[发明专利]一种窄线宽准分子激光系统和线宽压缩并整形的方法

说明书

本发明涉及准分子激光器技术领域，提供了一种窄线宽准分子激光系统和用于该准分子激光系统的线宽压缩并整形的方法。该系统包括输出耦合镜和激光腔、柔性变焦模块、扩束模块、以及与该扩束模块组成littrow结构的光栅，该方法为先根据准分子激光的波前信息实时调节施加于柔性变焦模块上的驱动值；然后根据该驱动值对准分子激光进行整形和线宽压缩；当准分子激光的波前畸变补偿完成时，停止调节操作并固定驱动值，以得到窄线宽准分子激光。该系统结构简单、控制有效，输出激光的线宽值连续可调；提供的方法操作简单、能够精确补偿高重频激光作用光栅后引起的波前畸变并精确控制线宽值。

技术领域

本发明涉及准分子激光器技术领域，更具体而言，涉及一种窄线宽准分子激光系统和用于该准分子激光系统的线宽压缩并整形的方法。

背景技术

种子光刻用的窄线宽准分子激光器一般使用棱镜组与中阶梯光栅组合进行线宽压窄。棱镜组的作用是实现对激光的一维扩束，而光栅则实现窄线宽波长选择和反馈放大。光刻光源的线宽会直接影响半导体光刻的特征尺寸，所以在半导体光刻领域对激光线宽的精确控制非常重要。仅仅依靠光学元件的工装精度，很难保证光刻光源输出目标线宽指标的一致性和稳定性。

由于光栅受高重频激光辐照，会产生热形变及光栅前气体介质折射率的不均匀分布，造成波前畸变从而影响光谱线宽。专利US 8259764B2采用给中阶梯光栅施加应力的装置改变光栅衍射光的波前，从而达到微调谱形及线宽的目的。然而该装置结构复杂，且光栅长期受张力处于形变状态，可能影响系统稳定性。除施加应力外，专利CN 201310006315.2采用可调狭缝改变光谱线宽，但同时不可避免地损失激光输出能量。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出了一种在系统中增加可改变光束准直性的柔性变焦模块，来补偿高重频激光作用光栅后引起的波前畸变并进一步压缩线宽的技术方案。

本发明的目的可通过以下技术措施来实现：

本发明第一方面提供了一种窄线宽准分子激光系统，包括输出耦合镜和激光腔，还包括：

柔性变焦模块，准分子激光束在激光腔内受到激励，经所述柔性变焦模块整形后形成非平行射出的第一光束；

扩束模块，对所述第一光束进行扩束，以形成第二光束；

与所述扩束模块组成littrow结构的光栅，对所述第二光束进行衍射，以形成与所述第二光束反向重合的衍射光束；其中，所述衍射光束依次经过扩束模块、柔性变焦模块、激光腔和输出耦合镜后输出。

优选地，所述柔性变焦模块包括一个凸透镜和一个凹透镜，所述凸透镜和/或所述凹透镜为柔性变焦透镜。

更优选地，所述柔性变焦透镜的焦距通过压力或电磁驱动改变。

更优选地，所述凸透镜为柱面凸透镜，所述凹透镜为柱面凹透镜。

优选地，所述扩束模块由多个棱镜组成。

更优选地，所述棱镜的数量为2～4个。

优选地，所述光栅为中阶梯光栅。

本发明第二方面提供了一种准分子激光线宽压缩并整形的方法，该方法用于上述窄线宽准分子激光系统，所述方法包括：

根据准分子激光的波前信息实时调节施加于所述柔性变焦模块上的驱动值；

根据所述驱动值对准分子激光进行整形和线宽压缩；

当所述准分子激光的波前畸变补偿完成时，停止调节操作并固定驱动值，以得到窄线宽准分子激光。

优选地，所述波前信息包括光谱谱形和线宽值；和/或

所述驱动值为压力驱动值或电磁驱动值。