实用型放电泵浦XeF(B-X)准分子激光器

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1、第23卷第5期强激光与粒子束V01．23。NO．52011年5月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSMay，2011文章编号：IOOI一4322(2011)05—114304实用型放电泵浦XeF(B—X)准分子激光器王庆胜，余吟山，王效顺，游利兵，梁勖，李会，方晓东(中国科学院安徽光学精密机械研究所，合肥230031)摘要：研制了一台实用型放电泵浦的351timXeF(B-X)准分子激光器，激光器采用新型开关电源、结构紧凑型张氏电极及放电火花预电离的激光腔结构，通过优化储能电容和放电电容量及比值，选取合

2、理的工作气体压力和配比，优化了激光器性能，提高了激光器输出参数：单脉冲能量153n1J，平均功率12．9W，转换效率最高达到0．88，重复频率1～80Hz，能量不稳定度小于4，近场光斑尺寸7mtTl×22ITlm。激光器已应用到常规抗蚀剂曝光的印刷电路板(PCB)激光投影成像照明系统的实验中。关键词：准分子激光器；XeF；开关电源；i线；印刷电路板中图分类号：TN248．2文献标志码：Adoi：10．3788／HPLPB20112305．1143准分子激光器输出的激光波长分布根据工作介质的不同可以从紫外光区扩展到可见光区。目前

3、，研究最广泛的准分子激光器主要有：工作在紫外光区的l93nm的ArF，248nm的KrF，308nm的XeC1，351nm的XeF(B—x)；可见光区的中心波长为485nm、辐射范围为450~520nm的XeF(C—A)等。对光刻光源来说，波长越短，分辨力越高，因此波长相对较短的ArF，KrF，XeC1三种类型的准分子激光器应用相对广泛。而工作在可见光区的XeF(C—A)由于其辐射波长、增益带宽等方面的特性备受关注和青睐

4、1]。由于XeF(B—X)准分子跃迁较难形成激光振荡，因此放电泵浦的XeF(B—X)准分子激光器研究报道相

5、对较少。相比普通高压汞灯、汞氙灯，准分子激光器光源产生的光波长短，有效波长光强强，可提供高分辨力的波长，目前已有文献报道将351Ilm波长的XeF准分子激光器应用于高精度、高产率、大面积且常规抗蚀剂曝光的印刷电路板(PCB)激光投影成像照明系统l3]。针对目前抗蚀剂所普遍采用的i线(365nm)曝光，351nm的XeF准分子激光最适合用来取代i线制造高精度、高产率且大面积的PCBl4。本文设计了结构紧凑型张氏电极及放电火花预电离的激光腔结构，研制了一台实用型351nm的XeF准分子激光器，激光器激励源采用新型开关电源。1激光器

6、结构设计激光器整体结构及电源驱动示意图见图1。激励源采用新型开关电源。激光器工作时，开关电源产生高压对激光器储能电容C充电，能量由储能电容c转移到放电电容C，在闸流管导通时C释放能量使预电离的气体击穿放电。激光头腔体由聚偏氟乙烯材料制成，反射镜和输出镜组成平一平谐振腔，使用结构紧凑型的张氏电极，其材料为无氧铜，有效放电长度470mm，放电间距22mlTl，放电宽度7mm。阴极两侧均匀排列47个预电离针，提供足够强的、均匀的紫外预电离。贮能电容C和放电电容C均使用高压无感陶瓷电容器。电压测量采用示波器TektronixTDS22

7、0和Tektronix1000：1高压探头P6015A。能量和功率测量采用紫外功率计。2实验结果及讨论2．1开关电源早期准分子激光器的充电模式一般采用谐振充电电源对储能电容充电至数万V，再通过闸流管对工作气体放电激励从而出光]。此类电源一般由工频变压器、大型储能电容、大型充电电感和高压整流器组成。这种电源工作模式是对储能电容“放完即充”的模式，闸流管和储能电容长时间处于加高压状态，严重影响了闸流管和储能电容使用寿命。开关电源由于其逆变电路工作在高频状态，变压器铁芯非常小巧，加上省去大型储能*收稿日期：2010-03—12；修订

8、日期：2010—1卜11基金项目：国家科技重大专项项目(2009ZX02206)作者简介：王庆胜(1982一)，男，博士研究生，主要从事准分子激光器及相关器件的研究；qswang@mail．ustc．edu．cn。通信作者：方晓东(1963一)，男，研究员，博士生导师，主要从事准分子激光技术及其应用技术研究；xdfang@aiofm．ac．cn。1144强激光与粒子束第23卷L⋯————————————————————』——————⋯————Fig．1Schematicdiagramofexcimerlaserwithswit

9、chingpowersupply图1激光器整体结构及电源驱动示意图电容和充电电感，因此体积小，重量轻。开关电源对储能电容采取的是“即充即放”模式，如图2所示。可以看到，闸流管和电容单脉冲内承受高压的时间(7．6ms)远远低于谐振充电工作模式。2．2合理的气体压力及配比激光器的