(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力レーザパルスを生成するためのシステムであって、
移動可能な光学構成要素を移動させることが光キャビティの長さを変化させるような前記移動可能な光学構成要素を含む光キャビティを有し、前記光キャビティ中のパワーが先行レージング閾値に達すると先行レージングすると共に前記光キャビティ中のパワーがレージング閾値に達するとレージングするレーザと、
前記光学構成要素を所定の範囲内に位置決めするためのアクチュエータと、
前記レーザのパワーが増加するレートを制限し、それにより、前記先行レージング閾値及びレージング閾値に達する時間並びに前記出力パルスが放出される時間を制御するための前記光キャビティ中の可変減衰器と、
前記レーザの出力パワーを所与の瞬間に測定するためのセンサと、
出力パルスの前記放出から再び前記先行レージング閾値に達するまでの時間遅延を計算するためのコンピューティングデバイスと、
出力パルスの前記放出から再び前記先行レージング閾値に達するまでの計算された前記時間遅延が最小となるように、前記アクチュエータが前記光学構成要素を位置決めするようにするための第１のコントローラを有する第１のフィードバックループと、
を備える、システム。
【請求項２】
出力パルスの前記放出から再び前記先行レージング閾値に達するまでの前記時間遅延を所望の値に保持するための前記計算された時間遅延に基づいて、前記可変減衰器に調整を行わせるための第２のコントローラを有する第２のフィードバックループをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記可変減衰器が音響光学モジュールである、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記可変減衰器が電気光学モジュールである、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記光学構成要素が、前記光キャビティの１つの端部のミラーである、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記光学構成要素が、前記光キャビティ内の回折格子である、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記コンピューティングデバイスがプロセッサである、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記コンピューティングデバイスがアナログ回路である、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記光学構成要素を位置決めするための前記所定の範囲が、前記キャビティの自由スペクトル領域に少なくとも等しい距離である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１のフィードバックループは、
前記可変減衰器が固定減衰値のままである間に前記アクチュエータが前記所定の範囲にわたって光学構成要素を移動させるようにし、
前記所定の範囲の端から端まで、前記遅延時間を前記光学構成要素の位置と比較し、
前記時間遅延が局所最小値である位置に前記光学構成要素を位置決めさせるようにする、
ためのコンピューティングデバイスをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
出力パルスを生成するレーザの出力を最大化する方法であって、前記レーザは、光キャビティを有し、ある長さを有し、光学構成要素を移動させることが前記光キャビティの長さを変化させるような、所定の範囲を通って移動することができる前記光学構成要素を含み、前記光キャビティ中のパワーが先行レージング閾値に達するとき先行レージングが生じると共に前記光キャビティ中のパワーがレージング閾値に達するときレージングが生じる、光キャビティと、パワーが前記レーザにおいて増加するレートを制限し、それにより、前記先行レージング閾値及び前記レージング閾値に達する時間、および出力パルスが放出される時間を制御するための前記光キャビティ中の可変減衰器とを有し、前記方法が、
所定の可動域を通して前記光学構成要素を移動させながらコンピューティングデバイスによって前記レーザを動作させるステップと、
前記光学構成要素の前記移動の間に複数の時間において前記レーザの出力エネルギーをセンサで測定するステップと、
出力パルスの前記放出から次に前記先行レージング閾値に達するまでの時間遅延を前記コンピューティングデバイスによって計算するステップと、
計算された前記時間遅延が最小になる前記光学構成要素の位置を前記コンピューティングデバイスによって選択するステップと、
前記選択された位置に基づいて前記光学構成要素を前記選択された位置にアクチュエータによって移動させるステップと、
を含む、方法。
【請求項１２】
前記時間遅延を所望の値に保持するために、計算された前記時間遅延に基づいて、前記可変減衰器をコントローラによって調整するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記所定の可動域が、前記キャビティの自由スペクトル領域に少なくとも等しい距離である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記所定の可動域を通して前記光学構成要素を移動させながら制御デバイスによって前記レーザを動作させるステップが、前記光学構成要素の移動の間前記可変減衰器を固定減衰値に維持するステップをさらに含み、出力パルスの前記放出から次に前記レージング閾値に達するまでの計算された前記時間遅延が最小になる前記光学構成要素の位置を前記コンピューティングデバイスによって選択するステップが、
前記所定の範囲の端から端までの前記光学構成要素の前記位置に対する前記時間遅延を前記コンピューティングデバイスによって計算するステップと、
前記時間遅延が局所最小値となる前記光学構成要素の１つまたは複数の位置を前記コンピューティングデバイスによって特定するステップと、
前記時間遅延が局所最小値となる前記光学構成要素の前記特定された位置のうちの１つを前記コンピューティングデバイスによって選択するステップと、
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記コンピューティングデバイスがプロセッサである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記コンピューティングデバイスがアナログ回路である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記光学構成要素が、前記光キャビティの１つの端部のミラーである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記光学構成要素が、前記光キャビティ内の回折格子である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
非一時的コンピュータ可読媒体であって、その上にプログラムを具現しており、前記プログラムが、出力パルスを生成するレーザの出力を最大化する方法を実行するようにプロセッサによって実行可能であり、前記レーザは、光キャビティを有し、ある長さを有し、光学構成要素を移動させることが前記光キャビティの長さを変化させるような、所定の範囲を通って移動することができる光学構成要素を含み、前記光キャビティ中のパワーが先行レージング閾値に達するとき先行レージングが生じると共に前記光キャビティ中のパワーがレージング閾値に達するときレージングが生じる、光キャビティと、パワーが前記レーザにおいて増加するレートを制限し、それにより、前記先行レージング閾値及び前記レージング閾値に達する時間、および出力パルスが放出される時間を制御するための前記光キャビティ中の可変減衰器とを有し、前記方法が、
所定の可動域を通して前記光学構成要素を移動させながら制御デバイスによって前記レーザを動作させるステップと、
前記光学構成要素の前記移動の間に複数の時間において前記レーザの出力エネルギーをセンサで測定するステップと、
出力パルスの前記放出から次に前記先行レージング閾値に達するまでの時間遅延を前記制御デバイスによって計算するステップと、
計算された前記時間遅延が最小となる前記光学構成要素の位置を前記制御デバイスによって選択するステップと、
前記選択された位置に基づいて前記光学構成要素を前記選択された位置にアクチュエータによって移動させるステップと、
を含む、非一時的コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、レーザ生成プラズマ極紫外光源に関する。より詳細には、本発明は、そのような光源としてシードレーザを使用するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体産業は、ますます小さくなる集積回路寸法を印刷できるリソグラフィの技術を開発し続けている。極紫外（「ＥＵＶ」）光（時には軟Ｘ線とも呼ばれる）は、一般に、１０ナノメートル（ｎｍ）と１２０ｎｍとの間の波長を有する電磁放射であると定義される。ＥＵＶリソグラフィは、現在、一般に、１０〜１４ｎｍの範囲の波長のＥＵＶ光を含むと考えられており、シリコンウェハなどの基板に極端に小さいフィーチャ、例えば、３２ｎｍ未満のフィーチャを生成するのに使用される。商業的に有用であるためには、これらのシステムは非常に信頼性が高いこと、および費用効率の高い処理能力および妥当な処理許容度を備えることが望ましい。
【０００３】
ＥＵＶ光を生成する方法は、必ずしも限定されないが、材料を、１つまたは複数の元素、例えば、キセノン、リチウム、スズ、インジウム、アンチモン、テルル、アルミニウムなどを有し、ＥＵＶ範囲内に１つまたは複数の輝線をもつプラズマ状態に変換することを含む。レーザ生成プラズマ（「ＬＰＰ」）としばしば呼ばれる１つのそのような方法では、必要とされるプラズマは、所望の輝線放出元素（ｌｉｎｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）を有する材料の小滴、流れ、またはクラスタなどのターゲット材料を照射部位においてレーザビームで照射することによって生成することができる。輝線放出元素は、純粋な形態、または合金の形態、例えば、所望の温度で液体である合金とすることができ、または液体などの別の材料と混合するかもしくは別の材料に分散させることができる。
【０００４】
いくつかの先行技術のＬＰＰシステムでは、小滴流れ中の小滴は別々のレーザパルスによって照射されて、各小滴からプラズマが形成される。代替として、各小滴が１つを超える光パルスによって連続して照明されるいくつかの先行技術システムが開示されている。いくつかの場合には、各小滴を、いわゆる「プレパルス（ｐｒｅ−ｐｕｌｓｅ）」に曝して、ターゲット材料を加熱し、膨張させ、ガス化し、気化し、および／またはイオン化する、および／または弱いプラズマを発生させ、それに続いて、いわゆる「メインパルス（ｍａｉｎ  ｐｕｌｓｅ）」に曝して、強力なプラズマを発生させ、プレパルスが作用した材料の大部分またはすべてをプラズマに変換し、それによって、ＥＵＶ光放出を生成することができる。１つを超えるプレパルスを使用することができ、１つを超えるメインパルスを使用することができ、プレパルスとメインパルスとの作用がある程度まで重なり合うことができることが理解されよう。
【０００５】
ＬＰＰシステムのＥＵＶ出力パワーは、一般に、ターゲット材料を照射する駆動レーザパワーに比例するので、いくつかの場合には、比較的低パワーの発振器または「シードレーザ」と、シードレーザからのパルスを増幅するための１つまたは複数の増幅器とを含む構成配置を利用することが望ましいと考えることもできる。大きい増幅器の使用により、シードレーザを使用しながら、ＬＰＰ処理に使用される比較的高いパワーのパルスを依然として供給することが可能になる。
【０００６】
しかしながら、シードレーザを使用する場合でさえ、十分に大きいレーザパルスを発生させ、その結果、増幅の必要性を制限できることが依然として望ましい。シードレーザからの１ｋＷ（１，０００ワット）のパルスが必要とされ、パルスは後で増幅される設計を仮定する。そのような１ｋＷのパルスは、連続モード、すなわち、一定出力の１ｋＷレーザを使用し、結果として生じるビームが非常に速いシャッタを通過するようにすることによって発生させることができる。そのような解決策は、典型的なデューティサイクル、すなわち、パルス間の時間に対するパルスの継続期間の比は非常に低く、一般に約１％であるので極端に浪費的であることになる。したがって、レーザの出力パワーの９９％が無駄になることになる。
【０００７】
この理由などのために、レーザ出力のよりよい利用状態を得る様々な技法が開発されており、レーザは、連続的に動作するのでなく、むしろパワーを蓄積し（ｂｕｉｌｄ  ｕｐ）、その後でパルスを放出する。よく知られている１つの技法は、時にはジャイアントパルス形成として知られているＱスイッチングであり、それにより、レーザは、レーザが連続モードで動作する場合よりも非常に大きいパワーのパルスを生成できるようになる。
【０００８】
Ｑスイッチングは、外部から制御されるあるタイプの可変減衰器（「Ｑスイッチ」）をレーザの光キャビティの内部に設置することによって達成される。Ｑスイッチは、一種のシャッタとして機能し、例えば、音響光学モジュール（ＡＯＭ）とすることができ、音響光学モジュール（ＡＯＭ）は、制御信号を印加することによって、それに入射する光のうちの異なる量を通すように調整することができる。Ｑスイッチは最初は閉まっており、それにより、レーザはレージングが妨げられ、レーザ媒体に蓄えられるエネルギーが増加するようになる。次に、Ｑスイッチは迅速に開けられ、それにより、蓄積されたエネルギーのすべてが比較的短いパルスで放出されるようになる。
【０００９】
例えば、Ｑスイッチングを使用して、レーザは、各々が１／２マイクロ秒（μｓ）長であるパルスを毎秒５０，０００回から１００，０００回のレートで発生させることができ、それにより、パルス間の１０μｓから２０μｓの間パワーを蓄積することができる。このようにして、連続モードで５０ワットを発生させるレーザは、５００ワットから１ｋＷのパルスを発生させることができる。
【００１０】
しかしながら、ＣＯ2レーザなどの赤外レーザを使用したＱスイッチングには、別の問題がある。Ｑスイッチが開けられ、それにより、レージングを生じさせることができるようになる場合、最初のフォトンがキャビティ内に放出されるときに関して統計的な不確実性があり、その結果、パルスが発生する正確なタイミングを予測することができない。一般に、１００ナノ秒（ｎｓ）から２００ｎｓの間、時には４００ｎｓもの間何もないことになる。Ｑスイッチの動作は予測できるが、レージングの始まりは予測できないので、この「時間ジッタ」はシャッタの問題ではない。
【００１１】
Ｑスイッチングの既知の修正は、シードレーザを「先行レージング（ｐｒｅ−ｌａｓｅ）」させること、すなわち、シードレーザに蓄積されているパワーのすべてを使用するとは限らない低いレベルでレージングすることである。この場合、Ｑスイッチは、上述のように「完全に閉じられている」のではなく、むしろレーザエネルギーの部分的な減衰を行う。Ｑスイッチが開けられる前に存在する減衰の量が「レージング閾値」、すなわち、プレパルスが作り出され、レーザ振動が消滅するのではなく増大するレベルを決定し、Ｑスイッチによる減衰が少ない（「Ｑスイッチドライブを減少させる」）ほど、レージング閾値が低くなり、プレパルスが速く始まる。Ｑスイッチは、理想的には、多くのパワーを消費しないレベルに設定され、その結果、パワーをシードレーザに蓄積させることができる。次に、Ｑスイッチは完全に開けられ、それにより、シードレーザに蓄積されていたパワーのすべてが大きいパルスを発生させることができる。
【００１２】
先行レージングも時間ジッタを受けるが、先行レージングが生じているならば、シャッタが開けられると、より大きいパルスが生じることになる。このように、大きいパルスのタイミングは、通常のＱスイッチングによりもはるかに予測可能となる。これの代償はパワーの減少であり、レーザが通常のＱスイッチングで１ｋＷのパルスを生成できる場合、このレーザは、先行レージングが使用されるとき５００ワットしか生成することができない。
【００１３】
しかしながら、先行レージングには様々なタイミング問題がある。先行レージングが早く生じすぎる場合、シードレーザの利得は減少することになる。先行レージングがあまりにも遅く生じる場合、それは、Ｑスイッチが開けられる前に生じないことがあり、レージングはシードレーザにおいてまったく生じないことになる。
【００１４】
Ｑスイッチングまたは先行レージングと別個であり、Ｑスイッチングまたは先行レージングによって解決されない別の問題もある。当該技術分野で知られているように、レーザは、レーザキャビティの長さによって決まる特定の周波数のいくつかのありうる「キャビティモード」を有する。それらの周波数とレーザの利得との関係が、キャビティ長の変化に起因して、例えば、熱効果に起因して変化する場合、レーザの使用可能パワーが著しく減少することがある。ほんの数μｍのキャビティ長の変化がシードレーザ出力パワーに多大な影響を有することがある。
【００１５】
それゆえに、そのようなＥＵＶ光源で使用するためのシードレーザ出力パワーを最大化するために、周期的なパルスを依然として生成しながらキャビティ長および先行レージングの両方を制御することによってシードレーザを安定化させるための改善されたシステムおよび方法を有することが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１６】
レーザ生成プラズマ（ＬＰＰ）極紫外（ＥＵＶ）光システムのシードレーザを安定化させるための方法および装置が本明細書で開示される。
【００１７】
１つの実施形態では、出力レーザパルスを生成するためのシステムが開示され、このシステムは、移動可能な光学構成要素を移動させることが光キャビティの長さを変化させるような移動可能な光学構成要素を１つの端部に含む光キャビティを有し、光キャビティ中のパワーがレージング閾値に達するとレージングするレーザと、光学構成要素を所定の範囲内に位置決めするためのアクチュエータと、レーザのパワーが増加するレートを制限し、それにより、レージング閾値が達せられるとき、および出力パルスが放出されるときを制御するための光キャビティ中の可変減衰器と、レーザの出力パワーを所与の瞬間に測定するためのセンサと、出力パルスの放出からレージング閾値が再び達せられるときまでの時間遅延を計算するためのコンピューティングデバイスと、出力パルスの放出からレージング閾値が再び達せられるときまでの時間遅延が最小となるように、アクチュエータが光学構成要素を位置決めするようにするための第１のコントローラを有する第１のフィードバックループと、出力パルスの放出からレージング閾値が再び達せられるときまでの時間遅延を所望の値に保持するための計算された時間遅延に基づいて、可変減衰器に調整を行わせるための第２のコントローラを有する第２のフィードバックループとを含む。
【００１８】
別の実施形態は出力パルスを生成するレーザの出力を最大化する方法を開示し、レーザは、光キャビティであり、ある長さを有し、光学構成要素を移動させることが光キャビティの長さを変化させるような、所定の範囲を通って移動することができる光学構成要素を１つの端部に含み、光キャビティ中のパワーがレージング閾値に達するときレージングが生じる、光キャビティと、パワーがレーザにおいて増加するレートを制限し、それにより、レージング閾値が達せられるとき、および出力パルスが放出されるときを制御するための光キャビティ中の可変減衰器とを有し、この方法は、所定の可動域を通して光学構成要素を移動させながらコンピューティングデバイスによってレーザを動作させるステップと、光学構成要素の移動の間に複数の時間においてレーザの出力エネルギーをセンサで測定するステップと、出力パルスの放出からレージング閾値が次に達せられるまでの時間遅延をコンピューティングデバイスによって計算するステップと、時間遅延が最小になる光学構成要素の位置をコンピューティングデバイスによって選択するステップと、選択された位置に基づいて光学構成要素を選択された位置にアクチュエータによって移動させるステップと、時間遅延を所望の値に保持するために、測定された時間遅延に基づいて、可変減衰器をコントローラによって調整するステップとを含む。
【００１９】
さらなる別の実施形態において、非一時的コンピュータ可読媒体が開示され、その上にプログラムを具現しており、プログラムは、出力パルスを生成するレーザの出力を最大化する方法を実行するようにプロセッサによって実行可能であり、レーザは、光キャビティであり、ある長さを有し、光学構成要素を移動させることが光キャビティの長さを変化させるような、所定の範囲を通って移動することができる光学構成要素を１つの端部に含み、光キャビティ中のパワーがレージング閾値に達するときレージングが生じる、光キャビティと、パワーがレーザにおいて増加するレートを制限し、それにより、レージング閾値が達せられるとき、および出力パルスが放出されるときを制御するための光キャビティ中の可変減衰器とを有し、この方法は、所定の可動域を通して光学構成要素を移動させながらコンピューティングデバイスによってレーザを動作させるステップと、光学構成要素の移動の間に複数の時間においてレーザの出力エネルギーをセンサで測定するステップと、出力パルスの放出からレージング閾値が次に達せられるまでの時間遅延をコンピューティングデバイスによって計算するステップと、時間遅延が最小になる光学構成要素の位置をコンピューティングデバイスによって選択するステップと、選択された位置に基づいて光学構成要素を選択された位置にアクチュエータによって移動させるステップと、時間遅延を所望の値に保持するために、測定された時間遅延に基づいて、可変減衰器をコントローラによって調整するステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ＬＰＰ  ＥＵＶシステムの一実施形態の構成要素のうちのいくつかの図である。
【図２】ＬＰＰ  ＥＵＶシステムで使用することができるシードレーザモジュールの構成要素のうちのいくつかの図である。
【図３】キャビティモードが利得ピークに位置合わせされた状態でのサンプルのシードレーザの利得帯域幅曲線およびキャビティモードのグラフである。
【図４】キャビティモードが利得ピークからオフセットされた状態でのサンプルのシードレーザの利得帯域幅曲線およびキャビティモードの別のグラフである。
【図５】モードビーティングの影響を受けているシードレーザからのパルスのグラフである。
【図６】１つの実施形態におけるシードレーザのキャビティ長を調整するためのシステムの簡単化したブロック図である。
【図７】シードレーザの全パルス出力から次のパルスのための先行レージングの始まりまでの時間遅延と、キャビティモードの位置との関係を示すグラフである。
【図８】シードレーザの全パルス出力から次のパルスのための先行レージングの始まりまでの時間遅延と、シードレーザのキャビティ長を画定するミラーの移動との関係を示すグラフである。
【図９】１つの実施形態におけるシードレーザを安定化させるためのシステムの簡単化したブロック図である。
【図１０】本明細書で説明するようなシードレーザを安定化させる方法の１つの実施形態の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本出願は、レーザ生成プラズマ（ＬＰＰ）極紫外（ＥＵＶ）光システムで使用することができるような、シードレーザ源を安定化させるための方法および装置を説明する
【００２２】
１つの実施形態では、シードレーザ源を安定化させる方法は、レーザのキャビティ長を、キャビティの１つの端部を形成する移動可能なミラーによって調整することを含む。レーザの平均出力エネルギーが様々なミラー位置で測定され、キャビティモードがレーザの利得ピークに位置合わせされることになるミラー位置が選択され、それにより、前のパルスの末端から次の出力パルスのための先行レージングの再開までの最小先行レージング遅延を生成し、それにより、出力パルスのジッタのないタイミングを生成する。フィードバックループは、レーザ出力を最大の利得および効率に、ならびに減衰およびタイミングを所望の動作点に保持する。
【００２３】
図１は、ＬＰＰ  ＥＵＶ光源２０の１つの実施形態の構成要素のうちのいくつかの簡単化した概略図である。図１に示すように、ＥＵＶ光源１０は、レーザパルスのビームを発生させ、レーザ源１２からチャンバ１４中への１つまたは複数のビーム経路に沿ってビームを送出して照射領域１６で小滴などのそれぞれのターゲットを照明するためのレーザ源１２を含む。図１に示したシステム１２で使用するのに好適となりうるレーザ構成配置の例を、以下でより詳細に説明する。
【００２４】
図１にさらに示すように、ＥＵＶ光源１０は、例えば、ターゲット材料の小滴をチャンバ１４の内部に照射領域１６まで送出するターゲット材料送出システム２６をさらに含むことができ、小滴は１つまたは複数のレーザパルスと相互作用して、最終的にプラズマを生成し、ＥＵＶ放出を発生させることになる。様々なターゲット材料送出システムが先行技術で提示されており、それらの相対的な利点は当業者には明らかであろう。
【００２５】
上述のように、ターゲット材料はＥＵＶ放出元素であり、ＥＵＶ放出元素は、必ずしも限定されないが、スズ、リチウム、キセノン、またはそれらの組合せを含む材料を含むことができる。ターゲット材料は、液体小滴の形態とすることができ、または、代替として、液体小滴内に含まれる固体粒子とすることができる。例えば、スズ元素は、純粋なスズとしてのターゲット材料として、ＳｎＢｒ4、ＳｎＢｒ2、ＳｎＨ4などのスズ化合物として、スズ合金、例えば、スズ−ガリウム合金、スズ−インジウム合金、もしくはスズ−インジウム−ガリウム合金として、またはそれらの組合せとして存在することができる。使用される材料に応じて、ターゲット材料は、室温または室温の近くを含む様々な温度で（例えば、スズ合金またはＳｎＢｒ4）、室温より上の温度で（例えば、純粋なスズ）、または室温より下の温度で（例えば、ＳｎＨ4）照射領域１６に届けることができる。場合によっては、ＳｎＢｒ4などのこれらの化合物は、比較的に揮発性であることがある。スズ以外のＥＵＶ放出元素の同様の合金および化合物と、そのような材料と上述のものとの相対的な利点とは、当業者には明らかであろう。
【００２６】
図１に戻ると、ＥＵＶ光源１０は、光学要素１８が、照射領域１６の内部または近くの第１の焦点と、いわゆる中間領域２０の第２の焦点とを有するような長球面（すなわち、長軸のまわりに回転された楕円形）の形態の反射面を有する近垂直入射集光ミラー（ｎｅａｒ−ｎｏｒｍａｌ  ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ  ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ  ｍｉｒｒｏｒ）などの光学要素１８をさらに含むことができ、ＥＵＶ光がＥＵＶ光源１０から出力され、集積回路リソグラフィツール（図示せず）などのＥＵＶ光を利用するデバイスに入力されうる。図１に示すように、光学要素１８は、レーザ源１２によって発生されたレーザ光パルスが通過し、照射領域１６に達することができるようにする開口を伴って形成される。
【００２７】
光学要素１８は、ＥＵＶ光を捕集し、それを中間領域２０に導き、それに続いて、ＥＵＶ光を利用するデバイスに送出するための適切な表面を有するべきである。例えば、光学要素１８は、モリブデンとシリコンとの交互層、および場合によっては１つまたは複数の高温拡散障壁層、平滑化層、キャッピング層、および／またはエッチング停止層をもつ傾斜多層被覆を有することができる。
【００２８】
長球面ミラー以外の光学要素を光学要素１８として使用することができることを当業者は理解されよう。例えば、光学要素１８は、代替として、長軸のまわりに回転された放物線形のものとすることができ、またはリング形状断面を有するビームを中間場所に送出するように構成することができる。他の実施形態では、光学要素１８は、本明細書で説明したもの以外にまたはそれに加えて被覆および層を利用することができる。当業者は、特定の状況で光学要素１８にとって適切な形状および組成を選択することができることになる。
【００２９】
図１に示すように、ＥＵＶ光源１０は、レーザビームを照射部位の焦点スポットに合焦するための１つまたは複数の光学要素を含む合焦ユニット２２を含むことができる。ＥＵＶ光源１０は、レーザビームの拡大、方向づけ、および／または整形、および／またはレーザパルスの整形のために、レーザ源１２と合焦ユニット２２との間に１つまたは複数の光学要素を有するビーム調整ユニット２４をさらに含むこともできる。様々な合焦ユニットおよびビーム調整ユニットが当技術分野で知られており、当業者によって適切に選択されうる。
【００３０】
上記のように、いくつかの場合には、ＬＰＰ  ＥＵＶシステムは１つまたは複数のシードレーザを使用してレーザパルスを発生させ、次に、レーザパルスは増幅されてレーザビームになり、レーザビームは照射部位１６でターゲット材料を照射してプラズマを形成し、プラズマはＥＵＶ放出を生成することができる。図２は、ＬＰＰ  ＥＵＶシステムのレーザ光源の一部として使用することができるシードレーザモジュール３０の１つの実施形態の簡単化した概略図である。
【００３１】
図２に示すように、シードレーザモジュール３０は、２つのシードレーザ、すなわちプレパルスシードレーザ３２とメインパルスシードレーザ３４とを含む。２つのシードレーザを含むそのような実施形態が使用される場合、ターゲット材料は、最初にプレパルスシードレーザ３２からの１つまたは複数のパルスによって照射され、次に、メインパルスシードレーザ３４からの１つまたは複数のパルスによって照射されうることを当業者は理解されよう。
【００３２】
シードレーザモジュール３０は、直線状に構成要素を配列するのではなく「折り返し」構成配置を有するように示されている。実際に、そのような構成配置は、モジュールのサイズを制限するために一般的である。これを達成するために、プレパルスシードレーザ３２およびメインパルスシードレーザ３４のレーザパルスによって生成されたビームは、複数の光学構成要素３６によって所望のビーム経路上に導かれる。所望の特定の構成に応じて、光学構成要素３６は、レンズ、フィルタ、プリズム、ミラーなどの要素、または所望の方向にビームを導くのに使用することができる任意の他の要素とすることができる。いくつかの場合には、光学構成要素３６は、通過するビームの偏光を変更することなどの他の機能もまた実行することができる。
【００３３】
当業者に知られているように、シードレーザ３２および３４は、それらの内部に、出力カプラ、偏光板、後部ミラー、回折格子、音響光学変調（ＡＯＭ）または電気光学変調（ＥＯＭ）スイッチなどのような比較的脆弱な光学構成要素を含む（シードレーザ３２および３４内のそのような要素は示されていない）。したがって、照射部位でターゲット材料から反射されることがあるいかなる光もこれらの構成要素に達して損傷しないこと、またはさもなければシードレーザの安定動作を妨害しないことが望ましい。
【００３４】
図２の実施形態において、各シードレーザからのビームは、最初に、電気光学変調器３８（ＥＯＭ）を通過する。ＥＯＭ３８をパルス整形ユニットとしてシードレーザで使用して、シードレーザによって発生されたパルスをより短い継続時間とより速い立ち上り時間および立ち下がり時間とを有するパルスに微調整する。より短いパルス持続時間および比較的速い立ち下がり時間は、パルスとターゲットとの間の相互作用時間が短いので、およびパルスの不必要な部分が増幅器利得を消耗しないので、ＥＵＶ出力および光源効率を増加させることができる。２つの別個のパルス整形ユニット（ＥＯＭ３８）が示されているが、代替として、共通のパルス整形ユニットを使用して、プレパルスおよびメインパルスシードの両方を微調整することができる。
【００３５】
次に、シードレーザからのビームは、音響光学変調器（ＡＯＭ）４０および４２を通過する。以下で説明するように、ＡＯＭ４０および４２は、シードレーザに達しないようにターゲット材料からのレーザパルスのいかなる反射も脇にそらすように動作する「スイッチ」または「シャッタ」として働き、上述のように、シードレーザは、一般に、敏感な光学系を含み、したがって、ＡＯＭ４０および４２は、いかなる反射もシードレーザ要素に損傷を引き起こさないようにする。ここで示す実施形態では、各シードレーザからのビームは２つのＡＯＭを通過し、各ＡＯＭは、通過するビームに周波数および波長シフトを引き起こし、各ビーム経路上の第２のＡＯＭは、シフトが最初のＡＯＭと反対であり、したがって、最初のＡＯＭのシフトを逆にするように向きを定められる。いくつかの実施形態において、どのようにして各シードレーザからのビームが各経路上の単一のＡＯＭのみを通過させられうるか、およびそのような構成の効果は何かを当業者は理解されよう
【００３６】
２つのビームは、ＡＯＭ４０および４２を通過した後、ビーム結合器４４によって「組み合わされる」。プレパルスシードレーザおよびメインパルスシードレーザはわずかに異なる波長を有するので、１つの実施形態では、ビーム結合器４４は二色ビームスプリッタとすることができ、当業者はこれを達成する他の方法を認識するであろう。各シードレーザからのパルスは異なる時間に発生されるので、これは、実際には、２つの時間的に分離されたビームが、さらなる処理および使用のために共通ビーム経路４６に配置されることを意味する。
【００３７】
共通ビーム経路に配置された後、シードレーザの一方からのビーム（再度、一度に１つのみが存在することになる）は、例えば当技術分野で知られているような、および以下でさらに説明するようなビーム遅延ユニット４８を通過する。その次に、ビームは、前置増幅器５０を通して、次に、ビームエキスパンダ５２を通して導かれる。これに続いて、ビームは薄膜偏光板５４を通過し、次に、光学構成要素５６によって前方に導かれ、光学構成要素５６は、再度、ＬＰＰ  ＥＵＶシステムの次の段にビームを導き、他の機能を同様に実行する要素である。光学構成要素５６から、ビームは、一般に、以下で示すように、１つまたは複数の光増幅器および他の構成要素に進む。
【００３８】
プレパルスシードレーザおよびメインパルスシードレーザの両方としての使用に好適な様々な波長可変シードレーザが、当技術分野で知られている。例えば、１つの実施形態では、シードレーザは、準大気圧、例えば、０．０５気圧〜０．２気圧でＣＯ2を含む密封された充填ガスを有し、高周波放電によってポンピングされるＣＯ2レーザとすることができる。いくつかの実施形態では、シードレーザの光キャビティを画定するのに役立つように回折格子を使用することができ、回折格子を回転させて、シードレーザを選択した回転線に合わせることができる。
【００３９】
ターゲット材料を照射するために増幅することができる効果的なパルスをシードレーザが供給しなければならない場合、特定の条件が望まれる。第１に、シードレーザは、必要とされる増幅の量を制限するためにある一定量のパワーを供給すべきである。さらに、パルスのタイミングは、パルスが照射部位におけるターゲット材料の存在と調和できるある範囲内に制御可能であるべきである。これらの問題は関連していることを当業者は理解されよう。
【００４０】
レーザでは、光は共振光キャビティで増幅され、共振光キャビティには、一般に、２つ以上のミラーが含まれており、それらの間で光が反射される。レーザはすべて「利得帯域幅」または「小信号利得」と呼ばれる周波数の範囲または帯域幅にわたる光を生成する。光キャビティに含まれる利得媒体によって主として決定される利得帯域幅は、一般に、単一のピークをもつローレンツ関数であり、したがって、中心波長および中心周波数に利得ピークを有する。例えば、６０ｈＰａのガス圧力のＣＯ2レーザは、１０．５９μｍにおける中心波長のうちの１つでは、よく知られている帯域幅基準の半値全幅（ＦＷＨＭ）で測定された約２７０ＭＨｚの利得帯域幅を有する。
【００４１】
光は波であるので、キャビティの端部のミラー間ではね返る光は、強め合うようにおよび弱め合うようにそれ自体で干渉し、ミラー間に定在波を形成することになる。これらの定在波は、周波数の飛び飛びの組を形成し、「縦キャビティモード」として知られている。縦キャビティモードは、キャビティによって自己再生し、振動できるようになる唯一の光の周波数であり、レーザのキャビティの長さによって決まる。
【００４２】
一般に、縦キャビティモードは、キャビティ往復光路長が波長の正確な倍数である波長に隔置される。光の波長よりも十分に長いキャビティでは、モード間の間隔（自由スペクトル領域またはＦＳＲとしても知られている）は、ｃ／２Ｌによって与えられる周波数の差であることになり、ここで、ｃは光速であり、Ｌは共振キャビティの長さである。１．６メートルのキャビティの場合には、モード間の周波数間隔は約９３ＭＨｚとなることになる。
【００４３】
６０ｈＰＡ充填圧力のＣＯ2レーザの利得帯域幅は２７０ＭＨｚであり、１．６メートルキャビティの場合には、モードは約９３ＭＨｚ離れるので、利得帯域幅曲線内にいくつかのモードがあることになる。（利得帯域幅曲線内にいくつかのモードがあるのは、ほとんどのレーザでよくあることである。）この状況において、最も高い利得を有するモード、すなわち、利得帯域幅曲線の最も高い部分の下にあるモードが、レーザの発振を支配することになり、レーザの使用可能パワーはすべてそのモードから入手できることになる（１つのモードが十分な利得を有する場合、それは他のモードを消滅させることになる）。
【００４４】
したがって、キャビティモードのうちの１つを利得ピーク、すなわち、利得帯域幅曲線の最も高い点に位置合わせすることが好ましい。図３は、利得帯域幅曲線３０２と、ＣＯ2レーザのキャビティモード３０４および３０６を示し、キャビティモードのうちの１つ３０４が、利得帯域幅曲線３０２の最も高い点３０８、すなわち、「利得ピーク」に位置合わせされている。モード３０４が他のモード３０６よりも大きい利得を有するので（利得帯域幅曲線がモード３０４の周波数において他のモード３０６に対するよりも高いので）、およびモード３０４が利得ピーク３０８に位置合わせされているので、使用可能パワーの実質的にすべてがそのモードに存在することになり、レーザの出力パワーは最大化される。
【００４５】
同様に、利得は中心波長から離れた波長で減少するので、中心から外れたモードの動作は、シードレーザのパワー出力の低下をもたらすことになる。中心周波数から３０ＭＨｚオフセットされた周波数でさえ、約５％の小信号利得、したがって、出力パワーの低下をもたらすことになる。さらに、シードレーザパワーは照射部位に達する前に増幅されるので、シードレーザの出力パワーの低下もまた増幅され、影響は、増幅器が最適の中心周波数で最も効率的に動作するという事実によって増大されることになる。最適でないシードレーザ周波数がシードレーザの出力パワーの５％低下を単に引き起こす場合、それにより、やはり、増幅器の小信号利得が低下することになる可能性がある。それにより、高パワー出力は小信号利得に指数関数的に依存するので、増幅された出力は、増幅器の全利得−長さ積に応じて、はるかに多く、多分、２５％を超える量だけ低下する可能性がある。
【００４６】
その上、利得ピークに位置合わせされていないモード（「オフセットモード」）は他の問題を引き起こすことがある。図４は、利得帯域幅曲線４０４の利得ピーク４０８からほぼ等距離に隔置された２つのモード４０６を示す。この状況では、どちらのモードも格段に大きい利得を有しているわけではないので、両方のモード４０６が発振することになり、これは、約９３ＭＨｚの周波数をもつ出力パルスのアーティファクトを生成することになる。これは、「モードビーティング」として知られており、そのようなパルスの一例が図５に示される。これは、図５で見て分かるように、パルス波形の望ましくない分裂、ならびにどちらのモード４０６も利得ピーク４０８に対応していないという事実に起因するパワーの低下を引き起こす。モードが利得ピークから等距離でない場合、ビーティングの量は減少することになるが、それは依然として望ましくない。
【００４７】
別の状況では、キャビティの長さが変化する場合、キャビティモードはゆっくり利得帯域幅を通ってドリフトすることになる。この場合、異なるモードが利得ピークを通過するので、出力波長は、不連続に、あるモードから別のモードに跳ぶことがあり、この効果は「モードホッピング」と呼ばれる。
【００４８】
キャビティの長さの変動がキャビティの中心波長およびモード間の差の両方の変化を引き起こすので、キャビティの長さはキャビティモードを確立する際に重大な意味をもつことは明らかである。キャビティの長さは様々な理由で変化することがあり、主な理由はミラーを把持する構造体の熱膨張であるが、キャビティ長は、多分、窓またはレーザ利得媒体などのようなキャビティ内の要素の屈折率の変化に起因しても変わることがある。
【００４９】
これらの理由のため、シードレーザのモードの安定化の鍵は、一定のキャビティ長の維持である。これは、ごく小さい許容誤差で行われなければならないが、それは、ＣＯ2レーザの場合には、まさに５μｍの長さの変化が、レーザの周期性の極端に小さい変化のために、あるモードから別のモードへの切り替えをもたらすことになるからである。したがって、キャビティ長を１μｍ以内で一定に保持することが望ましい。
【００５０】
これを行う１つの方法は、キャビティ長が熱膨張に起因して著しく変化しないように低い熱膨張係数をもつ材料を使用することによって、および／またはキャビティの温度を注意深く制御することによってキャビティ長を制御しようと試みることである。
【００５１】
しかしながら、そのような「受動」技法には限界がある。一定温度を維持するために、レーザは、一般に、いくつかの方法で冷却される必要があることになり、その場合でも、正確な制御は極端に困難である。例えば、水冷却器を使用してレーザを冷却する場合でさえ、水を再循環するとき、「安定」温度が変わることがある。
【００５２】
代替として、キャビティの長さは、好適なフィードバック信号の制御の下でキャビティミラーのうちの１つを移動させることによって、または場合によってはキャビティ内の回折格子を移動させることによって能動的に制御することができる。そのような能動制御は、適切な制御信号が使用される場合、受動技法よりも良好な精度でキャビティ長を一定に保持することができる。
【００５３】
図６は、シードレーザ６０２のキャビティ長を調整するためのシステム６００の簡単化したブロック図である。Ｑスイッチ６０４は、上述のように、パワーをシードレーザ６０２に蓄積できるようにする。移動可能ミラー６０６は、シードレーザキャビティの１つの端部を画定する。センサ６０８は、出力ビームの１つまたは複数のパラメータを測定する。制御モジュール６１０は、測定されたパラメータを使用してレーザキャビティ長への適切な調整を決定し、命令をアクチュエータ６１２に送って、決定された調整に従ってミラー６０６を移動させる。
【００５４】
ミラー６０６およびアクチュエータ６１２は、それらをシードレーザ６０２で使用するのに適するようにする特定の特性を有することが好ましいことになる。ミラー６０６は、光キャビティを位置合わせ不良にすることがある傾きを誘起することなしに、シードレーザ６０２から出力されうる光の数波長に少なくとも等しい距離にわたって移動可能であることが好ましく、したがって、ミラー６０６はそれ自体必要に応じて傾くことができるべきである。アクチュエータ６１２は、少なくとも３つのキャビティモードを含む調整範囲（本説明の場合には、少なくとも１５μｍの駆動範囲）にわたってミラー６０６を移動させ、特定の範囲内でミラー６０６を傾かせることができることが好ましいことになる。１つの実施形態では、そのようなアクチュエータは圧電変換器（ＰＺＴ）で駆動することができる。当業者は、これらおよび他の考慮事項に照らして好適なアクチュエータを選択することができることになる。
【００５５】
レーザキャビティの長さの制御に加えて、シードレーザから最も大きいパワーを得るためにＱスイッチングが使用される場合に先行レージングのタイミングを同時に制御することが望ましい。上述のように、先行レージングが始まるときに影響を与える２つの要因がある。第１に、上述のように、スイッチが開かれる前のＱスイッチ減衰が低いほど、早くレージング閾値が達せられることになり、先行レージングが生じることになる。
【００５６】
第２に、キャビティモードが利得帯域幅のピークに配置される場合、パワーは、利得ピークから離れたオフセットモードしかない場合よりも迅速に蓄積されることになる。したがって、部分的に開けられたＱスイッチを上述のように使用するとき、オフセットモードしかない場合よりもキャビティモードが利得ピークに配置される場合には早くレージング閾値が達せられることになり、したがって、先行レージングが生じることになることが予想される。キャビティモードを利得ピークに配置すると、さらに、シードレーザから最も大きい出力パワーがもたらされる。
【００５７】
問題は、キャビティ長およびレーザパルスのタイミングの両方の制御を可能にする適切なパラメータを見いだすことである。
【００５８】
図７は、時間Ｔ1における１つのパルスの放出から時間Ｔ2における次のパルスまでのシードレーザの出力パワーの３つのプロット７０１〜７０３を示す。出力パワーはセンサによって測定される。１つの実施形態では、これは光電磁（「ＰＥＭ」）センサであり、出力パワーを測定するのに好適な他のタイプの高速光センサ、例えば、光導電センサまたは光起電センサなどが当業者には明らかであろう。上述のように、シードレーザは、レーザのパワーが特定の点に達すると先行レージングし始めるので、出力パワーのグラフは、さらに、時間Ｔ1における全パルス出力から次のパルスのための先行レージングの始まりまでの時間遅延を示す。
【００５９】
中央の曲線７０１では、キャビティモードは利得ピークに中心があるが、一方、最上部の曲線７０２および最下部の曲線７０３では、利得ピークに配置されていないオフセットモードのみが存在する。曲線７０２および７０３では、時間Ｔ1におけるパルスから先行レージングまでの時間遅延はＴdelayで示されることが見て分かり、一方、曲線７０１では、時間遅延はより短い時間Ｔmindelayである。これは、予想通り、上述のように、キャビティモードが利得ピークに位置合わせされている場合、レーザのパワーがより迅速に蓄積されることになるからである。したがって、曲線７０１では、全パルスから先行レージングの始まりまでの遅延時間Ｔmindelayは最小になり、曲線７０２および７０３におけるようにオフセットモードのみが存在する場合よりも短い。
【００６０】
最適なモード位置合わせを見つけるために、アクチュエータは、小さい可動域、例えば、キャビティ自由スペクトル領域（ＦＳＲ）の５％を移動され、それにより、ミラーを移動させ、キャビティ長を変化させ、前のパルスの終わりから先行レージングの始まりまでの遅延時間Ｔdelayが測定される。ＦＳＲが例えば５μｍある場合、アクチュエータ、したがってミラーは、ＦＳＲの約５％、すなわち、運動に関して０．２５μｍを移動される。これにより、ミラーの位置とともに変わる先行レージング遅延がもたらされる。レーザキャビティのモードの周波数が変化することになり、モードが利得帯域幅曲線を横切って移動するのが見えることになり、これが生じるとき、遅延時間Ｔdelayがミラー移動の範囲にわたって測定される。
【００６１】
図８は、このタイプの試験プロットを示し（アクチュエータ移動、したがって、ミラー位置は、水平軸のＰＺＴへの電圧によって表される）、シードレーザの出力とミラーアクチュエータへの信号との間の伝達関数を表す。図８の３つの曲線８０１、８０２、および８０３は、Ｑスイッチが開けられる前のＱスイッチによる異なる減衰を表す。上述のように、Ｑスイッチ減衰が低いほど、先行レージングが早く生じることになり、Ｔdelayが短くなる。したがって、図８の最も下の曲線８０１は、他の２つの曲線よりも低い減衰をもつＱスイッチを表し、中央の曲線８０２は、一番上の曲線８０３よりもＱスイッチの少ない減衰を表す。
【００６２】
Ｑスイッチ減衰の所与の値ごとに、すなわち、図８の曲線ごとに、最適のモード位置合わせが曲線の各局所最小で生じる。言い換えれば、曲線の各局所最小は、キャビティモードが利得ピークに位置合わせされていることを示す。キャビティ長の約５μｍのシフトが、別の局所最小、したがって、代替の最適位置合わせ点をもたらすことが見て分かり、これの理由は、予想通り、上述のように、これが、シードレーザの利得ピークに配置される次のキャビティモードをもたらすからである。
【００６３】
上述のように、この例では、ミラーは、１５μｍ移動し、３つのキャビティモードを範囲に含むことができる。３つのキャビティモードの各々を利得ピークに位置合わせすると、局所最小がもたらされるので、したがって、曲線８０１には３つの局所最小８０４、曲線８０２には３つの局所最小８０５、および曲線８０３には３つの局所最小８０６が存在することになる。（３つの曲線の間での最小のところの水平シフトは、走査の間のキャビティ長のドリフトを反映しており、キャビティ長が膨張または収縮しない場合、最小は同じ場所にあることになる。）そのような曲線の局所最小を求めるためのアルゴリズムは当技術分野でよく知られている。
【００６４】
当業者は、場合によっては、シードレーザが３つを超えるモードを通ってシフトすることを理解するであろう。実際には、いくつかのレーザは起動時に３０個を超えるモードを通過することがある。ミラーを数モードしか移動させることができないアクチュエータは、当然、範囲が不足することになるので、「範囲折り返し（ｒａｎｇｅ  ｗｒａｐｐｉｎｇ）」または「アクチュエータ脱飽和（ａｃｔｕａｔｏｒ  ｄｅ−ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）」の既知の技法を周期的に利用して、動作範囲の中央までアクチュエータ（およびミラー）を戻すことができる。
【００６５】
図９は、シードレーザ９０２を安定化させるための装置９００の１つの実施形態のブロック図である。（この装置は、シードレーザでのみ動作し、レーザパルスの処置および利用のための上述で示した他の構成要素と無関係であり、したがって、例えば、図２の図示のシードレーザ３２および３４内に含まれることになる。）２つの制御ループ９０４および９３４がある。制御ループ９０４により、上述の図６のデバイスと同様に、ＰＺＴアクチュエータ９０６がミラー９０８を移動させてシードレーザ９０２のキャビティの長さを制御し、一方、制御ループ９３４は、シードレーザ９０２のＱスイッチ９２６の減衰を制御する。
【００６６】
ＰＥＭセンサ９１０はＱスイッチパルスのパワーを測定し、結果として生じる信号は増幅器９１２によって増幅される。信号を要素９１４で閾値処理し、次に、平均器９１６で平均化することによって、平均先行レージング遅延が抽出される。このことから、ミラー位置と、全パルスから先行レージングまでの遅延時間Ｔとの比較を、図８の曲線に示すように計算することができる。
【００６７】
ミラー９０８の位置を変調器９１８によって低周波、例えば、１Ｈｚ〜２Ｈｚでディザリングして、所望の範囲にわたってミラーを移動させる。平均デューティサイクルの振幅および位相は、現在の動作点が最小のどちら側に配置されているかに依存するので、位相検波器９２０は、平均デューティサイクル値および現在のミラー位置を受け取り、平均デューティサイクルの結果として生じる変調の符号付き振幅（ｓｉｇｎｅｄ  ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）を取り出す。ミラー位置が図８の曲線の所望の最小にある場合、この信号の振幅はゼロに近づく。
【００６８】
この信号は、積分器９２２によって積分され、ディザ信号に加えられ、ＰＺＴ増幅器９２４によって増幅され、それにより、必要ならば、ＰＺＴアクチュエータ９０６を駆動してミラー９０８を移動させる。したがって、制御ループ９０４は典型的な「ヒルクライミング」ループであり、ヒルクライミングループは、ＰＺＴアクチュエータ９０６の位置を追跡し、デューティサイクルの変調、したがって、遅延時間Ｔが最小になる点を見つけ、その点にミラー９０８を把持するためにフィードバック信号を発生させることを当業者は理解されよう。いくつかの実施形態では、様々な数学関数がアナログ回路によって実行され、一方、他の実施形態では、コンピュータプロセッサを使用することができる。
【００６９】
制御ループ９０６は、Ｑスイッチ９２６からの減衰を制御するように動作する一般的な積分収束ループである。上述のように、先行レージングを早すぎず遅すぎないときに生じさせることが望ましい。制御ループ９０６において、平均器９１６からの平均デューティサイクル値が比較器９２８によって目標値と比較される。差が、積分器９３０によって積分され、その結果が、Ｑスイッチドライバ９３２によって、Ｑスイッチ９２６による減衰を制御する信号に変換され、それにより、平均デューティサイクル値が目標値と異なる場合、減衰が適切に増加または減少される。これにより、Ｑスイッチの減衰が所望の目標値に追い詰められ、シードレーザの効率が高いままであるように先行レージングの時間が調整されることになる。
【００７０】
図１０は、１つの実施形態によるシードレーザを安定化させる方法の流れ図である。ステップ１００１において、レーザの光キャビティの１つの端部を画定する移動可能ミラーが、一般にコンピュータ制御アクチュエータによって、所定の可動域を移動される。上述のように、可動域はキャビティＦＳＲの約５％であることが好ましい。
【００７１】
ステップ１００２において、ミラーがこの可動域を移動される間にパルスの出力から次のレージング閾値および先行レージングの開始までの時間遅延が計算される。
【００７２】
上述のように、キャビティモードがレーザの利得ピークに配置されると、平均出力エネルギーは最大となることになり、パルスの出力から次のレージング閾値および先行レージングの開始までの時間遅延は、レーザのＱスイッチ（可変減衰器）による所与の減衰で最小となることになる。ミラーの可動域が３つのキャビティモードにわたって広がっている場合、この結果を生成することになるミラーの３つのありうる位置があることになる。
【００７３】
ステップ１００３において、これらのミラー位置のうちの１つがランダムに選択され、ミラーは選択された位置にステップ１００４において移動される。キャビティが膨張するとき、図８の曲線は右または左にドリフトすることになり、制御ループは、ミラーの可動域の限界に達するまで、選ばれた最小位置に追従するようにミラーを移動させることになる。次に、制御ループは制御点を「折り返して」、ミラーの範囲内に戻り、好ましくは範囲の中心の近くの別の最小点を選択する。
【００７４】
ステップ１００５において、Ｑスイッチによる減衰は、必要に応じて、減衰、したがって、遅延時間を所望の値に保持するように調整される。上述のように、遅延時間が短すぎて、Ｑスイッチが開けられるときに出力パルスを発生させることができる時間内に先行レージングが生じなかったり、または長すぎてパワーが先行レージングで浪費されることになったりしないことがないことが好ましい。
【００７５】
これらのステップは、レーザが動作中である間繰り返され、レーザ動作を所望の点に保持するようにフィードバック信号を供給する。このようにして、シードレーザは、最大効率の近くで動作するように安定化される。キャビティ長が、例えば、熱膨張に起因して変化する場合、ミラー位置は、キャビティモードをレーザの利得ピークに保持するように調整されることになる。加えて、タイミング遅延は、Ｑスイッチが開けられるときに時間ジッタなしにレーザパルスが放出されるように所望の値に保持されることになる。出力周波数を制御すると、レーザパルスの後続の増幅の損失も防止される。
【００７６】
開示した方法および装置が、いくつかの実施形態を参照して上述で説明された。他の実施形態は、本開示に照らして、当業者には明らかであろう。説明した方法および装置の特定の態様は、上述の実施形態で説明したもの以外の構成を使用して、または上述のもの以外の要素と関連して、容易に実施することができる。例えば、おそらく、本明細書で説明したものよりも複雑な様々なアルゴリズムおよび／または論理回路を用いることができ、多分、様々なタイプの駆動レーザおよび／または収束レンズを用いることができる。
【００７７】
本明細書で記述したように、様々な変形が可能である。ある場合には、単一のシードレーザを使用することができ、他の場合には、２つのシードレーザ、すなわち、プレパルスシードレーザおよびメインパルスシードレーザを使用することができる。２つのシードレーザが使用される場合、両方は本明細書で説明したように独立して安定化させることができる。
【００７８】
説明した方法および装置は、処理、装置、またはシステムとして含む多くの方法で実施できることも理解されるべきである。本明細書で説明した方法は、そのような方法を実行するようにプロセッサに命令するプログラム命令によって実施することができ、そのような命令は、ハードディスクドライブ、フロッピーディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）もしくはディジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）などの光ディスク、フラッシュメモリなどのようなコンピュータ可読記憶媒体、またはプログラム命令が光または電子通信リンクで送られるコンピュータネットワークに記録される。そのようなプログラム命令は、プロセッサもしくはコントローラによって実行することができ、または固定論理要素に組み込むことができる。本明細書で説明した方法のステップの順序は変更することができ、依然として本開示の範囲内にあることに留意されたい。
【００７９】
実施形態へのこれらおよび他の変形は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される本開示によって包含されるように意図される。
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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