CN109923384A - 补偿光学系统中的物理效应 - Google Patents

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Abstract

估计离开声光材料的光束的波前；生成用于包括声光材料的声光系统的控制信号，该控制信号基于估计的光束的波前；以及将该控制信号施加到声光系统以生成在声光材料中传播的频率啁啾声波，该频率啁啾声波在声光材料中形成瞬态衍射元件，瞬态衍射元件和光束之间的相互作用调节光束的波前以补偿光束的波前的畸变，波前的畸变至少部分地由声光材料中的物理效应引起。

Description

补偿光学系统中的物理效应
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年11月11日提交的美国专利申请号15/349,600的优先权，并且其通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开涉及补偿光学系统中的物理效应。物理效应可以是声光材料中的热效应。例如，可以校正由声光材料的变热引起的波前畸变。
背景技术
声光调制器(AOM)包括换能器和声光材料。换能器接收电信号并将电信号转换成在声光材料中传播的声波。入射在声光材料上的光被声波在声光材料中传播时所发生的周期性折射率调制衍射。
可以将AOM使用在极紫外(EUV)光源中，例如以使来自光束路径的杂散光在某些时候和/或在某个方向上偏转(例如，偏转到另一个光束路径中和/或偏转到光束收集器(beamdump)中)。为了使用AOM对光进行偏转，可以将根据时间具有恒定频率的声波注入到AOM的声光材料中。AOM可以是计算机控制的，例如，AOM可以由在电子存储器中存储为可执行指令的进程来控制，该指令能够在一个或多个电子处理器上执行。
EUV光包括例如具有约50nm或更小(有时也称为软x射线)的波长的电磁辐射，包括波长为约13nm的光。可以将EUV光使用在光刻工艺中以在衬底(例如，硅晶片)中制作极小的特征。
发明内容
在一个总体方面，估计离开声光材料的光束的波前；生成用于包括所述声光材料的声光系统的控制信号，所述控制信号基于估计的所述光束的波前；和将所述控制信号施加到所述声光系统以生成在所述声光材料中传播的频率啁啾声波，所述频率啁啾声波在所述声光材料中形成瞬态衍射元件，所述瞬态衍射元件和所述光束之间的相互作用调节所述光束的所述波前以补偿所述光束的所述波前的畸变，所述波前的所述畸变至少部分地由所述声光材料中的物理效应引起。
实现可以包括以下特征中的一个或多个特征。估计离开所述声光材料的所述光束的所述波前可以包括：接收离开所述声光材料的所述光束的至少一部分，并且基于接收到的所述光束的第一脉冲的部分来估计所述波前。
所述声光材料的所述物理效应可以是所述声光材料的热畸变。估计离开所述声光材料的所述光束的所述波前可以包括：访问所述声光材料的多个温度测量，所述多个温度测量中的每一个温度测量是所述声光材料的不同部分的温度；基于所访问的多个温度来估计所述声光材料的温度分布；基于所述声光材料的估计的温度分布来估计所述声光材料的折射率的空间分布；以及使用估计的所述声光材料的折射率来估计离开所述声光材料的所述光束的所述波前。
所述声光材料可以吸收所述光束、所述频率啁啾声波和在所述声光材料中传播的除了频率啁啾声波之外的声波中的一项或多项作为热量，并且所述声光材料的所述物理效应可以是由吸收的热量引起的热畸变。
所述瞬态衍射元件还可以针对除了所述声光材料的所述物理效应之外的效应补偿所述光束。除了所述声光材料的所述物理效应之外的所述效应可以包括除了所述声光材料之外的光学元件的物理效应，所述光学元件被定位成与所述光束相互作用。
所述光束可以是脉冲光束，接收所述光束的至少一部分可以包括接收所述光束的第一脉冲的一部分，确定所述光束的波前包括基于接收到所述光束的所述第一脉冲的一部分确定波前，并且在所述光束的第二脉冲穿过所述声光材料时，生成的频率啁啾声波可以在所述声光材料中传播并可以形成所述瞬态衍射元件，所述光束的所述第二脉冲发生在所述光束的所述第一脉冲之后。第一脉冲和第二脉冲具有100纳秒(ns)或更短的持续时间，并且在所述第二脉冲穿过所述声光材料时所述瞬态衍射元件可以在声光材料中传播500微米(μm)或更小，使得所述第二脉冲与所述瞬态衍射元件相互作用，并由所述瞬态衍射元件以一角度衍射，所述角度取决于所述频率啁啾声波的频率。
所述声光材料的所述物理效应可以包括所述声光材料的热畸变，所述热畸变至少部分地引起离开所述声光材料的所述光束的所述波前的畸变。
在一些实现中，生成用于所述声光系统的初始控制信号，所述初始控制信号独立于估计的所述光束的波前；以及在估计所述光束的所述波前之前，将所述初始控制信号施加到所述声光系统以在所述声光材料中生成恒定频率声波，所述恒定频率声波在所述声光材料中形成初始瞬态衍射元件，其中所述初始瞬态衍射元件的生成是至少部分地引起所述波前的所述畸变的所述物理效应。
在另一个一般方面，一种用于极紫外(EUV)光源的系统包括：光学系统，所述光学系统包括声波在其中传播的声光材料，所述声光材料被配置成被定位在光束路径上，以及声波发生器，所述声波发生器包括被配置为耦合到所述声光材料的换能器，以及被配置成耦合到所述换能器的波形发生器；感测设备，所述感测设备被配置为测量与在所述光束路径上传播的所述光束相关的数据或与所述声光材料的状况相关的数据；耦合到所述感测设备和所述波形发生器的控制系统，所述控制系统被配置为：基于由感测设备测量的数据来估计所述光束的波前，基于估计的所述光束的波前来生成控制信号并且向所述光学系统提供所述控制信号，所述控制信号足以使所述声波发生器向所述声光材料提供频率啁啾声波，所述频率啁啾声波在所述声光材料中形成瞬态衍射元件，所述瞬态衍射元件和所述光束之间的相互作用调节所述光束的所述波前，以补偿所述声光材料的物理效应。
实现可以包括以下特征中的一个或多个特征。所述声光材料的所述物理效应可以包括所述声光材料中的空间变化的折射率。所述声光材料的所述物理效应可以包括热畸变，并且所述声光材料内的任何特定位置处的折射率可以与所述声光材料吸收的热量以及一个或多个吸收位置与所述特定位置之间的距离相关，所述吸收位置是晶体中吸收热量的区域。所述声光材料可以吸收所述光束、所述频率啁啾声波和所述声光材料中传播的除了所述频率啁啾声波之外的声波中的一项或多项，并且所述声光材料的所述物理效应可以包括由吸收的热量引起的热畸变。所述声光材料可以包括对具有在10μm和11μm之间的波长的光基本透明的材料。
所述声光材料可以包括锗(Ge)或砷化镓(GaAs)。所述光学系统可以缺少声学终止器，所述声学终止器是作为所述声光材料一部分的或与所述声光材料物理连接的元件，并且被配置为执行所述频率啁啾声波的吸收、散射、透射或重新引导中的一项或多项。所述光源可以包括极紫外(EUV)光源。所述光学系统还可以包括耦合到所述波形发生器和所述换能器的射频(RF)电学放大器，所述波形发生器被配置为通过所述RF电学放大器耦合到所述换能器。
所述感测设备可以被配置为测量与所述声光材料的状况相关的数据，所述状况与所述声光材料的温度相关。
在另一个一般方面，一种极紫外(EUV)光源包括：光生成模块；一个或多个前置放大器；一个或多个功率放大器，一个或多个前置放大器位于所述光生成模块和所述一个或多个功率放大器之间；以及声光系统，包括：位于所述一个或多个功率放大器之一与所述光生成模块之间的声光材料；波形发生器；被配置为将来自所述波形发生器的波形作为声波发送到所述声光材料中的换能器；以及耦合到所述波形发生器的控制系统，所述控制系统被配置为估计离开所述声光材料的光束的波前并基于估计的波前向所述波形发生器提供控制信号，所述控制信号足以使所述波形发生器生成频率啁啾波形，所述频率啁啾波形当由所述换能器注入到声光材料中时，针对所述声光材料的物理效应补偿在所述声光材料中传播的光束的所述波前。
实现可以包括以下特征中的一个或多个特征。所述声光材料可以位于所述前置放大器之一和所述功率放大器之一之间。EUV光源还可以包括耦合到所述控制系统的温度传感器，所述温度传感器被配置为测量所述声光材料的温度，以及其中所述控制系统被配置为确定所述声光材料的特性包括：所述控制系统被配置为基于来自所述温度传感器的数据来确定所述声光材料的温度。
在一些实现中，所述EUV光源包括光学感测设备，所述光学感测设备被配置为接收通过所述声光材料传播的光并且感测接收到的光的波前，并且其中所述控制系统被配置为确定声光材料的特性可以包括：所述控制系统被配置为基于来自所述光学感测设备的数据来确定接收到的光的波前。所述光学感测设备可以包括渐变相位掩模、波前感测相机和干涉仪中的一项或多项。
在另一个一般方面，将恒定频率声波施加到声光材料，所述恒定频率声波在所述声光材料中形成初始瞬态衍射元件；估计在与所述初始瞬态衍射元件相互作用之后离开所述声光材料的光束的波前；基于估计的波前来修改所述恒定频率声波以形成修改的声波，所述修改的声波具有频率啁啾；将所述修改的声波施加到所述声光材料，所述修改的声波形成校正的瞬态衍射元件，所述校正的瞬态衍射元件和所述光束之间的相互作用调节所述光束的所述波前以补偿所述波前的畸变，所述畸变至少部分地由所述初始瞬态衍射元件的生成引起。
实现可以包括以下特征中的一个或多个特征。基于所述声光材料的温度来估计离开所述声光材料的所述光束的所述波前。估计离开所述声光材料的所述光束的所述波前可以包括测量离开所述声光材料的所述光束的所述波前。
上述任何技术的实现可以包括EUV光源、系统、方法、工艺、装置或设备。在附图和以下描述中阐述了一个或多个实现的细节。根据说明书和附图以及权利要求，其他特征将是显而易见的。
附图说明
图1、图2、图3和图4A是示例性声光系统的框图。
图4B是图4A的声光系统的声光材料上的热传感器的示例性布置的框图。
图5是用于补偿声光材料中的物理效应的示例性过程的流程图。
图6A至图6C示出了声光材料中的物理效应的示例。
图7A是具有示例性瞬态衍射元件的声光材料的框图。
图7B是施加到图7A的声光材料上的示例性频率啁啾信号的曲线图。
图8、图9A、图10和图11是在其中可以使用图1至图3和图4A的声光系统的示例性极紫外(EUV)光源的框图。
图9B和图9C是示例性声光系统的框图。
图12A和图12B是用于极EUV光源的驱动激光系统的框图。
具体实施方式
讨论了将频率啁啾声波施加到声光器件以补偿穿过声光器件的声光材料的光束中的杂散或不想要的波前畸变的技术。虚假或不想要的波前畸变源自声光材料本身中的物理效应(诸如变热)。
图1是包括光源102和声光系统104的系统100的框图，声光系统104包括声光材料116。光源102将光束106发射到光路128上(用虚线示出)。光束106在输入侧107进入声光系统104。光束106在输出侧108离开声光系统104之前穿过声光材料116。
声光材料116是光学系统110的一部分。例如，光学系统110可以具有如下的主要目的：阻挡在输出侧108而不是输入侧107进入声光系统104的反射，或者阻挡可能在系统100中传播的杂散光，诸如放大自发发射(ASE)。光学系统110可以通过例如使反射和/或杂散光偏离光束路径128来阻挡反射。在一些实现中，光学系统110可以具有将光束106(其不是反射光或杂散光)偏转到光束路径128上的主要目的，使得光束106能够传播到系统100的另一部分。可以通过将具有在时间上基本恒定的频率的声波施加到声光材料116来实现偏转。
在使用期间，声光材料116中的物理效应可以引起光束106的波前的非特意的畸变。物理效应可以是导致声光材料116的光学属性变化的任何效应或过程。例如，物理效应可以是改变材料116的折射率(n)和/或材料116中的声速的效应或过程。折射率(n)中的变化可以是热效应(诸如当声波被施加到材料116时发生的变热)或另一物理效应(诸如施加到声光材料116的外部和非声学机械力)的结果。由于热效应(诸如变热)，声速也可能会发生变化。例如，在普通操作条件下，当沿着一个方向将声波注入到声光材料116中时，波沿着相同的方向传播通过声光材料116。然而，声速在材料116中的变化可能引起声波在其传播通过材料116时弯曲。
通过(在光束106穿过材料116之后)估计在输出侧108处的光束106的波前来评估由声光材料116中的物理效应所引起的光束畸变。使用来自传感器162的数据在控制系统164处估计波前。传感器162可以是波前传感器，诸如图3的传感器362和/或图4A和图4B中示出的温度传感器462a-462d之类的温度传感器的集合。基于估计的波前生成控制信号165。将控制信号165施加到光学系统110，以致使频率啁啾声波被注入到声光材料116中。
频率啁啾波是频率随时间变化的波。因此，频率啁啾声波是具有随时间变化的频率的声波。当在声光材料116中传播时，声波形成压缩区域(较高的折射率)和稀疏区域(较低的折射率)，其具有取决于声波频率的空间布置。压缩区域和稀疏区域在材料116中创建瞬态衍射元件117。瞬态衍射元件117是空间变化的折射率图案，其以材料116的声速在材料116中行进。仅当声波在声光材料116中传播时，衍射元件117才存在于声光材料116中。换句话说，衍射元件117是瞬态的或暂时的、而不是永久的，并且衍射元件117仅在时间瞬时被固定在空间中。
瞬态衍射元件117和光束106之间的相互作用导致光束106的幅度和/或相位调制。瞬态衍射元件117以一角度衍射光束106，该角度取决于压缩区域和稀疏区域的空间布置。因此，在材料116中传播的声波的频率内容确定瞬态衍射元件117的衍射属性。声波的频率内容由控制系统164基于在侧108处所确定的光束106的波前来确定。光束的波前是光束上具有相同相位的点的集合。在理想条件下，波前是平坦的，意味着光束上具有相同相位的所有点同时到达物理位置处。当光束106的波前在侧108处不平坦时，控制系统164确定将形成具有衍射属性的瞬态衍射元件117的声波的频率内容，该衍射属性能够通过与光束106的相互作用来消除或减轻波前畸变。以这种方式，光学系统110能够执行主要目的(例如，阻挡反射)，并且在不向系统100添加任何附加光学元件的情况下校正可能由执行该主要目的而产生的波前畸变。
光束106可以是高功率(例如，数十或数百瓦(W))光束，其波长在长波(LW)红外区域(例如，9-12微米(μm)、10.26μm、10.19μm-10.26μm或10.59μm)。声光材料116是在光束106的波长处至少部分透射的材料。例如，在波长在9-12μm之间(诸如例如10.26μm或10.59μm)的实现中，声光材料116可以是锗(Ge)或砷化镓(GaAs)。在LW红外区域中透射的材料也倾向于具有相对高的热光学系数(dn/dT)和相对较高的吸收系数，热光学系数是指示折射率(dn)随温度变化(dT)的变化量的度量，吸收系数是指示材料吸收多少入射能量(可能是热量)的度量。例如，Ge的dn/dT为每开尔文(K-1)396×10-6。GaAs的dn/dT为147×10-6K-1。对照而言，石英玻璃的dn/dT(在约4μm以上的红外线中它是不透射的)为12×10-6K-1。在10.6μm处，Ge的吸收系数为0.027/cm(cm-1)，GaAs的吸收系数为0.01cm-1。在1μm(针对使用石英玻璃的应用的示例性工作波长)下，石英玻璃的吸收系数为10×10-6cm-1。
因此，与适合于其他波长(诸如可见波长)的材料相比，适用于使用在LW红外波长处的光束的应用的诸如Ge或GaAs之类的声光材料倾向于吸收更多的能量、在光束穿过的体积中的温度可能具有更大的增加、并且折射率可能具有更大的变化。当光束106穿过声光材料116时，变热和折射率中的对应变化可能使光束106的波前畸变。畸变可能引起指向误差和/或聚焦误差。指向误差导致光束106处于y-z平面中的不正确和/或非预期的位置。聚焦误差导致光束106的聚焦发生在沿x方向的非预期和/或不正确的位置处。附加地或备选地，聚焦误差可能使聚焦质量降级。例如，与最佳和/或预期的光斑尺寸相比，聚焦误差可导致光束106在焦平面中具有更大或更小的光斑尺寸。在光学系统110距所期望的焦点相对较远(例如，数十米)的应用中，聚焦误差和指向误差变得更加明显。这种应用的一个示例是EUV光源，诸如图8至图11中所示。
除了吸收的光功率之外，声光材料116可能由于来自用于将声波注入到声光材料116中的换能器(诸如图2中所示的换能器114a和114b)的所吸收的声功率而变热。在诸如EUV光源之类的采用光学系统110的一些应用中，光束106具有相对高的光功率(例如，数十或数百瓦)，在垂直于传播方向的平面中具有相对大的直径，并且如上所讨论的，用于声光材料116的材料倾向于具有相对高的光吸收。因此，为了确保声光材料116具有相对大的通光孔径并且能够在不光学损坏声光材料116的情况下透射光束106，声光材料116在垂直于光束106的传播方向的平面中具有很大的范围(例如，高达1厘米)。由于声光材料116很大，所以注入到声光材料116中的声波具有大量的RF声功率。结果，在诸如EUV光源之类的应用中声光材料116变热的可能性可能大于在其他应用中。
上面提供的示例讨论了具有LW红外波长的光束106。然而，光束106可以具有不同的波长。例如，光束106可以具有1.06μm的波长。在这些实现中，声光材料116可以是例如氧化碲(TeO2)、硫属化物玻璃、磷化铟(InP)或铌酸锂(LiNbO3)。不管声光材料116的成分如何，都可以通过调节声波的频率内容来补偿由声光材料116的物理效应引起的畸变。换句话说，本文讨论的用于补偿光学系统中的物理效应的技术适用于除了在LW红外波长下透射的声光材料之外的声光材料。
另外，因为在控制系统164处估计离开声光材料116的光束106的波前的畸变并且通过调节声波的频率内容来对该畸变进行补偿，所以光学系统110不一定包括可能否则被用来减少与声光材料的光学相互作用的效应的单独组件。例如，光学系统110不一定包括用来防止在声光材料116中发生声波的多次反射的单独物体，诸如在声光材料116的边界处吸收多余声波的声学终止器。光学系统110也可以缺少单独的冷却系统。此外，声光材料116可以缺少修改的边界形状(例如，凹口、成角度的边缘或楔形)。因此，与包括这种单独物体和/或修改的边界的系统相比，光学系统110可以更容易制造和维护，使用更少的部件，并且与用于主要目的的系统110的配置相比，不需要修改。也就是说，本文讨论的补偿技术可以与声学终止器、单独的冷却系统和/或其他减轻装置一起使用和/或与包括修改的边界的材料一起使用，以进一步改善现有系统的性能。例如，本文讨论的技术可以被用来改进现有系统。
控制系统164包括电子储存器166、电子处理器167和输入/输出接口168。电子处理器167包括适合于执行计算机程序的一个或多个处理器，诸如通用或专用微处理器，以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。电子处理器167可以是任何类型的电子处理器，并且可以包括一个以上的电子处理器。电子储存器166可以是诸如RAM的易失性存储器，或是非易失性存储器。在一些实现中，电子储存器166可以包括非易失性和易失性二者的部分或组件。电子储存器166存储指令，可能作为计算机程序，所述指令在被执行时使处理器167与控制系统164中的其他组件、光学系统110、传感器162和/或光源102通信。I/O接口168是任何类型的电子接口，其允许控制系统164从操作者、光源102和/或在另一电子设备上运行的自动化过程接收数据和信号和/或提供数据和信号给操作者、光源102和/或在另一电子设备上运行的自动化过程。例如，I/O接口168可以包括视觉显示器、键盘和通信接口中的一项或多项。
参考图2，示出了系统200的框图。系统200是系统100(图1)的实现的示例。系统200包括光源102和声光系统204，声光系统204在输入侧207接收光束106。系统204包括光学系统210，光学系统210包括射频(RF)电学放大器212a和212b、波形发生器227a和227b、以及声光器件211a和211b。声光器件211a包括声光材料216a和位于边界215a处的换能器214a。声光器件211b包括声光材料216b，声光材料216b在边界215b处附接到换能器214b。
沿光束路径128串联放置声光器件211a、211b。在所示的示例中，声光器件211a位于光源102和声光器件211b之间。光束106在侧207处进入光学系统，穿过声光材料216a和216b，并在侧208处离开光学系统。如上所讨论，声光器件211a、211b存在于系统中以将光偏转到光束路径上或偏离光束路径，并且通过将恒定频率声波注入到声光材料216a、216b中来实现偏转。恒定频率声波在相应的声光材料216a、216b中生成瞬态衍射元件217a、217b。由于声光材料216a和216b中的物理效应，在侧208处离开的光束106的波前可能变得畸变。为了补偿畸变，瞬态衍射元件217a、217b被修改，例如，可以通过代替或者除了恒定频率声波之外还将啁啾频率声波注入到材料216a、216b中来修改瞬态衍射元件217a、217b。(基于啁啾频率声波修改或产生的)元件217a、217b的衍射属性使得光束106与元件217a和/或217b之间的相互作用消除或减轻波前畸变。
由控制系统164基于来自传感器162的信息估计在侧207上的光束106的波前(在穿过材料216a和216b之后)。控制系统164确定校正相位图案，该校正相位图案如果被施加到光束106，则将消除或减轻波前畸变。控制系统164还确定声波的频率特性，该声波如果在光束106穿过材料时作为相应的衍射元件217a、217b而存在于声光材料216a和/或216b中，将把校正相位图案赋予光束106上以移除或减轻波前畸变。
将换能器214a、214b耦合到相应的RF放大器212a、212b，RF放大器212a、212b提供相应的电信号213a、213b。换能器214a和214b将电信号213a和213b转换成声波，声波被耦合到相应的声光材料216a、216a中。所生成的声波的频率内容取决于电信号213a、213b的频率内容。在所示的示例中，换能器214a在边界215a处连接到声光材料216a，并且换能器214b在边界215b处连接到声光材料216b。边界215a是下侧边界(在相对于材料216a的中心的方向-y上)，并且边界215b是上侧边界(在相对于材料216b的中心的方向+y上)。将换能器214a、214b放置在相应的声光材料216a、216b的相对端部处导致由换能器214a、214b生成的声波沿相反方向传播。在图2的示例中，由换能器214a生成的声波在+y方向上传播，并且由换能器214b生成的声波在-y方向上传播。
由换能器214a生成的声波创建瞬态衍射元件217a，瞬态衍射元件217a在声光材料216a中沿+y方向传播，并且由换能器214b生成的声波创建瞬态衍射元件217b，瞬态衍射元件217b在声光材料216b中沿-y方向传播。瞬态衍射元件217a、217b的衍射属性由声波的频率内容确定。通过控制声波的频率内容，还可以控制光学系统210的相位轮廓或相位图案。光学系统210的相位轮廓或相位图案是由于光束穿过声光材料216a、216b而在y-z平面上被赋予到光束106上的相位。例如，为了使声光材料216a和216b共同作为会聚衍射透镜，RF电信号213a具有线性啁啾频率，并且RF电信号213b具有相同的线性啁啾频率但是相位相差180度(°)。可以通过调节RF电信号213a、213b的频率内容来实现其他相位轮廓。
继续其中声光材料216a和216b共同作为会聚衍射透镜的示例，当光束106在与瞬态衍射元件217a相互作用之后离开声光材料216a时，光束106根据衍射图案被衍射，该衍射图案取决于创建瞬态衍射元件217a的声波的频率内容。当光束106照射在材料216a上时，光束106沿传播方向(在该示例中为+x方向)传播，并且瞬态衍射元件217a以相对于+x方向的一个角度衍射光束106。因为创建瞬态衍射元件217a的声波的频率随时间变化，所以光在材料216a的特定位置处偏转的角度也可以随着瞬态衍射元件217a移动通过材料216a而变化。因此，光束106被衍射元件217a偏转的角度与时间相关。
为了抵消偏转角度的时间依赖性，声波在声光材料216b中沿相反方向(-y方向)传播，并且与在材料216a中传播的声波相位相差180°。因为瞬态衍射元件217b沿与瞬态衍射元件217a相反的方向传播，所以瞬态衍射元件217b使光束106偏转与瞬态衍射元件217a相同的量，但是在相对于+x方向的相反方向上偏转。因此，补偿了偏转的时间依赖性，并且光束106沿+x方向离开材料216b。
在从声光材料216b离开之后，与进入声光材料216a之前的光束106的位置相比，光束106在-y方向上位移。位移是由于光束106在被瞬态衍射元件217a偏转之后行进的空间距离而产生。位移的量由声光材料216a和216b的分离和偏转角度来确定。
在图2的示例中，光学系统210包括单对声光器件(声光器件211a和211b)。如上所讨论的，声光器件将相位图案赋予在光束106上。每个声光器件211a、211b可以应用相位图案，该相位图案使光束在相同的维度上会聚或发散。例如，瞬态衍射元件217a的衍射特性可以使光束106在光束106穿过声光器件211a之后在y维度上发散，并且瞬态衍射元件217b的衍射特性可以使光束106(其穿过声光器件211a发散)在穿过声光器件211b之后在y维度上会聚。因此，这样一对声光器件可以被配置成用作柱面透镜。
光学系统210的其他实现是可能的。例如，光学系统210可以包括一对正交或垂直交叉的声光器件，其被用来在两个维度上成形光束106的波前。在这些实现中，瞬态衍射元件217a的衍射特性可以使光束106在y维度上发散，并且瞬态衍射元件217b可以使光束106(其在穿过声光器件211a之后发散)在z维度上会聚。因此，一对正交声光器件可以被用来调制光束106在二维中的幅度和/或相位。单对正交的声光器件(其中一个声光器件与该对中的另一个声光器件正交)可以使用在其中与瞬态衍射元件在声光材料中行进的距离相比而言激光脉冲持续时间短的实现中。
此外，在一些实现中，光学系统210包括与图2中所示不同数量的声光器件。例如，光学系统210可以包括在路径128上串联布置的多于一个的声光系统204。换句话说，光学系统210可以包括一对以上的声光器件(即，光学系统210可以包括两个以上的声光器件)。在这些实现中，由所有声光器件赋予在光束106上的总相位图案是由每对所赋予的相位图案的总和。例如，正交对(例如，彼此平行的第一组两个声光器件和与第一组正交的第二组两个声光器件)可以被配置为充当球形透镜。在相对于瞬态衍射元件在声光材料中行进的距离而言激光脉冲持续时间大的实现中，可以使用两对正交声光器件(例如，xy平面中的一对和在yz平面中的一对)。此外，在一些实现中，光学系统210可以包括以其他配置布置的成对声光器件。例如，光学系统210可以包括三对声光器件，第一对包括彼此平行的两个声光器件，第二对相对于第一对以45°定向，并且第三对与第一对正交。光学系统210可以包括多于三对的声光器件，并且每对可以相对于其他对以任何方式被定向。例如，光学系统210可以包括四对、五对或六对声光器件，或多于六对声光器件。
每个声光器件可以连接到单独的RF放大器和单独的波形发生器，使得每个声光器件可以接收不同的RF电信号。因此，每个声光器件的相位图案可以被单独控制并适于提供特定情形所需的补偿。此外，在一些实现中，光学系统210仅包括单个声光器件。
参考图3，示出了另一示例系统300的框图。系统300是系统100(图1)的另一示例实现。系统300包括声光系统204，如上面参考图2所讨论的。在图3中所示的实现中，在穿过声光材料216a、216b之后，光束106与光学分离器305(例如，分束器)相互作用，光学分离器305将光束106的一部分361透射到波前传感器362。波前传感器362可以是例如渐变相位掩模、波前感测相机或干涉仪。波前传感器362将表示部分361的波前的数据提供给控制系统164。控制系统164分析数据并估计部分361的波前。控制系统164基于估计的部分161的波前来生成控制信号165，并将控制信号165提供给波形发生器227a和227b。每个波形发生器227a、227b生成具有由控制信号165指示的频率内容的啁啾电信号。控制信号165可以包括用于每个波形发生器227a和227b的单独控制信号，使得波形发生器227a、227b可以生成具有不同频率特性的电信号。啁啾电信号在相应的RF放大器212a、212b中被放大，以形成放大的电信号213a、213b。将电信号213a、213b提供给相应的换能器214a、214b，换能器214a、214b将信号213a、213b转换成声波，声波在相应的边界215a、215b处被注入到相应的声光材料216a、216b中。
因此，电信号213a和213b是具有频率内容的啁啾频率信号，该频率内容基于在输出侧208处的光束106的波前的估计(在光束106已经穿过材料216a和216b之后)。因为由瞬态衍射元件217a和217b赋予的衍射图案取决于声波的频率，所以(例如，通过用控制信号165控制波形发生器227a至227b)控制电信号213a和213b的频率内容允许控制由材料216a和216b赋予的衍射图案。这允许校正、特意调节或减轻波束106的波前的畸变。例如，可以校正或减轻由声光材料216a和/或216b中的物理效应(例如引起材料216a和216b中的任一个或两者的折射率变化的变热)所引起的畸变。
图4A是系统400的框图，系统400是图1的系统100的实现的另一个示例。系统400与系统300(图3)的不同之处在于，系统400不包括光学分离器305或波前传感器362。系统400包括声光系统404，其包括声光器件211a、211b。代替利用波前传感器362估计光束106的波前，声光系统404通过估计声光材料216a和216b的空间温度分布来估计光束106的波前。温度分布可以是例如从材料上的一个点到另一个点的温度变化。系统404包括温度传感器462，温度传感器462被放置在声光材料216a和216b上。温度传感器462可以是例如热电偶和/或电阻温度计。
在图4A的示例中，将每个温度传感器462放置在每个声光材料216a和216b的不同边界处。还参考图4B，示出了可以如何将传感器462定位于声光材料216a处的示例。图4B示出了传感器462的四个实例，被标记为传感器462a-462d。呈现传感器462-462以用于说明目的。在其他实现中，可以使用更多或更少的传感器。在图4A和图4B的示例中，传感器362a-362d被定位于声光材料216a周边处或附近的四个不同位置，其中传感器462a位于上侧边界(在从材料216a的中心的+y方向上)，传感器462b位于右边界(在相对于材料216a的中心的+z方向上，传感器462c位于下边界(在相对于材料216a的中心的-y方向上)，以及传感器462d在左边界处(在相对于材料216a的中心的-z方向上)。在其他实现中，传感器可以被定位于不同的位置中。
将来自每个传感器462a-462d的温度测量提供给控制系统164。如关于图5更详细地讨论的那样，控制系统164可以实现模型，该模型基于在声光材料216a和216b的边界处测量的温度来估计整个声光材料216a和216b的温度分布。
参考图5，示出了用于补偿光学系统中的物理效应的示例性过程500的流程图。例如，过程500可以被用来补偿穿过和离开声光材料的光束的波前的畸变，其中畸变完全或部分地由声光材料中的物理效应引起。过程500可以由控制系统164的电子处理器167实现，并且可以与上面讨论的系统104、204和404中的任何系统一起使用。为了说明，关于声光器件111和相关联组件(图6A和图7A中所示)来讨论过程500。过程500可以应用于一个以上的声光器件111。声光器件111可以是包括在系统104、204和404中的任何系统中的任何或所有声光器件。为了说明的目的，关于图5、图6A至图6C、图7A和图7B来讨论过程500。
在过程500中，在光束106穿过声光材料116之后估计光束106的波前，如图6A和图7A中所示(510)。光束106的波前可能具有由声光材料中的物理效应引起的非特意的畸变。波前的估计包括畸变的指示。基于估计的波前来生成用于声光器件111的控制信号(520)，并且将控制信号施加到声光器件以生成在声光材料116中传播的频率啁啾声波(530)。频率啁啾声波在材料116中形成瞬态衍射元件117，并且光束106和瞬态衍射元件117之间的相互作用校正或减轻波前畸变。下面更详细地讨论过程500的组件。过程500可以是连续的类似反馈的过程，其连续地估计光束的波前并将各种控制信号施加到声光器件(例如，如图5中从(530)到(510)流动的线所指示)。在一些实现中，可以以预设的时间间隔执行过程500，过程500可以被执行一次(例如，通过执行(510)、(520)和(530)然后结束过程500)，或者可以按需执行过程500。
估计穿过声光材料116并离开声光材料116的光束的波前(510)。如上所指出，可以基于来自测量波前的传感器(诸如图3的传感器362)的数据或通过估计声光材料的温度(诸如利用图4A的传感器462)来估计波前。还参考图3，可以根据由波前传感器362提供的数据估计光束106的波前。如上所指出，声光材料116中的物理效应可使波前畸变。还参考图6A至图6C，示出了由声光材料116中的物理效应引起的波前畸变的示例。在图6A至图6C的示例中，声光材料116的温度根据位置沿y维度(包括+y和-y方向的维度)而变化。图6B示出了材料116的温度根据材料116在+y方向上的位置的曲线图。如图6B中所示，材料的温度根据+y方向上的位置而线性增加。在该示例中，材料116具有恒定的热光学系数(dn/dT)，因此，材料116的折射率(n)也根据+y方向上的位置而线性地增加，如图6C中所示。
声光材料116的光学路径长度取决于材料116的折射率，如公式(1)中所示：
其中OPL是光学路径长度，n是折射率，并且d是材料116中光线的几何路径。因为折射率在声光材料116中空间地变化，所以在材料116内存在光学路径长度的对应的空间变化。结果，光束106的波前被声光材料116畸变。在如图6A的示例中，光束106的波前在穿过材料116之后变成倾斜的波前109。波前109是倾斜的，因为在穿过较高折射率区域的光束的部分到达空间中的点之前穿过材料116的较低折射率区域的光束106的部分到达空间中的相同点。在材料116中没有物理效应的情况下，波前109将是平坦的(在图6A的示例中，平坦的波前是沿着y维度延伸而没有倾斜的波前)。再次参考图5(510)，波前109由波前传感器362测量，并且将表示所测量的波前的数据提供给控制系统164。
在一些实现中，根据诸如图4B的温度传感器462a-462d之类的温度传感器获得的数据来估计波前。来自温度传感器462a-462d的数据由控制系统164分析，以确定整个声光材料116的温度分布的估计。如关于图4A和图4B所讨论的那样，传感器462a-462d处于声光材料116的各种位置或边界(例如，各种外周边或边缘)处。控制系统164的电子储存器166可以存储定义模型的信息，该模型基于从传感器462a-462d接收的所测量的边界温度来预测整个声光材料116的温度。该模型可以基于例如热方程，其估计三维空间中(包括在固体中)的温度随时间的分布。用于三维矩形材料块(例如，声光材料116)的热方程如公式(2)所示：
其中T是温度，是矢量微分算子，ρ是声光材料116的质量密度，k是导热率，c是材料的比热容，并且是材料中的体积热通量。声光材料116中的体积热通量可以是例如由吸收声能和/或光能所产生的热量。
如上所讨论，光束106可以是LW红外光束，并且适合与LW红外光一起使用的材料可能特别容易吸热。使用所测量的温度，可以从公式(2)获得声光材料116中的温度分布的模型。可以根据材料的温度分布和热光学系数(dn/dT)来确定声光材料116的折射率中的空间变化的估计。可以根据估计的折射率的空间变化来确定波前的估计。
基于波前的估计来生成用于光学系统110的控制信号165(520)。控制信号165包括足以生成频率啁啾声波的数据和/或信息，该频率啁啾声波被注入到声光材料116中以形成瞬态衍射元件117。例如，控制信号165可以是利用信息而被输送到波形发生器127的输入接口的电信号，该信息向波形发生器127通知由波形发生器形成的电信号的频率内容、持续时间和/或幅度。为了生成控制信号165，控制系统164可以将估计的波前与参考波前进行比较。参考波前可以是平坦的波前。估计的波前和参考波前可以例如在数值上进行比较，例如通过减法进行比较。
在一些实现中，波形发生器127和/或控制系统164可以存储足以生成频率啁啾声波的控制信号，所述频率啁啾声波补偿重现或预期的物理效应。在这些实现中，通过将估计的波前与参考波前进行比较并且确定多个预先存在的和存储的控制信号中的哪一个与产生估计的波前的热畸变最紧密地相关联来生成控制信号165。
控制信号165可以被用来控制将声波注入到声光材料116中，以用于除了校正由声光材料中的物理效应引起的热畸变之外的目的。例如，在一些实现中，即使估计的波前和参考波前基本相同，也生成控制信号165，但是没有与频率啁啾声波的生成相关的数据或信息。在一些实现中，如果估计的波前与参考波前基本相同，则不生成控制信号165。
控制信号165被施加到光学系统110以生成在声光材料116中传播的频率啁啾声波(530)。当声波在声光材料116中传播时，形成瞬态衍射元件117。控制信号165中的数据和/或信息基于波前的估计和/或基于估计的波前与参考波前之间的差异。因此，声波的频率内容(其根据控制信号165中的数据和/或信息而被指定)确定材料116中的压缩和扩张的区域的间距。
继续上面讨论的并且在图6A中示出的示例，其中波前由于声光材料116中的物理效应而被倾斜，图7A和图7B示出了补偿该物理效应的示例。图7A是在材料116中形成瞬态衍射元件117时的时间瞬时处的声光材料116的示意图。图7B是用于驱动换能器114以生成衍射元件117的电信号113根据时间的曲线图。电信号113的频率随时间变化，其中信号113的较早部分(图7B中的左侧)的频率低于信号的较晚部分(图7B中的右侧)的频率。信号113中的频率可以是例如数十兆赫兹(MHz)、40MHz、60MHz、20-100MHz、或1MHz和1千兆赫兹(GHz)之间。
电信号113可以在被提供给换能器114之前由电学放大器112放大。放大的电信号可以具有例如20W至100W的功率。换能器114将电信号113转换成声波，声波通过边界115处换能器114和材料116之间的物理接触而被耦合到声光材料116中。声波的频率与电信号113的频率成比例和/或等于电信号113的频率。将时间上首先发生的电信号113的部分首先施加到换能器114，因此声波的较低频率部分首先进入材料116并在较高频率部分之前在+y方向上在材料116中传播。声波形成瞬态衍射元件117在+y方向上移动通过材料116。在图7A的示例中，在标记为117的区域中沿x维度延伸的线表示材料116内的压缩和扩张的区域之间的距离，该距离由行进通过材料的声波所产生。瞬态衍射元件117的压缩和扩张的区域之间的距离取决于声波的频率。距离123a、123b是声波的较高频率部分和声波的较低频率部分中的压缩和扩张的区域之间的相应的示例性距离。与瞬态衍射元件117相互作用的光以一角度被衍射，该角度取决于声波的波长(其与声波的频率成反比)，如公式(3)中所示：
其中m是衍射的阶并且等于...-2,-1,0,1,2...；Λ是声波的波长；并且λ是入射在声光材料116上的光的波长。衍射角θ随着声波的频率增加(或随着声波的波长减小)而增加。在图7A的示例中，在元件117的具有诸如距离123a的间距的部分处与瞬态衍射元件117相互作用的光以角度121a被衍射。在元件117的具有诸如距离123b的间距的部分处与瞬态衍射元件117相互作用的光以角度121b被衍射。距离123a小于距离123b，因此，角度121a大于角度121b。
在光束106入射到材料116上的瞬时处，瞬态衍射元件117位于材料116中，如图7A中所示。光束106与衍射元件相互作用并以一角度被衍射，该角度取决于压缩和扩张的区域之间的距离。因此，在图7A的示例中，光束106的与衍射元件117的更靠近换能器的一部分相互作用的部分以比光束106的与远离换能器114(在+y方向上)的瞬态衍射元件117相互作用的部分更高的角度被衍射。由于衍射的量不同，波前(图6A中所示)的倾斜109被移除。从声光材料116出射的光束具有平坦的波前709。
瞬态衍射元件117存在于声光材料116中的时间量取决于材料116中的声速、激发信号113的持续时间以及材料116沿y维度(包含+y和-y方向的维度)的范围。光束106可以是脉冲光束，并且每个脉冲可以具有例如100纳秒(ns)或更短的持续时间。对于Ge或GaAs声光材料116，瞬态衍射元件117可以在材料116中行进500微米(μm)或更小，同时脉冲与瞬态衍射元件117相互作用。如上所指出，材料116在yz平面中的孔径可以是1cm，其远大于500μm并且也远大于由应变波所引起的压缩和扩张的区域之间的距离。因此，尽管瞬态衍射元件117不是永久性的，但是当光脉冲与元件117相互作用时，衍射元件117不会有意义地改变。这样，在光学系统110处于使用中时可以修改瞬态衍射元件117以补偿变化的物理效应，但是足够稳定以成形和校正与元件117相互作用的每个单个脉冲的波前。
过程500还可以被用来补偿系统100的其他部分中的光学元件中的物理效应。例如，在使用波前传感器(诸如图3的波前传感器362)来测量离开声光材料的光束的波前的实现中，所测量的波前可能包括由声光材料以外的元件引起的畸变。因此，通过在光束106穿过声光材料116之后估计光束106的波前，由光束106在穿过材料116之前与之相互作用的光学元件(例如透镜和反射镜)对波前引起的效应也可以在畸变的波前中被反射。除了由声光材料116本身引起的畸变之外，还可以校正由其他元件引起的畸变。
如上所指出，可以将过程500实现为反馈回路控制。例如，声光材料116最初可能缺乏可以引起波前畸变的声学变热。例如，最初可能没有在材料116中传播的声波。可以将初始恒定频率声波施加到材料上(例如，以使材料116对光进行偏转)。初始恒定频率声波的生成导致变热，变热引起穿过材料116的光束的波前中的畸变。测量畸变(例如，在图5的510处)并生成控制信号(例如，在图5的520处)。将控制信号施加到包括材料116的声光器件以生成在材料116中传播的频率啁啾声波以形成瞬态衍射元件(例如，在图5的530处)。可以通过修改初始恒定频率声波来生成频率啁啾声波。对于通过与由频率啁啾声波形成的瞬态衍射元件的相互作用生成初始恒定频率声波而引起的波前畸变，校正穿过材料116的光。然而，频率内容的这种修改可以引起略微不同的畸变和/或不同量的变热，而不会达到热平衡。因此，可以重复过程500，使得再次测量光束的波前，并且可以将后续修改的声波形式的进一步修改的校正应用于材料116。过程500可以继续被应用直到达到稳定状态。
图7B的啁啾频率电信号113作为示例被示出。可以生成具有不同频率内容以补偿不同畸变的其他电信号。例如，如Akemann等人的“Fast spatial beam shaping byacousto-optic diffraction for 3D non-linear microscopy”(Optics Express，2015年10月19日，卷23，第22号，第28191-28205页)所讨论的，对于单个声光器件，声波具有在N个位置yi处(其中i＝1到N，沿器件的声光材料的+y方向)变化的频率，为了将相位赋予在+x方向上穿过声光材料的光束上而在yi和yi+1之间施加的声波的频率由公式(4)给出：
对于i＝1到N 公式(4)。
在公式(4)中，ν是声光材料中的声速，f是施加到声光材料的声波的频率，并且是沿着y维度施加到穿过声光材料的光束上的期望相位。提供公式(4)作为示例，并且可以使用其他已知方法来将所施加的声波的频率与期望的相位图案相关。例如，Konstantinou等人的“Dynamic wavefront shaping with a acousto-optic lens forlaser scanning microscopy”(Optics Express，2016年3月21日，卷6，第6号，第6283-6299页)中，推导了从一对声光器件离开的光束上的相位图案与施加到声光器件的声波的频率之间的关系。
在图7B中，光束106被描绘为与x轴成某个角度，使得它通常不会入射在瞬态衍射元件117上。该角度可以被选择为例如优化来自瞬态衍射元件的衍射。(为简单起见，该角度未在各种其他图中诸如图2和图3中示出。)
参考图8，示出了包括声光系统104的示例性光刻系统800的框图。图8的示例包括声光系统104。然而，可以使用声光系统204或404中的任一个，它们都是声光系统104的实现。
光刻系统800包括EUV光源853，EUV光源853包括产生放大的光束806'的光源801。放大的光束806'从光源801发射并沿着路径803在+x方向上朝着目标区域845传播。目标区域845接收目标840，目标840包括当通过与放大的光束806'的相互作用被转换成等离子体时发射EUV光896的材料。将EUV光896提供给光刻工具895。光刻工具895用EUV光896接收并暴露衬底(例如，硅晶片)以在晶片上形成微电子特征。
目标840在放大的光束806'的一个或多个波长处是反射的。因为目标840是反射的，所以当放大的光束806'与目标840相互作用时，放大的光束806'中的所有或部分可以沿路径803在与+x方向不同的方向上被反射。光束806的反射部分被标记为反射843。反射843可以在-x方向(与+x方向相反)上在路径803上行进并且返回到光源801中。向前光束(从光源801朝着目标区域845传播的光束)的反射诸如反射843被称为“后向反射”。
光源801包括光生成模块844、声光系统104和光学放大器848。光生成模块844是光源(诸如一个或多个激光器、灯或此类元件的任何组合)。光生成模块844可以是例如发射波长为10.26μm或10.59μm的光的二氧化碳(CO2)激光器。光学放大器848具有位于光束路径803上的增益介质849。当增益介质849被激发时，增益介质849向光束806提供光子，放大光束806以产生放大的光束806'。光学放大器848可以包括在路径803上布置有相应增益介质的多于一个的光学放大器。光学放大器848可以是驱动激光系统例如图12B的驱动激光系统1280的全部或一部分。
光生成模块844将光束806在光束路径803上朝着声光系统104发射。声光系统104允许光束806朝着目标区域845传播。然而，声光系统104阻挡了后向反射843。此外，声光系统104还使用过程500补偿声光系统104中的物理效应。因此，声光系统104执行了阻挡或减少后向反射的主要目的并且还补偿了使用声光系统104可能引起的物理效应，而无需向系统800添加额外的光学元件。
参考图9A，示出了包括示例性光源901和声光系统104的EUV光源953的框图。可以使用光源901代替光学系统800中的光源801(图8)。光源901包括光生成模块944，光生成模块944包括两个光学子系统944a、944b、光学放大器848和声光系统104。声光系统104位于路径903上并位于光学放大器848和光生成模块944之间。
光学子系统944a、944b分别产生第一光束906a和第二光束906b。光学子系统944a、944b可以是例如两个激光器。在图9A的示例中，光学子系统944a、944b是两个二氧化碳(CO2)激光器。然而，在其他实现中，光学子系统944a、944b是不同类型的激光器。例如，光学子系统944a可以是固态激光器，并且光学子系统944b可以是CO2激光器。
第一光束906a和第二光束906b具有不同的波长。例如，在光学子系统944a、944b包括两个CO2激光器的实现中，第一光束906a的波长可以是大约10.26微米(μm)并且第二光束906b的波长可以在10.18μm和10.26μm之间。第二光束906b的波长可以是约10.59μm。在这些实现中，光束906a、906b从CO2激光器的不同线中生成，导致光束906a、906b具有不同的波长——即使两个光束都是从相同类型的光源中生成的。光束906a、906b也可以具有不同的能量或强度。
光生成模块944还包括光束组合器949，光束组合器949将第一光束906a和第二光束906b引导到光束路径903上。光束组合器949可以是能够将第一光束和第二光束引导到光束路径903上的任何光学元件或光学元件的集合。例如，光束组合器949可以是反射镜的集合，其中一些反射镜被定位成将第一光束906a引导到光束路径943上，而其他反射镜被定位成将第二光束906b引导到光束路径943上。光生成模块944还可以包括前置放大器947，前置放大器947放大光生成模块944内的第一光束906a和第二光束906b。
第一光束906a和第二光束906b可以在不同的时间在路径903上传播，但是第一光束906a和第二光束906b遵循路径903，并且两个光束906a、906b基本上穿越与声光系统104相同的空间区域并通过光学放大器848。
第一光束906a和第二光束906b由光束输送系统955按角度下发，使得将第一光束906a朝着初始目标区域945a引导并且将第二光束906b朝着修改的目标区域945b引导，该修改的目标区域945b被相对于初始目标区域945a在-y方向上被位移。在一些实现中，光束输送系统955还将第一光束906a和第二光束906b分别聚焦到初始目标区域945a和修改的目标区域945b内或附近的位置。
在图9A中所示的示例中，初始目标区域945a接收初始目标940a和第一光束906a。第一光束906a具有足以将初始目标940a中的目标材料的几何分布(或足以启动目标材料的空间重新配置)修改成在修改的目标区域945b中接收的修改的目标的能量。在修改的目标区域945b中也接收第二光束906b。第二光束906b具有足以将修改的目标940b中的至少一些目标材料转换成发射EUV光的等离子体的能量。在该示例中，第一光束906a可以被称为“预脉冲”，并且第二光束906b可以被称为“主脉冲”。第一光束906a可以从初始目标940a反射离开，引起后向反射943a，并且第二光束906b可以从目标940b反射离开，引起后向反射943b。后向反射943a、943b二者都可以沿着路径903在+x方向以外的方向上传播并进入到光学放大器848中。
声光系统104可以防止后向反射943a和/或943b进入光生成模块944。除了执行阻挡或减少后向反射的功能之外，声光系统104还使用过程500(图5)来补偿声光系统104中的物理效应。此外，可以使用声光系统104和过程500来补偿在系统900的其他部分(诸如例如光束组合器949或前置放大器947)中引起的物理效应。
参考图9B，示出了示例性声光系统904B的框图。声光系统904B可以被用作光源901(图9A)、光源801(图8)或任何其他光源中的声光系统104。
声光系统904B包括二向色光学元件971、反射元件972、声光器件911B和二向色元件976。声光系统904B还可以包括光学布置973、974。光学布置973、974例如可以扩大或缩小穿过这些布置的光束的直径。二向色元件971和976位于光束路径903上。二向色元件971和976可以是能够根据光的波长分离或过滤该光的任何光学组件。例如，二向色元件971和976可以是二向色反射镜、二向色滤光器、二向色分束器或这些元件的组合。二向色元件971和976可以彼此相同，或者它们可以具有不同的配置。在图9B的示例中，二向色元件971和976反射第一光束906a的一个波长(或多个波长)并透射第二光束906b的一个波长(或多个波长)。
将第一光束906a从二向色元件971反射到光束路径975上。在图9B和图9C的示例中，路径975用点划线示出。路径975位于二向色元件971和976之间，并且具有由反射元件972限定的空间范围和形式。光束路径975不同于光束路径903。因此，在声光系统904B中，第一光束906a没有保持在光束路径903上，并且第一光束906a和第二光束906b在元件971和976之间的空间上不同的路径上行进。第一光束906a在到达二向色元件976之前在光束路径975上传播通过光学布置973、974和声光器件911B，所述二向色元件976将光束906a反射回到光束路径903上。第二光束906b穿过二向色元件971并穿过二向色元件976，在传播通过声光系统904B的同时保持在光束路径903上。
声光器件911B位于二向色元件971和976之间的光束路径975上。声光器件911B是能够将入射光偏转到光束路径975上或偏离光束路径975的光学元件。例如，声光系统204(图2和图3)或404(图4A)可以被用作声光器件911B。声光器件911B包括一个或多个声光材料和相关联的换能器，换能器进行振动以将声波注入到声光材料中。
声光器件911B可以以“常开”或“常关”模式操作。当声光器件911B以“常开”模式操作时，声波被施加到器件911B的声光材料，以特意地将光束906a偏转到光束路径975上，使得光束906a朝向放大器848传播。声波具有频率内容，使得将光束906a偏转到光束路径975上，并且还针对至少部分地由声光材料的物理效应引起的畸变对光束906a的波前进行补偿。例如，声波可以是恒定频率波和啁啾频率波的叠加。在期望反射943a在路径975上传播的时间段期间，不将声波施加到声光材料。因为没有施加声波，所以声光材料不会将反射943a偏转到路径975上。因此，反射943a被阻挡并且不到达光生成模块944。
当声光器件911B以“常关”模式操作时，当光束906a在光束路径975上行进时，可以将频率啁啾声波施加到声光材料上。频率啁啾声波使得光束906a保持在光束路径975上并传播到放大器848。频率啁啾声波可导致角度偏转，然而，偏转量和器件911B下游元件的布局使得光束906a保持在路径975上。频率啁啾声波还补偿光束906a中的波前畸变。在预期反射943a存在于路径975上的时候，可以代替频率啁啾声波或者除了频率啁啾声波之外，还将恒定频率声波施加到声光材料。恒定频率声波使反射943a偏离路径975，使得反射943a不到达光生成模块944。
参考图9C，示出了另一示例性声光系统904C的框图。声光系统904C可以被用作光源901(图9A)、光源801(图8)或任何其他光源中的声光系统104。
声光系统904C类似于声光系统904B(图9B)，除了声光系统904C还包括第二声光器件911C之外。声光系统204(图2和图3)或404(图4A)可以被用作第二声光器件911C。第二声光器件911C位于二向色光学元件971和二向色光学元件976之间。如上所讨论，二向色光学元件971透射第二光束906b的波长。因此，第二光束906b穿过二向色光学元件971并入射在第二声光器件911C上。
与声光器件911B类似，第二声光器件911C可以以“常关”模式或“常开”模式操作。因此，器件911C被用来补偿光束906b的波前(其传播到图9A的目标位置945b)，并且器件911C还被用来防止反射943b到达光生成模块944。图10和图11示出了包括声光系统104(或系统204或系统404)的另外的示例性EUV光源。图10是另一示例性EUV光源1053的框图。EUA光源1053图示出了声光系统104(或系统204或系统404)可与附加光学隔离器件1070一起使用。在图11中的X标记图示出了声光系统104(或系统204、304或404)可以被放置在EUV光源中的各种可能位置。
EUV光源1053包括光源1001，光源1001在路径1003上生成光束1006。光源1001包括光生成模块944、前置放大器947、声光系统104和放大器848。在该示例中，声光系统104位于光生成模块944和放大器848之间的路径1003上。将光学隔离器件1070放置在光生成模块1004和目标区域845之间的路径1003上。在图10的示例中，光学隔离器件1070位于声光系统104和光生成模块944之间。在其他实现中，声光系统104和/或光学隔离器件1070可以沿着路径1003处于其他位置。
光学隔离器件1070被用来阻挡来自目标区域845的反射，包括由光生成模块944生成的一个或多个光束的反射。光学隔离器件1070可以是例如基于波长的滤光器或基于偏振的滤光器。基于偏振的光学隔离器件透射第一偏振光(允许这种光保持在路径1003上)并阻挡第二偏振光(使得具有该偏振的光不能在路径1003上传播)。光学隔离器件1070可以是例如空间滤光器，诸如针孔或其他孔径。
参考图11，EUV光源1153包括光源1101，光源1101在路径1103上生成光束1106。光源1101包括光生成模块1144、多个前置放大器947和多个放大器848。光源1101还包括声光系统104(或系统204、系统404)。声光系统104未在图11中示出。而是路径1103上的X标记图示出了可以放置声光系统104的各种位置。可以直接将声光系统104放置在光生成模块1144的下游(在该示例中为+x方向上)。可以将声光系统104放置在任何两个前置放大器947之间、任何两个放大器848之间、最终前置放大器947和第一放大器848之间、和/或最终放大器848之后。
参考图12A，示出了激光产生的等离子体(LPP)EUV光源1200。任何光源102和801-1102可以是EUV光源的一部分，诸如光源1200。LPP EUV光源1200通过用放大的光束1210照射目标位置1205处的目标混合物1214而形成，所述放大的光束1210沿着光束路径朝着目标混合物1214行进。目标840、940a和940b的目标材料可以是或包括目标混合物1214。目标位置1205，其也被称为照射部位，位于真空腔室1230的内部1207内。当放大的光束1210撞击目标混合物1214时，目标混合物1214内的目标材料被转换成等离子体状态，该等离子体状态具有EUV范围内的发射线的元素。所创建的等离子体具有某些特性，这些特性取决于目标混合物1214内的目标材料的成分。这些特性可以包括由等离子体产生的EUV光的波长以及从等离子体释放的碎屑的类型和量。
光源1200还包括目标材料输送系统1225，其以液滴、液体流、固体颗粒或簇、液滴中包含的固体颗粒或液体流中包含的固体颗粒的形式输送、控制和引导目标混合物1214。目标混合物1214包括目标材料，诸如例如水、锡、锂、氙、或当被转换成等离子体状态时具有在EUV范围内的发射线的任何材料。例如，元素锡可以被使用作为纯锡(Sn)；作为锡化合物，例如SnBr4、SnBr2、SnH4；作为锡合金，例如锡-镓合金、锡-铟合金、锡-铟-镓合金、或这些合金的任何组合。目标混合物1214还可以包括杂质，诸如非目标颗粒。因此，在没有杂质的情况下，目标混合物1214仅由目标材料构成。目标混合物1214由目标材料输送系统1225输送到腔室1230的内部1207中并且输送到目标位置1205。
光源1200包括驱动激光系统1215，驱动激光系统1215由于激光系统1215的一个或多个增益介质内的粒子数反转而产生放大的光束1210。光源1200包括激光系统1215和目标位置1205之间的光束输送系统，光束输送系统包括光束传送系统1220和聚焦组件1222。光束传送系统1220从激光系统1215接收放大的光束1210，并根据需要转向和修改放大的光束1210并输出放大的光束1210到聚焦组件1222。聚焦组件1222接收放大的光束1210并将光束1210聚焦到目标位置1205。
在一些实现中，激光系统1215可以包括一个或多个光学放大器、激光器和/或灯以用于提供一个或多个主脉冲，并且在一些情况下提供一个或多个预脉冲。每个光学放大器包括能够以高增益光学地放大所期望波长的增益介质、激发源和内部光学器件。光学放大器可以具有或可以不具有形成激光腔的激光反射镜或其他反馈器件。因此，即使没有激光腔，激光系统1215也会由于激光放大器的增益介质中的粒子数反转而产生放大的光束1210。此外，激光系统1215可以产生放大的光束1210，如果存在激光腔以向激光系统1215提供足够的反馈，则该放大的光束1210是相干激光束。术语“放大的光束”涵盖以下项中的一项或多项：来自激光系统1215的仅被放大但不一定是相干激光振荡的光，以及来自激光系统1215的被放大并且也是相干激光振荡的光。
激光系统1215中的光学放大器可以包括作为增益介质的填充气体，该填充气体包括CO2并且可以以增益大于或等于800放大波长在约9100和约11000nm之间的光，并且特别是大约10600nm的光。用于在激光系统1215中使用的合适的放大器和激光器可以包括脉冲激光器件，例如，例如用DC或RF激发产生约9300nm或约10600nm的辐射的脉冲气体放电CO2激光器件，其以相对高的功率例如10kW或更高以及高脉冲重复率例如40kHz或更高进行操作。激光系统1215中的光学放大器还可以包括诸如水之类的冷却系统，该冷却系统可以在以更高功率操作激光系统1215时被使用。
图12B示出了示例性驱动激光系统1280的框图。驱动激光系统1280可以被用作源1200中的驱动激光系统1215的一部分。驱动激光系统1280包括三个功率放大器1281、1282和1283。功率放大器1281、1282和1283中的任何一个或全部可以包括内部光学元件(未示出)。
光1284通过输出窗口1285离开功率放大器1281并从曲面反射镜1286反射离开。在反射之后，光1284穿过空间滤光器1287，被曲面反射镜1288反射，并通过输入窗口1289进入功率放大器1282。光1284在功率放大器1282中被放大，并作为光1291通过输出窗口1290被重新引导出功率放大器1282。通过折叠反射镜1292将光1291朝着放大器1283引导并通过输入窗口1293进入放大器1283。放大器1283放大光1291并将光1291作为输出光束1295通过输出窗口1294引导出放大器1283。折叠反射镜1296将输出光束1295向上(在页面之外)并且朝着光束传送系统1220(图12A)引导。
再次参考图12B，空间滤光器1287限定孔径1297，孔径1297可以是例如直径在约2.2mm和3mm之间的圆。曲面反射镜1286和1288可以是例如焦距分别为约1.7m和2.3m的离轴抛物面反射镜。空间滤光器1287可以被定位成使得孔径1297与驱动激光系统1280的焦点重合。
再次参考图12A，光源1200包括具有孔径1240的收集反射镜(collector mirror)1235，以允许放大的光束1210穿过并到达目标位置1205。在EUV光可以从光源1200输出并且可以输入到例如集成电路光刻工具(未示出)的情况下，收集反射镜1235可以是例如在目标位置1205处具有主聚焦并且在中间位置1245处具有辅助聚焦(也被称为中间聚焦)的椭圆反射镜。光源1200还可以包括端部开口的中空锥形护罩1250(例如，气锥)，其从收集反射镜1235朝向目标位置1205逐渐变细，以在允许放大的光束1210到达目标位置1205的同时减少进入聚焦组件1222和/或光束输送系统1220的等离子体生成的碎屑的量。为此目的，可以在护罩中提供朝向目标位置1205引导的气流。
光源1200还可以包括主控制器1255，主控制器1255连接到液滴位置检测反馈系统1256、激光控制系统1257和光束控制系统1258。光源1200可以包括一个或多个目标或液滴成像器1260，目标或液滴成像器1260提供指示例如相对于目标位置1205的液滴位置的输出，并将该输出提供给液滴位置检测反馈系统1256，液滴位置检测反馈系统1256可以例如计算液滴位置和轨迹，从中可以基于液滴或平均值计算液滴位置误差。因此，液滴位置检测反馈系统1256将液滴位置误差作为输入提供给主控制器1255。因此，主控制器1255可以将激光位置、方向和定时校正信号例如提供给激光控制系统1257，以可以被用来例如控制激光定时电路和/或光束控制系统1258，从而控制放大的光束位置和光束传送系统1220的整形，以改变在腔室1230内的光束聚焦光斑的位置和/或聚焦功率。
目标材料输送系统1225包括目标材料输送控制系统1226，目标材料输送控制系统1226可响应于来自主控制器1255的信号而可操作为例如修改由目标材料供应设备1227释放的液滴的释放点，以校正到达期望目标位置1205处的液滴中的误差。
另外，光源1200可以包括光源检测器1265和1270，光源检测器1265和1270测量一个或多个EUV光参数，包括但不限于脉冲能量、根据波长的能量分布、特定波长带内的能量、特定波长带外的能量、以及EUV强度的角度分布和/或平均功率。光源检测器1265生成供主控制器1255使用的反馈信号。反馈信号可以例如指示诸如激光脉冲的定时和聚焦之类的参数中的误差，以在正确位置和时间适当地截取液滴以进行有效和高效的EUV光产生。
光源1200还可以包括导引激光器1275，导引激光器1275可以被用来对准光源1200的各个区段或者帮助将放大的光束1210转向到目标位置1205。与导引激光器1275相关，光源1200包括量测系统1224，量测系统1224被放置在聚焦组件1222内以对来自导引激光器1275的一部分光和放大的光束1210进行采样。在其他实现中，将量测系统1224放置在光束传送系统1220内。量测系统1224可以包括对光的子集进行采样或重新引导的光学元件，这种光学元件由可以承受导引激光束和放大的光束1210的功率的任何材料制成。光束分析系统由量测系统1224和主控制器1255形成，因为主控制器1255分析来自导引激光器1275的所采样的光并使用该信息来通过光束控制系统1258调节聚焦组件1222内的部件。
因此，总而言之，光源1200产生放大的光束1210，放大的光束1210沿着光束路径被引导以在目标位置1205处照射目标混合物1214，以将混合物1214内的目标材料转换成在EUV范围中发射光的等离子体。放大的光束1210在特定波长(也被称为驱动激光波长)下操作，该特定波长是基于激光系统1215的设计和属性而确定的。另外，当目标材料向激光系统1215提供足够的反馈以产生相干激光光时或者如果驱动激光系统1215包括合适的光学反馈以形成激光腔时，则放大的光束1210可以是激光束。
其他实现在权利要求的范围内。例如，光源102可以是任何种类的光源，或者可以是无源地将光朝着声光系统104引导的反射镜或光学元件，但不一定是有源光源。

Claims (29)

1.一种方法，包括：
估计离开声光材料的光束的波前；
生成用于包括所述声光材料的声光系统的控制信号，所述控制信号基于估计的所述光束的所述波前；以及
将所述控制信号施加到所述声光系统，以生成在所述声光材料中传播的频率啁啾声波，所述频率啁啾声波在所述声光材料中形成瞬态衍射元件，所述瞬态衍射元件和所述光束之间的相互作用调节所述光束的所述波前，以补偿所述光束的所述波前的畸变，所述波前的所述畸变至少部分地由所述声光材料中的物理效应引起。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，估计离开所述声光材料的所述光束的所述波前包括：
接收离开所述声光材料的所述光束的至少一部分，以及
基于接收到的所述光束的第一脉冲的一部分，估计离开所述声光材料的所述光束的所述波前。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述声光材料的所述物理效应包括所述声光材料的热畸变，所述热畸变至少部分地引起离开所述声光材料的所述光束的所述波前的所述畸变。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，估计离开所述声光材料的所述光束的所述波前包括：
访问所述声光材料的多个温度测量，所述多个温度测量中的每一个温度测量是所述声光材料的不同部分的温度，
基于所访问的多个温度，估计所述声光材料的温度分布，
基于估计的所述声光材料的所述温度分布，估计所述声光材料的折射率的空间分布，以及
使用估计的所述声光材料的所述折射率，估计离开所述声光材料的所述光束的所述波前。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述声光材料吸收所述光束、所述频率啁啾声波和在所述声光材料中传播的除了所述频率啁啾声波之外的声波中的一项或多项作为热量，并且所述声光材料的所述物理效应包括由吸收的所述热量引起的热畸变。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述瞬态衍射元件针对除了所述声光材料的所述物理效应之外的效应进一步补偿所述光束。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，除了所述声光材料的所述物理效应之外的所述效应包括：除了所述声光材料之外的光学元件的物理效应，所述光学元件被定位成与所述光束相互作用。
8.根据权利要求2所述的方法，其中：
所述光束包括脉冲光束，
接收所述光束的至少一部分包括：接收所述光束的第一脉冲的一部分，
确定所述光束的波前包括：基于接收到的所述光束的所述第一脉冲的一部分确定波前，以及
在所述光束的第二脉冲穿过所述声光材料时，生成的所述频率啁啾声波在所述声光材料中传播、并形成所述瞬态衍射元件，所述光束的所述第二脉冲发生在所述光束的所述第一脉冲之后。
9.根据权利要求8所述的方法，其中
所述第一脉冲和所述第二脉冲具有100纳秒(ns)或更短的持续时间，以及
在所述第二脉冲穿过所述声光材料时，所述瞬态衍射元件在所述声光材料中传播500微米(μm)或更小，使得所述第二脉冲与所述瞬态衍射元件相互作用、并由所述瞬态衍射元件以一角度衍射，所述角度取决于所述频率啁啾声波的频率。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述声光材料的所述物理效应包括所述声光材料的热畸变，所述热畸变至少部分地引起离开所述声光材料的所述光束的所述波前的畸变。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括：
生成用于所述声光系统的初始控制信号，所述初始控制信号独立于估计的所述光束的所述波前；以及
在估计所述光束的所述波前之前，将所述初始控制信号施加到所述声光系统，以在所述声光材料中生成恒定频率声波，所述恒定频率声波在所述声光材料中形成初始瞬态衍射元件，其中所述初始瞬态衍射元件的生成是至少部分地引起所述波前的所述畸变的所述物理效应。
12.一种用于极紫外(EUV)光源的系统，所述系统包括：
光学系统，包括：
声波在其中传播的声光材料，所述声光材料被配置成被定位在光束路径上，以及
声波发生器，包括：
换能器，被配置成耦合到所述声光材料，以及
波形发生器，被配置为耦合到所述换能器；
感测设备，被配置为测量与在所述光束路径上传播的光束相关的数据、或与所述声光材料的状况相关的数据；以及
控制系统，耦合到所述感测设备和所述波形发生器，所述控制系统被配置为：
基于由所述感测设备测量的数据，估计所述光束的波前，
基于估计的所述光束的所述波前，生成控制信号，以及
向所述光学系统提供所述控制信号，所述控制信号足以使所述声波发生器向所述声光材料提供频率啁啾声波，所述频率啁啾声波在所述声光材料中形成瞬态衍射元件，所述瞬态衍射元件和所述光束之间的相互作用调节所述光束的所述波前，以补偿所述声光材料的物理效应。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述声光材料的所述物理效应包括所述声光材料中的空间变化的折射率。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述声光材料的所述物理效应包括热畸变，并且所述声光材料内的任何特定位置处的折射率与所述声光材料吸收的热量、以及一个或多个吸收位置与所述特定位置之间的距离相关，所述吸收位置是晶体中吸收热量的区域。
15.根据权利要求12所述的系统，其中，所述声光材料吸收所述光束、所述频率啁啾声波和在所述声光材料中传播的除了所述频率啁啾声波之外的声波中的一项或多项，并且所述声光材料的所述物理效应包括由吸收的热量引起的热畸变。
16.根据权利要求12所述的系统，其中，所述声光材料包括对具有在10μm和11μm之间的波长的光基本透明的材料。
17.根据权利要求12所述的系统，其中，所述声光材料包括锗(Ge)或砷化镓(GaAs)。
18.根据权利要求12所述的系统，其中，所述光学系统缺乏声学终止器，所述声学终止器是作为所述声光材料的一部分的、或与所述声光材料物理连接的元件，并且被配置为执行所述频率啁啾声波的吸收、散射、透射或重新引导中的一项或多项。
19.根据权利要求12所述的系统，其中，所述光源包括极紫外(EUV)光源。
20.根据权利要求12所述的系统，其中，所述光学系统还包括耦合到所述波形发生器和所述换能器的射频(RF)电学放大器，所述波形发生器被配置为通过所述RF电学放大器耦合到所述换能器。
21.根据权利要求12所述的系统，其中，所述感测设备被配置为测量与所述声光材料的状况相关的数据，所述状况与所述声光材料的温度相关。
22.一种极紫外(EUV)光源，包括：
光生成模块；
一个或多个前置放大器；
一个或多个功率放大器，一个或多个前置放大器位于所述光生成模块和所述一个或多个功率放大器之间；以及
声光系统，包括：
声光材料，位于所述一个或多个功率放大器之一与所述光生成模块之间，
波形发生器，
换能器，被配置为将来自所述波形发生器的波形作为声波发送到所述声光材料中，以及
耦合到所述波形发生器的控制系统，所述控制系统被配置为估计离开所述声光材料的光束的波前、并基于估计的所述波前向所述波形发生器提供控制信号，所述控制信号足以使所述波形发生器生成频率啁啾波形，所述频率啁啾波形当由所述换能器注入到所述声光材料中时，针对所述声光材料的物理效应补偿在所述声光材料中传播的光束的所述波前。
23.根据权利要求22所述的EUV光源，其中，所述声光材料位于所述前置放大器之一与所述功率放大器之一之间。
24.根据权利要求22所述的EUV光源，还包括耦合到所述控制系统的温度传感器，所述温度传感器被配置为测量所述声光材料的温度，并且其中
所述控制系统被配置为确定所述声光材料的特性包括：所述控制系统被配置为基于来自所述温度传感器的数据来确定所述声光材料的温度。
25.根据权利要求22所述的EUV光源，还包括光学感测设备，所述光学感测设备被配置为接收通过所述声光材料传播的光，并且感测接收到的所述光的波前，并且其中
所述控制系统被配置为确定所述声光材料的特性包括：所述控制系统被配置为基于来自所述光学感测设备的数据来确定接收到的所述光的所述波前。
26.根据权利要求25所述的EUV光源，其中，所述光学感测设备包括渐变相位掩模、波前感测相机和干涉仪中的一项或多项。
27.一种方法，包括：
将恒定频率声波施加到声光材料，所述恒定频率声波在所述声光材料中形成初始瞬态衍射元件；
估计在与所述初始瞬态衍射元件相互作用之后离开所述声光材料的光束的波前；
基于估计的所述波前来修改所述恒定频率声波，以形成修改的声波，所述修改的声波包括频率啁啾；以及
将所述修改的声波施加到所述声光材料，所述修改的声波形成校正的瞬态衍射元件，所述校正的瞬态衍射元件和所述光束之间的相互作用调节所述光束的所述波前，以补偿所述波前的畸变，所述畸变至少部分地由所述初始瞬态衍射元件的生成引起。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，基于所述声光材料的温度来估计离开所述声光材料的所述光束的所述波前。
29.根据权利要求27所述的方法，其中，估计离开所述声光材料的所述光束的所述波前包括：测量离开所述声光材料的所述光束的所述波前。
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