СИСТЕМА ДВУХКАМЕРНОГО F ЛАЗЕРА С ВЫБОРОМ ЛИНИИ Российский патент 2007 года по МПК H01S3/02 H01S3/09 H01S3/97 

Газоразрядные лазеры

Газоразрядные лазеры хорошо известны и появились вскоре после изобретения лазера в 1960-х годах. Высоковольтный разряд между двумя электродами возбуждает лазерный газ, создавая газообразную активную среду. Резонатор, в котором находится активная среда, обеспечивает вынужденное усиление света, который затем выводится из резонатора в виде лазерного пучка. Многие из таких газоразрядных лазеров работают в импульсном режиме.

Эксимерные лазеры

Эксимерные лазеры представляют собой особый вид газоразрядных лазеров и известны с середины 1970-х. Эксимерный лазер, предназначенный для литографии интегральных схем, описан в патенте США №5023884, выданном 11 июня 1991 г., на изобретение "Компактный эксимерный лазер". Этот патент упоминается здесь в качестве ссылки. Эксимерный лазер, описанный в патенте '884, является импульсным лазером с высокой частотой следования. Эти эксимерные лазеры при их использовании в литографии интегральных схем обычно круглосуточно работают на технологической линии, производя тысячи ценных интегральных схем в час, поэтому время их простоя может стоить очень дорого. По этой причине большинство компонентов указанных лазеров организованы в виде модулей, которые можно заменить за несколько минут. Ширина полосы выходного пучка эксимерных лазеров, используемых в литографии, должна быть уменьшена до доли пикометра. В газоразрядных лазерах описанного в патенте '884 типа используется импульсная система питания для создания электрических разрядов между двумя удлиненными электродами. В таких известных системах источник постоянного тока заряжает конденсаторную батарею, так называемый "зарядный конденсатор" или "С₀", до заданного регулируемого напряжения, так называемого "зарядного напряжения", для каждого импульса. В известных устройствах величина этого зарядного напряжения может быть в пределах около 500-1000 вольт. После зарядки С₀ до заданного напряжения замыкается полупроводниковый переключатель, и это позволяет электрической энергии, сохраненной в С₀, очень быстро осциллировать через последовательность цепей магнитной компрессии и трансформатор напряжения для выработки высоковольтного электрического потенциала порядка около 16000 вольт (или выше) на электродах, которые создают разряды продолжительностью около 20-50 нс.

Основные достижения в области источников света для литографии

За период 1989-2001 гг. эксимерные лазеры, подобные лазеру, описанному в патенте '884, стали основным источником света для литографии интегральных схем. В настоящее время более 1000 таких лазеров используется на самых современных предприятиях по производству интегральных схем. Почти все эти лазеры имеют основные конструктивные особенности, описанные в патенте '884. Они включают в себя следующее:

(1) одна импульсная система питания, обеспечивающая электрические импульсы на электродах с частотой около 100-2500 импульсов в секунду;

(2) один резонатор, состоящий из выходного ответвителя типа частично отражающего зеркала, и блока сужения линии, состоящего из призменного расширителя пучка, поворотного зеркала и дифракционной решетки;

(3) одна разрядная камера, содержащая лазерный газ (KrF или ArF), два удлиненных электрода и тангенциальный вентилятор для обеспечения достаточно быстрой циркуляции лазерного газа между двумя электродами, чтобы очистить область разряда между импульсами, и

(4) монитор пучка для контролирования энергии импульса, длины волны и ширины полосы выходных импульсов системой управления с обратной связью, предназначенной для регулирования энергии импульса, дозы энергии и длины волны каждого последующего импульса.

В течение 1989-2001 гг. выходная мощность таких лазеров постепенно повышалась, и требования к качеству пучка для обеспечения стабильности энергии пучка, стабильности длины волны и ширины полосы становились все более жесткими. Рабочие параметры популярной модели литографического лазера, широко используемой в производстве интегральных схем, таковы: энергия импульса 8 мДж, частота 2500 импульсов в секунду (при средней мощности пучка до около 20 ватт), ширина полосы, рассчитанная по полной ширине кривой распределения на полувысоте (ПШПВ), около 0,5 пм и стабильность энергии импульса +/-0,35%.

F₂ лазеры

F₂ лазеры хорошо известны из уровня техники. Эти лазеры подобны лазерам KrF и ArF. Основное отличие заключается в смеси газа, которая в F₂ лазере состоит из небольшой доли F₂ с гелием и/или неоном в качестве буферного газа. Естественный выходной спектр F₂ лазера сконцентрирован в двух спектральных линиях с узкой шириной полосы, при этом относительно сильная линия центрируется приблизительно на 157,63 нм, а относительно слабая линия центрируется приблизительно на 157,52 нм.

Ширина полосы F₂ лазеров

Типичный KrF лазер имеет естественную ширину полосы, рассчитанную по полной ширине кривой распределения на полувысоте (ПШПВ), около 300 пм и центрированную приблизительно на 248 нм, причем для использования в литографии линию обычно сужают до менее чем 0,6 пм. (В данном описании значения ширины полосы будут относиться к ширине полосы ПШПВ, если не указано иначе). ArF лазеры имеют естественную ширину полосы около 500, центрированную приблизительно на 193 нм, обычно с сужением линии до менее чем 0,5 пм. Эти лазеры можно относительно легко настраивать на большой части их естественной ширины полосы, используя упомянутый выше модуль сужения линии на основе дифракционной решетки. F₂ лазеры, как отмечалось выше, традиционно генерируют лазерные пучки, большая часть энергии которых находится в двух узких спектральных элементах (иногда называемых "спектральными линиями"), центрированных на длине волны около 157,63 нм и 157,52 нм. Часто менее интенсивную из этих двух спектральных линий (т.е. линия 157,52 нм) подавляют, и лазер вынуждают работать на линии 157,63 нм. Естественная ширина полосы линии 157,63 нм зависит от давления и содержания газа и колеблется от около 0,6 до 1,2 пм (ПШПВ). F₂ лазер с шириной полосы в таком интервале можно использовать с литографическими устройствами с зеркально-линзовым объективом, в котором используются как преломляющие, так и отражающие оптические элементы, но для всепреломляющего объектива ширину полосы лазерного пучка возможно надо уменьшить до около 0,1 пм для получения требуемых результатов.

Инжекционная затравка

Известным методом уменьшения ширины полосы газоразрядных лазерных систем (включая эксимерные лазерные системы) является инжекция узкополосного "затравочного" пучка в активную среду. В одной такой системе лазер, генерирующий затравочный пучок, который называют "задающий генератор", предназначен для генерации пучка с очень узкой шириной полосы в первой активной среде, и этот пучок используется в качестве затравочного пучка во второй активной среде. Если вторая активная среда действует как усилитель мощности, то такую систему называют системой "задающий генератор-усилитель мощности" (ЗГУМ). Если вторая активная среда сама имеет резонатор (в котором происходят лазерные колебания), то систему называют системой "генератор на инжекционной затравке" (ГИЗ) или системой "задающий генератор-генератор мощности" (ЗГГМ), в этом случае затравочный лазер называют задающим генератором, а расположенную после него систему называют генератором мощности. Лазерные системы, состоящие из двух отдельных систем, обычно отличаются более высокой ценой и большими габаритами, их сложнее построить и эксплуатировать, чем сопоставимые однокамерные лазерные системы. Поэтому коммерческое применение таких двухкамерных лазерных систем до настоящего времени было ограничено.

Существует потребность в улучшении конструкции импульсного газоразрядного F₂ лазера для работы с частотой следования порядка 4000 импульсов в секунду или выше, в котором можно было бы точно регулировать все параметры качества пучка, включая длину волны и энергию импульса.

Краткое изложение сущности изобретения

Предложена модульная система газоразрядного лазера с инжекционной затравкой, способного генерировать высококачественные импульсные лазерные пучки с частотой около 4000 Гц или выше и с энергией импульса около 5-10 мДж или выше для интегрированной мощности около 20-40 Вт или выше. Предусмотрены две разрядные камеры, одна из которых является частью задающего генератора, генерирующего очень узкополосный затравочный пучок, который усиливается во второй разрядной камере. Камерами можно управлять раздельно, что позволяет оптимизировать параметры длины волны в задающем генераторе и параметры энергии импульса в усилительной камере. Предпочтительный вариант реализации представляет собой систему F₂ лазера с конфигурацией ЗГУМ и специально предназначен для использования в качестве источника света для литографии интегральных схем. В данном предпочтительном варианте как камеры, так и лазерная оптическая система установлены на вертикальном оптическом столе в корпусе лазера. В данном предпочтительном варианте системы ЗГУМ каждая камера содержит тангенциальный вентилятор, создающий достаточный поток газа, для обеспечения функционирования с частотой 4000 Гц или выше благодаря очистке продуктов разряда из области разряда за время, меньше чем приблизительно 0,25 миллисекунд между импульсами. Задающий генератор оснащен блоком выбора линии для выбора самой сильной спектральной линии F₂. Этот предпочтительный вариант реализации также включает в себя модуль умножения импульса, который делит каждый импульс из усилителя мощности на два или четыре импульса, чтобы существенно уменьшить скорость разрушения литографической оптики. В предпочтительных вариантах изобретения используется "платформа для трех длин волны". Она включает в себя закрытый оптический стол и генеральную компоновку оборудования, одинаковую для всех трех типов разрядных лазерных систем, которые предположительно будут использоваться в производстве интегральных схем в начале 21 века, т.е. для KrF, ArF и F₂ лазеров.

Таким образом, согласно заявленному изобретению предусмотрена система очень узкополосного двухкамерного газоразрядного F₂ лазера с высокой частотой следования, содержащая

А) первый лазерный блок, содержащий

1) первую разрядную камеру, вмещающую

a) первый лазерный газ,

b) первую пару удлиненных удаленных друг от друга электродов, образующих первую область разряда,

2) первый вентилятор для обеспечения достаточных скоростей первого лазерного газа в первой области разряда для удаления из первой области разряда после каждого импульса по существу всех образовавшихся в результате разряда ионов перед следующим импульсом при работе с частотой следования в пределах 4000 импульсов в секунду или выше,

3) первую систему теплообменника, выполненную с возможностью удаления по меньшей мере 16 кВт тепловой энергии из первого лазерного газа,

B) блок выбора линии для минимизации энергии за пределами спектра одной выбранной линии,

C) второй лазерный блок, содержащий

1) вторую разрядную камеру, вмещающую

a) второй лазерный газ,

b) вторую пару удлиненных удаленных друг от друга электродов, образующих вторую область разряда,

2) второй вентилятор для обеспечения достаточных скоростей второго лазерного газа во второй области разряда для удаления из второй области разряда после каждого импульса по существу всех образовавшихся в результате разряда ионов перед следующим импульсом при работе с частотой следования в пределах 4000 импульсов в секунду или выше,

3) вторую систему теплообменника, выполненную с возможностью удаления по меньшей мере 16 кВт тепловой энергии из второго лазерного газа,

D) импульсную систему питания, выполненную с возможностью подачи к первой паре электродов и второй паре электродов электрических импульсов, достаточных для генерации лазерных импульсов с частотой около 4000 импульсов в секунду с точно регулируемой энергией импульсов выше около 5 мДж,

Е) систему измерения и управления лазерным пучком для измерения энергии выходных лазерных импульсов, генерированных системой двухкамерного лазера, и управления выходными лазерными импульсами в устройстве управления с обратной связью, причем выходные лазерные пучки из первого лазерного блока используются в качестве затравочного пучка для затравки второго лазерного блока.

Кроме того, в указанной системе лазера первый лазерный блок выполнен в форме задающего генератора, а второй лазерный блок выполнен в форме усилителя мощности.

При этом в указанной системе лазера первый лазерный газ содержит фтор и неон или может содержать фтор и гелий.

Кроме того, первый и второй лазерный газ могут содержать фтор и буферный газ, выбранный из группы, состоящей из неона, гелия или смеси неона и гелия.

В указанной системе лазера усилитель мощности выполнен с возможностью одного прохода пучка через вторую область разряда, при этом усилитель мощности выполнен с возможностью множества проходов через вторую область разряда.

Кроме того, в указанной системе лазера задающий генератор содержит оптические компоненты, образующие резонансный путь для совершения двух проходов через первую область разряда, при этом задающий генератор содержит оптические компоненты, обеспечивающие резонансный путь для совершения двух проходов через первую область разряда, и в котором усилитель мощности содержит оптические компоненты, обеспечивающие множество проходов пучка через вторую область разряда.

Кроме того, в указанной системе лазера указанный первый лазерный блок содержит оптическую систему резонатора, и указанная система лазера дополнительно содержит оптический стол для удержания оптической системы резонатора первого лазерного блока независимо от первой разрядной камеры.

При этом в системе лазера оптический стол имеет U-образную форму и образует U-образную полость, в которой установлена первая разрядная камера.

Система лазера также дополнительно содержит вертикально установленный оптический стол с установленными на нем первой и второй разрядными камерами.

Кроме того, каждая из первой и второй лазерных камер в системе лазера образует путь потока газа с постепенно увеличивающимся поперечным сечением за электродами, позволяющий восстановить большой процент падения статического давления, происходящего в области разряда.

Каждая из первой и второй камер системы лазера содержит лопастную структуру за областью разряда для нормализации скорости газа после области разряда.

В системе лазера первый вентилятор и второй вентилятор являются тангенциальными вентиляторами и каждый содержит вал, приводимый во вращение двумя бесщеточными двигателями постоянного тока, при этом двигатели являются водоохлаждаемыми двигателями.

Кроме того, каждый из двигателей содержит статор и каждый из двигателей содержит магнитный ротор, заключенный в прижимной колпак, отделяющий статор от лазерного газа.

Причем первый и второй вентиляторы являются тангенциальными вентиляторами, каждый из которых содержит лопастную конструкцию, выполненную на станке из одной части алюминиевого сырья, и упомянутая лопастная конструкция имеет внешний диаметр около пяти дюймов, при этом лопастная конструкция содержит лопастные элементы, имеющие острые ведущие кромки.

В системе лазера двигатели не имеют датчиков, и указанная система лазера дополнительно содержит контроллер задающего двигателя для управления одним из двигателей и контроллер подчиненного двигателя для управления другим двигателем.

Кроме того, в системе лазера каждый тангенциальный вентилятор содержит лопасти, расположенные под углом к валу, а каждая система теплообменника охлаждается водой, при этом каждая система теплообменника содержит по меньшей мере четыре отдельных водоохлаждаемых теплообменника.

При этом каждая система теплообменника содержит по меньшей мере один теплообменник, имеющий трубчатый канал для потока воды, на пути которого расположен по меньшей мере один турбулизатор.

Кроме того, в системе каждый из четырех теплообменников содержит трубчатый канал для потока воды с расположенным в нем турбулизатором.

В системе лазера согласно изобретению импульсная система питания содержит водоохлаждаемые электрические элементы, при этом по меньшей мере один из водоохлаждаемых элементов работает при высоких напряжениях выше 12000 вольт, причем высокое напряжение изолировано от земли с помощью катушки индуктивности, через которую течет охлаждающая вода.

В системе лазера согласно изобретению импульсная система питания содержит первую батарею зарядных конденсаторов и первую схему сжатия импульса для подачи электрических импульсов к первой паре электродов, и вторую батарею зарядных конденсаторов и вторую схему сжатия импульса для подачи электрических импульсов ко второй паре электродов, и резонансную зарядную систему для зарядки параллельно первой и второй батарей зарядных конденсаторов до точно регулируемого напряжения, при этом резонансная зарядная система содержит схему De-Qing, кроме того резонансная зарядная система может содержать схему стравливания или схему De-Qing и схему стравливания.

Кроме того, в системе лазера импульсная система питания содержит зарядную систему, состоящую по меньшей мере из трех источников питания, скомпонованных параллельно, а блок выбора расположен после задающего генератора, при этом блок выбора линии содержит множество призм, причем множество призм состоит из пяти призм.

Множество призм может быть расположено в виде петли, чтобы обеспечить поворот лазерных пучков из первого лазерного блока на 360° до входа во второй лазерный блок.

Кроме того, система лазера дополнительно содержит лазер-визир видимого света, а блок выбора линии содержит фильтр Лио, кроме того первая разрядная камера и вторая разрядная камера содержат окна, расположенные таким образом, чтобы все углы падения лазерных пучков на упомянутые окна были больше угла Брюстера.

В системе лазера дополнительно предусмотрено средство управления пучком для управления лазерными пучками, генерированными в первом лазерном блоке, при этом средство управления содержит средство для поворота оптического элемента, кроме того средство управления пучком содержит средство для регулировки давления в блоке выбора линии.

Система лазера также содержит призменный выходной ответвитель, частично образующий резонатор для первого лазерного блока, причем призменный выходной ответвитель содержит две поверхности, первая из которых ориентирована под углом с малыми потерями для p-поляризации, а вторая расположена ортогонально к лазерным пучкам из первого лазерного блока, а также дополнительно содержит А) первый монитор температуры для контролирования температуры газа в первой разрядной камере, В) первую систему управления температурой газа, содержащую управляющий алгоритм для регулировки температуры газа, чтобы исключить отрицательные акустические эффекты, вызванные отраженными акустическими волнами.

Кроме того, система лазера дополнительно содержит А) второй монитор температуры для контролирования температуры газа во второй разрядной камере, В) вторую систему управления температурой газа, содержащую управляющий алгоритм для регулировки температуры газа, чтобы исключить отрицательные акустические эффекты, вызванные отраженными акустическими волнами, и дополнительно содержит азотный фильтр, систему продувки азотом, содержащую продувочный модуль с мониторами потока, при этом лазер также содержит трубы для транспортировки отработавшего продувочного газа из лазера, а также блок затвора, содержащий электрический затвор, и измеритель мощности, который можно расположить на пути прохождения выходного пучка лазера по сигналу управления, кроме того дополнительно содержит систему ограждения пучка, содержащую А) по меньшей мере одно уплотнения пучка, содержащее металлический сильфон, и В) продувочное средство для продувки ограждения пучка продувочным газом.

При этом в системе лазера согласно изобретению средство ограждения пучка содержит средство направления потока для создания продувочного потока, перпендикулярного лазерным пучкам, генерируемым во втором лазерном блоке.

Кроме того, в системе лазера упомянутое по меньшей мере одно уплотнение пучка выполнено с возможностью легкой замены лазерной камеры, при этом упомянутое по меньшей мере одно уплотнение пучка не содержит эластомер, обеспечивает изоляцию от вибраций камеры, обеспечивает изоляцию пути прохождения пучка от атмосферных газов и позволяет беспрепятственно заменять лазерную камеру, не нарушая блок выбора линии, и упомянутое по меньшей мере одно уплотнение пучка сопоставимо с вакуумом.

При этом в системе лазера упомянутое по меньшей мере одно уплотнение пучка представляет собой множество уплотнений пучка, в качестве которых используются легко уплотняемые сильфонные уплотнения, выполненные с возможностью легкого снятия вручную.

В системе лазера упомянутая система измерения и управления содержит первичный расщепитель пучка для отделения небольшого процента каждого выходного лазерного импульса из второго лазерного блока и оптическое средство для направления части этого небольшого процента в детектор энергии импульса, и изолирующее средство для изоляции объема, ограниченного, по меньшей мере частично, первичным расщепителем пучка и окном детектора энергии импульса от других частей системы измерения и управления, для образования изолированной области.

Кроме того, система лазера дополнительно содержит продувочное средство для продувки изолированной области продувочным газом.

При этом система лазера согласно изобретению выполнена с возможностью работы как система KrF лазера, или система ArF лазера, или система F₂ лазера при незначительных модификациях.

В заявленной системе лазера по существу все компоненты заключены в корпус лазера, но система содержит модуль переменного тока/постоянного тока, физически отдельный от корпуса лазера.

В системе лазера импульсная система питания содержит батарею зарядных конденсаторов задающего генератора, батарею зарядных конденсаторов усилителя мощности и резонансное зарядное устройство, выполненное с возможностью зарядки обеих батарей зарядных конденсаторов параллельно, при этом импульсная система питания содержит источник питания, выполненный с возможностью подачи по меньшей мере 2000 В питания к резонансному зарядному устройству.

Заявленная система лазера дополнительно содержит систему управления газом для регулирования концентрации F₂ в первом лазерном газе для управления параметрами пучка задающего генератора, а также дополнительно содержит систему управления газом для регулирования давления первого лазерного газа для управления параметрами пучка задающего генератора, кроме того дополнительно содержит контроллер расчета времени разряда для запуска зарядов в усилителе мощности, чтобы они происходили через 20-60 нс после разрядов в задающем генераторе, дополнительно содержит контроллер разряда, запрограммированный вызывать в некоторых обстоятельствах разряды в момент времени, позволяющий избежать значительной энергии выходного импульса, при этом упомянутый контроллер в некоторых обстоятельствах запрограммирован вызывать разряд в усилителе мощности по меньшей мере за 20 нс раньше, чем разряд в задающем генераторе.

Система лазера согласно изобретению дополнительно содержит блок умножителя импульса для увеличения длительности выходных импульсов лазера, при этом блок умножителя импульсов выполнен с возможностью приема лазерного выходного импульса и умножения количества лазерных выходных импульсов в секунду по меньшей мере в два раза, чтобы генерировать один умноженный лазерный выходной импульсный пучок, состоящий из большего количества импульсов с существенно меньшими значениями интенсивности, чем лазерные выходные импульсы, причем упомянутый блок умножителя импульса содержит (1) первый расщепитель пучка, предназначенный для отделения части лазерного выходного импульсного пучка, причем отделенная часть образует задержанную часть, и лазерный выходной импульсный пучок определяет размер и угловое расхождение пучка в первом расщепителе пучка, (2) первый путь задержки, начинающийся и заканчивающийся в первом расщепителе пучка, причем первый путь задержки содержит по меньшей мере два фокусирующих зеркала, выполненных с возможностью фокусирования упомянутой задержанной части в фокусе на первом пути задержки и возврата задержанной части в первый расщепитель пучка с размером и угловым расхождением пучка, равным или приблизительно равным размеру пучка и угловому расхождению лазерного выходного импульсного пучка в первом расщепителе пучка, причем по меньшей мере два фокусирующих зеркала являются сферическими зеркалами.

Система лазера согласно изобретению дополнительно содержит второй путь задержки, содержащий по меньшей мере два сферических зеркала, при этом первый путь задержки содержит четыре фокусирующих зеркала.

При этом система лазера согласно изобретению дополнительно содержит второй путь задержки, образованный вторым расщепителем пучка, расположенным на первом пути задержки.

Кроме того, упомянутый первый путь задержки содержит второй расщепитель пучка, при этом система дополнительно содержит второй путь задержки, содержащий по меньшей мере два фокусирующих зеркала, расположенных с возможностью фокусирования задержанной части в фокусе на первом пути задержки и возврата задержанной части в первый расщепитель пучка с размером и угловым расхождением пучка, равным или приблизительно равным размеру и угловому расхождению лазерного выходного импульсного пучка в первом расщепителе пучка, причем первый расщепитель пучка выполнен с возможностью направления лазерного пучка по меньшей мере в двух направлениях с использованием оптического свойства усеченного внутреннего отражения, и первый расщепитель пучка состоит из двух прозрачных оптических элементов, каждый из которых имеет плоскую поверхность, причем оба оптических элемента расположены так, что их первые поверхности параллельны друг другу и разделены расстоянием меньше 200 нм.

Кроме того, в системе лазера согласно изобретению первый расщепитель пучка представляет собой оптический элемент без покрытия, ориентированный под углом к лазерному выходному импульсному пучку, для достижения требуемого отношения отражение-передача.

Согласно второму аспекту изобретения предусмотрена система очень узкополосного двухкамерного газоразрядного F₂ лазера с высокой частотой следования, содержащая

A) первый лазерный блок, содержащий

1) первую разрядную камеру, вмещающую

a) первый лазерный газ,

b) первую пару удлиненных удаленных друг от друга электродов, образующих первую область разряда,

2) первый вентилятор для обеспечения достаточного движения первого лазерного газа в первой области разряда для удаления из первой области разряда после каждого газового разряда по существу всех образовавшихся в результате разряда ионов перед следующим газовым разрядом при работе с частотой следования в пределах 4000 газовых разрядов в секунду или выше,

3) первую систему теплообменника для удаления тепловой энергии из первого лазерного газа,

B) блок выбора линии для минимизации энергии за пределами спектра одной выбранной линии,

C) второй лазерный блок, содержащий

1) вторую разрядную камеру, вмещающую

a) второй лазерный газ,

b) вторую пару удлиненных удаленных друг от друга электродов, образующих вторую область разряда,

2) второй вентилятор для обеспечения достаточного движения второго лазерного газа во второй области разряда для удаления из второй области разряда после каждого газового разряда по существу всех образовавшихся в результате разряда ионов перед следующим газовым разрядом при работе с частотой следования в пределах 4000 газовых разрядов в секунду или выше,

3) вторую систему теплообменника для удаления тепловой энергии из второго лазерного газа,

D) импульсную систему питания, выполненную с возможностью подачи к первой паре электродов и второй паре электродов электрических импульсов, достаточных для генерации лазерных выходных импульсов с частотой около 4000 лазерных выходных импульсов в секунду с точно регулируемой энергией лазерных выходных импульсов выше около 5 мДж,

Е) систему измерения и управления лазерным пучком для измерения энергии лазерных выходных импульсов, генерированных системой двухкамерного лазера, и управления лазерными выходными импульсами в устройстве управления с обратной связью, причем выходные лазерные пучки из первого лазерного блока используются в качестве затравочного пучка для затравки второго лазерного блока.

В указанной системе лазера первый лазерный блок выполнен в форме задающего генератора, а второй лазерный блок выполнен в форме усилителя мощности.

В системе лазера первый лазерный газ содержит фтор и неон или первый лазерный газ содержит фтор и гелий.

В системе лазера первый и второй лазерный газ содержит фтор и буферный газ, выбранный из группы, состоящей из неона, гелия или смеси неона и гелия.

Кроме того, в системе лазера усилитель мощности выполнен с возможностью одного прохода пучка через вторую область разряда, при этом усилитель мощности выполнен с возможностью множества проходов через вторую область разряда, а задающий генератор содержит оптические компоненты, образующие резонансный путь для совершения двух проходов через первую область разряда.

При этом в системе лазера задающий генератор содержит оптические компоненты, обеспечивающие резонансный путь для совершения двух проходов через первую область разряда, и в котором усилитель мощности содержит оптические компоненты, обеспечивающие множество проходов пучка через вторую область разряда.

Согласно второму аспекту изобретения в системе лазера указанный первый лазерный блок содержит оптическую систему резонатора и указанная система лазера дополнительно содержит оптический стол для удержания оптической системы резонатора первого лазерного блока независимо от первой разрядной камеры, при этом оптический стол имеет U-образную форму и образует U-образную полость, в которой установлена первая разрядная камера.

Кроме того, система лазера дополнительно содержит вертикально установленный оптический стол с установленными на нем первой и второй разрядными камерами.

В система лазера согласно изобретению каждая из первой и второй лазерных камер образует путь потока газа с постепенно увеличивающимся поперечным сечением за электродами, позволяющий восстановить большой процент падения статического давления, происходящего в области разряда, причем каждая из первой и второй камер содержит лопастную структуру за областью разряда для нормализации скорости газа после области разряда.

При этом в системе лазера каждый из первого вентилятора и второго вентилятора является тангенциальным вентилятором и каждый содержит вал, приводимый во вращение двумя бесщеточными двигателями постоянного тока, а двигатели являются водоохлаждаемыми двигателями, причем каждый из двигателей содержит статор и каждый из двигателей содержит магнитный ротор, заключенный в прижимной колпак, отделяющий статор от лазерного газа.

Кроме того, в системе лазера каждый из первого и второго вентиляторов является тангенциальным вентилятором, содержащим лопастную конструкцию, выполненную на станке из одной части алюминиевого сырья, при этом упомянутая лопастная конструкция имеет внешний диаметр около пяти дюймов и лопастная конструкция содержит лопастные элементы, имеющие острые ведущие кромки.

В системе лазера двигатели не имеют датчиков и указанная система лазера дополнительно содержит контроллер задающего двигателя для управления одним из двигателей и контроллер подчиненного двигателя для управления другим двигателем.

При этом в системе лазера каждый тангенциальный вентилятор содержит лопасти, расположенные под углом к валу, а каждая система теплообменника охлаждается водой, причем каждая система теплообменника содержит по меньшей мере четыре отдельных водоохлаждаемых теплообменника.

Кроме того, в системе лазера каждая система теплообменника содержит по меньшей мере один теплообменник, имеющий трубчатый канал для потока воды, на пути которого расположен по меньшей мере один турбулизатор.

При этом каждый из четырех теплообменников содержит трубчатый канал для потока воды с расположенным в нем турбулизатором.

В системе лазера импульсная система питания содержит водоохлаждаемые электрические элементы, а по меньшей мере один из водоохлаждаемых элементов работает при высоких напряжениях выше 12000 вольт, при этом высокое напряжение изолировано от земли с помощью катушки индуктивности, через которую течет охлаждающая вода.

В системе лазера согласно изобретению импульсная система питания содержит первую батарею зарядных конденсаторов и первую схему сжатия импульса для подачи электрических импульсов к первой паре электродов, и вторую батарею зарядных конденсаторов и вторую схему сжатия импульса для подачи электрических импульсов ко второй паре электродов, и резонансную зарядную систему для зарядки параллельно первой и второй батарей зарядных конденсаторов до точно регулируемого напряжения, при этом резонансная зарядная система содержит схему De-Qing.

В система лазера резонансная зарядная система содержит схему стравливания.

Кроме того, в системе лазера резонансная зарядная система содержит схему De-Qing и схему стравливания.

А импульсная система питания содержит зарядную систему, состоящую по меньшей мере из трех источников питания, скомпонованных параллельно.

В системе лазера блок выбора расположен после задающего генератора, а блок выбора линии содержит множество призм, при этом множество призм состоит из пяти призм, причем множество призм может быть расположено в виде петли для обеспечения поворота лазерными пучками из первого лазерного блока на 360° до входа во второй лазерный блок.

Система лазера дополнительно содержит лазер-визир видимого света.

Кроме того, в системе лазера блок выбора линии содержит фильтр Лио, а первая разрядная камера и вторая разрядная камера содержат окна, расположенные таким образом, чтобы все углы падения лазерных пучков на упомянутые окна были больше угла Брюстера.

Система лазера дополнительно содержит средство управления пучком для управления лазерными пучками, генерированными в первом лазерном блоке, при этом средство управления содержит средство для поворота оптического элемента.

Кроме того, средство управления пучком содержит средство для регулировки давления в блоке выбора линии.

При этом система лазера содержит призменный выходной ответвитель, частично образующий резонатор для первого лазерного блока, причем призменный выходной ответвитель содержит две поверхности, первая из которых ориентирована под углом с малыми потерями для p-поляризации, а вторая расположена ортогонально к лазерным пучкам из первого лазерного блока.

Кроме того, система лазера дополнительно содержит А) первый монитор температуры для контролирования температуры газа в первой разрядной камере, В) первую систему управления температурой газа, содержащую управляющий алгоритм для регулировки температуры газа, чтобы исключить отрицательные акустические эффекты, вызванные отраженными акустическими волнами, а также дополнительно содержит А) второй монитор температуры для контролирования температуры газа во второй разрядной камере, В) вторую систему управления температурой газа, содержащую управляющий алгоритм для регулировки температуры газа, чтобы исключить отрицательные акустические эффекты, вызванные отраженными акустическими волнами, и азотный фильтр, дополнительно содержит систему продувки азотом, содержащую продувочный модуль с мониторами потока, при этом лазер также содержит трубы для транспортировки отработанного продувочного газа из лазера, а также система лазера дополнительно содержит блок затвора, содержащий электрический затвор и измеритель мощности, который можно расположить на пути прохождения выходного пучка лазера по сигналу управления.

Система лазера дополнительно содержит систему ограждения пучка, содержащую А) по меньшей мере одно уплотнения пучка, содержащее металлический сильфон, и В) продувочное средство для продувки ограждения пучка продувочным газом, при этом средство ограждения пучка содержит средство направления потока для создания продувочного потока, перпендикулярного лазерным пучкам, генерируемым во втором лазерном блоке.

В системе лазера упомянутое по меньшей мере одно уплотнение пучка выполнено с возможностью легкой замены лазерной камеры, при этом упомянутое по меньшей мере одно уплотнение пучка не содержит эластомер, обеспечивает изоляцию от вибраций камеры, обеспечивает изоляцию пути прохождения пучка от атмосферных газов и позволяет беспрепятственно заменять лазерную камеру, не нарушая блок выбора линии, причем упомянутое по меньшей мере одно уплотнение пучка сопоставимо с вакуумом, при этом упомянутое по меньшей мере одно уплотнение пучка может представлять собой множество уплотнений пучка, в качестве которых используются легко уплотняемые сильфонные уплотнения, выполненные с возможностью легкого снятия вручную.

В системе лазера упомянутая система измерения и управления содержит первичный расщепитель пучка для отделения небольшого процента каждого выходного лазерного импульса из второго лазерного блока, и оптическое средство для направления части этого небольшого процента в детектор энергии импульса, и изолирующее средство для изоляции объема, ограниченного, по меньшей мере, частично, первичным расщепителем пучка и окном детектора энергии импульса от других частей системы измерения и управления, для образования изолированной области.

Система лазера согласно изобретению дополнительно содержит продувочное средство для продувки изолированной области продувочным газом.

Система лазера выполнена с возможностью работы как система KrF лазера, или система ArF лазера, или система F₂ лазера при незначительных модификациях.

При этом в системе лазера по существу все компоненты заключены в корпус лазера, но система содержит модуль переменного тока/постоянного тока, физически отдельный от корпуса лазера.

Кроме того, в системе лазера импульсная система питания содержит батарею зарядных конденсаторов задающего генератора, батарею зарядных конденсаторов усилителя мощности и резонансное зарядное устройство, выполненное с возможностью зарядки обеих батарей зарядных конденсаторов параллельно, при этом импульсная система питания содержит источник питания, выполненный с возможностью подачи по меньшей мере 2000 В питания к резонансному зарядному устройству.

Система лазера дополнительно содержит систему управления газом для регулирования концентрации F₂ в первом лазерном газе для управления параметрами пучка задающего генератора, а также дополнительно содержит систему управления газом для регулирования давления первого лазерного газа для управления параметрами пучка задающего генератора, контроллер расчета времени разряда для запуска зарядов в усилителе мощности, чтобы они происходили через 20-60 нс после разрядов в задающем генераторе, а также дополнительно содержит контроллер разряда, запрограммированный вызывать в некоторых обстоятельствах разряды в момент времени, позволяющий избежать значительной энергии выходного импульса.

При этом в системе лазера упомянутый контроллер в некоторых обстоятельствах запрограммирован вызывать разряд в усилителе мощности по меньшей мере за 20 нс раньше, чем разряд в задающем генераторе.

Кроме того, система лазера дополнительно содержит блок умножителя импульса для увеличения длительности выходных импульсов лазера, при этом блок умножителя импульсов выполнен с возможностью приема лазерного выходного импульсного пучка и умножения количества импульсов в секунду по меньшей мере в два раза, чтобы генерировать один умноженный лазерный выходной импульсный пучок, состоящий из большего количества лазерных выходных импульсов с существенно меньшими значениями интенсивности, чем лазерные выходные импульсы, причем упомянутый блок умножителя импульса содержит (1) первый расщепитель пучка, предназначенный для отделения части лазерного выходного импульсного пучка, причем отделенная часть образует задержанную часть, и лазерный выходной импульсный пучок определяет размер и угловое расхождение пучка в первом расщепителе пучка, (2) первый путь задержки, начинающийся и заканчивающийся в первом расщепителе пучка, причем первый путь задержки содержит по меньшей мере два фокусирующих зеркала, выполненных с возможностью фокусирования упомянутой задержанной части в фокусе на первом пути задержки и возврата задержанной части в первый расщепитель пучка с размером и угловым расхождением пучка, равным или приблизительно равным размеру пучка и угловому расхождению лазерного выходного импульсного пучка в первом расщепителе пучка.

При этом в системе лазера по меньшей мере два фокусирующих зеркала являются сферическими зеркалами.

Система лазера согласно второму аспекту изобретения дополнительно содержит второй путь задержки, содержащий по меньшей мере два сферических зеркала, при этом первый путь задержки содержит четыре фокусирующих зеркала.

Система лазера дополнительно содержит второй путь задержки, образованный вторым расщепителем пучка, расположенным на первом пути задержки, при этом упомянутый первый путь задержки содержит второй расщепитель пучка, при этом лазер дополнительно содержит второй путь задержки, содержащий по меньшей мере два фокусирующих зеркала, расположенных с возможностью фокусирования задержанной части в фокусе на первом пути задержки и возврата задержанной части в первый расщепитель пучка с размером и угловым расхождением пучка, равным или приблизительно равным размеру и угловому расхождению лазерного выходного импульсного пучка в первом расщепителе пучка.

Первый расщепитель пучка в системе лазера согласно изобретению выполнен с возможностью направления лазерного пучка по меньшей мере в двух направлениях с использованием оптического свойства усеченного внутреннего отражения, при этом первый расщепитель пучка состоит из двух прозрачных оптических элементов, каждый из которых имеет плоскую поверхность, причем оба оптических элемента расположены так, что их первые плоские поверхности параллельны друг другу и разделены расстоянием меньше 200 нм, причем первый расщепитель пучка может быть выполнен в виде оптического элемента без покрытия, ориентированного под углом к лазерному выходному импульсному пучку, для достижения требуемого отношения отражение-передача.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 изображает перспективный вид предпочтительного варианта реализации настоящего изобретения,

фиг.1А и 1В - U-образный оптический стол,

фиг.1С и 1С1 - второй предпочтительный вариант реализации изобретения,

фиг.1D - третий предпочтительный вариант реализации изобретения,

фиг.2 и 3 - детали камеры,

фиг.4 и 4А-Е - детали предпочтительной импульсной системы питания,

фиг.5А, 5В, 5С1, 5С2, 5С3 и 5D - дополнительные детали импульсного источника питания,

фиг.6 - 12В - детали импульсного источника питания,

фиг.13 - способ минимизации проблем колебания,

фиг.13А1-13А6 - детали предпочтительной конструкции для возврата тока,

фиг.14 и 15 - детали электрода,

фиг.16А-16Е - способ выбора линии,

фиг.17 - призму, использованную в качестве выходного ответвителя,

фиг.18 - электропривод вентилятора,

фиг.18А - предпочтительную конструкцию лопасти вентилятора,

фиг.19 и 19A-19D5 - детали системы продувки,

фиг.20, 20А и 20В - детали предпочтительного затвора,

фиг.21 и 21А - детали теплообменника,

фиг.22A-22D - детали блока умножителя импульса,

фиг.23, 23А и 23В - способы пространственной фильтрации затравочного пучка.

Подробное описание предпочтительных вариантов

Первый предпочтительный вариант

Платформа для трех длин волны

Первая общая компоновка оборудования

На фиг.1 представлен перспективный вид первого предпочтительного варианта реализации настоящего изобретения. Этот вариант представляет собой систему узкополосного F₂ лазера с инжекционной затравкой, имеющего конфигурацию лазерной системы ЗГУМ. Он особенно предназначен для использования в качестве источника света для литографии интегральных схем. Основные усовершенствования настоящего изобретения на примере данного варианта реализации по сравнению с известными литографическими лазерами заключаются в преобразовании его в источник света с длиной волны 157,63 нм на базе F₂ лазера и в использовании инжекционной затравки, и особенно в конфигурации "задающий генератор-усилитель мощности" (ЗГУМ) с двумя отдельными разрядными камерами.

Первый предпочтительный вариант реализации изобретения представляет собой систему F₂ лазера, однако в этой системе используется модульная платформа, выполненная с возможностью использования для компонентов лазеров на фторе (F₂), фториде криптона (KrF) или фториде аргона (ArF). Конструкция этой платформы позволяет использовать один и тот же основной корпус и множество модулей лазерной системы и компонентов любого из этих трех типов лазеров. Авторы назвали эту платформу "платформа для трех длин волн", поскольку эти три конструкции лазеров генерируют лазерные пучки с длинами волны около 248 нм для KrF, около 193 нм для ArF и около 157,63 нм для F₂. Эта платформа также оснащена элементами сопряжения, обеспечивающих совместимость лазерных систем на каждой из трех длин волны с современным литографическим оборудованием основных производителей. Предпочтительные параметры F₂ лазера таковы:

Частота повторенияЭнергия импульсаДлительность импульса4 кГц7 мДж24 нс4 кГц7 мДж40 нс4 кГц10 мДж24 нс4 кГц12 мДж12 нс

Основные компоненты этой предпочтительной лазерной системы 2 представлены на фиг.1. Они включают в себя следующее:

(1) Каркас 4 лазерной системы выполнен с возможностью размещения всех модулей лазера за исключением модуля источника питания постоянного/переменного тока,

(2) Модуль 6 высоковольтного источника питания постоянного/переменного тока,

(3) Модуль 7 резонансного зарядного устройства для зарядки двух батарей зарядных конденсаторов до примерно 1000 вольт с частотой 4000 зарядов в секунду,

(4) два модуля 8А и 8В коммутатора, каждый из которых содержит одну из упомянутых выше конденсаторных батарей и схему коммутатора для формирования очень коротких высоковольтных электрических импульсов около 16000 вольт длительностью около 1 мкс из энергии, сохраненной в батареях зарядных конденсаторов,

(5) два модуля разрядных камер, установленные один над другим в каркасе 4 и состоящие из модуля 10 задающего генератора и модуля 12 усилителя мощности. Каждый модуль имеет разрядную камеру 10А и 12А и головку 10В и 12В сжатия, установленную сверху камеры. Головка сжатия сжимает (во времени) электрические импульсы из модуля коммутатора, имеющие длительность около 1 мкс, до около 50 нс с соответствующим увеличением тока,

(6) оптическая система задающего генератора, включающая в себя заднее зеркало 100 и блок выбора линии, БВЛ, 10С, который содержит выходной ответвитель и пятипризменный селектор линии,

(7) волновой технологический блок 14, содержащий оптическую систему и устройства для формирования и направления затравочного пучка в усилитель мощности и для контролирования выходной мощности ЗГ,

(8) модуль 16 стабилизатора пучка, содержащий мониторы длины волны, ширины полосы и энергии,

(9) модуль 18 затвора,

(10) вспомогательный корпус, в котором расположены модуль 20 управления газом, модуль 22 снабжения охлаждающей водой и модуль 24 воздушной вентиляции,

(11) модуль 26 интерфейса потребителя,

(12) модуль 28 управления лазером и

(13) лампа 30 состояния.

Для многих применений лазерная система предпочтительно будет иметь блок расширения импульса (не показан) для расширения длительности импульса до более 12 нс.

U-образный оптический стол

В варианте, изображенном на фиг.1, оптическая система как ЗГ, так и УМ расположена на U-образном оптическом столе, показанном на фиг.1А и 1В. U-образный оптический стол кинематически связан с основанием лазера, как описано в патенте США №5863017, упоминаемом в Описании для ссылки. Обе камеры УМ и ЗГ не установлены на столе, а каждая опирается на три колеса (два на одной стороне и одно на другой) на рельсах, закрепленных с нижней рамы камеры 2. (Колеса и рельсы предпочтительно расположены, как описано в патенте США 6109574, упоминаемом для ссылки). Такая компоновка обеспечивает изоляцию оптической системы от вибраций, вызванных камерами.

Вторая общая компоновка оборудования

Изображенная на фиг.1С вторая общая компоновка оборудования подобна первой, описанной выше, но имеет следующие отличительные признаки:

(1) Две камеры и лазерная оптическая система установлены на вертикальном оптическом столе 11, который кинематически смонтирован (как будет описано в следующем разделе) в корпусе 4 лазера. Камеры опираются на жесткие консоли, прикрепленные болтами к оптическому столу. В этой конструкции задающий генератор 10 установлен над усилителем 12 мощности.

(2) Высоковольтный источник питания (ВВИП) 6В находится в корпусе 4 лазера. Этот двухкамерный F₂ лазер с частотой 4000 Гц требует наличия двух источников питания с напряжением 1200 вольт. Однако в корпусе лазера предусмотрено пространство для дополнительных высоковольтных источников питания, которые могут потребоваться для системы F₂ лазера с частотой 6000 Гц.

(3) Каждая из двух камер лазера и импульсные источники питания для этих камер очень похожи на камеру и источник импульсного питания, используемые в системе однокамерного ArF лазера с частотой 4000 Гц, описанной в заявке на патент США №09/854097, упоминаемой здесь для ссылки,

(4) Модуль 13 умножителя импульса, расположенный сзади оптического стола 11, включен в состав данного варианта для расширения длительности импульса, выходящего из усилителя мощности.

(5) Оптическая система вывода пучка из задающего генератора в блоке 10С выбора линии направляет выходной пучок из ЗГ во входную оптику 14С усилителя мощности для осуществления одного прохода через усилитель мощности 12. Короткий импульс (около 12 нс) с выхода усилителя мощности 12 расширяется в блоке 13 расширения импульса, расположенном сзади оптического стола 11. Весь путь движения пучка через лазерную систему, включая расширитель импульса, герметично закрыт кожухами (не показаны), через которые продувается азот или гелий.

Третья общая компоновка оборудования

Части третьей общей компоновки показаны на фиг.1D. Эта компоновка представляет вариант реализации настоящего изобретения с использованием лазерных камер, в которых длина области разряда составляет приблизительно половину длины области разряда в первых двух вариантах реализации изобретения. То есть длина области разряда составляет около 26,5 см в отличие от обычной длины около 53 см. В этом случае резонатор задающего генератора 10(1) образован двумя проходами через область разряда между максимально отражающим зеркалом 10Е и выходным ответвителем, который расположен вместе с пятипризменным селектором линии в БВЛ 10С. В этой схеме пучок осуществляет четыре прохода через усилитель мощности 12(1). Первый проход после отражения от зеркала 15А идет через нижнюю половину области разряда под углом к оси электродов (например, в нижней половине слева направо под углом около 10 миллирадиан). Второй проход после отражения от зеркал 15В идет через верхнюю половину под углом справа налево около 4 градусов. Третий проход после отражения от двух зеркал 15С идет соосно с электродами через верхнюю половину области разряда, и последний проход после отражения от зеркал 15D идет соосно с электродами через нижнюю половину области разряда. Этот последний проход образует выходной пучок усилителя мощности. Он обходит зеркала 15С и направляется зеркалами (не показаны) в блок умножителя импульса (также не показан).

В каждой из описанных выше компоновок оборудования предпочтительно предусмотрены меры, позволяющие выходному пучку выходить с левой или с правой стороны кожуха лазера, чтобы учесть предпочтения пользователя без внесения значительных изменений в конструкцию.

В характеристики каждой из трех компоновок можно внести некоторые усовершенствования посредством объединения коммутатора и головки сжатия в один модуль. В прошлом авторы отклонили такое объединение, потому что отказ какого-либо элемента потребовал бы замены всего модуля. Однако опыт показал, что эти элементы исключительно надежные и их можно скомпоновать в одном модуле. На практике один из небольшого числа отказов импульсного блока питания был вызван повреждением электрического кабеля, соединяющего эти два модуля. В объединенном модуле этот кабель не требуется.

В дальнейшем будут более подробно описаны конструкция и работа описанных выше предпочтительных лазерных систем и модулей.

Задающий генератор

Задающий генератор 10, изображенный на фиг.1 и 1С, во многом похож на известные ArF лазеры, описанные в патенте '884 и патенте США 6128323, и на ArF лазер, описанный в заявке на патент США 09/854097, за исключением того, что камеры и оптическая система резонатора выполнены специально для работы F₂ лазера в спектральном диапазоне 157,63 нм. Кроме того, энергия выходного импульса составляет около 0,1-1,0 мДж вместо приблизительно 5 мДж. Однако основные усовершенствования по сравнению с лазером согласно патенту '323 позволяют работать при частоте 4000 Гц и выше. Задающий генератор можно оптимизировать для спектральных характеристик, включая управление шириной линии. Задающий генератор содержит разрядную камеру 10А, изображенную на фиг.1, фиг.2 и фиг.3, в которой расположены два удлиненных электрода 10А2 и 10А3, каждый длиной около 50 см, разнесенных на расстояние около 12 мм. Анод 10А4 установлен на анодной балке 10А6, формирующей поток. Предусмотрено четыре отдельных ребристых водоохлаждаемых теплообменных блока 10А-8. Тангенциальный вентилятор 10А10 приводится во вращение двумя двигателями (не показаны) для подачи потока лазерного газа со скоростью 80 м/с между электродами. Камера имеет оконные блоки (не показаны) с окнами из CaF₂, расположенными под углом 47° относительно лазерного пучка. Блок электростатического фильтра с впускным отверстием в центре камеры отфильтровывает небольшую часть газового потока, как показано позицией 11 на фиг.2, и очищенный газ направляется к оконным блокам, как описано в патенте США 5359620 (упоминаемом как ссылка), чтобы уносить продукты разряда от окон. Область усиления в задающем генераторе создается разрядами между электродами через лазерный газ, который в данном варианте содержит около 0,5% F₂, остальное - неон, гелий или комбинация гелия и неона. Газовый поток очищает продукты каждого разряда из области разряда перед следующим импульсом. Резонатор образован на выходной стороне выходным ответвителем, расположенным в БВЛ 10С. Выходной ответвитель состоит из отражающей CaF₂ оптики без покрытия, установленной перпендикулярно к направлению пучка, чтобы отражать около 5% лазерного света с длиной волны около 157 нм и пропускать около 95% света с длиной волны 157 нм. Противоположная граница резонатора образована максимально отражающим зеркалом 100, как показано на фиг.1. Блок 10С выбора линии будет описан более подробно ниже со ссылкой на фиг.16.

В предпочтительных вариантах реализации изобретения главные батареи зарядных конденсаторов для задающего генератора и усилителя мощности заряжаются параллельно, для снижения проблемы колебания. Это является предпочтительным, так как время на сжатие импульса в схемах сжатия импульса двух импульсных систем питания зависит от уровня заряда зарядных конденсаторов. Предпочтительно энергия импульса на выходе усилителя мощности регулируется последовательно для каждого импульса путем регулировки зарядного напряжения. Это в некоторой степени ограничивает использование напряжения для управления параметрами пучка задающего генератора. Однако давление лазерного газа и концентрацию F₂ можно легко регулировать для получения требуемых параметров пучка для широкого интервала энергии импульса. Ширина полосы уменьшается с уменьшением концентрации F₂ и давления лазерного газа. Для задающего генератора время между разрядом и свечением зависит от концентрации F₂ (1 нс/кПа), поэтому концентрацию F₂ также можно изменять для изменения расчета времени, но это может быть нежелательным, поскольку может усложнить другие аспекты управления лазерным пучком.

Усилитель мощности

Усилитель мощности в каждом из трех вариантов реализации изобретения состоит из лазерной камеры, которая очень похожа на соответствующую разрядную камеру задающего генератора. Наличие двух отдельных камер позволяет контролировать в значительной степени энергию импульса и интегрированную энергию последовательности импульсов (называемую дозой) отдельно от длины волны и ширины полосы. Это позволяет улучшить стабильность дозы. Все элементы камеры одинаковы и взаимозаменяемы в процессе производства. Однако при функционировании давление газа в ЗГ предпочтительно значительно ниже, чем в УМ. Головка 12В сжатия усилителя мощности, показанная на фиг.1, также по существу идентична в этом варианте головке 10В сжатия, и элементы головки сжатия также взаимозаменяемы при изготовлении. Одно отличие заключается в том, что конденсаторы батарей конденсаторов головки сжатия размещены более широко для задающего генератора, для получения значительно более высокой индуктивности по сравнению с УМ. Кроме того, расстояние между электродами в усилителе мощности предпочтительно составляет около 8 мм (по сравнению с расстоянием около 12 мм в ЗГ). Это подобие камер и электрических элементов импульсных систем питания гарантирует, что характеристики расчета времени для схем формирования импульса будут одинаковыми или практически одинаковыми, и это позволит минимизировать проблемы колебания.

Усилитель мощности выполнен с возможностью одного прохода через область разряда разрядной камеры усилителя мощности в вариантах изобретения согласно фиг.1 и фиг.1С и четырех проходов в варианте согласно фиг.1D, как описано выше. В варианте реализации изобретения согласно фиг.1 выбор линии происходит в БВЛ 10С с использованием пятипризменного селектора линии, показанного на фиг.16. Выбор линии предпочтительно осуществляется после активной среды МО, так как в F₂ лазерах усиление очень высокое по сравнению с KrF и ArF лазерами. Затравочный пучок с выбранной линией отражается вверх зеркалом 14А и отражается горизонтально для одного прохода через усилитель мощности, как обсуждалось выше. Зарядные напряжения предпочтительно выбираются последовательно для каждого импульса, чтобы поддерживать требуемые энергии импульса и дозы. Концентрацию F₂ и давление лазерного газа можно регулировать в усилителе мощности для обеспечения требуемого рабочего диапазона зарядного напряжения. Этот требуемый диапазон можно выбрать таким образом, чтобы получить требуемое значение dE/dV, так как изменение энергии с изменением напряжения зависит от концентрации F₂ и давления лазерного газа. Расчет времени инжекций предпочтительно основан на зарядном напряжении. Частота инжекций предпочтительно должна быть высокой для сохранения относительно постоянных условий в лазерной камере и может быть непрерывной или полунепрерывной. Некоторые пользователи этих вариантов могут предпочитать большие длительности (например, 2 часа) между инжекциями F₂.

Импульсная схема питания

В предпочтительном варианте реализации изобретения, показанном на фиг.1, 1С и 1D, основные импульсные схемы питания подобны импульсным схемам питания известных источников света на основе эксимерного лазера, предназначенных для литографии. Однако предусмотрены отдельные импульсные схемы питания после зарядных конденсаторов для каждой разрядной камеры. Предпочтительно одно резонансное зарядное устройство заряжает две батареи зарядных конденсаторов, соединенных параллельно, чтобы гарантировать, что обе батареи зарядных конденсаторов заряжаются точно одинаковым напряжением. Важные усовершенствования также предусмотрены для регулировки температуры элементов импульсных схем питания. В предпочтительных вариантах температуры магнитных сердечников насыщающихся катушек индуктивности контролируются, и сигналы температуры используются в схеме обратной связи для регулировки относительного времени разряда в двух камерах. На фиг.5А и 5В показаны важные элементы предпочтительной основной импульсной схемы питания, которая используется для ЗГ. Такая же основная схема используется и для УМ.

Резонансное зарядное устройство

Предпочтительная система резонансного зарядного устройства показана на фиг.5 В. Основные элементы этой схемы:

I1 - трехфазный источник питания 300 с постоянным выходом постоянного тока.

С-1 - исходный конденсатор 302, который на порядок величины или гораздо больше превосходит существующий С₀ конденсатор 42.

Q1, Q2 и Q3 - переключатели для управления потоком тока для зарядки и поддержания регулируемого напряжения на С₀.

D1, D2 и D3 обеспечивают поток тока в одном направлении.

R1 и R2 обеспечивают обратную связь по напряжению в схемы управления.

R3 позволяет быстро разряжать напряжение на С₀ в случае небольшого избыточного заряда.

L1 - резонансная катушка индуктивности между конденсатором С-1 302 и батареями 42 конденсаторов С₀ для ограничения потока тока и установки времени передачи заряда.

Плата управления 304 дает команды на размыкание и замыкание Q1, Q2, Q3 на основании схемных параметров обратной связи.

Эта схема содержит переключатель Q2 и диод D3, которые вместе известны как переключатель De-Qing. Этот переключатель улучшает регулировку схемы, позволяя блоку управления накоротко замыкать катушку индуктивности во время процесса резонансной зарядки. Этот "de-qing" препятствует передаче дополнительной энергии, сохраненной в токе зарядной катушки индуктивности, L1, в конденсатор С₀.

До возникновения необходимости в лазерном импульсе напряжение на С-1 заряжается до 600-800 вольт, и переключатели Q1-Q3 размыкаются. После команды из лазера замыкается Q1. В это время ток будет течь из С-1 в С₀ через зарядную катушку индуктивности L1. Как было описано в предыдущем разделе, вычислитель на панели управления оценивает напряжение на С₀ и ток, протекающий в L1, относительно значения напряжения, заданного командой из лазера. Q1 размыкается, когда напряжение на батареях конденсаторов CO плюс эквивалентная энергия, сохраненная в катушке индуктивности L1, равны требуемому напряжению согласно команде. Это вычисляется как

V_f=[V_C0s ²+((L₁·I_L1s ²)/C₀)]^0,5

где V_f=_{напряжение на С0 после того, как размыкается Q1 и ток в L1 стремится к нулю.}

V_C0s= напряжение на С₀, когда размыкается Q1.

I_L1s= ток, протекающий через L1, когда размыкается Q1.

После размыкания Q1 энергия, сохраненная в L1, начинает передаваться в батареи конденсаторов СО через D2 до тех пор, пока напряжение на батареях конденсаторов СО не станет приблизительно равно напряжению, заданному командой. В это время Q2 замыкается, и ток перестает течь в СО и направляется через D3. В дополнение к схеме "de-jing", Q3 и R3 из схемы отвода позволяют осуществлять дополнительную точную регулировку напряжения на СО.

Переключатель Q3 схемы 216 стравливания получит команду на замыкание от панели управления, при этом ток, протекающий через катушку индуктивности L1, остановится и напряжение на СО будет стравливаться до достижения требуемого управляющего напряжения, после чего разомкнется переключатель Q3. Постоянная времени конденсатора С₀ и резистора R3 должны быть достаточно малыми, для возможности осуществления стравливания конденсатора С₀ до командного напряжения, не занимая при этом существенной части общего цикла зарядки.

В результате резонансное зарядное устройство может быть сконфигурировано с тремя уровнями регулировочного управления. Несколько грубая регулировка осуществляется вычислителем энергии и размыканием переключателя Q1 во время цикла зарядки. Когда напряжение на батареях конденсаторов СО приближается к целевому значению, замыкается переключатель de-qing, останавливая резонансную зарядку, когда напряжение на С₀ равно или немного выше целевого значения. В предпочтительном варианте переключатель Q1 и переключатель de-jing используются для обеспечения регулировки с точностью выше чем +/-0,1%. Если требуется дополнительная регулировка, то можно использовать третье управление регулировкой напряжения. Это схема стравливания, образованная переключателем Q3 и R3 (показанная как 216 на фиг.5 В), для разрядки СО до точного целевого значения.

Усовершенствования после СО

Как указывалось выше, каждая из импульсных систем питания ЗГ и УМ согласно изобретению имеет такую же основную конструкцию (фиг.5А), как использующаяся в известных системах. Однако потребовались некоторые значительные усовершенствования этой основной конструкции, чтобы приблизительно в 3 раза увеличить тепловую нагрузку, вызванную значительно увеличенной частотой следования. Эти усовершенствования будут обсуждаться ниже.

Подробное описание коммутатора и головки сжатия

В этом разделе будут описаны детали конструкции коммутатора и головки сжатия.

Полупроводниковый переключатель

Полупроводниковый переключатель 46 представляет собой переключатель P/N СМ 800 НА-34Н IGBT, выпускаемый компанией Powerex, Inc., Юнгвуд, Пенсильвания. В предпочтительном варианте используются параллельно два таких переключателя.

Катушки индуктивности

Катушки индуктивности 48,54 и 64 представляют собой насыщаемые катушки индуктивности, подобные тем, которые используются в известных системах, описанных в патентах США №5448580 и №5315611. На фиг.6 показана предпочтительная конструкция катушки индуктивности L₀ 48. В этой катушке индуктивности четыре проводника от двух переключателей IGBT 46B проходят через шестнадцать ферритовых кольцевых сердечников 49, образуя часть 48А полого цилиндра длиной 8 дюймов из высоко проницаемого материала с внутренним диаметром (ВД) около 1 дюйма и наружным диаметром (НД) около 1,5 дюйма. Каждый из четырех проводников затем дважды оборачивается вокруг изолирующего тороидного сердечника, образуя часть 48 В. Далее четыре проводника подсоединены к пластине, которая, в свою очередь, подсоединена к высоковольтной стороне батареи 52 конденсаторов C₁.

На фиг.8 показан чертеж предпочтительной насыщаемой катушки индуктивности 54. В этом случае катушка индуктивности имеет одновитковую геометрию, при которой верхняя и нижняя крышки 541 и 542 сборки и центральный сердечник 543, все находящиеся под высоким напряжением, образуют один виток через магнитные сердечники катушки индуктивности. Наружный корпус 545 имеет потенциал земли. Магнитные сердечники выполнены из ленты толщиной 0,0005 дюйма из сплава 50-50% Ni-Fe, поставляемого компанией Magnetics, Батлер, Пенсильвания или National Arnold, Аделанто, Калифорния. Ребра 546 на корпусе катушки индуктивности облегчают передачу рассеянного внутри тепла к вынужденному воздушному охлаждению. Кроме того, керамический диск (не показан) установлен под нижней крышкой реактора, чтобы способствовать передаче тепла из центральной части этой сборки к основной пластине модульного шасси. На фиг.8 также показаны высоковольтные соединения с одним конденсатором батареи 52 конденсаторов C₁ и с высоковольтным проводом на одном из индукционных блоков импульсного трансформатора 56 с повышающим коэффициентом 1:25. Корпус 545 подсоединен к проводу заземления блока 56.

На фиг.9А и 9В соответственно показан вид насыщаемой катушки индуктивности 64 сверху и в сечении. В катушки индуктивности согласно этому варианту добавлены исключающие поток металлические детали 301, 302, 303 и 304, как показано на фиг.9В, для уменьшения потока утечки в катушках индуктивности. Эти исключающие поток части существенно уменьшают площадь, в которую может проникать магнитный поток, и тем самым способствуют уменьшению насыщенной индуктивности катушки индуктивности. Ток делает пять петель через вертикальные проводящие стержни в сборке катушки индуктивности вокруг магнитного сердечника 307. Ток входит в точке 305, проходит вниз по проводнику большого диаметра в центре, обозначенному как "1", и вверх по шести малым проводникам на окружности, также обозначенным как "1", как показано на фиг.9А. Затем ток течет вниз по двум проводникам, обозначенным как 2, на внутренней стороне, затем вверх по шести проводникам, обозначенным как 2 на наружной стороне, затем вниз по исключающему поток металлу на внутренней стороне и вверх по шести проводникам, обозначенным как 3, по наружной стороне, затем вниз по двум проводникам, обозначенным как 3, на внутренней стороне, затем вверх по шести проводникам, обозначенным как 4, на наружной стороне, затем вниз по проводнику, обозначенному как 4, на внутренней стороне. В исключающих поток металлических элементах поддерживается напряжение, равное половине полного импульсного напряжения на проводнике, что позволяет уменьшить безопасное расстояние между исключающими поток металлическими частями и металлическими стержнями других витков. Магнитный сердечник 307 выполнен из трех катушек 307А, В, и С, сформированных путем намотки ленты толщиной 0,0005 дюйма из сплава 80-20% Ni-Fe, поставляемого компанией Magnetics, Батлер, Пенсильвания или National Arnold, Аделанто, Калифорния. Следует отметить, что для катушек индуктивности 54 и 64 можно использовать нанокристаллические материалы, такие как VITROPERM, выпускаемый компанией VACUUM SCHITELZE GmbH, Германия, и FINEMET, выпускаемый компанией Hitachi Metals, Япония. В известных импульсных системах питания потенциальную проблему может представлять утечка масла из электрических элементов. В данном предпочтительном варианте реализации изобретения элементы с масляной изоляцией ограничены только насыщаемыми катушками индуктивности. Более того, насыщаемая катушка индуктивности 64, показанная на фиг.9В, помещена в корпус с маслом в виде контейнера, в котором все уплотнительные соединения расположены над уровнем масла, чтобы по существу исключить возможность утечки масла. Например, самое нижнее уплотнение в катушке индуктивности 64 показано как 308 на фиг.8В. Так как нормальный уровень масла находится под верхней крышкой корпуса 306, не существует никакой возможности вытекания масла из сборки наружу, пока корпус удерживается в вертикальном положении.

Конденсаторы

Все батареи 42, 52, 62 и 82 конденсаторов (т.е. С₀, C₁, C_p-1 и С_р), показанные на фиг.5А, состоят из батареи серийно выпускаемых конденсаторов, соединенных параллельно. Конденсаторы 42 и 52 представляют собой конденсаторы пленочного типа, поставляемые компанией Vishay Roederstein, Стейтсвилл, Северная Каролина, или компанией Wima, Германия. Авторы предпочли в качестве способа соединения конденсаторов и катушек индуктивности их пайку к положительным и отрицательным выводам на специальной печатной плате, имеющей медные провода с толстым никелевым покрытием, как описано в патенте США №5448580. Батареи 62 и 64 конденсаторов традиционно состоят из параллельной матрицы высоковольтных керамических конденсаторов от таких поставщиков, как Murata или TDK, Япония. В предпочтительном варианте для использования этого ArF лазера батарея 82 конденсаторов (т.е. С_р) представляет собой батарею из тридцати трех конденсаторов по 0,3 нФ с суммарной емкостью 9,9 нФ; C_p-1 представляет собой батарею из двадцати четырех конденсаторов по 0,40 нФ с суммарной емкостью 9,6 нФ; C₁ представляет собой конденсаторную батарею на 5,7 мкФ и С₀ представляет собой батарею на 5,3 мкФ.

Импульсный трансформатор

Импульсный трансформатор 56 также подобен импульсному трансформатору, описанному в патентах США №5448580 и №5313481, однако импульсные трансформаторы в данном варианте имеют всего один виток во вторичной обмотке и 24 индукционных элемента, эквивалентных 1/24 одного первичного витка для эквивалентного коэффициента повышения 1:24. На фиг.10 представлен чертеж импульсного трансформатора 56. Каждый из 24 индукционных блоков содержит алюминиевую катушку 56А, имеющую два фланца (каждый с плоской кромкой с резьбовыми отверстиями под болты), которые прикреплены болтами к положительным и отрицательным выводам на печатной плате 56В, как показано вдоль нижнего края на фиг.10. (Отрицательные выводы являются высоковольтными выводами двадцати четырех первичных обмоток). Изоляторы 56С отделяют положительный вывод каждой катушки от отрицательного вывода смежной катушки. Между фланцами катушки находится полый цилиндр длиной l 1/16 дюйма с НД 0,875 и толщиной стенки около 1/32 дюйма. Катушка обернута материалом Metglas 2605 S3A шириной один дюйм, толщиной 0,7 мил, и пленкой из майлара толщиной 1 мил до достижения НД 2,24 дюйма изоляционной обертки Metglas. Перспективный вид одной обернутой катушки, образующей одну первичную обмотку, показан на фиг.10А.

Вторичная обмотка трансформатора представляет собой один стержень с НД из нержавеющей стали, установленный в плотно пригнанной изоляционной трубке из PTFE (Тефлон). Обмотка состоит из четырех секций, как показано на фиг.10. Низковольтный конец вторичной обмотки из нержавеющей стали, показанный как 56D на фиг.10, подсоединен к первичному высоковольтному проводу на печатной плате 56В в точке 56Е, при этом высоковольтный вывод показан как 56F. В результате трансформатор имеет конфигурацию автотрансформатора с коэффициентом повышения 1:25 вместо 1:24. Таким образом, импульс приблизительно -1400 вольт между выводами + и - индукционных узлов формирует импульс приблизительно -35000 вольт на выводе 56F на вторичной стороне. Такая конструкция одновитковой вторичной обмотки обеспечивает очень низкую индуктивность утечки, позволяющую получить очень быстрое время подъема выхода.

Подробное описание электрических элементов лазерной камеры

Конденсатор Ср 82 представляет собой батарею из тридцати трех конденсаторов на 0,3 нФ, установленных сверху камеры давления. (Обычно ArF лазер работает с лазерным газом, состоящим из 3,5% аргона, 0,1% фтора, остальное неон). Электроды имеют длину около 28 дюймов и разнесены между собой на расстояние около 0,5-1,0 дюйма, предпочтительно около 5/8 дюйма. Ниже будут описаны предпочтительные электроды. В этом варианте верхний электрод называется катодом, а нижний электрод заземлен, как показано на фиг.5А, и называется анодом.

Расчет времени разряда

В разрядных ArF, KrF и F₂ лазерах электрический разряд длится всего около 50 нс (т.е. 50 миллиардных долей секунды). Этот разряд создает инверсию популяции, необходимую для усиления, но инверсия существует только во время разряда. Поэтому важным требованием для инжекционной затравки лазера ArF, KrF и F₂ является гарантия того, что затравочный пучок из задающего генератора пройдет через область разряда усилителя мощности в течение этих приблизительно 50 миллиардных долей секунды, когда популяция подвергается инверсии в лазерном газе, чтобы могло произойти усиление затравочного пучка. Важным препятствием для точного расчета времени разряда является тот факт, что существует задержка приблизительно на 5 микросекунд между запуском переключателя 46 времени (как показано на фиг.5А) для замыкания и началом разряда, который длится всего около 40-50 нс. Приблизительно 5 микросекунд времени уходит на то, чтобы импульс осциллировал через схему между С₀ и электродами. Этот интервал времени значительно изменяется в зависимости от величины зарядного напряжения и температуры катушек индуктивности в цепи.

Тем не менее в описанном предпочтительном варианте реализации авторы разработали электрические импульсные схемы питания, которые обеспечивают управление расчетом времени разрядов двух разрядных камер в пределах относительной точности менее чем около 2 нс (т.е. 2 миллиардных долей секунды). Структурные схемы двух схем показаны на фиг.4.

Авторы провели испытания, которые показывали, что расчет времени изменяется с изменением зарядного напряжения приблизительно на 5-10 нс/вольт. Это налагает жесткое требование на точность и повторяемость высоковольтного источника питания, заряжающего зарядные конденсаторы. Например, если требуется управление расчетом времени на 5 нс при сдвиге чувствительности 10 нс на вольт, то точность разрешения будет составлять 0,5 вольт. Для номинального зарядного напряжения 1000 вольт это потребует точности зарядки 0,05%, что очень трудно обеспечить, особенно когда конденсаторы необходимо заряжать до этих конкретных значений 4000 раз в секунду.

Авторы предпочли решить эту проблему путем зарядки зарядного конденсатора как ЗГ, так и УМ параллельно из одного резонансного зарядного устройства 7, как показано на фиг.1 и 4 и описано выше. Также важно сконструировать две импульсные схемы сжатия/усиления для этих двух систем таким образом, чтобы кривые соотношения временной задержки и зарядного напряжения были согласованы, как показано на фиг.4А. Это требование легко осуществить, используя в каждой схеме максимально возможно одинаковые элементы.

Следовательно, для минимизации изменений в расчете времени (которые называются колебаниями) в данном предпочтительном варианте авторы разработали импульсные элементы питания для обеих разрядных камер с одинаковыми компонентами и подтвердили, что кривые отношения временной задержки к напряжению фактически повторяют друг друга, как показано на фиг.4А. Авторы подтвердили, что в нормальном рабочем диапазоне зарядного напряжения существует значительное изменение временной задержки с изменением напряжения, но это изменение фактически одинаково для обеих схем. Следовательно, при параллельной зарядке обоих зарядных конденсаторов зарядные напряжения можно изменять в широких рабочих пределах без изменения относительного времени разрядов.

Температурный контроль электрических элементов в импульсной схеме питания также имеет значение, так как изменения температуры могут повлиять на время сжатия импульса (особенно изменения температуры в насыщаемых катушках индуктивности). Таким образом, перед конструктором стоит задача минимизировать температурные изменения, и вторая задача - контролировать температуру чувствительных к температуре элементов и, используя управление с обратной связью, регулировать время запуска для компенсации. Управление можно осуществлять с использованием процессора, запрограммированного алгоритмом обучения для выполнения регулировок на основании статистических данных, при которых определяются соотношения прошлых изменений расчета времени с известными рабочими статистиками. Эти статистические данные затем используются для прогнозирования изменений расчета времени на основании текущей работы лазерной системы.

Управление запуском

Запуск разряда для каждой из двух камер осуществляется отдельно с использованием в качестве каждой пусковой схемы, например схемы, описанной в патенте США №6016325. Эти схемы добавляют временные задержки для коррекции изменений зарядного напряжения и температуры в электрических элементах импульсного источника питания, чтобы время между запуском и разрядом удерживалось постоянным, насколько это возможно. Как отмечалось выше, поскольку эти две схемы в основном одинаковые, изменения после коррекции почти равны (т.е. в пределах 2 нс относительно друг друга).

Характеристики этого предпочтительного варианта существенно улучшаются, если разряд в усилителе мощности происходит приблизительно через 40-50 нс после разряда в задающем генераторе. Это объясняется тем, что несколько наносекунд требуется для развития лазерного импульса в задающем генераторе и еще несколько наносекунд для того, чтобы фронт лазерного пучка из генератора достиг усилителя, а также потому, что задний конец лазерного импульса из задающего генератора имеет намного более узкую ширину полосы, чем его передняя часть. По этой причине для каждой камеры подаются отдельные сигналы запуска в пусковой переключатель 46. Действительная задержка выбирается для достижения требуемого качества пучка на основании действительных рабочих характеристик. Можно, например, заметить, что более узкую ширину полосы и более длинные импульсы можно получить за счет энергии импульса, увеличив задержку между триггером ЗГ и триггером УМ.

Другие способы управления расчетом времени разряда

Так как относительное время разрядов может оказывать важное воздействие на качество пучка, могут быть оправданы дополнительные меры для управления расчетом времени разряда. Например, некоторые режимы работы лазера могут вызвать широкие колебания зарядного напряжения или температуры индукционной катушки. Эти широкие колебания могут усложнить управление временем разряда.

Время контролирования

Время разряда можно контролировать на каждом последовательном импульсе, и разность времени можно использовать в системе управления с обратной связью для регулировки времени сигналов запуска, замыкающих переключатель 42. Предпочтительно разряд УМ можно контролировать с использованием фотодатчика для наблюдения флуоресценции разряда (называемой ASE), а не лазерного пучка, так как в случае отсутствия образования лазерного пучка в УМ расчет времени будет очень неверным. Для ЗГ можно использовать либо ASE, либо затравочный лазерный импульс.

Регулировка напряжения смещения

Время импульса можно увеличить или уменьшить путем регулировки токов смещения через катушки индуктивности L_B1 L_B2 и L_B3, которые обеспечивают смещение для катушек индуктивности 48, 54 и 64, как показано на фиг.5А. Можно использовать и другие методы для увеличения времени, необходимого для насыщения этих катушек индуктивности. Например, материал сердечника можно механически отделить от очень быстро реагирующего элемента PZT, которым можно управлять с обратной связью на основании сигнала обратной связи из монитора синхронизации импульсов.

Регулируемая паразитная нагрузка

В одну или обе импульсные схемы питания после СО можно добавить регулируемую паразитную нагрузку.

Дополнительное управление с обратной связью

Кроме сигналов контроля синхронизации импульсов в управлении с обратной связью можно использовать сигналы зарядного напряжения и температуры катушки индуктивности для регулировки напряжения смещения или механического отделения сердечника, как указывалось выше, в дополнение к регулировке расчета времени запуска, описанной выше.

Работа в пакетном режиме

Управление расчетом времени с обратной связью осуществляется относительно легко и эффективно, когда лазер работает в непрерывном режиме. Однако обычно литографические лазеры работают в пакетном режиме, например, проиллюстрированном ниже для обработки 20 участков на каждой из множества пластин:

Выключить на 1 минуту для перемещения пластины на место

4000 Гц на 0,2 секунды для освещения участка 1

Выключить на 0,3 секунды для перемещения к участку 2

4000 Гц на 0,2 секунды для освещения участка 2

Выключить на 0,3 секунды для перемещения к участку 3

4000 Гц на 0,2 секунды для освещения участка 3

...

4000 Гц на 0,2 секунды для освещения участка 199

Выключить на 0,3 секунды для перемещения к участку 200

4000 Гц на 0,2 секунды для освещения участка 200

Выключить на 1 минуту для замены пластин

4000 Гц на 0,2 секунды для освещения участка 1 на следующей пластине и т.д.

Этот процесс можно повторять в течение многих часов, но время от времени он будет прерываться на периоды продолжительнее чем 1 минута.

Продолжительность времени простоя повлияет на относительный расчет времени между импульсными системами питания ЗГ и УМ, и может потребоваться регулировка управления запуском, чтобы гарантировать, что разряд в УМ произойдет, когда затравочный луч из ЗГ будет в требуемом месте. Контролируя разряды и время выхода света из каждой камеры, оператор лазера может регулировать время запуска (с точностью около 2 нс) для достижения наилучших рабочих характеристик.

Предпочтительно процессор для управления лазером запрограммирован на автоматическое контролирование расчета времени и качества пучка и регулировку времени для обеспечения наилучших рабочих характеристик. В предпочтительных вариантах изобретения используются алгоритмы расчета времени, которые вырабатывают наборы двоичных значений, применимые для различных рабочих режимов. Эти алгоритмы в предпочтительных вариантах выполнены с возможностью переключения на управление с обратной связью во время непрерывной работы, когда значения времени для текущего импульса являются набором, основанным на данных обратной связи, собранных для одного или более предыдущих импульсов (например, непосредственно предшествующего импульса).

Отсутствие выходного разряда

Алгоритмы расчета времени, такие как описаны выше, очень хорошо подходят для непрерывной или регулярно повторяемой работы. Однако точность расчета времени может быть не достаточно удовлетворительной в необычной ситуации, например для первого импульса после выключения лазера на нештатный период времени, например, 5 минут. В некоторых ситуациях неточный расчет времени для первого одного или двух импульсов пакета может не составлять проблемы. Предпочтительным методом является предварительное программирование лазера таким образом, чтобы разряды ЗГ и УМ преднамеренно происходили вне последовательности для одного или двух импульсов, для усиления затравочного пучка из ЗГ было невозможным. Например, лазер можно запрограммировать на запуск разряда УМ на 80 нс раньше запуска ЗГ. В этом случае из лазера не произойдет никакого значительного выхода, но метрологические датчики лазера смогут определить параметры времени, так что параметры времени для первого выходного импульса будут точными. Альтернативно, ЗГ можно запустить достаточно рано по отношению к запуску УМ, так что пучок ЗГ пройдет через УМ до разряда УМ. На фиг.40, 4D1, 4Е и 4Е1 изображены возможные алгоритмы управления с использованием этих методов.

Водяное охлаждение элементов

Для учета больших тепловых нагрузок предусмотрено водяное охлаждение импульсных элементов питания в дополнение к обычному воздушному охлаждению, обеспечиваемому охлаждающими вентиляторами внутри корпуса лазера, для поддержки рабочей частоты импульсов 4 КГц или выше.

Одним недостатком водяного охлаждения традиционно является возможность возникновения утечек вблизи электрических элементов или высоковольтных проводов. В данном конкретном варианте эта потенциальная проблема по существу исключена за счет использования одного сплошного куска охлаждающей трубы, который проложен в модуле для охлаждения тех элементов, которые обычно рассеивают большую часть тепла в модуле. Так как внутри камеры модуля нет никаких соединений и охлаждающая труба является непрерывным куском сплошного металла (например, меди, нержавеющей стали и т.п.), возможности утечки существенно снижены. Поэтому модульные соединения с охлаждающей водой выполняются снаружи корпуса сборки, выполненного из листового металла, где охлаждающая труба сочленяется с быстро разъединяемым соединителем.

Насыщаемая катушка индуктивности

В модуле коммутатора предусмотрена водоохлаждаемая насыщаемая катушка индуктивности 54А, как показано на фиг.11, которая подобна катушке индуктивности 54, показанной на фиг.8, за исключением того, что ребра 54 заменены водоохлаждаемой рубашкой 54А1, как показано на фиг.11. Охлаждающая линия 54А2 проложена в модуле вокруг рубашки 54А1 и через алюминиевую опорную плиту, где установлены переключатели IGBT и последовательные диоды. Эти три компонента обеспечивают большую часть рассеяния мощности внутри модуля. Другие элементы, которые также рассеивают тепло (демпфирующие диоды и резисторы, конденсаторы и т.п.), охлаждаются вынужденным потоком воздуха, создаваемым двумя вентиляторами в задней части модуля.

Так как рубашка 54А1 удерживается на потенциале земли, не возникает проблем изоляции от напряжения при прямом присоединении охлаждающего трубопровода к корпусу реактора. Это осуществляется путем запрессовки трубы в трапецеидальную канавку, вырезанную в наружной стороне корпуса, как показано позицией 54А3, и используя теплопроводящее соединение, способствующее хорошему тепловому контакту между охлаждающей трубой и корпусом.

Охлаждение высоковольтных элементов

Хотя переключатели IGBT "плавают" при высоком напряжении, они установлены на алюминиевом основании, электрически изолированном от переключателей алюминиевой плитой толщиной 1/16 дюйма. Алюминиевую опорную плиту, функционирующую в качестве теплоотвода и при потенциале земли, гораздо легче охладить, так как не требуется высоковольтная изоляция в охлаждающей схеме.

Чертеж водоохлаждаемой алюминиевой плиты представлен на фиг.7. В этом случае охлаждающая труба запрессована в канавку в алюминиевой основе, на которой установлены IGBT. Как и в случае с катушкой индуктивности 54а, используется теплопроводящее соединение для улучшения общего соединения между трубой и опорной плитой.

Последовательные диоды также "плавают" при высоком потенциале во время нормальной работы. В этом случае корпус диода, традиционно используемый в данной конструкции, не обеспечивает изоляции от высокого напряжения. Для ее обеспечения пакет диодов в виде "хоккейной шайбы" зажимается в сборке теплоотвода, которая затем устанавливается сверху на керамическом основании, а оно, в свою очередь, устанавливается на водоохлаждаемой алюминиевой опорной плите. Керамическое основание всего лишь имеет достаточную толщину для обеспечения необходимой электрической изоляции, но оно не настолько толстое, чтобы внести тепловой импеданс выше необходимого. В этой конструкции в качестве керамики используется оксид алюминия толщиной 1/16 дюйма, хотя можно также использовать и другие, более экзотические, материалы, например оксид бериллия, для дальнейшего снижения теплового импеданса между диодным соединением и охлаждающей водой.

Во втором варианте водоохлаждаемого коммутатора используется одна сборка с холодной плитой, которая присоединена к основанию шасси для IGBT и диодов. Холодная плита может быть изготовлена путем пайки твердым припоем одной цельной никелевой трубы к двум алюминиевым "верхней" и "нижней" плитам. Как описывалось выше, IGBT и диоды выполнены с возможностью передачи своего тепла к холодной плите за счет использования упомянутых выше керамических дисков, расположенных под сборкой. В предпочтительном варианте изобретения метод охлаждения холодной плитой также используется для охлаждения IGBT и диодов в резонансном зарядном устройстве. Также используются теплопроводные стержни или тепловая труба для передачи тепла снаружи корпуса к плите шасси.

Подробное описание головки сжатия

Водоохлаждаемая головка сжатия имеет конструкцию, подобную в части электрической схемы известному из уровня техники охлаждаемому воздухом варианту (используется такой же вид керамических конденсаторов и аналогичный материал в конструкциях реактора). Основные отличия в этом случае заключаются в том, что модуль должен работать при более высоких частотах и поэтому с более высокой средней мощностью. В случае модуля головки сжатия большая часть тепла рассеивается внутри модифицированной насыщаемой катушки индуктивности 64А. Охлаждение этой части не является единственной проблемой, так как весь корпус функционирует с короткими импульсами очень высокого напряжения. Решение этой проблемы показано на фиг.12, 12А и 12В для индуктивной развязки корпуса от потенциала земли. Эта индуктивность обеспечивается путем оборачивания охлаждающей трубы вокруг двух цилиндрических форм, которые содержат ферритовый магнитный сердечник. Как входная, так и выходная линии охлаждения обмотаны вокруг цилиндрических частей ферритового сердечника, образованного из двух цилиндрических частей и двух ферритовых блоков, как показано на фиг.12, 12А и 12В.

Ферритовые элементы выполнены из материала CN-20, выпускаемого компанией Ceramic Magnetics Inc., Ферфилд, Нью Джерси. Одна часть медной трубы (диаметром 0,187 дюйма) посажена прессовой посадкой и намотана на обмоточную форму вокруг корпуса 64А1 катушки индуктивности 64А и вокруг второй обмоточной формы. На концах оставлена достаточная длина, позволяющая проходить через фитинги в крышке головки сжатия, выполненной из листового металла, таким образом, что не существует никаких соединений охлаждающей трубы внутри шасси.

Катушка индуктивности 64А содержит трапецеидальную канавку, как показано позицией 64А2, подобную той, которая используется в водоохлаждаемом корпусе первой ступени реактора коммутатора. Этот корпус практически такой же, как предыдущие охлаждаемые воздухом варианты реализации за исключением трапециидальной канавки. Медная водоохлаждаемая трубка посажена прессовой посадкой в эту канавку для получения хорошего теплового соединения между корпусом и водоохлаждаемой трубкой. Для минимизации теплового импеданса также добавлено теплопроводящее соединение.

Электрическая схема катушки индуктивности 64А слегка изменена по сравнению с 64, показанной на фиг.9А и 9В. Катушка индуктивности 64А образует всего две петли (вместо пяти) вокруг магнитного сердечника 64А3, который состоит из четырех витков ленты (вместо трех).

В результате этого водоохлаждаемого тюбинга от выходного потенциала к земле цепь тока смещения в данном случае несколько иная. Как и ранее, ток смещения подается преобразователем постоянного тока в коммутатор по кабелю в головке сжатия. Ток проходит через "положительную" катушку индуктивности смещения L_B2 и соединяется с узлом напряжения Ср-1. Затем ток разделяется, и одна часть возвращается в коммутатор по высоковольтному кабелю (проходя через вторичную обмотку трансформатора в землю и обратно в преобразователь постоянного тока). Другая часть проходит через реактор Lp-1 головки сжатия (для смещения магнитного переключателя) и затем через "отрицательную" катушку индуктивности смещения L_B3 водоохлаждаемой трубы обратно к земле и в преобразователь постоянного тока. Уравновесив сопротивление в каждой ветви, конструктор сможет обеспечить наличие достаточного тока как для реактора головки сжатия, так и для трансформатора коммутатора.

"Положительная" катушка индуктивности смещения L_B2 выполнена аналогично "отрицательной" катушке индуктивности смещения L_B2. В этом случае используются такие же ферритовые стержни и блоки в качестве магнитного сердечника. Однако используются две пластиковые распорки толщиной 0,125 дюйма для создания воздушного зазора в магнитной схеме, чтобы сердечники не насыщались постоянным током. Вместо обмотки катушки индуктивности с водоохлаждаемым тюбингом вокруг форм намотана тефлоновая проволока 18AWG.

Быстрые соединения

В этом предпочтительном варианте реализации изобретения в трех модулях импульсных источников питания используются реактивные сопряженные электрические соединения, так что все электрические соединения с частями лазерной системы осуществляются просто путем скользящей установки модуля на место в корпусе лазера. Эти модули включают в себя модуль распределения переменного тока, модуль источника питания и модуль резонансной зарядки. В каждом случае штепсель на модуле сопрягается с ответной частью на обратной стороне корпуса. В каждом случае два приблизительно 3-х дюймовых конусных штифта на модуле направляют модуль в его точное положение, чтобы электрические соединители правильно сопрягались. Реактивные сопряженные соединители, такие как модель АМР №194242-1, выпускаются серийно компанией АМР, Инк, Харрисбург, Пенсильвания. В данном варианте соединители предназначены для различных схем питания, например 208 вольт переменного тока, 400 вольт переменного тока, 1000 вольт постоянного тока (выход источника питания и вход резонансных зарядов) и нескольких сигнальных напряжений. Эти реактивные сопряженные соединения позволяют извлекать модули для обслуживания и заменять их в течение нескольких секунд или минут. В данном варианте реактивные сопряженные соединения не используются для модуля коммутатора, выходное напряжение которого находится в диапазоне 20-30000 вольт. Вместо этого используется обычный высоковольтный соединитель.

Разрядные элементы

На фиг.13 и 13А(1) показаны детали усовершенствованной разрядной конфигурации, используемой в предпочтительных вариантах настоящего изобретения. Эта конфигурация включает в себя конфигурацию электрода, которую авторы назвали лопастно-диэлектрический электрод. В этой конструкции анод 540 содержит электрод 542 в виде тупоконечной лопатки с диэлектрическими распорками 544, установленными на обеих сторонах анода, как показано на чертеже, для улучшения прохождения потока газа в разрядной области. Распорки присоединены к опорной балке 546 анода винтами на каждом конце распорок под областью разряда. Эти винты допускают скольжение при тепловом расширении между распорками и балкой. Анод имеет длину 26,4 дюйма и высоту 0,439 дюйма. Его ширина 0,284 дюйма внизу и 0,141 дюйма вверху. Он присоединен к опорной балке 546 формирующего поток анода винтами через гнезда, которые допускают дифференциальное тепловое расширение электрода из его центрального положения. Анод состоит из сплава на основе меди, предпочтительно С36000, С95400 или С19400. Катод 541 имеет форму поперечного сечения, показанную на фиг.14. Предпочтительно в качестве материала катода используется С36000. Дополнительные детали этой лопастно-диэлектрической конфигурации описаны в заявке на патент США №09/768753, упоминаемой здесь в качестве ссылки. Обратный путь тока 548 в этой конфигурации состоит из части в форме китового уса с 27 ребрами, равномерно разнесенными по длине электрода 542, поперечное сечение которого показано на фиг.13А(1). Как отмечалось выше, обратный путь тока выполнен из листового металла, а ребра в виде китового уса (каждое с размерами поперечного сечения около 0,15×0,09 дюйма) изогнуты так, что длинное измерение каждого ребра расположено в направлении потока тока.

Альтернативная конструкция диэлектрической распорки для анода, предназначенная для дальнейшего улучшения потока, показана на фиг.13А2. В этом случае распорки более точно сопрягаются с опорной балкой формирующего поток анода для обеспечения лучшего прохождения потока газа. Авторы назвали эту конструкцию лопастно-диэлектрическим анодом "с быстрым возвращением".

Альтернативная импульсная схема питания

Вторая предпочтительная импульсная схема питания показана на фиг.5С1, 5С2 и 5С3. Эта схема подобна описанной выше, но в ней используется источник питания с более высоким напряжением для зарядки С_о до более высокого значения. Как и в описанных выше вариантах, высоковольтный импульсный источник питания, работающий от промышленной мощности 230 или 460 вольт переменного тока, представляет собой источник питания для быстро заряжающего резонансного зарядного устройства, описанного выше, и предназначен для точной зарядки двух 2,27 мФ с частотой 4000-6000 Гц до напряжений в интервале 1100-2250 В. Электрические элементы в коммутаторе и головке сжатия для задающего генератора по возможности идентичны соответствующим элементам в усилителе мощности. Это сделано для того, чтобы сохранять по возможности одинаковые временные характеристики в двух схемах. Переключатели 46 представляют собой расположенные параллельно группы двух IGBT переключателей, каждый из которых рассчитан на 3300 В. Батареи 42 конденсаторов С₀ состоят из 128 конденсаторов на 0,068 мФ, 1600 В, расположенных в 64 параллельных ветвях для обеспечения батареи Со на 2,17 мФ. Батареи 52 конденсаторов C₁ состоят из 136 конденсаторов по 0,068 мФ, 1600 В, расположенных в 68 параллельных ветвях, для обеспечения емкости батареи 2,33 мФ. Батареи конденсаторов C_p-1 и С_р такие же, как были описаны выше со ссылкой на фиг.5А. 54 насыщаемые катушки индуктивности представляют собой одновитковые катушки индуктивности, обеспечивающие насыщенную индуктивность около 3,3 нГ с пятью сердечниками из сплава 50%-50% Ni-Fe толщиной 0,5 дюйма с НД 4,9 дюйма и ВД 3,8 дюйма. 64 насыщаемые катушки индуктивности представляют собой двухвитковые катушки индуктивности, обеспечивающие насыщенную индуктивность около 38 нГ, каждая из которых состоит из 5 сердечников толщиной 0,5 дюйма из сплава 80%-20% Ni-Fe с НД 5 дюймов и ВД 2,28 дюйма. Пусковые схемы предусмотрены для замыкания IGBT 46 с точностью расчета времени две наносекунды. Задающий генератор обычно запускается на 40 нс раньше запуска IGBT 46 для усилителя мощности. Однако точный расчет времени предпочтительно определяется сигналами обратной связи от датчиков, которые измеряют время выхода из задающего генератора и разряда в усилителе мощности.

Длина импульса

Длина выходного импульса, измеренная в экспериментах, проведенными авторами изобретения на этих F₂ лазерах, составляет около 12 нс и в некоторой степени зависит от относительного времени двух разрядов. Большая длина импульса (при прочих равных условиях) может увеличить срок службы оптических элементов литографического оборудования.

Авторы определили несколько методов увеличения длины импульса. Как отмечалось выше, можно оптимизировать относительное время между разрядами для длины импульса. Импульсные схемы питания ЗГ и УМ можно оптимизировать для обеспечения более длинных импульсов, используя методы, которые описаны в заявке на патент США №09/451995, упоминаемой здесь в качестве ссылки. Система оптического умножителя импульса, как описанная в патенте США 6067311, упоминаемом здесь в качестве ссылки, может быть добавлена после УМ для снижения интенсивности отдельных импульсов. Предпочтительный блок умножителя импульса (также называемый расширитель импульса) будет описан в следующем разделе. Этот умножитель импульса может быть частью пути прохождения пучка до линзовых элементов литографического устройства. Камера может быть выполнена более протяженной, и электроды можно выполнить с возможностью выдачи разрядов бегущей волны, предназначенных для получения большей длины импульса.

Блок умножения импульса

Предпочтительный блок умножения импульса показан на фиг.22А. Пучок света 20 из лазера 50 ударяет по расщепителю 22 пучка. Расщепитель имеет отражающую способность около 40%. Около 40% света отражается как первая часть выходного пучка 30. Остальная часть входящего пучка передается через расщепитель 22 как пучок 24. Этот пучок отражается обратно под очень малым углом зеркалом 26, которое является сферическим зеркалом с фокусным расстоянием, равным расстоянию от расщепителя 22 пучка до зеркала. Итак, пучок фокусируется в точке 27 возле расщепителя 22 пучка, слегка не попадая на него. Этот пучок распространяется дальше и теперь отражается зеркалом 28, которое также является сферическим зеркалом с фокусным расстоянием, равным расстоянию от этого зеркала до точки 27. Зеркало 28 отражает пучок обратно под малым углом и также коллимирует отраженный пучок. Этот отраженный пучок 32 распространяется вправо и отражается зеркалом 29 к расщепителю 22 пучка, где около 60% пучка передается через расщепитель 22 пучка, чтобы объединиться и стать второй частью выходного пучка 30. Часть (около 40%) пучка 34 отражается расщепителем 22 пучка в направлении пучка 24 для повторения движения пучка 32. В результате короткий входной импульс делится на несколько частей, так что общая продолжительность пучка увеличивается, а его пиковая интенсивность уменьшается. Зеркала 26 и 28 формируют систему передачи, которая воспроизводит части исходящего пучка друг на друге. Благодаря этому воспроизведению каждая часть выходного пучка по существу одинакова. (Если бы зеркала 26 и 28 были плоскими, расходимость пучка распространяла бы пучок при каждом последующем повторении, так что размер пучка был бы разным для каждого повторения). Общая длина оптического пути от расщепителя 22 пучка до зеркала 26, зеркала 28, зеркала 27 и, наконец, до расщепителя 22 пучка определяет временную задержку между повторениями. На фиг.22 В1 показан профиль типичного импульса, сформированного ArF лазером. (Эти результаты можно применить для F₂ лазера за исключением того, что неумноженный импульс 12 F₀ лазера составляет около 12 нс вместо 18 нс для ArF лазера). На фиг.22В2 показан смоделированный выходной профиль подобного импульса ArF лазера после его расширения в расширителе импульса, сконфигурированном в соответствии с фиг.6. В этом примере T_is импульса была увеличена от 18,16 нс до 46,78 нс. (T_is импульса - это мера длительности, используемая для описания лазерных импульсов, означающая квадрат целого числа длительности импульса).

На фиг.22С показана компоновка, подобная компоновке на фиг.22А, но с дополнительным путем задержки. В этом случае первый расщепитель 22А пучка выполнен с возможностью отражения 25 процентов, а второй расщепитель 22В пучка выполнен с возможностью отражения 40 процентов. Форма пучка, полученная в результате компьютерного моделирования, показана на фиг.22D. T_is для этого растянутого импульса составляет около 73,2 нс. В варианте на фиг.22С части пучка, передаваемые через расщепитель 22В, совершают переворот ориентации, когда они возвращаются и объединяются в выходной пучок 30, что вызывает значительное уменьшение пространственной когерентности пучка.

Блок расширения импульса можно установить сзади вертикального оптического стола 11, как предлагалось выше, или на верху стола или даже внутри него.

Управление энергией импульса и дозы

Управление энергией импульса и энергией дозы предпочтительно осуществляется с помощью системы управления с обратной связью и алгоритма, например, описанного выше. Монитор энергии импульса может находиться на лазере как можно ближе к пластине в литографическом устройстве. При использовании этого метода выбирают зарядные напряжения для получения требуемой энергии импульса. В описанном выше предпочтительном варианте УМ и ЗГ получают одинаковое зарядное напряжение, так как СО заряжаются параллельно.

Как отмечалось выше, авторы обнаружили, что этот метод работает очень хорошо и значительно минимизирует проблемы колебания времени. Однако он не снижает их до такой степени, чтобы оператор лазера мог управлять ЗГ независимо от УМ. Тем не менее существует ряд рабочих параметров ЗГ и УМ, которые можно контролировать отдельно, для оптимизирования работы каждого блока. Эти другие параметры включают в себя давление лазерного газа, концентрацию F₂ и температуру лазерного газа. Предпочтительно, чтобы управление этими параметрами было независимым в каждой из двух камер и их регулировка осуществлялась в устройстве, управляемом процессором на основании обратной связи.

Дополнительное улучшение оптического качества

В настоящем изобретении предложена лазерная система, позволяющая получить гораздо более высокую энергию импульса и выходную мощность, чем известные из уровня техники однокамерные газоразрядные лазеры с высокой частотой следования. В этой системе задающий генератор в значительной степени определяет длину волны и ширину полосы, а усилитель мощности в основном регулирует энергию импульса. Энергия импульса, необходимая для эффективной затравки усилителя мощности, может составлять всего долю мДж. Так как лазер типа задающий генератор может легко генерировать импульсы 5 мДж, у него есть неиспользуемая энергия. Эта дополнительная энергия импульса дает возможность использовать специальные методы для улучшения качества пучка, которые не являются особо эффективными с точки зрения энергии.

Эти методы включают в себя:

- Обрезку импульса, описанную в патенте США №5852621, упоминаемом здесь в качестве ссылки.

Энергию импульса контролируют, импульс задерживают и часть задержанного импульса обрезают с помощью очень быстрого оптического переключателя, такого как ячейка Поккельса.

- Использование модуля сужения линии с очень большим расширением пучка и малыми апертурами, как будет описано дальше в настоящей заявке.

- Волновую технологию

В задающий генератор или после него можно добавить внутрирезонаторную коррекцию волнового фронта. Для этого можно использовать дифракционную решетку с одним или несколькими изгибами, как описано в заявке на патент США №09/703317, упоминаемой здесь в качестве ссылки; статическую коррекцию волнового фронта деформируемым зеркалом, например неплоской зеркальной гранью призмы, выполненной с возможностью коррекции известного искажения волнового фронта.

- Фильтрацию пучка

Для уменьшения ширины полосы можно добавить фильтры для пучка, такие как пространственный фильтр, описанный в заявке на патент США №09/309478, упоминаемой здесь в качестве ссылки, и обозначенный позицией 11 на фиг.23. Фильтр для пучка может находиться внутри резонатора ЗГ или между ЗГ и УМ. Он может быть также установлен после УМ. Предпочтительным пространственным фильтром, который не требует распространения пучка через фокус, является общий внутренний пространственный фильтр, который описан в следующем разделе.

- Управление когерентностью

Когерентность лазерного пучка может представлять проблему для производителей интегральных схем. Газоразрядные лазеры обычно генерируют лазерный пучок, имеющий низкую когерентность. Однако поскольку ширина полосы делается очень узкой, это может повысить когерентность выходного пучка. По этой причине может быть предпочтительна некоторая вынужденная пространственная некогерентность. Предпочтительно оптические элементы для уменьшения когерентности вводят либо в резонатор УМ, либо между ЗГ и УМ. Известно несколько оптических элементов для уменьшения когерентности, например подвижные фазовые пластины или акустико-оптические устройства.

- Диафрагмирование

Качество затравочного пучка можно также улучшить за счет более узкого диафрагмирования пучка.

Общий внутренний отражающий пространственный фильтр

Пространственная фильтрация эффективна при уменьшении интегрированных 95 процентов ширины полосы. Однако все методы прямой пространственной фильтрации, предлагавшиеся ранее, требовали по меньшей мере концентрации пучка и в большинстве случаев действительного фокусирования пучка. Кроме того, все известные конструкции требуют использования множества оптических элементов. Простой компактный пространственный фильтр, который не требует фокусированного пучка, было бы легче приспособить для установки внутри лазерного резонатора, если требуется пространственная фильтрация.

Предпочтительный фильтр представляет собой одну призму длиной приблизительно 2 дюйма. Входная и выходная грани призмы параллельны друг другу и перпендикулярны по отношению к падающему пучку. Две другие грани параллельны друг другу, но ориентированы под углом, равным критическому углу относительно входной и выходной граней. При длине волны около 157 нм критический угол для CaF₂ составляет 38,89 градусов. Единственное необходимое покрытие - это антиотражающее покрытие для нормального угла падения на входной и выходной гранях призмы.

Этот пространственный фильтр работает следующим образом. Пучок входит с нормальным углом падения на входную грань призмы. Затем пучок распространяется к грани призмы с критическим углом. Если бы пучок был коллимирован, все лучи падали бы на эту вторую грань под критическим углом. Однако, если пучок расходится или сходится, некоторые лучи будут падать на эту поверхность под углами больше или меньше критического угла. Все лучи, падающие на эту грань под критическим углом или больше, будут отражаться на 100%. Лучи, падающие на эту грань под углом меньше критического, будут отражаться со значениями меньше 100% и ослабляться. Все отраженные лучи будут падать на противоположную поверхность призмы под одинаковым углом и также будут ослабляться в одинаковой степени. В предложенной конструкции происходит всего шесть отражений для каждого прохода. Отражающая способность для p-поляризованного света под углом на 1 мрад меньше критического угла составляет около 71%. Следовательно, все лучи с углами падения, отличающимися от критического угла на 1 мрад или больше, будут передаваться на выходную грань с интенсивностью меньше 13% их первоначальной интенсивности.

Однако один проход через этот фильтр будет всего лишь односторонним. Все лучи, которые падают под углами больше критического угла, отражаются на 100%. После выхода из призмы пространственного фильтра пучок упадет на зеркало. Внутри лазерного резонатора это зеркало может быть выходным ответвителем. После отражения от зеркала лучи снова войдут в призму пространственного фильтра, но с одним важным отличием.

Все лучи, которые вышли из пространственного фильтра под углами больше критического, после отражения от зеркала будут обращенными. Теперь эти лучи войдут снова в призму со значениями меньше критического угла и будут ослабляться. Именно второй проход через призму изменяет передающую функцию призмы с одностороннего фильтра на истинный полосно-пропускающий фильтр.

На фиг.23В показана конструкция пространственного фильтра. Входная и выходная грани призмы имеют толщину 1/2 дюйма. Грани критического угла составляют около 2 дюймов. Ширина входного пучка равна 2,6 мм и представляет ширину пучка по короткой оси. Эта призма имеет высоту 1 дюйм в плоскости чертежа. Фигура изображает три группы лучей. Первая группа лучей является коллимированной и падает на поверхности под критическим углом. Это зеленые лучи. Вторая группа лучей падает на поверхность под углом меньше критического и обрывается на первом отражении. Это синие лучи. Эти лучи более заметны в увеличенном сечении. Они представляют собой лучи, которые ослабляются при первом проходе. Последняя группа лучей падает под углом больше критического. Эти лучи проходят весь первый проход, но обрываются на первом отражении второго прохода. Они представляют собой лучи, которые ослабляются на втором проходе.

Телескоп между камерами

В предпочтительных вариантах предусмотрен цилиндрический преломляющий телескоп между выходом задающего генератора и входом усилителя мощности. Он контролирует горизонтальный размер пучка, входящего в усилитель мощности. Этот телескоп также можно выполнить с использованием известных методов для контроля горизонтального расхождения.

Метрология

В предпочтительных вариантах настоящего изобретения энергию каждого последовательного импульса контролируют с использованием обратной связи от быстродействующего фотодиодного монитора энергии. Во многих применениях контролирование длины волны и ширины полосы каждого последовательного импульса не предусмотрено, так как естественная длина волны и ширина полосы главной линии F₂ относительно неизменные. Однако при необходимости можно контролировать длину волны и ширину полосы по существу так же, как в известных эксимерных лазерах, но на диапазоне длины волны 157 нм.

Предпочтительно на выходе задающего генератора, после усиления мощности и после усиления импульса должны быть предусмотрены мониторы мощности (p-ячейки). Предпочтительно p-ячейка должна быть также предусмотрена для контролирования любых обратных отражений в задающий генератор. Такие обратные отражения могут усиливаться в генераторе и повреждать оптические элементы задающего генератора. Сигнал обратного отражения от монитора обратных отражений используется для отключения лазера, если превышен опасный порог. Также система должна быть выполнена с возможностью исключения мерцания на пути прохождения луча, которое могло бы вызвать любое значительное обратное отражение.

Далее будут описаны измерение параметров пучка и управление этим лазером. Волномер, используемый в предпочтительном варианте, подобен волномеру, описанному в патенте США №5978394, и часть приведенного ниже описания взята из этого патента. При длине волны около 157 нм элементы для метрологии длины волны и ширины полосы подвергаются воздействию излучения, поэтому авторы рекомендуют, чтобы эти измерения осуществлялись периодически, а не на каждом импульсе. Например, длину волны и ширину полосы можно контролировать для каждых 30 импульсов через каждые 10 минут. При такой частоте метрологические элементы в F₂ лазерах должны иметь срок службы, по меньшей мере, сопоставимый со сроком службы в KrF и ArF лазерах. С этой целью следует предусмотреть затвор для волномера, для блокировки доступа пучка к элементам для метрологии длины волны и ширины полосы.

Оптическое оборудование в этих узлах измеряет энергию импульса, длину волны и ширину полосы. Эти измерения используются со схемами обратной связи для сохранения энергии импульса и длины волны в заданных пределах.

Небольшая часть лазерного пучка отражается к детектору энергии, который содержит очень быстродействующий фотодиод, способный измерять энергию отдельных импульсов, возникающих с частотой 4000 импульсов в секунду. Энергия импульса составляет около 10 мДж, и выходной сигнал детектора 69 подается в контроллер компьютера, который использует специальный алгоритм для регулировки зарядного напряжения лазера, чтобы точно контролировать энергию будущих импульсов на основании сохраненных данных энергии импульсов в целях ограничения изменения энергии отдельных импульсов и интегрированной энергии пакетов импульсов.

На основе описанного выше измерения энергии каждого импульса осуществляется управление энергией последующих импульсов, чтобы сохранять требуемые энергии импульса, а также требуемую суммарную интегрированную дозу заданного количества импульсов, как описано в патенте США №6005879 на изобретение "Управление энергией импульса для эксимерного лазера", упоминаемом здесь в качестве ссылки.

Выбор линии

Селектор линии на основе призмы

В предпочтительных вариантах самая сильная из собственных резонансных линий F₂ выбирается с помощью пятипризменного селектора линии, изображенного на фиг.16А и В. Эти пять призм 112А-Е прецизионно смонтированы на одной призменной пластине (не показана), расположенной в БВЛ 10С, показанном на фиг.1. БВЛ расположен после задающего генератора на небольшом расстоянии от выходного ответвителя задающего генератора. Каждая из пяти призм является 65-градусной призмой (угол при вершине) и расположена горизонтально, как показано на фиг.16А. Углы падения для призм в данном конкретном варианте таковы: для призм 112А-Е соответственно: 79,6°, 61,4°, 47,7° и 42,1°. (Многие другие конфигурации призм могут обеспечить аналогичные результаты).

Зеркало 114В расположено с возможностью отражения пучка вверх к зеркалу 114С, которое отражает пучок через апертуру (не показана) в область разряда усилителя мощности, как показано позицией 12А на фиг.1. Пятипризменный селектор линии создает угловое расхождение 10,56 миллирадиан между линиями F₂ 157,63 нм и 157,52 нм, что обеспечивает пространственное разделение около 5,5 мм на расстоянии около 0,5 метров за апертурой перед усилителем мощности. Это расхождение вполне достаточно, чтобы выделить линию 157,52 нм.

Кольцевой селектор линии

Альтернативный призменный блок выбора линии показан на фиг.16Е. Он имеет кольцевую конфигурацию. Его можно ввести в путь прохождения пучка без нарушения направления пучка. В данном варианте кольцо образовано четырьмя призмами с углом при вершине 45° и четырьмя призмами с углом при вершине 65°.

Фильтр Лио

Альтернативой селектору линии на основе призм, показанному на фиг.16А, является фильтр Лио. В этом фильтре используется дисперсия двупреломления неизотропного кристаллического материала, такого как MgF₂, для поворота поляризации света в зависимости от длины волны. Путем соответствующего выбора толщины кристалла можно существенно изменять общий угол поворота поляризации двух длин волны VUV (вакуумного ультрафиолета). Дискриминировать эти повернутые волны можно с помощью зависимых от поляризации оптических элементов, таких как окна Брюстера в газоразрядной камере F₂ лазера. Одно окно Брюстера из материала CaF₂ обеспечивает отношение интенсивности передачи между p-поляризованными и s-поляризованными волнами соответственно, равное 1:0,7. Потери на s-поляризованных волнах вызваны отражениями на поверхностях. Так как камера имеет два окна, следует считать, что эти значения с четвертой мощностью дадут правильное отношение для полного пути, равное 1:0,24. Оптимальная дискриминация одной из линий достигается, если общий угол поворота поляризации при двойном проходе через кристалл составляет точно 90 градусов. Это можно обеспечить путем подгонки толщины кристалла до толщины характеристической четвертьволновой пластинки. Однако длина волны другой линии не должна подвергаться такому повороту, фактически общий поворот поляризации на этой длине волны должен быть полным кратным 180 градусам (полуволновая пластинка), чтобы дискриминирующие элементы не влияли на передачу этой волны. Следовательно, комбинация дисперсионного двупреломляющего кристалла, поляризационных элементов (окон Брюстера) и заднего зеркала (для второго прохода обратно через кристалл) подавляет одну из длин волны, тогда как другая остается незатронутой.

Преимущества этой схемы заключаются в присущей ей устойчивости, легкости регулировки, меньшем количестве оптических элементов и возможности использовать только антиотражающие покрытия на кристалле для малых (близких к нулю) углов падения.

На фиг.16С1 схематически изображена система F₂ лазера с выбором линии, содержащая внутрирезонаторный фильтр Лио. Резонатор сконфигурирован из высоко отражающего зеркала 116А, двулучепреломляющего дисперсионного кристалла 116В, окон Брюстера (в камере) 116С и 116D и выходного ответвляющего зеркала 116Е, которое является частично отражающим. Оптическое усиление создается в газовом разряде в камере 116F.

На фиг.16С показана другая конструкция, в которой используется один или несколько дополнительных элементов Брюстера 116G для увеличения дискриминации между p- и s-поляризацией.

На фиг.16С3 показана альтернативная конструкции высоко отражающего зеркала и кристалла. Фактически оба элемента можно объединить, нанеся диэлектрическое отражающее покрытие 116Н прямо на заднюю сторону кристалла 116В, для уменьшения числа необходимых оптических элементов.

Выбор линии на задней стороне ЗГ

Вариант реализации изобретения, изображенный на фиг.1, предусматривает выбор линии после задающего генератора без выбора линии в резонаторе задающего генератора. Альтернативные варианты могут включать выбор линии в резонаторе, например, на задней стороне лазерной камеры 10А. Это селектор линии может быть предусмотрен в дополнение к селектору линии на фиг.16А или вместо него.

При использовании призменного селектора линии внутри резонатора более важно, чтобы были сведены к минимуму оптические потери в выбранной поляризации. Предпочтительная конструкция такого селектора линии содержит пять призм CaF или MgF, ориентированных так, чтобы вход и выход из призмы были под углом Брюстера (около 57,3 градуса). Это позволяет использовать призмы без антиотражающих покрытий. Чертеж, иллюстрирующий такое решение для выбора линии, показан на фиг.16. Это устройство содержит пять призм 118А с углами при вершине, равными 2Х(90°-θ_в), где θ_в - угол Брюстера. Отражающая оптическая система 118В реализована в виде полупризмы с максимально отражающим покрытием 118С на задней стороне.

Здесь новой особенностью является исключение необходимости в антиотражающем покрытии на поверхности угла падения за счет использования угла Брюстера (обеспечивающего нулевой коэффициент отражения для правильно поляризованного лазера) и нанесение отражающего покрытия непосредственно на заднюю поверхность оптической системы.

Призменный выходной ответвитель

Выходной ответвитель газоразрядных лазеров, выполненных как генераторы, обычно является частично отражающим зеркалом, которое обычно представляет собой клиновидный оптический элемент с одной поверхностью, ориентированной поперечно пути прохождения пучка и имеющей покрытие для отражения требуемой части пучка и передачи остальной части. Другую поверхность часто покрывают антиотражающим покрытием, и она может быть ориентирована под углом, отличным от поперечного, к пути прохождения пучка, так что любые отражения от этой поверхности не будут возвращаться в область усиления.

Поверхности с покрытием иногда создают проблемы в течение всего срока службы, если они используются с ультрафиолетовым диапазоном высокой интенсивности. На фиг.17 показано решение этой проблемы. В этом случае выходной ответвитель 120 имеет форму призмы. Передняя поверхность (ближайшая к области усиления) ориентирована под углом наименьших потерь (для p-поляризации), а вторая поверхность ортогональна к преломленному лазерному пучку, для обеспечения отраженного пучка для усиления. Эта конструкция исключает потребность в антиотражающем покрытии, а также обеспечивает некоторое дополнительное спектральное разделение в результате дисперсий. В этом F₂ применении призма состоит из CaF₂ с углом при вершине 32,7 градусов и углом падения 57,2 градуса. В этом предпочтительном варианте нет покрытия на второй поверхности и приблизительно 4,7 процента отражения Френеля обеспечивает достаточное отражение для задающего генератора.

Управление пучком с помощью оптического элемента

Несмотря на усилия, направленные на поддержание постоянных условий на пути прохождения пучка, многие операции лазера, например работа в пакетном режиме, которая была описано выше, создают переходные условия, которые в некоторых случаях требуют значительного переходного управления выходящим лазерным пучком. Это переходное управление можно корректировать с помощью активной системы управления направлением пучка, которая включает в себя монитор направления пучка и механизм управления направлением пучка. В предпочтительном варианте монитор направления пучка является раздвоенным детектором, также известным как детектор на би-ячейке или сегментированный детектор. Этот тип детектора имеет два отдельных фоточувствительных элемента, разделенных небольшим зазором. Отношение выходов двух элементов является мерой направления луча. Механизм управления направлением пучка может быть поворотным зеркалом, предпочтительно в блоке 10С выбора линии на фиг.1. Альтернативно одна из призм в блоке селектора линии, показанном на фиг.16А, может быть поворотной. Если все призмы в блоке селектора установлены на призменной пластине, то может быть поворотной сама пластина. Привод, обеспечивающий этот поворот, предпочтительно является пьезоэлектрическим приводом, или же это может быть катушка линейного электропривода, или приводной узел шагового двигателя, или любой подобный приводной узел. Управление механизмом управления направлением предпочтительно должно содержать процессор, запрограммированный соответствующим алгоритмом обратной связи, а также дополнительный электронный контроль и программное обеспечение, позволяющие оператору регулировать направление пучка.

Компенсация управления пучком с помощью давления продувки

Как указывалось выше, небольшую степень управления пучком на пути его прохождения можно обеспечить такими операциями, как работа в пакетном режиме, обычно используемом для литографии интегральных схем. Даже очень незначительные изменения направления пучка могут быть крайне нежелательны. Как отмечалось выше, можно использовать методы исключения причин управления лучом. Кроме того, нежелательные изменения направлений пучка можно корректировать с помощью поворота оптических элементов, таких как призмы или зеркала. Другой подход заключается в корректировке нежелательных изменений направления пучка посредством регулировки давления продувочного газа в частях пути прохождения пучка. В предпочтительном варианте реализации контролируется давление продувки в блоке выбора линии для компенсации изменений направления пучка. Авторы разработали этот способ для пятипризменного селектора линии, изображенного на фиг.16А. Направление выходного пучка для данной пятипризменной конфигурации связано с давлением продувочного газа в пределах около 1 атм следующим коэффициентом: Δφ=15 миллирадиан на атмосферу. Предпочтительно направление пучка контролируется раздвоенным детектором, описанным выше, и сигнал обратной связи регулирует давление в БВЛ путем управления клапаном потока продувочного газа. Другим решением является использование температурного датчика для обеспечения сигнала обратной связи.

Управление газом

В предпочтительном варианте настоящего изобретения имеется модуль управления газом, показанный на фиг.1, который выполнен с возможностью заполнения каждой камеры соответствующим количеством лазерного газа. Предпочтительно предусмотрены соответствующие регуляторы и процессоры для поддержания постоянного потока газа в каждую камеру, для сохранения постоянной или приблизительно постоянной концентрации лазерного газа на требуемых уровнях. Это можно осуществить с помощью способов, описанных в патентах США №№6028880, или 6151349, или 6240117 (упоминаемых здесь в качестве ссылки).

Другой метод обеспечения постоянного потока лазерного газа в камеры, который авторы назвали методом бинарного заполнения, состоит в обеспечении нескольких (например, 5) линий заполнения, причем каждая последовательная линии имеет отверстия, позволяющие удвоить поток предыдущей линии, и каждая линия имеет отсечной клапан. Самая нижняя линия потока имеет отверстия, позволяющие получить минимальный равновесный поток газа. Путем выбора соответствующих комбинаций клапанов для открывания можно получить практически любой требуемый расход. Предпочтительно между линиями с отверстиями предусмотрен промежуточный резервуар, и источник лазерного газа поддерживается под давлением приблизительно вдвое выше давления в лазерных камерах.

Вертикальный оптический стол

В предпочтительных вариантах две камеры и лазерная оптическая система установлены на вертикально ориентированном оптическом столе. Этот стол предпочтительно закреплен в каркасе лазера с помощью трехточечной кинематической монтировки. Один предпочтительный вариант этой компоновки показан на фиг.1С1. Металлические планки предусмотрены на столе 11 на участках А, В и С, где стол монтируется на каркасе 4 лазера (не показан на фиг.1С1). Шкворневой шарнир предусмотрен на участке А, который закрепляет стол, но позволяет ему поворачиваться. На участке В предусмотрены шарик и V-образная канавка, которые оказывают сопротивление повороту в плоскости нижней поверхности стола и повороту в плоскости передней поверхности стола. Шарик и паз предусмотрены на участке С, чтобы препятствовать повороту вокруг оси А-В.

Лазерные камеры

Функционирование при частоте 4 килогерца

Предпочтительные варианты реализации изобретения предназначены для работы с частотой следования 4000 импульсов в секунду. Очистка области разряда от газа, подвергшегося воздействию разряда, между импульсами требует газового потока между электродами 18А и 20А со скоростью до около 67 м/с. Для достижения такой скорости диаметр блока тангенциального вентилятора был определен равным 5 дюймам (длина лопастной конструкции 26 дюймов), а скорость вращения была увеличена до 3500 об/мин. Для достижения таких характеристик в данном варианте используются два двигателя, которые вместе передают до около 4 кВт мощности привода лопастной конструкции вентилятора. При частоте импульсов 4000 Гц разряд добавит лазерному газу около 12 кВт тепловой энергии. Для удаления тепла, созданного разрядом вместе с теплом, добавленным вентилятором, предусмотрено четыре отдельных водоохлаждаемых ребристых теплообменника 58А. Двигатели и теплообменники будут подробно описаны ниже.

В предпочтительном варианте настоящего изобретения используется четыре ребристых водоохлаждаемых теплообменника 58А, показанных в общем виде на фиг.4. Каждый из этих теплообменников в некоторой степени похож на один теплообменник, показанный как 58 на фиг.1, однако имеет значительные усовершенствования.

Составные элементы теплообменника

Чертеж поперечного сечения одного из теплообменников показан на фиг.21. Средняя секция теплообменника вырезана и показаны оба конца. На фиг.21А показан в увеличенном масштабе конец теплообменника, в котором учитываются тепловое расширение и сжатие.

Элементы теплообменника включают в себя ребристую конструкцию 302, которая изготовлена на станке из сплошной меди (CU 11000) и содержит двенадцать ребер 303 на дюйм. Поток воды проходит через осевой канал, имеющий внутренний диаметр 0,33 дюйма. Пластиковый турбулизатор 306, расположенный в осевом канале, препятствует расслоению воды в канале и образованию горячего граничного слоя на внутренней поверхности канала. Гибкий фланцевый блок 304 является сварным блоком, состоящим из внутреннего фланца 304А, сильфона 304В и внешнего фланца 304С. Блок теплообменника содержит три с-образных уплотнения 308, изолирующих воду, текущую в теплообменник, от лазерного газа. Сильфон 304В позволяет расширение и сжатие теплообменника относительно камеры. Гайка 400 с двумя отверстиями соединяет канал теплообменника со стандартным позиционным угловым фитингом 5/16 дюйма, который в свою очередь присоединен к источнику воды. Уплотнительное кольцо 402 обеспечивает уплотнение между гайкой 400 и ребристой конструкцией 302. В предпочтительных вариантах реализации направление охлаждающего потока в двух блоках противоположно направлению в двух других для минимизации осевых градиентов температуры.

Турбулизатор

В предпочтительном варианте реализации турбулизатор состоит из четырех серийно выпускаемых, длинных перемешивающих элементов, которые обычно используются для перемешивания компонентов эпоксидной смолы и поставляются компанией ЗМ Corporation (Static mixer. Part №06-D1229-00). Эти поточные смесители показаны позицией 306 на фиг.21 и 21А. Они обеспечивают протекание воды практически по спиральной траектории, которая пересекает свое направление по часовой стрелке приблизительно на каждом шаговом расстоянии (равном 0,3 дюйма). Турбулизатор существенно улучшает работу теплообменника. Испытания, проведенные авторами, показали, что добавление турбулизатора уменьшает требуемый поток воды приблизительно в 5 раз, сохраняя при этом сопоставимые температурные условия газа.

Путь движения потока и акустические эффекты

В этом предпочтительном варианте поток газа в область разряда и из нее был значительно усовершенствован по сравнению с известными лазерными камерами. Область выше разряда и рядом с выходом вентилятора имеет такую форму, что образуется плавный переход от большого поперечного сечения к малому поперечному сечению разряда. Поперечное сечение области сразу после разряда плавно увеличивается для небольшой величины разряда до гораздо большей величины, прежде чем газ будет вынужден повернуть на 90° в теплообменники. Такая компоновка минимизирует падение давления и связанную с ним турбулентность, вызванную высокоскоростным потоком по острым ступеням. Обеспечение этого плавно и постепенно расширяющегося пути движения потока в направлении от лазера также уменьшает отрицательные акустические эффекты, вызванные акустическими волнами от импульса, отраженного обратно в область разряда во время следующего импульса. Способы уменьшения этих эффектов описаны в патенте США №6212211 и патенте США №6317447, упоминаемых в качестве ссылок. Время, необходимое для возврата акустической волны в область разряда, является в значительной степени зависимым. В результате отражение от конкретной поверхности может составить проблему только при определенной комбинации частоты следования и температуры газа. Если отражающую поверхность сложно исключить, то альтернативой может быть отказ от работы при проблемной комбинации температура-частота следования. Одним из решений может быть программирование контроллера лазера на автоматическое изменение температуры газа при необходимости, чтобы избежать работы при проблемной комбинации.

Двигатели воздуходувки и большая воздуходувка

В первом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения предусмотрен большой тангенциальный вентилятор, приводимый во вращение двумя двигателями, для циркуляции лазерного газа. В предпочтительной компоновке между электродами формируется поток газа со скоростью 67 м/с, которого достаточно для очистки пространства около 1,7 см в области разряда между импульсами с частотой 4000 Гц.

Перспективный вид вентилятора представлен на фиг.18А. Лопастная конструкция имеет диаметр 5 дюймов и выполнена на станке из сплошного пруткового материала алюминиевого сплава 6061-Т7. Отдельная лопасть в каждой секции слегка сдвинута относительно соседней секции, как показано на фиг.18А. Этот сдвиг предпочтительно выполнен неравномерным для исключения образования фронта волны сжатия. В качестве альтернативы отдельные лопасти могут образовывать небольшой угол относительно их оси (тоже, чтобы избежать образования фронтов волны сжатия). Лопасти имеют очень острые ведущие края для уменьшения акустических отражений от края лопасти, обращенного к области разряда.

В варианте реализации, изображенном на фиг.18, используется два трехфазных бесщеточных двигателя постоянного тока, каждый с магнитным ротором, заключенным в металлический прижимной колпак, который отделяет статорную часть двигателей от среды лазерного газа, как описано в патенте США №4950840. В этом варианте реализации прижимной колпак выполнен из тонкостенного никелевого сплава 400 толщиной 0,16 дюйма, который действует в качестве барьера для лазерного газа. Два двигателя 530 и 532 приводят в действие один и тот же вал и запрограммированы на вращение в противоположных направлениях. Оба двигателя не содержат датчиков (т.е. они работают без датчиков положения). Контроллер 534 правого двигателя, управляющий правым двигателем 530, действует как главный контроллер, управляющий подчиненным контроллером 536 двигателя через аналоговые и цифровые сигналы, и выдает команды для пуска/остановки, тока, обратной связи по току и т.п. Связь с контроллером 24А лазера осуществляется через последовательный порт RS-232 в задающем контроллере 534.

Система продувки

В первом варианте реализации настоящего изобретения содержится система продувки сверхчистым N₂, которая значительно улучшает рабочие характеристики и существенно повышает срок службы элементов.

На фиг.19 представлена структурная схема системы продувки, иллюстрирующая основные признаки первого предпочтительного варианта реализации изобретения. Пять компонентов эксимерного лазера, через которые продувается газообразный азот, согласно данному варианту реализации настоящего изобретения включают в себя следующие компоненты: БВЛ 2Р, высоковольтные элементы 4Р, установленные на лазерной камере 6Р, высоковольтный кабель 8Р, соединяющий высоковольтные элементы 4Р с расположенными перед ними импульсными элементами питания 10Р, выходной ответвитель 12Р и волномер 14Р. Каждый из компонентов 2Р, 4Р, 8Р, 12Р и 14Р компонуется в герметичном контейнере или камере, каждая из которых имеет только два окна - окно для впуска N₂ и окно для выпуска N₂. Источник N₂ 16Р обычно представляет собой большой резервуар с N₂ (обычно содержащийся при температуре жидкого азота) на интегрированной установке по производству интегральных схем, но это может быть и относительно небольшой баллон с N₂. Исходный газ N₂ выходит из источника N₂ 16Р, проходит в модуль продувки N₂ 17Р и через фильтр N₂ 18Р к распределительной панели 20Р, содержащей клапаны управления потоком N₂, подаваемым в продуваемые элементы. Для каждого элемента продувочный поток направляется обратно в модуль 17Р к блоку 22Р монитора потока, который контролирует поток, возвращающийся из каждого продувочного узла, и, если контролируемый поток меньше заданного значения, активизируется аварийная сигнализация (не показана).

На фиг.19А представлена линейная схема, иллюстрирующая специфические элементы этого предпочтительного варианта реализации, имеющего некоторые дополнительные признаки N₂, не связанные специально с элементами продувки согласно настоящему изобретению.

Фильтр N₂

Важным признаком настоящего изобретения является включение в него фильтра N₂ 18. В прошлом производители эксимерных лазеров для литографии интегральных схем полагали, что фильтр для продувочного газа N₂ не является необходимым, так как характеристики коммерческого N₂ почти всегда достаточно высоки, и газ, отвечающий эти характеристикам, является достаточно чистым. Однако авторы обнаружили, что иногда газ источника может не соответствовать спецификации, или линии N₂, ведущие к продувочной системе, могут содержать загрязнения. Кроме того, эти линии могут загрязняться во время ремонтных или эксплуатационных работ. Авторы определили, что стоимость такого фильтра является достаточно хорошей гарантией исключения даже малой вероятности повреждений, вызванных загрязнениями.

Предпочтительным фильтром N₂ является очиститель инертного газа, модель 500К, поставляемый компанией Aeronex, Inc., Сан-Диего, Калифорния. Этот фильтр удаляет Н₂O, O₂, СО, CO₂, Н₂ и неметановые углеводороды до уровней доли частей на миллиард. Он удаляет 99,9999999 процентов всех частиц размером 0,003 микрона или больше.

Мониторы потока

В блоке 22 предусмотрен монитор потока для каждого из пяти продуваемых элементов. Существуют серийно выпускаемые блоки, предусматривающие выдачу сигнала тревоги при малом потоке.

Трубопроводы

Предпочтительно все трубопроводы выполнены из нержавеющей стали (316SST) с электрополированной внутренней стороной. Можно также использовать некоторые типы пластиковых труб, выполненных из PFA 400 или ультрачистого тефлона.

Рециркуляция и очистка

Весь продувочный газ или его часть можно рециркулировать, как показано на фиг.19В. В этом случае в продувочный модуль добавляется воздуходувка и водоохлаждаемый теплообменник. Например, продувочный поток от оптических элементов можно рециркулировать, а продувочный поток от электрических компонентов можно выпустить в атмосферу, или же можно выпустить часть комбинированного потока. Кроме того, можно добавить элемент очистки от озона для удаления озона из закрытого пути прохождения пучка. Это может быть фильтр, выполненный из какого-либо материала, реагирующего с О_3.

Продувка БВЛ гелием

В предпочтительных вариантах реализации изобретения гелий продувается через блок выбора линии, а через остальную часть пути прохождения пучка продувается азот. Гелий имеет гораздо более низкий коэффициент преломления, чем азот, поэтому при использовании гелия минимизируются тепловые эффекты в БВЛ. Однако гелий приблизительно в 1000 раз дороже, чем азот. Кроме того, при использовании гелия затрудняется контроль управления пучком с помощью давления продувки.

Усовершенствованные уплотнения

Предпочтительные методы ограждения пути прохождения пучка описаны в заявке на патент США №10/000991, поданной 14 ноября 2001 г. на изобретение "Газоразрядный лазер с усовершенствованным путем прохождения пучка", упоминаемой здесь в качестве ссылки. На фиг.19F1, 2, 3, 4 и 5 показано легко уплотняемое сильфонное уплотнение, которое обеспечивает уплотнения между модулями лазера, но позволяет быстро разъединять модули для их замены.

Легко уплотняемое сильфонное уплотнение

Авторы разработали легко уплотняемое сильфонное уплотнение, позволяющее быстро изолировать путь прохождения пучка до сопоставимого с вакуумом состояния при повторной установке модулей лазера на пути прохождения пучка. Следует отметить, что, хотя эти уплотнения образуют совместимые с вакуумом уплотнения соответствующих частей пути прохождения пучка, сам путь не работает как вакуум, а традиционно имеет давления несколько выше атмосферного.

Быстрое уплотнение имеет большое значение, так как существует большая необходимость в возможности замены этих модулей в течение нескольких минут. Основная конструкция легко уплотняемого сильфонного уплотнения показана на фиг.8А-Е. Легко уплотняемое сильфонное уплотнение состоит из четырех частей. Эти четыре части включают в себя следующее: (1) сильфонная часть 93А на фиг.8А, фланцевая часть 93А, показанная на фиг.8А и 8В, металлическое c-образное кольцо 93С, показанное на фиг.8А, и первый прессуемый кольцевой зажим 93D, показанный на фиг.8С. Альтернативный второй прессуемый кольцевой зажим показан на фиг.8Е. Легко уплотняемое сильфонное уплотнение показано в собранном виде на фиг.80. Два дополнительных металлических c-образных уплотнения можно использовать для уплотнения фланцевой части 93В с первой лазерной частью 93Е и сильфонной части 93А со второй лазерной частью 93F. Эти дополнительные уплотнения помещены в пазы 102 и 104. Фланцевая часть 93В уплотнена с первой лазерной частью винтами, проходящими через встречные утопленные отверстия 106 и затянутыми универсальным гаечным ключом через отверстия 108.

Фланцевая часть 93В содержит сужающийся фланец 120. Этот фланец имеет сужение 20°, как показано на фиг.8А. Фланец 114 также имеет сужение 20°. Прессуемый зажим 93D при этом открывается путем вывинчивания пальцевого болта 118 и помещается вокруг конических фланцев 120 и 114. Прессуемый зажим 93D имеет шарнирную секцию 122 и болтовую секцию 124. Он имеет коническую внутреннюю поверхность с пазами, согласованную с типом фланцев 114 и 120. Диаметр паза с полностью вставленным болтом 118 несколько меньше, чем согласованные наклонные поверхности фланцев 114 и 120, так что при затягивании болта 118 два фланца придавливаются друг к другу, зажимая уплотнение 93С между ними, и образуется совместимое с вакуумом уплотнение. Авторы определили, что предпочтительно применять сжатие силой 400 фунтов для гарантии требуемого вакуумного уплотнения. Для этого необходимо приложить крутящий момент около 40 дюймов на фунт к рукоятке болта 118 первого прессуемого кольцевого зажима. В этом предпочтительном варианте рукоятка имеет длину всего 1 дюйм, поэтому большинству механиков понадобится скоростной гаечный ключ (или подобный инструмент) для обеспечения 40 дюймов на фунт. При двухдюймовой рукоятке уплотнение можно обеспечить усилием пальцев. Второй легко уплотняемый кольцевой прессуемый зажим, показанный на фиг.8Е, прижимает два конических фланца друг к другу, когда изогнутое плечо рычага 119 придавливается на место к окружности кольца. Зажим открывается путем поворота рычага от окружности кольца, после чего две половины кольцевого зажима можно разделить. Авторы оценили, что усилие 40 фунтов, приложенное к концу плеча рычага 119, обеспечивает сжимающее усилие около 400 фунтов на c-образном уплотнении 93С. Эта конструкция зажима базируется на конструкции серийно выпускаемых зажимов, известных как коленно-рычажные зажимы вытяжного действия.

Эта уплотнительная система имеет следующие важные преимущества:

(1) уплотнение можно сформировать за незначительное время (около 1-2 минут);

(2) получается отличное вакуумное уплотнение;

(3) исключается существенная вибрационная связь между камерой и оптическими компонентами;

(4) уплотнение относительно дешево по сравнению с большинством других методов вакуумного уплотнения.

Уплотнение между фланцевой частью 93В и 93А выполняют с использованием металлического c-образного уплотнения 93С, расположенного между двумя частями, как показано на фиг.8А, с использованием прессуемого кольцевого зажима 93D, показанного на фиг.80. Металлическое уплотнение посажено в паз 110. Уплотнения в этих вариантах реализации выполнены слегка овальными, чтобы соответствовать круглому пазу 110. Более длинный диаметр уплотнительного c-образного кольца равен 1,946 дюйма, а более короткий диаметр - 1,84 дюйма. Пружинное усилие овального c-образного уплотнительного кольца прижимает его к краю паза 110, что препятствует выпадению c-образного уплотнительного кольца во время сборки. Сильфонная часть 93А содержит кольцевой выступ 112, который защищает уплотнительное кольцо 93С от царапин, создаваемых частью 93 В, когда эти две части скользят относительно друг друга во время сборки.

Поперечный поток продувочного газа

Авторы установили экспериментальным путем, что F₂ лазеры при высоких частотах следования, таких как 4000 Гц, и нескольких миллиджоулей на импульсный пучок будут подвергаться переходным процессам расходимости и отражения, вызванным взаимодействием пучка с продувочным газом. Авторы также установили, что эти эффекты можно минимизировать путем формирования продувочных потоков поперечно пути прохождения пучка. Авторы нашли несколько способов для реализации указанного режима. Четыре таких способа показаны на фиг.19С1, 19С2, 19С3 и 19С4. На фиг.19С1 и 2 показаны дефлекторы на пути прохождения пучка, которые обеспечивают поперечный продувочный поток. На фиг.19С3 показан вентилятор на линии продувки для рециркуляции продувочного газа, а на фиг.19С4 продувочный поток направляется продувочными соплами поперечно к пути прохождения пучка.

Лазер-визир

Обеспечение огражденного пути продувки вакуумного типа усложняет юстировку лазерной оптической системы. В известных системах продувочный путь нужно разбить, чтобы ввести небольшой лазер-визир видимого света. В предпочтительных вариантах реализации небольшой лазер видимого света можно включить как постоянную часть на пути прохождения пучка, которая очень полезна во время операций по обслуживанию. Предпочтительно в качестве лазера-визира используется лазер на гелии и неоне или небольшой диодный лазер, установленный на задней стороне высоко отражающего зеркала 10D, которое в этой конструкции должно состоять из пластины CaF, имеющей диэлектрическое отражающее покрытие, предназначенное для отражения очень высокой части 157 нм ультрафиолетового света, но передающее высокую часть видимого света. Лазер-визир можно использовать для юстировки всего пути прохождения пучка через ЗГ, УМ и расширитель импульса без прерывания пути прохождения пучка. (Понятно, что любая оптическая система выбора линии изменит направление лазера-визира. Оптику выбора линии можно удалить для юстировки остальной части системы, или можно отрегулировать направление пучка юстировочного лазера-визира для учета оптики выбора линии).

Преимущества пути пучка с вакуумным качеством

Продувочная система вакуумного качества, описанная выше, представляет основное усовершенствование для обеспечения долгосрочной работы эксимерного лазера, особенно F₂ лазеров. В ней в основном решены проблемы загрязнения, что обуславливает значительное увеличение срока службы компонентов и улучшение качества пучка. Кроме того, поскольку исключается утечка за исключением выпускных окон, поток можно регулировать до получения требуемых величин, что позволяет снизить потребность в N₂ почти на 50 процентов.

Герметичный блок затвора с измерителем мощности

В первом предпочтительном варианте реализации изобретения предусмотрен уплотненный затвор 500 со встроенным измерителем мощности, как показано на фиг.20, 20А и 20В. В этом важном усовершенствовании затвор выполняет две функции: во-первых, он действует как затвор, блокирующий лазерный пучок, и, во-вторых, как измеритель полной мощности пучка для контролирования мощности пучка, когда требуется измерение.

На фиг.20 представлен вид сверху, показывающий основные элементы блока затвора. Они включают в себя затвор 502, дамп 504 пучка и измеритель 506 мощности. Путь выходного пучка лазера с затвором в закрытом положении показан как 510 на фиг.20. Путь с открытым пучком показан как 512. Активная поверхность затвора элемента остановки 516 пучка расположена под углом 45° к направлению пучка, выходящего из камеры, и, когда затвор закрыт, пучок поглощается поверхностью затвора и отражается к дампу 504 пучка. Как активная поверхность дампа пучка, так и активная поверхность затвора покрыты хромом для высокого поглощения пучка. В этом варианте элемент 516 остановки пучка установлен на гибком пружинном стальном рычаге 518. Затвор открывается при подаче тока в катушку 514, как показано на фиг.20В, которая тянет гибкий рычаг 518 и элемент 516 остановки пучка к катушке, отводя элемент 516 остановки пучка с пути выходного лазерного пучка. Затвор закрывается при прекращении потока тока через катушку 514, что позволяет постоянным магнитам 520 притянуть элемент 516 остановки пучка и гибкий рычаг 518 обратно в закрытое положение. В предпочтительном варианте реализации поток тока тщательно подбирается для обеспечения легкого перемещения этих элемента и рычага между открытым и закрытым положениями.

Измеритель 506 мощности работает аналогичным образом, помещая пироэлектрический фотодетектор на пути прохождения выходного лазерного пучка, как показано на фиг.20 и 20А. В этом случае катушка 520 и магниты 522 притягивают детекторный блок 524 и его гибкий рычаг 526 на путь прохождения пучка и от него для измерения выходной мощности. Этот измеритель мощности может работать как с открытым, так и закрытым затвором. Ток подается в катушку так же, как и в случае с затвором, управляемую для обеспечения легкого перехода блока 524 на путь прохождения пучка и из него.

Улучшенная поляризация с углом окон камеры больше, чем угол Брюстера

Известные окна камеры часто располагают под углом Брюстера, чтобы обеспечить около 100% передачи в направлении s-поляризации при примерно 58% в направлении p-поляризации. В других известных конструкциях окна располагают под углом около 45 градусов, в этом случае передача s-поляризации немного меньше, а p-поляризации немного больше указанных значений.

Для F₂ лазеров авторы определили, что при расположении окон камеры под углом несколько меньше угла Брюстера существует значительная конкуренция в области усиления между s- и p-поляризациями. Это вызвано тем, что обычно в области разряда F₂ лазеров существует очень большое усиление по сравнению с KrF и ArF лазерами. Эта конкуренция не желательна, так как в большинстве применений свет с s-поляризацией не полезен и обычно теряется как нежелательное тепло. Поэтому существует необходимость в минимизации s-поляризации, создаваемой в лазере.

Предпочтительным легкореализуемым методом является существенное увеличение угла падения для окон камер по сравнению с углом Брюстера. Например, при угле Брюстера для пучка F₂ 157 нм передается около 100% p-поляризации и около 83% s-поляризации.

Если увеличить угол падения до 64°, передача p-поляризации уменьшится до около 99%, но при этом будет передаваться только 76% s-поляризации. Так как в задающем генераторе выходной свет из области усиления делает около двух проходов через каждое из двух окон (для 4 проходов через окна и 2 поверхностей для каждого окна), отношение этих двух поляризаций в выходном пучке (если допустить, что углы окон равны 64°) составляет:

В испытаниях на окнах с углом 47° авторы получили около 72% света с p-поляризацией и 28% с s-поляризацией.

При изменении угла окон на 64° и добавлении дополнительного окна с углом 64° перед высокоотражающим зеркалом 10D согласно фиг.1 процент s-поляризации в выходном пучке уменьшается до около 4%, а остальные 96% света имеют p-поляризацию.

В настоящее изобретение можно внести различные модификации, не изменяющие его объема. Для специалистов будет очевидно множество других возможных вариантов. Например, импульсная схема питания может быть обычной схемой до выхода импульсного трансформатора 56, изображенного на фиг.5А. Такое решение позволяет дополнительно уменьшить колебания, как поясняется в заявке на патент США №09/848043, упоминаемой здесь в качестве ссылки. Фиг.3В этой заявки из уровня техники с изображением входа и выхода импульсного трансформатора включена в настоящую заявку как фиг.13 для удобства читателя. Другие конфигурации теплообменника могут быть очевидными модификациями изображенной здесь конфигурации. Например, все четыре узла можно объединить в один. Значительные преимущества может обеспечить использование ребер на теплообменнике гораздо большего размера для уменьшения эффектов быстрого изменения температуры газа, которые происходят в результате работы лазера в пакетном режиме. Понятно, что при исключительно высоких частотах импульсов управление с обратной связью на энергии импульса не обязательно должно быть достаточно быстрым, для управления энергией конкретного импульса с использованием непосредственно предшествующего импульса. Например, можно предусмотреть способы управления, в которых измеренная энергия конкретного импульса используется для управления вторым или третьим последующим импульсом. Можно использовать многие другие компоновки, отличные от компоновки, изображенной на фиг.1. Например, камеры можно установить рядом, или расположить УМ снизу. Кроме того, второй лазерный блок можно выполнить как подчиненный генератор, включив в него выходной ответвитель, например частично отражающее зеркало. Возможны и другие варианты. Кроме тангенциальных вентиляторов можно использовать и другие вентиляторы. Это может потребоваться при частоте повторения, намного превышающей 4 кГц. Вентиляторы и теплообменник можно расположить снаружи разрядных камер. Можно также использовать способы расчета времени импульса, описанные в заявке на патент США №09/837035 (упоминаемой здесь в качестве ссылки). Можно использовать способы выбора линии, отличные от описанной выше пятипризменной конструкции. Например, сильную линию можно выбирать, используя 3, 4 или 6 призм и применяя методы конструирования, описанные выше. Может быть предпочтительным производить точные измерения ширины полосы. Это можно сделать с помощью эталона, имеющего меньший свободный спектральный диапазон, чем эталоны, описанные выше. Для точного измерения ширины полосы можно приспособить другие хорошо известные методы. Таким образом, представленное выше описание не следует рассматривать как ограничительное, а объем изобретения следует определять на основании прилагаемой формулы изобретения и законных эквивалентов.

Изобретение относится к лазерной технике, к двухкамерным узкополосным газоразрядным лазерам, и может быть использовано в качестве источника света для литографии интегральных схем. Предусмотрено две отдельные газоразрядные камеры, одна из которых является частью задающего генератора, генерирующего очень узкополосный затравочный пучок, который усиливается во второй разрядной камере. Камерами можно управлять отдельно. Каждая камера содержит один тангенциальный вентилятор, обеспечивающий достаточный поток газа, который позволяет работать с частотой импульсов 4000 Гц или выше благодаря удалению продуктов разряда из области разряда за время меньше, чем приблизительно 0,25 миллисекунд между импульсами. Задающий генератор снабжен блоком выбора линии для выбора самой сильной спектральной линии F₂. Технический результат - улучшение конструкции импульсного газоразрядного F₂ лазера для работы с частотой следования 4000 импульсов в секунду или выше, возможность регулирования параметров пучка, включая длину волны и энергию импульса. 2 н. и 152 з.п. ф-лы, 23 ил.

1. Система очень узкополосного двухкамерного газоразрядного F₂ лазера с высокой частотой следования, содержащая

A) первый лазерный блок, содержащий

1) первую разрядную камеру, вмещающую

a) первый лазерный газ,

b) первую пару удлиненных удаленных друг от друга электродов, образующих первую область разряда,

2) первый вентилятор для обеспечения достаточных скоростей первого лазерного газа в первой области разряда для удаления из первой области разряда после каждого импульса по существу всех образовавшихся в результате разряда ионов перед следующим импульсом при работе с частотой следования в пределах 4000 импульсов в секунду или выше,

3) первую систему теплообменника, выполненную с возможностью удаления по меньшей мере 16 кВт тепловой энергии из первого лазерного газа,

B) блок выбора линии для минимизации энергии за пределами спектра одной выбранной линии,

C) второй лазерный блок, содержащий

1) вторую разрядную камеру, вмещающую

а) второй лазерный газ,

b) вторую пару удлиненных удаленных друг от друга электродов, образующих вторую область разряда,

2) второй вентилятор для обеспечения достаточных скоростей второго лазерного газа во второй области разряда для удаления из второй области разряда после каждого импульса по существу всех образовавшихся в результате разряда ионов перед следующим импульсом при работе с частотой следования в пределах 4000 импульсов в секунду или выше,

3) вторую систему теплообменника, выполненную с возможностью удаления по меньшей мере 16 кВт тепловой энергии из второго лазерного газа,

D) импульсную систему питания, выполненную с возможностью подачи к первой паре электродов и второй паре электродов электрических импульсов, достаточных для генерации лазерных импульсов с частотой около 4000 импульсов в секунду с точно регулируемой энергией импульсов выше около 5 мДж,

Е) систему измерения и управления лазерным пучком для измерения энергии выходных лазерных импульсов, генерированных системой двухкамерного лазера, и управления выходными лазерными импульсами в устройстве управления с обратной связью, причем выходные лазерные пучки из первого лазерного блока используются в качестве затравочного пучка для затравки второго лазерного блока.

A) первый лазерный блок, содержащий

1) первую разрядную камеру, вмещающую

a) первый лазерный газ,

b) первую пару удлиненных удаленных друг от друга электродов, образующих первую область разряда,

2) первый вентилятор для обеспечения достаточного движения первого лазерного газа в первой области разряда для удаления из первой области разряда после каждого газового разряда по существу всех образовавшихся в результате разряда ионов перед следующим газовым разрядом при работе с частотой следования в пределах 4000 газовых разрядов в секунду или выше,

3) первую систему теплообменника для удаления тепловой энергии из первого лазерного газа,

B) блок выбора линии для минимизации энергии за пределами спектра одной выбранной линии,

C) второй лазерный блок, содержащий

1) вторую разрядную камеру, вмещающую

a) второй лазерный газ,

b) вторую пару удлиненных удаленных друг от друга электродов, образующих вторую область разряда,

2) второй вентилятор для обеспечения достаточного движения второго лазерного газа во второй области разряда для удаления из второй области разряда после каждого газового разряда по существу всех образовавшихся в результате разряда ионов перед следующим газовым разрядом при работе с частотой следования в пределах 4000 газовых разрядов в секунду или выше,

3) вторую систему теплообменника для удаления тепловой энергии из второго лазерного газа,

D) импульсную систему питания, выполненную с возможностью подачи к первой паре электродов и второй паре электродов электрических импульсов, достаточных для генерации лазерных выходных импульсов с частотой около 4000 лазерных выходных импульсов в секунду с точно регулируемой энергией лазерных выходных импульсов выше около 5 мДж,

Е) систему измерения и управления лазерным пучком для измерения энергии лазерных выходных импульсов, генерированных системой двухкамерного лазера, и управления лазерными выходными импульсами в устройстве управления с обратной связью, причем выходные лазерные пучки из первого лазерного блока используются в качестве затравочного пучка для затравки второго лазерного блока.