專利名稱：激勵紫外線范圍光發生器大峰值功率激光腔及其連接結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種激光腔，其具有大的峰值功率和高平均功率以及高循環率，并且同時其成本和復雜性減小。還涉及多個這樣的空腔的連接結構，特別是用來激勵紫外線范圍內光線的發生器。
本發明還用于生成紫外線范圍內的光線。
背景技術：
屬于這個領域的稱作“EUV光線”的光線的波長為8納米-25納米。
通過使光脈沖相互作用而獲得EUV光線具有許多應用，特別用于材料科學，顯微鏡檢查，特別是微型光刻印刷技術，以便生產出高集成度的集成電路，其中該EUV光線是通過本發明的目標裝置而獲得的。為了后者的應用，最好具有高循環率，但是對于大的峰值功率的激光器來說是難于做到的。
本發明用于任何與微型光刻技術所需要的激光器同樣類型的激光器。
所述的EUV光刻技術在微電子中是必須的，以便實現尺寸小于0.1微米的集成電路。在EUV光線源中，其中的多個光線源使用了由激光器產生的等離子體。
特別致力于通過強激光源激勵氙的流束而產生波長在13nm的紫外線。
為了這樣的激光源在經濟上令人滿意，必須具有3個條件-激光的峰值功率必須非常大(1011W/cm2)以便建立在13nm周圍充分發射的等離子體，-循環率必須足夠高(幾千赫)，以便實現每小時最大數量的晶片，和-所述激光源必須是簡單的，具有合理的投資成本和小的運行成本。
為了產生等離子體，必須設置一個產生大的照度峰值的激光器。因此使用了脈沖激光器，例如通過脈沖產生了300mJ或更大的能量。
下面將指出本發明使用了例如摻有釹的YAG激光器，該激光器公知在工業領域中具有許多改進。然而，在本發明中可以使用其它的固體激光器，即其放大介質是固體的。
下面將描述這一點。
為了獲得每次發射的良好的能量穩定性，已知使用二極管泵浦裝置。
另外，為了獲得對于生成用于光刻技術的EUV光線所必須的峰值功率，已知使用了脈沖二極管。
對于這個主題，引用了下面的文獻(1)H.Rieger等的文章，High brightness and power NdYAG，Adavanced solid-state lasers，1999，Boston MA，P.49-53.
該文獻披露了一種用于光刻技術的裝置，該裝置產生一些大峰值激光脈沖，所述激光脈沖具有較低的循環率。
同樣，為了獲得必須的峰值功率，已知使用一種振蕩器和放大器。從而導致一種復雜和昂貴的激光器。
對于這個主題，引用了下面的對比文獻(2)G.Holleman等人的文章，Modeling high brightness kWsolid-state laser，SPIE Vol.2989 p.15-22.
這個文獻提到了對具有與兩種相反技術對應的功率的激光器的兩種需要一方面，焊接，材料加工或者材料處理的應用，這些應用所需的激光器，發射長脈沖，并且通過非常簡單的技術獲得，和另一方面，光刻的應用需要簡短的脈沖，并且如果可能，該脈沖具有高周期性，并且是通過非常復雜的并且成本高昂的技術獲得，使用了2級光放大器。
還引用了下面的文獻，該文獻用于獲得大的峰值功率的激光裝置(3)G.Kubiak等人的文章，Scale-up of a cluster jet laserplasma source for Extreme Ultraviolet lithography，SPIE Vol.3676，p.669-678.
該裝置描述在該文獻(3)中，使用了一些摻有釹的YAG激光器，并且這些激光器用脈沖二極管泵浦，正如涉及光刻技術的現有技術所述那樣。另外還使用了復雜和昂貴的光放大器。而且，在該文獻(3)中所針對的該循環率是6kHz，以便每個脈沖280mJ的能量。
這個激光器的一個改進的變體是下面討論的文獻(6)的目標。
還參考下面的文獻(4)H.Rieger等人的文章，High brightness and power Nd:YAGlaser，OSA Trends in Optics and Photonics，Vol.26，from thetopical Meeting january 31，february 3 1999 at Boston，OpticalSociety of America，p49-53.
該文獻簡要描述了一種裝置，該裝置具有功率非常小的主振蕩器，該主振蕩器產生最大頻率為1kHz的1mJ的脈沖(因此平均功率最多為1W)，隨后進行復雜并且成本高昂的放大鏈。該文獻的實質在于研究了在放大鏈中的光束品質的惡化。所述的裝置具有的性能與對于用于微型光刻技術的EUV光線源來說及同時對于平均功率和循環頻率來說所必須的性能相去甚遠。
事實上，能夠激勵EUV光線的強光線源的激光裝置所必須的特征已經在國際范圍內被標準化為技術規范的形式，該裝置可以用于半導體工業的要求，并且進行許多嘗試來使得該技術規范令人滿意。
然而，到目前為止，所有的嘗試都是失敗的。
在技術規范的最大的缺陷中給出了用非常高的循環率產生大的峰值強度的能力。但是還存在獲得良好品質的光束的要求，其特征在于，用M2表示大小的可能的最低的值非恒定地限定為光束直徑與其發散角度的乘積。
用M2表示的理論下限值等于1，但是該激光器功率越大，用M2表示的值增加的越多。對于摻有釹的YAG激光器，也稱為Nd:YAG激光器來說，該下限值目前達到幾十。
對上述的技術規范要求為M2≤10。
最近的其它文獻披露了一些滿足了所述的技術規范的裝置(5)K.Nicklaus等人的文章Industry-Laser Based Short PulseDiode Pumped Solid State Power Amplifier With kW Average Power，OSA Trends in Optics and Photonics，Vol.50，Advanced Solid-StateLasers，Christopher Marshall，ed.，Optical Society of America，2001，p388-391.
該文獻描述了一種裝置，其激光腔在具有雙通道的兩個預放大器組件處產生了具有2kHz，4mJ的脈沖。光束的返回路徑通過一個偏振立方塊向兩個放大器的線路折射，該放大器的出口產生出76mJ的脈沖(這樣的裝置的結構稱為MOPA主振蕩器功率放大器)(6)D.A.Tichenor等人的文章EUV Engineering Test Stand，Emerging Lithographic Technologies IV，Elisabeth A.Dobisz，Editor，Proceedings of SPIE Vol.3997(2000)，p.48-69。
這篇文章描述了一種使用3個平行設置的相同的模塊的激光裝置，每個模塊包括由TRW公司實施的激光器，該激光器在下面的文獻中描述(7)Randal 1 St.Pierre等人的Active Tracker Laser(ATLAS)，OSA TOPS，Vol.10，Advanced Solid State Lasers，1997，p.288-291.
在文獻(7)中描述的具有Nd:YAG的固體激光腔提供了具有2.5kHz，1.6mJ的脈沖，所述的脈沖在具有雙通道的結構中被放大，在出口處所述通道產生出276mJ的脈沖。TRW激光器的略微早一些的形式已經在文獻(3)中進行了描述。
根據文獻(5)和(6)，為了獲得具有較小的M2值的高功率和非常短的脈沖，在包括了具有弱能量(每個脈沖具有小于10mJ的能量)和小的平均功率(小于15W)的一個非常小的振蕩器的基礎激光器中產生了光脈沖，并且通過在具有棒或者板的放大級中的多個通道將所述的光脈沖放大。
然而遇到的問題是，當入射光功率在所使用的激光棒的飽和流動之前是非常小的(特別是用于小于200mJ/cm2的入射流動)時候，由棒導致的放大是非常小的。因此需要很多的非常昂貴的放大棒，和幾十個也是非常昂貴的二極管，該組件具有非常小的能量輸出。
為了限制設備成本，所述的一個或者多個第一級一般被經過兩次(往返路徑，因此稱為雙通過放大器)，從而要求與偏振光束工作并且使用偏振裝置(例如偏振立方體)，以便該返回路徑不回到振蕩器上，而是朝向另一個光學路徑引導，在這里將進行放大。
在使用一種各向同性的材料如Nd:YAG或者Yb:YAG作為放大柵格進行雙通過放大時，必須使光束偏振導致了另外的問題。上述這樣的材料保證了在泵浦時可以改變其各向同性，從而使得入射光束的偏振惡化。
因此，如果這些復雜的裝置沒有設置用來限制這種現象，那么所述偏振將不能被充分地保持，當返回光束進入到偏振裝置時，光束能量中的大部分(對于Nd:YAG來說大約25％)將損失并且可能損壞該振蕩器。
這些復雜裝置，即合適設置的偏振旋鈕開關和相波簧片的連接結構，使返回到振蕩器的光束功率限定為一個很小的值(對于Nd:YAG來說大約為2.4％)。
因此，為了解決一種激光裝置的制作問題，該激光裝置能夠激勵EUV光線的強光線源，該激光裝置與半導體工業的要求兼容，文件(5)和文件(6)和(7)的作者設計了可能是最完美的而能量最小的脈沖，然后增加了放大器的數目，并且將注意力傾注于研究允許在這些放大器中通過去除偏振限定損失的裝置。
這種方法給出了一些復雜，昂貴，能量輸出小的裝置。另外，對于在文件(5)和(7)中描述的裝置來說，主要的元件是串連設置的。因此其中一個元件的任何故障都會影響該裝置的整體。
在下面的文件中給出了另一種方法(8)在Conference on Lasers and Electronics(CLEO 2001)6-11 mai 2001，Technical Digest，pp421-422，OSA trends in Opticsand Photonics(TOPS)，Vol.56，Oliver Mehl等人的Compact 300-Wdiode-pumped oscillator with 500kW pulse peak power and externalfrequency doubling.
該文件描述了一種Nd:YAG激光器，在一個激光腔中，該激光器包括兩個Nd:YAG棒，在這些棒之間的偏振旋鈕，分別在兩個棒兩側的兩個聲學-光學模塊和在每個模塊與相應的棒之間的一個發散透鏡。
激光腔的平均輸出功率為260W，循環率為10kHz。
然而在這個文件中描述的實施例并沒有考慮與光脈沖的啟動裝置相連的重要的問題，特別是用于上述文件描述的激光器中的聲學-光學系統它們的功能取決于激光束的發散。
聲學-光學系統的啟動裝置主要包括一個聲學-光學晶體和一個控制裝置，其按照下述工作。
當接受到電信號時，控制裝置在晶體中發出無線電頻率的激勵波，在該晶體中這種波產生了Bragg光柵。在缺少激勵時，該晶體使得入射光線通過，在正常工作情況下，所述入射光線并沒有按照與晶體的進入表面垂直的方式到達，而是與其成Bragg角。
當開始控制時，無線電頻率波產生了Bragg光柵，然后該Bragg光柵使入射光線偏轉；偏轉角足夠用于這些光線從激光腔出來，從而對于該激光器來說這對應于切斷光束。
當光線以與Bragg角偏離的方式到達晶體的進入表面時，所述光線不再能夠被滿意地偏轉，特別是如果它們與Bragg角偏離了限定的角度或者偏離了大于該限定角度。
這個限定角度值一般與具有第一級和第二級的衍射方向之間存在的角度值相同(一般為約4mrad)，其中的衍射是在Bragg光柵被激勵時由形成在該晶體中的Bragg光柵導致的。
入射角接近這個角度的光線在晶體沒有被激勵時并沒有被正確截獲。入射角超出這個角度的光線并不是不再被滿意地偏轉，而是它們還返回到激光腔的中央部分，因為它們的入射角被包含在所述空腔的成角度的接收結構中。
然而，使得該空腔以非期望的方式發射，從而在出口產生一定能量的連續激光發射。該工作變得是間歇性，并且在這個連續激光發射時，在空腔出口疊置一些幅度和期限不穩定的脈沖。
確信在所述空腔所期望的脈沖功率增加時同樣的光束發散是不穩定的。

發明內容
本發明用于同時解決在文件(5)-(7)的實施例中實施的MOPA結構所具有的問題和帶有振蕩器的結構本身所具有問題，其中該振蕩器產生高功率，但是其穩定性受到聲學-光學啟動裝置限制的影響，正如文件(8)中描述的實施例。
本發明用來通過激光腔和通過該激光腔與其它的相同的激光腔相連結構解決這些問題，該激光腔能夠具有強的峰值功率和高的循環速度，該連接結構用于構成一種激光裝置，該激光裝置允許峰值功率達到更高的性能，與文件(5)-(8)披露的裝置相比是不復雜的，成本低并且工作更可靠。
另外應該注意文件(5)所披露的激光裝置用于獲得短的脈沖期限，5-20ns，這是本領域技術人員優選考慮用來獲得發射的等離子體。
本發明精確地說用于具有固體放大介質的激光腔(也稱為“光學諧振器”)，該激光腔是脈沖的并且由連續工作的二極管泵浦，其特征在于，該激光腔包括-至少兩個激光棒，-至少一個光脈沖的啟動裝置，這個啟動裝置位于空腔的大部分中，在這里由該空腔產生的激光束分散最少，和-兩個鏡子，所述鏡子限定了該空腔，一個鏡子是高度反射的，另一個鏡子是部分反射的。
在具有兩個激光棒的空腔的最簡單的情況中，光束分散最小的空腔的部分是位于兩個棒之間的部分。
相反，位于這些棒外部在一個棒和一個空腔的鏡子之間的空腔的部分是使光束發散最大的部分。
文件(8)描述的實施例在使光束發散最大的部分中設置了光脈沖的啟動裝置，因而使它們受到現有技術所公開的機能障礙的影響。
如果這些激光棒使用如Nd:YAG或者Yb:YAG的各向同性的材料制成，為了獲得微型光刻技術所要求的光束品質必須在空腔中在光束的路徑上加入一個偏振旋轉裝置，在包括兩個連續棒的每個空間中，旋轉角最好是90度。
最好通過在光束上兩個相鄰棒間的每個間隙中間，設置一個具有對匯聚起相反作用的透鏡修正由某些特別是Nd:YAG構成激光棒產生的輕微的匯聚。
根據本發明的裝置的優選實施例，構成激光棒的激光器材料選自Nd:YAG，Nd:YLF，Nd:YALO，Yb:YAG，Nd:ScO3和Yb:Y2O3。
最好本發明的空腔包括激光材料構成的兩個棒，最好基本上相同；在空腔中設置的在兩個棒之間的偏振旋轉裝置；和兩個啟動脈沖的裝置，其位于兩個棒之間，在偏振旋轉裝置兩側。
最好，啟動裝置是聲學-光學系統類型。
根據一種實施例的變形，本發明的激光腔可以與一個或者多個具有簡單通道的激光放大器相連，這些放大器由二極管泵浦，使每個放大器的棒在其整個長度上產生棒材料的飽和流動或者該飽和流動之上。
最好，這種流動至少達到材料的飽和流動的3倍。
所述激光腔在功能上的特征在于，其能夠穩定地產生高流動，而不必使該激光腔產生的光束匯聚。該激光腔可以保持該光束的平行度并且在棒整個長度上達到或者超過飽和流動。
在后面詳細描述的優選實施例中，這種流動甚至為材料飽和流動的十幾倍。
本發明還涉及至少3個平行設置的上述類型的空腔的連接結構，這些空腔產生的光束朝向同一個靶子。
由這些空腔的該連接結構導致的激光裝置的特征在于，該裝置包括-至少3個脈沖激光腔(“光學諧振器”)，其具有固體放大介質，這些空腔與本發明的激光腔一致，和-一些大致在靶子的同一個位置并且大致在該位置同時發射這些光脈沖的光學裝置。
其特征還在于，該裝置還包括一些脈沖激光腔的控制裝置，這些控制裝置設置用來使所有的脈沖幾乎是按照期望瞬時到達靶子，同時具有比5ns更好的精確度，并且最好優于1ns。
根據一個變形，這些激光腔與帶有簡單通道的一個或者多個放大器相連。
本發明的裝置的一個特別的實施例中，每個脈沖激光腔的啟動裝置包括兩個設置在這個空腔中在偏振旋轉裝置兩側并且在偏振旋轉裝置和激光材料構成的棒之間的兩個啟動裝置。
根據本發明的一個特定實施例，這些發出光脈沖的裝置包括一些用于按照相同的路徑向靶子發射光脈沖的裝置。
根據本發明的裝置的一個特定的實施例，該裝置還包括一些對由于激光腔提供的光脈沖的增加導致的光脈沖的空間分布進行調整的裝置。
根據另一個特別的實施例，激光腔的控制裝置還能夠改變由于激光腔提供的光脈沖的增加導致的光脈沖的暫時的分布，從而建立復合脈沖。
根據本發明的一個特別實施例，每個復合脈沖的曲線包括一個第一點燃等離子體的脈沖和時間間隔，然后是第二脈沖，該等離子體用于通過光脈沖與靶子相互作用而建立，在時間間隔處，激光器發射的光能在等離子體增加期間是最小的，根據等離子體增加的順序函數，該第二脈沖包括多個基本脈沖。
在建立了復合脈沖的情況下，本發明的裝置最好能夠在該靶子上發射非常聚焦的第一光束，然后在靶子上以更寬的聚焦度施加其余的光能。
在其上發射由本發明裝置的激光腔發射的光脈沖的靶子可以設置用來通過與光脈沖的相互作用提供在紫外線范圍內的光。
然而，本發明并不限制于獲得EUV光線。本發明用于需要峰值功率的指向靶子的激光光束的領域。
在本發明中，使用了空間疊加，并且在這個特定實施例中，使用時間序列。
“空間疊加”應該理解為在與靶子的位置大致相同、大致在同一時刻的多個激光光束的空間疊加。
“大致在同一時刻”指的是在不同的基本脈沖之間分別由激光裝置的激光腔提供的時間偏差在這些激光腔的循環期間之前是很小的。這種疊加允許使得脈沖能量和峰值功率加倍。
正如下面將看到的那樣，應用的靈活性可以通過幾乎在相同的位置和幾乎相同的時間疊加激光束而獲得。這種應用的靈活性允許調整產生等離子體的激光束。
在本發明中，后面的一些特點(a)-(c)是重要的。
a)空間疊加該空間疊加增加了峰值功率并且提供了改變光脈沖的空間分布的大自由度，該光脈沖是由激光腔發射的基本光脈沖的增加而導致的。
例如使用比其它更加聚焦的光脈沖，在本發明優選實施例中進行的應用，能夠獲得更加大的局部照度，正如圖1和2簡示出的那樣，其中為了簡化僅僅考慮兩個光束。
第一光束F1和第二光束F2在圖1中為截面圖，在兩個垂直軸Ox和Oy限定的平面中，兩個光束的公共軸是軸Oy。
兩個光束大致具有圍繞軸Oy的旋轉對稱性，并且在點O附近聚焦，大致在由Oy軸與垂直于軸Ox和Oy的軸限定的觀察平面中，該觀察平面經過點O。
兩個光束的聚焦是不同的，第一光束F1比第二光束更加聚焦。
圖2示出了在觀察平面中根據在Ox軸上記錄的x坐標表示的照度的變體。
如果光束F1比光束F2多聚焦5倍，則當兩個光束F1和F2具有相同的功率時，光束F1在軸Oy上產生的照度相對光束F1產生的照度加大25倍。但是應該注意到，在本發明中，可以使用功率相同的光束，或者相反，功率彼此不同的光束，功率彼此不同的光束最好。
多個光束在同一靶子上在同一時刻的“空間疊加”以更小的時間刻度導致了每個基本激光腔的脈沖瞬時的偏差。
(b)不同的激光脈沖時間序列(“復合”脈沖)可以建立一些連續脈沖，其中在兩個連續脈沖之間的循環時間之前，兩個基本激光腔的兩個脈沖之間的時間偏差是非常小的。這樣的連續脈沖可以作為復合脈沖。
通過光脈沖的時間偏差可以建立一個預脈沖。
對于這個主題，將參考后面的文件，該文件提到了可以建立用于點燃等離子體的預脈沖(9)M.Berglund等人的文章，Ultraviolet prepulse forenhanced X-ray emission and brightness from droplet-target laserplasma，Applied Physics Letters，Vol.69，1996，page 1683.
本發明最好使用多個激光脈沖的時間序列。
例如本發明允許了下面所述的序列。
在靶子上非常聚焦的第一脈沖(這個脈沖例如是圖1的光束F1類型的)點燃了等離子體，然后在等離子體增加期間，靶子受到了最小的照度或者零照度，并且當等離子體達到光束F2的直徑時，靶子受到最大的光功率。最好賦予第一脈沖以小于賦予圖3的其余復合脈沖的能量的能量。
根據圖3，光脈沖的幅度A作為時間t的函數被表示。可以看到復合脈沖實例I1。這個復合脈沖I1包括預脈沖I2，然后是同時的基本脈沖I3的第一組合，這些基本脈沖I3通過等離子體增加所必須的時間T與預脈沖分離，然后是在第一組合之后的同時的基本脈沖I4的第二組合。
(c)用于泵浦激光材料的連續二極管的應用在使用了一種摻有釹的YAG材料的激光腔并且在連續泵浦情況下，該激光腔的接近250微秒的高的持續期間要求以高于5kHz的速度工作，以便很好地取出提供的光功率。
本發明與現有技術相反，通過將對峰值功率不利的特點(特點c)和其因為增加了基本激光腔的數目而更加重要的有利的特點(特點a)相連，允許獲得峰值功率。
特點(b)僅僅包括一種是本發明更好地適應于其應用的可能情況。
為了應用于微型光刻技術，這種可能情況允許了優化EUV源的表現，該EUV源被激光裝置泵浦，可滿足等離子體的要求。
然而在已知的現有技術中，最好考慮使所有的脈沖以相同瞬時到達，最好相差5ns，特別是相差1ns。
在本發明中，可以同時使用特點(a)，(b)和(c)，這些有利于和不利于高的峰值功率的所獲得的特點的結合將與現有技術不同。
本發明的優點，除了生成大功率和高速度的激光脈沖以外，其他如下面所述。
具有恒定的平均功率的二極管的成本非常低，同時這些二極管連續工作。
另外，根據本發明的激光裝置比現有技術的裝置簡單得多，因為該裝置可以不用串連多個放大器進行工作。
這種激光裝置的實施和維護是不昂貴的，因為減少了使用的光學器件的數目。
多個振蕩器的并聯允許了更加靈活的應用。
激光腔數目的增加還允許本發明的裝置對與一個空腔的瞬時表現有關的事故不敏感。


將借助完全指示性的并且非限定的實施例和說明書使讀者理解本發明，附圖包括
-圖1和2簡示出應用兩個不同聚焦的激光束，以便局部獲得大的照度，它們已經在前面描述過；-圖3簡示出用在本發明中的復合光脈沖的實例，已在前面描述過；-圖4是本發明的多個激光腔的連接結構，從而建立了在紫外線范圍內的光源的激勵裝置；-圖5簡示出了本發明的激光腔的特別的實施例；和-圖6和7簡示并且部分地示出了本發明的其它實例，允許了基本激光束的空間多路轉換，這些基本激光束分別由多個激光腔產生。
具體實施例方式
本發明的激光腔由圖5示出，其中下面再回到圖5。該激光腔在一個或者多個具有簡單通道的放大器后面。
多個本發明的脈沖激光腔的連接結構是為了在紫外線范圍內建立激勵光源的裝置，圖4示出了該連接結構。
圖4的裝置包括多于3個的脈沖激光腔，還稱為脈沖腔，例如10個，但是其中僅僅3個在圖4中示出，并且分別用附圖標記2，4和6表示。
分別由脈沖激光腔2，4和6提供的光束8，10和12通過一組鏡子14，被發射到靶子16的大致相同的點P上并且在大致相同時間到達該點P。
還示出了激光控制裝置18，用于允許獲得光脈沖。
在圖4中還看到了一些聚焦裝置20，22和24，它們例如是消色差雙透鏡，設置用于分別將光束8，10和12聚焦在靶子16的點P上。
在所述實施例中，激光器和靶子選擇為可以通過光束與靶子相互作用提供EUV光線26。因此，該靶子包括例如來自一個噴管30的集結物流束28(例如氙)。
例如使用該EUV光線26用于對集成電路32進行微型光刻。圖4的方塊34代表了用于在到達集成電路之前形成EUV光線的多種光學裝置。
激光腔2，4和6是相同的或者近似相同并且能夠提供光脈沖。
其中每一個都包括兩個泵浦裝置36a和36b，它們的像差和雙折射是很弱的。
結構36a(或者36b)包括一個激光棒38a(或者38b)，所述激光棒被一組連續工作的激光二極管40a(或者40b)泵浦。
用于試驗的所選擇的材料是Nd:YAG，其飽和流動為200mJ/cm2；然而，最好選擇一種不同于其它的激光器，用于建立稱為“預脈沖”的第一脈沖。
每個激光腔直接產生300W，10kHz的功率，光束的品質適于多路轉換，脈沖期限為50ns并且其能量為300mJ。光束在腔出口的流動為2，3J/cm2，即接近Nd:YAG材料的飽和流動的10倍。
由每個激光腔2，4和6在靶子的直徑50微米的區域上產生光束聚焦，因此導致了3×1010W/cm2-6×1010W/cm2的峰值功率。
然而，為了獲得在流體氙的靶子上足夠的發射率，一般需要獲得的目標值是5×1011W/cm2。
因此通過結合10個具有上述的性能的激光器，獲得了上述的要求。
在圖4的實例中，沒有與激光器2，4和6一起使用任何光放大器。
然而，如果證明對于調整峰值功率到由經驗所確定的優選值是必須的話，可以在每個激光腔之后加入一個這樣的放大器，尤其是多個放大器。
考慮到本發明的激光腔的特征，這些放大器以相對小的增益工作，但是因為接近10倍的高于棒的材料的飽和流動，所以優化的取出了在放大器的棒中發出的能量。
圖5簡示出一種本發明的激光腔。該激光腔構造為任何一個腔2，4和6并且因此包括結構36a和36b以及鏡子42和44，偏振旋鈕46和/或者透鏡46a和脈沖啟動裝置50和52，這些將在下面討論。
在一個實施例的變形中，在這個激光腔的出口設置了光放大器36c。這個放大器36c包括具有簡單通道的激光棒38c，其通過一組連續工作的激光二極管40c泵浦。
控制裝置18因此設置用于控制這個放大器36c。該放大器36c與結構36a和36b大致相同，并且其激光棒38c最好使用與激光棒38a和38b相同的激光材料制成。
該激光材料選自Nd:YAG(優選材料)，Nd:YLF，Nd:YALO，Yb:YAG，Nd:ScO3和Yb:Y2O3。
回到圖4，每個激光腔由高度反射(反射系數R等于100％，例如等于1064nm)的第一鏡子42和第二反射鏡子44限定，該第二鏡子44是部分反射的(R的大小為70％-80％)，從而使得由這個激光腔生成的光束通過。
這些鏡子最好是彎曲的，并且其彎曲半徑被計算為允許光束具有小的發散，例如參數M2約為10。
另外，空腔的長度根據脈沖的期限進行選擇。
這兩個彎曲鏡子可以由兩個組件代替，這些組件分別包括一個發散透鏡和一個平面鏡子。
在每個激光腔2，4和6中，最好使用相同的泵浦結構，以便補償多種能夠出現的熱效應。但是應該在兩個激光棒38a和38b之間的任何位置上設置一個90度的偏振旋鈕46。
可以使用一個略微發散的透鏡46a代替旋鈕46，特別是位于兩個棒之間的中間位置。
另外，可以使用這樣設置的透鏡和旋鈕46，該旋鈕還在兩個棒之間，在透鏡附近。
這些激光棒的直徑為3mm-6mm。
在試驗中使用了一些直徑為4mm由摻有1.1％的Nd:YAG制成的棒。
另外，在圖4的實例中，每個Nd:YAG棒被40個激光二極管泵浦，每個二極管的功率為30W并且以808nm發射。
為了減小球形像差，最好使每個棒的泵浦均勻。
為了提供每個脈沖激光，在空腔中在光束路徑上，在最小發散的位置，即在每個棒和偏振旋鈕之間設置一些聲學-光學脈沖啟動裝置，從而可以以高速度啟動這些脈沖。
每個聲學-光學啟動裝置使用一種硅晶體，其以壓縮方式以90W，27MHz的無線電波頻率的功率進行工作，這個功率通過一個4mm變換器使用在該晶體上。
在圖4的實施例中，使用2個上述類型的聲學-光學偏置裝置50和52，它們受到控制裝置18的控制并且設置在由激光棒38a和38b限制的空間內，在偏振旋鈕46兩側。
使用這兩個聲學-光學偏置裝置50，52，以便堵住具有對應于上述的平均功率的增益的該空腔。
控制裝置18啟動EUV源的工作，并且允許按照微型光刻技術的要求調整其特征。如果需要，在靶子處確定了激光腔2，4和6的光脈沖的同時性。
如果光學路徑的長度顯著不同，則特別允許了補償這些差別并且產生對圖4的裝置所包含的所有的聲學-光學偏置裝置的啟動，以便實現用于光脈沖的同步性。
控制裝置18包括-向泵浦激光二極管40a和40b(如果可能還有40c)供應電流的電流生成裝置(未示出)和-一些模塊化的無線電波頻率的電流生成裝置(未示出)，用于以近似同步的方式控制每對聲學光學偏置裝置50和52，所述偏置裝置的偏差最好小于1ns。
另外，這些控制裝置18用于根據測量等離子體(通過激光光束與靶子16相互作用產生的)的光線的測量信號控制激光腔2，4和6，這些測量信號是由一個或者多個合適的傳感器，例如傳感器54，例如一個或者多個可以光譜過濾的快速硅光電二極管提供；對于EUV光線來說，該過濾可以通過鋯以及通過鉬-硅的多層鏡子實現，最好是雙層；在觀察等離子體的增加速度情況中，應該改進過濾，或者加入一個或者多個其它的快速光電二極管，其過濾更加靠近可見光譜。
控制裝置18還用于控制激光腔2，4和6，由下面的情況決定-測量激光腔2，4和6的光脈沖能量的測量信號，所述信號分別由合適的傳感器56，58和60提供，例如具有積分裝置的快速硅光電二極管，和-測量激光腔2，4和6的光脈沖的時間形式的測量信號，這些信號分別由3個合適的傳感器62，64和66提供，例如快速硅光電二極管，這些傳感器是與傳感器56，58，60相同的傳感器，除此以外，所述信號是從積分裝置的上游取出的。
這些由偏置鏡子14和聚焦的消色差的雙透鏡形成的光學裝置選則用于使得與一些位置偏移空間疊加，這些位置偏移小于一個占焦點(點P)的直徑很小的百分率，例如1％-10％。
圖4示出的激光器裝置還包括一些用于改進脈沖的空間分布，脈沖的空間分布是由增加激光腔2，4和6發射的光脈沖而導致的。用箭頭2，4和6表示的裝置例如用于使消色散的雙透鏡20，22和24移動，以便改進由雙透鏡提供的焦點的尺寸。
控制裝置18可以用于彼此在時間上偏置，通過以合適的方式使激光腔的啟動彼此偏置，激光腔2，4和6發射光脈沖。
應該注意到圖4的激光器裝置沒有被極化，與其它已知激光器裝置相反，例如在文獻(5)中描述的激光器裝置。
事實上，用一些以Nd:YAG為基的激光器保持偏振是很困難的并且使得該裝置復雜。然而，本發明的具有多路轉換的模塊化概念并不要求該激光器裝置被偏振。
如果希望最高的循環速度，高于或者等于10kHz，則最好放棄使用時間多路轉換的變形實施例。這些來自N個激光器的脈沖(N＝10)以精確相同的時間到達靶子。
本發明的實施例的變體在圖6中被簡示和部分示出。在這個變體中，使用了在將其在靶子P上聚焦之前，激光光束8，10和12的空間多路轉換。
為此，用兩個穿孔的鏡子80和82替換了兩個最后的鏡子14(圖4的上面)，這兩個最后的鏡子14與光束10和12相連，兩個穿孔鏡子80和82與連接到光束8的最后的鏡子14對齊(圖4的上部)。
因此，所述穿孔的鏡子80使一部分光束8朝向靶子穿過并且反射一部分光束10向該靶子。設置一個光束停止裝置84用于停止其余的光束10(沒有朝向靶子反射)。
同樣，其穿孔大于鏡子80的穿孔的穿孔鏡子82使一部分光束8和10朝向靶子通過，并且向靶子反射一部分光束12。光束的停止裝置86設置用于停止其余的光束12(沒有向靶子反射)。
聚焦的消色差的雙透鏡88用于將來自對齊的鏡子14，80的光束聚焦在該靶子上。
本發明的另一個實施例的變體在圖7中簡示和部分示出。在一個變形中，一個用于反射的具有尖邊緣的鏡子90代替穿孔鏡子80。一個光束的停止裝置94用于停止其余的光束10(不向靶子發射)。
還用具有尖邊緣的另外的鏡子92替換穿孔鏡子82，該另外的鏡子92用于朝向靶子反射一部分入射光束12，使得一部分光束8和10在鏡子92的周邊通向該靶子。光束停止裝置96用于停止其余的光束12(沒有朝向靶子反射)。
最好研究聚焦的消除色差的雙透鏡20，22和88使得可以減小像差，但是它們可以用彎曲的鏡子代替。
權利要求
1.具有固體放大器介質的激光腔，該激光腔是脈沖的并且被連續工作的二極管泵浦，其特征在于，該激光腔包括-至少兩個激光棒，-至少一個光脈沖啟動裝置，該啟動裝置位于空腔的部分中，在這里空腔產生的激光束發散最小，和-兩個限定了該空腔的鏡子，其中一個是高度反射的，另一個鏡子部分反射。
2.根據權利要求1所述的激光腔，其中，這些激光棒是由例如Nd:YAG或者Yb:YAG的各向同性的材料構成，該空腔還包括在光束路徑上，在每個由兩個連續棒構成的空間中的偏振旋轉裝置，最好旋轉90度。
3.根據權利要求1所述的激光腔，還包括在兩個相鄰的棒之間的每個間隙中間的一個最好是發散的透鏡。
4.根據權利要求1所述的激光腔，其中，由激光棒構成的激光材料選自Nd:YAG，Nd:YLF，Nd:YALO，Yb:YAG，Nd:ScO3和Yb:Y2O3。
5.根據權利要求1和2中的任一項所述的激光腔，包括兩個激光材料大致相同的棒(38a，38b)，在兩個棒之間的空腔中設置的偏振旋轉裝置。
6.根據權利要求3所述的激光腔，其中，每個脈沖激光腔包括的啟動裝置包含有兩個設置在空腔中的啟動裝置，位于偏振旋轉裝置的兩側，在偏振旋轉裝置和激光棒之間。
7.根據權利要求1-4中的任何一項所述的激光腔，其中，啟動裝置(50，52)是聲學-光學類型。
8.根據權利要求1所述的激光腔，其后面有一個或者多個帶有簡單通道的放大器。
9.激光裝置，其特征在于，包括-至少3個根據權利要求1-3和8中任一項所述的脈沖激光腔(2，4，6)，和-大致在靶子(16)的相同的地方并在該地方在相同的時刻發射光脈沖的發射裝置，該裝置還包括一些控制脈沖激光腔的控制裝置(18)，這些控制裝置用于使所有的該裝置所包括的啟動裝置同步工作。
10.根據權利要求9所述的裝置，包括至少10個平行的脈沖激光腔。
11.根據權利要求9-10中任一項所述的裝置，其中，發射光脈沖的裝置包括一些用于沿相同的路徑發射光脈沖到靶子(16)上的裝置(80，82，90，92)。
12.根據權利要求9-11中任一項所述的裝置，還包括一些改進光脈沖空間分布的裝置(74，76，78)，所述的空間分布的改進是由激光腔提供的光脈沖的加入導致的。
13.根據權利要求9-12中任一項所述的裝置，其中激光腔的控制裝置(18)還能夠改進光脈沖的時間分布，所述的時間分布的改進是由激光腔提供的光脈沖的加入導致的，從而建立了復合脈沖。
14.根據權利要求13所述的裝置，其中每個復合脈沖的曲線包括第一脈沖，時間間隔，然后是第二脈沖，所述第一脈沖點燃了等離子體，通過光脈沖與靶子相互作用而建立等離子體，在時間間隔內激光器所發射的光能量在等離子體增加期間是最小的，而第二脈沖根據等離子體增加的函數序列包括多個基本脈沖。
15.根據權利要求9-14中任一項所述的裝置，還包括一些改進激光腔發射的光脈沖的循環速度和改進激光腔發射的光脈沖的序列的裝置(18)。
16.根據權利要求13所述的裝置，能夠發射第一非常聚焦的光束(F1)到該靶子上，然后能夠將在復合脈沖中所含的剩余部分的光能量以較寬的聚焦施加在靶子上。
17.根據權利要求9-16中任一項所述的裝置，其中，該靶子(16)用于通過與激光腔(2，4，6)發射的光脈沖相互作用，提供在紫外線范圍內的光。
全文摘要
本發明涉及具有大的峰值能量的激光腔以及多個這樣的激光腔的連接結構，特別是用于紫外線范圍內的光生成器。該激光腔(2，4，6)設置在固體放大器中。所述激光腔是脈沖的并且被連續工作的二極管泵浦，其特征在于，該激光腔包括至少兩個激光棒(36a，36b)；位于使激光束分散最小的激光腔部分中的至少一個光脈沖啟動裝置，和限定了所述激光腔的兩個鏡子(42，44)，其中一個鏡子是高度反射的，而另一個鏡子是部分反射的。
文檔編號H01S3/11GK1643750SQ03807162
公開日2005年7月20日 申請日期2003年3月26日 優先權日2002年3月28日
發明者P·Y·思羅, J·－M·沃伊勒爾澤, M·吉爾貝特 申請人:法國原子能委員會