專利名稱：準(zhǔn)分子激光振蕩裝置和發(fā)射方法及準(zhǔn)分子激光器曝光裝置和激光管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及連續(xù)發(fā)射準(zhǔn)分子激光器振蕩設(shè)備和連續(xù)光發(fā)射的方法，還涉及準(zhǔn)分子激光設(shè)備和激光管。
特別希望準(zhǔn)分子激光器成為能在紫外光區(qū)域應(yīng)用的唯一高功率激光器，也希望它用于電子、化學(xué)和能源工業(yè)中。
更具體地是，準(zhǔn)分子激光器適用于金屬，樹脂，玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體管的加工，化學(xué)反應(yīng)等方面。
把產(chǎn)生準(zhǔn)分子激光束的設(shè)備稱為準(zhǔn)分子激光振蕩設(shè)備。填充在歧管中的激光氣體包括如Ar、Kr、Ne、F2等的混合物并通過電子束輻射、放電束等激勵。激發(fā)的F原子結(jié)合成基態(tài)惰性KNF*、ArF*原子，以便形成只存在于激發(fā)態(tài)的分子。上述分子被稱為準(zhǔn)分子。由于準(zhǔn)分子是不穩(wěn)定的，它們立刻發(fā)射紫外光，然后降到基態(tài)。上述現(xiàn)象稱為無束縛躍遷或者自發(fā)發(fā)射，準(zhǔn)分子激光器振蕩設(shè)備利用激發(fā)的分子和放大它們，作為由一對反射鏡組成的光學(xué)諧振器中的同相光，以便輸出激光束。
通常，不可能使準(zhǔn)分子激光振蕩設(shè)備連續(xù)地激勵，因為作為激光器介質(zhì)的準(zhǔn)分子激光的壽命很短，一般進(jìn)行脈沖激勵，間歇式提供快速升高的電流脈沖(大約10nsec)。
因為這個原因，常規(guī)準(zhǔn)分子激光振蕩設(shè)備的電極的工作壽命是約半年。
另一方面，例如，在半導(dǎo)體加工處理過程中，利用重復(fù)頻率為100Hz到1KHz的脈沖振蕩型連續(xù)發(fā)射準(zhǔn)分子激光振蕩設(shè)備，對化學(xué)感光型抗蝕劑進(jìn)行曝光時，則透鏡材料和透鏡材料表面上無反射多層膜的工作壽命是很短的。
下面詳細(xì)說明上述問題。
化學(xué)感光型抗蝕劑的靈敏度是大約20mJ/cm2。因此，0.1W/cm2的光需要0.2秒的曝光時間。另一方面，1w/cm2的光需要曝光時間為0.02秒?？紤]到光學(xué)系統(tǒng)相當(dāng)大的損耗，光輸出大約為10W。
現(xiàn)在使用的脈沖發(fā)射(1KHz)中，產(chǎn)生大約10nsec的脈沖光，約為每秒為1000次。如果曝光時間是0.2sec，則需要200脈沖和20mJ/cm2的能。如果由于光學(xué)系統(tǒng)損耗，能量下降到1/100，考慮到圖31所示的脈沖占空比率，則每個脈沖的發(fā)射強(qiáng)度I。如下所示I0(瓦)×10(nsec)×2×102(脈沖)×10-2(效率)＝2×10-2(焦耳)I0＝2×10-2/10-8×2＝1×106(瓦)如果用10nsec獲得恒定輸出，則獲得1MW的脈沖光。實際上，獲得如圖32所示的脈沖光。
實際上，由于脈沖光具有如圖32所示的脈沖波形，光脈沖強(qiáng)度具有2到3MW的峰值功率區(qū)域。因為脈動地入射幾MW的短波長光，所以對透鏡材料和其表面上無反射多層膜的耐用性要求變得成非?？量?。
在準(zhǔn)分子激光光刻階段，不同時進(jìn)行分步重復(fù)曝光，而是通過對反射鏡或透鏡進(jìn)行掃描曝光。當(dāng)每秒產(chǎn)生大約1000次光脈沖時，曝光時間為0.2sec，每次曝光只能利用大約200次脈沖。例如，如果均勻地曝光25×35mm2面積，必須嚴(yán)格控制反射鏡或透鏡的掃描機(jī)構(gòu)和光脈沖之間的關(guān)系，在光學(xué)元件方面，需要很復(fù)雜的控制系統(tǒng)。此外，目前，光脈沖輸出波動大約10％。因此，不可避免的把反射鏡或透鏡的掃描控制系統(tǒng)制成很復(fù)雜，導(dǎo)致于一個高級的價格昂貴的準(zhǔn)分子激光曝光設(shè)備。
此外，常規(guī)準(zhǔn)分子激光振蕩設(shè)備也存在下述問題。即，由于準(zhǔn)分子激光器中KrF激光器和ArF激光器利用高反應(yīng)性的氟氣體作為激光氣體。則在貯存激光氣體和為該氣體提供放電能量的激光器室中的氟濃度是低的。因此，提高施加到激光器室中的電壓，以便獲得預(yù)定的輸出。當(dāng)預(yù)定輸出，即使那樣控制也很難輸出時，則中斷振蕩，并且再填充氟氣體。當(dāng)振蕩再進(jìn)行時，即使再填充氟氣體，最后也不能獲得預(yù)定激光輸出，必須把激光器室回復(fù)到上述狀態(tài)。
在準(zhǔn)分子激光發(fā)射設(shè)備中利用電壓脈沖放電，發(fā)射大約10ns的光的情況下，因為發(fā)射時間太短，則輸出光的發(fā)射光譜的半波長寬度大約為300pm。因為這個原因，利用光柵等窄帶組件的單色光可能獲得1pm以下的半波長寬度。
在現(xiàn)有技術(shù)中，在預(yù)定時間必須填充氟氣體，通過升高電壓產(chǎn)生振蕩。換句話說，由于氟隨著時間的消逝和處理室內(nèi)表面進(jìn)行反應(yīng)，則氟氣體減少。因此，激光器處理室工作壽命不長，特別是，當(dāng)把激光器長時間的用于加工物品時更是如此，處理室工作壽命是增加制造工件數(shù)量的重要因素。
利用如光柵等窄帶組件通過單色化一般可能獲得1pm以下的半波長寬度。但是，由于利用光柵等窄帶寬度，使輸出光發(fā)射強(qiáng)度減少，由于上述光強(qiáng)的減少，嚴(yán)重地阻礙了制造工件數(shù)量的增加。
本發(fā)明的目的是提供連續(xù)發(fā)射準(zhǔn)分子激光器振蕩設(shè)備和方法，以及曝光設(shè)備，它能減少透鏡材料及其表面上的負(fù)載，能簡化反射鏡或激光器掃描控制系統(tǒng)，并令人滿意地用于大量生產(chǎn)中，因為準(zhǔn)分子激光器的工作壽命能充分地延長。
本發(fā)明的另一個目的是提供準(zhǔn)分子激光器振蕩設(shè)備和方法，以能實現(xiàn)窄帶寬度，同時增加光輸出強(qiáng)度。
本發(fā)明的又一個目的是提供準(zhǔn)分子激光曝光設(shè)備，它能實現(xiàn)窄波長寬度的光譜，而不用任何帶狀組件，并能制成小型的簡單的設(shè)備。
為了實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明第一方面、準(zhǔn)分子激光器振蕩設(shè)備包括激光室，它貯存包括至少一種選自Kr、Ar、Ne、F2氣體組中的惰性氣體的氣體混合物的激光氣體，在激光室內(nèi)表面具有對所要求的波長248mm、193nm或157nm的光不反射的表面，內(nèi)表面的最頂層表面由氟化物制成；
由一對反射鏡組成光學(xué)諧振器，在反射鏡之間夾有激光室，輸出側(cè)邊上反射鏡的反射率不小于90％；以及設(shè)置在激光室上面的微波輸入設(shè)備用于在激光室中連續(xù)地激勵激光氣體。
按照本發(fā)明的一個方面，準(zhǔn)分子激光器振蕩方法包括下列步驟連續(xù)輸入激光室的激光氣體包括至少一種選自Kr，Ar，Ne，F(xiàn)2氣體組中的惰性氣體的氣體混合物，其中激光器內(nèi)表面具有相對所要求的波長為248nm，193nm，或者157nm的光不反射的表面，該內(nèi)表面的最上層表面由氟化物組成；通過把微波輸入激光室，連續(xù)地激勵激光室中的激光氣體；以及利用一對反射鏡，通過激勵受激的激光氣體，發(fā)射諧振光，在輸出側(cè)面上反射鏡的反射率不少于90％。
按照本發(fā)明的一個方面，準(zhǔn)分子激光器振蕩設(shè)備包括激光室，用于貯存準(zhǔn)分子激光氣體；光學(xué)諧振器，由一對反射鏡組成，在它們之間夾有激光室；選光裝置，設(shè)置在光諧振器的光路中，用于選擇要振蕩的光；微波輸入設(shè)備，用于連續(xù)地激勵準(zhǔn)分子激光氣體；以及控制裝置，用于控制微波輸入設(shè)備，以便連續(xù)輸入微波，還控制選光裝置，以便在停止準(zhǔn)分子激光振蕩時變化要選擇的光。
按照本發(fā)明另一方面，激光器振蕩設(shè)備包括激光室，用于貯存準(zhǔn)分子激光氣體；光學(xué)諧振器，由一對反射鏡組成，在它們之間夾有激光室；以及微波輸入設(shè)備，用于激勵激光室中的激光氣體，微波輸入設(shè)備設(shè)置在光學(xué)諧振器的光軸方向，在微波輸入設(shè)備和光學(xué)諧振器光軸之間的距離，根據(jù)垂直于光軸的光束斑點(diǎn)直徑在光軸方向的變化而在光軸方向變化。
按照本發(fā)明的又一方面，準(zhǔn)分子激光器振蕩設(shè)備包括激光室，用于貯存準(zhǔn)分子激光氣體；光學(xué)諧振器，由一對全反射棱鏡組成，在它們之間夾有激光室，從光學(xué)諧振器來的光以布儒斯特角入射在全反射棱鏡上面；以及輸出部件，用于輸出光學(xué)諧振器中的光。
按照本發(fā)明的再一個方面，曝光設(shè)備包括(A)準(zhǔn)分子激光器振蕩設(shè)備、它具有激光室，它貯存包括至少選自Kr、Ar、Ne、F2氣體組中一種惰性氣體的氣體混合物的激光氣體，其中，其內(nèi)表面具有相對于所要求的波長為248nm，193nm，或157nm的光不反射的表面，內(nèi)表面的最上層表面由氟化物組成，光學(xué)諧振器，由一對反射鏡組成，在它們之間夾有激光室，其中位于輸出側(cè)的反射鏡的反射率不小于90％，以及微波輸入設(shè)備，位于激光室上面，連續(xù)地激勵激光室中的激光氣體。
(B)照射光學(xué)系統(tǒng)，利用由準(zhǔn)分子激光器振蕩設(shè)備輸出的光，照射由圖形形成的分劃板；(C)成象光學(xué)系統(tǒng)，把從分劃板上來的光在晶片上成像；(D)可移動工作臺，用于裝載晶片。
按照本發(fā)明的另一方面，曝光設(shè)備包括(A)準(zhǔn)分子激光器振蕩設(shè)備，其包括激光室、用于貯存準(zhǔn)分子激光氣體。
光學(xué)諧振器，由一對反射鏡組成，在它們中間夾有激光室，選光裝置，位于光學(xué)諧振器的光路中，用于選擇振蕩的光，微波輸入設(shè)備，用于連續(xù)地激勵準(zhǔn)分子激光氣體，以及控制裝置，用于控制微波輸入設(shè)備，以便連續(xù)地輸入微波，并且控制選光裝置，以便在停止準(zhǔn)分子激光器振蕩時，改變要選擇的光(B)照射光學(xué)系統(tǒng)，利用來自準(zhǔn)分子激光振蕩設(shè)備的光、照射由圖形構(gòu)成的分劃板；(C)成象光學(xué)系統(tǒng)，用于把來自分劃板上的光在晶片上成像；以及(D)裝載和放置晶片的可移動工作臺。
按照本發(fā)明的又一方面，一種激光管，貯存包含選自Kr、Ar、Ne、F2氣體組中至少一種惰性氣體的氣體混合物的激光氣體，其包括激光管內(nèi)表面，它具有不反射所要求的波長為248nm，193nm或者157nm光的非反射表面，其最上層表面由氟化物組成；以及絕緣板，用于把微波輸入激光管。
通過下面描述某些實施例，本發(fā)明的各詳細(xì)實施例將變得顯而易見。


圖1是表示給激光室供應(yīng)氣體的供氣系統(tǒng)的簡圖；圖2是表示準(zhǔn)分子的反應(yīng)式；圖3A、圖3B、圖3C是表示激光管形狀的實例的剖面圖；圖4A和4B是表示激光管形狀的又一實例的剖面圖；圖5是表示波導(dǎo)終端和絕緣板之間縫隙的透視圖；圖6A和圖6B是表示波導(dǎo)終端和絕緣板之間縫隙的剖視圖；圖7是表示施加磁場的透視圖；圖8A和圖8B分別是具有微波源器件的連續(xù)發(fā)射準(zhǔn)分子激光振蕩設(shè)備的剖面圖和沿其8B-8B剖開的剖面圖；圖9A、9B、9C是圖8A和8B中波導(dǎo)1的底部視圖(仰視圖)；圖10A和10B分別是具有微波源器件的連續(xù)發(fā)射準(zhǔn)分子激光振蕩設(shè)備的剖面圖和沿10B-10B剖開的剖面圖；圖11A和圖11B是具有微波源器件的連續(xù)發(fā)射準(zhǔn)分激光振蕩設(shè)備的剖面圖；圖12A和圖12B是具有微波源器件的另一種連續(xù)發(fā)射準(zhǔn)分子激光振蕩設(shè)備的剖面圖；圖13是具有微波源的連續(xù)發(fā)射準(zhǔn)分子激光器振蕩設(shè)備的剖面圖；圖14是具有微波源的連續(xù)發(fā)射準(zhǔn)分子激光器振蕩設(shè)備的剖面圖；圖15A和圖15B是表示光束點(diǎn)半徑變化的曲線圖；圖16A和圖16B是激光器振蕩設(shè)備的剖面圖；圖17A和圖17B是激光器振蕩設(shè)備的剖面圖；圖18A，圖18B，圖18C是表示槽部分附近的簡圖19是表示開槽波導(dǎo)示例的剖面圖；圖20A和圖20B是表示槽形狀示例的平面圖；圖21A和圖21是表示按照本發(fā)明實施例的準(zhǔn)分子激光器振蕩設(shè)備的剖面圖；圖22A和圖22B是具有微波源器件的另一種連續(xù)發(fā)射準(zhǔn)分子激光器振蕩設(shè)備的剖面圖；圖23A和圖23B是按照本發(fā)明另一實施例的準(zhǔn)分子激光器振蕩設(shè)備的剖面圖；圖24A和圖24B分別是利用棱鏡在兩端100％反射的諧振器的正視圖和側(cè)視圖；圖25A、25B、25C是圖24A和圖24B所示諧振器改型的側(cè)視圖；圖26是準(zhǔn)分子激光曝光設(shè)備的簡圖；圖27是按照本發(fā)明實施例準(zhǔn)分子激光器的簡圖；圖28是按照本發(fā)明實施例的準(zhǔn)分子激光器增益曲線的簡圖；圖29是按照本發(fā)明實施例的準(zhǔn)分子激光器振蕩設(shè)備的側(cè)視圖和正視圖；圖30是表示按照該實施例準(zhǔn)分子激光器振蕩設(shè)備中的光反射板和激光管(金屬圓筒)之間密封結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖31是表示脈沖狀態(tài)的簡圖；圖32是表示實際脈沖狀態(tài)的簡圖。
下面，通過本發(fā)明所用的技術(shù)和實施例來說明本發(fā)明的效果。
本發(fā)明中，由于采用連續(xù)發(fā)射，則不需要控制反射鏡或者透鏡的掃描設(shè)備和脈沖之間關(guān)系，而且能很簡單的控制光學(xué)系統(tǒng)。
本發(fā)明人經(jīng)過分析認(rèn)為，由于0.1W/cm2的光需要的曝光時間為0.2秒，1W/cm2的光需要的曝光時間為0.02秒，大約10W的輸出，適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)的損耗，而且能延長透鏡材料和其表面的工作壽命。
此外，獲得下列效果。
首先，減少光學(xué)材料，例如玻璃的損壞。如KrF激光器，ArF激光器器等標(biāo)準(zhǔn)分子激光器，產(chǎn)生的脈沖發(fā)射短至10到20nsec，而脈沖的重復(fù)頻率是大約1000Hz。因此，該脈沖的峰值光強(qiáng)度是相同光強(qiáng)度連續(xù)發(fā)射所獲得的光強(qiáng)的10000倍以上，而與光學(xué)系統(tǒng)的效率無關(guān)。位于準(zhǔn)分子激光區(qū)域中材料損傷的主要原因是存在兩種光吸收，存在于準(zhǔn)分激光的光學(xué)損耗，與峰值光強(qiáng)平方成正比，比連續(xù)發(fā)射精度高108倍。由于上述原因，玻璃材料的耐用性在ArF區(qū)域有問題。采用連續(xù)發(fā)射的光源，可能在和ArF相同的紫外光區(qū)域解決上述問題。
第2，能容易地抑制由窄帶光產(chǎn)生的作為固有現(xiàn)象的斑點(diǎn)。在脈沖發(fā)射情況，為了有效地消除作為隨機(jī)干涉條的斑點(diǎn)，必須使單個脈沖地光發(fā)射時間分配和公知的消除斑點(diǎn)設(shè)備精確地同步。相反，連續(xù)振蕩不需要任何專門的同步設(shè)備，利用公知的簡單的設(shè)備，例如，旋轉(zhuǎn)的漫射板，能容易地除掉斑點(diǎn)。因此，可能簡化光學(xué)系統(tǒng)的配置，有效地降低成本。
第3，曝光量的控制容易。當(dāng)進(jìn)行分散曝光例如脈沖發(fā)射時，曝光量控制的最小單位基本上決定于脈沖的數(shù)量，雖然，它也決定于每個脈沖曝光量的可控性。當(dāng)用總數(shù)為100個脈沖進(jìn)行曝光時，下一組脈沖是99個脈沖或101個脈沖。當(dāng)然，已經(jīng)提出控制最后一個脈沖的各種設(shè)備，但是，對于可控性或者控制，最好使精確曝光量控制不受因分散性而造成的變化的影響。當(dāng)線寬減少時，要求更精確的曝光量控制。在這種情況下，連續(xù)照射的光源效果是非常好的。
如上所述，通常，不可能使準(zhǔn)分子激光器連續(xù)地發(fā)射，因為準(zhǔn)分子激光狀態(tài)的能級具有短的壽命，原子在一定時間周期不能保持在被激勵的能級狀態(tài)，因此，必須進(jìn)行快速上升時間脈沖激勵。
本發(fā)明中，用于貯存激光器氣體的激光室內(nèi)表面由非反射表面組成，該表面相對于所希望的波長，例如248nm，193nm，157nm的光不反射。
激光室的內(nèi)表面由非反射表面組成的原因是，防止自發(fā)地發(fā)射光由激光室的內(nèi)表面反射而返回到氣體中，使KrF*或者ArF*由激發(fā)態(tài)轉(zhuǎn)變到基態(tài)。
注意，非反射表面不需要總是具有100％的透射率和吸收率，而可以有一定的反射率。在這種情況，反射率最好是50％以下，特別是反射率在20％以下，最好是在5％以下。即可適當(dāng)?shù)剡x擇反射率，由實際的設(shè)備獲得均勻的激光束。
而且，為了防止F2由于和激光室發(fā)生反應(yīng)而減少數(shù)量，由氟化物制成激光室的內(nèi)表面。特別是，通過下述方法形成激光室內(nèi)表面，在對于F2是穩(wěn)定的不銹鋼表面上形成FeF2，還可以在金屬上鍍鎳，在鍍鎳層表面上形成NiF2，或在鋁合金上面形成ALF3和MgF2層。
本發(fā)明設(shè)定位于輸出側(cè)的反射鏡的反射率大于90％。
在標(biāo)準(zhǔn)諧振器設(shè)備中，使其一側(cè)的反射率為100％，同時設(shè)定輸出一側(cè)的反射率大約10％。
常規(guī)KrF*準(zhǔn)分子激光器的激光氣體組分如下所述Kr/Ne/F2＝小于1％98％小于1％，F(xiàn)2濃度是1％以下。如果F2濃度太大，則由F2吸收電子變成陰離子，導(dǎo)致不穩(wěn)定的放電。另一方面，設(shè)定壓強(qiáng)為3-4atm。設(shè)定上述氣壓用于補(bǔ)償?shù)虵2濃度，以便盡可能多地產(chǎn)生KrF*。
大約10W的輸出就足以連續(xù)地發(fā)射。下面估算許可的增益α2。
·諧振器中的激光束強(qiáng)度除非激光在飽和強(qiáng)度Is這樣的高強(qiáng)度下工作，否則，碰撞會使最高能級的準(zhǔn)分子激光消失。飽和強(qiáng)度是指增益g變成1/2的小信號增益g0的強(qiáng)度，在KrF準(zhǔn)分子激光器的情況下(Shuntaro Watabe，“Development and applied Techniques/Examples of ExcimcrLaser”)由下式獲得光強(qiáng)Is＝hv/στ＝1.3MW/cm2h普朗克(planck)常數(shù)，6.63×10-34J·Sv頻率3×108/0.248×10-6＝1.2×1015σ感應(yīng)發(fā)射截面積2×10-16cm2τ上層能級壽命3ns
(包括由于碰撞而去激勵情況)可使使最上層能級壽命τ增加到發(fā)射壽命的最大值(即在自由空間中)。
這種情況下的壽命是6.7ns，飽和光強(qiáng)IS是Is＝0.6Mw/cm2·激光器輸出效率由每秒每單位體積輸出光子數(shù)量和產(chǎn)生的準(zhǔn)分子激光數(shù)量之比給出激光器的該效率。由下式給出激光器獲得的效率ηexηex＝(I/Is)(1-(1+I/Is)-αn/g0)I激光束強(qiáng)度Is飽和強(qiáng)度αn非飽和吸收系數(shù)g0小信號增益由于αn＞0則有下列關(guān)系。
ηex＜(I/Is)/(1+I/Is)當(dāng)激光束強(qiáng)度I等于或者小于Is時，激光器振蕩有差的效率。例如，當(dāng)諧振器中的激光束強(qiáng)度I是500w/cm2，則效率ηex是ηex＝1/2600或者更小。
(激光器輸出效率ηex是很小)因此，為了獲得高效的激光器振蕩，需要大約1.3MW/cm2的飽和強(qiáng)度。
下面，敘述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
(激光氣體)在本發(fā)明中，作為激光介質(zhì)的激光氣體由選自Kr、Ar、Ne、Fe氣體組中至少一種惰性氣體的氣體混合物組成。
對于這些氣體，相應(yīng)于使用的波長，可以適當(dāng)把不同的氣體進(jìn)行混合。例如，當(dāng)波長為248nm時，利用Kr/Ne/F2的混合氣體，當(dāng)波長為193nm時，使用Ar/Ne/F2混合氣體，當(dāng)波長為157nm時，使用Ne/F2混合氣體。
對于本發(fā)明，最好把激光氣體連續(xù)地輸入激光室。圖1表示可能獲得上述氣體源的激光氣體源系統(tǒng)。
在圖1中，在激光室20的兩端，形成進(jìn)氣口21a和21b，在激光室20的基本中心部分形成出氣口22。注意，可以按需要把出氣口和真空泵等相互連接。以相等流速，從兩端的進(jìn)氣口21a和21b輸入激光氣體。從激光室基本上為中心位置的出氣口22排出氣體。這是因為上述進(jìn)出口位置也用于保護(hù)位于輸出端光反射板的表面。更具體地說，由于光反射板的最上層表面涂敷決不與F2和F*反應(yīng)的薄膜、例如，氟化膜，另一方面，進(jìn)氣口21a和21b以及出氣口22，最好在微波流方面有狹長切口的形狀。
并且，在圖1中，閥25a、25b、26、27a、27b分別和進(jìn)出口21a、21b、22相連。當(dāng)開始輸入激光氣體時，關(guān)閉閥25a和27a，打開閥25b和27b，由位于閥25a和27a附近的激光氣體源清洗管道內(nèi)部。沖洗管道后，關(guān)閉閥25a和27b，打開閥26，把激光氣體輸入激光室20。一旦清洗完激光器20內(nèi)部，同時連續(xù)地輸入激光器氣體，使激光器開始振蕩。當(dāng)然，如果不需要清洗等處理，則不需要設(shè)置閥。在圖1中，利用流量控制器(MFCS)和氣體壓強(qiáng)控制器(PFCS)28來控制流速。在本發(fā)明中優(yōu)選PFCS。把過濾器29和PFCS相互連接。
本發(fā)明中，為了穩(wěn)定連續(xù)的振蕩，設(shè)置激光氣體的F2濃度為0.1atomic％，到6atomic％，優(yōu)選為1-6atomic％，最好為4-6atomic％。
激光氣體氣壓優(yōu)選為10Torr到1atm，更好地為50Torr到1atm。也就是說，本發(fā)明即使在這樣的低壓強(qiáng)下也能穩(wěn)定的放電，能夠獲得穩(wěn)定的連續(xù)的振蕩和連續(xù)地發(fā)射。在現(xiàn)有技術(shù)中，激光氣壓為3到4atm，在現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)F2濃度升高時，由于F2變成F-，電子消失，則導(dǎo)致于不穩(wěn)定地放電，必須把F2濃度設(shè)定在1％以下(比實際還低)必須把氣壓設(shè)定在3-4atm，以便補(bǔ)償上述低濃度。但是，本發(fā)明中，即使在升高F2濃度時，也能用微波實際穩(wěn)定的放電，因此，不必增加氣壓，來補(bǔ)償?shù)虵2濃度。當(dāng)然，因某種原因，需要增加氣壓時，則可以增加氣壓。
圖2表示反應(yīng)式和在KrF準(zhǔn)分激光器中的激光管中進(jìn)行的反應(yīng)。在圖2中，應(yīng)注意反應(yīng)(3)。由(3)可見，要用F-和F產(chǎn)生KrF*準(zhǔn)分子激元。另一方面，由(4)可見，發(fā)射光的準(zhǔn)分子激光分裂成基態(tài)的稀有氣體原子(Kr)和鹵素原子(F)，但決不變成KrF*準(zhǔn)分子激元生成所要求F2和F-。
此外，反應(yīng)式(5)中由鹵素原子(F)產(chǎn)生鹵素分子(F2)是很慢的。
由此可知，重要的是替代在放電空間發(fā)射光的鹵原子并使鹵素離子(F-)和鹵素分子(F2)并且返回到基態(tài)。
(激光管)激光管40(圖3A、3B、3C和圖4A和圖4B)是一個由激光室構(gòu)成的管，具有輸入微波的窗口44。激光管40在其窗口側(cè)面和波導(dǎo)42相連。激光管40內(nèi)部和波導(dǎo)管42內(nèi)部密封，但由于激光管40窗口部44上絕緣板41進(jìn)行密封。下面將描敘絕緣板41。
等離子激勵部分終端的剖面形狀，即由激光室構(gòu)成的激光管40的剖面形狀，可能是近似半圓筒形(或半橢圓形)(圖3A)，圓筒形(圖3B)，橢圓形(圖3C)等，如圖3A，3B和3C所示。
此外，如圖4A所示橢圓形狀更好。橢圓的短軸方向和微波的輸入方面一致。因此，在如圖4A所示的剖面圖形情況，微波可能均勻地輸入作為激光管中激光介質(zhì)的激光氣體中。并且，可能獲得每單位面積有較高密度的激光束，可能把它向外部輸出。
并且，激光管40的窗口部分44，可能向激光管40一側(cè)錐狀變成較寬，如圖4B所示。注意，也可能使它向激光管40一側(cè)錐狀變成較窄。
激光管40和波導(dǎo)管42之間的連接，例如可通過在它們上面形成凸緣進(jìn)行密封連接來實現(xiàn)，如圖3A、3B、3C或者4A、4B所示。
本發(fā)明中不必在激光管40內(nèi)部設(shè)置例如電極那樣的裝置。更具體地說，不必把電極等裝配到激光管中。因此，可以根據(jù)制造工藝，把絕緣板4l先裝入激光管40。例如，通過熱壓冷縮配合裝配絕緣板41。在圖4B的情況，由激光管40內(nèi)部，安裝絕緣板4l。
注意，激光管40構(gòu)成激光室，它的上表面由氟化物構(gòu)成，以便抑制和如上所述的F*，KrF*和ArF*的反應(yīng)。
當(dāng)激光管40的主體由金屬構(gòu)成時，能確保容易制造，改善冷卻效率。特別是，為了防止由于溫度變化而改變光學(xué)諧振器的長度，可以優(yōu)選的利用具有熱脹系數(shù)幾乎為零的金屬。此外，最好用如電鍍方法，在激光管內(nèi)表面，形成具有高電導(dǎo)率的金屬，例如銅或者銀，其厚度大于微波的趨膚深度。
如絕緣板41的最佳實施例，例如，至少和等離子接觸的表面，(在激光管40側(cè)的表面)上涂多層膜(例如，SiO2，Al2O3，CaF2，MgF2，LaF2膜等)，其支撐表面形成薄的氟化物膜(例如，CaF2，MgF2，LaF2，或其它薄的氟化物膜)。
并且，絕緣板41的材料必須滿足下列條件該材料具有非常小的損耗，在機(jī)械方面是耐用的，不溶于水等。
絕緣板41的厚度只需要相應(yīng)于微波半波長(內(nèi)管波長)的整數(shù)倍或基本上整數(shù)倍。
(微波)本發(fā)明中，把微波作為激光氣體的激勵方式。利用微波可能連續(xù)地激勵激光氣體，并且容易連續(xù)地發(fā)射。
作為微波源，例如，可以利用gyNotron(商標(biāo)名)。
可以根據(jù)激光氣體組分氣體的部分氣壓等適當(dāng)?shù)卮_定微波頻率和電功率。通常，微波的頻率是優(yōu)選在lGH到5GH，較好地選在5到40GHz，最好地是在20到35GHz。微波的電功率最好為幾百瓦到幾千瓦。
如果激勵微波頻率ω是例如35GHz時，在由作為等離子激勵氣體主體的Ne與電子碰撞的截面積確定的電子與Ne原子的碰撞頻率Wc等于激勵微波頻率時，氣體壓力是160乇。
在這種狀態(tài)，決定于相等電功率的等離子激勵效率最高。
當(dāng)設(shè)定Kr/Ne/F2(3％/92％/5％)的氣壓為大氣壓(760乇)，則碰撞頻率是激勵微波頻率的大約4.5倍，在激勵頻率的一個周期中，電子對Ne原子的碰撞為4.5次。
因此，這種狀態(tài)滿足電阻等離子條件，由下述等式確定趨膚深度，它等于等離子體進(jìn)行有效激勵的深度δ＝(2/ωμ0σ)1/2其中ω是微波角頻率，μ0是真空導(dǎo)磁率，σ是等離子體的導(dǎo)電率。
當(dāng)微波頻率是35GHz時，氣壓是160乇，電子密度是1014cm-3，則有ω=2π×35×109[S-1]μ0=4π×10-7[H/m]σ＝12.8[
·m-1]因此，趨膚深度是δ=750μm例如，利用5mm高，10cm寬加大波導(dǎo)，感應(yīng)出35GHz的微波。
由例如SiO2，CaF2，MgF2等絕緣板密封的等離子激勵裝置和波導(dǎo)裝置，設(shè)定絕緣板的厚度基本上為內(nèi)管波導(dǎo)λg的二分之一的整數(shù)倍，并且考慮絕緣板的介電常數(shù)。
因此，當(dāng)微波頻率是17.5GHz時，該頻率等于80乇氣壓的碰撞頻率。如果等離子頻率是35GHz，則此時電子密度是5×1013cm-3。當(dāng)利用100W到lKW、頻率為3GHz，由70到80乇氣壓，產(chǎn)生大約l大氣壓(1atm)的氣體等離子，則能使F*、KrF*，ArF*的密度可靠地實現(xiàn)1014cm-3數(shù)量級。
根據(jù)提供的微波，和等離子激勵裝置相互接觸的波導(dǎo)和絕緣板表面，最好包括相對于248nm等波長不反射的板。
另一方面，可以把波導(dǎo)和絕緣板之間的間隙設(shè)為λg/2，如圖5或6A，或者為λg，如圖6B所示。此外，可以把間隙設(shè)為3λg/2。
注意，最好把波導(dǎo)內(nèi)部抽成真空，以便防止放電。如果保證真空度在10-4托以下，則可防止放電。
注意，波導(dǎo)42位于和激光管40相接觸部分部分附近的內(nèi)表面，最好包括作為激光管40內(nèi)表面的非反射表面。以防止由波導(dǎo)42內(nèi)表面反射的光返回到激光管40。
此外，電磁鐵或永久磁鐵提供電場，以便完成穩(wěn)定放電，如圖7所示。
(微波輸入設(shè)備)圖8A和8B至14表示微波輸入設(shè)備結(jié)構(gòu)的例子。
在如圖8A和8B表示的例中，形成微波輸入設(shè)備的波導(dǎo)1是具有許多槽S的槽形波導(dǎo)。槽形波導(dǎo)1和激光管2的外表面相連，在與軸平行的方向延伸。從槽形波導(dǎo)1的上部輸入幾GHz到幾十GHz的電磁輻射(波)，沿波導(dǎo)1傳播，傳播模式為TE10，電場垂直于頁面。
在槽形波導(dǎo)1的下表面(圖8A和8B)形成許多延長的槽S，如圖9A、9B和9C所示，在波導(dǎo)的外面，通過槽S發(fā)射電磁輻射，同時沿波導(dǎo)1進(jìn)行傳播。
從槽S發(fā)射的電磁輻射，通過電介質(zhì)板3進(jìn)入激光管2，電離激光管2的激光氣體，產(chǎn)生等離子體，磁場發(fā)生器10包括永久磁鐵或者電磁鐵，以便在垂直于激光管2的方向提供磁場。如果使用永久磁鐵，則具有強(qiáng)磁力的鐵釩磁鐵或者Nd、Fe、B磁鐵是合適的。
進(jìn)入激光管2的磁場可能捕獲等離子體中的電子，以便消除壁表面的損耗，可能獲得高密度的等離子體。在適當(dāng)選擇磁場強(qiáng)度時，通過電子回旋加速器諧振器，可能獲得更高密度的等離子體。
當(dāng)然，在不用加任何磁場而能獲得足夠高密度的等離子體時，則不用提供磁場發(fā)生器10。
通過如氣體輸入管8，從激光器管2輸入/輸除Kr、Ne、F2氣體。如果不根據(jù)產(chǎn)生等離子交換氣體，由于只需在激光管2密封氣體，則不需要進(jìn)氣管8。在等離子體中，連續(xù)地產(chǎn)生壽命大約10秒的例如KrF等原子團(tuán)，當(dāng)它們分離時發(fā)射光。該光促進(jìn)誘導(dǎo)發(fā)射，同時在由輸出側(cè)鏡5和反射側(cè)鏡6形成的光諧振器中來回傳播，并且被被誘導(dǎo)發(fā)射放大。輸出側(cè)鏡5反射90％以上，透過輸出側(cè)鏡的光作為激光束向外部輸出。
在圖8A和8B所示的例中，可能利用鋁合金作為激光管主體材料。為了提高效率，在激光器主體和電介質(zhì)板3的內(nèi)表面上，形成電介質(zhì)多層膜，所以，在振蕩器持續(xù)振蕩時間，反射為零(沒有反射)。
為了冷卻激光管2和波導(dǎo)1，可以在有冷卻水入口9的冷卻室7和這些裝置之間，提供例如水，空氣，氮?dú)獾壤鋮s劑?？稍O(shè)置抽成真空狀態(tài)的槽形波導(dǎo)1，以便防止其中放電。
圖9A、9B、9C是槽形波導(dǎo)1的底視圖。
在圖9A中，在垂直于波導(dǎo)1的軸方向設(shè)置槽5，其間隔等于波導(dǎo)1中的電磁波波長。各槽發(fā)射在波導(dǎo)軸向偏振的同相線性偏振電磁波。
在圖9B中，設(shè)置與波導(dǎo)軸向傾斜45°角的凹槽，具間隔等于在波導(dǎo)中電磁輻射的波長。各槽發(fā)射同相線性偏振的電磁波，其方向與波導(dǎo)軸向傾斜45°角。
在圖9C中，一對相互正交的槽，它們分別與波導(dǎo)軸向成45°角，其間隔等于波導(dǎo)中電磁輻射波長。各槽發(fā)射同相圓形偏振電磁波。
這些槽的長度由相應(yīng)波導(dǎo)中的電磁輻射強(qiáng)度確定，從各槽發(fā)射的電磁波強(qiáng)度幾乎彼此相等。槽的角度和相鄰槽之間的距離不限于上述距離。
在圖10A和圖10B的結(jié)構(gòu)中，從由錐形部分分叉的錐形波導(dǎo)11上部輸入nGHz到n+GHz的電磁輻射，通過電介質(zhì)板3輸入激光管2。在圖10A和圖10B所示的例中，在靠近錐形波導(dǎo)11的電磁輻射輸入部分，電磁輻射以TE10模式傳播，電場平行于頁面。另一種情況，電場可以和頁面垂直。其它設(shè)置和圖8A和8B所示情況相同。
圖11A、11B，圖12A和圖12表示以表面波輸入微波的。例子在圖11A和11B所示的結(jié)構(gòu)中，由具有間隙的波導(dǎo)12上部輸入幾GHz到幾+GHz的電磁輻射，它采用圓筒形感應(yīng)管，以TE10模式在管中進(jìn)行傳播，電場平行于頁面。從間隙波導(dǎo)12的間隙部分在感應(yīng)管14的軸向方向加電場。輸入的微波變成表面波，并在感應(yīng)管14的右管和左管軸向方向間隙部分傳播。由表面波電場加速等離子體中的電子，于是保持高密度等離子體。
由于表面波衰減慢，從激光管中心部分用相同模式傳播，對微波電場沒有局部強(qiáng)度分布形成。
因此，電子在等離子體表面發(fā)生均勻的等離子體激勵，則可能有效地產(chǎn)生高密度等離子體。由于微波電場只需要單獨(dú)地加在間隙部分，微波電路很簡單。這種等離子產(chǎn)生方法，最適合于使薄的激光器振蕩，因為可能有效地產(chǎn)生薄到幾mm的長時間的高密度的等離子體。在圖11A和11B所示的例中，感應(yīng)管14由CaF2組成。設(shè)置可動的短路板13，以便通過調(diào)節(jié)短路板的位置，但不必移動，可以抑制電磁輻射發(fā)生器的反射。當(dāng)電磁輻射頻率高和波導(dǎo)非常小的時候，則不需要波導(dǎo)的間隙部分。磁場發(fā)生器10包括永久磁鐵或者電磁鐵，在感應(yīng)管14的管軸方向產(chǎn)生磁場。其它設(shè)置和圖8A及8B所示情況相同。
圖12A和圖12B表示利用感應(yīng)管14a的例子。該結(jié)構(gòu)基本上和利用圓筒形感應(yīng)管的情況相同，適于產(chǎn)生寬而薄的等離子體。因為在等離子體下部不產(chǎn)生等離子體，所以在這部分，在垂直于激光管軸的方向容易獲得高速氣流。
在圖13所示的結(jié)構(gòu)中，從同軸變換波導(dǎo)16上部輸入幾GHz到幾+GHz的電磁輻射，以TE10模式在管中傳播，其電場平行于頁面。電磁輻射在右和左方向傳播并且相對于電磁輻射改變模式，在感應(yīng)管14的等離子體和屏蔽之間傳播。利用在等離子體表面流動的RF電流，產(chǎn)生高密度的等離子體。其它設(shè)置和圖8A及8B至12A及12B所示情況相同。
在圖14所示的結(jié)構(gòu)中，從同軸變換波導(dǎo)16的上部輸出幾GHz到幾+GHz的電磁輻射，以TE模式在管中傳播，電場平行于頁面。電磁輻射在右方向傳播，同時關(guān)于電磁輻射變化其模式，在感應(yīng)管14的屏蔽板15和等離子體之間進(jìn)行傳播。其它設(shè)置和圖13所示的情況相同(微波輸入設(shè)備形狀等)。
在穩(wěn)定的諧振器中，形成某種恒定模式，具有非常小束點(diǎn)的模式是具有高斯分布的TEM00模(基本模式)。為了制造諧振器，需要能以基本模式?jīng)]損耗的傳播空間。由激光束波長、諧振器長度，諧振器鏡面曲率半徑，來限定基本模式的束點(diǎn)半徑，并且用諧振器長度L，鏡面曲率半徑R，參數(shù)(g＝1-L/R)來表示，如圖15A所示。
圖15B表示對稱穩(wěn)定諧振器鏡面(諧振器端部)基本模式1/e2束點(diǎn)半徑的計算結(jié)果，此時假定諧振器長度L＝200mm。橫坐標(biāo)表示g參數(shù)。
如圖15A和圖15B所示，束點(diǎn)半徑在光軸方向變化。因此，當(dāng)利用穩(wěn)定的諧振器時，產(chǎn)生下述問題即正好位于激光器處理室微波輸入部分下面的高等離子密度區(qū)域，不包括在光路中。
為解決上述問題，當(dāng)限定位于激光室側(cè)面的微波輸入設(shè)備有對應(yīng)于束點(diǎn)半徑形狀時，則高增益區(qū)，即正好位于激光室微波輸入部分下面的高等離子密度區(qū)域可能包括在光路之中。
圖16A表示該實施例。在圖16A中，激光振蕩設(shè)備包括激光器301，電介質(zhì)板302，帶槽板303，光軸350，反射鏡6，粉末304，激光室305，冷卻水307。在圖16中，由波導(dǎo)構(gòu)成的微波輸入設(shè)備包括輸入部分300，有有槽的槽形板(如圖16A和16B所示)，電介質(zhì)板302。在電介質(zhì)板302和諧振器的光軸305之間距離，相應(yīng)于在光軸350方向，垂直于光軸350方向光束點(diǎn)的變化而進(jìn)行變化。更具體地說，在電介質(zhì)板302和光束外圍之間的距離是常數(shù)。注意，在波導(dǎo)中填入粉末(例如，ALN)以便于輸入微波和減少波導(dǎo)的尺寸。
當(dāng)不是由平板而是由曲面限定位于激光室305側(cè)邊電介質(zhì)板302的形狀時，如圖16A所示，則干擾激光氣體流(湍流)，導(dǎo)致衍射損耗。為避免這種情況，如圖16B所示，最好在激光器進(jìn)氣口處設(shè)置緩沖板306(使激光氣體流形成層狀流的設(shè)備)。該板能使激光氣體流形成為均勻的層狀流。
緩沖板306也在激光室305中起限定產(chǎn)生等離子體的作用。注意，也可在下游側(cè)設(shè)置另一個緩沖板，以便獲得上述作用。
利用緩沖板306能容易地實現(xiàn)層流，其具有比激光室較小的傳導(dǎo)。
作為緩沖板，最好利用有許多槽的蜂窩板或平板。
因為氣體可能高速均勻地流動，所以最好在激光室的中心附近形成槽，其密度比周圍部分形成的密度較高。
至少調(diào)整板表面306由例如ALF3、MgF2等氟化物組成。
圖16A和圖16B，表示設(shè)置單個微波輸入設(shè)備的情況。另一方面，如圖17A和17B所示，設(shè)置兩個關(guān)于光軸350對稱的微波輸入設(shè)備。當(dāng)對稱地設(shè)置兩個設(shè)備時，可以獲得為單個設(shè)備增益兩倍的增益。
注意，相應(yīng)于光束外部形狀，改變位于激光室上微波輸入設(shè)備形狀的技術(shù)，對于連續(xù)發(fā)射準(zhǔn)分子激光振蕩設(shè)備來說特別有效，并且能適用其它激光振蕩設(shè)備，由輸入微波產(chǎn)生等離子體。
另一方面，當(dāng)由波導(dǎo)構(gòu)成的微波輸入設(shè)備包括輸入部分300，槽形板303，電介質(zhì)板302。則電介質(zhì)板302要求復(fù)雜的加工/處理工藝。此外，借助于簡易加工/處理，則電介質(zhì)板302必須有一定的厚度。
當(dāng)介質(zhì)板410厚時，如圖18A所示，則激光室430中的微波散射。因此，為了獲得密集的等離子體需要大的電功率。圖18B表示電介質(zhì)板410薄于圖18A所示的情況，微波散射小于圖18A所示情況。
為了避免這樣的問題，本發(fā)明最好把電介質(zhì)裝置埋入槽形波導(dǎo)500的槽530中，而沒利用任何電介質(zhì)板，如圖19所示。當(dāng)用這種方法不采用電介質(zhì)板時，輸入寬度很小的微波，如圖18C所示。結(jié)果，可能激勵等離子體，其具有比由輸入等同微波電功率獲得的密度較高的密度，而且可能增加激光器的增益。
作為槽形，最好利用長邊在光軸方向的矩形，如圖20A和圖20B。
可以形成單個的連續(xù)矩形(圖20B)，但是最好斷續(xù)地形成矩形。
當(dāng)設(shè)置每個矩形長邊平行于光軸方向時，能激勵窄的等離子體。結(jié)果，能激勵等離子體，它具有比輸入相等微波電功率獲得密度較高的密度，并且能增加激光器的增益。(激光氣體供給模式)圖21A和21B表示本發(fā)明另一實施例準(zhǔn)分子激光振蕩設(shè)備。微波輸入方法和設(shè)備是和圖8A，圖8B所示的準(zhǔn)分子激光振蕩設(shè)備中的情況相同，把通過作為微波電源(沒表示)的回旋管產(chǎn)生的微波，利用矩形波導(dǎo)1和槽形板3輸入到激光管2中。
另一方面，有關(guān)圖8A和圖8B所示的設(shè)備，可能從激光管端部在縱向方向提供激光氣體，從縱向另一端部排出氣體。與此相反，在該實施例的準(zhǔn)分子激光振設(shè)備中，沿激光管2縱向方向形成延長的孔，并且用作激光氣體出口。這樣設(shè)置，則從入口21輸入激光氣體，通過激光管放電空間從位于兩側(cè)的出口22排出。
為了穩(wěn)定地獲得連續(xù)發(fā)射準(zhǔn)分子激光束，應(yīng)該形成細(xì)的光束。例如，為了獲得激光束強(qiáng)度為1.3MW/cm2的1KW輸出，只需在直徑約為0.3mm區(qū)域獲得等離子體。因為在圖21A和圖21B所示的上述設(shè)備，能在上述窄區(qū)域集中地產(chǎn)生等離子體，則可能獲得細(xì)的連續(xù)地發(fā)射準(zhǔn)分子激光束。
此時，最好使鏡6的反射為100％，并且使在輸出側(cè)的鏡的反射為99％。
為了穩(wěn)定獲得連續(xù)發(fā)射準(zhǔn)分子激光束，必須使放電空間中存在的氟分子(F2)和氟離子(F-)能足夠多地形成準(zhǔn)分子激光(KrF*)。為此目的，最好以高速把大量的新鮮氟氣體(F2)輸入到放電室，在激光束發(fā)射后，把返回到基態(tài)的氟原子(F)從放電空間排出。
在本實施例，為了獲得高速循環(huán)/替換的激光氣體，形成激光氣體入口和出口，使新鮮激光氣體從垂直于激光管(放電空間的縱向方向)縱向方向輸入新鮮的激光氣體，并且把用過的激光氣體從該方向排出。
上述高速循環(huán)氣體也能有效地冷卻激光管，因為放電空間中的氣體和等離子體，以高速進(jìn)行替換。
圖22A和22B表示可能進(jìn)一步實現(xiàn)高速激光室氣體循環(huán)的結(jié)構(gòu)。如圖22B所示，放電空間的氣流部分比進(jìn)氣口23和出氣口24窄，結(jié)果，在放電空間獲得高速氣體循環(huán)/替換。
對于把等離子體限于窄區(qū)域的磁鐵10布局來說，本發(fā)明不限于如圖21A和圖21B所示的特殊布局，其中設(shè)置磁鐵使在與激光管縱向方向交叉的方向產(chǎn)生線性磁力線。例如，設(shè)置磁鐵，使在沿激光管縱向方向產(chǎn)生線性磁力線。
圖23A和圖23B表示按照本發(fā)明另一實施例準(zhǔn)分子激光振蕩設(shè)備。
微波輸入方法和設(shè)置和圖11A及11B所示的準(zhǔn)分子激光振蕩設(shè)備中的方法和設(shè)置相同，把作為微波功率源(未表示)的回旋管產(chǎn)生的微波，通過矩形波導(dǎo)12和間隙輸入到激光管14中。在縱向方向沿激光管的壁傳播微波，引起激光管14放電，由此產(chǎn)生激光氣體等離子體。
如圖23A和23B所示的激光氣體提供方法和圖11A和圖11B所示設(shè)備提供的氣體提供方法不同。
在如圖11A和圖11B所述的設(shè)備中，從激光管末端在縱向提供的激光氣體，沿縱向形成氣流。相反，在圖23A和圖23B所示的設(shè)備中，在激光管側(cè)壁上形成兩個擴(kuò)大的孔，它們縱方向和激光管的縱方向一致，從一個孔輸入氣體，從另一個孔排出氣體。
這樣設(shè)置，使激光管的激光氣流穿過激光管的縱方向。在該實施例中，因為在放電空間中的氣體和/或等離子體可能高速地替換，因此在放電空間中可能穩(wěn)定地產(chǎn)生激元。并且引起了對激光管的冷卻作用。
對于所有的上述設(shè)備，可能采用上述的氣體輸入/排出方法。
對于輸入激光氣體而言，優(yōu)選地設(shè)定入口氣壓為出口氣壓的1.2-1.8倍，最好，為1.2-1.5倍。
當(dāng)入口氣壓設(shè)定為出口氣壓12倍以上時，通過激光處理室的激光氣體使體積膨脹，而冷卻等離子激勵部分。另一方面，當(dāng)設(shè)置入口氣壓為出口氣壓1.8倍時，壓差變得太大、激光室中分布偏離變大。
(冷卻)由于輸入約100W到1000W的微波、獲得大約10W的激光束，并且產(chǎn)生大量的熱。因為如果產(chǎn)生熱膨脹，則波長變化，所以需要嚴(yán)格冷卻。最好把這部分利用沒有任何熱膨脹的金屬制成，再在其內(nèi)表面上鍍上銅或銀。
等離子激勵部分由金屬制成的原因是要改善冷卻效果。進(jìn)行水冷卻，同時控制冷卻水溫度，冷卻水流速，冷卻水壓。例如，最好由如圖29所示的設(shè)備進(jìn)行冷卻。當(dāng)排除冷卻水時，設(shè)定水壓為大約1kg/cm2，通常，對于提供的具有壓力的冷卻水不產(chǎn)生振動。
(諧振器)當(dāng)在激光管光軸上設(shè)置一對反射鏡時，由于誘導(dǎo)發(fā)射可能引起激光束。
當(dāng)維持光強(qiáng)度在給定標(biāo)準(zhǔn)，同時減少光點(diǎn)尺寸，獲得連續(xù)發(fā)射準(zhǔn)分子激光束時，下面將對此進(jìn)行敘述，最好使一個反射面的反射率為100％，輸出激光束的位于輸出側(cè)的反射鏡的反射率為99％。
另一方面，通過在諧振器中嚴(yán)格減少損耗維持光強(qiáng)時，最好使反射鏡的反射率在100％，輸出側(cè)反射鏡的反射率是在99.5％或較高，最好在99.9％或者更高。
圖24A和24B表示諧振器的結(jié)構(gòu)，其中利用棱鏡使兩端反射率變成100％。對于全部反射棱鏡202和203的入射角是Brewster角，對于入射光不產(chǎn)生光損耗。整個反射棱鏡202和203采用全反射，反射時不產(chǎn)生損耗。因此諧振器兩端的反射率變成100％。通過調(diào)整射在平板204上的入射角，該板204設(shè)置在激光管201和整個反射棱鏡203之間，可能把發(fā)射光的反射率設(shè)定在％到幾％的范圍。
在如圖24A和24B的實例中，由于在輸出光射出平板的兩個表面，在兩個位置反射右面和左面?zhèn)鞑サ牟ǎ瑒t射出光束的數(shù)量為8。由于必須處理這些發(fā)射光束，使該設(shè)備變成很復(fù)雜。為了減少發(fā)射光束的數(shù)量和防止設(shè)備復(fù)雜，采用圖25A，25B，25C所示的改型。
在如圖25A所示的改型中，在諧振器中相應(yīng)光束設(shè)置兩個發(fā)射光束射出板a和b。以布儒斯特角設(shè)置板b。由于線性偏振諧振器中的光束，則以布儒斯特角設(shè)置的發(fā)射光射出板b不產(chǎn)生任何的反射光。因此，射出光束的數(shù)目是4。設(shè)置發(fā)射光射出板b的原因是校正發(fā)射光射出板b引起的光束位移。
在如圖25B所示的改型中，利用諧振器光束衍射，射出發(fā)射光。設(shè)置輸出鏡和諧振器的一光束相互接觸，它的一個或兩個表面具有高反射涂層，利用高反射涂層表面反射進(jìn)入輸出鏡的衍射光，變成射出光束。射出光束的數(shù)量是2。
在圖25C所示的改型中，利用損耗波射出發(fā)射光。面對總的反射棱鏡202和203的總的反射表面，設(shè)置損耗波射出棱鏡，棱鏡202和203相隔近似等于波長的間隔，因此，作為發(fā)射光射出泄漏光(即損耗波)。發(fā)射光的數(shù)量為2。
(曝光設(shè)備)圖26表示利用準(zhǔn)分子激光振蕩設(shè)備的曝光設(shè)備。
從振蕩設(shè)備A1輸出的光，通過反射鏡和透鏡A2加到掃描光學(xué)系統(tǒng)。
掃描光學(xué)系統(tǒng)具有掃描透鏡A4和可變角度的掃描反射鏡A3。從掃描光學(xué)系統(tǒng)來的光通過會聚透鏡A5照到有掩模圖形的分劃板A6上，曝光設(shè)備的照射光學(xué)系統(tǒng)，有上述的結(jié)構(gòu)。
分劃板A6上具有相應(yīng)預(yù)定掩模圖形強(qiáng)度分布的光，利用具有物鏡7的成象光學(xué)系統(tǒng)，在位于工作臺A9晶片A8上面，形成圖象。在晶片A8表面上的光致抗蝕劑上，形成相應(yīng)掩模圖形的潛象。
如上所述，如圖26所示的曝光設(shè)備，包括準(zhǔn)分子激光振蕩設(shè)備A1，照射光學(xué)系統(tǒng)，成象光學(xué)系統(tǒng)，保持晶片A8的工作臺A9。
在該設(shè)備中，在振蕩設(shè)備A1和掃描光學(xué)系之間設(shè)置狹帶組件(未表示)。并且，振蕩設(shè)備A1本身是脈沖振蕩型。
(曝光設(shè)備的輸出方法實例)為了開/關(guān)，利用連續(xù)發(fā)射準(zhǔn)分子激光器的發(fā)射光，可以采用下述方法(1)在準(zhǔn)分子激光器設(shè)備外面設(shè)置切斷裝置。
(2)開/關(guān)連續(xù)激勵裝置。
但是，在方法(1)中，由于準(zhǔn)分子激元輸出深紫外線光，該輸出比其它激光的輸出更強(qiáng)、則顯著地?fù)p傷切斷裝置，并且縮短切斷裝置的壽命。采用具有高響應(yīng)特性AO(聲光)元件的切斷裝置的壽命是非常短的。甚至在切斷照射光時，因為在激光器中連續(xù)振蕩，損傷激光器中的光學(xué)系統(tǒng)，其壽命縮短。
在方法(2)，為了形成穩(wěn)定的激光狀態(tài)，需要一定的時間周期。因為這個原因，在開啟連續(xù)的激光裝置時，不能立刻獲得所希望的連續(xù)振蕩光。
下面結(jié)合附圖參照實施例詳細(xì)地說明本發(fā)明。
圖27是表示按照本發(fā)明連續(xù)振蕩準(zhǔn)分子激光器的簡圖。準(zhǔn)分子激光器包括激光室，其中密封有Kr、Ne、F2氣體，輸出反射鏡102，用于從激光器輸出光，電介質(zhì)裝置103，用把微波輸入激光室，槽形波導(dǎo)104，用于傳導(dǎo)微波，微波發(fā)生器105，用來提供微波。波長選擇裝置106選擇振蕩波長，其由放大棱鏡106-1和衍射光柵106-2組成，放大棱鏡106-1由一對棱鏡組成，用于放大光束點(diǎn)尺寸，衍射光柵106-2用來提取任意波長。
在光束成象光學(xué)系統(tǒng)108的激光器側(cè)棱鏡的焦點(diǎn)位置設(shè)置空間濾光器107，其包括一對棱鏡，控制由激光器發(fā)射光的發(fā)散角。在激光室和輸出反射鏡之間設(shè)置快門109?？刂葡到y(tǒng)110控制波長選擇裝置106，波長發(fā)生器105和快門109。
注意，輸出反射鏡102和衍射光柵106-2構(gòu)成準(zhǔn)分子激光諧振器。
(運(yùn)作說明)由槽形波導(dǎo)104傳導(dǎo)從微波發(fā)生器105提供的微波，通過電介質(zhì)裝置103連續(xù)激勵激光室101中的準(zhǔn)分子激光氣體。從激勵的準(zhǔn)分子激光氣體產(chǎn)生的光通過放大棱鏡106-1進(jìn)入衍射光柵106-2。僅僅預(yù)定波長區(qū)域中的光從衍射光柵通過放大棱鏡106-1返回到激光室101，由激發(fā)的準(zhǔn)分子激光氣體產(chǎn)生感應(yīng)激勵發(fā)射。使光連續(xù)地感應(yīng)發(fā)射，同時在由輸出反射鏡102和衍射光柵106-2構(gòu)成的光學(xué)諧振器中來回傳播，僅僅由衍射光柵選取的預(yù)定波長區(qū)的光波放大。激勵光的某些組分通過輸出鏡102被輸出。
下面將說明進(jìn)行開/關(guān)運(yùn)作，用于從連續(xù)振蕩準(zhǔn)分子激光器來的發(fā)射光。
當(dāng)切斷從連續(xù)振蕩準(zhǔn)分子激光器來的輸出光時，控制系統(tǒng)110關(guān)閉快門109，切斷從準(zhǔn)分子激光器氣體產(chǎn)生的到輸出反射鏡102的光，同時連續(xù)地提供微波。在光學(xué)諧振器中振蕩的光停止振蕩時，則立刻切斷從連續(xù)振蕩準(zhǔn)分子激光器發(fā)射光。
當(dāng)再利用從連續(xù)振蕩準(zhǔn)分子激光器輸出光時，則控制裝置110打開快門109，使從準(zhǔn)分子激光氣體來的光達(dá)到輸出反射鏡102，同時連續(xù)輸出微波。從準(zhǔn)分子激光氣體自發(fā)地發(fā)射光，立刻穩(wěn)定地在光學(xué)諧振器中穩(wěn)定地振蕩，從連續(xù)振蕩準(zhǔn)分子激光器中獲得高響應(yīng)特性的穩(wěn)定的輸出光。
下面將說明另一種開/關(guān)運(yùn)作，用于從連續(xù)的振蕩準(zhǔn)分子激光器輸出光。
當(dāng)切斷來自連續(xù)振蕩準(zhǔn)分子激光器的輸出光時，控制系統(tǒng)110轉(zhuǎn)動衍射光柵106-2，同時連續(xù)地提供微波。由于這樣運(yùn)作，改變由衍射光柵選擇的預(yù)定波長區(qū)域的光，僅僅改變波長區(qū)域的光，通過棱鏡106-1返回到激光處理室101。此時，由于變化的波長區(qū)域不同于由該類型的準(zhǔn)分子激光氣體所確定振蕩區(qū)域的波長，則返回光通過激發(fā)的準(zhǔn)分子激光氣體不引起感應(yīng)的激勵發(fā)射。因此，光停止振蕩，則可能立刻切斷由連續(xù)振蕩準(zhǔn)分子激光器輸出光。下面參考圖28敘述這種現(xiàn)象。
通常，根據(jù)氣體類型，確定相關(guān)波長的準(zhǔn)分子激光器的增益。由圖28所示的增益曲線GC表示這種關(guān)系。此時，具有增益的波長為(λ-δλ到λ+δλ)的光(G)進(jìn)入受激的準(zhǔn)分子激光氣體，其進(jìn)行激勵發(fā)射，準(zhǔn)分子激光器振蕩。另一方面，當(dāng)具有增益的與波長區(qū)域(λ-δλ到λ+δλ)不同的(NG)波長區(qū)域的光進(jìn)入激勵的準(zhǔn)分子激光氣體，其不產(chǎn)生感應(yīng)的激勵發(fā)射，準(zhǔn)分子激光器不產(chǎn)生振蕩。本實施例利用這種現(xiàn)象，當(dāng)連續(xù)振蕩準(zhǔn)分子激光器的發(fā)射光被切斷時，衍射光柵106-2選擇具有增益的不同于波長區(qū)域(λ-δλ到λ+δλ)的光作為返回到激光室的光。
此時，雖然，準(zhǔn)分子激光器不振蕩，但是輸出自發(fā)地發(fā)射光，由空間濾光器107切斷大部分光，因為其沒有方向性。
當(dāng)再利用連續(xù)振蕩準(zhǔn)分激光器發(fā)射光時，控制系統(tǒng)110轉(zhuǎn)動衍射光柵106-2，同時連續(xù)提供微波。在這種情況下，衍射光柵選擇振蕩區(qū)域中的波長，僅僅選擇區(qū)域中的光，通過放大棱鏡106-1返回到激光室101。返回光通過激勵準(zhǔn)分子激光氣體，立刻產(chǎn)生感應(yīng)激勵發(fā)射，在光學(xué)諧振器中振蕩。用這種方法，從連續(xù)振蕩準(zhǔn)分子激光器中獲得具有高響應(yīng)特性的穩(wěn)定發(fā)射光。
圖29表示本實施例采用的連續(xù)發(fā)射的準(zhǔn)分子激光器設(shè)備。
在本實施例，利用圓柱形諧振器作為光學(xué)諧振器。
在光學(xué)諧振器內(nèi)表面上面形成非反射膜。諧振器的外表面由氟化物組成。
在諧振器外表面設(shè)置外殼式冷卻設(shè)備。由熱絕緣裝置覆蓋冷卻設(shè)備的外表面，設(shè)置控制裝置，控制進(jìn)入冷卻水溫度低于周圍環(huán)境溫度，與流出冷卻水溫度近似相同。利用這樣裝置，可能使光學(xué)諧振器的溫度漂移減到最小。
作為波導(dǎo)，利用如圖12A和12B所示的波導(dǎo)(5-mra高，10cm寬的特大波導(dǎo))，其內(nèi)部被抽空成10-4托。
另一方面，在本實施例由磁鐵形成磁場，以便獲得穩(wěn)定的等離子體激勵。
在諧振器側(cè)面，利用由CaF2和MgF2構(gòu)成的多涂層非反射膜形成絕緣板44。在絕緣板的最上面形成氟化物膜。
由回旋管(商標(biāo)名)產(chǎn)生微波，并設(shè)定電源頻率是35GHz。氣體組分是Kr/Ne/F2(3％∶92％∶5％)。
設(shè)定氣壓為大氣壓。因此，ωC＝4.5ω，在激勵頻率的一個周期、電子碰撞為4.5次。
ωC光子碰撞的角頻率。
而且，在本實施例，如圖29所示，在激光室(激光管)20兩端形成氣體入口21a和21b，在激光室的中心部分，形成出氣口22。利用進(jìn)出氣口，使激光氣體流向中心部分，如上所述，這是保護(hù)位于輸出端上光反射板的表面。更具體地說，因為光反射板的上表面由例如薄的氟化物涂覆，所以它絕不會和F2及F*進(jìn)行反應(yīng)。(注標(biāo)號42表示波導(dǎo)，44表示絕緣板，50表示溫度控制器，51表示磁鐵，53表示激光管。)設(shè)定光反射板的反射率為99％以上。
在本實施例，設(shè)置磁鐵51，在接近垂直微波電場的方向提供DC磁場，于是很穩(wěn)定啟動和保放電。
一種由金屬圓筒構(gòu)成的光學(xué)振蕩器，其內(nèi)部直徑為幾mm到幾cm。金屬圓筒內(nèi)表面，由非反射多層膜涂覆。在金屬圓筒的最上層表面形成氟化膜。
如圖30所示，在光反射板31和由激光室構(gòu)成的激光管(本實施例中的金屬圓筒32)之間獲得密封連接。
更具體地說，反射板和金屬圓筒由固定件34相互壓接在一起，同時，在光反射板31和金屬圓筒32法蘭盤32a之間插入聚四氟乙烯環(huán)板33a，在固定件和光反射板31的外表面之間插入聚四氟乙烯環(huán)板33b和金屬環(huán)板35。注意，由O形環(huán)36進(jìn)行密封。當(dāng)然，利用擠壓在固定件34位置的螺釘連接它們。
根據(jù)上述設(shè)備進(jìn)行光發(fā)射，能實現(xiàn)具有相當(dāng)高輸出的連續(xù)發(fā)射。
當(dāng)利用連續(xù)發(fā)射的準(zhǔn)分子激光振蕩設(shè)備建立起來的分檔器，可以簡化該結(jié)構(gòu)，提高透鏡材料等壽命。
(另一實施例)當(dāng)利用如圖21A和21B至圖23A和23B所示的設(shè)備，很好地消除諧振器的損耗時，可能獲得連續(xù)地發(fā)射準(zhǔn)分子激光束。
例如，設(shè)置激光氣壓為65乇，以便把由氣體引起的能量損耗抑制到1％。此外，通過把反射鏡的反射設(shè)定在100％，輸出側(cè)反射鏡的反射在99.5％以上，則構(gòu)成一個穩(wěn)定的諧振器。利用這種結(jié)構(gòu)，可能把激光器振蕩所需的增益設(shè)定在2％或更高(相對的)，并且大于損耗。
當(dāng)利用35GHz的微波能量和設(shè)定激光管的氣壓為60乇時，由于氣體稍微增加損耗，最好設(shè)定輸出側(cè)反射鏡的反射為99.9％以上。
在不脫離本發(fā)明的精神實質(zhì)和基本特征的情況下，可以實施本發(fā)明。因此認(rèn)為本實施例是以各種方案進(jìn)行說明而不是限制，由附帶的權(quán)利要求表示本發(fā)明的范圍而不是以說明書表示本發(fā)明的范圍，因此，認(rèn)為該含義中的各種變化和等效的權(quán)利要求被包含在本發(fā)明之中。
權(quán)利要求
1.一種準(zhǔn)分子激光振蕩設(shè)備，其包括激光室，它存儲至少包含選自Kr、Ar、Ne、F2氣體組中的一種惰性氣體混合物的激光氣體，其中內(nèi)表面具有相對于要求的波長，如248nm，193nm或者157nm不反射的表面，內(nèi)表面的最上層表面由氟化物構(gòu)成；光學(xué)諧振器，其由一對反射鏡構(gòu)成，在反射鏡之間夾有所述激光室，其中在輸出側(cè)反射鏡的反射率不小于90％；以及微波輸入裝置，設(shè)置在所述激光室上面，用于連續(xù)激勵所述激光室中的激光氣體。
2.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述激光室內(nèi)表面具有下述結(jié)構(gòu)之一，即通過在不銹鋼表面形成FeF2層制備的結(jié)構(gòu)，通過在金屬上鍍鎳和在鍍鎳表面形成NiF2層制備的結(jié)構(gòu)，通過在鋁合金上形成AlF3和MgF2層制備的結(jié)構(gòu)。
3.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括連續(xù)把激光氣體輸入到激光室的裝置。
4.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，激光氣體包含Kr、Ne、F2而Kr含量在1到6atomic％，F(xiàn)2含量在1-6atomic％。
5.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，激光氣體包括Ar、Ne、F2，而Ar含量在1到6atomic％，F(xiàn)2含量在1-6atomic％。
6.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中激光氣體包含Ne，F(xiàn)2，而F2含量在1到6atomic％。
7.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括在所述激光室兩端形成的裝置，用于提供激光氣體，和在所述激光室中心部分形成的裝置，用于排出激光氣體。
8.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，微波頻率在1GHz到50Ghz的范圍。
9.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，用于引入微波的波導(dǎo)內(nèi)部是處于真空狀態(tài)。
10.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括構(gòu)成所述激光室的激光管，在所述激光管中振動的激光束，所述激光管的截面，其垂直于橢圓形的光路。
11.按照權(quán)利要求10的設(shè)備，其中，橢圓的短軸方向與微波輸入方向一致。
12.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括把磁場施加到所述激光室的裝置。
13.按照權(quán)利要求12的設(shè)備，其中所述磁場施加裝置包括鐵釩基磁鐵或者Nd.Fe.B磁鐵。
14.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，設(shè)定激光氣體的氣壓在幾十乇到1大氣壓的范圍。
15.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括用于冷卻所述激光室的冷卻裝置。
16.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括一個絕緣板用于使所述微波輸入裝置內(nèi)部和所述激光室內(nèi)部絕緣，在所述激光室一側(cè)所述絕緣板最上表面形成薄的氟化物膜。
17.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，在所述微波輸入裝置上形成多個槽，通過這些槽把微波輸入到所述激光室。
18.按照權(quán)利要求17的設(shè)備，其中，相鄰槽之間的間隔，沿所述激光室的軸方向，從中心到兩端增加。
19.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述微波輸入裝置的微波發(fā)射部分向所述激光室錐形變寬。
20.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述微波輸入裝置的微波發(fā)射部分有一個間隙，其具有相應(yīng)于微波頻率的寬度。
21.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，沿所述光學(xué)諧振器的光軸方向，設(shè)置所述微波輸入設(shè)備，根據(jù)在垂直于光軸方向光束點(diǎn)半徑在光軸方向的變化，來在光軸方向改變在微波輸入裝置和光學(xué)諧振器光軸之間的距離。
22.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，設(shè)置等效于所述微波輸入設(shè)備的一對微波輸入設(shè)備，以便在它們之間夾持光軸。
23.按照權(quán)利要求21的設(shè)備，還包括設(shè)置在激光器氣體供應(yīng)裝置上游側(cè)的裝置，以便把激光氣體形成層狀氣流。
24.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述微波輸入設(shè)備包括槽形波導(dǎo)，及插入其自身和激光室之間的電介質(zhì)板。
25.按照權(quán)利要求24的設(shè)備，其中，該槽包括連續(xù)的或斷續(xù)的矩形槽，槽的每個長邊沿光軸方向延長。
26.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述微波輸入設(shè)備包括帶有槽的槽形波導(dǎo)和埋入槽中的電介質(zhì)部件。
27.按照權(quán)利要求26的設(shè)備，其中，該槽包括連續(xù)的或者斷續(xù)的矩形槽，每個槽的長邊沿光軸方向延伸。
28.準(zhǔn)分子激光器振蕩方法包括下列步驟連續(xù)地把激光氣體輸入到激光室，該氣體包含選自Kr、Ar、Ne、F2氣體組中的至少一種惰性氣體的氣體混合物，激光室內(nèi)表面具有相對于所要求的波長248nm，193nm，或157nm的光不反射的表面，并且內(nèi)表面的最上層由氟化物組成；通過把微波輸入到所述激光室，連續(xù)地激勵激光氣體；以及利用一對反射鏡通過激勵激光氣體發(fā)射諧振光，位于輸出側(cè)反射鏡的反射率不小于90％。
29.按照權(quán)利要求28的方法，其中，激光氣體包含有Kr、Ne、F2，而Kr含量為1到6atomic％，F(xiàn)2含量為1-6atomic％。
30.按照權(quán)利要求28的方法，其中，激光氣體含有Ar、Ne、F2，而Ar含量為1-6atomic％，F(xiàn)2含量為1-6atomic％。
31.按照權(quán)利要求28的方法，其中激光氣體包含有Ne和F2，而F2含量為1-6atomic％。
32.按照權(quán)利要求28的方法，還包括從所述激光室兩端輸入激光氣體和從所述激光室中心部分排出激光氣體的步驟。
33.按照權(quán)利要求28的方法，其中，微波頻率為1GHz到50GHz。
34.按照權(quán)利要求28的方法，還包括把用于輸入微波的波導(dǎo)抽真空的步驟。
35.按照權(quán)利要求28的方法，還包括把磁場施加到激光室的步驟。
36.按照權(quán)利要求28的方法，還包括下述步驟在構(gòu)成光學(xué)諧振器的一對反射鏡之間設(shè)置不大于約15cm的間隔。
37.按照權(quán)利要求28的方法，還包括把激光氣體的氣壓設(shè)定在幾十乇至1個大氣壓的步驟。
38.按照權(quán)利要求37的方法，還包括把激光氣體的進(jìn)氣口氣壓設(shè)定為出氣口氣壓的1.2到1.8倍。
39.按照權(quán)利要求28的方法，還包括冷卻所述激光室的冷卻步驟。
40.準(zhǔn)分子激光器振蕩設(shè)備，其包括激光室，用于存儲準(zhǔn)分子激光氣體；光學(xué)諧振器，由一對反射鏡構(gòu)成，在它們之間夾持所述的激光室；光選擇裝置，設(shè)置在所述光學(xué)諧振器的光路中，用于選擇被振蕩的光；微波輸入裝置，用于連續(xù)地激勵準(zhǔn)分子激光氣體；以及控制裝置，用于控制所述微波輸入裝置，以便連續(xù)地輸入微波，并且控制所述光選擇裝置，以便當(dāng)停止準(zhǔn)分子激光器振蕩時，改變被選擇的光。
41.按照權(quán)利要求40的設(shè)備，其中所述光選擇裝置包括波長選擇元件，用于選擇波長，所述控制裝置，控制所述波長選擇元件，以便選擇不同于由準(zhǔn)分子激光器氣體所確定振蕩區(qū)域的區(qū)域中的波長，以便停止準(zhǔn)分子激光器的振蕩。
42.按照權(quán)利要求40的設(shè)備，其中所述光選擇裝置包括快門，所述控制裝置，控制所述快門，以便切斷進(jìn)入所述激光室的光，停止準(zhǔn)分子激光器的振蕩。
43.按照權(quán)利要求41的設(shè)備，還包括用于聚焦由準(zhǔn)分子激光器輸出的光的裝置，位于焦點(diǎn)處的空間濾光器，以便限制輸出光的發(fā)散角。
44.激光器振蕩設(shè)備，其包括激光室，用于存儲準(zhǔn)分子激光氣體；光學(xué)諧振器，由一對反射鏡組成，在它們之間夾有所述激光室；以及微波輸入裝置，用于激勵所述激光室中的激光氣體，沿所述光諧振器的光軸設(shè)置的微波輸入設(shè)備，根據(jù)垂直于光軸方向光束點(diǎn)半徑在光軸方向的變化，在光軸方向改變所述微波輸入部分和所述光學(xué)諧振器光軸之間的距離。
45.按照權(quán)利要求44的設(shè)備，其中，設(shè)置一對等效于所述微波輸入裝置的微波輸入裝置，在它們之間夾著光軸。
46.按照權(quán)利要求44的設(shè)備，還包括設(shè)置在激光氣體輸入裝置上游側(cè)的裝置，用于把激光氣體形成層狀氣流。
47.按照權(quán)利44的設(shè)備，其中所述微波輸入裝置包括帶有槽的槽形波導(dǎo)和插入其本身和所述激光室之間的電介質(zhì)板。
48.按照權(quán)利要求47的設(shè)備，其中該槽包括連續(xù)的或者斷續(xù)的矩形槽，每個槽的長邊沿光軸方向延伸。
49.按照權(quán)利要求44的設(shè)備，其中所述微波輸入裝置包括帶有槽的槽形波導(dǎo)和埋入槽中的電介質(zhì)部件。
50.按照權(quán)利要求49的設(shè)備，其中，該槽包括連續(xù)的和斷續(xù)的矩形槽，每個槽的長邊沿光軸方向延伸。
51.一種曝光設(shè)備，包括(A)準(zhǔn)分子激光器振蕩設(shè)備，其具有激光室，存儲包含至少一種選自Kr、Ar、Ne、F2氣體組中的惰性氣體混合物的激光氣體，在其內(nèi)表面具有相對于所要求的波長，248nm，193nm或者157nm的光不反射的表面，內(nèi)表面的最上層表面由氟化物組成，光學(xué)諧振器，由一對反射反射鏡組成，在它們之間夾著所述激光室，位于輸出側(cè)反射鏡的反射率不小于90％，以及微波輸入設(shè)備，位于所述激光室上，用于連續(xù)地激勵所述激光室中的激光氣體；(B)照射光學(xué)系統(tǒng)，利用由準(zhǔn)分子激光器振蕩設(shè)備輸出光照射由圖形構(gòu)成的分劃板；(C)成象光學(xué)系統(tǒng)，把從分劃板上來的光在晶片上成象；以及(D)可移動的工作臺，在其上放置晶片，并且工作臺承載晶片。
52.一種曝光設(shè)備，其包括(A)準(zhǔn)分子激光器振蕩設(shè)備，包括激光室，用于存儲準(zhǔn)分子激光氣體，光學(xué)諧振器，由一對反射鏡組成，在它們之間夾著所述激光室，選光裝置，設(shè)置在所述光學(xué)諧振器的光路中，用于選擇被振蕩的光，微波輸入裝置，用于連續(xù)地激勵準(zhǔn)分子激光氣體，以及控制裝置，用于控制所述微波輸入裝置，連續(xù)地輸入微波，并且控制所述光選擇裝置，當(dāng)停止準(zhǔn)分子激光器振蕩時，變化要選擇的光；(B)照射光學(xué)系統(tǒng)，利用由準(zhǔn)分子激光器振蕩設(shè)備來的輸出光，照射具有圖形的分劃板；(C)成象光學(xué)系統(tǒng)，用于把來自分劃板的光在晶片上成象；以及(D)可移動的載晶片工作臺。
53.激光管，存儲包括至少一種選自Kr、Ar、Ne、F2氣體中惰性氣體的氣體混合物的激光氣體，其包括激光管內(nèi)表面，其具有相對于所要求的波長，如248nm，193nm或者157nm光不反射的表面，其最上層表面由氟化物組成，以及絕緣板，用于把微波輸入所述激光管。
54.準(zhǔn)分子激光器振蕩設(shè)備，其包括激光室，用于存儲準(zhǔn)分子激光氣體；光學(xué)諧振器，由一對全反射棱鏡構(gòu)成，在它們之間夾著所述激光室，來自光學(xué)諧振器的光，以布儒斯特角度進(jìn)入所述全反射棱鏡；以及輸出部件，輸出在所述的光學(xué)諧振器中的光。
55.按照權(quán)利要求54的設(shè)備，其中，在所述光諧振器的光束單元中，設(shè)置等效于所述輸出部件的兩個光學(xué)輸出部件，相對于對應(yīng)的光束，以布儒斯特角度設(shè)定所述兩個光輸出部件之一。
56.按照權(quán)利要求54的設(shè)備，其中，所述輸出部件，包括涂覆高反射膜的反射鏡，并且使它和所述光學(xué)諧振器光束相互接觸。
57.按照權(quán)利要求54的設(shè)備，其中，所述輸出部件包括一棱鏡，其位于所述全反射棱鏡之一的全反射表面附近，并且輸出倏逝波。
全文摘要
本發(fā)明涉及準(zhǔn)分子激光器振蕩設(shè)備,其具有激光室,用于存儲包括至少一種選自Kr、Ar、Ne、F
文檔編號H01S3/0975GK1190811SQ9711929
公開日1998年8月19日 申請日期1997年7月18日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月19日
發(fā)明者大見忠弘, 田中信義, 平山昌樹 申請人:大見忠弘, 佳能株式會社