CN104781715A - 用于致动光学系统中的至少一个光学元件的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于致动光学系统、尤其是投射曝光设备的光学系统中的光学元件的装置，其中，所述光学元件(101)通过具有接合件刚度的至少一个接合件(102)能够关于至少一个倾斜轴线倾斜，所述装置包含用于对所述光学元件(101)施加力的至少一个致动器(104)，其中，所述致动器(104)具有致动器刚度，其至少部分地补偿所述接合件刚度。

Description

用于致动光学系统中的至少一个光学元件的装置

相干申请的交叉引用

本申请要求均于2012年11月29日提交的德国专利申请DE 10 2012 221831.9和US 61/731,260的优先权。这些申请的内容通过引用并入于此。

发明内容

本发明涉及一种用于致动光学系统中至少一个光学元件的装置。

根据本发明的装置可有利地尤其用于具有彼此独立可调节的多个光学元件的光学系统中，例如用于致动微光刻投射曝光设备中的分面反射镜。然而，本发明不限于此，而是通常还可用于其它光学系统(例如，用于材料处理的光学系统)中，尤其是其中多个光学元件在各情况中均可调地安装在有限结构空间中的系统。

背景技术

微光刻技术用于制造微结构部件，例如，集成电路或LCD。微光刻工艺在所谓的投射曝光设备中进行，所述设备具有照明装置和投射镜头。在该情况中，通过投射镜头将通过照明装置照明的掩模(＝掩模母版)的像投射到涂覆有光敏层(光刻胶)且布置在投射镜头的像平面中的基板(例如，硅晶片)上，以将掩模结构转移至结构的光敏涂层。

在设计用于EUV(极紫外辐射，即波长小于30nm，尤其小于15nm的电磁辐射)的投射曝光设备中，由于缺少可用的透光材料，反射镜用作成像过程的光学部件。另外，尤其在设计用于以EUV工作的微光刻投射曝光设备的照明装置中，例如从DE 10 2008 009 600 A1已知使用场分面反射镜和光瞳分面反射镜形式的分面反射镜作为束引导部件。这种分面反射镜由多个单独反射镜构造，所述多个单独反射镜设计为通过弯曲部分而可倾斜，用于调节或者用于实现特定照明角分布的目的。在该情况中，还需要实现关于两个(尤其是相互垂直的)倾斜轴线的倾斜。

这里出现的一个问题是，关于例如致动分面反射镜的单独反射镜(或关于致动其中所述元件相对紧密包装的布置中的其它光学元件)，首先，仅狭窄定界的结构空间可用，其次，例如在投射曝光设备工作期间，通常必须将致动器的热负载最小化，这导致需要挑战致动器设计。这格外适用，因为通常使用的弯曲部分具有不可避免的支承刚度，其在致动光学元件的单独反射镜期间必须得到克服。

发明内容

本发明的目的在于提供致动光学系统中至少一个光学元件的装置，其使得可在相对小的所需结构空间和减少产生的致动器热负载的情况下能够致动。

该目的通过根据独立权利要求1的特征的装置来实现。

根据本发明的致动光学系统中至少一个光学元件的装置，其中光学元件可通过具有接合件刚度的至少一个点关于至少一个倾斜轴线倾斜，所述装置包含：

-将力施加在光学元件上的至少一个致动器；

-其中，致动器具有部分补偿接合件刚度的致动器刚度。

本发明尤其基于以下构思：构造致动器，使得关于产生要施加在光学元件上的致动器力，从一开始，倾斜所需的接合件刚度包含在致动器的设计中，使得任意位置的致动器以考虑了接合件刚度的方式精确地提供适合的致动器力。

尤其是，本发明包括以下构思，由于至少部分(甚至可能全部)补偿效应因此实现，考虑通过致动器的适合力-距离特征导致的“正”接合件刚度(其对应于“负刚度”)。在该情况中，在此以及在下文中，具有“负刚度”的系统被理解为表示这样的系统：在从预定中心开始位置偏转时，系统具有随增大的偏转增大的力，并且被引导远离(开始)位置。因而，具有“负刚度”的系统被理解为表示这样的系统：随着从预定中心开始位置偏转增大，增大的力作用于所述中心位置的方向上。

本发明有意背离常规方法，其在设计例如洛伦兹发动机的致动器时，通常寻求没有刚度情况下的力-距离特征(致动器力例如仅依赖于线圈电流)以及尽可能在致动器设计中避免刚度。确切地说，本发明有意在致动器设计中选择具有负刚度(通常在避免不稳定性方面是不期望的)的力-距离特征。在该情况中，精确确定致动器的设计，使得负刚度呈现在在为实现上述补偿效应的目的而操作期间相关的力-距离特征的区域中，所述负刚度用于解除依赖于电流可变的力分量。

本发明尤其考虑以下情形：在具有可调光学元件(例如，分面反射镜的反射镜元件)的构造中，致动器不再仅抵抗惯性质量或恒定重力，相反，结合刚度构成要由致动器克服的同样重要或甚至占支配地位的负载。鉴于在第一提及情况中，例如通过致动器克服恒定重力，必须基本上提供在整个移动范围上最大所需致动器力，由于以有目的的方式考虑的接合件刚度，要由根据本发明的本申请中的致动器提供的力以有目的的方式适配于致动器或接合处的相应电流工作位置。

根据一个实施例，致动器刚度和接合件刚度在致动器的预定工作范围具有相反符号。

根据一个实施例，致动器刚度和接合件刚度在致动器的预定工作范围在绝对值方面彼此偏离致动器刚度的相应值的最大50％、尤其最大30％、更尤其最大10％、更尤其最大5％、更尤其最大1％。

根据一个实施例，致动器具有转子和定子，所述转子具有至少一个磁体，所述定子包括可施加有电流的线圈。特别地，在该情况中，用于真空密封的分离层可设置在转子和定子之间。

根据一个实施例，所述装置具有用于光学元件的平行导轨，所述平行导轨可例如由两个片弹簧元件构造。优选地，所述平行导轨设计为使得其将作用于转子和定子之间的力转化为平行于致动器驱动方向的力分量，使得所述力分量至少部分补偿接合件刚度。因此，在该构造中，作用在转子(或提供在转子上的磁体)与定子(或与其关联的软铁芯)的原则上寄生的引力作用可以有目的的方式被使用，并且可转化为剪切方向或定子移动方向上的附加力，从而附加促成致动器的负刚度，以及因此克服接合件刚度。

根据一个实施例，光学元件关于两个倾斜轴线倾斜，尤其关于两个相互垂直的倾斜轴线倾斜。在该情况中，通过本发明实现的效应尤其有利地显现，例如关于有效使用在有限程度上可用的结构空间和避免干扰能耗。然而，本发明不限于两个或更多自由度上的驱动，而是还包含用于在仅一个自由度上驱动的布置。

根据一个实施例，光学系统具有多个光学元件，其中所述元件的每一个在各情况中分配至少一个这种致动器。尤其是，每个光学元件可分配两个致动器，以设置彼此独立的两个自由度。在该情况中，所述光学元件可是尤其彼此独立地可调节。在这种具有可致动的(尤其是彼此独立的)多个光学元件的相对密集布置的应用中，关于有效使用在有限程度上可用的结构空间和避免干扰能耗，可尤其有利地使用本发明。

根据一个实施例，分配给光学元件的致动器布置在至少两个、尤其至少三个不同平面中。

根据一个实施例，光学系统是分面反射镜，尤其是场分面反射镜。

在另一实施例中，根据本发明的产生负刚度的构思还可用于无源装置(其本身不将有源可调整力施加在光学元件上)，而是仅无源地用于例如支撑另一装置(例如，音圈电动机)，从而能够关于要产生的有源可调整力将后者设计地更弱。因此，本申请应被认为还包含其中一方面用于补偿接合件刚度的负刚度的产生，以及另一方面有源可调整力至光学元件上的施加功能上彼此分离或以分离装置实现的布置。

本发明还涉及包含根据本发明的投射曝光设备。投射曝光设备可尤其设计为用于以EUV操作。

可从说明书和从属权利要求获知本发明的另外的构造。

下面基于附图所示示例实施例更详细说明本发明。

附图说明

附图中：

图1至3显示用于阐明根据本发明的构思的示意图；

图4-5显示用于阐明可用于根据本发明的布置的平行导轨的构造和功能的示意图；

图6-11显示用于阐明本发明的其它实施例的示意图；

图12显示设计用于以EUV操作的微光刻投射曝光设备的示意图；

具体实施方式

图1首先显示用于阐明构成本发明的基础的构思的基本示意图。

根据图1，通过致动器，可将可控力施加至分面反射镜的反射镜分面101形式的光学元件。反射镜分面101经由接合件102连接至框架或支撑框100，其中，接合件102基于(局部)传感器105的位置确定通过转子103驱动，并将转子103的线性移动转变为反射镜分面101的旋转运动。“110”指示用于测量反射镜分面101的位置的全局位置传感器。F_t指示接合件102作用在转子103上的力。F_a指示通过致动器104经由转子103施加在反射镜分面101上的力。

图2a、2b示意性地显示根据本发明的异极发动机形式的致动器104的实施例。在该情况中，执行线性运动且设置有在其外部区域以限定几何形状安装的磁体106、107、108的转子103示为在软铁芯111旁边，在软铁芯111周围缠绕线圈112，其上可施加有电流。线圈112和软铁芯111形成与转子103形成在一起的发动机的定子109。在该情况中，静态磁场(示于图2b中)通过将电流应用于线圈112(在图2中省略)而以有目的的方式受影响，其中产生的力依赖于电线圈电流的二次方。由致动器104全部产生的最初力产生作为通过电线圈电流而可变地可调的力分量与由磁体106-108关于线圈112的相对位置导致(即，由发动机103和定子109的相对位置导致)的“无源”(即，不再针对磁体106-108的指定位置而可变)力分量的和。

如图3a、3b所示，如图2a、2b所示的根据本发明的布置的力-距离特征原则上与所谓的音圈发动机或混合发动机的不同。在该情况中，图3a中的底部曲线图显示音圈发动机的力-距离特征的示例性轮廓，其中，z坐标在此以及下文中指示在致动器驱动方向上的距离坐标。图3a中的中间曲线图(与图3b中的中间曲线图一样)在各情况中显示针对包含致动器和接合件的总系统所产生的力-距离特征，其中，图3a和图3b中的相应顶部曲线图显示接合件或弹簧元件102的力-距离特征和产生的正刚度。

虽然根据图3a(底部曲线图)的音圈致动器的力-距离特征建立恒定轮廓，使得致动器力仅依赖于电线圈电流，但是对于根据图2a、2b的构造，由于磁体106-108的布置，即使在没有电线圈电流的情况下，仍出现依赖于转子103和磁体106-108的位置的力作用，磁体106-108相对于由线圈112包围的铁芯111位于铁芯上。

根据本发明，通过有目的地选择尤其关于磁体106-108的布置的几何形状，现在将该情形用于图2a、2b的构造，从而以有目的的方式设计致动器的力-距离特征或刚度。从致动器104的观点来说，如图3b的顶部曲线图所示，接合件102的力-距离特征所应用的力构成反作用力，致动器104的部分必须用附加力抵抗该反作用力。如图3b所示，现在根据本发明，通过磁体106-108的合适布置以及通过致动器104的产生的负刚度(图3b中的底部曲线图)，正接合件刚度被部分或者甚至完全补偿，使得致动器104相对于接合件102精确呈现相对于力-距离特征以及用于整个系统的相反方向上的力增长，有效地，系统刚度不再呈现(图3b中的中间曲线图)。

换言之，致动器104理想上精确设计为使得在工作位置或在转子103或接合件102的全部运动范围上，所述致动器精确施加与接合件刚度产生的(相反)力相反的致动器力，使得一方面由接合件刚度导致的力，以及另一方面由致动器刚度导致的力彼此相互抵消。因此，在一定程度上，在本发明的情况中，致动器104中，从一开始，可通过将电流应用于线圈112而产生的独立于有源可控力的特定力分量被适当地设计，使得最终仍要通过线圈112(通过其流过的电流相对较低)应用的力分量，即，通过电流可有源可控的力分量，可减小，并且致动器104上的负载可相应减轻，因为致动器104最终仅必须施加致动力或相对校正较小的错误定位，从而通过线圈112的相应“能量化”在图3b的中间曲线图中竖直地移动所述曲线图中的水平力-距离特征(针对包含致动器104和接合件102的整个系统产生)。

根据本发明，对于考虑接合件102或弹簧元件的正刚度(参考图3b中顶部曲线图)，选择致动器104的负刚度(参考图3b中的底部曲线图)，实际上理想地精确使得，根据图3b中的中间曲线图，两个刚度彼此相互补偿，使得致动器104上的负载因此减轻，因为根据线圈112上电流的应用的最终可变的力分量的大小在尺寸上可显著较小。线圈112中电流的量级的减小进而导致较少的热耗。如果，例如在简单的数字示例中，图3b中顶部曲线图中经由接合件102要最大施加的致动器的(最初)力为6牛(N)，并且所述力的为5牛的部分由致动器104的上述负刚度提供，全部保留下的是必需通过将电流施加至线圈112而产生的1牛的部分。通过线圈112施加的力的这种节省具有更大并且因此更有利的效应，因为所需功率随着所需力的平方升高。

再次参考图2a，因此，致动器104设计为使得在没有电流施加在线圈112上的情况下，以及因此仅基于定子109和转子103之间的相对位置，力相反地作用于通过接合件刚度102产生的反作用力。在该情况中，图2a所示的位置对应于不稳定位置，图2b所示的位置对应于定子109或与其关联的软铁芯111的相对于转子103或其上布置的磁体106-108的稳定位置。因而，图2a中的(最初)位置实施为不稳定位置，定子109在相对于所描绘的坐标系统的正z方向朝着该不稳定位置移动。

在根据本发明的构造中，由于根据本发明的致动器104的无源部分(形式为转子103上设置的磁体106-108)的设计，致动器104的通过施加电流值线圈112而有源可变的部分优选仅“看见”刚度补偿系统(或仅具有非常低刚度的系统)，使得要施加的可变致动器力也仅仅非常低。因此，为了致动光学元件，致动器104仅必须驱动相应惯性质量，不再看见刚度或看见至少仅相对低的刚度。结果，施加至线圈112所需的电流以及相应的热输出或与其关联的废热因此减少。

由于根据本发明的构造，例如在力-距离特征上的相应点周围的力-距离特征(例如，关于最大力F或最大距离z)的位于右手部分的图3b中的顶部曲线图中，例如，整个(正和负)力范围无需高达最大力(其关于非常有限的结构空间以及关于非期望热负载是不利的)，在力-距离特征周围提供的相对小范围的力值已足够。

如下文关于图4、5所述，布置可具有导轨，尤其是平行导轨420，用于转子103。所述平行导轨420例如可通过两个片弹簧421、422来实现。结果，原则上寄生的引(标准的)力F_attr作用在设置在转子103上的磁体106-108与软铁芯111之间，由于所述引力F_attr通过导轨转化为在转子103的移动方向或剪切方向(对应于所描绘坐标系统中的z方向)上的附加力，可以有目的的方式使用所述引力F_attr。在该情况中，取决于致动器104的设计，(作用于所描绘坐标系统中的x方向的)引力F_attr通常可共计作用于z方向上的剪切力的几倍(例如，十倍)。

参考图5，以下关系适用于此：

$\mathrm{\α}=\arcsin \left(\frac{z}{l_{\mathrm{guid}}}\right)---\left(1\right)$

以及

F_mov+＝sin(α)·F_attr   (2)

在该情况中，I_guid表示片弹簧421、422的垂直于致动器驱动方向(即，在图5的x方向上)的长度。尤其对于本发明的典型应用(例如，分面反射镜的致动)中毫米范围的相对小偏转，(2)中出现的z方向上的附加力贡献量F_mov+可同样用于产生致动器104以及因此用于克服接合件刚度的负刚度。

图6用于阐明另一实施例，其中，与图1相比，相似或功能基本相同的部件由参考数字增加“500”表示。根据图6，不是仅一个致动器，而是两个致动器604、614设置用于经由两个驱动轴或在两个自由度致动光学元件(形式再次为反射镜分面601)。在该情况中，有效使用通过本发明实现的结构空间以及将干扰能耗或热负载最小化更加有效，因为用于反射镜分面的每一个的两个致动器的实现因分面反射镜中光学元件的密集布置而更难。

图7显示具有以上述方式实施的平行导轨、在各情况中均位于软铁芯611上的线圈612、软铁芯611与磁体606-608之间(即，在定子609与转子603之间)的密封体(未示出)，以及设置有冷却通道641的热沉640的示例性总构造的示意图，例如，冷却液体(例如水)流过冷却通道641。密封体用于避免尤其在真空气氛中的污染。

参考图8，下文给出了对进一步考虑要致动的光学部件或反射镜元件之间的距离的本发明的实施例，所述距离在具有多个相互独立可调光学元件(例如，分面反射镜)以及用于致动器的产生的结构空间限制的光学系统中通常较小。

在该情况中，布置的致动器布置在一个位于另一个上方的不同平面中，即，换言之，选择致动器的层叠布置。该构造基于以下考虑：通过各个单独致动器施加于光学元件(图8中由“801”、“802”表示)上的力线性依赖于分别设置在转子上的磁体和相关致动器中关联的定子的相应软铁芯之间的重叠程度。由于上述致动器的层叠布置，如直接从图8所见，垂直于驱动方向(即，图8中的xy平面中)的较大宽度可用于致动器中各单独之一，使得上述重叠程度以及因此的致动器力与所有致动器在单一共同平面中的布置相比增加。在该情况中，如图8所示，各情况中针对单独平面810-830产生的倾斜杆821-823具有不同长度。图8仅举例示出三个不同平面810-830中致动器的布置，但是还可在其它实施例中选择仅两个或四个或更多平面中的布置。

图9-11仅举例示出关于转子和定子的可能几何形状的本发明的不同实施例。

在这点上，首先根据图9a-9b，软铁芯911和各个定子921(位于其上的线圈的示图已省略)可具有含有两个极肢911a、911b的U形几何形状(“U-芯”，图9a)，以及还具有例如具有三个极肢921a、921b、921c的E形几何形状(“E-芯”，图9b)。转子仅示于此并由“903”以及“913”表示。

图10a-10c显示关于设置在相应致动器中的磁体的布置或几何形状的不同构造。在该情况中，构成参考图2等在上文所述的示例实施例的基础的几何形状对应于根据图10c的所谓异极致动器，其中，磁体107、108布置在转子103外面，以及其中，根据本发明的“负刚度”的构思主要通过所述磁体107、108相对于定子的软铁芯111的相对布置来实现，定子视需要并且可选地附加由如参考图4、5所说明构造的导轨(未示于图10c中)支撑。

相比之下，在与根据图10a的所谓磁阻致动器(其除了软铁芯931之外省略磁体)一样或与根据图10b的所谓混合致动器(其中，磁体947结合进软铁芯941中)一样的构造的情况中，根据本发明的“负刚度”仅通过如参考图4、5所说明构造的导轨而是可能的。

图11a至图11e显示不同构造，其关于根据本发明的致动器的转子和定子上的线圈和磁体的数量和/或布置彼此不同，其中用于设定或实现根据本发明的相应期望负刚度的不同力-距离特征可通过该变型实现。通过相应选择线圈和/或磁体的数量和布置，例如可以有目的的方式设定力-距离特征的期望(例如，正弦的)轮廓或驱动方向上的力分量和与驱动方向垂直的方向上的力分量(“法向力”)之间的期望比率。

确切地说，图11a显示包含一个线圈51和两个磁体55、56的实施例，图11b显示包含两个线圈61、62以及两个磁体65、66的实施例，图11c显示包含三个线圈71、72、72和两个磁体75、76的实施例，图11d显示包含一个线圈81和多个磁体85的实施例，图11e显示包含一个线圈91和所谓Halbach阵列(由永久磁体构成的构造，所述永久磁体磁化方向在阵列的纵轴方向上相对于彼此在各个情况中均倾斜90°)形式的磁体布置95的实施例。

图12仅示意性地显示设计用于以EUV操作并且可实现本发明的微光刻投射曝光设备的构造。

图12所示微光刻投射曝光设备1包含照明装置2和投射镜头3，其中照明装置照明投射镜头3的物平面OP。通过等离子体辐射源4产生的EUV照明光通过聚光镜5，到达中间焦平面，并且从此经由场分面反射镜6到达光瞳分面反射镜7，所述场分面反射镜6可构造有用于根据上述实施例的致动的布置。从光瞳分面反射镜7，照明光经由包含反射镜8-10的传输光学单元传到物平面OP中，具有要成像的结构的掩模(掩模母版)布置在物平面中。掩模结构通过投射镜头3传输到位于投射镜头3的像平面IP中的基板(晶片)的光敏涂层。

尽管基于特定实施例说明了本发明，例如通过单独实施例的特征的组合和/或交换，多个变型和替代实施例对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，对本领域技术人员而言，不用说，这种变型和替代实施例共同包含在本发明中，本发明的范围仅限于所附专利权利要求和其等同物的含义中。

Claims (16)

1.用于致动光学系统中的至少一个光学元件的装置，其中，所述光学元件(101)通过具有接合件刚度的至少一个接合件(102)能够关于至少一个倾斜轴线倾斜，所述装置包含：

·至少一个致动器(104)，用于对所述光学元件(101)施加力；

·其中，所述致动器(104)具有至少部分地补偿所述接合件刚度的致动器刚度。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述致动器刚度和所述接合件刚度在所述致动器(104)的预定工作范围内具有彼此相反符号。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，在所述致动器(104)的预定工作范围内，所述致动器刚度和所述接合件刚度在绝对值方面彼此偏离所述致动器刚度的相应值的最大50％、尤其最大30％、更尤其最大10％、更尤其最大5％、更尤其最大1％。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述致动器(104)具有转子(103，603)和定子(109，609)，所述转子具有至少一个磁体(106-108)，所述定子包括可施加有电流的线圈(112，612)。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，用于真空密封的分离层设置在所述转子(603)和所述定子(609)之间。

6.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置具有用于所述光学元件(101)的平行导轨(420)。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述平行导轨(420)将作用在所述转子(103，603)和所述定子(109，609)之间的力转化为平行于所述致动器(104)的驱动方向的力分量，使得所述力分量至少部分地补偿所述接合件刚度。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述平行导轨(420)由两个片弹簧元件(421，422)构造。

9.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述光学元件(101)能够关于至少两个倾斜轴线、尤其关于两个相互垂直的倾斜轴线倾斜。

10.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述光学系统具有多个光学元件，其中，所述元件中的每一个分别分配至少一个这种致动器。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述光学元件能够彼此独立地进行调节。

12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，分配给所述光学元件的致动器布置在至少两个、尤其至少三个不同平面中。

13.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述光学元件是分面反射镜(6，7)、尤其是场分面反射镜(6)。

14.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述光学系统是微光刻投射曝光设备的光学系统。

15.包含根据上述权利要求中任一项所述的装置的投射曝光设备。

16.根据权利要求15所述的投射曝光设备，其特征在于，所述投射曝光设备设计用于以小于30nm、尤其小于15nm的工作波长工作。