一種準(zhǔn)分子激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種準(zhǔn)分子激光器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著目前集成電路制造中光刻特征尺寸的逐漸減小、數(shù)值孔徑的提高，照明光的 偏振特性對(duì)最終光刻成像質(zhì)量的影響越來(lái)越大，因此對(duì)光刻機(jī)中照明用準(zhǔn)分子激光器輸出 激光的偏振特性控制變得十分必要。在光刻成像光學(xué)系統(tǒng)中，偏振照明光具有較高的空間 成像對(duì)比度，成像質(zhì)量好，因此要求光刻用準(zhǔn)分子激光光源具有非常高的激光偏振度。同時(shí) 為了有利于后續(xù)光路偏振方向調(diào)整及控制，輸出激光在傳輸過(guò)程中保持偏振方向一致也是 十分必要的，因此要求激光在光路傳輸結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳導(dǎo)過(guò)程中不引入新的P光和S光之間附 加相位差，能夠做到保持偏振、純化偏振的作用。
[0003] 圖1為現(xiàn)有光刻用193nm準(zhǔn)分子激光器結(jié)構(gòu)示意圖，包含主振蕩腔即種子腔（MO)、 線(xiàn)寬壓窄模塊（LNM)、輸出耦合鏡（OC)、功率放大腔（PA)，以及由圖中1、2、3虛線(xiàn)框組成的 光路傳輸結(jié)構(gòu)。種子腔與功率放大腔在垂直面內(nèi)上下放置，主振蕩腔用于輸出亞皮米級(jí)極 窄線(xiàn)寬的種子光，功率放大腔用于種子光能量的放大。腔兩側(cè)窗口鏡片與光軸成布儒斯特 角擺放，實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)氣體密封、及P偏振光選擇純化的作用。線(xiàn)寬壓窄模塊用于波長(zhǎng)精密選擇 和激光線(xiàn)寬壓窄，輸出耦合鏡與線(xiàn)寬壓窄模塊作為種子腔兩側(cè)腔鏡與種子腔體共同形成激 光諧振腔，用于輸出優(yōu)質(zhì)窄線(xiàn)寬種子光。光路傳輸結(jié)構(gòu)用于引導(dǎo)光束傳輸。
[0004] 現(xiàn)有的準(zhǔn)分子激光器光路傳輸結(jié)構(gòu)主要基于非鍍膜的透射元件、內(nèi)反射元件以及 鍍膜元件等，以下針對(duì)這三種元件的相位變化進(jìn)行介紹：非鍍膜的透射元件不改變?nèi)肷涔?的相位；非鍍膜的內(nèi)反射元件根據(jù)入射角的不同而產(chǎn)生0~31之間不同的P-S相位差，根 據(jù)公式可計(jì)算出確定的相位差值；鍍膜元件（包括反射式、透射式和部分反射式在內(nèi)）的 相位變化則比較復(fù)雜，與膜系類(lèi)型、膜層厚度、波長(zhǎng)、入射光偏振態(tài)等參數(shù)都有關(guān)系。舉例說(shuō) 明，193nm線(xiàn)偏振光以45°入射角在反射膜層表面發(fā)生反射后，P光與S光之 間產(chǎn)生約13°的相位差，則入射的線(xiàn)偏振光反射后變?yōu)闄E圓偏振光，偏振態(tài)發(fā)生變化，在傳 輸過(guò)程中偏振方向不斷發(fā)生變化。對(duì)于不同的膜系則又會(huì)產(chǎn)生其他的相位變化。
[0005] 目前公開(kāi)的準(zhǔn)分子激光器光路傳輸結(jié)構(gòu)基本都是以透射元件、內(nèi)反射棱鏡元件、 全反射/部分反射式鍍膜元件為主。對(duì)其相位變化進(jìn)行計(jì)算可知，目前公開(kāi)的光路傳輸結(jié) 構(gòu)各元件之間基本上都無(wú)法實(shí)現(xiàn)相位互相補(bǔ)償?shù)淖饔?，因此放電腔輸出的種子光在光路傳 輸結(jié)構(gòu)中傳輸時(shí)都會(huì)被引入附加相位差，從而改變種子光的初始偏振態(tài)。假定放電腔輸出 種子激光包含的P分量和S分量之間相位差為0,即可以認(rèn)為合成后為線(xiàn)偏振光。在光路傳 輸結(jié)構(gòu)中如兩分量之間引入了 〇~之間的相位差，則合成后的激光變?yōu)闄E圓偏振光，隨 著傳輸距離的變化，激光偏振方向會(huì)隨之變化，該種情況下對(duì)于后續(xù)照明系統(tǒng)和投影系統(tǒng) 中的偏振控制是不利的，因此有必要對(duì)激光器的偏振態(tài)進(jìn)行總體規(guī)劃和分析控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一）要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種準(zhǔn)分子激光器，其光路傳輸結(jié)構(gòu)采用特殊角度棱鏡元 件，通過(guò)特定擺放方式，實(shí)現(xiàn)光路傳輸結(jié)構(gòu)內(nèi)部相位互相補(bǔ)償，從而不會(huì)產(chǎn)生附加相位差， 保證激光器最終輸出激光與放電腔輸出種子激光的偏振態(tài)一致，克服目前現(xiàn)有光路傳輸結(jié) 構(gòu)中激光偏振態(tài)發(fā)生變化的缺點(diǎn)。
[0008](二）技術(shù)方案
[0009] 本發(fā)明提供一種準(zhǔn)分子激光器，其特征在于，包括種子腔、放大腔以及光路傳輸結(jié) 構(gòu)，其中：
[0010] 種子腔用于輸出種子激光；
[0011] 放大腔垂直位于所述種子腔之下，用于放大種子激光的能量；
[0012] 光路傳輸結(jié)構(gòu)用于引導(dǎo)激光的傳輸，其中，光路傳輸結(jié)構(gòu)至少包括第一三角棱鏡、 第二三角棱鏡及第三三角棱鏡：
[0013] 第一三角棱鏡和第二三角棱鏡用于引導(dǎo)所述種子腔輸出的種子激光，使種子激光 經(jīng)過(guò)所述放大腔；第三三角棱鏡用于將放大腔輸出的激光再次傳輸?shù)椒糯笄粌?nèi)進(jìn)行二次放 大。
[0014] 進(jìn)一步，第一三角棱鏡與種子腔位于同一水平面內(nèi)，第二三角棱鏡及第三三角棱 鏡與放大腔位于同一水平面內(nèi)，第一三角棱鏡和第二三角棱鏡位于同一豎直面內(nèi)。
[0015] 進(jìn)一步，種子腔輸出的種子激光在第一三角棱鏡第一短邊所在面上入射，在第 一三角棱鏡長(zhǎng)邊所在面上內(nèi)反射，并在第一三角棱鏡第二短邊所在面上出射；
[0016] 從第一三角棱鏡出射的種子激光在第二三角棱鏡第一短邊所在面上入射，在第 二三角棱鏡長(zhǎng)邊所在面上內(nèi)反射，并在第二三角棱鏡第二短邊所在面上出射；
[0017] 從第二三角棱鏡出射的種子激光經(jīng)過(guò)放大腔后，在第三三角棱鏡長(zhǎng)邊所在面上入 射，在第三三角棱鏡兩個(gè)短邊所在面上內(nèi)反射，并在第三三角棱鏡長(zhǎng)邊所在面上出射；
[0018] 其中，激光在第一三角棱鏡、第二三角棱鏡及第三三角棱鏡中進(jìn)行的四次內(nèi)反射 中，反射角均一致。
[0019] 進(jìn)一步，第一三角棱鏡垂直擺放，使第一三角棱鏡中入射光和出射光所構(gòu)成的平 面垂直于水平面；
[0020] 第二三角棱鏡垂直擺放，使第二三角棱鏡中入射光和出射光所構(gòu)成的平面垂直于 水平面；
[0021] 第三三角棱鏡水平擺放，使第三三角棱鏡中入射光和出射光所構(gòu)成的平面平行于 水平面。
[0022] (三）有益效果
[0023] 本發(fā)明提出一種不改變激光腔輸出激光偏振態(tài)的雙腔準(zhǔn)分子激光器光路傳輸結(jié) 構(gòu)，通過(guò)采用特殊角度三角棱鏡、及對(duì)三角棱鏡采取特殊的擺放方式，實(shí)現(xiàn)P光和S光相位 差互相補(bǔ)償，使光路傳輸結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生附加的相位差，達(dá)到最終輸出的激光偏振態(tài)與從放 電腔輸出的種子激光偏振態(tài)一致、保持激光偏振態(tài)穩(wěn)定的目的。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1是現(xiàn)有光刻用193nm準(zhǔn)分子激光器結(jié)構(gòu)不意圖。
[0025] 圖2是本發(fā)明提供的準(zhǔn)分子激光器中的光路傳輸結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖3A和圖3B是本發(fā)明提供的光路傳輸結(jié)構(gòu)中三角棱鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0028] 本發(fā)明提供一種準(zhǔn)分子激光器，包括種子腔、放大腔以及光路傳輸結(jié)構(gòu)，種子腔用 于輸出種子激光，放大腔用于放大所述種子激光的能量，光路傳輸結(jié)構(gòu)用于引導(dǎo)激光的傳 輸，其中，光路傳輸結(jié)構(gòu)包括第一三角棱鏡、第二三角棱鏡及第三三角棱鏡。本發(fā)明通過(guò)采 用特殊角度三角棱鏡、及對(duì)三角棱鏡采取特殊的擺放方式，實(shí)現(xiàn)P光和S光相位差互相補(bǔ) 償，使光路傳輸結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生附加的相位差，達(dá)到最終輸出的激光偏振態(tài)與從放電腔輸出 的種子激光偏振態(tài)一致、保持激光偏振態(tài)穩(wěn)定的目的。
[0029] 圖2是本發(fā)明提供的準(zhǔn)分子激光器中光路傳輸結(jié)構(gòu)示意圖，光路傳輸元件全部采 用同種光學(xué)材料制成的三角棱鏡，基于光線(xiàn)內(nèi)反射原理完成光線(xiàn)的轉(zhuǎn)折和輸出。定義X、Z 方向位于水平面內(nèi)，Y方向位于垂直面內(nèi)，X、Y、Z互相垂直。激光器種子腔輸出的種子光包 含P分量及S分量，P分量位于水平面內(nèi)，S分量位于垂直面內(nèi)。
[0030] 種子腔輸出的種子光在水平面內(nèi)沿Z軸正向傳播，在第一三角棱鏡1的第一短 邊所在面la入射，在長(zhǎng)邊所在面lc上發(fā)生內(nèi)反射，反射光線(xiàn)在第二短邊所在面lb出 射。光線(xiàn)經(jīng)過(guò)第一三角棱鏡1后轉(zhuǎn)折90°并沿Y軸反向傳輸。光線(xiàn)在第一短邊所在 面la和二短邊所在面lb這兩個(gè)面上發(fā)生透射，根據(jù)偏振特性，透射光不產(chǎn)生相位改 變，因此種子激光的P分量和S分量在la和lb兩面透射時(shí)相位均不變，即二者相位差 也不變。光線(xiàn)在長(zhǎng)邊所在面lc上發(fā)生全反射，P光和S光相位均發(fā)生變化，根據(jù)公式
-，可求出P光與S光相位差5。以193nm波段 常用光學(xué)材料CaF2為例（n = 1. 5014@193nm)，當(dāng)入射角大于等于全反射臨界角41. 76°后 就會(huì)發(fā)生內(nèi)反射。
[0031] 本實(shí)施例中，定義光線(xiàn)在lc面上入射角為0 ( 0 >41. 76°