一种激光准直扩束系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种激光准直扩束系统，解决了高NA光刻技术中激光光束在不同传输距离时，光束口径和发散角不能满足使用需求的问题。所述激光准直扩束系统由一块球面镜和两块柱面镜组成，其中两块柱面镜光焦度分别为y方向和x方向，球面镜分别与两块柱面镜组成两组准直扩束器，一组准直扩束器实现对y方向光束进行准直扩束，另一组准直扩束器实现对x方向光束进行准直扩束。通过调节球面镜与两柱面镜之间的距离，补偿光束在不同传输距离时光束口径和发散角所发生的变化，从而满足使用需求。该激光准直扩束系统结构简单，易于加工装调，同时在传输距离变化时，球面镜与柱面镜之间调节距离变化小，易于机械控制。
【专利说明】一种激光准直扩束系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种激光准直扩束系统，属于光刻照明【技术领域】。
【背景技术】
[0002]光学投影曝光技术自1978年诞生以来，先后经历了 g线、i线、248nm、193nm等几个技术发展阶段。从出现至今的短短几十年的时间里，受到社会信息化进程的强烈牵引，与光学投影曝光技术相关的集成电路先后经历了小规模、超大规模直至极大规模等几个发展阶段，极大规模集成电路已经成为高【技术领域】发展的基石，从卫星、火箭等航空航天领域，到雷达、激光制导导弹国防领域，以及人们日常生活的各个领域都离不开极大规模集成电路，它不仅是主要的信息处理器件，同时也发展成为信息存储的重要载体之一。把越来越多的晶体管电路元件集成在硅片上，一直是国际微电子工业界不懈追求的目标。因此，减小集成电路最小线宽尺寸是提高存储能力的重要手段。在加工制造集成电路的设备很多，光刻机是目前技术最成熟的设备。光刻机的核心部件是投影曝光光学系统，该系统最重要的组成部分是照明系统和投影物镜系统。照明系统主要功能是为掩模面提供均匀照明、控制曝光剂量和实现照明模式。随着半导体工业和纳米技术的发展，对新一代具有纳米级超精密图形分辨力的光刻技术的需求显得更加迫切。实践证明，在发展短波长和高数值孔径的同时，采用诸如离轴照明、移相掩模、光学邻近效应校正、光瞳滤波等分辨力增强技术，将上述几种技术有机地结合起来，对于延伸现有光学光刻技术分辨力，延缓下一代光刻技术的成熟将起到重要的作用。
[0003]然而用于光刻的激光器出射光束口径通常只有十几毫米，该口径不能满足光刻照明需用宽光束的要求，使用时需对激光器发射光束进行扩束，同时，由激光器发射的光束激光发散角达到3毫弧度甚至更高，该发散角不能满足高均匀性照明要求，使用时需要对该发散角进行抑制，即准直，发散角越小即准直程度越高，激光准直扩束系统的作用就是激光光束扩束成宽阔的准直光束，同时降低激光发散角。
[0004]在中国科学院长春光学精密机械与物理研究所申请的专利200910217314.6中，介绍了通过改变透镜间隔来保证准直扩束系统因环境温度变化而引起的扩束倍率和发散角的变化。中科院上海技术物理研究所申请的专利200810203386.0 一文中提到利用变倍原理实现激光光束的连续变倍扩束。以上技术仅适用于出射激光光束X方向通光口径等于y方向通光口径、X方向发散角等于I方向发散角的情况，且以上技术不能在激光传输距离改变时保证最终目标光束通光口径和发散角满足使用要求。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题为:提供一种激光准直扩束系统，解决高NA光刻技术中光束在不同传输距离的情况下光束口径和发散角仍能满足使用要求。所述激光准直扩束系统由一块球面镜和两块柱面镜组成，其中两块柱面镜光焦度分别为Y方向和X方向，球面镜分别与两块柱面镜组成两组准直扩束器，一组准直扩束器实现对Y方向光束进行准直扩束，另一组准直扩束器实现对X方向光束进行准直扩束。通过调节球面镜与两柱面镜之间的距离，补偿光束在不同传输距离时光束口径和发散角所发生的变化，从而满足使用需求。该激光准直扩束系统结构简单，易于加工装调，同时在传输距离变化时，球面镜与柱面镜之间调节距离变化小，易于机械控制，具有调节精度高、成本低等优点，该系统对提升整个高均匀性照明以及整个光刻曝光光学系统性能都起着至关重要的作用。
[0006]本发明米用的技术方案为:一种激光准直扩束系统，所述的激光准直扩束系统由球面镜2、第一柱面镜3和第二柱面镜4构成，球面镜2分别与第一柱面镜3和第二柱面镜4组成两个准直扩束器。球面镜2的光焦度为负，对激光器I发射的激光光束起发散作用；第一柱面镜3的光焦度为正，且光焦度在y方向，y方向上的光焦度对X方向光束特性不产生任何影响，第一柱面镜3与球面镜2组成一组准直扩束器，实现对激光器I发散的激光光束y方向进行准直扩束；第二柱面镜4的光焦度为正，且光焦度在X方向，X方向上的光焦度对y方向光束特性不产生任何影响，第二柱面镜4与球面镜2组成一组准直扩束器，实现对激光器I发散的激光光束X方向进行准直扩束。
[0007]其中，第二柱面镜4与衍射元件5之间的距离被称为激光传输距离d45，当激光传输距离d45改变时，通过调节球面镜2与第一柱面镜3之间的间距d23来补偿因激光传输距离d45改变而导致的激光光束y方向上通光口径和发散角的变化，调节球面镜2与第二柱面镜4之间的间距d24来补偿因激光传输距离d45改变而导致的激光光束X方向上通光口径和发散角变化。
[0008]其中，该激光传输距离d45变化范围为5米?20米。
[0009]其中，在激光器输入波长193纳米。
[0010]激光器输入参数如下(mm指毫米，mrad指毫弧度):
[0011].y方向光束尺寸11.6mm, y方向光束发散角1.9mrad
[0012].X方向光束尺寸11.6mm, x方向光束发散角0.9mrad
[0013]第一柱面镜3与球面镜2之间间隔变化范围为43.980mm?44.413mm,第二柱面镜4与球面镜2之间间隔变化范围为58.620mm?58.874mm。
[0014]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0015]1、结构简单，利用同一块球面镜分别与两块柱面镜巧妙组合，球面镜与每块柱面镜均形成一个准直扩束器，利用两块柱面镜光焦度分别为X方向和I方向，对激光出射光束X方向和y方向分别进行准直扩束。
[0016]2、动态调节范围大，激光传输距离可调节范围为5米?20米，如此长的传输距离可以通过调节球面镜与两块柱面镜之间的间隔来进行补偿，为光刻光束质量检测、光束位置稳定、光束剂量探测等提供了充足的空间保证。
[0017]3、机械控制简单，虽然激光传输距离可以调节范围为5米?20米，但第一柱面镜3与球面镜2之间间隔变化范围为43.980mm?44.413mm，第二柱面镜4与球面镜2之间间隔变化范围为58.620mm?58.874mm,即第一柱面镜3与球面镜2之间的间隔调整量只有
0.433mm，第二柱面镜4与球面镜2之间的间隔调整量只有0.254mm,间隔调整量小，调整耗时短，易于机械控制。
【专利附图】
【附图说明】[0018]图1为激光准直扩束系统原理示意图；
[0019]图2为镜片移动量与激光传输距离变化关系图；
[0020]标号说明:1-激光器、2-球面镜、3-第一柱面镜、4-第二柱面镜、5-衍射元件、6-激光器I边缘视场发出的y方向上光线的传播路径、7-激光器I边缘视场发出的X方向上光线的传播路径、dl2-激光器I与球面镜2的间距、d23-球面镜2与第一柱面镜3之间的间距、d24-球面镜2与第二柱面镜4之间的间距、d45-第二柱面镜4与衍射元件5之间的间距(激光传输距离)。
【具体实施方式】
[0021]为了更好地说明本发明的目的和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明作进
一步说明。
[0022]图1为激光准直扩束系统原理示意图，激光准直扩束系统由球面镜2、第一柱面镜3和第二柱面镜4构成，球面镜2分别与第一柱面镜3和第二柱面镜4组成两个准直扩束器。球面镜2的光焦度为负,对激光器I发射的激光光束起发散作用；第一柱面镜3的光焦度为正，且光焦度在y方向，y方向上的光焦度对X方向光束特性不产生任何影响，第一柱面镜3与球面镜2组成一组准直扩束器,实现对激光器I发散的激光光束I方向进行准直扩束；第二柱面镜4的光焦度为正，且光焦度在X方向，X方向上的光焦度对I方向光束特性不产生任何影响，第二柱面镜4与球面镜2组成一组准直扩束器，实现对激光器I发散的激光光束X方向进行准直扩束。
[0023]入射激光器I的波长为193nm，其参数如下:
[0024].y方向光束尺寸11.6mm, y方向光束发散角1.9mrad
[0025].X方向光束尺寸11.6mm, x方向光束发散角0.9mrad
[0026]要求输出光束参数如下:
[0027].激光传输距离在5米?20米范围内可调
[0028].y方向光束尺寸26mm, y方向光束发散角〈1.5mrad
[0029].X方向光束尺寸26mm, x方向光束发散角〈1.5mrad
[0030]根据激光器本身的输入光束特性,光束尺寸在y方向和X方向的光束尺寸均为
11.6mm, y方向光束发散角比x方向发散角大lmrad，因此投射到球面镜2上激光光束y方向光束口径比X方向光束大，如图1所不，激光器I发射的激光光束传输dl2距离后,投射到球面镜2上，球面镜在X方向和y方向均具有光焦度，对激光光束X方向和y方向光束特性均会做出改变，由于球面镜2光焦度为负，对光线起发散作用，因此经过球面镜2后激光光束X方向和I方向发散角均变大。柱面镜只具有X方向或者I方向上的光焦度，只对光束的光焦度方向光束特性起作用。第一柱面镜3的光焦度方向为y方向，只改变光束y方向的光束特性，对光束X方向光束特性不作任何改变。第一柱面镜3与球面镜2组成一个准直扩束器，对激光光束y方向进行准直扩束，当激光传输距离为5米时，第一柱面镜3与球面镜2组成的准直扩束器倍率为1.733倍，即y方向光束口径扩束1.733倍，y方向光束发散角压缩1.733倍，而激光光束X方向光束特性经过第一柱面镜3时不发生改变，激光器2边缘视场发出的y方向上光线的传播路径6如图1所示，该光线代表着激光光束经过球面镜2、第一柱面镜3以及光线追迹到衍射面的光学路径图。第二柱面镜4与球面镜2组成一个准直扩束器，对激光光束X方向进行准直扩束，当激光传输距离为5米时，第二柱面镜4与球面镜2组成的准直扩束器倍率为1.977倍，即X方向光束口径扩束1.977倍，x方向光束发散角压缩1.977倍，而激光光束y方向光束特性经过第二柱面镜4时不发生改变，激光器2边缘视场发出的X方向上光线的传播路径6如图1所示，该光线代表着激光光束经过球面镜2、第二柱面镜4以及光线追迹到衍射面的光学路径图。
[0031]表1激光准直扩束系统高斯计算数据
[0032]
【权利要求】
1.一种激光准直扩束系统，其特征在于:所述的激光准直扩束系统由球面镜(2)、第一柱面镜(3)和第二柱面镜(4)构成，球面镜(2)分别与第一柱面镜(3)和第二柱面镜(4)组成两个准直扩束器，球面镜(2)的光焦度为负，对激光器(I)发射的激光光束起发散作用；第一柱面镜(3)的光焦度为正，且光焦度在y方向，y方向上的光焦度对X方向光束特性不产生任何影响，第一柱面镜(3)与球面镜(2)组成一组准直扩束器，实现对激光器(I)发射的激光光束y方向进行准直扩束；第二柱面镜(4)的光焦度为正，且光焦度在X方向，X方向上的光焦度对y方向光束特性不产生任何影响，第二柱面镜(4)与球面镜(2)组成一组准直扩束器，实现对激光器(I)发射的激光光束X方向进行准直扩束。
2.根据权利要求1所述的激光准直扩束系统，其特征在于:第二柱面镜(4)与衍射元件(5)之间的距离被称为激光传输距离d45，当激光传输距离d45改变时，通过调节球面镜(2)与第一柱面镜(3)之间的间距d23来补偿因激光传输距离d45改变而导致的激光光束y方向上通光口径和发散角变化，调节球面镜(2)与第二柱面镜(4)之间的间距d24来补偿因激光传输距离d45改变而导致的激光光束X方向上通光口径和发散角变化。
3.根据权利要求2所述的激光准直扩束系统，其特征在于:激光传输距离d45可调节范围为5米?20米。
4.根据权利要求1所述的激光准直扩束系统，其特征在于:该激光准直扩束系统使用波长为193纳米。
【文档编号】G02B27/30GK103713396SQ201410019186
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2014年1月15日 优先权日:2014年1月15日
【发明者】范真节, 邢廷文, 林妩媚, 廖志杰, 张海波 申请人:中国科学院光电技术研究所