CN1507682A - 高重复率紫外准分子激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高重复率紫外准分子激光器(10)，它包括一激光束源和包含氟化镁的一个或多个窗口(16，18)。本发明的另一方面涉及一准分子激光器，它包括一激光束源、包含氟化镁的一个或多个窗口和对一个和多个窗口退火的源。本发明的又一方面涉及产生一预定窄宽度的激光束的方法。

Description

高重复率紫外准分子激光器
本发明要求于2001年3月2日申请的美国临时专利申请号60/272,814的优先权，特把它包括在内作为参考。
                        发明领域
本发明通常涉及一种高重复率紫外准分子激光器。
                        发明背景
在此申请中，引用了各种出版物。特此把这些出版物的每种出版物的内容作为整体包括在内作为本申请的参考。
准分子激光器通常被研制作为商业使用的半导体制造设备的简化投影和曝光装置的光源，因为准分子激光器能够进行非常精确的工作。
来自准分子激光器的光振荡有各种波长组元，中心波长有变化。这样，如果光在现有的状态，当光通过外部光学元件如透镜时会发生像差，从而降低工作的精度。为此，广泛地使用了制造窄波带的现有技术，在该技术中，准分子激光器装备波长选择元件如光栅，以缩小激光振荡波长的光谱宽度和把中心波长稳定为振荡波长的中心值。
美国专利6,181,724公开了一种准分子激光器。把激光气体密封在激光腔中，并以在放电电极中放电的方式提供能量，使得激光束振荡。振荡的激光束通过后窗出射，激光束通过第一棱镜和第二棱镜的同时变宽，然后激光束进入光栅。在光栅中，由一驱动器控制与激光束的光路有关的角度，通过以预定的波长振荡激光束来获得窄波带。一组光学元件，它们是第一棱镜、第二棱镜和光栅，被统称为窄波带光学元件。由窄波带光学元件控制波长的激光束通过一前窗和一为部分反射镜的前镜，部分激光束出射激光腔。
通常，使用合成熔化氟化硅或钙作为准分子激光器的光学部件的材料。但是，使用这些材料有显著的缺点。为了大量有效地制造半导体，需要通过增加单位时间的激光振荡脉冲数量(也称为重复频率或重复率)来增加激光器的功率。但是，能量密度在激光器的共振腔中很高，而且激光束在共振腔往复运动，并多次通过光学部件。为此，当激光器的功率变为较高时，材料内部即使有少量畸变或不均匀也使光学部件变坏。光学部件即使少量的畸变对振荡的激光束的质量有很大的影响。因此，在准分子激光器的功率增加时，合成熔化氟化硅或钙的光学部件的持续性不能胜任，在使用这些光学部件时，高精度地控制高重复率紫外准分子激光器的波长是困难的。
                       发明概述
本发明涉及高重复率(≥4千赫)紫外准分子激光器，它包括一激光束光源和包含氟化镁的一个或多个窗口。
本发明的另一方面涉及高重复率紫外准分子激光器，它包括一激光束光源、包含氟化镁的一个或多个窗口和对一个和多个窗口退火的源。
本发明的又一方面涉及高重复率紫外准分子激光器的窗口，该窗口包含氟化镁。
本发明的再一方面涉及产生一预定窄宽度的激光束的方法。该方法包括振荡激光束，使其出射一腔的第一窗口，通过一个或多个棱镜使该激光束变宽，把该激光束控制成一预定的窄宽度，并使该预定窄宽度的激光束穿过腔的第二窗口，而腔的第一和第二窗口包含氟化镁。
                     附图的简要描述
本发明的这些和其它的特点和优点，从下述的较佳实施例的详细描述并结合所附的附图阅读时，将是明显的。其中：
图1表示根据本发明的一个实施例的高重复率紫外准分子激光器。
图2表示根据本发明的另一个实施例的高重复率紫外准分子激光器。
图3表示根据本发明的又一个实施例的高重复率紫外准分子激光器。
                     本发明的详细描述
本发明涉及一种准分子激光器，它包括一激光束光源和包含氟化镁的一个或多个窗口。
美国专利6,181,724、6,282,221、6,067,311和6,014,398描述了准分子激光器，特把它们包括在内作为参考。
通常，准分子激光器以如下方式工作。把激光气体密封在激光腔中，并以在放电电极中放电的方式对气体提供能量。这造成激光束振荡。振荡的激光束通过后窗从激光腔出射，激光束棱镜变宽，然后激光束进入光栅。在光栅中，由一驱动器控制与激光束的光路有关的角度，并通过振荡预定的波长振荡激光束来获得窄带宽。波长受控的激光束通过一前窗和一前镜，部分激光束出射激光腔。
在头脑中有了准分子激光工作的总体了解的情况下，图1表示本发明的高重复率紫外准分子激光的一个实施例。如图1所示，高重复率紫外准分子激光装置10包括多个棱镜如第一和第二(和任选的第三)棱镜12、第一镜子13、第二镜子15、光栅14和第一窗16及第二窗18。在激光腔17中的第一窗16和第二窗18相对激光束11组成一普通布儒斯特角，以减少能量损耗。诸如多个棱镜12、第一镜子13、第二镜子15和第一窗16及第二窗18等元件由氟化物光学材料，例如氟化钙、氟化钡或氟化镁构成。在一实施例中，这些元件由氟化镁构成。在另一个实施例中，第一窗16及第二窗18由氟化镁构成，而其它元件如多个棱镜12、第一镜子13和第二镜子15由其它材料如氟化钙构成。
本发明的另一方面包括产生一预定窄宽度激光束的一种方法。该方法包括：在激光束出射腔的第一窗处振荡一激光束，通过一个或多个棱镜扩展激光束，把激光束控制成一预定窄宽度，使窄宽度激光束经过腔的第二窗，而该腔的第一和第二窗包含氟化镁。
参照图1，在使用时，激光气体(如氩、氪、氖和/或氟)密封在激光腔17中，由放电电极(未示出)的电气放电向激光气体供给能量。这使激光束11振荡。振荡着的激光束11通过后窗16出射激光腔17。激光束11经过棱镜12，被第二镜子15和光栅14反射。在第一镜子15中，相对激光束11光路的角度由一驱动器控制。通过以预定的波长振荡激光束11，激光束11可获得一窄带宽度。激光束11被光栅14和第二镜子15完全反射，使激光束11倒转其原来的路径，从前窗18出射腔17和从第一镜子13出射。
图2是本发明的第二实施例。高重复率紫外激光装置20包括：多个棱镜如第一和第二棱镜22、镜子25、光栅24和第一窗26及第二窗28。在激光腔27中的第一窗26和第二窗28相对激光束21组成一普通布儒斯特角，以减少能量损耗。在此实施例中，激光束21被镜子25部分反射，镜子25是一部分反射镜，部分激光束21出射激光腔27。诸如多个棱镜22、第二镜子25和第一窗26及第二窗28等元件由氟化物光学材料，例如氟化钙、氟化钡或氟化镁构成。在一实施例中，这些元件由氟化镁构成。在另一个实施例中，第一窗26及第二窗28由氟化镁构成，而其它元件如多个棱镜22和镜子25由其它材料如氟化钙构成。
本发明的又一个方面包括由氟化镁构成的高重复率紫外准分子激光窗。
由氟化镁构成的本发明的激光窗在高重复率紫外准分子激光的长工作寿命中保持耐用性。在此使用的“保持耐用性”是指氟化镁窗没有可感知的感应吸收。氟化镁窗对具有输出大于或等于10毫焦耳和重复率大于或接近4千赫的激光保持耐用性。再者，本发明的氟化镁窗对具有输出大于或等于10毫焦耳和重复率在5亿脉冲和任选在9亿脉冲范围内大于或接近4千赫的激光保持耐用性。
本发明的再一个方面包括一准分子激光，该激光包括一激光束源、包含氟化镁的一个或多个窗和对一个或多个窗进行退火的源。
图3表示本发明的一实施例，它包括对激光腔的窗进行退火的源。如图3所示，准分子激光装置30包括多个棱镜如第一和第二(和任选的第三)棱镜32、第一镜子33、第二镜子35、光栅34和第一窗36及第二窗38。在激光腔37中的第一窗36和第二窗38相对激光束31组成一普通布儒斯特角，以减少能量损耗。诸如多个棱镜32、第一镜子33、第二镜子35和第一窗36及第二窗38的元件由氟化物光学材料，例如氟化钙、氟化钡或氟化镁构成。在一实施例中，这些元件由氟化镁构成。在另一个实施例中，第一窗36及第二窗38由氟化镁构成，而其它元件如多个棱镜32、第一镜子33和第二镜子35由其它材料如氟化钙构成。
通常，第一激光束(如上所述)和第二激光束由激光腔37中的放电电极产生。参照图3，在使用时，第二激光气体(如氩、氪、氖和/或氟)密封在激光腔37中，由第二放电电极(未示出)的第二电气放电向第二激光气体供给能量。这使激光束31振荡。振荡着的激光束31通过后窗36出射激光腔37。激光束31经过棱镜32，并被第二镜子35和光栅34反射。在第二镜子35中，相对激光束31光路的角度由一驱动器控制。通过以预定的波长振荡激光束31，激光束31可获得窄带宽度。激光束31被光栅34和第二镜子35完全反射，使激光束31倒转其原来的路径，从前窗38出射腔37和从第一镜子33出射。
第二激光束31被用来操作准分子激光的同时对第一和第二窗38和36退火。用光的波长为大约250纳米的第二激光束31照射窗。此波长对应于感应吸收带的波长。另一方面，在准分子激光不在使用时，第二激光束31在准分子激光运行的前后被用来对第一和第二窗36和38退火。
作为选择，窗36和38被加热退火。通过在诸如惰性气体或在真空下的环境中加热第一和/或第二窗实行加热退火。虽然对窗加热的温度依赖于感应吸收级，但是温度一般从摄氏大约200至大约800度。
虽然在此详细地描述和说明了较佳实施例，但是，对本领域的熟练技术人员来说，可进行各种改进、添加、替代等而不脱离本发明的构思是显而易见的，因此这些被视为在由随后的权利要求所定义的本发明的范围内。

Claims (25)

1.一种产生大于或等于4千赫重复率准分子激光束的方法，其特征在于，所述方法包括：
振荡激光束，借此激光束出射一腔的第一氟化镁晶体窗和使激光束经过所述腔的第二氟化镁晶体窗，以提供重复率大于或等于4千赫的准分子激光束。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重复率大于或等于4千赫的准分子激光束具有大于或等于10毫焦耳的功率。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氟化镁晶体窗在5亿脉冲的激光束内保持耐用性。
4.一重复率大于或等于4千赫的准分子激光，其特征在于，所述激光包括：
产生大于或等于4千赫重复率准分子激光束用的重复率大于或等于4千赫的准分子激光束源和发射重复率大于或等于4千赫的准分子激光束用的一个或多个氟化镁晶体窗。
5.如权利要求4所述的准分子激光，其特征在于，所述激光束具有大于或等于10毫焦耳的功率。
6.如权利要求4所述的准分子激光，其特征在于，所述重复率大于或等于4千赫的准分子激光束源是氟化氩准分子激光束源。
7.如权利要求4所述的准分子激光，其特征在于，所述重复率大于或等于4千赫的准分子激光束源是氟化氪准分子激光束源。
8.如权利要求6所述的准分子激光，其特征在于，所述激光还包括对一个或多个窗进行退火的源。
9.如权利要求4所述的准分子激光，其特征在于，所述窗在5亿脉冲的激光束内保持耐用性。
10.一种准分子激光，其特征在于，所述激光包括：
一激光束源；
由氟化镁晶体构成的一个或多个窗；
对由氟化镁晶体构成的一个或多个窗进行退火的源。
11.如权利要求10所述的准分子激光，其特征在于，所述激光束具有大于或等于10毫焦耳的功率。
12.如权利要求10所述的准分子激光，其特征在于，所述激光束具有大于或等于4千赫的重复率。
13.如权利要求10所述的准分子激光，其特征在于，所述准分子激光束源是氟化氩准分子激光束源。
14.如权利要求10所述的准分子激光，其特征在于，所述准分子激光束源是氟化氪准分子激光束源。
15.一种重复率大于或等于4千赫的氟化氩准分子激光窗，其特征在于，所述窗由氟化镁晶体构成。
16.一种产生预定窄宽度激光束的方法，其特征在于，所述方法包括：
振荡激光束，借此激光束出射一腔的第一晶体窗；
通过一个或多个棱镜扩展激光束；
把扩展的激光束控制成一预定窄宽度；
使预定窄宽度激光束经过该腔的第二窗，其中，所述腔的第一和第二窗由氟化镁构成。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述激光束具有大于或等于10毫焦耳的功率。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述激光束具有大于或等于4千赫的重复率。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在5亿脉冲内脉动激光束。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第一和第二窗保持耐用性。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述激光束在9亿脉冲内被脉动且第一和第二窗保持耐用性。
22.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对第一窗退火。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对第二窗退火。
24.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述激光束源是氟化氩。
25.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述激光束源是氟化氪。
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