JP2008022026A - 高信頼性でモジュラ製造品質の狭帯域高繰り返しレートf2レーザ - Google Patents
高信頼性でモジュラ製造品質の狭帯域高繰り返しレートf2レーザ Download PDFInfo
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Abstract
【課題】高信頼性でモジュラ製造品質の狭帯域高繰り返しレートF2レーザを提供する。
【解決手段】1000乃至2000Hz又はそれ以上の範囲において、10mJのレーザパルスを作り出すことができる、高信頼性で、モジュラ製造品質のエキシマレーザを提供する。交換可能なモジュールには、レーザチャンバ、3つのモジュールを含むパルスパワーシステム、線狭帯域化モジュール及び出力カプラモジュールからなる光学共振器、ウェーブメータモジュール、電気的制御モジュール、冷却水モジュール、及びガス制御モジュールを含む。
【選択図】図4
【解決手段】1000乃至2000Hz又はそれ以上の範囲において、10mJのレーザパルスを作り出すことができる、高信頼性で、モジュラ製造品質のエキシマレーザを提供する。交換可能なモジュールには、レーザチャンバ、3つのモジュールを含むパルスパワーシステム、線狭帯域化モジュール及び出力カプラモジュールからなる光学共振器、ウェーブメータモジュール、電気的制御モジュール、冷却水モジュール、及びガス制御モジュールを含む。
【選択図】図4
Description
この出願は、1999年3月17日に出願された米国特許出願シリアル番号09/271,041号Reliable, Modular, Production Quality Narrow-Band High Rep Rate ArF Excimer Laserと、1998年3月1日に出願された米国特許出願シリアル番号09/041,474号Reliable, Modular, Production Quality Narrow-Band KrF Excimer Laserと、1997年12月22日に出願された米国特許出願シリアル番号08/995,832号Excimer Laser Having Pulse Power Supply with Fine Digital Regulationと、1997年7月18日に出願された米国特許出願シリアル番号08/896,384号Wavelength Reference for Excimer Laserと、1997年9月29日に出願された米国特許出願シリアル番号08/939,611号protective Overcoat for Replicated Diffraction Gratingsと、1998年3月4日に出願された米国特許出願シリアル番号08/947,474号Pulse Energy Control for Excimer Laserと、1998年5月20日に出願された米国特許出願シリアル番号09/082,139号Narrow Band Excimer Laser with Gas Additiveと、1998年9月18日に出願された米国特許出願シリアル番号09/157,067号Reliable, Modular, Production Quality Narrow Band High Rep Rate Excimer Laserと、1998年9月28日に出願された米国特許出願シリアル番号09/162,341号Line Narrowing Apparatus with High Transparency Prism Beam Expanderと、1998年10月2日に出願された米国特許出願シリアル番号09/165,593号Wavelength System for an Excimer Laserと、1998年12月7日に出願された米国特許出願シリアル番号09/206,526号Wavelength Reference for Laserと、1998年12月15日に出願された米国特許出願シリアル番号09/211,825号High Pulse Rate Power System with Resonant Power Supplyと、1998年12月21日に出願された米国特許出願シリアル番号09/217,340号Durable Etalon Based Output Couplerと、の一部継続出願であり、これらの全てをリファレンスとしてここに組み入れる。本発明は、レーザに関し、特に狭帯域ArFエキシマレーザに関する。
KrFエキシマレーザ
フッ化クリプトン(KrF)エキシマレーザは、集積回路リソグラフィ産業の役に立つ光ソースに現在なっている。KrFレーザは、約248nmの狭帯域波長を備えるレーザビームを作り出し、約180nmと同じくらい小さい寸法の集積回路を作るのに使用される。フッ化アルゴン(ArF)エキシマレーザは、KrFレーザと非常に似ている。主な違いは、レーザガス混合と、出力ビームのより短い波長である。基本的に、アルゴンはクリプトンを置換し、その結果、出力ビームの波長は193nmである。このことにより、集積回路の寸法が約120nmまで更に減少する。157nmでのF2ビームによりパターン解像度の実質的な改良ができるので、F2レーザは、集積回路リソグラフィ産業において長らくKrF及びArFの後継者として認識されていた。これらのF2レーザは、KrF及びArFエキシマレーザと多少の変形を伴い非常に似ており、F2レーザとして作動させるために従来技術のKrF又はArFレーザと交換することが可能である。集積回路の製造で使用される典型的な従来技術のKrFエキシマレーザを、図1及び図2に示す。この従来技術のレーザのレーザチャンバの断面を図3に示す。高電圧電源3によって動力が供給されるパルスパワーシステム2は、電気的パルスを、放電チャンバ8に配置された電極6に提供する。典型的な技術水準のリソグラフィレーザは、約10mJ/パルスのパルスエネルギで約1000Hzのパルス周波数で作動する。約3気圧で(約0.1%フッ素、1.3%クリプトン、残りはバッファガスとして作用するネオンであるKrFレーザ用の)レーザガスは、約1000インチ/秒の速度で電極の間の空間を介して循環する。これは、レーザ放電チャンバに配置された垂直ブロワー10でなされる。レーザガスは、チャンバにまた配置された熱交換器11と、チャンバの外側に取り付けられた冷却プレート(図示せず)とで冷却される。エキシマレーザの自然のバンド幅は、線狭帯域化モジュール18によって狭帯域化される。市販のエキシマレーザシステムは典型的には、システムの休止を妨害することなく迅速に交換されうる種々のモジュールからなる。主なモジュールは以下のものを含む:
レーザチャンバモジュール
高電圧電源モジュールを備えるパルスパワーシステム
整流子モジュール及び高電圧圧縮ヘッドモジュール
出力カプラモジュール
線狭帯域化モジュール
ウェーブメータモジュール
コンピュータ制御モジュール
ガス制御モジュール
冷却水モジュール
フッ化クリプトン(KrF)エキシマレーザは、集積回路リソグラフィ産業の役に立つ光ソースに現在なっている。KrFレーザは、約248nmの狭帯域波長を備えるレーザビームを作り出し、約180nmと同じくらい小さい寸法の集積回路を作るのに使用される。フッ化アルゴン(ArF)エキシマレーザは、KrFレーザと非常に似ている。主な違いは、レーザガス混合と、出力ビームのより短い波長である。基本的に、アルゴンはクリプトンを置換し、その結果、出力ビームの波長は193nmである。このことにより、集積回路の寸法が約120nmまで更に減少する。157nmでのF2ビームによりパターン解像度の実質的な改良ができるので、F2レーザは、集積回路リソグラフィ産業において長らくKrF及びArFの後継者として認識されていた。これらのF2レーザは、KrF及びArFエキシマレーザと多少の変形を伴い非常に似ており、F2レーザとして作動させるために従来技術のKrF又はArFレーザと交換することが可能である。集積回路の製造で使用される典型的な従来技術のKrFエキシマレーザを、図1及び図2に示す。この従来技術のレーザのレーザチャンバの断面を図3に示す。高電圧電源3によって動力が供給されるパルスパワーシステム2は、電気的パルスを、放電チャンバ8に配置された電極6に提供する。典型的な技術水準のリソグラフィレーザは、約10mJ/パルスのパルスエネルギで約1000Hzのパルス周波数で作動する。約3気圧で(約0.1%フッ素、1.3%クリプトン、残りはバッファガスとして作用するネオンであるKrFレーザ用の)レーザガスは、約1000インチ/秒の速度で電極の間の空間を介して循環する。これは、レーザ放電チャンバに配置された垂直ブロワー10でなされる。レーザガスは、チャンバにまた配置された熱交換器11と、チャンバの外側に取り付けられた冷却プレート(図示せず)とで冷却される。エキシマレーザの自然のバンド幅は、線狭帯域化モジュール18によって狭帯域化される。市販のエキシマレーザシステムは典型的には、システムの休止を妨害することなく迅速に交換されうる種々のモジュールからなる。主なモジュールは以下のものを含む:
レーザチャンバモジュール
高電圧電源モジュールを備えるパルスパワーシステム
整流子モジュール及び高電圧圧縮ヘッドモジュール
出力カプラモジュール
線狭帯域化モジュール
ウェーブメータモジュール
コンピュータ制御モジュール
ガス制御モジュール
冷却水モジュール
電極6はカソード6Aとアノード6Bとからなる。アノード6Bは、図3の断面に示したアノード支持バー44によってこの従来技術の実施形態において支持される。フローは向かって時計回りである。アノード支持バー44の一つの角及び一つの端は、電極6A及び6Bの間に流すようにブロワー10からの空気を強制するためのガイド羽根として役立つ。この従来技術のレーザにおける他のガイド羽根を、46,48及び50で示す。穴が開けられた電流リターンプレート52は、アノード6Bをチャンバ8の金属構造に接地するのを助ける。プレートは、レーザガスフローパスに配置された大きな穴(図3では図示せず)で穴が開けられており、電流リターンプレートはガスフローに実質的に影響しない。個々のキャパシタ19のアレイからなるピークキャパシタは、パルスパワーシステム2によって各パルスの前にチャージされる。電圧がピークキャパシタにビルドアップする間、2つのプレイオン化装置56は、電極6A及び6Bの間でレーザガスを弱くイオン化させ、キャパシタのチャージは約16,000ボルトに達するとき、電極の放電は、エキシマレーザパルスを生成するように生成される。次の各パルスに関して、ブロワー10によって生成され、約1インチ/ミリ秒の電極間のガスフローは、1ミリ秒後に生じる次のパルスに関して丁度良く電極間で新鮮なレーザガスを提供するのに十分である。
典型的なリソグラフィエキシマレーザでは、フィードバック制御システムは、各パルスのレーザエネルギを測定し、所望のパルスエネルギからの偏差の度合いを判断し、次のパルスのエネルギが所望のエネルギに近くなるように電源電圧を調節するようにコントローラに信号を送信する。従来技術のシステムでは、このフィードバック信号は、アナログ信号であり、レーザ環境によって作り出されたノイズに曝されやすかった。このノイズによって、誤った電源電圧が提供されることになり、続いて出力レーザパルスエネルギにおける増加の変化を生じさせ得る。
これらのエキシマレーザは、典型的には、メンテナンスのために予定されたほんの短い供給停止を伴って、1日24時間、1週7日間、数ヶ月間、連続で作動することが要求される。これらの従来技術のレーザで経験したある問題は、過度の消耗と、ブロワベアリングの不定期の故障である。
集積回路産業において、KrF及びArFレーザでは得られない集積回路の解像度を与えることができるモジュラ、高信頼性製造ライン高品質F2レーザの必要性がある。
集積回路産業において、KrF及びArFレーザでは得られない集積回路の解像度を与えることができるモジュラ、高信頼性製造ライン高品質F2レーザの必要性がある。
本発明は、1000乃至2000Hz又はそれ以上の範囲における繰り返し数で、約1pm又はそれ以下の半値幅を備える10mJより大きなパルスエネルギを備えるレーザパルスを作り出すことができる、高信頼性、モジュラ、プロダクション、高品質F2エキシマレーザを提供する。本発明の好ましい実施形態は、10乃至40ワットの範囲におけるパワー出力を備える10乃至5mJの範囲におけるパルスエネルギを備える1000乃至4000Hzの範囲で作動しうる。照射源としてこのレーザを使用する際、ステッパ又はスキャナ装置は、0.1μm又はそれ以下の集積回路解像度を作り出す。交換可能なモジュールには、レーザチャンバ、モジュラーパルスパワーシステムを含む。
従来技術のエキシマレーザを超える重要な改良が、より早いチャージを作り出すためのパルスパワーユニットに提供されている。これらの改良は、増加したキャパシティ高電圧電源と、高電圧電源によってチャージされたキャパシタから高電圧パルスを生成させ、単一の4つのセグメントのステンレススチールロッドからなる2次巻線を有する非常に早い電圧トランスで約23倍にパルス電圧を増幅する改良された整流子モジュールとを含む。(ここでは「ポット及びパン」設計と呼ぶ)圧縮ヘッド可飽和インダクタに関する新規な設計が、要求されるトランスオイルの量を著しく減少させ、過去では事故を引き起こしたオイル漏れの可能性を事実上取り除く。
より高いパルス周波数及び改良された性能を許容するレーザチャンバにおける改良は、単一のプレイオン化装置チューブの使用を含む。
好ましい実施形態では、レーザは、2つの外部プリズムのセットを使用してF2157.6nmラインに調整される。第2の好ましい実施形態では、レーザは広帯域で作動し、157.6nmラインは、共鳴キャビティに対して外側に選択される。第3の好ましい実施形態では、0.2pmの線幅が、注入シードを使用して提供される。
好ましい実施形態では、レーザは、2つの外部プリズムのセットを使用してF2157.6nmラインに調整される。第2の好ましい実施形態では、レーザは広帯域で作動し、157.6nmラインは、共鳴キャビティに対して外側に選択される。第3の好ましい実施形態では、0.2pmの線幅が、注入シードを使用して提供される。
本発明の他の実施形態は、セラミックベアリングを含む。任意に、磁気ベアリングが利用されうる。ベアリングの反力は、アノード支持バーのエアロダイナミクス曲線を提供することによって低減されうる。他の改良は、破壊的音響衝撃波を生成するレーザチャンバに関して音響バッフルの使用を含む。
内部キャビティビームライン及び出力ビームラインが完全にシールされ、窒素パージされることが好ましい。
内部キャビティビームライン及び出力ビームラインが完全にシールされ、窒素パージされることが好ましい。
第1の好ましい実施形態
本発明の好ましい実施形態を図面を参照して記載する。
本発明の好ましい実施形態を図面を参照して記載する。
モジュラーレーザ設計
本発明の好ましい実施形態の正面図を図4にそれぞれ示す。この図は、修理、交換及びメンテナンスのためにモジュールの非常に迅速な交換をすることができる特定の発明のモジュラー特性を強調している。この実施形態の主な特徴を、図4に示した参照番号に対応させて以下に羅列する。
201 レーザ遮蔽
202 ガスモジュール
203 冷却水供給モジュール
204 AC/DC配電モジュール
205 制御モジュール
206 線狭帯域モジュール
207 圧縮ヘッド
208 高電圧パルス電源モジュール
209 パルス電源供給のための整流子モジュール
210 フッ化金属トラップ
211 レーザチャンバ
213 波長モジュール
214 自動シャッタ
216 出力カプラ
217 ブロワーモータ
218 フッ化金属トラップ電源
219 ステータスランプ
220 24ボルト電源
221 チャンバウィンドウ
222 ガス制御可撓性接続
224 通気ボックス
本発明の好ましい実施形態の正面図を図4にそれぞれ示す。この図は、修理、交換及びメンテナンスのためにモジュールの非常に迅速な交換をすることができる特定の発明のモジュラー特性を強調している。この実施形態の主な特徴を、図4に示した参照番号に対応させて以下に羅列する。
201 レーザ遮蔽
202 ガスモジュール
203 冷却水供給モジュール
204 AC/DC配電モジュール
205 制御モジュール
206 線狭帯域モジュール
207 圧縮ヘッド
208 高電圧パルス電源モジュール
209 パルス電源供給のための整流子モジュール
210 フッ化金属トラップ
211 レーザチャンバ
213 波長モジュール
214 自動シャッタ
216 出力カプラ
217 ブロワーモータ
218 フッ化金属トラップ電源
219 ステータスランプ
220 24ボルト電源
221 チャンバウィンドウ
222 ガス制御可撓性接続
224 通気ボックス
好ましい実施形態
本発明の好ましい実施形態は、図1,2及び3に記載されたレーザの改良されたバージョンである。この好ましい実施形態は以下の改良を包含する:
1)単一チューブ大型プレイオン化装置が、効果的に改良されたより良いプレイオン化と、電極の間での改良されたレーザガスフローとを提供するために、2つのチューブプレイオン化装置の従来技術の組み合わせを置換し;
2)シリコンフリー・ファンブレードが、1片加工されたブレードであり;
3)個体物理パルスパワーシステムが、より早い立ち上がり時間を作り出すために修正され、より調和したパルスを提供し、より高い電圧で改良されたレーザ効率を提供し;
4)パルス電源装置のチャージ電圧のより精密な制御と;
5)パルスエネルギ及びバーストエネルギのより改良された制御を提供する新しいアルゴリズムを備えたコンピュータ制御プログラムと;
6)電極空間が10mmまで減少された。
本発明の好ましい実施形態は、図1,2及び3に記載されたレーザの改良されたバージョンである。この好ましい実施形態は以下の改良を包含する:
1)単一チューブ大型プレイオン化装置が、効果的に改良されたより良いプレイオン化と、電極の間での改良されたレーザガスフローとを提供するために、2つのチューブプレイオン化装置の従来技術の組み合わせを置換し;
2)シリコンフリー・ファンブレードが、1片加工されたブレードであり;
3)個体物理パルスパワーシステムが、より早い立ち上がり時間を作り出すために修正され、より調和したパルスを提供し、より高い電圧で改良されたレーザ効率を提供し;
4)パルス電源装置のチャージ電圧のより精密な制御と;
5)パルスエネルギ及びバーストエネルギのより改良された制御を提供する新しいアルゴリズムを備えたコンピュータ制御プログラムと;
6)電極空間が10mmまで減少された。
チャンバ改良
単一プレイオン化チューブ
図6に示すように、単一の大型プレイオン化装置56Aで、図3に示した2つのプレイオン化装置チューブ56を置換する。単一チューブプレイオン化装置は、1998年2月17日に発行された米国特許第5,719,896号の記載に従って製造され、ここにリファレンスとして組み入れられる。出願人は、1つのプレイオン化装置だけで十分であるだけでなく、非常に驚くべきことに2つのプレイオン化装置設計よりも改良された性能を提供することを発見した。この実施形態では、プレイオン化装置は電極の上流に配置される。出願人は、1つのチューブプレイオン化装置が、放電の改良された空間的安定性を提供することによってパルス間の安定性を改良すると判断した。
単一プレイオン化チューブ
図6に示すように、単一の大型プレイオン化装置56Aで、図3に示した2つのプレイオン化装置チューブ56を置換する。単一チューブプレイオン化装置は、1998年2月17日に発行された米国特許第5,719,896号の記載に従って製造され、ここにリファレンスとして組み入れられる。出願人は、1つのプレイオン化装置だけで十分であるだけでなく、非常に驚くべきことに2つのプレイオン化装置設計よりも改良された性能を提供することを発見した。この実施形態では、プレイオン化装置は電極の上流に配置される。出願人は、1つのチューブプレイオン化装置が、放電の改良された空間的安定性を提供することによってパルス間の安定性を改良すると判断した。
いま図7を参照すると、このプレイオン化装置は、チューブの一体化コンポーネントとしてここに組み入れられたアンチトラッキング溝170を備えるブッシング要素180を有する一体化チューブ設計を利用する。ロッド部分145、及び、プレイオン化装置のブッシング部分180のODは1/2インチである。内部コンダクタロッド146は、7/37インチの直径を有し、地面と接続させるためのブッシング部分を介して延びる接続ワイヤは約1/16インチの直径である。前のプレイオン化装置チューブ設計は、ロッド部分が直径約1/4インチであり、ブッシングの直径が約1インチであるという、2つ直径設計を利用した。これは、製造目的に関して、ブッシングコンポーネントをチューブコンポーネントと結合させるための結合プロセスを必要とした。一定の直径でより薄いチューブ設計は、従来の設計ルールに反しており、容量をより小さくするためにイオン化の減少を予測しうる。殆どの設計では、チューブ厚は選択された材料の絶縁強度に依存する。当業者は、従来技術のプレイオン化チューブ設計技術が高絶縁強度を備える材料を選択することであり、この容量と適合させるために壁厚を決定することと認識する。例えば、サファイア材料は、1200ボルト/ミルから1700ボルト/ミルまでの範囲の絶縁強度を有することが知られている。それ故、0.035インチの絶縁厚は、レーザが25kVで作動するならば、2の安全ファクタを提供する。この設計は、低容量を生み出すが、しかしながら、レーザ作動のこの減少した容量の実際の影響は無視できうることを発見し、電極ギャップの幾何学的な放射の測定は驚くべきことに増加する。一定の直径、より薄いチューブ壁、一体化ブッシング設計のため、材料の単一ピースはアンチトラッキング溝170を提供するように加工される。出願人が兆候純度材料を使用し続けても、単一ピース構造のため、超高純度(即ち、99.9%)ポリクリスタル半透明酸化アルミニウムセラミックを使用する必要はない。ブッシング180とチューブ145との間の一体関係を人工的に作り出すために、拡散結合のために準備したチューブ幾何学の困難な表面研磨を実行する必要はない。実際に、高純度は材料の多孔性と同じくらい重要な特徴ではないことは分かっている。より高多孔性で更に絶縁強度が低下することが見いだされた。その結果、市販グレードセラミックは、少なくとも99.8%の純度を備えるのが好ましく、Coors Ceramics Companyによって製造されたような材料番号AD-998Eのような低多孔性であり、300ボルト/ミルの絶縁強度で使用される。以前に記載したようにそこに配置されるアンチトラッキング溝170を有するブッシング180は、カソードから地面160までチューブの表面に沿って軸線方向の高電圧トラッキングを妨げるように作動する。
上述の通り、出願人は単一のプレイオン化装置が2つのプレイオン化装置よりも劇的に良く作動することを発見し、上で説明したように、第1の好ましい実施形態は電極の上流に単一のプレイオン化装置を配置する。出願人はまた、下流に配置された単一のプレイオン化装置で実験をし、所定のブロワー速度で、この配置が、2つのチューブ配置で上流に配置されたものよりも実質的に良いパルスエネルギ安定性を作り出すことを発見した。
高効率チャンバ
レーザの効率を改良するためにチャンバに対して改良がなされた。アルミナ、Al2O3を包含する単一ピースカソード絶縁体55Aは、図6Aに示したように上部チャンバ構造からカソードを絶縁する。従来技術の設計では、8つの別々の絶縁体が、絶縁体の熱膨張ストレスのための絶縁体のクラッキングを回避するために必要であった。この重要な改良によって、チャンバのヘッド部分が、ピーク容量82のカソード83の間の距離を著しく減少させることができる。ピーク容量アレイ82を形成する個々のキャパシタ54Aは、従来技術と比較してカソードにより近く水平に移動する。単一ピース絶縁体とチャンバ構造との間の熱膨張の差を減少させるために、上部チャンバ8Aは、アルミニウムよりもAl2O3に近い熱膨張係数を有するASTM A3Cスチールから製造されている。チャンバ8の底部8Bはアルミニウムであるが、出願人は、ASTM A3Cスチールとアルミニウムとの間の熱膨張の差が問題ではないことを理解している。スチールとアルミニウムの両方のパーツはニッケル被覆されている。
市販のリソグラフィレーザ用の従来のカソードは、典型的には図3に示したようなカソード支持バー53によって支持されている。この好ましい実施形態では、カソード支持バーは削除され、カソード83が僅かに薄くされ、単一ピース絶縁体55Aの上に直接取り付けられる。カソード83は、ロッド83A及び接続ナット83Bを介して15のフィードによってピークキャパシタ82の高電圧側82Aに接続される。好ましい実施形態では、新しいアノード支持バー84Aが、従来技術のアノード支持バーよりも実質的に大きく、ガスフロー領域に配置されたフィン84Bを含む。これらの特徴の両方は、アノードの温度変動を最小にする。
レーザの効率を改良するためにチャンバに対して改良がなされた。アルミナ、Al2O3を包含する単一ピースカソード絶縁体55Aは、図6Aに示したように上部チャンバ構造からカソードを絶縁する。従来技術の設計では、8つの別々の絶縁体が、絶縁体の熱膨張ストレスのための絶縁体のクラッキングを回避するために必要であった。この重要な改良によって、チャンバのヘッド部分が、ピーク容量82のカソード83の間の距離を著しく減少させることができる。ピーク容量アレイ82を形成する個々のキャパシタ54Aは、従来技術と比較してカソードにより近く水平に移動する。単一ピース絶縁体とチャンバ構造との間の熱膨張の差を減少させるために、上部チャンバ8Aは、アルミニウムよりもAl2O3に近い熱膨張係数を有するASTM A3Cスチールから製造されている。チャンバ8の底部8Bはアルミニウムであるが、出願人は、ASTM A3Cスチールとアルミニウムとの間の熱膨張の差が問題ではないことを理解している。スチールとアルミニウムの両方のパーツはニッケル被覆されている。
市販のリソグラフィレーザ用の従来のカソードは、典型的には図3に示したようなカソード支持バー53によって支持されている。この好ましい実施形態では、カソード支持バーは削除され、カソード83が僅かに薄くされ、単一ピース絶縁体55Aの上に直接取り付けられる。カソード83は、ロッド83A及び接続ナット83Bを介して15のフィードによってピークキャパシタ82の高電圧側82Aに接続される。好ましい実施形態では、新しいアノード支持バー84Aが、従来技術のアノード支持バーよりも実質的に大きく、ガスフロー領域に配置されたフィン84Bを含む。これらの特徴の両方は、アノードの温度変動を最小にする。
金属シール
出願人は、従来技術のエラストマシールがフッ素ガスと反応し、レーザ性能を低下させるレーザガスの汚染物を生成することを発見した。本発明の好ましい実施形態は、レーザチャンバを密封するために全て金属シールを使用する。好ましい金属シールは、錫メッキインコネル1718シールである。
出願人は、従来技術のエラストマシールがフッ素ガスと反応し、レーザ性能を低下させるレーザガスの汚染物を生成することを発見した。本発明の好ましい実施形態は、レーザチャンバを密封するために全て金属シールを使用する。好ましい金属シールは、錫メッキインコネル1718シールである。
モネル電流リターン及び羽根
出願人はまた、ステンレススチールの要素がまた、レーザガスの汚染物を生成するようにフッ素と反応することを発見した。それ故、この好ましい実施形態では、従来技術のステンレススチール電流リターン構造及びガスフロー羽根は、モネル電流リターン250及びモネルフロー羽根252及び254と置換される。
出願人はまた、ステンレススチールの要素がまた、レーザガスの汚染物を生成するようにフッ素と反応することを発見した。それ故、この好ましい実施形態では、従来技術のステンレススチール電流リターン構造及びガスフロー羽根は、モネル電流リターン250及びモネルフロー羽根252及び254と置換される。
音響バッフル
出願人は、2000Hz又はそれ以上で作動する狭帯域エキシマレーザによって作り出されたレーザビームの質の歪の著しい原因が、チャンバ構造の要素から電極の間の空間に戻るように反射される1つのパルスの放電によって生成される音響衝撃波であり、0.5ミリ秒後に生じる次のパルスのレーザビームを歪ませる。ここ(図6A参照)に記載した実施形態は、レーザチャンバの両側に角度がつけられており溝がついた音響バッフル63A及び64Aによってこの影響を実質的に最小にする。これらのバッフルは、音響エネルギの一部を吸収し、音響エネルギの一部を電極から離れるようにレーザチャンバの下部領域の方へ下げるように反射させる。この好ましい実施形態では、バッフルは、幅0.1ミル、深さ0.3ミル、間隔0.2ミルの溝を備える金属構造に加工され、深さ0.3ミルの溝を図6Aのバッフル63で示す。これらのバッフルは、音響衝撃波によって生じたパルス品質の歪を実質的に低減させるために実際のテストによって示されている。
出願人は、2000Hz又はそれ以上で作動する狭帯域エキシマレーザによって作り出されたレーザビームの質の歪の著しい原因が、チャンバ構造の要素から電極の間の空間に戻るように反射される1つのパルスの放電によって生成される音響衝撃波であり、0.5ミリ秒後に生じる次のパルスのレーザビームを歪ませる。ここ(図6A参照)に記載した実施形態は、レーザチャンバの両側に角度がつけられており溝がついた音響バッフル63A及び64Aによってこの影響を実質的に最小にする。これらのバッフルは、音響エネルギの一部を吸収し、音響エネルギの一部を電極から離れるようにレーザチャンバの下部領域の方へ下げるように反射させる。この好ましい実施形態では、バッフルは、幅0.1ミル、深さ0.3ミル、間隔0.2ミルの溝を備える金属構造に加工され、深さ0.3ミルの溝を図6Aのバッフル63で示す。これらのバッフルは、音響衝撃波によって生じたパルス品質の歪を実質的に低減させるために実際のテストによって示されている。
出願人はまた、音響衝撃の影響が、放電におけるストリーマーを減少させることによって最小にされることを発見した。実際に、本発明の好ましい実施形態において、変化は、(以前に議論した)チャンバヘッドと、音響バッフルを必要としないように音響衝撃を減少するように設計された新しいプレイオン化装置でなされた。
ファン改良
本発明のこの好ましい実施形態は、従来技術のガスサーキュレータにおける大きな改良を含んでおり、レーザの性能を大きく改善する。これらの改良は、鑞付けなしのブロワーブレード構造の構築である。共鳴の影響を大幅に低減する非対称ブレード配置と、改良されたベアリングである。
本発明のこの好ましい実施形態は、従来技術のガスサーキュレータにおける大きな改良を含んでおり、レーザの性能を大きく改善する。これらの改良は、鑞付けなしのブロワーブレード構造の構築である。共鳴の影響を大幅に低減する非対称ブレード配置と、改良されたベアリングである。
シリコンフリー・ファンブレード構造
出願人は、ブロワーブレード構造において一般に使用される鑞付材料がレーザチャンバにおけるSiF6の主なソースであることを発見した。このガスは、KrFレーザのレーザ性能を著しく低下させるが、ArFレーザ及びF2レーザに関しても総合的にひどいものである。出願人はこの問題に対して4つの解決手段を確認した。第1に、ブレード構造を、材料(この場合ではアルミニウム)の固体ブロックから部分的に加工する。別の解決手段は、部分的にブレード構造を鋳造することである。次いで、セグメントは、新しい材料を追加することなく電子ビーム溶接を使用して互いに溶接される。それは、ブレードをフレーム構造に結合させることによってブレード構造を製造するのにも適しているが、この場合、結合は従来技術の鑞付プロセスの代わりに電子ビーム溶接によってなされる。第4の方法は、シリコンフリーはんだを使用したはんだ付プロセスを使用してブレードをフレーム構造に結合することである。アルミニウム6061は、全てのコンポーネント部品のベース材料として使用されている。次いで、これらのパーツは、はんだ付プロセスの前に銅メッキされる。全てのパーツが組み立てられるとき、ファンは次いで、真空炉内で典型的には91%錫(Sn)及び9%亜鉛(Zn)で低温はんだを用いて互いにはんだ付けされる。このはんだは、シリコンの欠乏、及び、銅メッキされたアルミニウムと作用する能力のために選択される。組立られ、はんだ付けされたファンは次いで、ニッケルめっきされる。この製造方法は、製造が安価な非シリコンファンを生み出す。
出願人は、ブロワーブレード構造において一般に使用される鑞付材料がレーザチャンバにおけるSiF6の主なソースであることを発見した。このガスは、KrFレーザのレーザ性能を著しく低下させるが、ArFレーザ及びF2レーザに関しても総合的にひどいものである。出願人はこの問題に対して4つの解決手段を確認した。第1に、ブレード構造を、材料(この場合ではアルミニウム)の固体ブロックから部分的に加工する。別の解決手段は、部分的にブレード構造を鋳造することである。次いで、セグメントは、新しい材料を追加することなく電子ビーム溶接を使用して互いに溶接される。それは、ブレードをフレーム構造に結合させることによってブレード構造を製造するのにも適しているが、この場合、結合は従来技術の鑞付プロセスの代わりに電子ビーム溶接によってなされる。第4の方法は、シリコンフリーはんだを使用したはんだ付プロセスを使用してブレードをフレーム構造に結合することである。アルミニウム6061は、全てのコンポーネント部品のベース材料として使用されている。次いで、これらのパーツは、はんだ付プロセスの前に銅メッキされる。全てのパーツが組み立てられるとき、ファンは次いで、真空炉内で典型的には91%錫(Sn)及び9%亜鉛(Zn)で低温はんだを用いて互いにはんだ付けされる。このはんだは、シリコンの欠乏、及び、銅メッキされたアルミニウムと作用する能力のために選択される。組立られ、はんだ付けされたファンは次いで、ニッケルめっきされる。この製造方法は、製造が安価な非シリコンファンを生み出す。
共鳴の影響の低減
従来技術のブロワーブレード構造は、23の長手ブレードと垂直なブロワーが構成されていた。これらのブレードは、構造の周りで対称に取り付けられる。実質的な共鳴の影響は、ファンパラメータと実際のレーザ性能の両方に関して測定される。レーザビームの摂動は、ファンの回転周波数の23倍で音響波に対応して示される。ベアリング性能での逆の影響はまた、ファンの回転周波数の23倍に対応して測定される。
従来技術のブロワーブレード構造は、23の長手ブレードと垂直なブロワーが構成されていた。これらのブレードは、構造の周りで対称に取り付けられる。実質的な共鳴の影響は、ファンパラメータと実際のレーザ性能の両方に関して測定される。レーザビームの摂動は、ファンの回転周波数の23倍で音響波に対応して示される。ベアリング性能での逆の影響はまた、ファンの回転周波数の23倍に対応して測定される。
ファン構造設計における改良は、図14Aに示したような非対称ブレード配置を必要とする。ファンブレード構造が16の個々に加工されたもので形成され、若しくは、23のブレードを備える各セグメントを有するカートセグメントである図14Bに示したような変形実施形態は、360°/(15×23)だけ、又は、隣接するセグメントに対して約1°だけ各セグメントを回転することである。ファンブレード構造製造に対する鋳造アプローチ又は加工において比較的容易にすることができる別の改良は、図14Cの320で示したようにエアーフォイル内にブレードを形成することである。従来技術のブレードはスタンプされ、スタンプされたブレードの2つの断面を314で比較して示す。318及び330で示された回転の方向は、ブレード構造円周を表す。従来のブレードが均一の厚さであるのに対して、エアーフォイル・ブレードは、周囲リード端、密集中央部、及び、テーパー跡端を包含するテア形状プロファイルを有する。
ベアリング改良
本発明の実施形態は、従来技術を超える別の2つの改良ベアリングのうちの1つを使用することができる。
セラミックベアリング
本発明の好ましい実施形態は、セラミックベアリングを包含する。好ましいセラミックベアリングは、化学合成された潤滑油、好ましくはパーフルオロポリアルキルエーテル(PFPE)で潤滑された窒化シリコンである。これらのベアリングは、従来技術のエキシマレーザファンベアリングと比較して実質的に長い寿命を提供する。更に、ベアリング又は潤滑油のいずれも、高い反応フッ素ガスによって著しく影響されない。
本発明の実施形態は、従来技術を超える別の2つの改良ベアリングのうちの1つを使用することができる。
セラミックベアリング
本発明の好ましい実施形態は、セラミックベアリングを包含する。好ましいセラミックベアリングは、化学合成された潤滑油、好ましくはパーフルオロポリアルキルエーテル(PFPE)で潤滑された窒化シリコンである。これらのベアリングは、従来技術のエキシマレーザファンベアリングと比較して実質的に長い寿命を提供する。更に、ベアリング又は潤滑油のいずれも、高い反応フッ素ガスによって著しく影響されない。
磁気ベアリング
本発明の別の好ましい実施形態は、図5に示したようなファン構造を支持する磁気ベアリングで作られる。この実施形態では、ファンブレード構造146を支持するシャフト130は、アクティブ磁気ベアリングシステムによって順番に支持され、ブラシのないDCモータ130によって駆動され、モータのロータ129及び少なくとも2つのベアリングのロータ128がレーザキャビティのガス環境内に密封され、モータスタータ140と、磁気ベアリングマグネットのコイル126がガス環境の外側に配置される。この好ましいベアリング設計はまた、ガス環境の外側に配置されたコイルをも有するアクティブ磁気スラストベアリング124を包含する。
本発明の別の好ましい実施形態は、図5に示したようなファン構造を支持する磁気ベアリングで作られる。この実施形態では、ファンブレード構造146を支持するシャフト130は、アクティブ磁気ベアリングシステムによって順番に支持され、ブラシのないDCモータ130によって駆動され、モータのロータ129及び少なくとも2つのベアリングのロータ128がレーザキャビティのガス環境内に密封され、モータスタータ140と、磁気ベアリングマグネットのコイル126がガス環境の外側に配置される。この好ましいベアリング設計はまた、ガス環境の外側に配置されたコイルをも有するアクティブ磁気スラストベアリング124を包含する。
エアロダイナミック・アノード支持バー
図3に示したように、ブロワー10からの従来技術のガスフローは、アノード支持バー44によって電極6Aと6Bとの間に流れるように付勢される。しかしながら、出願人は、図3に示したような支持バー44の従来技術の設計が、チャンバの振動の結果ブロワベアリングに移動して、ブロワに実質的なエアロダイナミック反力を生じさせることを発見した。出願人は、これらの振動力がブロワベアリングの摩擦の原因であり、不定期のベアリング故障の可能性があることを推察した。出願人は他の設計をテストし、幾つかを図12A乃至12Eに示し、その全てのものが長時間にわたって分配することによってエアロダイナミック反力を減少させ、反力は支持バー44の端の近くでブレードが通る各時間を生じさせる。出願人の好ましいアノード支持バー設計のうちの一つを図6Aに84Aで示す。この設計は、アノード温度節約を最小にする実質的により大きな質量を有する。アノード及びアノード支持バーの総量は約3.4kgである。また、この設計は、アノードに追加の冷却を提供するフィン84Bを包含する。出願人のテストは、音響バッフル及びエアロダイナミックアノード支持バーの両方が、ガスフローが制限されるようにガスフローを僅かに減少させ、これらの2つの改良の利用はトレードオフの解析を含む。これらの理由に関する2つの改良は、図6Aに示すが、図6にはない。
図3に示したように、ブロワー10からの従来技術のガスフローは、アノード支持バー44によって電極6Aと6Bとの間に流れるように付勢される。しかしながら、出願人は、図3に示したような支持バー44の従来技術の設計が、チャンバの振動の結果ブロワベアリングに移動して、ブロワに実質的なエアロダイナミック反力を生じさせることを発見した。出願人は、これらの振動力がブロワベアリングの摩擦の原因であり、不定期のベアリング故障の可能性があることを推察した。出願人は他の設計をテストし、幾つかを図12A乃至12Eに示し、その全てのものが長時間にわたって分配することによってエアロダイナミック反力を減少させ、反力は支持バー44の端の近くでブレードが通る各時間を生じさせる。出願人の好ましいアノード支持バー設計のうちの一つを図6Aに84Aで示す。この設計は、アノード温度節約を最小にする実質的により大きな質量を有する。アノード及びアノード支持バーの総量は約3.4kgである。また、この設計は、アノードに追加の冷却を提供するフィン84Bを包含する。出願人のテストは、音響バッフル及びエアロダイナミックアノード支持バーの両方が、ガスフローが制限されるようにガスフローを僅かに減少させ、これらの2つの改良の利用はトレードオフの解析を含む。これらの理由に関する2つの改良は、図6Aに示すが、図6にはない。
パルスパワーシステム
4つのパルスパワーモジュールの機能的記載
好ましいパルスパワーシステムが、図8A及び8Bに示したような4つの別々のモジュールに製造され、各々がエキシマレーザシステムの重要なパーツとなり、各々はパーツ故障又は通常予防メンテナンスプログラムの間の発生の際に迅速に置換することができる。これらのモジュールは出願人によって設計された、高電圧電源モジュール20、整流子モジュール40、圧縮ヘッドモジュール60、及び、レーザチャンバモジュール80である。
4つのパルスパワーモジュールの機能的記載
好ましいパルスパワーシステムが、図8A及び8Bに示したような4つの別々のモジュールに製造され、各々がエキシマレーザシステムの重要なパーツとなり、各々はパーツ故障又は通常予防メンテナンスプログラムの間の発生の際に迅速に置換することができる。これらのモジュールは出願人によって設計された、高電圧電源モジュール20、整流子モジュール40、圧縮ヘッドモジュール60、及び、レーザチャンバモジュール80である。
高電圧電源モジュール
高電圧電源モジュール20は、ソース10から300ボルトDCに208ボルト3相プラントパワーを変換するために300ボルト整流器22を包含する。インバータ24は、100kHz乃至200kHzの範囲で、整流器22の出力を高周波数300ボルトパルスに変換する。周波数及びインバータ24の周期は、システムの究極的な出力パルスエネルギのコース規則を提供するために、HV電源制御ボード21によって制御される。インバータ24の出力は、ステップアップトランス26において約1200ボルトまでステップされる。トランス26の出力は、標準的なブリッジ整流器回路30及びフィルタキャパシタ32を有する整流器28によって1200ボルトDCに変換される。回路30からのDC電気的エネルギは、図8Aに示したようにインバータ24のオペレーションを制御するHV電源制御ボード21によって指示されるように整流子モジュール40においてキャパシタ42をチャージする8.1μFC0をチャージする。HV電源制御ボード21内のセットポイントは、レーザシステム制御ボード100によって設定される。
高電圧電源モジュール20は、ソース10から300ボルトDCに208ボルト3相プラントパワーを変換するために300ボルト整流器22を包含する。インバータ24は、100kHz乃至200kHzの範囲で、整流器22の出力を高周波数300ボルトパルスに変換する。周波数及びインバータ24の周期は、システムの究極的な出力パルスエネルギのコース規則を提供するために、HV電源制御ボード21によって制御される。インバータ24の出力は、ステップアップトランス26において約1200ボルトまでステップされる。トランス26の出力は、標準的なブリッジ整流器回路30及びフィルタキャパシタ32を有する整流器28によって1200ボルトDCに変換される。回路30からのDC電気的エネルギは、図8Aに示したようにインバータ24のオペレーションを制御するHV電源制御ボード21によって指示されるように整流子モジュール40においてキャパシタ42をチャージする8.1μFC0をチャージする。HV電源制御ボード21内のセットポイントは、レーザシステム制御ボード100によって設定される。
読者は、図8Aに示したようなこの実施形態において、レーザシステムに関するパルスエネルギ制御が電源モジュール20によって提供されることに注意すべきである。整流子40及び圧縮ヘッド60における電気回路は、2000回/秒のレートで電気的パルスを形成し、パルス電圧を増幅し、パルスの間の時間で圧縮させるために電源モジュール20によってチャージキャパシタ42にストアされた電気的エネルギを利用するために単に役に立つ。この制御の例として、図8Aは、制御ボード100におけるプロセッサ102が、充電サイクル中、固体物理スイッチ46によって下流回路から絶縁される充電キャパシタ42に正確に700ボルト提供するための電源を制御することを示す。スイッチ46のクロージャーの近くにある整流子40及び圧縮ヘッド60における電気回路は、制御ボード100におけるプロセッサ102によって決定される必要がある正確なエネルギで次のレーザパルスを提供するために必要な電極83及び84にわたって、キャパシタ42にストアされた電気的エネルギを正確な電気的放電パルスに非常に迅速に且つ自動的に変換する。
整流子モジュール
整流子モジュール40は、C0チャージキャパシタ42を有し、この実施形態では、8.1μFの総容量を提供するために並列に接続されたキャパシタのバンクである。電圧分割器44は、電気的パルスに形成され、整流子40及び圧縮ヘッド60に圧縮され及び増幅されたとき、ピークキャパシタ82と、電極83及び84に所望の放電電圧を作り出す電圧(「制御電圧」と呼ぶ)にキャパシタ42のチャージを制限するように制御ボード21によって使用されるHV電源制御ボード21に対してフィードバック電圧信号を提供する。
整流子モジュール40は、C0チャージキャパシタ42を有し、この実施形態では、8.1μFの総容量を提供するために並列に接続されたキャパシタのバンクである。電圧分割器44は、電気的パルスに形成され、整流子40及び圧縮ヘッド60に圧縮され及び増幅されたとき、ピークキャパシタ82と、電極83及び84に所望の放電電圧を作り出す電圧(「制御電圧」と呼ぶ)にキャパシタ42のチャージを制限するように制御ボード21によって使用されるHV電源制御ボード21に対してフィードバック電圧信号を提供する。
(2000Hzパルス/秒のパルス周波数で約3ジュール及び16,000ボルトのレンジで電気的パルスを提供するように設計された)この実施形態では、(図8F1に示したような)約250マイクロ秒が、800ボルトまで充電キャパシタ42をチャージするために電源20に関して要求される。それ故、整流子制御ボード41からの信号が、充電キャパシタC0にストアされた3ジュールの電気エネルギを16,000ボルトに変換する非常に早いステップを示す固体物理スイッチ44を閉じるとき、所望の電圧で十分に充電され、安定する。この実施形態に関して、固体物理スイッチ46は、IGBTスイッチであるけれども、SCRs、GTOs、MCTs等のような他のスイッチ技術も使用可能である。600nHチャージインダクタ48は、スイッチ46がC0充電キャパシタ42を放電するように閉じている間、スイッチ46を介して電流を一時的に制限するように固体物理スイッチ46と直列である。
パルス生成ステージ
高電圧パルスパワー生成の第1ステージは、パルス生成ステージ50である。パルスを生成するために、充電キャパシタ42のチャージは、IGBTスイッチ46を閉じることによって図8F2に示すように約5μ秒の時点でC18.5μFキャパシタ52にスイッチされる。
高電圧パルスパワー生成の第1ステージは、パルス生成ステージ50である。パルスを生成するために、充電キャパシタ42のチャージは、IGBTスイッチ46を閉じることによって図8F2に示すように約5μ秒の時点でC18.5μFキャパシタ52にスイッチされる。
圧縮の第1ステージ
可飽和インダクタ54は、キャパシタ52にストアされた電圧を初期状態としてオフに保持し、次いで、圧縮61の第1のステージに関して、図8F3に示したように、約550nsの間の遷移時間で、1:23ステップアップパルストランス56を介してキャパシタ52からCp-1キャパシタ62までチャージの移動をすることができる飽和状態になる。
可飽和インダクタ54は、キャパシタ52にストアされた電圧を初期状態としてオフに保持し、次いで、圧縮61の第1のステージに関して、図8F3に示したように、約550nsの間の遷移時間で、1:23ステップアップパルストランス56を介してキャパシタ52からCp-1キャパシタ62までチャージの移動をすることができる飽和状態になる。
パルストランス56の設計を以下に示す。パルストランスは、700ボルト17,500アンペア550nsパルスレートを16,100ボルト760アンペア55nsパルスに非常に効果的に遷移し、圧縮ヘッドモジュール60においてCp-1キャパシタバンク62に非常に一時的にストアされる。
圧縮ヘッドモジュール
圧縮ヘッドモジュール60は更にパルスを圧縮する。
圧縮の第2ステージ
(約125nH可飽和インダクタンスを備える)Lp-1可飽和インダクタ64は、おおよそ550nsの間、16.5nFCp-1キャパシタバンク62に電圧をオフに保持し、次いで、レーザチャンバ80の頂部に配置された16.5nFCpピークキャパシタ82で(約100ns)Cp-1にチャージを流すことができ、電極83及び84、及び、プレイオン化装置56Aと並列に電気的に接続される。Cpピークキャパシタ82をチャージするための550ns長パルスの100ns長パルスへのこの変換により、図8Aの65に示したような圧縮の第2及び最後のステージを作ることができる。
圧縮ヘッドモジュール60は更にパルスを圧縮する。
圧縮の第2ステージ
(約125nH可飽和インダクタンスを備える)Lp-1可飽和インダクタ64は、おおよそ550nsの間、16.5nFCp-1キャパシタバンク62に電圧をオフに保持し、次いで、レーザチャンバ80の頂部に配置された16.5nFCpピークキャパシタ82で(約100ns)Cp-1にチャージを流すことができ、電極83及び84、及び、プレイオン化装置56Aと並列に電気的に接続される。Cpピークキャパシタ82をチャージするための550ns長パルスの100ns長パルスへのこの変換により、図8Aの65に示したような圧縮の第2及び最後のステージを作ることができる。
レーザチャンバモジュール
約100ns後、チャージは、レーザチャンバモジュール80の一部として頂部に取り付けられたピークキャパシタ82に流れはじめ、ピークキャパシタ82の電圧は、約14,000ボルトに達し、電極間で放電をはじめる。最後の約50nsの放電の間、エキシマレーザの光学的共鳴チャンバ内でレイジングが生じる。光学共鳴チャンバは、図8Aの86として示された2つのプリズム波長セレクタ及びR−maxミラーと一緒に、出力カプラ88によってこの例では包含されるライン選択パッケージ86によって構成される。このレーザパルスは、狭帯域であり、20乃至50ns、約10mJの157nmパルス、2000パルス/秒までの繰り返し数である。パルスはレーザビーム90を構成し、ビームのパルスは、図8Aに全て示したようなフォトダイオード92によってモニタされる。
約100ns後、チャージは、レーザチャンバモジュール80の一部として頂部に取り付けられたピークキャパシタ82に流れはじめ、ピークキャパシタ82の電圧は、約14,000ボルトに達し、電極間で放電をはじめる。最後の約50nsの放電の間、エキシマレーザの光学的共鳴チャンバ内でレイジングが生じる。光学共鳴チャンバは、図8Aの86として示された2つのプリズム波長セレクタ及びR−maxミラーと一緒に、出力カプラ88によってこの例では包含されるライン選択パッケージ86によって構成される。このレーザパルスは、狭帯域であり、20乃至50ns、約10mJの157nmパルス、2000パルス/秒までの繰り返し数である。パルスはレーザビーム90を構成し、ビームのパルスは、図8Aに全て示したようなフォトダイオード92によってモニタされる。
パルスエネルギの制御
フォトダイオード92からの信号は、制御ボード100のプロセッサ102に転送され、プロセッサは、このエネルギ信号と、次の及び/又は更なるパルスに関するコマンド電圧を設定するために(パルスエネルギ制御アルゴリズムと名付けられた後の項で議論するような)好ましくは他の歴史的なパルスエネルギデータとを使用する。好ましい実施形態では、レーザは(約0.1秒のデッドタイムで区切られ2000Hzで100パルス0.5秒バーストするような)一連の短いバーストで作動し、制御ボード100のプロセッサ102は、パルス間のエネルギ変化を最小にするように、また、バースト間のエネルギ変化を最小にするように次のパルスに関して制御電圧を選択するために他の歴史的パルスプロファイルデータと一緒にバーストにおける全ての前のパルスのエネルギ信号と一緒に最も近いパルスエネルギ信号を使用する特定のアルゴリズムでプログラムされる。この計算は、約35μsの間、このアルゴリズムを使用して制御ボード100のプロセッサ102によって実行される。レーザパルスは、図8F3に示されたIGBTスイッチ46のT0発火に続く約5μS生じ、約20μsはレーザパルスエネルギデータを修正するために要求される。(スイッチ46の発火の開始をT0と呼ぶ。)従って、新しい制御電圧値はかくして、(2000Hzで発火期間が500μsである)前のパルスに関してIGBTスイッチ46の発火の後、約70ミリ秒(図8F1に示したように)準備される。エネルギ制御アルゴリズムの特徴を以下に記載し、米国特許出願第09/034,870号により詳細が記載されており、ここにリファンレンスとして組み入れる。
フォトダイオード92からの信号は、制御ボード100のプロセッサ102に転送され、プロセッサは、このエネルギ信号と、次の及び/又は更なるパルスに関するコマンド電圧を設定するために(パルスエネルギ制御アルゴリズムと名付けられた後の項で議論するような)好ましくは他の歴史的なパルスエネルギデータとを使用する。好ましい実施形態では、レーザは(約0.1秒のデッドタイムで区切られ2000Hzで100パルス0.5秒バーストするような)一連の短いバーストで作動し、制御ボード100のプロセッサ102は、パルス間のエネルギ変化を最小にするように、また、バースト間のエネルギ変化を最小にするように次のパルスに関して制御電圧を選択するために他の歴史的パルスプロファイルデータと一緒にバーストにおける全ての前のパルスのエネルギ信号と一緒に最も近いパルスエネルギ信号を使用する特定のアルゴリズムでプログラムされる。この計算は、約35μsの間、このアルゴリズムを使用して制御ボード100のプロセッサ102によって実行される。レーザパルスは、図8F3に示されたIGBTスイッチ46のT0発火に続く約5μS生じ、約20μsはレーザパルスエネルギデータを修正するために要求される。(スイッチ46の発火の開始をT0と呼ぶ。)従って、新しい制御電圧値はかくして、(2000Hzで発火期間が500μsである)前のパルスに関してIGBTスイッチ46の発火の後、約70ミリ秒(図8F1に示したように)準備される。エネルギ制御アルゴリズムの特徴を以下に記載し、米国特許出願第09/034,870号により詳細が記載されており、ここにリファンレンスとして組み入れる。
エネルギ回収(Recovery)
この好ましい実施形態は、前のパルスからのチャージキャパシタ42への過剰なエネルギを回収する電気回路を提供する。この回路は不用なエネルギを実質的に減少させ、レーザチャンバ80にリンギング後、事実上除去する。
この好ましい実施形態は、前のパルスからのチャージキャパシタ42への過剰なエネルギを回収する電気回路を提供する。この回路は不用なエネルギを実質的に減少させ、レーザチャンバ80にリンギング後、事実上除去する。
エネルギ回収回路57は、エネルギ回収インダク58及びエネルギ回収ダイオード59を包含し、図8Bに示したようにC0チャージキャパシタ42にわたって直列に接続される。パルスパワーシステムのインピーダンスがチャンバのそれに精密に適合せず、チャンバインピーダンスがパルス放電中に種々のオーダーで変化するので、否定的な挙動「反射」は、チャンバからパルス生成システムのフロントエンドの方に戻るように広がるメインパルスから生成される。過剰エネルギが、圧縮ヘッド60及び整流子40を介して戻るように広げられた後、スイッチ46は、コントローラによってトリガ信号の除去のために開けられる。エネルギ回収回路57は、ダイオード59によってインダクタ58における電流の反転に対して固定されるような(L−C回路のリンギングの半分の回路がジャージキャパシタ42及びエネルギ回収インダクタ58から作られる)共鳴フリーホイーリングを介してチャージキャパシタ42に負電圧を生成する複数の反射を反転させる。得られる結果は、チャンバ80から反射された実質的に全てのエネルギが、各パルスから回収され、次のパルスに関して利用されうるように準備された正チャージとしてチャージキャパシタ42にストアされることである。図8F1、2及び3は、キャパシタC0,C1,Cp-1及びCpのチャージを示すタイムラインチャートである。チャートはC0のエネルギ回収のプロセスを示す。
磁気スイッチバイアス
可飽和インダクタで使用される磁気材料の完全なB−H曲線スイングを完全に利用するために、DCバイアス電流は、各インダクタがその時逆に飽和しているならば、パルスがスイッチ46を閉じることによって初期化される。
可飽和インダクタで使用される磁気材料の完全なB−H曲線スイングを完全に利用するために、DCバイアス電流は、各インダクタがその時逆に飽和しているならば、パルスがスイッチ46を閉じることによって初期化される。
整流子可飽和インダクタ48及び54の場合では、これは、インダクタを介して(通常のパルス電流フローの方向と比較して)後ろの方におおよそ15Aのバイアス電流フローを提供することによって達成される。このバイアス電流は、絶縁インダクタLB1を介してバイアス電流ソース120によって提供される。実際の電流フローは、整流子の接地を介して、パルストランスの1次巻線を介して、可飽和インダクタ54を介して、可飽和インダクタ48を介して、矢印B1によって示されたようなバイアス電流ソース120に戻るように絶縁インダクタLB1を介して電源から移動する。
圧縮ヘッド可飽和インダクタの場合では、おおよそ5Aのバイアス電流B2が、絶縁インダクタLB2を介して第2のバイアス電流ソース126から提供される。圧縮ヘッドで、電流は***し、大多数のB2−1は可飽和インダクタLp−1 64を介して進み、第2のバイアス電流ソース126に戻るように絶縁インダクタLB3を介して戻る。電流B2−2のより少ない部分は、圧縮ヘッド60及び整流子40と接続するHVケーブルを介し、グランドに対するパルストランス2次巻線を介し、第2のバイアス電流ソース126に戻るようにバイアス抵抗を介して、戻るように移動する。この第2の小さな電流は、パルストランスをバイアスするのに使用され、それはまたパルスオペレーションに関してリセットされる。それそれ二股に***する電流の量は、各パスにおける抵抗によって決定され、各パスがバイアス電流の正しい量を受けるように故意に調整される。
電流の方向
この実施形態では、我々は、システムを介して標準の3相電源10から電極、及び「順方向」として電極84を超えてグランドにパルスエネルギを流し、この方向を順方向とする。我々が、順方向伝導である可飽和インダクタのような電気的コンポーネントに言及するとき、我々は、それが電極に向かう方向で「パルスエネルギ」を導くように飽和するようにバイアスすることを意味する。それが逆方向伝導であるとき、チャージキャパシタに向かって電極から離れる方向でエネルギを導くように飽和するようにバイアスされる。システムを介する電流(又は電子の流れ)の実際の方向は、あなたがシステムの何処にいるかに依存する。混乱の原因の可能性としてこれを除去するためにいま電流の方向を説明する。
この実施形態では、我々は、システムを介して標準の3相電源10から電極、及び「順方向」として電極84を超えてグランドにパルスエネルギを流し、この方向を順方向とする。我々が、順方向伝導である可飽和インダクタのような電気的コンポーネントに言及するとき、我々は、それが電極に向かう方向で「パルスエネルギ」を導くように飽和するようにバイアスすることを意味する。それが逆方向伝導であるとき、チャージキャパシタに向かって電極から離れる方向でエネルギを導くように飽和するようにバイアスされる。システムを介する電流(又は電子の流れ)の実際の方向は、あなたがシステムの何処にいるかに依存する。混乱の原因の可能性としてこれを除去するためにいま電流の方向を説明する。
図8A及び8Bを参照すると、この好ましい実施形態では、C0キャパシタ42は、(例えば)+700ボルトにチャージされ、スイッチ46が閉じたとき、電流はC1キャパシタ52に向かう方向でインダクタ48を介してキャパシタ42から流れる(電子は実際は反対の方向に流れることを意味している)。同様に、電流はグランドに向かってパルストランス56の1次側を介してC1キャパシタ52から流れる。従って、電流及びパルスエネルギの方向は、チャージキャパシタ42からパルストランス56まで同じである。「パルストランス」と題した後の項目で説明するように、パルストランス56の1次ループと2次ループの両方における電流はグランドに向かう。結果として、(放電の(典型的には約80%)の主な部分を表す)放電の最初の部分の間、パルストランス56と電極との間の電流はトランス56に向かう電極から離れるような方向である。それ故、主な放電の間、電子の流れの方向は、グランドから、インダクタ64を介して一時的にCp-1キャパシタ62に、一時的にCpキャパシタ82に2次パルストランス56を介し、インダクタ81を介し、放電プラズマを介して(放電カソードと呼ばれる)電極84を介し、電極83を介し、グランドに戻るような方向である。従って、主な放電中、パルストランス56と電極84及び83の間で、電子はパルスエネルギと同じ方向に流れる。放電の主な部分をすぐに流し、電流及び電子の流れは反転し、逆の電子の流れは、接地された電極84を介して、電極83に対して電極間の放電空間を介して、トランス56からグランドまで回路を介して戻るように、グランドから流れる。トランス56を介して逆の電子の流れの経路は、図8F2に質的に示したような最終的に負のC0にチャージするように(メインパルスの電流と同じ方向で)パルストランス56の「1次」側を介してグランドからの電子の流れを伴うトランス56の「1次」ループにおける電流を作り出す。C0の負のチャージは、上述の「エネルギ回収」と名付けた項目で説明したように、図8F2に示したように反転する。
パルスパワーコンポーネントの詳細な説明
電源
好ましい実施形態の電源部分の更に詳細な回路図を図8Cに示す。図8Cに示したように、整流器22は、150ボルト乃至−150ボルトDC出力のパルスを備える6パルス相制御整流器である。インバータ24は、実際には3つのインバータ24A,24B及び24Cである。インバータ24B及び24Cは、8.1μFC0チャージキャパシタ42の電圧がコマンド電圧より低い50ボルトのとき、ターンオフされ、インバータ24Aは、C042の電圧がコマンド電圧を僅かに超えるとき、ターンオフされる。このプロシージャは、チャージの終わり付近のチャージレートを減少させる。セットアップトランス26A,26B及び26Cは、7kwで各々作動し、電圧を1200ボルトACに変換する。
電源
好ましい実施形態の電源部分の更に詳細な回路図を図8Cに示す。図8Cに示したように、整流器22は、150ボルト乃至−150ボルトDC出力のパルスを備える6パルス相制御整流器である。インバータ24は、実際には3つのインバータ24A,24B及び24Cである。インバータ24B及び24Cは、8.1μFC0チャージキャパシタ42の電圧がコマンド電圧より低い50ボルトのとき、ターンオフされ、インバータ24Aは、C042の電圧がコマンド電圧を僅かに超えるとき、ターンオフされる。このプロシージャは、チャージの終わり付近のチャージレートを減少させる。セットアップトランス26A,26B及び26Cは、7kwで各々作動し、電圧を1200ボルトACに変換する。
3つのブリッジ整流器回路30A,30B及び30Cを示す。HV電源制御ボード21は、12ビットディジタルコマンドをアナログ信号に変換し、それをC0電圧モニタ44からのフィードバック信号45と比較する。フィードバック電圧がコマンド電圧を超えるとき、インバータ24Aを上述のようにターンオフし、電源内にストアされたエネルギを消失させるためにQ2スイッチ34を閉じ、電源に更なるエネルギが残らないようにQ3絶縁スイッチ36を開け、C0の電圧がコマンド電圧と等しくなるまでC042の電圧を絞るように落とすようにQ1ブリードスイッチ38を閉じる。その時、Q1を開ける。
整流子及び圧縮ヘッド
整流子40及び圧縮ヘッド60の主なコンポーネントを図8A及び8Bに示し、システムのオペレーションに関して上で議論した。この項では、我々は整流子の製造の詳細について記載する。
整流子40及び圧縮ヘッド60の主なコンポーネントを図8A及び8Bに示し、システムのオペレーションに関して上で議論した。この項では、我々は整流子の製造の詳細について記載する。
固体物理スイッチ
この好ましい実施形態では、固体物理スイッチ46は、ペンシルベニア州YoungwoodのオフィスのPowerex,Inc.によって提供されるP/N CM 1000 HA-28H IGBTスイッチである。
この好ましい実施形態では、固体物理スイッチ46は、ペンシルベニア州YoungwoodのオフィスのPowerex,Inc.によって提供されるP/N CM 1000 HA-28H IGBTスイッチである。
インダクタ
インダクタ48,54及び64は、米国特許第5,448,580号及び第5,315,611号に記載されたものと同様な可飽和インダクタである。好ましい可飽和インダクタの設計の平面図及び断面図を図8G1及び8G2にそれぞれ示す。この実施形態のインダクタでは、301,302,303及び304のような金属片を除外するフラックスを、インダクタにおける漏れフラックスを低減させるために図8G2に示すように加える。このインダクタに対する電流の入力は、キャパシタ62にも接続されたバスに対して305でのスクリュー接続である。電流は、垂直な導体を介して4.5ループをなす。位置305から、電流は、1Aと名付けた中央の大きな直径の導体を下がって進み、1Bと名付けた周囲の6つの小さな導体を上がり、2Aを下がり、2Bを上がり、全てのフラックス除外要素を下がり、3Bを上がり、3Aを下がり、4Bを上がり、4Aを下がり、電流は位置306に出る。ハウジング64Aのようなポットは、高電圧電流リードとして役立つ。可飽和コンダクタの「ふた(lid)」64Bはテフロン(登録商標)のような電気的に絶縁材料を包含する。従来技術のパルスパワーシステムでは、オイル絶縁電気的コンポーネントからのオイル漏れが問題であった。この好ましい実施形態では、オイル絶縁コンポーネントは、可飽和インダクタに対して制限され、オイルは、上述したような高電圧接続出力リードである金属ハウジング64Aを包含するポット状のオイルに包含される。全てのシール接続は、オイル漏れの可能性を実質的に除去するためにオイルレベルの上に配置される。例えば、インダクタ64における最低のシールを図8G2の308に示す。フラックス除去金属コンポーネントがインダクタを介して電流パスの中央にあるので、電圧は、フラックス除去金属パーツと他のターンの金属ロッドとの間の空間を安全にオフに保持する際に下げることができる。フィン370は、熱除去を増加させるために提供される。
インダクタ48,54及び64は、米国特許第5,448,580号及び第5,315,611号に記載されたものと同様な可飽和インダクタである。好ましい可飽和インダクタの設計の平面図及び断面図を図8G1及び8G2にそれぞれ示す。この実施形態のインダクタでは、301,302,303及び304のような金属片を除外するフラックスを、インダクタにおける漏れフラックスを低減させるために図8G2に示すように加える。このインダクタに対する電流の入力は、キャパシタ62にも接続されたバスに対して305でのスクリュー接続である。電流は、垂直な導体を介して4.5ループをなす。位置305から、電流は、1Aと名付けた中央の大きな直径の導体を下がって進み、1Bと名付けた周囲の6つの小さな導体を上がり、2Aを下がり、2Bを上がり、全てのフラックス除外要素を下がり、3Bを上がり、3Aを下がり、4Bを上がり、4Aを下がり、電流は位置306に出る。ハウジング64Aのようなポットは、高電圧電流リードとして役立つ。可飽和コンダクタの「ふた(lid)」64Bはテフロン(登録商標)のような電気的に絶縁材料を包含する。従来技術のパルスパワーシステムでは、オイル絶縁電気的コンポーネントからのオイル漏れが問題であった。この好ましい実施形態では、オイル絶縁コンポーネントは、可飽和インダクタに対して制限され、オイルは、上述したような高電圧接続出力リードである金属ハウジング64Aを包含するポット状のオイルに包含される。全てのシール接続は、オイル漏れの可能性を実質的に除去するためにオイルレベルの上に配置される。例えば、インダクタ64における最低のシールを図8G2の308に示す。フラックス除去金属コンポーネントがインダクタを介して電流パスの中央にあるので、電圧は、フラックス除去金属パーツと他のターンの金属ロッドとの間の空間を安全にオフに保持する際に下げることができる。フィン370は、熱除去を増加させるために提供される。
キャパシタ
キャパシタバンク42,52及び62は、市場で入手可能な在庫がある並列に接続されたキャパシタのバンクを全て包含する。これらのキャパシタは、ジョージア州SmyrnaにオフィスがあるMurataのようなサプライヤから入手可能である。キャパシタ及びインダクタを接続する出願人の好ましい方法は、へ異国特許第5,448,580号に記載されたのと同様な仕方で厚手のニッケル被覆された銅リードを有する特定のプリント回路基板の正及び負のターミナルに対してそれらをはんだ又はボルトでとめることである。
キャパシタバンク42,52及び62は、市場で入手可能な在庫がある並列に接続されたキャパシタのバンクを全て包含する。これらのキャパシタは、ジョージア州SmyrnaにオフィスがあるMurataのようなサプライヤから入手可能である。キャパシタ及びインダクタを接続する出願人の好ましい方法は、へ異国特許第5,448,580号に記載されたのと同様な仕方で厚手のニッケル被覆された銅リードを有する特定のプリント回路基板の正及び負のターミナルに対してそれらをはんだ又はボルトでとめることである。
パルストランス
パルストランス56はまた、米国特許第5,448,580号及び第5,313,481号に記載されたパルストランスと同様であるが、この実施形態のパルストランスは、2次巻線及び23の別々の1次巻線の内側に一回まわるだけである。パルストランス56の図面を図8Dに示す。23の1次巻線の各々は、図8Dの底端に沿って示したように、プリント回路基板56Bの正及び負のターミナルにボルトで取り付けられた(各々がねじ山がつけられたボルト穴を備えるフラット端を備える)2つのフランジを有するアルミニウムスプール56Aを有する。絶縁体56Cは、隣接するスプールの負のターミナルから各スプールの正のターミナルを分離する。スプールのフランジの間は、約1/32インチの壁厚を備え、外径0.875長さ1 1/16の中空シリンダである。スプールは、絶縁されたMetglas(商標)ラッピングの外径が2.24インチになるまで、1インチ幅の0.7ミル厚のMetglas(商標)2605S3A及び0.1ミル厚のマイラーフィルムで包まれる。一つの1次巻線を形成する単一包囲スプールの斜視図を図8Eに示す。
パルストランス56はまた、米国特許第5,448,580号及び第5,313,481号に記載されたパルストランスと同様であるが、この実施形態のパルストランスは、2次巻線及び23の別々の1次巻線の内側に一回まわるだけである。パルストランス56の図面を図8Dに示す。23の1次巻線の各々は、図8Dの底端に沿って示したように、プリント回路基板56Bの正及び負のターミナルにボルトで取り付けられた(各々がねじ山がつけられたボルト穴を備えるフラット端を備える)2つのフランジを有するアルミニウムスプール56Aを有する。絶縁体56Cは、隣接するスプールの負のターミナルから各スプールの正のターミナルを分離する。スプールのフランジの間は、約1/32インチの壁厚を備え、外径0.875長さ1 1/16の中空シリンダである。スプールは、絶縁されたMetglas(商標)ラッピングの外径が2.24インチになるまで、1インチ幅の0.7ミル厚のMetglas(商標)2605S3A及び0.1ミル厚のマイラーフィルムで包まれる。一つの1次巻線を形成する単一包囲スプールの斜視図を図8Eに示す。
第2のトランスは、電気的ガラスのチューブを絶縁するきつい取り付けに取り付けられた単一のステンレススチールロッドである。巻線は、図8Dに示したような4つの部分である。図8Dの56Dに示したような第2のステンレススチールは、56Eでプリント回路基板56Bのグランドリードに接地され、高電圧ターミナルを56Fとして示す。上述のように、1次巻線の+ターミナルと−ターミナルとの間の700ボルトパルスが、1乃至23ボルトトランスに関して第2の側のターミナル56Fでマイナス16,100ボルトパルスを生成する。この設計は、非常に早い出力立ち上がり時間を許容する非常に低い漏れインダクタンスを提供する。
レーザチャンバパルスパワーコンポーネント
Cpキャパシタ82は、レーザチャンバ圧力ベッセルの頂部に取り付けられた28の0.59nfキャパシタのバンクを包含する。電極83及び84はそれぞれ、約0.5乃至1.0インチだけ間隔が隔てられた約28インチ長の固体ブラスバーである。この実施形態では、頂部電極83はカソードであり、底部電極84は、図8Aに示したようにグランドに接続される。
Cpキャパシタ82は、レーザチャンバ圧力ベッセルの頂部に取り付けられた28の0.59nfキャパシタのバンクを包含する。電極83及び84はそれぞれ、約0.5乃至1.0インチだけ間隔が隔てられた約28インチ長の固体ブラスバーである。この実施形態では、頂部電極83はカソードであり、底部電極84は、図8Aに示したようにグランドに接続される。
圧縮ヘッド取り付け
本発明のこの好ましい実施形態は、図8H1及び8H2に示した圧縮ヘッド取り付け技術を含む。図8H1は、電極83及び84に関して圧縮ヘッドモジュール60の位置を示すレーザシステムの側面図である。この技術は、圧縮リードチャンバ接続に関するインピーダンスを最小にするように設計され、同時に圧縮ヘッドの迅速な交換を容易にする。図8H1及び8H2に示したように、接地は、図8H1の81A及び図8H2の81Bに示したように圧縮ヘッドの背面に沿っておおよそ28インチ長のスロットタブ接続でなされる。スロットタブの底部は、可撓性フィンガーストック81Cで取り付けられる。好ましいフィンガーストック材料は、Multilam(登録商標)と言う名前で売られている。
本発明のこの好ましい実施形態は、図8H1及び8H2に示した圧縮ヘッド取り付け技術を含む。図8H1は、電極83及び84に関して圧縮ヘッドモジュール60の位置を示すレーザシステムの側面図である。この技術は、圧縮リードチャンバ接続に関するインピーダンスを最小にするように設計され、同時に圧縮ヘッドの迅速な交換を容易にする。図8H1及び8H2に示したように、接地は、図8H1の81A及び図8H2の81Bに示したように圧縮ヘッドの背面に沿っておおよそ28インチ長のスロットタブ接続でなされる。スロットタブの底部は、可撓性フィンガーストック81Cで取り付けられる。好ましいフィンガーストック材料は、Multilam(登録商標)と言う名前で売られている。
高電圧接続は、可飽和インダクタ64の6インチ直径スムース底部と、図8H1の89での可撓性フィンガーストックのメイトアレイとの間でなされる。上記のように、好ましいフィンガーストック材料はMultilam(登録商標)である。この配置により、修理又は予防メンテナンスのための圧縮ヘッドモジュールの交換を約5分ですることができる。
ガス制御モジュール
この好ましい実施形態は、フッ素モニタの使用をせずに選択したスイートスポット内にオペレーションをすることができるフッ素制御システムである。この実施形態は、図16に対するリファレンスによって記載されうる。
この好ましい実施形態は、フッ素モニタの使用をせずに選択したスイートスポット内にオペレーションをすることができるフッ素制御システムである。この実施形態は、図16に対するリファレンスによって記載されうる。
フッ素欠乏
レーザチャンバ1は約20.3リットルのレーザガスを包含する。上述のように名目上、組成は0.1パーセントフッ素であり、残りは約4気圧の圧力でヘリウムである。0.1パーセントフッ素は、0.0023リットル又は、4気圧での2.3ミルのフッ素の体積を表す。レーザチャンバのフッ素の名目上の質量は、約110mgである。純粋なフッ素の分圧は約411Paであり、純粋フッ素(1%フッ素混合の約41kPaに対応する)。(リソグラフィレーザに関して典型的である)約40%の装荷率でのレーザオペレーションでの通常の作動中、フッ素は約4.5mg/時間の速度で欠乏する(これは1時間あたりのチャンバー内のフッ素の約4%に対応する)。純粋なフッ素の分圧に関して、フッ素のこの通常の欠乏速度は、約16Pa/時間である。1%フッ素ガス混合を使用してこの欠乏を補うために、約1.6kPa/時間と等しい混合の体積をチャンバに追加しなければならない。
レーザチャンバ1は約20.3リットルのレーザガスを包含する。上述のように名目上、組成は0.1パーセントフッ素であり、残りは約4気圧の圧力でヘリウムである。0.1パーセントフッ素は、0.0023リットル又は、4気圧での2.3ミルのフッ素の体積を表す。レーザチャンバのフッ素の名目上の質量は、約110mgである。純粋なフッ素の分圧は約411Paであり、純粋フッ素(1%フッ素混合の約41kPaに対応する)。(リソグラフィレーザに関して典型的である)約40%の装荷率でのレーザオペレーションでの通常の作動中、フッ素は約4.5mg/時間の速度で欠乏する(これは1時間あたりのチャンバー内のフッ素の約4%に対応する)。純粋なフッ素の分圧に関して、フッ素のこの通常の欠乏速度は、約16Pa/時間である。1%フッ素ガス混合を使用してこの欠乏を補うために、約1.6kPa/時間と等しい混合の体積をチャンバに追加しなければならない。
レーザに関するフッ素欠乏速度は、少しも一定ではない。レーザファンが作動しているがレイジングが起こっていないならば、フッ素欠乏速度は、おおよそ半分カットされる。ファンがシャットダウンしているならば、フッ素欠乏速度は、約1/4までカットされ、40%装荷率欠乏速度になる。100%装荷率で、欠乏速度は、40%装荷率欠乏速度の約2倍である。
ガス交換
上述のプロセスは基本的には、殆ど連続的に欠乏したフッ素を置換する。フッ素ガスソースはたった1%フッ素であるので、それはまた殆ど連続的にチャンバのHeの一部を置換する。さもなければ、たとえレーザガスの一部が実質的に連続的に置換されたとしても、このモードの作動は、レーザの効率を低減させるレーザガスの汚染物質のビルドアップを生じさせる。効率のこの低減は、所望のパルスエネルギを維持するために、電圧の増加及び/又はフッ素濃度の増加を要求する。この理由から、従来技術のシステムでの通常の実施は、実質的に完全なガス交換をするためにレーザを周期的にシャットダウンすることが提案されていた。この実質的に完全なガス交換は、再補給と呼ぶ。これらの期間は、再補給の間100,000,000パルスのようなレーザパルスの数に基づいて決定され、再補給時間は、最後の再補給又はパルス及びカレンダー時間の組み合わせ以後のカレンダー時間に基づいて決定される。また、再補給時間は、特定のフッ素濃度で所望の出力を必要とするチャージ電圧の大きさによって決定されうる。好ましくは、再補給後、「スイートスポット」に関する新しいテストが実行されるべきである。また、補給の間周期的に、スイートスポットテストが実行されるべきであり、スイートスポットが変化したならば、オペレータは何処が新しいスイートスポットなのか知りうる。
上述のプロセスは基本的には、殆ど連続的に欠乏したフッ素を置換する。フッ素ガスソースはたった1%フッ素であるので、それはまた殆ど連続的にチャンバのHeの一部を置換する。さもなければ、たとえレーザガスの一部が実質的に連続的に置換されたとしても、このモードの作動は、レーザの効率を低減させるレーザガスの汚染物質のビルドアップを生じさせる。効率のこの低減は、所望のパルスエネルギを維持するために、電圧の増加及び/又はフッ素濃度の増加を要求する。この理由から、従来技術のシステムでの通常の実施は、実質的に完全なガス交換をするためにレーザを周期的にシャットダウンすることが提案されていた。この実質的に完全なガス交換は、再補給と呼ぶ。これらの期間は、再補給の間100,000,000パルスのようなレーザパルスの数に基づいて決定され、再補給時間は、最後の再補給又はパルス及びカレンダー時間の組み合わせ以後のカレンダー時間に基づいて決定される。また、再補給時間は、特定のフッ素濃度で所望の出力を必要とするチャージ電圧の大きさによって決定されうる。好ましくは、再補給後、「スイートスポット」に関する新しいテストが実行されるべきである。また、補給の間周期的に、スイートスポットテストが実行されるべきであり、スイートスポットが変化したならば、オペレータは何処が新しいスイートスポットなのか知りうる。
再補給は、以下に示すように図16に示したシステムを使用して成し遂げられ得る。バルブ510,506,515,512,517及び504が閉じており、バルブ506及び512が開いており、真空ポンプ513が開いており、レーザチャンバは13kPaいかの絶対圧力まで下げられる。(直接ポンプ引線が、迅速な引きをするために、チャンバ1と真空ポンプ513との間に提供されうる。)バルブ512は閉じている。バルブ516は開いており、バッファガスボトル516からの100%Heバッファガスがチャンバを満たすために50℃で262kPaに等しい圧力までチャンバに加えられる。(この20.3リットルレーザチャンバに関して、温度補正は、50℃からのチャンバ温度偏差に関して1kPa/℃のΔP/ΔT補正を使用して近似されうる。そのためチャンバ温度が23℃ならば、それは247kPaまで満たされる。)バルブ517は閉じており、バルブ515は開いており、1%Fl、99%Heの混合の量がチャンバを満たすために、50℃で290kPaと等しい圧力までハロゲンリッチガスボトル514からチャンバに加えられる。(温度補正がなされるべきであることに注意する。)これは、おおよそ0.1%Fl及び99%Heのチャンバにおけるガス混合を提供する。チャンバが約50℃まで加熱されるとき、圧力は約4気圧である。
N2パージシステム
O2は157mn光を強く吸収するので、O2をビームパスから除去しなければならない。出願人は、従来技術のシステムを超える大幅に改良されたN2パージシステムを開発した。チャンバの外側にあるレーザに関する全ての光学コンポーネントは窒素でパージされる。この窒素システムは、大気圧を超えた約10パスカルだけでレーザの作動中での圧力で作動される。この小さな圧力差が、光学コンポーネントの圧力歪の影響を除去するのに好ましい。パージされたコンポーネントは、線狭帯域化モジュール、出力カプラ、ウェーブメータ及びシャッタアセンブリを含む。
O2は157mn光を強く吸収するので、O2をビームパスから除去しなければならない。出願人は、従来技術のシステムを超える大幅に改良されたN2パージシステムを開発した。チャンバの外側にあるレーザに関する全ての光学コンポーネントは窒素でパージされる。この窒素システムは、大気圧を超えた約10パスカルだけでレーザの作動中での圧力で作動される。この小さな圧力差が、光学コンポーネントの圧力歪の影響を除去するのに好ましい。パージされたコンポーネントは、線狭帯域化モジュール、出力カプラ、ウェーブメータ及びシャッタアセンブリを含む。
シールは、内径1/16インチチューブ、長さ約6フィートで接続される全ての潜在的な漏れサイト出力ポートで提供される。出力ポートを介するフローは、パージシステムの適当な機能を保証するために監視される。内径1/16インチ、長さ6フィートのチューブを介して約4リットル/分の好ましいフロー速度が、所望のN2圧力差に対応するための好ましいフロー速度である。
レーザコンポーネント冷却
1000乃至2000Hzの過剰の繰り返し数での作動に特別に役立つ本発明の好ましい実施形態は、エキシマレーザを冷却するための図13に示した一意的な冷却技術を含む。
1000乃至2000Hzの過剰の繰り返し数での作動に特別に役立つ本発明の好ましい実施形態は、エキシマレーザを冷却するための図13に示した一意的な冷却技術を含む。
レーザのコンポーネントは、図13及び4Aの224で示したような穴に取り付けられたブロワーによって作り出された僅かな真空で内側に維持された周囲240に包含される。キャビネットは、キャビネットの頂部付近にフィルタされた取り入れポート241と、ガスケットドアの周りのような小さな漏れソースとを包含し、レーザ包囲を介してルームエアーの流れは約200立方フィート/分であり、レーザの熱生成コンポーネントによって作り出された熱を除去するのに殆ど十分ではない。
(100%装荷率でおおよそ12kwの)レーザによって作り出された不用な熱の大部分(おおよそ90%)は、図13に示したように冷たい水システムによって除去される。
(100%装荷率でおおよそ12kwの)レーザによって作り出された不用な熱の大部分(おおよそ90%)は、図13に示したように冷たい水システムによって除去される。
この実施形態では、レーザの大部分の熱ソースは、高電圧電源20,整流子40、圧縮ヘッド60、及びレーザチャンバ80である。チャンバに関して、冷却された熱交換器の水がチャンバ内に配置され、熱は循環レーザガスから冷却水による熱交換器に転換される。別の熱交換器(図示せず)がチャンバの外側表面に取り付けられる。大部分の熱生成コンポーネント冷却水の残りは、コンポーネントの位置にパイプ輸送され、1又はそれ以上のファンは、図13に示したようなコンポーネントに水−空気熱交換器を介して空気を付勢する。圧縮ヘッドに関して、循環は示したように包含されるが、HVPS及び整流子に関して、次いで包囲の他の部分を介して、熱交換器に戻るように再循環する前に、他のコンポーネントをまた冷却するように循環はコンポーネント上である。
分割パン242及び243は、オープン加熱矢印244から穴224によって示されるパスを介してフィルタ241から一般的な換気空気を案内する。
分割パン242及び243は、オープン加熱矢印244から穴224によって示されるパスを介してフィルタ241から一般的な換気空気を案内する。
この冷却システムは、水の供給線を除いてダクトはなく、熱交換器は内部にあり、且つレーザチャンバに取り付けられ、レーザコンポーネントに接続される水の供給線はない。(レーザチャンバではない)全てのコンポーネントが包囲内部について吹かれた空気によって冷却され、コンポーネントを取り付け交換するとき、中断させる冷却接続はない。また、ダクトの必要性の欠如が利用可能なコンポーネント及び包囲の内部の作業スペースを著しく増大させる。
パルスエネルギ制御アルゴリズム
オペレーションのモード−チップリソグラフィ
本発明の実施形態は、新しいアルゴリズムを備えるコンピュータ制御プログラムを含み、パルスエネルギ及び総バーストエネルギにおける従来技術の変化を実質的に減少させる。改良された装置及びソフトウェア、エネルギシグマ及びバースト量変化を減少させる好ましいプロセスを以下に記載する。
オペレーションのモード−チップリソグラフィ
本発明の実施形態は、新しいアルゴリズムを備えるコンピュータ制御プログラムを含み、パルスエネルギ及び総バーストエネルギにおける従来技術の変化を実質的に減少させる。改良された装置及びソフトウェア、エネルギシグマ及びバースト量変化を減少させる好ましいプロセスを以下に記載する。
この明細書の従来技術の項目で述べたように、バーストモードは、リソグラフィ製造集積回路におけるステッパ加工の光ソースとして使用されるエキシマレーザの作動の典型的なモードである。このモードでは、レーザは、ウェハの一部を照射するために110パルス生成するために約110ミリ秒間1000Hzの周波数でパルスの「バースト」を作り出すように作動する。バースト後、ステッパは、ウェハ及びマスクを移動させ、典型的には数分の1秒かけていったん移動が完了したならば、レーザは他の110パルスバーストを生成する。かくして、通常のオペレーションは、数分の1秒のデッドタイムの後に続く約110ミリ秒のバーストである。種々の時間で、他のオペレーションが実行できるように、より長いデッドタイム時間が提供されうる。この基本的なプロセスが、典型的には1日当たり数百万のバーストを作り出すレーザで、1日24時間、1週7日間、数ヶ月間連続する。上記のバーストモードにおいて、ウェハの各部分が各バーストにおいて同じ照射エネルギを受けることが通常は重要である。またチップメーカは、パルス間の変化が最小にされることを望む。
本発明のこの好ましい実施形態は、各パルス(パルスN−1)のエネルギを監視し、次いで、以下の結果に基づいて次のパルス(パルスN)のエネルギを制御する装置及びソフトウェアでこれらの目的を達成する:
1)パルスN−1の測定されたエネルギと、目標パルスエネルギとの比較
2)パルスN−1を介してバーストの蓄積された量と、パルスN−1を介した目標パルス量との比較。
1)パルスN−1の測定されたエネルギと、目標パルスエネルギとの比較
2)パルスN−1を介してバーストの蓄積された量と、パルスN−1を介した目標パルス量との比較。
典型的なF2エキシマレーザでは、我々は、バーストの最初の30乃至40msのエネルギが、レーザガスの遷移の影響のため残りのバーストよりも典型的には安定しないことを議論してきた。最初のパルスから約40ms後、一定電圧でパルスエネルギが比較的一定である。これらの早い動揺を処理において、出願人は、バーストを2つの賢明な領域に分割した;(例えば40パルスのような、多数の早めのパルスからなる)第1の領域を「K」領域と呼び、(K領域に続くパルスからなる)第2の領域を、出願人はこの明細書では「L」領域と呼ぶ。
本発明のこの実施形態は、パルスエネルギ制御のために従来技術のエキシマレーザ装置を利用する。各バーストの各パルスのパルスエネルギは、図8Aに示したようなフォトダイオードによって測定される。このフォトダイオードの全体の応答時間、及びそのサンプル、及び回路をリセットするのに要求される時間を含む保持回路は、500ミリ秒よりも実質的に短い。各々のおおよそ15nsパルスから生じる蓄積信号は、パルスがオーバーした後、数ミリ秒ストアされ、この信号は6回読み込まれ、平均は、パルスが始まった後、おおよそ1.0ミリ秒コンピュータコントローラ22によってストアされる。バーストの前の個々のパルスの全ての蓄積されたエネルギは、バーストドーズ値として呼ばれる。コンピュータコントローラは、目標パルスエネルギと、パルスN+1に関する高電圧を特定するためのバーストドーズ値と一緒にパルスNのパルスエネルギを表す信号を利用する。この計算は、約200ミリ秒要する。N+1に関する高電圧の値が決定されたとき、コンピュータコントローラは、数マイクロ秒かかるパルスN+1に関するチャージ電圧を確立する図8Aに示したような高電圧電源の高電圧コマンド(VCMD)に信号を送信する。コンピュータコントローラは、特定の電圧までキャパシタC0をチャージアップさせるために高電圧電源を命令する。(2000Hzを超える高繰り返し数では、計算が完了する前に、チャージを開始するためにそれが望まれうる。)パルスNからのトリガ信号後、それが0.5ミリ秒で図2に示したようなトリガ回路13からパルスN+1に関するトリガ信号を受信するとき、チャージが約250マイクロ秒を要し、C0は完全にチャージされ準備完了する。トリガ信号では、キャパシタC0は、約5マイクロ秒の時間にわたって図8Bに示した磁気圧縮回路内にそのおおよそ700ボルトを放電し、パルスは、約10mJのレーザパルスを約15nsの継続時間作り出す約100nsにおいて電極6を横切って放電する約16,100ボルトのキャパシタCpに放電電圧を与えるために磁気圧縮回路によって圧縮され且つ増幅される。
好ましいアルゴリズム
バーストモードの作動のとき実質的に望ましいパルスエネルギを達成するためにチャージ電圧を調整するための特別好ましいプロセスを以下に記載する。
プロセスは、2つの電圧調整アルゴリズムを利用する。第1のアルゴリズムは、最初の80パルスに適用し、KPIアルゴリズムと呼ばれる。PIアルゴリズムと呼ばれる第2のアルゴリズムは、パルス番号40より後のパルスに適用する。80番目より後のこの時間をここではバーストの「L領域」と呼ぶ。イニシャル「PI」は「比例積分(Proportional Integral)」のことであり、「KPI」の「K」はバーストの「K領域」のことである。
バーストモードの作動のとき実質的に望ましいパルスエネルギを達成するためにチャージ電圧を調整するための特別好ましいプロセスを以下に記載する。
プロセスは、2つの電圧調整アルゴリズムを利用する。第1のアルゴリズムは、最初の80パルスに適用し、KPIアルゴリズムと呼ばれる。PIアルゴリズムと呼ばれる第2のアルゴリズムは、パルス番号40より後のパルスに適用する。80番目より後のこの時間をここではバーストの「L領域」と呼ぶ。イニシャル「PI」は「比例積分(Proportional Integral)」のことであり、「KPI」の「K」はバーストの「K領域」のことである。
KPIアルゴリズム
K領域は、1からkまでのパルスを包含し、ここで好ましい実施形態に関してk=40である。パルスNに関するチャージ電圧を設定するアルゴリズムは;
VN=(VB)N−(VC)N-1 N=1,2・・・k
ここで、
VN=N番目のチャージ電圧
(VB)N=K領域におけるN番目の目標エネルギETを生成するために要求
される電圧の最良の評価を表す電圧をストアしたkのアレイ。
このアレイは、以下の式に応じて各バーストの後に更新される。
(VC)N-1=パルスN−1まで、バーストにおける前のパルスに関して生じた
エネルギエラーに基づいた前のパルスのエネルギエラーの電圧補正
(VC)0=0と定義することにより、
A,B=典型的には0と1の間の小数であり、この好ましい実施形態ではA及びBの両方とも0.5である
εi=i番目のパルスのエネルギエラー
=Ei−ET、
ここで、Eiはi番目のパルスのエネルギであり、
ETは目標エネルギである
Di=1からiまでの全てのパルスを含むバーストの累積ドーズエラー
dE/dV=チャージ電圧を備えるパルスエネルギの変化の周波数。(この実施形態
では、dE/dVの1又はそれ以上の値が各バースト中に実験的に決定
され、これらの値のランニング平均が計算に使用される)
K領域は、1からkまでのパルスを包含し、ここで好ましい実施形態に関してk=40である。パルスNに関するチャージ電圧を設定するアルゴリズムは;
VN=(VB)N−(VC)N-1 N=1,2・・・k
ここで、
VN=N番目のチャージ電圧
(VB)N=K領域におけるN番目の目標エネルギETを生成するために要求
される電圧の最良の評価を表す電圧をストアしたkのアレイ。
このアレイは、以下の式に応じて各バーストの後に更新される。
(VC)N-1=パルスN−1まで、バーストにおける前のパルスに関して生じた
エネルギエラーに基づいた前のパルスのエネルギエラーの電圧補正
(VC)0=0と定義することにより、
A,B=典型的には0と1の間の小数であり、この好ましい実施形態ではA及びBの両方とも0.5である
εi=i番目のパルスのエネルギエラー
=Ei−ET、
ここで、Eiはi番目のパルスのエネルギであり、
ETは目標エネルギである
Di=1からiまでの全てのパルスを含むバーストの累積ドーズエラー
dE/dV=チャージ電圧を備えるパルスエネルギの変化の周波数。(この実施形態
では、dE/dVの1又はそれ以上の値が各バースト中に実験的に決定
され、これらの値のランニング平均が計算に使用される)
ストアされた値(VB)Nは、以下の関係に従って各バースト中又は各バーストの後に更新される:
ここで、インデックスMはバーストナンバーのことである
C=典型的には0と1の間の小数であり、
この好ましい実施形態では0.3である。
ここで、インデックスMはバーストナンバーのことである
C=典型的には0と1の間の小数であり、
この好ましい実施形態では0.3である。
PIアルゴリズム
L領域は、パルスk+1からバーストの最後まで(好ましい実施形態では、パルス番号41及びそれ以降)を包含する。パルスNに関するチャージ電圧を設定するアルゴリズムは:
ここで、
VN=N番目のパルスに関するチャージ電圧
VN-1=N−1番目の(前の)パルスに関するチャージ電圧
変数A,B,ε1,D1及びdE/dVは前に定義されている。
L領域は、パルスk+1からバーストの最後まで(好ましい実施形態では、パルス番号41及びそれ以降)を包含する。パルスNに関するチャージ電圧を設定するアルゴリズムは:
ここで、
VN=N番目のパルスに関するチャージ電圧
VN-1=N−1番目の(前の)パルスに関するチャージ電圧
変数A,B,ε1,D1及びdE/dVは前に定義されている。
dE/Dvの判定
dE/dVに関する新しい値が、レーザの特徴の比較的ゆっくりとした変化を追跡するために周期的に決定される。好ましい実施形態では、dE/dVは、L領域の2つの連続するパルス中、制御された仕方で電圧を変化又はディザリングさせることによって測定される。これらの2つのパルスに関して、通常のPIエネルギ制御アルゴリズムは、一時的に中断され、以下によって置換される:
パルスjに関して:
ここで、VDither=固定された電圧インクリメントであり、典型的には数ボルトである。
パルスj+1に関して:
Vj+1=Vj−2・VDither
j+1の後、dE/dVは計算され:
dE/dVに関する新しい値が、レーザの特徴の比較的ゆっくりとした変化を追跡するために周期的に決定される。好ましい実施形態では、dE/dVは、L領域の2つの連続するパルス中、制御された仕方で電圧を変化又はディザリングさせることによって測定される。これらの2つのパルスに関して、通常のPIエネルギ制御アルゴリズムは、一時的に中断され、以下によって置換される:
パルスjに関して:
ここで、VDither=固定された電圧インクリメントであり、典型的には数ボルトである。
パルスj+1に関して:
Vj+1=Vj−2・VDither
j+1の後、dE/dVは計算され:
dE/dVの計算は、ディザリング電圧のため期待されたエネルギ変化が、レーザの通常のエネルギ変化と同じ大きさのものであるため、非常にノイズが激しい。好ましい実施形態では、最後の50dE/dV計算のランニング平均は、PI及びKPIアルゴリズムで実際に使用される。
VDither選択に関する好ましい方法は、所望のエネルギディザリングEDitherを特定することであり、典型的には、エネルギ目標ETの数パーセントであり、次いでVDitherを計算するためにdE/dVに関する現在の(平均の)値を使用する:
パルスj+2(直後に続く2つのディザリングパルス)はディザリングされないが、特定の値を有する:
Vj+2に関するこの特定の値は、適用された電圧ディザリングと、パルスj+1から期待されるエネルギディザリングとの両方に関して補正される。
パルスj+2(直後に続く2つのディザリングパルス)はディザリングされないが、特定の値を有する:
Vj+2に関するこの特定の値は、適用された電圧ディザリングと、パルスj+1から期待されるエネルギディザリングとの両方に関して補正される。
上述のアルゴリズムについて多くの変形が可能である。例えば、dE/dVはKと同じようにL領域でも判断されうる。ディザリングはバーストあたり1回、又は数回実行されうる。ディザリングシーケンスは、上述したような固定されたパルス数で実行され、又は、あるバーストから次のバーストまで変化するランダムに選択されたパルス数に初期化されうる。
読者は、A,B及びCが収束因子であり、多くの他の値をとりうることを認識すべきである。上で特定したそれらよりも大きな値が、より早い収束を提供するが、不安定性の増加を導きうる。別の好ましい実施形態では、A=(2B)1/2である。この関係は、臨界減衰を提供するために認識された技術から開発された。Bは、ドーズ補正をしない場合にはゼロであるが、Aは、それがアルゴリズムのドーズ収束部分に関する減衰項を提供するのでゼロにすべきではない。
dE/dVの所定の値が小さすぎるならば、上記のアルゴリズムはオーバー補正をすべきである。それ故、エネルギシグマ値がしきい値を超えるとき、好ましい技術は任意のダブルdE/dVである。V及びdE/dVの初期値は、バーストの第1のパルスに関して提供される。Dは、各バーストのスタートでゼロに設定される。デフォルトのdE/dVは、最初のオーバー補正を避けるために、期待されたdE/dVの約3倍に設定される。
上で述べたディザリングなしでdE/dVを決定する別の方法は、レーザ作動中に、エネルギ及び電圧値を単に測定及びストアすることである。(特定の電圧値ではなく測定されたものをまた使用しうる。)これらのデータは、一定のパルスエネルギに関するVの関数としてdE/dVを決定するのに使用されうる。読者は、値の要素が著しい不確実性を有する測定と異なるので、dE/dVの各々の値がかなり大きな不確実性を包含していることに注意すべきである。しかしながら、dE/dV値の平均の大きな数はこれらの不確実性を減少させることができる。dE/dVを決定するためのディザリングの実行は、各バーストでなされるべきであることはないが、その代わり、Mバーストごとに1回のように周期的になされうる。又は、dE/dVの測定は、コンピュータによって実行された計算によって置換され、又は、dE/dVの値は、VN+1の計算に関する前のパルスのオペレータによって手動で挿入されうる。別のアプローチは、この制御システムに関するVNに関する実際に測定された値を使用することである。また、VBINの値は特定の値から計算され、上で記載された実施形態における実際の測定値ではない。明らかな変形実施形態は、測定された電圧値を使用しうる。ETは、10mJのように通常は一定の値であるが、定数である必要はない。例えば、最後の10パルスのETは名目上のパルスエネルギよりも小さく、これらのパルスに関する目標ETからの偏差パーセンテージが、積算されたパルスドーズに小さな影響を与え得る。また、バーストからバーストまで変化するET値を提供するためにコンピュータコントローラ22をプログラムするようなある状況ではそれは好ましい。
単一ライン及び狭ラインコンフィギュレーション
図11Aは好ましいF2レーザシステムに関する好ましい単一ラインを示す。
この構成では、2つの大きなF2ラインのうちの1つが、図に示したように簡単なプリズムセレクタで選択される。図11Bは、パワー発振器がマスター発振器によってシードされる好ましい線狭帯域化システムを示す。
図11Aは好ましいF2レーザシステムに関する好ましい単一ラインを示す。
この構成では、2つの大きなF2ラインのうちの1つが、図に示したように簡単なプリズムセレクタで選択される。図11Bは、パワー発振器がマスター発振器によってシードされる好ましい線狭帯域化システムを示す。
プロトタイプユニット
プロトタイプF2レーザシステムユニットを組立て、出願人及びそれらの仲間の作業者によってテストした。
プロトタイプレーザは、高効率チャンバ及び固体物理パルスパワー励起を利用して、従来技術のエキシマレーザシステムを超える種々の重要な改良を組み入れた電流生産KrF及びArFレーザに大きく基づく。放電は、ガス汚染を最小にするためにコロナプレイオン化である。全体の光学ビームパスは、酸素による光吸収をさけるため、及び、光学コンポーネントに対する損傷をさけるために窒素パージされる。全ての共振器光学素子は、角度がつけられたチャンバウィンドウを装備したレーザチャンバに対して対外的である。ガス混合は、ヘリウムの4気圧において0.1%フッ素であり、電極ギャプは10mmまで減少される。
このユニットにおいて、出願人は、現在の開発においてArFレーザ電流に対してほんの僅かに簡単な変化でプロトタイプリソグラフィフッ素レーザに関するキーパラメータを論証するのに成功した。
プロトタイプF2レーザシステムユニットを組立て、出願人及びそれらの仲間の作業者によってテストした。
プロトタイプレーザは、高効率チャンバ及び固体物理パルスパワー励起を利用して、従来技術のエキシマレーザシステムを超える種々の重要な改良を組み入れた電流生産KrF及びArFレーザに大きく基づく。放電は、ガス汚染を最小にするためにコロナプレイオン化である。全体の光学ビームパスは、酸素による光吸収をさけるため、及び、光学コンポーネントに対する損傷をさけるために窒素パージされる。全ての共振器光学素子は、角度がつけられたチャンバウィンドウを装備したレーザチャンバに対して対外的である。ガス混合は、ヘリウムの4気圧において0.1%フッ素であり、電極ギャプは10mmまで減少される。
このユニットにおいて、出願人は、現在の開発においてArFレーザ電流に対してほんの僅かに簡単な変化でプロトタイプリソグラフィフッ素レーザに関するキーパラメータを論証するのに成功した。
実験結果
プロトタイプユニットでの実験からの実験結果を以下に記載する。レーザパワーは標準のパワーメータによって測定され、圧電ジュールメータと相互関連する。赤の原子フッ素レーザの貢献が差し引かれ、通常、総エネルギの1%以下に達する。ビーム伝達チューブを空気に発散させることによって、157nm光を強く吸収する、赤色放射が測定される。
このプロトタイプユニットにおけるレーザ波長は、2つの外部プリズムのセットで調整することによって157.6nmで単一ラインモードで作動する。レーザはまた、低減した効率で157.5nm遷移に調整されうる。156.7nmで遷移は観測されない。2メートルJobin YvonVUVスペクトロメータによって記録されたようなレーザスペクトルは、測定限界線幅の6pmを示す。
プロトタイプユニットでの実験からの実験結果を以下に記載する。レーザパワーは標準のパワーメータによって測定され、圧電ジュールメータと相互関連する。赤の原子フッ素レーザの貢献が差し引かれ、通常、総エネルギの1%以下に達する。ビーム伝達チューブを空気に発散させることによって、157nm光を強く吸収する、赤色放射が測定される。
このプロトタイプユニットにおけるレーザ波長は、2つの外部プリズムのセットで調整することによって157.6nmで単一ラインモードで作動する。レーザはまた、低減した効率で157.5nm遷移に調整されうる。156.7nmで遷移は観測されない。2メートルJobin YvonVUVスペクトロメータによって記録されたようなレーザスペクトルは、測定限界線幅の6pmを示す。
広バンド(又はマルチライン)オペレーションでは、最大パワーの12Wが1000Hzの繰り返し数で得られる。パワーは、飽和する様子なく繰り返し数に伴って線形に増加する。単一ラインモードの挙動は同様であるが、1/3のエネルギである。このエネルギ減少は、本プリズムセットアップにおける大きなキャビティ長の増加によるものであり、著しく減少されうる。バーストモードにおいて、5%の3σ安定性が記録された。出力エネルギの開始バースト遷移だけが観測された。これは、大きなエネルギ不安定性、及び、ガスフローに関係するバースト遷移を示すArFレーザと比較するのが好ましい。このことから、製造フッ素リソグラフィレーザが、現在の色素ArFレーザよりも良好なエネルギ安定性を有することを結論づけることができる。積分角形パルス持続時間は30nsであり、ArFレーザの性能に達する。
レーザチャンバ材料の慎重な選択、及び、コロナ放電によるプレイオン化により、超浄化、及び、数時間にわたるハロゲン注入及び最小のエネルギ低下での3Mショットなしでレーザの作動をすることができる。
広帯域レーザパワーの繰り返し数に対する依存は、図10Aの頂部に表示される。図10Aの底部は、1000Hz以上の周波数の増加に伴いパルスエネルギの僅かなドロップオフを示す。レーザパワーは、1kHzで15W及び2000Hzで約19Wのパワーまで周波数が殆ど線形に増加する。この線形関係に基づいて、フッ素レーザが数kHz作動まで更に変化させることができ、ガスフローがそれに従って変更されると推定した。出願人が、バッファガスとしてヘリウムを使用したので、標準のネオンベースレーザのブロワーパワーのほんの一部だけが要求され、それ故、より早いフロー速度に対する制限がない。
エネルギ安定性に関する良い測定は、バーストモードにおけるエネルギ遷移を観察することによって得られる。このため、レーザはバーストに際して繰り返し発火し、バーストの毎パルス位置に関する平均エネルギが記録される。また、バーストにおける毎パルス数に関して、バーストからバーストまでのエネルギの平均変化が計算される。フッ素レーザ、及び、狭帯域ArFレーザとの比較に関するエネルギ及び安定性曲線の結果を図10B1及び2に表示する。フッ素レーザは、120ショットバーストにわたって小さなエネルギ変化だけが現れる。エネルギ安定性は、バーストの開始における最初の増加を示し、次いで、約3%の3σレベルで安定する。対照的に、ArFレーザは、エネルギにおいて大きな遷移を示し、約7%の3σ不安定性である。ArFレーザは60パルスウィンドウにおいて0.5%のドーズ安定性が得られ、それ故、フッ素レーザは少なくとも同じドーズ安定性に対して期待される。図10Cは、パルスエネルギと、1000Hz及び1900Hzでの3σの値を含む。
VUVスペクトロメータによって記録されたような広帯域フッ素レーザのスペクトルを図10D1及び2に示す。157.52nm及び157.63nmに2つの遷移ラインがあるのがはっきりと分かる。レーザエネルギの87%が157.63nmよりも長い波長ラインに位置する。156.7nmでの遷移は観察されない。157.63nmでの単一ラインモード作動は2つの外部プリズムのセットで調整することによって達成される。レーザはまた、157.52nm遷移ラインに調整されうるが、効率が低下する。また、157.63nmでのレーザラインの拡大図を図10D1及び2に示す。1.14pmFWHM及び2.35pm95%の巻き込まれた線幅が測定される。これらの線幅は、以前に期待されたものよりもかなり狭い。それ故、更なる線狭帯域化なしに選択されたフッ素レーザラインが、全てに関して十分であるが、十分な反射イメージシステムではない。レーザパワー対単一ラインレーザの繰り返し数挙動は、広バンドレーザと同じ線形増加を示す。しかしながら、この最初の実験における最大パワーは4Wに制限される。低下した出力パワーは、ライン選択光学素子における反射損失、及び、過度の長いキャビティ長によって生ずる。
水平及び垂直ビーム特性はレーザから1mの距離で測定した。(図10E1及び2参照。)ビームは高度な対称を備えるスムーズなプロファイルを示す。これらのプロファイルの種類は、非常に均一な照射を作り出す一般に使用されるホモジナイザー技術によって容易に測定される。
ガス寿命の評価として、フッ素注入なしで一定の電圧で作動させ、レーザパワー対ショット数の展開を記録することによって導かれる。これらの測定では超清浄の使用はない。図10Fに示したように、レーザパワーは、4ミリオンレーザショット後、20%以下まで低下し、少なくともArFレーザに匹敵する。従って、ArFレーザの以前の経験から、周期的なフッ素注入の資料をすることによって約25ミリオンショットのガス寿命を見積もることができる。これは、レーザチャンバにおける共存できる材料の選択、及び、コロナプレイオン化の使用の結果を明瞭に示す。KrF及びArFレーザに関して、フッ素消費とチャンバ寿命の間の直接の関係が前に立証された。それ故、我々は、フッ素レーザのチャンバ寿命をArFレーザのそれと同じオーダーと見積る。
図15Aの下のグラフは、パルスエネルギ対F2濃度を示し、上のグラフは、最大パルス繰り返し数を示し、両者とも2500rpmのブロワー速度である。図15Bの上のグラフは、16nsのFWHMを示す時間の関数としてのパルス形状を示し、下のグラフは、積算された角形パルス幅が約37nsであることを示す。
このF2レーザシステムを特定の実施形態を参照して記載したけれども、種々の追加及び修正が可能であることは明らかであろう。例えば、多くの変形実施形態がこの明細書の最初の項目に列挙した特許出願で議論されており、これらの全てをリファレンスとしてここに組み入れる。更なる線狭帯域化を提供するために、エタロン出力カプラを使用することができうる。バッファガスはヘリウムの代わりにネオンを使用することができうる。本発明は特許請求の範囲によってのみ制限されるべきである。
202 ガスモジュール
205 制御モジュール
206 線狭帯域化モジュール
207 圧縮ヘッド
208 高電圧パルス電源モジュール
209 パルス電源供給のための整流子モジュール
211 レーザチャンバ
213 波長モジュール
216 出力カプラ
217 ブロワーモータ
221 チャンバウィンドウ
205 制御モジュール
206 線狭帯域化モジュール
207 圧縮ヘッド
208 高電圧パルス電源モジュール
209 パルス電源供給のための整流子モジュール
211 レーザチャンバ
213 波長モジュール
216 出力カプラ
217 ブロワーモータ
221 チャンバウィンドウ
Claims (4)
- 少なくとも約1000Hzの繰り返し数で狭帯域パルスレーザビームを生成するための非常に狭帯域の高信頼性・モジュラ製造高品質高繰り返し数ArFエキシマレーザであって、
A.レーザチャンバを包含する迅速に交換可能なレーザチャンバモジュールとを有し、前記レーザチャンバモジュールが、
1)2つの細長い電極と、
2)a)フッ素と、
b)不活性ガスと、
からなるレーザガスと、
3)少なくとも2cm/ミリ秒の速度で前記電極の間で前記ガスを循環
させるためのガスサーキュレータと、を備え、
B.少なくとも1つの迅速に交換可能なモジュールからなるモジュラーパルスパワーシステムとを有し、前記システムは、電源と、パルス圧縮及び増幅回路と、少なくとも約1000Hzの周波数で前記電極にわたって少なくとも14000ボルトの高電圧電気パルスを作り出すパルスパワー制御とを含み、
C.前記パルスパワーシステムによって提供される電圧を制御するためのレーザパルスエネルギ制御システムとを有し、前記制御システムは、レーザパルスエネルギモニタと、所望のエネルギ範囲内でパルスエネルギを有するレーザパルスを生成するのに必要な電気パルスを、歴史的なパルスエネルギデータに基づいて計算するためのアルゴリズムをプログラムされたコンピュータプロセッサとを含む、レーザ。 - 前記2つの細長い電極がカソードとアノードとを構成し、前記アノードが冷却フィンを有する、請求項1に記載のレーザ。
- ここで前記アノード及び前記アノード支持バーが併せて、少なくとも約3.4kgの質量を有する、請求項2に記載のレーザ。
- 少なくとも約1kHzの繰り返し数で狭帯域パルスレーザビームを生成するための高信頼性・モジュラ製造高品質高繰り返し数エキシマレーザであって、
A.迅速に交換可能なレーザチャンバモジュールが、
1)2つの細長い電極と、
2)フッ素とバッファガスとからなるレーザガスと、
3)少なくとも2cm/ミリ秒で前記電極の間で前記レーザガスを循環させるためのガス循環システムと、を備え、前記ガス循環システムが、
a)シャフトを構成する鑞付け無しのブレード構造体と、
b)前記シャフトを回転させるためのブラシレスモータと、
c)前記シャフトを支持するための磁気ベアリングと、を備え、前記モータ及び前記ベアリングは、前記シャフトに取り付けられ、前記レーザガスに対して曝された環境内で密封されるロータを有し、前記モータ及び前記ベアリングは、前記レーザガス環境の外側に固定子を有し、
B.少なくとも1つの迅速に交換可能なモジュール内に実質的に包含されるパルスパワーシステムと、を有し、前記パルスパワーシステムは、
1)少なくとも約1000Hzの周波数で周期的に高電圧電源を制御するプロセッサと、を備え、チャージキャパシタを所定のパルス制御電圧まで電気的エネルギでチャージし、
2)前記チャージキャパシタにストアされた電気的エネルギを前記電極にわたって少なくとも14000ボルトの高電圧電気パルスに接続するための圧縮及び増幅回路と、を備える、
レーザ。
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