KR20150099808A

KR20150099808A - 엑시머 레이저의 복합 캐비티

Info

Publication number: KR20150099808A
Application number: KR1020157019589A
Authority: KR
Inventors: 저우이; 산야오잉; 판위안위안; 송싱리앙; 장리지아; 추후이롱; 왕위
Original assignee: 아카데미 오브 옵토-일렉트로닉스, 차이니즈 아카데미 오브 사이언시스
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2015-09-01
Also published as: WO2014094262A1; EP2937954B1; KR101804551B1; DK2937954T3; RU2607815C1; JP2016500482A; US9325143B2; EP2937954A1; EP2937954A4; US20150372443A1

Abstract

본 발명에서는 엑시머 레이저의 복합 캐비티를 개시한다. 상기 엑시머 레이저의 복합 캐비티는 레이저광 방전 캐비티,레이저광 출력 모듈, 선 폭 축소화 모듈, 및 레이저광 증폭 모듈을 포함한다. 상기 레이저광 방전 캐비티 내에는 여기원의 작용 하에 레이저광을 발생할 수 있는 동작 가스가 포함된다. 상기 레이저광 방전 캐비티, 레이저광 출력 모듈, 및 선 폭 축소화 모듈은 상기 동작 가스가 발생한 레이저광의 선 폭을 축소하기 위한 선 폭 축소화 캐비티를 구성한다. 상기 레이저광 방전 캐비티, 레이저광 출력 모듈, 및 레이저광 증폭 모듈은 상기 선 폭이 축소된 레이저광의 에너지를 증폭하기 위한 증폭 캐비티를 구성한다. 본 발명에 의하면, 엑시머 레이저의 좁은 선 폭의 출력을 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 복합 캐비티 설계를 통하여, 출력되는 레이저광의 에너지 및 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 복합 캐비티는 그 구성이 간단하여 쉽게 가공할 수 있으며 튜닝도 편리하다.

Description

엑시머 레이저의 복합 캐비티{EXCIMER LASER COMPOSITE CAVITY}

본 발명은 레이저 기술 분야에 관한 것으로, 구체적으로는 엑시머 레이저의 복합 캐비티에 관한 것이며, 특히 좁은 선 폭(narrow line-width) 및 고출력을 가지는 엑시머 레이저의 복합 캐비티에 관한 것이다.

반도체 산업의 발전에 따라, 대규모 집적회로 기술분야에서 거둔 성과와 더불어 포토리소그래피에 대한 요구도 나날이 높아져가고 있다. 포토리소그래피의 광원으로 작용하는 엑시머 레이저는 포토리소그래피 기술을 향상시킴에 있어서 아주 중요한 요소이다. 따라서, 엑시머 레이저가 좁은 선 폭과 고출력을 가질 것을 요구한다. 종래 기술에서는 레이저와 선 폭 축소화 모듈(line-width narrowing module)의 조합을 사용하고 있으나 이러한 조합은 레이저 에너지의 손실을 대가로 좁은 선 폭을 실현하고 있다. 따라서, 좁은 선 폭과 고출력을 동시에 얻기 위하여서는 특별한 요구를 만족시키는(예를 들면, 포토리소그래피 광원으로 사용)엑시머 레이저를 얻도록 레이저광의 에너지 및 선 폭을 조절할 수 있는 메커니즘을 설계할 필요가 있다.

본 발명은, 엑시머 레이저에서 출력되는 레이저광에 대하여 선 폭을 좁게 하는 동시에 레이저의 출력 에너지를 향상시켜, 포토리소그래피 광원 등으로 응용되는 경우의 수요를 만족시킬 수 있는 엑시머 레이저의 복합 캐비티를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 엑시머 레이저의 복합 캐비티를 제공하는데, 내부에 여기원의 작용 하에 레이저광을 발생할 수 있는 동작 가스를 포함하는 레이저광 방전 캐비티; 및 레이저광 출력 모듈;을 포함하는 엑시머 레이저의 복합 캐비티에 있어서, 선 폭 축소화 모듈과 레이저광 증폭 모듈을 더 포함하며, 상기 레이저광 방전 캐비티, 상기 레이저광 출력 모듈, 및 상기 선 폭 축소화 모듈은 상기 동작 가스가 발생한 레이저광의 선 폭을 축소하기 위한 선 폭 축소화 캐비티를 구성하고; 상기 레이저광 방전 캐비티, 상기 레이저광 출력 모듈, 및 상기 레이저광 증폭 모듈은 상기 선 폭이 축소된 레이저광의 에너지를 증폭하기 위한 증폭 캐비티를 구성하며; 상기 레이저광 출력 모듈은 선 폭이 축소되고 에너지가 증폭된 레이저광을 출력하기 위한 것이다.

본 발명의 일 구체적인 형태에 따르면, 상기 레이저광 출력 모듈은 출력 커플링 렌즈이고, 상기 레이저광 방전 캐비티는 두개의 단부를 가지며, 상기 출력 커플링 렌즈는 상기 레이저광 방전 캐비티의 일단에 설치되고, 상기 선 폭 축소화 모듈과 상기 레이저광 증폭 모듈은 상기 레이저광 방전 캐비티의 타단에 설치된다.

본 발명의 일 구체적인 형태에 따르면, 상기 선 폭 축소화 모듈은 하나의 프리즘 또는 프리즘 군을 포함하고, 또한 격자(grating)를 더 포함하며, 레이저광 방전 캐비티로부터 발사되는 레이저광은 하나의 프리즘 또는 프리즘 군으로 입사되고; 하나의 프리즘 또는 프리즘 군은 입사된 레이저광의 일부를 증폭 캐비티로 반사하고 나머지 부분을 굴절 및 증폭시킨 후 상기 격자로 발사한다. 상기 격자는 블레이즈 각을 입사각으로 하여 하나의 프리즘 또는 프리즘 군으로부터 증폭되어 발사되는 레이저광을 수신하고 표면에 입사된 레이저광을 분산시키며, 격자의 블레이즈 조건을 만족시키는 파장의 레이저광을 원래의 광로에 따라 반사시킨다.

본 발명의 일 구체적인 형태에 따르면, 상기 레이저광 증폭 모듈은, 상기 하나의 프리즘 또는 상기 프리즘 군에 의해 부분적으로 반사된 레이저광을 수신하고, 이를 원래의 광로에 따라 상기 레이저광 방전 캐비티로 반사시키기 위한 반사 거울이다.

본 발명의 일 구체적인 형태에 따르면, 상기 선 폭 축소화 모듈이 상기 하나의 프리즘을 포함하는 경우, 상기 레이저광 방전 캐비티로부터 발사되는 레이저광에 대한 프리즘의 입사면의 반사율은 4.8％ ∼ 24％이다.

본 발명의 일 구체적인 형태에 따르면, 상기 선 폭 축소화 모듈이 상기 프리즘 군을 포함하는 경우, 프리즘 군은 광로에 순차로 배열된 복수 개의 프리즘을 포함하고, 상기 레이저광 방전 캐비티에서 발사된 레이저광을 수신하기 위한 제1 프리즘은 수신된 레이저광의 일부를 상기 증폭 캐비티로 반사시킨다.

본 발명의 일 구체적인 형태에 따르면, 상기 레이저광 방전 캐비티로부터의 레이저광에 대한 상기 제1 프리즘의 입사면의 반사율은 4.8％ ∼ 24％이다.

본 발명의 일 구체적인 형태에 따르면, 상기 증폭 캐비티는, 입사되는 레이저광에 대하여 선 폭을 축소하고 또한 특정 중심 파장을 가지는 레이저광을 투과시키기 위한 에탈론을 더 포함한다.

본 발명의 일 구체적인 형태에 따르면, 상기 에탈론은 상기 하나의 프리즘 또는 상기 프리즘 군에 의해 부분적으로 반사된 레이저광을 직접 수신하고 투과시킨 레이저광을 상기 반사 거울로 입사시키기 위한 것이다.

본 발명의 일 구체적인 형태에 따르면, 상기 에탈론이 투과시킨 레이저광의 스펙트럼의 선 폭은 상기 복합 캐비티의 선 폭과 동일하다.

본 발명에 의하면, 좁은 선 폭의 레이저광을 출력하는 엑시머 레이저를 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 복합 캐비티 설계를 통하여, 출력되는 레이저광의 에너지 및 그 안정성도 향상할 수 있다. 또한, 구성이 간단하과 쉽게 가공할 수 있으며 튜닝이 편리하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 엑시머 레이저의 복합 캐비티의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 엑시머 레이저의 복합 캐비티의 선 폭 축소화 모듈의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 엑시머 레이저의 복합 캐비티의 구성을 나타내는 도면이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 있어서, 복합 캐비티의 설계 출발점은, 구체적인 응용에 있어서 엑시머 레이저가 고 에너지 및 좁은 선 폭을 동시에 가지는 레이저광을 발사하도록, 엑시머 레이저의 선 폭 및 출력 에너지를 동시에 조절 가능한 메커니즘을 설계하여, 좁은 선 폭을 가지는 레이저광을 출력함과 동시에 출력되는 레이저광의 에너지를 향상시키는 것이다.

본 발명의 엑시머 레이저의 복합 캐비티는, 엑시머 레이저광 방전 캐비티, 레이저광 출력 모듈, 선 폭 축소화 모듈(line-width narrowing module), 및 레이저광 증폭 모듈을 포함한다. 레이저광 방전 캐비티, 레이저광 출력 모듈과 선 폭 축소화 모듈은, 레이저광 방전 캐비티 내의 동작 가스가 발생한 레이저광에 대해 선 폭을 좁게 하는 선 폭 축소화 공진 캐비티(line-width narrowing resonant cavity)를 구성한다. 이하 선 폭 축소화 공진 캐비티를 선 폭 축소화 캐비티라고도 칭한다. 또한, 레이저광 방전 캐비티, 레이저광 출력 모듈, 및 레이저광 증폭 모듈은 레이저광 증폭 공진 캐비티를 구성하는데, 이하 증폭 캐비티라고도 칭한다. 선 폭 축소화 캐비티에서 출력된 선 폭이 축소된 레이저광은 증폭 캐비티로 입사되고 레이저광 증폭 공진 캐비티 내에서의 왕복 발진(oscillation)에 의해 점차적으로 증폭된다. 또한 모드의 경합 작용에 의해 이러한 선 폭이 좁은 레이저광 모드는 증폭 캐비티 내의 광대역 레이저광 모드(wide-spectrum laser mode)를 대체하게 된다. 이 때, 복합 캐비티는 선 폭이 좁은 고 에너지의 레이저광을 출력할 수 있다. 이로부터 알 수 있듯이, 상기 선 폭 축소화 캐비티 및 증폭 캐비티로 이루어진 복합 캐비티는 선 폭이 좁은 고 에너지의 레이저광을 출력할 수 있다. 이러한 복합 캐비티에 의해 발생된 레이저광은 레이저광 출력 모듈을 통하여 출사(出射)된다.

본 발명의 레이저광 출력 모듈은, 선 폭 축소화 모듈과 레이저광 증폭 모듈이 레이저광 공진 캐비티를 구성하도록 보조해 주는 것으로, 엑시머 레이저 시스템의 커플링 출력 렌즈의 일종으로 일반적으로 소정의 반사율(20％ ∼ 73％)을 가지는 평면 렌즈 또는 투과율이 매우 높은 증착되지 않은 평면 렌즈로 구성된다.

본 발명의 선 폭 축소화 모듈은, 레이저가 자연적으로 발진하여 출력하는 레이저광의 스펙트럼을 제어하기 위한 것으로, 좁은 선 폭과 중심 파장을 선택하여 실제 응용에서 필요한 레이저광의 선 폭 및 중심 파장을 출력할 수 있다. 상기 선 폭 축소화 모듈은 일반적으로 복수 개의 분산 소자(dispersion elements)의 조합, 예를 들면, 프리즘, 격자(grating), 에탈론(etalon) 등으로 구성될 수 있다. 선 폭 축소화 모듈의 기능을 실현하려면 레이저광 방전 캐비티 내부의 엑시머 레이저의 동작 가스인 게인 매질(gain medium)의 보조가 필요하다.

본 발명의 레이저광 증폭 모듈은, 선 폭이 축소된 레이저광의 에너지를 증폭하기 위한 것으로, 다른 하나의 레이저광 공진 캐비티에 해당되며, 일반적으로, 소정의 반사율을 가지는 반사 거울과 출력 커플링 렌즈의 조합으로 구성될 수 있다. 레이저광 증폭 모듈의 기능을 실현하려면 역시 레이저광 방전 캐비티 내의 게인 매질(gain medium)의 보조가 필요하다.

이하,본 발명의 목적, 기술 방안, 및 그 이점들이 더욱 명확해지도록, 구체적인 실시예 및 첨부 도면을 참조하면서 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

[제1 실시예]

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 구성을 나타내는 도면이다. 이 제1 실시예는 엑시머 레이저의 복합 캐비티에 관한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 복합 캐비티는 엑시머 레이저광 방전 캐비티(1), 출력 커플링 렌즈(output coupling lens)(2), 프리즘(3), 반사 거울(4), 및 격자(grating)(5)를 포함한다. 출력 커플링 렌즈(2)는 상술한 레이저광 출력 모듈을 구성하고, 프리즘(3)과 격자(5)는 상술한 선 폭 축소화 모듈을 구성하며, 반사 거울(4)은 상술한 레이저광 증폭 모듈을 구성한다.

엑시머 레이저광은 여기된 이중합체(dipolymer)가 발생하는 레이저광을 말한다. 불활성 가스와 할로겐 가스가 소정의 비율 및 압력으로 혼합될 때, 여기원의 작용하에 가스 원자는 기저상태(ground state)로부터 여기상태로 전이되며 심지어 전리된다. 여기상태에 있는 원자 또는 이온은 분자로 결합되기 쉬운데 이러한 분자의 수명은 수십 나노초 뿐이다. 기저상태의 엑시머 수량보다 여기상태의 분자 수량이 압도적으로 많을 경우, 이온 수량의 반전 분포를 형성한다. 엑시머가 여기상태에서 기저상태로 전이될 때 광자가 방출되며, 공진 캐비티의 발진에 의하여 레이저광이 발사된다. 동시에, 희유 가스와 할로겐 가스는 엑시머 상태에서 두개의 원자로 신속하게 분리된다. 상기 엑시머 레이저광 방전 캐비티(1)는, 펌핑원(pumping source), 동작 매질, 방전 전극 등으로 이루어지는 집적 모듈화 방전 캐비티로, 레이저의 가장 중요한 부분이다. 상기 레이저광 방전 캐비티(1)는, 펌핑 조건 하에서 레이저광을 발생하고 고압 전력을 여기원으로 하여 레이저 캐비티 내의 동작 물질(ArF 등)을 여기시킴으로써, 입자의 반전 분포를 실현하는 것이다. 레이저광 방전 캐비티(1) 내에서 레이저광 발진이 형성되어 외부로 레이저광을 출력한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 레이저광 방전 캐비티(1)는 두개의 단부를 가지는데 상기 출력 커플링 렌즈(2)는 레이저광 방전 캐비티(1)의 일단의 발사구 부근에 설치된다. 출력 커플링 렌즈(2)는, 선 폭 축소화 모듈과 에너지 증폭 모듈이 레이저광을 형성하는 요소 중 하나인 공진 캐비티를 구성하도록 보조한다. 공진 캐비티 내에서 발생된 레이저광은 출력 커플링 렌즈(2)로부터 발사되어 튜닝용 출력 커플링 렌즈(2)에 의해, 타단에 위치하는 선 폭 축소화 모듈인 격자(5) 또는 레이저광 증폭 모듈인 반사 거울(4)에 완전히 평행되도록 튜닝되어, 레이저광이 이들 사이에서 왕복 발진하도록 한다. 바람직하게, 상기 출력 커플링 렌즈(2)는 소정의 반사율을 가지는 평면 렌즈이다. 반사율은 바람직하게 20％ ∼ 73％이며, 더욱 바람직하게는 40％ ∼ 50％이다.

상기 프리즘(3)은 레이저광 방전 캐비티(1)의 출력 커플링 렌즈(2)와 반대 쪽인 타단의 발사구 부근에 설치된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 프리즘(3)의 꼭지각은 위로 향하며, 레이저광은 프리즘(3)의 빗변으로부터 입사되어 프리즘(3)의 나머지 변 중의 하나로부터 발사된다. 프리즘(3)은, 격자(5)에 입사되는 레이저광의 길이를 충분히 길도록 하여 격자(5)가 중심 파장 및 선 폭에 대한 선택을 더욱 촉진하도록 선 폭 축소화 모듈 중의 빔 증폭용 프리즘으로 작용하는 한편, 레이저광이 증폭 캐비티에서 발진하도록 프리즘(3)의 입사면에서 반사되는 일부 레이저광을 반사 거울(4)로 입사시킨다. 프리즘(3)은 예를 들면, CaF₂, MgF₂ 등과 같은 자외선 급 용융 석영 재료(ultraviolet-level fused　silica material) 또는 자외선 투과율이 뛰어난 재료로 구성될 수 있다. 프리즘(3)은, 광을 증폭하는 기능만 있으면 직각 프리즘일 수도 있고 특정 각도를 가지는 프리즘일 수도 있다. 예를 들면, 꼭지각이 69°∼ 76°인 프리즘일 수도 있다. 동시에, 광이 프리즘(3)에 입사되는 입사면이 광을 반사하는 반사율에 대한 요구는 극히 엄격하다. 선 폭 축소화 모듈로 향하는 레이저광의 에너지와 증폭 캐비티로 향하는 레이저광의 에너지가 근접하도록 설정하는 것이 그 원칙이다. 발명인들의 계산 및 실험에 의하면, 본 발명의 바람직한 실시예로서, 프리즘(3)의 입사면의 반사율은 바람직하게 4.8％ ∼ 24％이며, 더욱 바람직하게는 10％ ∼ 20％이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 반사 거울(4)도 레이저광 방전 캐비티(1)의 출력 커플링 렌즈(2)와 반대 쪽인 타단에 설치되어 있다. 반사 거울(4)은 프리즘(3)의 입사면에서 반사되는 레이저광을 수신하고, 이를 원래의 광로(optical path)에 따라 레이저광 방전 캐비티(1)로 돌아가도록 반사한다. 반사 거울(4)과 출력 커플링 렌즈(2)는 증폭 캐비티를 구성한다. 반사 거울(4)은 반사율이 70％ 이상인 평면 반사 거울인 것이 바람직하다.

격자(5)는 선 폭 축소화 캐비티의 광로에서 프리즘(3)의 후방에 설치되어 프리즘(3)에 의해 증폭된 레이저광을 수신하기 위한 것이다. 레이저광은 격자(5)의 블레이즈 각을 입사각으로 하며, 격자(5)의 표면에 입사된 레이저광은 분산을 일으키게 된다. 따라서 스펙트럼 폭 및 중심 파장을 선택할 수 있다. 격자(5)는 블레이즈 조건을 만족시키는 파장의 레이저광을 원래의 광로에 따라 반사시키는 리트로(littrow)형 배치 모드를 사용한다. 빛의 가역성 원리에 따르면, 격자(5)로부터 되돌아온 레이저광은 다시 출력 커플링 렌즈(2)에 입사되므로 이로써 레이저광의 왕복 발진이 형성된다. 격자(5)는 바람직하게 계단형 격자 구조이며, 더욱 바람직하게는 리트로(littrow)형 격자(일반적인 격자 방정식 d(sinα+sinβ)=mλ에 대하여, α=β=90° 로 하면 리트로(littrow)형 격자가 이루어 진다)이다.

엑시머 레이저에 있어서, 기저상태의 엑시머 수량보다도 여기상태의 분자 수량이 압도적으로 많을 경우, 이온 수량 반전 분포를 형성하며, 엑시머가 여기상태에서 기저상태로 이동할 때 광자를 방출하게 된다. 이때 방전 캐비티로부터 출사되는 광을 레이저의 레이저광이라 칭한다. 레이저광은 공진 캐비티의 발진에 의하여 증폭되어 발사된다. 일반적인 엑시머 레이저로부터 발사되는 레이저광은 자외선 주파수 대역을 가지는 바, 예를 들면, ArF 레이저는 193㎚의 레이저광을 발생하고, KrF 레이저는 248㎚의 레이저광을 발생한다.

레이저광을 발생할 수 있는 공진 캐비티는 두개 있다. 그 중의 하나는 프리즘(3)과 격자(5)로 이루어지는 선 폭 축소화 모듈, 출력 커플링 렌즈(2), 및 레이저광 방전 캐비티(1)로 구성된 선 폭 축소화 캐비티이다. 다른 하나는 반사 거울(4)을 레이저광 증폭 모듈로 하는 레이저광 방전 캐비티(1), 출력 커플링 렌즈(2), 및 반사 거울(4)로 구성된 증폭 캐비티이다. 이로부터 알 수 있듯이, 증폭 캐비티는 분산 소자를 포함하지 않는다.

선 폭 축소화 캐비티의 동작 원리는 아래와 같다. 레이저광 방전 캐비티(1) 내의 레이저광이 프리즘(3)의 빗변으로 입사할 시, 입사 광 빔에 대한 밑변 또는 높이 중의 하나로부터 발사되는 광 빔의 증폭 비율은 약 10 배 정도이며, 증폭된 광 빔은 격자(5)의 블레이즈 각을 입사각으로 격자(5)로 입사된다. 격자(5)가 리트로(littrow)형 이므로, 격자(5)로부터 반사되어 돌아가는 분산이 발생한 레이저광은 원래의 광로를 따라 되돌아간다. 격자(5)와 출력 커플링 렌즈(2)는 상기 선 폭 축소화 캐비티인 공진 캐비티를 구성한다. 공진 캐비티는, 프리즘(3)과 격자(5)로 이루어지는 선 폭 축소화 모듈을 포함하는 선 폭 축소화 캐비티를 경유하여, 출력 커플링 렌즈(2)로부터 선 폭이 축소된 레이저광을 출력한다. 선 폭 축소화 캐비티를 통해, 광 빔은 프리즘(3)에 의해 증폭되고 증폭된 광은 격자로 입사된다. 분산 작용을 이용하여, 광 스펙트럼과 선 폭을 선택한다. 선 폭 축소화 캐비티로부터 발사된 레이저광은 선 폭이 좁은 레이저광으로 된다.

이와 동시에, 레이저광이 발생된 후, 선 폭 축소화 캐비티 내의 왕복 전파 과정에 있어서, 프리즘(3)의 빗변으로부터 입사될 때 레이저광의 일부는 반사 거울(4)로 반사된다. 반사 거울(4)은 높은 반사율을 가진는 반사 거울인 것이 바람직하다. 반사 거울(4)과 출력 커플링 렌즈(2)는 레이저광 증폭 공진 캐비티 즉 증폭 캐비티를 구성한다.

상술한 두개의 공진 캐비티 내의 레이저광, 즉 좁은 선 폭 레이저광은 증폭 캐비티 내에서의 모드 경합에 의해 부단히 증폭된다. 모드 경합은 아래와 같다. 복합 캐비티 내에 적어도 좁은 선 폭을 가지는 레이저광인 v1 및 증폭 캐비티 내의 높은 에너지를 가짐과 동시에 선 폭이 넓은 레이저광인 v2 이 두가지 레이저광 모드가 존재한다. 처음에는 이 두가지 레이저광의 게인이 모두 역치보다 크므로, 두 모드하에서의 빛의 세기는 모두 점차적으로 증폭된다. 게인 곡선이 점차 저하될 때, v2 모드의 레이저광의 게인은 손실과 동일하게 되므로 에너지는 더이상 증가되지 않는다. 그러나 이 때, v1 모드의 게인은 여전히 역치보다 크므로 에너지는 계속하여 증가된다. 그러므로 짧은 기간 내에 v2 모드의 게인 계수가 역치보다 작아지므로 이 모드의 빛의 세기는 신속하게 약해지며 심지어는 소실된다. 나중에 공진 캐비티 내에서는 v1 모드만이 안정적인 발진을 형성하게 된다. 즉, 증폭 캐비티 내의 발진은, 선 폭 축소화 캐비티 내의 좁은 선 폭 레이저광의 모드에 고정되므로, 고 에너지 및 좁은 선 폭의 레이저광의 발진을 실현하고 이로써 최종적으로 출력되는 레이저광이 좁은 선 폭 및 고출력 특성을 가지도록 한다.

[제2 실시예]

제2 실시예는 전체적으로 제1 실시예와 동일한 구성을 가진다. 다른 점은, 제2 실시예에서는 제1 실시예 중의 하나의 프리즘(3) 대신 프리즘 군을 사용한다는 점이다. 즉, 제2 실시예에서의 복합 캐비티 중의 선 폭 축소화 모듈은 제1 실시예와 달리 구성된다.

도 2는 본 발명의 엑시머 레이저의 복합 캐비티의 제2 실시예에 따른 선 폭 축소화 모듈의 구성을 나타내는 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 프리즘 군은, 순차로 배열되는 복수 개의 직각 프리즘(31，32，33)으로 구성된다. 프리즘(31)은 빗변으로부터 레이저광 방전 캐비티(1)이 출사한 레이저광을 수신하여 밑변으로부터 발사한다. 프리즘(32)은 빗변으로부터 프리즘(31)이 발사한 레이저광을 수신하여 밑변으로부터 발사한다. 프리즘(33)은 빗변으로부터 프리즘(32)이 발사한 레이저광을 수신하여 밑변으로부터 격자(5)를 향하여 발사한다.

프리즘(31)의 작용은 제1 실시예에서의 프리즘(3)과 동일한 바 입사면의 반사율에 대한 요구도 프리즘(3)과 동일하다. 즉, 입사면의 반사율은 4.8％ ∼ 24％이며, 바람직하게는 10％ ∼ 20％이다.

복수 개의 프리즘으로 구성되는 프리즘 군을 사용하면 광 빔을 증폭시키는 증폭 비율에 대한 요구를 더욱 쉽게 실현할 수 있기 때문에 좁은 선 폭의 출력을 촉진할 수 있다. 그러나 프리즘의 수량이 증가되면, 복합 캐비티가 광 에너지에 대한 흡수 및 손실도 증가되기에 고 에너지 레이저광을 출력함에 있어서는 바람직하지 않다.

[제3 실시예]

도 3은 본 발명의 엑시머 레이저의 복합 캐비티의 제3 실시예의 구성을 나타내는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제3 실시예도 기본적으로 제1 실시예와 동일한 구성을 가진다. 다른 점은, 증폭 캐비티 내에 에탈론(6)을 추가했다는 것이다. 이른바 에탈론은 복수의 광 빔 간섭 원리를 이용하여 제조된 분산 소자이다. 광학 기술 분야에 있어서, 파브리-페로 간섭계(Fabry-Perot interferometer)는 두개의 평행되는 유리 기판으로 구성된 다광선간섭계인데, 여기서 유리 기판 사이의 서로 대향하는 내면은 높은 반사율을 가진다. 파브리-페로 간섭계는 파브리-페로 공진 캐비티로도 불리는데, 두개의 유리 기판 사이를 소정의 길이를 가지는 중공 스페이서에 의해 이격시켜 고정했을 경우 파브리-페로 에탈론 또는 에탈론으로만 약칭하는 경우도 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 선 폭 축소화 모듈은 하나의 프리즘(3)을 포함하고 있으나 하나의 프리즘(3) 대신 도 2에 도시된 바와 같은 프리즘 군을 포함할 수도 있다. 제3 실시예에 있어서 프리즘(3)은 직각 프리즘으로, 그 빗변으로부터 레이저광 방전 캐비티(1)에 의해 발사된 레이저광을 수신하고, 이 빗변을 입사면으로 하여 상기 레이저광의 일부를 에탈론(6)으로 반사한다. 나머지 부분의 레이저광은 프리즘(3) 내에서 굴절 및 증폭되어 밑변으로부터 격자(5)로 발사된다.

에탈론(6)은 프리즘(3)에 의해 부분적으로 반사된 레이저광을 수신하고 에탈론(6)에 입사된 레이저광에 대해 선 폭을 축소하며 특정 중심 파장을 가지는 레이저광을 투과시키기 위한 것이다. 에탈론(6)은 증폭 캐비티 내에 설치되며 증폭 캐비티에서 레이저광의 스펙트럼 선 폭 및 중심 파장을 선택함으로써, 선 폭 축소화 모듈을 보조한다. 이로써 좁은 선 폭 및 고 에너지의 레이저광을 보다 효율적으로 발사할 수 있다. 에탈론(6)이 투과시킨 레이저광의 스펙트럼의 선 폭은 전체 복합 캐비티에서 요구하는 선 폭과 일치하다.

에탈론(6)을 사용하면 원하는 선 폭 및 중심 파장을 가지는 레이저광을 보다 안정적으로 출력할 수 있다. 그러나 에탈론은 소모형 소자이므로 복합 캐비티 내에 설치되는 경우, 레이저광의 에너지의 향상에 영향을 줄 수도 있다.

상술한 실시예는 본 발명을 실시하기 위한 특정 실시 형태에 불과하다. 본 발명에 의하면 에너지 증폭 모듈과 선 폭 축소화 모듈은 엑시머 레이저의 특성에 대응되는 기타 광학 소자로 구성될 수도 있다. 제2 실시예의 프리즘 군에서 프리즘의 수량 및 각 실시예에서 기타 광학 부재를 추가 또는 생략하는 것은 당업자들이 본 발명의 취지를 이탈하지 않는 조건 하에서 실제 수요에 따라 임의로 변경할 수 있는 것이다. 따라서 상술한 실시예는 본 발명의 보호 범위를 제한하기 위한 것은 아니다. 본 발명의 취지 및 원칙 범위 내에서 본 발명에 대해 진행한 모든 수정, 균등물에 의한 변경, 개진 등은 모두 본 발명의 보호 범위에 속한다.

Claims

내부에 여기원의 작용 하에 레이저광을 발생할 수 있는 동작 가스를 포함하는 레이저광 방전 캐비티; 및 레이저광 출력 모듈;을 포함하는 엑시머 레이저의 복합 캐비티에 있어서,
선 폭 축소화 모듈과 레이저광 증폭 모듈을 더 포함하며,
상기 레이저광 방전 캐비티, 상기 레이저광 출력 모듈, 및 상기 선 폭 축소화 모듈은 상기 동작 가스가 발생한 레이저광의 선 폭을 축소하기 위한 선 폭 축소화 캐비티를 구성하고,
상기 레이저광 방전 캐비티, 상기 레이저광 출력 모듈, 및 상기 레이저광 증폭 모듈은 상기 선 폭이 축소된 레이저광의 에너지를 증폭시키기 위한 증폭 캐비티를 구성하며,
상기 레이저광 출력 모듈은 선 폭이 축소되고 에너지가 증폭된 레이저광을 출력하기 위한 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저의 복합 캐비티.
제1항에 있어서,
상기 레이저광 출력 모듈은 출력 커플링 렌즈(2)이고,
상기 레이저광 방전 캐비티(1)는 두 개의 단부를 가지며,
상기 출력 커플링 렌즈(2)는 상기 레이저광 방전 캐비티(1)의 일단에 설치되고,
상기 선 폭 축소화 모듈과 상기 레이저광 증폭 모듈은 상기 레이저광 방전 캐비티(1)의 타단에 설치되는 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저의 복합 캐비티.
제2항에 있어서,
상기 선 폭 축소화 모듈은 하나의 프리즘(3) 또는 프리즘 군을 포함하고, 또한 격자(5)를 더 포함하며,
상기 하나의 프리즘(3) 또는 상기 프리즘 군은 상기 레이저광 방전 캐비티(1)로부터 발사되는 레이저광을 수신하기 위한 것이며,
상기 하나의 프리즘(3) 또는 상기 프리즘 군은, 수신된 레이저광의 일부를 상기 증폭 캐비티로 반사하고 나머지 부분을 굴절 및 증폭시킨 후 상기 격자(5)로 발사하며,
상기 격자(5)는 블레이즈 각을 입사각으로 하여 상기 하나의 프리즘(3) 또는 상기 프리즘 군으로부터 증폭되어 발사되는 레이저광을 수신하고 표면에 입사된 레이저광을 분산시키며, 격자의 블레이즈 조건을 만족시키는 파장의 레이저광을 원래의 광로에 따라 반사시키기 위한 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저의 복합 캐비티.
제3항에 있어서,
상기 레이저광 증폭 모듈은, 상기 하나의 프리즘(3) 또는 상기 프리즘 군에 의해 부분적으로 반사된 레이저광을 수신하고 이를 원래의 광로에 따라 상기 레이저광 방전 캐비티(1)로 반사시키기 위한 반사 거울(4)인 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저의 복합 캐비티.
제4항에 있어서,
상기 선 폭 축소화 모듈이 상기 하나의 프리즘(3)을 포함하는 경우, 상기 레이저광 방전 캐비티로부터 발사된 레이저광에 대한 프리즘(3)의 입사면의 반사율은 4.8％ ∼ 24％인 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저의 복합 캐비티.
제4항에 있어서,
상기 선 폭 축소화 모듈이 상기 프리즘 군을 포함하는 경우, 프리즘 군은 광로에 순차로 배열된 복수 개의 프리즘을 포함하고, 상기 레이저광 방전 캐비티(1)에서 발사된 레이저광을 수신하기 위한 제1 프리즘은 수신된 레이저광의 일부를 상기 증폭 캐비티로 반사시키는 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저의 복합 캐비티.
제6항에 있어서,
상기 레이저광 방전 캐비티로부터 발사되는 레이저광에 대한 상기 제1 프리즘의 입사면의 반사율은 4.8％ ∼ 24％인 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저의 복합 캐비티.
제3항에 있어서,
상기 증폭 캐비티는, 입사되는 레이저광에 대하여 선 폭을 축소하고 또한 특정 중심 파장을 가지는 레이저광을 투과시키기 위한 에탈론(6)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저의 복합 캐비티.
제8항에 있어서,
상기 에탈론(6)은 상기 하나의 프리즘(3) 또는 상기 프리즘 군에 의해 부분적으로 반사된 레이저광을 직접 수신하고, 투과시킨 레이저광을 상기 반사 거울(4)로 입사시키기 위한 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저의 복합 캐비티.
제9항에 있어서,
상기 에탈론(6)이 투과시킨 레이저광의 스펙트럼의 선 폭은 상기 복합 캐비티의 선 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 엑시머 레이저의 복합 캐비티.