KR102109396B1 - 레이저 광원으로부터 메인펄스와 프리펄스 빔을 분리하는 시스템 및 방법 - Google Patents

레이저 광원으로부터 메인펄스와 프리펄스 빔을 분리하는 시스템 및 방법 Download PDF

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로버트 에이. 버그스테트
제이슨 엠. 아르칸드
크리스토퍼 피. 페이트
마틴 램버트
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
트럼프 레이저시스템즈 포 세미컨덕터 매뉴팩처링 게엠베하
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Abstract

각각 공통 빔 경로를 횡단하는, 프리펄스 레이저 빔으로부터 메인펄스 레이저 빔을 분리하기 위한 이색성 빔 스플리터 모듈이 개시된다. 하나의 실시예에서, 2개의 이색성 엘리먼트가 빔 경로를 따라서 물리적으로 정렬되고, 제1 파장을 가진 프리펄스, 레이저 광을 조사위치 근방에 위치된 타겟 재료로 통과시키지만, 제1 파장을 가진 메인펄스, 레이저 광은 반사하도록 구성된다. 반사된 메인펄스는 그런 다음 제1 이색성 엘리먼트로부터 제2 이색성 엘리먼트로 2개의 반사 엘리먼트 또는 미러에 의해 더 반사되고, 그런다음 조사 위치 상으로 반사된다. 대안의 실시예에서, 제1 미러는 반사된 메인펄스 빔의 빔 특성을 변경시키기 위해 가변적이고, 제2 미러는 조사 위치로 메인펄스를 정렬시키기 위해 조정가능하다.

Description

레이저 광원으로부터 메인펄스와 프리펄스 빔을 분리하는 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR SEPARATING A MAIN PULSE AND A PRE­PULSE BEAM FROM A LASER SOURCE}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2012년 5월 31일 출원된 "레이저 광원으로부터 메인펄스와 프리펄스 빔을 분리하는 시스템 및 방법"이라는 제하의 미국특허 가출원번호 제61/654,003, Attorney Docket 번호 PA1164PRV, 및 2012년 6월 27일 출원된 "레이저 광원으로부터 메인펄스와 프리펄스 빔을 분리하는 시스템 및 방법"이라는 제하의 미국실용신안특허출원번호 제13/535,148, Attorney Docket 번호 PA1164US에 대한 우선권을 주장하며, 이들 전체 내용은 참조에 의해 본문에 통합되어있다.
본 발명은 일반적으로 레이저 산출 플라즈마 극자외선 광원에 관한 것이다. 보다 특정하여, 본 발명은 이러한 광원으로서 시드 레이저의 사용을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 산업은 끊임없이 더 작은 집적회로 치수를 인쇄할 수 있는 리소그래픽 기술을 계속해서 개발하고 있다. 극 자외광("EUV")(또한, 때때로 소프트 x-선이라고도 함)은 일반적으로 10 내지 120 나노미터(nm) 사이의 파장을 가지는 전자기 복사선으로 정의된다. EUV 리소그래피는 일반적으로 현재 10-14nm의 영역의 파장에서의 EUV 광을 포함하는 것으로 간주되고, 실리콘 웨이퍼와 같은 기판내에서 예를 들면 32nm 미만의 피처와 같은 극도로 작은 피처를 산출하는데에 이용된다. 상업적으로 이용가능하기 위해서, 이들 시스템은 매우 신뢰할 수 있고 비용 대비 효과적인 성능과 합리적인 공정 허용범위가 있는 것이 바람직하다.
EUV 광을 산출하는 방법은 재료를 EUV 범위에서 하나 이상의 방출선(들)을 가지는 예를 들면, 크세논, 리튬 또는 주석, 인듐, 안티몬, 텔루르, 알루미늄 등과 같은 적어도 하나의 원소를 구비한 플라즈마 상태로 변환하는 단계를 포함하지만, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다. 이러한 하나의 방법에서, 때때로 레이저 산출 플라즈마("LPP")라고하는, 요구되는 플라즈마가 조사 위치에서 레이저 빔으로 요구되는 선-방출 원소를 가진 재료의 액적, 스트림 또는 클러스터와 같은 타겟 재료를 조광함으로써 산출될 수 있다. 선 방출 원소는 순수한 형태이 거나, 또는 예를 들면 원하는 온도에서 액체인 합금과 같은 합금 형태이거나 액체와 같은 또다른 재료와 혼합되거나 확산될 수 있다.
일부 종래 기술의 LLP 시스템에서, 액적 스트림 내의 액적들이 각각의 액적으로부터 플라즈마를 산출하기 위해 개별 레이저 펄스에 의해 조광된다. 대안으로, 각각의 액적이 하나 이상의 광 펄스에 의해 순차적으로 조광되는 일부 종래 기술의 시스템이 개시된다. 일부 경우에, 각각의 액적은 타겟 재료를 가열, 팽창, 기화, 증발, 및/또는 이온화시키고 및/또는 약한 플라즈마(weak plasma)를 생성하도록 소위 "프리펄스"에 노출되고, 그런다음 강한 플라즈마를 생성하고 프리펄스의 영향을 받은 재료의 대부분 또는 전부를 플라즈마로 변환시켜 EUV 광 방출선을 산출하도록 소위 "메인펄스"에 노출될 수 있다. 하나 이상의 프리펄스가 사용될 수 있고, 하나 이상의 메인펄스가 사용될 수 있으며, 프리펄스 및 메인펄스의 기능은 일정 정도 겹쳐질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
LPP 시스템에서의 EUV 출력 파워는 일반적으로 타겟 재료를 조광하는 구동 레이저 파워로 스케일링하기 때문에, 일부 경우에 상대적 저-파워 오실레이터, 또는 시드 레이저, 및 시드 레이저로부터의 펄스를 증폭시키기 위한 하나 이상의 증폭기를 포함하는 배치를 채용하는 것이 바람직한 것으로 간주될 수 있다. 대용량 증폭기의 사용은 LPP 공정에서 사용되는 상대적 고 파워 펄스를 제공하면서 시드 레이저의 사용을 허용한다.
그러나, 이러한 시드 레이저에서, 메인펄스와 프리펄스는 이러한 시드 레이저 모듈에서의 컴포넌트 수를 감소시키는 것을 포함하는 다양한 이유로 일부 부분을 통과하는 공통의 빔 경로를 지난다.
따라서, 이러한 EUV 광원에서의 시드 레이저 발사시 메인펄스를 프리펄스 빔으로부터 분리시키는 개선된 시스템 및 방법을 가지는 것이 바람직하다.
이색성(dichroic) 빔 스플리터 모듈을 이용하여 레이저 산출 플라즈마(LPP) 극자외선(EUV) 광 시스템에서 메인펄스를 프리펄스 빔으로부터 분리하는 방법 및 장치가 개시된다.
하나의 실시예에서, 빔 경로를 따라서 제1 파장을 가진 제1 레이저 광을 산출하고 상기 빔 경로를 따라서 제2 파장을 가진 제2 레이저 광을 산출하도록 구성된 레이저 광원 및 빔 스플리터 모듈을 구비하는 시스템에 있어서, 상기 빔 스플리터 모듈은: (ⅰ) 상기 빔 경로를 따라서 상기 제1 레이저 광을 수신하고 상기 제1 파장을 가진 상기 제1 레이저 광을 통과 시키도록 구성된 제1 이색성 엘리먼트로서, 상기 빔 경로를 따라서 상기 제2 레이저 광을 수신하고 상기 제2 파장을 가진 상기 제2 레이저 광을 반사하도록 더 구성된 상기 제1 이색성 엘리먼트; (ⅱ) 상기 제1 이색성 엘리먼트로부터 반사된 상기 제2 레이저 광을 수신하고 상기 수신된 제2 레이저 광을 반사하도록 구성된 제1 미러; (ⅲ) 상기 제1 미러로부터 반사된 상기 제2 레이저 광을 수신하고 상기 수신된 제2 레이저 광을 반사하도록 구성된 제2 미러; 및 (ⅳ) 상기 제1 이색성 엘리먼트로부터 상기 제1 레이저 광을 수신하고 상기 제1 파장을 가진 상기 제1 레이저 광을 통과 시키도록 구성되고, 상기 제2 미러로부터 반사된 상기 제2 레이저 광을 수신하고 상기 제2 파장을 가진 상기 제2 레이저 광을 반사하도록 더 구성된 상기 제2 이색성 엘리먼트;를 포함하는 시스템이다.
본 시스템의 추가적인 실시예에서, 상기 제1 파장을 가진 상기 제1 레이저 광을 통과시키도록 구성된 상기 제2 이색성 엘리먼트는 조사(irradiation) 위치 근방의 타겟 재료로 상기 제1 레이저 광을 통과시키도록 구성된다.
본 시스템의 추가적인 실시예에서, 상기 제2 파장을 가진 상기 제2 레이저 광을 반사하도록 구성된 상기 제2 이색성 엘리먼트는 상기 조사 위치로 상기 제2 레이저 광을 반사하도록 구성된다.
본 시스템의 추가적인 실시예에서, 상기 제1 미러는 가변(deformable) 미러이다.
본 시스템의 추가적인 실시예에서, 상기 제2 미러는 조정가능한(afjustable) 미러이다.
본 발명의 또다른 실시예에서, 빔 경로를 따라서 제1 파장을 가진 레이저 프리펄스를 생성하는 단계, 상기 레이저 프리펄스를 조사지역 근방의 타겟 재료로 제1 이색성 엘리먼트와 제2 이색성 엘리먼트를 통과시키는 단계, 상기 빔 경로를 따라서 제2 파장을 가지는 레이저 메인펄스를 생성하는 단계, 상기 제1 이색성 엘리먼트에 의해 상기 레이저 메인펄스를 제1 미러로 반사하는 단계, 상기 제1 미러로부터 제2 미러로 상기 레이저 메인펄스를 반사하는 단계, 상기 제2 미러로부터 상기 제2 이색성 엘리먼트로 상기 레이저 메인펄스를 반사하는 단계, 및 상기 제2 이색성 엘리먼트로부터 상기 조사 위치로 상기 레이저 메인펄스를 반사하는 단계를 포함하는 방법이 있다.
또다른 실시예에서, 내부에서 프로그램을 실시하는 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체에 있어서, 상기 프로그램은 펄스 반사로부터 레이저 펄스 광원을 보호하는 방법을 수행하기 위해 프로세서에 의해 실행가능하고, 상기 방법은, 빔 경로를 따라서 제1 파장을 가지는 레이저 프리펄스를 생성하는 단계, 상기 레이저 프리펄스를 제1 이색성 엘리먼트 및 제2 이색성 엘리먼트를 지나 조사 위치 근방의 타겟 재료로 통과시키는 단계, 상기 빔 경로를 따라서 제2 파장을 가지는 레이저 메인펄스를 생성하는 단계, 상기 제1 이색성 엘리먼트에 의해 상기 레이저 메인펄스를 제1 미러로 반사하는 단계, 상기 제1 미러로부터 제2 미러로 상기 레이저 메인펄스를 반사하는 단계, 상기 제2 미러로부터 상기 제2 이색성 엘리먼트로 상기 레이저 메인펄스를 반사하는 단계, 및 상기 제2 이색성 엘리먼트로부터 상기 조사 위치로 상기 레이저 메인펄스를 반사하는 단계를 포함하는 매체이다.
도 1은 LPP EUV 시스템의 실시예의 컴포넌트의 일부를 도시한다;
도 2는 LPP EUV 시스템에서 사용될 수 있는 시드 레이저 모듈의 컴포넌트의 일부를 도시한다;
도 3은 이색성 빔 스플리터 모듈의 실시예의 컴포넌트의 일부의 도면이다.
도 4는 이색성 빔 스플리터 모듈의 실시예의 컴포넌트의 일부의 또다른 도면이다.
도 5는 이색성 빔 스플리터 모듈의 실시예의 컴포넌트의 일부의 또다른 도면이다.
도 6은 이색성 빔 스플리터 모듈의 추가적인 실시예의 컴포넌트의 일부의 도면이다.
도 7은 이색성 빔 스플리터 모듈의 추가적인 실시예의 컴포넌트의 일부의 도면이다.
도 8은 본문에 기술된 바와 같은 이색성 빔 스플리터에 의해 메인펄스 빔으로부터 프리펄스 빔을 분리하는 방법의 하나의 실시예의 플로우 차트이다.
이색성 빔 스플리터 모듈을 이용하여 레이저 산출 플라즈마(LPP) 극자외(EUV) 광 시스템에서 프리펄스 빔으로부터 메인펄스를 분리하는 다양한 방법 및 장치가 본 명세서에 기술된다.
도 1은 LPP EUV 광원(10)의 일 실시예의 일부 컴포넌트의 간략화된 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, EUV 광원(10)은 레이저 펄스의 빔을 생성하고 조사 영역 또는 위치(16)에서 액적과 같은 각각의 타겟을 조광하기 위해 빔을 레이서 광원(12)으로부터 챔버(14)로 하나 이상의 빔 경로를 따라서 전달하는 레이저 광원(12)을 포함한다. 도 1에 도시된 시스템(12)에 사용하기에 적합할 수 있는 레이저 배열의 예시가 하기에 보다 상세히 기술된다.
또한 도 1에 도시된 바와 같이, EUV 광원(10)은 또한 예를 들면 액적이 최종적으로 플라즈마를 산출하고 EUV 방출선을 생성하도록 하나 이상의 레이저 펄스와 상호작용하는 조사 영역(16)으로 챔버(14)의 내부에 타겟 재료의 액적들을 전달하는 타겟 재료 전달 시스템(18)을 포함할 수 있다. 다양한 타겟 재료 전달 시스템은 종래 기술에서 제시되었고, 그의 상대적인 이점은 당업자에게 공지될 것이다.
상술한 바와 같이, 타겟 재료는 주석, 리튬, 크세논 또는 이의 조합을 포함하는 재료를 구비하는(그러나 이에 반드시 한정되는 것은 아님) EUV 방출 원소이다. 타겟 재료는 액체 액적의 형태일 수 있거나, 또는 대안으로 액체 액적 내에 함유된 고체 입자일 수 있다. 예를 들면, 주석 원소는 순수한 주석, 예를 들면 SnBr4, SnBr2, SnH4와 같은 주석 화합물, 예를 들면 주석-갈륨 합금, 주석-인듐 합금, 주석-인듐-갈륨 합금과 같은 주석 합금, 또는 그의 조합으로서 제시될 수 있다. 사용된 재료에 따라, 타겟 재료는 실온 또는 실온에 근접한 온도(예를 들면, 주석 합금, SnBr4), 실온 이상의 온도(예를 들면, 순수한 주석), 또는 실온 미만의 온도(예를 들면, SnH4)를 포함하는 다양한 온도에서 조사 영역(16)으로 제공될 수 있다. 예를 들면 SnBr4와 같은 일부 경우에는 이들 화합물은 상대적으로 휘발성이 될 수 있다. 주석이 아닌 EUV 방출 원소의 유사한 합금 및 화합물과, 이러한 재료의 상대적인 이점 및 상술한 것들은 당업자들에게 명료할 것이다.
도 1을 다시 참조하면, EUV 광원(10)은 또한, 광학 소자(17)가 조사 영역(16) 내에 또는 조사 영역 근방에 제1 초점을 가지고 EUV 광이 EUV 광원(10)으로부터 출력되고 집적회로 리소그래피 툴(도시되지 않음)과 같은 EUV 광을 활용하는 장치로 입력될 수 있는 소위 중간 영역(20)에서 제2 초점을 가지도록, 장축 타원체(prolate spheroid)(즉, 자신의 장축에 관해 회전된 타원)의 형태로 된 반사면을 가진 근수직 입사 콜렉터 미러와 같은 광학 소자(17)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 광학 소자(17)는 레이저 광원(12)에 의해 생성된 레이저 광 펄스가 통과하여 조사 영역(16)에 도달하도록 허용하는 어퍼처를 가지고 형성될 수 있다.
광학 소자(17)는 EUV 광을 활용하는 장치로 후속하여 전달하기 위해 EUV 광을 집속하고 EUV 광을 중간 영역(20)으로 지향시키기 위한 적절한 표면을 가져야 한다. 예를 들면, 광학 소자(17)는 몰리브덴과 실리콘 층이 교대로 있고, 일부 경우에 하나 이상의 고온 확산 장벽층, 평활화 층, 캡핍 층 및/또는 에칭 중지 층이교대로 있는 그레이드된 다층 코팅을 가질 수 있다.
장축 타원체 미러가 아닌 광학 소자가 광학 소자(17)로서 사용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들면, 광학 소자(17)는 대안으로 자신의 장축에 관해 회전된 포물선이 될 수 있거나, 또는 중간 영역으로 링 형상의 단면을 가진 빔을 전달하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 광학 소자(17)는 본명세서에 기술된 것들이 아닌 것들 또는 그에 부가하여 코팅 및 층들을 활용할 수 있다. 당업자들은 특정 상황에서 광학 소자(17)에 적절한 형상 및 조성을 선택할 수 있을 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, EUV 광원(10)은 레이저 빔을 중간 위치에 있는 초점으로 포커싱하기 위한 하나 이상의 광학 소자를 포함하는 초점 유닛(22)을 포함한다. EUV 광원(10)은 또한 레이저 빔을 신장시키고, 지향(steer)시키고 및/또는 형성시키고, 및/또는 레이저 펄스를 형성하기 위한 레이저 광원(12)과 초점 유닛(22) 사이에 있는, 하나 이상의 광학 소자를 가진 빔 컨디셔닝 유닛(24)을 포함할 수 있다. 다양한 초점 유닛 및 빔 컨디셔닝 유닛이 종래 기술에 공지되고, 당업자에 의해 적절하게 선택될 수 있다.
상술한 바와 같이, 일부 경우, LPP EUV 시스템은 레이저 펄스를 생성하기 위해 하나 이상의 시드 레이저를 이용하고, 이는 그런 다음 증폭되어 EUV 방출선을 산출하는 플라즈마를 형성하도록 조사 위치(16)에서 타겟 재료를 조광하는 레이저 빔이 될 수 있다. 도 2는 LPP EUV 시스템에서 레이저 광원의 부분으로서 사용될 수 있는 시드 레이저 모듈(30)의 하나의 실시예의 간략화된 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 시드 레이저 모듈(30)은 프리펄스 시드 레이저(32) 및 메인펄스 시드 레이저(34)의 2개의 시드 레이저를 포함한다. 당업자는 여기서 2개의 시드 레이저를 포함하는 이러한 실시예가 사용되고, 타겟 재료는 먼저 프리펄스 시드 레이저(32)로부터 하나 이상의 펄스에 의해 조광되고, 그런 다음 메인펄스 시드 레이저(34)로부터 하나 이상의 펄스에 의해 조광될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
시드 레이저 모듈(30)은 직선으로 컴포넌트를 배열하는 것이 아니라 "접혀진(folded)" 배열을 가지는 것으로서 도시된다. 실제에 있어서, 모듈의 크기를 제한하기 위한 이러한 배열은 일반적인 것이다. 이를 달성하기 위해, 프리펄스 시드 레이저(32) 및 메인펄스 시드 레이저(34)의 레이저 펄스에 의해 산출된 빔은 복수의 광학 컴포넌트(36)에 의해 원하는 빔 경로 상으로 지향된다. 원하는 특정한 구성에 따라서, 광학 컴포넌트(36)는 렌즈, 필터, 프리즘, 미러 또는 빔을 원하는 방향으로 지향시키기 위해 이용될 수 있는 임의의 기타 엘리먼트와 같은 엘리먼트가 될 수 있다. 일부 경우에, 광학 컴포넌트(36)는 또한 통과 빔의 극성을 변경시키는 것과 같은 기타 기능을 수행할 수 있다.
도 2의 실시예에서, 각각의 시드 레이저로부터의 빔은 먼저 전기-광학 모듈레이터(38)(EOM)를 통과한다. EOM(38)은 시드 레이저에 의해 생성된 펄스를 더 짧은 듀레이션과 더 빠른 하강 시간(fall time)을 가진 펄스로 트리밍하기 위해 펄스 형성 유닛으로서 시드 레이저로 사용된다. 펄스와 타겟 사이의 짧은 상호작용 시간때문에, 그리고 펄스의 불필요한 부분들이 증폭기 이득을 공핍시키지 않기 때문에 더 짧은 펄스 듀레이션과 상대적으로 빠른 하강 시간은 펄스와 EUV 출력 및 광원 효율을 증가시킬 수 있다. 2개의 개별 펄스 형성 유닛(EOM(38))이 도시되지만, 대안으로 공통 펄스 형성 유닛이 프리펄스 및 메인펄스 시드를 트리밍하기 위해 사용될 수 있다.
시드 레이저로부터의 빔은 그런다음 음향-광학 모듈레이터(AOM)(40 및 42)를 통과하여 지난다. AOM(40 및 42)은 타겟 재료로부터의 레이저 펄스의 반사가 시드 레이저 도달하지 않도록 동작하는 "스위치" 또는 "셔터"로서 기능하고; 상기와 같이 시드 레이저는 일반적으로 민감한 광학기기를 포함하고 있고, AOM(40, 42)은 따라서 임의의 반사가 시드 레이저 엘리먼트에 대한 손상을 일으키는 것을 방지한다. 본문에 예시된 실시예에서, 각각의 시드 레이저로부터의 빔은 2개의 AOM을 통과하지만; 일부 실시예에서, 각각의 시드 레이저로부터의 빔은 각각의 경로 상에서 단일한 AOM만을 통과할 수 있다.
AOM(40 및 42)을 통과한 후에, 2개의 빔은 빔 결합기(44)에 의해 "조합"된다. 각각의 시드 레이저로부터의 펄스가 상이한 시간에 생성되기 때문에, 이는 실제로는 2개의 시간 분리된 빔들이 추가 처리 및 사용을 위해 공통 빔 경로(46) 상에 위치된다는 것을 의미한다.
공통 빔 경로(46) 상에 배치된 후에, 시드 레이저 중의 하나로부터의 빔(다시 말하지만, 어떤 하나의 시간에 하나만 있을 것이다)이 하기에 설명되는 바와 같이 종래 기술에 공지된 바와 같은 빔 지연 유닛(48)을 통과한다. 다음으로, 빔은 사전 증폭기(50)를 통과하여 지향되고 그런다음 빔 신장기(52)를 통과하여 지향된다. 이에 후속하여, 빔은 박막 필름 편광자(54)를 통과하고, 그런다음 다시 빔을 LPP EUV에서의 다음 스테이지로 지향시키고 또한 다른 기능을 수행할 수 있는 엘리먼트인 광학 컴포넌트(56)에 의해 전방으로 지향된다. 광학 컴포넌트(56)로부터, 빔은 일반적으로 하나 이상의 광학 증폭기 및 기타 컴포넌트로 통과한다.
프리펄스 및 메인펄스 시드 레이저로서 사용하기에 적합한 다양한 파장 조정가능 시드 레이저가 당업계에 공지되어있다. 예를 들면, 하나의 실시예에서, 시드 레이저는 예를 들면 0.05 내지 0.2 기압과 같은 대기압보다 낮은 압력에서 CO2를 포함하는 밀봉 충전 가스를 가지고 무선 주파수 방전에 의해 펌핑되는 CO2 레이저가 될 수 있다. 일부 실시예에서, 격자가 시드 레이저의 광학 캐비티를 정의하는 것을 돕기 위해 이용될 수 있고, 격자는 선택된 회전 선으로 시드 레이저를 튜닝하기 위해 회전될 수 있다.
도 3 내지 도 7은 도 1에 도시된 광원(12) 및/또는 연관된 컴포넌트에서 사용하기 위한 레이저 광원(100)의 일부의 다양한 실시예의 간략화된 개략도이다. 본 도면들에 도시된 일부 엘리먼트는 상기 도 1 및 도 2에 도시된 엘리먼트들에 대응한다. 이들 도면 각각에서, 레이저 광원(100)은 공통 빔 경로를 횡단하는 프리펄스 빔으로부터 메인펄스를 분리하는 이색성 빔 스플리터 모듈을 포함한다. 보다 특정하여, 이색성 빔 스플리터 모듈(302)(도 6에서는 602; 도 7에서는 702)은 제1 이색성 엘리먼트(108), 제1 반사 엘리먼트 또는 미러(110)(도 6에서 610), 제2 반사 엘리먼트 또는 미러(112)(도 7에서 712) 및 제2 이색성 엘리먼트(114)를 포함한다. 하기에 설명하는 바와 같이, 제1 이색성 엘리먼트(108) 및 제2 이색성 엘리먼트(114)는 물리적으로 빔 경로를 따라서 정렬되고, 하나의 파장에서 프리펄스 빔과 같은 제1 빔이 그것들을 통과하도록 하지만 또다른 파장에서의 메인펄스 빔과 같은 제2 빔은 반사하도록 구성된다.
도 3을 참조하면, 프리펄스 빔으로부터 메인펄스를 분리시키기 위한 이색성 빔 스플리터 모듈(302)을 가진 레이저 광원(100)의 제1 예시를 볼 수 있다. 본 예시에 도시된 바와 같이, 장치(100)는 이색성 빔 스플리터 모듈(302)을 통과하여 결과적으로 타겟 재료 전달 시스템(18)으로부터 나온 타겟 재료가 조사 위치(16)에 도달하기 전에 타겟 재료와 상호작용하는 프리펄스 빔 출력을 빔 경로(106) 상에 산출하는 시드 레이저(104)를 포함한다.
보다 특정하여, 도면에 도시된 바와 같이, 시드 레이저(104)로부터의 프리펄스 빔은 빔 경로(106)를 따라서 이동하고 프리펄스 빔이 제1 이색성 엘리먼트(108)와 마주치는 이색성 빔 스플리터 모듈(302)로 들어간다. 제1 이색성 엘리먼트(108)는 프리펄스 빔의 파장을 가지는 레이저 광이 통과하도록 하기 때문에, 프리펄스 빔이 제2 이색성 엘리먼트(114)와 마주칠 때까지 프리펄스 빔이 제1 이색성 엘리먼트(108)을 통과하여 이동한다. 제2 이색성 엘리먼트(114)는 또한 프리펄스 빔의 파장을 가지는 레이저 광이 통과하도록 하기 때문에, 프리펄스 빔이 제2 이색성 엘리먼트(114)을 통과하여 이동한다. 이색성 빔 스플리터 모듈(302)을 빠져나온 후에, 그런 다음 프리펄스 빔이 타겟 재료와 마주쳐서 그와 상호작용하여 본 명세서에 기술된 바와 같은 자신의 프리펄스 기능을 수행하도록 한다.
도 4를 참조하면, 시드 레이저 모듈(104)로부터의 메인펄스 빔은 또한 빔 경로(106)를 따라서 이동하고 메인펄스 빔이 제1 이색성 엘리먼트(108)와 마주치는 이색성 빔 스플리터 모듈(108)로 들어간다. 제1 이색성 엘리먼트(108)가 메인펄스 빔의 파장을 가진 레이저 광을 반사하기 때문에, 메인 펄스 빔은 그런다음 메인펄스 빔을 제2 이색성 엘리먼트(114)로 반사하는 제2 미러(112)로 메인펄스 빔을 반사하는 제1 미러(110)로 새로운 빔 경로를 따라서 제1 이색성 엘리먼트(108)로부터 반사된다. 제2 이색성 엘리먼트(114)가 또한 메인펄스 빔의 파장을 가진 레이저 광을 반사하기 때문에, 메인펄스 빔은 제2 이색성 엘리먼트(114)로부터 반사되어 그런다음 도시된 바와 같이 조사 위치(16)에서 타겟 재료와 상호작용한다.
도 4 상으로 겹쳐지는 도 3의 장치 및 동작들을 도시하는 도 5를 참조하면, 각각 동일한 빔 경로(106)를 따라서 시드 레이저 모듈(104)로부터 나오는 프리펄스 및 메인펄스가 빔 스플리터 모듈(302)에 의해 분리되어 메인펄스 빔이 조사 위치(16)에서 타겟 재료와 상호작용하기 전에 그리고 상호작용하는 것을 준비하면서 프리펄스 빔이 타겟 재료와 마주치는 것을 용이하게 한다. 하나의 실시예에서, 이러한 각도 빔 분리는 메인펄스 빔이 조사 위치(116)에서 마주치는 곳으로부터 약 200㎛ 거리(x-축을 따라서)에서 프리펄스가 타겟 재료와 마주치도록 한다. 추가로, 도 5가 빔 스플리터 모듈(302)을 통과하여 이동하는 프리펄스 빔 및 메인펄스 빔 모두를 도시하지만, 이들 빔은 본 명세서에 기술된 바와 같이 적절한 시간에 상이한 포인트에서 작동하고 있을 수 있다는 것이 이해될 것이다.
설명된 바와 같이, 제1 이색성 엘리먼트(108) 및 제2 이색성 엘리먼트(114)는 하나의 파장을 가지는 광이 통과하도록 하지만 종래 기술에 공지된 이색성 필터 특성을 활용하여 또다른 파장을 가진 광을 반사하도록 한다. 보다 특정하여, 하나의 실시예에서, 이들 이색성 엘리먼트는 하나의 파장(예를 들면 10.59 미크론에서 메인 빔)에서 광을 반사하지만 상이한 파장(예를 들면 10.26 미크론에서의 프리펄스 빔)에서의 광을 투과시키도록 코팅된 수냉식 하우징(자신의 열 특성을 위한)에서의 다이아몬트 창을 포함한다. 이러한 이색성 필터 특성을 제공하는 코팅 및 재료가 상용가능하고 종래 기술에 공지되어있다.
제1 미러(110) 또는 제2 미러(112) 중 어느 하나 또는 제1 미러(110) 및 제2 미러(112) 모두의 반사 표면은 고정된, 전체적으로 평평한 형상일 수 있거나 또는 고정된 만곡형 또는 곡선 형상을 가질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 3-5의 제1 미러(110)가 가변형 미러(610)에 의해 대체된 빔 스플리터 모듈(602)의 대안의 실시예가 도 6에 도시될 수 있다. 도 6의 가변형 미러(610)은 도 3-5의 제1 미러(110)의 반사 기능을 수행하고, 또한 이색성 엘리먼트 및/또는 메인펄스 빔의 빔 경로를 따라서 있는 기타 광학 엘리먼트의 열 효과, 제조 오차, 장착 스트레스, 오정렬 등에 의해 야기될 수 있는 메인펄스 빔의 초점 흐림, 비점수차, 비대칭수차, 구형 및/또는 고 차 수차를 보상하거나 보정하는 추가적인 기능을 제공한다.
평판 반사 엘리먼트 또는 미러가 아닌 가변형 미러(610)는 가변 반경 미러(VRM: variable radius mirror)(Ⅱ-Ⅵ Infrared Saxonburg에서 구입가능한 것들을 포함하는 예시), 압전 스택 어레이 미러 또는 압전형 단일구조의 미러(프랑스의 CILAS에서 구입가능한 것들을 포함하는 예시), 압전 다구조(multimorph) 미러(러시아의 Night-N에서 구입가능한 것들을 포함하는 예시), 또는 압전 가변형 미러 또는 미세가공 멤브레인 가변형 미러(네덜란드의 OKO Tech로서 알려진 Flexible Optical B. V.에서 구입가능한 것들을 포함하는 예시)와 같은 기타 기계적으로 변형가능한 미러와 같은 동적으로 변형가능한 형상을 가지는 미러이다. 이러한 방식으로, 당업계에 공지된 바와 같이, 반사 빔의 특성은 미러의 형상을 변경시킴으로써 동적으로 변경될 수 있다. 이러한 변경가능한 반사빔 특성은 상술한 다른 것들 중에서 초점 깊이 조정, 초점 길이 변형의 보상, 빔 직경, 다이버전스 및 초점 크기를 포함한다.
도 3-5의 제2 미러(110)가 복사 위치(16)에 마주치도록 메인펄스를 정렬시키기 위해 조정가능한 미러(712)에 의해 대체된 빔 스플리터 모듈(702)의 또다른 대안의 실시예가 도 7에 도시될 수 있다. 조정가능한 미러(712)는 축에 관해 피봇팅되거나 조정될 수 있고, 그에 의해 제1 미러(110)로부터의 반사된 메인펄스 빔의 각도를 조정가능한 미러(712)에 대해 변경시키고 그런다음 제2 이색성 엘리먼트(114)를 향해 변경시킨다. 그에 의해 이러한 조정된 반사각도는 제2 이색성 엘리먼트(114)를 통과하는 분리된 프리펄스 빔과 제2 이색성 엘리먼트에 의해 반사된 메인펄스 빔 사이의 발산 각도(diverging angle) θ를 변경시켜 메인펄스가 조사 위치(16)와 마주치는 위치를 변경시킨다. 또한 프리펄스 빔과의 상호작용에 의해 야기되는 타겟 재료의 후방 변위(x축을 따라서)를 처리하도록 메인펄스 초점을 변경시키도록 이러한 조정이 사용될 수 있다.
추가적인 실시예에서, 제2 이색성 엘리먼트(114)는 또한 조정가능하여(도시되지 않음) 동공(pulpil) 위치(분리된 프리펄스 빔이 제2 이색성 엘리먼트(114)를 빠져나가 제2 이색성 엘리먼트(114)로부터 반사되는 메인펄스 빔과 교차하는) 및 발산 각도 θ(또한 분리 각도 또는 출력 각도라고도 본문에서 가리킴)를 유지관리 및/또는 제어하도록 한다.
추가적인 실시예에서, 도 7의 조정가능한 미러(712)는 도시 및 기술된 바와 같이 제2 미러(112)를 대체하는 것이 아니라 제1 미러(110)를 대체할 수 있다. 이러한 추가적인 실시예에서, 추가적인 변형으로서, 도 6의 가변형 미러(610)가 제2 미러(112)를 대체할 수 있다.
추가적인 대안의 실시예에서, 본 접근 방식에 따른 빔 스플리터 모듈은 도 6의 가변형 미러(610) 및 도 7의 조정가능한 미러(712) 모두를 포함할 수 있다.
추가적인 대안의 실시예에서, 도 6의 가변형 미러(610)와 도 7의 조정가능한 미러(712)는 제1 미러(110) 및 제2 미러(112) 중 어느 하나 또는 그 둘다를 대신하는 단일한 엘리먼트로 결합되어, 본 명세서에 기술된 동일한 기능들을 달성하도록 할수 있다.
도 8은 본 명세서에 기술된 바와 같이 이색성 빔 스플리터를 이용하여 프리펄스 빔으로부터 메인펄스를 분리하는 방법의 하나의 실시예의 플로우차트이다. 단계(801)에서, 예를 들면 시드 레이저에 의해 조사 위치를 향해 원하는 빔 경로 상에서 레이저 프리펄스가 생성된다. 단계(802)에서, 프리펄스는 그런 다음 제1 및 제2 이색성 엘리먼트를 통과하고, 이는 조사 위치에 근접한 타겟 재료를 향해 프리펄스를 통과시킨다. 단계(803)에서, 예를 들면 시드 레이저에 의해 조사 위치를 향해 원하는 빔 경로 상에서 레이저 메인펄스가 생성된다. 단계(804)에서, 메인펄스는 메인펄스를 조사 위치로 반사하는 제2 이색성 엘리먼트로 메인펄스를 반사하는 제2 반사 엘리먼트 또는 미러로 메인펄스를 반사하는 제1 반사 엘리먼트 또는 미러로 제1 이색성 엘리먼트에 의해 반사된다.
대안의 실시예에서, 단계(804)에서, 제1 미러의 형상은 동적으로 변경되어 반사된 메인펄스 빔의 빔 특성을 변경시킨다. 추가적인 대안의 실시예에서, 단계(804)에서, 제2 미러(110)는 메인펄스가 조사 위치에 마주치는 위치에 영향을 주도록 제2 이색성 미러를 향해 반사 메인펄스 빔을 정렬시키도록 조정된다.
개시된 방법 및 장치는 다수의 실시예를 참조하여 상술되었다. 또다른 실시예는 본 개시물에 따라 당업자에 명료할 것이다. 기술된 방법 및 장치의 특정한 양태들은 상기 실시예에서 기술된 것이 아닌 구성을 이용하거나 또는 상술한 것과 다른 엘리먼트와 함께 용이하게 구현될 수 있다. 예를 들면, 본 명세서에 기술된 것 보다 아마도 더 복잡한 상이한 알고리즘, 및/또는 로직 회로가 사용될 수 있고, 상이한 유형의 구동 레이저 및/또는 초점 렌즈가 이용될 수 있다.
또 다른 실시예에서 이색성 빔 스플리터 모듈은 프리펄스가 이색성 엘리먼트를 통과하도록 하고 이색성 엘리먼트에 의해 메인 펄스를 반사시켜 빔을 분리시키기 보다는, 이색성 빔 스플리터 모듈은 대신에 이색성 엘리먼트에 의해 프리펄스를 반사하고 이색성 엘리먼트에 의해 메인펄스를 통과시켜 유사하게 빔을 분리할 수 있다. 이는 타겟 재료의 방향을 역으로 하거나(x 축을 따라서) 또는 도면에 도시된 바와 같이 이색성 빔 스플리터에서 이색성 엘리먼트 아래가 아니라 이색성 엘리먼트 위로 미러들을 배치시키는 것 뿐만이 아니라 프리펄스 빔의 파장을 가진 광을 반사하고 메인펄스의 파장을 가진 광을 통과시키도록 이색성 엘리먼트를 변경시킴으로써 달성될 것이다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "광학 컴포넌트"라는 용어와 그의 파생어는 입사광을 반사하고 및/또는 투과시키고 및/또는 입사광에 대해 작동하는 하나 이상의 컴포넌트를 포함하고(그러나, 이에 한정되는 것은 아님) 하나 이상의 렌즈, 창, 필터, 웨지, 프리즘, 그리즘, 그레이딩, 전송 파이버, 에탈론, 디퓨저, 균질화기, 검출기 및 기타 기기 컴포넌트, 어퍼처, 액시콘(axicons), 그레이징 입사 미러, 정반사기(specular reflector), 확산 반사기 및 그의 조합을 포함하지만 그에 한정되는 것은 아니다. 또한, 특정하여 다르게 규정한 것이 아니라면, 본 명세서에 사용된 바와 같은 "광학 기기", "광학 컴포넌트" 및 그의 파생어들 모두는 단독으로 동작하는 컴포넌트에 한정되거나 또는 EUV 출력 광 파장, 조광 레이저 파장, 계측에 적합한 파장 또는 일부 기타 파장에서와 같은 하나 이상의 특정 파장 영역(들) 내에서 이점을 가지는 것을 의미하지 않는다.
본 명세서에서 논의된 바와 같이, 다양한 변형이 가능하다. 일부 경우에 도면에 도시된 2개의 시드 레이저가 아니라 단일한 시드 레이저가 사용될 수 있다. 유사하게, 본 접근 방식에 따라 빔 스플리터 모듈이 빔 신장기(52) 또는 빔 컨디셔닝 유닛(24) 또는 초점 유닛(22)의 일부로서 포함하는 본 명세서에서 기술된 기능을 달성하기에 적합한 레이저 광원(12) 내에서 배치되거나 또는 레이저 광원(12)에 부착될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
기술된 방법 및 장치가 공정, 장치 또는 본 명세서 내에서 기술된 특정한 동작들을 수행하기 위한 컴퓨팅 장치 또는 컨트롤러를 포함하는 시스템을 포함하는 다양한 방식으로 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 본 명세서에 기술된 방법은 이러한 방법 및 하드디스크, 플로피 디스크, 컴팩트 디스크(CD) 또는 DVD(digital versatile disc), 플래시 메모리 등과 같은 광학 디스크를 포함하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체, 프로그램 명령어가 광학 또는 전자 통신 링크를 통해 전송되는 컴퓨터 네트워크 상에 기록된 명령어 들을 프로세서로 하여금 수행하도록 지시하는 프로그램 명령어에 의해 구현될 수 있다. 본 명세서에 기술된 방법들의 단계들의 순서는 변경될 수 있고 여전히 본 명세서의 범위 내에 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 실시예들에 대한 이들 및 기타 변형은 본 명세서에 의해 커버되는 것으로 의도되고, 이는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정된다.

Claims (24)

  1. 빔 경로를 따라서 제1 파장을 가진 제1 레이저 광을 산출하고 상기 빔 경로를 따라서 제2 파장을 가진 제2 레이저 광을 산출하도록 구성된 레이저 광원; 및
    빔 스플리터 모듈;
    을 구비하고
    상기 빔 스플리터 모듈은:
    상기 빔 경로를 따라서 상기 제1 레이저 광을 수신하고 상기 제1 파장을 가진 상기 제1 레이저 광을 통과시키도록 구성된 제1 이색성(dichroic) 엘리먼트로서, 상기 빔 경로를 따라서 상기 제2 레이저 광을 수신하고 상기 제2 파장을 가진 상기 제2 레이저 광을 반사하도록 더 구성된 상기 제1 이색성 엘리먼트;
    상기 제1 이색성 엘리먼트로부터 반사된 상기 제2 레이저 광을 수신하고 상기 수신된 제2 레이저 광을 반사하도록 구성된 제1 미러;
    상기 제1 미러로부터 반사된 상기 제2 레이저 광을 수신하고 상기 수신된 제2 레이저 광을 반사하도록 구성된 제2 미러; 및
    상기 제1 이색성 엘리먼트로부터 상기 제1 레이저 광을 수신하고 상기 제1 파장을 가진 상기 제1 레이저 광을 통과시키도록 구성되고, 상기 제2 미러로부터 반사된 상기 제2 레이저 광을 수신하고 상기 제2 파장을 가진 상기 제2 레이저 광을 반사하도록 더 구성된 제2 이색성 엘리먼트;
    를 포함하고,
    상기 제2 이색성 엘리먼트는 조사(irradiation) 위치 근방의 타겟 재료로 상기 제1 레이저 광을 통과시키도록 더 구성되는 시스템.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 레이저 광원은 시드 레이저 인 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서, 상기 제2 파장을 가진 상기 제2 레이저 광을 반사하도록 구성된 상기 제2 이색성 엘리먼트는 상기 조사 위치로 상기 제2 레이저 광을 반사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 제1 레이저 광은 프리펄스 빔이고 상기 제2 레이저 광은 메인펄스 빔인 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 제1 파장을 가진 상기 제1 레이저 광을 통과 시키고 상기 제2 파장을 가진 상기 제2 레이저 광을 반사하도록 구성된 상기 제1 이색성 엘리먼트, 및 상기 제1 파장을 가진 상기 제1 레이저 광을 통과 시키고 상기 제2 파장을 가진 상기 제2 레이저 광을 반사하도록 구성된 상기 제2 이색성 엘리먼트는 각각 상기 제1 이색성 엘리먼트와 상기 제2 이색성 엘리먼트 상의 이색성 코팅에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 제1 미러는 평판 반사 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 제1 미러는 만곡된 반사 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 제2 미러는 평판 반사 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 제2 미러는 만곡된 반사 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제1 항에 있어서, 상기 제1 미러는 가변(deformable) 미러인 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제1 항에 있어서, 상기 제2 미러는 조정가능한(afjustable) 미러인 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제1 항에 있어서, 상기 제1 미러는 조정가능한 미러인 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제1 항에 있어서, 상기 제2 미러는 가변 미러인 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제1 항에 있어서, 상기 제1 미러는 조정가능한 미러이며 가변 미러인 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 제1 항에 있어서, 상기 제2 미러는 조정가능한 미러이며 가변 미러인 것을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제1 항에 있어서, 상기 제1 이색성 엘리먼트는 조정가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  18. 제1 항에 있어서, 상기 제2 이색성 엘리먼트는 조정가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  19. 빔 경로를 따라서 제1 파장을 가진 레이저 프리펄스를 생성하는 단계;
    상기 레이저 프리펄스를 제1 이색성 엘리먼트와 제2 이색성 엘리먼트를 지나서 조사 위치 근방의 타겟 재료로 통과시키는 단계;
    상기 빔 경로를 따라서 제2 파장을 가지는 레이저 메인펄스를 생성하는 단계;
    상기 제1 이색성 엘리먼트에 의해 상기 레이저 메인펄스를 제1 미러로 반사하는 단계;
    상기 제1 미러로부터의 상기 레이저 메인펄스를 제2 미러로 반사하는 단계;
    상기 제2 미러로부터 상기 레이저 메인펄스를 상기 제2 이색성 엘리먼트로 반사하는 단계; 및
    상기 제2 이색성 엘리먼트로부터의 상기 레이저 메인펄스를 상기 조사 위치로 반사하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제19 항에 있어서, 상기 제1 미러로부터 상기 제2 미러로 상기 레이저 메인펄스를 반사하는 단계는 반사된 상기 레이저 메인펄스의 빔 특성을 변경시키기 위해 상기 제1 미러의 형상을 동적으로 변화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제19 항에 있어서, 상기 제2 미러로부터 상기 제2 이색성 엘리먼트로 상기 레이저 메인펄스를 반사하는 단계는 상기 레이저 메인펄스를 상기 조사위치로 정렬시키기 위해 상기 제2 미러를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제19 항에 있어서, 상기 제1 미러로부터 상기 제2 미러로 상기 레이저 메인펄스를 반사하는 단계는 상기 레이저 메인펄스를 상기 조사위치로 정렬시키기 위해 상기 제1 미러를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제19 항에 있어서, 상기 제2 미러로부터 상기 제2 이색성 엘리먼트로 상기 레이저 메인펄스를 반사하는 단계는 반사된 상기 레이저 메인펄스의 빔 특성을 변경시키기 위해 상기 제2 미러의 형상을 동적으로 변화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 내부에서 구현되는 프로그램을 구비하는 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체로서, 상기 프로그램은 펄스 반사로부터 레이저 펄스 광원을 보호하는 방법을 실시하기 위해 프로세서에 의해 실행가능하는 상기 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체에 있어서, 상기 방법은:
    빔 경로를 따라서 제1 파장을 가지는 레이저 프리펄스를 생성하는 단계;
    상기 레이저 프리펄스를 제1 이색성 엘리먼트 및 제2 이색성 엘리먼트를 지나 조사 위치 근방의 타겟 재료로 통과시키는 단계;
    상기 빔 경로를 따라서 제2 파장을 가지는 레이저 메인펄스를 생성하는 단계;
    상기 제1 이색성 엘리먼트에 의해 상기 레이저 메인펄스를 제1 미러로 반사하는 단계;
    상기 제1 미러로부터 제2 미러로 상기 레이저 메인펄스를 반사하는 단계;
    상기 제2 미러로부터 상기 제2 이색성 엘리먼트로 상기 레이저 메인펄스를 반사하는 단계, 및;
    상기 제2 이색성 엘리먼트로부터 상기 조사 위치로 상기 레이저 메인펄스를 반사하는 단계;
    를 포함하는 특징으로 하는 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체.
KR1020147036609A 2012-05-31 2013-05-01 레이저 광원으로부터 메인펄스와 프리펄스 빔을 분리하는 시스템 및 방법 KR102109396B1 (ko)

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