[發明專利]一種基于MOPA結構的雙腔準分子激光器的光源同步控制系統

有效

• 申請號: 202010741966.6
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111952822B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 梁勖;王晨;劉冬生;林穎;邵景珍;方曉東
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: H01S3/03
• 分類號: H01S3/03;H01S3/10;H01S3/102;H01S3/104;G03F7/20
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

本發明公開了一種基于MOPA結構的雙腔準分子激光器的光源同步控制系統，其中，觸發控制模塊分別產生用于觸發MO腔和PA腔進行放電激勵的觸發信號，且將MO腔和PA腔的觸發信號均反饋至延時測量模塊；延時測量模塊根據取樣得到的MO腔和PA腔的放電信號，以及根據接收得到的MO腔和PA腔的觸發信號，計算MO腔的放電信號與其對應的觸發信號之間的延時數據，以及計算PA腔的放電信號與其對應的觸發信號之間的延時數據，并將MO腔以及PA腔的延時數據均發送至所述觸發控制模塊；觸發控制模塊根據MO腔以及PA腔的延時數據，分別產生MO腔和PA腔的下一個觸發信號。本發明實現了在少量觸發脈沖個數后即可獲得穩定的雙腔同步，滿足在集成電路光刻中正常使用的需求。

技術領域

本發明涉及雙腔準分子激光器的光源控制領域，尤其是一種基于MOPA結構的雙腔準分子激光器的光源同步控制系統。

背景技術

準分子激光器能夠在紫外和深紫外波段提供高能量、高峰值功率、高光束質量的激光輸出，在與物質的相互作用中使多種金屬、非金屬材料氣化，產生整齊的切邊，熱影響區極小，因此在工業微加工領域準分子激光器有著廣泛的應用，特別是在深紫外光刻領域，準分子激光是目前大規模半導體集成電路光刻的主流光源，準分子激光器最大的應用領域是作為光刻機光源。

近年來，用于光刻的準分子激光器要求其光源輸出功率越來越大，且關于脈沖能量穩定性、波長穩定性和帶寬穩定性等光束參數的規范也越來越嚴格，因此，采用單一放電腔的準分子激光器的設計基本不可行，單一放電腔的準分子激光器對脈沖能量的精確控制會對波長或帶寬造成不利影響。

目前，國內外的主流做法是采用兩放電腔的準分子激光器，即MOPA結構的雙腔準分子激光器。由圖1所示，MOPA結構的雙腔準分子激光器中，第一個放電腔MO腔產生激光能量較低但光束參數較好的種子光，該種子光傳輸到第二個放電腔PA腔時，第二個放電腔PA腔進行放電并對種子光進行能量放大，獲得高重復頻率條件下的能量較大且光束參數良好的準分子激光輸出。

由于準分子激光器的放電時間很短，一般為20ns～50ns，且激活介質的上能級壽命也在10ns量級，因此準分子激光器的粒子數反轉僅能在放電期間存在。在雙腔準分子激光器中，第一個激光器的激光束到達第二個激光器時，該激光器必須粒子數反轉才能實現對種子光的有效放大。因此，雙腔準分子激光器的放電必須時間上在一定范圍內同步，例如±5ns。但是由于存在諸多影響雙腔準分子激光器放電時間的因素，且會隨著工作時間和脈沖數量等逐漸改變初始的相對時序，因此影響雙腔準分子激光器兩腔的同步性，使得雙腔準分子激光器不能正常工作。

經檢索，中國專利文獻為CN102593704A公開了一種雙腔準分子激光器的同步控制系統，首先實時高精度檢測兩腔放電時序，其次采用單片機根據放電時序實時調節數字可編程延遲發生器，實現雙腔準分子激光器的同步。該專利主要缺陷在于：僅能基于每個觸發脈沖判斷兩腔的放電時序，進而單片機逐步的調節延時發生器，達到控制放電同步。因為存在若干步的調節過程，所以存在較多的無用激光觸發脈沖，通常在前幾百到幾十個觸發脈沖雙腔系統激光無輸出或輸出特性不能正常使用。而光刻光源通常采用burst脈沖串運行模式，要求每個觸發脈沖串前盡量少的脈沖數，要求在1～2個觸發脈沖后，即可實現性能良好的雙腔同步，現有專利的同步技術無法滿足光刻應用burst模式下的高速同步需求。

發明內容

為了克服上述現有技術中的缺陷，本發明提供一種基于MOPA結構的雙腔準分子激光器的光源同步控制系統，解決了現有技術中雙腔準分子激光器采用基于觸發脈沖的時序判斷、逐步調節方式帶來的調節脈沖數過多、響應時間過長的問題，在少量觸發脈沖個數后即可實現穩定的雙腔同步，進而滿足在集成電路光刻中正常使用的需求。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案，包括：

一種基于MOPA結構的雙腔準分子激光器的光源同步控制系統，系統包括：延時測量模塊、觸發控制模塊；