一种用于深紫外光刻的激光准直扩束系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于深紫外光刻的激光准直扩束系统，包括第一柱面镜、第二柱面镜、平面反射镜和球面镜，其中球面镜分别与第一柱面镜和第二柱面镜组成两个准直扩束器，用于对激光器发射出的激光光束进行准直扩束；激光光束依次经过第一柱面镜和第二柱面镜，接着再被平面反射镜反射，然后再经过球面镜被送入传输光路，最终进入光刻机的光源输入口。本激光准直扩束系统较之其他方式结构更为紧凑，适用于安装集成，可以适应不同的传输距离，对距离调节的精度要求不高，通过简单的调节装置即可实现，使用方便且成本低。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种用于深紫外光刻的激光准直扩束系统，包括第一柱面镜、第二柱面镜、平面反射镜和球面镜，其中球面镜分别与第一柱面镜和第二柱面镜组成两个准直扩束器，用于对激光器发射出的激光光束进行准直扩束；激光光束依次经过第一柱面镜和第二柱面镜，接着再被平面反射镜反射，然后再经过球面镜被送入传输光路，最终进入光刻机的光源输入口。本激光准直扩束系统较之其他方式结构更为紧凑，适用于安装集成，可以适应不同的传输距离，对距离调节的精度要求不高，通过简单的调节装置即可实现，使用方便且成本低。【专利说明】一种用于深紫外光刻的激光准直扩束系统
本专利技术属于激光准直扩束领域，更具体地，涉及一种用于深紫外光刻的激光准直 扩束系统。
技术介绍
光刻机是目前微电子领域的主流设备，光刻机将激光器产生的光束传送到曝光单 元，并将掩模板上的图形成像到工件台的硅片面上。这类光刻机最核心的部件是投影曝光 光学系统，该系统又分为照明系统和投影物镜两个主要组成部分。照明系统的作用是为整 个掩模面提供高均匀性照明、控制曝光剂量和实现离轴照明模式，以提高光刻系统分辨率 和增大焦深。 扩束单元是照明系统的重要组成部分，193nm光刻系统采用ArF准分子激光器作 为光源，准分子激光器出射光束一般为带状（出射光束的截面为矩形），且口径通常只有十 几毫米，该形状和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发散角达到3毫弧度甚至更高，该发散角不符合高均 匀性照明要求，且过大的发散角使得激光光束在光路传输末端的截面尺寸大于使用要求。 激光器在使用时需要对该发散角进行准直，发散角越小准直程度越高，激光准直扩束系统 的作用就是使激光光束扩束成一定形状、大小的准直光束，同时降低激光发散角。 扩束单元内部需要进行微正压充气净化以免光学元件表面与气体发生反应而导 致损伤，故扩束单元结构简单以使保护气体均匀分布。扩束器集成在激光器出口或光路传 输单元入口，其整体处于受限空间内，尺寸不宜过大。 在中国科学院光电技术研宄所申请的专利201410019186. 5中，介绍了一种利用 负光焦度球面镜进行光束发散，利用X方向和Y方向两正光焦度柱面镜进行准直的扩束系 统。该系统镜片间隔调节量为0.3mm左右，对应于其5-15m的激光传输范围。例如，对应 于传输距离15m的变化范围，该系统的镜片间隔调整量只有0. 433_和0. 254_，相当于传 输距离若变动lm，相应的镜片调整量为0. 029mm和0. 017mm，精度要求很高，往往需要特殊 的装置才能实现如此高的精度调节。此外，该系统适合于激光器输出光斑为正方形的情况 (即，X方向光束尺寸等于Y方向光束尺寸），但在实际深紫外光刻应用中，所用准分子激光 器的输出光斑往往为长方形，尤其是对于激光器输出光束在X、Y方向尺寸相差较大情况， 则需要保证该系统中球面镜与第一柱面镜的间距要很小，而球面镜与第二柱面镜的间距很 大，导致该系统整体尺寸会很长，不利于系统集成；而且，在球面镜与第一柱面镜间距很小 的条件下，也不利于保护气体流通，会导致激光产生的热量聚集引起结构变形而影响输出 光束的稳定性和镜片寿命。 在中国科学院长春光学精密机械与物理研宄所申请的专利200910217314. 6中， 介绍了一种通过改变透镜间隔来调节扩束倍率和发散角的方法。该技术也仅适用于出射激 光光束X、Y方向通光口径相同且发散角相同的情况，对于要求激光光束X、Y方向通光口径 或发散角不相同的情况，该技术并不能通过调节激光传输距离使最终光束形状尺寸和发散 角满足使用要求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种用于深紫外光 刻的激光准直扩束系统，其中通过对其激光准直扩束的原理、关键组件的结构及连接关系、 调节方式、装配方式等进行改进，与现有技术相比能够有效解决对激光准直扩束系统调节 精度要求高的问题，并且，即使在激光器输出矩形光斑长宽差别较大的情况下，该激光准直 扩束系统仍能保证该系统的尺寸变化小、便于与光刻系统集成。 为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种用于深紫外光刻的激光准 直扩束系统，其特征在于，包括第一柱面镜、第二柱面镜、平面反射镜和球面镜，其中所述球 面镜分别与第一柱面镜和第二柱面镜组成两个准直扩束器，用于对激光器发射出的激光光 束进行准直扩束； 所述激光光束依次经过所述第一柱面镜和第二柱面镜，接着再被所述平面反射镜 反射，然后再经过所述球面镜被送入传输光路，最后进入光刻机的光源输入口； 其中当以激光光束中心光束的传播方向为Z轴正方向，建立笛卡尔直角坐标系， 则， 所述第一柱面镜光焦度在X方向且为负，用于在X轴方向上发散所述激光光束； 所述第二柱面镜光焦度在Y方向且为负，用于在Y轴方向上发散所述激光光束； 所述平面反射镜用于反射所述激光光束； 所述球面镜的光焦度为正，用于在X轴和Y轴两个方向上准直所述激光光束。 作为本专利技术的进一步优选，所述平面反射镜对激光光束进行反射，使激光光束的 中心光束的传播方向偏转90°。 作为本专利技术的进一步优选，所述球面镜与光刻机的光源输入口之间的距离为激光 传输距离，当激光传输距离变化时，通过调节以下至少一种参量来获得准直扩束的激光光 束：所述激光光束从第一柱面镜到球面镜的传播路程、以及所述激光光束从第二柱面镜到 球面镜的传播路程。 作为本专利技术的进一步优选，所述第一柱面镜为氟化钙柱面镜，所述第二柱面镜为 熔融石英柱面镜。 作为本专利技术的进一步优选，所述激光光束的中心光束经过所述第一柱面镜、第二 柱面镜和球面镜的中心。 作为本专利技术的进一步优选，所述激光光束的波长为193nm。 作为本专利技术的进一步优选，所述用于深紫外光刻的激光准直扩束系统还包括第二 平面反射镜和第二球面镜，所述激光光束依次经过所述第一柱面镜和第二柱面镜，接着再 被所述平面反射镜反射，然后再经过所述球面镜被所述第二平面反射镜反射，接着再经过 所述第二球面镜被送入所述传输光路； 所述第二平面反射镜用于反射所述激光光束； 所述第二球面镜的光焦度为正，用于在X轴和Y轴两个方向上准直所述激光光束。 作为本专利技术的进一步优选，所述第一柱面镜、第二柱面镜和球面镜分别安装在第 一镜片安装座、第二镜片安装座和第三镜片安装座上，所述第一镜片安装座、第二镜片安 装座和第三镜片安装座都设置有靠边，分别用于定位所述第一柱面镜、第二柱面镜和球面 镜； 所述第一镜片安装座和第二镜片安装座通过定位销分别与第一直线导轨滑块和 第二直线导轨滑块连接； 所述第一直线导轨滑块和第二直线导轨滑块安装在直线导轨上； 所述直线导轨安装在所述直线导轨垫块上； 所述第三镜片安装座也安装在所述直线导轨垫块上。 作为本专利技术的进一步优选，所述直线导轨垫块具有靠边，用于定位所述直线导轨 和第三镜片安装座。 通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，具有以下有益效果： 1)本激光准直扩束系统由第一柱面镜、第二柱面镜、平面反射镜和球面镜构成，球 面镜分别与第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于深紫外光刻的激光准直扩束系统，其特征在于，包括第一柱面镜、第二柱面镜、平面反射镜和球面镜，其中所述球面镜分别与第一柱面镜和第二柱面镜组成两个准直扩束器，用于对激光器发射出的激光光束进行准直扩束；所述激光光束依次经过所述第一柱面镜和第二柱面镜，接着再被所述平面反射镜反射，然后再经过所述球面镜被送入传输光路，最后进入光刻机的光源输入口；其中当以激光光束中心光束的传播方向为Z轴正方向，建立笛卡尔直角坐标系，则，所述第一柱面镜光焦度在X方向且为负，用于在X轴方向上发散所述激光光束；所述第二柱面镜光焦度在Y方向且为负，用于在Y轴方向上发散所述激光光束；所述平面反射镜用于反射所述激光光束；所述球面镜的光焦度为正，用于在X轴和Y轴两个方向上准直所述激光光束。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李小平，陈权，雷敏，章伟，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42