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Abstract

本发明公开了一种用于准分子激光器的可见光导向装置，所述准分子激光器包含MO腔、PA腔和PA腔光路转置单元，PA腔光路转置单元用于引导MO腔输出的种子光传输，使种子光进入PA腔进行放大，同时透射来自PA腔的输出激光。所述可见光导向装置包括可见光激光器和可见光光路转置单元，其中，所述可见光激光器用于产生可见光波段的激光，所述可见光光路转置单元用于将所述可见光激光器产生的可见光波段的激光引导至与所述来自PA腔的激光共轴输出。本发明能基于可见光光路为参考，完成后续光学组件与准分子激光器之间的有效对准，提高对准精度及有效避免对操作人员危害大等不利影响。

Description

一种用于准分子激光器的可见光导向装置
技术领域
本发明属于激光器技术领域，具体涉及准分子激光器的可见光导向装置。
背景技术
准分子激光器是目前大规模集成电路芯片制造业所采用的主流曝光光源。193nm高能量、窄线宽准分子激光器是生产线上广泛采用的光刻用准分子激光器。
图1为光刻用193nm准分子激光器基本结构示意图，主要包含种子腔(MO腔)、放大腔(PA腔)、线宽压窄单元1(LNM)、输出耦合镜2(OC)、MO腔在线检测单元3(LAM)、MO腔光路转置单元4、PA腔光路转置单元5、PA腔光路反转单元6、PA腔在线检测单元7(BAM)、脉冲展宽单元8(OPus)等组成。MO腔与PA腔在空间上垂直摆放。LNM用于对MO腔原始光谱宽度进行压窄，LNM、OC与MO腔共同组成MO谐振腔，实现窄线宽种子激光输出；4-MO腔光路转置单元、5-PA腔光路转置单元、6-PA腔光路反转单元组成光路传输模块，共同引导MO腔种子光两次通过PA腔进行双程能量放大；LAM和BAM作为在线检测模块实时监测显示激光器能量、波长、光谱等参数；OPus用于对PA腔输出激光进行脉冲宽度展宽，降低激光峰值功率密度，提高后续光学元件的使用寿命。准分子激光器输出激光后续还需经一系列光路变换系统后用于光刻物镜投影成像。
193nm属于深紫外波段，非可见光，肉眼不可见。因此基于193nm准分子激光器输出的193nm激光来完成后续光路变换系统等一系列光学组件与准分子激光器之间的对准过程，会存在一定困难，难于分辨，不利于观察后续光学组件与准分子激光器是否实现有效的高精度对准。同时193nm激光会造成接触物的冷灼伤，造成烧蚀效果，所以对操作人员人身安全存在一定危险性。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明在准分子激光器光路传输模块PA腔光路转置单元中引入可见光导向功能，通过可见光导向装置将633nm红光调整到与激光器输出的193nm激光共心共轴传输。利用633nm红光完成后续光路系统或光学元件与准分子激光器之间的有效校准，对准操作过程简单，对准精度高，同时避免了采用193nm激光对准而存在着不易获得高精度对准、人身安全危害大等弊端。
(二)技术方案
本发明提出一种用于准分子激光器的可见光导向装置，所述准分子激光器包含MO腔、PA腔和PA腔光路转置单元，PA腔光路转置单元用于引导MO腔输出的种子光传输，使种子光进入PA腔进行放大，同时透射来自PA腔的输出激光，所述可见光导向装置包括可见光激光器和可见光光路转置单元，所述可见光激光器用于产生可见光波段的激光；所述可见光光路转置单元用于将所述可见光激光器产生的可见光波段的激光引导至与所述来自PA腔的激光共轴输出。
根据本发明的一种具体实施方式，所述PA腔光路转置单元包括PA腔输出镜；所述可见光光路转置单元包括反射镜组，所述反射镜组对于所述可见光激光器产生的可见光具有高反射率，用于将所述可见光激光器产生的可见光引导至PA腔输出镜的反射输出面；所述PA腔输出镜透射来自PA腔的输出激光，同时反射来自反射镜组的可见光，所述透射的输出激光和反射的可见光共轴输出。
根据本发明的一种具体实施方式，所述PA腔光路转置单元和可见光光路转置单元还共用一个狭缝，输出激光和可见光均通过该狭缝输出。
根据本发明的一种具体实施方式，所述狭缝为两个小孔光阑。
根据本发明的一种具体实施方式，所述PA腔输出镜为采用CaF2基底制成。
根据本发明的一种具体实施方式，所述反射镜组包括三个45°入射高反射镜。
根据本发明的一种具体实施方式，所述三个45°入射高反射镜为第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，第一反射镜在PA腔光路转置单元的外部，第二反射镜和第三反射镜在PA腔光路转置单元的内部。
根据本发明的一种具体实施方式，第二反射镜和第三反射镜为可调谐元件。
根据本发明的一种具体实施方式，所述PA腔光路转置具有定位装置，用于定位输出激光与可见光使之保持共轴。
根据本发明的一种具体实施方式，所述可见光激光器为He-Ne激光器。
(三)有益效果
本发明中在准分子激光器光路传输模块PA腔光路转置单元中增加可见光导向装置，通过可见光导向装置实现633nm可见红光与193nm准分子激光共心共轴传输。PA腔光路转置单元后续的光学组件均可以基于633nm红光光路为参考，完成与准分子激光器之间的有效对准，实现模块之间的级联对接，对准操作过程简单，对准精度高，同时有效避免了采用准分子激光器发出的193nm激光来进行对准，所带来的不易获得高精度对准、对操作人员人身安全危害大等不利影响。
附图说明
图1为现有的光刻用193nm准分子激光器基本结构示意图。
图2为可见光导向装置应用于准分子激光器光路传输模块PA腔光路转置单元中的结构示意图。
图3为调整633nm导向红光与193nm激光共心共轴传输的步骤。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
如前所述准分子激光器包含种子腔(MO腔)、放大腔(PA腔)、线宽压窄单元(LNM)1、输出耦合镜(OC)2、MO腔在线检测单元(LAM)3、MO腔光路转置单元4、PA腔光路转置单元5、PA腔光路反转单元6、PA腔在线检测单元(BAM)7、脉冲展宽单元(OPus)8等。
PA腔光路转置单元5一方面用于引导MO腔输出的种子光传输，使种子光进入PA腔进行放大，另一方面用于透射来自PA腔的输出激光。
本发明的可见光导向装置包括可见光激光器和可见光光路转置单元，可见光激光器用于产生可见光波段的激光。本发明提出在PA腔光路转置单元5中并入可见光光路转置单元，可见光光路转置单元用于将所述可见光激光器产生的可见光波段的激光引导至与所述来自PA腔的激光共轴输出，以辅助后续光学变换系统等一系列光学组件与准分子激光器之间的有效对准。
本发明的可见光光路转置单元包括反射镜组。反射镜组对于所述可见光激光器产生的可见光具有高反射率，用于将所述可见光激光器产生的可见光引导至PA腔输出镜的出光面。所述PA腔输出镜透射来自PA腔的输出激光，同时反射来自反射镜组的可见光。PA腔输出镜的透射光和反射光共轴输出。
例如，在具体实施时，准分子激光器为193nm波段，可见光激光器是633nm的He-Ne激光器，反射镜组的各反射镜均为633nm波段45°角入射高反射镜。PA腔光路转置单元和可见光光路转置单元还共用一个狭缝，狭缝由两个小孔光阑组成。PA腔输出镜的出射面同时镀0°入射193nm减反膜以及45°入射633nm部分反射膜。
图2为本发明的一个实施例的可见光导向装置与准分子激光器的PA腔光路转置单元中进行集成的光路结构示意图。PA腔光路转置单元为193nm光路转置单元，其与633nm可见光光路转置单元共用部分光路。图中光学元件101、102、103为193nm波段45°角入射高反射镜，引导MO腔输出的193nm种子光传输，使种子光按照特定角度进入PA腔进行放大。PA腔光路转置单元采用101、102、103三面(奇数面)高反射镜引导光路，可以保证在传输过程中保持MO腔输出的矩形光斑形状不变，同时降低光路调整难度，提高光路微调精度，使入射到PA腔的种子光与放电腔电极中心轴线的夹角精确控制在特定的范围内，如大约7mrad。其中，元件101使沿Y轴垂直向下传输的种子光转折90°，反射光沿Z轴反向传输，入射到102表面；102将种子光转折90°，反射光沿X轴反向传输，入射到103表面；103使种子光转折(90-θ)°，使反射光与PA腔电极中心轴线在水平面内相交并成微小夹角θ，入射到PA腔内进行第一程能量放大(此为入程激光)。103元件具有微调功能，在保证入程激光与电极中心轴线成微小夹角θ的同时，使入程激光与PA腔电极中心轴线的交点基本位于轴线中心处，即入程激光在PA腔内对称分布在电极中心轴线两侧，以获得特定夹角情况下最大程度的能量放大。穿过PA腔获得第一程放大的入程激光经PA腔光路反转单元再次返回PA腔进行第二程能量放大(此为回程激光)，回程激光沿着电极中心轴线传输，与入程激光在水平面内相交并成微小夹角θ。放大后的激光穿过PA腔光路转置单元输出。调整PA腔光路转置单元中狭缝401、402的空间位置，使193nm激光先后通过两个狭缝中心输出，狭缝采用小孔光阑。
可见光导向装置包括He-Ne可见光激光器，光学元件201、202、203构成反射镜组、PA腔输出镜301，狭缝401、402、及定位装置403为与193nm输出激光共用元件。201、202、203为可见光转置元件，采用633nm波段45°入射高反射镜。该实施例中采用具有高指向性能的He-Ne激光器作为导向激光器，指向稳定性优选1mrad以下。He-Ne激光器作为导向光源具有如下优点：输出激光为单模，光束质量好、单色性好、稳定性高、激光发散角小，有利于长距离传输时能保持与193nm激光共轴传输；同时，He-Ne激光器输出激光为633nm红色可见光，红光具有肉眼易于观察的优点，有利于光路的调谐对准。此外，He-Ne激光器价格较为低廉，便于工程应用中的成本控制。
调整633nm光路与193nm光路双光路至共轴传输，通常需要借助两个可调谐反射镜以及两个小孔光阑来完成，本发明中考虑到PA腔光路转置单元结构紧凑、空间尺寸有限的问题，将导向激光器设置在PA腔光路转置单元外侧紧贴盒壁放置，可以避免大幅增加额外的空间尺寸，为此需要多引入一面反射镜用于转折光路。633nm导向红光先后入射在第一至第三反射镜201、202、203及PA腔输出镜301表面，第一至第三反射镜201、202、203作为反射镜组，入射角均为45°，经反射后光路转折90°，在PA腔输出镜301的出光面反射后与193nm激光共心共轴传输。整个可见光光路始终在水平面内传输。第一反射镜201在PA腔光路转置单元外部，不设调谐功能，有利于保持长时间位置稳定性；PA腔输出镜301为共用元件，为保持193nm激光传输方向不变，同样为固定元件；因此，将第二反射镜202和第三反射镜203设为可调谐元件，可绕Y轴和Z轴进行两维角度微调，用于调谐633nm激光传输方向。可调谐元件202与203的支撑架具有两维高精度调谐功能，可采用调谐精度低于5μrad的高稳定度不锈钢镜架，获得高精度调谐对准。
图3为本发明的一个实施例中调整633nm导向红光与193nm激光共心共轴传输的步骤流程图。首先，调整小孔光阑401、402的空间位置，使193nm激光完全通过小孔光阑401、402中心后，关闭193nm激光输出；打开633nmHe-Ne激光器，微调第二反射镜202使He-Ne激光器发出的633nm红光通过小孔光阑401中心；放大小孔光阑401的通光孔尺寸；微调第三反射镜203使633nm红光通过小孔光阑402的中心；缩小小孔光阑401的通光孔至原尺寸，观察633nm红光是否通过小孔光阑401中心；如未通过，重复微调第二反射镜202和第三反射镜203的步骤，最终使633nm红光完全通过小孔光阑401、402中心输出，此时实现633nm红光与193nm激光共心共轴传输。由于采用双调谐元件方法用于调谐两光束共轴，同时调谐过程采用步距低于5μrad的高调谐精度的支撑架来完成，获得最后双光束的高精度对准。调谐完成后将第二反射镜202、第三反射镜203固定定位住，保持稳定位置。本发明中将He-Ne激光器紧贴光路转置单元外壁设计，以及采用多面反射镜作为导光元件，将光路多次折叠，缩短空间长度，提高空间利用的紧凑性，避免因为引入可见光导向光路而大幅提高PA腔光路转置单元的空间尺寸，有利于后续准分子激光系统的整机集成。
PA腔输出镜301为633nm红光与193nm激光共用光学元件，采用CaF2基底制成，CaF2在193nm波段具有高透过率。在PA腔输出镜301表面镀0°角入射193nm减反膜以及45°角入射633nm部分反射膜，保证在不影响193nm激光高透过率的同时提高633nm红光的反射率。193nm激光穿过301后会沿X轴产生一定偏移，但传输方向不变。193nm激光在301出射面上的出射点与633nm红光在302表面的入射点相重合。待633nm红光与193nm激光调整至共心共轴传输后，关闭193nm准分子激光输出，借助633nm红光完成后续光路及光学变换系统的辅助装调和有效校准过程，发挥633nm红光易于观察、对操作人员伤害小等优点。为利于后续定期观察双光束是否发生偏离，在PA腔光路转置单元内壁上增加定位装置403，用于同时接收193nm激光在元件301表面的反射光以及633nm红光穿过301后的透射光。定位装置403可采用193nm至可见光波段宽谱带响应的光电二极管。当633nm红光调谐至与193nm激光共轴后，193nm反射光与633nm透射光403上基本重合(由于633nm红光与193nm激光在CaF2镜片中的折射率不同，两束光中心在403上会有微小水平方向偏移，但因193nm激光光斑有一定宽度及301镜片厚度小，所以在403接收面上633nm红光仍会位于193nm激光光斑范围内)。后续可通过观察定位装置403上两束光是否重合，作为判断633nm激光与193nm激光是否保持共轴传输的一个依据。该判断方法简单，操作方便。
由上可知，本发明在准分子激光器光路传输模块的PA腔光路转置单元中引入可见光导向功能，通过可见光导向装置将He-Ne激光器发出的肉眼可见的633nm红光调整至与193nm激光共心共轴传输，然后基于633nm红光完成后续光路变换系统等一系列光学组件与准分子激光器之间的高精度对准过程。有效避免了采用193nm激光用于后续光学组件与激光器之间对准所带来的不易高精度对准、以及激光损伤引起的人身安全的问题，对于深紫外波段激光光源与后续光学系统之间的级联对接具有重要的指导和引导作用。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于准分子激光器的可见光导向装置，所述准分子激光器包含MO腔、PA腔和PA腔光路转置单元，PA腔光路转置单元用于引导MO腔输出的种子光传输，使种子光进入PA腔进行放大，同时透射来自PA腔的输出激光，其特征在于，所述可见光导向装置包括可见光激光器和可见光光路转置单元，其中，
所述可见光激光器用于产生可见光波段的激光；
所述可见光光路转置单元用于将所述可见光激光器产生的可见光波段的激光引导至与所述准分子激光共轴输出。
2.如权利要求1所述的用于准分子激光器的可见光导向装置，其特征在于，
所述PA腔光路转置单元包括PA腔输出镜；
所述可见光光路转置单元包括反射镜组，所述反射镜组对于所述可见光激光器产生的可见光具有高反射率，用于将所述可见光激光器产生的可见光引导至PA腔输出镜的反射输出面；
所述PA腔输出镜透射来自PA腔的输出激光，同时反射来自反射镜组的可见光，所述透射的输出激光和反射的可见光共轴输出。
3.如权利要求2所述的用于准分子激光器的可见光导向装置，其特征在于，所述PA腔光路转置单元和可见光光路转置单元还共用一个狭缝，输出激光和可见光均通过该狭缝输出。
4.如权利要求3所述的用于准分子激光器的可见光导向装置，其特征在于，所述狭缝为两个小孔光阑。
5.如权利要求2所述的用于准分子激光器的可见光导向装置，其特征在于，所述PA腔输出镜为采用CaF2基底制成。
6.如权利要求2所述的用于准分子激光器的可见光导向装置，其特征在于，所述反射镜组包括三个45°入射高反射镜。
7.如权利要求6所述的用于准分子激光器的可见光导向装置，其特征在于，所述三个45°入射高反射镜为第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，第一反射镜在PA腔光路转置单元的外部，第二反射镜和第三反射镜在PA腔光路转置单元的内部。
8.如权利要求7所述的用于准分子激光器的可见光导向装置，其特征在于，第二反射镜和第三反射镜为可调谐元件。
9.如权利要求2所述的用于准分子激光器的可见光导向装置，其特征在于，所述PA腔光路转置具有定位装置，用于定位输出激光与可见光使之保持共轴。
10.如权利要求1至9中任一项所述的用于准分子激光器的可见光导向装置，其特征在于，所述可见光激光器为He-Ne激光器。
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