JP2008022026A - Reliable, modular, production-quality narrow-band high repetition-rate f2 laser - Google Patents

Reliable, modular, production-quality narrow-band high repetition-rate f2 laser Download PDF

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ホフマン トーマス
Jean-Marc Hueber
マルク ヒューバー ジーン
Palash P Das
ピー ダス パラッシュ
Toshihiko Ishihara
俊彦 石原
P Daffy Thomas
ピー ダフィー トーマス
T Melchior John
ティー メルチオー ジョン
Herve A Besaucele
エイ ベゾーセル ハーヴィ
Richard G Morton
ジー モートン リチャード
Richard M Ness
エム ネス リチャード
Peter C Newman
シー ニューマン ピーター
William N Partlo
エヌ パートロ ウィリアム
Daniel A Rothweil
エイ ロスウェイル ダニエル
Richard L Sandstrom
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    • G03F7/70483Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
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    • G03F7/70575Wavelength control, e.g. control of bandwidth, multiple wavelength, selection of wavelength or matching of optical components to wavelength

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reliable, modular, production-quality narrow-band high repetition-rate F<SB>2</SB>laser. <P>SOLUTION: A reliable, modular, production-quality excimer laser capable of producing 10 mJ laser pulses in the range of 1,000 Hz to 2,000 Hz or greater is provided. Replaceable modules include a laser chamber, a pulse power system including three modules, an optical resonator comprised of a line narrowing module and an output coupler module, a wavemeter module, an electrical control module, a cooling water module, and a gas control module. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この出願は、1999年3月17日に出願された米国特許出願シリアル番号09/271,041号Reliable, Modular, Production Quality Narrow-Band High Rep Rate ArF Excimer Laserと、1998年3月1日に出願された米国特許出願シリアル番号09/041,474号Reliable, Modular, Production Quality Narrow-Band KrF Excimer Laserと、1997年12月22日に出願された米国特許出願シリアル番号08/995,832号Excimer Laser Having Pulse Power Supply with Fine Digital Regulationと、1997年7月18日に出願された米国特許出願シリアル番号08/896,384号Wavelength Reference for Excimer Laserと、1997年9月29日に出願された米国特許出願シリアル番号08/939,611号protective Overcoat for Replicated Diffraction Gratingsと、1998年3月4日に出願された米国特許出願シリアル番号08/947,474号Pulse Energy Control for Excimer Laserと、1998年5月20日に出願された米国特許出願シリアル番号09/082,139号Narrow Band Excimer Laser with Gas Additiveと、1998年9月18日に出願された米国特許出願シリアル番号09/157,067号Reliable, Modular, Production Quality Narrow Band High Rep Rate Excimer Laserと、1998年9月28日に出願された米国特許出願シリアル番号09/162,341号Line Narrowing Apparatus with High Transparency Prism Beam Expanderと、1998年10月2日に出願された米国特許出願シリアル番号09/165,593号Wavelength System for an Excimer Laserと、1998年12月7日に出願された米国特許出願シリアル番号09/206,526号Wavelength Reference for Laserと、1998年12月15日に出願された米国特許出願シリアル番号09/211,825号High Pulse Rate Power System with Resonant Power Supplyと、1998年12月21日に出願された米国特許出願シリアル番号09/217,340号Durable Etalon Based Output Couplerと、の一部継続出願であり、これらの全てをリファレンスとしてここに組み入れる。本発明は、レーザに関し、特に狭帯域ArFエキシマレーザに関する。   This application was filed on March 1, 1998 with US Patent Application Serial No. 09 / 271,041, Reliable, Modular, Production Quality Narrow-Band High Rep Rate ArF Excimer Laser, filed March 17, 1999. U.S. Patent Application Serial No. 09 / 041,474 Reliable, Modular, Production Quality Narrow-Band KrF Excimer Laser, and U.S. Patent Application Serial No. 08 / 995,832 Excimer Laser Having Pulse Power Supply with Fine, filed December 22, 1997 Digital Regulation, U.S. patent application serial number 08 / 896,384 filed July 18, 1997, Wavelength Reference for Excimer Laser, and U.S. patent application serial number 08 / 939,611 filed September 29, 1997, protective Overcoat for Replicated Diffraction Gratings, U.S. patent application serial number 08 / 947,474 filed March 4, 1998, Pulse Energy Control for Excimer Laser, and U.S. patent application serial number 09, filed May 20, 1998 / 082,139 Narrow Band Excimer Laser with Gas Additive and U.S. Patent Application Serial No. 09 / 157,067 filed September 18, 1998 Reliable, Modular, Production Quality Narrow Band High Rep Rate Excimer Laser, filed September 28, 1998 U.S. Patent Application Serial No. 09 / 162,341 Line Narrowing Apparatus with High Transparency Prism Beam Expander, U.S. Patent Application Serial No. 09 / 165,593 filed on October 2, 1998, Wavelength System for an Excimer Laser, December 1998 U.S. Patent Application Serial No. 09 / 206,526 filed on May 7, Wavelength Reference for Laser, and U.S. Patent Application Serial No. 09 / 211,825 filed December 15, 1998 High Pulse Rate Power System with Resonant Power Supply And US Patent Application Serial No. 09 / 217,340, Durable Etalon Based Output Coupler, filed December 21, 1998, all of which are incorporated herein by reference. The present invention relates to lasers, and more particularly to narrowband ArF excimer lasers.

KrFエキシマレーザ
フッ化クリプトン(KrF)エキシマレーザは、集積回路リソグラフィ産業の役に立つ光ソースに現在なっている。KrFレーザは、約248nmの狭帯域波長を備えるレーザビームを作り出し、約180nmと同じくらい小さい寸法の集積回路を作るのに使用される。フッ化アルゴン(ArF)エキシマレーザは、KrFレーザと非常に似ている。主な違いは、レーザガス混合と、出力ビームのより短い波長である。基本的に、アルゴンはクリプトンを置換し、その結果、出力ビームの波長は193nmである。このことにより、集積回路の寸法が約120nmまで更に減少する。157nmでのF2ビームによりパターン解像度の実質的な改良ができるので、F2レーザは、集積回路リソグラフィ産業において長らくKrF及びArFの後継者として認識されていた。これらのF2レーザは、KrF及びArFエキシマレーザと多少の変形を伴い非常に似ており、F2レーザとして作動させるために従来技術のKrF又はArFレーザと交換することが可能である。集積回路の製造で使用される典型的な従来技術のKrFエキシマレーザを、図1及び図2に示す。この従来技術のレーザのレーザチャンバの断面を図3に示す。高電圧電源3によって動力が供給されるパルスパワーシステム2は、電気的パルスを、放電チャンバ8に配置された電極6に提供する。典型的な技術水準のリソグラフィレーザは、約10mJ/パルスのパルスエネルギで約1000Hzのパルス周波数で作動する。約3気圧で(約0.1%フッ素、1.3%クリプトン、残りはバッファガスとして作用するネオンであるKrFレーザ用の)レーザガスは、約1000インチ/秒の速度で電極の間の空間を介して循環する。これは、レーザ放電チャンバに配置された垂直ブロワー10でなされる。レーザガスは、チャンバにまた配置された熱交換器11と、チャンバの外側に取り付けられた冷却プレート(図示せず)とで冷却される。エキシマレーザの自然のバンド幅は、線狭帯域化モジュール18によって狭帯域化される。市販のエキシマレーザシステムは典型的には、システムの休止を妨害することなく迅速に交換されうる種々のモジュールからなる。主なモジュールは以下のものを含む:
レーザチャンバモジュール
高電圧電源モジュールを備えるパルスパワーシステム
整流子モジュール及び高電圧圧縮ヘッドモジュール
出力カプラモジュール
線狭帯域化モジュール
ウェーブメータモジュール
コンピュータ制御モジュール
ガス制御モジュール
冷却水モジュール
KrF excimer lasers Krypton fluoride (KrF) excimer lasers are now a useful optical source for the integrated circuit lithography industry. A KrF laser produces a laser beam with a narrow band wavelength of about 248 nm and is used to make integrated circuits with dimensions as small as about 180 nm. Argon fluoride (ArF) excimer lasers are very similar to KrF lasers. The main difference is the laser gas mixing and the shorter wavelength of the output beam. Basically, argon replaces krypton, so that the wavelength of the output beam is 193 nm. This further reduces the size of the integrated circuit to about 120 nm. The F 2 laser has long been recognized as a successor to KrF and ArF in the integrated circuit lithography industry because the pattern resolution can be substantially improved by the F 2 beam at 157 nm. These F 2 lasers are very similar to the KrF and ArF excimer lasers with some modifications and can be replaced with prior art KrF or ArF lasers to operate as F 2 lasers. A typical prior art KrF excimer laser used in the manufacture of integrated circuits is shown in FIGS. A cross section of the laser chamber of this prior art laser is shown in FIG. A pulse power system 2 powered by a high voltage power supply 3 provides electrical pulses to electrodes 6 arranged in the discharge chamber 8. A typical state of the art lithography laser operates at a pulse frequency of about 1000 Hz with a pulse energy of about 10 mJ / pulse. At about 3 atmospheres (for a KrF laser, about 0.1% fluorine, 1.3% krypton, the rest being neon, which acts as a buffer gas), the laser gas can pass through the space between the electrodes at a rate of about 1000 inches / second Circulate through. This is done with a vertical blower 10 located in the laser discharge chamber. The laser gas is cooled by a heat exchanger 11 also disposed in the chamber and a cooling plate (not shown) attached to the outside of the chamber. The natural bandwidth of the excimer laser is narrowed by the line narrowing module 18. Commercially available excimer laser systems typically consist of various modules that can be quickly replaced without interfering with system downtime. The main modules include:
Laser chamber module Pulse power system with high voltage power supply module Commutator module and high voltage compression head module Output coupler module Line narrowing module Wavemeter module Computer control module Gas control module Cooling water module

電極6はカソード6Aとアノード6Bとからなる。アノード6Bは、図3の断面に示したアノード支持バー44によってこの従来技術の実施形態において支持される。フローは向かって時計回りである。アノード支持バー44の一つの角及び一つの端は、電極6A及び6Bの間に流すようにブロワー10からの空気を強制するためのガイド羽根として役立つ。この従来技術のレーザにおける他のガイド羽根を、46,48及び50で示す。穴が開けられた電流リターンプレート52は、アノード6Bをチャンバ8の金属構造に接地するのを助ける。プレートは、レーザガスフローパスに配置された大きな穴(図3では図示せず)で穴が開けられており、電流リターンプレートはガスフローに実質的に影響しない。個々のキャパシタ19のアレイからなるピークキャパシタは、パルスパワーシステム2によって各パルスの前にチャージされる。電圧がピークキャパシタにビルドアップする間、2つのプレイオン化装置56は、電極6A及び6Bの間でレーザガスを弱くイオン化させ、キャパシタのチャージは約16,000ボルトに達するとき、電極の放電は、エキシマレーザパルスを生成するように生成される。次の各パルスに関して、ブロワー10によって生成され、約1インチ/ミリ秒の電極間のガスフローは、1ミリ秒後に生じる次のパルスに関して丁度良く電極間で新鮮なレーザガスを提供するのに十分である。   The electrode 6 includes a cathode 6A and an anode 6B. The anode 6B is supported in this prior art embodiment by an anode support bar 44 shown in the cross section of FIG. The flow is clockwise toward. One corner and one end of the anode support bar 44 serve as guide vanes for forcing air from the blower 10 to flow between the electrodes 6A and 6B. Other guide vanes in this prior art laser are shown at 46, 48 and 50. A perforated current return plate 52 helps ground the anode 6B to the metal structure of the chamber 8. The plate is perforated with large holes (not shown in FIG. 3) located in the laser gas flow path, and the current return plate does not substantially affect the gas flow. A peak capacitor consisting of an array of individual capacitors 19 is charged by the pulse power system 2 before each pulse. While the voltage builds up to the peak capacitor, the two play-on devices 56 weakly ionize the laser gas between the electrodes 6A and 6B, and when the capacitor charge reaches approximately 16,000 volts, the discharge of the electrode becomes an excimer. Generated to generate a laser pulse. For each next pulse, the gas flow between the electrodes of about 1 inch / millisecond produced by the blower 10 is sufficient to provide fresh laser gas between the electrodes just for the next pulse that occurs after 1 millisecond. is there.

典型的なリソグラフィエキシマレーザでは、フィードバック制御システムは、各パルスのレーザエネルギを測定し、所望のパルスエネルギからの偏差の度合いを判断し、次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電源電圧を調節するようにコントローラに信号を送信する。従来技術のシステムでは、このフィードバック信号は、アナログ信号であり、レーザ環境によって作り出されたノイズに曝されやすかった。このノイズによって、誤った電源電圧が提供されることになり、続いて出力レーザパルスエネルギにおける増加の変化を生じさせ得る。   In a typical lithographic excimer laser, the feedback control system measures the laser energy of each pulse, determines the degree of deviation from the desired pulse energy, and powers the next pulse so that it is close to the desired energy. Send a signal to the controller to adjust the voltage. In prior art systems, this feedback signal was an analog signal and was subject to noise created by the laser environment. This noise can provide an incorrect power supply voltage and can subsequently cause an increase in the output laser pulse energy.

これらのエキシマレーザは、典型的には、メンテナンスのために予定されたほんの短い供給停止を伴って、1日24時間、1週7日間、数ヶ月間、連続で作動することが要求される。これらの従来技術のレーザで経験したある問題は、過度の消耗と、ブロワベアリングの不定期の故障である。
集積回路産業において、KrF及びArFレーザでは得られない集積回路の解像度を与えることができるモジュラ、高信頼性製造ライン高品質F2レーザの必要性がある。
These excimer lasers are typically required to operate continuously for 24 hours a day, 7 days a week, months, with only a short outage scheduled for maintenance. One problem experienced with these prior art lasers is excessive wear and occasional failure of the blower bearing.
There is a need in the integrated circuit industry for a modular, reliable production line high quality F 2 laser that can provide integrated circuit resolution not available with KrF and ArF lasers.

本発明は、1000乃至2000Hz又はそれ以上の範囲における繰り返し数で、約1pm又はそれ以下の半値幅を備える10mJより大きなパルスエネルギを備えるレーザパルスを作り出すことができる、高信頼性、モジュラ、プロダクション、高品質F2エキシマレーザを提供する。本発明の好ましい実施形態は、10乃至40ワットの範囲におけるパワー出力を備える10乃至5mJの範囲におけるパルスエネルギを備える1000乃至4000Hzの範囲で作動しうる。照射源としてこのレーザを使用する際、ステッパ又はスキャナ装置は、0.1μm又はそれ以下の集積回路解像度を作り出す。交換可能なモジュールには、レーザチャンバ、モジュラーパルスパワーシステムを含む。 The present invention provides high reliability, modular, production, capable of producing laser pulses with pulse energies greater than 10 mJ with half-widths of about 1 pm or less at repetition rates in the range of 1000 to 2000 Hz or higher. Provide high quality F 2 excimer laser. Preferred embodiments of the present invention may operate in the 1000-4000 Hz range with pulse energy in the range of 10-5 mJ with power output in the range of 10-40 watts. In using this laser as an illumination source, a stepper or scanner device produces an integrated circuit resolution of 0.1 μm or less. Replaceable modules include laser chambers and modular pulse power systems.

従来技術のエキシマレーザを超える重要な改良が、より早いチャージを作り出すためのパルスパワーユニットに提供されている。これらの改良は、増加したキャパシティ高電圧電源と、高電圧電源によってチャージされたキャパシタから高電圧パルスを生成させ、単一の4つのセグメントのステンレススチールロッドからなる2次巻線を有する非常に早い電圧トランスで約23倍にパルス電圧を増幅する改良された整流子モジュールとを含む。(ここでは「ポット及びパン」設計と呼ぶ)圧縮ヘッド可飽和インダクタに関する新規な設計が、要求されるトランスオイルの量を著しく減少させ、過去では事故を引き起こしたオイル漏れの可能性を事実上取り除く。   Significant improvements over prior art excimer lasers have been provided for pulse power units to create faster charges. These improvements generate a high voltage pulse from an increased capacity high voltage power supply and a capacitor charged by the high voltage power supply and have a secondary winding consisting of a single four segment stainless steel rod. And an improved commutator module that amplifies the pulse voltage about 23 times with a fast voltage transformer. The new design for the compression head saturable inductor (referred to herein as the “pot and pan” design) significantly reduces the amount of transformer oil required, effectively eliminating the possibility of oil leaks that previously caused accidents. .

より高いパルス周波数及び改良された性能を許容するレーザチャンバにおける改良は、単一のプレイオン化装置チューブの使用を含む。
好ましい実施形態では、レーザは、2つの外部プリズムのセットを使用してF2157.6nmラインに調整される。第2の好ましい実施形態では、レーザは広帯域で作動し、157.6nmラインは、共鳴キャビティに対して外側に選択される。第3の好ましい実施形態では、0.2pmの線幅が、注入シードを使用して提供される。
Improvements in laser chambers that allow higher pulse frequencies and improved performance include the use of a single play-on device tube.
In the preferred embodiment, the laser is tuned to the F 2 157.6 nm line using a set of two external prisms. In a second preferred embodiment, the laser operates in a broad band and the 157.6 nm line is selected outside the resonant cavity. In a third preferred embodiment, a line width of 0.2 pm is provided using an implanted seed.

本発明の他の実施形態は、セラミックベアリングを含む。任意に、磁気ベアリングが利用されうる。ベアリングの反力は、アノード支持バーのエアロダイナミクス曲線を提供することによって低減されうる。他の改良は、破壊的音響衝撃波を生成するレーザチャンバに関して音響バッフルの使用を含む。
内部キャビティビームライン及び出力ビームラインが完全にシールされ、窒素パージされることが好ましい。
Other embodiments of the present invention include ceramic bearings. Optionally, magnetic bearings can be utilized. Bearing reaction forces may be reduced by providing an aerodynamic curve of the anode support bar. Other improvements include the use of acoustic baffles for laser chambers that generate destructive acoustic shock waves.
It is preferred that the internal cavity beam line and the output beam line be completely sealed and purged with nitrogen.

第1の好ましい実施形態
本発明の好ましい実施形態を図面を参照して記載する。
First Preferred Embodiment A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

モジュラーレーザ設計
本発明の好ましい実施形態の正面図を図4にそれぞれ示す。この図は、修理、交換及びメンテナンスのためにモジュールの非常に迅速な交換をすることができる特定の発明のモジュラー特性を強調している。この実施形態の主な特徴を、図4に示した参照番号に対応させて以下に羅列する。
201 レーザ遮蔽
202 ガスモジュール
203 冷却水供給モジュール
204 AC/DC配電モジュール
205 制御モジュール
206 線狭帯域モジュール
207 圧縮ヘッド
208 高電圧パルス電源モジュール
209 パルス電源供給のための整流子モジュール
210 フッ化金属トラップ
211 レーザチャンバ
213 波長モジュール
214 自動シャッタ
216 出力カプラ
217 ブロワーモータ
218 フッ化金属トラップ電源
219 ステータスランプ
220 24ボルト電源
221 チャンバウィンドウ
222 ガス制御可撓性接続
224 通気ボックス
Modular Laser Design A front view of a preferred embodiment of the present invention is shown in FIG. This figure highlights the modular nature of a particular invention that allows for very rapid replacement of modules for repair, replacement and maintenance. The main features of this embodiment are listed below in correspondence with the reference numbers shown in FIG.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 201 Laser shielding 202 Gas module 203 Cooling water supply module 204 AC / DC power distribution module 205 Control module 206 Line narrow band module 207 Compression head 208 High voltage pulse power supply module 209 Commutator module 210 for pulse power supply 210 Fluoride metal trap 211 Laser chamber 213 Wavelength module 214 Automatic shutter 216 Output coupler 217 Blower motor 218 Metal fluoride trap power supply 219 Status lamp 220 24 volt power supply 221 Chamber window 222 Gas control flexible connection 224 Vent box

好ましい実施形態
本発明の好ましい実施形態は、図1,2及び3に記載されたレーザの改良されたバージョンである。この好ましい実施形態は以下の改良を包含する:
1)単一チューブ大型プレイオン化装置が、効果的に改良されたより良いプレイオン化と、電極の間での改良されたレーザガスフローとを提供するために、2つのチューブプレイオン化装置の従来技術の組み合わせを置換し;
2)シリコンフリー・ファンブレードが、1片加工されたブレードであり;
3)個体物理パルスパワーシステムが、より早い立ち上がり時間を作り出すために修正され、より調和したパルスを提供し、より高い電圧で改良されたレーザ効率を提供し;
4)パルス電源装置のチャージ電圧のより精密な制御と;
5)パルスエネルギ及びバーストエネルギのより改良された制御を提供する新しいアルゴリズムを備えたコンピュータ制御プログラムと;
6)電極空間が10mmまで減少された。
Preferred Embodiment The preferred embodiment of the present invention is an improved version of the laser described in FIGS. This preferred embodiment includes the following improvements:
1) The combination of the prior art of two tube play-on devices so that the single tube large play-on device provides better and better play-on and improved laser gas flow between the electrodes. Replace
2) A silicon-free fan blade is a one-piece machined blade;
3) The individual physics pulse power system has been modified to create faster rise times, providing more harmonized pulses and providing improved laser efficiency at higher voltages;
4) More precise control of the charge voltage of the pulse power supply device;
5) a computer control program with a new algorithm that provides improved control of pulse energy and burst energy;
6) The electrode space was reduced to 10 mm.

チャンバ改良
単一プレイオン化チューブ
図6に示すように、単一の大型プレイオン化装置56Aで、図3に示した2つのプレイオン化装置チューブ56を置換する。単一チューブプレイオン化装置は、1998年2月17日に発行された米国特許第5,719,896号の記載に従って製造され、ここにリファレンスとして組み入れられる。出願人は、1つのプレイオン化装置だけで十分であるだけでなく、非常に驚くべきことに2つのプレイオン化装置設計よりも改良された性能を提供することを発見した。この実施形態では、プレイオン化装置は電極の上流に配置される。出願人は、1つのチューブプレイオン化装置が、放電の改良された空間的安定性を提供することによってパルス間の安定性を改良すると判断した。
Chamber improvement
Single Play-On Tubes As shown in FIG. 6, a single large play-on device 56A replaces the two play-on devices tubes 56 shown in FIG. A single tube play-on device is manufactured in accordance with the description of US Pat. No. 5,719,896 issued Feb. 17, 1998, which is incorporated herein by reference. Applicants have found that not only one play-on device is sufficient, but very surprisingly provides improved performance over the two play-on device designs. In this embodiment, the play-on device is located upstream of the electrode. Applicants have determined that one tube play-on device improves the stability between pulses by providing improved spatial stability of the discharge.

いま図7を参照すると、このプレイオン化装置は、チューブの一体化コンポーネントとしてここに組み入れられたアンチトラッキング溝170を備えるブッシング要素180を有する一体化チューブ設計を利用する。ロッド部分145、及び、プレイオン化装置のブッシング部分180のODは1/2インチである。内部コンダクタロッド146は、7/37インチの直径を有し、地面と接続させるためのブッシング部分を介して延びる接続ワイヤは約1/16インチの直径である。前のプレイオン化装置チューブ設計は、ロッド部分が直径約1/4インチであり、ブッシングの直径が約1インチであるという、2つ直径設計を利用した。これは、製造目的に関して、ブッシングコンポーネントをチューブコンポーネントと結合させるための結合プロセスを必要とした。一定の直径でより薄いチューブ設計は、従来の設計ルールに反しており、容量をより小さくするためにイオン化の減少を予測しうる。殆どの設計では、チューブ厚は選択された材料の絶縁強度に依存する。当業者は、従来技術のプレイオン化チューブ設計技術が高絶縁強度を備える材料を選択することであり、この容量と適合させるために壁厚を決定することと認識する。例えば、サファイア材料は、1200ボルト/ミルから1700ボルト/ミルまでの範囲の絶縁強度を有することが知られている。それ故、0.035インチの絶縁厚は、レーザが25kVで作動するならば、2の安全ファクタを提供する。この設計は、低容量を生み出すが、しかしながら、レーザ作動のこの減少した容量の実際の影響は無視できうることを発見し、電極ギャップの幾何学的な放射の測定は驚くべきことに増加する。一定の直径、より薄いチューブ壁、一体化ブッシング設計のため、材料の単一ピースはアンチトラッキング溝170を提供するように加工される。出願人が兆候純度材料を使用し続けても、単一ピース構造のため、超高純度(即ち、99.9%)ポリクリスタル半透明酸化アルミニウムセラミックを使用する必要はない。ブッシング180とチューブ145との間の一体関係を人工的に作り出すために、拡散結合のために準備したチューブ幾何学の困難な表面研磨を実行する必要はない。実際に、高純度は材料の多孔性と同じくらい重要な特徴ではないことは分かっている。より高多孔性で更に絶縁強度が低下することが見いだされた。その結果、市販グレードセラミックは、少なくとも99.8%の純度を備えるのが好ましく、Coors Ceramics Companyによって製造されたような材料番号AD-998Eのような低多孔性であり、300ボルト/ミルの絶縁強度で使用される。以前に記載したようにそこに配置されるアンチトラッキング溝170を有するブッシング180は、カソードから地面160までチューブの表面に沿って軸線方向の高電圧トラッキングを妨げるように作動する。   Referring now to FIG. 7, this play-on device utilizes an integrated tube design having a bushing element 180 with an anti-tracking groove 170 incorporated herein as an integral component of the tube. The OD of the rod portion 145 and the bushing portion 180 of the play-on device is 1/2 inch. The inner conductor rod 146 has a diameter of 7/37 inches, and the connecting wire extending through the bushing portion for connection to the ground is about 1/16 inch in diameter. The previous playonizer tube design utilized a two-diameter design where the rod portion was about 1/4 inch in diameter and the bushing diameter was about 1 inch. This required a bonding process for bonding the bushing component with the tube component for manufacturing purposes. A thinner tube design with a constant diameter is contrary to conventional design rules and can be expected to reduce ionization to make the volume smaller. In most designs, the tube thickness depends on the insulation strength of the selected material. One skilled in the art recognizes that the prior art play-on tube design technique is to select a material with high insulation strength and determine the wall thickness to match this capacity. For example, sapphire materials are known to have a dielectric strength ranging from 1200 volts / mil to 1700 volts / mil. Therefore, an insulation thickness of 0.035 inches provides a safety factor of 2 if the laser operates at 25 kV. This design produces a low capacity, however, it has been found that the actual effect of this reduced capacity of laser operation is negligible, and the measurement of electrode gap geometric radiation is surprisingly increased. Due to the constant diameter, thinner tube wall, integrated bushing design, a single piece of material is processed to provide an anti-tracking groove 170. Even if applicants continue to use indication purity materials, because of the single piece construction, it is not necessary to use ultra high purity (ie, 99.9%) polycrystalline translucent aluminum oxide ceramic. In order to artificially create an integral relationship between the bushing 180 and the tube 145, it is not necessary to perform difficult surface polishing of the tube geometry prepared for diffusion bonding. In fact, it has been found that high purity is not as important a feature as the porosity of the material. It has been found that the higher the porosity, the lower the insulation strength. As a result, commercial grade ceramics preferably have a purity of at least 99.8%, are low porosity, such as material number AD-998E as manufactured by Coors Ceramics Company, and have an insulation of 300 volts / mil. Used in strength. A bushing 180 having an anti-tracking groove 170 disposed therein as previously described operates to prevent axial high voltage tracking along the surface of the tube from the cathode to the ground 160.

上述の通り、出願人は単一のプレイオン化装置が2つのプレイオン化装置よりも劇的に良く作動することを発見し、上で説明したように、第1の好ましい実施形態は電極の上流に単一のプレイオン化装置を配置する。出願人はまた、下流に配置された単一のプレイオン化装置で実験をし、所定のブロワー速度で、この配置が、2つのチューブ配置で上流に配置されたものよりも実質的に良いパルスエネルギ安定性を作り出すことを発見した。   As mentioned above, Applicants have discovered that a single play-on device works dramatically better than two play-on devices, and as explained above, the first preferred embodiment is upstream of the electrodes. Place a single play-on device. Applicants have also experimented with a single play-on device located downstream and at a given blower speed, this arrangement is substantially better than the one placed upstream in the two-tube arrangement. Found to create stability.

高効率チャンバ
レーザの効率を改良するためにチャンバに対して改良がなされた。アルミナ、Al2O3を包含する単一ピースカソード絶縁体55Aは、図6Aに示したように上部チャンバ構造からカソードを絶縁する。従来技術の設計では、8つの別々の絶縁体が、絶縁体の熱膨張ストレスのための絶縁体のクラッキングを回避するために必要であった。この重要な改良によって、チャンバのヘッド部分が、ピーク容量82のカソード83の間の距離を著しく減少させることができる。ピーク容量アレイ82を形成する個々のキャパシタ54Aは、従来技術と比較してカソードにより近く水平に移動する。単一ピース絶縁体とチャンバ構造との間の熱膨張の差を減少させるために、上部チャンバ8Aは、アルミニウムよりもAl2O3に近い熱膨張係数を有するASTM A3Cスチールから製造されている。チャンバ8の底部8Bはアルミニウムであるが、出願人は、ASTM A3Cスチールとアルミニウムとの間の熱膨張の差が問題ではないことを理解している。スチールとアルミニウムの両方のパーツはニッケル被覆されている。
市販のリソグラフィレーザ用の従来のカソードは、典型的には図3に示したようなカソード支持バー53によって支持されている。この好ましい実施形態では、カソード支持バーは削除され、カソード83が僅かに薄くされ、単一ピース絶縁体55Aの上に直接取り付けられる。カソード83は、ロッド83A及び接続ナット83Bを介して15のフィードによってピークキャパシタ82の高電圧側82Aに接続される。好ましい実施形態では、新しいアノード支持バー84Aが、従来技術のアノード支持バーよりも実質的に大きく、ガスフロー領域に配置されたフィン84Bを含む。これらの特徴の両方は、アノードの温度変動を最小にする。
High Efficiency Chamber Improvements have been made to the chamber to improve the efficiency of the laser. A single piece cathode insulator 55A comprising alumina, Al 2 O 3 insulates the cathode from the upper chamber structure as shown in FIG. 6A. In prior art designs, eight separate insulators were required to avoid insulator cracking due to the thermal expansion stress of the insulator. This significant improvement allows the chamber head portion to significantly reduce the distance between the cathode 83 of the peak capacity 82. The individual capacitors 54A forming the peak capacitance array 82 move closer to the cathode and horizontally compared to the prior art. To reduce the difference in thermal expansion between the single piece insulator and the chamber structure, the upper chamber 8A is made from ASTM A3C steel with a coefficient of thermal expansion closer to Al 2 O 3 than aluminum. Although the bottom 8B of the chamber 8 is aluminum, Applicants understand that the difference in thermal expansion between ASTM A3C steel and aluminum is not a problem. Both steel and aluminum parts are nickel coated.
A conventional cathode for a commercial lithographic laser is typically supported by a cathode support bar 53 as shown in FIG. In this preferred embodiment, the cathode support bar is eliminated and the cathode 83 is slightly thinned and mounted directly on the single piece insulator 55A. The cathode 83 is connected to the high voltage side 82A of the peak capacitor 82 by 15 feeds via a rod 83A and a connection nut 83B. In a preferred embodiment, the new anode support bar 84A is substantially larger than the prior art anode support bar and includes fins 84B disposed in the gas flow region. Both of these features minimize anode temperature fluctuations.

金属シール
出願人は、従来技術のエラストマシールがフッ素ガスと反応し、レーザ性能を低下させるレーザガスの汚染物を生成することを発見した。本発明の好ましい実施形態は、レーザチャンバを密封するために全て金属シールを使用する。好ましい金属シールは、錫メッキインコネル1718シールである。
Metal Seal Applicants have discovered that prior art elastomer seals react with fluorine gas to produce laser gas contaminants that degrade laser performance. The preferred embodiment of the present invention uses an all metal seal to seal the laser chamber. A preferred metal seal is a tinned Inconel 1718 seal.

モネル電流リターン及び羽根
出願人はまた、ステンレススチールの要素がまた、レーザガスの汚染物を生成するようにフッ素と反応することを発見した。それ故、この好ましい実施形態では、従来技術のステンレススチール電流リターン構造及びガスフロー羽根は、モネル電流リターン250及びモネルフロー羽根252及び254と置換される。
Monel Current Return and Blades Applicants have also discovered that stainless steel elements also react with fluorine to produce laser gas contaminants. Therefore, in this preferred embodiment, the prior art stainless steel current return structure and gas flow vanes are replaced with monel current return 250 and monel flow vanes 252 and 254.

音響バッフル
出願人は、2000Hz又はそれ以上で作動する狭帯域エキシマレーザによって作り出されたレーザビームの質の歪の著しい原因が、チャンバ構造の要素から電極の間の空間に戻るように反射される1つのパルスの放電によって生成される音響衝撃波であり、0.5ミリ秒後に生じる次のパルスのレーザビームを歪ませる。ここ(図6A参照)に記載した実施形態は、レーザチャンバの両側に角度がつけられており溝がついた音響バッフル63A及び64Aによってこの影響を実質的に最小にする。これらのバッフルは、音響エネルギの一部を吸収し、音響エネルギの一部を電極から離れるようにレーザチャンバの下部領域の方へ下げるように反射させる。この好ましい実施形態では、バッフルは、幅0.1ミル、深さ0.3ミル、間隔0.2ミルの溝を備える金属構造に加工され、深さ0.3ミルの溝を図6Aのバッフル63で示す。これらのバッフルは、音響衝撃波によって生じたパルス品質の歪を実質的に低減させるために実際のテストによって示されている。
Acoustic baffle Applicants have reflected a significant cause of distortion in the quality of the laser beam produced by narrowband excimer lasers operating at 2000 Hz or higher back from the chamber structure elements back to the space between the electrodes. An acoustic shock wave generated by the discharge of one pulse, which distorts the laser pulse of the next pulse that occurs after 0.5 milliseconds. The embodiment described here (see FIG. 6A) substantially minimizes this effect by acoustic baffles 63A and 64A that are angled and grooved on both sides of the laser chamber. These baffles absorb some of the acoustic energy and reflect some of the acoustic energy down towards the lower region of the laser chamber away from the electrodes. In this preferred embodiment, the baffle is machined into a metal structure with 0.1 mil wide, 0.3 mil deep, 0.2 mil grooves, and the 0.3 mil deep grooves are baffled in FIG. 6A. 63. These baffles have been shown by actual tests to substantially reduce pulse quality distortion caused by acoustic shock waves.

出願人はまた、音響衝撃の影響が、放電におけるストリーマーを減少させることによって最小にされることを発見した。実際に、本発明の好ましい実施形態において、変化は、(以前に議論した)チャンバヘッドと、音響バッフルを必要としないように音響衝撃を減少するように設計された新しいプレイオン化装置でなされた。   Applicants have also discovered that the effects of acoustic shock are minimized by reducing streamers in the discharge. In fact, in the preferred embodiment of the present invention, the changes were made with a chamber head (discussed previously) and a new play-on device designed to reduce acoustic shock so that no acoustic baffle is required.

ファン改良
本発明のこの好ましい実施形態は、従来技術のガスサーキュレータにおける大きな改良を含んでおり、レーザの性能を大きく改善する。これらの改良は、鑞付けなしのブロワーブレード構造の構築である。共鳴の影響を大幅に低減する非対称ブレード配置と、改良されたベアリングである。
Fan Improvements This preferred embodiment of the present invention includes significant improvements in prior art gas circulators and greatly improves laser performance. These improvements are the construction of a blower blade structure without brazing. An asymmetric blade arrangement that greatly reduces the effects of resonance and an improved bearing.

シリコンフリー・ファンブレード構造
出願人は、ブロワーブレード構造において一般に使用される鑞付材料がレーザチャンバにおけるSiF6の主なソースであることを発見した。このガスは、KrFレーザのレーザ性能を著しく低下させるが、ArFレーザ及びF2レーザに関しても総合的にひどいものである。出願人はこの問題に対して4つの解決手段を確認した。第1に、ブレード構造を、材料(この場合ではアルミニウム)の固体ブロックから部分的に加工する。別の解決手段は、部分的にブレード構造を鋳造することである。次いで、セグメントは、新しい材料を追加することなく電子ビーム溶接を使用して互いに溶接される。それは、ブレードをフレーム構造に結合させることによってブレード構造を製造するのにも適しているが、この場合、結合は従来技術の鑞付プロセスの代わりに電子ビーム溶接によってなされる。第4の方法は、シリコンフリーはんだを使用したはんだ付プロセスを使用してブレードをフレーム構造に結合することである。アルミニウム6061は、全てのコンポーネント部品のベース材料として使用されている。次いで、これらのパーツは、はんだ付プロセスの前に銅メッキされる。全てのパーツが組み立てられるとき、ファンは次いで、真空炉内で典型的には91%錫(Sn)及び9%亜鉛(Zn)で低温はんだを用いて互いにはんだ付けされる。このはんだは、シリコンの欠乏、及び、銅メッキされたアルミニウムと作用する能力のために選択される。組立られ、はんだ付けされたファンは次いで、ニッケルめっきされる。この製造方法は、製造が安価な非シリコンファンを生み出す。
Silicon-free fan blade structure Applicants have found that the brazing material commonly used in blower blade structures is the main source of SiF 6 in the laser chamber. This gas significantly degrades the laser performance of the KrF laser, but is also generally terrible for ArF and F 2 lasers. The applicant has identified four solutions to this problem. First, the blade structure is partially processed from a solid block of material (in this case aluminum). Another solution is to partly cast the blade structure. The segments are then welded together using electron beam welding without adding new material. It is also suitable for manufacturing the blade structure by bonding the blade to the frame structure, in which case the bonding is done by electron beam welding instead of the prior art brazing process. A fourth method is to join the blade to the frame structure using a soldering process using silicon free solder. Aluminum 6061 is used as the base material for all component parts. These parts are then copper plated prior to the soldering process. When all parts are assembled, the fans are then soldered together in a vacuum furnace, typically with 91% tin (Sn) and 9% zinc (Zn), using low temperature solder. This solder is selected for its lack of silicon and its ability to work with copper-plated aluminum. The assembled and soldered fan is then nickel plated. This manufacturing method produces a non-silicon fan that is inexpensive to manufacture.

共鳴の影響の低減
従来技術のブロワーブレード構造は、23の長手ブレードと垂直なブロワーが構成されていた。これらのブレードは、構造の周りで対称に取り付けられる。実質的な共鳴の影響は、ファンパラメータと実際のレーザ性能の両方に関して測定される。レーザビームの摂動は、ファンの回転周波数の23倍で音響波に対応して示される。ベアリング性能での逆の影響はまた、ファンの回転周波数の23倍に対応して測定される。
Reduction of resonance effects The blower blade structure of the prior art has a blower perpendicular to the 23 longitudinal blades. These blades are mounted symmetrically around the structure. The substantial resonance effect is measured in terms of both fan parameters and actual laser performance. The perturbation of the laser beam is shown corresponding to the acoustic wave at 23 times the rotational frequency of the fan. The adverse effect on bearing performance is also measured corresponding to 23 times the fan rotational frequency.

ファン構造設計における改良は、図14Aに示したような非対称ブレード配置を必要とする。ファンブレード構造が16の個々に加工されたもので形成され、若しくは、23のブレードを備える各セグメントを有するカートセグメントである図14Bに示したような変形実施形態は、360°/(15×23)だけ、又は、隣接するセグメントに対して約1°だけ各セグメントを回転することである。ファンブレード構造製造に対する鋳造アプローチ又は加工において比較的容易にすることができる別の改良は、図14Cの320で示したようにエアーフォイル内にブレードを形成することである。従来技術のブレードはスタンプされ、スタンプされたブレードの2つの断面を314で比較して示す。318及び330で示された回転の方向は、ブレード構造円周を表す。従来のブレードが均一の厚さであるのに対して、エアーフォイル・ブレードは、周囲リード端、密集中央部、及び、テーパー跡端を包含するテア形状プロファイルを有する。   Improvements in fan structure design require an asymmetric blade arrangement as shown in FIG. 14A. An alternative embodiment as shown in FIG. 14B where the fan blade structure is formed of 16 individually machined or cart segments with each segment comprising 23 blades is 360 ° / (15 × 23 ), Or by rotating each segment by about 1 ° relative to adjacent segments. Another improvement that can be made relatively easy in the casting approach or processing for fan blade structure manufacture is to form the blade in the airfoil as shown at 320 in FIG. 14C. The prior art blade is stamped and two cross sections of the stamped blade are shown at 314 for comparison. The direction of rotation indicated at 318 and 330 represents the blade structure circumference. Whereas conventional blades are of uniform thickness, airfoil blades have a tear profile that includes a peripheral lead end, a dense center, and a tapered trace end.

ベアリング改良
本発明の実施形態は、従来技術を超える別の2つの改良ベアリングのうちの1つを使用することができる。
セラミックベアリング
本発明の好ましい実施形態は、セラミックベアリングを包含する。好ましいセラミックベアリングは、化学合成された潤滑油、好ましくはパーフルオロポリアルキルエーテル(PFPE)で潤滑された窒化シリコンである。これらのベアリングは、従来技術のエキシマレーザファンベアリングと比較して実質的に長い寿命を提供する。更に、ベアリング又は潤滑油のいずれも、高い反応フッ素ガスによって著しく影響されない。
Bearing Improvements Embodiments of the present invention can use one of two other improved bearings over the prior art.
Ceramic Bearing A preferred embodiment of the present invention includes a ceramic bearing. A preferred ceramic bearing is silicon nitride lubricated with a chemically synthesized lubricating oil, preferably perfluoropolyalkylether (PFPE). These bearings provide a substantially longer life compared to prior art excimer laser fan bearings. Furthermore, neither the bearing nor the lubricating oil is significantly affected by the highly reactive fluorine gas.

磁気ベアリング
本発明の別の好ましい実施形態は、図5に示したようなファン構造を支持する磁気ベアリングで作られる。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、アクティブ磁気ベアリングシステムによって順番に支持され、ブラシのないDCモータ130によって駆動され、モータのロータ129及び少なくとも2つのベアリングのロータ128がレーザキャビティのガス環境内に密封され、モータスタータ140と、磁気ベアリングマグネットのコイル126がガス環境の外側に配置される。この好ましいベアリング設計はまた、ガス環境の外側に配置されたコイルをも有するアクティブ磁気スラストベアリング124を包含する。
Magnetic Bearing Another preferred embodiment of the present invention is made of a magnetic bearing that supports a fan structure as shown in FIG. In this embodiment, the shaft 130 supporting the fan blade structure 146 is in turn supported by an active magnetic bearing system and driven by a brushless DC motor 130, where the rotor 129 of the motor and the rotor 128 of at least two bearings are lasers. Sealed within the gas environment of the cavity, the motor starter 140 and the coil 126 of the magnetic bearing magnet are located outside the gas environment. This preferred bearing design also includes an active magnetic thrust bearing 124 that also has a coil located outside the gas environment.

エアロダイナミック・アノード支持バー
図3に示したように、ブロワー10からの従来技術のガスフローは、アノード支持バー44によって電極6Aと6Bとの間に流れるように付勢される。しかしながら、出願人は、図3に示したような支持バー44の従来技術の設計が、チャンバの振動の結果ブロワベアリングに移動して、ブロワに実質的なエアロダイナミック反力を生じさせることを発見した。出願人は、これらの振動力がブロワベアリングの摩擦の原因であり、不定期のベアリング故障の可能性があることを推察した。出願人は他の設計をテストし、幾つかを図12A乃至12Eに示し、その全てのものが長時間にわたって分配することによってエアロダイナミック反力を減少させ、反力は支持バー44の端の近くでブレードが通る各時間を生じさせる。出願人の好ましいアノード支持バー設計のうちの一つを図6Aに84Aで示す。この設計は、アノード温度節約を最小にする実質的により大きな質量を有する。アノード及びアノード支持バーの総量は約3.4kgである。また、この設計は、アノードに追加の冷却を提供するフィン84Bを包含する。出願人のテストは、音響バッフル及びエアロダイナミックアノード支持バーの両方が、ガスフローが制限されるようにガスフローを僅かに減少させ、これらの2つの改良の利用はトレードオフの解析を含む。これらの理由に関する2つの改良は、図6Aに示すが、図6にはない。
Aerodynamic Anode Support Bar As shown in FIG. 3, prior art gas flow from the blower 10 is biased to flow between the electrodes 6A and 6B by the anode support bar 44. However, Applicants have discovered that the prior art design of the support bar 44 as shown in FIG. 3 moves to the blower bearing as a result of chamber vibration, creating a substantial aerodynamic reaction force on the blower. did. Applicants have speculated that these vibrational forces are responsible for blower bearing friction and can lead to occasional bearing failures. Applicants have tested other designs, some shown in FIGS. 12A-12E, all of which reduce the aerodynamic reaction force by distributing over time, the reaction force being near the end of the support bar 44 Each time the blade passes through. One of Applicants' preferred anode support bar designs is shown at 84A in FIG. 6A. This design has a substantially larger mass that minimizes anode temperature savings. The total amount of anode and anode support bar is about 3.4 kg. This design also includes fins 84B that provide additional cooling to the anode. Applicants' tests have shown that both the acoustic baffle and the aerodynamic anode support bar slightly reduce the gas flow so that the gas flow is limited, and the use of these two improvements involves a trade-off analysis. Two improvements on these reasons are shown in FIG. 6A but not in FIG.

パルスパワーシステム
4つのパルスパワーモジュールの機能的記載
好ましいパルスパワーシステムが、図8A及び8Bに示したような4つの別々のモジュールに製造され、各々がエキシマレーザシステムの重要なパーツとなり、各々はパーツ故障又は通常予防メンテナンスプログラムの間の発生の際に迅速に置換することができる。これらのモジュールは出願人によって設計された、高電圧電源モジュール20、整流子モジュール40、圧縮ヘッドモジュール60、及び、レーザチャンバモジュール80である。
Pulse power system
Functional Description of Four Pulse Power Modules A preferred pulse power system is manufactured in four separate modules as shown in FIGS. 8A and 8B, each being an important part of an excimer laser system, each of which is a part failure or normal It can be quickly replaced upon occurrence during a preventive maintenance program. These modules are a high voltage power supply module 20, a commutator module 40, a compression head module 60, and a laser chamber module 80 designed by the applicant.

高電圧電源モジュール
高電圧電源モジュール20は、ソース10から300ボルトDCに208ボルト3相プラントパワーを変換するために300ボルト整流器22を包含する。インバータ24は、100kHz乃至200kHzの範囲で、整流器22の出力を高周波数300ボルトパルスに変換する。周波数及びインバータ24の周期は、システムの究極的な出力パルスエネルギのコース規則を提供するために、HV電源制御ボード21によって制御される。インバータ24の出力は、ステップアップトランス26において約1200ボルトまでステップされる。トランス26の出力は、標準的なブリッジ整流器回路30及びフィルタキャパシタ32を有する整流器28によって1200ボルトDCに変換される。回路30からのDC電気的エネルギは、図8Aに示したようにインバータ24のオペレーションを制御するHV電源制御ボード21によって指示されるように整流子モジュール40においてキャパシタ42をチャージする8.1μFC0をチャージする。HV電源制御ボード21内のセットポイントは、レーザシステム制御ボード100によって設定される。
High Voltage Power Supply Module The high voltage power supply module 20 includes a 300 volt rectifier 22 to convert 208 volt three phase plant power from the source 10 to 300 volt DC. The inverter 24 converts the output of the rectifier 22 into a high frequency 300 volt pulse in the range of 100 kHz to 200 kHz. The frequency and period of the inverter 24 are controlled by the HV power control board 21 to provide the ultimate output pulse energy course rule of the system. The output of inverter 24 is stepped up to about 1200 volts in step-up transformer 26. The output of the transformer 26 is converted to 1200 volts DC by a rectifier 28 having a standard bridge rectifier circuit 30 and a filter capacitor 32. The DC electrical energy from the circuit 30 causes 8.1 μFC 0 to charge the capacitor 42 in the commutator module 40 as indicated by the HV power control board 21 that controls the operation of the inverter 24 as shown in FIG. 8A. Charge. The set point in the HV power supply control board 21 is set by the laser system control board 100.

読者は、図8Aに示したようなこの実施形態において、レーザシステムに関するパルスエネルギ制御が電源モジュール20によって提供されることに注意すべきである。整流子40及び圧縮ヘッド60における電気回路は、2000回/秒のレートで電気的パルスを形成し、パルス電圧を増幅し、パルスの間の時間で圧縮させるために電源モジュール20によってチャージキャパシタ42にストアされた電気的エネルギを利用するために単に役に立つ。この制御の例として、図8Aは、制御ボード100におけるプロセッサ102が、充電サイクル中、固体物理スイッチ46によって下流回路から絶縁される充電キャパシタ42に正確に700ボルト提供するための電源を制御することを示す。スイッチ46のクロージャーの近くにある整流子40及び圧縮ヘッド60における電気回路は、制御ボード100におけるプロセッサ102によって決定される必要がある正確なエネルギで次のレーザパルスを提供するために必要な電極83及び84にわたって、キャパシタ42にストアされた電気的エネルギを正確な電気的放電パルスに非常に迅速に且つ自動的に変換する。   The reader should note that in this embodiment as shown in FIG. 8A, pulse energy control for the laser system is provided by the power supply module 20. The electrical circuit in the commutator 40 and compression head 60 forms electrical pulses at a rate of 2000 times / second, amplifies the pulse voltage, and compresses the charge capacitor 42 by the power supply module 20 in the time between pulses. It is simply useful for using stored electrical energy. As an example of this control, FIG. 8A shows that the processor 102 in the control board 100 controls the power supply to provide exactly 700 volts to the charging capacitor 42 that is isolated from downstream circuitry by the solid state physical switch 46 during the charging cycle. Indicates. The electrical circuits in the commutator 40 and compression head 60 near the closure of the switch 46 are required to provide the next laser pulse with the exact energy that needs to be determined by the processor 102 in the control board 100. And 84, very quickly and automatically converts the electrical energy stored in capacitor 42 into an accurate electrical discharge pulse.

整流子モジュール
整流子モジュール40は、C0チャージキャパシタ42を有し、この実施形態では、8.1μFの総容量を提供するために並列に接続されたキャパシタのバンクである。電圧分割器44は、電気的パルスに形成され、整流子40及び圧縮ヘッド60に圧縮され及び増幅されたとき、ピークキャパシタ82と、電極83及び84に所望の放電電圧を作り出す電圧(「制御電圧」と呼ぶ)にキャパシタ42のチャージを制限するように制御ボード21によって使用されるHV電源制御ボード21に対してフィードバック電圧信号を提供する。
Commutator Module The commutator module 40 has a C 0 charge capacitor 42, which in this embodiment is a bank of capacitors connected in parallel to provide a total capacitance of 8.1 μF. The voltage divider 44 is formed into an electrical pulse that, when compressed and amplified by the commutator 40 and compression head 60, produces a voltage (“control voltage”) that produces the desired discharge voltage at the peak capacitor 82 and electrodes 83 and 84. The feedback voltage signal is provided to the HV power supply control board 21 used by the control board 21 to limit the charge of the capacitor 42.

(2000Hzパルス/秒のパルス周波数で約3ジュール及び16,000ボルトのレンジで電気的パルスを提供するように設計された)この実施形態では、(図8F1に示したような)約250マイクロ秒が、800ボルトまで充電キャパシタ42をチャージするために電源20に関して要求される。それ故、整流子制御ボード41からの信号が、充電キャパシタC0にストアされた3ジュールの電気エネルギを16,000ボルトに変換する非常に早いステップを示す固体物理スイッチ44を閉じるとき、所望の電圧で十分に充電され、安定する。この実施形態に関して、固体物理スイッチ46は、IGBTスイッチであるけれども、SCRs、GTOs、MCTs等のような他のスイッチ技術も使用可能である。600nHチャージインダクタ48は、スイッチ46がC0充電キャパシタ42を放電するように閉じている間、スイッチ46を介して電流を一時的に制限するように固体物理スイッチ46と直列である。 In this embodiment (designed to provide electrical pulses in the range of about 3 joules and 16,000 volts at a pulse frequency of 2000 Hz pulses / second), about 250 microseconds (as shown in FIG. 8F1). Is required with respect to the power supply 20 to charge the charging capacitor 42 to 800 volts. Therefore, when the signal from the commutator control board 41 closes the solid state physical switch 44 showing a very early step of converting 3 joules of electrical energy stored in the charging capacitor C 0 to 16,000 volts, the desired It is fully charged and stable with voltage. For this embodiment, the solid state physical switch 46 is an IGBT switch, but other switch technologies such as SCRs, GTOs, MCTs, etc. can also be used. The 600 nH charge inductor 48 is in series with the solid state physical switch 46 to temporarily limit the current through the switch 46 while the switch 46 is closed to discharge the C 0 charging capacitor 42.

パルス生成ステージ
高電圧パルスパワー生成の第1ステージは、パルス生成ステージ50である。パルスを生成するために、充電キャパシタ42のチャージは、IGBTスイッチ46を閉じることによって図8F2に示すように約5μ秒の時点でC18.5μFキャパシタ52にスイッチされる。
Pulse Generation Stage The first stage of high voltage pulse power generation is a pulse generation stage 50. To generate the pulse, the charge on the charging capacitor 42 is switched to the C 1 8.5 μF capacitor 52 at approximately 5 μs as shown in FIG. 8F2 by closing the IGBT switch 46.

圧縮の第1ステージ
可飽和インダクタ54は、キャパシタ52にストアされた電圧を初期状態としてオフに保持し、次いで、圧縮61の第1のステージに関して、図8F3に示したように、約550nsの間の遷移時間で、1:23ステップアップパルストランス56を介してキャパシタ52からCp-1キャパシタ62までチャージの移動をすることができる飽和状態になる。
First Stage of Compression Saturable inductor 54 initially holds the voltage stored in capacitor 52 off and then for a first stage of compression 61 for about 550 ns, as shown in FIG. In the transition time, the charge state can be transferred from the capacitor 52 to the C p-1 capacitor 62 through the 1:23 step-up pulse transformer 56.

パルストランス56の設計を以下に示す。パルストランスは、700ボルト17,500アンペア550nsパルスレートを16,100ボルト760アンペア55nsパルスに非常に効果的に遷移し、圧縮ヘッドモジュール60においてCp-1キャパシタバンク62に非常に一時的にストアされる。 The design of the pulse transformer 56 is shown below. The pulse transformer makes a very effective transition from a 700 volt 17,500 ampere 550 ns pulse rate to a 16,100 volt 760 ampere 55 ns pulse and stores it very temporarily in the C p-1 capacitor bank 62 in the compression head module 60. Is done.

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。
圧縮の第2ステージ
(約125nH可飽和インダクタンスを備える)Lp-1可飽和インダクタ64は、おおよそ550nsの間、16.5nFCp-1キャパシタバンク62に電圧をオフに保持し、次いで、レーザチャンバ80の頂部に配置された16.5nFCpピークキャパシタ82で(約100ns)Cp-1にチャージを流すことができ、電極83及び84、及び、プレイオン化装置56Aと並列に電気的に接続される。Cpピークキャパシタ82をチャージするための550ns長パルスの100ns長パルスへのこの変換により、図8Aの65に示したような圧縮の第2及び最後のステージを作ることができる。
Compression head module The compression head module 60 further compresses the pulses.
Second stage of compression (with approximately 125 nH saturable inductance) L p-1 saturable inductor 64 holds the voltage off to 16.5 nFC p-1 capacitor bank 62 for approximately 550 ns, and then the laser chamber 16.5 nFC p peak capacitor 82 placed at the top of 80 (about 100 ns) allows charge to flow through C p-1 and is electrically connected in parallel with electrodes 83 and 84 and play-on device 56A. The This conversion of a 550 ns long pulse to a 100 ns long pulse to charge the C p peak capacitor 82 can create the second and final stages of compression as shown at 65 in FIG. 8A.

レーザチャンバモジュール
約100ns後、チャージは、レーザチャンバモジュール80の一部として頂部に取り付けられたピークキャパシタ82に流れはじめ、ピークキャパシタ82の電圧は、約14,000ボルトに達し、電極間で放電をはじめる。最後の約50nsの放電の間、エキシマレーザの光学的共鳴チャンバ内でレイジングが生じる。光学共鳴チャンバは、図8Aの86として示された2つのプリズム波長セレクタ及びR−maxミラーと一緒に、出力カプラ88によってこの例では包含されるライン選択パッケージ86によって構成される。このレーザパルスは、狭帯域であり、20乃至50ns、約10mJの157nmパルス、2000パルス/秒までの繰り返し数である。パルスはレーザビーム90を構成し、ビームのパルスは、図8Aに全て示したようなフォトダイオード92によってモニタされる。
Laser chamber module After about 100 ns, the charge begins to flow to the peak capacitor 82 attached to the top as part of the laser chamber module 80, and the voltage of the peak capacitor 82 reaches about 14,000 volts, causing a discharge between the electrodes. Start. During the last approximately 50 ns discharge, lasing occurs in the optical resonance chamber of the excimer laser. The optical resonance chamber is configured by a line selection package 86 that is included in this example by an output coupler 88, along with two prism wavelength selectors and R-max mirrors shown as 86 in FIG. 8A. This laser pulse has a narrow band and a repetition rate of 20 to 50 ns, a pulse of 157 nm of about 10 mJ, and 2000 pulses / second. The pulses constitute a laser beam 90, and the pulses of the beam are monitored by a photodiode 92 as shown all in FIG. 8A.

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、制御ボード100のプロセッサ102に転送され、プロセッサは、このエネルギ信号と、次の及び/又は更なるパルスに関するコマンド電圧を設定するために(パルスエネルギ制御アルゴリズムと名付けられた後の項で議論するような)好ましくは他の歴史的なパルスエネルギデータとを使用する。好ましい実施形態では、レーザは(約0.1秒のデッドタイムで区切られ2000Hzで100パルス0.5秒バーストするような)一連の短いバーストで作動し、制御ボード100のプロセッサ102は、パルス間のエネルギ変化を最小にするように、また、バースト間のエネルギ変化を最小にするように次のパルスに関して制御電圧を選択するために他の歴史的パルスプロファイルデータと一緒にバーストにおける全ての前のパルスのエネルギ信号と一緒に最も近いパルスエネルギ信号を使用する特定のアルゴリズムでプログラムされる。この計算は、約35μsの間、このアルゴリズムを使用して制御ボード100のプロセッサ102によって実行される。レーザパルスは、図8F3に示されたIGBTスイッチ46のT0発火に続く約5μS生じ、約20μsはレーザパルスエネルギデータを修正するために要求される。(スイッチ46の発火の開始をT0と呼ぶ。)従って、新しい制御電圧値はかくして、(2000Hzで発火期間が500μsである)前のパルスに関してIGBTスイッチ46の発火の後、約70ミリ秒(図8F1に示したように)準備される。エネルギ制御アルゴリズムの特徴を以下に記載し、米国特許出願第09/034,870号により詳細が記載されており、ここにリファンレンスとして組み入れる。
Pulse Energy Control The signal from the photodiode 92 is forwarded to the processor 102 of the control board 100, which sets the energy signal and command voltage for the next and / or further pulses (pulse energy control). Preferably other historical pulse energy data (as discussed in a later section named Algorithm) is used. In a preferred embodiment, the laser operates in a series of short bursts (such as a burst of 100 pulses 0.5 seconds at 2000 Hz separated by a dead time of about 0.1 second), and the processor 102 of the control board 100 can All previous pulses in the burst along with other historical pulse profile data to select the control voltage for the next pulse so as to minimize the energy change of the It is programmed with a specific algorithm that uses the closest pulse energy signal together with the pulse energy signal. This calculation is performed by the processor 102 of the control board 100 using this algorithm for approximately 35 μs. The laser pulse occurs about 5 μS following the T 0 firing of the IGBT switch 46 shown in FIG. 8F3, and about 20 μs is required to correct the laser pulse energy data. (The start of firing of switch 46 is referred to as T 0. ) Thus, the new control voltage value is thus approximately 70 milliseconds after firing of IGBT switch 46 with respect to the previous pulse (2000 Hz firing period is 500 μs). Prepared (as shown in FIG. 8F1). Features of the energy control algorithm are described below and are described in more detail in US patent application Ser. No. 09 / 034,870, which is incorporated herein by reference.

エネルギ回収(Recovery)
この好ましい実施形態は、前のパルスからのチャージキャパシタ42への過剰なエネルギを回収する電気回路を提供する。この回路は不用なエネルギを実質的に減少させ、レーザチャンバ80にリンギング後、事実上除去する。
Energy recovery (Recovery)
This preferred embodiment provides an electrical circuit that recovers excess energy to the charge capacitor 42 from the previous pulse. This circuit substantially reduces unwanted energy and virtually eliminates it after ringing into the laser chamber 80.

エネルギ回収回路57は、エネルギ回収インダク58及びエネルギ回収ダイオード59を包含し、図8Bに示したようにC0チャージキャパシタ42にわたって直列に接続される。パルスパワーシステムのインピーダンスがチャンバのそれに精密に適合せず、チャンバインピーダンスがパルス放電中に種々のオーダーで変化するので、否定的な挙動「反射」は、チャンバからパルス生成システムのフロントエンドの方に戻るように広がるメインパルスから生成される。過剰エネルギが、圧縮ヘッド60及び整流子40を介して戻るように広げられた後、スイッチ46は、コントローラによってトリガ信号の除去のために開けられる。エネルギ回収回路57は、ダイオード59によってインダクタ58における電流の反転に対して固定されるような(L−C回路のリンギングの半分の回路がジャージキャパシタ42及びエネルギ回収インダクタ58から作られる)共鳴フリーホイーリングを介してチャージキャパシタ42に負電圧を生成する複数の反射を反転させる。得られる結果は、チャンバ80から反射された実質的に全てのエネルギが、各パルスから回収され、次のパルスに関して利用されうるように準備された正チャージとしてチャージキャパシタ42にストアされることである。図8F1、2及び3は、キャパシタC0,C1,Cp-1及びCpのチャージを示すタイムラインチャートである。チャートはC0のエネルギ回収のプロセスを示す。 The energy recovery circuit 57 includes an energy recovery inductor 58 and an energy recovery diode 59 and is connected in series across the C 0 charge capacitor 42 as shown in FIG. 8B. Since the impedance of the pulse power system does not precisely match that of the chamber and the chamber impedance varies in various orders during the pulse discharge, negative behavior "reflection" is from the chamber towards the front end of the pulse generation system. It is generated from the main pulse that spreads back. After excess energy is spread back through the compression head 60 and commutator 40, the switch 46 is opened by the controller for removal of the trigger signal. The energy recovery circuit 57 is resonant freewheeling (half of the ringing of the L-C circuit is made from the jersey capacitor 42 and the energy recovery inductor 58) as fixed against the reversal of current in the inductor 58 by the diode 59. A plurality of reflections that generate a negative voltage on the charge capacitor 42 are inverted through the ring. The result obtained is that substantially all of the energy reflected from the chamber 80 is recovered from each pulse and stored in the charge capacitor 42 as a positive charge ready to be utilized for the next pulse. . 8F1, 2 and 3 are timeline charts showing the charge of the capacitors C 0 , C 1 , C p-1 and C p . Chart shows the process of energy recovery of C 0.

磁気スイッチバイアス
可飽和インダクタで使用される磁気材料の完全なB−H曲線スイングを完全に利用するために、DCバイアス電流は、各インダクタがその時逆に飽和しているならば、パルスがスイッチ46を閉じることによって初期化される。
Magnetic Switch Bias To fully take advantage of the full BH curve swing of the magnetic material used in the saturable inductor, the DC bias current is set so that if each inductor is then saturated in reverse, the pulse is switched to switch 46. It is initialized by closing.

整流子可飽和インダクタ48及び54の場合では、これは、インダクタを介して(通常のパルス電流フローの方向と比較して)後ろの方におおよそ15Aのバイアス電流フローを提供することによって達成される。このバイアス電流は、絶縁インダクタLB1を介してバイアス電流ソース120によって提供される。実際の電流フローは、整流子の接地を介して、パルストランスの1次巻線を介して、可飽和インダクタ54を介して、可飽和インダクタ48を介して、矢印B1によって示されたようなバイアス電流ソース120に戻るように絶縁インダクタLB1を介して電源から移動する。   In the case of commutator saturable inductors 48 and 54, this is achieved by providing a bias current flow of approximately 15A back through the inductor (compared to the normal pulse current flow direction). . This bias current is provided by the bias current source 120 via the insulated inductor LB1. The actual current flow is biased as indicated by arrow B1 through the commutator ground, through the primary winding of the pulse transformer, through the saturable inductor 54, and through the saturable inductor 48. Moving from the power source through the insulated inductor LB1 back to the current source 120.

圧縮ヘッド可飽和インダクタの場合では、おおよそ5Aのバイアス電流B2が、絶縁インダクタLB2を介して第2のバイアス電流ソース126から提供される。圧縮ヘッドで、電流は分裂し、大多数のB2−1は可飽和インダクタLp−1 64を介して進み、第2のバイアス電流ソース126に戻るように絶縁インダクタLB3を介して戻る。電流B2−2のより少ない部分は、圧縮ヘッド60及び整流子40と接続するHVケーブルを介し、グランドに対するパルストランス2次巻線を介し、第2のバイアス電流ソース126に戻るようにバイアス抵抗を介して、戻るように移動する。この第2の小さな電流は、パルストランスをバイアスするのに使用され、それはまたパルスオペレーションに関してリセットされる。それそれ二股に分裂する電流の量は、各パスにおける抵抗によって決定され、各パスがバイアス電流の正しい量を受けるように故意に調整される。   In the case of a compression head saturable inductor, a bias current B2 of approximately 5A is provided from the second bias current source 126 via the isolated inductor LB2. At the compression head, the current splits and the majority of B2-1 travels through the saturable inductor Lp-1 64 and back through the isolation inductor LB3 back to the second bias current source 126. A smaller part of the current B2-2 is a bias resistor that returns to the second bias current source 126 via the HV cable connected to the compression head 60 and the commutator 40, via the pulse transformer secondary winding to ground. To move back through. This second small current is used to bias the pulse transformer, which is also reset for pulse operation. The amount of current that splits in half is determined by the resistance in each path and is deliberately adjusted so that each path receives the correct amount of bias current.

電流の方向
この実施形態では、我々は、システムを介して標準の3相電源10から電極、及び「順方向」として電極84を超えてグランドにパルスエネルギを流し、この方向を順方向とする。我々が、順方向伝導である可飽和インダクタのような電気的コンポーネントに言及するとき、我々は、それが電極に向かう方向で「パルスエネルギ」を導くように飽和するようにバイアスすることを意味する。それが逆方向伝導であるとき、チャージキャパシタに向かって電極から離れる方向でエネルギを導くように飽和するようにバイアスされる。システムを介する電流(又は電子の流れ)の実際の方向は、あなたがシステムの何処にいるかに依存する。混乱の原因の可能性としてこれを除去するためにいま電流の方向を説明する。
Direction of Current In this embodiment, we pass pulse energy from the standard three-phase power supply 10 through the system to the electrode and, as the “forward direction”, across the electrode 84 to ground, this direction being the forward direction. When we refer to an electrical component such as a saturable inductor that is forward conducting, we mean that it is biased to saturate to guide "pulse energy" in the direction towards the electrode . When it is reverse conducting, it is biased to saturate to direct energy away from the electrode towards the charge capacitor. The actual direction of current (or electron flow) through the system depends on where you are in the system. In order to eliminate this as a possible cause of confusion, the current direction will now be described.

図8A及び8Bを参照すると、この好ましい実施形態では、C0キャパシタ42は、(例えば)+700ボルトにチャージされ、スイッチ46が閉じたとき、電流はC1キャパシタ52に向かう方向でインダクタ48を介してキャパシタ42から流れる(電子は実際は反対の方向に流れることを意味している)。同様に、電流はグランドに向かってパルストランス56の1次側を介してC1キャパシタ52から流れる。従って、電流及びパルスエネルギの方向は、チャージキャパシタ42からパルストランス56まで同じである。「パルストランス」と題した後の項目で説明するように、パルストランス56の1次ループと2次ループの両方における電流はグランドに向かう。結果として、(放電の(典型的には約80%)の主な部分を表す)放電の最初の部分の間、パルストランス56と電極との間の電流はトランス56に向かう電極から離れるような方向である。それ故、主な放電の間、電子の流れの方向は、グランドから、インダクタ64を介して一時的にCp-1キャパシタ62に、一時的にCpキャパシタ82に2次パルストランス56を介し、インダクタ81を介し、放電プラズマを介して(放電カソードと呼ばれる)電極84を介し、電極83を介し、グランドに戻るような方向である。従って、主な放電中、パルストランス56と電極84及び83の間で、電子はパルスエネルギと同じ方向に流れる。放電の主な部分をすぐに流し、電流及び電子の流れは反転し、逆の電子の流れは、接地された電極84を介して、電極83に対して電極間の放電空間を介して、トランス56からグランドまで回路を介して戻るように、グランドから流れる。トランス56を介して逆の電子の流れの経路は、図8F2に質的に示したような最終的に負のC0にチャージするように(メインパルスの電流と同じ方向で)パルストランス56の「1次」側を介してグランドからの電子の流れを伴うトランス56の「1次」ループにおける電流を作り出す。C0の負のチャージは、上述の「エネルギ回収」と名付けた項目で説明したように、図8F2に示したように反転する。 Referring to FIGS. 8A and 8B, in this preferred embodiment, C 0 capacitor 42 is charged to (for example) +700 volts, and when switch 46 is closed, current is directed through inductor 48 in a direction toward C 1 capacitor 52. From the capacitor 42 (which means that electrons actually flow in the opposite direction). Similarly, current flows from the C 1 capacitor 52 through the primary side of the pulse transformer 56 toward ground. Therefore, the directions of current and pulse energy are the same from the charge capacitor 42 to the pulse transformer 56. As will be described in the item after “Pulse Transformer”, the current in both the primary and secondary loops of the pulse transformer 56 goes to ground. As a result, during the first part of the discharge (representing the main part of the discharge (typically about 80%)), the current between the pulse transformer 56 and the electrode is away from the electrode towards the transformer 56. Direction. Therefore, during the main discharge, the direction of electron flow is from ground to the Cp-1 capacitor 62 temporarily via the inductor 64 and temporarily to the Cp capacitor 82 via the secondary pulse transformer 56. The direction is such that it returns to ground via 81, via electrode 84 (referred to as discharge cathode), via electrode 83, and via electrode 83. Therefore, during the main discharge, electrons flow in the same direction as the pulse energy between the pulse transformer 56 and the electrodes 84 and 83. The main part of the discharge flows immediately, the current and the electron flow are reversed, and the reverse electron flow passes through the grounded electrode 84 to the electrode 83 via the discharge space between the electrodes. The current flows from the ground so as to return from 56 to the ground through the circuit. The path of reverse electron flow through the transformer 56 is such that the pulse transformer 56 will eventually charge (in the same direction as the current of the main pulse) to negatively charge C 0 as qualitatively shown in FIG. 8F2. It creates a current in the “primary” loop of transformer 56 with the flow of electrons from ground through the “primary” side. The negative charge of C 0 is reversed as shown in FIG. 8F2 as described in the item named “energy recovery” above.

パルスパワーコンポーネントの詳細な説明
電源
好ましい実施形態の電源部分の更に詳細な回路図を図8Cに示す。図8Cに示したように、整流器22は、150ボルト乃至−150ボルトDC出力のパルスを備える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。インバータ24B及び24Cは、8.1μFC0チャージキャパシタ42の電圧がコマンド電圧より低い50ボルトのとき、ターンオフされ、インバータ24Aは、C042の電圧がコマンド電圧を僅かに超えるとき、ターンオフされる。このプロシージャは、チャージの終わり付近のチャージレートを減少させる。セットアップトランス26A,26B及び26Cは、7kwで各々作動し、電圧を1200ボルトACに変換する。
Detailed description of pulse power components
Power Supply A more detailed circuit diagram of the power supply portion of the preferred embodiment is shown in FIG. 8C. As shown in FIG. 8C, the rectifier 22 is a 6-pulse phase controlled rectifier with pulses from 150 volts to -150 volts DC output. The inverter 24 is actually three inverters 24A, 24B and 24C. Inverters 24B and 24C are turned off when the voltage on the 8.1 μFC 0 charge capacitor 42 is 50 volts below the command voltage, and inverter 24A is turned off when the voltage on C 0 42 slightly exceeds the command voltage. This procedure reduces the charge rate near the end of the charge. Setup transformers 26A, 26B and 26C each operate at 7 kw and convert the voltage to 1200 volts AC.

3つのブリッジ整流器回路30A,30B及び30Cを示す。HV電源制御ボード21は、12ビットディ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からのフィードバック信号45と比較する。フィードバック電圧がコマンド電圧を超えるとき、インバータ24Aを上述のようにターンオフし、電源内にストアされたエネルギを消失させるためにQ2スイッチ34を閉じ、電源に更なるエネルギが残らないようにQ3絶縁スイッチ36を開け、C0の電圧がコマンド電圧と等しくなるまでC042の電圧を絞るように落とすようにQ1ブリードスイッチ38を閉じる。その時、Q1を開ける。 Three bridge rectifier circuits 30A, 30B and 30C are shown. The HV power supply control board 21 converts the 12-bit digital command into an analog signal and compares it with the feedback signal 45 from the C 0 voltage monitor 44. When the feedback voltage exceeds the command voltage, the inverter 24A is turned off as described above, the Q2 switch 34 is closed to dissipate the energy stored in the power supply, and no further energy remains in the power supply. opened 36, the voltage of C 0 closes Q1 bleed switch 38 to drop to narrow the voltage of C042 to equal the command voltage. At that time, Q1 is opened.

整流子及び圧縮ヘッド
整流子40及び圧縮ヘッド60の主なコンポーネントを図8A及び8Bに示し、システムのオペレーションに関して上で議論した。この項では、我々は整流子の製造の詳細について記載する。
Commutator and Compression Head The major components of commutator 40 and compression head 60 are shown in FIGS. 8A and 8B and discussed above with respect to system operation. In this section, we will describe the details of commutator manufacturing.

固体物理スイッチ
この好ましい実施形態では、固体物理スイッチ46は、ペンシルベニア州YoungwoodのオフィスのPowerex,Inc.によって提供されるP/N CM 1000 HA-28H IGBTスイッチである。
Solid State Physical Switch In this preferred embodiment, the solid state physical switch 46 is manufactured by Powerex, Inc., an office in Youngwood, PA. P / N CM 1000 HA-28H IGBT switch provided by.

インダクタ
インダクタ48,54及び64は、米国特許第5,448,580号及び第5,315,611号に記載されたものと同様な可飽和インダクタである。好ましい可飽和インダクタの設計の平面図及び断面図を図8G1及び8G2にそれぞれ示す。この実施形態のインダクタでは、301,302,303及び304のような金属片を除外するフラックスを、インダクタにおける漏れフラックスを低減させるために図8G2に示すように加える。このインダクタに対する電流の入力は、キャパシタ62にも接続されたバスに対して305でのスクリュー接続である。電流は、垂直な導体を介して4.5ループをなす。位置305から、電流は、1Aと名付けた中央の大きな直径の導体を下がって進み、1Bと名付けた周囲の6つの小さな導体を上がり、2Aを下がり、2Bを上がり、全てのフラックス除外要素を下がり、3Bを上がり、3Aを下がり、4Bを上がり、4Aを下がり、電流は位置306に出る。ハウジング64Aのようなポットは、高電圧電流リードとして役立つ。可飽和コンダクタの「ふた(lid)」64Bはテフロン(登録商標)のような電気的に絶縁材料を包含する。従来技術のパルスパワーシステムでは、オイル絶縁電気的コンポーネントからのオイル漏れが問題であった。この好ましい実施形態では、オイル絶縁コンポーネントは、可飽和インダクタに対して制限され、オイルは、上述したような高電圧接続出力リードである金属ハウジング64Aを包含するポット状のオイルに包含される。全てのシール接続は、オイル漏れの可能性を実質的に除去するためにオイルレベルの上に配置される。例えば、インダクタ64における最低のシールを図8G2の308に示す。フラックス除去金属コンポーネントがインダクタを介して電流パスの中央にあるので、電圧は、フラックス除去金属パーツと他のターンの金属ロッドとの間の空間を安全にオフに保持する際に下げることができる。フィン370は、熱除去を増加させるために提供される。
Inductors Inductors 48, 54 and 64 are saturable inductors similar to those described in US Pat. Nos. 5,448,580 and 5,315,611. A plan view and a cross-sectional view of a preferred saturable inductor design are shown in FIGS. 8G1 and 8G2, respectively. In the inductor of this embodiment, a flux that excludes metal pieces such as 301, 302, 303, and 304 is added as shown in FIG. 8G2 to reduce leakage flux in the inductor. The input of current to this inductor is a screw connection at 305 to the bus that is also connected to capacitor 62. The current makes a 4.5 loop through the vertical conductor. From position 305, the current travels down a central large diameter conductor named 1A, going up 6 surrounding small conductors named 1B, going down 2A, going up 2B, going down all flux exclusion elements Go up 3B, go down 3A, go up 4B, go down 4A, the current goes to location 306. A pot such as housing 64A serves as a high voltage current lead. The saturable conductor “lid” 64B includes an electrically insulating material such as Teflon. In prior art pulse power systems, oil leakage from oil-insulated electrical components has been a problem. In this preferred embodiment, the oil insulation component is limited to a saturable inductor and the oil is contained in a pot-like oil that includes a metal housing 64A that is a high voltage connection output lead as described above. All seal connections are placed above the oil level to substantially eliminate the possibility of oil leakage. For example, the lowest seal in inductor 64 is shown at 308 in FIG. 8G2. Since the flux removal metal component is in the middle of the current path through the inductor, the voltage can be lowered in keeping the space between the flux removal metal part and the metal rod of the other turn safely off. Fins 370 are provided to increase heat removal.

キャパシタ
キャパシタバンク42,52及び62は、市場で入手可能な在庫がある並列に接続されたキャパシタのバンクを全て包含する。これらのキャパシタは、ジョージア州SmyrnaにオフィスがあるMurataのようなサプライヤから入手可能である。キャパシタ及びインダクタを接続する出願人の好ましい方法は、へ異国特許第5,448,580号に記載されたのと同様な仕方で厚手のニッケル被覆された銅リードを有する特定のプリント回路基板の正及び負のターミナルに対してそれらをはんだ又はボルトでとめることである。
Capacitors Capacitor banks 42, 52 and 62 include all banks of capacitors connected in parallel that are available on the market. These capacitors are available from suppliers such as Murata with offices in Smyrna, Georgia. Applicants' preferred method of connecting capacitors and inductors is the positive and negative terminals of certain printed circuit boards having thick nickel-coated copper leads in a manner similar to that described in US Pat. No. 5,448,580. Against them with solder or bolts.

パルストランス
パルストランス56はまた、米国特許第5,448,580号及び第5,313,481号に記載されたパルストランスと同様であるが、この実施形態のパルストランスは、2次巻線及び23の別々の1次巻線の内側に一回まわるだけである。パルストランス56の図面を図8Dに示す。23の1次巻線の各々は、図8Dの底端に沿って示したように、プリント回路基板56Bの正及び負のターミナルにボルトで取り付けられた(各々がねじ山がつけられたボルト穴を備えるフラット端を備える)2つのフランジを有するアルミニウムスプール56Aを有する。絶縁体56Cは、隣接するスプールの負のターミナルから各スプールの正のターミナルを分離する。スプールのフランジの間は、約1/32インチの壁厚を備え、外径0.875長さ1 1/16の中空シリンダである。スプールは、絶縁されたMetglas(商標)ラッピングの外径が2.24インチになるまで、1インチ幅の0.7ミル厚のMetglas(商標)2605S3A及び0.1ミル厚のマイラーフィルムで包まれる。一つの1次巻線を形成する単一包囲スプールの斜視図を図8Eに示す。
Pulse Transformer The pulse transformer 56 is also similar to the pulse transformer described in US Pat. Nos. 5,448,580 and 5,313,481, except that the pulse transformer of this embodiment comprises a secondary winding and 23 separate primary windings. It only turns once inside. A drawing of the pulse transformer 56 is shown in FIG. 8D. Each of the 23 primary windings is bolted to the positive and negative terminals of the printed circuit board 56B as shown along the bottom edge of FIG. 8D (each with a threaded bolt hole). An aluminum spool 56A having two flanges (with a flat end). Insulator 56C separates the positive terminal of each spool from the negative terminal of the adjacent spool. Between the flanges of the spool is a hollow cylinder with a wall thickness of about 1/32 inch and an outer diameter of 0.875 and a length of 1/16. The spool is wrapped with 0.7 mil thick Metglas 2605S3A 1 inch wide and 0.1 mil thick Mylar film until the outer diameter of the insulated Metglas wrapping is 2.24 inches . A perspective view of a single enclosing spool forming one primary winding is shown in FIG. 8E.

第2のトランスは、電気的ガラスのチューブを絶縁するきつい取り付けに取り付けられた単一のステンレススチールロッドである。巻線は、図8Dに示したような4つの部分である。図8Dの56Dに示したような第2のステンレススチールは、56Eでプリント回路基板56Bのグランドリードに接地され、高電圧ターミナルを56Fとして示す。上述のように、1次巻線の+ターミナルと−ターミナルとの間の700ボルトパルスが、1乃至23ボルトトランスに関して第2の側のターミナル56Fでマイナス16,100ボルトパルスを生成する。この設計は、非常に早い出力立ち上がり時間を許容する非常に低い漏れインダクタンスを提供する。   The second transformer is a single stainless steel rod attached to a tight fitting that insulates the electrical glass tube. The winding is four parts as shown in FIG. 8D. The second stainless steel as shown at 56D in FIG. 8D is grounded at 56E to the ground lead of the printed circuit board 56B, and the high voltage terminal is shown as 56F. As described above, a 700 volt pulse between the + and-terminals of the primary winding produces a minus 16,100 volt pulse at the second side terminal 56F for the 1 to 23 volt transformer. This design provides a very low leakage inductance that allows a very fast output rise time.

レーザチャンバパルスパワーコンポーネント
pキャパシタ82は、レーザチャンバ圧力ベッセルの頂部に取り付けられた28の0.59nfキャパシタのバンクを包含する。電極83及び84はそれぞれ、約0.5乃至1.0インチだけ間隔が隔てられた約28インチ長の固体ブラスバーである。この実施形態では、頂部電極83はカソードであり、底部電極84は、図8Aに示したようにグランドに接続される。
Laser chamber pulse power components C p capacitor 82 includes a bank of 0.59nf capacitor 28 mounted on top of the laser chamber pressure vessel. Electrodes 83 and 84 are each about 28 inches long solid brass bars spaced about 0.5 to 1.0 inches apart. In this embodiment, the top electrode 83 is a cathode and the bottom electrode 84 is connected to ground as shown in FIG. 8A.

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に示した圧縮ヘッド取り付け技術を含む。図8H1は、電極83及び84に関して圧縮ヘッドモジュール60の位置を示すレーザシステムの側面図である。この技術は、圧縮リードチャンバ接続に関するインピーダンスを最小にするように設計され、同時に圧縮ヘッドの迅速な交換を容易にする。図8H1及び8H2に示したように、接地は、図8H1の81A及び図8H2の81Bに示したように圧縮ヘッドの背面に沿っておおよそ28インチ長のスロットタブ接続でなされる。スロットタブの底部は、可撓性フィンガーストック81Cで取り付けられる。好ましいフィンガーストック材料は、Multilam(登録商標)と言う名前で売られている。
Compression Head Mounting This preferred embodiment of the present invention includes the compression head mounting technique shown in FIGS. 8H1 and 8H2. FIG. 8H1 is a side view of the laser system showing the position of the compression head module 60 with respect to the electrodes 83 and 84. This technique is designed to minimize the impedance associated with the compression lead chamber connection, while at the same time facilitating rapid replacement of the compression head. As shown in FIGS. 8H1 and 8H2, grounding is made with a slot tab connection approximately 28 inches long along the back of the compression head as shown at 81A in FIG. 8H1 and 81B in FIG. 8H2. The bottom of the slot tab is attached with flexible finger stock 81C. A preferred fingerstock material is sold under the name Multilam®.

高電圧接続は、可飽和インダクタ64の6インチ直径スムース底部と、図8H1の89での可撓性フィンガーストックのメイトアレイとの間でなされる。上記のように、好ましいフィンガーストック材料はMultilam(登録商標)である。この配置により、修理又は予防メンテナンスのための圧縮ヘッドモジュールの交換を約5分ですることができる。   A high voltage connection is made between the 6 inch diameter smooth bottom of saturable inductor 64 and the mate array of flexible finger stock at 89 in FIG. 8H1. As noted above, the preferred finger stock material is Multilam®. With this arrangement, the compression head module can be replaced in about 5 minutes for repair or preventive maintenance.

ガス制御モジュール
この好ましい実施形態は、フッ素モニタの使用をせずに選択したスイートスポット内にオペレーションをすることができるフッ素制御システムである。この実施形態は、図16に対するリファレンスによって記載されうる。
Gas Control Module This preferred embodiment is a fluorine control system that can operate within a selected sweet spot without the use of a fluorine monitor. This embodiment can be described by reference to FIG.

フッ素欠乏
レーザチャンバ1は約20.3リットルのレーザガスを包含する。上述のように名目上、組成は0.1パーセントフッ素であり、残りは約4気圧の圧力でヘリウムである。0.1パーセントフッ素は、0.0023リットル又は、4気圧での2.3ミルのフッ素の体積を表す。レーザチャンバのフッ素の名目上の質量は、約110mgである。純粋なフッ素の分圧は約411Paであり、純粋フッ素(1%フッ素混合の約41kPaに対応する)。(リソグラフィレーザに関して典型的である)約40%の装荷率でのレーザオペレーションでの通常の作動中、フッ素は約4.5mg/時間の速度で欠乏する(これは1時間あたりのチャンバー内のフッ素の約4%に対応する)。純粋なフッ素の分圧に関して、フッ素のこの通常の欠乏速度は、約16Pa/時間である。1%フッ素ガス混合を使用してこの欠乏を補うために、約1.6kPa/時間と等しい混合の体積をチャンバに追加しなければならない。
Fluorine depletion The laser chamber 1 contains about 20.3 liters of laser gas. As mentioned above, nominally the composition is 0.1 percent fluorine and the remainder is helium at a pressure of about 4 atmospheres. 0.1 percent fluorine represents 0.0023 liter or a volume of 2.3 mil fluorine at 4 atmospheres. The nominal mass of fluorine in the laser chamber is about 110 mg. The partial pressure of pure fluorine is about 411 Pa, pure fluorine (corresponding to about 41 kPa with 1% fluorine mixing). During normal operation in laser operation at a loading rate of about 40% (typical for lithographic lasers), fluorine is depleted at a rate of about 4.5 mg / hour (this is the amount of fluorine in the chamber per hour). Of about 4%). With respect to the partial pressure of pure fluorine, this normal depletion rate of fluorine is about 16 Pa / hour. To compensate for this deficiency using 1% fluorine gas mixing, a volume of mixing equal to about 1.6 kPa / hour must be added to the chamber.

レーザに関するフッ素欠乏速度は、少しも一定ではない。レーザファンが作動しているがレイジングが起こっていないならば、フッ素欠乏速度は、おおよそ半分カットされる。ファンがシャットダウンしているならば、フッ素欠乏速度は、約1/4までカットされ、40%装荷率欠乏速度になる。100%装荷率で、欠乏速度は、40%装荷率欠乏速度の約2倍である。   The fluorine depletion rate for the laser is not at all constant. If the laser fan is operating but no lasing has occurred, the fluorine depletion rate is cut approximately half. If the fan is shut down, the fluorine depletion rate is cut to about 1/4, resulting in a 40% loading rate depletion rate. At 100% loading rate, the depletion rate is about twice the 40% loading rate deficiency rate.

ガス交換
上述のプロセスは基本的には、殆ど連続的に欠乏したフッ素を置換する。フッ素ガスソースはたった1%フッ素であるので、それはまた殆ど連続的にチャンバのHeの一部を置換する。さもなければ、たとえレーザガスの一部が実質的に連続的に置換されたとしても、このモードの作動は、レーザの効率を低減させるレーザガスの汚染物質のビルドアップを生じさせる。効率のこの低減は、所望のパルスエネルギを維持するために、電圧の増加及び/又はフッ素濃度の増加を要求する。この理由から、従来技術のシステムでの通常の実施は、実質的に完全なガス交換をするためにレーザを周期的にシャットダウンすることが提案されていた。この実質的に完全なガス交換は、再補給と呼ぶ。これらの期間は、再補給の間100,000,000パルスのようなレーザパルスの数に基づいて決定され、再補給時間は、最後の再補給又はパルス及びカレンダー時間の組み合わせ以後のカレンダー時間に基づいて決定される。また、再補給時間は、特定のフッ素濃度で所望の出力を必要とするチャージ電圧の大きさによって決定されうる。好ましくは、再補給後、「スイートスポット」に関する新しいテストが実行されるべきである。また、補給の間周期的に、スイートスポットテストが実行されるべきであり、スイートスポットが変化したならば、オペレータは何処が新しいスイートスポットなのか知りうる。
Gas Exchange The process described above basically replaces the fluorine that is almost continuously depleted. Since the fluorine gas source is only 1% fluorine, it also replaces part of the chamber He almost continuously. Otherwise, even if a portion of the laser gas is replaced substantially continuously, this mode of operation results in build-up of laser gas contaminants that reduce the efficiency of the laser. This reduction in efficiency requires an increase in voltage and / or an increase in fluorine concentration to maintain the desired pulse energy. For this reason, normal practice with prior art systems has been proposed to periodically shut down the laser in order to have a substantially complete gas exchange. This substantially complete gas exchange is called resupply. These periods are determined based on the number of laser pulses, such as 100,000,000 pulses during restocking, and the restocking time is based on the calendar time since the last restocking or pulse and calendar time combination. Determined. The replenishment time can be determined by the magnitude of the charge voltage that requires a desired output at a specific fluorine concentration. Preferably, after restocking, a new test for “sweet spots” should be performed. Also, the sweet spot test should be performed periodically during replenishment, and if the sweet spot changes, the operator can know where the new sweet spot is.

再補給は、以下に示すように図16に示したシステムを使用して成し遂げられ得る。バルブ510,506,515,512,517及び504が閉じており、バルブ506及び512が開いており、真空ポンプ513が開いており、レーザチャンバは13kPaいかの絶対圧力まで下げられる。(直接ポンプ引線が、迅速な引きをするために、チャンバ1と真空ポンプ513との間に提供されうる。)バルブ512は閉じている。バルブ516は開いており、バッファガスボトル516からの100%Heバッファガスがチャンバを満たすために50℃で262kPaに等しい圧力までチャンバに加えられる。(この20.3リットルレーザチャンバに関して、温度補正は、50℃からのチャンバ温度偏差に関して1kPa/℃のΔP/ΔT補正を使用して近似されうる。そのためチャンバ温度が23℃ならば、それは247kPaまで満たされる。)バルブ517は閉じており、バルブ515は開いており、1%Fl、99%Heの混合の量がチャンバを満たすために、50℃で290kPaと等しい圧力までハロゲンリッチガスボトル514からチャンバに加えられる。(温度補正がなされるべきであることに注意する。)これは、おおよそ0.1%Fl及び99%Heのチャンバにおけるガス混合を提供する。チャンバが約50℃まで加熱されるとき、圧力は約4気圧である。   Restocking can be accomplished using the system shown in FIG. 16 as shown below. Valves 510, 506, 515, 512, 517 and 504 are closed, valves 506 and 512 are open, vacuum pump 513 is open, and the laser chamber is lowered to an absolute pressure of 13 kPa. (A direct pump drawing may be provided between chamber 1 and vacuum pump 513 for quick drawing.) Valve 512 is closed. Valve 516 is open and 100% He buffer gas from buffer gas bottle 516 is applied to the chamber to fill the chamber to a pressure equal to 262 kPa at 50 ° C. (For this 20.3 liter laser chamber, the temperature correction can be approximated using a 1 kPa / ° C ΔP / ΔT correction for the chamber temperature deviation from 50 ° C. So if the chamber temperature is 23 ° C, it can be up to 247 kPa. The valve 517 is closed, the valve 515 is open, and the amount of mixture of 1% Fl, 99% He fills the chamber from the halogen-rich gas bottle 514 to a pressure equal to 290 kPa at 50 ° C. Added to. (Note that temperature correction should be made.) This provides gas mixing in a chamber of approximately 0.1% Fl and 99% He. When the chamber is heated to about 50 ° C., the pressure is about 4 atmospheres.

2パージシステム
2は157mn光を強く吸収するので、O2をビームパスから除去しなければならない。出願人は、従来技術のシステムを超える大幅に改良されたN2パージシステムを開発した。チャンバの外側にあるレーザに関する全ての光学コンポーネントは窒素でパージされる。この窒素システムは、大気圧を超えた約10パスカルだけでレーザの作動中での圧力で作動される。この小さな圧力差が、光学コンポーネントの圧力歪の影響を除去するのに好ましい。パージされたコンポーネントは、線狭帯域化モジュール、出力カプラ、ウェーブメータ及びシャッタアセンブリを含む。
N 2 purge system O 2 strongly absorbs 157 nm light, so O 2 must be removed from the beam path. Applicants have developed a significantly improved N 2 purge system over prior art systems. All optical components related to the laser outside the chamber are purged with nitrogen. The nitrogen system is operated at the pressure during operation of the laser at only about 10 Pascals above atmospheric pressure. This small pressure difference is preferred to eliminate the effect of pressure distortion on the optical component. Purged components include line narrowing modules, output couplers, wavemeters and shutter assemblies.

シールは、内径1/16インチチューブ、長さ約6フィートで接続される全ての潜在的な漏れサイト出力ポートで提供される。出力ポートを介するフローは、パージシステムの適当な機能を保証するために監視される。内径1/16インチ、長さ6フィートのチューブを介して約4リットル/分の好ましいフロー速度が、所望のN2圧力差に対応するための好ましいフロー速度である。   Seals are provided at all potential leak site output ports connected by an internal diameter 1/16 inch tube, approximately 6 feet long. The flow through the output port is monitored to ensure proper functioning of the purge system. A preferred flow rate of about 4 liters / minute through a 1/16 inch ID, 6 foot long tube is the preferred flow rate to accommodate the desired N2 pressure differential.

レーザコンポーネント冷却
1000乃至2000Hzの過剰の繰り返し数での作動に特別に役立つ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の図13に示した一意的な冷却技術を含む。
Laser Component Cooling A preferred embodiment of the present invention that is particularly useful for operation at excessive repetition rates of 1000-2000 Hz includes the unique cooling technique shown in FIG. 13 for cooling the excimer laser.

レーザのコンポーネントは、図13及び4Aの224で示したような穴に取り付けられたブロワーによって作り出された僅かな真空で内側に維持された周囲240に包含される。キャビネットは、キャビネットの頂部付近にフィルタされた取り入れポート241と、ガスケットドアの周りのような小さな漏れソースとを包含し、レーザ包囲を介してルームエアーの流れは約200立方フィート/分であり、レーザの熱生成コンポーネントによって作り出された熱を除去するのに殆ど十分ではない。
(100%装荷率でおおよそ12kwの)レーザによって作り出された不用な熱の大部分(おおよそ90%)は、図13に示したように冷たい水システムによって除去される。
The laser components are contained in a perimeter 240 maintained inside with a slight vacuum created by a blower attached to the hole as shown at 224 in FIGS. 13 and 4A. The cabinet includes an intake port 241 filtered near the top of the cabinet and a small leak source such as around the gasket door, and the room air flow through the laser enclosure is about 200 cubic feet per minute; It is almost not enough to remove the heat created by the heat generating components of the laser.
Most of the unwanted heat (approximately 90%) produced by the laser (approximately 12 kw at 100% loading) is removed by the cold water system as shown in FIG.

この実施形態では、レーザの大部分の熱ソースは、高電圧電源20,整流子40、圧縮ヘッド60、及びレーザチャンバ80である。チャンバに関して、冷却された熱交換器の水がチャンバ内に配置され、熱は循環レーザガスから冷却水による熱交換器に転換される。別の熱交換器(図示せず)がチャンバの外側表面に取り付けられる。大部分の熱生成コンポーネント冷却水の残りは、コンポーネントの位置にパイプ輸送され、1又はそれ以上のファンは、図13に示したようなコンポーネントに水−空気熱交換器を介して空気を付勢する。圧縮ヘッドに関して、循環は示したように包含されるが、HVPS及び整流子に関して、次いで包囲の他の部分を介して、熱交換器に戻るように再循環する前に、他のコンポーネントをまた冷却するように循環はコンポーネント上である。
分割パン242及び243は、オープン加熱矢印244から穴224によって示されるパスを介してフィルタ241から一般的な換気空気を案内する。
In this embodiment, the most heat source of the laser is the high voltage power supply 20, the commutator 40, the compression head 60, and the laser chamber 80. With respect to the chamber, cooled heat exchanger water is placed in the chamber and heat is converted from the circulating laser gas to a cooling water heat exchanger. Another heat exchanger (not shown) is attached to the outer surface of the chamber. Most of the heat generation component cooling water is piped to the component location, and one or more fans energize the component via a water-air heat exchanger as shown in FIG. To do. For the compression head, circulation is included as shown, but for the HVPS and commutator, the other components are also cooled before recirculating back to the heat exchanger through the rest of the enclosure. Cycle is on the component as you do.
Split pans 242 and 243 guide general ventilation air from filter 241 through the path indicated by hole 224 from open heating arrow 244.

この冷却システムは、水の供給線を除いてダクトはなく、熱交換器は内部にあり、且つレーザチャンバに取り付けられ、レーザコンポーネントに接続される水の供給線はない。(レーザチャンバではない)全てのコンポーネントが包囲内部について吹かれた空気によって冷却され、コンポーネントを取り付け交換するとき、中断させる冷却接続はない。また、ダクトの必要性の欠如が利用可能なコンポーネント及び包囲の内部の作業スペースを著しく増大させる。   This cooling system has no ducts except for the water supply line, the heat exchanger is internal and attached to the laser chamber, and there is no water supply line connected to the laser components. All components (not the laser chamber) are cooled by the air blown around the enclosure, and there is no cooling connection to interrupt when installing and replacing components. Also, the lack of the need for ducts significantly increases the available components and the working space inside the enclosure.

パルスエネルギ制御アルゴリズム
オペレーションのモード−チップリソグラフィ
本発明の実施形態は、新しいアルゴリズムを備えるコンピュータ制御プログラムを含み、パルスエネルギ及び総バーストエネルギにおける従来技術の変化を実質的に減少させる。改良された装置及びソフトウェア、エネルギシグマ及びバースト量変化を減少させる好ましいプロセスを以下に記載する。
Pulse energy control algorithm
Mode of Operation—Chip Lithography Embodiments of the present invention include a computer control program with a new algorithm that substantially reduces prior art changes in pulse energy and total burst energy. Preferred devices and software, energy sigma, and preferred processes for reducing burst amount changes are described below.

この明細書の従来技術の項目で述べたように、バーストモードは、リソグラフィ製造集積回路におけるステッパ加工の光ソースとして使用されるエキシマレーザの作動の典型的なモードである。このモードでは、レーザは、ウェハの一部を照射するために110パルス生成するために約110ミリ秒間1000Hzの周波数でパルスの「バースト」を作り出すように作動する。バースト後、ステッパは、ウェハ及びマスクを移動させ、典型的には数分の1秒かけていったん移動が完了したならば、レーザは他の110パルスバーストを生成する。かくして、通常のオペレーションは、数分の1秒のデッドタイムの後に続く約110ミリ秒のバーストである。種々の時間で、他のオペレーションが実行できるように、より長いデッドタイム時間が提供されうる。この基本的なプロセスが、典型的には1日当たり数百万のバーストを作り出すレーザで、1日24時間、1週7日間、数ヶ月間連続する。上記のバーストモードにおいて、ウェハの各部分が各バーストにおいて同じ照射エネルギを受けることが通常は重要である。またチップメーカは、パルス間の変化が最小にされることを望む。   As mentioned in the prior art section of this specification, the burst mode is a typical mode of operation of an excimer laser used as an optical source for stepper processing in a lithographically manufactured integrated circuit. In this mode, the laser operates to create a “burst” of pulses at a frequency of 1000 Hz for approximately 110 milliseconds to generate 110 pulses to irradiate a portion of the wafer. After the burst, the stepper moves the wafer and mask, and once the movement is complete, typically over a fraction of a second, the laser generates another 110 pulse burst. Thus, normal operation is a burst of about 110 milliseconds following a fraction of a second of dead time. A longer dead time may be provided so that other operations can be performed at various times. This basic process typically lasts 24 hours a day, 7 days a week, months, with a laser that produces millions of bursts per day. In the burst mode described above, it is usually important that each part of the wafer receives the same irradiation energy in each burst. Chipmakers also want to minimize changes between pulses.

本発明のこの好ましい実施形態は、各パルス(パルスN−1)のエネルギを監視し、次いで、以下の結果に基づいて次のパルス(パルスN)のエネルギを制御する装置及びソフトウェアでこれらの目的を達成する:
1)パルスN−1の測定されたエネルギと、目標パルスエネルギとの比較
2)パルスN−1を介してバーストの蓄積された量と、パルスN−1を介した目標パルス量との比較。
This preferred embodiment of the present invention has these objectives in an apparatus and software that monitors the energy of each pulse (pulse N-1) and then controls the energy of the next pulse (pulse N) based on the following results: Achieve:
1) Comparison of measured energy of pulse N-1 with target pulse energy 2) Comparison of the accumulated amount of bursts via pulse N-1 and the target pulse amount via pulse N-1.

典型的なF2エキシマレーザでは、我々は、バーストの最初の30乃至40msのエネルギが、レーザガスの遷移の影響のため残りのバーストよりも典型的には安定しないことを議論してきた。最初のパルスから約40ms後、一定電圧でパルスエネルギが比較的一定である。これらの早い動揺を処理において、出願人は、バーストを2つの賢明な領域に分割した;(例えば40パルスのような、多数の早めのパルスからなる)第1の領域を「K」領域と呼び、(K領域に続くパルスからなる)第2の領域を、出願人はこの明細書では「L」領域と呼ぶ。   In a typical F2 excimer laser, we have discussed that the energy for the first 30-40 ms of a burst is typically less stable than the remaining burst due to laser gas transition effects. About 40 ms after the first pulse, the pulse energy is relatively constant at a constant voltage. In dealing with these early fluctuations, Applicants divided the burst into two wise regions; the first region (consisting of a number of early pulses, such as 40 pulses) is called the “K” region. , The second region (consisting of the pulse following the K region) is referred to by the applicant as the “L” region in this specification.

本発明のこの実施形態は、パルスエネルギ制御のために従来技術のエキシマレーザ装置を利用する。各バーストの各パルスのパルスエネルギは、図8Aに示したようなフォトダイオードによって測定される。このフォトダイオードの全体の応答時間、及びそのサンプル、及び回路をリセットするのに要求される時間を含む保持回路は、500ミリ秒よりも実質的に短い。各々のおおよそ15nsパルスから生じる蓄積信号は、パルスがオーバーした後、数ミリ秒ストアされ、この信号は6回読み込まれ、平均は、パルスが始まった後、おおよそ1.0ミリ秒コンピュータコントローラ22によってストアされる。バーストの前の個々のパルスの全ての蓄積されたエネルギは、バーストドーズ値として呼ばれる。コンピュータコントローラは、目標パルスエネルギと、パルスN+1に関する高電圧を特定するためのバーストドーズ値と一緒にパルスNのパルスエネルギを表す信号を利用する。この計算は、約200ミリ秒要する。N+1に関する高電圧の値が決定されたとき、コンピュータコントローラは、数マイクロ秒かかるパルスN+1に関するチャージ電圧を確立する図8Aに示したような高電圧電源の高電圧コマンド(VCMD)に信号を送信する。コンピュータコントローラは、特定の電圧までキャパシタC0をチャージアップさせるために高電圧電源を命令する。(2000Hzを超える高繰り返し数では、計算が完了する前に、チャージを開始するためにそれが望まれうる。)パルスNからのトリガ信号後、それが0.5ミリ秒で図2に示したようなトリガ回路13からパルスN+1に関するトリガ信号を受信するとき、チャージが約250マイクロ秒を要し、C0は完全にチャージされ準備完了する。トリガ信号では、キャパシタC0は、約5マイクロ秒の時間にわたって図8Bに示した磁気圧縮回路内にそのおおよそ700ボルトを放電し、パルスは、約10mJのレーザパルスを約15nsの継続時間作り出す約100nsにおいて電極6を横切って放電する約16,100ボルトのキャパシタCpに放電電圧を与えるために磁気圧縮回路によって圧縮され且つ増幅される。 This embodiment of the present invention utilizes a prior art excimer laser device for pulse energy control. The pulse energy of each pulse of each burst is measured by a photodiode as shown in FIG. 8A. The holding circuit, including the overall response time of this photodiode, and its samples and the time required to reset the circuit, is substantially less than 500 milliseconds. The accumulated signal resulting from each approximately 15 ns pulse is stored a few milliseconds after the pulse is over, and this signal is read 6 times, and the average is approximately 1.0 milliseconds after the pulse begins by the computer controller 22. Stored. All the stored energy of the individual pulses before the burst is called the burst dose value. The computer controller utilizes a signal representing the pulse energy of pulse N along with the target pulse energy and a burst dose value to identify the high voltage for pulse N + 1. This calculation takes about 200 milliseconds. When the high voltage value for N + 1 is determined, the computer controller sends a signal to the high voltage command (VCMD) of the high voltage power supply as shown in FIG. 8A which establishes the charge voltage for pulse N + 1 which takes several microseconds. . Computer controller commands the high voltage power supply in order to charge up the capacitor C 0 to a certain voltage. (For high repetition rates above 2000 Hz, it may be desired to start charging before the calculation is complete.) After the trigger signal from pulse N, it was shown in FIG. 2 at 0.5 ms. when receiving from the trigger circuit 13 a trigger signal related to the pulse N + 1 as charge it takes about 250 microseconds, C 0 is fully charged ready to complete. With the trigger signal, capacitor C 0 discharges approximately 700 volts into the magnetic compression circuit shown in FIG. 8B for a time of approximately 5 microseconds, and the pulse produces a laser pulse of approximately 10 mJ for a duration of approximately 15 ns. It is compressed and amplified by a magnetic compression circuit to provide a discharge voltage to a capacitor Cp of approximately 16,100 volts that discharges across electrode 6 at 100 ns.

好ましいアルゴリズム
バーストモードの作動のとき実質的に望ましいパルスエネルギを達成するためにチャージ電圧を調整するための特別好ましいプロセスを以下に記載する。
プロセスは、2つの電圧調整アルゴリズムを利用する。第1のアルゴリズムは、最初の80パルスに適用し、KPIアルゴリズムと呼ばれる。PIアルゴリズムと呼ばれる第2のアルゴリズムは、パルス番号40より後のパルスに適用する。80番目より後のこの時間をここではバーストの「L領域」と呼ぶ。イニシャル「PI」は「比例積分(Proportional Integral)」のことであり、「KPI」の「K」はバーストの「K領域」のことである。
Preferred Algorithm A particularly preferred process for adjusting the charge voltage to achieve a substantially desirable pulse energy when operating in burst mode is described below.
The process utilizes two voltage regulation algorithms. The first algorithm applies to the first 80 pulses and is called the KPI algorithm. A second algorithm, called the PI algorithm, is applied to pulses after pulse number 40. This time after the 80th is referred to herein as the “L region” of the burst. The initial “PI” is “Proportional Integral”, and “K” in “KPI” is the “K region” of the burst.

KPIアルゴリズム
K領域は、1からkまでのパルスを包含し、ここで好ましい実施形態に関してk=40である。パルスNに関するチャージ電圧を設定するアルゴリズムは;
N=(VBN−(VCN-1 N=1,2・・・k
ここで、
VN=N番目のチャージ電圧
(VBN=K領域におけるN番目の目標エネルギETを生成するために要求
される電圧の最良の評価を表す電圧をストアしたkのアレイ。
このアレイは、以下の式に応じて各バーストの後に更新される。
(VCN-1=パルスN−1まで、バーストにおける前のパルスに関して生じた
エネルギエラーに基づいた前のパルスのエネルギエラーの電圧補正

Figure 2008022026
(VC0=0と定義することにより、
A,B=典型的には0と1の間の小数であり、この好ましい実施形態ではA及びBの両方とも0.5である
εi=i番目のパルスのエネルギエラー
=Ei−ET
ここで、Eiはi番目のパルスのエネルギであり、
Tは目標エネルギである
i=1からiまでの全てのパルスを含むバーストの累積ドーズエラー
Figure 2008022026
dE/dV=チャージ電圧を備えるパルスエネルギの変化の周波数。(この実施形態
では、dE/dVの1又はそれ以上の値が各バースト中に実験的に決定
され、これらの値のランニング平均が計算に使用される) KPI Algorithm The K region encompasses 1 to k pulses, where k = 40 for the preferred embodiment. The algorithm for setting the charge voltage for pulse N is:
V N = (V B ) N − (V C ) N−1 N = 1, 2,... K
here,
VN = Nth charge voltage (V B ) N = Requested to generate the Nth target energy ET in the K region
An array of k storing the voltage representing the best estimate of the voltage to be performed.
This array is updated after each burst according to the following equation:
(V C ) N-1 = Up to pulse N-1 occurred for the previous pulse in the burst
Voltage correction of previous pulse energy error based on energy error
Figure 2008022026
By defining (V C ) 0 = 0,
A, B = typically a decimal number between 0 and 1, and in this preferred embodiment both A and B are 0.5 ε i = energy error of i th pulse = E i -E T ,
Where E i is the energy of the i th pulse,
E T is the cumulative dose error of the burst containing all pulses from D i = 1 to i which is the target energy
Figure 2008022026
dE / dV = frequency of change of pulse energy with charge voltage. (In this embodiment, one or more values of dE / dV are experimentally determined during each burst and the running average of these values is used in the calculation)

ストアされた値(VBNは、以下の関係に従って各バースト中又は各バーストの後に更新される:

Figure 2008022026
ここで、インデックスMはバーストナンバーのことである
C=典型的には0と1の間の小数であり、
この好ましい実施形態では0.3である。 The stored value (V B ) N is updated during or after each burst according to the following relationship:
Figure 2008022026
Here, the index M is a burst number, C = typically a decimal number between 0 and 1,
In this preferred embodiment, it is 0.3.

PIアルゴリズム
L領域は、パルスk+1からバーストの最後まで(好ましい実施形態では、パルス番号41及びそれ以降)を包含する。パルスNに関するチャージ電圧を設定するアルゴリズムは:

Figure 2008022026
ここで、
N=N番目のパルスに関するチャージ電圧
N-1=N−1番目の(前の)パルスに関するチャージ電圧
変数A,B,ε1,D1及びdE/dVは前に定義されている。 PI Algorithm The L region covers from pulse k + 1 to the end of the burst (in the preferred embodiment, pulse number 41 and beyond). The algorithm for setting the charge voltage for pulse N is:
Figure 2008022026
here,
V N = Charge voltage for the Nth pulse V N-1 = Charge voltage variables A, B, ε 1 , D 1 and dE / dV for the N−1th (previous) pulse have been defined previously.

dE/Dvの判定
dE/dVに関する新しい値が、レーザの特徴の比較的ゆっくりとした変化を追跡するために周期的に決定される。好ましい実施形態では、dE/dVは、L領域の2つの連続するパルス中、制御された仕方で電圧を変化又はディザリングさせることによって測定される。これらの2つのパルスに関して、通常のPIエネルギ制御アルゴリズムは、一時的に中断され、以下によって置換される:
パルスjに関して:

Figure 2008022026
ここで、VDither=固定された電圧インクリメントであり、典型的には数ボルトである。
パルスj+1に関して:
j+1=Vj−2・VDither
j+1の後、dE/dVは計算され:
Figure 2008022026
Determination of dE / Dv New values for dE / dV are periodically determined to track relatively slow changes in laser features. In a preferred embodiment, dE / dV is measured by changing or dithering the voltage in a controlled manner during two consecutive pulses in the L region. For these two pulses, the normal PI energy control algorithm is temporarily interrupted and replaced by:
For pulse j:
Figure 2008022026
Where V Dither = a fixed voltage increment, typically a few volts.
For pulse j + 1:
V j + 1 = V j -2 ・ V Dither
After j + 1, dE / dV is calculated:
Figure 2008022026

dE/dVの計算は、ディザリング電圧のため期待されたエネルギ変化が、レーザの通常のエネルギ変化と同じ大きさのものであるため、非常にノイズが激しい。好ましい実施形態では、最後の50dE/dV計算のランニング平均は、PI及びKPIアルゴリズムで実際に使用される。   The calculation of dE / dV is very noisy because the expected energy change due to the dithering voltage is of the same magnitude as the normal energy change of the laser. In the preferred embodiment, the running average of the last 50 dE / dV calculation is actually used in the PI and KPI algorithms.

Dither選択に関する好ましい方法は、所望のエネルギディザリングEDitherを特定することであり、典型的には、エネルギ目標ETの数パーセントであり、次いでVDitherを計算するためにdE/dVに関する現在の(平均の)値を使用する:

Figure 2008022026
パルスj+2(直後に続く2つのディザリングパルス)はディザリングされないが、特定の値を有する:
Figure 2008022026
j+2に関するこの特定の値は、適用された電圧ディザリングと、パルスj+1から期待されるエネルギディザリングとの両方に関して補正される。 The preferred method for V Dither selection is to identify the desired energy dither E Dither, typically a few percent of the energy target E T, and then the current relates dE / dV to calculate the V Dither Use the (average) value of:
Figure 2008022026
Pulse j + 2 (the two immediately following dithering pulses) is not dithered but has a specific value:
Figure 2008022026
This particular value for V j + 2 is corrected for both the applied voltage dithering and the energy dithering expected from pulse j + 1.

上述のアルゴリズムについて多くの変形が可能である。例えば、dE/dVはKと同じようにL領域でも判断されうる。ディザリングはバーストあたり1回、又は数回実行されうる。ディザリングシーケンスは、上述したような固定されたパルス数で実行され、又は、あるバーストから次のバーストまで変化するランダムに選択されたパルス数に初期化されうる。   Many variations on the above algorithm are possible. For example, dE / dV can be determined in the L region as well as K. Dithering can be performed once per burst or several times. The dithering sequence can be performed with a fixed number of pulses as described above, or can be initialized to a randomly selected number of pulses that varies from one burst to the next.

読者は、A,B及びCが収束因子であり、多くの他の値をとりうることを認識すべきである。上で特定したそれらよりも大きな値が、より早い収束を提供するが、不安定性の増加を導きうる。別の好ましい実施形態では、A=(2B)1/2である。この関係は、臨界減衰を提供するために認識された技術から開発された。Bは、ドーズ補正をしない場合にはゼロであるが、Aは、それがアルゴリズムのドーズ収束部分に関する減衰項を提供するのでゼロにすべきではない。 The reader should be aware that A, B and C are convergence factors and can take many other values. Larger values than those specified above provide faster convergence, but can lead to increased instability. In another preferred embodiment, A = (2B) 1/2 . This relationship was developed from a recognized technique to provide critical damping. B is zero in the absence of dose correction, but A should not be zero because it provides an attenuation term for the dose convergence portion of the algorithm.

dE/dVの所定の値が小さすぎるならば、上記のアルゴリズムはオーバー補正をすべきである。それ故、エネルギシグマ値がしきい値を超えるとき、好ましい技術は任意のダブルdE/dVである。V及びdE/dVの初期値は、バーストの第1のパルスに関して提供される。Dは、各バーストのスタートでゼロに設定される。デフォルトのdE/dVは、最初のオーバー補正を避けるために、期待されたdE/dVの約3倍に設定される。   If the predetermined value of dE / dV is too small, the above algorithm should be overcorrected. Therefore, when the energy sigma value exceeds the threshold, the preferred technique is any double dE / dV. Initial values of V and dE / dV are provided for the first pulse of the burst. D is set to zero at the start of each burst. The default dE / dV is set to about 3 times the expected dE / dV to avoid initial overcorrection.

上で述べたディザリングなしでdE/dVを決定する別の方法は、レーザ作動中に、エネルギ及び電圧値を単に測定及びストアすることである。(特定の電圧値ではなく測定されたものをまた使用しうる。)これらのデータは、一定のパルスエネルギに関するVの関数としてdE/dVを決定するのに使用されうる。読者は、値の要素が著しい不確実性を有する測定と異なるので、dE/dVの各々の値がかなり大きな不確実性を包含していることに注意すべきである。しかしながら、dE/dV値の平均の大きな数はこれらの不確実性を減少させることができる。dE/dVを決定するためのディザリングの実行は、各バーストでなされるべきであることはないが、その代わり、Mバーストごとに1回のように周期的になされうる。又は、dE/dVの測定は、コンピュータによって実行された計算によって置換され、又は、dE/dVの値は、VN+1の計算に関する前のパルスのオペレータによって手動で挿入されうる。別のアプローチは、この制御システムに関するVNに関する実際に測定された値を使用することである。また、VBINの値は特定の値から計算され、上で記載された実施形態における実際の測定値ではない。明らかな変形実施形態は、測定された電圧値を使用しうる。ETは、10mJのように通常は一定の値であるが、定数である必要はない。例えば、最後の10パルスのETは名目上のパルスエネルギよりも小さく、これらのパルスに関する目標ETからの偏差パーセンテージが、積算されたパルスドーズに小さな影響を与え得る。また、バーストからバーストまで変化するET値を提供するためにコンピュータコントローラ22をプログラムするようなある状況ではそれは好ましい。 Another way to determine dE / dV without dithering as described above is to simply measure and store energy and voltage values during laser operation. (Measured rather than specific voltage values can also be used.) These data can be used to determine dE / dV as a function of V for a given pulse energy. The reader should note that each value of dE / dV contains a significant amount of uncertainty, since the value component is different from a measurement with significant uncertainty. However, a large average number of dE / dV values can reduce these uncertainties. Dithering to determine dE / dV should not be done in each burst, but instead can be done periodically, such as once every M bursts. Alternatively, the dE / dV measurement can be replaced by a calculation performed by a computer, or the dE / dV value can be manually inserted by the operator of the previous pulse for the calculation of V N + 1 . Another approach is to use the actual measured value for V N for this control system. Also, the value of V BIN is calculated from a specific value and is not an actual measured value in the embodiment described above. An obvious variant embodiment may use the measured voltage value. E T is the normally constant value as 10 mJ, need not be constant. For example, the E T of the last ten pulses smaller than the pulse energy of the nominal deviation percentage from the target E T for these pulses, may provide a small effect integration was performed Parusudozu. It is also preferred in certain situations such as programming computer controller 22 to provide an ET value that varies from burst to burst.

単一ライン及び狭ラインコンフィギュレーション
図11Aは好ましいF2レーザシステムに関する好ましい単一ラインを示す。
この構成では、2つの大きなF2ラインのうちの1つが、図に示したように簡単なプリズムセレクタで選択される。図11Bは、パワー発振器がマスター発振器によってシードされる好ましい線狭帯域化システムを示す。
Single Line and Narrow Line Configuration FIG. 11A shows the preferred single line for the preferred F 2 laser system.
In this configuration, one of the two large F2 lines is selected with a simple prism selector as shown. FIG. 11B shows a preferred line narrowing system in which the power oscillator is seeded by the master oscillator.

プロトタイプユニット
プロトタイプF2レーザシステムユニットを組立て、出願人及びそれらの仲間の作業者によってテストした。
プロトタイプレーザは、高効率チャンバ及び固体物理パルスパワー励起を利用して、従来技術のエキシマレーザシステムを超える種々の重要な改良を組み入れた電流生産KrF及びArFレーザに大きく基づく。放電は、ガス汚染を最小にするためにコロナプレイオン化である。全体の光学ビームパスは、酸素による光吸収をさけるため、及び、光学コンポーネントに対する損傷をさけるために窒素パージされる。全ての共振器光学素子は、角度がつけられたチャンバウィンドウを装備したレーザチャンバに対して対外的である。ガス混合は、ヘリウムの4気圧において0.1%フッ素であり、電極ギャプは10mmまで減少される。
このユニットにおいて、出願人は、現在の開発においてArFレーザ電流に対してほんの僅かに簡単な変化でプロトタイプリソグラフィフッ素レーザに関するキーパラメータを論証するのに成功した。
Prototype Unit A prototype F2 laser system unit was assembled and tested by the applicant and their fellow workers.
Prototype lasers are largely based on current-produced KrF and ArF lasers that incorporate various important improvements over prior art excimer laser systems, utilizing high efficiency chambers and solid state physical pulse power excitation. The discharge is corona play-on to minimize gas contamination. The entire optical beam path is nitrogen purged to avoid light absorption by oxygen and to avoid damage to optical components. All resonator optics are external to the laser chamber equipped with an angled chamber window. The gas mixture is 0.1% fluorine at 4 atm of helium and the electrode gap is reduced to 10 mm.
In this unit, Applicants have succeeded in demonstrating key parameters for a prototype lithography fluorine laser with only a slight change to the ArF laser current in the current development.

実験結果
プロトタイプユニットでの実験からの実験結果を以下に記載する。レーザパワーは標準のパワーメータによって測定され、圧電ジュールメータと相互関連する。赤の原子フッ素レーザの貢献が差し引かれ、通常、総エネルギの1%以下に達する。ビーム伝達チューブを空気に発散させることによって、157nm光を強く吸収する、赤色放射が測定される。
このプロトタイプユニットにおけるレーザ波長は、2つの外部プリズムのセットで調整することによって157.6nmで単一ラインモードで作動する。レーザはまた、低減した効率で157.5nm遷移に調整されうる。156.7nmで遷移は観測されない。2メートルJobin YvonVUVスペクトロメータによって記録されたようなレーザスペクトルは、測定限界線幅の6pmを示す。
Experimental results The experimental results from the prototype unit are described below. Laser power is measured by a standard power meter and correlates with a piezoelectric joule meter. The contribution of the red atomic fluorine laser is subtracted, usually reaching less than 1% of the total energy. By emitting the beam delivery tube into the air, red radiation that strongly absorbs 157 nm light is measured.
The laser wavelength in this prototype unit operates in single line mode at 157.6 nm by tuning with a set of two external prisms. The laser can also be tuned to a 157.5 nm transition with reduced efficiency. No transition is observed at 156.7 nm. The laser spectrum as recorded by a 2 meter Jobin Yvon VUV spectrometer shows a measurement limit line width of 6 pm.

広バンド(又はマルチライン)オペレーションでは、最大パワーの12Wが1000Hzの繰り返し数で得られる。パワーは、飽和する様子なく繰り返し数に伴って線形に増加する。単一ラインモードの挙動は同様であるが、1/3のエネルギである。このエネルギ減少は、本プリズムセットアップにおける大きなキャビティ長の増加によるものであり、著しく減少されうる。バーストモードにおいて、5%の3σ安定性が記録された。出力エネルギの開始バースト遷移だけが観測された。これは、大きなエネルギ不安定性、及び、ガスフローに関係するバースト遷移を示すArFレーザと比較するのが好ましい。このことから、製造フッ素リソグラフィレーザが、現在の色素ArFレーザよりも良好なエネルギ安定性を有することを結論づけることができる。積分角形パルス持続時間は30nsであり、ArFレーザの性能に達する。   In wide band (or multiline) operation, a maximum power of 12 W is obtained with a 1000 Hz repetition rate. The power increases linearly with the number of repetitions, without saturating. Single line mode behaves similarly but is 1/3 the energy. This energy reduction is due to the large cavity length increase in the present prism setup and can be significantly reduced. In burst mode, 5% 3σ stability was recorded. Only the starting burst transition of the output energy was observed. This is preferably compared to ArF lasers that exhibit large energy instabilities and burst transitions related to gas flow. From this it can be concluded that the manufactured fluorine lithography laser has better energy stability than the current dye ArF laser. The integral square pulse duration is 30 ns, reaching the performance of ArF laser.

レーザチャンバ材料の慎重な選択、及び、コロナ放電によるプレイオン化により、超浄化、及び、数時間にわたるハロゲン注入及び最小のエネルギ低下での3Mショットなしでレーザの作動をすることができる。   Careful selection of the laser chamber material and pre-on with corona discharge allows the laser to operate without supercleaning and 3M shots with halogen injection and minimal energy reduction over several hours.

広帯域レーザパワーの繰り返し数に対する依存は、図10Aの頂部に表示される。図10Aの底部は、1000Hz以上の周波数の増加に伴いパルスエネルギの僅かなドロップオフを示す。レーザパワーは、1kHzで15W及び2000Hzで約19Wのパワーまで周波数が殆ど線形に増加する。この線形関係に基づいて、フッ素レーザが数kHz作動まで更に変化させることができ、ガスフローがそれに従って変更されると推定した。出願人が、バッファガスとしてヘリウムを使用したので、標準のネオンベースレーザのブロワーパワーのほんの一部だけが要求され、それ故、より早いフロー速度に対する制限がない。   The dependence of the broadband laser power on the number of repetitions is displayed at the top of FIG. 10A. The bottom of FIG. 10A shows a slight drop off of the pulse energy with increasing frequency above 1000 Hz. The laser power increases almost linearly in frequency up to a power of 15 W at 1 kHz and about 19 W at 2000 Hz. Based on this linear relationship, it was estimated that the fluorine laser could be further changed to a few kHz operation and the gas flow was changed accordingly. Since Applicant has used helium as the buffer gas, only a fraction of the blower power of a standard neon-based laser is required and therefore there is no limit to faster flow rates.

エネルギ安定性に関する良い測定は、バーストモードにおけるエネルギ遷移を観察することによって得られる。このため、レーザはバーストに際して繰り返し発火し、バーストの毎パルス位置に関する平均エネルギが記録される。また、バーストにおける毎パルス数に関して、バーストからバーストまでのエネルギの平均変化が計算される。フッ素レーザ、及び、狭帯域ArFレーザとの比較に関するエネルギ及び安定性曲線の結果を図10B1及び2に表示する。フッ素レーザは、120ショットバーストにわたって小さなエネルギ変化だけが現れる。エネルギ安定性は、バーストの開始における最初の増加を示し、次いで、約3%の3σレベルで安定する。対照的に、ArFレーザは、エネルギにおいて大きな遷移を示し、約7%の3σ不安定性である。ArFレーザは60パルスウィンドウにおいて0.5%のドーズ安定性が得られ、それ故、フッ素レーザは少なくとも同じドーズ安定性に対して期待される。図10Cは、パルスエネルギと、1000Hz及び1900Hzでの3σの値を含む。   A good measure of energy stability is obtained by observing energy transitions in burst mode. Thus, the laser fires repeatedly during a burst and the average energy for each pulse position of the burst is recorded. Also, the average change in energy from burst to burst is calculated with respect to the number of pulses per burst. The results of the energy and stability curves for comparison with the fluorine laser and the narrow band ArF laser are displayed in FIGS. 10B1 and 2. Fluorine lasers show only small energy changes over 120 shot bursts. Energy stability shows an initial increase at the beginning of the burst and then stabilizes at the 3σ level of about 3%. In contrast, ArF lasers exhibit a large transition in energy and are about 7% 3σ instability. ArF lasers have a 0.5% dose stability in a 60 pulse window, so a fluorine laser is expected for at least the same dose stability. FIG. 10C includes pulse energy and 3σ values at 1000 Hz and 1900 Hz.

VUVスペクトロメータによって記録されたような広帯域フッ素レーザのスペクトルを図10D1及び2に示す。157.52nm及び157.63nmに2つの遷移ラインがあるのがはっきりと分かる。レーザエネルギの87%が157.63nmよりも長い波長ラインに位置する。156.7nmでの遷移は観察されない。157.63nmでの単一ラインモード作動は2つの外部プリズムのセットで調整することによって達成される。レーザはまた、157.52nm遷移ラインに調整されうるが、効率が低下する。また、157.63nmでのレーザラインの拡大図を図10D1及び2に示す。1.14pmFWHM及び2.35pm95%の巻き込まれた線幅が測定される。これらの線幅は、以前に期待されたものよりもかなり狭い。それ故、更なる線狭帯域化なしに選択されたフッ素レーザラインが、全てに関して十分であるが、十分な反射イメージシステムではない。レーザパワー対単一ラインレーザの繰り返し数挙動は、広バンドレーザと同じ線形増加を示す。しかしながら、この最初の実験における最大パワーは4Wに制限される。低下した出力パワーは、ライン選択光学素子における反射損失、及び、過度の長いキャビティ長によって生ずる。   The spectrum of a broadband fluorine laser as recorded by a VUV spectrometer is shown in FIGS. 10D1 and 2. It can be clearly seen that there are two transition lines at 157.52 nm and 157.63 nm. 87% of the laser energy is located on a wavelength line longer than 157.63 nm. No transition at 156.7 nm is observed. Single line mode operation at 157.63 nm is achieved by tuning with a set of two external prisms. The laser can also be tuned to the 157.52 nm transition line, but at a reduced efficiency. Also, enlarged views of the laser line at 157.63 nm are shown in FIGS. 10D1 and 2. The involved line widths of 1.14 pm FWHM and 2.35 pm 95% are measured. These line widths are much narrower than previously expected. Therefore, a fluorine laser line selected without further line narrowing is sufficient for all but not a sufficient reflective imaging system. The laser power versus single line laser repetition rate behavior shows the same linear increase as the wide band laser. However, the maximum power in this first experiment is limited to 4W. The reduced output power is caused by reflection losses in the line selection optics and excessively long cavity lengths.

水平及び垂直ビーム特性はレーザから1mの距離で測定した。(図10E1及び2参照。)ビームは高度な対称を備えるスムーズなプロファイルを示す。これらのプロファイルの種類は、非常に均一な照射を作り出す一般に使用されるホモジナイザー技術によって容易に測定される。   Horizontal and vertical beam characteristics were measured at a distance of 1 m from the laser. (See FIGS. 10E1 and 2). The beam exhibits a smooth profile with a high degree of symmetry. These profile types are easily measured by commonly used homogenizer techniques that produce very uniform illumination.

ガス寿命の評価として、フッ素注入なしで一定の電圧で作動させ、レーザパワー対ショット数の展開を記録することによって導かれる。これらの測定では超清浄の使用はない。図10Fに示したように、レーザパワーは、4ミリオンレーザショット後、20%以下まで低下し、少なくともArFレーザに匹敵する。従って、ArFレーザの以前の経験から、周期的なフッ素注入の資料をすることによって約25ミリオンショットのガス寿命を見積もることができる。これは、レーザチャンバにおける共存できる材料の選択、及び、コロナプレイオン化の使用の結果を明瞭に示す。KrF及びArFレーザに関して、フッ素消費とチャンバ寿命の間の直接の関係が前に立証された。それ故、我々は、フッ素レーザのチャンバ寿命をArFレーザのそれと同じオーダーと見積る。   Gas life assessment is derived by operating at a constant voltage without fluorine injection and recording the development of laser power versus shot number. There is no use of ultra-clean in these measurements. As shown in FIG. 10F, the laser power drops to 20% or less after 4 million laser shots and is at least comparable to ArF laser. Thus, from previous experience with ArF lasers, a gas lifetime of approximately 25 million shots can be estimated by providing periodic fluorine implantation data. This clearly shows the selection of compatible materials in the laser chamber and the results of using corona play on. For KrF and ArF lasers, a direct relationship between fluorine consumption and chamber lifetime was previously established. Therefore, we estimate the chamber lifetime of a fluorine laser to be on the same order as that of an ArF laser.

図15Aの下のグラフは、パルスエネルギ対F2濃度を示し、上のグラフは、最大パルス繰り返し数を示し、両者とも2500rpmのブロワー速度である。図15Bの上のグラフは、16nsのFWHMを示す時間の関数としてのパルス形状を示し、下のグラフは、積算された角形パルス幅が約37nsであることを示す。 The lower graph in FIG. 15A shows the pulse energy versus F 2 concentration, and the upper graph shows the maximum number of pulse repetitions, both at a blower speed of 2500 rpm. The upper graph of FIG. 15B shows the pulse shape as a function of time showing a FWHM of 16 ns, and the lower graph shows that the integrated square pulse width is about 37 ns.

このF2レーザシステムを特定の実施形態を参照して記載したけれども、種々の追加及び修正が可能であることは明らかであろう。例えば、多くの変形実施形態がこの明細書の最初の項目に列挙した特許出願で議論されており、これらの全てをリファレンスとしてここに組み入れる。更なる線狭帯域化を提供するために、エタロン出力カプラを使用することができうる。バッファガスはヘリウムの代わりにネオンを使用することができうる。本発明は特許請求の範囲によってのみ制限されるべきである。 Although this F 2 laser system has been described with reference to particular embodiments, it will be apparent that various additions and modifications are possible. For example, many alternative embodiments are discussed in the patent applications listed in the first section of this specification, all of which are incorporated herein by reference. An etalon output coupler can be used to provide further line narrowing. The buffer gas may be neon instead of helium. The present invention should be limited only by the claims.

従来技術の市販のエキシマリソグラフィレーザの図である。1 is a diagram of a prior art commercially available excimer lithography laser. FIG. 集積回路リソグラフィのために使用される従来技術の市販のエキシマレーザの主な要素のいくつかを示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating some of the main elements of a prior art commercial excimer laser used for integrated circuit lithography. FIG. 図2のレーザのレーザチャンバの図である。FIG. 3 is a diagram of a laser chamber of the laser of FIG. 本発明の好ましい実施形態の図である。FIG. 2 is a diagram of a preferred embodiment of the present invention. 磁気ベアリングを含むブロワードライブユニットを示す図である。It is a figure which shows the blower drive unit containing a magnetic bearing. 本発明の好ましい実施形態のレーザチャンバの断面図である。1 is a cross-sectional view of a laser chamber according to a preferred embodiment of the present invention. 本発明の好ましい実施形態のレーザチャンバの断面図である。1 is a cross-sectional view of a laser chamber according to a preferred embodiment of the present invention. 好ましいプレイオン化装置チューブの特徴を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the characteristics of a preferred play-on device tube. 本発明の好ましい実施形態のパルスパワーシステムのブロック図である。1 is a block diagram of a pulse power system according to a preferred embodiment of the present invention. 上記好ましい実施形態の簡単化した回路図である。FIG. 3 is a simplified circuit diagram of the preferred embodiment. 上記好ましい実施形態の一部である高電圧電源の回路図とブロック図の組み合わせである。It is a combination of a circuit diagram and a block diagram of a high voltage power supply that is a part of the preferred embodiment. 上記好ましい実施形態で使用されるパルストランスの組立斜視図である。It is an assembly perspective view of the pulse transformer used in the preferred embodiment. 上記好ましい実施形態でしょうされるパルストランスの1次巻線の図である。FIG. 4 is a diagram of a primary winding of a pulse transformer that would be the preferred embodiment. 上記好ましい実施形態を使用するパルス圧縮を示すタイムラインチャートである。6 is a timeline chart showing pulse compression using the preferred embodiment. 上記好ましい実施形態を使用するパルス圧縮を示すタイムラインチャートである。6 is a timeline chart showing pulse compression using the preferred embodiment. 上記好ましい実施形態を使用するパルス圧縮を示すタイムラインチャートである。6 is a timeline chart showing pulse compression using the preferred embodiment. 可飽和インダクタを示す図である。It is a figure which shows a saturable inductor. 可飽和インダクタを示す図である。It is a figure which shows a saturable inductor. 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。Fig. 4 shows the mounting of a compression head in a preferred embodiment. 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。Fig. 4 shows the mounting of a compression head in a preferred embodiment. 好ましい熱交換器設計を記載した図である。FIG. 3 describes a preferred heat exchanger design. 好ましい熱交換器設計を記載した図である。FIG. 3 describes a preferred heat exchanger design. プロトタイプF2レーザでの実験中に得られたテストデータのグラフである。3 is a graph of test data obtained during an experiment with a prototype F 2 laser. プロトタイプF2レーザでの実験中に得られたテストデータのグラフである。3 is a graph of test data obtained during an experiment with a prototype F 2 laser. プロトタイプF2レーザでの実験中に得られたテストデータのグラフである。3 is a graph of test data obtained during an experiment with a prototype F 2 laser. プロトタイプF2レーザでの実験中に得られたテストデータのグラフである。3 is a graph of test data obtained during an experiment with a prototype F 2 laser. プロトタイプF2レーザでの実験中に得られたテストデータのグラフである。3 is a graph of test data obtained during an experiment with a prototype F 2 laser. プロトタイプF2レーザでの実験中に得られたテストデータのグラフである。3 is a graph of test data obtained during an experiment with a prototype F 2 laser. プロトタイプF2レーザでの実験中に得られたテストデータのグラフである。3 is a graph of test data obtained during an experiment with a prototype F 2 laser. プロトタイプF2レーザでの実験中に得られたテストデータのグラフである。3 is a graph of test data obtained during an experiment with a prototype F 2 laser. プロトタイプF2レーザでの実験中に得られたテストデータのグラフである。3 is a graph of test data obtained during an experiment with a prototype F 2 laser. 2つの好ましいF2システムコンフィギュレーションを示す。It shows two preferred F 2 system configurations. 2つの好ましいF2システムコンフィギュレーションを示す。It shows two preferred F 2 system configurations. 種々のアノード支持バー設計を示す。Various anode support bar designs are shown. 種々のアノード支持バー設計を示す。Various anode support bar designs are shown. 種々のアノード支持バー設計を示す。Various anode support bar designs are shown. 種々のアノード支持バー設計を示す。Various anode support bar designs are shown. 種々のアノード支持バー設計を示す。Various anode support bar designs are shown. 好ましい包囲冷却システムを示す。1 illustrates a preferred encircling cooling system. 好ましいブロワーブレード構造設計を示す。A preferred blower blade structure design is shown. 好ましいブロワーブレード構造設計を示す。A preferred blower blade structure design is shown. 好ましいブロワーブレード構造設計を示す。A preferred blower blade structure design is shown. パルスエネルギ対F2濃度、及び最大パルス繰り返し数を表すグラフである。It is a graph showing pulse energy versus F2 concentration and the maximum number of pulse repetitions. 時間に対するパルス形状を示すグラフである。It is a graph which shows the pulse shape with respect to time. 大きなマニホールドガス供給システムを示す。A large manifold gas supply system is shown.

符号の説明Explanation of symbols

202 ガスモジュール
205 制御モジュール
206 線狭帯域化モジュール
207 圧縮ヘッド
208 高電圧パルス電源モジュール
209 パルス電源供給のための整流子モジュール
211 レーザチャンバ
213 波長モジュール
216 出力カプラ
217 ブロワーモータ
221 チャンバウィンドウ
202 Gas Module 205 Control Module 206 Line Narrowing Module 207 Compression Head 208 High Voltage Pulse Power Supply Module 209 Commutator Module for Pulse Power Supply 211 Laser Chamber 213 Wavelength Module 216 Output Coupler 217 Blower Motor 221 Chamber Window

Claims (4)

少なくとも約1000Hzの繰り返し数で狭帯域パルスレーザビームを生成するための非常に狭帯域の高信頼性・モジュラ製造高品質高繰り返し数ArFエキシマレーザであって、
A.レーザチャンバを包含する迅速に交換可能なレーザチャンバモジュールとを有し、前記レーザチャンバモジュールが、
1)2つの細長い電極と、
2)a)フッ素と、
b)不活性ガスと、
からなるレーザガスと、
3)少なくとも2cm/ミリ秒の速度で前記電極の間で前記ガスを循環
させるためのガスサーキュレータと、を備え、
B.少なくとも1つの迅速に交換可能なモジュールからなるモジュラーパルスパワーシステムとを有し、前記システムは、電源と、パルス圧縮及び増幅回路と、少なくとも約1000Hzの周波数で前記電極にわたって少なくとも14000ボルトの高電圧電気パルスを作り出すパルスパワー制御とを含み、
C.前記パルスパワーシステムによって提供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とを有し、前記制御システムは、レーザパルスエネルギモニタと、所望のエネルギ範囲内でパルスエネルギを有するレーザパルスを生成するのに必要な電気パルスを、歴史的なパルスエネルギデータに基づいて計算するためのアルゴリズムをプログラムされたコンピュータプロセッサとを含む、レーザ。
A very narrow band high reliability, modular manufacturing high quality high repetition rate ArF excimer laser for generating a narrow band pulsed laser beam at a repetition rate of at least about 1000 Hz, comprising:
A. A rapidly replaceable laser chamber module including a laser chamber, the laser chamber module comprising:
1) two elongated electrodes;
2) a) fluorine,
b) an inert gas;
A laser gas consisting of
3) a gas circulator for circulating the gas between the electrodes at a rate of at least 2 cm / millisecond;
B. A modular pulse power system comprising at least one rapidly replaceable module, the system comprising a power supply, a pulse compression and amplification circuit, and a high voltage electrical power of at least 14000 volts across the electrodes at a frequency of at least about 1000 Hz. Pulse power control to produce pulses,
C. A laser pulse energy control system for controlling the voltage provided by the pulse power system, the control system generating a laser pulse energy monitor and a laser pulse having a pulse energy within a desired energy range And a computer processor programmed with an algorithm for calculating the electrical pulses required for the operation based on historical pulse energy data.
前記2つの細長い電極がカソードとアノードとを構成し、前記アノードが冷却フィンを有する、請求項1に記載のレーザ。   The laser of claim 1, wherein the two elongated electrodes comprise a cathode and an anode, the anode having cooling fins. ここで前記アノード及び前記アノード支持バーが併せて、少なくとも約3.4kgの質量を有する、請求項2に記載のレーザ。   3. The laser of claim 2, wherein the anode and the anode support bar together have a mass of at least about 3.4 kg. 少なくとも約1kHzの繰り返し数で狭帯域パルスレーザビームを生成するための高信頼性・モジュラ製造高品質高繰り返し数エキシマレーザであって、
A.迅速に交換可能なレーザチャンバモジュールが、
1)2つの細長い電極と、
2)フッ素とバッファガスとからなるレーザガスと、
3)少なくとも2cm/ミリ秒で前記電極の間で前記レーザガスを循環させるためのガス循環システムと、を備え、前記ガス循環システムが、
a)シャフトを構成する鑞付け無しのブレード構造体と、
b)前記シャフトを回転させるためのブラシレスモータと、
c)前記シャフトを支持するための磁気ベアリングと、を備え、前記モータ及び前記ベアリングは、前記シャフトに取り付けられ、前記レーザガスに対して曝された環境内で密封されるロータを有し、前記モータ及び前記ベアリングは、前記レーザガス環境の外側に固定子を有し、
B.少なくとも1つの迅速に交換可能なモジュール内に実質的に包含されるパルスパワーシステムと、を有し、前記パルスパワーシステムは、
1)少なくとも約1000Hzの周波数で周期的に高電圧電源を制御するプロセッサと、を備え、チャージキャパシタを所定のパルス制御電圧まで電気的エネルギでチャージし、
2)前記チャージキャパシタにストアされた電気的エネルギを前記電極にわたって少なくとも14000ボルトの高電圧電気パルスに接続するための圧縮及び増幅回路と、を備える、
レーザ。
A high reliability, modular manufacturing high quality, high repetition rate excimer laser for generating a narrowband pulsed laser beam at a repetition rate of at least about 1 kHz,
A. Quickly replaceable laser chamber module
1) two elongated electrodes;
2) a laser gas composed of fluorine and a buffer gas;
3) a gas circulation system for circulating the laser gas between the electrodes at at least 2 cm / millisecond, the gas circulation system comprising:
a) an unbrazed blade structure constituting the shaft;
b) a brushless motor for rotating the shaft;
c) a magnetic bearing for supporting the shaft, the motor and the bearing having a rotor attached to the shaft and sealed in an environment exposed to the laser gas, the motor And the bearing has a stator outside the laser gas environment;
B. A pulse power system substantially contained within at least one rapidly replaceable module, the pulse power system comprising:
1) a processor that periodically controls the high voltage power supply at a frequency of at least about 1000 Hz, and charging the charge capacitor with electrical energy to a predetermined pulse control voltage;
2) a compression and amplification circuit for connecting electrical energy stored in the charge capacitor to a high voltage electrical pulse of at least 14000 volts across the electrode;
laser.
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