[发明专利]准分子激光器的自动温控系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种自动温控系统，适用于气体激光器，尤其适用于准分子激光器及其双腔结构。

背景技术

准分子激光器是一种面向紫外特征应用的常规气体激光器，具有波长短、高重频和可定标放大的特点，是优秀的光刻用激光光源。

传统的放电泵浦准分子激光器采用单腔结构设计。随着光刻技术的发展，要求光源具有更窄的光谱宽度(线宽)、更高的重复频率以及更高的平均功率。而传统的单腔结构设计难以同时满足这三方面的要求。

为了有效地实现光谱宽度窄化和激光功率提高，双腔结构被引入到激光器的设计中。其基本思想是使线宽压窄和提高激光输出功率在不同的气体放电模块(种子腔、放大腔)中得以实现。其工作过程如下：种子腔产生具有一定重复频率的种子光，实现极窄带宽、高品质的低功率激光震荡辐射；放大腔实现种子光入射后的脉冲能量放大。基于双腔结构设计的激光器具备了光刻光源所必需的窄化光谱控制和较高单脉冲能量的输出特性。

准分子激光器的能量转换效率较低，输入的大部分电能都转化为热量。与此同时，工作气体的快速循环需要由风机的高速运转来驱动，从而产生更多的热量。这些热量若不能及时散出，将会使工作气体的温度快速升高。而工作气体的温度对激光器能量转换效率和能量稳定性都有很大影响，实践证明，工作气体具有一个最佳温度(或者最佳温度范围)，在该温度下，激光器具有较高的能量转换效率和能量稳定性。

传统的用于准分子激光器的温控系统采用冷却水直接通过热交换器的方式，没有温度控制反馈系统，因此无法准确控制腔内气体温度。并且没有腔壁加热系统，因此激光器需要较长的热机时间。

发明内容

(一)要解决的技术问题

对于准分子激光器，在其放电腔中，尤其是在高重频的放电腔中，为了保证激光能量稳定性，必须控制工作气体在某一恒定温度；为保证较高的能量转换效率，必须控制工作气体的温度恒定在一个最佳温度。

为了使激光器达到能量稳定的状态，需要较长的热机时间，以便其工作气体能达到并稳定在最佳温度。此过程不仅浪费时间，而且会降低激光器的使用寿命。因此，必须采取措施减少热机时间。

为解决上述问题，本发明提出一种带有温度反馈系统的水冷系统，并且辅之以电加热功能，从而实现放电腔内气体温度的自动、准确控制，并尽可能降低热机时间。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出一种准分子激光器的温控系统，所述准分子激光器具有第一腔体模块和第二腔体模块，第一腔体模块和第二腔体模块均包括放电腔、磁压缩器和固体开关，所述温控系统包括：用于对所述两个磁压缩器进行冷却的冷却系统；用于对所述两个放电腔进行温度控制的腔体温控系统；用于对所述两个固体开关进行冷却的冷却系统。

根据本发明的一种具体实施方式，所述用于对所述两个磁压缩器进行冷却的冷却系统包括用于对所述磁压缩器进行冷却的变压器油、提供冷却水的管道以及利用所述冷却水对所述变压器油进行冷却的油水换热器；所述用于对所述两个放电腔进行温度控制的腔体温控系统包括热交换器和热交换器的提供冷却水的管道；所述用于对所述两个固体开关进行冷却的冷却系统包括用于提供冷却水的管道；

根据本发明的一种具体实施方式，所述用于对所述两个磁压缩器进行冷却的冷却系统的提供冷却水的管道、所述腔体温控系统的提供冷却水的管道以及所述用于对所述两个固体开关进行冷却的冷却系统的提供冷却水的管道作为支管道，其分别连接于主管道，该主管道与水冷机进行连接。

根据本发明的一种具体实施方式，其特征在于，所述支管道的前端具有出水活门，其用于对支管道的通断进行控制。

根据本发明的一种具体实施方式，所述支管道的末端具有止回阀，其用于防止水流回流。

根据本发明的一种具体实施方式，所述腔体温控系统还包括温度传感器、控制器以及设置于所述提供冷却水的管道上的流量自动调节阀门；所述温度传感器用于实时监测腔体内的气体温度，并把温度数据传送给控制器；所述控制器用于根据所述温度数据并结合其内部存储的目标温度值进行逻辑运算，产生控制信号并将控制信号发送给流量自动调节阀门；所述流量自动调节阀门根据接收到的控制信号对冷却水流量进行自动调节。

根据本发明的一种具体实施方式，所述两个放电腔还包括电加热器。

根据本发明的一种具体实施方式，所述电加热器布置在腔壁的内部，用于加热腔壁，从而间接加热放电腔内的气体。

根据本发明的一种具体实施方式，所述电加热器的表面包覆导热绝缘材料。