CN112166369A - 反射光学元件、射束引导装置和euv辐射产生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种反射光学元件(16)，其包括：内部的第一表面区域(18a)，用于对照射到反射光学元件(16)上的光束(3)的第一内辐射分量(20a)进行反射以形成第一反射光束(21a)；以及至少一个外部的第二表面区域(18b)，用于对照射光束(3)的至少一个第二外辐射分量(20b)进行反射以形成至少一个第二反射光束(21b)，其中，第二表面区域(18b)构造为使第二反射光束(21b)的射束横截面(D2)相比于第一反射光束(21a)减小，使得第二反射光束(21a)沿着重叠长度(L)完全在第一反射光束(21a)之内延伸。本发明还涉及一种具有至少一个这种反射光学元件(16)的射束引导装置(4)以及一种具有这种射束引导装置(4)的EUV辐射产生装置(1)。

Description

反射光学元件、射束引导装置和EUV辐射产生装置
技术领域
本发明涉及一种反射光学元件、一种具有这种反射光学元件的射束引导装置以及一种具有这种射束引导装置的EUV辐射产生装置。
背景技术
通常使用光圈来限制入射到反射光学元件上和/或在反射光学元件上反射的光束、尤其激光束的射束横截面或射束直径。这种光圈吸收照射到由光圈开口预给定的射束横截面之外的光束的功率。如果没有用于光圈的安装空间可用、如果入射光束的强度如此高使得光圈可能被破坏、如果出于其他原因不使用光圈来限制射束横截面，则需要以其他方式来限制光束的射束横截面，或者选择射束横截面如此小，使得光束不会照射到不应被照明的构件上。如果射束横截面不受限制，则这可能导致在所述构件上的不期望的反射和/或所述构件的不期望的加热。所述不期望的加热由于热膨胀而可能导致例如构件的不期望的移位，这可能导致像差。
由WO 2015/036025A1已经已知一种射束引导装置，在该射束引导装置中，将具有不同波长的第一激光束和第二激光束在共同的重叠装置上重叠，所述共同的重叠装置用于在到目标区域的方向上进行共同的射束引导。重叠装置可以涉及反射光学元件，该反射光学元件具有用于反射第一激光束的第一表面区域和用于反射第二激光束的第二表面区域。
发明内容
本发明基于以下任务，提供一种反射光学元件、一种具有至少一个这种反射光学元件的射束引导装置以及一种具有这种射束引导装置的EUV辐射产生装置，它们在不使用光圈的情况下限制光束、尤其激光束的射束横截面或射束直径。
本发明的一个方面涉及一种反射光学元件，该反射光学元件包括：第一内表面区域，用于对照射在该反射光学元件上的光束的第一内辐射分量进行反射以形成第一反射光束；以及至少一个第二外表面区域，用于对照射光束的至少一个第二外辐射分量进行反射以形成至少一个第二反射光束，其中，第二表面区域构造为用于使第二反射光束的射束横截面相对于第一反射光束的射束横截面减小，使得第二反射光束沿着重叠长度完全在第一反射光束之内延伸。
根据本发明提出，通过以下方式实现对照射到反射光学元件上的光束的射束横截面的限制：将反射光学元件的反射表面分割为至少两个表面区域。第一内表面区域或者说第一中央表面区域形成用于反射第一光束的有效表面，该第一光束形成有效光束。在径向上处于更靠外的至少一个第二表面区域用作分离表面，即该第二表面将第二辐射分量与第一辐射分量分离。为此，第二表面区域典型地构造为适当弯曲，以便使第二照射射束分量的射束横截面相对于第一照射射束分量的射束横截面减小，使得在第二表面区域上反射的第二光束进入到第一反射光束的射束路径中并且在重叠长度内完全在第一反射光束之内延伸。
以这种方式可以防止：关于入射光束的射束轴线而言在径向上处于靠外的辐射分量在重叠长度内落在构件、尤其壳体构件上并在该处导致不期望的变热。应当理解，必要时也能够保护构件免于入射光束的在径向上处于更靠外的如下辐射分量：所述辐射分量在第一或第二反射光束的光路中布置在重叠长度之前或之后。在此，重叠长度描述在第一光束的传播方向上的如下区段：在该区段中，第二光束完全在第一光束之内延伸。
光束通常在其期望取向下居中地照射到第一表面区域上，即例如可以具有圆形射束横截面的照射光束的射束轴线在期望取向下照射到第一表面区域的中心上。第二表面区域可以环形地包围第一表面区域，但也可能的是，反射光学元件具有两个或更多外表面区域，所述外表面区域关于第一表面区域的中心形成多个环形区域，和/或所述外表面区域在圆周方向上依次布置。在任何一种情况下，一个或多个第二表面区域都要么具有大于第一表面区域的会聚效应的对入射光束的会聚效应，要么具有小于第一表面区域的发散效应的对入射光束的发散效应。
在一种实施方式中，第二表面区域凹形地、平地或凸形地弯曲。第二表面区域例如凹形地弯曲，例如形成凹形弯曲的抛物面、双曲面或椭圆面。通过凹形的弯曲，可以将照射光束的照射到反射光学元件的第二表面区域上的辐射分量从例如基本上准直的光束转变为会聚性的光束。如果第二表面区域是抛物面，则准直地照射到反射光学元件上的第二辐射分量通常聚焦在焦点位置上，所述焦点位置理想地处于第二反射光束的射束横截面内。替代地，第二表面区域可以凸形地弯曲并且例如形成椭圆面或抛物面；第二表面区域必要时也可以构造为平表面。
在另一实施方式中，第二表面区域构造为用于将第二反射光束聚焦到优选地处于第一反射光束之内的焦点位置上。在这种情况下，第二表面区域具有足以将第二反射光束聚焦在通常处于第一反射光束之内的焦点位置的大的曲率。焦点位置通常位于第一反射光束的射束轴线上或位于射束轴线附近。应当理解，必须如此选择焦点位置的位置，使得在射束路径内或沿着在焦点位置之后发散地延伸的第二光束的传播方向不存在不适合被第二光束照射的壳体构件或其他构件。
在另一实施方式中，第一表面区域平地、凹形地或凸形地弯曲。第一表面区域可以形成例如凸形弯曲或凹形弯曲的抛物面、双曲面或椭圆面。第一表面区域例如可以涉及用于使照射光束偏转的平表面，即反射光学元件形成偏转镜，该偏转镜的第二外表面区域用于限制经偏转的光束的射束横截面。
凸形弯曲的第一表面区域由准直地照射的射束分量产生发散的第一反射光束，这简化了重叠长度的形成，因为在这种情况下，第二表面区域平地构造或者第二反射光束比第一反射光束更低程度地扩宽就足够了。
如果第二反射激光束照射到在第一光束的传播方向上跟随在后的例如聚焦镜形式的反射光学元件上，则更低程度地扩宽的第二光束被聚焦镜聚焦在通常位于第一光束的焦点位置前方的焦点位置处。
在另一实施方式中，第一表面区域和第二表面区域连续或不连续地转变到彼此中。反射光学元件例如可以构造为两件式或多件式，其中，多件式反射光学元件的相应构件具有所述表面区域中的至少一个。由此可以以特别简单的方式实现表面区域之间的不连续转变。但是也可能的是，第一表面区域和第二表面区域连续地转变到彼此中。在这种情况下，反射光学元件优选地构造为一件式，但这不是绝对必要的。
本发明的另一方面涉及一种用于光束、尤其用于激光束的射束引导装置，该射束引导装置包括：其中形成有开口的构件、如上所述地构造的反射光学元件，其中，构件的开口布置在重叠长度内。
在此，反射光学元件通常如此构造或如此匹配于开口的几何形状，使得第一反射激光束可以穿越通过开口而不会照射到所述构件上。第二反射激光束沿着重叠长度在第一反射激光束之内延伸。以这种方式确保照射到反射光学元件上的光束无接触地穿越通过开口，所述光束具有太大的射束直径或者可能由于调节误差而偏心。两个反射激光束在不接触开口边缘的情况下穿越其开口的构件例如可以涉及壳体壁的形式的壳体或壳体构件或者涉及任意的其他构件。
在一种实施方式中，射束引导装置包括具有目标区域的真空室，在该真空室中，目标材料可以被引入以产生EUV辐射，其中，反射光学元件构造为用于朝向目标区域的方向引导两个反射激光束。在本实施方式中，射束引导装置构成EUV辐射产生装置的一部分。在目标区域处提供例如锡滴形式的目标材料，所述目标材料在以激光束照射时转变为等离子体状态并发射EUV辐射。
已经表明，在这种EUV辐射产生装置中，当照射到反射光学元件上的激光束的激光功率的一部分到达进行包围的壳体或到达开口的边缘时，可能产生像差，照射激光束被引导通过该开口进入到具有目标材料的真空室中。这种像差可能对目标区域中的EUV辐射产生造成不利影响，因此应防止激光束照射到壳体上。
在一种扩展方案中，射束引导装置包括聚焦光学元件、尤其反射光学元件，所述聚焦光学元件用于将第一反射激光束聚焦到在目标区域内的第一焦点位置上并且将第二反射激光束聚焦到在目标区域前方或后方的第二焦点位置上。
在这种情况下，反射光学元件例如可以构造为扩束光学元件。在这种情况下，第二反射激光束可以发散地照射到例如椭圆面镜形式的构造为反射的聚焦光学元件上，并且由于相比于第一反射激光束更小的发散角，第二反射激光束被聚焦在第二焦点位置上，该第二焦点位置在传播方向上处于具有第一焦点位置的目标区域的前方。但是应当理解，相反的情况也是可能的，即第二反射激光束被聚焦在目标区域后方的焦点位置上。
本发明的另一方面涉及一种EUV辐射产生装置，该EUV辐射产生装置包括：用于产生激光束的射束源以及如上所述地构造的射束引导装置。该射束引导装置优选地构造为用于使激光束准直地射入到反射光学元件上。射束源例如可以涉及激光源，例如一个或多个CO2激光器，所述一个或多个CO2激光器产生一个或必要时多个脉冲激光束(激光脉冲序列)。通常由驱动器激光装置的放大器装置的多个光学放大器来对脉冲激光束进行放大，使得所述脉冲激光束以非常大的功率照射到反射光学元件上。
本发明的其他优点从说明书和附图中得出。上面所提及的和还进一步列出的特征也可以单独地或成多个地在任意组合中使用。所示出和所描述的实施方式不应理解为详尽的列举，而是具有用于描述本发明的示例性特征。
附图说明
图1示出一种具有反射光学元件的EUV辐射产生装置的实施例，准直激光束照射到该反射光学元件上；
图2示出一种壳体构件的图示，在该壳体构件中形成有开口，在反射光学元件上反射的第一和第二光束穿越通过该开口。
在附图的以下描述中，对于相同的或功能相同的构件使用相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出EUV辐射产生装置1，其具有构造为CO2激光器的驱动器激光器形式的射束源2，该射束源产生具有高辐射功率(>>1kW)的脉冲激光束3。为了产生具有高射束功率的激光束3，射束源2可以包括多个放大器。由CO2激光器产生的激光束3在所示的示例中具有约10.6μm的波长。
EUV辐射产生装置1还包括射束引导装置4，借助该射束引导装置在到目标区域5的方向上引导激光束3，在该目标区域中引入锡滴形式的目标材料6，以便产生EUV辐射7。为了清楚起见，已经省去用于监测激光束3的射束路径的测量装置的图示。借助(未示出的)提供装置产生目标材料6，即锡滴，并且该目标材料沿着预给定的运动轨道8或预给定的路径沿着水平运动方向9运动，所述运动轨道或路径相应于抛物线类型的基本上水平的、直线的运动轨道。应当理解，运动方向9也可以相应于其他方向，例如重力方向。
为了产生EUV辐射7，首先通过由射束源2或一个另外的射束源产生的未示出的预脉冲来影响目标材料6——即使变热、使膨胀、使汽化、使电离和/或使目标材料进入弱等离子态或必要时强等离子态。通过激光束3将目标材料6的受到预脉冲影响的主要部分转化到等离子体状态中，并且在此产生EUV辐射7，所述激光束形成具有更高功率的主脉冲。
为了以这种方式产生的EUV辐射7的有针对性的取向或聚束，EUV辐射产生装置1包括(未示出的)EUV聚焦镜。目标材料6、EUV聚焦镜以及在其中能够引入目标材料6的目标区域5布置在射束引导装置4的真空室10中，而射束源2布置在真空室10外。
为了朝向目标区域5的方向引导激光束3，激光束3被引导从射束源2出发通过开口11到真空室10中。为了将激光束3从射束源2引导至开口11，射束引导装置4具有多个偏转镜12以及一对抛物面镜13a、b，其中，抛物面镜用于改变激光束3的射束横截面。作为使用抛物面镜13a、b的补充或替代，椭圆面镜或双曲面镜也可以用于改变激光束3的射束横截面。
真空室10中的开口11被窗形式的板状光学元件14气密地封闭。真空室10的目标区域5通过中间壁形式的壳体构件15与布置在真空室10中的聚焦单元分隔开，该聚焦单元具有扩束镜形式的反射光学元件16和椭圆镜形式的另外的反射光学元件17。
在所示出的示例中，反射光学元件16构造成多面镜(facettierter Spiegel)，即该多面镜具有第一内表面区域18a和第二外表面区域18b，该第二外表面区域环形地围绕第一圆形表面区域18a。反射光学元件16或者说两个表面区域18a、b用作几何分束器：关于照射激光束3的射束轴线19而言在径向上靠内的、照射到第一表面区域18a上的辐射分量20a在第一表面区域18a上以第一激光束21a的形式被反射。相应地，关于激光束3的射束轴线19而言在径向上处于靠外的、照射到第二表面区域18b上的(环形的)第二辐射分量20b在第二表面区域18b上被反射并且形成第二反射激光束21b。
第二表面区域18b构造为用于使第二反射激光束20b的射束横截面D2相对于第一反射激光束20a的射束横截面D1减小，使得第二反射激光束20b沿着重叠长度L完全在第一反射激光束21a之内延伸，该重叠长度沿着第一反射激光束21a的射束轴线19延伸。因此，第二辐射分量20b在反射光学元件16上的更大的第二光束横截面D2(或者说射束直径)相比于第一辐射分量21a在反射光学元件16上的更小的第一光束横截面D1被缩小，使得第二反射激光束21b在短的传播长度之后在第一反射激光束21b之内延伸。
形成在中间壁15上的开口22位于两个反射激光束21a、b的重叠长度L内。因此，第二反射激光束21b、确切地说其射束横截面D2在开口22的区域中完全位于第一反射激光束21a的射束横截面D1内。以这种方式可以防止照射在反射光学元件16上的激光束3的在径向上处于靠外的第二辐射分量20b照射到开口22的边缘上并加热中间壁形式的壳体构件15，这可能在产生EUV辐射7时导致像差。
不管照射激光束3是由于失调而横向偏移地和/或未正确取向地照射到反射光学元件16上，还是可能具有过大的射束横截面，第一反射激光束21a的射束横截面D1都保持不变，因此该第一反射激光束能够在此不碰触开口22的边缘地穿越通过开口22。
在图1示出的示例中，反射光学元件16的第一内表面区域18a构造为凸形抛物面，该凸形抛物面使第一反射激光束21a扩宽。所述另外的反射光学元件17构造为椭圆镜，该椭圆镜将第一反射激光束21a聚焦到目标区域5中的第一焦点位置F1上。在所示的示例中不连续地连接到第一表面区域18a上的第二外表面区域18b(更轻微地)凸形弯曲，以便形成与第一内表面区域18a相比具有更小发散的第二反射激光束21b。第二反射激光束21b被椭圆镜17聚焦到第二焦点位置F2上，该第二焦点位置在第一反射激光束21a的射束轴线19上位于目标区域5的前方。应当理解，第二焦点位置F2不一定必须位于第一反射激光束21a的射束轴线19上，而是替代地可以处于第一反射激光束21a的射束轴线19附近，即与图1所示不同，两个反射激光束21a、b的射束轴线不一定必须重合。
第二反射激光束21b在第二焦点位置F2之后发散地延伸，并且在重叠长度L的终点之后不再在第一反射激光束21b之内延伸。在此，第二反射激光束21b被如此强地扩宽，使得第二反射激光束在目标区域5中不再对EUV辐射7的产生具有任何影响。
在第二反射激光束21b的射束路径中在目标区域5的后方未布置有以下构件：所述构件在第二反射激光束21b照射及其反射时或者说该构件在变热时对EUV辐射7的产生具有负面影响。替代于将第二反射激光束21b聚焦到目标区域5前方的焦点位置F2上，也可以将第二反射激光束21b聚焦到目标区域5后方的焦点位置F2上，例如如果在第二激光束到达所述另外的反射光学元件17之前借助第二表面区域18b将第二激光束21b聚焦到中间焦点上。
图2示出反射光学元件16，该反射光学元件如在图1中示出的反射光学元件16一样具有第一和第二表面区域18a、b，以便将入射光束3的在径向上靠内以及靠外的辐射分量20a、20b分为两个反射光束21a、21b，所述两个反射光束在壳体构件15中共同地穿越通过开口22。图2的反射光学元件16是偏转镜，该偏转镜将准直地入射的光束3偏转到壳体构件15的开口22的方向上。
如在图1中示出的示例一样，第一反射光束21a形成有效射束，而第二反射光束21b用于使入射光束3的在径向上处于靠外的辐射分量20b的射束直径D2相比于第一反射光束21a的射束直径D1减小，使得第二反射光束21b在重叠长度L内完全在第一光束21a之内延伸。如在图1中一样，壳体构件15中的开口22位于重叠长度L内，在图2中仅示出所述重叠长度的一个区段，该区段从重叠长度L的朝向反射光学元件16的端点延伸进入到开口22中。
在图2示出的示例中，第二外表面区域18b连续地连接到第一内表面区域18a上。第二外表面区域18b构造为凹形弯曲的抛物面，该抛物面将第二环形光束21b聚焦到焦点位置F上，如在图1中示出的示例一样，该焦点位置处于第一反射光束21a的射束轴线19上。以这种方式，第二反射光束21b在开口22的区域中在第一反射光束21a之内延伸，并且因此不会碰到壳体构件15，如果反射光学元件16完全构造为平面镜则会碰到该壳体构件，如在图2中用虚线表明的那样。
在图2示出的示例中，也可以借助反射元件16来防止入射光束3照射到壳体构件15上。应当理解，在图2中示出的反射光学元件16可以布置在图1中示出的EUV辐射产生装置1中，但也可以布置在其他光学布置中，以便防止光束3、尤其激光束不希望地——例如由于错误的调校——照射到布置在待反射的光束3的射束路径附近的构件上。

Claims (9)

1.一种反射光学元件(16)，所述反射光学元件包括：
内部的第一表面区域(18a)，用于对照射到所述反射光学元件(16)上的光束(3)的第一内辐射分量(20a)进行反射以形成第一反射光束(21a)，以及
至少一个外部的第二表面区域(18b)，用于对所述照射光束(3)的至少一个第二外辐射分量(20b)进行反射以形成至少一个第二反射光束(21b)，其中，所述第二表面区域(18b)构造为用于使所述第二反射光束(21b)的射束横截面(D2)相比于所述第一反射光束(21a)的射束横截面(D1)减小，使得所述第二反射光束(21b)沿着重叠长度(L)完全在所述第一反射光束(21a)之内延伸。
2.根据权利要求1所述的反射光学元件，在所述反射光学元件中，所述第二表面区域(18b)凹形地、平地或凸形地弯曲。
3.根据权利要求1或2所述的反射光学元件，在所述反射光学元件中，所述第二表面区域(18b)构造为用于将所述第二反射光束(21b)聚焦到焦点位置(F2，F)上，所述焦点位置优选地处于所述第一反射光束(21a)之内。
4.根据以上权利要求中任一项所述的反射光学元件，在所述反射光学元件中，所述第一表面区域(18a)凹形地、平地或凸形地弯曲。
5.根据以上权利要求中任一项所述的反射光学元件，在所述反射光学元件中，所述第一表面区域(18a)和所述第二表面区域(18b)连续地或不连续地转变到彼此中。
6.一种用于光束、尤其激光束(3)的射束引导装置(4)，所述射束引导装置包括：
构件(15)，在所述构件中形成有开口(22)，以及
至少一个根据以上权利要求中任一项所述的反射光学元件(16)，其中，所述构件(15)的所述开口(22)位于所述重叠长度(L)内。
7.根据权利要求6所述的射束引导装置，所述射束引导装置还包括：
具有目标区域(5)的真空室(10)，目标材料(6)能够被引入到所述目标区域中以产生EUV辐射(7)，其中，所述反射光学元件(16)构造为用于朝向所述目标区域(5)的方向引导两个反射激光束(21a，b)。
8.根据权利要求7所述的射束引导装置，所述射束引导装置还包括：
聚焦光学元件、尤其反射光学元件(17)，用于将所述第一反射激光束(21a)聚焦到在所述目标区域(5)内的第一焦点位置(F1)上，并且将所述第二反射激光束(21b)聚焦到在所述目标区域(5)前方或后方的第二焦点位置(F2)上。
9.一种EUV辐射产生装置(1)，所述EUV辐射产生装置包括：
用于产生激光束(3)的射束源(2)，以及
根据权利要求6至8中任一项所述的射束引导装置(4)，其中，所述射束引导装置(4)优选地构造为用于使所述激光束(3)准直地射入到所述反射光学元件(16)上。
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