[发明专利]采用双通结构的双腔准分子激光器

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，具体涉及一种采用双通结构的双腔准分子激光器。

背景技术

准分子激光器是目前大规模集成电路芯片制造业所采用的主流曝光光源。随着光刻产业对光源输出功率和线宽控制要求的提高，基于单腔结构的激光器已经无法同时满足功率和线宽的使用要求。双腔结构准分子激光器的出现解决了激光高平均功率与窄线宽不兼得的问题，成为当前90nm及以下节点光刻用曝光光源的激光系统结构选择。

双腔结构准分子激光器包含两个放电谐振腔，主振荡腔(Master Oscillator，简称MO)主要作用是输出满足特定光谱线宽要求的优质种子光，主振荡腔输出的种子光经光路传输系统传输到放大腔(Power Amplifier，简称PA)，进行激光能量放大。因此光路传输系统主要作用是高精度的引导激光光线传输，使光线单次或多次通过功率放大腔内，借助于“双腔精准同步机制”，获得单程或多程的能量放大。

图1为现有的双通结构双腔准分子激光器的结构示意图，该结构为著名激光器厂商美国Cymer公司系列准分子激光器中所采用的结构。该激光器包含主振荡腔MO、功率放大腔PA、线宽压窄模块(Line Narrowing Module)LNM、输出耦合镜(Output Coupler)OC、以及由第一高反镜M1、第二高反镜M2和棱镜元件P1组成的光路传输系统。主振荡腔MO与功率放大腔PA腔在垂直于水平面的方向上上下摆放，两个高反镜M1和M2将主振荡腔MO产生的种子光传导入功率放大腔PA进行第一程激光能量放大，棱镜元件P1将从功率放大腔PA传输过来的放大光束按照特定角度返回到功率放大腔PA内进行再次放大。第二高反镜M2和棱镜元件P1的配合使激光束两次通过功率放大腔PA获得双程能量放大，放大后的光束输出向后续光路。

图1中所示的光路传输系统由第一高反镜M1、第二高反镜M2和棱镜元件P1组成。第一高反镜M1将主振荡腔MO腔输出的种子光转折90°垂直向下传输，第二高反镜M2将垂直传输的种子光转折90°沿水平面内传输，同时使光线精确对准到功率放大腔PA谐振腔放电区内。由第二高反镜M2组成的功率放大腔PA光束传输模块优点为结构简单，缺点为在实际光路调整中，采用单反射镜实现光路的精确对准难度很大。由棱镜元件P1组成的功率放大腔PA构成的光路转置模块的作用是将功率放大腔PA传输过来的光束以特定角度再次返回到功率放大腔PA内，实现激光的双通能量放大。入射到棱镜元件P1表面的光束和经棱镜元件P1反射后的光束在水平面内具有微小夹角，为实现这一角度差异，棱镜元件P1需采用具有特殊角度的棱镜结构，元件材料及加工成本都较高；此外在激光器工作过程中由于功率放大腔PA内功率较高，在棱镜元件P1内会产生大量热量，累积的热量会使棱镜元件P1发生表面形变的可能，进而影响光路传输。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明旨在提出一种基于双通结构的准分子激光器，克服现有的双通结构准分子激光器的光路传输系统对准难度大、元件成本高及受热变形的缺点。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出一种采用双通结构的双腔准分子激光器，包括主振荡腔、线宽压窄模块、输出耦合镜、功率放大腔和光路传输系统，所述主振荡腔与功率放大腔在垂直于水平面的方向上分别上下放置，所述光路传输系统包括第一高反镜、PA光路传输模块、PA光路转置模块，其中，所述第一高反镜和所述PA光路传输模块用于将所述主振荡腔输出的种子光引导，以使该种子光从所述功率放大腔的一个窗口入射；所述PA光路转置模块用于将经所述功率放大腔放大后从该功率放大腔的另一窗口出射的激光反射后返回到该功率放大腔进行二次放大并输出，所述PA光路传输模块由第三高反镜、第四高反镜和第五高反镜组成，且该三个高反镜在同一水平面内。

根据本发明的具体实施方式，由所述PA光路传输模块入射到所述功率放大腔的激光与从所述光路转置模块返回的激光位于同一水平面内且成一小于10mrad的夹角。

根据本发明的具体实施方式，所述第三高反镜、第四高反镜的入射角均为45°，所述第五高反镜的入射角不为45°。

根据本发明的具体实施方式，所述第五高反镜的入射角与45°的差值在正负5mrad范围内。

根据本发明的具体实施方式，所述PA光路转置模块由第六高反镜构成，该第六高反镜是由两个反射面成一定角度的反射镜组成的双面反射镜。

根据本发明的具体实施方式，组成所述第六高反镜的两个反射镜的夹角小于90°。

(三)有益效果