JP2001332794A

JP2001332794A - 極めて狭い帯域を有するリソグラフィー用種注入ｆ２レーザ

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Publication number: JP2001332794A
Application number: JP2000335225A
Authority: JP
Inventors: Alexander I Ershov; アイアーショフアレクサンダー; Eckehard D Onkels; ディーオンケルスエッケハード; Palash P Das; ピーダスパラシュ; William N Partlo; エヌパートロウィリアム; Thomas Hofmann; ホッフマントーマス
Original assignee: Cymer Inc
Current assignee: Cymer Inc
Priority date: 1999-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2001-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】自由度を持って波長の可変調整を可能とする
集積回路リソグラフィーに使用される種注入レーザの提
供。【解決手段】波長可変のリソグラフィー用極狭帯域種
注入Ｆ₂レーザであって、このレーザでは、従来の長寿
命で信頼性のあるリソグラフィー用レーザのモジュール
化設計構成と、第１利得媒体において操作され第２利得
媒体において狭帯域レージングを促すために使用される
種ビームを生成し、集積回路リソグラフィーに有用な極
めて狭い帯域のレーザビームを生成するための特有の技
術とが組み合わされる。好ましい実施形態では、２つの
波長可変のエタロン出力カプラがＦ ₂レーザの帯域を狭
めるために使用されるとともに、種レーザの出力がＦ₂
増幅器において増幅される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願は、１９９９年１２月１
０日に出願された米国特許出願番号０９／４５９，１６
５「リソグラフィー用種注入Ｆ₂レーザ」、１９９９年
１１月１２日に出願された米国特許出願番号０９／４３
８，２４９「可視光線及びＩＲ制御を備えたＦ₂レー
ザ」、１９９９年１０月２０日に出願された米国特許出
願番号０９／４２１，７０１「狭線幅化した種ビームを
備えた単一室ガス放電レーザ」、及び１９９９年９月２
７日に出願された米国特許出願番号０９／４０７，１２
０「エタロン出力カプラを備えた狭線幅化レーザ」の一
部継続出願である。本発明は、レーザに関し、特に、集
積回路リソグラフィーに使用される種（seed；シード）
注入レーザに関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来のリソグラフィー用レーザＫｒＦエキシマレーザは、集積回路リソグラフィー用と
しては最先端技術の光源である。このようなレーザの一
例が、１９９０年９月２５日に発行された米国特許第
４，９５９，３４０号に記述されている。このレーザ
は、約２４８ｎｍの波長で動作する。ＫｒＦレーザを用
いることにより、１８０ｎｍもの小さな集積回路を作り
出すことができる。約１９３ｎｍの波長で動作するＡｒ
Ｆレーザ或いは約１５７ｎｍの波長で動作するＦ₂レー
ザを用いればより微細な寸法を提供できる。

【０００３】これらＫｒＦレーザ、ＡｒＦレーザ、Ｆ₂
レーザは、ほとんど同じものであり、事実、ＫｒＦレー
ザを作り出すために使用される同一の基本装置を、その
ガス濃度を変えるとともに制御や計器を変更してわずか
に異なる波長に調節することだけで、ＡｒＦレーザ或い
はＦ₂レーザを作り出するため使用することができる。

【０００４】リソグラフィー用レーザ及び他のリソグラ
フィー用装置の制御には、これらのレーザで作り出され
る紫外線に敏感なレーザパルスエネルギモニタが必要と
される。先端技術の集積回路リソグラフィー用の装置に
おいて、パルスエネルギをモニタするために使用される
標準的な従来の検出器は、シリコンフォトダイオードで
ある。

【０００５】集積回路の製造に使用される一般な従来の
ＫｒＦレーザを図１及び図２に示す。この従来レーザの
レーザ室の断面を図３に示す。図２Ａに示されるよう
に、高電圧電源３より電力を供給されるパルス電力シス
テム２は、放電室８内に設けられた電極６に電気パルス
を送る。一般的な最先端技術のリソグラフィーレーザ
は、パルス当り約１０ｍＪのパルスエネルギを持ち約１
０００Ｈｚの繰返し周波数で操作される。電極間の空間
には、約３気圧のレーザガス（ＫｒＦレーザに関して
は、約０．１％のフッ素、約１．３％のクリプトン、及
びバッファガスとして機能する残部のネオン）が、毎秒
約１，０００インチの速度で循環される。これはレーザ
放電室内に設けられた横流送風機１０でなされる。この
レーザガスは、室内に設けられた熱交換器１１及び室外
に取り付けられた低温板（図示せず）で冷却される。エ
キシマレーザの固有帯域は狭線幅モジュール１８（狭線
幅化パッケージ或いはＬＮＰと言われることもある）に
より狭帯域化される。商用エキシマレーザシステムは、
一般的に他のシステムを阻害することなく迅速に交換可
能な幾つかのモジュールから成る。主要モジュールとし
ては、レーザ室モジュール、高電圧源モジュールを備え
たパルス電力システム、整流子モジュール及び高電圧圧
縮ヘッドモジュール、出力カプラモジュール、狭線幅モ
ジュール、波長計モジュール、コンピューター制御モジ
ュール、ガス制御モジュール、冷却水モジュールが挙げ
られる。

【０００６】電極６は、陰極６Ａと陽極６Ｂとから成
る。この従来の実施形態では、陽極６Ｂは、図３に断面
で示される陽極支持棒４４により支えられる。流れはこ
の図面では反時計廻りである。陽極支持棒４４の１つの
角部及び１つの端部は、送風機１０から電極６Ａと６Ｂ
の間に空気を流すようにする案内翼の役割をする。この
従来レーザにおける他の案内翼は、参照番号４６、４
８、及び５０で示されている。穿孔された電流帰還プレ
ート５２は、陽極６Ｂを金属構造である室８に接地する
のに役立つ。このプレートには、レーザガス流路に位置
する大きな穴（図３では図示せず）が穿設されているた
め、電流帰還プレートがガス流れに影響を与えることは
ほとんどない。個々のコンデンサ１９のアレイから成る
ピーキングコンデンサは、パルス電力システム２による
各パルスに先立ち帯電される。ピーキングコンデンサが
電圧蓄積する間に、２つのプリ電離器５６が電極６Ａと
電極６Ｂとの間のレーザガスを若干イオン化し、コンデ
ンサ１９の電荷が約１６，０００ボルトに達すると、電
極を横切る放電によりエキシマレーザパルス生成が引き
起こされる。各パルスに続き、送風機１０より作られる
ミリ秒当り約１インチの電極間のガス流れにより、次の
パルスミリ秒後に起る時には電極間に十分な新たなレー
ザガスが供給される。

【０００７】一般的なリソグラフィー用のエキシマレー
ザにおける帰還制御システムでは、各パルスの出力レー
ザエネルギを測定するとともに、所望のパルスエネルギ
からの偏り度合を測定し、更に、電力供給電圧を調節す
るように制御装置へ信号を送ることによって、後続のパ
ルスのエネルギが所望のエネルギに近くなるようにして
いる。

【０００８】これらのエキシマレーザは、一般的に、計
画された保守のための短い休止があるだけで、一日２４
時間、数ヶ月間週７日連続で動作することを要求され
る。これらの従来レーザの遭遇する１つの問題とは、送
風機軸受けの過剰な消耗と時折発生する破損である。Ｋ
ｒＦ及びＡｒＦレーザでは有効でない集積回路の問題解
決を可能とするために、モジュール化した信頼性のある
生産ライン品質を持つＦ ₂レーザに対するニーズは、集
積回路産業において現在も存在する。

【０００９】種（seed；シード）注入（エキシマレーザシステムを含む）ガス放電レーザシス
テムの帯域幅を低減する周知技術には、狭帯域の「種」
ビームを利得媒体内に注入するものがある。このような
システムでは、「マスター発振器」と呼ばれる種ビーム
を作り出すレーザが極めて狭い帯域ビームを供給するよ
う設計されており、そのビームは、第２レーザにおいて
種ビームとして使用される。第２レーザが電力増幅器と
して機能する場合、このシステムはマスター発振器電力
増幅器（ＭＯＰＡ）システムと呼ばれる。第２レーザ自
身が空洞共振器を有する場合、このシステムは種注入発
振器（ＩＳＯ）と呼ばれ、そして、種レーザはマスター
発振器、下流レーザはパワー発振器と呼ばれる。これら
の技術により、狭線幅化光学装置の熱負荷が低減され
た。

【００１０】２つの個別のレーザから成るレーザシステ
ムは、類似の単一レーザシステムより実質的により高価
でより複雑になる傾向にある。従って、レーザシステム
を２つ商業的に使用するには制限があった。従来のＭＯ
ＰＡ及びＩＳＯシステムのほとんどの例では、２つの分
離したレーザ室が使用されている。しかしながら、２セ
ットの電極を含む単一のレーザ室を使用するシステムが
提案された。例えば、図３Ａは、Ｌｅｔａｒｄｉの米国
特許第５，０７０，５１３号に記載される並列装置を示
す。図３Ｂには、Ｌｏｎｇの米国特許第４，５３４，０
３５号に記載されている他の配置が示されており、ここ
では、細長い電極セットが室の反対側に配置されてい
る。ガスは、共通の「吸気」プレナムから、２セットの
電極間に分離して共通の「排気」プレナムに流れる。米
国特許第４，４１７，３４２号においてＭｃＫｅｅによ
り提案された配置を図３Ｃに示す。このシステムは、室
の半分において互いに並列に取り付けられた２セットの
細長い電極を有する。横流ファン及び熱交換器は他の半
部分に設けられる。ガスは、２セットの電極の間を並列
に流れる。図３Ａに示されるシステムでは、上流放電か
らの残りが下流放電と干渉するため、高い繰返し周波数
のレーザに好適であるとは考えられなかった。「Ａｐｐ
ｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＢＬａｓｅｒｓａｎｄ
Ｏｐｔｉｃｓ１９９８年」に発表されている論文によ
れば、このレーザは、毎秒約１００パルスのパルス繰返
し率で動作するとされている。著者は、１０００Ｈｚで
の動作の試みは高質ビームの発生にためには好ましくな
い乱流を導くことを指摘している。図３Ｃに示されるシ
ステムでは、図３Ａに示されるシステムの単一セットの
電極と比べ、流れの分裂により電極間のガスの速度が約
５０％減少するため、高繰返し周波数レーザに対して好
適であるとは考えられなかった。図３Ｂに示されるシス
テムは、送風機循環が図３に示されるような横方向では
なく軸方向であるため、高繰返し周波数レーザに対し十
分であるとは考えられなかった。

【００１１】Ｆ２レーザの帯域幅一般のＫｒＦレーザは、約２４８ｎｍを中心とする約４
００ｐｍ（ＦＷＨＭ）の固有帯域を有し、リソグラフィ
ーに使用するために約０．６ｐｍまで狭線幅化される。
約１９６ｎｍを中心とするＡｒＦレーザは、約４０ｐｍ
の固有帯域を有し、一般的に約０．５ｐｍまで狭線幅化
される。これらのレーザは、図２に示される狭線幅モジ
ュールを使用して、固有帯域の大部分を比較的容易に変
更することができる。一般的に、Ｆ₂レーザは、約１５
７．６３ｎｍ及び１５７．５２ｎｍを中心とする２つの
狭い線でレーザビームを生成する。これら２つの線の強
度弱められることが抑制され、レーザは１５７．６３ｎ
ｍ線で動作するようにされる。１５７．６３ｎｍ線の固
有帯域は、約１．０から１．６ｐｍである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】リソグラフィーのため
のＦ₂レーザ及びこの線の問題は、集束要件を満す程に
線が狭くなく、所望の自由度を持って調整するには狭す
ぎるということである。必要とされることは、狭帯域Ｆ
₂レーザシステムの改善にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、リソグラフィ
ー用の可変で極めて狭い帯域を有する種注入Ｆ₂レーザ
を提供する。このレーザでは、従来の長寿命で信頼性の
あるリソグラフィーレーザのモジュール化設計構成と、
第１利得媒体において操作され第２利得媒体において狭
帯域レージングを促すために使用される種ビームを生成
し、集積回路リソグラフィーに有用な極めて狭い帯域の
レーザビームを生成するための特有の技術とが組み合わ
される。好ましい実施形態では、２つの波長可変のエタ
ロン出力カプラがＦ₂レーザの帯域を狭めるために使用
されるとともに、種レーザの出力がＦ₂増幅器において
増幅される。

【００１４】

【発明の実施の形態】第1の好ましい実施形態図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を説明する。モジュ−ル化レーザ設計図４は、本発明の好ましい実施形態を各々示す前面図で
ある。同図は、出願人の従業員により製作された従来技
術ＫｒＦレーザに類似するこれら従業員の特定発明にお
けるモジュールの特質を明確に示すもので、モジュール
の修理、交換、及び保守のために極めて迅速にこのＦ₂
レーザシステムを交換することを可能とするものであ
る。この実施形態の主構成は、図４に示される各参照番
号に対応している。

【００１５】好ましい実施形態図４に示される好ましい実施形態は、図１、２及び３に
記述されたレーザを改良したものである。この好ましい
実施形態は、従来技術エキシマレーザにはない以下の改
良を含んでいる。１)図５に示されるように、電極がマスター部分とスレ
ーブ部分にセグメント化されている。２）半導体を用いた電力システムが、セグメント化され
た電極を収容し、両セグメントを個別に駆動し、立ち上
がり時間をより早くするように変更され、より均一化さ
れたパルスを供給するとともに、高電圧でのレーザ効率
より高めるようにした。

【００１６】加えて、以下の実施形態は、マスタースレ
ーブ構成とは直接には関係しない次のような改良を含
む。１）パルス電力システムの充電電圧のより精密な制御、２）パルスエネルギ及びバーストエネルギの制御をより
改善する新たなアルゴリズムでプログラムされたコンピ
ューター制御装置、及び３）単一チューブのより大きなプリ電離器が、従来の２
チューブのプリ電離器を組合せたものと置き換えられる
ことにより、効率を改善し、予備イオン化を促進し、更
に電極間のレーザガス流れを向上させている。

【００１７】一列配置式の利得媒体図５Ａ及び５Ｂは、本発明の第１の好ましい実施形態を
示す。この場合、図３に示される従来レーザの陰極６Ａ
は、図５Ｂに示されるように短い陰極１８Ａ及び長い陰
極１８Ｂに分離される。短陰極１８Ａは、約１７ｍｍの
陽極２０の上に設けられ、図１に示される高電圧バスか
ら５本の真鍮製の貫通給電装置により給電される。これ
に対し、長陰極１８Ｂは、約２０ｍｍの陽極２０上の従
来の場所に設けられ、前記と同じ高電圧バスから１０本
の真鍮製の貫通給電装置により給電される。結果とし
て、短陰極１８Ａと陽極２０との間の放電は、約１０ｎ
ｓの長陰極１８Ｂと陽極２０との間の放電に先立って始
まる。従って、放電の初期において短陰極１８Ａと陽極
２０とにより作り出されるレーザ光には、長電極１８Ｂ
と陽極２０との間での放電が始まる前に、狭線幅化パッ
ケージ１５を最高2回通るように作動する時間が与えら
れる。この結果、パルス持続時間が増加し、ビームの線
幅が減少する。

【００１８】図５Ａ及び５Ｂに示される実施形態の代替
案として、２つの陰極と陽極との間に同ーの間隔を設け
るが、例えば、電極１８Ｂを含む回路に対して付加イン
ダクタンスを加えることによって、放電を電子的により
早くしたものがある。これらの代替案では、陽極２０を
１８Ａ及び１８Ｂに対応する陽極２０Ａ及び２０Ｂに分
離できる。インダクタンスを陽極とグランドとの間に付
加することも可能である。より複雑なアプローチとして
は、高電圧バス２３を分離することにより、個々の陰極
に対し分離したピーキングコンデンサ列を作り出すこと
が考えられる。

【００１９】他の単一室型の実施形態並列式の利得媒体図４に示されるレーザキャビネットに取り付けられる他
の単一室型の実施形態を図５Ｃ，Ｄ，Ｅ，及びＦに示
す。この実施形態は、図５Ａ及び５Ｂに示されたものと
類似しているが、ここでの利得媒体は相互にオフセット
されている。陰極５０Ａ及び陽極２０は、レーザシステ
ムにおける種部分の利得媒体となる。種部分の空洞共振
器は、部分的には約２０％の反射率を持つ反射鏡として
も良いＬＮＰ１５及び出力カプラ５２によって構成され
る。この実施形態では、種ビームは、完全反射鏡５４及
び５６に反射され、レーザシステムの増幅部、つまり陰
極５０Ｂと陽極２０とにより作り出される利得媒体にお
いて増幅される。

【００２０】図５Ｇ及び５Ｈに示される実施形態では、
付加された完全反射鏡５５及び位置変更された電極によ
り、増幅用の利得媒体を２度通過することが可能とな
る。両実施形態において、電極即ち電気回路は、種部分
が数ナノ秒でこれまでより早期に発生するように設定さ
れる。図５Ｅは、これら２つの実施形態に対し図１のレ
ーザの陰極及び陽極をどのように変更できるかを示す。
図５Ｆは、図５Ｃの配列の代替案を示すが、この場合、
ビームは、他の実施形態とは反対方向においてレーザか
ら放出される。

【００２１】並列式の利得媒体図５Ｉと５Ｊ及び図５Ｋと５Ｌでは、２つの利得媒体が
並列された実施形態を示す。図５Ｉ及び５Ｊの実施形態
は、増幅用の利得媒体の部分を２度通過することを可能
とする。本明細書における背景部分で述べたように、上
流側の放電からの残部が下流側の放電に干渉する可能性
がある。本実施形態では、電極間を通過するレーザガス
の流れを極めて安定させるとともに、次のパルスの前に
上流放電からの残部が下流利得領域を通過するような速
いレーザガス流速とすることによりこの問題に対処して
いる。他の代替案としては、後続のパルス時に、上流放
電からの残部が電極間の約２／３の距離に位置するよう
にガス流速を調節することにある。例えば、レーザが
２，０００Ｈｚの繰返し周波数で動作し、上流電極と下
流電極との間の距離が６ｃｍである場合、上流放電から
の残部が、第１の後続パルスの間に下流電極の約２ｃｍ
上流に、そして第２の後続パルスの間に下流電極の約２
ｃｍ下流に集まるように、電極間のガス速度を約８，０
００ｃｍ／ｓｅｃとすることができる。

【００２２】図５Ｉ、５Ｊ、５Ｋ、及び６Ｌの実施形態
では、図１、２Ａ、及び２Ｂに示される従来レーザの従
来パルス電力システムを僅かに変更することによりパル
ス電力が供給されるのが好ましい。好ましい実施形態で
は、レーザ室の片側に設けられたピーキングコンデンサ
列の部分が陰極７０Ａに給電し、他方側に設けられたコ
ンデンサが陰極７０Ｂに給電する。この実施形態におい
てコンデンサの総数が、２８から４０（各々の側部に２
０）に増加することが好ましい。陰極７０Ａは、種を早
期に発生させるように、陰極７０Ｂ側のものよりわずか
に陽極２０に近接している。

【００２３】傾斜式の種ビーム本発明の他の実施形態を図５Ｍに示す。この実施形態に
おいて、レーザシステムの種部分の空洞共振器は、従来
のＬＮＰ１５及び５０％の反射率を持つ鏡である従来の
出力カプラ５２Ａにより形成される。図５Ｍに示される
ように、種空洞共振器は、電極間に形成された利得媒体
を完全に横切る形で傾斜する。ＫｒＦエキシマレーザの
一般的なパルスの間に、ビームは種利得媒体を約５回通
過する。各通過によって、光は、増幅されるとともに種
空洞共振器において狭線幅化される。各通過によって、
光の約５０％は、出力カプラ５２Ａを通過して鏡８０Ａ
及び８０Ｂにより反射され、鏡８０Ｂと８０Ｃとの間の
利得媒体内で更に増幅される。この実施形態に関し、レ
ーザに対するパルス電力システムは、これと類似した図
２３Ｃに示されるパルス形状を生成するよう設定される
ことが好ましい。これにより、第１パルスが主として種
ビームとして、第２の重なり合うより大きなパルスが増
幅ビームとして提供されることになる。

【００２４】傾斜式ビームによる優れた狭線幅化電極間の利得媒体を横切る種ビームの傾斜は、図２Ａ及
び２Ｂに示されるような従来システムが備えた重大な問
題を排除する。この問題は、利得媒体の縁部近傍の（ビ
ームの位相速度の測定値である）屈折率ｎが、利得媒体
の中心における屈折率より非常に高いために生じる。こ
れは、ビームが利得媒体を通過する際にビームの両側で
の光の位相がビームの中心での光の位相よりも遅く移動
することを意味する。これによりＬＮＰに入射する波面
に歪みが生じる。この歪みにより、極めて狭い帯域線幅
を生成する上でのＬＮＰ１５の能力が制限される。この
歪みは、回折格子をわずかに曲げることにより多少補償
することができるが、出願人は、利得媒体における歪み
の多くが、ナノ秒の時間間隔で時間依存していることを
測定した。回折格子は、これを即座に変化させるように
応答することはできない。ビームを利得媒体を横切るよ
うに斜め方向に方向付けることにより、ビームの全ての
部分は同じ屈折率の変化になる。図１０Ｂは、屈折率ｎ
が、利得媒体にわたって水平方向にどのように変化する
かを定性的に示す。（利得媒体は、一般のリソグラフィ
ーレーザにおいて、水平方向に約５ｍｍ幅垂直方向に約
１８ｍｍである。垂直方向における屈折率は、利得媒体
全体にわたり比較的均一である。）

【００２５】図１０Ａにおいて、利得媒体の軸線に沿っ
て利得媒体を通過する光の３ビームが示され、その１つ
は利得媒体の中心にそして他の２つは水平縁部にある。
参照番号８２に示されるように、ビームはその縁部にお
いて中心よりも遅く移動するため、波面は歪んでしま
う。しかしながら、類似した３つのビームが８４に示さ
れるように利得媒体を横切り斜めに通過する際、それら
は個々に同じ屈折率で変化することになり、それらは参
照番号８６に示されるように「頭を揃えて」他側面に現
れる。均一な波面により、ＬＮＰはより効果的にビーム
を線狭化することができる。

【００２６】分離レーザ室本発明は、分離したレーザ室を用いて実施できる。この
場合、１つの室はマスター発振器にための利得媒体を収
容し、分離したレーザ室は、スレーブ発振器或いは電力
増幅のための利得媒体を収容する。図６Ａは、Ｆ₂ガス
放電スレーブ発振器を駆動するために、マスター発振器
として狭線幅化Ｆ₂ガス放電レーザを使用するＩＳＯ装
置を示す。ガス放電のためのパルス電源は完全に分離し
たユニットとすることができ、或いは電源の部分は両レ
ーザに対し共通とすることができる。マスター発振器の
放電は、スレーブ発振器に数ナノ秒先行させることが好
ましい。

【００２７】出願人により製作され試験された試作ユニ
ットでは、完全に分離したパルス電源は、いずれの電源
もマスター制御ユニットにより制御されるものとされ
た。しかしながら、好ましい実施形態では、マスター及
びスレーブ発振器の双方に、各レーザが自身の圧縮ヘッ
ドを持つ状態で、共通の電源と整流子とが設けられる。
両利得媒体への放電が適切に調節されることは重要であ
る。図２０は遅延時間の変化の効果を示す。遅延時間ゼ
ロは、これらの試験において最大出力を作り出すための
遅延時間を表す。この時間は数ナノ秒であるが、出願人
はその正確な時間は測定できなかった。

【００２８】ＭＯＰＡシステムを図６Ｂに示す。このシ
ステムは、光学部品を除き図６Ａのシステムに類似して
いる。図面に示される構成に加え、通常、幾らかの注入
光学部品がマスター発振器とパワー発振器との間に設け
られる。一部のＭＯＰＡの実施形態においては、周知技
術を使用して、室を貫通する１つ以上の光路が設けられ
る。図６Ｃは、Ｆ₂ガス放電スレーブ発振器或いはパワ
ー増幅器が、Ｆ₂レーザ以外の狭帯域種レーザにより種
を与えられるような実施形態を示す。このレーザは、１
５７．６ｎｍのＦ２「線」の一部に対し調整される色素
レーザとすることができる。その代わりに、この種レー
ザは、１５７．６ｎｍのＦ₂「線」内で狭帯域出力を生
成するためにＯＰＯ（光学パラメータ式発振器）素子を
使用することもできる。図６Ｄでは、種レーザの出力
は、１５７．６ｎｍのＦ₂「線」内で極めて狭い線のみ
を通過させる光学フィルターでフィルターされる。

【００２９】エタロン出力カプラによる狭帯域化エタロン出力カプラ図２２Ａから２２Ｅを参照し、エタロン出力カプラを使
用してＦ₂レーザを狭帯域化する技術を説明する。図２
２Ｂに示されるように、レーザの共振器は、高反射鏡６
５及びファブリ・ペロー・エタロン１６４を含む。ファ
ブリ・ペロー・エタロンは、ＣａＦ₂で作られる２つの
プリズム１６４Ａ及び１６４Ｂから成る。プリズムの２
側面１６６Ａ及び１６６Ｂは、個々に極めて高い精度で
平行にされ間隔を持って分離される。各プリズムの頂角
は約３３である。レーザビーム１０２は、プリズム１６
４Ａに入射しこのプリズムにより屈折される。プリズム
１６４Ａは、プリズム１６４Ａにあるビーム１０２の１
部がプリズムの表面に対し正確に直角の入射角であるよ
うに整列される。残りの到来ビームは、表面１６４Ａか
ら真後ろへ反射される。ビーム１０２の透過部分はビー
ム１０３として示される。第２プリズム１６４Ｂの入口
表面１６６Ｂにおいて、ビーム１０３の部分は再度真後
ろへ反射され、残りはプリズム１６４Ｂを透過する。ビ
ーム１０３は正確に両面１６６Ａ及び１６６Ｂに垂直で
あるので、反射ビームはレーザに対し真後ろに反射され
る。従って、ファブリ・ペロー・エタロン１６４はレー
ザ６３の出力カプラの役割をする。両プリズムは、図２
２Ｃに示されるように１．０気圧よりわずかに高い圧力
で窒素雰囲気内に封入されている。

【００３０】ここで図２２Ｃを参照すると、ビーム１０
２は、第１プリズム１６４Ａにブリュスター角に近い約
５７度の角度で入射する。従って、入射面に偏光された
ビーム１０２については、プリズム１６４Ａの第１表面
１６５Ａからの反射はない。プリズム１６４Ａの頂角は
約３３度である。従って、表面１６５Ａにおけるビーム
１０２の屈折により、ビーム１０２の伝搬方向は変化
し、プリズム１６４Ａの第２表面１６６Ａを９０度の角
度で横切る。このプリズムの位置は精密に整列されてい
るので、この角度は正確に９０度である。表面１６６Ａ
と１６６Ｂとが互いに平行である場合、ビーム１０２
は、第２プリズム１６４Ｂに正確に同じ９０度の角度で
表面１６６Ｂに入射する。ビーム１０２は、プリズム１
６４Ｂの第２表面１６５Ｂにおいて更に屈折されるの
で、存在するビームは、表面１６５Ｂと約５７度のブリ
ュスター角を成す。また、プリズム１６４Ｂの頂角は約
３３度である。プリズム１６４Ａ及び１６４Ｂのいずれ
の表面もコーティングされていない。窓９８及び９９
は、それらから反射がないことが必要とされる場合に
は、ブリュスター角に近い角度に位置決めされる。或い
は、窓がビーム１０２の１部をサンプリングするよう使
用されている場合、その角度は、ブリュスター角より少
し小さくすることができる。従って、好ましい実施形態
では、いずれの表面にもコーティングを有しない。コー
ティンされていない内部の平行なプリズム表面の各々
は、１５７ｎｍの直角入射光に対し、約４．７％のフレ
ネル反射率を有する。これらの表面は、ビーム１０２の
1部をレーザに対し反射し返す。

【００３１】更に、一般的にプリズム材料が屈折率ｎ_m
を有し、隣接ガスが屈折率ｎ_aを有する場合、プリズム
の頂角∝は、となる。プリズム材料がｎ_m＝１．５６のＣａＦ₂であ
り、隣接ガスがｎ_a＝１．０００３で約１気圧である窒
素である場合、∝＝３２．６７度となる。

【００３２】線選択及び狭線幅化素子としての波長可変
エタロン出力カプラ好ましい実施形態において、ｎ_m≒
１．５６の屈折率のコーティングされていないＣａＦ₂
材料からのフレネル反射により測定される場合、参照番
号１６６Ａ及び１６６Ｂの各表面からの反射率は４．７
％である。表面１６６Ａ及び１６６Ｂからそれぞれ反射
される２つのビームの干渉により、総合反射率は、の式で表されるような、ほぼレーザ波長に正弦依存す
る。ここで、ｒは０．０４７に等しい表面１６６Ａ及び
１６６Ｂからの反射、ｎ_aは窒素の屈折率、ｄは表面１
６６Ａと１６６Ｂ間の距離、及びλ₁はレーザ波長であ
る。この依存は、図２２Ｄに示される。

【００３３】最大反射率は約１７％であり、最小反射率
は約０％である。通常、エタロンの自由スペクトル範囲
と呼ばれる反射ピーク間の距離λ_FSRは、間隔ｄ、窒素
の屈折率Ｎ_a、及びレーザ波長λ_lにより決定される。

【００３４】また、Ｆ₂レーザのスペクトルは、図２２
Ｄに示される。２つのピークがあり、それらの各々は約
１．１ｐｍのＦＷＨＭを有し、それらはΔλ＝１０６．
６ｎｍ離れている。強い線の線選択及びそれと同時の狭
線幅化の効果は、本発明において、反射ピークの１つが
強い線の中心で右にあり、最小反射の１つが弱線の中心
の右にあるように、エタロン出力カプラを整列すること
により具体化される。これは、 Δλ＝（Ｎ＋ｌ／２）λ_FSR (4) で、Ｎが１，２，３．．．の場合、行うことができる。
例えば、λ_FSR ＝１．０４ｐｍ（及び、Δλ＝１０６．
６ｎｍ）の場合、Ｎ＝１０２である。式（３）及び大気
圧より約３０％高い圧力でｎ_a＝１．０００４を使う
と、ｄ＝１１．９４１ｍｍが得られる。ＥＯＣの精密な
調整は、窒素圧力を調節することにより行うことができ
る。

【００３５】ＥＯＣの調整ＥＯＣの調整は、注入バルブ９４と開放バルブ９５とを
使って室９２内（図２２Ｃ）の圧力を変えることにより
行うことができる。これらのバルブは、ドライバ９６及
び９７によりそれぞれ制御される。ドライバへの信号
は、レーザの搭載コンピューター（図示せず）により送
信される。

【００３６】１つの実施形態では、Ｈｅが窒素に代わり
使用され、室９２内の圧力は目標値に維持される。この
値は、工場で出力パワー及びスペクトル幅に対し最適な
ように決定される。好ましくは、選択されたスペクトル
線において反射された光の割合は１０％と１７％との間
であり、他のスペクトル線での反射光は、ほぼ０であ
る。選択された線における１７％の反射率は、エタロン
表面にコーティングが使用されない場合得られる。より
低い反射率は、反射率をコーティングされていない表面
の反射率より低減するために、エタロン表面１６６Ａ及
び１６６Ｂ（図２２Ｃ）コーティングを施すことにより
得ることができる。

【００３７】ＥＯＣを調節するための圧力制御を、「極
狭帯域レーザ」と題する１９９９年１月５日に発行され
た米国特許第５，８５６，９９１号に記載の方法で、実
際の波長測定値に基づく帰還装置を使用して達成でき
る。この特許は、本明細書において参照文献として援用
する。より簡単な代替的調節方法は、選択されたＦ₂線
内の選択された波長範囲で反射し、他の線の波長では透
過するよう調節されたエタロンを保持するために、エタ
ロンの圧力を選択された絶対圧力に制御することである
（図６）。（’９９１特許に記載されるような従来Ｋｒ
Ｆ及びＡｒＦレーザではない）本発明のＦ₂レーザは、
それ自身を調節しなければならない回折格子を基礎とす
る狭線幅化ユニットを使用することなく狭帯域で動作で
きるため、この方法が可能となる。

【００３８】Ｆ₂レーザの線はいずれも絶対値であるの
で、それらはレーザ空洞共振器におけるビーム方向或い
はレーザ構成部品の温度のような影響により変化しな
い。（プリズム間が固定間隔でありエタロンガスが一定
温度とすると、）エタロンの反射率は、エタロン圧力の
みに依存する値である。従って、２つのＦ２線での所望
の反射率をもたらすように適切なエタロン圧力を決定す
るために、工場内でエタロンを校正することができる。
次に、エタロンガス圧力を所望の圧力に保つためにエタ
ロン圧力を読み取る絶対圧力変換器を利用する帰還制御
を提供することができる。ヘリウムがエタロンガスの場
合、エタロン間隔の屈折率はであり、ここでＰ_Heは、エタロン内の絶対ヘリウム圧力
である。

【００３９】式（２）により、図２２Ｄに示される反射
カーブのピーク値及び最小値は、ｎ _Heに比例し変動し、
従って、エタロンは圧力変化対し適切に敏感である。例
えば、絶対圧力の１ｐｓｉ変化は、反射率カーブを約
０．４ｐｍ変動させる。絶対圧力変換器は、容易に約
０．０２ｐｓｉの精度で圧力を読み取ることが可能であ
り、従って、変換器などを使用する帰還制御は、容易に
エタロン反射率を０．０１ｐｍよりも良い精度で制御で
きる。これらの絶対圧力変換器は、米国コネチカット州
ニューフェアーフィールドにあるＤｒｕｃｋ社などの供
給業者から入手可能である。条件に合うユニットはＭｏ
ｄｅｌＮｏ．ＰＭＰ４０００であろう。

【００４０】好ましくは、エタロン温度はほぼ一定温度
に調節されるが、代替案は、温度を測定し温度変化を補
正することである。これは以下の式によって行なわれ
る。ここでＴ_STD（Ｋ）は、ケルビン度の基準温度であり、
Ｔ_He（Ｋ）は、ケルビン度のヘリウムガスの温度であ
る。この場合、表面１６６Ａ及び１６６Ｂ間の一定距離
は、熔融シリカ或いはＵＬＥガラスのような低膨張材料
から作られたスペーサーを使用することにより維持する
ことができる。

【００４１】種ビームの発散の最小化ビーム拡大器・回折格子の組合せやエタロン出力カプラ
のような狭線幅化技術の良好な性能は、低発散レーザビ
ームに左右される。ビームの発散を低減する簡単な技術
は、小寸法の口径を使用することである。しかし、口径
寸法を低減することによりビームエネルギが減少する。
極狭帯域Ｆ₂出力ビームを生成するための出願人の初期
段階での実験では小口径が使用された。しかしながら、
高出力エネルギが重視される場合には、エネルギの実質
的な損失がなく発散を減少する他の技術を使用すること
ができる。

【００４２】代替エタロン出力カプラ構造図２２Ｂに示されるレーザシステムは、図６Ａ及び６Ｂ
に示されるレーザシステムのような方式における種レー
ザとして使用できる。他の好ましい設計を図６Ｅ，６
Ｆ，６Ｆ１，６Ｇ，６Ｈ，及び６Ｈ１に示す。これらの
図に示される設計を２室構造に適応したり、或いは適当
な鏡を使用したりすることにより単一室構成に適応でき
る。図６Ｅの設計において、エタロン出力カプラは、レ
ーザの後部に配置され、４０％の反射鏡は、種ビームを
増幅器に供給する第２出力カプラとして動作する。出願
人の実験では、図２２Ｂに示すような種レーザを使用す
る場合と比較して、この構成構造によってより良い狭線
幅化が示された。

【００４３】出願人は図６Ｆに示される構成で優れた結
果を出した。ここで２つのエタロン出力カプラを使用
し、いずれも所望の波長で反射するよう調節される。出
願人はこの構成を「２重ＥＯＣ種レーザシステム」と呼
ぶ。増幅器を通してのビームの幾何学的寸法は、増幅用
の利得媒体に対する入口でのビーム寸法が直径約０．３
ｍｍであり、出口でのビーム寸法が約２．７ｍｍである
ようなレンズ２００により作り出される発散ビームであ
った。

【００４４】初期試験結果では２．７ｍｍスポットの
０．２ｍＪの増幅ビームエネルギを示す。種レーザ内の
ガスは、４４０ｋＰａの圧力に対するＮｅの平衡のもと
で、ネオンにおける７０ｋＰａの０．１％Ｆ₂であり、
増幅器内のガスは、４４０ｋＰａの圧力に対するＮｅの
平衡のもとで、Ｈｅにおける２５ｋＰａの１％Ｆ₂であ
った。レーザシステム出力は、Ｆ₂／Ｈｅ部分の濃度を
増加しながら測定され、その結果が図２１Ａ及び２１Ｂ
に示される。種ＦＷＨＭは０．２９ｐｍであり、増幅
後、出力ビームは０．３５ｐｍのＦＷＨＭを有する。最
大エネルギは０．２ｍｊであった。この試験に関し、種
レーザは約１ｍｍ直径の小円口径で穿設された。帯域幅
に悪影響を与えることなく、種レーザ室の前方及び後方
の両側において図６Ｆ１に示されるように付加的小口径
を使用することにより、この出力を増加することができ
る。また、システム出力は、（図６Ｆの例では無駄にさ
れている）後方出力ビームが前方出力ビームに結合され
ている図６Ｇに示される技術を使用して増加することが
できる。

【００４５】図６Ｋは、エタロン性能を向上させるため
にビームの発散を減少する他の代替案を示す。この場
合、利得媒体に存在するビームは、エタロン出力カプラ
の前にビーム拡大望遠鏡内で拡張される。図６Ｆに示さ
れるように２つのエタロン出力カプラが使用される場
合、利得媒体の各端にビーム拡大望遠鏡を設けることが
できる。望遠鏡の使用により、３ｍｍ×３ｍｍ或いは３
ｍｍ×４ｍｍのようなより広い口径の使用が可能とな
る。

【００４６】飽和出願人の実験は、ビームが利得媒体を真っ直ぐ通過する
よう方向付けられた場合、種ビームは、増幅器内の利得
媒体を高利得で飽和できることが分った。例えば、図２
１Ｃは、図６Ｅにおけるレンズが図６Ｅ１のように取り
除かれた際何が起るかを示す。この場合、飽和が所望の
波長で発生するため、スペクトルの末端はピークより更
に増幅され、その結果出力ビームの帯域幅は実質的に広
がる。この問題を、図６Ｅ，６Ｆ，６Ｇ及び６Ｈに示す
ようにビーム寸法を増加させることにより、或いは図６
Ｆ１に示唆されているように分離されたビームの数を増
加させることにより最小にできる。他のアプローチは、
利得容積を広くすることであるが、これに伴いより速い
レーザガスの循環が必要とされることになる。他のアプ
ローチは、ビームを図６Ｊに示されるように標準利得容
積を斜めに通過するように傾斜させることである。

【００４７】発散フィルター帯域幅に妥協することなく出力を増加させる他の技術
は、発散フィルターを使用することである。この概念は
図６Ｈ及び６Ｈ１に示される。発散フィルターは従来の
エタロンに類似した方法で動作する。間隔ｄで、レーザ
軸Ｘに対し角度θで傾斜しているエタロンを考えてみよ
う。固体エタロンは屈折率ｎを持っているとする。更
に、波長λで図６に示すようにある軸Ｘに対し角度αで
伝搬しているビームを有するとする。そこで次式はこの
光ビームに対するエタロンの透過を表す。Ｉ_t＝Ｉ₀（１−Ｒ）²／［（１−Ｒ）²＋４Ｒｓｉｎ²（δ／２）］（７） δ＝２πΔＳ／λ （８） ΔＳ＝２πｄｃｏｓβ （９） β＝θ＋α （１０）

【００４８】エタロンＦＳＲは、式（７）―（１０）か
ら導かれるようにＦＳＲ＝λ２／２ｎｄｃｏｓβ （１１）である。エタロンを発散フィルターとして使用する考え
は、それをビーム伝搬角度αの変化に対し敏感にするこ
とにあり、これによりα＝０の光線は最大透過を有し、
α＝０となると透過は急激に減少する。一方、エタロン
ＦＳＲは十分大きくすべきであり、それにより全てのレ
ーザスペクトルはα＝０である限り最大透過を有するこ
とになる。

【００４９】好ましい実施形態において、ＣａＦ₂から
成る厚さｄ＝０．２５ｍｍの固体エタロンが使用され
る。１５７．６３でのＣａＦ₂の屈折率は約１．５７で
ある。エタロンが角度＝１．９９度で傾斜している場
合、それはΘ＝０で伝搬するビームの最大透過を有す
る。この最大透過は、干渉次数Ｎ＝４９７７： δ／２＝τ・４９７７（１２）に対応する。式（５）によるこのエタロンのＦＳＲは、
レーザ帯域幅より大きい３１．６７ｐｍである。

【００５０】式（７）―（９）から：２ｎｄｃｏｓβ＝Ｎλ （１３）であり、ここでＮ＝４９７７は干渉次数である。従っ
て、ｄλ／ｄβ＝−２ｎｄｓｉｎβ／Ｎ（１４）となる。このように、α≠０である全てのビームは短波
長側へシフトした透過最大の位置を有する。例えば、α
＝０ｒａｄで伝搬するビームは、 Δλ＝（―２ｎｄｓｉｎΘ／Ｎ）・α＝−５．４９ｐｍ（１５）で変動した最大値の位置となる。

【００５１】好ましい実施形態において、エタロン発散
フィルターは、部分的に約３０％の反射率を備えた反射
コーティングを有する。光は、共振器内の各往復移動当
りエタロン発散フィルターを２回通る。―５．４９ｐｍ
での最大透過の位置の移動により、２重通過の際、５０
％を越える透過の減少を導く。従って、α≠０で伝搬す
る光線は、エタロン発散フィルターにより抑制されるこ
とになる。このフィルターは、１面のみ（本例１の図面
６Ｈ及び６Ｈ１における面）レーザビームの発散を減少
する。また、（図面の面に垂直な）他の面の発散を減少
させるために、同じ１．９９度で他の方向に傾斜してい
る第２のエタロン発散フィルターも使用できる。

【００５２】複合増幅器出願人は、低エネルギ極狭帯域Ｆ₂種ビームがＦ₂増幅器
で大きく増幅される場合、ビームが増幅器内で広がる傾
向があることを発見した。従って、種ビームのエネルギ
は、所望の範囲内に帯域幅を保ちながら適切な大きさに
すべきである。代替的アプローチは、極めて低いエネル
ギ種ビームで行い、図６Ｉに示されるように複合増幅器
を使用することである。

【００５３】試作ユニット幾つかの試作Ｆ₂レーザシステムが出願人及びその関連
業者により組み立てられ試験された。この試作レーザシ
ステムは、主として、幾つかの重要な改良を従来技術エ
キシマレーザシステムに組み込むとともに、高効率な室
及び半導体を使用したパルス電力励起を使用している最
新の生産ＫｒＦ及びＡｒＦレーザに基いている。放電は
ガス汚染を最小限にするためコロナ・プリ・イオン化さ
れる。全ての光ビーム路は、酸素による光吸収を避ける
とともに光学素子に対する損害も避けるために、窒素パ
ージされる。全ての共振器光学は、レーザ室に装備され
た傾斜室窓の外部にあった。ガス混合は、４気圧のヘリ
ウムにおいて０．１％のフッ素であり、電極間隔は１０
ｍｍに減少された。

【００５４】この試作ユニットにおいて、マスター発振
器及び下流レーザに対し変更されたパルス変換器が使用
される。このパルス変換器において、第２巻線として機
能する（パルス電力システムと題する部分以下に記述さ
れ、図８Ｄに示された）単一の４部分ステンレス鋼ロッ
ドは、内部円筒状ロッド及び全て直列に接続された図１
１Ａ、１１Ｂと１１Ｃに示されるように互いに絶縁され
た２つの同軸チューブから成る変換器第２導体に交換さ
れる。第２導体は、参照番号３０２に示されるバス棒及
び参照番号３０４に示されるＨＶケーブルに接続する２
つの同軸組み立て部分（図１１Ｂ及び１１Ｃに示される
断面）から成る。図１１Ｄは、図１１Ｂ及び１１Ｃと同
じ断面、及び１次巻線を形成するスプールの円筒状部分
３０８の周囲を包むＭｅｔｇｌａｓ（商標）及びマイラ
ーフィルムの層３０６を示す。また、中心線３１０及び
パルス変換器の第２部分を形成する中空円筒状電導体３
１２及び３１４が図１１Ｄに示される。Ｍｅｔｇｌａｓ
（商標）とマイラー層は図１１Ａ，１１Ｂ，及び１１Ｃ
には示されていない。約１，０００ボルト（３１６に表
示される）の電圧ピークを有する電流パルスは、図１１
Ａに参照番号３１８で示される約−３６，０００ボルト
のパルスを第２ＨＶ端子において生成することになる。

【００５５】主円筒と３つの同軸第２導体との間の連結
は、図８Ｅを参照すると、上記記載のＭｅｔｇｌａｓ
（商標）とマイラーフィルムの巻付けにより行なわれ
る。この実施形態では、圧縮（１つの付加的コンデンサ
列Ｃ_p-1を備えた）の段階が追加される。この実施形態
におけるコンデンサ列は次の値を有する。Ｃ₀＝約１２．１ＦＣ₁＝約１２．４ＦＣ_p-2＝約８．８２ＦＣ_p-1＝約８．４ＦＣ_p＝約１０ｎＦこの試作実施形態における変更されたパルス電力システ
ムは、ピーキングコンデンサ列に約８０ｎｓの出力使用
時間を作り出す。このパルス変換器の拡大比は（詳細に
上述した実施形態における２３倍と比較し）３６倍であ
る。これは、対応してＦ₂濃度が低下した状態で、実質
的に高電圧でレーザが動作することを可能とする。出願
人は、より高い電圧での動作は放電安定性を向上し、よ
り高い繰り返し率を可能とすることを測定した。

【００５６】パルスエネルギのモニタリング前述した試作ユニットで、従来のＵＶパルスエネルギ検
出器では良い結果を得ることはできない。これは、従来
のＫｒＦ及びＡｒＦレーザで使用されるパルスエネルギ
検出器が、赤及びネオン赤外線スペクトル範囲の光に対
し非常に敏感であるためである。事実、これらの標準シ
リコンフォトダイオードは、１５７ｎｍのレーザ光より
赤及び赤外線に対しより敏感である。従って、光が上記
約３％の範囲にある場合にも、シリコンフォトダイオー
ドへの影響は３％より大きい。このため、好ましくは、
可視赤光及び赤外光に大きく影響されないエネルギ検出
器を使用すべきである。ＵＶ線に対し特に敏感であり、
赤及び赤外線に対し比較的或いは完全に敏感である検出
器は市場で入手可能である。一般的に、これらの検出器
は太陽ブラインド検出器と呼ばれ、大気天文分野で使用
されているが、出願人の知る限りでは、それらはレーザ
パルスエネルギを測定するために応用されたことはな
い。「太陽ブラインド」検出器を構築するために使用で
きる方法は多い。幾つかの方策を以下に述べる。

【００５７】光電管光電管は、２つの電極、光陰極及び陽極から成る真空素
子である。光陰極に光を当てることにより、光電効果に
よって陰極材料から電子を放出させることができる。陽
極と陰極との間に正電圧を印加することにより、放出電
子を陽極へ押しやり、光陰極に衝突する光子／秒の数に
比例した電流が素子を流れるようにする。この効果は、
カットオフ機能を有する。つまり、特定の値より高い波
長を持つ光を照射しても光電子は生成されない。最大波
長は： λ_max＝ｈｃ／F で定義され、Ｈはプランク定数、ｃは真空中の光速、F
は仕事関数と呼ばれる材料の特性である。十分に高い仕
事関数（例えば、＞４電子ボルト）を持つ光陰極材料を
選択すれば、３００ｎｍより短い波長での照射に対して
のみ光電流を発生する、つまり太陽ブラインド応答させ
ることができる。条件を満足する仕事関数を持つ光陰極
材料の例としては、ＣｓＴｅ及びＣｓＩダイアモンドフ
ィルムが挙げられる。

【００５８】光導電体幾つかの半導体及び／又は絶縁材料の照射は、光電効果
に密接に関連する効果、つまり、材料内の光子と電子と
の間の相互作用により、これら光子や電子が材料内の特
定場所（即ち、価電子帯内）に束縛されず印加電圧に応
答して結晶を貫通して自由に移動する（即ち、伝導帯）
ように電子を励起する効果を生み出す。繰り返すが、電
流は、材料に衝突する光子の流束に比例し発生する。こ
の効果は、通常禁止帯の幅Ｅ_gと呼ばれるような異なる
特性に材料仕事関数Fが置換えられる点を除き、上式で
与えられるものと同一の波長遮断を示す。繰り返すと、
十分に高い禁止帯の幅を持つ材料は、短波長の放射線の
み応答する。５．４８ｅＶ禁止帯の幅を持つダイヤモン
ドは、２００ｎｍ以下の波長の光伝導応答を有する。

【００５９】フォトダイオードまた、接合ダイオード（ショットキー、ｐ−ｎ、或いは
ｐ−ｉ−ｎドープ半導体）の照射は、電子を価電子帯か
ら伝導帯に進展して光電流を発生させることができる。
ダイオードを順バイアスでき、その場合には、その性能
は、荷電電荷寿命が長いということを除き、光導電体に
非常に類似している。逆バイアスの場合、印加場は素子
応答速度を高める。再度繰り返すと、十分に高い禁止帯
の幅を持つ接合により、ＵＶ波長のみに応答するように
することができる。

【００６０】吸収深さの選別低禁止帯幅の光導電体或いはダイオードの赤（可視赤光
及び赤外光）応答を、ＵＶ応答と比較して大きく抑制す
る１つの方法は、素子厚さを適切に選択する方法であ
る。材料内にＵＶ光子が入り込む深さは、可視光のそれ
よりより少ないというのが材料の特徴である。つまり、
表面近くのより薄い層でＵＶ光の完全な吸収が起る。
（ある遮断波長での）ＵＶ光の吸収深さと素子の厚みと
を比較をできるように選択し、その素子を長い波長に対
し比較的光が通るように（つまり、非応答に）すること
ができる。真に太陽ブラインドではないが、そのような
構造は、素子の可視／ＩＲ応答を検出能の閾値未満に減
少できる。

【００６１】好ましい既成の太陽ブラインド光電管検出
器は、米国カリフォルニア州ロスアンジェルス、及び日
本に事務所があるハママツ社など供給業者から入手可能
である。ＣｓＩを使用するモデルＲ１１８７は、１１５
ｎｍから２００ｎｍの範囲のスペクトル応答を有する。
モデルＲ１１０７及びＲ７６３は、ＣｓＴを使用し多少
１５７ｎｍを越えるような最高応答範囲を有するが、使
用可能であろう。図１８は、パルスエネルギ及び／又は
所望のレベルに制御された線量エネルギを保つレーザシ
ステムに使用される太陽ブラインド検出器を示す。（詳
細なパルス及び線量エネルギを制御するための前記部分
を参照されたい。）

【００６２】反射を基盤としたモニタサンプリングされたビーム（赤及びＶＵＶ）は、（１５
７ｎｍ）ＶＵＶ波長で高反射率を、赤／赤外（好ましく
ない波長は６３５ｎｍから７５５ｎｍの範囲に及ぶ）で
低反射率となるように設計された誘電性コーティングを
施した幾つかの鏡で反射される。一般的光学部品は、１
５７ｎｍで９５％反射率、赤／赤外では４％反射率を有
し、２４：１の消光比を与える。所望の消光比は（一般
的に５００或いは１０００：１）を幾つかの鏡に連続的
に入射することにより得ることができる。これらの鏡を
透過した光は、散乱光が検出器に導かれるのを防止する
ために、赤／ＩＲ吸収色ガラスフィルター或いは他の光
捕獲部品に突き当たるようにする必要がある。

【００６３】分散による分離ＶＵＶを赤／ＩＲ波長から分離するために分散部品（プ
リズム或いは回折格子）を使用でき、フォトダイオード
は、ＶＵＶビームのみを傍受するため配置される。回折
格子部品を用いて、溝間隔は、高回折次数の赤／ＩＲ波
長とＵＶ波長との間に実質的な重なり合いがないよう選
択されるべきである。即ち、回折格子の式は、ｍの値
（ｍは常に整数である。例えば、（可視／赤外線波長に
対し）ｓｉｎ（ｔｈｅｔａ）＝ｍ１＊１５７ｎｍｍ２＊
７５５ｎｍ（等））を変えることにより、紫外線の波長
及び可視／赤外線の波長に対する設計角度ｔｈｅｔａを
同時に満すようにすべきではない。

【００６４】蛍光による検出１５７ｎｍの光に曝すことにより、可視或いは赤外線に
蛍光する材料がシリコン光検出器の前に配置される。Ｖ
ＵＶ光を可視／ＩＲ光に変換することにより、光ダイオ
ードの強調された赤応答が相殺される。蛍光放出波長が
赤／ＩＲレーザ放出波長と実質的に異なる場合、赤／Ｉ
Ｒ放出を直接抑圧するために、蛍光変換器の後に赤／Ｉ
Ｒ吸収フィルターを設けることができる。また、蛍光変
換器をそのような吸収材料を用いて構築或いはドープす
ることができる。

【００６５】赤放射線の低減従来のＦ２レーザは、一般的にヘリウムをバッファガス
として使用する。ネオンも使用できるが、Ｎｅバッファ
を用いたレーザの効率はＨｅをバッファとして用いたＦ
₂レーザに比べ大幅に減少することが知られている。一
般的に、バッファとしてのＮｅの使用は、同等のレーザ
パルスエネルギを生成するために、実質的により高濃度
のＦ₂とより高い電圧を必要とする。ヘリウムは、ネオ
ンよりより安価であり、従って、従来技術において、Ｆ
₂バッファガスとしてＨｅを選択するのは当然であっ
た。しかしながら、上述にようにヘリウムバッファを用
いたＦ２レーザは大きな割合の可視赤及び赤外光を生成
するので、その波長において超蛍光或いはレージングで
さえ発生する。通常、この寄与度は非常に高く、このよ
うな長い波長で実際にレージングが発生する。レーザビ
ームにおけるこれらの長い波長は、上述したようにエネ
ルギ検出に関する問題を引き起こす可能性があり、更
に、赤波長は、下流リソグラフィーシステム内の問題を
引き起こす可能性がある。これらの問題に対処すること
はできるが、多くの場合においてより良い解決は、レー
ザ内でビームが生じた際、ビームから赤及び赤外光を実
質的に減少させるか或いは取除くことである。

【００６６】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更された場合、ビ
ーム内の赤及び近赤外光は、事実削除されることを記述
した。しかしながら、好ましくない赤及び近赤外成分を
実質的に減少させ、しかもＮｅを加えることは、所望の
ＵＶ波長におけるレーザの効率に影響を与える。従って
ＨｅとＮｅとの最善の混合は、最大パルスエネルギの重
要性及び赤或いは近赤外光を削除する相対的重要性に応
じて異なる可能性がある。一般的に、総バッファ量の割
合としてのＮｅの好ましい範囲は、約４０％から９５％
（０．４から０．９５）である。図１９で示されるよう
に、赤―赤外線が実質的にゼロであるがＵＶパルスエネ
ルギが最大となる良好なバッファガス混合範囲は、ネオ
ンが０．５２と０．６３との間であり残部はヘリウムで
ある。

【００６７】図１２及び１３は、波長の調整範囲を拡大
した波長可変のフッ素マスター発振器を示す。レーザ共
振器は、出力カプラ鏡３２及び波長可変光学装置から成
る。波長可変光学装置は、ビーム拡大光学サブアセンブ
リ３７及び回折格子３８から成る。光学利得媒体は、ガ
ス放電において窒素ガス分子の励起によりガス放電室３
０内に生成される。より長い波長、即ちＫｒＦレーザの
２４８ｎｍ及びＡｒＦレーザの１９３ｎｍ、において動
作するリソグラフィー用狭帯域複合体レーザにおいて、
類似の構成が現在使用されている。これらのレーザ間の
主な相違は、スペクトル利得分布及び利得媒体の時間的
利得ダイナミックである。一般的に、複合体分子は、少
なくとも数１０ｐｍのより広いスペクトル領域の利得を
示すが、約１５７ｎｍで観察される分子フッ素遷移のス
ペクトル利得分布は、複数線及び単線のレーザ放射スペ
クトルの最近の測定によると、通常、約１．１ｐｍに制
限されていると考えられる。しかしながら、より最近の
見解では、観察されるスペクトルが必ずしも利得媒体の
真の利得分布を反映していないため、つまり特定の高い
利得値が含まれている場合にはこれは正しくないことが
明らかされた。分子フッ素レーザ媒体の特定の高利得及
び一般的に使用されている約０．５ｍから１ｍの利得媒
体の長さに起因して、観察できる放射スペクトルは、利
得媒体を通る単一路内で既に最大の固有遷移波長に狭帯
域化されピークに到達する。この物理的な周知の挙動
は、多くの標準レーザハンドブック、即ち、Ａ．Ｅ．Ｓ
ｉｅｇｍａｎ著「レーザ」Ｕｎｉｖ．Ｓｃｉｅｎｃｅ
Ｂｏｏｋｓ社発行、米国カリフォルニア州Ｍｉｌｌ
Ｖａｌｌｅｙに記述されている。あいにく、この簡単な
アプローチを使用して、光屈折学的画像化光学部品によ
るリソグラフィーに有用な帯域幅に至るまでの狭線幅化
操作を達成するために必要な利得長さを持つ製品は、少
なくとも数メートルの実情にそぐわない増幅長を必要と
する。

【００６８】個々のＵＶ／ＶＵＶ分子フッ素レーザ遷移
の実際に使用可能ないずれのＦＷＨＭ（半値全幅）利得
帯域幅は、フッ素分子を励起することにより利得を発生
するガス放電の一般動作状況のもと１５７．６２９９ｎ
ｍにおいて４ｐｍと予測できる。レーザの光学共振器、
従って放出波長を、ＵＶ／ＶＵＶ分子フッ素レーザのい
ずれの単一遷移の約ＦＷＨＭ帯域幅の範囲にわたり調節
することができる。ＦＷＨＭ利得帯域幅に対して主に寄
与する所は、圧力誘導衝突の広がりにあるため、調整範
囲は、放電室内の圧力を増加することにより簡単に拡張
できる。１５７ｎｍフッ素分子遷移の近接した即ち約７
ｐｍ離れた回転線遷移が、上昇した圧力において個々の
遷移の圧力広がりによって重なり合う場合には、拡張さ
れた波長範囲（約５０ｐｍ）にわたりほとんどの連続的
な調整を行うことができる。図２０は上昇圧力にもとで
１５７．６２９９ｎｍの強い線近傍のスペクトル利得分
布を示す。

【００６９】勿論、従来のエキシマレーザで使用される
一般的な約３気圧の気圧を超えてレーザ室圧力を増加す
ることは、室のコストを増加させる可能性がある。しか
しながら、出願人は、約７から１０気圧の範囲での圧力
は、主要コストを増加させることなく対応可能であり、
調節範囲を実質的に拡大させることになると考える。

【００７０】単一のプリ電離器チューブ図７Ａに示されるように、図３に示される２プリ電離器
チューブ５６は、単一プリ電離器チューブ５６Ａに置換
えられた。単一チューブのプリ電離器は１９９８年２月
１７日に発行された米国特許第５，７１９，８９６号の
開示に従って作製された。尚、この特許の開示事項を本
明細書に参照文献として援用する。出願人は、１つのプ
リ電離器チューブで十分であるばかりでなく、非常に意
外なことであるが、性能が２プリ電離器設計に勝るもの
に改善されることを発見した。この実施形態において、
プリ電離器は電極の上流に位置する。出願人は、１つの
チューブプリ電離器は放電空間安定性を向上することに
よりパルス−パルス安定性を向上することを確認した。

【００７１】ここで図７Ａを参照し、このプリ電離器
は、一体化チューブ設計を利用し、チューブの一体化構
成要素として、そこに組み込まれている非追随溝１７０
を備えた套管部品１８０を有する、。ロッド部分１４５
の直径及びプリ電離器の套管部分１８０の外径は１／２
インチである。内部導体ロッド１４６は、７／３７イン
チの直径を有し、接地接続をするため套管部分を通り延
びている接続線は約１／１６インチの直径である。従来
のプリ電離器チューブ設計は、約１／４インチ直径のロ
ッド部分及び約１インチ直径の套管を備えた２つの直径
を持つ設計を使用した。これは、製造目的に対し、套管
要素をチューブ部品に接合する結合工程を必要とする。
既存の設計ルールと反対の一定の直径でより厚いチュー
ブの設計は、低コンデンサンスに起因しイオン化が低下
すると予測されるであろう。大半の設計では、チューブ
の厚さは選択された材料の誘電強度に依存する。当業者
は、従来の既存プリ電離器チューブ設計技術は、最高の
誘電強度を備えた材料を選択し、この容量に整合するよ
う壁厚さを決めることであると理解するであろう。例え
ば、サファイヤ材料は、１２００ボルト／ミルから１７
００ボルト／ミルまでの範囲の誘電強度を有することで
知られている。従って、０．０３５インチ厚さの誘電厚
さは、レーザが２５ｋＶで動作する場合には２の安全率
となる。この設計は、低キャパシタンスをもたらすが、
この減少したキャパシタンスのレーザ動作における実際
の効果は、測定される次元において、電極ギャップの放
射の意外にも増加するために無視できることが分った。
一定直径でより厚いチューブ壁の一体套管設計により、
材料の単一片を、非追随溝１７０を設けるように機械加
工することができる。出願人は超純度材料の使用を続け
ているが、単一片構成であるため、超純度（即ち９９．
９％）多結晶半透明の酸化アルミニウムセラミックを使
用する必要はない。套管１８０とチューブ１４５との間
に意図的に一体的関係を作るためにの拡散結合の準備と
して、煩わしいチューブ寸法の表面研磨を行う必要はな
い。事実、高純度は、材料の気孔率ほど重要な特性では
ないことが把握された。気孔率が大きくなるほど、より
誘電強度は減少することが見出された。結果として、Ｃ
ｏｏｒｓＣｅｒａｍｉｃｓ社において材料番号ＡＤ−
９９８Ｅで製造され３００ボルト／ミルの誘電強度を有
するもののように、好ましくは少なくとも９９．８％の
純度で低気孔率を備えた商用グレードのセラミックを使
用できる。前述のようにそこに配置される非追随溝１７
０を有する套管１８０は、チューブの表面に沿って陰極
から接地面１６０に軸方向に高電圧が追随するのを防止
するよう作用する。

【００７２】以上説明したように、出願人は、単一プリ
電離器が２プリ電離器より劇的に機能することを見出
し、以上説明したように第１の好ましい実施形態では、
単一プリ電離器システムを電極の上流に配置する。出願
人は、その上下流に配置する単一プリ電離器を用いて実
験し、特定の送風速度でおいて、この配置が実質的に２
チューブ配置における上流配置よりより良いパルスエネ
ルギ安定性を作り出すことを見出した。

【００７３】高効率室レーザの効率を向上するため室に対し改良がなされた。
アルミナＡｌ₂Ｏ₃から成る単一片の陰極絶縁体５５Ａ
は、図６に示される上方室構造から陰極を絶縁する。従
来設計において、絶縁体内の熱膨張応力による絶縁体ク
ラッキングを避けるために８個の分離した絶縁体が必要
とされた。この重要な改良は、室の先端部分を短くする
ことを可能とし、陰極８３とピーキングコンデンサ８２
との間の距離を大いに低減した。ピーキングコンデンサ
のアレイ８２を形成する個々のコンデンサ５４Ａは従来
技術に比べ陰極により近く水平に移動された。

【００７４】図３に示されるように商用リソグラフィー
レーザにための従来の陰極は、一般的に陰極支棒５３に
より支持されていた。この好ましい実施形態では、陰極
支持棒は削除されて、陰極８３をわずかに厚くするとと
もに単一片絶縁体５５Ａ上に直接取り付けられた。陰極
８３は、ピーキングコンデンサ８２の高電圧側８２Ａに
１５本の供給通路ロッド８３Ａ及び接続ナット８３Ｂに
より接続される。好ましい実施形態において、新たな陽
極支持棒８４Ａは、実質的に従来の陽極支持棒より大き
く、ガス流れ領域に位置するフィン８４Ｂを含む。これ
ら両構成によって、陽極の温度変化は最小とされる。

【００７５】金属シール出願人は、従来のエラストマー・シールがフッ素ガスと
反応しでレーザガス内に不純物を作り出し、レーザ性能
を劣化させることを見出した。本発明の好ましい実施形
態はレーザ室を密閉するため全て金属シールを使用す
る。好ましい金属シールは、錫メッキしたインコネル１
７１８シールである。

【００７６】モネル電流帰還及び翼また、出願人は、ステンレス鋼の部品もフッ素と反応し
てレーザガス内に不純物を作り出すことを見出した。従
って、この好ましい実施形態において、従来のステンレ
ス鋼電流帰還構造及びガス流れ翼は、モネル電流帰還２
５０及びモネル流れ翼２５２及び２５４に置換えられ
た。

【００７７】ファン改良本発明のこの好ましい実施形態は、真鍮を用いない送風
機ブレード構造を含む。送風機ブレードは、共振効果を
大いに減少させ耐久寿命を向上する非対称ブレード配置
を含む。

【００７８】シリコンを用いないファンブレード構造出願人は、送風機ブレード構成に一般的に使用される蝋
付け材料が、レーザ室内のＳｉＦ₂の主要源であること
を見出した。このガスは、ＫｒＦレーザに対しレーザ性
能を大いに劣化させ、ＡｒＦレーザ及びＦ₂レーザに対
し全体的な問題を引き起こす。出願人はこの問題に対し
４つの解決策を明らかにした。初めにブレード構造は、
材料（この場合アルミニウム）の固体ブロックから各セ
グメントに機械加工された。他の解決策は、ブレード構
造を各セグメント毎に鋳造することであった。次に、各
セグメントは、新たな材料を添加せず電子ビーム溶接を
使用しで互いに溶接された。また、ブレードをフレーム
構造に接合することによりブレード構造を作ることが可
能であるが、この場合、従来の蝋付け工程の代わりに電
子ビーム溶接による接合である。第４の方法は、シリコ
ンを用いない「はんだ」使用のはんだ付け工程を用い
て、ブレードをフレーム構造に接合することである。ア
ルミニウム６０６１が、全構成部品片に対する基礎材料
として使用される。次に、これらの部分は、はんだ付け
工程の準備として銅メッキされる。次に、組み立て部品
の全てを、一般的に真空炉内で９１％の錫（Ｓｎ）及び
９％の亜鉛（Ｚｎ）の低温はんだを使用して、ファンが
はんだ付けされる。このはんだは、シリコンがなく、銅
メッキアルミニウムに使えるために選択される。次に、
組み立てられてはんだ付けされたファンは、ニッケルメ
ッキされる。この構造に関する方法により、製造者にと
り高価ではないオン−シリコンファンを提供する。

【００７９】共振効果の低減従来の送風機ブレード構造は、２３枚の縦方向のブレー
ドを備えた横流送風機から成る。これらのブレードは、
この構造の円周に対称的に装着された。実質的共振効果
がファンパラメーター及び実際のレーザ性能に関し測定
された。ファンの回転周波数の２３倍での音響波に対応
するレーザビームの摂動が示された。また、ファンの回
転周波数の２３倍に対応する軸受けへの悪影響が測定さ
れた。

【００８０】ファン構造設計の改良は、図１４Ａに示さ
れる非対称ブレード配置を必要とする。図１４Ｂに示さ
れる代替案では、ファンブレード構造は、機械加工され
た或いは鋳造された１６の個別のセグメントから形成さ
れこれら各セグメントが２３枚のブレードを有し、各セ
グメントが隣接する部分に対し３６０／（１５２３）即
ち約１回転するようになっている。ファンブレード構造
製作を機械加工或いは鋳造方法で比較的簡単に行う他の
改良としては、図１４Ｃ中３２０に示されるように、ブ
レードを翼に形成することである。従来のブレードは貼
り付けられたものであり、比較のために、この貼り付け
ブレードの２つの断面が参照番号３１４に示される。回
転の方向は、参照番号３１８に示され、参照番号３３０
はブレード構造の円周を表す。従来のブレードは、厚さ
が均一であるのに対し、翼型ブレードは、丸い先端部、
厚みのある中央部分、及び次第に細くなる尾縁部を含む
水滴型輪郭を有する。

【００８１】軸受けの改良本発明の実施形態では、従来技術に優る２つの代替的軸
受け改良の１つを使用することが可能である。セラミック軸受け本発明の好ましい実施形態は、セラミック軸受けを含
む。好ましい軸受けは、合成潤滑油、好ましくは過フッ
化ポリアルキルエーテル（ＰＥＰＥ）を含む窒化シリコ
ンである。これらの軸受けは、実質的に従来のエキシマ
レーザファン軸受けと比べ、より長い寿命を提供する。
加えて、この軸受け及び潤滑油は高反応フッ素ガスに大
きな影響は受けない。

【００８２】磁気軸受け本発明の他の好ましい実施形態は、図７Ｂに示されるよ
うなファン構造を支持する磁気軸受けを含む。次に、こ
の実施形態では、ファンブレード構造１４６を支持する
シャフト１３０は、能動的磁気軸受けシステムにより支
持されるとともに、ブラシレスＤＣモータ１３０により
駆動され、このモータの回転子１２９及び少なくとも２
つの軸受けの回転子１２８はレーザ空洞のガス雰囲気内
に密閉され、モータ固定子１４０及び磁気軸受け磁石の
コイル１２６はガス雰囲気外に配置されている。また、
この好ましい軸受け設計は、ガス雰囲気外に配置される
コイルを有する能動的磁気スラスト軸受け１２４を含
む。

【００８３】パルス電力システム４つのパルス電力モジュールの機能の説明好ましいパルス電力システムは、図８Ａ及び８Ｂに示さ
れる４つの分離したモジュールに製造され、各モジュー
ルは、エキシマレーザシステムの重要部分になり、部品
欠陥の際或いは定期予防保守プログラムの経過で、素早
く交換可能である。これらのモジュールとして、出願人
は、高電圧電源モジュール２０、整流子モジュール４
０、圧縮ヘッドモジュール６０、及びレーザ室モジュー
ル８０を指定して説明する。

【００８４】高電圧電源モジュール高電圧電源モジュール２０は、２０８ボルト３相工場用
電力を１０から３００ボルトまでのＤＣ源に変換する３
００ボルト整流器２２含む。インバータ２４は、整流器
２２の出力を高周波３００ボルトパルスに１００ｋＨｚ
から２００ｋＨｚの範囲で変換する。インバータ２４の
周波数及びオン期間は、システムの最終出力パルスエネ
ルギの経過制御を行うように、ＨＶ電源制御盤２１によ
り制御される。インバータ２４の出力は、増加変圧器２
６で約１２００ボルトまで増加される。変圧器２６の出
力は、標準ブリッジ整流回路３０及びフィルターコンデ
ンサ３２を含む整流器２８により１２００ボルトＤＣま
で変換される。ＤＣ回路３０からの電気エネルギは、図
８Ａに示されるインバータ２４の動作を制御するＨＶ電
源制御盤２１により管理される整流子モジュール内４０
の８．１ＦＣ₀充電コンデンサ４２を帯電させる。ＨＶ
電源制御盤２１内の設定点は、レーザシステム制御盤１
００により設定される。

【００８５】読者は、図８Ａに示されるこの実施形態に
おいて、レーザシステムのパルスエネルギ制御は電源モ
ジュール２０により供給されることを留意すべきであ
る。整流子４０及び圧縮ヘッド６０内の電気回路は、毎
秒１，０００から２，０００回の割合で電気パルスを形
成するとともにパルス電圧を増幅して且つパルスの持続
時間を遅れずに圧縮するために、電源モジュール２０に
より充電コンデンサ４２に蓄積された電気エネルギを利
用するためだけに使用される。この制御の例として、図
８Ａは、制御盤１００内のプロセッサー１０２が、充電
サイクル間は半導体スイッチ４６により下流回路から隔
離されている充電コンデンサ４２に、正確に７００ボル
トを供給するように電源を制御したことを示す。整流子
４０及び圧縮ヘッド６０内の電気回路は、スイッチ４６
が閉じられた際、即座にそして自動的にコンデンサ４２
に蓄積された電気エネルギを、制御盤１００内のプロセ
ッサー１０２により確定された必要とされる正確なエネ
ルギで、次のレーザパルスを供給するために必要とされ
る電極８３及び８４を横切る正確な電気放電パルスに変
換する。

【００８６】整流子モジュール整流子モジュール４０は、Ｃ₀充電コンデンサ４２を含
み、この実施形態では、Ｃ₀充電コンデンサ４２は、
８．１Ｆの総キャパシタンスを供給するように並列に接
続されるコンデンサのバンクである。電圧分圧器４４
は、整流子４０及び圧縮ヘッド６０内で電気パルスを形
成し圧縮し増幅する際、ピーキングコンデンサ８２に更
に電極８３，８４間に所望の放電電圧を生成する電圧
（「制御電圧」と呼ばれる）にコンデンサ４２の充電を
制限するために制御ボード２１により使用されるＨＶ電
源制御盤２１に帰還電圧信号を供給する。

【００８７】（電気パルスを、約３ジュール１６，００
０ボルトの範囲、毎秒２０００Ｈｚパルスパルスレート
で供給するよう設計された）この実施形態では、（図８
Ｆ１に示されるように）電源２０が充電コンデンサ４２
を８００ボルトに充電するため約２５０マイクロ秒が必
要とされる。従って、充電コンデンサ４２は、完全に帯
電され、整流子制御盤４１からの信号が充電コンデンサ
Ｃ₀に蓄積された３ジュールの電気エネルギを電極８３
及び８４を横切る１６，０００ボルト放電へ変換する極
めて高速の段階を起こすように半導体スイッチ４６を閉
じる際、所望の電圧で十分充電され安定した状態とな
る。また、この実施形態に関しては、半導体スイッチ４
６はＩＧＢＴスイッチであるが、ＳＣＲ、ＧＴＯ，ＭＣ
Ｔなどのような他のスイッチ技術も使用できる。６００
ｎＨの充電インダクタ４８は半導体スイッチ４６と直列
とされ、Ｃ₀充電コンデンサ４２を放電するために、ス
イッチ４６が閉じている間スイッチ４６を通る電流を一
時的に制限する。

【００８８】パルス発生段階高電圧パルス発生の第１段階は、パルス発生段階５０で
ある。パルスを発生するために、充電コンデンサ４２の
電荷は、ＩＧＢＴスイッチ４６を閉じることにより、図
８Ｆ２に示されるようにＣ₁８．５Ｆコンデンサ５２に
約５ｓで入れ替えられる。圧縮の第１段階可飽和誘導子５４は、初期段階ではコンデンサ５２に蓄
えられた電圧を受入れず、その後、圧縮６１の第１段階
として、図８Ｆ３に示されるように約５５０ｎｓの伝搬
期間でコンデンサ５２からの１：２３設定パルス変圧器
５６を介したＣ _p-1コンデンサ６２に対する電荷の伝搬
を可能とすることにより飽和される。

【００８９】パルス変圧器５６の設計を以下に述べる。
パルス変圧器は、７００ボルト、１７，５００アンペ
ア、５５０ｎｓパルス繰り返し周波数を、圧縮ヘッドモ
ジュール６０におけるＣ_p-1コンデンサ列６２に極一時
的に蓄積される１６，１００ボルト、７６０アンペア、
５５０ｎｓパルスに極めて効率的に変換する。圧縮ヘッドモジュール圧縮ヘッドモジュール６０は、更にパルスを圧縮する。

【００９０】圧縮の第２段階Ｌ_p-1可飽和誘導子６４（約１２５ｎＨの飽和インダク
タンス）は、１６．５ｎＦＣ_p-1コンデンサ列６２の電
圧を約５５０ｎｓ受入れず、その後、電極８３、８４及
びプリ電離器５６Ａに並列に電気接続され、レーザ室８
０の先端に配置された１６．５ｎＦＣｐピーキングコン
デンサ８２に（約１００ｎｓで）、Ｃ_p-1上の電荷が流
れることを可能とする。Ｃｐピーキングコンデンサ８２
に帯電させるために、５５０ｎｓ長パルスの１００ｎｓ
長パルスへのこの変換は、図８Ａの６５に示される圧縮
の第２及び最終段階を構成する。

【００９１】レーザ室モジュールレーザ室モジュール８０の先端の取り付けられ且つその
１部としてのピーキングコンデンサ８２に電荷が流れ始
めた約１００ｎｓ後に、ピーキングコンデンサ８２の電
圧は、約１４，０００ボルトに到達して電極間の放電が
始まる。放電は約５０ｎｓ続き、その間、時間レージン
グがエキシマレーザの光共振室内で起る。光共振室は、
この例において、図８Ａの参照番号８６に示されている
２プリズム波長セレクタ及びＲ−最大鏡を共に含む線選
択パッケージ８６及び出力カプラ８８により規定され
る。このレーザに対するレーザパルスは、２０から５０
ｎｓ、約１０ｍＪの１５７ｎｍパルス及び毎秒２０００
パルスまでの繰り返し率の狭帯域である。このパルス
は、図８Ａ中に全て示されているように、レーザビーム
９０を規定し、ビームのパルスは、フォトダイオード９
２によりモニタされる。

【００９２】パルスエネルギの制御フォトダイオード９２からの信号は、制御盤１００中の
プロセッサー１０２に伝達され、プロセッサーは、次の
及び／又は未来のパルス用のコマンド電圧を設定するた
めに、このエネルギ信号及び好ましくは他の過去のパル
スエネルギデータ（パルスエネルギ制御アルゴリズムと
題する章で後述する）を使用する。レーザが一連の短い
バースト（約０．１秒の不感時間で分離した２０００Ｈ
ｚで１００パルス、０．５秒のバースト）で動作するよ
うなこの好ましい実施形態において、制御盤１００内の
プロセッサー１０２は、連続パルスに対しパルス・ツー
・パルス・エネルギ変化を最小にするとともにバースト
・ツー・バースト・エネルギ変化を最小にするように制
御電圧を選択するため、他の過去のパルスプロファイル
データとともにバーストにおける以前の全てのパルスに
関するエネルギ信号を使用し更に最新のパルスエネルギ
信号も使用する特別なアルゴリズムでプログラムされ
る。この計算は、制御盤内プロセッサー１０２により約
３５ｓの周期間にこのアルゴリズムを使用し実行され
る。レーザパルスは、図８Ｆ３に示されるＩＧＢＴスイ
ッチ４６のＴ₀発射に続き約５ｓ起り、約２０ｓがレー
ザパルスエネルギデータを収集するため必要とされる。
（スイッチ４６の発射の開始はＴ₀と呼ばれる。）従っ
て、新たな制御電圧値は、（図８Ｆ１に示されるよう
に）以前のパルス（２０００Ｈｚで発射周期は５００
ｓ）に対しＩＧＢＴスイッチ４６の発射後約７０マイク
ロ秒で準備が完了する。エネルギ制御アルゴリズムの特
性は以下に記述され、本明細書で参照文献として援用す
る米国特許出願番号０９／０３４，８７０に更に詳細に
記述されている。

【００９３】エネルギ回復この好ましい実施形態は、以前のパルスから過剰エネル
ギを充電コンデンサ４２に返す電子回路を備える。この
回路は、実質的に無駄なエネルギを減少し、レーザ室８
０内のアフターリンギング（ａｆｔｅｒｒｉｎｇｉｎ
ｇ）を実質的に排除する。

【００９４】エネルギ回復回路５７は、図８Ｂに示され
るＣｏ充電コンデンサ４２を横断し直列に接続されてい
るエネルギ回復誘導子５８及びエネルギ回復ダイオード
５９から成る。パルス電力システムのインピーダンス
は、正確には室のそれと整合していない、或いは室イン
ピーダンスがパルス放電の間幾オーダーの量で変化する
ために、負の状態の「反射」は、パルス発生システムの
前端方向に向かって室から後方に伝搬する主パルスから
発生される。過剰エネルギが圧縮ヘッド６０及び整流子
４０を通過し逆に伝搬された後、スイッチ４６は、制御
装置によるトリガー信号の消去により開放される。エネ
ルギ回復回路５７は、誘導子５８における電流の反転に
対し、ダイオード５９によりクランプされた共振フリー
ホイーリング（充電コンデンサ４２及びエネルギ回復誘
導子５８から成るＬ―Ｃ回路のリングングの半サイク
ル）を介して充電コンデンサ４２に負電圧を発生させた
反射の極性を反転する。最終結果として、室８０からの
実質的に反射エネルギの全ては、各パルスから取り戻さ
れ、充電コンデンサ４２に次のパルスのために使用され
るよう用意される正電荷として蓄積される。図８Ｆ１、
２、及び３は、コンデンサＣ₀、Ｃ₁、Ｃ_p-1、Ｃｐ上の
電荷を示す時間線チャートである。チャートはＣ₀のエ
ネルギ回復の過程を示す。

【００９５】磁気スイッチバイアス可飽和誘導子において使用される磁気材料の全Ｂ−Ｈ曲
線振幅を完全に使用するためにパルスがスイッチ４６を
閉じることによって開始された時、各誘導子が反転飽和
されるようにＤＣバイアス電流が供給される。整流子可
飽和誘導子４８及び５４の場合、これは、約１５Ａのバ
イアス電流の流れを（通常のパルス電流の流れ方向と比
較して）後方に誘導子を介して供給することにより達成
される。このバイアス電流は、バイアス電流源１２０に
より分離誘導子ＬＢ１を介して供給される。実際の電流
の流れは、電源から整流子の接地接続を介してパルス変
圧器の１次巻線を通り、可飽和誘導子５４を介して可飽
和誘導子４８を通り、更に孤立誘導子ＬＢ１を介して矢
印Ｂ１に示されるようにバイアス電流源１２０に戻され
る。

【００９６】圧縮ヘッド可飽和誘導子の場合、約５Ａの
バイアス電流Ｂ２は、第２バイアス電流源１２６から孤
立誘導子ＬＢ２を介して供給される。圧縮ヘッドにおい
て、電流は分岐し、主Ｂ２−１は、可飽和誘導子Ｌｐ−
１６４を介して進むとともに、孤立誘導子ＬＢ３を介し
て第２バイアス電流源１２６に戻される。電流Ｂ２−２
のほんの一部が、圧縮ヘッド６０及び整流子４０を接続
しているＨＶケーブルを介してパルス変圧器２次巻線を
通り接地へ、そしてバイアス抵抗を介して第２バイアス
電流源１２６に対し逆に伝搬する。また、この第２小電
流は、パルス変圧器をバイアスするため使用されるた
め、それはパルス動作に対しリッセトされる。２枝の個
々に分岐した電流量は、各経路中の抵抗により決定さ
れ、各経路がバイアス電流の正しい量を受取るよう意図
的に調節される。

【００９７】電流の流れ方向この実施形態において、標準３相電源１０からシステム
を介して電極及び電極８４を越えた接地へのパルスエネ
ルギの流れを「順流れ」と呼び、更に、この方向を順方
向と呼ぶ。可飽和誘導子にような電気部品を順伝導と呼
ぶ場合、電極に向かう方向にパルスエネルギを導くこと
が飽和に向かってバイアスされることであるのを意味す
る。逆伝導の場合、充電コンデンサに向う電極から離れ
る方向にエネルギを導くことが飽和に向かってバイアス
されることであるのを意味する。システムを介した電流
の流れ（電子流れ）の実際の方向は、あなたがシステム
内のどこにいるかによって左右される。考えられる混乱
の源としてのこれを排除するために、ここで電流の流れ
方向について説明する。

【００９８】この好ましい実施形態において図８Ａ及び
８Ｂに関し、Ｃ₀コンデンサ４２は、スイッチ４６が閉
じた際、電流がコンデンサ４２から誘導子４８を通りＣ
₁コンデンサ５２の方向へ（電子は実際には逆方向へ流
れることを意味する）流れるよう、（例えば）正７００
ボルトに帯電される。同様に、電流の流れはＣ₁コンデ
ンサ５２からパルス変圧器５６の１次側を通り接地へ流
れる。従って、電流及びパルスエネルギの方向は同じ
で、充電コンデンサ４２からパルス変圧器５６への方向
である。「パルス変圧器」と題する章で以下に説明され
るように、パルス変圧器５６の両１次ループ及び２次ル
ープは接地に流れる。結果として、（主部分［一般的に
放電の約８０パーセント］を表す）放電の初期部分が、
電極から変圧器５６に向かう方向にある間、電流はパル
ス変圧器５６と電極との間を流れる。従って、主放電期
間の電子流れの方向は、接地から２次のパルス変圧器５
６を介して一時的にＣ_p-1コンデンサ６２に、誘導子６
４を介して一時的にＣｐコンデンサ８２に、そして誘導
子８１を介して（放電陰極と呼ばれる）電極８４を通
り、放電プラズマを介して電極８３を通り、そして接地
へ戻る。これにより、主放電の間、パルス変圧器５６と
電極８４，８３との間にパルスエネルギと同じ方向に電
子が流れる。放電の主部分の直ぐ後に、電流及び電子流
れは反転し、反転電子流れは接地から接地電極８４を介
してその電極と電極８３との間の放電空間を通り、変圧
器５６を通る回路を介して接地に戻る。変圧器５６を通
る反転電子流れの通過は、接地からパルス変圧器５６の
「１次」側（主パルスの電流流れと同じ方向）を介し
て、最終的に図８Ｆ２に定性的に示されているＣ₀を負
に帯電するような電子流れによって、変圧器５６の
「主」ループ内に電流を生成する。Ｃ₀における負電荷
は、図８Ｆ２に示され、前記したエネルギ回復と題する
章に説明されたように反転される。

【００９９】パルス電力構成部品の詳細な説明電源好ましい実施形態の電源部の更に詳細な回路図を図８Ｃ
に示す。図８Ｃに示されているように、整流器２２は、
プラス１５０ｖから−１５０ＶＤＣ出力を備えた６パル
ス相制御整流器である。インバータ２４は、実際には３
つのインバータ２４Ａ，２４Ｂ，及び２４Ｃである。
８．１ＦＣ₀充電コンデンサ４２の電圧がコマンド電圧
より低い５０ボルトである場合、インバータ２４Ｂ及び
２４Ｃはオフされ、インバータ２４ＡはＣ₀４２の電圧
がわずかにコマンド電圧を越える場合にオフされる。こ
の手順により、充電の末期付近の充電率が減少される。
変圧器２６Ａ、２６Ｂ，及び２６Ｃの設定は、各々７ｋ
ｗとされ、電圧を１２００ボルトＡＣに変圧する。

【０１００】３つのブリッジ整流回路３０Ａ，３０Ｂ，
及び３０Ｃが図示されている。ＨＶ電源制御盤２１は、
１２ビットのデジタルコマンドをアナログ信号に変換
し、それをＣ₀電圧モニタ４４からの帰還信号４５と比
較する。帰還電圧がコマンド電圧を越える場合、インバ
ータ２４Ａは上記のようにオフされ、Ｑ２スイッチ３４
は電源内の蓄積エネルギを消費するよう閉じ、Ｑ３分離
スイッチ３６はいずれの付加エネルギが電源から出るの
を妨げるよう開き、Ｑ１ブリードスイッチ３８は、Ｃ０
の電圧がコマンド電圧に等しくなるようにＣ₀４２の電
圧を落とすために閉じている。その時、Ｑ１は開いてい
る。

【０１０１】整流子及び圧縮ヘッド整流子４０及び圧縮ヘッド６０の主構成部品は図８Ａ及
び８Ｂに示されており、システムの動作に関しては前述
された。この章では、整流子の製作の詳細を説明する。半導体スイッチこの好ましい実施形態での半導体スイッチ４６は、米国
ペンシルベニア州ＰｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａのＰｏｗｅ
ｒｅｘ社により供給されるＰ／ＮＣＭ１０００ＨＡ
−２８ＨＩＧＢＴスイッチである。

【０１０２】誘導子誘導子４８、５４及び６４は、米国特許第５，４４８，
５８０号及び第５，３１５，６１１号に開示されるもの
に類似の可飽和誘導子を含む。好ましい可飽和誘導子設
計の平面図と断面図を、図８Ｇ１及び８Ｇ２にそれぞれ
示す。この実施形態の誘導子において、図８Ｇ２に示さ
れるような参照番号３０１、３０２、３０３及び３０４
などの流束遮断金属片は、誘導子内の漏れ流束を低減す
るため付加される。また、この誘導子への電流入力は、
コンデンサ６２に接続されるバスに対し参照番号３０５
でのネジ接続である。電流は、垂直導体を通り４回半ル
ープをなす。場所３０５から電流は、参照番号１Ａで示
される中心の大直径の導体を下方に、参照番号１Ｂで示
される円周上の６つの小さな導体を上方に、参照番号２
Ａを下方に、参照番号２Ｂを上方に、全ての流束遮断部
品を下方に、参照番号３Ｂを上方に、参照番号３Ａを下
方に、参照番号４Ｂを上方に、そして参照番号４Ａを下
方に流れ、電流は場所３０６に存在する。ここで壺のよ
うなハウジング６４Ａは高圧電流ヘッドの役割をする。
可飽和誘導子の「蓋」６４Ｂは、テフロン（登録商標）
などの電気絶縁材料から成る。従来のパルス電力システ
ムにおいて、オイル絶縁電気部品からのオイル漏れは問
題であった。この好ましい実施形態において、オイル絶
縁部品は可飽和誘導子に制限され、オイルは上記のよう
に高電圧接続出力導体である壺型オイル含有金属ハウジ
ング６４Ａに含まれる。全ての密閉接続は、実質的にオ
イル漏れの可能性をなくすために、オイルレベルの上側
に配置されている。例えば、誘導子６４中の最低位の密
閉は、図８Ｇ２において参照番号３０８に示される。流
束遮断金属部品は誘導子を通る電流路の中間にあるた
め、この電圧は、流束遮断金属部品と他巻線の金属ロッ
ドとが干渉しないようにするための空間を低減できるよ
うに調整する。フィン３０７は、熱除去を促進するため
に設けられる。

【０１０３】コンデンサコンデンサ列４２、５２、及び６２は全て並列に接続さ
れている市場で入手可能な既存のコンデンサ列から成
る。これらのコンデンサは、米国ジョージア州Ｓｍｙｒ
ｎａの村田製作所などの供給業者から入手可能である。
出願人が選択するコンデンサと誘導素子とを接続する方
法は、米国特許第５，４４８，５８０号に開示されたも
のと類似の方法で重ニッケルコートされた銅線を有する
特別のプリント回路基板上に正及び負端子にはんだ付け
或いはボルトで締めする方法である。

【０１０４】パルス変圧器また、パルス変圧器５６は、米国特許第５，４４８，５
８０号及び第５，３１３，４８１号に開示されるパルス
変圧器に類似しているが、本発明のパルス変圧器は、２
次巻線において一巻きのみ、及び２３個の分離した１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１次巻線の各々は、図８Ｄの底縁部に沿い
示されるプリント回路基板５６Ｂ上の正及び負端子にボ
ルトで固定される（各々が貫通したボルト穴を備えた平
らな縁部有する）２つのフランジを有するアルミニウム
巻線枠５６Ａを含む。絶縁体５６Ｃは、各巻線枠の正端
子を隣接する巻線枠の負端子から分離する。巻線枠のフ
ランジ間の中空円筒は、約１／３２インチの壁厚さ、外
径０．８７５、長さ１１／１６インチである。巻線枠
は、長さ１インチ、厚さ０．７ミルのＭｅｔｇｌａｓ
（商標）２６０５Ｓ３Ａ，及び厚さ０．１ミルのマイラ
ーフィルムで、絶縁Ｍｅｔｇｌａｓ（商標）巻付け体の
外形が２．２４インチになるまで巻付けられる。１つの
１次巻線を形成する単一巻付け巻線枠の斜視図を図８Ｅ
に示す。

【０１０５】２次の変圧器は電気ガラスの堅く密着した
絶縁チューブ内に取り付けられた単一のステンレス鋼ロ
ッドである。巻線は、図８Ｄに示される４部分内にあ
る。図８Ｄにおける参照番号５６Ｄで示される２次ステ
ンレス鋼は、参照番号５６Ｅにおいてプリント回路基板
５６Ｂ上の接地導線に接地され、高電圧端子は参照番号
５６Ｆに示される。上述されたように、１次巻線の＋と
−端子間７００ボルトパルスが、１から２３の電圧変圧
のために２次側の端子５６Ｆにマイナス１６，１００ボ
ルトパルスを生成することになる。この設計は、極めて
早い出力立ち上がり時間を可能とする極めて低いリーク
のインダクタンスを実現する。

【０１０６】レーザ室パルス電力部品Ｃｐコンデンサ８２は、レーザ室圧力容器の先端取り付
けられた２８個の０．５９ｎｆコンデンサ列から成る。
電極８３及び８４は、約０．５から１．０インチ離され
ている長さ約２８インチの各々強固な真鍮棒である。こ
の好ましい実施形態では、先端電極８３は陰極で、底電
極８４は図８Ａに示されるように接地に接続されてい
る。

【０１０７】圧縮ヘッド取り付け本発明のこの好ましい実施形態は、図８Ｈ１及び８Ｈ２
に示される圧縮ヘッド取り付け技術を含む。図８Ｈ１
は、電極８３及び８４に関連する圧縮ヘッドモジュール
６０の場所を示すレーザシステムの側面図である。この
技術は、圧縮導線室接続に関連するインピーダンスを最
小にするよう設計され、同時に圧縮ヘッドの即座の交換
を簡素化する。図８Ｈ１及び８Ｈ２に示されるように、
接地接続は図８Ｈ１中８１Ａ及び図８Ｈ２中８１Ｂにお
いて示されるように圧縮ヘッドの後ろ側に沿い約２８イ
ンチ長スロットタブ接続でなされる。スロットタブの底
は、可撓性フィンガーストック８１Ｃに合わせる。好ま
しいフィンガーストック材料は商品名Ｍｕｌｔｉｌａｍ
（登録商標）で販売されている。高電圧接続は、可飽和
誘導子６４の６インチ直径平滑底と図８Ｈ１の参照番号
８９における可撓性フィンガーストックの片アレイ間で
なされる。前述のように、好ましいフィンガーストック
材料は、Ｍｕｌｔｉｌａｍ（登録商標）である。この組
合せは、約５分の修理或いは予防保守のための圧縮ヘッ
ドモジュールの交換を可能とする。

【０１０８】ガス制御モジュールこの好ましい実施形態は、フッ素モニタを使用すること
なく、選択されたスイート・スポットでの動作を可能と
するフッ素制御システムを含む。この実施形態を図１６
参照により記述する。

【０１０９】フッ素消耗レーザ室１は約２０．３リットルのレーザガスを含む。
上記のように、一般的に成分は、約４気圧の圧力のもと
で０．１パーセントのフッ素及び残部のバッファガス
（好ましくは、ヘリウム、ネオン、或いはヘリウムとネ
オンの組合せ）である。０．１パーセントのフッ素は、
４気圧のもとでフッ素約０．００２３リットル即ち２．
３ｍｌの量を表す。質量換算においては、レーザ室内の
フッ素の一般量は、約１１０ｍｇである。（１％フッ素
混合の約４１ｋＰａに対応する）純フッ素の分圧は、
（リソグラフィーレーザでは一般的な）約４１１Ｐａで
ある。約４０パーセントのデューティ因子でのレーザ動
作での一般的操作の間、フッ素は毎時約４．５ｍｇ（こ
れは毎時室中フッ素の約４％に対応する）の割合で消耗
する。純フッ素の分圧に換算すると、このフッ素の一般
消耗率は、毎時約１６Ｐａである。この消耗を補償する
ため１％フッ素ガス混合を使用し、約１．６ｋＰａに等
しい混合量が室に付加される。レーザに対するフッ素消
耗率は一定には程遠い。レーザファンが動作したがレー
ジングが起らない場合、消耗率は約半分にカットされ
る。ファンが休止した場合、フッ素消耗率は４０％のデ
ューティ因子消耗率の約１／４にカットされる。１００
％のデューティ因子において、消耗率は４０％のデュー
ティ因子消耗率の約倍である。

【０１１０】ガス交換上記工程は、基本的にほとんど連続で消耗されたフッ素
を交換する。また、フッ素ガス源は１％のみであるの
で、それはバッファガス或いは室内のガスの１部をほと
んど連続で交換する。しかしながら、レーザガスの１部
は、実質的に連続して交換されるが、このモードの操作
はレーザガスの不純物の増加をもたらし、レーザの効率
を低下させる。この効率の低下は、所望のパルスエネル
ギを保つために、電圧の増加及び／又はフッ素濃度の増
加を必要とする。このため、従来システムを備えた一般
的実施においては、実質的に完全ガス交換のためレーザ
が周期的に休止することを意味する。この実質的完全ガ
ス交換は再充填と呼ばれる。これらの期間は、再充填の
間の１００，０００，０００パルスのようなレーザパル
スの数に基づき決定するか、或いは最後の再充填以降の
カレンダー時間或いはパルスとカレンダー時間との組合
せに基づき再充填時間を決定できる。その上再充填時間
を特定のフッ素濃度において所望出力のために必要とさ
れる充電電圧の大きさにより決定できる。好ましくは再
充填後「スイート・スポット」のため新たな試験をすべ
きである。その上、充填間にスイート・スポット試験を
周期的に行うすべきであり、これによりスイート・スポ
ットが変化しても、操作者は新たなスイート・スポット
がどこであるかを知ることができる。

【０１１１】再充填は、図１６に示されるシステムを使
用し次のように行うことができる。この説明では、通常
のように０．１％Ｆｌ及び残部バッファガスから成るレ
ーザガスを仮定する。バルブ５１０，５０６，５１５，
５１２，５１７、及び５０４が閉じ、バルブ５０６及び
５１２が開かれ、真空ポンプ５１３が動作し、レーザ室
が１３ｋＰａより少ない絶対圧力にポンプダウンされて
いる。（直接ポンプダウンラインは、室１と真空ポンプ
５１３との間に素早いポンプダウンを可能とするため設
けられる。）バルブ５１２は閉じている。バルブ５１６
は開き、バッファガス弁５１６からの１００％Ｈｅバッ
ファガスが、室にそれを５０Ｃで２６２ｋＰａに等しい
圧力で満たすよう加えられる。（２０．３リットルのレ
ーザ室に対し、５０Ｃからの室温度偏差に対する１ｋＰ
ａ／ＣのΔＰ／ΔＴ補正を使用し、温度補正を見積もる
ことができることを留意すること。そのため室温度が２
３Ｃの場合、２４７ｋＰａに満たされることになる。）
バルブ５１７が閉じ、バルブ５１５が開き、１％Ｆｌ、
ハロゲン濃厚ガス弁５１４からの９９％バッファガス混
合量が、室１にそれを５０Ｃで２９０ｋＰａに等しい圧
力に満たすよう加えられる。（温度補正が使用されてい
ることに留意すること。）これは室内に約０．１％Ｆｌ
及び９９．９％バッファガスのガス混合を生成する。室
が約５０Ｃに温められる場合、圧力は約４気圧になる。

【０１１２】パージシステムＯ₂は、強く１５７ｎｍ光を吸収するため、Ｏ₂はビーム
路から排除されなければならない。出願人は従来システ
ムに優る大いに改良されたＮ₂パージシステム開発し
た。室外のレーザに関連する全ての光学部品は窒素によ
りパージされる。この窒素システムは、レーザの操作の
間に大気圧より約１０パスカルだけ越える圧力で操作さ
れる。この小さな圧力差は、光学部品の圧力歪み効果を
避けるため好ましい。パージされた部品は狭線幅モジュ
ール、出力カプラ、波長計及びシャッター組み立て部品
を含む。

【０１１３】全ての可能性のある漏れ部分がシールされ
る。長さ約６フィートの１／１６インチ内径チューブか
ら成る出力ポートが設けられる。出力ポートを通る流れ
は、パージシステムの適切な機能を確実にするためモニ
タされる。長さ約６フィートの１／１６インチ内径チュ
ーブを通る毎秒約４リットルの好ましい流速は、所望の
Ｎ₂圧力差に対応する好ましい流速である。好ましく
は、６フィート出力ポートチューブ３０４が巻かれる。
流れは、Ｎ₂の流れにより開放状態に保たれ且つ流れが
図１７に示すように失われた時に警告光３０２を点火す
る簡単なフラップスイッチ３００を用いモニタすること
ができる。類似パージシステムは、好ましくは、出力カ
プラ及び波長計に対し適用される。

【０１１４】ヘリウムをパージガスのため使用できる。
ヘリウムの利点は、より良い熱伝導特性及びより良い光
学特性を含む。しかしながら、ヘリウムは、窒素より高
価であり、生産レーザに使用される際にはヘリウムを再
生するための収拾システムを考慮しなければならない。

【０１１５】極めて高い繰り返し率で、図１７に示され
ているＬＮＰ内回折格子の前面は、回折格子の前面に熱
境界層を作るに十分な熱を得てビームを歪めることがあ
る。このため、回折格子の前面を横切るパージ流れは好
ましいものである。そのようなシステムの例が図１７
Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤに示され、更に１９９９年１１月３０
日に出願された「狭線幅化ユニットを備えた高出力ガス
放電レーザ」と題する特許出願番号０９／４５１，４０
７に詳細に述べられている。尚、この特許の開示事項を
本明細書において参照文献として援用する。

【０１１６】レーザ構成部品の冷却１０００から２０００Ｈｚを越える繰り返し率での動作
に特に有用な本発明の好ましい実施形態は、エキシマレ
ーザを冷却するため図１５に示される特有の冷却技術を
含む。

【０１１７】レーザ部品は、内部が図１５の参照番号２
２４に示される通風孔に取り付けられている送風機によ
り作り出されるわずかな真空に保たれているエンクロー
ジャ２４０内に納められている。キャビネットは、キャ
ビネットの先端近傍のろ過吸入口ポート２４１、及びガ
スケットドアの周りなどのわずかな小さな漏れ源を含む
ため、レーザエンクロージャを通る部屋空気の流れは、
レーザの熱生成部品より作り出される熱を取除くために
決して十分ではない約２００ｆｔ³／秒である。レーザ
（おおよそ１００％デューティ因子で１２ｋｗ）により
作り出される極めて多量（おおよそ９０パーセント）の
無駄な熱は、図１５に示す冷却水システムにより除去さ
れる。

【０１１８】この実施形態においてレーザ内の主な熱源
は、高電圧源２０、整流子４０、圧縮ヘッド６０、及び
レーザ室８０である。室に対し水冷熱交換器は室内側に
位置し、熱は循環レーザガスから熱交換器、冷却水に伝
達される。他の熱交換器（図示せず）は、室の外表面上
に取り付けられている。残る主な熱生成部品に対し、冷
却水はそれら部品の場所へパイプで回され、１つ或いは
複数のファンが空気を水―空気熱交換器へ通し、図１５
に示される部品上に押しやる。図示されているように圧
縮ヘッドに対する循環が含まれるが、ＨＶＰＳ及び整流
子に関しては、循環は、部品に対して、次に、再循環さ
れる前に他の要素をその上冷却するためにエンクロージ
ャの他の部分を介して熱交換器へ戻る。分けられたパン
２４２及び２４３は、通常、通風空気をフィルター２４
１から矢印２４４に示される経路を介して通風孔へ誘導
する。

【０１１９】この冷却システムは配管を含まず、内側の
熱交換器に供給しレーザ室に添え付けられる水ラインを
除き、いずれのレーザ部品への水ラインの接続もない。
（レーザ室以外の）全ての部品は、エンクロージャ内部
で送風される空気により冷却されるため、部品を配置及
び交換する際に故障を起すような冷却接続はない。その
上、配管の必要のないことにより、エンクロージャ内で
の使用可能な部品及び機能空間を増加させる。

【０１２０】このＦ₂レーザシステムは、特定の実施形
態を参照して説明されたが、種々の適用及び変更をする
ことができることを理解すべきである。例えば、多くの
代替実施形態がこの明細書に最初に記載されている特許
出願に説明されている。尚、それらの全ての開示事項を
本明細書において参照文献として援用する。エタロン出
力カプラは、付加的狭線幅化を実現するため使用可能で
あろう。レーザシステムは、種々のモジュールに対し設
計することが可能であるが、システムは少なくとも７つ
の分離したモジュールを含むことが好まし。バッファガ
スは、ヘリウムの代わりにネオンとすることもできる。
この発明は、特許請求の範囲のみによって限定されるべ
きである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の商用リソグラフィー用エキシマレーザを
示す。

【図２】集積回路リソグラフィーに使用される従来の商
用エキシマレーザの主要要素の一部を示すブロック図で
ある。

【図３】図２におけるレーザのレーザ室の示す。

【図３Ａ】従来の単一室型の種注入レーザの一例を示
す。

【図３Ｂ】従来の単一室型の種注入レーザの他の例を示
す。

【図３Ｃ】従来の単一室型の種注入レーザの他の例を示
す。

【図４Ａ】本発明の好ましい実施形態を示す。

【図５Ａ】単一室型の種注入Ｆ２レーザの1実施形態を
示す。

【図５Ｂ】単一室型の種注入Ｆ２レーザの1実施形態を
示す。

【図５Ｃ】単一室型の種注入Ｆ２レーザの他の実施形態
を示す。

【図５Ｄ】単一室型の種注入Ｆ２レーザの他の実施形態
を示す。

【図５Ｅ】単一室型の種注入Ｆ２レーザの他の実施形態
を示す。

【図５Ｆ】単一室型の種注入Ｆ２レーザの他の実施形態
を示す。

【図５Ｇ】単一室型の種注入Ｆ２レーザの他の実施形態
を示す。

【図５Ｈ】単一室型の種注入Ｆ２レーザの他の実施形態
を示す。

【図５Ｉ】単一室型の種注入Ｆ２レーザの他の実施形態
を示す。

【図５Ｊ】単一室型の種注入Ｆ２レーザの他の実施形態
を示す。

【図５Ｋ】単一室型の種注入Ｆ２レーザの他の実施形態
を示す。

【図５Ｌ】単一室型の種注入Ｆ２レーザの他の実施形態
を示す。

【図５Ｍ】単一室型の種注入Ｆ２レーザの他の実施形態
を示す。

【図６】本発明の構成を示すレーザ室の断面図である。

【図６Ａ】分離室において利得媒体を利用する１実施形
態を示す。

【図６Ｂ】分離室において利得媒体を利用する他の実施
形態を示す。

【図６Ｃ】分離室において利得媒体を利用する他の実施
形態を示す。

【図６Ｄ】分離室において利得媒体を利用する他の実施
形態を示す。

【図６Ｅ】分離室において利得媒体を利用する他の実施
形態を示す。

【図６Ｅ１】分離室において利得媒体を利用する他の実
施形態を示す。

【図６Ｆ】分離室において利得媒体を利用する他の実施
形態を示す。

【図６Ｆ１】分離室において利得媒体を利用する他の実
施形態を示す。

【図６Ｇ】分離室において利得媒体を利用する他の実施
形態を示す。

【図６Ｈ】分離室において利得媒体を利用する他の実施
形態を示す。

【図６Ｈ１】分離室において利得媒体を利用する他の実
施形態を示す。

【図６Ｉ】分離室において利得媒体を利用する他の実施
形態を示す。

【図６Ｊ】分離室において利得媒体を利用する他の実施
形態を示す。

【図６Ｋ】分離室において利得媒体を利用する他の実施
形態を示す。

【図７Ａ】好ましいプリ電離器チューブの構成を示す。

【図７Ｂ】磁気軸受けを含む送風機駆動ユニットを示
す。

【図８Ａ】本発明の好ましい実施形態のパルス電力シス
テムを示すブロック図である。

【図８Ｂ】前記した好ましい実施形態の簡単化した回路
図である。

【図８Ｃ】前記した好ましい実施形態の一部である高電
圧電源の組合せブロック図、及び回路図である。

【図８Ｄ】前記した好ましい実施形態で使用されるパル
ス変換器の組み立て斜視図である。

【図８Ｅ】前記した好ましい実施形態で使用されるパル
ス変換器の主巻線を示す。

【図８Ｆ１】前記した好ましい実施形態を使用するパル
ス圧縮を示す時間線チャートである。

【図８Ｆ２】前記した好ましい実施形態を使用するパル
ス圧縮を示す時間線チャートである。

【図８Ｆ３】前記した好ましい実施形態を使用するパル
ス圧縮を示す時間線チャートである。

【図８Ｇ１】可飽和誘導子を示す平面図である。

【図８Ｇ２】可飽和誘導子を示す図８Ｇ１の８Ｇ２−８
Ｇ２線に沿う断面図である。

【図８Ｈ１】好ましい実施形態における圧縮ヘッドの取
り付けを示す。

【図８Ｈ２】好ましい実施形態における圧縮ヘッドの取
り付けを示す。

【図９Ａ】好ましい熱交換器設計を示す。

【図９Ｂ】好ましい熱交換器設計を示す。

【図１０Ａ】交差電極種ビーム技術の特徴を示す。

【図１０Ｂ】交差電極種ビーム技術の特徴を示す。

【図１０Ｃ】交差電極種ビーム技術の特徴を示す。

【図１１Ａ】高電圧パルスを生成するための好ましいパ
ルス変換器の構成を示す。

【図１１Ｂ】高電圧パルスを生成するための好ましいパ
ルス変換器の構成を示す。

【図１１Ｃ】高電圧パルスを生成するための好ましいパ
ルス変換器の構成を示す。

【図１１Ｄ】高電圧パルスを生成するための好ましいパ
ルス変換器の構成を示す。

【図１２】Ｆ₂レーザを狭線幅化するための技術を示
す。

【図１３】圧力増加を伴うＦ₂レーザビームの広がりを
定性的に示す。

【図１４Ａ】好ましい送風機ブレード構造設計を示す。

【図１４Ｂ】好ましい送風機ブレード構造設計を示す。

【図１４Ｃ】好ましい送風機ブレード構造設計を示す。

【図１５】好ましいエンクロージャ冷却システムを示
す。

【図１６】大型マニホールドガス供給システムを示す。

【図１７】光パージシステムを示す。

【図１７Ａ】光パージシステムを示す。

【図１７Ｂ】光パージシステムを示す。

【図１７Ｃ】光パージシステムを示す。

【図１７Ｄ】光パージシステムを示す。

【図１８】好ましいパルスエネルギ検出システムを示
す。

【図１９】ネオン濃度を増加した際のパルスエネルギ及
び光スペクトルの変化を示す。ここでの他のバッファガ
スはヘリウムである。

【図２０】放電間の遅延時間の変化に対する出力パルス
エネルギを示すグラフである。

【図２１Ａ】種レーザビーム及び増幅レーザビームのス
ペクトルを示す。

【図２１Ｂ】増幅レーザパルスエネルギ及びスペクトル
幅のフッ素分圧への依存を示す。

【図２２Ａ】従来のエタロンに対する相対伝送率を示
す。

【図２２Ｂ】エタロン出力カプラを備えたＦ₂レーザを
示す。

【図２２Ｃ】エタロン出力カプラの詳細図を示す。

【図２２Ｄ】エタロン出力カプラを備えたスペクトルの
線選択を示す。

【図２２Ｅ】Ｈｅにより調整されたエタロン出力カプラ
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２０４ＡＣ／ＤＣ配電モジュール２０５制御モジュール２０６狭線幅モジュール２０７圧縮ヘッド２０８高電圧パルス電源モジュール２０９パルス電源のための整流子モジュール２１０金属フッ化物トラップ２１１レーザ室２１３波長計モジュール２１４自動シャッター２１６出力カプラ２１７送風機モータ２１８金属フッ化物トラップ電源２１９状況表示ランプ２２０２４ボルト電源２２１室窓２２２ガス制御用可撓接続部２２４排気ボックス

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年２月１４日（２００１．２．１
４）

【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におけるレーザのレーザ室の示す。

【図３Ａ】従来の単一室型の種注入レーザの一例を示
す。

【図４】本発明の好ましい実施形態を示す。

【図６】本発明の構成を示すレーザ室の断面図である。

【図７Ａ】好ましいプリ電離器チューブの構成を示す。

【図７Ｂ】磁気軸受けを含む送風機駆動ユニットを示
す。

【図８Ｇ１】可飽和誘導子を示す平面図である。

【図９Ａ】好ましい熱交換器設計を示す。

【図９Ｂ】好ましい熱交換器設計を示す。

【図１０Ａ】交差電極種ビーム技術の特徴を示す。

【図１０Ｂ】交差電極種ビーム技術の特徴を示す。

【図１０Ｃ】交差電極種ビーム技術の特徴を示す。

【図１２】Ｆ₂レーザを狭線幅化するための技術を示
す。

【図１４Ａ】好ましい送風機ブレード構造設計を示す。

【図１４Ｂ】好ましい送風機ブレード構造設計を示す。

【図１４Ｃ】好ましい送風機ブレード構造設計を示す。

【図１５】好ましいエンクロージャ冷却システムを示
す。

【図１６】大型マニホールドガス供給システムを示す。

【図１７】光パージシステムを示す。

【図１７Ａ】光パージシステムを示す。

【図１７Ｂ】光パージシステムを示す。

【図１７Ｃ】光パージシステムを示す。

【図１７Ｄ】光パージシステムを示す。

【図１８】好ましいパルスエネルギ検出システムを示
す。

【図２１Ｃ】種レーザビーム及び増幅レーザビームのス
ペクトルを示す。

【図２２Ａ】従来のエタロンに対する相対伝送率を示
す。

【図２２Ｃ】エタロン出力カプラの詳細図を示す。

【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２０４ＡＣ／ＤＣ配電モジュール２０５制御モジュール２０６狭線幅モジュール２０７圧縮ヘッド２０８高電圧パルス電源モジュール２０９パルス電源のための整流子モジュール２１０金属フッ化物トラップ２１１レーザ室２１３波長計モジュール２１４自動シャッター２１６出力カプラ２１７送風機モータ２１８金属フッ化物トラップ電源２１９状況表示ランプ２２０２４ボルト電源２２１室窓２２２ガス制御用可撓接続部２２４排気ボックス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者エッケハードディーオンケルス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ライオン 12008 (72)発明者パラシュピーダスアメリカ合衆国カリフォルニア州 92084 ヴィスタパセオデアンザ 2029 (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)発明者トーマスホッフマンアメリカ合衆国カリフォルニア州 92116 サンディエゴアリゾナストリート 4794−205 Ｆターム(参考） 5F071 AA07 EE04 GG05 HH05 HH07 JJ02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】波長可変で狭帯域のＦ₂種注入レーザシ
ステムであって、Ａ）約１５７．６ｎｍの波長を中心とした狭帯域の種ビ
ームを発生させるための第１利得媒体と、少なくとも１
つのエタロン出力カプラとを有する波長可変種レーザ、
及びＢ）少なくとも１つのビーム増幅器を備え、前記少なく
とも１つのビーム増幅器の各々は、約１５７．６ｎｍの
波長で０．８ｐｍ未満の帯域幅を持つ出力レーザビーム
を生成するように前記種ビームを増幅するための第２利
得媒体を有し、前記ビーム増幅器が、１）ａ）少なくとも２つの細長い電極、ｂ）ｉ）フッ素と、ｉｉ）バッファガス混合気とを含むレーザガス、及びｃ）少なくとも２ｃｍ／ミリ秒の速度で、前記電極の間
に前記ガスを循環するためのガス循環器を含むレーザ室
を有するレーザ室モジュール、２）少なくとも約１０００Ｈｚの繰り返し周波数で前記
電極を横切る少なくとも１４，０００ボルトの高電圧電
気パルス生成するための、電源回路とパルス圧縮回路と
増幅回路とパルス電力制御装置とを含むパルス電力シス
テム、及び３）前記パルス電力システム、即ち前記制御装置により
供給される電圧を制御するためのレーザパルスエネルギ
制御システムを備えることを特徴とするレーザシステ
ム。
【請求項２】前記第１利得媒体及び第２利得媒体は、
単一のレーザ室内に配置された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３】前記第１利得媒体及び第２利得媒体は、
分離されたレーザ室内に配置された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４】前記エタロン出力カプラは、波長を調整
可能であ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】前記レーザシステムは、少なくとも数個
の簡単に交換可能なモジュールから成ることを特徴とす
る請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項６】前記混合気は、０．４から０．９５の範
囲内のネオン濃度とされた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７】前記混合気は、０．５２から０．６３の
範囲内のネオン濃度とされたことを特徴とする請求項６
に記載のレーザシステム。
【請求項８】前記種レーザは、波長可変のエタロン出
力カプラ及び部分反射鏡から成る空洞共振器を備えたこ
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】前記種レーザは、２つの波長可変のエタ
ロン出力カプラから成る空洞共振器を備えたことを特徴
とする請求項１に記載のレーザシステム。
【請求項１０】前記種レーザは、少なくとも２つの開
口を有する部品を備え、前記部品の各々は複数の穴を含
む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１１】前記２つのエタロン出力カプラの各々
の出力ビームは、前記増幅器を介して方向付けられるこ
とを特徴とする請求項９に記載のレーザシステム。
【請求項１２】前記種レーザは、発散フィルターを備
えた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１３】前記発散フィルターは、固体エタロン
であることを特徴とする請求項１２に記載のレーザシス
テム。
【請求項１４】前記少なくとも１つのビーム増幅器
は、複数のビーム増幅器を含むことを特徴とする請求項
１に記載のレーザシステム。