JP4393457B2 - ２室放電ガスレーザ用制御システム - Google Patents

Description

本発明は、２００３年３月１１日出願の米国特許出願番号６０／４５４，０２９の優先権を主張し、更に、２００２年７月３１日出願の米国特許出願番号１０／２１０，７６１、２００２年６月２８日出願の米国特許出願番号１０／１８７，３３６、２００２年５月７日出願の米国特許出願番号１０／１４１，２１６、２００１年１２月２１日出願の米国特許出願番号１０／０３６，６７６、２００１年１２月２１日出願の米国特許出願番号１０／０３６，７２７、２００１年１１月２９日出願の米国特許出願番号１０／００６，９１３、２００１年１１月１４日出願の米国特許出願番号１０／０００，９９１、２００１年８月２９日出願の米国特許出願番号０９／９４３，３４３、２００１年５月１１日出願の米国特許出願番号０９／８５４，０９７、２００１年５月３日出願の米国特許出願番号０９／８４８，０４３、及び２００１年４月９日出願の米国特許出願番号０９／８２９，４７５の一部継続出願である２００３年３月８日出願の米国特許出願番号１０／３８４，９６７の優先権の主張するものであり、これらの全ての開示内容全体は、引用により本明細書に組み込まれている。本発明は、集積回路製造用リソグラフィ光源に関し、特に集積回路製造用放電ガスレーザリソグラフィ光源に関するものである。

放電ガスレーザ
放電ガスレーザは公知であり、１９６０年代にレーザが発明された直後から利用可能となっている。２つの電極間の高電圧放電は、レーザガスを励起してガス状利得媒質を生成する。利得媒質を含む空洞共振器は、光の誘導増幅を可能にし、その後、光はレーザ光の形態で空洞共振器から抽出される。これらの放電ガスレーザの多くは、パルスモードで作動される。

エキシマレーザ
エキシマレーザは、特定の形式の放電ガスレーザであり、１９７０年代半ばから知られている。集積回路リソグラフィに有用なエキシマレーザは、１９９１年６月１１日発行の米国特許第５，０２３，８８４号「小型エキシマレーザ」に説明されている。この特許は、本出願人に譲渡されており、その開示内容は引用により本明細書に組み込まれる。米国特許第５，０２３，８８４号で説明されているエキシマレーザは、高繰返し率パルスレーザである。

これらのエキシマレーザは、集積回路リソグラフィに使用する場合、一般的に、時間当たり何千個もの高価な集積回路を「２４時間体制」で製造する集積回路製造ラインで稼働するので、休止時間は非常に不経済である。この理由で、構成部品の大半は、数分以内に交換可能なモジュールにまとめられている。一般的に、リソグラフィに使用されるエキシマレーザは、出力ビームの帯域を１ピコメートルまで狭くする必要がある。この「線幅狭小化」は、一般的に、レーザの空洞共振器の背部を形成する線幅狭小化モジュール（ＫｒＦレーザ及びＡｒＦレーザの場合には「線幅狭小化パッケージ」又は「ＬＮＰ」と呼ぶ）において達成される（Ｆ２レーザにおいては狭いスペクトル帯域幅を選択するのに線幅選択装置「ＬＳＵ」が使用される）。ＬＮＰは、プリズム、ミラー、及び格子を含む精巧な光学素子で構成される。米国特許第５，０２３，８８４号で説明されている形式の放電ガスレーザは、電気パルス電源システムを利用して２つの細長い電極間で放電を引き起こすようになっている。このような従来技術によるシステムでは、各々のパルスに関して、直流電源装置は、「充電コンデンサ」又は「Ｃ₀」と呼ばれるコンデンサバンクを「充電電圧」と呼ばれる所定の制御電圧まで充電する。この充電電圧値は、これらの従来技術による装置では約５００ボルトから１０００ボルトの範囲である。Ｃ₀が所定電圧まで充電された後、半導体スイッチを閉じると、Ｃ₀に蓄積された電気エネルギーは、一連の磁気圧縮回路及び変成器を通って瞬時にリンギングされ、各電極の両端に約１６，０００ボルト（又はそれ以上）の範囲の高電圧電位が生じ、約２０ｎｓから５０ｎｍ持続する放電を引き起こすようになっている。

リソグラフィ光源の大きな進展
米国特許第５，０２３，８８４号に説明されているようなエキシマレーザは、１９８９年から２００１年までの間に集積回路リソグラフィ用の主要な光源になった。現在、１０００台以上のこれらのレーザが、最新の集積回路製造工場で使用されている。これらのレーザのほとんど全ては、米国特許第５，０２３，８８４号に説明されている基本設計の特徴を有する。これは、
（１）各電極の両端に約１００パルスから２５００パルス／秒のパルス繰返し率で電気パルスを供給するための単一のパルス電力システム、
（２）部分反射ミラー形式の出力カプラと、プリズムビーム伸張器、調整ミラー及び格子からなる線幅狭小化装置で構成された単一の空洞共振器、
（３）レーザガス（ＫｒＦの場合はクリプトン、フッ素、ネオン、又はＡｒＦの場合はアルゴン、フッ素、ネオン）、２つの細長い電極、及びパルス間の放電領域から先のパルスの残留物を排除するのに十分な速度で２つの電極間でレーザガスを循環させるための横流ファンを含む単一の放電室、
（４）パルス間基準でパルスエネルギー、エネルギー線量、及び波長を制御するためのフィードバック制御システムを用いて、出力パルスのパルスエネルギー、波長、及び帯域幅をモニタするためのビームモニタ、
である。

１９８９年から２００１年までの間に、これらのレーザの出力電力は徐々に大きくなり、パルスエネルギー安定性、波長安定性、及び帯域幅に関するビーム品質仕様もますます厳しくなってきている。集積回路製造で広く使用されている一般のリソグラフィレーザモデルの作動パラメータとしては、８ｍＪのパルスエネルギー、２，５００パルス／秒のパルス繰返し率（最大約３０ワットまでの平均ビーム電力を供給）、約０．５ｐｍ半値全幅（ＦＷＦＭ）の帯域幅、及び±０．３５パーセントでのパルスエネルギー安定性等を挙げることができる。

パルスエネルギー及び線量エネルギーの制御
これらの放電ガスレーザは、集積回路製造用光源として使用される場合、通常「バーストモード」作動として知られていように作動される。例えば、レーザは、シリコンウェーハ上でダイスポットを走査するために、２，５００Ｈｚの繰返し率で３分間、約８ｍＪのパルスエネルギーで作動することができる。その後、レーザは、約０．３秒間「オフ」となり、同時にスキャナは次のダイスポットを照射するためにウェーハ及びスキャナ光学部品を位置合わせする。このルーチンは、ウェーハ上のダイスポットの全て（例えば、２００個のダイスポット）が照射されるまで続く。その後、スキャナ装置は、走査されたウェーハを別のウェーハと置き換える。つまり、一般的なレーザ作動サイクルは、
（１）０．３秒間オンし、
（２）０．３秒間オフし、
（３）ステップ（１）及びステップ（２）を２００回繰り返し、
（４）１０秒間オフし、
（５）ステップ（１）から（４）を連続的に繰り返すことになる。
この様式の作動は、２４時間／日、７日／週、保守又は他のイベントのための短い休止時間を含めて継続される。

各々のダイスポットは所望の量のレーザ照射を受けること、及び照射は均一に加えられることが非常に重要である。従って、一般的には、各々の及び全てのパルスのパルスエネルギーをモニタして目標値（例えば、８ｍＪ±０．５ｍＪ）の数パーセント（一般的に約６パーセント）以内に制御することが行われている。パルス間のエネルギー変動があるので、一般には一連のパルス（３０個のパルスの移動窓）において蓄積されたエネルギー（線量エネルギーと呼ぶ）をモニタすることが行われている。これらの制御手法では、全てのパルスに関するパルスエネルギーのモニタすること、このようにして取得した情報を利用して後続パルスのための制御パラメータを計算すること、及びパルスエネルギー、線量エネルギーの両方が所望の範囲内に維持されるようにパルス間基準で放電電圧を調整することが必要である。

波長及び帯域幅のモニタリング及び制御
最新の集積回路製造では、約０．５ミクロンから０．２５ミクロン又はそれ以下の範囲の精度の正確な寸法による回路印刷が必要である。これには、ステッパ装置の投射光学部品によるレーザリソグラフィ光源からの光の非常に正確な集光が必要である。このような正確な集光には、光源の中心波長及び帯域幅の制御が必要である。従って、一般に、レーザからのレーザビームの波長及び帯域幅はパルス単位でモニタリングされ、波長及び帯域幅が確実に所望の目標範囲にとどまるようにされる。一般に、波長は、中心波長のモニタ値に基づいたフィードバック制御を用いて制御される。このフィードバック信号は、前述のＬＮＰ内のピボット式ミラーを位置合わせして、レーザ光がＬＮＰ内の屈折格子から反射される方向を変更するために使用される。中心線波長はパルス間基準でモニタされ、波長は可能な限りパルス間基準でもってフィードバック制御される。従来技術によるリソグラフィレーザの中心波長制御の応答時間は数ミリ秒であった。帯域幅は、パルス間基準でモニタされる。帯域幅は、Ｆ₂濃度及びガス圧の影響を受ける可能性があるので、これらのパラメータは、帯域幅値が確実に所望の範囲にとどまるのを助けるように制御される。従来技術によるリソグラフィレーザは、一般に、帯域幅の高速応答制御をもたらすものではない。

シード注入
放電ガスレーザ（エキシマレーザシステムを含む）の帯域幅を狭くするための公知の技術では、狭帯域「シード」光が利得媒質に注入される。これらのシステムの一部では、「主発振器」と呼ばれるシード光を生成するレーザは、第１の利得媒質内に超狭帯域光を与えるように設計されており、この超狭帯域光は、第２の利得媒質内でシード光として使用される。第２の利得媒質が電力増幅器として機能する場合、このシステムは、主発振器電力増幅器（ＭＯＰＡ）システムと呼ぶ。第２の利得媒質自体が空洞共振器（レーザ発振が行われる）を有する場合、このシステムは、注入シード発振器（ＩＳＯ）システム又は主発振器電力発振器（ＭＯＰＯ）システムと呼び、この場合、シードレーザを主発振器と呼び、下流側システムを電力発振器と呼ぶ。２つの別個のシステムで構成されたレーザシステムの方が、同程度の単一室レーザシステムよりも実質的に高価で、大型かつ構造及び作動が複雑なものになる。従って、これらの２室レーザシステムの商業的用途は限られている。

約４，０００パルスから６，０００パルス／秒以上の範囲の繰返し率での作動に適したパルスガス放電レーザ用の改善された制御システムが必要とされる。

本発明は、モジュール式高繰返し率の２放電室紫外線放電ガスレーザを提供する。好適な実施形態において、レーザは、第２の放電室で増幅される超狭帯域シードビームを生成する主発振器を有する製造ライン設備である。

特に２室放電ガスレーザシステムに適する新規な制御上の特徴としては、（１）ナノ秒のタイミング精度をもつパルスエネルギー制御、（２）高速及び極速度波長調整による精密なパルス間波長制御、（３）高速応答ガス温度制御、及び（４）新規な学習アルゴリズムによるＦ₂注入制御を挙げることができる。

バーストモード作動であっても約２億分の１秒から５億分の１秒の範囲の精度で２つの放電室の相対的な放電タイミングを制御するためのフィードバックタイミング制御技術が提供される。このＭＯＰＡシステムは、大幅に改善されたビーム品質がもって同程度の１室レーザシステムの約２倍のパルスエネルギーを出力することができる。

好適な実施形態において、単一の超高速応答共振充電器は、別個の主発振器（ＭＯＰＡＳ）及び電力増幅器（ＰＡ）用充電コンデンサを並列に充電する（２５０マイクロ秒未満で）。充電器は、正確な充電電圧制御のためにＤｅ−Ｑｕｅｕｉｎｇ回路及びブリードダウン回路を含むことが好ましい。本実施形態において、高速応答トリガタイミングモジュールは、トリガ信号を供給し、ナノ秒以上の精度で光放出信号をモニタする。好適な実施形態において、制御プロセッサは、小さな充電電圧ディザーを発生させるためのアルゴリズムでプログラムされ、レーザ作動を所望の範囲のレーザ効率及び／又はビーム品質に維持するようにトリガタイミングを制御できるフィードバック応答性を実現するようになっている。好適な実施形態において、本システムはＫｒＦレーザ、ＡｒＦレーザ、Ｆ₂レーザシステムとして作動させることができる。パルス電力の構成部品は、加熱の影響を最小限に抑えるために水冷式であることが好ましい。ＭＯは、狭帯域幅を得るために、ＰＡに比べて低減されたガス圧力又はより低いＦ₂濃度で作動させることができる。また、ＭＯビームは、ビームスペクトル品質を向上させるためにかなり絞られる。また、トリガタイミング技術が開示されており、ビーム品質の改善を行うようになっている。さらに、改良された線幅狭小化モジュールは、良好なビームスペクトル品質にも貢献する。説明された好適な実施形態において、レーザシステムは、３つのＣＡＮクラスタをもつコントロールエリアネットワーク（ＣＡＮ）を含み、レーザ制御プラットフォームから種々のレーザモジュールまでの双方向通信を可能にする。また、レーザシステムの好適な実施形態は、レーザパルスの波長を引伸ばすためのパルス伸張器及びビーム位置合わせ制御を含むビーム伝達ユニットを含む。

ＭＯＰＡレーザレーザリソグラフィ光源
概要
図１は本発明の第１の好適な実施形態を組み込んだレーザシステムを示す。この実施形態におい、日本のキャノン又はニコン、又はオランダのＡＳＭＬから供給されるステッパ又はスキャナマシンなどのリソグラフィマシン２の入力ポートに１９３ｎｍ紫外レーザビームが供給される。このレーザシステムは、４，０００Ｈｚ以上のパルス繰返し率でシステムのパルスエネルギー、蓄積された線量エネルギー出力の両方を制御するためのレーザエネルギー制御システムを含む。本システムは、パルス及び線量エネルギーのフィードバック制御及びフィードフォワード制御でもって２つのレーザ室の放電の相互に対する非常に正確なトリガを行う。

この場合、レーザシステム４の主要構成部品は、スキャナが取り付けられたデッキの下方に取り付けられる。しかしながら、このレーザシステムは、レーザビームをスキャナ２の入力ポートに伝達するための密閉ビーム路となるビーム伝達ユニット６を含む。この特定の光源システムは、主発振器１０及び電力増幅器１２を含み、ＭＯＰＡシステムとして公知の形式のレーザシステムである。また、光源はパルス伸張器を含む。この光源は、レーザ光を供給するために単一のレーザ発振器集積回路光源を使用する従来技術の方法に優る、集積回路光源の重要な進展を示すものである。

主発振器及び電力増幅器の各々は、従来技術による単室リソグラフィレーザシステムの放電室に類似した放電室を備える。これらの放電室は（以下に詳細に説明する）、２つの細長い電極、レーザガス、電極間でガスを循環させるための横流ファン、及び水冷フィン付き熱交換器を含む。図１に示すように、主発振器は、レーザビーム１４Ｂを生成するために電力増幅器を通る２パスによって増幅される第１のレーザビーム１４Ａを生成する。主発振器１０は、出力カプラ１０Ｃと線幅狭小化パッケージ１０Ｂによって形成される空洞共振器を含み、いずれも背景技術のセクションで説明されており、詳細は、参照特許及び特許出願において以下に説明されている。主発振器１０の利得媒質は、主発振器放電室１０Ａ内で２つの５０ｃｍ長の電極間で生成される。電力増幅器１２は基本的に放電室であり、この好適な実施形態においては２つの細長い電極間で利得媒質を生成する主発振器放電室１０Ａと実質的に同一であるが、電力増幅器１２は空洞共振器を有していない。このＭＯＰＡ構成により、波長安定性及び超超狭帯域などのビーム品質パラメータを最大にするように主発振器を設計して作動させることができるが、電力増幅器は、電力出力が最大になるように設計され作動される。例えば、Ｃｙｍｅｒ社（本出願人）から入手可能な最新技術の光源は、単室５ｍＪ／パルス、４ｋＨｚ、ＡｒＦレーザシステムである。図１に示すシステムは、ビーム品質が大幅に改良された状態で平均紫外線電力の少なくとも２倍を生成する１０ｍＪ／パルス（所望であればそれ以上）４ｋＨｚＡｒＦレーザレーザシステムである。この理由から、ＭＯＰＡシステムは、高品質で高出力のレーザ光源をもたらす。図１Ａは、前述のＭＯＰＡモジュール式レーザシステムの１つのバージョンの構成部品の全体的な配置を示す。

主発振器
図１及び図１Ａに示す主発振器１０は、多くの点において米国特許第５，０２３，８８４号及び米国特許第６，１２８，３２３号に説明されている従来技術によるＡｒＦレーザと類似しており、出力パルスエネルギーが約５ｍＪではなく典型的に約０．１ｍＪである点を除き、米国特許出願番号０９／８５４，０９７に説明されているＡｒＦレーザの特徴の多くをもつ。米国特許出願番号０９／８５４，０９７号に詳細に説明されているように、４０００Ｈｚ以上で作動できるように米国特許第６，１２８，３２３号のレーザを凌ぐ大きな改良点が行われている。本発明の主発振器は、正確な波長及び帯域幅制御を含むスペクトル性能が得られるように最適化されている。これにより、非常に狭帯域幅になり、波長安定性及び帯域幅安定性が改善される。主発振器は、図１、図１Ａ、及び図２に示す放電室１０Ａを備え、放電室１０Ａには、各々長さ約５０ｃｍで、約０．５インチだけ離間した一対の細長い電極１０Ａ２及び１０Ａ４が配置されている。陽極１０Ａ４は、流れを形成する陽極支持ロッド１０Ａ６上に取り付けられる。４つの個別のフィン付き水冷式熱交換器装置１０Ａ８が設けられている。横流ファン１０Ａ１０は、電極間で約８０ｍ／ｓの速度でレーザガス流を供給するために２つのモータ（図示せず）によって駆動される。放電室は、レーザ光に対して約４５°に配置されたＣａＦ₂窓を備える窓ユニット（図示せず）を含む。放電室の中心に取入れ口を有する静電フィルタ装置は、図２に１１で示すようにガス流の一部を濾過し、米国特許第５，３５９，６２０号（引用により本明細書に組み込まれている）で説明されている方法で洗浄されたガスを窓ユニットに導いて、放電残渣を窓から離間するようになっている。主発振器の利得領域は、この実施形態においては約３％アルゴン、０．１％Ｆ₂、及び残りはネオンで構成されるレーザガスを介して電極間の放電によって形成される。ガス流は、次のパルスの前に各々の放電の残渣を放電領域から除去する。空洞共振器は、出力カプラ１０Ｃによって発振器の出力側に形成され、出力カプラ１０Ｃは、ビーム方向に垂直に取り付けられ、１９３ｎｍ光の約３０％を反射すると共に１９３ｎｍ光の約７０％を通過させるように被覆処理されたＣａＦ₂ミラーで構成される。空洞共振器の反対側の境界には、米国特許第６，１２８，３２３号で説明されている従来技術の線幅狭小化装置と類似した、図１に示す線幅狭小化装置１０Ｂがある。図３に示すように、線幅狭小化パッケージの重要な改良点としては、ビームを水平方向に４５倍に拡大するための４つのＣａＦビーム拡大プリズム１１２ａ−１１２ｄ、比較的大きな回動を得るためにステッピングモータによって制御される調整ミラー１１４、及び中心線波長の高精度の調整を行うための圧電ドライバが含まれる。図３Ａは、ステッピングモータ８２及び圧電ドライバ８３を示す。ステッピングモータは、レバーアーム８４を介してミラー１１４に力を供給し、圧電ドライバ８３は、レバーシステムの支点８５で力を加える。ＬＮＰに配置されるＬＮＰプロセッサ８９は、ステッピングモータ及び圧電ドライバの両方を線幅中心解析モジュール（ＬＡＭ）７からのフィードバック命令に基づいて制御する。約８０ファセット／ｍｍを有するミラーエセル格子１０Ｃ３は、リットロー（Ｌｉｔｒｏｗ）構成で取り付けられ、約３００ｐｍ幅のＡｒＦ固有スペクトルから選択された非常に狭い幅の紫外光を反射する。この線幅狭小化装置は、作動時にヘリウムで連続的にパージされることが好ましい。（窒素は、別の代替パージガスである）。主発振器は、従来技術によるリソグラフィ光源で一般的に使用されるよりもはるかに低いＦ₂濃度で作動されることが好ましい。これにより、帯域幅はＦ₂濃度の減少に伴って実質的に小さくなることが分かっているので、帯域幅が非常に狭くなる。別の重要な改良点は、発振器ビームの断面を水平方向で１．１ｍｍ、垂直方向で７ｍｍに限定する狭い後側開口である。発振器ビームの制御については以下で説明する。

好適な実施形態において、主発振器及び電力増幅器の両方の主充電コンデンサバンクは、ジッタ問題を低減するために並列に充電される。このことは、２つのパルス電力システムの各々のパルス圧縮回路のパルスの圧縮時間が充電コンデンサの充電レベルに大きく左右されるので望ましい。パルスエネルギー出力は、充電電圧の調整によってパルス間基準で制御されることが好ましい。これは主発振器のビームパラメータを制御するための電圧の使用を若干制限する。しかしながら、レーザガス圧及びＦ₂濃度は、広範なパルスエネルギー及びレーザガス圧にわたる所望のビームパラメータを得るために、２つの放電室の各々において別個に容易に制御することができる。帯域幅は、Ｆ₂濃度及びレーザガス圧に伴って狭くなる。これらの制御上の特徴は、以下で詳細に説明するＬＮＰ制御に追加されるものである。

電力増幅器
この好適な実施形態における電力増幅器は、内部の構成部品に関して、前述のように対応する主発振器放電室と類似のレーザ室で構成される。２つの個別のレーザ室を有することによって、波長及び帯域幅とは別に、パルスエネルギー及び線量エネルギー（即ち、一連のパルスによる統合エネルギー）を広範に制御することができる。これにより高出力が可能になり線量安定性が向上する。全てのレーザ室の構成部品は同一であり、製造時に交換可能である。しかしながら、作動時、ＰＡのガス圧は、ＭＯのガス圧よりも実質的に高いことが好ましい。レーザ効率は、Ｆ₂濃度及び広範なＦ₂濃度にわたるレーザガス圧に伴って高くなるが、Ｆ₂濃度が低くなると結果的に帯域幅が狭くなる場合がある。また、本実施形態において、電力増幅器の圧縮ヘッド１２Ｂは、ＭＯの圧縮ヘッド１０Ｂと実質的に同一であり、圧縮ヘッドの構成部品も同様に製造時に交換可能である。パルス電力システムのレーザ室及び電気部品が類似していることは、ジッタ問題を最小限に抑えるように、パルス形成回路のタイミング特性を確実に同一に又は実質的に同一にするのを助ける。１つの相違点は、ＭＯ圧縮ヘッドのコンデンサバンクのコンデンサが、ＰＡと比較して、ＭＯの場合の方が実質的に高いインダクタンスを生成するように広範囲にわたって配置できることである。

電力増幅器は、図１に示すように、電力増幅器放電室の放電領域を通る２つのビーム経路が得られるように構成される。ビームは、図１に示すようにＭＯ１０のＬＮＰ１０Ｃと出力カプラ１０Ｃとの間の放電室１０Ａを通って（３０パーセントの反射率で）数回発振し、放電室１０Ａを通る経路上で大幅に線幅狭小化される。線幅狭小化シード光は、ＭＯ波長エンジニアリングボックス（ＭＯ ＷＥＢ）２４のミラーによって下方に反射され、室１２Ａを通って若干斜めの角度で（電極の方向に対して）水平方向に反射される。電力増幅器の後部では、ビーム反転器２８は、電極の方向に沿って水平方向に、ＰＡ室１２Ａを通る第２の経路にビームを反射する。

充電電圧は、所望のパルスエネルギー及び線量エネルギーを維持するようにパルス間基準で選択されることが好ましい。Ｆ₂濃度及びレーザガス圧は、所望の作動範囲の充電電圧が得られるように調整することができる（前述のように、充電電圧は、特定の出力パルスエネルギーが得られるようにＦ₂濃度及びガス圧が高くなるに従って低くなるので）。この所望の範囲は、電圧によるエネルギーの変化がＦ₂濃度及びレーザガス圧の関数でもあることから所望のｄＥ／ｄＶ値を生じるように選択することができる。Ｆ₂ガスは時間の経過に伴って放電室内で消耗され、その消耗量は、一般に、所望のパルスエネルギーを維持するための充電電圧の増大に対応する。注入タイミングは、充電電圧に基づくことが好ましい。注入回数は、比較的一定の状態を維持するために多いことが好ましく（注入量は少量に維持されることが好ましい）、注入は連続的又はほぼ連続的とすることができる。しかしながら、これらの実施形態の一部のユーザは、各Ｆ₂注入の間で長い時間（２時間など）を選ぶであろう。一部のユーザは、レーザが各Ｆ₂注入の間には発射されないようにプログラムされることを選ぶ場合もある。

ＭＯＰＡ制御システム
図１Ｃは、本発明の好適な実施形態の重要な制御上の特徴の大部分を示すブロック図である。制御システムは、任意の形式のリソグラフィマシン２（ステッパ又はスキャナマシンとすることができる）又はレーザ作動制御パドル６０２からのレーザ制御を可能にする専用ソフトウェアを備えるＲＳ２３２レーザ／スキャナインタフェースハードウェア６００を含む。中央演算処理装置６０４は、ＭＯＰＡシステムの主制御装置であり、４つのシリアルポート６０６及びインタフェースハードウェア６００を介して、リソグラフィマシン２及びオペレータ制御パドル６０２から命令を受信する。

レーザ制御ＣＰＵ６０４は、通信ＰＣＩバス６１０、６１２及び６１４を介して発射制御ＣＰＵ６０８と通信する。発射制御プラットフォームＣＰＵ６０８は、共振充電器４９によって並列に充電されるＭＯ及びＰＡの充電コンデンサの充電を制御する。発射制御ＣＰＵ６０８は、各々のパルスのＨＶ目標を設定して充電を開始するためのトリガを供給する。（また、このＣＰＵは、以下に詳細に説明するタイミング制御及びエネルギー制御アルゴリズムを実行する）。タイミング制御モジュール６１８は、ＭＯ及びＰＡの光センサモジュール６２０及び６２２の光検出器から信号を受信し、これらの信号及びコマンドモジュール６１６からの命令に基づいてフィードバックトリガ信号をＭＯ整流器５０Ａ及びＰＡ整流器５０Ｂに供給し、これは、図５に示すようにＭＯ及びＰＡ充電コンデンサ４２からの放電を開始するスイッチをトリガして、パルス圧縮を起動し、結果的にＭＯ及びＰＡ内で放電を生成するためのピーキングコンデンサ８２に放電電圧が発生する。ＴＥＭ（タイミング制御モジュール）の更なる詳細を図１Ｄに示す。

好適なタイミング処理は以下の通りである。コマンドモジュール６１６は、所望の光放出（即ち、レーザパルスの第１のエッジの時間）の２７マイクロ秒前にトリガ命令をタイミングエネルギーモジュール６１８に送り、ＭＯ及びＰＡの両方におけるスイッチ４６をトリガするための正確な時間を与える。ＴＥＭは、「ＴＥＭ」基準と呼ばれる基準時間を設定することによってタイミング信号をその内部クロックと同期させ、その後、トリガ及び光放出信号をその基準時間と関連づける。その後、ＴＥＭは、約２５０ピコ秒を上回る精度でＭＯ整流器５０Ａ内のＭＯスイッチ４６にトリガ信号を送出し、数ｎｓ後に（コマンドモジュール６１６からの命令に応答して）同様に約２５０ｐｓを上回る精度でＰＡ整流器５０Ｂ内のＰＡスイッチ４６にトリガ信号を送出する。その後、ＴＥＭは、ＴＥＭ基準時間に対して、約２５０ｐｓを上回る精度でＰＤモジュール６２０及び６２２からの光放出信号の時間をモニタする。その後、これらの時間データは、ＴＥＭによってコマンドモジュール６１６に送信され、コマンドモジュール６１６は、これらのデータを解析し、次のパルスに備えて（以下に説明するアルゴリズムに基づいて）適切なタイミングを計算し、次のパルスの２７マイクロ秒前に、コマンドモジュール６１６は、新しいトリガ命令をタイミング制御モジュール６１８に送る。（また、ＴＥＭは、ピーキングコンデンサバンク８２上の電圧をモニタすることができ、フィードバックトリガ制御は、特定の閾値と交差するピーキングコンデンサバンクの時間電圧に基づくことができる）。

従って、放電タイミングジョブは、ＴＥＭモジュール６１８とコマンドモジュール６１６との間で分担される。この２つのモジュール間の通信は、図１Ｃで６１７に示す１０メガビット同期シリアルリンクに沿ったものである。モジュール６１８は、超高速のトリガ発生及びタイミング手法を実現し、また、モジュール６１６は、超高速の計算を実現する。両方が協働することによって、タイミングのモニタ、フィードバックの実現、複雑なアルゴリズムを使用した次のタイミング信号の計算が可能になり、全て２５０マイクロ秒未満の時間窓内にあり約２億分の１秒から５秒億分の１秒の２回の放電の相対的トリガ精度を保証する２つのトリガ信号を２つの整流器に供給できる。また、ＴＥＭは、ステッパ／スキャナ２に光放出信号を供給する。このトリガ手順は、ステッパ／スキャナ２からの命令によって、又はユーザインタフェースパドル６０２を介してレーザオペレータによって変更できる。ＴＥＭモジュールで使用される形式の高速モニタリング及びトリガ回路は、米国サンフランシスコ州所在のＨｉｇｈｌａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、米国カリフォルニア州サンラフェル所在のＢｅｒｋｌｅｙ Ｎｕｃｌｅｏｎｉｃｓ、米国カリフォルニア州サンディェゴ所在のＵｎｄｅｒｓｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、及び米国カリフォルニア州パサディナ所在のＳｔａｎｄａｒｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ等の納入業者から販売されている。これらのタイミング回路の精度の重要性、及びこれらのタイミング回路に関連する問題点及び特徴について以下に更に詳細に説明する。

ＴＥＭのようなタイミングモジュールは、サブナノ秒の時間分解能を必要とする。好適な実施形態において、本出願人は、２０ＭＨｚから４０ＭＨｚの水晶発振器などのデジタルカウンタを使用して広ダイナミックレンジの１ナノ秒をはるかに上回る分解能（即ち、約１００ｐｓの分解能）を実現するための策略（ｔｒｉｃｋ）を用いる。水晶発振器は、２５ｎｓ又は５０ｎｓ間隔でクロック信号を供給するが、これらの信号は、直線性の高いアナログ容量性充電回路を充電するのに利用される。従って、サブナノ秒の精度で時間を確定するためにコンデンサの電圧が読み取られる。

波長制御は、ＭＯの出力をモニタする線幅中心解析モジュール（ＬＡＭ）からのフィードバック信号に基づいて、発射制御コマンドモジュール６１６からの命令でＬＮＭ制御装置６２４によって行われる。線幅中心波長を測定するための好適な方法を以下に説明する。

レーザシステムの他の構成要素の制御は、図１Ｃに示すようにコントロールエリアネットワーク（ＣＡＮ）によって行われる。ＣＡＮインタフェース６２６は、レーザ制御プラットフォーム６０４とインタフェース接続し、電力クラスタ６２８、左光学部品ベイクラスタ６３０、及び右光学部品ベイクラスタ６３２の３つのＣＡＮクラスタに制御情報を供給する。このＣＡＮネットワークは、レーザ制御プラットフォーム６０４が種々のモジュールを制御する場合及びモジュールからレーザ制御プラットフォームへ作動データが戻される場合にこれらのモジュールと双方向通信を行う。

データ取得は、スイッチ６３６及びＣｙｍｅｒ−ｏｎ−Ｌｉｎｅモジュール６３４を介して行うことができ、モジュール６３４は、莫大な量のデータを収集して格納し、このデータは、引用により本明細書に組み込まれている米国特許出願第０９／７３３，１９４に説明されているインターネットシステムを介して入手できる。フィールドサービスポート６３８は、特別な解析及び試験のためにＣＰＵ６０８及びＣＰＵ６０４へのアクセスを可能にする。また、８つのＢＮＣコネクタ６４０は、特別のモニタのためにデジタル／アナログ変換器６４２を介して利用可能である。

試験結果
本出願人は、図６Ａ１に示すような種々の光路で、図１に示す基本ＭＯＰＡ構成の多数の試験を行なった。その結果を図６Ａ２に示す。試験を行った設計は、単一経路、直線二重経路、分割増幅器電極による単一経路、傾斜二重経路である。図６Ｂは、６５０Ｖから１１００Ｖの範囲の充電電圧でのスキュー二重経路構成に関するＰＡ入力エネルギーの関数としてのシステム出力パルスエネルギーを示す。図６Ｃは、発振器パルスの立ち上がり時と４種類の入力エネルギーの増幅器パルスの立ち上がり時との間の時間遅延の関数としての出力パルスの形状を示す。図６Ｄは、出力ビーム帯域幅に関する各パルス間の時間遅延の影響を示す。また、このグラフは、出力パルスエネルギーに関する時間遅延の影響を示す。このグラフは、帯域幅はパルスエネルギーを犠牲にすれば狭くできることを示す。図６Ｅは、レーザシステムパルス持続時間も同様にパルスエネルギーを犠牲にすれば多少長くできることを示す。

パルス電力システム
パルス電力回路
図１に示す好適な実施形態において、ＭＯ及びＰＡの両方の場合の基本的なパルス電力回路は、従来技術によるリソグラフィ用エキシマレーザ光源のパルス電力回路と類似のものである。充電コンデンサの下流側の個別のパルス電力回路が各々の放電室に対して設けられている。単一の共振充電器は、両方の充電コンデンサバンクが正確に同じ電圧に確実に充電されるように、並列に接続された２つの充電コンデンサバンクを充電することが好ましい。この好適な構成を図４及び図５Ｃ１に示す。図５Ａは、ＭＯ及びＰＡの両方に使用される基本パルス圧縮回路の重要な部品を示す。図５Ｃ２はこの回路の簡素バージョンを示す。

共振充電器
図５Ｂは、好適な共振充電器システム４９を示す。主要な回路要素は以下の通りである。
Ｉ１Ｂ：一定の直流電流出力の３相電源装置３００。
Ｃ−１Ｂ：Ｃ₀コンデンサバンク４２より１桁又はそれ以上大きなソースコンデンサ３０２。並列に充電される２つのコンデンサバンクＣ０₁₀及びＣ０₁₂がある。
Ｑ１、Ｑ２、及びＱ３Ｂ：Ｃ₀コンデンサバンクの調整電圧を充電及び維持する電流を制御するスイッチ。
Ｄ１、Ｄ２、及びＤ３：電流を単一の方向へ流す。
Ｒ１及びＲ２Ｂ：制御回路への電圧フィードバックをもたらす。
Ｒ３Ｂ：僅かな過充電が生じた場合にＣ₀の電圧の急速放電を可能にする。
Ｌ１Ｂ：電流の流れ及び設定荷電移動タイミングを制限するＣ−１コンデンサ３０２とＣ₀コンデンサバンク４２との間の共振インダクタ
制御ボード３０４Ｂ：回路フィードバックパラメータに基づいてＱ１、Ｑ２、Ｑ３の開閉を指令する。

この回路には、Ｄｅ−Ｑｉｎｇスイッチとして知られているスイッチＱ２及びダイオードＱ３を含む。このスイッチは、制御ユニットが共振充電中にインダクタを短絡できるようにすることによって回路調整を改善する。この「ｄｅ−ｑｉｎｇ」は、充電インダクタＬ１の電流に蓄えられた余分のエネルギーがＣ₀コンデンサバンクへ移動するのを防止する。

レーザパルスが必要となる前に、Ｃ−１上の電圧が６００ボルトから８００ボルトに充電され、スイッチＱ１−Ｑ３が開く。レーザからの指令でＱ１は閉じる。この時点で、電流は、充電インダクタＬ１を経由してＣ−１からＣ₀へ流れる。前述のように、制御ボードの計算機は、レーザからのコマンド電圧設定値に対してＣ₀の電圧及びＬ１へ流れる電流を評価する。Ｑ１は、Ｃ₀コンデンサバンク上の電圧とインダクタＬ１に蓄積された等価エネルギーとを加えたものが所望のコマンド電圧と等しい場合に開く。計算式は以下の通りである。
Ｖ_f＝［Ｖ_C0S ²＋（Ｌ₁＊Ｉ_LIS ²）／Ｃ₀］^0.5
ここで、
Ｖ_f＝Ｑ１が開きＬ１の電流がゼロになった後のＣ₀電圧、
Ｖ_C0S＝Ｑ１が開いたときのＣ₀電圧
Ｉ_LIS＝Ｑ１が開いたときのＬ２電流

Ｑ１が開いた後、Ｌ１に蓄積されたエネルギーは、Ｄ２を経由してＣ₀コンデンサバンクへ移動し始め、Ｃ₀コンデンサバンク上の電圧がコマンド電圧とほぼ等しくなるまで続く。この時点でＱ２は閉じ、Ｃ₀へ電流が流れなくなり、電流はＤ３を経由して流れる。「Ｄｅ−Ｑｉｎｇ」回路に加えて、ブリードダウン回路のＱ３及びＲ３は、Ｃ₀電圧の追加の微調整を可能にする。

ブリードダウン回路２１６のスイッチＱ３は、インダクタＬ１を流れる電流が停止したとき制御ボードから閉じるように指令を受け、Ｃ₀電圧が所望の制御電圧２へブリードダウンされ、その後、スイッチＱ３が開く。コンデンデＣ₀及び抵抗器Ｒ３の時定数は、全充電サイクルが大きくなることなく、コンデンサＣ₀をコマンド電圧へブリードダウンするほど早いことが必要である。

結果的に、共振充電器は、３つのレベルの調整制御を設定できる。多少粗い調整は、充電サイクル中にエネルギー計算機、及びスイッチＱ１が開くことによってもたらされる。Ｃ₀コンデンサバンクの電圧が目標値に近づくとＤｅ−Ｑｉｎｇスイッチが閉じ、Ｃ₀の電圧が目標値になるか又は僅かに目標値を越えると共振充電は停止する。好適な実施形態において、スイッチＱ１及びＤｅ−Ｑｉｎｇスイッチは、±０．１％よりも高い精度で調整を行うために使用される。追加の調整が必要な場合、電圧調整に関する第３の制御を利用できる。これは、Ｃ₀を正確な目標値まで放電するためのスイッチＱ３及びＲ３のブリードダウン回路（図５Ｂでは２１６）である。

ＣＯの下流側の改良点
前述のように、これらの好適な実施形態のＭＯ及びＰＡのパルス電力システムの各々は、米国特許出願番号１０／０３６，６７６で説明されている単室システムで使用されたのと同じ基本デザイン（図５Ａ）を利用する。本明細書で説明し請求項に記載されている重要な改良点は、正確なタイミング制御及び正確なレーザビーム品質の制御による効率的なレーザ作動を保証するために、これらの２つの別個のパルス電力システムを組み合わせることに関連する。さらに、前述の特許出願に説明されている幾つかの重要な改良点は、従来技術によるリソグラフィレーザシステムに比べて大幅に繰り返し率が増加されたことに起因して、約３倍だけ高い熱負荷を必要とするものである。これらの改良点について以下に説明する。

整流器及び圧縮ヘッドの詳細な説明
本セクションでは、整流器及び圧縮ヘッド製造の詳細を説明する。

半導体スイッチ
半導体スイッチ４６は、米国ペンシルバニア州ヤングウッド所在のＰｏｗｅｒｅｘ社から供給されるＰ／ＮＣＭ８００ ＨＡ−３４Ｈ ＩＧＢＴスイッチである。好適な実施形態において、２つのスイッチは並列に使用される。

インダクタ
インダクタ４８、５４、及び６４は、米国特許第５，４４８，５８０号及び米国特許第５，３１５，６１１号で説明されているような従来技術によるシステムで使用されたものと類似の飽和性インダクタである。

図７は、Ｌ₀インダクタ４８の好適な設計を示す。このインダクタにおいて、２つのＩＧＢＴスイッチ４６Ｂからの４本の導線は１６個のフェライトトロイド４９を通り、内径が約１インチで外径が約１．５インチの高透磁性材料の長さ８インチの中空円筒の部品４８Ａを形成する。次に、４本の導線の各々は、ドーナツ形絶縁コアの回りに２度巻かれて部品４８Ｂを形成する。次に、４本の導線は、Ｃ１コンデンサバンク５２の高電圧側に接続されたプレートに接続される。

図８は可飽和インダクタ５４の好適な概略図を示す。この場合、インダクタは単巻回形状であり、全て高電圧である組立体の上部及び下部リッド５４１、５４２及び中央マンドレル５４３が、インダクタの磁気コアを貫通して単巻回を形成する。外側ハウジング５４Ａ１は接地電位である。磁気コアは、米国ペンシルバニア州バトラ所在のＭａｇｎｅｔｉｃｓ社から、又は米国カリフォルニア州アデラント所在のＮａｔｉｏｎａｌ Ａｒｎｏｌｄ社から供給される、５０−５０％Ｎｉ−Ｆｅ合金の厚さ０．０００５インチのテープ巻きある。インダクタハウジングのフィン５４６は、内部的に放散された熱を強制空冷装置へ伝導するのを助長する。更に、セラミック製ディスク（図示せず）は、組立体の中央部からモジュールシャーシ底板への熱伝導を助長するためにリアクタの下部リッドの下に取り付けられる。また、図８は、Ｃ１コンデンサバンク５２のコンデンサの１つ、及び１：２５の昇圧パルス変成器５６の誘導ユニットの１つの高電圧リード線への高電圧接続部を示す。ハウジング５４５は、ユニット５６の接地リード線に接続される。

このインダクタは、水冷ジャケット５４Ａ１によって冷却される。冷却ライン５４Ａ２は、モジュール内でジャケット５４Ａ１に巻き付きＩＧＢＴスイッチ及びシリーズダイオードが取り付けられるアルミニウム製の底板を通るように経路が定められている。これらの３つの構成部品は、モジュール内の電力損失の大部分を補償する。また熱を分散する他のアイテム（スナバダイオード及び抵抗器、コンデンサなど）は、モジュール後部の２つのファンによって供給される強制空気によって冷却される。

ジャケット５４Ａ１は接地電位に保たれるので、冷却管材をリアクタ・ハウジングに直接取り付ける際の電圧絶縁の問題は生じない。取り付けは、５４Ａ３に示すように、ハウジング外側に切削された蟻溝中に配管を圧入し、冷却配管とハウジングとの間に良好な熱接触を作るのを助ける目的で、熱伝導性コンパウンドを使用して行われる。

水冷式圧縮ヘッドは、前述の空冷式バージョンに対する電気的設計に類似でしている（同じ形式のセラミックコンデンサが使用される、類似材料がリアクタ設計に使用される）。この場合の主要に相違点は、高い繰返率、従って高い平均出力の下で作動する必要があることである。圧縮ヘッドモジュールの場合、大部分の熱は、変更が加えられた可飽和インダクタ６４Ａ内で放散される。ハウジング全体は、超高電圧の短パルスを使用して作動するので、部分組立体を冷却するのは簡単なことではない。図９、図９Ａ、及び図９Ｂに示すこの問題の解決方法は、ハウジングを接地電位から誘導的に絶縁することである。このインダクタンスは、フェライトの磁気コアを包含する２つの円筒形巻枠の周囲に冷却配管を巻くことによってもたらされる。入出力冷却ラインの両方は、図９、図９Ａ、及び図９Ｂに示すように、２つの円筒形部分及び２つのフェライトブロックで形成されたフェライトコアの円筒形部分の周囲に渦巻き状に巻かれる。

このフェライト部品は、米国ニュージャージー州フェアフィールド所在のＣｅｒａｍｉｃ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ社によって製造されるＣＮ−２０材料から作られる。単品の銅配管（０．１８７インチ径）が圧入され、１つの巻線巻枠上にインダクタ６４Ａのハウジング６４Ａ１の周囲、及び、第２の巻線巻枠の周囲に巻かれる。シャーシ内に冷却配管接続部が全く存在しないように、圧縮ヘッドの薄板金カバーの取り付け具を通って延びるのに十分な長さが端部に残される。

インダクタ６４Ａは、６４Ａ２で示すように、水冷式整流器の第１段リアクタ・ハウジングで使用されるものに類似の蟻溝を含む。このハウジングは、蟻溝を除いては前記の空冷式バージョンと殆ど同じである。銅製冷却水配管は、ハウジングと冷却水配管との間の良好な熱接続を作りだすために、この溝中に圧入される。また、熱伝導性コンパウンドは、熱インピーダンスを最小限にするために加えられる。インダクタ６４Ａは、４つのコイルのテープを含む磁気コア６４Ａ３の周囲に２つのループをもたらす。

図５Ａに示すように、バイアス電流は、整流器における直流／直流変換器からケーブルを通して圧縮ヘッドの中に供給される。電流は、「正」のバイアス・インダクタＬ_B2を通過し、Ｃｐ−１電圧ノードに接続される。その後、電流は高電圧ケーブルを通って整流器に戻る部分に分かれる（トランスの２次側を通過して接地に至り、直流／直流変換器に戻る）。もう一方の部分は、圧縮ヘッド・リアクタＬｐ−１を通過して（磁気スイッチをバイアスするため）、その後、冷却水配管の「負」のバイアス・インダクタＬ_B2を通り、接地及び直流／直流変換器に戻る。各々の区間における電気抵抗の均衡を取ることで、設計者は、圧縮ヘッド及び整流器変成器の両方に対して十分なバイアス電流が利用可能であることを確実にすることができる。

「正」バイアス・インダクタＬ_B2は、「負」バイアス・インダクタＬ_B3と極めて類似に作られる。この場合、同一のフェライト・バー及びブロックが磁気コアとして使用される。しかしながら、２つの０．１２５インチ厚のプラスチック・スペーサが磁気回路中に空隙を作りだす目的で使用され、その結果、コアは直流電流では飽和しない。冷却水配管を使用してインダクタを巻きつける代わりに、１８ＡＷＧ（米国電線規格）のテフロン（登録商標）電線が巻枠周囲に巻かれる。

他の高電圧部品の冷却
各ＩＧＢＴスイッチは、高電圧で「フロートする」が、１／１６インチ厚アルミニウム板によってスイッチから電気絶縁されたアルミニウム製基部に取り付けられる。放熱板として機能すると共に接地電位で作動するアルミニウム製底板は、冷却回路では高電圧絶縁が必要ないので冷却が容易である。図７Ａは水冷アルミニウム製底板を示す。この場合、冷却管は、ＩＧＢＴが取り付けられているアルミニウム製基部の溝に圧入される。インダクタ５４ａの場合と同様に、管と底板との全体的な結合を改善するために熱伝導性コンパウンドが使用される。

また、直列ダイオードは、通常の作動中に高電位で「フロートする」。この場合、この設計で一般に使用されるダイオードハウジングは、高電圧絶縁されない。この必要な絶縁を行うために、ダイオード「ホッケーパック型」パッケージが放熱板組立体内部に取り付けられでクランプされ、次に、放熱板組立体がセラミック製基部上に取り付けら、次に、セラミック製基部が水冷式アルミニウム製底板上に取り付けられる。セラミック製基部は、必要な電気絶縁を行うのに適切な厚みであるが、必要以上の熱的インピーダンスとなる程には厚くない。この特定の設計では、セラミックは、１／１６インチ厚のアルミナ製であるが、ダイオード接合部と冷却水との間の熱的インピーダンスを更に低減するために、ベリリア等の他の特殊な材料を使用することもできる。

水冷整流器の第２の実施形態は、ＩＧＢＴ及びダイオード用シャーシ底板に取り付けられる単一の冷却板組立体を使用する。冷却板は、単品のニッケル管を２枚のアルミニウム製「上部」板及び「下部」板にろう付けすることによって製造することができる。前述のように、ＩＧＢＴ及びダイオードは、前述のセラミック製ディスクを組立体の下方に使用して、冷却板へ熱を伝達するように設計される。また、本発明の好適な実施形態において、冷却板の冷却方法は、共振充電器のＩＧＢＴ及びダイオードを冷却するのに使用される。また、外部ハウジングからシャーシ板へ熱を伝達するために伝熱ロッド又はヒートパイプを使用することができる。

従来技術によるパルス電力システムでは、電気部品からの油漏れは、潜在的な問題であった。この好適な実施形態では、油で絶縁された構成部品は、可飽和インダクタに限定される。さらに、図９Ｂに示す可飽和インダクタ６４は、ポット形の油収容ハウジングに収納され、全てのシール接続部が油レベルの上方に位置し、油漏れの可能性が実質的に排除される。例えば、インダクタ６４の最下部のシールは、図９Ｂでは３０８で示される。

コンデンサ
図５Ａに示すように、コンデンサバンク４２、５２、６２、及び８２（即ち、Ｃ₀、Ｃ₁、Ｃ_p-1、及びＣ_p）の全ては、並列に接続された規格品のコンデンサバンクで構成される。コンデンサ４２及び５２は、米国ノースカロライナ州ステーツヴィル又はドイツ国ウィマ所在のＶｉｓｈａｙ Ｒｏｅｄｅｒｓｔｅｉｎ社等の供給業者から市販されているフィルム形コンデンサである。本出願人が選択したコンデンサ及びインダクタの接続方法は、米国特許第５，４４８，５８０号に説明されているものと同じ方法で、大径のニッケル被覆銅線を有する、特別なプリント回路基板上のプラス及びマイナス端子に半田付けすることである。コンデンサバンク６２及び６４は、一般的に、日本のムラタ又はティー・ディー・ケー（ＴＤＫ）等から供給される高電圧セラミック製コンデンサの並列アレイで構成される。このＡｒＦレーザに使用される好適な実施形態において、コンデンサバンク８２（即ち、Ｃ_p）は、９．９ｎＦの静電容量が得られるように３３個の０．３ｎＦコンデンサで構成され、Ｃ_p-1は、総静電容量９．６ｎＦが得られるように２４個の０．４０ｎＦコンデンサバンクで構成され、Ｃ₁は５．７μＦのコンデンサバンクであり、Ｃ₀は５．３μＦのコンデンサバンクである。

パルス変成器
また、パルス変成器５６は、米国特許第５，４４８，５８０号及び米国特許第５，３１３，４８１号に説明されているパルス変成器と類似のものである。しかしながら、本実施形態のパルス変成器は、単巻きの２次巻線と、１：２４の等価昇圧比が得られるように単一主巻回の１／２４に等価な２４個の誘導ユニットのみを有する。図１０はパルス変成器５６を示す。２４個の誘導ユニットの各々は、図１０の下縁部に沿って示すように、プリント回路基板５６Ｂ上のプラス端子及びマイナス端子にボルト留めされている２つのフランジ（各々がねじ切りされたボルト穴を備える平坦な端部を有する）をもつアルミニウム製スプール５６Ａを含む。（マイナス端子は、２４の主巻線の高電圧端子である。）絶縁体５６Ｃは、各スプールのプラス端子を隣接スプールのマイナス端子から絶縁する。スプールの各フランジの間には、外径０．８７５、壁厚約１／３２インチを有する１と１／１６インチ長の中空円筒がある。スプールは、１インチ幅、０．７ミル厚のＭｅｔｇｌａｓ（登録商標）２６０５ Ｓ３Ａで巻かれ、絶縁されたＭｅｔｇｌａｓ（登録商標）の巻きの外径が２．２４インチになるまで０．１ミル厚のマイラフィルムで巻かれている。図１０Ａは、１つの主巻線を形成する単一巻きのスプールの予想図を示す。

変成器の二次側は、きつく嵌入しているＰＴＦＥ（テフロン（登録商標））の絶縁管内に取り付けられた単一外径のステンレス鋼ロッドである。巻線は、図１０に示すように４つの区域になっている。図１０において５６Ｄとして示すステンレス鋼２次側の低電圧端は、５６Ｅにてプリント回路基板５６Ｂ上の１次ＨＶリード線に接続され、高電圧端子は５６Ｆで示す。結果として、変成器は、自動変成器の形態を呈し、昇圧比は、１：２４ではなく１：２５になる。従って、誘導ユニットのプラス及びマイナス端子間の約−１４００ボルトのパルスは、２次側の端子５６Ｆでは約−３５，０００ボルトのパルスを生じる。この単一巻回２次巻線設計は、超低漏洩インダクタンスをもたらし、非常に高速な出力立ち上がり時間を可能とする。

レーザ室電気部品の詳細
Ｃｐコンデンサ８２は、レーザ室圧力容器の上部に取り付けられた３３個の０．３ｎｆコンデンサで構成される。（一般的に、ＡｒＦレーザは、３．５％アルゴン、０．１％フッ素、及び残りはネオンで構成されるレーザ発振用ガスで作動される）。各電極は、長さ約２８インチであり、各々は、約０．５インチから１．０インチ、好ましくは約１／８インチだけ離間している。以下に好適な電極を説明する。本実施形態において、上部電極を陰極と呼び、ＡｒＦレーザの場合には約１２ＫＦから２０ＫＦの範囲の高電圧の負パルスが供給され、下部電極は、図５Ａに示すように接地に接続されており陽極と呼ぶ。

放電のタイミング
本出願人は、前記のように図１Ｃを参照して、ＭＯ及びＰＡの放電タイミングを調節するための好適なフィードバックトリガ制御方法を詳細に説明した。本セクションでは、放電タイミングに関する他の問題点及び特徴を説明する。

ＡｒＦ放電レーザ、ＫｒＦ放電レーザ、及びＦ₂放電レーザにおいて、充電は、約５０ｎｓ（即ち、５０／１０億・秒）しか持続しない。この充電によってレーザ発振作用に必要な反転分布が生成されるが、この反転分布は放電中にのみ存在する。従って、シード光注入ＡｒＦレーザ、ＫｒＦレーザ、又はＦ₂レーザの重要な要件は、分布がレーザガス内で反転された際に、主発振器からのシード光を、約４０から５０／１０億・秒の間に電力増幅器の放電領域を確実に通過させてシード光を増幅できるようにすることである。放電の正確なタイミングに対する大きな障壁は、（図５Ａに図示するように）スイッチ４２を閉じるためにトリガされる時間と４０ｎｓから５０ｎｓしか持続されない放電の開始との間に約５マイクロ秒（即ち、５０，０００ｎｓ）の遅延があることである。パルスがＣ₀と各電極との間の回路を通ってリンギングするのに、この約５マイクロ秒の時間間隔が必要とされる。この時間間隔は、充電電圧の大きさ及び回路内のインダクタの温度でかなり変化する。

それにもかかわらず、本明細書で説明する本発明の好適な実施形態では、本出願人は、約２から５ｎｓ（即ち、２から５／１０億・秒）未満の相対精度内で２つの放電室の放電タイミング制御を行うことができる電気パルス電力回路を開発した。２つの回路のブロック図を図４に示す。このような回路の簡素化したブロック図を図４及び図５Ｃ１に示す。

本出願人は、充電電圧によりタイミングが約５ｎｓ／ボルトから１０ｎｓ／ボルトの範囲で変化することを示す種々の試験を行なった。これによって、充電コンデンサを充電する高電圧電源装置の精度及び繰返し率に関する厳しい要件が設定される。例えば、５ｎｓのタイミング制御が望まれる場合、１０ｎｍ／ボルトのシフト感度であれば、分解能精度は０．５ボルトになる。１０００ｖの公称充電電圧の場合、これは０．０５％の充電精度を必要とすることになるが、特にコンデンサをこの特定の値４０００回／秒以上の速度で充電する必要がある場合には、この充電精度を実現するのは非常に困難である。

前述のように、この問題に対する出願人の好適な解決策は、図１及び図５Ｃ１に示すように単一の共振充電器でＭＯ及びＰＡの両充電コンデンサを並列に充電することである。また、図４Ｃに示すように、時間遅延：充電電圧の各曲線が一致するように、２つのシステムに対して２パルス圧縮／増幅回路を設計することが重要である。これは、各回路に同じ構成部品を可能な限り使用することによって最も簡単に行うことができる。

従って、この好適な実施形態において、タイミング変動（この変動をジッタという）を最小限に抑えるために、出願人は、類似の構成部品を使用して両放電室のパルス電力部品を設計し、図４Ｃに示すように、時間遅延：電圧の曲線の各々が実際に再現されるのを確認した。出願人は、充電電圧の通常の作動範囲にわたって、電圧によるかなりの時間遅延の変動があるが、電圧による変動が、両回路のついては実質的に同じであることを確認した。従って、両充電コンデンサが並列に充電される状態では、充電電圧は、充電の相対的なタイミングを変えることなく、広い作動範囲にわたって変えることができる。

温度の変動は、パルス圧縮タイミングに影響を与える場合があるので（特に可飽和インダクタの温度変化）、パルス電力回路における電気部品の温度制御も重要である。従って、設計目標は、温度変動を最小限に抑えることであり、第２のアプローチは、一方の回路の全ての温度変化が他方の回路に再現されるようにＭＯ及びＰＡの両方においてパルス電力部品を一致させることであり、第３のアプローチは、温度感応部品の温度をモニタして、必要であれば、フィードバック又はフィードフォワード制御を利用してトリガタイミングを調整して補償することである。典型的なレーザリソグラフィ光源用途に関しては、通常の作動モードはパルス電力部品についてかなりの温度変化を引き起こす前述のバーストモードであるので、温度変化を防ぐことは現実的でない。既知の作動履歴を用いて、過去のタイミング変動に関連する履歴データに基づいて調整を行うように学習アルゴリズムでプログラムされたプロセッサを用いて制御を行うことができる。その後、この履歴データは、レーザシステムの現在の作動に基づいてタイミング変化を予測するために利用される。一般的に、相対的な温度変化の調整は、フィードバック制御が作動パルス間隔に比べて一般にかなり遅い温度変動を自動的に補正することになるので、連続的な運転時には必要ないであろう。しかしながら、温度変化の補正は、アイドル期間後の最初のパルス又は最初の数パルスに対しては重要であろう。

トリガ制御
２つの室の各々の放電のトリガは、各回路について米国特許第６，０１６，３２５号に説明されているものの１つのトリガ回路を利用して別個に達成される。これらの回路では、充電電圧の変動及びパルス電力部の電気部品の温度変化を補正するためのタイミング遅延が追加できるので、トリガと放電との間の時間が可能な限り一定に保たれる。前述のように、２つの回路は基本的に同一であり、補正後の変動はほとんど同じである（即ち、互いに約２−５ｎｓ以内）。

図６Ｃ、図６Ｄ、及び図６Ｅに示すように、この好適な実施形態の性能は、電力増幅器の放電が約２ｎｓから４ｎｓの幅の特定の窓内で始まり主発振器の放電後の約４０ｎｓから５０ｎｓに電力増幅器に放電が発生した場合には大幅に高められる。４０ｎｓから５０ｎｓの遅延は、レーザパルスが主発振器で生成されるのに数ナノ秒掛かり、レーザ光の先端が主発振器から増幅器へ到達するのに更に数ナノ秒掛かるからであり、更に、主発振器からのレーザ光の後端は前端よりもはるかに狭い帯域幅であるからである。各々の放電室に関し、図５Ａに示すように、別個のトリガ信号がトリガスイッチ４６に供給される。図６Ｃ、図６Ｄ、及び、図６Ｅに示すような実際の性能曲線に基づいて、実際の遅延は、所望のビーム品質を達成するように選択される。遅延は、一般にほぼ最大の効率が得られるように最適化されるが、他のパラメータに関して最適化することができる。例えば、ＭＯトリガとＰＡトリガとの間の遅延を大きくすると、パルスエネルギーを犠牲にして、より狭い帯域でより長いパルスを得ることができることに留意されたい。
図６Ｃに示すように、最大のレーザ効率（即ち、所定の放電電圧及び所定の入力パルスエネルギーでの最大出力）を得るためには、タイミング遅延は、最適時間遅延の約２ｎｓから５ｎｓ内にする必要がある。

放電タイミングを制御する他の方法
放電の相対的なタイミングは、図６Ｃ、図６Ｄ、及び図６Ｅのグラフに示すようにビーム品質に大きな影響を与えるので、付加される段階は、放電タイミングを制御するように調整することができる。例えば、特定のレーザ作動モード（特にバースト作動モード等）は、結果的に充電電圧の大きな変動又はインダクタ温度の大きな変動をもたらす場合がある。

モニタタイミング
放電のタイミングは、パルス間基準でモニタすることができ、時間差は、フィードバック制御システムで使用してスイッチ４２を閉じるトリガ信号のタイミングを調整することができる。ＰＡでレーザ光が生成されない場合にはタイミングが不十分になる可能性があるので、レーザパルスではなくて放電蛍光（ＡＳＥという）を観察するために、ＰＡ放電はフォトセルを用いてモニタするのが好ましい。ＭＯの場合にはＡＳＥ又はシードレーザパルスのいずれかを使用できる。また、ＣＰコンデンサ８２からの電圧信号は、２つの放電室に関する放電の相対的タイミングを制御するためのフィードバック信号として使用することができる。電圧が選択された閾値を横切る際のクロック時間をフィードバック計算に使用することが好ましい。

バイアス電圧の調整
図５に示すように、パルスタイミングは、インダクタ４８、５４、及び６４のバイアスをもたらすインダクタＬ_B1、Ｌ_B2、及びＬ_B3を通るバイアス電流を調整することによって増減することができる。他の方法を用いてこれらのインダクタを飽和させるのに必要な時間を長くすることができる。例えば、コア材料は、パルスタイミングモニタからのフィードバック信号に基づいてフィードバック制御することができる超高速応答ＰＺＴ素子で機械的に分離することができる。

調整可能な寄生負荷
調整可能な寄生負荷は、Ｃ０の下流のパルス電力回路のいずれか一方又は両方に追加することができる。

追加のフィードバック制御
パルスタイミングモニタ信号の他に充電電圧及びインダクタ温度信号をフィードバック制御に使用して、前述のトリガタイミングの調整に加えて前述のバイアス電圧又はコアの機械的な分離を調整することができる。

バースト式作動
タイミングのフィードバック制御は、レーザが連続的に作動している場合は比較的簡単で有効である。しかしながら、本明細書で説明するこのＭＯＰＡレーザシステムにおいて、レーザリソグラフィ光源は、通常、多数のウェーハの各々の上のダイスポットを処理するために（例えば）以下のようなバーストモードで作動する。
ウェーハを所定の位置に移動させるために１分間オフ
ウェーハを所定の位置に移動させるために１分間オフ
区域１を照射するために０．２秒間４０００Ｈｚ
区域２に移動するために０．３秒間オフ
区域２を照射するために０．２秒間４０００Ｈｚ
区域３に移動するために０．３秒間オフ
区域３を照射するために０．２秒間４０００Ｈｚ
・・・
区域１９９を照射するために０．２秒間４０００Ｈｚ
区域２００に移動するために０．３秒間オフ
区域２００を照射するために０．２秒間４０００Ｈｚ
ウェーハを交換するために１分間オフ
次のウェーハ上に区域１を照射するために０．２秒間４０００Ｈｚ等。

従って、本明細書で説明するようなどのようなレーザシステムの場合でも、較正試験からデータセットを取得でき、このデータは、図６Ｋに示すようなグラフを作成するのに使用できる。また、このデータは、温度測定値及び指令された充電電圧に基づいて放電時間のトリガを判定できるように、ビン値セットを生成するために使用できる。また、レーザの作動履歴からインダクタ温度を推論することが可能である。本出願人は、図６Ｋに示す形式のデータは、放電時間を２つの未知の（１）充電電圧及び（２）本出願人が？（Ｔ）と呼ぶ別のパラメータのみに関連づける、単一のアルゴリズムを導き出すために利用できると判断している。このアルゴリズムが構築されると、レーザオペレータは、平均電圧及び充電時間を与えるデータセットを収集して、このアルゴリズム及び？（Ｔ）値にこれらの数字を当てはめるだけでよい。その後、この？（Ｔ）値をアルゴリズムに挿入すると、アルゴリズムは、単に充電電圧の関数としての充電時間を与える。好適な実施形態において、？（Ｔ）値は、コンピュータプロセッサによって１０００パルス間隔で定期的に又は作動条件に大きな変化があった場合に自動的に更新される。この好適な実施形態においては、アルゴリズムは、以下の形である。
ＭＤｔ（Ｖ，δ（Ｔ））＝α／Ｖ＋δ（Ｔ）ｖ＋［β＋δ（Ｔ）ｂ］＋γ［Ｖ＋δ（Ｔ）ｖ］
但し、ＭＤＴ（Ｖ，δ（Ｔ））はＭＯの充電時間、α、β、γ、ｖ、及びｂは較正定数である。

このプロセスは、何時間も繰り返すことができるが、１分間以上随時中断される。停止時間の長さは、ＭＯ及びＰＡの各パルス電力システムの間の相対的なタイミングに影響を与えることになり、ＭＯからのシード光が所望の位置にある場合にＰＡの放電を確実に発生するようにトリガ制御の調整を必要とする場合が多い。図１Ｃに示し説明したように、トリガタイミング及び各室からの光放出のタイミングをモニタすることによって、レーザシステムのオペレータは、最良の性能を得るようにトリガタイミングを調整できる（約２−５ｎｓ以内まで正確に）。

レーザ制御プロセッサは、タイミング及びビーム品質をモニタして最良の性能が得られるように、自動的にタイミングを調整するようプログラムされることが好ましい。本発明の好適な実施形態は、種々の作動モードセットに適用可能な種々のビン値セットを生成するタイミングアルゴリズムを利用する。図６Ｋに示して説明したように、トリガと充電との間の遅延を決定する際に最も重要な２つのパラメータは、充電電圧及びパルス電力システムの可飽和インダクタの温度である。前述のように、これらのアルゴリズムは、長いオフ期間後の再開のように作動モードが変わった場合、又は繰返し率又はパルスエネルギーに実質的な変化があった場合に最も有用である。これらのアルゴリズムは、最新パルスのタイミング値が１つ又はそれ以上の先行パルス（直前パルスなど）に対して収集したフィードバックデータに基づいて設定される、前述のような連続操作又はバーストモード作動時に精密なフィードバック制御に切り替わるように設計することができる。

好適なジッタ制御方法
本出願人は、ジッタ制御に関して幾つかのフィードバック方法を試験した。これらの試験法には、ピーキングコンデンサ電圧（即ち、ＭＯ及びＰＡの両方のピーキングコンデンサ８２の電圧）を使用したタイミング信号に基づくフィードバック制御が含まれる。これらの２つの方法によって取得した？Ｔを図６Ｊに示す。Ｃｐ電圧の使用に基づく好適な方法は、図６Ｊに示すようにコンデンサバンク電圧がゼロ電圧と交差する時間を使用することである。光放出方法に関して、本出願人は、検出された光強度が典型的な最大強度の約１０％に等しい閾値と交差する時間を使用することを選択する。

タイミング制御には信号の任意の組み合わせを使用できる。例えば、（１）ＭＯ Ｖｃｐ及びＰＡ Ｖｃｐ、（２）ＭＯ Ｖｃｐ及びＰＡ Ｌｉｇｈｔ Ｏｕｔ、（３）ＭＯ Ｌｉｇｈｔ Ｏｕｔ及びＰＡ Ｖｃｐ、及び（４）ＭＯ Ｌｉｇｈｔ Ｏｕｔ及びＰＡ Ｌｉｇｈｔ Ｏｕｔである。本出願人は、第４の代案（即ち、ＭＯ Ｌｉｇｈｔ Ｏｕｔ及びＰＡ Ｌｉｇｈｔ Ｏｕｔ）は、好適なフィードバック制御方法であり、最も一貫した確実な結果が得られると考えている。Ｖｃｐ信号を使用するには、（最良の結果を得るために）Ｆ₂濃度の大きな変化があった場合に？（Ｔ）の調整が必要である。両方の光放出信号を使用する場合にはＦ₂濃度の変化に対する補正は必要ない。

同期化遅延を判定するためのディザー
本発明の好適な実施形態において、ほぼ最適なタイミングを保証するために、ディザアルゴリズムを用いて２つの室の放電トリガのタイミング制御が行われる。この改良により、条件が変わるとタイミング制御が連続的に最も望ましいタイミング遅延を確実に検索する。一般的なＭＯＰＡ構成に関し、図６Ｃに示すように、最大のレーザ効率（一定の放電電圧を得るための最大レーザ出力）を得るための最適な遅延は、時間遅延が約３９ｎｓの場合に生じる。±１０ｎｓで、効率は約７０％まで低下する。

図６Ｉは、好適な制御システムのタイミングディザー部の簡素化されたブロックモデルである。外乱信号（好ましくは任意のパルス長の単一期間の正弦波）が「ディザー発生器」７００で生成される。この信号は、レーザが発射される際に最新の遅延コマンドの最上部に追加される。各々のパルスからの出力エネルギーは、図１に示すようにスペクトル解析モニタ９のモニタ７０２によって測定され、ディザーブロック７００にフィードバックされる。ディザー外乱によるエネルギー応答部を抽出するために直交積分が行われる。７０４で示す外乱信号の全期間の終点で、名目上の遅延コマンドは直交積分の結果に基づいて更新される。

一例として、遅延コマンドは、名目上の値としては３５ｎｓとすることができる。この最上部には１ｎｓの大きさの１０パルス期間の正弦波が追加されることになる。１０パルスの終了後に、直交積分が、出力効率は遅延時間の増加と共に増加することを示す場合、名目上の遅延は利得設定値に応じて大きくされることになる。遅延が最適である場合、積分値はゼロになり調整は行われないことになる。

ディザーは、数学的には以下の通りに行われる。
１．名目上の遅延コマンドΔｔ₀は、最初に幾何学に基づいて想定された最適遅延値に設定される。Ｎパルスディザに対して、実際の遅延コマンドは、名目上のコマンドに正弦波摂動を加えた合計である。

２．エネルギー応答性Ｅ（ｉ）は、Ｎパルスの各々について記録される。
３．外乱と応答性との間の直交積分は、離散的合計として実行される。

４．名目上の遅延コマンドは、先行ディザーの結果に基づいて更新される。

第１のディザコマンドは、この構成の下では常にゼロであることが好ましい。即ち、１０ではなくＮ＝３を選択すると、ｄＥ／ｄＶ概算値のために先のシステムで使用された２パルスディザパターンが得られる。ディザー信号の大きさであるΔは、入力で顕著にならないように選択する必要がある。これは、パルス間のエネルギーノイズのレベルの下方に隠蔽することができるが、それでも直交積分により抽出できる。名目上の値は、ディザー中は更新されない。名目上の値は固定され、ディザー外乱サイクルの終了後にのみ更新される。段階４の変形例は、最大値に移動するためにどの方向を進むべきかを判定するためのＲの符号を使用することである。ディザー外乱は、レーザオペレータがどれ程の速さで最適値が変化すると考えるかによって、連続的に又は時々加えることができる。

無レーザ出力のフィードバックタイミングデータ
前述したようなタイミングアルゴリズムは、連続的な作動又は規則的な繰返し作動に対しては非常に良好に機能する。しかしながら、タイミングの精度は、５分といった例外的な期間にわたってレーザがオフした後の最初のパルスといった、例外的な状況では良好ではないであろう。特定の状況において、バーストの最初のパルス又は２つのパルスに対する不正確なタイミングは問題にはならないであろう。好適な方法は、ＭＯからのシード光の増幅が不可能なようにＭＯ及びＰＡの放電が意図的に１つのパルス又は２つのパルス間にわたってシーケンス外となるように、レーザを事前プログラムすることである。大きなレーザ出力を生成することになくフィードバック制御のためのタイミングデータを取得する方法は、以下の２つのセクションで説明する。

出願人による試験
本出願人は、主発振器及び電力増幅器の放電の相対的タイミングの影響を測定するために慎重に実験を行った。これらの試験は、図６Ｆに要約されており、本出願人は、電力増幅器の出力、及びＭＯからの及びＰＡで増幅された線幅狭小化出力（ミリジュール単位）からの光増幅自然放出（ＡＳＥ）のパルスエネルギー（同様にミリジュール単位）をプロットした。両プロットは、主発振器の放電の開始と電力増幅器の放電の開始との間の遅延の関数として行われる。放電開始信号は、選択閾値を超える時間を判定するために各々の室の光出力をモニタするＭＯ及びＰＡのフォトセルから取得した。図６Ｆにプロットされた時間の値は、図６Ｆ１に表示されている。ＡＳＥのエネルギー尺度は線幅狭小化光出力よりも小さいことに留意されたい。

リソグラフィ顧客の仕様では、ＡＳＥが線幅狭小化レーザ出力よりも遥かに小さいことが要求される。一般的な仕様では、ＡＳＥが３０パルス窓の場合の線幅狭小化エネルギーの５×１０^-4倍未満であることが要求される。図５に示すように、ＡＳＥは、狭帯域パルスが最大の場合に、即ち、ＭＯ放電が２５ｎｓから４０ｎｓだけＰＡ放電の前に行われる場合に実質的にゼロである。そうでない場合は、ＡＳＥはかなりの大きさになる。

前述したように、ＭＯ及びＰＡパルス電力回路は、約２ｎｓのタイミング精度でトリガすることができるので、２つのパルス電力回路の応答性に関する適切なフィードバック情報を用いて、ＭＯ及びＰＡを狭帯域パルスエネルギーが最大でＡＳＥが問題にならない範囲内で放電させることができる。従って、適切なフィードバック制御が行われる連続運転では、２つのシステムの制御は比較的簡単である。しかしながら、これらのレーザの一般的な作動は、前述したようにバーストモード式作動である。従って、バーストの最初のパルスは、いかなるフィードバックデータも最新ではなく非常に古く、更に電気部品の温度変化がその応答性に影響を与える可能性があるので、良くない結果を生じる可能性がある。

フィードバックタイミングデータを収集するための他の方法
１つの解決策は、最新のタイミングデータを取得できるように、各々のバーストの前に（おそらくレーザシャッタを閉じて）試験パルスを発生させることである。典型的に、この解決策は、シャッタの開閉に関連する遅延等の幾つかの理由で好ましくない。

より優れた解決策は、先に簡単に説明した方法であり、２つの室をＭＯの出力の増幅ができないように選択した相対時間に放電させる方法である。図６Ｆから、ＭＯのトリガの約２０ｎｓ前よりも早く又はＭＯトリガの約７０ｎｓ後よりも遅くＰＡをトリガすると実質的にゼロ狭帯域出力が生じることがわかる。両方の状況でのＡＳＥは、最大出力を得るように２つの放電のタイミングが選択される場合のパルスエネルギーが約２５ｍＪであるのに対して約０．１５ｍＪである。本出願人が選択した実質的にゼロ出力放電のためのタイミングは、ＭＯトリガの少なくとも１００ｎｓ後にＰＡをトリガすることである。良好なターゲットは、例えばＭＯトリガの２００ｎｓ後に又はＭＯトリガの１００ｎｓ前にＰＡをトリガすることである。

１つの方法において、先行パルスから１分以上経過した場合、ＰＡは、ＭＯ放電の２００ｎｓ後に放電される。そうでない場合、ＰＡは、ＭＯ放電の３０−５０ｎｓ後に放電され、所望のパルスエネルギーを生成するようになっている。この方法は、タイミングデータの収集を必要とし、トリガと放電との間のタイミングに何らかの変化があった場合にはフィードバック補正が行われる。前述のように、放電は、ＭＯ及びＰＡの両方において放電によって生成されたＡＳＥ光を検出するフォトセルによって検出される。別の方法において、先行パルスから１分以上経過した場合、ＭＯは、ＰＡ放電の４０ｎｓ後に放電される。前記と同様に、タイミングデータが収集され、このデータは、最大又は所望の狭帯域出力及び最小ＡＳＥを生成する必要がある場合に、確実に最初のパルスに続く放電を引き起こすために使用される。

従って、１分のアイドル時間より後の各々のバーストの最初のパルスは、ＡＳＥ量が非常に少ない、実質的にゼロの狭帯域出力を生成する。本出願人は、少なくとも３０パルスのパルス窓に関するＡＳＥは、総合狭帯域エネルギーの２×１０^-4より少ないであろうと見積もっている。この好適なレーザのパルスは、４０００パルス／秒の割合であるので、パルスバースト開始時の単パルスの損失は、レーザユーザには問題にならないであろう。

変形例
同様の結果を得るために、前述の方法に対して多くの変更を行うことができる。勿論、最良の結果を得るために３０秒目標値といった時間値を選択する必要がある。各々のバーストの最初のパルスを無効にするように、１分は僅か数ミリ秒とすることができる。前述の第１の方法において、１１０ｎｓの時間間隔は約７０ｎｓに短縮することができ、前述の第２の方法において、４０ｎｓの時間間隔は約２０ｎｓとすることができる。プログラムは、各々のバーストの開始時に、又は延長されたアイドル期間後の各々のバーストの開始時に２つ又は複数の無出力放電をもたらすように変更することができる。Ｐセル出力閾値以外のパラメータを使用して放電開始時期を判定することができる。例えば、ピークコンデンサ電圧をモニタすることができる。放電開始直後の急激な電圧降下は、放電開始時期として使用することができる。

パルス及び線量エネルギー制御
パルスエネルギー及び線量エネルギーは、前述したようなフィードバック制御システム及びアルゴリズムで制御されることが好ましい。パルスエネルギーモニタは、リソグラフィツール内のウェーハ近傍のレーザとすることができる。この方法を使用して、所望のパルスエネルギーを生成するよう充電電圧が選択される。

本出願人は、この方法は非常に良好に機能し、タイミングジッタ問題を大幅に低減する判断した。しかしながら、この方法は、確かにＰＡから独立してＭＯを制御するレーザオペレータの能力を、ある程度低下させてしまう。しかしながら、各ユニットの性能を最適化するために別個に制御することができるＭＯ及びＰＡの作動パラメータも幾つかある。これらの他のパラメータには、レーザガス圧、Ｆ₂濃度、及びレーザガス温度が含まれる。これらのパラメータは、２つの室の各々において独立して制御され、プロセッサ制御によるフィードバック方式で調整されることが好ましい。

ガス制御
本発明の好適な実施形態は、図１に示すようにガス制御モジュールを有し、各レーザ室を適切な量のレーザガスで満たすように構成される。各室に入るガスの連続的な流れを維持してレーザガス濃度を所望レベルに一定又はほぼ一定に維持するために、適切な制御装置及びプロセッサ装置を設けることが好ましい。これは、米国特許第６，０２８，８８０号、米国特許第６，１５１，３４９号、又は米国特許第６，２４０，１１７号（いずれも、引用により本明細書に組み込まれる）に説明されているような方法を用いて実現できる。１つの実施形態においては、約３ｋＰのフッ素ガス（例えば、ＡｒＦレーザの場合、１．０％Ｆ２、３．５％Ａｒ、及び残りはネオンから成る）は、１０００万パルス毎に各々の室に追加される。（４０００Ｈｚの連続作動において、これは約４２分毎の注入に対応する）。レーザは定期的に中断され、各々の室のガスは排気されて室には新鮮なガスが再充填される。一般的な再充填は、ＡｒＦレーザでは１００，０００，０００パルス、ＫｒＦレーザでは約３００，０００，０００パルスである。

出願人が二元充填法と呼ぶ、室に入るガスの実質的に連続的な流れを可能にするための方法は、各々がオリフィスを有する連続ラインである幾つかの（例えば５本の）充填ラインを設け、前のラインの流れを、遮断弁を有する各々のラインと重ねることを可能にする。最も低い流量ラインは、最小の均衡ガス流を可能にするようにオリフィスを有する。開かれる弁の組み合わせを適切に選択することによって、所望の流量をほとんど達成することができる。オリフィス付きラインとレーザガス源との間に、レーザ室圧力の約２倍の圧力に維持されるバッファタンクを設けることが好ましい。

また、充電電圧レベルが所定の値に達した際にガス注入を自動的に行うことができる。これらの所定の値は、レーザ効率試験を行うことによって設定することができ、又はガス再充填中に行われる種々の試験によって設定することができる。ＭＯの場合、所定の電圧レベルは、帯域幅及び効率トレードオフに基づいて設定することができる。

可変帯域幅制御
前述のように、本発明のこの好適な実施形態は、従来技術によるエキシマレーザ帯域幅よりもはるかに狭いレーザパルスを生成する。帯域幅が所望のものよりも狭く、非常に短い焦点深度の焦点となる場合もある。大きな帯域幅でより良好なリソグラフィ結果が得られる場合もある。従って、帯域幅を調整するための方法が好まれる場合がある。このような方法は、米国特許出願番号０９／９１８，７７３及び米国特許出願番号０９／６０８，５４３に説明されており、それらの全ての開示内容は、引用により本明細書に組み込まれる。これらの方法では、特定のリソグラフィ結果を得るための好適な帯域幅を決定し、次に、図１６Ｂ１及び図１６Ｂ２に示すＰＺＴ調整ミラー制御と共に利用可能な超高速波長制御を用いてパルスのバースト中に素早くレーザ波長を変更し、所望のスペクトル形状をシミュレートするコンピュータモデリングが使用される。この方法は、特に、集積回路内に比較的に深い孔を作る際に有用である。

パルスエネルギー、波長、及び帯域幅の制御
集積回路リソグラフィに使用される従来技術によるエキシマレーザは、レーザ光パラメータに関する厳しい仕様に支配される。これには、一般的に、各パルスのパルスエネルギー、帯域幅、及び中心波長の測定、及び、パルスエネルギー及び帯域幅のフィードバック制御が必要であった。従来技術による装置では、パルスエネルギーのフィードバック制御はパルス間基準、即ち、各パルスのパルスエネルギーは、得られたデータを直後のパルスのエネルギーを制御するための制御アルゴリズムで使用できるように迅速に測定される。１，０００Ｈｚシステムに関しては、これは、次のパルスのための測定及び制御の所要時間は１／１０００秒未満で行う必要があることを意味する。４０００Ｈｚシステムに関しては、この４倍の速度で行う必要がある。引用により本明細書に組み込まれている米国特許第５，０２５，４５５号及び米国特許第５，９７８，３９４号には、中心波長を制御して波長及び帯域幅を測定する方法が説明されている。別の波長計の詳細は、本出願人の特許出願番号１０／１７３，１９０に説明されており、同様に引用により本明細書に組み込まれている。

また、この好適な実施形態のビームパラメータの制御は、出力ビームの波長及び帯域幅が主発振器１０の状態によって設定されるが、パルスエネルギーが電力増幅器１２の状態でほぼ決定される点で、従来技術によるエキシマレーザ光源設計と異なる。好適な実施形態において、波長帯域幅はＳＡＭ９で測定される。帯域幅を測定するためのＳＡＭのこの装置は、前述の特許及び特許出願に説明されているような、エタロン及び線形ダイオードを利用する。しかしながら、良好な帯域幅分解能及び帯域幅追跡を実現するために、非常に小さな自由スペクトル範囲をもつエタロンが利用される。パルスエネルギーは、ＬＡＭ及びＳＡＭの両方でモニタし、同様にスキャナでモニタすることができる。また、パルス伸張器１２の直下流側でパルスエネルギーをモニタすることもでき、いずれの場合も、前述の特許及び特許出願で説明されるようなパルスエネルギーモニタを使用する。また、これらのパラメータは、ビーム列の他の位置で測定することもできる。

パルスエネルギー及び帯域幅のフィードバック制御
引用により本明細書に組み込まれている米国特許第６，００５，８７９号「エキシマレーザのパルスエネルギー制御」に全て説明されているように、後続パルスのパルスエネルギーは、前述した各パルスのパルスエネルギーの測定結果に基づいて、所望のパルスエネルギー及び特定の数のパルスの所望の統合線量を維持するように制御される。各々のバーストの各々のパルスのエネルギーは、パルス伸張器１２の後のフォトダイオードモニタ６２３によって測定し、これらの測定結果は、パルス及び線量を制御するために使用する。充電電圧に対するパルスエネルギーの変化速度を求める。最新のバーストの先行パルスに対するパルスエネルギー誤差を求める。また、移動パルス窓内の全ての先行パルス（最新の３０パルス等）に対する統合線量誤差を求める。パルスエネルギー誤差、統合線量誤差、充電電圧に対するエネルギー変化速度、及び基準電圧を使用して後続パルスの充電電圧を求める。好適な実施形態においては、電圧に対するエネルギーの変化速度は、各々のバーストの２つのパルス間に一度は低値で一度は高値のディザー電圧を加えることで求める。基準電圧は、従来技術によるエネルギーデータ及び電圧データを使用して計算した電圧である。本実施形態において、バーストの最初の部分の間に基準電圧を求める方法は、バーストの後続部分の間に使用する方法とは異なる。第１のパルスセット（好適には４０パルス）の間に、各々のパルスに対して、先行バーストの対応するパルスからの電圧及びエネルギーデータを使用して計算した特定の電圧は、目標パルスエネルギーに収束するパルスエネルギーを生成するのに必要な電圧の予測値として利用される。４１及びそれ以降のパルスについては、各々のパルスの基準電圧は先行パルスに関する特定の電圧である。

前述のレーザ中心線波長は、ＭＯ出力におけるＬＡＭでの波長の測定値、及び引用により本明細書に組み込まれている米国特許第５，９７８，３９４号「エキシマレーザの波長システム」に説明されている方法等の従来技術で公知の方法を用いてフィードバック方式で制御することができる。出願人は、最近、圧電駆動装置を利用して調整ミラーを極めて高速で動かすための種々の波長調整方法を開発した。これらの方法の一部は、引用により本明細書に組み込まれている２０００年６月３０出願の米国特許出願番号６０８，５４３「レーザの帯域幅制御方法」に説明されている。以下のセクションで、これらの方法を簡単に説明する。圧電スタックは、レバーアームの支点の位置を調整する。

組み合わせＰＺＴ／ステッピングモータ駆動式調整ミラーを有する新ＬＮＰ
圧電駆動の詳細設計
図３は、出力レーザ光の波長及び帯域幅を制御するのに重要なレーザシステムの特徴を示すブロック図である。この場合、波長は、図３に示すレーザ室がＭＯ室に相当するようにＭＯによって制御される。

線幅狭小化は、４プリズムビーム拡張器（１１２ａから１１２ｄ）、調整ミラー１１４、及び格子１０Ｃ３を含む線幅狭小化モジュール１１０（図１では１０Ｂで示す）によって行われる。非常に狭いスペクトルを実現するために、この線幅狭小化モジュールでは非常に高いビーム拡大が使用される。このビーム拡大は、一般的に従来技術によるマイクロリソグラフィエキシマレーザで使用される２０Ｘから２５Ｘに対して４５Ｘである。更に、前部開口（１１６ａ）及び後部開口（１１６Ｂ）の水平寸法が小さくなっており、即ち、従来技術では約３ｍｍ及び２ｍｍであるのに対して１．６及び１．１ｍｍである。ビームの高さは、７ｍｍに制限される。全てのこれらの測定値によって、帯域幅を約０．５ｐｍ（ＦＷＨＭ）から約０．２ｐｍ（ＦＷＨＭ）に減少させることができる。また、レーザエネルギーパルスは、５ｍＪから約１ｍＪに低減される。しかしながら、これは、この光は１０ｍＪの所望出力が得られるように増幅器において増幅されるので問題にはならない。出力カプラ１１８の反射率は３０％であり、これは、従来技術によるレーザの反射率に近いものである。

図３Ａは、好適な波長同調方法の詳細な特徴を示す。ミラー１４の位置の大きな変更は、ステッピングモータによって２６．５：１のレバーアーム８４を介して行われる。この場合、圧電駆動装置８０端部のダイヤモンドパッド８１は、レバーアーム８４の支点で球形の位置決めボールに接触するように設けられる。レバーアーム８４の上部とミラーマウント８６との接触は、レバーアーム上の円筒形ドエルピンと、符号８５で示すミラーマウント上に取り付けられた４つの球面玉軸受け（そのうちの２つのみを図示）によって行われる。圧電駆動装置８０は、圧電マウント８０Ａを用いてＬＮＰフレーム上に取り付けられており、ステッピングモータは、ステッピングモータマウント８２Ａを用いてフレームに取り付けられている。ミラー１４は、３つのアルミニウム製球体（そのうちの１つのみが図３Ｂに図示される）を使用して３点マウントを用いてミラーマウントに取り付けられている。３本のバネ１４Ａによって、球体に対してミラーを保持するための圧縮力が付与される。実施形態は、圧電駆動装置をＬＮＰ内の環境から隔離するためのベローズ（缶として機能）を含むことができる。この隔離によって、ＵＶによる圧電駆動素子の損傷が防止されると共に、圧電材料からのガス抜けによる汚染の可能性がなくなる。この設計は、最初の３０ミリ秒のバーストの間に約５ミリ秒から１０ミリ秒の期間にわたって必然的に発生する波長変化である、波長「チャープ」を上手く補正することが分かっている。

事前調整及び能動的調整
集積回路リソグラフィ設備のオペレータは、所定の基準で波長を変更することを望む場合がある。換言すると、目標中心波長λ_Tは固定波長でなくてもよいが、特定パターンの後に、又は、初期の履歴波長データ又は他のパラメータを使用した学習アルゴリズムの連続的又は定期的な更新の結果として、所望の頻度で変更することができる。

適応フィードフォワード
本発明の好適な実施形態は、フィードフォワードアルゴリズムを含む。これらのアルゴリズムは、既知のハースト作動パターンに基づいてレーザオペレータがコード化することができる。もしくは、このアルゴリズムは、レーザ制御によって上記の図表に示したようなバーストパターンが検出された後に、波長シフトを防止するか又は最小限に抑えるために、波長シフトを予期したミラー１４の調整を行う目的での制御パラメータの修正に適応できるようにすることができる。適応フィードフォワード方法は、１つ又はそれ以上前のバーストからのデータから、及びチャープの影響を逆にするためのＰＺＴスタックを使用して、ソフトウェアにおいて任意の繰返し率でチャープのモデルを構築する。

チャープ反転を適切に設計するために、（１）ＰＺＴスイッチのパルス応答、及び、（２）チャープの形状という２つの情報が必要である。各々の繰返し率については、ＰＺＴスタックのパルス応答によるチャープ波形の逆重畳によって、パルスのシーケンスが得られ、このシーケンスは、ＰＺＴスタック（適切な符号を有する）に適用される場合、チャープを取り消す。この計算は、１組の繰返し率での挙動調査によってオフラインで行うことができる。データシーケンスは、パルス番号及び繰返し率によって索引が付されたテーブルに保存することができる。このテーブルは、適応フィードフォワード反転で使用される適切な波形データを収集するために作動中に参照することができる。また、繰返し率が変更される度に作動開始時に幾つかのデータバーストを用いてほぼリアルタイムでチャープ形状モデルを得ることが可能であり、実際に選択されるであろう。チャープ形状モデル及び恐らくはＰＺＴパルス応答モデルも、その後、モデルとデータとの間の蓄積誤差測定値に基づいてＮバースト毎に更新する（例えば、適合させる）ことができる。

パルスのバースト開始時のチャープは、引用により本明細書に組み込まれている米国特許出願番号１０／０１２，００２に説明されているようなアルゴリズム及び方法を用いて制御できる。

振動制御
好適な実施形態において、レーザ室由来の振動による種々の悪影響を低減するために能動的振動制御を適用することができる。この方法の１例として、圧電ロードセルを利用して、ＬＮＰ振動をモニタして、Ｒ_maxミラーに対して追加的な制御関数を与えるのに使用されるフィードバック信号をもたらす。この方法は、引用により本明細書に組み込まれている米国特許出願番号０９／７９４，７８２に説明されている。

他の帯域幅の測定方法
本発明の好適な実施形態によるレーザ光の帯域幅は、従来技術によるリソグラフィレーザと比較すると大幅に低減される。前記のセクションにおいて、本出願人は、従来技術による帯域幅測定エタロンの約３倍の自由スペクトル範囲をもつエタロンを利用するための方法を説明した。この方法により帯域幅測定結果の精度は約２倍になる。前述のシステムが可能にする精度よりも非常に高い精度の測定システムを備えることが望ましい。この方法の一例は、引用により本明細書に組み込まれている２００１年１０月３１日出願の米国特許出願番号１０／００３，５１３「高分解エタロン格子分光計」に説明されている。帯域幅、即ち、半値幅及び９５％積分帯域幅の両方を測定する、他の高精度の方法は、レーザ部品として組み込むか、又は試験装置として設けることができる。

パルス伸張器
集積回路スキャナマシンは、製造が難しく何百ドルもする大型レンズを備える。これらの非常に高価な光学部品は、何十億回もの高強度の紫外パルスに起因する劣化を被る。光学的損傷は、レーザパルスの強度（光出力（エネルギー／時間）／ｃｍ²又はｍＪ／ｎｓ／ｃｍ²）が高くなるとと共に大きくなることが知られている。これらのレーザからのレーザビームの一般的なパルス長は約２０ｎｓなので、５ｍＪビームは、約０．２５ｍＪ／ｎｓのパルス出力強度をもつことになる。パルス持続時間を変えることなくパルスエネルギーを１０ｍＪに高めると、結果的にパルス出力は０．５ｍＪ／ｎｓに倍化されることになり、このことは、これらの高価な光学部品の耐用年数を大幅に短くすることになる。本出願人は、パルス長を約２０ｎｓから５０ｎｓ以上に相当長くして、スキャナ光学部品の劣化速度を遅くすることによってこの問題を回避している。このパルス伸張は、図１に示すようなパルス伸張器ユニット１２で実現される。ビーム分割器１６は、電力増幅器出力ビーム１４Ｂの約６０パーセントを４つの集光ミラー２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄによって形成される遅延経路に反射する。ビーム１４の各々のパルスの４０パーセントの伝達部分は、ビーム１４Ｃの対応する伸張されたパルスの第１の隆起部になる。伸張されたビーム１４Ｃは、ビーム分割器１６によって、反射部分を点２２に集光するミラー２０Ａに導かれる。その後、ビームは拡大してミラー２０Ｂから反射され、ミラー２０Ｂは、拡大ビームを平行ビームに変換してミラー２０Ｃに導き、ミラー２０Ｃは、再度ビームを点２２に集光する。その後、このビームはミラー２０Ｄによって反射され、ミラー２０Ｄは、２０Ｂミラーと同様に、拡大ビームを平行光ビームに変換し、そのビームをビーム分割器１６に導き、ここでは、最初の反射光の６０％は、出力ビーム１４Ｃのこのパルスの第１の伝達部と一直線に完全に反射されて、レーザパルスの第２の隆起部の大半となる。反射された４０％のビームは、ビーム分割器１４に伝達され、第１の反射光の経路を正確にたどり伸張パルス内に別の小さな隆起部を生成する。その結果、伸張パルス１４Ｃが形成され、そのパルス長は約２０ｎｓから約５０ｎｓに引伸ばされる。

本実施形態の伸張パルスの形状は、２つのほぼ同一の大きなピーク１３Ａ及び１３Ｂ、及び最初の２つのピークに続く小さな減衰ピークをもつ。伸張パルスの形状は、別のビーム分割器を使用して修正できる。本出願人は、約６０％を反射するビーム分割器は、「２乗時間積分」パルス長、つまり「ＴＩＳ」として知られているパラメータで測定した場合にパルスの最大伸張を引き起こすことを確認している。このパラメータの使用は、普通とは違う形状の電力／時間曲線を有するパルスの有効パルス持続時間を求めるための方法である。ＴＩＳは以下のように定義される。

但し、Ｉ（ｔ）は時間の関数としての強度である。

ビーム形状及び拡散特性を維持するために、遅延伝播経路を経由してビームを導くミラーは、単一の拡大式焦点望遠鏡としても機能する必要がある結像リレーシステムを形成する必要がある。その理由は、エキシマレーザビームの固有拡散のためである。ビームが結像されることなく遅延経路を通って導かれると、ビームは、ビーム分割器で再結合せられると元のビームとは異なる大きさになるであろう。結像リレー及び焦点望遠鏡を形成するためには、パルス伸張器の機能及びミラーは、遅延経路の長さによって決まる特定の曲率半径を持つように設計される。ミラー２０Ａと２０Ｄとの間の間隔は、ミラー凹面の曲率半径に等しく、全遅延経路の１／４に等しい。

伸張パルスの最初の２つのピークの相対的強度は、ビーム分割器の反射率の設計でもって変更できる。また、ビーム分割器の設計、従ってパルス伸張器の出力ＴＩＳは、ビームリレーシステムの効率に左右されるので、出力ＴＩＳは、同様に結像リレーミラーの反射量及びビーム分割器の損失量に支配される。反射率９７％の結像リレーミラー及び損失２％のビーム分割器に関して、ビーム分割器の反射率が６３％の場合に最大ＴＩＳ倍率が生じる。

パルス伸張器の位置合わせは、４つの結像リレーミラーのうち２つが調整可能であることが必要である。２つの調整可能ミラーの各々は、合計４自由度を与えるチップチルト調整が行われる。２つの調整可能ミラーは、システムが共焦点設計なのでシステムの反対側に配置する必要である。自動位置合わせパルス伸張器を作るには、所要の４自由度の自動調整装置、及び位置合わせを特徴づけるためのフィードバック情報を供給する診断システムが必要となる。位置合わせ性能を適格とすることができる診断システムの設計は、パルス伸張器の近視野及び遠視野の両方を撮像できる撮像システムを必要とするであろう。２つの平面（近視野及び遠視野）での元のパルスとサブパルスとの重なりを検査すれば、自動的にミラーを調整して、サブパルスの各々が元のパルスと同一線上を進むようになった出力を生じるのに必要な情報を得ることができる。

リレー光学部品
好適な実施形態において、主発振器８の出力ビーム１４Ａは、電力増幅器１を通る２パスによって増幅され、出力ビーム１４Ｂを生成するようになっている。これを実現する光学部品は、本出願人が命名した３つのモジュールである、主発振器波面エンジニアリングボックス「ＭＯ ＷＥＢ」２４、電力増幅器波面エンジニアリングボックス「ＰＡ ＷＥＢ」２６、及びビーム反転器「ＢＲ」２８に収容されている。これらの３つのモジュール並びに線幅狭小化モジュール８Ｂ及び出力カプラ８Ａの全ては、放電室８Ｃ及び電力増幅器１０の放電室から独立して、単一の垂直光学テーブルに取り付けられている。ファン回転による音響衝撃によって引き起こされるチャンバ振動は、光学部品から隔離する必要がある。

主発振器線幅狭小化モジュール及び出力カプラ内の光学部品は、本実施形態において、背景技術のセクションで言及されている従来技術によるリソグラフィレーザ光源の構成部品と実質的に同一である。線幅狭小化モジュールは、３又は４プリズムビーム拡張器、超高速応答調整ミラー、及びリットロウ（Ｌｉｔｒｏｗ）構成で配置された格子を含む。出力カプラは、ＫｒＦシステムの場合には出力ビームの２０パーセント、ＡｒＦの場合には約３０パーセントを反射して残りを通過させる部分反射ミラーである。主発振器８の出力は、線幅中心解析モジュールＬＡＭ７でモニタされ、ＭＯ ＷＥＢ２４に向かう。ＭＯ ＷＥＢは、完全内部反射（ＴＩＲ）プリズム及び出力ビーム１４ＡをＰＡ ＷＥＢに正確に導くための位置合わせ構成部品を含む。図３Ａに示すようなＴＩＲプリズムは、一般に高強度紫外線の下で劣化する反射被覆を必要とすることなく、９０パーセントを超える効率でレーザ光を９０°回転させることができる。もしくは、図３Ｅに示すように、ＴＩＲプリズムの代わりに耐久性の高い高反射被覆を有する第１の表面ミラーを使用することもできる。

ＰＡ ＷＥＢ２６は、ＴＩＲプリズム２６Ａ、及び電力増幅器利得媒質を通る第１のパスにレーザ光１４Ａを導くための位置合わせ構成部品（図示せず）を含む。もしくは、前述のように、高反射被覆を有する第１の表面ミラーをＴＩＲプリズムの代わりに使用することもできる。ビーム反転モジュール２８は、２反射ビーム反転プリズム２６Ｂを含み、これは完全内部反射に依存するので光学的被覆は不要である。Ｐ偏光ビームがプリズムに出入りする面は、反射損失を最小限に抑えてプリズムをほぼ１００％の効率にするためにブルースター角で配向される。

ビーム反転モジュール２８での反転後、部分的に増幅されたビーム１４Ａは、電力増幅器１０内の利得媒質を通る別のパスを形成し、電力増幅器出力ビーム１４Ｂとしてスペクトル解析モジュール９及びＰＡ ＷＥＢ２６から出ていく。この実施形態において、電力増幅器１０を通るビーム１４Ａの第２のパスは、電力増幅器放電室内の細長い電極と正確に一直線になっている。第１のパスは、第２のパスの経路に対して約６ミリラジアンの角度の経路をたどり、第１のパスの第１の経路は、利得媒質の両端の間の中間点で利得媒質の中心線と交差する。

ビーム拡張プリズム
ビームのフルエンスは、ＰＡから出るとシステム内のどこよりも大きい（ビーム寸法が小さくパルスエネルギーが高いために）。このような高いフルエンスが、被覆損傷が起こる可能性のあるＯＰｕＳモジュールの光学的被覆上へ入射するのを防ぐために、ビーム拡張プリズムは、ＰＡ ＷＥＢ内に設計されている。水平方向のビーム幅を４倍に拡張することによって、フルエンスは以前の１／４のレベルに低減される。
ビーム拡張は、２０°の頂角をもつ一対の同一プリズムを使用して達成される。

プリズムは、ＡｒＦグレードのフッ化カルシウム製であり被覆されていない。各々のプリズム上で６８．６°の入射角を利用することで、４．０のアナモルフィック倍率が得られ、一対の公称偏差角はゼロである。４面からの全フレネル反射損失は約１２％である。

ビーム伝達ユニット
好適な実施形態において、スキャナマシン２の要求仕様を満足するパルス式レーザ光は、スキャナの光入力ポートに供給される。ＢＡＭと呼ぶ図１に３８で示すビーム解析モジュールはスキャナの入力ポートに設けられ、入射ビームをモニタしてフィードバック信号をレーザ制御システムに供給し、スキャナに供給される光を所望の強度、波長、波長、帯域幅に確実にして、線量及び波長安定性等の全ての品質要件に適合させるようになっている。波長、帯域幅、及びパルスエネルギーは、その開示内容全体が引用により本明細書に組み込まれている米国特許出願番号１０／０１２，００２に説明されている種々の技術を用いて、最大４，０００Ｈｚのパルス繰返し率で、パルス間基準でビーム解析モジュールの測定機器によってモニタされる。

他のビームパラメータも同様に任意の周期でモニタできる。偏光、プロファイル、ビーム寸法、及びビーム照準等のパラメータは比較的安定しているので、ユーザは、これらのパラメータを波長、帯域幅、及びパルスエネルギーのパラメータよりも少ない頻度でモニタすることを選択できる。

この特定のＢＤＵは、２つのビーム照準ミラー４０Ａ及び４０Ｂを備え、その一方又は両方は、ビーム照準変動に対してチップチルト補正を行うように制御できる。ビーム照準は、照準ミラーの一方又は両方の照準フィードバック制御を行うＢＡＭにおいてモニタできる。好適な実施形態において、７ミリ秒未満の照準応答性を可能にするために圧電ドライバが設けられる。

制御アルゴリズム
製造ラインで超高速、高エネルギーレーザの非常に信頼性の高い２４時間運転を行うように設計される、これらの２室放電ガスレーザの制御のために、本出願人は特別な新規な制御を開発している。これらの制御には、最新の集積回路の製造に必要な厳しい仕様を満たすレーザビーム品質パラメータを保証するのに特に適するアルゴリズムが含まれる。これらの特別な制御としては、（１）ナノ秒のタイミング精度でのパルスエネルギー制御、（２）超高速の波長タイミングによる精密パルス間波長制御、（３）高速応答レーザガス温度制御、及び（４）新規な学習アルゴリズムによるＦ₂注入制御を挙げることができる。好適なレーザシステム用のこれらの制御アルゴリズムは、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２、図１３、及び図１４を参照して以下に説明する。

パルスエネルギー制御
前述のような２室システムにおけるパルスエネルギー制御は、幾分従来技術の１室システムにおけるエネルギー制御と似ている。しかしながら、２室システムを用いると、別々の室での放電に対するナノ秒単位の正確なタイミングという別の重要な要件に対応する必要がある。

タイミング制御
好適なタイミング制御アルゴリズムを図１１Ａの７００に示す。このアルゴリズムの設計における本出願人の手法は、（１）制御を１次、２次、３次の階層的に行う、（２）各々の連続する階層は、前の階層で訂正されていない問題を修正する、及び（３）制御は、前の階層が後続の階層に依然として「気づかない」ように実行される、というものであった。

１次の制御階層において、各室の放電タイミングは、次回のパルスのコマンド電圧に基づいて調整される。このことは（前述のように）、タイミングが実質的にコマンド電圧の大きさの影響を受けるので行われる。７０２で示す電圧設定値は、遅延推定式に導入される。ＭＯ及びＰＡには同じ式が使用されるが、係数は試験結果に応じて異なる。このように計算されたタイミング補正値は、ＭＯ及びＰＡの両方の基準トリガ遅延から差し引かれる。

２次の制御階層において、（前述のように）タイミング遅延は実質的に特定のパルス電力部品の温度変化の影響を受けるので、温度ドリフトに対して補正が適用される。実際に測定されたＭＯ及びＰＡ遅延は、１次の階層で予測した遅延と比較され、ＭＯ及びＰＡの測定遅延と計算遅延との間の誤差を低減するために、将来のパルスのための調整項が修正される。利得調整は、ゆっくりとした収束をもたらすように設定される。

３次の制御階層において、ＭＯＰＡ遅延における誤差に対して高速補正が適用される。測定されたＭＯＰＡ遅延は、最大遅延と比較され、７０４に示すようにＭＯトリガの調整が行われる誤差を低減するようになっている。この場合、利得は、高周波数外乱の大きさを最小にするために中程度である。大きな誤差に対して、シングルステップでの誤差を除去するために利得は大きくされる。また、３次の階層において、トリガと光放出との間の時間が測定されると共に目標と比較され、誤差を低減するために７０６に示すようにＭＯトリガ及びＰＡトリガの両方に対する調整が適用される。利得は中程度である。

エネルギー制御
図１１Ｂは好適なエネルギー制御アルゴリズム７２０の概要を示す。タイミングアルゴリズムと同様に３階層である。

１次の制御階層において、電圧は、７２２に示すようにエネルギー目標の変化に対して調整される。エネルギー目標にｄＶ／ｄＥを掛けて電圧を得る。

２次の制御階層は、エネルギー過渡現象及びオフセットを補正する。バースト過渡現象が予測されるのでバースト間基準で反転波形が適用される。反転波形は、パルスバースト中の過渡効果（前述の「スラグ効果」を含む）についての成分に対する電圧補正を行う。本出願人はバースト過渡が繰返し率で大幅に変動する可能性があると考えるので、波形は幾つかの繰返し率について保持される。また、オフセットは、バースト間の間隔に基づいて適用される。（この特徴は、試験時にはオフできる）。

反転波形は、初期の数パルスにおけるレーザガスは放電領域に戻る（すなわち、約５０パルスから１００パルスで）場合に生じる（前述の）再突入スラグ効果をキャンセルするのに十分な長さであってもよい。

３次の制御段階はパルス間変動を補正する。本出願人は、現在のところ積分フィードバック制御を用いている。（同様に、本出願人は２重積分２乗制御を進めておりＱＡ試験中である）。この３次の制御において、７２４に示すように適応フィードフォワードのためにサーボ出力は誤差から差し引かれる。つまり、適応フィードフォワードは、サーボから切り離される。３次の制御階層において、広帯域外乱がある場合に線量誤差を最小限に抑えるために一般に高利得が好ましい。しかしながら、好適なアルゴリズムは、広帯域外乱がない場合にシグマ制御に適する低利得に切り替わる。

波長制御
波長制御の好適なアルゴリズムを図１２の７３０に示す。波長制御の入力は、測定された波長（図１に示すＬＡＭモジュール７で測定したような）７３２、目標波長７３４、及びバーストのパルス番号７３６である。出力は、ＬＮＰステッピングモータ７３８及びＰＺＴ電圧制御７４０のコマンドである。

スケジュール利得は、ＰＺＴ制御ループの利得を決定し、パルス番号に基づくものである。波長目標の変化に基づいてＰＺＴ電圧に対してプリドライブが加減される。飽和積分器は制御ループの心臓部である。飽和積分器は、各々のサイクルで、その入力を内部状態に加える。プローブは、診断機能発生器であり、較正のためにＰＺＴを使用する。フィードフォワードヒステリシス補償器は、ＰＺＴアクチュエータヒステリシスになることでプリドライブ性能を向上させる。ステッパサーバは２次アクチュエータであり、その主たる目的は、ＰＺＴコマンド電圧が常にその範囲の中心近くにあるようにステッピングモータの位置を移動させることである。

ガス温度制御
ガス温度制御の好適なアルゴリズムを図１３の７４０に示す。入力は、測定温度７４２、温度コマンド７４４、及び平均繰返し率７４６である。出力は、冷媒弁コマンド７４７及び加熱器コマンド７４８である。アルゴリズムは、２つの室に対する２つの独立した同一のループをもつ。測定されたガス温度は、ＣＡＮ入出力クラスタから受信され、弁コマンド及び加熱器コマンドはＣＡＮ入出力クラスタに送信される。ループは１０Ｈｚで実行される。ガス温度制御ブロックは、温度誤差を濾過する離散的な伝達関数及び全てのサイクルで入力を内部状態に追加する離散的積分器を含む。内部状態は、構成可能な閾値によって制限される。繰返し率フィードフォワード手法は、測定された平均繰返し率を拡大し、負荷サイクル変化に対する高速応答を得るために冷媒弁コマンドを高める。飽和手法は、弁コマンドを制限し、加熱器コマンドマシンは、冷媒弁コマンドの大きさに基づいて加熱器の状態（オン／オフ）を支配する。

Ｆ ₂ 注入制御
好適なＦ₂注入制御アルゴリズムを図１４の７５０に示す。この制御手法では、注入タイミングは、ショットカウント及び能動的消費率予測（ＡＣＲＥ）に厳密に準じる。従来技術による注入アルゴリズムとは反対に、電圧変動又はｄＥ／ｄＦ変動によって決定する場合、レーザ効率の変動は、注入を決定するのに直接使用されない。しかしながら、各々の注入サイクルからの情報は高度に濾過されて、結果として得られる濾過情報は、各々の室に関する緩慢に変化するＡＣＲＥに組み込まれる。本出願人は、これらの手法により、約２倍のガス寿命で非常に正確なＡＣＲ値がもたらされることを確認した。（ガス寿命は、室内の古いガスが排気されて新鮮なガスに置換される場合、各ガス補給の間の作動時間である）。２倍のガス寿命は約２億パルスであり、これは、典型的に数日分のレーザ作動に相当する。室の経年変化によるＡＣＲＥの緩慢な変化が追跡される。
（［Ｆ₂］_消費＞［Ｆ₂］_目標）の場合、注入を行う
レーザが発射されると、現在のサイクルで消費されたＦ₂の量の運転予測値をショットカウント及び経過時間から計算する。
［Ｆ₂］_消費＝（注入ショット数）／１，０００，０００×（ＡＣＲ[ｋＰａ]／Ｍショット）＋注入時間×（ＰＣＲ[ｋＰａ]／時間）
この値は、現在のサイクルで消費予定のＦ₂目標量と比較され、目標量が消費されると注入が要求される。
（［Ｆ₂］_消費＞［Ｆ₂］_目標 ）の場合、注入を行う。

Ｆ₂注入判定には他のロジックは用いない。アルゴリズムは、バースト平均電圧（ＢＡＶ）の移動平均を追跡し、ベースライン効率に対する効率損失（ＢＡＶ上昇）をモニタする。アルゴリズムは、作動点（Ｏｐ点）の変化を検出して応答する。次に、幾つかのバーストに関する新しいＢＡＶをモニタし、Ｏｐ点の変化に起因するＢＡＶ変動を計算する。次に、全て図１４に示すように、観察された電圧変動に基づいて基準電圧を調整する。

特別なＦ ₂ レーザの特徴
以上の説明は、一般的にＡｒＦレーザシステムに直接適用されるが、その特徴のほぼ全ては、本業界では公知の僅かな変更でＫｒＦレーザにも同じように適用できる。しかしながら、本発明のＦ₂バージョンでは幾つかの重大な変更が必要とされる。これらの変更点には、ＬＮＰの場所での線幅選択器及び／又は２つの室間、又は電力増幅器の下流での線幅選択器が含まれる。線幅選択器は、一群のプリズムであることが好ましい。出力ビームの偏光を改善するために、ビームと適切に配向される透明板を室間に使用することができる。出力ビームのコヒーレンスを低減するために、拡散器を室間に付加することができる。

ノイズ低減
好適な実施形態は、レーザシステムの制御におけるノイズの影響を最小限に抑えるための４つの改良点を含む。（１）プロセッサは、レーザ発射時には約５マイクロ秒間、モジュール間リンク上のデータ送信を行わないようにプログラムされる。（２）図１Ｃに示すＣＡＮシステムにより、クラスタ制御装置は、センサ及びアクチュエータの場所に配置され、モジュール間のデータ送信が誤差検出を有する直列デジタル形式とすることができるように、アナログ／デジタル及び／又はデジタル／アナログ変換器を含む。装置ネットワークボードを含むＣＡＮ装置は、Ｗｏｏｄｈｅａｄ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ等の納入業者から販売されている。（３）また、プロセッサは、レーザ発射時にはデジタル／アナログ変換を行わないようにプログラム可能である。（４）モジュール間リンクは、シールドされたツイストペア線である。

本発明では、その範囲を変更することなく、種々の変更を行うことができる。当業者は、多くの他の変形の可能性を理解できるであろう。

リソグラフィについては、ＡｒＦ、ＫｒＦ、又はＦ₂システムを利用できる。また、本発明は、紫外線波長の光を必要とする場合があるリソグラフィ以外の用途にも適用できる。レーザシステムがＦ₂レーザで構成される場合、図３の１１０に示すような線幅狭小化ユニットの代わりに、１つ又はそれ以上のプリズム及び全反射ミラーで構成された線幅選択モジュールを使用することが好ましい。本発明の重要な改良点は、所望のビーム品質をもつ紫外線レーザビームを、紫外線レーザ光源を必要とする装置の入力ポートへ伝達する装置をレーザシステムへ追加することである。本明細書で言及したもの以外の種々のフィードバック制御方式を使用できる。図１の６等のビーム伝達ユニットを含むレーザシステムについては、出力ビームを適切に位置決めされた状態に維持するために、２つの能動的制御式先端傾動（ｔｉｌｔ−ｔｉｐ）型ミラーをフィードバック方式での制御のもとで図示のように追加できる。

非常に高いパルス繰返し数では、パルスエネルギーに対するフィードバック制御は、必ずしも、直前のパルスを用いて、特定のパルスのパルスエネルギーを制御するのに十分な高速で行う必要はない点を理解されたい。例えば、特定のパルスについて測定したパルスエネルギーを第２の又は第３の後続パルスの制御に使用する制御技術を用いることができる。図１に示したもの以外の多くの他のレーザレイアウト構成を使用できる。例えば、各チャンバは、並列に又はＰＡを下にして取り付けることができる。また、第２のレーザユニットは、部分反射ミラー等の出力カプラを含めることによって、スレーブ発振器として構成することができる。他の変形例も可能である。横流ファン以外のファンを使用することができる。これは４ｋＨｚよりも非常に大きな繰返し率で必要となるであろう。ファン及び熱交換器を放電室の外側に配置できる。

従って、上記の開示内容は、その内容を限定することを意図したものではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその法的均等物によって判断されるべきである。

ＭＯＰＡレーザシステムのブロック図である。 図１のシステムの断面図である。 レーザ構成部品の取付け方法を示す。 ＭＯＰＡ制御システムを示すブロック図である。 制御システムの一部のブロック図である。 レーザ室の断面図である。 狭帯域レーザ発振器の特徴を示す概略図である。 線幅狭小化ユニットの制御部の特徴を示す。 パルス電力制御方法の特徴を示すブロック図である。 トリガ制御方法の結果を示す。 制御アルゴリズムの特徴を示すブロック図である。 ２つの類似のレーザ装置の応答時間を示す。 パルス電力システムのパルス圧縮部の回路図である。 共振充電器のブロック図及び回路図である。 ＭＯＰＡトリガ制御方法の特徴を示す。 ＭＯＰＡトリガ制御方法の特徴を示す。 ＭＯＰＡトリガ制御方法の特徴を示す。 種々の電力増幅器の構成及び結果を示す。 種々の電力増幅器の構成及び結果を示す。 ＰＡ入力とＰＡ出力との関係を示す。 ＭＯ放電とＰＡ放電との間の時間遅延の変動の影響を示す。 ＭＯ放電とＰＡ放電との間の時間遅延の変動の影響を示す。 ＭＯ放電とＰＡ放電との間の時間遅延の変動の影響を示す。 ＭＯ放電とＰＡ放電との間の時間遅延の変動の影響を示す。 時間遅延を示すグラフである。 エネルギー制御方法の原理を示す。 トリガ制御方法を示す。 フィードバックタイミング制御方法を示す。 Ｃｐ電圧とＭＯＰＡシステムの光放出との関係を示す。 インダクタ温度のタイミングへの影響を示す。 パルス電力構成部品及びその冷却方法を示す。 パルス電力構成部品及びその冷却方法を示す。 パルス電力構成部品及びその冷却方法を示す。 パルス電力構成部品及びその冷却方法を示す。 パルス電力構成部品及びその冷却方法を示す。 パルス電力構成部品及びその冷却方法を示す。 パルス変成器の特徴を示す。 パルス変成器の特徴を示す。 パルス電力制御アルゴリズムを説明する。 パルス電力制御アルゴリズムを説明する。 波長制御アルゴリズムを説明する。 レーザガス温度制御アルゴリズムを説明する。 Ｆ₂注入制御アルゴリズムを説明する。

Claims (1)

1. 狭帯域シードレーザ光出力パルスを生成する主発振器部と、
   前記狭帯域シードレーザ光出力パルスを受け取り電力増幅器レーザ光出力パルスに増幅し、オフ期間に続くオン期間の間のパルスのバーストにおいて、４０００／秒以上の電力増幅器レーザ光出力パルス繰返し率で作動し、主発振器及び電力増幅器充電コンデンサの各々に蓄積されたエネルギーを、主発振器及び電力増幅器多段放電磁気パルス圧縮の各回路及び放電パルス部分ターン電圧セットアップ変成器を通って、主発振器及び電力増幅器の各々の各放電ガス電極を横切る、超高電圧で短い持続時間の放電パルスに変換する放電パルス電力システムを有する電力増幅器部と、
   を有する、放電ガスエキシマレーザにおいて、
   前記主発振器及び電力増幅器の各々の電極を横切る前記放電ガスパルスの印加タイミングを制御するために、前記主発振器及び電力増幅器充電コンデンサの各々に蓄積された前記エネルギーの放出タイミングを制御するための装置であって、
   各タイミング制御信号を前記主発振器及び電力増幅器の各々に供給する、各主発振器遅延コマンドユニット及び電力増幅器遅延コマンドユニットであって、前記タイミング制御信号は最新の遅延コマンドを規定する、前記各主発振器遅延コマンドユニット及び電力増幅器遅延コマンドユニットと、
   遅延コマンドを生成するために前記最新の遅延コマンドと組み合わされることになる外乱信号を生成するためのディザー発生器であって、前記遅延コマンドは前記レーザをトリガして出力パルスエネルギーを有する出力を発生させ、前記ディザー回路は直交積分を計算してディザー外乱によるエネルギーの部分を抽出し、先行ディザーの結果に基づいて名目上の遅延コマンドを更新する、前記ディザー発生器と、
   を備えることを特徴とする装置。

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