193NM波长紫外固体激光器.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103151694 A (43)申请公布日 2013.06.12 C N 1 0 3 1 5 1 6 9 4 A *CN103151694A* (21)申请号 201310042006.0 (22)申请日 2013.02.04 H01S 3/109(2006.01) (71)申请人中国科学院上海光学精密机械研究 所 地址 201800 上海市嘉定区800211邮政 信箱 (72)发明人周军 刘厚康 何兵 袁志军 张海波 杨依枫 (74)专利代理机构上海新天专利代理有限公司 31213 代理人张泽纯 (54) 发明名称 193nm波长紫外固体激光器 (57) 摘要 一种

2、193nm波长紫外固体激光器，其构成包 括579nm固体激光器，沿该579nm固体激光器的激 光输方向依次是第一透镜、第二透镜、倍频晶体、 聚焦透镜、和频晶体、准直透镜和紫外镀膜滤光 片。与传统的193nm的气体放电ArF准分子激光 器相比，本发明具有结构紧凑、成本低、维护方便 和性能稳定等优点，可以为光刻系统提供优质的 紫外光源。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103151694 A CN 103151694 A 1/1页 2 1.一种1

3、93nm波长紫外固体激光器，特征在于其构成包括579nm固体激光器（1），沿该 579nm固体激光器（1）的激光输方向依次是第一透镜（2）、第二透镜（3）、倍频晶体（4）、聚焦 透镜（5）、和频晶体（6）、准直透镜（7）和紫外镀膜滤光片（8），由所述的 所述的579nm固体激光器（1）输出的波长为579nm的激光经过第一透镜（2）和透镜 （3）构成的光学系统后，聚焦到倍频晶体（4）中，得到波长为289.5nm的倍频激光输出， 该289.5nm倍频激光和剩余的579nm基频光再经过所述的聚焦透镜（5），聚焦到和频晶体 （6）中，将289.5nm激光和579nm激光和频，产生193nm的三倍频激光

4、输出，所述的基频光 579nm、倍频光289.5nm和三倍频光193nm经所述的准直透镜（7）准直后，通过所述的紫外 镀膜滤光片（8）将基频光579nm、倍频光289.5nm光反射，193nm紫外激光直接输出。 2.根据权利要求1所述的193nm波长紫外固体激光器，其特征在于：所述的固体激光 器（1）是指输出激光波长为579nm的固体激光器，是1064nm固体激光器拉曼频移后再倍频 的579nm的固体激光器，或是1064nm固体激光器倍频后再拉曼频移的579nm的固体激光 器。 3.根据权利要求1所述的193nm波长紫外固体激光器，其特征在于：所述的倍频晶体 （4）为紫外波段非线性晶体，倍频方

5、式为温度相位匹配方式，或角度相位匹配方式，所述的 倍频晶体（4）为LBO晶体，或BBO晶体，两通光面均镀有579nm和289.5nm的增透膜，透过 率在99%以上，在倍频过程中倍频转换效率不超过60%。 4.根据权利要求1所述的193nm波长紫外固体激光器，其特征在于：所述的三倍频晶 体（6）为紫外波段非线性晶体，和频方式为温度相位匹配方式或角度相位匹配方式，所述 的三倍频晶体（6）为BBO晶体、CBO晶体或KBBF晶体，两通光面均镀有579nm、289.5nm和 193nm的增透膜，对三种波长的激光透过率均为99%以上。 5.根据权利要求1所述的193nm波长紫外固体激光器，其特征在于：所述

6、的紫外镀膜 滤光片（8）是指在一定角度下，对579nm和289.5nm波长激光具有99%以上的高反射率，对 193nm激光具有80%以上的高透过率的镀膜滤光片，所述的角度的选取范围为20度50度。 权 利 要 求 书CN 103151694 A 1/3页 3 193nm 波长紫外固体激光器 技术领域 0001 本发明涉及紫外固体激光器，特别是一种193nm波长紫外固体激光器。 背景技术 0002 短波长紫外激光技术，尤其是波长在193nm的激光技术在光刻领域具有重要的地 位，是推动集成电路制造业发展的重要技术基础。193nm光刻系统均采用ArF准分子激光器 作为光源。但ArF准分子激光器是一种

7、气体放电激光器，体积庞大，价格昂贵，重复频率提 高困难。紫外光刻的发展急需要更加优秀的紫外固体光源。 发明内容 0003 本发明的目的在于克服上述现有ArF准分子激光器存在的问题，提供一种193nm 波长紫外固体激光器，该紫外固体激光器具有体积小、效率高、重复频率高和维护方便的优 点。 0004 本发明技术解决原理：将波长为579nm的固体激光器发出的基频光通过光学系统 聚焦到非线性晶体，实现289.5nm的倍频激光输出，剩余的579nm的基频光和289.5nm的倍 频光和频，产生波长为193nm的三倍频紫外激光。 0005 本发明技术解决方案如下： 0006 一种193nm波长紫外固体激光器

8、，特点在于其构成包括579nm固体激光器，沿该 579nm固体激光器的激光输方向依次是第一透镜、第二透镜、倍频晶体、聚焦透镜、和频晶 体、准直透镜和紫外镀膜滤光片，由所述的579nm固体激光器输出的波长为579nm的激光经 过第一透镜和第二透镜构成的光学系统后，聚焦到倍频晶体中，得到波长为289.5nm的倍 频激光输出，该289.5nm倍频激光和剩余的579nm基频光再经过所述的聚焦透镜，聚焦到和 频晶体中，将289.5nm激光和579nm激光和频，产生193nm的三倍频激光输出，所述的基频 光579nm、倍频光289.5nm和三倍频光193nm经所述的准直透镜准直后，通过所述的紫外镀 膜滤光

9、片将基频光579nm、倍频光289.5nm光反射，193nm紫外激光直接输出。 0007 所述的579nm的固体激光器，是1064nm固体激光器拉曼频移后再倍频的579nm的 固体激光器，或是1064nm固体激光器倍频后再拉曼频移的579nm的固体激光器。 0008 所述的倍频晶体为紫外波段非线性晶体，倍频方式为温度相位匹配方式，或角度 相位匹配方式，所述的倍频晶体为LBO晶体，或BBO晶体，两通光面均镀有579nm和289.5nm 的增透膜，透过率在99%以上，在倍频过程中倍频转换效率不超过60%。 0009 所述的和频晶体为紫外波段非线性晶体，和频方式为温度相位匹配方式或角度相 位匹配方式

10、，所述的和频晶体为BBO晶体、CBO晶体或KBBF晶体，两通光面均镀有579nm、 289.5nm和193nm的增透膜，对三种波长的激光透过率均为99%以上。 0010 所述的紫外镀膜滤光片是指在一定角度下，对579nm和289.5nm波长激光具有99% 以上的高反射率，对193nm激光具有80%以上的高透过率的镀膜滤光片，所述的角度的选取 范围为20度50度。 说 明 书CN 103151694 A 2/3页 4 0011 本发明的技术效果： 0012 与在先技术相比，本发明的193nm激光器为全固态激光器，具有激光器体积小、结 构紧凑、电光效率高、重复频率高、性能稳定和维护十分方便的特点。

11、 附图说明 0013 图1为本发明193nm波长紫外固体激光器的结构示意图。 具体实施方式 0014 下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范 围。 0015 先请参阅图1，图1为本发明193nm波长紫外固体激光器的结构示意图。由图可 见，本发明193nm波长紫外固体激光器，其构成包括579nm固体激光器1，沿该579nm固体激 光器1的激光输方向依次是第一透镜2、第二透镜3、倍频晶体4、聚焦透镜5、和频晶体6、准 直透镜7和紫外镀膜滤光片8，由所述的579nm固体激光器1输出的波长为579nm的激光经 过第一透镜2和第二透镜3构成的光学系统后，聚焦到倍频晶体4中

12、，得到波长为289.5nm 的倍频激光输出，该289.5nm倍频激光和剩余的579nm基频光再经过所述的聚焦透镜5，聚 焦到和频晶体6中，将289.5nm激光和579nm激光和频，产生193nm的三倍频激光输出，所 述的基频光579nm、倍频光289.5nm和三倍频光193nm经所述的准直透镜7准直后，通过所 述的紫外镀膜滤光片8将基频光579nm、倍频光289.5nm光反射，193nm紫外激光直接输出。 0016 所述的579nm的固体激光器，是1064nm固体激光器拉曼频移后再倍频的579nm的 固体激光器，或是1064nm固体激光器倍频后再拉曼频移的579nm的固体激光器。 0017 所

13、述的倍频晶体4为紫外波段非线性晶体，倍频方式为温度相位匹配方式，或角 度相位匹配方式，所述的倍频晶体4为LBO晶体，或BBO晶体，两通光面均镀有579nm和 289.5nm的增透膜，透过率在99%以上，在倍频过程中倍频转换效率不超过60%。 0018 所述的和频晶体6为紫外波段非线性晶体，和频方式为温度相位匹配方式或角 度相位匹配方式，所述的和频晶体6为BBO晶体、CBO晶体或KBBF晶体，两通光面均镀有 579nm、289.5nm和193nm的增透膜，对三种波长的激光透过率均为99%以上。 0019 所述的紫外镀膜滤光片8是指在一定角度下，对579nm和289.5nm波长激光具有 99%以上

14、的高反射率，对193nm激光具有80%以上的高透过率的镀膜滤光片，所述的角度的 选取范围为20度50度。 0020 下面是本发明一个实施例的构成和相关参数：基频光由一个全固态喇曼黄光激光 器提供（该激光器结构与文章KGW晶体外腔式高功率579nm喇曼黄光激光器类似），输出 的中心波长为579nm，脉冲重复频率为10kHz，脉冲宽度为10ns，平均功率为50W。使用焦距 分别为200mm和100mm的第一透镜2、第二透镜3组成的光学系统，将基频激光聚焦到LBO 倍频晶体4中，产生波长为289.5nm的倍频激光约20W。289.5nm的倍频光和剩余的579nm 的基频光再通过聚焦透镜5后，聚焦到和

15、频晶体6的CBO晶体中，通过和频获得193nm的紫 外激光。使用一个45度角放置的紫外镀膜滤光片8，将193nm三倍频光与579nm基频光和 289.5nm二倍频光分开，该滤光片对193nm的透过率大于85%，对579nm的基频光和289.5nm 的倍频光的反射率均大于99%。该激光器最后获得平均功率为10W的193nm紫外激光。 说 明 书CN 103151694 A 3/3页 5 0021 经实验表明，本发明输出功率稳定，非线性转换效率高，能够获得优质的193nm紫 外光源。激光器具有固体激光器特有的体积小、电光效率高、成本低廉，性能稳定和维护方 便等优点，因此能够更好地满足光刻系统的对紫外光源的需求。 说 明 书CN 103151694 A 1/1页 6 图1 说 明 书 附 图CN 103151694 A