[发明专利]具有微流道结构的单腔双电极放电腔

说明书

技术领域

本发明属于激光器技术领域，具体涉及一种准分子激光器的单腔双电极放电腔及包含该放电腔的准分子激光器，特别是具有微流道结构的单腔双电极放电腔。本发明的放电腔也可应用于其它气体受激励产生能量辐射的装置。

背景技术

准分子激光器是一种面向紫外特征应用的常规气体激光器，目前被认为是用于光刻的最佳光源选择，是集成电路平板印刷光刻工业的主力工作光源。

传统的放电激励准分子激光器采用单腔单电极结构设计。随着光学光刻技术的进一步发展，要求光源具有更窄的光谱宽度(线宽)、更高的重复频率以及更高的平均功率。传统单腔结构很难同时满足这三个要求，这往往导致激光器的研究在追求性能和成本效益之间存在严重的制约关系。改进传统激光器单腔结构所面临的困难主要在于线宽压窄模块的较大能量损失问题以及高功率激光辐射作用下光学元件的损伤和寿命问题。

为了有效的实现光谱宽度窄化和激光输出功率的提高，双腔结构被引入到激光器的设计中。这一结构的基本思想是使线宽压窄和提高激光输出功率在不同的气体放电模块(种子腔、放大腔)中得以实现。其工作过程如下：种子腔产生具有一定重复频率的窄线宽种子光，实现低功率激光振荡辐射；放大腔完成种子光入射后的脉冲能量放大。基于双腔结构设计的激光器输出具备了光刻光源所必需的窄化光谱控制和较高单脉冲能量输出特性。

基于双腔结构设计的激光器可以不断优化主振和放大模块，完善系统输出指标，比如优化工作气体混合物的组份和压强以及激励工作电压等来获得具有窄线宽和大功率的激光输出。此外，基于放大腔的功率放大机制，主振荡器中相对较低的激光输出可以显著提高线宽压窄模块中的光学元件的寿命。由于基于双腔结构设计的激光器具有以上优点，“种子-放大”机制激光器结构设计在现代激光光刻光源研发中得到广泛的应用。

双腔结构设计主要分以下三类：主振荡腔——功率放大腔的双腔结构(MOPA，Master Oscillator Power Amplifier)、主振荡腔——功率振荡腔的双腔结构(MOPO，Master Oscillator Power Oscillator)以及以主振荡腔——功率放大腔的双腔结构为基础而发展出来的环形腔结构(MOPRA，Master Oscillator Power Regenerative Amplifier)。相应具体结构细节分别如图1、2、3所示。

图1是现有技术的双腔MOPA准分子激光器结构图，如图1所示，双腔MOPA准分子激光器包括主振荡腔(MO腔)、功率放大腔(PA腔)、线宽压窄模块(LNM)、波长分析模块(LAM)、MO光路转换控制模块(MO web)、PA光路转换控制模块(PA web)、光学脉冲展宽器(OPS)、线宽分析模块(BAM)、五棱镜等组成。

MOPA结构是最早应用于高端光刻光源研发的激光系统设计，该结构在专利US2002/0044586A1、US20060126697A1、US6690704B2中已作描述。根据文献《近期光刻用ArF准分子激光技术发展》第523-524页，MOPA结构机型中，由于有限次通过放大腔体，激光能量放大能力的限制使得MO腔(主振荡腔)需要更高的激光能量输出才能满足光源系统指标参数需求，经线宽压窄处理后MO腔输出需要约1mJ左右种子光传递到PA腔(功率放大腔)，由于线宽压窄机制所引入的较高能量损耗，转换效率相对较低，大能量的放电激励使MO腔的寿命明显偏低。另外，PA腔输出受MO腔和PA腔放电同步精度影响，激光能量输出稳定性需要进一步提高。

基于注入锁定技术(Injection Lock Technology)的MOPO结构和采用了环形腔技术(Recirculating Ring Technology)的MOPRA结构，弥补了MOPA结构的上述不足。

图2是现有技术的双腔MOPO准分子激光器结构图，如图2所示，双腔MOPO准分子激光器包括：功率振荡器(PO腔)、功率放大腔(PA腔)、线宽压窄模块(LNM)以及包括凹面镜、凸面镜在内的光学回路系统。

专利US2008/0285602A1采用MOPO双腔结构设计。

图3是现有技术的双腔MOPRA准分子激光器结构图，如图3所示，双腔MOPRA准分子激光器结构是在MOPA结构上做的改进，结构组成如同MOPA，只是将PA光路转换控制模块(PA web)与线宽分析模块(BAM)的位置做了对调，由此种子光可以获得多程增益。

专利US2010098120A1采用MOPRA环形腔结构设计。