JP2007515774A - 超高エネルギ高安定性ガス放電レーザ表面処理システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被加工物の基板内の結晶構成又は配向の変換を実行するためのガス放電レーザ結晶化装置及び方法。それは、細長いガス放電領域を形成するチャンバ内に収容された1対の細長い離間した対向電極を各々が有する第1及び第2のガス放電チャンバ、及び被加工物上で実行される結晶化処理に対して最適化された中心波長でレーザ光を生成するように選択されたハロゲン及び希ガスを含むチャンバ内に収容されたレーザガスを含む第1のレーザユニットと、DC電源、及び直列に接続した複数の一次巻線と複数の一次巻線の各々を通る単一の二次巻線とを有する多段分割ステップアップ変圧器と半導体トリガスイッチとを含むDC電源に接続されかつそれぞれの電極に接続した第1及び第2のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路を含む電源モジュールと、単一出力レーザ光パルスビームを生成するためにPOPA構成レーザシステム又はPOPO構成レーザシステムのいずれかとして第1及び第2のレーザユニットの作動を達成するように、それぞれの第1及び第2のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路の作動パラメータに基づいてそれぞれの半導体スイッチの閉成を計時するように作動するレーザタイミング及び制御モジュールとを含むマルチチャンバレーザシステムを含むことができる。POPAとして、レーザシステムのリレー光学器械は、第1の出力レーザ光パルスビームを第1のレーザユニットから第2のガス放電チャンバ内に向けるように作動することができ、タイミング及び制御モジュールは、第1の出力レーザ光パルスビームが±3ns以内に第2の放電領域を通過している間に第2の対の電極間にガス放電を作り出すように作動し、POPOとして、結合光学器械は、出力ビームを結合し、タイミングは、結合出力内に予め選択された時間±3nsのパルス分離を作り出す。ビーム送出ユニット及びパルス伸張器を含めることもでき、タイミング及び制御は、パルス圧縮及び電圧ステップアップ回路における充電電圧及び構成要素温度を表す信号に基づいてプロセッサ制御することができる。
【選択図】図1A
Description
関連出願
本出願は、2003年11月26日出願の「超高エネルギ高安定性ガス放電レーザ表面処理システム」という名称の米国特許出願出願番号第10/722,992号、2003年7月30日出願の「2チャンバガス放電レーザ用制御システム」という名称の第10/631,349号、2002年8月30日出願の「ビーム送出及びビーム指向制御を用いるリソグラフィレーザ」という名称の出願番号第10/233,253号、公開番号US20020154668A1として2002年10月24日公開の発明者がKnowles他で2001年11月30日出願の「超狭帯域2チャンバ高繰返し率ガス放電レーザシステム」という名称の現在は米国特許第6,625,191号である出願番号第10/012,002号、公開番号US20020044586A1として2002年4月18日公開の発明者がMyers他の2001年8月29日出願の「超狭帯域2チャンバ高繰返し率ガス放電レーザシステム」という名称の現在は米国特許第6,567,450号である出願番号第09/943,343号、及び公開番号US20020012376A1として2002年1月31日公開の発明者がDas他の2001年7月30日出願の「精密パルスタイミング制御を用いる高繰返し率ガス放電レーザ」という名称の現在は米国特許第6,618,421号である米国特許出願出願番号第09/837,035号の一部継続出願であり、その全ての開示内容は、本明細書において引用により組み込まれている。
本出願は、2003年6月25日出願の代理人整理番号第2003−0051−01号である「磁気回路要素を冷却する方法及び装置」という名称の特許出願出願番号第10/607,407号に関連し、同じく2003年6月25日出願の代理人整理番号第2002−0042−01号である「比較的近接して位置決めされた高電圧モジュールを電気的に相互接続する方法及び装置」という名称の特許出願出願番号第10/606,412号、及び2001年12月21日出願の「2チャンバガス放電レーザシステムのためのタイミング制御」という名称の特許出願出願番号第10/036,727号に関連し、2002年5月7日出願の「酸化剤を添加した封入ビーム経路を有するガス放電紫外線レーザ」という名称の特許出願出願番号第10/141,201号に関連し、2003年1月31日出願の「ガス放電レーザのための自動ガス制御システム」という名称の特許出願出願番号第10/356,168号に関連し、公開番号US20020085606として2002年7月4日公開の発明者がNess他の「精密タイミング制御を用いる注入シードレーザ」という名称の2001年5月3日出願の出願番号第09/848,043号に関連し、公開番号US20020167986A1として2002年11月14日公開の発明者がPan他の2002年5月7日出願の「酸化剤を添加した封入ビーム経路を有するガス放電紫外線レーザ」という名称の出願番号第10/141,201号に関連し、公開番号US20020099269A1として2003年5月29日公開の発明者がErshov他の「2チャンバガス放電レーザシステムのためのタイミング制御」という名称の2001年12月21日出願の出願番号第10/036,727号に関連し、現在は米国特許第6,625,191号である2001年11月30日出願の「超狭帯域幅2チャンバ高繰返し率ガス放電レーザシステム」という名称の出願番号第10/012,002号に関連し、現在は米国特許第6,619,421号である2001年4月18日出願の「精密パルスタイミング制御を用いる高繰返し率ガス放電レーザ」という名称の特許出願出願番号第09/837,035号、及び「磁気変調器電圧及び温度タイミング補償回路」という名称の米国特許第6,016,325号、及び2000年5月23日にSandstrom他に付与された「エネルギセンサフィードバックを有するレーザ照射ステッパ又はスキャナ」という名称の米国特許第6,067,306号に関連し、1999年11月30日出願の「ガス放電レーザのための長パルスパルスパワーシステム」という名称の米国特許出願出願番号第09/451,995号、及び代理人整理番号第2003−0109−01号である2003年11月13日出願の「長遅延及び高TISパルス伸張器」という名称の米国特許出願に関連し、2001年5月11日出願の「4KHzガス放電レーザ」という名称の米国特許出願出願番号第09/854,097号に関連し、「高信頼性モジュール式製造品質狭帯域高繰返し率エキシマレーザ」という名称の米国特許第6,128,323号に関連し、「パルスマルチプレクサを有するエキシマレーザ」という名称の米国特許第6,067,311号に関連し、その全ての開示内容は、本明細書において引用により組み込まれている。
当業技術で公知のガス放電レーザは、ガス放電に使用されているガスによって決まるあらゆる特定のレージングチャンバ内で起こる物理及び化学反応のために、中心波長の無限スペクトルをもたらすのには利用可能ではない。
波長:308nm
安定化エネルギ:1030mJ
安定化平均電力:310W(308nmで)
最大繰返し率:300Hz
パルス持続時間(典型的にFWHM):29±5ns
パルス間エネルギ安定性(3シグマ):≦5.4%
最大パルスエネルギ振れ上方平均(最大エネルギから平均エネルギを差し引く):≦8.5%
ビーム寸法(典型的にFWHM)(ビーム出口から1m):(40±3)x(13±2)mm2
ビーム分散(典型的にFWHM)(10Hzで):≦4.5x≦1.5mrad
角度指向安定性(典型的にFWHM)(ビーム出口から1m):≦0.45x≦0.15mrad
ガス寿命:>40x106パルス
予想レーザ管寿命:1x109パルス
ビーム高さ:1235±20mm
従って、例えばTFT焼き鈍し及び/又は例えばA−Siコーティングからの大規模なpoly−siの作製に対するレーザ光を使用する表面及び材料処理技術の需要増大に対するより良い解決策に対する必要性が存在する。
2J/パルスというこの出力は、この時点で、他所で提案されているようなビームミキサに関連の損失及び複雑性を伴わずにビーム送出ユニットに効率的に結合させることができる。
従って、本発明の実施形態により、本出願人は、本出願人の譲受人のXL製品ラインで実施されるような本出願人の譲受人のMOPAアーキテクチャに基づいて、例えばXeClのPOPAを提供することを提案する。このXeClレーザは、本発明の実施形態によれば、広帯域(すなわち、線狭化がないXeClエキシマレーザの自然なスペクトル)になるであろう。従って、本発明の実施形態によれば、線狭化モジュール及び波長及び線幅測定機器は、例えば本出願人の譲受人のXLA製品ラインであれば不要になり、その結果、省コスト及び全体的な効率の節約になる。
また、本発明の実施形態によるレーザシステムは、図2Aに示すように、各々が全反射ミラーのようなそれぞれの全反射光学器械102及び102’及び出力カプラ104及び104’を有する第1のPO100及び第2のPO100’を含むPOPO構成で構成することができる。第1のPO100の出力は、そのビームを全反射するように第1のPO100の出力の偏光に対してブルースターの角度で設けられたミラーに全反射ミラー106によって反射することができ、第2のO100’の出力は、1/4w位相差板に通してブルースターの角度woのミラー11oがそのビームを全く反射しないように、第1のPO100の出力の角度に対して直交するようにその極性を回転させることができ、2つの出力ビームは、ミラー110からの同じ出力経路を辿り、そのパルスは、一時的に互いに間隔が空いている。
また、SSPPM200は、一定の電圧をHVPS204(及び204’も)から受け取って、トリガがレーザコントローラ222から送られた時にパルス電荷をSSPPM200の整流器部234内のコンデンサ列232(C0)に供給することができるRC230を含むことができる。RC230は、トリガ信号及びHV設定値をFCPから受信し、例えば不具合を特定するいくつかの信号をLCP220に送信する。整流器234は、パルス電荷を共振充電器230から受け取って、変圧器240を通じてパルス立ち上がり時間を圧縮して電圧を段階的に大きくすることによってそれを変換することができる。整流器234は、トリガ信号をLCP220から受信して、例えば、不具合を特定するいくつかの信号をLCP220に送信する。また、SSPPM200は、パルス電荷を整流器234から受け取って、パルス立ち上がり時間を圧縮して更に圧縮された受け取ったパルスをPO10及びPA(又はPO)20のそれぞれのチャンバ12及び22上のピーキングコンデンサ列260に送出することができる圧縮ヘッド(CH)250を含むことができる。
第1ステージ反応器270は、その大部分をタイミング変動に寄与させるものである。反応器270が加熱する時に、飽和磁束密度が小さくなり、例えば、反応器270は早めに切り替わる。これは、温度と共に変動するスイッチングタイミングの原因になる可能性がある。また、スイッチ時間は、電圧と共に変動する可能性がある。反応器270の芯(図示せず)は、固定量の材料を有し、従って、ボルト−秒の積は一定である。温度の影響は、代理人整理番号第2003−0051−01号である2003年6月25日出願で本出願人の共通の譲受人に譲渡された「磁気回路要素の冷却方法及び装置」という名称の米国特許出願出願番号第10,607,407号に開示されている冷却機構を使用して本発明の実施形態によるシステムで使用されるもののような誘導要素に高温磁束を通常は誘導する超高繰返し率の時でさえも、緩和するか又は排除することさえ可能である。
VCPは、以下から計算される。
ECP=1/2CV2、及び、η= としてECP=ηEC0と仮定すると、Cp-1からCpへの移送時間は、以下の通りである。
τ3=π(Ls2Ca)1/2、ただし、Ca=Cp-1Cp/(Cp-1+Cp)であり、Ls2は、可飽和反応器SR2(310)のインダクタンスによってほぼ説明されるCp-1とCp間のインダクタンスである。
Cp-1からCpへの移送のインダクタンスは、以下から計算される。
Ls2=(τ3/π)2/Ca
ピーク電流は、以下によって計算される。
Ipk=Vcp-1(Ca/Ls2)1/2
移送比率は、IGBT254及び254’耐電圧によって制限されており、すなわち、整流器が20−kVを生成する必要がありかつIGBTが最大作動電圧2−kVを有する場合、最小移送比率は、N=10でなければならない。Nがこの場合には10よりも小さい場合、それにより、IGBTは、より高い電圧で作動して所要の20kV出力を達成すべきである。変圧器240の出力は、結果的にはN>VCP-1/VC1になる。回路200は、最大50Kボルトまで対応する必要があると考えられ、そこで、2Kに耐えうるIGBTを仮定すると、変圧器比率は、25である必要がある。
C2=Cp-1N2
本発明の実施形態に従って発生するように磁気圧縮にCn-1≦Cnを用いると、C1=0.94C2である。
従って、CpからCp-1への移送は、以下の通りである。
τ2=π(Ls1Cb)1/2、ただし、Cb=C1C2/(C1+C2)であり、Ls1は、SR1(270)のインダクタンスによってほぼ説明されるCp-1とCpの間のインダクタンスである。C1からCp-1への移送のインダクタンスは、以下から計算される。
Ls1=(τ2/π)2/Cb
ピーク電流は、以下によって計算される。
Ipk=VC1(Cb/Ls1)1/2
Am=h(R0−Ri)(pf)、ただし、h=芯の高さ、R0=外半径、Ri=内半径、pf=詰め込み率=0.7である。
芯のビルドは、以下から計算される。
w=R0−Ri=Am/h/pf
C1からCp-1への移送に必要とされる総インダクタンスは、先に、Ls1であると計算されている。迷走インダクタンスは、設計によって最小限に抑えられない限り総インダクタンスに影響を及ぼす可能性がある。
Lstray=Lxfmr+LC1+Lpcb+Lcable+Llead
芯の飽和インダクタンスは、以下から計算される。
Lsat=μ0N2Ac/<1>、ただし、μ0=4π10-7、N=巻回数、Ac=Ls方程式に基づく芯の断面積、<1>=平均経路長である。Ac/<1>=Lsat/μ0N2に関して解く。
<1>=2π<R>=2π(Ri+(Ro−Ri)/2)=π(Ro+Ri)
Ac=Amに設定すると、<1>を計算することができる。
(Ro+Ri)=<1>/π
芯損失は、以下から計算される。
損失/パルス=Vol(HcΔB+(wtΔB)2/4ρτ)、ただし、Vol=Hπ(R0)2−(Ri)2)、Hc=19.9A/m、wt=テープ厚み、ρ=材料抵抗率、τ=充電時間である。
τ1=π(LCHCc)1/2、ただし、Cc=C0C1/(C0+C1)であり、LCHは、C0とC1の間のインダクタンスである。C0からC1への移送のインダクタンスは、以下から計算される。
LCH=(τ1/π)2/Cc
ピーク電流は、以下によって計算される。
Ipk=VC0(Cc/Ls0)1/2
表IIは、SSPPM200モジュール設計パラメータを与えるものである。
1.VC0電圧モニタ信号(J1)、この信号は、VC0電圧波形を表すバッファアナログ信号を含む。この信号は、C0(400kΩ±1%上部脚x4.01kΩ±1%下部脚)に直接に接続した抵抗性電圧分割装置(図示せず)から導出することができる。換算係数は、レーザコントローラ222及び/又は装着オシロスコープ(図示せず)内の終端インピーダンスの関数とすることができる。同等の終端インピーダンスが400kΩを超える場合、換算係数は、1V/100Vになる。
2.VC1電圧モニタ信号(J2)、この信号は、レーザコントローラ222によるモニタリング用VC1電圧波形を表すバッファアナログ信号とすることができる。この信号は、C1(5kΩ±1%上部脚x49.9kΩ±1%下部脚)に直接に接続した抵抗性電圧分割装置(図示せず)から導出することができる。換算係数は、レーザコントローラ222及び/又は装着オシロスコープ(図示せず)内の終端インピーダンスの関数とすることができる。同等の終端インピーダンスが500kΩを超える場合、換算係数は、1V/201Vになる。
3.BDOT信号(J3)、この信号は、レーザコントローラ222が使用して「Sync Out」信号を発生させることができるC1とC2の間を流れる電流の時間導関数(dI/dt)を表すバッファアナログ信号とすることができる。この「Sync Out」信号は、パルス変圧器240の一次側の隣に位置する磁場ピックアップループ(図示せず)から導出することができる。この信号の振幅は、コントローラ222及び/又は装着オシロスコープ(図示せず)内の終端インピーダンスの関数とすることができる。同等の終端インピーダンスが50Ωに等しい場合、フルスケール振幅は、充電電圧によって〜1.5から5Vになる。この信号は、基準用としてのみ使用することができる。
4.VC2電圧モニタ信号(J4)、この信号は、レーザコントローラによるモニタリング用VC2電圧波形を表すバッファアナログ信号とすることができる。この信号は、C2(5kΩ±1%上部脚x49.9kΩ±1%下部脚)に結合することができるパルス変圧器240の一次側に接続した抵抗性電圧分割装置(図示せず)から導出される。換算係数は、制御モジュール及び/又は装着オシロスコープの関数とすることができる。同等の終端インピーダンスが50Ωに等しい場合、換算係数は、1V/201Vになる。
5.整流器トリガ(J5)、これは、整流器トリガを表すバッファ信号とすることができる。
ΔB=Vτ/(2NAm)、ただし、V=印加電圧、τ=飽和前の阻止時間、N=巻回数、Am=ΔB方程式に基づく芯の断面積である。
Am=Vτ/2ΔBNに関して解くと、芯の断面積は、以下の通りである。
Am=h(R0−Ri)(pf)、ただし、h=芯の高さ、R0=外半径、Ri=外半径、pf=詰め込み率=0.7である。芯のビルドは、以下から計算することができる。
w=R0−Ri=Am/h/pf
Lstray=LCp-1
及び、Lsat=Ls1−Lstray
芯の飽和インダクタンスは、以下から計算することができる。
Lsat=μ0N2Ac/<1>、ただし、μ0=4π10-7、N=巻回数、Ac=Ls方程式に基づく芯の断面積、<1>=平均経路長である。
Ac/<1>=Lsat/μ0N2に関して解くと、
<1>=2π<R>=2π(Ri+(Ro−Ri)/2)=π(Ro+Ri)
Ac=Amを設定すると、<1>を計算することができる。
(Ro+Ri)=<1>/π
芯損失は、以下から計算される。
損失/パルス=VolHcΔB+(wtΔB)2/4□□、ただし、Vol=Hπ((R0)2−(Ri)2)、Hc=.22A/m、wt=テープ厚み、ρ=材料抵抗率、τ=充電時間である。
表VIIIは、換気流れ要件を与え、表IXは、水冷要件を与えるものである。
共振充電器230は、CAN280上でレーザコントローラ222との高速HVデータシリアルリンクを通じてプログラム電圧を受け取ることができる。RC212は、HV有効指令をHVPS204に出して、入力高電力DC電圧をHVPS204又はモジュール204、204’から受け取ることができる。また、RC230は、それぞれのMO10及びPO20圧縮ヘッド250及び250’の圧縮ヘッドバイアス電源を含むことができる。また、RC230は、上述のように、LCP220によって判断されたプログラム電圧レベルまでC0コンデンサ列210(2チャンネル、ダイオード隔離式)を正確に充電することができる。また、RC230は、次の充電サイクルまで電流として反射エネルギを保存することができる。RCは、外部に位置するファンで水冷及び空冷することができる。
MO用に1つ、PA用に1つの圧縮ヘッド250及び250’は、それぞれのチャンバ10及び20の上部に取り付けることができ、高速HVパルスをそれぞれの整流器234及び234’から受け取って最終パルス圧縮を行い、レーザ放電に向けてそれぞれのチャンバ10及び20上のそれぞれのピーキングコンデンサ320及び320’に高速立上がり時間HVパルスを送出することができる。
表XIは、HVPS204の一部の性能仕様を与えるものである。
図1A及び図4に示す電力発振器10は、多くの点で、本明細書においてその開示内容が引用により組み込まれている「小型エキシマレーザ」という名称の米国特許第5,023,884号、及び先に参照した米国特許第6,128,323号で説明されているような従来技術のArFレーザと類似のものであり、また、先に参照した米国特許出願出願番号第09/854,097号で説明されているArFレーザと実質的に同等である。しかし、先に参照し、かつその一部分を完全性を期すために本明細書で繰り返す米国特許第6,625,191号で開示するように、これらの従来技術のレーザに対する改良点によって4000Hz以上での作動が可能になる。電力発振器10は、例えば1対の細長い電極(図示せず)が位置する放電チャンバ12を含むことができ、電極の各々は、例えば長さ約50cmであり、約0.5インチ離間させることができる。ファン(図示せず)及び熱交換装置(図示せず)は、各ガス放電パルスが得られるようにレーザガスを電極間に存在する新鮮なイオン化されていないガスに循環させ、熱をチャンバから除去する。チャンバ12は、例えば高フルエンス損傷耐性材料、例えばCaF2で作製された例えばウィンドウユニット(図示せず)を含むことができる。チャンバは、例えばレーザガス、例えば1%キセノン、0.1%ハロゲン、例えば塩素、及び残りはネオンの混合気を収容することができる。ハロゲンは、塩化水素の形で例えば0.03%〜0.1%の範囲で例えば0.05%挿入することができる。キセノンは、例えば0.2%〜1%の範囲、例えば0.3%で残りをネオンで構成して挿入することができる。総圧力は、例えば300kPa〜500kPaの範囲内、例えば約420kPaに保つことができる。HClの損失を取り消すための触媒として、例えば0.2%〜0.5%の範囲の量でH2を時々使用することができる。例えば、同じくCaF2で構成することができる、例えば出力カプラ16によって空洞共振器を作製し、出力レーザパルスビーム経路方向に垂直に取り付けられたミラーを含み、また、例えば約30%の光を例えば308nmで反射し、かつ308nmの光の約70%を通過させるようにコーティング処理することができる。空洞共振器の反対の境界は、例えば同じくCaF2で作製することができる例えば全反射ミラー18によって形成することができる。
電力増幅器20は、例えば、対応する電力発振器10放電チャンバ12と本質的には同一であるレーザチャンバ22で構成することができる。また、2つの別々のチャンバを有することにより、大部分は、波長及び/又は帯域幅とは別に一連のパルス(線量と呼ばれる)制御におけるパルスエネルギ及び一体化エネルギを促進する。これは、例えば、より良い線量安定性及び/又はパルス間の安定性を可能にする手助けになり得る。2つのチャンバは、実質的に同じ混合気かつ実質的に同じ圧力で作動してPO10内の発振出力電力及びPa20内のPO10出力の増幅を最適化することができる。チャンバの構成要素の全ては同じであり、かつ製造工程中に置換可能である。
PO及びPAにおける電極間の電気放電は、例えば約50nsの電極間の電気放電から生じて約50ns続くとすることができる。この放電により、レージング作用に必要な反転分布が生じるが、この反転は、電気放電の時間中のみに存在する。従って、本発明の実施形態によるシード光注入POPAレーザシステムの重要な要件により、シードビームが発生することができるようにレーザガス内で反転分布が生じた時に約50ns秒にわたってPO10からのシードビームが確実にPAの放電領域を通るようになる。正確な放電タイミングの重要な障害は、遅延があるということであり、この遅延は、スイッチ254が閉成されるようにトリガされる時間(実際にはそのようにトリガされても閉成しない)と、約50ns続いて約40〜50nsしか続かないガス放電を引き起こす(結果的に反転分布が生じる)電気放電の始まりとの間の約5ミリ秒程度とすることができる。電気エネルギのパルスがC0と電極間の回路を通るのにこの約5ミリ秒の時間間隔が掛かると考えられる。この時間間隔は、例えば充電電圧の大きさにより、また、例えばパルス電力回路200内のインダクタの温度で大幅に変動する可能性がある。
それにも関わらず、本発明の実施形態により、約2ns未満の相対精度内の2つの放電チャンバ12及び22のガス放電のタイミング制御を可能にする回路が提供される。2つの回路のブロック図を図8に示している。
本発明の実施形態の態様によれば、2つのチャンバ12及び22の各電気放電(従って、ガス放電でもある)のトリガは、例えば各回路に対して先に参照した米国特許第6,016,325号で説明されたもののうちの1つのようなトリガ回路を利用することにより、例えば別々に達成することができ、この特許の一部は、完全性を期すために本明細書で繰り返されている。これらの回路は、例えばトリガと放電の間の時間ができるだけ一定に保持されるように、各種の変動、例えばパルス電力回路200の電気構成要素の充電電圧及び温度の変化に対して補正されるようにタイミング遅延を追加することができる。上述のように、2つの回路は基本的に同じであることから、補正後の変動は、ほとんど等しいものである(すなわち、互いから約2ns以内)。
相対放電タイミングは、例えば先に参照した図6C、図6D、及び図6Eのグラフに示すように、例えばビーム品質に重要な影響を与える可能性があることから、例えば放電タイミングを制御するための付加的な対策を取ることができる。例えば、レーザ作動の特定のモード、例えば非常に大きな負荷サイクルにわたる非常に高い電力(レーザシステムがパルス作動している時間のパルス作動していたりパルス作動していない時の総時間に対する比率)は、放電タイミング制御を複雑化しかねない充電電圧の大きな振れ、及び/又は、例えばインダクタ温度の大きな振れをもたらす場合がある。このような問題に対処するために、例えば放電タイミングを例えばパルス毎にモニタすることができ、また、時間差、例えばフィードバック制御システムにおいてtamp−toscを用い、それぞれのスイッチ254を閉成するそれぞれのトリガ信号のタイミングを調整することができる。本発明の実施形態の態様によれば、例えば、PA20チャンバ放電のパラメータは、PO10及びPA20タイミングが非常に良くないと、結果的にPA20内に生成されるレーザビームがほとんど又は全くないことになるので、例えばレーザパルスではなくて放電蛍光(例えば、ASEからの)を観察するために、例えばフォトセルを用いて、例えばPA20チャンバ放電のパラメータをモニタすることができる。MOに対しては、ASE又はシードレーザパルスのいずれかを用いて、例えばMOがPaに必要なエネルギを供給したことを示すために、MOがPAに必要なエネルギを供給したことを示すことができるであろう。MOエネルギが正しく、POエネルギが低く、かつASEが高い場合には、時間tamp−toscが最適ではないと推論することができると考えられる。
本発明の実施形態の別の態様によれば、別のパルス電力回路200を考察することができる。この回路200は、例えばC0をより高い値に充電するための電圧がより高い電源を使用することができる点を除いて、上述したものと類似のものである。上述の実施形態におけるのと同様に、例えば交流230ボルト又は460ボルトで工場電力から作動する高電圧パルス電力回路装置200は、上述のように高速充電共振充電器230用であり、かつ、例えば4000Hz以上の周波数で2つの2.17μF充電コンデンサC0列210を約1100Vから2250Vの範囲の電圧まで正確に充電するように設計された電源とすることができる。PO10用整流器234及び圧縮ヘッド250内の電気構成要素は、例えば2つの回路内の時間応答を可能な限り同一に保つために、PA20内の対応する電気構成要素と可能な限り同一とすることができる。スイッチ254は、例えば図5に示すように、各々が例えば3300V定格にされて並列に配置された2つのIGBTスイッチの列とすることができる。C0コンデンサ列210は、例えば2.17FC0コンデンサ列210をもたらすように64本の平行な脚で配置された例えば128個の0.068μF1600Vコンデンサで構成することができる。C1コンデンサ列256は、例えばバンクキャパシタンス2.33μFをもたらすように、例えば68本の平行な脚で配置された136個の0.068μFの1600Vコンデンサで例えば構成することができる。Cp-1及びC1コンデンサ列272及び320は、例えば図4及び図5を参照して上述したものと同じものとすることができる。可飽和インダクタ254は、例えば4.9インチOD及び3.8インチIDを有する0.5インチ厚の50%−50%のNi−Feで構成された例えば5つの芯を有する約3.3nHの飽和インダクタンスをもたらす単一巻回インダクタとすることができる。可飽和インダクタ270は、各々が例えば5インチのOD及び2.28インチIDを有する80%−20%のNi−Feで作られた0.5インチ厚の5つの芯で構成された約38nHの飽和インダクタンスをもたらす2巻回インダクタとすることもできる。2ナノ秒のタイミング精度でIGBT254を閉成するためにトリガ回路(図示せず)を設置することができる。PO10は、電力増幅器20用IGBT254のトリガの約40ns前にトリガすることができる。しかし、精密タイミングは、主発振器出力及び電力増幅器放電のタイミングを測定するセンサからのフィードバック信号で決まることが好ましい。
以上の開示内容は、本発明の現時点で好ましい実施形態に関連するものであり、本発明は、このような実施形態に限定されるのではなく、特許請求の範囲及びこのような特許請求の範囲の均等物及び/又はこのような特許請求の範囲に示す要素に相応の範囲にあると考えるべきである。
12、22 チャンバ
14 全反射光学器械
20 PA
Claims (18)
- 被加工物の基板における結晶構成又は配向の変換を実行するためのガス放電レーザ結晶化装置であって、
第1のガス放電チャンバ、
第1の細長いガス放電領域を形成する、前記第1のチャンバ内に収容された第1の対の細長い離間した対向電極、及び
被加工物上で実施される結晶化処理に対して最適化された中心波長でレーザ光を生成するように選択された希ガスとハロゲンを含む、前記第1のチャンバ内に収容されたレーザガス、
を含む第1のレーザユニットと、
第2のガス放電チャンバ、
第2の細長いガス放電領域を形成する、前記第2のチャンバ内に収容された第2の対の細長い離間した対向電極、及び
被加工物上で実施される結晶化処理に対して最適化された中心波長でレーザ光を生成するように選択された希ガスとハロゲンを含む、前記第2のチャンバ内に収容されたレーザガス、
を含む第2のレーザユニットと、
DC電源、
直列に接続した複数の一次巻線と該複数の一次巻線の各々を通る単一の二次巻線とを有する多段分割ステップアップ変圧器と、半導体トリガスイッチとを含み、前記DC電源に接続し、かつ前記第1の対の電極に接続した第1のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路、及び
直列に接続した複数の一次巻線と該複数の一次巻線の各々を通る単一の二次巻線と、半導体トリガスイッチとを有する多段分割ステップアップ変圧器を含み、前記DC電源に接続し、かつ前記第2の対の電極に接続した第2のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路、
を含む電源モジュールと、
前記それぞれの第1及び第2のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路の作動パラメータに基づいて前記それぞれの半導体スイッチの閉成を計時し、POPA構成レーザシステム又はPOPO構成レーザシステムのいずれかとして前記第1及び第2のレーザユニットの作動をもたらして単一の出力レーザ光パルスビームを生成するように作動するレーザタイミング及び制御モジュールと、
を含むマルチチャンバレーザシステム、
を含むことを特徴とする装置。 - 前記レーザシステムは、POPAレーザシステムとして構成され、更に、第1の出力レーザ光パルスビームを前記第1のレーザユニットから前記第2のガス放電チャンバの中に向けるように作動するリレー光学器械を含み、
前記タイミング及び制御モジュールは、部分的に前記第1の半導体スイッチの閉成の時間に基づいて前記第2の半導体スイッチの閉成を計時し、前記第1の出力レーザ光パルスビームが±3ns以内に前記第2の放電領域を通過している間に前記第2の対の電極間にガス放電を作り出し、第2の増幅レーザ出力光パルスビームを前記単一の出力レーザ光パルスビームとして生成する、
ことを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 前記レーザシステムは、POPOレーザシステムとして構成され、更に、前記第1のレーザユニットからの第1の出力レーザ光パルスビームを前記第2のレーザユニットからの第2の出力レーザ光パルスビームと結合して前記単一の出力レーザ光パルスビームを生成するように作動する結合光学器械を含み、
前記タイミング及び制御モジュールは、部分的に前記第1の半導体スイッチの閉成の時間に基づいて前記第2の半導体スイッチの閉成を計時し、前記第2の対の電極間にガス放電を作り出し、予め選択された時間±3nsにより、前記単一の出力レーザ光パルスビームにおける前記第1の出力レーザ光パルスビーム内の出力レーザ光パルスを前記第2の出力レーザ光パルスビーム内の出力レーザ光パルスから分離する、
ことを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 前記単一の出力レーザ光パルスビーム内のパルスのTisを少なくとも2X伸張するように作動する、該単一の出力レーザ光パルスビームの経路内のパルス伸張器、
を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 前記単一の出力レーザ光パルスビーム内のパルスのTisを少なくとも2X伸張するように作動する、該単一の出力レーザ光パルスビームの経路内のパルス伸張器、
を更に含むことを特徴とする請求項2に記載の装置。 - 前記単一の出力レーザ光パルスビーム内のパルスのTisを少なくとも2X伸張するように作動する、該単一の出力レーザ光パルスビームの経路内のパルス伸張器、
を更に含むことを特徴とする請求項3に記載の装置。 - 前記単一の出力レーザ光パルスビームの経路にあり、被加工物の基板における結晶構成又は配向の変換の実行のために該単一の出力レーザ光パルスビームを製造工具に送出するように作動するビーム送出ユニットと、
ビームパラメータモニタ及びビームパラメータ調節機構を含む、前記ビーム送出ユニット内のビーム調節モジュールと、
を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 前記単一の出力レーザ光パルスビームの経路にあり、被加工物の基板における結晶構成又は配向の変換の実行のために該単一の出力レーザ光パルスビームを製造工具に送出するように作動するビーム送出ユニットと、
ビームパラメータモニタ及びビームパラメータ調節機構を含む、前記ビーム送出ユニット内のビーム調節モジュールと、
を更に含むことを特徴とする請求項2に記載の装置。 - 前記単一の出力レーザ光パルスビームの経路にあり、被加工物の基板における結晶構成又は配向の変換の実行のために該単一の出力レーザ光パルスビームを製造工具に送出するように作動するビーム送出ユニットと、
ビームパラメータモニタ及びビームパラメータ調節機構を含む、前記ビーム送出ユニット内のビーム調節モジュールと、
を更に含むことを特徴とする請求項3に記載の装置。 - 前記単一の出力レーザ光パルスビームの経路にあり、被加工物の基板における結晶構成又は配向の変換の実行のために該単一の出力レーザ光パルスビームを製造工具に送出するように作動するビーム送出ユニットと、
ビームパラメータモニタ及びビームパラメータ調節機構を含む、前記ビーム送出ユニット内のビーム調節モジュールと、
を更に含むことを特徴とする請求項4に記載の装置。 - 前記単一の出力レーザ光パルスビームの経路にあり、被加工物の基板における結晶構成又は配向の変換の実行のために該単一の出力レーザ光パルスビームを製造工具に送出するように作動するビーム送出ユニットと、
ビームパラメータモニタ及びビームパラメータ調節機構を含む、前記ビーム送出ユニット内のビーム調節モジュールと、
を更に含むことを特徴とする請求項5に記載の装置。 - 前記単一の出力レーザ光パルスビームの経路にあり、被加工物の基板における結晶構成又は配向の変換の実行のために該単一の出力レーザ光パルスビームを製造工具に送出するように作動するビーム送出ユニットと、
ビームパラメータモニタ及びビームパラメータ調節機構を含む、前記ビーム送出ユニット内のビーム調節モジュールと、
を更に含むことを特徴とする請求項6に記載の装置。 - 前記タイミング及び制御モジュールは、前記それぞれの第1及び第2のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路内の充電電圧を表す受信信号と、該それぞれの第1及び第2のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路内の少なくとも1つのマグネティックスイッチング要素の温度を表す信号とに基づいてプログラムされたタイミング制御作動を実行するプロセッサを含む、
ことを更に含むことを特徴とする請求項7に記載の装置。 - 前記タイミング及び制御モジュールは、前記それぞれの第1及び第2のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路内の充電電圧を表す受信信号と、該それぞれの第1及び第2のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路内の少なくとも1つのマグネティックスイッチング要素の温度を表す信号とに基づいてプログラムされたタイミング制御作動を実行するプロセッサを含む、
ことを更に含むことを特徴とする請求項8に記載の装置。 - 前記タイミング及び制御モジュールは、前記それぞれの第1及び第2のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路内の充電電圧を表す受信信号と、該それぞれの第1及び第2のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路内の少なくとも1つのマグネティックスイッチング要素の温度を表す信号とに基づいてプログラムされたタイミング制御作動を実行するプロセッサを含む、
ことを更に含むことを特徴とする請求項9に記載の装置。 - 前記タイミング及び制御モジュールは、前記それぞれの第1及び第2のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路内の充電電圧を表す受信信号と、該それぞれの第1及び第2のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路内の少なくとも1つのマグネティックスイッチング要素の温度を表す信号とに基づいてプログラムされたタイミング制御作動を実行するプロセッサを含む、
ことを更に含むことを特徴とする請求項10に記載の装置。 - 前記タイミング及び制御モジュールは、前記それぞれの第1及び第2のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路内の充電電圧を表す受信信号と、該それぞれの第1及び第2のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路内の少なくとも1つのマグネティックスイッチング要素の温度を表す信号とに基づいてプログラムされたタイミング制御作動を実行するプロセッサを含む、
ことを更に含むことを特徴とする請求項11に記載の装置。 - 前記タイミング及び制御モジュールは、前記それぞれの第1及び第2のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路内の充電電圧を表す受信信号と、該それぞれの第1及び第2のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路内の少なくとも1つのマグネティックスイッチング要素の温度を表す信号とに基づいてプログラムされたタイミング制御作動を実行するプロセッサを含む、
ことを更に含むことを特徴とする請求項12に記載の装置。
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