[發明專利]采用雙通結構的雙腔準分子激光器

有效

• 申請號: 201410840961.3
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104577684B
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 李慧;趙江山;沙鵬飛;宋興亮;范元媛;單耀瑩;王倩;蔡茜瑋;張立佳;崔惠絨;周翊;王宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電研究院
• 主分類號: H01S3/081
• 分類號: H01S3/081;H01S3/082
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明屬于激光技術領域，具體涉及一種采用雙通結構的雙腔準分子激光器。

背景技術

準分子激光器是目前大規模集成電路芯片制造業所采用的主流曝光光源。隨著光刻產業對光源輸出功率和線寬控制要求的提高，基于單腔結構的激光器已經無法同時滿足功率和線寬的使用要求。雙腔結構準分子激光器的出現解決了激光高平均功率與窄線寬不兼得的問題，成為當前90nm及以下節點光刻用曝光光源的激光系統結構選擇。

雙腔結構準分子激光器包含兩個放電諧振腔，主振蕩腔(Master Oscillator，簡稱MO)主要作用是輸出滿足特定光譜線寬要求的優質種子光，主振蕩腔輸出的種子光經光路傳輸系統傳輸到放大腔(Power Amplifier，簡稱PA)，進行激光能量放大。因此光路傳輸系統主要作用是高精度的引導激光光線傳輸，使光線單次或多次通過功率放大腔內，借助于“雙腔精準同步機制”，獲得單程或多程的能量放大。

圖1為現有的雙通結構雙腔準分子激光器的結構示意圖，該結構為著名激光器廠商美國Cymer公司系列準分子激光器中所采用的結構。該激光器包含主振蕩腔MO、功率放大腔PA、線寬壓窄模塊(Line Narrowing Module)LNM、輸出耦合鏡(Output Coupler)OC、以及由第一高反鏡M1、第二高反鏡M2和棱鏡元件P1組成的光路傳輸系統。主振蕩腔MO與功率放大腔PA腔在垂直于水平面的方向上上下擺放，兩個高反鏡M1和M2將主振蕩腔MO產生的種子光傳導入功率放大腔PA進行第一程激光能量放大，棱鏡元件P1將從功率放大腔PA傳輸過來的放大光束按照特定角度返回到功率放大腔PA內進行再次放大。第二高反鏡M2和棱鏡元件P1的配合使激光束兩次通過功率放大腔PA獲得雙程能量放大，放大后的光束輸出向后續光路。

圖1中所示的光路傳輸系統由第一高反鏡M1、第二高反鏡M2和棱鏡元件P1組成。第一高反鏡M1將主振蕩腔MO腔輸出的種子光轉折90°垂直向下傳輸，第二高反鏡M2將垂直傳輸的種子光轉折90°沿水平面內傳輸，同時使光線精確對準到功率放大腔PA諧振腔放電區內。由第二高反鏡M2組成的功率放大腔PA光束傳輸模塊優點為結構簡單，缺點為在實際光路調整中，采用單反射鏡實現光路的精確對準難度很大。由棱鏡元件P1組成的功率放大腔PA構成的光路轉置模塊的作用是將功率放大腔PA傳輸過來的光束以特定角度再次返回到功率放大腔PA內，實現激光的雙通能量放大。入射到棱鏡元件P1表面的光束和經棱鏡元件P1反射后的光束在水平面內具有微小夾角，為實現這一角度差異，棱鏡元件P1需采用具有特殊角度的棱鏡結構，元件材料及加工成本都較高；此外在激光器工作過程中由于功率放大腔PA內功率較高，在棱鏡元件P1內會產生大量熱量，累積的熱量會使棱鏡元件P1發生表面形變的可能，進而影響光路傳輸。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明旨在提出一種基于雙通結構的準分子激光器，克服現有的雙通結構準分子激光器的光路傳輸系統對準難度大、元件成本高及受熱變形的缺點。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本發明提出一種采用雙通結構的雙腔準分子激光器，包括主振蕩腔、線寬壓窄模塊、輸出耦合鏡、功率放大腔和光路傳輸系統，所述主振蕩腔與功率放大腔在垂直于水平面的方向上分別上下放置，所述光路傳輸系統包括第一高反鏡、PA光路傳輸模塊、PA光路轉置模塊，其中，所述第一高反鏡和所述PA光路傳輸模塊用于將所述主振蕩腔輸出的種子光引導，以使該種子光從所述功率放大腔的一個窗口入射；所述PA光路轉置模塊用于將經所述功率放大腔放大后從該功率放大腔的另一窗口出射的激光反射后返回到該功率放大腔進行二次放大并輸出，所述PA光路傳輸模塊由第三高反鏡、第四高反鏡和第五高反鏡組成，且該三個高反鏡在同一水平面內。

根據本發明的具體實施方式，由所述PA光路傳輸模塊入射到所述功率放大腔的激光與從所述光路轉置模塊返回的激光位于同一水平面內且成一小于10mrad的夾角。

根據本發明的具體實施方式，所述第三高反鏡、第四高反鏡的入射角均為45°，所述第五高反鏡的入射角不為45°。

根據本發明的具體實施方式，所述第五高反鏡的入射角與45°的差值在正負5mrad范圍內。

根據本發明的具體實施方式，所述PA光路轉置模塊由第六高反鏡構成，該第六高反鏡是由兩個反射面成一定角度的反射鏡組成的雙面反射鏡。

根據本發明的具體實施方式，組成所述第六高反鏡的兩個反射鏡的夾角小于90°。

(三)有益效果