KR20010082365A - Energy stabilized gas discharge laser - Google Patents
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Abstract
본 발명은 엑사이머 또는 분자 불소 레이저에 관한 것으로서, 예를 들면 KrF-또는 ArF-레이저 또는 분자 불소(F2) 레이저로서, 포토리토그래피 응용에서, 소량의 가스 부가물을 포함하는 가스 혼합체를 구비한다. 상기 가스 혼합체의 상기 가스 부가물의 농도는 에너지 안정성 및/또는 상기 레이저 출력 선의 오버슈트 제어를 향상시키기 위해 최적화된다. 상기 농도는 추가적으로 결정되고 새로운 충전에서 및/또는 방전 회로 및/또는 상기 레이저 시스템의 다른 구성요소들 상의 한계 및/또는 노쇠의 면에서 상기 출력 펄스 에너지에 대한 영향에 의존하는 레이저 동작 동안에 조절된다. 감쇄 제어는 상기 가스 부가물의 농도를 시간에 따라 제어함으로써 상기 레이저 시스템의 구성요소들의 사용기간을 향상시키기 위해 제공된다. 특정의 바람직한 크세논의 농도는 에너지 안정성 및/또는 오버슈트 제어를 향상시키기 위해 100ppm 이상이다. 상기 레이저 시스템은 내부 크세논 가스 공급원, 또는 압축된 물질 크세논으로부터 크세논 가스를 공급하기 위한 크세논 생성기를 포함하는 내부 가스 공급 유닛이 설치될 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to excimer or molecular fluorine lasers, for example KrF- or ArF-lasers or molecular fluorine (F 2 ) lasers, in photolithographic applications, comprising gas mixtures containing small amounts of gas adducts. Equipped. The concentration of the gas adduct of the gas mixture is optimized to improve energy stability and / or overshoot control of the laser output line. The concentration is additionally determined and adjusted during laser operation depending on the impact on the output pulse energy in terms of limit and / or senescence on the new charge and / or on the discharge circuit and / or other components of the laser system. Attenuation control is provided to improve the service life of the components of the laser system by controlling the concentration of the gas adduct over time. Certain preferred xenon concentrations are at least 100 ppm to improve energy stability and / or overshoot control. The laser system will be equipped with an internal gas supply unit comprising an internal xenon gas source, or a xenon generator for supplying xenon gas from the compressed material xenon.
Description
상기 용어 "엑사이머 레이저"는 엑사이머(예를 들면, Ar2 *), 들뜬복합체(exciplexes)(예를 들면, ArF*) 또는 삼합체(trimer)(예를 들면, Kr2F*)를 레이저 매개체로서 구비하는 가스 레이저를 나타낸다. 모든 공통적인 특징은 안정된 기저 상태를 구비하지 않는 매우 들뜬 분자들이 생성되는 가스 방전이다. 본 발명은 상기 레이저 매개체가 할로겐을 포함하는, 특히 불소-함유 들뜬 복합체(예를 들면, ArF*및 KrF*)를 포함하는 엑사이머 레이저에 관한 것이다. 본 발명은 또한 분자 불소(F2) 레이저에 관한 것이다.The term “excimer laser” refers to excimers (eg Ar 2 * ), exciplexes (eg ArF * ) or trimers (eg Kr 2 F * Is shown as a laser medium. All common features are gas discharges, in which very excited molecules are produced that do not have a stable ground state. The present invention relates to an excimer laser wherein the laser mediator comprises a halogen, in particular a fluorine-containing excited complex (eg ArF * and KrF * ). The invention also relates to a molecular fluorine (F 2 ) laser.
엑사이며 및 분자 가스 레이저의 수많은 과학적, 의학적 및 산업적 응용에 있어서, 방출된 방사선 펄스(radiation pulse)가 안정된(일정한) 에너지를 지니는 것이 중요하다. 가스 레이저에서, 가스 방전 조건 및 특성들이 변화할 수 있다는 사실은 방출된 방사선의 모든 펄스의 일정한 에너지의 성취에 많은 영향을 미친다. 상기 가스 방전의 특성들과 조건들은 적절한 제어를 통하여 정확한 재생산에 대한 중요한 향상을 가능하게 하는 수많은 파라미터들에 의존한다. 상기 결과는 상기 방출된 레이저 방사선 펄스의 에너지가 모든 펄스에서 정확하게 일정하게 유지되지 않는다는 것을 나타낸다. 더 높은 펄스-대-펄스 안정성을 나타내는 엑사이머 또는 분자 불소 레이저를 구비할 필요가 있다.In many of the scientific, medical and industrial applications of exaic and molecular gas lasers, it is important that the emitted radiation pulses have a stable (constant) energy. In gas lasers, the fact that gas discharge conditions and properties can vary greatly affects the achievement of constant energy of every pulse of emitted radiation. The characteristics and conditions of the gas discharge depend on a number of parameters that enable significant improvements to accurate reproduction through proper control. The results indicate that the energy of the emitted laser radiation pulses does not remain exactly constant at every pulse. There is a need to have an excimer or molecular fluorine laser that exhibits higher pulse-to-pulse stability.
에너지 안정성은 본 출원에서는 레이저 선의 다양한 특성들로 나타난다. 상기 특성들 중의 하나는 수많은 레이저 펄스들의 에너지 분포의 표준 편차 시스마(sigma)이다. 많은 응용에서 레이터 출력을 계속적이지는 않지만 광선의 버스트로서 사용하기 때문에, 다른 파라미터들은 안정성을 위해 사용된다.(본 출원에서 참조된 미국 특허 제 5,463,650호의 배경 기술을 참조). 웨이퍼 스캐너를 위한 광원으로서 최적의 리토그래피(lithography)인 상기 엑사이머 또는 분자 불소 레이저 선의 특정 응용에서, 상기 에너지 선량 안정성이 중요하다(본 출원의 양도인에게 동일하게 양도된 미국 특허 제 5,140, 600호와, 더 소스TM(The SourceTM)(사이머 인코포레이티드(Cymer, Inc.)), 1판, 이슈(issue) 2(1999년 여름)을 참조).Energy stability is indicated by various properties of the laser line in this application. One of these characteristics is the standard deviation sigma of the energy distribution of numerous laser pulses. In many applications, because the radar output is not continuous but as a burst of light, other parameters are used for stability (see background art of US Pat. No. 5,463,650, referred to in this application). In certain applications of the excimer or molecular fluorine laser line, which is optimal lithography as a light source for a wafer scanner, the energy dose stability is important (US Patent Nos. 5,140, 600 equally assigned to the assignee of the present application). (between Merced, Inc. (Cymer, Inc.)) and call more source TM (the source TM) reference to the first edition, issue (issue) 2 (summer 1999)).
다른 중요한 특징은 피크-대-피크 안정성이다. 상기 피크-대-피크 안정성 값들을 측정하기 위해, 레이저 펄스 에너지들이 여러 간격으로 축적된다. 평균 레이저 펄스 에너지와 관련된 최대 및 최소 에너지간의 절대적 차이(absolute difference)는 상기 피크-대-피크 안정성으로 정의된다.Another important feature is peak-to-peak stability. In order to measure the peak-to-peak stability values, laser pulse energies are accumulated at various intervals. The absolute difference between the maximum and minimum energy associated with the average laser pulse energy is defined as the peak-to-peak stability.
버스트 모드 응용에서의 특이점들 중에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 에너지 오버슈트가 중요한 특징이다. 에너지 오버슈트 또는 스파이킹(spiking)은 상기 레이저가 버스트 모드에서 방전 채임버(chamber)에서의 일정한 고전압으로 동작되고, 첫번째의 몇몇 펄스들이 상기 버스트에서의 나중의 펄스보다 더 높은 에너지를 구비할 때, 관측된다(미국 특허 제 5,710,787을 참조). 상기 에너지 오버슈트(도 1에서 "ovs"로 지정된)는 버스트에서의 첫번째 펄스의 에너지와 전체 버스트에서의 안정 상태(steady state) 에너지간의 차이로 정의된다.Among the singularities in burst mode applications, the energy overshoot is an important feature, as shown in FIG. 1. Energy overshoot or spiking is when the laser is operated at a constant high voltage in the discharge chamber in burst mode and when the first few pulses have higher energy than the later pulses in the burst , US Pat. No. 5,710,787. The energy overshoot (designated “ovs” in FIG. 1) is defined as the difference between the energy of the first pulse in the burst and the steady state energy in the entire burst.
상기 가스 방전의 품질과 방출된 레이저 방사선의 펄스 에너지는 외부 전자 회로, 상기 방전 전극들의 조합과 모양, 예비-이온화(pre-ionization)의 품질과 형태 등의 특성들과 같은 가스 방전 조건들에서의 변화에 의존하고 민감하다. 상기 레이저 가스 방전 채임버내의 가스 혼합의 순도(purity)와 상기 가스의 조합은 매우 중요하다. 소정의 종류의 적은 양의 불순물들은 상기 방출된 방사선 펄스의 에너지와, 그 에너지의 안정화(하나의 발사(firing)에서 다음의 발사까지의 레이저 펄스 당 에너지의 균일성), 상기 레이저 선(beam) 프로필(profile)에서의 강도 분포, 상기 레이저 가스의 사용수명과 개별 광학 및 다른 레이저 구성부품의 사용수명에 치명적인 영향을 미칠 수 있는 것으로 알려진다. 상기 가스 내의 불순물들은 초기단계에서부터 상기 가스 혼합체에 존재할 수 있고, 또는 상기 불순물들은 상기 레이저의 동작 동안에, 예를 들면 상기 가스 혼합체의(예를 들면, 할로겐의 반응적(reactive) 요소와 레이저 채임버 물질 간의 상호 작용을 통해 또는 상기 물질들로부터의 확산, 또는 상기 가스 혼합체 내의 반응을 통하여 형성될 것이다. 예를 들면, KrF-엑사이머의 동작 동안에, HF, CF4, COF2, SiF4등과 같은 불순물들의 급속한 농도의 증가가 관측된다(지.엠.(G.M.), 주리히(Jurisch) 등, 방전-들뜬 KrF 레이저에서의 가스 오염의 영향, 응용 광학, 31권, 제12호, 페리지 1975-1981(1992년 4월 20일)을 참조). 안정된 KrF 레이저 가스 혼합체에 있어서, 즉, 무방전 운전에서, HF, O2, CO2및 SiF4등의 농도가 증가됨이 관측된다(주리히 등을 참조).The quality of the gas discharge and the pulse energy of the emitted laser radiation are determined in gas discharge conditions such as external electronic circuits, characteristics and combinations and shapes of the discharge electrodes, quality and shape of pre-ionization, and the like. Depends on change and is sensitive The combination of purity of gas and the gas in the laser gas discharge chamber is very important. A small amount of impurities of a certain kind are the energy of the emitted radiation pulse, the stabilization of the energy (uniformity of energy per laser pulse from one firing to the next), the laser beam It is known that the distribution of intensity in the profile, the useful life of the laser gas and the lifetime of the individual optics and other laser components can be fatally affected. Impurities in the gas may be present in the gas mixture from an early stage, or the impurities may be present during the operation of the laser, for example in the reactive gas and laser chamber of the gas mixture (eg halogen). It may be formed through interaction between materials or by diffusion from the materials, or by reaction in the gas mixture, for example, during the operation of KrF-excimer, HF, CF 4 , COF 2 , SiF 4, etc. Rapid increases in concentrations of the same impurities are observed (G. M. (Ju), Jurisch et al., The effect of gas contamination on discharge-excited KrF lasers, Applied Optics, Vol. 31, No. 12, Ferrige 1975-1981 (April 20, 1992)) In stable KrF laser gas mixtures, i.e., in discharge-free operation, an increase in the concentrations of HF, O 2 , CO 2 and SiF 4, etc. is observed (Juri See Hi et al.).
상기 가스 혼합체의 부가적인 특성은 상기 방출된 방사선의 특정 특징들을 향상시킬 수 있다는 것이 알려졌다. 예를 들면, 미국 특허 제 5,307,364 호 및 제 5,982,800호(참고자료로서 참조되며)는 소량의 산소가 상기 가스 혼합체에 부가되어 레이저 동작 중에 방출된 방사선의 더 높은 재생산성을 성취하는 것을 제시한다. 산소는 불활성 가스는 아니지만, 상기 엑사이머 레이저의 다른 파라미터들에 대한, 예를 들면 방출 강도 곡선의 균일화 및 상기 가스 혼합체의 사용수명에 대한 산소의 영향은 아직 충분히 인식되지 않고 있으며, 실제적으로 치명적일 것이다. 산소는 특히, 상기 가스 방전에서 형성될 수 있는 원자적 산소 및 오존은 화학적으로 매우 반응적이고, 상기 레이저 가스 혼합체에 대한 영향은 특히 오랜 기간의 운행동안에 매우 치명적이다. 산소의 존재로 인하여, 다른 안정한 불순물들은 예를 들면, OF2및 FONO는 상기 엑사이며 레이저 가스 혼합체에서 형성된다. 상기 불순물들은 상기 레이저 복사(irradiation) 또는 예비-이온화 방사에 상당한 흡수 효과(absorption effect)를 미친다. 엑사이머 레이저 방사선 펄스의 에너지가 상기 가스 혼합체로의 가스들의 부가를 통하여 안정화되는 기술적 발전의 현 상태에서 권하여지는 시험들은 상기 레이전와 방출된 방사선의 다른 특징들에 악영향을 미치고 있다.It has been found that additional properties of the gas mixture can enhance certain characteristics of the emitted radiation. For example, US Pat. Nos. 5,307,364 and 5,982,800 (referenced by reference) suggest that small amounts of oxygen are added to the gas mixture to achieve higher reproducibility of radiation emitted during laser operation. Oxygen is not an inert gas, but the effect of oxygen on other parameters of the excimer laser, for example the uniformity of the emission intensity curve and the service life of the gas mixture, is not yet fully recognized and will be practically fatal. will be. Oxygen is particularly chemically very reactive with the atomic oxygen and ozone that can be formed in the gas discharge, and the effect on the laser gas mixture is particularly deadly during long runs. Due to the presence of oxygen, other stable impurities, for example OF 2 and FONO, are the exa and are formed in the laser gas mixture. The impurities have a significant absorption effect on the laser radiation or pre-ionization radiation. Tests recommended in the current state of technical development in which the energy of excimer laser radiation pulses are stabilized through the addition of gases to the gas mixture have adversely affected the region and other features of emitted radiation.
엑사이머 또는 분자 불소 레이저에 정확한 조성의 가스 혼합체를 주입하고 상기 조성을 유지하는 것은 중요한 출력 선(beam) 파라미터들을 결정하는 역할을 하는 것으로 알려진다. 예를 들면, KrF-엑사이머 레이저 가스 혼합체는 전형적으로 약 1% Kr, 0.1% F2및 98.9% Ne 버퍼로 이루어진다. 상기 분자 불소 레이저는 전형적으로 약 0.1% F2및 99.9% 버퍼 가스로 이루어진다.Injecting a gas mixture of the correct composition into the excimer or molecular fluorine laser and maintaining the composition is known to play a role in determining important output beam parameters. For example, KrF-excimer laser gas mixtures typically consist of about 1% Kr, 0.1% F 2 and 98.9% Ne buffers. The molecular fluorine laser typically consists of about 0.1% F 2 and 99.9% buffer gas.
엑사이머 및 분자 불소 레이저 가스 혼합체에서의 소량(#0.1 토르(Torr))의크세논의 주입은 광예비이온화(photopreionization) 산출량을 증가시키기 위해 도입된다. 알.에스. 테일러(R.S. Taylor), 및 케이.이.레폴드(K.E.Leopold)의 희귀-가스 할로겐화합물 레이저 가스 혼합에서의 스파크 예비이온화 방사선의 전송 특성, 양자전자공학의 IEEE 저널, 페이지 2195-2207, 제 31권, 제12호(1995년 12월)을 참조하시오. 테일러 등은 상기 가스 혼합체에 부가된 크세논의 작용에 의해 스파크 예비-이온화 강도의 향상을 증명한다. 상기 예비이온화 강도의 향상의 긍정적인 결과는 상기 엑사이머 레이저 방전의 균등성을 향상시키는 것이다. 테일러 등은 만약 상기 크세논의 농도가 너무 높으면, 레이저 방사선의 흡수가 발생하고 출력 레이저 선을 감쇠시킨다고 정성적으로 설명한다. 테일러 등의 결론은 엑사이머 레이저 가스 혼합체로의 소량의 크세논의 부가는 예비이온화 강도를 향상시키고 방전을 향상시키는 것이다.Injection of small amounts (# 0.1 Torr) of xenon in excimer and molecular fluorine laser gas mixtures is introduced to increase photopreionization output. R.S. Transmission Characteristics of Spark Pre-Ionizing Radiation in Rare-Gas Halogen Laser Mixing of RS Taylor and KELeopold, IEEE Journal of Quantum Electronics, pages 2195-2207, page 31 Vol. 12, No. 12 (December 1995). Taylor et al. Demonstrate the improvement of spark pre-ionization strength by the action of xenon added to the gas mixture. A positive result of the improvement in the preionization intensity is to improve the uniformity of the excimer laser discharge. Taylor et al. Qualitatively explain that if the concentration of xenon is too high, absorption of laser radiation occurs and attenuates the output laser line. The conclusion of Taylor et al. Is that the addition of small amounts of xenon to the excimer laser gas mixture improves the preionization strength and the discharge.
최근에, ArF 엑사이머 레이저에서의 크세논의 사용은 와카바야시(Wakabayashi) 등에 의해 보고되고 있다. 와카바야시 등, 고안정 에너지를 구비한 10억 레벨 지속가능한 ArF 엑사이머 레이저, SPIE의 마이크로리토그래피에 관한 제 24회 정기 국제 심포지움, 산타 클라라, 1999년 5월 14일에서 19일. 와카바야시 등은 테일러 등과 유사한 결과로, 즉 ArF-엑사이머 레이저의 동일 입력 방전 전압에서 증가된 출력 에너지를 야기하는 예비이온 강도의 향상을 기술한다. 상기 ArF-엑사이머 레이저 가스 혼합체에서의 크세논의 최적의 농도는 10ppm으로 나타나고 또는 와카바야시 등의 도 6에서 나타난 출력 에너지 대 크세논 농도 곡선의 피크이다.Recently, the use of xenon in ArF excimer lasers has been reported by Wakabayashi et al. Wakabayashi et al., Billion Level Sustainable ArF Excimer Lasers with High-Stable Energy, 24th Annual International Symposium on Microlithography at SPIE, Santa Clara, May 14-19, 1999. Wakabayashi et al. Describe an improvement in pre-ion intensity that results in similar results to Taylor et al., Namely increased output energy at the same input discharge voltage of an ArF-excimer laser. The optimum concentration of xenon in the ArF-excimer laser gas mixture is 10 ppm or is the peak of the output energy versus xenon concentration curve shown in FIG. 6 of Wakabayashi et al.
우선권preference
본 출원은 2000년 2월 4일 출원된 미국 특허 출원 제 09/498,121호, 2000년 1월 18일에 출원된 제 09/484,818호 및, 1999년 10월 18일 출원된 프로비저널(provisional) 특허 출원 제 60/160,126호, 1999년 3월 31일 출원된 제 60/127,062호 및 2000년 1월 출원된 60/178,620호의 우선권을 주장하는 계속 출원(Continuation-in-part application)이고, 상기 출원들은 본 출원에 참고적으로 포함된다.This application is directed to US patent application Ser. No. 09 / 498,121, filed Feb. 4, 2000, 09 / 484,818, filed Jan. 18, 2000, and Provisional, filed Oct. 18, 1999. Patent Application No. 60 / 160,126, filed March 31, 1999, Patent No. 60 / 127,062, and Patent Application No. 60 / 178,620, filed Jan. 2000, which is a continuation-in-part application. Are incorporated herein by reference.
본 발명은 가스 방전 레이저에 관한 것으로서, 특히 예를 들면, 할로겐 함유종류, 비활성 가스, 버퍼 가스 및 크세논 첨가물과 같이, 펄스-대-펄스 및 피크-대-피크 에너지 안정화, 에너지 선량 안정성(energy dose stability) 및 버스트 에너지 오버슈프 제어(burst energy overshoot control)의 향상과 레이저 시스템 구성요소들의 사용기간의 연장을 위해, 특정 구성요소 가스들의 최적의 농도인 가스 혼합체를 구비하는 엑사이머 및 분자 불소 레이저에 관한 것이다.The present invention relates to gas discharge lasers, in particular pulse-to-pulse and peak-to-peak energy stabilization, energy dose stability, such as, for example, halogen-containing species, inert gases, buffer gases and xenon additives. Excimer and molecular fluorine lasers with gas mixtures that are optimal concentrations of specific component gases for improved stability and burst energy overshoot control and longer lifetime of laser system components It is about.
도 1은 버스트 모드에서 레이저 운전 동안의 에너지 오버슈트 또는 스파이킹을 도시한다.1 shows energy overshoot or spiking during laser operation in burst mode.
도 2는 본 발명에 따른 크세논 가스 생성기를 도시한다.2 shows a xenon gas generator according to the present invention.
도 3a는 종래의 KrF 레이저 시스템을 위한 240 펄스들의 다수의 버스트들에 대한 펄스-대-펄스 안정성을 도시한다.3A shows pulse-to-pulse stability for multiple bursts of 240 pulses for a conventional KrF laser system.
도 3b는 약 240 펄스 정도를 포함하는 전체 버스트에 대한 안정 상태 출력 에너지의 퍼센트로서 종래의 버스트 모드 운전 KrF 레이저의 에너지 오버슈트를 도시한다.FIG. 3B shows the energy overshoot of a conventional burst mode operating KrF laser as a percentage of steady state output energy over the total burst, including about 240 pulses.
도 4a는 본 발명에 따른 KrF 레이저 시스템을 위한 도 2a로서의 240 펄스들의 동일한 수의 버스트들에 대한 펄스-대-펄스 에너지 안정성을 도시한다.4A shows pulse-to-pulse energy stability for the same number of bursts of 240 pulses as FIG. 2A for a KrF laser system according to the present invention.
도 4b는 약 240 펄스 정도를 포함한 전체 버스트들에 대한 안정 상태 출력 에너지의 퍼센트로서 본 발명에 따른 버스트 모드 운전 KrF 레이저의 에너지 오버슈트를 도시한다.4b shows the energy overshoot of a burst mode operating KrF laser according to the present invention as a percentage of steady state output energy for the total bursts, including about 240 pulses.
도 5는 전체 버스트의 안정 상태 출력 에너지에 대한 퍼센트로서 버스트 모드에서의 KrF 레이저 운전의 에너지 오버슈트의 크세논 농도에 대한 의존성을 나타낸다.5 shows the dependence on the xenon concentration of the energy overshoot of KrF laser operation in burst mode as a percentage of the steady state output energy of the total burst.
도 6a는 상기 레이저의 안정 상태 출력 에너지로부터의 편차 퍼센트의 역(inverse)로서 버스트 모드에서의 KrF 레이저 운전의 에너지 안정성의 30부터 520ppm으로의 크세논 농도에 대한 측정된 의존성을 나타낸다.FIG. 6A shows the measured dependence of xenon concentration from 30 to 520 ppm of energy stability of KrF laser operation in burst mode as the inverse of percent deviation from the steady state output energy of the laser.
도 6b는 상기 레이저의 안정 상태 출력 에너지로부터의 편차 퍼센트로서 버스트 모드에서의 KrF 레이저 운전의 에너지 안정성의 0부터 30ppm까지의 크세논 농도에 대한 측정된 의존성을 나타낸다.6B shows the measured dependence on the xenon concentration from 0 to 30 ppm of the energy stability of KrF laser operation in burst mode as a percentage of deviation from the steady state output energy of the laser.
도 6c는 일정 방전 전압에서 KrF 레이저의 출력 펄스 에너지의 30부터 520ppm까지의 크세논 농도의 측정된 의존성을 나타낸다.6C shows the measured dependence of xenon concentrations from 30 to 520 ppm of the output pulse energy of the KrF laser at constant discharge voltage.
도 6d는 일정 방전 전압에서 KrF 레이저의 출력 펄스 에너지의 0부터 30ppm까지의 크세논 농도에 대한 측정된 의존성을 나타낸다.6D shows the measured dependence on the xenon concentration from 0 to 30 ppm of the output pulse energy of the KrF laser at constant discharge voltage.
도 6e는 ArF 레이저 가스 혼합체에서의 크세논 농도에 대한 출력 에너지 및에너지 안정성 시그마의 측정된 의존성을 나타내고, 상기 출력 에너지 의존성은 5mJ 출력 에너지를 유지하는데 요구되는 방전 전압을 도시함으로써 제시된다.FIG. 6E shows the measured dependence of output energy and energy stability sigma on xenon concentration in ArF laser gas mixture, which is presented by showing the discharge voltage required to maintain 5mJ output energy.
도 7은 본 발명에 따른 KrF, ArF 또는 F2의 바람직한 실시예를 도시한다.7 shows a preferred embodiment of KrF, ArF or F 2 according to the invention.
본 발명에서, 영족 기체와 같은, 예를 들면 크세논 및 그 대용으로 크립톤의 ArF-엑사이머 레이저가스 혼합체로의 부가, 또한 크세논 또는 아르곤의 KrF-레이저로의 부가, XeCl- 또는 XeF-레이저로의 아르곤 또는 크립톤의 부가 및 크세논, 아르곤 또는 크립톤의 F2-레이저 가스 혼합체로의 부가의 농도의 장점이 개시되고, 상기 선택된 농도는 광예비이온화 산출량과 출력 에너지에 영향을 미칠 뿐 아니라, 상기 에너지 안정화 및 상기 레이저의 오버슈트 제어에 의존한다.In the present invention, the addition of krypton to an ArF-excimer laser gas mixture, such as a noble gas, for example xenon and its replacement, also the addition of xenon or argon to a KrF-laser, to an XeCl- or XeF-laser Advantages of the addition of argon or krypton of and addition of xenon, argon or krypton to the F 2 -laser gas mixture are disclosed, wherein the selected concentration not only affects the photopre-ionization output and output energy, It depends on stabilization and overshoot control of the laser.
본 발명의 다른 목적은, 상기 출력 레이저 선의 에너지 안정성을 향상시키는 상기 부가물의 농도의 영향에 적어도 부분적으로 의존하는 적절한 농도의 가스 부가물을 포함하는 가스 혼합체를 구비한 엑사이머 또는 분자 불소 레이저를 제공하는 것이다. 상기 에너지 안정성은 버스트 모드에서의 레이저 동작의 중단후의 제 1 펄스 또는 제 1의 몇몇 펄스들의 안정화 및 상기 레이저의 출력 에너지의 전체 안정화를 기준으로 하여 결정된다.Another object of the present invention is to provide an excimer or molecular fluorine laser having a gas mixture comprising a gas adduct of an appropriate concentration which depends at least in part on the effect of the concentration of the adduct to improve the energy stability of the output laser line. To provide. The energy stability is determined based on the stabilization of the first or first few pulses after interruption of the laser operation in burst mode and the overall stabilization of the output energy of the laser.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 레이저의 오버슈트 제어를 향상시키는 부가물의 농도의 영향을 기준으로 한 적절한 농도의 부가 가스를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide an additional gas of an appropriate concentration based on the influence of the concentration of the adduct to improve the overshoot control of the laser.
본 발명의 다른 목적은 광학 및 레이저 튜브 구성요소들의 사용기간을 증가시키기 위해 엑사이머 또는 분자 불소 레이저에게 에너지 감쇄 제어를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide energy attenuation control for an excimer or molecular fluorine laser to increase the service life of optical and laser tube components.
상기 목적에 따르면, 엑사이머 레이저에게 예를 들면 krF- 또는 ArF-레이저,또는 분자 불소(F2) 레이저에게 바람직하게는 1kHz와 같은 높은 반복 속도를 위해, 소량의 가스 부가물을 포함한 가스 혼합체가 제공된다. 상기 가스 부가물은 바람직하게는 크세논이다. ArF-레이저에 있어서는, 안정성 이유로, 가스 부가물의 내부 농도가 선택되고 에너지 안정성, 오버슈트 제어 및 펄스 에너지 중의 하나 이상의 선택된 값에 따라 조절될 것이다.According to this object, a gas mixture containing a small amount of gas adduct for an excimer laser, for example a krF- or ArF-laser, or a molecular fluorine (F 2 ) laser, for a high repetition rate, preferably 1 kHz. Is provided. The gas adduct is preferably xenon. For ArF-lasers, for stability reasons, the internal concentration of the gas adduct will be selected and adjusted according to one or more selected values of energy stability, overshoot control and pulse energy.
크세논 농도 선택은 출력 펄스 에너지 제어의 부가적인 기준에 추가적으로 의존한다. 예를 들면, 상기 펄스 에너지는 예를 들면 상기 레이저 펄스를 연장하기 위해, 상기 가스 혼합체에서의 불소 농도를 감소시킴으로써 감쇄되고, 에너지의 손실은 적절한 양의 크세논을 상기 가스 혼합체에 부가함으로써 보상될 것이다. 상기 펄스 에너지 또는 에너지 선량은 상기 가스 혼합체내의 크세논의 양을 제어함으로써 조절될 것이다.Xenon concentration selection further depends on additional criteria of output pulse energy control. For example, the pulse energy is attenuated by reducing the fluorine concentration in the gas mixture, for example to extend the laser pulse, and the loss of energy will be compensated by adding an appropriate amount of xenon to the gas mixture. . The pulse energy or energy dose will be adjusted by controlling the amount of xenon in the gas mixture.
본 발명에 따른 엑사이머 또는 분자 불소 레이저와 같은 가스 방전 레이저는 한쌍의 연장된 주 전극들과 하나 이상의 예비이온화 전극들을 구비한 전극 채임버와 가스 유출관(gas flow vessel)을 구비한 레이저 튜브를 포함한다. 상기 레이저 튜브는 버스트 에너지 오버슈트 제어 및/또는 특징적 에너지 안정성의 향상을 위해 예를 들면 표준 편차 시그마, 및/또는 피크-대-피크, 펄스-대-펄스 및/또는 선량 안정성, 및/또는 상기 레이저의 출력 에너지 레벨의 조절을, 예를 들면 에너지 감쇄 제어 또는 상기 에너지 안정성 및/또는 오버슈트 제어를 균형잡기 위해, 레이저 활성 가스 또는 가스들, 버퍼 및 소량의 부가 가스를 포함하는 가스 혼합체로 채워진다.A gas discharge laser, such as an excimer or molecular fluorine laser according to the invention, comprises a laser tube with a gas flow vessel and an electrode chamber with a pair of extended main electrodes and one or more pre-ionization electrodes. It includes. The laser tube is for example standard deviation sigma, and / or peak-to-peak, pulse-to-pulse and / or dose stability, and / or to improve burst energy overshoot control and / or characteristic energy stability. To adjust the output energy level of the laser, for example to balance energy attenuation control or the energy stability and / or overshoot control, it is filled with a gas mixture comprising a laser active gas or gases, a buffer and a small amount of additional gas. .
바람직한 레이저 시스템은 부가 가스의 공급, 바람직하게는 크세논의 공급을 포함하는 내부 가스 공급 유닛을 구비한다. 출력 선 파라미터 안정화 알고리즘이 할로겐 함유 종류, F2, 또는 HCl 및 가스 부가물, 바람직하게는 크세논을 포함하는 모든 가스 혼합체 조성들의 최적의 농도를 유지하는 레이저 시스템을 위해 제공될 뿐만 아니라, ArF-레이저 및 KrF-레이저 각각에는 활성 희귀 가스들 Ar 및 Kr이 제공된다. 바람직한 가스 제어, 조성 및 안정화 알고리즘은 미국 특허 출원 제 09/379,034호, 제60/124,785호, 제60/159,525호, 제09/418,052호, 제09/317,526호 및 제60/127,062호 및 미국 특허 제4,393,505호 및 제4,977,573호에서 개시되고 각각은 동일 양수인에게 양도되고, 본 발명을 위해 참조되고, 상술된 특허 및 특허출원에가 개시된 알고리즘들은 상기 방전 채임버에서의 가스 공급으로의 가스 부가물의 제어 및 주입을 포함하는 본 발명에 따라 변경된다. 에너지 안정성, 에너지 선량 안정성, 출력 펄스 에너지 및 구동 전압(및/또는 증폭된 임의 방출(amplified spontaneous emission: ASE) 및/또는 온도적 또는 공간적 펄스 형태의 특성들 및 또는 방전으로의 전체 축적된 에너지 입력, 대역폭, 이동 평균 에너지 선량, 온도 또는 공간 결합, 방전 폭, 및 긴 및 짧은 동축 선 프로파일들 및 분기(divergence), 시간, 펄스 카운트 또는 그것들의 조합과 같은 하나 이상의 다른 파라미터들)와 같은 파라미터들은 감시되고, 상술된 출력 선의 파라피터들 및/또는 다른 파라미터들이 본 발명에 따라 안정화된다.Preferred laser systems have an internal gas supply unit comprising a supply of additional gas, preferably a supply of xenon. An output line parameter stabilization algorithm is provided for the laser system that maintains the optimal concentration of all gas mixture compositions including halogen containing species, F 2 , or HCl and gas adducts, preferably xenon, as well as ArF-lasers. And KrF-lasers are each provided with active rare gases Ar and Kr. Preferred gas control, composition and stabilization algorithms are described in US patent applications 09 / 379,034, 60 / 124,785, 60 / 159,525, 09 / 418,052, 09 / 317,526 and 60 / 127,062 and US patents. Algorithms disclosed in Nos. 4,393,505 and 4,977,573, each of which is assigned to the same assignee, referenced for the present invention, and disclosed in the patents and patent applications described above, control the gas adduct to the gas supply in the discharge chamber. And infusions according to the invention. Energy stability, energy dose stability, output pulse energy and drive voltage (and / or amplified spontaneous emission (ASE) and / or characteristics in the form of temperature or spatial pulses and / or total accumulated energy input into the discharge) Parameters such as bandwidth, moving average energy dose, temperature or spatial coupling, discharge width, and long and short coaxial line profiles and one or more other parameters such as divergence, time, pulse count, or a combination thereof) Monitored and the parameters and / or other parameters of the above described output line are stabilized according to the invention.
상기 가스 혼합체에서의 가스 부가물의 양의 제어는 바람직하게는 레이저 구성요소들의 사용기간을 연장하기 위해 사용된다. 상기 특징적인 출력 전력 범위는 운전 구동 전압의 범위 내에서 상기 레이저 시스템의 소정의 출력 전력보다 더높게 초기에 설정된다. 그때, 상기 전력은 가스 부가물들 바람직하게는 크세논 등을 상기 가스 혼합체로 상기 출력 전력이 소정의 레벨로 감소될 때까지 부가함으로써 감쇄된다. 레이저 구성요소들의 사용기간에 있어서, 부가물/크세논의 양은 각 새로운 충전으로 소정의 출력 전력을 성취하기 위해 감소된다.Control of the amount of gas adduct in the gas mixture is preferably used to extend the service life of the laser components. The characteristic output power range is initially set higher than the predetermined output power of the laser system within the range of the driving drive voltage. The power is then attenuated by adding gas adducts, preferably xenon or the like, to the gas mixture until the output power is reduced to a predetermined level. In the lifetime of the laser components, the amount of adduct / xenon is reduced to achieve the desired output power with each new charge.
상기 가스 부가물은 바람직하게 크세논 가스 부가물을 포함하는 프리믹스(premix)를 포함하는 가스 용기로부터 상기 가스 혼합체로 부가될 것이다. 또한, 크세논 가스는 크세논 함유 크리스탈들을 분해하기 위해 가열되는 크세논 함유 크리스탈로부터 획득될 수 있다. 상기 예에서, 크세논 생성기는 크세논-함유 크리스탈들과 가열 소자로 채워지고, 온도 제어기는 상기 크세논 가스 압력을 제어하기 위해 사용된다.The gas adduct will preferably be added to the gas mixture from a gas vessel comprising a premix comprising a xenon gas adduct. In addition, xenon gas may be obtained from xenon containing crystals that are heated to decompose xenon containing crystals. In this example, the xenon generator is filled with xenon-containing crystals and a heating element, and a temperature controller is used to control the xenon gas pressure.
비록 크세논이 바람직한 가스 부가물이지만, 다른 가스 부가물들이 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 아르곤은 KrF 레이저를 위한 가스 부가물로서 사용될 수있다. 크립톤은 ArF 레이저를 위해 가스 부가물로서 사용될 수 있다. 아르곤 및/또는 크립톤은 XeCl 또는 XeF 레이저를 위한 가스 부가물로서 사용될 수 있다. 아르곤, 크립톤 및/또는 크세논은 F2레이저를 위해 사용될 수 있다. NO는 XeCl 레이저를 위해 사용될 수 있다(예를 들면, Ne내의 0.1%NO). NO2, N2O4, FONO 또는 FNO가XeCl 또는 F2레이저를 위해 사용될 수 있다.Although xenon is the preferred gas adduct, other gas adducts may be used in accordance with the present invention. Argon can be used as a gas adduct for KrF lasers. Krypton can be used as a gas adduct for ArF lasers. Argon and / or krypton can be used as gas adducts for XeCl or XeF lasers. Argon, krypton and / or xenon can be used for the F 2 laser. NO can be used for the XeCl laser (eg 0.1% NO in Ne). NO 2 , N 2 O 4 , FONO or FNO may be used for the XeCl or F 2 lasers.
다른 소자 또는 분자, 금속과 같은, 예를 들면 W, 또는 Pt가 부가되어 하나 이상의 금속 불화물 또는 금속 염화물 종류, 즉, 바람직하게는 WF, WF2, PtF, PtF2, 또는 WFx또는 PtFx중의 하나 이상을 상기 가스 혼합체 내에서 형성하도록 반응하고, 상기 x는 바람직하게는 3내지 16이다. 상기 금속들은 상기 에비이온화 유닛 또는 상기 레이저 튜브의 다른 금속 구성요소의 하나 이상의 전극들로 부가될 것이다. 다른 대체 금속들은 크롬 및 알루미늄을 포함한다. 실리콘, 탄소, 수소 불화물, 오존, 수은, 하프늄, 금속들 및 표준온도 및 압력(standard temperature and pressure: STP)에서 전형적으로 액체상태인 수은과 하프늄와 유사한 높은 증기압력을 구비한 합금들이 사용될 것이다. 산소 및 크롬, 불소 또는 알루미늄 등 중의 하나 이상과의 분자 결합과 같은 금속 산화물들이 사용될 수 있고/있거나 할로겐화합물(즉, 불화물, 염화물)을 형성하는 가스 부가물로 사용되는, 바람직하게는 크세논이 사용되는 다른 바람직한 대체 요소 또는 분자 종류들이다.Other elements or molecules, such as metals, for example W, or Pt, may be added to one or more metal fluoride or metal chloride species, ie preferably in WF, WF 2 , PtF, PtF 2 , or WF x or PtF x At least one is reacted to form in the gas mixture and x is preferably 3 to 16. The metals will be added to one or more electrodes of the ebionization unit or other metal component of the laser tube. Other alternative metals include chromium and aluminum. Silicon, carbon, hydrogen fluoride, ozone, mercury, hafnium, metals and alloys with high vapor pressures similar to mercury and hafnium, which are typically liquid at standard temperature and pressure (STP), will be used. Metal oxides such as oxygen and molecular bonds with one or more of chromium, fluorine or aluminum can be used and / or used as gas adducts to form halogens (i.e. fluorides, chlorides), preferably xenon Other preferred alternative elements or molecule types.
일부의 소정의 바람직한 분자 결합들, 자연적 또는 이온화된 도는 자연적 종류와 이온화된 종류의 결합이 부가되거나 상기 가스 혼합체에서의 불소 또는 염소의 부가적인 반응으로써 형성되고, 상기 분자 결합들은 HF, HF, CFx(특히 CF4), CrOF2, CrOF, CrO2F, CrO2F2, CrO2, CrO, Cr, CrF2, CrF, SiF4, SiF, OF, O2F, OF2, Al, AlO, Al2O, Al2O2, AlF및 AlF2를 포함한다. 또한 N, N2, Nx, C, C2, Cx, H, H2, Hx,O,Ox가 포함될 수 있고, x는 3내지 16과 같이, 3이상의 작은 정수이고, 상기 요소들 및/또는 분자들의 어느 간의 조합 뿐만 아니라, 공기 자체도 가능하다. 상술된 요소들 또는 분자들 또는 결합들 중의 어느 것이 상기 가스 혼합체에, 본 발명에 따라 500-1000ppm이하이거나 0.1%이하와 같이, 바람직하게는 소량으로 부가될 수 있다.Some desired molecular bonds, either natural or ionized or natural and ionized, are added or are formed by the additional reaction of fluorine or chlorine in the gas mixture, the molecular bonds being HF, HF, CFx(Especially CF4), CrOF2, CrOF, CrO2F, CrO2F2, CrO2, CrO, Cr, CrF2, CrF, SiF4, SiF, OF, O2F, OF2, Al, AlO, Al2O, Al2O2, AlF, and AlF2It includes. Also N, N2, Nx, C, C2, Cx, H, H2, Hx, O, OxAnd x is a small integer greater than or equal to 3, such as 3 to 16, and air itself is possible, as well as a combination of any of the above elements and / or molecules. Any of the above mentioned elements or molecules or bonds may be added to the gas mixture, preferably in small amounts, such as 500-1000 ppm or less or 0.1% or less, according to the invention.
또한, 하나 이상의 가스 부가물이 상기 가스 혼합체에 부가될 수 있다. 예를 들면, 상술된 부가물들 중의 2이상이 펄스 에너지, 에너지 선량, 에너지 안정성 및/또는 오버슈트 제어를 제어하기 위해 개별적으로 또는 결합되어 부가될 수 있다. 하나의 가스 부가물 또는 가스 부가물들의 결합이 상기 파라미터들 중의 하나를 제어하기 위해 사용될 것이고, 다른 가스 부가물 또는 가스 부가물들의 결합이 다른 파라미터들을 제어하기 위해 사용될 것이다.In addition, one or more gas adducts may be added to the gas mixture. For example, two or more of the aforementioned additives can be added individually or in combination to control pulse energy, energy dose, energy stability and / or overshoot control. One gas adduct or combination of gas adducts will be used to control one of the above parameters, and another gas adduct or combination of gas adducts will be used to control other parameters.
본 발명의 바람직한 실시예는 ArF 및 KrF 엑사이머 레이저들 및 F2레이저에서의 향상된 방전 균일성과 에너지 안정성을 구비한 과정 및 레이저 시스템을 하기에서 제공한다. 상기 바람직한 실시예들은 본 발명의 정신을 작동하는 레이저 시스템들에 실현하고 상기 레이저 시스템들의 상기 펄스 에너지와, 에너지 안정성과, 에너지 선량 제어 및/또는 에너지 오버슈트의 제어 및 안정화를 위해, 바람직하게는 크세논 및/또는 상술된 다른 가시 부가물들 중의 하나인 가스 부가물을 제공하는 것과, 엑사이머 및/또는 분자 불소 레이저 가스 혼합체와 관련된다.A preferred embodiment of the present invention provides a laser system and a process with improved discharge uniformity and energy stability in ArF and KrF excimer lasers and F 2 lasers. The preferred embodiments are realized in laser systems that operate the spirit of the invention and are preferably used for the control and stabilization of the pulse energy, energy stability, energy dose control and / or energy overshoot of the laser systems. Providing a gas adduct which is one of xenon and / or one of the other visible adducts described above, and associated with an excimer and / or molecular fluorine laser gas mixture.
하기의 발명과 설명은 비록 본 발명이 연속적인 출력 레이저 시스템들에 적용되지만, 상기 레이저가 버스트 패턴으로 동작할 때, 상기 레이저 시스템들의 상기 파라미터들을 제어하고/제어하거나 안정화시키는 것을 제시한다. 본 발명은 XeCl, XeF 및 KrCl 레이저들과 같은 다른 엑사이머 레이저들에 적용될 수 있고, Ar, Kr 및 다른 상술된 부가물들은 상기 레이저 시스템의 일부에서의 다른 실시예들에서 유익한 가스 부가물이 될 수 있다. 본 발명은 1 또는 2kHz 펄스 반복 주파수 또는 그 보다 더 높은 펄스 반복 주파수와 같은 높은 반복 속도에서 작동하는 레이저들에 적용된다.The following invention and description, although the invention applies to continuous output laser systems, suggest controlling and / or stabilizing the parameters of the laser systems when the laser operates in a burst pattern. The present invention can be applied to other excimer lasers such as XeCl, XeF and KrCl lasers, and Ar, Kr and other aforementioned adducts would be beneficial gas adducts in other embodiments in some of the laser systems. Can be. The present invention applies to lasers operating at high repetition rates such as 1 or 2 kHz pulse repetition frequencies or higher.
하기에 개시되는 본 발명의 특징은 상기 레이저 가스 혼합체로의 크세논의 정확한 주입을 가능하게 하게 위한 장치를 설계하기 위해, 컴퓨터 제어 가스 동작들에 의해 상기 가스 혼합체에서의 최적 가스 혼합과 크세논 부분 압력을 유지하도록 하는 가스 주입 및 공급 알고리듬들을 사용하기 위해, 상기 가스 혼합체에서의 할로겐과 같은 다른 가스 조성물들과 함께 상기 가스 혼합체에서의 최적의 크세논 부분 압력을 결정하고 제어하기 위한 고속 에너지 검출기를 사용하기 위해, 엑사이머 또는 분자 불소 레이저의 종래의 가스 혼합체로의 부가물로서 소정의 양의 크세논을 사용하는 것을 포함한다(참조된 '034 및 '785 출원을 참조하시오).A feature of the present invention disclosed below is that the computer controlled gas operations allow for optimal gas mixing and xenon partial pressure in the gas mixture to design an apparatus for enabling accurate injection of xenon into the laser gas mixture. To use gas injection and feed algorithms to maintain, use a high speed energy detector to determine and control the optimal xenon partial pressure in the gas mixture with other gas compositions such as halogen in the gas mixture. And the use of a predetermined amount of xenon as an adduct to an existing gas mixture of an excimer or molecular fluorine laser (see the referenced '034 and' 785 applications).
본 발명의 바람직한 실시예에서, 바람직한 방법과 레이저 시스템에 따르면, 특정량의 크세논이 새로운 충전(new fill) 동안에 상기 레이저 튜브로 상기 가스 혼합체의 통상적인 조성물들(상술된 '505 및 '573 특허 및 '526 및 '785 출원을 참조)과 함께 채워진다. 상기 가스 혼합체로의 크세논의 부가는 상기 레이저 시스템의 하나 이상의 특성에 영향을 미치게 된다. 따라서, 상기 레이저 튜브로 처음에 채워지는 크세논의 특정의 "최적" 양은 사용되는 레이저의 형태와 원하여지는 상기 크세논의 부가의 결과에 의존한다. 예를 들면, 특정의 운전 방전 전압에서 상기 레이저의 출력 에너지가 상기 가스 혼합체에 부가되는 크세논의 양에 의존하여 높여지거나 감쇄된다. 따라서, 에너지 안정성 및 오버슈트 제어는 부가되는 크세논의 양에 의존하여 향상된다. 또한 특정 양의 크세논이 상기 레이저 시스템의 효과적인 특성들의 균형을 따라 부가될 것이다.In a preferred embodiment of the present invention, according to a preferred method and laser system, a certain amount of xenon is added to the laser tube during a new fill to the conventional compositions of the gas mixture (see the '505 and' 573 patent and ('526 and' 785 applications). The addition of xenon to the gas mixture will affect one or more characteristics of the laser system. Thus, the specific "optimal" amount of xenon initially filled with the laser tube depends on the type of laser used and the additional result of the xenon desired. For example, at a specific operating discharge voltage, the output energy of the laser is increased or attenuated depending on the amount of xenon added to the gas mixture. Thus, energy stability and overshoot control are improved depending on the amount of xenon added. A certain amount of xenon will also be added along the balance of the effective properties of the laser system.
아르곤 불화물 레이저Argon fluoride laser
ArF-엑사이머 레이저의 제 1 실시예에서, 에너지 안정성을 향상시키기 위해, 크세논의 농도는 10ppm보다 더 크고, 실질적으로 300-500ppm정도이거나 더 높다. 상기 에너지 안정성과 오버슈트 제어 각각이 500ppm이상의 농도의 크세논 농도에서 향상되는 것이 하기에서 도시된다. 또한 특정 방전 전압에서의 출력 에너지가 최대 약 10ppm을 구비하고, 또는 특정 에너지(예를 들면, 5mJ)에서의 출력 펄스들을 생성하기 위한 필요한 방전 전압은 최소 약 10ppm을 구비하는 것이 하기에서 나타난다. 그러나, 크세논의 더 높은 농도에서, 예를 들면 100ppm보다 더 높은 농도에서, 상기 에너지 안정성과 오버슈트 제어는 본 발명에 따라 향상된다.In a first embodiment of an ArF-excimer laser, in order to improve energy stability, the concentration of xenon is greater than 10 ppm and is substantially on the order of 300-500 ppm or higher. It is shown below that each of the energy stability and overshoot control is enhanced at a xenon concentration of at least 500 ppm. It is also shown below that the output energy at a specific discharge voltage has a maximum of about 10 ppm, or the required discharge voltage for generating output pulses at a specific energy (eg 5 mJ) has a minimum of about 10 ppm. However, at higher concentrations of xenon, for example at concentrations higher than 100 ppm, the energy stability and overshoot control are improved according to the invention.
상기 ArF 레이저를 위한 제 1 실시예에서의 바람직한 크세논 농도는 10ppm 이상의 농도에서의 펄스 에너지에 대한 크세논 부가물의 영향을 감소시킴으로써 균형이 유지된다. 특정 레이저 시스템을 위한 상위 한계는 전력 공급부와, 상기 펄스 회로의 구성요소들 및 특히 방전 전극들을 포함하는 방전 회로의 한계에 의존한다. 즉, 수 mJ에서 10mJ 이상까지의 범위에서의 특정 펄스 에너지는 상기 레이저의 특정 산업 응용을 위해 특정화되고, 크세논은 상기 레이저 시스템이 상기 특정된 에너지에서 펄스들을 생성할 수 없을 만큼 많은 양으로 부가될 수 없다.The preferred xenon concentration in the first embodiment for the ArF laser is balanced by reducing the effect of xenon adducts on pulse energy at concentrations of 10 ppm or more. The upper limit for a particular laser system depends on the power supply and the limitations of the discharge circuit including the components of the pulse circuit and in particular the discharge electrodes. That is, a specific pulse energy in the range of several mJ up to 10 mJ or more is specified for a particular industrial application of the laser, and xenon may be added in an amount so large that the laser system cannot generate pulses at the specified energy. Can not.
바람직하게, 상기 실시예에서, 상기 에너지 안정성 및/또는 오버슈트 제어는 최대화되게 되고, 상기 가스 혼합체에서의 크세논 농도는 특정화된 전력 레벨과, 상기 전력 공급부와, 펄스 모듈 및 전극들과 같은 레이저 시스템 구성요소들의 제한에 따라 조절된다. 상기 시스템 구성요소들은 바람직하게는 크세논이 상기 가스 혼합체에 부가되지 않은 때 원하는 더 높은 출력 에너지를 생성하도록 되고, 그때크세논이 상기 원하는 값으로 상기 펄스 에너지를 감쇄시키기 위해 상기 가스 혼합체로 부가된다. 장점으로, 상기 펄스 에너지는 소정의 값이고, 상기 에너지 안정성 및/또는 오버슈트는 향상된, 바람직하게 선택된 값이다. 상기 시스템 구성요소들은 종래대로 구성되고, 상기 크세논은 예를 들면, 100ppm 이상인 크세논이 부가되고, 구동 전압은 본 발명에 따른 에너지 안정성 및/또는 오버슈트 제어를 향상시키는 때 상기 선택된 값으로 출력 에너지를 조절하기 위해 증가된다.Advantageously, in this embodiment, the energy stability and / or overshoot control is maximized and xenon concentration in the gas mixture is characterized by a specified power level, the power supply, a laser system such as pulse modules and electrodes. Adjusted according to the limitations of the components. The system components are preferably adapted to produce the desired higher output energy when no xenon is added to the gas mixture, and then xenon is added to the gas mixture to attenuate the pulse energy to the desired value. Advantageously, the pulse energy is a predetermined value and the energy stability and / or overshoot is an improved, preferably selected value. The system components are conventionally configured and the xenon is added with xenon, for example 100 ppm or more, and the drive voltage is converted into output energy at the selected value when enhancing the energy stability and / or overshoot control according to the invention. Is increased to adjust.
크립톤 불화물 레이저Krypton fluoride laser
세번째 실시예에서, 상기 KrF-엑사이머 레이저의 경우에, 상기 KrF-엑사이머 레이저는 상기 에너지 안정성 및/또는 상기 출력 선의 오버슈트 제어를 향상시키고자 하는 것이고, 바람직한 가스 부가물, 즉 크세논의 농도는 실질적으로 12ppm이상이고, 더욱 바람직하게는 실질적으로 20ppm이상이고, 그러나 실질적으로 2000ppm이하이고, 바람직하게는 실질적으로 600ppm이하이다. 상기 ArF 레이저의 첫번째 실시예에서, 크세논의 농도의 상위 한계는 상기 전력 공급과, 펄스 회로 및 방전 전극에 대한 한계들에 의해 영향을 받는다. 상기 구성요소들의 발전이 이루어짐에 따라, 크세논 농도의 상한 한계는 증가될 수 있다. 네번째 실시예에서, KrF 레이저에 있어서, 출력 펄스 에너지의 균형과 에너지 안정성의 향상 및/또는 상기 크세논 부가물로 인한 오버슈트의 제어를 위해, 특정 크세논의 농도로 선택되는 바람직한 크세논의 농도는 100에서 500ppm의 범위이다.In a third embodiment, in the case of the KrF-excimer laser, the KrF-excimer laser is intended to improve the energy stability and / or overshoot control of the output line and is a preferred gas adduct, i.e. xenon The concentration of is substantially 12 ppm or more, more preferably substantially 20 ppm or more, but substantially 2000 ppm or less, preferably substantially 600 ppm or less. In a first embodiment of the ArF laser, the upper limit of the concentration of xenon is affected by the power supply and the limits for the pulse circuit and the discharge electrode. As the development of these components takes place, the upper limit of xenon concentration can be increased. In a fourth embodiment, in the KrF laser, for the balance of the output pulse energy and the improvement of energy stability and / or the control of the overshoot due to the xenon adduct, the preferred concentration of xenon selected from the specific xenon concentration is 100 at It is in the range of 500 ppm.
상술된 바와 같이, 그 결과로서의 흡수 및 에너지 감쇄는 특정 구동 방전 전압에서 레이저 펄스들의 출력 에너지를 현저하게 감소시킬 수 있기 때문에, 상기가스 혼합체에서의 크세논의 농도에 대한 하위 한계를 설정하는데 도움을 줄 수 있다. 상기 시스템이 상기 특정된 출력 펄스 에너지를 유지하기 위해 상기 구동 전압을 증가시킴으로써 부가물 크세논으로 인한 상기 감쇄를 더 이상 보상할 수 없을 때, 상기 상위 한계 크세논 농도는 도달되어 진다. 에너지 안정성과 오버슈트 제어를 향상시키기 이해, 소정의 출력 에너지를 전송하고자 하는 상기 시스템 구성 요소들의 한계내에서, 상기 가스 혼합체에 가능한 많은 크세논을 포함시키는 것이 바람직하다.As mentioned above, the resulting absorption and energy decay can significantly reduce the output energy of the laser pulses at a particular drive discharge voltage, thus helping to set a lower limit on the concentration of xenon in the gas mixture. Can be. The upper limit xenon concentration is reached when the system can no longer compensate for the attenuation due to adduct xenon by increasing the drive voltage to maintain the specified output pulse energy. In order to improve energy stability and overshoot control, it is desirable to include as much xenon in the gas mixture as possible, within the limits of the system components intended to transmit a given output energy.
레이저 구성요소들의 사용기간의 연장Extended service life of laser components
엑사이머 및 분자 불소 레이저의 가스 혼합체내의 가스 부가물의 감쇄 작용은 공진장치 광 구성요소(resonator optics components)를 포함하는 레이저 구성요소들의 사용기간을 증가시키기 위한 본 발명의 하기의 실시예에 따라 긍정적으로 사용될 수 있다. 다양한 레이저 구성 요소들(예를 들면, 레이저 채임버뿐만 아니라, 프리즘, 격자들, 에탈론(etalons) 및 윈도우들과 같은 공진장치내의 광 구성요소들)의 품질에서의 편차는 20-40%에 이르는 상기 레이저 시스템의 출력 전력에서의 편차를 유도할 수 있다. 또한, 상기 구성요소들의 사용기간들에 관한 구성요소들의 노쇠는 시간에 대한 최대 사용가능 출력 전력의 감소를 야기한다. 그럼으로써, 더 높은 구동 입력 전압에서 동일한 출력 전력을 성취하도록 한다. 상기 운전 전압의 동적 범위는 상기 레이저 구성요소들의 사용기간에 대한 상위 한계를 설정하도록 한정된다.The attenuation action of the gas adducts in the gas mixture of the excimer and molecular fluorine lasers is in accordance with the following embodiments of the present invention for increasing the lifetime of laser components, including resonator optics components. Can be used positively. The variation in the quality of various laser components (e.g., optical components in resonators such as prisms, gratings, etalons and windows, as well as laser chambers) is 20-40%. Can lead to a deviation in the output power of the laser system. In addition, the aging of the components with respect to their usage periods causes a reduction in the maximum usable output power over time. This allows to achieve the same output power at higher drive input voltages. The dynamic range of the operating voltage is defined to set an upper limit on the lifetime of the laser components.
크세논 부분 압력에 대한 출력 전력의 의존성은 상기 구성요소들의 사용기간을 연장하는 본 발명에 따라 긍정적으로 사용될 것이다. 상기 시스템은 상기 구성요소들이 새로운 것인 때, 과도한 레이저 전력을 초기에 구비하도록 된다. 즉, 전압의 운전 범위가 특정된 에너지들(예를들면 수 mJ과 10mJ 이상의 사이에)에서 출력 레이저 펄스들을 생성하는 데 전형적으로 요구되는 값이상이다. 이 경우에, 소정의 양의 크세논이 상기 혼합체에 부가되어 상기 출력 전력은 상기 운전 전압 범위 내에서 소정의 값이 된다.The dependence of the output power on the xenon partial pressure will be used positively in accordance with the present invention which extends the service life of these components. The system is initially equipped with excessive laser power when the components are new. That is, the operating range of the voltage is above the value typically required to produce output laser pulses at specified energies (eg between a few mJ and 10 mJ or more). In this case, a predetermined amount of xenon is added to the mixture so that the output power becomes a predetermined value within the operating voltage range.
예를 들면, 2kHz 반복 속도에서 0.6pm 이하의 FWHM 대역폭을 구비한 10W ArF 레이저는 최대 전력 30와트를 전달하도록 된다. 구동 방전 전압의 전형적인 동적 운전 범위는 종래의 레이저가 최소 15W에서 작동하도록 하고, 상기 15W는 새로운 구성요소들을 구비한 레이저를 위해 소정의 10W전력보다 5W높은 값이다. 본 발명에 따르면, 크세논과 같은 가스 부가물은 선택된 양으로 상기 가스 혼합체에 부가되어 상기 레이저 전력을 감쇄시키고 상기 레이저 시스템의 구동 전압의 운전 범위를 위한 소정의 범위로 상기 출력 전력을 조절한다. 광학 및 레이저 튜브 구성요소들이 노쇠해짐에 따라, 상기 가스 혼합체 내의 크세논 부분 압력은 상기 운전 전압 범위 내의 동일한 소정의 출력 전력을 성취하기 위해 각각의 새로운 충전을 통하여 다른 값으로 조절된다. 상기 크세논 농도는 하기의 가스 제어 방법을 통하여 새로운 충전들 사이에서 조정된다. 구성요소들의 사용기간을 증가시키기 위한 본 발명의 실시예에 따른 예시 방법은 하기와 같다. 엑사이머 또는 분자 불소 레이저(크세논이 없는)의 새로운 가스 충전이후에, 상기 레이저는 상기 레이저의 운전 포인트에서 명목상의 높은 전압으로 시동되고, 상기 출력 전력 또는 에너지는 에너지 감시기에의해 측정되고, 상기 에너지 감시기는 일반적으로 상기 레이저 시스템에 내부에 설치된다(도 7의 관한 설명을 참조). 상기 새로운 충전을 위한 전력은 소정의 값보다 더 높게 측정될 것이고, 본 실시예에 따르면, 특정 양의 크세논이 상기 가스 혼합체에 부가되고, 상기 전력이 다시 측정된다. 크세논의 부가는 반복될 것이고, 상기 출력 전력은 상기 출력 전력이 상기 구동 전압의 운전 범위내에서의 소정의 값 이내로 감소될 때까지 수차례 측정된다.For example, a 10W ArF laser with an FWHM bandwidth of 0.6pm or less at a 2kHz repetition rate would deliver up to 30 watts of power. The typical dynamic operating range of the drive discharge voltage allows a conventional laser to operate at a minimum of 15W, which is 5W higher than a predetermined 10W power for a laser with new components. According to the present invention, a gas adduct such as xenon is added to the gas mixture in a selected amount to attenuate the laser power and adjust the output power to a predetermined range for the operating range of the driving voltage of the laser system. As the optical and laser tube components age, the xenon partial pressure in the gas mixture is adjusted to different values through each new charge to achieve the same desired output power within the operating voltage range. The xenon concentration is adjusted between new charges through the following gas control method. An exemplary method according to an embodiment of the present invention for increasing the service life of the components is as follows. After a new gas charge of an excimer or molecular fluorine laser (without xenon), the laser is started at a nominal high voltage at the operating point of the laser, and the output power or energy is measured by an energy monitor, and An energy monitor is generally installed internally in the laser system (see the description of FIG. 7). The power for the new charge will be measured higher than a predetermined value, and according to this embodiment, a certain amount of xenon is added to the gas mixture and the power is measured again. The addition of xenon will be repeated and the output power is measured several times until the output power is reduced to within a predetermined value within the operating range of the drive voltage.
또한, 컴퓨터 데이터베이스와 프로세서(상술된 '034출원을 참조)을 구비한 전문가(expert) 시스템은 이전의 새로운 충전이후 및/또는 다른 레이저들의 이전의 과정으로부터 부가된 크세논 양의 값을 저장할 수 있고, 현재의 충전으로 부가된 예측된 초기 양의 크세논이 예측될 수 있다. 그리고, 초기양의 크세논이 소량(예를 들면, 10ppm)의 크세논의 부가 과정과 상기 전력의 측정 과정의 수행이후에, 부가될 수 있고, 상기 초기양은 상술된 양보다 더욱 실제적인 소정의 양에 가깝다. 이 방법으로, 전체 과정은 적은 시간이 소요될 것이다.In addition, an expert system with a computer database and a processor (see application '034 described above) can store the value of the amount of xenon added after the previous new charge and / or from the previous process of other lasers, The predicted initial amount of xenon added with the current charge can be predicted. And, an initial amount of xenon may be added after the addition of a small amount (for example, 10 ppm) of xenon and after the measurement of the power, and the initial amount may be added to a predetermined amount more practical than the amount described above. close. In this way, the whole process will take less time.
본 발명의 상기 실시예에 따르면, 상기 가스 충전에 부가된 크세논의 양은 상기 구성요소들이 노쇠하고, 상기 레이저 시스템의 최대 출력 전력이 감소됨에 따라 일반적으로 감소될 것이다. 상술된 바와 같이, 상기 레이저 구성요소들의 사용기간들이 상기 시스템이 최대 구동 전압에서 작동할 때조차도 상기 소정의 출력 전력을 성취할 수 없을 때 종료하기 때문에, 상기 크세논의 농도를 조절하여 상기 출력 전력을 제어하는 것의 장점은 본 발명의 상기 과정에서 분명하게 개시된다. 그럼으로서 상기 구성요소들의 사용기간들이 증가된다(예를 들면, 100%이상).According to this embodiment of the invention, the amount of xenon added to the gas charge will generally decrease as the components age and the maximum output power of the laser system is reduced. As described above, since the service life of the laser components ends when the system cannot achieve the predetermined output power even when operating at the maximum drive voltage, the concentration of the xenon is adjusted to adjust the output power. The advantage of controlling is clearly disclosed in the above process of the invention. This increases the service life of the components (e.g., over 100%).
가스 공급Gas supply
가스 부가물의 농도는 새로운 충전으로 조절될 수 있을뿐 아니라, 본 발명에 따른 가스 공급을 사용하는 새로운 충전들 사이에서 조절될 수 있다. 상기 목적을 위해, 크세논의 공급원(source)은 상기 엑사이머 또는 분자 불소 레이저 시스템과 함께 집적되는 것이 바람직하다. 즉, 내부 크세논 공급이 상기 레이저 시스템에 제공된다. 또한, 소정 양의 크세논이 상기 레이저의 외부인 가스 공급 병(bottle)들 또는 용기들의 종래의 가스 공급의 비활성 가스와 프리믹스(premix)에서 혼합된다. 초기 예정된 양의 크세논이 새로운 충전시에 상기 방전 채임버로 먼저 채우진 후, 가스 공급 기술이 상기 가스 혼합체내의 최적 크세논의 농도를 유지하고/유지하거나 상기 예정된 양을 조절하기 위해 본 발명에 따라 사용되는 것이 바람직하다. 바람직한 기술의 요점이 특히 할로겐(또는 희귀 가스)에 적용된 '785 및 '034 출원에 개시되고, 그러나 본 발명에 따라 크세논의 농도 제어 및/또는 공급을 포함하도록 변경된다.The concentration of the gas adduct can be adjusted not only with new charges, but also between new charges using the gas supply according to the invention. For this purpose, the source of xenon is preferably integrated with the excimer or molecular fluorine laser system. That is, an internal xenon supply is provided to the laser system. In addition, a predetermined amount of xenon is mixed in a premix with an inert gas of a conventional gas supply of gas supply bottles or vessels external to the laser. After an initially predetermined amount of xenon is first filled with the discharge chamber on a new charge, a gas supply technique is used in accordance with the present invention to maintain and / or control the predetermined amount of optimal xenon in the gas mixture. It is desirable to be. The gist of the preferred technique is disclosed in the '785 and' 034 applications, in particular applied to halogens (or rare gases), but is modified to include concentration control and / or supply of xenon in accordance with the present invention.
일반적인 형태의 엑사이머 레이저는 5기압(bar)이하인 전체 압력인 가스 혼합체를 포함한다. 전형적으로 90 내지 99%의 혼합체의 대부분은 소위 버퍼 가스로 구성된다. 헬륨과 네온은 전형적인 버퍼 가스들이다. 상기 버퍼 가스는 에너지를 전송하는 기능을 한다. 상기 버퍼 가스의 원자들은 상기 가스 방전시의 방출되고, 매우 들뜬 분자들의 부분이 되지 않는다. 희귀 가스-할로겐 레이저에서의 매우 들뜬 엑사이머들, 들뜬 복합체 또는 삼합체를 형성하는 희귀 가스는 더 낮은 농도에서, 1내지 9%의 범위에서 전형적으로 발견된다. 할로겐 도우너(donor)는 전형적으로 0.1내지 0.2%이고, 특히 F2또는 HCl 또는 다른 할로겐-함유 분자들과 같은 동적 할로겐 분자들은 할로겐-도우너로서 사용될 수 있다. 상기 분자 불소 레이저는 가스 혼합체내에 활성 희귀 가스를 포함하지 않는다.Excimer lasers of the general type comprise a gas mixture at a total pressure of 5 bar or less. Typically the majority of the mixture of 90 to 99% consists of the so-called buffer gas. Helium and neon are typical buffer gases. The buffer gas functions to transfer energy. Atoms of the buffer gas are released during the gas discharge and do not become part of the very excited molecules. Rare gases forming very excited excimers, excited complexes or trimers in rare gas-halogen lasers are typically found at lower concentrations in the range of 1 to 9%. Halogen donors are typically 0.1 to 0.2%, in particular dynamic halogen molecules such as F 2 or HCl or other halogen-containing molecules can be used as the halogen donor. The molecular fluorine laser does not contain an active rare gas in the gas mixture.
본 발명은 엑사이머 또는 분자 불소 레이저 시스템이고, 상기 시스템에서 상기 레이저 튜브는 상기 가스 혼합체로의 부가물로서 매우 정확하게 예정된 소량의 크세논의 주입을 수신하도록 된다. 최적 크세논 부분 압력을 안정화시키는 수단이 제공된다. 마이크로-주입(micro-injections) 및 가스 교환 및 압력 조절을 포함하는 특정 기술들은 '034 및 '785 출원에 개시된다.The present invention is an excimer or molecular fluorine laser system, in which the laser tube is adapted to receive the injection of a small amount of xenon very precisely as an adduct to the gas mixture. Means are provided to stabilize the optimum xenon partial pressure. Certain techniques, including micro-injections and gas exchange and pressure regulation, are disclosed in the '034 and' 785 applications.
상기 크세논은 불순물 없는 상태로 또는 소정의 Ar, Ne, He, 또는 Kr과 같은 비할성 가스를 포함하는 프리믹스에서의 조성 가스로서 주입될 것이다. ArF 및 KrF 레이저에서는, Ar 및 Kr에서의 0.05% Xe의 프리믹스가 각각 바람작하다. 다른 바람직한 조성으로, Ne에서의 1.4% Xe가 프리믹스로 사용된다. 본 발명은 크세논 및 버퍼 및/또는 다른 가스들의 특정 프리믹스 농도에 한정되지 않는다. 하기에서와 같이, 비록 상기 크세논이 외부 가스 공급원으로부터 공급될 수 있지만, 상기 크세논 가스 공급은 상기 레이저 시스템의 내부에서 이루어지는 것이 바람직하다.The xenon will be injected in the absence of impurities or as a composition gas in a premix containing a non-inert gas such as Ar, Ne, He, or Kr. In ArF and KrF lasers, a premix of 0.05% Xe at Ar and Kr is preferred, respectively. In another preferred composition, 1.4% Xe in Ne is used as the premix. The present invention is not limited to specific premix concentrations of xenon and buffers and / or other gases. As described below, although the xenon can be supplied from an external gas source, the xenon gas supply is preferably made inside the laser system.
상기 크세논은 에너지 및 에너지 안정성과 같은 값들과 출력 선 파라미터들의 검색된 값들을 수신하는 프로세서를 포함하는 전문가 시스템과 상기 높은 전압의 값들 기준으로 하여 결정된 간격들과 양으로 주사된다. 극히 적은 양과 짧은 간격들이 가능하고, 이것은 상기 가스 공급 시스템이 그렇게 구성되었기때문이다('785 출원 및 '514특허를 참조).The xenon is scanned at intervals and amounts determined based on the high voltage values and an expert system comprising a processor that receives values such as energy and energy stability and retrieved values of output line parameters. Very small amounts and short intervals are possible, because the gas supply system is so configured (see the '785 application and the' 514 patent).
선 프로필과, 임시 및 공간 결합, 방전 폭, 시간, 산탄(shot) 또는 펄스 카운트, 펄스 모양, 펄스 지속성, 펄스 안정성, 상기 레이저 선의 대역폭와 같은 다른 파라미터들과, 또는 상기 파라미터들의 조합으로 이루어진 파라미터들이 사용될 것이다. 상기 전문가 시스템은 검색된 값들과 저장된 값들을 비교하여 어떤 형태 및 어느 정도로 가스 공급 과정들이 수행되는지와, 어느 크세논 주입 또는 공급이 및 어느 정도로 상기 검색된 파라미터들에 의존하여 수행되었는지를 판단한다. 에너지 검출기를 사용하여, 상기 레이저 방출의 출력 에너지와 에너지 안정성은 측정되고, 버스트 동작시에 상기 에너지 오버슈트가 펄스들의 버스트들의 첫번째 펄스 또는 첫번째의 몇몇 펄스들로서 측정될 것이다. 만약 상기 측정된 값들이 기설정 레퍼런스 값들(preset reference values) 또는 소정의 값들과 다르면, 상기 레이저 가스 혼합체내의 크세논의 양은 크세논 가스 주입에 의해 증가되거나 소규모 또는 부분적인 가스 교환에 의해 또는 가스 주입들과 관련된 가스 방출에 의해 감소될 것이다('785 출원을 참조). 상기 가스 동작(gas action)이 수행된 후 레이저 펄스 에너지, 에너지 안정성 및/또는 버스트 오버슈트와 같은 파라미터들을 검색하고 제어함으로써, 최적의 농도의 크세논이 상기 가스 혼합체에 있는지를 결정할 수 있다. 조합형태인 ASE 또는 임시 펄스 모양('052 및 '062 출원을 참조)와 같은, 상기 파라미터들 및/또는 다른 파라미터들을 검색함으로써, 비록 상기 크세논과 할로겐의 농도가 펄스 에너지와 같은 일부 파라미터들에게 모두 영향을 미치지만, 상기 가스 혼합체내의 상기 크세논의 농도와 할로겐의 농도를 어느때든지 알 수 있다.Parameters consisting of a line profile and other parameters such as temporal and spatial coupling, discharge width, time, shot or pulse count, pulse shape, pulse persistence, pulse stability, bandwidth of the laser line, or a combination of the parameters Will be used. The expert system compares the retrieved values with the stored values to determine what form and to what extent the gas supply processes are performed and which xenon injection or supply is performed depending on the retrieved parameters and to what extent. Using an energy detector, the output energy and energy stability of the laser emission will be measured, and in burst operation the energy overshoot will be measured as the first pulse or the first few pulses of bursts of pulses. If the measured values differ from preset reference values or predetermined values, the amount of xenon in the laser gas mixture is increased by xenon gas injection or by small or partial gas exchange or by gas injections. Will be reduced by the gas emissions associated with it (see '785 application). By searching for and controlling parameters such as laser pulse energy, energy stability and / or burst overshoot after the gas action is performed, it is possible to determine whether an optimal concentration of xenon is in the gas mixture. By searching the parameters and / or other parameters, such as a combination of ASE or temporal pulse shapes (see '052 and' 062 applications), even though the concentrations of xenon and halogen may be reduced to some parameters such as pulse energy, Although affecting, the concentration of the xenon and the concentration of halogen in the gas mixture can be known at any time.
만약 상기 가스 동작이 수행된 후, 크세논의 최적 농도가 상기 레이저 파라미터들이 측정된 후에 상기 가스 혼합체에 없다고 결정되면, 대응하는 가스 동작들이 수행되고, 상기 레이저 파라미터들의 제어 측정들이 상기 최적 크세논 농도가 도달될 때까지 반복된다.If after the gas operation is performed, it is determined that the optimum concentration of xenon is not in the gas mixture after the laser parameters have been measured, corresponding gas operations are performed and control measurements of the laser parameters have reached the optimum xenon concentration. Is repeated until.
압축된 물질 크세논 공급(Condensed Matter Xenon Supply)Condensed Matter Xenon Supply
본 발명의 다른 실시예에서, 본 발명의 목적은 크세논-함유 압축 물질이 상기 레이저의 가스 방전 채임버에 부가되는 때이거나, 가스 전송 또는 가스 확산을 가능하게 하는 방법으로 상기 채임버와 물리적 관계인 때에 충족된다. 상기 고체들은 본 발명의 목적인 방출된 레이저 복사(irradiation) 펄스들에 대한 에너지-안정화 효과를 성취하기 위해 필요한 소량의 크세논 또는 크세논-함유 조합물을 공급한다.In another embodiment of the present invention, an object of the present invention is when a xenon-containing compressed material is added to the gas discharge chamber of the laser or when it is in physical relationship with the chamber in a manner that enables gas transfer or gas diffusion. Is satisfied. The solids provide the small amount of xenon or xenon-containing combination necessary to achieve the energy-stabilizing effect on the emitted laser radiation pulses which is the object of the present invention.
본 발명의 상기 실시예에서, 크세논은 바람직하게는 상술된 크세논 프리믹스의 기체상태 공급을 직접적으로 사용하는 것보다 XeF2와 같은 고체 크세논 함유 종류들을 사용하여 공급된다. 도 2에서, 크세논 가스 생성기(20)는 크세논 함유 크리스탈(XeF2와 같은)로 채워지는 작은 저장용기(22)를 포함한다. 상기 저장용기(22)는 적어도 하나의 가스선(23)에 의해 상기 레이저 튜브(1)와 연결될 수 있다. 밸브 또는 밸브들(V1), (V2)는 상기 레이저 튜브(1)로부터 상기 저장용기(22)를 분리하는 데 사용될 수 있다. 개별 저장소(receptacle)(26)는 상기 분해된 크세논과 불소 가스들이 상기 레이저 튜브로의 분사 이전에 혼합되도록 하는데 사용된다. 버퍼 가스는 밸브(V3)를 통하여 상기 크세논 불소 혼합체가 상기 레이저 튜브로 흐를 수 있도록 하는데 사용된다. 상기 목적을 위해, 버퍼 충전 선은 상기 저장소(26)으로 상기 밸브(V2)를 통하여 연결된다. 상기 저장소(26)는 분사되는 크세논의양의 정확한 제어를 위해 사용될 수 있다. 상기 목적으로 위해, 상기 저장소(26) 및 레이저 튜브(10)의 각각의 압력이 분사 이전에 감시된다. 상기 저장소(26)와 그 사용은 상기에 개시된 '514특허 및/또는 '785출원에서의 할로겐 및 활성 희귀 가스들의 공급을 위해 개시된 것과 동일하거나 유사할 것이다.In this embodiment of the invention, xenon is preferably supplied using solid xenon containing species such as XeF 2 rather than directly using the gaseous supply of the xenon premix described above. In FIG. 2, xenon gas generator 20 includes a small reservoir 22 filled with xenon containing crystals (such as XeF 2 ). The storage container 22 may be connected to the laser tube 1 by at least one gas line 23. The valve or valves V1, V2 may be used to separate the reservoir 22 from the laser tube 1. A separate receptacle 26 is used to allow the decomposed xenon and fluorine gases to be mixed prior to injection into the laser tube. A buffer gas is used to allow the xenon fluorine mixture to flow into the laser tube through valve V3. For this purpose, a buffer filling line is connected to the reservoir 26 through the valve V2. The reservoir 26 can be used for precise control of the amount of xenon injected. For this purpose, the respective pressures of the reservoir 26 and the laser tube 10 are monitored prior to injection. The reservoir 26 and its use will be the same or similar to that disclosed for the supply of halogen and active rare gases in the '514 patent and / or' 785 application disclosed above.
상기 저장용기(22)는 바람직하게는 가열 소자(24)와, 종래의 온도 제어기와 같은 온도 제어 디바이스(도시되지 않음)를 구비한다. 상기 저장용기(22)는 바람직하게는 상기 크리스탈의 크세논-함유 분자들의 분해를 야기하는 기설정 온도로 가열된다. 예를 들면, XeF2는 크세논 가스와 F2가스로 분해된다. 상기 생성된 가스는 상술된 저장소(26)을 통하여 또는 직접적으로 상기 레이저 튜브(1)로 채워진다. 방출된 크세논의 양은 상기 고체 크세논 조합체에 가해진 온도에 의존한다. 즉, 상기 크세논 압력 또는 부분 압력이 상기 저장용기(22)내의 온도를 제어함으로써 조절될 수 있다. 부분 가스 교환으로 인한 크세논의 손실은 상기 가열된 고체 조합체로부터의 크세논 방출에 의해 자동적으로 보상된다. 방출된 불소의 양은 상기 레이저에게 충분하지 않다. 따라서 불소 및 다른 희귀 가스들은 상술된 가스 탱크들 및/또는 프리믹스 병들을 통하여 종래의 방법으로 상기 레이저 튜브로 채워진다.The reservoir 22 preferably comprises a heating element 24 and a temperature control device (not shown), such as a conventional temperature controller. The reservoir 22 is preferably heated to a predetermined temperature which causes decomposition of the xenon-containing molecules of the crystal. For example, XeF 2 is decomposed into xenon gas and F 2 gas. The generated gas is filled into the laser tube 1 via the reservoir 26 described above or directly. The amount of xenon released depends on the temperature applied to the solid xenon combination. That is, the xenon pressure or partial pressure can be adjusted by controlling the temperature in the reservoir 22. The loss of xenon due to partial gas exchange is automatically compensated for by xenon release from the heated solid combination. The amount of fluorine released is not sufficient for the laser. Thus fluorine and other rare gases are filled into the laser tube in a conventional manner through the above described gas tanks and / or premix bottles.
본 발명에 따른 부분 가스 교환을 위한 예시 과정들이 하기에 기술된다. 먼저 밸브(V1)가 잠긴다. 일부의 레이저 가스가 종래의 방법(본 출원에 참조되고,동일한 양수인에게 양수된 미국 특허 제 4,977,573호를 참조)으로 상기 레이저 튜브(1)로부터 방출된다. 다음으로, 할로겐 및 활성 희귀 가스들과 버퍼가스가 가스 탱크들로부터 상기 레이저 튜브(1)로 채워진다. 그리고, 밸브(V1)이 개방되고 감소된 크세논 압력이 직접적으로 또는 상술된 저장소(26)를 통하여 보상된다. 상기 가스 생성기(20)와 상기 레이저 튜브로의 2개의 가스선들을 연결하고 상기 생성기(20)를 통하여 상기 레이저 가스의 일부를 순환시키는 것이 이롭다. 이 방법으로, 상기 크세논 압력의 안정화는 보다 신속하게 성취되고 상기 생성기(20)로부터 상기 레이저 튜브(1)로의 크세논의 확산 속도에 의해 제한되지 않는다.Exemplary procedures for partial gas exchange according to the invention are described below. First, the valve V1 is closed. Some laser gas is emitted from the laser tube 1 by conventional methods (see US Patent No. 4,977,573, referred to in this application, and pumped to the same assignee). Next, halogen and active rare gases and buffer gases are filled into the laser tube 1 from gas tanks. Then, the valve V1 is opened and the reduced xenon pressure is compensated directly or through the reservoir 26 described above. It is advantageous to connect two gas lines to the gas generator 20 and the laser tube and to circulate a portion of the laser gas through the generator 20. In this way, the stabilization of the xenon pressure is achieved more quickly and is not limited by the rate of diffusion of xenon from the generator 20 into the laser tube 1.
상기 크세논 또는 크세논-함유 물질은 상기 가스 혼합체로 직접적으로 분사되거나 충전 이전에 가스 구성물질들 중의 하나에, 예를 들면 Ne, Kr, Ar, He, 또는 F2에 부가될 수 있다. 만약 크세논 또는 크세논-함유 물질이 상기 가스 방전에서의 상술된 낮은 크세논 농도를 생성하기 위해 본 실시예에 따른 고체 형태로 상기 가스 방전 채임버에 부가되면, 압축된 크세논 불화물(예를 들면 XeF2, XeF4, XeF6)은 부분적으로 상기 목적으로 위해 착상되고, 상기 레이저 채임버로 미리 또는 상기 레이저 운전 동안에 도입된다. 측정될 수 있는 상기 물질들(크세논 블화물들)은 만약 상기 레이저가 크세논 또는 크세논-함유 조합체들이 현존하는 불소-함유 가스 조합체(예를 들면, XeF*)로 작동되면, 운전(압축)동안에 상기 레이저 채임버의 내부에 축적될 수 있다. 상기 경우에, 상술된 압축가능 크세논 불화물은 상기 레이저의운전 동안에 형성되고 상기 레이저 채임버내에 남는다. 상기 레이저가 외부 공급원으로부터 더 이상 크세논을 공급받지 않을때조차, 상기 크세논 불화물은 상술된 소량의 크세논을 상기 가스 혼합체에 공급한다. 상기 가스 방전 채임버내의 크세논-함유 고체의 남은 부분은 추후의 레이저 동작 동아네 상기 임펄스 에너지의 안정화를 위한 ppm 범위의 필요한 농도를 제공한다(수차례의 후속하는 가스 충전을 위한 크세논의 추가적인 부가없이).The xenon or xenon-containing material may be injected directly into the gas mixture or added to one of the gas constituents, for example Ne, Kr, Ar, He, or F 2 , prior to filling. If xenon or xenon-containing material is added to the gas discharge chamber in the form of a solid according to the present embodiment to produce the above-described low xenon concentration in the gas discharge, compressed xenon fluoride (eg XeF 2 , XeF 4 , XeF 6 ) are partially implanted for this purpose and introduced into the laser chamber in advance or during the laser operation. The materials that can be measured (xenon fluorides) are the same during operation (compression) if the laser is operated with fluorine-containing gas combinations (e.g. XeF * ) in which xenon or xenon-containing combinations are present. It can accumulate inside the laser chamber. In this case, the compressible xenon fluoride described above is formed during operation of the laser and remains in the laser chamber. Even when the laser is no longer fed with xenon from an external source, the xenon fluoride supplies the gas mixture with the small amount of xenon described above. The remaining portion of the xenon-containing solids in the gas discharge chamber provides the necessary concentration in the ppm range for stabilization of the impulse energy during subsequent laser operation (without additional addition of xenon for several subsequent gas fillings). ).
본 발명은 엑사이머 또는 분자 불소 레이저가 준비되어 불소를 함유하는 가스 혼합체로 크세논이 현존하는 상태에서 동작되고 따라서 추가적인 크세논(ppm 범위내에서)의 부가 없이 동작하는 방법으로 운전되고, 이전 동작으로 인하여, 상기 가스 혼합체에는 충분한 소량의 크세논이 있는 때 실현된다.The invention is operated in such a way that an excimer or molecular fluorine laser is prepared and operated in the presence of xenon with a fluorine containing gas mixture and thus without the addition of additional xenon (within the ppm range), This is achieved when there is a sufficient small amount of xenon in the gas mixture.
실험 결과들Experimental results
도 3a는 가스 혼합체내의 어느 크세논 부가물도 없는 KrF 레이저 시스템을 위한 약 240 펄스들을 포함하는 수많은 버스트들에 대한 펄스-대-펄스 에너지 안정성을 나타낸다. 상기 KrF는 2kHz에서 동작되었고, 상기 버스트들은 0.8초 휴지로 뒤따른다. 상기 펄스 에너지 안정성은 상기 안정-상태 평균으로부터의 편차 퍼센트로서 도시된다. 크세논 부가물이 없는 종래 가스 혼합을 구비한 KrF 레이저의 펄스-대-펄스 에너지 안정성이 최소값 약 5%에서 15%이상으로 변화하도록 도 3a에 도시된다. 상기 안정성은 10% 와 15% 사이에서 변화하는 처음의 70펄스 정도에 대하여 특히 좋지 않다. 처음의 70펄스이후에, 상기 안정성은 7%와 12%사이의 범위로 안정된다.3A shows pulse-to-pulse energy stability for numerous bursts including about 240 pulses for a KrF laser system without any xenon adduct in the gas mixture. The KrF was operated at 2 kHz, with the bursts followed by a 0.8 second pause. The pulse energy stability is shown as percent deviation from the steady-state mean. The pulse-to-pulse energy stability of a KrF laser with conventional gas mixing without xenon adducts is shown in FIG. 3A to vary from a minimum value of about 5% to more than 15%. The stability is not particularly good for the first 70 pulses varying between 10% and 15%. After the first 70 pulses, the stability is stable in the range between 7% and 12%.
도 3b는 약 240 펄스들을 각각 포함하는 전체 버스트들에 대한 안정 상태 평균 출력 에너지에 대한 퍼센트로서 도 3a의 레이저의 에너지 오버슈트를 도시한다. 크세논 부가물이 없는 종래 가스 혼합을 구비한 KrF 레이저의 오버슈트는 처음의 펄스 또는 펄스들에 대하여 약 30%이고 5-10 펄스이후에 약 10%로, 약 25펄스이후에 약 5%로 급격히 감소하도록 도 3b에 도시된다. 상기 오버슈트는 상기 버스트의 남은 부분에 대하여 보다 완만하게 감소하는 것이 도시된다. 마지막 50-100펄스들에서, 상기 펄스 에너지에대한 오버슈트의 영향은 실질적으로 0으로 감소하고, 즉, 안정-상태 값이 도달된다.FIG. 3B shows the energy overshoot of the laser of FIG. 3A as a percentage of the steady state average output energy for the total bursts, each containing about 240 pulses. The overshoot of a KrF laser with a conventional gas mixture without xenon adducts is about 30% for the first pulse or pulses, about 10% after 5-10 pulses, and about 5% after about 25 pulses. It is shown in Figure 3b to decrease. The overshoot is shown to decrease more gently with respect to the remainder of the burst. In the last 50-100 pulses, the effect of the overshoot on the pulse energy is substantially reduced to zero, i.e. the steady-state value is reached.
도 4a는 상기 안정-상태 평균에 대한 퍼센트로서 본 발명에 따른 레이저 시스템을 위한 약 240 펄스들을 각각 구비하는 다수의 버스트들에 대한 도 3a에서와 같은 펄스-대-펄스 에너지 안정성을 도시한다. 출력 펄스 에너지가 측정되어 도 4a에 도시된 본 발명의 레이저 시스템은 도 3a에서와 동일하게 사용되고, 다른 종류의 전형적인 KrF 레이저 가스 혼합체로의 약 35ppm의 크세논 부가물을 포함하는 가스 혼합체를 구비한다. 상기 KrF 레이저는 다시 2kHz에서 동작되고, 측정된 버스트들은 0.8초 휴지로 뒤따른다. 가스 혼합에 35ppm의 크세논 부가물을 포함하는 KrF 레이저에서의 펄스-대-펄스 에너지 안정성은 도 4a에 도시된 바와 같이 최소값 4%이하에서 부터 12% 로 변화한다. 처음 60-70펄스에서의 일부의 피크들을 제외하면, 상기 안정성은 오버슈트가 전형적으로 가장 두드러진 상기 처음 펄스들에 대하여 10%이하로 도시된다. 처음 60-70 펄스이후에, 상기 안정성은 약 3%와 8%사이의 범위로 안정된다.4A shows the pulse-to-pulse energy stability as in FIG. 3A for a number of bursts each having about 240 pulses for the laser system according to the invention as a percentage of the steady-state average. The laser system of the present invention, in which the output pulse energy is measured and shown in FIG. 4A, is used in the same manner as in FIG. 3A and has a gas mixture comprising about 35 ppm xenon adduct to another type of typical KrF laser gas mixture. The KrF laser was again operated at 2 kHz and the measured bursts followed with a 0.8 second pause. The pulse-to-pulse energy stability in a KrF laser containing 35 ppm xenon adduct in gas mixing varies from below the minimum value of 4% to 12% as shown in FIG. 4A. With the exception of some peaks in the first 60-70 pulses, the stability is shown below 10% for the first pulses where overshoot is typically most prominent. After the first 60-70 pulses, the stability stabilizes in the range between about 3% and 8%.
도 4b는 약 240 펄스를 각각 구비한 전체 버스트들에 대한 안정 상태 출력 에너지의 퍼센트로서 본 발명에 따른 버스트 모드 운전 KrF 레이저의 에너지 오버슈트를 나타낸다. 도 4a에서와 같이, 출력 펄스 에너지들이 측정되고 도 4b에서 도시되는 본 발명에 따른 레이저 시스템은 다른 전형적인 krF 레이저 가스 혼합체로의 약 35ppm의 크세논 부가물을 포함하는 가스 혼합체를 구비하였다. 다시, 상기 KrF 레이저는 2kHz에서 동작하게 되었고 상기 측정된 버스트는 0.8초 휴지를 뒤따른다. 도 4b의 오버슈트는 처음 펄스 또는 펄스들에서는 약 9-10%이고, 5-10펄스이후에 약 3%로, 약 20펄스후에 약 2%로 급격히 감소하는 것으로 나타난다. 상기 오버슈트는 상기 버스트의 남은 부분에 대하여 감소되는 것이 도시되고, 최후의 50-100펄스에서 상기 펄스 에너지들에 대한 상기 오버슈트의 영향은 실질적으로 0으로 감소된다.4b shows the energy overshoot of a burst mode operating KrF laser according to the present invention as a percentage of steady state output energy for the total bursts with about 240 pulses each. As in FIG. 4A, the laser system according to the present invention, in which the output pulse energies are measured and shown in FIG. 4B, had a gas mixture comprising about 35 ppm xenon adduct to another typical krF laser gas mixture. Again, the KrF laser was operated at 2 kHz and the measured burst followed a 0.8 second pause. The overshoot of FIG. 4B shows a sharp decrease to about 9-10% for the first pulse or pulses, to about 3% after 5-10 pulses, and to about 2% after about 20 pulses. The overshoot is shown to be reduced for the remainder of the burst, and the impact of the overshoot on the pulse energies at the last 50-100 pulses is substantially reduced to zero.
상기 출력 에너지 안정성에서의 적어도 2개의 주요 향상점들은 도 3a 내지 3b의 데이터를 측정하기 위해 사용된 상기 크세논 부가물을 구비하지 않은 상기 레이저에 대하여 도 4a-4b의 데이터를 측정하기 위해 사용된 가스 혼합체에 상기 Xe-부가물을 구비하는 레이저를 위해 관측된다. 첫째는, 상기 35ppm의 크세논 부가물을 구비한 상기 가스 혼합체를 사용하는 상기 레이저에 있어서의 도 4a에 도시된 펄스-대-펄스 에너지 안정성이 모든 점에서 12% 편차 이하이고, 상기 버스트의 시작점에서의 상기 레이저 펄스들의 대부분에 있어서 10%편차 이하이고, 100펄스들 이후에 8%이하이다. 도 4a에서의 상기 레이저에 의해 증명된 안정성은 크세논 없이 동작한 도 3a의 레이저와 비교하여 현저한 향상이 있고, 상기 에너지 안정성은 일부 펄스에서는 18%의 높은 것으로 나타나고, 상기 버스트의 초기에서의 펄스에 대하여 약 15% 정도이고, 처음 100펄스 이후에 약 10%로 남는다. 둘째는, 상기 안정-상태 에너지 값으로부터의 상기 버스트 내의 처음 펄스의 평균 편차로서 정의된 상기 버스트 오버슈트는 크세논 없이 동작하는 도 3b의 레이저에 대한 30%에서 크세논을 사용하여 동작하는 도 4b의 레이저에 대하여 10%이하로 감소된다.At least two major improvements in the output energy stability are the gases used to measure the data of FIGS. 4A-4B for the laser without the xenon adduct used to measure the data of FIGS. 3A-3B. Observed for a laser with the Xe-adduct in the mixture. First, the pulse-to-pulse energy stability shown in FIG. 4A for the laser using the gas mixture with the 35 ppm xenon adduct is less than 12% deviation in all respects, at the start of the burst. Less than 10% deviation for most of the laser pulses, and less than 8% after 100 pulses. The stability demonstrated by the laser in FIG. 4A is markedly improved compared to the laser of FIG. 3A operating without xenon, and the energy stability appears to be 18% higher in some pulses, and at the beginning of the burst. About 15% and remain about 10% after the first 100 pulses. Second, the burst overshoot, defined as the average deviation of the first pulse in the burst from the steady-state energy value, is operated using xenon at 30% of the laser of FIG. 3b operating without xenon. Reduced to less than 10%.
도 5는 KrF 레이저의 가스 혼합체에서의 상기 크세논 부분 압력에 대한 상기 에너지 오버슈트의 의존성을 나타낸다. 도 5는 극히 적은 크세논의 농도에서의 상기 오버슈트의 현저한 향상을 나타낸다. 즉, 상기 오버슈트가 도 3b에서 나타난 크세논 부가물이 없을 경우의 32%에서 약 17ppm의 크세논에서 12-13%로 감소된다. 상기 오버슈트의 8%로의 감소는 약 37ppm의 크세논에서 관측되고, 추가적인 2-3%의 감소는 67ppm인 크세논 농도에서 나타난다.5 shows the dependence of the energy overshoot on the xenon partial pressure in the gas mixture of KrF laser. 5 shows a marked improvement in the overshoot at very low xenon concentrations. That is, the overshoot is reduced from 32% in the absence of the xenon adducts shown in FIG. 3B to 12-13% at about 17 ppm xenon. A reduction to 8% of the overshoot is observed at about 37 ppm xenon, and an additional 2-3% reduction is seen at the xenon concentration of 67 ppm.
표1에서의 실험 결과들을 획득할 때, KrF 엑사이머 레이저가 1kHz의 반복 속도에서 작동되었다. 람브다 피직스 리토/피(Lambda Physik Litho/P)형의 레이저가 사용되고 있었다. 전체 가스 압력은 절대 3기압(bar)이다. 상기 가스 혼합체내의 개별 구성요소들은 다음의 농도로 존재하였다: 0.1% F2, 1% Kr, 98.9% 네온 및 10-500ppm 범위의 소량의 크세논. 예비-이온화는 비록 코로나 예비이온화가 ArF 및 F2레이저 시스템들뿐만 아니라 KrF에서 전형적으로 사용되지만, UV 스파크를 사용하여 수행되었다. 상기 시험동안에 사용된 응용 고전압은 15kV의 순서이었다.When obtaining the experimental results in Table 1, the KrF excimer laser was operated at a repetition rate of 1 kHz. A laser of the Lambda Physik Litho / P type was used. The total gas pressure is 3 bar absolute. Individual components in the gas mixture were present in the following concentrations: 0.1% F 2 , 1% Kr, 98.9% neon and small amounts of xenon in the range of 10-500 ppm. Pre-ionization was performed using UV sparks, although corona preionization is typically used in KrF as well as ArF and F 2 laser systems. The application high voltage used during the test was in the order of 15 kV.
실험의 결과는 하기와 같다:The results of the experiment are as follows:
상기의 실험 결과들은 사용된 엑사이머 레이저에 있어서, 소정의 운전 조건하에서, 0.81의 최적 표준 편차가 있음을 나타낸다(일반적으로, 상기 표준 편자는 상기 변수들의 평균으로부터 상기 변수들의 제곱된 편차의 제곱근으로서 계산된다). 최적 안정성에서, 상기 펄스 에너지는 서서히 감소되었고, 그러나 대부분의 경우에, 상기 방출된 레이저 선 임펄스들로부터의 에너지의 안정화의 장점은 출력 에너지에서의 미소한 감소의 결점을 해소하기에 충분하고, 상기 미소한 감소는 상기 경우에서의 고전압을 증가시킴으로써 보상된다.The above experimental results indicate that for the excimer laser used, there is an optimum standard deviation of 0.81 under certain operating conditions (generally, the standard deviation is the square root of the squared deviation of the variables from the mean of the variables). Calculated as). At optimum stability, the pulse energy has been slowly reduced, but in most cases the advantage of stabilization of energy from the emitted laser line impulses is sufficient to overcome the drawback of a slight decrease in output energy, and The slight decrease is compensated by increasing the high voltage in this case.
도 6a는 약 30ppm 이상의 크세논 농도에서의 상기 레이저의 안정 상태 출력 에너지로부터의 편차 퍼센트의 역수로서, 0.6pm 이하의 대역폭을 구비하고 버스트 모드에서 작동하는 ArF레이저의 에너지 안정성 시그마의 크세논 농도에 대한 측정된 의존성을 나타낸다. 도 6b는 30ppm 이하의 농도에서의 안정 상태 출력 에너지로부터의 편차 퍼센트로서 ArF 레이저의 에너지 안정성 시그마의 크세논 농도의 측정된 의존성을 나타낸다. 도 6b의 에너지 안정성은 수 ppm의 크세논이 상기 가스 혼합체에 부가된 때의 현저한 향상을 나타내고, 도 6a에서는 크세논 농도를 증가시켜서 안정화되는 것을 나타낸다.FIG. 6A is a reciprocal of the percent deviation from the steady state output energy of the laser at xenon concentrations above about 30 ppm, a measurement of the xenon concentration of energy stable sigma of an ArF laser having a bandwidth of 0.6 pm or less and operating in burst mode. Dependencies. 6B shows the measured dependence of the xenon concentration of the energy stability sigma of the ArF laser as a percentage of deviation from steady state output energy at concentrations below 30 ppm. The energy stability in FIG. 6B shows a marked improvement when several ppm of xenon is added to the gas mixture, and in FIG. 6A it is stabilized by increasing the xenon concentration.
도 6c는 일정 방전 전압에서 도 6a-6b의 ArF 레이저의 출력 펄스 에너지의 30으로부터 520ppm까지의 크세논 농도의 측정된 의존성을 나타낸다. 도 6d는 도 6a-6c의 ArF 레이저의 출력 펄스 에너지의 0으로부터 30ppm까지의 크세논 농도에 대한 측정된 의존성을 나타낸다. 상기 펄스 에너지는 도 6d에서 수 ppm의 크세논이 상기 가스 혼합체에 부가된 때 현저하게 향상된다. 상기 펄스 에너지는 30ppm의 크세논에서 약 5.7mJ로부터 500ppm의 크세논에서의 약 1mJ까지의 실질적으로 선형적으로 감쇄됨을 나타낸다.6C shows the measured dependence of xenon concentration from 30 to 520 ppm of the output pulse energy of the ArF laser of FIGS. 6A-6B at constant discharge voltage. 6D shows the measured dependence on the xenon concentration from 0 to 30 ppm of the output pulse energy of the ArF laser of FIGS. 6A-6C. The pulse energy is significantly improved when several ppm of xenon is added to the gas mixture in FIG. 6D. The pulse energy shows a substantially linear attenuation from about 5.7 mJ at 30 ppm xenon to about 1 mJ at 500 ppm xenon.
소량의 희귀 가스 크세논의 부가는 상기 가스 방전의 품질에 대한 부정적인 효과를 나타내지 않는다. 단 불안정한 XeF*또는 안정한 XeF2, XeF4또는 XeF6는 상기 가스 방전에서 형성된다.The addition of small amounts of rare gas xenon does not show a negative effect on the quality of the gas discharge. Provided that unstable XeF * or stable XeF 2 , XeF 4 or XeF 6 are formed in the gas discharge.
도 6e는 40ppm이하의 크세논 농도에서 193nm 리토그래피로 사용된 ArF 엑사이머 레이저의 에너지 안정성과 출력 에너지에 대한 크세논의 영향을 나타낸다. 상기 출력 에너지의 의존성은 5mJ의 출력 에너지를 유지하기 위해 요구되는 상기 고전압을 도시함으로써 나타난다. 상기 크세논 농도에 대한 상기 출력 에너지의 의존성은 와카바야시 등에 의해 획득된 결과들과 질적으로 유사하다. 도 6e는 최대 출력 에너지를 생성하거나, 상기 5mJ의 출력 에너지를 유지하기 위해 가장 적인 고전압을 요구하는 상기 크세논의 농도가 약 10ppm이거나 이하인 것을 나타낸다. 10ppm에서, 상기 요구된 고전압은 약 18.9kV이다. 10ppm이하의 및 이상의 크세논 농도에서, 상기 5mJ의 출력 에너지를 유지하기 위해 요구된 상기 고전압이 증가한다. 예를 들면, 0ppm에서, 또한 약 28ppm에서, 상기 요구된 고전압은 약 19.6kV이다. 28ppm 이상의 크세논 농도에서, 상기 고전압은 계속 증가한다.FIG. 6E shows the effect of xenon on the energy stability and output energy of an ArF excimer laser used in 193 nm lithography at a concentration of less than 40 ppm xenon. The dependence of the output energy is shown by showing the high voltage required to maintain an output energy of 5 mJ. The dependence of the output energy on the xenon concentration is qualitatively similar to the results obtained by Wakabayashi et al. FIG. 6E shows that the concentration of xenon that requires the most high voltage to produce maximum output energy or maintain the output energy of 5 mJ is about 10 ppm or less. At 10 ppm, the required high voltage is about 18.9 kV. At xenon concentrations below 10 ppm and above, the high voltage required to maintain the output energy of 5 mJ increases. For example, at 0 ppm and also at about 28 ppm, the required high voltage is about 19.6 kV. At xenon concentrations above 28 ppm, the high voltage continues to increase.
상기 출력 에너지 안정성은 10ppm 이상의 크세논 농도에서 향상되고, 35ppm정도의 높은 크세논 농도에서 계속 향상한다. 도 6e에서 도시된 바와 같이, 상기 에너지 안정성 시그마는 0ppm의 크세논 농도에서 약 3.3%이다. 상기 에너지 시그마는 약 17ppm내기 21ppm 사이에서 약 2.4%로 향상된다. 상기 에너지 시그마는 약 28ppm에서 추가적으로 2.1%로 향상된다. 상기 데이터에 근거하면, 최적의 크세논 농도는 상기 5mJ 출력 에너지를 유지하기 위해 가장 적게 요구되는 고전압을 생성하는 것 이상이고, 그러나 상기 최소값으로부터 현저하게 증가된 요구된 고전압을 생성하는 것이하인 것이 본 발명에서 인식된다. 상기 최적의 크세논 농도는, 상기에너지 안정성 시그마와 출력 펄스 에너지의 조합을 향상기키고자 하는 본 발명의 실시예에 있어서, 도 6e에 도시된 2개의 선분을, 즉 크세논 농도 그래프에 대한 고전압과 에너지 시그마를 기준으로 한다. 상기 바람직한 실시예에서의 상기 레이저 시스템에 대한 최적 크세논 농도는 상기 ArF 레이저에서 약 10ppm에서 30ppm사이이다.The output energy stability is improved at xenon concentrations of 10 ppm or more, and continues to improve at high xenon concentrations of about 35 ppm. As shown in FIG. 6E, the energy stable sigma is about 3.3% at a xenon concentration of 0 ppm. The energy sigma is improved by about 2.4% between about 17 ppm and 21 ppm. The energy sigma is further improved to 2.1% at about 28 ppm. Based on the data, it is the invention that the optimal xenon concentration is more than producing the least required high voltage to maintain the 5 mJ output energy, but less than producing the required high voltage significantly increased from the minimum value. Is recognized. The optimal xenon concentration, in the embodiment of the present invention to improve the combination of the energy stability sigma and the output pulse energy, the two line segments shown in Figure 6e, that is, high voltage and energy for the xenon concentration graph Based on sigma. The optimal xenon concentration for the laser system in the preferred embodiment is between about 10 ppm and 30 ppm in the ArF laser.
도 6e에서 도시된 바와 같이, 상기 에너지 아정성은 2.8%이하로 현저하게 향상되고 12ppm의 크세논 농도에서는 2.7%이하이다. 상기 에너지 안정성은 더 높은 크세논 농도에서 향상된다. 따라서, 본 발명에 따르면, ArF 레이저는 12ppm 또는 그 이상의 크세논 농도를 구비하도록 제공된다. 상기 향상된 에너지 안정성은 포토리토그래피 분야에서의 이미지 시스템과 관련된 사용을 위해 엑사이머 레이저의 특히 장점이 된다. 상기 에너지 안정성의 유사한 향상은 크세논과 같은 소량의 가스 부가물이 상기 가스 혼합체에 부가된 때의 157nm 분자 불소(F2) 레이저에서 예상된다. 크세논의 특정 최적 농도는 분자 불소 레이저를 사용하여 측정된 크세논 농도 그래프에 대한 시그마 및 고전압에 대한 유사한 연구에 기반을 둔다.As shown in FIG. 6E, the energy stability is markedly improved to 2.8% or less and 2.7% or less at 12 ppm xenon concentration. The energy stability is improved at higher xenon concentrations. Thus, according to the invention, an ArF laser is provided having a xenon concentration of 12 ppm or more. This improved energy stability is a particular advantage of excimer lasers for use in connection with imaging systems in the photolithography field. A similar improvement in the energy stability is expected in 157 nm molecular fluorine (F 2 ) lasers when a small amount of gas adduct such as xenon is added to the gas mixture. Specific optimal concentrations of xenon are based on similar studies of sigma and high voltage on xenon concentration graphs measured using molecular fluorine lasers.
바람직한 레이저 시스템Desirable Laser System
도 7은 본 발명에 따른 KrF, ArF, ArF2또는 F2레이저 시스템의 바람직한 실시예를 도시한다. 도 7은 각각 약 248nm, 193nm 또는 157nm의 방사선을 사용하는 강 자외선(deep ultraviolet: DUV) 또는 진공 자외선(vacuum ultraviolet:VUV) 리토그래피를 위한 엑사이머 또는 분자 불소 레이저의 다양한 모듈들을 도시한다. 상기 방전 채임버(1)는 레이저 가스 혼합체를 포함하고, 한쌍의 주 방전 전극(1a), (1b)와 하나 이상의 예비이온화 전극(도시되지 않음)을 구비한다. 예시적인 전극 구성은 본 출원의 양도인에게 동일하게 양도되고, 본 출원에서 참조되는 미국 임시 특허 출원 제 60/128,227호에 개시된다. 예시적인 예비이온화 조합체들은 각각 본 출원의 양도인에게 동일하게 양도되고, 본 출원에서 참조되는 미국 특허 출원 제09/247,887호, 제 60/160,182호, 및 제60/162,645호에 개시된다.7 shows a preferred embodiment of a KrF, ArF, ArF 2 or F 2 laser system according to the present invention. FIG. 7 shows various modules of an excimer or molecular fluorine laser for deep ultraviolet (DUV) or vacuum ultraviolet (VUV) lithography using radiation of about 248 nm, 193 nm or 157 nm, respectively. The discharge chamber 1 comprises a laser gas mixture and has a pair of main discharge electrodes 1a, 1b and one or more pre-ionization electrodes (not shown). Exemplary electrode configurations are equally assigned to the assignee of the present application and are disclosed in US Provisional Patent Application No. 60 / 128,227, which is incorporated herein by reference. Exemplary preionization combinations are equally assigned to the assignee of the present application, and are disclosed in US Patent Application Nos. 09 / 247,887, 60 / 160,182, and 60 / 162,645, which are incorporated herein by reference.
상기 레이저 가스 혼합체를 포함하는 상기 방전 채임버(1)를 둘러싸는 레이저 공진장치는 라인 협소(line narrowed) 엑사이머 또는 분자 불소 레이저를 위한 라인 협소 모듈(line narrowing module)(2)와 아웃커플링 모듈(outcoupling module)(3)을 구비하고, 상기 라인 협소 모듈(2)은 만약 라인-협소가 바람직하지 않으면, 고 반사 거울 또는 그와 유사한 것으로 교체될 수 있다. 라인-협소의 형태와 범위 및/또는 선택 및 원하여지는 튜닝 및, 상기 라인-협소 모듈이 설치되는 특정 레이저에 의존하여, 사용될 수 있는 많은 대용 라인-협소 구성이 있다. 상기 목적을 위해, 각각이 본 출원의 양수인에게 동일하게 양수된 미국 특허 제4,399,540호, 제 4,905,243호, 제 5,226,050호, 5,559,816호, 5,659,419호, 제5,663,973호, 제5,761,236호, 제5,946,337호 및, 미국 특허 출원 제09/317,695호, 제09/130,277호, 제09/244,554호, 제09/317,527호, 제09/073,070, 제60/124,241호, 제60/140,532 및 제60/140,531호와, 본 출원에서 참조되는 미국 특허 제5,095,492호, 제5,684,822호, 제5,835,520호, 제5,852,627호, 제5,856,991호, 제5,898,725호, 제5,901,163호, 제5,917,849호, 제5,970,082호, 제5,404,366호, 제4,975,919호, 제5,142,543호, 제5,596,596호, 제5,802,094호, 제4,856,018호, 및 제4,829,536호에 나타난다.The laser resonator surrounding the discharge chamber 1 comprising the laser gas mixture comprises a line narrowing module 2 and an outcouple for a line narrowed excimer or molecular fluorine laser. With an outcoupling module 3, the line narrowing module 2 can be replaced with a high reflecting mirror or the like if line-narrowing is not desired. There are many alternative line-narrow configurations that can be used, depending on the type and range and / or selection and desired tuning of the line-narrow, and the particular laser on which the line-narrow module is installed. For this purpose, U.S. Pat. Patent applications 09 / 317,695, 09 / 130,277, 09 / 244,554, 09 / 317,527, 09 / 073,070, 60 / 124,241, 60 / 140,532 and 60 / 140,531 and present Nos. 5,095,492, 5,684,822, 5,835,520, 5,852,627, 5,856,991, 5,898,725, 5,901,163, 5,917,849, 5,970,082, 5,404,366, 4,975,919 5,142,543, 5,596,596, 5,802,094, 4,856,018, and 4,829,536.
상기 방전 채임버는 상기 파장길이의 상기 방출된 레이저 방사선(14)에 투명한 창(8)에 의해 봉해진다. 일부의 출력 선이 상기 아웃커플러(3)를 통과한 후, 상기 출력 부분은 일부의 상기 선을 제 2 선 스플리터(splitter)(7)로 반사시키는 선스플리터(6)와 충돌한다. 상기 제 2 선 스플리터에 충돌한 일부의 선은 고속 에너지 검색기(5)로 반사하고, 남은 선은 상기 선 스플리터로 가로질러 대역목 및 파장길이 측정기(4)에 의해 수신된다. 상기 선 스플리터(6)를 가로지른 일부의 아웃커플된 선은 상기 레이저의 출력 방출이고, 상기 출력 방출은 포토리토그래피 응용을 위한 광 공급원과 같은 산업 또는 실험적 응용으로 유포된다.The discharge chamber is sealed by a window 8 transparent to the emitted laser radiation 14 of the wavelength length. After a portion of the output line passes through the outcoupler 3, the output portion collides with the line splitter 6 reflecting the portion of the line to a second line splitter 7. Some of the lines impinging on the second line splitter are reflected by the high speed energy detector 5, and the remaining lines are received by the band-width and wavelength length meter 4 across the line splitter. Some outcoupled lines across the line splitter 6 are the output emissions of the laser, which are disseminated to industrial or experimental applications such as light sources for photolithography applications.
펄스 전력 모듈(9)과 고전압 전력 공급원(10)은 상기 가스 혼합체에 에너지를 가하기 위해 상기 주 전극(1a), (1b)에 전기 에너지를 공급한다. 바람직한 펄스 전력 모듈과 고전압 전력 공급원은 본 출원의 양수인에게 동일하게 양수되고 본 출원에서 참조된 미국 특허 출원 제08/842,578호, 제08/822,451 및 제09/390,146호에 개시된다.The pulsed power module 9 and the high voltage power supply 10 supply electrical energy to the main electrodes 1a and 1b to energize the gas mixture. Preferred pulse power modules and high voltage power sources are disclosed in U.S. Patent Applications 08 / 842,578, 08 / 822,451, and 09 / 390,146, which are equally assigned to the assignee of the present application and referenced herein.
프로세서 또는 제어 컴퓨터(11)는 상기 출력 선의 에너지, 에너지 안정성, 파장길이, 및 대역폭의 값들을 수신하고/수신하거나 처리하고, 상기 라인 협소 모듈을 제어하여 상기 파장길이를 조절하고, 상기 전력 공급원 구성요소(9),(10)를 조절하여 상기 에너지를 제어한다. 또한, 상기 프로세서(1)는 가스 공급 밸브(12)와 가스 부가물 공급원(13)을 구비하는 가스 공급 유닛을 제어하고, 상기 가스 공급 유닛은 상기 레이저 시스템의 내부 또는 외부에 있을 수 있다. 상기 KrF 레이저에 있어서, 바람직한 크세논의 가스 부가물 공급은 상기 레이저 시스템의 내부이다. 상기 ArF 레이저에 있어서, 바람직한 가스 부가물 공급은 할로겐 함유 가스, 활성 희귀 가스 및 가스 튜브(17)를 통한 버퍼 가스와 같은 시스템의 다른 가스들의 외부 가스 공급(도시되지 않음)와 함께, 상기 레이저 시스템의 외부에서 관리된다. 또한, 상기 ArF 레이저는 크세논 또는 다른 가스 부가물의 내부 공급을 또는 크세논이 아닌 다른 가스 부가물의 외부 공급을 구비한다.상기 KrF 레이저는 크세논 또는 다른 가스 부가물의 외부 공급을 또는 크세논의 내부 공급을 구비한다. 상기 크세논 및/또는 다른 가스 부가물은 적절한 가수 튜브(15)를 통하여 상기 가스 공급원과 연결된다. 상기 가스 공급 밸브들은 다른 가스 튜브(16)을 통하여 상기 레이저 튜브에 연결되고, 상기 다른 가스 튜브(16)는 바람직하게는 진공 펌프(18) 또는 다른 저압 공급원에 연결된다.A processor or control computer 11 receives and / or processes values of energy, energy stability, wavelength length, and bandwidth of the output line, controls the line narrowing module to adjust the wavelength length, and configures the power supply source. The energy is controlled by adjusting elements 9 and 10. In addition, the processor 1 controls a gas supply unit having a gas supply valve 12 and a gas adjunct source 13, which may be inside or outside the laser system. In the KrF laser, a preferred gas adduct supply of xenon is inside the laser system. In the ArF laser, a preferred gas adduct supply, along with an external gas supply (not shown) of other gases of the system, such as halogen containing gas, active rare gas and buffer gas through gas tube 17, is provided. Managed outside of The ArF laser also has an internal supply of xenon or other gas adducts or an external supply of other gas adducts other than xenon. The KrF laser has an external supply of xenon or other gas adducts or an internal supply of xenon. . The xenon and / or other gas adducts are connected to the gas source through a suitable gas tube 15. The gas supply valves are connected to the laser tube via another gas tube 16, which is preferably connected to a vacuum pump 18 or other low pressure source.
상기 시스템의 할로겐 함유물 및 다른 가스들에 관한 '875출원에서 나타난바와 같이, 상기 프로세서가 크세논 주입이 수행됨었음을 판단한 때, 한 구획(compartment)이 지시된 압력으로의 상기 크세논으로 먼저 채워진다(상기 목적을 위해, 본 출원의 양수인에게 동일하게 양수되고 본 출원에서 참조되는 미국 특허 제5,396,514호를 참조하고, 상기에 언급된 '785 출원을 참조하시오). 그리고, 상기 크세논이 상기 튜브(1)로 주입된다. 상기 방법으로, 상기 구획의 부피뿐만 아니라, 크세논으로 채워진 압력 및 상기 튜브의 압력을 고려하여, 상기 튜브로 주입된 크세논의 양을 보다 정확하게 판단할 수 있다. 상기 시스템은 상기 튜브(1)내의 압력을 감소시키는 것이 바람직하고, 또는 상기 크세논과 같은 가스들 중의 하나의 부분 압력이 너무 높다고 판단되거나, 만약 부분 가스 공급과 같은 가스 공급 동작이나 '785 출원에서 개시된 바와 같은 소형 가스 교환이 수행되거나, 만약 새로운 충전이 수행되면, 상기 시스템은 상기 튜브(1)로부터 크세논을 포함하는 가스를 방출하는 수단을 구비한다.As indicated by the '875 application for halogen-containing and other gases in the system, when the processor determines that xenon injection has been performed, a compartment is first filled with the xenon at the indicated pressure (the For purposes, see US Pat. No. 5,396,514, which is equally assigned to the assignee of the present application and referenced in this application, see the '785 application referred to above). Then, the xenon is injected into the tube (1). In this way, it is possible to more accurately determine the amount of xenon injected into the tube, taking into account the volume of the compartment, as well as the pressure filled with xenon and the pressure of the tube. The system preferably reduces the pressure in the tube 1, or if the partial pressure of one of the gases, such as xenon, is determined to be too high, or if the gas supply operation, such as partial gas supply, If a small gas exchange as is carried out or if a new filling is carried out, the system is provided with means for releasing the gas comprising xenon from the tube 1.
상술된 바와 같이, 상기 레이저의 가스 구획은 크세논의 자원(Source) 또는 공급원(13)을 구비한다. 상기 크세논 자원(13)은 만약 가스 공급 밸브(12)로의 추가적인 밸브들이 요구되면 가스 튜브(15)와 연결된다. 표준 가스 혼합체는 상기 가스 공급 튜브(17)를 통하여 외부 가스 공급원에 의해 상기 레이저로 공급된다.As described above, the gas compartment of the laser has a source or source 13 of xenon. The xenon resource 13 is connected to the gas tube 15 if additional valves to the gas supply valve 12 are required. A standard gas mixture is supplied to the laser by an external gas supply via the gas supply tube 17.
상기 레이저의 새로운 충전은 상기 제어 컴퓨터(11)에 의해 자동적으로 제어된다. 본 발명에서 상기 크세논 자원(13)으로부터의 크세논 가스는 새로운 충전 동안 고정밀도로 상기 방전 채임버(1)로 주입된다. 상기 주입은 상기 방전 채임버(1)내의 압력이 기설정된 낮은 압력값으로, 예를 들면 약 20-30m기압으로 감소된 후, 상기 새로운 가스 충전이 개시되기 전, 본 발명의 바람직한 형태로 수행될 것이다. 본 발명의 다른 바람직한 예에서, 상기 크세논 주입은 상기 표준 가스 혼합체가 이미 채워진 때 상기 새로운 충전의 종료시에 수행된다.The new charge of the laser is automatically controlled by the control computer 11. In the present invention, xenon gas from the xenon resource 13 is injected into the discharge chamber 1 with high accuracy during a new charge. The injection may be carried out in a preferred form of the invention after the pressure in the discharge chamber 1 is reduced to a predetermined low pressure value, for example about 20-30 m, before the new gas filling is initiated. will be. In another preferred embodiment of the invention, the xenon injection is performed at the end of the new charge when the standard gas mixture is already filled.
기결정된 농도로 상기 가스 혼합체에 크세논을 부가하는 단계를 포함하는 본 발명은 높은 반복 속도에서 특히 유리하다. 즉, 중간정도의 반복 속도(예를 들면 1부터 300까지 또는 500Hz까지와 같은 1kHz이하에서)에서의 상기 레이저의 성능은 1kHz 또는 그 이상의 높은 반복 속도에서 작동하는 때의 혼합체로의 Xe 부가에 따른 유리한 변화가 관측되지 않는다. 크세논의 부가로 인한 높은 반복 속도(약 1kHz 및 그 이상)에서의 레이저의 동작은 현저하게 향상되고 상기 더 높은 반복 속도에서의 레이저의 전력은 거의 선형적이고 펄스 대 펄스 에너지 안정성(표준 편차)도 나아졌다.The present invention comprising adding xenon to the gas mixture at a predetermined concentration is particularly advantageous at high repetition rates. That is, the performance of the laser at moderate repetition rates (eg 1 kHz or below, such as from 1 to 300 or 500 Hz) depends on the addition of Xe to the mixture when operating at high repetition rates of 1 kHz or higher. No favorable change is observed. The operation of the laser at high repetition rates (approximately 1 kHz and above) due to the addition of xenon is significantly improved and the power of the laser at higher repetition rates is nearly linear and pulse-to-pulse energy stability (standard deviation) is better lost.
높은 반복 속도에서의 레이저의 적절한 동작은 다양한 인자들에 의존한다.방전 채임버(1) 내의 반복적이고 매우 강한 주기적 가스 방전들이 상기 전극들 간의 영역에서 상기 가스를 지속적으로 리프레쉬함으로써 향상된다. 상기 전극들(1a), (1b)간의 강한 가스 흐름은 중요한 조건은 아니지만, 본 발명은 정확한 조성의 가스 농도를 유지하는 단계를 포함하는 가스 혼합체 조성이 중요함을 증명한다.The proper operation of the laser at high repetition rates depends on various factors. Repetitive and very strong periodic gas discharges in the discharge chamber 1 are improved by continuously refreshing the gas in the region between the electrodes. Although strong gas flow between the electrodes 1a, 1b is not an important condition, the present invention demonstrates the importance of the gas mixture composition, which includes maintaining a gas concentration of the correct composition.
레이저 출력 방사선의 펄스 대 펄스 에너지 안정성은 상기 전기 방전의 펌핑(pumping)을 위해 사용되는 상기 전기 펄스 생성기의 일반적인 안정성에 의존할 뿐만 아니라, 상기 가스 방전 프로세스의, 상기 레이저 여기(excitation)의 동력(kinetics)과, 상기 레이저 펄스의 조성(building-up) 프로세스의 특정 특성들에 강하게 의존한다. 상기 가스의 예비이온화의 강도의 증가는, 소정의 농도에 따라 상기 가스 혼합체로의 소량의 크세논의 부가에 의하여 본 발명에서서 성취되고, 펄스 대 펄스 안정성에 현저한 향상을 제공한다.The pulse-to-pulse energy stability of laser output radiation depends not only on the general stability of the electric pulse generator used for pumping of the electrical discharge, but also on the power of the laser excitation of the gas discharge process ( kinetics and the specific characteristics of the building-up process of the laser pulse. An increase in the intensity of the pre-ionization of the gas is achieved in the present invention by the addition of a small amount of xenon to the gas mixture according to the desired concentration, providing a significant improvement in pulse-to-pulse stability.
본 발명의 목적들이 본 실시예들에서 충족되었음이 나타난다. 소량의 크세논의 부가는 정확한 농도로 관리되고, 특히 높은 반복 속도에서 상기 레이저 동작을 향상시킨다. 즉, 높은 반복 속도에서의 레이저 성능의 향상은 펄스 대 펄스 에너지 안정성(표준 편차)을 참조하면, 유리하게 성취된다.It is shown that the objects of the present invention have been met in the present embodiments. The addition of small amounts of xenon is managed at the correct concentration and improves the laser operation, especially at high repetition rates. That is, the improvement in laser performance at high repetition rates is advantageously achieved with reference to pulse-to-pulse energy stability (standard deviation).
충족된 발명의 목적The object of the invention met
상술된 본 발명의 여러 실시예들은 상기 레이저의 상기 펄스 에너지, 에너지 안정성 및 오버슈트 제어를 조절하기 위해 엑사이머 또는 분자 불소 레이저의 가스 혼합체에 부가된 크세논의 농도를 조절함으로써 본 발명의 목적을 충족시킨다. 상기 레이저는 크세논을 상기 레이저 가스 혼합체에 공급하는 장치와 적절한 크세논의 양을 상기 레이저의 가스 방전 관의 상기 가스 혼합체로 주입하여 제어하는 방법을 포함한다. 본 발명은 가장 높은 에너지 안정성과, 오버슈트 제어와, 상기 레이저 시스템과 소정의 선 파라미터 품의서(specifications)의 다른 구성요소들에 의해 부여된 제한들에 의존하는 상기 레이저의 에너지 출력 간의 최적의 균형을 성취한다. 본 발명은 상술된 바와 같이, 구성요소들의 사용기간을 연장시킨다.The various embodiments of the present invention described above address the object of the present invention by adjusting the concentration of xenon added to the gas mixture of an excimer or molecular fluorine laser to adjust the pulse energy, energy stability and overshoot control of the laser. Meets. The laser includes a device for supplying xenon to the laser gas mixture and a method of injecting and controlling an appropriate amount of xenon into the gas mixture of the gas discharge tube of the laser. The present invention provides an optimal balance between the highest energy stability and overshoot control and the energy output of the laser depending on the constraints imposed by the laser system and other components of certain line parameter specifications. To achieve. The present invention extends the service life of the components, as described above.
본 발명의 상기 특징들은 상기 레이저 채임버 내의 크세논의 농도에 대한 에너지 안정성, 오버슈트 제어 및 출력 전력 종속성들에 대한 조사에 기반을 둔 본 발명에서 성취된다. 실험적인 데이터는 본 발명의 특정 실시예들에 관하여 상술된 장점들을 설명하기 위해 상술된다.The above features of the present invention are achieved in the present invention based on the investigation of energy stability, overshoot control and output power dependencies on the concentration of xenon in the laser chamber. Experimental data is detailed to illustrate the advantages described above with respect to specific embodiments of the present invention.
본 발명에서의 상기 엑사이머 레이저의 가스 혼합체 내의 크세논-함유 조합체 또는 소량의 크세논은 예를 들면 상기 들뜬 복합체가 크세논(예를 들면 XeF, 또는 XeCl)을 포함하기 때문에, 다른 이유들로 더 많은 양의 크세논을 포함하지 않은 불소-함유 엑사이머 레이저 가스 혼합체를 나타낸다. 본 발명에 따라 상기 가스 혼합체에 부가되는 크세논의 농도(KrF에서는, 특히 ArF 레이저에서는 2000ppm 이하로)는 엑사이머 레이저에서의 크세논-함유 가스 혼합체들을 본 발명의 주제로 만들지 않는다.The xenon-containing combinations or small amounts of xenon in the gas mixture of the excimer laser in the present invention are more likely for other reasons, for example because the exciteted complex contains xenon (eg XeF, or XeCl). A fluorine-containing excimer laser gas mixture containing no positive xenon is shown. The concentration of xenon added to the gas mixture according to the invention (up to 2000 ppm in KrF, in particular ArF laser) does not make xenon-containing gas mixtures in excimer lasers the subject of the invention.
본 발명에서 언급된 상기 가스 혼합체에서의 소량의 크세논의 최적 농도는 개별적인 경우에서 상기 엑사이머 레이저의 특징들과 조건들에 의존하고 최적값으로 엑사이머 레이저의 모든 형태에 대하여 설정될 수 없다. 레이저 각 형태에 대한최적 크세논 농도는 실험적으로 결정되어야 한다. 예를 들면, 본 발명은 상기 엑사이머 레이저가 상대적으로 높은 반복 속도에서, 특히 100Hz보다 더 높은 반복 속도에서, 및 특히 500Hz보다 더 높은 반복 속도에서 동작된 때 특히 좋은 결과를 낳는다.The optimum concentration of the small amount of xenon in the gas mixture mentioned in the present invention depends on the characteristics and conditions of the excimer laser in the individual case and cannot be set for all types of excimer lasers to an optimum value. . Optimal xenon concentrations for each type of laser must be determined experimentally. For example, the present invention produces particularly good results when the excimer laser is operated at relatively high repetition rates, in particular at repetition rates higher than 100 Hz, and especially at repetition rates higher than 500 Hz.
상술된 바와 같이, 상기 크세논의 농도 또는 크세논을 공급하는 실체는 상기 가스 혼합체로 무한정으로 증가되지 않고, 다양한 레이저 파라미터들에 의존하는 최적값에 도달하여, 사용된 가스 혼합체, 예비이온화의 형태, 상기 전기 가스 방전의 구성(특히, 전극의 형성 모양 및 상기 전극의 조건), 및 외부 전기 회로에 관하여 레이저의 형태마다 변화한다. 상기 농도는 각 레이저 형태에 대하여 경험적으로 최적화될 것이다.As described above, the concentration of xenon or the substance supplying xenon does not increase indefinitely to the gas mixture, but reaches an optimum value depending on various laser parameters, such that the gas mixture used, the form of preionization, The configuration of the electric gas discharge (particularly, the shape of the electrode and the conditions of the electrode) and the external electric circuit are varied for each type of laser. The concentration will be optimized empirically for each laser type.
종래 기술에 익숙한 자는 단지 개시된 바람직한 실시예는 본 발명의 범위와 정신을 벗어남이 없이 수많은 변경들과 개정들이 용이함을 인식할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위와 정신내에서, 본 발명은 특정적으로 상술된 것과 다르게 실행될 수 있다. 본 발명의 범위는 상술된 특정 실시예로 한정되지 않는다. 대신에, 본 발명의 범위는 하기의 청구항들의 언어와 구조 및 기능적 균등물들에 의해 그 범위가 정해지는 것으로 이해된다.Those skilled in the art will recognize that only the preferred embodiments disclosed are susceptible to numerous changes and modifications without departing from the scope and spirit of the invention. Thus, within the scope and spirit of the invention, the invention may be practiced otherwise than as specifically described. The scope of the invention is not limited to the specific embodiments described above. Instead, it is understood that the scope of the present invention is defined by the language, structure and functional equivalents of the following claims.
Claims (107)
Applications Claiming Priority (11)
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---|---|---|---|
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US09/484,818 | 2000-01-18 | ||
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US60/178,620 | 2000-01-27 | ||
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US09/498,121 | 2000-02-04 | ||
US09/513,025 | 2000-02-25 | ||
US09/513,025 US6714577B1 (en) | 1999-03-17 | 2000-02-25 | Energy stabilized gas discharge laser |
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Legal Events
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