JPH10125981A - レーザー - Google Patents
レーザーInfo
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- JPH10125981A JPH10125981A JP9011829A JP1182997A JPH10125981A JP H10125981 A JPH10125981 A JP H10125981A JP 9011829 A JP9011829 A JP 9011829A JP 1182997 A JP1182997 A JP 1182997A JP H10125981 A JPH10125981 A JP H10125981A
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- H01S3/041—Arrangements for thermal management for gas lasers
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- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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- H01S3/223—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms
- H01S3/225—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms comprising an excimer or exciplex
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 レーザーキャビネット内に連続的な冷却空気
流が導かれるレーザーを提供する。 【構成】 キャビネットの内部は、二枚のパネル２１０
により上下方向に三分割されている。上部パネル２１０
の左端近傍と下部パネル２１０の右端近傍とには、それ
ぞれ空気案内穴２２０が設けられている。三分割キャビ
ネットの最上層の右側面には一つの空気導入口２００が
設けられ、最下層の左側面には空気排出管１７０が設け
られている。導入口２００からキャビネットの最上層に
入った空気は、上部パネル２１０の長手方向に沿って左
方向に進み、次いで上部パネル２１０の案内穴２２０を
通ってキャビネットの第二層へ入り、最上層の場合とは
逆方向、即ち右方向へ下部パネル２１０の長手方向に沿
って進み、次いで下部パネル２１０の案内穴２２０を通
ってキャビネットの最下層へ入る。キャビネット最下層
へ入った空気は、第二層の場合とは逆方向へ進んで排出
管１７０から排出される。
流が導かれるレーザーを提供する。 【構成】 キャビネットの内部は、二枚のパネル２１０
により上下方向に三分割されている。上部パネル２１０
の左端近傍と下部パネル２１０の右端近傍とには、それ
ぞれ空気案内穴２２０が設けられている。三分割キャビ
ネットの最上層の右側面には一つの空気導入口２００が
設けられ、最下層の左側面には空気排出管１７０が設け
られている。導入口２００からキャビネットの最上層に
入った空気は、上部パネル２１０の長手方向に沿って左
方向に進み、次いで上部パネル２１０の案内穴２２０を
通ってキャビネットの第二層へ入り、最上層の場合とは
逆方向、即ち右方向へ下部パネル２１０の長手方向に沿
って進み、次いで下部パネル２１０の案内穴２２０を通
ってキャビネットの最下層へ入る。キャビネット最下層
へ入った空気は、第二層の場合とは逆方向へ進んで排出
管１７０から排出される。
Description
【０００１】
【発明の背景】幾年かに亘り、レーザーが様々な適用に
用いられてきた。レーザー製造業者は、程よい運転費
で、正確な高エネルギービームを与える能力を持つレー
ザーを提供するために、製造されるレーザーのビーム特
性(beam quality)と運転効率との改善について考え続け
てきた。
用いられてきた。レーザー製造業者は、程よい運転費
で、正確な高エネルギービームを与える能力を持つレー
ザーを提供するために、製造されるレーザーのビーム特
性(beam quality)と運転効率との改善について考え続け
てきた。
【０００２】コンピュータチップ産業は、これまで利用
されてきたビーム特性と運転効率とをいかに改善すべき
かを例証する。一つの適用では、フォトレジストは、シ
リコンウェハのような基板上に張られ、クリーンルーム
にてフォトレジストの選択された領域を紫外線（ＵＶ）
光で露光することにより、連続的にパターンが形成され
る。パターンが形成されたフォトレジストは、結果的に
半導体デバイスとなる構造をシリコンウェハ内に規定す
る。仮にこれらの構造が更に正確に規定されるならば、
構造は小形化でき、且つそれらの間の空間を小さくで
き、その結果として、より多くの構造（即ち半導体デバ
イス）を小さな領域に組み込むことができる。フォトレ
ジストにパターンを形成する紫外線光を与えるために、
レーザーが用いられてきた。ウェハ上のパターンの一部
分が、レーザー光の焼き付けを用いて形成されると、ウ
ェハは迅速に位置を変えられ、フォトレジストの他の部
分がレーザー光の他の焼き付けを用いてパターンが形成
される。この工程は、ウェハ全体が転写されるまで繰り
返される。拡散、パワー、方向制御のようなビームのパ
ラメータは改良されるに従って、半導体デバイスはより
小さく、より早くなり、優れた運転能力と高速のチップ
を提供できるものの、物理的な大きさは、古いレーザー
を用いて製造される有用さを欠いた従来のチップと同様
である。高い生産速度と、利用可能なパワーと濾過され
た冷却用空気及び水などの消耗物資の改善された効率と
は、生産コストを低減し、コンピュータチップを妥当な
価格とするのに助する。しかし、僅かな拡散や方向ずれ
を伴っても合焦されたビームを保持しつつ、単位時間毎
により多くのレーザー光の焼き付けを与えるレーザーが
なおも要求される。
されてきたビーム特性と運転効率とをいかに改善すべき
かを例証する。一つの適用では、フォトレジストは、シ
リコンウェハのような基板上に張られ、クリーンルーム
にてフォトレジストの選択された領域を紫外線（ＵＶ）
光で露光することにより、連続的にパターンが形成され
る。パターンが形成されたフォトレジストは、結果的に
半導体デバイスとなる構造をシリコンウェハ内に規定す
る。仮にこれらの構造が更に正確に規定されるならば、
構造は小形化でき、且つそれらの間の空間を小さくで
き、その結果として、より多くの構造（即ち半導体デバ
イス）を小さな領域に組み込むことができる。フォトレ
ジストにパターンを形成する紫外線光を与えるために、
レーザーが用いられてきた。ウェハ上のパターンの一部
分が、レーザー光の焼き付けを用いて形成されると、ウ
ェハは迅速に位置を変えられ、フォトレジストの他の部
分がレーザー光の他の焼き付けを用いてパターンが形成
される。この工程は、ウェハ全体が転写されるまで繰り
返される。拡散、パワー、方向制御のようなビームのパ
ラメータは改良されるに従って、半導体デバイスはより
小さく、より早くなり、優れた運転能力と高速のチップ
を提供できるものの、物理的な大きさは、古いレーザー
を用いて製造される有用さを欠いた従来のチップと同様
である。高い生産速度と、利用可能なパワーと濾過され
た冷却用空気及び水などの消耗物資の改善された効率と
は、生産コストを低減し、コンピュータチップを妥当な
価格とするのに助する。しかし、僅かな拡散や方向ずれ
を伴っても合焦されたビームを保持しつつ、単位時間毎
により多くのレーザー光の焼き付けを与えるレーザーが
なおも要求される。
【０００３】医療専門家もまた、低拡散、高パワー、精
密な方向制御のビームを有するレーザーの継続的な必要
性を示してきた。例えば、角膜または網膜の切開手術
は、周囲の組織の損傷を与えぬように、できる限り正確
且つ迅速になさねばならない。全パワーに亘って改良さ
れた制御を有するビームは、適正な深さをなすべく迅速
に入射させ、組織がレーザー光に晒される時間を最短化
し、例えば機器の振動により生じる迷光入射の機会を最
小化させることができる。
密な方向制御のビームを有するレーザーの継続的な必要
性を示してきた。例えば、角膜または網膜の切開手術
は、周囲の組織の損傷を与えぬように、できる限り正確
且つ迅速になさねばならない。全パワーに亘って改良さ
れた制御を有するビームは、適正な深さをなすべく迅速
に入射させ、組織がレーザー光に晒される時間を最短化
し、例えば機器の振動により生じる迷光入射の機会を最
小化させることができる。
【０００４】フォトリトグラフィ及び医療への適用に特
に有用とされるレーザーの一つは、電磁波スペクトラム
の紫外線領域で放出される高エネルギー光子に起因し
て、ガス放電レーザー、特にエキシマレーザーである。
エキシマレーザーからのビームは、周辺材料の温度を上
昇させることなく、有機材料内の化学接着剤を破壊する
に充分なエネルギーを有する。この低温光化学反応を達
成するためのエキシマレーザーの能力は、システムに対
し、フォトリトグラフィまたは医療への適用に使用すべ
き適切な周波数及びパワーのレーザー光を生成可能とす
る。
に有用とされるレーザーの一つは、電磁波スペクトラム
の紫外線領域で放出される高エネルギー光子に起因し
て、ガス放電レーザー、特にエキシマレーザーである。
エキシマレーザーからのビームは、周辺材料の温度を上
昇させることなく、有機材料内の化学接着剤を破壊する
に充分なエネルギーを有する。この低温光化学反応を達
成するためのエキシマレーザーの能力は、システムに対
し、フォトリトグラフィまたは医療への適用に使用すべ
き適切な周波数及びパワーのレーザー光を生成可能とす
る。
【０００５】図９には、一つの商用エキシマレーザー１
００が示されている。包囲体１１０は、レーザー光生成
に伴って協働する機器の殆どまたは全てを収容する。商
用エキシマレーザー１００は、以下のような機器を使用
している。即ち、ビームを発生する放電チャンバ１２
０、この放電チャンバを加熱または除熱する熱交換シス
テム（図９においては符号１２０で熱交換システムの一
部が示されている）、高電圧電源１３０、パルスパワー
モジュール１４０、制御回路系１５０、付加的に真空ポ
ンプ１６０を含むレーザーガス管理システム、レーザー
が設置された部屋への排気または吸引配管へ取り付けら
れた換気スタック１７０である。包囲体１１０は典型的
には、多重開口１８０を有し、この多重開口は包囲体の
複数の側面に配置され、これを通じて包囲体の外側の空
気を内側へ取り込むのであるが、効果的な方式で包囲体
への空気引き込みを利用するためには、若干の注意が払
われている。多くの場合、レーザービームを生成するガ
スは、フッ素（Ｆ２）のような生物学的な禁忌ガスを含
むので、通常は大量の空気を包囲体へ引き込むように配
慮されており、包囲体内のレーザー放電チャンバから漏
出し得るこれらのガスから包囲体を洗浄する試みで空気
を流通させるための多重経路が設けられている。しかし
ながら、チップ製造の複雑さ及び精度の増大は、シリコ
ンウェハを取り囲む空気、ひいては何らかの汚物または
汚染物質から基本的に免れるべきウェハの工程に使用さ
れるレーザーを取り囲む空気を要求する。この空気は高
度に濾過され、クリーンルームの仕様に調整されるので
非常に高価なものとなる。本発明の一つの目的は、包囲
体内に取り付けられたレーザ装置であって、クリーンル
ーム規格に適う上述の高価な空気の浪費を削減したレー
ザを提供することである。
００が示されている。包囲体１１０は、レーザー光生成
に伴って協働する機器の殆どまたは全てを収容する。商
用エキシマレーザー１００は、以下のような機器を使用
している。即ち、ビームを発生する放電チャンバ１２
０、この放電チャンバを加熱または除熱する熱交換シス
テム（図９においては符号１２０で熱交換システムの一
部が示されている）、高電圧電源１３０、パルスパワー
モジュール１４０、制御回路系１５０、付加的に真空ポ
ンプ１６０を含むレーザーガス管理システム、レーザー
が設置された部屋への排気または吸引配管へ取り付けら
れた換気スタック１７０である。包囲体１１０は典型的
には、多重開口１８０を有し、この多重開口は包囲体の
複数の側面に配置され、これを通じて包囲体の外側の空
気を内側へ取り込むのであるが、効果的な方式で包囲体
への空気引き込みを利用するためには、若干の注意が払
われている。多くの場合、レーザービームを生成するガ
スは、フッ素（Ｆ２）のような生物学的な禁忌ガスを含
むので、通常は大量の空気を包囲体へ引き込むように配
慮されており、包囲体内のレーザー放電チャンバから漏
出し得るこれらのガスから包囲体を洗浄する試みで空気
を流通させるための多重経路が設けられている。しかし
ながら、チップ製造の複雑さ及び精度の増大は、シリコ
ンウェハを取り囲む空気、ひいては何らかの汚物または
汚染物質から基本的に免れるべきウェハの工程に使用さ
れるレーザーを取り囲む空気を要求する。この空気は高
度に濾過され、クリーンルームの仕様に調整されるので
非常に高価なものとなる。本発明の一つの目的は、包囲
体内に取り付けられたレーザ装置であって、クリーンル
ーム規格に適う上述の高価な空気の浪費を削減したレー
ザを提供することである。
【０００６】商用ガスレーザーにおけるレーザービーム
は放電チャンバにて発生されるが、この放電チャンバは
例えば、放電管、箱状のハウジング、または通常は包囲
体内に配置された他の適切な形状のチャンバなどであ
る。熱交換システムは、放電チャンバを概ね一定温度に
保つために使用される。
は放電チャンバにて発生されるが、この放電チャンバは
例えば、放電管、箱状のハウジング、または通常は包囲
体内に配置された他の適切な形状のチャンバなどであ
る。熱交換システムは、放電チャンバを概ね一定温度に
保つために使用される。
【０００７】ガスレーザーにおいてレーザービームを生
成するために、チャンバ内のガスは、原子または分子の
電子を高エネルギー状態または励起エネルギー状態へ励
起させるに充分なエネルギーを受ける。高エネルギー原
子または分子は、外部の光子により誘導されて光子を放
出する。この誘導放出により発生した光は、二つのミラ
ーの間で反射され、これにより更なる光子の誘導放出を
なす。更に多くの光子が放出されるにつれて、光ビーム
のパワーが増幅され、ビームがパワーの閾値に到達する
と、部分的のみで反射する一方のミラーをビームが部分
的に通過する。
成するために、チャンバ内のガスは、原子または分子の
電子を高エネルギー状態または励起エネルギー状態へ励
起させるに充分なエネルギーを受ける。高エネルギー原
子または分子は、外部の光子により誘導されて光子を放
出する。この誘導放出により発生した光は、二つのミラ
ーの間で反射され、これにより更なる光子の誘導放出を
なす。更に多くの光子が放出されるにつれて、光ビーム
のパワーが増幅され、ビームがパワーの閾値に到達する
と、部分的のみで反射する一方のミラーをビームが部分
的に通過する。
【０００８】レーザー発射状態におけるガスの温度及び
圧力は、レーザーの効率及びレーザービーム特性とに影
響する限界的なパラメータである。ガスの温度をも制御
しつつガス圧を制御する一つの方法は、レーザーチャン
バの容積に基本的に定められた容積のガスを与えること
である。レーザーの効率は、特定のレーザー発射ガスの
ために選択されたガス温度、通常は３５℃と５５℃との
間において最高である。レーザーチャンバは、一定パワ
ー出力のために、ガス温度を摂氏目盛りで数度よりも高
く保持せねばならない。レーザービームの大きさ、拡
散、パワー、及び方向もまたガス温度に影響される。ガ
ス温度が充分に一定に保たれなければ、ビームは大きく
なりすぎ、ビームのパワーが弱められる。ビームは、標
的上で集束するよりもむしろ拡散するので、そのパワー
は更に弱められる。付加的に、温度が良好に調整されて
いないならば、ビームは不所望な方向へ向かい、不適当
な位置における標的に衝突するか、標的を完全に失うか
のいずれかである。ガス温度の慎重な制御は、レーザー
からの高品位の光とその効率的な運転を与える。
圧力は、レーザーの効率及びレーザービーム特性とに影
響する限界的なパラメータである。ガスの温度をも制御
しつつガス圧を制御する一つの方法は、レーザーチャン
バの容積に基本的に定められた容積のガスを与えること
である。レーザーの効率は、特定のレーザー発射ガスの
ために選択されたガス温度、通常は３５℃と５５℃との
間において最高である。レーザーチャンバは、一定パワ
ー出力のために、ガス温度を摂氏目盛りで数度よりも高
く保持せねばならない。レーザービームの大きさ、拡
散、パワー、及び方向もまたガス温度に影響される。ガ
ス温度が充分に一定に保たれなければ、ビームは大きく
なりすぎ、ビームのパワーが弱められる。ビームは、標
的上で集束するよりもむしろ拡散するので、そのパワー
は更に弱められる。付加的に、温度が良好に調整されて
いないならば、ビームは不所望な方向へ向かい、不適当
な位置における標的に衝突するか、標的を完全に失うか
のいずれかである。ガス温度の慎重な制御は、レーザー
からの高品位の光とその効率的な運転を与える。
【０００９】商用レーザーにおいて、とりわけ高パワー
で運転されるものは、たかだか５Ｗまたはそれ以上であ
り、レーザー発射ガスの温度の正確な制御を達成するの
は非常に困難である。レーザー発射ガスは、励起された
分子及び／または原子を生成する大量のエネルギーの影
響を瞬間的に受ける。例えば、広帯域フッ化クリプトン
エキシマレーザーでは、エネルギーの約３％がレーザー
光へ変換され、使用されないエネルギーの多くは熱を発
生する。従って、極めて短時間のうちに、大量の熱が発
生する。その結果としてのガス温度の急速な上昇は迅速
に検知されねばならず、またガス温度を一定に保つため
に迅速に除熱せねばならない。ガス温度は、ビーム発生
に使用されたパワーが遮断された際にも急速に降下する
ので、ここでもガス温度変化を迅速に検知せねばなら
ず、その除熱率もガス温度を一定に保つために迅速に調
整せねばならない。更に、多くの工業レーザーは、ビー
ムが短時間に発生される燃焼(burst) 状態で運転され、
この状態は、ビームの標的が次の燃焼に先だって再位置
決めされる間の短い遊び時間の後に続く。例えば、燃焼
状態におけるレーザー運転では、概ね一秒乃至数秒でビ
ームを発生し得るし、次いで遊び時間は、繰り返しサイ
クルの時間において、０．１秒乃至３秒程度の短時間で
ある。従って、レーザーがうつろいやすく不安定な状態
にある多くの時間においては、ガス温度制御が非常に困
難である。
で運転されるものは、たかだか５Ｗまたはそれ以上であ
り、レーザー発射ガスの温度の正確な制御を達成するの
は非常に困難である。レーザー発射ガスは、励起された
分子及び／または原子を生成する大量のエネルギーの影
響を瞬間的に受ける。例えば、広帯域フッ化クリプトン
エキシマレーザーでは、エネルギーの約３％がレーザー
光へ変換され、使用されないエネルギーの多くは熱を発
生する。従って、極めて短時間のうちに、大量の熱が発
生する。その結果としてのガス温度の急速な上昇は迅速
に検知されねばならず、またガス温度を一定に保つため
に迅速に除熱せねばならない。ガス温度は、ビーム発生
に使用されたパワーが遮断された際にも急速に降下する
ので、ここでもガス温度変化を迅速に検知せねばなら
ず、その除熱率もガス温度を一定に保つために迅速に調
整せねばならない。更に、多くの工業レーザーは、ビー
ムが短時間に発生される燃焼(burst) 状態で運転され、
この状態は、ビームの標的が次の燃焼に先だって再位置
決めされる間の短い遊び時間の後に続く。例えば、燃焼
状態におけるレーザー運転では、概ね一秒乃至数秒でビ
ームを発生し得るし、次いで遊び時間は、繰り返しサイ
クルの時間において、０．１秒乃至３秒程度の短時間で
ある。従って、レーザーがうつろいやすく不安定な状態
にある多くの時間においては、ガス温度制御が非常に困
難である。
【００１０】レーザー発生ガスの圧力を制御するための
幾つかのシステムが提案されている。米国特許第５，１
１７，４３５号はガスレーザーのための圧力調整システ
ムを開示しており、ここでは陽極のステムに取り付けら
れた熱電対が、電子を更に高いエネルギー状態へ励起さ
せるエネルギーを与えるように、陽極の温度を計測し、
且つ陽極の温度、結果的にはレーザーにおける圧力を制
御するために使用され、電磁弁の解放により、更なるガ
スがレーザーチャンバへ導かれる。冷却水の温度はステ
ム取り付け熱電対による計測温度に影響するが、この温
度は、ステム取り付け熱電対からの信号への冷却水の影
響を補償するように、ステム取り付け熱電対の信号を標
準化するために用いられる。熱交換器はレーザー内のガ
スの温度を設定し、且つそのガスの圧力を、陽極温度に
応答して新たなガスを加えることにより保持する。この
特許には、熱交換機を流れる水を調整する方法、或いは
その必要性の有無については記載されていない。
幾つかのシステムが提案されている。米国特許第５，１
１７，４３５号はガスレーザーのための圧力調整システ
ムを開示しており、ここでは陽極のステムに取り付けら
れた熱電対が、電子を更に高いエネルギー状態へ励起さ
せるエネルギーを与えるように、陽極の温度を計測し、
且つ陽極の温度、結果的にはレーザーにおける圧力を制
御するために使用され、電磁弁の解放により、更なるガ
スがレーザーチャンバへ導かれる。冷却水の温度はステ
ム取り付け熱電対による計測温度に影響するが、この温
度は、ステム取り付け熱電対からの信号への冷却水の影
響を補償するように、ステム取り付け熱電対の信号を標
準化するために用いられる。熱交換器はレーザー内のガ
スの温度を設定し、且つそのガスの圧力を、陽極温度に
応答して新たなガスを加えることにより保持する。この
特許には、熱交換機を流れる水を調整する方法、或いは
その必要性の有無については記載されていない。
【００１１】他のシステムは、放電チャンバ壁に取り付
けられた熱電対を使用し、チャンバ内のガスの加熱また
は冷却によるチャンバ壁の温度の変化を検知する。熱電
対は伝統的に、励起された熱いレーザー発射ガスが存在
するところ、特にフッ素のような反応ガスが存在すると
ころの外側に配置されるが、これはレーザー発射ガスと
フッ化金属との混合物及び反応ガスの浪費を防ぐためで
ある。壁取り付け熱電対からの信号は電圧に変換され、
この電圧は、特定の時間周期について電磁制御オン／オ
フ水弁を開放するために用いられている。ガス温度が上
昇する時刻と、この上昇したガス温度に起因するチャン
バ壁温度上昇を熱電対が検知する時刻との間の大きな時
間的遅延により、レーザー発射ガスの温度は変動する。
更に、冷却水を完全に流通させるか、或いは冷却水を流
通させないかのいずれかを与えるオン／オフ弁に起因し
て、レーザー発射ガスの温度は概ね正弦曲線状に変動す
る。
けられた熱電対を使用し、チャンバ内のガスの加熱また
は冷却によるチャンバ壁の温度の変化を検知する。熱電
対は伝統的に、励起された熱いレーザー発射ガスが存在
するところ、特にフッ素のような反応ガスが存在すると
ころの外側に配置されるが、これはレーザー発射ガスと
フッ化金属との混合物及び反応ガスの浪費を防ぐためで
ある。壁取り付け熱電対からの信号は電圧に変換され、
この電圧は、特定の時間周期について電磁制御オン／オ
フ水弁を開放するために用いられている。ガス温度が上
昇する時刻と、この上昇したガス温度に起因するチャン
バ壁温度上昇を熱電対が検知する時刻との間の大きな時
間的遅延により、レーザー発射ガスの温度は変動する。
更に、冷却水を完全に流通させるか、或いは冷却水を流
通させないかのいずれかを与えるオン／オフ弁に起因し
て、レーザー発射ガスの温度は概ね正弦曲線状に変動す
る。
【００１２】米国特許第４，７６０，５８３号、第４，
５４７，８８５号、第４，６６１，９５８号、第４，７
０７，８３７号、及び第４，５０２，１４５号の開示す
るシステムでは、ミラーを支持し、且つレーザー放電管
を包囲する支持管内のガスの温度を一定に保持するの
で、支持管はレーザー放電管及びミラーとの正確なアラ
イメントを保たれる。これらの特許は、ガス圧力を一定
に保持して堅実な質のレーザービームを与えるための別
個のシステムについても開示している。ガス温度は、レ
ーザーチャンバの外側に配置された熱電対により計測さ
れる。熱電対は、熱交換器のために電磁オン／オフ水弁
を制御し、ガスの冷却は、水弁が開放される時間の長さ
の変化により制御される。ガスの一部分は連続的にレー
ザーの外側へ引き出され、圧力センサが新たなガスの導
入率を制御するので、ガス圧は基本的に一定にとどま
る。レーザーそれ自体内の温度変動は検知されず、変動
についての補償もないので、熱電対はレーザーの外側に
配置され、レーザーから排出されたガスは、熱交換器に
接する前に二つの熱交換器を通過する。
５４７，８８５号、第４，６６１，９５８号、第４，７
０７，８３７号、及び第４，５０２，１４５号の開示す
るシステムでは、ミラーを支持し、且つレーザー放電管
を包囲する支持管内のガスの温度を一定に保持するの
で、支持管はレーザー放電管及びミラーとの正確なアラ
イメントを保たれる。これらの特許は、ガス圧力を一定
に保持して堅実な質のレーザービームを与えるための別
個のシステムについても開示している。ガス温度は、レ
ーザーチャンバの外側に配置された熱電対により計測さ
れる。熱電対は、熱交換器のために電磁オン／オフ水弁
を制御し、ガスの冷却は、水弁が開放される時間の長さ
の変化により制御される。ガスの一部分は連続的にレー
ザーの外側へ引き出され、圧力センサが新たなガスの導
入率を制御するので、ガス圧は基本的に一定にとどま
る。レーザーそれ自体内の温度変動は検知されず、変動
についての補償もないので、熱電対はレーザーの外側に
配置され、レーザーから排出されたガスは、熱交換器に
接する前に二つの熱交換器を通過する。
【００１３】米国特許第５，０８４，８８５号は、ガス
レーザーから排出されたガスの温度を用いており、過熱
によるブロワーの損傷を防ぐために、ブロワーの入口に
てガス温度を検出している。排出ガスは、それが熱電対
に接する前に熱交換器を通過するので、ガスがブロワー
に接するに先立って除熱される。他の特許も他の目的の
ために、同様にしてレーザーチャンバ上またはレーザー
チャンバ内部における温度測定を用いている。米国特許
第４，５７３，１５９号は、レーザー管装着具若しくは
支持板に取り付けられた複数の熱電対を用いており、こ
の熱電対と同数の複数のファンを制御して、各々の装着
具を一定温度に保ち、放電管及びミラーの正確なアライ
メントを保持する。米国特許第５，０９１，９１４号に
おいては、熱電対を用いてレーザー放電管のまわりの周
辺空気温度を制御することにより、レーザーの遊び時間
の際に、放電管のまわりのミラーの正確なアライメント
を保持している。米国特許第５，００５，９２９号は、
走査位置センサの近隣の温度と周辺温度とを比較して、
可変位置ミラーを調整することにより、レーザービーム
を正確に位置決めすることを保証する方法を与えてい
る。
レーザーから排出されたガスの温度を用いており、過熱
によるブロワーの損傷を防ぐために、ブロワーの入口に
てガス温度を検出している。排出ガスは、それが熱電対
に接する前に熱交換器を通過するので、ガスがブロワー
に接するに先立って除熱される。他の特許も他の目的の
ために、同様にしてレーザーチャンバ上またはレーザー
チャンバ内部における温度測定を用いている。米国特許
第４，５７３，１５９号は、レーザー管装着具若しくは
支持板に取り付けられた複数の熱電対を用いており、こ
の熱電対と同数の複数のファンを制御して、各々の装着
具を一定温度に保ち、放電管及びミラーの正確なアライ
メントを保持する。米国特許第５，０９１，９１４号に
おいては、熱電対を用いてレーザー放電管のまわりの周
辺空気温度を制御することにより、レーザーの遊び時間
の際に、放電管のまわりのミラーの正確なアライメント
を保持している。米国特許第５，００５，９２９号は、
走査位置センサの近隣の温度と周辺温度とを比較して、
可変位置ミラーを調整することにより、レーザービーム
を正確に位置決めすることを保証する方法を与えてい
る。
【００１４】本発明の目的は、放電チャンバ内のガス温
度が迅速に測定されるレーザーを提供し、ガス温度が迅
速且つ正確に制御されるレーザーを提供することであ
る。これらと他の目的及び利点は以下の説明から明らか
にされる。
度が迅速に測定されるレーザーを提供し、ガス温度が迅
速且つ正確に制御されるレーザーを提供することであ
る。これらと他の目的及び利点は以下の説明から明らか
にされる。
【００１５】
【発明の概要】一実施例においては、レーザー発射ガス
を包含する放電チャンバと、バッフル付けされた包囲体
に収納された電子部品とを含むレーザーが提供され、そ
の電子部品はレーザーの機能を調整する（例えば、パワ
ー発生電子部品は、ガスをレーザービーム発生のために
充分な状態に励起する）。好ましくは、バッフル付けさ
れた包囲体はクリーンルーム空気の少なくとも部分的に
連続的な流れを与え、包囲体への空気引き込みの効率的
な使用を促進し、電子機器の冷却に必要な空気の量を削
減し、且つ包囲体から漏洩し得る生物学的な禁忌ガスを
吹き払う。
を包含する放電チャンバと、バッフル付けされた包囲体
に収納された電子部品とを含むレーザーが提供され、そ
の電子部品はレーザーの機能を調整する（例えば、パワ
ー発生電子部品は、ガスをレーザービーム発生のために
充分な状態に励起する）。好ましくは、バッフル付けさ
れた包囲体はクリーンルーム空気の少なくとも部分的に
連続的な流れを与え、包囲体への空気引き込みの効率的
な使用を促進し、電子機器の冷却に必要な空気の量を削
減し、且つ包囲体から漏洩し得る生物学的な禁忌ガスを
吹き払う。
【００１６】本発明は更に、レーザービームを生成する
のに使用されるガスのための迅速な応答の実時間温度制
御システムを利用したレーザーをも提供する。これによ
りレーザーには、改善されたパルス対パルス安定性と、
改善された電圧安定性と、増加されたビーム特性及びレ
ーザー効率とが授けられる。
のに使用されるガスのための迅速な応答の実時間温度制
御システムを利用したレーザーをも提供する。これによ
りレーザーには、改善されたパルス対パルス安定性と、
改善された電圧安定性と、増加されたビーム特性及びレ
ーザー効率とが授けられる。
【００１７】一実施例においては、レーザーは、迅速な
応答速度の実時間温度制御システムを有し、これは、レ
ーザー発射ガス及び熱交換器を包含する包囲チャンバ
と、；レーザー発射ガスを、レーザービームを生成する
に充分な状態へ励起するパワー供給源と、；温度センサ
を具備する迅速応答温度制御システムとを備え、その温
度センサは、効果的な熱伝達経路を与えるに構成され、
ガス流制御器に沿ってガス流れ中に取り付けられ、この
ガス流制御器は、熱交換器を流通する熱交換流体の流量
を連続的に調整する。
応答速度の実時間温度制御システムを有し、これは、レ
ーザー発射ガス及び熱交換器を包含する包囲チャンバ
と、；レーザー発射ガスを、レーザービームを生成する
に充分な状態へ励起するパワー供給源と、；温度センサ
を具備する迅速応答温度制御システムとを備え、その温
度センサは、効果的な熱伝達経路を与えるに構成され、
ガス流制御器に沿ってガス流れ中に取り付けられ、この
ガス流制御器は、熱交換器を流通する熱交換流体の流量
を連続的に調整する。
【００１８】他の要因においては、本発明は、迅速応答
温度制御システムを有するガスレーザーの技術的発見に
基づいており、その迅速応答温度制御システムは、ガス
流れ中に取り付けられるように構成されたセンサと、連
続調整熱交換システムとにより与えられ、改善されたパ
ルス対パルスエネルギー安定性、改善された電圧安定
性、高い反復率、改善されたパルス対パルスビーム特
性、及び／またはその運転における改善された効率を持
つことができる。
温度制御システムを有するガスレーザーの技術的発見に
基づいており、その迅速応答温度制御システムは、ガス
流れ中に取り付けられるように構成されたセンサと、連
続調整熱交換システムとにより与えられ、改善されたパ
ルス対パルスエネルギー安定性、改善された電圧安定
性、高い反復率、改善されたパルス対パルスビーム特
性、及び／またはその運転における改善された効率を持
つことができる。
【００１９】通例、商用レーザーでは、レーザー光の生
成に協働する大部分のまたは全ての機器が包囲ハウジン
グ内に包含されている。例えば、商用エキシマレーザー
では、以下のような機器を使用する。即ち、ビームを発
生するための放電チャンバ、この放電チャンバを過熱ま
たは除熱する熱交換システム、ＡＣパワーシステム、高
圧電源、パルス化されたパワー回路系、制御回路系、付
加的なガス制御モジュール、通常運転期間中に消費され
るＦ２のような添加ガスのための付随真空ポンプ、真空
ポンプ及び／または換気スタックのような換気機器及び
それに付随した機器、例えば真空表示計及び安全スイッ
チである。
成に協働する大部分のまたは全ての機器が包囲ハウジン
グ内に包含されている。例えば、商用エキシマレーザー
では、以下のような機器を使用する。即ち、ビームを発
生するための放電チャンバ、この放電チャンバを過熱ま
たは除熱する熱交換システム、ＡＣパワーシステム、高
圧電源、パルス化されたパワー回路系、制御回路系、付
加的なガス制御モジュール、通常運転期間中に消費され
るＦ２のような添加ガスのための付随真空ポンプ、真空
ポンプ及び／または換気スタックのような換気機器及び
それに付随した機器、例えば真空表示計及び安全スイッ
チである。
【００２０】包囲体へ引き込まれる空気は部品を冷却す
ると共に、包囲体へ漏洩し得るレーザーガスの除去をも
促進する。包囲体をバッフル付けすることは、包囲体内
のユニットの冷却及び／または包囲体内に蓄積されてし
まうガス容量の吹き出しに使用されるべき空気の量を削
減し、一層に経済的な運転を伴う安全なレーザーを提供
する。本発明の一つの実施例によれば、この実施例で提
供されるレーザーが有する包囲体は、バッフル付けされ
た内室を持つことにより、包囲体へ引き込まれる空気の
少なくとも一部分が、包囲体容積の実質的に全体を通じ
て移動するようにされている。
ると共に、包囲体へ漏洩し得るレーザーガスの除去をも
促進する。包囲体をバッフル付けすることは、包囲体内
のユニットの冷却及び／または包囲体内に蓄積されてし
まうガス容量の吹き出しに使用されるべき空気の量を削
減し、一層に経済的な運転を伴う安全なレーザーを提供
する。本発明の一つの実施例によれば、この実施例で提
供されるレーザーが有する包囲体は、バッフル付けされ
た内室を持つことにより、包囲体へ引き込まれる空気の
少なくとも一部分が、包囲体容積の実質的に全体を通じ
て移動するようにされている。
【００２１】再び図９の従来技術の一つのレーザーを参
照すると、包囲体は多重開口１８０を有し、この多重開
口は包囲体内の継ぎ目を含み、包囲体内の空気の導き若
しくは案内は実質的に有さない。また、高圧電源１３０
及び制御電子機器１５０はキャビネットの構造の便宜の
ために包囲体内に配置されているのであって、キャビネ
ットへ引き込まれる冷却空気の最大利用のためではな
い。このような従来技術のレーザーにおいては、結果的
に、効果的な除熱と、被包された容積の効果的な吹き出
し（即ちいかなる漏洩ガスも除去されることを保証する
ための吹き出し）とを与えるためには３００乃至４００
立方フィート毎分(cubic feet per minute:cfm)もの空
気が必要である。
照すると、包囲体は多重開口１８０を有し、この多重開
口は包囲体内の継ぎ目を含み、包囲体内の空気の導き若
しくは案内は実質的に有さない。また、高圧電源１３０
及び制御電子機器１５０はキャビネットの構造の便宜の
ために包囲体内に配置されているのであって、キャビネ
ットへ引き込まれる冷却空気の最大利用のためではな
い。このような従来技術のレーザーにおいては、結果的
に、効果的な除熱と、被包された容積の効果的な吹き出
し（即ちいかなる漏洩ガスも除去されることを保証する
ための吹き出し）とを与えるためには３００乃至４００
立方フィート毎分(cubic feet per minute:cfm)もの空
気が必要である。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１は本発明の好適実施例のレーザーを示し、これはバッ
フル付けされた(baffled) 包囲体を有する。この好適実
施例は一つの空気導入口２００を有し、キャビネットへ
入る空気は、吐出管１７０を通じて排出される前に、被
包された容積の実質的に全てを通じて連続的に移動する
ように強制される。この場合の包囲体のバッフル付け
は、中実パネル２１０により与えられ、このパネルは被
包された容積を三つの部分に分割する。パネルは、穴、
またはパネルに切り欠かれた溝２２０を有し、これは空
気を容積の一部分から容積の次の部分へ移動させる。バ
ッフル付けのための穴または溝、若しくは他の形式は、
被包された容積の大部分を通じて、空気の少なくとも一
部分の連続流を促進するように、寸法付けられると共に
位置決めされている。好ましくは、空気は被包された容
積の実質的に全てを通じて連続的に流れる。図１の好ま
しいレーザーが必要とする空気は、図９の従来技術のレ
ーザーに必要な３００乃至４００立方フィート毎分(cub
ic feet per minute、以下、「立方フィート毎分」を
「ｃｆｍ」と記す)に代えて、１００ｃｆｍのみであ
る。この空気量の削減は、レーザーがフォトリトグラフ
ィへの使用としてクリーンルームに配置された際に有益
である。というのは、このようなクリーンルームにおけ
る高度に濾過されて調整された空気は、非常に高価な上
に、包囲体内の漏洩ガスの可能性に起因して再利用でき
ないためである。
１は本発明の好適実施例のレーザーを示し、これはバッ
フル付けされた(baffled) 包囲体を有する。この好適実
施例は一つの空気導入口２００を有し、キャビネットへ
入る空気は、吐出管１７０を通じて排出される前に、被
包された容積の実質的に全てを通じて連続的に移動する
ように強制される。この場合の包囲体のバッフル付け
は、中実パネル２１０により与えられ、このパネルは被
包された容積を三つの部分に分割する。パネルは、穴、
またはパネルに切り欠かれた溝２２０を有し、これは空
気を容積の一部分から容積の次の部分へ移動させる。バ
ッフル付けのための穴または溝、若しくは他の形式は、
被包された容積の大部分を通じて、空気の少なくとも一
部分の連続流を促進するように、寸法付けられると共に
位置決めされている。好ましくは、空気は被包された容
積の実質的に全てを通じて連続的に流れる。図１の好ま
しいレーザーが必要とする空気は、図９の従来技術のレ
ーザーに必要な３００乃至４００立方フィート毎分(cub
ic feet per minute、以下、「立方フィート毎分」を
「ｃｆｍ」と記す)に代えて、１００ｃｆｍのみであ
る。この空気量の削減は、レーザーがフォトリトグラフ
ィへの使用としてクリーンルームに配置された際に有益
である。というのは、このようなクリーンルームにおけ
る高度に濾過されて調整された空気は、非常に高価な上
に、包囲体内の漏洩ガスの可能性に起因して再利用でき
ないためである。
【００２３】バッフル付けされた包囲体を有するレーザ
ーは、好ましくはガスレーザーである。更に好ましく
は、レーザーは、希ハロゲンガスを用いるエキシマレー
ザーであり、これは米国特許第５，３７７，２１５号及
び第４，９５９，８４０号に開示された如くのものであ
り、その両者は引用により本明細書に取り入れられてい
る。商業的に入手可能なエキシマレーザーは様々な希ガ
スのハロゲン化物を用いており、これは例えばＸｅｃ
ｌ、Ｋｒｃｌ、ＡｒＦ、その他である。各々のガス化合
物は特性波長のレーザー光を生成する。
ーは、好ましくはガスレーザーである。更に好ましく
は、レーザーは、希ハロゲンガスを用いるエキシマレー
ザーであり、これは米国特許第５，３７７，２１５号及
び第４，９５９，８４０号に開示された如くのものであ
り、その両者は引用により本明細書に取り入れられてい
る。商業的に入手可能なエキシマレーザーは様々な希ガ
スのハロゲン化物を用いており、これは例えばＸｅｃ
ｌ、Ｋｒｃｌ、ＡｒＦ、その他である。各々のガス化合
物は特性波長のレーザー光を生成する。
【００２４】しかしながら、レーザーは、好ましいガス
レーザーまたはエキシマレーザーである必要はない。任
意のレーザー、例えば固体レーザー、液体レーザー、自
由電子レーザーを包囲体内に配置し得る。また包囲体は
レーザーに関連した全ての機器を収容するわけではない
が、包囲体は少なくとも放電チャンバ１２０、ガス供給
モジュール２３０（ここで使用されている）、ＡＣパワ
ーシステム２４０及び高圧電源１３０のように最高の熱
を発生させる要素を収納することが好ましい。好ましく
は、熱に対して最も敏感か、或いは実質的に熱を発生す
る機器は、図３に示すように、ハウジング包囲体（包囲
体）へ最初に引き込まれる最も冷たい空気中に取り付け
られ、熱い空気に対して耐性がある部品は下流に配置さ
れる。多重空気導入口は、重要な位置選定にて多量の冷
却空気を導入するように用いられ、多重バッフルは適切
な部品へ空気を向けるか、または包囲体容積の実質的に
全てに亘る吹き出しを伴うことなく、空気の一部分を包
囲体の第二の部分へ移動させるように用いられる。バッ
フル付けにより包囲体の内室内へ流れるように導入及び
方向付けられるべき空気は、発熱部品から除熱するため
の冷却流経路を確立するために必要な空気の量の効果的
な広がりを与え、且つ包囲体容積の吹き出しは、バッフ
ル付けが存在しないときに要求される空気の量を削減す
る。好ましくは、包囲体容積は、Ｆ２のようなガスが出
ていかないように負の圧力下で運転されるが、包囲体の
内室の圧力は大気圧かそれ以上にし得る。好ましくは、
包囲体は継手に沿って良好に封止され、不所望な場所に
おける空気の侵入を調整し、更にキャビネットの扉もシ
リコンラバーガスケットを使用して封止できる。被包さ
れた容積を複数部分へ分割するパネルは、バッフルとし
ての役割のみならず、支持部材として使用することがで
きる。このパネルは、それらの縁に沿ってシリコンガス
ケットで封止されることが好ましい。
レーザーまたはエキシマレーザーである必要はない。任
意のレーザー、例えば固体レーザー、液体レーザー、自
由電子レーザーを包囲体内に配置し得る。また包囲体は
レーザーに関連した全ての機器を収容するわけではない
が、包囲体は少なくとも放電チャンバ１２０、ガス供給
モジュール２３０（ここで使用されている）、ＡＣパワ
ーシステム２４０及び高圧電源１３０のように最高の熱
を発生させる要素を収納することが好ましい。好ましく
は、熱に対して最も敏感か、或いは実質的に熱を発生す
る機器は、図３に示すように、ハウジング包囲体（包囲
体）へ最初に引き込まれる最も冷たい空気中に取り付け
られ、熱い空気に対して耐性がある部品は下流に配置さ
れる。多重空気導入口は、重要な位置選定にて多量の冷
却空気を導入するように用いられ、多重バッフルは適切
な部品へ空気を向けるか、または包囲体容積の実質的に
全てに亘る吹き出しを伴うことなく、空気の一部分を包
囲体の第二の部分へ移動させるように用いられる。バッ
フル付けにより包囲体の内室内へ流れるように導入及び
方向付けられるべき空気は、発熱部品から除熱するため
の冷却流経路を確立するために必要な空気の量の効果的
な広がりを与え、且つ包囲体容積の吹き出しは、バッフ
ル付けが存在しないときに要求される空気の量を削減す
る。好ましくは、包囲体容積は、Ｆ２のようなガスが出
ていかないように負の圧力下で運転されるが、包囲体の
内室の圧力は大気圧かそれ以上にし得る。好ましくは、
包囲体は継手に沿って良好に封止され、不所望な場所に
おける空気の侵入を調整し、更にキャビネットの扉もシ
リコンラバーガスケットを使用して封止できる。被包さ
れた容積を複数部分へ分割するパネルは、バッフルとし
ての役割のみならず、支持部材として使用することがで
きる。このパネルは、それらの縁に沿ってシリコンガス
ケットで封止されることが好ましい。
【００２５】レーザーはその運転中に何度も調整する必
要がある。そのために包囲体の扉を開ける必要がある
が、これもまた空気循環の損失の原因となり得る。レー
ザーの調整期間中に連続的な空気循環を与えるために、
包囲体のレーザー及びそれに関連した機器は、透明プラ
スチックパネルの背後に配置でき、この透明プラスチッ
クパネルは、包囲体の扉側にてパネル及び包囲体にシリ
コンガスケット（図の明瞭化の目的で図示されていな
い）を用いて固定されている。ラバー蝶番をプラスチッ
クパネルの出入り穴上に使用することができ、それが持
ち上げられた際には、被包された容積を通じての空気循
環の実質的な損失を伴わずに、被包された容積内へ人間
が到達することを可能とする。他の保守点検の出入り閉
止体の使用もまた可能であり、これは例えばヒンジ止め
扉、褶動または回動カバーである。換気継手１７０は、
圧力検出スイッチ及び表示計を内包でき、これらは圧力
を監視すると共に、包囲体内の圧力が高くなり過ぎた際
にレーザーを遮断する。
要がある。そのために包囲体の扉を開ける必要がある
が、これもまた空気循環の損失の原因となり得る。レー
ザーの調整期間中に連続的な空気循環を与えるために、
包囲体のレーザー及びそれに関連した機器は、透明プラ
スチックパネルの背後に配置でき、この透明プラスチッ
クパネルは、包囲体の扉側にてパネル及び包囲体にシリ
コンガスケット（図の明瞭化の目的で図示されていな
い）を用いて固定されている。ラバー蝶番をプラスチッ
クパネルの出入り穴上に使用することができ、それが持
ち上げられた際には、被包された容積を通じての空気循
環の実質的な損失を伴わずに、被包された容積内へ人間
が到達することを可能とする。他の保守点検の出入り閉
止体の使用もまた可能であり、これは例えばヒンジ止め
扉、褶動または回動カバーである。換気継手１７０は、
圧力検出スイッチ及び表示計を内包でき、これらは圧力
を監視すると共に、包囲体内の圧力が高くなり過ぎた際
にレーザーを遮断する。
【００２６】エキシマレーザーのようなガスレーザーの
ために、包囲体は典型的にはガスレーザー放電チャンバ
及び熱交換システムを収容する。尚、図１のレーザーに
おいては、熱交換システムは符号２５０でその一部分が
示されている。放電チャンバはレーザービームを生成す
るために使用されるガスを保持し、電子を高エネルギー
状態へ励起する機器の少なくとも幾つかをも保持する。
ここで電子を励起する機器は、例えばコロナ放電を発生
する電極、或いはチャンバ内へｅビームまたは短波を導
く案内管である。
ために、包囲体は典型的にはガスレーザー放電チャンバ
及び熱交換システムを収容する。尚、図１のレーザーに
おいては、熱交換システムは符号２５０でその一部分が
示されている。放電チャンバはレーザービームを生成す
るために使用されるガスを保持し、電子を高エネルギー
状態へ励起する機器の少なくとも幾つかをも保持する。
ここで電子を励起する機器は、例えばコロナ放電を発生
する電極、或いはチャンバ内へｅビームまたは短波を導
く案内管である。
【００２７】図４は本発明の他の好適実施例を示し、こ
れは迅速反応温度制御システムが使用された一実施例で
ある。ファン３００は、放電チャンバ内のガスを、電極
３１５から製作された電子的またはグロー放電容積３１
０へ循環させ、高エネルギー状態への電子励起によりチ
ャンバへ導入された熱を除熱する熱交換器３２０を通過
させる。ガス温度は温度センサにより測定され、マイク
ロプロセッサーに基づく制御器により監視される。この
制御器は、例えば米国特許第５，３７７，２１５号に開
示され、本明細書に引用されて組み込まれている。この
制御器は、温度センサ３３０からの温度信号を受け取る
が、温度センサは前述したように改良されている。即
ち、温度センサ３３０は、ガスの主要部分または大部分
の温度を読むように、放電チャンバ内の移動ガス流中に
充分な距離をもって延在している。図４に示した温度セ
ンサ３３０は、ファン３００の排出側近傍に配置されて
いるが、温度センサは、ガス流の任意の部分に配置し得
る。但し、その部分は、ガス流れが停滞しないか、また
はそこで表示される温度が励起エネルギー源に影響され
易い移動ガスの大部分ではないところであり、また境界
層の影響(boundary layer effects)を避けるために壁か
ら充分に離れたところである。その境界層の影響は運転
状態に依存することは当業者には明らかである。この方
法では、励起されたガス分子に最も近いガスの温度変動
が直接に測定される。放電チャンバは、バッフル３４０
を保持してもよく、これは放電チャンバ内の全体的な循
環ガス流パターンを安定させることを扶助する。温度セ
ンサは、熱電対または好ましくは半導体温度センサとし
得る。ここで半導体温度センサは、検出された温度の信
号表示を与えるもの、例えばＡｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃ
ｅｓ社により製造されたモデルＡＤ５９０半導体デバイ
スであり、ハロゲン化物耐熱ウェル３５０内に配置し得
る。このウェル(well)３５０は、タイプ３０４または３
１６のステンレス鋼耐熱ウェルである。耐熱ウェルの厚
さは効果的且つ迅速な熱伝達を可能とするために最薄化
すべきである一方、その充分な厚さは、粗いチャンバ環
境におけるセンサを保護するための運転的な制約に依存
している。エキシマレーザーシステムにおける使用のた
めには、熱電対または半導体デバイスが、好ましくは熱
導伝性エポキシ接着剤を使用して耐熱壁に貼り付けられ
る。温度センサは迅速な熱伝達を促進するように改良さ
れ、且つガス流中に配置された効果的な熱流経路を確立
し、上述したように実時間温度表示信号を与え、これは
被包されたガスの温度変化に迅速に応答する。好ましく
は５秒未満の迅速な応答時間と、従来技術で使用されて
いた比較的に厚いセンサハウジング材料を通じての熱伝
搬に起因する時間的遅延を補償する必要性を伴わない直
接温度測定とを与える目的に注視すべきである。本発明
は従来のセンサ設計を変更し、これは熱導伝性エポキシ
接着剤との結合で小さな熱時間定数を持つ耐熱ウェル材
料の組み合わせを提供することにより達成される。ガス
流中に配置された従来のセンサの使用は、チャンバ壁内
に配置されたセンサよりも良好な温度測定を与える。し
かしながら、本発明の組み合わせにより達成されるよう
な実時間におけるガスの迅速な温度測定を与えるには依
然として不充分である。効率的な熱経路を与えるために
考慮すべきことは、従来設計の固有の熱遅延を伴わずに
ガス温度の実時間測定を可能とすることである。本発明
の設計の温度センサの組み合わせの効果の例は、効果的
な熱経路の必要性を予期していない従来のセンサと比較
すると、異なる温度センサの応答を伴う速度と、図３及
び図４に示されるように包囲体内の温度を一定に保つ性
能である。
れは迅速反応温度制御システムが使用された一実施例で
ある。ファン３００は、放電チャンバ内のガスを、電極
３１５から製作された電子的またはグロー放電容積３１
０へ循環させ、高エネルギー状態への電子励起によりチ
ャンバへ導入された熱を除熱する熱交換器３２０を通過
させる。ガス温度は温度センサにより測定され、マイク
ロプロセッサーに基づく制御器により監視される。この
制御器は、例えば米国特許第５，３７７，２１５号に開
示され、本明細書に引用されて組み込まれている。この
制御器は、温度センサ３３０からの温度信号を受け取る
が、温度センサは前述したように改良されている。即
ち、温度センサ３３０は、ガスの主要部分または大部分
の温度を読むように、放電チャンバ内の移動ガス流中に
充分な距離をもって延在している。図４に示した温度セ
ンサ３３０は、ファン３００の排出側近傍に配置されて
いるが、温度センサは、ガス流の任意の部分に配置し得
る。但し、その部分は、ガス流れが停滞しないか、また
はそこで表示される温度が励起エネルギー源に影響され
易い移動ガスの大部分ではないところであり、また境界
層の影響(boundary layer effects)を避けるために壁か
ら充分に離れたところである。その境界層の影響は運転
状態に依存することは当業者には明らかである。この方
法では、励起されたガス分子に最も近いガスの温度変動
が直接に測定される。放電チャンバは、バッフル３４０
を保持してもよく、これは放電チャンバ内の全体的な循
環ガス流パターンを安定させることを扶助する。温度セ
ンサは、熱電対または好ましくは半導体温度センサとし
得る。ここで半導体温度センサは、検出された温度の信
号表示を与えるもの、例えばＡｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃ
ｅｓ社により製造されたモデルＡＤ５９０半導体デバイ
スであり、ハロゲン化物耐熱ウェル３５０内に配置し得
る。このウェル(well)３５０は、タイプ３０４または３
１６のステンレス鋼耐熱ウェルである。耐熱ウェルの厚
さは効果的且つ迅速な熱伝達を可能とするために最薄化
すべきである一方、その充分な厚さは、粗いチャンバ環
境におけるセンサを保護するための運転的な制約に依存
している。エキシマレーザーシステムにおける使用のた
めには、熱電対または半導体デバイスが、好ましくは熱
導伝性エポキシ接着剤を使用して耐熱壁に貼り付けられ
る。温度センサは迅速な熱伝達を促進するように改良さ
れ、且つガス流中に配置された効果的な熱流経路を確立
し、上述したように実時間温度表示信号を与え、これは
被包されたガスの温度変化に迅速に応答する。好ましく
は５秒未満の迅速な応答時間と、従来技術で使用されて
いた比較的に厚いセンサハウジング材料を通じての熱伝
搬に起因する時間的遅延を補償する必要性を伴わない直
接温度測定とを与える目的に注視すべきである。本発明
は従来のセンサ設計を変更し、これは熱導伝性エポキシ
接着剤との結合で小さな熱時間定数を持つ耐熱ウェル材
料の組み合わせを提供することにより達成される。ガス
流中に配置された従来のセンサの使用は、チャンバ壁内
に配置されたセンサよりも良好な温度測定を与える。し
かしながら、本発明の組み合わせにより達成されるよう
な実時間におけるガスの迅速な温度測定を与えるには依
然として不充分である。効率的な熱経路を与えるために
考慮すべきことは、従来設計の固有の熱遅延を伴わずに
ガス温度の実時間測定を可能とすることである。本発明
の設計の温度センサの組み合わせの効果の例は、効果的
な熱経路の必要性を予期していない従来のセンサと比較
すると、異なる温度センサの応答を伴う速度と、図３及
び図４に示されるように包囲体内の温度を一定に保つ性
能である。
【００２８】図３及び図４は、図５に示されたような機
器により生成された。図５に示すように、二つの温度セ
ンサが放電チャンバに取り付けられている。一方の温度
センサ６００（以下、壁センサと称す）は、チャンバ壁
内に凹所を設けているが、チャンバ壁を貫通はしておら
ず、これは従来技術のレーザー設計に見出だされるよう
に熱遅延時間を与えるためであり、ここでチャンバ壁温
度はチャンバガス温度の測度の表示として用いられる。
前述したように、この検知形態における測定温度は、こ
こに示されるようなチャンバ壁を通じて熱が伝搬する間
の伝達時間の結果として、実際のチャンバガス温度より
も遅れた遅延となる。他方の温度センサ３３０（以下、
ガスセンサと称す）は本発明に係わって設計され、チャ
ンバ壁を通じてレーザー放電チャンバ内の移動ガスへ延
在している。選択された温度センサからの出力は、マイ
クロプロセッサに基づく制御器へ入力される。この制御
器は、レーザーチャンバ内の熱交換器へ冷却水を供給す
る電磁制御された水弁を、どの程度の時間長で開放及び
閉止するかを制御する。
器により生成された。図５に示すように、二つの温度セ
ンサが放電チャンバに取り付けられている。一方の温度
センサ６００（以下、壁センサと称す）は、チャンバ壁
内に凹所を設けているが、チャンバ壁を貫通はしておら
ず、これは従来技術のレーザー設計に見出だされるよう
に熱遅延時間を与えるためであり、ここでチャンバ壁温
度はチャンバガス温度の測度の表示として用いられる。
前述したように、この検知形態における測定温度は、こ
こに示されるようなチャンバ壁を通じて熱が伝搬する間
の伝達時間の結果として、実際のチャンバガス温度より
も遅れた遅延となる。他方の温度センサ３３０（以下、
ガスセンサと称す）は本発明に係わって設計され、チャ
ンバ壁を通じてレーザー放電チャンバ内の移動ガスへ延
在している。選択された温度センサからの出力は、マイ
クロプロセッサに基づく制御器へ入力される。この制御
器は、レーザーチャンバ内の熱交換器へ冷却水を供給す
る電磁制御された水弁を、どの程度の時間長で開放及び
閉止するかを制御する。
【００２９】図３は壁センサ６００により測定されたチ
ャンバ壁温度を示す。実線Ａは、壁センサ６００がガス
温度制御に使用された際の壁温度を示す。点線Ｂは、ガ
スセンサ３３０がガス温度を制御する際の壁温度を示
す。実線Ａは、壁温度が漸次に上昇し、レーザーが運転
された際の所定の温度へ達し、極めて短時間の間には所
定の温度に維持され、次いで連続的に漸次に下降し、壁
センサがガス温度制御に用いられた際に所定の遊び(idl
e)時間温度に達することを示す。点線Ｂは、壁温度が緩
慢に上昇するが、レーザーが運転された際には長時間に
亘って基本的に一定にとどまり、次いでレーザーが遮断
された後は緩慢に下降することを示す。
ャンバ壁温度を示す。実線Ａは、壁センサ６００がガス
温度制御に使用された際の壁温度を示す。点線Ｂは、ガ
スセンサ３３０がガス温度を制御する際の壁温度を示
す。実線Ａは、壁温度が漸次に上昇し、レーザーが運転
された際の所定の温度へ達し、極めて短時間の間には所
定の温度に維持され、次いで連続的に漸次に下降し、壁
センサがガス温度制御に用いられた際に所定の遊び(idl
e)時間温度に達することを示す。点線Ｂは、壁温度が緩
慢に上昇するが、レーザーが運転された際には長時間に
亘って基本的に一定にとどまり、次いでレーザーが遮断
された後は緩慢に下降することを示す。
【００３０】図４はガスセンサ３３０により測定された
ガス温度を示す。実線Ａは、壁センサ６００がガス温度
制御に用いられた際のガス温度を示す。ガス温度は急速
に高くなり、壁温度（図３の実線Ａに示される）が充分
に上昇して壁センサが温度上昇を検知するまでは基本的
に制御されておらず、壁センサが温度上昇を検知した時
刻において、迅速な温度上昇が反転し、迅速な温度降下
が続く。レーザーが切られるまでは、ガスは基本的に平
衡ガスに達していない。点線Ｂは、本設計のガスセンサ
がガス温度制御に用いられた際の実時間ガス温度を示
す。ガス温度は迅速に上昇して平衡値に到達する。ガス
温度はレーザー運転期間中に良好に制御されている。
ガス温度を示す。実線Ａは、壁センサ６００がガス温度
制御に用いられた際のガス温度を示す。ガス温度は急速
に高くなり、壁温度（図３の実線Ａに示される）が充分
に上昇して壁センサが温度上昇を検知するまでは基本的
に制御されておらず、壁センサが温度上昇を検知した時
刻において、迅速な温度上昇が反転し、迅速な温度降下
が続く。レーザーが切られるまでは、ガスは基本的に平
衡ガスに達していない。点線Ｂは、本設計のガスセンサ
がガス温度制御に用いられた際の実時間ガス温度を示
す。ガス温度は迅速に上昇して平衡値に到達する。ガス
温度はレーザー運転期間中に良好に制御されている。
【００３１】図６及び図７には、臨界レーザー性能パラ
メータにおけるガス温度制御の上述のモードの効果が示
されている。図６においては、実線Ａは、壁センサから
の出力がガス温度制御に用いられた際の電極電圧を示
す。電圧は、レーザーが運転される時間の大部分の間は
調整されていない。点線Ｂは、ガスセンサからの出力が
ガス温度制御に用いられた際の電極電圧を示す。電極電
圧は、レーザー運転期間中は基本的に一定である。レー
ザー運転期間中の一定電圧は、レーザーが運転される時
間中に、レーザー内のガスが基本的に均一に励起される
ことを示す。均一な励起は一層に堅実なレーザービー
ム、換言すれば基本的に正確なフォトリトグラフィを提
供する。
メータにおけるガス温度制御の上述のモードの効果が示
されている。図６においては、実線Ａは、壁センサから
の出力がガス温度制御に用いられた際の電極電圧を示
す。電圧は、レーザーが運転される時間の大部分の間は
調整されていない。点線Ｂは、ガスセンサからの出力が
ガス温度制御に用いられた際の電極電圧を示す。電極電
圧は、レーザー運転期間中は基本的に一定である。レー
ザー運転期間中の一定電圧は、レーザーが運転される時
間中に、レーザー内のガスが基本的に均一に励起される
ことを示す。均一な励起は一層に堅実なレーザービー
ム、換言すれば基本的に正確なフォトリトグラフィを提
供する。
【００３２】図７はレーザー運転期間中のレーザービー
ムエネルギーの変化を示す。大きなピークは避けるべき
である。というのは、大きなピークはレーザービームパ
ワーの大きな変動を示すためである。実線Ａは、ガス温
度制御に壁センサ６００を用いたことに起因するビーム
パワーの実質的なピーク変動を示し、一方、点線Ｂはガ
スセンサ３３０を用いたガス温度制御がピーク変動を減
少し、一層に堅実なレーザービームを与えることを示
す。
ムエネルギーの変化を示す。大きなピークは避けるべき
である。というのは、大きなピークはレーザービームパ
ワーの大きな変動を示すためである。実線Ａは、ガス温
度制御に壁センサ６００を用いたことに起因するビーム
パワーの実質的なピーク変動を示し、一方、点線Ｂはガ
スセンサ３３０を用いたガス温度制御がピーク変動を減
少し、一層に堅実なレーザービームを与えることを示
す。
【００３３】温度センサの配置は、効率的な熱伝達経路
を与えるように、且つガス流の温度の実時間測定を与え
るように構成されているので、マイクロプロセッサ制御
システムの性能、即ちガス温度の制御及びその結果とし
てビーム特性の制御を改良する。これはまたレーザー運
転期間中に消費される添加ガスに亘る制御をも改良す
る。運転期間中に消費される補給ガスのためのシステム
は、本願の譲受人に譲渡された米国特許第５，４５０，
２０７号に開示されており、これは本明細書に引用によ
り組み込まれている。
を与えるように、且つガス流の温度の実時間測定を与え
るように構成されているので、マイクロプロセッサ制御
システムの性能、即ちガス温度の制御及びその結果とし
てビーム特性の制御を改良する。これはまたレーザー運
転期間中に消費される添加ガスに亘る制御をも改良す
る。運転期間中に消費される補給ガスのためのシステム
は、本願の譲受人に譲渡された米国特許第５，４５０，
２０７号に開示されており、これは本明細書に引用によ
り組み込まれている。
【００３４】電極電圧の上昇／降下は、付加的な反応ガ
スがレーザーチヤンバへ必要とされるときが決定される
までの時間に亘って監視することができる。壁センサか
らの信号はガス温度制御システムによりガス温度制御に
用いられた際は、更なるガスが添加されたときの決定を
根拠として、電極電圧の変化を用いるのは困難である。
消費可能なガス、例えばＦ２は、温度上昇の際に高率で
材料と反応する。壁センサが、ガス温度の測定に用いら
れることによりガス温度の制御に用いられる際は、ガス
温度は所定の運転温度よりも高くなり過ぎ、反応ガスは
所定率よりも高率で消費される。レーザーが平衡に達す
ると、より多くの反応ガスが所定よりも消費され、安定
なレーザー運転が損なわれ、また図６の実線Ａから明ら
かなように、温度変化のためにレーザーの運転の多くに
亘り、電極電圧が不安定になる。複雑な制御計画及びア
ルゴリズムが、反応ガスの添加されたときを決定するま
での時間に亘って電極電圧を変化を用いる制御システム
には必要であり、これは特にレーザーが、商用設定にお
いては運転期間中に真の平衡に到達し得ないことによ
る。
スがレーザーチヤンバへ必要とされるときが決定される
までの時間に亘って監視することができる。壁センサか
らの信号はガス温度制御システムによりガス温度制御に
用いられた際は、更なるガスが添加されたときの決定を
根拠として、電極電圧の変化を用いるのは困難である。
消費可能なガス、例えばＦ２は、温度上昇の際に高率で
材料と反応する。壁センサが、ガス温度の測定に用いら
れることによりガス温度の制御に用いられる際は、ガス
温度は所定の運転温度よりも高くなり過ぎ、反応ガスは
所定率よりも高率で消費される。レーザーが平衡に達す
ると、より多くの反応ガスが所定よりも消費され、安定
なレーザー運転が損なわれ、また図６の実線Ａから明ら
かなように、温度変化のためにレーザーの運転の多くに
亘り、電極電圧が不安定になる。複雑な制御計画及びア
ルゴリズムが、反応ガスの添加されたときを決定するま
での時間に亘って電極電圧を変化を用いる制御システム
には必要であり、これは特にレーザーが、商用設定にお
いては運転期間中に真の平衡に到達し得ないことによ
る。
【００３５】ガスセンサがガス温度測定に使用された際
には、制御システムは、ガス温度をレーザー運転期間中
の所定の温度に対して極めて近接させる。ガスは堅実な
率で消費され、図６の点線Ｂに明らかなように、電極電
圧はレーザー運転期間中に基本的に一定である。長周期
に亘る電極電圧の変化は、レーザーチャンバ内の保持さ
れたガスへ添加すべき反応ガスが必要なときを示すため
に用いることができる。従ってガスセンサの使用は、レ
ーザーチャンバ内のガスの寿命全体に亘って一層に堅実
なレーザービームを導くことができる。
には、制御システムは、ガス温度をレーザー運転期間中
の所定の温度に対して極めて近接させる。ガスは堅実な
率で消費され、図６の点線Ｂに明らかなように、電極電
圧はレーザー運転期間中に基本的に一定である。長周期
に亘る電極電圧の変化は、レーザーチャンバ内の保持さ
れたガスへ添加すべき反応ガスが必要なときを示すため
に用いることができる。従ってガスセンサの使用は、レ
ーザーチャンバ内のガスの寿命全体に亘って一層に堅実
なレーザービームを導くことができる。
【００３６】ここでガスセンサが用いられたとしても、
ガス温度全体に亘る制御は熱交換システムの新たな設計
により更に改善することができ、温度センサの信号に応
答して連続的な冷却水流を変化させる制御システムを可
能とするが、これはオン／オフ弁の開放及び閉止による
パルス方式における冷却水流量変更に代わるものであ
る。
ガス温度全体に亘る制御は熱交換システムの新たな設計
により更に改善することができ、温度センサの信号に応
答して連続的な冷却水流を変化させる制御システムを可
能とするが、これはオン／オフ弁の開放及び閉止による
パルス方式における冷却水流量変更に代わるものであ
る。
【００３７】図８において、温度センサからの信号はマ
イクロプロセッサに基づく制御器を通るが、この制御器
は、ガス温度の所定の設定点からの変化を連続的に監視
して、比例弁９００へ信号を与えることができ、熱交換
器への水流を変化させてガス温度を所定の設定点に保
つ。図８に示される比例弁９００は、三路比例弁であ
り、これは流入水を二つの流れに分割する。即ち、一つ
は熱交換器３２０を通る流れであり、いま一つはバイパ
ス９１０を通る流れである。水は水供給タンクへ帰還す
るか、または他方では再利用のために排出される。比例
弁を通る水流は、システム運転の要求に基づいて定めら
れた任意の水流量比を変化させることができる。
イクロプロセッサに基づく制御器を通るが、この制御器
は、ガス温度の所定の設定点からの変化を連続的に監視
して、比例弁９００へ信号を与えることができ、熱交換
器への水流を変化させてガス温度を所定の設定点に保
つ。図８に示される比例弁９００は、三路比例弁であ
り、これは流入水を二つの流れに分割する。即ち、一つ
は熱交換器３２０を通る流れであり、いま一つはバイパ
ス９１０を通る流れである。水は水供給タンクへ帰還す
るか、または他方では再利用のために排出される。比例
弁を通る水流は、システム運転の要求に基づいて定めら
れた任意の水流量比を変化させることができる。
【００３８】比例弁は熱交換器への水流の連続的調整を
可能とする。レーザービームがオンまたはオフに切り替
わる瞬間的な状態は、ガス温度を一定に保つための水流
量比の大きな変化と、定常状態のもとにガス温度を一定
に保つための水流量比の瞬間的な変化とにより操作でき
る。従来技術のオン／オフ弁は、冷却水の完全な流れ
か、冷却水が無いかのみが可能であったが、これは前述
したようにガス温度の正弦変化と、効果不足且つ効率不
足のレーザー性能を作成することに起因している。熱交
換システムにおける比例弁の使用は、パルス化された水
流の結果としてのガス温度の上下変動を排除する。比例
弁の使用は、特にガスセンサが使用された際には、一層
に信頼性のある運転をも提供する。ガスセンサにより読
まれた温度の瞬間的な変化は、制御システムによりオン
／オフ水弁を頻繁に脈動させて弁を時期尚早に故障させ
るか、或いは弁のオン／オフの性質により要求される弁
の操作の能率周期における時間ずれによる更なる温度変
動を誘導するかのいずれかである。
可能とする。レーザービームがオンまたはオフに切り替
わる瞬間的な状態は、ガス温度を一定に保つための水流
量比の大きな変化と、定常状態のもとにガス温度を一定
に保つための水流量比の瞬間的な変化とにより操作でき
る。従来技術のオン／オフ弁は、冷却水の完全な流れ
か、冷却水が無いかのみが可能であったが、これは前述
したようにガス温度の正弦変化と、効果不足且つ効率不
足のレーザー性能を作成することに起因している。熱交
換システムにおける比例弁の使用は、パルス化された水
流の結果としてのガス温度の上下変動を排除する。比例
弁の使用は、特にガスセンサが使用された際には、一層
に信頼性のある運転をも提供する。ガスセンサにより読
まれた温度の瞬間的な変化は、制御システムによりオン
／オフ水弁を頻繁に脈動させて弁を時期尚早に故障させ
るか、或いは弁のオン／オフの性質により要求される弁
の操作の能率周期における時間ずれによる更なる温度変
動を誘導するかのいずれかである。
【００３９】比例弁は好ましくは、例えば Johnson Con
trol 社により製造されている圧搾空気作動弁のような
迅速動作弁であり、電気的作動弁や磁気的作動弁もまた
使用でき、弁の全ストロークに亘る円滑な比例制御応答
を与える弁が提供され、０．５秒以下の係止対係止(loc
k-to-lock)作動時間を提供できる。図８に示された弁
は、レーザーへの一定流率の水に使用される三路弁であ
り、これはレーザーが収容される設備、例えば、レーザ
ーが収容されたフォトリトグラフィ クリーンルーム及
び与えられるべきピーク水流量比などの関連したユーテ
リティの設計を単純化する。図示のように弁は好ましく
は下流に配置され、システム全体を一定圧力下に置くこ
とが可能であるので、配管からのガス等の排除が可能で
ある。この圧力に適応させるために、好ましい配管は、
高温（約４００°Ｆ）及び適度な圧力（約３００ｐｓ
ｉ）に適応するようにステンレス鋼を組まれたテフロン
（商標名）である。しかしながら、比例弁は例えば二路
ピンチ(pinch) 弁またはボール弁、ニードル弁、または
他のスロット弁とし得る。水流の変更は可変速ポンプに
より与えることもでき、そのポンピング率は、温度セン
サまたは制御器からの出力信号により制御される。熱交
換器のために使用された流体は、所定の特性、例えば熱
交換媒体としての使用を可能とする熱容量及び沸点を有
する任意の流体とし得る。使用可能な他の流体は、油及
び合成熱交換流体のような液体、空気及び窒素のような
気体状流体である。熱交換器は好ましくは液体対ガス熱
交換器であり、熱交換流体は好ましくは水であり、それ
は水の入手容易性及び良好な熱交換特性によるものであ
る。温度センサは、前述したように好ましくは半導体温
度センサ（またはガス熱電対）であり、流れるレーザー
ガス流中に配置されているが、温度センサは、レーザー
ビームを生成するために励起すべきガスの温度を表示す
るように使用できる他の位置に配置してもよい。しかし
ながら、温度は他の遠隔温度センサを使用して計測して
もよく、その遠隔温度センサは、例えば、デバイスによ
り測定された温度を表示する信号を生成する赤外線検出
器である。
trol 社により製造されている圧搾空気作動弁のような
迅速動作弁であり、電気的作動弁や磁気的作動弁もまた
使用でき、弁の全ストロークに亘る円滑な比例制御応答
を与える弁が提供され、０．５秒以下の係止対係止(loc
k-to-lock)作動時間を提供できる。図８に示された弁
は、レーザーへの一定流率の水に使用される三路弁であ
り、これはレーザーが収容される設備、例えば、レーザ
ーが収容されたフォトリトグラフィ クリーンルーム及
び与えられるべきピーク水流量比などの関連したユーテ
リティの設計を単純化する。図示のように弁は好ましく
は下流に配置され、システム全体を一定圧力下に置くこ
とが可能であるので、配管からのガス等の排除が可能で
ある。この圧力に適応させるために、好ましい配管は、
高温（約４００°Ｆ）及び適度な圧力（約３００ｐｓ
ｉ）に適応するようにステンレス鋼を組まれたテフロン
（商標名）である。しかしながら、比例弁は例えば二路
ピンチ(pinch) 弁またはボール弁、ニードル弁、または
他のスロット弁とし得る。水流の変更は可変速ポンプに
より与えることもでき、そのポンピング率は、温度セン
サまたは制御器からの出力信号により制御される。熱交
換器のために使用された流体は、所定の特性、例えば熱
交換媒体としての使用を可能とする熱容量及び沸点を有
する任意の流体とし得る。使用可能な他の流体は、油及
び合成熱交換流体のような液体、空気及び窒素のような
気体状流体である。熱交換器は好ましくは液体対ガス熱
交換器であり、熱交換流体は好ましくは水であり、それ
は水の入手容易性及び良好な熱交換特性によるものであ
る。温度センサは、前述したように好ましくは半導体温
度センサ（またはガス熱電対）であり、流れるレーザー
ガス流中に配置されているが、温度センサは、レーザー
ビームを生成するために励起すべきガスの温度を表示す
るように使用できる他の位置に配置してもよい。しかし
ながら、温度は他の遠隔温度センサを使用して計測して
もよく、その遠隔温度センサは、例えば、デバイスによ
り測定された温度を表示する信号を生成する赤外線検出
器である。
【００４０】他の好ましい実施例においても、熱交換シ
ステムは付加的な部品、即ちレーザーガス冷却のために
使用される熱交換器を流通する水の流量比を監視するセ
ンサ９２０及び／または温度を監視するセンサ９３０を
保持する。水の流量比及び／または温度はガス温度信号
と結合して三路弁の状態の調整に使用でき、または迅速
且つ一層に正確な制御を与えるように他の冷却水調整デ
バイスの調整にも使用できる。例えば、冷却水の温度及
びレーザー発射ガスの温度は制御器を作動させるために
使用でき、このような制御器は例えばＦａｉｒｃｈｉｌ
ｄ社により製造されている如きＥ／Ｐトランスデューサ
であり、これはセンサ９２０にて測定されたシステムの
流通量の割合を調整する。冷却水の温度及びレーザー発
射ガスの温度は、三路弁の調整に用いられ、この三路弁
は、温度を一定に保つのに必要な冷却水の流量比を与え
る一方、残りの流れをシステム内の閉ループへ流すこと
ができる。この方法においては、流量調整が、前述した
ような変動スパイクを伴うものよりも、線形上昇を通じ
て一層に正確に制御されているので、システムの温度変
調が排除される。適切なセンサにより発生された他の制
御信号、例えば冷却水温度及び／または流量比などの信
号の使用は、ガス温度変動に対する一層に迅速かつ一層
に正確な応答を可能とする。
ステムは付加的な部品、即ちレーザーガス冷却のために
使用される熱交換器を流通する水の流量比を監視するセ
ンサ９２０及び／または温度を監視するセンサ９３０を
保持する。水の流量比及び／または温度はガス温度信号
と結合して三路弁の状態の調整に使用でき、または迅速
且つ一層に正確な制御を与えるように他の冷却水調整デ
バイスの調整にも使用できる。例えば、冷却水の温度及
びレーザー発射ガスの温度は制御器を作動させるために
使用でき、このような制御器は例えばＦａｉｒｃｈｉｌ
ｄ社により製造されている如きＥ／Ｐトランスデューサ
であり、これはセンサ９２０にて測定されたシステムの
流通量の割合を調整する。冷却水の温度及びレーザー発
射ガスの温度は、三路弁の調整に用いられ、この三路弁
は、温度を一定に保つのに必要な冷却水の流量比を与え
る一方、残りの流れをシステム内の閉ループへ流すこと
ができる。この方法においては、流量調整が、前述した
ような変動スパイクを伴うものよりも、線形上昇を通じ
て一層に正確に制御されているので、システムの温度変
調が排除される。適切なセンサにより発生された他の制
御信号、例えば冷却水温度及び／または流量比などの信
号の使用は、ガス温度変動に対する一層に迅速かつ一層
に正確な応答を可能とする。
【００４１】他の好適実施例においては、放電チャンバ
の外側の冷却水流内の全ての部品が、一つの補助組立体
（図８においては箱９４０として示されている）内に配
置され、この補助組立体は、レーザーを収容する包囲体
の内側か外側に配置できる。冷却水温度センサ、流量セ
ンサ及び三路弁などの機器は、補助組立体内に一緒に配
置することができるので、レーザーの構造が単純化し、
これらの機器若しくは部品が電気的部品から離間して配
置されると共に、漏洩流センサまたは三路弁など欠点の
ある部品の配置を決定する簡易な方法が提供され、安定
性及び安全性と保守点検の所要時間との改善が図られ
る。補助組立体は閉止されてもよく、或いは開放されて
もよく、その開放された補助組立体は、補助組立体の機
器のための一つまたは複数の支持体を有する。配管は補
助組立体の機器の幾つかまたは全てを支持し得る。
の外側の冷却水流内の全ての部品が、一つの補助組立体
（図８においては箱９４０として示されている）内に配
置され、この補助組立体は、レーザーを収容する包囲体
の内側か外側に配置できる。冷却水温度センサ、流量セ
ンサ及び三路弁などの機器は、補助組立体内に一緒に配
置することができるので、レーザーの構造が単純化し、
これらの機器若しくは部品が電気的部品から離間して配
置されると共に、漏洩流センサまたは三路弁など欠点の
ある部品の配置を決定する簡易な方法が提供され、安定
性及び安全性と保守点検の所要時間との改善が図られ
る。補助組立体は閉止されてもよく、或いは開放されて
もよく、その開放された補助組立体は、補助組立体の機
器のための一つまたは複数の支持体を有する。配管は補
助組立体の機器の幾つかまたは全てを支持し得る。
【００４２】上述した好適実施例においては、ガス熱交
換器が水を用いてレーザーガスを冷却しているが、当業
者には公知であるように、ガスは初めに加熱要素により
概ねレーザー運転温度に暖められているか、或いはその
温度に保持されており、加熱要素は放電チャンバの外側
に配置されている。所望とあれば、熱交換システムの加
熱要素は排除することができ、この排除は、熱交換器へ
加熱水及び冷却水を与え、その各々の流れを制御弁で制
御することにより可能である。遊び周期の間のガス温度
は、レーザービームを生成する際の所定のガス温度より
も多少は下降する。というのは、レーザービームを生成
するように励起されたガスは、ガスを殆ど瞬間的に所定
の温度へ暖めるに充分な熱を発生するためである。
換器が水を用いてレーザーガスを冷却しているが、当業
者には公知であるように、ガスは初めに加熱要素により
概ねレーザー運転温度に暖められているか、或いはその
温度に保持されており、加熱要素は放電チャンバの外側
に配置されている。所望とあれば、熱交換システムの加
熱要素は排除することができ、この排除は、熱交換器へ
加熱水及び冷却水を与え、その各々の流れを制御弁で制
御することにより可能である。遊び周期の間のガス温度
は、レーザービームを生成する際の所定のガス温度より
も多少は下降する。というのは、レーザービームを生成
するように励起されたガスは、ガスを殆ど瞬間的に所定
の温度へ暖めるに充分な熱を発生するためである。
【００４３】代替的な実施例においては、レーザーが非
運転状態にある際、初期温度は図４に摂氏で示すように
降下しているが、これは外部加熱要素の熱影響よりも早
くガスに作用する残留水の冷却効果の結果である。この
温度降下は、放電チャンバへ直接に組み込まれた加熱要
素の使用により相殺することができる。この加熱要素
は、例えば棒状要素であり、好ましくはレーザー放電を
起こすために用いられるのと同じパワー容量を使用すべ
きであり、これにより非運転周期のガスの迅速な加熱が
可能となる。更にこの加熱要素は、特定のレーザーシス
テムに使用されるチャンバガス（例えばエキシマレーザ
ーシステムの場合にはフッ素）に対して親和性のある材
料から製作すべきである。
運転状態にある際、初期温度は図４に摂氏で示すように
降下しているが、これは外部加熱要素の熱影響よりも早
くガスに作用する残留水の冷却効果の結果である。この
温度降下は、放電チャンバへ直接に組み込まれた加熱要
素の使用により相殺することができる。この加熱要素
は、例えば棒状要素であり、好ましくはレーザー放電を
起こすために用いられるのと同じパワー容量を使用すべ
きであり、これにより非運転周期のガスの迅速な加熱が
可能となる。更にこの加熱要素は、特定のレーザーシス
テムに使用されるチャンバガス（例えばエキシマレーザ
ーシステムの場合にはフッ素）に対して親和性のある材
料から製作すべきである。
【００４４】現在のところ好適実施例と考えられるべき
ものと関連して本発明を説明したが、本発明は、開示さ
れた実施例に限定されるものではなく、むしろ請求の範
囲の趣旨と目的の範疇に含まれる様々な変更や等価物が
包含されることが明白である。従って本技術分野の当業
者には、上述のような等価物の全てが請求の範囲の目的
に包含されることが明白である。
ものと関連して本発明を説明したが、本発明は、開示さ
れた実施例に限定されるものではなく、むしろ請求の範
囲の趣旨と目的の範疇に含まれる様々な変更や等価物が
包含されることが明白である。従って本技術分野の当業
者には、上述のような等価物の全てが請求の範囲の目的
に包含されることが明白である。
【図１】図１は本発明の好適実施例を示し、バッフル付
けされた包囲体を有するレーザーを示す図である。
けされた包囲体を有するレーザーを示す図である。
【図２】図２はガス温度センサを有する放電チャンバを
部分的に破断して示す図である。
部分的に破断して示す図である。
【図３】図３は、壁温度センサとガス温度センサとが別
々にレーザー発射ガスの温度制御に使用された際の、壁
温度センサにより測定されたチャンバ壁温度を示すグラ
フであり、横軸は時間（秒）を、縦軸は摂氏温度をそれ
ぞれ示す。
々にレーザー発射ガスの温度制御に使用された際の、壁
温度センサにより測定されたチャンバ壁温度を示すグラ
フであり、横軸は時間（秒）を、縦軸は摂氏温度をそれ
ぞれ示す。
【図４】図４は、壁温度センサとガス温度センサとが別
々にレーザー発射ガスの温度制御に使用された際の、ガ
ス温度センサにより測定されたガス温度を示すグラフで
あり、横軸は時間（秒）を、縦軸は摂氏温度をそれぞれ
示す。
々にレーザー発射ガスの温度制御に使用された際の、ガ
ス温度センサにより測定されたガス温度を示すグラフで
あり、横軸は時間（秒）を、縦軸は摂氏温度をそれぞれ
示す。
【図５】図５は壁温度センサ及びガス温度センサを有す
る放電チャンバを部分的に破断して示す図である。
る放電チャンバを部分的に破断して示す図である。
【図６】図６は、レーザー運転期間中のレーザー電極電
圧の変化を示すグラフであって、分図（ａ），（ｂ）を
含み、レーザー発射ガスの温度制御に（ａ）は壁温度セ
ンサを、（ｂ）はガス温度センサをそれぞれ用いた場合
のグラフを示す。
圧の変化を示すグラフであって、分図（ａ），（ｂ）を
含み、レーザー発射ガスの温度制御に（ａ）は壁温度セ
ンサを、（ｂ）はガス温度センサをそれぞれ用いた場合
のグラフを示す。
【図７】図７は、レーザー運転期間中のレーザービーム
エネルギーの変化を示すグラフであって、分図（ａ），
（ｂ）を含み、レーザー発射ガスの温度制御に（ａ）は
壁温度センサを、（ｂ）はガス温度センサをそれぞれ用
いた場合のグラフを示す。
エネルギーの変化を示すグラフであって、分図（ａ），
（ｂ）を含み、レーザー発射ガスの温度制御に（ａ）は
壁温度センサを、（ｂ）はガス温度センサをそれぞれ用
いた場合のグラフを示す。
【図８】図８は、迅速な反応ガス温度制御システムを与
えるための好適なシステムを示し、熱伝対または他のレ
ーザー発射ガス温度センサからの信号に応答して、熱交
換器への水流量のための比例弁を用いて水流量を変化さ
せるシステムを模式的に示す図である。
えるための好適なシステムを示し、熱伝対または他のレ
ーザー発射ガス温度センサからの信号に応答して、熱交
換器への水流量のための比例弁を用いて水流量を変化さ
せるシステムを模式的に示す図である。
【図９】図９は従来のレーザー及びその包囲体を示す斜
視図である。
視図である。
１２０ 放電チャンバ １３０ 高圧電源 １７０ 吐出管（暖空気排出管） ２００ 空気導入口（冷却空気導入管） ２１０ パネル（バッフル） ２４０ ＡＣパワーシステム ３２０ 熱交換器 ３３０ ガス温度センサ３３０ ３４０ バッフル ６００ 壁温度センサ ９００ 三路弁（流量比例制御弁、三路比例弁） ９４０ 補助組立体
フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム・エヌ・パートロ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92128、サン・ディエゴ、アルタ・カーメ ル・コート 12055、ナンバー176 (72)発明者 ドナルド・ジー・ラーソン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92131、サン・ディエゴ、オークベンド・ ドライブ 10650 (72)発明者 イゴール・ブイ・フォメンコフ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92129、サン・ディエゴ、ジャナル・ウェ イ 14390 (72)発明者 アンソニー・ジェイ・デルイター アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92103、サン・ディエゴ、マイアトル・ア ベニュー 1619 (72)発明者 パラシュ・ピー・ダス アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92084、ビスタ、パセオ・デ・アンザ 2029
Claims (48)
- 【請求項１】 包囲体と、放電チャンバと、この放電チ
ャンバを加熱または除熱する熱交換システムと、ＡＣパ
ワーシステムと、高圧電源とを含むレーザー機器を有す
るレーザーであって、上記レーザー機器の少なくとも一
部を収納し、バッフル付けされた包囲体を備え、この包
囲体のバッフルの位置と数とは、参照されるレーザーに
より要求される空気の量と比較して、被包されたレーザ
ー機器を冷却するために必要な空気の量を充分に削減
し、上記参照レーザーは、上記被包されたレーザー機器
と同じ被包されたレーザー機器と、包囲体とを有する
が、その包囲体はバッフル付けされていないレーザー。 - 【請求項２】 前記包囲体内のバッフルの位置と数と
は、空気の少なくとも一部を前記包囲体の容積の実質的
に全体に亘って連続的に移動させるに充分である請求項
１に記載のレーザー。 - 【請求項３】 前記レーザーが、エキシマレーザーであ
る請求項１に記載のレーザー。 - 【請求項４】 前記包囲体内のバッフルが、仕切り板を
有し、この仕切り板は、それに設けられた少なくとも一
つの開口を有することにより、仕切り板の一方の側から
他方の側へ空気を通させる請求項１に記載のレーザー。 - 【請求項５】 前記包囲体容積が、少なくとも三つの部
分に分割され、その一つの部分へ導入される空気は、こ
の一つの部分の対向端における部分から導出される請求
項１に記載のレーザー。 - 【請求項６】 前記包囲体が、一つより多くない空気導
入管を有する請求項１に記載のレーザー。 - 【請求項７】 前記包囲体が、一つより多くない空気排
出管を有する請求項１に記載のレーザー。 - 【請求項８】 調整された空気の量を、包囲体の内部の
レーザーの冷却要素を用いて削減する方法であって、上
記包囲体は、被包された容積を有し、この容積は、上記
包囲体に冷却空気導入管及び暖空気排出管を含み、上記
方法は、 空気が上記冷却空気導入管から入って上記包囲体を通じ
て上記暖空気排出管から出るように、空気を移動させる
に充分な駆動力を与えることと、 複数のバッフルを包囲体内の位置に配置することによ
り、バッフル付けされていない包囲体を有する同様なレ
ーザーの被包された容積を冷却するに必要な空気の量と
比較した際に、被包された容積を冷却するに必要な空気
の量を充分に削減する方法。 - 【請求項９】 前記包囲体内のバッフルの位置と数と
は、空気の少なくとも一部を前記包囲体の容積の実質的
に全体に亘って連続的に移動させるに充分である請求項
８に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記被包された容積の圧力が、前記包
囲体の外部の圧力よりも低い請求項８に記載の方法。 - 【請求項１１】 前記包囲体内を移動する空気の実質的
に全てが、一つの空気導入管を通じて供給される請求項
８に記載の方法。 - 【請求項１２】 前記包囲体内を移動する空気の実質的
に全てが、一つの空気排出管を通じて排出される請求項
８に記載の方法。 - 【請求項１３】 レーザーであって、 ａ） レーザービームを発生するための放電チヤンバ
と、 ｂ） レーザー発射ガスと、 ｃ） 小さな熱時間定数を有する材料を使用して熱的に
最適化されると共に、上記レーザー発射ガスの温度を表
示する実時間温度信号を発生する温度センサと、 ｄ） 上記温度信号に応答して連続的に可変な熱交換比
を有し、且つ上記温度センサからの実時間温度信号に応
答して上記熱交換比を調整する熱交換器を含み、上記レ
ーザー発射ガスを加熱または除熱するための熱交換シス
テムとを備えるレーザー。 - 【請求項１４】 前記レーザーが、エキシマレーザーで
ある請求項１３に記載のレーザー。 - 【請求項１５】 前記熱交換器が、液体を用いて前記レ
ーザー発射ガスを除熱する請求項１３に記載のレーザ
ー。 - 【請求項１６】 前記放電チャンバの外側であって、且
つ前記レーザーの包囲体の内側における冷却水流内の部
品が、補助組立体内に位置している請求項１５に記載の
レーザー。 - 【請求項１７】 前記熱交換器への前記液体の流量が、
流量比例制御弁により制御されている請求項１５に記載
のレーザー。 - 【請求項１８】 前記流量比例制御弁が、三路弁である
請求項１７に記載のレーザー。 - 【請求項１９】 前記温度センサが、前記放電チャンバ
内のレーザー発射ガス内に配置された温度センサである
請求項１７に記載のレーザー。 - 【請求項２０】 前記レーザーが、エキシマレーザーで
ある請求項１７に記載のレーザー。 - 【請求項２１】 前記レーザーが、エキシマレーザーで
ある請求項１９に記載のレーザー。 - 【請求項２２】 前記温度センサが、前記レーザー発射
ガス内に配置された熱電対である請求項１３に記載のレ
ーザー。 - 【請求項２３】 前記温度センサが、前記レーザー発射
ガス内に配置された半導体温度センサである請求項１３
に記載のレーザー。 - 【請求項２４】 前記温度センサが、前記レーザー発射
ガスの一部分内に配置され、電子を励起状態に励起させ
るエネルギーの影響を受ける前記レーザー発射ガスの容
積の温度を表示する請求項１３に記載のレーザー。 - 【請求項２５】 前記温度センサが、熱電対である請求
項２４に記載のレーザー。 - 【請求項２６】 前記温度センサが、半導体温度センサ
である請求項２４に記載のレーザー。 - 【請求項２７】 前記熱電対が、前記放電チャンバ内の
レーザー発射ガス内に位置している請求項２５に記載の
レーザー。 - 【請求項２８】 前記半導体温度センサが、前記放電チ
ャンバ内のレーザー発射ガス内に位置している請求項２
６に記載のレーザー。 - 【請求項２９】 棒形状の加熱要素が前記放電チャンバ
内に配置され、前記レーザーの非運転期間中に前記レー
ザー発射ガスの温度を維持する請求項２８に記載のレー
ザー。 - 【請求項３０】 放電チャンバと、レーザー発射ガスの
容量と、このレーザー発射ガスの温度を表示する温度信
号を発生する温度センサと、上記レーザー発射ガスを加
熱または除熱するための熱交換器とを有するレーザーの
レーザービームの均一性を改善する方法であって、上記
温度信号により表示されたものとしてのレーザー発射ガ
ス温度を設定点と比較し、上記熱交換器を通じての加熱
または除熱の瞬間率を調整して、上記放電チャンバ内の
レーザー発射ガスの温度を維持することにより、温度セ
ンサにより読まれたものとしての温度を基本的に一定に
する方法。 - 【請求項３１】 前記レーザー発射ガスの容量が、基本
的に一定である請求項３０に記載の方法。 - 【請求項３２】 前記レーザーが、エキシマレーザーで
ある請求項３０に記載の方法。 - 【請求項３３】 前記熱交換器が、液体を用いて前記レ
ーザー発射ガスを除熱する請求項３０に記載の方法。 - 【請求項３４】 前記放電チャンバの外側であって、且
つ前記レーザーの包囲体の内側における冷却水流内の部
品が、補助組立体内に位置している請求項３３に記載の
方法。 - 【請求項３５】 前記熱交換器への前記液体の流量が、
流量比例制御弁により制御されている請求項３３に記載
の方法。 - 【請求項３６】 前記流量比例制御弁が、三路弁である
請求項３５に記載の方法。 - 【請求項３７】 前記温度センサが、前記放電チャンバ
内のレーザー発射ガス内に配置された温度センサである
請求項３５に記載の方法。 - 【請求項３８】 前記レーザーが、エキシマレーザーで
ある請求項３５に記載の方法。 - 【請求項３９】 前記レーザーが、エキシマレーザーで
ある請求項３７に記載の方法。 - 【請求項４０】 前記温度センサが、前記レーザー発射
ガス内に配置された温度センサである請求項３０に記載
の方法。 - 【請求項４１】 前記温度センサが、前記レーザー発射
ガスの一部分内に配置され、電子を励起状態に励起させ
るエネルギーの影響を受ける前記レーザー発射ガスの容
積の温度を表示する請求項３０に記載の方法。 - 【請求項４２】 前記温度センサが、熱電対である請求
項４１に記載の方法。 - 【請求項４３】 前記熱電対が、前記放電チャンバ内の
レーザー発射ガス内に位置している請求項４２に記載の
方法。 - 【請求項４４】 前記温度センサが、半導体温度センサ
である請求項４１に記載の方法。 - 【請求項４５】 前記半導体温度センサが、前記放電チ
ャンバ内のレーザー発射ガス内に位置している請求項４
４に記載の方法。 - 【請求項４６】 放電チャンバと、レーザー発射ガスの
容量と、このレーザー発射ガスの温度を表示する温度信
号を発生する温度センサと、上記レーザー発射ガスを加
熱または除熱するための熱交換器とを有するレーザーの
レーザービームの均一性を改善する方法であって、 ａ） 上記レーザーの放電チャンバ内のレーザー発射ガ
スから光子放出を誘導することと、 ｂ） 上記温度信号により表示されたものとしてのレー
ザー発射ガス温度を設定点と比較することと、 ｃ） 上記熱交換器を通じての加熱または除熱の瞬間率
を調整することにより、温度センサにより読まれたもの
としての温度を基本的に一定にすることとを備える方
法。 - 【請求項４７】 フォトリトグラフィ方法であって、 ａ） 基板上にフォトレジストを配置することと、 ｂ） 請求項４６に記載の方法により発生されたレーザ
ービームでフォトレジストにパターンを形成することと
を備える方法。 - 【請求項４８】 フォトリトグラフィ方法であって、 ａ） 基板上にフォトレジストを配置することと、 ｂ） 請求項１３に記載のレーザーにより発生されたレ
ーザービームでフォトレジストにパターンを形成するこ
ととを備える方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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