CN101900948A - 在光学部件上具有减小的能量密度的脉冲扩展器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在光学部件上具有减小的能量密度的脉冲扩展器。该脉冲扩展装置包括：分束器，其配置用于将输入光束分成第一束和第二束；共焦谐振腔，包括第一共焦反射镜和第二共焦反射镜；和折叠反射镜。分束器、共焦谐振腔和折叠反射镜处于这样的光学布置：即使得在由于光学布置带来的第一束的光学延迟之后，第一束的至少一部分与第二束重新组合成被调整的束。该设备还包括一个或更多个光学元件，其位于输入光束的光学路径中且在分束器之前，使得在离开折叠反射镜一定距离处形成第一束的中间焦点，以减小对折叠反射镜的与能量密度相关的损害。该设备还包括一个或更多个附加的光学元件，以提供被调整的束的重新组合。还公开了相关的方法。
Description
技术领域
本发明涉及用于光学脉冲扩展的系统和方法。
背景技术
光刻设备是一种将所需图案应用到衬底上，通常是衬底的目标部分上的机器。例如，可以将光刻设备用在集成电路(ICs)的制造中。在这种情况下，可以将可选地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于生成在所述IC的单层上待形成的电路图案。可以将该图案转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一部分管芯、一个或多个管芯)上。通常，图案的转移是通过把图案成像到提供到衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上进行的。通常，单独的衬底将包含被连续形成图案的相邻目标部分的网络。公知的光刻设备包括：所谓的步进机，在步进机中，通过将全部图案一次曝光到所述目标部分上来辐射每一个目标部分；和所谓的扫描器，在所述扫描器中，通过辐射束沿给定方向(“扫描”方向)扫描所述图案、同时沿与该方向平行或反向平行的方向同步地扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。也可能通过将图案压印(imprinting)到衬底上的方式从图案形成装置将图案转移到衬底上。
光刻设备可以包括配置用以调节辐射束(例如DUV或EUV辐射)的照射系统(照射器)。照射系统可以包括多种类型的光学部件，例如折射的、反射的、磁性的、电磁的、静电型的或其他类型的光学元件，或其结合，以用于引导、成形或控制辐射。照射系统接收来自辐射源的辐射束。在一些系统中，借助于包括例如合适的定向反射镜和/或束扩展装置的束传递系统，辐射束通过辐射源到照射系统。辐射源和照射系统以及与如果需要时的束传递系统一起被称为辐射系统。
光刻设备可以包括大的昂贵的难以制造的透镜元件。通常，受激准分子激光器用于为光刻设备提供脉冲形式的辐射。昂贵的透镜元件遭受由于大量的高强度的紫外脉冲引起的退化。已经知道：光学损害随来自激光器的脉冲的辐射(即，每平方厘米的光功率(能量/时间)或mJ/ns/cm2)增强而增加。来自这些激光器的通常的脉冲长度大约为20ns，因而5mJ的激光脉冲将具有大约0.25mJ/ns(0.25MW)的脉冲功率。在不改变脉冲持续时间的情况下提高脉冲能量至10mJ将导致脉冲的功率翻倍成大约0.5mJ/ns，这可以显著地缩短透镜元件的可使用寿命。
已经使用脉冲扩展装置以避免由于增大脉冲长度(例如从大约20ns到超过50ns)而导致的潜在的光学损害，以减小光学元件退化速率。通过形成激光脉冲的复制并通过光学延迟将它们在时间上分开，脉冲扩展装置(脉冲扩展器)增大激光的瞬时脉冲长度。在光刻术中，脉冲扩展器主要用于增大光学元件的寿命。此外，提高瞬时延迟有助于减少斑点。斑点是由于瞬时和空间干涉带来的束之间的光学干涉。具有不同时间延迟的束的重叠部分减小相干和斑点。脉冲扩展器通常仅位于激光器之后，或位于束传递系统中。有关脉冲扩展器的更多信息可以在美国专利第7432517B2号中找到，其以参考的方式全部并入。
一些脉冲扩展器设计使用共焦谐振腔，其中脉冲(在本文也称为束)在进入和退出时被准直，但是通过脉冲扩展器内部的中间焦点。在无折叠应用中，例如在没有使用折叠反射镜以重新引导束的情形中，中间焦点很可能不会引起对附近光学元件的损害，因为其位置离开光学表面。然而，用于较长脉冲扩展的封装约束(packaging constraints)需要使用折叠反射镜以将脉冲扩展器腔弯曲成两个或更多个部分。插入一个或更多个折叠反射镜带来在无折叠应用中不存在的光学表面。如果折叠反射镜太靠近中间焦点，这在最大化脉冲扩展器延迟和使用可用空间时是很可能的，则不能接受的高辐射会毁坏反射镜。寻求避免由于施加到反射镜表面上的高能量密度带来的反射镜的损害或可用寿命的缩短。。
发明内容
本发明旨在减小或防止由折叠脉冲扩展装置内在焦点处的激光束的高能量密度导致的光学元件的损害。
本发明实施例涉及用于增加激光脉冲的瞬时脉冲长度的系统和方法，尤其是用于光刻系统中使用的激光器的激光脉冲。本发明的实施例尤其涉及减小用于脉冲扩展和/或光刻设备中或与脉冲扩展和/或光刻设备一起使用的光学部件上的能量密度。
根据一实施例，脉冲扩展器或脉冲调整器包括：分束器，其配置用于将输入光束分成第一束和第二束；共焦谐振腔，包括第一共焦反射镜和第二共焦反射镜；和折叠反射镜。在该实施方式中，折叠反射镜位于所述第一和第二共焦反射镜之间的光学路径中，并且分束器、共焦谐振腔以及折叠反射镜处于以下光学布置中，即，使得在由所述光学布置带来的所述第一束的光学延迟之后，所述第一束的至少一部分与所述第二束重新组合成被调整的束。该实施方式还包括一个或更多个光学元件，其位于所述输入光束的光学路径中且在所述分束器之前。所述一个或更多个光学元件可以将输入光束改变成发散或会聚状态，例如使得在离开所述折叠反射镜一定距离处形成所述第一束的中间焦点、以防止对所述折叠反射镜的与能量密度相关的损害。在一实施方式中，脉冲扩展器还包括位于被调整的束的光学路径中的一个或更多个附加的光学元件，以重新调节所述被调整的束。
在一实施方式中，所述一个或更多个光学元件在通过分束器将输入光束分开之前提供所述输入光束的发散。在替换的实施方式中，所述一个或更多个光学元件在通过分束器将输入光束分开之前提供所述输入光束的会聚。
在一实施方式中，脉冲扩展器还包括与所述分束器串联的附加的分束器，以提供另一光学延迟。
根据另一实施方式，光刻设备包括具有根据上述实施例的脉冲扩展器的束传递系统。在一实施例中，光刻设备还包括：照射系统，其配置成调节所述被调整的束；图案形成装置支撑结构，其构造成支撑图案形成装置，所述图案形成装置能够在辐射束的横截面上将图案赋予所述被调整的束、以形成图案化的辐射束；衬底支撑结构，其构造成保持衬底；和投影系统，其配置成将所述图案化的辐射束投影到所述衬底的目标部分上。
根据还一实施例，一种增大脉冲激光束的脉冲长度的方法，包括：将输入光束发散或会聚成被改变的光束；将所述被改变的光束分成第一束和第二束，使得所述第一束被引导传递通过具有多个光学元件的脉冲扩展装置；和将所述第一束的至少一部分与所述第二束重新组合成重组束。在本实施例中，输入光束的发散或会聚提供位于离开所述多个光学元件中任一个一定距离处的第一束的中间焦点，使得防止对所述多个光学元件中任一个的与能量密度相关的损害。在一实施例中，所述方法还包括重新调节所述重组束。
本发明的其他特征和优点以及本发明的不同实施例的结构和操作将在下面参照附图详细描述。要说明的是，本发明不限于这里所述的特定的实施例。本文所给出的实施例仅是示例性的。基于这里所包含的教导，附加实施方式对本领域技术人员是显而易见的。
附图说明
并入说明书并且形成为说明书的一部分的附图示出本发明并且和说明书一起进一步用来说明本发明的原理，以允许本领域技术人员能够实施和使用本发明。
图1示出了可以用于本发明实施例中的光刻设备；
图2示出示例性的脉冲扩展装置；
图3示出示例性折叠(folded)脉冲扩展装置；
图4A示出示例性束扩展装置；
图4B示出示例性的提供发散的束扩展装置；
图5和6示出根据本发明实施例的折叠脉冲扩展装置；
图7A示出例如在图3中示出的折叠脉冲扩展装置中发现的折叠反射镜上的能量密度印痕；
图7B示出例如在图5和6中示出的折叠脉冲扩展装置中发现的折叠反射镜上的能量密度印痕；
图8示出根据本发明实施例的增大脉冲激光束的脉冲长度的方法的流程图；
图9示出具有两个折叠反射镜的示例性折叠脉冲扩展装置；
图10示出根据本发明实施例的具有两个折叠反射镜的折叠脉冲扩展装置。
通过以下详细的描述并结合附图，本发明的特征和优点将会变得更加清楚，其中相同的附图标记表示相同的元件。在附图中，相同的附图标记表示相同或功能相似的部件或者结构相似的元件。此外，附图标记的最左边的数字表示元件首先出现的附图。
具体实施方式
所公开的实施例仅给出本发明的示例。本发明的范围不限于所公开的实施例。本发明通过未决的权利要求进行限定。
所述的实施例和在说明书提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等表示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是，每个实施例可以不必包括特定的特征、结构或特性。而且，这些段落不必指的是同一个实施例。此外，当特定特征、结构或特性与实施例结合进行描述时，应该理解，无论是否明确描述，其均落入本领域技术人员所知的知识范围内，以与其他实施例结合实现这种特征、结构或特性。
本发明实施例可以应用到硬件、固件、软件或其任何组合。本发明实施例还可以应用为存储在机器可读介质上的指令，其可以通过一个或更多个处理器读取和执行。机器可读介质可以包括任何用于以机器(例如计算设备)可读形式存储或传送信息的机构。例如，机器可读介质可以包括：只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁盘存储媒介；光学存储媒介；闪存设备；传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)的电、光、声或其他形式，以及其他。此外，这里可以将固件、软件、程序、指令描述成执行特定操作。然而，应该认识到，这些描述仅为了方便并且这些操作实际上由计算设备、处理器、控制器或其他执行所述固件、软件、程序、指令等的设备来完成的。
在详细地描述这些实施例之前，描述本发明实施例可以应用于其中的示例环境是有指导意义的。
图1示意地示出了光刻设备。所述光刻设备包括：照射系统(照射器)IL，其配置用于调节辐射束B(例如，深紫外(DUV)辐射或极紫外(EUV)辐射)；支撑结构(例如，掩模台)MT，其配置用于支撑图案形成装置(例如掩模、掩模版或动态图案形成装置)MA，并与配置用于精确地定位图案形成装置MA的第一定位装置PW相连；和衬底台(例如晶片台)WT，其配置用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并与配置用于精确地定位衬底W的第二定位装置PW相连。光刻设备还具有投影系统PS，其配置用于将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一根或多根管芯)上。在光刻设备中，图案形成装置MA和投影系统PS是透射型的，但是可选地，可以是反射型的。
照射系统IL可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的光学部件、或其任意组合，以引导、成形、或控制辐射B。
支撑结构MT以依赖于图案形成装置MA的方向、光刻设备的设计以及诸如图案形成装置MA是否保持在真空环境中等其他条件的方式保持图案形成装置MA。支撑结构MT可以采用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术保持图案形成装置MA。所述支撑结构MT可以是框架或台，例如，其可以根据需要成为固定的或可移动的。支撑结构MT可以确保图案形成装置MA位于所需的位置上(例如相对于投影系统PS)。
术语“图案形成装置”MA应该被广义地理解为表示能够用于将图案在辐射束B的横截面上赋予辐射束、以便在衬底W的目标部分C上形成图案的任何装置。被赋予辐射束B的图案将与在目标部分C上形成的器件中的特定的功能层相对应，例如集成电路。
图案形成装置MA可以是透射式的或反射式的。图案形成装置MA的示例包括掩模版、掩模、可编程反射镜阵列以及可编程液晶显示(LCD)面板。掩模在光刻术中是公知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替型相移掩模类型、衰减型相移掩模类型和各种混合掩模类型之类的掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，每一个小反射镜可以独立地倾斜，以便沿不同方向反射入射的辐射束。所述已倾斜的反射镜将图案赋予由所述反射镜矩阵反射的辐射束B。
术语“投影系统”PS可以包括任意类型的投影系统，投影系统的类型可以包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电型光学系统、或其任意组合，如对于所使用的曝光辐射所适合的、或对于诸如使用浸没液或使用真空之类的其他因素所适合的。真空环境可以用于EUV或电子束辐射，因为其他气体可以吸收太多的辐射或电子。因此，在真空壁和真空泵的帮助下，真空环境可以提供给整个束路径。
光刻设备可以是具有两个(双台)或更多衬底台(和/或两个或更多个掩模台)WT的类型。在这种“多台”机器中，可以并行地使用附加的衬底台WT，或可以在一个或更多个台上执行预备步骤的同时，将一个或更多个其它衬底台WT用于曝光。
参照图1，照射器IL接受来自辐射源SO的辐射束。源SO和光刻设备可以是分立的实体(例如当该源SO为准分子激光器时)。在这种情况下，不会将该源SO看成形成光刻设备的一部分，并且通过包括例如合适的定向反射镜和/或束扩展装置的束传递系统BD的帮助，将所述辐射束从所述源SO传到所述照射器IL。在其它情况下，所述源SO可以是所述光刻设备的组成部分(例如当所述源SO是汞灯时)。可以将所述源SO和所述照射器IL、以及如果需要时设置的所述束传递系统BD一起称作辐射系统。
照射器IL可以包括用于调整所述辐射束的角强度分布的调整器AD。通常，可以对所述照射器IL的光瞳平面中的强度分布的至少所述外部和/或内部径向范围(一般分别称为σ-外部和σ-内部)进行调整。此外，所述照射器IL可以包括各种其它部件，例如积分器IN和聚光器CO。可以将所述照射器IL用于调节所述辐射束，以在其横截面中具有所需的均匀性和强度分布。
辐射束B入射到保持在支撑结构(例如，掩模台)MT上的所述图案形成装置(例如，掩模MA)上，并且通过所述图案形成装置MA来形成图案。已经穿过掩模MA之后，所述辐射束B通过投影系统PS，所述投影系统将束聚焦到所述衬底W的目标部分C上。通过第二定位装置PW和位置传感器IF(例如，干涉仪器件、线性编码器或电容传感器)的帮助，可以精确地移动所述衬底台WT，例如以便将不同的目标部分C定位于所述辐射束B的路径中。类似地，例如在从掩模库的机械获取之后，或在扫描期间，可以将所述第一定位装置PM和另一个位置传感器(图1中未明确示出)用于相对于所述辐射束B的路径精确地定位图案形成装置MA。
通常，可以通过形成所述第一定位装置PM的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)的帮助来实现掩模台MT的移动。类似地，可以采用形成所述第二定位装置PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现所述衬底台WT的移动。在步进机的情况下(与扫描器相反)，掩模台MT可以仅与短行程致动器相连，或可以是固定的。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准掩模MA和衬底W。尽管所示的衬底对准标记占据了专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间(这些公知为划线对齐标记)中。类似地，在将多于一个的管芯设置在掩模MA上的情况下，所述掩模对准标记可以位于所述管芯之间。
可以将光刻设备用于以下模式中的至少一个：
1.在步进模式中，在将支撑结构(例如掩模台)MT和衬底台WT保持基本静止的同时，将赋予所述辐射束B的整个图案一次投影到目标部分C上(即，单一的静态曝光)。然后将所述衬底台WT沿X和/或Y方向移动，使得可以对不同目标部分C曝光。
2.在扫描模式中，在对支撑结构(例如掩模台)MT和衬底台WT同步地进行扫描的同时，将赋予所述辐射束B的图案投影到目标部分C上(即，单一的动态曝光)。衬底台WT相对于支撑结构(例如掩模台)MT的速度和方向可以通过所述投影系统PS的(缩小)放大率和图像反转特征来确定。
3.在另一个模式中，将用于保持可编程图案形成装置的支撑结构(例如掩模台)MT保持为基本静止，并且在对衬底台WT进行移动或扫描的同时，将赋予辐射束B的图案投影到目标部分C上。可以采用脉冲辐射源SO，并且在衬底台WT的每一次移动之后、或在扫描期间的连续辐射脉冲之间，根据需要更新所述可编程图案形成装置。这种操作模式可易于应用于利用可编程图案形成装置(例如，如上所述类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻术中。
也可以采用上述使用模式的组合和/或变体，或完全不同的使用模式。
一种已知类型的脉冲扩展器设计采用了共焦谐振腔，其中脉冲(在本文中也称为束)在进入和退出时被大致准直，但是通过脉冲扩展器内部的中间焦点。然而，对于较长脉冲扩展，封装约束(packaging constraints)可能需要使用折叠反射镜，以将脉冲扩展器腔弯曲成两个或更多个部分。在折叠实施方式中，例如在折叠反射镜被用于改变束的方向的情形中，中间焦点很可能位于光学表面附近。
在脉冲扩展器的折叠实施方式中，插入一个或更多个折叠反射镜产生在无折叠实施方式中不存在的光学表面。如果折叠反射镜太接近中间焦点，这在使脉冲扩展器延迟最大化并且利用可用空间时是很可能的，则不能接受的高的辐射会毁损反射镜。寻求避免由于高能量密度作用在反射镜表面而导致的反射镜的损坏或反射镜的可用寿命的缩短。
图2示出示例性的脉冲扩展装置202。脉冲扩展装置202包括两个共焦反射镜204A和204B(例如凹面镜)，其设置成使得它们的反射表面彼此面对。反射镜分开预定距离(间隔)，该距离大约等于每个反射镜204A/B的曲率半径。每个反射镜204A/B关于反射镜轴线对称地设置，并且每个反射镜的纵向轴线布置成与反射镜轴线垂直。平行于反射镜轴线的第二轴线在离开反射镜轴线预定距离处接触每个反射镜204A/B的表面。
分束器206沿第二轴线设置，使得分束器206的纵向轴线与第二轴线形成45度的角度。分束器206还设置成其中心位于光学轴线上，并且该光学轴线垂直于所述第二轴线。
在运行过程中，输入束208(例如接近准直的束、轻微发散的束，等等)沿分束器206的光学轴线进入脉冲扩展器。光学延迟路径210由共焦反射镜204A和204B形成。每个反射镜204A/B可以是例如直径为100mm的球形反射镜、具有大约1800mm的大曲率半径，由大约1800mm的光学腔长度分开。分束器206与入射束208成45度角并且设置成使得入射辐射208的一部分被反射进入延迟路径210，并且使得从延迟路径210输出的辐射被反射出脉冲扩展器而进入输出辐射束212。如果使用例如60R/40T(60％反射/40％透射)的分束器206，分束器206反射入射辐射束208的大约百分之六十(60)进入延迟路径210。每个脉冲束208的其他大约百分之四十(40)的透射部分变成输出束212中的相应的扩展脉冲的第一子脉冲。反射束通过分束器206引导到反射镜204A，其将反射部分引导到反射镜204B，反射镜204B依次将反射部分引导回到分束器206，在分束器206处第一反射光的大约百分之六十被反射而与在输出束212中的该脉冲的第一透射部分完全地符合、以形成第二子脉冲。第一反射束的大约百分之四十(40)被分束器透射并且遵循第一反射束的路径在输出辐射束212中形成附加的较小的子脉冲。
通过配置分束器透射/反射系数和改变路径长度，最终输出束212可以以不同的程度被扩展。例如，在大约7.2m的延迟路径40和50R/50T的分束器206的情况下，时间积分平方为70纳秒(ns)的入射束208可以被扩展成为具有时间积分平方(TIS)脉冲长度为110ns的输出束212中的脉冲。正如本领域技术人员认识到的，脉冲扩展器202仅是脉冲扩展装置的一个示例，其更为详细的描述可以在美国专利第7432517B2号中找到，其全文以参考的方式并入本文。可以存在其他具有类似功能的脉冲扩展器配置。
如图2所示，脉冲扩展器202形成焦点214，在该实施方式中，焦点位于共焦反射镜204A和共焦反射镜204B之间大致等距的位置处。在焦点214处或附近的能量密度可以是高的，例如在100mj/cm2或更高量级。在脉冲扩展器用于例如光刻设备等大系统的情形中焦点214可以被看成中间焦点。
为了在封装约束内获得较长的脉冲扩展，可以使用一个或更多个折叠反射镜而将脉冲扩展器腔弯曲成两个或更多个部分。图3示出示例性的折叠脉冲扩展或脉冲调整装置302。脉冲扩展器302包括共焦反射镜304A/B和束扩展器306，其在功能上类似于图2中示出的共焦反射镜204A/B和束扩展器206。然而，在图3中，共焦反射镜304A和304B相互垂直地布置，其中折叠反射镜320位于其之间的光学路径上。在该示例中，折叠反射镜320离共焦反射镜304A和共焦反射镜304B的距离大致相等。然而，将折叠反射镜离共焦反射镜等距地放置并不是必需的。
在图3中示出的示例中，入射束308(例如接近准直的束，轻微发散的束，等等)沿分束器306的光学轴线进入脉冲扩展器302。可选地，束308可以在达到分束器306之前通过束扩展装置光学元件322改变(例如变得轻微发散或会聚)。光学延迟路径310由共焦反射镜304A/B和折叠反射镜320形成，其类似于图2中示出的光学延迟路径210，不同在于通过折叠反射镜320改变方向。为了形成更长的脉冲扩展，可以例如通过如图3所示那样以串联方式设置分束器来使用多于一个分束器306。
在图3中，示出三个分束器306(306、306′和306″)。分束器306’和306”以点线示出，它们是可选的。每个分束器306引导其相应的输入束的一部分到折叠反射镜320和共焦反射镜304A/B，以形成所需的光学延迟。离开分束器306的束的至少一部分被随后的分束器306引导回折叠反射镜320和共焦反射镜304A/B，以形成另一光学延迟。在图3中，为了保持附图清楚，没有示出由附加的分束器306’和306”引起的光学延迟路径。输出扩展脉冲312从最后的分束器306退出脉冲扩展器。依据需要扩展多少，可以使用任何数量的分束器306。然而，正如本领域技术人员理解的，存在与每个附加的分束器相关的势能损失。
如图3所示，焦点314由脉冲扩展器302形成。如果焦点314非常接近或紧靠在折叠反射镜320上(一种考虑封装约束的可能方案)，依赖于总的输入能量，焦点处的高的能量密度会损害折叠反射镜320。图7A中示出该示例。图7A示出例如参照图3所述实施例的折叠反射镜320的折叠反射镜上的能量密度印痕(footprint)736A。能量密度印痕736A在区域738A中显示出非常集中的能量(e.g.，130mj/cm2)，其表示在折叠反射镜320上的潜在的损害。例如，入射到折叠反射镜320上的光束(例如紫外光束)可以与气体反应而在折叠反射镜320上引起斑点或灼伤，这会极大地缩短折叠反射镜的寿命。
一种减小或防止这种损害的方法是将焦点从折叠反射镜移开。理想的是，在不干扰脉冲扩展器的封装的情况下完成这种方法。通过在束进入脉冲扩展器之前将整体发散或会聚引入到束，可以成功地实现上述方法。在一个实施方式中，通过在脉冲扩展器之前增加光学元件来实现这种方法。在另一实施方式中，通过调整已经位于脉冲扩展器前面的束扩展装置，例如可选的束扩展装置光学元件322，来实现这种方法。
图4A示出束扩展装置422A的示例，例如可选的束扩展装置光学元件322。例如束308等光脉冲或束进入凹透镜426，其导致束308发散并且以发散束430离开凹透镜426。发散束430进入凸透镜428A。凹透镜426和凸透镜428A的半径的精心的匹配(例如凸透镜428A的曲率的校准)导致能量消除，这导致尺寸增大的接近准直的输出束408A。
通过改变凸透镜的半径，可以引起功率的有意识的失配，当束离开束扩展装置时这带来具有所需的(依赖于所需的校准)发散或会聚的束。图4B中示出一个示例，其中束扩展装置422B具有凸透镜428B，其具有与凸透镜428A的半径r不同的半径r’(在本示例中r’较大)，这导致输出束408B中轻微的发散。
例如束扩展装置422B等光学元件的设置在光学路径中引起光束在脉冲扩展器之前的所需的发散或会聚，光学元件的设置可以改变脉冲扩展器的焦点的位置。或，可选地，为了类似的效果可以实现对已有的束扩展装置或其他光学元件的调整以引起所需的发散或会聚。根据本发明的实施例，图5示出上述束扩展装置的设置的示例。在图5中，束扩展装置422B被放置在脉冲扩展器502的初始分束器306的前面。束扩展器422B引起束308的发散，使得脉冲扩展器502的焦点514被设置离开装置中的折叠反射镜320和其他光学元件，以便减小或防止对这些光学元件的与能量密度相关的损害。
在没有被束扩展装置422B引起的发散的情况下，束512以其所应具有的相同的长度和能量离开脉冲扩展器502。然而，束512保持发散。在图6示出的实施例中，可以将光学元件630配置在束512的光学路径中，以根据需要将束重新调节成束632。
上面参照图5和6所述的实施方式使用了束扩展装置，或修改了已有的束扩展装置，以引起输入束的发散。然而，本发明不限于使用或修改束扩展装置。采用其他光学元件或装置、以引起输入束的所需的发散(或会聚)的实施方式也是可以预期的。
上面参照图5和6所述的实施方式在输入束中产生发散以改变脉冲扩展器的焦点的位置。然而，本发明不限于产生发散的输入束。正如前面所述，在输入束中产生会聚可以具有类似的效果。例如，在一实施例中，图5中的光学元件422B可以用引起输入束308会聚的束扩展装置或光学元件替换。作为示例，图4A中的凸透镜428A的半径可以改变以引起输出束408A的会聚而不是发散。再参照图5，在脉冲扩展器502中，会聚束也可以偏移焦点514使其离开装置中的折叠反射镜320和其他光学元件，以防止光学元件被损害。输出束512仍然是会聚的，但是图6中的光学元件630可以配置成重新调节所述束。
此外，上面参照图5和6讨论的实施例使用单个折叠反射镜用于脉冲拉长。然而，本发明不限于使用单个折叠反射镜。在一实施例中，可以使用两个或更多个折叠反射镜用于其他脉冲拉长，并且上述实施例可以用于防止在所述装置中使用的折叠反射镜中的任一个或全部被损害。
正如前面所述的，图7A示出例如参照图3所述实施例的折叠反射镜320的折叠反射镜上的能量密度印痕736A。能量密度印痕736A示出在区域738A内的非常集中的能量(根据激光的强度和焦点到折叠反射镜有多近，例如为130mj/cm2)，这示出折叠反射镜320上的潜在的损害。图7B示出例如参照图5和6所述实施例的折叠反射镜320的折叠反射镜上的能量密度印痕736B。能量密度印痕736B显示出在区域738B中显著低集中程度的能量(例如13mj/cm2)。通过采用参照图5和6描述的实施方式获得的能量密度的减小可以极大地减小和防止对系统内部的折叠反射镜320和其他光学元件的损害。
根据上述实施例，图8是示出根据本发明实施例的增大脉冲激光束的脉冲长度的方法800的流程图。在步骤802中，使光束发散或会聚成为被改变的光束。在步骤804中，被改变的光束被分成第一束和第二束。第一束被引导传递通过具有多个光学元件的脉冲扩展装置，使得输入光束的所选定的发散或会聚将脉冲扩展装置的焦点偏移离开多个光学元件。在步骤806，第一束和第二束的至少一部分重新组合成重组束。在可选的步骤808中，重组束根据需要被重新调节。
如前面所述，可以使用多于一个折叠反射镜，例如以适应对较长脉冲扩展的封装约束。图9示出示例性的具有两个折叠反射镜的折叠脉冲扩展装置902。折叠脉冲扩展装置902与折叠脉冲扩展装置302类似，不同之处在于：在第一束的光学路径中的附加的折叠反射镜920和共焦反射镜904A的位置。正如图9所示，焦点914位于折叠反射镜920处或附近。正如在上面所述的实施例中那样，代替光学元件922或除了光学元件922之外还使用光学元件(例如光学元件422B)以提供输入束908的所需的发散或会聚，使得焦点914可以从折叠反射镜920移离，以便防止折叠反射镜920潜在的损害。图10中示出了其示例。
图10示出根据实施例的具有两个折叠反射镜的折叠脉冲扩展装置1002。折叠脉冲扩展装置1002类似于折叠脉冲扩展装置902，不同之处在于：使用光学元件1022将输入束908调节成所需的发散或会聚，以便改变焦点的位置，类似于在参照图5和6的实施例中光学元件422B提供的效果。正如在图10中看到的，由光学元件1022提供的发散或会聚将焦点1012放置离开折叠反射镜920，这防止反射镜潜在的损害。
前述内容介绍了在其光学元件上具有减小的能量密度的脉冲扩展器。通过使用一个或更多个折叠反射镜，在没有由位于装置的焦点处的高能量密度引起的损害的情况下，允许脉冲扩展器提供较长的扩展。这可以通过控制输入束到脉冲扩展器的输入发散或会聚来实现。
虽然在本文中详述了光刻设备用在制造ICs中的应用，但是应该理解到这里所述的光刻设备可以有其他的应用，例如制造集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCDs)、薄膜磁头等。本领域技术人员将会认识到，在这些可选的应用情形中，任何使用术语“晶片”或“管芯”可以分别认为与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。这里所述的衬底可以在曝光之前或之后在例如轨道工具(通常将抗蚀剂的层应用到衬底并将曝光后的抗蚀剂显影)、量测工具和/或检查工具中进行处理。在可应用的情况下，可以将这里公开的内容应用于这种和其他衬底处理工具中。此外，衬底被处理多于一次，例如以便形成多层IC，使得这里所用的术语衬底还可以指已经包含多个加工层的衬底。
这里使用的术语“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射，包括：紫外辐射(UV)(例如具有或约为365、355、248、193、157或126nm的波长)。
在允许的情况下术语“光学元件”或“透镜”可以表示不同类型的光学部件中的任何一种或其组合，包括折射式的、反射式的、磁性的、电磁的和静电的光学部件。
尽管上面描述了本发明的具体的实施例，但是将会认识到，本发明可以以所述以外的方式实施。
结论
应该理解，“具体实施方式”部分而并非“发明内容”和“摘要”部分是用来解释权利要求的。“发明内容”和“摘要”部分可以展示一个或更多个、但并不是发明人所预期的本发明的全部示例性实施方式，因此并不是用于以任何方式限制本发明和未决的权利要求。
借助于示出其具体功能和关系的应用的功能性组建模块，上面已经描述了本发明的实施例。这些功能性组建模块的界限本文已经特意限定用于方便说明。只要其具体的功能和关系被正确地实施，可以限定替换的界限。
前面特定实施例的描述将充分显示本发明的总的特性，以致于不需要过多的实验，在不脱离本发明的总的构思的情况下，通过应用本领域技术的知识就可以轻易修改和/或适应这些实施方式的不同应用。因而，基于本发明所给出的教导和启示，这些修改和适应是在所公开的实施例的等同实施方式的意义和范围内。应该理解，这里的名词和术语是用于描述而非限定，使得说明书中的名词或术语将由本领域技术人员根据所述教导和启示进行解释。
本发明的宽度和范围不应用由任何上述的示例性实施例限制，而应该仅根据权利要求与其等价物进行限定。
Claims (15)
1.一种用于增大脉冲激光束的脉冲长度的脉冲扩展器或脉冲调整器，所述脉冲扩展器包括：
分束器，其配置用于将输入光束分成第一束和第二束；
共焦谐振腔，包括第一共焦反射镜和第二共焦反射镜；
位于所述第一和第二共焦反射镜之间的光学路径中的折叠反射镜，其中所述分束器、所述共焦谐振腔以及所述折叠反射镜处于这样的光学布置：即，使得在由所述光学布置引起的所述第一束的光学延迟之后，所述第一束的至少一部分与所述第二束重新组合成被调整的束；和
一个或更多个光学元件，其位于所述输入光束的光学路径中且在所述分束器之前，使得在离开所述折叠反射镜一定距离处形成所述第一束的中间焦点，以减小对所述折叠反射镜的与能量密度相关的损害。
2.如权利要求1所述的脉冲扩展器，其中，所述折叠反射镜在所述第一和所述第二共焦反射镜之间是大致等距的。
3.如权利要求1所述的脉冲扩展器，其中，在由所述分束器将所述输入光束分开之前，所述一个或更多个光学元件提供所述输入光束的发散和会聚中的一者。
4.如权利要求3所述的脉冲扩展器，还包括位于所述被调整的束的光学路径中的一个或更多个附加的光学元件，以提供对所述被调整的束的重新调节。
5.如权利要求1所述的脉冲扩展器，其中，所述分束器、所述共焦谐振腔、所述折叠反射镜以及所述一个或更多个光学元件包括光刻设备的束传递系统。
6.如权利要求1所述的脉冲扩展器，还包括与所述分束器串联的一个或更多个附加的分束器，所述一个或更多个附加的分束器中的每一个配置成引导附加的第一束通过所述光学布置以产生附加的光学延迟。
7.如权利要求1所述的脉冲扩展器，其中，所述折叠反射镜包括两个或更多个折叠反射镜。
8.一种光刻设备，包括具有用于增大脉冲激光束的脉冲长度的脉冲扩展器的束传递系统，所述脉冲扩展器包括：
分束器，其配置成将输入光束分成第一束和第二束；
共焦谐振腔，包括第一共焦反射镜和第二共焦反射镜；
位于所述第一和第二共焦反射镜之间的光学路径上的折叠反射镜，其中所述分束器、所述共焦谐振腔以及所述折叠反射镜处于这样的光学布置：即，使得在由所述光学布置引起的所述第一束的光学延迟之后，所述第一束的至少一部分与所述第二束重新组合成被调整的束；和
一个或更多个光学元件，其位于所述输入光束的光学路径中且在所述分束器之前，使得在离开所述折叠反射镜的一定距离处形成所述第一束的中间焦点，以减小对所述折叠反射镜的与能量密度相关的损害。
9.如权利要求8所述的光刻设备，还包括：
照射系统，其配置成调节所述被调整的束；
图案形成装置支撑结构，其构造成支撑图案形成装置，所述图案形成装置能够在辐射束的横截面上将图案赋予所述被调整的束以形成图案化的辐射束；
衬底支撑结构，其构造成保持衬底；和
投影系统，其配置成将所述图案化的辐射束投影到所述衬底的目标部分上。
10.如权利要求8所述的光刻设备，其中，所述折叠反射镜在所述第一和第二共焦反射镜之间是大致等距的。
11.如权利要求8所述的光刻设备，其中，在由所述分束器将所述输入光束分开之前，所述一个或更多个光学元件提供所述输入光束的发散和会聚中的一者。
12.如权利要求11所述的光刻设备，还包括位于所述被调整的束的光学路径中的一个或更多个附加的光学元件，以提供对所述被调整的束的重新调节。
13.如权利要求8所述的光刻设备，还包括与所述分束器串联的一个或更多个附加的分束器，所述一个或更多个附加的分束器中的每一个配置成引导附加的第一束通过所述光学布置，以产生附加的光学延迟。
14.如权利要求8所述的光刻设备，其中，所述折叠反射镜包括两个或更多个折叠反射镜。
15.一种增大脉冲激光束的脉冲长度的方法，所述方法包括步骤：
将输入光束发散或会聚成被改变的光束；
将所述被改变的光束分成第一束和第二束，使得所述第一束被引导行进通过具有多个光学元件的脉冲扩展装置，其中所述输入光束的发散或会聚将所述第一束的中间焦点偏移离开所述多个光学元件中的任一个；和
将所述第一束的至少一部分与所述第二束重新组合成重组束。
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