激光系统的制作方法

本公开涉及激光系统。激光系统可以在光刻领域中具有应用，并且可以向光刻设备提供激光束。激光器可以例如包括准分子激光器。

背景技术：

1、光刻设备是被构造为将期望图案施加到衬底上的机器。光刻设备可以被用于例如制造集成电路(ic)。光刻设备可以例如将图案形成装置(例如，掩模)的图案(也被称为“设计布局”或“设计”)投影到衬底(例如，晶片)上提供的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。

2、随着半导体制造工艺的不断进步，电路元件的尺寸不断减小，而每个器件的功能元件(诸如晶体管)的数量几十年来遵循通常被称为“摩尔定律”的趋势一直在稳步增加。为了跟上摩尔定律的步伐，半导体行业正在追逐能够创建越来越小特征的技术。为了在衬底上投影图案，光刻设备可以使用电磁辐射。该辐射的波长确定了图案化到衬底上的抗蚀剂中的特征的最小尺寸。目前使用的典型波长为365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。激光器，例如准分子激光器，可以被用于以激光束的形式向光刻设备提供电磁辐射。激光束具有诸如光束形状和光束尺寸的特性。

3、可能期望提供用于提供具有受控特性(诸如光束形状和光束尺寸)的电磁辐射的系统和方法，其至少部分地解决无论在本文中标识还是以其他方式标识的、与已知系统和方法相关联的一个或多个问题。

技术实现思路

1、根据所公开的主题的第一方面，提供了一种激光系统，包括：能够操作以生成激光束的激光器；包括第一光学元件和第二光学元件的光学系统；以及激光束离开激光系统的输出端；激光器、光学系统和输出端被布置为使得激光束依次传播到第一光学元件、第二光学元件和输出端；其中第一光学元件具有第一焦距，第二光学元件具有与第一焦距相等的第二焦距，并且第二光学元件与第一光学元件被间隔开第一焦距的两倍的距离。

2、由激光器生成的激光束通常将具有非零发散度。因此，激光束在输出端处的横截面尺寸将大于在激光器处的横截面尺寸。发散度可能随时间变化(例如，脉冲式激光束的从脉冲到脉冲的变化)。因此，激光束在输出端处的横截面尺寸可以随着时间波动。激光束在输出端处的该尺寸由激光束的发散度以及激光束在激光器和输出端之间传播的距离来确定。此外，通常，由激光器生成的激光束的指向方向可能随时间变化(例如，脉冲式激光束的从脉冲到脉冲的变化)。因此，激光束在输出端处的位置将变化。激光束位置的该变化由激光器处的激光束指向的变化以及激光束在激光器和输出端之间传播的距离来确定。

3、光学系统可以被用于在第二平面中形成(位于第一光学元件和激光器之间的)第一平面的图像。第一平面和第二平面(在激光束的传播方向上)被间隔开第一焦距的四倍的距离。这样的光学系统将激光器发射的激光束的有效传播长度减少与焦距的四倍相等的距离。通过减小有效传播长度，激光束(例如，在输出端处)的一个或多个特性针对激光系统的给定实际传播长度(例如，相对于相同物理尺寸但省略光学系统的布置)被改进。一个或多个特性的改进可以包括期望的光束尺寸(例如，减小的光束尺寸)和/或期望的光束形状。通过减小有效传播长度，针对激光系统的给定实际传播长度(例如，相对于相同物理尺寸但省略光学系统的布置)，激光束(例如，在输出端处)的稳定性被改进。稳定性可以表示一个或多个激光束特性随时间的变化(即，时间变化)。改进的稳定性可以包括：更稳定的光束形状(即，减少的光束形状的时间变化)、更稳定的光束位置(即，减少的光束位置的时间变化)和/或更稳定的光束尺寸(即，减少的光束尺寸的时间变化)。有益地，包括光学系统允许激光束在激光器和激光系统的输出端之间传播更长路径长度，同时保持期望的特性集和/或改进的稳定性。进而，针对给定的光束稳定性和/或输出端处的给定特性，这为在激光器和输出端之间定位光学部件提供了更多的物理空间。光学系统可以被称为激光束稳定系统和/或有效传播长度减少系统。

4、第一焦距和第二焦距可以被称为焦距f。焦距可以是正焦距(例如，第一和第二光学元件可以包括会聚光学元件)。

5、如现在所讨论的，根据所公开的主题的第一方面的激光系统的光学系统是有利的。发明人已意识到，这样的光学系统可以在距物体平面4f的距离的共轭平面(可以被称为图像平面)中形成光学系统之前的任何平面(可以被称为物体平面)的图像。如本文所使用的，光学系统之前的平面可以被理解为指代光学系统上游的平面，即，设置在激光器和第一光学元件之间的任何平面。无论平面是否与第一或第二光学元件的焦平面重合，都会发生该成像。事实上，光学系统可以同时成像到多个共轭平面，例如，第一物体平面成像到第一图像平面(距离第一物体平面4f的距离处)和第二物体平面成像到第二图像平面(距离第二物体平面4f的距离处)。有利地，这允许光学系统的光学元件在激光器和输出端之间具有更大的灵活性。有益地，这允许光学元件在激光系统的其他约束允许的情况下被尽可能远地放置，从而进一步减少激光束的有效传播长度。此外，这允许光学元件被定位在可能被定位在激光系统中的其他部件周围。

6、具体地，与已知的光学成像系统相比，光学系统的定位可以具有更大的灵活性。在已知的光学成像系统中，光学元件通常被定位在距感兴趣物体平面和感兴趣图像平面的特定距离处。物体平面的特定位置通常可以是光学系统的前焦平面的位置或光学元件的焦距。从该特定距离移动所述光学元件通常会导致图像失焦和/或激光束发散。有利地，使用本文描述的光学系统消除了这样的定位限制。

7、由于光学系统具有焦距相等且以两个焦距间隔开的两个光学元件，因此光学系统的有效放大倍数为1或-1。光学系统的长度可以被认为是第一和第二光学元件的焦距的两倍。第一和第二光学元件的焦距可以被选择，以便根据激光系统的空间要求来最大化光学系统的长度。

8、可以理解，激光束传播到第一光学元件、第二光学元件和输出端依次意味着激光束按顺序传播到第一光学元件、第二光学元件并输出。即，第一光学元件接收来自激光器的激光束，第二光学元件接收来自第一光学元件的激光束并且输出端接收来自第二光学元件的激光束。每个元件(第一光学元件、第二光学元件和输出端)可以直接、也可以间接(例如，经由居间部件)从前一个元件接收激光束。优选地，尽管不是基本上，第二光学元件可以直接从第一光学元件接收激光束。

9、可以理解，随着激光束依次传播到第一光学元件、第二光学元件和输出端，并且随着激光束通过输出端而离开激光系统，激光束仅传播通过光学系统一次。即，激光束(按顺序)传播到第一光学元件、第二光学元件和输出端中的每一者仅一次。即，激光束(或其任何重要部分)不会两次传播到第一光学元件、第二光学元件或输出端(例如，激光束或其任何重要部分没有通过光学系统的再循环)。此外，激光束没有被分成经由不同路线通过光学系统的多个部件。这也可以被称为激光束以线性方式(或线性地)传播通过激光系统。这也可以被称为激光束单次传播通过第一光学元件、第二光学元件和输出端中的每一者。以线性方式传播的激光束不同于循环或重复通过激光系统的各部分传播的激光束。

10、第一光学元件可以被布置为接收基本上所有的激光束。类似地，第二光学元件可以被布置为接收基本上所有的激光束。应理解，在任何激光系统中都会经历一些损耗，因此当考虑到损耗时，基本上所有损耗都可以被认为表示激光束的“全部”，但不包括对部分光束的显著的或计划的移除。即，在激光束被第一光学元件接收之前，激光束的实质性部分不会被去除(例如，使用分束器或其他方式)。换言之，没有直接布置在第一光学元件之前的分束器。

11、激光束包括辐射。激光束可以包括辐射脉冲或连续辐射。光学元件可以包括透镜和/或反射镜。

12、激光器可以包括准分子激光器。众所周知，准分子激光器生成具有指向误差和/或波动以及高发散度的激光束。上述光学系统在与准分子激光器一起使用时特别有益，因为它能够改进激光束特性和稳定性(例如，改进和/或稳定光束位置、尺寸和形状)。

13、激光系统还可以包括脉冲展宽器，用于增加激光束中的脉冲的脉冲长度。脉冲展宽器可以包括一个或多个分束器和一个或多个延迟线。脉冲展宽器可以被布置为接收输入脉冲，以将输入脉冲转换为脉冲串。增加脉冲长度可能会降低散斑的影响，例如，脉冲的不同时间部分可能具有不同的散斑图案。当与光刻设备组合使用时，脉冲展宽器可能特别有益，因为光刻曝光可能会受到散斑的不利影响。在某些情况下，由于激光系统的空间约束，脉冲展宽器可能无法物理地设置在激光器和激光系统的输出端之间。因此，例如由于激光系统中的空间约束，可能需要增加激光传播距离，以便将激光束引导到设置在其他地方的脉冲展宽器。使用根据第一方面的光学系统可以有益地减少激光束的有效传播长度，从而使得能够使用其他部件，诸如脉冲展宽器，同时与使用没有光学系统的激光系统相比，仍然提供改进的光束稳定性和/或改进的光束特性。此外，它在对这样的附加部件(诸如脉冲展宽器)定位时提供了更大的灵活性，同时在激光系统的输出端处保持期望的光束稳定性和/或激光束特性。

14、如上所述，光学系统减少了激光器和输出端之间的有效传播距离。这允许激光器和输出端之间有更大的物理距离(对于输出端处的给定光束稳定性/特性)。进而，这提供了更多的物理空间来容纳脉冲展宽器。附加地或备选地，它还允许更大的自由度来定位脉冲展宽器。例如，这可以允许在不会由于该增加的物理光路而牺牲激光束在输出端处的稳定性或光束特性的情况下，对光学器件进行控向，以将激光束引导到脉冲展宽器或从脉冲展宽器引导，脉冲展宽器没有被物理地设置在激光器和输出端之间。

15、脉冲展宽器可以被布置在激光器和第一光学元件之间。“之间”应被解释为相对于激光束的传播路径。即，激光束从激光器传播到脉冲展宽器，然后从脉冲展宽器传播到第一光学元件。在该布置中，第一光学元件间接接收来自激光器的激光束。脉冲展宽器的输出基本上包括激光束的所有脉冲(减去任何意外损耗，例如由于反射镜吸收的损耗)，使得第一光学元件接收到基本上所有的脉冲。即，输入脉冲的基本上所有(总)功率被转移到脉冲串中，使得第一光学元件接收输入脉冲的基本上全部(总)功率。脉冲展宽器可能没有整体聚焦能力。脉冲展宽器的有效传播长度可以为零。脉冲展宽器的输出可以包括基本上准直的激光束。

16、脉冲展宽器降低脉冲的峰值功率。在该布置中，较低的峰值功率入射在光学系统的光学元件上。有益地，该布置可以减少损坏，并且因此增加光学系统的使用寿命。

17、脉冲展宽器可以包括脉冲展宽器输出端，通过脉冲长度增加的脉冲可以通过脉冲展宽器输出端而离开脉冲展宽器。第一光学元件可以位于脉冲展宽器输出端附近。通过将第一光学元件定位在靠近脉冲展宽器输出端的位置，激光束在光学系统外部传播的距离可以被减小。通过减小激光束在光学系统外部传播的距离，激光束的稳定性和/或特性被改进。由于光学系统的成像性质，该减小是可能的。

18、可以理解，通过将第一光学元件定位为靠近脉冲展宽器输出端，脉冲展宽器输出端可以被设置在第一光学元件和第一光学元件的前焦平面之间。这是可能的，因为发明人意识到光学系统可以在光学系统之后的共轭平面中形成光学系统之前的任何平面的图像。

19、脉冲展宽器输出端与第一光学元件之间的距离可以小于第一焦距。由于光学系统的成像性质，该布置是可能的(光学系统可以将光学系统之前的任何平面成像到共轭平面，无论这些平面是否与第一或第二光学元件的焦平面重合)。光学系统在布置激光系统时提供了更大的灵活性。

20、第二光学元件可以直接接收来自第一光学元件的激光束。即，第一和第二光学元件之间可以不存在居间部件。当激光束被聚焦在第一和第二光学元件之间时，它们之间的能量通量(每单位面积的能量)很高。没有居间部件可以有益地减少部件损坏和/或减少对激光束的吸收。

21、激光系统还可以包括在其内部设置有激光器和光学系统的外壳。外壳可以在激光系统的输出段处或附近包括出口孔径。第二光学元件可以位于出口孔径附近。可以考虑外壳通常包围激光器和光学系统。通过将第二光学元件定位为靠近出口孔径，激光束在离开激光系统之前在光学系统外部行进的距离被减小。通过减小激光束在光学系统外部行进的距离，激光束在出口孔径处的稳定性和/或光束特性被改进。由于光学系统的成像性质，该减小是可能的。

22、出口孔径与第二光学元件之间的距离可以小于第一焦距。由于光学系统的成像性质，该布置是可能的(光学系统可以将光学系统之前的任何平面成像到共轭平面，无论这些平面是否与第一或第二光学元件的焦平面重合)。

23、激光系统还可以包括第二光学系统，第二光学系统包括第三光学元件和第四光学元件。第三光学元件可以具有第三焦距。第四光学元件可以具有与第三焦距相等的第四焦距。第四光学元件可以沿光轴与第三光学元件间隔开第三焦距的两倍的距离。第三焦距可以等于第一焦距，也可以不同。第二光学系统可以位于以下位置中的一个位置：激光器和(第一)光学系统之间、激光器和脉冲展宽器之间、第一光学系统和激光系统的输出端之间。激光系统还可以包括另外的光学系统，例如具有第五焦距的第三光学系统。

24、使用多于一个的这样的光学系统可以有利地允许有效传播距离被进一步减小，同时在不需要将附加部件定位在光学系统的第一和第二光学元件之间(其中它们可能容易由于高能量通量而损坏)的情况下，仍然允许附加部件(例如，脉冲展宽器)。

25、激光系统还可以包括第二脉冲展宽器。第二脉冲展宽器可以提供脉冲长度的进一步增加和/或以其他方式处理脉冲。第二脉冲展宽器可以被布置在(第一)光学系统和输出端之间。即，第二光学元件可以将激光束引导到第二脉冲展宽器并且第二脉冲展宽器可以将激光束输出到激光系统的输出端。该布置有利地减少了脉冲在第一脉冲展宽器和第二脉冲展宽器之间行进的有效传播距离。

26、根据所公开的主题的第二方面，提供了包括根据前述权利要求中任一项所述的激光系统的光刻设备。激光系统提供的激光束的稳定性和/或改进的特性可以导致改进光刻性能。