一種光譜控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光譜控制裝置，特別是涉及一種準(zhǔn)分子激光器的光譜控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在激光技術(shù)的研發(fā)過(guò)程中，常會(huì)涉及到光譜控制的問(wèn)題，針對(duì)激光波長(zhǎng)、激光線寬的有效控制可以獲得面向不同應(yīng)用需求的激光光源系統(tǒng)特征指標(biāo)輸出。
[0003]以準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)為例，針對(duì)光刻應(yīng)用，為保證半導(dǎo)體硅片芯片圖案刻畫的精細(xì)度和設(shè)計(jì)的集成度，考慮光刻節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的相關(guān)因素，常常需要光刻光源具有較窄的激光線寬輸出。
[0004]在相關(guān)光刻準(zhǔn)分子激光光源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中常采用線寬壓窄模塊來(lái)完成系統(tǒng)激光線寬的窄化控制。線寬壓窄模塊通常采用色散結(jié)構(gòu)針對(duì)準(zhǔn)分子氣體高壓放電光輻射過(guò)程進(jìn)行光譜選擇，繼而在諧振腔約束限制下建立特定光譜的振蕩機(jī)制，通過(guò)激光的往復(fù)振蕩逐漸形成窄譜帶的激光輸出。色散結(jié)構(gòu)通常由括束系統(tǒng)結(jié)合色散系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，借助于光柵等色散元件的高精度色散能力和棱鏡等光束括束元件引入的發(fā)散角減小特性完成針對(duì)激光光譜的剪裁和窄化。激光光譜的形成是粒子能級(jí)躍迀過(guò)程不同波長(zhǎng)輻射的對(duì)應(yīng)能量疊加，因而光譜的窄化控制必然會(huì)以其他譜段能量的耗散為代價(jià)。
[0005]請(qǐng)參閱圖1A所示，是現(xiàn)有的單通主振蕩功率放大(MOPA)雙腔結(jié)構(gòu)窄線寬準(zhǔn)分子激光光源結(jié)構(gòu)的不意圖，現(xiàn)有的主振蕩功率放大(MOPA)雙腔結(jié)構(gòu)窄線寬準(zhǔn)分子激光光源主要由激光放電腔1、激光放電腔2、線寬壓窄模塊3、輸出耦合裝置4、光路轉(zhuǎn)置模塊5和光路轉(zhuǎn)置模塊6組成。激光放電腔I是氣體高壓放電光輻射的場(chǎng)所，線寬壓窄模塊3負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)激光光譜控制，激光線寬壓窄的功能，輸出耦合裝置4用于實(shí)現(xiàn)最佳耦合輸出。其中，激光放電腔1、線寬壓窄模塊3和輸出耦合裝置4構(gòu)成激光往復(fù)振蕩的諧振場(chǎng)所一一主振蕩(MO)諧振腔，形成具有一定輸出能量的窄線寬激光輸出，激光放電腔I是主振蕩諧振腔激光增益產(chǎn)生的場(chǎng)所，線寬壓窄模塊3同時(shí)作為主振蕩諧振腔的端反射鏡參與激光諧振，與輸出耦合裝置4共同構(gòu)成主振蕩諧振腔的兩個(gè)端鏡，形成光輻射放大激光輸出的約束限制空間調(diào)制。光束轉(zhuǎn)置模塊5和光束轉(zhuǎn)置模塊6主要負(fù)責(zé)主振蕩諧振腔與能量放大腔之間的光路轉(zhuǎn)置變換。激光放電腔2是氣體高壓放電光輻射的場(chǎng)所，主要完成經(jīng)由主振蕩諧振腔傳輸來(lái)激光的能量放大作用，實(shí)現(xiàn)整機(jī)系統(tǒng)窄線寬、大能量激光7的輸出。
[0006]請(qǐng)參閱圖1B所示，是圖1A中線寬壓窄模塊的典型結(jié)構(gòu)示意圖，為保障滿足光刻的光源線寬需求(〈0.5pm)，線寬壓窄模塊常采用4個(gè)棱鏡形成棱鏡括束單元a，配合色散光柵b完成線寬壓窄的功能。由于激光線寬與棱鏡括束倍率及光柵色散相關(guān)，更窄的線寬的獲得需要更大的光束括束倍率和更高的色散光柵選擇，這必然會(huì)帶來(lái)對(duì)于更大尺度光柵的需求。
[0007]由于光刻需求光譜的窄化(?0.5pm)與激光自由振蕩光譜(?500pm)存在近千倍的差異，因此在單一線寬壓窄模塊的情況下，對(duì)于激光線寬的超精細(xì)窄化會(huì)造成激光能量的大量損失，從而帶來(lái)較低的主振蕩諧振腔激光輸出，使光譜窄化輸出激光效能低，使得主振蕩諧振腔在保障輸出目標(biāo)窄線寬的條件下同步輸出的能量較低，在考慮整體光源能量輸出指標(biāo)的情況下這對(duì)于能量放大機(jī)制的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)也提出了更高的要求。
[0008]由于現(xiàn)有的光譜控制方式，單一線寬壓窄模塊完全位于主振蕩諧振腔中，光譜調(diào)諧靈活性差，相應(yīng)的光譜調(diào)諧會(huì)引起主振蕩諧振腔、能量放大腔及其相互間涉及能量-光譜-脈寬-光束質(zhì)量等多個(gè)因素的互耦聯(lián)動(dòng)，會(huì)對(duì)主振蕩諧振腔能量-線寬優(yōu)化輸出的合理調(diào)諧帶來(lái)非常大的困難，對(duì)于整體激光系統(tǒng)特征指標(biāo)參數(shù)的同步最優(yōu)輸出調(diào)諧存在較大的影響，從而極大的影響整機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性可靠性。同時(shí)，當(dāng)多個(gè)光學(xué)元件構(gòu)成的線寬壓窄模塊在充當(dāng)主振蕩諧振腔端鏡的情況下，多個(gè)元件的多自由度調(diào)諧會(huì)對(duì)主振蕩諧振腔激光振蕩模式選擇輸出造成較大的影響。另外，主振蕩諧振腔中深紫外波段高能量激光傳輸會(huì)造成高濃度臭氧發(fā)生，也會(huì)極大的影響主振蕩諧振腔激光能量和激光線寬的輸出水平。
[0009]由于主振蕩諧振腔內(nèi)部激光能量密度較高，由多個(gè)元件集成的線寬壓窄模塊(為保障目標(biāo)線寬)完全位于主振蕩諧振腔中，也會(huì)造成局部高能量激光輻照熱點(diǎn)，增加光學(xué)元件的損傷幾率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有的技術(shù)存在的缺陷，而提供一種新型結(jié)構(gòu)的光譜控制裝置，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是使其通過(guò)采用分立式光譜控制機(jī)制，通過(guò)分立設(shè)置的線寬壓窄模塊級(jí)聯(lián)耦合互動(dòng)共同完成目標(biāo)激光線寬的光譜控制，可以有效提高線寬壓窄模塊使用效能，使激光線寬的調(diào)諧方式更加靈活，平衡優(yōu)化能量與線寬等相關(guān)指標(biāo)同步輸出的問(wèn)題，使每一級(jí)線寬壓窄模塊中光學(xué)元件的使用數(shù)量和尺度需求大為降低，同時(shí)使造成局部高能量激光輻照的損傷幾率也大為降低。
[0011]本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種光譜控制裝置，應(yīng)用于主振蕩功率放大雙腔結(jié)構(gòu)準(zhǔn)分子激光器，其包括:第一級(jí)線寬壓窄模塊，其與輸出耦合裝置作為兩個(gè)端鏡分別設(shè)置于第一激光放電腔的兩端，并與所述輸出耦合裝置及所述第一激光放電腔構(gòu)成所述主振蕩功率放大雙腔結(jié)構(gòu)準(zhǔn)分子激光器的主振蕩諧振腔，形成具有一定輸出能量及第一級(jí)線寬壓窄的激光輸出；以及第二級(jí)線寬壓窄模塊，其設(shè)置于所述主振蕩諧振腔與所述主振蕩功率放大雙腔結(jié)構(gòu)準(zhǔn)分子激光器的能量放大腔之間的傳輸光路中，對(duì)所述主振蕩諧振腔輸出的具有一定輸出能量及第一級(jí)線寬壓窄的激光進(jìn)行線寬調(diào)制形成具有第二級(jí)線寬壓窄的激光輸出。
[0012]本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
[0013]前述的光譜控制裝置，其中在所述主振蕩諧振腔與所述能量放大腔之間的傳輸光路中設(shè)有光束轉(zhuǎn)置模塊，所述第二級(jí)線寬壓窄模塊是設(shè)置于二個(gè)所述光束轉(zhuǎn)置模塊之間。
[0014]前述的光譜控制裝置，其中所述第一級(jí)線寬壓窄模塊包括第一級(jí)棱鏡括束單元及第一級(jí)色散光柵，所述第一級(jí)棱鏡括束單元設(shè)置于所述第一激光放電腔與所述第一級(jí)色散光柵之間，且所述第一級(jí)棱鏡括束單元與所述第一級(jí)色散光柵是以立特洛自準(zhǔn)直方式設(shè)置。
[0015]前述的光譜控制裝置，其中所述第一級(jí)棱鏡括束單元包括I至2個(gè)棱鏡。
[0016]前述的光譜控制裝置，其中所述棱鏡為三角棱鏡。
[0017]前述的光譜控制裝置，其中所述第二級(jí)線寬壓窄模塊包括第二級(jí)棱鏡括束單元及第二級(jí)色散光柵，所述第二級(jí)棱鏡括束單元設(shè)置于所述主振蕩諧振腔與所述第二級(jí)色散光柵之間，且所述第二級(jí)棱鏡括束單元是設(shè)置于所述第二級(jí)色散光柵的入射光傳輸路徑上，所述第二級(jí)棱鏡擴(kuò)束單元與所述第二級(jí)色散光柵以非立特洛自準(zhǔn)直方式設(shè)置，經(jīng)由所述第二級(jí)色散光柵衍射輸出的激光經(jīng)轉(zhuǎn)置光路進(jìn)入所述能量放大腔。。
[0018]前述的光譜控制裝置，其中所述第二級(jí)棱鏡括束單元包括2至3個(gè)棱鏡。
[0019]前述的光譜控制裝置，其中所述棱鏡為三角棱鏡。
[0020]前述的光譜控制裝置，其中所述能量放大腔設(shè)有第二激光放電腔，由所述第二級(jí)線寬壓窄模塊輸出的具有第二級(jí)線寬壓窄的激光被送入所述能量放大腔，經(jīng)所述第二激光放電腔進(jìn)行能量放大后輸出。
[0021]前述的光譜控制裝置，經(jīng)由兩級(jí)線寬壓窄模塊進(jìn)入所述能量放大腔后輸出的激光可以實(shí)現(xiàn)小于0.5pm的激光線寬。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明一種光譜控制裝置至少具有下列優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0022]本發(fā)明采用分立式光譜控制機(jī)制，分別在主振蕩諧振腔和主振蕩諧振腔與能量放大腔之間的傳輸光路中設(shè)置具有線寬壓窄功能的兩級(jí)線寬壓窄模塊，將原先單一存在于主振蕩諧振腔中的線寬壓窄功能通過(guò)兩級(jí)線寬壓窄機(jī)制的分立調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)針對(duì)光譜特性的有效控制。與現(xiàn)有光譜控制裝置相比，本發(fā)明通過(guò)采用分立式兩級(jí)線寬壓窄機(jī)制可以有機(jī)的選擇線寬壓窄比率，針對(duì)于雙腔結(jié)構(gòu)準(zhǔn)分子激光器，可以通過(guò)有效調(diào)節(jié)主振蕩諧振腔中的第一級(jí)線寬壓窄模塊建立初始激光品質(zhì)特性(能量-光譜等指標(biāo))，由主振蕩諧振腔實(shí)現(xiàn)較高能量但具有一定線寬指標(biāo)(一級(jí)粗調(diào))的激光輸出，繼而通過(guò)第二級(jí)線寬壓窄模塊進(jìn)行進(jìn)一步的光譜控制(二級(jí)精調(diào))實(shí)現(xiàn)激光線寬、激光波長(zhǎng)的調(diào)諧輸出，最終經(jīng)由能量放大腔實(shí)現(xiàn)窄線寬、大能量的激光輸出，從而有效改善現(xiàn)有方式下線寬壓窄模塊使用效能較低的不足；同時(shí)，可以通過(guò)對(duì)主振蕩諧振腔與能量放大腔之間傳輸光路中第二級(jí)線寬壓窄模塊的有機(jī)設(shè)計(jì)和有效調(diào)節(jié)，彌補(bǔ)現(xiàn)有單一線寬壓窄模塊結(jié)構(gòu)下由于放電動(dòng)力特性差異所造成的主振蕩諧振腔與能量放大腔波長(zhǎng)漂移及線寬差異，對(duì)于保證系統(tǒng)穩(wěn)定的激光輸出具有重要作用；另外，由于線寬壓窄功能被分立設(shè)置使用，因此對(duì)光學(xué)元件的尺度需求大為降低，針對(duì)每一級(jí)單一線寬壓窄模塊而言，光學(xué)元件的使用數(shù)量減少，光學(xué)元件損傷的幾率也會(huì)相應(yīng)降低。
[0023]上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說(shuō)明如下。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1A是現(xiàn)有的單通主振蕩功率放大(MOPA)雙腔結(jié)構(gòu)窄線寬準(zhǔn)分子激光光源結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0025]圖1B是圖1A中線寬壓窄模塊的典型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2A是本發(fā)明應(yīng)用于單通主振蕩功率放大(MOPA)雙腔結(jié)構(gòu)窄線寬準(zhǔn)分子激光光源結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0027]圖2B是圖2A中第一級(jí)線寬壓窄模塊的典型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2C是圖2A中第二級(jí)線寬壓窄模塊的典型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]1:激光放電腔2:激光放電腔
[0030]3:線寬壓窄模塊3-1:第一級(jí)線寬壓窄模塊
[0031]3-2:第二級(jí)線寬壓窄模塊4:輸出耦合裝置
[0032]5:光路轉(zhuǎn)置模塊6:光路轉(zhuǎn)置模塊
[0033]7:系統(tǒng)激光輸出a:棱鏡括束單元
[0034]b:色散光柵a-Ι:第一級(jí)棱鏡括束單元
[0035]b-Ι:第二級(jí)色散光柵a-2:第二級(jí)棱鏡括