KR20020070128A

KR20020070128A - 레이저의 출력 빔 특성을 최적화하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20020070128A
Application number: KR1020020010238A
Authority: KR
Inventors: 비텐슨스티븐엔.
Original assignee: 에이에스엠엘 유에스, 인크.
Priority date: 2001-02-27
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2002-09-05
Also published as: KR100807678B1; US6570713B2; EP1235314A3; JP2002280651A; EP1235314A2; US20020118721A1

Abstract

굴절 광학 요소를 사용하여 레이저 방사로부터 불필요한 파장 요소를 감소시키거나 제거하는 것에 관한 것이다. 여기에 설명된 방법과 장치는 레이저 방사의 파장 요소를 분산적으로 분리시키도록 레이저 내에 존재하는 하나 이상의 광학 요소의 평행도에 대한 변경을 도입한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 평행도의 변경은 부가 광학 요소가 도입되지 않거나 레이저의 작동 능력이 감소되지 않으면서 파장 요소의 분리를 달성하도록 출력 커플러, 내공동 편광 광학 요소 및 외공동 빔스플리터로 이루어질 수 있다. 부가 광학 요소는 레이저 빔이 레이저 공명기를 떠난 후에 파장 요소의 추가 분리를 달성하도록 이용될 수 있다.

Description

레이저의 출력 빔 특성을 최적화하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR OPTIMIZING THE OUTPUT BEAM CHARACTERISTICS OF A LASER}

본 발명은 일반적으로 광학 시스템의 파장 분산에 관한 것이다.

분자 플루오르 가스 레이저는 강한 자외선 레이저 광원을 생성하는 데 이용된다. 이 광원은 원자 및 분자 연구, 광학 및 기계적 요소 개발, 사진 석판술과 같은 다양한 적용예에 이용된다.

분자 플루오르 가스층은 156 내지 158 nm의 스펙트럼 영역(이후에 "자외선" 레이저 방사로 언급됨)에서 자외선을 통상 방사한다. 분자 플루오르 가스 레이저는 또한 적외선 스펙트럼 영역 근처의 가시 영역 내의 600 내지 800 nm 사이의 스펙트럼 영역에서 광을 방사한다. 이 방사 밴드는 이후에 "적색선" 방사로 언급된다.

이 적색선 방사의 존재는 사진 석판술과 같이 자외선 방사를 이용할 수 있는 적용예에 종종 바람직하지 못하다. 다양한 기술은 적색선 방사를 감소시키거나 제거하는 데 이용될 수 있다. 이 기술은 레이저의 가스 조성, 파장 분산 기술, 파장 선택 광학 코팅에 대한 변경을 포함한다. 그러나, 이 기술은 레이저의 성능을 감소시킬 수 있다.

예를 들면, 하나의 기술이 적색선 방사를 감소시키거나 제거하기 위해 레이저의 가스 조성을 변경하지만, 특히 (예를 들어 펄스식 또는 절환식 레이저 실행으로서) 레이저 사진 석판술에 바람직한 높은 (수 킬로헤르츠의) 반복율로, 전체 레이저 성능을 감소시킨다.

일 특정 실시예에서, 네온 가스는 적색선을 감소시키거나 제거하기 위해 레이저 가스 혼합물 내의 헬륨 가스를 대신한다. 네온의 단점은 헬륨보다 훨씬 비싸며 높은 반복율로 성능을 감소시킬 수 있는 것이다.

또한, 분자 플루오르 가스 레이저로부터의 적색선 방사는 현 기술로는 효과적으로 제거되지 않는 상당한 초방사 특성을 가진다. 예를 들면, 레이저 공명기의 높은 반사기 단부에서의 레이저 스펙트럼선 선택 기술의 도입이 파장 분산 효과를 가질 것임은 공지되어 있다. 불행하게, 이러한 분산 레이저선 선택 기술을 이용한 분자 플루오르 가스 레이저는 적색선 방사 성분에서 출력 에너지의 2 % 이상을 여전히 방사할 수 있다.

더욱이, 레이저 공명기의 내부 또는 외부인 광학 표면 상의 선택 코팅은 적색선 방사 성분을 감소시킬 수 있지만, 광학 방출 시스템을 복잡하게 한다. 예를 들면, 파장 선택 광학 코팅은 적색선 방사를 제거하도록 이용될 수 있지만, 레이저의 신뢰성, 내구성 및/또는 성능을 통상 저하시킨다.

따라서, 상기 관점에서, 레이저의 출력 빔 특성을 최적화하기 위한 방법과 장치가 요구된다. 이러한 방법 및 장치는 레이저 또는 광학 시스템 성능을 손상시키지 않고서 적색선 방사를 출력 빔으로부터 제거하는 데 필요하다. 또한, 레이저의 효율적인 출력 에너지가 감소되지 않으면서 적색선 방사 성분을 제거할 수 있는방법 및 장치가 요구된다.

본 발명은 이러한 방법과 장치에 의해 도입된 임의의 광학 손실을 최소화하면서 불필요한 파장 요소를 레이저원의 방사로부터 감소시키거나 제거하도록 렌즈와 같은 굴절 광학 요소를 이용한다. 방법 및 장치는 현재 기술에서의 손실을 감소시키고 전체 레이저 성능을 향상시킨다. 시스템 성능은 넓은 범위의 적용예에서 적색선 방사를 감소시키거나 제거함으로써 향상된다. 일 실시예에서, 본 발명은 적색선 방사를 레이저의 출력 빔으로부터 제거한다. 다른 실시예에서, 본 발명은 적색선 방사를 빔 모니터링 및/또는 빔 조절 요소로부터 제거한다.

상기 방법은 레이저 방사로부터 파장 성분을 분산시키도록 광학 요소의 평행도를 변경한다.

본 발명의 장점은 적색선 방사를 출력 레이저 빔의 자외선 방사로부터 분산적으로 분리시킴으로써 레이저 빔스플리터의 성능을 향상시키는 것이다.

본 발명의 다른 장점은 출력 모니터링 또는 펄스 에너지 조절을 위해 발출된 광 일부의 설계 제어를 향상시키는 것이다. 또 다른 장점은 본 발명이 모니터링과 조절 기능을 위해 적색선 및 자외선 성분을 분리시킬 수 있다는 것이다.

여기에 포함되고 명세서의 일부를 이루는 첨부 도면은 본 발명을 도시하며, 또한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하고 관련 기술 분야의 숙련자가 본 발명을 이루고 이용할 수 있도록 한다.

도1a은 본 발명의 실시예에 따른 광학 투영 시스템의 개략도.

도1b은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 투영 시스템의 개략도.

도2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 투영 시스템의 개략도.

도2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 투영 시스템의 개략도.

도3은 본 발명의 추가 실시예에 따른 광학 투영 시스템의 개략도.

도4a는 본 발명의 다른 추가 실시예에 따른 광학 투영 시스템의 개략도.

도4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 투영 시스템의 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101 : 프리즘

102a,102b : 표면

104 : 빔

108, 112 : 자외선 성분

110, 114 : 적색선 성분

116 : 반사기

118 : 레이저 이득 매체

120 : 레이저 출력 커플러

130a : 쐐기각

본 발명은 이제 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다. 도면에서, 동일한 도면 부호는 동일하거나 기능적으로 유사한 요소를 나타낸다. 더욱이, 도면 부호의 최좌측 수는 도면 부호가 먼저 나타나는 도면을 나타낸다.

Ⅰ. 개관

본 발명은 레이저의 출력 빔 특성을 최적화한다. 일 실시예에서, 이는 사진 석판술에 이용된 광학 시스템에서 얻어진 화질을 향상시킬 수 있다. 본 발명을 설명하기 위해, 용어 절은 개관 절 뒤에 제공된다. 개관 절은 본 발명의 방법 및 장치를 설명한다. 빔 특성의 최적화 절은 용어 절 뒤에 오며, 본 발명의 방법 및 장치를 더 상세하게 논한다. 최종적으로, 예시적 실시 절은 여기(도1a 내지 도4b)에 교시된 본 발명의 실시예 논의를 더 제공한다.

Ⅱ. 용어

본 발명을 더 명백하게 도시하기 위해, 가능한 한 일관되게 이하의 용어 정의를 하도록 명세서 전체에 걸쳐 노력하였다.

"자외선"이라는 용어는 156 내지 158 nm 영역의 광을 포함하지만 이에 제한되지 않는 파장 스펙트럼의 자외선 영역에의 광 방사를 말한다. 또한 "자외선 방사" 및 "자외선 광"이라는 용어가 유사하게 이용된다.

"적색선"라는 용어는 600 내지 800 nm 영역의 광을 포함하지만 이에 제한되지 않는 적색의 가시광선과 관련된 파장 스펙트럼의 영역의 광 방사를 말한다. 또한, "적색선 방사" 및 "적색광"이라는 용어가 유사하게 이용된다.

"가스 조성"이라는 용어는 용기/공동 내에 저장되고 광 생성에 이용되는 분자 가스(유체)의 조성 및 상태 정보를 말한다.

"파장 분산"이라는 용어는 다양한 색 성분이 분리되고 분산되는 광선에 대해 물질이 갖는 효과를 말한다. 이는 진공에서의 광속과 물질에서의 광속 간의 비율을 굴절률(n)이라 하는 것을 인식하는 데 보다 쉽게 이해된다. 굴절률은 광선을 위해 매체로서 기능을 하는 재료의 화학적 및 물리적 구조를 변경함으로써 변화될 수 있다. 일반적으로, 파장이 다른 광의 조합인 광선이 물질을 통과할 때, 물질은 광 성분을 분산시킨다. 이는 각 성분이 물질 내에서 상이한 속도로 이동하기 때문에 발생하여, 원래 빔을 희미하게 한다. 통상, 청색광 방사는 물질을 통해 가장 느려져서 가장 멀리 편향되며, 적색광 방사는 물질을 통해 가장 빨리 이동하여 가장 적게 휘어진다. 그 결과가 파장에 따른 분산이다.

"레이저 공명기"라는 용어는 대향 단부 상의 거울과 단부들 사이에 레이저 매체를 갖는 영역을 말한다. 통상, 레이저 매체로부터의 자극된 방사는 거울들 사이에서 공명되며, 거울들 중 하나는 어떤 광을 레이저 빔으로서 나오게 한다.

"유속량(fluence)"이라는 용어는 주어진 시간에 표면을 통과하는 다수의 광자인 유속(flux)의 시간 적분을 말한다.

Ⅲ. 빔 특성의 최적화

본 발명은 레이저의 출력 빔 특성을 최적화하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 출력 빔 특성은 레이저에서 방사된 빔의 에너지와 파장을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 방법은 적색선 성분을 레이저 방사의 자외선 성분에서 분산적으로 분리시키기 위해 레이저 내의 하나 이상의 광학 요소의 평행도를 변경한다.

본 발명의 방법 및 장치에 따르면, 변경이 이루어질 수 있는 광학 요소의 세트는 출력 커플러, 필요하다면 내공동 편광 광학 요소 및 외공동 빔스플리터를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 외공동 빔스플리터는 빔 모니터링 및/또는 펄스 에너지 조절 시스템의 부분으로서 통상 이용된다.

본 발명은 전술된 요소에 대해 여기에서 설명되는 한편, 이는 편의를 위한 것일뿐이며 그 적용예에 제한되도록 의도되지 않는다. 사실상, 이하의 설명을 읽은 후에는 적색선 및 자외선 방사 성분의 분리를 달성하도록 부가 광학 요소를 사용하여 본 발명의 방법 및 장치를 실행하는 방법이 관련 기술 분야의 숙련자에게 명백할 것이다.

상기 실시예에서, 굴절/분산 광학 요소의 도입으로 인한 분자 플루오르 자외선 레이저 방사 선(통상 1 피코미터 스펙트럼 폭)의 분산 (각을 이룬) 퍼짐은 2 마이크로-라디안을 초과하지 않는다. 이러한 작은 각을 이룬 퍼짐은 1 내지 15 밀리-라디안의 범위에서 특징적으로 1000배 이상 큰 레이저 빔 발산과 비교하여 무시할만 하다. 따라서, 광학 요소의 평행도에 대한 변경은 분명히 출력 빔 특성을 바꾸지 않는다. 따라서, 적색선 및 자외선 빔은 여기에 설명된 나쁜 영향없이 분리된다.

일 실시예에서, 본 발명은 출력 레이저 빔의 자외선광 방사로부터 적색선을 분산적으로 분리시켜서 레이저 빔스플리터의 성능을 향상시켜서, 빔스플리터에서 큰 파장 선택도를 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 자외선광 방사로부터 적색선의 분리는 출력 모니터링 또는 펄스 에너지 조절을 위해 발출된 광 방사의 일부의 설계 제어를 향상시킨다. 또 다른 실시예에서, 본 발명은 모니터링과 조절 기능을 위해 적색선과 자외선광 방사를 분리한다.

본 발명의 실시예에서, 본 발명의 방법 및 장치를 사용하여 실행된 광학 요소는 레이저 출력의 편광을 향상시키기 위해 그리고/또는 레이저에 요구된 광학 표면의 수를 감소시키기 위해 내공동 편광 요소를 갖는 분산 특성을 통합할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 본 발명의 방법 및 장치는 굴절을 통해 레이저 빔 폭을 증가시킴으로써 2개 중 한 요소까지 또는 대략 초과할 만큼 레이저 출력 빔의 유효한 유속량을 감소시키는 데 이용될 수 있다. 이는 차례로 출력 커플러, 레이저 빔스플리터 및 방출 시스템의 후속 광학 요소의 작동 수명을 증가시킬 수 있다.

다른 실시예에서, 출력 빔의 지시 방향을 바꾸는 레이저의 출력 단부에서의 단일 굴절 성분은 적색선을 제거하고 레이저 빔의 최초 지시 방향을 회복하기 위해 부가 굴절 성분으로 보충될 수 있다.

여기에 논의된 실시예에서, 본 발명의 방법 및 장치는 레이저 내의 광학 표면의 전체 수를 증가시키지 않거나, 파장 선택 광학 코팅에 따라 좌우되지 않거나, 레이저 이득 매체를 변경하지 않고서 실행된다.

여기에서 논의된 실시예가 분자 플루오르 가스 레이저의 특성과 결합하여 설명되지만, 본 발명의 방법 및 장치는 여기에 설명된 교시에 기초하여 관련 기술 분야의 숙련자에게 명백할 다른 레이저 장치에 적용할 수 있음을 유의해야 한다.

Ⅳ. 예시적 실시

여기에 설명된 본 발명의 실시예는 관련 기술 분야에서 공지된 광학 요소를 포함한다. 광학 요소 또는 장치는 거울(금속 또는 그 반대), 렌즈(유리 또는 그 반대) 등을 포함한다. 이들 요소의 표면은 방사선이 이들을 통과하는 방식을 변경하도록 코팅될 수 있다. 또한, 광학 요소의 기본 형상은 방사선이 이들을 통과하는 방식을 변경하도록 변경될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 광학 요소와 이들 변경의 조합은 본 발명의 방법을 형성하고 레이저의 출력 특성을 향상시킨다.

예를 들면, 빔스플리터는 광선을 2개 이상의 경로로 분할하기 위해 하나 이상의 거울이나 프리즘을 이용하는 광학 장치일 수 있다. 모니터링 장치는 주어진 영역 또는 체적에서의 방사량(즉, 광 방사 또는 에너지 또는 광자수)을 결정할 수 있는 광자 측정 장치일 수 있다. 이 장치는 방사 분리를 결정하거나 다르게는 레이저 출력 빔을 특징짓는 데 이용될 수 있다. 출력 커플러 또는 레이저 출력 커플러는 레이저 공동(즉, 공명기 또는 발진기)의 외부로 광자를 얻기 위한 장치 또는 거울일 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 광학 요소는 브루스터각(Brewster's angle)을 이용하도록 정렬된다. 굴절율이 다른 2개의 재료 사이의 평면 경계 상에서 광입사에 대해, 그 입사각에서 전파 방향과 표면에 대한 법선에 의해 한정된 평면에 그의 전기장 벡터를 갖는 광에 대한 반사율은 0(영)이다. 물질 1에서 물질 2로의 전파에 대해, 브루스터각은 tan^-1(n2/n1)으로 주어진다.

본 발명의 실시예를 설명하는 도면에서 반사 및 굴절 공간 및 각 변위 (또는 표면에서의 편향)은 예시적인 목적을 위해 도시되며 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는다.

본 발명의 실시예는 이제 상세하게 설명된다. 광학 요소의 대부분은 레이저 이득 매체의 출력 단부에 있다. 본 발명의 여러 실시예에서, 출력 커플러 표면은 광학 경로에 대해 직각이다. 본 발명의 많은 실시예에서, 브루스터각의 창은, 사용된다면, 코팅된 표면을 갖지 않는다.

본 발명의 일정 실시예에서, 엑시머 레이저(eximer laser)를 위한 출력 커플러 표면은 원하는 파장에서 최적 반사율을 위해 코팅되지 않거나 코팅될 수 있다. 관련 기술 분야의 숙련자는 레이저 에너지가 코팅되지 않은 출력 커플러를 통해서보다 더 많이 전달되기 때문에 코팅되지 않은 출력 커플러가 통상 더 바람직하다고 고려된 교시에 기초하여 인식한다.

다른 실시예에서, 관련 기술 분야의 숙련자가 적어도 여기서의 교시에 기초하여 인식하는 것과 같이, 빔스플리터와 같은 프리즘은 유사한 이유로 코팅되지 않거나 코팅될 수 있다.

도1a에는 본 발명의 실시예에 따른 변경된 광학 요소의 개략도가 도시된다. 쐐기형 분산 프리즘(101)은 출력 에너지 모니터링과 조절을 위해 레이저에 통상 이용된 평행하게 대면된 빔스플리터를 대신한다. 이 요소는 또한 레이저 출력 커플러를 대신할 수 있어 레이저의 광학 요소 및 표면의 전체 수를 감소시킨다.

쐐기형 프리즘(101)은 나가는 레이저 빔과 반사된 (모니터링) 빔 모두의 자외선 및 적색선 성분을 빔스플리터로부터 분산적으로 분리시킨다. 도1a에서, 레이저 빔(104)은 표면(102a)에서 프리즘(101)으로 진입한다. 표면(102a)은 저손실을 위해 반사 방지 코팅이 되거나 코팅되지 않을 수 있다. 일 실시예에서, 빔스플리터 표면(102a)은 표면(102a)으로부터 반사된 임의의 광(106)이 레이저 공명기의 실행을 방해하는 방식 또는 강도로 레이저 공명기(100A)로 재진입하지 않도록 지향될 수 있다. 일 실시예에서 프리즘(101)은 빔스플리터일 수 있다.

요약하면, 표면(102a)은 빔(104)에 대해 각을 이루며, 코팅되거나 코팅되지 않을 수 있다. 표면(102b)은 빔스플리터 표면으로서 기능을 하며 또한 빔에 대해 각을 이룬다. 시스템(100A)은 레이저 이득 매체(118)의 외부에서 적색선을 자외선으로부터 분리시킨다.

도1b에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에서, 표면(102a)은 레이저 출력 커플러 표면으로서 사용될 수 있다. 특정 레이저의 특성에 따라, 표면(102a)은 부분적으로 반사 코팅으로 코팅되거나 코팅되지 않을 수 있다. 일 실시예에서, 엑시머 레이저는 출력 커플러 표면으로서 코팅되지 않은 표면(102a)을 이용할 수 있다. 표면(102a)이 출력 커플러로서 이용된다면, 도1b에 도시된 바와 같이 그 다음으로 빔의 경로(104)를 따라 빔 경로(106)를 복귀시키도록 정렬된다.

실시예에서, 표면(102a)이 출력 커플러 표면으로서 이용되지 않는다면, 빔스플리터는 반사된 빔 경로(106)가 경로(104)와 동일선 상에 있지 않거나 빔 모니터링 경로(112)에 접근하지 않도록 기울어질 수 있다.

시스템(100A)은 반사기(116) 및 레이저 출력 커플러(120)와 함께 레이저 이득 매체(118)를 보여준다. 반사기(116)은 파장 선택 및/또는 좁은 선 특성을 포함할 수 있는 높은 반사 장치일 수 있다. 출력 커플러(120)는 광선이 요소(116, 118, 120)에 의해 형성된 공명기를 떠나는 것을 허용한다.

출력 커플러(120)는 파장 선택 및/또는 반사 방지 코팅을 갖는 (렌즈 또는 프리즘과 같은) 광학 요소를 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 광선(104)은 빔(104)과 표면(102a)의 법선 사이의 각도에 따라 굴절에 의해 방향이 변경될 수 있는 표면(102a)에서 빔스플리터(101)로 진입한다. 특정 적용에 따라 코팅되거나 코팅되지 않을 수 있는 제2 표면(102b)에 빔이 도달할 때, 빔의 부분이 표면(102b)을 통해 빔스플리터에서 나간다. 적색선 스펙트럼 성분(110)과 자외선 스펙트럼 성분(108)은 다른 각도로 빔스플리터(101)를 떠나며 적절한 개구 또는 추가로 빔 경로를 따른 빔 정지부에 의해 격리될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 표면(102a)과 표면(102b) 사이의 각도는 특정 적용예에 대해 적색선 경로(110)와 자외선 경로(108) 사이의 적절한 각 분리를 제공하도록 선택된다. 통상 코팅되지 않은 표면에 대한 입사빔의 3% 내지 6%의 범위에서 표면(102b)에서 반사된 빔은 표면(102a)을 통해 빔스플리터로 복귀하고 그에게서 나간다. 표면(102a)에서의 굴절은 적색선 성분(114)과 자외선 성분(112)을 더욱이 분산시킨다. 이는 레이저 검출기와 에너지 조절 시스템에서 격리된 자외선 빔으로서의 빔(112)의 적절성을 향상시킨다.

본 발명의 이 실시예를 적용하는 예시적 실시가 설명된다. 레이저 빔(104)은 표면(102a)에 대해 거의 직각 입사로 진입한다. 플루오르화칼슘 빔스플리터(101)의 표면(102a)과 표면(102b) 사이의 약 14도의 쐐기각은 약 8도의 빔(104)에 대한 빔(108)의 편향을 발생시키는 한편, 반사빔(112)은 진입빔(104)에 대해 약 45도로 표면(102a)을 통해 나간다.

더욱이, 표면(102a)과 표면(102b) 사이의 쐐기각은 빔(108)의 편향을 얻기 위해 3도 내지 40도 범위 내에 대략 있을 수 있다.

일 실시예의 도1a와 도1b 모두에서, 출력 레이저 빔의 적색선 성분(110)과 자외선 성분(108)은 약 4 mm 단면의 4 밀리라디안 발산빔에 대해 빔스플리터(101) 다음의 약 160 mm의 거리에서 완전히 분리될 것이다. 반사빔의 적색선 성분(114)과 자외선 성분(112)은 빔스플리터(101)에서 나간 후 약 60 mm의 거리에서 완전히 분리될 것이다.

본 발명의 이 실시예의 다른 예의 실행이 설명된다. 레이저 빔(104)은 표면(102a)에서의 법선에서 약 23도의 입사각으로 쐐기형 빔스플리터(101)를 진입한다. 플루오르화칼슘 빔스플리터(101)의 표면(102a)과 표면(102b) 사이의, 도1a에서 쐐기각(130a)과 도1b에서 쐐기각(130b)으로서 도시된 약 11도의 쐐기각은 약 8도의 빔(104)에 대한 빔(108)의 편향을 발생시킨다. 반사빔(112)은 표면(102a)에서 나간 후에 더 굴절된다.

더욱이, 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는 실시예에서, 표면(102a)과 표면(102b) 사이의 쐐기각은 빔(108)의 편향을 얻기 위해 3도 내지 40도 범위 내에 대략 있을 수 있다.

두 예시적 실시에서, 출력 레이저 빔의 적색선 성분(110)과 자외선성분(108)은 약 4 mm 단면의 4 밀리라디안 분산빔에 대해 빔스플리터(101) 다음의 약 150 mm의 거리에서 완전히 분리될 것이다. 반사빔의 적색선 성분(114)과 자외선 성분(112)은 빔스플리터(101)를 나간 후 약 40 mm의 거리에서 완전히 분리될 것이다.

특정 적용예를 위한 빔스플리터(101)의 설계에 대한 더 상세한 설명은 파장, 굴절율, 임계각, 코팅, 빔경로의 원하는 편향, 반사빔(112, 114)으로 전환된 레이저 빔의 원하는 굴절, 임의의 빔 검출 장치의 물리적 위치를 고려할 것을 포함한다.

도2a에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 변경된 광학 요소의 개략도가 도시된다. 이 실시예는 레이저 출력 커플러(120)와 도1a과 도1b의 빔스플리터(101) 중 하나 또는 둘 모두를 쐐기형 분산 광학으로 대체할 수 있다.

시스템(200A)은 반사기(218), 레이저 이득 매체(220) 및 레이저 출력 커플러(222)를 포함한다. 다른 실시예에서는 도2b에 도시되고 여기에 설명된 바와 같이 표면(202b, 202a) 중 하나 또는 둘 모두가 요소(222) 대신에 레이저 출력 커플러로서 단독으로 또는 조합하여 이용될 수 있다.

더욱이, 도시되지는 않았지만 출력 커플러(222)는 요소(201, 211)들 사이에 위치될 수 있다.

도2a 및 도2b 모두에서, 통상 평행하게 대면된 레이저 출력 커플러(관련 기술 분야의 숙련자가 적어도 여기에 설명된 교시를 기초로 하여 인식하는 바와 같이 통상 1도 이하인 매우 약간 쐐기형인 출력 커플러가 몇몇의 레이저에 이용됨)는 레이저 매체의 광학축에 대한 브루스터각으로 양호하게 지향되지만 다른 각도일 수 있는 표면(202a)을 통해 빔(204)이 진입하는 쐐기형 광학 요소(201)로 이 실시예에서 대체된다. 일 실시예에서, 이 표면이 브루스터각으로 지향되어 레이저의 내공동 편광이 향상된다.

굴절된 적색선 성분(206)과 굴절된 자외선 성분(210)은, 자외선 성분(210) 방향에 직각으로 지향될 수 있고 특정 적용예와 레이저와 이득 특성에 의해 얻어지는 것과 같이 광학적으로 코팅되거나 코팅되지 않을 수 있는 출력 커플러 표면으로서 기능을 할 수 있는, 표면(202b)으로 커플러(201)을 통과한다.

일 실시예에서, 표면(202b)이 출력 커플러 표면으로서 이용되지 않는다면, 그 다음에 레이저 파장을 위해 반사 방지 코팅될 수 있고 그리고/또는 복귀 반사가 레이저 이득 매체로 피드백을 제공하지 않는 것을 보장하도록 지향될 수 있다.

표면(202a)과 표면(202b)에서의 굴절은 빔(204)의 적색선 성분(208)과 자외선 성분(210)을 분리시킨다. 쐐기의 분사는 적색선 성분(206)의 표면(202b)으로부터의 복귀 반사가 자외선 성분(210)과 정렬되지 않아서 적색선 이득을 감소시키는 것을 보장한다.

전술된 출력 커플러 실시예의 예시적 실시에서, 출력 커플러(201)는 156 내지 158 nm 범위의 파장의 광을 통과시키는 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 이 재료는 플루오르화칼슘이다. 약 157 nm에서 이용하도록 설계된 플루오르화칼슘 출력 커플러(201)는 표면(202a)과 표면(202b) 사이의 약 33도의 각도를 가질 수 있으며, 출력 커플러에 의한 자외선 레이저 빔(210)의 편향은 빔(204)로부터 약 25도일것이다. 출력의 적색선 성분(208)과 자외선 성분(210)은 커플러(201)에서 나간 후 약 70 mm의 거리에서 완전히 분리될 것이다.

나가는 빔의 유속량(단위 면적당 에너지)은 감소될 것이고 빔 폭은 표면이 평행한 출력 커플러에 대한 공칭값에서 약 35 %만큼 증가되는데 이는 굴절각에 의한 것이다. 자외선 성분(210)은 레이저의 출력으로서 이용될 수 있으며, 빔 정지부 또는 개구는 적색선 성분(208)을 차단하도록 이용될 수 있다.

더욱이, 표면(202a)과 표면(202b) 사이의 쐐기각은 빔(210)의 편향을 얻기 위해 3도 내지 40도 범위 내에 대략 있을 수 있다.

다른 실시예에서, 출력 커플러 표면(202b)은 불안정한 공명기 또는 다른 레이저 공명기 시스템의 부분으로서 (예를 들어, 구형 또는 원통형과 같이) 만곡되거나 평평할 수 있다.

도2b는 출력 커플러(201)에서 나가는 레이저 빔(210)이, 거의 직각 입사 또는 다른 각도일 수 있고 출력 커플링 표면으로서 레이저로 피드백을 제공할 수 있거나 반사 방지 코팅될 수 있는, 표면(212a)을 통해 굴절 빔스플리터(211)로 진입하는 본 발명의 일 실시예를 또한 도시한다.

적색선 성분(208)은 적절한 빔 정지부에 의해 차단되거나 전체적으로 빔스플리터(211)에서 빗나가게 될 수 있는 자외선 성분(210)으로부터 적절히 분리된다.

표면(212c)으로부터의 반사빔(214)은 예를 들어 빔 모니터링 또는 에너지 조절 장치쪽으로 표면(212b)를 통해 빔스플리터(211)의 외부로 안내된다. 일 실시예에서, 표면(212b)은 레이저 파장에 대해 반사 방지 코팅될 수 있다.

표면(212c)의 반사율은 원하는 반사율을 제공하도록 직각으로 편광된 빔(210)에 대해 그 각도로 선택될 수 있다. 이 표면은 나가는 빔에 대한 브루스터각의 사실상 근처로 이를 지향시킴으로써 편광된 빔의 출력에 대한 매우 낮은 반사율(저손실)로 설계될 수 있다. 이 반사율 요건은 빔 모니터링 장치의 감도에 의해 대체로 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 표면(212b)은 검출기로 프리즘 외부의 반사된 부분을 단순히 지나가며, 반사 방지 코팅되거나 나가는 광의 편리한 유도를 위해 각을 이룰 수 있다.

전술된 출력 커플러(201)와 빔스플리터(211)는 도2a에 도시된 바와 같이 조합하여 이용될 수 있다. 이 실시예에서, 광학 요소는 지시 방향과 통상 레이저 시스템의 광학 표면의 개수를 유지한다. 또한 본 발명의 실시예는, 출력 경로로 굴절 요소를 포함하지 않는 레이저에 대해, 출력빔의 적색선 요소(208)를 제거하고, 출력빔의 편광을 증가시키고, 2개의 출력 커플러 표면(202b, 212a) 사이의 선택을 제공하고, 빔스플리터 반사율의 설계 제어를 추가하고, 출력빔 지시를 유지(또는, 그의 제어를 부가)한다.

실시예에서, 표면(202b 및/또는 212a)은 예컨대 불안정한 공명기 시스템의 일부로서 레이저 공명기의 특성을 바꾸기 위해 평평하거나 예를 들어 구형 또는 원통형과 같이 만곡될 수 있다.

전술된 플루오르화칼슘 쐐기형 출력 커플러(201)의 예시적 실시는, 약 100 mm로 요소(201, 211)가 분리되어 자외선 성분(210)은 원래의 전파축으로부터 약 50 mm만큼 횡방향으로 변위되고, 적색선 성분(210)과 자외선 성분(208)의 중심들은 약9 mm만큼 분리된다. 빔스플리터(211)의 물리적 치수와 면 대 면 각은 요소(201)의 것과 동일하게 선택되거나, 특정 적용예 또는 필요에 따라 다르게 선택될 수 있는데, 이는 도1a 및 도1b에 대해 전술된 바와 같다.

본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(200A)에서, 빔(210)은 법선에 대해 약 7도로 프리즘(211)에 진입하고, 브루스터각에 대해 약 5도로 표면(212c)을 나간다. 이 경우의 프리즘의 쐐기각은 약 35도이며 표면(212b)은 프리즘(211)으로부터 검출기/조절 장치로 반사된 빔 부분의 90도 편향을 제공하도록 [빔(204)에 대해] 수평선에 대해 약 18도로 있다. 이 예에서 주 레이저 빔(216)은 초기 빔 방향(204)에 거의 평행하게 프리즘(211)을 나간다.

요약하면, 표면(202a)은 브루스터각의 사실상 근처에서 정렬된다. 표면(202b)은 빔(210)에 대해 각을 이룬다. 표면(202b)에서의 굴절과 반사는 도시되지 않음을 알아야 한다. 표면(202b)은 코팅되거나 코팅되지 않을 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 프리즘(201, 211)은 빔스플리터일 수 있다. 프리즘(211)은 빔(210)에 대해 각을 이룬 표면(212a)을 갖는다. 표면(210)은 전술된 바와 같이 코팅되지 않거나 코팅될 수 있다. 프리즘(201)은 적외선 및 자외선 광을 분산시킨다. 프리즘(211)은 빔스플리터로서 기능을 하며 빔(204)에 평행한 빔(216)을 정렬시키는 기능을 한다.

시스템(200B)에서, 빔(210)은 법선에 대해 약 7도로 빔스플리터(211)로 진입하고, 브루스터각에 대해 약 5도로 표면(212c)을 나간다. 이 경우의 프리즘의 쐐기각은 약 35도이며, 표면(212b)은 빔스플리터(211)로부터 검출기/조절 장치로 반사된 빔 부분의 90도 편향을 제공하도록 [빔(204)에 대해] 수평선에 대해 약 18도이다. 이 예에서, 주 레이저 빔(216)은 초기 빔 방향(204)에 거의 평행하게 빔스플리터(211)를 나간다.

본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(200B)에서, 프리즘(201)과 프리즘(211)들 중 하나 또는 둘 모두는 출력 커플러로서 기능을 할 수 있다.

도3에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 변경된 광학 요소의 개략도가 도시된다. 시스템(300)은 파장 선택 및/또는 좁은 선 특성을 포함할 수 있는 반사기(316)를 포함한다. 레이저 이득 매체(320)은 전술한 바와 같이 시스템(100A, 100B)에서 실행된 레이저 이득 매체와 유사하다. 브루스터각의 창 장치(318)는 레이저 출력의 몇몇 편광을 제공하고, 엑시머 레이저를 사용하는 실시예에서 레이저의 가스 배출 용기를 위한 밀봉 표면을 또한 포함할 수 있다.

분산 광학 요소(301)는 공칭으로 브루스터각 편광 요소 내공동을 레이저로 대체한다. 이 실시예에서, 표면(302a)과 표면(302b) 사이의 쐐기각은 주어진 적용을 위해 레이저 방사(304)의 적색선 성분(310)와 자외선 성분(312)의 요구되는 공간 및 각의 분리를 달성할 가장 작은 각도로 통상 선택된다.

이러한 쐐기각의 최소화는 레이저 출력의 최소 손실로 요소(301)의 편광 특성을 유지한다. 예에서, 표면(302a, 302b)으로부터 약 5도인 플루오르화칼슘 쐐기각은 표면(302a, 302b)이 서로에 대해 평행하다면 그 방향으로부터 약 5도로 빔이 편향되고 광학 요소 다음에 약 350 mm에서 분리를 달성한다.

일 실시예에서, 표면(302a)의 요소는 엑시머 레이저의 가스 용기(이득 매체용기)의 밀봉 경계부로서 기능을 할 수 있다. 다른 실시예에서, 빔 변위 보상은 표면(302a)의 요소를 배치하여 요구되거나 의도되는 것보다는 정렬의 편의성의 문제이다.

다른 실시예에서, 표면(302b)은 빔(308, 306)들 중 어느 하나 또는 둘의 모두가 효과적으로 전달되도록 브루스터각과 약간 떨어지고 코팅되지 않는다.

도4a에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변경된 광학 요소의 개략도가 도시된다. 시스템(400A)은 반사기(416)와 레이저 이득 매체(418)을 포함한다. 레이저 출력 커플러(420)는 여기에서 설명된 출력 커플러와 같이 유사한 기능을 제공한다.

도4b에 도시된 다른 실시예에서, 출력 커플러(420)는 제거되고 표면(402a)은 그의 기능을 제공하도록 변경된다. 일 실시예에서, 표면(402a)은 반사 방지 코팅의 적용으로써 변경될 수 있다.

빔스플리터(401)의 표면(402a)은 입사 레이저 빔(404)에 대해 약 45도로 종래의 방식으로 이용되어, 빔 모니터링 및 조절 장치를 가능한 향해서, 부분(406)을 반사한다.

빔스플리터(401)는 표면(402a, 402b) 사이에서 쐐기형이어서 분산은 레이저 출력 빔의 적색선 성분(412)과 자외선 성분(414)을 분리시킨다.

실시예에서, 쐐기각은 레이저로부터의 요구된 거리 내에 요소(412, 414)를 용이하게 분리하기에 충분히 크도록 선택된다. 예를 들면, 적용예는 빔이 레이저 섀시에서 나갈 수 있는 각도에 대한 몇몇 제한에 의해 한정될 수 있다.

실시예에서, 표면(402a, 402b)의 약 5도인 플루오르화칼슘 쐐기각은, 종래의 평면이고 평행한 빔스플리터를 사용하여 얻어진 방향으로부터 약 5도만큼 빔이 편향되어서, 광학 요소 다음의 약 350 mm 거리에서 적색선 성분(412)와 자외선 성분(414)의 분리를 달성한다.

Ⅴ. 다른 실시

본 발명의 실시예 및 실시가 레이저 출력 커플러에 대한 변경과 레이저 출력 커플러 다음의 빔스플리터 광학 요소의 부가 또는 변경에 대해 앞에서 설명되지만, 본 발명이 이들 요소로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 다른 광학 요소의 세부 사항와 형태의 다양한 변화가 동일한 결과를 달성하게 될 수 있다는 것은 본 기술 분야의 숙련자에게 명백할 것이다. 예를 들면, 여기에 설명된 바와 같이 레이저 출력빔의 방사를 분리시키기 위하여 여기에 설명된 실시예와 조합하여 또는 단독으로 (파장판 또는 그들의 조합과 같은) 내공동 편광 광학 요소로 변경이 이루어질 수 있다.

Ⅵ. 결론

본 발명의 다양한 실시예가 전술된 한편, 이들은 제한이 아니라 예로써 제시된 것을 알 수 있다. 세부 사항과 형태의 다양한 변화가 본 발명의 기술 사상과 범위에서 벗어나지 않고 그 안에서 이루어질 수 있다는 것은 관련 기술 분야의 숙련자에게 명백할 것이다. 이는 후에 개발될 수 있는 관련 기술 분야내의 기술과 용어의 관점에서 특히 사실이다. 따라서, 본 발명은 전술된 예시적인 실시예 중 하나로써 제한되지 않지만, 후속하는 특허청구범위와 그의 상응하는 것들에 따라서만 한정될 것이다.

상기 구성에 따른 광학 시스템은 적색선 방사를 출력 레이저 빔의 자외선 방사로부터 분산적으로 분리시킴으로써 레이저 빔스플리터의 성능을 향상시키며, 출력 모니터링 또는 펄스 에너지 조절을 위해 발출된 광의 굴절의 구조 제어를 향상시키며, 모니터링과 조절 기능을 위해 적색선과 자외선 성분을 분리시킬 수 있다.

Claims

광학 투영 시스템에 있어서,

적색선광 방사와 자외선광 방사를 포함하는 레이저 빔을 발생시키고 반사기 단부와 출력 단부를 포함하는 레이저 발생기와,

상기 적색선광 방사와 자외선광 방사가 상이한 방향으로 이동하도록 적색선광 방사를 자외선광 방사로부터 분리시켜서 상기 적색선광 방사의 존재가 레이저 빔 내에서 감소되도록 하는 상기 출력 단부에 위치된 파장-분산 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서, 상기 파장 분산 요소는 제1 표면과 제2 표면을 갖는 프리즘을 포함하며, 상기 제1 표면은 제2 표면에 대해 각을 이루며 배열되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제2항에 있어서, 상기 레이저 빔은 광학축을 따라 이동하며, 상기 제1 표면은 광학축에 직각으로 배열되며, 상기 제1 표면과 제2 표면 사이의 상기 각은 3 내지 40도 사이인 것을 특징으로 하는 시스템.
제2항에 있어서, 상기 레이저 빔은 광학축을 따라 이동하며, 상기 제1 표면은 광학축에 직각으로 배열되며, 상기 제1 표면과 제2 표면 사이의 상기 각은 0도보다 큰 것을 특징으로 하는 시스템.
제2항에 있어서, 상기 레이저 발생기는 반사기와 출력 커플러 사이에 레이저 이득 매체를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제5항에 있어서, 상기 출력 커플러는 그의 광학 표면 중 하나 이상의 반사율을 변경하는 광학 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제2항에 있어서, 상기 레이저 발생기의 출력 단부는 파장 분산적인 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서, 상기 레이저 발생기는 156 내지 159 nm 파장 범위를 포함하는 파장 범위에서 광을 방사하며 상기 파장 분산 요소는 플루오르화칼슘으로 만들어진 단일 쐐기형 프리즘으로 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서, 상기 레이저 발생기는 반사기와 파장 분산 요소 사이의 광학 경로를 따라 배열된 레이저 이득 매체를 포함하고, 상기 레이저 발생기는 157 nm인 파장을 포함하는 파장 범위에서 광을 방사하며, 상기 파장 분산 요소는 플루오르화칼슘으로 만들어진 단일 쐐기형 프리즘으로 구성되고 약 11도의 쐐기각을 가져서, 적색선광 방사가 상기 단일 쐐기형 프리즘을 나가는 출력 레이저 빔에서 자외선광 방사로부터 완전히 분리되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서, 상기 파장 분산 요소는 제1 및 제2 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제10항에 있어서, 상기 레이저 발생기는 반사기와 출력 커플러 사이에 레이저 이득 매체를 포함하며, 상기 제1 및 제2 프리즘은 상기 출력 커플러의 하류로 광학 경로를 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제10항에 있어서, 상기 레이저 발생기는 반사기와 제1 프리즘 사이에 레이저 이득 매체를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제12항에 있어서, 상기 레이저 발생기는 157 nm의 파장을 포함하는 파장 범위에서 광을 방사하며, 상기 제1 및 제2 프리즘은 플루오르화칼슘으로 만들어진 단일 프리즘으로 각각 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제10항에 있어서, 상기 제1 프리즘은 제1 및 제2 표면을 포함하고, 상기 제1 표면이 상기 제1 표면에 입사하는 상기 레이저 빔에 대한 브루스터각의 사실상 근처에서 위치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
광학 투영 시스템에 있어서,

적색선광 방사와 자외선광 방사를 포함하는 빔을 발생시키는 레이저 이득 매체와,

반사기와,

출력 커플러와,

각도 창 장치와,

파장 분산 요소를 포함하고,

상기 레이저 이득 매체, 반사기, 출력 커플러, 각도 창 장치, 및 파장 분산 요소는 공통 광학 경로를 따라 배열되며, 상기 파장 분산 요소는 적색선광 방사와 자외선 방사가 다른 방향으로 이동하도록 상기 적색선광 방사와 자외선광 방사를 분리시켜서 상기 적색선광 방사가 출력 커플러로부터의 레이저 빔 출력에서 감소되는 것을 특징으로 하는 시스템.
자외선광 조명을 갖는 사진 석판 시스템에 있어서,

적색선광 방사와 자외선광 방사를 포함하는 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생기와,

상이한 방향으로 이동하도록 상기 적색선광 방사를 자외선광 방사로부터 분리시켜서, 적색선광 방사가 감소된 출력 빔이 십자선을 조명하고 제작 중의 재료를 노출하도록 출력되는 파장 분산 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
사진 석판 시스템을 조명하는 레이저의 출력 빔 특성을 최적화하기 위한 방법에 있어서,

적색선광 방사와 자외선광 방사를 포함하는 레이저 빔을 발생시키는 단계와,

상이한 방향으로 이동하고 적색선광 방사가 감소된 출력 레이저 빔을 생성하도록 상기 적색선광 방사를 자외선광 방사로부터 분리시키는 단계와,

출력 레이저 빔으로 십자선을 조명하여, 제작 중의 재료가 자외선광 방사와 감소된 적색선광 방사를 갖는 출력 빔으로 노출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.