X射线干涉光刻光束线关键光学元件热-结构耦合分析

为了保证上海光源X射线干涉光刻光束线的稳定性,减小热变形对实验结果的影响,对X射线干涉光刻光束线的3个关键光学元件——偏转镜、聚焦镜和精密四刀狭缝进行热-结构耦合分析。首先,计算偏转镜、聚焦镜和精密四刀狭缝所承载的功率密度;然后,建立其有限元模型;最后,获得光学元件的温度场和热变形的结果。结果表明,偏转镜和聚焦镜采用间接水冷方式可有效抑制热变形,冷却后的最大面形误差分别为7.2μrad和9.2μrad。精密四刀狭缝未冷却时,刀片组件温度介于271.56~273.27℃,刀口热变形为0.19 mm,直线导轨热变形为0.08 mm;经过铜辫子冷却后,刀片组件温度降至22.24~23.94℃,刀口热变形降至0.2μm,直线导轨热变形降至0.1μm;采用影像法和接触探头法测试后,刀口直线度、平行度和重复精度均满足技术要求。偏转镜、聚焦镜和精密四刀狭缝的热变形通过间接水冷和铜辫子的冷却方式可以得到很大程度的抑制,进而保证光斑质量。

Thermal structure coupling analysis of key optical elements in X ray interference lithography beam line