KR100371125B1 - 저가의 평균 전력과 휘도가 높은 고상 펄스 레이저 시스템 - Google Patents

저가의 평균 전력과 휘도가 높은 고상 펄스 레이저 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 높은 평균 전력의 고휘도 고상 레이저 시스템을 제공한다. 본 발명은 짧은 펄스 지속 기간을 가지는 시드 레이저 비임을 먼저 발생시킨다. 레이저 증폭기(24)는 1011W/㎠를 초과하는 휘도 레벨을 가지는 펄스를 발생시키도록 정밀하게 집속되는 증폭된 펄스 레이저 비임을 발생시키기 위해 시드 비임을 증폭한다. 양호한 실시예는 평균 전력이 1 ㎾ 범위의 전력, 초당 12,000개 펄스의 평균 펄스 주파수를 가지는 증폭된 펄스 레이저 비임을 발생시키는데, 펄스는 크기가 최대로 큰 스폿을 모의 실험하기 위해 신속하게 스티어링될 수 있는 직경이 20 ㎛ 인 스폿에서 1014W/㎠를 초과하는 휘도 레벨을 가지고 있다. 선택적으로, 수(예를 들어, 7개)개의 비임(병렬로 배열된 증폭기로부터의 비임)을 가지는 ㎑ 시스템은 20 ㎛에서 각각 집속될 수 있고, 100 내지 200 ㎛의 유효 스폿 크기를 발생시키도록 클러스터된다. 이러한 비임은 리소그래피용 X선 소오스를 발생시에 유용하다.

Description

저가의 평균 전력과 휘도가 높은 고상 펄스 레이저 시스템
X선 리소그래피(X-ray lithography)에 대한 신뢰성 있는 경제적인 X선 소오스가 필요하였다. X선 소오스는 소정의 금속을 매우 높은 휘도의 레이저 펄스로 조명함으로써 발생될 수 있다는 것은 공지되어 있다. 투사형 리소그래피에 대한 요구된 휘도 레벨은 1011내지 1013W/㎠ 범위에 있고, 근접 리소그래피(proximity lithography)에 대해서는 1013내지 1015W/㎠이다.
전형적인 X선 리소그래피 설정시, 포토레지스트로 코딩되고 약 30 내지 40 미크론의 거리를 두고 X선 흡수 마스크로 덮여지는 반도체 웨이퍼는 마스크와 20내지 50 ㎝의 거리를 두고 배치된 일점 X선 소오스(a point X-ray source)에서 발생된 X선으로 조명된다. 약 20 ㎝에서 스폿 크기는 약 100 ㎛ 범위에 있을 수 있고, 약 50 ㎝에서 스폿 크기는 마찬가지로 300 ㎛만큼 큰 것이 전형적이다. 스폿 크기는 최대 스폿 크기에서 발생하는 불선명 및 최소 스폿 크기에서 발생하는 간섭 프린지(interference fringe)를 최소화하도록 선택된다. 현재의 X선 리소그래피에 대한 필요성은 칩 특징에 따른 해상도가 0.13 미크론만큼 작아지는데 기인한 것이다.
미래의 상업용 리소그래피의 필요성을 부합시키기 위해, 평균 레이저 전력은 투사용으로 약 500 W가 필요하고 근접용으로 1000 W가 필요하다. 부수적으로, 리소그래피 처리에는 약 100 ㎛ 내지 수 100 ㎛의 X선 스폿 직경이 필요하다. 이러한 필요 조건을 부합시키고자 레이저를 설계하는데 에는 현재 안고 있는 몇 가지 문제점을 해결해야 한다. 열적 왜곡(찌그러짐) 및 레이저 봉(laser rod)의 자기 집속으로 인해 발생하는 수차(aberration)의 보정에 따른 첫번째 문제가 있다. 이러한 문제점은 유도 브리유앵 산란(Stimulating Brillouin Scattering : SBS) 셀을 이용함으로써 현재는 다루어지고 있다. SBS 셀 물질은 수 nsec 이상의 레이저 펄스로 효과적으로 수행한다. nsec 레이저 펄스에 있어서, 요구된 휘도를 달성하는데 필요한 에너지는 펄스당 10 내지 30 주울[J]이고, 요구된 전력을 달성하는데 필요한 반복률은 100 내지 30 [㎐]이다. 이렇게 펄스 에너지를 높게 설계하는데 에는 2가지 부수적인 문제점을 발생시킨다. 요구된 휘도 및 전력 레벨에서 동작시에 고체 타겟(solid target)상에 집속된 nsec 펄스 레이저에 의해 발생된 파편량은 받아들일 수 없는 것이다. [러더 퍼드(Rutherford) 및 CREOL의 연구는 금속 타겟에서 발생된 파편 레벨이 펄스 지속 기간과 관련이 있다는 것을 나타낸다. 펄스 지속 기간이 짧으면 짧을수록 파편 레벨은 그 만큼 낮아진다]. X선 타겟에서와 같이 고체 크세논(solid xenon)을 이용함으로써 파편을 감소시키는 것에 따른 문제점을 해결하고자 하는 연구가 진행중에 있지만, 매우 초기 단계에 있고 비용이 얼마나 소용될지 불확실하다. 최종 문제점은 X선 리소그래피 시스템에 소요되는 비용에 있다.
X선 발생으로 집속되는 nsec 범위의 펄스는 타겟이 진공실(Vacuum Chamber : 진공 챔버) 내에 배치되지 않은 한 가스 파괴를 야기시킬 수 있다. 진공실은 완전히 추가되어 X선 윈도우를 전형적으로 필요로 한다.
플래쉬 림프 펌프용 레이저는 유지 보수 비용이 많이 든다. 유지 보수 비용은 다이오드 레이저로 범핑함으로써 감소될 수 있는 것이 일반적이다. 불행하게도, 레이저 다이오드는 펄스당 10[J]이 필요하여 100㎐ 레이저에는 수 백 달러의 비용이 소요된다. 다이오드 펌프식 고상 레이저 시스템은 효과적이고 신뢰성이 있으며 소형인 EMI 음향 잡음 등의 면에서 보아 현재 시판중인 레이저보다 우수하다.
필요한 것은 레이저 시스템인데, 이 시스템은 1) 높은 평균 전력 및 높은 휘도, 2) 낮은 파편 레벨 및 낮은 원가 및 보수 유지 비용을 제공하기 위한 X선 리소그래피의 필요성과 부합한다.
본 발명은 미국 특허 제 5,434,875 호(1995. 7. 18.)로 허여된 미국 특허 출원 제 08/295,283 호(1994. 8. 24.), 미국 특허 출원 제 08/339,755 호(1994. 11. 15) 및 미국 특허 출원 제 429,589 호(1995. 4. 27)의 부분 연속 출원이다. 본 발명은 레이저 시스템에 관한 것으로, 특히 고전력의 고휘도 고상(solid state) 레이저 시스템에 관한 것이다.
도 1은 X선 리소그래피에 유용한 고휘도 펄스 레이저 비임을 발생시키기 위한 본 발명의 양호한 실시예에 따른 주요 특징을 도시한 도면이고,
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 도 1에 도시된 실시예의 여러 단계에서 나타나는 펄스 형태를 등가식으로 도시한 도면이며,
도 2는 도 1의 실시예에 따른 제 1 부분을 보다 상세하게 도시한 도면이고,
도 3은 도 1에 도시한 실시예에 따른 제 2 부분을 보다 상세하게 도시한 도면이며,
도 4는 도 1에 도시한 실시예에 레이저 다이오드를 이용하는 증폭기 펌핑 구조를 도시한 도면이고,
도 5는 정밀하게 집속된 스폿의 클러스터(Cluster)를 도시한 도면이며,
도 6은 제 2 의 양호한 시드 레이저 시스템을 상세하게 도시한 도면이고,
도 7a 및 도 7b는 제 3 의 양호한 시드 레이저 시스템을 상세하게 도시한 것으로, 포겔 셀을 턴 온시키는 작용을 도시한 도면이고,
도 8은 펄스를 배가시키기 위한 설정 상태를 도시한 도면이며,
도 8a 및 도 8b는 도 8에 도시된 설정 상태에 따른 입력 및 출력 펄스의 정성 상태를 도시한 도면이고,
도 9는 병렬 증폭기 어레이를 이용하는 제 2 의 양호한 증폭기 시스템을 개략적으로 도시한 도면이며,
도 10은 열적 효과를 보상하는 4개의 패스 증폭기를 도시한 도면이고,
도 11은 X선 출력 및 효율에 따른 실험 데이터를 도시한 그래프이며,
도 12는 본 발명에 의해 달성된 실험적 설정 상태를 도시한 도면이다.
본 발명은 평균 전력이 높고 고휘도의 고상(solid state) 레이저 시스템을 제공한다. 이 레이저 시스템은 시드(seed) 레이저 비임을 짧은 펄스 지속 기간에 발생시킨다. 레이저 증폭기는 1011W/㎠를 초과하는 휘도 레벨을 가지는 펄스를 발생시키도록 정밀하게 집속되는 증폭된 펄스 레이저 비임을 발생시키기 위해 시드 비임을 증폭한다. 양호한 실시예는 1 kW 범위의 평균 전력을 가지는 증폭된 펄스 레이저 비임, 초당 12,000 펄스의 평균 펄스 주파수를 발생시키는데, 펄스는 크기가 가장 큰 모의 실험(simulate)하도록 신속하게 스티어링될 수 있는 20 ㎛ 직경의 스폿으로 1014W/㎠를 초과하는 휘도 레벨을 갖고 있다. 선택적으로, 수(예를 들면, 7)개의 비임은 20 ㎛로 각각 집속될 수 있고, 100 내지 200 ㎛의 실제 스폿 크기를 생성하기 위해 클러스터된다. 이러한 비임은 리소그래피용 X선 소오스를 발생하는데 유용하다.
한가지 양호한 실시예에서, 시드 비임은 전자 광학 변조기에 의해 감소되는 펄스 주파수로 다이오드 어레이에 의해 펌프된 모드 동기식 Nd:YAG 발진기(mode locked Nd:YAG oscillator)에서 발생된다. 제 2 의 양호한 실시예에 있어서, 시드 비임은 Q로 전환되고, 공동 덤핑(cavity dumping)용 포켈 셀(Pockels cell)을 포함한다. 제 3 의 양호한 실시예에 있어서, 시드 비임에 대한 짧은 지속 기간의 고주파수 펄스는 짧은 공동 공진기의 공동 덤핑에 의해 발생된다.
양호한 kW 시스템은 1㎑의 주파수에서 150 ㎰ 펄스를 발생시키기 위해Nd:YAG 시드 레이저를 이용하고, 시드 비임은 전치 증폭기에서 증폭되며, 증폭된 비임은 7개의 병렬 증폭기들 중 하나의 증폭기에 각각 제공되는 7개의 별도 비임으로 비임 분할기에 의해 분할된다. 증폭기의 출력 비임은 532 ㎚로 배가된 주파수이고, 각각의 비임은 20 ㎛ 스폿으로 구리 타겟 상에 집속되며, 20 ㎛ 스폿은 약 150 ㎛의 대형 스폿을 형성하도록 클러스터된다.
본 발명의 실험 결과는 130 mJ/p 1064 ㎚ Nd:YAG 비임을 배가한 주파수에 의해 발생된 532 ㎚ 비임에서 72 mJ/p의 약 5 ㎝의 초점 거리에서 구리 및 철 타겟 상에 밀접하게 집속시키는 양호한 X선을 발생시킨다는 것을 입증하였다. 이러한 결과는 약 10 %의 X선 변환으로 약 130 mJ/p에서 532 ㎚가 얻어질 수 있다는 것을 나타낸다. 자기 집속으로 인한 레이저 크리스탈에 대한 손상은 1064 ㎚에서 250 mJ/p의 에너지 레벨(크리스탈에서)에서는 전혀 관측되지 않는다.
종례의 고휘도 레이저와 비교해 볼 때, 펄스 지속 기간을 수 ㎱ 내지 100 ㎰ 이하로 약 2 또는 3차의 크기로 감소시키고 매우 작은 스폿을 집속시킴으로써 매우 높은 휘도가 달성되었다. 펄스당 낮은 에너지에서의 짧은 펄스 지속 기간은 비임을 헬륨 분위기 내에서 대기압 상태에서 집속시킬 수 있다. 진공실이 전혀 필요하지 않다.
본 발명의 양호한 실시예에 대해 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하고자 한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 모드 동기식 Nd:YAG 레이저 발진기(2), 펄스 간격 선택기(spacing selector : 20), 비임 확장기(22), 분극 비임 분할기(26), 더블 패스 증폭기 부분(24) 및 증폭기 폴딩 미러(folding mirror : 38)가 장착되는 비임 스티어링 PZT(48)를 포함한다. 증폭기(24)의 출력은 구리 테이프 타겟(27)을 이동시에 정밀 스폿으로 집속된다. 도 2에는 매우 짧은 지속 기간의 펄스를 매우 높은 반복률로 발생시키게 되는 본 발명의 실시예에 따른 시드 레이저 부분이 도시되어 있고, 도 3 및 도 4는 펄스 레이저 비임을 발생시키기 위해 펄스를 증폭하기 위한 증폭 부분을 도시한 것인데, 평균 전력 레벨은 약 1 kW이고, 휘도 레벨에서의 펄스 범위는 약 20 ㎛ 직경의 스폿 크기면에서 1014W/㎠이다. 최종적으로, 도 5는 금속 타겟 상의 500 ㎛ 직경의 클러스터 영역에 걸쳐 소수의 20 ㎛ 스폿(52)의 클러스터를 발생시키기 위한 비임 스티어링 메커니즘의 결과를 도시한 것이다.
짧은 펄스를 발생시키는 시드 레이저 및 펄스당 에너지를 증가시키는 전치 증폭기를 포함하는 부수적인 양호한 실시예가 도 9에 도시되어 있다. 이 때, 전치 증폭기에서 발생된 출력 비임은 증폭기 어레이에 의해 증폭될 수개의 병렬 비임으로 분할된다. 각각의 증폭된 비임은 배가된 주파수이고, 주파수 배가 비임은 X선 리소그래피에 필요한 크기의 스폿을 발생시키기 위한 정밀 집속된 스폿의 클러스터를 형성하기 위해 금속 타겟에 집속된다.
제 1 의 양호한 시드 레이저
도 2는 Nd:YAG 모드 동기식 발진기 형태의 레이저 장치(2)를 도시한 것이다. Nd:YAG 연마봉(4)(3 ㎜ 직경 및 2.5 ㎝ 길이)은 5 바 충돌 냉각식(5 bar impingement cooled) 레이저 다이오드 어레이(6)(SDL 부품 번호-SDL3245-J5)에 의해 사진 석판술로 펌프된다. 다이오드 펌프 어레이는 준 CW이고, 20%의 충격 계수(약 200 ㎲에서 ON 및 800 ㎲에서 OFF) 및 500 W의 평균 전력에서 완전하게 가동된다. 다이오드 어레이 파장은 Nd:YAG에서의 강한 흡수에 대응하는 808 ㎚이다. 펌프 다이오드의 출력은 결정성 미크로 렌즈(8)의 어레이에 의해 조준된다. 고속 집속 렌즈(10)는 Nd:YAG 크리스탈(4)의 배면 단부에 펌프 광선을 집중시킨다. Nd:YAG 크리스탈의 배면은 5 m 반경의 곡면(블록 렌즈)을 갖고 있고, 1064 ㎚(Nd:YAG 레이저의 레이징 파장)에서 최대 반사성(약 99.8%) 및 808 ㎚(펌프 파장)에서 최소한 85%의 투과율이 되게 연마되어 코딩된다. 펌프 광선은 높은 펌핑 효율을 발휘하기 위해 총 내부 반사성(섬유 광학과 유사함)에 의하여 레이저봉내에 트랩(trap)된다. Nd:YAG 봉의 전면(12)은 기생 발진을 방지하기 위해 2°로 절단되어 있고 AR은 1064 ㎚에서 삽입손(insertion loses)을 최소화하도록 코팅되어 있다. 브류스터(Brewster) 절단 음향 광학 모드 로커(locker : 14)(Brimrose Corporation사의 미국 모델 FSML-38-10-BR-1064)는 부분 투과 미러(16)(출력 결합기) 다음에 배치되어 모드들이 모드 로커를 통과할 때마다 동상(in phase)으로 되게 모든 종 모드(longitudinal mode)를 활발히 집속시킨다. 모드 로커의 RF 반송 주파수(f) 및 레이저 공진기(L)의 광학 길이는 다음 식과 관련이 있어야 한다.
f = c/4L
여기에서, c는 광속이다. 본 발명의 실시예에 있어서, 38㎒의 RF 구동기(15)가 모드 로커(14)를 구동시킨다. 본 발명은 약 6.5 feet의 공동 길이를 제공한다. 그러므로, ON 기간 중에 75㎒(음향 광학 셀을 형성하는 정재파로 인해)에서 모드 동기 펄스 열이 얻어질 수 있다. 펄스 지속 기간은 약 0.6 μJ의 펄스당 에너지를 가지는 약 100 ㎰일 수 있다. 200 ㎲ 다이오드의 ON 주기중에 펄스들 사이의 기간은 약 13 ㎱이다. 각각의 ON 기간 중에는 15,200개의 매우 짧은 펄스가 얻어진다. 이 때, 15,200개의 짧은 펄스의 다음 계열(series) 전에 약 800 ㎲의 불감 시간(dead time)이 있다. 1000회의 OFF-ON 시퀀스가 매초마다 갖고 있어서, 그 결과는 초당 약 15,200,000개의 짧은 100 ㎰ 펄스에 따른 평균인데, 15,200의 클럼프에 펄스가 발생한다. 이러한 펄스 열의 정량 표시는 도 1a에 도시되어 있다. 펄스의 신속 계열은 200 ㎲에 걸쳐 발생하는 펄스당 약 0.6 μJ의 에너지를 갖는 15,200개의 펄스를 각각 나타내고, 간격은 800 ㎲의 불감 시간을 나타낸다.
펄스 간격 선택기
후술한 바와 같이, 본 발명은 각각의 펄스를 0.6 μJ에서 약 80 mJ로 증폭할 수 있어서, 1 kW의 평균 전력에 대해서는 초당 12,000개의 펄스를 필요로 한다.초당 15,200,000개의 펄스에서 초당 12,000개의 펄스로 펄스 주파수를 감소시키기 위해서, 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 시드 레이저를 방출하는 비임(18)의 경로 내에 펄스 간격 선택기(20)를 배치하였다. 펄스 간격 선택기(20)는 ConOptics사가 공급하는 모델 305와 같은 전자 광학 변조기를 본 발명의 실시예에 포함하였다. 이러한 장치는 비임으로부터의 광선을 단기간 동안(약 10 ㎱의 지속 기간을 가지는 각각의 기간 동안) 60,000㎐의 주파수에서 통과시키기 위한 고속 셔터(fast shutter)로 기능한다. 펄스가 13 ㎱ 기간에 선택기로 도입하기 때문에, 펄스 선택기(비임과 동기)는 단일 펄스를 각각 10 ㎱ 윈도우로 통과시킬 수 있고 그 밖의 다른 모든 펄스는 차단한다. 그러므로, 60,000㎐의 주파수에서, 본 발명은 각각 200 ㎲의 ON 기간 동안 약 12개의 펄스를 통과시킬 수 있다. 본 발명이 이러한 ON 기간의 1,000을 매초마다 갖고 있기 때문에, 본 발명은 초당 12,000 펄스를 얻을 수 있다. 그러므로, 펄스 간격 선택기(20)의 출력은 200 ㎲의 지속 기간에 걸쳐 일정한 간격을 두고 구분된(이하, "격설된"으로 약칭함) 약 12개의 펄스(약 100 ㎱의 지속 기간을 가지는 각각의 펄스)의 클럼프 및 초당 1,000개의 기간으로 격설되는 짧은 펄스의 클럼프로 구성된 펄스 열이다. 이것은 초당 12,000개의 펄스의 평균치이다. 요약하기 위해서, 펄스 간격 선택기의 출력은 다음과 같다.
펄스 지속 기간약 100 ㎰
펄스당 에너지0.6 μJ
펄스당 최대 전력6kW
평균 주파수초당 12, 000개의 펄스
평균 전력7.2 mW
비임 교차 부분0.07 ㎠
이러한 펄스 열의 정량 표시는 도 1b에 그래프로 도시되어 있다. ON 기간중에 펄스 주파수가 약 1,260의 인자만큼 감소되는 것을 제외하고는 도 1a에 도시된 펄스 열과 반드시 같아야 한다.
비임 확장기
펄스 간격 선택기의 출력은 도 2에 도시된 바와 같이 3 : 1 비임 확장기(22)로 약 0.07 ㎠의 교차 부분에서 약 0.6 ㎠의 교차 부분까지 확장된다. 비임 확장기(22)는 렌즈 또는 1064 ㎚의 Nd:YAG 비임용으로 선택된 수종의 현재 시판중인 비임 확장기들 중 소정의 확장기와의 적절한 조합으로 이루어진다. 비임 확장기(22)의 출력은 도 1에 도시된 바와 같은 증폭기(24)에 제공된다.
증폭기
본 발명의 양호한 실시예에 따른 증폭기(24)를 구성하는 소자는 도 1에 도시되어 있다. 2 패스 증폭률(Two-pass amplification)은 도 3에 도시되어 있고, 본 발명의 양호한 펌핑 구조는 도 4에 도시되어 있다. 증폭기는 시드 비임 에너지를 mJ/p 레벨로 증가시켜야 한다.
도 3은 증폭기 펌핑 장비가 아닌 증폭기의 주요 특징을 도시한 것이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 비임 확장기로부터의 선형 분극 비임(21)은 박막 분극 비임 분할기(26)를 통과하여 제 1 의 Nd:YAG 증폭기봉(28)내로 들어가서 반파장 로테이터(one half wavelength rotator : 30)(열적으로 유도된 복굴절 현상을 소거하기 위해서)를 통과한 다음, 제 2 의 Nd:YAG 증폭기봉(32)을 통과하여 1/4파 플레이트(34)(출사 비임의 분극을 90°쉬프트시키기 위해서)를 통과한 다음 보정 렌즈(36)(Nd봉 내의 열적 렌징을 보정하기 위해서)를 통과하여, 높은 반사성(HR) 미러(38)에서 반사된다. 비임은 역으로 통과하여 비임이 도 1에 도시된 바와 같이 금속 타겟(27)에 집속되게 제공되는 분극 비임 분할기(26)에서 반사된다. 증폭기 펌핑 장비가 도 4에 도시되어 있다. 이러한 장비는 808 ㎚의 파장에서 20%의 충격 계수(200 ㎲에서 ON 및 800 ㎲에서 OFF)로 동작하는 약 3㎾의 총 평균 전력용의 모듈(정규) 레이저 다이오드 어레이(40)당 50 W의 64개 모듈을 포함한다. 본 발명의 실시예에 있어서, 16개의 세트가 도 4에 도시된 바와 같이 배열된다(4개 세트는 주변 방향을 나타내고, 4개 세트는 선형 방향을 나타내는데, 도시하지는 않았다). 다이오드 레이저의 출력은 결정 렌즈(42)를 가지는 Nd:YAG봉(28 및 32)내에 제공되고, 봉은 도 4에 도시된 바와 같이 물 재킷(water jacket : 44)에 의해 수냉된다.
증폭기(24)는 입력 비임[2XDL보다 작거나 같은 근회절 제한 비임(near diffraction limited beam)]의 양호한 보존 상태를 가지는 입력 비임의 1.3x105증폭률을 제공한다. 그러므로, 증폭기(24)의 출력은 다음과 같은 특징을 가지는 펄스 레이저 비임이다.
펄스 지속 기간약 100 ㎰
펄스당 에너지80 mJ/p
펄스당 최대 전력800MW
평균 주파수초당 12,000펄스
평균 전력1kW
비임 직경9 ㎜
휘도(전력/펄스)2.5x1014W/㎠(20 ㎛ 직경의 스폿)
증폭기의 출력에 관한 정량 표시는 도 1c에 도시되어 있다. 펄스가 약 133,000의 인자만큼 에너지를 증폭한 것을 제외하고는 도 1b에 도시된 펄스 열과 거의 동일하다. 이 때, 본 발명은 비임을 타겟 상에 20 ㎛ 스폿으로 집속시킨다.
적절한 리소그래피용의 X선 포인트 소오스의 양호한 크기는 직경이 수 100 ㎛(예를 들어, 500 ㎛)에서 약 1 ㎜의 범위에 있다. 직경이 20 ㎛인 펄스로 모의 실험된 500 ㎛의 스폿이 도 5에 도시되어 있다. 상술한 시스템으로 적절한 스폿 크기를 달성하기 위해, 본 발명은 타겟을 상이한 스폿으로 두드려야 한다[예를 들어, 500 ㎛ 영역(50)에 걸쳐 격설된 다중 20 ㎛의 스폿(52)]. 이것은 도 1에 도시된 바와 같은 요구된 영역에 걸쳐 비임을 약간 조종하는 고속 양축 PZT(48)상에미러(38)를 장착함으로써 본 발명의 양호한 실시예에서 달성된다.
상기 시스템은 매우 양호한 X선 변환 능력을 제공한다. 그러나, 거의 최적의 X선 변환이 최고 주파수의 비임으로 달성될 수 있다. Lawrence Livermore 실험실에서의 연구에 있어서, 15%의 변환 효율은 레이저 파장이 532 ㎚(배가시 1064 ㎚) 대 1064 ㎚에 대한 10%의 변환 효율일 때 관측된다. 복식 크리스탈(doubling crystal : 도시하지 않음)에는 최고 X선 변환 효율을 532 ㎚에서 이용하기 위해서 증폭기로부터의 출력 비임이 배치될 수 있다.
제 2 의 양호한 시드 레이저
시드 레이저(서브 나노세컨드 펄스 지속 기간 및 초당 1000개의 펄스보다 높은 시드 레이저)에 대한 부수적인 방법은 Q 스위치 모드 동기식 구조 또는 공동 덤핑 구조(도 6)와 동기된 Q 스위치 모드일 수 있다. μ렌즈(63)를 가지는 레이저 다이오드 어레이(61)는 본 발명의 양호한 실시예에 기재된 바와 같이 Nd:YAG 봉(67)의 단부 덤핑용 렌즈(65)에 의해 집속된다. 편광자 비임 분할기(71)는 상술한 바와 같은 모드 로커(75), 음향 광학 Q 스위치(73) 및 공동 덤핑용 1041 FV-106과 5046구동기(고속 펄스 기술)와 같은 λ/4 전자 광학 포겔 셀(69)을 포함하는 폴디드 공동(folded cavity)(공진기)을 형성하기 위해 레이저 S 분광을 반사시킨다.
Q 스위치(73)가 공진기를 망쳐 놓기 때문에, 이득은 레이저 다이오드 어레이(61)에 의해 펌프됨에 따라 Nd 봉내에 설정된다. Q 스위치가 개방됨에 따라 모드 동기식 펄스가 설정된다. 레이저 복사선은 S 편광시에 높은 공진기(Q)로 인해 S 편광되고, 높은 반사성 미러(77)와 Nd 봉(67)의 배면 상의 높은 반사성 코팅부 사이의 공진기내에 트랩된다. 트랩된 모드 동기 펄스가 최대 강도로 설정됨에 따라, 포겔 셀(69)은 λ/4 만큼 감속시키기 위해 턴 온된다. 좌측으로 진행하는 모드 동기 펄스에는 변조기의 우측으로 방출한 후 P 편광을 발생시키는 2배의 λ/4 감소가 발생된다. 이 때, 편광자 비임 분할기(71)(P 편광에 대한 고도의 투광성)는 출력 시드 비임(79)을 제공하기 위해 펄스를 송신한다. 이러한 시드 레이저는 도 1에 도시된 발진기(2) 및 펄스 간격 선택기(20)와 대체될 수 있다. 출력은 비임 확장기(22)에 제공되고, 비임의 나머지 경로는 도 1에 도시된 바와 같다. Nd봉에 저장된 전체 에너지가 짧은 펄스(약 100 ㎰)의 출력 비임을 발생시키는데 이용되기 때문에, 펄스당 수 mJ(이에 대한 제 1 의 양호한 시드 레이저로 기재된 바와 같은 0.6 μJ/p)의 에너지가 본 발명의 구조에서 얻어질 수 있다.
이러한 시스템의 장점은 2가지로 나누어 논할 수 있는데, (a) 프리 런닝 고상 레이저(free running solid state laser)(큰 진폭 변동)를 발생시키는 전형적인 이완 발진(relaxation oscillation)은 Q 스위치 모드에서는 존재하지 않고, (b) 저장된 전체 에너지는 펄스당 다량의 최고 에너지를 발생시킬 수 있는 양호한 모드 동기 펄스(이동되지 않는 레이저 에너지가 전혀 없는)로 변환할 수 있으므로, 이득이 최저이거나 증폭기를 거의 통과시키지 않는 것이 요구될 수 있다.
제 3 의 양호한 시드 레이저
제 3 의 양호한 시드 레이저가 도 7a 및 도 7b에 도시되어 있다. 이것은 초당 1000개의 펄스보다 긴 서브 나노세컨드 펄스 지속 기간의 레이저 비임을 발생시키는 시드 레이저이다. 이러한 장치에 있어서, 레이저 공동은 Nd:YAG 크리스탈(5)의 배면측에 적용된 고반사성 미러(91) 및 코팅부(83)에 의해 형성된다. 편광자 비임 분할기(89) 및 짧고 고속의 λ/2 포겔 셀(87)은 공동을 덤핑할 수 있다. 도 7a에 도시된 발진 비임(97)은 편광자(89)의 방향으로 인해 지면에서 P 편광된다. 고전압이 포겔 셀(87)에 인가될 때, 셀은 비임의 편광을 좌측으로 90°(지면과 수직으로)만큼 회전시킬 수 있다. 이것이 발생할 때는 언제든지 편광 비임 분할기(89)가 도 7b에 도시된 바와 같이 수직 편광을 발사시킬 수 있다. 거리(L)(포겔 셀(87)과 HR 코팅부(83) 사이의 거리)의 2배의 길이와 동일한 펄스가 발진기(2) 및 펄스 간격 선택기(20)가 아닌 도 1에 도시된 시스템일 수 있는 증폭기 시스템(96)에 제공되는 결과이다. 2 내지 4 ㎝의 거리(L)를 달성하는 것은 용이한 것이다. 펄스의 지속 기간은 다음 식과 같을 수 있다.
t = 2L/c
여기에서, c는 광속이다.
펌프 비임은 CW 또는 준 CW일 수 있다. 포겔 셀 구동기의 반복률은 출력 펄스 반복률을 결정할 수 있다. 길이(L)는 펄스 지속 기간을 결정할 수 있다. 크리스탈 길이가 매우 작을 수 있기 때문에, 포겔 셀은 배면측상의 코팅부(83)에 밀접하게 이동된다. 그러므로, L=1.5 ㎝에 있어서, 펄스 지속 기간은 약 100 ㎰의 범위로 감소될 수 있다.
증배 펄스
높은 반복률에서의 단일 펄스 대 모드 동기식 펄스 열을 발생시키는 시드 레이저에 있어서, 본 발명은 자기 집속 제한 요소(B 정수)와 포화 영향을 부합시키기 위해서 펄스 열을 외부에 발생시킬 필요가 있다. 이것은 도 8에 도시된 다중 장치를 이용하여 행할 수 있다. 이러한 경우에, 각각의 짧은 펄스는 2x펄스(X는 정수)의 펄스 열로 다중화될 수 있다. 시드 레이저(도 8a)로부터의 단일의 선형 편광 비임은 비임 분할기(80)에 의해 2개의 비임으로 분할되어, 지연(100 ㎰<t<10 ㎱)이 반사된 비임에 전래된다. 미러(82 및 84)는 지연된 비임을 비임 분할기(86)에 제공한다. 2t의 제 2 지연 경로는 미러(88 및 92)에 의해 형성된다. 최종 지연열은 펄스 열(도 8b)을 형성하기 위해 최종 편광자 비임 분할기(94)에서 모든 비임을 재조합하기 위해서 λ/2 웨이브플레이트(90)를 가질 수 있다. 4t, 8t 등의 부수적인 지연 경로는 펄스 열의 펄스수를 증가시킬 필요가 있으면 추가될 수 있다.
소정의 시스템은 2개의 레이저 펄스가 엄격히 동일한 스폿으로 타겟을 전혀 두드리지 않는 것이 필요하다(X선 소멸을 방지하거나 대형 X선 스폿을 투사하기 위해). 이것은 비임 각도의 약간의 오정렬로 유사한 다중 설정을 달성할 수 있다.
제 2 의 양호한 증폭기 시스템
도 9는 본 발명에 의해 설정된 제 2 의 양호한 증폭기 시스템 및 이의 동료(fellow worker)를 도시한 것이다. 시드 레이저(200)는 본 발명의 제 2 의 양호한 시드 레이저로서 기재된 것과 동일하다. 이것은 약 1 mJ/p 및 약 150 ㎰ 지속 기간의 펄스를 발생시킨다. 이것이 20% 충격 계수로 다이오드 펌프되기 때문에, 이것은 약 1,000㎐까지 동작시키는 포텐셜을 갖고 있다. 증폭기로부터 유효한 에너지 추출에 대해 약 250 mJ/p를 얻기 위해서는 약 10 mJ/p의 입력 비임을 필요로 한다. 그러므로, 전치 증폭기(202)(상술한 증폭기와 동일할 수 있음)가 필요하다. 비임 분할기(204)는 병렬로 접속된 7개의 다이오드 펌프식 증폭기의 증폭기 어레이로의 전치 증폭기의 출력을 분할한다.
본 발명에 의해 설정되고 도 10에 상세하게 도시된 다이오드 펌프식 증폭기(208)는 열 보상(thermal compensation)용의 2개의 헤드(head)로 구성되어 있다. 각각의 헤드는 약 2.5 kW의 최대 전력에서 펌프된다. Nd:YAG 봉은 직경이 6.3 ㎜이고 길이가 약 4 ㎝이다(2개의 헤드를 통과하는 단일 패스 증폭률은 약 5이다). 4개의 패스 증폭기(208)는 이득 및 이러한 진폭을 최대화하도록 구성된다. 수평 편광 입력 비임은 편광기 분할기(PBS)(220)를 통과하여 패러데이 로테이터(222)에서 +45°회전되고, 1/2 웨이브플레이트(224)에서 -45°회전된다. 열 응력 복굴절 보상을 위해 90°회전시켜 Nd:YAG 봉에서 증폭될 수평 편광 비임은 PBS(226)를 통해 진행한다. 네거티브 렌즈(236)는 열적 렌징 보상용으로 이용되고, 1/4 웨이브플레이트(234)는 미러(238)로부터의 복귀 비임을 90°회전시키는데 이용된다. 수직 편광 비임은 Nd:YAG 봉에서 제 2 패스 증폭을 한다. 이 때, 비임은 PBS(226)에서 반사되고, 제 3 및 제 4 패스용 미러(240)에 의해 역 반사된다. 광선에서 도입되는 현재 수평으로 편광된 비임은 PBS(226)를 통과하여 웨이브플레이트(224)에서 +45°회전하게 되고, 패러데이 로테이터(222)에서 부수적으로 +45°회전하게 된다. 현재 수직으로 편광된 비임은 증폭기 모듈을 나가기 위해 PBS(220)에서 반사된다.
7개 증폭기(208)의 각각으로부터의 출력은 비선형 크리스탈(210 내지 532)에서 배가되고, 도 9에 도시된 바와 같이 모든 개별 비임으로부터의 초점 스폿의 클러스터로 이루어진 유효 스폿 크기를 타겟(216) 상에 형성하기 위해서 서로의 각을 약간씩 조종한다.
실험적인 결과는 532 ㎚에서 약 150 mJ/p는 근접 리소그래피에 대한 높은 X선 변환 효율을 달성하는데 필요하다는 것을 나타낸다. 부수적으로, 본 발명은 직경이 약 6 ㎜인 Nd:YAG 봉내의 1064 ㎚에서 약 250 mJ/p(532 ㎚에서 약 150 mJ/p)의 짧은 펄스가 이용된 소정의 광학에 대해 소정의 자기 집속 또는 소정의 다른 손상을 야기시키지 않는다는 것을 입증하였다. 증폭기로부터의 매우 높은 에너지 추출은 이러한 펄스 에너지 레벨에서 예상된다.
실험 결과
본 발명의 장점을 입증하기 위해서, 본 발명은 도 12에 도시된 바와 같은 제 2 의 양호한 시드 레이저, 제 2 의 고조파 발생기, 4개의 패스 증폭기 및 금속 타겟 챔버를 이용하여 실험용 Nd:YAG 시스템을 구성하였다. 시드 레이저(2)(도 6에도시되어 있고 도 12에 블록 형태로 도시되어 있음)의 출력은 약 125 ㎰ 지속 기간의 짧은 펄스이다. 증폭기(103)는 시판중인 Nd:YAG 레이저(Lunonics Inc. 모델 HY400)의 레이저 헤드 전용이다. 이것은 단일 플래쉬 램프(104) 및 2개의 Nd:YAG 봉(102)을 포함한다. 본 발명은 4 패스 증폭기로서 레이저 헤드를 이용한다. 시드 비임은 시드 비임으로 증폭기의 애퍼츄어를 확대하거나 채울 수 있도록 오목 렌즈(96)에 의해 약간 발산된다. 편광자 비임 분할기(PBS)(98)는 P 편광 시드 비임을 송신한 다음, Nd:YAG봉에서 증폭된 비임은 L/4 웨이브플레이트(106)를 통과하여 80°편광 회전을 2중으로 행한다[미러(108)는 고도의 반사성 미러이다]. 제 2 증폭이 Nd:YAG 봉을 통과한 후, 지금 S 편광된 비임은 PBS(98)에서 반사되어, 도시된 바와 같은 2개의 미러 및 2개 이상 증폭용 PBS(100)는 제 2 봉을 통과한다. 증폭된 비임은 KTP 비선형 크리스탈(112)에 의해 532에서 1064로 배가된다. 본 발명은 녹색(532)으로 55%의 변환률을 얻는다. 1064 ㎚의 잔류 비임은 다이크로익 미러(dichroic mirror : 110)에서 반사되어 흡수면(덤프)(114)에 조사되지만, 532 ㎚는 다이크로익 미러를 통해 송신된다. 이 때, 비임은 스텝 모터(stepper motor)에 의해 회전되는 금속 타겟(118)상에 직경이 10미크론인 스폿으로 최적 형태의 렌즈(116)(초점 길이 5 ㎝)에 의해 집속된다. 타겟은 용기를 진공으로 용접 밀폐된 챔버 내에 봉입되고, 600 torr의 헬률 가스로 채운다. X선 출력은 X선 리소그래피용의 IBM 표준으로 콜브레이트(callbrated)되는 X선 다이오드(20)에 의해 검출된다. 상술한 시스템은 플래쉬 증폭기의 반복률의 제한 요소로 인해 10㎐의 최대 주파수에서 동작할 수 있다. 시드 레이저만은 반복률이 1㎑를 초과할 수 있다. 본 발명은 스테인레스강에서 약 7% 및 구리에서 약 3.5%의 입체각이 2π 스테라디안(steradian)으로 X선(파장이 1 내지 1.5 ㎚) 변환 효율을 입증하였다. 도 11은 최고 펄스 에너지에서 최고의 효율을 발휘할 수 있는 구리 타겟으로부터의 실험 데이터를 도시한 것이다. 1064 ㎚에서, 본 발명은 시스템에 어떠한 손상도 입히지 않고 펄스당 에너지를 250 mJ/p 이상으로 증가시킬 수 있고, 적절한 배가에 있어서, 본 발명은 532 ㎚ 비임을 130 mJ/p 가까이 까지 증가시킬 수 있다. 상술한 실시예에 관해 상기에 기재된 바와 같이, 미래의 시스템은 이러한 실험 시스템의 10㎐보다 상당히 큰 펄스율을 가질 수 있다.
상기 설명은 여러 가지 특정한 것을 포함하지만, 당업자는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석해서는 아니되고, 단지 본 발명의 양호한 실시예를 설명하고자 하는 것으로 해석해야 한다. 당해 분야에 숙련된 기술자들이라면 본 발명의 범위 내에서 본 발명을 여러 가지로 변형시킬 수 있을 것이다.
예를 들어, 제 1 의 양호한 시드 레이저는 100 ㎰보다 상당히 짧은 펄스 지속 기간을 선택할 수 있다. 이것은 음향 광학 모드 로커 대신에 수동 포화가능 흡수기(passive saturable absorber)를 이용하여 얻을 수 있다. 포화가능 흡수기는 펨토세컨드(femtosecond) 펄스를 얻을 수 있다. 100 ㎰ 범위의 펄스에 관한 장점은 매우 짧은 펄스가 플라즈마를 생성하지만, 플라즈마의 매우 작은 열을 제공하는 것에 반해서 플라즈마의 소정의 열을 얻는다는 믿음을 가질 수 있다는 것이다. 펄스당 에너지는 대물 렌즈가 타겟과 약 12 ㎝의 거리에 있을 때 80 mJ/p(이상)의 범위에 있을 필요가 있다. 최소 12 ㎝의 거리는 타겟 물질이 렌즈를 오염시키지 않도록 한다. 그러나, 이러한 거리가 감소되는 경우, 펄스당 요구된 에너지는 최소 스폿으로 집속될 수 있어서 감소될 수 있다. 이러한 경우에는 펄스당 에너지의 요구 조건을 약 80 mJ/p에서 약 10 mJ/p로 낮게 감소시킬 수 있다.
프리펄스 구조(prepulse configuration)는 X선 발생을 더욱 개선하는데 이용될 수 있다. 제 1 레이저 펄스는 플라즈마를 발생시키기 위해 타겟에 충돌한 다음, 주요 레이저 펄스는 타겟 상에 동일한 스폿을 단기간에 충돌시킨 다음, 유효한 X선을 발생시키기 위한 플라즈마에 더욱 열을 가한다.
고상 레이저를 펌핑하기 위한 레이저 다이오드의 비용은 최대 전력 필요 조건에 의해 기본적으로 조절되고, 이것은 다이오드 바의 수를 결정한다. 바를 상대적으로 높은 20%의 충격 계수로 동작시키고, 다수의 초당 펄스를 발생시키는 것은 다이오드 펌핑 시스템의 초기 비용을 최소화할 수 있다. 예를 들어 1kW 시스템은 펌프 다이오드로부터 3kW 평균 전력을 필요로 할 수 있고, 20% 충격 계수 다이오드 어레이 시스템은 15kW 최대 전력을 필요로 한다. 바당 $700이 소요되는 50 W의 최대 바를 이용하면, 시스템에는 $210,000의 비용이 든다. 비교해 보면, 1% 충격 계수 시스템은 30kW 최대 전력을 필요로 한다. 비용은 $4,000,000이 필요하다. 충격 계수를 약 20% 증가시키면, CW에 대한 모든 방식이 실행될 수 있지만, 모든 인자(시스템 수명 및 복잡도를 포함)와의 균형을 유지하는 데에는 약 20%의 충격 계수가 오히려 좋을 수 있다. 당해 분야에 숙련된 기술자들에게 플래쉬 램프 펌핑 시스템을 다이오드 펌핑 시스템으로 대체할 것을 추천한다.
고상 물질은 Nd:YAG가 아닌 물질군(a host of material)일 수 있다. 예를들면, Nd:YLF, Cr:LiSAF, Ti:S 등이 이용될 수 있다. 시드 비임을 mJ/p 레벨로 증가시키는데 필요한 증폭률은 고이득 또는 다중 패스에 의해 만족될 수 있다. 최대 8회까지의 패스는 수동 부품으로 달성될 수 있고, 더욱 많은 횟수의 패스는 재생 증폭기에서 달성될 수 있다. 스티어링 미러는 20 ㎛의 스폿과 같은 요구된 크기의 스폿의 클러스터를 발생시키기에 적절한 소정의 반사 소자일 수 있다.
제 1 의 양호한 시드 비임 펄스 열 주파수는 10㎒ 내지 200㎒ 이상의 범위에 있을 수 있다. 평균 전력에 관한 소정의 절충안으로, 초당 펄스의 수는 약 1,000㎐로 감소될 수 있다.
증폭기는 슬래브(slab) 또는 봉으로 설계될 수 있다. 고상 물질은 Nd:YAG가 아닌 호스트 물질일 수 있다. 예를 들어, Nd:YLF, Cr:LiSAF, Ti:S 등이 이용될 수 있다. 시드 비임을 mJ/p 레벨까지 증가시키는데 필요한 증폭률은 고이득 또는 다중 패스에 의해 만족될 수 있다. 최대 8회의 패스는 수동 부품으로 행해질 수 있고, 보다 많은 다수의 패스가 재생 증폭기에서 행해질 수 있다. 증폭기의 스티어링 미러는 20 ㎛ 스폿과 같은 요구된 크기의 스폿의 클러스터를 발생시키기에 적절한 소정의 반사 소자일 수 있다.
제 1 의 양호한 실시예에 관련하여, 그 밖의 다른 장치가 공동 펌핑과 같은 펄스를 격설하기 위한 전자 광학 변조기 또는 광학 회전식 인터럽터일지라도 대체될 수 있다. 펄스 간격 장치는 기술된 양호한 실시예에서와 같이 99%보다 높은 것과 같이 제 1 의 양호한 시드 비임으로 매우 큰 %의 펄스를 대부분의 출원서에서는 제거할 수 있다. 그러나, 본 발명은 % 제거면에서 80% 만큼 낮출 수 있다는것을 예상할 수 있을 것이다. 부수적으로, 피코세컨드 펄스 시스템에서 파편 발생이 낮다는 것 외에, 외세(outside world)에 대한 X선 투과 윈도우를 간단하게 하고, 타겟과 떨어져서 파편에 의한 오염을 더욱 감소시키는 헬륨의 파괴(파괴는 펄스 지속 기간의 강한 기능이다)없이도 헬륨 분위기에 타겟 챔버를 갖고 있는 것이 가능할 수도 있다.
X선 리소그래피 외에, X선 현미경, 생물학적/방사선 생물학, 미크로 전자 기계 시스템 제조 분야, 종례의 전자 충격 소오스, 셀 및 DNA X선 결정학과 대체하기 위한 X선 소오스, 물질 오염 검출용 X선 형광, 레이저 절제 기술 등과 같은 본 발명에 기재된 시스템은 몇 가지 다른 가능한 분야에 응용할 수 있다.
따라서, 본 발명은 첨부된 특허 청구의 범위에 의해 본 발명의 범위가 결정되고, 법적으로 동일한 효력을 발휘하지만 제공된 예에 의해서는 그러하지 아니하다.

Claims (39)

  1. 높은 평균 전력의 고휘도 고상 펄스 레이저 시스템에 있어서,
    (a) 1 ㎱보다 작은 지속 기간을 각각 가지고 있는 초당 1,000개의 펄스를 초과하는 펄스 주파수를 가지는 제 1 펄스 레이저 비임을 발생시키기 위한 시드 레이저 서브시스템 수단과
    (b) 고주파수 펄스를 포함하고, 10 W를 초과하는 평균 전력을 가지고 있는 증폭된 펄스 레이저 비임을 발생시키기 위해 상기 제 1 펄스 레이저 비임을 증폭시키기 위한 레이저 증폭기 수단과
    (c) 1011W/㎠를 초과하는 휘도 레벨을 발생시키기에 충분히 작은 크기의 스폿으로 상기 증폭된 펄스 레이저 비임을 타겟 상에 집속시키기 위한 집속 수단
    을 포함하는 높은 평균 전력의 고휘도 고상 펄스 레이저 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시드 레이저 서브시스템 수단은 상기 제 1 펄스 레이저 비임을 발생시키기 위해 레이저 비임의 80%의 펄스보다 많이 제거하기 위한 펄스 간격 선택기를 포함하는 평균 전력의 고휘도 고상 펄스 레이저 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 작은 스폿보다 큰 크기의 스폿을 모의 실험하기 위해서 상기 타겟에 관련하여 상기 증폭된 펄스 레이저 비임을 신속하게 스티어링시키기 위한 비임 스티어링 수단을 더 포함하는 평균 전력의 고휘도 고상 펄스 레이저 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 비임 스티어링 수단이 미러에 부착된 PZT 장치를 포함하는 평균 전력의 고휘도 고상 펄스 레이저 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 비임 스티어링 수단이 상기 증폭된 펄스 레이저 비임에 관련하여 상기 타겟을 이동시키기 위한 수단을 포함하는 평균 전력의 고휘도 고상 펄스 레이저 시스템.
  6. 제 2 항에 있어서,
    레이저 수단이 모드 동기식 레이저 비임을 발생시키기 위한 모드 동기 수단을 포함하는 모드 동기식 레이저 발진기를 포함하는 평균 전력의 고휘도 고상 펄스레이저 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 모드 동기 수단이 음학 광학 모드 로커인 평균 전력의 고휘도 고상 펄스 레이저 시스템.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 펄스 선택기 수단이 전자 광학 변조기를 포함하는 평균 전력의 고휘도 고상 펄스 레이저 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 증폭기 수단이 펌핑 수단에 의해 펌프된 다중 패스 Nd:YAG 레이저 증폭기를 포함하는 평균 전력의 고휘도 고상 펄스 레이저 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 펌핑 수단이 다수의 레이저 다이오드 어레이를 포함하는 평균 전력의고휘도 고상 펄스 레이저 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 펌핑 수단이 플래쉬 램프를 포함하는 평균 전력의 고휘도 고상 펄스 레이저 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 증폭기 수단이 다수의 레이저 다이오드 어레이에 의해 펌프된 Nd:YAG 연마봉을 포함하는 평균 전력의 고휘도 고상 펄스 레이저 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드 어레이가 CW를 동작시키도록 프로그램되어 있는 평균 전력의 고휘도 고상 펄스 레이저 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 다수의 레이저 다이오드 어레이가 100 % 보다 작은 충격 계수에서 동작하도록 프로그램되어 있는 평균 전력의 고휘도 고상 펄스 레이저 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 충격 계수가 약 20 %인 평균 전력의 고휘도 고상 펄스 레이저 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 증폭된 펄스 레이저 비임이 일련의 주기적으로 격설된 고주파수 펄스를 포함하는 평균 전력의 고휘도 고상 펄스 레이저 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 작은 스폿으로 조명시에 X선의 발생을 위한 타겟을 더 포함하는 평균 전력의 고휘도 고상 펄스 레이저 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 타겟이 금속으로 구성되는 평균 전력의 고휘도 고상 펄스 레이저 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 금속이 구리 및 철로 구성된 군(group)에서 선택되는 평균 전력의 고휘도 고상 펄스 레이저 시스템.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 시드 레이저 서브시스템이 공진기를 정하고 Q 스위치로 이루어진 모드 동기식 레이저를 포함하는 평균 전력의 고휘도 고상 펄스 레이저 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 Q 스위치가 10 %를 초과하는 이득을 가지는 고이득 Q 스위치이고, 상기 공진기가 10.16 ㎝(4인치) 보다 짧은 공진기인 평균 전력의 고휘도 고상 펄스 레이저 시스템.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 시드 레이저 서브시스템이 공동 덤퍼를 더 포함하는 평균 전력의 고휘도 고상 펄스 레이저 시스템.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 시드 레이저 서브시스템이 반사 측면, λ/2 포겔 셀 및 편광자 비임 분할기를 가지고 있는 레이저 크리스탈을 포함하고, 상기 반사 측면과 상기 포겔 셀 사이의 거리를 L 길이로 정하는 평균 전력의 고휘도 고상 펄스 레이저 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 길이(L)가 4 ㎝ 보다 크지 않는 평균 전력의 고휘도 고상 펄스 레이저 시스템.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 길이(L)가 2 ㎝ 보다 크지 않는 평균 전력의 고휘도 고상 펄스 레이저 시스템.
  26. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 증폭기가 동작 파장을 정하고, 상기 시드 레이저 서브시스템이 상기 레이저 증폭기의 동작 파장과 일치하는 파장을 가지는 펄스 레이저 비임을 발생시키는 레이저 다이오드를 포함하는 평균 전력의 고휘도 고상 펄스 레이저 시스템.
  27. 평균 전력이 높고 휘도가 높은 고상 펄스 레이저 시스템에 있어서,
    (a) 높은 펄스 주파수를 가지는 제 1 펄스 레이저 비임을 발생시키기 위한 모드 동시식 Nd:YAG 레이저 발진기와
    (b) 초당 1,000개의 펄스를 초과하는 일련의 주기적으로 격설된 고주파수 펄스를 포함하는 제 2 펄스 레이저 비임을 발생시키기 위해 상기 비임에서 80%의 펄스보다 많이 상기 제 1 펄스 레이저 비임에서 제거하기 위한 펄스 간격 선택기 수단과
    (c) 약 1 ㎾ 범위의 평균 전력을 가지고 있고 고주파수 펄스를 포함하는 증폭된 펄스 레이저 비임을 발생시키기 위해 상기 팽창된 펄스 레이저 비임을 증폭하기 위한 다중 패스 다이오드 펌프식 Nd:YAG 레이저 증폭기 수단과
    (e) 1011W/㎠를 초과하는 휘도 레벨을 발생시키기에 충분히 작은 크기의 스폿으로 상기 증폭된 펄스 레이저 비임을 타겟 상에 집속시키기 위한 집속 수단
    을 포함하는 평균 전력이 높고 휘도가 높은 고상 펄스 레이저 시스템.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 작은 스폿보다 큰 크기의 스폿을 모의 실험하기 위해서 상기 타겟에 관련하여 상기 증폭된 펄스 레이저 비임을 신속하게 스티어링시키기 위한 비임 스티어링 수단을 더 포함하는 평균 전력이 높고 휘도가 높은 고상 펄스 레이저 시스템.
  29. 제 1 항에 있어서,
    증폭된 비임의 주파수를 증가시키기 위해 증폭된 비임에 배치된 주파수 증가 수단을 더 포함하는 평균 전력이 높고 휘도가 높은 고상 펄스 레이저 시스템.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 주파수 증가 수단이 고조파 발생기인 평균 전력이 높고 휘도가 높은 고상 펄스 레이저 시스템.
  31. 제 1 항에 있어서,
    상기 시드 레이저 서브시스템이 고상 크리스탈, 모드 로커, Q 스위치 고속전자 광학 감속기 및 편광 비임 분할기를 포함하는 평균 전력이 높고 휘도가 높은 고상 펄스 레이저 시스템.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 고속 전자 광학 감속기가 포겔 셀인 평균 전력이 높고 휘도가 높은 고상 펄스 레이저 시스템.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 시드 레이저 서브시스템 수단이 다이오드 펌프식 고상 레이저를 포함하는 평균 전력이 높고 휘도가 높은 고상 펄스 레이저 시스템.
  34. 제 1 항에 있어서,
    상기 시드 레이저 서브시스템 수단이 고상 서브 나노세컨드 펄스 레이저 및 펄스 열 멀티플렉서를 포함하는 평균 전력이 높고 휘도가 높은 고상 펄스 레이저 시스템.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 펄스 레이저가 Nd:YAG 레이저인 평균 전력이 높고 휘도가 높은 고상 펄스 레이저 시스템.
  36. 평균 전력이 높고 휘도가 높은 고상 펄스 레이저 시스템에 있어서,
    (a) 고주파수 펄스를 가지는 제 1 펄스 레이저 비임을 발생시키기 위한 모드 동기식 Nd:YAG 레이저 발진기와
    (b) 초당 1,000개의 펄스를 초과하는 일련의 주기적으로 격설된 고주파수 펄스를 포함하는 제 2 펄스 레이저 비임을 발생시키기 위한 상기 비임에서 80%의 펄스보다 많이 상기 제 1 펄스 레이저 비임에서 제거하기 위한 펄스 간격 선택기 수단과
    (c) 약 1 ㎾ 범위의 평균 전력을 가지고 있고 고주파수 펄스를 포함하는 증폭된 펄스 레이저 비임을 발생시키기 위해 상기 팽창된 펄스 레이저 비임을 증폭하기 위한 다중 패스 다이오드 펌프식 Nd:YAG 레이저 증폭기 수단과
    (e) 1011W/㎠를 초과하는 휘도 레벨을 발생시키기에 충분히 작은 크기의 스폿으로 상기 증폭된 펄스 레이저 비임을 타겟상에 집속시키기 위한 집속 수단
    을 포함하는 평균 전력이 높고 휘도가 높은 고상 펄스 레이저 시스템.
  37. 제 27 항에 있어서,
    상기 작은 스폿 보다 큰 크기의 스폿을 모의 실험하기 위해서 상기 타겟에 관련하여 상기 증폭된 펄스 레이저 비임을 신속하게 스티어링시키기 위한 비임 스티어링 수단을 더 포함하는 평균 전력이 높고 휘도가 높은 고상 펄스 레이저 시스템.
  38. 평균 전력이 높고 휘도가 높은 고상 펄스 레이저 시스템에 있어서,
    (a) 1 ㎱ 보다 작은 지속 기간을 가지는 펄스로 500㎐ 보다 크거나 5000 ㎐ 보다 작은 주파수를 가지는 제 1펄스 레이저 비임을 발생시키기 위한 시드 레이저 서브시스템 수단과
    (b) 상기 제 1 펄스 레이저 비임을 다수의 분주된 펄스 레이저 비임으로 분주하기 위한 비임 분주기 수단과
    (c) 다수의 증폭된 펄스 레이저 비임을 발생시키기 위해 상기 다수의 분주된 펄스 레이저 비임의 각각을 증폭하기 위해 병렬로 배열된 다수의 레이저 증폭기와
    (d) X선 소오스를 발생시키기 위해서 X선 발생 타겟 상의 작은 스폿의 클러스터 내에 상기 다수의 증폭된 펄스 레이저 비임을 집속시키기 위한 집속 수단
    을 포함하는 평균 전력이 높고 휘도가 높은 고상 펄스 레이저 시스템.
  39. 제 38 항에 있어서,상기 시드 레이저 서브시스템 수단이 상기 제 1 펄스 레이저 비임을 발생시키기 위해 펄스 레이저 비임을 증폭하기 위한 펄스 레이저 전치 증폭기를 포함하는 평균 전력이 높고 휘도가 높은 고상 펄스 레이저 시스템.
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