專利名稱：紫外光源、包括紫外光源的激光治療設(shè)備和包括紫外光源的曝光設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紫外光源，該紫外光源通過光纖放大器放大紅外-可見波段的信號光，并通過波長轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)將放大的光轉(zhuǎn)變成紫外光作為輸出。本發(fā)明還涉及分別包括紫外光源的激光治療設(shè)備和曝光設(shè)備。
背景技術(shù)：
當今，具有短波長和高時間相干性的紫外激光被用在各個領(lǐng)域。例如，紫外激光用于半導體器件制造中的曝光設(shè)備，以及用于諸如外科、眼科和牙科中進行手術(shù)的激光手術(shù)治療設(shè)備。紫外激光還用在各種測量儀器和分析儀以及加工設(shè)備中。用在這種設(shè)備中的紫外光源包括振蕩波長為λ＝248nm的KrF準分子激光器和振蕩波長為λ＝193nm的ArF準分子激光器。雖然這些準分子激光器已經(jīng)包括在各種設(shè)備中作為光源，但它們存在維護麻煩和高運行成本的問題，因為除了它們的昂貴和體積龐大之外，這些激光器利用氟氣作為工作介質(zhì)。
因此，一直在致力尋求一種全固態(tài)紫外光源，它包括作為信號光源的在紅外-可見波段內(nèi)振蕩的固態(tài)激光器，通過光纖放大器放大從固態(tài)激光器輸出的光，并通過波長轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)將放大的光轉(zhuǎn)變成具有預(yù)定波長的紫外光作為輸出。作為這種全固態(tài)紫外光源，提出的紫外光源包括作為信號光源的DFB半導體激光器，該DFB半導體激光器在λ＝1.55μm的波段內(nèi)穩(wěn)定振蕩，該紫外光源通過摻鉺光纖放大器(以下簡稱“EDFA”)將半導體激光器輸出的光放大到理想的光強度，并通過波長轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)將放大的光轉(zhuǎn)變成波長為λ＝193nm的紫外光作為輸出，該紫外光是八階諧波，波長轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)包括用于波長轉(zhuǎn)換的晶體(參考例如日本待決專利公開JP2000-200747和JP2001-353176)。
作為用在這種全固態(tài)紫外光源中的EDFA，已知的有單包層的EDFA，其通過單模振蕩的半導體激光器激勵摻鉺的單包層和單模光纖(EDF)；和雙包層EDFA，其通過多模振蕩的半導體激光器激勵雙包層EDF(參考例如日本待決專利公開JP2000-200747和JP2001-353176)。
然而，上述的這些現(xiàn)有技術(shù)的EDFA存在下列問題。首先，對于單包層EDFA，激勵EDFA的單模振蕩半導體激光器的光功率限制在幾百mW的范圍內(nèi)，其輸出比較低，因此處于幾kHz的低重復(fù)頻率和低占空比的信號光必須用于產(chǎn)生高于10kW(脈寬高達1ns)的峰值功率。在此情況下，即使獲得高峰值功率，從EDFA輸出的光也最多僅在平均功率處實現(xiàn)大約100mW的較低功率。該問題表明光纖放大器的原始放大能力沒有被充分利用。
另外，在如上所述的光纖放大器中，在多級結(jié)構(gòu)中串連布置多個EDFA以實現(xiàn)預(yù)定的峰值功率是一種慣例。但是，在EDFA中產(chǎn)生的ASE光作為DC噪音而添加到在相鄰信號脈沖之間的無信號部分上，這導致輸出信號的信噪比顯著降低。因此，作為去除多級EDFA中DC噪音成分的一種布置，在相鄰級之間設(shè)置電光調(diào)制元件或聲光調(diào)制元件，并且控制每個調(diào)制元件與信號光源同步，以向后一級EDFA供給高信噪比的信號光。但是，隨著EDFA結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，EDFA的制造成本也變得昂貴。此外，還存在信號光損失的問題，這是由于插入調(diào)制元件而造成的。
另一方面，雙包層EDFA包括第一包層和第二包層。第一包層圍繞摻有激光介質(zhì)的芯并用作激勵光的耦合器，第二包層形成在第一包層周圍，為第一包層提供波導。當?shù)谝话鼘泳哂卸嗄：洼^大的橫截面積時，可以有效地耦合具有多模振蕩的高功率半導體激光器，提高激勵光的功率傳輸，并由此提高脈沖重復(fù)頻率和平均輸出功率。但是，在雙包層EDFA中，單位長度的激勵效率比單包層EDFA低，單包層EDFA將激勵光直接饋送到芯中。為此很難減小雙包層EDFA中光纖的長度，因此存在信號光損耗增大的問題，這種損耗是由在光纖中發(fā)生的例如參數(shù)處理或受激拉曼散射等非線性效應(yīng)造成的。結(jié)果，雙包層EDFA不能實現(xiàn)像單包層EDFA一樣高的峰值功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而構(gòu)思的，其目的在于提供一種具有簡單的結(jié)構(gòu)并同時產(chǎn)生高峰值功率和高平均功率的紫外光源。本發(fā)明的還有一個目的在于提供曝光設(shè)備和激光治療設(shè)備，每一種設(shè)備中都包括這樣的一種紫外光源。
為了解決上述問題和實現(xiàn)這些目的，本發(fā)明提供一種包括激光光源、光放大器和波長轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)的紫外光源，其中激光光源產(chǎn)生紅外-可見波段的信號光，光放大器包括至少一級光纖放大器，并放大激光光源產(chǎn)生的信號光，波長轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)把光放大器放大的信號光轉(zhuǎn)變成紫外光作為輸出。在該紫外光源中，單模光纖激光器用作光放大器中至少一級光纖放大器的激勵光源。
在根據(jù)本發(fā)明的該紫外光源中，優(yōu)選采用單模光纖激光器作為激勵光源的光纖放大器是光放大器中的末極光纖放大器。
在該紫外光源中，還優(yōu)選單模光纖激光器為拉曼光纖激光器。
在該紫外光源中，單模光纖激光器可以是摻鐿(Yb)光纖激光器。
另外，該紫外光源可以包括波分復(fù)用器，該波分復(fù)用器設(shè)置在光放大器的輸入側(cè)。在此情況下，該波分復(fù)用器為光纖熔融型，該波分復(fù)用器使信號光與激勵光源輸出的激勵光共軸混合。
根據(jù)本發(fā)明的激光治療設(shè)備包括上述的紫外光源和輻射光學系統(tǒng)，該輻射光學系統(tǒng)將紫外光源發(fā)射的紫外光引導到治療部位用于輻射。
根據(jù)本發(fā)明的曝光設(shè)備包括上述的紫外光源；掩模支撐部分，支撐設(shè)有預(yù)定曝光圖案的光掩模；目標支撐部分，支撐待曝光目標；照明光學系統(tǒng)，對紫外光源發(fā)射的紫外光進行引導，以照明由掩模支撐部分支撐的光掩模；和投影光學系統(tǒng)，對在通過照明光學系統(tǒng)的照明中穿過光掩模的光進行引導，以向由目標支撐部分支撐的待曝光目標進行投射。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的一種紫外光源的激光光源和光放大器的結(jié)構(gòu)簡圖；圖2是表示該紫外光源的波長轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖；圖3是表示光放大器的復(fù)合模塊的結(jié)構(gòu)簡圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一種紫外光源的激光光源和光放大器的結(jié)構(gòu)簡圖；圖5是描繪拉曼光纖激光器輸出的激勵光功率與光放大器輸出的信號光功率之間的關(guān)系的曲線；圖6是波長為1547nm的基波的功率與波長為193nm的基波的八階諧波的功率之間的關(guān)系曲線；圖7是根據(jù)本發(fā)明的激光治療設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡圖；圖8是激光治療設(shè)備的輻射光學系統(tǒng)和觀察光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的曝光設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的掩模缺陷檢查設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
紫外光源首先，參考圖1～4描述根據(jù)本發(fā)明的紫外光源的實施例，其中每個附圖都表示該紫外光源的一個部分。紫外光源1包括激光光源10，其產(chǎn)生紅外-可見波段的信號光；光放大器20，其包括前級光纖放大器21和后級光纖放大器22，放大由激光光源10產(chǎn)生的信號光；和波長轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)30，其以波長轉(zhuǎn)換的方式將光放大器放大的信號光轉(zhuǎn)變成紫外光輸出。紫外光源1還包括作為激勵光源26的單模光纖激光器，激勵光源26用于光放大器20的后級光纖放大器22。
激光光源10包括固態(tài)激光器11和控制固態(tài)激光器的操作的控制器12，激光光源10是一種向光放大器20脈沖地輸出信號光的信號光源。固態(tài)激光器11例如可以是一種InGaAsP分布式反饋(DFB)半導體激光器，其在紅外波段的λ＝1.55μm波長處振蕩。上述DFB半導體激光器的振蕩波長具有0.1nm/℃的溫度依賴性，因此雖然半導體激光器控制在恒溫，但其振蕩輸出窄帶單波長的紅外光，如振蕩波長λ＝1547nm?？刂破?2是控制DFB半導體激光器11的驅(qū)動器，其向DFB半導體激光器11供給在重復(fù)頻率f＝幾十～幾百kHz頻率處脈寬約為1ns的驅(qū)動信號，以致于DFB半導體激光器11脈沖振蕩地工作，并向光放大器20輸出峰值功率約為10mW的脈沖狀信號光。
采用外設(shè)調(diào)制器如電光調(diào)制元件或聲光調(diào)制元件，由在CW模式下穩(wěn)定振蕩的DFB半導體激光器11的輸出來形成光脈沖。通過這種布置，具有較小頻率線性調(diào)頻的窄帶信號光可以輸出到光放大器20。
光放大器20作為放大從激光光源10輸出的波長為λ＝1547nm的信號光的放大器，光放大器20包括上述前級和后級光纖放大器21和22、偏振控制器24、復(fù)合模塊25、和上述激勵后級光纖放大器22的激勵光源26。在光放大器20中，前級和后級光纖放大器21和22彼此串連。
設(shè)置在光放大器20的輸入部分處的偏振控制器24是一種光纖型偏振控制器，偏振控制器24控制信號光的偏振以抑制類似四波混頻或受激拉曼散射的非線性過程，而這些過程可能發(fā)生在后級光纖放大器22中。
前級光纖放大器21是一個把從激光光源10輸出的峰值功率約為10mW的信號光放大至大約1kW的預(yù)放大器。因為在此預(yù)放大器部分處光輸出的峰值功率約為1kW，所以單包層摻鉺光纖(EDF)用作光纖放大器21，并且作為激勵光的單模半導體激光器的輸出耦合到EDF。圖1中未示出構(gòu)成前級光纖放大器21的EDF的此激勵光源和把激勵光引導到光纖芯的波分復(fù)用器(WDM)。
為了峰值功率從10mW向1kW(增益50dB)的穩(wěn)定光放大，優(yōu)選前級光纖放大器21包括兩級EDFA。在此情況下，在第一級EDFA和第二級EDFA之間設(shè)置窄帶濾波器以去除在第一級產(chǎn)生的ASE，并且插入隔離器以抑制在第一級和在第二級的振蕩。
另一方面，不能忽略信號增益在峰值功率超過1kW的范圍內(nèi)由于非線性效應(yīng)如四波混頻或受激拉曼散射而減小。因此希望在光纖放大器21包括單級時光纖放大器21的光纖、或在光纖放大器21包括兩級時第二級的光纖為高鉺濃度的單包層EDF(鉺濃度＞1000ppm)，并且具有大約10μm的較大的模半徑。
從前級光纖放大器21發(fā)射的信號光進入復(fù)合模塊25，在復(fù)合模塊25中，準直透鏡251、窄帶濾波器252、隔離器253、波分復(fù)用器(WDM)254、準直透鏡255和聚光透鏡256一起裝配成一個單元，如圖3所示。
此處，窄帶濾波器252是一種只在預(yù)定的透射帶寬內(nèi)通過信號光的濾波器，其中心處于DFB半導體激光器11的輸出波長處。作為窄帶濾波器252，采用透射帶寬例如約為1nm的窄帶濾波器去除在前級光纖放大器21處產(chǎn)生的類似ASE的噪音成分，并提高饋送到后級光纖放大器22中的信號光的信噪比。此外，設(shè)置隔離器253以使前級光纖放大器21與后級光纖放大器22隔離，防止由來自后級光纖放大器22的光的反向傳播造成的振蕩以及由ASE的多重反射造成的增益減小。
波分復(fù)用器(以下稱作“WDM”)254是一種使信號光與激勵光(泵浦光)混合的裝置，其中信號光從前級光纖放大器21發(fā)射并被準直透鏡251準直，從激勵光源26經(jīng)過光纖268引導激勵光(泵浦光)并通過準直透鏡255對其進行準直。圖3表示一種反射型WDM，該反射型WDM通過透射信號光并通過反射激勵光而共軸疊加信號光和激勵光，其中信號光從光纖放大器21發(fā)出且波長λ＝1547nm，激勵光從激勵光源(拉曼光纖激光器)26引導出且波長λ＝1480nm。
包括上述光學元件的作為一個單元的光纖型復(fù)合模塊25具有很高的效率，因為其設(shè)計使得耦合損耗和熔接損耗最小。還因為能夠縮短光纖而避免了非線性效應(yīng)。
激勵光源26是一種單模光纖激光器，圖1表示作為一個實例的拉曼光纖激光器。拉曼光纖激光器26是一種用于后級光纖放大器22的激勵光源，拉曼光纖激光器26經(jīng)光纖268向WDM 254供給波長λ＝1480nm的單模CW功率為10W的激勵光。此處簡單地解釋該拉曼光纖激光器。該激光器包括摻鐿光纖激光器和包含F(xiàn)BG在內(nèi)的級聯(lián)拉曼共振器。摻鐿光纖激光器的輸出端連接到級聯(lián)拉曼共振器。該激光器可以輸出CW功率約高達20W且波長λ＝1480nm的單模激光。
如果在從中輸出的激勵光CW功率超過5W的范圍內(nèi)操作激勵光源26，則如圖4所示，替代用在上述復(fù)合模塊25中的反射型WDM，優(yōu)選除復(fù)合模塊28之外單獨設(shè)置光纖熔融型WDM29，其中復(fù)合模塊28包括隔離器和帶通濾波器。通過這種配置，光放大器能夠耐用，即使在高功率激勵光源用于產(chǎn)生5W以上的平均功率的情況下也是如此。
在采用反射型WDM 254的情況下，不僅可以通過前向激勵(其中激勵光的方向與信號光的方向相同)進行耦合，而且也可以由如圖1所示的后向激勵(其中激勵光的方向與信號光的方向相反)進行耦合。但是，在如圖4所示的采用光纖熔融型WDM 29的情況下，優(yōu)選執(zhí)行前向激勵(其中激勵光的方向與信號光的方向相同)。
如果在后向激勵中采用光纖熔融型WDM 29，則已經(jīng)被放大的高峰值功率的信號光通過WDM29，引發(fā)非線性過程。因此不能夠達到高峰值功率。
另一方面，如果執(zhí)行前向激勵，則不引發(fā)非線性過程，因為低峰值功率的信號光在其放大之前通過WDM。在此情況下，可以實現(xiàn)高峰值功率。
在EDF的出口處，高功率的信號光從中通過，即使激勵光在通過EDF時其功率減小，該拉曼光纖激光器也對信號光維持相對足夠高的功率，且不干擾發(fā)生在出口附近的信號光的放大。
來自前級光纖放大器21的信號光和來自拉曼光纖激光器26的激勵光以上述方式在WDM254處共軸合并，并由聚光透鏡256會聚再饋送到后級光纖放大器22中。
后級光纖放大器22是最后一級放大器，其將經(jīng)前級光纖放大器21放大后的峰值功率為1kW的信號光放大到約20kW的峰值功率。該光纖放大器22包括單包層EDF，以由拉曼光纖激光器26饋送的單模高功率激勵光工作。
在后級光纖放大器22處，輸入的信號光的峰值功率已經(jīng)約1kW，在該放大器的輸出端將其放大變得極高，約20kW。因此，EDF包括高濃度摻鉺(Er＞1000ppm)的單包層EDF，并具有大于約10μm的大模式直徑以避免光纖中的非線性過程。
圖5描繪拉曼光纖激光器輸出的激勵光功率與光放大器輸出的信號光功率(以1547nm輸出基波)之間的關(guān)系的曲線。通過改變拉曼光纖激光器輸出的激勵光功率來控制光放大器輸出的信號光。信號光在100kHz和200kHz處的重復(fù)頻率分別由(---■---)和(—◆—)表示，LD激勵由(—◆—)表示。
在此配置中，例如當拉曼光纖激光器26輸出的激勵光功率為10W時，重復(fù)頻率為f＝200kHz、脈寬為1ns、峰值功率為10mW的信號光從前級光纖放大器21輸入，并放大為高功率的峰值功率為15kW、平均功率大于3W的紅外光作為輸出。
通過以此方式利用高功率單模光纖激光器作為用于最后一級光纖放大器的激勵光源，光放大器可以同時實現(xiàn)大于20kW的高峰值功率和超過2W的高平均功率。此外，可以使用具有單位長度高激勵效率的單包層和單模EDF作為EDF。因此，通過縮短EDFA的光纖長度，該裝置可以做得較小較輕，而光放大器也同時實現(xiàn)高峰值功率和高平均功率。
另外，信號光的脈沖重復(fù)頻率可以增大到幾百kHz，增加單位時間的脈沖信號ON的時間并減少單位時間脈沖信號OFF的時間。結(jié)果，信號光中DC噪音成分相應(yīng)地減少，而信噪比顯著地提高。因此，此系統(tǒng)不需要有源調(diào)制元件，如電光調(diào)制元件或聲光調(diào)制元件，因此不需要控制器來使這些調(diào)制元件的操作與信號光的脈沖同步，在現(xiàn)有技術(shù)的多級EDFA中，在相鄰級之間設(shè)置有源調(diào)制元件以截去DC噪音成分。結(jié)果，光放大器可以充分簡化，降低制造成本并實現(xiàn)高穩(wěn)定性。
上述實施例公開了一個利用其芯只摻鉺的EDF的實例。但是，也可以采用共摻Y(jié)b的EDF，該EDF是除鉺外還加有鐿(Yb)的EDF。在此情況下，光纖放大器22包括摻鐿光纖激光器作為激勵光源26的單模光纖激光器。摻鐿光纖激光器在單模中實現(xiàn)超過10W的CW功率，因此摻鐿光纖激光器可以構(gòu)成一個能夠像上述情況下的EDFA一樣輸出平均功率超過2W的光纖放大器，在上述情況下EDFA包括作為激勵光源的拉曼光纖激光器。
圖1和圖4公開的實例包括LD23，LD23作為構(gòu)成前級光纖放大器21的EDF的激勵光源。但是，拉曼光纖激光器也可以用作構(gòu)成前級光纖放大器21的EDF的激勵光源。在此情況下，附加提供一個不同于拉曼光纖激光器26的拉曼光纖激光器，或者提供給拉曼光纖激光器26的光纖268是有分支的，而且該分支光纖提供給復(fù)合模塊(未示出)。
被光放大器20放大的波長為λ＝1547nm的信號光一旦通過準直透鏡27準直，就輸出到波長轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)30，該系統(tǒng)是一個把來自光放大器20的紅外波段的信號光轉(zhuǎn)變成紫外光的光學系統(tǒng)。作為以此方式起作用的波長轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)的一個實例，圖2所示的配置把光放大器20輸入的波長λ＝1547nm的信號光(基波激光Lr)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ㄩLλ＝193.4nm的紫外激光Lv作為輸出，其中紫外激光Lv是基波的八階諧波。在下面的描述中將參考此附圖。
波長轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)30包括波長轉(zhuǎn)換晶體31～35；透鏡41～47，每個透鏡分別設(shè)置在相鄰的波長轉(zhuǎn)換晶體之間以會聚從波長轉(zhuǎn)換晶體發(fā)射出來的激光，并將其饋送到在同一條線上的下一個波長轉(zhuǎn)換晶體；分離或合并高階諧波的反射鏡51～58；和調(diào)節(jié)偏振的波片48和49。
顯示在附圖中左側(cè)的從光放大器20輸入的波長為λ＝1547nm的基波激光Lr以附圖中從左到右的方向通過波長轉(zhuǎn)換晶體31、32、33、34和35，屆時被具有波長選擇性特征的二向色鏡分離或合并。在此過程中，基波(λ＝1547nm)經(jīng)歷波長轉(zhuǎn)換并依次轉(zhuǎn)換成二階諧波(λ＝773.5nm)、三階諧波(λ＝515.6nm)、六階諧波(λ＝257.8nm)、七階諧波(λ＝221nm)和八階諧波(λ＝193.4nm)。最后，轉(zhuǎn)換的波作為波長λ＝193.4nm的紫外激光Lv輸出到附圖的右側(cè)，對應(yīng)于基波的八階諧波(第八高階諧波)。
將基波轉(zhuǎn)變成二階諧波的第一波長轉(zhuǎn)換部分包括作為波長轉(zhuǎn)換晶體31的LiB3O5晶體(LBO晶體)。通過調(diào)節(jié)LBO晶體的溫度來實現(xiàn)相位匹配(非臨界相位匹配(NCPM))。在LBO晶體31處，進行二階諧波產(chǎn)生(SHG)以產(chǎn)生二階諧波(頻率為2ω，波長λ＝773.5nm)，其具有的頻率是光的基波的兩倍。
在LBO晶體31處的波長轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生的二階諧波以及無波長轉(zhuǎn)換地通過晶體31的基波(ω)被引導到波片48，在波片48處分別受到一個波長和半個波長的延遲，并且在波片48處只有基波的偏振旋轉(zhuǎn)90°。然后它們通過聚光透鏡(消色差透鏡)42，使得具有這兩個波長的光入射到第二波長轉(zhuǎn)換晶體32的同一點上。
第二波長轉(zhuǎn)換部分包括作為波長轉(zhuǎn)換晶體32的LBO晶體，波長轉(zhuǎn)換晶體32通過NCPM在不同于第一波長轉(zhuǎn)換部分的LBO晶體31的溫度下使用。在LBO晶體32處，進行合頻產(chǎn)生(SFG)，由第一波長轉(zhuǎn)換部分產(chǎn)生的二階諧波(2ω)和沒有波長轉(zhuǎn)換地透射的基波(ω)產(chǎn)生三階諧波(3ω，λ＝515.6nm)(3ω＝2ω+ω)。
在LBO晶體32處的波長轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生的三階諧波和無波長轉(zhuǎn)換地穿過晶體32的基波(ω)被二向色鏡51分離。三階諧波(3ω)通過二向色鏡51到達聚光透鏡43，聚光透鏡43把光會聚并將光饋送到第三波長轉(zhuǎn)換晶體33。另一方面，基波(ω)被二向色鏡51反射并經(jīng)過另一個反射鏡52、聚光透鏡44和另一個二向色鏡54引導到第四波長轉(zhuǎn)換晶體34。
第三波長轉(zhuǎn)換部分包括作為波長轉(zhuǎn)換晶體33的CsLiB6O10，波長轉(zhuǎn)換晶體33在角相位匹配情況下使用。在CLBO晶體33處，進行第二次諧波產(chǎn)生，以產(chǎn)生六階諧波(6ω，λ＝257.8nm)，該六階諧波的頻率為三階諧波(3ω)的兩倍。由CLBO晶體33產(chǎn)生的六階諧波經(jīng)過反射鏡53和聚光透鏡45引導到二向色鏡54，在二向色鏡54處與基波(ω)共軸合并，并把合并的波饋送到第四波長轉(zhuǎn)換晶體34中。順便提及，可以用β-BaB2O4晶體(BBO晶體)取代CLBO晶體。
第四波長轉(zhuǎn)換部分包括作為波長轉(zhuǎn)換晶體34的CsB3O5晶體(CBO晶體)，波長轉(zhuǎn)換晶體34在角相位匹配情況下使用，以通過合頻產(chǎn)生(7ω＝ω+6ω)來由基波(ω)和六階諧波(6ω)產(chǎn)生七階諧波(7ω，λ＝221nm)。在CBO晶體34處的波長轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生的七階諧波和無波長轉(zhuǎn)換地穿過晶體34的基波(ω)被二向色鏡55分離。七階諧波(7ω)被二向色鏡55反射并經(jīng)過另一個反射鏡57、聚光透鏡47和另一個二向色鏡58引導到第五波長轉(zhuǎn)換晶體35。另一方面，基波(ω)通過二向色鏡55，其偏振在波片49處被旋轉(zhuǎn)90°。然后基波(ω)通過聚光透鏡46并通過二向色鏡58與七階諧波共軸合并，并饋送到第五波長轉(zhuǎn)換部分的波長轉(zhuǎn)換晶體35。順便提及，可以采用CLBO晶體或BBO晶體。
第五波長轉(zhuǎn)換部分包括作為波長轉(zhuǎn)換晶體35的CLBO晶體，波長轉(zhuǎn)換晶體35在角相位匹配情況下使用，以通過合頻產(chǎn)生(8ω＝ω+7ω)由基波(ω)和七階諧波(7ω)產(chǎn)生八階諧波(8ω，λ＝193.4nm)。順便提及，可以用LBO晶體取代CLBO晶體。
通過這種方式，從光放大器20輸入到波長轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)30的波長λ＝1547nm的基波激光(放大的信號光)在通過五個波長轉(zhuǎn)換部分時經(jīng)歷連續(xù)的波長轉(zhuǎn)換，并作為波長λ＝193nm的紫外激光Lv輸出，Lv是基波的八階諧波。當波長轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)30利用輸入其中的信號光的特性進行波長轉(zhuǎn)換時，其可以輸出高峰值功率和高平均功率的紫外光。
圖6是波長為1547nm的基波的功率與波長為193nm的基波的八階諧波的功率之間的關(guān)系曲線。從1547nm的基波向193nm的八階諧波的轉(zhuǎn)換效率約為4.5％，此效率相對較高，這表明基波光具有較高的質(zhì)量。
從上述的紫外光源1顯而易見，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊且因此不需要復(fù)雜的維護工作的全固態(tài)紫外光源，其可以輸出高峰值功率和高平均功率的紫外光。
在上述實施例中，以紅外波段內(nèi)λ＝1547nm的振蕩波長工作的DFB半導體激光器用作產(chǎn)生信號光的激光光源10的一個實例。另外，圖示的波長轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)30作為一種包括用于把基波轉(zhuǎn)換成波長λ＝193.4nm的八階諧波的五個波長轉(zhuǎn)換晶體的配置，轉(zhuǎn)換成的八階諧波與ArF準分子激光器產(chǎn)生的一樣。但是，激光光源10可以是Er-YAG激光器或可見光波段的激光器，波長轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)可以包括另一種公知的晶體配置(例如基波ω→2ω→4ω→8ω)，或者可以采取光纖結(jié)構(gòu)。而且從紫外光源發(fā)出的紫外光的波長不限于193nm波段。例如可以在248nm波段，基本上與KrF準分子激光束產(chǎn)生的波段相同，或者處于157nm波段，基本上與F2激光器產(chǎn)生的波段相同。
激光治療設(shè)備下面參考圖7和8描述上述包括根據(jù)本發(fā)明的紫外光源1的激光治療設(shè)備。激光治療設(shè)備5是一種通過校正角膜的凹凸性或曲率的不規(guī)則性而治療諸如近視和像散等異常的設(shè)備。在此情況下，用紫外激光輻射角膜進行準分子激光屈光性角膜切削術(shù)(PRK)中的角膜外燒蝕或是準分子激光原位角膜磨削術(shù)(LASIK)中切開的角膜的內(nèi)燒蝕。
如圖7所示，激光治療設(shè)備5基本上包括在設(shè)備殼體60中的上述紫外光源1、將紫外光源1輸出的紫外激光Lv引導到眼球EY的角膜HC的表面(治療部位)以進行輻射的輻射光學系統(tǒng)70、和用于觀察治療部位的觀察光學系統(tǒng)80。
設(shè)備殼體60安裝在基座61上的X-Y工作臺62上，因此設(shè)備殼體60作為一個整體能夠相對于眼球EY在箭頭X所示的方向即圖7中的左右方向和垂直于附圖頁平面的方向即Y方向上移動。
圖8表示輻射光學系統(tǒng)70和觀察光學系統(tǒng)80的結(jié)構(gòu)。輻射光學系統(tǒng)70包括聚光透鏡71，該透鏡會聚從紫外光源1發(fā)出的波長為λ＝193nm的紫外激光Lv以在眼球EY上形成預(yù)定直徑的光斑，輻射光學系統(tǒng)70還包括二向色鏡72，該二向色鏡72反射來自聚光透鏡71的紫外激光以輻射作為治療目標的眼球EY的角膜HC的表面。二向色鏡72設(shè)置為反射紫外波段的光而通過可見波段的光。因此，紫外激光Lv被反射并共軸準直到下述觀察光學系統(tǒng)80的光軸上以輻射角膜HC的表面。
另一方面，觀察光學系統(tǒng)80包括對治療中的眼球EY的角膜HC表面照明的照明燈85；接收源自照明燈85并被角膜HC反射、再通過二向色鏡72的可見光的物鏡81；反射來自物鏡81的光的棱鏡82；和接收被棱鏡反射的用于成像的光的目鏡83。操作者可以經(jīng)目鏡83看到角膜HC放大的圖像。
通過此設(shè)備，操作者例如眼科醫(yī)生可以在通過觀察光學系統(tǒng)80觀察的同時進行激光治療。例如，在操作者觀察眼球EY的同時，其在X坐標和Y坐標中移動設(shè)備殼體60，并用聚光燈紫外激光輻射作為治療目標的角膜HC的表面，以使得受輻射區(qū)域燒蝕。X-Y坐標臺62的移動受操作控制器(未示出)的控制，從而設(shè)備殼體60在X坐標和Y坐標上移動，移動投射到角膜HC表面上的光斑。因此，作為一種校正例如近視或像散或遠視的療法，精確地進行角膜外燒蝕。
順便提及，激光治療中燒蝕的大小與輻射角膜HC的紫外激光Lv的功率對應(yīng)有很大的變化。為此，紫外激光光源1的功率能夠很容易地通過控制激光光源10的脈沖-頻率或通過控制光放大器20的激勵光的功率進行調(diào)節(jié)。另外，紫外激光可以通過控制激光光源10的DFB半導體激光器的ON-OFF來切換ON和OFF。否則，為此簡單地為光路設(shè)置一個調(diào)制元件，如電光調(diào)制元件或聲光調(diào)制元件或機械快門。
從上述的激光治療設(shè)備顯而易見，本發(fā)明提供了一種除了緊湊輕巧之外、在維護和可操作性上具有優(yōu)點的激光治療設(shè)備。
曝光設(shè)備下面參考圖9描述曝光設(shè)備100，曝光設(shè)備100包括上述紫外光源1，并用于半導體器件制造過程中的照相平板印刷術(shù)。用在照相平板印刷過程中的曝光設(shè)備在原理上類似于光刻，其把精確地描繪在光掩模(分劃板)上的電路圖案光學傳遞到半導體晶片或玻璃基底上，用光致抗蝕劑以縮影投影的方式涂覆該半導體晶片或玻璃基底。曝光設(shè)備100包括上述紫外光源1、輻射光學系統(tǒng)102、用于支撐光掩模(分劃板)110的掩模支撐臺103、投影光學系統(tǒng)104、支撐作為待曝光目標的半導體晶片115的晶片載物臺105、和水平移動晶片載物臺105的驅(qū)動裝置106。
在曝光設(shè)備100中，從上述紫外光源1輸出的紫外激光Lv入射到包括多個透鏡的照明光學系統(tǒng)102。通過照明光學系統(tǒng)102之后的紫外激光照明由掩模支撐臺103支撐的光掩模110的整個表面。通過光掩模110的光具有描繪在光掩模110上的電路圖案的圖像，此圖像經(jīng)投影光學系統(tǒng)104投影到放置在晶片載物臺105上的半導體晶片115的預(yù)定部位上。在此情況下，通過投影光學系統(tǒng)104對掩模上的電路圖案進行縮影并投影到半導體晶片115上。
可以很容易地通過例如控制激光光源10的脈沖頻率或通過控制光放大器20的激勵光功率來調(diào)節(jié)曝光設(shè)備的照明光量。另外，紫外激光可以通過控制激光光源10的DFB半導體激光器的ON-OFF來切換ON和OFF。否則，為此可以簡單地設(shè)置一個調(diào)制元件，如電光調(diào)制元件或聲光調(diào)制元件或機械快門以控制光路。
從上述曝光設(shè)備顯而易見，本發(fā)明提供的曝光設(shè)備的優(yōu)點在于緊湊、便于維護和可操作性強，因為它利用小的輕質(zhì)紫外光源，該設(shè)備在紫外光源的放置上提供很高的自由度。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的紫外光源包括作為光纖放大器的激勵光源的單模光纖激光器。紫外光源通過這種簡單的結(jié)構(gòu)同時實現(xiàn)高峰值功率和高平均功率。
掩模缺陷檢查設(shè)備下面參考圖10描述包括根據(jù)本發(fā)明的紫外光源1的掩模缺陷檢查設(shè)備。
掩模缺陷檢查設(shè)備把精確地描繪在光掩模上的電路圖案光學投影到時間延遲積分(TDI)傳感器上，比較傳感器圖像與預(yù)定的參考圖像，并且從這些圖像之間的差異來探測缺陷。
掩模缺陷檢查設(shè)備120包括上述紫外光源1、照明光學系統(tǒng)112、支撐光掩模110的掩模支撐臺113、水平移動掩模支撐臺113的驅(qū)動裝置116、投影光學系統(tǒng)114和TDI傳感器125。
在掩模缺陷檢查設(shè)備120中，從上述紫外光源1輸出的紫外激光Lv入射到包括多個透鏡的照明光學系統(tǒng)112。通過照明光學系統(tǒng)112后的紫外激光照明由掩模支撐臺113支撐的光掩模110的預(yù)定區(qū)域。通過光掩模110的光具有描繪在光掩模110上的電路圖案的圖像，并且該圖像經(jīng)投影光學系統(tǒng)114投影到TDI傳感器125上的預(yù)定位置處。順便提及，掩模支撐臺113的水平移動速度與TDI傳感器125的遷移定時同步。
權(quán)利要求
1.一種紫外光源，包括激光光源，產(chǎn)生紅外-可見波段的信號光；光放大器，包括至少一級光纖放大器，并放大所述激光光源產(chǎn)生的信號光；和波長轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)，把所述光放大器放大的信號光轉(zhuǎn)變成紫外光作為輸出；其中用作所述光放大器中所述至少一級光纖放大器的激勵光源是單模光纖激光器。
2.如權(quán)利要求1所述的紫外光源，其中采用所述單模光纖激光器作為激勵光源的光纖放大器是所述光放大器中的末極光纖放大器。
3.如權(quán)利要求1或2所述的紫外光源，其中所述單模光纖激光器為拉曼光纖激光器。
4.如權(quán)利要求1或2所述的紫外光源，其中所述單模光纖激光器是摻鐿光纖激光器。
5.如權(quán)利要求1～4中任一權(quán)利要求所述的紫外光源，其中使信號光與所述激勵光源輸出的激勵光共軸混合的波分復(fù)用器是光纖熔融型波分復(fù)用器；而且所述波分復(fù)用器設(shè)置在所述光放大器的輸入側(cè)。
6.一種激光治療設(shè)備，包括權(quán)利要求1～5中任一權(quán)利要求所述的紫外光源；和輻射光學系統(tǒng)，該輻射光學系統(tǒng)將所述紫外光源發(fā)射的紫外光引導到治療部位用于輻射。
7.一種曝光設(shè)備，包括權(quán)利要求1～5中任一權(quán)利要求所述的紫外光源；掩模支撐部分，支撐設(shè)有預(yù)定曝光圖案的光掩模；目標支撐部分，支撐待曝光目標；照明光學系統(tǒng)，對所述紫外光源發(fā)射的紫外光進行引導，以照明由所述掩模支撐部分支撐的光掩模；和投影光學系統(tǒng)，對在通過所述照明光學系統(tǒng)的照明中穿過所述光掩模的光進行引導，以向由所述目標支撐部分支撐的所述待曝光目標進行投射。
8.一種掩模缺陷檢查設(shè)備，包括權(quán)利要求1～5中任一權(quán)利要求所述的紫外光源；掩模支撐部分，支撐設(shè)有預(yù)定圖案的光掩模；探測器，探測所述圖案的投影圖像；照明光學系統(tǒng)，對所述紫外光源發(fā)射的紫外光進行引導，以照明由所述掩模支撐部分支撐的光掩模；和投影光學系統(tǒng)，對在通過所述照明光學系統(tǒng)的照明中穿過所述光掩模的光進行引導，以把圖像投影到所述探測器上。
全文摘要
紫外光源(1)包括產(chǎn)生紅外區(qū)的信號光的激光光源(10)；光放大器(20)，包括光纖放大器(21，22)，并放大激光光源(10)產(chǎn)生的信號光；和波長轉(zhuǎn)換光學系統(tǒng)(30)，把光放大器(20)放大的信號光轉(zhuǎn)換成紫外光并輸出轉(zhuǎn)換的光。紫外光源(1)利用單模光纖激光器(26)作為激勵光源，至少用于一級光放大器(20)的光纖光放大器(22)。
文檔編號H01S3/094GK1723594SQ200380105470
公開日2006年1月18日 申請日期2003年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月10日
發(fā)明者德久章, 北野博史 申請人:株式會社尼康