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

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

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

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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Ｃ_p-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Ｃ_p-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）Ｌ_p-1可飽和インダクタ６４は、おおよそ５５０ｎｓの間、１６．５ｎＦＣ_p-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１６．５ｎＦＣ_pピークキャパシタ８２で（約１００ｎｓ）Ｃ_p-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。Ｃ_p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。

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。

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。

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，Ｃ_p-1及びＣ_p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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
Ｃ_p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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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；
Ｖ_N＝（Ｖ_B）_N−（Ｖ_C）_N-1 Ｎ＝１，２・・・ｋ
ここで、
ＶＮ＝Ｎ番目のチャージ電圧
（Ｖ_B）_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。
（Ｖ_C）_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

（Ｖ_C）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
ε_i＝ｉ番目のパルスのエネルギエラー
＝Ｅ_i−Ｅ_T、
ここで、Ｅ_iはｉ番目のパルスのエネルギであり、
Ｅ_Tは目標エネルギである
Ｄ_i＝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（Ｖ_B）_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。

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、
Ｖ_N＝Ｎ番目のパルスに関するチャージ電圧
Ｖ_N-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、Ｖ_Dither＝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：
Ｖ_j+1＝Ｖ_j−２・Ｖ_Dither
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。

Ｖ_Dither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Ｅ_Ditherを特定することであり、典型的には、エネルギ目標Ｅ_Tの数パーセントであり、次いでＶ_Dither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：

Ｖ_j+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、Ｖ_N+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Ｖ_N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、Ｖ_BIN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。Ｅ_T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Ｅ_T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Ｅ_T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Ｅ_T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。

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。

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。

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。

従来技術の市販のエキシマリソグラフィレーザの図である。 集積回路リソグラフィのために使用される従来技術の市販のエキシマレーザの主な要素のいくつかを示すブロック図である。 図２のレーザのレーザチャンバの図である。 本発明の好ましい実施形態の図である。 磁気ベアリングを含むブロワードライブユニットを示す図である。 本発明の好ましい実施形態のレーザチャンバの断面図である。 本発明の好ましい実施形態のレーザチャンバの断面図である。 好ましいプレイオン化装置チューブの特徴を示す図である。 本発明の好ましい実施形態のパルスパワーシステムのブロック図である。 上記好ましい実施形態の簡単化した回路図である。 上記好ましい実施形態の一部である高電圧電源の回路図とブロック図の組み合わせである。 上記好ましい実施形態で使用されるパルストランスの組立斜視図である。 上記好ましい実施形態でしょうされるパルストランスの１次巻線の図である。 上記好ましい実施形態を使用するパルス圧縮を示すタイムラインチャートである。 上記好ましい実施形態を使用するパルス圧縮を示すタイムラインチャートである。 上記好ましい実施形態を使用するパルス圧縮を示すタイムラインチャートである。 可飽和インダクタを示す図である。 可飽和インダクタを示す図である。 好ましい実施形態における圧縮ヘッドの取り付けを示す。 好ましい実施形態における圧縮ヘッドの取り付けを示す。 好ましい熱交換器設計を記載した図である。 好ましい熱交換器設計を記載した図である。 プロトタイプＦ₂レーザでの実験中に得られたテストデータのグラフである。 プロトタイプＦ₂レーザでの実験中に得られたテストデータのグラフである。 プロトタイプＦ₂レーザでの実験中に得られたテストデータのグラフである。 プロトタイプＦ₂レーザでの実験中に得られたテストデータのグラフである。 プロトタイプＦ₂レーザでの実験中に得られたテストデータのグラフである。 プロトタイプＦ₂レーザでの実験中に得られたテストデータのグラフである。 プロトタイプＦ₂レーザでの実験中に得られたテストデータのグラフである。 プロトタイプＦ₂レーザでの実験中に得られたテストデータのグラフである。 プロトタイプＦ₂レーザでの実験中に得られたテストデータのグラフである。 ２つの好ましいＦ₂システムコンフィギュレーションを示す。 ２つの好ましいＦ₂システムコンフィギュレーションを示す。 種々のアノード支持バー設計を示す。 種々のアノード支持バー設計を示す。 種々のアノード支持バー設計を示す。 種々のアノード支持バー設計を示す。 種々のアノード支持バー設計を示す。 好ましい包囲冷却システムを示す。 好ましいブロワーブレード構造設計を示す。 好ましいブロワーブレード構造設計を示す。 好ましいブロワーブレード構造設計を示す。 パルスエネルギ対Ｆ2濃度、及び最大パルス繰り返し数を表すグラフである。 時間に対するパルス形状を示すグラフである。 大きなマニホールドガス供給システムを示す。

符号の説明

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

Claims (4)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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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