通过晶体移动来控制激光束参数制造技术

本公开提供有利地稳定光束参数和延长晶体寿命的方法和设备。在一方面，UV激光设备(100)包括非线性晶体(104)、激光源(102)、光束晶体置换器(106)、光束参数监控器(108)和激光控制单元(110)。激光源(102)将源光束(1021)引导至非线性晶体(104)以产生紫外光束，并且光束晶体置换器(106)以多种移动速度相对于源光束(1021)移动非线性晶体(104)。光束参数监控器(108)测量紫外光束并输出光束参数的测量值。激光控制单元(110)：接收测量值；基于测量值确定移动速度的调整，该移动速度的调整将光束参数转向目标值；并将调整输出到光束晶体置换器(106)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过晶体移动来控制激光束参数
本公开总体上涉及稳定紫外线(UV)光束参数。本公开尤其涉及改变非线性晶体的移动速度以控制紫外光束参数。
技术介绍
通常，激光设备通过将源光束引导到非线性晶体来产生UV光束。在晶体内，源光束被频率转换为较高的频率，从而产生较短的波长光束。例如，可以将532nm光束导向非线性晶体以生成266nm光束(532nm光束的二次谐波波长)。例如，1064nm光束和532nm光束可以产生355nm光束(1064nm光束的三次谐波波长)。有时需要多个晶体才能将源光束转换为所需的UV光束波长。许多过程需要非常稳定的紫外光束参数。举例来说，半导体晶圆检查过程所能承受的光束参数随时间变化的偏差小于5％。通过UV处理，随着非线性晶体的退化，光束参数会发生漂移。紫外光束参数漂移表明光束质量不稳定(M2)，轴向光束腰部位置不稳定(z0)，光束腰部直径不稳定(2ω0)(还有其他)。当使用非线性晶体对源光束进行频率转换时，UV光束参数会由于晶体的体积或表面退化而降低。体积退化可能是由于晶体沿晶体内部的光路进行的光辅助修饰以及光学材料的相关“压缩”而产生的。大量降解会导致热相移和波前畸变的增加，这与光源和紫外线的吸收有关。表面降解可能是由于光辅助沉积和晶体环境污染物的分解或晶体表面的逐渐破坏而导致的(导致有害波前端失真或衍射效应)。解决紫外光束退化的现有解决方案包括，当光束参数达到规格极限时，将源光束移至晶体上的新点(参见例如美国专利号8,976,343)。这种方法可延长晶体寿命，但不利的是会导致光斑偏移后光束参数逐步变化，这可能会影响激光工具的性能，但这种方法无法解决不稳定的光束参数。现有的解决方案还包括非线性晶体相对于入射光束的连续移位(参见例如美国专利号8,482,846)。这种方法可以进一步延长晶体寿命，但不能解决不稳定的光束参数。尽管现有的解决方案通过降低晶体的降解速率来延长晶体寿命，但这些解决方案无法稳定光束参数。专利技术概述本公开提供有利地延长晶体寿命并稳定束参数的方法和设备。在一方面，UV激光器设备包括非线性晶体、激光源、光束晶体置换器、光束参数监控器和激光控制单元。激光源将源光束引导至非线性晶体以产生紫外光束，并且光束晶体置换器以多种移动速度相对于源光束移动非线性晶体。光束参数监控器测量紫外光束并输出光束参数的测量值。激光控制单元：接收测量值；基于测量值确定移动速度的调整，该移动速度的调整将光束参数转向目标值；并将调整输出到光束晶体置换器。在另一方面，一种用于控制紫外光束的方法包括：将源光束引导至非线性晶体以产生紫外光束；以第一移动速度相对于所述源光束移动所述非线性晶体；测量所述紫外光束的光束参数；基于测量的光束参数确定第二移动速度，所述第二移动速度将所述光束参数转向目标值；和以所述第二移动速度相对于所述源光束移动所述非线性晶体。附图简述结合在说明书中并构成说明书一部分的附图示意性地示出了优选实施例，并且与以上给出的一般描述和以下给出的实施例的详细描述一起用于解释本专利技术的原理。图1示出了UV激光器设备的实施例。图2示出了UV激光器设备的实施例。图3A示出了根据一个实施例的激光束在非线性晶体上所穿过的路径。图3B示出了根据一个实施例的激光束在非线性晶体上所穿过的路径。图3C示出了根据一个实施例的在非线性晶体上的激光束所穿过的路径。图4是根据一个实施例的束腰直径与时间的关系图。图5是根据一个实施例的辐照相对于时间的图。图6是用于控制UV束的方法的实施例的流程图。专利技术详述本文所述的方法和设备将非线性晶体的横向移动速度改变为朝向目标值的转向紫外线光束参数。本文所述的实施方案特别适合于在紫外线暴露期间降解并且然后在不暴露于紫外线的情况下显示出部分或全部恢复的晶体。一些实施例即使在非常高的UV功率下也避免了光束参数的大漂移或功率损耗。进一步的优点可以包括在激光器的启动或重启之后较小的初始光束参数漂移、在光斑移动之后减少或消除的光束参数变化以及晶体的长期降解速度非常慢(导致晶体寿命更长)。现在转向附图，其中相似的特征由相似的附图标记表示，图1描绘了UV激光器设备100的实施例。激光设备100包括激光源102、非线性晶体104、光束晶体置换器106、光束参数监控器108和激光控制单元110。设备100可改变非线性晶体104的移动速度以将紫外光束参数转向目标值。激光源102将源光束102l引导至非线性晶体104以产生紫外光束104l。源光束102l可以是连续的或脉冲的。通常，源光束104l聚焦在非线性晶体104中。在一些实施方案中，源光束102包括球形或椭圆形的横截面。典型的球形光束直径为250μm，典型的椭圆光束直径为200μmx500μm。在一些实施方案中，聚焦光束直径在20μm和2mm之间；较小的束腰可用于聚焦短晶体，较大的束腰可用于超短脉冲源激光束。在一些实施方案中，非线性晶体104在暴露于所述源光束期间降解，并在暴露于所述源光束之后至少部分恢复。如果非线性晶体在暴露于所述源光束期间降解，并在暴露于所述源光束之后至少部分恢复，恢复时间特性因材料而异。不受理论的限制，恢复可以是热驱动的并且具有特征性恢复时间的阿伦尼乌斯过程。非线性晶体104可以是足以转换源光束102l的频率的任何材料。非线性晶体104的实例包括(但不限于)硼酸盐、例如硼酸铯锂(CLBO)、三硼酸锂(LBO)和β硼酸钡(BBO)。紫外光束104l的示例性波长包括355nm、266nm、244nm、213nm和小于200nm。可以考虑其他波长。光束晶体置换器106相对于源光束102l移动非线性晶体104。在一些实施方案中，光束晶体置换器106是具有一个或多个转化级的移晶器。在一些实施方案中，光束晶体置换器translatesthebeaminspacewhilethecrystalisstationary.光束晶体置换器106能够至少在一个方向上以不同的速度移动非线性晶体104。在一些实施方案中，光束晶体置换器106以不同的速度在两个方向上移动晶体。在一些实施方案中，光束晶体置换器106连续移动非线性晶体。如本文所使用的，连续变速包括大致连续变速。例如，可以对光束晶体置换器106进行供电，以使晶体在运动之间具有间歇地递增运动。在一些实施方案中，光束晶体置换器106逐步改变晶体。例如，晶体移动到一个点，晶体停在该点进行照射，然后移动到下一个点。在一些实施方案中，非线性晶体104上的光斑可能在束斑之间重叠0-95％。在一些实施方案中，源光束102l照射一个斑点10秒钟至60分钟，而在两次照射之间留下200秒钟至1000个小时。在一些实施方案中，移动速度为非零，并且优选在0.00003μm/sto1mm/s的范围内变化，更优选在0.001μm/s至1μm/s的范围内变化。在一些实施方案中，周期时间(同一点连续两次照射之间的时间)优选为1分钟至1,000小时，更优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.UV激光器设备，包括：/n非线性晶体；/n激光源，被配置为将源光束引导至所述非线性晶体以产生紫外光束；/n光束晶体置换器，被配置为以多种移动速度相对于所述源光束移动所述非线性晶体；/n光束参数监控器，被配置为测量所述紫外光束并输出所述光束尺寸或传播参数的测量值；和/n激光控制单元，被配置为：/n接收所述测量值，/n基于所述测量值确定所述移动速度的调整，以将监控的参数转向目标值；和/n将所述调整输出到所述光束晶体置换器。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180320 US 15/926,1781.UV激光器设备，包括：
非线性晶体；
激光源，被配置为将源光束引导至所述非线性晶体以产生紫外光束；
光束晶体置换器，被配置为以多种移动速度相对于所述源光束移动所述非线性晶体；
光束参数监控器，被配置为测量所述紫外光束并输出所述光束尺寸或传播参数的测量值；和
激光控制单元，被配置为：
接收所述测量值，
基于所述测量值确定所述移动速度的调整，以将监控的参数转向目标值；和
将所述调整输出到所述光束晶体置换器。


2.根据权利要求1所述的设备，其中所述非线性晶体在暴露于所述源光束期间降解，并在暴露于所述源光束之后至少部分恢复。


3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述光束晶体置换器被配置为移动所述非线性晶体，使得所述源光束重复地穿过路径。


4.根据权利要求3所述的设备，其中所述路径上的光斑照射之间的时间至少比所述光斑的照射时间长20倍。


5.根据前述任一权利要求所述的设备，其中所述光束晶体置换器被配置为移动所述非线性晶体，使得所述源光束穿过蛇形路径。


6.根据前述任一权利要求所述的设备，其中所述激光控制单元进一步被配置为在接收到指示所述尺寸或传播参数高于所述目标值的测量值时，将所述移动速度的增加输出至所述光束晶体置换器，并且进一步被配置为在接收到指示所述尺寸或传播参数低于所述目标值的测量值时，将所述移动速度的降低输出至所述光束晶体置换器。


7.根据前述任一权利要求所述的设备，其中所述尺寸或传播参数的目标值包括具有上限和下限的尺寸或传播参数的目标范围。


8.根据权利要求7所述的设备，其中所述激光控制单元进一步被配置为在接收到指示所述尺寸或传播参数高于所述上限的测量值时，将所述移动速度的增加输出至所述光束晶体置换器，并且进一步被配置为在接收到指示所述尺寸或传播参数低于所述下限的测量值时，将所述移动速度的降低输出至所述光束晶体置换器。


9.根据前述任一权利要求所述的设备，其中所述光束参数监控器被配置为连续测量所述紫外光束。


10.根据权利要求9所述的设备，其中所述激光控制单元被配置为连续将所述调整输出至所述光束晶体置换器。


11.根据前述任一权利要求所述的设备，其中所述光束晶体置换器被配置为移动所述非线性晶体，使得所述源光束重复穿过路径，并且其中在穿过完整路径时至少对所述移动速度进行一次调整。


12.根据前述任一权利要求所述的设备，其中所述光束参数监控器被配置为以翻新间隔测量所述紫外光束。


13.根据前述任一权利要求所述的设备，其中所述尺寸或传播参数是光束质量、轴向束腰位置、光束发散和束腰直径之一。


14.根据前述任一权利要求所述的设备，其中所述光束参数监控器被配置为监控由于所述紫外线光束与过程对象的交互而产生的过程属性。


15.一种用于控制紫外光束的方法，该方法包括：
将源光束引导至非线性晶体以产生紫外光束；

【专利技术属性】
技术研发人员：G·霍勒曼，A·尼普，
申请(专利权)人：相干激光系统有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE