一种准分子激光器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于激光技术领域，尤其涉及一种准分子激光器。
【背景技术】
[0002] 随着目前集成电路制造中光刻特征尺寸的逐渐减小、数值孔径的提高，照明光的 偏振特性对最终光刻成像质量的影响越来越大，因此对光刻机中照明用准分子激光器输出 激光的偏振特性控制变得十分必要。在光刻成像光学系统中，偏振照明光具有较高的空间 成像对比度，成像质量好，因此要求光刻用准分子激光光源具有非常高的激光偏振度。同时 为了有利于后续光路偏振方向调整及控制，输出激光在传输过程中保持偏振方向一致也是 十分必要的，因此要求激光在光路传输结构内部传导过程中不引入新的P光和S光之间附 加相位差，能够做到保持偏振、纯化偏振的作用。
[0003] 图1为现有光刻用193nm准分子激光器结构示意图，包含主振荡腔即种子腔（MO)、 线宽压窄模块（LNM)、输出耦合镜（OC)、功率放大腔（PA)，以及由图中1、2、3虚线框组成的 光路传输结构。种子腔与功率放大腔在垂直面内上下放置，主振荡腔用于输出亚皮米级极 窄线宽的种子光，功率放大腔用于种子光能量的放大。腔两侧窗口镜片与光轴成布儒斯特 角摆放，实现腔内气体密封、及P偏振光选择纯化的作用。线宽压窄模块用于波长精密选择 和激光线宽压窄，输出耦合镜与线宽压窄模块作为种子腔两侧腔镜与种子腔体共同形成激 光谐振腔，用于输出优质窄线宽种子光。光路传输结构用于引导光束传输。
[0004] 现有的准分子激光器光路传输结构主要基于非镀膜的透射元件、内反射元件以及 镀膜元件等，以下针对这三种元件的相位变化进行介绍：非镀膜的透射元件不改变入射光 的相位；非镀膜的内反射元件根据入射角的不同而产生0~31之间不同的P-S相位差，根 据公式可计算出确定的相位差值；镀膜元件（包括反射式、透射式和部分反射式在内）的 相位变化则比较复杂，与膜系类型、膜层厚度、波长、入射光偏振态等参数都有关系。举例说 明，193nm线偏振光以45°入射角在反射膜层表面发生反射后，P光与S光之 间产生约13°的相位差，则入射的线偏振光反射后变为椭圆偏振光，偏振态发生变化，在传 输过程中偏振方向不断发生变化。对于不同的膜系则又会产生其他的相位变化。
[0005] 目前公开的准分子激光器光路传输结构基本都是以透射元件、内反射棱镜元件、 全反射/部分反射式镀膜元件为主。对其相位变化进行计算可知，目前公开的光路传输结 构各元件之间基本上都无法实现相位互相补偿的作用，因此放电腔输出的种子光在光路传 输结构中传输时都会被引入附加相位差，从而改变种子光的初始偏振态。假定放电腔输出 种子激光包含的P分量和S分量之间相位差为0,即可以认为合成后为线偏振光。在光路传 输结构中如两分量之间引入了 〇~之间的相位差，则合成后的激光变为椭圆偏振光，随 着传输距离的变化，激光偏振方向会随之变化，该种情况下对于后续照明系统和投影系统 中的偏振控制是不利的，因此有必要对激光器的偏振态进行总体规划和分析控制。
【发明内容】
[0006](一）要解决的技术问题
[0007] 本发明的目的在于提供一种准分子激光器，其光路传输结构采用特殊角度棱镜元 件，通过特定摆放方式，实现光路传输结构内部相位互相补偿，从而不会产生附加相位差， 保证激光器最终输出激光与放电腔输出种子激光的偏振态一致，克服目前现有光路传输结 构中激光偏振态发生变化的缺点。
[0008](二）技术方案
[0009] 本发明提供一种准分子激光器，其特征在于，包括种子腔、放大腔以及光路传输结 构，其中：
[0010] 种子腔用于输出种子激光；
[0011] 放大腔垂直位于所述种子腔之下，用于放大种子激光的能量；
[0012] 光路传输结构用于引导激光的传输，其中，光路传输结构至少包括第一三角棱镜、 第二三角棱镜及第三三角棱镜：
[0013] 第一三角棱镜和第二三角棱镜用于引导所述种子腔输出的种子激光，使种子激光 经过所述放大腔；第三三角棱镜用于将放大腔输出的激光再次传输到放大腔内进行二次放 大。
[0014] 进一步，第一三角棱镜与种子腔位于同一水平面内，第二三角棱镜及第三三角棱 镜与放大腔位于同一水平面内，第一三角棱镜和第二三角棱镜位于同一竖直面内。
[0015] 进一步，种子腔输出的种子激光在第一三角棱镜第一短边所在面上入射，在第 一三角棱镜长边所在面上内反射，并在第一三角棱镜第二短边所在面上出射；
[0016] 从第一三角棱镜出射的种子激光在第二三角棱镜第一短边所在面上入射，在第 二三角棱镜长边所在面上内反射，并在第二三角棱镜第二短边所在面上出射；
[0017] 从第二三角棱镜出射的种子激光经过放大腔后，在第三三角棱镜长边所在面上入 射，在第三三角棱镜两个短边所在面上内反射，并在第三三角棱镜长边所在面上出射；
[0018] 其中，激光在第一三角棱镜、第二三角棱镜及第三三角棱镜中进行的四次内反射 中，反射角均一致。
[0019] 进一步，第一三角棱镜垂直摆放，使第一三角棱镜中入射光和出射光所构成的平 面垂直于水平面；
[0020] 第二三角棱镜垂直摆放，使第二三角棱镜中入射光和出射光所构成的平面垂直于 水平面；
[0021] 第三三角棱镜水平摆放，使第三三角棱镜中入射光和出射光所构成的平面平行于 水平面。
[0022] (三）有益效果
[0023] 本发明提出一种不改变激光腔输出激光偏振态的双腔准分子激光器光路传输结 构，通过采用特殊角度三角棱镜、及对三角棱镜采取特殊的摆放方式，实现P光和S光相位 差互相补偿，使光路传输结构不会产生附加的相位差，达到最终输出的激光偏振态与从放 电腔输出的种子激光偏振态一致、保持激光偏振态稳定的目的。
【附图说明】
[0024] 图1是现有光刻用193nm准分子激光器结构不意图。
[0025] 图2是本发明提供的准分子激光器中的光路传输结构示意图。
[0026] 图3A和图3B是本发明提供的光路传输结构中三角棱镜的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。
[0028] 本发明提供一种准分子激光器，包括种子腔、放大腔以及光路传输结构，种子腔用 于输出种子激光，放大腔用于放大所述种子激光的能量，光路传输结构用于引导激光的传 输，其中，光路传输结构包括第一三角棱镜、第二三角棱镜及第三三角棱镜。本发明通过采 用特殊角度三角棱镜、及对三角棱镜采取特殊的摆放方式，实现P光和S光相位差互相补 偿，使光路传输结构不会产生附加的相位差，达到最终输出的激光偏振态与从放电腔输出 的种子激光偏振态一致、保持激光偏振态稳定的目的。
[0029] 图2是本发明提供的准分子激光器中光路传输结构示意图，光路传输元件全部采 用同种光学材料制成的三角棱镜，基于光线内反射原理完成光线的转折和输出。定义X、Z 方向位于水平面内，Y方向位于垂直面内，X、Y、Z互相垂直。激光器种子腔输出的种子光包 含P分量及S分量，P分量位于水平面内，S分量位于垂直面内。
[0030] 种子腔输出的种子光在水平面内沿Z轴正向传播，在第一三角棱镜1的第一短 边所在面la入射，在长边所在面lc上发生内反射，反射光线在第二短边所在面lb出 射。光线经过第一三角棱镜1后转折90°并沿Y轴反向传输。光线在第一短边所在 面la和二短边所在面lb这两个面上发生透射，根据偏振特性，透射光不产生相位改 变，因此种子激光的P分量和S分量在la和lb两面透射时相位均不变，即二者相位差 也不变。光线在长边所在面lc上发生全反射，P光和S光相位均发生变化，根据公式
-，可求出P光与S光相位差5。以193nm波段 常用光学材料CaF2为例（n = 1. 5014@193nm)，当入射角大于等于全反射临界角41. 76°后 就会发生内反射。
[0031] 本实施例中，定义光线在lc面上入射角为0 ( 0 >41. 76°