[发明专利]一种准分子激光器电极结构及准分子激光器

说明书

本发明提供的准分子激光器电极结构及准分子激光器，可以通过阳极高度的精确调节来抵消激光器长期工作后因阳极消耗而导致放电间距增大的问题，从而保证放电区间不产生改变。支持受损阳极的反复维修，在保证激光器输出性能一致的前提下，大大提高的阳极的使用寿命，节约了激光器的运行成本，并且阳极高度是可调的，因此可以精确控制电极间距，可以适用于不同注入能量的电源，通过调整阳极的高度，获得不同的放电体积，使激光器工作在准分子激光器最佳注入功率密度的条件下，从而获得更高效率的激光输出。同样，本发明可以用于研究准分子激光器的最佳功率密度，以及确认准分子激光器最佳电极间距的研究。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种准分子激光器电极结构及准分子激光器

背景技术

准分子激光器的激光波长短,对于材料不产生热效应，因此在工业加工领域有着广泛的应用。尤其在高端光刻领域，同时具备高重频、窄线宽和大能量的特点的准分子激光器，已经成为目前半导体光刻领域占绝对主导地位的光源。

在高重频准分子激光器放电腔中，电极尤其是阳极会随着工作时间的延长被逐渐“腐蚀”。产生这种“腐蚀”的原因主要有两个：其一，准分子激光器的工作气体中含有氟气，这种强氧化性的气体会与电极材料反应，造成电极表面产生金属氟化物的“暗礁层”，其二，准分子激光器的阳极承受电子轰击，长期的电子轰击会造成电极材料的“蒸发”。这两种情况都会对激光器性能造成影响。

暗礁层的存在会导致激光器的放电从辉光放电变为弧光放电，弧光放电会夺去激光器的能量造成输出效率降低以及输出能量不稳定，而电极材料“蒸发”则会导致电极间距发生变化，影响激光器性能。

准分子激光器存在最佳注入功率密度，当泵浦功率密度处于最佳注入功率密度时，输出激光的效率最高。图1为准分子激光器放电区间横截面示意图。图中101为阴极，102为阳极，103为阴阳极之间的放电区间横截面，放电区间的宽度为W，放电区间的高度为X，其由阴阳极之间的高度决定，放电区间的长度有阴阳极的长度决定。注入功率密度如公式(1)所示：

式中ρ为注入功率密度，P为注入功率。对准分子激光器而言，存在最佳注入功率密度的概念，主流光刻用准分子激光器KrF(248nm)和ArF(193)nm的最佳注入功率密度约为2MW/cm³，当注入功率密度低于最佳注入功率时，激光器的出光效率会急剧下降，对ArF准分子激光器来说，文献数据表明当注入功率密度低至1.52MW/cm³，激光器将不能正常放电。从公式(1)中可以看到，当激光器的注入能力确定后，即注入功率P为定值，那么注入功率密度仅仅取决于电极间距X，因为随着激光器的工作时间增加，电极的长度L和放电区间的宽度W是不会改变的，只有阳极表面损耗会造成电极间距X的增加，从而会降低注入功率密度。