CN116635765A - 具有用于机械地安装元件的解耦接头的组件 - Google Patents

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Abstract

本发明关于一组件，其具有在操作或运输过程中在至少一个负载方向上受到机械应力的元件以及用于机械地安装该元件的解耦接头，其中解耦接头在负载方向上实现至少部分解耦，其中该解耦接头由多个单独的接头段(110,210,310,510,511,512,510’,51T,512’)构成，且其中这些接头段(110,210,310,510,511,512,510’,511T,512’)的其中至少两个以一阶梯式配置在负载方向上相对于彼此移动。

Description

具有用于机械地安装元件的解耦接头的组件
相关申请的交叉引用
本申请要求于2001年1月11日申请的德国专利申请DE102021200131.9的优先权。该申请的内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明关于具有一元件以及用于机械地安装该元件的解耦接头的组件。元件可为光学元件，特别是反射镜或反射镜阵列，其例如在微光刻投射曝光装置中。元件或组件也可进一步为用于其他应用的元件或组件，例如用于计量学、精密机械或医疗技术。
背景技术
微光刻用于生产微结构部件，例如集成电路或LCD。微光刻工艺在所谓的投射曝光装置中执行，其具有照明装置和投射镜头。由照明装置所照明的掩模(＝掩模母版)的像在此处通过投射镜头被投射到基板(例如硅晶片)上，该基板涂有光敏层(光刻胶)并配置在投射镜头的像平面中，以将掩模结构转印到基板的光敏涂层上。
在针对EUV(例如，针对例如约13.5nm或以下的波长)而设计的投射曝光装置中，由于缺少透光材料，反射镜被使用作为成像过程的光学部件。在设计用于在EUV范围内操作的微光刻投射曝光装置的照明装置中，特别地，使用形式为场分面反射镜(field facetmirror)和光瞳分面反射镜的分面反射镜作为射束引导部件是已知的，例如从DE 10 2008009 600 A1已知。这类分面反射镜由多个个别的反射镜或反射镜分面构成，其可设计为在各种情况下都可通过挠曲件和致动器进行倾斜，以用于调整或实现特定的照明角度分布。
实践中出现的一个问题是，除其他外，EUV反射镜由于吸收了EUV光源所发射的辐射而被加热，并随之发生热膨胀或变形，这反过来又会导致光学系统的成像特性受到损害。
已知有多种方法可用于避免由于热输入到EUV反射镜而引起的表面变形和相关的光学像差。这些特别地包含了主动直接冷却或立即电加热。在此实践中出现的另一个问题是，在特定应用情况下直接冷却反射镜或反射镜阵列可能是不可行或不是期望的。与辐射相关的加热有关的反射镜或反射镜阵列的热膨胀接着导致约束力或机械张力，这可能是由于例如反射镜或反射镜阵列的不同热膨胀以及由于-通常是冷却的-机械环绕所造成的。
为了防止与应力相关的变形，解耦接头的使用是已知的，其旨在在各个反射镜或反射镜阵列的机械连接的情况下“吸收”各个光学元件的热引起的膨胀并以这种方式避免机械张力。然而，根据具体的应用场景，在不引入约束力或机械张力的情况下，通过这种解耦接头进行“解耦”的自由度可能不足以确保自由热膨胀。
此处在实践中可能出现的问题是，在解耦接头中发生并伴随光学元件或反射镜的热膨胀的解耦接头的变形导致解耦接头中可能超过临界值的高机械应力。此外，由于在相应的光学系统中可用的安装空间通常非常有限，因此还可能使解耦接头的应力优化构造变得更加困难。因此，解耦接头相对于光学元件或反射镜或反射镜阵列的适当构造和配置在实践中已被证明是相当大的挑战。如果由于剩余的约束力而发生光学有效表面的变形和/或位移，它们可能导致光学特性或相应光学系统(例如，投射曝光装置)的性能受损。
发明内容
本发明的一目的为提供一组件，其可减少与应力相关的不希望的变形，同时避免上述问题。
此目的通过独立权利要求1的特征来实现。
根据本发明的一组件具有：
-在操作或运输过程中在至少一个负载方向上受到机械应力的元件；以及
-用于机械地安装该元件的解耦接头，其中解耦接头在负载方向上实现至少部分解耦；
-其中此解耦接头由多个单独的接头段构成；以及
-其中该接头段的其中至少两个以一阶梯式配置(steppedarrangement)在该负载方向上相对于彼此移动。
在本发明的实施例中，元件可特别为具有光学使用区域的光学元件。
根据一实施例，接头段的几何配置适配于光学使用区域的外轮廓。
根据一实施例，负载方向相对于光学使用区域的中心点径向地延伸。此外，解耦接头的对准可较佳地垂直于负载方向进行，如下文所作的解释。
特别地，本发明基于组装解耦接头的概念，该解耦接头用于从多个单独的接头段机械地安装光学元件，该光学元件在(例如光学)系统的操作期间在至少一个负载方向上受到机械应力，其中，另外，至少两个所述接头段在负载方向上相对于彼此偏移。根据本发明，由于解耦接头的分段，以及个别接头段与相应区域中存在的机械负载相关的可能适应，有可能实现应力优化的接头配置，其中在这些接头段的对准方面和在相应的接头横截面方面，各个接头段的该适应可在接头几何形状的适应意义上进行。
此外，由于接头段在负载方向上相对于彼此发生至少部分移动，这种应力优化构造可与节省空间的几何布置相结合。特别地，可根据具体使用场景来选择解耦接头的分段，使得接头段的几何布置适应于(例如光学)使用区域的外轮廓，其结果为根据本发明，解耦接头的离散化最终导致它紧靠使用区域的相应轮廓。
如以下参考不同实施例所作的更详细描述，由于根据本发明的解耦接头，此处例如有可能“吸收”元件的热膨胀。因此，即使在元件被保持在(例如冷却的)环绕物或保持器内的情况下，也有可能确保元件的自由热膨胀(也就是说，不受保持器影响的热膨胀)，并避免出现不希望的约束力或机械应力，同时避免介绍部分中描述的问题。
然而，关于元件的机械应力的类型，本发明不限于热引起的应力或膨胀。因此，本发明的仅示例性的进一步有利的应用也可关于相关元件的撞击负载(例如在元件或具有该元件的系统的运输期间发生)。
此外，元件的机械应力的负载方向可能因使用场景而异。特别地，该负载方向可相对于光学使用区域的中心点径向地延伸(通常是元件的热诱导膨胀的情况)。在其他使用场景中，负载方向(通常是运输过程中元件的撞击或冲击负载的情况)可在恒定的线性空间方向上延伸。
取决于具体的使用情况，接头段本身相对于负载方向的对准可为垂直的或可处于偏离90°的角度，其中该角度尤其可在每种情况下具有范围从85°到95°的值。
根据一实施例，该接头段的其中至少两个在其于同一个解耦自由度(decoupleddegree of freedom)中所提供的接头刚度方面彼此不同。在该至少两个接头段中，暴露于较大机械应力的接头段较佳具有比另一接头段更低的接头刚度(joint rigidity)。
根据一实施例，元件为一透镜元件。
根据另一实施例，元件为一反射镜。
根据另一实施例，元件为一反射镜阵列。特别地，该反射镜阵列可配置为具有多个反射镜分面的分面反射镜。
根据一实施例，光学元件设计用于小于250nm、特别是小于200nm的操作波长。
根据一实施例，光学元件设计用于小于30nm、特别是小于15nm的操作波长。
此外，本发明也关于具有包含上述特征的至少一个组件的微光刻投射曝光装置的光学系统。
本发明的其他构造可在说明书和附属项权利要求中找到。
下文将基于附图中所示的示例性实施例更详细地解释本发明。
附图说明
在图中：
图1显示了用于解释在第一实施例中的根据本发明的组件的设置和功能的示意图；
图2显示了用于解释在另一实施例中的根据本发明的组件的设置和功能的示意图；
图3显示了用于解释在另一实施例中的根据本发明的组件的设置和功能的示意图；
图4a-4c显示了用于解释存在于根据本发明的组件中的接头段的可能设置的示意图；
图5显示了用于解释在另一实施例中的根据本发明的组件的设置和功能的示意图；
图6a-6b显示了用于解释可在根据本发明的组件中使用的另外的接头段的可能设置的示意图；
图7显示了用于解释在本申请案的上下文中所使用的术语的示意图；
图8显示了用于解释传统组件的设置和功能的示意图；以及
图9显示了用于解释设计用于在EUV范围内操作的微光刻投射曝光装置的可能设置的示意图。
具体实施方式
图9示意性地显示了设计用于在EUV范围内操作的微光刻投射曝光装置的可能设置的子午截面。
根据图9，投射曝光装置1具有照明装置2和投射镜头10。照明装置2用于使用来自辐射源3的辐射经由照明光学单元4来照明物平面6中的物场5。由此，配置在物场5中的掩模母版7被曝光。掩模母版7由掩模母版保持器8所保持。掩模母版保持器8可经由掩模母版位移驱动器9来位移，特别是在扫描方向上。为了说明目的，图9显示了笛卡尔xyz坐标系统。x方向垂直并延伸进入绘图平面。y方向水平延伸，且z方向垂直延伸。扫描方向沿图9中的y方向延伸。z方向垂直于物平面6延伸。
投射镜头10用于将物场5成像到像平面12中的像场11中。掩模母版7上的结构被成像到晶片13的光敏层上，其中晶片13配置在像平面12中的像场11的区域中。晶片13由晶片保持器14保持。晶片保持器14可经由晶片位移驱动器15来位移，特别是沿y方向。经由掩模母版位移驱动器9对掩模母版7进行的位移和经由晶片位移驱动器15对晶片13进行的位移可以是同步的。
辐射源3是EUV辐射源。特别地，辐射源3发射EUV辐射，其在下文中也称作使用辐射或照明辐射。特别地，使用辐射具有范围在5nm和30nm之间的波长。辐射源3可例如为等离子体源、基于同步加速器的辐射源、或自由电子激光器(FEL)。从辐射源3射出的照明辐射16由集光器17聚焦，并通过中间焦平面18中的中间焦点传播至照明光学单元4。照明光学单元4具有偏转反射镜19和在射束路径中配置在其下游的第一分面反射镜20(其具有示意性标示的分面21)以及第二分面反射镜22(其具有示意性标示的分面23)。
投射镜头10包含多个反射镜Mi(i＝1,2,…)，其根据它们在投射曝光装置1的射束路径中的配置进行编号。在图9所示的示例中，投射镜头10包含六个反射镜M1至M6。具有四个、八个、十个、十二个或任何其他数量的反射镜Mi的替代方案同样是可能的。倒数第二个反射镜M5和最后一个反射镜M6都具有用于照明辐射16的通孔。投射镜头10为双重遮蔽光学单元。投射镜头10的像侧数值孔径大于0.5，也可大于0.6，例如为0.7或0.75。
在微光刻投射曝光装置1的操作过程中，入射到反射镜的光学有效表面上的电磁辐射被部分吸收，并(如在引言部分中所解释的)导致加热以及与之相关的热膨胀或变形，这可能转而导致光学系统的成像特性受损。因此，根据本发明的用于安装光学元件的概念可特别有利地应用于图9的微光刻投射曝光装置1的任何反射镜。
本发明不限于应用在针对在EUV范围内操作而设计的投射曝光装置。特别地，本发明也可有利地应用在针对在DUV范围内(即在小于250nm、特别是小于200nm的波长下)操作而设计的投射曝光装置或应用在其他不同的光学系统。
首先，下文将参照图1和图8的示意图之间的比较来解释本发明所基于的原理。
首先参考图8，其示意性地显示了由外保持器805所围绕的光学元件的平面图，其中以“801”表示对应于该元件的光学使用区域的光学有效表面。光学有效表面801在所示的示例中具有椭圆几何形状(但本发明不限于此)。在光学元件或具有该元件的光学系统的操作期间发生的电磁辐射对光学有效表面801的撞击导致了如在介绍部分中已描述的光学使用区域的热膨胀，其中提供了由多个接头段810所构成并围绕光学使用区域或光学有效表面801的解耦接头，以避免热引起的机械应力以及与之相关的光学像差。该解耦接头的相邻接头段810之间的切口区域由“815”表示。
如图8中所描绘的箭头所示，前述光学元件的热负载的负载方向相对于光学有效表面801的中心点沿径向延伸。此外，如图8所示，解耦接头的个别接头段810基本上均垂直于该负载方向配置，因此尤其避免了接头段的不希望的弯曲应力。同样如图8所示，这种垂直于负载方向的接头段的配置导致接头段的整体配置为圆形，从而产生了对安装空间的显著需求。
图1现在显示了根据本发明的组件的示例性实施例的示意图，其类似于图8。以类似于图8的方式，根据图1的组件最初具有包含光学有效表面101的光学元件，其在示例性实施例中同样是椭圆形的且被保持器105所包围，其中提供了由多个接头段110所构成的解耦接头，用于避免与光学使用区域或光学有效表面101的热膨胀相关的机械张力。为了避免解耦接头或接头段110的不期望的弯曲应力，该接头段110又配置为基本上垂直于热负载的负载方向，该负载方向相对于光学有效表面101的中心点径向地延伸。
然而，与图8的设置相反，对于根据图1的设置中的一些接头段，在负载方向上相对于彼此发生相对偏移的结果为，不再是所有的接头段110都沿同一个圆周配置，而是一些接头段110配置成(根据图1中用虚线画出的同心排列的圆)比其他的接头段110更靠近光学有效表面101的中心点。
从图1可明显看出，与图8的配置相比，通过这种方式，组件整体所占用的安装空间显著减少，其中同时维持接头段110的应力优化配置(其在特定的示例中垂直于负载方向)。
对于甚至更大数量的接头段，在解耦接头的更强离散化(discretization)(即更精细的分割)的意义上，也可以实现接头段110在负载方向上的上述相对移动，由此，最终可获得对光学使用区域的外部轮廓或光学元件的光学有效表面101的更佳适应。
图4b的第一实施例显示了根据本发明的解耦接头或相关联的接头段的一种可能配置的剖面图，且图4c显示了其透视图，其中连续的接头段以“411”、“413”、“412”来表示，且分别位于它们之间的旋转轴承以“414”、“415”来表示。根据图4a中的示意图，多个这类解耦接头可在圆周方向上彼此相邻地配置并通过切口416彼此隔开以圆周地围绕光学元件，其中图4b显示了沿图4a中的线“A-A”的截面图。关于用于指定个别自由度的术语，参考图7中的图表。
除了在安装空间或体积方面所实现的节省之外，相较于图8的配置，针对已径向地向内移动的接头段110，根据本发明的接头段在负载方向上的移动也可有利地减少在负载方向上发生的机械应力。特别地，为了在机械应力和刚度方面对解耦接头进行部分优化，也可在个别接头段中进行对接头几何形状或接头横截面的调整。图5显示了一实施例，其是基于图1的配置的示例。
在类似于图1的平面图中，图5所示的解耦接头具有接头段510、511和512，图6a-6b的剖面图显示了其可能的示例性实施例。接头段510、511和512与热膨胀起点之间的距离(在图5的图中可看出为相关圆的半径)越大，对于不变的接头横截面来说，产生的机械应力就越大。为了减少这些应力，接头横截面应设计为具有较低的刚性。仅作为示例，如图6a所示的通过减小面积的第二力矩(横截面的较低高度和宽度)、或如图6b所示的通过更大的弯曲长度，可实现较低的接头刚度。此外，也可通过改变连续接头段之间的内圆角来实现接头刚度的变化。然而，降低接头刚度也会导致系统的固有频率显著降低。如果接头的刚度在所有接头段510、511和512中降低到相同程度，则可能不再遵守关于固有频率的临界值的规格。在截面优化中，有可能根据图6a或图6b将具有最高机械应力的接头段512或512'设计为具有特别柔软的接头横截面，并为具有较低机械负载的接头段510和511或510'和511'提供更刚性的接头几何形状。
图2显示了用于解释在另一实施例中的根据本发明的组件的可能设置的示意图，其中相较于图1，类似或基本相同的功能部件以增加“100”的附图标记来表示。
在基于图2的实施例的场景中，假设具有光学有效表面201的光学元件的机械应力的负载方向不沿径向延伸，如图1所示，而沿一恒定的线性方向(在示例中沿图2所示坐标系统中的y方向)延伸。仅作为示例，相关的机械负载可为在光学元件或具有该元件的光学系统的运输期间发生的撞击或冲击负载。
从图2可明显看出，在此实施例中也发生了解耦接头的一些接头段210在负载方向上相对彼此的相对偏移。此外，与图1类似，图2的实施例中的接头段本身也配置成垂直于负载方向，该负载方向即沿所示坐标系统中的y方向。总体而言，因此在此实施例中也通过接头段210的应力优化配置实现了安装空间方面的显著节省。此外，类似于图1，通过进一步增加解耦接头的分段或离散化，在图2的实施例中也可获得几何配置对光学有效表面201的外轮廓或光学使用区域的更高适应性。
图3显示了与图1和图2类似的另一示意图，其中再次与图1相比，类似或基本相同功能的部件以增加“200”的附图标记来表示。根据图3的组件与根据图1的组件的不同之处尤其在于接头段310被设计为具有大致矩形横截面的弯曲梁(bending beam)，以获得解耦接头的柔韧构造(pliable configuration)。
个别接头段310垂直于热膨胀的径向方向安装。类似于图5所示的接头的截面优化，图3中的弯曲梁在刚度方面也可通过调整面积的第二力矩(the second moment ofarea)(横截面的高度和宽度)和弯曲长度来进行修改。
尽管使用了特定实施例来描述本发明，但本领域技术人员将能够看到许多变化和替代的实施例，例如通过组合和/或交换各个实施例的特征。因此，对于本领域技术人员来说显而易见的是，这些变化和替代的实施例也包含在本发明中，且本发明的范围仅受限于所附专利权利要求及其等同物的含义内。

Claims (16)

1.一种组件，具有
在操作或运输过程中在至少一个负载方向上受到机械应力的元件；以及
用于机械地安装该元件的解耦接头，其中该解耦接头在该负载方向上实现至少部分的解耦；
其中该解耦接头由多个单独的接头段(110,210,310,510,511,512,510’,511’,512’)构成；以及
其中所述接头段(110,210,310,510,511,512,510’,511’,512’)的其中至少两个以一阶梯式配置在该负载方向上相对于彼此移动。
2.如权利要求1所述的组件，其特征在于，该元件为具有一光学使用区域(101,201,301,501)的一光学元件。
3.如权利要求2所述的组件，其特征在于，所述接头段(110,210,310,510,511,512,510’,511’,512’)的几何配置适配于该光学使用区域(101,201,301,501)的外轮廓。
4.如权利要求2或3所述的组件，其特征在于，该负载方向相对于该光学使用区域(101,201,301,501)的中心点径向地延伸。
5.如前述权利要求的其中一项所述的组件，其特征在于，不同接头段(101,301)的接合点布置在同心圆上。
6.如前述权利要求的其中一项所述的组件，其特征在于，所述接头段(101,301)各自相对于该负载方向以一角度配置，其中各所述角度具有范围在85°到95°的数值。
7.如前述权利要求的其中一项所述的组件，其特征在于，所述接头段中的至少两个接头段(510,511,512,510’,511’,512’)在同一解耦自由度中所提供的它们的接头刚度方面彼此不同。
8.如权利要求7所述的组件，其特征在于，在该至少两个接头段(510,511,512,510’,511’,512’)中，受到相对较大机械应力的接头段具有比另一个接头段更低的接头刚度。
9.如前述权利要求的其中一项所述的组件，其特征在于，该机械应力包含该元件在操作期间的热致膨胀。
10.如前述权利要求的其中一项所述的组件，其特征在于，该机械应力包含该元件在运输过程中的冲击负载。
11.如权利要求1到10的其中一项所述的组件，其特征在于，该元件为透镜元件。
12.如权利要求1到10的其中一项所述的组件，其特征在于，该元件为反射镜。
13.如权利要求1到10的其中一项所述的组件，其特征在于，该元件为反射镜阵列，特别是具有多个反射镜分面的分面反射镜。
14.如前述权利要求的其中一项所述的组件，其特征在于，该光学元件设计用于小于250nm、特别是小于200nm的操作波长。
15.如前述权利要求的其中一项所述的组件，其特征在于，该光学元件系设计用于小于30nm、特别是小于15nm的操作波长。
16.一种用于微光刻投射曝光装置的光学系统，其特征在于，该光学系统具有至少一个根据前述权利要求的其中一项所述的组件。
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