KR20040099376A - 고 정점 파워의 레이저 공동 및, 그러한 공동의 몇 개의조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고체 상태의 증폭 레이저 공동(2,4,6)에 관한 것으로서, 상기 공동은 연속적으로 작동되는 다이오드에 의해 구동되고 펌핑되며, 적어도 2 개의 레이저 바아(36a,36b), 비임이 가장 적게 발산하는 곳인 공동의 부분 안에 배치된 광학 펄스(50,52)를 트리거시키는 적어도 하나의 수단 및, 상기 공동을 한정하는 2 개의 미러(42,44)를 구비하며, 미러들중 하나는 고도로 반사되는 것이고 다른 하나는 부분적으로 반사되는 것이다.

Description

고 정점 파워의 레이저 공동 및, 그러한 공동의 몇 개의 조립체{High peak power laser cavity and assembly of several such cavities}

EUV 리소그래피는 0.1 마이크로미터 보다 작은 치수를 가진 직접 회로를 제조하기 위한 마이크로 전자 분야에서 필요하다. EUV 방사의 몇가지 소스(source)는 레이저를 이용하여 발생된 플라즈마를 사용한다.

특히, 강력한 레이저 소스로써 제논 제트(xenon jet)를 여기시킴으로써 약 13 nm 과 같은 파장을 가진 자외선 방사를 발생시키는데 필요하다.

이러한 레이저 소스가 경제적으로 충족되려면 3 가지 조건이 조합되어야 한다:

-약 13 nm 의 충분하게 방사된 플라즈마를 발생시키기 위하여 레이저 광의 정점 파워(peak power)가 매우 높아야 한다 (10¹¹W/cm²의 정도여야 한다).

- 시간당 가능한 한 많은 반도체 웨이퍼를 제조하도록 재현 비율이 높아야 한다 (수 킬로헤르츠), 그리고

- 레이저 소스는 단순해야 하며, 합리적인 투자 비용과 낮은 운영 비용을 가져야 한다.

따라서, 높은 정점의 조도를 발생시키는 레이저가 플라즈마를 발생시키도록 사용될 수 있어야 한다. 이것은 펄스 레이저를 사용함으로써 이루어지는데, 예를 들면 펄스당 300 mJ 정도의 에너지 또는 그 이상을 출력하는 것을 사용한다.

본 발명은 예를 들면 네오다임(neodyme)으로 도핑된 YAG 레이저를 이용할 수있으며, 이러한 레이저에 대하여 많은 산업 분야에서 많은 발전이 이루어졌다는 점이 주목되어야 한다. 그러나, 다른 고체 상태의 레이저들, 즉, 증폭 매체가 고체인 레이저들이 이러한 발명에서 사용될 수 있다.

이와 같은 점은 이후에 보다 상세하게 설명될 것이다.

각각의 발화(firing)에서 매우 양호한 에너지 안정성을 달성하기 위하여 레이저 다이오드에 의한 펌핑을 사용하는 방법이 알려졌다.

더욱이, 포토리소그래피에 사용되어야 하는 EUV 방사의 발생에 필요한 정점의 파워를 획득하도록 펄스 다이오드를 사용하는 방법이 알려졌다.

다음의 문헌들은 이러한 주제에 관한 다른 정보를 제공한다.

[1] H. 리이거(Rieger) 등에 의한 저술, 고휘도와 파워의 Nd:YAG 레이저, 고급의 고체 상태 레이저, 1999, 보스톤 MA, p 49 내지 53.

상기 문헌은 포토리소그래피용 장치를 개시하는데, 이것은 상대적으로 낮은 재현 배율로 높은 정점의 진폭인 레이저 펄스를 발생시킨다.

또한 정점의 파워를 획득하도록 발진기와 증폭기를 사용하는 방법이 알려졌다. 이것은 복잡하고 값비싼 레이저를 초래한다.

다음의 문헌은 이러한 주제에 대한 다른 정보를 제공한다.

[2] G. 홀만(Holleman)등에 의한 저술, 고휘도 kW 고체 상태 레이저의 모델링, SPIE 2989 권, p.15 내지 22.

이러한 문헌은 2 개의 반대 기술에 대응하는 파워 레이저들에 대한 2 가지 필요성을 언급한다.

첫째는, 매우 단순한 기술에 의해 획득되는 장 펄스를 방사하는 레이저가 필요한 용접, 기계 가공 및, 재료 처리의 적용예 및,

둘째는, 매우 세련되고 값비싼 기술에 의해서 획득되는, 특히 2 개의 광학적 증폭 단계들을 사용하여 획득되는, 가능하면 높은 비율에서의 단 펄스를 필요로 하는 포토리소그래피의 적용예이다.

또한 다음의 문헌을 참조하면, 이것은 고 정점의 파워 레이저 장치를 설명한다.

[3] 극 자외선 리소그래피를 위한 클러스터 제트 레이저 플라즈마 소스의 스케일업(scale-up), SPIE Vol. 3676, p.669 내지 678.

이러한 문헌(3)에서 설명된 장치는 포토리소그래피와 관련된 나머지 선행 기술에서와 같이, 펄스 다이오드에 의해 펌핑된, 노다임(noedyme)에 의해 도핑된 YAG 레이저를 사용한다. 이것은 또한 복잡하고 값비싼 광학 증폭기를 사용한다. 더욱이, 이러한 문헌(3)에서 타겟의 재현 비율은 280mJ 의 펄스 에너지에 대하여 6 kHz 이다.

이러한 레이저의 향상된 유형은 아래에 설명될 문헌[6]에 설명되어 있다.

또한 다음의 문헌을 참조하면,

[4] H. 리이거(Rieger) 등에 의한 저술, 고 휘도와 파워 Nd:YAG 레이저, 광학과 포토닉스의 OSA 트렌드, 제 26 권, 미국 광학 협회, 보스톤에서의 1999 년 1 월 31 일 내지 2 월 3 일의 주제 회의, p. 49 내지 53.

이것은 1 kHz 의 최대 주파수에서 1 mJ 의 펄스를 출력시키는 매우 낮은 출력의 마스터 발진기를 가지는 장치를 설명하는데, 이것은 복잡하고 값비싼 증폭 시스템을 수반하는 것이다. 이러한 문헌의 필수적인 부분은 이러한 증폭 시스템에서의 비임의 품질 저하를 연구하는 것으로 구성되어 있다. 여기에 설명된 장치는 평균 파워 및, 반복 주파수와 모두 관련하여, 마이크로리소그래피에서 사용되는 EUV 소스에 필요한 성능 이하의 성능을 가진다.

반도체 산업의 필요에 호환될 수 있는 강력한 EUV 방사의 소스를 여기시킬 수 있는 레이저 장치에 필요한 특성은 명세(specification)의 형태로 대규모로 표준화되었으며, 이러한 명세를 충족시키기 위한 많은 시도들이 이루어졌다.

그러나, 지금까지, 이러한 모든 시도들이 실패하였다.

명세에서의 엄격한 제한은 명백하게도 매우 높은 재현 비율을 가진, 높은 정점의 강도를 발생시키는 성능을 포함한다. 그러나 또한 양호한 품질의 비임을 획득할 필요성이 있는데, 이는 비임 직경, 그것의 발산 각도 및, 상수의 곱(product)으로서 한정되는 크기(M²)의 가능성 있는 가장 낮은 값인 것을 특징으로 한다.

M²의 이론적인 하한(lower limit)은 1 과 같지만, 레이저 파워가 증가함에 따라서 M²의 값이 증가한다. 이것은 Nd:YAG 로도 지칭되는, 네오다임으로 도핑된 YAG 레이저와 함께 수십에 도달한다.

위에 언급된 사향은 M²≤ 10 이 되게 한다.

다른 최근의 문헌들은 이러한 사양을 충족시키도록 의도된 장치들을 개시한다.

[5] K. 니클라우스(Nicklaus) 등에 의한 문헌, kW 평균 파워를 가진 산업용 레이저에 기초한 단펄스 다이오드 펌프 고체 상태 파워 증폭기, 광학과 포토닉스에서의 OSA 트렌드, 제 50 권, 고급의 고체 상태 레이저, 크리스토퍼 마샬(Christopher Marshall), 편집, 미국 광학 협회, 2001, p 388 내지 391.

상기 문헌은 광학 공진기가 2 개의 이중 통로 전치 증폭기(pre-amplifiers)의 세트에 대하여 2 kHz에서 4 mJ 의 펄스를 출력하는 장치를 설명한다. 비임의 복귀 경로는 2 개 증폭기들의 라인에 대하여 편광 입방체에 의해 편향되는데, 그것의 출력은 76 mJ을 전달한다 (그러한 장치의 구조는 MOPA: 마스터 발진기 파워 증폭기로 지칭된다).

[6] D.A. 티처노(Tichenor)등에 의한 문헌. EUV 엔지니어링 테스트 스탠드, 부상하는 리소그래피 기술 IV, 엘리자베스 A. 도비즈, 에디터, SPIE 제 3997 권 (2000), p 48 내지 p 69의.

상기 문헌은 평행하게 놓인 3 개의 동일한 모듈을 사용하는 레이저 설비를 설명하는데, 이들 각각의 모듈은 TRW 사에 의해서 제조되고 다음의 문헌에 설명된 레이저로 구성된다.

[7] 능동 추적자 레이저(ATLAS), 랜달 St. 피에르, OSA TOPS, 제 10 권, 고급의 고체 상태 레이저, 1997, p 288 내지 291.

문헌 [7] 에 설명된 Nd:YAG 고체 상태 광학 공진기는 2.5 kHz에서 1.6 mJ 의 펄스를 출력시키는데, 이것은 276 mJ 의 출력 펄스를 생성하는 이중 통과 구조로증폭된다. 이러한 TRW 레이저의 약간 이전의 유형은 문헌 [3]에 설명되어 있다.

문헌 [5] 및, [6] 에 따르면, 광 펄스는 낮은 평균 파워(15 W 미만)를 가진 매우 작은 저 에너지 발진기(펄스당 10mJ 미만)를 구비하는 기본적인 레이저로 발생되며, M²의 낮은 값과 매우 짧은 펄스를 가진 높은 파워를 얻기 위하여, 로드(rod) 또는 플레이트 증폭기 단계들에서의 통과에 의해 증폭된다.

사용된 레이저 로드(laser rod)의 포화 영향력에 비교하여 (그리고 특히 Nd:YAG 에 대하여 200 mJ/cm²보다 작은 입사 영향에 대하여 ) 입사광의 파워가 낮을 때, 로드에 의해 제공되는 증폭이 매우 약하다는 문제점이 발생된다. 극히 값비싼 다수의 증폭 로드가, 매우 비싼 수십개의 다이오드와 함께 필요하며, 최종 결과의 에너지 효율이 매우 낮다.

설치 비용을 제한하기 위하여, 통상적으로 제 1 스테이지(stage)를 통한 2 개의 통과(전방 복귀 경로로서, 이것이 2 중 통과 증폭기로 지칭되는 이유이다)가 있게 되는데, 이것은 편광된 비임을 가지고 작업하여야 하고 편광기(예를 들면 편광기 입방체)를 사용할 필요가 있게 하여, 복귀 경로는 발진기상으로 복귀되지 않지만 다른 광학 경로로 전환되어서, 그것을 따라 증폭이 계속될 것이다.

비임을 편광시켜야 하는 이러한 필요성은, 이중 통과 증폭이 예를 들면 Nd:YAG 또는 Yb:YAG 와 같은 등방성 재료를 증폭용 로드(rod)로서 사용하는 경우에 부가적인 문제점이 유입된다. 이러한 재료 유형의 등방성은 펌핑을 할 때 수정되어서, 입사 비임의 편광성을 저하시킨다.

따라서, 만약 이러한 현상을 제한하도록 복잡한 장치들이 설치되지 않았다면, 편광은 충분하게 유지되지 않을 것이며 복귀 비임이 편광기로 들어갔을 때 비임 에너지의 많은 부분(Nd:YAG 의 약 25%)이 손실되어서, 이것이 발진기를 파괴할 수 있다.

이러한 복잡한 장치들, 즉, 편광 회전자와 사려 깊게 배치된 위상 플레이트(phase plate)의 실질적인 결합체들은, 발진기로 복귀되는 비임의 파워를 낮은 값으로 (Nd:YAG 에 대하여 약 2.4 %) 제한한다.

따라서, 반도체 산업의 필요성에 호환될 수 있는 강력한 EUV 방사 소스를 여기시킬 수 있는 레이저 장치를 획득하는 문제점을 해결하기 위하여, 문헌[5]의 저자와 문헌[6] 및, 문헌[7]의 저자들은 매우 낮은 파워로 가능한 가장 완전한 펄스를 발생시켰으며, 다음에 증폭기의 수를 증가시켰으며, 그들의 모든 노력을 이러한 증폭기들에서 편광 소멸(depolarization)의 손실을 제한하는 수단에 대한 연구에 집중하였다.

이러한 방법은 낮은 에너지 효율을 가진 복잡하고 값비싼 장치에 이르게 한다. 더욱이, 문헌 [5] 및, 문헌 [7]에 설명된 장치들에 대하여, 주 요소(main elements)들은 직렬로 배치되었다. 따라서, 이들중 그 어느 것의 고장도 전체 장치에 영향을 미치게 된다.

다음의 문헌에는 다른 방법이 소개되었다.

[8] 500 kW 펄스 정점 파워와 외부 주파수 배증(doubling)을 가지는 콤팩트 300-W 다이오드 펌프 발진기, 올리버 멜(Oliver Melh) 등, 광학과 포토닉스(TOPS),제 56 권, 레이저와 전자광학 회의(CLEO 2001, 2001 년 5.6~5.11, 테크니컬 다이제스트, pp421~422)

이러한 문헌은 Nd:YAG 레이저를 설명하는데, 이것은 2 개의 Nd:YAG 로드, 상기 로드들 사이의 편광 회전자, 2 개의 로드들중 각각의 측상에 하나가 있는 2 개의 음향-광학 변조기 및, 각각의 변조기와 대응하는 로드 사이의 발산 렌즈를 구비하며, 이들 모두는 광학 공진기내에 있다.

광학 공진기의 평균 출력 파워는 260 W 이고, 재현 비율은 10 kHz 이다.

그러나, 이러한 문헌에 설명된 수행은 광 펄스 트리거(triggering)(Q-스위치) 장치, 특히 상기 문헌에 설명된 레이저에서 사용된 음향-광학 Q-스위치 장치와 관련된 중요한 문제를 무시한다; 그것의 작동이 레이저 비임의 발산에 의존한다는 점이 문제이다.

음향-광학 트리거(Q-스위치)들은 실질적으로 음향-광학 크리스탈과 제어 장치를 구비하며 다음과 같이 작동한다.

전기적인 신호를 수신할 때, 제어 장치는 크리스탈 내에 라디오 주파수 여기 파동을 방사하게 되며, 이것은 상기 크리스탈내에 브래그(Bragg) 회절 격자를 발생시킨다. 여기가 없을 때, 상기 크리스탈은 입사 광선이 통과할 수 있게 하는데, 공칭의 작동 조건에서는 크리스탈의 입구 표면에 직각을 따라서 도달할 수 없지만, 그것과 브래그 각도를 만든다.

제어가 활성화될 때, 라디오 주파수 파동은 입사 광선을 편향시키는 브래그 회절 격자를 발생시킨다; 이들 광선이 광학 공진기를 떠나도록 편향 각도는 충분하며, 이것은 비임 레이저의 차단에 대응한다.

광선이 브래그 각도와 동등하지 않은 각도로 입구 표면상에서 크리스탈에 도달하였을 때, 특히 만약 광선이 제한 각도 또는 임계 각도에 근접한 각도로나, 또는 이러한 제한 각도보다 큰 각도로 변환되었다면, 광선이 더 이상 적절하게 편향되지 않는다.

이러한 제한 각도의 값은, 특히 크리스탈이 여기되었을 때 상기 크리스탈에서 형성된 브래그 회절 격자에 의해 회절된 제 1 과 제 2 차의 비임들의 방향 사이에서의 각도의 값과 같다(통상적으로 약 4 mrad).

이러한 각도에 근접한 입사 각도를 가진 광선들은 크리스탈이 여기되었을 때 정확하게 차단되지 않는다. 입사 각도가 이러한 각도를 초과하는 광선은 더 이상 적절하게 편향되지 않지만, 그것의 입사가 또한 공동(cavity)의 각도 수용 범위내에 있기 때문에 광학 공진기의 중앙 부분을 향하여 복귀된다.

이들은 다음에 바람직하지 않은 방식으로 공동의 방사(cavity emit)를 만들게 되는데, 이것은 출력에서 일부 연속적인 레이저 광 파워의 방출을 발생시킨다. 작동은 산만해지며, 불안정한 진폭과 지속 기간을 가진 펄스들이 공진기로부터의 출력에서 이러한 연속적인 레이저 방사에 중첩된다.

동일한 비임의 발산에 대하여, 공동으로부터 필요한 펄스 파워가 증가함에 따라서 불안정성이 증가한다.

본 발명은 높은 평균 파워(power)와 높은 재현 비율(recurrence rate), 최소의 비용과 복잡성을 가진, 고 정점(high peak) 파워의 광학 공진기(optical resonator)에 관한 것이다. 또한 이러한 공진기들의 몇 개의 조합에 관한 것으로서, 특히 극 자외선(extreme ultraviolet)으로 광 발생기를 여기(excitation)시키는 것이다.

따라서 본 발명은 특히 극 자외선 범위에서의 광 발생에 적용할 수 있다.

"EUV 방사" 라고 불리우기도 하는 이러한 범위에서의 방사는 또한 8 나노미터로부터 25 나노미터로 변화하는 파장을 가진다.

본 발명에 따른 장치로 발생된 광 펄스(light pulse)를 적절한 타겟(target)과 상호 작용하게 하여 얻어질 수 있는 EUV 방사는 많은 적용예를 가지는데, 특히 재료 과학, 현미경학 및, 보다 상세하게는 대규모의 집적 회로를 제조하는 마이크로리소그래피에서 적용예를 가진다. 이것은 특히 대규모 집적 회로에 대하여 높은 재현 비율(recurrence rate)을 가지므로 유리한데, 이러한 것은 고 정점 파워 레이저로 획득하기에는 곤란한 것이다.

본 발명은 마이크로리소그래피에서 필요한 유형의 여기 레이저(excitationlaser)를 필요로 하는 그 어떤 범위에도 적용될 수 있다.

본 발명은, 순수하게 정보를 위해서 주어진 것이고 결코 제한적인 것이 아닌 다음의 구현예들에 대한 설명을 첨부된 도면을 참조하여 읽음으로써 보다 잘 이해될 것이다.

도 1 및, 도 2 는 이미 설명된 바와 같이, 국부적으로 강한 조명을 획득하도록 상이하게 초점이 맞춰진 2 개의 레이저 비임의 사용을 도식적으로 도시한다.

도 3 은 이미 설명된 바와 같이, 본 발명에서 사용될 수 있는 복합적인 광 펄스의 예를 도식적으로 도시한다.

도 4 는 극 자외선에서의 광 소스를 위한 여기 장치를 만들기 위하여 본 발명에 따른 몇 개의 광학 공진기를 조합한 것에 대한 도식적인 도면이다.

도 5 는 본 발명에 따른 광학 공진기의 특정한 구현예를 도식적으로 도시한다.

도 6 및, 도 7 은, 몇 개의 광학 공진기에 의하여 개별적으로 발생된 요소 레이저 비임들의 공간 멀티플렉싱(spatial multi-plexing)을 가능하게 하는, 본 발명의 다른 구현예를 도식적으로 그리고 부분적으로 도시한다.

본 발명의 목적은 문헌 [5] 내지 문헌 [7]에 설명된 구현예들에서 사용된MOPA 구조들에 고유한 문제점들과, 문헌[9]에 설명된 구현예들에서와 같이, 높은 파워를 출력시키지 안정성은 음향-광학 트리거(Q-스위치)에 대한 제한에 의해서 영향을 받는 발진기를 가지는 구조에 고유한 문제점들을 해결하는 것이다.

본 발명은 높은 정점의 파워와 높은 재현 비율을 가지는 광학 공진기를 사용함으로써, 그리고 문헌 [5] 내지 [8] 에 개시된 장치들에 의해 개시된 장치들로써 가능했던 것보다 높은 고 정점의 파워 성능을 달성하지만, 덜 복잡하고 값싸며 그리고 신뢰성 있는 작동을 하는 레이저 장치를 형성하도록 공동을 다른 동일한 공동들과 결합시킴으로써, 문제점들을 해결하도록 의도하는 것이다.

또한 주목해야할 바로서, 문헌 [5]에 개시된 레이저 장치들은 5 ns 내지 20 ns 의 짧은 지속 기간의 펄스를 달성하도록 설계된 것인데, 이는 당업자들이 매우 방사성이 좋은 플라즈마를 달성하기에 유리한 것으로서 간주하는 것이다.

상세하게는, 본 발명의 목적은 고체 상태의 증폭 매체를 가진 광학 공진기를 제공하는 것인데, 이러한 광학 공진기는 연속적으로 작동하는 다이오드에 의해서 펄스가 만들어지고 펌핑되며,

-적어도 2 개의 레이저 로드(laser rod),

- 광 펄스를 트리거(trigger)하는 적어도 하나의 수단으로서, 공진기에 의해서 발생된 레이저 비임이 가장 작게 발산하는 공진기의 부분에 상기의 트리거 수단이 위치하게 되는, 적어도 하나의 트리거 수단, 및,

- 이러한 공진기의 한계를 정하는 2 개의 미러로서, 하나의 미러는 고도로 반사성이 있으며 다른 것은 부분적으로 반사성이 있는 미러를 구비하는 것을 특징으로 한다.

2 개의 레이저 로드를 가진 공진기의 가장 단순한 경우에 있어서, 레이저가 가장 작게 발산하는 공진기의 부분은 2 개의 로드들 사이에 위치한 부분이다.

반대측에서, 로드들중 하나와 공진기의 미러들중 하나 사이에 있는 로드의 외측에 위치된 공진기의 부분들은, 비임이 가장 크게 발산하는 부분들이다.

문헌 [8]에 설명된 장치는 광 펄스 트리거 수단을 이러한 부분들에 배치하는데, 이것은 상기 수단들이 종래 기술의 상태에 관하여 설명된 기능 장애를 받게 한다.

레이저 로드들이 Nd:YAG 또는 Yb:YAG 와 같은 등방성 재료로부터 제작되면, 마이크로리소그래피 산업을 위하여 특정된 비임의 품질을 획득하기 위하여 2 개의 연속적인 로드들에 의해 형성된 각각의 공간들 안의 비임 경로상에 편광 회전 수단을 부가할 필요성이 있으며, 그 회전은 90°인 것이 바람직스럽다.

유리하게는, 일부 레이저 로드들, 그리고 특히 Nd:YAG 에 의해 생성된 약간의 수렴이, 수렴에 반대 효과를 가진 렌즈를 비임의 경로상에서 2 개의 근접한 로드들 사이의 각각의 간격의 중간에 위치시킴으로써 수정된다.

본 발명에 따른 장치의 바람직한 일 구현예에 따르면, 레이저 로드들이 제작되는 레이저 재료는 Nd:YAG, Nd:YLF, Nd:YALO, Yb:YAG, Nd:ScO₃및, Yb:Y₂O₃이다.

바람직스럽게는, 본 발명에 따른 공진기는 레이저 재료로 제작되며 바람직스럽게는 실질적으로 동일한 2 개의 로드들과, 이러한 2 개의 로드들 사이에 있는 공진기내에 위치된 편광 회전 수단 및, 편광 회전 수단들의 각각의 측부상에서 2 개의 로드들 사이에 배치된 2 개의 펄스 트리거 수단을 구비한다.

바람직스럽게는, 트리거 수단이 음향-광학 유형의 것이다.

변형된 일 구현예에 따르면, 본 발명에 따른 광학 공진기는 다이오드에 의해 펌핑된 하나 또는 몇 개의 단일 통과 레이저 증폭기와 결합될 수 있으며, 각각의 증폭기에 대한 로드는 그것의 전체 길이에 걸쳐서 로드 재료의 포화 영향도(saturation fluence)에서나 또는 그 이상으로 활성화될 수 있다.

바람직스럽게는, 이러한 영향도가 재료의 포화 영향도와 같거나 적어도 3 배이다.

기능적으로는, 광학 공진기는 그것이 발생시키는 비임을 수렴시킬 필요 없이 높은 영향도를 가진 안정된 출력을 발생시키는 성능을 특징으로 한다. 이것은 상기 비임의 평행을 유지시킬 수 있으며 로드의 전체 길이에 걸쳐서 이러한 포화 영향도에 도달하거나 또는 그것을 초과할 수 있다.

이후에 상세하게 설명될 바람직한 적용예에 있어서, 이러한 영향도는 재료의 포화 영향도에 약 10 배와 같다.

본 발명은 또한 위에 설명된 바와 같은 유형의 적어도 3 개의 광학 공진기들의 결합에 관한 것인데, 이들은 병렬로 배치되지만 그들이 발생시키는 비임들은 같은 타겟을 향하여 배향된다.

이러한 공동들의 상기 조합으로부터 초래된 레이저 장치는,

- 고체 상태의 증폭 매체를 가진 적어도 3 개의 펄스화된 광학 공진기로서,본 발명에 따른 광학 공진기에 부응하는, 적어도 3 개의 펄스화된 광학 공진기 및,

- 이러한 광 펄스를 타겟상의 실질적으로 동일한 위치로 그리고 이러한 위치에서 실질적으로 동시에 전달하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하며,

그리고 장치는 또한 펄스화된 광학 공진기를 제어하는 수단을 구비하며, 이러한 제어 수단들은 모든 펄스들이 타겟에 5 ns 보다 양호한 정확도를 가지고, 그리고 바람직스럽게는 1 ns 보다 양호한 정확도를 가지고 실질적으로 요구되는 순간에 도달하도록 설계된다.

일 변형에 있어서, 광학 공진기들은 하나 또는 몇가지의 단일 통과 증폭기들과 결합된다.

본 발명에 따른 장치의 특정한 구현예에 따라서, 각각의 펄스화된 광학 공진기를 트리거시키는 수단은 2 개의 트리거(Q-스위치)들을 구비하는데, 상기 트리거들은 상기 공진기 안에서 편광 회전 수단의 각각의 측부상에, 레이저 재료로 제작된 로드와 상기 수단 사이에 배치된다.

본 발명의 특정한 일 구현예에 따라서, 광 펄스를 송신하는 수단은 이들 광 펄스들을 같은 경로를 따라서 타겟으로 송신하는 수단을 구비한다.

본 발명에 따른 장치의 일 특정한 구현예에 따라서, 이러한 장치는 또한 광학 공진기에 의한 광 펄스 출력의 부가로부터 초래된 광 펄스의 공간적인 분포를 수정하는 수단을 구비한다.

다른 특정한 구현예에 따르면, 복합적인 펄스를 발생시키기 위하여 광학 공진기를 제어하는 수단이 광학 공진기에 의해 공급된 광 펄스의 부가로부터 초래된광 펄스의 시간 분포를 수정할 수 있다.

본 발명의 일 특정한 구현예에 따르면, 각각의 복합적인 펄스의 프로파일(profile)은 광 펄스와 타겟의 상호 작용에 의해 발생될 제 1 의 플라즈마 점화 펄스, 레이저에 의한 광 에너지 출력이 플라즈마의 성장 동안에 최소인 시간 간격 및, 플라즈마의 성장에 의존하는 시퀀스(sequence)에 따라서 몇 가지 요소의 펄스들로 구성된 제 2 펄스를 구비한다.

복합 펄스들이 발생되었다면, 본 발명에 따른 장치가 바람직스럽게는 제 1 의 고도로 초점이 맞춰진 비임을 타겟으로 보낼 수 있고, 다음에 광 에너지의 나머지를 보다 넓은 초점 맞춤으로 타겟에 적용할 수 있다.

본 발명에 따른 장치에서 광학 공진기에 의해 방사된 광 펄스가 방사되는 타겟은 극 자외선 영역에서 이들 광 펄스들과의 상호 작용에 의하여 광을 출력하도록 설계될 수 있다.

그러나, 본 발명은 EUV 방사를 획득하는데 제한되지 않는다. 이것은 타겟으로 배향된 고 정점의 파워 레이저 비임이 필요한 그 어떤 영역에라도 적용될 수 있다.

공간상의 중첩이 본 발명에서 사용되는데, 특히 시간 시퀀스가 사용되는 구현예에서 그러하다.

"공간상의 중첩"은 타겟의 실질적으로 동일한 위치에, 그리고 실질적으로 동시에 복수개의 레이저 비임을 중첩시키는 것을 의미한다.

"실질적으로 동시에"가 의미하는 것은 레이저 장치에서 상이한 광학 공진기에 의해 공급되는 다양한 요소 펄스들 사이의 시간 차이들이 이들 광학 공진기들의 재현 주기에 비하여 작다는 것이다. 이러한 중첩은 펄스당 에너지와 정점의 파워들을 배가시킨다.

이후에 알려질 바로서, 거의 같은 위치와 거의 동시에 레이저 비임의 중첩으로써 다기능이 획득될 수 있다. 이러한 다기능성은 결과적인 레이저 비임이 플라즈마의 요건에 적합화되는 것을 가능하게 한다.

본 발명에 있어서, 이후에 설명될 (a) 로부터 (c) 까지의 요점들이 중요하다.

(a) 공간상의 중첩

공간상의 중첩은 광학 공진기에 의해 방사된 요소의 광 펄스 부가로부터 초래된 광 펄스의 공간상의 분포를 수정하도록 정점의 파워를 증가시키고 보다 넓은 자유도를 제공한다.

예를 들면, 본 발명의 바람직한 일 구현예에서 수행된 바와 같이 다른 것들 보다 더욱 초점이 맞추어진 광 펄스의 사용은 도 1 및, 도 2 에 개략적으로 도시된 바와 같은 탁월한 국부 조명을 제공할 수 있는데, 상기 도면에는 도면을 단순화하기 위하여 단지 2 개의 비임들이 도시되어 있다.

제 1 광 비임(F1)과 제 2 광 비임(F2)은 도 1에서 2 개의 직각인 축(Ox 및, Oy)에 의해 한정된 평면에 부분적으로 도시되었는데, 2 개의 비임들에 공통인 축은 Oy 축이다.

2 개의 비임들은 이러한 Oy 축을 중심으로 대략 동일한 회전 대칭을 이루며,실질적으로 Oy 축 및, Ox 와 Oy 축에 직각이고 지점(O)을 통과하는 축에 의해서 한정되는 관찰 평면에서 지점(O)에 근접하게 초점을 맞추게 된다.

2 개 비임들의 초점 맞추기는 상이한데, 제 1 비임(F1)은 제 2 비임(F2) 보다 더욱 단단하게(tightly) 초점이 맞추어진다.

도 2 는 Ox 축을 따른 횡좌표(x)의 함수로서 관찰 평면에서의 조명(I)의 변화를 도시한다.

비임(F1)이 비임(F2)보다 5 배 더 초점이 맞추어진다면, Oy 축상에서 이러한 비임(F1)에 의해 발생된 조명은 2 개의 비임들이 같은 파워를 가질 때 비임(F1)에 의해서 발생된 조명보다 25 배 크다. 그러나 본 발명에 있어서, 동일한 파워를 가진 비임들이 사용될 수 있거나, 또는 다른 한편으로는 비임들이 상이한 파워를 가질 수 있거나 또는 서로 매우 다른 파워를 가질 수 있다는 점이 주목되어야 한다.

같은 타겟상에서 동시에 몇 개의 비임을 가지는 이러한 "공간상의 중첩"은 작은 시간 규모에서 각 요소의 광학 공진기 펄스들의 시간 오프셋(time offset)을 가능하게 한다.

b) 상이한 레이저 펄스 시간에서의 시퀀싱(sequencing) ("복합적인" 펄스)

2 개의 요소 광학 공진기로부터의 2 개 펄스들 사이의 시간 오프셋(time offset)이 2 개의 돌발(burst)들 사이의 재현 시간에 비교하여 매우 작은, 펄스의 돌발(pulse burst)이 발생될 수 있다. 이러한 유형의 돌발은 복합적인 펄스로 간주될 수 있다.

선행 펄스(pre-pulse)는 이러한 광 펄스의 시간 오프셋에 의해서 야기될 수 있다.

이러한 주제에 대한 다른 정보는 다음의 문헌에 주어져 있는데, 여기에는 플라즈마의 점화를 위하여 대전된 선행 펄스를 발생시킬 가능성이 언급되어 있다.

[9] M. 베르그런트(Berglund)에 의한 드롭렛-타겟(droplet-target) 레이저 플라즈마로부터의 향상된 X-레이 방사 및, 휘도를 위한 자외선 선행 펄스, 응용 물리 서간, 제 69 권, 1996년, 1683 페이지.

본 발명이 바람직스럽게는 다양한 레이저 펄스에 대하여 이러한 시간에서의 시퀀스를 사용한다.

예를 들면, 이것은 아래에 설명된 시퀀싱을 획득하는데 사용될 수 있다.

타겟 상에 고도로 초점이 맞추어진 제 1 의 펄스(예를 들면, 이러한 펄스는 도 1에서 비임(F1)의 유형이다.)가 플라즈마를 점화시키고, 다음에 플라즈마가 성장하는 동안에, 타겟은 최소한이나 또는 제로의 조명을 받게 되며, 플라즈마가 비임(F2)의 직경에 도달하였을 때, 최대의 광 파워가 타겟에 적용된다. 도 3 에 도시된 바와 같이 제 1 펄스에 전용된 에너지가 복합적인 펄스의 나머지에 전용된 에너지보다 낮으면 유리해진다.

도 3 에 있어서, 광 펄스의 진폭(A)은 시간(t)의 함수로서 도시되어 있다. 이것은 복합 펄스(I1)의 예를 도시한다. 이러한 복합 펄스(composite pulse)는 선행 펄스(I2)와, 플라즈마의 성장에 필요한 시간(T)으로 선행 펄스(pre-pulse)로부터 분리된, 다음의 제 1 세트의 동시적인 요소 펄스(simultaneous elementarypulse, I3)와, 제 1 세트의 뒤를 따르는 제 2 세트의 동시 요소 펄스(I4)를 구비한다.

c) 레이저 재료를 펌핑하기 위한 연속적인 다이오드의 사용

네오다임으로 도핑된 YAG 재료를 사용하는 광학 공진기가 연속적인 펌핑으로 사용된다면, 250 마이크로초에 근접하는 광학 공진기 상부 레벨의 수명은 증착된 광 파워를 실질적으로 추출하도록 5 kHz 이상의 비율로 작동시킬 필요가 있다.

종래 기술과는 달리, 상기의 정점 파워에 대한 불리한 점((c)의 요점) 및, 유리한 점((a)의 요점)을, 요소 광학 공진기의 수가 증가할수록 커지게 되는 중량과 결합시킴으로써 본 발명은 고 정점의 파워를 획득하는데 사용될 수 있다.

요점(b)은 본 발명을 이러한 적용예에 대하여 가능한 한 잘 적합화시키는데 가능한 단순한 하나의 방법이다.

마이크로리소그래피에 대한 적용예에 있어서, 상기의 가능성은 레이저 장치로 펌핑된 EUV 소스의 행동이 다른 플라즈마 요건들에 적절하도록 최적화될 수 있게 한다.

그러나, 현재의 기술 상태에서, 모든 펄스들이 동시에, 또는 5 ns 이내에, 또는 훨씬 양호하게는 1 ns 이내에 도달하도록 하는 것이 바람직스러운 것으로 간주된다.

본 발명에 있어서, 요점(a), 요점(b) 및, 요점(c)들은 동시에 사용될 수 있으며, 고 정점의 파워를 획득하기 위하여 이러한 유리하고 불리한 요점들의 조합은종래 기술과 반대되는 것이다.

강한 파워와 고속의 레이저 펄스의 발생과는 별도로, 본 발명의 장점은 다음에 설명된 바와 같다.

일정한 평균적인 파워를 위한 다이오드의 비용은 그러한 다이오드들이 연속적으로 작동한다면 현저하게 낮다.

더욱이, 본 발명에 따른 레이저 장치는 그러한 장치가 증폭기들을 직렬로 두지 않으면서 작동될 수 있기 때문에 종래 기술에 따른 레이저 장치보다 훨씬 단순하다.

이러한 레이저 장치의 작동과 유지는 사용된 광학 구성부들의 수가 적기 때문에 비싸지 않다.

몇 개의 발진기들이 병렬로 배치된 사실에 기인하여 보다 큰 사용상의 유연성이 가능하다.

광학 공진기들의 수에 있어서의 증가는 본 발명에 따른 장치를 광학 공진기들중 하나의 순간적인 성능에 영향을 미치는 입사에 대하여 덜 민감하게 한다.

본 발명에 따른 광학 공진기는 도 5 에 도시되어 있으며, 이것은 이후에 보다 상세하게 설명될 것이다. 이것에는 하나 또는 몇 개의 단일 통과 증폭기(pass amplifier)가 뒤따른다.

극 자외선(extreme ultraviolet)에서 광 소스를 위한 여기 장치를 만들기 위한, 본 발명에 따른 몇 개의 펄스 광학 공진기들의 조합이 도 4 에 도식적으로 도시되어 있다.

도 4 의 장치는 펄스 레이저(pulsed laser)라고도 지칭되는 3 개 이상의, 예를 들면 10 개의 펄스 광학 공진기를 구비하지만, 도 4 에는 그들중 단지 3 개만이 도시되어 있으며, 그들의 참조 번호들은 각각 2, 4, 6 이다.

이러한 펄스 광학 공진기(2,4,6)에 의해 공급된 광 비임(8,10,12)(보다 정확하게는 광 펄스)은 한 세트의 미러(14)들을 통해서 타겟(6)상의 대략 같은 지점(P)으로 보내져서 상기 지점(P)에 대략 같은 시간에 도달하였다.

레이저 제어 수단(18)도 도시되어 있는데, 이것은 레이저 펄스를 휙득할 수 있는 것이다.

도 4 는 또한 포커싱 수단(20,22,24)을 도시하는데, 이들은 예를 들면 광 비임(8,10,12)을 타겟(16)의 지점(P)에 각각 초점을 맞추도록 설계된 무색 이중 렌즈들이다.

고려된 예에 있어서, 레이저들과 타겟은 광 비임과 상기 타겟의 상호 작용에 의해 EUV 방사(26)를 출력하도록 선택된다. 그것을 수행하기 위하여, 타겟은 예를 들면 노즐(30)로부터 집합적인 제트(28)(예를 들면 제논(zenon)) 출력을 포함한다.

예를 들면, 이러한 EUV 방사(26)는 집적 회로(32)의 마이크로리소그래피를 위해서 사용될 수 있다. 도 4 에 있는 블록(34)은 집적 회로(32)에 도달하기 이전에 EUV 방사를 성형하도록 사용된 다양한 광학 수단을 상징화한다.

레이저(2,4,6)들은 동일하거나 또는 거의 동일하며 광 펄스를 공급할 수 있다.

각각의 레이저는 2 개의 펌프 구조(36a,36b)를 구비하는데, 그것의 수차와 복굴절은 낮다.

구조체(36a)는 한 세트의 레이저 다이오드(40a)에 의해서 펌핑(pumping)되는 레이저 로드(38a)를 구비하고, 구조체(36b)는 한 세트의 레이저 다이오드(40b)에 의해서 펌핑되는 레이저 로드(38b)를 구비하여, 연속적으로 작동한다.

실험을 위해서 선택된 재료는 Nd:YAG 인데, 이들의 포화 영향도는 200 mJ/cm²이다.

그러나, 선행 펄스라고 지칭되는 제 1 의 펄스를 발생시키도록 다른 레이저들과 상이한 레이저를 선택하는 것이 유리할 수도 있다.

각각의 광학 공진기는 멀피플렉싱에 호환성이 있는 비임의 품질과 함께 10 kHz에서 300 W 의 파워를 발생시키며, 펄스의 지속 기간은 50 ns 이고 그것의 에너지는 300 mJ 이다. 공동으로부터의 출구에서 비임의 영향도는 2.3 J/cm²인데, 이것은 Nd:YAG 재료의 포화 영향도의 거의 10 배이다.

타겟의 50㎛ 직경 면적상에서 각각의 레이저(2,4,6)에 의해 발생된 비임의 초점 맞추기는 다음에 3 x 10¹⁰W/cm²내지 6 x 10¹⁰W/cm²의 정점 파워에 이르게 된다.

5 x 10¹¹W/cm²의 값은 액체 제논 타겟상에서 충분한 방사율을 휙득하기 위하여 달성되어야 하는 전형적인 타겟의 값이다.

따라서, 이것은 위에서 언급된 성능을 가진 10 개의 레이저들 조합함으로써 휙득된다.

도 4 에 도시된 예에서는 레이저(2,4,6)와 함께 사용된 광 증폭기가 존재하지 않는다.

그러나, 경험적으로 결정된 최적화로 정점의 파워를 조절하는데 필요한 것으로 밝혀지면, 그러한 증폭기나 또는 몇 개의 그러한 증폭기들을 각각의 광학 공진기의 뒤에 부가할 수도 있다.

본 발명에 따른 광학 공진기의 특징을 가능하게 함으로써, 이들 증폭기들은 매우 낮은 이득이기는 하지만 이러한 증폭기의 로드에 증착된 에너지의 최적화된 여기로써 작동하게 되어, 이러한 로드 재료의 포화 영향도보다 약 10 배로 큰 영향도인 것으로 생각된다.

도 5 는 본 발명에 따른 펄스 광학 공진기의 도식화된 도면을 도시한다. 이것은 공진기(2,4,6)들중 어느 하나와 같이 구성되며 따라서 구조체(36a,36b), 미러(42,44), 편광 회전자(46) 및/또는 렌즈(46a)들과, 이후에 설명될 펄스 트리거 수단(50,52)을 구비한다.

변형된 일 구현예에 있어서, 광 증폭기(36c)는 이러한 광 공진기로부터의 출력부에 배치된다. 이러한 증폭기(36c)는 연속적으로 작동되는 한 세트의 레이저 다이오드(40c)에 의해서 펌핑된 단일 통과의 레이저-로드(38c)를 구비한다.

제어 수단(18)은 다음에 이러한 증폭기(36c)를 제어하도록 제공된다. 이러한 증폭기는 실질적으로 구조체(36a,36b)와 동일하며 그것의 레이저 로드(38c)가 바람직스럽게는 레이저 로드(38a,38b)와 같은 레이저 재료로 제조된다.

이러한 레이저 재료는 Nd:YAG (바람직스러운 재료), Nd:YLF, Nd:YALO, Yb:YAG, Nd:ScO₃및, Yb:Y₂O₃들중에서 선택된다.

다시 도 4를 참조하면, 각각의 광학 공진기는 제 1 의 반사성이 좋은 미러(42)(예를 들자면 1064 nm에서 반사 계수(R)가 100 % 이다.)와, 부분적으로 반사성이 있는 (70 % 내지 80 % 정도의 R) 제 2 의 미러(44)에 의해서 한정되어 상기 광학 공진기에 의해 발생된 광 비임이 그것을 통과한다.

이들 미러들이 바람직스럽게는 만곡되어 있으며, 비임의 발산이 작도록, 그리고 파라미터(M²)가 약 10 과 같도록 곡률 반경이 계산된다.

더욱이, 공동의 길이는 펄스의 지속 기간의 함수로서 선택된다.

2 개의 만곡된 미러들은 발산 렌즈와 평면 미러를 각각 구비하는 2 개의 세트들에 의해서 대체될 수 있다.

바람직스럽게는, 동일한 펌프 구조가 각각의 레이저(2,4,6)들에서 사용되어 발생될 수 있는 상이한 열 효과를 보상한다. 그러나 이러한 경우에 있어서, 2 개의 레이저 로드(38a 와 38b) 사이의 그 어떤 위치에서도 90°의 편광 회전자(46)를 사용하는 것이 좋다.

회전자(46) 대신에, 약간 발산되는 렌즈(46a)가 2 개의 로드들 사이의 정확하게 중간 경로에서 사용될 수 있다.

변형예로서, 이러한 배치에서의 상기 렌즈와 회전자(46)가 사용될 수 있는데, 회전자는 여전히 렌즈들에 근접한 2 개의 로드들 사이에 위치된다.

이러한 레이저 로드들의 직경은 3 mm 내지 6 mm 사이이다.

본 실험에서는 1.1 % 로 도핑(doping)된 Nd:YAG 로 제조된 4 mm 직경의 로드를 사용한다.

더욱이, 도 4 의 예에서, 각각의 Nd:YAG 로드는 40 개의 레이저 다이오드에 의해서 펌핑되며, 각각의 레이저 로드들은 30 W 의 파워를 가지며 808 nm 으로 방사된다.

각각의 로드는 구형 수차(spherical aberration)를 최소화하기 위하여 바람직스럽게는 균질하게 펌핑된다.

각각의 레이저가 펄스화되도록 하기 위하여, 음향-광학 펄스 트리거 수단은 비임 경로상의 공동 안에서, 비임이 최소한으로 발산되는 위치에, 즉, 각각의 로드들과 편광 회전자 사이에 배치되어, 이러한 펄스들이 높은 비율로 펄스될 수 있게 한다.

각각의 이러한 음향-광학 트리거들이나 또는 Q-스위치들은 27 MHz에서 90 W 의 라디오 주파수 파워와 함께 압축 모드로 작동하는 실리카 액정을 사용하는데, 상기 파워는 4 mm 의 트랜스듀서에 의해서 액정상에 적용된다.

도 4 의 예에서, 위에서 한정된 유형의 2 개의 음향-광학 편향기(50,52)가 사용되며, 편광 회전자(46)의 각각의 측부상에서 레이저 로드(38a,38b)에 의해 정해진 공간내에 위치된 제어 수단(18)에 의해 제어된다.

이러한 2 개의 음향-광학 편향기(50,52)들은 위에서 언급된 평균 파워에 해당하는 이득(gain)으로 공동(cavity)을 봉쇄하도록 사용된다.

제어 수단(18)은 EUV 소스의 특성들을 마이크로리소그래피의 필요성에 적합화시키도록 EUV 소스의 작동을 트리거시킨다. 적용이 가능하다면, 이들은 타겟에서 레이저(2,4,6)들의 광 펄스의 동시성을 결정한다.

광학 경로들이 현저하게 상이한 길이를 가진다면, 특히 이들은 광 펄스들에 대하여 동기화가 달성되도록 이러한 차이점을 보상할 수 있고 도 4 의 장치에 구비된 모든 음향-광학 편향기들의 트리거 작용을 관리할 수 있다.

제어 수단(18)은:

- 펌프 레이저 다이오드 파워 공급 전류(40a,40b)(그리고 가능하게는 40c)의 발생 수단; 및,

- 음향-광학 편광기(50,52)의 각각의 쌍을 거의 동기화시켜서 제어하며, 이들 편향기들 사이의 오프셋(offset)이 바람직스럽게는 1 ns 보다 작게 하는, 변조된 라디오 주파수 전류 발생 수단(미도시)을 구비한다.

더욱이, 이러한 제어 수단(18)은, 예를 들면 스펙트럼 필터링 기능을 가진 하나 또는 몇 개의 패스트 실리콘 광다이오드(fast silicon photodiode)인, 센서(54)와 같은 하나 또는 몇 개의 적절한 센서들에 의해 공급되는 플라즈마 방사 측정 신호들의 함수로서, 레이저(2,4,6)들을 제어하도록 설계된다; EUV 방사에 대하여, 이러한 필터링 기능은 지르코늄에 의해서, 그리고 몰리브데늄-실리콘 다중층 미러에 의해서, 가능하게는 2 배로 이루어질 수 있다; 플라즈마의 성장률이 관찰되려면, 이러한 필터링 기능이 수정되어야 하거나, 또는 가시 스펙트럼에 근접한 필터링 기능을 가진 하나 또는 몇 개의 다른 패스트 광 다이오드들이 부가되어야 한다.

- 예를 들면 통합 수단을 가진 패스트 실리콘 포토다이오드인, 적절한 센서(56,58,60)들 각각에 의해 제공되는, 레이저(2,4,6)로부터의 광 펄스 에너지를 측정하기 위한 신호, 및,

- 신호가 통합 수단의 입력측에서 취해진다는 점만을 제외하고, 센서(56,58,60)와 같은 센서들일 수 있는, 예를 들면 패스트 실리콘 광 다이오드들인 3 개의 적절한 센서들(62,64,66)에 의해 각각 제공된 신호인, 레이저(2,4,6)들로부터의 광 펄스의 시간 형상을 측정하기 위한 신호의 함수로서,

제어 수단이(18)이 레이저(2,4,6)들을 제어하도록 제공된다.

굴절 미러(14)와 무색 초점 접합 렌즈(20,22,24)로 이루어진 광학 수단이, 예를 들면 초점 지점(점 P) 직경의 1 % 내지 10 % 인 낮은 백분율보다도 작은 위치의 변동으로써 공간상의 중첩이 가능하도록 선택된다는 점이 주목되어야 한다.

도 4 의 레이저 장치는 레이저(2,4,6)에 의해 방사된 광 펄스의 부가로부터 초래된 펄스의 공간상 분포를 수정하도록 설계된 수단을 구비한다. 화살표(74,76,78)에 의해 표시된 이러한 수단은, 예를 들면 각각의 상기 접합 렌즈들로 초점 지점 출력의 크기를 각각 수정하기 위하여, 무색 접합 렌즈(20,22,24)를 변위시키도록 설계될 수 있다.

제어 수단(18)은, 레이저의 트리거 작용을 서로에 대하여 적절한 방식으로 변환시킴으로써, 레이저(2,4,6)들에 의해 방사된 광 펄스를 시간상 서로에 대하여 변환시키도록 설계될 수 있다.

도 4 의 레이저 장치는 예를 들면 문헌 [5]에 설명된 바와 같이, 다른 공지의 레이저 장치들과는 달리, 편광되지 않는다.

Nd:YAG 에 기초한 레이저를 가진 편광을 유지하는 것은 곤란하며 장치를 더욱 복잡하게 한다. 그러나, 공간상의 멀티플렉싱 수단을 가진 본 발명의 모듈화된 디자인에서는 레이저 장치가 편광되어야 하는 것이 필수적인 것은 아니다.

10 kHz 보다 크거나 또는 같은, 보다 높은 반복 비율들이 필요하다면, 시간 멀티플렉싱을 가진 변형의 사용을 회피하는 것이 바람직스럽다. N 레이저(예를 들면, N=10)들로부터 유도된 펄스들은 정확하게 같은 시간에 타겟에 도달한다.

본 발명의 변형된 일 구현예는 도 6 에 도식적으로 그리고 부분적으로 도시되어 있다. 이러한 변형예에 있어서, 레이저 비임(8,10,12)의 공간상의 멀티플렉싱은 레이저 비임들이 타겟(P)상에 초점을 맞추기 전에 사용된다.

이것은 비임(10,12)들과 관련된 마지막의 2 개의 미러(14)(도 4 의 상부)들을, 비임(8)과 관련된 마지막의 미러(14)(도 4 의 상부)들과 정렬된 2 개의 드릴 천공된 미러(80,82)들로 대체함으로써 이루어진다.

따라서, 드릴 천공된 미러(80)는 비임(8)의 일부가 타겟을 통과할 수 있게 하고 비임(10)의 일부를 타켓을 향하여 반사시킨다. 비임(84)을 정지시키는 수단은 (타겟을 향하여 반사되지 않은) 비임(10)의 나머지를 정지시키도록 제공된다.

마찬가지로, 미러(80)에서의 드릴 천공보다 넓은 드릴 천공이 이루어진 미러(82)는 비임(8,10)의 일부가 타겟을 향하여 통과할 수 있게 하고, 비임(12)의 일부는 상기 타겟을 향하여 반사시킨다. 비임(86)의 정지 수단은 비임(12)의 나머지를 정지시키도록 (타겟을 향하여 반사되지 않도록) 제공된다.

무색 초점 접합 렌즈(88)는 정렬된 미러(14,80,82)로부터의 비임 출력을 타겟으로 초점을 맞추도록 설계된다.

본 발명의 다른 변형은 도 7 에 도식적으로 그리고 부분적으로 도시되어 있다. 이러한 변형예에서, 드릴 천공된 미러(80)는 비임(8)의 일부를 상기 타겟을 향하여 반사시키도록 설계된 예리한 에지(edge)의 미러(90)로 대체될 수 있다. 비임의 정지 수단(94)은 비임(10)의 나머지를 정지시키도록 (타겟을 향하여 반사되지 않도록) 제공된다.

드릴 가공된 미러(82)는 타겟을 향하여 입사 비임(12)의 일부를 반사시키도록 설계된 다른 예리한 에지의 미러(92)에 의해 대체되어, 비임(8,10)의 일부가 그 주변에서 상기 타겟을 향하여 통과될 수 있게 한다. 비임을 정지시키는 수단(96)은 비임(12)의 나머지를 정지시키도록 (타겟을 향하여 반사되지 않도록) 제공된다.

무색 초점 접합 렌즈(20,22,24,88)는 수차를 최소화시키도록 설계되는 것이 유리하다. 그러나 이들은 만곡된 미러에 의해 대체될 수 있다.

본 발명은 반도체 산업의 마이크로리소그래피등에 적용될 수 있다.

Claims (17)

1. 고체 상태 증폭 매체를 가지고, 연속적으로 작동하는 다이오드에 의해서 펌핑되고 펄스화되는 광학 공진기로서,

   -적어도 2 개의 레이저 로드,

   - 공진기에 의해서 발생된 레이저 비임이 가장 적게 발산하는 곳인 공진기의 일부에 위치된, 적어도 하나의 광 펄스 트리거 수단 및,

   - 상기 공진기를 한정하는 2 개의 미러들로서, 미러들중 하나는 고도로 반사시키고 다른 하나는 부분적으로 반사시키는, 2 개의 미러들을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 공진기.
2. 제 1 항에 있어서,

   레이저 로드들은 Nd:YAG 또는 Yb:YAG 와 같은 등방성 재료로 제조되고, 공동은 2 개의 연속적인 로드들에 의해 형성된 각각의 공간내에서 비임의 경로상에 편광 회전 수단을 구비하며, 이러한 회전이 바람직스럽게는 90°인 것을 특징으로 하는 광학 공진기.
3. 제 1 항에 있어서,

   2 개의 근접한 로드들 사이에서 각각의 간격의 중간에, 바람직스럽게는 발산 렌즈가 구비되는 것을 특징으로 하는 광학 공진기.
4. 제 1 항에 있어서,

   레이저 로드들이 제조되는 레이저 재료는 Nd:YAG, Nd:YLF, Nd:YALO, Yb:YAG, Nd:ScO₃및, Yb:Y₂O₃를 포함하는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 광학 공진기.
5. 제 1 항 및, 제 2 항중 어느 한 항에 있어서,

   레이저 재료로 제조되고 바람직스럽게는 실질적으로 동일한 2 개의 로드(38a,38b) 및, 이러한 2 개의 로드들 사이에 있는 공동 안에 배치된 편광 회전 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 공진기.
6. 제 3 항에 있어서,

   각각의 펄스화된 광학 공진기내에 배치된 펄스 트리거 수단은, 편광 회전 수단의 각각의 측부상에, 편광 회전 수단과 레이저 로드 사이에서, 공동내에 위치된 2 개의 Q-스위치들을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 공진기.
7. 제 1 항 내지 제 4 항의 어느 한 항에 있어서,

   트리거 수단(50,52)은 음향-광학(acousto-optical) 유형인 것을 특징으로 하는 광학 공진기.
8. 제 1 항에 있어서,

   하나 또는 몇 개의 단일 통과 증폭기와 결합된 것을 특징으로 하는 광학 공진기.
9. - 제 1 항 내지 제 3 항 및, 제 8 항들중 어느 한 항에 따른 적어도 3 개의 펄스화된 광학 공진기(2,4,6)들 및,

   - 이러한 광 펄스들을 타겟(16) 상의 실질적으로 같은 위치에, 그리고 상기 위치에서 실질적으로 같은 시간에 전달하기 위한 수단(14)을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치로서,

   레이저 장치는 펄스화된 광학 공진기를 제어하기 위한 수단(18)을 구비하며, 이러한 제어 수단은 모든 트리거 수단이 장치의 부분을 동기화시켜서 작동하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    적어도 10 개의 펄스화된 광학 공진기(2,4,6)를 병렬로 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제 9 항 및, 제 10 항의 어느 한 항에 있어서,

    광 펄스를 보내는 수단은 타겟(16)으로 동일한 경로를 따라서 상기 광 펄스들을 보내는 수단(80,82,90,92)을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제 9 항 내지 제 11 항의 어느 한 항에 있어서,

    광학 공진기들에 의한 광 펄스 출력의 부가로부터 초래된 광 펄스의 공간상의 분포를 수정하기 위한 수단(74,76,78)을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제 9 항 내지 제 12 항의 어느 한 항에 있어서,

    광학 공진기를 제어하는 수단(18)은 복합 펄스를 발생시키기 위하여 광학 공진기에 의해 공급된 광 펄스의 부가로부터 초래된 광 펄스의 시간 분포를 수정할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제 13 항에 있어서,

    각각의 복합 펄스의 프로파일(profile)은, 광 펄스와 타겟의 상호 작용에 의해 발생될 제 1 의 플라즈마 점화 펄스, 레이저에 의한 광 에너지 출력이 플라즈마 성장 동안에 최소인 시간 간격 및, 플라즈마의 성장에 의존하는 시퀀스에 따라서 몇 개의 요소 펄스로 구성된 제 2 의 펄스를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제 9 항 내지 제 14 항의 어느 한 항에 있어서,

    광학 공진기에 의해 방사된 광 펄스들의 재현 비율(recurrent rate)이나 또는 광학 공진기에 의해 방사된 상기 광 펄스들의 시퀀스를 수정하는 수단(18)을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
16. 제 13 항에 있어서,

    제 1 의 고도로 초점이 맞춰진 비임(F1)을 타겟으로 보낼 수 있고 다음에 광 에너지의 나머지를 타겟으로 보다 넓은 초점을 맞춰서 적용시킬 수 있는 장치.
17. 제 9 항 내지 제 16 항의 어느 한 항에 있어서,

    타겟(16)은 광학 공진기(2,4,6)에 의해 방사된 광 펄스와의 상호 작용에 의해 극 자외선 영역에서 광을 출력하도록 설계된 것을 특징으로 하는 장치.