应用于极紫外光刻光源的CO2激光功率稳定方法及装置

本发明涉及极紫外光刻，具体提供一种应用于极紫外光刻光源的co2激光功率稳定方法及装置。

背景技术：

1、光刻机是现代化大规模集成电路制造的核心设备，而曝光光源是光刻机的核心零部件。曝光光源波长越短，其提供的光刻分辨率越高，波长13.5nm的极紫外（euv）光源是目前最先进的量产光刻机光源。激光诱导等离子体（lpp）可产生极紫外光，采用高重频、窄脉宽、高功率的长波co2激光辐照锡液滴靶，诱发锡等离子体辐射13.5nm光是产生euv光源的主流技术途径。

2、euv光源功率稳定性直接影响芯片的良率，是光刻机产业化应用的核心评价指标之一。影响lpp-euv光源功率稳定性的因素包括主泵浦co2激光器功率稳定性、激光时空同步打锡液滴靶稳定性、euv光收集效率稳定性等。主泵浦co2激光器功率稳定性优化提升是改善euv光源功率的稳定性的前提。

3、应用于euv光源的主泵浦co2激光器具有高功率、高重频、窄脉宽技术特征，主要采用主振荡功率放大（mopa）的技术途径，即高重频、窄脉宽的种子激光经多级co2激光放大器功率放大获得高功率激光。受振动、流场、温度等因素影响，开环长时间运行过程中主泵浦co2激光器功率抖动在物理层面难以根除。通过闭环调控激光放大器的放电激励功率可以改变激光增益，进而改善激光功率稳定性。但闭环调控激光放大器注入功率的方法将打破co2激光放大器内的热平衡，导致气体流场和激光增益分布的变化，将引入新的激光功率抖动，因此该方法无法应用于高精度激光功率稳定性控制领域。

技术实现思路

1、本发明为解决上述问题，提供了一种应用于极紫外光刻光源的co2激光功率稳定方法及装置，解决了现有co2激光功率稳定方法需打破激光系统热平衡的难题，通过精密闭环控制相同频率种子激光注入到激光放大器内的时间延迟，可显著调控种子激光增益提取效率，提升主泵浦co2激光功率稳定性。

2、本发明提供的一种应用于极紫外光刻光源的co2激光功率稳定方法，利用与种子激光相同重复频率的激光放大器对种子激光进行放大，在不改变激光放大器放电激励功率的条件下，通过改变种子激光进入激光放大器内的时间延迟，提高种子激光的增益提取效率。

3、优选的，选定某一时间延迟，将种子激光注入激光放大器，测量由激光放大器输出的放大激光脉冲能量，将放大激光脉冲能量与预设范围比较：

4、当放大激光脉冲能量高于预设范围的最大值，增大时间延迟，直到放大激光脉冲能量在预设范围内；

5、当放大激光脉冲能量低于预设范围的最小值，减小时间延迟，直到放大激光脉冲能量在预设范围内。

6、一种应用于极紫外光刻光源的co2激光功率稳定装置，包括：co2种子激光器、co2激光放大器、控制中心和光电探测器；

7、co2种子激光器输出种子激光；

8、co2激光放大器对种子激光进行功率放大，并输出放大激光，co2激光放大器的放电激励频率与种子激光的脉冲频率相同；

9、光电探测器测量放大激光的脉冲能量，并将脉冲能量反馈至控制中心，控制中心依据脉冲能量与预设范围的关系，控制co2种子激光器输出种子激光的时间延迟。

10、优选的，还包括由固定倍率扩束镜组成的光束传递单元，将种子激光的光束特征尺寸与co2激光放大器进行匹配，用于提升co2激光放大器的功率提取效率。

11、优选的，通过激光取样镜对放大激光进行取样，供光电探测器测量放大激光的脉冲能量。

12、优选的，还包括锡液滴靶发生器，锡液滴靶发生器产生与co2种子激光器同频率的微尺寸锡液滴，放大激光与锡液滴相互作用辐射高效率euv光。

13、优选的，控制中心为co2种子激光器、co2激光放大器和锡液滴靶发生器提供触发信号，且相互之间的时间延迟可调，调节精度不低于1ns。

14、与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

15、本发明在未打破激光系统热平衡的前提下，解决了现阶段脉冲体制主振荡功率放大器功率稳定性调节精度差的难题，显著提升了高重频、窄脉宽co2激光器功率/脉冲能量的稳定性，满足高稳定性euv光刻光源对co2激光器功率稳定性应用需求。

技术特征：

1.一种应用于极紫外光刻光源的co2激光功率稳定方法，其特征在于，利用与种子激光相同重复频率的激光放大器对种子激光进行放大，在不改变激光放大器放电激励功率的条件下，通过改变种子激光进入激光放大器内的时间延迟，提高种子激光的增益提取效率。

2.如权利要求1所述的应用于极紫外光刻光源的co2激光功率稳定方法，其特征在于，选定某一时间延迟，将种子激光注入激光放大器，测量由激光放大器输出的放大激光脉冲能量，将放大激光脉冲能量与预设范围比较：

3.一种应用于极紫外光刻光源的co2激光功率稳定装置，其特征在于，包括：co2种子激光器、co2激光放大器、控制中心和光电探测器；

4.如权利要求3所述的应用于极紫外光刻光源的co2激光功率稳定装置，其特征在于，还包括由固定倍率扩束镜组成的光束传递单元，将种子激光的光束特征尺寸与co2激光放大器进行匹配，用于提升co2激光放大器的功率提取效率。

5.如权利要求4所述的应用于极紫外光刻光源的co2激光功率稳定装置，其特征在于，通过激光取样镜对放大激光进行取样，供光电探测器测量放大激光的脉冲能量。

6.如权利要求3所述的应用于极紫外光刻光源的co2激光功率稳定装置，其特征在于，还包括锡液滴靶发生器，锡液滴靶发生器产生与co2种子激光器同频率的微尺寸锡液滴，放大激光与锡液滴相互作用辐射高效率euv光。

7.如权利要求6所述的应用于极紫外光刻光源的co2激光功率稳定装置，其特征在于，控制中心为co2种子激光器、co2激光放大器和锡液滴靶发生器提供触发信号，且相互之间的时间延迟可调，调节精度不低于1ns。

技术总结
本发明涉及极紫外光刻技术领域，具体提供一种应用于极紫外光刻光源的CO<subgt;2</subgt;激光功率稳定方法及装置，激光放大器在重复频率放电激励条件下，由于上能级气体分子弛豫无辐射跃迁，在一个脉冲周期内，停止放电激励后CO<subgt;2</subgt;激光增益将逐渐降低，所以利用与种子激光相同重复频率的激光放大器对种子激光进行放大，在不改变激光放大器放电激励功率的条件下，通过精密闭环控制相同频率种子激光注入到激光放大器内的时间延迟，可显著提高种子激光的增益提取效率，提升主振荡功率放大CO<subgt;2</subgt;激光器的功率稳定性。本发明在未打破激光系统热平衡的前提下，解决了现阶段脉冲体制主振荡功率放大器功率稳定性调节精度差的难题。

技术研发人员：潘其坤,郭劲,于德洋,陈飞,张冉冉,赵崇霄
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15