JP3404292B2 - パルスエネルギートリマを備えるパルスレーザ - Google Patents

パルスエネルギートリマを備えるパルスレーザ

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    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
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    • G02—OPTICS
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    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はパルスレーザに関
し、特に精密なパルスエネルギー制御を提供するパルス
レーザに関する。
【０００２】
【従来技術】パルスレーザの用途には、パルスからパル
スへのパルスエネルギーにおける本質的にゼロ変動を要
求するパルスエネルギーの精密な制御を必要とするもの
がある。特にガス放電レーザにおいて、この目的を達成
するのにしばしば困難を有する。例えば、集積回路リソ
グラフィーに利用される最良の従来技術によるエキシマ
レーザは数パーセントのパルス−パルス安定性を提供す
る。これらの変動は、利得媒体における変動及び放電プ
ロセスにおける変動のような種々の要因に帰する。リソ
グラフィーに使用される典型的なエキシマレーザのため
のレーザパルスの持続時間は、約１０乃至２０ｎｓであ
り、パルス周波数は約１，０００Ｈｚの範囲内にある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】パルス−パルスエネル
ギーの調和を得るための従来技術における試みは、放電
の電圧の精密な制御及び電圧間の時間中の電圧の調節の
ような、レーザに内在的な技術を伴う。これらの技術
は、パルスエネルギーにおける変動を数パーセントに減
らすことで成功してきた。必要なのは、パルス−パルス
エネルギー変動における大幅の削減を提供するシステム
である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明はレーザパルスエ
ネルギーの精密な制御を有するパルスレーザシステムを
提供する。ナノ秒あるいはサブナノ秒の範囲における応
答時間を有する敏速なパルスエネルギー検出器は、パル
スエネルギーに相当する電気信号をトリガ回路に与え、
トリガ回路は信号を積分し、積分された信号が予定の水
準に達した時に電気光学スイッチにトリガをかける。電
気光学スイッチの作動は、残りのパルスエネルギーが調
和のとれた所望の水準に維持されるようにパルスエネル
ギーの部分を削る。好ましい実施形態によれば、電気光
学スイッチはポッケルスセル及び少なくとも１つの偏光
ビームスプリッタを有する。この好ましい実施形態にお
いては、光学の遅延ラインは、作動するのにパルストリ
ミング要素のための追加的時間を提供する。
【０００５】
【発明の実施の形態】図面を参照して本発明の好ましい
実施形態を説明する。図１を参照して本発明の好ましい
第１実施形態を説明する。図１は、パルス−パルスエネ
ルギー調和の本質的な改良を提供する実時間パルスエネ
ルギートリマーを有するエキシマレーザのブロック図で
ある。該システムは、一対の細長い電極と、エキシマレ
ーザガス（例えばＫｒ、Ｆｌ、及びＮｅの混合物など）
と、電極と熱交換器との間にガスを循環させるファンと
を含むエキシマレーザチャンバを有する。かかるチャン
バはＡｋｉｎｓに発行された米国特許第４，９５９，８
４号に記載されており、出展を明示することによってそ
の開示内容を本願明細書の一部とする。レーザキャビテ
ィーの窓のアパーチャは、横方向に約２ｍｍ、縦方向に
２０ｍｍの断面を有するビームを生じさせる。レーザ共
鳴キャビティーは、３つのプリズムビームエキスパンダ
と、枢軸波長制御ミラーと、エシェルグレーティング及
び出力カプラ５からなる線狭帯域化モジュール１０を備
え、それは約０．３の反射率を有する部分的反射ミラー
である。線狭帯域化モジュールの３つのプリズムビーム
エキスパンダは、グレーティングの効率を高め、水平方
向にビームを偏光させるように水平方向にビームを拡張
させる。
【０００６】ビームスプリッタ６は、ビーム２０のエネ
ルギーの約２パーセントを分離させ、超高速フォト検出
器７にスプリットオフ部分２１を導く。ビーム２０の主
要部分２２は、４つの４５°完全反射器１１により形成
された遅延ライン３０へ前進し、ポッケルスセル３を通
り、かつ水平方向に偏光された光を通して垂直方向の偏
光を遮断するように位置した偏光ビームスプリッタ４を
通る。フォト検出器７は、好ましくは約１ｎｓのような
短時間の上昇時間を有する。かかる検出器（アイテム番
号ＦＤ５０１０）の１つはニュージャージー州ニュート
ンにオフィスのあるＴｈｏｒ Ｌａｂｓ，Ｉｎｃ．によ
り入手可能である。該ユニットは１ｍｍ2 あたり１ｎｓ
の活性領域を有する上昇時間を有する。ユニットは、敏
速ＰＩＮフォトダイオード及び内部印加バッテリを含
む。
【０００７】フォト検出器７の出力は、信号を積分し、
積分された信号を所望のパルスエネルギーに対応した予
定のカットオフ値と比較する電気−光学セルトリガ８に
供給される。カットオフ値に到達すると、トリガ８は敏
速ポッケルスセル３における高電圧を印加するトリガ信
号を生じさせる。ポッケルスセル３は、好ましくは１ｎ
ｓ以下の上昇時間を有し、５ｋＨｚまでの繰り返し率を
有する。かかるポッケルスセルの１つはカリフォルニア
州サンディエゴにオフィスをもつＥｎｅｒｇｙＣｏｍｐ
ｒｅｓｓｉｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより入手可
能である。この特定のポッケルスセルは５００ｐｓの上
昇時間を有し、３．５ｋＶから９ｋＶのボルト及び５０
ｐｓより低いジッターを有する５ｋＨｚくらいの高さの
繰り返し率を備える。ポッケルスセル３に高電圧を加え
ると、スイッチの後ろでポッケルスセル３を横断するビ
ーム２２の部分が偏光ビームスプリッタ４によって遮断
されるように、垂直方向に９０°だけレーザビーム２２
の偏光はシフトする。
【０００８】かくして、出力ビーム２３のエネルギーは
１パーセント以下の変化量を有する、個々のパルス間で
の安定したエネルギーを提供するように削られる。図２
Ａ及び２Ｂには、ポッケルスセルトリガ８のための２つ
の好ましい回路を示す。図２Ａにおいて、敏速なフォト
ダイオード７から出る電流信号は電流−電圧回路４０に
おける電流信号に転換され、回路４０から出る電圧信号
は積分ステージ４２において積分される。積分ステージ
４２からの積分信号は比較器／トリガステージ４４にお
けるしきい値信号と比較される。出力トリガ信号４６
は、図１，３，４、及び５に示したポッケルスセル３の
高電圧をトリガするためのトリガ信号（±１３Ｖなど）
を生じさせる比較器／トリガ回路の作動アンプのレール
からレールへ振動する。同一のアンプは全ての３つの回
路に使用しても良い。好ましいアンプの例は、ＣＬＣ４
４９又はＣＬＣ４４０である。しきい値電圧は４８に示
したように調節可能である。調節は、手動でも良く、あ
るいはフィードバック回路の一部として自動でなされて
も良い。しきい値は、好ましくは僅かに最小パルスエネ
ルギーを下回るパルスエネルギーに相当するエネルギー
であり、典型的にはトリミング特徴なしにレーザ２によ
ってつくられる。ポッケルスセルトリガ８と関連の遅延
は凡そ４〜５ｎｓと推定される。図２Ｂに示した回路に
おいて、フォトダイオードの出力はキャパシタ回路５０
に積分される。キャパシタは、５２に示したレジスタに
よりパルス間においてドレインされる。２Ｂ回路におけ
る比較器／トリガステージ４４は２Ｂ回路と同一のもの
である。
【０００９】ビーム２２におけるレーザパルスの望まれ
ていない部分を転じさせるのに該システムに必要な時間
は、この実施形態のように約６〜７ｎｓの範囲内にあ
る。従って、反射器１１は約６〜７ｎｓのビーム２２の
遅延を与えるように位置している。これは、約２メート
ルのビームパス長における増加に匹敵する。好ましい構
成によれば、ミラー１１によってつくられた遅延ルート
の長さは調節可能である。好ましくは、電子回路の応答
時間は測定され、それに従ってビームパス長を調節でき
る。パス長はシステムをチューニングするのに調節して
も良い。変形例として、追加的較正要素がパルストリミ
ングシステムに与えられるように、調節可能な遅延回路
はポッケルスセルトリガ８に築かれても良い。これらチ
ューニングシステムの両方又は一方が自動化され、パル
スエネルギーを所望の水準に維持するように出力パルス
エネルギーを測定するパルスエネルギー検出器とともに
フィードバックループに組み込まれても良い。他の実施形態 本発明は多くの他の特定の構成を使用して実施しても良
い。これら構成のいくつかを図３から５に示す。
【００１０】図３の配置において、ポッケルスセルは共
鳴キャビティー内にあり、該配置は光学遅延パスを含ま
ない。パルスがパルストリミング要素のアクションタイ
ムと比べて比較的長い時、この配置は好ましい。図４の
配置において、レーザチャンバの上の傾斜した窓がレー
ザビームの初期偏光を与える。図５の配置において、い
くつかのパルス伸長はレーザ出力ビームを二分し、光学
遅延ラインにビームの半分を送ることによって与えられ
る。遅延された半分は遅延されていない半分に再接続さ
れる前に必要とされるようにトリミングされる。いくつ
かの特定の実施形態を述べてレーザを説明したけれど
も、種々の形態及び修正がなされても良いことを理解す
べきである。例えば、制御装置は、時間の機能としてト
リガしきい値を変更することにより時間で変動するパル
スエネルギーを有するポッケルスセルトリガユニットを
備えても良い。電気光学トリガ８は、合成信号の代わり
にフォトダイオード７からピークパルス信号に基づくポ
ッケルスセル３にトリガをかけるように構成しても良
い。この場合、ピークパルスエネルギーの機能である総
量によりパルスのテイルをトリミングするような適切な
アナログ回路が好ましい。説明したシステムの要素は、
異なっているけれども機能的には等しい要素と置き換え
ても良い。従って、本発明は添付の請求の範囲及びその
均等の範囲にのにみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好ましい実施形態のブロック図であ
る。
【図２Ａ】 好ましいトリガ回路の回路図を示す。
【図２Ｂ】 好ましいトリガ回路の回路図を示す。
【図３】 本発明の他の好ましい実施形態のブロック図
である。
【図４】 本発明の他の好ましい実施形態のブロック図
である。
【図５】 本発明の他の好ましい実施形態のブロック図
である。
【符号の説明】
７ フォト検出器 ８ トリガ １０ 線狭帯域化モジュール １１ 反射器 ２２ レーザビーム ２３ 出力ビーム ４０ 回路 ４２ 合成ステージ ４４ 比較器／トリガステージ ４６ 出力トリガ信号 ４８ しきい値電圧 ５０ キャパシタ回路 ５２ レジスタ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−39786（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−76587（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−204682（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−102785（ＪＰ，Ａ) 特公 昭42−6426（ＪＰ，Ｂ１) 特表 昭62−502806（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 3/097 H01S 3/107

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】パルスレーザビームにおける一連のパルス
    における個々の各パルスのエネルギ出力の正確な制御を
    提供するためのパルスレーザシステムであって、 Ａ．パルスレーザビームを生じさせるパルスレーザと、 Ｂ．ナノ秒又はサブナノ秒の範囲の応答時間を有し、一
    連のパルスにおける個々の各パルスのプレ出力パルスエ
    ネルギーを検出し、且つ前記一連のパルスにおける前記
    個々の各パルスに対して、前記個々のパルスのプレ出力
    パルスエネルギに対応し、前記個々のパルスに関するプ
    レ出力パルスエネルギ測定を定義する、信号を生じさせ
    るように構成される敏速パルス検出器と、 Ｃ．前記一連のパルスにおける各パルスの一部をブロッ
    クするためのナノ秒又はサブナノ秒の範囲の応答時間を
    有する電気光学スイッチと、 Ｄ．個々の各パルスのエネルギ出力を前記個々のパルス
    のプレ出力パルスエネルギ測定に基づいておおよその所
    望のエネルギ出力に制限するように、前記敏速パルス検
    出器からの前記信号に基づいて前記電気光学スイッチを
    制御するように構成された電気光学スイッチトリガと、
    を有し、前記電気光学スイッチが、ポッケルスセルと、少なくと
    も１つの偏光ビームスプリッタとを備え、 前記電気光学スイッチトリガが、前記 敏速パルス検出器
    からの電気信号が所定の値に達したとき、前記ポッケル
    スセルに高電圧を提供するように構成されたトリガ回路
    を備え、 たことを特徴とする パルスレーザシステム。
  2. 【請求項２】前記パルスレーザがエキシマレーザである
    ことを特徴とする、請求項１に記載のパルスレーザシス
    テム。
  3. 【請求項３】前記敏速パルスエネルギ検出器が、フォト
    ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載のパ
    ルスレーザシステム。
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