[发明专利]一种种子注入式ArF准分子激光装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光技术领域，具体涉及一种种子注入式ArF准分子激光装置。

背景技术

准分子激光器是以准分子为工作物质的一种气体激光器。准分子激光器最重要的特征是可高效输出高功率的紫外或深紫外激光，因而在微电子、微纳加工、光化学、光生物学、同位素分离以及核聚变等领域获得重要应用。尤其是在半导体光刻方面，输出波长为193.4nm的ArF准分子激光器是当前正在发展的新一代光刻系统的主流光源。在光刻系统中，需要由复杂且昂贵的光学成像系统将掩膜反射或透射的激光束成像到感光层，为获得高分辨率的图像，要求激光源具有极高的光束质量(近衍射极限)与极窄的线宽(小于1pm)。激光波长越短、光束质量越好，光学成像的分辨率越高，从而实现极窄(小于0.1μm)的光刻。

一般自由运转的波长193.4nm的ArF准分子激光器的线宽为500pm，压窄其线宽的技术手段主要包括两种。第一种是在ArF准分子激光器的谐振腔内插入色散元件。例如：1998年美国Das等人提出在腔内插入棱镜获得窄线宽准分子激光器的方案[美国专利No.5835520]；1998年美国Wakabayashi等人提出在腔内插入光栅获得窄线宽准分子激光器的方案[美国专利No.5802094]；1999年美国Ershov等人提出在腔内插入光栅获得窄线宽准分子激光器的方案[美国专利No.5856991]等。第二种是采用种子激光注入放大的技术方案，即首先获得一束高光束质量、窄线宽、低功率的193.4nm激光，将其注入到高功率ArF准分子激光振荡器中，或注入到高功率ArF准分子激光放大器中，从而获得一束高光束质量、窄线宽、高功率的193.4nm深紫外激光。例如：2003年美国Myers等人提出采用窄线宽、低功率的准分子激光注入到高功率的准分子振荡器或放大器中，获得高功率、窄线宽准分子激光的方案[美国专利No.6567450]；1995年日本的T.Kasamatsu等人采用钛宝石激光以BBO(β-BaB₂O₄)晶体和频获得窄线宽的193.4nm激光注入到ArF准分子激光器中，获得了线宽0.2pm、脉冲能量90mJ、重复频率50Hz的193.4nm深紫外激光[1pm spectrally narrowed ArF excimer laser injection locked by fourth harmonic seed source of 773.6nm Ti：sapphire laser，Appl.Phys.Lett.67，3396]。对于上述两种技术方案，第一种方案是基于自噪声的振荡放大并利用色散元件的选模作用来实现窄线宽激光输出，因此不可避免地带来波长抖动、线宽与功率稳定性较差的问题，并且插入色散元件会造成大的损耗，也限制了输出功率的进一步提高。第二种方案是基于种子激光的振荡放大原理，获得的高功率193.4nm激光继承了种子激光的优越性能，具有纵向相干性好、波长与线宽及功率稳定性高等突出优点，可同时获得窄线宽、高光束质量与高功率的193.4nm激光输出。