JP6039663B2 - ２チャンバガス放電レーザシステムの自動ガス最適化のためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

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本出願は、代理人整理番号ＰＡ１１２０ＵＳである２０１１年６月３０日出願の「２チャンバガス放電レーザシステムにおける自動ガス最適化のためのシステム及び方法」という名称の米国一般特許出願番号第１３／１７４，６４０号に対する優先権を主張するものであり、この特許の内容全体は、これにより引用によって本明細書に組み込まれる。

本発明は、一般的にレーザシステムに関する。より具体的には、本発明は、リフィル作動後の「主発振器電力増幅器」エキシマレーザのような２チャンバガス放電レーザのチャンバのガスの最適化に関する。

フォトリソグラフィに使用される１つのタイプのガス放電レーザは、エキシマレーザとして公知である。エキシマレーザは、典型的には、アルゴン、クリプトン、又はキセノンのような希ガスとフッ素又は塩素のような反応ガスとの組合せを使用する。エキシマレーザは、電気刺激及び高圧の適切な条件下で励起された状態でのみ存在することができ、かつ紫外線範囲のレーザ光を引き起こすことができるエキシマ（あるいは、希ガスハロゲン化物の場合はエキシプレックス）と呼ぶ擬分子が生じるという事実にその名称が由来する。

エキシマレーザは、高解像度フォトリソグラフィ機械に広く使用され、従って、超小型電子チップ製造に要求される決定的な技術の１つである。現在の従来技術リソグラフィツールは、それぞれ２４８及び１９３ナノメートルの公称波長を有するＫｒＦ及びＡｒＦエキシマレーザからの深紫外線（ＤＵＶ）光を使用する。

エキシマレーザは、単一チャンバ光源を用いて製造することができるが、より多くの電力及びスペクトル帯域幅低減に関する対立する設計上の要求は、このような単一チャンバ設計における性能の妥協を意味している。この設計上の妥協を回避して性能を改善する１つの方法は、２つのチャンバを利用することによるものである。これは、スペクトル帯域幅及びパルスエネルギ生成の機能の分離を可能にし、各チャンバは、２つの性能パラメータの一方に対して最適化される。

このような二重ガス放電チャンバエキシマレーザは、「主発振器電力増幅器」又は「ＭＯＰＡ」レーザと呼ばれることが多い。スペクトル帯域幅及びパルスエネルギの改善に加えて、二重チャンバアーキテクチャの効率は、ＭＯＰＡレーザの消耗モジュールが単一チャンバ光源の対応するモジュールよりも長い作動寿命に到達することを可能にすることができる。

各チャンバでは、光源がその電極にわたってエネルギを放出して光を生成する時に、ＡｒＦ又はＫｒＦレーザの場合はフッ素であるハロゲンガスが消耗する。これは、レーザ効率の減少を引き起こし、それは、例えば、所定の望ましいパルスエネルギを生成するのに要求される放電電圧の増加として見られる。放電電圧は、ハードウエアの物理的制約によって決定される上限を有するので、電圧がこの限界よりも下に留まり、かつレーザが引き続き適正に機能するように、失われたフッ素を補給する対策を講じなければならない。

これを行う１つの方法は、リフィルと呼ぶチャンバのガスの完全な補給であり、チャンバのガス含有量を望ましい混合、濃度、及び圧力に戻すためにレーザが発射中ではない間にガスの全てが交換される。しかし、リフィルは、レーザがリフィル工程中に遮断されるので極めて破壊的であり、従って、チップのリソグラフィ露光も、チップの不適切な処理を回避するために制御された方式で同時に休止され、その後にレーザが再び作動した時に再開されなければならない。こういう理由から、時間を節約するために両チャンバを一度にリフィルすることが典型的であるが、これは、必要というわけではない。

リフィルの必要性は、光源発射パターン及びエネルギ、光源モジュールの経年数、及び当業者に公知の他のものを含むいくつかの複雑かつ多くの場合に予想不能な変数に依存する可能性がある。こういう理由から、リフィルは、典型的に規則正しいスケジュールで行われ、これは、光源が作動限界に到達することによる光源の作動の予期せぬ中断が決して発生しないことを保証する。このような規則正しいスケジュールは、一般的に、低いパルス使用量で作動する光源の一部のユーザが、リフィルとリフィルの間の期間を簡単なスケジュールによって与えられる期間よりも遥かに長く待つことができるように、リフィルとリフィルの間の時間に関して非常に保守的な上限をもたらす。

スループット及び光源利用可能性の増大に対する要求を考慮して、リフィルのための光源停止を最小にする努力が行われてきた。これを行う１つの方法は、完全なリフィルではなく、注入として公知であるチャンバのガスの部分的な補給を実施することによるものである。レーザがある一定のパラメータ内で作動し続けることができる限り、注入のためにレーザをシャットダウンすることは必要なく、従って、チップの処理は、注入工程中に続行することができる。しかし、レーザの性能は、注入が補償するのに不適切になるような時間と共に変化する傾向が依然としてあり、従って、リフィルは、依然として規則的な間隔で行われる。

リフィル作動において、レーザチャンバの残っているガスが排気され、その後に、新しいガスが、フッ素の特定の圧力及び濃度に到達することを意図した量でチャンバ内に導入される。リフィル終了時のレーザチャンバのガスの圧力及び濃度は、典型的には、レーザの特定のタイプ及びモデルにより決まり（かつ全ての二重チャンバレーザに対して類似である場合さえある）、特定のレーザのその経年数のような特定の特性を考慮することはできない。

従って、リフィルの次に、特定のレーザの初期作動に向けて最良のガス条件を与えることを意図したガス最適化が行われる場合がある。ガスの最適化は、特定のレーザが、次回のリフィルが必要になるまでのより長い作動を考慮してその最も効率的な点で作動を開始することを可能にする。

最適化は、一部には必要とされる時間のために常に行われるわけではない。リフィル及び最適化は、典型的には、ここでもまたレーザが作動を停止したままで約１時間又はそれよりも長く掛かる。むしろ、最適化が行われるか否かは、典型的には、大掛かりなレーザモジュール交換があったか否か、又はレーザ性能の劣化が観測されたか否かのように様々な基準によって決定される。

エンジニアは、ガスを最適化するためにレーザを試射し、その作動パラメータ、特に、放電電圧及び出力エネルギを判断する。レーザが望ましいパラメータ内で作動していない場合に、エンジニアは、チャンバのガスを調節して別の試射を行う。これは、望ましい作動パラメータが得られるまで繰り返される。

ガス最適化の実行に固有のいくつかの問題がある。最適化工程は、典型的に試行錯誤の工程であり、従って、経験豊かなエンジニアでさえも最適ガス状態を取得する際に何らかの困難があることになる。これはまた、最適化が簡単に反復可能ではなく、すなわち、エンジニアが異なれば同じレーザの異なる最適化をもたらす場合があり、一人のエンジニアでさえも以前の結果を再現できない場合があることを意味する。最後に、エラーが発生した場合に、レーザの付加的な休止時間をもたらす最適化工程の反復が必要である場合がある。

ガスを最適化するより正確な方法は、これらの問題の多く又は全てを緩和又は排除し、レーザを別のリフィルが必要になる前のより長い期間にわたって作動させることができると考えられる。更に、良好な最適化は、レーザチャンバに対するその後の注入の計算の礎になるより良好な基盤を提供する。従って、使用される特定のレーザのための最も効率的なガス状態をもたらす方式で最適化が行われることが望ましい。説明するガス最適化は、非常に正確なフッ素濃度を与える自動リフィル工程を用いて特に有効であると考えられる。

ＭＯＰＡエキシマレーザのような２チャンバガス放電レーザの電力増幅器レーザチャンバのガスをチャンバがリフィルされた後に自動的かつ正確に最適化するシステム及び方法を開示する。ある一定の望ましいパラメータが定義され、その後に、コントローラ又はプロセッサが、最適化をユーザによる介入又はアクションなしで実行する。レーザは、いくつかのシーケンスで試射され、ガスは、必要に応じて増幅器レーザチャンバから各シーケンス中に抽気され、レーザの作動パラメータを可能な範囲まで定義されたパラメータ内に保ち、ガスリフィル終了時に存在する条件を考慮してできるだけ最適に近い増幅器レーザチャンバのガス条件をもたらす。

一実施形態において、ハロゲンを含むレージング媒体ガスを含むレーザチャンバを各々有する主発振器及び増幅器と、ガス最適化方式をリフィル後に自動的に実行するコントローラを含むガス最適化システムとを含む二重チャンバガス放電レーザ光源を説明し、ガス最適化方式は、レーザが連続モードで第１の速度及びターゲットエネルギで発射され、同時に放電電圧を測定し、放電電圧が所定の最小値よりも小さい場合には、放電電圧が最小値に等しいか又はそれよりも大きくなるまでガスを増幅器チャンバから抽気する第１のシーケンスと、レーザが連続モードで第２の速度及びターゲットエネルギで発射され、同時に放電電圧を測定し、放電電圧が所定の最小値よりも小さい場合には、放電電圧が最小値に等しいか又はそれよりも大きくなるまでガスを増幅器チャンバから抽気する第２のシーケンスと、レーザがターゲットエネルギでバーストで発射され、同時に放電電圧及び主発振器出力エネルギを測定し、放電電圧が所定の最小値よりも小さいか又は出力エネルギが別の所定の最小値よりも小さい場合には、放電電圧及び出力エネルギの両方がそれぞれの所定の最小値に等しいか又はそれよりも大きくなるまでガスを増幅器チャンバから抽気する第３のシーケンスとを含む。

別の実施形態において、ハロゲンを含むレージング媒体ガスを含むレーザチャンバを各々有する主発振器及び電力増幅器を有する二重チャンバガス放電レーザ光源の電力増幅器レーザチャンバのガスを自動的に最適化する方法を説明し、ガスを最適化する方法は、レーザを連続モードで第１の速度及びターゲットエネルギで発射し、同時に放電電圧を測定して、放電電圧が所定の最小値よりも小さい場合には、放電電圧が最小値に等しいか又はそれよりも大きくなるまでガスを増幅器チャンバから抽気する段階と、レーザを連続モードで第２の速度及びターゲットエネルギで発射し、同時に放電電圧を測定して、放電電圧が所定の最小値よりも小さい場合には、放電電圧が最小値に等しいか又はそれよりも大きくなるまでガスを増幅器チャンバから抽気する段階と、レーザをターゲットエネルギでバーストで発射し、同時に放電電圧及び出力エネルギを測定して、放電電圧が所定の最小値よりも小さいか又は出力エネルギが別の所定の最小値よりも小さい場合には、放電電圧及び出力エネルギの両方がそれぞれの所定の最小値に等しいか又はそれよりも大きくなるまでガスを増幅器チャンバから抽気する段階とを含む。

更に別の実施形態は、ハロゲンを含むレージング媒体ガスを含むレーザチャンバを各々有する主発振器及び電力増幅器を有する二重チャンバガス放電レーザ光源の電力増幅器レーザチャンバのガスを自動的に最適化する方法を実行するためにプロセッサによって実行可能であるプログラムが具現化された持続性コンピュータ可読媒体を開示し、ガスを最適化する方法は、レーザを連続モードで第１の速度及びターゲットエネルギで発射し、同時に放電電圧を測定して、放電電圧が所定の最小値よりも小さい場合には、放電電圧が最小値に等しいか又はそれよりも大きくなるまでガスを増幅器チャンバから抽気する段階と、レーザを連続モードで第２の速度及びターゲットエネルギで発射し、同時に放電電圧を測定して、放電電圧が所定の最小値よりも小さい場合には、放電電圧が最小値に等しいか又はそれよりも大きくなるまでガスを増幅器チャンバから抽気する段階と、レーザをターゲットエネルギでバーストで発射し、同時に放電電圧及び出力エネルギを測定して、放電電圧が所定の最小値よりも小さいか又は出力エネルギが別の所定の最小値よりも小さい場合には、放電電圧及び出力エネルギの両方がそれぞれの所定の最小値に等しいか又はそれよりも大きくなるまでガスを増幅器チャンバから抽気する段階とを含む。

一実施形態によるＭＯＰＡエキシマレーザのような二重チャンバガスレーザの自動ガスリフィルシステム１００の略示ブロック図である。 一実施形態によるＭＯＰＡエキシマレーザのような二重チャンバガスレーザの増幅器レーザチャンバの自動ガス最適化の方法の主な段階を示す略示流れ図である。 図２からの第１のシステム設定シーケンスの一実施形態のより詳細な段階を示す略示流れ図である。 図２からの第２のシステム設定シーケンスの一実施形態のより詳細な段階を示す略示流れ図である。 図２からの主最適化シーケンスの一実施形態のより詳細な段階を示す略示流れ図である。

本出願では、ＭＯＰＡエキシマレーザのような２チャンバガス放電レーザの電力増幅器レーザチャンバのガスをチャンバのリフィル後に自動的かつ正確に最適化するシステム及び方法を説明する。完全自動最適化工程により、結果的に精度改善が得られ、かつ手動最適化に関連の問題の多くが緩和又は排除されることが予想される。

ある一定の定義されたパラメータが入力された状態で、工程は、例えば、コントローラによりユーザによる介入又はアクションなしに実行される。レーザは、いくつかのシーケンスで試射され、ガスは、必要に応じて増幅器レーザチャンバから各シーケンス中に抽気され、レーザの作動パラメータを可能な範囲まで定義されたパラメータ内に保つ。これは、増幅器レーザチャンバのガス条件が、ガスリフィル終了時に存在する条件が与えられると可能な限り最適に近いことをもたらす。

ＭＯＰＡエキシマレーザのような二重チャンバガスレーザのガス補給システム１００の略示ブロック図が図１に示されている。ＭＯＰＡエキシマレーザは、レーザチャンバを含む主発振器１０２及びレーザチャンバを含む電力増幅器１０４も有する。作動時に、主発振器１０２は、電力増幅器１０４に渡される第１のレーザビーム１０６を生成し、そこで増幅されてリソグラフィでの使用に向けてスキャナ機械（図示せず）に出力される増幅されたレーザビーム１０８を生成する。

各レーザチャンバは、ガスの混合物を含み、例えば、所定のエキシマレーザにおいて、各レーザチャンバは、ハロゲン、例えば、フッ素をアルゴン、ネオンのような他のガス及び恐らくは他のものと共に全圧Ｐになる異なる分圧で含む場合がある。ガス容器１１０及び１１２は、主発振器１０２及び電力増幅器１０４に弁１１４を通じて接続され、レーザチャンバのガスの補給を所望された時に可能にする。ＡｒＦレーザにおいて、ガス容器１１０は、典型的には、フッ素、アルゴン、及び１つ又はそれよりも多くの他の希ガスを含む「Ｍ１混合物」又は「トリ混合物」として公知である混合ガスを含むことがあり、一方、ガス容器１１２は、アルゴン及び１つ又はそれよりも多くの他のガスを含むが、フッ素はない「Ｍ２混合物」又は「バイ混合物」として公知である混合物を含む。プロセッサ又は論理回路のようなコントローラ１１６は、弁１１４を作動させて、ガスを容器１１０及び１１２から主発振器１０２及び電力増幅器１０４のレーザチャンバにリフィル又は注入で移動するか、又はガスをレーザチャンバから必要な時に抽気する。抽気されたガスは、典型的には、容器に戻されず１１８で排気される。

当業技術で公知のように、ガス容器１１０内のフッ素は、典型的にはレーザ作動に望ましい圧力よりも高い特定の分圧にあるので、２つのガス容器が必要である。フッ素を主発振器１０２又は電力増幅器１０４のレーザチャンバに望ましいより低い分圧で追加するために、容器１１０内のガスを希釈しなければならず、容器１１２内の非ハロゲン含有ガスがこの目的に使用される。

図示していないが、弁１１４は、典型的には、各レーザチャンバに向けて２つの弁、すなわち、ガスが各チャンバを第１の速度で出入りすることを可能にする「注入」弁、及びガスが各チャンバを第２のより速い速度で出入りすることを可能にする「チャンバ充填」弁を含む。

上述したように、レーザチャンバのリフィルが実行される時に、チャンバのガスの全てが交換され、各チャンバ内においてフッ素の特定の圧力及び濃度に到達するための試みが行われる。リフィルは、典型的には所定のモデルの全てのレーザに対して同じであるので、リフィルの次に、時にはガス最適化が行われ、従って、ガスの条件は、このような特定のレーザに向けて最適化される。上述したように、これは、レーザを試射し、作動パラメータを観測して、一方又は両方のレーザチャンバのガス条件を調節して望ましいパラメータに対するあらゆる偏差を補償しようとするエンジニアにより一般的に行われる。このような調節は、典型的には、エンジニアの経験及び判断に依存して手動で行われる。

このような従来の手動最適化工程の場合と同様に、本明細書に説明する自動最適化工程は、レーザチャンバがリフィルされた後に実行される。本明細書に説明する実施形態において、主発振器レーザチャンバのガスは、リフィル後は一定のままであり、増幅器レーザチャンバのガスだけが調節される。増幅器レーザチャンバは、一部の場合にリフィルの終了時にフッ素の望ましい濃度を含むので、ガスの抽気だけが最適化中に許容され、フッ素濃度を変えることがあり得るのでいずれの注入もこの時点では許容されない。

本方法は、典型的には、チャンバ内の温度と圧力の測定値を含むある一定のパラメータを入力として受信して弁の作動を制御する図１のコントローラ１１６のようなプロセッサ上で実行されるソフトウエアに実施される。

図２は、ＭＯＰＡエキシマレーザのような二重チャンバガスレーザの電力増幅器チャンバのガスを自動的に最適化する工程の一実施形態を示す略示流れ図である。以下に示して説明するように、この工程は、２つの異なるシーケンス、すなわち、２回実行されるシステム設定シーケンス（段階２０１及び２０２）及び主最適化シーケンス（段階２０３）を含む。

最適化中に、一定エネルギ出力を取得する試みが行われるが、これは必ずしも可能ではなく、一部の場合には、出力エネルギは、望ましいものよりも高くなる。こういう理由から、レーザシステムの光学系の損傷を防止するために、第１の設定シーケンスにおいて、レーザは、超低周波数で作動され、従って、低い出力電力になる。レーザが適切に作動していることが明確になると、第２の設定シーケンスをより高い出力電力で実行することができ、その後に、主最適化シーケンスを作動中のレーザのほぼ予想された出力電力で実行することができる。

一実施形態において、システム設定シーケンス中に、レーザは、レーザが群でパルスを発射するバーストモードではなく、レーザが連続的にパルスを発射する連続モードで作動されるが、これは、要件ではない。例えば、各々１０ミリジュール（ｍＪ）のパルスを毎回連続モードで６キロヘルツ（ｋＨｚ）、すなわち、６０００のパルス／秒のパルス繰返し速度で生成するように設計されたレーザは、６０ワットの意図する最大出力を有すると見なされ、一方、各１５ｍＪのパルスを毎回同じ速度で生成するレーザは、９０ワットを出力するような定格にされる。一部の場合には、このようなレーザにより、ユーザは、より高いパルスエネルギを選択することができる。ユーザは一部の場合により低いパルス繰返し速度も選択するであろうが、レーザが仮に連続波モードで６ｋＨｚの速度でより高いパルスエネルギで作動し始めた場合に、レーザの損傷が発生する可能性がある。従って、設定シーケンスは、ガスがこのような出力を可能にするように最適化されるまで出力電力がレーザ最大の意図する出力を十分に下回っていることを保証するように選択された速度で開始される。

本明細書に説明する様々な値は、カリフォルニア州サンディエゴ所在の「Ｃｙｍｅｒ、Ｉｎｃ．」から作られる特定のＭＯＰＡレーザと共に使用されるものであるが、多くの他のレーザも類似の値を使用していることに注意されたい。当業者は、本明細書に説明する原理を他の製造業者のもの、すなわち、異なる作動値を有するエキシマレーザに適用することができるであろう。

第１の設定シーケンスの低い出力エネルギは、通常の作動パラメータの範囲外にあり得るので、エネルギ出力のエラーに対する警告を無効にするか、又は単に無視してもよい。同様に、通常作動の範囲外である波長及び帯域幅に対する警告も最適化工程中には無効に又は無視してもよい。

図２を参照すると、上述したように、段階２０１で、第１の設定シーケンスを低周波数で実行する。各々１０ｍＪのパルスを６ｋＨｚのパルス繰返し速度で生成することができる６０ワットのレーザの説明する実施を使用する一実施形態において、例えば、第１の設定シーケンスを２００Ｈｚで実行することができる。

上述したように、２００Ｈｚの速度を選択して、第１の設定シーケンス中の出力電力がシステムの光学系の損傷がないとすることができるほど低いことを保証する。第１の設定シーケンスを１０ｍＪパルスで２００Ｈｚの連続パルス繰返し速度で実行すると、出力電力が２ワットになる。これは、６０ワットの定格出力を十分に下回っており、かつ生成されたパルスが最初に各々１０ｍＪよりも大きいエネルギであるとしてもレーザの光学系の損傷がないほど低い。当業者は、パルス繰返し速度は、最適化工程の対象である特定のレーザのパラメータに応じて変えることができることを認識するであろう。

段階２０２で、連続パルス繰返し速度を増大することによって第２の設定シーケンスをレーザの増大した出力電力で実行する。例えば、パルス繰返し速度を１０倍上げて２０００Ｈｚにすることができ、従って、上述の実施において２０ワットの出力電力になる。

段階２０３で、主最適化シーケンスを実行することによって最適化を完了させる。以下に説明するように、主最適化シーケンスは、ほぼレーザが作動されると予想される出力電力であるターゲット出力電力で実行されることが好ましい。これらのシーケンスの各々に対してより詳細に説明する。

図３は、図２の第１のシステム設定シーケンス２０１の一実施形態のより詳細な段階を示す流れ図である。段階３０１で、上述したように、レーザは、連続モードで一定パルスエネルギ出力又はターゲットでレーザが製造作動に使用されると予想される公称電力を十分に下回る電力出力をもたらすように選択された速度で発射される。上述したように、６ｋＨｚの最大パルス繰返し速度及びパルス当たり１０ｍＪのエネルギを有するレーザに関して、第１の設定シーケンスは、例えば、２００Ｈｚで実行することができる。

次に、段階３０２で、レーザパルスを１０ｍＪの望ましい出力エネルギで生成するのに要求される放電電圧を測定し、電力増幅器レーザチャンバ内の圧力が測定される。段階３０３で、電力増幅器チャンバ内の圧力が最小値ＰＭＩＮよりも大きいか又はそれに等しいかを判断する。

測定した圧力がＰＭＩＮ未満である場合に、段階３０４で、警告をユーザに出し、段階３０７で、工程は、第２の設定シーケンスに進む。

圧力がＰＭＩＮに等しいか又はそれよりも大きい場合に、段階３０５で、放電電圧が最小値ＶＭＩＮよりも大きいか又はそれに等しいかを判断する。電圧がＶＭＩＮに等しいか又はそれよりも大きい場合に、段階３０７で、工程は、再び第２の設定シーケンスに進む。

段階３０５で電圧がＶＭＩＮより大きくない場合に、段階３０６で、増幅器レーザチャンバガスを抽気して固定の量で圧力を低減する。ガスを抽気すると、圧力が低減し、それによって放電電圧が増大する。遷移を可能にするための数秒、一実施形態においては３秒の待機の後に、工程は、段階３０２に戻り、電圧及び圧力を再び測定する。段階３０５に再び到達した時に、放電電圧がこの時点で在ＶＭＩＮよりも大きいか又はそれに等しい（かつ圧力がＰＭＩＮより大きい）場合に、工程は、段階３０７で第２の設定シーケンスに再び移動する。

放電電圧が依然としてＶＭＩＮ未満である場合に、段階３０６を繰返し、ガスを再び抽気し、工程は、再び放電電圧及び圧力の測定に向けて段階３０２に戻る。一実施形態において、ガスは、毎回同じ量で抽気され、他の実施形態において、抽気量は、毎回の反復時に、例えば、以前の抽気の結果としての放電電圧の変化に基づいて変更することができる。段階３０２、３０３、３０５、及び３０６は、段階３０７及び第２の設定シーケンスに進む条件の１つが発生するまで、すなわち、圧力がＰＭＩＮ未満であり、又は圧力がＰＭＩＮよりも大きいか又はそれに等しく、放電電圧がＶＭＩＮよりも大きいか又はそれに等しくなるまで繰り返すことになる。

一実施形態において、増幅器レーザチャンバからのガスの抽気は、実際の圧力降下を測定しようとするのではなく、増幅器レーザチャンバの充填弁を固定期間にわたって開くことによって達成される。システムは、弁が開くべきである固定期間に対するデフォルト値を示し、又はユーザに値を設定させることができる。

ＶＭＩＮ及びＰＭＩＮの値は、レーザが安全な作動パラメータ内のままであることを保証するように設定される。レーザの物理により最小の安全な放電電圧が指定され、電圧がこれを下回った場合に、それは、レーザの出力エネルギは高すぎであり、かつ放電電圧が出力エネルギを引き下げるために下げられているという表示である。この条件によりレーザの損傷が結果的に発生する場合があるので、レーザは、典型的には、放電電圧がこの最小値を下回った場合は自動的に遮断される。放電電圧のこの値に到達しないことを保証するために、ＶＭＩＮは、物理的限界よりも高く、一実施形態において約５０ボルトだけ高く設定される。

同様に、レーザの物理により、レーザが安全に作動しない最低圧力が指定される。従って、ＰＭＩＮの値も、この圧力よりも高く、一実施形態において約１５キロパスカル（ｋＰａ）だけ高く設定される。この例において０．６秒である抽気時間は、抽気が１５ｋＰａ未満の圧力の減少をもたらし、そのために圧力が段階３０３でＰＭＩＮよりも大きいと判断されて抽気がその後に行われる場合に圧力がレーザの安全作動に必要とされる物理限界を依然として超えていることになるように設定される。

一実施形態において、ＶＭＩＮ及びＰＭＩＮのデフォルト値、例えば、ＶＭＩＮには９１０ボルト、ＰＭＩＮには２２０ｋＰａがある。他の実施形態において、ユーザは、これらのパラメータを変更することができる。

図４は、第２のシステム設定シーケンス２０２の一実施形態のより詳細な段階を示す流れ図である。第２の設定シーケンスは、図３の第１の設定シーケンスとほぼ同一である。段階４０１で、レーザを連続モードであるがより高いパルス繰返し速度で発射し、従って、より高い出力電力が発生する。しかし、一実施形態において、第２の設定シーケンスは、レーザの通常作動において予想される出力電力よりも小さい出力電力で依然として実行することができる。

一実施形態では、第２の設定シーケンスにおいて、レーザを初期速度の１０倍、すなわち、この実施において２０００Ｈｚ、すなわち、第１の設定シーケンスの２００Ｈｚの速度の１０倍のパルス繰返し速度で実行する。上述の例のパルスエネルギ当たり１０ｍＪを仮定すると、これは、レーザの定格出力を十分に下回り、かつ一部の場合に作動中のレーザの通常の予想される出力エネルギよりも小さい２０ワットまで予想される出力電力を増大することになる。パルス当たりのターゲットエネルギは、シーケンスの全てに対して一定であることが好ましいが、これは、必要に応じて一部の場合に変更することができる。

パルス繰返し速度は、第２の設定シーケンスに使用されたより高い速度、ここでは２０００Ｈｚで減少すると予想される必要とされる放電電圧に影響を与える。すなわち、放電電圧は、第１の設定シーケンス中にＶＭＩＮよりも大きい場合があるが、第２の設定シーケンス中に落ちる場合があり、従って、より多くのガスを抽気してＶＭＩＮよりも大きい放電電圧をより高い繰返し速度で上げることが必要である。

図４に示す段階は、図３に示すものと同じであり、第２の設定シーケンスは、第１の設定シーケンスを参照して上述したような同じ方法で実行される。しかし、ここでは、段階４０７で第２の設定シーケンスの終了に到達した時に、工程は、主最適化シーケンスに進む。従って、第２の設定シーケンス中に、何らかの時点で、放電電圧が、ＶＭＩＮに等しいか又はそれよりも大きくなり、かつ圧力が、ＰＭＩＮに等しいか又はそれよりも大きくなるか、又は圧力が、ＰＭＩＮよりも小さくなることになるかのいずれかである。これらの条件のいずれかにより第２の設定シーケンスが終了し、工程は、段階４０７で主最適化シーケンスに進む。

第２の設定シーケンスが実行された状態で、ガス条件は、主最適化シーケンスがレーザに損傷をもたらすのを防止するのに十分である。主最適化シーケンスは、その後に、レーザの予想された作動条件に向けてガス条件を最適化するように実行される。

図５は、主最適化シーケンスの一実施形態の略示流れ図である。主最適化シーケンス中、レーザは、設定シーケンスの連続波モードではなく、バーストパターンで発射される。段階５０１で、バーストパターンを選択する。バーストパターンは、予想された出力電力及びレーザが一般的な顧客により実際に発射される方法に近似することを目的として、一部の場合には、レーザ製造業者が最良の作動性能が得られると考えるパターンを表す場合がある。

バーストパターンは、典型的には、３つのパラメータ、すなわち、繰返し速度、バーストの長さ、及びバーストとバーストの間の時間により指定される。主最適化シーケンスのバーストパターンは、レーザ製造業者又はユーザによって選択することができるが、初期設定は、メモリに記憶することができ、選択された状態で、最適化工程中は変更されない。例えば、６０ワットの意図する最大出力が得られるように毎回６ｋＨｚの最大速度で１０ｍＪのパルスを生成する上述のレーザの場合に、６ｋＨｚの速度でバースト間の１００ｍｓｅｃを用いてバースト当たり６００のパルスのバーストパターンを使用することができる。これは、最大パルス繰返し速度の５０％の負荷サイクルを表し、従って、パルス当たり１０ｍＪでは、電力出力は、３０ワットであることになる。

段階５０２で、放電電圧を再び測定し、ここでは、段階５０３で最大電圧ＶＭＡＸと比較する。電圧がＶＭＡＸよりも大きい場合に、工程は、この現在のガス条件が最適化工程により取得することができる最良の結果であるので終了する。一実施形態において、段階５０４で、電圧が高すぎるという警告をユーザに出すことができ、従って、ユーザは、必要に応じてレーザチャンバ圧力をモニタし続けることができる。

ＶＭＩＮ及びＰＭＩＮの場合と同様に、レーザの物理限界によって定義された真の最大放電電圧があることは公知である。作動中、フッ素が消費される時に、放電電圧が増加する傾向があることも公知である。従って、ＶＭＡＸの値は、作動中に電圧の増加を可能にするためにレーザの物理限界を十分に下回るように設定される。例えば、レーザは、約１１５０ボルトで物理限界を有することがあり、ＶＭＡＸは、１００ボルトだけ低く、すなわち、１０５０ボルトに設定されることがあり、一方、上述したように、このようなレーザのＶＭＩＮは、約９１０ボルトであり得る。

電圧がＶＭＡＸを超えない場合に、段階５０５で、放電電圧が主発振器出力エネルギと同様に再び測定される。段階５０６で、放電電圧を設定シーケンスにおいて先に使用されたのと同じ最小電圧ＶＭＩＮと再び比較するが、必要に応じて異なる基準値と比較してもよい。主発振器エネルギも最小値ＥＭＩＮと比較される。放電電圧がＶＭＩＮに等しいか又はそれよりも大きく、主発振器エネルギがＥＭＩＮに等しいか又はそれよりも大きい場合に、ここでもまた、工程は、これが最適化工程をもたらすことができる最良の結果であるので再び終了する。

放電電圧又は主発振器エネルギがそれぞれの最小値を満たさない場合に、段階５０７で、電力増幅器レーザチャンバのガスの圧力を再び測定する。段階５０８で、ガス圧力が以前の設定シーケンスに使用されたＰＭＩＮの同じ値を下回ったか否かを判断する。圧力がＰＭＩＮよりも小さい場合に、段階５１０で警告を再び出して、最適化シーケンスは、再び終了する。

しかし、増幅器レーザチャンバ内の圧力が依然としてＰＭＩＮに等しいか又はそれよりも大きい場合に、段階５０９で、増幅器レーザチャンバのガスを再び固定量で抽気する。上述したように、これは、一定期間にわたって充填弁を開くことによって行うことができる。放電電圧は、圧力が減少する時に再び増加し、それによってここでもまた主発振器チャンバエネルギが増加する。遷移を落ち着かせるための短い、例えば、５秒の待機後に、工程は、段階５０２に戻り、放電電圧が再び測定される。段階５０２から５０９は、出口点の１つに到達するまで繰り返される。

主最適化シーケンス中に使用されたＶＭＩＮ及びＰＭＩＮの値は、同じ理由で、すなわち、レーザの安全な作動限界に対して十分な余裕をもたらすために、設定シーケンス中に使用されたものと同じである場合がある。

この時点で、増幅器レーザチャンバのガスは、特定のレーザの通常のバーストモード作動に向けて最適化されたと考えられ、通常作動は、圧力及びフッ素濃度の可能な限り良好な状態で開始することができる。最適なガス条件は、レーザの作動によるフッ素の消費量を補償するためのチャンバへのフッ素含有ガスのその後の注入の良好な基盤になり、かつレーザが完全なリフィルを必要とする前により長く作動することを可能にしなければならない。このような注入を実行する様々な方法は、当業者に公知である。

実際には、レーザチャンバをリフィルするのに掛かる時間に本明細書に説明する自動ガス最適化工程によって追加される時間は５分足らずである。自動リフィル工程を用いると、リフィル及び最適化の全体は、従来技術のリフィル及び手動最適化が１時間又はそれよりも長いのと比較すると２５分足らずで達成することができる。更に、本明細書の最適化工程は、自動リフィル工程が非常に正確なフッ素濃度をもたらす時に、可能な限り良好な初期ガス条件をもたらすはずである。

試験に基づいて、説明する方法による自動最適化工程では、手動最適化工程では達成し難い増幅器レーザチャンバ内の最適ガス条件を得ることができると考えられる。更に、このような自動最適化工程には、エンジニアによる更に別の調節が必要なく、従って、レーザチャンバから抽気しなければならない余分なガスの量が非常に少ない。

説明するシステム及び方法は、電圧、主発振器エネルギなどのようなガス最適化後のレーザパラメータの最終値がレーザの条件を判断するのに有意義であるので、貴重な診断ツールとすることができる。レーザ寿命中の各ガス最適化の結果の追跡は、レーザがどのように時間と共に変化するかに関する貴重な情報をもたし、かつ将来のレーザ設計及び改良において潜在的に貴重なものである可能性がある。

開示した方法及び装置を一部の実施形態を参照して以上説明した。他の実施形態も、この開示内容に照らせば当業者に明らかであろう。説明した方法及び装置のある一定の態様は、実施形態において上述したもの以外の構成又は段階を使用して、又は上述したもの以外の要素に関連して、又は上述したものに加えて容易に実行することができる。

例えば、好ましい実施形態は、主発振器電力増幅器多重チャンバ式エキシマ又は分子フッ素ガス放電レーザシステム（ＭＯＰＡ）であるが、システム及び方法は、主発振器電力発振器（「ＭＯＰＯ」）、電力発振器電力増幅器（「ＰＯＰＡ」）、又は電力発振器電力発振器（「ＰＯＰＯ」）構成のような他の発振器／増幅器構成と共に使用することができることが予想されることは当業者により理解されるであろう。このような構成の各々において、第２ステージが電力増幅器又は電力発振器であるか否かに関わらず、第１の発振器ステージの出力は、第２ステージにおいて何らかの方法で増幅されることも理解されるであろう。

同様に、具体的に反対であると特に断らない限り、本明細書又は特許請求の範囲における主発振器ステージ又はチャンバ（ＭＯ）及び／又は本明細書又は特許請求の範囲における電力増幅器ステージ又はチャンバ（ＰＡ）への言及は、出力を増幅器第２ステージ又はチャンバに増幅のために供給するあらゆる発振器第１ステージ又はチャンバを包含するほど十分に広義であると見なすものとし、発振器チャンバ又は発振器ステージという用語は、あらゆるこのような発振器ステージを包含するのに十分広義であり、増幅器チャンバ又はステージという用語は、あらゆるこのような増幅器ステージを包含するのに十分に広義である。

説明する方法及び装置は、処理、装置、又はシステムを含む多くの方法に実施することができることも認識しなければならない。本明細書に説明する方法は、プロセッサにこのような方法を実行するように指示するプログラム命令、及びハードディスクドライブ、フロッピー(登録商標)ディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）又はデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）のような光ディスク，フラッシュメモリのようなコンピュータ可読ストレージ媒体上に記録されたそのような命令によって実施することができる。本方法はまた、必要に応じて配線論理に組み込むことができる。本明細書に説明する方法の段階の順序を変えても依然として本発明の開示の適用範囲とすることができることに注意しなければならない。

実施形態に対する上記及び他の変形は、添付の特許請求の範囲だけにより限定される本発明の開示によってカバーされるように意図している。

５０１ バーストパターンを選択して発射する段階
５０２ 放電電圧を測定する段階
５０５ 電圧及びエネルギを測定する段階
５０９ ガスを抽気する段階
５１０ 圧力警告を出して終了する段階

Claims (15)

1. 二重チャンバガス放電レーザ光源であって、
   ハロゲンを含むレージング媒体ガスを含むレーザチャンバを有する主発振器と、
   ハロゲンを含むレージング媒体ガスを含むレーザチャンバを有する増幅器と、
   前記増幅器レーザチャンバの前記ガスのリフィル後に最適化方式を自動的に実行するコントローラを含むガス最適化システムと、
   を含み、
   前記最適化方式は、
   前記レーザが、連続モードで第１の速度及びターゲットエネルギで発射され、同時に放電電圧を測定して、該放電電圧が所定の最小値よりも小さい場合に、該放電電圧が該最小値に等しいか又はそれよりも大きくなるまでガスを前記増幅器チャンバから抽気する第１のシーケンスと、
   前記レーザが、連続モードで第２の速度及びターゲットエネルギで発射され、同時に前記放電電圧を測定して、該放電電圧が前記所定の最小値よりも小さい場合に、該放電電圧が該最小値に等しいか又はそれよりも大きくなるまでガスを前記増幅器チャンバから抽気する第２のシーケンスと、
   前記レーザが、ターゲットエネルギでバーストで発射され、同時に前記放電電圧及び主発振器出力エネルギを測定して、該放電電圧が前記所定の最小値よりも小さいか又は該出力エネルギが別の所定の最小値よりも小さい場合に、該放電電圧及び該出力エネルギの両方がそれぞれの該所定の最小値に等しいか又はそれよりも大きくなるまでガスを前記増幅器チャンバから抽気する第３のシーケンスと、
   を含む、
   ことを特徴とする光源。
2. 前記レーザが前記第１のシーケンス中に発射される速度が、該レーザの最大電力出力の約数パーセントの電力出力をもたらすように計算されることを特徴とする請求項１に記載の二重チャンバガス放電レーザ光源。
3. 前記レーザが前記第２のシーケンス中に発射される速度が、該レーザが前記第１のシーケンス中に発射される前記速度のほぼ１０倍であることを特徴とする請求項２に記載の二重チャンバガス放電レーザ光源。
4. 前記第３のシーケンス中に前記レーザにより発射された前記バーストは、該レーザが通常の作動中に発生させると予想される電力出力にほぼ等しい電力出力をもたらすように計算されることを特徴とする請求項１に記載の二重チャンバガス放電レーザ光源。
5. 前記最適化方式は、ガスを決定された量で前記増幅器チャンバから抽気することを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の二重チャンバガス放電レーザ光源。
   
6. 前記最適化方式は、前記第１のシーケンス中に前記増幅器チャンバの前記圧力を測定し、該圧力が所定の値を下回った場合に、該第１のシーケンスを停止して前記第２のシーケンスを開始することを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の二重チャンバガス放電レーザ光源。
7. 前記最適化方式は、前記第２のシーケンス中に前記増幅器チャンバの前記圧力を測定し、該圧力が所定の値を下回った場合に、該第２のシーケンスを停止して前記第３のシーケンスを開始することを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の二重チャンバガス放電レーザ光源。
8. 前記最適化方式は、前記第２のシーケンス中に前記増幅器チャンバの圧力を測定し、該圧力が所定の値を下回った場合に前記第３のシーケンスを停止することを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の二重チャンバガス放電レーザ光源。
9. 前記最適化方式は、前記放電電圧が前記第３のシーケンス中に所定の最大値よりも大きい場合に、該第３のシーケンスを停止することを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の二重チャンバガス放電レーザ光源。
10. ハロゲンを含むレージング媒体ガスを含むレーザチャンバを各々有する主発振器及び増幅器を有する二重チャンバガス放電レーザ光源の増幅器レーザチャンバのガスを自動的に最適化する方法であって、
    レーザを連続モードで第１の速度及びターゲットエネルギで発射し、同時に放電電圧を測定して、該放電電圧が所定の最小値よりも小さい場合に、該放電電圧が該最小値に等しいか又はそれよりも大きくなるまでガスを前記増幅器チャンバから抽気する段階と、
    前記レーザを連続モードで第２の速度及びターゲットエネルギで発射し、同時に前記放電電圧を測定して、該放電電圧が前記所定の最小値よりも小さい場合に、該放電電圧が該最小値に等しいか又はそれよりも大きくなるまでガスを前記増幅器チャンバから抽気する段階と、
    前記レーザをターゲットエネルギでバーストで発射し、同時に前記放電電圧及び出力エネルギを測定して、該放電電圧が前記所定の最小値よりも小さいか又は該出力エネルギが別の所定の最小値よりも小さい場合に、該放電電圧及び該出力エネルギの両方がそれぞれの該所定の最小値に等しいか又はそれよりも大きくなるまでガスを前記増幅器チャンバから抽気する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
11. 前記レーザが前記第１のシーケンス中に発射される速度が、該レーザの最大電力出力の約数パーセントの電力出力をもたらすように計算されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記レーザが前記第２のシーケンス中に発射される速度が、該レーザが前記第１のシーケンス中に発射される前記速度のほぼ１０倍であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記第３のシーケンス中に前記レーザにより発射された前記バーストは、該レーザが通常の作動中に発生させると予想される電力出力にほぼ等しい電力出力をもたらすように計算されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
14. 最適化方式が、前記第１のシーケンス中に前記増幅器チャンバの前記圧力を測定し、該圧力が所定の値を下回った場合に、該第１のシーケンスを停止して前記第２のシーケンスを開始する段階を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
15. 最適化方式が、前記第２のシーケンス中に前記増幅器チャンバの前記圧力を測定し、該圧力が所定の値を下回った場合に、該第２のシーケンスを停止して前記第３のシーケンスを開始する段階を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
    

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