KR100250394B1 - 엑시머 레이저의 가스 재공급 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

불소/크립톤/네온 가스 혼합물을 이용하는 엑시머 가스 레이저에는 가스 혼합물을 재공급하는데 사용되는 별개의 불소/네온 가스 발생원(32) 및 크립톤/네온발생원(34)이 제공되어 있다. 또한, 블리드 다운 기구(36)가 상기 엑시머 레이저로부터 상기 가스 혼합물의 일부를 배출하기 위해 제공되어 있다. 제어 기구(44)는 상기 엑시머 레이저내의 가스 혼합물을 선택적으로 변화시키기 위해 별개의 불소/네온 발생원(32) 및 크립톤/네온 발생원(34) 및 상기 블리드 다운기구(36)의 동작을 제어하며, 이에 따라 전반적으로 최적의 레이저 효율이 유지된다. 바람직하게, 상기 제어 기구(44)는 이득, 파장, 대역폭 및 펄스 속도을 포함하여 상기 엑시머 레이저의 동작 파라미터를 감시하여, 상기 엑시머 레이저내의 가스 혼합물이 최적의 혼합물로부터 변하였는 지를 결정한다. 제어 시스템은 상기 레이저의 상기 동작 파라미터의 변화를 보상하기 위해 별개의 불소/네온 발생원 및 크립톤/네온 발생원의 동작을 제어하며, 이에 따라 전반적인 레이저 효율이 높게 유지된다. 또한, 가스 재공급이 소정의 경험에 기초한 가스 재공급 방법에 따라 제어된다.

Description

엑시머 레이저의 가스 재공급 방법 및 장치{GAS REPLENISHMENT METHOD AND APPARATUS FOR EXCIMER LASERS}
다수의 가스 레이저, 특히 엑시머 레이저는 레이저 빔을 발생하는데 사용되는 레이징 챔버(lazing chamber)에 두가지 이상의 가스의 혼합물을 유지하고 있다. 예컨대, 일반적인 엑시머 레이저는 불소, 크립톤(Krypton), 및 네온으로 이루어진 가스 혼합물을 함유하고 있을 수 있다. 상기 레이저의 효율은 부분적으로는 상기 가스 혼합물의 특정 조성에 따라 좌우된다. 최적의 조성으로부터의 이탈은 상기 레이저의 효율을 저하시킬 수 있으며, 이에 따라 출력 빔의 전력이 작아지게 된다. 또한, 최적이 아닌 가스 조성에 의해, 원하는 출력 주파수를 유지하는, 또는 원하는 펄스 속도을 유지하는 상기 레이저의 능력이 얻어질 수 있다. 또한, 최적의 혼합물로부터의 상기 가스 혼합물의 상당한 이탈은 레이저 자체 내에서의 부식 또는 마손(wear)의 증가를 포함해서 상기 레이저의 내구성 및 신뢰성에 영향을 미칠 수도 있다.
상기 가스 혼합물의 조성은 여러 인자에 따라 좌우되어 시간의 함수로 달라질 수 있다. 특히, 불소/크립톤 엑시머 레이저의 경우에는, 불소의 양이 이 엑시머 레이저의 동작중에 고갈되는 경향이 있다. 높은 반응성 할로겐인 불소는 크립톤과는 상대적으로 이 불소의 양이 줄어들도록 하기에 충분한 양만큼 상기 엑시머 레이저내의 재료와 반응하는 경향이 있다.
예컨대, 일반적인 불소/크립톤 엑시머 레이저는 0.1 퍼센트의 불소, 1.0 퍼센트의 크립톤, 및 98.9 퍼센트의 네온으로 구성된 가스 혼합물을 함유하고 있을 수 있다. 이 엑시머 레이저가 동작하는 동안에, 상기 불소는 고갈되게 되며, 이에 따라 앞서 언급한 반응성 조성이 달라지게 된다. 사실상, 비반응성 노블가스(noble gas)인 크립톤 성분과 네온 성분은 불소만큼 많이 고갈되지는 않는다. 하지만, 상기 크립톤 성분과 상기 네온 성분은 상기 가스 챔버로부터의 크립톤과 네온의 확산의 있을 수 있는 결과로서, 동작중에 다소 고갈되게 된다.
상기 가스 혼합물의 여러 성분이 고갈되는 정도는 각종 인자에 따라 좌우되며, 한 기간의 시간이 경과한 후에 상기 가스 혼합물의 실제 조성은 쉽게 결정될 수 없다. 하지만, 일단 상기 가스 혼합물이 최적의 조성으로부터 크게 이탈하게 되면 상기 레이저의 효율은 크게 떨어지게 되고, 이에 따라 가스 혼합물이 재공급될 필요가 있다. 일반적으로, 전체 가스 혼합물은 상기 레이저로부터 배출되어 새로운 혼합물로 대체되게 된다. 상기 가스 혼합물은 원하는 또는 최적의 상대적인 양의 가스 혼합물의 모든 성분을 함유하고 있는 프리믹스(pre-mix)를 사용하여 대체된다. 앞서 언급한 불소/크립톤 레이저의 경우에, 상기 프리믹스는 0.1퍼센트의 불소, 1.0 퍼센트의 크립톤 및 98.9 퍼센트의 네온을 함유하고 있다.
상기 가스 혼합물을 완전히 대체함으로써 가스의 상대 구성의 이탈을 보상할 수는 있지만, 이러한 방법은 가스 고갈을 보상하기에는 특히 경제적이고 효율적인 방법이라고 볼 수 없다. 실제로, 엑시머 레이저 프리믹스는 매우 고가로 되며, 특히 상당한 가스 챔버 크기를 가지고 있는 대규모 엑시머 레이저의 경우에는 가스 챔버를 완전하게 비우고 혼합물을 프리믹스로 대체하는 비용이 상당할 수도 있다.
따라서, 가스혼합물을 대체할 필요없이 가스 성분 고갈을 보상해 줄 수 있는 방법이 제안되어 있다. 결국에, 불소/크립톤 엑시머 레이저에는 가스 혼합물을 완전히 대체할 필요없이 기존의 가스 혼합물에 불소를 첨가하는 수단이 제공되어 있다. 불소와 네온의 혼합물을 가지고 있는 불소 발생원이 고갈된 불소를 재공급하기 위해 제공될 수 있다. 고갈된 불소를 보상하고자 할 때 가스 챔버내로 불소/네온 혼합물이 공급된다. 이러한 기술을 가지고, 가스 혼합물의 완전한 대체들간의 기간이 다소 길어질 수 있으며, 엑시머 레이저 시스템의 전체적인 비용에 대한 경제성이 개선되게 된다. 하지만, 불소와 네온만으로 구성된 혼합물을 함유하고 있는 재공급원을 제공함으로써 크립톤의 고갈은 효율적으로 보상될 수 없다. 실제로, 불소/네온 가스를 각각 첨가하는 경우에, 가스 챔버 혼합물의 크립톤의 상대적인 퍼센트는 줄어든다. 크립톤의 퍼센트의 전반적인 저하는 블리드 다운(bleed down)이 필요한 경우에 악화된다. 불소/네온가스 혼합물의 첨가로 인해 상기 챔버내의 전체적인 압력이 원하는 양 이상으로 증가되면 블리드 다운이 필요해 질 수 있으며, 이에 따라 상기 가스 혼합물의 일부가 상기 압력의 저하를 위해 배출되어야 한다. 블리드 다운 동안에 가스 압력이 저하되면 크립톤의 첨가량이 손실된다.
또한, 불소 혼합물을 첨가함으로써 불소 고갈을 보상하는 방법은 다른 여러 단점을 가지고 있다. 특히, 불소가 첨가되어야 할 때와 얼마나 많은 불소가 첨가되어야 하는지를 결정해 주는 효율적인 방법은 개발되어 있지 않다. 이점에 있어서, 상기 레이저 챔버내의 가스 혼합물의 상대적인 조성을 시간의 함수로서 결정해 주는 효율적인 방법도 개발되어 있지 않다. 따라서, 불소/네온 혼합물을 이용하여 불소를 재공급하는 방법은 다소 단순한 추측에 기초한 방법으로 볼 수 있다.
본 발명은 전반적으로 가스 레이저에 관한 것으로, 특히 엑시머 가스 레이저(excimer gas laser)내에 가스 혼합물을 재공급하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스 재공급 장치가 제공되어 있는 엑시머 레이저의 다소 개략적인 형태의 블록도,
도 2는 도 1에 예시되어 있는 엑시머 레이저 장치에 특히 사용되는 가스 재공급 방법이 예시한 블록도.
이상으로부터, 가스 레이저내에 가스 혼합물을 재공급하는 개선된 방법 및 장치를 제공할 필요가 존재함을 알 수 있다. 본 발명의 전반적인 목적중 한가지는 그러한 개선된 방법 및 장치를 제공하는 데 있다. 본 발명의 특정 목적은 불소, 크립톤 및 네온으로 구성된 가스 혼합물을 가지고 있는 불소/크립톤 엑시머 레이저내에 가스 혼합물을 재공급해 주는 개선된 방법 및 장치를 제공하는데 있다. 또한, 본 발명의 특정 목적은 그러한 엑시머 레이저 내에서의 불소의 고갈을 보상해 주고, 또한 챔버 내에서의 크립톤의 고갈을 보상해 주는데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 상기 레이저내의 가스의 상대적인 퍼센트에 대한 실제적인 측정을 필요로 하지 않고 엑시머 레이저내에 가스 혼합물을 재공급해 주는 개선된 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 이들 목적, 및 기타 다른 일반적인 목적은 가스 레이저내에 가스 혼합물을 재공급하는 방법 및 장치의 제공에 의해 달성되며, 이때, 한쌍의 가스 재공급원에는 제1가스 혼합물을 제공하는 제1가스발생원 및 제2가스혼합물을 제공하는 제2가스발생원이 제공되어 있다.
바람직한 실시예에서, 본 발명은 엑시머 레이저의 가스 레이징 챔버내의 가스 혼합물을 변화시키는 방법을 제공하며, 이때 가스 혼합물은 불소, 크립톤 및 네온을 함유하고 있다. 상기 방법은 상기 챔버내의 가스 혼합물의 상기 원하는 조성과 실제 조성간의 차를 결정하는 단계; 상기 챔버내로 불소/네온 가스 혼합물을 선택적으로 펌핑하고, 상기 챔버내로 크립톤/네온 가스 혼합물을 선택적으로 펌핑하며, 그리고 상기 챔버내의 상기 가스 혼합물의 일부를 선택적으로 배출하는 단계를 포함하고 있고, 이들 각각의 단계는 상기 챔버내의 상기 가스 혼합물의 실제 조성을 원하는 조성이 되도록 조절하기에 충분한 양 만큼 수행되게 된다.
상기 바람직한 실시예에서, 가스 혼합물의 원하는 조성은 대략 0.1 퍼센트의 불소, 1.0 퍼센트의 크립톤, 및 98.9 퍼센트의 네온이다. 상기 불소/네온 가스 혼합물은 대략 1.0 퍼센트의 불소 및 99 퍼센트의 네온의 조성을 가지고 있다. 상기 크립톤/네온 가스 혼합물은 대략 1.0 퍼센트의 크립톤 및 99 퍼센트의 네온의 조성을 가지고 있다. 가스 혼합물의 원하는 조성과 실제 조성간의 차를 결정하는 상기 단계는 초기 효율 레벨로부터의 상기 엑시머 레이저의 동작 효율의 변화를 검출하는 단계를 포함하고 있다. 또한, 과거의 경험에 기초한 예측으로부터 조성의 변화를 결정하는데에 경험에 기초한 방법들을 이용할 수도 있다.
제2 바람직한 실시예에서, 본 발명은 상기 챔버내로 할로겐/네온 가스 혼합물을 선택적으로 펌핑하는 제1펌프 수단; 상기 챔버내로 크립톤/네온 가스 혼합물을 선택적으로 펌핑하는 제2펌프 수단; 상기 챔버내의 상기 가스 혼합물의 일부를 선택적으로 배출하는 블리드 다운 수단; 및 상기 가스 챔버내의 실제 가스 조성을 원하는 조성이 되도록 변화시키기 위해 상기 제1펌프 수단, 상기 제2펌프 수단 및 상기 블리드 다운 수단의 동작을 제어하는 제어 수단을 구비하고 있다.
상기 바람직한 실시예에서, 상기 챔버내의 상기 가스 혼합물의 원하는 조성과 실제 조성간의 차를 결정하는 수단이 제공되어 있다. 상기 결정 수단은 초기 효율 레벨로부터의 상기 엑시머 레이저의 동작 효율의 변화를 검출한다. 상기 제어 수단은 상기 챔버에 언제, 그리고 얼마만큼의 가스 혼합물이 첨가되어야 하는지를 포함해서 최적의 가스 혼합물 재공급 파라미터를 결정하기 위해 상기 레이저의 동작 파라미터의 변화를 감시하는 전문가 시스템을 포함하고 있다.
본 발명의 방법 및 장치에서, 불소/네온 및 크립톤/네온을 위한 별개의 공급원이 제공되면, 상기 엑시머 레이저내의 가스의 대체를 보상해 줄 필요없이 크립톤의 고갈을 보상해 줄 수 있다. 또한, 블리드 다운 능력과 함께 한쌍의 가스발생원을 제공함으로써, 상기 엑시머 레이저내의 가스 혼합물의 실제 조성은 정확하게 변화될 수 있으며, 이에 따라 늘어난 시간 기간 동안 최적의 가스 혼합물 조성이 유지된다. 따라서, 상기 가스 혼합물의 완전한 배출 및 재공급간의 시간 기간이 늘어나고, 상기 챔버에 필요한 가스의 전체적인 비용이 최소화된다.
이와 같이, 이상에서 설명한 본 발명의 전반적인 목적들이 달성된다. 본 발명의 기타 다른 목적 및 이점은 후술되는 본 발명의 상세한 설명으로부터 명백해진다.
이하 후술되는 상세한 설명으로부터 그리고 본 발명의 바람직한 실시예의 첨부도면으로부터 본 발명에 대해 보다 완전하게 이해하게 된다.
이제, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.
도 1에는 불소, 크립톤 및 네온으로 채워진 가스 레이징 챔버(12)를 가지고 있는 엑시머 레이저(10)의 일부분이 예시되어 있다. 상기 챔버(12)의 두 단부에는 이 챔버(12)내에서 발생된 간섭성 레이저 빔을 방출하는 한쌍의 윈도우(14,16)가 제공되어 있다. 상기 윈도우(14)를 통해 전송되어 오는 레이저 빔을 수신하는 웨이브 미터(18)가 상기 윈도우(14)에 인접 배치되어 있다. 이 웨이브 미터(18)는 상기 챔버(12)로부터 방출된 레이저 빔의 정확한 파장 및 대역폭을 결정하는 기구를 포함하고 있다. 또한, 상기 웨이브 미터(18)는 레이저 빔의 전력 또는 이득을 결정하는 기구를 포함하고 있다. 웨이브 미터(18)는 출력라인(20,22)을 따라 이득 및 파장을 나타내는 신호를 각각 출력한다. 라인(20)을 따라 출력되는 이득 신호는 레이저 제어 기구(23)에 의해 수신된다. 이 레이저 제어 기구(23)는 레이저 챔버(12)내에서 발생된 레이저 빔의 이득을 조절하기 위해 엑시머 레이저(10)의 동작을 제어한다. 또한, 레이저 제어 기구(23)는 바람직하게는 원하는 펄스 속도로 레이저 빔을 출력하도록 동작한다.
상기 라인(22)을 따라 웨이브 미터(18)로부터 출력된 파장 신호는 라인 축소 기구(line-narrowing mechanism)(24)에 의해 수신되며, 이 기구는 챔버(12)내에서 발생된 레이저 빔의 파장을 조절한다. 이와 같이, 웨이브 미터(18)와 라인 축소 기구(24)가 제공되어 있다. 엑시머 레이저(10)에 의해 발생된 레이저 빔의 이득과 파장은 원하는 이득과 주파수를 얻기 위해 제어될 수 있다. 바람직하게, 제어 기구(23)는 연속적이기보다는 펄스형 레이저 빔을 얻기 위해 챔버(12)내에서 발생된 레이저 빔을 출력하도록 동작한다. 지금까지 설명한 엑시머 레이저(10)의 구성요소들은 종래 설계 및 제조의 구성요소들이며 이하에서는 더 설명하지 않는다. 하지만, 바람직한 엑시머 레이저 어셈블리에 대해서는 발명의 명칭이 "레이저의 벽에 대해 절연관계로 장착된 전극을 포함하고 있는 컴팩트 엑시머 레이저"로서 본 출원의 양수인에게 양도된 미국 특허 제4,959,840호에 설명되어 있다. 엑시머 레이저에 사용되는 바람직한 웨이브 미터에 대해서는 발명의 명칭이 "광 빔 파장 조절 시스템 및 방법"으로서, 역시 본 출원의 양수인에게 양도된 미국 특허 제5,025,445호에 설명되어 있다. 이들 미국 특허 제4,959,840호 및 제5,025,445호는 이하에서 참조한다.
지금까지 설명한 구성요소 외에, 엑시머 레이저(10)는 전반적으로 30으로 표기된 가스 재공급 장치를 포함하고 있다. 가스 재공급 장치(30)는 불소/네온 가스 펌프(32), 크립톤/네온 가스 펌프(34), 및 블리드 다운 기구(36)를 포함하고 있다. 불소/네온 가스 발생원(32)은 입력포트(38)를 통해 챔버(12)측에 연결되어 있다. 불소/네온 펌프(32)는 불소/네온 가스 혼합물의 선택된 양을 챔버(12)내로 펌핑하기 위한 적절한 기구를 포함하고 있다. 불소/네온 가스 펌프(34)는 입구 포트(40)를 통해 챔버(12)측에 연결되어 있고, 그리고 챔버(12)내로 크립톤/네온 가스 혼합물의 원하는 양을 펌핑하는 적절한 기구를 포함하고 있다. 블리드 다운 기구(36)는 챔버(12)의 출구 포트(42)에 연결되어 있고, 그리고 챔버(12)내로부터 가스 혼합물의 원하는 양을 선택적으로 배출하는 기구를 포함하고 있다. 제어 기구(44)는 동작의 제어를 위해 펌프(32,34)와 블리드 다운 기구(36)에 각각 연결되어 있다. 제어 기구(44)는 후술되는 전문가 시스템(46)을 구성요소로서 포함하고 있을 수 있다.
바람직하게, 챔버(12)는 처음에는 불소, 크립톤 및 네온의 프리믹스로, 즉 0.1 퍼센트의 불소, 1.0 퍼센트의 크립톤, 및 98.9 퍼센트의 네온의 조성을 가지고 있는 프리믹스로 채워지게 된다. 프리믹스 발생원(48)은 상기 챔버(12)에 프리믹스를 초기에 채우기 위해 입구 포트(50)를 통해 챔버(12)측에 연결되어 있다. 앞서 설명한 상대적인 가스 챔버 혼합물의 경우에, 엑시머 레이저(10)는 바람직하게는 248 나노미터의 파장을 가지고 있는 레이저 빔을 발생한다. 웨이브 미터(18)와 라인 축소 기구(24)는 1 피코 미터(full-width half-maximum)에 불과한 대역폭을 가지고 248 나노 미터의 원하는 파장에서 레이저 빔의 파장을 유지하기 위해 함께 동작한다.
앞서 언급한 정확한 조성을 가진 프리믹스가 초기에 제공되더라도, 엑시머 레이저(10)가 동작하는 동안에는 챔버(12)내의 혼합물이 시간의 함수로 달라진다. 특히, 불소의 일부는 레이저 챔버(12)내의 기타 다른 재료 또는 조성물의 있을 수 있는 반응에 의해 동작중에 고갈되게 된다. 또한, 작은 정도이지만, 크립톤과 네온도 레이저의 동작중에, 추측컨대 상기 챔버(12)로부터의 누설에 의해 고갈된다. 결과적으로, 챔버(12)내의 혼합물의 상대적인 조성은 시간의 함수로 변하며, 그리고 원래의 프리믹스 조성으로부터 다소 실질적으로 이탈할 수 있다. 가스 혼합물의 조성으로부터의 상당한 이탈은 레이저 이득의 전반적인 저하, 및 달성가능한 정확한 파장과 대역폭에서의 이탈을 포함해서 레이저의 효율성에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 조성의 변화는 레이저 빔을 원하는 속도로 출력하는 능력에 영향을 미칠 수 있다. 재공급 장치(30)는 원래의 프리믹스 조성에 대해 챔버(12)내의 조성을 유지하도록 동작한다. 환언하면, 재공급 장치(30)는 불소, 크립톤 및 네온을 이들이 챔버로부터 고갈됨에 따라 재공급하도록 동작한다.
별개의 불소/네온 가스 발생원 및 크립톤/네온 가스 발생원이 불소와 크립톤이 챔버(12)내로 독립적으로 재공급될 수 있도록 제공되어 있다. 불소/네온 펌프(32)는 1퍼센트의 불소와 99퍼센트의 네온의 혼합물을 제공한다. 블리드 다운 기구(36)는 상기 챔버(12)내의 혼합물의 일부가 제거되도록 동작한다.
일예로서, 크립톤의 상당한 고갈없이 불소가 고갈되면, 상기 불소/네온 가스 발생원(32)은 불소 퍼센트가 증가되도록 상기 챔버(12)에 원하는 양의 불소/네온을 첨가하기 위해 제어된다. 결과적으로, 상기 챔버(12)내의 전체 압력이 원하는 양을 초과하면, 잉여 가스가 블리드 다운 기구(36)에 의해 챔버(12)로부터 제거될 수 있다. 특히 블리드 다운 기구(36)에서 블리드 다운 방법을 사용한 결과, 상기 챔버(12)내의 크립톤 레벨이 크게 고갈되면, 크립톤/네온 발생원(34)은 이 고갈된 크립톤을 보상하기 위해 크립톤/네온의 양이 챔버(12)에 첨가되도록 동작한다. 일반적으로, 불소/네온 발생원(32), 크립톤/네온 발생원(34) 및 블리드 다운 기구(36)의 동작은 원래의 프리믹스 조성에 가능한 한 근접한 혼합물이 유지되도록 제어된다. 여러 펌프 및 블리드 다운 기구는 가스 혼합물을 변화시키도록 동시에 동작할 수 있다. 펌프 및 블리드 다운 기구의 협력적인 동작 이외에, 제어 기구(44)도 챔버(12)에서 가스의 교환이 이루어지는 속도를 제어할 수 있다. 이점에 있어서, 도 1에는 도시되지 않은 가스 흐름 제어기가 상기 챔버(12)에 대한 가스 흐름 속도를 제어하는데에 이용될 수 있다.
상기 펌프(32,34)와 블리드 다운 기구(36)의 동작을 자동적으로 제어하기 위해, 상기 제어 기구(44)는 신호 라인(52,54)을 따라 상기 라인 축소 기구(24)와 웨이브미터(18)로부터의 신호를 각각 수신한다. 이들 라인을 따라 수신된 신호로부터 상기 제어 기구(44)는 각종 가스 혼합물 성분이 고갈된 정도를 결정하고 이 고갈을 보상하기 위해 상기 펌프(32,34)와 블리드 다운 기구(36)를 제어한다. 레이저 이득, 파장, 및 대역폭은 상기 가스 혼합물내의 이탈을 결정하는데에 이용되는 파라미터의 일예이지만, 레이저의 펄스 속도, 온도, 레이저 챔버의 압력 및 다른 일반적인 동작 파라미터를 포함해서 기타 다른 파라미터를 사용할 수도 있다. 이득, 파장, 대역폭 등과 같은 각종 동작 파라미터는 전체적인 레이저의 "효율"을 결정하게 된다. 각종 동작 파라미터에 대한 가스 챔버 조성의 관계는 경험적인 방법에 의해 사전에 결정된다. 환언하면, 상기 가스 혼합물은 파라미터의 변화를 보상하기 위한 효과적인 방법을 결정하기 위해 동작 파라미터의 변화에 따라 선택적으로 조절될 수 있다. 성공적이지 못한 방법들은 사용하지 않는다. 성공적인 것으로 판명된 방법들은 제어유닛(44)의 논리에 포함되어 있다. 예컨대, 레이저의 이득의 큰 저하가 통상적으로 불소 고갈의 결과인 것으로 판단되면, 그러한 관계는 상기 제어유닛(44)의 논리내에 프로그래밍되며, 이 제어유닛의 논리는 레이저 이득의 저하에 응답하여 불소를 첨가하도록 동작한다.
제어 기구(44)는 동작 파라미터의 변화에 응답하여 펌프와 블리드 다운 기구의 동작을 제어하는데에 필요한 논리를 제공하는 소프트웨어와 데이타베이스가 제공된 프로그래머블 컴퓨터이면 바람직하다. 바람직하게는 상기 프로그램 및 데이타 베이스는 전문가 시스템(46)을 포함하고 있으며, 이 전문가 시스템은 엑시머 레이저(10)의 역사를 유지하고, 이전의 경험을 기초로 최적의 방법으로 상기 펌프 및 블리드 다운 기구의 동작을 제어한다. 바람직하게, 상기 전문가 시스템(46)은 펌프 및 블리드 다운 기구의 제어의 역사 뿐만 아니라 시간의 함수로서 상기 시스템의 동작 파라미터의 역사를 포함하고 있는 데이타베이스를 유지하고 있다. 이 방법으로, 그리고 적절한 프로그래밍으로, 상기 전문가 시스템(46)은 상기 레이저의 동작 파라미터의 바람직하지 않은 변화를 보상하기 위해 상기 펌프 및 블리드 다운 기구의 동작을 제어하기에 가장 양호한 방법을 결정한다.
전문가 시스템을 가지고 있는 프로그래밍된 제어 기구가 펌프와 블리드 다운기구의 동작을 제어하는데 바람직한 기구이더라도, 이러한 것은 필요없게 된다. 하나의 대안으로서 어떠한 자동 제어 기구도 제공되지 않는다. 오히려, 적절한 센서(도시되지 않음)를 이용하여 조작자에 의해 검출된 동작 파라미터의 변화에 응답하여 펌프와 블리드 다운 기구가 조작자에 의해 수동적으로 제어된다, 또한, 상기 제어 기구가 각종 센서에 의해 검출된 레이저 파라미터의 변화에 응답하여 바람직하게 동작되더라도, 이러한 것은 필요없게 된다. 오히려, 펌프와 고갈 기구는 이전에 정의된 제어방법을 기초로 간단히 제어될 수 있다. 예컨대, 레이저의 동작중에 특정 양만큼 불소와 크립톤이 언제나 고갈되는 것으로 판단되면, 펌프(32,34)와 블리드 다운 기구(36)는 레이저(10)의 동작을 사실상 감시하지 않고도 불소와 크립톤 레벨을 유지하기 위해 소정의 방법에 따라 제어될 수 있다.
또한, 챔버(12)내의 상대적인 조성을 직접 측정하는 어떠한 기구도 이용하지 않는 것으로 예측되지만, 그러한 기구는 양호하게 제공될 수 있으며, 이에 따라 상기 레이저의 동작 파라미터의 변화로부터 상기 가스 혼합물의 변화를 결정할 필요가 없게 된다. 이러한 환경에서, 상기 제어 시스템(44)은 챔버(12)내의 가스의 실제로 측정된 조성을 단순히 감시하고 상기 조성의 어떠한 변화에 대한 보상에 적합하게 상기 펌프(32,34)와 블리드 다운 기구(36)를 제어하게 된다.
또한, 프리믹스 발생원(48)이 최적의 가스 조성을 제공하는 것으로 예측되지만, 이 경우에는 그럴 필요도 없다. 프리믹스 조성이 최적이 아니면, 프리믹스와는 다른 최적의 혼합물이 얻어질 때까지 제어 기구(44)는 펌프 및 블리드 다운 기구를 제어할 수 있다. 예컨대, 상기 프리믹스에 매우 낮은 퍼센트의 불소가 제공되어 있는 것으로 판단되면, 가스 재공급 시스템(30)이 동작하여 상기 챔버(12)가 상기 프리믹스로 채워진 후에 상기 불소의 양을 즉시 증가시키게 된다.
알 수 있는 바와 같이, 다수의 특정 실시예가 이용될 수 있고 여러 방법 및 기술이 사용될 수 있으며, 이때 이들은 모두 본 발명의 전반적인 원리에 따른 것이다.
재공급 장치(30)의 동작에도 불구하고, 챔버(12)내의 혼합물은 주기적으로 배출 및 대체될 것으로 기대된다. 따라서, 재공급 장치의 동작은 반드시 챔버를 배출시키고 가스를 대체할 필요가 전혀 없도록 의도된 것은 아니다. 오히려, 재공급 시스템의 동작은 필요한 시스템 배출간의 기간을 길게 하고 이 기간동안 최적의 혼합물이 유지되도록 하기 위해 주로 제공된다.
도 2에는 엑시머 레이저내의 가스 혼합물이 재공급 및 유지되는 방법에 대해서 전반적으로 예시되어 있다. 초기에, 스텝 200에서 상기 엑시머 레이저의 가스 챔버는 불소, 크립톤 및 네온의 바람직하게는 최적인 조성을 가지고 있는 프리믹스로 채워진다. 102에서, 상기 엑시머 레이저가 활성화된다. 상기 레이저의 동작 파라미터는 스텝 104에서 검출된다. 상기 동작 파라미터로는 상기 레이저의 펄스 반복 속도 뿐만 아니라 상기 레이저의 이득, 주파수 및 대역폭을 들 수 있다.
106에서 상기 시스템은 동작 파라미터의 변화를 일으키는 가스 혼합물의 변화를 결정한다. 다음에, 108에서 최적의 혼합물을 유지하고자 할 때, 별개의 불소/네온 발생원 및 크립톤/네온 발생원과 블리드 다운 기구가 상기 가스 혼합물의 변화를 보상하기 위해 제어된다. 엑시머 레이저(10)의 제어는 도 2에서 라인 100으로 표기된 피드백 루프로 진행된다. 이와같이, 상기 시스템은 상기 레이저의 동작 파라미터를 계속적으로 감시하고 별개의 가스 발생원 및 블리드 다운 기구를 제어하여 전체 레이저 효율을 최적으로 유지하게 된다.
이와 같이, 도 2에는 본 발명의 방법 단계가 전반적으로 도시되어 있다. 상기 시스템의 실제 동작은 앞서 설명한 수많은 인자에 좌우될 수 있으며, 여러 가지 가스 재공급 방법을 이용할 수 있다. 특히, 상기 시스템은 이 시스템의 동작 파라미터의 실제적인 변화를 검출할 필요가 없지만, 대신에 이전에 결정된, 경험에 기초를 둔 재공급 방법을 사용하여 가스 재공급을 제어할 수 있다.
지금까지 엑시머 가스 레이저내에 가스 혼합물을 재공급하는 방법 및 장치에 대해 설명하였다. 불소/크립톤 엑시머 레이저를 참조하여 본 발명의 전반적인 원리에 대해 지금까지 설명하였지만, 이 원리는 다른 엑시머 레이저 및 기타 다른 가스 레이저에도 적용될 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 원리는 독립적으로 고갈되는 2개 이상의 별개 가스 성분을 이용하는 어떠한 가스 레이저 시스템에도 유리하게 이용될 수 있다. 이와 같이, 여기에서 설명된 실시예들은 본 발명을 단지 예시하는 것에 불과하며 본 발명의 범위를 한정하도록 의도된 것이 아니다.

Claims (10)

  1. 가스 레이저의 가스 챔버내의 가스 혼합물을 변화시키는 방법으로서, 상기 가스 혼합물은 할로겐, 제1희가스 및 제2희가스를 포함하고 있고, 상기 가스 혼합물이 원하는 조성을 가지고 있는 방법에 있어서,
    상기 가스 챔버내의 가스 혼합물의 상기 원하는 조성과 실제 조성간의 차를 결정하는 단계;
    상기 가스 챔버에 첨가될 할로겐, 제1희가스 및 제2희가스 혼합물의 제1양, 및 상기 가스 챔버에 첨가될 제1희가스 및 제2희가스 혼합물의 제2양을 결정하는 단계;
    상기 챔버내로 상기 할로겐, 제1희가스 및 제2희가스 혼합물의 상기 제1양을 선택적으로 펌핑하는 단계;
    상기 챔버내로 상기 제1희가스 및 제2희가스 혼합물의 상기 제2양을 선택적으로 펌핑하는 단계; 및
    상기 챔버내의 상기 가스 혼합물의 일부를 선택적으로 배출하는 단계를 포함하고 있고,
    상기 각각의 단계는 상기 챔버내의 상기 가스 혼합물의 실제 조성을 원하는 조성이 되도록 조절하기에 충분한 양 만큼 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 레이저의 동작 효율과 원하는 효율 레벨간의 차를 검출함으로써 상기 가스 혼합물의 원하는 조성과 상기 가스 혼합물의 실제 조성간의 차를 결정하는 단계를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 할로겐은 불소이고, 상기 제1희가스는 크립톤이며, 상기 제2희가스는 네온인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 챔버의 상기 가스 혼합물은 대략 0.1%의 불소, 1.0%의 크립톤 및 98.9%의 네온의 원하는 조성을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 할로겐, 제1희가스 및 제2희가스 혼합물은 대략 1.0%의 불소, 1.0%의 크립톤 및 98%의 네온의 조성을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제1희가스 및 제2희가스 혼합물은 대략 1.0%의 크립톤 및 99%의 네온의 조성을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 엑시머 레이저의 가스 챔버내의 가스 혼합물을 변화시키는 방법으로서, 상기 가스 혼합물은 불소, 크립톤 및 네온을 함유하고 있고, 상기 가스 혼합물은 대략 0.1%의 불소, 1.0%의 크립톤과 98.9%의 네온의 원하는 조성을 가지고 있는 방법에 있어서,
    상기 챔버내의 가스 혼합물의 상기 원하는 조성과 실제 조성간의 차를 결정하는 단계;
    상기 가스 챔버에 첨가될 불소, 크립톤 및 네온 혼합물의 제1양, 및 상기 가스 챔버에 첨가될 크립톤 및 네온 혼합물의 제2양을 결정하는 단계;
    상기 챔버내로 대략 1.0%의 불소, 1.0%의 크립톤 및 98%의 네온의 조성을 가지고 있는 상기 불소, 크립톤 및 네온 가스 혼합물의 상기 제1양을 선택적으로 펌핑하고, 상기 챔버내로 대략 1.0%의 크립톤 및 99%의 네온의 조성을 가지고 있는 상기 크립톤 및 네온 가스 혼합물을 선택적으로 펌핑하며, 그리고 상기 챔버내의 상기 가스 혼합물의 실제 조성을 원하는 조성이 되도록 조절하기에 충분한 양만큼 상기 챔버내의 상기 가스 혼합물의 일부를 선택적으로 배출하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 가스 혼합물의 원하는 조성과 실제 조성간의 차를 결정하는 상기 단계는 초기 효율 레벨로부터의 상기 엑시머 레이저의 동작 효율의 변화를 검출하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 가스 레이저의 가스 챔버내의 가스 혼합물을 변화시키는 장치로서, 상기 가스 챔버는 할로겐, 제1희가스 및 제2희가스를 함유하고 있는 가스 혼합물을 포함하고 있고, 상기 가스 혼합물이 원하는 조성을 가지고 있는 장치에 있어서,
    상기 챔버내로 할로겐, 제1희가스 및 제2희가스를 선택적으로 펌핑하는 제1펌프 수단;
    상기 챔버내로 제1희가스 및 제2희가스를 선택적으로 펌핑하는 제2펌프 수단;
    상기 챔버내의 상기 가스 혼합물의 일부를 선택적으로 배출하는 블리드 다운 수단; 및
    상기 가스 챔버내의 실제 가스 조성을 원하는 조성이 되도록 변화시키기 위해 상기 제1펌프 수단, 상기 제2펌프 수단 및 상기 블리드 다운 수단의 동작을 개별적으로 제어하는 제어 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 챔버내의 상기 가스 혼합물의 원하는 조성과 실제 조성간의 차를 결정하는 수단을 더 포함하고 있고, 상기 제어 수단은 상기 결정에 응답하여 동작하는 것을 특징으로 하는 장치.
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