JP2002198602A - 高速変形可能回折格子を有するスマートレーザ - Google Patents

高速変形可能回折格子を有するスマートレーザ

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JP2002198602A JP2001333841A JP2001333841A JP2002198602A JP 2002198602 A JP2002198602 A JP 2002198602A JP 2001333841 A JP2001333841 A JP 2001333841A JP 2001333841 A JP2001333841 A JP 2001333841A JP 2002198602 A JP2002198602 A JP 2002198602A
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smart laser
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ヴィ フォメンコフ アイゴー
Frederick G Erie
ジー エリー フレデリック
D Buck Jessie
ディー バック ジェシー
Palash P Das
ピー ダス パラッシュ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はレーザに関し、特にビーム品質のフ
ィードバック制御を備えたレーザに関する。 【解決手段】 波長計からのフィードバック信号を用い
てパルスエネルギ、波長、バンド幅の自動コンピュータ
制御を持つスマートレーザ。パルスエネルギは、放電電
圧を制御することにより制御され、波長は、ＲMAXミラ
ーの位置を制御することにより制御され、帯域幅は、回
折格子の湾曲を単純な凸面又は凹面よりも更に複雑な形
状に調節することにより制御される。好ましい実施形態
は、回折格子背面上の５つの水平位置に７つの圧電駆動
式の圧縮又は引張位置を準備し、Ｓ字形、Ｗ字形、及
び、捩れ形などの形状を生み出す。好ましい実施形態
は、ビーム拡大器プリズムが置かれたプリズム板の自動
調節とＲMAX傾斜の自動調節とによる水平及び垂直ビー
ム断面の自動フィードバック制御を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、１９９９年９月３
日に出願されたシリアル番号０９／３９０,５７９の一
部継続出願である。本発明はレーザに関し、特にビーム
品質のフィードバック制御を備えたレーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】多くのレーザに関する応用例では、ビー
ム出力の正確な制御が必要である。この種のレーザの応
用例の1つが、集積回路リソグラフィの光源である。現
在、 ＫｒＦエキシマレーザは、最新の集積回路リソグ
ラフィ装置において最も選択されている光源である。生
産量を増やし、より精密な集積回路パターンを生成する
努力がなされているため、光源の仕様はより厳しくなっ
てきている。２４８ナノメートルのＫｒＦレーザの一般
的な仕様は、バンド幅が約０．６ピコメートル半値全
幅、波長安定度が指定波長の０．１ピコメートル以内、
及び、エネルギ線量安定度が約±０．５パーセントを必
要とする。さらに、ビームの断面輝度値を制御すること
が重要である。
【０００３】図1に、集積回路リソグラフィに使用され
る従来のＫｒＦエキシマレーザ・システムの特徴の一部
を示す。このシステムは、利得媒体をその間に持つ２本
の延長された電極（図示しない）を含むレーザチャンバ
３が内部に取り付けられたレーザフレーム構造５、不釣
合いに大きく示されたラインナローイングモジュール７
（「ラインナローイングパッケージ」、又は、ＬＮＰと
呼ぶ）、及び、出力カプラ４を含む。図1のＬＮＰの部
分は、ＬＮＰの平面図を表している。ビーム断面は一般
的に矩形で、通常、幅約３．５ミリメートル、高さ約１
５ミリメートルである。従来の装置では、ラインナロー
イングモジュール７及び出力カプラ・モジュール４の各
々は、レーザフレーム構造５に動かないように取り付け
られているフレームを含む。出力カプラ・モジュールと
ラインナローイングモジュールとのフレーム内の光学部
材は、レーザの共振空洞を形成するために手動で調節さ
れる。チャンバは、時々図１の矢印３Ａで示すビーム幅
の方向に、定められた共振空洞内で手動による精密な位
置決めをすることができるように、レーザフレーム内に
調節自在に取り付けられる。これらの調節によりレーザ
技術者は、最適ビーム出力パラメータが達成されるよう
に共振空洞を利得媒体と一直線に並べることができる。
例えばこの従来技術では、３−プリズムビーム拡大器１
８は、プリズム板１３上に取りつけられたプリズム８、
１０、及び、１２を含む。従来の装置では、プリズム板
１３は、アラインメント技術として矢印１３Ａの方向に
手動で調節することができる。従来の装置はまた、曲げ
機構２０を拡張又は収縮することにより、脚部１７Ａ及
び１７Ｂに対してより大きい又は小さい圧縮力を掛け、
回折格子１６の表面湾曲をより強めの、又は、より弱め
の凹面形状に手動調節することを含む。調節は主とし
て、出力ビームのバンド幅を制御するために行う。回折
格子面に凹面形状を強いる従来技術は、他に米国特許第
５，０９５，４９２号に記載されている。
【０００４】現在使用されている従来技術の一般的なリ
ソグラフィ用エキシマレーザは、２つの自動フィードバ
ック制御を組み込み、パルスエネルギと公称波長とを調
節する。パルスエネルギは、それを目標とする限界内に
調節するために、図1に示すように出力パルスエネルギ
をビーム出力モニタ２２で測定し、次に電極間に加えら
れる高電圧を制御するために、これらの測定値とコンピ
ュータ制御装置２４とを使用することにより、フィード
バック・システムにおいて制御される。ビーム出力モニ
タ２２（波長計とも呼ばれる）は、公称又は中心波長、
及び、パルス化された出力ビームのバンド幅も測定す
る。コンピュータ制御装置２４は、ビームの公称波長を
目標とする限界内に制御するためにステッパモータ１５
を使って同調ミラー１４の枢軸位置を調節する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】求められているもの
は、より簡単で速く正確なレーザビーム出力パラメータ
の制御をもたらす改良である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、波長計からの
フィードバック信号を用いてパルスエネルギ、波長、バ
ンド幅の自動コンピュータ制御を持つスマートレーザを
提供する。パルスエネルギは、放電電圧を制御すること
により制御され、波長は、ＲMAXミラーの位置を制御す
ることにより制御され、帯域幅は、回折格子の湾曲を単
純な凸面又は凹面よりも更に複雑な形状に調節すること
により制御される。好ましい実施形態は、回折格子背面
上の５つの水平位置に７つの圧電駆動式の圧縮又は引張
位置を準備し、Ｓ字形、Ｗ字形、及び、捩れ形などの形
状を生み出す。好ましい実施形態は、ビーム拡大器プリ
ズムが置かれたプリズム板の自動調節とＲMAX傾斜の自
動調節とによる水平及び垂直ビーム断面の自動フィード
バック制御を含む。また他の好ましい実施形態は、レー
ザチャンバの水平位置の共振空洞内での自動調節を含
む。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施形態は、図
面を参照することにより説明される。スマートレーザ スマートレーザ装置を表す組合せブロック図の概略を図
２に示す。この図は、重要なレーザビーム・パラメータ
の大幅に改良された瞬時制御を準備するためにレーザチ
ャンバと部材とのアラインメントを自動化するような、
従来技術を超える重要な改良を示している。新しいレー
ザフレーム５Ａには、その上にチャンバ位置ステッパモ
ータが加えられ、チャンバの水平位置を３Ａの方向に自
動的に調節する。このＬＮＰ ７Ａは、プリズム板ステ
ッパモータ３２、ＲMAX傾斜ステッパモータ３４、及
び、回折格子湾曲モータ３０を含む。これら全てのステ
ッパモータは、コンピュータ制御装置２４Ａにより制御
される。
【０００８】回折格子面湾曲の双方向自動制御 回折格子湾曲ステッパモータ３０は、回折格子１６の湾
曲を制御するために追加される。システムには、新しい
曲げ機構設計２０Ａが含まれ、それは、回折格子１６の
一列に並んだ表面に凹面の湾曲を作るために脚部１７Ａ
及び１７Ｂを外側に広げる圧縮力、又は、回折格子１６
の一列に並んだ表面に凸面の湾曲を作るために脚部１７
Ａと１７Ｂとを互いに引き寄せる張力を加える能力を持
つ。モータ３０の制御は、コンピュータ制御装置２４に
より行なわれる。
【０００９】回折格子曲げ機構の作動に関する基本的部
品および機能説明を図３Ａ、３Ｂ、及び、３Ｃに示す。
図３Ａは、双方向制御ユニットが取り付けられてはいる
が、回折格子に曲げ力が加えられていない回折格子アセ
ンブリを示す。図示されているのは、回折格子１６、左
端板１７Ｂ，右端板１７Ａ，圧縮ばねケース４８、左圧
縮ばね５０、右圧縮ばね５１、調節軸４４、及び、調節
軸４４にピンで固定されたピストン４９である。調節軸
４４は、右端板１７Ａのねじ切り溝と係合するねじ切り
長さ４４Ａ（１／４−２８ ＵＮＦ−２Ｂｘ１．３８の
長さ）を含む。図３Ａの条件において、両方のばねは、
互いを相殺する均等な圧縮力を加えられているか、又は
両方のばねに負荷が掛けられていない状態である。回折
格子面の湾曲は、軸４４を回転させることによって調節
される。軸４４をケース４８内にねじ込むことにより、
左圧縮ばね５０は、図３Ｂのケース４８内の２本の矢印
で示すようにケース４８の左側とピストン４９とに対し
て圧縮される。圧縮力は、ロッド４４を右へ、ケース４
８を左へと押し、矢印５６で示すように、２枚の端板１
７Ａと１７Ｂとが押されて引き離される効果がある。こ
れは、線５８に示すように、回折格子１の表面を単純な
凹面形状に曲げる作用がある。
【００１０】これとは逆に、軸４４をケース４８の外に
出す方向にねじ込むことで、図３Ｃのケース４８内の２
本の矢印で示すように、右圧縮ばね５１は、ケース４８
の右側とピストン４９とに対して圧縮される。圧縮力
は、ロッド４４を左に、ケース４８を右に引き、矢印５
７で示すように、２枚の端板１７Ａと１７Ｂとを引き寄
せる効果を持つ。これは、線５９に示すように、回折格
子１の表面を単純な凸面形状に変形させる作用がある。
この装置では、ロッド４４は、１インチにつき２８のね
じ切りを持ち、ばねは、１インチにつき定格重量５２ポ
ンドである。オペレータは、この設計により、回折格子
面の湾曲を極めて精密に調節することができる。
【００１１】図４は、出願人および共同出願人が製作し
た回折格子アセンブリ１６Ａを示す斜視図である。アセ
ンブリは、回折格子１６、２枚の回折格子端板４２（回
折格子１６に接着されている）、右の双方向バンド幅制
御端板１７Ａ，止めナット５６、回折格子１６に接着さ
れたインバー床板５３、アラインメント・ロッド４４、
ソケット６４、２本の線形軸受６２、圧縮ばねケース４
８、右圧縮ばね５１、２本のスラスト軸受６３、ロッド
４４にピンで留められたピストン４９、左圧縮ばね５
０、ロッド４４にピンで留められた移動限定ピストン５
７、ラジアル玉軸受５４、枢軸５５、及び、左のバンド
幅制御端板１７Ｂを含む。
【００１２】図５は、ＬＮＰ ７Ａの表面の一部切取内
部図である。図は、双方向湾曲制御の回折格子アセンブ
リ１６Ａを示している。また、図３Ａ、３Ｂ、及び、３
Ｃに関連して前述したように、回折格子１６の一列に並
んだ表面の湾曲を凹面から凸面まで制御する、回折格子
湾曲制御ステッパモータ３０も示す。図５は、プリズム
板調節モータ３２も示すが、ＲMAXミラー１４のモータ
制御は示していない。ラインナローイングパッケージ７
Ａの底面図を図７Ａ（正面から、すなわちレーザからＬ
ＮＰに向かって見た図）と図７Ｂ（後面から）とに示
す。回折格子湾曲ステッパモータ３０がその取付板に取
り付けられているのがわかる。プリズム板モータは３
２、ＲMAX傾斜モータは３４、ＲMAXステッパモータは１
５で各々示されている。ＬＮＰに対するビームの出入ポ
ートは、６０で示されている。
【００１３】プリズム板の位置制御 プリズム板１３の位置制御は、プリズム板ステッパモー
タ３２も示している一部切取内部図に描かれている。ス
テッパモータ３２もまた、その取付板に取り付けられて
図７Ａと図７Ｂとに示されている。モータ３２の制御
は、コンピュータ制御装置２４によって行われる。
【００１４】自動ＲMAX傾斜制御 ＲMAX傾斜制御ステッパモータは、図７Ａ、図７Ｂ、図
６Ａ、図６Ｃ、及び、図６Ｄにおいて３４で示されてい
る。ＲMAXミラー１４の傾斜は、これもコンピュータ制
御装置２４によって制御されるＲMAXステッパモータ３
４により準備される。ミラー１４の傾斜は、共振空洞内
で反射する光の垂直角度を決める。
【００１５】同調ミラーによる波長選択 この装置において、波長の選択は、ステッパモータ１５
により準備され、本明細書の従来技術の項に記載した従
来技術による波長計２２からのフィードバック波長情報
を利用するコンピュータ制御装置２４からの指令に基づ
き、同調ミラー１４の枢軸の水平位置を設定する。
【００１６】自動チャンバ位置制御 この装置は、レーザチャンバ３の水平位置（すなわち、
レーザチャンバに包含されている利得媒体の水平位置）
を、フレーム５Ａ（そこに出力カプラ４とラインナロー
イングパッケージ７Ａとが取りつけられている）に関し
て、ビーム６と垂直の方向に自動的に調節するような、
図２に示すチャンバ位置ステッパモータ３６を含む。好
ましくは、２つのステッパモータ３Ｂが設けられ、１つ
は、チャンバの出力（前）端の近くに置かれ、もう１つ
は、チャンバのＬＮＰ（後）端の近くに置かれる。これ
ら２つのモータは、チャンバが放電領域の軸線をレーザ
装置の光軸と角度的に並べることを可能にする。
【００１７】制御 コンピュータ制御装置は、波長計２２からのフィードバ
ック信号に基づいてビーム・パラメータを目標とする範
囲内に維持するために、モータ１５に加えてモータ３
６、３２、３４、及び、３０を制御する制御アルゴリズ
ムによりプログラムされることが好ましい。簡単な方法
は、１箇所（例えばチャンバ位置ステッパモータ）を除
くすべての位置を一定に保ち、パルスエネルギ出力、パ
ルスエネルギ安定度、バンド幅などのパラメータを見て
最適なビーム性能を生み出す位置を求めるために、その
項目を所定の範囲に亘って走査することである。コンピ
ュータは、これらの走査をオペレータの指示か、又は所
定の一定間隔で行うようにプログラムすることができ
る。もし波長計がビーム品質に何らかの低下を検知すれ
ば、最適な位置を求めてコンピュータは、１つ又はそれ
以上のこの種の走査を行うようにプログラムすることも
可能である。
【００１８】また、レーザのバースト・モード操作の間
（例えば、毎秒１０００パルスの割合で３００パルス、
続いて０．３秒の休止時間というパルスのバーストを発
生するようにレーザが操作されている場合）、ビームパ
ラメータは、パルス数（すなわちバーストの開始からの
時間）の関数として変化することが知られている。これ
らの変化を和らげる、又は補償するために、コンピュー
タ制御装置は、１つ又はそれ以上のステッパモータをバ
ースト開始からの時間の関数として調節するようにプロ
グラムすることができる。
【００１９】特定の最適化手法 １つの好ましい性能最適化手法では、最適なレーザ性能
を判断するために、メリット数Ｍを定義する。次いでメ
リット数を最大にするための調節を行う。この値は、実
時間でビームを測定するセンサからの入力を用いて計算
される。これらのセンサは通常、エネルギ安定度、レー
ザ効率（入力電圧に対する出力エネルギ）、バンド幅、
ビーム幅、ビーム対称度、位置決めグ安定度などの値を
与える。最も良いメリット数は一般に、リソグラフィ照
射などへの適用の際、成功のカギになる最も重要なパラ
メータをいくつか組み合わせたものになるであろう。例
えば、パルスエネルギ／充電電圧（Ｅ）によって測定さ
れるレーザ効率だけが重要だと考えられた場合、メリッ
ト数は、次のようになるであろう。 Ｍ＝パルスエネルギ／充電電圧、又はＭ＝Ｅ
【００２０】空間対称性（水平方向）ＳＨがＥに加えて
判断される場合は、ＳＨが測定され、重み係数ＷSHが与
えられなければならない。完璧に対称な場合はゼロにな
る。従ってメリット数に対する新たな公式は次のように
なる。 Ｍ＝Ｅ−（ＷSH）（ＳＨ） 次に、Ｍを最小にする調節が行われる。同様に、メリッ
ト数Ｍは、垂直対称性（ＶＳ）、バンド幅（Ｂ）、波長
の安定度（ＷＳ）、線量の安定度（ＤＳ）など、他のパ
ラメータの関数として得ることもできる。この場合、Ｍ
の公式は次のようになる。 Ｍ＝Ｅ−（ＷSH）（ＳＨ）−（ＷSV）（ＳＶ）−
（ＷB）（Ｂ）−（ＷWS）（ＷＳ）−（ＷDS）（ＤＳ） ここでもまた、コンピュータは、最大のメリット数Ｍを
達成するために、ステッパモータ位置の調節を行い、
Ｅ、ＳＨ、ＳＶ、Ｂ、ＷＳ、及び、ＤＳを測定し、重み
係数を適用するようにプログラムされる。
【００２１】前述したいくつかの種類のパラメータを考
慮したレーザ性能を最適化する技術は多く知られてい
る。１つの好ましい実施形態は、で、これはケンブリッ
ジ大学出版局１９９０年発行のW・ H・プレス他著「数
値解析の手法と科学計算の技術」で記述され、そこで引
用されている。簡単に言うと、初期設定のグループが調
節のために選択される。調節されるパラメータの数より
１つ多い数の構成（１つの構成は調節用の１組の値であ
る）があるであろう。１回の反復に対して各構成に調節
が設定され、メリット数が測定される。最悪のメリット
の構成はそこで拒絶され、最適の構成に近い新たな構成
に入れ替えられる。反復が続行されると、構成のどれで
も最適なものとして選択できるまでに構成は互いに近づ
いてくる。以前の仕事で出願人は、約１０回の反復が最
適を見つけるのに十分であることを発見している。ダウ
ンヒル・シンプレックス法は信頼できる技術であるが、
とても急速な収束が必要であれば、他のよく知られた技
術を利用することもできる。
【００２２】最適化手法の例 より高いＭ値を得るためにレーザを調節することが、用
途において更に低廉な稼動コスト及び／又は更に高い光
学性能を意味し得る一層効果的な作動を意味することに
なるように、メリット関数Ｍは選択される必要がある。
Ｍに対する「最良」の公式を定めることは、決めるのに
相当な研究を要するであろう問題であるが、適度に有用
な定義に頼ることは難しいことではない。例えば、エネ
ルギ効率Ｅ／Ｖと帯域幅Ｅ９５とに主に関心があると仮
定してもよく、そうすると、手頃なメリット関数は、次
のように表すことができる。 Ｍ＝（Ｅ／Ｖ）−Ｗ＊Ｅ９５ ここで、Ｍはメリット関数の値、Ｅ／Ｖは、ミリジュー
ル／ボルトで表した効率、Ｗは、効率対帯域幅について
メリット関数の相対感度を調節する重み係数、Ｅ９５
は、９５％積分幅基準によって定められたレーザ帯域幅
である。
【００２３】ここで、レーザに関して最適化するため
に、回折格子湾曲（ＢＣＤ），Ｒ−ｍａｘ傾斜（ＲＭＡ
Ｘ）、及び、チャンバ位置（ＣＨ・前方、及び、ＣＨ・
後方）などの４つの調節があると仮定する。これは、多
変数最適化処理を構成することになって、一般に各調節
間の相互作用を予期する必要があり、従って、例えばＢ
ＣＤに対する最適設定は、ＲＭＡＸの現在の調節に左右
されることになる。多変数最適化を取り扱うために、幾
つかの重要な実用的利点を有するダウンヒル・シンプレ
ックス法やファジイ・ロジック・アプローチなどの多数
の標準アルゴリズムが存在する。本検討における例証の
ために、グリッド・サーチ・アルゴリズムと呼ばれるこ
ともある、一度に１つずつ制御を調節するアプローチに
ついて以下に説明する。
【００２４】レーザが機能して効率及び帯域幅の測定を
可能にするのに十分なだけ良好であることが単に要求さ
れる初期アラインメント状態にあると仮定する。次に、
ＢＣＤ調節を最初に最適化することを選択すると仮定す
ると、 １）始動アラインメントにおけるメリット関数値を計算
し、 ２）レーザ性能に適度な効果（すなわち、測定ノイズに
よって隠されないだけの大きさの変化）を与えるように
量の大きさが経験から選ばれる量ＤだけＢＣＤを調節
し、 ３）メリット関数が段階２の後で改善される場合、メリ
ット関数が悪化するまで区分ＤでＢＣＤの調節を続け、 ４）メリット関数が段階２の後で悪化する場合、メリッ
ト関数が悪化するまで区分−Ｄで調節を続け、そして ５）この時点で、中央値Ｍ２が最初の値Ｍ１又は最後の
値Ｍ３よりも良好なメリット関数値Ｍ１、Ｍ２、及び、
Ｍ３を有するＤ１、Ｄ２、及び、Ｄ３で表されるＢＣＤ
の３つの連続した設定が存在することになる。一般に、
最良設定は、Ｄ２と一致しないことになる。次に、最良
設定を推定するために次式を用いて逆放物線補間を使
い、次にＢＣＤ調節を以下のＤoptimumに設定する。
【００２５】
【００２６】ＢＣＤをＤ２に設定する方がより簡単であ
ろうが、このように最適値を計算することによって結果
を大いに改善することができる。残りの調節に関して
は、段階１に進み、残りの各調節（ＲＭＡＸ、ＣＨ−前
方、ＣＨ−後方）を順次ＢＣＤが特定された所に代入す
る。
【００２７】一度に１つずつ全ての調節が最適化された
後、各調節に対して調節区分Ｄが例えば２で割るなどし
てある係数だけ減少され、このサイクルが反復される。
これは、調節区分Ｄが所定のレベルよりも小さくなるま
で続けられ、その時点でレーザ調節は最適化される。好
ましくは、最適化プログラムはまた、ビームパラメータ
を仕様範囲内に保つように形成されることになる。これ
は、時々重要な品質パラメータを調べて、どれかが仕様
範囲を逸脱する場合、設定を調節して仕様範囲外パラメ
ータを仕様範囲内に連れ戻す追加ルーチンを準備するこ
とによって行うことができる。
【００２８】付加的ビームパラメータの測定 様々なビームパラメータを測定するために、本出願人
は、図８に示す光学装置を準備した。出力カプラ開口に
おけるレーザビームの画像は、レンズ７０を通って光学
的に蛍光スクリーンへ送られ、垂直及び水平対称性を含
むビームパラメータは、図８に示すように蛍光スクリー
ン７４上で集束するＣＣＤカメラを利用して測定され
た。蛍光スクリーンは、レーザからの紫外線をＣＣＤカ
メラによって監視される可視光線に変換する。カメラか
らのアナログ出力は、ビデオフレーム・グラッバにより
デジタル変換され、フレーム・グラッバの出力は、コン
ピュータ処理装置によって解析される。
【００２９】本発明に関連して本出願人はまた、図８に
示すように、レンズ７２を通る第２のビーム経路を用
い、ビーム広がり、ビーム照準、及び、ビーム照準安定
性も監視することができた。この場合、レンズ７２は、
レーザビームを蛍光スクリーン７４上に集束させ、レン
ズに入射する完全に平行化された光が蛍光スクリーン上
に回析限界スポットとして現れるように位置している。
従って、このスポットの大きさは、ビームの広がりの尺
度であって、スポットの動きは、ビーム照準の変化の尺
度である。これらの付加的パラメータは、これらのパラ
メータを考慮してレーザ性能を最適化するのに本発明で
使用することができるであろう。
【００３０】ＰＺＴ変形可能回折格子 図９は、図４の機構によって生み出される単純な凹曲面
や凸曲面と比較して回折格子の表面湾曲に対するずっと
大きな制御と、同じく非常に迅速な応答時間の可能性と
をもたらす、圧電駆動式変形可能回折格子アセンブリ８
０の主要部材の透視図を示す。本実施形態は、１２．７
ｘ３５ｘ２５０ミリメートルの寸法と、ＵＬＥ材料から
成る回折格子基板とを有する回折格子８２を含む。回折
格子面は、ＫｒＦ又はＡｒＦエキシマレーザなどのエキ
シマレーザのラインナローイング用のエシェル（ｅｓｃ
ｈｅｌｌ）構成に使用するための良く知られた手法を用
いて製作される。７つのインバー・ロッド８４が、エポ
キシ樹脂により回折格子８２の背面に取り付けられる。
ロッドの各々は、（１）圧電変換器８６、（２）ＵＬＥ
材料から成る裏当てブロック８８、（３）圧縮スプリン
グ９０、及び、（４）ナット９２を貫通し、これらの全
ては、組立てられた時に圧電変換器８６を約２５０ニュ
ートンの圧縮力で予圧縮する。裏当てブロック８８は、
インバー底板９４に各々にエポキシ樹脂を用いて取り付
けられる。好ましくは、ロッド、変換器、裏当てブロッ
ク、スプリング、及び、ナットが組立てられて、ロッド
が回折格子背面にエポキシ樹脂接着される前に各圧電変
換器に予圧縮が加えられる。
【００３１】推奨される変換器８６は、ドイツ国所在の
フィジク（Ｐｈｙｓｉｋ）・インストルメンツ、又は、
米国カルフォルニア州コスタメサ所在のポリテック・パ
イ（Ｐｉ）・インコーポレーテッドから入手可能なモデ
ルＰ−３０５．００である。本変換器は、内径５ミリメ
ートル、外径１０ミリメートル、及び、長さ８ミリメー
トルであり、駆動電圧０〜１０００ボルトで５ミクロン
の移動長さを有する。この範囲の小さな部分のみが利用
されるだけであるから、普通は１５０ボルトの駆動装置
（図示しない）で充足されるであろう。図９Ａは、完全
に組立てられた回折格子アセンブリの背面の完成図を示
し、図９Ｂは前面の完成図を示し、図９Ｃは上面図を示
し、図９Ｄは、図９Ｃに示す位置９Ｄでの断面図を示
す。
【００３２】概略透視図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、及
び、１０Ｄは、７つのロッド・ステーションで様々な力
が加えられた結果を非常に誇張して示している。表１
は、それぞれのロッド・ステーションにおける個々の力
とその結果生じる変位を表す。すなわち、概略図に示す
ように、本実施形態は、面を（ａ）捩れ面、（ｂ）Ｗ字
曲面、（ｃ）Ｓ字曲面、又は、（ｄ）凹面の形状に形成
することができる。本実施形態を用いて他の多くの形状
を生成し得ることは明らかである。また、付加的な表面
制御の程度をもたらすために追加の圧電駆動装置を用い
る場合があり、又は、複雑さ及びコストを低減するため
により少ない圧電駆動装置を使用し得ることも理解され
るであろう。
【００３３】（表１）
【００３４】本発明は、２つの主要な目的にとって価値
がある。第１に、組み立て後の多くの回折格子は、回折
格子面の平坦さが足りない理由で、有効なレーザ波長制
御及びラインナローイングに使用することができない。
この平坦さの欠如は、時に凹面又は凸面形状を近似する
場合があり、図４に示す実施形態によって補正すること
ができる。しかし、多くの場合において、回折格子は、
図４の実施形態では補正し得ない捩れ形状、Ｗ字又はＳ
字形状、又は、他の一層複雑な形状を有する。本発明
は、工場で歪められたこれらの形状の多くを平坦面に戻
すことができると考えられる。
【００３５】図４の実施形態に対する図９の実施形態の
第２の利点は、レーザからの波面が単に平坦、凹面、又
は、凸面というよりも更に複雑な場合が多く、良好な補
正が図４の実施形態を用いては得られないが、図９の実
施形態からは得られるであろうという事実からもたらさ
れる。図４の実施形態に対する図９の実施形態の第３の
利点は、図９の実施形態における曲面補正が極めて迅速
にできるということである。調節は、約１ミリ秒又はそ
れ以下の間隔で行うことができる。
【００３６】ＰＺＴ変形可能回折格子の制御 目標とする結果を達成するために、回折格子８２の表面
を制御する様々な手法を用いることができる。実験室に
おいては、工場で歪んだ回折格子面をその表面形状を測
定する干渉計で監視することができ、表面は、試行錯誤
法により手動で調節して歪みの多くを除去することがで
きる。より良いアプローチは、目標とするレーザビーム
品質に必要な回折格子面をもたらすために、ドライバ・
ロッド位置のフィードバック制御を準備することであ
る。コンピュータは、フィードバック装置を制御し、該
装置においては、１つ又はそれ以上のビームパラメータ
が監視され、この監視から得られたデータが７つのドラ
イバ・ロッドの位置の制御のために使用される。最良の
ビーム品質を生じさせる圧電ロッド位置の最良の組合せ
を見つけるために、数多くのフィードバック制御手法を
利用することができる。この種類の技術の幾つかは、上
記のＷ・Ｈ・プレスによる著書に記載されている。好ま
しい簡単な手法は、「最適化手法の例」という見出しの
下に上記に記載したアプローチを用いることであろう。
この場合、エネルギ効率、波長安定性、エネルギ安定
性、及び、帯域幅である４つのビームパラメータは、ド
ライバ・ロッドの位置を制御するのに使用されるであろ
う。初めに７つのロッドの全ては、指定されたＷ値に基
づいて最良の結合された値を求めるために調節されるで
あろう。より迅速な制御に向けた初期調節の後に、迅速
フィードバック手法の下で、いずれかの１つ、又は、お
そらく３つのロッドを調節することができるであろう。
次に、より長い時間間隔で７つのロッドの全てを最適化
することができるであろう。代替的に、最適化時間は、
ガス注入後などの操作イベントに基づいて選択すること
も可能であろう。
【００３７】多重回折格子区分 図９、及び、図９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、及び、９Ｄに示す回
折格子アセンブリの回折格子面位置の精密制御により、
図９Ｅに示すような回折格子区分の組合せを可能にし、
複数の個々の回折格子を使用して効果的なより長い回折
格子を生み出す。約１０インチよりも長い高品質回折格
子を製作することは非常に難しく、回折格子線が一致す
るように２つの別個の回折格子を並列に並べることは極
めて難しい。しかし、図９、及び、図９Ａ、９Ｂ、９
Ｃ、及び、９Ｄに示す回折格子アセンブリの表面位置を
極めて精密に制御することによって、２つの別個の回折
格子を容易に結合することができ、複数の個別回折格子
を使用した、より長い回折格子を準備することができ
る。レーザビームは、ある角度で表面を照射しているか
ら、回折格子の長手方向のいかなる位置誤差も回折格子
の１つの表面の前方又は後方への調節によって補正する
ことができ、それにより、回折格子区分の一列に並んだ
各反射面の間でレーザビームがビーム方向に進む距離の
差が全て目標波長値の倍数に等しくなる。すなわち、２
つの別個に製作された回折格子は、図９に示すように組
み立てられ、次に図９Ｅに示すように、端と端を接する
ように注意深く組み立てられる。ＰＺＴドライバ・ロッ
ド８４は、次に、両方の回折格子線が互いに一致して両
方の回折格子が同じ狭帯域波長を選択するようになるま
で、一列に並んだ回折格子面の１つ又は両方を動かす。
【００３８】ＰＺＴ変形可能ミラー 図５に示すミラー１４は、図９、及び、図９Ａ、９Ｂ、
９Ｃ、及び、９Ｄに関連して上記で説明した手法を用い
て能動的に変形し得る。ミラーの変形を制御するのに使
用される好ましい手法はまた、ビーム品質フィードバッ
ク情報を使用する上記の手法と類似であることが可能で
あろう。
【００３９】他の変形手法 他の回折格子又はミラー変形手法も利用し得る。図９Ｆ
は、そのような追加の手法の１つを示す。この場合、回
折格子ミラー８２Ａの極めて僅かな曲げを引き起こすた
めに、圧電歪みアクチュエータ８６Ａが使用される。こ
れらの歪み型圧電ウェーハは、米国マサチューセッツ州
ケンブリッジ所在のアクチブ・コントロール・エキスパ
ーツ・インコーポレーテッド（Ａｃｔｉｖｅ Ｃｏｎｔ
ｒｏｌｅＸｐｅｒｔｓ，Ｉｎｃ．）から入手可能であ
る。該ウェーハは、圧電販売業者が出している手引書に
従って適用される。
【００４０】同調ミラーを用いた高速同調 図１１Ａ及び１１Ｂは、同調ミラー１４の位置を非常に
高速に制御する手法の形態を示す。この実施形態におい
て、ステッパモータ１５は、カーバイドボール１０１上
で旋回するレバーアーム１００の作用を介してミラー１
４を枢転させ、該カーバイドボール１０１は、支点ブロ
ック１０２に着座し、ミラー取付台１４Ａに装着された
４つのカーバイドボール１０５に対してダウェルピン１
０４を押し付けてミラー１４の非常に僅かな動きを生み
出す。ミラー１４の更に精密かつ高速な調節は、両方向
矢印１０６で示すように、支点ブロック１０２の位置の
非常に小さな変化を引き起こす圧電変換器１０８の作用
によってもたらされる。ドラム１１０は、ラインナロー
イングモジュール内部の紫外線及び超清浄な環境から圧
電変換器１０８を隔離する。また、図１１Ｂには、接着
剤結合部１１２、ＰＺＴ装着台１１４、固定ネジ１１
６、及び、電気接続部１１８も示されている。
【００４１】すなわち、図１１Ａ及び１１Ｂに示す同調
装置は、必要とされる全半径方向範囲上の非常に限定さ
れた半径方向範囲に亘る超高速ミラー位置制御（ＰＺＴ
駆動装置によってもたらされる）を与え、必要とされる
半径方向全域に亘るミラー位置制御は、より低速である
がより広範囲なステッパモータ１５とレバーアーム１０
０とによってもたらされる。ミラー位置制御は、図２に
示すようなビーム出力モニタ２２によって為される出力
ビームの中心線波長測定に基づき、フィードバックコン
ピュータ制御装置を用いて与えられる。適切な電圧がＰ
ＺＴ駆動装置１０８に印加されてもよく、それは、波長
の値を目標とする範囲に維持するためであって、ステッ
パモータのレバーアームが、ＰＺＴ駆動装置１０８を駆
動する電圧を目標とする範囲に維持するために配置され
てもよい。
【００４２】本発明は、特定の実施形態を参照して開示
および説明されてきたが、関連する原理は、数多くの他
の実施形態にも利用し易いことが、当業者には明らかで
ある。例えば各ステッパモータは、交流または直流モー
タ、又は、油圧または空気位置決め装置などの代替位置
決めユニットと交換できる。提案されたコンピュータプ
ログラム以外の位置決め装置を制御する多くの方法も利
用することができる。１つまたはそれ以上のステッパモ
ータを出力カプラに適用し、RMAXミラーについての上記
説明と同様な技術を用いて、出力カプラを自動的に位置
決めすることができる。３つの強い永久磁石は、図６に
示すように、１つはピストンと入れ換え、残りは２つの
圧縮ばねの代わりとして用いることができる。磁石６０
はロッド４に固定され、磁石６２および６４はケース８
に固定される。ロッド４は、磁石６２および６４の孔を
通過する。ロッド４をケース８の中に、及び、ケースか
ら外にねじ込む効果は、前述の効果と実質的に同じであ
る。回折格子の湾曲は、多くの技術のどれを使用しても
達成することができる。例えば、多くの点に圧縮または
張力を加えて目標とする事実上いかなる形をも作り出
し、これらの形をフィードバックコンピュータ制御にか
けることができる。また、同調ミラー１４は、波面歪み
を補正するためにどのような目標とする形状に対しても
変形を受ける変形可能ミラーであり得る。その変形は、
手動で行うことが可能であろうし、また、圧電制御又は
モータ制御方式でもできるであろうし、そして、回折格
子を用いる場合のように、フィードバック回路で制御す
ることも可能であろう。従って、本発明は、添付請求項
及びそれらの法的同等形態の範囲で示される内容によっ
てのみ限定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の狭帯域レーザの構成を示す図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態を示す図である。
【図３Ａ】回折格子曲げ機構の作動原理を示す図であ
る。
【図３Ｂ】回折格子曲げ機構の作動原理を示す図であ
る。
【図３Ｃ】回折格子曲げ機構の作動原理を示す図であ
る。
【図４】曲げ機構の完成予想図である。
【図５】図２の好ましい実施形態のいくつかの特徴を示
す図である。
【図６Ａ】図２の実施形態の他の特徴を示す図である。
【図６Ｂ】図２の実施形態の他の特徴を示す図である。
【図６Ｃ】図２の実施形態の他の特徴を示す図である。
【図６Ｄ】図２の実施形態の他の特徴を示す図である。
【図７Ａ】図２の実施形態におけるラインナローイング
モジュールの底部完成予想図である。
【図７Ｂ】図２の実施形態におけるラインナローイング
モジュールの底部完成予想図である。
【図８】選択されたビーム・パラメータを測定するため
の光学的配列を示す図である。
【図９】変形可能回折格子を示す図である。
【図９Ａ】変形可能回折格子を示す図である。
【図９Ｂ】変形可能回折格子を示す図である。
【図９Ｃ】変形可能回折格子を示す図である。
【図９Ｄ】変形可能回折格子を示す図である。
【図９Ｅ】変形可能回折格子を示す図である。
【図９Ｆ】変形可能回折格子を示す図である。
【図１０Ａ】変形された回折格子を示す図である。
【図１０Ｂ】変形された回折格子を示す図である。
【図１０Ｃ】変形された回折格子を示す図である。
【図１０Ｄ】変形された回折格子を示す図である。
【図１１Ａ】同調ミラーのための圧電駆動装置を示す図
である。
【図１１Ｂ】同調ミラーのための圧電駆動装置を示す図
である。
【符号の説明】
３ レーザチャンバ ４ 出力カプラ ５Ａ レーザフレーム ６ ビーム ７Ａ ラインナローイングパッケージ（ＬＮＰ） １３ プリズム板 １４ ミラー １５ 同調ステッパモータ １６ 回折格子 ２０Ａ 手動調節曲げ機構 ２２ ビーム出力モニタ ２４Ａ コンピュータ制御装置 ３０ 回折格子湾曲ステッパモータ ３２ プリズム板ステッパモータ ３４ ＲＭＡＸ傾斜ステッパモータ ３６ チャンバ位置ステッパモータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フレデリック ジー エリー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92024 エンシニタス ヴィレッジ パー ク ウェイ 2047 アパートメント 157 (72)発明者 ジェシー ディー バック アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92069 サン マルコス ウッドランド コート 1320 (72)発明者 パラッシュ ピー ダス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92084 ヴィスタ パセオ デ アンザ 2029 Ｆターム(参考） 2H049 AA50 AA62 AA68 5F071 AA06 DD04 DD08 HH02 HH05 HH06 JJ05 5F072 AA06 JJ05 KK05 KK15 KK30 YY09

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ａ）レーザフレームと、 Ｂ）前記フレームに調節自在に取り付けられたレーザチ
    ャンバと、 Ｃ）前記チャンバ内に収容されたレーザガスと、 Ｄ）レーザガスがその間にあってそれと共に利得媒体を
    形成する、前記室内に収容されて間隔を開けて置かれた
    ２本の細長い電極と、 Ｅ）出力カプラと、 Ｆ）プリズムビーム拡大器と回折格子湾曲を形成する曲
    げ可能回折格子とを含み、モジュールの光学的構成要素
    と前記出力カプラとが共振空洞を形成するラインナロー
    イングモジュールと、 Ｇ）少なくともパルスエネルギ、波長、及び、帯域幅を
    含むレーザビームパラメータを検知する波長計と、 Ｈ）コンピュータ制御装置と、 Ｉ）前記回折格子湾曲を単純凸面又は単純凹面よりも更
    に複雑な形状に調節するために、前記波長計により前記
    コンピュータ制御装置に供給されるビーム品質情報に基
    づき、前記コンピュータ制御装置によって制御される波
    面補正手段と、を含むことを特徴とする、出力レーザビ
    ームを生み出すスマート狭帯域放電レーザ。
  2. 【請求項２】 中心波長を制御するＲmaxミラーを更に
    含むことを特徴とする請求項１に記載のスマートレー
    ザ。
  3. 【請求項３】 前記利得媒体が前記共振空洞に対して目
    標とする位置にあるように、前記チャンバを水平方向に
    位置決めするチャンバ位置決め器装置を更に含むことを
    特徴とする請求項１に記載のスマートレーザ。
  4. 【請求項４】 前記コンピュータ制御装置は、前記波長
    計からのフィードバック情報に基づいて前記チャンバを
    位置決めするために、前記チャンバ位置決め器装置を制
    御するようにプログラムされていることを特徴とする請
    求項３に記載のスマートレーザ。
  5. 【請求項５】 前記プリズムビーム拡大器は、プリズム
    板に配置された複数のプリズムを含み、更に、前記プリ
    ズム板を位置決めするプリズム板位置決め器装置を含む
    ことを特徴とする請求項１に記載のスマートレーザ。
  6. 【請求項６】 前記コンピュータ制御装置は、前記波長
    計からのフィードバック情報に基づいて前記プリズム板
    を位置決めするために、前記プリズム板位置決め器装置
    を制御するようにプログラムされていることを特徴とす
    る請求項５に記載のスマートレーザ。
  7. 【請求項７】 前記出力レーザビームの垂直空間パラメ
    ータを制御するために、前記ＲMAXミラーを傾斜させる
    ＲMAX傾斜位置決め器を更に含むことを特徴とする請求
    項１に記載のスマートレーザ。
  8. 【請求項８】 前記コンピュータ制御装置は、前記波長
    計からのビーム情報に基づいて前記ＲMAXミラーを傾斜
    させるために前記傾斜位置決め器を制御するようにプロ
    グラムされていることを特徴とする請求項６に記載のス
    マートレーザ。
  9. 【請求項９】 前記ビーム拡大器は、可動プリズム板に
    配置された複数のプリズムを含み、 Ａ）前記コンピュータ制御器からの制御信号に応じて、
    前記チャンバを水平方向に位置決めするチャンバ位置決
    め器装置と、 Ｂ）前記コンピュータ制御器からの制御信号に応じて、
    前記プリズム板を位置決めするプリズム板位置決め装置
    と、 Ｃ）前記コンピュータ制御装置からの制御信号に基づい
    て、前記ＲMAXミラーを傾斜させるＲMAX傾斜位置決め器
    と、 Ｄ）前記コンピュータ制御装置からの制御信号に基づい
    て、前記出力ビームの公称波長を調節するために前記Ｒ
    MAXミラーを枢転させるＲMAX枢転位置決め器とを更に含
    む、ことを特徴とする請求項１に記載のスマートレー
    ザ。
  10. 【請求項１０】 前記回折格子湾曲位置決め器は、ステ
    ッパモータを含むことを特徴とする請求項１に記載のス
    マートレーザ。
  11. 【請求項１１】 前記チャンバ位置決め器装置は、少な
    くとも１つのステッパモータを含むことを特徴とする請
    求項３に記載のスマートレーザ。
  12. 【請求項１２】 前記チャンバ位置決め器装置は、前記
    共振空洞の軸線に対する前記利得媒体の角度的整列を可
    能にするように形成された少なくとも２つの駆動装置を
    含むことを特徴とする請求項３に記載のスマートレー
    ザ。
  13. 【請求項１３】 前記プリズム板位置決め器は、ステッ
    パモータであることを特徴とする請求項５に記載のスマ
    ートレーザ。
  14. 【請求項１４】 前記ＲMAX傾斜位置決め器は、ステッ
    パモータであることを特徴とする請求項７に記載のスマ
    ートレーザ。
  15. 【請求項１５】 前記位置決め器の全ては、ステッパモ
    ータであることを特徴とする請求項９に記載のスマート
    レーザ。
  16. 【請求項１６】 前記波面補正手段は、変形可能回折格
    子を含むことを特徴とする請求項１に記載のスマートレ
    ーザ。
  17. 【請求項１７】 前記変形可能回折格子は、少なくとも
    ３つの圧電装置を含むことを特徴とする請求項１６に記
    載のスマートレーザ。
  18. 【請求項１８】 前記少なくとも３つの圧電装置は、少
    なくとも７つの圧電装置であることを特徴とする請求項
    １７に記載のスマートレーザ。
  19. 【請求項１９】 前記変形可能回折格子は、Ｓ字形に変
    形可能であることを特徴とする請求項１６に記載のスマ
    ートレーザ。
  20. 【請求項２０】 前記変形可能回折格子は、Ｗ字形に変
    形可能であることを特徴とする請求項１６に記載のスマ
    ートレーザ。
  21. 【請求項２１】 前記変形可能回折格子は、捩れ形状に
    変形可能であることを特徴とする請求項１６に記載のス
    マートレーザ。
  22. 【請求項２２】 前記変形可能回折格子は、別々に作製
    された２つの一列に並んだ回折格子区分を含み、その場
    合、前記一列に並んだ区分の少なくとも１つは、前記２
    つの回折格子区分を単一の回折格子として機能させるた
    めに相互に整列させるのに利用される少なくとも３つの
    圧電装置を含むことを特徴とする請求項１７に記載のス
    マートレーザ。
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