一種一體化氣體激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種一體化氣體激光器，尤其適用于需要安裝布儒斯特窗的準分子氣體激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]準分子激光器具有短波長和大功率的特點，使其成為目前大規(guī)模半導(dǎo)體集成電路光刻的主要光源。作為光刻光源要求準分子激光器具有很高的偏振度，一般要求大于95 %。因此準分子激光器的腔體兩端都裝有一個布儒斯特窗，從而達到輸出光具有高偏振特性的目的。準分子激光器的布儒斯特窗除了有選擇輸出光偏振的目的外，還有密封激光器腔體的作用。因此布儒斯特窗的一側(cè)與腔體內(nèi)的工作氣體接觸，而另一側(cè)則暴露于空氣之中。以ArF準分子激光器為例，其布儒斯特窗的材料為CaF2,并且對其純度的要求極高，以防止產(chǎn)生色心現(xiàn)象導(dǎo)致輸出光能量下降及穩(wěn)定性降低。而該材料暴露于空氣之中，空氣中的水蒸氣很容易使之潮解并且空氣中的粉塵極易粘附其表面，當(dāng)有激光通過時，就會造成激光透過率大幅衰減，并且嚴重破壞材料的表面，使激光器無法正常工作。因此暴露于空氣中的布儒斯特窗的使用壽命會大幅縮短。
[0003]由于高純度CaF2材料的成本非常高，所以提高其使用壽命就成為降低準分子激光器使用成本的關(guān)鍵。另外準分子激光處于紫外波段，空氣對其有很強的吸收，尤其是布儒斯特窗與激光器的輸出耦合鏡及全反射鏡之間的空氣吸收損耗屬于腔內(nèi)損耗，會大幅降低激光器的輸出能量。此外，激光器的輸出耦合鏡與全反射鏡的材料也為高純度的CaF2,因此如果暴露于空氣中也會大幅衰減其使用壽命。
[0004]圖1為一個典型的準分子激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，I為激光器的腔體，由于其為氣體激光器，因此腔體內(nèi)充有一定氣壓及相應(yīng)配比的工作氣體。2、3分別為準分子激光器的陰極和陽極，常用的準分子激光器一般采用放電激勵的方式，當(dāng)幾萬伏的高壓加到準分子激光器的電極上時，電極間的工作氣體就會被電離而放電，從而作為激光器的增益介質(zhì)為通過該區(qū)域的激光提供增益。4為準分子激光器的輸出耦合鏡，6為準分子激光器的全反射鏡，7為輸出耦合鏡4與全反射鏡6的支架，全反射鏡6和輸出耦合鏡4作為諧振腔的腔鏡為諧振腔提供反饋。5為準分子激光器的布儒斯特窗，腔體的兩端各設(shè)置一個，通過這兩個布儒斯特窗的選偏作用，可以使輸出光的偏振度大于95 %。
[0005]如圖1所不，布儒斯特窗5的外表面、輸出親合鏡4及全反射鏡6都是暴露在空氣中的。如前所述提高布儒斯特窗5使用壽命就成為降低準分子激光器使用成本的關(guān)鍵。另外準分子激光處于紫外波段，空氣對其有很強的吸收，尤其是圖1所示的布儒斯特窗5與激光器的輸出耦合鏡4及全反射鏡6之間是空氣環(huán)境，空氣的吸收損耗屬于腔內(nèi)損耗，會大幅降低激光器的輸出能量。另外圖1所示的激光器腔體1、輸出耦合鏡4及全反射鏡6是三個獨立的個體。其中任何一個個體的位置發(fā)生微小的改變都會導(dǎo)致激光器的諧振光路偏離其最佳的狀態(tài)，從而導(dǎo)致激光器輸出光能量下降及光束質(zhì)量變差。如果激光器腔體I相對位置或者相對高度發(fā)生改變，那么輸出耦合鏡4及全反射鏡6的位置及高度就要重新進行調(diào)整，從而給激光器的實用性帶來麻煩。輸出耦合鏡4及全反射鏡6的支架7是通過磁性底座吸在放置腔體I的平臺上，而產(chǎn)品化的激光器平臺一般采用鋁材料，因為鋁材料質(zhì)量輕且成本低。但是磁性底座無法吸附在鋁材料上，因此會給輸出耦合鏡4及全反射鏡6的支架7的固定帶來麻煩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術(shù)問題
[0007]本發(fā)明旨在消除空氣中的水蒸氣對高純度CaF2M料制成的光學(xué)元件的潮解，同時避免空氣中的粉塵粘附于高純度CaF2材料的表面造成透過率下降及表面損傷。
[0008]( 二)技術(shù)方案
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種一體化氣體激光器，包括作為放電腔的腔體、位于放電腔的兩端并作為放電腔激光輸出窗口的兩個布儒斯特窗，以及位于放電腔兩端的外側(cè)，用于接收從所述布儒斯特窗出射的激光的輸出耦合鏡和全反射鏡，所述氣體激光器的腔體的兩端的外側(cè)分別具有一個腔鏡調(diào)節(jié)裝置，該兩個腔鏡調(diào)節(jié)裝置分別用于固定和保持輸出耦合鏡和全反射鏡，并分別將所述兩個布儒斯特窗中的一個包裹在內(nèi)；并且所述腔鏡調(diào)節(jié)裝置與所述腔體密封連接，以使所述輸出耦合鏡與腔體之間，以及所述全反射鏡與腔體之間均形成密閉空間。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述腔鏡調(diào)節(jié)裝置通過波紋管的法蘭與所述腔體連接。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述腔鏡調(diào)節(jié)裝置包括波紋管、外殼，其中，所述外殼是一個兩端開口的筒體，該筒體的一個開口端與激光器的腔體固定，另一個開口端可供所述波紋管沿其軸向伸入；所述波紋管部分伸入所述外殼的筒體，該筒體的供波紋管伸入的開口端與所述波紋管密封連接；所述輸出耦合鏡固定在所述波紋管的伸入外殼的一端的底面上并與該底面實現(xiàn)密封連接。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述腔鏡調(diào)節(jié)裝置還包括調(diào)節(jié)螺母，所述波紋管露出于筒體外部的部分具有一個徑向向外凸出的外緣，該外緣上具有通孔以供所述調(diào)節(jié)螺母穿過；所述調(diào)節(jié)螺母穿入所述外緣上的通孔并頂?shù)炙鐾鈿さ纳烊氩y管一側(cè)的開口端的底面的外壁。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述調(diào)節(jié)螺母具有4個，它們且呈十字交叉分布。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述密閉空間中抽成真空。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述密閉空間中充入非氧化性氣體。
[0016](三)有益效果
[0017]與傳統(tǒng)的激光器結(jié)構(gòu)及腔鏡支架相比，本發(fā)明所采用的一體化激光器結(jié)構(gòu)既能排除空氣中的水蒸氣對高純度CaF2材料的潮解，又能避免空氣中的粉塵粘附于高純度CaF2材料的表面造成透過率下降及表面損傷。同時腔鏡調(diào)節(jié)裝置內(nèi)的氮氣或者真空環(huán)境避免了腔內(nèi)的空氣吸收損耗，保證激光器的輸出功率不會因此而衰減。該腔鏡調(diào)節(jié)裝置與傳統(tǒng)的腔鏡支架相比，大大提高了激光器的實用性，使激光器的結(jié)構(gòu)更緊湊，激光器輸出激光能量的穩(wěn)定性更尚。
【附圖說明】
[0018]圖1為現(xiàn)有的準分子激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明采用的一體化準分子激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明的一個實施例的波紋管式腔鏡調(diào)節(jié)裝置的剖面圖。
【具體實施方式】
[0021]針對高純度的CaF2材料在使用過程中存在的上述問題，本發(fā)明提出了一種一體化氣體激光器?？傮w來說，本發(fā)明采用一種新穎的波紋管式的腔鏡調(diào)節(jié)裝置取代傳統(tǒng)的腔鏡支架。該調(diào)節(jié)裝置可以通過波紋管的法蘭與激光器的腔體相連，把激光器的布儒斯特窗置于調(diào)節(jié)裝置內(nèi)通過密封圈實現(xiàn)密封，從而使激光器的全反射鏡和輸出耦合鏡與激光器腔體相連構(gòu)成一個一體化的激光器結(jié)構(gòu)。
[0022]該結(jié)構(gòu)的特點是實現(xiàn)了布儒斯特窗以及全反射鏡和輸出耦合鏡的一個表面與空氣的隔離。此外調(diào)節(jié)裝置可以配置一個進氣閥門和一個出氣閥門，通過該閥門可以將密封好的腔鏡調(diào)節(jié)裝置抽成真空，以提供一個真空環(huán)境，或者沖入氮氣以提供一個氮氣環(huán)境。由此既能排除空氣中的水蒸氣對高純度CaF2材料的潮解，又能避免空氣中的粉塵粘附于高純度的CaF2材料的表面造成透過率下降及表面損傷。同時，腔鏡調(diào)節(jié)裝置內(nèi)的氮氣或者真空環(huán)境避免了腔內(nèi)的空氣吸收損耗，保證激光器的輸出功率不會因此而衰減。最后