CN102171617A - 低污染光学布置 - Google Patents

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Abstract

一种具有多个光学元件(8，8′)的光学布置，所述光学元件(8，8′)能够传输光束(10)，并且提供了至少一部分壳体(9，9′)，在从所述光学元件(8，8′)发出的光束的方向上，或者入射于所述光学元件上的光束的方向上，至少一部分壳体(9，9′)从光学元件(8，8′)的表面延伸，并且其形状适配于所述光束的形状，所述至少一部分壳体(9，9′)至少部分被测量结构(11)所围绕，测量结构与至少一部分壳体(9，9′)机械解耦，并且所述测量结构(11)具有至少一传感器(12，17)。

Description

低污染光学布置
技术领域
本发明涉及光学布置，具体地涉及半导体光刻的投射曝光系统或者部分这样的投射曝光系统，例如，投射物镜，该系统或者部分提供反射面抗污染的最佳保护，并且因而保护反射面免于表面的反射率的减小。
背景技术
EUV光刻的投射光学部件通常由多个反射光学元件即反射镜构成，它们必须以纳米范围甚至更低范围的精度被相互相对定位。为了满足这些对于精度和稳定性的高度要求，并且为了提供进行精细光学设置以便补偿长期效应的可能性，一或者更多的光学元件可以在高至6个自由度中被驱动和/或操纵。光学元件或者反射镜和/或其相关的驱动器在该情形中利用也被称为“透镜桶”的结构而被固定于希望的位置。这样的结构被例如公开于美国专利US 6,750,949中。在所述文献中，驱动器和相关的传感器都被布置于相同的结构上，其结果是，为了光学部件无麻烦地工作，必须确保结构的足够的动力学稳定性和热稳定性。为此，这样的结构的第一自然频率(或者第一本征频率)通常必须高于驱动器的控制带宽，尤其为5倍高。热稳定性必须被选择，使得在所有设想的使用条件下，像位置错位不大于1nm，像位置的校准之间的错位小于0.5nm更好。
一替代的可能性在US6,864,988中被描述，在该情形中上述结构被分离为二部分，即所谓力框架和测量结构，所述力框架吸收静态或者动态负载，测量结构被指示为度量框架或者传感器框架，并且用作多个传感器的基准，在所述传感器的帮助下测量反射镜位置。在该实施例中，高动力学和热要求仅适用于测量结构而不是力框架。在该情形中，测量结构就振动和热影响两者而言都与力框架解耦，使得测量结构确定投射光学部件对于扰动的稳定性和/或者抵抗力。
第三可能性在US 7,221,460中提出，其中一或者更多的测量结构运动学连接至力框架。确实该变体不具有上述实施例的理论上理想的隔离特性，但是它显然对于机械生产更为容易。
此外，US 6,,549,,270，，US 6,593,585和JP 2004-327807描述了这样的EUV投射光学部件的驱动器和传感器的设计的各种配置。
对于所有上述实施例共同的是光学元件尤其光学元件的表面与所述装置的传感器和驱动器布置于共同空间中，结果是光学部件的服务寿命由于源自所述元件的污染而被显著地缩短。
发明内容
因而，本发明的目的是提供一种装置，利用该装置改善了，具体地在EUV半导体光刻的投射物镜的光学布置中的光学元件上的污染的有害影响的抑制。本发明的又一目的是改善EUV投射曝光系统，它也具有所述的任何污染的抑制被改善的优点。
这些目的通过具有在权利要求1、17和18中所描述的特征的EUV投射曝光系统和光学布置而实现。对应的从属权利要求涉及本发明的有利的实施例和变体。
本发明的EUV投射曝光系统包括光学布置，其中光学布置包括各自具有本体的多个光学元件。本体包括至少一反射面以便传输将物投射至像的光束。此外该布置包括第一部分壳体，该第一壳体部分从来自多个光学元件的第一光学元件的至少一反射面，在第一光学元件的反射面上入射和/或反射的光束的方向上延伸。第一部分壳体的形状适配于光束的形状并且适配于第一光学元件的形状，使得第一部分壳体在对应的方向或者多个方向中围绕光束，并且第一部分壳体围绕第一光学元件的至少一反射面，在第一部分壳体和第一光学元件的本体之间有间隙。另外第一部分壳体被构造以便通过第一安装件完全支撑至少第一光学元件。
此外，根据权利要求18的本发明的光学布置包括多个光学元件，光学元件能够传输光束。此外，该布置包括至少一部分壳体，至少一部分壳体从至少一光学元件的表面，在从至少一光学元件发出的光束的方向或者在入射于至少一光学元件的光束的方向上延伸。在该情形中，部分壳体的形状适配于光束的形状，并且至少一部分壳体被测量结构所完全或者部分围绕，所述测量结构分别与部分壳体机械解耦或者机械和热解耦。测量结构或者至少一光学元件包括至少一传感器或者传感器的至少一部件，用于至少一光学元件(8，8’，80)相对于测量结构(11，110)的位置和/或取向的确定。传感器尤其是位置传感器。部分壳体可以，具体地，也被所述的测量结构完全围绕，在该情形中优选测量结构和部分壳体的机械解耦是有利的。
在本文中部分壳体是为了围绕将物投射至像的光束的部分体积而被设计的壳体。
换而言之，部分壳体带来一种类型的“小型环境”。在该情形中部分壳体的体积被优化的效果为，其准确地或者正好围绕光学元件的表面和从该表面发出或者入射于该表面上的光束。在该情形中，所述光束所要求的部分壳体中的空间需要，具体地，该部分壳体整个体积的70％至99％的比率。因而小型环境产生由辐射所横贯的空间区的有效屏障以抗衡可能的污染环境，其结果是所使用的光学元件的服务寿命可以被显著地加长。除了根据本发明部分壳体如何被匹配的总体解释之外，下面还结合图7给出了更为详细的解释。具体地，作为小型环境的结果，引起污染的部件，例如，光学元件的光学不相关的表面，驱动器，位置传感器，电缆，安装件，连接元件或者机械耦合等等有效地与光学元件的光学表面屏蔽。该屏蔽是所期望的，尤其在采用例如反射镜的光学元件从而例如运行EUV投射曝光系统的情形中，
此外，上面已经概述的污染部件的布置具有正面影响，即所述部件由此变得有效地可以接近，使得例如逃逸的排气可以被有效地排出。
作用避免光学有效表面的污染的进一步措施，可以提供允许清洗气体连续或者间歇地流过部分壳体。在该情形中，清洗气体在EUV波长区中应当具有恰当的光透射性。在低压下的氢已证明对此尤为适合。
这里，部分壳体可以具有小开口或者窗口，具体地用于光辐射的入射或者出射。此外，在光学元件的部分壳体和光学有效表面之间的区中，也就是说施加有用的光辐射的区中，可以必须提供起间隙密封和保护光学元件的光学有效表面抵抗由环境引起的变形的小间隙。如果合适，清洗气体的入口和出口开口也被提供。
在光学布置包括可以互换的光学元件(例如孔径光阑)的情形中，在可以互换的光学元件的区中，也应当提供间隙密封。
本发明使得光学布置的部件(例如可以互换的光学元件和/或孔径光阑)，热控制元件或者驱动器可以被布置于部分壳体上。换而言之，部分壳体，或者由多个部分壳体构成的结构，被用作支撑结构，也就是说力框架。在EUV投射曝光系统中使用的成像反射镜在该情形中通过无接触力驱动器(例如洛伦兹(Lorentz)驱动器)的使用被固定在位，而不与部分壳体进行机械接触。在该情形中对于在空间上相邻于晶片的反射镜可以有例外，并且该反射镜可以与该部分壳体机械接触。在该情形中，支撑结构的动力学性能的重要性通过使用无接触力执行结构而变得不重要。这使得在支撑结构上(即在部分壳体上)布置可导致动力学扰动的其它功能元件成为可能。这样的示例是水导管，用于排气的入口和出口，电缆或者相似物。此外，支撑结构可以例如连接至不与振动隔离的投射曝光系统的框架。另外，有在度量框架上布置支撑结构以及测量结构的可能性，度量框架是与振动隔离的框架，并且在度量框架上还放置投射曝光系统的扫描机台。
如已经介绍的，测量结构或者传感器框架被布置于支撑结构外部。测量结构确保位置传感器和/或测量系统(也包括未被驱动的反射镜)被相互相对固定并且被固定于系统的基准框架，以热和机械或者动力学稳定的方式。如已经介绍的，无接触力驱动器的使用导致，保持光学元件在精确的位置实际上完全取决于传感器框架的稳定性而非力框架的稳定性，结果是减小了对于力框架的机械要求。测量结构的使用因而尤其使得能够将支撑结构设计为部分壳体或者部分壳体的组合，这是因为来自对于支撑结构的高的机械要求的设计限制障碍在单独的测量结构的使用的情形中不再存在。相反地，部分壳体关于其整体空间已收缩至屏蔽光学表面和光路所要求的最小尺寸，该部分壳体的使用首次产生以测量结构围绕部分壳体的方式实施测量结构的可能性，部分壳体基本形成支撑结构。
部分壳体的结构有效地绝缘围绕的测量结构抗衡由所使用的光辐射引起的光学元件的加热所发射的热辐射。另外，存在对于部分壳体选择高导热率材料的正面效应，所述高导热率材料例如金属材料(例如不锈钢或者铝)；其它高导热率的非金属材料的使用也是可设想的。有利的可能性是利用水冷却器将部分壳体热学接地；为此，22℃的温度是合适的。所选择的材料的高导热率在该情形中对于水冷却器的有效性具有有利的影响。
使用高导热率材料的又一优点是，尤其还对于测量结构，在这样的材料中相对均匀的温度分布快速建立，因而与轻度(或者低)热传导物质的使用对比，使得可以采用较低空间分辨率的一组温度传感器工作。这样的结果是使获得相关于测量结构中的温度分布的判断成为可能，为此相对少量的热传感器就足够了。
部分壳体可以包括至少部分电解抛光的不锈钢，不锈钢的良好的加工性能就生产设计而言是有利的。另外，污染由此被减小，并且部分壳体对于氢气的耐久度被提高。具体地，一些部分壳体可以彼此连接(具体地螺纹连接)，使得实际上整个光路被部分壳体所围绕。螺纹连接(通常是机械连接)的部分壳体可以被测量结构至少部分或者完全围绕。
对于测量结构的自然机械频率大于200Hz的值是有利的。
此外，对于测量结构推荐选择具有大于100W/(m·K)的热导率和小于5ppm/K的热膨胀系数的材料。
轻型建筑材料总体适于传感器框架(或者测量结构)；它们展示了高刚度、小的热膨胀系数和良好的导热率。可以列举的示例是纤维增强的(尤其是碳纤维增强的)具有镍涂层的PEEK或者环氧树脂，用于减小排气，纤维增强的(尤其是碳纤维增强的)陶瓷、堇青石、零膨胀微晶玻璃(Zerodur)、ULE、因钢或者碳化硅或者硅/碳化硅。
此外，部分壳体可以具有热交换器，尤其是水冷却器。确实，如果上面所提出的，部分壳体或支撑结构的热稳定性仅扮演次要的角色。冷却的优点在于，测量结构可以被进一步屏蔽抗衡可以例如起源于由辐射引起的加热的来自光学元件的表面的热影响。结果，本发明的部分壳体包含至少三部分功能：首先，它用作光学元件和该装置的其它部件的支撑结构；此外，它产生所述“小型环境”以抑制污染；并且，最后，它作为热屏蔽。根据具体的应用，这些功能性可以被给予不同的权重，这对于设计具有对应的效果。
为了操纵光学元件，有利地可以使用布置于部分壳体上的无接触力驱动器，并且对于其部件，可以具有热交换器，尤其是水冷却器。在该情形中，力驱动器的水冷却器可以具有专有的冷却回路。该措施具有进一步的效果，即驱动器可有更强的设计，与相同尺寸的非冷却的驱动器配合，具有例如更高的驱动力或者功率。
此外，测量结构可以具有至少一温度传感器和控制/调节单元，控制/调节单元用于确定在测量结构的一位置处的温度，控制/调节单元连接至温度传感器并且连接至至少一洛伦兹驱动器，并且控制/调节单元适于利用至少一洛伦兹驱动器根据由温度传感器所测量的温度而进行测量结构的热导致的变形的修正。该修正可以纯粹根据模型结合测量结构的机械参数的知识而进行。因而可以在控制/调节单元中存储测量结构的机械模型，测量结构的机械模型可以用于根据测量温度而确定测量结构的所造成的变形，并且通过驱动器仅根据从模型所确定的数据而进行对应的修正。
另外，测量结构可以至少部分被热屏蔽所围绕，具体的具有22℃的温度，用于抑制来自环境的热影响。结果是进一步增加本发明装置的耐久性，尤其是抗衡外部热影响。
如已经介绍的，本发明可以以具体的优点在半导体光刻的投射曝光系统中使用，具体地在EUV投射曝光系统中使用，或者在部分这样的投射曝光系统中使用。
参考附图，从下列典型实施例的详细描述，本发明的其它特征、优点和改进将变得显见。然而，通过典型实施例的本发明的下列描述仅是说明性的并且不旨在限制本发明及其应用。如将被示出的，不同实施例的特征可以被交换和/或结合以便获得本发明的附加的实施例，对于下列典型实施例也是如此。
附图说明
下面本发明将在附图的帮助下被进一步地解释，其中：
图1示出了具有光源、照明系统和投射物镜的EUV投射曝光系统的设计原理；
图2示出了本发明的构思被实施的情形中半导体光刻的投射曝光系统；
图3示出了根据本发明一实施例的部分壳体；
图4示意性地示出了本发明的实施例的细节；
图5示出了根据本发明一实施例的部分壳体，其中部分壳体也与测量结构热解耦；
图6示出了根据本发明的具有多个部分壳体的光学组件，所述多个部分壳体适于具有各部分体积的投射光束，并且适于该组件的多个反射镜；
图7a示意性地示出了如在图6中所示出的设计为围绕第一部分体积的第一部分壳体的立体图；
图7b示出了如在图6中所示出的，适于围绕第二部分体积的又一第二部分壳体；
图7c示出了在图7a和7b中示出的第一和第二部分壳体的连接；并且
图8与反射镜的安装件一起示意性地示出了本发明的实施例的更为详细的视图。
在图中相同的元件以相同的参考标号指称。
具体实施方式
图1示出了根据现有技术的EUV投射曝光系统1，其具有光源2、照明物平面4(在物平面4中布置结构化的掩模)中的场的EUV照明系统3，以及具有壳体6的投射物镜5和用于将物平面4中的结构化掩模成像到光敏基底7上以生产半导体部件的光束10。投射物镜5具有为了光束形成的目的而设计作为反射镜8的光学元件。照明系统3也具有用于光束形成和光束引导的这样的光学元件。然而，这些在图1中未被更为详细地示出。
图2示出了半导体光刻的投射曝光系统，在该情形中本发明的构思被实施。在图2中示出的EUV投射曝光系统与根据在图1中示出现有技术的系统的不同之处在于，光学元件8，8’被部分壳体9，9’所围绕，使得光路10被封装。在该情形中部分壳体9，9’围绕光学元件8，8’至这样的程度，使得光学元件8，8’的光学有效表面被部分壳体(9，9’)所围绕。具体地，在此可以在部分壳体9，9’和光学元件8，8’之间保留间隙，这使得光学元件8，8’能够相对于部分壳体9，9’移动，而在部分壳体(9，9’)或者在光学元件8，8’上没有机械效应。这样的间隙具有0.5mm至大约5mm范围的典型宽度。该宽度给出了部分壳体(9，9’)和光学元件(8，8’)的表面(或者本体)之间的最短距离。如例如在光学元件8’的帮助下所示出的，光学元件8’可以通过无接触力驱动器16被固定而没有接触。在该情形中部分壳体(9，9’)在其接触点被相互螺丝紧固。由部分壳体9，9’和光学元件8，8’构成的布置还被测量结构11所围绕，测量结构11例如支撑位置传感器12和温度传感器17。在该情形中位置传感器12用于确定光学元件8’相对于测量结构11的位置，并且例如可以被设计为无接触传感器；温度传感器17使得能够确定围绕传感器17的测量结构11的区域中的温度。从图2中可以看出，相互连接的部分壳体9和9’对于光学元件8和8’形成整体支撑结构，也就是说力框架。此外，部分壳体9’分别支撑水冷却器13连同其供水和排水导管14和15。当测量结构11的几何形态由于热效应而改变时，由此导致的测量结构11的几何形态方面的改变可以从通过温度传感器17确定的测量值而被确定，温度传感器17被布置于测量结构11上。为了确定测量结构11几何形态方面的改变，具体地，可以使用在控制/调节单元18中所储存的测量结构11的热机械性能的模型。因而计算的测量结构11的几何形态方面的改变可以被考虑用于确定光学元件8，8’的位置。由测量结构11和部分壳体9和9’所构成的整体布置被热屏蔽20围绕，用于屏蔽来自起源于环境的外部影响。
图3示出了本发明的实施例，其中示例性地示出了部分壳体9，它以极其耐久(robust)的方式设计对抗来自加热光学元件8，或者来自其它局部热源或者辐射源的热效应。而且部分壳体9被设计作为“小型环境”，这附加形成了力框架或者支撑结构，以支撑光学元件8和潜在的其它部件。在部分壳体9中，如在图3中所示出的，布置有板或者盘形元件21，板或者盘形元件21可以包括例如铝并且通常以金属制造。元件21屏蔽至少部分的部分壳体9，抗衡例如由加热光学元件8或者其它热辐射源发射的热辐射。这样的其它热辐射源例如是驱动器，即使该驱动器装置在“小型环境”9之外，如根据本发明的一实施例。盘形元件加温其自身使得热量必须从其消散。这通过可以由具有高热或者非常高导热率的材料制成的热传导器23进行。热传导器23自身与冷却单元22连接，通过冷却单元22产生的热量被传导至周边区。
图5示出了如在图3中所描述的实施例的本发明的替代实施例，但是其中板或者盘形元件21被布置于测量结构11和部分壳体9之间。这具有测量结构11与部分壳体9热屏蔽的优点，尤其如果任何驱动器被安装于部分壳体9之外，如它们根据本发明的一些其它实施例。
已经介绍了根据本发明的一实施例部分壳体9也形成用于安装光学元件8的支撑结构或者力框架。通常这样的支撑结构与测量结构11机械解耦，这例如为图3中所示出的实施例的情形。在图5中示出的实施例中部分壳体9与测量结构11机械和热解耦。对于这样的本发明的实施例，有利地，测量精度(例如光学元件8的位置和/或取向测量和/或变形测量)可以被进一步改善。
图4示例性的示出了本发明的实施例，其中光学装置或者布置被设计为半导体光刻的EUV投射曝光系统的一部分。这里示出了在光学元件80的区中的条件，在本情形中被选择性地涂覆以至少一涂层的反射镜80。在示出的示例中，被涂覆的反射镜80通过驱动器160相对于部分壳体90被无接触地定位或者固定。由此间隙100形成于被涂覆的反射镜80和部分壳体80之间。被涂覆的反射镜80、部分壳体90和驱动器160的组件由此被测量结构110所围绕。测量结构110包括位置传感器120，用于反射镜80的至少一自由度的无接触测量。通常本发明的各种实施例作为对于先前所描述的实施例的替代或者组合是可能的，其中测量结构11，110和/或第一部分壳体9，90和/或第一光学元件8，M1(见图6)包括至少一传感器160和/或传感器的至少一部件。
根据本发明的一实施例，测量结构11，110至少部分围绕第一部分壳体9，90，如也在图4中所示意性地示出的。作为替代或者附加，测量结构11，110与第一部分壳体9，90机械或者热解耦。这具有的优点为，部分壳体9，90或者任何安装于其上的物(例如至少一光学元件8，M1)的测量，例如其相对于测量结构11，110的相对位置和/或取向的测量，可以以高精度进行。为了有利地充分利用较高的测量精度，测量结构11，110具有最低的机械振动的本征频率，频带选自由高于150Hz、高于300Hz、高于600Hz、高于1000Hz或者高于1500Hz的组。
如在图4中所示，测量结构110可以进一步适配于部分壳体90和/或光学元件80的外轮廓。归因于此，位于光学元件80上的参考面121和无接触位置传感器120之间的距离可以形成得小，例如小于50mm，具体地小于20mm。这样的小的距离允许光学编码器用作无接触位置传感器120。这样的编码器的优点是，在至少一自由度中，或者在至少一方向以好于100pm(100皮米)的精度测量光学元件80相对于测量结构110的相对位置，如果编码器的刻度或者图案和用于读刻度或者图案的编码器的传感器布置(通常包括光源和传感器)具有小于50mm的相对彼此的距离。如果无接触传感器120设计为编码器，无接触传感器120的刻度或者图案有利地形成于或者贴附于光学元件80的参考面121上，而传感器120的传感器布置被贴附于测量结构110。
在图4中未被示出的本发明的替代实施例中，部分壳体90可以至少部分围绕光学元件80。在该情形中对应的窗口或者开口被设置于部分壳体90中，使得无接触传感器120能够测量光学元件80相对于测量结构110的空间位置和/或取向。
在图4中另外示意性地示出了驱动器160。优选驱动器160是布置于部分壳体90之外的如洛伦兹驱动器的无接触驱动器。这具有的优点为，任何排气化学品源被布置于由部分壳体90所形成的小型环境之外，排气化学品源可以由驱动器或者驱动器和/或安装件的材料和部件所引起，并且可以引起光学元件的污染。在部分壳体90之外的驱动器布置的又一优点是驱动器布置对于维修和/或更换的良好的易接近性。在如洛伦兹驱动器的无接触驱动器的使用的情形中，光学元件80以无接触方式所驱动，其也由间隙100示意性的示出。
作为替代或者附加(在图4中未示出)以直接或者间接方式接触光学元件80的驱动器可以被用于光学元件80的驱动和/或变形，但是该驱动器仍然布置于部分壳体90之外。
上述(见图2)通过部分壳体9，9’包封光路或者光束路径10在图6中被更为详细地描述。
图6示出了根据本发明的如投射物镜5的EUV投射曝光系统的光学布置。示出的光学布置包括各自具有本体的多个光学元件M1，M2，M3，M4。各光学元件M1，M2，M3，M4的本体包括至少一反射面81(见图8)以便传输光束10穿过光学组件5。光束10将物OF光学投射为像IF。在图6中还示出了部分壳体9(9′，9″，9′″)是如何根据本发明适配于光路或者光束10的形状和/或适配于至少一(第一)光学元件8。图6示意性地示出了如掩模M的结构上的物点OP如何投射于如半导体晶片W的光敏基底7上的像点IP。该投射通过具有投射光束10的EUV投射曝光系统的投射物镜5进行。投射光束10由一束光线10’构成，在图6中仅示出了该束光线中接近物点OP和接近像点IP的部分光线束10’。图6作为示例示出了物镜5以及作为光学元件8、8’的4个反射镜M1，M2，M3和M4。4个反射镜沿光束10的传播方向布置，使得第一反射镜M1作为光束10通过物点OP之后的第一反射面，并且反射镜M4作为恰在像点IP形成之前的最后的反射面。如在图6中所示出的，第一反射镜M1也不必是接近于物点OP或者接近于掩模M的反射镜。在示出的物镜5中，第二反射镜M2更为接近物点OP并且因而M2是接近物点OP或者掩模M的反射镜。反射镜M3和M4就对像点IP的距离而言相似。
物镜5具有数值孔径NA，数值孔径NA在其它参数之中确定物镜5的分辨率极限，并且它由NA＝sin(α)表示，其中α指示光线10’的束在像点IP的孔径的角度。通常物镜5具有放大因子β，该放大因子β导致光线10’的束在物点OP具有与α不同的孔径的角度Ω。这样在物点的数值孔径NAO由NAO＝sinΩ与NAO＝NA*|β|给出。通常放大因子的绝对值|β|在大约0.25的范围中。在这样的情形中物点OP的数值孔径NAO是NAO＝0.25*NA。在该示例中，在物点OP光线10’的束的孔径角度Ω小于像点IP中的孔径角度α。
提到光线10’的束从物点OP至对应的像点IP的传播路径也由投射物镜5的孔径或者孔径光阑(或者光瞳)的位置所界定。具体地主光线的多个方向或者光线10’的束的高能的中心光线的多个方向在物点OP和像点IP取决于所述孔径的位置，所述孔径的位置取决于投射物镜5的光学设计。
此外所述光线10’的束的传播路径也取决于物点OP是如何被照明的照明条件。
在光刻投射工艺期间，通常掩模M上的物场OF(或者物)被投射为晶片W上的像场IF(或者像)。从物场OF的各物点OP，具有孔径角度Ω(一阶近似)的光线10’的束传播至像场IF上对应的像点IP。像点IP具有(一阶近似)孔径角度α(由投射物镜5的数值孔径NA给出)，如上所述。物场OF的所有物点OP的所有光线10’的束的和或者积分形成光束10，光束10由反射镜M1，M2，M3，M4(或者光学元件)传输穿过投射物镜5，以便投射物于形成像的晶片上。光束或者被传输的光束10在图6中被示意性地示出。该光束10具有垂直于光束10的能量中心的传播的截面。该截面取决于沿由光束10的能量中心的传播形成的传播路径的位置。这些截面沿从物OF至像IF的传播路径形成投射光束10的体积V。投射光束10的该体积V可以被分为部分体积。图6示出了这样的分区的示例。第一部分体积V1由沿掩模M和第一反射镜或者第一光学元件M1之间的传播路径的光束10的截面的积分形成。第二部分体积V2由沿第一反射镜或者第一光学元件M1和第二反射镜或者第二光学元件M2之间的传播路径的光束10的截面的积分形成。此外，第三和第四部分体积V3和V4由沿第二反射镜M2和第三反射镜M3之间，和第三M3反射镜和第三反射镜M4之间的传播路径的光束10的截面的积分形成。另外第五部分体积V5由沿第四反射镜M4和像场IF或者晶片W上的像之间的传播路径的光束10的截面的积分形成。
根据本发明，至少一部分壳体9，9’，9”，9’”(见图6)也被指示为第一部分壳体，其在光束10的方向上从至少一光学元件(例如反射镜8，M1，M2，M3，M4)的表面(优选反射面)，光束10在至少一光学元件(也被指称为第一光学元件)的表面上或反射面上入射和/或反射。第一部分壳体9的形状适配于光束10的形状。该适配使得至少一或者第一部分壳体9在对应的方向或者多个方向围绕光束10。这意味着部分壳体9至少围绕光束10的对应的部分体积V1。结果，光束10的部分体积V1的外表面和对应的部分壳体9的内表面之间的最小距离被选择得大于大约1mm，以便一方面减小任何扩散的光线，并且另一方面对于部分壳体9的制造不必有过紧的机械公差。在最小距离大于3mm的情形中，扩散光线的产生进一步减小。然而，为了形成有效的小型环境使得任何污染被有效地抑制，最小距离应当尽可能小，但是该条件的缺点是，在像中有更多的扩散光线。因为这个原因，必须在像IF中可以接受的扩散光线量和在部分壳体9内可以容忍的污染之间作出折衷选择。
实验和计算示出最小距离应当在1mm至10mm的范围中，取决于部分壳体9的体积的尺寸。对于许多实施例，优选3mm至5mm。作为建造的法则，光束10的部分体积V1的外表面和对应的部分壳体9的内表面之间的距离变化D应当在所述范围内选择。这导致部分壳体9相对于光束10的部分体积V1具有大约1％至30％更大的体积。
将部分壳体9适配于光束10的部分体积V1的上述建议是为了以下情形：具有最大可能开口的孔径光阑施加于投射物镜5中，使得在像实现最高的数值孔径NA。
在孔径光阑可以被更换并且因而可以被具有较小开口的孔径光阑替代的情形中，光束10的部分体积V1的外表面和对应的的壳体9的内表面之间上述给定的距离变化D将变得更大，并且可能超过上述范围或者上述体积比率。然而，在这些情形中，本发明的部分壳体9仍然被认为被适配，如果该适配以具有最大可能开口的孔径光阑进行。
此外，根据本发明，至少一或者第一部分壳体9的形状适配于至少一或者第一光线元件8，M1的形状，使得第一部分壳体以围绕第一光学元件的至少一反射面，在第一部分壳体和如反射镜M1的第一光学元件的本体之间有间隙G。间隙G优选具有在大约0.5mm至大约5mm之间或者1mm和10mm之间范围的宽度。该间隙G的宽度范围代表部分壳体9和光学元件M1的表面(或者本体)之间从最短距离至最大距离的间隙G的宽度的变化。这样的间隙G在图6中示意性地示出。
图7a示意性地示出了第一部分壳体9的透视图，第一部分壳体9被设计围绕如在图6中所示出的第一部分体积V1。在示出的典型实施例中，物场或者物OF以良好的近似具有矩形形状。当然其它形状也是可能的。此外，投射物OF至像IF的光束10以虚线示出。部分壳体9适配于掩模M和第一反射镜M1之间的光束10，如上所述。光束10的部分体积V1的外表面和对应的部分壳体9的内表面之间的距离变化D也在各种位置被示出。反射镜M1和部分壳体9之间的间隙G也被示出。此外部分壳体9具有开口71以便允许光束10离开部分壳体9的体积。通常第一部分壳体包括用作光束10的入口和/或出口的至少一开口。开口71的形状和尺寸取决于投射物镜5的光学设计。
根据本发明，第一部分壳体9被构造以便通过第一安装件82完全固定至少第一光学元件或者第一反射镜M1，这将结合图8的描述更为详细地描述。另外，安装件82可以包括至少一驱动器160。
图7b示出了又一第二部分壳体9’，其适配于围绕如在图6中所描述的第二部分体积V2。第二部分壳体9’围绕光束10和这样对应的部分体积V2和第二反射镜M2，使得在上面给出的参数范围内的光束10的部分体积V2的外表面和对应的部分壳体9’的内表面之间的距离变化为D。此外，第二反射镜M2和第二部分壳体9’之间的间隙G也被示出。
通常根据本发明的EUV投射曝光系统包括第二部分壳体9’或者附加的部分壳体。第二或者附加的部分壳体的形状适配于部分光束10沿其传播方向的部分的形状。另外，该形状适配于又一光学元件M2的形状，使得第二或者附加的部分壳体9’围绕部分光束10的第二附加的部分体积V2。此外，第二或者附加的部分壳体9’围绕又一光学元件M2的至少一反射面，在第二或者附加的部分壳体9’和又一光学元件M2之间有间隙G。另外，第二或者附加的部分壳体9’被构造以便通过第二或者附加的安装件82完全支撑至少又一光学元件M2。第二或者附加的安装件根据与图8一起更为详细的描述的第一安装件的各种实施例而形成。第二或者附加的安装件也可以通过第一安装件的各实施例的组合而形成。
优选，但是不是必须，第一和第二部分壳体9和9’在几何上被彼此相对布置，使得它们可以彼此连接，例如通过螺丝连接的接头。根据本发明，连接之后，部分壳体9，9’两者形成新的部分壳体，其根据本发明也适配于光束10，但是其包括两个光学元件或者反射镜M1，M2。被连接的第一和第二部分壳体9，9’在图7c中以透视图被示意性地示出。附加的部分壳体9”和9’”可以被连接至第二壳体9’，如在图6中所示意性地示出的。
如果根据本发明的光学组件的各光学元件被部分壳体所围绕，如结合图6、7a、7b和7c所讨论的，并且如果所有这些部分壳体都相互连接，则光束10和其体积被这些部分壳体所围绕或者几乎被围绕。这样的连接的部分壳体形成投射光束10的壳体，每个部分壳体围绕投射光束10的至少相应的部分体积V1，V2，V3，V4，V5。另外，该壳体形成力框架或者光学元件的支撑结构，如将要与图8一起所描述的。这样根据本发明，还存在包括光学布置的EUV投射曝光系统，其中光学布置包括各自具有本体的多个光学元件。各本体包括至少一反射面以便传输投射物至像的光束。该光学布置进一步包括壳体，壳体分别从光学元件的反射面，在光学元件的反射面上入射和件/或反射的光束方向上延伸。壳体的形状适配于光束的形状。壳体的形状还适配于光学元件的形状。该适配使得壳体在相应的方向围绕光束，并且壳体围绕光学元件的至少一反射面，在壳体和光学元件的本体之间有相应的间隙。另外，壳体被这样构造以便通过相应的安装件完全支撑光学元件。如上面所解释的，根据本发明的实施例壳体可以包括几个部分壳体，或者壳体由一片制成。
本发明的光学布置的又一实施例可以从图6中看出。这里部分体积V3和V4被部分壳体9″和9′″所围绕。然而，这两个部分壳体也可以形成为一件，这导致一个部分壳体而不是两个部分壳体。这样形成的一个部分壳体9″，9′″可以被认为第一部分壳体，从如反射镜M2(作为第一反射镜)和M3(作为第二反射镜)的两个反射镜延伸。
通常，第一部分壳体另外还从来自多个光学元件的至少一另外的第二光学元件的至少一反射面，在第二光学元件的反射面上入射和/或反射的光束的第二方向延伸。在这样的情形中，第一部分壳体的形状也适配于光束的形状并且适配于第二光学元件的形状，使得第一部分壳体也在与第二光学元件的相应的第二方向或者多个方向围绕光束。此外，第一部分壳体还围绕第二光学元件的至少一反射面，第一部分壳体和第二光学元件的本体之间有间隙。
如从图7a，7b和7c中所见，部分壳体9，9’不必是棱镜或者圆柱形。通常，部分壳体的形状遵循光束10的形状，光束10例如从物场OF中的大致矩形形状截面转换为大致圆和/或椭圆形截面。在此之后在像场IF中，截面再次转换回大致矩形形状的截面。在该转换期间，截面的尺寸沿光束10的传播路径而变化。
图8示意性的示出了本发明的实施例的更为详细的图。部分壳体9围绕如反射镜M1的第一光学元件8，M1。反射镜M1包括由部分壳体9所围绕的至少一反射面81，使得间隙G，100(也见图4)形成于部分壳体9和反射镜M1的本体之间。优选，作为替代或者附加，间隙G，100形成于部分壳体9和反射面81之间。此外，根据本发明的实施例，第一部分壳体9以这样的方式构造使得可以通过第一安装件82完全支撑第一光学元件8，M1。这意味着第一部分壳体对于光学元件8，M1形成支撑结构或者力框架。部分壳体9可以完全支撑光学元件8，M1的表达意味着光学元件8，M1仅由部分壳体9固定，部分壳体9能够通过相应的反作用力或者力矩完全补偿由光学元件8，M1所产生的所有力和力矩，而与光学元件在空间中如何定位和/或取向无关。这意味着例如与光学元件8，M1是否悬挂和/或例如由支柱支撑无关。因为该原因，有利地不需要其它支撑结构或者固定结构以固定光学元件。
然而，部分壳体能够完全支撑光学元件的特征需要对于部分壳体的一些要求。
例如，一要求是部分壳体9的机械振动的最低本征频率高于某值。优选最低本征频率选自由(50至100)Hz、(100至150)Hz、(100至200)Hz、(100至300)Hz、(200至400)Hz或者(200至500)Hz构成的组。这意味着部分壳体需要某种刚度从而具有所要求的本征频率。本征频率取决于可选的驱动器160的带宽，驱动器160布置于部分壳体9，90，用于在至少一自由度驱动第一光学元件8，M1和/或变形第一光学元件8，M1。
此外，在部分壳体9，90完全支撑两个或者更多的光学元件M1，M2，M3，M4，并且这些光学元件至少之一可以在至少一自由度由至少一驱动器驱动和/或可以被变形的情形，足够高的部分壳体(9，90)的最低本征频率避免两个或者更多的光学元件M1、M2、M3和M4的振动耦合。
在本发明的一实施例中，第一安装件82被构造作为基于磁场或者多个磁场的无接触安装件。这意味着第一光学元件8，M1在部分壳体9，90通过该安装件完全支撑，而没有任何直接的机械接触。这样的安装件的示例例如是安装件82和/或部分壳体9，90包括至少一驱动器160。在这样的情形中，驱动器160选自由磁驱动单元，线性电动机，洛伦兹驱动器或者基于静电效应的驱动器构成的组。作为替代或者附加，第一安装件82也机械接触第一光学元件8，M1。这样的安装件82的示例例如是安装件82和/或部分壳体9，90包括至少一驱动器160。在这样的情形中驱动器160基于压电和/或磁致伸缩效应。
为了减小光学元件M1，M2，M3，M4的反射面的污染，在本发明的一实施例中，驱动器160优选被布置于部分壳体9，90的外表面上，部分壳体9，90的外表面不包封第一部分壳体9，90的光束10的，如在图7a和图8中所示意性地示出的。
为了在本发明的又一实施例中附加地减小光学元件M1，M2，M3，M4的反射面的污染，至少25％的光学元件(如光学元件8，M1)的本体表面被布置于由第一部分壳体9，9′，90，第一光学元件8，M1的至少一反射面和第一部分壳体9，9′，90和第一光学元件8，M1的本体之间的间隙100，G所界定的体积之外。这可以从图8中看出，其中反射镜8，M1的本体的非反射部分被布置于由部分壳体9，光学元件8，M1的反射面81和部分壳体9和元件8，M1的本体之间的间隙100，G所产生的部分体积V1之外。

Claims (35)

1.一种EUV投射曝光系统(1)，包括光学布置，其中所述光学布置包括：
多个光学元件(8，8′，80，M1，M2，M3，M4)，每个所述光学元件具有包括至少一反射面的本体，从而传输将物(OF)投射至像(IF)的光束(10)，
第一部分壳体(9，9′，90)，从来自所述多个光学元件(8，8′，80，M1，M2，M3，M4)的第一光学元件(8，M1)的至少一反射面，在所述第一光学元件(8，M1)的反射面上入射和/或反射的光束(10)的方向上延伸，其中所述第一部分壳体(8，M1)的形状适配于所述光束(10)的形状并且适配于所述第一光学元件(8，M1)的形状，使得所述第一部分壳体(9，9′，90)在对应的方向或者多个方向围绕所述光束(10)，并且所述第一部分壳体(9，9′，90)围绕所述第一光学元件(8，M1)的所述至少一反射面，所述第一部分壳体(9，9′，90)和所述第一光学元件(8，M1)的本体之间具有间隙(100，G)，其中
所述第一部分壳体(9，9′，90)被构造以便通过第一安装件至少完全支撑所述第一光学元件(8，M1)。
2.根据权利要求1的EUV投射曝光系统，其中所述第一部分壳体(9，9′，90)包括形成所述光束(10)的入口和/或出口的至少一开口(71)。
3.根据前述权利要求之一的EUV投射曝光系统，其中所述第一部分壳体(9，9′，90)附加还从来自所述多个光学元件的至少一附加的第二光学元件(M2，M3，M4)的至少一反射面，在所述第二光学元件(M2，M3，M4)的反射面上入射和/或反射的所述光束(10)的第二方向上延伸，并且其中所述第一部分壳体(9，9′，90)的形状适配于所述光束(10)的形状并且适配于所述第二光学元件(M2，M3，M4)的形状，使得所述第一部分壳体(9，9′，90)也在关于所述第二光学元件(M2，M3，M4)的对应的第二方向或者多个第二方向围绕所述光束(10)，并且所述第一部分壳体(9，9′，90)围绕所述第二光学元件(M2，M3，M4)的至少一反射面，所述第一部分壳体(9，9′，90)和所述第二光学元件(M2，M3，M4)的本体之间具有间隙(100，G)。
4.根据前述权利要求之一的EUV投射曝光系统，其中所述第一安装件(82)是基于磁场或者多个磁场的无接触安装件。
5.根据权利要求1至3中任一项的EUV投射曝光系统，其中所述第一安装件(82)机械接触所述第一光学元件(8，M1)。
6.根据前述权利要求之一的EUV投射曝光系统，其中所述部分壳体(9，90)包括至少一驱动器(160)，用于所述第一光学元件(8，M1)在至少一自由度中的驱动和/或所述第一光学元件(8，M1)的变形。
7.根据权利要求6的EUV投射曝光系统，其中所述至少一驱动器(160)选自由磁驱动单元、线性电动机、洛伦兹驱动器所构成的组，驱动器类型基于压电、磁致伸缩或者静电效应。
8.根据权利要求6或者7的EUV投射曝光系统，其中所述驱动器(160)被布置于所述部分壳体(9，9’，90)的外表面上，不围绕所述第一部分壳体(9，9’，90)的光束(10)。
9.根据前述权利要求之一的EUV投射曝光系统，其中所述第一光学元件(8，M1)的本体的表面的至少25％是在由所述第一部分壳体(9，9′，90)、所述第一光学元件(8，M1)的至少一反射面和所述第一部分壳体(9，9′，90)与所述第一光学元件(8，M1)的本体之间的间隙(100，G)所界定的体积之外。
10.根据前述权利要求之一的EUV投射曝光系统，其中所述第一部分壳体(9，9′，90)具有最低的机械振动的本征频率，频带选自由(50至100)Hz、(100至150)Hz、(100至200)Hz、(100至300)Hz、(200至400)Hz或者(200至500)Hz构成的组。
11.根据前述权利要求之一的EUV投射曝光系统，还包括测量结构(11，110)，与所述第一部分壳体(9，9′，90)机械解耦或者与所述第一部分壳体(9，9′，90)机械和热解耦。
12.根据权利要求11的EUV投射曝光系统，其中所述测量结构(11，110)和/或所述第一部分壳体(9，9′，90)和/或所述第一光学元件(8，M1)包括至少一传感器(120)和/或传感器的至少一部件。
13.根据权利要求11或12的EUV投射曝光系统，其中所述测量结构(11，110)具有最低的机械振动的本征频率，频带选自由高于150Hz、高于300Hz、高于600Hz、高于1000Hz或者高于1500Hz构成的组。
14.根据权利要求11至13之一的EUV投射曝光系统，其中所述测量结构(11，110)至少部分围绕所述第一部分壳体(9，9′，90)。
15.根据前述权利要求之一的EUV投射曝光系统，包括第二部分壳体(9′)，其中所述第二部分壳体(9′)的形状适配于沿其部分传播路径的部分所述光束(10)的形状并且适配于又一光学元件(M2，M3，M4)的形状，使得所述第二部分壳体(9′)围绕所述部分光束(10)，并且所述第二部分壳体(9’)围绕所述又一光学元件(M2，M3，M4)的至少一反射面，所述第二部分壳体(9′)和所述又一光学元件(M2，M3，M4)的本体之间具有间隙(100，G)，其中
所述第二部分壳体(9′)被构造，以便通过第二安装件至少完全支撑所述又一光学元件(M2，M3，M4)。
16.根据权利要求15的EUV投射曝光系统，其中所述第二安装件类似于所述第一安装件(82)形成。
17.一种EUV投射曝光系统，包括光学布置，其中所述光学布置包括：
多个光学元件(M1，M2，M3，M4)，每个所述光学元件具有包括至少一反射面的本体，以传输将物(OF)投射至像(IF)的光束(10)，
壳体，分别从所述多个光学元件(M1，M2，M3，M4)的反射面，在所述光学元件(M1，M2，M3，M4)的反射面上入射和/或反射的光束(10)的方向上延伸，其中所述壳体的形状适配于所述光束(10)的形状并且适配于所述光学元件(M1，M2，M3，M4)的形状，使得所述壳体在对应的方向或者多个方向围绕所述光束(10)，并且所述壳体围绕所述光学元件(M1，M2，M3，M4)的至少一反射面，所述壳体和所述光学元件(M1，M2，M3，M4)的本体之间有间隙(100，G)，其中
所述壳体被构造以便通过对应的安装件完全支撑所述光学元件(M1，M2，M3，M4)。
18.一种光学布置，包括多个光学元件(8，8′，80)，其中所述光学元件(8，8′，80)能够传输光束(10)，所述布置包括至少一部分壳体(9，9′，90)，在从所述至少一光学元件(8，8′，80)发出的光束的方向或者在入射于所述至少一光学元件上的光束的方向上，该至少一部分壳体(9，9′，90)自至少一所述光学元件(8，8′，80)的表面延伸，并且其形状适配于所述光束(10)的形状，所述至少一部分壳体(9，9′，90)完全或者至少部分被测量结构(11，110)所围绕，所述测量结构(11，110)分别与所述部分壳体(9，9′，90)机械解耦或者与所述部分壳体(9，9′，90)机械和热解耦，并且其中所述测量结构(11，110)或者所述至少一光学元件(8，8′，80)包括至少一传感器(12，17，120)或者传感器的至少一部件，用于确定所述至少一光学元件(8，8′，80)关于所述测量结构(11，110)的位置和/或取向。
19.根据权利要求18的光学布置，其特征在于所述光学布置的部件例如热控制元件(13)或者驱动器(16)被布置于所述部分壳体(9，9′)上。
20.根据前述权利要求之一的光学布置，其特征在于所述部分壳体(9，9′)包括至少部分金属，尤其是不锈钢或者铝，或者由至少部分金属，尤其是不锈钢或者铝组成。
21.根据前述权利要求之一的光学布置，其特征在于一些部分壳体(9，9′)被连接，尤其用螺丝相互连接。
22.根据前述权利要求之一的光学布置，其特征在于所述测量结构(11)具有大于200Hz的自然机械频率。
23.根据前述权利要求之一的光学布置，其特征在于所述测量结构(11)的材料具有大于100W/(m·K)的热导率。
24.根据前述权利要求之一的光学布置，其特征在于所述测量结构(11)的材料具有小于5ppm/K，优选为1ppm/K的热膨胀系数。
25.根据前述权利要求之一的光学布置，其特征在于所述部分壳体(9，9′)具有热交换器(13)，尤其是水冷却器。
26.根据前述权利要求之一的光学布置，其特征在于所述部分壳体(9，9′)具有无接触力驱动器，尤其是洛伦兹驱动器(16)，从而操控所述光学元件。
27.根据权利要求26的光学布置，其特征在于所述洛伦兹驱动器(16)具有热交换器，尤其是水冷却器。
28.根据前述权利要求之一的光学布置，其特征在于具有至少一温度传感器(17)，用于确定所述测量结构(11)位置处的温度。
29.根据权利要求28的光学布置，其特征在于控制/调节单元连接至温度传感器(17)并且连接至至少一无接触力驱动器(16)，并且为了确定所述光学元件(8，8′)的位置，所述控制/调节单元(18)适于考虑根据由温度传感器(17)所测量的温度计算的所述测量结构(11)的几何形态变化。
30.根据前述权利要求之一的光学布置，其特征在于所述测量结构(11)被热屏蔽(20)至少部分围绕，所述热屏蔽抑制来自环境的热影响。
31.根据权利要求30的光学布置，其特征在于所述热屏蔽(20)具有22℃的温度。
32.根据前述权利要求之一的光学布置，其特征在于所述光学布置是半导体光刻的投射曝光系统，尤其是EUV投射曝光系统，或者是这样的投射曝光系统的一部分。
33.根据权利要求18至31之一的光学布置，其特征在于所述至少一个部分壳体(9，9′)或者相互用螺丝连接的多个部分壳体(9，9′)被所述测量结构完全围绕。
34.根据前述权利要求之一的光学布置，其特征在于所述传感器(12)被设计为位置传感器。
35.根据权利要求34的光学布置，其特征在于所述传感器(12)被设计为无接触位置传感器。
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