければならない。ほとんどの熱が、フィン付き水冷熱交
換機６６によって除去される。ある程度の熱は、チャン
バ壁から除去される。これらのタイプのレーザの典型的
なファン速度では、チャンバ容積と等しいガスの体積
が、電極の間で焼く２５メートル／秒のガス速度に対応
する役４０ミリ秒で電極の間を循環する。（これは、レ
ーザパルスの間の約２．５ｃｍのガスフローに対応す
る。）これは、各新しいパルスのために「クリーンな」
ガスを提供するのに十分なフローである。
チャンバに焼く２０００J／秒でダンプする。ファン５
０は、５００Ｊ／秒のレートで熱を加える。平衡状態で
は、熱は、連続作動で、熱が焼く２．５キロワットの速
度で除去されるように加えられる同じ速度で除去されな
ければならない。ほとんどの熱が、フィン付き水冷熱交
換機６６によって除去される。ある程度の熱は、チャン
バ壁から除去される。これらのタイプのレーザの典型的
なファン速度では、チャンバ容積と等しいガスの体積
が、電極の間で焼く２５メートル／秒のガス速度に対応
する役４０ミリ秒で電極の間を循環する。（これは、レ
ーザパルスの間の約２．５ｃｍのガスフローに対応す
る。）これは、各新しいパルスのために「クリーンな」
ガスを提供するのに十分なフローである。
【００１１】チャンバにおける温度変化を除去するため
に、我々は、フローレーザガスを、０．５リットル即ち
１．２５グラムとなりうるチャンバの総ガスの１／４０
からなる４０サブボリュームに分割することを仮定し
た。我々は、各サブボリュームを「０．５リットルスラ
グ」と呼ぶ。従って、１０００パルス／秒での平衡状態
では、約２Ｊのエネルギが、電極の間を通過するので、
各々０．５リットルスラグにダンプされる。これは、
０．５リットルスラグの温度を約２．６℃だけ上昇させ
るのに十分なエネルギである。 ΔＴ＝２Ｊ／（１．２５ｇｍ）（０．６２Ｊ／ｇｍ℃）
＝２．５８℃ 平衡状態では、エネルギが電極に戻る前に、２Ｊがスラ
グから除去されなければならない。それ故、レーザガス
の温度は上流の温度よりも、電極の下流でや宇２．６８
℃高くなる。平均チャンバ温度が５０℃ならば、上流ガ
ス温度は約４８．７℃となり、下流温度は約５１．３度
である。１０００Ｈｚでの連続作動では、上流、下流及
びチャンバのガスの平均温度は、図３に示したように全
ての時間スケールで実質的に一定である。
に、我々は、フローレーザガスを、０．５リットル即ち
１．２５グラムとなりうるチャンバの総ガスの１／４０
からなる４０サブボリュームに分割することを仮定し
た。我々は、各サブボリュームを「０．５リットルスラ
グ」と呼ぶ。従って、１０００パルス／秒での平衡状態
では、約２Ｊのエネルギが、電極の間を通過するので、
各々０．５リットルスラグにダンプされる。これは、
０．５リットルスラグの温度を約２．６℃だけ上昇させ
るのに十分なエネルギである。 ΔＴ＝２Ｊ／（１．２５ｇｍ）（０．６２Ｊ／ｇｍ℃）
＝２．５８℃ 平衡状態では、エネルギが電極に戻る前に、２Ｊがスラ
グから除去されなければならない。それ故、レーザガス
の温度は上流の温度よりも、電極の下流でや宇２．６８
℃高くなる。平均チャンバ温度が５０℃ならば、上流ガ
ス温度は約４８．７℃となり、下流温度は約５１．３度
である。１０００Ｈｚでの連続作動では、上流、下流及
びチャンバのガスの平均温度は、図３に示したように全
ての時間スケールで実質的に一定である。
【００１２】連続バーストモード作動 レーザは連続バーストモードで作動し、我々は、それが
作動の通常のモードでないとしても、その作動で実験を
した。連続バーストモードのような例は、０．３秒のダ
ウン時間の後に続く０．３秒間の１０００パルス／秒の
レートで３００パルスのバーストである。これは、５０
パーセント装荷率を作り出す。かかる動作モードでは、
レーザガスの平均温度は、実質的に変動する。このモー
ドにおいて熱は、（少なくとも数秒の時間スケールで）
１０００Ｊ／秒の平均レートで電極によって、５００Ｊ
／秒でファンによって加えられ、かくして、平衡状態で
熱は１５００Ｊ／秒のレートで除去される。
作動の通常のモードでないとしても、その作動で実験を
した。連続バーストモードのような例は、０．３秒のダ
ウン時間の後に続く０．３秒間の１０００パルス／秒の
レートで３００パルスのバーストである。これは、５０
パーセント装荷率を作り出す。かかる動作モードでは、
レーザガスの平均温度は、実質的に変動する。このモー
ドにおいて熱は、（少なくとも数秒の時間スケールで）
１０００Ｊ／秒の平均レートで電極によって、５００Ｊ
／秒でファンによって加えられ、かくして、平衡状態で
熱は１５００Ｊ／秒のレートで除去される。
【００１３】短い時間スケールでは、チャンバの温度
は、特に放電の時間で電極によって見られる温度は、電
極が約６００Ｊをガスに加える０．３秒と、電極が実質
的にゼロの熱エネルギをガスに加える０．３秒ダウン時
間との両方で実質的に変化する。両方の０．３秒インタ
ーバルの間、電極熱は約３００Ｊ／０．３秒インターバ
ルの速度で除去され得る。結果としての不均衡は、数℃
の平均ガス温度におけるスイングを生じる。これらのス
イングを図４にグラフで示す。
は、特に放電の時間で電極によって見られる温度は、電
極が約６００Ｊをガスに加える０．３秒と、電極が実質
的にゼロの熱エネルギをガスに加える０．３秒ダウン時
間との両方で実質的に変化する。両方の０．３秒インタ
ーバルの間、電極熱は約３００Ｊ／０．３秒インターバ
ルの速度で除去され得る。結果としての不均衡は、数℃
の平均ガス温度におけるスイングを生じる。これらのス
イングを図４にグラフで示す。
【００１４】スラグ効果 連続バーストモード動作では、４０ミリ秒以上のバース
トの間、電極によってみられる数℃の温度上昇は、完全
な線形ではないが、温度はステップ上の仕方で上昇す
る。例えば、バースト中に増加する合計温度が５℃であ
り、平均ガス温度が５０℃ならば、最初のバーストに関
する電極に近づくガスは４４．６℃である。電極に残っ
たガスの温度は、４７．２℃である。第１のパルスから
の加熱されたガスが、電極から離れるように流れるの
で、第２のパルスに関する温度へのアプローチはまた、
約４４．６℃である。最初の０．５リットルスラグがレ
ーザチャンバの周りでそのループを作り、４１番目のパ
ルスが戻るまで、著しい増加はない。そのとき、電極
は、約４７℃までステップでの温度上昇がみられ、ステ
ップの後、入ってくる温度は約パルス８１まで比較的一
定である。パルス８１から１２０までは、温度を入れる
別のステップ上昇がみられる。ステップが明瞭でなくな
ったとしても、この影響は、平均温度が約４℃で増加す
る時間でパルス３００でのバーストの終わりまで続く。
次いで、平均温度は約４６℃まで上がり、再び４０ミリ
秒で、続いて０．３秒のダウンタイムがある。この影響
を図４にグラフで示す。
トの間、電極によってみられる数℃の温度上昇は、完全
な線形ではないが、温度はステップ上の仕方で上昇す
る。例えば、バースト中に増加する合計温度が５℃であ
り、平均ガス温度が５０℃ならば、最初のバーストに関
する電極に近づくガスは４４．６℃である。電極に残っ
たガスの温度は、４７．２℃である。第１のパルスから
の加熱されたガスが、電極から離れるように流れるの
で、第２のパルスに関する温度へのアプローチはまた、
約４４．６℃である。最初の０．５リットルスラグがレ
ーザチャンバの周りでそのループを作り、４１番目のパ
ルスが戻るまで、著しい増加はない。そのとき、電極
は、約４７℃までステップでの温度上昇がみられ、ステ
ップの後、入ってくる温度は約パルス８１まで比較的一
定である。パルス８１から１２０までは、温度を入れる
別のステップ上昇がみられる。ステップが明瞭でなくな
ったとしても、この影響は、平均温度が約４℃で増加す
る時間でパルス３００でのバーストの終わりまで続く。
次いで、平均温度は約４６℃まで上がり、再び４０ミリ
秒で、続いて０．３秒のダウンタイムがある。この影響
を図４にグラフで示す。
【００１５】周期的に延びたダウン時間を備えたバース
トモード 我々は、集積回路リソグラフィプロセスにおいて光源と
してステッパ又はスキャナで使用されるエキシマレーザ
に関する通常の動作モードを例示するバーストモードの
タイプで作動するレーザで熱フローを同様に見積る。従
来技術の項で議論したこのモードは、１０００パルス／
秒での３００パルスのバーストの１分サイクルからな
り、各々０．３秒バーストが０．３秒のダウンタイムの
後に続き、８５バーストの後、９秒のダウンタイムがあ
る。このサイクルは、連続的に繰り返される。これは、
約４２．５パーセントの装荷率に相当する。
トモード 我々は、集積回路リソグラフィプロセスにおいて光源と
してステッパ又はスキャナで使用されるエキシマレーザ
に関する通常の動作モードを例示するバーストモードの
タイプで作動するレーザで熱フローを同様に見積る。従
来技術の項で議論したこのモードは、１０００パルス／
秒での３００パルスのバーストの１分サイクルからな
り、各々０．３秒バーストが０．３秒のダウンタイムの
後に続き、８５バーストの後、９秒のダウンタイムがあ
る。このサイクルは、連続的に繰り返される。これは、
約４２．５パーセントの装荷率に相当する。
【００１６】この動作モードは、単一のウェハで８５照
射サイトを照射するのに５１秒を要し、ウェハを交換す
るのに９秒要することに相当する。電極によってこれら
の６０秒のサイクルの各々の間、チャンバに加えられた
熱は約51,000Ｊ（即ち、２Ｊ／パルス）（３００パルス
／バースト）（８５バースト）である。この６０秒サイ
クルの間にブロワによって加えられた熱は、約30,000Ｊ
（即ち（５００ワット）（６０秒））である。それ故、
総熱インプットの平均は、約81,000Ｊ／６０秒サイクル
となり、平均１．３５ＫＷと等しい。チャンバからの熱
の除去は、加えられた熱（即ち、約１．３５ＫＷ）と等
しい割合で比較的一定であると仮定され、熱の殆どが水
冷フィン付熱交換器６６によって抽出される。従来技術
のレーザでは、ガスの温度は典型的には、従来技術の項
で示したように、数秒又はそれより長い応答時間を有す
る温度検出器によって測定される。それ故、これらのセ
ンサは、時間平均ガス温度の良好な測定を提供する。こ
の温度測定は、フィン付熱交換器に対する冷却水フロー
を制御するためにフィードバックループで使用される。
従来技術の温度検出器１１６は、図４に示した０．３秒
温度スイング、又は、上述及び図５に図示したスラグ効
果と関係するステップタイプ温度を正確に測定するには
十分早いとはいえない。
射サイトを照射するのに５１秒を要し、ウェハを交換す
るのに９秒要することに相当する。電極によってこれら
の６０秒のサイクルの各々の間、チャンバに加えられた
熱は約51,000Ｊ（即ち、２Ｊ／パルス）（３００パルス
／バースト）（８５バースト）である。この６０秒サイ
クルの間にブロワによって加えられた熱は、約30,000Ｊ
（即ち（５００ワット）（６０秒））である。それ故、
総熱インプットの平均は、約81,000Ｊ／６０秒サイクル
となり、平均１．３５ＫＷと等しい。チャンバからの熱
の除去は、加えられた熱（即ち、約１．３５ＫＷ）と等
しい割合で比較的一定であると仮定され、熱の殆どが水
冷フィン付熱交換器６６によって抽出される。従来技術
のレーザでは、ガスの温度は典型的には、従来技術の項
で示したように、数秒又はそれより長い応答時間を有す
る温度検出器によって測定される。それ故、これらのセ
ンサは、時間平均ガス温度の良好な測定を提供する。こ
の温度測定は、フィン付熱交換器に対する冷却水フロー
を制御するためにフィードバックループで使用される。
従来技術の温度検出器１１６は、図４に示した０．３秒
温度スイング、又は、上述及び図５に図示したスラグ効
果と関係するステップタイプ温度を正確に測定するには
十分早いとはいえない。
【００１７】ブロワによって加えられた熱が実質的に一
定であり、それ故、ガス温度変動の短い時間（即ち、１
分以下）に寄与しない。冷却水フィン付熱交換器によっ
て除去された熱は、ガス温度、冷却水フロー及び温度に
依存する。水のフローでは変化がなく、ガス温度では小
さな変化がだけがあると仮定すると、６０秒サイクルの
間、熱交換器によって取り除かれた熱はおおよそ一定で
あり、温度変動に実質的には寄与しない。温度変動が大
きくなるので、熱交換器による熱抽出の速度は変化し、
より高い温度では相対的に大きくなり、低い温度では相
対的に小さくなる。また、温度変動が大きくなるので、
熱エネルギは、チャンバ及びチャンバ壁のガス及び構造
体エレメントの間で行ったり来たり伝達される。変動が
大きくなるとき、これらの影響の両方は特に、温度変動
をダンプする。
定であり、それ故、ガス温度変動の短い時間（即ち、１
分以下）に寄与しない。冷却水フィン付熱交換器によっ
て除去された熱は、ガス温度、冷却水フロー及び温度に
依存する。水のフローでは変化がなく、ガス温度では小
さな変化がだけがあると仮定すると、６０秒サイクルの
間、熱交換器によって取り除かれた熱はおおよそ一定で
あり、温度変動に実質的には寄与しない。温度変動が大
きくなるので、熱交換器による熱抽出の速度は変化し、
より高い温度では相対的に大きくなり、低い温度では相
対的に小さくなる。また、温度変動が大きくなるので、
熱エネルギは、チャンバ及びチャンバ壁のガス及び構造
体エレメントの間で行ったり来たり伝達される。変動が
大きくなるとき、これらの影響の両方は特に、温度変動
をダンプする。
【００１８】熱フローの過渡中における温度変化の影響 熱交換器の表面積は、約０．８ｍ2であり、チャンバ壁
及びフローガスと接触する他のコンポーネントの表面積
は約１．６ｍ2である。チャンバ壁及びコンポーネント
は、特定の壁部分又はコンポーネントの位置で平均ガス
温度とおおよそ等しい温度である。これらの温度は、そ
れが平均ガス温度であるとき、５０℃に近い。熱交換器
の表面は、冷却水とおおよそ等しい温度であり、我々は
２０℃と仮定し、典型的には各フィンで外に延びて小さ
く増加する勾配である。我々が熱フローとΔＴと表面積
との間に線形関係を仮定するならば、我々は、熱交換器
へのガスの熱フローアウトのレートを見積もることがで
き、数秒よりも短い短時間伝達の間のガス交換の温度と
してのチャンバ壁及びコンポーネント内へ及び外への熱
フローのレートを見積もることができる。かかる伝達の
間、壁及び金属コンポーネントの表面温度は、それらの
大きなサーマルマス（thermal mass）のために明らかに
は変化せず、壁及びコンポーネントの内及び外への熱フ
ローは、それらの位置での平均のガス温度からのガス温
度への変化におおよそ比例する。図７は、上述の周期的
アイドル時間動作でのバーストモードを仮定して、この
影響を非常に大雑把に簡略化した記載であり、ここで、
電極からの平均の熱のインプットは８５０ワットであ
り、ファンからの熱のインプットは５００ワットであ
る。我々はまた、この簡単化された近似を、全ての熱が
熱交換器を介して除去されると仮定した。これらの仮定
の下では、アイドル時間中に短時間温度の減少は、約１
１℃に制限される。その点で、壁及びコンポーネントか
らガスへの熱のインプットは熱交換器による熱抽出と等
しい。連続作動の短い時間の間、電極は約２０００ワッ
トのレートで熱を加える。ファンからの５００ワットイ
ンプットのトップで、これにより、1/10秒あたり約３．
７℃の割合で（(2.5KW-1.35KW)/0.62J/gm℃）(500gm)=3
7℃/秒）、１秒以下で平均温度で急速に上昇させること
ができ、ガス温度は著しく上昇し、熱交換器及び壁によ
って除去された熱は著しく増加する。５８℃では、除去
された熱は２５００ワットと等しい。これは、短時間伝
達の上限を設定する。
及びフローガスと接触する他のコンポーネントの表面積
は約１．６ｍ2である。チャンバ壁及びコンポーネント
は、特定の壁部分又はコンポーネントの位置で平均ガス
温度とおおよそ等しい温度である。これらの温度は、そ
れが平均ガス温度であるとき、５０℃に近い。熱交換器
の表面は、冷却水とおおよそ等しい温度であり、我々は
２０℃と仮定し、典型的には各フィンで外に延びて小さ
く増加する勾配である。我々が熱フローとΔＴと表面積
との間に線形関係を仮定するならば、我々は、熱交換器
へのガスの熱フローアウトのレートを見積もることがで
き、数秒よりも短い短時間伝達の間のガス交換の温度と
してのチャンバ壁及びコンポーネント内へ及び外への熱
フローのレートを見積もることができる。かかる伝達の
間、壁及び金属コンポーネントの表面温度は、それらの
大きなサーマルマス（thermal mass）のために明らかに
は変化せず、壁及びコンポーネントの内及び外への熱フ
ローは、それらの位置での平均のガス温度からのガス温
度への変化におおよそ比例する。図７は、上述の周期的
アイドル時間動作でのバーストモードを仮定して、この
影響を非常に大雑把に簡略化した記載であり、ここで、
電極からの平均の熱のインプットは８５０ワットであ
り、ファンからの熱のインプットは５００ワットであ
る。我々はまた、この簡単化された近似を、全ての熱が
熱交換器を介して除去されると仮定した。これらの仮定
の下では、アイドル時間中に短時間温度の減少は、約１
１℃に制限される。その点で、壁及びコンポーネントか
らガスへの熱のインプットは熱交換器による熱抽出と等
しい。連続作動の短い時間の間、電極は約２０００ワッ
トのレートで熱を加える。ファンからの５００ワットイ
ンプットのトップで、これにより、1/10秒あたり約３．
７℃の割合で（(2.5KW-1.35KW)/0.62J/gm℃）(500gm)=3
7℃/秒）、１秒以下で平均温度で急速に上昇させること
ができ、ガス温度は著しく上昇し、熱交換器及び壁によ
って除去された熱は著しく増加する。５８℃では、除去
された熱は２５００ワットと等しい。これは、短時間伝
達の上限を設定する。
【００１９】非常に高速な熱電対によるテストデータ 図２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃは、上述の６０秒サイクル
バーストモード作動における作動中に得られたテストデ
ータを示し、グラフ化された温度は、熱交換器の丁度上
及び電極の下流に取り付けられたOmega Kタイプ0.010イ
ンチ直径熱電対（P/N 5+C-TT-K-30-72）で得られたもの
である。熱電対は約０．２６秒（２６０ミリ秒）の応答
時間を有する。データは、８５±３秒スイングを明確に
示し、９秒のアイドル時間の間に大きな温度が減少す
る。図２０Ｃに示したように、センサは４０ミリ秒スラ
グ効果を検出するために十分に高速ではない。図２０Ｂ
にプロットしたデータは、数秒の応答時間を有する図２
に３３０で示した従来技術の温度センサからの信号に応
答して熱交換器に対する冷却水のフローを制御する従来
技術のレーザ温度制御のサイクル結果を示す。コントロ
ーラは、６０℃のガス温度で完全に開放し、５０℃のガ
ス温度で完全に閉じ、その間の温度では比例して開放す
るようにこの状況でプログラムされた比例フロー値を制
御する。結果として、０．３秒バーストと、０．３秒ア
イドル時間と、９秒アイドル時間の周期的な効果に重ね
合わせられた６０秒冷却水周期効果を示す。冷却水に生
じるスイングは数度である。
バーストモード作動における作動中に得られたテストデ
ータを示し、グラフ化された温度は、熱交換器の丁度上
及び電極の下流に取り付けられたOmega Kタイプ0.010イ
ンチ直径熱電対（P/N 5+C-TT-K-30-72）で得られたもの
である。熱電対は約０．２６秒（２６０ミリ秒）の応答
時間を有する。データは、８５±３秒スイングを明確に
示し、９秒のアイドル時間の間に大きな温度が減少す
る。図２０Ｃに示したように、センサは４０ミリ秒スラ
グ効果を検出するために十分に高速ではない。図２０Ｂ
にプロットしたデータは、数秒の応答時間を有する図２
に３３０で示した従来技術の温度センサからの信号に応
答して熱交換器に対する冷却水のフローを制御する従来
技術のレーザ温度制御のサイクル結果を示す。コントロ
ーラは、６０℃のガス温度で完全に開放し、５０℃のガ
ス温度で完全に閉じ、その間の温度では比例して開放す
るようにこの状況でプログラムされた比例フロー値を制
御する。結果として、０．３秒バーストと、０．３秒ア
イドル時間と、９秒アイドル時間の周期的な効果に重ね
合わせられた６０秒冷却水周期効果を示す。冷却水に生
じるスイングは数度である。
【００２０】より良い温度制御の必要性 上述の解析は、１０００ＨｚＫｒＦレーザ作動の出願人
の実験及び観察に基づいたものである。図３乃至６に示
した温度スイングは、１０００ＨｚＫｒＦレーザに関し
てシビアではなく、安定したパルスエネルギ及び他のビ
ームパラメータを伴う素晴らしい性能がそれらのレーザ
によって提供されてきた。最近、出願人は、ＫｒＦレー
ザよりも温度変化に対してより敏感なＡｒＦ１０００Ｈ
ｚレーザ及びＦ2１０００Ｈｚレーザ、１０００Ｈｚレ
ーザのパワーの２倍を提供する２０００ＨｚＫｒＦエキ
シマレーザで実験をした。５０００Ｈｚで作動するよう
に更に計画されたレーザが出願人及び出願人のフェロー
従業員によって設計された。また出願人の使用者の顧客
は、波長、バンド幅、及びエネルギ安定性のような全て
のレーザパラメータのタイトな制御を要求し、それらの
全てはレーザガス温度変化によって反対に影響され得
る。（図１９Ａ、１９Ｂ及び１９Ｃを参照のこと。）こ
れらの理由により、レーザガスの良好な温度制御が必要
である。この出願は、このタイプの従来技術のレーザで
可能であったものよりも、放電ガスレーザのレーザガス
温度のより正確な制御を提供するための技術及びシステ
ムを提供する。
の実験及び観察に基づいたものである。図３乃至６に示
した温度スイングは、１０００ＨｚＫｒＦレーザに関し
てシビアではなく、安定したパルスエネルギ及び他のビ
ームパラメータを伴う素晴らしい性能がそれらのレーザ
によって提供されてきた。最近、出願人は、ＫｒＦレー
ザよりも温度変化に対してより敏感なＡｒＦ１０００Ｈ
ｚレーザ及びＦ2１０００Ｈｚレーザ、１０００Ｈｚレ
ーザのパワーの２倍を提供する２０００ＨｚＫｒＦエキ
シマレーザで実験をした。５０００Ｈｚで作動するよう
に更に計画されたレーザが出願人及び出願人のフェロー
従業員によって設計された。また出願人の使用者の顧客
は、波長、バンド幅、及びエネルギ安定性のような全て
のレーザパラメータのタイトな制御を要求し、それらの
全てはレーザガス温度変化によって反対に影響され得
る。（図１９Ａ、１９Ｂ及び１９Ｃを参照のこと。）こ
れらの理由により、レーザガスの良好な温度制御が必要
である。この出願は、このタイプの従来技術のレーザで
可能であったものよりも、放電ガスレーザのレーザガス
温度のより正確な制御を提供するための技術及びシステ
ムを提供する。
【００２１】温度を示すための圧力の使用 図２０Ａ，Ｂ及びＣのデータを修正するのに使用された
温度センサは、比較的デリケートな装置であり、レーザ
ガス環境に長時間耐えることができない。従って、かか
る装置で高速の温度測定に関して、急速に交換できるよ
うに供給されなければならない。圧力が温度変化で直ち
に変化するので、変形実施形態では、高速な温度変化を
示す圧力検出器を利用する。圧力データは、放電の音響
衝撃効果が圧力の指示に影響を与えないようにパルスの
間で収集されなければならない。レーザデータ収集プロ
セッサは、周知の技術を使用して圧力データを温度デー
タに変換するようにプログラムされるべきである。好ま
しくは、これらのデータは、上述のような高速温度セン
サで得られたデータで（各レーザモデルに関して少なく
とも１回）修正されうる。
温度センサは、比較的デリケートな装置であり、レーザ
ガス環境に長時間耐えることができない。従って、かか
る装置で高速の温度測定に関して、急速に交換できるよ
うに供給されなければならない。圧力が温度変化で直ち
に変化するので、変形実施形態では、高速な温度変化を
示す圧力検出器を利用する。圧力データは、放電の音響
衝撃効果が圧力の指示に影響を与えないようにパルスの
間で収集されなければならない。レーザデータ収集プロ
セッサは、周知の技術を使用して圧力データを温度デー
タに変換するようにプログラムされるべきである。好ま
しくは、これらのデータは、上述のような高速温度セン
サで得られたデータで（各レーザモデルに関して少なく
とも１回）修正されうる。
【００２２】パッシブで（passive）広い表面積の温度
安定器 平均ガス温度に近いガス温度を維持するために放電ガス
レーザの好ましい改善を図８に示す。これは、パッシブ
（passive）フィン付構造体６１であり、電極の下流に
位置決めされ、出願人は温度安定器と呼ぶ。各フィンは
約１３５ｃｍ2と等しい表面積（両側）を有し、１イン
チあたり８つの割合で間隔が隔てられ、約２２５のフィ
ンがあり、ユニットは、約３立方メートルのガスフロー
パスに総表面積を提供する。これは、従来技術の約１．
６立方メートルのパッシブ平均温度表面積に相当する。
更に、このユニットは、電極のすぐ下流のガスフローパ
スに直接位置決めされ、（バーストオペレーションの期
間中）安定期の平均温度は、ガスの平均温度よりも僅か
に高い。出願人は、このユニットが少なくとも４分の１
だけ周期的短期間温度変動を低減すると見積もってい
る。より長い又は短い表面積を備えた温度安定器を利用
することができるが、「従来技術」の項目で記載したタ
イプのレーザに関しては、少なくとも１ｍ2表面積が推
奨される。他の良好な経験則は、フィン付熱交換器のも
のである安定期の表面積に関することである。良好な結
果に関して、１乃至４倍の安定器の面積と熱交換器表面
積との積が特定されうる。
安定器 平均ガス温度に近いガス温度を維持するために放電ガス
レーザの好ましい改善を図８に示す。これは、パッシブ
（passive）フィン付構造体６１であり、電極の下流に
位置決めされ、出願人は温度安定器と呼ぶ。各フィンは
約１３５ｃｍ2と等しい表面積（両側）を有し、１イン
チあたり８つの割合で間隔が隔てられ、約２２５のフィ
ンがあり、ユニットは、約３立方メートルのガスフロー
パスに総表面積を提供する。これは、従来技術の約１．
６立方メートルのパッシブ平均温度表面積に相当する。
更に、このユニットは、電極のすぐ下流のガスフローパ
スに直接位置決めされ、（バーストオペレーションの期
間中）安定期の平均温度は、ガスの平均温度よりも僅か
に高い。出願人は、このユニットが少なくとも４分の１
だけ周期的短期間温度変動を低減すると見積もってい
る。より長い又は短い表面積を備えた温度安定器を利用
することができるが、「従来技術」の項目で記載したタ
イプのレーザに関しては、少なくとも１ｍ2表面積が推
奨される。他の良好な経験則は、フィン付熱交換器のも
のである安定期の表面積に関することである。良好な結
果に関して、１乃至４倍の安定器の面積と熱交換器表面
積との積が特定されうる。
【００２３】パッシブフィン付温度安定器が、熱の外部
への伝達を最小にするために壁からの絶縁をすることが
できる壁又はユニットを介して伝導を改良することによ
っていくつかの追加の冷却を提供するためにチャンバ壁
に熱的に結合されうる。上述の光における両アプローチ
の利点は、明らかである。
への伝達を最小にするために壁からの絶縁をすることが
できる壁又はユニットを介して伝導を改良することによ
っていくつかの追加の冷却を提供するためにチャンバ壁
に熱的に結合されうる。上述の光における両アプローチ
の利点は、明らかである。
【００２４】別のアプローチは、フィンをチャンバ壁に
適合させ、壁が非常に大きな熱マスを有することであ
る。壁の外側表面は、壁の温度が、内側表面での平均ガ
ス温度とおおよそ等しい温度で安定させることができる
ように断熱されている。読者は、ガスフローが制限され
ていること及び、ファンパワーの増大が望まれているこ
とに注意すべきである。特定の用途に関して、適当なト
レードオフの判断は、フィンの数を減少又は増加させる
ことによって容易にすることができる。
適合させ、壁が非常に大きな熱マスを有することであ
る。壁の外側表面は、壁の温度が、内側表面での平均ガ
ス温度とおおよそ等しい温度で安定させることができる
ように断熱されている。読者は、ガスフローが制限され
ていること及び、ファンパワーの増大が望まれているこ
とに注意すべきである。特定の用途に関して、適当なト
レードオフの判断は、フィンの数を減少又は増加させる
ことによって容易にすることができる。
【００２５】（好ましくは銅である）フィン付温度安定
器はまた、イオン及び、フローガスにおける電荷を中和
するのに役立つ。フィンは、電気的に絶縁であり、イオ
ン及び電荷に対してそれらの引力を改善するようにチャ
ージされる。フィン付温度安定器はまた、放電によって
生成される音響衝撃波を吸収するために有用である。こ
れらの衝撃波が問題である用途では、構造体はチャンバ
の両サイドに設けられるべきである。その衝撃波の吸収
を改善するために、フェルト金属又はセラミックフォー
ムが、チャンバ壁の付近のシンクのエッジに沿ってシン
ク構造に加えられるのが好ましい。
器はまた、イオン及び、フローガスにおける電荷を中和
するのに役立つ。フィンは、電気的に絶縁であり、イオ
ン及び電荷に対してそれらの引力を改善するようにチャ
ージされる。フィン付温度安定器はまた、放電によって
生成される音響衝撃波を吸収するために有用である。こ
れらの衝撃波が問題である用途では、構造体はチャンバ
の両サイドに設けられるべきである。その衝撃波の吸収
を改善するために、フェルト金属又はセラミックフォー
ムが、チャンバ壁の付近のシンクのエッジに沿ってシン
ク構造に加えられるのが好ましい。
【００２６】フローベーンは、フローを改善し、追加又
は別の表面積を提供するだけでなく、電極から音響衝撃
力を遠ざけるように差し向け、放電領域に戻るような反
射を最小にする、図８の６１Ａで示したようなヒートシ
ンクに加えられ得る。
は別の表面積を提供するだけでなく、電極から音響衝撃
力を遠ざけるように差し向け、放電領域に戻るような反
射を最小にする、図８の６１Ａで示したようなヒートシ
ンクに加えられ得る。
【００２７】連続パルス 図３に示したように、レーザが例えば１０００Ｈｚで連
続的に作動するときに、レーザガスにおいて実質的には
ゼロ温度変動である。このことにより、温度変動を解決
することができる。レーザビームは、ビームが必要でな
いとき、インターバルの間、遮断され又はダンプされう
る。レーザコンポーネント、特に電極及びある敏感な光
学コンポーネントの多くの寿命の低下を招くので、一般
的に、このアプローチは、実用的ではない。
続的に作動するときに、レーザガスにおいて実質的には
ゼロ温度変動である。このことにより、温度変動を解決
することができる。レーザビームは、ビームが必要でな
いとき、インターバルの間、遮断され又はダンプされう
る。レーザコンポーネント、特に電極及びある敏感な光
学コンポーネントの多くの寿命の低下を招くので、一般
的に、このアプローチは、実用的ではない。
【００２８】一石二鳥 いくつかのケースでは「一石二鳥」を得るのに使用され
うる別のアプローチを図１８に示す。ここで、単一のレ
ーザ９０は、２つのステッパ９２及び９３で作用する。
ビームは、ポッケルスセル９４を有する偏向ビームスプ
リッタを備えたレーザステッパの間で前後にスイッチさ
れる。レーザ９０を出すビームは、水平に偏向される。
コントローラ７０Ａからの信号では、ポッケルスセル９
４は、垂直の偏向に変化する。ビームスプリッタ９５
は、水平光を通し、垂直光を反射する。それ故、２つの
ステッパは、１０００パルス／秒、照射サイトの間で
０．３秒のアイドル時間を伴う３００パルス／バースト
の動作モードを利用する両ステッパで１つのレーザだけ
で照射することができる。ビームをスイッチするための
ポッケルスセルのために要求される時間はほんの僅かで
ある。ステッパは、８秒のダウンタイムの間、ビームを
停止するのにシャッタ９６が各々設けられる。このアプ
ローチにより、ガス温度レギュレーションを改善し連続
でレーザを作動させることができ、同時に１つのレーザ
を２つのレーザの作動にさせることができる。同様なア
プローチが、レーザ９０のように第２のレーザを提供し
うる。このことにより、レーザのひとつをスタンバイ状
態に保持することができ、一方のレーザを、他の一方が
両方のステッパを照射する間、サービス状態にすること
ができる。このことは、有用性をほぼ１００％レーザま
で改善する。
うる別のアプローチを図１８に示す。ここで、単一のレ
ーザ９０は、２つのステッパ９２及び９３で作用する。
ビームは、ポッケルスセル９４を有する偏向ビームスプ
リッタを備えたレーザステッパの間で前後にスイッチさ
れる。レーザ９０を出すビームは、水平に偏向される。
コントローラ７０Ａからの信号では、ポッケルスセル９
４は、垂直の偏向に変化する。ビームスプリッタ９５
は、水平光を通し、垂直光を反射する。それ故、２つの
ステッパは、１０００パルス／秒、照射サイトの間で
０．３秒のアイドル時間を伴う３００パルス／バースト
の動作モードを利用する両ステッパで１つのレーザだけ
で照射することができる。ビームをスイッチするための
ポッケルスセルのために要求される時間はほんの僅かで
ある。ステッパは、８秒のダウンタイムの間、ビームを
停止するのにシャッタ９６が各々設けられる。このアプ
ローチにより、ガス温度レギュレーションを改善し連続
でレーザを作動させることができ、同時に１つのレーザ
を２つのレーザの作動にさせることができる。同様なア
プローチが、レーザ９０のように第２のレーザを提供し
うる。このことにより、レーザのひとつをスタンバイ状
態に保持することができ、一方のレーザを、他の一方が
両方のステッパを照射する間、サービス状態にすること
ができる。このことは、有用性をほぼ１００％レーザま
で改善する。
【００２９】２セットの電極 他の殆ど均等なアプローチは、図９に示したチャンバに
第２のセットの電極６３を取り付けることであり、メイ
ンの電極と同じパルスパワー電源によって電源供給され
る。この第２のセットの電源は、主電極が放電しないと
きはいつでも放電する。これは、平均温度スイング及び
スラグ効果を除去する。これらの電極を装着することに
より、レーザ性能に大きく影響することはない。実際
に、スクラップ電極を、第２の電極に使用することがで
きる。
第２のセットの電極６３を取り付けることであり、メイ
ンの電極と同じパルスパワー電源によって電源供給され
る。この第２のセットの電源は、主電極が放電しないと
きはいつでも放電する。これは、平均温度スイング及び
スラグ効果を除去する。これらの電極を装着することに
より、レーザ性能に大きく影響することはない。実際
に、スクラップ電極を、第２の電極に使用することがで
きる。
【００３０】別のアプローチは、連続放電の代わりに均
一な放電サイクルを維持するために第２のセットの電極
を作動しうる。例えば、９秒のアイドル時間に続く８５
バーストのための０．３秒オン／オフの典型的なリソグ
ラフィサイクルを示した上述のバーストモードでは、第
２のセットの電極は、９秒のアイドル時間の間、０．３
秒オン及び０．３秒オフで作動する。これは、図６に示
した９秒のアイドル時間の間及び９秒のアイドル時間の
後の大きな温度スイングを除去する。しかし、安定状態
０．３秒スイングは残る。
一な放電サイクルを維持するために第２のセットの電極
を作動しうる。例えば、９秒のアイドル時間に続く８５
バーストのための０．３秒オン／オフの典型的なリソグ
ラフィサイクルを示した上述のバーストモードでは、第
２のセットの電極は、９秒のアイドル時間の間、０．３
秒オン及び０．３秒オフで作動する。これは、図６に示
した９秒のアイドル時間の間及び９秒のアイドル時間の
後の大きな温度スイングを除去する。しかし、安定状態
０．３秒スイングは残る。
【００３１】高速加熱エレメントを備えるガスの直接加
熱 米国特許第5,748,656号は、アイドル時間中にガスを加
熱するためのガスに位置決めされたロッドエレメントヒ
ータを提案する。この解決案の問題は、時間によって、
ロッドヒータが、ロッドが熱を得る熱マスを有すること
であり、加熱の必要性はしばしば過ぎ去る。より良いア
プローチは、ガスを急速に加熱するための最小の熱マス
を備えた加熱要素を利用することである。モネル又はニ
ッケルからなるリボン加熱エレメントは、この目的に関
して安定している。（米国コネチカット州にオフィスが
ある）Omega Engineeringから入手可能なModel OTF-252
/240のようなフィン付ストリップヒータを使用すること
ができる。これらのフィン附ストリップヒータは、電極
のすぐ下流に位置決めされるのが好ましく、フィンはア
イドル時間のスタートで中間の熱の寄与を提供する。良
好な位置は、図２のヒータ６７の位置である。レーザが
スフローに配置されたヒータからの適当な応答時間を達
成するための更なる可能性は、加熱及び冷却の両方に関
して熱交換器それ自身を使用することである。図１では
アイテム６６である熱交換器が、アルミニウムから製造
されるならば、０．００２インチまでのコーティング厚
さで外側表面を陽極処理することができうる。次いで、
約０．００１インチ厚のニッケル層が、非伝導性陽極処
理表面の頂部にわたって堆積されるのが好ましい。終端
の詳細の設計に注意することで、その低サーマルマス及
び、ガスと接触した大きな表面積のために、ガスの急速
な加熱を提供するためのレーザアイドル時間の間、ニッ
ケルを介して電流を通すことができる。めっきの抵抗
を、０．００１インチ厚層で約０．３オームと仮定する
と、１００アンペアで４８ボルトによりシステムに対す
る約５ｋＷの熱インプットが得られ、応答時間は、さも
なければ発生するガスの急速な冷却を避けるのに十分に
高速であると見積もられる。更なる精製は、ヒータ性能
におけるいかなる短い遅延も予測されるようにステッパ
又はスキャナからの動作情報に基づいてこれらのガスヒ
ータを制御することであり、その結果、ガス温度変動は
最小になる。
熱 米国特許第5,748,656号は、アイドル時間中にガスを加
熱するためのガスに位置決めされたロッドエレメントヒ
ータを提案する。この解決案の問題は、時間によって、
ロッドヒータが、ロッドが熱を得る熱マスを有すること
であり、加熱の必要性はしばしば過ぎ去る。より良いア
プローチは、ガスを急速に加熱するための最小の熱マス
を備えた加熱要素を利用することである。モネル又はニ
ッケルからなるリボン加熱エレメントは、この目的に関
して安定している。（米国コネチカット州にオフィスが
ある）Omega Engineeringから入手可能なModel OTF-252
/240のようなフィン付ストリップヒータを使用すること
ができる。これらのフィン附ストリップヒータは、電極
のすぐ下流に位置決めされるのが好ましく、フィンはア
イドル時間のスタートで中間の熱の寄与を提供する。良
好な位置は、図２のヒータ６７の位置である。レーザが
スフローに配置されたヒータからの適当な応答時間を達
成するための更なる可能性は、加熱及び冷却の両方に関
して熱交換器それ自身を使用することである。図１では
アイテム６６である熱交換器が、アルミニウムから製造
されるならば、０．００２インチまでのコーティング厚
さで外側表面を陽極処理することができうる。次いで、
約０．００１インチ厚のニッケル層が、非伝導性陽極処
理表面の頂部にわたって堆積されるのが好ましい。終端
の詳細の設計に注意することで、その低サーマルマス及
び、ガスと接触した大きな表面積のために、ガスの急速
な加熱を提供するためのレーザアイドル時間の間、ニッ
ケルを介して電流を通すことができる。めっきの抵抗
を、０．００１インチ厚層で約０．３オームと仮定する
と、１００アンペアで４８ボルトによりシステムに対す
る約５ｋＷの熱インプットが得られ、応答時間は、さも
なければ発生するガスの急速な冷却を避けるのに十分に
高速であると見積もられる。更なる精製は、ヒータ性能
におけるいかなる短い遅延も予測されるようにステッパ
又はスキャナからの動作情報に基づいてこれらのガスヒ
ータを制御することであり、その結果、ガス温度変動は
最小になる。
【００３２】水の周期的な加熱 レーザガス温度変動を最小にするための同様な技術を図
１０に示す。ここで、レーザが作動していない間、熱
は、比較的長い間、補償するために冷却水に直接加えら
れる。より熱い水は、熱をチャンバから除去するために
熱交換器の効率を低減する効果を有する。（例えば、水
を交換するために、上述の動作モードで、９秒のアイド
ル時間から生じる温度スイングを最小にする）好ましい
実施形態では、コントローラは、アイドル時間に先立っ
て、一連のバーストのスタートで、ステッパ又はスキャ
ナ７４から信号を受け取る。コントローラ７０は、拡張
された（この例では、９秒）数秒のアイドル時間の間、
ガス温度変動を最小にするように計算されたサイクルで
ヒータ７２をオン／オフするようにプログラムされる。
テストにおいて熱が水ヒータからガスにおいて増大が生
じ始めるまでに６秒かかることを示すならば、温度コン
トローラは、サイクルが始まった４５秒後、９秒間ヒー
タ７２をターンオンするようにプログラムされるのが好
ましく、ヒータの効果は、サイクルが開始された５１秒
後、アイドル時間の開始の時にレーザガス５１によって
見られる。最高の結果の実際のタイミングは、実際の実
験によって確立されるべきである。より長い期間のアイ
ドル時間は、水フローを低減することによって補償され
るのが好ましい。
１０に示す。ここで、レーザが作動していない間、熱
は、比較的長い間、補償するために冷却水に直接加えら
れる。より熱い水は、熱をチャンバから除去するために
熱交換器の効率を低減する効果を有する。（例えば、水
を交換するために、上述の動作モードで、９秒のアイド
ル時間から生じる温度スイングを最小にする）好ましい
実施形態では、コントローラは、アイドル時間に先立っ
て、一連のバーストのスタートで、ステッパ又はスキャ
ナ７４から信号を受け取る。コントローラ７０は、拡張
された（この例では、９秒）数秒のアイドル時間の間、
ガス温度変動を最小にするように計算されたサイクルで
ヒータ７２をオン／オフするようにプログラムされる。
テストにおいて熱が水ヒータからガスにおいて増大が生
じ始めるまでに６秒かかることを示すならば、温度コン
トローラは、サイクルが始まった４５秒後、９秒間ヒー
タ７２をターンオンするようにプログラムされるのが好
ましく、ヒータの効果は、サイクルが開始された５１秒
後、アイドル時間の開始の時にレーザガス５１によって
見られる。最高の結果の実際のタイミングは、実際の実
験によって確立されるべきである。より長い期間のアイ
ドル時間は、水フローを低減することによって補償され
るのが好ましい。
【００３３】ステッパ及びスキャナからの加熱エレメン
トの制御が望ましくないならば、別のアプローチは、上
述のような８５バースト、次いで９秒アイドル時間のよ
うなレーザ作動のパターンを探すようにコントローラを
プログラムすることである。コントローラがかかるパタ
ーンを検出したならば、ガス温度変動を最小にするよう
に加熱サイクルを初期化することができる。パターン
は、コントローラ解析パルス履歴データを有することに
より判断される。パターンは、ガス温度データを使用し
ても決定されうる。（０．１秒よりも短い）高速温度検
出器が、最高の結果のために好ましい。チャンバ内に取
り付けられた圧力レデューサからのチャンバ圧力信号は
また、チャンバ温度変化を推論するのに使用されうる。
これらの圧力信号は、典型的な温度検出器よりも平均の
温度変化のより高速な指示を提供する。
トの制御が望ましくないならば、別のアプローチは、上
述のような８５バースト、次いで９秒アイドル時間のよ
うなレーザ作動のパターンを探すようにコントローラを
プログラムすることである。コントローラがかかるパタ
ーンを検出したならば、ガス温度変動を最小にするよう
に加熱サイクルを初期化することができる。パターン
は、コントローラ解析パルス履歴データを有することに
より判断される。パターンは、ガス温度データを使用し
ても決定されうる。（０．１秒よりも短い）高速温度検
出器が、最高の結果のために好ましい。チャンバ内に取
り付けられた圧力レデューサからのチャンバ圧力信号は
また、チャンバ温度変化を推論するのに使用されうる。
これらの圧力信号は、典型的な温度検出器よりも平均の
温度変化のより高速な指示を提供する。
【００３４】スマートフロー制御 上述のものと同様な本発明の別の実施形態を図１２に示
す。ここで、ステッパ又はスキャナ７４は、すぐにくる
（数秒）アイドル時間の予想における制御バルブを短い
間（部分的に又は完全に）閉じるようにコントローラ７
０によって使用されるコントローラ７０に信号を送信す
るようにプログラムされる。短い閉鎖のタイミングは、
アイドル時間から生じるレーザガス温度変動を最小にす
るように、好ましい動作モードをシミュレーションする
実験によって決定される。例えば、テストにおいて、バ
ルブ閉鎖とそれによるガス温度の影響との間に２５秒の
遅延があることが示されたならば、閉鎖は、アイドル時
間の開始に先立って、２５秒間コールされるべきであ
る。このアプローチに対する僅かな修正は、レーザのア
イドル時間の間、冷却期間まで閉鎖時間を良好に仕立て
るように、バルブを完全に閉鎖する代わりにそれを部分
的に閉鎖するだけのことである。
す。ここで、ステッパ又はスキャナ７４は、すぐにくる
（数秒）アイドル時間の予想における制御バルブを短い
間（部分的に又は完全に）閉じるようにコントローラ７
０によって使用されるコントローラ７０に信号を送信す
るようにプログラムされる。短い閉鎖のタイミングは、
アイドル時間から生じるレーザガス温度変動を最小にす
るように、好ましい動作モードをシミュレーションする
実験によって決定される。例えば、テストにおいて、バ
ルブ閉鎖とそれによるガス温度の影響との間に２５秒の
遅延があることが示されたならば、閉鎖は、アイドル時
間の開始に先立って、２５秒間コールされるべきであ
る。このアプローチに対する僅かな修正は、レーザのア
イドル時間の間、冷却期間まで閉鎖時間を良好に仕立て
るように、バルブを完全に閉鎖する代わりにそれを部分
的に閉鎖するだけのことである。
【００３５】水の加熱によるフロー制御 図１３に、ガス温度伝導を制御するための、スマートな
水フロー制御と水加熱のと組合せである実施例を示す。
ここで、コントローラは、短いダウンタイムの開始又は
予測において（この場合では、２ウェイバルブである）
制御バルブ７６Ａを作動させる。更に低減されたフロー
は、ヒータ７２Ａを介して差し向けられ、より熱い水の
低減されたフローは、ダウンタイムの間又はダウンタイ
ムの予測においてフィン付熱交換器を通される。好まし
くは、別々のバルブ（図示せず）が、レーザのインター
バルの間、速いフローを規定するように使用される。こ
のバルブの位置は、数分のような比較的長い時間にわた
って平均化されたレーザガス温度に基づいてコントロー
ラによって設定されうる。また、時間で重み付けられた
平均化アルゴリズムは、振動を最小にするようにフロー
を調節するために、ガス温度測定に沿って使用される。
例は以下の通りである： (TWA)0=0.1T0+0.1T-1+0.8(TWA)-1 ここで、(TWA)0は電流で重み付けられた平均温度、 T0は電流で測定された温度 T-1は１秒前（即ち、−１秒）での測定された温度 (TWA)-1は−１秒での重み付けられた平均温度 である。
水フロー制御と水加熱のと組合せである実施例を示す。
ここで、コントローラは、短いダウンタイムの開始又は
予測において（この場合では、２ウェイバルブである）
制御バルブ７６Ａを作動させる。更に低減されたフロー
は、ヒータ７２Ａを介して差し向けられ、より熱い水の
低減されたフローは、ダウンタイムの間又はダウンタイ
ムの予測においてフィン付熱交換器を通される。好まし
くは、別々のバルブ（図示せず）が、レーザのインター
バルの間、速いフローを規定するように使用される。こ
のバルブの位置は、数分のような比較的長い時間にわた
って平均化されたレーザガス温度に基づいてコントロー
ラによって設定されうる。また、時間で重み付けられた
平均化アルゴリズムは、振動を最小にするようにフロー
を調節するために、ガス温度測定に沿って使用される。
例は以下の通りである： (TWA)0=0.1T0+0.1T-1+0.8(TWA)-1 ここで、(TWA)0は電流で重み付けられた平均温度、 T0は電流で測定された温度 T-1は１秒前（即ち、−１秒）での測定された温度 (TWA)-1は−１秒での重み付けられた平均温度 である。
【００３６】ファン速度の変化 本発明の別の好ましい実施形態を、図１３を参照して説
明する。このケースでは、ステッパ又はスキャナ７４
は、アイドル時間中にガス温度を維持するためにガスに
余分な熱を提供するための短いアイドル時間の間、ファ
ンモータ７８の速度を増大させるように信号をファンコ
ントローラ７０Ａに送信する。読者は、この概念が、必
要なエネルギをガスに入力するのに必要なファンのより
高速な速度が設計される場合にのみ使用することができ
ることを承知すべきである。また、より速い速度は好ま
しくは、熱交換器の効率を向上させる。それ故、実験
は、所定のシステムに関して、熱の入力とファン速度の
相互関係を判断するように行われるべきである。この概
念は、ファンを支持する磁気ベアリングを利用するレー
ザシステムで使用されるのにより適している。これらの
システムでは、より高速なファン速度のために更なるベ
アリング摩擦の問題はない。
明する。このケースでは、ステッパ又はスキャナ７４
は、アイドル時間中にガス温度を維持するためにガスに
余分な熱を提供するための短いアイドル時間の間、ファ
ンモータ７８の速度を増大させるように信号をファンコ
ントローラ７０Ａに送信する。読者は、この概念が、必
要なエネルギをガスに入力するのに必要なファンのより
高速な速度が設計される場合にのみ使用することができ
ることを承知すべきである。また、より速い速度は好ま
しくは、熱交換器の効率を向上させる。それ故、実験
は、所定のシステムに関して、熱の入力とファン速度の
相互関係を判断するように行われるべきである。この概
念は、ファンを支持する磁気ベアリングを利用するレー
ザシステムで使用されるのにより適している。これらの
システムでは、より高速なファン速度のために更なるベ
アリング摩擦の問題はない。
【００３７】 相変化温度安定器 本発明の別の好ましい実施形態は、上で参照した温度安定器の修正である。こ の場合では、金属（好ましくは銅）安定器ユニットが、所望のレーザガス温度と 等しい又はほぼ等しい相変化温度を有する材料で部分的に満たされて封じ込めら れたキャビティを有する。いくつかの好ましい相変化材料を、それらの融点と合 わせてリストアップする： 材料 融点 硝酸ニッケル ５６．７℃ シリコンテトラシ゛クロライト゛（SiCl4） ７０．３℃ アゾベンゼン(C6 H5 N)2 ６９．１℃ 例えば、７０．４℃のガス温度で作動するSiCl4を使用
すると、SiCl4の殆ど又は全ては溶融している。短いア
イドル時間中、ガス温度が７０．３℃以下に落ちたと
き、SiCl4はガス温度を７０．３℃付近に維持するのを
助けるために、エネルギを放出してフリーズしはじめ
る。図１４は、SiCl4で満たされた銅のサンドイッチタ
イプのフィンの断面図を示す。所望ならば、温度安定器
は、熱い液体が、相変化材料チャンバを満たすようにチ
ャンバ内にポンプ注入される、入り口及び出口ポートを
提供することによって相変化材料が変化するように設計
されうる。異なる平均ガス温度が望まれるならば、この
ことによりレーザ作業者は異なる相変化材料を挿入する
ことができる。また、液体−気体相変化材料を利用する
ことができるが、設計において、液体から気体への膨張
の結果を処理するための設備を作らなければならない。
すると、SiCl4の殆ど又は全ては溶融している。短いア
イドル時間中、ガス温度が７０．３℃以下に落ちたと
き、SiCl4はガス温度を７０．３℃付近に維持するのを
助けるために、エネルギを放出してフリーズしはじめ
る。図１４は、SiCl4で満たされた銅のサンドイッチタ
イプのフィンの断面図を示す。所望ならば、温度安定器
は、熱い液体が、相変化材料チャンバを満たすようにチ
ャンバ内にポンプ注入される、入り口及び出口ポートを
提供することによって相変化材料が変化するように設計
されうる。異なる平均ガス温度が望まれるならば、この
ことによりレーザ作業者は異なる相変化材料を挿入する
ことができる。また、液体−気体相変化材料を利用する
ことができるが、設計において、液体から気体への膨張
の結果を処理するための設備を作らなければならない。
【００３８】冷却 本発明の更に別の実施形態は、レーザの主な冷却剤とし
て水のような単一相エレメントの代わりに蒸発する冷媒
を利用する。図１５に好ましい熱サイクルを示す。（フ
レオン又はＲ１３４ａのような）冷媒はチャンバで蒸発
する。好ましい実施形態では、蒸発ユニットはチャンバ
の壁の一部で作られており、フィンはチャンバの内壁内
に機械加工される。熱交換器は、非常に大きなフィンの
表面積となるように設計され、十分な熱が、平均のフィ
ン表面温度の間で小さなΔＴで除去され、その結果、バ
ーストモード作動から生じる温度スイングが著しく減少
される。もちろん、ガス温度と冷媒との間のΔＴは水の
場合よりも著しく大きい。
て水のような単一相エレメントの代わりに蒸発する冷媒
を利用する。図１５に好ましい熱サイクルを示す。（フ
レオン又はＲ１３４ａのような）冷媒はチャンバで蒸発
する。好ましい実施形態では、蒸発ユニットはチャンバ
の壁の一部で作られており、フィンはチャンバの内壁内
に機械加工される。熱交換器は、非常に大きなフィンの
表面積となるように設計され、十分な熱が、平均のフィ
ン表面温度の間で小さなΔＴで除去され、その結果、バ
ーストモード作動から生じる温度スイングが著しく減少
される。もちろん、ガス温度と冷媒との間のΔＴは水の
場合よりも著しく大きい。
【００３９】読者は、図１５に示したシステムが（ヒー
トポンプのように）反対に作動し、この場合、気相冷媒
は、圧縮され、熱交換器で液化し、その結果チャンバに
熱を加える相変化を生じることに注意すべきである。
（バルブ８０及び８２を閉め、バルブ８１及び８３を開
けることによって達成される）かかる反転は、数分また
はそれ以上の長いアイドル時間又はスタートアップのた
めだけに通常は必要とされる。
トポンプのように）反対に作動し、この場合、気相冷媒
は、圧縮され、熱交換器で液化し、その結果チャンバに
熱を加える相変化を生じることに注意すべきである。
（バルブ８０及び８２を閉め、バルブ８１及び８３を開
けることによって達成される）かかる反転は、数分また
はそれ以上の長いアイドル時間又はスタートアップのた
めだけに通常は必要とされる。
【００４０】この冷媒は、チャンバが取り外されたと
き、レーザフレームにある「コールドフィンガー（cold
finger）」によって達成される。それは、レーザチャ
ンバの一方の側からレーザガス内に延びるフィンを備え
た他の側に延びる中空シリンダ内に挿入される。このこ
とにより、レーザチャンバは、フレオンラインを切断す
ることなくレーザフレームから取り外される。熱交換を
改善するために、コールドフィンガーとシリンダの内部
との間の空間にヘリウムを使用することもできる。
き、レーザフレームにある「コールドフィンガー（cold
finger）」によって達成される。それは、レーザチャ
ンバの一方の側からレーザガス内に延びるフィンを備え
た他の側に延びる中空シリンダ内に挿入される。このこ
とにより、レーザチャンバは、フレオンラインを切断す
ることなくレーザフレームから取り外される。熱交換を
改善するために、コールドフィンガーとシリンダの内部
との間の空間にヘリウムを使用することもできる。
【００４１】ＰＩＤ制御フロー 冷却水フローがＰＩＤ（比例、積分、微分）コントロー
ラによって制御され、レーザが連続バーストモードで作
動する実施形態を図１６に示す。バイパス回路８０が設
けられ、それにより、アイドル時間の間フローは非常に
遅いレベルに制限されるか又は遮断されうる。上で説明
したように、バルブの制御は、アイドル時間を予想する
スマートシステムによって行われる。ＰＩＤコントロー
ラ８２は、チャンバ８６からの温度信号、及び、レーザ
システムの一部又はステッパ又はスキャナの一部である
コントローラ８８からの命令に基づいて比例バルブ８４
を規制する。
ラによって制御され、レーザが連続バーストモードで作
動する実施形態を図１６に示す。バイパス回路８０が設
けられ、それにより、アイドル時間の間フローは非常に
遅いレベルに制限されるか又は遮断されうる。上で説明
したように、バルブの制御は、アイドル時間を予想する
スマートシステムによって行われる。ＰＩＤコントロー
ラ８２は、チャンバ８６からの温度信号、及び、レーザ
システムの一部又はステッパ又はスキャナの一部である
コントローラ８８からの命令に基づいて比例バルブ８４
を規制する。
【００４２】２ウェイフロー 低冷却水フローでは、熱交換器フィン温度は、水の入り
口よりも水の出口端の方が高い。この影響を最小にする
ために、Ｕチューブ熱交換器が使用され、チャンバの適
当な端でインレットを備えた２つの真っ直ぐなチューブ
を図１７Ａ及び１７Ｂに示すように使用することができ
る。
口よりも水の出口端の方が高い。この影響を最小にする
ために、Ｕチューブ熱交換器が使用され、チャンバの適
当な端でインレットを備えた２つの真っ直ぐなチューブ
を図１７Ａ及び１７Ｂに示すように使用することができ
る。
【００４３】ファンモータ冷却を伴う２つのチューブチ
ャンバ冷却 出願人によって構築された図１７Ｂのシステムは、２つ
のチューブの出力を、ファンモータ９８の固定子に取り
付けられた冷却プレート９７を介してパスする。従来技
術のファンモータは、モータハウジングのブローエアー
に取り付けられたファンによって冷却される。低装荷率
では、２つのチューブのうちの一方が（図示しないバル
ブを用いて）閉弁され、熱交換器の半分がパッシブ温度
安定器として作用する。この効果により、各チューブと
関係するフィンの個々のセットを有することにより改善
され得る。
ャンバ冷却 出願人によって構築された図１７Ｂのシステムは、２つ
のチューブの出力を、ファンモータ９８の固定子に取り
付けられた冷却プレート９７を介してパスする。従来技
術のファンモータは、モータハウジングのブローエアー
に取り付けられたファンによって冷却される。低装荷率
では、２つのチューブのうちの一方が（図示しないバル
ブを用いて）閉弁され、熱交換器の半分がパッシブ温度
安定器として作用する。この効果により、各チューブと
関係するフィンの個々のセットを有することにより改善
され得る。
【００４４】調節可能熱交換器ベーン レーザがアイドル時間であるとき、短時間ガス温度変動
が、熱交換器６６の周りにガスフローを差し向ける調節
可能ベーン９９によって和らげられる実施形態を図２１
Ａ及び２１Ｂに示す。好ましくは、ベーンは、レーザキ
ャビティの外側に配置されたソレノイドのコイルを備え
た２位置磁気カプラで制御される。種々のベーン位置が
提供されることにより、より正確な制御が可能である。
予測はまた、熱交換器ベーン位置の線形な制御によって
も可能である。
が、熱交換器６６の周りにガスフローを差し向ける調節
可能ベーン９９によって和らげられる実施形態を図２１
Ａ及び２１Ｂに示す。好ましくは、ベーンは、レーザキ
ャビティの外側に配置されたソレノイドのコイルを備え
た２位置磁気カプラで制御される。種々のベーン位置が
提供されることにより、より正確な制御が可能である。
予測はまた、熱交換器ベーン位置の線形な制御によって
も可能である。
【００４５】本発明の特定の実施形態を示して、記載し
てきたけれども、本発明のより広い態様から逸脱するこ
となく変更及び修正をすることができることは、当業者
にとって自明である。それ故、本発明の精神及び範囲内
における全ての変更及び修正は特許請求の範囲に包含さ
れる。
てきたけれども、本発明のより広い態様から逸脱するこ
となく変更及び修正をすることができることは、当業者
にとって自明である。それ故、本発明の精神及び範囲内
における全ての変更及び修正は特許請求の範囲に包含さ
れる。
【図１】集積回路リソグラフィのために使用される従来
技術のエキシマレーザの断面図を示す。
技術のエキシマレーザの断面図を示す。
【図２】従来技術レーザの温度制御要素を示す。
【図３】連続作動での電極のレーザ温度上流及び下流を
示す。
示す。
【図４】連続バーストモード作動での秒スケールの数十
での平均レーザガス温度スイングを示す。
での平均レーザガス温度スイングを示す。
【図５】連続バーストモード作動で、電極に近づくガス
の温度を示す。
の温度を示す。
【図６】バーストモード及び周期的な９秒ダウンタイム
における数秒時間スケールでの平均レーザガス温度スイ
ングを示す。
における数秒時間スケールでの平均レーザガス温度スイ
ングを示す。
【図７】レーザガス内及び外への熱のフローを簡単に質
的に見積もったチャートを示す。
的に見積もったチャートを示す。
【図８Ａ】受動温度を備えたレーザチャンバの断面図を
示す。
示す。
【図８Ｂ】フローベーンを備えたスタビライザを有する
レーザチャンバの断面図を示す。
レーザチャンバの断面図を示す。
【図９】余分な電極のセットを備えたチャンバの断面図
を示す。
を示す。
【図１０】レーザ冷却水に熱を提供するためのシステム
を示す。
を示す。
【図１１】アイドル時間を予想する図１０のシステムの
修正を示す。
修正を示す。
【図１２】アイドル時間を予想する図１０のシステムの
修正を示す。
修正を示す。
【図１３】温度を維持するためのファンヒートを使用す
るシステムを示す。
るシステムを示す。
【図１４】相変化材料を包含するピン断面図を示す。
【図１５】蒸気冷却を備えた冷却システムを示す。
【図１６】ＰＩＤ制御を使用した冷却システムを示す。
【図１７Ａ】Ｕチューブ及び２チューブ熱交換器を示
す。
す。
【図１７Ｂ】Ｕチューブ及び２チューブ熱交換器を示
す。
す。
【図１８】スイッチのためのポッケルスセルを備えた２
つのステッパを照射するための連続の単一のレーザ作動
を示す。
つのステッパを照射するための連続の単一のレーザ作動
を示す。
【図１９Ａ】レーザ性能の温度の影響を示す。
【図１９Ｂ】レーザ性能の温度の影響を示す。
【図１９Ｃ】レーザ性能の温度の影響を示す。
【図２０Ａ】約０．２６秒の応答時間を有する温度セン
サを使用した従来技術のテストデータを示す。
サを使用した従来技術のテストデータを示す。
【図２０Ｂ】約０．２６秒の応答時間を有する温度セン
サを使用した従来技術のテストデータを示す。
サを使用した従来技術のテストデータを示す。
【図２０Ｃ】約０．２６秒の応答時間を有する温度セン
サを使用した従来技術のテストデータを示す。
サを使用した従来技術のテストデータを示す。
【図２１Ａ】隣接した熱交換器ベーンを示す。
【図２１Ｂ】隣接した熱交換器ベーンを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドミトリー バーガー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92128 サン ディエゴ カミニト カン テレナ 18990−53 (72)発明者 ウィリアム エヌ パートロ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92064 ポーウェイ ペドリザ ドライヴ 12634 (72)発明者 トム エイ ワトソン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92008 カールスバド サリスバリー ド ライヴ 4427 (72)発明者 ポール エス トンプソン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92128 サン ディエゴ トリー ハロー レーン 11472 (72)発明者 石原 俊彦 アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92111 サン ディエゴ サリザー スト リート 7447 (72)発明者 カール イー テッドスコ ザ セカンド アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92014 デル マー マンゴー ドライヴ 13754−＃122 (72)発明者 ドナルド ジー ラーソン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92122 サン ディエゴ トスカナ ウェ イ 5345−＃538 (72)発明者 スティーヴン エム ハーリントン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92007 カーディフ エデリー ドライヴ 1619 (72)発明者 リチャード ジー モートン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92127 サン ディエゴ アギュアミール ロード 17786 (72)発明者 ジェイムズ エイチ アゾーラ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92122 サン ディエゴ トスカナ ウェ イ 5340−＃エフ202 (72)発明者 アイ ロジャー オリヴァー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92117 サン ディエゴ カーソン スト リート 3944 (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 マドリガル ス トリート 10980 (72)発明者 イゴール ヴィ フォメンコフ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92129 サン ディエゴ ジャーナル ウ ェイ 14390
Claims (29)
- 【請求項１】高速応答ガス温度制御を備えたガス放電レ
ーザシステムであって、 Ａ．レーザチャンバと、 Ｂ．前記レーザチャンバ内に構成された少なくとも２つ
の細長い電極と、 Ｃ．前記レーザチャンバに包含されるレーザガスと、 Ｄ．前記２つの細長い電極の間に前記レーザガスを循環
させるためのファンと、 Ｅ．バーストモードで作動するときに、所望の限度内に
レーザガス温度を維持するための高速作動レーザガス温
度制御システムと、を有する高速応答ガス温度制御を備
えたガス放電レーザシステム。 - 【請求項２】前記温度制御システムが、前記レーザガス
に曝される表面積が１ｍ2よりも広い表面積を備えたパ
ッシブ温度安定器を有することを特徴とする請求項１に
記載のレーザ。 - 【請求項３】前記温度制御システムが、前記レーザガス
に曝される熱交換器表面積を構成するアクティブ冷却熱
交換器を有し、前記パッシブ温度安定器が前記冷却熱交
換器表面積と等しい表面積を有する、ことを特徴とする
請求項１に記載のレーザ。 - 【請求項４】請求項１に記載のレーザシステムが水冷熱
交換器を更に有し、 前記温度制御システムが、一定を保つ水フロー制御を備
え、少なくとも１時間以上連続バーストモードで、前記
レーザを制御するようにプログラムされたプロセッサを
有し、 前記ガス温度が、前記電極を介して前記レーザガス内へ
の熱の入力を電気的に制御することにより所望の範囲内
で安定を維持する、ことを特徴とする請求項１に記載の
レーザシステム。 - 【請求項５】請求項４に記載のレーザシステムがビーム
スイッチシステムを更に有し、 前記レーザが、少なくとも２つのリソグラフィ装置に交
互に、照射を提供するように構成された、ことを特徴と
する請求項４に記載のレーザシステム。 - 【請求項６】前記ビームスイッチシステムが、少なくと
も１つのポッケルスセルと、少なくとも１つの偏光ビー
ムスプリッタとを有することを特徴とする請求項５に記
載のレーザシステム。 - 【請求項７】前記少なくとも２つの電極が、２対の電極
であり、 前記レーザチャンバ内に熱を放出し、比較的一定に維持
するために高電圧パルスを前記２対の電極に印加するよ
うにプログラムされた高電圧制御システムを更に有する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ。 - 【請求項８】バーストモード作動中に、前記温度制御シ
ステムが、所望の範囲内に前記レーザガス温度を維持す
るように前記ヒータを制御するようにプログラムされた
ヒータ制御システムとヒータとを備えたクーラント冷却
熱交換器を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の
レーザシステム。 - 【請求項９】前記ヒータ制御システムが、前記アイドル
時間中に、所望の範囲内に前記ガス温度を維持するため
に、アイドル時間に先立って、前記ヒータを活性化する
ようにプログラムされることを特徴とする請求項８に記
載のレーザシステム。 - 【請求項１０】前記ヒータ制御システムが、反復性レー
ザ作動を検出し、レーザダウンタイム時間に先立って、
前記検出された反復性の作動に基づいて予測し、アイド
ル時間に先立って前記ヒータを活性化させるようにプロ
グラムされたプロセッサを有することを特徴とする請求
項８に記載のレーザシステム。 - 【請求項１１】前記ヒータが、前記レーザガスを直接加
熱するように構成されたことを特徴とする請求項８に記
載のレーザ。 - 【請求項１２】前記ヒータが、前記クーラントを加熱す
るように構成されたことを特徴とする請求項８に記載の
レーザ。 - 【請求項１３】クーラント冷却熱交換器と、前記熱交換
器に対するクーラントフローを制御するための高速フロ
ー制御システムとを更に有することを特徴とする請求項
１に記載のレーザシステム。 - 【請求項１４】前記高速フロー制御システムは、前記ア
イドル時間中に、所望の範囲内にガス温度を維持するよ
うに、アイドル時間に先立って、クーラントフローを減
少させるようにプログラムされることを特徴とする請求
項１３に記載のレーザシステム。 - 【請求項１５】前記高速フロー制御システムが、反復性
のレーザ作動を検出し、レーザアイドル時間に先立っ
て、前記検出された反復作動に基づいて予測し、前記ア
イドル時間に先立ってクーラントフローを減少させるよ
うにプログラムされたプロセッサを有することを特徴と
する請求項１３に記載のレーザシステム。 - 【請求項１６】前記レーザガスのファン加熱を増大させ
るように、アイドル時間中に、ファン速度を増大させる
ようにプログラムされたファン制御システムを更に有す
ることを特徴とする請求項１に記載のレーザシステム。 - 【請求項１７】前記温度安定器が、相変化材料で少なく
とも部分的に満たされたキャビティを有することを特徴
とする請求項１に記載のレーザシステム。 - 【請求項１８】前記相変化材料が、所望のガス温度の数
度の範囲内に相変化温度を有することを特徴とする請求
項１７に記載のレーザシステム。 - 【請求項１９】前記相変化材料が、ニッケル、硝酸塩、
シリコンテトラジクロライド及びアゾベンゼンからなる
グループから選択されることを特徴とする請求項１８に
記載のレーザ。 - 【請求項２０】外部冷却熱交換器を更に有することを特
徴とする請求項１に記載のレーザシステム。 - 【請求項２１】前記外部冷却熱交換器が、水冷熱交換器
であることを特徴とする請求項２０に記載のレーザシス
テム。 - 【請求項２２】前記水冷熱交換器が、第１のチューブ及
び第２のチューブを包含する２チューブ熱交換器であ
り、前記熱交換器が、第２のチューブへの水のフローと
反対の方向に、第１のチューブに水が流れるように構成
される、ことを特徴とする請求項２１に記載のレーザシ
ステム。 - 【請求項２３】前記第１のチューブのフローが、前記熱
交換器の一部をパッシブ温度安定器に変換するように停
止されることを特徴とする請求項２２に記載のレーザシ
ステム。 - 【請求項２４】前記外部冷却熱交換器が、冷媒冷却熱交
換器であることを特徴とする請求項２０に記載のレー
ザ。 - 【請求項２５】熱交換器がレーザチャンバに熱を加える
ことができるように反対の特徴を備えた冷却制御システ
ムを更に有することを特徴とする請求項２４に記載のレ
ーザ。 - 【請求項２６】前記冷媒冷却熱交換器がコールドフィン
ガーを有することを特徴とする請求項２４に記載のレー
ザ。 - 【請求項２７】ＰＩＤコントローラを更に有することを
特徴とする請求項２１に記載のレーザ。 - 【請求項２８】前記ファンを駆動する電気的モータを更
に有し、 前記２チューブの各々を出す水フローが前記モータを冷
却するために利用される、ことを特徴とする請求項２２
に記載のレーザ。 - 【請求項２９】熱交換器と、 前記熱交換器に向かって、又は離れるように差し向けら
れた調節可能な熱交換器ベーンと、を更に有することを
特徴とする請求項１に記載のレーザ。
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