DE10157448A1

DE10157448A1 - Gasentladungslaser, insbesondere Excimerlaser, zur Erzeugung von Strahlung geringer Divergenz und ohne Interferenzstreifen

Info

Publication number: DE10157448A1
Application number: DE2001157448
Authority: DE
Inventors: Ulrich Rebhan; Rustem Osmanow
Original assignee: Lambda Physik AG
Current assignee: Lambda Physik AG
Priority date: 2001-11-23
Filing date: 2001-11-23
Publication date: 2003-06-12

Abstract

Ein Gasentladungslaser, insbesondere Excimerlaser, mit stabilem Resonator zeichnet sich dadurch aus, dass die Parallelität der Oberflächen (14a, 14b) des Auskoppelspiegels (14) besser ist als eine Sekunde. Dies verbessert die Divergenz der Laserstrahlung und eliminiert Interferenzstreifen. Zu diesem Zweck kann auch vorgesehen sein, eine Oberfläche des Auskoppelspiegels (14) mit einer Schicht zu versehen, deren Reflexionsgrad mindestens 6% beträgt, wobei die andere Fläche mit einer antireflektierenden Schicht versehen ist. Interferenzstreifen können auch dadurch eliminiert werden, dass die Paralellität der beiden Flächen (14a, 14b) des Auskoppelspiegels schlechter ist als eine Minute.

Description

Die Erfindung betrifft Gasentladungslaser, insbesondere Excimerlaser. Der Begriff "Excimerlaser" erfasst bekanntlich auch Exciplexlaser. Die Erfindung ist auch einsetzbar bei F₂-Lasern.
Die Strahlung der oben genannten Gasentladungslaser mit stabilem Resonator hat eine relativ große Divergenz D. Dies hat bekanntlich bei einer Vielzahl von Anwendungen Nachteile zur Folge.
Es sind im Stand der Technik unterschiedliche Maßnahmen bekannt, um die Divergenz zu reduzieren. Z. B. kann dies mit einem instabilen Resonator geschehen, mit einem Oszillator- Verstärker, mit einem SSMB-Spiegel, oder auch mit Blenden im Resonator. Alle diese Verfahren und Systeme sind aber relativ aufwendig und in vielerlei Hinsicht kompliziert. Insbesondere treten starke Energieverluste auf oder es ergibt sich keine hinreichende Strahlqualität.
Die Strahlqualität leidet auch bei einer Vielzahl von industriellen Anwendungen an sog. Interferenzstreifen. Solche Interferenzstreifen bedeuten, dass das Intensitätsprofil des Lasers im Fernfeld Maxima und Minima aufweist (Feinstruktur aus Maxima und Minima, die der Grundstruktur der Intensitätsverteilung überlagert ist, z. B. der Gaußverteilung). Dies führt zu einer größeren effektiven Divergenz. Insbesondere bei TFT- Anwendungen führen diese Intensitätsschwankungen im Laserstrahl zu nachteiligen Folgen, die auch durch eine aufwendige Homogenisierung des Laserstrahls nicht vollständig behebbar sind. Eine Entfernung der Interferenzstreifen ist allenfalls mit sehr aufwendigen und teuren optischen Systemen möglich, wobei aber regelmäßig Energieverluste in Kauf genommen werden müssen.

Ziel der Erfindung ist es, bei Gasentladungslasern der eingangs genannten Art in einfacher Weise wirksam die Divergenz zu verbessern und die genannten Interferenzstreifen weitestgehend auszuschalten.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Interferenzstreifen vom Auskoppelspiegel (Auskoppelfenster) des Resonators stammen.

Eine erste Variante der Erfindung löst die oben genannten technischen Probleme dadurch, dass eine hohe Parallelität der Oberflächen des Auskoppelspiegels vorgeschlagen wird, insbesondere eine Parallelität gemäß einem der Ansprüche 1, 2 oder 3. Der Winkel α zwischen den beiden Flächen des Fensters ist ein Maß für die Parallelität der Oberflächen und dieser Winkel α soll kleiner sein als 5", insbesondere kleiner als 3" und besonders bevorzugt kleiner als 1".

Im Stand der Technik hat man auf diese Parallelität der Oberflächen der Auskoppelspiegel nicht sonderlich geachtet, weil die Lösung der obigen Probleme nicht berücksichtigt worden ist. Bei kommerziell erhältlichen Excimerlasern ist die Parallelität der Oberflächen des Auskoppelspiegels in aller Regel schlechter als 15" bis 30" (d. h. der Winkel α hat diese Werte).

Der Erfindung liegt auch die Erkenntnis zugrunde, dass die Interferenzstreifen dann weitestgehend ausgeschaltet werden können, wenn eine Fläche des Auskoppelspiegels mit einem Reflexionsgrad R von mindestens 6% beschichtet wird und dabei die andere Fläche eine antireflektierende (AR) Beschichtung erhält.

Weiterhin erkennt die vorliegende Erfindung, dass die genannten Interferenzstreifen auch dann weitestgehend eliminiert werden können, wenn hinsichtlich der Parallelität der Oberflächen des Auskoppelspiegels in ein anderes Extrem als das oben genannte gegangen wird, nämlich die Parallelität beider genannter Flächen schlechter eingestellt wird als insbesondere eine Minute (1'), oder auch schlechter als zwei Minuten bzw. drei Minuten. Es zeigt sich also, dass bei einer etwa "keilförmigen" Gestaltung des Auskoppelspiegels ebenfalls die genannten Interferenzstreifen weitestgehend eliminiert sind.

Nachfolgend wird die Erfindung mit Bezugnahme auf die (einzige) Figur beispielhaft näher beschrieben.
Die Figur zeigt schematisch einen Excimerlaser mit einem stabilen Resonator 10, der einen voll-reflektierenden Rückspiegel 12 und einen teilweise reflektierenden Auskoppelspiegel 14 aufweist. Der Auskoppelspiegel 14 kann auch gleichzeitig Auskoppelfenster sein.
Die Figur zeigt die Form der Spiegel nur schematisch. Es handelt sich um einen stabilen Resonator, der z. B. plan-parallele Spiegel aufweisen kann oder es kann sich auch um einen hemiconfocalen Resonator handeln. Als Material für den Auskoppelspiegel 14 wird z. B. Quarz, Saphir, MgF₂ und CaF₂ verwendet.
Die im Resonator 10 umlaufende Strahlung ist mit dem Bezugszeichen 16 versehen. Die ausgekoppelte Strahlung 18 tritt aufgrund der teilweisen Reflexion am Auskoppelspiegel 14 aus dem Resonator aus.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zur Eliminierung der Interferenzstreifen und zur Verbesserung der Divergenz wird eine besonders hohe Parallelität der Oberflächen 14a, 14b des Auskoppelspiegels 14 vorgeschlagen, nämlich eine Parallelität besser als fünf Sekunden, bevorzugt weniger als drei Sekunden, und besonders bevorzugt weniger als eine Sekunde, d. h. der Winkel α ist kleiner als 5", bzw. kleiner als 3" oder besonders bevorzugt kleiner als 1". Im letztgenannten Fall wird die Divergenz um mehr als 30% reduziert. Um die oben genannten Parallelitäten zwischen den beiden Oberflächen des Auskoppelspiegels zu erreichen, muss bei der Herstellung des Fensters darauf besonders geachtet werden. Die üblichen Fenster im Stand der Technik haben solche Parallelitäten nicht erreicht weil insoweit keine Zielvorgaben vorhanden waren aufgrund fehlender Kenntnisse über die Zusammenhänge hinsichtlich Divergenz und Interferenzstreifen.
Gemäß einer anderen Variante der Erfindung werden die Interferenzstreifen dadurch eliminiert, dass eine Oberfläche 14a bzw. 14b des Auskoppelspiegels 14 mit einer Schicht belegt wird, deren Reflexionskoeffizient R gleich oder größer ist als 6%. Dabei wird die andere Fläche mit einer antireflektierenden Beschichtung (AR) versehen. Im Stand der Technik werden die Auskoppelspiegel aus Quarz, Saphir, MgF₂ oder CaF₂ hergestellt, und zwar in aller Regel ohne Beschichtung, weil diese Materialien "von selbst" eine hinreichende Teilreflektivität aufweisen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine besondere (zusätzliche) Beschichtung mit einem Reflexionsgrad R von mindestens 6% hinzugefügt. Dies löst die oben genannten Probleme hinsichtlich der Interferenzstreifen. Auf der anderen Oberfläche des Auskoppelspiegels wird eine antireflektierende Beschichtung angebracht.
Eine weitere Variante der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die genannten Interferenzstreifen auch dadurch eliminiert werden können, dass, entgegengesetzt zum ersten Ausführungsbeispiel, die Parallelität zwischen den Oberflächen des Auskoppelspiegels besonders schlecht eingestellt wird, d. h. der Winkel zwischen diesen Flächen ist größer als eine Minute, oder auch größer als zwei oder drei Minuten. Dabei wird bevorzugt eine Oberfläche des Auskoppelspiegels mit einer Schicht versehen, deren Reflexionsgrad R mindestens 6% beträgt. Die andere Oberfläche des Auskoppelspiegels wird dann bevorzugt mit einer antireflektierenden Schicht versehen. Die vorstehend genannten Maßnahmen zusammen bewirken eine weitestgehende Eliminierung der Interferenzstreifen.
Die Figur zeigt eine besonders einfache Gestaltung des Laserresonators. Die Erfindung kann und wird bevorzugt auch bei einer Abwandlung der Resonatorstruktur eingesetzt, bei der die Laserröhre (der Gasentladungsraum) mit Fenstern abgeschlossen ist und ein sog. externer Resonator mit Spiegeln verwendet wird. In diesem Falle sind die Auskoppelspiegel und die genannten Fenster verschiedene Bauteile und die erfindungsgemäßen Maßnahmen beziehen sich bei einem derart abgewandelten Resonator auf die Auskoppelspiegel.

Claims

1. Gasentladungslaser mit stabilem Resonator, bei dem die Parallelität der Oberflächen (14a, 14b) des Auskoppelspiegels (14) besser ist als 5 Sekunden (5").

2. Gasentladungslaser nach Anspruch 1, bei dem die Parallelität der Oberflächen des Auskoppelspiegels besser ist als 3 Sekunden (3").

3. Gasentladungslaser nach Anspruch 1, bei dem die Parallelität der Oberflächen des Auskoppelspiegels besser ist als 1 Sekunde (1").

4. Gasentladungslaser mit stabilem Resonator, bei dem eine Oberfläche (14a, 14b) des Auskoppelspiegels (14) mit einer Schicht versehen ist, deren Reflexionsgrad R mindestens 6% beträgt.

5. Gasentladungslaser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionsgrad mindestens 7% beträgt.

6. Gasentladungslaser gemäß Anspruch 4, wobei der Reflexionsgrad mindestens 8% beträgt.

7. Gasentladungslaser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Oberfläche (14a, 14b) des Auskoppelspiegels (14) mit einer antireflektierenden Schicht versehen ist.

8. Gasentladungslaser mit stabilem Resonator, bei dem die Parallelität der Oberflächen (14a, 14b) des Auskoppelspiegels (14) schlechter ist als eine Minute (1').

9. Gasentladungslaser nach Anspruch 8, bei dem die Parallelität der Oberflächen schlechter ist als 2 Minuten (2').

10. Gasentladungslaser nach Anspruch 8, bei dem die Parallelität der Oberflächen schlechter ist als 3 Minuten (3').