[发明专利]一种基于MOPA结构的双腔准分子激光器的光源同步控制系统

说明书

本发明公开了一种基于MOPA结构的双腔准分子激光器的光源同步控制系统，其中，触发控制模块分别产生用于触发MO腔和PA腔进行放电激励的触发信号，且将MO腔和PA腔的触发信号均反馈至延时测量模块；延时测量模块根据取样得到的MO腔和PA腔的放电信号，以及根据接收得到的MO腔和PA腔的触发信号，计算MO腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据，以及计算PA腔的放电信号与其对应的触发信号之间的延时数据，并将MO腔以及PA腔的延时数据均发送至所述触发控制模块；触发控制模块根据MO腔以及PA腔的延时数据，分别产生MO腔和PA腔的下一个触发信号。本发明实现了在少量触发脉冲个数后即可获得稳定的双腔同步，满足在集成电路光刻中正常使用的需求。

技术领域

本发明涉及双腔准分子激光器的光源控制领域，尤其是一种基于MOPA结构的双腔准分子激光器的光源同步控制系统。

背景技术

准分子激光器能够在紫外和深紫外波段提供高能量、高峰值功率、高光束质量的激光输出，在与物质的相互作用中使多种金属、非金属材料气化，产生整齐的切边，热影响区极小，因此在工业微加工领域准分子激光器有着广泛的应用，特别是在深紫外光刻领域，准分子激光是目前大规模半导体集成电路光刻的主流光源，准分子激光器最大的应用领域是作为光刻机光源。

近年来，用于光刻的准分子激光器要求其光源输出功率越来越大，且关于脉冲能量稳定性、波长稳定性和带宽稳定性等光束参数的规范也越来越严格，因此，采用单一放电腔的准分子激光器的设计基本不可行，单一放电腔的准分子激光器对脉冲能量的精确控制会对波长或带宽造成不利影响。

目前，国内外的主流做法是采用两放电腔的准分子激光器，即MOPA结构的双腔准分子激光器。由图1所示，MOPA结构的双腔准分子激光器中，第一个放电腔MO腔产生激光能量较低但光束参数较好的种子光，该种子光传输到第二个放电腔PA腔时，第二个放电腔PA腔进行放电并对种子光进行能量放大，获得高重复频率条件下的能量较大且光束参数良好的准分子激光输出。

由于准分子激光器的放电时间很短，一般为20ns～50ns，且激活介质的上能级寿命也在10ns量级，因此准分子激光器的粒子数反转仅能在放电期间存在。在双腔准分子激光器中，第一个激光器的激光束到达第二个激光器时，该激光器必须粒子数反转才能实现对种子光的有效放大。因此，双腔准分子激光器的放电必须时间上在一定范围内同步，例如±5ns。但是由于存在诸多影响双腔准分子激光器放电时间的因素，且会随着工作时间和脉冲数量等逐渐改变初始的相对时序，因此影响双腔准分子激光器两腔的同步性，使得双腔准分子激光器不能正常工作。

经检索，中国专利文献为CN102593704A公开了一种双腔准分子激光器的同步控制系统，首先实时高精度检测两腔放电时序，其次采用单片机根据放电时序实时调节数字可编程延迟发生器，实现双腔准分子激光器的同步。该专利主要缺陷在于：仅能基于每个触发脉冲判断两腔的放电时序，进而单片机逐步的调节延时发生器，达到控制放电同步。因为存在若干步的调节过程，所以存在较多的无用激光触发脉冲，通常在前几百到几十个触发脉冲双腔系统激光无输出或输出特性不能正常使用。而光刻光源通常采用burst脉冲串运行模式，要求每个触发脉冲串前尽量少的脉冲数，要求在1～2个触发脉冲后，即可实现性能良好的双腔同步，现有专利的同步技术无法满足光刻应用burst模式下的高速同步需求。

发明内容

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于MOPA结构的双腔准分子激光器的光源同步控制系统，解决了现有技术中双腔准分子激光器采用基于触发脉冲的时序判断、逐步调节方式带来的调节脉冲数过多、响应时间过长的问题，在少量触发脉冲个数后即可实现稳定的双腔同步，进而满足在集成电路光刻中正常使用的需求。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：

一种基于MOPA结构的双腔准分子激光器的光源同步控制系统，系统包括：延时测量模块、触发控制模块；