极高功率激光腔光学改进的制作方法

极高功率激光腔光学改进的制作方法
【专利摘要】本发明涉及极高功率激光腔光学改进。所揭示的主题的一个方面包括一种用于减小光束反向器棱镜的激光吸收的方法，包括下列至少一项：增加第一入射点和经倒角的角落之间的第一距离，其中第一入射点在棱镜的第一反射表面上，并且在棱镜的第一反射表面和第二反射表面之间形成经倒角的角落，其中经倒角的角落具有经倒角的表面；增加第二入射点和经倒角的角落之间的第二距离，其中第二入射点在棱镜的第二反射表面上；以及增加棱镜的经倒角的角落的经倒角的表面的反射率。还揭示了一种为光学部件确定最佳切割的方法。还揭示了包括至少一个最佳切割光学部件的激光器。
【专利说明】极高功率激光腔光学改进
[0001 ] 本申请是国际申请号为PCT/US2009/005691、进入中国国家阶段的申请号为200980142529.4，申请日为2011年4月20日、名称为“极高功率激光腔光学改进”的发明专利申请的分案申请。
[0002]本申请要求2008 年 10 月 21 日提交的、题为“Very High Power Laser ChamberOptical Improvements”的美国临时专利申请61/107，342的优先权,这里在各个方面作为整体而结合其作为参考。本申请要求2008年10月23日提交的、题为“Very High PowerLaser Chamber Optical Improvements”的美国临时专利申请61/108，020的优先权，这里在各个方面作为整体而结合其作为参考。
【技术领域】
[0003]所揭示的主题一般涉及诸如气体放电激光器之类的极高功率激光系统，尤其涉及用于改进气体放电激光腔中的光学部件的方法和系统。
【背景技术】
[0004]在集成电路光刻制造工艺这样的领域中，放电气体激光腔是众所周知的。随着浸没光刻的出现，要求这种激光系统的制造者提供可以产生60到90瓦和更高平均功率的激光器，这意味着要求激光器光源产生输出光脉冲，例如，用4kHz重复频率下的20兆焦耳或更高的脉冲能量，或6kHz下的15兆焦耳的输出脉冲能量，前者导致80瓦激光器而后者导致90瓦激光器。
[0005]准分子激光器是一类放电气体激光器。在1970年代中期就已知准分子激光器。在1991年6月11日提交的题为“Compact Excimer Laser”的美国专利5，023，884中描述了对于集成电路光刻有用的一种准分子激光器的说明。已经把’ 884专利转让给本申请的受让人。这里在各个方面结合’884专利作为参考。在’884专利中描述的准分子激光器是高重复频率脉冲激光器，尽管所揭示的激光器的输出脉冲重复频率为当代激光系统的约三分之一到二分之一。
[0006]为了产生这种脉冲重复频率下的这种脉冲能量，在上述引用的共同待批专利申请中已经建议使用主振荡器/功率振荡器配置，具体地，在利用种子激光器(主振荡器(“MO”))在相当低的输出脉冲能量下对这些参数(如中心波长和像带宽那样的光束质量参数)进行细调谐的一些应用中，然后放大器部分(功率振荡器(“PO”)或也是振荡器的功率环放大器(“PRA”))把种子激光输出脉冲放大到15-20兆焦耳或这样的激光系统输出脉冲。为了描述方便起见，在整个申请中，把激光系统称为主振荡器/功率环放大器(“M0PRA”)或主振荡器/功率振荡器(“Μ0Ρ0”)(它也是M0PRA)，或主振荡器/功率放大器(“Μ0ΡΑ”)。然而，为了本申请的各个方面和所附权利要求书的含义，旨在使这些术语为可互换的，并且进一步旨在包括在不是种子激光器/放大器激光系统种类的相关揭示高功率激光系统中，除非另行陈述，即，在申请中把所揭示的主题的任何方面限制于这种激光配置中的仅某一个或多个配置中。即，不管所包括的激光配置，位置相似地设置的、配置的和利用的相似的部件，以及面对短期和/或长期暴露于如此高能量光的相似的不利光学影响的情况下，可以使用所申请主题的实施例的任何一个或多个方面。
[0007]还应理解，在产生如此极高功率激光器系统输出脉冲中遇到的一些或所有的问题也可以在产生如此极高功率输出的单或双激光系统中遇到，诸如用于激光退火应用的宽带激光器，所述激光退火形成在平板等上制造的用于薄膜晶体管等的结晶半导体材料(例如，硅)。除非另行限定，揭示和所附权利要求书的含义并不意味着排除这种激光配置。
[0008]将振荡器用作放大激光机制，这导致了某些工作问题，当输出脉冲重复频率增加时，这些问题增加了严重性，因为这些问题大多数是光能量密度和光热瞬态诱发的问题。由限定腔体的两个镜子(其中之一必须部分地反射以允许腔体中激光产生的有用的光离开腔体)为边界的振荡器本身的性质必须在每个激光脉冲中产生比离开激光腔体的有用光的能量更多的能量。在腔体中来回行走的能量和离开腔体的能量之间的差取决于许多因素，诸如腔体几何形状、部分反射镜子(称之为输出耦合器(“0C”)的反射率。然而，作为产生15兆焦耳输出脉冲能量的一个例子，可能看到腔体更接近20兆焦耳或更大。甚至当输出脉冲能量更高时，诸如20兆焦耳时，对于腔体中的能量存在相似的关系。因此用这种激光器产生极高平均功率输出，例如，当前浸没光刻所要求的60-100瓦，可以把光学器件放置在极高能量密度负载下的腔体中，除其它情况外，导致很高的热应力和瞬态。
[0009]相似地，虽然用宽带种子激光器/放大器激光配置可以看到可能较不严重的影响，其中到放大器激光器的种子激光器输入脉冲能量更高(可能高一个量级)，并且是经放大的，不管放大器是否也是一个振荡器。同样，甚至在单腔室激光系统中的光学器件也可能经历高负载，这是从所揭示的主题的一个实施例的一些方面得益的。因此， 申请人:建议一些措施以除去或至少减小激光腔体中如此高的光能量密度的影响，不管腔体形成单腔室激光器或是种子激光器/放大器激光系统中的或放大器激光器中的放大器，不管是否包括振荡腔体或简单地利用固定的、光学上限定的、穿过放大器激光器增益介质的次数。
[0010]不幸地，由于预算限制、制造困难，或简单地，材料的可用性(这些材料具有合适的特性以维持如此能量密度/功率和/或长期暴露于这种能量密度/功率下)，对于高功率激光束来说，不能够对暴露于如此极高能量密度/功率的许多光学部件进行优化。当不对光学部件进行优化时，比优化部件较差的部件可以吸收一部分激光而不是透射地或通过全内反射而通过光学部件传送激光束。吸收一部分激光可以导致光学部件的温度增加，并且温度增加可以导致光学部件畸变，并且错误地引导光线，这降低了性能，并且在其它情况下减小激光器的输出功率或降低激光束特性，诸如光束稳定性和偏振。所需要的是一种制造和/或利用包括在高功率激光光路中的光学部件的成本更有效的方法。

【发明内容】

[0011]概括地说，所揭示的主题通过针对穿过放大激光增益介质的固定的次数，提供激光腔体中的或功率放大器光路中的改进的光学部件而满足了这些需求。应该理解，可以以包括作为过程、装置、系统或设备的多种方式来实现所揭示的主题。下面描述所揭示的主题的一些实施例的数个方面。
[0012]所揭示的主题的一个方面包括一种方法，用于减小光束反向器棱镜的激光吸收，所述方法包括下列的至少一项:增加第一入射点和倒角之间的第一距离，其中第一入射点是在棱镜的第一反射表面上，而在棱镜的第一反射表面和第二反射表面之间形成倒角，其中倒角具有倒角表面；增加第二入射点和倒角之间的第二距离，其中第二入射点是在棱镜的第二反射表面上；以及增加棱镜的倒角的倒角表面的反射率。
[0013]增加第一距离和第二距离中的至少一个可以包括增加棱镜和激光光源之间的第三距离。第三距离可以等于棱镜的第一反射表面上的第一入射点和激光光源的激光输出窗口之间的距离。
[0014]增加第一距离和第二距离中的至少一个可以包括减小棱镜的倒角的倒角表面的宽度。棱镜的倒角的倒角表面的宽度可以小于约0.5毫米。
[0015]增加棱镜的倒角的反射率包括对棱镜的倒角的倒角表面进行抛光。增加棱镜的倒角的倒角表面的反射率可以包括对倒角表面施加精细的表面抛光。增加棱镜的倒角的倒角表面的反射率可以包括对倒角的倒角表面进行抛光，使其抛光到基本上等于第一入射点或第二入射点中至少一个的反射表面的抛光。
[0016]所揭不的主题的一个方面包括一种光束反向器棱镜，所述光束反向器棱镜包括与棱镜的输入面相对的倒角，其中倒角位于第一反射表面和第二反射表面之间，其中倒角具有倒角表面，并且其中倒角表面的宽度小于约0.5毫米，并且其中倒角表面具有抛光的精细表面。所述光束反向器棱镜可以是一种最佳切割的(prime cut)光束反向器棱镜。
[0017]所揭示的主题的一个方面包括一种方法，用于确定光学部件的切除的主要部分，包括:识别包括热应力和机械应力的光学部件的物理应力双折射；识别选中光学部件的理想双折射模型；对于选中的光学部件的多个晶体排列进行建模；把选中光学部件的热应力和机械应力施加于选中的光学部件的多个晶体排列中的每一个；产生与选中的光学部件的多个晶体排列中的每一个对应的多个双折射模型中之一；对多个双折射模型中的每一个与理想双折射模型进行比较；以及选择与理想双折射模型最接近地匹配的选中的光学部件的多个晶体排列中相应的一个。
[0018]所揭示的主题的另一个方面包括一种激光器，该激光器包括种子激光光源和具有光学地稱合到种子激光器输出的激光输入的功率环振荡器。功率环振荡器包括第一输入棱镜、第一输出棱镜、第一窗口、第二窗口、光束反向器、第二输出棱镜以及输出I禹合器，其中第一输出棱镜、第一窗口、第二窗口、光束反向器以及输出I禹合器中的至少一个是最佳切割的光学部件。
[0019]激光器还可以包括分光镜和脉冲展宽器。可以通过折叠镜把功率环振荡器的激光输入光学地耦合到种子激光输出。
[0020]第一输出棱镜可以是具有第一输出棱镜取向的晶体结构的最佳切割的棱镜，以致使由于应力双折射引起的偏振损耗最小化。第一窗口可以是具有第一窗口取向的晶体结构的最佳切割的窗口，以致使由于应力双折射引起的偏振损耗最小化。第二窗口可以是具有第二窗口取向的晶体结构的最佳切割的窗口，以致使由于应力双折射引起的偏振损耗最小化。光束反向器可以包括具有光束反向器棱镜取向的晶体结构的最佳切割的光束反向器棱镜，以致使由于应力双折射引起的偏振损耗最小化。输出耦合器可以是具有输出耦合器取向的晶体结构的最佳切割的输出耦合器，以致使由于应力双折射引起的偏振损耗最小化。
[0021]从下面详细说明连同附图，作为例子示出的所揭示的主题的原理，所揭示的主题的其它方面和优点会变得显而易见。【专利附图】

【附图说明】
[0022]通过下面的详细说明连同附图，会容易地理解所揭示的主题。
[0023]图1是根据所揭示的主题的一个实施例的一些方面的MOPRA系统的方框图。
[0024]图2A是根据所揭示的主题的一个实施例的一些方面的、通过功率环振荡器和光束反向器的光路的侧视图。
[0025]图2B是根据所揭示的主题的一个实施例的一些方面的、通过功率环振荡器和光束反向器(未按比例示出)的光路的顶视图。
[0026]图2C是根据所揭示的主题的一个实施例的一些方面的、通过PRA WEB的光路的详细的顶视图。
[0027]图2D示出图1中示出的光具组的一部分以及PRA输出处的附加的光学元件的透视图。
[0028]图3A-3C是根据所揭示的主题的一个实施例的一些方面的、光束反向器以及通过光束反向器的光路的详细的视图。
[0029]图4是根据所揭示的主题的一个实施例的一些方面的、改进光束反向器性能的方法操作的流程图。
[0030]图5A-5B示出根据所揭示的主题的一个实施例的一些方面的、最佳切割的输出耦合器的各个视图。
[0031]图6A-6B示出根据所揭示的主题的一个实施例的一些方面的、最佳切割的第三棱镜的各个视图。
[0032]图7A-7B示出根据所揭示的主题的一个实施例的一些方面的、最佳切割的右腔室窗口的各个视图。
[0033]图8是根据所揭示的主题的一个实施例的一些方面的、识别在高功率UV激光系统中的选中的最佳切割的光学部件的方法的流程图。
[0034]图9A-9E是根据所揭示的主题的一个实施例的一些方面的、在高功率UV激光系统中的选中的光学部件的最佳切割光学部件的详细的视图。
【具体实施方式】
[0035]现在将描述所揭示的主题的一个实施例的数个示例性方面，例如，功率环放大器的腔体中的改进的光学部件。本【技术领域】中技术人员会明白，可以实现所揭示的主题而无需这里阐述的某些或所有的具体细节。
[0036]图1是根据所揭示的主题的一个实施例的一些方面的MOPRA系统4的方框图。在诸如步进机或扫描仪之类的光刻机2 (由日本具有工厂的Canon或Nikon或荷兰具有工厂的ASML提供)的输入端口处提供激光光束。该激光系统包括激光能量控制系统，用于在4，000-6000HZ或更大的重复频率下控制脉冲能量和系统的累积剂量能量输出。该系统在主振荡器8激光腔室和诸如功率环放大器10之类的功率振荡器激光腔室相互之间提供极准确的放电触发，具有脉冲和剂量能量的反馈和前馈控制。
[0037]M0P0/M0PRA系统4包括光束传送单元6，它提供用于把激光光束传送到扫描仪2的输入端口的封闭光束光路。这个特定的光源系统包括主振荡器8和功率环放大器10,功率环放大器10也形成振荡器腔体，即功率振荡器(PO)，并且是已知为MOPO系统以及具体地这里的MOPRA系统的一类激光系统。MOPRA系统4还包括脉冲展宽器16。
[0038]主振荡器8和功率环放大器10包括相应的放电腔室8A、IOA0放电腔室8A、IOA包括两个细长的电极、激光气体、用于使气体在电极和热交换器之间来回行走的切向风扇。主振荡器8产生第一激光光束14A,通过功率环放大器10中的振荡或多次穿过功率放大器10而放大了第一激光光束14A，以产生激光光束14B。
[0039]主振荡器8包括通过输出f禹合器8C和线路变窄封装(line narrowing package) 8B形成的谐振腔。在包含在主振荡器放电腔室8A中的两个50厘米长的细长电极之间产生主振荡器8的增益介质。功率环放大器10包括基本上与放电腔室8A相似的放电腔室10A。功率环放大器10还具有也形成谐振腔的输出耦合器(图2D中的224)。这个MOPRA配置允许设计和操作主振荡器8使之具有最大的光束质量参数(诸如波长稳定性和极窄的带宽)。设计和操作功率环放大器10以使功率输出最大化。利用功率环放大器形式的功率振荡器作为放大器部分的图1所示的系统是4-6kHz下每个脉冲15兆焦耳(或更大，如果需要的话)。ArF激光系统在60-90瓦处产生光束质量基本上改进了的紫外功率。
[0040]光束反向器改进
[0041]图2A是根据所揭示的主题的一个实施例的一些方面的、通过功率环放大器腔室IOA和光束反向器28的光路的侧视图。图2B是根据所揭不的主题的一个实施例的一些方面的、通过功率环放大器腔室IOA和光束反向器28(未按比例示出)的光路的顶视图。图2D是根据所揭示的主题的一个实施例的一些方面的、通过PRA WEB26的光路的详细侧视图，PRA WEB26包括折叠镜222和输出耦合器224、最大反射镜(用于合适的额定中心波长)以及光束减小/光束扩大棱镜组230、236、228。图2C示出图1中示出的光具组的一部分以及PRA腔室IOA的输出处的附加的光学元件的透视图。如上图1中所述，主振荡器8把激光光14A输出到PRA WEB26。参考图2A-2D，激光光束14A进入PRA WEB26,并且起初碰到折叠镜222，折叠镜222通过输出耦合器224把激光光束14A引导到最大反射镜227。激光光束14A通过输出耦合器224，但是当它通过输出耦合器224时，输出耦合器基本上没有影响激光光束。最大反射器227通过第一棱镜228和第三棱镜230反射激光光束14A。第三棱镜230使激光光束14A与右腔室窗口 232和期望的光路对准，并且该期望的光路穿过PRA腔室IOA的、穿过左腔室窗口 234且到光束反向器28。
[0042]从光束反向器28开始，激光光束光路返回到左腔室窗口 234，并且通过PRA腔室IOA和右腔室窗口 232到第三棱镜230。第三棱镜230使右光路偏移到第二棱镜236，它使光路到输出耦合器224，输出耦合器224把现在经放大的激光光束14B引导到光束分析模块(BAM)、分光镜38，然后到光束展宽器16，并且然后到自动快门52，并且最终到激光光利用设备或系统(例如，如上图1所示的下游光刻系统2)。
[0043]图3A是根据所揭示的主题的一个实施例的一些方面的、通过光束反向器28的光路的部分示意图，并且是不按比例的详细的光线视图。激光光束14A退出左腔室窗口 234，并且引导到光束反向器棱镜300的第一面302。光束反向器棱镜300的第一面302把输入激光光束引导到光束反向器棱镜的第二面304上的第一入射点304A。第二面304把输入激光光束反射到第三面306上的第二入射点310A。第三面306把输入激光光束反射回第一面302，第一面302把现在经反射的激光光束14A’引导回左腔室窗口 234。[0044]光束反向器棱镜300是精确光学材料制造的精确光学设备，并且具有精确的光学精整面302、304和306。由于越过PRA放大器腔室IOA的放电区域的光束是倾斜的，如图2B所示的那样(没有按比例)，但是实际上几乎是相互对准的，以致基本上穿过用于经放大的受激发射进行放大的激光气体增益介质形成的放电的窄的水平宽度(约3毫米)以及光束(其中在图3A的光线图中仅示出一条光线)两者具有有限的宽度，极严格地控制光束反向器28的全内反射棱镜300的几何形状和光束光路。通常对光束反向器棱镜300的角落进行倒角处理，以减小边缘应力并使棱镜300更耐用，如同光学制造中的标准实践那样，诸如减小角落的碎裂。例如，所示的光束反向器棱镜300的角落310是经过倒角处理的。角落310的倒角具有约I毫米的宽度。 申请人:已经确定如果起始激光光束14A入射至角落310的倒角而非入射至第一入射点304A和第二入射点310A，则角落310将开始吸收激光光束14A，从而导致光束反向器棱镜300发热，并且对光束反向器棱镜300添加了不必要的热应力。这可能导致极不利的棱镜畸变，使光束与放电区域和PRAlO的输出稱合器末端处的光学器件错位。即使光束14A没有入射至经倒角的角落310，通过棱镜300散射的DUV光也会使角落310发热。
[0045]一个使入射至角落310的倒角上或接近角落310的倒角的起始激光光束14A的量减小的方法是包括倒角屏蔽320，起始激光光束14A在进入第一面302之前必须通过该倒角屏蔽320。倒角屏蔽320试图把角落310的倒角放置在通过屏蔽320产生的激光阴影区域中。然而，当通过极小的角度β (—般按小于10毫弧度的尺度)使起始激光光束14Α和经反射的激光光束14Α’分开时，则起始激光光束14Α和经反射的激光光束14Α’的间隔与角落310的典型I毫米宽倒角的宽度很接近。另一种说法，第一入射点304Α和角落310的倒角之间的第一距离304Β趋向零，相似地，第二入射点310Α和角落310的倒角之间的第二距离310Β趋向零。
[0046]对光束反向器棱镜300的一个改进是减小角落310的倒角的宽度到小于约0.5毫米的宽度。这个较窄的倒角要求光束反向器棱镜300的光学制造者的更精确的处理，因此增加了成本，然而，倒角的较窄的宽度增加了距离304Β和310Β，从而减小了入射至角落310的倒角上或接近角落310的倒角的起始激光光束14Α的量。
[0047]对光束反向器棱镜300的另一个改进是改进角落310的倒角的表面的精加工。例如，可以对角落310的倒角进行光学地抛光。通过对角落310的倒角进行光学地抛光，导致更优先地反射或透射而不吸收入射至倒角上的任何光。
[0048]用于减小入射至角落310的倒角表面上的光量的光束反向器棱镜300的另一个改进是增加棱镜300和PRA腔室IOA的左腔室窗口 234之间的距离330。通常，分开光束反向器棱镜300和左腔室窗口 234的距离330通常在约100毫米和约1000毫米的范围内。
[0049]进一步移动棱镜光束反向器棱镜300离开左腔室窗口 234增加由于分开它们的角度β导致的起始激光光束14Α和经反射的激光光束14Α’之间的距离332。即使角度β —般处于小于约10毫弧度的尺度，甚至几个毫米，诸如例如40毫米，就可以足够地增加距离332，也增加了距离304Β和310Β，这也进一步分开304Α和3IOA之间的光束池(beam bath)，使散射的DUV光不可能入射至倒角310上和/或如果入射的话则具有较低的能量。
[0050]还应该理解，可以单独地使用或组合起来使用对于光束反向器棱镜300的这些改进中的每一个，以改进光束反向器棱镜的性能以及减小角落310的倒角吸收的光量。例如，可以进一步使经改进的光束反向器棱镜300位于离开左腔室窗口 234约40毫米处，并且可以使角落310的倒角减小到约0.5毫米的宽度，并且可以对倒角进行抛光使之更容易透射或反射。
[0051]图4是根据所揭示的主题的一个实施例的一些方面的、改进光束反向器300性能的方法操作400的流程图。在操作405中，增加第一反射表面304上的第一入射点和角落310的倒角之间的第一距离304B。可以通过减小倒角的大小或通过增加起始激光光束14A和在表面302处的经反射的激光光束14A’之间的间隔来增加第一距离304B。
[0052]在操作410中，增加第二反射表面306上的第二入射点和角落310的倒角之间的第二距离310B。可以通过减小倒角的大小或通过增加起始激光光束14A和表面302处的经反射的激光光束14A’之间的间隔来增加第二距离310B。操作405和410可以是以及通常是同时执行的。
[0053]在操作415中，角落310的倒角的表面精整度可以被抛光成更具有反射性的精整度。如上所述，经倒角的角落310的更具有反射性的表面精整度将减小所吸收的光量，并且增加反射的光量。例如，可以把经倒角的角落抛光成工业中众知的精细抛光。可以使经倒角的角落的表面抛光成反射的表面精整度。可以使经倒角的角落的表面抛光成如同棱镜300的第一面302、第二面304和第三面306那样的表面精整度。
[0054]光学部件改讲
[0055]再参考上述图2B，从主振荡器到PRA WEB26通过输入激光14A的光路。在PRA WEB26中的光学部件222、224、227、228、230引导输入激光光束通过PRA腔室10A，其中对输入激光14A进行放大，然后传送到光束反向器28，光束反向器28引导经反射的激光14A’回道PRA腔室10A，在那里进一步放大经反射的激光14A’，并且把经进一步放大的激光14B传送到输出耦合器224。输出耦合器224是部分反射镜，例如，约10%到约60%之间反射回腔室(例如，约20% )，形成振荡腔，并且在通过放电期间PRAlOA中的电极之间的受激的激光气体增益介质的振荡期间，允许建立激光脉冲强度，从而形成从PRA的输出脉冲。脉冲14B的经放大的激光光束输出到BAM分光镜38和光束脉冲展宽器16以及自动快门52。
[0056]在这个类型的应用中，与以前已经碰到的脉冲相比，脉冲14B的经放大的输出激光光束是每个面积具有更高能量密度的激光。结果，更高的功率密度可以增加传导脉冲14B的经放大的激光光束的光学部件的应力，甚至当光束退出PRA腔室IOA和通过PRA WEB传送到输出耦合器224时，光束在棱镜230和236中扩展。传导经放大的激光14B的部件包括左腔室窗口 234、光束反向器棱镜300、右腔室窗口 232、第三棱镜230、以及对于有些较低的程度但是从光学不利影响观点来说仍是重要的方面，还包括第二棱镜236、输出耦合器224、BAM分光镜38、光束脉冲展宽器16以及自动快门52。
[0057]上面列出的光学部件通常都是晶体结构。它们需要以极短的波长(诸如248纳米，具体地193纳米)来传导极高脉冲能量激光脉冲，其中包括了脉冲14B的经放大的激光光束，与之相比，PRA腔体中的光学器件(或，例如，多次穿过放大器的PA)，以及具体地，第三棱镜230、腔室窗口 232、234以及光束反向器300。例如，可以从具有晶体结构的氟化钙(CaF2)来制造它们。氟化钙晶体结构具有固有的双折射，并且当材料中存在应力时具有附加的双折射。双折射是根据输入光束的偏振状态而材料可以具有不同折射率的现象。然而，当固有的双折射趋向于基本上固定的，并且仅取决于晶体取向时，应力双折射是晶体结构上机械应力的函数。对于CaF2的大多数高功率应用，应力双折射大大地高于固有的双折射，并且固有的双折射可以忽略不计。如何安装晶体结构和施加于晶体结构的温度变化可以引起机械应力。
[0058]理想的双折射服从于每个特定的光学部件，并且是基于要求如何使用该特定光学部件以及要求从该特定光学部件得到什么确切的性能。例如，如果要求特定的偏振，则一般将选择一个光学部件，为传导尽可能百分之百接近要求偏振的光而优化该光学部件。
[0059]鉴于上述观点，重要的是要识别特定光学部件的理想的或最小的双折射结果。理想的双折射是晶体结构的数个方面的函数，包括晶体结构相对于通过晶体结构的光路方向的取向以及晶体结构相对于光学部件表面的取向。
[0060]图5A-5B示出根据所揭示的主题的一个实施例的一些方面的、最佳切割的输出耦合器224的各个视图。最佳切割输出耦合器224是具有平坦光学表面502、503和圆形周边的氟化钙晶体结构。最佳切割输出耦合器224具有图5B所示的晶轴[111]504的方向，离开到表面502的法线506为12+/-约2度。在图5A中，最佳切割输出耦合器224示出晶轴
[10 Il的方向为垂直于由光学表面法线和晶轴[in]定义的平面。可以在最佳切割输出耦
合器224上包括折射率标记以对准输出耦合器，以致脉冲14B的经放大的激光输出光束以相对于表面的法线506为45度的角入射到表面503，并且使双折射最小化。
[0061]图6A-6B示出根据所揭示的主题的一个实施例的一些方面的、最佳切割的第三棱镜230的各个视图。最佳切割第三棱镜230是具有分开20度的光学面602和603的氟化钙结晶棱镜结构。最佳切割第三棱镜230具有图6A所示的晶轴[111]604的方向，相对于
到表面602的法线为97+/-约2度。在图6B中，最佳切割第三棱镜230示出晶轴p0 I；!的
方向为垂直于由光学表面法线和[111]定义的平面。经放大的激光14B以相对于表面法线的入射角入射到表面603。在经放大的激光14B和表面603之间的入射角约为68度+/-约5度。
[0062]图7A-7B示出根据所揭示的主题的一个实施例的一些方面的、右腔室窗口 232的最佳切割的各个视图。最佳切割右腔室窗口 232可以是具有平坦光学表面702、703和圆形周边的氟化钙晶体结构。最佳切割右腔室窗口 232具有图7B所示的晶轴[111]704的方向，相对于表面703的法线706为19+/-约2度。在图7A中，最佳切割右腔室窗口 232示
出晶轴PO I』的方向为垂直于由光学表面法线和晶体轴[111]定义的平面。可以在最佳切
割右腔室窗口 232上包括折射率标记以对准右腔室窗口，以致经放大的激光14B以相对于表面的法线706的入射角入射到表面702，并且使双折射最小化。入射角为70度+/-约5度。左腔室窗口 234的最佳切割基本上与上述最佳切割右腔室窗口 232相似。
[0063]再参考图3A，最佳切割光束反向器棱镜300是具有平坦光学表面302、304、306的氟化钙晶体结构。最佳切割光束反向器棱镜300具有所示的晶轴[111]352的方向，相对于第一光学表面302的法线346为角度350。角度350可以是20+/-约2度。起始激光光束14A以相对于表面法线的角度348入射到表面302。角度348约为56.6度+/-约2度。
[0064]图8是根据所揭示的主题的一个实施例的一些方面的、识别在高功率UV激光系统中的选中的光学部件的最佳切割的方法的流程图。在操作810中，选择系统中的光学部件以使其双折射特性最优化。[0065]在操作820中，识别选中光学部件的理想的双折射模型，包括识别选中光学部件的固有的双折射特性。
[0066]在操作830中，估计选中光学部件的应力双折射特性以识别选中光学部件的多个双折射模型。应力双折射特性包括机械应力、热应力和可以影响选中光学部件的应力双折射特性的任何其它应力。
[0067]在操作840中，对多个经识别的双折射模型中的每一个进行比较，以识别选中光学部件的理想双折射模型。
[0068]在操作850中，在多个经识别的双折射模型中选择与经识别的理想双折射模型最相似的一个经识别的双折射模型。在操作860中，如果要求使附加的光学部件最优化，则在操作870中继续所述方法操作，如下所述。
[0069]如果不要求使附加的光学部件最优化，则可以终止方法操作。在操作870中，在操作810开始的方法操作中选择后续的光学部件，如下所述。
[0070]图9A-9E是根据所揭示的主题的一个实施例的一些方面的、在高功率UV激光系统中的选中的光学部件的最佳切割光学部件的详细的视图。图9A是包括高功率UV激光系统中的最佳切割光学部件的光路的顶视图。图9B是包括高功率UV激光系统中的最佳切割光学部件的光路的侧视图。图9C是PRAWEB26的详细侧视图。如上所述，应力双折射的最小化可以改进激光器性能。PRA WEB26包括折叠镜222和输出耦合器224、最大反射镜(用于合适的额定中心波长)Rmax227以及光束减小/光束扩大棱镜组230、236、228。图9D是光束反向器棱镜300的详细视图。图9E是右腔室窗口 232的详细视图。示出具有最佳切割的光学器件在六个不同位置时的光束入射角和晶体取向。对于光学部件的每一个，在图9C-9E
中不出晶体轴[111]方向:轴[10 I』方向垂直于附图的平面，圆和中心点表不轴[10 I]方
向指向上,其中圆和叉表示轴[10 I]方向指向下而进入附图的平面。
[0071]应力双折射对于晶体结构取向具有很大的依赖性。例如，对于在腔室窗口 232、234的孔径中的某些区域，通过简单地调节晶体取向，几乎可以使偏振损耗从100 %变化到接近
O。这个观察识别了使双折射最小化的机会。具体地，可以使选中光学器件的晶体结构定向以致使由于应力双折射引起的偏振损耗最小化(即，最佳切割光学取向)。具有实验有效的双折射模型，可以计算任何晶体取向的偏振损耗。
[0072]通过对所有可能的晶体取向和对应的偏振损耗进行比较，可以识别最小偏振损耗和产生最小损耗的对应的晶体取向，并且可以用于晶体窗口设计中。使用该方法使腔室窗口设计中的偏振损耗最小化。
[0073]可以对每个光学部件检查晶体取向。晶体轴[111]和[10 I]确定唯一的晶体取向。在x-z平面处设置晶体轴[111]，并且沿y-轴从z轴到X轴递增地旋转。(Θ:0到90。)。然后晶体轴[111]沿Z轴旋转。(Φ:0到360° )。然后[10 ?]沿[111]旋转。(Ψ:0 到 360。) O
[0074]为了对每个晶体取向的偏振损耗进行比较，单个度量:计算、标绘和比较整个PRA/M0激光光束光路中的平均偏振损耗PL( θ，Φ，Ψ)。为了标绘2-d中的偏振损耗，可以通过用Ψ的整个范围(从O到360° )取PL(0，Φ，Ψ)的极小值而可以使PL(0，Φ, Ψ)减小到PLM(e，Φ)。
[0075]本申请的受让人共同地拥有下列美国专利和美国公开专利申请的每一个，这里为所有目的而结合其全部作为参考:Hofmann等人的题为“Reliable，Modular, ProductionQuality Narrow-Band High Rep Rate F2Laser” 的美国专利 6018537、Myers 等人的题为“Reliable Modular Production Quality Narrow-Band High Rep Rate Excimer Laser，，的美国专利 6128323、Azzola 等人的题为 “Shock Wave Dissipating Laser Chamber” 的美国专利 6212211、Ishihara 等人的题为 “Reliable，Modular，Production Quality Narrow-BandHigh Rep Rate Arf Exciner Laser” 的美国专利 6330261、Oliver 等人的题为 “Extremerepetition rate gas discharge laser”的美国专利 6442181、01iver 等人的题为“ExtremeRepetition Rate Gas Discharge Laser with Improved Blower Motor，，的美国专利 6477193、Ness 等人的题为 “Injection Seeded Laser with Precise Timing Control” 的美国专利6549551、Besaucele 等人的题为 “Arf Laser sith Low Pulse Energy and High Rep” 的美国专利 6553049、Myers 等人的题为 “Very Narrow Band, Two Chamber, High Rep Rate GasDischarge Laser System”的美国专利6567450、Das 等人的题为“High Repetition Rate GasDischarge Laser With Precise Pulse Timing Control ”的美国专利 6618421、Knowles 等人的题为“Very Narrow Band, Two Chamber, High Rep Rate Gas Discharge laser System”的美国专利 6625191、Ujazdowski 等人的题为 “Flow Shaping Electrode With Erosion Pad ForGas Discharge Laser”的美国专利6654403、Gillespie等人的题为“High Pulse RepetitionRate Gas Discharge Laser” 的美国公开专利申请 20060291517、Amada 等人的题为 “GasDischarge Laser System Electrodes and Power Supply for Delivering Electrical Energyto Same”的美国公开专利申请20070071058、以及Partlo等人的题为“Gas Discharge LaserChamber Improvements” 的美国公开专利申请 20050226301。
[0076]注意到了所揭示的主题的各个实施例的上述一些方面，就应该理解，本发明可以使用包括存储在计算机系统中的数据的各种计算机实施的操作，诸如选中光学部件的模型的双折射图案的计算机模型。这些操作是需要物理量的物理操纵的那些操作。通常，虽然不是必须的，这些量釆用能够存储、传送、组合、比较和在其它情况中可操纵的电或磁信号的形式。此外，经常用术语来表示所执行的操纵，诸如产生、识别、确定或比较。
[0077]形成本发明的一部分的、这里描述的任何操作是有用的机器操作。本发明还涉及用于执行这些操作的设备或装置。可以为所需要的目的具体地构造装置，或这可以是通过存储在计算机中的计算机程序选择地激励或配置的通用计算机。尤其，可以使用具有根据这里的学说写入的计算机程序的各种通用机器，或可以更方便地构造更具体的装置以执行所要求的操作。
[0078]可以进一步理解，不需要以所示出的次序来执行上述附图中的操作所表示的指令，操作表示的所有过程不是实现本发明所必需的。此外，也可以在软件中实施上述任何附图中描述的过程，所述软件存储在RAM、ROM、或硬盘驱动器的任何一个中或它们的组合中。
[0079]虽然为了清楚地理解而详细描述了上述本发明，但是要理解，可以在所附的权利要求书的范围内实现某些改变和修改。因此，认为所揭示的主题的各个实施例的一些方面是示意性的而非限制性的，本发明并不局限于这里给出的细节，而是可以在所附的权利要求书的范围和等效物之内进行修改。
【权利要求】
1.一种光束反向器棱镜，包括: 经倒角的角落，与所述棱镜的输入面相反，所述经倒角的角落是在第一反射面和第二反射面之间，所述经倒角的角落具有经倒角的表面，并且所述经倒角的表面的宽度小于约0.5毫米，所述经倒角的表面是抛光的经倒角的表面； 在第一入射点和经倒角的角落之间的第一距离，所述第一入射点是在所述棱镜的第一反射面上，并且所述经倒角的角落是形成于所述棱镜的第一反射面和第二反射面之间； 输入激光束被引导到所述第一入射点；以及 所述经倒角的角落的抛光的经倒角的表面包括一抛光的精整度，所述抛光的精整度等于输入面、第一反射面和第二反射面中的至少一个的反射表面精整度。
2.如权利要求1所述的光束反向器棱镜，其中，所述棱镜是最佳切割棱镜，用于所述棱镜的最佳切割包括: 为包括热应力和机械应力的光学部件标识物理应力双折射； 为所选的光学部件标识理想的双折射模型； 为所选的光学部件建立多个晶体对准的模型； 把用于所选的光学部件的热应力和机械应力施加于用于所选的光学部件的多个晶体对准中的每一个晶 体对准中； 产生与用于所选的光学部件的多个晶体对准中的每一个晶体对准相对应的多个双折射模型中的一个； 将多个双折射模型中的每一个与理想的双折射模型进行比较；以及 其中，所述棱镜具有与理想的双折射模型最接近的晶体对准。
3.如权利要求1所述的光束反向器，还包括:在第二入射点和经倒角的角落之间的第二距离，其中，所述第二入射点是在所述棱镜的第二反射表面上。
4.如权利要求1所述的光束反向器，还包括:在所述棱镜和激光源之间的第三距离，其中，所述第三距离等于所述棱镜的第一反射表面上的第一入射点和所述激光源的激光输出窗口之间的距离。
5.如权利要求1所述的光束反向器，其中，抛光的经倒角的表面包括到倒角的表面的精细的表面精整度。
6.如权利要求1所述的光束反向器，其中，光束反向器被包括在激光系统中。
7.如权利要求6所述的光束反向器，其中，所述激光系统还包括: 种子激光源；以及 功率环振荡器，其激光输入光学地耦合到种子激光器输出，所述功率环振荡器包括: 第一输入棱镜； 第一输出棱镜； 第一窗口 ； 第二窗口 ； 第二输出棱镜；以及 输出I禹合器，其中，第一输出棱镜、第一窗口、第二窗口、光束反向器和输出I禹合器中的至少一个是最佳切割光学部件。
8.如权利要求7所述的光束反向器，还包括:分光镜；以及 脉冲展宽器。
9.如权利要求7所述的光束反向器，其中，第一输出棱镜是具有第一输出棱镜取向的晶体结构的最佳切割棱镜，以致使由于应力双折射所引起的偏振损耗最小化。
10.如权利要求7所述的光束反向器,其中,第一窗口是具有第一窗口取向的晶体结构的最佳切割窗口，以致使由于应力双折射所引起的偏振损耗最小化。
11.如权利要求7所述的光束反向器，其中，第二窗口是具有第二窗口取向的晶体结构的最佳切割窗口，以致使由于应力双折射所引起的偏振损耗最小化。
12.如权利要求6所述的光束反向器,其中,光束反向器包括具有光束反向器棱镜取向的晶体结构的最佳切割光束反向棱镜，以致使由于应力双折射所引起的偏振损耗最小化。
13.如权利要求7所述的光束反向器,其中,输出I禹合器是具有输出I禹合器取向的晶体结构的最佳切割输出耦合器 ，以致使由于应力双折射所引起的偏振损耗最小化。
【文档编号】G02B5/12GK104009373SQ201410266999
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2009年10月20日 优先权日:2008年10月21日
【发明者】叶红, R·洛奇斯基, R·A·伯格斯泰德, A·I·叶尔绍夫, L·刘, J·W·维尔泰拉, R·H·劳, R·F·齐布尔斯基, T·P·杜斐, D·J·W·布朗, J·J·法瑞尔 申请人:西默股份有限公司