JP6072826B2

JP6072826B2 - ２チャンバガス放電レーザシステムのガス寿命を延長するためのシステム及び方法

Info

Publication number: JP6072826B2
Application number: JP2014550298A
Authority: JP
Inventors: ダニエルジェイリッグス
Original assignee: サイマーリミテッドライアビリティカンパニー
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2032-11-27
Also published as: TW201334332A; TWI542099B; WO2013101374A1; US9240664B2; KR20140108708A; US20130170516A1; KR101978262B1; JP2015506581A

Description

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、２チャンバ主発振器−電力増幅器エキシマレーザのようなガス放電レーザのチャンバ内への反応ガスの注入を実行することに関する。

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性ハロゲンガスとの組合せを使用する。エキシマレーザは、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生じさせることができるエキシマ（又は希ガスハロゲン化物の場合はエキシプレックス）と呼ばれる擬分子が電気刺激及び高圧の適切な状件下で生成されるという事実からその名称を由来する。

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必要とされる極めて重要な技術の１つである。現在の従来型リソグラフィツールは、それぞれ２４８ノメートル及び１９３ナノメートルの公称波長を有するＫｒＦエキシマレーザ及び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構築することができるが、より多くの電力及び低減したスペクトル帯域幅に対する矛盾する設計要求は、このような単一チャンバ設計において性能の妥協を意味した。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よるものである。これは、スペクトル帯域幅とパルスエネルギ発生と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２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、２重チャンバアーキテクチャの効率は、ＭＯＰＡレーザ内の消耗モジュールが、単一チャンバ光源内の対応するモジュールよりも長い作動寿命に達することを可能にすることができる。

各チャンバにおいて、光源がエネルギをその電極にわたって放出して光を生成すると、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される。これは、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レーザ効率の減少を引き起こす。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、かつレーザが適正に機能し続けるように、失われたフッ素を補給する対策を取らければならない。

これを行う１つの方法は、リフィルと呼ばれるチャンバ内のガスの全体補給を用いることであり、ガスの全ては、チャンバ内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されていない間に交換される。しかし、リフィルは、極めて破壊的であり、その理由は、レーザをリフィル処理中に遮断しなければならず、従って、半導体ウェーハのリソグラフィ露光も、ウェーハの不適正な処理を回避するために同時に制御方式で休止され、その後に、レーザが再び作動する時に再開しなければならないからである。こういう理由から、時間を節約するために一度に両チャンバをリフィルすることが典型的であるが、これは必須ではない。

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、及び当業者には公知と考えられる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である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、典型的には規則的なスケジュールで行われており、これは、光源作動が、光源がその作動限界に到達することによる予期せぬ中断を決して受けないことになることを保証するものである。このような規則的なスケジュールは、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、簡単なスケジュールによって与えられるものよりも遥かに長いリフィルとリフィルの間の期間を待つことができるように、リフィル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の要求が与えられて、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、完全リフィルではなく注入として公知であるガスの部分的な補給をチャンバにおいて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、レーザを注入のためにシャットダウンすることは必要ではなく、従って、処理は、注入処理中に続行することができる。

効率を低下させる別のファクタは、レーザの経年変化であり、エキシマレーザは、古くなるほど新しいものよりも一般的に効率が劣る。しかし、特にフッ素の制御が正確でない時には、最適ではないフッ素濃度の影響から経年変化の影響を分離することは困難である可能性がある。

例えば、注入をいつ行うべきか及び注入によって供給されるハロゲンガスの量を決定する方法を含む注入を管理するいくつかの従来の方法及びシステムが記載されている。例えば、本出願の譲受人によって所有される米国特許第７，７４１，６３９号明細書及び米国特許第７，８３５，４１４号明細書を見られたい。しかし、このような従来技術は、レーザを作動パラメータ内に保つために何らかの時点でリフィルが行われることを依然として要求する。

更に、これらの従来技術の多くは、効率の所定の損失がフッ素レベルによるものなのか又はレーザの経年変化によるものなのかを教えることができるフッ素濃度の妥当な制御を有していない。その結果、このような従来技術を使用する当業者は、一般的に、効率のいずれの損失もフッ素の問題によるものと仮定し、補償するためにフッ素の調節を試み、従って、レーザの経年変化をいかようにも補償しない。

米国特許第７，７４１，６３９号明細書米国特許第７，８３５，４１４号明細書米国特許出願出願番号第１１／０９４，３１３号明細書米国特許出願出願番号第１３／１７４，６４０号明細書米国特許出願出願番号第１３／２５１，１８１号明細書米国特許出願出願番号第１３／０９８，２５９号明細書

レーザをリフィル手順中に遮断する必要がないようにチャンバ内のガスを補給するためにリフィルではなく注入のみを用いてレーザがより長い期間にわたって満足できるパラメータ内で作動することを可能にする方法を有することが望ましいと考えられる。リフィルではなく注入のみを使用するこのような方法の一部として、レーザの経年変化を補償することができることも望ましいと考えられる。

チャンバの一方又は両方の圧力を増大させることによってレーザの経年変化を補償しながらリフィルではなく注入のみを使用してＭＯＰＡエキシマレーザのような２重チャンバガス放電レーザを作動させるためのシステム及び方法を開示する。

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が有する主発振器及び増幅器と、補給計画を規則的な間隔で実行するコントローラを含むガス補給計画システムとを含む２重チャンバガス放電レーザ光源を記述し、補給計画は、注入機会後にチャンバ内のハロゲンガスの望ましい量をもたらすと推定されるある一定の量の非ハロゲン含有ガスとある一定の量のハロゲン含有ガスとを各注入機会に選択されたレーザチャンバ内に注入する段階と、Ｎが予め決定された数である場合に各Ｎ注入の後に、レーザの作動の長さに起因するレーザの効率のあらゆる変化を補償するためにチャンバ内の圧力を調節する段階とを含む。

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が有する主発振器及び増幅器を有する２重チャンバガス放電レーザ光源内のガスを補給する方法を記述し、本方法は、規則的な間隔で発生する複数の注入機会を選択する段階と、注入機会後にチャンバ内のハロゲンガスの望ましい量をもたらすと推定されるある一定の量の非ハロゲン含有ガスとある一定の量のハロゲン含有ガスとを各注入機会に選択されたレーザチャンバ内に注入する段階と、Ｎが予め決定された数である場合に各Ｎ注入の後に、レーザの作動の長さに起因するレーザの効率のあらゆる変化を補償するためにチャンバ内の圧力を調節する段階とを含む。

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が有する主発振器及び増幅器を有する２重チャンバガス放電レーザ光源のレーザチャンバ内のガスを自動的に補給する方法を実施するようにプロセッサによって実行可能であるプログラムを具現化した持続性コンピュータ可読媒体を開示し、本方法は、規則的な間隔で発生する複数の注入機会を選択する段階と、注入機会後にチャンバ内のハロゲンガスの望ましい量をもたらすと推定されるある一定の量の非ハロゲン含有ガスとある一定の量のハロゲン含有ガスとを各注入機会に選択されたレーザチャンバ内に注入する段階と、チャンバ内へのガスの各注入中のレーザの効率を示す選択されたレーザチャンバの作動パラメータを測定する段階と、測定された作動パラメータの変化のレーザによって発射されたショットの回数に対する比率を推定する段階と、各注入機会中に圧力の変化を測定する段階と、測定された作動パラメータの変化のチャンバ内の圧力の変化に対する比率を決定する段階とを含み、更に、各Ｎ注入の後に、Ｎ注入にわたる作動パラメータの変化を推定する段階と、Ｎ注入にわたる作動パラメータの変化を逆にするのに適切であるチャンバ内の圧力を推定する段階と、チャンバ内の圧力を推定圧力に調節する段階とを含む。

一実施形態によるＭＯＰＡエキシマレーザのような２重チャンバガスレーザのためのガス補給システム１００の略示ブロック図である。ＭＯＰＡエキシマレーザのような２重チャンバガスレーザのレーザチャンバ内の圧力とレーザの寿命における異なる時点での効率の逆数との関係を示す図である。ＭＯＰＡエキシマレーザのような２重チャンバガスレーザの効率に及ぼす連続したショット及びリフィルの典型的な影響を示す図である。図２Ａに示すように、しかし、レーザチャンバ内のガスのリフィルを使用せずにＭＯＰＡエキシマレーザのような２重チャンバガスレーザの効率を維持する望ましい効果を示す図である。一実施形態によるＭＯＰＡエキシマレーザのような２重チャンバガスレーザのレーザチャンバにおける一連の注入と得られたチャンバ圧力との関係を示す図である。レーザの作動の長さとの線形関係を有するレーザパラメータのグラフである。一実施形態によるＭＯＰＡエキシマレーザのような２重チャンバガスレーザのレーザチャンバ内の単一注入と圧力の変化に対するレーザ作動のパラメータの感度の測定値とを示す図である。本明細書に説明するガス補給方法の一実施形態を示す略示流れ図である。

本出願は、リフィルを実行する必要なく満足できるパラメータ内のレーザの作動を可能にするためにＭＯＰＡエキシマレーザのような２重チャンバガス放電レーザのチャンバ内へのハロゲンガスの注入を実行する方法及びシステムを記述する。本方法はまた、チャンバ内の圧力を時間と共に増大させることによるレーザの経年変化の自動補償を考慮している。圧力に対する手動調節は以前に行われていたが、リフィルを必要としないこのような自動かつ実質的に連続的なガス最適化は、従来技術において以前に示唆又は試行されていないと考えられる。

本明細書に記述するような注入処理は、リフィル中に作動を停止する必要のないレーザの作動期間の増大、並びにレーザの経年変化の補償に起因する効率の強化をもたらすことになると予想される。レーザの性能を示すパラメータが測定され、レーザの作動の長さに対するパラメータの変化が推定されてレーザの経年変化速度を決定する。チャンバのうちの１つ内の圧力に対するパラメータの変化も、圧力による効率の変化を決定するために測定される。選択された時間に、レーザの性能の減少を示すパラメータの値の全体的な変化が推定され、これからパラメータの値の変化を逆にするのに必要である圧力の変化量が計算される。その後に、チャンバ内の圧力が変更され、従って、レーザが作動中であった時間量を補正するレーザの性能が改善する。

選択することができるレーザ性能を示すいくつかのパラメータがある。多くの場合に、レーザ効率は、最も使いやすいパラメータと考えられる。しかし、他のパラメータを必要に応じて選択することができ、例えば、電力増幅器チャンバへの注入を考慮する時に、Ｖは、放電電圧とすることができ、一方、主発振器チャンバの場合に、Ｖは、レーザショットを生成する主発振器チャンバ内の放電とショットを増幅する電力増幅器チャンバ内の次の放電との間の遅延時間（「ｄｔＭＯＰＡ」）とすることができる。

中心波長上に中心があるスペクトルの中心波長のいずれかの側に含まれるエネルギのある一定の百分率の積分によって測定することができる帯域幅のような更に他のパラメータを使用することができる。他の状況に使用される１つの帯域幅の尺度は、一般的であってＥ９５％又は単にＥ９５として公知であるエネルギの９５％の積分である。使用することができる別のパラメータは、両チャンバに、例えば、各チャンバのための半導体パルス電力システム（ＳＳＰＰＭ）の圧縮ヘッドのピーキングコンデンサに印加される共通電圧とチャンバのうちの一方のエネルギ出力とである。主発振器チャンバに関して、これは、Ｅ_MOと指定される。フッ素の量又はフッ素の消費率を推定する他の適切なパラメータ及び／又はパラメータの組合せは当業者には明らかであろう。

上述したように、本明細書に記述する方法の最大の利点を取得するために以前よりも正確にフッ素レベルを制御する方法を有することが望ましい。フッ素制御の多くの従来技術の方法は、長期の経年変化の影響により実際に偏っており、すなわち、通常のフッ素減少が経年変化と混同され、従って、正確なフッ素制御を経年変化の影響から分離することができない。フッ素制御を経年変化の影響から分離するこのような方法は、本出願の譲受人により所有される米国特許出願出願番号第１１／０９４，３１３号明細書に記載されている。

ＭＯＰＡエキシマレーザのような２重チャンバガスレーザのため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と、同じくレーザチャンバを含む電力増幅器１０４とを有する。作動時には、主発振器１０２は、増幅が行われる電力増幅器１０４に通される第１のレーザビーム１０６を生成し、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では、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（一般的に希ガスとして公知である）のような他のガスなどと共に全圧Ｐまで合算される異なる分圧で含むことができると考えられる。簡潔さを期すために、ハロゲンガスは、以下フッ素として記述するが、本明細書に記述する原理は、同様に他のハロゲンガスにも適用することができる。

ガス容器１１０及び１１２は、レーザチャンバ内のガスの補給を望ましい時に可能にするために弁１１４を通じて主発振器１０２及び電力増幅器１０４に接続される。ガス容器１１０は、典型的には、「Ｍ１混合物」、「トリ混合物」、又は多くの場合に単に「フッ素」として公知であるフッ素、アルゴン、及びネオンを含む混合ガスを含むことができると考えられ、一方、ガス容器１１２は、「Ｍ２混合物」、「バイ混合物」、又は「希ガス」として公知であるアルゴン、ネオン、及び／又は他のガス、ただしフッ素なしの混合物を含むことができると考えられる。プロセッサ又は論理回路のようなコントローラ１１６は、本明細書で更に記述するような特定のデータに基づいてガスを容器１１０及び１１２から主発振器１０２及び電力増幅器１０４に注入するように弁１１４を作動する。

当業技術で公知のように、ガス容器１１０内のフッ素が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濃度にあるので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濃度で追加するために、容器１１０内のガスは、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、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のかつ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」弁を各レーザチャンバのために含む。更に、主発振器１０２及び電力増幅器１０４内のレーザチャンバは、均質の混合物が作動中に維持されるように、チャンバ内にあるガスを混合する送風機を含む。送風機は、一般的に熱もガスに追加する。

上述したように、フッ素は、レーザ作動中に消費される。フッ素濃度の得られる減少により、典型的には、レーザパルスを生成するのに要求される放電電圧の増加が発生する。更に、フッ素濃度の変化はまた、第１のレーザビーム１０６及び増幅されたレーザビーム１０８の生成を引き起こす放電間の遅延時間に影響を与える。この遅延時間は、「ｄｔＭＯＰＡ」と呼ばれることが多い。

従って、レーザを望ましいパラメータ内で作動している状態に保つためにフッ素濃度を補給しなければならない。更に、フッ素の満足な濃度は、各レーザチャンバ内のガス含有量を一定の圧力に保ちながら維持しなければならない。ここでもまた、これは、チャンバがパージされてガスが完全に交換される完全なリフィルではなく、注入、すなわち、チャンバ内のガスの部分的な補給よって時には行われる。

完全なリフィルの場合と同様に、注入は、典型的には、注入と注入の間の経過時間により、又は生成された「ショット」、すなわち、レーザのパルスの数により決定される一定の間隔で行われる。一部の従来技術のシステムでは、注入は、そのチャンバによるほぼ１００万パルス毎の後に各チャンバにおいて行われる。作業しやすいように、レーザチャンバ内への注入は、各チャンバが、約各１００万パルス後に注入を受けるが、電力増幅器１０４は、主発振器１０２が注入を受けてから約５０万パルス後に注入を受け、また、その逆が行われるように交互方式である。このような注入のタイミングは、本出願の譲受人により所有される米国特許第７，８３５，４１４号明細書に記載されている。

完全なリフィルでは、単にレーザチャンバ内のガスの全てが交換されるが、注入は、主として、最終リフィル又は注入から消費されたフッ素の量を交換することを意図している。作動中に消費されるのは殆どフッ素であるので、主発振器及び電力増幅器内のレーザチャンバに対する注入は、フッ素を含まないＭ２混合物の固定量と、チャンバ内のフッ素の濃度を望ましいレベルに上げるのに十分なフッ素を含むＭ１混合物の量とを含むことになり、従って、消費されたフッ素が交換されることは従来技術で公知である。

しかし、以前に従来技術で実施されていたように、注入は、レーザの作動状態をピーク又は望ましい効率まで完全に回復しない。むしろ、レーザの効率は、時間と共に減少し、これは、主として露光からレーザパルスまでの光学要素の劣化によると考えられているが、レーザ作動の他の物理特性による場合もある。

図２は、レーザチャンバ内の圧力とレーザの寿命における異なる時点での効率の逆数との関係の例を示している。

経時的なレーザ効率の低減のために、効率と圧力の関係を示す曲線は、図２に示す関係のように、典型的には、時間と共に上へ移動する。従って、新しいレーザは、２０１と記載された曲線に沿って作動することができると考えられる。何回かのショット後に、レーザは、２０２と記載された曲線に沿って効率が落ちながら作動することができると考えられ、更に多くのショット後に、レーザは、２０３と記載された曲線に沿って作動することができると考えられる。

図２に示すように、一般的に、レーザの効率は、気体圧力が増大するほど高くなるが（従って、効率の逆数は、低くなる）、これは、レーザを作動させることができる最大チャンバ圧力までしか該当しない。（レーザには最小所要圧力もある。レーザが異なれば、最大圧力及び最小圧力も異なることになる。）

特定のターゲット効率Ｅ_Tでレーザを作動することが望ましい場合に、曲線２０１に沿って作動する新しいレーザは、圧力Ｐ₁でこれをもたらすことができるが、曲線２０２に沿って作動する経年変化したレーザは、同じ効率をもたらすためにより高い圧力Ｐ₂が必要になる。同様に、曲線２０３に沿って作動する更に経年変化したレーザは、ここでもまたＰ₃がレーザの最大作動圧力内にあると仮定して、ターゲット効率をもたらすために更に高い圧力Ｐ₃が必要になる。

従って、図２の例に示すように、効率の減少は、圧力が最大チャンバ圧力を下回ったままである限り、チャンバ内の圧力を増大させることによって補償することができるということも見出される。従って、一実施形態において、レーザの効率が何らかの望ましい最小効率よりも下がった時に、効率が満足できるレベルまで上がるまでチャンバ内の圧力が増大される。

正確なフッ素制御が本明細書に記述する方法での使用に向けて望ましいのは、最大（及び最小）チャンバ圧力のためである。フッ素の良好な制御がない場合に、チャンバ内の圧力を増大させると、最大（又は最小）圧力により迅速に到達することをもたらす場合があり、従って、レーザを注入でのみ作動させることができる時間が短縮される。

図３Ａは、レーザの効率に及ぼす連続式ショット及びリフィルの典型的な効果を示している。横軸は、レーザによって発射されたショットを表し、縦軸は、レーザの効率の逆数を表している。

レーザは、立ち上がると何らかのターゲット効率Ｅ_Tで作動するように最適化されるとここで仮定される。レーザの効率は、典型的にはショットが発射されると時間と共に下がり、従って、効率の逆数は、図示のように増加する。

何らかの数Ｎ回の注入の後に、注入からのフッ素の補給があってさえも、レーザの効率は、何らかの望ましい最小効率Ｅ_Mに下がっている。注入を実行する公知の方法に対する何らかの変更がない場合に、レーザの効率は、減少し続けることになる。

従来技術では、この問題は、レーザを望ましい効率の範囲で作動する状態に保つためにリフィルを実行することによってチャンバ内のガスの全てを交換することによって回避される。従って、図２Ａでは、各Ｎ注入の後に、リフィルは、横軸上の点１、２、３、４、及び５によって示すように行われる。各リフィルの終わりに、ガスは、レーザの効率がターゲット効率Ｅ_Tとここでは示す望ましい効率に回復されるまで圧力の調節を含め最適化することができ、その後に、効率は、レーザが引き続きショットを発射すると再度減少する。リフィル後のガス最適化の自動化された処理は、２０１１年６月３０日出願で本出願の譲受人に譲渡された米国特許出願出願番号第１３／１７４，６４０号明細書に示されている。

上述したように、レーザの作動は、リフィル処理中は停止しなければならない。従って、リフィルではなく何らかのタイプの注入のみを使用してレーザの効率をターゲット効率Ｅ_T（又はそれに近い何らかの効率）に回復することができることが望ましいであろう。図３Ｂは、効率の逆数対発射されたショット数のプロットが、このような場合にどのような姿になるかを示している。ここでは、リフィルはないが、定期的、例えば、各Ｍ注入の後に行われ、かつレーザの効率をリフィルを必要とせずに少なくとも実質的に回復することができると思われる何らかの他の処理がある。（尚、Ｍは、典型的には、以下に記述するようにＮと異なる数になる。）

チャンバ内の圧力の増加は、注入完了後のチャンバ内の圧力がレーザの効率を必要に応じて増大させるのに必要なより高いレベルにあるように抽気のサイズを注入の終了時に低減することによって得られる。より小さい抽気を伴うこのような注入後に、注入は、レーザの効率が望ましい最小効率よりも再び下がるまで、チャンバ内の圧力を各注入の終了時に新しいより高いレベルに低減する通常の抽気で通常再開される。

この処理は、一実施形態による一連の注入及び得られたチャンバ圧力を示す図４に見ることができる。注入は、上述したようにレーザチャンバのリフィル及びガスの最適化の後に始まるように仮定される。当業者は、典型的な注入は、図６でより詳細に分るように、実際は３つの段階を含み、最初に、Ｍ１混合物がチャンバに追加され、次に、Ｍ２混合物の追加が行われ、これらの両方によってチャンバ内の圧力が増大され、最後に、混合ガスが増大した圧力を望ましい圧力まで低減するためにチャンバから抽気されることを認識するであろう。

図４で分るように、リフィルが点１で完了された後に、レーザは、Ｐ₁のチャンバ圧力で作動し始め、注入は、従来技術で公知のように規則的な間隔で行われる。Ｍ注入の何らかの期間の後に、点２で、レーザの効率は、図３Ｂで分るように、望ましい何らかの最小効率に落ちることになる。従来技術におけるこれに対する典型的な応答は、ガスのチャンバをパージし、ガスをリフィルし、その後に上述したようにガスを最適化することであろう。

しかし、上述したように、方法の一実施形態においては、リフィルの代わりにガスが次の注入Ｍ＋１でチャンバに追加される時に、チャンバから抽気されたガスの量は、チャンバ内の圧力が前回の注入のようにＰ₁に下がらないように低減される。その結果、この注入の終了時に、レーザチャンバ内の圧力は、この時点では前回の圧力Ｐ₁より高い圧力Ｐ₂にある。その後に、通常はチャンバ内のフッ素を補給してレーザが作動し続ける時に前回の圧力Ｐ₁ではなくチャンバ圧力を増大した圧力Ｐ₂に保つために注入が行われる。

別のＭ注入の後に、レーザの効率は、再び落ちてしまうことになる。最初のＭ注入の後に行われたように、次の注入又は注入２Ｍ＋１の終了時に、チャンバから抽気されたガスの量は、圧力がＰ₂に下がらないように前回の注入から再び低減されることになり、ここでもまた、Ｐ₂より高い新しい圧力Ｐ₃３までのチャンバ内の圧力の増加が発生し、従って、ここでもまたレーザの効率の増加をもたらす。

従って、最初のＭ注入にわたって、チャンバ内の圧力は、図２に示すようにＰ₁になり、この期間にわたるレーザの効率は、図３Ｂに示すようにターゲット効率Ｅ_Tの開始位置から最小効率Ｅ_Mに向けて落ちることになる。図３Ｂで２と記載された点で、注入Ｍ＋１は、図２上に示すようにチャンバ内の圧力をＰ₁からＰ₂に上げ、かつ図３Ｂで点１に示すように効率をＥ_Tまで回復する。同様に、次のＭ注入にわたって、チャンバ内の圧力は、Ｐ₂（図２）になり、ここでもまた効率は、ショットが発射される（図３Ｂ）と下がることになる。図３Ｂの点３で、注入２Ｍ＋１は、再びチャンバ内の圧力をこの時点でＰ₂からＰ₃まで上げ、効率をターゲット効率Ｅ_Tに再び戻すことになる。

Ｍ及びＮの値は、多少任意であり、かつ特定のレーザ及びレーザオペレータ又はエンジニアによって行われる選択に依存することになる。一部のレーザでは、リフィルは、ほぼ２０億パルス毎に行うことができ、注入は、約２０００注入がリフィル間に存在するようにほぼ１００万パルス毎に行うことができる（すなわち、Ｎ＝２０００）。本発明の方法の一部の実施形態において、レーザの効率をリフィル間に典型的に発生するものよりもその最適値の近くに保つために、上述の圧力を２０００注入毎よりも頻繁に調節することが好ましいと考えられる。５０から２００注入毎の範囲（すなわち、５０≦Ｍ≦２００）の圧力を調節すると、レーザの効率の変動が小さくなるのではないかと考えられる。

従って、原則的にはチャンバ内の圧力をこのように増大させることによってレーザの経年変化を補償することが可能であることを見ることができるであろう。従って、問題は、レーザの経年変化の適切な補償を取得するためにどれだけ圧力を増大させるべきかをどのようにして決定したらよいかということである。

一実施形態において、レーザの効率がどの程度の速度で劣化するか、従って、図３に示すレーザの経年数と効率曲線の変化との関係、すなわち、レーザの効率曲線が、例えば、曲線２０１から曲線２０２に及び曲線２０２から曲線２０３に移動するのに何回のショットが掛かるのかがまず決定される。これは、レーザの「経年変化速度」と見なされる。

次に、経年変化速度を決定するために、最初に、パラメータＶが選択及び測定される。上述したように、効率が最も考慮しやすいパラメータである場合があるが、他のパラメータも同様に使用することができる。ここでもまた、一実施形態において、電力増幅器チャンバに対する注入を考慮する時に、Ｖは、放電電圧とすることができ、一方、主発振器チャンバの場合に、Ｖは、遅延時間ｄｔＭＯＰＡとすることができる。他の実施形態において、Ｖは、帯域幅、例えばＥ９５、例えば各チャンバに対して半導体パルス電力システム（ＳＳＰＰＭ）の圧縮ヘッドのピーキングコンデンサで両チャンバに印加される共通電圧、又は主発振器チャンバのＥ_MOのようなチャンバの一方のエネルギ出力のような何らかの他の測定値とすることができる。フッ素の量又はフッ素の消費率を推定する他の適切なパラメータ及び／又はパラメータの組合せは当業者には明らかであろう。

Ｖの値は、一般的に、フッ素の量、並びにレーザの経年数に関連することになる。しかし、フッ素の量を正確に制御することができて一定のままである場合に、Ｖ（ΔＶ又はｄＶ）の値のあらゆる変化は、経年変化の影響によるものに過ぎないことになり、従って、良好なフッ素制御は、記述する方法の最大の利点を取得するのに望ましい。これ以降、このような制御は、Ｖの変化が唯一レーザの経年変化、すなわち、ショットの発射によるものであるように、フッ素の量が確かにほぼ一定のままであるように存在すると仮定される。

ほぼ一定のフッ素の場合に、レーザの数回のショット（Δｔ又はｄｔ）にわたるＶの変化を測定すると、値ｄＶ／ｄｔが得られ、この値の推定は、当業者には明らかであろう。正確なフッ素制御の例及びｄＶ／ｄｔの推定は、２０１１年９月３０日出願で本出願の譲受人に譲渡された米国特許出願出願番号第１３／２５１，１８１号明細書に示されており、この特許は、引用によって本明細書に組み込まれている。フッ素制御及びｄＶ／ｄｔの推定の他の方法が従来技術に存在する。

最も簡単な例では、ｄＶ／ｄｔの値は定数になり、従って、経時的なＶの値は、図５に示すように単に何らかの勾配を有する直線である。ここで図示のように、Ｍ注入の後に、Ｖの値は、時間Ｔ₁でのＶ₁から時間Ｔ₂でのＶ₂に変化する。（注入は、典型的には、レーザのショットの数に基づいて一定の間隔で行われる。）レーザの経年変化によるＶのこの変化を補償するために、Ｖの値をＶ₁に戻すことが望ましい。

次に、Ｖの値をＶ₁に戻すのに要求される圧力の変化を決定する。圧力に対するパラメータＶ、すなわち、ｄＶ／ｄＰの感度がまず決定される。一実施形態において、これは、図６に示すように、信号Ｖの値を注入処理中のいくつかの点でのチャンバ内の圧力と比較することによって行われる。図６は、Ｍ１混合物の注入を含む単一注入及びチャンバ内の圧力をＰ_Xに上げるＭ２混合物のその後の注入、及びその後に圧力をここではＰ_Yと指定された望ましい圧力に低減するためのチャンバの抽気を示している。

Ｖ_Xと指定されたＶの値は、圧力がＰ_Xである時間、すなわち、Ｍ１混合物及びＭ２混合物が注入された後に、かつここでもまた圧力がＰ_Y（Ｖ_Yと指定）である時、すなわち、圧力を望ましい圧力に低減するためにガスがチャンバから抽気された後に測定される。信号Ｖの差は、圧力差Ｐ_X−Ｐ_Yと同様に、Ｖ_X−Ｖ_Yを計算することによって得られる。次に、ｄＶ／ｄＰの値は、以下により与えられる。

尚、図６は圧力の増大と共に減少するＶの値を示すが、どの特定のパラメータがＶとして選択されるかに基づいて、その逆が真である場合がある。

上述したように、Ｍ注入後に、Ｖの変化は、図５に示すように既知であるか又は推定される（すなわち、ｄＶ／ｄｔ×ｔ、ここで、ｔは、ここでもまた発射されたショットの数である）。ｄＶ／ｄＰがＭ注入の期間中にほぼ一定の場合に、最も簡単な近似式では、Ｖの変化を補償することになる圧力の適切な変化は、以下により簡単に決定される。

ここで、Ｖ₁及びＶ₂は、上述したように時間Ｔ₁及びＴ₂で測定された時のＶの値であり、Ｐ₁は、時間Ｔ₁での圧力であり、Ｐ₂は、時間Ｔ₂での望ましい圧力である。

しかし、ｄＶ／ｄＰが期間中に一定でない可能性があり、従って、一部の実施形態において、Ｍ注入後のｄＶ／ｄＰの値のより詳細な決定が望ましい。一実施形態において、これは、ｄＶ／ｄＰを図６に示すように各注入後に計算し、ｄＶ／ｄＰの得られた値をフィルタ、例えば、ローパスフィルタを通じてフィルタリングすることによって達成することができる。

すなわち、Ｍ注入毎に、ｄＶ／ｄＰの現在値の別の推定値が、新しい望ましい圧力を得るために最新のＭ注入にわたるｄＶ／ｄＰの値から得られる。一般的に、図３で分るように、記述する方法は、通常はレーザの経年変化を補償するためにチャンバ内の圧力を増大することになる。しかし、一部の稀な状況では、チャンバ内の圧力を低減することが適切である場合がある。このような場合に、次の注入の抽気は、圧力が望ましいレベルに降下するまで単に延ばされる。

一部の場合に、ｄＶ／ｄＰの値は、非常に迅速に変動する場合があり、ローパスフィルタの使用は、変動を円滑にしてノイズを排除する傾向がある。このようなローパスフィルタは、最終注入に対して計算されたｄＶ／ｄＰの値と異なるｄＶ／ｄＰの推定値が所定の瞬間に発生することをもたらすことは認められるであろう。フィルタの帯域幅が非常に小さい場合に、ｄＶ／ｄＰの値内のノイズの殆どは排除されることになるが、ｄＶ／ｄＰの値の大きい変化がある場合に、フィルタの出力がｄＶ／ｄＰの実際の値に追いつくための遅れの時間が増大される。当業者は、ノイズ低減及び出力値収束の望ましい均衡を取得するためにフィルタを選択する方法を認識するであろう。

一部の実施形態において、測定値中のノイズを考慮するために、圧力は、計算値を僅かに下回る値によって変え、すなわち、Ｖの全体を僅かに下回る変化を除去するように変えることが望ましい場合がある。

本明細書に記述する方法は、２重チャンバレーザの両チャンバを用いて使用することができる。しかし、異なるパラメータＶを各チャンバに使用することが典型的には望ましいと考えられ、効率的な作動のための得られる圧力は、各チャンバに対して異なる場合がある。例えば、電力増幅器レーザチャンバに関して、放電電圧をパラメータＶとして使用することが適切である場合があり、一方、主発振器チャンバに関して、ｄｔＭＯＰＡ、レーザ帯域幅、又はＥ９５を使用することが好ましい場合がある。これに代えて、ＰＡチャンバ内への注入は、本出願の譲受人により所有される現在特許出願中の米国特許出願出願番号第１３／０９８，２５９号明細書に記載されているように固定のままに留まる場合があり、本明細書に記述する方法は、ＭＯチャンバに対してのみ使用される。

異なるパラメータＶが各チャンバに使用される場合に、上述の計算は、チャンバ間の結合効果のために多少より複雑になる。これらの影響は、典型的には小さいが、当業者に公知と考えられる行列反転技術の使用により簡単に考慮に入れられる。

図７は、本明細書に記述するガス補給方法の一実施形態を示す略示流れ図である。上述したように、レーザチャンバは既に満たされ、かつガスは最適化されたと仮定される。段階７０１で、どの注入間隔が選択されたかを決定する。上述したように、これらは、経過時間又は発射されたショットの回数により選択することができる。

段階７０２で、初期圧力Ｐ１を決定し、ｄＶ／ｄｔを推定する。これに代えて、ｄＶ／ｄｔは、注入が行われる時に本明細書に記述するように測定により決定することができる。

段階７０３で、最初のＭ−１注入の各々に関して、ガスをチャンバに注入し、注入に対するｄＶ／ｄＰを計算する。

段階７０４で、Ｍ番目の注入に向けてガスを注入し、注入に対するｄＶ／ｄＰを計算し、Ｎ注入にわたるＶの変化を補償するのに適切な圧力ＡＰの変化を計算する。

段階７０５で、注入Ｍ＋１中に、ガスが注入された後に新しい望ましい圧力Ｐ２、すなわち、Ｐ１＋ΔＰに到達するまでチャンバを抽気する。更に、注入Ｍ＋１は、次のＭ注入の期間のための第１の注入として扱われ、処理は、レーザが作動され、かつレーザが作動することになる最小圧力及び最大圧力内に圧力が留まる限り繰り返される。

一部の実施形態において、リフィル又は例えばほぼ１時間にわたる作動の有意な休止後にレーザ作動が開始する時に、生じる可能性があるあらゆる熱過渡を消滅させて作動の定常状態に到着するために、図７の方法を実施する前に少数回の注入を待機することが有利であると考えられる。従って、例えば、５から１０程度の最初の数回の注入に関してｄＶ／ｄｔが計算されないこと、及び１０から２０程度の更に数回の注入に関してｄＶ／ｄｔが計算されるが、値が過度に変動するように見える場合は使用されないことを決定することができる。これは、ｄＶ／ｄｔのより正確な計算、従って、上述の方法におけるレーザ効率のより正確な制御を可能にすることができる。

開示するシステム及び方法をいくつかの実施形態を参照して先に説明した。他の実施形態も、この開示に照らせば当業者には明らかであろう。記述した方法及び装置のある一定の態様は、上述の実施形態に説明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／増幅器構成を有するように構成することができ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では、第２の段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の発振器段の出力が第２の段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、逆を特に断らない限り、本明細書又は特許請求の範囲における主発振器段又はチャンバ（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段又はチャンバ（ＰＡ）への言及は、出力を増幅に向けて増幅器の第２の段又はチャンバに供給するあらゆる発振器第１段又はチャンバを包含するように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段という用語は、あらゆるこのような発振器段を包含するのに十分に広義であり、増幅器チャンバ又は段という用語は、あらゆるこのような増幅器段を包含するのに十分に広義である。更に、以上の説明では一例として２段又はチャンバレーザを使用したが、開示するシステム及び方法は、単一チャンバレーザ又はあらゆる多重チャンバレーザにも適用することができると考えられる。

上述の方法及び装置は、処理、装置、又はシステムとしてそれらを含む多くの方法に実施することができることも認めなければならない。本明細書に記述した方法は、プロセッサにこのような方法を実行するように命令するプログラム命令によって実施することができ、そのような命令は、ハードディスクドライブ、フロッピーディスク、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，フラッシュメモリなど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。本明細書に記述した方法の段階の順序は変更することができ、かつ依然として本発明の開示の範囲内であることに注意しなければならない。

実施形態に関する上記及び他の変形は、特許請求の範囲だけによって限定される本発明の開示によって包含されることを意図している。

７０１選択された注入間隔を決定する段階
７０２開始圧力Ｐ１を決定してｄＶ／ｄｔを推定する段階
７０３注入１からＭ−１に関してガスを注入し、各注入に対してｄＶ／ｄｔを計算する段階
７０４注入Ｍに関してガスを注入し、注入に対するｄＶ／ｄＰを計算し、適切なΔＰを計算する段階
７０５注入Ｍ＋１に関してガスを注入し、注入に対するｄＶ／ｄＰを計算し、圧力＝Ｐ１＋ΔＰまで抽気する段階

Claims

２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包含する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包含するレーザチャンバを有する増幅器と、
規則的な間隔で発生する注入機会に、選択されたレーザチャンバにおいて補給スキームを実行するコントローラを含むガス補給システムと、を備え、
前記補給スキームは、
前記注入機会後に、前記選択されたレーザチャンバ内のハロゲンガスの望ましい量をもたらすと推定されるある量の非ハロゲン含有ガスとある量の前記ハロゲン含有ガスとを、各注入機会に、前記選択されたレーザチャンバ内に注入する段階と、
Ｍが予め決定された数である場合に各Ｍ注入の後に、複数の注入の次の回のために前記選択されたレーザチャンバ内の全圧力を増大させ、レーザの作動の長さに起因する前記レーザの効率の変化を補償する段階と、を含む、２重チャンバガス放電レーザ光源。
前記補給スキームは、
前記選択されたレーザチャンバ内へのガスの各注入中の前記レーザの前記効率を示す前記選択されたレーザチャンバの作動パラメータを測定する段階と、
前記レーザによって発射されたショットの回数に対する前記測定された作動パラメータの変化の比率を推定する段階と、
各注入機会中に前記選択されたレーザチャンバ内の全圧力の変化を測定する段階と、
前記選択されたレーザチャンバ内の前記全圧力の変化に対する前記測定された作動パラメータの変化の比率を決定する段階と、を含み、かつ
各Ｍ注入の後に、
前記Ｍ注入にわたる前記作動パラメータの変化を推定する段階と、
前記Ｍ注入にわたる前記作動パラメータの変化を逆にするのに適切である前記選択されたレーザチャンバ内の全圧力を推定する段階と、を更に含み、
前記選択されたレーザチャンバ内の全圧力を増大させる段階は、前記推定された全圧力まで前記全圧力を増大させる段階を含む、請求項１に記載の２重チャンバガス放電レーザ光源。
注入機会のための前記規則的な間隔は、経過時間及びショットカウントの一方又は両方を含むファクタによって決定される、請求項１に記載の２重チャンバガス放電レーザ光源。
前記選択されたレーザチャンバは前記増幅器レーザチャンバであり、前記作動パラメータは前記増幅器レーザチャンバ内の放電電圧である、又は
前記選択されたレーザチャンバは前記主発振器レーザチャンバであり、前記作動パラメータは前記主発振器と前記増幅器との間の放電タイミング差である、又は
前記選択されたレーザチャンバは前記主発振器レーザチャンバであり、前記作動パラメータはレーザ光源の帯域幅である、又は
前記選択されたレーザチャンバは前記主発振器レーザチャンバであり、前記作動パラメータはＥ９５である、請求項２に記載の２重チャンバガス放電レーザ光源。
前記Ｍの値は約５０〜約２００である、請求項１に記載の２重チャンバガス放電レーザ光源。
ハロゲンを含むレージング媒体ガスを包含するレーザチャンバを各々が有する主発振器及び増幅器を有する２重チャンバガス放電レーザ光源内のガスを補給する方法であって、
規則的な間隔で発生する複数の注入機会を選択する段階と、
前記注入機会後に、選択された前記レーザチャンバ内のハロゲンガスの望ましい量をもたらすと推定されるある量の非ハロゲン含有ガスとある量の前記ハロゲン含有ガスとを、各注入機会に、前記選択されたレーザチャンバ内に注入する段階と、
Ｍが予め決定された数である場合に各Ｍ注入の後に、複数の注入の次の回のために前記選択されたレーザチャンバ内の全圧力を増大させ、レーザの作動の長さに起因する前記レーザの効率の変化を補償する段階と、を含む方法。
前記選択されたレーザチャンバ内へのガスの各注入中の前記レーザの前記効率を示す前記選択されたレーザチャンバの作動パラメータを測定する段階と、
前記レーザによって発射されたショットの回数に対する前記測定された作動パラメータの変化の比率を推定する段階と、
各注入機会中に前記選択されたレーザチャンバ内の全圧力の変化を測定する段階と、
前記選択されたレーザチャンバ内の前記全圧力の変化に対する前記測定された作動パラメータの変化の比率を決定する段階と、を含み、かつ
各Ｍ注入の後に、
前記Ｍ注入にわたる前記作動パラメータの変化を推定する段階と、
前記Ｍ注入にわたる前記作動パラメータの変化を逆にするのに適切である前記選択されたレーザチャンバ内の全圧力を推定する段階と、を更に含み、
前記選択されたレーザチャンバ内の全圧力を増大させる段階は、前記推定された全圧力まで前記全圧力を増大させる段階を含む、請求項６に記載のガスを補給する方法。
前記複数の注入機会を選択する段階は、経過時間及びショットカウントの一方又は両方を含むファクタに基づいて前記規則的な間隔を選択する段階を更に含む、請求項７に記載のガスを補給する方法。
前記選択されたレーザチャンバは前記増幅器レーザチャンバであり、前記作動パラメータは前記増幅器レーザチャンバ内の放電電圧である、又は
前記選択されたレーザチャンバは前記主発振器レーザチャンバであり、前記作動パラメータは前記主発振器と前記増幅器との間の放電タイミング差である、又は
前記選択されたレーザチャンバは前記主発振器レーザチャンバであり、前記作動パラメータはエキシマレーザ光源の帯域幅である、又は
前記選択されたレーザチャンバは前記主発振器レーザチャンバであり、前記作動パラメータはＥ９５である、請求項７に記載のガスを補給する方法。
前記Ｍの値は約５０〜約２００である、請求項７に記載のガスを補給する方法。
ハロゲンを含むレージング媒体ガスを包含するレーザチャンバを各々が有する主発振器及び増幅器を有する２重チャンバガス放電レーザ光源内のガスを補給する方法を実行するようにプロセッサによって実行可能であるプログラムを具現化した持続性コンピュータ可読媒体であって、
前記方法は、
規則的な間隔で発生する複数の注入機会を選択する段階と、
前記注入機会後に、選択された前記レーザチャンバ内のハロゲンガスの望ましい量をもたらすと推定されるある量の非ハロゲン含有ガスとある量の前記ハロゲン含有ガスとを、各注入機会に、前記選択されたレーザチャンバ内に注入する段階と、
前記選択されたレーザチャンバ内へのガスの各注入中のレーザの効率を示す前記選択されたレーザチャンバの作動パラメータを測定する段階と、
前記レーザによって発射されたショットの回数に対する前記測定された作動パラメータの変化の比率を推定する段階と、
各注入機会中に前記選択されたレーザチャンバ内の全圧力の変化を測定する段階と、
前記選択されたレーザチャンバ内の前記全圧力の変化に対する前記測定された作動パラメータの前記変化の比率を決定する段階と、を含み、かつ
各Ｍ注入の後に、
前記Ｍ注入にわたる前記作動パラメータの変化を推定する段階と、
前記Ｍ注入にわたる前記作動パラメータの変化を逆にするのに適切である前記選択されたレーザチャンバ内の全圧力を推定する段階と、を更に含み、
前記選択されたレーザチャンバ内の全圧力を増大させる段階は、複数の注入の次の回のために前記推定された全圧力まで前記全圧力を増大させる段階を含む、持続性コンピュータ可読媒体。
前記補給スキームは、各注入機会に前記選択されたレーザチャンバ内にある量の前記ハロゲンガスを注入する段階の前に、前記注入機会後に前記選択されたレーザチャンバ内に望ましい量のハロゲンガスをもたらす前記ハロゲンガスの量を推定する段階を更に含む、請求項１に記載の２重チャンバガス放電レーザ光源。
注入機会後の前記選択されたレーザチャンバ内の前記ハロゲンガスの量を推定する段階が、前記注入機会後かつ直後の注入機会前の選択された時点で前記選択されたレーザチャンバ内の前記ハロゲンガスの量を推定する段階を更に含む、請求項１２に記載の２重チャンバガス放電レーザ光源。
各注入機会に前記選択されたレーザチャンバ内にある量の前記ハロゲンガスを注入する段階の前に、前記注入機会後に前記選択されたレーザチャンバ内に望ましい量のハロゲンガスをもたらす前記ハロゲンガスの量を推定する段階を更に含む、請求項６に記載のガスを補給する方法。
注入機会後の前記選択されたレーザチャンバ内の前記ハロゲンガスの量を推定する段階が、前記注入機会後かつ直後の注入機会前の選択された時点で前記選択されたレーザチャンバ内の前記ハロゲンガスの量を推定する段階を更に含む、請求項１４に記載のガスを補給する方法。