專利名稱：一種準(zhǔn)分子激光器環(huán)形腔調(diào)節(jié)裝置和方法
一種準(zhǔn)分子激光器環(huán)形腔調(diào)節(jié)裝置和方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于準(zhǔn)分子激光技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種準(zhǔn)分子激光器環(huán)形腔調(diào)節(jié)裝置和方法。
背景技術(shù)：
ArF準(zhǔn)分子激光器現(xiàn)在仍然是光刻機(jī)主要光源。隨著光刻節(jié)點(diǎn)的不斷減小，單腔結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)分子激光器很難同時(shí)滿足光刻對(duì)光源功率和線寬的要求。國外公司首先采用 MOPA(Master oscillator power amplifier)技術(shù)來解決這個(gè)矛盾。但這種技術(shù)要求大能量的放電激勵(lì)使MO (Master oscillator)腔的壽命明顯偏低。另外，放大腔輸出受MO和 PA (power amplifier)同步抖動(dòng)影響較大。Cymer公司開發(fā)了環(huán)形腔技術(shù)(Recirculating ring technology)來解決MOPA技術(shù)所帶來的問題。改進(jìn)的結(jié)構(gòu)使得功率放大腔工作在更高的飽和狀態(tài)，每個(gè)脈沖都在腔中得到了多程放大，從而減小了放電的不穩(wěn)定性對(duì)輸出的影響，脈沖能量穩(wěn)定性提高了1. 5倍。相比傳統(tǒng)的雙腔結(jié)構(gòu)，種子能量的變化對(duì)輸出能量變化的影響減??；主振蕩腔所需要的能量大大減小，延長了主振蕩腔與線寬壓縮模塊的壽命； 脈沖寬度增加。
單獨(dú)的脈沖氣體激光器環(huán)形腔為外腔，一般由放電腔、2-3面反射鏡和輸入輸出耦合鏡構(gòu)成。為了能使種子光注入后能夠起振，需要對(duì)環(huán)形腔進(jìn)行調(diào)整使光束在其中能實(shí)現(xiàn)閉合傳輸。在環(huán)形腔的調(diào)節(jié)上，一般先在兩面激光放電腔密封窗口上放置準(zhǔn)直窗口，調(diào)節(jié)參考光通過兩準(zhǔn)直窗口中心來確定準(zhǔn)分子激光光軸位置，再拆除密封窗口以減少密封窗口對(duì)參考光衰減及反射造成的影響，調(diào)節(jié)兩面反射鏡使經(jīng)環(huán)形腔傳播的多程激光光斑在耦合鏡上與初始光斑重合的方法來得到環(huán)形腔光軸與參考光光軸的重合。但對(duì)于準(zhǔn)分子激光器環(huán)形腔，其放電區(qū)橫截面積小，通過傳統(tǒng)方法來確定光軸位置會(huì)造 成很大誤差。另一方面，準(zhǔn)分子激光放電腔內(nèi)包含齒素等強(qiáng)腐蝕性氣體，密封窗口一般不隨意拆卸，反射鏡一般為多層介質(zhì)膜，僅對(duì)特定的激光波長有高反射，窗口與反射鏡均對(duì)參考光有較大損耗，參考光在環(huán)形腔內(nèi)傳播一周經(jīng)耦合鏡反射后基本找不到光束的位置。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種準(zhǔn)確度高，簡單易行，適用于準(zhǔn)分子激光器環(huán)形腔調(diào)節(jié)裝置和方法。
本發(fā)明提供的一種準(zhǔn)分子激光器環(huán)形腔調(diào)節(jié)裝置，激光器環(huán)形腔包括放電腔、耦合鏡、第一反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡，其特征在于，該裝置包括參考光源、第四反射鏡、第五反射鏡、小孔光闌和屏；
參考光源位于激光器環(huán)形腔的耦合鏡的外側(cè)，第四反射鏡和第五反射鏡均位于參考光源與所述耦合鏡之間光路上，在參考光源所發(fā)射的參考光在耦合鏡反射光所形成的光路上放置有所述小孔光闌和屏；調(diào)整第四反射鏡、第五反射鏡，以及第二反射鏡和第三反射鏡的位置使環(huán)形腔內(nèi)各部件所形成的光路為閉合光路，且該閉合光路為矩形或平行四邊形。上述準(zhǔn)分子激光器環(huán)形腔調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)方法，其過程為第I步在耦合鏡外側(cè)固定設(shè)置參考光源，并在二者之間設(shè)置可活動(dòng)的第四反射鏡和第五反射鏡；第2步放電腔光軸的確定第2.1步粗調(diào)調(diào)節(jié)第四反射鏡、第五反射鏡的位置與角度，使參考光源發(fā)射的參考光經(jīng)過第四反射鏡、第五反射鏡后，再依次經(jīng)過耦合鏡、第一密封窗口和放電腔和第二密封窗口，密封窗口靠近放電腔的面稱之為內(nèi)側(cè)面，粗調(diào)使得參考光源發(fā)射的參考光基本上都能夠經(jīng)過第一密封窗口、第二密封窗口的內(nèi)側(cè)面的中心；
第2. 2步細(xì)調(diào)首先使放電腔處于連續(xù)放電狀態(tài)，調(diào)節(jié)第四反射鏡和第五反射鏡，使得參考光與放電腔光軸重合，從而找到放電腔光軸位置；第3步環(huán)形腔的調(diào)節(jié)設(shè)第一光束為參考光在耦合鏡鍍?cè)鐾改さ拿嫔系姆瓷涔?，第二光束為參考光在耦合鏡鍍?cè)龇茨さ拿嫔系姆瓷涔猓辉隈詈乡R上側(cè)放置小孔光闌，使其遮住參考光在耦合鏡上的第一光束，剛好透過第二光束；以耦合鏡為基準(zhǔn)，放置第一反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡，使參考光依次經(jīng)耦合鏡、第一反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡再回到耦合鏡所形成光路構(gòu)成矩形或平行四邊形。本發(fā)明采用間接調(diào)節(jié)方法，將環(huán)形腔的調(diào)節(jié)簡化為腔外兩光束重合的調(diào)節(jié)，降低了參考光的損耗，克服了傳統(tǒng)方法的局限性，調(diào)節(jié)過程中不需要裝卸密封窗口，不需要額外的測量儀器，調(diào)節(jié)精度高，簡化了操作步驟，操作簡單。


圖1為本發(fā)明環(huán)形腔調(diào)整示意圖。圖2為本發(fā)明調(diào)節(jié)參考光與放電腔光軸重合示意圖。圖3為圖1耦合鏡部分的放大圖。圖4為環(huán)形腔加反射鏡后腔體結(jié)構(gòu)圖。圖5為環(huán)形腔放電實(shí)驗(yàn)所測出光波形圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說明。在此需要說明的是，對(duì)于這些實(shí)施方式的說明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。下面具體介紹準(zhǔn)分子激光器環(huán)形腔的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，準(zhǔn)分子激光器的環(huán)形腔包括放電腔7、耦合鏡1、第一至第三反射鏡4、5、6。本發(fā)明提供的調(diào)節(jié)裝置包括參考光源8、第四反射鏡9、第五反射鏡10、小孔光闌11和屏12，屏12應(yīng)使用可以清晰觀察兩參考光斑的材料，如白紙。參考光源8位于耦合鏡I的外側(cè)，第四反射鏡9、第五反射鏡10位于參考光源8與耦合鏡I之間光路上，參考光源8所發(fā)射的參考光在耦合鏡I反射光所形成的光路上放置所述小孔光闌11和屏12。通過調(diào)整第四反射鏡9、第五反射鏡10，以及第二至第三反射鏡 5、6，使環(huán)形腔內(nèi)各部件所形成的光路為閉合光路，且該閉合光路為矩形或平行四邊形。
利用上述調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行調(diào)整的具體過程為
(I)如圖1所示，在耦合鏡I外側(cè)固定設(shè)置參考光源8，并在二者之間設(shè)置可活動(dòng)的第四、第五反射鏡9與10。
(2)放電腔光軸的確定
(2.1)粗調(diào)如圖2所示，調(diào)節(jié)第四反射鏡9、第五反射鏡10的位置與角度，使參考光源8發(fā)射的參考光經(jīng)過第四反射鏡9、第五反射鏡10后，再依次經(jīng)過耦合鏡1、第一密封窗口 2、放電腔7和第二密封窗口 3,密封窗口相對(duì)于放電腔有內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面，內(nèi)側(cè)面即靠近放電腔的面，粗調(diào)應(yīng)使得參考光源8發(fā)射的參考光基本上都能夠經(jīng)過第一、第二密封窗口 2、3的內(nèi)側(cè)面的中心。該中心通常只需肉眼判斷，并不嚴(yán)格要求其幾何中心。
(2. 2)細(xì)調(diào)
首先使放電腔7處于連續(xù)放電狀態(tài)，將屏放于放電腔7與耦合鏡I之間的位置13 處，此時(shí)從密封窗口 2側(cè)能夠觀察到屏上的放電熒光光斑。
(a)將屏放于放電腔7與耦合鏡I之間的位置13處，調(diào)節(jié)反射鏡10使參考光在屏上的參考光光斑與熒光光斑中心重合。
(b)將屏移放于密封窗口另一外側(cè)即位置14處觀察參考光斑與熒光光斑重合情況，調(diào)節(jié)反射鏡9使參考光斑與熒光光斑距離約為調(diào)節(jié)前兩者距離的兩倍；
(c)再將屏移放于放電腔7與耦合鏡I之間的位置13處，調(diào)節(jié)反射鏡10使參考光在屏上的參考光光斑與熒光光斑中心重合；
(d)判斷參考光光斑與突光光斑在第一密封窗口 2、第二密封窗口 3外位置14處是否中心重合，如果不重合，重復(fù)上述步驟(b)和(C)，否則，參考光與放電腔光軸重合，從而找到放電腔光軸位置。
(3)環(huán)形腔的調(diào)節(jié)
如圖3所不,光束16為參考光15在f禹合鏡I鍍?cè)鐾改さ拿嫔系姆瓷涔?光束17為參考光在耦合鏡I鍍?cè)龇茨さ拿嫔系姆瓷涔?。在耦合鏡I上側(cè)放置小孔光闌11，使其遮住參考光在耦合鏡I上的光束16，剛好透過光束17。以耦合鏡I的基準(zhǔn)，放置準(zhǔn)分子激光反射鏡4、5、6，使參考光依次經(jīng)耦合鏡1、準(zhǔn)分子激光反射鏡4、5、6再回到耦合鏡I所形成光路構(gòu)成矩形或平行四邊形。通常而言，所述平行四邊形的四個(gè)角 與90度誤差在±2度內(nèi)。
設(shè)小孔光闌11處為近點(diǎn)，遠(yuǎn)點(diǎn)在離光闌4-8米處，遠(yuǎn)點(diǎn)與近點(diǎn)光路距離可通過增加反射鏡偏轉(zhuǎn)光路得到，遠(yuǎn)點(diǎn)處設(shè)置屏12(如白紙)以觀察光斑，遠(yuǎn)點(diǎn)與近點(diǎn)距離越大調(diào)節(jié)精度越高。其具體調(diào)節(jié)過程為
(3.1)如圖1-3所示，調(diào)節(jié)反射鏡6，使參考光15經(jīng)耦合鏡I透射后光束18繞環(huán)形腔一周后的光束19透過耦合鏡I后從小孔光闌11出射。
(3. 2)觀察屏12上光束19透射光與反射光17光斑偏移情況，調(diào)節(jié)反射鏡5使兩光斑的中心距離約為未調(diào)節(jié)前兩光斑的中心距離的兩倍。
(3. 3)調(diào)節(jié)反射鏡6，使參考光15經(jīng)耦合鏡I透射后光束18繞環(huán)形腔一周后的光束19透過耦合鏡I后從小孔光闌11出射；
(3. 4)判斷透射光光斑與反射光光斑在屏12上是否中心重合，如果不重合，重復(fù)上述步驟(3. 2)和(3. 3)，否則，即認(rèn)為參考光在環(huán)形腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)閉合傳播。
實(shí)例
所用參考光源為532nm單縱模全固態(tài)激光器，所用準(zhǔn)分子激光器為ArF準(zhǔn)分子激光器，所用反射鏡9、10為鍍金反射鏡，所用反射鏡4、5、6針對(duì)193nm激光45度入射角鍍?cè)龇茨ぃ民詈乡RI靠近密封窗口一面鍍?cè)龇茨ぃ?5度入射反射率為50%，另一面鍍?cè)鐾改ぃ?5度入射透過率大于99%。參考光光斑直徑為2_4mm,小孔光闌小孔直徑為3_4mm,遠(yuǎn)點(diǎn)離小孔光闌8m。
由于參考光與準(zhǔn)分子激光對(duì)人眼有傷害性，觀察者需配帶激光防護(hù)眼鏡。
圖4為加反射鏡后環(huán)形腔示意圖。由于損耗太大環(huán)形腔自身不能形成振蕩，在耦合鏡I外加一面反射鏡20后可以形成振蕩，輸出波形即為經(jīng)反射鏡20反射激光在環(huán)形腔內(nèi)多次振蕩結(jié)果。圖5為光電探測器21所測脈沖波形，可以看到有三個(gè)主脈沖，說明光至少可以在環(huán)形腔中傳遞三周，考慮到準(zhǔn)分子激光器工作物質(zhì)增益持續(xù)時(shí)間為二三十納秒， 環(huán)形腔總長度為2. 5米，說明調(diào)節(jié)精度已能滿足 實(shí)驗(yàn)要求。
以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種準(zhǔn)分子激光器環(huán)形腔調(diào)節(jié)裝置，激光器環(huán)形腔包括放電腔(7)、耦合鏡(I)、第一反射鏡(4)、第二反射鏡(5)和第三反射鏡(6)，其特征在于，該裝置包括參考光源(8)、第四反射鏡(9)、第五反射鏡(10)、小孔光闌(11)和屏(12)； 參考光源(8)位于激光器環(huán)形腔的耦合鏡(I)的外側(cè)，第四反射鏡(9)和第五反射鏡(10)均位于參考光源(8)與所述耦合鏡(I)之間光路上，在參考光源(8)所發(fā)射的參考光在耦合鏡(I)反射光所形成的光路上放置有所述小孔光闌(11)和屏(12);調(diào)整第四反射鏡(9)、第五反射鏡(10)，以及第二反射鏡(5)和第三反射鏡(6)的位置使環(huán)形腔內(nèi)各部件所形成的光路為閉合光路，且該閉合光路為矩形或平行四邊形。
2.—種權(quán)利要求1所述準(zhǔn)分子激光器環(huán)形腔調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)方法，其過程為 第I步在耦合鏡(I)外側(cè)固定設(shè)置參考光源(8)，并在二者之間設(shè)置可活動(dòng)的第四反射鏡(9)和第五反射鏡(10)； 第2步放電腔光軸的確定 第2.1步粗調(diào)調(diào)節(jié)第四反射鏡(9)、第五反射鏡(10)的位置與角度，使參考光源(8)發(fā)射的參考光經(jīng)過第四反射鏡(9)、第五反射鏡(10)后，再依次經(jīng)過耦合鏡(I)、第一密封窗口(2)和放電腔(7)和第二密封窗口(3)，密封窗口靠近放電腔的面稱之為內(nèi)側(cè)面，粗調(diào)使得參考光源(8)發(fā)射的參考光基本上都能夠經(jīng)過第一密封窗口(2)、第二密封窗口(3)的內(nèi)側(cè)面的中心； 第2. 2步細(xì)調(diào)首先使放電腔(7)處于連續(xù)放電狀態(tài)，調(diào)節(jié)第四反射鏡(9)和第五反射鏡(10)，使得參考光與放電腔光軸重合，從而找到放電腔光軸位置； 第3步環(huán)形腔的調(diào)節(jié) 設(shè)第一光束(16)為參考光(15)在耦合鏡(I)鍍?cè)鐾改さ拿嫔系姆瓷涔猓诙馐?17)為參考光在耦合鏡(I)鍍?cè)龇茨さ拿嫔系姆瓷涔?；在耦合鏡(I)上側(cè)放置小孔光闌(11)，使其遮住參考光在I禹合鏡(I)上的第一光束(16),剛好透過第二光束(17);以|禹合鏡(I)為基準(zhǔn)，放置第一反射鏡(4)、第二反射鏡(5)和第三反射鏡￠)，使參考光依次經(jīng)耦合鏡(I)、第一反射鏡(4)、第二反射鏡(5)和第三反射鏡(6)再回到耦合鏡(I)所形成光路構(gòu)成矩形或平行四邊形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，第2.2步的細(xì)調(diào)過程具體為 (al)將屏(12)放于第一密封窗口(2)與耦合鏡⑴之間的第一位置(13)處，調(diào)節(jié)第五反射鏡(10)使參考光在屏(12)上的參考光光斑與突光光斑中心重合； (a2)將屏(12)移放于第二密封窗口(3)和第一反射鏡(4)之間的第二位置(14)處觀察參考光斑與熒光光斑重合情況，調(diào)節(jié)第四反射鏡(9)使參考光斑與熒光光斑距離約為調(diào)節(jié)前兩者距離的兩倍； (a3)再將屏(12)移放于放電腔(7)與耦合鏡(I)之間的第一位置(13)處，調(diào)節(jié)第五反射鏡(10)使參考光在屏(12)上的參考光光斑與突光光斑中心重合； (a4)判斷參考光光斑與熒光光斑在第二位置(14)處是否中心重合，如果不重合，重復(fù)上述步驟(a2)和(a3)，否則，參考光與放電腔光軸重合，從而找到放電腔光軸位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，第3步中，設(shè)小孔光闌(11)處為近點(diǎn)，在遠(yuǎn)點(diǎn)處設(shè)置屏(12)以觀察光斑，具體調(diào)節(jié)過程為 (bl)調(diào)節(jié)第三反射鏡￠)，使參考光(15)經(jīng)耦合鏡(I)透射后的第三光束(18)繞環(huán)形腔一周后的第四光束(19)透過耦合鏡(I)后從小孔光闌(11)出射。
(b2)觀察屏(12)上第四光束(19)透射光與第二光束(17)光斑偏移情況，調(diào)節(jié)反射鏡(5)使兩光斑的中心距離約為未調(diào)節(jié)前兩光斑的中心距離的兩倍； (b3)調(diào)節(jié)第三反射鏡￠)，使參考光(15)經(jīng)耦合鏡(I)透射后第三光束(18)繞環(huán)形腔一周后的第四光束(19)透過耦合鏡(I)后從小孔光闌(11)出射； (b4)判斷透射光光斑與反射光光斑在屏(12)上是否中心重合，如果不重合，重復(fù)上述步驟(b2)和(b3)，否則，即認(rèn)為參考光在環(huán)形腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)閉合傳播。
全文摘要
本發(fā)明屬于準(zhǔn)分子激光技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種準(zhǔn)分子激光器環(huán)形腔調(diào)節(jié)裝置和方法。所述裝置包括參考光源，用于產(chǎn)生校準(zhǔn)所用參考光束；反射鏡，小孔光闌和屏。所述方法尤其適用于環(huán)形腔調(diào)節(jié)參考光與準(zhǔn)分子激光同軸方法。該方法以放電腔在兩密封窗口外的熒光光斑中心為基準(zhǔn)確定放電腔光軸位置，通過調(diào)整環(huán)形腔內(nèi)兩面反射鏡來使參考光繞環(huán)形腔一周后與其剛進(jìn)入耦合鏡的二次反射光在近點(diǎn)與遠(yuǎn)點(diǎn)光斑重合，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分子激光器環(huán)形腔腔體的調(diào)整。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)方法的局限性，將環(huán)形腔的調(diào)節(jié)簡化為腔外兩光束重合的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)精度高，不需要拆除密封窗口，不需要額外的測量儀器，操作簡單。
文檔編號(hào)H01S3/08GK103001109SQ201210513378
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者胡守巖, 朱劍平, 胡耀文, 徐勇躍, 左都羅, 王新兵, 陸培祥 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)