KR20000076866A - 엑시머 레이저 출력 파라미터를 자동적으로 안정화시키기위한 방법 및 절차 - Google Patents

엑시머 레이저 출력 파라미터를 자동적으로 안정화시키기위한 방법 및 절차 Download PDF

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람브다 피지크 게젤샤프트 쭈어 헤르슈텔룽 폰 라저른엠베하
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Abstract

가스 공급 유닛 및 프로세서를 사용하여, 레이저 가스 혼합물의 구성 가스를 기설정된 분압으로 유지함으로써, 가스 방전 레이저의 출력광 파라미터를 안정화시키기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 레이저 가스 혼합물의 구성 가스는 최초 분압으로 제공되고, 구성 가스는 레이저 방전 챔버내에서 고갈을 겪게 된다. 파라미터, 예컨대, 시간, 펄스 카운트, 일정한 레이저 빔 출력 에너지를 유지하기 위한 구동 전압, 펄스 형태, 펄스 지속시간, 펄스 안정성, 빔 프로파일, 레이저 빔의 대역폭, 시간 또는 공간 코히어런스, 방전 폭, 또는 그 것들의 조합은 구성 가스의 분압과 기지의 대응관계로 변화되는데, 상기 파라미터가 모니터된다. 구성 가스의 주입은 각각 방전 챔버내의 선택된 양으로 분압을 증가시키기 위하여 수행된다. 다수의 연속적인 주입이, 선택된 간격으로 수행되어, 안정한 출력광 파라미터를 유지하도록, 구성 가스가 실질적으로 최초 분압으로 유지된다.

Description

엑시머 레이저 출력 파라미터를 자동적으로 안정화시키기 위한 방법 및 절차{METHOD AND PROCEDURE TO AUTOMATICALLY STABILIZE EXCIMER LASER OUTPUT PARAMETERS}
본 발명은 가스 방전 레이저의 출력광 파라미터 안정화 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 매우 작은 가스 주입을 사용하여 길고 연속적인 작동 또는 정지 기간에 걸쳐 최적 가스 혼합물을 유지하는데 관한 것이다.
딥 유브이(deep ultraviolet, DUV) 또는 진공 자외선(VUV)에서 방출되는 엑시머 또는 분자 레이저와 같은 펄스 가스 방전 레이저는 포토리소그래피 등의 산업 분야에서 매우 중요하다. 상기와 같은 레이저는 둘 이상의 가스, 예컨대, 할로겐 및 하나 또는 두 종의 희유 가스를 포함하는 방전 챔버를 포함한다. KrF(248 nm), ArF(193 nm), XeF(350 nm), KrCl(222 nm), XeCl(308 nm) 및 F₂(157 nm) 레이저는 그 일 예이다.
가스 혼합물의 여기 효율 및 상기 레이저 출력광의 다양한 파라미터는 그 가스 혼합물의 조성에 따라 민감하게 변화한다. KrF에 대한 최적 가스 혼합물 조성은 바람직하게는 대략적으로 0.1%의 F₂, 1%의 Kr 및 98.9%의 Ne의 가스 혼합 조성비를 가진다(미국 특허 제 4,393,505 참조, 동 특허 역시 본 출원의 출원인에게 양도되었고, 인용되어 본 출원의 일부를 이룸). F₂ 레이저는 대략적으로 0.1%의 F₂, 99.9%의 Ne의 가스 조성비를 가질 수 있다(미국 특허 출원 제 09/317,526호 참조, 동 출원 역시 본 출원의 출원인에게 양도되었고, 인용되어 본 출원의 일부를 이룸). 더 나아가, 소량의 Xe가 희유 가스 할로겐 가스 혼합물에 첨가될 수 있다(R.S. Taylor와 K.E. Leopold, Transmission Properties of Spark Preionization Radiation in Rare-Gas Halide Laser Gas Mixes, IEEE Journal of Quantum Electronics, pp. 2195~2207, vol. 31, no. 12 (1995년 12월)). 상기 또는 기타 엑시머 또는 분자 레이저의 최적 가스 조성으로부터의 편차는, 일반적으로 불안정성을 야기하거나, 또는 하나 이상의 출력광 파라미터, 예컨대, 빔 에너지, 에너지 안정성, 시간 펄스 폭, 시간 코히어런스, 공간 코히어런스, 방전폭, 대역폭 및 장·단 축광 프로파일 및 다이버전스로부터의 감소를 야기한다.
특히, 이러한 관점에서, 가스 혼합물내의 할로겐, 즉 F₂의 농도 (또는 분압)가 중요하다. KrF 레이저에 있어 희유 가스, 예컨대 Kr 및 Ne의 고갈은 F₂에 대한 그것보다는 낮다. 도 1은 KrF 레이저에 대한 F₂ 농도 대 레이저 출력 효율을 보여주는데, 중앙 최대치로부터 멀어질수록 출력 효율이 떨어짐을 보여준다. 도 2는 KrF 레이저의 시간 펄스폭(펄스길이 또는 지속시간)이 F₂농도가 증가함에 따라 감소하는 것을 보여준다. 도 3 및 4는 F₂ 레이저의 F₂ 농도에 대한 (방전 회로의) 구동 전압에 대한 출력 에너지의 종속성을 보여준다. 도 3 및 4로부터 어떠한 구동 전압에 대하여도, 펄스 에너지는 F₂ 농도의 감소에 따라 감소함을 알 수 있다. 도 3에서, 예컨대, 1.9kV의 구동전압에서, F₂ 의 분압 3.46 mbar, 3.16 mbar 및 2.86 mbar 각각에 대하여 펄스 에너지는 대략적으로 13 mJ, 11 mJ 및 10 mJ를 보인다. 도 3의 범례는 KrF 레이저의 방전 챔버로 충진되는 두 개의 예비혼합물, 즉, 예비혼합물 A 및 예비혼합물 B의 분압을 나타낸다. 예비혼합물 A는 실질적으로 1%의 F₂와 99%의 Ne으로 이루어지고, 예비혼합물 B는 실질적으로 1%의 Kr 및 99%의 Ne으로 이루어진다. 그러므로, 삼각형 데이터 포인트로 나타내어진 그래프에 있어서는, 예비혼합물 A에 대한 분압 346 mbar는 가스 혼합물이 실질적으로 3.46 mbar의 F₂를 가짐을 나타내고, 예비혼합물 B의 분압 3200 mbar는 가스 혼합물이 실질적으로 32 mbar의 Kr을 가짐을 나타내고, 가스 혼합물의 나머지는 완충 가스 Ne이다. 도 5는 F₂ 농도의 증가에 따라 KrF 레이저의 대역폭이 꾸준히 증가함을 보여준다.
산업에 응용될 때, 엑시머 또는 분자 플루오르 레이저는 장시간동안 연속적으로 작동될 수 있는 것, 즉 최소의 정지시간을 가지는 것이 바람직하다. 엑시머 또는 분자 레이저는 일정한 출력광 파라미터를 유지하면서도, 1년 내내 정지됨이 없이 작동되거나, 적어도 계획된 보수를 위한 정지시간이 최소 횟수 및 시간에 그치도록 하는 것이 요구된다. 예컨대, 98% 이상의 가동을 위해서는 출력광 파라미터의 정확한 제어 및 안정성이 요구되고, 상기 출력광 파라미터의 정확한 제어 및 안정성을 위해서는 가스 혼합물의 조성의 정확한 제어가 요구된다.
바람직스럽지 못하게도, 가스 오염은 가스 혼합물내의 플루오르 또는 염소의 공격성에 기인하여 엑시머 및 가스 플루오르 레이저의 작동중에 발생된다. 할로겐 가스는 매우 반응성이 높고, 가스 혼합물내에서의 그 농도는 반응이 이루어짐에 따라 감소되고, 오염 물질을 남긴다. 할로겐 가스는 혼합물내의 기타 가스뿐 아니라 방전 챔버 또는 튜브의 물질과도 반응한다. 더구나, 반응은 발생되고, 가스 혼합물은 레이저가 작동(방전)되는가와는 무관하게 분해된다. 비활성 또는 정지 가스(즉, 레이저가 방전 또는 작동되지 않을 때) 수명은 일반적인 KrF 레이저의 경우 약 일 주일이다.
KrF-엑시머 레이저의 작동중에, HF, CF4, SiF4와 같은 오염물질은 그 농도가 급속히 증가하는 것으로 알려져 있다(참조: G.M. Jurisch 등, Gas Contaminant Effects in Discharge-Exited KrF Lasers, Applied Optics, Vol. 31, No. 12, pp. 1975~1981(1992년 4월 20일)). 정지 KrF 레이저 가스 혼합물, 즉 어떠한 방전도 수반하지 않는 KrF 레이저 가스 혼합물에 있어서, HF, O2, CO2및 SiF4의 농도 증가가 알려져 있다(상기 Jurisch 등 참조).
상기 가스 분해를 감소시키는 효과적인 일 방안은 레이저 방전 챔버내에 오염원을 감소시키거나 또는 제거하는 것이다. 이러한 관점에서 전 금속, 세라믹 레이저 튜브가 개시되었다(참조: D. Basting 등, Laserrohr fur halogenhaltige Gasentladungslaser G295 20 280.1, 1995년 1월 25일/1996년 4월 18일(Lambda Physik Novatube을 개시하고 있으며, 인용되어 본 출원의 일부를 이룸)). 도 6은 할로겐 이로션에 대해 고저항을 보이는 물질로 이루어지는 튜브(플로트 B)를 사용하는 것이 할로겐 이로션에 대해 저항을 나타내지 않는 튜브(플로트 A)를 사용하는 것과 비교하여 가스 혼합물내의 F₂ 농도 감소를 늦출수 있음을 정성적으로 보여준다. 선분 A에서는, F₂ 농도가 약 7천만 펄스 후에 초기치의 약 60%로 감소했음을 보여주고, 선분 B에서는 동일한 회수의 펄스 후에 F₂ 농도가 단지 약 80%로 감소했음을 보여준다. 가스 정화 시스템, 예컨대, 극저온 가스 필터(미국 특허 제 4,534,034호 참조) 또는 정전기 입자 필터(미국 특허 제 5,586,134호 참조)는 새로운 충진이 요구되기까지 KrF 레이저 가스 수명을 1 억 샷으로 연장하는데 또한 사용된다.
신속한 온라인 조절을 목적으로 레이저 튜브내의 할로겐 농도를 직접적으로 측정하기란 용이하지 않다(미국 특허 제 5,149,659호 참조(가스 혼합물내의 화학반응을 모니터하는 것을 개시하고 있음)). 그러므로, 본 발명에 따르면, 산업 레이저 시스템에 적용될 수 있는 바람직한 방법은, F₂ 농도와 레이저 파라미터, 예컨대, 전술한바 있는 F₂ 농도에 종속되는 출력광 파라미터 사이의 기지의 관계를 이용하는 것을 포함한다. 상기와 같은 방법에 있어서, 상기 파라미터의 정확한 값은 직접적으로 측정될 것이고, F₂ 농도는 그 값으로부터 계산될 것이다. 이러한 방식으로, F₂ 농도는 간접적으로 모니터링된다.
빔 프로파일(미국 특허 제 5,642,374호 참조) 및 스펙트럼 (띠) 너비(미국 특허 제 5,450,436호 참조)를 모니터함에 의하여 협대역 엑시머의 할로겐 고갈을 간접적으로 모니터하는 방법들이 개시되었다. 그러나, 상기 방법들 중 어느 것도 특별히 신뢰성이 있지는 않는데, 왜냐하면, 빔 프로파일 및 대역폭은 각각 다양한 기타 작동 상태, 예컨대, 반복율, 튜닝 정확도, 열적 상태 및 레이저 튜브의 노화에 의하여 영향을 받기 때문이다. 즉, 상기 기타 작동 상태에 좌우되어, 동일한 대역폭이 서로 다른 가스 조성들에 의하여 발생될 수 있다.
출력광을 일정 에너지 상태로 유지하기 위하여 방전 회로의 구동 전압을 꾸준히 증가시킴에 의하여 할로겐 고갈에 기인한 레이저 효율의 저하를 보상하는 것이 알려져 있다. 이를 설명하기 위하여, 도 7은 일정한 구동 전압 하에서 출력광 펄스의 에너지가 펄스수의 증가에 따라 감소함을 보여준다. 도 8은 구동전압이 할로겐 고갈을 보상하기 위하여 꾸준히 증가하여, 이에 의하여 일정한 에너지의 출력광 펄스를 생성하는 것을 보여준다.
상기 방법에 있어서 하나의 단점으로 지적될 수 있는 것은, 가스 혼합물 분해에 의하여 영향을 받는 도 1 내지 5와 관련하여 기서술한 출력광 파라미터와 같은, 에너지 이외의 출력광 파라미터가 구동 전압을 꾸준히 증가시킴에 의하여 상응하게 보정되지는 않을 것이라는 점이다. 도 9 내지 11은 장·단 축광 프로파일, 단 축광 다이버전스 및 에너지 안정성 시그마 각각의 구동 전압 의존성을 보여준다. 더구나, 어떠한 시점에서는, 할로겐이 고갈되어 구동 전압이 그 최대치에 도달하고, 펄스 에너지는 가스 혼합물을 새로이 공급하지 않고서는 유지될 수 없게 된다.
단순히 출력광 펄스의 에너지에 한정되지 않고, 할로겐 고갈에 의하여 영향을 받는 모든 출력광 파라미터를 안정화시키는 방법이 요구된다. 본 발명에 따르면, 이는 할로겐 및 희유 가스 농도 자체를 조절함에 의하여 가장 바람직하게 달성됨을 알 수 있다.
추가적인 희유 및 할로겐 가스를 방전 챔버내에 주입하고 가스 압력을 재조정함으로써, 가스 혼합물을 보충하는데 사용 가능한 기술들이 알려져 있다(미국 특허 제 5,396,514호 참조). 좀 더 복잡한 시스템으로는, 가스 혼합물 분해를 모니터하고, 가스 혼합물의 가스 각각에 대한 선택적 보충 알고리즘을 사용하여 가스 혼합물을 재조정하는 시스템이 알려져 있다. 또한, 다양한 가스 혼합물 및 레이저 작동 상태에 대응하는 그래프와 정보의 데이터베이스를 포함하는 전문가 시스템을 사용하는 기술이 있다(미국 특허 출원 제 09/167,653호 참조, 동 출원 역시 본 출원의 출원인에게 양도되었고, 인용되어 본 출원의 일부를 이룸). 예컨대, 출력 펄스 에너지 대 구동 전압의 데이터 세트가 측정되고, 이는 새로운 충진 후의 방전 챔버내에 주어질 최적 가스 조성에 대응하는 저장된 "마스터" 데이터 세트와 비교된다. 상기 데이터 세트 및/또는 상기 데이터 세트로부터 작성되는 그래프 경사의 비교를 통하여, 현 가스 혼합물 상태 및 적정 가스 보충 절차(존재한다면)가 결정될 수 있고, 가스 혼합물의 최적화가 다시 이루어지게 된다. 가스 보충 절차는 미국 특허 제 4,977,573호에 개시되어 있고, 동 특허 역시 본 출원인의 출원인에게 양도되었으며, 인용되어 본 출원의 일부를 이룬다.
일반적으로 상기의 모든 기술들은 가스가 보충될 때 레이저 작동 상태에 바람직하지 못한 교란을 일으킨다. 예를 들면, 구동 전압의 매우 뚜렷한 도약은 도 12에 도시한 바와 같은 할로겐 주입(HI)의 결과로서 생성된다. 그 결과 펄대-대-펄스 안정성과 같은 중요한 출력광 파라미터의 강한 왜곡이 발생된다. 이러한 이유로, 레이저는 일반적으로 정지되고, 가스 보충을 위하여 정지 및 재시작되고, 따라서 레이저 가동시간은 현저히 감소된다(미국 특허 제 5,450,436호 참조).
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 가스 혼합물 상태가 정확하고도 주기적으로 결정되고 원활하게 조정될 수 있는 엑시머 또는 분자 레이저 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 가스 보충시 레이저 작동 상태에 교란을 줌이 없이 가스 혼합물 분해를 자동적으로 보상하는 기술을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 일정한 출력광 파라미터를 유지하면서 연속적으로 작동할 수 있는 엑시머 또는 분자 레이저 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
도 1은 F₂-농도에 대한 엑시머 또는 분자 레이저의 출력 효율을 보여주는 그래프이다.
도 2는 F₂ 농도에 대한 엑시머 또는 분자 레이저의 누적 펄스 폭을 보여주는 그래프이다.
도 3은 다양한 가스 혼합물 성분 분압에서 구동 전압에 대한 KrF 엑시머 레이저의 출력광 에너지를 보여주는 그래프이다.
도 4는 다양한 F₂ 농도에서 구동 전압에 대한 엑시머 또는 분자 레이저의 출력광 에너지를 보여주는 그래프이다.
도 5는 F₂ 농도에 대한 엑시머 레이저의 대역폭을 보여주는 그래프이다.
도 6은 방전 챔버 조성에 따라, 엑시머 또는 분자 레이저에 있어 F₂ 고갈율이 변화하는 것을 보여준다.
도 7은 일정한 구동 전압으로 작동하는 엑시머 또는 분자 레이저에 있어서 펄스 카운트에 대한 펄스 에너지를 보여주는 그래프이다.
도 8은 일정한 출력 펄스 에너지로 작동하는 엑시머 또는 분자 레이저에 있어서 펄스 카운트에 대한 구동 전압을 보여주는 그래프이다.
도 9는 일정한 출력 펄스 에너지로 작동하는 엑시머 또는 분자 레이저에 있어서, 첫 번째 그래프는 구동 전압에 대한 장축 빔 프로파일을 보여주고, 두 번째 그래프는 구동 전압에 대한 단축 빔 프로파일을 보여준다.
도 10은 일정한 출력 펄스 에너지로 작동하는 엑시머 또는 분자 레이저의 구동 전압에 대한 출력광의 단축 다이버전스를 보여주는 그래프이다.
도 11은 일정한 출력 펄스 에너지로 작동하는 엑시머 또는 분자 레이저의 구동 전압에 대한 출력 펄스 에너지 안정성을 보여주는 도면이다.
도 12는 큰 할로겐 분압 증가가 할로겐 주입에 기인하여 방전 챔버내에서 발생할 때, 구동 전압의 두드러진 불연속성을 보여준다.
도 13a는 본 발명에 따른 엑시머 또는 분자 레이저의 구조 블록 다이어그램이다.
도 13b는 도 13a의 엑시머 또는 분자 레이저의 가스 제어 유닛에 대한 구조 다이어그램이다.
도 14a는 어큐뮬레이터를 사용하여 도 13의 레이저의 방전 챔버내로 할로겐 주입을 하기 위한 가스 라인을 개략적으로 보여준다.
도 14b는 도 13a의 프로세서에 연결된 컴퓨터 디스플레이상에 나타난 가스 라인 및 밸브를 보여주는 도면으로서, 프로세서가 가스 보충 프로세스를 제어하는 것을 나타낸다.
도 15는 본 발명에 따른 시스템(가스 액션은 주기적인 수직선에 의하여 표시됨)에 있어서 주기적인 할로겐 주입을 보여주는 시간에 대한 구동 전압 그래프이다.
도 16은 시간에 대한 구동 전압 그래프로서, 본 발명에 따른 시스템(가스 액션은 수직선으로 표시되고, 다른 높이의 수직선은 다른 타입의 가스 액션을 나타냄)에 있어서 주기적인 할로겐 주입(B) 및 미니 가스 교체(C)을 보여준다.
도 17은 본 발명에 따른 2 kHz로 작동하는 레이저 시스템에 있어서 시간에 대한 펄스 에너지 안정성(시그마, 위쪽 그래프) 및 이동 평균(40 펄스 간격 동안, 워스트, 맥시멈 및 미니멈)를 나타내는 그래프이다.
도 18은 본 발명에 따른 시스템에 있어서 주기적인 마이크로-할로겐 주입(μHI)를 보여주는, 시간에 대한 구동 전압의 정성적 그래프이다.
도 19는 마이크로 할로겐 주입을 사용하지 않는 종래의 시스템과 본 발명에 따른 시스템을 비교하기 위한 펄스 카운트에 대한 에너지 안전성 변화 그래프이다.
도 20은 마이크로 할로겐 주입을 사용하지 않는 종래의 시스템과 본 발명에 따른 시스템을 비교하기 위한 펄스 카운트에 대한 빔 다이버전스 그래프이다.
도 21은 펄스 카운트에 대한 구동 전압을 정성적으로 보여주는 그래프로서, 본 발명에 따른 시스템에 있어서 주기적 할로겐 주입, 미니 가스 교체 및 부분 가스 교체를 보여준다.
도 22는 본 발명에 따른 할로겐 주입, 미니 가스 교체 및 부분 가스 교체를 수행하기 위한 흐름도이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 가스 방전 시스템에는 구성 가스를 포함하는 제 1 가스 혼합물을 포함하는 방전 챔버와, 제 1 가스 혼합물에 에너지를 제공하기 위한 구동 전압을 포함하는 파워 공급 회로에 연결된 한 쌍의 전극과, 레이저 빔을 발생시키기 위한 방전 챔버를 에워싸는 공진기가 제공된다. 가스 공급 유닛은 구성 가스를 포함하는 제 1 가스 혼합물을 보충하기 위하여 방전 챔버에 연결되어 있다. 가스 공급 유닛은 제 2 가스 혼합물이 챔버내로 주입되어 제 1 가스 혼합물과 혼합되도록 하기 위한 밸브를 구비하는 가스 유입 포트를 포함한다. 프로세서는 구성 가스의 분압을 나타내는 파라미터를 모니터하고, 제 1 가스 혼합물의 구성 가스의 분해를 보상하기 위하여, 연속적인 기설정된 간격으로 밸브를 제어한다. 제 1가스 혼합물의 압력은 각 연속적인 주입의 결과로 0.01 ~ 10 mbar, 바람직하게는 0.1 ~ 1 또는 2 mbar 증가된다. 제 2 가스 혼합물은 바람직하게는, 방전 챔버내의 구성 가스의 분압이 각각의 연속적인 주입의 결과로 0.0001 ~ 0.1 mbar, 바람직하게는 0.001 ~ 0.01 또는 0.02 mbar 증가하도록, 1%의 제 1 구성 가스, 바람직하게는 할로겐 함유종과 99%의 버퍼 가스를 포함한다.
프로세서는 구성 가스의 분압을 나타내는 파라미터를 모니터하는데, 여기서 상기 파라미터는 구성 가스의 분압과 기지의 대응관계에 따라 변화된다. 작은 가스 주입은, 각각 제 1 가스 혼합물의 구성 가스의 분압의 작은 변화만을 발생시키고, 따라서, 레이저 출력광 파라미터의 불연속성은 감소되거나 또는 완전히 방지된다.
또한, 가스 공급 유닛 및 프로세서를 사용하여, 레이저 가스 혼합물의 구성 가스를 가스 방전 레이저의 방전 챔버내의 기설정된 분압으로 유지하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 방전 챔버내에서 고갈되는 최초 분압의 구성 가스를 포함하는 레이저 가스 혼합물을 제공하는 것으로부터 개시된다. 그리고 나서, 구성 가스의 분압과 기지의 대응관계로 변화하는 파라미터가 모니터된다. 구성 가스의 선택된 분압 또는 분압 감소에 대응하는 파라미터 값이 선택되고, 구성 가스 또는 구성 가스를 포함하는 가스 혼합물의 주입은 상기 파라미터의 기설정된 값 또는 값의 변화가 측정될 때 수행된다. 방전 챔버내의 가스 압력은, 1%의 구성 가스를 포함하는 가스 혼합물이 주입될 때, 매 주입마다, 0.01 ~ 10 mbar, 바람직하게는 0.1 ~ 1 또는 2 mbar 증가한다. 구성 가스 분압은 매 주입마다 0.0001 ~ 0.1 mbar, 바람직하게는 0.001과 0.01 및 0.02 mbar 사이에서 증가한다. 주입은 실질적으로 레이저 가스 혼합물내의 초기 분압으로 구성 가스를 유지 또는 되돌리는데 충분한 간격으로 수행된다.
구성 가스는 일반적으로 플루오르와 같은 할로겐 함유종 또는 염화수소이다. 구성 가스는 활성 희유 가스 또는 가스 첨가제일 수 있다. 모니터된 파라미터는 바람직하게는 시간, 펄스 카운트, 방전에 입력된 전 축적 에너지, 일정한 레이저 빔 출력 에너지를 유지하기 위한 구동 전압, 펄스 형태, 펄스 지속시간, 펄스 안정성, 빔 프로파일, 레이저 빔의 대역폭, 에너지 안정성, 이동 평균 에너지량, 방전 폭 및 장·단축 빔 프로파일 및 다이버전스 또는 그 들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되어진다. 상기 파라미터 각각은 할로겐의 분압와 기지의 대응관계로 변화하고, 그 때, 그 할로겐 분압은 안정한 출력광 파라미터를 제공하기 위하여 작은 가스 주입을 사용하여 정확히 제어된다. 본 발명에 따르면, 가스 공급 유닛은 바람직하게는 방전 챔버내로 주입되기에 앞서 구성 가스 또는 제 2 가스 혼합물을 저장하기 위하여 작은 가스 저장소를 포함한다(상기와 같은 가스 저장소가 어떻게 사용될 수 있는지에 관하여 개괄적으로 설명되어 있는 미국 특허 제 5,396,514호 참조, 동 특허는 본 출원의 출원인에게 양도되었고, 인용되어 본 발명의 일부를 이룸). 저장소는 다수의 밸브 어셈블리 또는 추가적인 어큐뮬레이터일 수 있다. 어큐뮬레이터는 주입되는 가스의 양을 제어할 수 있는 것이 바람직하다. 제 2 가스 혼합물의 압력 및 체적은 방전 챔버내의 압력이 매 주입마다 10 mbar 미만의 기설정된 양, 바람직하게는 0.1 ~ 2 mbar 증가되도록 선택된다. 바람직한 상기 제 2 가스 혼합물은 제 2 가스 혼합물의 할로겐 함유종의 퍼센트 농도에 근거하여 변화될 수 있다.
주입은 선택된 양 및 선택된 작은 간격으로 레이저의 작동중에 연속적으로 수행될 수 있다. 선택적으로, 일련의 주입은 작은 간격으로 수행되어 질 수 있고, 주입이 수행되지 않는 기간이 뒤따를 수 있다. 그리고 나서, 잠복 기간이 뒤따르는 상기 일련의 주입이 기설정된 큰 간격으로 반복될 것이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도 13a는 본 발명에 따른 엑시머 또는 분자 플루오르 레이저의 바람직한 실시예에 대한 블록 다이어그램을 보여준다. 도 13a의 레이저 시스템은 레이저 튜브(1)를 포함하는데, 상기 레이저 튜브(1)는 전극 또는 방전 챔버 및 가스 유동 용기를 포함한다. 상기 가스 유동 용기는 일반적으로 송풍기 및 열교환기 또는 냉각 유닛을 포함한다. 상기 레이저 튜브(1)는 레이저 가스 혼합물을 포함하고, 상기 레이저 튜브(1)내의 압력을 모니터하기 위하여 바람직하게는 압력 게이지 P가 설치된다. 공진기는 상기 튜브(1)를 에워싸고, 후방 광학 모듈(2) 및 전방 광학 모듈(3)을 포함한다.
후방 광학 모듈(2)은 공진기 반사기를 포함하는데, 상기 공진기 반사기는 고반사경, 격자 또는 에탈론(etalon) 또는 프리즘과 같은 다른 광학 구성요소의 고반사면일 수 있다. 바람직하게는, 파장 캘리브레이션 모듈이 상기 광학 모듈 중 하나에 포함된다. 바람직한 파장 캘리브레이션 유닛 또는 디바이스 및 기술은 미국 특허 제 4,905,243호 및 미국 특허 출원 제 09/136,575호, 09/167,657호 및 09/179,262호에 기재되어 있다. 동 특허 및 출원 역시 본 출원의 출원인에게 양도되었고, 인용되어 본 출원의 일부를 이룬다.
전방 광학 모듈(3)은 바람직하게는 공진기 반사기를 포함하는데, 상기 공진기 반사기는 바람직하게는 출력 커플러(output coupler)이다. 전방 광학 모듈(3)의 공진기 반사기는 선택적으로 고반사경일 수 있고, 빔(13)의 출력 커플링을 위한 기타 수단, 예컨대, 공진기내의 빔 스플리터 또는 기타 기울어진 부분 반사면이 사용될 수 있다. 전방 광학 모듈(3)은 또한 라인 너비 감소 및/또는 실렉션 유닛 및/또는 파장 튜닝 유닛을 포함할 수 있다.
선택적으로, 라인 너비 감소 및/또는 실렉션 유닛 및/또는 파장 튜닝 유닛은 후방 광학 모듈(2)에 포함될 수 있다. 빔 익스팬딩 프리즘 및/또는 렌즈 어레인지먼트와 같은 하나 이상의 빔 익스팬딩 구성요소, 분산 프리즘 및/또는 격자와 같은 하나 이상의 분산 구성요소, 하나 이상의 에탈론, 복굴절 플레이트 또는 프리즘과 같은 광학 구성요소가 라인 너비 감소, 실렉션 및/또는 튜닝을 위하여 포함될 수 있다. 미국 특허 제 5,761,236호 및 미국 특허 출원 제 09/244,554호, 제 09/130,277호, 60/124,804호, 제 60/124,241호 및 60/140,532호는 라인 너비 감소, 실렉션 및/또는 튜닝 구성요소, 디바이스 및/또는 기술을 개시하는데, 이들을 본 발명에 사용될 수 있다. 상기 특허 또는 출원 역시 본 출원의 출원인에게 양도되었고, 인용되어 본 출원의 일부를 이룬다.
레이저 시스템에 관한 기타 정보와 마찬가리조 파장, 펄스 에너지 및 가스 제어 정보도 프로세서(11)에 의하여 수신된다. 상기 프로세서(11)는 그 프로세서(11)가 수신한 파장 정보에 근거하여 라인 튜닝 모듈을 제어하고, 그 프로세서(11)가 수신한 펄스 에너지에 근거하여 전기 펄스 파워 및 방전 모듈("펄스 파워 모듈)(5)를 제어하며, 가스 혼합물 상태와 관련하여 그 프로세서(11)가 수신한 정보와 데이터베이스에 축적된 데이터에 근거하여 가스 제어 구성요소(6-10 및 12)를 제어함으로써 출력광(13)의 파장을 제어한다(상기 '653 출원 참조).
빔부분은 바람직하게는 수신된 빔부분 출력 빔(13)의 에너지를 측정하는 에너지 모니터(4)에 의하여 수신된다. 그리고 나서, 상기 빔부분의 에너지에 대응하는 데이터는 에너지 모니터(4)에 연결되어 있는 프로세서(11)로 송신된다. 그리고 나서, 프로세서(11)는 상기 정보를 사용하여, 구동 전압 및/또는 파장 및/또는 대역폭의 제어 또는 출력광(13) 에너지와 같은 하나 이상의 파라미터(상기 내용 참조)와 관련된 가스 액션의 제어와 같은 기능을 결정 및/또는 수행한다.
펄스 파워 모듈(5)은 방전 챔버(1)내의 한 쌍의 전극(14)을 통하여 가스 혼합물에 에너지를 제공한다. 바람직하게는, 메인 방전에 앞서 가스 혼합물을 예비 이온화시키기 위하여, 펄스 파워 모듈에 의하여 예비 이온화 유닛(미도시)에 에너지가 제공된다. 레이저 시스템의 출력광(13) 에너지는 펄스 파워 모듈의 "구동 전압"에 기지의 종속성을 가진다. 구동 전압은 출력광(13) 에너지를 제어하고 안정화시키기 위하여 레이저 작동중에 조정된다. 프로세서(11)는 에너지 모니터(4)에 의하여 수신된 에너지 정보에 근거하여 구동 전압을 제어한다. 본 발명에 따르면, 프로세서(11)는 또한 가스 혼합물의 상태를 제어하고 안정화시키고, 따라서, 레이저 튜브(1)내의 가스 혼합물의 상태를 제어함에 의하여, 기타 레이저 출력광 파라미터, 예컨대, 에너지 안정성, 시간 펄스 폭, 공간 및 시간 코히어런스, 대역폭 및 장·단 출력광 프로파일 및 다이버전스를 간접적으로 제어 및 안정화시킨다.
도 13b는 도 13a의 가스 제어 박스(10)의 상세한 구조를 도시하고 있다. 상기 가스 제어 박스(10)는 프로세서(11)로부터 수신된 제어 신호에 근거하여 가스를 공급하기 위하여 레이저 튜브(1)에 연결되어 있다. 프로세서(11)는, 밸브 어셈블리(6) 또는 밸브 시스템을 통한 레이저 튜브(1)에의 가스 또는 가스 혼합물의 전달을 조절한다. 밸브 어셈블리는 바람직하게는 저장조 또는 격실(7)을 구비하는데, 상기 격실(7)은 기지의 체적을 가지고, 그 격실(7)내의 압력 측정을 위하여 부착된 압력 게이지 P를 구비한다. 상기 격실(7)은 그 용적이 20 cm3(이와 대조적으로. 상기 레이저 튜브(1)는 그 용적이 42,000 cm3임)일 수 있다. 네 개의 밸브(8a-8d)가 외부 가스 컨테이너에 수용된 가스의 상기 격실(7)로의 유동을 제어하는 것으로 도시되어 있다. 물론, 네 개 이상 또는 이하의 상기와 같은 밸브가 설치될 수도 있다. 또 다른 밸브(32)가 진공 펌프(VP)의 상기 격실(7)로의 출입을 제어하는 것으로 도시되어 있고, 상기 진공 펌프(VP)는 할로겐 필터(HF)를 통하여 연결되는 것으로 도시되어 있다. 또 다른 밸브(34)는 상기 격실(7)과 레이저 튜브(1) 사이의 가스의 유동을 제어하는 것으로 도시되어 있다. 또 다른 밸브 또는 밸브들(미도시)이 예컨대, 라인(35)의 배기를 위한 펌프를 사용하여, 라인(35)내의 공기를 제어하기 위하여, 밸브(34)로부터 튜브(1)로의 라인(35)을 따라 설치될 수 있다.
미소량의 가스 또는 가스 혼합물이 바람직하게는 상기 격실(7)로부터 방전 챔버(1)로 주입된다. 예를 들면, 가스 라인(36a)을 통하여 밸브 어셈블리(6)로 연결된 가스 공급은 1%의 F₂ 및 99%의 Ne을 포함하는 예비혼합물 A일 수 있고, 가스 라인(36b)를 통하여 밸브 어셈블리(6)로 연결된 가스 공급은 1%의 Kr 및 99%의 Ne을 포함하는 예비혼합물 B일 수 있다. ArF 레이저에 있어서, 예비혼합물 B는 Kr 대신에 Ar을 가질 수 있고, F₂ 레이저에 있어서는, 순수한 버퍼 가스(pure buffer gas)가 사용된다. 따라서, 밸브 어셈블리를 통하여 튜브(1)로 예비혼합물 A 및 예비혼합물 B를 주입함으로써, 레이저 튜브(1)내의 플루오르 및 크립톤 농도는 각각 보충될 수 있다. 가스 라인(36c, 36d)은 기타 추가적인 가스 혼합물에 사용될 수 있다. 비록 도시하지는 않았지만, 상기 튜브(1)는 바람직하게는 가스를 방출하기 위한 추가적인 수단을 구비하거나, 또는 선택적으로 가스가 밸브 어셈블리, 예컨대, 밸브(34, 32)를 통하여 방출된다.
새로운 충진, 부분 및 미니 가스 교체 및 가스 주입 절차, 예컨대, 마이크로-할로겐 주입 그리고 기타 가스 보충의 일부 또는 전부는 프로세서(11)에 의하여 개시되고 제어되는데, 상기 프로세서(11)는 피드백 루프로 다양한 입력 정보에 근거하여 밸브 어셈블리(6) 및 펌프(VP)를 제어한다.
이하, 각 가스 주입에 의하여 출력광 파라미터가 교란을 거의 받지 않도록 하는 적은 량으로 레이저 튜브(1)내의 플루오르 농도를 정밀하고도 정확하게 보충하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 설명한다. 프로세서(11)는 레이저 튜브(1)내의 플루오르 농도를 나타내는 파라미터를 모니터하는데, 상기 프로세서(11)는 마이크로-할로겐 주입(HI) 시점이 되었는지를 결정한다.
그리고 나서, 프로세서(11)는, 밸브(8a) 개방을 야기하여 기설정된 압력, 예컨대, 5 bar로 예비혼합물 A가 상기 격실(5)을 충진하도록 하는 신호를 송신한다. 그리고 나서, 밸브(8a)는 폐쇄되고, 밸브(34)는 개방되어, 격실(7)에 충진된 예비혼합물 A 중 적어도 일부가 레이저 튜브(1)로 방출되도록 한다.
튜브내의 압력이 주입에 앞서 3 bar이고, 상기 튜브가 약 40,000 cm3이며, 어큐뮬레이터내의 압력이 주입 후에 3 bar로 감소되도록 주입이 이루어지는 경우, 그 때, 2×20/40,000 bar, 즉 1 mbar가 주입의 결과로 얻어지는 튜브(1)의 압력 증가일 것이다. 예비혼합물 A가 1%의 F₂ 및 99%의 Ne을 포함하는 경우, 그 때, 주입의 결과로 얻어지는 레이저 튜브내의 F₂의 분압 증가는 약 0.01 mbar일 것이다.
상기 계산은 얼마만큼의 F₂가 주입되었는지를 좀 더 정확하게 결정하기 위하여 프로세서(11)에 의하여 수행되거나, 또는 주입 전에, 얼마만큼의 F₂가 프로세서(11)에 의하여 수신된 모니터된 파라미터의 상태 정보 또는 기 프로그램된 기준에 근거하여 주입되어야 하는지에 대한 프로세서(11)의 계산에 따라 격실(7)내의 압력이 설정될 수 있다. 격실(7)내의 가스와 튜브(1)내의 가스간의 온도차 보정도 또한 더욱 정확성을 기하기 위하여 프로세서(11)에 의하여 수행되거나, 또는 격실(7)내의 가스의 온도가 예컨대, 레이저 튜브(1)내의 온도로 미리 설정될 수 있다.
바람직하게는, 튜브(1)내의 10 mbar 이하의 가스 전압력 증가 또는 0.1 mbar의 F₂ 분압 증가에 대응하는 양의 가스 예비혼합물이 격실(7)로부터 주입된다. 더욱 바람직하게는, 레이저 튜브(1)내의 5 mbar 이하 또는 더 나아가 2 mbar 이하의 가스 전압력(0.05 또는 0.02 mbar의 F₂ 분압) 증가가 가스 주입에 기인하여 달성된다.
격실(7)은 단순히 밸브 어셈블리(6) 자체일 수도 있고, 또는 추가적인 어큐뮬레이터(이하에서 상세히 설명함)일 수도 있다. 격실(7)은 또한, 소량의 가스가 연속적인 매우 짧은 간격으로 주입될 수 있도록 구성되는데, 이에 의하여 KrF, ArF 또는 F₂ 레이저와 같은 엑시머 또는 분자 레이저의 방전 챔버내의 할로겐 가스 및/또는 기타 가스 또는 가스들의 분해를 보상할 수 있다.
전술한 격실(7)과 같은 하나 이상의 격실이 설치될 수 있는데, 상기 하나 이상의 격실 각각은 서로 다른 상태량, 예컨대 서로 다른 체적을 가지게 된다. 다양한 예비혼합물이 서로 다른 격실로부터 주입될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 특정 가스 조성을 가지나 많은 서로 다른 가스 조성을 가지는 예비혼합물들을 사용하는 예시적 방법이 사용될 수 있다. 예를 들면, 1% 대신에 5%와 같이 높은 비율의 플루오르(또는 염화 수소) 농도를 가지는 가스 조성이 사용될 수 있다. 또한, 100% 버퍼 가스 컨테이너에 연결된 추가적인 밸브가 설치될 수 있다.
바람직하게는, 프로세서(11) 및 가스 공급 유닛이, 방전 챔버(1)로의 매우 소량의 하나 이상의 가스 또는 가스 혼합물 전달 또는 주입을 허용하도록 구성된다. 소량의 가스 또는 가스 혼합물의 주입은 10 mbar 미만, 바람직하게는 0.1과 2 mbar사이의 방전 챔버(1)내 가스 압력 증가를 야기한다. 방전 챔버(1)내 가스 혼합물의 각 가스는, 방전 챔버내의 가스 조성이 정확하게 제어될 수 있도록, 개별적으로 조절될 수 있다. 예를 들면, Kr, Ar 또는 Xe가, 레이저 튜브(1)내의 상기 가스들을 보충하기 위하여, 유사하게 주입될 수 있다.
가스 주입 또는 교체 절차 중에 주입된 가스의 양은 작기 때문에, 레이저 출력광 파라미터는 각 주입에 따라 심하게 변화하지는 않는다. 주입은 바람직하게는 기지의 가스 고갈량에 대응하는 기설정된 간격으로 주기적으로 수행된다. 예를 들면, 현 작동 상태에서 F₂ 레이저의 가스 혼합물내의 할로겐 분압이 새로운 충진 후에는 약 3 mbar이고 X 분 또는 Y 샷(shot)당 0.1 mbar 감소되는 것으로 알고 있는 경우, 본 발명에 따르면 할로겐 농도를 유지하기 위하여 예컨대, 1%의 F₂를 포함하는 1 mbar(튜브(1)내 압력 증가)의 예비혼합물을 포함하는 할로겐 주입이 매 X/10 분 또는 Y/10 샷마다 수행되어지거나, 또는 상기 예비혼합물의 2 mbar의 할로겐 주입이 매 X/5마다 수행되어 질 수 있는 등 다양한 실시예를 가질 수 있다. 또한, 1%의 F₂ 및 99%의 Ne 버퍼를 포함하는 예비혼합물 A의 1 mbar의 마이크로-할로겐 주입(μHI)이 100분 동안 매 X/5분마다 주입되고, 이후, 100분 동안 주입이 수행되지 않는 방식으로 수행될 수 있다. 많은 변형이, 프로세서에 의하여 결정된 불규칙한 가스 액션을 포함하여 본 발명의 기술적 사상 내에서 이루어질 수 있다.
본 발명과 달리, 예컨대, (튜브(1)내의 F₂ 분압 증가가 0.5 mbar이고 이는 튜브(1)내 F₂ 농도의 약 17% 증가에 상당하도록 하는 1%의 F₂를 가지는) 50 mbar(튜브(1)내 압력 증가) 예비혼합물 A 주입이 매 5X 분 또는 5Y 샷마다, 또는 언제라도 수행되어지는 경우, 상기와 같은 많은 주입량으로 인하여, 레이저 빔의 출력광 파라미터가 현저하고도 바람직하지 못하게 변동될 것이다. 예를 들면, 펄스 에너지 또는 구동 전압은 많은 주입이 수행되어질 때 10% 이상 변동될 수 있다. 많은 주입이 수행되어질 때, 레이저가 정지되지 않거나 또는 산업 프로세싱이 중단되지 않을 경우, 중요한 출력광 파라미터의 교란에 기인하여 부정확한 산업 프로세싱이 발생될 것이다.
차후의 가스 액션의 전술한 사항을 결정하는데 바람직하게 고려되어야 하는 팩터(factor)는 이전의 가스 액션동안 주입된 할로겐의 구체적인 양이다. 그 양은 어큐뮬레이터('785 출원 참조)(가스는 이전의 가스 액션동안 상기 어큐뮬레이터로부터 주입됨)내의 가스 압력의 측정치에 근거(또한, 선택적으로 레이저 튜브내 압력에도 근거)하여 결정될 수 있다. 레이저 튜브 및 어큐뮬레이터내의 가스 혼합물의 온도 또한 고려되어질 수 있다.
밸브 어셈블리는 바람직하게는, 기지의 체적을 가지고 격실(7)내 압력을 측정하기 위하여 설치되는 압력 게이지 P를 구비하는 저장소 또는 격실(7)을 포함한다. 레이저 튜브뿐 아니라 격실도 바람직하게는 각각 튜브 또는 격실내 가스의 온도를 측정하기 위한 수단, 예컨대 열전대 장치를 포함한다.
도 14b는, 레이저 시스템이 작동될 때의 프로세서(11)에 부착된 디스플레이 모니터를 보여준다. 레이저 튜브는 2064 mbar의 내부 압력을 가지는 것으로 도시되어 있고, 반면에 가스 매니폴드(도 13a의 격실(7) 또는 도 14a의 어큐뮬레이터(6a)에 대응)의 압력은 4706 mbar의 내부 압력을 나타내고 있다. 전술한 바와 같이, 레이저 튜브로 주입되는 가스의 정확한 양은 부분적으로는 상기 압력을 읽음으로써 계산되어질 수 있다. 또한, 좀 더 정확한 결정을 위하여 온도가 고려되어질 수 있다.
현 주입과 차후 주입간의 간격은 구동 전압 또는 전술한 출력광 파라미터와 같은 파라미터 중 어느 하나 또는 그 조합에 근거하여 설정된다. 또한, 현 주입시에 주입되는 할로겐 양 및/또는 이전의 주입과 현 주입간의 간격이 고려되어질 수 있다.
어떠한 μHI 또는 증강된 μHI시에 주입되는 할로겐의 양도, 본 발명에 따르면 주입시 및/또는 주입 직전 및/또는 주입 직후에 어큐뮬레이터(도 13b 및 14a 참조) 및 레이저 튜브내의 압력을 측정함으로써 결정되어질 수 있다. 어큐뮬레이터 및 레이저 튜브내의 가스 온도는 마찬가지로 측정되어질 수 있다. 튜브 및 어큐뮬레이터의 내부 체적은 기지이다. 기지의 식 PV=NKB가, 주입동안 튜브로 주입된 할로겐의 양을 계산하기 위하여 사용된다.
예를 들면, 어큐뮬레이터가 측정된 할로겐 분압 Pa, 온도 Ta및 체적 Va를 가지는 경우, 그 때 어큐뮬레이터는 Na플루오르 분자를 포함한다. Na분자 모두가 주입동안 레이저 튜브로 주입되고, 튜브는 온도 TT및 체적 VT를 가지는 경우, 그 때 주입에 기인하는 튜브내 플루오르 분압 변화는 ΔP(F₂)T=PaVaTT/VTTa이다. 튜브내에 플루오르 분자의 총 수를 유지하여야 하므로, 튜브내 플루오르 분자의 총 수, 즉 ΔN(F₂)T=ΔP(F₂)TVT/kBTT의 변화를 계산하고, 그 양을 기억해두는 것이 더욱 적절할 수 있다. 그 때, 할로겐의 양 및/또는 차후 주입과의 간격은 이전의 주입시에 주입되었던 할로겐의 계산된 양, 이전의 주입후의 튜브내 할로겐 분압 및/또는 차후 주입후의 튜브내에 포함되어야 하는 할로겐 양에 기초하여 결정된다.
총체적인 계산은 또한, 주입들 사이에 할로겐 가스가 겪게 되는 (또는 겪게 될) 고갈 양에 종속된다. 주로 상기와 같은 고갈은 예컨대, 시간 및 펄스 카운트( 및 어쩌면 전술한 파라미터 중 어느 하나 등등)를 포함하는 많은 팩터의 함수로 알려져 있다. 예를 들면, 주입간의 간격에 있어서의 레이저 튜브내 할로겐 분압(또는 선택적으로 할로겐 분자)의 변화는 kt×Δt 및 kp×Δp에 종속되는 것으로 계산될 수 있다. 여기서, kt및 kp는 각각 시간 및 펄스 카운트에 따른 할로겐 고갈율에 종속되는 상수이고, Δt 및 Δp는 각각 고려되는 간격에 있어서의 시간량 및 펄스수이다. 펄스 수 Δp 자체는, 또한 버스트(burst)시의 펄스수 및 버스트 모드에서 작동되는 레이저 있어 버스트간의 휴지 간격을 고려할 때, 반복율에 종속된다. 또한, 기타 파라미터가 영향을 미칠 수 있고, 상기 계산에 포함되는 추가적인 조건이 될 수 있다.
이하, 일 간격으로부터 다음 간격까지, 계산이 아래와 같이 수행되어 질 수 있다. 상기 간격 동안 레이저 튜브내 플루오르 분압 증가(또는 네거티브 합으로 나타나는 감소)는 아래와 같이 계산된다: ΔP(F₂)interval ΔP(F₂)T injection-kt×Δt-kp×ΔP. 또한, 플루오르 분자의 총 수가 일정하게 유지되어야 하므로, 분자 수 변화의 계산은 다음과 같다: ΔN(F₂)interval ΔN(F₂)T injection-kt×Δt-kp×ΔP. 여기서, 상수 kt및 kp는 유닛 컨버션에 의한 분압 계산과는 다를 것이다.
전체적인 알고리즘은 할로겐 분자의 총수(또는 할로겐 분압)를 일정하게 유지하려 할것이다. 따라서, 분자수(또는 분압)의 변화는, 많은 간격동안 또는 바람직하게는 마지막 새로운 충진 이후의 모든 간격동안 계속적으로 계산되어질 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 전체적인 합계는 가능한 0에 가깝게 유지될 것이다.
본 발명의 할로겐 주입 알고리즘은 더 장시간 또는 더 많은 수의 펄스 카운트동안 총 할로겐 주입을 연장하는 것으로 생각될 수 있다. 몇 번의 할로겐 주입 기간동안, 고전압 및 F₂ 농도는, 중요한 출력광 파라미터 중 특히 펄스 에너지 및 펄스 에너지 안정성에 많은 변화가 일어나지 않도록, 크게 변화되지 않는다. 또한, 상기 기타 출력광 파라미터 중 일부는 전기되어 있고, 각각은 본 발명의 방법을 사용하여 매우 안정할 것이다.
도 14a는 어큐뮬레이터(6a)를 사용하여 도 13a의 레이저의 방전 챔버(1)내로 할로겐을 주입하기 위한 가스 라인의 또 다른 구성을 개략적으로 보여준다. 어큐뮬레이터(6a)는 레이저 헤드 밸브(LH)를 통하여 레이저 튜브(1)에 연결되어 있다. 어큐뮬레이터(6a)는 또한 할로겐 밸브(H)를 통하여 할로겐 또는 할로겐 예비혼합물을 포함하는 가스병(13)에 연결된 가스 라인(12a)에 연결되어 있다. 예를 들면, 가스병(13)은 F₂ 혼합물(예컨대, 5%의 F₂ 및 95%의 Ne 또는 네온 혼합물내의 5%의 HCl 및 1%의 H2또는 1%의 F₂ 및 99%의 Ne 예비혼합물 또는 기타 가능한 모든 것들)을 포함하는 가스 혼합물으로 충진될 수 있다. 펌프(10a)는 진공 밸브(V)를 통하여 어큐뮬레이터(6a) 및 레이저 튜브(1) 각각에 연결되어 있는 것으로 도시되어 있다. 튜브(1)는, 밸브(B)를 통하여 버퍼 가스, 밸브(R)(예컨대, KrF, ArF, XeCl 및 XeF 엑시머 레이저에 사용됨)을 통하여 희유 가스 또는 희유 가스 예비혼합물, 그리고 밸브(I)를 통하여 비활성 가스를 포함하는 추가적인 가스 라인 및 밸브에 밸브-연결되는 것으로 도시되어 있다. 비활성 가스 밸브(I) 또는 도시되지 않은 기타 밸브는, 튜브내 가스 혼합물안의 첨가물로 사용되는 Xe의 소오스(source)에 연결된 밸브를 위하여 사용될 수 있다.
어큐뮬레이터(6a)는, 본 발명에 따른 각 할로겐 주입시에 주입된 F₂ 예비혼합물내의 F₂를 포함하는 가스의 미소량이 정확하게 제어될 수 있다는 이점을 가진다. 어큐뮬레이터(6a)는 용이하게 저압으로 펌핑된다. 정확한 양의 F₂ 가스 또는 F₂ 가스 예비혼합물은 어큐뮬레이터(6a)내로 방출되고, F₂의 양은, 어큐뮬레이터내의 총 가스 압력, 어큐뮬레이터(6a)의 기지의 체적 및 예비혼합물 가스내의 F₂의 기지의 농도 또는 F₂ 퍼센티지 농도에 따라 결정된다. 주입 후의 레이저 튜브(1)내의 F₂ 분압 증가는 주입 전(및 가능하다면 주입 후)의 어큐뮬레이터(6a)내의 F₂양에 기초하여 결정된다.
도 14b는 레이저 시스템이 작동될 때, 프로세서(11)에 부착된 디스플레이 모니터를 보여준다. 레이저 튜브는 내부 압력 2064 mbar를 가지는 것으로 도시되어 있고, 반면에, 가스 매니폴드(도 13a의 격실(7) 또는 도 14a의 어큐뮬레이터(6a)에 대응됨)내의 압력은 내부 압력 4706 mbar을 보여주고 있다. 전술한 바와 같이, 레이저 튜브내로 주입된 가스의 정확한 양은 부분적으로는 상기 압력 읽음값에 기초하여 계산될 수 있다.
이하, 다양한 가스 액션 및 절차를 설명하도록 한다. 비록 본 발명에 따르면 엑시머 레이저(예컨대, KrF, ArF, XeCl 및 XeF) 및 F₂ 레이저가 최적이지만, 상기 절차는 모든 가스 방전 레이저에 잠재적으로 적용될 수 있다. KrF-레이저는 일 실시예로서 다음과 같이 사용된다.
상기 절차는 레이저 시스템 작동에 앞서 수행되어지는 새로운 충진과 함께 개시된다. 새로운 충진을 위하여, 레이저 튜브(1)는 배기되고, 신선한 가스 혼합물이 내부로 충진된다. KrF-레이저의 새로운 충진은 일반적으로 다음과 같은 비율을 대략적으로 가지는 가스 혼합물을 야기한다: F₂:Kr:Ne=0.1%:1.0%:98.9%. KrF 레이저 방전 챔버내의 가스 혼합물은 일반적으로 약 p=3000 mbar의 총 압력을 가지고, 그 때, F₂ 및 Kr의 분압은 일반적으로 각각 3 mbar 및 30 mbar일 것이다. F₂ 레이저에 있어 새로운 충진은 일반적으로 다음과 같은 비율의 가스를 야기할 것이다: F₂:Ne=0.1%:99.9%. F₂ 레이저에 있어, 단지 Ne만을 사용하는 것에 대신하여 He 또는 He의 혼합물 및 Ne이 버퍼로서 사용될 수 있다(전술한 '526 출원 참조).
새로운 충진 절차는 순수하거나 예비혼합된 가스를 전달하는 각각의 가스 라인을 사용하여 수행되어 질 수 있다. 반도체 산업 제조 공정에 정기적으로 사용되는 전형적인 가스 예비혼합물은 예비혼합물 A 및 B이다. 여기서 예비혼합물 A는 1%의 F₂ 및 1%의 Kr 및 Ne이고, 예비혼합물 B는 1%의 Kr 및 Ne이다.
새로운 충진이 수행된 후, 할로겐 가스는 레이저가 작동 상태에 있는지와 무관하게, 접촉되는 레이저 튜브(1)의 구성요소와 반응을 개시한다. "가스 보충"은 가스 교체 및 가스 주입을 포함하는 포괄적인 용어이고, 가스 혼합물 상태가 새로운 충진 상태로 되돌아가도록 수행되어진다.
어떠한 가스 보충 절차도 가스 혼합물의 각 가스가, 전술한 할로겐 고갈 및 그에 응답하여 수행되어지는 가스 보충에 기인하여 서로 다른 고갈율로 고갈됨을 고려하여 수행되어진다. 협대역 KrF 레이저에 있어서, 예컨대, F₂ 고갈은 약 0.1%에서 0.3%사이의 비율로 이루어지고, 반면에 Kr 고갈은 약 10 내지 50배 정도로 더 서서히 이루어진다. Ne 버퍼는 덜 중요하나, 그러나, 예컨대, 튜브(1)내의 요구되는 압력을 유지하기 위하여 전체적인 가스 보충 작동의 일 부분으로서 또한 여겨질 수 있다.
각각의 가스 액션은 바람직하게는 가스 혼합물의 구성 가스 각각을 보충하기 위하여 수행되어진다. KrF 레이저에 있어서, 예를 들면, F₂는 할로겐 또는 할로겐 및 희유 가스 또는 예비혼합물 A 주입에 의하여, 그리고 Kr은 희유 가스 또는 예비혼합물 B 주입에 의하여 보충될 수 있다. 개개의 고갈율은, 레이저가 광대역 모드에 있는지 협대역 모드에 있는지의 여부, 작동 에너지 레벨, 레이저가 꺼짐상태에 있는지 연속, 대기 또는 기타 버스트 패턴 작동 상태에 있는지의 여부 및 작동 반복율과 같은 레이저 작동 상태에 또한 종속된다. 프로세서(11)는 레이저 작동시 상기 모든 변동을 고려하여 프로그램된다.
본 발명에서, 가스 혼합물 상태는, 플루오르 및 크립톤 함량의 편차가 5% 미만, 바람직하게는 3% 미만일 때, 충분히 안정한 것으로 간주된다. 어떠한 가스 보충 액션도 없이, 1 억 샷후에, F₂ 및 Kr의 분압은 각각 10%-100% 및 0.5%-5% 낮아질 수 있다.
방전 챔버내 가스의 다양한 고갈율을 보상하기 위하여, 본 발명은 분리되고 크로스-링크된 가스 보충 절차를 수행하는데, 상기 절차는 다양한 레이저 작동 상태의 포괄적인 데이터베이스를 참조함으로써 다양한 저하율들 각각을 고려한다. 바람직한 기술은 전술한 '653 출원에 개시되어 있다. 작동 상태의 각 레이저의 거동과 다양한 작동 상태하에서의 가스 분해에 관한 관련 지식은, 상기 데이터베이스에 저장되고, 프로세서-제어되는 "전문가 시스템"에 의하여 레이저의 현 상태를 결정하고 가스 보충 또는 재작동을 조종하는데 사용된다.
전술한 바와 같이, 일련의 소량의 가스 주입(마이크로 가스 또는 할로겐 주입 또는 HI로 언급됨)은, 중요한 출력광 파라미터에 장애를 주지 않고, 엑시머 또는 분자 레이저의 어떠한 구성 가스라도, 특히 초 활성 할로겐을 방전 챔버내의 그 최적 농도로 복귀시키는데 사용될 수 있다. 그러나, 가스 혼합물은 또한, 오염 물질이 방전 챔버내에 생성됨에 따라, 시간이 흐를수록 분해된다. 그러므로, 또한, 바람직한 방법에 따르면, 미니 가스 교체(MGR) 및 부분 가스 교체(PGR)가 수행되어 진다. 가스 교체는 일반적으로 오염물질의 배출을 포함하여 방전 챔버로부터 가스를 방출하는 것을 포함한다. MGR은, 작은 HI의 수행보다 더 긴 간격으로 주기적으로 소량의 가스를 교체하는 것을 포함한다. PGR은 좀 더 큰 가스 교체를 포함하고, 좀 더 긴 주기적 간격으로 수행되어 진다. 각각의 케이스에서 정확한 간격은 현 레이저 작동 상태 및 전문가 시스템 및 포괄적인 데이터베이스의 참고에 의존한다. 상기 간격으로는 가스 혼합물 분해와의 기지의 관계에 따라 변화하는 파라미터 변화가 사용된다. 그러한 것으로서, 상기 간격은 시간, 펄스 카운트 또는 구동 전압, 펄스 형태, 펄스 지속시간, 펄스 안정성, 빔 프로파일, 코히어런스, 방전 폭 또는 대역폭의 변화 중의 어느 하나 또는 그 조합일 수 있다. HI, MGR 및 PGR 각각은 레이저 시스템이 가동될 때 수행되어 질 수 있고, 따라서 레이저 가동시간을 손상시키지 않는다.
이하, 최적 가스 혼합물을 안정화시키기 위한 예시적인 세 가지의 가스 보충 방법에 대하여 설명한다. 이하 서술할 방법들의 조합을 포함한 다양한 많은 방법들이 가능하다. 또한, 사용되는 방법과 파라미터는, 레이저 작동 상태에 좌우되고 데이터베이스 및 전문가 시스템에 기초하여, 레이저 작동중에 변화될 수 있다. 프로세서 및 가스 공급 유닛은 레이저 작동 상태 및 가스 혼합물 상태에 대한 포괄적인 데이터베이스에 기초하여 다양한 방법을 수행하도록 구성된다.
각 방법은 레이저 작동 및 출력광 파라미터에 장애를 주지 않기 위하여, 바람직하게는 농도 5% 이하의 할로겐 함유종을 포함하는 10 mbar 미만, 더욱 바람직하게는 0.1-2 mbar 사이의 예비혼합물을 주입함에 의하여 작고 연속적인 가스 주입을 가지는 명확히-정의된 매우 작은 가스 액션을 포함한다. 예비혼합물의 조성이 어떠하든지 간에, 가장 중요한 것은 예비혼합물내의 할로겐의 양이다. 즉, 작은 가스 액션에서 주입된 할로겐 함유종의 바람직한 양은 바람직하게는 0.1 mbar 미만, 더욱 바람직하게는 0.001-0.02 mbar 사이의 레이저 튜브(1)내 분압 증가에 대응하는 양이다.
첫 번째 예시적 가스 안정화 방법은 작동 시간에 기초하여 가스 주입을 수행하는 것을 포함한다. 상기 방법은 레이저가 작동하는지, 즉 레이저 시스템이 가동되고 산업 프로세싱이 수행되는지, 대기 모드에 있는지 또는 단순히 정지 상태에 있는지를 고려한다. 따라서, 상기 첫 번째 방법은 활성 또는 비활성 가스 조성 상태 중 어느 하나를 유지하는데 유용하다.
시간-상호관련된 μHI, MGR 및 PGR이, 작동 상태에 기초하여 선택된 시간격에 따라 수행되어진다. 예를 들면, μHI는 시간격 t1후에, MGR은 t2후에, PGR은 시간격 t3후에 수행될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 작동 레이저 시스템에 대한 상세한 그래프를 설명한다. 일반적으로, 저 반복율( 100Hz)로 펄스를 발생하거나 또는 레이저가 펄스를 발생함이 없이 대기-모드에 있는 경우, 가스 액션은 몇 시간후에 일어난다. 레이저가 완전히 스위치 off(파워-off-모드) 상태에 있는 경우, 배터리에 의하여 구동되는 내부 클락은 여전히 작동되고, 전문가 시스템은 레이저 재작동 후 준비 단계동안 주입의 적절하고도 시간 제어된 수를 방출할 수 있다. 주입의 수와 양도 또한, 최적 가스 상태를 재설정하기 위하여 가스 액션의 바람직한 순서를 개시하는 소정의 구동 전압 개시 상태와 관련될 수 있다.
도 15 및 16은 시간에 대한 구동 전압을 나타내는 그래프로서, 본 발명에 따른 완전한 작동 시스템에 대한 주기적인 μHI와 주기적인 μHI 및 MGR을 각각 보여주고 있다. 도 15는 시간에 대한 구동 전압의 플로트(A)를 포함하고 있는데, 여기서, μHI는, 10 mJ 출력광 에너지로 2000 Hz 버스트 모드에서 작동하는 협대역 레이저에 대하여, 그래프상에서 수직선(일부가 "B"로 표시됨)으로 도시된 바와 같이 대략적으로 매 12 분마다 수행되어 진다. 상기 수직축은 그래프 A에 대하여만 대응된다. 그래프 A에 도시된 바와 같이, 작은 μHI는 구동 전압에 어떠한 불연속도 발생시키지 않는다.
도 16은 시간에 대한 구동 전압의 플로트(A)를 보여주는데, 여기서, 10 mJ의 출력광 에너지로 2000 Hz 버스트 모드에서 작동되는 협대역 레이저에 대하여, μHI는 그래프상에서 짧은 수직선(마찬가지로, 그 일부가 "B"로 표시되고, 수직축은 할로겐 주입을 전혀 나타내지 않음)으로 도시된 바와 같이 대략적으로 매 12 분마다 수행되어지고, MGR은 그래프상에서 긴 수직선(그 일부가 "C"로 표시되고, 수직축은 MGR과 관련하여 무의미함)으로 도시된 바와 같이 대략적으로 매 90분 마다 수행되어 진다. 또한, 구동 전압은 실질적으로 1.8 KV 주위에서 일정하고, 커다란 변화, 예컨대, 5% 초과의 변화는 발견되지 않는다.
도 15 및 16을 도 8 및 12와 비교할 때, 본 발명은 가스 혼합물이 분해됨에 따라 구동 전압을 지나치게 증가시키는 종래의 방법을 사용하지 않았음을 알 수 있다. 이러한 방식으로 구동 전압의 불연속, 변동 또는 변화를 피함으로써, 중요한 출력광 파라미터의 교란도 또한 피할 수 있다.
도 17은 본 발명에 따른 시스템에 대한 절대 펄스 에너지의 퍼센티지로서 표준 편차(SDEV)("A"로 표시된 그래프) 및 이동 평균 안정성(±MAV)("B" 및 "C"로 표시된 그래프) 값에 의한 레이저 펄스의 시간 대 펄스 에너지 안정성을 나타내는 그래프를 포함하고 있다. "B" 및 "C"로 표시된 그래프는 각 40 펄스 그룹에 대한 이동 평균을 보여주고 있다. 상기 작동 중에, 마이크로 할로겐 주입은, 가스 보충 액션에 의하여 야기되는 어떠한 탐지 가능한 변동을 야기함이 없이, 매우 안정한 연속적인 레이저 작동을 야기하며 수행된다.
두 번째 예시적인 가스 안정화 방법은 샷 또는 펄스 카운터를 사용하여 샷 또는 펄스 카운트에 기초하여 가스 주입을 수행하는 것을 포함한다. 레이저의 작동 모드에 역시 좌우되는 레이저 펄스 수, 예컨대, N(HI), N(MGR) 및 N(PGR)후에, HI, MGR 및 PGR은 각각 수행될 수 있다. 일반적으로, HI의 양은 KrF, Arf, XeF 또는 F2레이저(Ne은, He 또는 He 및 Ne의 혼합으로 교체될 수 있음)에 대하여는 플루오르 예비혼합물(예컨대, 1-5%의 F₂ 및 95-99%의 Ne) 약 0.5...2.0 mbar이고 또는 XeCl 또는 KrCl 레이저에 대하여는 HCl 예비혼합물(예컨대, 1-5%의 HCl:Ne 또는 He내의 1%) 약 0.5...2.0 mbar이며, HI는 수십만 또는 더 나아가 수 백만의 레이저 샷 후에 방출된다. 각 HI는 마지막 가스 액션이후의 할로겐 고갈을 정확하게 보상하고, 일반적으로, 이는 예컨대 백만 샷 당 할로겐 함유종의 0.1 mbar 미만, 더욱 바람직하게는 0.001-0.02 mbar 사이의 레이저 튜브(1)내 분압 증가에 대응한다. 실제 양 또는 샷 간격은 레이저의 타입, 방전 챔버의 조성 및 노후화, 최초 가스 혼합물의 조성 및 작동 모드, 예컨대 에너지 또는 반복율에 좌우되어 변화된다.
샷 카운터는 또한, 시간 관련 가스 보충과 조합되어 사용될 수 있다. 샷 카운터는, 다수의 개별 샷 카운터 Ni(HI)가 사용되는 다양한 펄스 반복의 연속 펄스 모드 또는 버스트 패턴과 같은 다양한 레이저 펄스 작동 모드를 위한 것일 수 있다. 상기 서로 다른 샷-카운터 모두는 전문가 시스템의 데이터베이스에 저장될 수 있다. 서로 다른 샷-카운터 Ni(HI) 중 어떠한 것이 항상 사용되어지는 전문가 시스템의 소프트웨어에 의하여 결정된다.
도 18은 본 발명에 따른 HI에 기인하여 작은 분압 증가가 레이저 방전 챔버내에서 발생될 때의 불연속이 없는 구동 전압을 정성적으로 나타낸 것이다. 구동 전압은 1억 5천만 펄스동안 약 1.7 KV로 실질적으로 일정한 값을 나타내는 것으로 도시되어 있고, 반면에 HI는 대략적으로 천이백만 펄스마다 한 번씩 수행된다. 펄스 에너지는 또한 일정한 레벨로 유지된다.
도 18을 도 12의 구동 전압 그래프와 비교하면, 본 발명의 이점을 알 수 있다. 도 12에서, 구동 전압은 할로겐 주입(HI)이 수행될 때까지 안정적으로 증가하는 것으로 나타나고, 그리고 나서, 종래의 가스 보충에 따라 많은 양의 할로겐이 주입될 때 급격히 떨어지는 것으로 나타난다. 도 12의 구동 전압 곡선의 상기와 같은 교란은, HI의 간격이 너무 크고 따라서 주입된 할로겐의 양이 상기 교란을 방지하기에는 너무 크기 때문에 발생한다. 도 9 내지 11로부터 알 수 있듯이, 상기 큰 구동 전압 교란은 바람직하지 못하게 중요한 출력광 파라미터에 영향을 미친다. 한편, 도 18은 본 발명에 따라 주입된 마이크로-할로겐 주입에 응답하여 구동 전압에 어떠한 변동도 보이지 않는다.
도 19는 두 개의 플로트를 포함하는 그래프이다. 흑색 삼각형을 따라 도시되고 "종래 HI"로 표시된 첫 번째 플로트는, 종래의 HI 알고리즘을 사용한 시스템에 대한 펄스 카운트 대 에너지 안정성 변화를 나타내고, 에너지 안정성에 있어 급격한 불연속을 보여준다. 예를 들면, 첫 번째 HI에서는, HI에 응답하여 거의 순간적으로 0.95%로부터 1.10%로 도약하는 것으로 도시되어 있다. 흑색 원을 따라 도시되고 "본 발명의 HI"라 표시된 두 번째 플로트는 에너지 안정성에 있어 불연속이 실질적으로 최소화된 본 발명에 따른 HI 알고리즘을 사용한 시스템에 대한 펄스 카운트 대 에너지 안정성 변화를 나타낸다.
도 20도 또한 두 개의 플로트를 포함하는 그래프이다. 흑색 삼각형에 따라 도시되고 "종래의 HI"라 표시된 첫 번째 플로트는 종래의 HI 알고리즘을 사용하는 시스템에 대한 펄스 카운트 대 빔 다이버전스를 나타내고, 빔 다이버전스에 있어 급격한 불연속을 보여준다. 예를 들면, 첫 번째 HI에서는, HI에 응답하여 거의 순간적으로 1.175 mrad에서 1.125 mrad로 급격하게 떨어진다. 흑색 원을 따라 도시되고 "본 발명의 μHI"로 표시되는 두 번째 플로트는 빔 다이버전스에 있어 불연속이 실질적으로 최소화된 본 발명에 따른 HI 알고리즘을 사용한 시스템에 대한 펄스 카운트 대 빔 다이버전스를 나타낸 것이다.
전문가 시스템은 다른 타입(즉, N(μHI)와는 다른)의 가스 액션을 위하여 다양한 종류의 샷 카운터, 예컨대 N(MGR) 및/또는 N(PGR)을 사용할 수 있다. MGR 및 PGR은 기설정된 양으로 레이저 튜브내 가스 혼합물의 다양한 가스를 교체 또는 교환한다. 전술한 바와 같이, MGR 및 PGR은 레이저 튜브로부터의 가스 방출에 의하여 수반되는 가스 주입을 포함하고, 반면에, μHI는 가스 방출을 포함하지 않는다. 가스 방출은 가스 혼합물로부터 오염 물질을 배출하는 것뿐 아니라 단순히 레이저 튜브내의 압력을 감소시키기 위하여도 수행될 수 있다. 가스 혼합물내의 개개의 가스 구성요소의 불균일한 분해는 MGR 및 PGR을 사용하여 훌륭하게 보상되고, 또한, 다른 수의 Ni(MGR) 및 Ni(PGR)가, 전문가 시스템에 의하여 결정된 다른 오퍼레이팅 모드 및 상태를 위하여 사용될 수 있다. 상기의 모든 세팅, 즉 Ni(μHI), Ni(MGR) 및 Ni(PGR) 및 각 가스를 위한 주입의 개별 선택 가능한 부분은, 노화됨에 따른 가스 소모 및 보충의 변화 상태를 고려하여, 레이저 튜브의 노화에 적응될 수 있다. 보상의 양은, 매뉴얼 세팅 또는 컴퓨터 제어 전문가 시스템의 데이터베이스내의 세팅에 기초하여 미리 선택될 수 있다. MGR에 있어서도, μHI와 같이, 주입된 가스의 비율은 작은 mbar(퍼센트)에 달한다. MGR은 튜브 압력의 약 10 mbar의 작은 압력 방출과 조합된다.
하나 이상의 가스가 동일한 가스 액션에서 주입 또는 교체될 수 있다. 예를 들면, 엑시머 레이저에 있어 소정의 양의 활성 희유 가스 및 소정의 양의 할로겐이 레이저 튜브내로 함께 주입될 수 있다. 상기 주입은 MGR에서와 같이 작은 압력 방출을 수반한다. 선택적으로, 할로겐 및 희유 가스의 혼합물은 가스 방출을 수반함이 없이 방전 챔버내의 각 가스의 분압을 증가시키기 위하여 단순히 주입될 수 있다.
세 번째 예시적인 가스 안정화 방법은 레이저의 작동 구동 전압값에 기초하여 가스 주입을 수행하는 것을 포함한다. 상기 방법은 특히 상기 첫 번째 및 두 번째 예시적인 방법 중 어느 하나 또는 양자와 조합될 수 있다. 시간 관련된 t1(HI), t2(MGR), t3(PGR) 및 카운터-관련된 Ni(μHI), Ni(MGR), Ni(PGR) 가스 액션은 일반적으로 구동 전압의 소정의 작동 대역에서 작동된다.
도 21에서와 같이, 몇 개의 구동 전압 레벨(HVi)은, 어떠한 추가적 기타의 가스 액션이 수행될 수 있는지에 기초하여 정의될 수 있다. 예를 들면, 구동 전압 HV가 HV1미만인 경우(즉, HV＜HV1), 가스 혼합물내에 충분한 양의 할로겐이 있을 때는 어떠한 가스 액션도 수행되지 않는다. 구동 전압이 HV1과 HV2사이에 있는 경우(즉, HV1＜HV＜HV2), MGR1및 μHI는 주기적으로 수행된다. 구동 전압이 HV2와 HVrepl사이에 있는 경우(즉, HV2＞HV＞HVrepl), μHI뿐 아니라, 통상의 양의 MGR1보다 많은 양의 MGR2가 가스 혼합물을 재조정하기 위하여 주기적으로 수행된다. 구동 전압이 HVrepl보다 큰 경우(즉, HV＞HVrepl), 더 큰 가스 교체 PGR이 수행될 수 있다.
PGR은 가스 혼합물의 10% 이상에 달하는 교체를 하기 위하여 사용될 수 있다. 소정의 안전장치가, 예를 들면 레이저가 튜닝될 때 원하지 않는 가스 액션이 발생하는 것을 방지하기 위하여 설치될 수 있다. 그 중 하나는 가스 액션이 수행되도록 허용되기 전에, HV2또는 HVrepl레벨이 크로스된 후 소정의 시간이 흐르도록 하는 것인데, 따라서 구동 전압은 실제로 가스 혼합물의 분해에 기인하여 증가되게 된다.
도 22는 세 번째 예시적인 방법에 따른 μHI, MGR 및 PGR을 수행하기 위한 흐름도이다. 상기 절차는 새로운 충진으로부터 개시되는데, 여기서 방전 챔버는 최적 가스 혼합물로 충진된다. 그리고 나서, 레이저는 산업 응용을 위하여 작동되거나, 대기 모드로 유지되거나, 완전히 정지된다. 구동 전압 체크(HV-체크)는 현 구동 전압(HV)이 측정된 후 수행된다.
측정된 구동 전압은 HV1, HV2및 HVrepl에 대한 기설정된 값과 비교된다. 프로세서는 HV가 HV1과 HV2사이에 있고(즉, HV1＜HV＜HV2), 따라서 정상 작동 구동 전압 대역내에 있는지를 결정한다. 정상 작동 대역내에 있는 경우, 그 때 경로(1)이 이어지고, 이에 의하여 μHI 및 MGR1이 바람직하게는, 작동 상태에 기초하여 전문가 시스템에 의하여 결정된 시간 및/또는 펄스 카운트 간격에 기초하여 수행되어 진다.
경로(1)이 이어질 때 수행되는 μHI 및 MGR1은 인용되어 본 출원의 일부가 된 미국 특허 출원 제 09/167,653호에 기재된 방법에 따라 결정되어질 수 있다. HV가 정상 작동 대역내에 있지 않은 경우, 그 때, HV가 HV1미만에 있는지(즉, HV＜HV1)를 결정한다. 만약, HV가 HV1미만에 있는 경우, 그 때, 경로(2)가 이어지고, 어떠한 가스 작용도 수행되지 않는다.
만약, HV가 HV2와 HVrepl사이에 있는 경우(즉, HV2＞HV＞HVrepl), 그 때, 경로(3)이 이어지고, MGR2가 수행된다. 주입되고 방출되는 가스의 정확한 양 및 조성이 바람직하게는 전문가 시스템에 의하여 결정되고, 작동 상태에 종속될 것이다.
만약, HV가 HVrepl를 초과한다면(즉, HV＞HVrepl), 그 때 경로(4)가 이어지고, PGR이 수행된다. 또한, 주입되고 방출되는 가스의 정확한 양 및 조성이 바람직하게는 전문가 시스템에 의하여 결정되고, 작동 상태에 종속될 것이다. 경로(1) 내지 (4) 중 어떠한 경로가 이어지고 대응하는 가스 액션이 수행된 후, 바람직하게는 특정 정착 시간이 지난 후에, 상기 방법은, 레이저의 작동 모드를 결정하고, HV를 측정하고 다시 기설정된 HV 레벨 HV1, HV2및 HVrepl과 비교하는 단계로 되돌아간다.
상기 서로 다른 구동 전압 레벨과 시간 및 펄스 카운트 스케쥴 모두의 세팅은 개별적으로 행해질 수 있거나, 또는 다양한 작동 상태를 위하여 그 것들이 저장되는 컴퓨터 제어 데이터베이스를 참조하여 행해질 수 있다.
연속적 펄스발생 또는 버스트 모드와 같은 다양한 작동 상태하의 다양한 HV-레벨에서의 레이저 작동이 고려될 수 있다.
상기의 다양한 종류의 가스 제어 및 보충 기구의 조합은 많은 팩터 및 변수를 조화시키는 것을 포함한다. 전문가 시스템 및 데이터베이스와 조합되어, 본 발명의 프로세서 제어 레이저 시스템은 새로운 충진이 필요하기에 앞서 연장된 가스 수명을 제공한다. 주로, 새로운 충진을 위하여 레이저 시스템을 다운시키는 것이 완전히 방지될 수 있다. 그 때, 레이저 시스템의 수명은, 기타 레이저 구성요소, 즉 레이저 튜브 윈도우를 위한 구성요소 또는 기타 광학 구성요소 교환에 의하여 결정된 계획된 유지보수 간격에 종속될 것이다.
전술한 가스 보충 절차는 극저온 가스 정화 기술과 조합될 수 있다. 상기 극저온 가스 정화 기술에 의하면, 희유 가스 불소 즉, AFn(A=Xe, n=2,4,6인 ) 분자와 같은 오염 물질 또는 전술한 기타 오염 물질이 가스 혼합물로부터 제거된다. 이러한 목적을 위하여, 미국 특허 제 5,001,721호, 제 5,111,473호, 제 5,136,605호 및 제 5,430,752호가 인용되어 본 출원의 일부를 이룬다. 표준적인 방법은 일반적으로 가스를 방전 챔버내로 재순환시키기 전에 오염 물질을 동결 분리하기 위하여 콜드 트랩을 사용하는 것을 포함한다. 오염 물질은 엑시머 레이저의 할로겐 가스의 분자 화합물이다. 따라서, 상당한 양의 할로겐이 방전 챔버내의 가스 혼합물로부터 제거된다. 그 결과, 출력광 파라미터에 바람직하지 못한 영향을 미치는 할로겐 가스 농도의 신속한 감소가 야기된다.
개괄하여 설명하며, 본 발명은 가스 방전 레이저, 특히 엑시머 또는 분자(예컨대 F₂)레이저의 최초 또는 최적 가스 조성을 안정화시키기 위한 방법 및 절차를 제공한다. 가동 또는 대기 모드의 레이저 작동의 긴 기간동안, 레이저 가스의 고갈은 고전압, 레이저 펄스 형태, 새로운 충진후의 경과 시간 또는 기타 추가적인 레이저 파라미터(일부는 전술한바 있음)를 모니터하고 제어함으로써 연속적으로 모니터된다. 다양한 상태하의 다양한 레이저 작동을 위한 핵심적인 작동 파라미터의 기지의 이력 및 경향의 데이터베이스에 따라, 프로세서 제어 절차는 가스 고갈을 보충하는데 적용된다. 안정화 절차는 지정된 시간, 구동 전압 변화 및/또는 샷 카운트 간격, 그것들의 조합 또는 가스 혼합물 분해와의 기지의 관계에 따라 변화하는 파라미터와 관련된 기타 간격에 기초하여 수행되는 다수의 미소 가스 액션(마이크로 주입)을 이용하는 것을 포함한다. μHI, MGR 및 PGR의 주의 깊은 조합이 무제한의 지속 기간에 걸친 레이저 가스 혼합물의 거의 완전한 안정화를 달성하기 위하여 사용된다. 가장 중요하게는, 본 출원에 기재된 가스 액션은 레이저의 중요한 출력광 파라미터 또는 작동에 교란을 일으키지 않는데, 왜냐하면, 이 들은 레이저 시스템의 무수한 작동 상태를 포함하는 전문가 시스템에 기초하여 원할하게 제어되기 때문이다. 따라서, 레이저는 가스 보충 액션동안 중단됨이 없이 작동되고, 산업 프로세싱은 고효율을 가지고 수행될 수 있다.
명세서 및 도면에 기재된 구체적인 실시예는 특허청구의 범위를 한정하고자 하는 것이 아님은 물론이고, 단지 일 실시예를 나타내고자 한 것일 뿐이다. 본 발명의 범위는 특허청구범위 및 그와 구조적 및 기능적으로 균등한 것에 의하여 결정된다.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 가스 혼합물 상태가 정확하고도 주기적으로 결정되고 원활하게 조정될 수 있는 엑시머 또는 분자 레이저 시스템을 제공할 수 있다. 또한, 가스 보충시 레이저 작동 상태에 교란을 줌이 없이 가스 혼합물 분해를 자동적으로 보상하는 기술을 제공할 수 있게 된다. 또한, 일정한 출력광 파라미터를 유지하면서 연속적으로 작동할 수 있는 엑시머 또는 분자 레이저 시스템을 제공할 수 있게 된다.

Claims (78)

  1. 고갈되는 제 1 구성 가스를 포함하는 레이저 가스 혼합물을 포함하는 방전 챔버와;
    상기 레이저 가스 혼합물에 에너지를 제공하는 펄스 방전을 제공하기 위한 구동 전압을 포함하는 파워 공급 회로에 연결된 한 쌍의 전극과;
    펄스 레이저 빔을 발생시키기 위한 상기 방전 챔버를 에워싸는 공진기와;
    상기 방전 챔버에 연결된 가스 공급 유닛과;
    상기 가스 공급 유닛 및 상기 방전 챔버사이의 가스 유동을 제어하기 위한 프로세서를 포함하여 이루어지고,
    상기 가스 공급 유닛 및 상기 프로세서는 0.0001 mbar과 0.2 mbar사이의 상기 제 1 구성 가스가 선택된 간격으로 상기 방전 챔버내로 주입되도록 구성된 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 가스 공급 유닛 및 상기 프로세서는 0.001 mbar와 0.1 mbar 사이의 상기 제 1 구성 가스가 선택된 간격으로 상기 방전 챔버내로 주입되도록 구성된 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 가스 공급 유닛 및 상기 프로세서는 0.0001 mbar와 0.05 mbar 사이의 상기 제 1 구성 가스가 선택된 간격으로 상기 방전 챔버내로 주입되도록 구성된 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 가스 공급 유닛 및 상기 프로세서는 0.0001 mbar와 0.02 mbar 사이의 상기 제 1 구성 가스가 선택된 간격으로 상기 방전 챔버내로 주입되도록 구성된 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택된 간격은 적어도 부분적으로 시간에 기초하고 있는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 시간 간격은 5초와 다섯 시간사이에 있는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 시간 간격은 5초와 30분 사이에 있는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 시간 간격은 5초와 20분 사이에 있는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  9. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택된 간격은 펄스의 선택된 수인 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 펄스 간격은 10,000과 천만 사이에 있는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 펄스 간격은 10,000과 백만 사이에 있는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  12. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택된 간격은 적어도 부분적으로, 일정한 레이저 빔 출력 에너지를 유지하기 위한 구동 전압 변화에 기초하고 있는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 구동 전압 변화 간격은 0.5%와 10% 사이에 있는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 구동 전압 변화 간격은 0.1%와 5% 사이에 있는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  15. 제 12항에 있어서, 상기 구동 전압 변화 간격은 0.01%와 5% 사이에 있는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  16. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택된 간격은 적어도 부분적으로, 시간 및 일정한 레이저 빔 출력 에너지를 유지하기 위한 구동 전압 변화의 조합에 기초하고 있는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  17. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택된 간격은 적어도 부분적으로, 펄스 카운트 및 일정한 레이저 빔 출력 에너지를 유지하기 위한 구동 전압 변화의 조합에 기초하고 있는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  18. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택된 간격은 적어도 부분적으로, 시간, 펄스 카운트 및 일정한 레이저 빔 출력 에너지를 유지하기 위한 구동 전압의 변화의 조합에 기초하고 있는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  19. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택된 간격은 적어도, 시간, 펄스 카운트, 일정한 레이저 빔 출력 에너지를 유지하기 위한 구동 전압, 펄스 형태, 펄스 지속시간, 펄스 에너지 안정성, 빔 프로파일, 다이버전스 및 상기 펄스 레이저의 대역폭 중 어느 하나의 변화인 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  20. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택된 간격은 적어도 부분적으로, 시간, 펄스 카운트, 일정한 레이저 빔 출력 에너지를 유지하기 위한 구동 전압, 펄스 형태, 펄스 지속시간, 펄스 안정성, 빔 프로파일 및 상기 레이저 빔의 대역폭 중 적어도 두 개의 변화의 조합에 기초하고 있는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  21. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 공급 유닛은 상기 방전 챔버내로의 주입 전에 상기 제 1 구성 가스를 저장하기 위한 격실을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 격실은, 주입후에 방전 챔버내에서 증가할 상기 제 1 구성 가스의 분압 양을 결정하는 내부 체적 및 압력을 가지는 어큐뮬레이터인 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  23. 제 21항에 있어서, 상기 격실은, 주입후에 방전 챔버내에서 증가할 상기 제 1 구성 가스의 분압 양을 결정하는 내부 체적 및 압력을 가지는 밸브 어셈블리인 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  24. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세서 및 가스 공급 유닛은 제 2 구성 가스가 상기 제 1 구성 가스와 함께 상기 방전 챔버내로 주입되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  25. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세서 및 가스 공급 유닛은 상기 제 1 구성 가스가 0.1%와 5%사이의 F₂ 및 HCl 중 어느 하나와 95%와 99%사이의 비활성 가스의 예비혼합물로서 방전 챔버내로 주입되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  26. 제 24항에 있어서, 상기 프로세서 및 상기 가스 공급 유닛은 상기 제 1 구성 가스가 0.1%와 5%사이의 F₂ 및 HCl 중 어느 하나와 95%와 99%사이의 비활성 가스의 예비혼합물로서 방전 챔버내로 주입되도록 구성되고, 상기 제 2 구성 가스는 Kr, Xe, Ne 및 Ar 중 어느 하나 이상을 포함하고, 전압력은 상기 제 1 및 제 2 구성 가스의 주입 각각에 기인하여 방전 챔버내에서 0.1 mbar ~ 10 mbar 증가하는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  27. 제 24항에 있어서, 상기 방전 챔버는 상기 제 1 및 제 2 구성 가스가 주입될 때, 상기 방전 챔버내의 상기 가스 혼합물의 일부를 방출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  28. 제 21항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 제 1 구성 가스를 포함하는 격실내의 측정된 압력에 기초하여 상기 간격을 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  29. 제 21항에 있어서, 상기 프로세서는 제 1 구성 가스를 포함하는 격실내의 측정된 압력에 기초하여, 주입되는 상기 제 1 구성 가스의 양을 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  30. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세서 및 상기 가스 공급 유닛은 상기 제 1 구성 가스가 상기 선택된 간격으로 일 군의 회수로 주입되도록 구성되고, 상기 일 군의 주입은 주기적으로 반복되는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  31. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 제 1 구성 가스는 할로겐 함유 분자이고, 예비혼합물 상태에서 비활성 가스 및 0.1%와 5% 사이의 상기 제 1 구성 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  32. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 제 1 구성 가스는 0.5%와 5% 사이의 F₂ 및 HCl 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  33. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 공급 유닛 및 상기 프로세서는, 상기 주입이 상기 간격으로 연속적으로 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  34. 제 1 항 또는 제 4항에 있어서, 상기 가스 공급 유닛 및 프로세서는, 다중 주입이 상기 간격으로 수행된 후, 주입이 수행되지 않는 기간이 뒤따르도록 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 방전 레이저 시스템.
  35. 가스 공급 유닛을 사용하여 레이저 가스 혼합물의 고갈되는 구성 가스를 가스 방전 레이저의 방전 챔버내의 기설정 분압으로 유지하기 위한 방법으로서,
    상기 방전 챔버내의 고갈되는 상기 기설정 분압의 구성 가스를 포함하는 레이저 가스 혼합물을 제공하는 단계와;
    상기 방전 챔버내의 상기 구성 가스의 분압에 대하여 기지의 대응관계로 변화되는 하나 이상의 파라미터를 모니터하는 단계와;
    구성 가스를 실질적으로 상기 기설정된 분압으로 되돌리기 위하여, 방전 챔버내의 구성 가스의 분압을 0.0001 mbar ~ 0.2 mbar 증가시키도록, 구성 가스를 방전 챔버내로 주입하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제 35항에 있어서, 상기 구성 가스는 95%의 버퍼 가스를 포함하는 예비혼합물로서 주입되고, 상기 주입 단계는 상기 예비혼합물을 상기 방전 챔버내로 주입하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제 35항에 있어서, 상기 파라미터는 시간인 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 제 37항에 있어서, 상기 간격은 10초와 5 시간 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 제 37항에 있어서, 상기 간격은 10초와 30분 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 제 35항에 있어서, 상기 파라미터는 펄스 카운트인 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 제 40항에 있어서, 상기 간격은 100,000과 천만 펄스 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 제 40항에 있어서, 상기 간격은 100,000과 5백만 펄스 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
  43. 제 35항에 있어서, 상기 파라미터는 구동 전압인 것을 특징으로 하는 방법.
  44. 제 43항에 있어서, 상기 간격은 0.1%와 5% 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 제 43항에 있어서, 상기 간격은 0.1%와 2% 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 제 35항에 있어서, 상기 하나 이상의 파라미터는 시간, 펄스 카운트, 일정한 레이저 빔 출력 에너지를 유지하기 위한 구동 전압을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  47. 제 35항에 있어서, 상기 하나 이상의 파라미터는 펄스 카운트 및 일정한 레이저 빔 출력 에너지를 유지하기 위한 구동 전압을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  48. 제 35항에 있어서, 상기 하나 이상의 파라미터는 시간 및 일정한 레이저 빔 출력 에너지를 유지하기 위한 구동 전압을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  49. 제 35항에 있어서, 상기 하나 이상의 파라미터는 시간, 펄스 카운트, 일정한 레이저 빔 출력 에너지를 유지하기 위한 구동 전압, 펄스 형태, 펄스 지속시간, 펄스 안정성, 빔 프로파일, 상기 레이저 빔의 대역폭 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  50. 제 35항에 있어서, 상기 하나 이상의 파라미터는 시간, 펄스 카운트, 일정한 레이저 빔 출력 에너지를 유지하기 위한 구동 전압, 펄스 형태, 펄스 지속시간, 펄스 안정성, 빔 프로파일 및 상기 레이저 빔의 대역폭 중 둘 이상의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  51. 제 35항 또는 제 36항에 있어서, 상기 방전 챔버내로 주입하기에 앞서 상기 구성 가스를 보유하기 위하여 격실을 충진하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  52. 제 35항 또는 제 36항에 있어서, 상기 주입 단계는 0.0001과 0.1 mbar 사이의 상기 방전 챔버내 상기 구성 가스의 분압 증가를 야기하는 것을 특징으로 하는 방법.
  53. 제 35항 또는 제 36항에 있어서, 상기 주입 단계는 0.0001과 0.05 mbar 사이의 상기 방전 챔버내 상기 구성 가스의 분압 증가를 야기하는 것을 특징으로 하는 방법.
  54. 제 35항 또는 제 36항에 있어서, 상기 주입 단계는 상기 간격으로 상기 구성 가스를 일 군의 회수로 주입하는 단계를 포함하고, 일 군의 주입은 주기적으로 반복되는 것을 특징으로 하는 방법.
  55. 제 35항에 있어서, 상기 주입 단계는, 주입이 수행되지 않는 기간과, 뒤이어 또 다른 주입 단계가 뒤따르는 것을 특징으로 하는 방법.
  56. 제 35항 또는 제 36항에 있어서, 연속적인 주입 각각은 상기 구성 가스를 실질적으로 기설정된 분압으로 되돌리는 것을 특징으로 하는 방법.
  57. 제 35항 또는 제 36항에 있어서, 상기 구성 가스는 할로겐-함유 분자인 것을 특징으로 하는 방법.
  58. 제 35항 또는 제 36항에 있어서, 상기 구성 가스는 F₂ 및 HCl 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  59. 제 36항에 있어서, 상기 구성 가스는 할로겐 함유 분자이고, 상기 예비혼합물은 비활성 가스와 0.1%와 5% 사이의 상기 할로겐-함유 분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  60. 가스 성분의 혼합물로 충진되는 가스 방전 챔버를 구비하는 엑시머 또는 가스 방전 챔버를 작동하는 방법으로서, 상기 혼합물은 레이저 작동 중에 오염을 겪게되고,
    레이저 작동 중에 가스 방전 챔버내로 가스 성분 중 하나 이상을 주입하는 단계를 포함하고, 여기서 주입량은 0.2 mbar 미만이고,
    레이저가 비교적 일정한 출력을 유지하면서 작동을 계속하도록 주입 단계를 다수 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  61. 제 60항에 있어서, 상기 주입 단계는 레이저 출력 펄스의 변화가 1% 미만이 되도록 선택되어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  62. 제 60항에 있어서, 상기 주입 단계는 빔 다이버전스 변화가 0.025 mrad 미만이 되도록 선택되어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  63. 제 60항에 있어서, 레이저의 파라미터를 모니터하고, 모니터된 파라미터의 변화에 응답하여 주입 단계를 개시하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  64. 제 63항에 있어서, 상기 모니터된 파라미터는 시간인 것을 특징으로 하는 방법.
  65. 제 63항에 있어서, 상기 모니터된 파라미터는 펄스 카운트인 것을 특징으로 하는 방법.
  66. 제 63항에 있어서, 상기 모니터된 파라미터는 구동 전압인 것을 특징으로 하는 방법.
  67. 제 63항에 있어서, 상기 모니터된 파라미터는 빔 다이버전스인 것을 특징으로 하는 방법.
  68. 제 63항에 있어서, 상기 모니터된 파라미터는 대역폭인 것을 특징으로 하는 방법.
  69. 제 63항에 있어서, 상기 모니터된 파라미터는 빔 프로파일 것을 특징으로 하는 방법.
  70. 제 60항에 있어서, 가스 성분 중 하나 이상을 0.2 mbar를 초과하는 양으로 주기적으로 주입하는 단계를 추가적으로 포함하고, 0.2 mbar를 초과하는 양의 상기 가스 주입은 0.2 mbar 미만의 주입에 비하여 빈번하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  71. 제 60항에 있어서, 가스 혼합물 일부를 가스 방전 챔버로부터 주기적으로 방출하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  72. 제 60항에 있어서, 상기 주입 단계는 레이저 출력 펄스의 에너지 안정성의 표준 편차가 1% 미만이 되도록 선택되어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  73. 제 35항 및 제 60항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주입 단계는, 구성 가스를 포함하는 격실의 측정된 압력에 기초하는 간격으로 발생되도록 선택되어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  74. 제 35항 또는 제 60항에 있어서, 구성 가스를 포함하는 격실의 측정된 압력에 기초하여, 주입되는 상기 제 1 구성 가스의 양을 선택하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  75. 가스 성분의 혼합물로 충진되는 가스 방전 챔버를 구비하는 엑시머 또는 분자 가스 방전 레이저를 작동하는 방법으로서, 상기 성분 중 하나 이상은 레이저 작동 중에 고갈을 겪게 되고,
    고갈되는 상기 하나 이상의 가스 성분을 레이저 작동 중에 가스 방전 챔버내로 주입하는 단계를 포함하고, 주입되는 양은 상기 방전 챔버내에 기존재하는 전량의 5% 미만이고,
    레이저가 비교적 일정한 출력을 유지하면서 작동을 계속하도록 주입 단계를 다수 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  76. 제 75항에 있어서, 주입되는 양은 상기 방전 챔버내에 기존재하는 전량의 3% 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
  77. 제 60항 또는 제 75항에 있어서, 상기 주입 단계는 시간 적분 제곱으로 측정된 출력 펄스의 펄스 길이가 10% 미만으로 변화되도록 선택되어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  78. 제 60항 또는 제 75항에 있어서, 상기 주입 단계는 시간 적분 제곱으로 측정된 출력 펄스의 펄스 길이가 5% 미만으로 변화되도록 선택되어지는 것을 특징으로 하는 방법.
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