DE69532479T2

DE69532479T2 - Preiswerter festkörperlaser mit hoher mittlerer leistung und hoher helligkeit

Info

Publication number: DE69532479T2
Application number: DE69532479T
Authority: DE
Inventors: Harry Rieger; Henry Shields; M. Richard FOSTER
Original assignee: JMAR Technology Co
Current assignee: JMAR Technology Co
Priority date: 1994-11-15
Filing date: 1995-11-06
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2015-11-07
Also published as: EP0792530B1; DE69532479D1; WO1996016484A1; KR100371125B1; EP0792530A1; JPH10509280A; EP0792530A4; KR970707619A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Lasersysteme und insbesondere Festkörper-Lasersysteme mit hoher Leistung und hoher Helligkeit.
Es besteht ein wachsender Bedarf an zuverlässigen billigen Röntgenstrahlenquellen für Röntgenlithographie. Es ist bekannt, dass Röntgenstrahlenquellen durch Beleuchten von bestimmten Metallen mit Laserimpulsen mit sehr hoher Helligkeit erzeugt werden können. Die erforderlichen Helligkeitswerte liegen im Bereich von 10¹¹ bis 10¹³ W/cm² für Projektionslithographie und 10¹³ bis 10¹⁵ W/cm² für Nahfeldlithographie.
In einem typischen Röntgenlithographieaufbau wird ein Halbleiterwafer, der mit einem Fotolack beschichtet ist und in einer Entfernung von ungefähr 30 bis 40 μm mit einer Röntgenstrahlenabsorptionsmaske bedeckt ist, mit Röntgenstrahlen von einer Punkt-Röntgenstrahlenquelle beleuchtet, die ungefähr 20 bis 50 cm von der Maske angeordnet ist. Bei ungefähr 20 cm kann die Lichtfleckgröße im Bereich von ungefähr 100 μm und bei ungefähr 50 cm kann die Lichtfleckgröße typischerweise größer, wie 300 μm, sein. Die Lichtfleckgrößen werden so ausgewählt, dass Unschärfe, die bei größeren Größen auftritt, und Interferenzstreifen, die bei kleineren Lichtfleckgrößen auftreten, minimiert werden. Die derzeitige Röntgenlithographie benötigt eine Auflösung von Chipmerkmalen, die 0,13 μm klein sind.
Um zukünftige kommerzielle Lithographiebedürfnisse zu erfüllen, liegen die Anforderungen an die mittlere Laserleistung bei ungefähr 500 Watt für Projektion und 1000 Watt für Nahfeld. Zusätzlich erfordern die Lithographieprozeßbedürfnisse einen Röntgenstrahlenfleckdurchmesser von ungefähr 100 μm bis einige 100 μm. Die Gestaltung eines Lasers, der diese Anforderungen erfüllt, bringt das Lösen von mehreren gegenwärtigen Problemen mit sich. Das erste besteht in der Korrektur von Aberrationen aufgrund thermischen Verzugs und Selbstfokussierung im Laserstab. Dieses Problem wird gegenwärtig durch Verwendung einer Stimulating Brillouin Scattering (SBS)-Zelle zum Beseitigen dieser Aberrationen bewältigt. SBS-Zellen-Materialien arbeiten effizient für Laserimpulse von mehreren Nanosekunden oder mehr. Für Nanosekunden-Laserimpulse beträgt die zum Erzielen der erforderlichen Helligkeit notwendige Energie 10 bis 30 Joules pro Impuls und beträgt die zum Erzielen der erforderlichen Leistung notwendige Pulsfrequenz 100 bis 30 Hertz. Diese Gestaltung mit hoher Impulsenergie erzeugt zwei zusätzliche Probleme. Die Trümmermenge, die von Nanosekunden-gepulsten Lasern, die auf feste Ziele fokussiert sind, bei Betrieb bei den geforderten Helligkeits- und Leistungswerten erzeugt wird, ist nicht akzeptierbar (Von Rutherford Lab. und CREOL durchgeführte Studien deuten an, dass die Trümmermenge von Metallzielen mit der Impulsdauer in Beziehung steht. Je kürzer die Impulsdauer ist, desto geringer ist die Trümmermenge.) Es läuft ein Forschungsprogramm zur Reduzierung von Trümmern durch Verwendung von festem Xenon als ein Röntgenstrahlenziel, aber es befindet sich in einem sehr frühen Stadium und die Kosten sind noch ungewiss. Das letztendliche Problem sind die Kosten des Röntgenlithographiesystems.
Impulse im Nanosekundenbereich können, bei Fokussierung zur Röntgenstrahlenerzeugung, Gasdurchschlag erzeugen, wenn sich das Ziel nicht in einer Vakuumkammer befindet. Vakuumkammern fügen Komplexität hinzu und erfordern typischerweise ein Röntgenstrahlenfenster.
Mittels Blitzlampen gepumpte Laser bringen hohe Unterhaltungskosten mit sich. Unterhaltungskosten können im allgemeinen durch Pumpen mit Diodenlasern reduziert werden. Leider kosten Laserdioden, die für die 100 Hz-Laser mit 10 Joule pro Impuls erforderlich sind, Millionen von Dollar. Diodengepumpte Festkörper-Lasersysteme sind den gegenwärtig erhältlichen kommerziellen Lasern in Effizienz, Zuverlässigkeit, Kompaktheit, EMI, Lärm und anderem überlegen.
Es ist ein Lasersystem notwendig, das die Bedürfnisse von Röntgenlithographie,

1) hohe mittlere Leistung und hohe Helligkeit
2) geringe Trümmermengen und
3) geringes Kapital und geringe Unterhaltungskosten

Die vorliegende Erfindung liefert ein Festkörper-Lasersystem mit hoher mittlerer Leistung und hoher Helligkeit gemäß Anspruch 1.
Bevorzugte Ausführungsformen erzeugen einen verstärken Impulslaserstrahl mit einer mittleren Leistung im Bereich von 1 kW und einer mittleren Impulsfrequenz von 12000 Impulsen pro Sekunde mit Impulsen mit Helligkeitswerten von mehr als 10¹⁴ Watt/cm² bei einem Lichtfleck mit einem Durchmesser von 20 μm, der schnell gesteuert werden kann, um einen größeren Lichtfleckdurchmesser zu simulieren. Alternativ können mehrere (z. B. sieben) Strahlen jeweils auf 20 μm fokussiert und gruppiert werden, um effektive Lichtfleckgrößen von 100 bis 200 μm zu erzeugen. Diese Strahlen sind bei der Erzeugung von Röntgenstrahlenquellen für Lithographie nützlich.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Seedstrahl in einem modengekoppelten Nd:YAG-Oszillator erzeugt, der von einem Dioden-Array gepumpt wird, wobei die Frequenz der Impulse von einem elektro-optischen Modulator reduziert wird. In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist der Seedstrahl gütegeschaltet und enthält er eine Pockels-Zelle für Auskoppelmodulation. In einer dritten bevorzugten Ausführungsform werden hochfrequente Impulse mit kurzer Dauer durch Auskoppelmodulation eines Resonators mit kurzem Hohlraum erzeugt.
Ein bevorzugtes kW System verwendet einen Nd:YAG-Seedlaser zum Erzeugen von 150 ps-Impulsen mit einer Frequenz von 1 kHz, der Seedstrahl wird in einem Vorverstärker verstärkt und der verstärkte Strahl wird von Strahlteilern in sieben separate Strahlen aufgeteilt, von denen jeder auf einen von sieben parallelen Verstärkern gelenkt wird. Die Ausgangsstrahlen der Verstärker sind auf 532 nm frequenzverdoppelt und jeder Strahl ist auf einen 20 μm-Lichtfleck auf einem Kupferziel fokussiert und die 20 μm-Lichtflecken sind zur Bildung eines größeren Lichtfleckes von ungefähr 150 μm gruppiert.
Die experimentellen Ergebnisse der Anmelder demonstrieren gute Röntgenstrahlenerzeugung mit scharfer Fokussierung auf Kupfer- und Eisenzielen bei Brennweiten von ungefähr 5 cm eines Strahls mit 72 mJ/p bei 532 nm, der durch Frequenzverdoppelung eines Nd/YAG-Strahls mit 130 mJ/p bei 1064 nm erzeugt ist. Diese Ergebnisse deuten an, dass ungefähr 10 Prozent Röntgenstrahlenumwandlung bei ungefähr 130 mJ/p bei 532 nm erzielt werden können. Es wurde keine Beschädigung des Laserkristalls aufgrund Selbstfokussierung bei Energiewerten (in den Kristallen) von 250 mJ/p bei 1064 nm beobachtet.
Verglichen mit Lasern mit hoher Helligkeit im Stand der Technik haben wir unsere sehr hohe Helligkeit durch Reduzierung der Impulsdauer um ungefähr 2 oder 3 Größenordnungen von einigen ns auf 100 ps oder weniger und durch Fokussieren auf einen sehr kleinen Lichtfleck erzielt. Kurze Impulsdauer bei niedriger Energie pro Impuls lässt Fokussieren des Strahls in einer Heliumatmosphäre bei Atmosphärendruck zu. Es ist keine Vakuumkammer notwendig.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Zeichnung, die die prinzipiellen Merkmale einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Erzeugung von Impulslaserstrahlen mit hoher Helligkeit, die für Röntgenlithographie nützlich sind, zeigt.
1A, 1B und 1C zeigen qualitative Wiedergaben der Impulsform in zahlreichen Stadien der in 1 gezeigten Ausführungsform.
2 ist eine Zeichnung, die einen ersten Bereich der Ausführungsform von 1 detaillierter zeigt.
3 ist eine Zeichnung, die einen zweiten Bereich der in 1 gezeigten Ausführungsform detaillierter zeigt.
4 ist eine Zeichnung, die die Verstärkerpumpkonfiguration, die Laserdioden verwendet, für die in 1 gezeigte Ausführungsform zeigt.
5 ist eine Zeichnung, die eine Gruppierung von scharf fokussierten Lichtflecken zeigt.
6 ist eine Zeichnung, die die Details des zweiten bevorzugten Seedlasersystems zeigt.
7A und B sind Zeichnungen, die die Details des dritten bevorzugten Seedlasersystems zeigen. Sie zeigen den Effekt des Einschaltens einer Pockels-Zelle.
8 ist eine Zeichnung, die einen Aufbau zur Vervielfältigung von Impulsen zeigt.
8A und 8B zeigen qualitative Wiedergaben der Eingangs- und Ausgangsimpulse des in 8 gezeigten Aufbaus.
9 ist eine Zeichnung, die ein Schemadiagramm des zweiten bevorzugten Verstärkersystems zeigt, das ein Array mit parallelen Verstärkern benutzt.
10 ist eine Zeichnung, die eine Verstärkerkonfiguration mit vierfachem Durchgang und Kompensation von Wärmeeffekten zeigt.
11 ist eine Grafik, die experimentelle Daten von Röntgenstrahlenausgabe- und -effizienz zeigt.
12 ist eine Zeichnung von einem Versuchsaufbau, der von den Anmeldern errichtet worden ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann unter Bezugnahme auf die 1, 2 und 3 beschrieben werden. Wie in 1 gezeigt, besteht diese Ausführungsform aus einem modengekoppelten Nd:YAG-Laseroszillator 2, einer Impulsabstandauswähleinrichtung 20, einem Strahlaufweiter 22, einem Polarisationstrahlteiler 26, einem Verstärkerabschnitt 24 mit zweifachem Durchgang und einem Strahlsteuerungs-PZT 48, an dem ein Verstärkerknickspiegel 38 montiert ist. Die Ausgabe des Verstärkers 24 wird auf einen winzigen Lichtfleck auf ein sich bewegendes Kupferbandziel 27 fokussiert. 2 beschreibt den Seedlaserabschnitt der Ausführungsform, der zur Erzeugung von Impulsen mit sehr kurzer Dauer mit einer sehr hohen Pulsfrequenz dient, und die 3 und 4 beschreiben den Verstärkungsabschnitt zur Verstärkung der Impulse und Erzeugung eines gepulsten Laserstrahls mit einem mittleren Leistungswert von ungefähr 1 kW mit Impulsen mit Helligkeitswerten im Bereich von 10¹⁴ W/cm² auf Lichtfleckgrößen mit einem Durchmesser von ungefähr 20 μm. Und schließlich zeigt 5 das Ergebnis eines Strahlsteuerungsmechanismus zum Erzeugen einer Gruppierung von wenigen 20 μm-Lichtflecken 52 über einem kreisförmigen Gebiet mit einem Durchmesser von 500 μm auf einem Metallziel.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist in 9 gezeigt, die aus einem Seedlaser, der kurze Impulse erzeugt, und einem Vorverstärker zur Steigerung der Energie pro Impuls besteht. Der Ausgabestrahl vom Vorverstärker wird danach in mehrere parallele Strahlen aufgeteilt, die von einem Verstärker-Array zu verstärken sind. Jeder verstärkte Strahl wird frequenzverdoppelt und die frequenzverdoppelten Strahlen werden auf einem metallischen Ziel fokussiert, um eine Gruppe von scharf fokussierten Lichtflecken zur Erzeugung der für Röntgenlithographie notwendigen Lichtfleckgröße zu bilden.
ERSTER BEVORZUGTER SEEDLASER
2 zeigt ein Diagramm einer Lasereinrichtung 2 vom Typ mit modengekoppeltem Nd:YAG-Oszillator. Ein polierter Nd:YAG-Stab 4 (mit einem Durchmesser von 3 mm und einer Länge von 2,5 cm) wird von einem 5 bar filmgekühlten Laserdioden-Array 6 (SDL Teilenummer SDL3245-JS) in Längsrichtung gepumpt. Das Diodenpump-Array arbeitet quasi-kontinuierlich und wird vorzugsweise mit einem Tastverhältnis von 20 Prozent (ungefähr 200 μs EIN und 800 μs AUS) und im Durchschnitt 50 Watt betrieben. Die Wellenlänge des Dioden-Arrays liegt bei 808 nm, die mit starker Absorption im Nd:YAG übereinstimmt. Die Ausgabe der Pumpdioden wird von einem Array mit zylindrischen Mikrolinsen 8 kollimiert. Eine schnelle Fokussierlinse 10 konzentriert das Pumplicht am hinteren Ende des Nd:YAG-Kristalls 4. Die hintere Fläche des Nd:YAG-Kristalls 4 weist einen Krümmungsradius (konvex) von 5 m auf und ist poliert und für maximale Reflexion (ungefähr 99,8 Prozent) bei 1064 nm (die Laserwellenlänge des Nd:YAG-Lasers) und für eine Transmission von mindestens 85 Prozent für 808 nm (die Pumpwellenlänge) beschichtet. Das Pumplicht wird im Laserstab über innere Totalreflexion (ähnlich wie eine Faseroptik) für hohe Pumpeffizienz gefangen. Die vordere Fläche 12 des Nd:YAG-Stabs ist unter 2 Grad geschnitten, um störende Oszillationen zu vermeiden, und für minimale Einführverluste bei 1064 nm AR beschichtet. Ein unter dem Brewster-Winkel geschnittener akusto-optischer Modenkoppler 14 (Brimrose Corporation of America Model FSML-38-10-BR-1064) ist in der Nähe eines teildurchlässigen Spiegels 16 (Ausgabekopplers) plaziert, um alle Longitudinalmoden aktiv zu zwingen, in Phase zu sein, jedesmal wenn sie den Modenkoppler passieren. Die HF-Trägerfrequenz (f) des Modenkopplers und die optische Länge des Laserresonators (L) müssen wie folgt in Beziehung stehen: F = c/4L,wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist. In dieser Ausführungsform betreiben wir den Modenkoppler 14 mit einem 38 MHz-HF-Treiber 15. Wir sorgen für eine Hohlraumlänge von ungefähr 6,5 Fuß. Somit wird ein Zug von modengekoppelten Impulsen bei 76 MHz (aufgrund der Stehwellen, die sich in der akusto-optischen Zelle bilden) während der EIN-Zeit erhalten werden. Die Impulsdauer wird ungefähr 100 ps mit einer Energie pro Impuls von ungefähr 0,6 μJ betragen. Das Zeitintervall zwischen Impulsen während der 200 μs-Dioden-EIN-Perioden beträgt ungefähr 13 ns. Während jeder EIN-Periode erhalten wir ungefähr 15.200 von diesen sehr kurzen Impulsen. Danach haben wir eine Totzeit von ungefähr 800 μs vor der nächsten Reihe von 15.200 kurzen Impulsen. Wir haben 1.000 von diesen AUS-EIN-Sequenzen je Sekunde, so dass das Ergebnis ein Mittelwert von ungefähr von 15,2 Millionen kurzen 100 ps-Impulsen pro Sekunde ist, wobei die Impulse in Gruppen von 15.200 eintreffen. Eine qualitative Beschreibung dieses Impulszuges ist in 1A gezeigt. Die schnellen Reihen von Impulsen repräsentieren 15.200 Impulse jeweils mit einer Energie von ungefähr 0,6 μJ pro Impuls, die über 200 μs verteilt sind, und der Raum repräsentiert eine Totzeit von 800 μs.
IMPULSABSTANDAUSWÄHLEINRICHTUNG
Wie später erläutert wird, werden wir jeden Impuls von 0,6 μJ auf ungefähr 80 mJ verstärken; somit benötigen wir für eine mittlere Leistung von 1 kW nur 12.000 Impulse pro Sekunde. Zur Reduzierung der Frequenz der Impulse von 15,2 Millionen pro Sekunde auf 12.000 pro Sekunde plazieren wir im Weg des aus dem Seedlaser austretenden Strahls 18, wie in 2 gezeigt, eine Impulsabstandauswähleinrichtung 20. Die Impulsabstandauswähleinrichtung 20 besteht in dieser Ausführungsform aus einem elektro-optischen Modulator, wie z. B. von ConOptics geliefertes Model 305. Diese Einheit wird als ein schneller Verschluß zum Durchlassen von Licht vom Strahl während kurzer Intervalle (jedes Intervall weist eine Dauer von ungefähr 10 ns auf) mit einer Frequenz von 60.000 Hz fungieren. Da die Impulse in die Auswähleinrichtung in 13 ns-Intervallen eintreffen, wird die Impulsauswähleinrichtung (synchronisiert mit dem Strahl) einen Einzelimpuls durch jedes 10 ns-Fenster durchlassen und alle anderen Impulse blockieren. Bei unserer Frequenz von 60.000 Hz werden wir somit 12 Impulse haben, die je 200 μs-EIN-Periode durchgehen. Da wir 1000 von diesen EIN-Perioden je Sekunde haben, werden wir ungefähr 12.000 Impulse pro Sekunde erhalten. Somit stellt die Ausgabe der Impulsabstandauswähleinrichtung 20 einen Impulszug dar, der aus Gruppen von ungefähr 12 Impulsen (jeder Impuls weist eine Dauer von ungefähr 100 ps auf) besteht, die über Dauern von 200 μs beabstandet sind, und diese Gruppen von kurzen Impulsen sind in Intervallen von 1000 pro Sekunde beabstandet. Dies ist ein Mittelwert von 12.000 Impulsen pro Sekunde. Zusammenfassend sieht die Ausgabe der Impulsabstandauswähleinrichtung wie folgt aus:

Impulsdauer ungefähr 100 ps

Energie pro Impuls 0,6 μJ

Spitzenleistung pro Impuls 6 kW

mittlere Frequenz 12.000 Impulse pro Sekunde

mittlere Leistung 7,2 mW

Strahlquerschnitt 0,07 cm²
Eine qualitative Darstellung dieses Impulszuges ist in 1B graphisch gezeigt. Er ist im wesentlichen derselbe wie der in 1A gezeigte Zug, außer dass die Frequenz der Impulse während der EIN-Periode um einen Faktor von ungefähr 1,260 reduziert worden ist.
STRAHLAUFWEITER
Wie in 2 gezeigt, wird die Ausgabe der Impulsabstandauswähleinrichtung von einem Querschnitt von ungefähr 0,07 cm² auf einen Querschnitt von ungefähr 0,6 cm² mit einem 3 : 1-Strahlaufweiter 22 aufgeweitet. Der Strahlaufweiter 22 besteht aus einer geeigneten Kombination von Linsen oder einem von mehreren kommerziell erhältlichen Strahlaufweitern, die für den Nd:YAG-Strahl mit 1064 nm ausgewählt sind. Die Ausgabe des Strahlaufweiters 22 wird, wie in 1 gezeigt, auf einen Verstärker 24 gelenkt. Elemente des Verstärkers 24 für die bevorzugte Ausführungsform sind in 1 gezeigt. Eine Verstärkung mit zweifachem Durchgang ist in 3 gezeigt und unsere bevorzugte Pumpkonfiguration ist in 4 gezeigt. Der Verstärker muss die Seedstrahlenergie auf das mJ/Impuls-Niveau steigern.
3 zeigt die prinzipiellen Merkmale des Verstärkers mit Ausnahme der Verstärkerpumpanlage. Wie in 3 gezeigt ist, geht der linear polarisierte Strahl 21 vom Strahlaufweiter durch einen Dünnfilm-Polarisationsstrahlteiler 26 und in einen ersten Nd:YAG-Verstärkerstab 28, danach durch einen Halbwellenlängen-Phasendreher 30 (zur Auslöschung von thermisch induzierter Doppelbrechung), danach durch einen zweiten Nd:YAG-Verstärkerstab 32, danach durch Viertelwellenlängen-Plättchen 34 (zur Verschiebung der Polarisation des austretenden Strahls um 90 Grad) und Korrekturlinse 36 (zur Korrektur der thermischen Linse in den Nd-Stäben) und wird er vom Spiegel 38 mit hohem Reflektionsvermögen (high reflectivity (HR)) reflektiert. Der Strahl geht zurück durch die Elemente des Verstärkers 24 für Verstärkung mit zweifachem Durchgang und wird vom Polarisationsstrahlteiler 26 reflektiert, von dem der Strahl fokussiert und, wie in 1 gezeigt, auf ein Metallziel 27 gelenkt wird. Die Verstärkerpumpanlage ist in 4 gezeigt.
Diese Anlage enthält 64 Modul-Laserdioden-Arrays 40 mit 50 Watt pro Modul (nominal) für eine mittlere Gesamtleistung von ungefähr 3 kW bei Betrieb bei einer Wellenlänge von 808 nm, Tastverhältnis von 20 Prozent (200 μs EIN und 800 μs AUS). Wie in 4 angedeutet, sind in dieser Ausführungsform 16 Sätze angeordnet (4 in der Umfangsrichtung gezeigt und 4 in der linearen Richtung, nicht gezeigt). Die Ausgabe der Diodenlaser wird mit Zylinderlinsen 42 in die Nd:YAG-Stäbe 28 und 32 gelenkt, und die Stäbe sind, wie in 4 gezeigt, durch Wassermantel 44 wassergekühlt.

Der Verstärker 24 sorgt für eine 1,3 × 10⁵-Verstärkung des Eingangsstrahls mit guter Erhaltung des Eingangsstrahls (annähernd beugungsbegrenzter Strahl, weniger als oder gleich 2XDL). Somit ist die Ausgabe von Verstärker 24 ein Impulslaserstrahl mit folgenden Eigenschaften:

Impulsdauer	ungefähr 100 ps
Energie pro Impuls	80 mJ/Impuls
Spitzenleistung pro Impuls	800 MW
mittlere Frequenz	12.000 Impulse pro Sekunde
mittlere Leistung	1 kW
Strahldurchmesser	9 mm
Helligkeit (Leistung/Impuls)	2,5 × 10¹⁴ Watt/cm² (Lichtfleck mit Durchmesser von 20 μm)

Eine qualitative Beschreibung der Ausgabe des Verstärkers ist in 1C gezeigt. Sie ist im wesentlichen dieselbe wie der in 1B gezeigte Impulszug, außer dass die Impulse um einen Faktor von ungefähr 133.000 hinsichtlich der Energie verstärkt sind. Wir fokussieren danach den Strahl auf einen 20 μm-Lichtfleck auf dem Ziel.
Bevorzugte Größen der Röntgenstrahlenpunktquelle für Nahfeldlithographie sind im Bereich von wenigen 100 μm (z. B. 500 μm) im Durchmesser von ungefähr 1 mm im Durchmesser.
Ein anhand von Impulsen mit einem Durchmesser von 20 μm simulierter 500 μm-Lichtfleck ist in 5 gezeigt. Um die richtige Lichtfleckgröße mit dem oben beschriebenen System zu erzielen, müssen wir das Ziel an verschiedenen Flecken treffen (z. B. mehrere 20 μm-Flecke 52, die über ein 500 μm-Gebiet 50 verteilt sind). Dies wird in dieser Ausführungsform durch Montieren eines Spiegels 38 an einem schnellen Zweiachsen-PZT 48 durchgeführt, der den Strahl, wie in 1 gezeigt, etwas über das geforderte Gebiet steuert.
Das oben genannte System liefert eine sehr gute Röntgenstrahlumwandlung. Jedoch kann eine etwas bessere Röntgenstrahlumwandlung mit Strahlen mit höherer Frequenz durchgeführt werden. In einer Studie von Lawrence Livermore Laboratories wurde eine Umwandlungseffizienz von 15 Prozent beobachtet, wenn die Wellenlänge 532 nm (verdoppelt 1064 nm) betrug, gegenüber einer Umwandlungseffizienz von 10 Prozent für 1064 nm. Ein Verdoppelungskristall (nicht gezeigt) könnte am Ausgangsstrahl vom Verstärker plaziert werden, um die höhere Röntgenstrahlumwandlungseffizienz bei 532 nm zu benutzen.
ZWEITER BEVORZUGTER SEEDLASER
Ein weiterer Ansatz für den Seedlaser (Seedlaser mit Impulsdauer von Subnanosekunden und mehr als 1000 Impulsen pro Sekunde) kann eine gütegeschaltete modengekoppelte Konfiguration oder eine gütegeschaltete modengekoppelte Konfiguration mit Auskoppelmodulation (6) sein. Ein Laserdioden-Array 61 mit μ-Linsen 63 wird von Linse 65 zum Endpumpen des Nd:YAG-Stabes 67, wie in der bevorzugten Ausführungsform beschrieben, fokussiert. Polarisationsstrahlteiler 71 reflektiert die Laser-S-Polarisation zur Bildung eines Umlenkhohlraums (Resonators), der den vorangehend beschriebenen Modenkoppler 75, einen akusto-optischen Güteschalter 73 und eine elektro-optische λ/4-Pockels-Zelle 69, wie z. B. 1041 FV-106 und 5046-Treiber (Fast Pulse Technologies) für Auskoppelmodulation enthält.
Da der Güteschalter 73 den Resonator stört, bildet sich die Verstärkung in Nd-Stab, da er vom Laserdioden-Array 61 gepumpt wird. Wenn der Güteschalter öffnet, bilden sich die modengekoppelten Impulse.
Die Laserstrahlung wird aufgrund des hohen Resonator-Q-Faktors in der S-Polarisation S-polarisiert und im Resonator zwischen dem Spiegel 77 mit hohem Reflexionsvermögen und der Beschichtung mit hohem Reflexionsvermögen an der Rückfläche des Nd-Stabes 67 gefangen. Wenn die gefangenen modengekoppelten Impulse sich mit ihrer maximalen Intensität bilden, schaltet sich die Pockels-Zelle 69 ein, um eine λ/4-Verzögerung zu ergeben. Der modengekoppelte Impuls, der sich nach links ausbreitet, unterliegt einer zweifachen λ/4-Verzögerung, die zu einer P-Polarisation nach Verlassen des Modulators nach rechts führt. Der Polarisationsstrahler 71 (für P-Polarisation hochdurchlässig) lässt dann den Impuls durch, um den Ausgabe-Seed-Strahl 79 bereitzustellen. Dieser Seedlaser kann anstelle des Oszillators 2 und der Impulsabstandauswähleinrichtung 20, die in 1 gezeigt sind, gesetzt werden. Die Ausgabe wird zum Strahlaufweiter 22 gelenkt und der Rest des Strahlengangs ist so, wie in 1 gezeigt. Da die gesamte gespeicherte Energie im Nd-Stab zum Erzeugen des Ausgangsstrahls mit kurzem Impuls (ungefähr 100 ps) verwendet wird, können Energien im Bereich von einigen mJ pro Impuls (gegenüber 0,6 μJ/p, wie dies im ersten bevorzugten Seedlaser beschrieben wurde) anhand dieser Konfiguration erhalten werden.
Der Vorteil eines derartigen Systems ist von zweierlei Art: a) typische Relaxationsoszillation, die in freilaufenden Festkörper-Lasern (große Amplitudenschwankung) stattfindet, wird im Güteschaltungsmodus nicht vorhanden sein, und b) die gesamte gespeicherte Energie wird in die gewünschten modengekoppelten Impulse umgewandelt werden (keine ungenutzte Laserenergie), was zu einer viel höheren Energie pro Impuls führen wird und somit geringere Verstärkung oder weniger Durchläufe durch den Verstärker erfordern wird.
DRITTER BEVORZUGTER SEEDLASER
Eine Zeichnung eines dritten bevorzugten Seedlasers ist in den 7A und B gezeigt. Dies ist ein Seedlaser, der einen Laserstrahl mit einer Subnanosekunden-Impulsdauer bei mehr als 1000 Impulsen pro Sekunde erzeugt. In dieser Einrichtung wird ein Laserhohlraum von einem Spiegel 91 und einer Beschichtung 83, die auf die Rückseite des Nd:YAG-Kristalls 5 aufgetragen ist, mit hohem Reflexionsvermögen gebildet. Ein Polarisationsstrahlteiler 89 und eine kurze und schnelle λ/2-Pockelzelle 87 lassen Auskoppelmodulation zu. Der in 7A gezeigte oszillierende Strahl 97 wird aufgrund der Orientierung des Polarisationselements 89 in der Papierebene P-polarisiert. Wenn Hochspannung an der Pockels-Zelle 87 anliegt, wird die Zelle die Polarisation des Strahls nach links um 90 Grad (senkrecht zur Papierebene) drehen. Jedes Mal wenn dies geschieht, wird der Polarisationsstrahlteil 89, wie in 7B gezeigt, die senkrechte Polarisation reflektieren. Das Ergebnis ist, dass ein Impuls, dessen Länge der doppelten Entfernung L (zwischen der Pockels-Zelle 87 und den HR-Beschichtungen 83) gleicht, auf das Verstärkersystem 96 gelenkt wird, das das System sein kann, das in 1 gezeigt ist, mit Ausnahme des Oszillators 2 und der Impulsabstandauswähleinrichtung 20. Ls von 2 bis 4 cm sind leicht zu erzielen. Die Zeitdauer des Impulses wird betragen: T = 2L/c,wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist.
Der Pumpstrahl kann kontinuierlich (CW) oder quasi-kontinuierlich (quasi-CW) sein. Die Pulsfrequenz des Pockels-Zellen-Treibers wird die Ausgangsimpulsfrequenz bestimmen und die Länge L wird die Impulsdauer bestimmen. Da die Kristalllänge sehr klein sein kann, kann die Pockels-Zelle nahe an die Beschichtung 83 auf seiner Rückseite geschoben werden. Somit kann die Impulsdauer, bei L = 1,5 cm, auf den Bereich von ungefähr 100 ps reduziert werden.
IMPULSVERVIELFACHUNG
Für Seedlaser, die einen Einzelimpuls mit hoher Pulsfrequenz gegenüber dem modengekoppelten Impulszug erzeugen, können wir eine externe Erzeugung des Impulszuges benötigen, um sowohl die Selbstfokussierungsgrenze (B-integral) als auch die Sättigungsfluenz zu erfüllen. Dies kann unter Verwendung der in 8 gezeigten Multiplexing-Anordnung durchgeführt werden. In diesem Fall kann jeder kurze Impuls in einen Impulszug mit 2^x Impulsen (X ist eine ganze Zahl) gemultiplext werden. Ein einzelner linear polarisierter Impuls vom Seedlaser (8A) wird in zwei Strahlen von Strahlteiler 80 aufgeteilt, wobei eine Verzögerung (100 ps < t < 10 ns) in den reflektierten Strahl eingeführt wird. Spiegel 82 und 84 lenken den verzögerten Strahl zum Strahlteiler 86. Der zweite Verzögerungsweg von 2t wird von Spiegeln 88 und 92 gebildet. Der letztendliche Verzögerungszug wird ein λ/2-Wellenlängenplättchen 90 aufweisen, um alle Strahlen im letzten Polarisationsteiler 94 zur Bildung des Impulszuges (8B) zu rekombinieren. Weitere Verzögerungswege von 4t, 8t, etc. können, falls erforderlich, zur Erhöhung der Anzahl von Impulsen im Zug hinzugefügt werden.
Einige Systeme können erfordern, dass keine zwei Laserimpulse das Ziel auf genau denselbem Fleck treffen (um Röntgenstrahlungauslöschung oder Projizieren eines größeren Röntgenstrahlflecks zu vermeiden). Dies kann mit einem ähnlichen Multiplexing-Aufbau mit einer etwas winkelmäßigen Fehlausrichtung der Strahlen durchgeführt werden.
ZWEITES BEVORZUGTES VERSTÄRKERSYSTEM
9 zeigt ein zweites bevorzugtes Verstärkersystem, dass von den Anmeldern und deren Arbeitskollegen gebaut wurde. Der Seedlaser 200 ist mit dem als unseren zweiten bevorzugten Seedlaser beschriebenen identisch. Er erzeugt Impulse von ungefähr 1 mJ/p und einer Dauer von ungefähr 150 ps. Da er mit einem Tastverhältnis von 20 Prozent diodengepumpt wird, weist er die Fähigkeit auf, bei bis zu ungefähr 1000 Hz zu arbeiten. Um ungefähr 250 mJ/p für effiziente Energieextraktion aus dem Verstärker zu erzielen, benötigen wir einen Eingangsstrahl in der Größenordnung von ungefähr 10 mJ/p. Somit ist ein Vorverstärker 202 (der mit dem oben beschriebenen Verstärker identisch sein kann) erforderlich. Strahlteiler 204 teilen die Vorverstärkerausgabe auf ein Verstärker-Array mit sieben parallelen diodengepumpten Verstärkern auf.
Die von den Anmeldern gebauten und in 10 im Detail gezeigten diodengepumpten Verstärker 208 bestehen aus zwei Köpfen zur Wärmekompensation. Jeder Kopf wird bei einer Spitzenleistung von ungefähr 2,5 kW gepumpt. Die Nd:YAG-Stäbe weisen einen Durchmesser von 6,3 mm und eine Länge von ungefähr 4 cm auf. (Eine Verstärkung mit Einzeldurchgang durch die zwei Köpfe beträgt ungefähr 5.) Ein Verstärker 208 mit vierfachem Durchgang wurde zur Maximierung der Verstärkung und dieses Verstärkers konstruiert. Der horizontal polarisierte Eingangsstrahl wird durch den Strahlteiler (PBS) 220 gehen, unterliegt einer +45-Grad-Drehung in Faraday-Phasendreher 222 und einer –45-Grad-Drehung im Halbwellenplättchen 224. Der horizontal polarisierte Strahl geht durch PBS 226, um in den Nd:YAG-Stäben mit 90 Grad-Drehung zur Kompensation von Doppelbrechung durch thermische Spannung verstärkt zu werden. Eine negative Linse 236 wird zur Kompensation der Bildung einer thermischen Linse und ein Viertelwellenplättchen 234 zur 90 Grad-Drehung für den Rückstrahl von Spiegel 238 verwendet. Der vertikal polarisierte Strahl unterliegt einer Verstärkung mit zweitem Durchgang in den Nd:YAG-Stäben. Der Strahl reflektiert dann am PBS 226 und wird von Spiegel 240 für dritte und vierte Durchgänge zurückreflektiert. Der nun horizontal polarisierte Strahl, der von rechts kommt, geht durch PBS 226, unterliegt einer +45 Grad-Drehung im Wellenlängenplättchen 224 und einer zusätzlichen +45 Grad-Drehung im Faraday-Phasendreher 222. Der nun vertikal polarisierte Strahl reflektiert am PBS Strahl 220, um das Verstärkermodul zu verlassen.
Die Ausgaben von jedem der sieben Verstärker 208 können in einem nichtlinearen Kristall 210 auf 532 nm verdoppelt und mit einem leichten Winkel zueinander gesteuert werden, um eine effektive Lichtfleckgröße auf dem Ziel 216 zu bilden, die aus einer Gruppe von Brennpunkten von den einzelnen Strahlen besteht, die alle in 9 gezeigt sind.
Experimentelle Ergebnisse deuten an, dass ungefähr 150 mJ/p bei 532 nm für hohe Röntgenstrahlenumwandlungseffizienz für Nahfeldlithographie erforderlich ist. Zusätzlich haben die Anmelder demonstriert, dass kurze Impulse mit ungefähr 250 mJ/p bei 1064 nm (150 nJ/p bei 532 nm) in einem Nd:YAG-Stab mit einem Durchmesser von ungefähr 6 mm kein Selbstfokussieren oder eine andere Schädigung an irgendeiner verwendeten Optik verursachen. Es wird eine sehr hohe Energieextraktion vom Verstärker bei diesem Impulsenergieniveau erwartet.
EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE
Zur Demonstration der Vorteile der vorliegenden Erfindung haben wir ein experimentelles Nd:YAG-System gebaut, das in zweiten bevorzugten Seedlaser, einen zweiten harmonischen Generator, einen Verstärker mit vier Durchgängen und eine Kammer mit metallischem Ziel verwendet, wie dies in 12 gezeigt ist. Die Ausgabe des Seedlasers 2 (in 6 und auch in Blockform in 12 gezeigt) besteht aus kurzen Impulsen mit einer Dauer von ungefähr 125 ps. Verstärker 103 ist der Laserkopf nur von einem kommerziellen Nd:YAG-Laser (Lunonics Inc. Model HY400). Er umfasst eine einzige Blitzlampe 104 und zwei Nd:YAG-Stäbe 102. Wir verwenden den Laserkopf als einen Verstärker mit vier Durchgängen. Der Seedstrahl unterliegt einer leichten Divergenz durch eine konkave Linse 96, damit sich der Seedstrahl aufweiten und die Apertur des Verstärkers füllen kann. Polarisationsstrahlteiler (Polarizer Beam Splitter (PBS)) 98 läßt den P-polarisierten Seedstrahl durch, der im Nd:YAG-Stab verstärkte Strahl unterliegt dann einer 90 Grad-Polarisationsdrehung im doppelten Durchgang durch L/4-Wellenplättchen 106 (Spiegel 108 sind Spiegel mit hohem Reflexionsvermögen). Nach einem zweiten Verstärkungsdurchgang durch den Nd:YAG-Stab reflektiert der nun S-polarisierte Strahl am PBS 98, den gezeigten zweiten Spiegeln und PBS 100 für zwei weitere Verstärkungsdurchgänge durch den zweiten Stab. Der verstärkte Strahl wird auf 532 nm von 1064 von einem nichtlinearen KTP-Kristall 112 verdoppelt. Wir erhalten eine Umwandlung von 55 Prozent auf Grün (532). Die restlichen 1064 nm werden von einem dichroitischen Spiegel 110 auf eine absorbierende Oberfläche (Dämpfung) 114 reflektiert, während die 532 nm durch den dichroitischen Spiegel hindurchgelassen werden.
Der Strahl wird danach von einer Linse 116 mit bester Form (Brennweite 5 cm) auf einen Lichtfleck mit einem Durchmesser von 10 Mikron auf ein metallisches Ziel 118 fokussiert, das sich mittels eines Schrittmotors dreht. Das Ziel ist in einer hermetisch abgedichteten Kammer eingeschlossen, die auf Vakuum evakuiert und mit Heliumgas auf 600 Torr gefüllt wurde. Die Röntgenstrahlenausgabe wird von einer Röntgenstrahlendiode 120 detektiert, die auf IBM-Standards für Röntgenlithographie kalibriert wurde. Das oben beschriebene System kann aufgrund der Pulsfrequenzbegrenzung des Blitzlampenverstärkers bei maximal 10 Hz arbeiten. Der Seedlaser alleine kann eine Pulsfrequenz von 1 kHz überschreiten. Wir haben Röntgenstrahlen (Wellenlänge 1 bis 1,5 nm)-Umwandlungseffizienz in einem 2π-Raumwinkel von ungefähr 7 Prozent in Edelstahl und ungefähr 3,5 in Kupfer demonstriert. 11 zeigt die experimentellen Daten von einem Kupferziel mit einem vielversprechenden Trend in Richtung zu höheren Effizienzen bei höheren Impulsenergien. Bei 1064 nm konnten wir die Energie pro Impuls auf über 250 mJ/p ohne irgendeine Beschädigung des Systems erhöhen, und mit geeigneter Verdopplung sollten wir den 532 nm-Strahl auf nahezu 130 mJ/p erhöhen können. Wie oben in Bezug auf die oben beschriebenen Ausführungsformen angedeutet, werden zukünftige Systeme Pulsfrequenzen aufweisen, die weit größer als die 10 Hz dieses experimentellen Systems sind.
Während die obige Beschreibung viele Spezifitäten enthält, sollte der Leser diese nicht als Beschränkungen des Schutzbereiches der Erfindung, sondern lediglich als Erläuterungen von besonderen Ausführungsformen derselben auslegen. Fachleute auf dem Gebiet werden viele weitere mögliche Variationen, die in ihrem Schutzbereich liegen, vorsehen.
Zum Beispiel könnten wir mit dem ersten bevorzugten Seedlaser eine viel kürzere Impulsdauer als 100 ps auswählen. Dies könnte unter Verwendung eines passiven sättigungsfähigen Absorbers anstelle des akusto-optischen Modenkopplers erzielt werden. Mit einem sättigungsfähigen Absorber können wir Femtosekundenimpulse erhalten. Wir glauben, dass der Vorteil von Impulsen im 100 ps-Bereich darin liegt, dass wir etwas Erwärmen des Plasmas erhalten können, während die sehr kurzen Impulse das Plasma erzeugen, aber sehr wenig Erhitzen desselben liefern. Die Energie pro Impuls muss im Bereich von 80 mJ/Impuls (oder mehr) betragen, wenn die Objektivlinse sich ungefähr 12 cm vom Ziel befindet. Eine Entfernung von mindestens 12 cm wird zur Vermeidung von Kontaminieren der Linse mit Zielmaterial empfohlen. Wenn jedoch diese Entfernung reduziert wird, könnte die erforderliche Energie pro Impuls entsprechend reduziert werden, da wir auf einen kleineren Fleck fokussieren könnten. Auf diese Weise könnten wir die Anforderung an die Energie pro Impuls von ungefähr 80 mJ/Impuls auf ungefähr 10 mJ/Impuls hinab reduzieren.
Eine Vorimpulskonfiguration könnte zur Verbesserung der Röntgenstrahlenerzeugung verwendet werden. Ein erster Laserimpuls trifft auf das Ziel zur Erzeugung von Plasma und der Hauptlaserimpuls trifft danach auf denselben Fleck auf dem Ziel kurze Zeit später, um das Plasma zur effizienten Röntgenstrahlenerzeugung weiter zu erwärmen.
Die Kosten von Laserdioden zum Pumpen von Festkörperlasern werden hauptsächlich von den Anforderungen an die Spitzenleistung bestimmt und dies bestimmt die Anzahl von Diodenschienen. Durch Betreiben der Schienen mit einem relativ hohen Tastverhältnis von 20 Prozent und Erzeugen einer großen Anzahl von Impulsen pro Sekunde können wir die Anfangskosten des Diodenpumpsystems minimieren. Zum Beispiel kann ein 1 kW-System eine mittlere Leistung von 3 kW von den Pumpdioden erfordern, ein Dioden-Arraysystem mit einem Tastverhältnis von 20 Prozent würde eine Spitzenleistung von 15 kW erfordern. Unter Verwendung von Schienen mit 50 Watt Spitzenleistung für $700 pro Schiene würde das System $210.000 kosten. Im Vergleich würde ein System mit einem Tastverhältnis von 1 Prozent eine Spitzenleistung von 300 kW erfordern. Die Kosten würden $4.000.000 betragen. Eine Erhöhung des Tastverhältnisses über 20 Prozent voll und ganz bis kontinuierlich ist durchführbar, aber alle Faktoren (einschließlich Systemlebensdauer und -komplexität) ausgleichend, bevorzugen wir ein Tastverhältnis von ungefähr 20 Prozent. Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass ein Pumpsystem mit Blitzlampe das Diodenpumpsystem ersetzen könnte.
Das Festkörpermaterial kann eine Masse von Materialien sein, die von Nd:YAG verschieden sind. Zum Beispiel könnten Nd:YLF, Cr:LiSAF, Ti:S, etc. verwendet werden. Eine zur Steigerung des Seedstrahls auf das mJ/Impuls-Niveau erforderliche Verstärkung kann entweder durch hohe Verstärkung oder mehrere Durchgänge erfüllt werden. Bis zu acht Durchgänge können mit passiven Komponenten erzielt werden und eine viel höhere Anzahl von Durchgängen kann in einem regenerativen Verstärker erzielt werden. Der Steuerspiegel kann ein reflektierendes Element sein, das zur Erzeugung der Gruppen von gewünschten Lichtfleckgrößen, wie zum Beispiel den 20 μm-Lichtflecken, geeignet sein würde.
Die erste bevorzugte Seedstrahlimpulszugfrequenz könnte im Bereich von 10 MHz bis 200 MHz oder höher liegen. Mit einem gewissen Kompromiss in der mittleren Leistung könnte die Anzahl von Impulsen pro Sekunde auf ungefähr 1000 Hz vermindert werden.
Der Verstärker kann eine Scheiben- oder Stabgestaltung aufweisen. Das Festkörpermaterial kann aus einer Materialmenge bestehen, die sich von Nd:YAG unterscheidet. Zum Beispiel könnte Nd:YLF, Cr:LiSAF, Ti:S, etc. verwendet werden. Eine zur Steigerung des Seedstrahls auf das mJ/Impuls-Niveau notwendige Verstärkung kann entweder durch hohe Verstärkung oder mehrere Durchgänge erfüllt werden. Bis zu acht Durchgänge können mit passiven Komponenten durchgeführt werden und eine viel größere Anzahl von Durchgängen kann in einem regenerativen Verstärker durchgeführt werden. Der Steuerspiegel im Verstärker kann ein reflektierendes Element sein, das zur Erzeugung der Gruppe von gewünschten Lichtfleckgrößen, wie zum Beispiel den 20 μm-Lichtflecken, geeignet wäre.
Hinsichtlich der ersten bevorzugten Ausführungsform könnten andere Einrichtungen an die Stelle des elektro-optischen Modulators für Impulsbeabstandung, wie zum Beispiel Hohlraumauskoppelmodulation oder sogar ein optischer Drehunterbrecher gesetzt werden. Die Impulsabstandeinrichtungen werden in den meisten Anwendungen einen sehr großen Prozentsatz der Impulse im ersten bevorzugten Seedstrahl, wie zum Beispiel mehr als 99 Prozent wie in der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform entfernen; jedoch könnten wir uns Anwendungen vorstellen, bei denen der entfernte Prozentsatz 80 Prozent klein sein könnte.
Zusätzlich zur geringen Trümmererzeugung in einem Pikosekundenimpulssystem ist auch möglich, dass die Zielkammer in atmosphärischem Helium ohne Durchschlagen des Heliums (das Durchschlagen ist eine starke Funktion der Impulsdauer) ist, was das Röntgenstrahlendurchlaßfenster zur Außenwelt vereinfacht und eine Kontamination durch Trümmer vom Ziel weiter reduziert.
Zusätzlich zur Röntgenlithographie gibt es mehrere weitere potentielle Anwendungen für das in dieser Beschreibung beschriebene System, wie zum Beispiel Röntgenmikroskopie, biologische/radiobiologische, mikroelektromechanische Systemherstellung, helle Röntgenstrahlenquelle zum Ersetzen von herkömmlichen Elektro-Bombardementquellen, Zell- und DNA-Röntgenkristallographie, Röntgenfluoreszenz zur Detektion von Materialkontamination, Laserablationstechnologie und mehr.
Dementsprechend möge der Leser den Schutzbereich der Erfindung anhand der beigefügten Ansprüche und deren rechtlichen Äquivalente und nicht anhand der gebrachten Beispiele bestimmen.

Claims

Ein Festkörper-Impulslasersystem mit hoher mittlerer Leistung und hoher Helligkeit mit: a) einem Seedlaser-Subsystem (2, 200–204) zur Erzeugung eines ersten Impulslaserstrahls mit einer Impulsfrequenz von mehr als 1000 Impulsen pro Sekunde, wobei die Dauer eines jeden Impulses weniger als 1 ns beträgt, b) einer Laserverstärkereinrichtung (24, 208) zur Verstärkung des besagten ersten Impulslaserstrahls, um einen verstärkten, hochfrequente Impulse enthaltenden Impulslaserstrahl zu erzeugen, wobei der besagte verstärkte Impulslaserstrahl eine mittlere Leistung von mehr als 10 Watt hat, c) einer Fokussiereinrichtung (116, 214) zum Fokussieren des besagten verstärkten Impulslaserstrahls auf eine kleine Lichtfleckgröße auf einem Ziel, wobei die besagte Lichtfleckgröße klein genug ist, um eine Helligkeit von mehr als 10¹¹ W/cm² zu erzeugen.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 1, worin das besagte Seedlaser-Subsystem ein Impulsabstandsauswahlmittel (20) zum Entfernen von mehr als 80 Prozent der Impulse in einem Ausgangslaserstrahl beinhaltet, um den besagten ersten Impulslaserstrahl zu erzeugen.
Ein Festkörper-Impulslasersystem nach Anspruch 2, worin das besagte Seedlaser-Subsystem einen modengekoppelten Nd:YAG-Laseroszillator zur Erzeugung des besagten Ausgangsimpulslaserstrahls sowie ein Impulsabstandsauswahlmittel (20), das zur Erzeugung des besagten, mehr als 1000 periodisch beabstandete Impulse pro Sekunde enthaltenden ersten Impulslaserstrahls aus dem besagten Ausgangsimpulslaserstrahl bedienbar ist, umfasst und worin die besagte Verstärkereinrichtung einen diodengepumpten Nd:YAG Laserverstärker (24) mit mehrfachem Strahlendurchgang zur Verstärkung des besagten ersten Impulslaserstrahls umfasst, um den besagten verstärkten Impulslaserstrahl zu erzeugen.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, außerdem umfassend eine Strahlsteuerungseinrichtung (48, 38) zur schnellen Steuerung des besagten verstärkten Impulslaserstrahls im Verhältnis zu besagtem Ziel, um eine Lichtfleckgröße zu simulieren, die größer ist als der besagte kleine Lichtfleck.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 4, worin die besagte Strahlsteuerungseinrichtung ein an einen Spiegel (38) angeschlossenes PZT-Gerät umfasst.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 1, worin die besagte Strahlsteuerungseinrichtung eine Einrichtung zum Bewegen des besagten Ziels im Verhältnis zu besagtem verstärkten Impulslaserstrahl umfasst.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 1, worin das besagte Seedlaser-Subsystem einen modengekoppelten Laseroszillator, umfassend eine Modenkopplungseinrichtung (14) zur Erzeugung eines modengekoppelten Laserstrahls, umfasst.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 7, worin die besagte Modenkopplungseinrichtung (14) ein akusto-optischer Modenkoppler ist.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin das besagte Impulsauswahlsystem (20) einen elektro-optischen Modulator umfasst.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 1, worin die besagte Laserverstärkereinrichtung (24) einen von einer Pumpeinrichtung gepumpten Nd:YAG-Laserverstärker mit mehrfachem Strahlendurchgang umfasst.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 10, worin die besagte Pumpeinrichtung eine Mehrzahl von Laserdioden-Arrays (6) umfasst.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 10, worin die besagte Pumpeinrichtung eine Blitzlampe umfasst.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 11, worin die besagte Laserdioden-Arrays (6) für einen CW-Betrieb programmiert sind.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 11, worin die besagte Mehrzahl von Laserdioden-Arrays (6) programmiert ist, um bei einem Tastverhältnis von weniger als 100 Prozent betrieben zu werden.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 14, worin das besagte Tastverhältnis ca. 20 Prozent beträgt.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 15, worin der besagte verstärkte Impulslaserstrahl eine Reihe von periodisch beabstandeten hochfrequenten Impulsen enthält.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 1, außerdem umfassend ein Ziel (27, 118, 216) zur Erzeugung von Röntgenstrahlen bei Beleuchtung an den besagten kleinen Lichtflecken.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 17, worin das besagte Ziel aus einem Metall besteht.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 18, worin das besagte Metall entweder Kupfer oder Eisen ist.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 1, worin das besagte Seedlaser-Subsystem einen Resonator definiert und einen modengekoppelten Laser, enthaltend einen Güteschalter (73), umfasst.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 20, worin der besagte Güteschalter (73) ein High Gain-Schalter mit einer Verstärkung von mehr als 10 pro Durchgang ist und der besagte Resonator ein kurzer Resonator, kürzer als 10 cm, ist.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 20, worin das besagte Seedlaser-Subsystem außerdem eine Auskoppelmodulationseinrichtung umfasst.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 1, worin das besagte Seedlaser-Subsystem einen Laserkristall (5), der über eine reflektierende Seite (83) verfügt, eine λ/2-Pockels-Zelle (87) und einen Polarisationsstrahlteiler (89) umfasst und eine Länge L als die Entfernung zwischen der besagten reflektierenden Seite und der besagten Pockels-Zelle (87) definiert.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 23, worin die besagte Länge L nicht mehr als 4 cm beträgt.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 24, worin die besagte Länge L nicht mehr als 2 cm beträgt.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 1, worin die besagte Laserverstärkereinrichtung (24) eine Arbeitswellenlänge definiert und das besagte Seedlaser-Subsystem eine Laserdiode umfasst, die einen gepulsten Laserstrahl mit einer der Arbeitswellenlänge der besagten Laserverstärkereinrichtung angepassten Wellenlänge erzeugt.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 1, außerdem umfassend eine in dem verstärkten Strahl plazierte Frequenzerhöhungseinrichtung zur Erhöhung der Frequenz des verstärkten Strahls.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 27, worin die besagte Frequenzerhöhungseinrichtung ein harmonischer Generator ist.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 1, worin das besagte Seedlaser-Subsystem einen Festkörperkristall, einen Modenkoppler, einen Güteschalter, einen schnellen elektro-optischen Phasenschieber sowie einen Polarisationsstrahlteiler umfasst.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 29, worin der besagte schnelle elektro-optische Phasenschieber eine Pockels-Zelle ist.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 29, worin das besagte Seedlaser-Subsystem einen diodengepumpten Festkörper-Laser umfasst.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 1, worin das besagte Seelaser-Subsystem einen Festkörper-Laser mit Impulsen im Subnanosekundenbereich sowie einen Impulszug-Multiplexer umfasst (8).
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 32, worin der besagte Impulslaser ein Nd:YAG-Laser ist.
Ein Festkörper-Impulslasersystem nach Anspruch 1, worin das besagte Seedlaser-Subsystem eine Einrichtung (200, 202) zur Erzeugung eines Ausgangsimpulslaserstrahls mit einer Frequenz von weniger als 5000 Hz mit Impulsen mit einer Dauer von weniger als 1 ns sowie eine Strahlteilereinrichtung (204) zur Teilung des besagten Ausgangsimpulslaserstrahls in eine Mehrzahl solcher erster Impulslaserstrahlen beinhaltet und worin ein jeweiliger besagter Laserverstärker (208) zur Verstärkung eines jeden besagter ersten Impulslaserstrahlen bereitgestellt ist, wobei die besagten Verstärker (208) parallel zueinander angeordnet sind, um eine Mehrzahl von verstärkten Impulslaserstrahlen zu erzeugen, wobei die besagte Fokussiereinrichtung (214) so angeordnet ist, dass die besagte Mehrzahl von verstärkten Impulslaserstrahlen auf eine Gruppe von kleinen Lichtflecken auf einem röntgenstrahlenerzeugenden Ziel fokussiert ist, um eine Röntgenstrahlenquelle zu erzeugen.
Ein Impulslasersystem nach Anspruch 34, worin das besagte Seedlaser-Subsystem einen Impulslaser-Vorverstärker (202) zur Verstärkung eines Impulslaserstrahls umfasst, um den besagten Ausgangsimpulslaserstrahl zu erzeugen.