JP2004503075A - 超狭周波数帯エキシマーまたはフッ素分子レーザ - Google Patents
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Abstract
エキシマーまたはフッ素分子レーザシステムは０．６ｐｍ未満、好適には０．４ｐｍ以下のレーザ出力帯域幅を生成する。レーザ共振器は、ビーム拡大器および格子を望ましくは含むライン先鋭化ユニットを持ち、さらに、１つまたは複数のエタロンを含むこともできる。格子は７６度を越える、望ましくは８０度を越えるブレーズ角を持つブレーズド格子とする。格子構造は、格子基板の表面で規定することが好適である。この基板は、望ましくはアルミニウムとする。出力結合器は、ライン先鋭化ユニットとしてのレーザ管の反対側に設けた部分透過鏡とすることが好適である。或いは、偏光結合化共振器（ＰＣＲ）によって出力結合する。偏光回転器は、この代替の共振器の構成で使用することが好適である。
Description
【０００１】
発明の属する技術分野
狭小化されたスペクトル放射帯を持つエキシマー、分子、およびフッ素分子レーザーは、特にマイクロリソグラフィにおいて有用である。狭小化されたスペクトル線幅が所望される理由は、マイクロリソグラフィにおける最小のフィーチャーサイズおよび焦点深度は投影光学機器の色収差によって限定されるからである。このようなレーザには、ＫｒＦ−、ＡｒＦ−、ＸｅＣｌ−、ＸｅＦ−、およびＦ２−レーザーが含まれ、これらは電磁スペクトルの真空紫外線（ＶＵＶ）および深紫外線（ＤＵＶ）領域の出力放射波長を示す。スペクトル的に狭小化された出力ビームを出射するレーザーシステムの典型的な設備は、共振器、電源に接続され混合ガスが充填された出力ビームを生成する放電チャンバ、および波長選択モジュールを含むものである。
【０００２】
波長選択ユニット無しでは、これらのレーザの自然な出力ビームは、マイクロリソグラフィの用途で所望される線幅（約１ピコメータ或いはそれ未満）と比べてスペクトル的に非常に広く（例えば約５００ｐｍの線幅を持つ）成り得る。従って、線幅は波長選択モジュールによって狭くされ、広帯域スペクトル内の波長の特に狭い帯域をレーザの出力として選択させることを可能にする。
【０００３】
マイクロリソグラフィに使用されるライン幅先鋭化（線幅狭小化）エキシマーまたはフッ素分子レーザは、規定の狭小化したスペクトル線幅を持つ出力ビームを提供する。この出力ビームのパラメータ、例えば波長、線幅、エネルギー、エネルギー安定性、およびエネルギー線量安定性などは確実かる一定とすることが望ましい。一般に線幅の先鋭化は、もっとも普通にはプリズムから成るライン幅先鋭化および／または波長選択および波長調節モジュール（以降、ライン先鋭化モジュールと称する）、および回折格子、場合によっては光学エタロンを使用して達成される。ライン先鋭化モジュールは、典型的には、入射光を角度的に分散する、即ち、異なる波長のビームの光線を異なる角度で反射するように機能する。共振器のある「受け入れ角度」に当て嵌まる光線のみが、さらに増幅され、そして最終的にレーザシステムの出力に寄与する。
【０００４】
従来の波長選択ユニットは、分散或いは拡大比率がレーザ操作中に調節させないような固定された分散或いはビーム拡大効果を示す。
【０００５】
所望されるライン先鋭化および／または選択並びに調節の程度やタイプ、およびライン先鋭化モジュールが搭載される個々のレーザに応じて、多数の、使用することができ、かつ選択され得るライン先鋭化装置がある。所望されるライン先鋭化の程度に応じて、エキシマーレーザシステムは、広帯域、準狭帯域（ｓｅｍｉ−ｎａｒｒｏｗ ｂａｎｄ）、および狭帯域というように大きく３つの一般的なグループに分類され得る。
【０００６】
広帯域エキシマーレーザは、ライン先鋭化モジュールコンポーネントを何ら具えない。従って、ＫｒＦ、ＡｒＦレーザのような比較的広い（即ち、３００￣４００ｐｍ）特性出力出射の帯域は、例えば広帯域エキシマーレーザシステムのレーザ共振器によって出力結合される。図１Ａは、典型的な広帯域エキシマーレーザ共振器を線図的に示す図である。このレーザ共振器は、高反射率鏡（１０）、放電回路に接続されている一対の主電極（１１）と予備電離ユニット（図には示さない）を持つ放電チャンバーを含み、かつ増幅媒体を含むレーザ管（１２）、および、ビーム（１６）を出力結合する部分透過出力結合器（１４）を含む。
【０００７】
準狭帯域レーザは、もっとも典型的には分散プリズムや格子を使用してライン先鋭化した出力特性を持つ。この分散プリズムや格子は、典型的には放電チャンバーと高反射率共振反射板との間に位置する。レーザチャンバーのもう１つの側には、典型的には部分反射出力結合器がある。準帯域狭小化レーザの出力出射帯域幅を、ＫｒＦやＡｒＦレーザ用に例えば３００ｐｍあたりから１００ｐｍ未満に減少する。この準狭帯域レーザは、工業的なホトリソグラフィ用に反射屈折（反射）光学イメージングシステムと組み合わせて使用することができる。反射屈折イメージングシステムにおける付属する色収差、および、反射光学子の欠如は、準狭帯域レーザの線幅を十分に狭小化することを可能にし、かつ、準狭帯域レーザをホトリソグラフィック用途用の十分な線源とすることを可能にする。
【０００８】
図１Ｂは、準狭帯域レーザの一例を線図的に示す図である。このレーザは、高反射率鏡（１０）、レーザ管（１２）およびビーム（１６）を出力結合する出力結合器（ｏｕｔｃｐｕｐｌｅｒ；１４）を持つ。分散プリズム（１８）は、レーザ管（１２）と高反射率鏡（１０）との間にある共振器内に挿入される。開口（ａｐｅｒｔｕｒｅ；１９）も図に示すが、これは、レーザ管（１２）と出力結合器（１４）との間に挿入され、これは共振器の受け入れ角度を減少させ、かつ、出力出射帯域幅をさらに減少させることに寄与することができる。
【０００９】
上で言及したような典型的にはるかに高い分散率を持つ狭帯域レーザは、さらに、格子を含む。ライン先鋭化ユニットは、リトロー（Ｌｉｔｔｒｏｗ）構成のビーム拡大プリズムと格子とを含むことができる。格子は、典型的にはブレーズ角７６°を持つエシェル型（ｅｃｈｅｌｌｅ）ブレーズド（ｂｌａｚｅｄ）反射格子で使用される。本システムのライン先鋭化において最も重要なファクターは格子の分散率（ｐｏｗｅｒ）である。望ましくは、複数のビーム拡大プリズムを使用して、ビームを拡大する。従って、同じ拡大係数でビームの広がりを減少させ、かつ、格子のより広い領域上にビームを広げることにより帯域幅の先鋭化（狭小化）に寄与する。１つまたは複数のエタロンをさらなるライン先鋭化のために、例えば格子の直前に或いはプリズム間に、或いは出力結合器として付加することができる。上で参照した特許および特許出願で説明されているその他の関連技法がある。このような技法を用いて１ｐｍ未満までライン幅を先鋭化する。このようにして、狭帯域レーザを屈折光学イメージングシステムと組み合わせて使用する。
【００１０】
４つ目の分類は超狭帯域であり、狭帯域のレーザにおいて特に非常に狭い出力出射帯域（例えば０．６ｐｍ未満）を区別するためにしばしばこのように呼ばれる。例えば、典型的な狭帯域の、２４８ｎｍ付近で出射するＫｒＦエキシマーレーザ、或いは、１９３ｎｍ付近で出射するＡｒＦレーザは、帯域幅を０．８ｐｍと０．６ｐｍとの間にまで減少させる能力を持つライン先鋭化ユニットを持つ。投影光学機器の分解能を改善するためには、均一でより狭いレーザの帯域幅が望ましい。高信頼性であり、かつ、０．６ｐｍ未満の非常に狭い帯域幅、さらには０．４ｐｍ以下のエキシマーおよびフッ素分子レーザを持つことが所望される。
【００１１】
従来のレーザ共振器には制限事項があり、パルスエネルギー、パルス繰り返しレート、或いは光学部品の寿命などのその他のパラメータを保持するときには、０．６未満の非常に狭い帯域幅の達成を防止する。これらの制限事項の１つは、ビーム拡大器の拡大率上の制限である。この拡大率は、特に大きなプリズムによりもたらされる波面の歪曲の大きさによって、ビーム拡大器に実用的に使用され得るプリズムのサイズ上の制限である。
【００１２】
その他の制限としては、共振器におけるスリット開口の幅の減少がエネルギー条件（ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ）によって制限されることである。即ち、ある最小スリット開口幅未満では、レーザの出力エネルギーが不十分となる。
【００１３】
共振器におけるエタロンの改善の増進は、この増進に伴うエタロンの透過率の減少によって制限される。即ち、エタロンのある最小透過率未満では、被る共振器損失は、許容できないものである。
【００１４】
前述した‘５２０特許では、０．８ｐｍの波長を持つ出力パルスを生成するレーザ共振器が説明されている。‘５２０特許に記載されているパルスの波長は、レーザの仕様を正確に修正することによって、さらに０．６ｐｍまで減少させ得る。これらの修正には、ガス混合物の組成、出力結合の程度、プリズムの素材、および電極の長さなどの調節が含まれる。
【００１５】
前述した‘９９１特許では、典型的な部分反射鏡型出力結合器の代わりにエタロン出力結合器を使用して、０．５ｐｍ以下の波長を持つパルスを出力するレーザ共振器が説明されている。しかしながら、共振器においてエタロン出力結合器の付加は、エタロン出力結合器が、圧力調節や圧電アクチュエータを使用するなどの特別で複雑かつ精密な調整を必要とするという理由から共振器を複雑なものとする。
【００１６】
上述したように、回折格子は、スペクトル的に先鋭化された出力ビームを出力するためにレーザ内に組み込まれてきた。回折格子は、典型的には短い間隔で離間されたラインや溝（典型的にはインチあたり数千、或いはｎｍあたり数百）を持つプレートやフィルムを含む。回折格子は、一般にプレーナー型（平坦物）であるが、他の形の格子も用途（例えば分光計）に応じてしばしば使用される。米国特許第５，０９５，４９２号も参照されたい。なお、回折格子を物質の塊の中に形成することもできる。
【００１７】
回折格子、およびそのデザインと構造は、米国特許第５，９９３，３１８号（Ｍｏｒｔｏｎ他）、同第５，０８０，４６５号（Ｌａｕｄｅ）と同様に、「Ｅ．Ｇ． ＬｏｅｗｅｎとＥ．Ｐｏｐｏｗの回折格子とその応用（Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ、１９９７年）」に記載されている。これら３つの参考文献の各々は、その全体を参照によって本願に包含させるものとする。回折格子は、非常に精密な線描写機構やエッチングを使用して個別に各線を実際に刻み込むことによって作製され得る。これらの線を引かれた回折格子は、一般的に非常に高品質かつ高価である。典型的には、このような回折格子は、複製を作るためのマスターとして使用される。複製の回折格子は、実質的に高価ではないが実用に十分供することができる。一対のレーザビームの間の干渉を用いて直接的にホログラフィック格子を生成することもできる。この技法によって、製造される格子が、より複雑で任意の形状およびデザインを持つことが可能になる。
【００１８】
普通は、回折格子の基板は、ＵＬＥ（登録商標）やＺｅｒｏｄｕｒｅ（登録商標）などのような特別なセラミックやガラスから作られている。あるデザインでは、回折格子は、基板表面上に約１２〜４０ミクロンの厚さのエポキシ薄膜を持つ。このエポキシ薄膜は、複製工程の結果、その構造の一部として組み込まれた回折格子を持つ。それから、エポキシ表面には、次に厚さ１０〜３０ミクロンオーダーのアルミニウム層を被覆する。アルミニウムは、非常に薄い層の中でＤＵＶスペクトル領域における線量の１０％を越える量を吸収する。さらに誘電体層は、アルミニウム層の外側表面に付加され得る。
【００１９】
‘４６５特許および’３１８特許は、図２（上部反射アルミニウム薄膜（７２）、中間エポキシ層（７４）、ガラス基板（７６））に示すような、少なくとも３つの層を持つ回折格子の利用や製造を教示する。任意追加として、アルミニウム薄膜（７２）の上に誘電体被覆（７８）を設けてもよい。アルミニウム薄膜（７２）は反射板として働き、これはレーザビームの強力な光を比較的透過しないものではあるが、レーザビームは下地のエポキシ層を損傷し得る。アルミニウム薄膜に何からの切れ目がある場合は、レーザ光は下地のエポキシ層に達し、そして、このエポキシ層は光分解反応を起こし、結果としてその回折特性が悪化する。この損傷は、実質的に回折格子の耐用時間を制限し、従って、望ましくないレーザの修理所要時間を増大する。
【００２０】
回折格子の光学安定性および寿命を増大するためには、エポキシ基板をこのような光分解から保護してやる必要がある。‘３１８特許は、反射アルミニウム薄膜の上に厚さ約１００ｎｍの保護アルミニウム上塗りを施すことを開示する。反射アルミニウム層がマスターから分離された後に、上塗りは、このアルミニウム層の上に、アルミニウムスパッタリング或いはアルミニウム蒸着によって真空下で施される。反射アルミニウム薄膜の欠損や裂け目などは、マスターからこのアルミ層を分離する際に形成されるものと考えられる。このアルミニウムの上塗りは、反射アルミニウム薄膜層の欠損からエポキシ層を保護し、耐用時間および光学安定性が向上した回折格子を提供する。
【００２１】
レーザビームのエネルギー強度は、物質による強力なレーザ光の比較的小さな吸収からでさえ結果として生じる多大な熱エネルギーに関連する。アルミニウム、エポキシ、およびガラスを持つ回折格子から熱エネルギーを取り去る速度は、実質的にアルミニウムの熱伝導率より低いエポキシおよびガラス層の熱伝導率によって主に制限される。
【００２２】
回折格子の性能は温度変化に敏感である。例えば、温度変化、特に不均一な温度変化は、回折格子構造の熱による歪みのため、戻りの反射したレーザビームの波面を変形させ得る。温度変化は表面の平坦性を歪ませ、帯域幅に悪影響を及ぼす。また温度変化は、格子線の相互の離間距離を変化させ易く、その結果、波長シフトが起こる。
【００２３】
０．１ｐｍ未満の波長シフトを必要とする場合は、格子の温度の最大変化は、以下の式で与えられる。
【数１】
この式において、αは格子の基板の線膨張率を表し、δＴは温度変化を表し、δλは波長シフトを表す。
【００２４】
レーザのフォトンエネルギー、特にＵＶ領域において動作するエキシマー、分子、或いはフッ素分子レーザ用のものは、非常に高い。例えば、２４８ｎｍあたりで動作するＫｒＦレーザは約５ｅＶのフォトンを生成し、１９３ｎｍあたりで動作するＡｒＦレーザは約６．４ｅＶのフォトンを生成し、そして、１５７ｎｍあたりで動作するＦ２レーザは７．９ｅＶのフォトンを生成する。これらのエネルギーレベルのフォトンは、エポキシ基板の分子結合を切断する能力がある。さらに、このエポキシ層は熱分解される。従って、より高い温度およびレーザビームに耐えるレーザ用の回折格子、特にライン先鋭化モジュールに組み込まれる効率分散回折格子が必要とされる。
【００２５】
発明の概要
本発明の目的は、０．６ｐｍ未満の出力出射帯域幅を持つエキシマー或いはフッ素分子レーザを提供することである。 本発明のさらなる目的は、０．４ｐｍ以下の帯域幅を持つ上のようなレーザを提供することである。
本発明のさらなる目的は、上の２つの目的に応じた、即ち、エタロン出力結合器などの素子のような複雑な精密な調節をせずに、所望の非常に狭い帯域幅を生成する、レーザ用のライン先鋭化（線狭小化）ユニットを提供することである。
【００２６】
上述した目的を達成するため、０．６ｐｍ未満のレーザ出力帯域幅、好適には０．５ｐｍ未満、さらに望ましくは０．４ｐｍ以下の帯域幅を生成するエキシマー或いはフッ素分子レーザを提供する。レーザ共振器は、望ましくは、共振器に囲まれたレーザ管および出力結合器を含み、このレーザ管はライン先鋭化ユニット（ｌｉｎｅ−ｎａｒｒｏｗｉｎｇ ｕｎｉｔ）を含む。ライン先鋭化ユニットは、ビーム拡大器および格子を含むことが好適であり、１つまたは複数のエタロンを含むことができる。格子は分散を向上し上記目的に応じて帯域幅を減少するように構成することが好適である。格子は、７６度を越えるブレーズ角を持つブレーズド格子（ｂｌａｚｅｄ ｇｒａｔｉｎｇ）とすることが好適である。ブレーズ角は、特に７８度よりも大きくすることが好適であり、さらに好適には８０度を越えるものとする。例えば、ブレーズ角は、７８度と８２度との間にすることができ、そして、８１度あたりにすることがより好適である。格子は、エシェル型反射格子とすることが好適であり、このようにして、高率反射共振反射器として機能する。
【００２７】
ライン先鋭化ユニットは、望ましくはレーザビーム先鋭化に関する熱およびレーザビーム出射に関して高い損傷閾値を持つ回折格子を具えることが好適である。この好適な格子は、格子基板／リジッドベース体の表面内に規定され、このようにして、基板および格子は、高い温度伝導率を持ちかつ長期被曝による破壊に耐性がありレーザビームエネルギーを強化する単一の物質から実質的に形成される。従って、この格子は、基板表面に格子構造が規定されることによって、高い損傷閾値を持たせることが好適である。ある実施態様では、この格子は反射誘電物質の被覆を持つことが好適である。本格子は、入射ビームの一部を分散・反射し、さらに入射ビームに関するエネルギーに耐えうる。
【００２８】
出力結合器は、部分透過鏡とすることが好適であり、さらに望ましくはライン先鋭化ユニットとしてのレーザ管の反対側に設ける。或いは、プリズム表面やその他の光学表面からのビーム成分、例えば偏光成分などを反射することによって出力結合を行うこともでき、また、共振器は偏光結合化共振器（ＰＣＲ）とすることもできる。また、この代わりの共振器の構成では、偏光回転器を使用することが好適である。レーザ管は、レーザガス混合物で充填され、ガス混合物を励起する放電回路に接続された複数の電極を持つ放電チャンバーを含む。
【００２９】
好適な実施態様の詳細な説明
図３Ａは、本発明によるエキシマーまたはフッ素分子レーザ用の第１のレーザ共振器の構成を線図的に示す。図３Ａに示す共振器のデザインは、レーザガス混合物が入っており、かつ、一対の電極（１１）、および、ガス混合物を励起するパルサー回路と電源を含む放電回路とに接続された１つまたは複数の予備電離電極（図には示さない）を持つレーザ管（１２）或いはレーザチャンバーを含む。主および予備電離電極などの好適な回路（図示しない）および回路要素は、米国特許出願第０８／８４２，５７８号、０８／８２２，４５１号、０９／３９０，１４６号、０９／２４７．８８７号、６０／１２８，２２７号、６０／１６２，６４５号に記載されており、これらの各々は本願と同じ譲受人に譲渡され、参照によって本願に包含させるものとする。
【００３０】
共振器は、さらに、ライン先鋭化ユニット（２５）、スリット開口（１９）、および部分透過出力結合鏡或いは共振反射器（１４）を含む。２つ以上の開口を含ませることも、或いは開口を全く設けなくてもよい。さらに、１つまたは複数の開口は、レーザ管（１２）の両側を含む共振器の中の様々な場所に設置することができる。好適な開口のデザインおよび構造は、米国特許第５，１６１，２３８号および米国特出願第０９／１３０，２７７号で説明されており、これらの各々は本願と同じ譲受人に譲渡されており、参照によって本願に包含させるものとする。波長モニタおよび安定化装置はレーザシステム（図示しない）に含まれ、好適なシステムは本願と同じ譲受人に譲渡されている米国特許第４，９０５，２４３号および米国特許出願第０９／４１６，３４４号、米国特許第５，４２０，８７７号、同５，４５０，２０７号、同５，９７８，３９１号、および同５，９７８，３９４号で説明されており、参照によってこれらすべてを本願に包含させるものとする。ライン先鋭化ユニットを図４Ａ、４Ｂ、図５を参照しながら以下に詳細に説明する。
【００３１】
図３Ｂは、本発明による第２の共振器の構成を線図的に示す。図３Ｂの共振器は、上述したようにレーザ管（１２）および開口（１９）を含み、さらにライン先鋭化ユニット（２５；これについては後述する）をも含む。図３Ｂの共振器は、高率反射鏡または共振反射器（２６）、偏光回転器（２８）および偏光ビームスプリッタ（２９）を含む。高率反射鏡（２６）の前に置かれた偏光回転器（２８）と偏光ビームスプリッタ（２９）とは協働してビームの偏光成分を出力結合する。従って、図３Ｂの共振器には部分透過出力結合器を設けていない。また、ライン先鋭化ユニット（２５）は高反射格子などのような高率反射コンポーネントを含む。プリズム、レーザ管の角度を付けたウィンドウ（ｗｉｎｄｏｗ）、或いは傾けたエタロンを使用して、ビームスプリッタ（２９）の代わりにビームを出力結合することができる。
【００３２】
図４Ａ−４Ｂは、図３Ａ−３Ｂに示した第１および第２の共振器構成で使用するための２つの好適なライン先鋭化ユニット（２５）を線図的に示す。非常に狭い帯域幅を提供するのに使用し得るその他のライン先鋭化ユニットは、プリズムビーム拡大器、１つまたは複数のエタロンおよび高反射鏡を含むが、格子は含まない。しかしながら、図４Ａおよび４Ｂに示すように、本発明のより好適な実施態様のそれぞれは、格子を持つ。
【００３３】
図４Ａのライン先鋭化ユニットは、プリズムビーム拡大器（３２）、格子（３６）および任意追加の開口（３８）を含む。図に示したプリズムビーム拡大器（３２）は、２つのビーム拡大プリズムを含むが、１つまたは３以上のビーム拡大プリズムを含むこともできる。分散プリズムを設けてもよい。或いは、その他のビーム拡大器、例えば、凹レンズや凸レンズを含むレンズ構成といったものも使用され得る。ビーム拡大プリズムは、それぞれ、ＣａＦ２或いは溶融石英を含むか、前記プリズムは、それぞれに溶融石英およびＣａＦ２を含むか、或いは、前記プリズムは、使用されるレーザの波長および繰り返しレート（例えば、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、１ｋＨｚ或いは１ｋＨｚ以上）における熱応力に対する耐性、熱膨張、吸収係数などが同様の特性を持つその他の物質を含むことができる。好適なビーム拡大器は、米国特許第５，７６１，２３６号および米国特許出願第０９／２４４，５５４号に記載されており、これらの各自は本願と同じ譲受人に譲渡されており、これらのすべてを参照によって本明細書に包含させるものとする。この格子については図５を参照しつつ詳細に後述する。
【００３４】
図４Ｂは、図３Ａ−３Ｂに示した第１或いは第２の好適な共振器構成とともに使用するための第２の好適なライン先鋭化ユニットを示す。図４Ｂに示すライン先鋭化ユニットは、プリズムビーム拡大器（３２；図４Ａに関連して上述した）、エタロン（３９）、格子（３６）および任意追加の開口（３８）を含む。この好適なエタロンは米国特許出願第６０／１６２，７３５号、同０９／３１７，６９５号、同０９／３１７，５２７号に記載されており、これらの各々は本願と同じ譲受人に譲渡され、また、これらは参照によって本明細書に包含させるものとする。
【００３５】
図５に好適な格子（３６）を示す。この好適な格子は、図４Ａ−４Ｂの好適なライン先鋭化ユニットそれぞれに含ませることができる。図１−８のどの格子の寸法も、縮尺は合っていない。溝の分離、即ち間隔は、反射に必要な波長の範囲の狭さ、および、格子で反射する光の波長に関連する。格子は、数万／ｃｍのオーダーの溝を含むこともできる。入射ビームＩ０は、図に示すように格子の表面で反射する。溝の間の好適な分離即ち距離ｄは、当該分野で良く知られる式に支配される（例えば、ｄ・（ｓｉｎＩ＋ｓｉｎＲ）＝ＮＤＯλ、ここで、Ｉは格子表面に対する入射ビームの角度であり、Ｒは反射したビームの角度であり、λは前記ビームの波長であり、および、ＮＤＯは回折次数に従うものである。逆反射したビームの場合は、ブレーズ角（αｂ）においては、入射および反射角度は同じである。従って、前記式はこのブレーズ角の条件においては、ｄ・（ｓｉｎαｂ）＝ＮＤＯλへと簡略化される）。格子（３６）は、望ましくは１／ｄの密度のライン溝を持つ。ビームＩ０は、格子（３６）に衝突し、この光線は、標準的な格子の式に従って格子（３６）で反射する。即ち、ビームは格子（３６）によって分散し、このようにして格子（３６）に入射する光線は、光線の持つ個々の波長に依存して固有の角度で反射する。中央波長λ０あたりの波長の光線は、図５に示すようにレーザ共振器の中に逆反射して戻って行く。
【００３６】
前記レーザ共振器の受け入れ可能な角度θ０の範囲内の波長を持つ光線のみが、レーザビームの出力出射ビームに含まれる。レーザ管の中に逆反射して戻る波長の範囲は、（λ０−Δλ／２）から（λ０＋Δλ／２）までである。従って、この波長範囲は、レーザの帯域幅、或いはライン幅を最終的に決定する幅Δλを持つ（以下を参照されたい）。前記帯域の中の中央波長はλ０であり、これは、入射ビームに関する個々の選択された角度に格子（３６）を向けることによって、望ましくは別々に制御される。
【００３７】
前記の受け入れ可能な角度の範囲θ０は、格子の分散とは無関係に、共振器および放電幅によって定められる。従って、レーザビームの出力帯域幅を最終的に決定する波長の範囲Δλは、下の式に基づき格子（３６）の分散を調節することによって調整され得る。
【数２】
ここでｄα／ｄλは格子（３６）の分散である。
リトロー構成（図４Ａに線図的に示した）の格子によって生成される受動的な帯域幅或いは一回通過した帯域幅は、特に下の式で表される。
Δλ´＝λ０・ΔΘ／［２・ｔａｎ（αＢ）］ （２）
ここで、Δλ´は帯域幅であり、λ０はレーザの出力出射ビームの中央波長であり、αＢはリトロー構成で使用される格子（３６）のブレーズ角であり、ｔａｎ（αＢ）はリトロー構成における格子（３６）の分散に相当し、ΔΘはビーム広がり（ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ）である。
【００３８】´
ガウス線形のための共振器をｎ回通過或いは往復した後の最終的な帯域幅Δλ´´は、下式でほぼ表される。
【数３】
（２）、（３）式の観察から、帯域幅Δλ´´を以下の方法で調節（即ち減少する）し得ることが明らかである。
ステップ１：ビーム広がりΔΘを減少する。
ステップ２：格子分散（ｔａｎ（α））を増大する。
ステップ３：往復回数ｎを増大する。
【００３９】
上記ステップ１によるビーム広がりの減少は、図４Ａ（或いは図４Ｂ）のプリズムビーム拡大器（３２）の倍率を大きくすることによって可能である。倍率Ｍによる拡大は、同じ倍率Ｍによるビーム広がりを減少させる。しかしながら、これは、上述した制限された技法の１つである。即ち、ビーム拡大器の拡大率を増加することは制限されたものである。理由は、プリズム表面の不完全度による波面の歪みが、倍率Ｍを越える帯域幅先鋭化の効果の達成を実質的に抑制するからである。この制限によって倍率Ｍを最大化することが好適であるが、所望の狭い帯域幅は、本発明によるこの方法では完全には達成されない。
【００４０】
上記ステップ３により往復回数を増加することも、本発明においては好適である。例えば、ガス混合物の組成を、出力結合器（上述した図３Ａ、３Ｂのコンポーネント１４、１９）による出力結合の程度と同様に、最適化すべきである（上述した‘５２０特許を参照されたい）。しかしながら、前記レーザのパルス放電モードは、利得媒体の転換（ｇａｉｎ ｍｅｄｉｕｍ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）の短い耐用時間（１００ナノ秒未満の範囲）を持つ。従って、往復回数ｎの増加はこの短い転換の耐用時間によってステップ１と同様に制限され、所望の帯域幅は往復回数を最大化することによっても、本発明によっては完全に実現されない。
【００４１】
図３Ａに線図的に示し、かつ、約０．６ｐｍの帯域幅を生成する上記ステップ１、３によるようなタイプの最適化された共振器は、本発明の目的に十分には合致しない。使用した格子は、ｔａｎ（α）＝５（Ｒ５格子として知られる）を持つエシェル型格子であった。開口（１９）のスリット幅を、上述した‘２７７特許出願に応じて最適化した。開口（１９）の好適なスリット幅は、１〜２ｍｍである。ビーム拡大器（３２）のプリズムのタイプおよび数は、最適化されているが、産業的な応用の詳細やレーザシステムに依存して一般的に変化させ得る。さらに、ステッパー／スキャナー製造業者により要求され発表される典型的な仕様に応じて、繰り返しレートは約２ｋＨｚであり、出力パルスエネルギーはほぼ１０ｍＪであり、エネルギー安定性は偏差がほぼ３％未満であり、線量の安定性は偏差がほぼ０．５％未満であった。
【００４２】ステップによる分散の増大は、本発明により達成されるべき所望の狭い帯域幅の実現を可能にすることに好適である。この増加した分散は、７６度よりも大きなブレーズ角を持つ格子（３６）を使用することにより達成する。図４Ａか４Ｂのライン先鋭化ユニットと共に、７６度よりも大きなブレーズ角を持つ格子（３６）を使用することによって、上述した本発明の目的、即ち、帯域幅０．６ｐｍ未満のエキシマーまたはフッ素分子レーザの提供という目的が達成される。８０度よりも大きなブレーズ角を持つ格子（３６）を使用することによって、本発明の第２の目的、即ち、０．４ｐｍ以下の出力出射帯域幅を持つエキシマーレーザの提供という目的が達成される。第３の目的は、エタロン出力結合器などの光学素子の精密な調整を必ずしも実施しなくとも、所望の非常に狭い帯域幅が達成されることから、この目的も達成される。
【００４３】
本発明によるライン先鋭化ユニット（２５）と共に使用する特に好適な格子（３６）は、特別に設計したＲ６．５格子（即ちｔａｎ（α）￣６．５）である。この格子のブレーズ角は約８１度である。ほぼ８１度のブレーズ角を持つ好適な格子（３６）を含むこの共振器の構成の場合は、０．４ｐｍ未満の帯域幅がエキシマーレーザにおいて達成された。実測の帯域幅はほぼ０．３ｐｍであった。レーザビームのスペクトル純度は２．０ｐｍ未満であった。
【００４４】
本発明により狭い帯域幅を有利に達成するためにどれくらいブレーズ角を増加させ得るかには上限があることがわかった。例えば、前記格子（３６）が９０度のブレーズ角を持たないことは明らかであり、従って、本発明による格子（３６）のブレーズ角αＢは９０度よりも小さい。実際の制限は９０度よりもさら小さいものであり、８６〜８７度である可能性がある。８６度〜８７度のブレーズ角を持つ格子（３６）を製造することが困難ではあるが、当業者はこのような格子を作製することが可能であることを理解する。従って、これらの高いブレーズ角の格子も、本発明によるエキシマーレーザと共に有利に使用し得る。
【００４５】
本発明は、格子（３６）の分散ｄα／ｄλを増加することによって、非常に狭い出力出射帯域幅Δλ´´を持つエキシマーまたはフッ素分子レーザを有利に達成することができる。この格子（３６）のｄα／ｄλの増加は、格子（３６）のブレーズ角αＢを、典型的なブレーズ角の約７５度〜７６度から７６度を越えるまで増加することにより達成される。格子（３６）のブレーズ角を７８度よりも大きくすることが好適であるが、さらに好適には、格子（３６）のブレーズ角は８０度を越えるものとする。本発明により、約８１度を越えるブレーズ角を持たせることが特に好適である。
【００４６】
本発明は、できり限り効率的かつ簡便な共振器を持つ非常に狭い帯域幅のエキシマーレーザを提供し、その結果、高い信頼性のレーザシステムを提供する。本発明のレーザシステムは、上述した目的および０．４ｐｍ以下の帯域幅を持つレーザ出力ビームを提供できるようなライン先鋭化の機能を有するエキシマーレーザを所望するステッパー／スキャナー製造業者の要望を達成する。
【００４７】
好適な格子は、望ましくは直接的に機械加工、或いはエッチングされた格子表面を持つ基板を具える。前記格子表面は、望ましくは、誘電体物質の高ＵＶ反射層システム、或いは、ＵＶ反射強化誘電体被覆や被覆領域を伴うアルミニウム層、或いは、誘電体保護層を伴うアルミニウム層によって被覆される。この構造は、レーザ放射の増大した分散に関する加熱や経年変化の影響に対してより高い安定性を持つ。この抵抗力は、主としては熱およびＵＶ放射によって悪影響を受け得る有機エポキシ層を除去したことによるものである。格子の本体を金属で作れば、ガラスやセラミックと比べて高いこの格子本体の熱伝導率が第２の利点となり、温度勾配の生成を最小化する。本格子の温度は、下の熱膨張式の制約の範囲内において一定に保持することが好適である。
【数４】
【００４８】
誘電反射層は、誘電反射層を持たない純粋なアルミニウム表面層と比べて長い耐用時間および高いＵＶ反射率を持つ好適な格子を提供する。
【００４９】
基板は、格子構造を提供し、使用目的に関する応力による破損や変形に耐えるような素材を十分に提供する厚さであればどのような厚さでもよい。エキシマーレーザ用のライン先鋭化ユニットに供する好適な格子は、約３０ｍｍ×１６０ｍｍ×３０ｍｍから約３５ｍｍ×３００ｍｍ×３５ｍｍのオーダーの基板寸法を持つ。溝の長さは、格子基板の寸法に応じて変化させることが好適である（例えば、溝の長さは約３０〜３５ｍｍである）。特に、好適な格子基板は、３０ｍｍ×１６０ｍｍ×３０ｍｍの寸法および３０ｍｍの溝の長さを持ち、或いは、その他の好適な格子基板は、約３５ｍｍ×３００ｍｍ×３５ｍｍの寸法および３５ｍｍの溝の長さを持つ。
【００５０】
好適な回折格子の基板は金属であり、より望ましくはアルミニウムである。また、その他の反射性金属や物質（例えば、クロミウム、マグネシウムフッ化物、シリコン、およびゲルマニウム）も適応する。
好適な格子は、アルミニウム層とＭｇＦ２層とを組み合わせた被覆を持つ。
【００５１】
図６Ａ−６Ｄは、幾つかの好適な回折格子を示す。これらの格子は、そこに規定された格子構造を具える基板本体（８０）を持つ。図６の格子は、格子構造が、ガラスやセラミック素材から作られている基板本体（図２）の上に置かれたエポキシ薄膜層の表面に形成されているという従来技術の格子とは異なる。
【００５２】
好適な実施態様では、図６の基板本体（８０）は、金属（例えばアルミニウム）から作られている。この好適な実施態様では、上述した温度膨張式で示される温度変化を越える場合は、急激な温度変化（１秒未満の範囲内の）は問題となり得る。好適な実施態様では、格子表面（９２）は、高ＵＶ反射誘電体（８８）（図６Ａ）、或いは、反射アルミニウム薄膜層（９０）（図６Ｂ）、或いは、誘電保護層（８８）で被覆されたアルミニウム層（９０）（図６Ｃ）、或いは、ＵＶ反射強化誘電被覆（８９）で覆われたアルミニウム層（９０）（図６Ｄ）によって被覆される。
【００５３】
この構造は、熱および経年変化の影響に対してより安定である。理由は、熱およびＵＶ放射によって容易に影響を受け得る有機エポキシ層を用いていないからである。アルミニウムで作製された好適実施態様の第２の利点は、ガラスやセラミック製のものに比して金属製の格子本体の高い熱伝導率である。
【００５４】
回折格子用の好適な溝の距離（間隔）は上述した式に基づき確かめられる。これらの好適な距離は、レーザビームの波長および格子の入射および反射角を代入することによって個々のレーザ用に容易に決定し得る。好適な溝の距離は、７６度を越えるブレーズ角および約１５０ｎｍと３５０ｎｍとの間の波長に対応する。特に、好適な溝の距離は、７６度と８２度との間のブレーズ角、および約２４８ｎｍ，１９３ｎｍ，３５１ｎｍ，２２２ｎｍ，２６６ｎｍ，３５５ｎｍ，３０８ｎｍ，および１５７ｎｍの波長に対応する。
【００５５】
図７Ａは、好適な回折格子（５０）の作製法を示す。イオンビームを使用して、このビームを所望の格子パターンに対応するような減衰を与えるために減衰器（４３）を通過させた後に、基板自体（４５）の表面に照射する。前記イオンビームの断面が基板表面よりも小さい場合、ビームを表面全体にスキャンすることもできる。
【００５６】
このイオンビームエッチングの特別な工程を図７Ｂに示す。図７Ｂでは、はじめに、当業者が利用可能な方法によって、中間の回折格子の複製（４７）を作製する。例えば、はじめにマスター（原版）格子をダイヤモンド針でエッチングすることにより形成する。しかしながら、このマスター格子はその他の方法で形成することができ、また、その他のマスターの複製でさえ良い。それから、前記マスターの回折格子の表面を、マスターから複製を剥離するためにシリコンなどの剥離剤で処理することができる。この剥離層は、厚さ数ナノメータだけの非常に薄い層とすることが好適である。そして、複製は既知の技法を使用してマスターに基づき作製される。米国特許第５，９９９，３１８号を参照されたい。好適な実施態様では、中間の複製の回折格子構造（４４）はエポキシ製であり、また、中間の複製の基板（４５）はアルミニウム製である。
【００５７】
図７Ｂに示すように、中間の複製（４７）は、それから、エポキシ回折格子（４４）を除去し、かつ、同時に回折格子（５０）を形成するイオンビーム（４１）によってエッチングされる。図７Ｂに示すように、イオンビーム（４１）は、エポキシ（４４）を除去し、そして、格子（５０）を形成するために基板本体（４５）の一部を除去する。
【００５８】
従って、本発明の好適な実施態様は、光学リソグラフィに使用するための狭いライン幅のエキシマーレーザシステムであり、これはライン先鋭化に使用するための反射回折格子を組み込むものである。前記回折格子は、回折格子がその表面物質（望ましくはアルミニウム）が直接エッチングされているため、特に高い損傷閾値を持つ。
【００５９】
本発明の好適な実施態様は、０．６ｐｍ未満、望ましくは０．４ｐｍ以下のレーザ出力帯域幅を生成するエキシマーまたはフッ素分子レーザである。レーザ共振器は、望ましくはライン先鋭化ユニットおよび出力結合器を含む共振器に囲まれたレーザ管を含む。前記ライン先鋭化ユニットは、上述したようにビーム拡大器および回折格子を含み、そして、１つまたは複数のエタロンを含むこともできる。前記回折格子は、上述した目的に応じて帯域幅を減少するための強くした分散を提供するように構成し、また、レーザ照射に関する熱および強烈なＵＶ光、そしてレーザ放射の増加した分散によく耐えるようにデザインすることが好適である。
【００６０】
本発明による好適な狭帯域レーザ共振器は、基板の表面に直接形成された回折グリッドを持つ回折格子を組み込む。前記基板はアルミニウムとすることが好適である。この格子は、ビーム拡大プリズムおよび回折格子のリトロー構成を提供するライン先鋭化ユニットの一部を形成する。前記格子は、上述したように準狭帯域レーザの高反射鏡に置き換えられる。前記格子は、７６度を超えるブレーズ角、より好適には７８度と８２度との間のブレーズ角を持つエシェル型ブレーズド反射格子とすることが好適である。前記ライン先鋭化における最も重要なファクターは、おそらく前記格子の分散率である。
複数のビーム拡大プリズムを用いて前記ビームを拡大することことが好適であり、従って、これにより同じ倍率におけるビームの広がりを減少し、帯域幅の先鋭化に寄与する。１つまたは複数のエタロンを、格子の直前、或いは、プリズム間、或いは出力結合器として付加して、さらなるライン先鋭化を図ることもできる。
【００６１】
本発明は、特に２４８ｎｍあたりを出射するＫｒＦエキシマーレーザと共に使用することについて述べてきたが、本発明は、その他のレーザのスペクトル先鋭化、特に、深紫外線（ＤＵＶ）や真空紫外線（ＶＵＶ）を出射するエキシマー、分子、およびフッ素分子レーザなどパルスガス放電レーザのために有利に使用し得る。これらのレーザは、特に、ホトリソグラフィなどの産業用途には非常に重要になってきている。このようなレーザは、一般的に、ハロゲン、および、１つまたは複数の希ガスなどの２種或いはそれ以上のガスを含む放電チャンバーを含む。このようなレーザの例としては、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）、ＸｅＦ（３５０ｎｍ）、ＫｒＣｌ（２２２ｎｍ）、ＸｅＣｌ（３０８ｎｍ）、およびＦ２（１５７ｎｍ）レーザが含まれる。本発明の方法は、このような各種のガス放電レーザシステムに適用することが好適である。
【００６２】
図８は、本発明によるエキシマーまたはフッ素分子レーザのための第１のレーザ共振器の構成を線図的に示す。本システムでは、ファン（図示しない）、熱交換器（図示しない）、レーザガス混合物を収容するガス放電チャンバーを具える。また、前記チャンバー即ち管内の圧力および温度をモニターする圧力・温度計を設けることもできる。チャンバー（１２）は、一対の主電極（１１）、即ちアノード、および、カソードを含み、これらはそれらの間において主放電ガスボリューム（１３）を規定する。また、主チャンバーは、予備電離ユニット（図示しない）をも収容する。電気パルス電源および放電モジュール（６）は、主放電電極（１１）に接続されている。
【００６３】
前記管は、その各端部に、光学モジュール内に入っている共振器ユニット、即ち後部光学モジュール（２）、および、前部光学モジュール（３）を含む。前記後部光学モジュール（２）は、高反射手段（２１）を収容する。好適な後部高反射手段は、ライン先鋭化のための反射格子或いは鏡、および、ビームの方向を制御する、または鏡やプリズムと同等のものを形成する追加の光学素子とすることができる。波長伽リブレーションモジュール（２３）は、前記後部光学モジュール（２）の中に設けることが好適である。波長キャリブレーションユニットや装置、およびその技法は、米国特許第４，９０５，２４３号、米国特許出願第０９／１３６，２７５号、同０９／１６７，６５７号、および同０９／１７９，２６２号に記載されており、これらの各々は本願と同じ譲受人に譲渡されており、これらを参照によって本明細書に合体させるものとする。上で詳述した回折格子は、当業者によってこれらの参照に記述されている格子に容易に置き換えられる。これらの回折格子は、望ましくは基板の表面にエッチングされた構造に従う。この基板は、望ましくは金属、より好適にはアルミニウムである。好適なブレーズ角は上述のとおりである。
【００６４】
前記前部光学モジュール（３）は、出力結合（ｏｕｔｃｏｕｐｌｉｎｇ）手段（３１）およびビーム方向制御および出力ビーム（１６）を整形するための任意選択の追加素子を収容する。前記前部光学モジュール（３）は、望ましくは、出力結合共振反射器（３１）、および、ビーム方向制御分割や整形のための鏡、ビームスプリッタ、プリズム、或いは分散素子（例えば格子、エタロン）などのオプション即ち任意選択の素子を収容する。このようなオプションの素子および技法は、米国特許第４，３９９，５４０号、同４，９０５，２４３号、同５，２２６，０５０号、同５，５５９，８１６号、同５，６５９，４１９号、同５，６６３，９７３号、同５，７６１，２３６号、および同５，９４６，３３７号、米国特許出願第０９／３１７，６９５号、同０９／１３０，２７７号、同０９／２４４，５５４号、同０９／３１７，５２７号、同０９／０７３，０７０号、同６０／１２４，２４１号、同６０／１４０，５３２号、同６０／１４０，５３１号、および同６０／１７１，７１７号（これらの各々は本願と同じ譲受人に譲渡されている。）、および、米国特許第５，０９５，４９２号、同５，６８４，８２２号、同５，８３５，５２０号、同５，８５２，６２７号、同５，８５６，９９１号、同５，８９８，７２５号、同５，９０１，１６３号、同５，９１７，８４９号、同５，９７０，０８２号、同５，４０４，３６６号、同４，９７５，９１９号、同５，１４２，５４３号、同５，５９６，５９６号、同５，８０２，０９４号、同４，８５６，０１８号、および同４，８２９，５３６号に記載されており、これらのすべてを参照によって本願に包含させるものとする。これらにはライン先鋭化、選択、および／または調節の素子、装置、および／または技法が記述されている。上で詳述した高損傷閾値の回折格子は、当業者は上述した参照に記述されている格子へと容易に置き換えられる。これらの回折格子は、望ましくは基板の表面にエッチングされた構造に従う。この基板は、望ましくは金属、より好適にはアルミニウムとする。好適なブレーズ角は上述したとおりである。
【００６５】
好適な実施態様では、分散格子をスペクトルの狭小化即ち先鋭化のために使用する。例えば、Ｓａｎｄｓｔｒｏｍによる米国特許第５，０９５，４９２号、Ｈａｒｓｈａｗによる同４，６９６，０１２号を参照されたい。プリズムを波長選択装置として使用することもできる。米国特許第５，７６１，２３６号を参照されたい。米国特許第５，７６１，２３６号を参照されたい。ファブリー・ペロー型エタロンも波長選択装置として使用できる。Ｍ．オカダおよびＳ．Ｌｅｉｒｉによる「電気光学複屈折ファビリーペロー型エタロンによる色素レーザの調整」（Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｖｏｌ． １４， Ｎｏ． １（１９７５年５月））を参照されたい。複屈折プレートも波長選択用に使用する。ＢｌｏｏｍおよびＭｏｄｅｓによる傾いた複屈折プレートを収容するレーザ共振器」（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ， Ｖｏｌ． ６４， Ｎｏ． ４（１９７４年４月））、Ｙａｒｂｏｒｏｕｇｈ他による米国特許第３，８６８，５９２号を参照されたい。不安定型共振器構成をパルスエキシマーレーザ内で使用することもできる。例えば、Ｐａｒｔｌｏによる米国特許第５，６８４，８２２号を参照されたい。Ｊｏｈｎｓｏｎ他による米国特許第４，８７３，６９２号は、回転可能な格子および固定ビーム拡大器を含む固体レーザを開示する。レーザのスペクトルライン幅先鋭化法のさらなる背景情報は、チューナブルレーザの教科書で見つけることができる。例えば、Ａ．Ｅ． Ｓｉｅｇｍａｎによる「Ｌａｓｅｒｓ」（１９８６年）を参照されたい。上の章で参照した各々は、参照によって本願に包含させるものとする。
【００６６】
電気パルス電源および放電ユニット（６）は、レーザガス混合物を励起する。前記パルス電源および放電ユニットは、放電チャンバー内に設けた一対の主電極（１１）を介してレーザガス混合物にエネルギーを与える。パルス電源および放電ユニット（６）は、レーザガス混合物を励起する。前記パルス電源および放電ユニット（６）は、放電チャンバー内に設けた一対の主電極（１１）を介してレーザガス混合物にエネルギーを与える。望ましくは、パルス電源および放電ユニットの予備電離素子（図示しない）は、前記ガス混合物を予備電離するために、主電極の直前で印加される。前記放電ユニットは、前記ガス混合物を励起するためのパルス回路と電源とを含む。好適な回路（図示しない）、および、主電極（１１）や予備電離電極（図示しない）などの回路要素は、米国特許出願第０８／８４２，５７８号、同０８／８２２，４５１号、同０９／３９０，１４６号、同０９／２４７，８８７号、同６０／１２８，２２７号および同６０／１６２，６４５号に記載されており、これらの各々は本願と同じ譲受人に譲渡されており、これらを参照によって本願に包含させるものとする。
【００６７】
出力ビーム（１６）のエネルギーは、パルス電源モジュール（６）の駆動電圧に対して既知の依存性を持つ。前記駆動電圧をレーザの運転中に調整して、その結果、出力ビームのエネルギーを制御および安定化することが好適である。プロセッサ（９）は、エネルギーモニタ（４）から受信したビームエネルギー情報に基づき駆動電圧を制御する。好適なエネルギーモニタは、光検出器、ホトダイドード、および焦電検出器を含む。レーザの運転を調整する手段および出力ビームを制御する条件は、米国特許出願第６０／１３０，３９２号、およびこれに関する米国特許仮出願第０９／５５０，５５８号に記載されており。これらは本願と同じ譲受人に譲渡されており、また、これらを参照によって本願に包含させるものとする。
【００６８】
エキシマーまたはフッ素分子レーザのガス混合物は、強い陰性にされていること、および高圧（例えば数バール）に保持されることを特徴とする。エキシマーレーザ用のガス混合物は、クリプトン、アルゴン或いはキセノンなどの活性な希ガス、フッ素や塩化水素などの化学種を含むハロゲン、および、ネオンやヘリウムなどのバッファーガスを含む。フッ素分子レーザは、フッ素分子と、ネオンおよび／またはヘリウムなどのバッファーガスとを含む。
【００６９】
前記ガス混合物は、放電領域における放電によって励起されるに従い自然に加熱される。前記の加熱されたガスは、放電領域を出た後、熱交換器（図示しない）によって冷却される。次のレーザパルスが起こる前に、レーザパルスに加わるガス混合物の一部は新しいガスと置換される。ガス供給ユニット（７）は、典型的には、外部のガスボンベ（１７）から本システムに新たなガスを供給し、ガス混合物の各成分を補充する。特に、ハロゲンは一般的に供給される。理由は、ガス混合物のハロゲン濃度は運転中に消耗され、さらにガス混合物のハロゲン濃度は一定、或いはほぼ一定に保持することが好適だからである。ガス圧を制御することができるように、ガス混合物の一部を放出する手段も典型的には設けられる。好適なガス補充手順は、米国特許仮出願第６０／１２４，７８５号および同６０／１３０，３９２号および正式な米国特許出願第０９／５５０，５５８号に記載されており、これらは本願と同じ譲受人へ譲渡されており、これらの全体を参照によって本願に包含させるものとする。
【００７０】
好適なガス混合物、および、これらのエキシマーレーザ並びにフッ素分子レーザに加えてＸｅＦ、ＸｅＣｌ、ＫｒＣｌエキシマーレーザの安定化法、さらにガスフロー導管に関するレーザ管構成は、米国特許第４，３９３，５０５号、同４，９７７，５７３号、同５，３９６，５１４号、および米国特許出願第０９／３１７，５２６号、同０９／４１８，０５２号、同０９／３７９，０３４号、同６０／１６０，１２６号、同６０／１２８，２２７号、同６０／１２４，７８５号（これらの各々は本願と同じ譲受人に譲渡されている）、さらに、米国特許第５，４４０，５７８号、同５，４５０，４３６号に記載されており、これらの米国特許および米国特許出願は参照によって本願に包含させるものとする。低温ガスフィルター（米国特許第４，５３４，０３４号、同５，１３６，６０５号、同５，４３０，７５２号、同５，１１１，４７３号、同５，００１，７２１号を参照されたい。またこれらは本願と同じ譲受人に譲渡されており、参照によって本願に包含させるものとする。）などのガス精製システム、或いは、静電粒子フィルタ（本願と同じ譲受人に譲渡された米国特許第４，５３４，０３４号、および同５，５８６，１３４号を参照されたい。また、これらの各々は参照によって本願に包含させるものとする。）を使用して、エキシマーレーザガスの耐用時間を長くすることもできる。
【００７１】
図８のレーザシステムでは、プロセッサ（９）は、エネルギーモニタ（４）および電源ユニットからの信号を受信することが好適である。図８のレーザシステムは、放電チャンバーのガス状態を監視する（例えば、放電チャンバーのガス成分を監視する）その他の装置（図示しない）、および、駆動電圧メータなどのその他のレーザ運転状態のパラメータなどを測定する装置からのレーザ運転状態を示すさらなる追加の信号にも適応する。これらの追加の信号も前記プロセッサ（９）が受信する。
【００７２】
図８のシステムでは、プロセッサ（９）は、好ましくはエネルギーモニタ（４）および何らかのその他のシステム状態モニタからの入力信号に基づきプロセッサ自身の制御信号を生成するアルゴリズムを用いる。これらのアルゴリズムは、前記モニタ信号用の基準値および以前のガス動作信号に基づく情報を使用して、制御信号を生成する。これらの制御信号をガス供給ユニット（７）が受信し、プロセッサ（９）からの制御信号に応じて放電チャンバーのガス混合物の放出、および放電チャンバー（１２）へのガス補充の流量を調節する。
【００７３】
本願の背景技術のところで引用した全ての文献は、参照によって本明細書に包含させるものとする。本明細書に記述した特定の実施態様は、本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、本願の範囲と精神の範囲内において説明に役立つ実例を提供することのみを目的とする。本発明の主題の個々の実施態様を記述してきたが、本発明の主題に対して本発明の精神および範囲から逸脱することなく様々な変形や修正を施し得ることは、当業者には自明である。このような修正などの全ては本発明の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】広帯域レーザ共振器を線図的に示す図である。
【図１Ｂ】準狭帯域レーザ共振器を線図的に示す図である。
【図２】基板に設けられたエポキシ層に形成された格子構造を持つ回折格子を線図的に示す図である。
【図３Ａ】本発明の第１の実施態様によるレーザ共振器を線図的に示す図である。
【図３Ｂ】本発明の第２の実施態様によるレーザ共振器を線図的に示す図である。
【図４Ａ】本発明による第１のライン先鋭化ユニットを線図的に示す図である。
【図４Ｂ】本発明による第２のライン先鋭化ユニットを線図的に示す図である。
【図５】本発明による、７６度を越えるブレーズ角を持つ格子を線図的に示す図である。
【図６Ａ】基板／リジッドベース体の表面に形成される格子構造を持つ回折格子を線図的に示す図である。
【図６Ｂ】基板／リジッドベース体の表面に形成される格子構造を持つ回折格子を線図的に示す図である。
【図６Ｃ】基板／リジッドベース体の表面に形成される格子構造を持つ回折格子を線図的に示す図である。
【図６Ｄ】基板／リジッドベース体の表面に形成される格子構造を持つ回折格子を線図的に示す図である。
【図７Ａ】いかにイオンビームを使用して、基板／リジッドベース体の表面の中に回折格子を形成するのかを線図的に示す図である。
【図７Ｂ】いかにイオンビームを使用して、基板／リジッドベース体の表面の中に回折格子を形成するのかを線図的に示す図である。
【図８】本発明による好適な狭帯域或いは超狭帯域レーザのブロック図である。
発明の属する技術分野
狭小化されたスペクトル放射帯を持つエキシマー、分子、およびフッ素分子レーザーは、特にマイクロリソグラフィにおいて有用である。狭小化されたスペクトル線幅が所望される理由は、マイクロリソグラフィにおける最小のフィーチャーサイズおよび焦点深度は投影光学機器の色収差によって限定されるからである。このようなレーザには、ＫｒＦ−、ＡｒＦ−、ＸｅＣｌ−、ＸｅＦ−、およびＦ２−レーザーが含まれ、これらは電磁スペクトルの真空紫外線（ＶＵＶ）および深紫外線（ＤＵＶ）領域の出力放射波長を示す。スペクトル的に狭小化された出力ビームを出射するレーザーシステムの典型的な設備は、共振器、電源に接続され混合ガスが充填された出力ビームを生成する放電チャンバ、および波長選択モジュールを含むものである。
【０００２】
波長選択ユニット無しでは、これらのレーザの自然な出力ビームは、マイクロリソグラフィの用途で所望される線幅（約１ピコメータ或いはそれ未満）と比べてスペクトル的に非常に広く（例えば約５００ｐｍの線幅を持つ）成り得る。従って、線幅は波長選択モジュールによって狭くされ、広帯域スペクトル内の波長の特に狭い帯域をレーザの出力として選択させることを可能にする。
【０００３】
マイクロリソグラフィに使用されるライン幅先鋭化（線幅狭小化）エキシマーまたはフッ素分子レーザは、規定の狭小化したスペクトル線幅を持つ出力ビームを提供する。この出力ビームのパラメータ、例えば波長、線幅、エネルギー、エネルギー安定性、およびエネルギー線量安定性などは確実かる一定とすることが望ましい。一般に線幅の先鋭化は、もっとも普通にはプリズムから成るライン幅先鋭化および／または波長選択および波長調節モジュール（以降、ライン先鋭化モジュールと称する）、および回折格子、場合によっては光学エタロンを使用して達成される。ライン先鋭化モジュールは、典型的には、入射光を角度的に分散する、即ち、異なる波長のビームの光線を異なる角度で反射するように機能する。共振器のある「受け入れ角度」に当て嵌まる光線のみが、さらに増幅され、そして最終的にレーザシステムの出力に寄与する。
【０００４】
従来の波長選択ユニットは、分散或いは拡大比率がレーザ操作中に調節させないような固定された分散或いはビーム拡大効果を示す。
【０００５】
所望されるライン先鋭化および／または選択並びに調節の程度やタイプ、およびライン先鋭化モジュールが搭載される個々のレーザに応じて、多数の、使用することができ、かつ選択され得るライン先鋭化装置がある。所望されるライン先鋭化の程度に応じて、エキシマーレーザシステムは、広帯域、準狭帯域（ｓｅｍｉ−ｎａｒｒｏｗ ｂａｎｄ）、および狭帯域というように大きく３つの一般的なグループに分類され得る。
【０００６】
広帯域エキシマーレーザは、ライン先鋭化モジュールコンポーネントを何ら具えない。従って、ＫｒＦ、ＡｒＦレーザのような比較的広い（即ち、３００￣４００ｐｍ）特性出力出射の帯域は、例えば広帯域エキシマーレーザシステムのレーザ共振器によって出力結合される。図１Ａは、典型的な広帯域エキシマーレーザ共振器を線図的に示す図である。このレーザ共振器は、高反射率鏡（１０）、放電回路に接続されている一対の主電極（１１）と予備電離ユニット（図には示さない）を持つ放電チャンバーを含み、かつ増幅媒体を含むレーザ管（１２）、および、ビーム（１６）を出力結合する部分透過出力結合器（１４）を含む。
【０００７】
準狭帯域レーザは、もっとも典型的には分散プリズムや格子を使用してライン先鋭化した出力特性を持つ。この分散プリズムや格子は、典型的には放電チャンバーと高反射率共振反射板との間に位置する。レーザチャンバーのもう１つの側には、典型的には部分反射出力結合器がある。準帯域狭小化レーザの出力出射帯域幅を、ＫｒＦやＡｒＦレーザ用に例えば３００ｐｍあたりから１００ｐｍ未満に減少する。この準狭帯域レーザは、工業的なホトリソグラフィ用に反射屈折（反射）光学イメージングシステムと組み合わせて使用することができる。反射屈折イメージングシステムにおける付属する色収差、および、反射光学子の欠如は、準狭帯域レーザの線幅を十分に狭小化することを可能にし、かつ、準狭帯域レーザをホトリソグラフィック用途用の十分な線源とすることを可能にする。
【０００８】
図１Ｂは、準狭帯域レーザの一例を線図的に示す図である。このレーザは、高反射率鏡（１０）、レーザ管（１２）およびビーム（１６）を出力結合する出力結合器（ｏｕｔｃｐｕｐｌｅｒ；１４）を持つ。分散プリズム（１８）は、レーザ管（１２）と高反射率鏡（１０）との間にある共振器内に挿入される。開口（ａｐｅｒｔｕｒｅ；１９）も図に示すが、これは、レーザ管（１２）と出力結合器（１４）との間に挿入され、これは共振器の受け入れ角度を減少させ、かつ、出力出射帯域幅をさらに減少させることに寄与することができる。
【０００９】
上で言及したような典型的にはるかに高い分散率を持つ狭帯域レーザは、さらに、格子を含む。ライン先鋭化ユニットは、リトロー（Ｌｉｔｔｒｏｗ）構成のビーム拡大プリズムと格子とを含むことができる。格子は、典型的にはブレーズ角７６°を持つエシェル型（ｅｃｈｅｌｌｅ）ブレーズド（ｂｌａｚｅｄ）反射格子で使用される。本システムのライン先鋭化において最も重要なファクターは格子の分散率（ｐｏｗｅｒ）である。望ましくは、複数のビーム拡大プリズムを使用して、ビームを拡大する。従って、同じ拡大係数でビームの広がりを減少させ、かつ、格子のより広い領域上にビームを広げることにより帯域幅の先鋭化（狭小化）に寄与する。１つまたは複数のエタロンをさらなるライン先鋭化のために、例えば格子の直前に或いはプリズム間に、或いは出力結合器として付加することができる。上で参照した特許および特許出願で説明されているその他の関連技法がある。このような技法を用いて１ｐｍ未満までライン幅を先鋭化する。このようにして、狭帯域レーザを屈折光学イメージングシステムと組み合わせて使用する。
【００１０】
４つ目の分類は超狭帯域であり、狭帯域のレーザにおいて特に非常に狭い出力出射帯域（例えば０．６ｐｍ未満）を区別するためにしばしばこのように呼ばれる。例えば、典型的な狭帯域の、２４８ｎｍ付近で出射するＫｒＦエキシマーレーザ、或いは、１９３ｎｍ付近で出射するＡｒＦレーザは、帯域幅を０．８ｐｍと０．６ｐｍとの間にまで減少させる能力を持つライン先鋭化ユニットを持つ。投影光学機器の分解能を改善するためには、均一でより狭いレーザの帯域幅が望ましい。高信頼性であり、かつ、０．６ｐｍ未満の非常に狭い帯域幅、さらには０．４ｐｍ以下のエキシマーおよびフッ素分子レーザを持つことが所望される。
【００１１】
従来のレーザ共振器には制限事項があり、パルスエネルギー、パルス繰り返しレート、或いは光学部品の寿命などのその他のパラメータを保持するときには、０．６未満の非常に狭い帯域幅の達成を防止する。これらの制限事項の１つは、ビーム拡大器の拡大率上の制限である。この拡大率は、特に大きなプリズムによりもたらされる波面の歪曲の大きさによって、ビーム拡大器に実用的に使用され得るプリズムのサイズ上の制限である。
【００１２】
その他の制限としては、共振器におけるスリット開口の幅の減少がエネルギー条件（ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ）によって制限されることである。即ち、ある最小スリット開口幅未満では、レーザの出力エネルギーが不十分となる。
【００１３】
共振器におけるエタロンの改善の増進は、この増進に伴うエタロンの透過率の減少によって制限される。即ち、エタロンのある最小透過率未満では、被る共振器損失は、許容できないものである。
【００１４】
前述した‘５２０特許では、０．８ｐｍの波長を持つ出力パルスを生成するレーザ共振器が説明されている。‘５２０特許に記載されているパルスの波長は、レーザの仕様を正確に修正することによって、さらに０．６ｐｍまで減少させ得る。これらの修正には、ガス混合物の組成、出力結合の程度、プリズムの素材、および電極の長さなどの調節が含まれる。
【００１５】
前述した‘９９１特許では、典型的な部分反射鏡型出力結合器の代わりにエタロン出力結合器を使用して、０．５ｐｍ以下の波長を持つパルスを出力するレーザ共振器が説明されている。しかしながら、共振器においてエタロン出力結合器の付加は、エタロン出力結合器が、圧力調節や圧電アクチュエータを使用するなどの特別で複雑かつ精密な調整を必要とするという理由から共振器を複雑なものとする。
【００１６】
上述したように、回折格子は、スペクトル的に先鋭化された出力ビームを出力するためにレーザ内に組み込まれてきた。回折格子は、典型的には短い間隔で離間されたラインや溝（典型的にはインチあたり数千、或いはｎｍあたり数百）を持つプレートやフィルムを含む。回折格子は、一般にプレーナー型（平坦物）であるが、他の形の格子も用途（例えば分光計）に応じてしばしば使用される。米国特許第５，０９５，４９２号も参照されたい。なお、回折格子を物質の塊の中に形成することもできる。
【００１７】
回折格子、およびそのデザインと構造は、米国特許第５，９９３，３１８号（Ｍｏｒｔｏｎ他）、同第５，０８０，４６５号（Ｌａｕｄｅ）と同様に、「Ｅ．Ｇ． ＬｏｅｗｅｎとＥ．Ｐｏｐｏｗの回折格子とその応用（Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ、１９９７年）」に記載されている。これら３つの参考文献の各々は、その全体を参照によって本願に包含させるものとする。回折格子は、非常に精密な線描写機構やエッチングを使用して個別に各線を実際に刻み込むことによって作製され得る。これらの線を引かれた回折格子は、一般的に非常に高品質かつ高価である。典型的には、このような回折格子は、複製を作るためのマスターとして使用される。複製の回折格子は、実質的に高価ではないが実用に十分供することができる。一対のレーザビームの間の干渉を用いて直接的にホログラフィック格子を生成することもできる。この技法によって、製造される格子が、より複雑で任意の形状およびデザインを持つことが可能になる。
【００１８】
普通は、回折格子の基板は、ＵＬＥ（登録商標）やＺｅｒｏｄｕｒｅ（登録商標）などのような特別なセラミックやガラスから作られている。あるデザインでは、回折格子は、基板表面上に約１２〜４０ミクロンの厚さのエポキシ薄膜を持つ。このエポキシ薄膜は、複製工程の結果、その構造の一部として組み込まれた回折格子を持つ。それから、エポキシ表面には、次に厚さ１０〜３０ミクロンオーダーのアルミニウム層を被覆する。アルミニウムは、非常に薄い層の中でＤＵＶスペクトル領域における線量の１０％を越える量を吸収する。さらに誘電体層は、アルミニウム層の外側表面に付加され得る。
【００１９】
‘４６５特許および’３１８特許は、図２（上部反射アルミニウム薄膜（７２）、中間エポキシ層（７４）、ガラス基板（７６））に示すような、少なくとも３つの層を持つ回折格子の利用や製造を教示する。任意追加として、アルミニウム薄膜（７２）の上に誘電体被覆（７８）を設けてもよい。アルミニウム薄膜（７２）は反射板として働き、これはレーザビームの強力な光を比較的透過しないものではあるが、レーザビームは下地のエポキシ層を損傷し得る。アルミニウム薄膜に何からの切れ目がある場合は、レーザ光は下地のエポキシ層に達し、そして、このエポキシ層は光分解反応を起こし、結果としてその回折特性が悪化する。この損傷は、実質的に回折格子の耐用時間を制限し、従って、望ましくないレーザの修理所要時間を増大する。
【００２０】
回折格子の光学安定性および寿命を増大するためには、エポキシ基板をこのような光分解から保護してやる必要がある。‘３１８特許は、反射アルミニウム薄膜の上に厚さ約１００ｎｍの保護アルミニウム上塗りを施すことを開示する。反射アルミニウム層がマスターから分離された後に、上塗りは、このアルミニウム層の上に、アルミニウムスパッタリング或いはアルミニウム蒸着によって真空下で施される。反射アルミニウム薄膜の欠損や裂け目などは、マスターからこのアルミ層を分離する際に形成されるものと考えられる。このアルミニウムの上塗りは、反射アルミニウム薄膜層の欠損からエポキシ層を保護し、耐用時間および光学安定性が向上した回折格子を提供する。
【００２１】
レーザビームのエネルギー強度は、物質による強力なレーザ光の比較的小さな吸収からでさえ結果として生じる多大な熱エネルギーに関連する。アルミニウム、エポキシ、およびガラスを持つ回折格子から熱エネルギーを取り去る速度は、実質的にアルミニウムの熱伝導率より低いエポキシおよびガラス層の熱伝導率によって主に制限される。
【００２２】
回折格子の性能は温度変化に敏感である。例えば、温度変化、特に不均一な温度変化は、回折格子構造の熱による歪みのため、戻りの反射したレーザビームの波面を変形させ得る。温度変化は表面の平坦性を歪ませ、帯域幅に悪影響を及ぼす。また温度変化は、格子線の相互の離間距離を変化させ易く、その結果、波長シフトが起こる。
【００２３】
０．１ｐｍ未満の波長シフトを必要とする場合は、格子の温度の最大変化は、以下の式で与えられる。
【数１】
【００２４】
レーザのフォトンエネルギー、特にＵＶ領域において動作するエキシマー、分子、或いはフッ素分子レーザ用のものは、非常に高い。例えば、２４８ｎｍあたりで動作するＫｒＦレーザは約５ｅＶのフォトンを生成し、１９３ｎｍあたりで動作するＡｒＦレーザは約６．４ｅＶのフォトンを生成し、そして、１５７ｎｍあたりで動作するＦ２レーザは７．９ｅＶのフォトンを生成する。これらのエネルギーレベルのフォトンは、エポキシ基板の分子結合を切断する能力がある。さらに、このエポキシ層は熱分解される。従って、より高い温度およびレーザビームに耐えるレーザ用の回折格子、特にライン先鋭化モジュールに組み込まれる効率分散回折格子が必要とされる。
【００２５】
発明の概要
本発明の目的は、０．６ｐｍ未満の出力出射帯域幅を持つエキシマー或いはフッ素分子レーザを提供することである。 本発明のさらなる目的は、０．４ｐｍ以下の帯域幅を持つ上のようなレーザを提供することである。
本発明のさらなる目的は、上の２つの目的に応じた、即ち、エタロン出力結合器などの素子のような複雑な精密な調節をせずに、所望の非常に狭い帯域幅を生成する、レーザ用のライン先鋭化（線狭小化）ユニットを提供することである。
【００２６】
上述した目的を達成するため、０．６ｐｍ未満のレーザ出力帯域幅、好適には０．５ｐｍ未満、さらに望ましくは０．４ｐｍ以下の帯域幅を生成するエキシマー或いはフッ素分子レーザを提供する。レーザ共振器は、望ましくは、共振器に囲まれたレーザ管および出力結合器を含み、このレーザ管はライン先鋭化ユニット（ｌｉｎｅ−ｎａｒｒｏｗｉｎｇ ｕｎｉｔ）を含む。ライン先鋭化ユニットは、ビーム拡大器および格子を含むことが好適であり、１つまたは複数のエタロンを含むことができる。格子は分散を向上し上記目的に応じて帯域幅を減少するように構成することが好適である。格子は、７６度を越えるブレーズ角を持つブレーズド格子（ｂｌａｚｅｄ ｇｒａｔｉｎｇ）とすることが好適である。ブレーズ角は、特に７８度よりも大きくすることが好適であり、さらに好適には８０度を越えるものとする。例えば、ブレーズ角は、７８度と８２度との間にすることができ、そして、８１度あたりにすることがより好適である。格子は、エシェル型反射格子とすることが好適であり、このようにして、高率反射共振反射器として機能する。
【００２７】
ライン先鋭化ユニットは、望ましくはレーザビーム先鋭化に関する熱およびレーザビーム出射に関して高い損傷閾値を持つ回折格子を具えることが好適である。この好適な格子は、格子基板／リジッドベース体の表面内に規定され、このようにして、基板および格子は、高い温度伝導率を持ちかつ長期被曝による破壊に耐性がありレーザビームエネルギーを強化する単一の物質から実質的に形成される。従って、この格子は、基板表面に格子構造が規定されることによって、高い損傷閾値を持たせることが好適である。ある実施態様では、この格子は反射誘電物質の被覆を持つことが好適である。本格子は、入射ビームの一部を分散・反射し、さらに入射ビームに関するエネルギーに耐えうる。
【００２８】
出力結合器は、部分透過鏡とすることが好適であり、さらに望ましくはライン先鋭化ユニットとしてのレーザ管の反対側に設ける。或いは、プリズム表面やその他の光学表面からのビーム成分、例えば偏光成分などを反射することによって出力結合を行うこともでき、また、共振器は偏光結合化共振器（ＰＣＲ）とすることもできる。また、この代わりの共振器の構成では、偏光回転器を使用することが好適である。レーザ管は、レーザガス混合物で充填され、ガス混合物を励起する放電回路に接続された複数の電極を持つ放電チャンバーを含む。
【００２９】
好適な実施態様の詳細な説明
図３Ａは、本発明によるエキシマーまたはフッ素分子レーザ用の第１のレーザ共振器の構成を線図的に示す。図３Ａに示す共振器のデザインは、レーザガス混合物が入っており、かつ、一対の電極（１１）、および、ガス混合物を励起するパルサー回路と電源を含む放電回路とに接続された１つまたは複数の予備電離電極（図には示さない）を持つレーザ管（１２）或いはレーザチャンバーを含む。主および予備電離電極などの好適な回路（図示しない）および回路要素は、米国特許出願第０８／８４２，５７８号、０８／８２２，４５１号、０９／３９０，１４６号、０９／２４７．８８７号、６０／１２８，２２７号、６０／１６２，６４５号に記載されており、これらの各々は本願と同じ譲受人に譲渡され、参照によって本願に包含させるものとする。
【００３０】
共振器は、さらに、ライン先鋭化ユニット（２５）、スリット開口（１９）、および部分透過出力結合鏡或いは共振反射器（１４）を含む。２つ以上の開口を含ませることも、或いは開口を全く設けなくてもよい。さらに、１つまたは複数の開口は、レーザ管（１２）の両側を含む共振器の中の様々な場所に設置することができる。好適な開口のデザインおよび構造は、米国特許第５，１６１，２３８号および米国特出願第０９／１３０，２７７号で説明されており、これらの各々は本願と同じ譲受人に譲渡されており、参照によって本願に包含させるものとする。波長モニタおよび安定化装置はレーザシステム（図示しない）に含まれ、好適なシステムは本願と同じ譲受人に譲渡されている米国特許第４，９０５，２４３号および米国特許出願第０９／４１６，３４４号、米国特許第５，４２０，８７７号、同５，４５０，２０７号、同５，９７８，３９１号、および同５，９７８，３９４号で説明されており、参照によってこれらすべてを本願に包含させるものとする。ライン先鋭化ユニットを図４Ａ、４Ｂ、図５を参照しながら以下に詳細に説明する。
【００３１】
図３Ｂは、本発明による第２の共振器の構成を線図的に示す。図３Ｂの共振器は、上述したようにレーザ管（１２）および開口（１９）を含み、さらにライン先鋭化ユニット（２５；これについては後述する）をも含む。図３Ｂの共振器は、高率反射鏡または共振反射器（２６）、偏光回転器（２８）および偏光ビームスプリッタ（２９）を含む。高率反射鏡（２６）の前に置かれた偏光回転器（２８）と偏光ビームスプリッタ（２９）とは協働してビームの偏光成分を出力結合する。従って、図３Ｂの共振器には部分透過出力結合器を設けていない。また、ライン先鋭化ユニット（２５）は高反射格子などのような高率反射コンポーネントを含む。プリズム、レーザ管の角度を付けたウィンドウ（ｗｉｎｄｏｗ）、或いは傾けたエタロンを使用して、ビームスプリッタ（２９）の代わりにビームを出力結合することができる。
【００３２】
図４Ａ−４Ｂは、図３Ａ−３Ｂに示した第１および第２の共振器構成で使用するための２つの好適なライン先鋭化ユニット（２５）を線図的に示す。非常に狭い帯域幅を提供するのに使用し得るその他のライン先鋭化ユニットは、プリズムビーム拡大器、１つまたは複数のエタロンおよび高反射鏡を含むが、格子は含まない。しかしながら、図４Ａおよび４Ｂに示すように、本発明のより好適な実施態様のそれぞれは、格子を持つ。
【００３３】
図４Ａのライン先鋭化ユニットは、プリズムビーム拡大器（３２）、格子（３６）および任意追加の開口（３８）を含む。図に示したプリズムビーム拡大器（３２）は、２つのビーム拡大プリズムを含むが、１つまたは３以上のビーム拡大プリズムを含むこともできる。分散プリズムを設けてもよい。或いは、その他のビーム拡大器、例えば、凹レンズや凸レンズを含むレンズ構成といったものも使用され得る。ビーム拡大プリズムは、それぞれ、ＣａＦ２或いは溶融石英を含むか、前記プリズムは、それぞれに溶融石英およびＣａＦ２を含むか、或いは、前記プリズムは、使用されるレーザの波長および繰り返しレート（例えば、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、１ｋＨｚ或いは１ｋＨｚ以上）における熱応力に対する耐性、熱膨張、吸収係数などが同様の特性を持つその他の物質を含むことができる。好適なビーム拡大器は、米国特許第５，７６１，２３６号および米国特許出願第０９／２４４，５５４号に記載されており、これらの各自は本願と同じ譲受人に譲渡されており、これらのすべてを参照によって本明細書に包含させるものとする。この格子については図５を参照しつつ詳細に後述する。
【００３４】
図４Ｂは、図３Ａ−３Ｂに示した第１或いは第２の好適な共振器構成とともに使用するための第２の好適なライン先鋭化ユニットを示す。図４Ｂに示すライン先鋭化ユニットは、プリズムビーム拡大器（３２；図４Ａに関連して上述した）、エタロン（３９）、格子（３６）および任意追加の開口（３８）を含む。この好適なエタロンは米国特許出願第６０／１６２，７３５号、同０９／３１７，６９５号、同０９／３１７，５２７号に記載されており、これらの各々は本願と同じ譲受人に譲渡され、また、これらは参照によって本明細書に包含させるものとする。
【００３５】
図５に好適な格子（３６）を示す。この好適な格子は、図４Ａ−４Ｂの好適なライン先鋭化ユニットそれぞれに含ませることができる。図１−８のどの格子の寸法も、縮尺は合っていない。溝の分離、即ち間隔は、反射に必要な波長の範囲の狭さ、および、格子で反射する光の波長に関連する。格子は、数万／ｃｍのオーダーの溝を含むこともできる。入射ビームＩ０は、図に示すように格子の表面で反射する。溝の間の好適な分離即ち距離ｄは、当該分野で良く知られる式に支配される（例えば、ｄ・（ｓｉｎＩ＋ｓｉｎＲ）＝ＮＤＯλ、ここで、Ｉは格子表面に対する入射ビームの角度であり、Ｒは反射したビームの角度であり、λは前記ビームの波長であり、および、ＮＤＯは回折次数に従うものである。逆反射したビームの場合は、ブレーズ角（αｂ）においては、入射および反射角度は同じである。従って、前記式はこのブレーズ角の条件においては、ｄ・（ｓｉｎαｂ）＝ＮＤＯλへと簡略化される）。格子（３６）は、望ましくは１／ｄの密度のライン溝を持つ。ビームＩ０は、格子（３６）に衝突し、この光線は、標準的な格子の式に従って格子（３６）で反射する。即ち、ビームは格子（３６）によって分散し、このようにして格子（３６）に入射する光線は、光線の持つ個々の波長に依存して固有の角度で反射する。中央波長λ０あたりの波長の光線は、図５に示すようにレーザ共振器の中に逆反射して戻って行く。
【００３６】
前記レーザ共振器の受け入れ可能な角度θ０の範囲内の波長を持つ光線のみが、レーザビームの出力出射ビームに含まれる。レーザ管の中に逆反射して戻る波長の範囲は、（λ０−Δλ／２）から（λ０＋Δλ／２）までである。従って、この波長範囲は、レーザの帯域幅、或いはライン幅を最終的に決定する幅Δλを持つ（以下を参照されたい）。前記帯域の中の中央波長はλ０であり、これは、入射ビームに関する個々の選択された角度に格子（３６）を向けることによって、望ましくは別々に制御される。
【００３７】
前記の受け入れ可能な角度の範囲θ０は、格子の分散とは無関係に、共振器および放電幅によって定められる。従って、レーザビームの出力帯域幅を最終的に決定する波長の範囲Δλは、下の式に基づき格子（３６）の分散を調節することによって調整され得る。
【数２】
リトロー構成（図４Ａに線図的に示した）の格子によって生成される受動的な帯域幅或いは一回通過した帯域幅は、特に下の式で表される。
Δλ´＝λ０・ΔΘ／［２・ｔａｎ（αＢ）］ （２）
ここで、Δλ´は帯域幅であり、λ０はレーザの出力出射ビームの中央波長であり、αＢはリトロー構成で使用される格子（３６）のブレーズ角であり、ｔａｎ（αＢ）はリトロー構成における格子（３６）の分散に相当し、ΔΘはビーム広がり（ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ）である。
【００３８】´
ガウス線形のための共振器をｎ回通過或いは往復した後の最終的な帯域幅Δλ´´は、下式でほぼ表される。
【数３】
ステップ１：ビーム広がりΔΘを減少する。
ステップ２：格子分散（ｔａｎ（α））を増大する。
ステップ３：往復回数ｎを増大する。
【００３９】
上記ステップ１によるビーム広がりの減少は、図４Ａ（或いは図４Ｂ）のプリズムビーム拡大器（３２）の倍率を大きくすることによって可能である。倍率Ｍによる拡大は、同じ倍率Ｍによるビーム広がりを減少させる。しかしながら、これは、上述した制限された技法の１つである。即ち、ビーム拡大器の拡大率を増加することは制限されたものである。理由は、プリズム表面の不完全度による波面の歪みが、倍率Ｍを越える帯域幅先鋭化の効果の達成を実質的に抑制するからである。この制限によって倍率Ｍを最大化することが好適であるが、所望の狭い帯域幅は、本発明によるこの方法では完全には達成されない。
【００４０】
上記ステップ３により往復回数を増加することも、本発明においては好適である。例えば、ガス混合物の組成を、出力結合器（上述した図３Ａ、３Ｂのコンポーネント１４、１９）による出力結合の程度と同様に、最適化すべきである（上述した‘５２０特許を参照されたい）。しかしながら、前記レーザのパルス放電モードは、利得媒体の転換（ｇａｉｎ ｍｅｄｉｕｍ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）の短い耐用時間（１００ナノ秒未満の範囲）を持つ。従って、往復回数ｎの増加はこの短い転換の耐用時間によってステップ１と同様に制限され、所望の帯域幅は往復回数を最大化することによっても、本発明によっては完全に実現されない。
【００４１】
図３Ａに線図的に示し、かつ、約０．６ｐｍの帯域幅を生成する上記ステップ１、３によるようなタイプの最適化された共振器は、本発明の目的に十分には合致しない。使用した格子は、ｔａｎ（α）＝５（Ｒ５格子として知られる）を持つエシェル型格子であった。開口（１９）のスリット幅を、上述した‘２７７特許出願に応じて最適化した。開口（１９）の好適なスリット幅は、１〜２ｍｍである。ビーム拡大器（３２）のプリズムのタイプおよび数は、最適化されているが、産業的な応用の詳細やレーザシステムに依存して一般的に変化させ得る。さらに、ステッパー／スキャナー製造業者により要求され発表される典型的な仕様に応じて、繰り返しレートは約２ｋＨｚであり、出力パルスエネルギーはほぼ１０ｍＪであり、エネルギー安定性は偏差がほぼ３％未満であり、線量の安定性は偏差がほぼ０．５％未満であった。
【００４２】ステップによる分散の増大は、本発明により達成されるべき所望の狭い帯域幅の実現を可能にすることに好適である。この増加した分散は、７６度よりも大きなブレーズ角を持つ格子（３６）を使用することにより達成する。図４Ａか４Ｂのライン先鋭化ユニットと共に、７６度よりも大きなブレーズ角を持つ格子（３６）を使用することによって、上述した本発明の目的、即ち、帯域幅０．６ｐｍ未満のエキシマーまたはフッ素分子レーザの提供という目的が達成される。８０度よりも大きなブレーズ角を持つ格子（３６）を使用することによって、本発明の第２の目的、即ち、０．４ｐｍ以下の出力出射帯域幅を持つエキシマーレーザの提供という目的が達成される。第３の目的は、エタロン出力結合器などの光学素子の精密な調整を必ずしも実施しなくとも、所望の非常に狭い帯域幅が達成されることから、この目的も達成される。
【００４３】
本発明によるライン先鋭化ユニット（２５）と共に使用する特に好適な格子（３６）は、特別に設計したＲ６．５格子（即ちｔａｎ（α）￣６．５）である。この格子のブレーズ角は約８１度である。ほぼ８１度のブレーズ角を持つ好適な格子（３６）を含むこの共振器の構成の場合は、０．４ｐｍ未満の帯域幅がエキシマーレーザにおいて達成された。実測の帯域幅はほぼ０．３ｐｍであった。レーザビームのスペクトル純度は２．０ｐｍ未満であった。
【００４４】
本発明により狭い帯域幅を有利に達成するためにどれくらいブレーズ角を増加させ得るかには上限があることがわかった。例えば、前記格子（３６）が９０度のブレーズ角を持たないことは明らかであり、従って、本発明による格子（３６）のブレーズ角αＢは９０度よりも小さい。実際の制限は９０度よりもさら小さいものであり、８６〜８７度である可能性がある。８６度〜８７度のブレーズ角を持つ格子（３６）を製造することが困難ではあるが、当業者はこのような格子を作製することが可能であることを理解する。従って、これらの高いブレーズ角の格子も、本発明によるエキシマーレーザと共に有利に使用し得る。
【００４５】
本発明は、格子（３６）の分散ｄα／ｄλを増加することによって、非常に狭い出力出射帯域幅Δλ´´を持つエキシマーまたはフッ素分子レーザを有利に達成することができる。この格子（３６）のｄα／ｄλの増加は、格子（３６）のブレーズ角αＢを、典型的なブレーズ角の約７５度〜７６度から７６度を越えるまで増加することにより達成される。格子（３６）のブレーズ角を７８度よりも大きくすることが好適であるが、さらに好適には、格子（３６）のブレーズ角は８０度を越えるものとする。本発明により、約８１度を越えるブレーズ角を持たせることが特に好適である。
【００４６】
本発明は、できり限り効率的かつ簡便な共振器を持つ非常に狭い帯域幅のエキシマーレーザを提供し、その結果、高い信頼性のレーザシステムを提供する。本発明のレーザシステムは、上述した目的および０．４ｐｍ以下の帯域幅を持つレーザ出力ビームを提供できるようなライン先鋭化の機能を有するエキシマーレーザを所望するステッパー／スキャナー製造業者の要望を達成する。
【００４７】
好適な格子は、望ましくは直接的に機械加工、或いはエッチングされた格子表面を持つ基板を具える。前記格子表面は、望ましくは、誘電体物質の高ＵＶ反射層システム、或いは、ＵＶ反射強化誘電体被覆や被覆領域を伴うアルミニウム層、或いは、誘電体保護層を伴うアルミニウム層によって被覆される。この構造は、レーザ放射の増大した分散に関する加熱や経年変化の影響に対してより高い安定性を持つ。この抵抗力は、主としては熱およびＵＶ放射によって悪影響を受け得る有機エポキシ層を除去したことによるものである。格子の本体を金属で作れば、ガラスやセラミックと比べて高いこの格子本体の熱伝導率が第２の利点となり、温度勾配の生成を最小化する。本格子の温度は、下の熱膨張式の制約の範囲内において一定に保持することが好適である。
【数４】
誘電反射層は、誘電反射層を持たない純粋なアルミニウム表面層と比べて長い耐用時間および高いＵＶ反射率を持つ好適な格子を提供する。
【００４９】
基板は、格子構造を提供し、使用目的に関する応力による破損や変形に耐えるような素材を十分に提供する厚さであればどのような厚さでもよい。エキシマーレーザ用のライン先鋭化ユニットに供する好適な格子は、約３０ｍｍ×１６０ｍｍ×３０ｍｍから約３５ｍｍ×３００ｍｍ×３５ｍｍのオーダーの基板寸法を持つ。溝の長さは、格子基板の寸法に応じて変化させることが好適である（例えば、溝の長さは約３０〜３５ｍｍである）。特に、好適な格子基板は、３０ｍｍ×１６０ｍｍ×３０ｍｍの寸法および３０ｍｍの溝の長さを持ち、或いは、その他の好適な格子基板は、約３５ｍｍ×３００ｍｍ×３５ｍｍの寸法および３５ｍｍの溝の長さを持つ。
【００５０】
好適な回折格子の基板は金属であり、より望ましくはアルミニウムである。また、その他の反射性金属や物質（例えば、クロミウム、マグネシウムフッ化物、シリコン、およびゲルマニウム）も適応する。
好適な格子は、アルミニウム層とＭｇＦ２層とを組み合わせた被覆を持つ。
【００５１】
図６Ａ−６Ｄは、幾つかの好適な回折格子を示す。これらの格子は、そこに規定された格子構造を具える基板本体（８０）を持つ。図６の格子は、格子構造が、ガラスやセラミック素材から作られている基板本体（図２）の上に置かれたエポキシ薄膜層の表面に形成されているという従来技術の格子とは異なる。
【００５２】
好適な実施態様では、図６の基板本体（８０）は、金属（例えばアルミニウム）から作られている。この好適な実施態様では、上述した温度膨張式で示される温度変化を越える場合は、急激な温度変化（１秒未満の範囲内の）は問題となり得る。好適な実施態様では、格子表面（９２）は、高ＵＶ反射誘電体（８８）（図６Ａ）、或いは、反射アルミニウム薄膜層（９０）（図６Ｂ）、或いは、誘電保護層（８８）で被覆されたアルミニウム層（９０）（図６Ｃ）、或いは、ＵＶ反射強化誘電被覆（８９）で覆われたアルミニウム層（９０）（図６Ｄ）によって被覆される。
【００５３】
この構造は、熱および経年変化の影響に対してより安定である。理由は、熱およびＵＶ放射によって容易に影響を受け得る有機エポキシ層を用いていないからである。アルミニウムで作製された好適実施態様の第２の利点は、ガラスやセラミック製のものに比して金属製の格子本体の高い熱伝導率である。
【００５４】
回折格子用の好適な溝の距離（間隔）は上述した式に基づき確かめられる。これらの好適な距離は、レーザビームの波長および格子の入射および反射角を代入することによって個々のレーザ用に容易に決定し得る。好適な溝の距離は、７６度を越えるブレーズ角および約１５０ｎｍと３５０ｎｍとの間の波長に対応する。特に、好適な溝の距離は、７６度と８２度との間のブレーズ角、および約２４８ｎｍ，１９３ｎｍ，３５１ｎｍ，２２２ｎｍ，２６６ｎｍ，３５５ｎｍ，３０８ｎｍ，および１５７ｎｍの波長に対応する。
【００５５】
図７Ａは、好適な回折格子（５０）の作製法を示す。イオンビームを使用して、このビームを所望の格子パターンに対応するような減衰を与えるために減衰器（４３）を通過させた後に、基板自体（４５）の表面に照射する。前記イオンビームの断面が基板表面よりも小さい場合、ビームを表面全体にスキャンすることもできる。
【００５６】
このイオンビームエッチングの特別な工程を図７Ｂに示す。図７Ｂでは、はじめに、当業者が利用可能な方法によって、中間の回折格子の複製（４７）を作製する。例えば、はじめにマスター（原版）格子をダイヤモンド針でエッチングすることにより形成する。しかしながら、このマスター格子はその他の方法で形成することができ、また、その他のマスターの複製でさえ良い。それから、前記マスターの回折格子の表面を、マスターから複製を剥離するためにシリコンなどの剥離剤で処理することができる。この剥離層は、厚さ数ナノメータだけの非常に薄い層とすることが好適である。そして、複製は既知の技法を使用してマスターに基づき作製される。米国特許第５，９９９，３１８号を参照されたい。好適な実施態様では、中間の複製の回折格子構造（４４）はエポキシ製であり、また、中間の複製の基板（４５）はアルミニウム製である。
【００５７】
図７Ｂに示すように、中間の複製（４７）は、それから、エポキシ回折格子（４４）を除去し、かつ、同時に回折格子（５０）を形成するイオンビーム（４１）によってエッチングされる。図７Ｂに示すように、イオンビーム（４１）は、エポキシ（４４）を除去し、そして、格子（５０）を形成するために基板本体（４５）の一部を除去する。
【００５８】
従って、本発明の好適な実施態様は、光学リソグラフィに使用するための狭いライン幅のエキシマーレーザシステムであり、これはライン先鋭化に使用するための反射回折格子を組み込むものである。前記回折格子は、回折格子がその表面物質（望ましくはアルミニウム）が直接エッチングされているため、特に高い損傷閾値を持つ。
【００５９】
本発明の好適な実施態様は、０．６ｐｍ未満、望ましくは０．４ｐｍ以下のレーザ出力帯域幅を生成するエキシマーまたはフッ素分子レーザである。レーザ共振器は、望ましくはライン先鋭化ユニットおよび出力結合器を含む共振器に囲まれたレーザ管を含む。前記ライン先鋭化ユニットは、上述したようにビーム拡大器および回折格子を含み、そして、１つまたは複数のエタロンを含むこともできる。前記回折格子は、上述した目的に応じて帯域幅を減少するための強くした分散を提供するように構成し、また、レーザ照射に関する熱および強烈なＵＶ光、そしてレーザ放射の増加した分散によく耐えるようにデザインすることが好適である。
【００６０】
本発明による好適な狭帯域レーザ共振器は、基板の表面に直接形成された回折グリッドを持つ回折格子を組み込む。前記基板はアルミニウムとすることが好適である。この格子は、ビーム拡大プリズムおよび回折格子のリトロー構成を提供するライン先鋭化ユニットの一部を形成する。前記格子は、上述したように準狭帯域レーザの高反射鏡に置き換えられる。前記格子は、７６度を超えるブレーズ角、より好適には７８度と８２度との間のブレーズ角を持つエシェル型ブレーズド反射格子とすることが好適である。前記ライン先鋭化における最も重要なファクターは、おそらく前記格子の分散率である。
複数のビーム拡大プリズムを用いて前記ビームを拡大することことが好適であり、従って、これにより同じ倍率におけるビームの広がりを減少し、帯域幅の先鋭化に寄与する。１つまたは複数のエタロンを、格子の直前、或いは、プリズム間、或いは出力結合器として付加して、さらなるライン先鋭化を図ることもできる。
【００６１】
本発明は、特に２４８ｎｍあたりを出射するＫｒＦエキシマーレーザと共に使用することについて述べてきたが、本発明は、その他のレーザのスペクトル先鋭化、特に、深紫外線（ＤＵＶ）や真空紫外線（ＶＵＶ）を出射するエキシマー、分子、およびフッ素分子レーザなどパルスガス放電レーザのために有利に使用し得る。これらのレーザは、特に、ホトリソグラフィなどの産業用途には非常に重要になってきている。このようなレーザは、一般的に、ハロゲン、および、１つまたは複数の希ガスなどの２種或いはそれ以上のガスを含む放電チャンバーを含む。このようなレーザの例としては、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）、ＸｅＦ（３５０ｎｍ）、ＫｒＣｌ（２２２ｎｍ）、ＸｅＣｌ（３０８ｎｍ）、およびＦ２（１５７ｎｍ）レーザが含まれる。本発明の方法は、このような各種のガス放電レーザシステムに適用することが好適である。
【００６２】
図８は、本発明によるエキシマーまたはフッ素分子レーザのための第１のレーザ共振器の構成を線図的に示す。本システムでは、ファン（図示しない）、熱交換器（図示しない）、レーザガス混合物を収容するガス放電チャンバーを具える。また、前記チャンバー即ち管内の圧力および温度をモニターする圧力・温度計を設けることもできる。チャンバー（１２）は、一対の主電極（１１）、即ちアノード、および、カソードを含み、これらはそれらの間において主放電ガスボリューム（１３）を規定する。また、主チャンバーは、予備電離ユニット（図示しない）をも収容する。電気パルス電源および放電モジュール（６）は、主放電電極（１１）に接続されている。
【００６３】
前記管は、その各端部に、光学モジュール内に入っている共振器ユニット、即ち後部光学モジュール（２）、および、前部光学モジュール（３）を含む。前記後部光学モジュール（２）は、高反射手段（２１）を収容する。好適な後部高反射手段は、ライン先鋭化のための反射格子或いは鏡、および、ビームの方向を制御する、または鏡やプリズムと同等のものを形成する追加の光学素子とすることができる。波長伽リブレーションモジュール（２３）は、前記後部光学モジュール（２）の中に設けることが好適である。波長キャリブレーションユニットや装置、およびその技法は、米国特許第４，９０５，２４３号、米国特許出願第０９／１３６，２７５号、同０９／１６７，６５７号、および同０９／１７９，２６２号に記載されており、これらの各々は本願と同じ譲受人に譲渡されており、これらを参照によって本明細書に合体させるものとする。上で詳述した回折格子は、当業者によってこれらの参照に記述されている格子に容易に置き換えられる。これらの回折格子は、望ましくは基板の表面にエッチングされた構造に従う。この基板は、望ましくは金属、より好適にはアルミニウムである。好適なブレーズ角は上述のとおりである。
【００６４】
前記前部光学モジュール（３）は、出力結合（ｏｕｔｃｏｕｐｌｉｎｇ）手段（３１）およびビーム方向制御および出力ビーム（１６）を整形するための任意選択の追加素子を収容する。前記前部光学モジュール（３）は、望ましくは、出力結合共振反射器（３１）、および、ビーム方向制御分割や整形のための鏡、ビームスプリッタ、プリズム、或いは分散素子（例えば格子、エタロン）などのオプション即ち任意選択の素子を収容する。このようなオプションの素子および技法は、米国特許第４，３９９，５４０号、同４，９０５，２４３号、同５，２２６，０５０号、同５，５５９，８１６号、同５，６５９，４１９号、同５，６６３，９７３号、同５，７６１，２３６号、および同５，９４６，３３７号、米国特許出願第０９／３１７，６９５号、同０９／１３０，２７７号、同０９／２４４，５５４号、同０９／３１７，５２７号、同０９／０７３，０７０号、同６０／１２４，２４１号、同６０／１４０，５３２号、同６０／１４０，５３１号、および同６０／１７１，７１７号（これらの各々は本願と同じ譲受人に譲渡されている。）、および、米国特許第５，０９５，４９２号、同５，６８４，８２２号、同５，８３５，５２０号、同５，８５２，６２７号、同５，８５６，９９１号、同５，８９８，７２５号、同５，９０１，１６３号、同５，９１７，８４９号、同５，９７０，０８２号、同５，４０４，３６６号、同４，９７５，９１９号、同５，１４２，５４３号、同５，５９６，５９６号、同５，８０２，０９４号、同４，８５６，０１８号、および同４，８２９，５３６号に記載されており、これらのすべてを参照によって本願に包含させるものとする。これらにはライン先鋭化、選択、および／または調節の素子、装置、および／または技法が記述されている。上で詳述した高損傷閾値の回折格子は、当業者は上述した参照に記述されている格子へと容易に置き換えられる。これらの回折格子は、望ましくは基板の表面にエッチングされた構造に従う。この基板は、望ましくは金属、より好適にはアルミニウムとする。好適なブレーズ角は上述したとおりである。
【００６５】
好適な実施態様では、分散格子をスペクトルの狭小化即ち先鋭化のために使用する。例えば、Ｓａｎｄｓｔｒｏｍによる米国特許第５，０９５，４９２号、Ｈａｒｓｈａｗによる同４，６９６，０１２号を参照されたい。プリズムを波長選択装置として使用することもできる。米国特許第５，７６１，２３６号を参照されたい。米国特許第５，７６１，２３６号を参照されたい。ファブリー・ペロー型エタロンも波長選択装置として使用できる。Ｍ．オカダおよびＳ．Ｌｅｉｒｉによる「電気光学複屈折ファビリーペロー型エタロンによる色素レーザの調整」（Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｖｏｌ． １４， Ｎｏ． １（１９７５年５月））を参照されたい。複屈折プレートも波長選択用に使用する。ＢｌｏｏｍおよびＭｏｄｅｓによる傾いた複屈折プレートを収容するレーザ共振器」（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ， Ｖｏｌ． ６４， Ｎｏ． ４（１９７４年４月））、Ｙａｒｂｏｒｏｕｇｈ他による米国特許第３，８６８，５９２号を参照されたい。不安定型共振器構成をパルスエキシマーレーザ内で使用することもできる。例えば、Ｐａｒｔｌｏによる米国特許第５，６８４，８２２号を参照されたい。Ｊｏｈｎｓｏｎ他による米国特許第４，８７３，６９２号は、回転可能な格子および固定ビーム拡大器を含む固体レーザを開示する。レーザのスペクトルライン幅先鋭化法のさらなる背景情報は、チューナブルレーザの教科書で見つけることができる。例えば、Ａ．Ｅ． Ｓｉｅｇｍａｎによる「Ｌａｓｅｒｓ」（１９８６年）を参照されたい。上の章で参照した各々は、参照によって本願に包含させるものとする。
【００６６】
電気パルス電源および放電ユニット（６）は、レーザガス混合物を励起する。前記パルス電源および放電ユニットは、放電チャンバー内に設けた一対の主電極（１１）を介してレーザガス混合物にエネルギーを与える。パルス電源および放電ユニット（６）は、レーザガス混合物を励起する。前記パルス電源および放電ユニット（６）は、放電チャンバー内に設けた一対の主電極（１１）を介してレーザガス混合物にエネルギーを与える。望ましくは、パルス電源および放電ユニットの予備電離素子（図示しない）は、前記ガス混合物を予備電離するために、主電極の直前で印加される。前記放電ユニットは、前記ガス混合物を励起するためのパルス回路と電源とを含む。好適な回路（図示しない）、および、主電極（１１）や予備電離電極（図示しない）などの回路要素は、米国特許出願第０８／８４２，５７８号、同０８／８２２，４５１号、同０９／３９０，１４６号、同０９／２４７，８８７号、同６０／１２８，２２７号および同６０／１６２，６４５号に記載されており、これらの各々は本願と同じ譲受人に譲渡されており、これらを参照によって本願に包含させるものとする。
【００６７】
出力ビーム（１６）のエネルギーは、パルス電源モジュール（６）の駆動電圧に対して既知の依存性を持つ。前記駆動電圧をレーザの運転中に調整して、その結果、出力ビームのエネルギーを制御および安定化することが好適である。プロセッサ（９）は、エネルギーモニタ（４）から受信したビームエネルギー情報に基づき駆動電圧を制御する。好適なエネルギーモニタは、光検出器、ホトダイドード、および焦電検出器を含む。レーザの運転を調整する手段および出力ビームを制御する条件は、米国特許出願第６０／１３０，３９２号、およびこれに関する米国特許仮出願第０９／５５０，５５８号に記載されており。これらは本願と同じ譲受人に譲渡されており、また、これらを参照によって本願に包含させるものとする。
【００６８】
エキシマーまたはフッ素分子レーザのガス混合物は、強い陰性にされていること、および高圧（例えば数バール）に保持されることを特徴とする。エキシマーレーザ用のガス混合物は、クリプトン、アルゴン或いはキセノンなどの活性な希ガス、フッ素や塩化水素などの化学種を含むハロゲン、および、ネオンやヘリウムなどのバッファーガスを含む。フッ素分子レーザは、フッ素分子と、ネオンおよび／またはヘリウムなどのバッファーガスとを含む。
【００６９】
前記ガス混合物は、放電領域における放電によって励起されるに従い自然に加熱される。前記の加熱されたガスは、放電領域を出た後、熱交換器（図示しない）によって冷却される。次のレーザパルスが起こる前に、レーザパルスに加わるガス混合物の一部は新しいガスと置換される。ガス供給ユニット（７）は、典型的には、外部のガスボンベ（１７）から本システムに新たなガスを供給し、ガス混合物の各成分を補充する。特に、ハロゲンは一般的に供給される。理由は、ガス混合物のハロゲン濃度は運転中に消耗され、さらにガス混合物のハロゲン濃度は一定、或いはほぼ一定に保持することが好適だからである。ガス圧を制御することができるように、ガス混合物の一部を放出する手段も典型的には設けられる。好適なガス補充手順は、米国特許仮出願第６０／１２４，７８５号および同６０／１３０，３９２号および正式な米国特許出願第０９／５５０，５５８号に記載されており、これらは本願と同じ譲受人へ譲渡されており、これらの全体を参照によって本願に包含させるものとする。
【００７０】
好適なガス混合物、および、これらのエキシマーレーザ並びにフッ素分子レーザに加えてＸｅＦ、ＸｅＣｌ、ＫｒＣｌエキシマーレーザの安定化法、さらにガスフロー導管に関するレーザ管構成は、米国特許第４，３９３，５０５号、同４，９７７，５７３号、同５，３９６，５１４号、および米国特許出願第０９／３１７，５２６号、同０９／４１８，０５２号、同０９／３７９，０３４号、同６０／１６０，１２６号、同６０／１２８，２２７号、同６０／１２４，７８５号（これらの各々は本願と同じ譲受人に譲渡されている）、さらに、米国特許第５，４４０，５７８号、同５，４５０，４３６号に記載されており、これらの米国特許および米国特許出願は参照によって本願に包含させるものとする。低温ガスフィルター（米国特許第４，５３４，０３４号、同５，１３６，６０５号、同５，４３０，７５２号、同５，１１１，４７３号、同５，００１，７２１号を参照されたい。またこれらは本願と同じ譲受人に譲渡されており、参照によって本願に包含させるものとする。）などのガス精製システム、或いは、静電粒子フィルタ（本願と同じ譲受人に譲渡された米国特許第４，５３４，０３４号、および同５，５８６，１３４号を参照されたい。また、これらの各々は参照によって本願に包含させるものとする。）を使用して、エキシマーレーザガスの耐用時間を長くすることもできる。
【００７１】
図８のレーザシステムでは、プロセッサ（９）は、エネルギーモニタ（４）および電源ユニットからの信号を受信することが好適である。図８のレーザシステムは、放電チャンバーのガス状態を監視する（例えば、放電チャンバーのガス成分を監視する）その他の装置（図示しない）、および、駆動電圧メータなどのその他のレーザ運転状態のパラメータなどを測定する装置からのレーザ運転状態を示すさらなる追加の信号にも適応する。これらの追加の信号も前記プロセッサ（９）が受信する。
【００７２】
図８のシステムでは、プロセッサ（９）は、好ましくはエネルギーモニタ（４）および何らかのその他のシステム状態モニタからの入力信号に基づきプロセッサ自身の制御信号を生成するアルゴリズムを用いる。これらのアルゴリズムは、前記モニタ信号用の基準値および以前のガス動作信号に基づく情報を使用して、制御信号を生成する。これらの制御信号をガス供給ユニット（７）が受信し、プロセッサ（９）からの制御信号に応じて放電チャンバーのガス混合物の放出、および放電チャンバー（１２）へのガス補充の流量を調節する。
【００７３】
本願の背景技術のところで引用した全ての文献は、参照によって本明細書に包含させるものとする。本明細書に記述した特定の実施態様は、本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、本願の範囲と精神の範囲内において説明に役立つ実例を提供することのみを目的とする。本発明の主題の個々の実施態様を記述してきたが、本発明の主題に対して本発明の精神および範囲から逸脱することなく様々な変形や修正を施し得ることは、当業者には自明である。このような修正などの全ては本発明の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】広帯域レーザ共振器を線図的に示す図である。
【図１Ｂ】準狭帯域レーザ共振器を線図的に示す図である。
【図２】基板に設けられたエポキシ層に形成された格子構造を持つ回折格子を線図的に示す図である。
【図３Ａ】本発明の第１の実施態様によるレーザ共振器を線図的に示す図である。
【図３Ｂ】本発明の第２の実施態様によるレーザ共振器を線図的に示す図である。
【図４Ａ】本発明による第１のライン先鋭化ユニットを線図的に示す図である。
【図４Ｂ】本発明による第２のライン先鋭化ユニットを線図的に示す図である。
【図５】本発明による、７６度を越えるブレーズ角を持つ格子を線図的に示す図である。
【図６Ａ】基板／リジッドベース体の表面に形成される格子構造を持つ回折格子を線図的に示す図である。
【図６Ｂ】基板／リジッドベース体の表面に形成される格子構造を持つ回折格子を線図的に示す図である。
【図６Ｃ】基板／リジッドベース体の表面に形成される格子構造を持つ回折格子を線図的に示す図である。
【図６Ｄ】基板／リジッドベース体の表面に形成される格子構造を持つ回折格子を線図的に示す図である。
【図７Ａ】いかにイオンビームを使用して、基板／リジッドベース体の表面の中に回折格子を形成するのかを線図的に示す図である。
【図７Ｂ】いかにイオンビームを使用して、基板／リジッドベース体の表面の中に回折格子を形成するのかを線図的に示す図である。
【図８】本発明による好適な狭帯域或いは超狭帯域レーザのブロック図である。
Claims (48)
- エキシマーまたはフッ素分子レーザであって、
レーザガス混合物で満たされた放電チャンバーを含むレーザチューブと、
放電回路に接続され、前記ガス混合物を励起する前記放電チャンバー内の複数の電極と、
前記ガス混合物を取り囲み、レーザビームを生成する共振器と、
７６度より大きいブレーズ角を持つブレーズド格子を含む、ライン先鋭化ユニットと、
を含むエキシマーまたはフッ素分子レーザ - 請求項１に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、 前記ブレーズ角は７８度よりも大きい、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項１に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記ブレーズ角は８０度よりも大きい、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項１に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記ブレーズ角は７８度と８２度との間である、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項１に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記レーザビームは０．６ｐｍ未満の帯域幅を持つ、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項２に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記レーザビームは０．５ｐｍ未満の帯域幅を持つ、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項３に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記レーザビームは０．４ｐｍ未満の帯域幅を持つ、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項１に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記ライン先鋭化ユニットは、ビーム拡大器をも含む、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項８に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記ビーム拡大器は１つまたは複数のプリズムを含む、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項８に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記共振器は部分透過型出力結合鏡をも含む、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項８に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記共振器は、前記レーザビームを偏光出力結合する手段をも含む、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項１１に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記共振器は高反射率の鏡をも含む、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項１に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記ライン先鋭化ユニットは、１つまたは複数のプリズムを含むビーム拡大器をも含む、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項２に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記ライン先鋭化ユニットは、１つまたは複数のプリズムを含むビーム拡大器をも含む、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項３に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記ライン先鋭化ユニットは、１つまたは複数のプリズムを含むビーム拡大器をも含む、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項１に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記共振器は部分透過型出力結合鏡をも含む、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項１に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記共振器は高反射率の鏡をも含む、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項１に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
表面に形成された複数の溝を含む基板を含み、
前記複数の溝は前記格子の構造をほぼ規定する、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項１８に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記格子はその表面に誘電反射被覆を持つ、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項１８に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記格子はその表面にアルミニウム薄膜を持つ、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項２０に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記アルミニウム薄膜は、ほぼ１００ｎｍである、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項２０に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記アルミニウム薄膜は誘電反射層で被覆されている、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - エキシマーまたはフッ素分子レーザであって、
レーザガス混合物で満たされた放電チャンバーを含むレーザチューブと、
放電回路に接続され、前記ガス混合物を励起する前記放電チャンバー内の複数の電極と、
前記ガス混合物を取り囲み、レーザビームを生成する共振器と、
格子を含み、前記レーザの帯域幅を０．６ｐｍ未満に先鋭化するライン先鋭化ユニットと、
を含むエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項２３に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記帯域幅は０．５ｐｍ未満である、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項２３に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記帯域幅は０．４ｐｍ未満である、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項２４に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記ライン先鋭化ユニットは、１つまたは複数のプリズムを含むビーム拡大器をも含む、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項２５に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記先鋭化ユニットは、１つまたは複数のプリズムを含むビーム拡大器をも含む、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項２３に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記共振器は部分透過型出力結合鏡をも含む、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項２３に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記レーザビームを偏光出力結合する手段をも含む、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項２３に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記共振器は高反射率の鏡をも含む、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項２３に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
表面に形成された複数の溝を含む基板を含み、
前記複数の溝は前記格子の構造をほぼ規定する、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項２３に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記格子は、７８度と８２度との間のブレーズ角を持つ、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項３１に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記格子は、７８度と８２度との間のブレーズ角を持つ、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項３１に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記格子は８０度より大きいブレーズ角を持つ、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - 請求項３１に記載のエキシマーまたはフッ素分子レーザにおいて、
前記格子は反射誘電体を含む、
ことを特徴とするエキシマーまたはフッ素分子レーザ。 - エキシマーまたはフッ素分子レーザにおけるライン先鋭化用回折格子であって、
７８度より大きいブレーズ角を持ち、基板の表面に形成された溝によってほぼ規定される、ライン先鋭化用回折格子 - 請求項３６に記載のライン先鋭化用回折格子において、
８０度よりも大きいブレーズ角を持つ、
ことを特徴とするライン先鋭化用回折格子。 - 請求項３６に記載のライン先鋭化用回折格子において、
７８度と８２度との間のブレーズ角を持つ、
ことを特徴とするライン先鋭化用回折格子。 - 請求項３６に記載のライン先鋭化用回折格子において、
反射誘電体の被覆を含む、
ことを特徴とするライン先鋭化用回折格子。 - 請求項３６に記載のライン先鋭化用回折格子において、
センチメータあたり少なくとも１００００の溝を持つ、
ことを特徴とするライン先鋭化用回折格子。 - 基板の表面に回折格子を形成する方法であって、
イオンビームを生成するステップと、
前記イオンビームをパターン化するステップと、
前記パターン化されたイオンビームを前記表面に衝突させ、そこに前記回折格子を形成するステップと、
を含む回折格子を形成する方法。 - 請求項４１に記載の回折格子形成方法において、
前記パターン化するステップは、
前記イオンビームを、前記回折格子の前記表面に応じた構造を持つ減衰器を通過させるステップを含む、
ことを特徴とする回折格子形成方法。 - 請求項４１に記載の回折格子形成方法において、
前記減衰器は、ほぼエポキシから作られる、
ことを特徴とする回折格子形成方法。 - 基板の表面に回折格子を形成する方法であって、
イオンビームを生成するステップと、
前記回折格子の構造に応じて前記イオンビームを減衰するステップと、
前記表面に前記減衰されたイオンビームを照射するステップと、
前記減衰されたイオンビームで前記表面に前記格子を形成するステップと、
を含む回折格子を形成する方法。 - ビームの帯域幅を先鋭化するレーザ共振器であって、
７８度よりも大きいブレーズ角を持つ回折格子を含む、レーザ共振器。 - 請求項４５に記載のレーザ共振器において、
前記ブレーズ角は７８度と８２度との間である、
ことを特徴とするレーザ共振器。 - 請求項４６に記載のレーザ共振器において、
表面に複数の溝を持つ基板をも含み、
前記表面は前記格子をほぼ規定する、
ことを特徴とするレーザ共振器。 - 請求項４５に記載のレーザ共振器において、
前記基板は、ほぼアルミニウムから作られている、
ことを特徴とするレーザ共振器。
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