KR20160055524A - Single chamber laser oscillator - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a single chamber laser oscillator, and more particularly, to a single chamber laser oscillator in which a single chamber body is formed as a double space structure comparted into two spaces, and an oscillating flash lamp and an oscillating flash rod are disposed in one space of the two spaces and an amplifying flash lamp and an amplifying flash rod are disposed in the other space of the two spaces. The single chamber laser oscillator according to the present invention has the chamber body formed as the double space structure comparted into the two spaces, and the oscillating flash lamp and the oscillating flash rod and the amplifying flash lamp and the amplifying flash rod are placed in the two spaces, respectively, so that laser output efficiency is maintained as that of a double chamber laser oscillator. In addition, since the single chamber laser oscillator according to the present invention has the single chamber body formed therein with the oscillating flash lamp and the oscillating flash rod and the amplifying flash lamp and the amplifying flash rod, the system assembly is simple and manufacturing cost is reduced.

Description

단일 챔버 레이저 발진장치{SINGLE CHAMBER LASER OSCILLATOR}[0001] SINGLE CHAMBER LASER OSCILLATOR [0002]

본 발명은 단일 챔버 레이저 발진장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 두개의 공간으로 구획된 이중 공간 구조의 형상으로 이루어진 단일 챔버체에 진동용 플래시 램프와 플래시 로드 및 증폭용 플래시 램프와 플래시 로드가 두개의 공간에 각각 위치하는 것을 특징으로 하는 단일 챔버 레이저 발진장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a single-chamber laser oscillator, and more particularly, to a single-chamber laser oscillator which includes a vibrating flash lamp, a flash load, an amplifying flash lamp and a flash load in a single chamber having a two- Respectively, in a single-chamber laser oscillator.

종래의 레이저 발진장치의 구조는 단일 챔버 디자인을 사용한다. 날로 발전하는 광학 포토 리소그래피 기술에 따라, 광원이 보다 좁은 스펙트럼 선의 폭(선 폭), 보다 높은 중복 주파수, 및 보다 높은 평균 전력을 가지도록 요구한다. 종래의 단일 챔버 구조는 상기 3가지 요구를 동시에 만족시키기가 아주 어려운데 이는 레이저 기기에 대한 연구가 성능과 원가 효과 사이에 높은 제약 관계가 존재하도록 하는 영향을 가져온다. 종래 레이저 기기의 단일 챔버 구조를 개진하는데 있어서 직면한 주요한 문제는 주로 선 폭 축소 모듈의 비교적 큰 전력 손실 문제 및 고전력 레이저 기기 방사 작용 하에서의 광학 소자의 파손과 수명 문제이다.The structure of a conventional laser oscillator uses a single chamber design. According to day-to-day optical photolithography techniques, the light source requires a narrower spectral line width (line width), higher redundancy frequency, and higher average power. Conventional single-chamber structures are very difficult to simultaneously satisfy these three requirements, which has the effect that research on laser devices has a high degree of constraint between performance and cost effectiveness. The major problems encountered in advancing the single chamber structure of conventional laser devices are the relatively large power loss problems of the linewidth reduction module and the breakage and lifetime problems of the optical elements under the radiation action of high power laser devices.

선 폭을 축소시키고 레이저 출력 전력을 효과적으로 향상시키기 위하여, 레이저 기기 디자인에 이중 챔버 구조가 도입되었다. 이러한 구조의 기본적인 발상은 선 폭에 대한 축소와 레이저 출력 전력의 향상이 부동한 기체방전 모듈(씨앗챔버, 증폭 챔버) 내에서 실현되도록 하는 것이다. 그 동작 과정은 다음과 같다. 씨앗챔버에서 일정한 중복적 주파수를 가지는 선 폭이 좁은 씨앗광을 발생시켜 저전력 레이저 발진 방사를 실현하고, 증폭 챔버는 씨앗광 입사 후의 펄스 에너지에 대한 증폭을 실현한다. 이중 챔버 구조에 기초하여 설계된 레이저 기기의 출력은 포토 리소그래피 광원에 필요한 스펙트럼 축소 제어와 비교적 높은 싱글 펄스 에너지 출력 특성을 구비한다.In order to reduce the line width and effectively improve the laser output power, a dual chamber structure has been introduced in the laser device design. The basic idea of this structure is to reduce the line width and improve the laser output power to be realized in different gas discharge modules (seed chamber, amplification chamber). The operation process is as follows. A low power laser oscillation emission is realized by generating a seed light having a narrow line width having a constant repetition frequency in the seed chamber and the amplification chamber realizes amplification for pulse energy after seed light incidence. The output of a laser device designed based on a dual chamber structure has a spectral shrinkage control required for a photolithographic light source and a relatively high single pulse energy output characteristic.

이중 챔버 구조에 기초하여 설계된 레이저 기기는 주진동과 증폭 모듈을 지속적으로 최적화하고, 시스템 출력 지수를 개선할 수 있다. 예를 들면, 동작 기체 혼합물의 조성과 압력의 세기 및 여기 동작 전압 등을 최적화하여 좁은 선 폭과 대전력을 구비하는 레이저 출력을 얻는다. 이 외에, 증폭 챔버의 전력 증폭 메커니즘에 의하여 인 발진기 중 상대적으로 비교적 낮은 레이저 출력은 선 폭 축소 모듈 중의 광학 소자의 수명을 현저하게 향상시킬 수 있다. 이중 챔버 구조에 기초하여 설계된 레이저 기기는 상기 이점들을 갖고 있으므로, "시딩-증폭" 메커니즘의 레이저 기기 구조의 설계는 현대 레이저 포토 리소그래피 광원에 대한 연구와 개발에 광범위하게 응용되었다.Laser devices designed based on a dual chamber structure can continuously optimize the main vibration and amplification module and improve the system output index. For example, the composition of the working gas mixture, the intensity of the pressure and the excitation operating voltage are optimized to obtain a laser output having a narrow line width and a large power. In addition, the relatively low laser output power of the phosphor oscillator by the power amplification mechanism of the amplification chamber can significantly improve the lifetime of the optical element in the line width reduction module. The design of the laser device structure of the "seeding-amplification" mechanism has been extensively applied to the research and development of modern laser photolithography sources, since the laser devices designed based on dual chamber structures have these advantages.

이중 챔버 구조의 설계는 주로, 메인 발진 챔버-전력 증폭 챔버의 이중 챔버 구조(MOPA, Master Oscillator Power Amplifier), 메인 발진 챔버-전력 발진 챔버의 이중 챔버 구조(MOPO, Master Oscillator Power Oscillator), 및 메인 발진 챔버-전력 증폭 챔버의 이중 챔버 구조를 기초로 하여 발전된 환형 챔버 구조(MOPRA, Master Oscillator Power Regenerative Amplifier)와 같은 세가지 유형으로 나뉜다.The design of the dual chamber structure is mainly comprised of a main oscillation chamber-a master oscillator power amplifier (MOPA), a main oscillation chamber-a dual oscillator power oscillator (MOPO) (MOPRA), which is developed based on the dual-chamber structure of the oscillation chamber-power amplification chamber.

MOPA 구조는 첨단 포토 리소그래피 광원에 대한 연구와 개발에 최초로 응용된 레이저 시스템 디자인으로서, 이 구조에 관하여서는 특허 US2002/0044586A1, US20060126697A1, US6690704B2에서 이미 설명하였다. 문헌(주: 근래의 포토 리소그래피용 ArF 엑시머 레이저 기술의 발전)》 제 523-524 페이지 MOPA 구조 모델에 의하면, 증폭 챔버를 유한 회수만큼 통과하기 때문에, 레이저 에너지 증폭 능력에 대한 제한은 MO 챔버(메인 발진 챔버)로 하여금 더욱 높은 레이저 에너지 출력 하에서만 광원 시스템 규격 파라미터에 대한 수요를 만족시키도록 한다. 선 폭 축소 처리 후, MO 챔버의 출력은 약 1mJ 정도의 씨앗광을 PA 챔버(전력 증폭 챔버)로 전송할 것을 요구하는데, 선 폭 축소 메커니즘에 의해 도입된 비교적 높은 에너지 소모로 인하여 전환 효율은 상대적으로 비교적 낮고, 에너지가 높은 방전 여기는 MO 챔버의 수명이 선명하게 낮아지도록 한다. 또한, PA 챔버 출력은, MO 챔버와 PA 챔버의 방전 동기화 정확도의 영향을 받는바 레이저 에너지 출력 안정성을 더욱 향상하여야 한다.The MOPA structure is a laser system design first applied to research and development of advanced photolithography light sources, and this structure has already been described in patents US2002 / 0044586A1, US20060126697A1, and US6690704B2. (Note: Recent Advances in ArF Excimer Laser Technology for Photolithography) " pp. 523-524, pages MOPA structure model, because the amplification chamber passes a finite number of times, Oscillation chamber) to meet the demand for light source system specification parameters only under higher laser energy output. After the line width reduction process, the output of the MO chamber is required to transfer about 1 mJ of seed light to the PA chamber (power amplification chamber), which results in relatively high conversion efficiency due to the relatively high energy consumption introduced by the line width reduction mechanism The relatively low, high energy discharge excitation ensures that the life of the MO chamber is clearly lowered. In addition, the PA chamber output must further improve the stability of the laser energy output, subject to the accuracy of the discharge synchronization of the MO chamber and the PA chamber.

MOPA, MOPO, MOPRA 시스템은 모두 이중 방전 챔버형 구조 디자인을 기초로 한다. 종래의 단일 챔버 구조에 기초한 레이저 기기와 비교하면, 이중 챔버 구조 디자인을 사용한 레이저 기기는 가격이 더 높고 체적이 더 크며 제조 과정과 조작 방법 모두가 더욱 복잡하다. 구체적으로, 우수한 에너지 증폭 특성을 확보하기 위하여, 이중 챔버 구조 디자인에 기초한 레이저 기기는 동기화 방전 성능에 대한 요구가 비교적 높은데 이는 동기화 방전 실현 시의 기술 난이도를 높인다. 이 외에도 이중 챔버 구조 디자인을 기초로 하는 레이저 기기는 구조가 복잡하여, 외부에서의 장착 및 조절 등 조작 상의 난이도를 어느 정도 증가시킨다.
MOPA, MOPO, and MOPRA systems are all based on dual discharge chamber type structure design. Compared to laser devices based on conventional single chamber structures, laser devices using dual chamber structure designs are more expensive, have larger volumes, and are more complex both in manufacturing and manipulation methods. Specifically, in order to secure excellent energy amplification characteristics, the laser apparatus based on the dual chamber structure design has a relatively high demand for the synchronous discharge performance, which increases the difficulty of the technique in realizing the synchronous discharge. In addition, the laser device based on the dual chamber structure design has a complicated structure, which increases the degree of difficulty in operation such as external mounting and adjustment.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 두개의 공간으로 구획된 이중 공간 구조의 형상으로 이루어진 단일 챔버체에 진동용 플래시 램프와 플래시 로드 및 증폭용 플래시 램프와 플래시 로드가 두개의 공간에 각각 위치하는 것을 특징으로 하는 단일 챔버 레이저 발진장치를 제공한다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a vibration chamber, a flash lamp, a flash lamp for amplification, and a flash lamp in a single chamber having a double- Chamber laser oscillating device according to the present invention.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 단일 챔버 레이저 발진 장치를 제공한다. 이는 레이저 반사가 가능하도록 하는 챔버체, 입력되는 전원에 의해 레이저 매질을 여기 시키기 위한 진동용 플래시 램프, 진동용 플래시 램프에서 조사되는 여기 빛을 수신하여 레이저로 변환하기 위한 진동용 레이저 로드, 진동용 레이저 로드에서 방사되는 레이저를 반사하거나 증폭하는 리어 미러(rear mirror), 출력 결합 거울(Output coupler) 및 도브 프리즘(Dove prism), 레이저의 증폭을 위한 증폭용 플래시 램프 및 증폭용 플래시 램프에서 조사되는 여기 빛을 수신하여 레이저를 증폭하기 위한 증폭용 레이저 로드를 포함하고, 챔버체는 두개의 공간으로 구획된 이중 공간 구조의 형상을 이루고, 각 공간의 수직 단면은 임의의 형상을 이루는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a single chamber laser oscillator. This includes a chamber for enabling laser reflection, a vibration flash lamp for exciting a laser medium by an input power source, a vibration laser rod for receiving excitation light emitted from a flash lamp for vibration and converting it into a laser, An output coupler and a Dove prism for reflecting or amplifying the laser emitted from the laser rod, an amplifying flash lamp for amplifying the laser, and an amplifying flash lamp. And an amplifying laser rod for amplifying the laser by receiving the excitation light, wherein the chamber body has a dual spatial structure divided into two spaces, and the vertical section of each space has an arbitrary shape .

진동용 플래시 램프와 플래시 로드 및 증폭용 플래시 램프와 플래시 로드는 두개의 공간에 각각 위치하는 것을 특징으로 한다.The vibration flash lamp, the flash lamp, and the flash lamp for amplification and the flash rod are each located in two spaces.

챔버체의 외부는 허니콤 형상인 것을 특징으로 한다.And the outside of the chamber body is a honeycomb shape.

각 공간의 수직 단면은 레이저의 출력 손실을 최소화 하는 형상인 것을 특징으로 한다.
And the vertical cross section of each space is a shape that minimizes the output loss of the laser.

본 발명의 단일 챔버 레이저 발진장치는 두개의 공간으로 구획된 이중 공간 구조의 형상으로 이루어진 챔버체에 진동용 플래시 램프와 플래시 로드 및 증폭용 플래시 램프와 플래시 로드가 두개의 공간에 각각 위치하기 때문에, 이중 챔버 레이저 발진장치의 레이저 출력 효율이 유지되는 효과가 있다.The single chamber laser oscillation apparatus of the present invention is characterized in that the oscillating flash lamp, the flash lamp, the amplifying flash lamp, and the flash rod are located in two spaces in the chamber body having the two- The laser output efficiency of the dual chamber laser oscillator is maintained.

또한 본 발명의 단일 챔버 레이저 발진장치는 단일 챔버체에 진동용 플래시 램프와 플래시 로드 및 증폭용 플래시 램프와 플래시 로드가 위치하기 때문에, 시스템 조립이 간단하고, 제조 단가가 절감되는 효과가 있다.
In addition, since the single-chamber laser oscillating apparatus of the present invention includes the oscillating flash lamp, the flash rod, and the flash lamp for amplification and the flash rod in the single chamber body, the system assembly is simple and the manufacturing cost is reduced.

도 1은 본 발명의 단일 챔버 레이저 발진장치를 나타낸 구성도이다.
1 is a block diagram showing a single-chamber laser oscillator of the present invention.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

도 1을 참조하면, 본 발명은 단일 챔버 레이저 발진 장치를 제공한다. 이는 레이저 반사가 가능하도록 하는 챔버체, 입력되는 전원에 의해 레이저 매질을 여기 시키기 위한 진동용 플래시 램프, 진동용 플래시 램프에서 조사되는 여기 빛을 수신하여 레이저로 변환하기 위한 진동용 레이저 로드, 진동용 레이저 로드에서 방사되는 레이저를 반사하거나 증폭하는 리어 미러(rear mirror), 출력 결합 거울(Output coupler) 및 도브 프리즘(Dove prism), 레이저의 증폭을 위한 증폭용 플래시 램프 및 증폭용 플래시 램프에서 조사되는 여기 빛을 수신하여 레이저를 증폭하기 위한 증폭용 레이저 로드를 포함하고, 챔버체는 두개의 공간으로 구획된 이중 공간 구조의 형상을 이루고, 각 공간의 수직 단면은 임의의 형상을 이루는 것을 특징으로 한다.Referring to Figure 1, the present invention provides a single chamber laser oscillator. This includes a chamber for enabling laser reflection, a vibration flash lamp for exciting a laser medium by an input power source, a vibration laser rod for receiving excitation light emitted from a flash lamp for vibration and converting it into a laser, An output coupler and a Dove prism for reflecting or amplifying the laser emitted from the laser rod, an amplifying flash lamp for amplifying the laser, and an amplifying flash lamp. And an amplifying laser rod for amplifying the laser by receiving the excitation light, wherein the chamber body has a dual spatial structure divided into two spaces, and the vertical section of each space has an arbitrary shape .

진동용 플래시 램프와 플래시 로드 및 증폭용 플래시 램프와 플래시 로드는 두개의 공간에 각각 위치하는 것을 특징으로 한다.The vibration flash lamp, the flash lamp, and the flash lamp for amplification and the flash rod are each located in two spaces.

챔버체의 외부는 허니콤 형상인 것일 수 있다.The outside of the chamber body may be honeycomb-shaped.

각 공간의 수직 단면은 레이저의 출력 손실을 최소화 하는 형상인 것을 특징으로 한다.And the vertical cross section of each space is a shape that minimizes the output loss of the laser.

따라서, 본 발명의 단일 챔버 레이저 발진장치는 두개의 공간으로 구획된 이중 공간 구조의 형상으로 이루어진 챔버체에 진동용 플래시 램프와 플래시 로드 및 증폭용 플래시 램프와 플래시 로드가 두개의 공간에 각각 위치하기 때문에, 이중 챔버 레이저 발진장치의 레이저 출력 효율이 유지되는 효과가 있다.Therefore, in the single chamber laser oscillation apparatus of the present invention, the oscillating flash lamp, the flash lamp, the amplifying flash lamp, and the flash rod are located in two spaces, respectively, in a chamber body having a double space structure divided into two spaces Therefore, the laser output efficiency of the dual chamber laser oscillator is maintained.

또한 본 발명의 단일 챔버 레이저 발진장치는 단일 챔버체에 진동용 플래시 램프와 플래시 로드 및 증폭용 플래시 램프와 플래시 로드가 위치하기 때문에, 시스템 조립이 간단하고, 제조 단가가 절감되는 효과가 있다.
In addition, since the single-chamber laser oscillating apparatus of the present invention includes the oscillating flash lamp, the flash rod, and the flash lamp for amplification and the flash rod in the single chamber body, the system assembly is simple and the manufacturing cost is reduced.

Claims (4)

레이저 반사가 가능하도록 하는 챔버체;
입력되는 전원에 의해 레이저 매질을 여기 시키기 위한 진동용 플래시 램프;
상기 진동용 플래시 램프에서 조사되는 여기 빛을 수신하여 레이저로 변환하기 위한 진동용 레이저 로드;
상기 진동용 레이저 로드에서 방사되는 상기 레이저를 반사하거나 증폭하는 리어 미러(rear mirror), 출력 결합 거울(Output coupler) 및 도브 프리즘(Dove prism);
상기 레이저의 증폭을 위한 증폭용 플래시 램프; 및
상기 증폭용 플래시 램프에서 조사되는 여기 빛을 수신하여 레이저를 증폭하기 위한 증폭용 레이저 로드를 포함하고,
상기 챔버체는 두개의 공간으로 구획된 이중 공간 구조의 형상을 이루고, 각 공간의 수직 단면은 임의의 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 단일 챔버 레이저 발진 장치.
A chamber body for enabling laser reflection;
A vibration flash lamp for exciting the laser medium by an input power source;
A vibration laser rod for receiving excitation light emitted from the vibration flash lamp and converting the excitation light into a laser;
A rear mirror, an output coupler and a Dove prism for reflecting or amplifying the laser emitted from the oscillation laser rod;
An amplifying flash lamp for amplifying the laser; And
And an amplifying laser rod for amplifying the laser beam by receiving excitation light emitted from the amplifying flash lamp,
Wherein the chamber body has a double space structure divided into two spaces, and the vertical section of each space has an arbitrary shape.
제 1항에 있어서,
상기 진동용 플래시 램프와 플래시 로드 및 상기 증폭용 플래시 램프와 플래시 로드는 상기 두개의 공간에 각각 위치하는 것을 특징으로 하는 단일 챔버 레이저 발진 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the oscillating flash lamp and the flash load, and the amplifying flash lamp and the flash rod are located in the two spaces, respectively.
제 1항에 있어서,
상기 챔버체의 외부는 허니콤 형상인 것을 특징으로 하는 단일 챔버 레이저 발진 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the outside of the chamber body is in the form of a honeycomb.
제 1항에 있어서,
상기 각 공간의 수직 단면은 상기 레이저의 출력 손실을 최소화 하는 형상인 것을 특징으로 하는 것인 단일 챔버 레이저 발진 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the vertical cross-section of each space is shaped to minimize an output loss of the laser.
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