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Die
Erfindung betrifft Verzögerungsstrecken zum Verändern
einer Pulsdauer von Laserpulsen, eine Vorrichtung zum Erzeugen gestreckter
Laserpulse, sowie ein Verfahren zur Streckung von Laserpulsen nach
den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
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Das
Strecken von Laserpulsen an sich ist bekannt. Es wird beispielsweise
angewandt, um die Intensität von Laserpulsen zu verringern,
da gegebenenfalls ein mit Hilfe eines gepulsten Lasers zu untersuchendes
Material durch die hohe Intensität gepulster Laserstrahlung
beschädigt werden könnte. Auch in der Lithographietechnik
können die intensiven Laserpulse zu einer vorzeitigen Alterung
der verwendeten Optiken führen. Zum Strecken eines Laserpulses wird
dieser mittels eines Strahlteilers in verschiedene Teilpulse zerlegt.
Diese Teilpulse werden dann über unterschiedlich lange
Verzögerungsstrecken (Verzögerungskreise bzw.
Verzögerungsschleifen) geleitet und erreichen so nacheinander
ein zu untersuchendes, oder zu belichtendes Objekt. Aus dem
US Patent 5 337 333 ist
ein Verfahren zum Formen von Laserpulsen bekannt, wobei ein oder
mehrere Verzögerungskreise verwendet werden. Die Verzögerungskreise
bestehen jeweils aus einem Strahlteiler, sowie einer Mehrzahl von
Reflektoren. Aus einem kurzen, intensiven Laserpuls wird ein langgestreckter
Laserpuls mit geringerer Spitzenintensität erzeugt.
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Die
nach dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zum Strecken
von Laserpulsen sind jeweils an ein bestimmtes Lasersystem angepasst. Sie
strecken einen bestimmten Laserpuls auf eine vorgegebene Pulsbreite.
Eine Kombination der bekannten Vorrichtungen mit anderen Lasersystemen, beispielsweise
von verschiedenen Herstellern, oder von unterschiedlicher Güte
ist nicht ohne weiteres möglich.
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Der
Erfindung liegt daher das technische Problem zu Grunde, eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum Erzeugen gestreckter Laserpulse zur Verfügung
zu stellen, welche die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen.
Ein weiteres, zu lösendes technisches Problem besteht in
der Bereitstellung einer bzw. mehrerer Verzögerungsstrecken
zum Verändern der Pulslänge von Laserpulsen, welche eine
einfache und schnelle Anpassung einer Vorrichtung zum Erzeugen gestreckter
Laserpulse an diverse Lasersysteme, beziehungsweise für
verschiedene Aufgaben ermöglicht.
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Gelöst
werden die genannten technischen Probleme durch die Gegenstände
der unabhängigen Patentansprüche, vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Verzögerungsstrecke zum
Verändern der Pulslänge von Laserpulsen weist mindestens
einen Strahlteiler auf, wobei ein Laserstrahl durch den Strahlteiler
in einen ersten Teilpuls und mindestens einen zweiten Teilpuls zerlegbar
ist. Dabei passiert der erste Teilpuls den Strahlteiler und verlässt
die erfindungsgemäße Verzögerungsstrecke auf
direktem Weg. Der zweite Teilpuls wird reflektiert, gegebenenfalls
mehrfach umgelenkt, erneut aufgespalten und anschließend
mit einer entsprechenden Verzögerung dem ersten Teilpuls
wieder hinzugefügt. Dazu weist die erfindungsgemäße
Verzögerungsstrecke eine Umwegstrecke mit einer Mehrzahl
von Reflektoren zur Umlenkung des zweiten Teilpulses und aller weiteren
sich aus weiteren Umläufen ergebenden Teilpulse auf. Der
aus dem ersten Teilpuls und dem zweiten Teilpuls zusammengesetzte
Laserpuls ist gegenüber dem ursprünglichen Laserpuls
gestreckt, während die Pulsspitzenintensität verringert ist.
Weiterhin erfindungsgemäß ist der Strahlteiler
in eine Nichtgebrauchsposition und in eine Gebrauchsposition einstellbar,
wobei der Strahlteiler in der Nichtgebrauchsposition außerhalb
eines Laserstrahlwegs angeordnet ist. Der Laserstrahlweg im Sinne dieser
Erfindung ist derjenige optischer Pfad, auf welchem der Laserstrahl
in die erfindungsgemäßen Verzögerungsstrecken
eintritt. Bei einer Stellung des Strahlteilers in der Nichtgebrauchsposition
passiert daher der gesamte Laserstrahl die Anordnung ohne die Verzögerungsstrecke
zu durchlaufen, insbesondere ohne gestreckt zu werden.
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Die
erfindungsgemäßen Verzögerungsstrecken
lassen sich auf diese Art und Weise vorteilhaft zuschalten und abschalten,
indem der Strahlteiler entweder in die Nichtgebrauchsposition oder
in die Gebrauchsposition eingestellt wird. Die Einstellung kann
beispielsweise durch eine örtliche Verstellung des Strahlteilers
selbst erfolgen. Ebenso kann eine Einstellung der Gebrauchsposition
oder Nichtgebrauchsposition mittels verstellbarer oder schaltbarer optischer
Elemente, welche den Laserstrahl entweder durch den Strahlteiler
leiten oder nicht. Die erfindungsgemäßen Verzögerungsstrecken
ermöglichen daher auf einfache Weise eine Anpassung, beispielsweise
an den verwendeten Laser oder an eine durchzuführende Messung
oder Belichtung. Besonders vorteilhaft bleiben die Laserstrahl-Eigenschaften,
wie Strahlenquerschnitt, Wellenfrontkrümmung und Divergenz
bei allen erzeugten Pulslängen gleich. Die Strahleigenschaften
bleiben insbesonders dann gleich, wenn eine seitenrichtige und telezentrische 1:1-abbildende
Verzögerungsstrecke realisiert ist. Dazu werden erfindungsgemäß mindestens
4 Konkavspiegel als Reflektoren eingesetzt, die als entsprechend
mindestens zweifaches 1:1-Teleskop angeordnet sind.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Gebrauchsposition
und die Nichtgebrauchsposition des Strahlteilers mittels einer Verstellmechanik
manuell oder automatisch einstellbar. Die Verstellmechanik dient
dabei beispielsweise zur Verstellung des Strahlteilers selbst in
den Laserstrahlweg hinein oder aus diesem heraus. Alternativ oder
zusätzlich können mittels der Verstellmechanik auch
optische Elemente, wie Reflektoren, so verstellt werden, dass der
Laserstrahl durch den Strahlteiler geführt wird oder nicht.
Besonders bevorzugt weist die Verstellmechanik einen Linearversteller,
insbesondere einen linear verstellbaren Verschiebetisch auf, wobei
der Strahlteiler auf dem Verschiebetisch angeordnet ist. Ebenso
bevorzugt ist eine alternative Ausführung, wobei ein oder
mehrere optische Elemente zum Beeinflussen des Laserstrahlwegs auf dem
Verschiebetisch angeordnet sind. Die erfindungsgemäßen
Verzögerungsstrecken lassen sich so vorteilhaft ohne Änderungen
der Versuchsanordnung bequem in den Strahlengang des Laserstrahls einkoppeln
oder auskoppeln. Auf diese Weise ist es möglich, eine Mehrzahl
von erfindungsgemäßen Verzögerungsstrecken
zu schaffen die ein-, aus- oder hintereinander geschaltet werden
können wodurch die entsprechende Pulsdauer im wesentlichen
beliebig verlängert werden kann. Dabei ist eine aufwändige
Justierung bei dem Verändern der Pulslänge nicht notwendig.
Darüber hinaus wird besonders vorteilhaft bei verschiedenen
Pulslängen und auch während der gesamten Pulslänge
ein gleichbleibendes Strahlprofil zur Verfügung gestellt.
Dementsprechend können Messungen bei unterschiedlichen
Pulslängen unmittelbar miteinander verglichen werden. Es besteht
beispielsweise die Möglichkeit, funktionelle Zusammenhänge
bei der Materialcharakterisierung aus Messungen bei unterschiedlichen
Pulslängen abzuleiten.
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Der
Fachmann erkennt, dass die erfindungsgemäßen Verzögerungsstrecken
prinzipiell die Durchleitung beliebiger kontinuierlicher elektromagnetischer
Strahlung erlauben, weshalb hier auch der allgemeine Ausdruck Laserstrahl
verwendet wird. Die Funk tion des Veränderns der Pulslänge
ist jedoch naturgemäß auf gepulste Laserstrahlung
beschränkt.
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Der
Strahlteiler weist ein Verhältnis des Anteils an transmittierter
Strahlung zum Anteil an in die Umwegstrecke reflektierter Strahlung
auf, und bestimmt so das quantitative Verhältnis zwischen
erstem Teilpuls und zweitem Teilpuls. Der Anteil an transmittierter
Strahlung beträgt üblicherweise zwischen 20% und
80%, insbesonders 30% bis 70% wobei 40% +/– 5% bzw. +/– 2%
ganz besonders bevorzugt ist. Die erfindungsgemäße
Verzögerungsstrecke weist mindestens ein Korrekturelement
zur Korrektur eines durch den Strahlteiler hervorgerufenen Strahlenversatzes
auf, wobei das Korrekturelement zwischen einer Neutralposition P
und einer Korrekturposition K verschiebbar ist. Ein Strahlversatz
durch den Strahlteiler kann so gezielt ausgeglichen werden, was
nur dann notwendig ist, wenn der Strahlteiler aktiv ist, also in
der Gebrauchsposition G eingestellt ist. Insbesondere kann der Strahlteiler
einer 2. Verzögerungsstrecke als Korrekturelement für
den Strahlversatz einer 1. Verzögerungsstrecke dienen.
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Gemäß einer
weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind
die Reflektoren zur Umlenkung des zweiten Teilpulses zur Vermeidung
zusätzlicher optischer Bauelemente wie Sammellinsen als
hochreflektierende Spiegel ausgeführt, besonders bevorzugt
als Hohlspiegel. Hochreflektierende Spiegel werden üblicherweise
mit einem dem Fachmann bekannten Verfahren beschichtet, sodass sie das
auftreffende Licht annähernd vollständig wieder reflektieren.
Solche Spiegel werden auch als HR-Spiegel bezeichnet. Qualitativ
besonders hochwertige Hohlspiegel mit einer Oberflächenvergütung erlauben
vorteilhafterweise eine zumindest annähernd verlustfreie
Reflexion. Weiterhin bevorzugt weisen die Hohlspiegel einen Krümmungsradius
auf, welcher so groß wie die Wegstrecke zum nächsten Reflektor
ist. Indem eine Divergenzanpassung der Laserstrah lung von der ersten
Verzögerungsstrecke durchgeführt wird, befindet
sich die Strahltaille in der Mitte der Strecken zwischen den Hohlspiegeln.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung
zum Erzeugen gestreckter Laserpulse mit einer Mehrzahl von Verzögerungsstrecken,
wobei mindestens eine der Verzögerungsstrecken erfindungsgemäß ausgebildet
ist. Bevorzugt sind mehrere der Verzögerungsstrecken nach
der vorliegenden Erfindung ausgebildet. Eine solche Vorrichtung
wird auch als Pulsestretcher bezeichnet, mit der ein Laserpuls unterschiedlich
stark gestreckt werden kann. Dies ist durch die erfindungsgemäß zuschaltbare,
beziehungsweise abschaltbare mindestens eine Verzögerungsstrecke
ohne besonderen Aufwand möglich. Bei mindestens zwei oder mehreren
Verzögerungsstrecken sind diese vorzugsweise jeweils einzeln
zuschaltbar und abschaltbar. Auf diese Weise werden Untersuchungen
von Materialien mittels Laserpulsen erleichtert. Das Material kann
unterschiedlichen Pulsdauern und damit auch unterschiedlichen Intensitätsspitzen
ausgesetzt werden, ohne dass sich das Strahlprofil, beispielsweise hinsichtlich
Strahlquerschnitt, Wellenfrontkrümmung oder Divergenz verändern
würde. Besonders vorteilhaft ist, dass kostengünstige,
einstufige Laser mit vergleichsweise schlechten Strahleigenschaften
eingesetzt werden können.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung weist bevorzugt eine
Linse oder ein Linsensystem zur Anpassung der Strahleigenschaften
eines Lasers auf, wobei die Linse oder das Linsensystem von dem
Laserstrahl durchlaufen wird, bevor diese die Verzögerungsstrecke
erreicht. Besonders bevorzugt ist eine Zylinderlinse zur teilweisen
Kompensation einer Divergenz, insbesondere der Wellenfrontkrümmung, des
Laserstrahls vorgesehen. Die durch eine große Wellenfrontkrümmung
vergleichsweise starke Divergenz der Strahlung von kostengünstigen,
einstufigen Lasern, welche zu verschiedenen (schlecht positionierten)
Lagen der Strahltaillen, und somit zur ungleichen Belastung, beziehungsweise
Zerstörung optischer Bauteile führen kann, lässt
sich so in vorteilhafter Weise teilweise kompensieren, so dass Strahltaillen
nahezu mittig zwischen den Reflexionsspiegeln der Verzögerungsstrecken
liegen. Der verwendete Laserstrahl weist beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt
auf, wobei die Zylinderlinse lediglich die Divergenz der langen
Dimension des Laserquerschnitts korrigieren muss. Durch Verwendung
einer an die Laserstrahleigenschaften angepassten Linse, beziehungsweise
eines Linsensystems vor den Verzögerungsstrecken, wird
vorteilhaft eine gleichmäßig geringe Strahlenbelastung
der optischen Bauelemente, zum Beispiel der Spiegel, in den Verzögerungsstrecken
erreicht und somit der Einsatz unterschiedlicher Laserquellen an
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Längen
der einzelnen Verzögerungsstrecken verschieden, wobei die
Längen vorzugsweise ein Verhältnis ganzzahliger
Potenzen der Zahl Zwei zueinander aufweisen. Im Falle von drei Verzögerungsstrecken,
beispielsweise, beträgt deren Längenverhältnis
4:2:1. Mit zunehmender Anzahl an Verzögerungsstrecken wird
vorteilhaft eine weniger stark modulierte zeitliche Intensitätsverteilung
erreicht. Zur Erzielung einer möglichst langen Pulslänge
sollte eine Verzögerungsstrecke eine Pulsverzögerung
von der Größe der Pulslänge hervorrufen
und die zweite Strecke die doppelte Länge besitzen. Eine weitere
Verzögerungsstrecke mit der halben Länge der ersten
kann zur Homogenisierung des zeitlichen Pulsprofils verwendet werden.
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Vorzugsweise
ist einer oder mehreren Verzögerungsstrecken ein Korrekturelement
zugeordnet, welches zur Korrektur eines Strahlversatzes dient. Je ein
Korrekturelement kann jeweils den einzelnen Verzögerungsstrecken
zugeordnet sein. Ebenso bevorzugt weist die Vorrichtung jedoch ein
oder mehrere Korrekturelemente auf, welche unabhängig von
den Verzögerungsstrecken sind. Beispielsweise kann ein Strahlversatz
bei zwei hintereinander geschalteten Verzögerungsstrecken
auch beispielsweise durch deren Strahlteiler selbst ausgeglichen
werden, so dass zusätzliche Korrekturelemente nicht notwendig sind.
Deren Einsparung ist vorteilhaft, da eine geringere Anzahl an optischen
Elementen zu einem niedrigeren Verlust führt.
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Gemäß einer
weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind
die Verzögerungsstrecken schwingungsarm gelagert. Beispielsweise
weist die Vorrichtung einen besonders stabilen Sockel auf. Die Verzögerungsstrecken
weisen bevorzugt ein Traggerüst aus Aluminiumprofilen auf,
so dass die gesamte Vorrichtung gegenüber Schwingungen
vergleichsweise stabil ist. Die Aluminiumprofile, beziehungsweise
im Wesentlichen die gesamte Vorrichtung, weisen besonders bevorzugt
eine die jeweilige Laserstrahlung absorbierende Verkleidung auf,
z. B. insbesondere bei UV-Wellenlängen aus Polycarbonat,
wie z. B. Makrolon.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren
zur Streckung von Laserpulsen mittels einer Mehrzahl von Verzögerungsstrecken,
wobei mindestens eine der Verzögerungsstrecken zugeschaltet
und abgeschaltet wird, indem ein Strahlteiler in eine Nichtgebrauchsposition
oder in eine Gebrauchsposition eingestellt wird, wobei der Strahlteiler
in der Nichtgebrauchsposition außerhalb eines Laserstrahlwegs
angeordnet wird.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Die Ausführungen sind lediglich beispielhaft und schränken
den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.
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Es
zeigen
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die 1a und 1b jeweils
schematische Darstellungen einer erfindungsgemäßen
Verzögerungsstrecke;
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2a und 2b schematische
Darstellungen einer Korrektur eines Strahlversatzes gemäß bevorzugten
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Verzögerungsstrecke;
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3 bis 5 jeweils
eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Strecken von Laserpulsen mit zwei erfindungsgemäßen
Verzögerungsstrecken, in verschiedenen Betriebsmodi;
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6 ein
Diagramm zur Darstellung der unterschiedlich stark gestreckten Pulslängen
nach dem Durchlauf der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gemäß 3 bis 5.
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In
den 1a und 1b ist
eine Verzögerungsstrecke 10 zum Strecken der Pulslänge
von Laserpulsen schematisch dargestellt. Die in der 1a dargestellte
Verzögerungsstrecke 10 ist aktiv, ein Strahlteiler 1 ist
in einer Gebrauchsposition G eingestellt, in welcher der Strahlteiler 1 in
einem Laserstrahlweg 4 angeordnet ist. Ein Laserstrahl,
welcher auf den Strahlteiler 1 trifft, wird von diesem
zum Teil in eine Umwegstrecke 2 reflektiert. Der nicht
reflektierte Anteil des Laserstrahls durchdringt den Strahlteiler 1.
Der reflektierte Anteil des Laserstrahls wird hier als erster Teilpuls
bezeichnet, während der transmittierte Anteil des Laserstrahls
als zweiter Teilpuls bezeichnet wird. Die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls
ist durch Pfeile angedeutet. Mittels Reflektoren 3 (vorzugsweise
Hohlspiegel) wird der Laserstrahl mehrfach umgelenkt und erreicht
so erneut den Strahlteiler 1, wo nun wiederum ein Teil
der Strahlung reflektiert wird. Dieser verlässt sodann
den Verzögerungsstrecke 10 auf dem selben Laserstrahlweg 4,
wie zuvor der zweite Teilpuls, allerdings um diejenige Zeit verzögert,
welche der Laserstrahl zum Durchlaufen der Verzögerungsstrecke 10 benötigt. Ein
Teil des ersten Teilpulses passiert dann wiederum den Strahlteiler 1 und
vollzieht somit einen weiteren Durchlauf der Verzögerungsstrecke 10.
Der noch in der Verzögerungsstrecke 10 verbleibende
Anteil des ursprünglichen Laserpulses verringert sich mit
jeder Passage des Strahlteilers 1 und ist in der Praxis
nach etwa vier Durchläufen vernachlässigbar gering.
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Die
dargestellte Anordnung des Strahlteilers 1 und der Reflektoren 3 ist
beispielhaft und kann prinzipiell beliebig verändert werden.
Die Führung des Laserstrahls in der dargestellten Weise
ist vorteilhaft, da eine vergleichsweise lange Umwegstrecke 2 bei geringem
Platzbedarf geschaffen wird, indem die lange Dimension der Vorrichtung
von dem Laserstrahl vielfach durchlaufen wird.
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In
der 1b ist der Strahlteiler 1 in der Nichtgebrauchsposition
N dargestellt. Die Laserstrahlung passiert die derart inaktive Verzögerungsstrecke
ohne aufgeteilt zu werden. Im Sinne der Erfindung wird entweder
der Strahlteiler 1 zwischen der Gebrauchsposition G und
der Nichtgebrauchsposition N bewegt, oder mittels hier nicht dargestellter,
optischer Elemente wird der Laserstrahlweg 4 derart beeinflusst,
dass die Laserstrahlung nicht auf den Strahlteiler 1 trifft.
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Die 2a und 2b stellen
schematisch zwei Möglichkeiten der Korrektur eines Strahlversatzes
dar. Der Strahlversatz entsteht beispielsweise an dem Teilpuls,
welcher bei dem Eintritt in den Strahlteiler 1, sowie beim
Austritt aus demselben gebrochen wird und daher hinter dem Strahlteiler 1 gegenüber dem
ursprünglichen Laserstrahlweg 4 parallelversetzt
verläuft. Der Strahlteiler 1 ist erfindungsgemäß in
eine Gebrauchsposi tion G und in eine Nichtgebrauchsposition N einstellbar.
Da ein Strahlversatz nur bei Stellung des Strahlteilers 1 in
der Gebrauchsposition G vorliegt, wird dieser gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ausgeglichen, indem ein Korrekturelement 6 zwischen
einer Neutralposition P und einer Korrekturposition K verschoben
wird. Das Korrekturelement 6 kann der jeweiligen Verzögerungsstrecke
zugeordnet sein, in einer Vorrichtung, welche mehrere Verzögerungsstrecken
aufweist.
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In
der 2a ist ein Korrekturelement 6 dargestellt,
zum einen in der Korrekturposition K und zum anderen, gestrichelt,
in der Neutralposition P. Als Korrekturelement wird bevorzugt eine
Planplatte verwendet. Der Laserstrahl erfährt bei dem Durchlaufen der
Planplatte 6 zwei weitere Brechungen, bei Eintritt und
beim Austritt. Durch entsprechende Ausrichtung der Planplatte 6 lässt
sich so der Strahlversatz durch den Strahlteiler 1 in Gebrauchsposition
G ausgleichen. Bei Stellung des Strahlteilers 1 in der
Nichtgebrauchsstellung N ist keine Korrektur nötig, was durch
den gestrichelt dargestellten Strahlungsverlauf angedeutet ist.
Die Doppelpfeile verdeutlichen die Verstellrichtung des Strahlteilers 1 und
des Korrekturelements 6, wobei ebenso eine Verlagerung
des Laserstrahlwegs 4 relativ zu dem Strahlteiler 1 und dem
Korrekturelement 6 möglich wäre.
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In
der 2 wird der Versatz durch einen Spiegel
als Korrekturelement 6 ausgeglichen, was sich dann besonders
anbietet, wenn der Laserstrahl ohnehin zur Erzielung einer Richtungsänderung
reflektiert werden soll. Der Spiegel 6 wird entsprechend der
Gebrauchsposition G oder Nichtgebrauchsposition N des Strahlteilers 1 so
in die Neutralposition P oder die Korrekturposition K verstellt,
dass der Laserstrahl nach der Reflexion auf den selben Pfad geleitet wird.
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In
der 3 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Erzeugen gestreckter Laserpulse teilweise im Schnitt,
teilweise schematisiert dargestellt. Die Vorrichtung weist zwei erfindungsgemäße
Verzögerungsstrecken 10, 20 auf, welche
jeweils unterschiedlich weit voneinander angeordnete Reflektoren 3 aufweisen,
um verschiedene Verzögerungszeiten zur Verfügung
stellen zu können. Der Strahlteiler 11 der ersten
Verzögerungsstrecke 10 befindet sich in seiner
Nichtgebrauchsposition N. Wie später anhand der 4 und 5 näher
erläutert wird, können bei der beispielhaft dargestellten
Vorrichtung die beiden Verzögerungsstrecken 10 und 20 so
geschaltet werden, dass sie jeweils nur einzeln oder beide nacheinander
von den Laserpulsen durchlaufen werden. Die Position des Strahlteilers 21 befindet
sich hier ebenfalls in der Nichtgebrauchsposition N. Andere Ausführungsformen
sind ebenfalls möglich. Die hier verwendeten Strahlteiler 11, 21 sind
vorzugsweise derart ausgestaltet, dass diese eine möglichst
unpolarisierte Weiterführung des reflektierten, sowie des
durchgelassenen Laserstrahls ermöglichen. Auf diese Weise
wird vorteilhaft ein besonders gleichförmiger Puls erzeugt, mit
einer durchgängig möglichst gleichmäßigen
Polarisation.
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Die
Elemente der Verzögerungsstrecken 10, 20,
wie beispielsweise die Reflektoren 3, die Strahlteiler 11, 21,
Verstellmechaniken 15, 25, eine Zylinderlinse 7 und
zusätzliche Spiegel 30 sind schwingungsarm an
einem Traggerüst 8, beispielsweise aus Aluminium
gelagert. Die Vorrichtung ist von einem Laser 9 vorzugsweise
schwingungsentkoppelt. Mit einer hier nicht dargestellten, nachfolgenden
Messstation ist die Vorrichtung hingegen vorzugsweise schwingungsfest
verbunden. Das Gewicht eines Bodensockels beträgt beispielsweise etwa
160 Kilogramm. Bevorzugt weist die gesamte Vorrichtung eine Verkleidung
aus Polycarbonat auf, welche vorteilhaft zusätzlich versteifend
wirkt. Ebenfalls vorteilhaft ist, dass das Polycarbonat für Licht
einer Wellenlänge von 193 Nanometer, wie es beispielsweise
von dem Laser 9 emittiert wird, nicht durchlässig
ist.
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Die
Vorrichtung weist Türen und Seitenwände auf, welche
in der Ansicht zum Teil geschnitten sind. Dem Fachmann ist bekannt,
dass derartige Vorrichtungen beispielsweise mit Stickstoff spülbar
sind, wodurch vorteilhaft eine Absorption der Laserstrahlung durch
Sauerstoff und eine Ozonbildung vermieden werden. Darüber
hinaus weist die Vorrichtung vorzugsweise nicht dargestellte Sauerstoffsensoren auf.
Bei Betrieb der Vorrichtung mit den Spiegeln 30 in der
Nichtgebrauchsposition N (Verstellmechanik 15), bei welchem
keine Ablenkung des Laserstrahls von seinem Laserstrahlweg 4 erfolgt,
kann ein Strahlführungsrohr 31 verwendet werden,
so dass auf eine Evakuierung oder Spülung des übrigen
Teils der Vorrichtung mit Stickstoff verzichtet werden kann.
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Bei
den Reflektoren 3 handelt es sich vorzugsweise um Spiegel,
insbesondere um Hohlspiegel. Qualitativ besonders hochwertige Hohlspiegel mit
einer Oberflächenvergütung ermöglichen
eine besonders verlustfreie Reflexion. Die Reflektivität
beträgt vorzugsweise mindestens 98% bei einem Krümmungsradius
von 3 Meter und einem Spiegeldurchmesser von 50 Millimeter. Dies
ist besonders vorteilhaft, da die Laserpulse möglichst
verlustfrei verlängert werden sollen. Angestrebt wird hier
ein Wirkungsgrad der Vorrichtung von etwa 60% bei 120 ns Pulslänge.
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Typischen
Lithographieanwendung liegen derzeit bei Energiedichten im Bereich
10 bis 20 Millijoule/cm2. In der Regel wird bei der Materialevaluierung
oberhalb dieser Werte gearbeitet, um eine rasche Alterung des zu
untersuchenden Materials zu erreichen. Insbesondere wird eine Ausgangs-Pulsenergiedichte
erreicht, wie sie für die Materialevaluierung notwendig
ist.
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Bei
Verwendung des hier vorgestellten Pulsestretchers ist ein einstufiger
Excimerlaser mit schlechten Strahleigenschaften zur Erzeugung von verlängerten
Pulsen genügend hoher Pulsenergie ausreichend. Laserpulse
von Excimerlasern lassen sich aufgrund des anwendbaren elektrischen
Entladungsprozesses an sich nicht wesentlich verlängern. Diese
soll mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
auf etwa 80–200 ns, insbesonders 100–170 ns und
vorzugsweise etwa 120 +/– 10 Nanosekunden gestreckt werden.
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In
der 4 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
entsprechend der 3 dargestellt. Die erste Verzögerungsstrecke 10 ist
hier aktiviert, der Strahlteiler 11 befindet sich in seiner
Gebrauchsposition G. Die Einstellung des Strahlteilers 11 in
die Gebrauchsposition G erfolgte hier mit Hilfe der Verstellmechanik 25.
Die Zuschaltung der Umlenkstrecke 91 erfolgt hier mittels
der Verstellmechanik 15 womit die unteren Umlenkspiegel 30 in
den ursprünglichen Laserstrahlweg 4 hinein verschoben
worden sind und diesen entsprechend verändert haben. Die
zweite Verzögerungsstrecke 20 ist dagegen weiterhin
inaktiv, da der Strahlteiler 21 sich in der Nichtgebrauchsposition
N befindet. Eine mögliche Divergenz des Lasers 9 wird
durch die Zylinderlinse 7 ausgeglichen. Die Zylinderlinse 7 ist
hier beispielsweise eine Linse aus CaF2 mit
einem Durchmesser von 50 Millimeter und einer Brennweite von 4 Meter.
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In
der 5 ist wiederum die erfindungsgemäße
Vorrichtung entsprechend den 3 und 4 dargestellt.
Hier sind beide Verzögerungsstrecken 10, 20 aktiv.
Gegenüber der 4 ist der Strahlteiler 21 mittels
der Verstellmechanik 25 in seine Gebrauchsposition G verstellt
worden. Die jeweils reflektierten Anteile des Laserstrahls durchlaufen
somit nun die Umwegstrecke 12 beziehungsweise 22. Die
längere Umwegstrecke 22 hat eine Länge
von etwa zwölf Meter, was einer Verzögerung von etwa 40
Nanosekunden entspricht. Die kürzere Umwegstrecke 12 ist
etwa halb so lang, wie die längere Umwegstrecke 22.
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In
der 6 sind in einem Diagramm Zeitverläufe
der Intensität von Laserpulsen dargestellt, welche die
erfindungsgemäße Vorrichtung durchlaufen haben,
und zwar in einer Konfiguration gemäß den 3 bis 5.
Auf der Abszisse 100 ist die Zeit in ns dargestellt. Auf
der Ordinate 101 ist die relative Intensität der
Laserpulse angegeben. Die Kurve 102 stellt einen Laserpuls
dar, welcher nicht verzögert wurde, wie beispielsweise
in der 3 dargestellt. Die Pulslänge beträgt
hier etwa 28 Nanosekunden. Die Kurve 103 entspricht der
Verzögerung durch eine Verzögerungsstrecke entsprechend
der 4. Die Intensität ist gegenüber
der Kurve 102 deutlich reduziert, während der
Puls breiter ist, hier etwa 65 Nanosekunden. Der mittels zwei Verzögerungsstrecken gestreckte
Puls entsprechend der 5 ist in der Kurve 104 dargestellt.
Die Spitzenintensität liegt hier bei kaum mehr als einem
Zehntel der Spitzenintensität des nicht verbreiterten Pulses 102.
Die Breite des Pulses gemäß Kurve 104 beträgt
etwa 120 Nanosekunden. Im Vergleich der Kurven 102, 103 und 104 lässt
sich erkennen, dass die Modulation der zeitlichen Intensitätsverteilung
mit zunehmender Anzahl der Verzögerungsstrecken vorteilhaft
abnimmt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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