CN103151694A - 193nm波长紫外固体激光器 - Google Patents
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Abstract
一种193nm波长紫外固体激光器，其构成包括579nm固体激光器，沿该579nm固体激光器的激光输方向依次是第一透镜、第二透镜、倍频晶体、聚焦透镜、和频晶体、准直透镜和紫外镀膜滤光片。与传统的193nm的气体放电ArF准分子激光器相比，本发明具有结构紧凑、成本低、维护方便和性能稳定等优点，可以为光刻系统提供优质的紫外光源。
Description
技术领域
本发明涉及紫外固体激光器，特别是一种193nm波长紫外固体激光器。
背景技术
短波长紫外激光技术，尤其是波长在193nm的激光技术在光刻领域具有重要的地位，是推动集成电路制造业发展的重要技术基础。193nm光刻系统均采用ArF准分子激光器作为光源。但ArF准分子激光器是一种气体放电激光器，体积庞大，价格昂贵，重复频率提高困难。紫外光刻的发展急需要更加优秀的紫外固体光源。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有ArF准分子激光器存在的问题，提供一种193nm波长紫外固体激光器，该紫外固体激光器具有体积小、效率高、重复频率高和维护方便的优点。
本发明技术解决原理：将波长为579nm的固体激光器发出的基频光通过光学系统聚焦到非线性晶体，实现289.5nm的倍频激光输出，剩余的579nm的基频光和289.5nm的倍频光和频，产生波长为193nm的三倍频紫外激光。
本发明技术解决方案如下：
一种193nm波长紫外固体激光器，特点在于其构成包括579nm固体激光器，沿该579nm固体激光器的激光输方向依次是第一透镜、第二透镜、倍频晶体、聚焦透镜、和频晶体、准直透镜和紫外镀膜滤光片，由所述的579nm固体激光器输出的波长为579nm的激光经过第一透镜和第二透镜构成的光学系统后，聚焦到倍频晶体中，得到波长为289.5nm的倍频激光输出，该289.5nm倍频激光和剩余的579nm基频光再经过所述的聚焦透镜，聚焦到和频晶体中，将289.5nm激光和579nm激光和频，产生193nm的三倍频激光输出，所述的基频光579nm、倍频光289.5nm和三倍频光193nm经所述的准直透镜准直后，通过所述的紫外镀膜滤光片将基频光579nm、倍频光289.5nm光反射，193nm紫外激光直接输出。
所述的579nm的固体激光器，是1064nm固体激光器拉曼频移后再倍频的579nm的固体激光器，或是1064nm固体激光器倍频后再拉曼频移的579nm的固体激光器。
所述的倍频晶体为紫外波段非线性晶体，倍频方式为温度相位匹配方式，或角度相位匹配方式，所述的倍频晶体为LBO晶体，或BBO晶体，两通光面均镀有579nm和289.5nm的增透膜，透过率在99%以上，在倍频过程中倍频转换效率不超过60%。
所述的和频晶体为紫外波段非线性晶体，和频方式为温度相位匹配方式或角度相位匹配方式，所述的和频晶体为BBO晶体、CBO晶体或KBBF晶体，两通光面均镀有579nm、289.5nm和193nm的增透膜，对三种波长的激光透过率均为99%以上。
所述的紫外镀膜滤光片是指在一定角度下，对579nm和289.5nm波长激光具有99%以上的高反射率，对193nm激光具有80%以上的高透过率的镀膜滤光片，所述的角度的选取范围为20度~50度。
本发明的技术效果：
与在先技术相比，本发明的193nm激光器为全固态激光器，具有激光器体积小、结构紧凑、电光效率高、重复频率高、性能稳定和维护十分方便的特点。
附图说明
图1为本发明193nm波长紫外固体激光器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1，图1为本发明193nm波长紫外固体激光器的结构示意图。由图可见，本发明193nm波长紫外固体激光器，其构成包括579nm固体激光器1，沿该579nm固体激光器1的激光输方向依次是第一透镜2、第二透镜3、倍频晶体4、聚焦透镜5、和频晶体6、准直透镜7和紫外镀膜滤光片8，由所述的579nm固体激光器1输出的波长为579nm的激光经过第一透镜2和第二透镜3构成的光学系统后，聚焦到倍频晶体4中，得到波长为289.5nm的倍频激光输出，该289.5nm倍频激光和剩余的579nm基频光再经过所述的聚焦透镜5，聚焦到和频晶体6中，将289.5nm激光和579nm激光和频，产生193nm的三倍频激光输出，所述的基频光579nm、倍频光289.5nm和三倍频光193nm经所述的准直透镜7准直后，通过所述的紫外镀膜滤光片8将基频光579nm、倍频光289.5nm光反射，193nm紫外激光直接输出。
所述的579nm的固体激光器，是1064nm固体激光器拉曼频移后再倍频的579nm的固体激光器，或是1064nm固体激光器倍频后再拉曼频移的579nm的固体激光器。
所述的倍频晶体4为紫外波段非线性晶体，倍频方式为温度相位匹配方式，或角度相位匹配方式，所述的倍频晶体4为LBO晶体，或BBO晶体，两通光面均镀有579nm和289.5nm的增透膜，透过率在99%以上，在倍频过程中倍频转换效率不超过60%。
所述的和频晶体6为紫外波段非线性晶体，和频方式为温度相位匹配方式或角度相位匹配方式，所述的和频晶体6为BBO晶体、CBO晶体或KBBF晶体，两通光面均镀有579nm、289.5nm和193nm的增透膜，对三种波长的激光透过率均为99%以上。
所述的紫外镀膜滤光片8是指在一定角度下，对579nm和289.5nm波长激光具有99%以上的高反射率，对193nm激光具有80%以上的高透过率的镀膜滤光片，所述的角度的选取范围为20度~50度。
下面是本发明一个实施例的构成和相关参数：基频光由一个全固态喇曼黄光激光器提供（该激光器结构与文章《KGW晶体外腔式高功率579nm喇曼黄光激光器》类似），输出的中心波长为579nm，脉冲重复频率为10kHz，脉冲宽度为10ns，平均功率为50W。使用焦距分别为200mm和100mm的第一透镜2、第二透镜3组成的光学系统，将基频激光聚焦到LBO倍频晶体4中，产生波长为289.5nm的倍频激光约20W。289.5nm的倍频光和剩余的579nm的基频光再通过聚焦透镜5后，聚焦到和频晶体6的CBO晶体中，通过和频获得193nm的紫外激光。使用一个45度角放置的紫外镀膜滤光片8，将193nm三倍频光与579nm基频光和289.5nm二倍频光分开，该滤光片对193nm的透过率大于85%，对579nm的基频光和289.5nm的倍频光的反射率均大于99%。该激光器最后获得平均功率为10W的193nm紫外激光。
经实验表明，本发明输出功率稳定，非线性转换效率高，能够获得优质的193nm紫外光源。激光器具有固体激光器特有的体积小、电光效率高、成本低廉，性能稳定和维护方便等优点，因此能够更好地满足光刻系统的对紫外光源的需求。
Claims (5)
1.一种193nm波长紫外固体激光器，特征在于其构成包括579nm固体激光器（1），沿该579nm固体激光器（1）的激光输方向依次是第一透镜（2）、第二透镜（3）、倍频晶体（4）、聚焦透镜（5）、和频晶体（6）、准直透镜（7）和紫外镀膜滤光片（8），由所述的
所述的579nm固体激光器（1）输出的波长为579nm的激光经过第一透镜（2）和透镜（3）构成的光学系统后，聚焦到倍频晶体（4）中，得到波长为289.5nm的倍频激光输出，该289.5nm倍频激光和剩余的579nm基频光再经过所述的聚焦透镜（5），聚焦到和频晶体（6）中，将289.5nm激光和579nm激光和频，产生193nm的三倍频激光输出，所述的基频光579nm、倍频光289.5nm和三倍频光193nm经所述的准直透镜（7）准直后，通过所述的紫外镀膜滤光片（8）将基频光579nm、倍频光289.5nm光反射，193nm紫外激光直接输出。
2.根据权利要求1所述的193nm波长紫外固体激光器，其特征在于：所述的固体激光器（1）是指输出激光波长为579nm的固体激光器，是1064nm固体激光器拉曼频移后再倍频的579nm的固体激光器，或是1064nm固体激光器倍频后再拉曼频移的579nm的固体激光器。
3.根据权利要求1所述的193nm波长紫外固体激光器，其特征在于：所述的倍频晶体（4）为紫外波段非线性晶体，倍频方式为温度相位匹配方式，或角度相位匹配方式，所述的倍频晶体（4）为LBO晶体，或BBO晶体，两通光面均镀有579nm和289.5nm的增透膜，透过率在99%以上，在倍频过程中倍频转换效率不超过60%。
4.根据权利要求1所述的193nm波长紫外固体激光器，其特征在于：所述的三倍频晶体（6）为紫外波段非线性晶体，和频方式为温度相位匹配方式或角度相位匹配方式，所述的三倍频晶体（6）为BBO晶体、CBO晶体或KBBF晶体，两通光面均镀有579nm、289.5nm和193nm的增透膜，对三种波长的激光透过率均为99%以上。
5.根据权利要求1所述的193nm波长紫外固体激光器，其特征在于：所述的紫外镀膜滤光片（8）是指在一定角度下，对579nm和289.5nm波长激光具有99%以上的高反射率，对193nm激光具有80%以上的高透过率的镀膜滤光片，所述的角度的选取范围为20度~50度。
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