一种准分子激光器的光谱控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种光谱控制装置，特别是涉及一种准分子激光器的光谱控制
目.0
【背景技术】
[0002]在激光技术的研发过程中，常会涉及到光谱控制的问题，针对激光波长、激光线宽的有效控制可以获得面向不同应用需求的激光光源系统特征指标输出。
[0003]以准分子激光系统为例，针对光刻应用，为保证半导体硅片芯片图案刻画的精细度和设计的集成度，考虑光刻节点实现的相关因素，常常需要光刻光源具有较窄的激光线宽输出。
[0004]在相关光刻准分子激光光源系统结构中常采用线宽压窄模块来完成系统激光线宽的窄化控制。线宽压窄模块通常采用色散结构针对准分子气体高压放电光辐射过程进行光谱选择，继而在谐振腔约束限制下建立特定光谱的振荡机制，通过激光的往复振荡逐渐形成窄谱带的激光输出。色散结构通常由括束系统结合色散系统实现，借助于光栅等色散元件的高精度色散能力和棱镜等光束括束元件引入的发散角减小特性完成针对激光光谱的剪裁和窄化。激光光谱的形成是粒子能级跃迀过程不同波长辐射的对应能量叠加，因而光谱的窄化控制必然会以其他谱段能量的耗散为代价。
[0005]请参阅图1A所示，是现有的单通主振荡功率放大(MOPA)双腔结构窄线宽准分子激光光源结构的不意图，现有的主振荡功率放大(MOPA)双腔结构窄线宽准分子激光光源主要由激光放电腔1、激光放电腔2、线宽压窄模块3、输出耦合装置4、光路转置模块5和光路转置模块6组成。激光放电腔I是气体高压放电光辐射的场所，线宽压窄模块3负责实现激光光谱控制，激光线宽压窄的功能，输出耦合装置4用于实现最佳耦合输出。其中，激光放电腔1、线宽压窄模块3和输出耦合装置4构成激光往复振荡的谐振场所一一主振荡(MO)谐振腔，形成具有一定输出能量的窄线宽激光输出，激光放电腔I是主振荡谐振腔激光增益产生的场所，线宽压窄模块3同时作为主振荡谐振腔的端反射镜参与激光谐振，与输出耦合装置4共同构成主振荡谐振腔的两个端镜，形成光辐射放大激光输出的约束限制空间调制。光束转置模块5和光束转置模块6主要负责主振荡谐振腔与能量放大腔之间的光路转置变换。激光放电腔2是气体高压放电光辐射的场所，主要完成经由主振荡谐振腔传输来激光的能量放大作用，实现整机系统窄线宽、大能量激光7的输出。
[0006]请参阅图1B所示，是图1A中线宽压窄模块的典型结构示意图，为保障满足光刻的光源线宽需求(〈0.5pm)，线宽压窄模块常采用4个棱镜形成棱镜括束单元a，配合色散光栅b完成线宽压窄的功能。由于激光线宽与棱镜括束倍率及光栅色散相关，更窄的线宽的获得需要更大的光束括束倍率和更高的色散光栅选择，这必然会带来对于更大尺度光栅的需求。
[0007]由于光刻需求光谱的窄化(?0.5pm)与激光自由振荡光谱(?500pm)存在近千倍的差异，因此在单一线宽压窄模块的情况下，对于激光线宽的超精细窄化会造成激光能量的大量损失，从而带来较低的主振荡谐振腔激光输出，使光谱窄化输出激光效能低，使得主振荡谐振腔在保障输出目标窄线宽的条件下同步输出的能量较低，在考虑整体光源能量输出指标的情况下这对于能量放大机制的设计实现也提出了更高的要求。
[0008]由于现有的光谱控制方式，单一线宽压窄模块完全位于主振荡谐振腔中，光谱调谐灵活性差，相应的光谱调谐会引起主振荡谐振腔、能量放大腔及其相互间涉及能量-光谱-脉宽-光束质量等多个因素的互耦联动，会对主振荡谐振腔能量-线宽优化输出的合理调谐带来非常大的困难，对于整体激光系统特征指标参数的同步最优输出调谐存在较大的影响，从而极大的影响整机系统运行的稳定性可靠性。同时，当多个光学元件构成的线宽压窄模块在充当主振荡谐振腔端镜的情况下，多个元件的多自由度调谐会对主振荡谐振腔激光振荡模式选择输出造成较大的影响。另外，主振荡谐振腔中深紫外波段高能量激光传输会造成高浓度臭氧发生，也会极大的影响主振荡谐振腔激光能量和激光线宽的输出水平。
[0009]由于主振荡谐振腔内部激光能量密度较高，由多个元件集成的线宽压窄模块(为保障目标线宽)完全位于主振荡谐振腔中，也会造成局部高能量激光辐照热点，增加光学元件的损伤几率。
【发明内容】
[0010]本实用新型的目的在于，克服现有的技术存在的缺陷，而提供一种新型结构的准分子激光器的光谱控制装置，所要解决的技术问题是使其通过采用分立式光谱控制机制，通过分立设置的线宽压窄模块级联耦合互动共同完成目标激光线宽的光谱控制，可以有效提高线宽压窄模块使用效能，使激光线宽的调谐方式更加灵活，平衡优化能量与线宽等相关指标同步输出的问题，使每一级线宽压窄模块中光学元件的使用数量和尺度需求大为降低，同时使造成局部高能量激光辐照的损伤几率也大为降低。
[0011]本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本实用新型提出的一种准分子激光器的光谱控制装置，应用于主振荡功率放大双腔结构准分子激光器，其包括:第一级线宽压窄模块，其与输出耦合装置作为两个端镜分别设置于第一激光放电腔的两端，并与所述输出耦合装置及所述第一激光放电腔构成所述主振荡功率放大双腔结构准分子激光器的主振荡谐振腔，形成具有一定输出能量及第一级线宽压窄的激光输出；以及第二级线宽压窄模块，其设置于所述主振荡谐振腔与所述主振荡功率放大双腔结构准分子激光器的能量放大腔之间的传输光路中，对所述主振荡谐振腔输出的具有一定输出能量及第一级线宽压窄的激光进行线宽调制形成具有第二级线宽压窄的激光输出。
[0012]本实用新型的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0013]前述的准分子激光器的光谱控制装置，其中在所述主振荡谐振腔与所述能量放大腔之间的传输光路中设有光束转置模块，所述第二级线宽压窄模块是设置于二个所述光束转置模块之间。
[0014]前述的准分子激光器的光谱控制装置，其中所述第一级线宽压窄模块包括第一级棱镜括束单元及第一级色散光栅，所述第一级棱镜括束单元设置于所述第一激光放电腔与所述第一级色散光栅之间，且所述第一级棱镜括束单元与所述第一级色散光栅是以立特洛自准直方式设置。
[0015]前述的准分子激光器的光谱控制装置，其中所述第一级棱镜括束单元包括I至2个棱镜。
[0016]前述的准分子激光器的光谱控制装置，其中所述棱镜为三角棱镜。
[0017]前述的准分子激光器的光谱控制装置，其中所述第二级线宽压窄模块包括第二级棱镜括束单元及第二级色散光栅，所述第二级棱镜括束单元设置于所述主振荡谐振腔与所述第二级色散光栅之间，且所述第二级棱镜括束单元是设置于所述第二级色散光栅的入射光传输路径上，所述第二级棱镜括束单元与所述第二级色散光栅以非立特洛自准直方式设置，经由所述第二级色散光栅衍射输出的激光经转置光路进入所述能量放大腔。
[0018]前述的准分子激光器的光谱控制装置，其中所述第二级棱镜括束单元包括2至3个棱镜。
[0019]前述的准分子激光器的光谱控制装置，其中所述棱镜为三角棱镜。
[0020]前述的准分子激光器的光谱控制装置，其中所述能量放大腔设有第二激光放电腔，由所述第二级线宽压窄模块输出的具有第二级线宽压窄的激光被送入所述能量放大腔，经所述第二激光放电腔进行能量放大后输出。
[0021]前述的准分子激光器的光谱控制装置，经由两级线宽压窄模块进入所述能量放大腔后输出的激光可以实现小于0.5pm的激光线宽。
[0022]本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本实用新型一种准分子激光器的光谱控制装置至少具有下列优点及有益效果:
[0023]本实用新型采用分立式光谱控制机制，分别在主振荡谐振腔和主振荡谐振腔与能量放大腔之间的传输光路中设置具有线宽压窄功能的两级线宽压窄模块，将原先单一存在于主振荡谐振腔中的线宽压窄功能通过两级线宽压窄机制的分立调节实现针对光谱特性的有效控制。与现有光谱控制装置相比，本实用新型通过采用分立式两级线宽压窄机制可以有机的选择线宽压窄比率，针对于双腔结构准分子激光器，可以通过有效调节主振荡谐振腔中的第一级线宽压窄模块建立初始激光品质特性(能量-光谱等指标)，由主振荡谐振腔实现较高能量但具有一定线宽指标(一级粗调)的激光输出，继而通过第二级线宽压窄模块进行进一步的光谱控制(二级精调)实现激光线宽、激光波长的调谐输出，最终经由能量放大腔实现窄线宽、大能量的激光输出，从而有效改善现有方式下线宽压窄模块使用效能较低的不足；同时，可以通过对主振荡谐振腔与能量放大腔之间传输光路中第二级线宽压窄模块的有机设计和有效调节，弥补现有单一线宽压窄模块结构下由于放电动力特性差异所造成的主振荡谐振腔与能量放大腔波长漂移及线宽差异，对于保证系统稳定的激光输出具有重要作用；另外，由于线宽压窄功能被分立设置使用，因此对光学元件的尺度需求大为降低，针对每一级单一线宽压窄模块而言，光学元件的使用数量减少，光学元件损伤的几率也会相应降低。
[0024]上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
【附图说明】
[0025]图1A是现有的单通主振荡功率放大(MOPA)双腔结构窄线宽准分子激光光源结构的示意图。
[0026]图1B是图1A中线宽压窄模块的典型结构示意图。
[0027]图2A是本实用新型应用于单通主振荡功率放大(MOPA)双腔结构窄线宽准分子激光光源结构的示意图。
[0028]图2B是图2A中第一级线宽压窄模块的典型结构示意图。
[0029]图2C是图2A中第二级线宽压窄模块的典型结构示意图。
[0030]1:激光放电腔2:激光放电腔
[0031]3:线宽压窄模块3-1:第一级线宽压窄模块
[0032]3-2:第二级线宽压窄模块 4:输出耦合装置
[0033]5:光路转置模块6:光路转置模块
[0034]7:系统激光输出a:棱镜括束单元
[0035]b:色散光栅a-Ι