(57)【要約】【課題】広い区域にわたって高繰返し率のレーザ光を用いる表面及び／又は基板の処理を伴う製造工程で使用される高電力及び高安定性ガス放電レーザを提供する。【解決手段】被加工物の基板内の結晶構成又は配向の変換を実行するためのガス放電レーザ結晶化装置及び方法。それは、細長いガス放電領域を形成するチャンバ内に収容された１対の細長い離間した対向電極を各々が有する第１及び第２のガス放電チャンバ、及び被加工物上で実行される結晶化処理に対して最適化された中心波長でレーザ光を生成するように選択されたハロゲン及び希ガスを含むチャンバ内に収容されたレーザガスを含む第１のレーザユニットと、ＤＣ電源、及び直列に接続した複数の一次巻線と複数の一次巻線の各々を通る単一の二次巻線とを有する多段分割ステップアップ変圧器と半導体トリガスイッチとを含むＤＣ電源に接続されかつそれぞれの電極に接続した第１及び第２のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路を含む電源モジュールと、単一出力レーザ光パルスビームを生成するためにＰＯＰＡ構成レーザシステム又はＰＯＰＯ構成レーザシステムのいずれかとして第１及び第２のレーザユニットの作動を達成するように、それぞれの第１及び第２のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路の作動パラメータに基づいてそれぞれの半導体スイッチの閉成を計時するように作動するレーザタイミング及び制御モジュールとを含むマルチチャンバレーザシステムを含むことができる。ＰＯＰＡとして、レーザシステムのリレー光学器械は、第１の出力レーザ光パルスビームを第１のレーザユニットから第２のガス放電チャンバ内に向けるように作動することができ、タイミング及び制御モジュールは、第１の出力レーザ光パルスビームが±３ｎｓ以内に第２の放電領域を通過している間に第２の対の電極間にガス放電を作り出すように作動し、ＰＯＰＯとして、結合光学器械は、出力ビームを結合し、タイミングは、結合出力内に予め選択された時間±３ｎｓのパルス分離を作り出す。ビーム送出ユニット及びパルス伸張器を含めることもでき、タイミング及び制御は、パルス圧縮及び電圧ステップアップ回路における充電電圧及び構成要素温度を表す信号に基づいてプロセッサ制御することができる。【選択図】図１Ａ
2007515774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物の基板における結晶構成又は配向の変換を実行するためのガス放電レーザ結晶化装置であって、
第１のガス放電チャンバ、
第１の細長いガス放電領域を形成する、前記第１のチャンバ内に収容された第１の対の細長い離間した対向電極、及び
被加工物上で実施される結晶化処理に対して最適化された中心波長でレーザ光を生成するように選択された希ガスとハロゲンを含む、前記第１のチャンバ内に収容されたレーザガス、
を含む第１のレーザユニットと、
第２のガス放電チャンバ、
第２の細長いガス放電領域を形成する、前記第２のチャンバ内に収容された第２の対の細長い離間した対向電極、及び
被加工物上で実施される結晶化処理に対して最適化された中心波長でレーザ光を生成するように選択された希ガスとハロゲンを含む、前記第２のチャンバ内に収容されたレーザガス、
を含む第２のレーザユニットと、
ＤＣ電源、
直列に接続した複数の一次巻線と該複数の一次巻線の各々を通る単一の二次巻線とを有する多段分割ステップアップ変圧器と、半導体トリガスイッチとを含み、前記ＤＣ電源に接続し、かつ前記第１の対の電極に接続した第１のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路、及び
直列に接続した複数の一次巻線と該複数の一次巻線の各々を通る単一の二次巻線と、半導体トリガスイッチとを有する多段分割ステップアップ変圧器を含み、前記ＤＣ電源に接続し、かつ前記第２の対の電極に接続した第２のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路、
を含む電源モジュールと、
前記それぞれの第１及び第２のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路の作動パラメータに基づいて前記それぞれの半導体スイッチの閉成を計時し、ＰＯＰＡ構成レーザシステム又はＰＯＰＯ構成レーザシステムのいずれかとして前記第１及び第２のレーザユニットの作動をもたらして単一の出力レーザ光パルスビームを生成するように作動するレーザタイミング及び制御モジュールと、
を含むマルチチャンバレーザシステム、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記レーザシステムは、ＰＯＰＡレーザシステムとして構成され、更に、第１の出力レーザ光パルスビームを前記第１のレーザユニットから前記第２のガス放電チャンバの中に向けるように作動するリレー光学器械を含み、
前記タイミング及び制御モジュールは、部分的に前記第１の半導体スイッチの閉成の時間に基づいて前記第２の半導体スイッチの閉成を計時し、前記第１の出力レーザ光パルスビームが±３ｎｓ以内に前記第２の放電領域を通過している間に前記第２の対の電極間にガス放電を作り出し、第２の増幅レーザ出力光パルスビームを前記単一の出力レーザ光パルスビームとして生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記レーザシステムは、ＰＯＰＯレーザシステムとして構成され、更に、前記第１のレーザユニットからの第１の出力レーザ光パルスビームを前記第２のレーザユニットからの第２の出力レーザ光パルスビームと結合して前記単一の出力レーザ光パルスビームを生成するように作動する結合光学器械を含み、
前記タイミング及び制御モジュールは、部分的に前記第１の半導体スイッチの閉成の時間に基づいて前記第２の半導体スイッチの閉成を計時し、前記第２の対の電極間にガス放電を作り出し、予め選択された時間±３ｎｓにより、前記単一の出力レーザ光パルスビームにおける前記第１の出力レーザ光パルスビーム内の出力レーザ光パルスを前記第２の出力レーザ光パルスビーム内の出力レーザ光パルスから分離する、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記単一の出力レーザ光パルスビーム内のパルスのＴisを少なくとも２Ｘ伸張するように作動する、該単一の出力レーザ光パルスビームの経路内のパルス伸張器、
を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記単一の出力レーザ光パルスビーム内のパルスのＴisを少なくとも２Ｘ伸張するように作動する、該単一の出力レーザ光パルスビームの経路内のパルス伸張器、
を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記単一の出力レーザ光パルスビーム内のパルスのＴisを少なくとも２Ｘ伸張するように作動する、該単一の出力レーザ光パルスビームの経路内のパルス伸張器、
を更に含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項７】
前記単一の出力レーザ光パルスビームの経路にあり、被加工物の基板における結晶構成又は配向の変換の実行のために該単一の出力レーザ光パルスビームを製造工具に送出するように作動するビーム送出ユニットと、
ビームパラメータモニタ及びビームパラメータ調節機構を含む、前記ビーム送出ユニット内のビーム調節モジュールと、
を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記単一の出力レーザ光パルスビームの経路にあり、被加工物の基板における結晶構成又は配向の変換の実行のために該単一の出力レーザ光パルスビームを製造工具に送出するように作動するビーム送出ユニットと、
ビームパラメータモニタ及びビームパラメータ調節機構を含む、前記ビーム送出ユニット内のビーム調節モジュールと、
を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項９】
前記単一の出力レーザ光パルスビームの経路にあり、被加工物の基板における結晶構成又は配向の変換の実行のために該単一の出力レーザ光パルスビームを製造工具に送出するように作動するビーム送出ユニットと、
ビームパラメータモニタ及びビームパラメータ調節機構を含む、前記ビーム送出ユニット内のビーム調節モジュールと、
を更に含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項１０】
前記単一の出力レーザ光パルスビームの経路にあり、被加工物の基板における結晶構成又は配向の変換の実行のために該単一の出力レーザ光パルスビームを製造工具に送出するように作動するビーム送出ユニットと、
ビームパラメータモニタ及びビームパラメータ調節機構を含む、前記ビーム送出ユニット内のビーム調節モジュールと、
を更に含むことを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項１１】
前記単一の出力レーザ光パルスビームの経路にあり、被加工物の基板における結晶構成又は配向の変換の実行のために該単一の出力レーザ光パルスビームを製造工具に送出するように作動するビーム送出ユニットと、
ビームパラメータモニタ及びビームパラメータ調節機構を含む、前記ビーム送出ユニット内のビーム調節モジュールと、
を更に含むことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項１２】
前記単一の出力レーザ光パルスビームの経路にあり、被加工物の基板における結晶構成又は配向の変換の実行のために該単一の出力レーザ光パルスビームを製造工具に送出するように作動するビーム送出ユニットと、
ビームパラメータモニタ及びビームパラメータ調節機構を含む、前記ビーム送出ユニット内のビーム調節モジュールと、
を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１３】
前記タイミング及び制御モジュールは、前記それぞれの第１及び第２のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路内の充電電圧を表す受信信号と、該それぞれの第１及び第２のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路内の少なくとも１つのマグネティックスイッチング要素の温度を表す信号とに基づいてプログラムされたタイミング制御作動を実行するプロセッサを含む、
ことを更に含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１４】
前記タイミング及び制御モジュールは、前記それぞれの第１及び第２のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路内の充電電圧を表す受信信号と、該それぞれの第１及び第２のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路内の少なくとも１つのマグネティックスイッチング要素の温度を表す信号とに基づいてプログラムされたタイミング制御作動を実行するプロセッサを含む、
ことを更に含むことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１５】
前記タイミング及び制御モジュールは、前記それぞれの第１及び第２のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路内の充電電圧を表す受信信号と、該それぞれの第１及び第２のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路内の少なくとも１つのマグネティックスイッチング要素の温度を表す信号とに基づいてプログラムされたタイミング制御作動を実行するプロセッサを含む、
ことを更に含むことを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１６】
前記タイミング及び制御モジュールは、前記それぞれの第１及び第２のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路内の充電電圧を表す受信信号と、該それぞれの第１及び第２のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路内の少なくとも１つのマグネティックスイッチング要素の温度を表す信号とに基づいてプログラムされたタイミング制御作動を実行するプロセッサを含む、
ことを更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１７】
前記タイミング及び制御モジュールは、前記それぞれの第１及び第２のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路内の充電電圧を表す受信信号と、該それぞれの第１及び第２のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路内の少なくとも１つのマグネティックスイッチング要素の温度を表す信号とに基づいてプログラムされたタイミング制御作動を実行するプロセッサを含む、
ことを更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１８】
前記タイミング及び制御モジュールは、前記それぞれの第１及び第２のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路内の充電電圧を表す受信信号と、該それぞれの第１及び第２のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路内の少なくとも１つのマグネティックスイッチング要素の温度を表す信号とに基づいてプログラムされたタイミング制御作動を実行するプロセッサを含む、
ことを更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広い区域にわたって高繰返し率のレーザ光を用いる表面及び／又は基板の処理を伴う製造工程で使用される高電力及び高安定性ガス放電レーザに関する。
関連出願
本出願は、２００３年１１月２６日出願の「超高エネルギ高安定性ガス放電レーザ表面処理システム」という名称の米国特許出願出願番号第１０／７２２，９９２号、２００３年７月３０日出願の「２チャンバガス放電レーザ用制御システム」という名称の第１０／６３１，３４９号、２００２年８月３０日出願の「ビーム送出及びビーム指向制御を用いるリソグラフィレーザ」という名称の出願番号第１０／２３３，２５３号、公開番号ＵＳ２００２０１５４６６８Ａ１として２００２年１０月２４日公開の発明者がＫｎｏｗｌｅｓ他で２００１年１１月３０日出願の「超狭帯域２チャンバ高繰返し率ガス放電レーザシステム」という名称の現在は米国特許第６，６２５，１９１号である出願番号第１０／０１２，００２号、公開番号ＵＳ２００２００４４５８６Ａ１として２００２年４月１８日公開の発明者がＭｙｅｒｓ他の２００１年８月２９日出願の「超狭帯域２チャンバ高繰返し率ガス放電レーザシステム」という名称の現在は米国特許第６，５６７，４５０号である出願番号第０９／９４３，３４３号、及び公開番号ＵＳ２００２００１２３７６Ａ１として２００２年１月３１日公開の発明者がＤａｓ他の２００１年７月３０日出願の「精密パルスタイミング制御を用いる高繰返し率ガス放電レーザ」という名称の現在は米国特許第６，６１８，４２１号である米国特許出願出願番号第０９／８３７，０３５号の一部継続出願であり、その全ての開示内容は、本明細書において引用により組み込まれている。
本出願は、２００３年６月２５日出願の代理人整理番号第２００３−００５１−０１号である「磁気回路要素を冷却する方法及び装置」という名称の特許出願出願番号第１０／６０７，４０７号に関連し、同じく２００３年６月２５日出願の代理人整理番号第２００２−００４２−０１号である「比較的近接して位置決めされた高電圧モジュールを電気的に相互接続する方法及び装置」という名称の特許出願出願番号第１０／６０６，４１２号、及び２００１年１２月２１日出願の「２チャンバガス放電レーザシステムのためのタイミング制御」という名称の特許出願出願番号第１０／０３６，７２７号に関連し、２００２年５月７日出願の「酸化剤を添加した封入ビーム経路を有するガス放電紫外線レーザ」という名称の特許出願出願番号第１０／１４１，２０１号に関連し、２００３年１月３１日出願の「ガス放電レーザのための自動ガス制御システム」という名称の特許出願出願番号第１０／３５６，１６８号に関連し、公開番号ＵＳ２００２００８５６０６として２００２年７月４日公開の発明者がＮｅｓｓ他の「精密タイミング制御を用いる注入シードレーザ」という名称の２００１年５月３日出願の出願番号第０９／８４８，０４３号に関連し、公開番号ＵＳ２００２０１６７９８６Ａ１として２００２年１１月１４日公開の発明者がＰａｎ他の２００２年５月７日出願の「酸化剤を添加した封入ビーム経路を有するガス放電紫外線レーザ」という名称の出願番号第１０／１４１，２０１号に関連し、公開番号ＵＳ２００２００９９２６９Ａ１として２００３年５月２９日公開の発明者がＥｒｓｈｏｖ他の「２チャンバガス放電レーザシステムのためのタイミング制御」という名称の２００１年１２月２１日出願の出願番号第１０／０３６，７２７号に関連し、現在は米国特許第６，６２５，１９１号である２００１年１１月３０日出願の「超狭帯域幅２チャンバ高繰返し率ガス放電レーザシステム」という名称の出願番号第１０／０１２，００２号に関連し、現在は米国特許第６，６１９，４２１号である２００１年４月１８日出願の「精密パルスタイミング制御を用いる高繰返し率ガス放電レーザ」という名称の特許出願出願番号第０９／８３７，０３５号、及び「磁気変調器電圧及び温度タイミング補償回路」という名称の米国特許第６，０１６，３２５号、及び２０００年５月２３日にＳａｎｄｓｔｒｏｍ他に付与された「エネルギセンサフィードバックを有するレーザ照射ステッパ又はスキャナ」という名称の米国特許第６，０６７，３０６号に関連し、１９９９年１１月３０日出願の「ガス放電レーザのための長パルスパルスパワーシステム」という名称の米国特許出願出願番号第０９／４５１，９９５号、及び代理人整理番号第２００３−０１０９−０１号である２００３年１１月１３日出願の「長遅延及び高ＴＩＳパルス伸張器」という名称の米国特許出願に関連し、２００１年５月１１日出願の「４ＫＨｚガス放電レーザ」という名称の米国特許出願出願番号第０９／８５４，０９７号に関連し、「高信頼性モジュール式製造品質狭帯域高繰返し率エキシマレーザ」という名称の米国特許第６，１２８，３２３号に関連し、「パルスマルチプレクサを有するエキシマレーザ」という名称の米国特許第６，０６７，３１１号に関連し、その全ての開示内容は、本明細書において引用により組み込まれている。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、例えば、ラップトップコンピュータ上で一般的に見られる液晶ダイオード（ＬＣＤ）画面を作製する公知の技術である。多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）ＴＦＴ画面は、例えば、アモルファスシリコン（ａＳｉ）ＴＦＴのＬＣＤ画面よりも明るくて読み取りやすいが、消費電力が高くなる可能性があり、部分的には現在利用可能な製造技術のために、特に、例えば現在利用可能な製造技術におけるいくつかの制限による製造収率に及ぼす影響のために、一般的により高価になる可能性がある。
【０００３】
ａＳｉのＬＣＤ基板の外面の焼き鈍しは、パネルディスプレイ性能の観点から、及び達成可能な製造収率に関連して現在の極めて重要な工程である。例えば、高解像度フラットパネルディスプレイの製造にＴＦＴ焼き鈍しを用いることは公知である。また、レーザ、例えばエキシマレーザ又はモジュール式ガス放電レーザを利用して、例えばアモルファスシリコン（ａＳｉ）のレーザ誘発結晶化を引き起こし、例えば多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）を生成することも公知である。この工程、及びその非常に正確な制御及び作動は、次世代ＴＦＴ素子の中枢技術である。このような技術がなければ、装置、例えばフラットパネルディスプレイは、技術が進歩する時に表示技術が要求する所要の優れた解像度及び輝度、広角視野、及び高ピクセルリフレッシュ速度のようなものを提供することを妨げられることになる。
【０００４】
Ｐｏｌｙ−ＳｉのＴＦＴ技術は、活性プレート上へのアドレス指定及び計時回路の統合を可能にすることにより、フラットパネルディスプレイの今後の発展の重要な経路を表している。これを行うために、回路区域内の局所レーザ焼き鈍しによるか又はアレイ及び回路ＴＦＴＳにＰｏｌｙ−Ｓｉを使用するモノリシックな手法による２つの技術が出現している。Ｊ．Ｙｒｅｓ他著「液晶ディスプレイアドレス指定のための低温Ｐｏｌｙ−Ｓｉ」、フィリップス・リサーチ・ラボラトリーズ、サリー、英国、アジア技術情報プログラム（ＡＴＩＰ）、５月１１日、１９９３年、（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｔｉｐ．ｏｒｇ／ＡＴＩＰ／ｐｕｂｌｉｃ／ａｔｉｐ．ｒｅｐｏｒｔｓ．９３／ｍｉｔａ−ｌｃｄ．９３ｈｔｍｌ）を参照されたい。
【０００５】
現在利用可能な光源システムからレーザ光出力を選択することも公知であり、このレーザ光出力は、例えば焼き鈍しの場合に伴う処理に対して最適化された中心波長を有し、処理されている、例えば焼き鈍しされている材料の表面内へ例えば材料内へ必要なだけの深い焼き鈍しを達成するために十分に高い電力で表面に入射する光の侵入を最大にするものである。他の場合には、処理されている特定の材料はまた、処理、例えば焼き鈍しに対して異なる中心波長で反応が異なる場合があり、特定の中心波長の選択に影響を与える。
当業技術で公知のガス放電レーザは、ガス放電に使用されているガスによって決まるあらゆる特定のレージングチャンバ内で起こる物理及び化学反応のために、中心波長の無限スペクトルをもたらすのには利用可能ではない。
【０００６】
現在、エキシマレーザ又は他のガス放電レーザ、特に塩化キセノン（ＸｅＣｌ）ハロゲンガス放電レーザが上述の種類の焼き鈍し処理に有用であることも公知である。ドイツのＬａｍｂｄａ−Ｐｈｙｓｉｋのような会社は、以下の作動パラメータを有するＬａｍｂｄａ−Ｐｈｙｓｉｋ「ＳＴＥＥＬ  ２０００」のような製品を供給している。
波長：３０８ｎｍ
安定化エネルギ：１０３０ｍＪ
安定化平均電力：３１０Ｗ（３０８ｎｍで）
最大繰返し率：３００Ｈｚ
パルス持続時間（典型的にＦＷＨＭ）：２９±５ｎｓ
パルス間エネルギ安定性（３シグマ）：≦５．４％
最大パルスエネルギ振れ上方平均（最大エネルギから平均エネルギを差し引く）：≦８．５％
ビーム寸法（典型的にＦＷＨＭ）（ビーム出口から１ｍ）：（４０±３）ｘ（１３±２）ｍｍ２
ビーム分散（典型的にＦＷＨＭ）（１０Ｈｚで）：≦４．５ｘ≦１．５ｍｒａｄ
角度指向安定性（典型的にＦＷＨＭ）（ビーム出口から１ｍ）：≦０．４５ｘ≦０．１５ｍｒａｄ
ガス寿命：＞４０ｘ１０6パルス
予想レーザ管寿命：１ｘ１０9パルス
ビーム高さ：１２３５±２０ｍｍ
【０００７】
例えば、性能が約１Ｊ及び３００Ｈｚのこのようなレーザは、現世代ガラス基板に対する性能要件のまさにほぼ限界点にある。１２５０ｍｍｘ１１００ｍｍの次世代（第５世代）のこのようなガラス基板は、パルス安定性、ビーム特性などのようなパラメータを維持しながら、遥かに優れた性能、例えばより高いレーザエネルギや繰返し率を要求することになる。この要件は、例えばフラットパネルディスプレイ技術の進歩、例えばガラス基板の寸法が１２５０ｍｍＸ１１００ｍｍに増大するためにより厳しくなるので、例えば、必要とされるレーザエネルギは、２Ｊ／パルスへと少なくとも２倍に増大することになる。例えば「Ｌａｍｂｄａ  Ｐｈｙｓｉｋ」である一部によって提案された技術は、２つのレーザを例えばビームホモジナイザと組み合わせ、２つのレーザからの２つのビームを結合することである。しかし、例えばホモジナイザだけの増設による２つのレーザの使用も経費を増大し、消耗品の経費、更に保守による停止時間も追加する。ホモジナイザに加えて、関連の送出用光学器械もより複雑になる。
【０００８】
例えば、Ｂ．Ｗｅｘｌｅｒ他著「縮退４光波混合のためのＸｅＣｌ増幅器の使用」、「米国物理学会、エキシマレーザ−１９８３」、Ｃ．Ｒｈｏｄｅｓ他編、１７２〜１７６頁で説明されているように、ある一定の用途を対象としたＰＯＰＡ構成の使用が公知である。１９８６年に、マサチューセッツ州ビレリカ所在のエキシマレーザ会社Ｑｕｅｓｔｅｋは、ＰＯＰＡ技術に基づいて１００ＷのＫｒＦレーザを導入した。しかし、部分的にはＰＯ及びＰＡがサイラトロン切換式であったことによるジッター／タイミング制御技術の欠落のために、この製品は、直ちに市場から撤収された。
従って、例えばＴＦＴ焼き鈍し及び／又は例えばＡ−Ｓｉコーティングからの大規模なｐｏｌｙ−ｓｉの作製に対するレーザ光を使用する表面及び材料処理技術の需要増大に対するより良い解決策に対する必要性が存在する。
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願出願番号第１０／７２２，９９２号
【特許文献２】米国特許出願出願番号第１０／６３１，３４９号
【特許文献３】米国特許出願出願番号第１０／２３３，２５３号
【特許文献４】公開番号ＵＳ２００２０１５４６６８Ａ１
【特許文献５】米国特許第６，６２５，１９１号
【特許文献６】米国特許出願出願番号第１０／０１２，００２号
【特許文献７】公開番号ＵＳ２００２００４４５８６Ａ１
【特許文献８】米国特許第６，５６７，４５０号
【特許文献９】米国特許出願出願番号第０９／９４３，３４３号
【特許文献１０】公開番号ＵＳ２００２００１２３７６Ａ１
【特許文献１１】米国特許第６，６１８，４２１号
【特許文献１２】米国特許出願出願番号第０９／８３７，０３５号
【特許文献１３】米国特許出願出願番号第１０／６０７，４０７号
【特許文献１４】米国特許出願出願番号第１０／６０６，４１２号
【特許文献１５】米国特許出願出願番号第１０／０３６，７２７号
【特許文献１６】米国特許出願出願番号第１０／１４１，２０１号
【特許文献１７】米国特許出願出願番号第１０／３５６，１６８号
【特許文献１８】公開番号ＵＳ２００２００８５６０６
【特許文献１９】米国特許出願出願番号第０９／８４８，０４３号
【特許文献２０】公開番号ＵＳ２００２０１６７９８６Ａ１
【特許文献２１】米国特許出願出願番号第１０／１４１，２０１号
【特許文献２２】公開番号ＵＳ２００２００９９２６９Ａ１
【特許文献２３】米国特許第６，６１９，４２１号
【特許文献２４】米国特許第６，０１６，３２５号
【特許文献２５】米国特許第６，０６７，３０６号
【特許文献２６】米国特許出願出願番号第０９／４５１，９９５号
【特許文献２７】米国特許出願、２００３年１１月１３日出願、「長遅延及び高ＴＩＳパルス伸張器」
【特許文献２８】米国特許出願出願番号第０９／８５４，０９７号
【特許文献２９】米国特許第６，１２８，３２３号
【特許文献３０】米国特許第６，０６７，３１１号
【特許文献３１】米国特許第５，０２３，８８４号
【非特許文献１】Ｊ．Ｙｒｅｓ他著「液晶ディスプレイアドレス指定のための低温Ｐｏｌｙ−Ｓｉ」、フィリップス・リサーチ・ラボラトリーズ、サリー、英国、アジア技術情報プログラム（ＡＴＩＰ）、５月１１日、１９９３年
【非特許文献２】Ｂ．Ｗｅｘｌｅｒ他著「縮退４光波混合のためのＸｅＣｌ増幅器の使用」、「米国物理学会、エキシマレーザ−１９８３」、Ｃ．Ｒｈｏｄｅｓ他編、１７２〜１７６頁
【非特許文献３】Ｔ．Ｋｕｄｏ他著「全ての半導体レーザの二重パルス照射によるａ−Ｓｉ薄膜の高度横結晶成長」、材料学会シンポジウム議事録、７６２巻、２００３年春、１頁から６頁
【非特許文献４】Ａ．Ｖｏｕｔｓａｓ著「新時代の結晶化：ポリシリコン結晶化及び結晶エンジニアリングの進歩」、応用表面科学（２００３年）
【非特許文献５】Ｒ．Ｄａｓｓｏｗ著「高移動性を有する薄膜のためのトランジスタＮｄ：ＹＶＯ4レーザ結晶化」、材料学会シンポジウム議事録、７６２巻、２０００年春
【発明の開示】
【００１０】
被加工物の基板内の結晶構成又は配向の変換を実行するためのガス放電レーザ結晶化装置及び方法が開示され、それは、細長いガス放電領域を形成するチャンバ内に収容された１対の細長い離間した対向電極を各々が有する第１及び第２のガス放電チャンバ、及び被加工物上で実行される結晶化処理に対して最適化された中心波長でレーザ光を生成するように選択されたハロゲン及び希ガスを含むチャンバ内に収容されたレーザガスを含む第１のレーザユニットと、ＤＣ電源、及び直列に接続した複数の一次巻線と複数の一次巻線の各々を通る単一の二次巻線とを有する多段分割ステップアップ変圧器と半導体トリガスイッチとを含むＤＣ電源に接続されかつそれぞれの電極に接続した第１及び第２のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路を含む電源モジュールと、単一出力レーザ光パルスビームを生成するためにＰＯＰＡ構成レーザシステム又はＰＯＰＯ構成レーザシステムのいずれかとして第１及び第２のレーザユニットの作動を達成するように、それぞれの第１及び第２のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路の作動パラメータに基づいてそれぞれの半導体スイッチの閉成を計時するように作動するレーザタイミング及び制御モジュールとを含むマルチチャンバレーザシステムを含むことができる。ＰＯＰＡとして、レーザシステムのリレー光学器械は、第１の出力レーザ光パルスビームを第１のレーザユニットから第２のガス放電チャンバ内に向けるように作動することができ、タイミング及び制御モジュールは、第１の出力レーザ光パルスビームが±３ｎｓ以内に第２の放電領域を通過している間に第２の対の電極間にガス放電を作り出すように作動し、ＰＯＰＯとして、結合光学器械は、出力ビームを結合し、タイミングは、結合出力内に予め選択された時間±３ｎｓのパルス分離を作り出す。ビーム送出ユニット及びパルス伸張器を含めることもでき、タイミング及び制御は、パルス圧縮及び電圧ステップアップ回路における充電電圧及び構成要素温度を表す信号に基づいてプロセッサ制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、例えば表面及び材料処理用途向けに、例えばＸｅＣｌレーザに対して本出願人の譲受人の既存のフッ素ベースのエキシマ技術の拡張を考えるものである。特に、例えばこのようなレーザを使用すると、例えばフラットパネルディスプレイの広い面積にわたる焼き鈍し（ＴＦＴ焼き鈍し）用の既存システムの機能を上げることができる。例えば、上述のＬａｍｂｄａ−ＰｈｙｓｉｋのＸｅＣｌレーザ（１Ｊ、３００Ｈｚ）。
【００１２】
本発明が考えるように、例えばフラットパネルディスプレイ用の例えば第５世代ガラスパネルの広い面積にわたる焼き鈍しに向けて最適化することができる高電力高エネルギＸｅＣｌレーザを開示する。また、本発明により、例えば数百ミリメートル長で１ミリメートルの何分の１かの割合の幅、例えば３７０ｍｍｘ０．４ｍｍの細長いスロットの形で、例えば一定のフルエンスを送出することができる高効率ビーム送出ユニットを提供する。
【００１３】
ガラス基板の計画図に基づいて、基板サイズは、１２５０ｍｍＸ１１００ｍｍに増大されるであろう。これであれば、２倍まで、つまり２Ｊ／パルスまでレーザエネルギ及び電力要件が上がることになる。「Ｌａｍｂｄａ  Ｐｈｙｓｉｋ」によって提案されている技術は、以下に示すように２つのレーザを結合することである。しかし、２つのレーザを使用すると、消耗品の経費及び停止時間が増大する。関連の送出構成要素もより複雑になる。本発明の実施形態によれば、本出願人は、例えばこのノードで、つまり２Ｊ／パルス３００Ｈｚレーザ、すなわち、約６００ｗでの本発明の実施形態の利用を考えている。
【００１４】
本出願人の評価及び発見によれば、単一の商業的に実際的なレーザ発振器を基本とした設計では、要件上、ガス放電型レーザの電極間で非常に大きな放電容積が求められるために２Ｊ／パルスを生成することはできない。例えば、ＸｅＣｌレーザのエネルギ／圧力（Ｅ／Ｐ）は、約１ｋＶ／ｃｍ−ａｔｍである。本出願人の譲受人のパルスパワーシステムが現在送出することができる超高電圧、例えば３０ｋＶでさえも、考慮することができる放電間隙は、４大気全圧力で僅か約３．５ｃｍである。このような放電間隙であれば、一般的な放電幅２ｃｍでは、現在普及している電極が１ｍ長を若干下回るのに対して、チャンバ電極は、約１．４ｍ長である必要がある。１．４ｍ長は、少なくとも２つの理由から実現不可能である。それは、（１）例えば、高圧力でチャンバ構造に様々な問題を引き起こし、場合によっては、接線送風機の要件及び性能の問題に至るような非実際的な長さのチャンバ長に対する必要性であり、（２）０．０６／ｃｍの推定小信号ゲインに対して、この長さは、それを超えるとレーザが超放射になる１．７ｍという最大値に非常に近いものになり、すなわち、増幅自然放出（ＡＳＥ）が、例えば約３０８ｎｍの中心波長回りの自然な例えばＸｅＣｌ帯域幅から外れた超広帯域ＡＳＥによる効率損失といった問題を引き起こすほど高いものになると考えられるからである。
【００１５】
本発明は、１つのチャンバのレーザ出力をシードビームとして第２のチャンバに送出するように構成されたマルチチャンバレーザシステムを考えている。現在、本出願人の譲受人は、多大の出力電力を犠牲にして例えば集積回路リソグラフィ用途向けの例えば本質的に単色光の送出に対して非常に狭い線狭化を達成する第１のチャンバが非常に高度に線狭化された主発振器として作動する「ＸＬ」プラットホームという製品ラインを供給している。主発振器（ＭＯ）と呼ばれるこの発振器のこの低電力線狭化レーザによる出力は、その後、電力発振器（ＰＡ）として作動する第２のガス放電レーザチャンバ内で高度に増幅される。
【００１６】
本発明は、電力発振器電力増幅器構成（ＰＯＰＡ）から成る２チャンバレーザシステムを考えている。本発明の実施形態によれば、２つのチャンバは、各々、約１ｍ長の細長い電極間に３．５ｃｍ電極間隙を有することができる。このような電力発振器であれば、０．５Ｊから０．７Ｊを生成することができる。そこで、これは、例えば増幅器を飽和させるのに十分なものとすることができる（一般的な飽和強度は、１００ｎｍパルスでは、約１００ｍＪ／ｃｍ２である）。ＰＯ効率は、約２％になり、これは一般的なものである。効率の制限因子は、本発明によれば、レーザ光子へのエキシマモジュール、例えばモジュール式フッ素モジュールの変換効率である。励起調光器の約５０％は、エネルギがレーザから抽出される前に蛍光で失われる。
【００１７】
しかし、本発明によれば、提案するＰＯＰＡ法においては、ＰＡ抽出効率は、独立型発振器として、すなわちＰＯＰＯシステムとして作動した場合、２％を遥かに超えることができる。また、本出願人は、ＰＡの効率は、最大約４％まで、更には約４％を超えることができるものと考えている。従って、ＰＯに対して３５Ｊの電気的入力、及びＰＡに対してＰＯの３５Ｊレーザ光出力で、全体として約２Ｊでレーザシステムの出力を送出すると予想することができ、この出力は、効率要件に変換すると僅か２．９％である。これに比する２Ｊの単一発振器システムであれば、ガス放電電極に対する電気パルス当たりのエネルギは１００Ｊが必要になる。
２Ｊ／パルスというこの出力は、この時点で、他所で提案されているようなビームミキサに関連の損失及び複雑性を伴わずにビーム送出ユニットに効率的に結合させることができる。
【００１８】
同じＰＯＰＡ概念は、例えばエネルギがより低いシステムに適用することができる。別の構成においては、ＰＯ及びＰＡに対する入力エネルギは、４Ｊ／パルスとすることができる。例えば全体的効率２．９％では、出力は、遥かに高い繰返し率で２５０ｍＪ／パルスか又はその近傍になる可能性があり、この出力であれば、依然として結果的には１ｋＷレーザが、例えば上述の各種用途に適するものになる。また、本発明の実施形態によれば、別々のチャンバにおいてパルス間のタイミングを非常に正確に制御することができ、これによって、本発明の実施形態によれば、約８ＫＨｚで二重パルスモードでレーザを作動する可能性が生まれる。このようなモードでは、ＰＡは、ＰＯにもなることができ、各ＰＯからの千鳥配列のパルスは、以下により詳細に説明するように、単一の出力経路で結合することができる。例えば、８５０ｎｍによって分離されかつパルスの持続時間が長い２つのパルスを使用すると、有利な態様では、例えば、Ｔ．Ｋｕｄｏ他著「全ての半導体レーザの二重パルス照射によるａ−Ｓｉ薄膜の高度横結晶成長」、材料学会シンポジウム議事録、７６２巻、２００３年春、１頁から６頁で説明されているように、ｐＳｉ結晶成長高度移動性及び均一性を発生させることができる。他には、例えば、Ａ．Ｖｏｕｔｓａｓ著「新時代の結晶化：ポリシリコン結晶化及び結晶エンジニアリングの進歩」、応用表面科学（２００３年）、及びＲ．Ｄａｓｓｏｗ著「高移動性を有する薄膜のためのトランジスタＮｄ：ＹＶＯ4レーザ結晶化」、材料学会シンポジウム議事録、７６２巻、２０００年春で説明されているように、従来技術のエキシマレーザは、例えばエネルギ密度及び／又はパルス繰返し率及び／又はパルス安定性が低いために、このような処理、例えばＴＦＴ焼き鈍しにおいて有効及び効率的に使用するにはある一定の性能特性がないと説明するものもある。上記によって提案された考えられる技術では、例えば５３２ｎｍで緑色レーザから周波数増倍される二重パルスダイオード供給式半導体レーザが含まれる。しかし、このような解決策は、上述の要件を満足する見込みはない。
【００１９】
しかし、本発明の実施形態によるエキシマレーザは、パルス間で安定化され、かつ非常に正確にタイミング調整されて分離され、また、パルス伸長された千鳥配列パルスを含む遥かに高い電力及びエネルギを送出するように構成することができる。
従って、本発明の実施形態により、本出願人は、本出願人の譲受人のＸＬ製品ラインで実施されるような本出願人の譲受人のＭＯＰＡアーキテクチャに基づいて、例えばＸｅＣｌのＰＯＰＡを提供することを提案する。このＸｅＣｌレーザは、本発明の実施形態によれば、広帯域（すなわち、線狭化がないＸｅＣｌエキシマレーザの自然なスペクトル）になるであろう。従って、本発明の実施形態によれば、線狭化モジュール及び波長及び線幅測定機器は、例えば本出願人の譲受人のＸＬＡ製品ラインであれば不要になり、その結果、省コスト及び全体的な効率の節約になる。
【００２０】
ＸＬＡのＭＯは、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、全てが一緒にＰＯ１０の空洞共振器を形成するチャンバ１２、線狭化モジュールの代わりに全反射光学器械１４、例えば全反射ミラー１８、及び出力カプラ１６を含むＰＯ１０から成るＰＯ１０で置き換えられるであろう。従って、ＰＯからのレーザ出力レーザビームは、本発明の実施形態によれば、ＰＡ２０のチャンバ２２を二重通過し、ＰＡ２０から全てのエネルギを抽出することができる。ＰＯ１０の出力は、全反射ミラー１４によってオフセットミラー２４に反射され、オフセットミラー２４は、１対の全反射ミラー２５ａ及び２６ｂ（又は内部全反射ミラー、図示せず）に対してＰＡ２０の細長い電極（図示せず）とずれている経路に沿ってビームを反射させ、ＰＡ２０の出力カプラを通じてＰＡ２０の出力の光軸でもあるチャンバ内の電極の中心軸線に沿ってＰＡ２０を通るビームの第２のパスを作り出す。それぞれＰＯ１０及びＰＡ２０の出力部にあるエネルギセンサ３０及び３２は、本発明の実施形態によれば、例えばＰＯＰＡ出力エネルギをモニタすることができる。
【００２１】
本出願人の譲受人のＸＬＡ製品ラインには、３００Ｈｚを優に超える繰返し率を含む高い繰返し率で例えばこのようなＸｅＣｌレーザの例えば作動をサポートするのに必要な全ての技術を有する。これによって、非常に高い繰返し率として超高エネルギレーザシステム光出力パルスの形で必要とされる高出力エネルギを送出する機能がサポートされる。これらのサポート技術としては、非常に能率的な半導体パルスパワーシステムモジュール（ＳＳＰＰＭ）、例えばそれぞれＰＯ及びＰＡにおいて細長いガス放電電極に対する電気パルス照射間の臨界相対タイミングを維持するジッター制御技術によるジッターのない作動、水冷モジュール、及び超高速制御装置がある。従って、提案するＰＯＰＡであれば、例えば２Ｊ／パルスでの高電力光源になり、繰返し率は、本発明の実施形態によれば、５００Ｈｚ又は４ＫＨｚで０．２５Ｊ／パルスとすることができ、いずれの場合にも１００Ｗレーザに対するものである。
【００２２】
ここで図２を参照すると、表面／基板処理システムのブロック図的概略図が示されている。ＰＯＰＡ４０の出力は、次に、必要であれば例えばビーム送出ユニット（ＢＤＵ）６０へのレーザシステムレーザ出力ビームの送出以内又はその前にパルス伸張器５０内で伸張されたパルスとすることができる。また、ＢＤＵは、製造装置、例えばＴＦＴ焼き鈍しを実行する装置へのレーザ出力レーザビーム送出の最も近い終点でビーム分析モジュール（ＢＡＭ）６２を有することができる。ＢＤＵ６０の詳細は、本発明の様々な実施形態によれば用途に依存する。例えば、ＴＦＴ焼き鈍しの場合、ビームは、場合によっては、ビームホモジナイザ７０内で均質化を必要とし、その後、例えば円筒形集光レンズ９０を用いてスリット８０を照明するために送出することができる。本発明の実施形態によれば、スリット８０の拡大画像を例えばワークステーション９２で基板上に投射することができる。本発明の実施形態の態様によれば、ビームは、全てのパルスでスリット８０を正しく照射することが非常に重要である。そうでなければ、基板で強度の変動が発生し、結果的に表面／基板処理が非効率なものになる。従って、例えばレーザ制御情報及びＢＡＭ６２から供給された情報を利用して、例えばＢＤＵ６０で使用されている能動的安定化技術は、所要のエネルギ安定性を供給する上で重要なものとすることができる。
【００２３】
本発明の実施形態の態様によれば、本発明は、提案するＰＯＰＡにおいて、とりわけ、提案するＰＯＰＡレーザを１０００Ｗ範囲の効率的で拡張性がある高電力ＸｅＣｌレーザに作る際に鍵である例えば積極的なジッター／タイミング制御を含むＳＳＰＰＭ技術を利用するものである。
また、本発明の実施形態によるレーザシステムは、図２Ａに示すように、各々が全反射ミラーのようなそれぞれの全反射光学器械１０２及び１０２’及び出力カプラ１０４及び１０４’を有する第１のＰＯ１００及び第２のＰＯ１００’を含むＰＯＰＯ構成で構成することができる。第１のＰＯ１００の出力は、そのビームを全反射するように第１のＰＯ１００の出力の偏光に対してブルースターの角度で設けられたミラーに全反射ミラー１０６によって反射することができ、第２のＯ１００’の出力は、１／４ｗ位相差板に通してブルースターの角度ｗｏのミラー１１ｏがそのビームを全く反射しないように、第１のＰＯ１００の出力の角度に対して直交するようにその極性を回転させることができ、２つの出力ビームは、ミラー１１０からの同じ出力経路を辿り、そのパルスは、一時的に互いに間隔が空いている。
【００２４】
本明細書で使用される時、表Ｉに説明した頭字語及び定義は、そこに列挙した意味を有するものとする。
【００２５】
（表Ｉ）
2007515774.tif 000003
【００２６】
ここで図３及び図４を参照すると、本発明の実施形態に従って供給される半導体パルスパワーモジュール（ＳＳＰＰＭ）が示されている。ＳＳＰＰＭ２００は、ＴＥＭ２０２を含むことができ、ＴＥＭ２０２に対する必要性は、主としてＳＳＰＰＭ２００の二重チャンネル構成によってもたらされるものである。この二重チャンネル構成では、例えば単一レーザガス放電チャンバのみを利用すると、これまでのシステムよりも遥かにより正確なトリガタイミングが必要である。ＴＥＭ２０２は、ＳＳＰＰＭ２００内部のトリガ信号を供給するばかりでなく、例えばワークステーション制御装置（図示せず）に使用することができるいくつかのモニタリング及び制御信号、例えば「Ｓｙｎｃ  Ｏｕｔ」のソースであり、また、ＴＥＭ２０２は、本発明による光学サブシステム（図示せず）に対する「波長補正トリガ」を供給することができる。
【００２７】
また、ＳＳＰＰＭ２００内にはＨＶＰＳ２０４を組み込むことができ、ＨＶＰＳ２０４は、ＡＣ電力をＡＣ配電モジュール（図示せず）から受け取って共振充電器２１２内の蓄積コンデンサ列Ｃ−１（２１０）上に一定の電圧を充電して維持することができる。ＨＶＰＳ２０４は、オン指令をレーザコントローラ２２２内のＬＣＰ２２０から受け取って不具合をＬＣＰ２２０に送る。
また、ＳＳＰＰＭ２００は、一定の電圧をＨＶＰＳ２０４（及び２０４’も）から受け取って、トリガがレーザコントローラ２２２から送られた時にパルス電荷をＳＳＰＰＭ２００の整流器部２３４内のコンデンサ列２３２（Ｃ0）に供給することができるＲＣ２３０を含むことができる。ＲＣ２３０は、トリガ信号及びＨＶ設定値をＦＣＰから受信し、例えば不具合を特定するいくつかの信号をＬＣＰ２２０に送信する。整流器２３４は、パルス電荷を共振充電器２３０から受け取って、変圧器２４０を通じてパルス立ち上がり時間を圧縮して電圧を段階的に大きくすることによってそれを変換することができる。整流器２３４は、トリガ信号をＬＣＰ２２０から受信して、例えば、不具合を特定するいくつかの信号をＬＣＰ２２０に送信する。また、ＳＳＰＰＭ２００は、パルス電荷を整流器２３４から受け取って、パルス立ち上がり時間を圧縮して更に圧縮された受け取ったパルスをＰＯ１０及びＰＡ（又はＰＯ）２０のそれぞれのチャンバ１２及び２２上のピーキングコンデンサ列２６０に送出することができる圧縮ヘッド（ＣＨ）２５０を含むことができる。
【００２８】
その主高電圧機能を実行するに際して、ＳＳＰＰＭ２００の整流器モジュール２３４は、電荷電圧をコンデンサ列２１０上にＲＣ２３０から、また、レーザコントローラ２２２内のＦＣ２５２からトリガ信号を受け取る。トリガ信号が感知された時、整流器２３４は、半導体スイッチ２５４を閉成し、インダクタンス２５８を通じてＣ0コンデンサ列２１０をＣ1コンデンサ列２５６内に放電する。電圧は、第１ステージ反応器２７０内のマグネティックスイッチが飽和して第１ステージ反応器２７０及びステップアップ変圧器２４０を通じて圧縮ヘッド２５０内でＣ1２５６をコンデンサ列Ｃp-1２７２の中に放電するまでＣ1２５６上に保持される。この放電は、移送時間においてパルスを圧縮しかつ変圧器２４０のステップアップ比率を通じて出力電圧を大きくするという二重の機能を有する。
【００２９】
ＳＳＰＰＭ２００の整流器モジュール２３４の第２の低電圧保護及び制御機能は、整流器２３４がモジュール内で限定された数の不具合を感知し、ＣＡＮバス２８０インタフェースを通じた処理のためにこのような不具合を表す信号をＬＣＰ２２０に送信することによって実行される。ＳＳＰＰＭ２００は、不具合が検出された時に半導体スイッチ２５４及び２５４’のトリガリングを無効にすることによって自己保護することができる。しかし、ＬＣＰ２２０が整流器モジュール２３４によって送信された不具合信号を受信しなかったり又は解釈しなかった場合は、Ｃ0コンデンサ列２１０に電圧を印加することができる。
【００３０】
図５は、整流器モジュール２３４のより詳細な概略図を示し、図６は、簡素化された概略図を示している。半導体スイッチ２５４及び充電インダクタンス２５８は、実際には、各スイッチ２５４及び２５４’が照射後に回復してかつ再度照射準備完了になるのに必要とされる時間のためにそれぞれのチャンバ内で４０００Ｈｚまでかつそれを超える数値でのガス放電時の作動に対応するために、半導体スイッチ２５４及び２５４’、及び充電インダクタンス２５８及び２５８’を含む２つの並列の回路であることを図５に見ることができる。また、図５には、半導体スイッチ２５４及び２５４’の各々に対して、それぞれの半導体スイッチ２５４及び２５４’を保護する役目をするそれぞれの並列のＲＣネットワークと共にダイオードＤ1〜Ｄ4を含み、ダイオードＤ1〜Ｄ4の各々に対しては、Ｒs1、Ｒs3、Ｒs5、及びＲs7、Ｒs2、Ｒs4、Ｒs6、及びＲs8、及びＣs1〜Ｃs4を含み、半導体スイッチ２５４’に対しては、それぞれの並列のＲＣネットワークと共にダイオードＤ5〜Ｄ8を含み、ダイオードＤ5〜Ｄ8の各々に対しては、Ｒs9、Ｒs11、Ｒs13、及びＲs15、Ｒs10、Ｒs12、Ｒs14、及びＲs16、及びＣs5〜Ｃs8を含む回路である。それぞれの半導体スイッチ２５４及び２５４’は、直列ダイオード及びそのスナバネットワークによって保護される。ダイオードは、放電電極からの反射エネルギが半導体スイッチ２５４及び２５４’内を流れるのを防止する。スイッチ２５４及び２５４’が保護されるのは、反射エネルギがこれらの直列ダイオードに到達した時にダイオードがオフになって電流がダイオード及び半導体スイッチ内を流れるのを防止するからである。スナバネットワーク内の抵抗器及びコンデンサは、ダイオードがオフになる素早さを制御する効果があり、その結果、回路保護及び信頼性が改善される。更に、それぞれの半導体スイッチ２５４及び２５４’のバイアスネットワーク２９０及び２９０’は、ダイオードＤ1及びＤ2と直列でありかつ電源ＰＳ２と並列であるバイアスコンデンサＣbiasを通じてバイアス電源ＰＳ２から反対方向にバイアスされたバイアス可飽和インダクタＬＳＡ１及びＬＳＡ２、及び、更に別のＣbiasがＲbiasとＬbiasの間に接続されかつ接地された状態でコンデンサＣbiasと２つの充電インダクタ２５８Ａ及び２５８Ｂの一方と直列であるＲbias及びＬbiasと、ダイオードＤ3及びＤ4及び充電インダクタ２５８Ｂと直列である非飽和インダクタＬＳＡ１及びＬＳＡ２とから成るＲＬＣネットワーク、及び半導体スイッチ２５４’に対しては、ダイオードＤ7及びＤ8と直列でありかつ電源ＰＳ２’と並列であるバイアスコンデンサＣbias’を通じてバイアス電源ＰＳ２’から反対方向にバイアスされたバイアス可飽和インダクタＬＳＡ１’及びＬＳＡ２’、更に別のＣbias’がＲbias’とＬbias’の間に接続されかつ接地された状態でコンデンサＣbias’と２つの充電インダクタ２５８Ａ’及び２５８Ｂ’の一方と直列であるＲbias’及びＬbias’と、ダイオードＤ5及びＤ6及び充電インダクタ２５８Ｂ’と直列である非飽和インダクタＬＳＡ１’及びＬＳＡ２’とから成るＲＬＣネットワークを含む。代替的に、ＬＳＡ１及びＬＳＡ２の全ての部分は、可飽和にすることができ、すなわち、４組の導体及び４組の芯は、芯を通る４���の全ての導体を有する単一の組の芯によって機械的に達成することができる。その後、バイアス回路によって２線だけではなく４線の全てがリセットされることになる。このバイアス構成は、材料の利用可能な磁束スイングを予測可能に最大にすることを可能にする磁性材料を適切にバイアスする役目をすることが当業者によって理解されるであろう。磁性材料の予測可能なリセットは、レーザ作動中の精密タイミング制御に重要である。更に、回路を通じたバイアスネットワークのルーティングは、半導体スイッチ及び直列ダイオードが、それぞれ、オフ及びオンするのに十分な時間を確実に有するようにする上で重要である。これによって、性能及び信頼性が改善される。
【００３１】
更に、整流器２３４パルス圧縮ネットワーク３００は、芯１−Ｎの各々を通る単一二次巻線を有して出力部が変圧器２４０内で複数の変圧器芯１−Ｎの各々で一次巻線（単巻き）に直列に接続された可飽和反応器ＬＳ１（２７０）の両端にそれぞれの抵抗器Ｒ1及びＲ2を通じて接続されたダイオードＤ9及びＤ10と並列であるコンデンサＣ1２５６から成る。変圧器２４０の巻線１−Ｎは、モジュール相互接続出力部３０４の高電圧及び接地部にわたってインダクタ３０２を通じて接続される。
【００３２】
パルス電力に関する本発明の実施形態によるレーザシステムの要件は、各チャンバに対してＣ0に送出される４ＫＨｚの割合でそれぞれのチャンバ内の電極へのガス放電電気パルス当たりの例えば３．５Ｊの電気エネルギ、すなわち、本発明の実施形態によるパルスパワーシステム全体で７．０Ｊ／パルスを提供するものである。パルスパワーシステム２００は、高電圧パルスを２つのそれぞれのチャンバの各々に送信すべきである。各チャンバの放電時間は、例えば、前のＰＯチャンバからのシードビームがＰＡ（ＰＯ）チャンバを通過している時にＰＡ（ＰＯ）へのガス放電パルスの送出のタイミングを調整するために、±２ｎｓ未満の精度でパルス間で同期させなければならない。これには、特に、熱ドリフト及び短期ジッターのような事柄に対処するために長期にわたってパルス電力タイミングを補正すべきである。
【００３３】
単一ＨＶＰＳ２０４又はより高い電力の場合は２つのＨＶＰＳ２０４には、共振充電器２１２を供給して２つの並列２３４／圧縮ヘッド２５０／チャンバ２４２回路を駆動することができる。共振充電器２１２は、図４に示すように２つのＣ0コンデンサ列の各々を充電することができる。
第１ステージ反応器２７０は、その大部分をタイミング変動に寄与させるものである。反応器２７０が加熱する時に、飽和磁束密度が小さくなり、例えば、反応器２７０は早めに切り替わる。これは、温度と共に変動するスイッチングタイミングの原因になる可能性がある。また、スイッチ時間は、電圧と共に変動する可能性がある。反応器２７０の芯（図示せず）は、固定量の材料を有し、従って、ボルト−秒の積は一定である。温度の影響は、代理人整理番号第２００３−００５１−０１号である２００３年６月２５日出願で本出願人の共通の譲受人に譲渡された「磁気回路要素の冷却方法及び装置」という名称の米国特許出願出願番号第１０，６０７，４０７号に開示されている冷却機構を使用して本発明の実施形態によるシステムで使用されるもののような誘導要素に高温磁束を通常は誘導する超高繰返し率の時でさえも、緩和するか又は排除することさえ可能である。
【００３４】
圧縮ヘッド２５０においては、Ｃp-1からＣpへの移送は、以下のように分析することができる。
ＶCPは、以下から計算される。
ＥCP＝１／２ＣＶ2、及び、η＝ としてＥCP＝ηＥC0と仮定すると、Ｃp-1からＣpへの移送時間は、以下の通りである。
τ3＝π（Ｌs2Ｃa）1/2、ただし、Ｃa＝Ｃp-1Ｃp／（Ｃp-1＋Ｃp）であり、Ｌs2は、可飽和反応器ＳＲ２（３１０）のインダクタンスによってほぼ説明されるＣp-1とＣp間のインダクタンスである。
Ｃp-1からＣpへの移送のインダクタンスは、以下から計算される。
Ｌs2＝（τ3／π）2／Ｃa
ピーク電流は、以下によって計算される。
Ｉpk＝Ｖcp-1（Ｃa／Ｌs2）1/2
【００３５】
整流器モジュール２３４においては、Ｃ1からＣp-1への移送は、以下のように分析することができる。
移送比率は、ＩＧＢＴ２５４及び２５４’耐電圧によって制限されており、すなわち、整流器が２０−ｋＶを生成する必要がありかつＩＧＢＴが最大作動電圧２−ｋＶを有する場合、最小移送比率は、Ｎ＝１０でなければならない。Ｎがこの場合には１０よりも小さい場合、それにより、ＩＧＢＴは、より高い電圧で作動して所要の２０ｋＶ出力を達成すべきである。変圧器２４０の出力は、結果的にはＮ＞ＶCP-1／ＶC1になる。回路２００は、最大５０Ｋボルトまで対応する必要があると考えられ、そこで、２Ｋに耐えうるＩＧＢＴを仮定すると、変圧器比率は、２５である必要がある。
【００３６】
変圧器２４０を通じて見た時のＣp-1の効率的なコンデンサＣ2は、以下から計算することができる。
Ｃ2＝Ｃp-1Ｎ2
本発明の実施形態に従って発生するように磁気圧縮にＣn-1≦Ｃnを用いると、Ｃ1＝０．９４Ｃ2である。
従って、ＣpからＣp-1への移送は、以下の通りである。
τ2＝π（Ｌs1Ｃb）1/2、ただし、Ｃb＝Ｃ1Ｃ2／（Ｃ1＋Ｃ2）であり、Ｌs1は、ＳＲ１（２７０）のインダクタンスによってほぼ説明されるＣp-1とＣpの間のインダクタンスである。Ｃ1からＣp-1への移送のインダクタンスは、以下から計算される。
Ｌs1＝（τ2／π）2／Ｃb
ピーク電流は、以下によって計算される。
Ｉpk＝ＶC1（Ｃb／Ｌs1）1/2
【００３７】
第１ステージ反応器２７０は、Ｃ1が完全に充電されるまでＣ1で電圧を阻止すべきである。これは、第１ステージ反応器２７０が可飽和反応器２７０であることで達成される。反応器芯材は、例えば、３．０ＴのΔＢを有する０．５ｍｉｌ．５０％−５０％Ｎｉ−Ｆｅ（Ｏｒｔｈｏｎｏｌ）テープとすることができる。ΔＢ＝Ｖτ／（２ＮＡm）、ただし、Ｖ＝印加電圧、τ＝飽和前の阻止時間、Ｎ＝巻回の数、Ａm＝芯の断面積である。ΔＢ方程式に基づいて、Ａm＝Ｖτ／２ΔＢＮに関して解く。
【００３８】
芯の断面積は、
Ａm＝ｈ（Ｒ0−Ｒi）（ｐｆ）、ただし、ｈ＝芯の高さ、Ｒ0＝外半径、Ｒi＝内半径、ｐｆ＝詰め込み率＝０．７である。
芯のビルドは、以下から計算される。
ｗ＝Ｒ0−Ｒi＝Ａm／ｈ／ｐｆ
Ｃ1からＣp-1への移送に必要とされる総インダクタンスは、先に、Ｌs1であると計算されている。迷走インダクタンスは、設計によって最小限に抑えられない限り総インダクタンスに影響を及ぼす可能性がある。
Ｌstray＝Ｌxfmr＋ＬC1＋Ｌpcb＋Ｌcable＋Ｌlead
【００３９】
Ｌｓｔｒａｙは、所要のランプインダクタンスＬｓ１の成分である。これは、機械的レイアウトから導出されるインダクタンスであり、設計固有のものであり、従って予測及び制御しにくいが、測定かつ推定することができる。Ｌｓ１は、Ｃ1からＣp-1への移送に必要とされる総インダクタンスである。Ｌｘｆｍｒは、迷走インダクタンスＬｓｔｒａｙの成分であり、変圧器の一次及び二次巻線固有のものである。Ｌｃ１は、迷走インダクタンスＬｓｔｒａｙの成分であり、Ｃ１コンデンサ外形形状に固有のものである。Ｌｐｃｂは、迷走インダクタンスＬｓｔｒａｙの成分であり、Ｃ１プリント回路基板のレイアウト固有のものである。Ｌｃａｂｌｅは、迷走インダクタンスＬｓｔｒａｙの成分であり、整流器と圧縮ヘッドを接続する高電圧ケーブル（図示せず）固有のものである。Ｌｌｅａｄは、迷走インダクタンスＬｓｔｒａｙの成分であり、圧縮ヘッドの内側にある高電圧ケーブル接続のレイアウト固有のものである。Ｌsa＝Ｌs1−Ｌstray
芯の飽和インダクタンスは、以下から計算される。
Ｌsat＝μ0Ｎ2Ａc／＜１＞、ただし、μ0＝４π１０-7、Ｎ＝巻回数、Ａc＝Ｌs方程式に基づく芯の断面積、＜１＞＝平均経路長である。Ａc／＜１＞＝Ｌsat／μ0Ｎ2に関して解く。
＜１＞＝２π＜Ｒ＞＝２π（Ｒi＋（Ｒo−Ｒi）／２）＝π（Ｒo＋Ｒi）
Ａc＝Ａmに設定すると、＜１＞を計算することができる。
（Ｒo＋Ｒi）＝＜１＞／π
芯損失は、以下から計算される。
損失／パルス＝Ｖｏｌ（ＨcΔＢ＋（ｗtΔＢ）2／４ρτ）、ただし、Ｖｏｌ＝Ｈπ（Ｒ0）2−（Ｒi）2）、Ｈc＝１９．９Ａ／ｍ、ｗt＝テープ厚み、ρ＝材料抵抗率、τ＝充電時間である。
【００４０】
コンデンサＣ1の設計では、充電電圧に対する直流耐電圧機能及びコンデンサのＣ1のｄＶ／ｄｔ定格を満たす必要がある。理想的には、設計は、低パッケージインダクタンスを有する単一コンデンサになるであろう。この理想的なコンデンサは、現在は存在しない。望ましいキャパシタンスを達成するためには、小さな値のキャパシタンスの並列アレイを使用することができる。望ましい耐電圧を達成するためには、コンデンサを直列に接続することができる。これによって、結果的に直列並列アレイになる。コンデンサＣ1のｄＶ／ｄｔは、２つの方法で計算することができる。その１つは、ＶC1をＣ1からＣp-1への移送で割ることである。第２の方法は、Ｉ＝Ｃb（ｄＶ／ｄｔ）であることが分っているのでピーク電流を用いることである。コンデンサＣ0の設計は、説明したばかりのＣ1の設計と類似のものである。
【００４１】
磁気圧縮にＣn-1≦Ｃnを用いて、その後に比率Ｃ0＝０．９３３Ｃ1を適用することにより、Ｃ0からＣ1への移送を以下のように分析することができる。
τ1＝π（ＬCHＣc）1/2、ただし、Ｃc＝Ｃ0Ｃ1／（Ｃ0＋Ｃ1）であり、ＬCHは、Ｃ0とＣ1の間のインダクタンスである。Ｃ0からＣ1への移送のインダクタンスは、以下から計算される。
ＬCH＝（τ1／π）2／Ｃc
ピーク電流は、以下によって計算される。
Ｉpk＝ＶC0（Ｃc／Ｌs0）1/2
表ＩＩは、ＳＳＰＰＭ２００モジュール設計パラメータを与えるものである。
【００４２】
（表ＩＩ）
2007515774.tif 000004
【００４３】
表ＩＩＩは、性能仕様を与えるものである。
【００４４】
（表ＩＩＩ）
2007515774.tif 000005
【００４５】
表ＩＶは、冷間状態での遅延特性を与えるものであり、この特性は、整流器へのトリガからＶＣｐ−１の降下縁まで測定され、遅延特性の限界値は、履歴データの統計分析によって設定され、モジュールは、構成要素が室温（公称２５℃）であり、熱的均衡状態にあると仮定して作動される。
【００４６】
【表１】
2007515774.tif 000006
【００４７】
表Ｖは、構成要素を熱的均衡に到達させるのに十分な時間にわたって全電圧及び繰返し率で作動されるモジュールによって定められる熱間状態での遅延特性を与えるものである。
【００４８】
【表２】
2007515774.tif 000007
【００４９】
Ｃ0コンデンサ列２３２は、パルス電荷を共振充電器２３０から受け取ることが更に理解されるであろう。電圧は、半導体スイッチ２５４及び２５４’の一方がＬＣ２２２内のＦＣＰ２５２からのトリガ信号に応答して閉成されるまでこのコンデンサ列Ｃ0２３２上に保持される。臨界パラメータは、ｄｃ耐電圧、ｄＶ／ｄｔ、及びピーク電流容量である。半導体スイッチ２５４及び２５４’は、ＦＣＰ２５２からのトリガ指令まで電圧をＣ0上に保持し、トリガ信号を受信した時に、それぞれのスイッチ２５４及び２５４’が閉成され、それぞれの充電インダクタＬCHＡ及びＬCHＢ、及びＬCHＡ’及びＬCHＢ’を通じてＣ0２３２をＣ1２５６に接続する。臨界パラメータは、ｄｃ耐電圧、ｄＶ／ｄｔ、電源オン立ち上がり時間、電源オン遅延、電源オンジッター、及びピーク電流である。それぞれの阻止ダイオードＤ1〜Ｄ4及びＤ5〜Ｄ8は、いかなる電圧も例えば電極の導通後の逆転中にＣ１上に再度リンギングするのを妨げる。Ｃ１が正の電圧を有する場合、阻止ダイオードＤ１〜Ｄ4及びＤ5〜Ｄ8が導通することになり、電圧は、それぞれの充電インダクタＬCHＡ及びＬCHＢ、及びＬCHＡ’及びＬCHＢ’を通じてＣ0に移送されることになる。電圧が逆になり始めて再度リンギングした時に、ダイオードＤ1〜Ｄ4及びＤ5〜Ｄ8はオフになり、電圧をＣ0上に保持して次の導通のためにＲＣがそれぞれのＣ0を充電すべきである量を小さくし、また、時間を保存してかつ効率を向上させる。電圧感知回路（図示せず）は、Ｃ0上の充電量を示す信号をＬＣ２２２内のＬＣＰ２２０に信号を供給し、ＬＣＰは、次の導通のために所要の電荷を計算して信号を相応にＲＣ２３０に供給することができる。臨界パラメータは、ｄｃ耐電圧、ｄＶ／ｄｔ、逆回復時間、及びピーク電流である。バイアスネットワークは、可飽和なアシストを提供するものである。（２）組の可飽和なアシストがある。第１の組は、ＩＧＢＴ、例えばＰｏｗｅｒｅｘ製の「ＣＭ８００ＨＡ−３４Ｈ」とすることができるそれぞれの半導体スイッチ２５４及び２５４’まで電流の流れを阻止するＬＳＡ２を含み、完全に閉成される。第２の組は、それぞれのダイオードＤ1〜Ｄ4及びＤ5〜Ｄ8まで電流を阻止するＬＳＡ１を含み、逆転中に完全に回復する。臨界パラメータは、飽和時間及び温度によるドリフトである。
【００５０】
それぞれの充電インダクタＬCHＡ及びＬCHＢ（２５８Ａ、Ｂ）及びＬCHＡ’及びＬCHＢ（２５８Ａ’、Ｂ’）は、移送時間を設定し、半導体スイッチ２５４及び２５４’、及びダイオードＤ1〜Ｄ4及びＤ5〜Ｄ8内のピーク電流を制限する。このインダクタンスＬCHＡ及びＬCHＢ、及びＬCHＡ’及びＬCHＢ’は、全ての迷走インダクタンス及び巻線インダクタンスを含む。Ｃ1コンデンサ列２５６においては、電圧は、それぞれの半導体スイッチ２５４及び２５４’が閉成されるまでこのコンデンサ列Ｃ1２５６上に保持される。臨界パラメータは、ｄｃ耐電圧、ｄＶ／ｄｔ、及びピーク電流容量である。第１ステージ反応器２７０に対しては、臨界パラメータは、ボルト−秒阻止、ボルト／巻回、デルタＢである。パルス変圧器２４０に対しては、臨界パラメータは、ボルト−秒、ボルト／巻回、デルタＢである。Ｄ２、３、４、５、６、７、又は８にわたって取り付けられたＲＳ２、ＣＳ１、及びＲＳ１、又は均等物を含むダイオードスナバ回路に対しては、臨界パラメータは、電力、電圧、及び定格電流である。Ｃ１に対してはＲ１、Ｄ９、及びＣ２に対してはＲ２、Ｄ１０を含むＣ1及びＣ2ブリップスナバ回路に対しては、臨界パラメータは、電力、電圧、及び定格電流である。
【００５１】
ＳＳＰＰＭ２００によって使用される信号の一部は、以下の通りである。
１．ＶＣ0電圧モニタ信号（Ｊ１）、この信号は、ＶＣ0電圧波形を表すバッファアナログ信号を含む。この信号は、Ｃ0（４００ｋΩ±１％上部脚ｘ４．０１ｋΩ±１％下部脚）に直接に接続した抵抗性電圧分割装置（図示せず）から導出することができる。換算係数は、レーザコントローラ２２２及び／又は装着オシロスコープ（図示せず）内の終端インピーダンスの関数とすることができる。同等の終端インピーダンスが４００ｋΩを超える場合、換算係数は、１Ｖ／１００Ｖになる。
２．ＶＣ1電圧モニタ信号（Ｊ２）、この信号は、レーザコントローラ２２２によるモニタリング用ＶＣ1電圧波形を表すバッファアナログ信号とすることができる。この信号は、Ｃ1（５ｋΩ±１％上部脚ｘ４９．９ｋΩ±１％下部脚）に直接に接続した抵抗性電圧分割装置（図示せず）から導出することができる。換算係数は、レーザコントローラ２２２及び／又は装着オシロスコープ（図示せず）内の終端インピーダンスの関数とすることができる。同等の終端インピーダンスが５００ｋΩを超える場合、換算係数は、１Ｖ／２０１Ｖになる。
３．ＢＤＯＴ信号（Ｊ３）、この信号は、レーザコントローラ２２２が使用して「Ｓｙｎｃ  Ｏｕｔ」信号を発生させることができるＣ1とＣ2の間を流れる電流の時間導関数（ｄＩ／ｄｔ）を表すバッファアナログ信号とすることができる。この「Ｓｙｎｃ  Ｏｕｔ」信号は、パルス変圧器２４０の一次側の隣に位置する磁場ピックアップループ（図示せず）から導出することができる。この信号の振幅は、コントローラ２２２及び／又は装着オシロスコープ（図示せず）内の終端インピーダンスの関数とすることができる。同等の終端インピーダンスが５０Ωに等しい場合、フルスケール振幅は、充電電圧によって〜１．５から５Ｖになる。この信号は、基準用としてのみ使用することができる。
４．ＶＣ2電圧モニタ信号（Ｊ４）、この信号は、レーザコントローラによるモニタリング用ＶＣ2電圧波形を表すバッファアナログ信号とすることができる。この信号は、Ｃ2（５ｋΩ±１％上部脚ｘ４９．９ｋΩ±１％下部脚）に結合することができるパルス変圧器２４０の一次側に接続した抵抗性電圧分割装置（図示せず）から導出される。換算係数は、制御モジュール及び／又は装着オシロスコープの関数とすることができる。同等の終端インピーダンスが５０Ωに等しい場合、換算係数は、１Ｖ／２０１Ｖになる。
５．整流器トリガ（Ｊ５）、これは、整流器トリガを表すバッファ信号とすることができる。
【００５２】
ＣＡＮバス２８０インタフェースは、例えば６８ピン相互接続によってレーザコントローラ２２２の整流器制御部を整流器及びＲＣの内部制御装置に接続することができ、ピンの各々が高い時、すなわち、設定された時に指示された条件は表ＶＩＩに示す通りである。
【００５３】
（表ＶＩＩ）
2007515774.tif 000008
2007515774.tif 000009
2007515774.tif 000010
【００５４】
ＳＳＰＰＭ２００圧縮ヘッド２５０に対しては、本発明の実施形態に従って少なくとも４ｋＨｚ及び２８．７５０ｋＶでの作動を考えている。圧縮ヘッド２５０は、整流器２３４からパルス電荷を受け取って、パルス立上がり時間を圧縮してそれぞれのチャンバ１０及び２０のピーキングコンデンサ列３２０に送出することができる。圧縮ヘッド２５０は、Ｃp-1コンデンサ列２７２上のパルス電荷をＣ1コンデンサ列２５６から受け取ることができる。電圧は、出力反応器ＳＲ３１０内のマグネティックスイッチが飽和してＣp-1をＣpに放電するまでＣp-1上に保持される。この放電によって図７に示すパルス立上がり時間が圧縮される。図７は、Ｃp-1が約４．０ｘ１０-7秒で充電されて約１ｘ１０-7秒でＣp上に放電されることを示している。図８は、圧縮ヘッド２５０モジュールの概略図を示している。
【００５５】
圧縮ヘッド２５０反応器ＳＲ２（３１０）は、Ｃp-1が完全に充電されるまでＣp-1上の電圧を阻止する必要があるとすることができる。これは、１．５ＴのΔＢを有する０．５ｍｉｌ．８０％−２０％Ｎｉ−Ｆｅ（Ｓｕｐｅｒｍａｌｌｏｙ）テープとすることができる芯材を有する可飽和反応器ＳＲ３１０で達成される。
ΔＢ＝Ｖτ／（２ＮＡm）、ただし、Ｖ＝印加電圧、τ＝飽和前の阻止時間、Ｎ＝巻回数、Ａm＝ΔＢ方程式に基づく芯の断面積である。
Ａm＝Ｖτ／２ΔＢＮに関して解くと、芯の断面積は、以下の通りである。
Ａm＝ｈ（Ｒ0−Ｒi）（ｐｆ）、ただし、ｈ＝芯の高さ、Ｒ0＝外半径、Ｒi＝外半径、ｐｆ＝詰め込み率＝０．７である。芯のビルドは、以下から計算することができる。
ｗ＝Ｒ0−Ｒi＝Ａm／ｈ／ｐｆ
【００５６】
Ｃp-1からＣ1への移送に必要とされる総インダクタンスは、ＬSpになるように計算することができる。迷走インダクタンスは、有意要因とすることができ、以下によって調整される。
Ｌstray＝ＬCp-1
及び、Ｌsat＝Ｌs1−Ｌstray
芯の飽和インダクタンスは、以下から計算することができる。
Ｌsat＝μ0Ｎ2Ａc／＜１＞、ただし、μ0＝４π１０-7、Ｎ＝巻回数、Ａc＝Ｌｓ方程式に基づく芯の断面積、＜１＞＝平均経路長である。
Ａc／＜１＞＝Ｌsat／μ0Ｎ2に関して解くと、
＜１＞＝２π＜Ｒ＞＝２π（Ｒi＋（Ｒo−Ｒi）／２）＝π（Ｒo＋Ｒi）
Ａc＝Ａmを設定すると、＜１＞を計算することができる。
（Ｒo＋Ｒi）＝＜１＞／π
芯損失は、以下から計算される。
損失／パルス＝ＶｏｌＨcΔＢ＋（ｗtΔＢ）2／４□□、ただし、Ｖｏｌ＝Ｈπ（（Ｒ0）2−（Ｒi）2）、Ｈc＝．２２Ａ／ｍ、ｗt＝テープ厚み、ρ＝材料抵抗率、τ＝充電時間である。
【００５７】
また、圧縮ヘッド２５０は、上述したものと類似のものであるバイアス電源３１４と、ユーザに磁性材料の完全磁束スイングを保証するために可飽和反応器ＳＲ２（３１０）をバイアスする１対のバイアスインダクタＬ１及びＬ２とを含むバイアスネットワーク３１２を含む。それはまた、芯をバイアスして予測可能な作動及びタイミング制御を保証する予測可能な方法を可能にする。また、反応器のバイアス回路を完了するように機能する抵抗器Ｒ１を通じて接地に接続した１対のインダクタＬ３及びＬ４を含む回路３１６が含まれる。それは、反応器に直接に通じる水冷のための経路を可能にするという付加的な機能を有する。
表ＶＩＩＩは、換気流れ要件を与え、表ＩＸは、水冷要件を与えるものである。
【００５８】
（表ＶＩＩＩ）
2007515774.tif 000011
【００５９】
（表ＩＸ）
2007515774.tif 000012
【００６０】
表Ｘは、一部の性能仕様を与えるものである。
【００６１】
（表Ｘ）
2007515774.tif 000013
【００６２】
ＨＶＰＳ２０４及びＳＳＰＰＭの残りとの相互作用に関しては、ＨＶＰＳは、レーザのオフから待機までの１０秒の秒読みの間にＡＣ電力を受け取り、すなわち、共振充電器２３０からＨＶ有効指令を受け取ってＤＣ高電圧を共振充電器２３０の入力部に供給する。ＨＶＰＳは、水冷式として内部空気循環ファンを有する密封シャーシ内に収納することができる。
共振充電器２３０は、ＣＡＮ２８０上でレーザコントローラ２２２との高速ＨＶデータシリアルリンクを通じてプログラム電圧を受け取ることができる。ＲＣ２１２は、ＨＶ有効指令をＨＶＰＳ２０４に出して、入力高電力ＤＣ電圧をＨＶＰＳ２０４又はモジュール２０４、２０４’から受け取ることができる。また、ＲＣ２３０は、それぞれのＭＯ１０及びＰＯ２０圧縮ヘッド２５０及び２５０’の圧縮ヘッドバイアス電源を含むことができる。また、ＲＣ２３０は、上述のように、ＬＣＰ２２０によって判断されたプログラム電圧レベルまでＣ0コンデンサ列２１０（２チャンネル、ダイオード隔離式）を正確に充電することができる。また、ＲＣ２３０は、次の充電サイクルまで電流として反射エネルギを保存することができる。ＲＣは、外部に位置するファンで水冷及び空冷することができる。
【００６３】
ＭＯ用に１つ、ＰＡ用に１つの整流器２３４及び２３４’は、ＨＶ電荷を単一共振充電器２３０から受け取り、高速ＨＶパルスを圧縮ヘッド２５０及び２５０’に送出することができ、また、例えば外部に位置するファンで水冷及び空冷することができる。
ＭＯ用に１つ、ＰＡ用に１つの圧縮ヘッド２５０及び２５０’は、それぞれのチャンバ１０及び２０の上部に取り付けることができ、高速ＨＶパルスをそれぞれの整流器２３４及び２３４’から受け取って最終パルス圧縮を行い、レーザ放電に向けてそれぞれのチャンバ１０及び２０上のそれぞれのピーキングコンデンサ３２０及び３２０’に高速立上がり時間ＨＶパルスを送出することができる。
【００６４】
ＨＶＰＳ２０４電力モジュールは、ＲＣ２３０内の負荷コンデンサＣ−１（２１０）に対する電流供給装置として機能することができる。複数のＨＶＰＳ２０４出力及び／又は複数のＨＶＰＳ２０４モジュールを使用し、例えば並列に接続して、例えばより高い平均電力で等しい電流共有で同じ充電電圧を供給することができる。ＨＶＰＳ２０４電力モジュールは、共振充電器２３０からの信号によって有効にすることができる。共振充電器２３０は、「ＬａｓｅｒＯＮ」指令をレーザコントローラ２２２から受け取って、待機から「ＬａｓｅｒＯＮ」までの１０秒間の秒読みの最初にＨＶＰＳ２０４を有効にすることができる。
【００６５】
ＨＶＰＳ２０４は、例えば入力ＡＣ電圧の変動に対する相対的な免疫性を達成し、力率１を達成し、かつ入力ＡＣライン上で導かれるより高い高調波を排除するために、電源分野で公知であるように力率補正（ＰＦＣ）を使用することができる。ＨＶＰＳ２０４の内部ＤＣバス電圧は、ＰＦＣによって大まかに調整することができる。代替的に、ＤＣバスからの電流は、Ｈブリッジインバータ（図示せず）を通じてＨＶＰＳ２０４内のステップアップ変圧器（図示せず）の一次側を通じて切り換えることができる。ＨＶＰＳ２０４内の変圧器（図示せず）のＡＣ出力をＤＣに調整することができる。出力電流は、局所制御ループ（図示せず）がモニタし、出力電圧がある指定の所望の事前設定出力電圧レベルを下回っている限り、ＨＶＰＳ２０４からの制御出力電流を維持することができる。
表ＸＩは、ＨＶＰＳ２０４の一部の性能仕様を与えるものである。
【００６６】
（表ＸＩ）
2007515774.tif 000014
【００６７】
ＨＶＰＳ２０４の最大作動電圧８００Ｖでは、最大８．３Ｊのエネルギを２５０μｓ毎に例えば１０３３μＦのキャパシタンスで負荷コンデンサ（図示せず）から引き出すことができる。負荷コンデンサ上の電圧は、電極への放電パルス中に調整できないほど落とすことができるが、電圧は、次の放電パルス前に表 で示すように指定の調整内に回復させなければならない。指定の８．３Ｊ以下は、僅か９５μＳで負荷コンデンサから抽出することができる。放電パルスは、２５０μＳ以上隔てて発生することになる。調整用仕様（８．１．１７）は、全ての作動条件、８．３Ｊ又はそれ未満／パルス、定常作動中、及び第１及び第２のパルス間、第２及び第３のパルス間などの初期過渡応答中に適用される。
【００６８】
電力発振器
図１Ａ及び図４に示す電力発振器１０は、多くの点で、本明細書においてその開示内容が引用により組み込まれている「小型エキシマレーザ」という名称の米国特許第５，０２３，８８４号、及び先に参照した米国特許第６，１２８，３２３号で説明されているような従来技術のＡｒＦレーザと類似のものであり、また、先に参照した米国特許出願出願番号第０９／８５４，０９７号で説明されているＡｒＦレーザと実質的に同等である。しかし、先に参照し、かつその一部分を完全性を期すために本明細書で繰り返す米国特許第６，６２５，１９１号で開示するように、これらの従来技術のレーザに対する改良点によって４０００Ｈｚ以上での作動が可能になる。電力発振器１０は、例えば１対の細長い電極（図示せず）が位置する放電チャンバ１２を含むことができ、電極の各々は、例えば長さ約５０ｃｍであり、約０．５インチ離間させることができる。ファン（図示せず）及び熱交換装置（図示せず）は、各ガス放電パルスが得られるようにレーザガスを電極間に存在する新鮮なイオン化されていないガスに循環させ、熱をチャンバから除去する。チャンバ１２は、例えば高フルエンス損傷耐性材料、例えばＣａＦ2で作製された例えばウィンドウユニット（図示せず）を含むことができる。チャンバは、例えばレーザガス、例えば１％キセノン、０．１％ハロゲン、例えば塩素、及び残りはネオンの混合気を収容することができる。ハロゲンは、塩化水素の形で例えば０．０３％〜０．１％の範囲で例えば０．０５％挿入することができる。キセノンは、例えば０．２％〜１％の範囲、例えば０．３％で残りをネオンで構成して挿入することができる。総圧力は、例えば３００ｋＰａ〜５００ｋＰａの範囲内、例えば約４２０ｋＰａに保つことができる。ＨＣｌの損失を取り消すための触媒として、例えば０．２％〜０．５％の範囲の量でＨ2を時々使用することができる。例えば、同じくＣａＦ2で構成することができる、例えば出力カプラ１６によって空洞共振器を作製し、出力レーザパルスビーム経路方向に垂直に取り付けられたミラーを含み、また、例えば約３０％の光を例えば３０８ｎｍで反射し、かつ３０８ｎｍの光の約７０％を通過させるようにコーティング処理することができる。空洞共振器の反対の境界は、例えば同じくＣａＦ2で作製することができる例えば全反射ミラー１８によって形成することができる。
【００６９】
本発明の好ましい実施形態によれば、電力発振器１０及び電力増幅器２０の両方の主充電コンデンサＣ0２３２は、ジッター問題を低減させるために並列に充電することができる。これは、それぞれ、ＰＯ及びＰＯ用の２つのパルスパワーシステム２００のパルス圧縮回路２３４及び２５０のパルス圧縮時間が充電コンデンサＣ0列２３２の充電レベルに依存する可能性があるので望ましいとすることができる。パルスエネルギ出力は、例えば、充電コンデンサＣ0列２３２上の初期充電電圧の調整によってパルス間で制御すべきである。また、レーザガス圧及びＣｌ2濃度は、広範囲のパルスエネルギ増加及びレーザガス圧にわたって望ましいビームパラメータを達成するように制御することができる。本発明の実施形態による電力発振器１０の場合、放電と消灯の間の時間は、Ｃｌ2濃度の関数であり、従って、Ｃｌ2濃度（０．５から１ｎｓ／ｋＰａ）は、タイミングを変えるために変更することができる。これは、当業技術で公知のように、塩素が枯渇するので望ましい濃度を維持するようにフッ素含有量を変えることにより、又は、同じく当業技術で公知のように、フッ素ベースのレーザと同様に前のパルスからの情報を用いて緩やかに枯渇する塩素含有量によるタイミング要件の変化を継続的に更新することによって対処することができる。
【００７０】
電力増幅器
電力増幅器２０は、例えば、対応する電力発振器１０放電チャンバ１２と本質的には同一であるレーザチャンバ２２で構成することができる。また、２つの別々のチャンバを有することにより、大部分は、波長及び／又は帯域幅とは別に一連のパルス（線量と呼ばれる）制御におけるパルスエネルギ及び一体化エネルギを促進する。これは、例えば、より良い線量安定性及び／又はパルス間の安定性を可能にする手助けになり得る。２つのチャンバは、実質的に同じ混合気かつ実質的に同じ圧力で作動してＰＯ１０内の発振出力電力及びＰａ２０内のＰＯ１０出力の増幅を最適化することができる。チャンバの構成要素の全ては同じであり、かつ製造工程中に置換可能である。
【００７１】
ＰＯ及びＰＡの圧縮ヘッド２５０は実質的に同一であるが、圧縮ヘッド２５０のコンデンサＣp-1列２７２は、例えばＰＡ２０と比較して実質的により高いインダクタンスを生成するために、ＰＯ１０の場合はＰＡ２０よりも幅を取って位置決めすることができる。チャンバ１２及び２２、及びパルスパワーシステム２００の電気構成要素が同一であることは、ジッター問題が最小限に抑えられるように、パルス形成回路のタイミング特性が確実に同じか又は実質的に同じになるようにする一助になり得る。
【００７２】
電力増幅器２０は、例えば、ＰＡ２０の電極間の放電領域を通る少なくとも２つのビーム経路が得られるように構成することができる。ＰＯは、空洞共振器を有する発振器であり、出力レーザビームパルスとして出現する前にチャンバ１０及びＰＯ１０の空洞共振器の残りを通じて数回発振することができるビームを有する。その後、このビームをミラー１４によってＰＡ２０に反射させることができる。図１Ｂで分るように、ミラー２４は、チャンバ２０の中心線軸線から若干ずれているので、電極の陽極／陰極の対の縦方向のほぼ中間点で電極（図示せず）と交差することができるＰＡのチャンバ２０を通るＰＯからの出力レーザ光パルスを斜めに反射させる（一方は、他方よりも長いとすることができ、従って、この中間点は、２つのうちの短い方で決まる可能性がある）。その後、ビームは、チャンバ２０の後方ウィンドウから出て、例えば細長い電極によって形成された縦方向の中心線軸線つまり放電領域に対応することができ、かつ、本発明の実施形態による電極自体の縦方向の中心線軸線に対応することができる放電の縦方向の中心線軸線に沿ってＰＡのチャンバ２０を通るようにビームを反射させることができる例えば２つの全反射ミラー２６ａ及び２６ｂを含むビーム戻りユニットに入る。電極間の放電の縦方向の中心線軸線は、電極自体の縦方向の中心線軸線に整列しているか否かを問わず、出力カプラ２８及び例えばビームモニタリングユニット３０を通るＰＡからの出力レーザ光パルスビームの光軸を形成することができる。
【００７３】
本発明の実施形態による充電電圧は、望ましいパルス及び線量エネルギ、及び安定性を維持するようにパルス間で選択することができることが好ましい。Ｃｌ2濃度は、例えばレーザ作動パラメータ、例えば総ガス圧と共に、例えば充電電圧の望ましい作動範囲を維持するために、例えば定期的にモニタ及び調整することができる。この望ましい範囲は、電圧によるエネルギの変化が他の係数の中でＣｌ2濃度及びレーザガス圧の関数とすることができることから、例えば望ましいｄＥ／ｄＶ値を生成するように選択することができる。本発明の実施形態による注入のタイミングは、例えば充電電圧を基本とすることができる。注入の頻度は、例えば状態を比較的一定に保つために高く、また、例えば望ましい状態を維持するために一時的に連続的な注入を停止する必要がある場合には、適切な調整で本質的に連続的又はほぼ連続的なものとすることができることが好ましい。
【００７４】
放電タイミング
ＰＯ及びＰＡにおける電極間の電気放電は、例えば約５０ｎｓの電極間の電気放電から生じて約５０ｎｓ続くとすることができる。この放電により、レージング作用に必要な反転分布が生じるが、この反転は、電気放電の時間中のみに存在する。従って、本発明の実施形態によるシード光注入ＰＯＰＡレーザシステムの重要な要件により、シードビームが発生することができるようにレーザガス内で反転分布が生じた時に約５０ｎｓ秒にわたってＰＯ１０からのシードビームが確実にＰＡの放電領域を通るようになる。正確な放電タイミングの重要な障害は、遅延があるということであり、この遅延は、スイッチ２５４が閉成されるようにトリガされる時間（実際にはそのようにトリガされても閉成しない）と、約５０ｎｓ続いて約４０〜５０ｎｓしか続かないガス放電を引き起こす（結果的に反転分布が生じる）電気放電の始まりとの間の約５ミリ秒程度とすることができる。電気エネルギのパルスがＣ０と電極間の回路を通るのにこの約５ミリ秒の時間間隔が掛かると考えられる。この時間間隔は、例えば充電電圧の大きさにより、また、例えばパルス電力回路２００内のインダクタの温度で大幅に変動する可能性がある。
それにも関わらず、本発明の実施形態により、約２ｎｓ未満の相対精度内の２つの放電チャンバ１２及び２２のガス放電のタイミング制御を可能にする回路が提供される。２つの回路のブロック図を図８に示している。
【００７５】
本発明の実施形態によれば、本出願人は、タイミングのいくつかの態様を約５〜１０ｎｓ／ボルトの充電電圧による変動に基づくものとすることを選択した。従って、本発明の実施形態によれば、充電コンデンサＣ0列２３２を充電する時の高電圧電源の精度及び反復性の測定及び制御は、極めて重要とすることができる。例えば、５ｎｓのタイミング制御及び例えば１０ｎｓ／ボルトの感度のずれに対して、解像度精度は、０．５ボルトである必要があるであろう。１０００Ｖの公称充電電圧の場合、これには０．０５％の充電精度が必要になり、この０．０５％の充電精度は、特に、コンデンサを特定の値に毎秒４０００回充電すべきである時には達成するのは非常に困難である。
【００７６】
代替的に、例えばこの問題の解決策は、本発明の実施形態によれば、例えば図３及び図４に示し、かつ上述のように、共に同じ正確な電圧に充電され、かつ各々がもしあれば望ましい電圧からの同じ誤差を共有するように、単一の共振充電器２３０から並列にＰＯ及びＰＡの両方の充電コンデンサＣ0を充電することである。また、本発明の実施形態によれば、ＰＯ１０及びＰＡ２０の２つのパルス圧縮／増幅回路２３４、２５０、２４２は、図９に示すように、時間遅延と充電電圧の曲線が適合するように設計される。これは、例えば可能な程度まで各回路に同じ構成要素を使用することによって可能にすることができる。
【００７７】
タイミング変動（この変動はジッターと呼ばれる）を最小限に抑える本発明の実施形態の態様によれば、両方の放電チャンバのパルス電力構成要素は、例えば時間遅延と電圧の曲線が実際に図９に示すように互いに密接に追跡するように、本質的に同一構成要素を有することができる。充電電圧の通常の作動範囲にわたって電圧による時間遅延の実質的な変化があるが、電圧によるこの変化は、事実上、両方の回路とも同じである。従って、両方の充電コンデンサ並列に充電された状態では、充電電圧は、放電の相対的タイミングを変えることなく、広い作動範囲にわたって変えることができる。また、慎重にバイアスして、充電電圧以外の例えば温度の変化に直面してもタイミングに関して予測することができるマグネティックスイッチングを使用してパルスパワーシステムが現状のように作製されるということは、並列回路における強化されたタイミング制御とタイミング制御のアイデンティティとを可能にする役目をすることができる。また、例えば出力電力を維持するために充電電圧の変化に影響を与える他の作動パラメータは、それぞれ、ＰＯ１０及びＰＡ２０の並列パルス電力回路の各々における同じ相対的時間遅延の維持が、短期にわたって、例えばパルスのバーストにおけるパルス間で、及びいくつかの一連のバーストにわたるバースト間で、チャンバ間での同じ放電タイミングの維持も可能にすることができるほど十分にゆっくりと変化する。
【００７８】
パルス電力回路２００における電気構成要素の温度制御も、温度変動がパルス圧縮タイミングに影響を与える可能性があることから重要である（特に可飽和インダクタにおける温度変化）。従って、本発明の態様によれば、第１の瞬間の温度変動は最小限に抑えられ、これは、先に参照した特許出願出願番号第１０／６０７，４０７号で説明した冷却装置及び手法によって容易にすることができる。更に、本発明の実施形態の態様によれば、例えば感温構成要素の温度は、補正するためにトリガタイミングに行われるフィードバック制御調節を用いてモニタすることができる。制御装置には、公知の作動履歴に関する過去のタイミング変動に関係した履歴データに基づいて調整を実行するように学習アルゴリズムでプログラムされたプロセッサを設置することができる。その後、この履歴データは、レーザシステムの現在の作動に基づいてタイミング変化を予想するために適用される。
【００７９】
トリガ制御
本発明の実施形態の態様によれば、２つのチャンバ１２及び２２の各電気放電（従って、ガス放電でもある）のトリガは、例えば各回路に対して先に参照した米国特許第６，０１６，３２５号で説明されたもののうちの１つのようなトリガ回路を利用することにより、例えば別々に達成することができ、この特許の一部は、完全性を期すために本明細書で繰り返されている。これらの回路は、例えばトリガと放電の間の時間ができるだけ一定に保持されるように、各種の変動、例えばパルス電力回路２００の電気構成要素の充電電圧及び温度の変化に対して補正されるようにタイミング遅延を追加することができる。上述のように、２つの回路は基本的に同じであることから、補正後の変動は、ほとんど等しいものである（すなわち、互いから約２ｎｓ以内）。
【００８０】
先に参照した米国特許第６，６２５，１９１号で図６Ｃ、図６Ｄ、及び図６Ｅに示すように、本発明の好ましい実施形態の性能は、電力増幅器の電気放電が主発振器内の放電の約４０から５０ｎｓ後に発生すれば大幅に高めることができる。本出願人は、これらの同じ関係が本発明の実施形態によるＰＯＰＡ構成又はＰＯＰＯ構成では比較的同じままであり、及び／又は、好ましい遅延が同様にこれらの図で例示したものと同じ種類の測定結果から実験的に判断することができると考えている。これは、例えば、レーザパルスが電力発振器内で発生するのに数ナノ秒掛かり、また、電力発振器からのレーザビームの前部が電力増幅器に到達するのに更に数ナノ秒掛かる可能性があるので真であると思われる。従って、本発明の実施形態の態様によれば、それぞれのＰＯ及びＰＡのチャンバ１２及び２２の充電回路の各別々のトリガスイッチ２５４に別々のトリガ信号を供給することができる。実際の遅延は、図６Ｃ、図６Ｄ、及び図６Ｅに示すもののような実際の性能曲線に基づいて望ましいビーム品質を達成するように選択することができる。これらの図で反映された測定結果から示すように、変動も可能であり、例えばパルスエネルギを犠牲にして、例えばＰＯ１０トリガとＰＡ２０トリガの間の遅延を大きくすることにより、より長いパルスを得ることができる。
【００８１】
放電タイミングを制御する他の技術
相対放電タイミングは、例えば先に参照した図６Ｃ、図６Ｄ、及び図６Ｅのグラフに示すように、例えばビーム品質に重要な影響を与える可能性があることから、例えば放電タイミングを制御するための付加的な対策を取ることができる。例えば、レーザ作動の特定のモード、例えば非常に大きな負荷サイクルにわたる非常に高い電力（レーザシステムがパルス作動している時間のパルス作動していたりパルス作動していない時の総時間に対する比率）は、放電タイミング制御を複雑化しかねない充電電圧の大きな振れ、及び／又は、例えばインダクタ温度の大きな振れをもたらす場合がある。このような問題に対処するために、例えば放電タイミングを例えばパルス毎にモニタすることができ、また、時間差、例えばフィードバック制御システムにおいてｔamp−ｔoscを用い、それぞれのスイッチ２５４を閉成するそれぞれのトリガ信号のタイミングを調整することができる。本発明の実施形態の態様によれば、例えば、ＰＡ２０チャンバ放電のパラメータは、ＰＯ１０及びＰＡ２０タイミングが非常に良くないと、結果的にＰＡ２０内に生成されるレーザビームがほとんど又は全くないことになるので、例えばレーザパルスではなくて放電蛍光（例えば、ＡＳＥからの）を観察するために、例えばフォトセルを用いて、例えばＰＡ２０チャンバ放電のパラメータをモニタすることができる。ＭＯに対しては、ＡＳＥ又はシードレーザパルスのいずれかを用いて、例えばＭＯがＰａに必要なエネルギを供給したことを示すために、ＭＯがＰＡに必要なエネルギを供給したことを示すことができるであろう。ＭＯエネルギが正しく、ＰＯエネルギが低く、かつＡＳＥが高い場合には、時間ｔamp−ｔoscが最適ではないと推論することができると考えられる。
【００８２】
また、本発明の実施形態の態様によれば、パルスタイミングは、例えば図４のインダクタＬＣＨ及び図７の３１０に対してバイアスを実行する図５の可飽和インダクタＬＳＡ１及びＬＳＡ２及び／又は図７のＬ１及びＬ２又はＬ３及びＬ４を通じてバイアス電流を調整することにより加減することができる。他の技術を用いてこれらのインダクタを飽和させるのに必要とされる時間を長くすることができると考えられる。例えば、パルスタイミングモニタからのフィードバック信号に基づいてフィードバック制御することができ、超高速応答ＰＺＴ素子で芯材を機械的に分離させることができる。更に、例えば、Ｃ0コンデンサ列２１０の下流側で調節可能な寄生負荷をパルス電力回路のいずれか又はその両方に追加することができる。パルスタイミングモニタ信号に加えて、充電電圧及びインダクタ温度信号を例えばフィードバック制御に使用して、上述のようなトリガタイミングの調節に加えて、例えば上述のようなバイアス電流及び／又は芯の機械的分離を調節することができる。
【００８３】
また、バースト中又はレーザシステム出力光パルスのバースト間での機器停止時間の長さは、例えばＰＯ１０及びＰＡ２０のパルスパワーシステム間の相対的タイミングに影響を与える可能性があり、ＰＡ２０内の放電がＭＯ１０からのシードビームが望ましい位置にある時に確実に発生するようにするために、例えばトリガ制御において調節を行なわなければならないと考えられる。電気放電及び各チャンバから出る光のタイミングのために例えばトリガ信号をモニタすることにより、レーザオペレータは、トリガタイミング（約２ｎｓまでの精度）を調節して最良の性能を達成することができる。本発明の実施形態の態様によれば、これは、タイミング及びビーム品質をモニタし、特に、上述のレーザ作動パラメータ信号の表示及び例えば上述のようなもののような経験的に導出されたグラフからのデータに従って最良の性能が得られるように自動的にタイミングを調節するようにプログラムすることができるプロセッサ２２０を有するレーザコントローラ２５２によって実行することができることが好ましい。より詳細には、本発明の実施形態の態様によって様々な組の作動モード及びパラメータに適用可能なビン値の組を発生するタイミングアルゴリズムを利用することができる。本発明の実施形態の態様によるアルゴリズムを利用すると、先に参照した米国特許第６，０６７，３０６号でより詳細に説明しているように、１つ又はそれよりも多くの前のパルス（直前のパルスなど）に対して収集されたフィードバックデータに基づいて現在のパルスのタイミング値が設定される連続作動中にフィードバック制御に切り換えることができる。
【００８４】
代替的なパルス電力回路
本発明の実施形態の別の態様によれば、別のパルス電力回路２００を考察することができる。この回路２００は、例えばＣ０をより高い値に充電するための電圧がより高い電源を使用することができる点を除いて、上述したものと類似のものである。上述の実施形態におけるのと同様に、例えば交流２３０ボルト又は４６０ボルトで工場電力から作動する高電圧パルス電力回路装置２００は、上述のように高速充電共振充電器２３０用であり、かつ、例えば４０００Ｈｚ以上の周波数で２つの２．１７μＦ充電コンデンサＣ0列２１０を約１１００Ｖから２２５０Ｖの範囲の電圧まで正確に充電するように設計された電源とすることができる。ＰＯ１０用整流器２３４及び圧縮ヘッド２５０内の電気構成要素は、例えば２つの回路内の時間応答を可能な限り同一に保つために、ＰＡ２０内の対応する電気構成要素と可能な限り同一とすることができる。スイッチ２５４は、例えば図５に示すように、各々が例えば３３００Ｖ定格にされて並列に配置された２つのＩＧＢＴスイッチの列とすることができる。Ｃ0コンデンサ列２１０は、例えば２．１７ＦＣ0コンデンサ列２１０をもたらすように６４本の平行な脚で配置された例えば１２８個の０．０６８μＦ１６００Ｖコンデンサで構成することができる。Ｃ1コンデンサ列２５６は、例えばバンクキャパシタンス２．３３μＦをもたらすように、例えば６８本の平行な脚で配置された１３６個の０．０６８μＦの１６００Ｖコンデンサで例えば構成することができる。Ｃp-1及びＣ1コンデンサ列２７２及び３２０は、例えば図４及び図５を参照して上述したものと同じものとすることができる。可飽和インダクタ２５４は、例えば４．９インチＯＤ及び３．８インチＩＤを有する０．５インチ厚の５０％−５０％のＮｉ−Ｆｅで構成された例えば５つの芯を有する約３．３ｎＨの飽和インダクタンスをもたらす単一巻回インダクタとすることができる。可飽和インダクタ２７０は、各々が例えば５インチのＯＤ及び２．２８インチＩＤを有する８０％−２０％のＮｉ−Ｆｅで作られた０．５インチ厚の５つの芯で構成された約３８ｎＨの飽和インダクタンスをもたらす２巻回インダクタとすることもできる。２ナノ秒のタイミング精度でＩＧＢＴ２５４を閉成するためにトリガ回路（図示せず）を設置することができる。ＰＯ１０は、電力増幅器２０用ＩＧＢＴ２５４のトリガの約４０ｎｓ前にトリガすることができる。しかし、精密タイミングは、主発振器出力及び電力増幅器放電のタイミングを測定するセンサからのフィードバック信号で決まることが好ましい。
【００８５】
上述のように、「パルスパワー」システムにおける磁気パルス圧縮のスループットタイミングは、材料温度などの関数とすることができる磁性材料特性に依存する。従って、精密タイミングを維持するために、これらの材料特性を直接又は間接的にモニタ及び／又は予測することが極めて重要である。上述の１つの方法では、以前に収集したデータ（温度の関数としての遅延時間）と共に温度モニタを利用してそのタイミングを予測することができる。代替手法では、マグネティックスイッチバイアス回路を利用して、例えばパルス間で（又は、第１のパルスの前に）磁気が逆バイアスされる時に磁気特性（飽和時間）を実際に測定することができる。バイアス回路は、十分な電圧をマグネティックスイッチに印加して材料を逆バイアスすると同時に、レーザタイミングを正確に制御することができるように飽和時間を測定することができる。それぞれのスイッチを逆バイアスする際に利用したボルト−秒の積は、順方向の通常の放電作動中に必要とされるものに等しいはずであるから、例えばパルスパワーシステムのスループット遅延時間は、例えば次に来るパルスの作動電圧が分ると計算することができるであろう。
【００８６】
提案する手法の概略図は、先に参照した’１９１号特許の図５Ｄに示されている。初期作動は、例えば特定のマグネティックスイッチが例えば２つのバイアス絶縁インダクタを通じてそれぞれのバイアス電源によってもたらされた順方向の飽和状態に既にあると仮定することができるであろう。この電流は、例えば、約１００Ｖをマグネティックスイッチに例えば印加することにより、例えば中断させることができ、このマグネティックスイッチは、その後、約３０μｓ後に飽和する。タイマは、例えば電圧が印加された時にトリガさせ、また、例えば電流探触子がそれぞれの可飽和反応器の飽和を検出した時にカウントを停止し、その結果、１００Ｖの印加電圧に対して飽和時間を計算することができる。それぞれの可飽和反応器は、逆バイアスされ、例えば残留電圧が回路から排出されると主パルス放電シーケンスに向けて準備完了状態になる。
【００８７】
先に参照した図６Ｅに示すように、出力パルス長は、約２０ｎｓの範囲とすることができ、ある程度までは２つの電気放電の相対的タイミングの関数である。パルス長がより長いと（他の条件が同じならば）、レーザ光源システムを含む製造システム全体の光学器械の寿命を長くすることができる。本発明の実施形態の態様によれば、例えばいくつかの技術を用いて、例えばパルス長を長くすることができる。上述のように、放電間の相対的時間は、パルス長に対して最適化することができる。ＰＯ１０及び電力増幅器２０のパルス電力回路は、例えば先に参照した米国特許出願出願番号第０９／４５１，９９５号で説明されているような技術を用いて、又は例えば個々のパルスの強度を小さくするためにＰＡ２０の下流側に追加することができる米国特許第６，０６７，３１１号で説明されているものうちの１つのような光学パルスマルチプレクサでより長いパルスが得られるように最適化することができる。チャンバは長くすることができ、また、電極は、より長いパルス長が得られるように設計された進行波放電を生成するように構成することができる。
【００８８】
本発明の実施形態の態様によれば、ジッター制御は、例えばパルスタイミングが少なくとも約１０〜２０ｎｓ以内で確実に正確であるようにすることができる例えばジッター補正装置（ＪＣＤ）と呼ばれる技術で実行することができる。充電電圧が高いほど、トリガとレーザパルスの間の遅延が短くなる。パルスパワーシステム内の磁気装置の温度が高いほど、トリガとパルスの間の遅延が短くなる。しかし、既知の固定電圧及び温度では、入力トリガによる光パルスの自然なパルス間の変動は小さく、約±５ｎｓである。従って、好ましい実施形態では、例えば光源のユーザからのトリガ指令に応答して、例えばＦＣＰ２５２又はＬＣＰ２２０によってトリガが送られた後に例えばジッター制御を実施する例えば製造工具、例えばＬＣＰは、得られるパルスが約２０ｎｓ以内まで正確なものになるように、感知レーザ作動充電電圧を表す信号と磁気の感知温度を表す信号とに対応する量だけ、トリガをＰＯ１０及びＰＡ２０のパルス電力２００内のそれぞれの半導体スイッチ２５４及び２５４’に送るのを遅らせることができる。代替的に、コントローラ２５２は、温度変動に対する直接的な補正なしに、次に来るパルスに対する指定の充電電圧に基づいて、例えば充電電圧の変動に対して電気パルスのタイミングを調節することができる。しかし、例えば、補正は、例えばパルスのバースト内で前のパルス又は一連のパルスから測定されたタイミング誤差に基づいてタイミングに実行することができる。磁気構成要素の温度は、緩やかに変動することが通常は観察することができるので、このパルスタイミングフィードバック技術は、例えば、実質的に、緩やかに変動する温度の影響を補正すると同時に、現時点の他のより多くの時間変動の影響に対して補正することができる。
【００８９】
本発明の実施形態のこの態様によれば、フィードバック補正は、例えば僅か２５％の補正を適用するか又は何らかの選択された補正係数を掛けた検出タイミング誤差によって表される２０ｎｓのパーセントに対して例えば指標化することができる何らかの他のより小さい補正が適用される２０ｎｓ未満のようなより小さいタイミング誤差に対する例えば完全な補正を下回る他の検出されたタイミング誤差に対するものよりも２０ｎｓ大きいなどの例えば大きなタイミング誤差に対して異なる種類の検出されたタイミング誤差に対して完全な１００％補正を例えば適用する技術を用いて例えば行うことができる。この小さい方のパーセントによる補正を例えば使用して、タイミング信号におけるゼロ誤差状態に関する発振を回避することができる。本発明の実施形態の別の態様によれば、特に小さい解像度、例えば１ｎｓ解像度は、広いダイナミックレンジ内でさえも例えば４０ＭＨｚ水晶発振器を有するデジタルカウントを用いて例えば達成することができる。４０ＭＨｚ発振器は、例えば２５ｎｓ間隔で例えばクロック信号を供給することができるが、これらの信号は、ほぼ線形のアナログ容量式充電回路を充電するのに例えば利用することができる。その後、コンデンサ上の電圧を読み取って時間を約１．０ｎｓの精度まで求めることができる。
【００９０】
開示する好ましい実施形態による本発明は、例えばレーザ結晶化用途に特に十分に適応したＸｅＣｌレーザを提供することが当業者によって理解されるであろう。ＸｅＣｌレーザは、例えば本出願人の譲受人の既存の製品、例えばＸＬＡ製品ラインにおけるように、一方のチャンバの出力に他方のチャンバの入力を供給させる既存のマルチチャンバレーザ技術に基づくことができる。本発明の実施形態によるレーザシステムは、ＰＯＰＡ構成又はＰＯＰＯ構成とすることができる。ＰＯＰＡ構成においては、非常に高い電力及びエネルギ（５００から１０００Ｗの近くの平均電力）で作動することができるレーザシステムが設けられる。ＰＯＰＡ構成のレーザシステムを作動させることにより、全体的な効率を５０％も上げることができ、これによって、消耗品のコストを含む全体的な使用効率はまた、構成要素消耗品の少なくとも１つ、すなわち、チャンバの寿命の長さに直接関係するので信頼性が向上する。このようなＰＯＰＡ構成はまた、例えばＰａが飽和範囲モードで作動されるので、本出願人の譲受人のＬＸＡのＭＯＰＡレーザと同様にエネルギ安定性を向上させることができる。本発明の実施形態によるレーザシステムは、エネルギ要件が比較的高くかつ安定性要件が相対的に非常に厳しい例えば超横方向成長（ＳＬＧ）レーザ結晶化処理に非常に良好に適するものである。
【００９１】
本発明の実施形態によるレーザシステムは、ＰＯＰＯ構成において、レーザを使用してタイミングを分離させることができる２つのパルスをもたらすことができる。各レーザＰＯチャンバは、２０から３０ｍＪ／パルスの範囲とすることができ、各繰返し率は、４ｋＨｚまでとすることができる。約１から２μｓｅｃの時間間隔の場合、本発明の実施形態によるレーザシステムは、先に参照したＫｕｄｏ他の論文で説明されているように、Ｓｕｍｉｔｏｍｏによって提案されているような高度ＳＬＧ（ａＳＬＧ）に対して使用することができるであろう。１２５μｓｅｃでのパルス間の時間間隔の場合、本発明の実施形態によるレーザシステムは、８ｋＨｚで作動することができ、従って、例えば先に参照したＫｕｄｏ他による論文及び先に参照したＶｏｕｔｓａｓによる論文で説明されているように、多くの研究所によって開発された制御ＳＬＧ（ｃＳＬＧ）にも使用することができる。今日、ａＳＬＧ及びｃＳＬＧの両方は、高繰返し率緑色レーザ、例えば、十分には強力ではなくかつ周波数増倍が必要なダイオードポンプドＮｄ：ＹＡＧ周波数倍増レーザを用いて実行することが考えられている。
【００９２】
例えばｃＳＬＧの場合、非常に短いパルス間隔、すなわち、〜１００ｎｓを用いると、本発明の実施形態によるレーザシステムの出力は、非常に長いパルス幅を有する２つのパルスとして出現することができる。このような長いパルスは、例えば、固化時間を短くし、かつ結晶品質を向上させる。また、例えば焼き鈍し工程における固化時間を遅らせることにより、パルスが長いほど例えば結晶化構成に良好なのでｃＳＬＧ及びａＳＬＧの両方の結果を向上させ、また、レーザシステム下流側の光学器械を保護することができるパルス伸張器を使用することができる。パルス伸張器は、レーザシステム自体の一部とするか又はレーザシステムの外部にあるビーム送出ユニットに組み込むことができる。また、ＢＤＵは、ビームをワークステーションに送出する際に例えばＳＬＧを実行するために、例えば、これらのパラメータをパルス単位で維持するために、出力レーザパルスビーム指向及び位置決めを制御するのに有用とすることができるであろう。
【００９３】
例えば、ＰＯＰＡレーザシステムとしての本発明の実施形態による別の構成においては、レーザシステムは、ｃＳＬＧに対しては６ｋＨｚまでで作動させることができる。エネルギは低減されることになるが、電力は、＞２００Ｗになる。また、本発明の実施形態によれば、出力レーザ光パルスビームは、１つの方向に伸張させ、かつ他の方向に焦点を合わせることができる。本発明の実施形態により、このような伸張ビームは、例えば被加工物にレーザ光を向ける際に使用されるスリットに対して寸法を決めることができ、集光ビームのプロフィールは、例えばａＳＬＧに対して理想的と考えられるガウス形に対応することができる。
【００９４】
本出願の目的及び特許請求の範囲の解釈のために単に「表面処理」と称され、かつ基板内又は基板上で、特に、単に例えば露光、例えばフォトレジスタ以外に例えば集積回路ウェーハ上での高い電力及び高い安定性要件で基板の貫通が含まれる場合の化学的又は物理的反応を可能にしたり、刺激したり、又は高める誘導結晶成長、焼き鈍しのような処理を包含すると理解されるような例えば表面又は基板処理を伴う製造工程に関する類似の用途は、本発明の上述の実施形態の場合と同様に、しかし、例えば本発明の上述の実施形態に従って構成された例えばＸｅＦ、ＫｒＦ、ＡｒＦ、及びＦ２ガス放電レーザを使用して他の中心波長で実行することができることが当業者によって理解されるであろう。本出願に開示される本発明の好ましい実施形態の重要な態様は、本出願人のマルチチャンバＰＯＰＡ及び／又はＰＯＰＯＩレーザの機能及び従来技術のレーザシステムの使用からもたらされる製造工程欠陥を解決するために指定の方法で互いに使用する２つのレーザチャンバのタイミングを正確に制御する機能の利用である。本出願人の譲受人のＭＯＰＡ構成のＸＬＡガス放電レーザ以前では、ＭＯＰＡ又はＰＯＰＡ又はＰＯＰＯガス放電レーザは、部分的にはこれらの極めて重要なタイミング要件のために一般的には使用されていなかった。しかし、今や例えば本出願人の譲受人のＸＬＡ技術により、ガス放電レーザ、例えばエキシマレーザ及び分子フッ素レーザの利用の大幅な高まりがあり、これによって次世代の大規模ポリシリコン結晶化のような製造工程が可能になっている。本発明の態様によるこのようなレーザシステムは、製造中の被加工物に対して、従来技術のレーザシステム（構成によって５００Ｈｚから８ＫＨｚ）と比較して非常に高い電力（１０００Ｖまで）、非常に高い繰返し率、エネルギ／電力がパルス間で安定化された伸張パルス、及びパルス繰返し率倍増のために千鳥配置によるＰＯＰＯパルスを供給する目的を含む精密タイミングを供給する。
【００９５】
本発明の実施形態は、様々な有用な方法で、例えばＰＯＰＡ構成で、例えば４ＫＨｚパルス繰返し率１５０ｍＪで又はそれを超えて、例えば光学的に伸張された上述のパルスを送出するように構成することもでき、かつ、有利な態様では、ＢＤＵで又は２つのパルス（各ＰＯＰＯから各々１つ）の正確な（±３ｎｓ）タイミング及びエネルギ制御を伴うＰＯＰＯを同じく使用した二重パルス構成でも例えば８ＫＨｚの割合かつパルス伸長及びＢＤＵ送出を伴って二重パルスに向けた正確な（±３ｎｓ）タイミング及びパルスエネルギを同じく送出するＰＯＰＯ構成における送出を通じて向上させることができることが理解されるであろう。第１のＰＯＰＯ実施形態では、パルスは、例えば≦１μｓの分離及び８ＫＨｚの全体的なパルス繰返し率に向けて２つの密接に配置されたパルスにおける各第１の出力レーザ光パルスの開始の間の例えば２５０μｓの分離で比較的密接に配置することができる。このイベントにおいては、密接に配置されたパルスの各対の第２のパルスは、１２５μｓ未満で分離させることができ、また、被加工物に対する処理には、例えば８ＫＨｚの繰返し率で１２５μｓよりも互いに密接に配置された異なる電力レベルによる２段階の処理が必要である場合には、異なる電力レベル、例えば低い方の電力レベルとすることができる。第２のＰＯＰＯ構成においては、パルスは、例えば８ＫＨｚパルス繰返し率に向けて均一な１２５μｓによって均一に分離させることができる。
【００９６】
例えばＸｅＣｌを利用した本発明によるシステムは、例えば３０８ｎｍ中心波長１５０ｍＪ／パルス、４ＫＨｚパルス繰返し率、すなわち、６００Ｗの１％シグマ、伸張なしの６０〜７０ｎｓＦＷＨＭパルス持続時間、及び４ＸのＴis伸張器を有して２０Ｂパルス程度のチャンバ寿命を有する１２０ｎｓＦＷＨＭを提供することができる。本発明の実施形態によるＳＳＰＰＭは、長寿命化、高電力化、チャンバ長寿命化、及び非常に低いチャンバ間ジッターによる保守の低減を可能にすることができる。本発明の実施形態によるＢＤＵは、有利な態様では、レーザビーム形状改善、及び製造機器への送出点での発散低減、及びＢＤＵにおいて積極的かつ動的にモニタされて安定化された指向及び位置決めを光発生におけるレーザ指向誤差から独立して提供することができ、その結果、製造工具及び従って同じく被加工物に対するエネルギ送出の不変性のような事柄も可能になる。
【００９７】
要約すると、被加工物の基板内の結晶構成又は配向の変換を実行するためのガス放電レーザ結晶化装置及び方法が開示され、それは、細長いガス放電領域を形成するチャンバ内に収容された１対の細長い離間した対向電極を各々が有する第１及び第２のガス放電チャンバ、及び被加工物上で実行される結晶化処理に対して最適化された中心波長でレーザ光を生成するように選択されたハロゲン及び希ガスを含むチャンバ内に収容されたレーザガスを含む第１のレーザユニットと、ＤＣ電源、及び直列に接続した複数の一次巻線と複数の一次巻線の各々を通る単一の二次巻線とを有する多段分割ステップアップ変圧器と半導体トリガスイッチとを含むＤＣ電源に接続されかつそれぞれの電極に接続した第１及び第２のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路を含む電源モジュールと、単一出力レーザ光パルスビームを生成するためにＰＯＰＡ構成レーザシステム又はＰＯＰＯ構成レーザシステムのいずれかとして第１及び第２のレーザユニットの作動を達成するように、それぞれの第１及び第２のパルス圧縮及び電圧ステップアップ回路の作動パラメータに基づいてそれぞれの半導体スイッチの閉成を計時するように作動するレーザタイミング及び制御モジュールとを含むマルチチャンバレーザシステムを含むことができる。ＰＯＰＡとして、レーザシステムのリレー光学器械は、第１の出力レーザ光パルスビームを第１のレーザユニットから第２のガス放電チャンバ内に向けるように作動することができ、タイミング及び制御モジュールは、第１の出力レーザ光パルスビームが±３ｎｓ以内に第２の放電領域を通過している間に第２の対の電極間にガス放電を作り出すように作動し、ＰＯＰＯとして、結合光学器械は、出力ビームを結合し、タイミングは、結合出力内に予め選択された時間±３ｎｓのパルス分離を作り出す。ビーム送出ユニット及びパルス伸張器を含めることもでき、タイミング及び制御は、パルス圧縮及び電圧ステップアップ回路における充電電圧及び構成要素温度を表す信号に基づいてプロセッサ制御することができる。
以上の開示内容は、本発明の現時点で好ましい実施形態に関連するものであり、本発明は、このような実施形態に限定されるのではなく、特許請求の範囲及びこのような特許請求の範囲の均等物及び／又はこのような特許請求の範囲に示す要素に相応の範囲にあると考えるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１Ａ】本発明の実施形態によるマルチチャンバレーザシステムのブロック図的部分概略図の側面図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態によるマルチチャンバレーザシステムのブロック図的部分概略図の上面図である。
【図２】本発明の実施形態のブロック図的概略図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態のブロック図的概略図である。
【図３】本発明の実施形態のブロック図的概略図である。
【図４】本発明の実施形態による半導体パルスパワーシステムの概略図である。
【図５】本発明の実施形態による図４に示す整流器モジュールのより詳細な概略図である。
【図６】本発明の実施形態による図４に示す圧縮ヘッドモジュールから図４に示すチャンバモジュール内のピーキングコンデンサを充電するタイミング図である。
【図７】図４に示す圧縮ヘッド及びチャンバモジュールのより詳細な図である。
【図８】本発明の実施形態によるタイミング及び制御モジュールのブロック図的概略図である。
【図９】本発明の実施形態で使用されるタイミング図である。
【符号の説明】
【００９９】
１０  ＰＯ
１２、２２  チャンバ
１４  全反射光学器械
２０  ＰＡ
【図１Ａ】
2007515774.tif 000015
【図１Ｂ】
2007515774.tif 000016
【図２】
2007515774.tif 000017
【図２Ａ】
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【図３】
2007515774.tif 000019
【図４】
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【図５】
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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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