CN101160698A - 极高能、高稳定性的气体放电激光的表面处理系统 - Google Patents

Abstract

揭示了一种气体放电激光结晶装置和方法，用于执行工件衬底中晶体组成或方向的转变，该装置和方法可包括：多腔室激光系统，该系统包括第一激光单元，以及激光定时和控制模块，所述激光定时和控制模块用于在3纳秒左右创建传送第二放电区域的气体放电，并且作为POPO，组合光学器件组合各输出光束并定时在预定时间的3纳秒左右创建组合输出中的脉冲间隔。

Description

极高能、高稳定性的气体放电激光的表面处理系统

技术领域

本发明涉及用于涉及使用激光在大区域上并且以高重复率进行激光表面处理和/或衬底处理的制造过程的高功率、高稳定性气体放电激光器。

相关申请

本申请是以下申请的部分继续申请：申请序列号为10/722,992题为“VERYHIGH ENERGY，HIGH STABILITY GAS DISCHAREGE LASER SURFACETREATMENT SYSTEM”(极高能、高稳定性的气体放电激光的表面处理系统)于2003年11月26日提交的美国专利申请；序列号为10/631,349题为“CONTROLSYSTEM FOR TWO CHAMBER GAS DISCHARGE LASER”(双室气体放电激光器的控制系统)于2003年7月30日提交的美国专利申请；序列号为10/233,253题为“LITHOGRAPHY LASER WITH BEAM DELIVERY AND BEAM POINTINGCONTROL”(具有光束传送和光束指向控制的光刻激光器)于2002年8月30日提交的美国专利申请；序列号为10/012,002专利号为6,625,191并于2001年11月30日提交的题为“VERY NARROW BAND，TWO CHAMBER，HIGH REP RATEGAS DISCHARGE LASER SYSTEM”(极窄带宽、双室、高重复率的气体放电激光系统)的美国专利申请，其发明人是Knowles等人，在2002年10月24日公开，公开号为US20020154668A1；序列号09/943,343专利号为6,567,450并于2001年8月29日提交的题为“VERY NARROW BAND，TWO CHAMBER，HIGH REPRATE GAS DISCHARGE LASER SYSTEM”(极窄带宽、双室、高重复率的气体放电激光系统)的美国专利申请，其发明者是Myers等人，在2002年4月18日公开，公开号为US20020044586A1；申请序列号为09/837,035专利号为6,618,421并于2001年7月30日提交的题为“HIGH REPETITION RATE GAS DISCHARGELASER WITH PRECISE PULSE TIMING CONTROL”(具有精确脉冲定时控制的高重复率的气体放电激光)的美国专利申请，其发明者是Das等人，在2002年1月31日公开，公开号为US/20020012376A1；且其全部公开内容通过引用结合于此。

本申请与以下申请有关：申请序列号为10/607,407题为“METHOD ANDAPPARATUS FOR COOLING MAGNETIC CIRCUIT ELEMENTS”(冷却磁路元件的方法和装置)的美国专利申请，其律师案号为2003-0051-01并于2003年6月25日提交；申请序列号为10/606,412，题为“METHOD AND APPARATUS FORELECTRICALLY INTERCONNECTING HIGH VOLTAGE MODULESPOSITIONED IN RELATIVELY CLOSE PROXIMITY”(用于电连接相对靠近地放置的高压模块的方法和装置)的美国专利申请，其律师案号为2002-0042-01并也于2003年6月25日提交；申请序列号为10/036,727题为“TIMING CONTROL FORTWO-CHAMBER GAS DISCHARGE LASER SYSTEM”(双室气体放电激光系统的定时控制)并于2001年12月21日提交的美国专利申请；申请序列号为10/141,201题为“GAS DISCHARGE ULTRAVIOLET LASER WITH ENCLOSED BEAM PATHWITH ADDED OXIDIZER”(使用附加氧化装置的具有封闭光束路径的气体放电紫外线激光)并于2002年5月7日提交的美国专利申请；申请序列号为10/356,168题为“AUTOMATIC GAS CONTROL SYSTEM FOR A GAS DISCHARGE LASER”(用于气体放电激光的自动气体控制系统)并于2003年1月31日提交的美国专利申请；申请序列号为09/848,043于2001年5月3日提交的题为“INJECTIONSEEDED LASER WITH PRECISE TIMING CONTROL”(具有精确定时控制的种子注入式激光)的美国专利申请，其发明者为Ness等人并于2002年7月4日公开，公开号为20020085606；申请序列号为10/141,201题为“GAS DISCHARGEULTRAVIOLET LASER WITH ENCLOSED BEAM PATH WITH ADDEDOXIDIZE”(使用附加氧化装置的具有封闭光束路径的气体放电紫外线激光)并于2002年5月7日提交的美国专利申请，其发明者为Pan等人并于2002年11月14日公开，公开号为US20020167986A1；申请序列号为10/036,727于2001年12月21日提交的题为“TIMING CONTROL FOR TWO-CHAMBER GASDISCHARGE LASER SYSTEM”(双室气体放电激光系统的定时控制)并于2001年12月21日提交的美国专利申请，其发明者为Ershov等人并于2003年5月29日公开，公开号为US20020099269A1；申请序列号为10/012,002题为“VERYNARROW BAND，TWO CHAMBER，HIGH REP RATE GAS DISCHARGE LASERSYSTEM”(极窄带宽、双室、高重复率的气体放电激光系统)并于2001年11月30日提交、现已成为的美国专利号6,625,191的申请；申请序列号为09/837,035题为“HIGH REPETITION RATE GAS DISCHARGE LASER WITH PRECISEPULSE TIMING CONTROL”(具有精确脉冲定时控制的高重复率的气体放电激光)并于2001年4月18日提交的申请，其现已成为美国专利6,619,421、和专利号为6,016,325题为“MAGNETIC MODULATOR VOLTAGE AND TEMPERATURETIMING COMPENSATION CIRCUIT”(磁性调节器电压和温度的定时补偿电路)的美国专利、专利号为6,067,306题为“LASER-ILLUMINATED STEPPER ORSCANNER WITH ENERGY SENSOR FEEDBACK”(具有能量传感器反馈的激光照亮的步进电动机或扫描仪)的美国专利，系于2000年5月23日授予Sandstrom等人的；申请序列号为09/451,995题为“LONG-PULSE PULSE POWER SYSTEMFOR GAS DISCHARGE LASER”(用于气体放电激光的长脉冲的脉冲功率系统)并于1999年11月30日提交的美国专利申请；题为“LONG DELAY AND HIGH TISPULSE STRETCHER”(长延时和高TIS脉冲的展宽器)并于2003年11月13日提交，律师案号为2003-0109-01；申请序列号为09/854,097题为“FOUR KHZ GASDISCHARGE LASER”(4KHz的放电激光)并于2001年5月11日提交的美国专利申请；专利号为6,128,323题为“RELIABLE，MODULAR PRODUCTIONQUALITY NARROW-BAND HIGH REP RATE EXCIMER LASER”(可靠、模块化生产、高质量、窄带宽、高重复率的受激准分子激光)的美国专利；以及专利号为6,067,311题为“EXCIMER LASER WITH PULSE MULTIPLEXER”(具有脉冲多路传输器的受激准分子激光)的美国专利，全部公开内容通过引用结合于此。

背景技术

薄膜晶体管(“TFT”)是众所周知的用于制造例如常在例如膝上型计算机上使用的液晶二极管(“LCD”)屏幕的技术。多晶硅(Poly-Si)TFT屏幕比例如非晶硅(aSi)TFT LCD屏幕要明亮并且更容易看得清，但会消耗更多能量，且通常也更昂贵，这部分地归因于当前可用的制造技术，尤其归因于当前可用的制造技术中的某些限制对于生产产量的影响。

不但从平板显示器性能角度而言，而关系到可以达到的生产产量，aSi LCD衬底外表面的热处理目前都是一种至关重要的工艺。例如，将TFT-热处理用于高分辨率平板显示器的生产是众所周知的。使用例如受激准分子或分子气体放电激光来促使非晶硅(A-Si)进行激光诱导结晶以产生例如多晶硅(Poly-Si)也是众所周知的。该工艺过程-及其非常准确的控制和操作-是下一代TFT设备的关键技术。没有这种技术，例如平板显示器的装置将无法提供所要求的极佳分辨率和亮度、大视角以及高像素刷新率，而当技术向前发展时恰恰就需要这样的显示技术。

多晶硅TFT技术因为能使寻址和时钟电路集成在活动板上而代表了平板显示器未来发展的一条重要途径。为此目的出现了两种技术：或者是通过在电路区域中进行局部激光热处理，或者是通过单块集成电路法将多晶硅应用于阵列和电路TFT。英国Surrey的菲利普研究工作实验室(Philips Research Laboratoies)的J.Yres等人在1993年5月11日的亚洲技术信息计划(ATIP)会议中发表的“LowTemperature Poly-Si For Liquid Crystal Display Addressing”(用于液晶显示屏寻址的低温多晶硅)(http://www.atip.org/ATIP/public/atip.reports.93/mita-lcd.93.html)。

从现有光源系统中对激光的输出加以选择使其中央波长最适宜所涉及的工艺过程也是众所周知的，例如在热处理的情形中，要以最大程度使光线穿透正在处理(例如热处理)的材料的表面而进入，且以足够高的能量的入射在该表面上来例如实施对材料必要深度的热处理。在其它情形中，所处理着的具体材料还会对有关处理(例如热处理)在不同的中央波长上作出不同的响应，从而影响对具体中央波长的选择。

本领域所熟知的气体放电激光器不可能提供无限的中央波长光谱，因为气体放电中所使用气体支配着在任一具体激光室内所发生的物理及化学反应。

受激准分子或其它气体放电激光器，尤其是氙氯(XeCl)卤素气体放电激光器可用于上述热处理类型也是众所周知的。诸如德国Lambda-Physik的公司提供诸如Lambda-Physik“STEEL 2000”的产品，它具有以下操作参数：

波长                                                  308纳米

稳定能量                                              1030毫焦

稳定平均功率                                          310瓦(308纳米时)

最大重复率                                            300赫兹

脉冲宽度(FWHM类)                                      29±5纳米

脉冲-脉冲的能量稳定性(3σ)                            ≤5.4％

与均值的最大脉冲能量偏移(最大能量-平均能量)           ≤8.5％

光束尺寸(FWHM类)(距光束出口1米)                       (40±3)×(13±2)平方毫米

光束发散度(FWHM类)(10赫兹处)                          ≤4.5x≤1.5毫弧度

角度指向稳定性(FWHM类)                                ≤0.45x≤0.15毫弧度

(距光束出口1米)

气体寿命                                              ＞40×10⁶脉冲

激光管期望寿命                                        1×10⁹脉冲

光束高度                                              1235±20纳米

具有约1焦和300赫兹性能的这种激光，几乎处在当代玻璃衬底的性能要求的边缘之上。下一代(第5代)的1250毫米×1100毫米的玻璃衬底将需要好得多的性能，例如更高的激光能量、更高的重复率，同时还要保持诸如脉冲稳定性、光束属性等的参数。随着要求因平板显示器技术的发展(例如玻璃衬底的大小提高到了例如1250毫米×1100毫米)而变得更为严格，所需的激光能量将至少要提高2倍，达到2焦/脉冲。由例如Lambda-Physik提议的方法是以组合两个激光器，例如用一个光束均质器来组合两个激光器的两个光束。然而，因为添加了均质器，使用两个激光器就增大了成本，也就增加了耗材的成本并增加了维护停工期。除均质器外，相关联的传送光学仪器也变得更加复杂。

在某些应用中使用POPA配置是众所周知的，如在C.Rhodes等人编著的“American Institute of Physics，Excimer Lasers-1983”(年美国物理学会受激准分子激光-1983)，第172-176页的B.Wexler等人的“Use of XeCl amplifiers for degeneratefour-wave mixing”(将XeCl放大器用于简并四波混频)。在1986年，位于美国麻省Billerica的受激准分子激光公司Questek引入了基于POPA技术的100瓦KrF激光器。然而，因为缺乏信号抖动/定时控制技术-部分原因是PO和PA是闸流管开关的，该产品立即退出了市场。

因此，需要有更佳的解决方案来应对将激光应用于表面和材料处理技术的日益增长的要求，例如原因TFT热处理和/或从A-Si薄层大规模地制造多晶硅。

发明内容

揭示了一种气体放电激光结晶装置和方法，用于执行工件衬底中的晶体组成或取向的转变，该装置和方法可包括：一多室激光系统，该系统包括由第一和第二气体放电室组成的第一激光单元，其中每个气体放电室内都有一对细长、相对、分开放置的电极，形成细长的气体放电区域；一激光气体，其包含在放电室内并且包括为在对工件上所执行的结晶处理最优化的中央波长上产生激光而选择的卤素和惰性气体；一电源模块，其包括一DC电源；第一及第二脉冲压缩和电压递升电路，其与DC电源相连并相应电极相连、且包括多级零头递升变压器(multistagefractional step up transformer)和固态触发开关，其中的变压器具有多个串联连接的初级线圈以及单个穿过这多个初级线圈的每一个的次级线圈；以及一激光器定时和控制模块，它可操作用于基于相应的第一及第二脉冲压缩和电压递升电路的操作参数来定时相应的固态开关的闭合，以实现第一和第二激光单元或作为POPA配置的激光系统或作为POPO配置的激光系统而运行，以产生单个输出激光脉冲束。作为POPA，激光系统中继光学器件可用于将第一输出激光脉冲束从第一激光单元导入第二气体放电室；且定时和控制模块运作以在第一输出激光脉冲束在第二放电区域内传送的前后3纳秒内，在第二对电极之间引起气体放电；而作为POPO，组合光学器件组合各输出光束，定时则在组合的输出中创建脉冲间隔，这个间隔是预选定的时间加上或减去3纳秒。可以包括一个光束传送单元和一个脉冲展宽器，而定时和控制可以是基于脉冲压缩和电压递升电路中表示充电电压和组件温度的信号进行控制的处理器。

附图说明

图1A和1B示出根据本发明一实施例的多室激光系统的框图部分示意图的侧视图和顶视图；

图2示出本发明一实施例的框图示意图；

图2A示出本发明一实施例的框图示意图；

图3示出本发明一实施例的框图示意图；

图4示出本发明一实施例的固态脉冲功率系统的框图示意图；

图5示出根据本发明一实施例的图4所示整流器模块的更详细示图；

图6示出根据本发明一实施例从图4所示压缩头模块对腔室模块中峰化电容器充电的时序图；

图7示出图4所示压缩头和腔室模块的更详细视图；

图8示出根据本发明一实施例的定时和控制模块的框图示意图；

图9示出应用于本发明一实施例的时序图。

具体实施方式

本发明期望将申请人之受让人现有的氟化物基受激准分子技术扩展至例如用于表面和材料处理应用的XeCl激光器。特别地，该激光可用来提高现有系统对平板显示器的大面积热处理(TFT热处理)的能力，例如前述的Lambda-Physik公司的XeCl激光(1焦、300赫兹)。

如本发明所展望，揭示了一种高功率高能量XeCl激光器，该激光器可优化地用于例如平板显示器的第五代玻璃板的大面积热处理。根据本发明还提供一种高效光束传送单元，该单元可以几百毫米长1毫米的若干分之一宽(例如370毫米×0.4毫米)的细长狭口的形式传送恒定的流量。

基于玻璃衬底的蓝图，衬底大小将增加为1250毫米×1100毫米。这将要求将激光能量和功率提高2倍，增至2焦/脉冲。Lambda-Physik所提议的方法是组合两个激光器，如下所示。然而，使用两个激光器增加消耗品成本和停工期。相关联的传送光学器件也会变得更加复杂。根据本发明的一个实施例，申请人期望在该节点-2焦/脉冲300赫兹激光器(即约600瓦)-上利用本发明的各个实施例。

根据申请人的评估和发现，基于单个商用激光振荡器的设计因为对气体放电类激光器的电极之间要求极大的放电容积而无法产生2焦/脉冲。例如，XeCl激光的能量/压力(“E/P”)比约为1千伏/厘米-大气压(kV/cm-atm)。即使使用申请人之受让人的脉冲功率系统今天能够传送的极高电压，例如30kV，也只能考虑在总压为4个大气压时约为3.5厘米的放电间隙。这种通常具有2厘米放电宽度的放电间隙，将需要约1.4米长的室内电极，与目前通常使用的略小于1米的电极形成对照。出于至少两个原因，这种1.4米的长度并不实用：(1)因对不实用的腔室长度的需要，这将例如造成在高压下腔室结构出现问题，并且可能导致切线鼓风机要求和性能的问题，以及(2)因所估算的0.06/cm的较小信号增益，该长度极接近于1.7米的最大值，超出该值激光就超辐射了，即放大的自发发射(“ASE”)将高到足以引发问题，例如因为在约308纳米的中央波长周围固有例如XeCl带宽外有极宽带的ASE，而使效率丧失。

根据本发明，多室激光系统可被配置成把一个腔室的激光输出作为种子光束送往第二室。当前，申请人之受让人提高一个称为“XL”平台的产品系列，其中有作为谱线极窄的主振荡器(very highly line narrowed master oscillator)运作的第一腔室，它牺牲大量的输出功率来获得极窄的谱线收缩(very narrow linenarrowing)，例如用于传送在例如集成电路光刻中使用的基本单色的激光输出。被称为主振荡器(“MO”)的振荡器的这种低功率窄谱线激光输出随后在作为功率振荡器(“PA”)运作的第二气体放电激光室中被高度放大。

根据本发明，该两室激光系统以功率振荡器功率放大器(POPA)构型进行配置。根据本发明的一个实施方式，两个腔室各自都具有在长度约为1米的细长电极之间的3.5厘米的电极间隙。这种功率振荡器可产生0.5～0.7焦。这随后可足以使放大器饱和(对于100纳秒脉冲，通常饱和密度约为100毫焦/平方厘米)。PO效率约为0.2％，这是典型的。根据本发明的一个实施方式，效率的限制因素为受激准分子或例如氟分子转换成激光光子的转换效率。受激双体(dimmer)中约50％在能量从激光中提取出来之前就失之于荧光。

然而，根据本发明的一个实施方式，所提议的POPA方案中，如果作为单机振荡器(即POPO系统)操作，则PA提取效率会比2％高得多。申请人还相信，PA的效率可高达或大于约4％。因而，对PO的35焦电输入以及35焦的激光输出从PO到PA，预计可以使激光系统的整体输出达约2焦，这就表示仅有2.9％的效率要求。一种可以相比较的2焦单振荡器系统会需要给气体放电电极每个电脉冲100焦的能量。

该每个脉冲2焦的输出现在可有效地耦合到光束传送单元，而不会有其它提案相关的丧失和光束混合器的复杂性。

相同POPA概念可应用于例如较低能量脉冲系统。在另一配置中，给PO和PA的输入能量可以是4焦/脉冲。在例如2.9％的整体效率下，输出以高得多的重复率(例如4KHz)达每个脉冲(约)250毫焦，这仍将能产生适于例如上述应用的1kW激光。根据本发明一实施例，极精确地控制各个腔室中各脉冲之间时序的能力还增加了根据本发明一实施例以双脉冲模式在约8KHz左右操作激光器的可能性。在这种模式上，PA也可以是PO，且来自每个PO的交错脉冲可任选地组合到单一输出路径中，如以下所全面描述。间隔例如850纳米并具有长周期的两个脉冲可用来有利地创建例如p-Si晶体生长的高级可移动性和统一性，如T.Kudo等人在2003年春Mat.Res.Soc.Symp.Proceedings第762卷第1-6页的文章“AdvancedLateral Crystal growth of a-Si Thin Film by Double Pulsed Irradiation of All Solid-stateLasers”(通过所有固态激光的双脉冲辐射非晶硅薄膜的高级横向晶体生长)。其它人已陈述，先前的受激准激光缺乏某些性能特征来有效或高效地用于例如TFT热处理的这些处理中，这归因于例如较低的能量密度和/或脉冲重复率和/或脉冲稳定性，如A.Voutsas在Applied Science(2003)中的“a New Era of Crystallization：Advances in Poly-silicon Crystallization and Crystal Engineering”(结晶化的新纪元：多晶硅结晶化和结晶工程学中的进步)、以及R.Dassow在2000年春Mat.Res.Soc.Symp.Proceedings第762卷的文章“Nd：YVO4 Laser Crystallization for Thin FilmTransistors with a High Mobility”(具有高移动性的薄膜晶体管的Nd:YVO4激光结晶化)中所述。以上提及的预期方法包括例如双脉冲二极管泵激固态激光，其频率是532纳米绿色激光的两倍。然而，这些方案不可能符合日新月异的要求。

但是，根据本发明一实施例的受激准父子激光可被配置成传送高得多的功率和能量、稳定的脉冲-脉冲，包括极精确定时并分隔的交错脉冲、并延长脉冲。

因此，根据本发明一实施例，申请人提议的是基于申请人之受让人的XL产品系列中所实现的申请人之受让人MOPA体系结构来提供一种例如XeCl POPA。根据本发明一实施例的该XeCl激光器会是宽带的(即不做谱线收缩的XeCl受激准分子激光的固有光谱)。因此，根据本发明一实施例，将不需要申请人之受让人XLA产品系列中的谱线收缩模块及波长和线宽测量设备，从而节约成本和整体效率。

XLA中的MO将由图1A和1B中所示的PO 10替代，PO 10包括腔室12，完全反射光学器件14，例如替代谱线收缩模块的全反射镜18，以及输出耦合器16，这些一起形成了PO 10的共振腔。根据本发明一实施例，来自PO的激光输出光束可双通经过PA 20的腔室22，以从PA 20提取全部能量。PO 10的输出通过全反射镜14反射到偏置镜24，该偏置镜将光束反射到PA中，并沿未与PA 20内细长电极(未示出)对齐的路径射至一对完全反射镜25a和26b(或一完全内部反射棱镜，未示出)，以创建光线沿腔室22中电极(未示出)的中心轴(也是PA20通过PA20的输出耦合器28的输出的光学轴线)通过PA 20的第二通路。根据本发明一实施例，分别在PO 10和PA 20输出上的能量传感器30、32可检测例如POPA输出能量。

申请人之受让人的XLA产品系列具有支持例如这种XeCl激光在高重复率上的操作所必需的所有技术，包括远在300Hz以上者。这支持以极高重复率的极高能量激光系统光线输出脉冲的形式传送所需高输出能量的能力。这些支持技术包括极高效固态脉冲功率系统模块(“SSPPM”)；无抖动操作，因为有抖动控制技术，可保持分别在PO和PA中的细长气体放电电极上发出的电脉冲之间的至关重要的相对时序；水冷却模块和极高速控制器。因此所提议的POPA将是2焦/脉冲的高功率光源，根据本发明一实施例，重复率约为500Hz，或0.25焦/脉冲、4KHz，即任意情况下为1000W激光。

现在参看图2，示出根据本发明一实施例的表面/衬底处理系统的框图示意图。POPA 40的输出可在激光系统输出光束传送到光束传送单元(“BDU”)60时或之前，在脉冲展宽器50中进行脉冲展宽。BDU还可具有一光束分析模块(“BAM”)62，其末端最接近于激光输出光束向例如执行TFT热处理的制造装置的传送。根据本发明各实施例的BDU 60的细节取决于应用。例如，对于TFT热处理，在某些情形中光束需要在光束均化器中均化，然后使用柱形聚焦透镜90传送以照亮缝隙80。根据本发明一实施例，缝隙80的放大图像可投射到例如在工作站92处的衬底上。根据本发明一实施方式的一个方面，光束在每个脉冲上准确地照亮缝隙80是非常重要的。否则，衬底处的强度变化将导致最后的无效表面/衬底处理。因而，主动的稳定技术，例如在BDU 60中例如使用激光控制信息和BAM 62中所提供信息所采用的，对传送所需能量稳定性是关键。

根据本发明一实施方式的一个方面，本发明使用了所提议的POPA SSPPM技术，包括例如主动的抖动/定时控制，它是使所提议的POPA激光器变成1000W范围上有效的、可升级的、和高功率的XeCl激光器的关键。

根据本发明一实施例的激光系统也可以如图2A所示的POPO配置进行配置，包括第一PO 100和第二PO 100’，各自具有相应的全反射光学器件102、102’，诸如全反射镜和输出耦合器104、104’。第一PO 100的输出可由全反射镜106反射到一个相对于第一PO 100输出偏振以布鲁斯特(Brewster)角设置的镜子上，以便于完全反射该光束，且第二PO 100’的输出可通过四分之一波长板108来旋转其偏光性，以与第一PO 100输出的偏光性正交，从而成Brewster角的镜子110将不会反射任何光束，且两个输出光束将跟遵循来自镜子110的相同输出路径，该两个光束的脉冲在时间上彼此间隔开。

在本说明书中，表格I中列示的缩写词和定义应具有所列示含义。

AC/DC分配	该模块调节基本市电电源，以向SSPPM和气体激光模块提供基本电力。该模块还向激光模块提供24V直流辅助电源。AC/DC分配模块也是安全和紧急断电功能一包括漏水检测和EMO-的中心点。
		腔室	腔室是其中限制有含氟激光介质的压力容器。压缩头附接在腔室上以形成集成单元。
CAN	控制区域网络-标准化串行总线。
		CH	压缩头-SSPPM的一部分，从CMTTR模块接收脉冲电功率。它提供脉冲能量以对位于腔室中的电容器组充电。
EMO	紧急断电(开关)
		FCP	触发控制处理器-控制激光的定时、同步、和能量。
正向传送	从模块的输入传送到输出到能量脉冲
		FRU	场替换单元
HVPS	高压电源-SSPPM的一部分，接收来自AC分配模块的电源。它提供电流以对位于谐振充电器模块中的存储电容器组充电。
		IMS	互锁管理系统
LCP	激光控制处理器-控制气体管理、互锁、用户接口等
		LCS	激光控制系统
PCB	印刷电路板
		PO	功率振荡器
MTBF	故障间的平均时间
		MTTR	恢复的平均时间
PA	功率放大器
		RC、RCS	谐振充电器-SSPPM的一部分，接收来自HVPS模块的DC电功率。它提供脉冲能量以对位于整流器模块中的电容器组充电。
逆转	从输出传送到输入的反射能量。在正常操作下，反射能量可高达正向能量脉冲的50％。高达100％的反射能量可通过使压缩头或腔室成弧形而达到。
		SSPPM	固态脉冲功率模块
TEM	定时和能量模块

现在参看图3和4，示出根据本发明一实施例提供的固态脉冲功率模块(“SSPPM”)200。SSPPM 200可包括TEM 202，对它的需要主要来自于SSPPM 200的双通道配置。该双通道配置需要比例如仅使用单个激光气体放电腔室的先前系统精确得多的触发定时。除了提供SSPPM 200内部的触发信号之外，TEM 202是可用于例如工作站控制单元(未示出)的源特定监测和控制信号，例如“Sync out”(同步输出)，且根据本发明一实施例，TEM 202还可向光学子系统(未示出)提供“波长校正触发器”。

于SSPPM 200中还可结合有HVPS 204，它可从AC分配模块(未示出)接收AC电源，并充电和保持谐振充电器212中存储电容器组C-1 210上的恒定电压。该HVPS 204接收来自激光控制器222中LCP 220的ON命令，并向其发送故障命令。

SSPPM 200还可包括RC 230，它可从HVPS 204(以及204’)接收恒定电压，并在从激光控制器222发送触发信号时，向SSPPM 200的整流器部234中的电容器组232(C₀)提供脉冲电荷。RC 230接收触发信号和来自FCP的HV设置点，并向LCP 220发送例如标识故障的某些信号。整流器234可接收来自谐振充电器230的脉冲电荷，并通过用变压器240压缩脉冲上升时间和电压基升来变换它。整流器234接收来自LCP 220的触发信号，并向LCP 220发送例如标识故障的某些信号。SSPPM 200还可包括压缩头(“CH”)250，它可从整流器234接收脉冲电荷，压缩脉冲上升时间并向其传送接收到的脉冲，其中接收到的脉冲是被进一步压缩到PO 10和PA(或PO)20的相应腔室12、22上的峰值电容器组260。

在实现其主要高压功能时，SSPPM 200的整流器模块234接收从RC 230到电容器组C₀ 210上的充电电压，以及来自激光控制器222内FCP 252的触发信号。当检测到触发信号时，整流器234闭合固态开关254，从而通过充电电感258使C₀电容器组放电到C₁电容器组256。电压保留在C₁256上直到第一级电抗器270中的磁开关饱和并通过该第一级电抗器270和递升变压器240使C₁ 256放电到压缩头250中的电容器组C_p-1272中。该放电具有双重功能，即在传送时间中压缩脉冲，和通过变压器240的递升比增大输出电压。

SSPPM 200的整流器模块234的辅助低压保护和控制功能由整流器234实现，该整流器234检测模块内有限数量的故障并向LCP 220传送表示这种故障的信号，用于通过CAN总线280接口进行处理。SSPPM 200可通过在检测到故障时禁止触发固态开关254和254’的触发来保护自己。然而，如果LCP 220未接收到或未能解释由整流器模块234传送的故障信号，则电压即可施加到C₀电容器组210上。

图5示出整流器模块234的更详细示意图，而图6示出简化示意图。从图5可见，固态开关254和充电电感258实际上是包含固态开关254、254’和充电电感258、258’的两个并行电路，以便于在高达4000Hz或以上提供在相应腔室中气体放电的操作，这是因为每个开关254、254’在激发后恢复并准备再次激发所需的时间。还在图5中示出的是分别包括二极管排列的电路，对于固态开关254，具有相应并行RC电路的二极管D₁-D₄，其中所述并行RC电路分别针对二极管D₁-D₄的每一个具有R_s1、R_s3、R_s5和R_s7、R_s2、R_s4、R_s6和R_s8、以及C_s1-C_s4，对于固态开关254’，具有相应并行RC电路的二极管D₅-D₈，其中所述并行RC电路分别针对二极管D₅-D₈的每一个具有R_s9、R_s11、R_s13和R_s15、R_s10、R_s12、R_s14和R_s16、以及C_s5-C_s8，它们用来保护相应的固态开关254和254’。相应的固态开关254和254’受串联二极管及其缓冲器网络保护。这些二极管防止来自放电电极的反射能量通过固态开关254和254’流出。开关254和254’受到保护是因为当反射能量到达这些串联二极管时，二极管断开并防止电流流过二极管和固态开关。缓冲器网络中的电阻器和电容器有助于限制二极管断开的速度有多快，因而改进电路的保护和可靠性。此外，固态开关254、254’的偏置网络290、290’分别包括偏置可饱和电感LSA1、LSA2，它们与二极管D₁、D₂串联并通过与电源PS2并行的偏置电容器C_bias与偏置电源PS2在相反方向上偏压；RLC网络，由与C_bias串联的R_bias和L_bias以及两个充电电感258A、258B之一组成，其中另一C_bias在R_bias和L_bias之间的节点与地面之间连接；与二极管D₃和D₄以及充电电感258B串联的非饱和电感LSA1和LSA2；而与固态开关254’相对应的，则包括偏置可饱和电感LSA1’、LSA2’，它们与二极管D₇、D₈串联并通过与电源PS2’并行的偏置电容器C_bias’与偏置电源PS2’在相反方向上偏压；RLC网络，由与C_bias’串联的R_bias’和L_bias’以及两个充电电感258A’、258B’之一组成，其中另一C_bias’在R_bias’和L_bias’之间的节点与地面之间连接；与二极管D₅和D₆以及充电电感258B串联的非饱和电感LSA1’和LSA2’。或者，LSA1和LSA2的全部部件都是可饱和的，即四套导体和四套磁芯可机械地通过所有四个导体都通过其中的单套磁芯来获得。然后基本电路重新设置所有的四行而非两行。本领域技术人员将理解，偏置排列能够适当地偏置磁性材料，以可预测地使材料的可用通量摆动最大化。磁性材料的可预测预设置对激光操作期间精确定时控制是重要的。此外，偏置网络通过该电路的路由对确保固态开关和串联二极管分别有足够时间来开关是重要的。这改进了性能和可靠性。

此外，整流器234脉冲压缩网络300包括与二极管D₉和D₁₀并联的电容器C₁256，二极管D₉和D₁₀通过相应电阻器R₁和R₂连接到可饱和电抗器LS1270，该LS1的输出与变压器240中多个变压器磁芯的每一个上的单匝初级线圈相连，变压器240具有通过每个磁芯1-N的单个次级线圈。变压器240的线圈1-N通过电感302连接模块互连输出304的高压和接地部分。

对根据本发明一实施例的激光系统的要求根据脉冲功率以4KHz的速率向各个腔室中的电极提供要传送给每个腔室的C₀的例如每个气体放电脉冲3.5焦的电能，即对根据本发明的整个脉冲功率系统提供每个脉冲7.0焦。脉冲功率子系统200需要将高电压脉冲传送给两个腔室的每一个。每个腔室的放电时间必须脉冲到脉冲地同步为精确度误差小于+/-2纳秒，以便于在来自前一PO腔室的种子光束在PA(PO)腔室中传送时定时气体放电脉冲向PA(PO)的传送。这需要对脉冲功率定时进行长期补偿，来解决诸如热漂移和短期不稳定性的问题。

单个HVPS 204，或对于高功率的两个HVPS 204、204’，可提供谐振充电器212以驱动两个并行的整流器234/压缩头250/腔室242电路。谐振充电器212可对两个C₀充电器的每一个充电，如图4所示。

第一级电抗器270对定时变化作用最大。当电抗器270变热，饱和流量密度下降，例如使电抗器270较早开关。这可使开关时间随温度变化。开关时间也可随电压变化。电抗器270磁芯(未示出)具有固定量的材料，因此伏-秒积固定。即使在极高重复率上，该极高重复率通常会在诸如在根据本发明一实施例的激光系统中使用的感应元件中感应出高温通量，通过使用冷却机制就可减轻甚至消除温度的影响，该冷却机制在序列号为10,607,407题为“Method and Apparatus for CoolingMagnetic Circuit Elements”(用于冷却磁性电路元件的方法和装置)律师案号为2003-0051-01的于2003年6月25日提交并受让给申请人的共同受让人的美国专利申请中揭示。

在压缩头250中，C_p-1到C_p的转换可分析如下：

V_Cp从E_cp＝1/2CV²中计算，并假设E_cp＝ηE_c0，其中η＝____。

从C_p-1到C_p的转换时间为：

τ₃＝(πL_s2C_a)^1/2，其中C_a＝C_p-1C_p/(C_p-1+C_p)，且L_s2是C_p-1到C_p之间的电感，大部分是可饱和感应器SR2 310的电感。

从C_p-1到C_p之间转换的电感从L_s2＝(τ₃/π)²/C_a计算。

峰值电流通过I_pk＝V_Cp-1(C_b/L_S1)^1/2计算。

在整流器模块234中，C₁到C_p-1之间的转换可如下分析：

变压器比受IGBT 254、254’耐受压限制，即如果整流器需要产生20kV且IGBT具有2kV的最大工作电压，最小变压器比将不得不为N＝10。如果对于该情形N＜10，则将需要IGBT在较高电压上工作以获得所需的20kV输出。变压器240的输出导致N＝V_Cp-1/V_C1。电路200可能需要适应高达50kV，因此假设IGBT可耐受2kV，则变压器比将需要是25。

如通过变压器240可见的C_p-1的有效电容量C₂可从C₂＝C_p-1N²中计算。

将C_n-1≤C_n用于使磁性压缩发生，根据本发明一实施例C₁＝0.94C₂。

从C₁到C_p-1的转换时间为：

τ₂＝(πL_s1C_b)^1/2，其中C_b＝C₁C₂/(C₁+c₂)，且L_s1是C_p-1到C_p之间的电感，大部分是可饱和感应器SR1 270的电感。从C₁到C_p-1之间转换的电感从L_s1＝(τ₂/π)²/C_b计算。

峰值电流通过I_pk＝V_C1(C_b/L_S1)^1/2计算。

第一级电抗器270需要远离C₁上的电压，直到C₁被完全充电。这可用可饱和电抗器270的第一级电抗器270来实现。电抗器磁芯材料可以是例如具有ΔB为3.0T的例如0.5mil.的50％-50％Ni-Fe(具有矩形磁滞环线)磁带。ΔB＝Vτ/(2NA_m)，其中V＝所施加电压，τ＝饱和之前的远离时间，N＝匝数，A_m＝磁芯的横截面面积。基于ΔB等式，解出A_m＝Vτ/2ΔBN。

磁芯的横截面积是：

A_m＝h(R₀-R_i)(p_f)，其中h＝磁芯的高度，R₀＝外部半径，R_i＝内部半径，pf＝填充因子＝0.7。

磁芯构造从w＝R₀-R_i＝A_m/h/p_f中计算。

从C₁到C_p-1之间转换所需的总电感在前面被计算为L_S1。寄生电感可在总电感中起作用，除非通过设计而最小化。

L_stray＝L_xfmr+L_C1+L_pcb+L_cable+L_lead

L_stray是所需集总电感L_S1的分量。这是从机械布局产生的电感，并且是设计中所固有的，因此难以预测和控制，但可进行测量和估算。L_S1是从C₁到C_p-1转换所需的总电感。L_xfmr是寄生电感L_stray的组分，它是变压器初级和次级线圈中所固有的。L_c1是寄生电感L_stray的组分，它是C₁电容器几何结构中所固有的。L_pcb是寄生电感L_stray的组分，它是C₁印刷电路板的布局中所固有的。L_cable是寄生电感L_stray的组分，它是连接整流器和压缩头的高压电缆(未示出)中所固有的。L_lead是寄生电感L_stray的组分，它是压缩头内高压电缆连接的布局中所固有的。L_sat＝L_s1-L_stray。

磁芯的饱和电感从L_sat＝μ₀N²A_c/<l>中计算，其中基于L_s等式μ₀＝4π10^-7，N＝匝数，A_c磁芯的横截面面积，<1>＝平均路径长度。解出A_c/<l>＝L_sat/μ₀N²，<l>＝2π<R>＝2π(R_i+(R_o-R_i)/2)＝π(R_o+R_i)。

设A_c＝A_m，则可计算<1>。

(R_o+R_i)＝<l>/π

磁芯损失可从loss/Pulse(损失/脉冲)＝Vol(H_cΔB+(w_tΔB)²/4ρτ)中计算，其中Vol＝Hπ((R_o)²+(R_i ²)，H_c＝19.9A/m，w_t＝磁带厚度，ρ＝材料电阻系数，τ＝充电时间。

电容器C₁设计要求充电电压的dc耐压能力与电容器C₁的dV/dt额定值相符。理想地，设计将是具有低管壳电感(packaging inductance)的单个电容器。这样的理想电容器目前尚不存在。为获得所需电容量，可使用小值电容器的并行阵列。为获得所需耐压值，电容器可串联连接。这导致一串联的并行阵列。电容器C₁的dV/dt可通过两种方法来计算。第一种是将V_C1电压除以从C₁到C_p-1的转换时间。第二种方法是使用峰值电流，已知I＝C_b(dV/dt)。电容器C₀设计与所述C₁设计相似。

将C_n-1≤C_n用于磁性压缩且随后应用比率C₀＝0.933C1，从C₀到C₁的转换可作如下分析：

τ₁＝(πL_LHC_c)^1/2，其中C_c＝C₀C₁/(C₀+C₁)，且L_CH是C₀到C₁之间的电感。从C₀到C₁之间转换的电感从L_CH＝(τ₁/π)²/C_c计算。

峰值电流通过I_pk＝V_C0(C_c/L_S0)^1/2计算。

表格II给出SSPPM 200模块设计参数。

表格II

参数	值
		脉冲重复率	0-4kHz
E/脉冲	3.5焦
		τ0	100μs
VC0	-750～-1150V+/-0.1％
		C0	5.3μF
C1	5.7μF
		τ1	3.8μs
τ2	420ns
		LCH	533nH
LS1	5.5nH
		N	25
VCp-1	-18.75～-30kV
		Cp-1	9.68nF
Cp	11.88nF

表格III给出性能规格：

表格III

表格IV给出冷状态中的延迟特征，这些特征从整流器的触发测量到VC_p-1的下降沿，其中对延迟特征的限制由历史数据的统计分析来设置，且用组件操作的模块在室温(25℃)上且达到热平衡。

表格IV

电压	标准冷状态	上限冷状态	下限冷状态
				800	5.9087E-06	6.2042E-06	5.6133E-06
850	5.6992E-06	5.9841E-06	5.4142E-06
				900	5.5076E-06	5.7830E-06	5.2323E-06
950	5.3382E-06	5.6051E-06	5.0713E-06
				1000	5.1873E-06	5.4467E-C6	4.9280E-06
1050	5.0530E-06	5.3056E-06	4.8003E-06

1110	4.9307E-06	5.1772E-06	4.6841E-06
				1150	4.8184E-06	5.0593E-06	4.5775E-06
1200	4.7174E-06	4.9533E-06	4.4816E-06

表格V给出热状态中的延迟特征，这些特征由在全压和重复率上操作达足以使组件达到热平衡的时间的模块来定义。

表格IV

电压	标准热状态	上限热状态	下限热状态
				800	5.7266E-06	6.013DE-06	5.4403E-06
850	5.5322E-06	5.8088E-06	5.2555E-06
				900	5.3589E-06	5.626gE-06	5.0909E-06
950	5.2022E-06	5.4623E-06	4.9421E-06
				1000	5.0636E-06	5.3167E-06	4.8104E-06
1050	4.9367E-06	5.1835E-06	4.6899E-06
				1110	4.8232E-06	5.0644E-06	4.5821E-06
1150	4.7195E-06	4.9555E-06	4.4836E-06
				1200	4.6257E-06	4.8570E-06	4.3945E-06

还可以理解，C₀电容器组232接收来自谐振充电器230的脉冲电荷。电压保持在该电容器组C₀ 232上，直到固态开关254、254’之一响应于来自LC 222中的FCP 252的触发信号闭合。关键参数为DC耐压dV/dt以及峰值电流能力。固态开关254、254’在C₀上保持电压，直到收到来自FCP 252的触发命令，并且当接收到触发信号时，相应开关254、254’闭合并使C₀ 232通过相应的充电电感L_CH A和L_CHB、以及L_CH A’和L_CH B’连接到C₁ 256。关键参数是dc耐压dV/dt、开启上升时间、开启延迟、开启抖动(turn on jitter)和峰值电流。相应的阻塞二极管D₁-D₄和D₅-D₈阻止任何电压在激发电极后逆转器件回复到C₁。当C₁具有正电压时，阻塞二极管D₁-D₄和D₅-D₈将导通，且电压将通过相应的充电电感L_CH A和L_CH B、以及L_CH A’和L_CH B’传送到C₀。当电压开始逆转并回复时，二极管D₁-D₄和D₅-D₈将关闭，从而使电压保持在C₀上，减少RC不得不对相应C₀充电用于下一次激发的量、并且还节约时间并改进效率。电压感测电路(未示出)向LC 222中的LCP 220提供表示C₀上的电荷量信号，且LCP可计算用于下次触发的所需电荷，并相应地向RC 230提供信号。关键参数是dc耐压dV/dt、逆转恢复时间和峰值电流。偏置网络提供可饱和辅助。有两套可饱和辅助。包括LSA2的第一套拖延电流直到可以是IGBT的(例如Powerex制造的CM800HA-34H)相应固态开关254、254’完全闭合。包括LSA1的第二套延迟电流直到相应的二极管D₁-D₄和D₅-D₈在逆转期间完全恢复。关键参数是饱和时间和随时间的偏移。

相应的充电电感L_CH A和L_CH B、以及L_CH A’和L_CH B’设置转换时间并限制固态开关254、254’以及二极管D₁-D₄和D₅-D₈中的峰值电流。该电感L_CH A和L_CH B、以及L_CH A’和L_CH B’包括全部的杂散电感和线圈电感。在C₁电感组256中，电压在该电容器组C₁ 256中保持，直到相应的固态开关254、254’闭合。关键参数是dc耐压dV/dt以及峰值电流能力。对于第一级可饱和电抗器270，关键参数是伏-秒延迟、匝均伏特、ΔB。对于二极管缓冲器电路，其包括RS2、CS1和RS1或在D2、3、4、5、6、7或8上附加的等效体，关键参数是额定功率、电压和电流。对于C₁和C₂发射脉冲(blip)缓冲电路，其包括C₁的R₁、D₉，C₂的R₂、D₁₀，关键参数为额定功率、电压和电流。

SSPPM 200采用的一部分信号包括：

1.VC₀电压监测信号(J1)，包括表示VC₀电压波形的缓冲模拟信号。该信号可从直接与C₀相连的电阻分压器(未示出)导出(顶部引脚400kΩ±1％x底部引脚4.01kΩ±1％)。比例因子可以是激光控制器222和/或所附示波器(未示出)中终接阻抗的函数。如果等效的终接阻抗大于400kΩ，则比例因子将为每100V平均1V。

2.VC₁电压监测信号(J2)，可以是表示通过激光控制器222监测VC₁电压波形的缓冲模拟信号。该信号可从直接与C₁相连的电阻分压器(未示出)导出(顶部引脚5kΩ±1％x底部引脚49.9Ω±1％)。比例因子可以是激光控制器222和/或所附示波器(未示出)中终接阻抗的函数。如果等效的终接阻抗等于50Ω，则比例因子将为每201V平均1V。

3.BDOT信号(J3)，可以是表示在C₁和C₂之间流动电流的时间导数(dI/dt)的缓冲模拟信号，它可由激光控制器222用来产生Sync Out信号。该Sync Out信号可从与脉冲变压器240的初级线圈侧相邻放置的磁场检取回路(未示出)中导出。该信号的幅度可以是控制器222和/或所附示波器(未示出)中终接阻抗的函数。如果等效的终接阻抗等于50Ω，则满额幅度为～1.5-5V，取决于充电电压。该信号可仅作参考。

4.VC₂电压监测信号(J4)，可以是表示通过激光控制器监测VC₂电压波形的缓冲模拟信号。该信号可从与脉冲变压器240的初级线圈侧相邻放置的可耦合到C₂的电阻分压器(未示出)导出(顶部引脚5kΩ±1％x底部引脚49.9Ω±1％)。该比例因子可以是控制模块和/或所附示波器中终接阻抗的函数。如果等效的终接阻抗等于50Ω，则比例因子将为每201V平均1V。

5.整流器触发信号(J5)，可以是表示整流器触发的缓冲信号。

当每个引脚为高时，即已设置，如表格VII中所示的条件时，CAN总线280接口可使激光控制器222的整流器控制部通过例如68引脚互连连接到整流器，并连接到RC的内部控制器。

表格VII

引脚	信号	分配	注释
				1	出错1	VC0低	这是故障逻辑信号，集电极开路低电平有效。如果整流器接收到触发信号，且VC0上的电压比所设置阈值(700V)低，则整流器触发信号将禁用，且该故障信号将被断定。
2	出错2	VC0逆转过电压	这是故障信号，集电极开路低电平有效。如果所反射的能量电压逆转脉冲大于所设置阈值(800V)，则整流器触发信号将禁用，且该故障信号将被断定。
				3	出错3	VC0过电压	这是故障逻辑信号，集电极开路低电平有效。如果整流器接收到触发信号，且VC0上的电压比所设置阈值(1500V)高，则整流器触发信号将禁用，且该故障信号将被断定。
4	出错4	未使用
				5	出错5	24V低	这是故障逻辑信号，集电极开路低电平有效。如果进入控制板的24V电源掉到19V以下，则整流器触发信号将禁用，且该故障信号将被断定。
6	出错6	底板温度过高	这是故障信号，集电极开路低电平有效。如果整流器温度为所设置阈值(65℃)以上，则整流器触发信号将禁用，且该故障信号将被断定。直到恒温器经手动重新设置才会设定该故障值。
				8	出错8	未使用
9	出错9	未使用
				10	出错10	未使用
11	出错11	未使用
				12	出错12	未使用
13	出错13	未使用
				14	出错14	未使用
15	出错15	未使用
				16	出错16	未使用
17	GND		I/O接地
				18	状态1	通电指示符	低电平有效
19	状态2	求和出错	低电平有效
				20	状态3	未使用
21	状态4	未使用
				22	状态5	未使用
23	状态6	未使用
				24	状态7	未使用
25	状态8	未使用
				26	GND		I/O接地
27	控制1	激光器开启	当该信号变高时清除内部锁存的故障
				28	控制2
29	控制3
				30	控制4
31	控制5
				32	控制6
33	控制7	自测试启用	实现环绕式测试模式
				34	控制8	自测试数据	将信号写入人工断定比特
35	GND		I/O接地

36	地址1	硬接线框架位置ID	整流器控制板中硬接线的0
				37	地址2	硬接线框架位置ID	整流器控制板中硬接线的0
38	地址3	硬接线框架位置ID	整流器控制板中硬接线的0
				39	地址4	硬接线框架位置ID	MO整流器为0PA整流器为1
40	GND		I/O接地
				41	配置1	DS标识芯片行	达拉斯半导体芯片DS2430A
42	配置2	未使用
				43	配置3	未使用
44	配置4	未使用
				45	GND		I/O接地
46	CAN+5V		用来向光隔离器的CAN侧供电
				47	GND		I/O接地
48
				49
50
				51
52
				53
54
				55
56
				57	+24V	从主模块到CAN的+24V
58	+24V	从主模块到CAN的+24V
				59	接地	返回24V
60	接地	返回24V
				61
62
				63
64
				65
66
				67
68

关于SSPPM 200压缩头250，根据本发明一实施例，预期在至少4kHz和28.75kV上操作。压缩头250可接收来自整流器234的脉冲电荷并压缩脉冲上升时间，并将其传送到相应腔室10、20上的峰值电容器组320中。压缩头250可从C₁电容器组256中接收C_p-1电容器组上的脉冲电荷。电压保持在C_p-1上，直到输出电抗器SR2310中的磁力开关饱和并从C_p-1放电到C_p。该放电压缩了脉冲上升时间，如图7所示。图7示出C_p-1在约4.0×10^-7秒内充电，并在约1×10^-7秒内放电到C_p。图8示出压缩头250模块的示意图。

压缩头250电抗SR2 310需要远离C_p-1上的电压，直到C_p-1完全充电。这可以用具有以下磁芯的可饱和电抗器310来完成：具有ΔB为1.5T的例如0.5mil.80％-20％Ni-Fe(镍铁钼超导磁合金)磁带。

ΔB＝Vτ/(2NA_m)，其中V＝所施加的电压，τ＝饱和之前的保留时间，N＝匝数，A_m＝基于ΔB等式的磁芯横截面面积。解A_m＝Vτ/2ΔBN，磁芯的横截面积是：

A_m＝h(R₀-R_i)(p_f)，其中h＝磁芯的高度，R₀＝外部半径，R_i＝内部半径，pf＝填充因子＝0.7。磁芯构造从w＝R₀-R_i＝A_m/h/p_f中计算。

从C_p-1到C_p之间转换所需的总电感计算为L_Sp。寄生电感可以是重要因素，并通过L_stray＝L_Cp-1和L_sat＝L_S1-L_stray调节。

磁芯的饱和电感可从L_sat＝μ₀N²A_c/<l>中计算，其中μ₀＝4π10^-7，N＝匝数，A_c＝基于L_s等式的磁芯横截面面积，<1>＝平均路径长度。求解A_c/<l>＝L_sat/μ₀N²，<l>＝2π<R>＝2π(R_i+(R_o-R_i)/2)＝π(R_o+R_i)。

设A_c＝A_m，则可计算<1>。

(R_o+R_i)＝<l>/π

磁芯损失可从loss/Pulse(损失/脉冲)＝Vol(H_cΔB+(w_tΔB)²/4ρτ)中计算，其中Vol＝Hπ((R_o)²-(R_i)²)，H_c＝.22A/m，w_t＝磁带厚度，ρ＝材料电阻系数，τ＝充电时间。

压缩头250还包括配置网络312，其包括与以上所述相似的偏置电源314、以及偏置可饱和电抗器SR2310的一对偏置电感L1和L2，以便于确保磁性材料的全通量漂移的使用。它还允许以可预见的方式偏置磁芯并确保可预见的进行操作和定时控制。还包括电路316，它包括通过电阻R1接地的一对电感L3和L4，电阻R1用来完成电抗器的偏置电路。它具有允许直接冷却电抗器的水的通道的另一功能。

表格VIII给出通风要求，而表格IX给出水冷却要求。

表格VIII

表格IX

表格X给出一些性能规格：

表格X

关于HVPS 204及其与SSPPM剩余部分的交互，HVPS在从激光器关闭到待机的10秒倒数计秒期间接收AC电源；接收来自谐振充电器230的“HV启用”命令；并向谐振充电器230的输入提供DC高电压。HVPS可以是水冷却的，并置于具有内部空气循环风扇的封闭式外壳内。

谐振充电器230可通过到CAN 280上激光控制器222的高速HV数据串行链接接收编程电压。RC 212可向HVPS 204发出“HV启用”命令，并接收来自HVPS204或模块204、204’的输入高功率DC电压。RC 230还可包含相应MO 10和PO 20的压缩头250和250’的压缩头偏置电源。RC 230还可对各个整流器234、234’的C₀电容器组210(两个通道、二极管隔离的)精确地充电到由上述LCP 220确定的编程电压电平。RC 230还可将反射能量存储为电流，直到下一充电周期。RC可以是水和空气冷却的，例如用外部放置的风扇进行。

整流器234、234’(一个是MO的，另一个是PA的)可接收来自单个谐振充电器230的HV电荷、向压缩头250、250’传送快速HV脉冲、并可用例如外部放置的风扇来进行水和空气冷却。

压缩头250、250’(一个是MO的，另一个是PA的)可安装在相应腔室10、20的顶部，可从相应整流器234、234’接收快速HV脉冲，提供最终脉冲压缩、并向各个腔室10、20的相应峰值电容器320、320’传送快速上升时间HV脉冲。

HVPS 204功率模块可用作RC 230中负载电容C-1210的电流源。可采用并行连接的多个HVPS 204输出和/或多个HVPS 204模块，以用相等电流共享例如在更高平均功率上提供相同充电电压。HVPS 204电源模块可通过来自谐振充电器230的信号来启用。谐振充电器230可接收来自激光控制器222的LaserOn(激光开启)命令，并使HVPS 204在从待机到LaserOn的10秒倒数计秒开始时能输出。

HVPS 204可采用例如电源领域中众所周知的功率因数补偿(“PFC”)来实现输入AC电压中对波动的相对抗扰、实现整数(unity)功率因数、并消除AC线中传导的较高谐波。HVPS 204的内部DC总线电压可由PFC进行粗略调整。来自DC总线的电流还可经H-桥反相器通过HVPS 204内的递升变压器(未示出)的初级线圈来切换。HVPS 204中变压器(未示出)的AC输出可整流为DC。输出电流可由本地控制回路(未示出)监测，只要输出电压低于某预定的期望预设输出电压电平，即维持来自HVPS 204的受控输出电流。

表格XI给出HVPS 204的一些性能规格：

表XI

标号	特征	标准
			8.1.1	输出电压	-800V(负极性)
8.1.2	平均输出功率	30kW
			8.1.3	平均输出电流	30kW平均输出功率上的37.5A
8.1.4	输入电压	400V～480V AC，额定公差为±10％绝对值范围：360V～528V ACY3相+GND(用于激光帧中的中性点，但非HVPS)
			8.1.5	涌入电流	小于一个周期上的平均工作电流
8.1.6	最小功率因数	0.95
			8.1.7	振幅因数	对于任两个相位之间的全输出功率上的真正负载，＜2∶1
8.1.8	启动时间(在施加AC电源之后)	最长为10秒
			8.1.9	充电时间(在断定HV启用之后)	最长为5秒
8.1.10	能量转储要求	HVPS输出过滤电容器在关闭时间的8秒内(移除“HV启用”或移除AC电源)必须放电到小于42V并小于10焦。通过RC转储电路就可满足该要求。
			8.1.11	最小效率	0.85
8.1.12	负载电容	＞1000μV
			8.1.13	响应时间	100μs

8.1.14	电压精度	±1％
			8.1.15	电压精度漂移	2万小时内0.5％
8.1.16	调整	最小±1％
			8.1.17	电压控制	缺省-800VDC通过编程电位计的辅助电压控制。电压范围至少到-100V。规格8.1.14、8.1.15和8.1.16不可应用于辅助电压控制。
8.1.18	峰值输出电流	按正常的1％调整所需

在HVPS 204的最大操作电压-800V上，可从负载电容器(未示出)中提取最多8.3焦的能量，其中电容量为每250μs平均1033μF。负载电容器上的电压可容许下降到对电极放电脉冲期间所作调整值以下，但是电压在下一放电脉冲之前必须恢复到表格____中所述特定调整范围内。所指定的8.3焦耳或以下可在不超过95μs内从负载电容器中提取。放电脉冲将在不少于250μs的间隔上发生。调整规格(8.1.17)适用于所有操作条件：每个脉冲8.3焦或以下，在稳定状态操作期间、在第一和第二脉冲之间、第二和第三脉冲之间的初始瞬态响应期间。

功率振荡器

图1A和4中所示的功率振荡器10在许多方面都与诸如专利号为5,023,884题为“Compact Excimer Laser”(小型受激准分子激光)的美国专利(该专利的公开内容通过引用结合于此)以及在以上引用的美国专利6,128,323中所述的现有技术ArF激光相似，，并且基本上等效于以上引用的申请序列号为09/854,097的美国专利申请所述的ArF激光。然而，如以上引用的美国专利6,625,191中所公开的，对这些现有技术激光的改进使得在4000Hz或以上的操作成为可能，这些专利的几个部分为完整性起见在此重述。功率振荡器10可包括例如放置有一对细长电极(未示出)的放电腔室12，每根电极约50厘米长且分开约0.5英寸。风扇(未示出)和热交换单元(未示出)使激光气体循环，以在电极之间为每个气体放电脉冲提供新鲜、未电离的气体。腔室12可包括用例如CaF₂的耐高通量损害的材料制成的窗口单元(未示出)。腔室可包含例如是1％氙、0.1％例如氯的卤素、和余者为氖的混合体的激光气体。卤素可在0.03～0.1％的范围内(例如0.05％)以氯化氢的形式引入。氙可在例如0/2％～1％的范围内(例如0.3％)引入，余者用氖平衡。总气压可保持在300～500kPa的范围内，例如约420kPa。有时可使用H₂作为催化剂以逆转HCl的损耗，例如用量在0.2％～0.5％范围内。谐振腔可通过由例如CaF₂组成的输出耦合器16来创建，该输出耦合器16包括与输出激光脉冲光束路径方向垂直安装、加上涂层以例如反射约30％的308nm光线并使70％的308nm光线通过的镜子。谐振腔的相对边可通过由CaF2制成的完全反射镜18形成。

根据本发明的较佳实施例，功率振荡器10和功率放大器20的主要充电电容器C₀组232可并行充电以便于减少抖动(jitter)问题。这可能是所需要的，因为分别用于PO和PA的两个脉冲功率系统200的脉冲压缩电路234、250中的脉冲压缩时间可依赖于充电电容器C₀组232的充电电平。通过调整充电电容器C₀组232上的初始充电电压，脉冲能量输出可在脉冲-到-脉冲基础上进行控制。激光气体压力和C1₂浓度也可进行控制，以实现大范围脉冲能量增加以及所需激光气压上所需的光束参数。对于根据本发明一实施例的功率振荡器10，放电和光线熄灭之间的时间是Cl₂浓度(0.5～1ns/kPa)的函数，因此可改变Cl₂浓度来改变定时。如本领域中所众所周知的，这可通过在氯耗尽(deplete)时改变氟含量以保持所需浓度来解决，或通过使用来自在前脉冲的信息来持续地更新因缓慢耗尽的氯含量对定时要求的变化，与本领域中众所周知的基于氟的激光相似。

功率放大器

功率放大器20可包括例如实质上与相应功率振荡器10的放电腔室12相同的激光腔室22。具有两个单独腔室还便于使在一系列脉冲(称为“剂量”)中脉冲能量和集成能量在很大程度上独立于波长和/或带宽而控制。这可有助于达到例如较好的剂量稳定性和/或脉冲-脉冲稳定性。这两个腔室可用基本上相同的气体混合体，并在基本上相同的压力下操作，以最优化PO 10中振荡器的输出功率、以及在PA20中PO 10的放大量。该腔室的所有组件都是相同的，并在制造过程期间是可互换的。

尽管PO和PA的压缩头250是基本上相同的，压缩头250的电容器C_p-1组272在PO 10中可比在PA20中更宽松地放置，以便于产生与PA20相比实质上更高的电感。脉冲功率系统的腔室12、22和电组件的接近一致性可有助于确保脉冲形成电路的定时特征相同或基本上相同，以便于使抖动问题最小化。

功率放大器20可配置用于至少两个通过PA 20电极之间的放电区域的光束通路。作为具有谐振腔的振荡器的PO一个光束在作为输出激光光束脉冲出现之前可通过腔室10和PO 10的谐振腔的剩余部分振荡若干次。然后该光束可通过镜子14反射到PA 20。从图1B中可看到，镜子24稍微偏离腔室20的中央轴线，并以一角度将来自PO的输出激光脉冲光束反射通过PA的腔室20，该光束通常可在阳极/阴极电极对(一个电极可比另一电极长，因此中点可通过其中较短者来确定)的长度方向的中点上与电极(未示出)相交。然后该光束从腔室20的后窗口离开，并进入光束返回单元，该光束返回单元包括例如两个全反射镜26a和26b，它们可沿放电的长度方向中心轴将光束反射回去通过PA的腔室20，该放电长度方向中心轴可对应于长度方向中心轴或由细长电极形成的放电区域，并可对应于根据本发明一实施例的电极本身的长度方向中心轴。电极之间放电的长度方向中心轴，不管是否与电极本身的长度方向中心轴对齐，都可形成来自PA的输出激光脉冲光线通过其输出耦合器28以及例如光束监视单元30的光轴。

根据本发明的充电电压最好可一个脉冲一个脉冲的基础上选择，以保持所需脉冲和剂量能量及稳定性。Cl₂浓度及例如总气压的其它激光操作参数可周期性地监测和调节，以便于保持充电电压的期望操作范围。可选择该期望范围来产生dE/dV的期望值，因为能量随电压的变化可以是Cl₂浓度和激光气体压力等的函数。根据本发明一实施例，注入的定时可基于例如充电电压。注入的频率最好较高以保持条件相对稳定，且可以基本上是连续或接近连续的，在连续注入需要暂停以保持期望条件时可作适当调整。

放电定时

PO和PA中电极之间的放电可持续约50ns，由也约为50ns的电极之间的放电所引起。该放电创建发射激光动作所必须的粒子数反转，但该反转仅在放电期间存在。因此，根据本发明一实施例，对于注入种子式POPA激光系统的重要要求确保当激光气体中的粒子群反转时来自PO 10的种子光束在一秒的约50ns期间穿过PA的放电区域，从而可放大种子光束。放电精确定时的重要障碍是在开关254被触发闭合(它在触发后实际上并未闭合)和开始放电之间有约5毫秒数量级的延迟，其中放电持续约50ns并导致气体持续仅约40-50ns的放电(导致粒子数反转)。电能脉冲约花5毫秒的时段通过C₀和电极之间的电路。取决于充电电压的幅度，该时段可有显著改变，并随着脉冲电源电路200中电感的温度作较大变化。

无论如何，根据本发明的各个实施例，提供了电路来使能两个放电腔室12、22的气体放电的定时控制，其相对精度为小于约2ns。两个电路的框图在图8中示出。

根据本发明的一种实施方式，申请人的选择是使定时的某些方面以对充电电压的变化在约5-10ns/伏特为基础。因此，根据本发明的一种实施方式，高电压电源的精度和可重复性的测量和控制在它对充电电容器C₀组232充电时可能是关键性的。例如，对于5ns的定时控制以及10ns每伏特的灵敏度偏移，分辨率精度将要求是0.5伏特。对于1000V的额定充电电压，所需要的是0.05％的充电精度，这是很难以实现的，特别是在电容器必须每秒充电4000次到那些特定值的情况下。

或者，根据本发明一种实施方式的一个方面，对该问题的解决方案可以是用图3、4和8中所示的单个谐振充电器230对PO和PA的充电电容器C₀并行充电，从而它们可被充电到完全相同的电压，且各自共享与期望电压的相同误差(如果有的话)。同样，根据本发明的一种实施方式，PO 10和PA 20的二脉冲压缩/放大电路234、250、242被设计成时间延迟对充电电压的两条曲线匹配，如图9所示。这可通过在每个电路中尽可能地使用相同组件来实现。

根据本发明一的一个方面，为了使定时变化(这些变化被称作抖动)最小化，两个放电腔室的脉冲功率组件可具有基本上相同的组件，从而两条时间延迟对电压的曲线实际上彼此紧紧相随，如图9所示。在充电电压的正常工作范围上，时间延迟随电压的变化是显著的，但随电压的变化实质上对两个电路是相同的。因而，当充电电容器并行充电时，充电电压可在宽大的操作范围内变化，但却不改变放电的相对时序。使用那种能够小心地偏置并在时序方面可加预测-甚至在面对充电电压之外的变化(例如温度)之时亦然-的磁开关就把脉冲功率系统构建而成这一事实也能够在并联电路中增强定时控制和定时特性控制。此外，例如为了保持输出功率，该影响在充电电压中所改变的其它操作参数改变得足够慢，从而PO 10和PA20各自的并行脉冲功率电路中相同的相对时间延迟得以保持，这也可使各腔室之间在短期内维持相同的放电定时，例如一个脉冲群中的脉冲与脉冲、一些系列的脉冲群中脉冲裙与脉冲群。

脉冲功率电路200中电子组件的温度控制也是重要的，因为温度变化会影响温度压缩定时(特别是可饱和电感中的温度变化)。因此，根据本发明的一个方面，第一阶段中的温度变化要最小化，这可通过在以上所引用的序列号为10/607,407的申请中讨论的冷却装置和技术来促进。此外，根据本发明一个方面，温度感测组件的温度可进行监测，并使用反馈对触发定时作控制调整以进行补偿。控制可由用学习算法编程的处理器来提供，以基于与已知操作历史的过往定时变化相关的历史数据作调整。然后应用该历史数据以基于激光系统的当前操作来预测定时变化。

触发控制

根据本发明的一个方面，两个腔室12、22各自的放电触发(以及因此气体放电)可分别实现，例如对每个电路使用一个诸如以上所引用的美国专利6,016,325所描述的触发电路，为完整起见，该专利的一部分在此重复。这些电路可添加定时延迟以校正例如脉冲率系统200的电子组件中充电电压和温度变化中的变化，从而触发和放电之间的时间被尽可能地保持为恒定。如上所述，因为两个电路基本上是相同的，变化在校正后基本上相等(即彼此在约2ns内)。

如以上引用的美国专利6,625,191中图6C、D和E所示，如果功率放大器中的放电在主振荡器放电之后约40～50ns发生，则本发明的较佳实施例的性能可大大提高。申请人相信，这些相同的关系在根据本发明的POPA配置或POPO配置中相对地保持相同，和/或较佳的延迟可类似地从在那些附图中类似的相同类型的测量来经验地确定。相信真实如此，因为激光脉冲在功率振荡器中生成要花若干纳秒，而激光光束的前端从功率振荡器抵达功率放大器又花若干纳秒。因此，根据本发明的一个方面，可向PO和PA腔室12、22的每个充电电路的各个触发开关254提供单独的触发信号。实际延迟可基于诸如图6C、D和E中所示的实际性能曲线来选择，以获得期望的光束质量。如同那些附图所反映的测量所示，有变化也是可能的，例如通过增大PO 10触发和PA20触发之间的延迟，较长的脉冲可以例如脉冲能量为代价获得。

控制放电定时的其它技术

因为放电的相对时序可对光束质量有重要影响，如以上引用的图6C、D和E曲线所示，所以可采取附加步骤来控制放电定时。例如，如果激光操作的特定模式，例如极大负载循环上极高功率(激光系统发脉冲的时间与它发脉冲和不脉冲的总时间的定量)，会导致充电电压中的大幅度摆动和/或电感温度中的大幅度摆动，这可使放电定时控制复杂化。为了解决这些问题，例如放电的定时可在逐一脉冲的基础上监测，且例如t_amp-t_osc的时差可用于反馈控制系统以调整闭合各个开关254的相应触发信号的定时。根据本发明的一个方面，例如PA20腔室放电的参数可使用例如光电池来监测，以观察放电荧光(来自例如ASE)而非激光脉冲，因为极差的PO 10、PA 20定时可导致PA 20中产生较少甚至不产生激光光束。对于MO，ASE或种子激光脉冲可用来表示MO已向PA提供了必要的能量。如果MO能量正确，且PO能量较低而ASE较高，则可推断时间t_amp-t_osc并未达到最优。

根据本发明的一个方面，还可通过调整经过图5中可饱和电感LAS1和LSA2和/或图7中L1和L2或L3和L4的偏置电流，来增大或减小脉冲定时，这些偏置电流向图4的电感LCH和图7的310提供了偏置。其它技术也可用来增加使这些电感饱和所需的时间。例如，磁芯材料可用与极快速响应的PZT元件在机械上分离，该PZT元件可基于来自脉冲定时监视器的反馈信号来进行反馈控制。此外，可调节的寄生负载可被添加到任一或两个脉冲功率电路上，例如在C₀电容器组210的下游。除了脉冲定时监视信号之外，可在反馈控制中使用充电电压和电感温度信号，以便除了如上所述地调节触发定时之外，还调节例如偏置电流和/或磁芯的机械分离。

脉冲群期间或激光系统输出光脉冲的脉冲群之间的停机时间的长度也可影响PO 10和PA 20的脉冲功率系统之间的相对定时，可能必须在触发控制中作调节，以确保当来自MO 10的种子光束在预期位置上时PA 20中发生放电。通过监测放电的触发信号和光线出每个腔室的时序，激光操作人员可调节触发定时(准确到约2ns)来实现最佳性能。根据本发明一实施例，这最好通过具有处理器220的激光控制器252来实现，而其处理器220可编程来监视定时和光束质量，并根据上述激光操作参数信号的指示和来自诸如上述经验导出曲线的数据，来自动调节对最佳性能的定时。更具体地，根据本发明一实施例的各个方面，可使用开发一系列可应用于各种操作模式和参数集的二进制值的定时算法。根据本发明一实施例的各个方面，这些算法可用来在持续操作期间切换成反馈控制，其中对当前脉冲的定时值基于对一个或多个在前脉冲(诸如前一个脉冲)收集的反馈数据来设置，更详细地如以上引用的美国专利6,067,306中详细描述。

可选脉冲功率电路

根据本发明的另一方面，可考虑另一脉冲功率电路200。该电路200与所述电路相似，除了它可使用更高电压的单元来将C₀充电至更高值。如同在上述各个实施例中，在例如230或460伏AC的工厂电源下操作的高压脉冲电源单元200可以是上述快速充电谐振充电器230的电源，并设计应用于以4000Hz以上的频率来对两个2.17μF充电电容器C₀组210精确充电到约1100V～2250V的范围内。PO 10的整流器234和压缩头250中的电组件可与PA 20中的相应组件尽可能地保持一致，以便于例如使两个电路中的时间响应尽可能地保持一致。开关254可以是如图5所示的两个IGBT开关的组合，每个额定为3300V且并联排列。C₀电容器组210可由排列成64个并行引脚的128个0.068μF、1600V的电容器组成，以提供2.17F的C₀组210。C₁电容器组256可由排列成68个并行引脚的136个0.068μF、1600V的电容器组成，以提供2.33μF的组合电容量。C_p-1和C_p电容器组272、320可与参照图4和5所述的相同。可饱和电感254可以是提供约3.3nH饱和电感的具有5个磁芯的单匝电感，这些磁芯例如由0.5英寸厚的50％-50％Ni-Fe组成，外径为4.9英寸内径为3.8英寸。可饱和电感270可以是提供约38nH饱和电感的具有5个磁芯的双匝电感，这些磁芯例如由0.5英寸厚的80％-20％Ni-Fe组成，外径为5英寸内径为2.28英寸。可提供触发电路(未示出)来闭合IGBT 254，定时精度为2纳秒。PO 10可在触发功率放大器20的IGBT 254之前的约40ns触发。然而，精确定时最好通过来自传感器的反馈信号来确定，它测量主振荡器输出和功率放大器放电的定时。

如前所述，脉冲功率系统中的磁脉冲压缩的通量时间(throughput time)取决于可以是材料温度等的函数的磁性材料属性。为了保持精确定时，直接或间接地监视和/或预测这些材料属性因此是特别重要的。先前所述的一种方法可使用温度监测器以及先前收集的数据(作为温度函数的延迟时间)来预测定时。另一种方法可使用磁开关偏置电路来实际测量当磁性元件反向偏置时测量磁性属性(饱和时间)，例如在两个脉冲之间(或例如在第一个脉冲之前)。偏置电路可将充足的电压施加到磁开关上，以便反向偏置材料，且同时测量饱和时间，从而可准确控制激光定时。因为用于反向偏置相应开关的伏-秒积应等于正常的正向放电操作期间所需的伏-秒积，所以脉冲功率系统的通量延迟时间可在已知下一脉冲的操作电压时进行计算。

所提议方法的示意图在以上引用的’191专利的图5D中示出。初始操作可推定例如特定磁开关已通过两个偏置隔离电感提供的相应偏置电源而在正向上饱和。该电流可通过向磁开关施加约100V而中断，该磁开关在约30μs之后饱和。定时器可在施加电压时触发，并在电流探针监测到相应的可饱和电抗器饱和之时停止计时，从而计算100V施加电压的饱和时间。一旦残余电压已从电路中排出，相应的可饱和电抗器将反向偏置并准备好进入主脉冲放电序列。

如在以上引用的图6E中所示，输出脉冲长度可在约20ns的范围内，并且在一定程度上是两个放电的相对定时的函数。脉冲长度变长(若其它都相等)可提高包括激光光源系统在内的整个制造系统的光学组件的寿命。根据本发明的一个方面，可使用若干种技术来增加脉冲长度。如上所述，放电之间的相对时间可为脉冲长度而作优化。PO 10和PA 20的脉冲功率电路可使用如在以上引用的序列号为09/451,995的美国专利申请中所述的技术、或使用美国专利6,067,311中所述之一的光学脉冲乘法器系统为较长脉冲作优化，该乘法器系统可添加到PA20的下游以减少脉冲的强度。腔室可做得更长，且电极可配置成产生为较长脉冲长度设计的行波放电。

根据本发明的一个方面，可用称为抖动补偿设备(JCD)的技术来提供抖动控制，JCD可确保脉冲定时准确到不小于约10-20ns。充电电压越高，触发和激光脉冲之间的延迟越短。脉冲功率系统中磁设备的温度越高，触发和激光脉冲之间的延迟越短。但对于已知的固定电压和温度，光脉冲中固有的脉冲一脉冲随输入触发的变化较小，约为±5ns。因而，在较佳实施例中，在例如响应于来自例如制造工具的光源用户的触发命令而通过FCP 252或LCP 220发送出触发之后，实现抖动控制的LCP可延迟向PO 10和PA 20的脉冲功率200中的相应固态开关254、254’发送触发信号，延迟量对应于表示所感测激光操作充电电压的信号、以及表示磁性元件感测温度的信号，从而结果脉冲的定时可准确到约20ns之内。或者，控制器252可基于下一脉冲的指定充电电压来对充电电压中的变化调节电脉冲的定时，而不直接校正温度变化。然而，例如可基于从前一脉冲中、或者从在一个脉冲群内的前一脉冲系列中测量的定时误差来对定时作校正。因为通常可看到磁性组件的温度在缓慢变化，该脉冲定时反馈技术实际上可补偿缓慢变化的温度影响，且同时对其它当前更为时间变化的影响提供补偿。

根据本发明的这一方面，可使用一种技术来进行反馈校正，该技术对不同类型的所检测定时误差施加校正，例如对诸如大于20ns的大定时误差施加完全100％的校正，而对其它检测到的定时误差作少于完全的校正，诸如对小于20ns的较小定时误差仅施加25％的校正，或者施加一些其它较小校正，这些较小校正可为由所检测定时误差乘以某些选定校正系数表示的20ns的百分之几。该较小百分比校正可用来避免零误差条件下定时信号的振荡。根据本发明的另一方面，即使在广泛的动态范围内，使用具有40MHz晶体振荡器的数字计数器可获得特别小的分辨率，例如1ns分辨率。该40MHz振荡器可在25ns间隔上例如提供时钟信号，但这些信号可用来充电接近线性的模拟电容性充电电路。然后电容器上的电压可读取来确定时间，精确到约1.0ns。

本领域技术人员可以理解，根据所揭示较佳实施例的本发明提供了特别适于激光结晶化应用的XeCl激光。该XeCl激光可基于现有的多腔室激光技术，像例如XLA产品系列的本申请受让人现有产品中一样，使一个腔室的输出提供为另一腔室的输入。根据本发明一个实施例，激光系统可以是POPA配置或POPO配置。在POPA配置中，提供一种在极高功率和能量上(平均功率接近500～1000瓦)操作的激光系统。通过操作POPA配置的激光系统，整体效率可提高多达50％，也可改进可靠性，因为整体效用(包括消耗品成本)直接与组件消耗品的至少之一即腔室的寿命长度有关。这种POPA配置还可改进能量稳定性，类似于申请人之受让人的XLA MOPA激光器，因为PA以饱和状态模式进行操作。根据本发明各实施例，激光系统极为适用超级横向生长(SLG)的激光结晶化工艺过程，其中能量要求相对极高，且稳定性要求也相对极为严格。

根据本发明各实施例的激光系统，特别是POPO配置，激光器可用来提供其定时分离的两个脉冲。每个激光PO腔室的能量可以是每个脉冲20～30毫焦的范围内，且重复率可高达4kHz。对于脉冲之间～1到2μs的时间间隔，根据本发明一实施例的激光系统可应用于例如在以上引用的Kudo等人文章中讨论的Sumitomo所提议的高级SLG(“aSLG”)。对于脉冲之间125μs的时间间隔，根据本发明一实施例的激光系统可在8kHz上操作，因此还可应用于由若干实验室开发的受控SLG(“cSLG”)，如以上引用的Kudo等人文章和以上引用的Voutsas文章中所讨论的。当今，aSLG和cSLG都在考虑用高重复率绿色激光来完成，例如功能不够强大并需要频率倍乘的二极管泵激ND:YAG双频激光。

例如，对于cSLG使用极短的脉冲间隔～100ns，根据本发明一个方面的激光系统的输出可显现为具有极长脉冲宽度的2个脉冲。这种长脉冲可例如减少结晶时间并改进晶体质量。也可使用有关可以改进cSLG和aSLG的结果的脉冲展宽器，因为脉冲越长，对通过延迟热处理过程中的结晶时间的结晶化过程越好，还可保护激光系统下游的光学器件。脉冲展宽器可以是激光系统本身的一部分，或结合到激光系统外部的光束传送单元中。BDU对控制输出激光脉冲光束在将光束传送到执行SLG的工作站时的指向和定位是有用的，从而例如在逐一脉冲的基础上保持这些参数。

在根据本发明一实施例的另一配置中，例如像POPA激光系统，该激光系统可在高达6kHz上作为cSLG操作。能量可减少，但功率将＞200瓦。根据本发明一实施例，输出激光脉冲光束可在一个维度上展宽并在另一个维度上聚焦。根据本发明一实施例，这种经展宽的光束可按将激光导入工件的缝隙来调整尺寸，且聚焦光束的轮廓可对应于对aSLG理想的高斯形状。

本领域技术人员可以理解，对涉及例如表面或衬底处理的制造过程的类似应用，为本申请和各权利要求的解释目的将被简称为“表面处理”；并且可以理解包括这些处理：诱导式晶体生长、热处理、启用、刺激或增强衬底之上或之中的化学或物理反应，且特别是在包括对衬底的穿透时，可使用本发明的上述实施例来不仅实现具有较高功率和较高稳定性要求的对例如集成电路晶片上的光刻胶的曝光，而且在其它中央波长上使用根据本发明上述实施例配置的XeF、KrF、ArF和F2气体放电激光系统。在本发明中揭示的本发明较佳实施例的一个重要方面是利用申请人多腔室POPA和/或POPOI激光的能力以及精确控制以特定方式彼此作用的两个激光腔室的定时，以解决使用先前激光系统所导致的制造过程缺陷故障。在本申请受让人的MOPA配置的XLA气体放电激光之前，部分地因为这些严格的定时要求，并未普遍使用MOPA或POPA或POPO气体放电激光器。然而，现在有了本申请受让人的XLA技术，就有了气体放电激光器-例如受激准分子和氟分子激光器-的利用有了显著提高，使得将之在于下一代大规模多晶硅结晶化之类的制造工艺过程利用成为可能。与现有激光系统(取决于配置为500Hz～8kHz)相比，根据本发明各方面，这种激光系统向制造工件传送极高功率(高达1000瓦)、极高重复率的展宽脉冲，逐一脉冲地稳定的能量/功率和精确脉冲定时，包括提供用于脉冲重复率加倍的交错POPO脉冲。

可以理解，本发明的各个实施方式可用各种有利方式(例如POPA配置)来配置，例如用于以4kHz或以上的脉冲重复率传送150毫焦或以上的也可光学展宽的脉冲，并且还可通过在BDU中传送、或在采用具有两个脉冲(每个POPO一个)的精确定时(±3ns)和能量控制的POPO的双脉冲配置中传送、或在以8kHz速率并使用脉冲展宽和BDU传送来向双脉冲传送精确定时(±3ns)和脉冲能量的POPO配置中传送来得到有利地改进。在第一个POPO实施例中，诸脉冲可以是相对接近地隔开，间隔为例如≤1μs，且两个相邻脉冲中每个第一输出激光脉冲开始时间之间的间隔为例如250μs，整体脉冲重复率为8kHz。在该情形中，如果工件上的处理需要具有不同功率电平的两个步骤处理在例如8kHz的重复率上相隔得比125μs还要近些，则每对相邻脉冲的第二个脉冲可间隔开小于125μs，并且可以是不同的功率电平，例如较低功率电平。在第二POPO排列中，对于8kHz的重复率，脉冲可统一间隔开125μs。

根据本发明，使用例如XeCl的系统可提供例如308nm中央波长、每个脉冲150毫焦、4kHz脉冲重复率，即600瓦、1％∑、60-70ns的FWHM脉冲周期(未经展宽)、以及具有4X T_is展宽器的120ns FWHM，并具有20B脉冲数量级的腔室寿命。根据本发明各实施例，SSPPM因为寿命较长、较高功率上的高重复率、较长的腔室寿命和极低的腔室间抖动而降低了维护。根据本发明各实施例，BDU可独立于光生成过程中的激光指向误差，有利地向制造装置提供经改进的激光光束形状并降低发送点上的发散性，且可主动地动态监测和稳定在BDU中的指向和定位，从而能够使诸如向制造工具、进而向工件的能量传送保持恒定，等等。

总而言之，揭示了一种气体放电激光结晶化装置和方法，用于执行工件衬底中晶体组成或方向的转变，该装置和方法可包括：多腔室激光系统，该系统包括由第一和第二气体放电室组成的第一激光单元，其中每个气体放电室内都有一对细长、相对、分开放置的电极，形成一个细长的气体放电区域；包含在所述放电室内的激光气体，其包括为在对工件上执行的结晶处理最优的中央波长上产生激光而选择的卤素和惰性气体；包括DC电源的电源模块；连接至所述DC电源并连接至各自的电极的第一及第二脉冲压缩和电压递升电路，其包括多级零头递升变压器和固态触发开关，其中的变压器具有多个串联连接的初级线圈以及穿过多个初级线圈的每一个的单个次级线圈；以及激光定时和控制模块，它可操作用于基于所述相应的第一及第二脉冲压缩和电压递升电路的操作参数来定时所述相应的固态开关的闭合，以实现第一和第二激光单元或者作为POPA配置的激光系统或者作为POPO配置的激光系统来运作以产生单个输出激光脉冲束。作为POPA，激光系统中继光学器件可操作用于将第一输出激光脉冲束从第一激光单元导入第二气体放电室；且定时和控制模块在第一输出激光脉冲束在第二放电区域内传送之时，在其前后3纳秒内操作，以在第二对电极之间创建气体放电；作为POPO，组合光学器件组合各输出光束，并且定时在组合输出中建立一个预定时间加减3纳秒的脉冲间隔。可包括光束传送单元和脉冲展宽器，且定时和控制可基于表示脉冲压缩和电压递升电路中充电电压和组件温度的信号进行处理器控制。

以上揭示涉及本发明的当前较佳实施例，而本发明不应视为受限于这些实施例，而应视为受限于与所附权利要求以及这些权利要求的等效方案和/或权利要求中所述元素的等效物的范围内。

Claims (54)

1.一种用于执行工件衬底中晶体组成或方向的转变的气体放电激光结晶设备，包括：

多腔室激光系统，它包括：

第一激光单元，包括：

第一气体放电腔室；

第一对细长、相对、分开放置的电极，其容纳于所述第一腔室内，形成第一细长的气体放电区域；

一激光气体，其包含在所述第一腔室内，包括为在对工件上执行的结晶处理最优化的中央波长上产生激光而选择的卤素和惰性气体；

第二激光单元，它包括：

第二气体放电腔室；

第二对细长、相对、分开放置的电极，其容纳于所述第二腔室内，形成第二细长的气体放电区域；

一激光气体，其包含在所述第二腔室内，包括为在对工件上执行的结晶处理最优化的中央波长上产生激光而选择的卤素和惰性气体；

一电源模块，它包括：

DC电源；

第一脉冲压缩和电压递升电路，其与所述DC电源相连并与所述第一对电极相连，包括多级零头递升变压器和固态触发开关，其中的变压器具有多个串联连接的初级线圈以及穿过所述多个初级线圈的每一个的单个次级线圈；

第二脉冲压缩和电压递升电路，其与所述DC电源相连并与所述第二对电极相连，包括多级零头递升变压器和固态触发开关，其中的变压器具有多个串联连接的初级线圈以及穿过所述多个初级线圈的每一个的单个次级线圈；以及

一激光定时和控制模块，可操作用于分别基于第一及第二脉冲压缩和电压递升电路的操作参数来定时相应的固态开关的闭合，以将所述第一和第二激光单元或者作为POPA配置的激光系统或者作为POPO配置的激光系统来运作以产生单个输出激光脉冲束。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述激光系统被配置为POPA激光系统并且还包括：

中继光学器件，可操作用于将第一输出激光脉冲束从所述第一激光单元导入所述第二气体放电室；以及

所述定时和控制模块部分地基于所述第一固态开关的闭合时间来定时所述第二固态开关的闭合，以在所述第一输出激光脉冲束于第二放电区域内传送之时，在其正负3纳秒的时间内，引发第二对电极之间的气体放电，以产生第二放大激光输出脉冲束作为所述单个输出激光脉冲束。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述激光系统被配置为POPO激光系统并且还包括：

组合光学器件，可操作用于组合来自第一激光单元的第一输出激光脉冲束与来自第二激光单元的第二输出激光脉冲束；以及

所述定时和控制模块部分地基于所述第一固态开关的闭合时间来定时所述第二固态开关的闭合，以在第二对电极之间引发气体放电，以在所述单个输出激光脉冲束中使第一输出激光脉冲束中的输出激光脉冲与第二输出激光脉冲束中的输出激光脉冲之间分隔开一个预选时间加减3ns的时间。

4.如权利要求1所述的设备，还包括：

脉冲展宽器，其处于所述单个输出激光脉冲束路径之中，可操作用于使所述单个输出激光脉冲束中的脉冲的T_is展宽至少2倍。

5.如权利要求2所述的设备，还包括：

脉冲展宽器，其处于所述单个输出激光脉冲束路径中，可操作用于使所述单个输出激光脉冲束中的脉冲的T_is展宽至少2倍。

6.如权利要求3所述的设备，还包括：

脉冲展宽器，其处于所述单个输出激光脉冲束路径中，可操作用于使所述单个输出激光脉冲束中的脉冲的T_is展宽至少2倍。

7.如权利要求1所述的设备，还包括：

光束传送单元，其处于所述单个输出激光脉冲束路径中，可操作用于将所述单个输出激光脉冲束传送给一制造工具，用于执行工件衬底中晶体组成或方向的转变；以及

光束调节模块，其处于所述光束传送单元内，包括光束参数监测器和光束参数调节机制。

8.如权利要求2所述的设备，还包括：

光束传送单元，其处于所述单个输出激光脉冲束路径中，可操作用于将所述单个输出激光脉冲束传送给一制造工具，用于执行工件衬底中晶体组成或方向的转变；以及

光束调节模块，其处于所述光束传送单元内，包括光束参数监测器和光束参数调节机制。

9.如权利要求3所述的设备，还包括：

光束传送单元，其处于所述单个输出激光脉冲束路径中，可操作用于将所述单个输出激光脉冲束传送给一制造工具，用于执行工件衬底中晶体组成或方向的转变；以及

光束调节模块，其处于所述光束传送单元内，包括光束参数监测器和光束参数调节机制。

10.如权利要求4所述的设备，还包括：

光束传送单元，其处于所述单个输出激光脉冲束路径中，可操作用于将所述单个输出激光脉冲束传送给一制造工具，用于执行工件衬底中晶体组成或方向的转变；以及

光束调节模块，其处于所述光束传送单元内，包括光束参数监测器和光束参数调节机制。

11.如权利要求5所述的设备，还包括：

光束传送单元，其处于所述单个输出激光脉冲束路径中，可操作用于将所述单个输出激光脉冲束传送给一制造工具，用于执行工件衬底中晶体组成或方向的转变；以及

光束调节模块，其处于所述光束传送单元内，包括光束参数监测器和光束参数调节机制。

12.如权利要求6所述的设备，还包括：

光束传送单元，其处于所述单个输出激光脉冲束路径中，可操作用于将所述单个输出激光脉冲束传送给一制造工具，用于执行工件衬底中晶体组成或方向的转变；以及

光束调节模块，其处于所述光束传送单元内，包括光束参数监测器和光束参数调节机制。

13.如权利要求7所述的设备，还包括：

所述定时和控制模块包括一基于所接收的诸信号执行经编程的定时控制操作的处理器，其中的信号是指表示相应的第一及第二脉冲压缩和电压递升电路中的充电电压的信号，和表示相应的第一及第二脉冲压缩和电压递升电路中至少一个磁开关元件的温度的信号。

14.如权利要求8所述的设备，还包括：

所述定时和控制模块包括一基于所接收的诸信号执行经编程的定时控制操作的处理器，其中的信号是表示相应的第一及第二脉冲压缩和电压递升电路中的充电电压的信号，和表示相应的第一及第二脉冲压缩和电压递升电路中至少一个磁开关元件的温度的信号。

15.如权利要求9所述的设备，还包括：

所述定时和控制模块包括基于一所接收的诸信号执行经编程的定时控制操作的处理器，其中的信号是表示相应的第一及第二脉冲压缩和电压递升电路中的充电电压的信号，和表示相应的第一及第二脉冲压缩和电压递升电路中至少一个磁开关元件的温度的信号。

16.如权利要求10所述的设备，还包括：

所述定时和控制模块包括一基于所接收的诸信号执行经编程的定时控制操作的处理器，其中的信号是表示相应的第一及第二脉冲压缩和电压递升电路中的充电电压的信号，和表示相应的第一及第二脉冲压缩和电压递升电路中至少一个磁开关元件的温度的信号。

17.如权利要求11所述的设备，还包括：

所述定时和控制模块包括一基于所接收的诸信号执行经编程的定时控制操作的处理器，其中的信号是表示相应的第一及第二脉冲压缩和电压递升电路中的充电电压的信号，和表示相应的第一及第二脉冲压缩和电压递升电路中至少一个磁开关元件的温度的信号。

18.如权利要求12所述的设备，还包括：

所述定时和控制模块包括一基于所接收的诸信号执行经编程的定时控制操作的处理器，其中的信号是表示相应的第一及第二脉冲压缩和电压递升电路中的充电电压的信号，和表示相应的第一及第二脉冲压缩和电压递升电路中至少一个磁开关元件的温度的信号。

19.一种用于执行工件衬底中晶体组成或方向的转变的气体放电激光结晶装置，包括：

多腔室激光系统，它包括：

第一激光单元，包括：

第一气体放电腔室；

第一对细长、相对、分开放置的电极，其容纳于所述第一腔室内，形成第一细长的气体放电区域；

一激光气体，其包含在所述第一腔室内，包括为在对工件上执行的结晶处理最优化的中央波长上产生激光而选择的卤素和惰性气体；

第二激光单元，包括：

第二气体放电腔室；

第二对细长、相对、分开放置的电极，其容纳于所述第二腔室内，形成第二细长的气体放电区域；

一激光气体，包含在所述第二腔室内，包括为在对工件上执行的结晶处理最优的中央波长上产生激光而选择的卤素和惰性气体；

一电源装置，包括：

DC电源；

第一脉冲压缩和电压递升装置，其与所述DC电源相连并和所述第一对电极相连，包括多级零头递升变压器和固态触发开关，其中的变压器具有多个串联连接的初级线圈以及穿过多个初级线圈的每一个的单个次级线圈；

第二脉冲压缩和电压递升装置，其与所述DC电源相连并和所述第二对电极相连，包括多级零头递升变压器和固态触发开关，其中的变压器具有多个串联连接的初级线圈以及穿过多个初级线圈的每一个的单个次级线圈；以及

一激光定时和控制装置，其可操作用于分别基于第一及第二脉冲压缩和电压递升装置的操作参数来定时相应的固态开关的闭合，以将所述第一和第二激光单元或者作为POPA配置的激光系统或者作为POPO配置的激光系统而运作，以产生单个输出激光脉冲束。

20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，所述激光系统被配置为POPA激光系统并且还包括：

中继光学装置，用于将第一输出激光脉冲束从所述第一激光单元导入所述第二气体放电室；以及

所述定时和控制装置包括一用于部分地基于所述第一固态开关的闭合时间来定时所述第二固态开关的闭合的装置，以在所述第一输出激光脉冲束于所述第二放电区域内传送之时，在其正负3纳秒内，引发所述第二对电极之间的气体放电，以产生第二放大激光输出脉冲束作为所述单个输出激光脉冲束。

21.如权利要求19所述的装置，其特征在于，所述激光系统被配置为POPO激光系统并且还包括：

组合光学装置，用于组合来自第一激光单元的第一输出激光脉冲束与来自第二激光单元的第二输出激光脉冲束；以及

所述定时和控制装置包括一用于部分地基于所述第一固态开关的闭合时间来定时所述第二固态开关的闭合的装置，以引发第二对电极之间的气体放电，以使第一输出激光脉冲束中的输出激光脉冲和第二输出激光脉冲束中的输出激光脉冲在所述单个输出激光脉冲束中分隔开一个预选时间加减3ns的时间。

22.如权利要求19所述的装置，还包括：

脉冲展宽器，其处于所述单个输出激光脉冲束路径中，可操作用于使所述单个输出激光脉冲束中脉冲的T_is展宽至少2倍。

23.如权利要求20所述的装置，还包括：

脉冲展宽器，其处于所述单个输出激光脉冲束路径中，可操作用于使所述单个输出激光脉冲束中脉冲的T_is展宽至少2倍。

24.如权利要求21所述的装置，还包括：

脉冲展宽器，其处于所述单个输出激光脉冲束路径中，可操作用于使所述单个输出激光脉冲束中脉冲的T_is展宽至少2倍。

25.如权利要求19所述的装置，还包括：

光束传送单元装置，其处于所述单个输出激光脉冲束路径中，用于将所述单个输出激光脉冲束传送给一制造工具，来执行工件衬底中晶体组成或方向的转变；以及

光束调节装置，其处于所述光束传送单元装置内，包括光束参数监测器和光束参数调节机制。

26.如权利要求20所述的装置，还包括：

光束传送单元装置，其处于所述单个输出激光脉冲束路径中，用于将所述单个输出激光脉冲束传送给一制造工具，来执行工件衬底中晶体组成或方向的转变；以及

光束调节装置，其处于所述光束传送单元装置内，包括光束参数监测器和光束参数调节机制。

27.如权利要求21所述的装置，还包括：

光束传送单元装置，其处于所述单个输出激光脉冲束路径中，用于将所述单个输出激光脉冲束传送给一制造工具，来执行工件衬底中晶体组成或方向的转变；以及

光束调节装置，其处于所述光束传送单元装置内，包括光束参数监测器和光束参数调节机制。

28.如权利要求22所述的装置，还包括：

光束传送单元装置，其处于所述单个输出激光脉冲束路径中，用于将所述单个输出激光脉冲束传送给一制造工具，来执行工件衬底中晶体组成或方向的转变；以及

光束调节装置，其处于所述光束传送单元装置内，包括光束参数监测器和光束参数调节机制。

29.如权利要求23所述的装置，还包括：

光束传送单元装置，其处于所述单个输出激光脉冲束路径中，用于将所述单个输出激光脉冲束传送给一制造工具，来执行工件衬底中晶体组成或方向的转变；以及

光束调节装置，其处于所述光束传送单元装置内，包括光束参数监测器和光束参数调节机制。

30.如权利要求24所述的装置，还包括：

光束传送单元装置，其处于所述单个输出激光脉冲束路径中，用于将所述单个输出激光脉冲束传送给一制造工具，来执行工件衬底中晶体组成或方向的转变；以及

光束调节装置，其处于所述光束传送单元装置内，包括光束参数监测器和光束参数调节机制。

31.如权利要求25所述的装置，还包括：

光束传送单元装置，其处于所述单个输出激光脉冲束路径中，用于将所述单个输出激光脉冲束传送给一制造工具，来执行工件衬底中晶体组成或方向的转变；以及

光束调节装置，其处于所述光束传送单元装置内，包括光束参数监测器和光束参数调节机制。

32.如权利要求26所述的装置，还包括：

所述定时和控制模块包括一处理器装置，用于基于所接收的诸信号执行经编程的定时控制操作，其中的信号是表示相应第一及第二脉冲压缩和电压升压装置中的充电电压的信号，和表示相应第一及第二脉冲压缩和电压升压装置中至少一个磁开关元件的温度的信号。

33.如权利要求27所述的装置，还包括：

所述定时和控制模块包括一处理器装置，用于基于所接收的诸信号执行经编程的定时控制操作，其中的信号是表示相应第一及第二脉冲压缩和电压升压装置中的充电电压的信号，和表示相应第一及第二脉冲压缩和电压升压装置中至少一个磁开关元件的温度的信号。

34.如权利要求28所述的装置，还包括：

所述定时和控制模块包括一处理器装置，用于基于所接收的诸信号执行经编程的定时控制操作，其中的信号是表示相应第一及第二脉冲压缩和电压升压装置中的充电电压的信号，和表示相应第一及第二脉冲压缩和电压升压装置中至少一个磁开关元件的温度的信号。

35.如权利要求29所述的装置，还包括：

所述定时和控制模块包括一处理器装置，用于基于所接收的诸信号执行经编程的定时控制操作，其中的信号是表示相应第一及第二脉冲压缩和电压升压装置中的充电电压的信号，和表示相应第一及第二脉冲压缩和电压升压装置中至少一个磁开关元件的温度的信号。

36.如权利要求30所述的装置，还包括：

所述定时和控制模块包括一处理器装置，用于基于所接收的诸信号执行经编程的定时控制操作，其中的信号是表示相应第一及第二脉冲压缩和电压升压装置中的充电电压的信号，和表示相应第一及第二脉冲压缩和电压升压装置中至少一个磁开关元件的温度的信号。

37.一种使用气体放电激光来执行工件衬底中晶体组成或方向的转变的方法，包括：

使用多腔室激光系统，它包括：

第一激光单元，包括：第一气体放电腔室；

第一对细长、相对、分开放置的电极，其容纳于所述第一腔室内，形成第一细长的气体放电区域；

一激光气体，其包含在所述第一腔室内，包括为在对工件上执行的结晶处理最优化的中央波长上产生激光而选择的卤素和惰性气体；

第二激光单元，它包括：

第二气体放电腔室；

第二对细长、相对、分开放置的电极，其容纳于所述第二腔室内，形成第二细长的气体放电区域；

一激光气体，其包含在所述第二腔室内，包括为在对工件上执行的结晶处理最优化的中央波长上产生激光而选择的卤素和惰性气体；

一电源模块，它包括：

DC电源；

第一脉冲压缩和电压递升电路，其与所述DC电源相连并与所述第一对电极相连，包括多级零头递升变压器和固态触发开关，其中的变压器具有多个串联连接的初级线圈以及穿过所述多个初级线圈的每一个的单个次级线圈；

第二脉冲压缩和电压递升电路，其与所述DC电源相连并与所述第二对电极相连，包括多级零头递升变压器和固态触发开关，其中的变压器具有多个串联连接的初级线圈以及穿过所述多个初级线圈的每一个的单个次级线圈；以及

一激光定时和控制模块，可操作用于分别基于的第一及第二脉冲压缩和电压递升电路的操作参数来定时相应的固态开关的闭合，以将所述第一和第二激光单元或者作为POPA配置的激光系统或者作为POPO配置的激光系统来运作以产生单个输出激光脉冲束。

38.如权利要求37所述的方法，其特征在于，所述激光系统被配置为POPA激光系统并且还包括：

将第一输出激光脉冲束从所述第一激光单元导入所述第二气体放电室；以及

部分地基于所述第一固态开关的闭合时间来定时所述第二固态开关的闭合，以在所述第一输出激光脉冲束于所述第二放电区域内传送之时，在其正负3纳秒内，引发第二对电极之间的气体放电，以产生第二放大激光输出脉冲束作为单个输出激光脉冲束。

39.如权利要求37所述的方法，其特征在于，所述激光系统被配置为POPO激光系统并且还包括：

组合来自所述第一激光单元的第一输出激光脉冲束与来自所述第二激光单元的第二输出激光脉冲束；以及

部分地基于所述第一固态开关的闭合时间来定时所述第二固态开关的闭合，以引发第二对电极之间的气体放电，以使第一输出激光脉冲束中的输出激光脉冲和第二输出激光脉冲束中的输出激光脉冲在所述单个输出激光脉冲束中分隔开一个预选时间加减3ns的时间。

40.如权利要求37所述的方法，还包括：

使所述单个输出激光脉冲束中脉冲的T_is展宽至少2倍。

41.如权利要求38所述的方法，还包括：

使所述单个输出激光脉冲束中脉冲的T_is展宽至少2倍。

42.如权利要求39所述的方法，还包括：

使所述单个输出激光脉冲束中脉冲的T_is展宽至少2倍。

43.如权利要求37所述的方法，还包括：

使用一处于所述单个输出激光脉冲束路径中的光束传送单元，将所述单个输出激光脉冲束传送给一制造工具，用于执行工件衬底中晶体组成或方向的转变；以及

使用一处于所述光束传送单元内的光束调节机制来监测并调节光束参数，其中的调节机制包括光束参数监测装置和光束参数调节装置。

44.如权利要求38所述的方法，还包括：

使用一处于所述单个输出激光脉冲束路径中的光束传送单元，将所述单个输出激光脉冲束传送给一制造工具，用于执行工件衬底中晶体组成或方向的转变；以及

使用一处于所述光束传送单元内的光束调节机制来监测并调节光束参数，其中的调节机制包括光束参数监测装置和光束参数调节装置。

45.如权利要求39所述的方法，还包括：

使用一处于所述单个输出激光脉冲束路径中的光束传送单元，将所述单个输出激光脉冲束传送给一制造工具，用于执行工件衬底中晶体组成或方向的转变；以及

使用一处于所述光束传送单元内的光束调节机制来监测并调节光束参数，其中的调节机制包括光束参数监测装置和光束参数调节装置。

46.如权利要求40所述的方法，还包括：

使用一处于所述单个输出激光脉冲束路径中的光束传送单元，将所述单个输出激光脉冲束传送给一制造工具，用于执行工件衬底中晶体组成或方向的转变；以及

使用一处于所述光束传送单元内的光束调节机制来监测并调节光束参数，其中的调节机制包括光束参数监测装置和光束参数调节装置。

47.如权利要求41所述的方法，还包括：

使用一处于所述单个输出激光脉冲束路径中的光束传送单元，将所述单个输出激光脉冲束传送给一制造工具，用于执行工件衬底中晶体组成或方向的转变；以及

使用一处于所述光束传送单元内的光束调节机制来监测并调节光束参数，其中的调节机制包括光束参数监测装置和光束参数调节装置。

48.如权利要求42所述的方法，还包括：

使用一处于所述单个输出激光脉冲束路径中的光束传送单元，将所述单个输出激光脉冲束传送给一制造工具，用于执行工件衬底中晶体组成或方向的转变；以及

使用一处于所述光束传送单元内的光束调节机制来监测并调节光束参数，前后做的调节机制包括光束参数监测装置和光束参数调节装置。

49.如权利要求37所述的方法，还包括：

基于所接收的诸信号执行经编程的定时控制操作的处理器，其中的信号是表示相应第一及第二脉冲压缩和电压升压电路中的充电电压的信号，和表示相应第一及第二脉冲压缩和电压升压电路中至少一个磁开关元件的温度的信号。

50.如权利要求38所述的方法，还包括：

基于所接收的诸信号执行经编程的定时控制操作的处理器，其中的信号是表示相应第一及第二脉冲压缩和电压升压电路中的充电电压的信号，个表示相应第一及第二脉冲压缩和电压升压电路中至少一个磁开关元件的温度的信号。

51.如权利要求39所述的方法，还包括：

基于所接收的诸信号执行经编程的定时控制操作的处理器，其中的信号是表示相应第一及第二脉冲压缩和电压升压电路中的充电电压的信号，和表示相应第一及第二脉冲压缩和电压升压电路中至少一个磁开关元件的温度的信号。

52.如权利要求40所述的方法，还包括：

基于所接收的诸信号执行经编程的定时控制操作的处理器，其中的信号是表示相应第一及第二脉冲压缩和电压升压电路中的充电电压的信号，和表示相应第一及第二脉冲压缩和电压升压电路中至少一个磁开关元件的温度的信号。

53.如权利要求41所述的方法，还包括：

基于所接收的诸信号执行经编程的定时控制操作的处理器，其中的信号是表示相应第一及第二脉冲压缩和电压升压电路中的充电电压的信号，和表示相应第一及第二脉冲压缩和电压升压电路中至少一个磁开关元件的温度的信号。

54.如权利要求42所述的方法，还包括：基于所接收的诸信号执行经编程的定时控制操作的处理器，其中的信号是表示相应第一及第二脉冲压缩和电压升压电路中的充电电压的信号，和表示相应第一及第二脉冲压缩和电压升压电路中至少一个磁开关元件的温度的信号。

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