KR100906112B1 - 6 - 10ＫＨｚ 이상의 가스 방전 레이저 시스템 - Google Patents

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왓슨톰에이.
우자즈도우스키리차드씨.
이바스첸코알렉스피.
샤논로버트에이.
샌드스트롬리차드엘.
웨브로버트카일
팔렌스차트프레데릭에이.
호프만토마스
레티그커티스엘.
네스리차드엘.
멜체르폴씨.
에르쇼브알렉산더아이.
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사이머 인코포레이티드
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Abstract

본원발명은 초당 6,000-10,000 펄스 범위의 반복률에서 프로덕션 라인 커패시티내의 신뢰가능한 장기간 동작가능한 가스 방전 레이저 시스템을 제공한다. 바람직한 실시예는 포토리소그래피에 사용된 KrF, ArF, F2 레이저로 구성되어 있다. 개선점에는 가스 플로를 증가시키기 위해 애노드(542) 바로 옆에 흡입 팬(555)이 포함된다. 팬(555)의 흡입구는 애노드(542)와 절연 스페이서(544B) 사이에 있다.
Figure 112004008480716-pct00001
챔버, 레이저, 반복률, 피드백, 엑시머, 광원

Description

6­10ＫＨｚ 이상의 가스 방전 레이저 시스템{SIX TO TEN KHz, OR GREATER GAS DISCHARGE LASER SYSTEM}
본원발명은 2002년 6월 28일 출원된 제10/187,336호, 2002년 5월 7일 출원된 제10/141,216호, 2001년 12월 21일 출원된 제10/036,676호, 2001년 11월 30일 출원된 제10/012,002호, 2001년 10월 17일 출원된 제10/029,319호, 2001년 8월 29일 출원된 제09/943,343호, 2001년 5월 11일 출원된 제09/854,097호, 2001년 2월 27일 출원된 제09/794,782호, 2001년 1월 23일 출원된 제09/768,753호, 2000년 10월 6일 출원된 제09/684,629호, 및 2000년 6월 19일 출원된 제09/597,812호에 대한 우선권을 주장한다. 본원 발명은 가스 방전 레이저에 관한 것이고, 특히, 고반복률 가스 방전 레이저에 관한 것이다.
전기 방전 가스 레이저
전기 방전 가스 레이저는 1960년대 레이저가 발명된 이후부터 잘 알려져 이용되어 왔다. 2개의 전극 사이의 고전압 방전은 가스 이득 매질을 여기시킨다. 이득 매질을 수용하는 공진 캐비티는 광의 유도 증폭을 허용하고, 그후, 광은 캐비티로부터 레이저 빔의 형태로 추출된다. 이러한 많은 전기 방전 레이저는 펄스 모드로 동작된다.
엑시머 레이저
엑시머 레이저는 특정 유형의 전기 가스 방전 레이저이고 1970년대 중반부터 알려져 있다. 집적회로 리소그래피에 유용한 엑시머 레이저에 관한 설명은 1991년 6월 11일 발행된 미국특허 제5,023,884호 "Compact Excimer Laser"에 개시되어 있다. 상기 특허는 출원인의 고용주에게 양도되었고, 본원 명세서에 참조로써 편입되어 있다. 특허 '884에 기술된 엑시머 레이저는 고반복률 펄스 레이저이다. 도 1 및 도 2에 레이저(10)의 주요 엘리먼트가 도시되어 있다(도 1은 특허 '884의 도 1, 도 2는 특허 '884의 도 7에 해당된다). 방전(22)은 약 5/8인치 떨어진 2개의 긴(약 23인치) 전극(18 및 20) 사이에서 이루어진다. 종래기술의 반복률은 기술된 바와 같이 주로 초당 약 100-2000 펄스의 범위 내에 있다. 이러한 고반복률 레이저에는 가스 순환 시스템이 구비되어 있는 것이 일반적이다. 상기 레이저에 있어서, 이것은 약 23개의 블레이드(48)가 있는 긴 다람쥐장 형태의 팬(46)으로 되어있다. 팬 블레이드 구조물은 전극(18 및 20)보다 다소 더 길고, 펄스 동작률로 전극 사이의 방전 방해 가스가 펄스 사이에서 클리어링되도록 충분한 순환을 제공한다. 도 2A(특허 '884의 도 9)에 도시된 바와 같이, 팬(46)의 샤프트(130)는 2개의 볼 베어링(132)에 의해 지지된다. 레이저에서 사용되는 가스는 극도의 반응성 불소를 포함한다. 팬 샤프트(130)를 구동하는 팬 회전자는, 특허 '884의 9번째 컬럼 45번째 줄에 설명된 바와 같이 시일링 부재(136)에 의하여, 하우징 구조 부재(12 및 14)에 의해 제공된 동일한 환경 시스템내에 시일링되어 있고, 모터 고정자(140)는 시일링 부재(136)의 외부에 있으므로, 불소 가스의 부식 작용으로부터 보호된다. 그러나 베어링(132)은 베어링에 사용된 윤활제와 마찬가지로 챔버 가스에 의한 부식 작용을 받는다. 베어링 윤활제와 베어링의 부식은 가스를 오염시킬 수 있다.
모듈 설계
이들 엑시머 레이저는, 집적회로 리소그래피에 사용될 때, "24시간 계속되는" 제조 라인상에서 동작되는 것이 전형적이다; 따라서, 가동휴지시간은 금전적으로 큰 손실이다. 이러한 이유 때문에, 대부분의 컴포넌트는 통상 몇 분 이내에 대체될 수 있는 모듈로 조직되어 있다.
라인 협대역화
리소그래피에 사용되는 엑시머 레이저는 그 출력 빔의 대역폭이 피코미터의 몇분의 일로 감소되어야 한다. 전형적으로, 이러한 "라인-협대역화"는 레이저의 공진 캐비티의 후방을 형성하는 라인 협대역화 모듈("라인 협대역화 패키지" 또는 "LNP"라 불림)에서 달성된다. 전형적으로, LNP는 프리즘, 미러, 및 격자를 포함하는 정밀한 광학 엘리먼트로 구성되어 있다. 반복률이 증가함에 따라, LNP에 의해 안정적인 성능을 유지하는 것이 중요한 과제로 된다.
펄스 전력
미국특허 제5,023,884호에 기술된 유형의 전기 방전 가스 레이저는 2개의 전극 사이에서 전기 방전을 발생시키기 위해 도 3에 도시된 바와 같은 전기 펄스 전력 시스템을 이용한다. 그러한 종래기술 시스템에 있어서, 직류 전류 전원(22)은 "충전 커패시터" 또는 "C0"(42)라 불리는 커패시터 뱅크를 "충전 전압"이라 불리는 소정의 제어된 전압으로 각각의 펄스 동안 충전한다. 이러한 충전 전압의 크기는 500-1000 볼트의 범위내에 있다. C0가 소정의 전압까지 충전된 후, 솔리드 스테이트 스위치(46)는 닫히고, C0에 저장된 전기 에너지가 커패시터 뱅크(52, 62, 및 82) 및 인덕터(48, 54, 및 64)를 포함하는 일련의 자기 압축 회로를 통하여 매우 급속하게 링잉되고, 전압 변압기(56)가 약 50ns 지속되는 방전을 발생시키는 전극 양단에 대략 16,000 볼트 범위내의 고전압 전위를 발생시킨다.
시판중인 종래기술 시스템에 있어서, 방전과 솔리드 스테이트 스위치의 닫힘 사이의 시간은 대략 5 마이크로초의 범위에 있다; 그러나 과거에는 미리 선택된 전압까지 정확하게 C0를 충전하는데는 약 400 마이크로초를 요구하였는데, 이것은 대략 2000Hz 미만의 펄스 반복률에 대해서는 충분히 빠른 것이었다. C0의 전압 레벨에 대한 제어는 이들 시스템에서 레이저 펄스 에너지의 주요 결정자인 방전 전압에 대한 레이저 오퍼레이터의 유일한 실질적 제어이기 때문에, C0의 정확한 충전이 매우 중요하다는 것을 이해하여야 한다.
열교환기
전형적으로, 집적회로 리소그래피에 사용되는 종래기술 엑시머 레이저는 전기 방전과 상기 순환 팬을 통한 에너지 입력에 의하여 가열되는 레이저 가스를 냉각시키는 시스템을 필요로 한다. 이것은, 전형적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 같이 수냉식 핀 열교환기(58)로 구현된다. 주로, 레이저 가스를 순환시키는데 요 구되는 전력은 요구되는 가스 속도의 3제곱에 따라 증가하기 때문에, 레이저의 2배 이상의 반복률은 레이저에서 발생되는 열을 2배 이상으로 만든다.
빔 품질의 제어
전형적으로, 레이저 빔 파라미터(즉, 펄스 에너지, 파장, 및 대역폭)는, 집적회로 리소그래피용 광원으로 사용될 때, 매우 엄격한 사양내로 제어된다. 이것은 펄스 에너지에 대한 펄스-펄스 피드백 제어 및 라인-협대역화된 출력 빔의 파장에 대한 다소 느린 피드백 제어를 요구한다. 2배 이상의 펄스율은 더 빠른 수행을 위해 이러한 피드백 제어 시스템을 요구한다.
초당 대략 4000 펄스 범위의 반복률로 동작하는 펄스 가스 방전 레이저에 대한 더 나은 레이저 설계가 요구된다.
본원발명은 초당 8,000-10,000 펄스 전력 이상의 반복률의 생산 라인 용량으로 신뢰할만큼 장기간 동작할 수 있는 가스 방전 레이저 시스템을 제공한다. 바람직한 실시예는 집적회로 리소그래피용 광원에 사용되는 KrF, ArF, 및 F2 레이저로 구성된다. 자기 압축 펄스 전력 시스템의 최초 커패시터를 정확한 타겟 전압으로 초당 6,000-10,000회 충전할 수 있는 수정된 고압 전원, 및 펄스 에너지를 모니터링하고 펄스마다 타겟 전압을 결정하는 피드백 제어가 본원발명의 개선점 중 하나이다. 방전 사이의 인터발 동안 레이저 전극 사이의 방전 영역으로부터 생성된 방전 찌꺼기를 제거하기 위한 몇가지 기술이 개시되어 있다. 일실시예에 있어서는, 방전 영역의 폭이 약 3mm에서 약 1mm로 감소되어, 4,000Hz 동작용으로 설계된 가스 순환 시스템이 10,000Hz 동작에 이용될 수 있다. 다른 실시예에 있어서는, 전극 사이의 가스 플로가 충분히 증가하여 3mm 폭의 방전 영역으로 10,000Hz 동작을 허용한다. 이러한 실질적으로 증가된 가스 플로 레이트를 제공하기 위해 본원의 출원인은 종래기술의 탄젠셜 팬을 이용하지만 더 강력하고 향상된 모터와 신규의 베어링 설계를 갖는 바람직한 실시예를 개시하였다. 새로운 베어링 설계는 세라믹 베어링과 자기 베어링을 모두 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 가스 순환 전력의 일부 또는 모두에는 레이저 챔버 외부에 위치한 블로워가 제공된다. 외부 블로워는 레이저 캐비넷 또는 별개의 위치에 위치될 수 있다.
본원발명의 개선점 중 또하나는 증가된 팬 전력으로 인한 부가적인 열과 증가된 방전률로 인한 부가적인 열을 제거할 수 있다는 것이다. 본원발명의 실시예는 단일 챔버 가스 방전 레이저 시스템 및 MOPA 레이저 시스템 등의 2개의 챔버 레이저 시스템에 적용된다.
본원 명세서에서, 출원인은, 우선, 4,000Hz 동작용으로 특별 설계된 레이저 시스템을 설명하고, 펄스 반복을 실질적으로 증가시키는 작은 개선점들을 언급한다. 그후, 출원인은 레이저 시스템으로부터 증가하는 열을 실질적으로 제거하기 위한 시스템, 및 레이저 가스 플로의 실질적 증가를 제공하기 위한 주요 수정을 설명한다. 출원인은 10,000Hz 이상의 반복률로 정확한 전기 펄스를 제공하도록 설계된 펄스 전력 시스템을 상세히 설명하고, 이러한 펄스 반복률로 레이저 펄스의 스펙트럼 속성을 모니터링 및 제어하기 위한 웨이브미터 및 제어 장치를 상세히 설명하고, 매우 빠른 응답 라인 협대역화 장치를 상세히 설명한다. 또한, 출원인은 바람직한 레이저 퍼지 기술 및 장치, MOPA 시스템에 대한 본원발명의 적용, 및 빔 송출 시스템 및 펄스 멀티플라이어 유닛을 포함하는 고반복률 시스템에 대한 다른 유용한 개선점에 대해 설명한다.
도 1, 도 2, 및 도 2A는 종래기술 시스템의 특징적 형상을 도시한 도,
도 3은 종래기술 펄스 전력 시스템의 회로도,
도 4A는 레이저 챔버의 횡단면도,
도 4B는 레이저 시스템의 전방도,
도 4C는 프리이오나이저 그라운드 라드용 공간을 갖는 메인 절연체를 도시한 도,
도 4D 전극 구성의 횡단면도,
도 5는 바람직한 펄스 전력 시스템의 전기 회로도,
도 6A 및 도 6B는 2개의 바람직한 공진 전원을 도시한 도,
도 7, 도 7A, 및 도 8은 펄스 전력 컴포넌트를 냉각시키는 기술을 도시한 도,
도 9A 및 도 9B는 가포화 인덕터를 도시한 도,
도 10은 펄스 변압기를 도시한 도,
도 10A는 펄스 변압기 코어를 도시한 도,
도 11은 제1 가포화 인덕터를 냉각시키는 기술을 도시한 도,
도 12, 도 12A, 및 도 12B는 제2 가포화 인덕터를 냉각시키는 기술을 도시한 도,
도 13은 바람직한 실시예의 챔버내의 방전 영역을 도시한 도,
도 13A(1) 및 도 13A(2)는 13 구성의 작은 변형을 도시한 도,
도 13A(3-8)는 전류 리턴 구조의 특징을 도시한 도,
도 13B는 전극 구성을 도시한 도,
도 13C는 레이저 가스의 향상된 냉각 기술을 도시한 도,
도 13D, 도 13E, 및 도 13F는 다운스트림 아킹을 회피하는 기술을 도시한 도,
도 14는 웨이브미터의 레이아웃을 도시한 도,
도 14A, 도 14B, 도 14C, 및 도 14D는 파장 및 대역폭의 계산을 설명하는 챠트 및 그래프,
도 14E는 향상된 조사 특징을 갖는 웨이브미터를 도시한 도,
도 15는 파장 및 대역폭 계산에 사용되는 컴포넌트를 도시한 블록선도,
도 16은 레이저 빔의 파장 및 펄스 에너지 제어에 사용되는 레이저 시스템의 특징을 도시한 블록선도,
도 16A, 도 16B1, 도 16B2, 및 도 16F는 LNP 튜닝 미러를 제어하는 기술을 도시한 도,
도 16C는 튜닝 미러의 압전 제어의 효과를 도시한 도,
도 16D 및 도 16E는 파장 제어 알고리즘을 도시한 도,
도 17, 도 17A, 도 17B, 및 도 17C는 격자 페이스를 퍼징하는 기술을 도시한 도,
도 18은 2개의 모터 블로워 제어 시스템을 도시한 도,
도 18A는 블로워 블레이드 구조를 도시한 도,
도 18B는 베어링 구성을 도시한 도,
도 19, 및 도 19A-G는 바람직한 N2 퍼지 시스템의 특징을 도시한 도,
도 20, 도 20A, 및 도 20B는 바람직한 셔터의 특징을 도시한 도,
도 21 및 도 21A는 바람직한 수냉식 핀 열교환기의 특징을 도시한 도,
도 22는 출력 빔 트레인의 높은 UV 플럭스 영역을 퍼징하는 퍼지 기술의 특징을 도시한 도,
도 23은 펄스 스트레칭 및 빔 송출 구성을 갖는 MOPA의 특징을 도시한 도,
도 24A, 도 24B, 및 도 24C는 펄스-스트레칭 기술의 설명도, 및
도 25 및 도 26은 방전 챔버 외부의 레이저 가스 블로워 기술을 도시한 도.
고반복률 KrF-ArF 레이저
집적회로 리소그래피에 사용되는 최첨단 KrF 레이저가 이하 설명된다. 이것은 4KHz 펄스율로 약 248 나노미터(예를 들어, 248.250㎚, 248,250pm) 7.5 mJ 협대역 펄스를 발생시키도록 설계된 불화크립톤(KrF) 엑시머 레이저이다. 이러한 레이저의 사양은 0.5pm미만(FWHM 대역폭) 및 1.4pm미만(95% 인테그랄 대역폭) 범위의 대역폭 사양을 포함한다. 또한, 사양은 0.05pm미만의 3 시그마 파장 안정도 및 0.5mJ미만의 30-펄스 선량 안정도를 요구한다. 도 4B는 도어가 제거되고 다수의 레이저 컴포넌트가 도시된 바람직한 실시예의 전방도이다. 레이저는 모듈 유닛이고, 레이저의 가동휴지시간을 최소한으로 유지하기 위해 매우 빠르고 용이하게 완전한 모듈로 대체될 수 있도록 설계되어 있다. 도 4B의 시계방향으로 도시된 컴포넌트는 다음과 같다:
*레이저의 동작 상태를 나타내는 상태 램프(1K)
*리소그래피 머신의 마스터 제어기 또는 휴대용 단말기(도시되지 않음)로부터의 입력 제어 신호에 기초하여 레이저의 기능을 제어하는 제어 모듈(2K)
*레이저 챔버 상부에 위치한 피킹 커패시터 뱅크를 충전하는 전기 펄스의 펄스 압축 최종 단계를 제공하고, 레이저 펄스 전력 시스템의 일부인 압축 헤드 모듈(3K)
*레이저 펄스를 모니터링하고, 파장 및 펄스 에너지를 제어하는 피드백 신호를 제공하는 웨이브미터라고도 불리는 안정화 모듈(4K)
*전력미터를 구비한 자동 셔터 모듈(5K)
*고전압 전력을 레이저 챔버 모듈에 위치한 금속불화물 트랩(필터)에 제공하는 MFT 전원(6K)
*좌측 블로워 모터(7K)
*레이저 챔버 모듈(8K)
*레이저 제어와 리소그래피 머신 제어를 일치시키는 인터페이스 회로를 제공 하는 인터페이스 모듈(9K)
*냉각 공급 모듈(10K)
*냉각수 분배 모듈(11K)
*레이저 가스 공급 모듈(12K)
*외부 대기로 레이저 캐비넷 가스를 배출하고, 스모크 검출기를 포함하는 배출 어셈블리(13K)
*우측 블로워 모터(14K)
*라인 협대역화 패키지 혹은 LNP라고도 불리는 라인 협대역화 모듈(15K)
*우측 블로워 모터 제어기(16K)
*좌측 블로워 모터 제어기(17K)
*전기 펄스를 개시하고 초기 단계의 펄스 압축과 펄스 전압 증폭을 제공하는 전기 회로 및 Co 충전 커패시터 뱅크를 포함하는 커뮤테이터 모듈(18K)
*Co 커패시터 뱅크의 매우 빠른 공진 충전을 제공하는 공진 충전 모듈(19K)
*표준 퍼실리티 3상 AC 전력으로부터 고전압 DC 전력을 생성하는 고전압 전원 모듈(20K)
*AC/DC 분배 모듈(21K)
*헬륨 퍼지 모듈(도시되지 않음)
*웨이브 안정 모듈(도시되지 않음)
도 4A는 본원발명의 제1 실시예에서 레이저 챔버(10A)의 횡단면도이다. 챔버의 주요 컴포넌트는 하우징 구조 부재(12A,14A)와 캐소드(18A), 애노드(20A) 업스트림 프리이오나이저 튜브(60), 피킹 커패시터 뱅크 (62), 정전 트랩 유닛(64)(각 컴포넌트는 도1에 보여지는 종래 기술의 대응되는 컴포넌트와 유사하다)이다. 챔버에는 새로운 애노드 서포트 플로 조성 구조물(48), 새로운 상부 플로 조성 구조물(50), 가스 튜닝 베인(52), 지름이 5인치인 새로운 탄젠셜 타입 팬 블레이드(46A), 네 개의 수냉식 열교환기 유닛(58A)가 포함된다. 도13은 새로운 전류 리턴(548)을 지닌 유사한 대체 챔버 구성을 나타낸다.
도 16은 출력 빔의 파장과 펄스 에너지를 제어하는데 중요한 레이저 시스템의 속성을 나타내는 블록선도이다.
종래 기술의 가스 방전 레이저에 비해 중요한 개선점은 다음과 같다:
1) 챔버 레이저 가스를 순환시키는 향상된 플로 경로
2) 수냉식 펄스 전력 시스템
3) 아주 빠른 제어 알고리즘의 매우 빠른 웨이브미터
4) PZT와 튜닝 미러를 작동하는 스테퍼 모터가 조합된 새로운 고효율 사이클 LNP
5) 특별한 제어기를 지닌 두개의 수냉식 브러시리스 DC 드라이브 블로워 모터를 가진 큰 탄젠셜 팬
6) 광학 보호를 위한 울트라 퓨어 질소 퍼지 시스템
7) 전력미터를 가진 시일링된 셔터
8) 개선된 열교환기 배열
9) 빔 시일 시스템
10) LNP를 위한 헬륨 퍼지
11) 가스 플로와 평행한 리브가 있는 전류 리턴
12) 챔버 임피던스 극대화를 위한 인덕턴스 플레이트
13) 성능 수명을 위한 전극 극대화
좁은 방전폭
본원발명의 바람직한 실시예에서는 4,000Hz 동작을 위해 설계된 레이저 시스템을 사용하여 펄스 반복률 4,000-10,000KHz에서 동작하도록 설계하였다. 이 실시예에서, 방전 영역은 약 3½ mm 방전 영역의 이전 설계에서 약 1 내지1½mm정도로 줄어든다. (좁은 방전폭을 제공하는 바람직한 전극 설계는 다음 섹션에 기술된다. ) 이는 가스 속도 약 67m/s의 전극 18A와 20A간 방전 영역을 클리닝하도록 한다. 이러한 가스 속도에서, 각 펄스에 우선하는 펄스의 찌꺼기는 방전시 0. 5cm 방전 영역 다운스트림이다. 이러한 속도를 얻기 위해서는 지름이 5-인치인 탄젠셜 팬 유닛이 사용되며(블레이드 구조의 길이는 26인치이다) 회전 속도는 약 3500rpm으로 증가한다. 이러한 수행을 얻기 위해 실시예에서 각각 2kw 급인 두 개의 모터를 이용하는데, 이 모터들은 함께 팬 블레이드 구조에 약 4kw 드라이브 전력까지 송출한다. 예를 들어, 펄스율 8,000Hz에서 방전되면 약 24kw의 열 에너지가 레이저 가스에 더해진다. 팬으로 인해 더해진 열과 함께 발생한 방전때문에 생성된 열을 제거하기 위해 네개의 분리 수냉식 핀(fin) 있는 열교환기 유닛(58A)이 제공된다. 모터와 열교환기는 아래에 상세히 기술된다.
열교환기 컴포넌트
열교환기 중 하나의 횡단면도가 도21에 나와있다. 열교환기의 가운데 부분이 잘려져 있지만 양쪽 끝이 보인다. 도21A는 열의 팽창과 수축을 조정하는 열교환기의 끝을 확대한 것이다.
열교환기의 컴포넌트에는 핀이 있는 구조(302)가 있는데, 이는 솔리드 구리(CU 15000)에서 기계가공된 것으로 인치 당 12개의 핀(303)이 있다. 워터 플로는 지름 0.33인치의 구멍이 뚫린 축방향 패시지를 통한다. 축방향 패시지에 위치한 플라스틱 터뷸레이터(306)는 패시지에서의 물의 층리(stratification)를 방지하고 패시지 안 표면의 뜨거운 경계 레이어의 형성을 방지한다. 플랙시블 플랜지 유닛(304)은 안쪽 플랜지(304A), 벨로우(304B), 바깥쪽 플랜지(304C)로 구성된 결합체이다. 열교환기 유닛에는 레이저 가스에서 생긴 열 교환기 내의 워터 플로잉을 닫는 세 개의 c-시일(308)이 있다. 벨로우(304B)는 챔버와 관련된 열교환기의 팽창과 수축을 허용한다. 더블 포트 너트(400)는 열교환기 패시지를 표준 5/16인치 위치 엘보우 파이프 피팅에 연결하며 이는 곧 워터 소스에 연결된다. 0-링(402)은 너트(400)와 핀이 있는 구조(302)사이에 시일을 제공한다.
터뷸레이터
바람직한 실시예에서, 터뷸레이터는 네 개의 오프 더 셸프, 긴 인라인 믹싱 엘리먼트로 구성되어 있는데, 이들은 주로 에폭시 컴포넌트를 혼합하는데 사용되며 3M Corporation(Static Mixer, Part No. 06-D1229-00)에서 이용가능하다. 인라인 믹서는 도21과 21A의 306에 나와있다. 인라인 믹서는 물이 주로 피치 거리(0. 3인치)마다 반시계방향으로 바꾸는 나선형의 경로를 따라 흐르게 한다. 터뷸레이터는 열교환기의 성능을 많이 향상시킨다. 출원인이 실시한 테스트에서, 터뷸레이터를 추가하면 유사한 가스 온도 조건을 유지하는 약 5가지 요인에 의해서 요구된 워터 플로를 감소시킨다.
더 나은 냉각수 플로 제어
본원발명의 바람직한 실시예에서, 출원인은 온-오프 솔레노이드 워터 제어 밸브를 챔버 냉각수 서플라이에 부착하였다. 이전 설계에서, 냉각수는 레이저 가스 온도를 탐지하는 빠른 액팅 온도에 근거해 제어되는 비례 밸브로 제어된다. 이러한 비례 밸브는 주로 50과 100 퍼센트 사이의 밸브 조작 범위와 같은 특정 범위내의 플로에서 매우 잘 동작된다. 냉각수 플로 범위 전체를 잘 제어하기 위해 비례 밸브에 디지털 온-오프 플로 제어 밸브를 연속해서 부착한다. 이러한 디지털 밸브는 프로그램될 수 있다.
1초 사이클 같은 특별한 사이클에서 동작하기 위해, 1초 사이클의 소망 프랙션에 대해 밸브를 열고 1초 사이클의 잔여분에 대해 닫는다. 예를 들어, 밸브는 0.2초동안 열리고 0.8초 동안 닫히도록 프로그램될 수 있다. 이러한 디지털 밸브는 New Jersey, Florham Park에 사무실이 있는 Asco Pneumatic & Fluid Power와 같은 공급처에서 이용가능하다. 바람직한 실시예에서, 냉각수 플로는 컴퓨터 프로세서에 의해 제어된다. 프로세서는 냉각 필요 조건을 예상하는 레이저 제어로부터 펄스율 날짜를 이용하는 알고리즘으로 프로그램된다.
증가된 열 제거
듀얼 패스 열교환기
출원인의 고용주의 제품 중 레이저 시스템은 개별적 수냉식 핀 열교환기에서 네 개를 이용한다. 도13에 나와있고 위에서도 설명하였다. 열교환기는 단일 패스 열교환기로서 각각은 단일 블럭 구리로 기계가공된다. 바람직한 실시예에서 도13C의 58B를 보면 성능이 향상되도록 만드는 것이 나와있다. 이 사례에서 이중 플로는 두개의 워터 플로 패시지를 사용하여 제공된다. 차가운 물은 챔버의 각 사이드로부터 두개의 패시지중 하나에서 주입된다. 이것은 열교환기의 열 제거력을 많이 향상시킬 뿐만 아니라, 챔버의 두 사이드 간 온도 변화가 많이 감소되도록 한다.
이상의 설계를 변경한 것은 U-튜브 타입 열교환기를 만드는 한쪽 끝에서 두 패시지를 연결하는 것이다. 이상의 설계에의 비해 이렇게 변경했을 때의 장단점은 당업자가 알 것이다.
단일체 열교환기
출원인의 고용주가 만든 레이저 시스템은 도13에서처럼 네 개의 수냉식 열교환기를 이용한다. 부가적 냉각을 하기 위해, 팬과 애노드 서포트 바에 의해 들어 올려지지 않은 챔버의 바닥부분 전체는 약 70cm의 긴 챔버를 따라 2mm 중심에서 떨어진 핀들로 된 약 0.5mm 두께의 커다란 핀으로 기계가공된다. 8개의 정밀한 홀은 핀을 통해 드릴링되고, 챔버 바닥과 같은 재료의 냉각수 튜브는 챔버를 냉각하기 위해 홀 안에서 온도가 맞춰진다. 위에서 기술된 바와 같이 양쪽에서 물이 주입될 수 있으며, 이는 각 방향으로 가는 플로의 절반이다 .
증가된 레이저 가스 플로 속도
레이저 가스 플로 경로
바람직한 실시예에서, 방전 영역 안으로의 가스 플로와 밖으로의 가스 플로는 종래 기술의 레이저 챔버에 비해 많이 개선되었다. 베인 구조(66)는 20m/s로 팬 블레이드 구조의 하류의 영역(68)에서 가스 속도를 정규화하도록 설계되었다. 도13에서 챔버 상부는 유사한 플로 형태의 표면을 제공하도록 기계가공된다. 그러면 가스 속도는 방전 영역에서 67m/의 설계 속도로 속도를 높인다. 방전 영역 중앙의 4인치 다운스트림에서, 플로 횡단면은 네개의 터닝 베인(52)에 의해 가스가 되돌아오기 전에 20도 각도에서 5/8인치에서 4인치로 증가한다. 이로 인해 방전 영역을 통한 많은 비율의 압력 하락이 회복된다. 도13A(1)의 웨일-본 모양의 전류 리턴(548)은 0.015인치 두께의 니켈 합금(UNS N04400)으로 기계가공된 레이저로 도13A(3)에서 13A(8)의 모양으로 휘어져 23개의 리브가 가스 플로에 대해 최소의 레지스턴스를 보인다. 각각의 리브에는 가스 플로 방향에 평행한 방향의 긴 0.015인치×0.090인치의 횡단면이 있다.
집적 메인 절연체
방전 영역에서 플로 경로를 향상시키기 위해, 본원발명의 바람직한 실시예에서는 하나 이상의 통합된 프리이오나이저가 있는 메인 절연체를 이용하였다. 이는 기본적으로 도4A 60의 프리이오나이저 튜브와 도4A 50에 나오는 이전 버전의 메인 절연체를 결합시킨다. 바람직한 실시예에서 메인 절연체의 횡단면도가 도4C에 나와있다. 메인 절연체는 50A, 그라운드 라드에 대한 슬롯은 60A에 나와있다. 캐소드의 위치는 18A1에 나와있다. 절연체는 고밀도 알루미나로 이루어져 있으며, 이는 California, Newark에 사무실이 있는 LTD Ceramics와 같은 공급체에서 이용가능하다. 이러한 설계는 가스 플로 레지스턴스를 상당히 감소시켜 동일한 블로워 전력으로 플로 속도를 확연히 증가시키도록 한다. 도4D는 이 설계가 도4A, 도13A(1), 도13A(2)의 구성에 비해 플로 경로를 개선했음을 나타내는 캐소드-애노드 구성을 보여준다.
증가된 가스 플로
방전 영역의 폭이 3.5mm에서 유지되었을 때, 반복률이 10,000Hz범위까지 증가하려면 4,000Hz에서 동작하는 현재의 상업용 가스 방전 레이저에 비해 레이저 가스 플로가 상당히 증가해야한다. 펄스간 방전 영역에서 나온 방전 찌꺼기를 제거하기 위해 필요한 가스 플로를 증가시키는 몇몇 기술을 여기에 기술한다.
다운스트림 아킹
주어진 가스 플로 레이트에 대한 종래 기술의 엑시머 챔버에서, 펄스 반복률은 다운스트림 아킹에 의해 제한된다. 방전 전압에 근접하는 전극간의 전압 전위때 이전 펄스의 찌꺼기가 방전 영역 밖에 거의 있지 않으면 다운스크림 아킹이 일어난다. 아크는 찌꺼기의 트레일링 에지에 의한 경로를 따라 캐소드에서 애노드로 확장된다. 다운스트림 아킹은 에너지와 질이 매우 낮은 레이저 펄스를 만든다. 따라서 다운스크림 아킹을 피해야 하며 이는 펄스율을 제한하는 현상이다.
애노드에서의 흡입
애노드의 인접 영역에서 플로를 증가시키기 위한 한가지 바람직한 기술이 도13A(3)에 나와있는데 이는 애노드(542)의 다운스트림 흡입이 즉시 이루어진다는 점을 제외하면 도13A(2)의 설계와 같다. 이 예에서, 슬롯 패시지웨이(544C)는 애노드(542)와 절연체 스페이서(544B)간의 애노드(542) 길이를 따라 애노드 서포트 바(546)를 통해 원통 플리넘(547)까지 공급된다. 도13D에서처럼 플리넘(547)은 파 이프(549)를 챔버 외부에 연결한다.
도 13E의 블로워(550)는 플리넘(547)에서 생긴 레이저 가스를 끌어서 수냉식 열교환기(551)를 통해 챔버 압력 이상의 1 대기 압력에서 플리넘(552)으로 방전시킨다. 플리넘(552)은 전극의 긴 방향에 평행한 챔버 벽 안의 지름 2. 5cm 홀을 뚫어 생긴다. 여덟 개의 주입 노즐(553)을 만들어, 그 위치에서의 일반적인 가스 플로 속도보다 훨씬 큰 속도에서 팬(46A)의 가스 플로 스트림 다운스트림에 플리넘(552)의 고압 가스가 주입된다. 따라서 이러한 엑스트라 플로 루프는 부가적인 가스 냉각을 제공한다. 그러나 최고 장점은 엑스트라 플로 루프가 라미너(laminar) 플로를 제공하고, 또한 방전 찌꺼기의 애노드 다운스트림 영역을 즉시 치워서 그 결과 주어진 일반적 가스 플로 레이트에 비해 다운스트림 아크-프리 반복률이 상당히 증가하게 된다는 것이다. 플리넘(552)과 유사한 캐소드 근처의 플리넘을 생성함으로써 흡입시 캐소드 다운스트림도 이루어진다. 플리넘은 수정된 버전의 메인 절연체(50)나 캐소드(541)와 절연체간에 생성된 캐비티에서 생성될 수 있다. 블로워(550)는 두 플리넘에 흡입을 한다.
도13D와 도13E의 설계는 모터 드라이빙 팬(46A)처럼 밀봉된 회전자가 달린 모터를 필요로 하는 부가적 블로워가 있는 챔버 설계를 상당히 복잡하게 한다. 애노드에서의 흡입이 이루어지게 하는 간단한 방법이 도13F에 나와있다. 이 설계는 출원인이 테스트 했으며, 애노드 다운스트림이 즉시 이루어지는 영역에서의 가스 플로를 상당히 향상시킨다. 그러나 일반적인 가스 플로가 조금 감소하였는데, 이는 애노드 서포트 바(547)를 통해 팬 흡입(555) 부분이 흡입에 이용되었기 때문이다.
본원발명의 바람직한 실시예에서 레이저 가스를 순환시키기 위해 이중 모터에 의해 동작되는 커다란 탄젠셜 팬을 보여준다. 컴포넌트는 도4A, 도13, 도18에 나와 있으며, 도18A에서 67m/sec의 전극간 가스 플로가 생기는데 이는 4,000Hz 펄스간 방전 영역의 17mm의 스페이스을 없앨 수 있다. 10,000Hz에서 제거된 스페이스는 6.7mm 정도이다. 이는 레이저 리소그래피에 이용되는 KrF와 ArF 레이저의 방전 영역 폭인 3-3.5mm의 두배이다.
도4A의 64A에 팬의 횡단면 블레이드 구조가 나와있다. 투시도는 도18A에 있다. 블레이드 구조는 지름이 5인치이고 솔리드 알루미늄 합금 6061-T6으로 만들어졌다. 각 섹션의 개별 블레이드는 방전 영역에서 압력 섭동을 야기하는 블레이드를 최소화하기 위해 도18A에서처럼 인접 섹션에서 조금 오프셋된다. 개별 블레이드는 리딩 에지가 나이프 에지로 가늘어져서 동작되는 동안 블레이드의 앞쪽 에지에서 방전 음향 웨이브의 반사를 감소시킨다.
도18에서와 같이 본 실시예에서는 수냉식 3상 브러시리스 DC 모터 두 개를 이용하는데, 미국특허 제4,959,840호에 기술된 바와 같이 각 모터에는 모터의 고정자 부분을 레이저 가스 환경에서 분리하는 금속성 프레셔 컵을 내포한 자기 회전자가 있다. 본 실시예에서, 프레셔 컵은 니켈 합금 400으로 얇게 둘러싸여 있고, 두께가 0.016인치이며 레이저 가스 베리어 기능을 한다. 두 개의 모터(530과 532)는 동일한 샤프트를 동작시키며, 반대편에서 회전하도록 프로그램되어 있다. 모터 둘 다 센서가 없는 모터이다(즉, 포지션 센서없이 동작된다). 우측 모터(530)을 제어하는 우측 모터 제어기(534)는 시작/중지, 전류 명령, 피드백 등을 동작하는 아날로그와 디지털 신호를 통해 슬레이브 모터 제어기(536)를 제어하는 마스터 제어기 기능을 한다. 레이저 제어기(24A)와의 통신은 RS-232 시리얼 포트를 통해 마스터 제어기(534)에 전해진다.
대형 모터
도18, 18A, 18B의 탄젠셜 팬은 도2와 2A에 나온 기본 팬 테크놀러지로서 1991년에 출원인의 고용주가 특허를 받은 것이다(미국특허 제5,023,884호 참조). 방전 영역의 레이저 가스 속도를 증가시키는 다른 유용한 개선점은 보다 큰 훨씬 강력한 모터 형태의 팬인데 이는 미국특허 출원 제09/748,316으로서, 현재는 미국 특허번호 제 6,477,193에 기술되었으며 본원 명세서에 참조로써 편입되어 있다. 그 모터는 4.5kw급이고, 그 중 두 개의 모터는 위에서 기술한 두 개의 2kw 모터에 비해 드라이브 전력 9kw를 5인치 팬에 공급한다. 이같은 큰 모터는 방전 영역의 가스 속도를 90m/s로 증가시킨다.
더 나은 세라믹 베어링
팬 스피드가 빨라지면 베어링에 스트레스를 준다. 홈이 깊게 패인 질화규소 볼 베어링은 성능이 뛰어나며, 불소가 포함된 엑시머 레이저 챔버의 블로워 팬을 서포트하면서 적절한 수명을 나타낸다. 이러한 베어링 컨스트럭션에는 질화규소 볼 그리고 스냅인 케이지가 있는 레이스웨이가 필요하며, 스냅인 케이지는 주로 PTFE(다른 용어로 테플론)로 만들어지며 동작되는 동안 볼을 각각 분리시킨다.
이 베어링의 실패 모드는 케이지 웨어이다. 따라서, 케이지 웨어를 최소화하는 개선의 결과가 더 오래 지속되는 베어링이다. 케이지의 재료를 기계 속성(마모 레지스턴스를 포함한)과 온도 속성이 더 나은 다른 불소-융화성의 플렉시블 재료로 바꾸는 것도 하나의 개선점이 될 수 있다. 이러한 방식으로 케이지의 기하학적 배열이 유지된다. 한가지 적절한 재료는 PCTFE(다른 용어로 Kel-F이며 PTFE보다 35F 이상 높은 온도에서 부드러워진다)이다. 테스트 결과, 테플론과 비교했을 때 Kel-F의 부식이 상당히 감소하였다.
케이지 재료에 대한 다른 논리적인 선택은 질화규소인데 볼이나 레이스웨이만큼 잘 수행하기 때문이다. 그러나 이를 위해서는 기하학적 변화가 필요한데, 질화규소가 플렉시블하지 않고 PCTFE와는 달리 스냅인이 아니기 때문이다. 도18B에서 이와같은 방법을 보여주는데, 케이지 두 개(540A, 540B)를 구성해서 핀(542)으로 두 개를 함께 고정함으로써 달성된다. 핀은 PTFE나 PCTFE 같은 플렉시블 재료로 만들어졌다. 세라믹 볼은 541에 나와있다. 대체 배열은 케이지가 없는 레이스웨이에서 더 작은 분리된 볼로 실리콘 볼 베어링을 대체하는 것이다. 분리된 볼도 질화규소이다. 이들은 스페이서로서 부하 작용을 하지 않으며 베어링 볼 반대 방향에서 회전한다.
다른 가능성있는 베어링 재료은 지르코니아나 다이아몬드 라이크 코팅(DLC)된 스테인리스 스틸 코팅이며, 이는 New Hampshire, Keen에 사무실을 둔 Timkin 지점, Mineature Precision Bearing에서 이용가능하다. 레이스와 볼 모두 DLC로 코팅되었다. 서브스트레이터도 지르코니아이다. 테스트 결과, F2 대기에서 베어링은 마찰이 아주 낮았으며, 따라서 윤활없이 이러한 베어링을 조작하는 것이 가능할 수 있다.
자기 베어링
자기 베어링은 챔버의 유용한 수명을 제한하는 베어링을 피하고 혹은 더 높은 동작 속도를 내기 위한 바람직한 실시예에 나와있다. 자기 베어링 시스템에 대한 설명은 본원 명세서에 참조로써 편입되어 있는, 미국특허 제6,104,735호에 기술되어 있다.
주입기 순환기
다른 바람직한 실시예에서, 팬과 메인 열교환기 디바이스는 방전 챔버에서 제거되고 가스 플로 순환의 10%-20%의 고압 주입에 의해 가스 순환이 이루어진다. 그러한 배열이 도25에 나와있다. 도25는 기본적으로 70cm의 두 실린더로 구성된 방전 챔버의 횡단면을 보여준다. 외부 실린더(600)는 지름이 약 30cm이고, 내부 실린더(602)는 지름이 약 20cm이다. 전극의 위치는 604와 같으며 컨벤셔널 스페이싱이 약 1.7cm, 길이는 약 50cm이다. 내부 실린더(602)는 노즐 타입 슬릿(606)을 통한 가스 플로의 10 50 20 퍼센트 정도의 배출 플리넘을 제공한다. 이러한 플로의 10-20 퍼센트는 실린더(602) 한쪽 혹은 양쪽 끝에서 가스 펌프(608)로 나가는데, 그 곳에서 수냉식 열교환기(610)를 통해 외부 실린더(600)에 붙어 있는 70cm정도의 길고 평평한 세번째 실린더에서 형성된 주입 플리넘(612)으로 펌프된다. 가스는 플리넘(612)의 한쪽 혹은 양쪽 끝으로 들어가 슬릿 타입의 주입 노즐(614)을 통해 순환하는 가스 플로 경로속으로 주입된다. 두 실린더간의 가스 압력은 3 대기의 평균 압력이고, 가스 펌프(608)는 6,000Hz-10,000Hz 이상의 방전 반복률을 허용하는 전극간의 충분한 플로 속도를 보장하기 위해 충분한 압력 차를 형성하는 크기를 갖는 원심성의 블로워이다. 레이저 가스를 필요로 하는 플로 루프의 모든 부분은 불소 융화성의 재료로 이루어져 있다. 바람직한 실시예에서, 블로워(608)와 브러시리스 DC 모터에 대한 드라이브는 탄젠셜 팬을 조종하기 위해 위에서 기술되고 도18에 나오는 모터(530, 532)와 유사한 밀봉된 회전자를 가진다.
원스 스루 레이저 가스 플로
전극간의 높은 플로 속도를 제공하는 다른 기술은 레이저 가스 플로를 통해 한번 공급하는 것이다. 이러한 실시예에서, 블로워가 레이저 챔버에서 분리될 수 있지만 전극을 통한 모든 플로는 방전 챔버(620)로부터 블로워 유닛(622)로 연결된다. 그러한 시스템이 도26에 나와있다. 열교환기는 분리 유닛이 되거나, 혹은 다른 실시예에서의 블로워에 대한 모터 드라이브가 위에서 기술된 밀봉 회전자를 구비하는 것처럼 블로워 유닛으로서 방전 챔버나 동일한 컨테인먼트 중 하나에 포함될 수 있다. 블로워는 미국특허 제5,471,965호(본원 명세서에 참조로써 편입되어 있다)에서 기술된 바와 같은 수압 터빈 구동 블로워가 될 수도 있다. 이 사례에서, 자기 커플링은 레이저 가스를 포함한 불소로부터 터빈 드라이브를 분리시키는데 이용될 수 있다. 이러한 드라이브에는 고압 전기 수압 유체 펌프가 필요하다. 블로워 유닛과 열교환기는 방전 챔버와 함께 레이저 인클로저에 포함되거나, 분리된 인클로저 혹은 생산 플랜트 내의 별개의 룸에 수용될 수 있다. 이러한 실시예에서 전극 541A와 541B 사이의 약 20mm×50cm 공간의 길이에 맞춰 똑같이 레이저 가스 플로를 분배하기 위해 적절한 덕팅 혹은 베인이 제공된다. 위의 덕트와 베인 뿐만 아니라 블로워(622)와 열교환기도 전극 541A와 541B 간의 방전 영역을 통해 약 90-100m/초까지 가스 플로를 공급하기 위해 잘 알려진 기술을 이용해 설계 되었다. 플로 경로의 모든 부분도 불소 융합성 재료을 이용해 만들어졌다. 블로워(622) 드라이브는 전기 모터가 되거나 미국특허 제5,471,965호의 드라이브처럼 수압 터빈이 될 수 있다.
6,000Hz-10,000Hz의 펄스 전력
빠른 반응에 대한 필요성
본원발명과 일치하도록 레이저 시스템을 조작하려면 6,000Hz-10,000Hz의 반복률(즉, 100 마이크로세컨드 정도의 짧은 인터발)에서 전극간에 공급되는 약 12,000V-30,000V의 제어된 전기적 전위가 필요하다. 배경기술에 나와있듯이, 종래 기술의 펄스 전력 시스템에서 충전 커패시터 뱅크는 소정의 제어 전압에 맞춰 충전되고, 충전 커패시터에 저장된 에너지가 전극 사이의 소망 전위를 만드는 압축-앰플리피케이션 회로를 통해 울리도록 하는 솔리드 스테이트의 스위치를 닫으면 방전된다. 방전을 끝내기 위해 스위치를 닫는 것 사이의 시간은 수 마이크로세컨드(즉, 약 5마이크로세컨드)밖에 되지 않지만, 종래 기술의 시스템에서 C0를 충전할 때에는 시간 인터발이 100마이크로세컨드 보다 더 길었다. 더 큰 전원나 병렬의 몇몇 전원을 이용하면 충전 시간을 줄일 수 있다. 예를 들어, 출원인은 병렬로 된 다중 종래 기술 전원을 이용해 10,000Hz에서 동작할 수 있었다. 전원에 대한 전압을 높여도 충전 시간이 감소된다.
바람직한 실시예에서, 도5와 같이 출원인은 솔리드 스테이트 스위치의 펄스 전력 시스템 다운스트림 부분에 대해서는 도3의 종래 기술과 동일한 기본 설계를 이용하지만, C0를 충전하는데는 근본적으로 다른 기술을 이용한다.
공진 충전
C0를 매우 빨리 충전하기 위해 출원인은 두가지 형태의 공진 충전을 이용하였다. 이러한 시스템은 도6A와 6B에 대한 참조에서 기술된다.
제1 공진 충전기
바람직한 공진 충전기를 보여주는 전기 회로가 도6A에 나와있다. 이 사례에서, 400 또는 460VAC/90 앰프 입력과 1200VDC 앰프 출력을 가진 표준 dc 전원(200)이 사용되었다. 전원은 600 볼트 - 1200 볼트에 맞춰진 dc 전원이다. 전원은 서플라이에 대한 전압 피드백 요구를 제거하는 C-1에 직접적으로 붙어있다. 서플라이가 되면 C-1 커패시터에 대한 일정한 전압이 들어와 조절된다. 시스템의 성능은 C-1에 대한 전압 조절과는 어느 정도 독립적이어서 전원에는 가장 기본적인 제어 루프만 필요하다. 다음으로 서플라이는 C-1의 전압이 세팅 전압 아래로 떨어질 때마다 시스템에 에너지를 부가할 것이다. 이렇게 하면 전원은 레이저 펄스의 시작 사이의 전체 시간 동안(레이저 펄스 동안에도)C-1에서 C0로 옮겨진 에너지를 채우게 된다. 이렇게 하면 종래 기술의 펄스 전력 시스템에 비해 전원 피크 전류 요구가 더 줄어든다. 가장 기본적인 제어 루프를 가진 서플라이를 요구하는 것과 서플라이의 최대량을 시스템의 평균 전력 필요량으로 최소화하는 것을 조합하면 전원을 50%정도 감소시킬 수 있다. 덧붙여, 일정한 전류의 고정된 출력 전원은 여러 소스에서 쉽게 이용가능하기 때문에 이러한 바람직한 설계는 벤더 플렉시빌리티가 있다. 그러한 전원은 Elgar, Universal Voltronics, Kaiser와 EMI 같은 공급처에서 이용가능하다.
제어 보드
본 전원은 1033㎌ 커패시터(202)를 연속해서 제어 보드(204)가 요구한 전압 수준까지 충전한다. 제어 보드(204)는 커패시터(202)에서 커패시터(42)로 에너지를 이동시키기 위해 IGBT 스위치(206)가 열리고 닫히도록 명령을 내린다. 인덕터(208)는 커패시터 202와 42에 맞게 이동 시간을 고정시키고 최대 충전 전류를 제한한다. 이 인덕터의 인덕턴스 값은 CO 커패시터(42)를 매우 빨리(100㎲미만) 충전하기 위해 (4,000Hz 시스템에 사용된 140 마이크로헨리에서) 48 마이크로헨리로 감소된다. 제어 보드(204)는 커패시터(42)의 전압에 비례하는 전압 피드백(212)과 인덕터(208)를 통하는 전류 플로에 비례하는 전류 피드백(214)을 받는다. 이러한 두가지 피드백 신호를 통해 제어 보드(204)는 동시에 IGBT 스위치(206)를 열어야 하는 커패시터(42)의 최종 전압을 실시간으로 계산할 수 있다. 따라서 필요한 충전 전압(210)과 비교하기 위해 제어 보드(204)에 공급된 필요 전압(210)으로 커패시터(42)와 인덕터(208)내에 저장된 에너지에 대한 정확한 계산을 할 수 있다. 이같은 계산을 통해, 제어 보드(204)는 충전 사이클에서 IGBT 스위치(206)를 열기 위한 정확한 시간을 결정한다.
시스템 정확도
IGBT 스위치(206)가 열면 인덕터(208)의 자기 영역에 저장되었던 에너지는 프리-휠링 다이오드 경로(215)를 통해 커패시터(42)로 이동한다. 실시간 에너지 계산의 정확도는 커패시터(42)의 최종 전압을 끊는 요동 디더의 양을 결정한다. 이 시스템의 극단적인 충전률 때문에, ±0.05%의 소망 시스템 조절 니드를 맞추기 위한 디더가 너무 많이 생길 수 있다. 만약 그렇다면, 예를 들어 아래에 나오는 드큉(de-qing) 회로나 블리드-다운 회로와 같은 부가적인 회로가 이용될 수 있다.
제2 공진 충전기
제2 공진 충전기 시스템은 도6B에 나와있다. 이 회로는 도6A의 것과 유사하다. 주된 회로 엘리먼트는 다음과 같다:
I1 - 일정한 DC 전류 출력이 있는 3-페이즈 전원(300)
C-1 - 크기 순서이거나 현존하는 C0 커패시터(42)보다 더 큰 소스 커패시터(302).
Q1, Q2, Q3 - C0의 조절 전압을 충전하고 유지하기 위한 전류 플로를 제어하는 스위치
D1, D2, D3 - 전류 단일 방향 플로를 제공한다.
R1, R2 - 제어 회로에 전압 피드백을 준다.
R3 - 충전보다 작을 때 C0의 전압을 빨리 방전시킨다.
L1 - 전류 플로를 제한하고 충전 이동 타이밍을 설정하는 C-1 커패시터(302)와 C0 커패시터(4-2)간의 공진 인덕터
제어 보드(304) - 회로 피드백 파라미터를 바탕으로 Q1, Q2, Q3가 열리고 닫히게 한다.
조작에 대한 예는 다음과 같다:
도6B와 6A의 회로의 차이점은 Q2 스위치 그리고 드큉 스위치로 알려진 다이오드 D3의 유무이다. 이 스위치는 공진 충전 프로세스 동안 제어 유닛이 인덕터를 줄임으로써 회로의 조절을 향상시킨다. 이러한 "드큉"은 전류 충전 인덕터에 저장된 부가적인 에너지(L1)가 커패시터(C0)로 이동되는 것을 막는다.
레이저 펄스의 요구에 앞서, C-1의 전압이 600-800 볼트까지 충전되고 스위치 Q1-Q3이 열린다. 레어저의 요구가 있으면 Q1이 닫힌다. 이 때 전류가 충전 인덕터(L1)를 통해 C-1에서 C0로 흐른다. 이전 섹션에서 기술한 바와 같이, 제어 보드에서의 계산기는 레이저의 필요 전압 세트 포인트에 비례해서 C0전압과 L1의 전류 플로잉을 평가한다. Q1은 C0 전압과 인덕터(Ll)에 저장된 등가 에너지의 합이 필요 전압과 동일할 때 열린다. 식은 다음과 같다:
Vf = [VCOs 2 + ((L1 * ILIs 2)/C0]0. 5
단, Vf = Q1이 열리고 L1의 전류가 0이 된 후의 C0의 전압
VCOs = Q1이 열렸을 때의 C0의 전압
ILIs = Q1이 열렸을 때 L1을 통하는 전류 플로잉
Q1이 열리면, L1에 저장되었던 에너지가 C0로 D2를 통해 C0의 전압이 필요 전압과 같아질 때까지 이동한다. 이 때 Q2가 닫히고 전류는 C0로의 플로잉을 중단하고 D3을 통하게 된다. "드큉" 회로에 덧붙여, Q3와 R3는 C0 전압을 미세 조절하는 블리드-다운 회로를 형성한다.
블리드-다운 회로(216)의 스위치(Q3)는 인덕터(L1)를 통하는 전류 플로잉이 중지될 때 제어 보드에 의해 닫히도록 요구되고, C0 전압은 소망 제어 전압으로 블리딩 다운될 것이다; 그러면 스위치(Q3)가 열린다. 커패시터(C0)와 레지스터(R3)의 시정수는 전체 충전 사이클의 상당한 양을 차지하지 않으면서 필요 전압에 대한 커패시터(C0)를 블리드 다운하기 위해 아주 빨라야 한다.
그 결과, 공진 충전기는 세 가지 레벨의 조절 제어로 나뉘어진다. 충전 사이클동안 스위치(Q1)가 열리고 에너지가 계산되면 약간 크루드한 조절을 한다. C0 전압이 타겟 값과 비슷한 경우, C0 전압이 타겟 값과 동일하거나 조금 높을 때 공진 충전을 중지하면서 드큉 스위치가 닫힌다. 바람직한 실시예에서, 스위치 Q1과 드큉 스위치는 +/-0.1% 이상의 정확도로 조절에 이용된다. 부가적 조절이 필요하면 전압 조절에 대한 세번째 제어가 이용된다. 이는 정확한 목표값 이하로 C0를 방전하는 블리드-다운 회로의 스위치 Q3과 R3(도6B의 216 참조)이다.
C0 다운스트림 개선
위에서와 같이, 본원발명의 펄스 전력 시스템에 대한 바람직한 실시예(도5)에서는 도3의 종래 기술 시스템에서 사용된 것과 동일한 기본 설계를 이용하였다. 그러나 반복률의 증가로 인한 열 부하에서 6가지 정도의 요인이 증가하여 그러한 기본 설계를 개선할 필요가 있었다.
상세한 커뮤니테이터와 압축 헤드에 대한 설명
커뮤니테이터(40)와 압축 헤드(60)의 주요 컴포넌트가 도3에 나와있으며 시스템의 조작에 관한 사항은 배경기술에서 설명하였다. 여기서는 커뮤니테이터와 압축 헤드의 생산에 관한 상세한 설명을 한다.
솔리드 스테이트 스위치
솔리드 스테이트 스위치(46)는 P/N CM 800 HA-34H IGBT 스위치로서, 이는 Pennsylvania, Youngwood에 사무실을 둔 Powerex, Inc. 에서 제공된 것이다. 바람직한 실시예에서 이 두가지 스위치는 같이 쓰인다.
인덕터
인덕터(48,54,64)는 본원 명세서에 참조로써 편입되어 있는, 미국특허 제5,448,580호와 제5,315,611호에 기술된 종래 시스템에 사용된 것과 유사한 가포화 인덕터이다. 도7은 L0 인덕터(48)의 바람직한 설계를 보여준다. 이 인덕터에서 두개의 IGBT 스위치(46B)에서 나온 네 개의 컨덕터가 16개의 48A부분을 형성하는 페라이트 토로이드(49)를 통해 지나가는데, 48A는 8인치의 속이 빈 실린더로 퍼미어빌리티가 아주 높은 재료로 만들졌으며 1인치의 ID와 1.5인치의 OD가 있다. 그런 다음 네개의 인덕터는 각각 48B 부분을 형성하는 도너츠 모양의 절연 코어 주위에 두번 감긴다. 그 다음 네 개의 인덕터는 플레이트에 연결된 후 고압의 C1 커패시터 뱅크(52)에 연결된다.
가포화 인덕터(54)의 바람직한 모습이 도8에 나와있다. 이 예에서, 인덕터는 단일 턴 지오메트리로 되어 있으며, 어셈블리 위 아래 덮개(541, 542)와 가운데 만드렐(543) 모두 고압에서 다섯개의 인덕터 자기 코어를 통해 단일 턴을 형성한다. 외부 하우징(545)은 그라운드 전위에 있다. 다섯개의 자기 코어는 Pennsylvania, Magnetics of Butler 또는 California, National Arnold of Adelanto에서 제공된 50-50% Ni-Fe 합금의 0.0005" 두께의 와인딩된 가는 고 퍼미어빌리티 테입으로 되어있다. 인덕터 하우징 상의 핀(546)은 내부로 방산된 열을 포싱된 에어 냉각으로 이동시키는 것을 촉진한다. 덧붙여, 세라믹 디스크(도시되지 않음)는 어셈블리의 가운데에서 모듈 새시 베이스 플레이트로 열이 이동하도록 하는 반응 아래 덮개 밑에 장착된다. 도8에는 C1 커패시터 뱅크(52)의 커패시터 중 하나에 대한 고전압 커넥션 그리고 1:25로 된 펄스 변압기(56)의 인덕션 유닛 중 하나에 대한 고전압 리드도 나와있다. 하우징(545)은 유닛(56)의 그라운드 리드에 연결되어 있다.
가포화 인덕터(64)의 윗모습과 각 부분의 모습이 도9A, 9B에 나와있다. 도 9B에서와 같이, 이 실시예의 인덕터의 누설 플럭스를 감소시키기 위해 인덕터에 메탈 피스(301,302,303,304)를 배제하는 플럭스가 추가되었다. 이처럼 피스를 배제하는 플럭스는 자기 플럭스가 통과할 수 있는 지역을 상당히 감소시켜서 인덕터의 포화된 인덕턴스를 최소화하도록 한다. 전류는 자기 코어(307) 주위의 인덕터 어셈블리에 있는 세로로 된 컨덕터 라드를 통해 다섯개의 루프를 만든다. 도9A에서처럼, 전류는 305에서 "1"이라고 붙은 가운데의 큰 지름의 컨덕터 아래로 이동하여 들어가고 또 "1"이라고 붙은 주변의 작은 여섯개 컨덕터 위로 움직인다. 그런 다음 전류는 내부에 "2"라고 붙은 두개의 컨덕터로 내려갔다 외부에 "2"라고 붙은 여섯개의 컨덕터로 올라간 후 내부의 플럭스 익스클루젼 메탈로 내려갔다 외부의 "3"이라 붙은 여섯개의 컨덕터로 올라가고, 내부에 "3"이라 붙은 두개의 컨덕터로 내려갔다 외부에 "4"라고 붙은 여섯개의 컨덕터로 올라간 후 내부에 "4"라고 붙은 컨덕터로 내려간다. 플럭스 익스클루젼 메탈의 컴포넌트는 플럭스 익스클루젼 메탈 부분과 다른 턴의 메탈 라드 사이의 세이프 홀드-오프 스페이싱을 감소시키는 컨덕터 전체의 펄스 전압이 절반에서 유지된다. 자기 코어(307)는 Pennsylvania, Magnetics,Inc. of Butler 또는 California, National Arnold of Adelanto에서 제공된 80-20% Ni-Fe 합금의 0.0005" 두께의 와인딩된 가는 고 퍼미어빌리티 테입으로 만들어진 세개의 코일(307A,B,C)로 되어있다. 독자는 Germany, VACUUM SCHITELZE GmbH에서 이용가능한 VITROPERMTM과 Japan, Hitachi Mekels에서 이용가능한 FINEMETTM같은 나노-크리스탈린 재료가 인덕터(54,64)에 이용될 수 있다는 사실을 기억해야 한다.
종래 기술의 펄스 전력 시스템에서, 전기 컴포넌트에서의 오일 누설이 잠재적 문제점이었다. 바람직한 실시예에서, 오일 절연 컴포넌트는 가포화 인덕터에 한정된다. 더 나아가 도9B의 가포화 인덕터(64)는 모든 시일 커넥션이 오일 누설 가능성을 제거하는 오일 레벨 이상에 위치하는 포트 타입의 오일 함유 하우징에 있다. 예를 들어, 도9B에서처럼 인덕터(64)의 가장 낮은 시일은 308에 있다. 정상 적인 오일 레벨은 하우징(306)의 상부 덮개 아래에 있기 때문에, 하우징이 수직 상태로 유지되는 만큼 오일이 어셈블리 밖으로 누설되는 것은 거의 불가능하다.
커패시터
도5의 커패시터 뱅크(42,52,62,82)(즉, C0, C1, Cp-1, Cp)는 모두 병렬로 연결된 오프 더 셸프 커패시터 뱅크로 이루어져있다. 커패시터 42와 52는 필름 타입의 커패시터로 이는 Statesville, North Carolina 또는 Wima of Germany에 사무실을 둔 Vishay Roederstein 같은 공급처에서 이용가능하다. 출원인이 선호하는 커패시터와 인덕터 연결 방법은 전용 인쇄 회로 보드 상에 양극과 음극으로 그것들을 솔더링하는 것으로, 회로 보드에는 미국특허 제 5,448,580호의 것과 유사한 방식으로 무거운 니켈 코팅된 구리 리드가 있다. 카퍼시터 뱅크 62와 82는 일본의 Murata나 TDK 같은 벤더의 병렬로 된 고압의 커패시터로 이루어져있다. KrF 레이저 사용에 대한 바람직한 실시예에서, 커패시터 뱅크(82)(예를 들어, Cp)는 9.9nF 커패시턴스에 대한 서른 세개의 0.3nF 커패시터 뱅크로 이루어져 있다;Cp-1는 9.6nF의 전체 커패시턴스에 대한 스물 네개의 0.40nF 커패시터 뱅크로 이루어져있다; C1은 5.7uF 커패시터 뱅크이고, C0는 5.3uF 커패시터 뱅크이다.
펄스 변압기
펄스 변압기(56)는 미국특허 제5,448,580호와 제5,313,481호의 펄스 변압기와도 비슷하다; 그러나 바람직한 실시예의 펄스 변압기는 1:24의 등가 스텝업 비에 대하여 단일 1차 턴의 1/24과 등가인 24 인덕션 유닛 및 2차 와인딩에서의 단일 턴만을 갖는다. 펄스 변압기(56)의 도면이 도10에 있다. 각각의 24 인덕터 유닛은 도10의 바닥 경계선을 따라 보여지듯이 인쇄 회로 보드(56B)의 양극과 음극에 볼트로 죄어진 두개의 플랜지(각각 나사산있는 볼트 홀을 가진 평평한 에지가 있는)가 있는 알루미늄 스풀(56A)를 구성한다. (음극 단자는 스물 네개의 1차 와인딩의 고압 단자이다. ) 절연체(56C)는 스풀 각각의 양극과 인접 스풀의 음극을 분리한다. 스풀의 플랜지 사이에는 벽 두께가 약 1/32인치인 0.875 OD가 있는 1 1/16인치 길이의 속이 빈 알루미늄 실린더가 있다. 스풀은 절연된 MetglasTM로 감겨진 OD가 2.24인치가 될 때까지 1인치 넓이의 0.7mil 두께의 MetglasTM 2605 S3A와 0.1mil 두께의 마일라 필름으로 감긴다. 도10A에 1차 와인딩을 형성하는 단일 래핑된 스풀의 사시도가 도시된다.
2차 변압기는 타이트한 피팅 인슐레이팅 튜브인 PTFE(Teflon®) 내에 장착되는 단일 1/4인치 OD 스테인레스 스틸 라드이다. 와인딩은 도10과 같이 네 부분에 있다. 도10의 56D에 나오는 2차 스테인레스강의 저전압단은 56E에서 인쇄 회로 보드(56B)의 1차 HV 리드에 고정되고, 고전압 단말은 56F에 나온다. 그 결과, 변압기는 자동-변압기 형태가 되고, 전압 비율이 1:24 대신에 1:25가 된다. 따라서, 인덕션 유닛의 양극과 음극 단자간 1400 볼트 펄스는 2차측의 단자(56F)에서 -35,000 볼트 펄스를 만들어낸다. 이같은 단일 턴 2차 와인딩 설계는 출력 라이즈 타임을 매우 빠르게 하고 누설 인덕턴스가 매우 낮아진다.
레이저 챔버의 전기적 컴포넌트에 대한 상세한 설명
Cp 커패시터(82)는 챔버 압력관 상부에 위치한 서른 세개의 0.3nf 커패시터 뱅크로 이루어져있다. 전극은 약 28인치 길이이며 약 0.5에서 1.0인치로 분리되어 있다. 바람직한 갭 분리는 KrF에 대해 16.5mm이다. (ArF에 대한 바람직한 분리는 13.5mm이다. ) 바람직한 전극은 아래에 기술되어 있다. 본 실시예에서, 상부 전극은 캐소드이고 하단 전극은 도 5의 그라운드에 연결된 애노드이다. 도5의 인덕턴스 Lp는 출원인에 의해 "헤드 인덕턴스"로 불린다. 이 인덕턴스는 Cp와 방전 영역 캐소드(84)간의 연결 그리고 애노드와 도13A(1) 548의 애노드와 전류 리턴으로 구성된 Cp간의 방전영역과 연결에 의해 만들어진 회로의 인덕턴스이다.
컴포넌트의 워터 냉각
더 큰 열 로드를 수용하기 위해 워터 냉각이 제공되는데, 이는 레이저 캐비넷에 내재한 냉각 팬에 의한 정상적 포싱된 에어 냉각 뿐만 아니라 이러한 높은 전력 모드에서 더 잘 동작되도록 한다.
워터 냉각의 한가지 단점은 전기적 컴포넌트나 고전압 와이어링 주변이 누전 가능성이다. 본 실시예에서는 모듈내의 대부분의 열을 정상적으로 방산하는 컴포넌트들을 냉각시키기 위해 모듈 내에서 회전하는 냉각 터빙의 단일 솔리드 부분을 이용하여 그러한 잠재적인 문제를 상당히 막을 수 있다. 모듈 인클로저 내에 접속이나 연결이 없었고 냉각 터빙이 연속된 솔리드 메탈(예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸 등)이었기 때문에, 모듈 내에서 누전이 일어날 기회가 극히 감소되었다. 따라서 냉각수에 모듈을 연결하는 것은 냉각 터빙이 빠른-분리 형태의 커넥터와 만나는 어셈블리 시트 메탈 인클로저 밖에서 이루어진다.
세부 커뮤테이터에 대한 설명
도4B에 나오는 커뮤테이터 모듈(18K)의 예에서, 도11에서처럼 수냉식 가포화 인덕터(54A)가 나오는데, 이는 도11에 나오듯이 핀(54)이 수냉식 재킷(54A1)으로 대체된 것만 제외하고는 도8의 인덕터(54)와 유사하다. 냉각 라인(54A2)은 재킷(54A1)주위를 감는 모듈내 그리고 IGBT 스위치와 직렬 다이오드가 있는 알루미늄 베이스 플레이트(아래에 설명되는)를 통한다. 이러한 세가지 컴포넌트는 모듈내의 열의 대부분을 없앤다. 열을 없애는 다른 아이템들은(스누버 다이오드 레지스터, 커패시터 등) 모듈 뒤 두개의 팬에 의한 포싱된 에어에 의해서 냉각된다.
재킷(54A1)은 그라운드 전위에서 유지되기 때문에, 냉각 터빙을 리액터 하우징에 직접 붙일 때 전압 격리는 없다. 이는 도54A3과 같이 터빙을 하우징 외부의 도브테일 그루브 컷에 프레스-피팅함으로써 그리고 냉각 터빙과 하우징간의 좋은 열 접촉을 만드는 열 전도 화합물을 사용함으로써 이루어진다.
고전압 컴포넌트의 냉각
IGBT 스위치가 고전압에서 "플로팅하더라도", 이 스위치는 1/16인치의 알루미나 플레이트에 의해 스위치에서 전기적으로 절연된 알루미늄 베이스에 있게된다. 열 싱크 기능을 하고 그라운드 전위에서 동작하며 고전압 격리로 인해 냉각하기가 훨씬 쉬운 알루미늄 베이스 플레이트는 냉각 회로에서 필요하지 않다. 수냉식 알루미늄 베이스 플레이트의 도면이 도7A에 나와있다. 이 예에서, 냉각 터빙은 IGBT가 있는 알루미늄 베이스에서 그루브로 프레스된다. 인덕터(54a)와 같이, 열 전도 화합물은 터빙과 베이스 플레이트간의 포괄적 조인트를 향상시키는데 이용된다.
직렬 다이오드도 정상적으로 동작되는 동안 고전위에서 "플로팅한다". 이 예에서, 설계에 주로 사용된 다이오드 하우징은 고전압 격리를 하지 않는다. 이같은 필요한 격리를 하기 위해, 다이오드 "하키-퍽" 패키지는 열 싱크 어셈블리 내에 클램핑된 후 세라믹 베이스 상부에 놓이며, 그런 다음 수냉식 알루미늄 베이스 플레이트 상부에 놓인다. 세라믹 베이스는 필요한 전기적 격리를 제공할 만큼의 두께이며 필요한 열 임피던스을 더 일으킬만큼의 두께는 아니다. 이같은 특별한 설계에서, 다이오드 정크션과 냉각수간의 열 임피던스를 더 감소시키는 것에 베릴리아같은 많은 다른 색다른 재료이 사용될 수도 있지만 세라믹은 1/16"인치의 알루미나이다.
수냉식 커뮤테이터의 두번째 실시예에서는 IGBT와 다이오드에 대한 섀시 베이스 플레이트에 붙어있는 단일 콜드 플레이트 어셈블리로 이용한다. 단일 피스 니켈 터빙을 두 개의 알루미늄 "상부"와 "하단" 플레이트에 솔더링하여 콜드 플레이트를 만들 수 있다. 위에서 기술된 바와 같이, IGBT와 다이오드는 이전에 언급된 어셈블리 아래의 세라믹 디스크를 이용하여 열을 콜드 플레이트에 이동시키도록 설계된다. 본원발명의 바람직한 실시예에서, 콜드 플레이트 냉각 방법은 공진 충전기의 IGBT와 다이오드를 냉각시키는데에도 사용된다. 열 전도 라드나 열 파이프도 외부 하우징의 열을 섀시 플레이트로 이동시키는데 사용될 수 있다.
압축 헤드의 세부사항에 대한 설명
수냉식 압축 헤드(압축 헤드의 컴포넌트는 도5를 참조하라)는 전기적 설계에서는 종래 기술의 에어-냉각된 버전과 유사하다(가포화 인덕터(64) 설계에같은 형 태의 세라믹 커패시터가 사용되고 유사한 재료이 사용된다). 이 예에서 큰 차이점은 모듈이 고반복률 즉, 더 높은 평균 전력에서 동작되어야 한다는 것이다. 압축 헤드 모듈의 예에서, 열의 대부분은 수정된 가포화 인덕터(64A)에서 방산된다. 모든 하우징은 매우 높은 전압의 짧은 펄스에서 동작되기 때문에 어셈블리를 냉각시키는 것은 간단한 문제가 아니다. 도12, 12A, 12B에 나오는 바와 같이, 이 문제에 대한 해결책은 하우징을 그라운드 전위에서 유도적으로 절연시키는 것이다. 페라이트 자기 코어를 함유한 두 개의 원통 주변의 냉각 터빙을 감아서 이같은 인덕턴스를 한다. 도12, 12A, 12B에 나오는 바와 같이, 입력과 출력 냉각 라인 모두 원통 두개와 페라이트 블럭 두개로 된 페라이트 코어의 원통 주변에 감긴다.
페라이트 피스는 New Jersey, Fairfield의, Ceramic Magnetics, Inc. 에서 제조된 CN-20으로 만들어진다. 단일 피스의 구리 터빙(지름 0.187")은 프레스 피팅되어 인덕터(64A)의 하우징(64A1)주위와 두번째 와인딩 주위에서 하나의 와인딩 형태로 변형된다. 섀시 내에 냉각 터빙 조인트가 없는 압축 헤드 시트 메탈에서 맞추어 늘리기 위해 끝부분에서 길이가 충분히 남겨진다.
인덕터(64A)는 64A2로 표시된 것처럼 수냉식 커뮤테이터의 첫번째 단계 리액터 하우징에 사용된 것과 유사한 도브테일 그루브로 되어있다. 이 하우징은 도브테일 그루브를 제외하고는 이전의 에어-냉각된 버전과 같다. 구리 냉각수 터빙은 하우징과 냉각수 터빙간의 적절한 열 커넥션을 만들기 위해서 이러한 그루브로 프레스 피팅된다. 열 전도 화합물은 열 임피던스를 최소화하기 위해 추가된다.
인덕터(64A)의 전기적 설계는 도9A와 9B의 64에서 조금 바뀐다. 인덕터(64A)는 네개의 테잎 코일(세개 대신)로 구성된 자기 코어(64A3) 주위의 루프 두개(루프 다섯개 대신)만을 제공한다.
출력 전위에서 그라운드로 가는 이러한 수냉식 터빙 컨덕티브 경로 결과, 도5에서처럼 바이어스 전류 회로는 이제 조금 다르다. 이전처럼, 바이어스 전류는 케이블을 통해 압축 헤드로 가는 커뮤테이터에서의 dc-dc 컨버터에 의해 공급된다. 전류는 "양극" 바이어스 인덕터(LB2)를 지나서 Cp-1 전압 노드에 연결된다. 그런 다음 전류는 HV 케이블을 통해(두번째 변압기를 지나 그라운드로 갔다가 다시 dc-dc 컨버터로 간다) 커뮤테이터로 돌아가는 부분으로 분기된다. 다른 부분은 압축 헤드 리액터(Lp-1)(자기 스위치를 가로지르는)를 지나 냉각수 터빙 "음극" 바이어스 인덕터(LB3)로 갔다가 그라운드와 dc-dc 컨버터로 돌아온다. 각각의 레그에서의 레지스턴스 균형을 맞춤으로써 설계자는 충분한 바이어스 전류가 압축 헤드 리액터와 커뮤테이터 변압기 둘다에 유용하도록 할 수 있다
"양극" 바이어스 인덕터(LB2)는 "음극" 바이어스 인덕터(LB3)와 아주 유사하게 만들어진다. 이 예에서, 동일한 페라이트 바와 블럭이 자기 코어로 사용되었다. 그러나, 두 개의 0.125" 플라스틱 스페이서가 자기 회로의 에어 갭을 생성하는데 사용되어서 코어는 dc 전류로 포화되지 않는다. 냉각수 터빙으로 인덕터를 와인딩하는 대신, 그 주변 형상을 18AWG 테프론 와이어가 감긴다.
빠른 커넥션
본 바람직한 실시예에서, 세개의 펄스 전력 전기 모듈은 블라인드 메이트 전기적 연결을 이용하기 때문에 모듈을 레이저 캐비넷내의 각각이 위치에 분할하는 것만으로 레이저 시스템 부분에 대한 모든 전기적 연결이 이루어진다. 이는 AC 분배 모듈, 전원 모듈, 공진 충전기 모듈이다. 각각의 예에서 모듈의 숫 또는 암 플러그는 캐비넷 뒤의 반대성 플러그와 연결된다. 각각의 예에서, 모듈에 있는 약 3인치 엔드 테이퍼 핀 두개는 모듈이 적절한 위치로 가도록 안내하여 전기적 플러그가 정확하게 만난다. AMP Model 번호 194242-1와 같은 블라인드 메이트 커넥터는 Pennsylvania, Harrisburg에 사무실을 둔 AMP, Inc.에서 이용가능하다. 본 실시예에서 커넥터는 460볼트 AC, 400볼트 AC, 1200볼트 DC(전원이 나오고 공진 충전이 들어가는)와 몇몇 신호 전압에 관한 것이다. 이러한 블라인드 메이트 연결은 몇 초 혹은 몇 분내에 서비싱과 리플레이싱 하는 동안 모듈이 제거되도록 한다. 본 실시예에서 블라인드 메이트 연결은 커뮤테이터 모듈에는 이용되지 않는데, 이는 모듈의 출력 전압이 20,000-30,000볼트의 범위에 있기 때문이다. 대신, 주로 고전압의 커넥터가 이용된다.
캐소드에 피딩
(인덕턴스를 증가시키는 기술)
도5와 위에서 설명된 바와 같이, 피킹 커패시터 뱅크 Cp(82)는 33 0.3nF 커패시터 뱅크로 이루어져 있다. 이들은 커패시터 하단에서 그라운드(예를 들어, 챔버 헤드)로, 상부에서 메탈 플레이트(코로나 쉴드라고 부르는)로 연결된다. 코로나 쉴드는 다시 다운-코머스라 불리는 15개의 메탈 라드로 된 캐소드에 연결되고, 단일 피스 메인 절연체를 지나 캐소드(541) 상부에 고정된다(도13A참조). 단일 피스 절연체는 본원 명세서에 참조로써 편입되어 있는, 미국특허 제6,208,674호에 기술되어 있다. 어떤 경우에는 펄스 전력 회로의 고전압 부분에서 인덕턴스가 증가하는 것이 바람직하다. 그러한 증가로 인해 레이저 펄스 지속시간이 증가한다. 출원인은 이러한 인덕턴스를 증가시키는 바람직한 방법은 Cp 커패시터 뱅크의 각각의 커패시터와 다운-코머스 라드를 코로나 플레이트에 연결하면서 짧은(예를 들어, 약 1 ¼인치) 스탠드오프 라드를 주는 것이라고 단정하였다. 이는 회로의 이 부분에서 인덕턴스를 증가시키면서 Cp 와 캐소드 간의 전기적 경로 길이를 상당히 증가시킨다. 인덕턴스에서 증가된 양은 스탠드-오프 라드의 길이에 따라 맞춰진다. 인덕턴스를 증가시키는 다른 기술은 도13A(3)에 나오는 전류 리턴 구조에 있는 전류 리턴 리브 일부 그리고/또는 코로나 쉴드를 캐소드에 연결하는 15개의 다운 코머스 일부를 제거하는 것이다. 캐소드의 각 끝부분에 있는 다운코머스 일부를 제거하면 약 3.5mm의 다른 이점이 생긴다.
방전의 컴포넌트
도13과 13A(1)은 본원발명의 바라직한 실시예에서 이용된 개선된 방전 구성의 세부사항을 보여준다. 이 구성에는 출원인이 블레이드-유전체 전극이라 부르는 전극 구성이 포함된다. 이 설계에서, 애노드(540)는 방전 영역에서의 가스 플로를 증가시키기 위한 애노드의 양쪽에 있는 유전체 스페이서(544)를 지닌 블런트 블레이드 모양의 전극(542)을 구비한다. 스페이서는 방전 영역을 벗어나는 스페이서 각 끝단에서의 스크류가 달린 애노드 서포트 바(546)에 붙어있다. 스크류는 스페이서와 바 사이의 열 팽창 슬리페이지를 허용한다. 애노드는 길이가 26.4인치, 높이가 0.439인치이다. 바닥에서 0.284인치의 폭이다. 상부에서의 폭은 소망 방전폭에 따라 정해진다. 10,000Hz의 실시예에서, 폭은 약 1.0-1.5mm이다. 그것은 중앙의 열팽창과 전극의 열팽창을 다르게 하는 소켓을 통해 스크류가 있는 플로 형태의 애노드 서포트 바(546)에 붙어있다. 애노드는 구리 바탕의 합금인 C36000, C95400, 또는 C19400으로 구성되어 있다. 도13A에 캐소드(541)의 횡단면이 나온다. 바람직한 캐소드 재료는 C36000이다. 이 블레이드 유전체 구성에 관한 부가적인 세부사항은 본원 명세서에 참조로써 편입되어 있는, 미국특허출원 제09/768,753호에 나와있다. 이 구성의 전류 리턴(548)은 전극(542)의 길이를 따라 균등하게 나뉘어진 27개의 리브가 있는 웨일본 모양 부분으로 이루어져 있으며, 횡단면은 도13A(1)에 나와있다. 위에서 설명한 바와 같이, 전류 리턴은 시트 메탈로 만들어지고 웨일본 리브(각각의 횡단면 크기는 약 0.15인치×0.09인치)가 꼬여져서 각 리브의 긴 부분은 전류 플로의 방향내에 있게 된다.
플로를 더 향상시키기 위한 애노드 유전체 스페이서의 다른 설계가 도13A2에 나와있다. 이 예에서, 스페이서는 더 나은 가스 플로 경로를 제공하기 위한 플로 형태의 애노드 서포트 바와 훨씬 완벽하게 어울린다. 출원인은 이를 "패스트 백" 블레이드 유전체 애노드 설계라 부른다.
절연체가 덮인 전극
바람직한 전극 구성이 도13B에 나와있다. 이 예에서, 캐소드(541C)와 애노드(542C) 모두 놋쇠로 이루어져 있다. 전극표면의 전체 혹은 일부는 약125 마이크론의 알루미나 레이어(600과 602)로 덮여있다. 알루미나는 플라즈마 분사법으로 표면에 도포된다. 그런 다음 도13B의 604와 606에 나오는 바와 같이, 알루미나에서 놋쇠 회로 기판으로 아주 큰 홀(604와 606)이 뚫린다. 홀은 캐소드와 애노드 모두에서 지름이 50 마이크론에서 200 마이크론 사이이다. 바람직한 크기는 약 100마이크론이다. 홀은 엑시머 레이저로 뚫릴 수 있다. 출원인은 약 5-10%의 노출 영역에 대해 mm2당 10개의 홀 밀도를 추천했다. 이러한 전극 설계는 전극의 수명을 길게 할 것으로 기대된다. 또한 방전폭에 대한 적절한 제어를 할 수 있게 한다. 방전 표면은 알루미나 커버에 의해 불소 공격으로부터 많이 보호받기 때문에 부식률은 크기 순서에 따라 감소된다. 캐소드 구성은 속이 빈 캐소드를 만들어 스파터된 메탈 이온이 금속불화물을 형성하는 대신 홀 내부의 놋쇠 회로기판과 재결합하기 때문에, 스파터링에 의한 캐소드 부식도 감소된다.
빠른 제어 알고리즘을 가진 아주 빠른 웨이브미터
펄스 에너지, 파장, 대역폭의 제어
집적회로 리소그래피에 사용된 종래 기술의 엑시머 레이저는 레이저 빔 파라미터에 관한 상세한 사양을 필요로 한다. 이는 각 펄스에 대한 펄스 에너지, 대역폭, 중심파장에 대한 측정과 펄스 에너지, 대역폭의 피드백 제어를 필요로 한다. 종래 기술의 디바이스에서, 펄스 에너지에 대한 피드백 제어는 펄스 대 펄스를 바탕으로 이루어졌는데, 즉, 각 펄스의 펄스 에너지는 빨리 측정되어 결과 데이터가 즉시 뒤따르는 펄스 에너지를 제어하는 제어 알고리즘에 이용될 수 있다. 이는 1,000Hz 시스템에서 다음 펄스에 대한 측정과 제어가 1/1000초 미만이어야 함을 의미한다. 4,000Hz 시스템 속도에서는 1,000Hz 시스템보다 네 배 빨라야 하고, 10,000Hz 시스템에서는 10배 빨라야 한다. 중심파장을 제어하고 파장과 대역폭을 측정하는 기술은 미국특허 제5,025,445호, System and Method of Regulating the Wavelength of a Light Beam 그리고 미국특허 제5,978,394호, Wavelength and System for an Eximer Laser에 설명되어 있다. 이 특허들은 본원 명세서에 참조로써 편입되어 있다.
파장과 대역폭은 각 펄스에 대한 펄스 대 펄스를 바탕으로 측정되었으나 파장에 대한 피드백 제어는 약 7밀리초에 일어났는데 이는 중심파장을 제어하는 종래 기술이 몇 밀리초에 일어났기 때문이다. 좀더 빠른 제어가 필요하다.
빔 파라미터의 빠른 측정과 제어에 대한 바람직한 실시예
본원발명의 바람직한 실시예는 4,000Hz-10,000Hz의 범위에서 동작하여 매우 빨리 레이저 빔 파라미터를 측정하고 매우 빨리 펄스 에너지와 중심파장을 제어하는 엑시머 레이저 시스템이다. 이 레이저에 대한 빔 파라미터 측정과 제어는 아래에 설명된다.
본 실시예에 이용된 웨이브미터는 미국특허 제5,978,394호에서 설명된 것과 유사하며, 아래 설명 중 일부는 그 특허에서 발췌했다.
빔 파라미터의 측정
도14는 바람직한 웨이브미터 유닛(120), 절대파장 참조 교정 유닛(190), 웨 이브미터 프로세서(197)의 레이아웃을 보여준다.
이러한 유닛에서의 광학장치는 펄스 에너지, 파장, 대역폭을 측정한다. 이러한 측정은 피드백 회로로 소망 한계 내에서 펄스 에너지와 파장을 유지하는데 이용된다. 장치는 레이저 시스템 제어 프로세서에서의 요구에 대해 어토믹 참조 소스를 참조하여 스스로를 측정한다.
도14에서와 같이, 레이저 출력 빔은 미러(170)를 반사하면서 부분적으로 교차하는데, 빔 에너지인 출력 빔(33)의 약 95.5%가 지나가고 펄스 에너지, 파장, 대역폭 측정값의 약 4.5%의 반사한다.
펄스 에너지
반사된 빔의 약 4%는 미러(171)에 의해 에너지 검출기(172)에 반사되는데, 에너지 검출기는 초당 4,000-1000 펄스률에서 발생하는 개별적인 펄스 에너지를 측정하는 매우 빠른 포도 다이오드(69)로 구성되어 있다. 전형적인 펄스 에너지는 약 7.5mJ이고, 검출기(69)의 출력은 컴퓨터 제어기에 들어가는데, 이 제어기는 개별 펄스의 다양한 에너지와 펄스 버스트의 집적된 에너지를 제한하기 위해, 저장된 펄스 에너지 데이터를 바탕으로 미래의 펄스에 대한 펄스 에너지를 정확히 제어하도록 레이저 충전 전압을 맞추는 특별한 알고리즘을 사용한다.
리니어 포토 다이오드 어레이
리니어 포토 다이오드 어레이(180)의 포토 감지 표면이 도14A에 상세하게 나와있다. 어레이는 1024개의 분리된 포토 다이오드 집적회로와 연합 샘플, 해독방지회로로 구성된 집적회로 칩이다. 포토 다이오드는 전체 길이 25.6mm(약 1인치)에 대해 25마이크로미터 피치에 있다. 각각의 포토 다이오드는 500마이크로미터이다.
이와 같은 포토 다이오드 어레이는 몇몇 회사의 제품을 사용한다. 좋은 공급처는 Hamamatsu이다. 바람직한 실시예에서 우리는 모델 S3903-1024Q를 사용하는데 이는 4,000Hz 혹은 그 이상의 속도에서 전체 1024개의 픽셀 스캔이 읽힐 수 있는 FIFO를 바탕으로 4×106 픽셀/초의 속도에서 읽힐 수 있다. PDA는 2×106 픽셀/초 에서 동작되도록 설계되었지만 출원인은 이것이 더 빨리, 예를 들어 4×106 픽셀/초에서 동작되려면 시간이 초과될 수 있다는 것을 발견했다. 출원인은 4,000Hz 이상의 펄스률에 대해 동일한 PDA를 이용할 수 있지만 픽셀 프랙션(60% 같은)은 각 스캔에서 정상적으로 읽힌다.
빠른 리니어 어레이
펄스 대 펄스로 10,000Hz 동작할 때, 데이터 분석은 파장과 대역폭 계산이 가능하다. 1024 픽셀 어레이상의 픽셀의 약 반은 초 당 5×106 픽셀에서 데이터 판독에 사용된 펄스간 모든 시간의 각각의 펄스에 대해 판독될 수 있다. 한가지 해결책은 네번째 펄스마다 혹은 두번째 펄스마다와 같이 모든 펄스 이하에서 파장과 대역폭을 모니터하는 것이다. 다른 해결책은 웨이브미터 제어를 프로그램한 후 히스토리컬 데이터를 사용하는 어레이에서 프린지 데이터의 위치를 기획하는 예측 알고리즘을 이용해 선택된 픽셀만 읽히도록 하는 것이다. 훨씬 바람직한 해결책은 더 빠른 어레이를 찾는 것이다. 출원인은 초당 10-15×106픽셀 정도의 반응 시간을 제공하는 백-일루미네이티드 CCD 어레이가 사용될 수 있다고 본다. 바람직한 어레이는 Japan, Tokyo에 사무실을 둔 Hamamatsu에서 이용가능한 Model SXXX1002이다.
파장 분석 속도를 높이는 다른 기법은 아래에 기술된 바와 같이 파장을 계산하기 위해 웨이브미터에 위치한 디지털 신호 프로세서를 이용하는 것이다.
거친 파장의 측정
미러(171)를 지나는 빔의 4%는 미러(173)에 의해서 슬릿(177)을 통해 미러(174)와 미러(175)로, 다시 미러(174)로 돌아와 에첼(echelle) 격자(176)로 반사된다. 빔은 초점 길이가 458.4mm인 렌즈(178)에 의해 조준된다. 격자(176)에서 반사된 광은 렌즈(178)를 다시 통과해 다시 미러(174,175)에서 반사되고 다시 미러(174)에서 반사된 후 미러(179)에서 반사되어 도14B 윗부분에 나오는 바와 같이 픽셀 600에서 픽셀 950 사이의 영역에 있는 1024-픽셀 리니어 포토 다이오드 어레이(180)의 왼쪽에서 모아진다(픽셀 0-599는 미세 파장 측정과 대역폭을 위해 예약된다). 포토 다이오드 어레이에 있는 빔의 공간적 포지션는 출력 빔의 상대적이고 정상적인 파장에 대한 거친 측정이다. 예를 들어, 도14B에서 보는 바와 같이 약 193.350pm 범위의 파장에 있는 광은 픽셀 750이나 그 주위에서 모아진다.
거친 파장의 계산
웨이브미터 모듈(120)에서 거친 파장 광학은 포토 다이오드 어레이(180)의 왼쪽에 있는 약 0.25mm×3mm의 직사각형 이미지를 형성한다. 10개 혹은 11개이 일루미네이티드 포토 다이오드는 수신된 조사의 강도에 비례하여 신호를 생성하고(도14C), 신호는 웨이브미터 제어기(197)에 있는 프로세서에 의해 읽혀져 디지털화된다. 이러한 정보와 인터폴레이션 알고리즘 제어기(197)를 이용하여 이미지의 중심 포지션을 계산한다.
이 포지션(픽셀에서 측정된)은 두가지 측정계수를 이용하고 포지션과 파장간의 직선관계를 가정하여 거친 파장으로 전환된다. 아래에 설명된 바와 같이, 이러한 측정계수는 어토믹 파장 참조 소스를 참조해 결정된다. 예를 들어, 이미지 포지션과 파장간의 관계는 다음과 같은 알고리즘일 수 있다.
λ=(2.3pm / pixel)P + 191,625pm
단, P = 거친 이미지 중심 포지션
대안으로, "+()P2와 같은 2차수의 항을 부가함으로써 부가 정밀도가 부가될 수 있다.
파인 파장의 측정
도14에서와 같이 미러(173)를 통과하는 빔의 95%는 미러(182)에서 반사되어 렌즈(183)를 통해 입력에서 디퓨저("향상된 에탈론"이라는 제목의 다음 섹션에서 설명되는 것으로 디프렉션 디퓨저이다)위로 간 후 에탈론 어셈블리(184)로 간다. 에탈론(184)에 있는 빔은 에탈론 어셈블리 내의 458.4mm 초점길이 렌즈에서 모아져, 도14에서처럼 2개 미러에서 반사된 후 리니어 포토 디아오드 어레이(180) 가운데와 오른쪽에서 인터퍼런스 프린지를 생성한다.
스펙트로미터는 실시간으로 파장과 대역폭을 측정해야 한다. 레이저 반복률이 4,000Hz-6,000Hz일 것이므로, 작고 경제적인 프로세싱 일렉트로닉스로 소망 서능을 얻기 위해 정확하지만 계산이 복잡하지 않은 알고리즘을 이용할 필요가 있다. 따라서 알고리즘 계산시에는 플로팅 포인트 매스에 반대되는 정수를 사용해야하고, 수학적 조작은 효과적인 계산(스퀘어 루트, 사인, 로그 등은 사용하지 않는)이어야 한다.
본 실시예에서 사용된 바람직한 알고리즘의 세부 사항에 대해 설명할 것이다. 도14D는 리니어 포토 다이오드 어레이(180)가 측정한 에탈론 프린지를 나타내는 피크가 5개인 곡선 그래프이다. 가운데 피크는 나머지보다 높이가 낮게 그려졌다. 에탈론에 들어가는 광의 파장이 다르기 때문에, 가운데 피크는 올라갔다 내려갔다 0이 되기도 한다. 이러한 이유로 가운데 피크는 파장측정에 적합하지 않게 된다. 나머지 피크는 파장의 변화에 반응하며 가운데 피크로 혹은 멀리 떨어지며, 따라서 이러한 피크의 위치는 파장을 결정하는데 이용되며, 그 폭은 레이저의 대역폭을 측정한다. 데이터 윈도우라 이름붙은 두 영역이 도14D에 나온다. 데이터 윈도우는 가운데 피크에 가장 가까운 프린지가 분석에 정상적으로 이용되도록 한다. 그러나, 프린지가 가운데 피크에 너무 가깝게 이동하도록 파장이 변하면(이는 왜곡과 에러를 야기한다), 첫번째 피크는 윈도우 외부에 있지만, 두번째로 가까운 피크는 윈도우 안에 있게 되어, 소프트웨어는 제어 모듈(197)내의 프로세서가 두번째 피크를 이용하도록 만든다. 반대로 말하면, 데이터 윈도우 외부의 전류 피크가 가운데 피크에서 멀어지도록 파장이 이동하면 소프트웨어는 데이터 윈도우 내의 안쪽 프린지내로 뛰어오른다. 데이터 윈도우는 도14B에도 나온다.
스펙트럼 값에 대한 빠른 계산
4,000Hz-10,000Hz 범위의 반복률에서 각 펄스의 대역폭을 아주 빨리 계산하기 위해, 바람직한 실시예에서는 도15에 나오는 하드웨어를 이용한다. 하드웨어에는 마이크로프로세서(400), Arizona, Phoenix에 사무실을 둔 Motorola에서 공급된 Model MPC 823; 프로그램 가능한 로직 디바이스(402), California, San Jose에 사무실을 둔 Altera에서 공급된 Model EP 6016QC240; 이그제큐티브와 데이터 메모리 뱅크(404); 테이블 형식으로 포토다이오드 어레이를 일시적으로 저장하는 특별히 아주 빠른 RAM(460); 메모리 버퍼로 동작하는 세번째 4 X 1024픽셀 RAM 메모리 뱅크(408); 아날로그-디지털 컨버터(410)가 포함된다.
미국특허 제5,025,446호와 미국특허 제5,978,394호에서 설명된 바와 같이, 종래 기술의 디바이스는 가운데 라인의 파장과 대역폭을 결정하기 위해 에탈론(184)과 포토다이오드 어레이(180)에 의해 생성된 간섭 프린지를 나타내는 다량의 PDA 데이터 픽셀 강도 데이터를 분석하는데 필요하다. 파장과 대역폭을 계산하기 위한 에탈론 프린지를 찾아서 설명하기 위해서는 약 400픽셀 강도값을 분석해야 하기 때문에, 이는 컴퓨터 프로세서를 이용하더라도 상대적으로 시간을 소비하는 과정이다. 본원발명의 바람직한 실시예에서는 파장 정보를 계산하는 프로세서와 동시에 동작하는 중요한 프린지를 찾는 프로세서를 이용하여 이러한 과정의 속도를 많이 올린다.
기본적인 기술은 프로그래밍가능한 로직 디바이스(402)를 이용하여, 픽셀 데 이터가 생기는 것처럼 PDA 픽셀 데이터로부터 프린지 데이터 테이블을 지속적으로 만드는 것이다. 로직 디바이스(402)는 중요한 프린지 데이터를 나타내는 프린지 데이터 세트를 보여주기도 한다. 그런 뒤 중심파장과 대역폭을 계산할 필요가 있을 때, 마이크로프로세서는 확인된 중요한 픽셀에서의 데이터를 취하기만 하여 중심파장과 대역폭에 대한 필요한 값을 계산한다. 이러한 과정은 10가지 정도의 요인에 의해 마이크로프로세서의 계산 시간을 감소시킨다.
중심파장과 대역폭을 계산하는 과정에서의 구체적인 단계는 다음과 같다:
1) 2. 5MHz에서 동작하도록 맞춰진 PDA(180)로, 프로세서(400)는 PDA(180)가 4,000Hz 스캔률에서 픽셀 1-600까지의 데이터를 수집하고 100Hz에서 픽셀 1-1028까지 읽도록 지시한다.
2) PDA(180)에 의해 생성된 아날로그 픽셀 강도의 데이터가 아날로그-디지털 컨버터(410)에 의해 아날로그 강도값에서 디지털 8비트 값(0-255)으로 전환되며, 디지털 데이터는 포토다이오드 어레이(180)의 각 픽셀에서의 강도를 나타내는 8비트 값으로 RAM 버퍼(408)에 일시적으로 저장된다.
3) 프로그램가능한 로직 디바이스(402)가 프린지를 계속하여 실시간으로 찾는 RAM 버퍼(408)의 지나가는 데이터를 분석하고, RAM 메모리(406)에 모든 데이터를 저장하며, 각 펄스에 대한 모든 프린지를 식별하고, 각 펄스에 대한 프린지 테이블을 만들어 RAM(406)에 테이블로 저장하며, 각 펄스에 대한 가장 좋은 두개의 프린지 세트를 더 분석한다. 로직 디바이스(402)에 사용된 기술은 다음과 같다:
A) PLD(402)는 최소한의 픽셀 강도값을 유지하는 동안 강도 임계값을 넘는지 를 판단하기 위해 버퍼(408)를 지나는 각 픽셀 값을 분석한다. 임계값을 넘어가면 이는 프린지 피크가 다가오고 있음을 나타낸다. PLD는 "상승 에지" 픽셀 수인 임계값을 넘는 첫번째 픽셀을 나타내고, "상승 에지" 픽셀을 앞서는 픽셀의 최소 픽셀값을 저장한다. 이러한 픽셀의 강도값은 프린지의 "최소값"으로 나타난다.
B) 그런 다음 PLD(402)는 프린지의 피크를 찾기 위해 픽셀 강도값을 모니터한다. 이는 강도가 임계값 강도 아래로 떨어질 때까지 가장 높은 강도값을 유지함으로써 이루어진다.
C) 임계값 아래의 값을 가진 픽셀이 발견되면, PLD는 하강 에지 픽셀 수로 이를 나타내고 최대값을 저장한다. 그런 다음 PLD는 하강 에지 픽셀 수에서 상승 에지 픽셀 수를 빼서 프린지의 "폭"을 계산한다.
D)상승 에지 픽셀 수의 네개 값, 최대의 프린지 강도, 최소의 프린지 강도, 프린지 폭은 RAM 메모리 뱅크(406)의 프린지 부분 원형 테이블에 저장된다. 대부분의 펄스가 두 개의 윈도우에서 2-5 프린지만 생성하지만 15 프린지까지 나타내는 데이터는 각 펄스에 대해 저장될 수 있다.
E) PLD(402)는 각 펄스에 대한 "가장 좋은" 두개의 프린지를 나타내도록 프로그램될 수도 있다. 이는 0-199의 윈도우내의 최종 프린지와 400-599 윈도우내의 첫번째 프린지를 나타냄으로써 이루어진다.
펄스 이후에 (1) 픽셀 데이터를 모으고, (2) 펄스에 대한 프린지의 원형 테이블을 형성하는데 필요한 전체 시간은 200 마이크로 세컨드 미만이다. 프린지 데이터가 읽혀지고 디지털화되어 저장될 때 프린지를 찾게 되면 시간이 많이 줄어들 게 된다. 두 개의 가장 좋은 프린지가 특정 펄스에 대해 나타날 때, 마이크로프로세서(400)는 RAM 메모리 뱅크(406)로부터 두개의 프린지 영역에 있는 원시 픽셀 데이터를 보호하고 그 데이터에서 대역폭과 중심파장을 계산한다. 계산 시간을 더 단축하기 위해, 마이크로프로세서(400)는 Motorola와 Texas Instruments에서 만들어진 타입(Motorola chip DPS56303)의 빠른 디지털 신호 프로세서(DSP라 불리는)로 대체될 수 있다. DSP는 웨이브미터에 위치하여, 웨이브미터에서 레이저 메인 제어로 이동된 데이터만 빔 제어에 필요한 최종 값이 된다. 이렇게 하면 계산시간이 100 마이크로세컨드 미만으로 감소된다. 계산은 다음과 같다:
에탈론 프린지의 전형적인 모습이 도14D에 나와있다. 종래의 PLD(402)를 바탕으로, 최소 180 픽셀의 프린지와 최대 450 픽셀의 프린지는 마이크로프로세서(400)에 나타난다. 이같은 두 개의 값 주변의 픽셀 데이터는 마이크로프로세서(400)가 프린지의 모양과 위치를 밝힘으로써 분석된다. 이는 다음과 같이 이루어진다:
A) 최대 프린지에서 최소 프린지를 빼고 차이값을 2로 나눈 뒤 그 결과값을 프린지 최소값에 더하면 절반의 최대값이 결정된다. 두 프린지의 상승 에지와 하강 에지에 대해 두 픽셀은 절반의 최대 값 이상에 가장 가까운 값과 그 이하에 가장 가까운 값을 갖는다. 그런 뒤 마이크로프로세서는 정밀도 1/32 픽셀의 도18B에서와 같이 D1과 D2의 끝점을 정의하기 위해 각 예에서 두 픽셀값 사이를 추정한다(extrapolate). 이러한 값에서 원형 프린지의 내부 직경(D1)과 외부 직경(D2)이 결정된다.
파인 파장의 계산
파인 파장 계산은 거친 파장 측정값과 D1,D2의 측정값을 사용하여 이루어진다. 파장에 대한 기본 등식은 다음과 같다:
λ=(2*n*d/m) cos(R/f) (1)
단,
λ는 피코미터에서 파장
n은 에탈론의 내부 굴절률, 약 1.0003
d는 에탈론 스페이싱, KrF 레이저에 대해 약 1542um 그리고 ArF 레이저에 대해 약 934um, +/-1um의 오차범위
m은 프린지 피크, 약 12440에서의 파장을 나타내는 인테그랄 넘버, 오더
R은 프린지 반지름, 130-280 PDA 픽셀, 픽셀은 25 마이크론이다.
f는 렌즈에서 PDA 면까지의 초점거리
코사인 항을 확장하고 무시할만큼 작은량인 고차수항을 버리면
λ=(2*n*d/m) [1-(1/2)(R/f)2] (2)
직경 D=2*R 항으로 등식을 다시 쓰면
λ=(2*n*d/m) [1-(1/8)(D/f)2] (3)
웨이브미터의 최우선 과제는 D에서 λ를 계산하는 것이다. 이를 위해서는 f,n,d,m을 알아야 한다. n과 d는 둘다 에탈론에 내재하기 때문에, 이를 ND라 부르는 단일 교정 정수로 결합시킨다. 우리는 f가 D 유닛을 순수비에 매칭하는 픽셀 유닛을 지닌 FD라는 이름의 또다른 교정 정수라고 간주한다. 정수 오더 m은 우리가 선택한 파장과 프린지 쌍에 따라 달라진다. m은 거친 프린지 파장을 이용해 결정되며 이는 목적에 적합하다.
이 등식의 좋은 점은 모든 큰 수가 양의 값이라는 점이다. WCM의 마이크로제어기는 32비트의 정밀도가 유지되는 동안 이것을 계산할 수 있다. 우리는 FRAC라는 괄호로 된 용어를 참조한다.
FRAC=[1-(1/8)(D/FD)2] (4)
내부적으로 FRAC는 가장 중요한 비트의 좌측으로의 라딕스 포인트를 갖는 언사인드 32 비트값으로 표현된다. FRAC는 항상 하나 이하이기 때문에 거기서 최대의 정밀도를 얻는다. FRAC의 범위는 {560-260}픽셀의 D 범위에 대해 [1-120E-6]에서 [1-25E-6]이다.
ND 교정이 들어가면 웨이브미터는 펨토미터 (fm) =10^-15 미터 = 0.001pm의 내적 파장 유닛으로써 2ND = 2*ND라 불리는 내적 언사인드 64비트를 계산한다. 우리는 파장 λ를 파인 파장에 대한 FWL로 나타내며 fm 유닛으로도 나타낸다. 이러한 용어의 변수로 등식을 고치면 다음과 같다:
FWL=FRAC*2ND/m (5)
산술은 fm에서 FWL을 산출하는 FRAC에서의 라딕스 포인트 시프트를 처리한다. 등식을 서플링하고 알려진 거친 파장(CWL)에 플러깅함으로써 fm 유닛으로 m을 구한다.
m=nearest integer(FRAC*2ND/CWL) (6)
거친 파장에 대한 가장 미세한 파장에 도달할 때가지 구스킴에서 FSR을 더하거나 빼는 것에 등가인 가장 가까운 정수를 취한다. 등식(4), 그 다음에 등식(6), 그 다음에 등식(5)를 풀어서 파장을 계산한다. WL은 내부, 외부 다이아미터와는 별도로 계산한다. 평균은 라인 중심파장이고 차이는 라인폭이다.
대역폭의 계산
레이저의 대역폭은 (λ2-λ1)/2로 계산된다. 실제의 레이저 대역폭에 더해 에탈론 피크의 원래 폭을 설명하는데는 고정된 수정 요인이 이용된다. 수학적으로, 디컨벌루션 알고리즘은 측정된 폭에서 에탈론 원래의 폭을 제거하는 형식이지만, 이는 너무 강도높은 계산이어서, 고정된 수정 요인 Δλε를 빼게 되며, 계산이 더 정확해 진다. 따라서 대역폭은 다음과 같다:
Δλ=[(D2-D1)/2]- Δλε
Δλε는 에탈론 사양과 실제 레이저 대역폭 모두에 따라 달라진다. 출원인이 여기서 기술에 바에 따르면, 이는 주로 0.1-1pm의 범위에 놓이게 된다.
더 나은 대역폭의 측정
이전 섹션에서 결정된 대역폭의 값 Δλ는 FWHM 대역폭이라 불리는 것을 나타낸다. 이는 최고 강도의 절반에서 레이저 빔 스펙트럼(예를 들어, 파장의 함수로서의 강도)의 폭을 나타낸다. 이것은 일반적으로 대역폭 값이며 집적회로 리소그래피에 사용된 레이저에 관해 모니터된다. 스펙트럼의 정확한 모양이 알려졌다 면(예를 들어, 가우시안으로 알려졌다면) 이러한 FWHM 값은 풀 스펙트럼 레이저 빔(예를 들어, 빔 내의 모든 파장에서 레이저 빔의 강도)을 결정하는데 이용될 수 있다. 그러나, 일반적으로 스펙트럼의 정확한 모양이 알려지지 않았기 때문에, 레이저 스펙트럼을 나타내는데 FWHM 값을 이용하는것에는 약간의 불확실성이 있다.
레이저 빔 스펙트럼을 모니터하는 다른 접근법은 95 퍼센트 인테그랄(I-95라 불리는)이라 불리는 것을 측정하는 것이다. 그러나 이것 또한 불확실한데, 측정도구의 노이즈로 인해 스펙트럼의 "윙"에서 낮은 강도값을 정확히 측정하기 어렵기 때문이다. 또한 I95를 잘 측정하기 위해서는 휘트니스가 아주 높은 에탈론이 필요하다. 휘트니스가 아주 높은 에탈론은 대부분 라인 레이저를 생성할 만큼 강하지 않다.
바람직한 대안적인 기술에서는 아주 빠른 다이렉터(dilector)와 프로세서, 위에서 기술한 저장 빈을 잘 이용한다. 이러한 기술은 많은 양의 데이터를 수집, 분석하고 레이저가 버스트 모드 예를 들어, 0.2초의 가동휴지시간에 의해 분리된 버스트가 있는 0.2초 동안 2000 펄스의 버스트,에서 동작된다고 가정한다. PDA(402) 같은 로직 디바이스는 버스트 동안 저장 디바이스(404)에서 각 버스트 내의 펄스에 대한 모든 프린지 데이터를 저장한다. 버스트가 끝난 후(0. 2초 가동휴지시간 동안) 곧바로 프로세서(400)는 각 펄스에 대한 스펙트럼을 계산하고 하나 혹은 그 이상의 스펙트럼 값을 계산한다(예를 들어, 11개의 평균값, 예를 들어, 펄스의 10퍼센트에서 첫번째, 두번째의 평균; 전체 평균 스펙트럼을 더한다). 스펙트럼을 계산하는 알고리즘은 스펙트럼의 윙에서 특히 여러 노이즈 소스를 수정해야 하고, 또한 인접한 프린지에서 강도를 빼야한다. 스펙트럼은 파장의 함수같은 정수로 정의되거나, 10%I, 20%I. . . 90%I 같은 정수의 나열로 정의되며, 혹은 프로세서는 데이터로부터 FWHM과 95%I같은 좀 더 친숙한 스펙트럼 값을 계산하고 보고하도록 프로그램 될 수 있다. 프로세서는 각 버스트에 대한 평균값을 계산하여 보고하고 그리고/혹은 저장하며, 버스트동안 선택된 윈도우 사이즈에 대한 평균값을 정기적으로 보고하도록 프로그램될 수 있다.
강화된 조사
4,000Hz-10,000Hz로 반복률이 증가함에 따라, 웨이브미터의 광학 컴포넌트는 증가된 자외선 방사에 더 많이 노출된다. 이러한 잠재적 문제점을 해결하기 위해, 출원인은 28가지의 요인에 의해 펄스 당 노출을 감소시키는 웨이브미터를 개선하였다. 이러한 개선점에 대한 상세한 설명은 2002년 6월 14일 출원신청한 "Gas Discharge Ultraviolet Waveleter with Enhanced Illumination"라는 제목의 미국특허 출원에 기술되어있으며, 이것은 본원 명세서에 참조로써 편입되어 있다. 도14I는 강화된 조사을 가진 수정된 파장의 도이다. 가장 중요한 새로운 속성은 디프랙티브 디퓨저(181D)와 축소 망원경이며, 축소 망원경은 렌즈(181A, 181C)에 의해 형성되며, 빔을 단면으로 축소시켜서 빔 스플리터(170)의 양쪽에서 반사되어 생성된 두개의 분리된 샘플 빔이 디프랙티브 디퓨저(181D)의 바깥 표면에 닿도록 한다. 렌즈(181E)는 디프랙티브 디퓨저의 바깥 표면을 컨벤셔널 디퓨저(181G)위에 이미징하고, 두번 디퓨징된 빔을 모으는 작은 프랙션만 슬릿(181H)에 의해 선택된 후 에탈론(184)에 의해 스펙트럼 프린지로 전환되고 다시 렌즈(181L)에 의해 포토다이오 드 어레이(180)에 이미징된다. 빔 스플리터(181F)는 렌즈(181E)에서 디퓨징된 빔을 두 부분으로 나누는데, 첫번째 부분은 위에서 설명된 에탈론(184)을 이미징하고 두번째 부분은 디퓨저(181R)에 의해 디퓨징되며 이렇게 두번 디퓨징된 빔은 베이퍼 셀(198)에 있는 금속 베이퍼(백금 ArF와 철 KrF)의 웨이브미터를 교정하는 교정 빔으로 이용된다.
펄스 에너지와 파장의 피드백 제어
위에서 기술된 바와 같이 각 펄스의 펄스 에너지 측정을 바탕으로, 이후의 펄스에 대한 펄스 에너지는 소망 펄스 에너지 그리고 지정된 수의 펄스에 대한 소망의 전체 인터그레이티드 선량을 유지하도록 제어되며, 이는 본원 명세서에 참조로써 편입되어 있는, 미국특허 제6,005,879호, Pulse Energy Control for Eximer Laser에서 설명되어 있다.
레이저의 파장은 파장의 측정값과 종래 기술에서 알려진 기술을 이용하여 피드백 배열로 제어될 수 있으며, 종래 기술의 기술은 본원 명세서에 참조로써 편입되어 있는, 미국특허 제5,978,394호, Wavelength System for an Eximer Laser에서 설명되어 있다. 출원인은 최근 파장 퓨닝에 관한 기술을 개발했는데, 이는 퓨닝 미러가 아주 빠르게 움직이도록 압전 드라이버를 이용하는 것이다. 이 기술의 일부는 2000년 6월 30일 출원신청한 미국특허 제608,543호, Bandwidth Control Technique for a Laser에 설명되어 있으며 이는 본원 명세서에 참조로써 편입되어 있다. 도16A와 16B는 그 출원에 발췌했으며, 이 기술의 주된 엘리먼트를 보여준다. 압전 스택은 아주 빠른 미러 조정에 사용되며, 레버암를 동작하는 종래 기술 의 스테퍼 모터에 의해 아주 느린 조정이 이루어진다. 압전 스택은 레버암의 받침대 위치를 조정한다.
PZT 스테퍼 모터 구동 튜닝 미러 조합된 신규 LNP
압전 드라이브의 상세한 설계
도16은 출력 레이저 빔의 파장과 펄스 에너지를 제어하는데 중요한 레이저 시스템의 속성을 보여주는 블럭 디아그램이다. 세개의 프리즘 빔 익스팬더를 가진 라인 협대역화 모듈(15K), 튜닝 미러(14), 격자가 나와있다. 웨이브미터(104)는 출력 빔 파장을 모니터링하고, 아래에 기술되는 스테퍼 모터와 PZT 스택의 동작에 의한 튜닝 미러의 위치를 제어하는 LNP 프로세서(106)에 피드백 신호를 제공한다. 동작 파장은 레이저 제어기(102)에 의해 선택될 수 있다. 펄스 에너지는 아래에서 기술되는 피드백 배열에서의 펄스 에너지를 제어하는 제어기(102)에 의해 이용된 신호를 제공하는 웨이브미터(104)로도 측정된다. 도16A는 PZT 스택(80), 스테퍼 모터(82), 미러(14), 미러 마운트(86)를 보여주는 블럭 디아그램이다.
도16B1은 본원발명의 바람직한 실시예의 상세한 속성들을 보여주는 도이다. 스테퍼 모터에 의해 미터(14)의 위치가 26. 5에서 1 레버암(84)으로 많이 변하였다. 이 예에서, 압전 드라이브(80) 끝에 있는 다이아몬드 패드(81)는 레버암(84)의 받침대에서 둥근 툴링 볼과 접해있다. 85에 나와 있듯이, 레버암(84)의 상부과 미러 마운트(86)가 접하는 부분에는 레버암 위의 원형의 은못 핀 그리고 미러 마운트 위의 네개의 원형 볼 베어링(그 중 두개만 보인다)이 있다. 압전 드라이브(80)는 압전 마운트(80A)가 있는 LNP 프레임 위에 있고, 스테퍼 모터는 스테퍼 모터 마 운트(82A)가 있는 프레임에 놓여 있다. 미러(14)는 세개의 알루미늄 원을 이용하는 세개의 포인트 마운트가 있는 미러 마운트(86)에 놓여 있는데, 세 개중 하나만 도16B1에 나와있다. 세개의 스프링(14A)은 원에 미러를 고정할 수 있도록 하는 집약적인 힘을 제공한다.
도16B2는 도16B1의 것과는 조금 다른 바람직한 실시예이다. 본 실시예에는 LNP 내부 환경에서 압전 드라이브를 분리시키는 벨로우(87)가 포함된다. 이러한 분리는 압전 엘리먼트에 대한 UV 손상을 막고 외부 가스에 의한 오염을 피하게 한다. 또한 LNP 시일링이 많이 향상된 대안적인 LNP 설계에 관해서는 도19D와 아래 글을 참조하라.
LNP 퍼지 기술
라인 협대역화 패키지을 퍼징하는 것은 알려져있다; 그러나 종래 기술에서는 격자 페이스의 플로잉에서 퍼지 플로를 유지하도록 지시하기 때문에, 퍼지 플로는 주로 격자 페이스의 뒷쪽 같은 곳에 위치한 포트를 통해 제공된다. 그러나 출원인은 반복률이 아주 높을 때 뜨거운 가스(질소)의 레이어가 격자 페이스에서 파장의 왜곡을 발전시킨다는 사실을 발견하였다. 이러한 왜곡은 위에서 논의된 적극적인 파장 제어를 통해 최소한 부분적으로도 수정될 수 있다. 다른 접근법은 도17에서처럼 격자면을 퍼징하는 것이다. 도17에서 10-인치 길이의 3/8인치 다이아미터의 퍼지 튜브(61) 상부에 있는 작은 홀(1/4인치 스페이싱으로 1mm)이 퍼지 플로를 제공한다. 다음 부분에서 설명되는 바와 같이, 퍼지 가스는 순수 질소 서플라이에서 질소가 될 수 있다. 또한, 바람직한 실시예에서 LNP는 아래에서 설명되는 헬륨으로 퍼징된다. 다른 기술들은 도17A,17B,17C에 나와있다.
파장과 대역폭을 제어하는데 유용한 특별한 기술은 다음과 같은 특허 출원에 기술되어 있으며 이는 본원 명세서에 참조로써 편입되어 있다. "Laser Wavelength Control With Piezoelectric Driver"라는 제목으로 2001년 2월 27일 제출한 미국 09/794,782, "Laser Wavelength Control With Piezoelectric Driver"라는 제목으로 2001년 12월 21일 제출한 미국 10/027,210, "Laser Spectral Engineering For Lithographic Process"라는 제목으로 2001년 12월 21일 제출한 미국 제10/036,925호.
LNP 압력 변화에 관한 보상
반복률이 아주 높고 버스트 모드에서 동작될 때, LNP는 웨이퍼 조사 기간 동안 상당히 가열되기 쉽고 다른 기간 동안에는 거의 가열되지 않는다. 이는 LNP 퍼지 가스의 압력 변화를 일으켜 파장에 영향을 줄 수 있다.
출원인은 10토르의 압력이 변할 때 마다 약 1pm의 파장이 변한다고 보았다. 파장의 변화량은 위에서 기술된 파장 피드백 제어에 의해 레이저가 동작되는 동안 아주 빨리 수정된다. 그러나, 레이저가 동작되지 않으면 피드백은 없으며, 그 기간동안 파장이 아주 빨리 변하면 즉시 고반복률의 동작이 뒤따른다.
이러한 문제점에 대한 바람직한 해결책은 압력을 모니터링하고 동작하지 않는 동안 압력 변화를 수정하는 퍼지 가스로 LNP에 조금 압력을 가하는(1atm 정도의 압력 지수) 것이다. 도16F는 이것이 단독이라는 것을 보여준다. LNP 퍼지 가스( 이 예에서는 N2)의 압력은 압력 지수 200에서 모니터된다. 5초와 같은 특정 시간 이상의 어떤 기간 동안 레이저가 발사되지 않으면, 포지션 튜닝 미러(14)가 압력 변화를 보상하도록 하기 위해 제어기(202)는 도16B2에서와 같이 튜닝 컨트롤(204)이 PZT(80) 그리고/혹은 스테퍼 모니터(82)의 위치를 조정하도록 지시한다. 계산은 다음과 같다:
Δλ(pm)=(P-P0)a,
단, P = 압력
P0 = 프린지 중지 이전의 압력
a = 압력 계수
= δλ/δP
= λ(1-n)/P0 ≒0.1pm/torr@λ=248nm
n = 퍼지 가스의 리프랙션 지수
= 질소에 대하여, 1.0003
Δλ는 열 드리프트 LNP 컴포넌트 또는 프리 드라이브 지시 또는 오픈 루프 파장 변화 등을 보상하기 위해 오프 시간 동안 임의의 다른 적합한 터닝의 상부에(또는 부가하여) 적용된다.
레이저 퍼지 시스템
본원발명의 제1 실시예에는 성능이 아주 향상되도록 하고 컴포넌트들이 오래 지속되도록 하는 초고순도의 N2 퍼지 시스템이 포함된다.
도19는 본원발명의 첫번째 실시예의 중요한 컴포넌트들을 보여주는 블럭 디아그램이다. 본원발명의 본 실시예에서 질소 가스에 의해 퍼징되는 다섯개의 엑시머 레이저 컴포넌트들은 LNP(2P), 레이저 챔버(6P)에 있는 고전압 컴포넌트(4P), 고전압 컴포넌트(4P)와 업스트림 펄스 전력 컴포넌트(10P)를 연결하는 고전압 케이블(8P), 출력 커플러(12P), 웨이브미터(14P)이다. 컴포넌트 2P,4P,8P,12P,14P 각각은 시일링된 컨테이너나 챔버에 포함되는데, 각각 두개의 포트 즉, N2 흡입포트와 N2 출구포트만 있다. N2 소스(16P)는 주로 집적회로 생산 플랜트에서 큰 N2 탱크(주로 액체상태의 질소 온도에서 유지되는)이지만 상대적으로 작은 병의 N2가 될 수도 있다. N2 소스 가스는 N2 소스(16P)를 나와서 N2 퍼지 모듈(17P)로 들어가 N2 필터(18P)를 통과한 후, 퍼징된 컴포넌트들에 대한 N2 플로를 제어하는 플로 제어밸브가 있는 분배 패널(20P)로 간다. 각 컴포넌트들의 측면에서, 퍼지 플로는 모듈(17P)로 돌아가 플로 모니터 유닛(22P)으로 가게 되는데, 여기서는 각 퍼지 유닛에서 되돌아온 플로가 모니터되고 모니터된 플로가 소정의 값보다 적으면 알람(도시되지 않음)이 울린다.
도19A는 본원발명의 퍼지 속성과는 특별히 관계없는 몇몇 부가적 N2 속성을 포함한 본 바람직한 실시예의 특정 컴포넌트를 보여주는 라인 디아그램이다.
N2 필터
본원발명의 중요한 속성은 N2 필터(18)가 포함된 점이다. 과거에는 집적회로 리소그래피에 대한 엑시머 레이저를 만드는 사람들이 N2 퍼지 가스를 위한 필터가 필요없다고 믿었는데, 이는 상업적으로 유용한 N2에 대한 N2 가스 사양이 거의 늘 좋아서 가스 미팅 사양이 충분히 깨끗하기 때문이다. 그러나 출원인은 소스 가스가 가끔씩 사양이나 N2 라인 밖에 있어 퍼지 시스템이 오염될 수도 있다는 사실을 발견했다. 또한 보존 또는 동작이 되는 동안 라인이 오염될 수도 있다. 출원인은 필터를 설치하면 손상을 야기하는 아주 작은 가능성의 오염도 방지할 수 있다고 본다.
바람직한 N2 필터는 California, San Diego에 사무실을 둔 Aeronex, Inc. 에서 이용가능한 Model 500K Inert Gas Purifier이다. 이 필터는 H2O, O2, CO, CO2 , H2,비메탄 탄화수소를 거의 다 제거한다. 이것은 0.003 마이크론 혹은 그 이상의 모든 미립자의 99.9999999퍼센트를 제거한다.
플로 모니터
유닛(22)의 플로 모니터는 다섯개의 퍼징된 컴포넌트에 제공된다. 이들은 낮은 플로에 대한 알람을 지닌 상업적으로 유용한 유닛이다.
파이핑
모든 파이핑은 내부가 전기판으로 된 스테인레스 스틸(316SST)로 되어있다. PFA 400이나 초고 순도의 테프론으로 된 플라스틱 터빙 타입도 사용될 수 있다.
재순환
퍼지 가스의 일부 혹은 전체는 도19B에서처럼 재순환될 수 있다. 이 예에서, 블로워와 수냉식 열교환기가 퍼지 모듈에 첨가된다. 예를 들어, 광학 컴포넌트에서의 퍼지 플로가 재순환되고 전기적 컴포넌트에서의 퍼지 플로가 배출되거나 결합된 플로 일부가 배출될 수 있다.
LNP의 헬륨 퍼지
바람직한 실시예에서 LNP는 헬륨으로 퍼징되고 빔 경로의 잔여물은 질소로 퍼징된다. 헬륨은 질소보다 훨씬 낮은 리프랙션 지수를 지니기 때문에 LNP의 온도 영향은 헬륨을 사용할 때 최소화된다. 그러나 헬륨은 질소보다 1000배 이상 비싸다.
향상된 시일
출원인은 아주 "깨끗한" 빔 경로를 제공했을 때의 주된 잇점을 발견했다. 레이저 광학은 산소를 포함한 여러 형태의 오염물질과 결합된 고에너지의 자외선 방출이 있을 때 급속히 감소되는 경향이 있다. 빔 경로를 둘러싸는 바람직한 기술은 "Gas Discharge Laser With Improved Beam Path"라는 제목으로 2001년 11월 14일에 출원신청한 미국특허 제10,000,991호에 기술되어 있으며 이는 본원 명세서에 참조로써 편입되어 있다. 도19C,D,F는 그 출원에서 발췌한 것이다. 도19C는 위에서 설명된 마스터 발진기와 유사한 가스 방전 시스템의 다양한 컴포넌트 간의 벨로우 시일을 보여주는 도이다. 도19D는 모터와 LNP 인클로저 간의 인터페이스를 시일링하는 LNP 스테퍼 모터에 배치된 벨로우를 포함한 수정안이다. 도19E는 LNP에 대해 온도상으로 분리된 애퍼처를 보여주는데, 이는 LNP에서의 가열을 최소화하고 LNP 주입을 둘러싸서 상대적으로 비싸지 않은 헬륨으로 퍼징될 수 있다. 도19C의 95에 나오는 바와 같이, 헬륨은 LNP를 떠나 챔버 윈도우 유닛으로 간다. 도19F 1,2,3,4,5를 보면, 레이저 모듈 간의 시일를 제공하는데 사용된 벨로우 시일은 쉽게 시일링하지만, 빨리 모듈 대체를 하기 위해 빠르고 쉽게 모듈 분리를 허용한다. 도19G는 고강도의 웨이브미터 부분을 퍼징하기 위한 특별한 퍼지 배열을 보여준다. 이같은 특별한 퍼지는 다음 부분에서 설명된다.
시스템의 장점
여기서 설명된 시스템은 KrF레이저와 특히 ArF와 F2 레이저에 관한 장기간의 엑시머 레이저 수행에서의 주요 개선점을 보여준다. 오염 문제가 근본적으로 제거되어 컴포넌트들이 오래 지속되고 빔의 질이 상당히 증가하게 된다. 덧붙여, 출구포트를 통하는 것을 제외하고는 누설이 제거되기 때문에, 플로는 소망 값으로 제어되어 N2가 50% 정도 감소되는 효과가 있다.
전력미터를 가진 시일링된 셔터
본 제1 바람직한 실시예에는 도20, 20A, 20B에 나오는 바와 같이 전력미터가 내재한 시일링된 셔터 유닛(500)이 포함된다. 중요한 개선점은 셔터가 두가지 기능을 한다는 것인데 첫째, 레이저 빔을 차단하는 셔터로서의 기능 그리고 둘째, 측정할 필요가 있을 때마다 빔 전력을 모니터하는 풀 빔 전력미터로서의 기능이 있다.
도20은 셔터 유닛의 주요 컴포넌트를 보여주는 상부 모습이다. 여기에는 셔터(502), 빔 덤프(504), 전력미터(506)가 있다. 닫힌 상태의 셔터를 가진 레이저 출력 빔의 경로가 도20의 510에 나온다. 열린 빔의 경로는 512에 나온다. 빔 스톱 엘리먼트(516)의 셔터 활동면은 45˚로 챔버를 떠나는 빔의 방향이며, 셔터가 닫히면 빔은 셔터면에 흡수되고 빔 덤프(504)에 반사된다. 빔 덤프 활동면과 셔터 활동면 둘다 레이저 빔이 잘 흡수되도록 하기 위한 크롬 합금이다. 본 실시예에서, 빔 스톱 엘리먼트(516)는 플렉시블 스프링 스틸암(518) 위에 있다. 도20B에서처럼 코일(514)에 전류를 통하게 하면 셔터가 열리고, 출력 레이저 빔 경로로부터 빔 스톱 엘리먼트(516)를 제거하면서 플렉시블 암(518)과 빔 스톱 엘리먼트(516)를 코일 쪽으로 당긴다. 코일(514)을 통하는 전류 플로를 중단시키면 자석(520)이 빔 스톱 엘리먼트(516)와 플렉시블 암(518)을 닫히는 쪽으로 당겨서 셔터가 닫힌다. 바람직한 실시예에서, 전류 플로는 열림과 닫힘 간에 엘리먼트와 암이 쉽게 이동되도록 맞춰진다.
전력미터(506)는 도20과 20A에서와 같이 출력 레이저 빔의 경로에 초전기 포토 검출기를 놓는 것과 유사한 방식으로 동작된다. 이 예에서, 코일(520)과 자석(522)은 출력 전력을 측정하기 위해 검출기 유닛(524)와 검출기의 플렉서블 암(526)을 빔 경로의 안밖으로 끈다. 이 전력미터는 셔터가 열리고 닫히게 할 수 있다. 코일에 흐르는 전류는 유닛(524)이 빔 경로의 안밖으로 쉽게 이동하도록 조절된 셔터와 같이 움직인다.
향상된 웨이브미터 퍼지
본 바람직한 실시예에서, 출력 커플러와 챔버 출력 윈도우 블럭 뿐만 아니라 웨이브미터의 높은 자외선 플럭스 부분의 엑스트라 퍼징을 제공하는데 특별한 N2 퍼지 기술이 이용되었다. 이 기술은 도22에 나와있다. 위에서 설명한 바와 같이 레이저 출력 빔은 출력 빔 에너지의 95%를 지나가는 반사 미러(170)(도14도 참조)를 부분적으로 통과한다. 반사된 빔의 약 4%는 미러(171)에서 펄스 에너지가 측정되는 에너지 검출기(172)로 반사된다(반사된 빔의 다른 부분은 도61A에서처럼 미러(171)를 통과하여 웨이브미터의 다른 모니터로 간다). 4,000Hz에서 출력 에너지의 5%는 많은 양의 UV 광을 나타내며, 따라서 빔의 빔의 이러한 부분의 경로 내의 가스가 아주 깨끗하고 순수하다고 가정하는 데는 세심한 주의가 필요하다. 이를 위해, 웨이브미터는 미러 170의 업스트림 사이드, 미러 171의 업스트림 사이드, 검출기 윈도우의 앞면 사이의 영역을 나머지 웨이브미터로부터 시일링하도록 수정된다. 그리고 이 영역을 오가는 특별한 퍼지 플로는 도62A에 나온다. 웨이브미터의 잔여분은 도64A에 나오는 제2 퍼지 플로에 의해 퍼징된다.
퍼지 플로(62A)는 미러(170,171)와 검출기 윈도우(172)에서의 시일링에 의해 웨이브미터에 갇힌다. 퍼지 플로는 레이저 출력 빔의 경로를 따라 이 영역을 떠나 벨로우 영역(6A)를 통과하여 출력 커플러 모듈(68A)로 돌아가 그를 퍼징한다. 도19의 74A에서 보는 바와 같이, 그런 뒤 플로는 벨로우 유닛(70A)을 통과하여 윈도우 블럭(72A)로 들어간 뒤, 윈도우 블럭의 출구 포트와 벨로우 유닛(70A) 출구 포트를 통과한 뒤, 다시 튜브를 통과하여 N2 퍼지 모듈(17)로 간다. 윈도우(170)의 다운스트림 쪽은 셔터 모듈(5K)에서 퍼지 플로로 퍼지된다. 퍼지 플로는 도19에서처럼 모듈(17)에서 생길 수도 있고 또는 어떤 경우에는 윈도우(76A)가 제거되고 셔터 모듈의 출력이 퍼징된 커스터머 빔 라인과 연결되며 그 경우 78A에서 엑시트 퍼지 라인은 커스터머 퍼지 리턴 시스템으로 가거나 공기 중으로 배출되어버릴 수 있다.
그밖의 고반복률 향상점
일정한 광학 파라미터
여기서 설명된 고반복률은 레이저와 그밖의 리소그래피 장치가 새것일 때 필요한 것보다 더 많은 조사를 제공할 수도 있다. 리소그래피 레이저가 낡으면 광학 빔 품질 특성이 변할 수 있다. 일반적으로 품질은 서서히 나빠지는 경향이 있다. 빔 품질이 서비스 후에도 더이상 좋아지지 않으면 주요 컴포넌트(레이저 챔버, LNP 그리고/혹은 웨이브미터)를 대체할 필요가 있다. 따라서 레이저 빔 품질의 수명은 사양 범위 내에서 상당히 변할 수 있다. 이는 광학 품질 레이저 빔을 위해 설계된 리소그래피 장치를 이용하는 집적회로 리소그래퍼들에게 문제가 될 수 있다. 보통의 레이저 품질보다 "더 나은"것은 집적회로 품질에서 바람직하지 않은 변이를 낳을 수 있다. 한가지 해결책은 레이저 품질이 남아있는 레이저 시스템이 레이저 수명에 관해 충분히 일정하도록 하는 것이다. 이것은 2001년 12월 21일 제출된 미국특허출원 제10/036,727호에 나오는 기술을 이용해서 할 수 있다. 이 기술에서는 레이저가 가질 수 있는 최고의 값보다는 기대된 근소한 값과 대응하는 파장 안정도 값과 대역폭 값을 제공하는데 압전 드라이저 터닝 미러가 이용될 수 있다. 또한 퍼지 에너지는 위에서 기술된 피드백 제어를 이용하여 가능한 최고에서보다 기대된 일반 수준에서 에너지 안정도를 유지하기 위해 제어될 수 있다. 불소 농도와 레이저 가스 압력은 펄스 에너지와 파장의 가장 안정적인 값 그리고 가능한 가장 좁은 대역폭 값보다는 기대된 빔 품질 값을 생성하기 위해 조절될 수도 있다.
고반복률 MOPA
본원발명의 바람직한 실시예에서는 이 출원의 양수인에게 양도된 아래의 특허 출원에서 설명된 마스터 발진기-전력 증폭기(MOPA) 가스 방전 시스템이 적용되었다: 제 09/943,343호, 제 10/012,002호, 제 10,056,619호, 제 10/141,216호 이 모두는 본원 명세서에 참조로써 편입되어 있다. 도23은 출원인과 그밖의 사람들이 설계 한 MOPA 시스템(4K)의 도안이다. 빔 품질은 마스터 발진기(8K)에서 제어되고, 펄스 전력은 전력 증폭기(10K)에서 제어된다. 펄스 반복률을 증가시킴으로써 동일한 UV 에너지는 펄스 당 적은 에너지로 제공될 수 있다. 펄스 당 에너지를 감소시키면 비싼 리소그래피 광학 장치의 유용한 수명을 더 길게 한다. 아래에서 논의되는 바와 같이 도23에 나오는 본 실시예에는 MOPA를 위한 펄스 스트레칭 장치(펄스 멀티플라이어(12K)라 불리는)와 빔 송출 유닛 또한 포함된다.
펄스 멀티플라이어
여분의 에너지가 있으면 레이저 펄스 지속을 스트레칭하는 장치가 더 있게 된다. 펄스 지속을 스트레칭하기 위한 기술은 각 펄스를 두개 혹은 그 이상의 부분으로 나누어 첫번째 부분을 제외한 모든 부분을 지연시킨 후 이를 다시 합치는 것이다. 그러한 기술 하나가 미국특허 제6,067,311호에 기술되어 있으며, 이 특허는 출원인의 고용주에게 양도된 것으로 본원 명세서에 참조로써 편입되어 있다. 또다른 그러한 기술은 2001년 11월 29일 제출된 미국특허출원 제10/006,913에 기술되어 있으며 본원 명세서에 참조로써 편입되어 있다. 그 출원에서 발췌한 도24A, 24B, 24C 도안은 기술을 설명한다. 도24A와 24C는 펄스 스트레칭 이전과 이후의 결과를 보여준다.
본원발명에 대해 스코프를 바꾸지 않은 다양한 변형들이 만들어질 수 있다. 그러한 당업자는 많은 다른 가능한 변화들을 인지할 것이다. 시스템은 3000Hz에서 6000Hz,10,000 Hz이상 범위내의 어떤 반복률과 같은 Hz가 아닌 다른 고펄스반복률에 대해 설계될 수 있다. 위에서 설명된, 특히 KrF에 대한 레이저 시스템은 가스 혼합을 바꾸고 193nm 동작에 대한 LNP와 웨이브미터를 변경함으로써 ArF 레이저로 이용될 수 있다. 전극 스페이싱은 16.5mm에서 13.5mm로 감소된다. 예를 들어, 도22A에 나오는 벤딩 메카니즘을 조절하는 모터 드라이버를 사용하여 라인 협대역화 격자의 굴곡을 조정함으로써 대역폭에 대한 적극적인 피드백 제어를 할 수 있다. 또는 격자의 굴곡을 제어하는 압전 디바이스를 이용하여 대역폭에 대한 훨씬 빠른 제어를 할 수 있다. 다른 열교환기 설계는 여기에 나오는 구성에 대해 명백한 변형이어야 한다. 예를 들어, 네개의 유닛은 단일 유닛으로 결합될 수 있다. 레이저의 버스트 모드 동작 결과로 발생하는 가스 온도에서의 빠른 변화의 효과를 완화하기 위해 열교환기의 훨씬 큰 핀을 이용하는 것에는 중요한 잇점이 있을 수 있다. 독자는 극단적으로 높은 펄스률에서 펄스 에너지에 대한 피드백 제어가 즉시 선행하는 펄스를 이용하여 특정 펄스의 펄스 에너지를 제어할만큼 빨라야 하는 것은 아니라는 점을 이해해야 한다. 예를 들어, 제어 기술은 특정 펄스에 대해 측 정된 펄스 에너지가 두번째 혹은 세번째 뒤따르는 펄스를 제어하는데 이용되는 곳에 제공될 수 있다. 웨이브미터 에탈론과 격자 데이터를 파장값으로 전환시키는 알고리즘에서의 많은 변화과 변경이 가능하다. 예를 들어, 출원인은 측정된 라인 폭이 실제보다 더 길도록 만드는 에탈론 광학 시스템에서의 포커싱 에러의 결과로 아주 작은 에러가 생긴다는 사실을 알아냈다. 에러는 측정된 에탈론 프린지의 다이아미터가 커질수록 조금씩 증가한다. 이는 파장의 범위와 레이저를 스캐닝함으로써 그리고 측정된 프린지가 윈도우를 떠날 때의 스텝 변화를 지켜봄으로써 수정될 수 있다. 그런 다음 윈도우 내의 측정된 프린지 위치를 바탕으로 수정 요인이 결정된다. 따라서 이상의 개시는 본원발명의 범위를 제한하려는 것이 아니고, 첨부된 청구항 및 그 법적 균등물에 의해 결정되어야 한다.

Claims (69)

  1. 초 당 4,000 펄스 초과의 펄스 반복률로 동작할 수 있고 레이저 출력광 펄스의 형태로 광을 제공할 수 있는 극도의 반복률 가스 방전 레이저 시스템에 있어서, 상기 레이저는
    A)레이저 가스를 수용하고, 2개의 기다란 전극을 갖고, 방전 영역을 형성하는 레이저 방전 챔버,
    B)초 당 6,000 내지 10,000 사이의 레이저 출력광 펄스 범위의 레이저 출력광 펄스 반복률로 동작할 때 다음 가스 방전 이전에 모든 방전 발생 이온을 상기 방전 영역으로부터 각각의 가스 방전 후에 클리어링하기 위하여 상기 방전 영역의 상기 레이저 가스의 가스 이동을 발생시키는 블로워 시스템,
    C)상기 레이저 가스로부터 열에너지를 제거하는 열교환기 시스템,
    D)5mJ 내지 7.5mJ 사이의 범위에서 정확하게 제어된 레이저 출력광 펄스 에너지로 초 당 6,000 내지 10,000 사이의 레이저 출력광 펄스의 비율로 레이저 출력광 펄스를 발생시키기 위해 상기 전극에 전기 펄스를 제공하는 펄스 전력 시스템, 및
    E)레이저 출력광 펄스 에너지 및 파장의 피드백 제어를 통해, 모든 레이저 출력광 펄스들의 레이저 출력광 펄스 에너지, 파장 및 대역폭을 측정하는 레이저 출력광 펄스 빔 측정 및 제어 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방전 레이저 시스템은 KrF 가스방전 레이저 시스템이고, 레이저 가스는 크립톤, 불소, 및 네온으로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 방전 레이저 시스템은 ArF 가스방전 레이저 시스템이고, 레이저 가스는 아르곤, 불소, 및 네온으로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 방전 레이저 시스템은 F2 가스방전 레이저이고, 레이저 가스는 불소 및 완충 가스로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 챔버는 또한 상기 방전 영역 상류의 가스 속도를 정규화하기 위해 상기 방전 영역 상류의 베인 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 블로워 시스템은 2개의 브러시리스 DC 모터에 의해 구동되는 샤프트 상에 장착된 탄젠셜 팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 모터는 수냉식 모터인 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 모터의 각각은 고정자를 포함하고 상기 모터의 각각은 상기 고정자를 상기 레이저 가스로부터 분리시키는 프레셔 컵내에 수용된 자기 회전자를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  9. 제6항에 있어서, 상기 탄젠셜 팬은 알루미늄 스톡의 단일 블록으로부터 기계가공된 블레이드 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 블레이드 구조는 5인치의 외부 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  11. 제6항에 있어서, 상기 모터는 센서리스 모터이고, 상기 모터 중 하나를 제어하는 마스터 모터 제어기 및 다른 하나의 모터를 제어하는 슬레이브 모터 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 열교환기 시스템은 수냉식인 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 열교환기 시스템은 적어도 4개의 별개의 수냉식 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  14. 제12항에 있어서, 열교환기 시스템은 관상 수로를 갖는 적어도 하나의 열교환기를 포함하고, 적어도 하나의 터뷸레이터가 상기 수로내에 위치된 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  15. 제13항에 있어서, 상기 4개의 열교환기의 각각은 터뷸레이터를 수용하고 있는 관상 수로를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 상기 펄스 전력 시스템은 수냉식 전기 컴포넌트를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 수냉식 컴포넌트 중 적어도 하나는 12,000 내지 36,000 볼트 사이의 고전압에서 동작되는 컴포넌트인 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 고전압은 냉각수가 흐르는 인덕터를 사용하여 그라운드로부터 격리된 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  19. 제1항에 있어서, 상기 펄스 전력 시스템은 충전 커패시터를 정확하게 제어된 전압으로 충전하는 공진 충전 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 공진 충전 시스템은 드큉 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  21. 제19항에 있어서, 상기 공진 충전 시스템은 블리드 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  22. 제19항에 있어서, 상기 공진 충전 시스템은 드큉 회로 및 블리드 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  23. 제1항에 있어서, 상기 펄스 전력 시스템은 병렬로 배열된 적어도 3개의 전원으로 이루어진 충전 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  24. 제1항에 있어서, 상기 레이저 빔 측정 및 제어 시스템은 에탈론 유닛, 포토다이오드 어레이, 프로그래밍가능한 로직 디바이스, 및 상기 에탈론 유닛으로부터 상기 포토다이오드 어레이로 레이저 광을 포커싱하는 광학계를 포함하고, 상기 프로그래밍가능한 로직 디바이스는 에탈론 프린지의 상기 포토다이오드 어레이상의 위치를 결정하기 위하여 상기 포토다이오드 어레이로부터의 데이터를 분석하도록 프로그래밍된 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  25. 제24항에 있어서, 상기 측정 및 제어 시스템은 또한 상기 프로그래밍가능한 로직 디바이스에 의해 위치된 프린지 데이터로부터 파장 및 대역폭을 계산하도록 프로그래밍된 마이크로프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  26. 제24항에 있어서, 상기 프로그래밍가능한 로직 디바이스는 상기 프린지의 측정에 기초하여 파장 및 대역폭을 계산하는 알고리즘으로 프로그래밍된 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  27. 제26항에 있어서, 상기 프로그래밍가능한 로직 디바이스는 1/10,000 초내에 파장 및 대역폭을 계산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  28. 제24항에 있어서, 상기 에탈론 유닛은 디프랙티브 확산 엘리먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  29. 제1항에 있어서, 적어도 부분적으로 PZT 드라이브에 의해 구동되는 튜닝 미러를 포함하는 라인 협대역화 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  30. 제29항에 있어서, 상기 튜닝 미러는 또한 부분적으로 스테퍼 모터에 의해 구 동되는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  31. 제29항에 있어서, 프리튜닝 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  32. 제29항에 있어서, 적어도 하나의 이전 펄스로부터의 저장된 펄스 에너지 데이터를 바탕으로 미래의 펄스에 대한 펄스 에너지를 제어하도록 하는 예측 알고리즘을 포함하는 액티브 튜닝 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  33. 제29항에 있어서, 적어도 하나의 파인 파장 측정 알고리즘 및 거친 파장 계산을 위한 인터폴레이션 알고리즘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  34. 제29항에 있어서, 상기 라인 협대역화 유닛은 격자 페이스를 형성하는 격자 및 상기 격자 페이스에 인접하여 퍼지 가스를 밀어넣는 퍼지 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  35. 제34항에 있어서, 상기 퍼지 가스는 질소인 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  36. 제34항에 있어서, 상기 퍼지 가스는 헬륨인 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  37. 제1항에 있어서, 질소 필터를 포함하는 질소 퍼지 시스템을 포함하는 질소 퍼지 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  38. 제1항에 있어서, 질소를 더 포함하고, 플로 모니터를 포함하는 퍼지 모듈을 포함하고, 상기 레이저는 또한 상기 레이저로부터 배출 퍼지 가스를 수송하는 퍼지 배출 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  39. 제1항에 있어서, 커맨드 신호로 레이저 출력 빔 경로에 위치될 수 있는 전력미터 및 전기적으로 동작되는 셔터를 포함하는 셔터 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  40. 제29항에 있어서, 상기 챔버의 제1 윈도우와 라인 협대역화 유닛의 사이에 제1 빔 시일을 제공하고 상기 챔버의 제2 윈도우와 출력 커플러 유닛의 사이에 제2 빔 시일을 제공하는 빔 시일 시스템을 더 포함하고, 상기 빔 시일의 각각은 금속 벨로를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  41. 삭제
  42. 제40항에 있어서, 상기 빔 시일의 각각은 엘라스토머를 포함하고 있지 않고, 상기 챔버로부터의 진동 격리를 제공하고, 대기 가스로부터의 빔 트레인 격리를 제공하고, 상기 출력 커플러 유닛 또는 상기 LNP의 방해없이 상기 레이저 챔버의 자유로운 대체를 허용하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  43. 제1항에 있어서, 상기 측정 및 제어 시스템은 상기 레이저로부터의 출력 펄스의 일부를 분할하는 1차 빔 스플리터, 상기 분할된 출력 펄스의 일부를 상기 펄스 에너지 검출기로 지향시키는 2차 빔 스플리터, 및 상기 1차 빔 스플리터, 상기 2차 빔 스플리터, 및 상기 펄스 에너지 검출기의 윈도우에 바운딩된 영역을 상기 측정 및 제어 시스템의 다른 일부로부터 격리시켜 격리된 영역을 형성하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  44. 제43항에 있어서, 상기 격리된 영역을 퍼지 가스로 퍼징하는 퍼지 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  45. 제44항에 있어서, 상기 레이저는 출력 커플러 유닛 및 출력 윈도우 유닛을 더 포함하고, 상기 퍼지 수단은 상기 격리된 영역으로부터 배출하고, 동시에 또한 상기 출력 커플러 유닛 및 상기 출력 윈도우 유닛을 퍼징하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  46. 제1항에 있어서, 상기 챔버는 또한 레이저 가스 플로의 방향으로 긴 방향을 갖는 일반적으로 직사각형 횡단면을 갖는 리브를 갖는 전류 리턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  47. 제1항에 있어서, 상기 챔버는 애노드, 및 2개의 전극 사이의 영역에서 레이저 가스 플로를 향상시키기 위해 상기 애노드의 2개의 측면에 위치결정된 유전체 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  48. 제1항에 있어서, 상기 펄스 전력 시스템은 증가된 인덕턴스를 제공하도록 선택된 길이를 갖는 금속 로드에 의하여 상기 전극 중 하나 및 피킹 커패시터 뱅크의 커패시터에 전기적으로 접속된 코로나 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  49. 제1항에 있어서, 상기 방전 영역은 평균 폭을 형성하고, 상기 전극은 상기 평균 폭을 2mm 미만으로 제한하도록 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  50. 제49항에 있어서, 상기 전극의 각각은 방전 표면을 형성하고, 상기 전극 중 적어도 하나는 복수의 방전 홀을 갖는 절연체 물질로 덮힌 방전 표면을 갖는 도체로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  51. 제50항에 있어서, 상기 홀은 50 내지 200 미크론 범위의 직경을 갖는 원형인 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  52. 제51항에 있어서, 상기 직경은 100 미크론인 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  53. 제50항에 있어서, 2개의 전극은 복수의 방전 홀을 갖는 절연체 물질로 그 방전 표면이 덮힌 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  54. 제50항에 있어서, 상기 절연체 물질은 알루미나인 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  55. 제1항에 있어서, 상기 열교환기 시스템은 각각의 튜브에서 다른 하나의 튜브에 대하여 반대 방향으로의 듀얼 패스 냉각수 플로 방향을 갖는 적어도 하나의 핀 수냉식 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  56. 제1항에 있어서, 상기 열교환기 시스템은 고속 작동 디지털 온-오프 밸브 및 비례 밸브를 포함하는 냉각수 플로 제어 시스템 및 적어도 하나의 수냉식 핀 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  57. 제1항에 있어서, 상기 열교환기 시스템은 상기 챔버의 일부에 냉각 핀을 기계가공함으로써 만들어진 단일체 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  58. 제57항에 있어서, 상기 단일체 열교환기는 상기 냉각 핀과 열 접촉하는 복수의 냉각 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  59. 제1항에 있어서, 고전압 절연체내에 집적된 기다란 도체로 이루어진 프리이오나이저를 더 포함하고, 상기 도체는 상기 기다란 전극 중 하나에 병렬로 근접하여 위치된 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  60. 제1항에 있어서, 상기 방전 영역에서의 레이저 가스 플로를 향상시키는 상기 기다란 전극 중 적어도 하나의 하류의 흡입 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  61. 제1항에 있어서, 상기 블로워의 샤프트를 지지하는 세라믹 베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  62. 제61항에 있어서, 상기 세라믹 베어링은 세라믹 케이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  63. 제61항에 있어서, 상기 세라믹 베어링은 케이지리스 레이스 웨이, 세라믹 볼 베어링, 및 상기 세라믹 볼 베어링보다 더 작은 직경을 갖는 분리 볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  64. 제1항에 있어서, 상기 블로워 시스템은 주입 순환기를 포함하고, 상기 챔버에서의 레이저 가스 플로의 일부는 상기 챔버로부터 추출되고, 상기 챔버내로 다시 압입되어 순환하는 레이저 가스 플로를 발생시키는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  65. 제1항에 있어서, 상기 블로워 시스템은 상기 레이저 방전 챔버 외부의 블로워를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  66. 제65항에 있어서, 상기 열교환기 시스템은 블로워와 함께 위치된 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  67. 제65항에 있어서, 상기 열교환기 시스템은 상기 레이저 방전 챔버내 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  68. 제1항에 있어서, 상기 블로워 시스템은 수압 터빈 드라이브에 의해 구동되는 블로워를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  69. 제68항에 있어서, 상기 수압 터빈 드라이브는 수압 구동력을 레이저 가스 블로워의 샤프트에 커플링하기 위한 자기 커플링을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
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