[发明专利]激光器波长测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种激光器波长测量装置及方法，该激光器波长测量装置包括：第一光路组件和第二光路组件；以及第二光路组件与第一光路组件构成激光器波长测量光路，其中，第二光路组件包括：FP标准具组件和光学分级器，经过匀化处理后的所述激光光束经过FP标准具组件产生干涉条纹；以及光学分级器在激光器波长测量光路中设置于FP标准具组件之后，用于对经过FP标准具组件的激光光束进行偏折处理。本发明的FP标准具组件使得两个FP标准具共用同一光路进行干涉成像，结构紧凑体积小，设计简单，稳定性高；在光学分级器的配合下，可以同时实现对激光波长的精准测量，波长测量范围大，适用于激光器波长的在线测量以及对应的闭环控制反馈。

技术领域

本发明涉及激光光谱测量技术领域，具体涉及一种激光器波长测量装置及方法。

背景技术

激光器是现代工业中重要的光源设备，可以用于照明、激光加工、投影显示、光通信、物质分析、测试计量、半导体加工等领域，其中在一些高端领域(如在测试计量和半导体加工等领域)，要求激光具有很高的波长稳定性。因此，这就要求在激光器需要设计对应的激光器波长测量装置，根据测量结果对激光器的波长实现闭环反馈，以确保激光器稳定的波长输出。

在半导体加工技术领域中，准分子激光器是应用于半导体光刻工艺中的主要光源。例如，ArF准分子激光器的中心波长在193.4nm，KrF准分子激光器的中心波长在248.3nm。激光器中心波长的变化直接影响光刻机曝光焦平面的变化，其会引起曝光线条变宽，导致芯片的良品率降低。另外，对于110nm工艺节点，要求激光器的中心波长稳定性高于0.05pm，而对于28nm工艺节点，要求激光器的中心波长稳定性高于0.03pm。

因此，需要对激光器的波长测量设计一种具有pm级的波长测量装置。通过波长测量装置实时测量激光器的波长，并进行闭环控制，从而实现激光器波长的稳定性输出。

激光器激光波长的测量方法有很多，例如色散法和干涉法，色散法包括棱镜色散和光栅色散，干涉法包括傅里叶变换法和Fabry-Perot标准具(以下简称FP标准具)法：

基于棱镜色散和低阶闪耀光栅的方法测量波长的精度低，无法实现高精度的波长测量。另外，基于傅里叶变换法的波长测量，需要有元件的机械运动，稳定性差，无法实现高速波长测量。

现有用于高速、高精度激光器波长测量方法主要包括中阶梯光栅法和FP标准具法。采用中阶梯光栅测量激光器中心波长，中阶梯光栅衍射级次高，可以实现高精度的中心波长测量。然而，中阶梯光栅波长计体积庞大，不适合用于激光器波长的在线测量，一般用于离线测量。而FP标准具法，因为体积比较小，光谱分辨率高，是激光器在线测量波长的理想选择。通过FP标准具法，激光在经过FP标准具后，产生干涉条纹，根据干涉条纹峰值的位置，得到入射激光器的波长。

但是，现有FP标准具测量波长的范围比较小，一般无法通过一个FP标准具实现大范围和高精度的波长测量。例如，采用FP标准具和光栅联合的方式测量波长，将入射激光分为两束，分别照射到光栅和FP标准具上，其中光栅用于波长的粗测，FP标准具用于波长的精测，从而得到激光器的波长的精确值。

另外，还可以采用两个FP标准具测量激光器波长，其中一路FP标准具测量范围比较大，用于中心波长的粗测，另一路FP标准具测量范围比较小，用于中心波长的精测。采用分束镜将激光器的激光光束分为两束，分别照射到两个FP标准具上，然后计算两个FP标准具干涉条纹，得到波长粗测和精测结果，从而得到激光器波长的精确值。

之外，还可以采用了两个串联的FP标准具对波长进行测量，一个FP标准具粗略确定波长偏差，另一个FP标准具精确确定波长偏差，通过对比两个FP标准具之后干涉信号的强度，得到激光器的波长偏差，从而维持激光器波长稳定。

或者，采用两个并行的FP标准具和一个光栅作为干涉型滤波片对入射激光器的强度进行检测，每个滤光片的波长测量精度不同，逐级测量出激光器的波长，得到激光器波长的精确值。