本发明专利技术属于激光器技术领域，具体涉及一种单腔双电极放电腔及采用该放电腔的准分子激光器，其包括腔体和两套主放电电极，所述腔体包括左右两室，以形成对称的双室结构腔形，每个室的截面形状均为上小下大的“梨”形，所述左右两室在整个放电腔的对称面处交界并连通，所述两套主放电电极分别位于左右两室的上侧。所述腔体内设置两套风机叶轮来驱动气体，以保证每次经过放电区的气体为新鲜气体；并且，所述风机叶轮为贯流风机叶轮。本发明专利技术通过一个单腔结构实现双腔功能，既降低了系统的复杂性，又保证了放电腔的放电同步性。同时，在放电腔中采用的叶轮中风叶的布局方式，可以提高风机轴向的均匀性，并降低风机系统的噪声。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光器
，具体涉及一种准分子激光器的单腔双电极放电腔，特别是基于改进的贯流风机叶轮的单腔双电极放电腔。本专利技术的放电腔也可应用于其它气体受激励产生能量辐射的装置。
技术介绍
准分子激光器是一种面向紫外特征应用的常规气体激光器，目前被认为是用于光刻的最佳光源选择，是集成电路平板印刷光刻工业的主力工作光源。传统的放电激励准分子激光器采用单腔单电极结构设计。随着光学光刻技术的进一步发展，要求光源具有更窄的光谱宽度(线宽)、更高的重复频率以及更高的平均功率。传统单腔结构很难同时满足这三个要求，这往往导致激光器的研究在追求性能和成本效益之间存在严重的制约关系。改进传统激光器单腔结构所面临的困难主要在于线宽压窄模块的较大能量损失问题以及高功率激光辐射作用下光学元件的损伤和寿命问题。为了有效的实现光谱宽度窄化和激光输出功率的提高，双腔结构被引入到激光器的设计中。这一结构的基本思想是使线宽压窄和提高激光输出功率在不同的气体放电模块(种子腔、放大腔)中得以实现。其工作过程如下:种子腔产生具有一定重复频率的窄线宽种子光，实现低功率激光振荡辐射；放大腔完成种子光入射后的脉冲能量放大。基于双腔结构设计的激光器输出具备了光刻光源所必需的窄化光谱控制和较高单脉冲能量输出特性。基于双腔结构设计的激光器可以不断优化主振和放大模块，完善系统输出指标，比如优化工作气体混合物的组份和压强以及激励工作电压等来获得具有窄线宽和大功率的激光输出。此外，基于放大腔的功率放大机制，主振荡器中相对较低的激光输出可以显著提高线宽压窄模块中的光学元件的寿命。由于基于双腔结构设计的激光器具有以上优点，“种子一放大”机制激光器结构设计在现代激光光刻光源研发中得到广泛的应用。双腔结构设计主要分以下三类:主振荡腔——功率放大腔的双腔结构(Μ0ΡΑ，Master Oscillator Power Amplifier)、主振荡腔-功率振荡腔的双腔结构(Μ0Ρ0,Master Oscillator Power Oscillator)以及以主振荡腔-功率放大腔的双腔结构为基础而发展出来的环形腔结构(M0PRA, Master Oscillator Power RegenerativeAmplifier)。相应具体结构细节分别如图1、2、3所示。图1是现有技术的双腔MOPA准分子激光器结构图，如图1所示，双腔MOPA准分子激光器包括主振荡腔(MO腔)、功率放大腔(PA腔)、线宽压窄模块(LNM)、波长分析模块(LAM)、MO光路转换控制模块(MO web)、PA光路转换控制模块(PA web)、光学脉冲展宽器(0PS)、线宽分析模块(BAM)、五棱镜等组成。MOPA结构是最早应用于高端光刻光源研发的激光系统设计，该结构在专利US2002/0044586A1、US20060126697A1、US6690704B2中已作描述。根据文献《近期光刻用ArF准分子激光技术发展》第523-524页，MOPA结构机型中，由于有限次通过放大腔体，激光能量放大能力的限制使得MO腔(主振荡腔)需要更高的激光能量输出才能满足光源系统指标参数需求，经线宽压窄处理后MO腔输出需要约ImJ左右种子光传递到PA腔(功率放大腔)，由于线宽压窄机制所引入的较高能量损耗，转换效率相对较低，大能量的放电激励使MO腔的寿命明显偏低。另外，PA腔输出受MO腔和PA腔放电同步精度影响，激光能量输出稳定性需要进一步提高。基于注入锁定技术(Injection Lock Technology)的MOPO结构和米用了环形腔技术(Recirculating Ring Technology)的MOPRA结构，弥补了 MOPA结构的上述不足。图2是现有技术的双腔Μ0Ρ0准分子激光器结构图，如图2所示，双腔Μ0Ρ0准分子激光器包括:功率振荡器(PO腔)、功率放大腔(PA腔)、线宽压窄模块(LNM)以及包括凹面镜、凸面镜在内的光学回路系统。专利US2008/0285602A1采用Μ0Ρ0双腔结构设计。图3是现有技术的双腔MOPRA准分子激光器结构图，如图3所示，双腔MOPRA准分子激光器结构是在MOPA结构上做的改进，结构组成如同Μ0ΡΑ，只是将PA光路转换控制模块(PAweb)与线宽分析模块(BAM)的位置做了对调，由此种子光可以获得多程增益。专利US2010098120A1采用MOPRA环形腔结构设计。在MOPA结构中，种子光在PA腔中只获得有限次多程增益，MO腔需向PA腔注入约ImJ种子光才能得到约IOmJ激光输出。在采用注入锁定技术的Μ0Ρ0结构和环形腔技术的MOPRA结构中，由于放大腔采用了多程的功率放大技术，而不是如MOPA结构的有限次多程放大，在Μ0Ρ0和MOPRA结构中，PO腔和PRA腔(功率再生腔)工作在振荡放大状态，种子光获得多程增益，只需100-200 μ J种子光注入便可得到15mJ激光输出。注入锁定技术和环形腔技术的显著特点就是种子光注入后，在放大腔中往复运转谐振，且放大腔工作在深度饱和状态。相比MOPA技术，他们的优点主要表现在:能量更大、输出更稳定。M0PA、M0P0、M0PRA系统均基于双放电腔型结构设计。与传统的基于单腔结构的激光器相比，采用双腔结构设计的激光器价格更高、体积更大、制造过程和操作方法都更加复杂。具体而言，基于双腔结构设计的激光器为保证良好的能量放大特性，对同步放电性能要求比较高，这就提高了实现同步放电时的技术难度。除此之外，基于双腔结构设计的激光器由于结构复杂，一定程度上增加了外围装调等操作上的难度。激光器在每次放电之后都会产生废气(电离气体)及放电尘埃，通过气体循环系统可以将废气及尘埃带走，否则会影响到下一次的放电效果，严重的情况下会导致激光猝灭。在气体循环系统中最重要的部件是贯流叶轮，它能为放电区提供足够的风速，以保证每次放电都是新的气体。目前有报道的准分子激光器用的叶轮，例如有美国专利US006061376A(1998年)、US006765946B2 (2001)、US20080310960A1 (2008)提到的几种准分子激光器用叶轮，其中US006061376A(1998年)和US20080310960A1 (2008)采用的风叶形式为圆弧型直风叶，而US006765946B2 (2001)采用的是圆弧型斜风叶，风叶布置为每节同向，相邻两节异向，依次交错步骤，由此来降低噪声。根据贯流风机的基本原理，叶轮旋转时，气流从叶轮敞开处进入叶栅，穿过叶轮内部，从另一面叶栅处排入蜗壳，形成工作气流。由于工作气流在叶轮内的流动情况非常复杂，气流速度场是非稳定的，因此在贯流风机出风口轴向风速不均匀是贯流风机系统的固有缺陷。为提高贯流风机出风口轴向风速的均匀性，通常采用增加叶轮节数(隔仓方式)的办法实现。叶轮节数增加不可避免的会造成叶轮转动惯量的增加，这就需要大功率的驱动电机，同时由此造成风机系统注入放电腔的能量增加，对冷却系统造成负担。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题 针对现有双腔准分子激光器采用的ΜΟΡΑ、MOPRA, MOPO系统结构复杂的缺点，本专利技术所要解决的技术问题是提出一种新型的单腔双电极放电腔及相应的激光器，以解决基于双腔结构的激光器价格高、体本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种单腔双电极放电腔，包括腔体(1)和两套主放电电极，其特征在于：所述腔体(1)包括左右两室，以形成对称的双室结构腔形，每个室的截面形状均为上小下大的形状，所述左右两室在整个放电腔的对称面处交界并连通；所述两套主放电电极分别位于左右两室，且其放电区(2)分别位于所述左右两室的上部；所述腔体(1)内设置了两套风机叶轮(15)来驱动气体，以保证每次经过放电区(2)的气体为新鲜气体；并且，所述风机叶轮(15)为贯流风机叶轮，其由多个叶轮节组成，在所述惯流风机叶轮的两端各连接一端法兰(24)，每个叶轮节之间均有一中盘(23)，每两个中盘(23)之间固定有周向布置的多个风叶(22)，每个叶轮节的相邻的两片风叶(22)之间呈一角度排列。
【技术特征摘要】
2012.03.02 CN 201210053057.91.一种单腔双电极放电腔，包括腔体(I)和两套主放电电极，其特征在于: 所述腔体(I)包括左右两室，以形成对称的双室结构腔形，每个室的截面形状均为上小下大的形状，所述左右两室在整个放电腔的对称面处交界并连通； 所述两套主放电电极分别位于左右两室，且其放电区(2)分别位于所述左右两室的上部; 所述腔体(I)内设置了两套风机叶轮(15)来驱动气体，以保证每次经过放电区(2)的气体为新鲜气体；并且， 所述风机叶轮(15)为贯流风机叶轮，其由多个叶轮节组成，在所述惯流风机叶轮的两端各连接一端法兰(24)，每个叶轮节之间均有一中盘(23)，每两个中盘(23)之间固定有周向布置的多个风叶(22)，每个叶轮节的相邻的两片风叶(22)之间呈一角度排列。2.如权利要求1所述的单腔双电极放电腔，其特征在于，所述风叶(22)形成顺延式结构或对称式结构。3.如权利要求1所述的单腔双电极放电腔，其特征在于: 所述每套主放电电极都包括一个阳极(6)和一个阴极(3)，所述阳极(6)与所述阴极(3)的放电表面之间形成一个放电区(2)。4.如权利要求3所述的单腔双电极放电腔，其特征在于: 所述阴极(3)安装在一个绝缘板(5)上，所述绝缘板(5)吊装在所述左右两室的...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁金滨，刘斌，沙鹏飞，王宇，周翊，赵江山，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：
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