一种准分子激光器电极结构及准分子激光器制造技术

本发明专利技术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，本发明专利技术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。

An Excimer Laser Electrode Structure and Excimer Laser

The excimer laser electrode structure and excimer laser provided by the invention can offset the problem of increasing discharge spacing caused by anode consumption after long-term operation of the laser by precisely adjusting the anode height, thereby ensuring that the discharge interval does not change. Supporting the repeated maintenance of damaged anode, on the premise of ensuring the same output performance of the laser, the service life of the anode is greatly improved, the operation cost of the laser is saved, and the height of the anode is adjustable. Therefore, the distance between the electrodes can be accurately controlled, and it can be applied to power supply with different injected energy. By adjusting the height of the anode, different discharge volume can be obtained to make the laser work. The device operates at the optimum injection power density of excimer laser, so as to obtain more efficient laser output. Similarly, the present invention can be used to study the optimal power density of excimer lasers and to confirm the optimal electrode spacing of excimer lasers.

【技术实现步骤摘要】
一种准分子激光器电极结构及准分子激光器
本专利技术涉及激光
，特别涉及一种准分子激光器电极结构及准分子激光器
技术介绍
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。图2为几种常见的准分子激光器电极结构示意图。图中201为阴极，202为阳极，电极间距为X。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”，如图3所示，图中301为氟气与电极材料反应形成的“暗礁”，302为阳极，303为阳极表面；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。暗礁层过多那么就必须对其进行机械再加工，使电极表面清洁。无论是机械再加工还是电子轰击造成的电极材料蒸发，势必会造成电极间距X的增加，图2中(a)阳极损伤造成电极间距X的增加时，放电宽度W保持不变，图2中(b)阳极损伤造成电极间距X的增加时，放电宽度W也增加，这两种电极结构都会因为阳极损伤造成注入功率密度下降。因此有人设计图2中(c)的电极结构，阳极采用上宽下窄的结构，当阳极损伤造成电极间距X的增加时，放电宽度W随之减小，保证放电横截面积不变，从而保证注入功率密度保持在最佳状态。但是这种阳极结构虽然能保证注入功率不发生变化，但是会导致放电区间的电极间距X和放电宽度W发生改变，从而导致激光器输出光斑的尺寸发生变化，这对于用户尤其是光刻用户来说是不可接受的。目前商用准分子激光器的阴阳两个电极的安装位置是固定的，高度不可调节，如图4所示。图中401为阴极，402为阳极，如图所示无论样机和阴极，其安装位置是固定的不可进行高度调节的，那么一旦造成阳极损伤，电极间距必然增大，从而造成注入功率密度下降，以及光斑尺寸增大的不良影响。为解决上述问题，人们提出了一种阳极高度可调的安装结构，如图5所示。图中502为阳极，502a为阳极表面，500为绝缘陶瓷，503为金属支撑结构对绝缘陶瓷和阳极起到支撑作用。当阳极表面502a随着工作时间的增加出现损耗时，电极间距会增加，但是通过调节阳极底部的可调支撑螺丝，使阳极位置升高，抵消阳极损耗，从而保持高度L为定值。这样就能保证电极间距不发生改变，从而保证注入功率密度和光斑尺寸都处于最佳状态。但是这种结构存在以下缺点：1、该结构采用顶丝方式进行阳极的高度调节，准分子激光器工作时，内部的风机以几千转每分钟的转速高速转动，必然有震动存在，长时间运行，顶丝很容易松动，所以阳极的位置稳定性差；2、阳极靠顶丝的螺纹与支撑结构503接触，接触面积小，导电性差；3、光刻用准分子激光器的电极长度大于50cm，如果只用一个顶丝，那么不能保证整个阳极均匀的与支撑结构503接触，就无法保证整个电极长度方向的均匀放电，若在电极长度方向上采用一排顶丝支撑和调节阳极高度，虽然能增加阳极与支撑结构503的接触面积，保证电极长度方向的均匀放电，但是需要多个顶丝一起调整，才能保证阳极高度精确控制，要同时保证一排顶丝等高度调节是非常困难的，很有可能因为顶丝的调节高度不同，造成电极间距在电极长度方向上发生变化，严重时会导致激光器不能正常放电，因此这种方式增加了电极间距调节的不准确性和不稳定性。因此，准分子激光器的电极是有寿命的。当电极腐蚀严重到对激光器性能产生无法忍受的影响时，就需要重新更换电极，尤其是阳极的更换更为频繁。目前的商用准分子光器的阳极均为直接更换，会造成激光器的运行成本的增加。因为腐蚀的阳极表面虽然可以重新加工，但是无论采用什么加工方式都会带来阳极高度方向上的损失，再次安装回激光器后，必然会造成阴极和阳极的间距增大，电极间距增大会导致激光器的能量注入效率降低，严重时会直接导致激光器输出能量急剧降低，此外由于放电区间发生改变，激光器的输出光斑尺寸也会随之改变，严重时会给激光器用户的使用造成不良的影响。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种准分子激光器电极结构及准分子激光器，阳极高度是可调的，可以精确控制电极间距，适用于不同注入能量的电源，还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。第一方面，本专利技术提供一种准分子激光器电极结构，包括阳极、阴极、用于支撑所述阳极的导电支撑结构、用于支撑所述阴极的绝缘件、腔壁、所述绝缘件设置在所述腔壁上，所述阴极和所述阳极相对设置，所述阴极与所述腔壁具有绝缘间隔，所述导电支撑结构与所述腔壁电性连接，所述阳极具有安装座，所述安装座与所述导电支撑结构采用面面贴合的方式连接，通过面面之间相对滑动调整所述安装座与所述导电支撑结构之间的位置，进而完成所述阳极和所述阴极之间的间隙距离。作为一种可选的方案，所述绝缘件采用T型结构，所述T型结构的底部与所述腔壁相连，所述阴极设置在所述T型结构的顶部。作为一种可选的方案，所述导电支撑结构具有第一竖直面，所述安装座上对应设有第二竖直面，所述第一竖直面和所述第二竖直面面面贴合。作为一种可选的方案，还包括第一螺栓，所述安装座沿水平方向贯通设置第一腰型孔，所述第一腰型孔的最宽直径沿竖直方向设置，所述导电支撑结构的第一竖直面上沿水平方向设有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种准分子激光器电极结构，其特征在于，包括阳极、阴极、用于支撑所述阳极的导电支撑结构、用于支撑所述阴极的绝缘件、腔壁、所述绝缘件设置在所述腔壁上，所述阴极和所述阳极相对设置，所述阴极与所述腔壁具有绝缘间隔，所述导电支撑结构与所述腔壁电性连接，所述阳极具有安装座，所述安装座与所述导电支撑结构采用面面贴合的方式连接，通过面面之间相对滑动调整所述安装座与所述导电支撑结构之间的位置，进而完成所述阳极和所述阴极之间的间隙距离。

【技术特征摘要】
1.一种准分子激光器电极结构，其特征在于，包括阳极、阴极、用于支撑所述阳极的导电支撑结构、用于支撑所述阴极的绝缘件、腔壁、所述绝缘件设置在所述腔壁上，所述阴极和所述阳极相对设置，所述阴极与所述腔壁具有绝缘间隔，所述导电支撑结构与所述腔壁电性连接，所述阳极具有安装座，所述安装座与所述导电支撑结构采用面面贴合的方式连接，通过面面之间相对滑动调整所述安装座与所述导电支撑结构之间的位置，进而完成所述阳极和所述阴极之间的间隙距离。2.根据权利要求1所述的准分子激光器电极结构，其特征在于，所述绝缘件采用T型结构，所述T型结构的底部与所述腔壁相连，所述阴极设置在所述T型结构的顶部。3.根据权利要求1所述的准分子激光器电极结构，其特征在于，所述导电支撑结构具有第一竖直面，所述安装座上对应设有第二竖直面，所述第一竖直面和所述第二竖直面面面贴合。4.根据权利要求3所述的准分子激光器电极结构，其特征在于，还包括第一螺栓，所述安装座沿水平方向贯通设置第一腰型孔，所述第一腰型孔的最宽直径沿竖直方向设置，所述导电支撑结构的第一竖直面上沿水平方向设有第一安装孔，所述第一螺栓通过所述第一腰型孔和...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙鹏飞，杨军红，熊光亮，祝桂鹏，陈刚，李祖友，贺跃坡，刘海东，李一鸣，刘斌，冯泽斌，韩晓泉，
申请(专利权)人：北京科益虹源光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11