ЭКСИМЕР-ЛАЗЕРНАЯ СИСТЕМА С КОНСТРУКЦИЕЙ КОЛЬЦЕВОГО РЕЗОНАТОРА Российский патент 2020 года по МПК H01S3/83 H01S3/97 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области газовых лазеров, в частности, к эксимерному лазеру и его применениям, и, конкретнее, к эксимер-лазерной системе с конструкцией кольцевого резонатора.

Предпосылки создания изобретения

С повышением требования к выходной мощности и ширине линии источников света в литографической промышленности квазимолекулярные устройства, имеющие конструкцию с одной камерой, не могут достигать одновременно выходного сигнала с мощностью высокого уровня и ширины линии высокого уровня. Для достижения компромисса между выходной мощностью и шириной линии внедрена технология усиления задающего генератора с двумя камерами. Ее основная идея заключается в использовании затравочной камеры для создания затравочного света с узкой шириной спектра (шириной линии) и малой энергией, а затем введении затравочного света в камеру усиления для получения высокой мощности с достижением при этом высококачественного выходного излучения лазера с узкой шириной линии и высокой мощностью.

В настоящее время соответствующие механизмы усиления включают, главным образом, следующие типы: MOPA (по схеме «задающий генератор – усилитель мощности»), MOPO (по схеме «задающий генератор – генератор мощности») (компания-изготовитель – Gigaphoton), MOPRA (по схеме «задающий генератор – регенеративный усилитель мощности») (компания-изготовитель – Cymer), MORRA (по схеме «задающий генератор – кольцевой регенеративный усилитель») (компания-изготовитель – Lambda Physik) и др. Серия XLA100 (появление на рынке в 2002 году) компании Cymer впервые внедрила механизм MOPA в источник света в литографической промышленности, тем самым добившись более высокой эффективности и лучшего показателя выходного излучения, чем у конструкции с одной камерой. Однако на выходное излучение из камеры усилителя мощности (камеры усилителя мощности PA) в конструкции MOPA легко влияет синхронное дрожание камеры задающего генератора (камеры MO) и камеры усилителя мощности PA, вызывающее нестабильное выходное излучение лазера. В настоящее время в конструкцию с двумя камерами привносится технология кольцевого резонатора. По сравнению с технологией MOPA, в конструкции кольцевого резонатора затравочный свет поступает в камеру усиления, где претерпевает многопроходное усиление до состояния усиления в режиме более глубокого насыщения, вследствие чего энергия выходного излучения более стабильна. Управляемость выходного лазерного луча повышается, поскольку качество выходного лазерного луча модулируется камерой усиления.

Однако, когда затравочный свет с определенной шириной импульса вводится в усилительный резонатор, кратность усиления ограничивается длиной усилительного резонатора. В частности, кратность усиления N = c • Δt / L, где L – длина кольцевого резонатора, c – скорость света, и Δt – ширина импульса. Чем длиннее L, тем меньше кратность усиления. Следовательно, кратность усиления N можно увеличить путем уменьшения длины кольцевого резонатора, тем самым добившись более стабильного выходного излучения лазера.

Типичная конструкция кольцевого резонатора лазера по схеме MORRA показана на Фиг. 1. Лазерная система содержит: камеру задающего генератора (MO), камеру усилителя мощности (PA), модуль сужения ширины линии (LNM), модуль анализа ширины линии (LAM), блок создания волнового фронта в задающем генераторе (MO WEB), расширитель оптических импульсов (OPS), автоматический затвор (Auto shutter), зеркало частичного отражения (PR), систему расщепления луча (Splitter), первое зеркало с высокой отражательной способностью (HR1), второе зеркало с высокой отражательной способностью (HR2) и третье зеркало с высокой отражательной способностью (HR3). Камера задающего генератора MO может генерировать лазерные импульсы с суженной шириной линии и малой энергией посредством модуля сужения ширины линии LNM в качестве затравочного света, преломляемого блоком создания волнового фронта в задающем генераторе MO WEB, а затем падающего через систему расщепления луча в камеру усилителя мощности PA. Три зеркала с высокой отражательной способностью HR1, HR2, HR3, каждое из которых имеет угол падения 45°, действуют как зеркала камеры усилителя мощности PA, чтобы вместе с системой расщепления луча Splitter образовывать систему многопроходного усиления для затравочного света. Структура оптического пути кольцевого усиления системы может быть представлена в виде четырехугольника, у которого лишь одна сторона разрядной камеры оказывает действие усиления мощности затравочного света, и три остальные стороны расположены снаружи разрядной камеры. Из-за размера разрядной камеры длину кольцевого резонатора дополнительно уменьшить невозможно, что обуславливает низкую кратность усиления. Таким образом, успешно применить преимущества многопроходного усиления кольцевого резонатора не представляется возможным.

Краткое описание изобретения

Целью настоящего изобретения является решение/облегчение задачи, заключающейся в том, что преимущества эффекта усиления в режиме глубокого насыщения, достигаемые многопроходным усилением с помощью конструкции кольцевого резонатора эксимерного лазера, невозможно использовать в полной мере, поскольку длину конструкции кольцевого резонатора из-за его физического размера нельзя уменьшать без ограничения.

Для того чтобы решить вышеупомянутую техническую задачу, согласно настоящему изобретению предложена эксимер-лазерная система, содержащая: камеру задающего генератора, камеру усилителя мощности, модуль сужения ширины линии, модуль анализа ширины линии, блок создания волнового фронта в задающем генераторе, расширитель оптических импульсов, автоматический затвор, зеркало частичного отражения, систему расщепления луча, первое зеркало с высокой отражательной способностью, второе зеркало с высокой отражательной способностью и третье зеркало с высокой отражательной способностью,

причем камера задающего генератора может генерировать лазерные импульсы с суженной шириной линии и малой энергией посредством модуля сужения ширины линии в качестве затравочного света, преломляемого блоком создания волнового фронта в задающем генераторе, а затем падающего в камеру усилителя мощности через систему расщепления луча,

причем система расщепления луча, первое зеркало с высокой отражательной способностью, второе зеркало с высокой отражательной способностью и третье зеркало с высокой отражательной способностью могут образовывать четырехугольный круговой оптический путь,

причем камера усилителя мощности может иметь первую пару окон Брюстера и вторую пару окон Брюстера, причем первая пара окон Брюстера расположена в первом оптическом пути кругового оптического пути вместе с разрядным электродом камеры усилителя мощности, а вторая пара окон Брюстера расположена во втором оптическом пути кругового оптического пути, параллельном первому оптическому пути усиления.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения камера усилителя мощности имеет два параллельных разрядных электрода, и первый оптический путь и второй оптический путь в круговом оптическом пути проходят соответственно через два разрядных электрода.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения каждое из первого зеркала с высокой отражательной способностью, второго зеркала с высокой отражательной способностью и третьего зеркала с высокой отражательной способностью представляет собой зеркало с отражательной способностью с углом 45°.

Настоящее изобретение позволяет дополнительно уменьшить длину кольцевого резонатора эксимер-лазерной системы с конструкцией кольцевого резонатора, повышая при этом кратность усиления и достигая усиления в режиме более глубокого насыщения по сравнению с традиционной конструкцией, тем самым улучшая характеристику выходного излучения эксимер-лазерной системы.

Краткое описание графических материалов

Фиг. 1 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую конструкцию эксимер-лазерной системы с конструкцией MORRA с двумя камерами согласно известному уровню техники;

фиг. 2 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую конструкцию эксимер-лазерной системы с одноэлектродной конструкцией MORRA с двумя камерами в соответствии с одним вариантом настоящего изобретения и

фиг. 3 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую конструкцию эксимер-лазерной системы с двухэлектродной конструкцией MORRA с двумя камерами в соответствии с другим вариантом настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

В свете проблемы, заключающейся в том, что длину кольцевого резонатора эксимерного лазера нельзя уменьшать без ограничения вследствие его физического размера, предлагается согласно настоящему изобретению предлагается расположения всей кольцевой конструкции внутри камеры усилителя мощности вместо расположения части кольцевого резонатора снаружи камеры, как в известном уровне техники, что позволяет уменьшить длину резонатора кольцевой конструкции и повысить кратность усиления, тем самым дополнительно усиливая стабильность выходного излучения.

В соответствии с настоящим изобретением часть снаружи кольцевого резонатора традиционного эксимерного лазера помещена в камеру усиления со значительным уменьшением при этом длины кольцевого резонатора. При этом кратность усиления N = c • Δt / L, где L – длина кольцевого резонатора, c – скорость света, и Δt – ширина импульса. Уменьшение L может привести к увеличению кратности усиления N. Следовательно, кратность усиления N можно увеличить путем уменьшения длины кольцевого резонатора, тем самым добившись более стабильного выходного излучения лазера. В то же время помещение кругового оптического пути в камеру усиления может уменьшить пагубные воздействия внешних нестабильных факторов на распространение луча.

Для того чтобы цели, решения и преимущества настоящего изобретения стали понятнее, ниже настоящее изобретение подробно дополнительно описывается со ссылкой на конкретные варианты осуществления вместе с прилагаемыми графическими материалами.

Фиг. 2 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую конструкцию эксимер-лазерной системы с одноэлектродной конструкцией MORRA с двумя камерами в соответствии с одним вариантом настоящего изобретения. Как показано на фиг. 2, лазерная система может содержать камеру задающего генератора MO, камеру усилителя мощности PA, модуль сужения ширины линии LNM, модуль анализа ширины линии LAM, блок создания волнового фронта в задающем генераторе MO WEB, расширитель оптических импульсов OPS, автоматический затвор Auto Shutter и систему расщепления луча Splitter.

Камера задающего генератора MO может генерировать лазерные импульсы с суженной шириной линии и малой энергией посредством модуля сужения ширины линии LNM в качестве затравочного света, преломляемого блоком создания волнового фронта в задающем генераторе MO WEB, а затем падающего в камеру усилителя мощности PA через систему расщепления луча Splitter. Три зеркала с высокой отражательной способностью HR1, HR2, HR3, каждое из которых имеет угол падения 45°, действуют как зеркала камеры усилителя мощности PA, чтобы вместе с системой расщепления луча Splitter образовывать систему многопроходного усиления для затравочного света. Система расщепления луча (Splitter), первое зеркало с высокой отражательной способностью (HR1), второе зеркало с высокой отражательной способностью (HR2) и третье зеркало с высокой отражательной способностью (HR3) создают четырехугольный круговой оптический путь. То есть, структура оптического пути кольцевого усиления системы может быть представлена в виде четырехугольника, у которого оптический путь между разрядными электродами разрядной камеры может оказывать действие на усиление мощности затравочного света.

В отличие от конструкции, показанной на фиг. 1, камера усилителя мощности PA в соответствии с этим вариантом осуществления имеет две пары окон Брюстера (верхнюю и нижнюю). В данном случае два окна Брюстера в одном оптическом пути с разрядным электродом именуются первой парой окон Брюстера (обозначено B1, B1’), а другие два окна Брюстера, находящиеся в другом оптическом пути в разрядной камере, параллельном оптическому пути усиления, именуются второй парой окон Брюстера (обозначено B2, B2’).

Первая пара окон Брюстера (B1, B1’) расположена в первом оптическом пути кругового оптического пути вместе с разрядным электродом камеры усилителя мощности PA, и вторая пара окон Брюстера (B2, B2’) расположена во втором оптическом пути кругового оптического пути, параллельном первому оптическому пути усиления.

Как показано на фиг. 2, лазерное излучение, испускаемое из одного окна Брюстера B1’ первой пары окон Брюстера B1, B1’ после отражения вторым и третьим зеркалами с высокой отражательной способностью HR2, HR3, чтобы попасть в камеру усилителя мощности PA, падает в окно Брюстера B2’ второй пары окон Брюстера B2, B2’, причем окно Брюстера B2’ расположено с той же стороны камеры усилителя мощности РА, что и окно Брюстера B1’. Затем свет излучается из другого окна Брюстера B2 второй пары окон Брюстера B2, B2’. Кроме того, по сравнению с обычной конструкцией, камера усилителя мощности PA, имеющая две пары окон Брюстера, показанная на фиг. 2, может повышать степень поляризации p-поляризованного света, чтобы получить лазерное излучение с лучшими характеристиками лазерного излучения. Поскольку оптический путь, параллельный разрядному оптическому пути, расположен в разрядной камере, остальные два оптических пути, перпендикулярные разрядному оптическому пути, теперь уже не ограничиваются размером разрядной камеры, благодаря чему длина круговой камеры усиления уменьшается.

В конструкции в соответствии с этим вариантом осуществления камера усиления представляет собой одноэлектродную конструкцию. По сравнению с обычной конструкцией MORRA с двумя камерами, длину кольцевого резонатора можно эффективно уменьшить, что является преимущественным для многопроходного усиления с целью достижения усиления в режиме глубокого насыщения. По сравнению с обычной конструкцией возможно получение выходного излучения с более стабильным показателем.

фиг. 3 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую конструкцию эксимер-лазерной системы с двухэлектродной конструкцией MORRA с двумя камерами в соответствии с другим вариантом настоящего изобретения.

В отличие от варианта осуществления, показанного на фиг. 2, камера усилителя мощности PA на фиг. 3 может иметь два параллельных разрядных электрода. Оба из первого оптического пути и второго оптического пути кругового оптического пути могут оказывать эффект усиления на затравочный свет, проходящий через два разрядных электрода. Можно видеть, что в этом варианте осуществления не только эффективно уменьшена длина кольцевого резонатора, но и усиление в два раза выше, чем в случае одного электрода. То есть, если один и тот же затравочный свет вводится в камеры усиления, описанные выше, конструкция в соответствии с этим вариантом осуществления может генерировать выходное излучение с более высокой энергией. Кроме того, увеличение кратности усиления позволяет усилению происходить в состоянии более глубокого насыщения, что повышает стабильность выходного лазерного луча, обеспечиваемого этой конструкцией.

Подводя итог всему вышесказанному, настоящее изобретение направлено на улучшение механизма усиления мощности в кольцевом резонаторе эксимер-лазерной системы в отношении его конструкции и характеристик. Благодаря одно(двух)электродной конструкции становится возможным решение проблемы низкого усиления из-за ограничения длины резонатора, что может дополнительно повысить эффективность использования усиления в резонаторе с обеспечением эффективного выходного излучения системы. Настоящее изобретение предназначено для повышения функциональных возможностей усиления посредством многопроходного перехода камеры. Кроме того, конструкция кольцевого резонатора может также уменьшить влияние внешних неблагоприятных факторов, таких как прохождение через атмосферу.

Приведенные выше конкретные варианты осуществления используются для дополнительного подробного описания целей, технических решений и преимуществ настоящего изобретения. При этом следует понимать, что вышеприведенное описание относится лишь к некоторым конкретным вариантам осуществления настоящего изобретения и не предназначено для ограничения настоящего изобретения. Любые модификации, эквивалентные замены и улучшения в пределах сущности и принципа настоящего изобретения должны быть включены в объем настоящего изобретения.

Согласно настоящему изобретению предложена эксимер-лазерная система. Камера задающего генератора может генерировать лазерные импульсы с суженной шириной линии и малой энергией посредством модуля сужения ширины линии в качестве затравочного света. Затравочный свет преломляется блоком создания волнового фронта в задающем генераторе и затем падает в камеру усилителя мощности через систему расщепления луча. Система расщепления луча, первое зеркало с высокой отражательной способностью, второе зеркало с высокой отражательной способностью и третье зеркало с высокой отражательной способностью могут образовывать четырехугольный круговой оптический путь, причем камера усилителя мощности может иметь первую пару окон Брюстера и вторую пару окон Брюстера, причем первая пара окон Брюстера расположена в первом оптическом пути кругового оптического пути вместе с разрядным электродом камеры усилителя мощности, а вторая пара окон Брюстера расположена во втором оптическом пути кругового оптического пути, параллельном первому оптическому пути усиления. Настоящее изобретение позволяет уменьшить длину кольцевого резонатора эксимер-лазерной системы с конструкцией кольцевого резонатора, повышая при этом кратность усиления и достигая усиления в режиме более глубокого насыщения по сравнению с традиционной конструкцией, тем самым улучшая характеристику выходного излучения эксимер-лазерной системы. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Эксимер-лазерная система, содержащая: камеру задающего генератора (MO), камеру усилителя мощности (PA), модуль сужения ширины линии (LNM), модуль анализа ширины линии (LAM), блок создания волнового фронта в задающем генераторе (MO WEB), расширитель оптических импульсов (OPS), автоматический затвор, зеркало частичного отражения (PR), систему расщепления луча (Splitter), первое зеркало с высокой отражательной способностью (HR1), второе зеркало с высокой отражательной способностью (HR2) и третье зеркало с высокой отражательной способностью (HR3),

причем камера задающего генератора (MO) генерирует лазерные импульсы с суженной шириной линии и малой энергией посредством модуля сужения ширины линии (LNM) в качестве затравочного света, причем затравочный свет преломляется блоком создания волнового фронта в задающем генераторе (MO WEB), а затем поступает в камеру усилителя мощности (PA) через систему расщепления луча (Splitter),

причем система расщепления луча (Splitter), первое зеркало с высокой отражательной способностью (HR1), второе зеркало с высокой отражательной способностью (HR2) и третье зеркало с высокой отражательной способностью (HR3) образуют четырехугольный круговой оптический путь,

причем камера усилителя мощности (PA) имеет первую пару окон Брюстера (B1, B1’) и вторую пару окон Брюстера (B2, B2’), причем первая пара окон Брюстера (B1, B1’) расположена в первом оптическом пути кругового оптического пути вместе с разрядным электродом камеры усилителя мощности (PA), а вторая пара окон Брюстера (B2, B2’) расположена во втором оптическом пути кругового оптического пути, параллельном первому оптическому пути усиления.

2. Эксимер-лазерная система по п. 1, отличающаяся тем, что камера усилителя мощности (PA) имеет два параллельных разрядных электрода и первый оптический путь и второй оптический путь в круговом оптическом пути проходят соответственно через два разрядных электрода.

3. Эксимер-лазерная система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что каждое из первого зеркала с высокой отражательной способностью (HR1), второго зеркала с высокой отражательной способностью (HR2) и третьего зеркала с высокой отражательной способностью (HR3) представляет собой зеркало с отражательной способностью с углом 45°.