極高功率激光腔光學改進的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及極高功率激光腔光學改進。所揭示的主題的一個方面包括一種用于減小光束反向器棱鏡的激光吸收的方法,包括下列至少一項:增加第一入射點和經倒角的角落之間的第一距離,其中第一入射點在棱鏡的第一反射表面上,并且在棱鏡的第一反射表面和第二反射表面之間形成經倒角的角落,其中經倒角的角落具有經倒角的表面;增加第二入射點和經倒角的角落之間的第二距離,其中第二入射點在棱鏡的第二反射表面上;以及增加棱鏡的經倒角的角落的經倒角的表面的反射率。還揭示了一種為光學部件確定最佳切割的方法。還揭示了包括至少一個最佳切割光學部件的激光器。
【專利說明】極高功率激光腔光學改進
[0001 ] 本申請是國際申請?zhí)枮镻CT/US2009/005691、進入中國國家階段的申請?zhí)枮?00980142529.4,申請日為2011年4月20日、名稱為“極高功率激光腔光學改進”的發(fā)明專利申請的分案申請。
[0002]本申請要求2008 年 10 月 21 日提交的、題為“Very High Power Laser ChamberOptical Improvements”的美國臨時專利申請61/107,342的優(yōu)先權,這里在各個方面作為整體而結合其作為參考。本申請要求2008年10月23日提交的、題為“Very High PowerLaser Chamber Optical Improvements”的美國臨時專利申請61/108,020的優(yōu)先權,這里在各個方面作為整體而結合其作為參考。
【技術領域】
[0003]所揭示的主題一般涉及諸如氣體放電激光器之類的極高功率激光系統(tǒng),尤其涉及用于改進氣體放電激光腔中的光學部件的方法和系統(tǒng)。
【背景技術】
[0004]在集成電路光刻制造工藝這樣的領域中,放電氣體激光腔是眾所周知的。隨著浸沒光刻的出現(xiàn),要求這種激光系統(tǒng)的制造者提供可以產生60到90瓦和更高平均功率的激光器,這意味著要求激光器光源產生輸出光脈沖,例如,用4kHz重復頻率下的20兆焦耳或更高的脈沖能量,或6kHz下的15兆焦耳的輸出脈沖能量,前者導致80瓦激光器而后者導致90瓦激光器。
[0005]準分子激光器是一類放電氣體激光器。在1970年代中期就已知準分子激光器。在1991年6月11日提交的題為“Compact Excimer Laser”的美國專利5,023,884中描述了對于集成電路光刻有用的一種準分子激光器的說明。已經把’ 884專利轉讓給本申請的受讓人。這里在各個方面結合’884專利作為參考。在’884專利中描述的準分子激光器是高重復頻率脈沖激光器,盡管所揭示的激光器的輸出脈沖重復頻率為當代激光系統(tǒng)的約三分之一到二分之一。
[0006]為了產生這種脈沖重復頻率下的這種脈沖能量,在上述引用的共同待批專利申請中已經建議使用主振蕩器/功率振蕩器配置,具體地,在利用種子激光器(主振蕩器(“MO”))在相當?shù)偷妮敵雒}沖能量下對這些參數(shù)(如中心波長和像帶寬那樣的光束質量參數(shù))進行細調諧的一些應用中,然后放大器部分(功率振蕩器(“PO”)或也是振蕩器的功率環(huán)放大器(“PRA”))把種子激光輸出脈沖放大到15-20兆焦耳或這樣的激光系統(tǒng)輸出脈沖。為了描述方便起見,在整個申請中,把激光系統(tǒng)稱為主振蕩器/功率環(huán)放大器(“M0PRA”)或主振蕩器/功率振蕩器(“Μ0Ρ0”)(它也是M0PRA),或主振蕩器/功率放大器(“Μ0ΡΑ”)。然而,為了本申請的各個方面和所附權利要求書的含義,旨在使這些術語為可互換的,并且進一步旨在包括在不是種子激光器/放大器激光系統(tǒng)種類的相關揭示高功率激光系統(tǒng)中,除非另行陳述,即,在申請中把所揭示的主題的任何方面限制于這種激光配置中的僅某一個或多個配置中。即,不管所包括的激光配置,位置相似地設置的、配置的和利用的相似的部件,以及面對短期和/或長期暴露于如此高能量光的相似的不利光學影響的情況下,可以使用所申請主題的實施例的任何一個或多個方面。
[0007]還應理解,在產生如此極高功率激光器系統(tǒng)輸出脈沖中遇到的一些或所有的問題也可以在產生如此極高功率輸出的單或雙激光系統(tǒng)中遇到,諸如用于激光退火應用的寬帶激光器,所述激光退火形成在平板等上制造的用于薄膜晶體管等的結晶半導體材料(例如,硅)。除非另行限定,揭示和所附權利要求書的含義并不意味著排除這種激光配置。
[0008]將振蕩器用作放大激光機制,這導致了某些工作問題,當輸出脈沖重復頻率增加時,這些問題增加了嚴重性,因為這些問題大多數(shù)是光能量密度和光熱瞬態(tài)誘發(fā)的問題。由限定腔體的兩個鏡子(其中之一必須部分地反射以允許腔體中激光產生的有用的光離開腔體)為邊界的振蕩器本身的性質必須在每個激光脈沖中產生比離開激光腔體的有用光的能量更多的能量。在腔體中來回行走的能量和離開腔體的能量之間的差取決于許多因素,諸如腔體幾何形狀、部分反射鏡子(稱之為輸出耦合器(“0C”)的反射率。然而,作為產生15兆焦耳輸出脈沖能量的一個例子,可能看到腔體更接近20兆焦耳或更大。甚至當輸出脈沖能量更高時,諸如20兆焦耳時,對于腔體中的能量存在相似的關系。因此用這種激光器產生極高平均功率輸出,例如,當前浸沒光刻所要求的60-100瓦,可以把光學器件放置在極高能量密度負載下的腔體中,除其它情況外,導致很高的熱應力和瞬態(tài)。
[0009]相似地,雖然用寬帶種子激光器/放大器激光配置可以看到可能較不嚴重的影響,其中到放大器激光器的種子激光器輸入脈沖能量更高(可能高一個量級),并且是經放大的,不管放大器是否也是一個振蕩器。同樣,甚至在單腔室激光系統(tǒng)中的光學器件也可能經歷高負載,這是從所揭示的主題的一個實施例的一些方面得益的。因此, 申請人:建議一些措施以除去或至少減小激光腔體中如此高的光能量密度的影響,不管腔體形成單腔室激光器或是種子激光器/放大器激光系統(tǒng)中的或放大器激光器中的放大器,不管是否包括振蕩腔體或簡單地利用固定的、光學上限定的、穿過放大器激光器增益介質的次數(shù)。
[0010]不幸地,由于預算限制、制造困難,或簡單地,材料的可用性(這些材料具有合適的特性以維持如此能量密度/功率和/或長期暴露于這種能量密度/功率下),對于高功率激光束來說,不能夠對暴露于如此極高能量密度/功率的許多光學部件進行優(yōu)化。當不對光學部件進行優(yōu)化時,比優(yōu)化部件較差的部件可以吸收一部分激光而不是透射地或通過全內反射而通過光學部件傳送激光束。吸收一部分激光可以導致光學部件的溫度增加,并且溫度增加可以導致光學部件畸變,并且錯誤地引導光線,這降低了性能,并且在其它情況下減小激光器的輸出功率或降低激光束特性,諸如光束穩(wěn)定性和偏振。所需要的是一種制造和/或利用包括在高功率激光光路中的光學部件的成本更有效的方法。
【發(fā)明內容】
[0011]概括地說,所揭示的主題通過針對穿過放大激光增益介質的固定的次數(shù),提供激光腔體中的或功率放大器光路中的改進的光學部件而滿足了這些需求。應該理解,可以以包括作為過程、裝置、系統(tǒng)或設備的多種方式來實現(xiàn)所揭示的主題。下面描述所揭示的主題的一些實施例的數(shù)個方面。
[0012]所揭示的主題的一個方面包括一種方法,用于減小光束反向器棱鏡的激光吸收,所述方法包括下列的至少一項:增加第一入射點和倒角之間的第一距離,其中第一入射點是在棱鏡的第一反射表面上,而在棱鏡的第一反射表面和第二反射表面之間形成倒角,其中倒角具有倒角表面;增加第二入射點和倒角之間的第二距離,其中第二入射點是在棱鏡的第二反射表面上;以及增加棱鏡的倒角的倒角表面的反射率。
[0013]增加第一距離和第二距離中的至少一個可以包括增加棱鏡和激光光源之間的第三距離。第三距離可以等于棱鏡的第一反射表面上的第一入射點和激光光源的激光輸出窗口之間的距離。
[0014]增加第一距離和第二距離中的至少一個可以包括減小棱鏡的倒角的倒角表面的寬度。棱鏡的倒角的倒角表面的寬度可以小于約0.5毫米。
[0015]增加棱鏡的倒角的反射率包括對棱鏡的倒角的倒角表面進行拋光。增加棱鏡的倒角的倒角表面的反射率可以包括對倒角表面施加精細的表面拋光。增加棱鏡的倒角的倒角表面的反射率可以包括對倒角的倒角表面進行拋光,使其拋光到基本上等于第一入射點或第二入射點中至少一個的反射表面的拋光。
[0016]所揭不的主題的一個方面包括一種光束反向器棱鏡,所述光束反向器棱鏡包括與棱鏡的輸入面相對的倒角,其中倒角位于第一反射表面和第二反射表面之間,其中倒角具有倒角表面,并且其中倒角表面的寬度小于約0.5毫米,并且其中倒角表面具有拋光的精細表面。所述光束反向器棱鏡可以是一種最佳切割的(prime cut)光束反向器棱鏡。
[0017]所揭示的主題的一個方面包括一種方法,用于確定光學部件的切除的主要部分,包括:識別包括熱應力和機械應力的光學部件的物理應力雙折射;識別選中光學部件的理想雙折射模型;對于選中的光學部件的多個晶體排列進行建模;把選中光學部件的熱應力和機械應力施加于選中的光學部件的多個晶體排列中的每一個;產生與選中的光學部件的多個晶體排列中的每一個對應的多個雙折射模型中之一;對多個雙折射模型中的每一個與理想雙折射模型進行比較;以及選擇與理想雙折射模型最接近地匹配的選中的光學部件的多個晶體排列中相應的一個。
[0018]所揭示的主題的另一個方面包括一種激光器,該激光器包括種子激光光源和具有光學地稱合到種子激光器輸出的激光輸入的功率環(huán)振蕩器。功率環(huán)振蕩器包括第一輸入棱鏡、第一輸出棱鏡、第一窗口、第二窗口、光束反向器、第二輸出棱鏡以及輸出I禹合器,其中第一輸出棱鏡、第一窗口、第二窗口、光束反向器以及輸出I禹合器中的至少一個是最佳切割的光學部件。
[0019]激光器還可以包括分光鏡和脈沖展寬器。可以通過折疊鏡把功率環(huán)振蕩器的激光輸入光學地耦合到種子激光輸出。
[0020]第一輸出棱鏡可以是具有第一輸出棱鏡取向的晶體結構的最佳切割的棱鏡,以致使由于應力雙折射引起的偏振損耗最小化。第一窗口可以是具有第一窗口取向的晶體結構的最佳切割的窗口,以致使由于應力雙折射引起的偏振損耗最小化。第二窗口可以是具有第二窗口取向的晶體結構的最佳切割的窗口,以致使由于應力雙折射引起的偏振損耗最小化。光束反向器可以包括具有光束反向器棱鏡取向的晶體結構的最佳切割的光束反向器棱鏡,以致使由于應力雙折射引起的偏振損耗最小化。輸出耦合器可以是具有輸出耦合器取向的晶體結構的最佳切割的輸出耦合器,以致使由于應力雙折射引起的偏振損耗最小化。
[0021]從下面詳細說明連同附圖,作為例子示出的所揭示的主題的原理,所揭示的主題的其它方面和優(yōu)點會變得顯而易見?!緦@綀D】
【附圖說明】
[0022]通過下面的詳細說明連同附圖,會容易地理解所揭示的主題。
[0023]圖1是根據(jù)所揭示的主題的一個實施例的一些方面的MOPRA系統(tǒng)的方框圖。
[0024]圖2A是根據(jù)所揭示的主題的一個實施例的一些方面的、通過功率環(huán)振蕩器和光束反向器的光路的側視圖。
[0025]圖2B是根據(jù)所揭示的主題的一個實施例的一些方面的、通過功率環(huán)振蕩器和光束反向器(未按比例示出)的光路的頂視圖。
[0026]圖2C是根據(jù)所揭示的主題的一個實施例的一些方面的、通過PRA WEB的光路的詳細的頂視圖。
[0027]圖2D示出圖1中示出的光具組的一部分以及PRA輸出處的附加的光學元件的透視圖。
[0028]圖3A-3C是根據(jù)所揭示的主題的一個實施例的一些方面的、光束反向器以及通過光束反向器的光路的詳細的視圖。
[0029]圖4是根據(jù)所揭示的主題的一個實施例的一些方面的、改進光束反向器性能的方法操作的流程圖。
[0030]圖5A-5B示出根據(jù)所揭示的主題的一個實施例的一些方面的、最佳切割的輸出耦合器的各個視圖。
[0031]圖6A-6B示出根據(jù)所揭示的主題的一個實施例的一些方面的、最佳切割的第三棱鏡的各個視圖。
[0032]圖7A-7B示出根據(jù)所揭示的主題的一個實施例的一些方面的、最佳切割的右腔室窗口的各個視圖。
[0033]圖8是根據(jù)所揭示的主題的一個實施例的一些方面的、識別在高功率UV激光系統(tǒng)中的選中的最佳切割的光學部件的方法的流程圖。
[0034]圖9A-9E是根據(jù)所揭示的主題的一個實施例的一些方面的、在高功率UV激光系統(tǒng)中的選中的光學部件的最佳切割光學部件的詳細的視圖。
【具體實施方式】
[0035]現(xiàn)在將描述所揭示的主題的一個實施例的數(shù)個示例性方面,例如,功率環(huán)放大器的腔體中的改進的光學部件。本【技術領域】中技術人員會明白,可以實現(xiàn)所揭示的主題而無需這里闡述的某些或所有的具體細節(jié)。
[0036]圖1是根據(jù)所揭示的主題的一個實施例的一些方面的MOPRA系統(tǒng)4的方框圖。在諸如步進機或掃描儀之類的光刻機2 (由日本具有工廠的Canon或Nikon或荷蘭具有工廠的ASML提供)的輸入端口處提供激光光束。該激光系統(tǒng)包括激光能量控制系統(tǒng),用于在4,000-6000HZ或更大的重復頻率下控制脈沖能量和系統(tǒng)的累積劑量能量輸出。該系統(tǒng)在主振蕩器8激光腔室和諸如功率環(huán)放大器10之類的功率振蕩器激光腔室相互之間提供極準確的放電觸發(fā),具有脈沖和劑量能量的反饋和前饋控制。
[0037]M0P0/M0PRA系統(tǒng)4包括光束傳送單元6,它提供用于把激光光束傳送到掃描儀2的輸入端口的封閉光束光路。這個特定的光源系統(tǒng)包括主振蕩器8和功率環(huán)放大器10,功率環(huán)放大器10也形成振蕩器腔體,即功率振蕩器(PO),并且是已知為MOPO系統(tǒng)以及具體地這里的MOPRA系統(tǒng)的一類激光系統(tǒng)。MOPRA系統(tǒng)4還包括脈沖展寬器16。
[0038]主振蕩器8和功率環(huán)放大器10包括相應的放電腔室8A、IOA0放電腔室8A、IOA包括兩個細長的電極、激光氣體、用于使氣體在電極和熱交換器之間來回行走的切向風扇。主振蕩器8產生第一激光光束14A,通過功率環(huán)放大器10中的振蕩或多次穿過功率放大器10而放大了第一激光光束14A,以產生激光光束14B。
[0039]主振蕩器8包括通過輸出f禹合器8C和線路變窄封裝(line narrowing package) 8B形成的諧振腔。在包含在主振蕩器放電腔室8A中的兩個50厘米長的細長電極之間產生主振蕩器8的增益介質。功率環(huán)放大器10包括基本上與放電腔室8A相似的放電腔室10A。功率環(huán)放大器10還具有也形成諧振腔的輸出耦合器(圖2D中的224)。這個MOPRA配置允許設計和操作主振蕩器8使之具有最大的光束質量參數(shù)(諸如波長穩(wěn)定性和極窄的帶寬)。設計和操作功率環(huán)放大器10以使功率輸出最大化。利用功率環(huán)放大器形式的功率振蕩器作為放大器部分的圖1所示的系統(tǒng)是4-6kHz下每個脈沖15兆焦耳(或更大,如果需要的話)。ArF激光系統(tǒng)在60-90瓦處產生光束質量基本上改進了的紫外功率。
[0040]光束反向器改進
[0041]圖2A是根據(jù)所揭示的主題的一個實施例的一些方面的、通過功率環(huán)放大器腔室IOA和光束反向器28的光路的側視圖。圖2B是根據(jù)所揭不的主題的一個實施例的一些方面的、通過功率環(huán)放大器腔室IOA和光束反向器28(未按比例示出)的光路的頂視圖。圖2D是根據(jù)所揭示的主題的一個實施例的一些方面的、通過PRA WEB26的光路的詳細側視圖,PRA WEB26包括折疊鏡222和輸出耦合器224、最大反射鏡(用于合適的額定中心波長)以及光束減小/光束擴大棱鏡組230、236、228。圖2C示出圖1中示出的光具組的一部分以及PRA腔室IOA的輸出處的附加的光學元件的透視圖。如上圖1中所述,主振蕩器8把激光光14A輸出到PRA WEB26。參考圖2A-2D,激光光束14A進入PRA WEB26,并且起初碰到折疊鏡222,折疊鏡222通過輸出耦合器224把激光光束14A引導到最大反射鏡227。激光光束14A通過輸出耦合器224,但是當它通過輸出耦合器224時,輸出耦合器基本上沒有影響激光光束。最大反射器227通過第一棱鏡228和第三棱鏡230反射激光光束14A。第三棱鏡230使激光光束14A與右腔室窗口 232和期望的光路對準,并且該期望的光路穿過PRA腔室IOA的、穿過左腔室窗口 234且到光束反向器28。
[0042]從光束反向器28開始,激光光束光路返回到左腔室窗口 234,并且通過PRA腔室IOA和右腔室窗口 232到第三棱鏡230。第三棱鏡230使右光路偏移到第二棱鏡236,它使光路到輸出耦合器224,輸出耦合器224把現(xiàn)在經放大的激光光束14B引導到光束分析模塊(BAM)、分光鏡38,然后到光束展寬器16,并且然后到自動快門52,并且最終到激光光利用設備或系統(tǒng)(例如,如上圖1所示的下游光刻系統(tǒng)2)。
[0043]圖3A是根據(jù)所揭示的主題的一個實施例的一些方面的、通過光束反向器28的光路的部分示意圖,并且是不按比例的詳細的光線視圖。激光光束14A退出左腔室窗口 234,并且引導到光束反向器棱鏡300的第一面302。光束反向器棱鏡300的第一面302把輸入激光光束引導到光束反向器棱鏡的第二面304上的第一入射點304A。第二面304把輸入激光光束反射到第三面306上的第二入射點310A。第三面306把輸入激光光束反射回第一面302,第一面302把現(xiàn)在經反射的激光光束14A’引導回左腔室窗口 234。[0044]光束反向器棱鏡300是精確光學材料制造的精確光學設備,并且具有精確的光學精整面302、304和306。由于越過PRA放大器腔室IOA的放電區(qū)域的光束是傾斜的,如圖2B所示的那樣(沒有按比例),但是實際上幾乎是相互對準的,以致基本上穿過用于經放大的受激發(fā)射進行放大的激光氣體增益介質形成的放電的窄的水平寬度(約3毫米)以及光束(其中在圖3A的光線圖中僅示出一條光線)兩者具有有限的寬度,極嚴格地控制光束反向器28的全內反射棱鏡300的幾何形狀和光束光路。通常對光束反向器棱鏡300的角落進行倒角處理,以減小邊緣應力并使棱鏡300更耐用,如同光學制造中的標準實踐那樣,諸如減小角落的碎裂。例如,所示的光束反向器棱鏡300的角落310是經過倒角處理的。角落310的倒角具有約I毫米的寬度。 申請人:已經確定如果起始激光光束14A入射至角落310的倒角而非入射至第一入射點304A和第二入射點310A,則角落310將開始吸收激光光束14A,從而導致光束反向器棱鏡300發(fā)熱,并且對光束反向器棱鏡300添加了不必要的熱應力。這可能導致極不利的棱鏡畸變,使光束與放電區(qū)域和PRAlO的輸出稱合器末端處的光學器件錯位。即使光束14A沒有入射至經倒角的角落310,通過棱鏡300散射的DUV光也會使角落310發(fā)熱。
[0045]一個使入射至角落310的倒角上或接近角落310的倒角的起始激光光束14A的量減小的方法是包括倒角屏蔽320,起始激光光束14A在進入第一面302之前必須通過該倒角屏蔽320。倒角屏蔽320試圖把角落310的倒角放置在通過屏蔽320產生的激光陰影區(qū)域中。然而,當通過極小的角度β (—般按小于10毫弧度的尺度)使起始激光光束14Α和經反射的激光光束14Α’分開時,則起始激光光束14Α和經反射的激光光束14Α’的間隔與角落310的典型I毫米寬倒角的寬度很接近。另一種說法,第一入射點304Α和角落310的倒角之間的第一距離304Β趨向零,相似地,第二入射點310Α和角落310的倒角之間的第二距離310Β趨向零。
[0046]對光束反向器棱鏡300的一個改進是減小角落310的倒角的寬度到小于約0.5毫米的寬度。這個較窄的倒角要求光束反向器棱鏡300的光學制造者的更精確的處理,因此增加了成本,然而,倒角的較窄的寬度增加了距離304Β和310Β,從而減小了入射至角落310的倒角上或接近角落310的倒角的起始激光光束14Α的量。
[0047]對光束反向器棱鏡300的另一個改進是改進角落310的倒角的表面的精加工。例如,可以對角落310的倒角進行光學地拋光。通過對角落310的倒角進行光學地拋光,導致更優(yōu)先地反射或透射而不吸收入射至倒角上的任何光。
[0048]用于減小入射至角落310的倒角表面上的光量的光束反向器棱鏡300的另一個改進是增加棱鏡300和PRA腔室IOA的左腔室窗口 234之間的距離330。通常,分開光束反向器棱鏡300和左腔室窗口 234的距離330通常在約100毫米和約1000毫米的范圍內。
[0049]進一步移動棱鏡光束反向器棱鏡300離開左腔室窗口 234增加由于分開它們的角度β導致的起始激光光束14Α和經反射的激光光束14Α’之間的距離332。即使角度β —般處于小于約10毫弧度的尺度,甚至幾個毫米,諸如例如40毫米,就可以足夠地增加距離332,也增加了距離304Β和310Β,這也進一步分開304Α和3IOA之間的光束池(beam bath),使散射的DUV光不可能入射至倒角310上和/或如果入射的話則具有較低的能量。
[0050]還應該理解,可以單獨地使用或組合起來使用對于光束反向器棱鏡300的這些改進中的每一個,以改進光束反向器棱鏡的性能以及減小角落310的倒角吸收的光量。例如,可以進一步使經改進的光束反向器棱鏡300位于離開左腔室窗口 234約40毫米處,并且可以使角落310的倒角減小到約0.5毫米的寬度,并且可以對倒角進行拋光使之更容易透射或反射。
[0051]圖4是根據(jù)所揭示的主題的一個實施例的一些方面的、改進光束反向器300性能的方法操作400的流程圖。在操作405中,增加第一反射表面304上的第一入射點和角落310的倒角之間的第一距離304B。可以通過減小倒角的大小或通過增加起始激光光束14A和在表面302處的經反射的激光光束14A’之間的間隔來增加第一距離304B。
[0052]在操作410中,增加第二反射表面306上的第二入射點和角落310的倒角之間的第二距離310B??梢酝ㄟ^減小倒角的大小或通過增加起始激光光束14A和表面302處的經反射的激光光束14A’之間的間隔來增加第二距離310B。操作405和410可以是以及通常是同時執(zhí)行的。
[0053]在操作415中,角落310的倒角的表面精整度可以被拋光成更具有反射性的精整度。如上所述,經倒角的角落310的更具有反射性的表面精整度將減小所吸收的光量,并且增加反射的光量。例如,可以把經倒角的角落拋光成工業(yè)中眾知的精細拋光??梢允菇浀菇堑慕锹涞谋砻鎾伖獬煞瓷涞谋砻婢???梢允菇浀菇堑慕锹涞谋砻鎾伖獬扇缤忡R300的第一面302、第二面304和第三面306那樣的表面精整度。
[0054]光學部件改講
[0055]再參考上述圖2B,從主振蕩器到PRA WEB26通過輸入激光14A的光路。在PRA WEB26中的光學部件222、224、227、228、230引導輸入激光光束通過PRA腔室10A,其中對輸入激光14A進行放大,然后傳送到光束反向器28,光束反向器28引導經反射的激光14A’回道PRA腔室10A,在那里進一步放大經反射的激光14A’,并且把經進一步放大的激光14B傳送到輸出耦合器224。輸出耦合器224是部分反射鏡,例如,約10%到約60%之間反射回腔室(例如,約20% ),形成振蕩腔,并且在通過放電期間PRAlOA中的電極之間的受激的激光氣體增益介質的振蕩期間,允許建立激光脈沖強度,從而形成從PRA的輸出脈沖。脈沖14B的經放大的激光光束輸出到BAM分光鏡38和光束脈沖展寬器16以及自動快門52。
[0056]在這個類型的應用中,與以前已經碰到的脈沖相比,脈沖14B的經放大的輸出激光光束是每個面積具有更高能量密度的激光。結果,更高的功率密度可以增加傳導脈沖14B的經放大的激光光束的光學部件的應力,甚至當光束退出PRA腔室IOA和通過PRA WEB傳送到輸出耦合器224時,光束在棱鏡230和236中擴展。傳導經放大的激光14B的部件包括左腔室窗口 234、光束反向器棱鏡300、右腔室窗口 232、第三棱鏡230、以及對于有些較低的程度但是從光學不利影響觀點來說仍是重要的方面,還包括第二棱鏡236、輸出耦合器224、BAM分光鏡38、光束脈沖展寬器16以及自動快門52。
[0057]上面列出的光學部件通常都是晶體結構。它們需要以極短的波長(諸如248納米,具體地193納米)來傳導極高脈沖能量激光脈沖,其中包括了脈沖14B的經放大的激光光束,與之相比,PRA腔體中的光學器件(或,例如,多次穿過放大器的PA),以及具體地,第三棱鏡230、腔室窗口 232、234以及光束反向器300。例如,可以從具有晶體結構的氟化鈣(CaF2)來制造它們。氟化鈣晶體結構具有固有的雙折射,并且當材料中存在應力時具有附加的雙折射。雙折射是根據(jù)輸入光束的偏振狀態(tài)而材料可以具有不同折射率的現(xiàn)象。然而,當固有的雙折射趨向于基本上固定的,并且僅取決于晶體取向時,應力雙折射是晶體結構上機械應力的函數(shù)。對于CaF2的大多數(shù)高功率應用,應力雙折射大大地高于固有的雙折射,并且固有的雙折射可以忽略不計。如何安裝晶體結構和施加于晶體結構的溫度變化可以引起機械應力。
[0058]理想的雙折射服從于每個特定的光學部件,并且是基于要求如何使用該特定光學部件以及要求從該特定光學部件得到什么確切的性能。例如,如果要求特定的偏振,則一般將選擇一個光學部件,為傳導盡可能百分之百接近要求偏振的光而優(yōu)化該光學部件。
[0059]鑒于上述觀點,重要的是要識別特定光學部件的理想的或最小的雙折射結果。理想的雙折射是晶體結構的數(shù)個方面的函數(shù),包括晶體結構相對于通過晶體結構的光路方向的取向以及晶體結構相對于光學部件表面的取向。
[0060]圖5A-5B示出根據(jù)所揭示的主題的一個實施例的一些方面的、最佳切割的輸出耦合器224的各個視圖。最佳切割輸出耦合器224是具有平坦光學表面502、503和圓形周邊的氟化鈣晶體結構。最佳切割輸出耦合器224具有圖5B所示的晶軸[111]504的方向,離開到表面502的法線506為12+/-約2度。在圖5A中,最佳切割輸出耦合器224示出晶軸
[10 Il的方向為垂直于由光學表面法線和晶軸[in]定義的平面??梢栽谧罴亚懈钶敵鲴?br>
合器224上包括折射率標記以對準輸出耦合器,以致脈沖14B的經放大的激光輸出光束以相對于表面的法線506為45度的角入射到表面503,并且使雙折射最小化。
[0061]圖6A-6B示出根據(jù)所揭示的主題的一個實施例的一些方面的、最佳切割的第三棱鏡230的各個視圖。最佳切割第三棱鏡230是具有分開20度的光學面602和603的氟化鈣結晶棱鏡結構。最佳切割第三棱鏡230具有圖6A所示的晶軸[111]604的方向,相對于
到表面602的法線為97+/-約2度。在圖6B中,最佳切割第三棱鏡230示出晶軸p0 I;!的
方向為垂直于由光學表面法線和[111]定義的平面。經放大的激光14B以相對于表面法線的入射角入射到表面603。在經放大的激光14B和表面603之間的入射角約為68度+/-約5度。
[0062]圖7A-7B示出根據(jù)所揭示的主題的一個實施例的一些方面的、右腔室窗口 232的最佳切割的各個視圖。最佳切割右腔室窗口 232可以是具有平坦光學表面702、703和圓形周邊的氟化鈣晶體結構。最佳切割右腔室窗口 232具有圖7B所示的晶軸[111]704的方向,相對于表面703的法線706為19+/-約2度。在圖7A中,最佳切割右腔室窗口 232示
出晶軸PO I』的方向為垂直于由光學表面法線和晶體軸[111]定義的平面??梢栽谧罴亚?br>
割右腔室窗口 232上包括折射率標記以對準右腔室窗口,以致經放大的激光14B以相對于表面的法線706的入射角入射到表面702,并且使雙折射最小化。入射角為70度+/-約5度。左腔室窗口 234的最佳切割基本上與上述最佳切割右腔室窗口 232相似。
[0063]再參考圖3A,最佳切割光束反向器棱鏡300是具有平坦光學表面302、304、306的氟化鈣晶體結構。最佳切割光束反向器棱鏡300具有所示的晶軸[111]352的方向,相對于第一光學表面302的法線346為角度350。角度350可以是20+/-約2度。起始激光光束14A以相對于表面法線的角度348入射到表面302。角度348約為56.6度+/-約2度。
[0064]圖8是根據(jù)所揭示的主題的一個實施例的一些方面的、識別在高功率UV激光系統(tǒng)中的選中的光學部件的最佳切割的方法的流程圖。在操作810中,選擇系統(tǒng)中的光學部件以使其雙折射特性最優(yōu)化。[0065]在操作820中,識別選中光學部件的理想的雙折射模型,包括識別選中光學部件的固有的雙折射特性。
[0066]在操作830中,估計選中光學部件的應力雙折射特性以識別選中光學部件的多個雙折射模型。應力雙折射特性包括機械應力、熱應力和可以影響選中光學部件的應力雙折射特性的任何其它應力。
[0067]在操作840中,對多個經識別的雙折射模型中的每一個進行比較,以識別選中光學部件的理想雙折射模型。
[0068]在操作850中,在多個經識別的雙折射模型中選擇與經識別的理想雙折射模型最相似的一個經識別的雙折射模型。在操作860中,如果要求使附加的光學部件最優(yōu)化,則在操作870中繼續(xù)所述方法操作,如下所述。
[0069]如果不要求使附加的光學部件最優(yōu)化,則可以終止方法操作。在操作870中,在操作810開始的方法操作中選擇后續(xù)的光學部件,如下所述。
[0070]圖9A-9E是根據(jù)所揭示的主題的一個實施例的一些方面的、在高功率UV激光系統(tǒng)中的選中的光學部件的最佳切割光學部件的詳細的視圖。圖9A是包括高功率UV激光系統(tǒng)中的最佳切割光學部件的光路的頂視圖。圖9B是包括高功率UV激光系統(tǒng)中的最佳切割光學部件的光路的側視圖。圖9C是PRAWEB26的詳細側視圖。如上所述,應力雙折射的最小化可以改進激光器性能。PRA WEB26包括折疊鏡222和輸出耦合器224、最大反射鏡(用于合適的額定中心波長)Rmax227以及光束減小/光束擴大棱鏡組230、236、228。圖9D是光束反向器棱鏡300的詳細視圖。圖9E是右腔室窗口 232的詳細視圖。示出具有最佳切割的光學器件在六個不同位置時的光束入射角和晶體取向。對于光學部件的每一個,在圖9C-9E
中不出晶體軸[111]方向:軸[10 I』方向垂直于附圖的平面,圓和中心點表不軸[10 I]方
向指向上,其中圓和叉表示軸[10 I]方向指向下而進入附圖的平面。
[0071]應力雙折射對于晶體結構取向具有很大的依賴性。例如,對于在腔室窗口 232、234的孔徑中的某些區(qū)域,通過簡單地調節(jié)晶體取向,幾乎可以使偏振損耗從100 %變化到接近
O。這個觀察識別了使雙折射最小化的機會。具體地,可以使選中光學器件的晶體結構定向以致使由于應力雙折射引起的偏振損耗最小化(即,最佳切割光學取向)。具有實驗有效的雙折射模型,可以計算任何晶體取向的偏振損耗。
[0072]通過對所有可能的晶體取向和對應的偏振損耗進行比較,可以識別最小偏振損耗和產生最小損耗的對應的晶體取向,并且可以用于晶體窗口設計中。使用該方法使腔室窗口設計中的偏振損耗最小化。
[0073]可以對每個光學部件檢查晶體取向。晶體軸[111]和[10 I]確定唯一的晶體取向。在x-z平面處設置晶體軸[111],并且沿y-軸從z軸到X軸遞增地旋轉。(Θ:0到90。)。然后晶體軸[111]沿Z軸旋轉。(Φ:0到360° )。然后[10 ?]沿[111]旋轉。(Ψ:0 到 360。) O
[0074]為了對每個晶體取向的偏振損耗進行比較,單個度量:計算、標繪和比較整個PRA/M0激光光束光路中的平均偏振損耗PL( θ,Φ,Ψ)。為了標繪2-d中的偏振損耗,可以通過用Ψ的整個范圍(從O到360° )取PL(0,Φ,Ψ)的極小值而可以使PL(0,Φ, Ψ)減小到PLM(e,Φ)。
[0075]本申請的受讓人共同地擁有下列美國專利和美國公開專利申請的每一個,這里為所有目的而結合其全部作為參考:Hofmann等人的題為“Reliable,Modular, ProductionQuality Narrow-Band High Rep Rate F2Laser” 的美國專利 6018537、Myers 等人的題為“Reliable Modular Production Quality Narrow-Band High Rep Rate Excimer Laser,,的美國專利 6128323、Azzola 等人的題為 “Shock Wave Dissipating Laser Chamber” 的美國專利 6212211、Ishihara 等人的題為 “Reliable,Modular,Production Quality Narrow-BandHigh Rep Rate Arf Exciner Laser” 的美國專利 6330261、Oliver 等人的題為 “Extremerepetition rate gas discharge laser”的美國專利 6442181、01iver 等人的題為“ExtremeRepetition Rate Gas Discharge Laser with Improved Blower Motor,,的美國專利 6477193、Ness 等人的題為 “Injection Seeded Laser with Precise Timing Control” 的美國專利6549551、Besaucele 等人的題為 “Arf Laser sith Low Pulse Energy and High Rep” 的美國專利 6553049、Myers 等人的題為 “Very Narrow Band, Two Chamber, High Rep Rate GasDischarge Laser System”的美國專利6567450、Das 等人的題為“High Repetition Rate GasDischarge Laser With Precise Pulse Timing Control ”的美國專利 6618421、Knowles 等人的題為“Very Narrow Band, Two Chamber, High Rep Rate Gas Discharge laser System”的美國專利 6625191、Ujazdowski 等人的題為 “Flow Shaping Electrode With Erosion Pad ForGas Discharge Laser”的美國專利6654403、Gillespie等人的題為“High Pulse RepetitionRate Gas Discharge Laser” 的美國公開專利申請 20060291517、Amada 等人的題為 “GasDischarge Laser System Electrodes and Power Supply for Delivering Electrical Energyto Same”的美國公開專利申請20070071058、以及Partlo等人的題為“Gas Discharge LaserChamber Improvements” 的美國公開專利申請 20050226301。
[0076]注意到了所揭示的主題的各個實施例的上述一些方面,就應該理解,本發(fā)明可以使用包括存儲在計算機系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)的各種計算機實施的操作,諸如選中光學部件的模型的雙折射圖案的計算機模型。這些操作是需要物理量的物理操縱的那些操作。通常,雖然不是必須的,這些量釆用能夠存儲、傳送、組合、比較和在其它情況中可操縱的電或磁信號的形式。此外,經常用術語來表示所執(zhí)行的操縱,諸如產生、識別、確定或比較。
[0077]形成本發(fā)明的一部分的、這里描述的任何操作是有用的機器操作。本發(fā)明還涉及用于執(zhí)行這些操作的設備或裝置??梢詾樗枰哪康木唧w地構造裝置,或這可以是通過存儲在計算機中的計算機程序選擇地激勵或配置的通用計算機。尤其,可以使用具有根據(jù)這里的學說寫入的計算機程序的各種通用機器,或可以更方便地構造更具體的裝置以執(zhí)行所要求的操作。
[0078]可以進一步理解,不需要以所示出的次序來執(zhí)行上述附圖中的操作所表示的指令,操作表示的所有過程不是實現(xiàn)本發(fā)明所必需的。此外,也可以在軟件中實施上述任何附圖中描述的過程,所述軟件存儲在RAM、ROM、或硬盤驅動器的任何一個中或它們的組合中。
[0079]雖然為了清楚地理解而詳細描述了上述本發(fā)明,但是要理解,可以在所附的權利要求書的范圍內實現(xiàn)某些改變和修改。因此,認為所揭示的主題的各個實施例的一些方面是示意性的而非限制性的,本發(fā)明并不局限于這里給出的細節(jié),而是可以在所附的權利要求書的范圍和等效物之內進行修改。
【權利要求】
1.一種光束反向器棱鏡,包括: 經倒角的角落,與所述棱鏡的輸入面相反,所述經倒角的角落是在第一反射面和第二反射面之間,所述經倒角的角落具有經倒角的表面,并且所述經倒角的表面的寬度小于約0.5毫米,所述經倒角的表面是拋光的經倒角的表面; 在第一入射點和經倒角的角落之間的第一距離,所述第一入射點是在所述棱鏡的第一反射面上,并且所述經倒角的角落是形成于所述棱鏡的第一反射面和第二反射面之間; 輸入激光束被引導到所述第一入射點;以及 所述經倒角的角落的拋光的經倒角的表面包括一拋光的精整度,所述拋光的精整度等于輸入面、第一反射面和第二反射面中的至少一個的反射表面精整度。
2.如權利要求1所述的光束反向器棱鏡,其中,所述棱鏡是最佳切割棱鏡,用于所述棱鏡的最佳切割包括: 為包括熱應力和機械應力的光學部件標識物理應力雙折射; 為所選的光學部件標識理想的雙折射模型; 為所選的光學部件建立多個晶體對準的模型; 把用于所選的光學部件的熱應力和機械應力施加于用于所選的光學部件的多個晶體對準中的每一個晶 體對準中; 產生與用于所選的光學部件的多個晶體對準中的每一個晶體對準相對應的多個雙折射模型中的一個; 將多個雙折射模型中的每一個與理想的雙折射模型進行比較;以及 其中,所述棱鏡具有與理想的雙折射模型最接近的晶體對準。
3.如權利要求1所述的光束反向器,還包括:在第二入射點和經倒角的角落之間的第二距離,其中,所述第二入射點是在所述棱鏡的第二反射表面上。
4.如權利要求1所述的光束反向器,還包括:在所述棱鏡和激光源之間的第三距離,其中,所述第三距離等于所述棱鏡的第一反射表面上的第一入射點和所述激光源的激光輸出窗口之間的距離。
5.如權利要求1所述的光束反向器,其中,拋光的經倒角的表面包括到倒角的表面的精細的表面精整度。
6.如權利要求1所述的光束反向器,其中,光束反向器被包括在激光系統(tǒng)中。
7.如權利要求6所述的光束反向器,其中,所述激光系統(tǒng)還包括: 種子激光源;以及 功率環(huán)振蕩器,其激光輸入光學地耦合到種子激光器輸出,所述功率環(huán)振蕩器包括: 第一輸入棱鏡; 第一輸出棱鏡; 第一窗口 ; 第二窗口 ; 第二輸出棱鏡;以及 輸出I禹合器,其中,第一輸出棱鏡、第一窗口、第二窗口、光束反向器和輸出I禹合器中的至少一個是最佳切割光學部件。
8.如權利要求7所述的光束反向器,還包括:分光鏡;以及 脈沖展寬器。
9.如權利要求7所述的光束反向器,其中,第一輸出棱鏡是具有第一輸出棱鏡取向的晶體結構的最佳切割棱鏡,以致使由于應力雙折射所引起的偏振損耗最小化。
10.如權利要求7所述的光束反向器,其中,第一窗口是具有第一窗口取向的晶體結構的最佳切割窗口,以致使由于應力雙折射所引起的偏振損耗最小化。
11.如權利要求7所述的光束反向器,其中,第二窗口是具有第二窗口取向的晶體結構的最佳切割窗口,以致使由于應力雙折射所引起的偏振損耗最小化。
12.如權利要求6所述的光束反向器,其中,光束反向器包括具有光束反向器棱鏡取向的晶體結構的最佳切割光束反向棱鏡,以致使由于應力雙折射所引起的偏振損耗最小化。
13.如權利要求7所述的光束反向器,其中,輸出I禹合器是具有輸出I禹合器取向的晶體結構的最佳切割輸出耦合器 ,以致使由于應力雙折射所引起的偏振損耗最小化。
【文檔編號】G02B5/12GK104009373SQ201410266999
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2009年10月20日 優(yōu)先權日:2008年10月21日
【發(fā)明者】葉紅, R·洛奇斯基, R·A·伯格斯泰德, A·I·葉爾紹夫, L·劉, J·W·維爾泰拉, R·H·勞, R·F·齊布爾斯基, T·P·杜斐, D·J·W·布朗, J·J·法瑞爾 申請人:西默股份有限公司