CN103299249B - 用于控制光学元件的温度的装置 - Google Patents

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Abstract

一种装置用于控制设置在真空气氛中的光学元件的温度。该装置具有有着辐射冷却部分的冷却设备，所述辐射冷却部分布置成与所述光学元件分开，用于通过辐射热传递来冷却所述光学元件。控制器用于控制所述辐射冷却部分的温度。此外，该装置包括加热部分，用于加热所述光学元件。所述加热部分连接至所述控制器，用于控制所述加热部分的温度。所得到用于控制温度的装置具体地可以与EUV微光刻工具中的光学元件使用，以实现其光学系统的稳定的性能。

Description

用于控制光学元件的温度的装置
技术领域
本发明涉及用于控制设置在真空气氛中的光学元件的温度的装置。此外，本发明涉及利用这样的装置控制位于真空气氛中的光学元件的温度的方法、具有这样的用于控制温度的装置的照明系统和具有这样的用于控制温度的装置的微光刻投射光学系统。
背景技术
在某些应用中，重要的是将光学反射镜装置的温度或温度分布(profile)保持在给定的、特别是恒定的水平上。这样的应用的例子具体地为EUV(极紫外，Extreme Ultra Violet)照明和投射光学系统，光学系统具体地在10nm和30nm之间的范围内的照明光波长工作。这些光学系统必须在超高真空的环境中工作，因为EUV光子会被大气气体吸收。由于对该波长没有可用的透明材料，所以反射和衍射元件是仅有的可能用来形成和引导EUV辐射的光学元件。由于通常要产生反射率接近1的用于反射镜元件的反射涂层是非常困难的，所以打到反射镜表面上的光的一部分会被光学涂层和/或下面的反射镜基底吸收。该被吸收的辐射能量继而加热反射镜基底，并且由于热膨胀，改变表面形状并从而改变反射镜的光学特性，这是不希望的。具体地，对于EUV波长，该残留的吸收导致不能完全忽视的被吸收的辐射能量。由于高质量光学反射镜的表面形状对于寄生力敏感，从而反射镜固持和悬置设计必须要优化以使寄生力和转矩最小化，所以高质量光学反射镜的温度稳定面临着若干障碍。对于适当的力和转矩方向使刚度最小化总是与减小可用于热传导的横截面相伴随。因此，就最小寄生力而言的一个良好的固持结构总是一个差的热传导体，导致反射镜产生热负荷问题。由于特别地在EUV照明系统中，反射镜被固持在真空之下，所以没有气体可被用于反射镜冷却目的。反射镜基底的水冷却存在问题，因为流过通道和管道的水总是引起对结构本征模式(eigen-mode)的动态激发，从而造成不希望的振动。如Schott制造的Zerodur或由Corning制造的ULE材料的超低膨胀陶瓷容许一定量的温度变化，但是很昂贵而且不容易制造。
US2004/0035570A1和US2004/0051984A1示出了依赖于辐射热传递的反射镜冷却方法。这些反射镜冷却系统依赖于散热器的受控冷却。反射镜上上升的热负荷通过降低散热器的冷表面的温度得以补偿。由于热平衡被干扰，所以散热器的温度变化导致整个系统的热不稳定性。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于控制设置在真空气氛中的光学元件的温度的装置，更具体地，所述装置能够被用来控制EUV微光刻工具中的光学元件(例如反射镜)的温度，从而获得光学元件的稳定性能。
该目的通过包括权利要求1的特征的用于控制温度的装置来实现。
根据本发明，用于控制温度的装置包括两个可控热化部分。一方面，存在辐射冷却部分，其可以实现为表面具有低于所述光学元件的温度的可控温度的散热器。另一方面，存在加热部分，用于直接或间接加热所述光学元件。加热部分可以实现为包括例如经由加热流体的接触加热的加热装置或者依赖于例如辐射热传递(例如红外辐射的传递)的非接触式加热装置。本发明的思路是一方面经由可控的加热，另一方面经由向辐射冷却部分的可控热传递，就控制所述光学元件的给定温度分布曲线，实现非常灵活的方法。由对照明光的残留吸收造成的热膨胀引起的表面形状的不希望的变化可以例如经由加热部分帮助下的附加加热在光学反射镜的第一部分中消除，经由向辐射冷却部分的选择性受控的辐射传递在光学元件的第二部分中消除，以及经由一方面的加热与另一方面的向冷却部分的选择性辐射传递的组合在光学元件的第三部分中消除。该组合和灵活的方法使得能够在光学元件内获得例如均匀的温度分布曲线，或帮助获得有利于减小相应的波前误差的具有给定对称性的温度分布曲线。与例如依赖于通过冷却介质流对光学元件本身的接触冷却的非辐射冷却部分相比，本发明的辐射冷却部分避免了光学元件的振动性干扰。
根据权利要求2的温度稳定有助于防止热漂移效应。
根据权利要求3的控制器均衡了通常作为照射在反射镜上的工作辐射的量的变化的结果而发生的变化。这样的照明变化例如可以通过改变照明系统的照明设置来引入，所述光学元件被作为该照明系统的一部分。
根据权利要求4的温度传感器提供了对光学元件的温度的良好控制。至少一个温度传感器可以位于光学元件的吸收或反射表面附近。这种情况下，温度在相关位置上测量，并因此给出直接的测量。温度传感器可以设计成非接触式温度传感器。这避免对光学元件结构整体性的干扰。关于温度传感器的非接触式设计，该传感器可以包括热成像系统。
根据权利要求5的冷却布置导致对辐射冷却部分的有效冷却。
对于根据权利要求6的加热布置，情况也是如此。
根据权利要求7的辐射护罩避免了除了所述光学元件之外的构件对辐射冷却部分的不希望的干扰。这使得不论除了要经由所述装置控制温度的光学元件之外的构件的布置如何，可以实现对辐射冷却部分的表面温度的良好控制。
根据权利要求8的辐射护罩避免了对相邻部件，例如相邻的光学部件或相邻的固持结构的干扰。
根据权利要求9的珀耳帖元件导致对辐射冷却部分的有效冷却。
根据权利要求10的热接收板导致具有可调性良好的热化特性的辐射冷却部分。对这些热化特性的调节可以经由一方面构成热接收板的以及另一方面构成冷却构件的材料的材料特性，具体地是导热性来实现。另外，对热化特性的调节可以经由热接收板或冷却构件的厚度或经由这些部件的形状来实现，所述部件的形状可以例如与所述光学元件的形状互补。
根据权利要求11的冷却部分避免了由于通过导管的冷却流体流而引入的振动导致的对冷却部分的振动干扰。由于间隙的缘故，导管与冷却部分的主体在振动上脱离。因此，同时避免了对光学元件的干扰。
根据权利要求12的辐射冷却部分使得能够实现从光学元件到辐射冷却部分的选择性热传递。这给出了光学元件朝向辐射冷却部分的表面上的辐射热传递分布曲线。这样的分布曲线分别可以匹配照明强度分布曲线或可以匹配加热分布曲线，以照明照明引入的波前偏差。
根据权利要求13的加热部分的优点对应于根据权利要求11的冷却部分。根据权利要求13的装置中的反射镜主体不会受到由流过导管的加热流体引入的振动的干扰。
根据权利要求14的冷却部分的第二表面布置有效地经由辐射热传递冷却反射表面。
根据权利要求15的间隔件稳定了通道内流体导管的延伸。优选地，该间隔件包括弹簧构件和/或阻尼构件以消除导管振动对内壁的传递。
根据权利要求16和17的用于控制光学元件的温度的方法已经相对于装置自身讨论过了。
对于根据权利要求18和19的照明系统以及根据权利要求20的微光刻投射光学系统，情况是相同的。
本发明进一步涉及用于控制具有光学反射镜的光学反射镜装置的温度的装置，该光学反射镜具有反射表面。此外，本发明涉及用于控制这样的光学反射镜装置温度的方法、具有这样的用于控制温度的装置的微光刻照明光学系统、具有这样的微光刻照明光学系统的照明系统、具有这样的用于控制温度的装置的微光刻投射光学系统、具有至少一个配备有这样的用于控制温度的装置的反射镜装置的微光刻工具、以及利用这样的微光刻工具生产微结构的部件的方法。此外，本发明涉及具有温度稳定的元件的系统。
本发明的另一个目的是提供一种用于控制具有有着反射表面的光学反射镜的光学反射镜装置的温度的装置，所述装置具体地可以用于控制EUV微光刻工具中的反射镜装置的温度，从而不论由于对反射光的残留吸收在所述反射镜上引起的热负荷如何，都能实现所述光学反射镜的稳定性能。
该目的通过用于控制光学元件的温度，具体地控制具有有着反射表面的光学反射镜的光学反射镜装置的温度的装置，所述装置包括以下特征：
-至少一个散热器，用于从所述光学反射镜的反射镜热传递区域接收热辐射，
-加热装置，用于加热所述反射镜热传递区域，
-控制装置，
-与所述加热装置信号连接，并且
-控制所述加热装置，使得稳定状态下，所述光学反射镜上的总反射镜热负荷保持恒定，所述热负荷来自于
-从所述加热装置接收的热，
-从照明光源接收的热导致，所述照明光源的照明光打在被设计用来引导所述照明光源的有用的照明光的反射镜上。
本发明人找到的思路有点逆论：他们意识到前述问题可以通过向系统增加额外的热来解决。利用附加的加热装置，可以实现温度分布曲线的稳定状态，这种稳定状态在实践中不再受到由于对反射光的残留吸收而引起的热的干扰。如果这样的残留吸收出现，则加热装置的加热功率以受控的方式降低，从而使总热负荷保持恒定。这样，使用具有根据本发明的用于控制温度的装置的光学反射镜装置的系统的总的热行为即使有变化，也只是很小的变化。反射镜装置的绝对温度大致是恒定的。导致对反射镜装置的光学性能的干扰的不希望的热膨胀不会发生。由于加热可以以低反应时间进行，所以热稳定以低时间常数实现，并且因此可以将温度控制在小温度范围内。例如，如果给定反射镜基底材料具有10-61/K的热膨胀系数并且光学表面上的给定热膨胀限制是0.2nm，则将实现在稳定状态下使温度分布曲线以0.02K的等级保持恒定的温度控制。通常，利用根据本发明的温度稳定，可以使温度分布曲线及时地以0.1K的等级或甚至0.01K的等级或更优实现恒定。本发明不限于EUV应用，因为实际上，反射性反射镜中的残留吸收出现在所有波长，因此，在有需要的应用中，这样的反射镜的温度分布曲线也必须保持恒定。反射镜热传递区域可以是所述光学反射镜的一部分。这导致加热装置对反射表面的直接影响，并因此实现对反射镜温度的直接控制。反射镜热传递区域可以是反射镜的基底。使用于反射模式下的衍射元件也是可以使用根据本发明的装置来控制温度的光学反射镜的例子。实践中，光学反射镜装置可以是结构化的(structured)反射部件，例如使用在光刻投射曝光中以生产集成微电子电路的掩模母版。
不与反射镜热传递区域接触的散热器确保不会经由散热器向反射镜表面引入机械应力。
被设置用来测量所述反射镜热传递区域的温度并与控制装置信号连接的温度传感器实现了对稳定状态下要保持恒定的反射镜温度的良好控制。至少一个温度传感器可以位于光学反射镜的反射表面的附近。这种情况下，温度在相关位置测量，因此给出了直接的测量。温度传感器可以设计成非接触式的温度传感器。这避免了对光学反射镜装置的结构整体性的干扰。关于温度传感器的非接触设计，传感器可以包括热成像系统。这样的热成像系统使得可以实现对反射表面的直接热测量，这允许对其温度实现最优控制。
通过具有与包括照明光源的照明系统的控制装置信号连接的或成为该控制装置的一部分控制手段，即使在没有温度传感器的情况下，也可以仅通过检查照明装置的状态来实现控制。控制手段可以与装置的散热器的冷却装置信号连接。这样的控制手段特别关注散热器的恒定温度。
当使用根据本发明的装置来控制其温度的光学反射镜装置被使用在具有不同工作模式的光学系统中时，这些模式中的每个可以具有经由控制手段可选择的不同的散热器温度。这样的不同工作模式的例子是不同照明设置。
构造成使得从热传递区域向散热器的热辐射传递相对于反射表面的不同部分变化的散热器，使得可以热传递适应由于对反射光的残留吸收造成的热负荷布局(geometry)。散热器可以布置成使得光学反射镜的具有更高残留吸收量的部分也具有向散热器的更高的热传递。散热器可以包括相对反射表面具有不同距离的至少两个部分。这样的散热器是有着变化的热传递的散热器的设计例子。散热器可以包括指向反射表面的至少两个散热指。这样的散热指可以适应于所希望的热传递布局。散热器可以具有多个散热指，多个散热指优选地布置成六角形场结构。这样的散热器结构可以适应于复杂的热传递模式。具有相应的散热器的所述至少两个散热指的长度可以相等。这样的散热指便于制造。或者，散热指可以具有不同长度。这样的散热指提供了制造具有变化的热传递的散热器的可能性或制造遵循弯折的反射表面的弯曲的散热器的可能性。散热指的长度遵循反射表面的弯曲。考虑到散热指，这样的散热器即使在弯曲反射表面上也可以实现均匀的热传递。
构造成使得从热传递区域向反射表面的热传递相对于反射表面的不同部分变化的加热装置使得可以使加热装置的加热适应于残留吸收的加热，以实现整个反射表面上的恒定加热。具体地，加热装置构造成使得可以实现与残留吸收的加热模式互补的加热模式。
包括至少两个可经由控制装置分别控制的加热区的加热装置使得可以产生不同的加热模式，从而适应光学反射镜的两种不同照明模式。这在具有不同照明设置的用于微光刻工具的照明系统的情况下特别有利。
布置成给出环形、四极或双极对称的反射表面热接收分布的加热区可以根据照明装置的各个照明设置来调节，在光学反射镜装置上给出相应的照明模式。
电阻线是制造加热装置的便宜的方法。
电阻线被嵌入在光学反射镜的基底中的电阻线布置导致向光学反射镜装置的有效热传递。
电阻线嵌入在反射表面的光学涂层正下方的电阻线布置实现了对反射表面的直接热传递。
散热器可以包括至少两个指向反射表面的散热指。
容纳散热指的凹部导致基底与散热指之间的良好热传递。
本发明不限于热传递区域是光学反射镜本身的一部分的情况。热传递区域可以是与所述光学反射镜相邻的热接收结构。这种情况下，稳定状态下，在热接收结构处保持恒定的温度分布曲线。
反射镜固持结构可以用作热接收结构。这种情况下，反射镜固持结构处保持热平衡，这在大多数情况下足以稳定照明光学系统的光学特性，该照明光学系统包括在该结构帮助下被固持的光学反射镜。这放松了对结构材料的热膨胀系数的要求，同时控制结构的尺寸稳定性。例如，替代低膨胀的陶瓷，在提供根据本发明的用于控制温度的装置时可以使用金属，这在材料和加工成本、接合技术以及处理(handling)方面都是有利的。此外，金属的导热性一般比低热膨胀系数的陶瓷的导热性要好得多，这有助于在不均匀的热负荷下保持光学反射镜的温度分布均匀。
本发明提供一种用于控制具有有着反射表面的光学反射镜的光学反射镜装置的温度的方法，其包括以下步骤：经由加热装置加热所述反射镜装置；控制所述反射镜装置加热，使得在稳定状态下由一方面从加热装置接收的热以及另一方面从照明光源接收的热导致的总反射镜装置热负荷保持恒定，所述照明光源的照明光打在被专门用来引导照明光源的可用照明光的反射镜上，该方法的优点已经相对于装置本身进行过讨论了。反射镜装置加热可以经由测量光学反射镜的温度来控制。反射镜装置加热可以经由测量反射镜固持结构的温度来控制。反射镜装置加热可以经由检查照明光源的状态来控制。
具有照明光源的照明系统和具有至少其中之一配备有根据本发明的用于控制温度的装置的多个光学反射镜的微光刻照明光学系统，以及具有至少其中之一配备有根据本发明的用于控制温度的装置的多个光学反射镜的微光刻投射光学系统，也具有同样的优点。照明光源可以是EUV源，发射尤其波长范围在5nm和30nm之间的光。
本发明提供一种系统，该系统具有：
-冷却装置，
-冷却元件的被所述冷却装置冷却以建立第一热辐射体的被冷却表面，
-加热装置，连接至温度稳定元件以建立第二热辐射体的被加热表面，
-控制单元，与所述冷却装置和温度稳定元件信号连接，
-其中，所述温度稳定元件是部分的EUV投射曝光设备，所述EUV投射曝光设备，
-具有用于将至少一个物成像为至少一个像的波长在5nm和100nm之间的投射光束，
-其中，所述被冷却表面的至少一部分远离温度稳定元件的表面区域，
-其中，朝向温度稳定元件的所述表面区域的温度梯度经由控制单元在绝对值和方向上被短暂地调节，并且
-其中，具体地，所述温度稳定元件是用于引导光束的光学元件或者是投射曝光设备的固持结构的部分。
该系统的优点对应于那些已经就装置讨论过的优点。对温度梯度的绝对值和方向的调节导致可以引导受控的温度瞬变通过温度稳定元件。这为包括前馈控制和基于模型控制的复杂控制方案开启了大门。
附图说明
现在附图的帮助下描述本发明的示例性实施例。
图1示意性地示出微光刻工具的概观；
图2示意性地示出图1的微光刻工具的照明系统的照明光学系统的光学反射镜装置以及具有散热器的用于控制所述光学反射镜装置的温度的装置；
图3示意性地示出用于控制光学反射镜装置温度的装置的散热器的另一实施例；
图4示意性地示出用于控制光学反射镜装置温度的装置的散热器的另一实施例；
图5是显示根据为散热器温度将从反射镜热传递区域向散热器的辐射热传递的图；
图6示意性地示出包括反射镜固持结构的照明系统的照明光学系统的一部分，反射镜固持结构为用于控制光学反射镜装置温度的装置的另一实施例的热接收结构；
图7以类似于图2的方式示出附加具有辐射护罩的光学反射镜装置；
图8以类似于图6的方式示出有着附加的辐射护罩的照明系统的照明光学系统的一部分；
图9以类似于图2的方式示出具有用于控制温度的装置的另一实施例的光学反射镜装置；
图10以类似于图2的方式示出具有用于控制温度的装置的另一实施例的光学反射镜装置；
图11以放大的比例示出布置在图10的用于控制温度的装置的散热器中的一条冷却通道的横截面；
图12以放大的比例示出布置在图10的用于控制温度的装置的反射镜基底中的一条加热通道的横截面。
具体实施方式
图1示意性地示出微光刻工具1的概略的部分，微光刻工具1用于生产诸如半导体微型芯片之类的微结构的部件。
微光刻工具1具有发射照明光束3的照明光源2。图1中，仅照明光束3的主光线被示出。照明光源2是例如极紫外(EUV)光源，发射波长在5nm和30nm之间的辐射。有利地，照明光源2是等离子EUV光源。
在从照明光源2被发射出之后，在照明光学系统4的帮助下，照明光束3被形成和引导。照明光源2和照明光学系统4是微光刻工具1的照明系统的部分。照明光学系统4包括若干图1中未示出的光学反射镜。照明光学系统4用于提供对位于物面5中的物场的特定照明。特定照明也被称为照明设置，意味着光束3在物面5中具有特别的预定强度分布、特别的预定角度分布、以及优选的特别的预定偏振分布。通过掩模母版台7固持的掩模母版6被布置成使得掩模母版6的主表面位于物场中。掩模母版6是反射掩模母版。
投射光学系统8将物面5中的被照明物场成像到像面9中的像场。为此，投射光学系统8接收从掩模母版6反射的照明光束10，并在投射光学系统8中将由入射照明光束10形成的照明光束11导向至像场。投射光学系统8还包括对于照明光产生反射的若干光学反射镜。这些反射镜在图1中也没有示出。
晶片12的一个表面布置在像场中。晶片12由晶片台13固持。微光刻工具1可以作为步进曝光机或扫描系统工作。这两种系统类型在本领域是公知的。
图2示出用于控制光学反射镜装置15的温度的装置14。如图2所示的反射镜装置15可以是投射光学系统8的一部分，可以是照明光源2的一部分，例如其集光器，或者可以是微光刻工具1的照明光学系统4的一部分。光学反射镜装置15包括反射镜固持结构，反射镜固持结构的固持点16在图2中以三角形示出。固持结构可以包括对应于US2004/0051984中例如参照图19和22描述的那些柔性支撑件。
此外，光学反射镜装置15包括具有反射镜基底或主体18的光学反射镜17，反射镜基底或主体18带有被设计作为具有反射涂层的光学表面的反射表面19。光学反射镜17以及照明光学系统4和投射光学系统8的引导照明光束3的所有其它部件设置在真空气氛中。
装置14可以包括衍射光学元件，该衍射光学元件在下文中也被称为光学反射镜17。这样的衍射性光学元件能够衍射来自照明光束3的光。光学反射镜17被示为凹面镜。反射表面19用于反射来自图2中示意性地示出的照明光束3的光。根据照明设置，整个反射表面19或多或少将被来自照明光束3的光所照明。或者，根据反射镜装置14在光刻工具1中的位置，例如处于光学系统4、8的光瞳平面或场平面中或与之接近，以及根据照明设置，仅反射表面19的部分被来自照明光束3的光照明。
温度控制装置14的部分是至少一个散热器20，图2中示出其中一个散热器。散热器20用作温度控制装置14的辐射冷却部分。散热器20包括热接收板。散热器20包括面向反射镜基底18而与反射表面19相反的冷表面21。冷表面21的温度通过适当的控制装置被保持在恒定的温度水平，该恒定的温度水平在任何情况下都低于反射镜基底18的温度。操作中，散热器20，即冷表面21，从反射镜基底18接收热辐射，反射镜基底18在图2所示实施例中用作光学反射镜17的反射镜热传递区域。冷表面21的温度可以被保持在预定的温度分布曲线上。该温度分布曲线由冷表面21在空间和实践时间坐标上的温度分布给出。该温度分布曲线可以相对这些坐标来控制。一般，冷表面21可以具有任意的空间形状。散热器20不与反射镜基底18机械接触，以减小反射镜基底18上由散热器20的存在而引起的机械应力。散热器20还可以附加地布置在光学反射镜17的周边，即朝向反射镜基底18的侧表面。散热器20由金属制成或由陶瓷材料制成。冷表面21可以被处理以相对于另外相似的未经处理的表面提高所述表面的热吸收效率。冷表面21可以在所述表面上提供含陶瓷、氧化物、碳化物、氮化物的涂层。冷表面21例如可以被处理以提供增大的表面粗糙度或表面不规则度，导致所述表面的增大的热吸收区域。冷表面21可以包括空间分布的结构来提供来自反射镜主体18的后表面21a的增大的热吸收效率。
加热装置22也是温度控制装置14的部分。在图2所示的实施例中，加热装置22被设计成加热反射镜基底18的后表面21a的表面加热装置，所述后表面21a即朝向散热器20的冷表面21的反射镜后侧。表面21a可以被处理或者可以设置涂层或者可以包括空间分布的结构，如以上关于散热器20的冷表面21所描述的。加热装置22包括电阻线23，电阻线23在图2中以截面被示出。电阻线23布置在表面21a处。或者，如图2所示，加热装置24可以设置成嵌入在反射镜基底18中的电阻线。电阻线23可以被电连接成单个电路，形成就其电功率而言由至少一个的控制电路控制的并行或串行连接。或者，如图2所示，电阻线23被电连接成就其电功率而言由不同控制器控制的不同电路的部分。图2示出属于不同电路的电阻线23的两个组25、26。这些组25、26限定出可经由控制27被分别控制的两个加热区。经由线28、29和功率放大器30、31，控制器27连接至电阻线23的两个组25、26。
替代或附加于电阻线23的两个组25、26，可以由流体通道31a限定出加热区，用于加热流体。这些流体通道31a的例子在图2的截面中以虚线示出。这些流体通道31a布置在反射镜基底18中，与反射表面19相隔给定距离。在平行于反射镜基底18的后表面21a的一个平面中，加热流体通道31a等距地分布。流体通道31a的典型布置在US 2004/0035579A1中公开。该另一实施例的情况下加热流体通过那些通道31a的流动经由与控制器27信号连接的阀门被控制。
在另一实施例中，散热器20可以被分为热接收板31b和冷却板31c，热接收板31b面朝反射镜基底18的后表面21a，冷却板31c布置成使得热接收板31b位于反射镜基底18的后表面21a和冷却板31c之间。US2004/0051984A1中描述了散热器的这种设计。冷却板31c用作从热接收板31b去除热的冷却部分。热接收板的布置、材料和表面处理可以是US2004/0051984A1中描述的那些。热接收板可以共形地布置于光学反射镜17的后表面21a的至少一部分。
在图2所示实施例中，加热区，即组25、26，被布置成使得反射镜基底18具有双极对称的热接收分布。根据电阻线组的布置，可以清楚地看到，其它的例如环形、四极或多极对称的热接收分布可以被实现。线23或一般而言加热装置22、24的电功率可以分别控制。此外，加热装置22、24可以包括珀耳帖(Peltier)元件。这种情况下，除了对电功率的控制之外，还可以对各个加热装置22、24或它们的组控制直流电的方向或电功率的直流分量。
由于电阻线23或加热装置分为各个可控的组25、26，所以如箭头32、33所示的从反射镜基底18到反射表面19的热传递相对于反射表面19的不同的部分(即图2中的左部和右部)而改变。
控制器27控制加热装置22，使得稳定状态下，由从加热装置22接收的热32、33和通过对照明光束3的部分吸收从照明光源2接收的热34导致的总反射镜热负荷保持恒定。热34，即，从照明光束3的非反射量吸收的能量，在图2由箭头34示意性地示出。
经由线35，控制器27与温度传感器36连接。温度传感器36嵌入在反射镜基底18中，并测量反射镜基底18的温度。在图2所示实施例中，设置有另一未示出的温度传感器。一般，所设置的温度传感器的数量至少等于电阻线的可分开控制的组的数量。所有设置的温度传感器经由线或无线地与控制器27信号连接。一般，温度传感器36位于光学反射镜17的反射表面19的附近。
作为如温度传感器36的接触温度传感器的替代或作为附加的传感器，可以设置非接触式温度传感器37。这样的非接触式温度传感器37的实施例示出在图2中，且包括在接收热成像阵列39(例如CCD阵列)上得到反射表面19的热图像的成像光学系统38。
如图2所示，控制器27可以与控制装置40信号连接，具体地，与微光刻工具1的照明光源2的控制装置40信号连接。该信号连接通过通信连接或线41被示意性地示出。此外，经由通信连接或线42，控制器27可以与用于散热器20的冷却装置43a的控制装置43信号连接。控制器27和控制装置40、43可以是微光刻工具1的集成控制设备的部分。冷却装置43a可以是珀耳帖冷却装置或冷却流受控的冷却装置。这样的冷却装置以及对这样的冷却装置的控制的例子在US 2004/0035570A1中给出，该申请的内容通过引用结合于此。
光学反射镜17的温度，具体地，反射表面19的温度，通过以下方法被保持：首先，光学反射镜装置15经由加热装置22被加热。反射镜装置加热受到控制，使得稳定状态下，总反射镜装置热负荷保持恒定，该总反射镜装置热负荷保持恒定由从加热装置22接收的热32、33和从打到反射表面19上的照明光束3的吸收接收的热34造成。在图2所示实施例中，反射表面19的温度例如利用温度传感器36被测量。只要没有照明光束3打在反射表面19上，反射表面19下面的反射镜基底18的温度就相对较低，具体地，低于第一阈值。当反射表面19经由对照明光束3的吸收被加热时，反射表面19的温度上升至该温度阈值以上。然后，经由控制器27，降低经由加热装置22对反射镜基底18的加热，使得一般在反应时间内的瞬间效应之后，在稳定状态下，热传递32至34的总和保持恒定。这种情况下，从光学反射镜装置15到散热器20的辐射热传递44保持恒定。这样的瞬间效应可随着微光刻工具开始工作经由来自打在反射表面19上的照明光束3的能量的热吸收而被引入。另外，这样的瞬间效应可经由控制器27和加热装置22被引入，用于控制朝向反射镜基底18的反射表面19的表面区域的温度梯度。这样的温度梯度可以经由控制器27在绝对值和方向上受到控制。
对反射表面19的温度控制源于对光学反射镜装置的加热控制。在该温度控制过程中，散热器20的冷表面21的温度优选在稳定状态下保持恒定，至少只要通过照明光源2的同一个工作模式对反射表面19进行照明。在实现对反射表面19的温度控制的另一工作模式中，还可以改变散热器20的冷表面21的温度。例如，经由加热装置22或24的加热可以以恒定的加热能量来实现，并且对反射表面19的温度控制可以经由对冷表面21的温度的控制来实现。实践中，散热器20的温度总是低于反射镜基底18的温度。只要反射表面19没有经由对照明光束3的残留吸收而被加热，反射表面19的温度就一定程度地低于反射镜基底的后表面21a的温度。当主要热负荷源于对照明光束3的残留吸收时，反射表面19的温度高于反射镜基底的后表面21a的温度。
在图2中未示出温度控制装置14的实施例中，温度传感器可以被省略。从而，对反射镜装置15的加热经由控制装置40通过对照明系统的状态，特别是照明光源2的状态的检查来控制。例如，当照明光源2的功率增大时，控制器27从控制装置40接收到相应的信息，并且响应于此，相应地减小经由加热装置22进行的加热。这样的控制可以经由建立查询表或经由基于模型的控制或前馈控制来实现。
图3示出温度控制装置的光学反射镜和散热器的另一实施例。对应于参照图1和2讨论过的那些部件的部件用相同的附图标记标示，并在以下不作详细描述。
在图3所示的实施例中，光学反射镜17被示为凸面镜。图3的温度控制装置46的加热装置45是嵌入在反射表面19的光学涂层正下方的电阻线23。
由于加热装置45的这种布置，经由加热装置45产生的热产生在同样产生照明光束3的残留吸收的相同反射镜区域中。这有利于稳定状态下均衡热负荷32、33和34的总和。
温度控制装置46的散热器47被构造成使得从反射镜基底18至散热器47的热辐射传递相对于反射表面19的不同部分变化。为此，散热器47包括七个散热指48、49、50、51、52、53、54，在图3中它们从左向右编号。这些散热指48-54彼此平行，并经由散热器主体55连接。相邻的散热指48-54相等地间隔开。所有散热指48-54都指向反射表面19。垂直于纵轴56，散热指48-54可以具有圆形横截面，即散热指48-54可以具有以纵轴56作为旋转对称轴的圆柱形状。或者，散热指48-54的横截面可以是四角形(quadratical)或矩形或例如六角形的。在垂直于轴56的平面中，散热指48-54布置成六角形场结构，即，具有六角对称性的阵列。或者，散热指48-54可以布置成矩形矩阵阵列结构，或者可以布置成至少一行。散热指48-54的布置对称性与加热装置55的加热区的热接收分布的对称性相适应，并且/或者与反射表面19经由对照明光束3的吸收接收的热接收分布的对称性。
散热指48-54的末端57构成散热器47的第一部分，其对反射表面19具有第一较小距离。散热指48-54之间的间隙58构成散热器47的第二部分，其对反射表面19具有第二较大距离。
散热指48-54具有不同长度。散热指48-54的长度遵循反射表面的弯曲。在图3所示凸形反射表面19的情况下，中间的散热指51及其相邻的散热指50和52是最长的指。散热指49和53比散热指50-52短，但比外侧的散热指48和54长。
散热指48-54容纳在反射镜基底18的凹部59中。
图4示出光学反射镜装置和具有散热器的温度保持装置60的另一实施例。对应于参照图1-3已经描述过的部件的部件用相同的附图标记标示，并且在下文中不再详细描述。
加热装置61设置为嵌入在反射镜基底18中的一个平面内的电阻线23。图4中，反射表面19是凸表面。由于加热线23位于一个平面中，与图3所示实施例不同，它们不遵循反射表面19的弯曲。
温度控制装置60的散热器62与温度保持装置46的散热器47相似。与图3所示温度控制装置46相对比，散热指63都是相同长度的。散热指63的末端57与加热装置61的电阻线23所嵌入的平面相等地间隔开。散热指63容纳在反射镜基底18的凹部63a中。
图5示出反射镜热传递区域之间(例如反射镜基底18与散热器20或47或62的冷表面21之间)的小间隙上的净辐射热交换。该净辐射热交换被示出为冷表面温度的函数。冷表面温度以单位[K]给出。净辐射热交换或传递以单位[W/m2]给出。假设光学反射镜17的反射表面19的最大热负荷为4W，反射镜上的热传递区域(在图2-4所示实施例中在反射镜后侧)为0.02m2，且反射镜基底18的基准温度为295K，则从图5中可以看到，需要大约250K的冷表面21表面温度来产生足够的冷却功率偏置。经由冷却装置43对冷表面21的冷却可以通过热电冷却(TEC，thermal electric cooling)，通过膨胀法(即冰箱原理)，或者通过利用冷气体或液体等(例如液氮)的方式冷却来实现。
图6示出图1所示微光刻工具1的照明光学系统4或投射光学系统8的一部分。对应于已经描述过的部件的部件用相同的附图标记标示，并在下文中不再详细描述。微光刻工具1的光学系统的该部分包括反射镜固持结构64。该固持结构64被实现为机械结构和/或度量框架(metrology frame)。固持结构64是蜂窝结构，具有网状分布的载杆64a，这些载杆64a布置按梯形布置。四个光学反射镜65-68经由支柱69和载板70由固持结构64承载。反射镜65-68在图6中从上向下编号。反射镜65、66布置在固持结构64的第一单元中，反射镜67、68布置在固持结构64的第二单元中。反射镜65-68具有100nm的典型直径。
反射镜基底18的后侧与载板70接触之处的固持点16设计成反射镜位置致动器，使得可以对图6所示的照明和/或投射光学系统的照明光束成形和引导功能进行调节。
三个反射镜65-67是活动反射镜，其位置通过由载板70承载的反射镜位置传感器71被控制。反射镜68是不具有位置传感器的被动反射镜。
温度控制装置72使用反射镜固持结构64作为热接收结构。反射镜固持结构64由加热装置73利用电阻线23的组74-77加热。组74-77接触固持结构的载杆64a的外表面。
加热装置73的电阻线23的组74-77的数量等于反射镜65-68的数量。这确保经由组74-77对反射镜65-68分别加热。
温度传感器78接触与电阻线23接触的载杆64a。
图6中，仅温度传感器78中的一个，即与属于电阻线23的组77的载杆64a接触的一个温度传感器被示出。其它组74-76的每一个具有其自己的温度传感器78。
温度控制装置72具有散热器79，每个散热器布置在配备有加热电阻线23的组74-77的那些载杆64a的附近。每个散热器79与其相应的载杆64a分隔开一间隙，使得每个散热器79不与所述载杆64a接触。散热器79位于蜂窝状固持结构64的单元的外部。
在图6所示实施例的情况下，控制器27控制加热装置73，使得在稳定状态下，反射镜固持结构64、支柱69和载板70上的总热负荷保持恒定，以及作为进一步的效果，光学反射镜65-68的每一个上的总热负荷保持恒定，总热负荷由一方面从加热装置73的组74-77接收的热以及另一方面经由通过反射表面19对照明光束3的残留吸收而接收的热导致。组74-77以与组77相同的方式连接至控制器27。这在图6中没有示出。该温度控制根据以上就图2所示实施例给出的原理工作。
当照明光源2被关闭时，反射镜65-68的反射表面19仅经由加热装置73接收热。当照明光束3经由反射镜65-68的反射表面19反射时，那些反射表面19吸收热。从而，控制加热装置73，以降低相对于反射镜65-68的反射表面19来自组74-77的热传递，从而稳定状态下保持总反射镜热负荷恒定。
替代四个组74-77，可以设置加热装置73的更多数量的电阻线23的组。这使得对于同一个反射表面可以产生不同的加热区，继而可以以例如环形、四极或双极对称的热分布加热反射表面19。
在利用微光刻工具1生产微结构的部件时，首先掩模母版6和晶片12被设置在掩模母版台7和晶片台13上。然后，掩模母版结构作为照明微结构被投射到对于微光刻工具1的照明光敏感的晶片层上。然后，经由对晶片层的显影由照明微结构获得微结构的部件。
图7示出用于控制光学反射镜装置温度的装置14的另一个实施例，该光学反射镜装置可以是图1所示微光刻工具的照明系统的照明光学系统的部分。对应于那些已经参照图1-6描述过的部件的部件用相同的附图标记标示，并在下文中不再详细描述。
图7所示用于控制光学反射镜装置的温度的装置14还具有辐射护罩80，辐射护罩80包括加热装置81和另一散热器82。辐射护罩80用于减小用于控制温度的装置14对晶片12、掩模母版6或微光刻工具1的其它热敏感部件的可能的热影响。US 2004/0051984A1中参照图3和7描述了这样的辐射护罩或防热装置的例子。
为了使散热器20和反射镜基底18之间的间隙热化(thermalization)，气体可以被提供至该间隙，并在经过该间隙之后经由抽吸装置被排出。图7中这样的气体的流用箭头82a标示。US2004/0051984A1中例如参照图11对这样的气体供应做了描述。
图8示出图1所示微光刻工具1的照明光学系统4的一部分的另一实施例。对应于那些已经参照图1-7描述过的部件的部件用相同的附图标记标示，并在下文中不再详细描述。
图8示出温度受控的固持结构64和晶片12之间的辐射护罩83和84，晶片12用虚线示意性地示出。辐射护罩83位于电阻线23的组76、77与晶片12之间。辐射护罩84位于电阻线23的组74、75与晶片12之间。辐射护罩83、84用于减小固持结构64的热化对晶片12的热影响。辐射护罩83、84各自包括又一个加热装置81和又一个散热器82，如以上参照图7所述。
图9示出用于控制光学反射镜装置的温度的装置14的另一实施例。对应于那些已经参照图1-8描述过的部件的部件用相同的附图标记标示，并在下文中不再详细描述。替代包括电阻线组或加热流体通道的加热装置，图9所示实施例具有红外辐射源85，用于加热反射镜基底18的后表面21a。
此外，在图9所示实施例中，散热器20连接至致动器86，致动器86能够相对于反射镜基底18移动散热器20，以便调节散热器20和反射镜基底18之间的间隙，以及针对间隙宽度和/或倾斜角度以及进一步针对散热器20与反射镜基底18的交叠，实现散热器20相对于反射镜基底18的精确定位。致动器86经由图9中未示出的信号线与控制器27信号连接。
如果例如在多个温度传感器36的帮助下经由热感测，出现反射镜基底18内的某些(例如非对称的)温度模式，则这样的非对称模式可以通过经由控制器27的致动器86的受控移动，使散热器20相对于反射镜基底18相应地移动来消除。为了检测散热器20相对于反射镜基底18的位置，可以有位置传感器，该位置传感器在图9中没有示出。该传感器经由信号线连接至控制器27。
图10示出用于控制光学反射镜装置的温度的装置14的另一实施例。对应于那些已经参照图1-9描述过的部件的部件用相同的附图标记标示，并在下文中不再详细描述。
在图10所示实施例中，散热器20的冷表面21的冷却是经由布置在散热器20的主体中的冷却通道87来实现的。这些通道87的横截面在图10中用虚线示出。在平行于冷表面21并位于散热器20的主体内的一个平面中，冷却通道87相等地分布。
图11示出冷却通道87的代表性横截面。导管88布置在通道87内，并构造成将冷却流体89输送通过通道87。在导管88和通道87的内壁90之间，形成间隙91。该间隙91充填有导热气体。间隙91构造成保持在足够低的压力下以防止或基本上防止散热器20的冷表面21的表面形状变形。EP1376185A2中描述了具有这样的冷却通道的冷却装置，内管道与通道内壁隔开一间隙，该文献的内容通过引用结合于此。
在另一实施例中，通道87可以布置在根据以上参照图2描述的相应实施例的冷却板31c的平面内。
在又一实施例中，反射镜主体18的加热可以经由具有类似于上述的冷却通道87的布置的加热通道92来实现。这样的加热通道92在图10中用虚线以横截面表示在反射镜主体18内，且更详细地在图12中示出。在加热通道92内，导管93布置成将加热流体94输送通过加热通道92。在加热通道92的内壁95与导管93之间，形成间隙96，该间隙96充填有导热气体。间隙96中的导热气体保持在足够低的压力下以基本上防止反射镜17的反射表面19的变形。
由流体通过导管88、93的流引入的振动不会传递到通道87、92的内壁90、95。
热化流体89、94和间隙91、96中的导热气体经由未示出的且通过控制器27控制的源而被提供。在图10所示利用加热通道92的实施例中，可以省略经由电阻线23的加热。
在间隙91、96中，可以布置间隔件97来保持导管88、93周边的间隙91、96的给定宽度。
在图1-10所示的所有实施例中，经由对照明光束3(即工作辐射)的吸收，经由加热部分的加热，例如经由电阻线23或加热通道92的加热，以及经由辐射冷却部分(即经由散热器20的冷表面21)的冷却所实现的光学反射镜17的组合热化经由控制器27控制，使得该组合的热化导致光学元件的温度稳定。
为了实现充分的温度控制，散热器20可以配备有温度传感器97a或多个这样的温度传感器97a，温度传感器97a分布在散热器20的主体内，并与控制27信号连接。
图10附加示出可选辐射护罩98，其围绕散热器20的除了冷表面21之外的所有表面，从而防止散热器20从除了光学反射镜17之外的构件吸收热。
为了阻止振动传播和位置变化，用于控制温度的装置的部件可以经由弹簧构件来连接。US2004/0051984A1中参照图8、12、13给出了这样的例子。
包括用于控制温度的装置14的微光刻工具的光学系统具有小于或等于0.5nm的整体波前误差。
用于控制温度的装置14的若干实施例允许达到2nm的波前范围内的热引起表面形状校正。根据特别是泽尔尼克(Zernike)多项式Z6至Z16的对称性的热控光学表面上的温度分布曲线形状可以经由用于控制温度的装置14的这些实施例被引入。相应地，这些用于控制温度的装置14解决了泽尔尼克多项式Z5及更高项的对称范围内的波前误差。泽尔尼克多项式，例如条文符号(fringe notation)表示的泽尔尼克多项式，在数学以及光学文献中是已知的。
这些装置14允许表面形状符合均方根0.2nm rms的分布分辨率(波前)、0.1nm的准确度(波前)以及每20分钟0.1nm的最大漂移(波前)。
上述的用于控制温度的装置14允许10s的典型温度控制设置时间。用于控制温度的装置14的所有实施例符合超高真空(UHV)条件。

Claims (21)

1.一种用于控制设置在真空气氛中的光学元件的温度的装置，
－包括冷却装置，该冷却装置具有辐射冷却部分，所述辐射冷却部分布置成与所述光学元件分开，用于通过辐射热传递来冷却所述光学元件，
－具有控制器，用于控制所述辐射冷却部分的温度，
－具有加热部分，用于加热所述光学元件，
－所述加热部分连接至所述控制器，用于控制所述加热部分的温度。
2.如权利要求1所述的用于控制设置在真空气氛中的光学元件的温度的装置，其中，所述控制器与所述辐射冷却部分和所述加热部分以及用于照射在所述光学元件上的工作辐射的照明光源信号连接，所述控制器具有用于控制组合热化的装置，使得对所述光学元件的该组合热化经由
－对照射在所述光学元件上的工作辐射的吸收，
－通过所述加热部分的加热，以及
－通过所述辐射冷却部分的冷却
导致所述光学元件的温度稳定。
3.如权利要求2所述的用于控制设置在真空气氛中的光学元件的温度的装置，其中，所述控制器具有用于控制所述组合热化从而获得所述光学元件的温度稳定的装置，其中稳定状态下，所述光学元件的温度稳定独立于照射在所述光学元件上的工作辐射的量。
4.如权利要求1－3之一所述的用于控制设置在真空气氛中的光学元件的温度的装置，其中，温度传感器被设置用于检测所述光学元件的温度，其中所述控制器控制所述辐射冷却部分和所述加热部分中的至少一个，从而将由所述温度传感器检测到的温度保持在预定值。
5.如权利要求1－3之一所述的用于控制设置在真空气氛中的光学元件的温度的装置，其中，所述控制器与使冷却剂流体流向所述冷却部分的冷却剂供给部分信号连接。
6.如权利要求1－3之一所述的用于控制设置在真空气氛中的光学元件的温度的装置，其中，所述控制器与使加热流体流向所述加热部分的加热流体供给部分信号连接。
7.如权利要求1－3之一所述的用于控制设置在真空气氛中的光学元件的温度的装置，具有辐射护罩，所述辐射护罩布置成防止所述辐射冷却部分从除了所述光学元件之外的元件吸收热。
8.如权利要求1－3之一所述的用于控制设置在真空气氛中的光学元件的温度的装置，具有辐射护罩，所述辐射护罩布置成防止与所述光学元件相邻的部件从所述加热部分吸收热。
9.如权利要求1－3之一所述的用于控制设置在真空气氛中的光学元件的温度的装置，其中，所述辐射冷却部分包括珀耳帖元件的冷却板。
10.如权利要求1－3之一所述的用于控制设置在真空气氛中的光学元件的温度的装置，所述辐射冷却部分具有热接收板，所述热接收板沿着所述光学元件的被导向所述光学元件的光不入射或出射的表面邻近所述光学元件布置，所述热接收板构造成从所述光学元件接收热，冷却构件被布置用来从所述热接收板去除热。
11.如权利要求1－3之一所述的用于控制设置在真空气氛中的光学元件的温度的装置，其中，至少一个通道形成在所述辐射冷却部分中，所述辐射冷却部分包括位于所述通道内的导管，该导管构造成将冷却流体通过所述通道输送，所述辐射冷却部分中所述导管和所述通道之间形成间隙，该间隙构造成保持在足够低的压力下，以基本上防止作为所述辐射冷却部分的部分并用于从所述光学元件接收热辐射的散热器的变形。
12.如权利要求1－3之一所述的用于控制设置在真空气氛中的光学元件的温度的装置，其中，所述辐射冷却部分包括至少两个散热指，其指向所述光学元件。
13.如权利要求1－3之一所述的用于控制设置在真空气氛中的光学元件的温度的装置，所述光学元件是反射镜，所述反射镜具有反射镜主体和形成在所述反射镜主体上的反射表面，所述加热部分包括：
－至少一个形成在所述反射镜的主体中的通道，
－位于所述通道内的导管，构造成将加热流体输送通过所述通道，所述反射镜的主体中所述导管和所述通道之间形成间隙，该间隙构造成保持在足够低的压力下，以基本上防止所述反射镜的主体的反射表面发生变形，
－形成在所述反射镜主体上的第二表面，所述第二表面与所述辐射冷却部分热连接。
14.如权利要求13所述的用于控制设置在真空气氛中的光学元件的温度的装置，其中，所述第二表面布置成靠近所述反射表面。
15.如权利要求11所述的用于控制设置在真空气氛中的光学元件的温度的装置，其中，至少一个间隔件布置在所述导管和所述通道的内壁之间，以防止所述导管接触所述内壁。
16.如权利要求13所述的用于控制设置在真空气氛中的光学元件的温度的装置，其中，至少一个间隔件布置在所述导管和所述通道的内壁之间，以防止所述导管接触所述内壁。
17.用于利用根据权利要求1－16之一所述的用于控制设置在真空气氛中的光学元件的温度的装置控制位于真空气氛中的光学元件的温度的方法，包括以下步骤：
－感测所述光学元件的温度，
－经由所述辐射冷却部分冷却所述光学元件，
－经由所述加热部分加热所述光学元件，
使得所述感测步骤所检测到的所述光学元件的温度可以变成预定值，
－所述辐射冷却部分布置成与所述光学元件分开并从所述光学元件吸收热。
18.如权利要求17所述的方法，其中，经由
－对照射在所述光学元件上的工作辐射的吸收，
－由所述加热部分进行的加热，和
－由所述辐射冷却部分进行的冷却
控制对所述光学元件的组合热化，
导致所述光学元件的温度稳定。
19.照明系统，
－具有照明光源，
－具有微光刻照明光学系统，所述微光刻照明光学系统具有多个光学反射镜，所述多个光学反射镜中的至少一个配备有如权利要求1－15之一所述的用于控制设置在真空气氛中的光学元件的温度的装置。
20.如权利要求19所述的照明系统，其中，所述照明光源是EUV源。
21.微光刻投射光学系统，具有多个光学反射镜，所述多个光学反射镜中的至少一个配备有如权利要求1－16之一所述的用于控制设置在真空气氛中的光学元件的温度的装置。
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