KR20170024034A - 광학 매니퓰레이터, 투영 렌즈 및 투영 노광 장치 - Google Patents

광학 매니퓰레이터, 투영 렌즈 및 투영 노광 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 특히 용융 실리카로 구성된 광학 요소(OE), 및 광학 요소(OE)의 표면 형태(SF)를 가역적으로 변경하기 위한 작동 디바이스(DR)를 포함하고, 작동 디바이스(DR)는 복수의 접촉 영역(K)에서 광학 요소(OE) 상에 기계적으로 작용하기 위한 복수의 액추에이터(AK)를 갖는 광학 매니퓰레이터(MAN)에 관한 것이다. 광학 요소(OE)는 액추에이터(AK)의 접촉 영역의 적어도 작용 영역에서, 1 MPa 초과, 바람직하게는 100 MPa 초과, 특히 바람직하게는 500 MPa 초과의 압축 응력으로 예비응력을 받게 된다. 본 발명은 또한 적어도 하나의 이러한 광학 매니퓰레이터(MAN)를 포함하는 투영 렌즈, 이러한 투영 렌즈를 포함하는 투영 노광 장치, 및 이러한 광학 매니퓰레이터(MAN)를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

광학 매니퓰레이터, 투영 렌즈 및 투영 노광 장치{OPTICAL MANIPULATOR, PROJECTION LENS AND PROJECTION EXPOSURE APPARATUS}
관련 출원의 참조
본 출원은 그 전체 개시내용이 참조에 의해 본 출원의 내용이 되도록 되어 있는 2014년 7월 1일 출원된 독일 특허 출원 DE 10 2014 212 710.6호의 우선권을 주장한다.
발명의 배경
본 발명은, 특히 용융 실리카로 구성된 광학 요소, 및 광학 요소의 표면 형태를 가역적으로 변경하기 위한 작동 디바이스를 포함하는 광학 매니퓰레이터로서, 작동 디바이스는 복수의 접촉 영역에서 광학 요소 상에 기계적으로 작용하기 위한 복수의 액추에이터를 갖는, 광학 매니퓰레이터, 적어도 하나의 이러한 광학 매니퓰레이터를 포함하는 투영 렌즈, 및 이러한 투영 렌즈를 포함하는 투영 노광 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 광학 매니퓰레이터를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
마이크로리소그래피를 위한 투영 렌즈의 파면 보정(wavefront correction)을 위해 또는 촬상 수차(imaging aberration)를 보정하기 위해 광학 매니퓰레이터를 사용하는 것이 공지되어 있다. 예로서, US 2008/0239503 A1호는 비회전 대칭 촬상 수차를 감소시키기 위한 광학 매니퓰레이터를 갖는 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치의 투영 렌즈를 설명하고 있다. 일 예시적인 실시예에서, 매니퓰레이터는 제1 광학 요소, 예를 들어 평면 플레이트, 및 제2 광학 요소를 갖고, 사이공간이 이들 광학 요소 사이에 형성되어 있고, 액체가 상기 사이공간 내로 도입된다. 액추에이터의 동작이 제1 광학 요소의 비회전 대칭 변형을 야기하는 이러한 방식으로 적어도 하나의 액추에이터가 제1 광학 요소에 결합된다. 적어도 2개의 액추에이터가 제1 광학 요소의 원주를 따라 장착될 수 있는데, 이들 액추에이터는 그 표면 형태를 가역적으로 변경하기 위해 광학 요소 내로 기계적 굽힘 모멘트를 도입한다.
굽힘 모멘트가 광학 요소의 표면 형태를 변경하기 위해 발생될 때, 기계적 인장 및 압축 응력의 모두가 통상적으로 광학 요소 내로 도입된다. 파면 수차를 보정하기 위해 광학 요소의 표면 형태(굽힘)의 충분히 큰 변화를 야기하기 위해, 조작될 광학 요소의 두께는 과도하게 크게 선택되지 않아야 한다. 의도가 노광 동작 중에 동적 파면 보정을 수행하는 것이면, 빈번하게 변화하는 인장 및 압축 응력이 광학 요소에서 발생하는데, 즉 광학 요소는 심각한 기계적 부하를 받게 된다. 기계적 부하는 광학 요소의 고려 수명이 도달하기 전에 광학 요소 내의 형태를 균열하거나 파괴하는 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 목적은 증가된 파괴 저항을 갖는 광학 매니퓰레이터를 제공하는 것이다.
이 목적은 도입부에 언급된 유형의 광학 매니퓰레이터에 의해 제1 태양에 따라 성취되고, 광학 요소는 액추에이터의 접촉 영역의 적어도 작용 영역에서, 1 MPa 초과, 바람직하게는 100 MPa 초과, 특히 바람직하게는 500 MPa 초과의 압축 응력으로 예비응력을 받게 된다.
광학 요소는 특히 플레이트형 방식으로 구체화될 수 있다. 가장 간단한 경우, 플레이트형 광학 요소는 평면 평행 플레이트일 수 있다. 이러한 플레이트는 통상적으로 파면 조작을 위한 충분한 굽힘 및 따라서 충분한 변형을 유도하기 위해, 예를 들어 5 mm 미만, 특히 3 mm 미만의 작은 두께를 갖는다. 광학 요소는 또한 기계적 액추에이터가 그 미러 기판 상에 작용하는 렌즈 또는 미러일 수 있다. 이 경우, 광학 요소 또는 미러 기판은 마찬가지로 5 mm 미만의 두께를 가질 수 있고, 적합하면 비-평면 평행 방식으로 구체화된다. 예로서, 이러한 렌즈 또는 미러는 그 투과 또는 반사면의 영역에서 곡률을 가질 수 있다. 본 출원의 의미 내에서, 플레이트형 광학 요소는 액추에이터의 작용으로부터 굴곡될 수 있고, 그 결과 파면 수차의 보정을 위한 광학 요소의 표면 형태의 충분한 가역적 변형을 발생시키는 것이 가능한 광학 요소인 것으로 이해된다.
근저 표면(near-surface) 체적 영역에서 액추에이터의 접촉 영역에 그리고/또는 그에 인접하여 형성된 광학 요소의 작용 영역에서, 또는 적합하면 표면으로부터 가장 멀리 이격된 광학 요소의 체적 영역에서, 액추에이터에 의해 광학 요소의 재료 상에 인가된 기계적 인장 응력은 최대이다. 최대 인장 응력은 근저 표면 체적 영역에서 또는 적합하면 비-근저 표면 체적 영역에서 광학 요소의 표면에서 발생할 수 있다.
액추에이터가 경사에 의해 광학 요소의 재료 내로 인장 응력 및 압축 응력의 모두를 도입하기 위해 광학 요소에 고정적으로 접속된 레버의 방식으로 구체화되면, 1 MPa 초과, 적합하면 10 MPa 초과일 수 있는 인장 응력이 광학 요소의 표면의 영역에서 레버의 접촉 영역 또는 푸트점의 부근에서 국부적으로 광학 요소의 재료 내로 도입된다. 광학 요소 상에 결합되어 그 위에 광학 요소의 표면에 평행한 임의의 유효 방향을 갖는 측방향 힘 성분을 발생시키는 것이 가능한 레버의 방식의 액추에이터의 경우, 작용 영역은 회전 대칭 방식으로, 즉 원형 또는 링형 방식으로, 접촉 영역 주위 그리고/또는 아래에서 시간 경과에 따라 평균하여 구체화될 수 있다. 유효 방향에서 소정의 편향에 대해, 응력은 작은 원 세그먼트에 집중된다. 실제로, 액추에이터 또는 레버는 종종 단지 일 주요 방향에서만 작용되어, 즉 견인되거나 가압되어, 작용 영역이 2개의 상호 대향하는 원 세그먼트를 형성하게 된다.
용융 실리카 및 다른 광학 재료 내로 압축 응력의 도입은 거의 비임계적이지만, 정적 부하에 대한 용융 실리카의 인장 강도는 대략 50 MPa 내지 60 MPa의 범위이다. 이들 값은 깊이 손상이 없는 연마에 의해 최대 1의 크기의 정도만큼 증가될 수 있다. 등급화된 입자를 사용하는 연삭 및 연마(각각의 단계에서 이전의 단계의 입자의 직경의 1 내지 2배의 제거); 최대 깊이 손상(통상적으로 입경의 2배)으로의 에칭 제거 및 등급화된 입자를 사용하는 평활화/연마가 깊이 손상이 없는 연마를 생성하기 위한 방법으로서 알려져 있다. 불화수소산을 사용하는 초기 에칭(incipient etching)이 깊이 손상의 증거로서 알려져 있다. 이전에는 미시적으로 식별 불가능한 손상이 이 경우에 분화구(crater)를 형성하도록 에칭된다. 광학 요소가 평면 평행 플레이트로서 구체화되면, 깊이 손상이 없는 평면 연마가 요구된다. 홈이 광학 요소의 일반적으로 평면 표면 내로 도입되고, 예를 들어 상기 홈이 링형 방식으로 각각의 액추에이터의 접촉 영역을 둘러싸면, 깊이 손상이 없는 홈 표면의 생성이 통상적으로 요구된다. 이는 예를 들어, 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 레이저 연마에 의해 생성될 수 있다. 요구된 에칭 및/또는 연마 단계는 광학 요소 상에서 미리 수행되어 있어, 광학 요소가 깊이 손상이 없는 표면을 갖게 된다는 것이 이하에서 가정된다.
동적 부하의 결과로서, 틈(fracture) 또는 균열은 특히 도입된 인장 응력이 최대가 되는 작용 영역에서, 광학 요소의 재료에서 발생할 수 있다. 상기에 지정된 크기의 정도의 예비응력은 인장 응력의 크기의 정도를 갖거나 또는 이상적으로 인장 응력보다 큰 압축성 또는 압축 응력을 광학 요소 상에 인가하여, 틈의 균열의 발생이 상쇄될 수 있게 된다. 본 출원에 있어서, 용어 압축 응력 및 인장 응력은 광학 요소의 두께 방향에 수직으로 또는 광학 요소의 표면에 실질적으로 평행하게 작용하는 응력을 의미하는 것으로 이해된다.
광학 요소의 재료는 대략 250 nm 미만에서 UV 파장 범위 내에 놓인 여기에 관련된 사용된 파장에 투명한 인공적으로 생성된 용융 실리카일 수 있다. 특히 광학 요소의 미러의 경우, 티타늄 도핑된 용융 실리카, 유리 세라믹 또는 세라믹과 같은 다른 재료가 또한 가능하다. 미러의 경우, 이들 재료는 각각의 사용된 파장에 대해 반사성인 코팅이 도포되는 기판으로서 기능한다. 이러한 미러는 또한 도포된 코팅에 따라, 다른 파장 범위에 대해, 예를 들어 EUV 파장 범위에 대해 설계될 수 있다. 용융 실리카는 종종 광학 요소의 재료로서 이하에 언급된다. 일반적으로, 용융 실리카와 연계하여 설명되는 관계는 상기에 지시된 다른 재료에 대응적으로 또한 적용된다.
일 실시예에서, 광학 매니퓰레이터는 광학 요소를 포위하고 광학 요소의 기계적 예비응력에 의해 압축 응력을 발생시키기 위해 작용하는 인장 디바이스를 갖는다. 둥근 광학 요소의 경우, 이 경우에 반경방향 압축 응력은 예를 들어 장착링에 의해 도입될 수 있다. 직사각형 광학 요소의 경우, 선형 압축 응력은 2개의 주축(종축 및 횡축)을 따라 도입될 수 있다. 높은 압축 예비응력이 양쪽 경우에 도입되어, 액추에이터에 의해 도입된 인장 응력은 광학 요소가 인장 부하를 국부적으로 받게 되는 효과를 갖지 않을 수 있고 또는 - 시작이 압축 부하 영역으로부터 이루어지면 - 예비응력이 없는 경우에서보다 국부적으로 더 낮은 인장 응력이 발생한다. 인장 디바이스는 완전히, 즉 연속적으로 원주방향으로 광학 요소를 포위할 수 있다. 그러나, 예를 들어, 직사각형 또는 적절하면, 링형 프레임의 형태의 인장 요소가 분할된 방식으로 구체화되는 것이 또한 가능하다. 직사각형 프레임 또는 직사각형 인장 요소의 경우, 예를 들어 코너가 생략되고 플레이트는 2개의 바이스(vice)와 같은 종방향 및 횡방향 측면에서 클램핑되는 것이 가능하다.
예를 들어, 금속 장착부의 기계적 브레이싱(bracing) 또는 수축 장착(shrink fitting)에 의해, 대략 2 MPa의 영역에서의 압축 응력이 용융 실리카로 구성된 광학 요소 상에서 얻어질 수 있다. 예를 들어 유리, 유리 세라믹 또는 세라믹으로 구성된 링의 형태의 인장 요소의 수축 장착에 의해, 더욱 더 높은 응력이 실현될 수 있다. 광학 요소에 대해 동일한 재료가 인장 요소에 대해 사용되면(즉, 예를 들어 용융 실리카 주위의 용융 실리카 링), 브레이싱은 열적으로 안정하다. 적합하면 이 경우에 "가상" 수축 장착을 수행하는 것이 또한 가능하다. 전체로서, 압축 응력은 이 경우에 부가의 국부 열 버퍼 또는 가열 요소에 의해 광학 요소의 외부 및 내부 영역의 상이한 냉각 속도에 의해 정합된다. 이러한 절차는 축방향에서 블랭크 또는 광학 요소의 측정의 경우에 회전 대칭 응력 복굴절을 설정하기 위해 공지되어 있다.
압축 예비응력은 액추에이터에 의해 도입된 유사한 크기의 정도의 인장 응력을 보상할 수 있다. 광학 요소가 (얇은) 평면 평행 플레이트로서 구체화되면, 일반적으로 수년인 광학 요소의 수명에 걸쳐 브레이싱을 유지하는 것은 실현하는 것이 어려울 수도 있다. 적합하면, 광학 요소는 약간의 메니스커스(meniscus)로서 구체화될 수 있어, 광학 매니퓰레이터가 투영 렌즈 내에 배열될 때 예비응력의 변화가 주로 용이하게 보상될 수 있는 초점 항(focus term)을 유도하게 된다. 일반적으로, 외부 인장 디바이스에 의한 투영 렌즈의 발생은, 이것이 반경방향 응력에 수직으로 굽힘에 대해 보호를 제공하기 때문에, 비교적 두꺼운 광학 요소에 대해 주로 적합하다.
다른 실시예에서, 압축 응력은 근저 표면 체적 영역에서 또는 광학 요소의 비-근저 표면 체적 영역에서 적어도 하나의 표면에서 형성된다. 제1 경우, 압축 응력은 통상적으로 대략적으로 0.1 mm 미만인 표면으로부터 통상적으로 소정 거리 이격하여 있는 근저 표면 체적 영역에 제한된다. 외부의 대략적으로 100 ㎛에서 균열이 효과적으로 억제될 수 있으면, 균열의 형성이 종종 광학 요소의 표면에서 시작하기 때문에, 아래의 영역 내의 균열에 의한 문제점은 일반적으로 더 이상 발생하지 않는다. 표면에서 또는 근저 표면 체적 영역 내의 압축 응력은 광학 요소의 일 표면에서 또는 양 표면에서 발생될 수 있다. 통상적으로, 압축 응력은 액추에이터 또는 그 접촉 영역을 향하는 적어도 광학 요소의 표면에서 발생된다. 압축 응력은 또한 광학 요소의 비-근저 표면 체적 영역에 형성될 수 있다. 이 경우, 근저 표면 체적 영역은 하위에 놓인 체적 영역 상에 압축 응력을 인가하는 인장층을 형성하고 이 경우 근저 표면 체적 영역은 일반적으로 대략 10 nm 이하의 두께를 갖는다. 이 경우, 최대 인장 응력을 갖는 작용 영역은 통상적으로 마찬가지로 비-근저 표면 체적 영역 내에 위치된다.
일 실시예에서, 압축 응력은 광학 요소의 광학적으로 사용된 영역 내부 및 외부의 모두에 형성된다. 광학적으로 사용된 영역은 투과 광학 요소의 경우에 사용된 방사선이 그를 통해 방향성으로 통과하는 광학 요소의 그 영역이다. 이 경우에 광학적으로 사용된 영역은 통상적으로 액추에이터가 광학 요소 상에 작용하는 링형 영역에 의해 둘러싸인다. 반사성 광학 요소, 예를 들어 미러의 경우, 광학적으로 사용된 영역은 방사선이 방향성으로 반사되는 표면의 그 부분 영역을 형성한다. 압축 응력이 광학적으로 사용된 영역의 내부 및 외부의 모두에서 발생되면, 압축 응력이 표면을 따라 균질하게 분포될 때 장점을 갖는데, 이는 예를 들어 균질한 코팅(이하 참조)을 도포함으로써 성취될 수 있다.
대안 실시예에서, 압축 응력은 광학 요소의 광학적으로 사용된 영역 외부에만 형성된다. 또한 전술된 바와 같이, 투과 광학 요소의 경우, 액추에이터, 더 정확하게는 광학 요소의 표면과 액추에이터의 접촉 영역 및 이에 따라 또한 최대 인장 응력을 갖는 작용 영역은 광학적으로 사용된 영역의 외부에 통상적으로 형성된다. 이 경우, 그러나 적절하면 또한 반사 광학 요소의 경우, 압축 응력이 단지 광학적으로 사용된 영역의 외부에만 발생될 때 유리할 수 있다. 특히 투과 광학 요소의 경우, 광학적으로 사용된 영역 내의 응력 복굴절의 발생은 이 방식으로 방지될 수 있다.
다른 실시예에서, 압축 응력(상기에 또한 지정된 크기의 정도의)은 작용 영역이 형성되는 액추에이터의 접촉 영역의 영역에 한정된다. 광학 요소의 광학적으로 사용된 영역 상의 부하는 부가적으로 이 방식으로 완화될 수 있다. 상기에 더 설명된 바와 같이, 특히 높은 최대 인장 응력이 액추에이터의 작용 영역에서 발생한다. 이러한 작용 영역은 예를 들어, 액추에이터의 접촉 영역에 바로 인접하는, 즉 액추에이터의 접촉 영역을 터치하는 광학 요소의 표면 영역 또는 근저 표면 체적 영역일 수 있다. 그러나, 이러한 작용 영역은 또한 예를 들어, 링형 방식으로 액추에이터의 접촉 영역을 둘러싸거나 또는 액추에이터의 접촉 영역에 바로 인접하여 형성된 표면 영역 및 상기 표면 영역, 또는 근저 표면 체적 영역을 둘러싸는 표면 영역의 모두를 형성할 수 있다.
액추에이터는 통상적으로 2개의 인접한 액추에이터의 작용 영역이 중첩하지 않는 서로로부터 이러한 거리에 배열된다. 이 방식으로, 작동 중에 발생하는 인접한 액추에이터의 인장 응력이 광학 요소 내의 하나의 동일한 위치에서 가산되는 것을 방지하는 것이 가능하다. 이 경우, 압축 응력은 예를 들어, 아일랜드형 방식으로, 즉 각각의 접촉 영역의 영역에 경계 한정된 방식으로 광학 요소 내로 도입될 수 있다.
일 실시예에서, 광학 요소는 표면 상에 기상 증착되고 그 열팽창 계수가 광학 요소의 재료(예를 들어, 용융 실리카)의 열팽창 계수보다 큰 적어도 하나의 코팅을 포함한다. 특히 단지 단일층으로만 이루어질 수 있는 이러한 코팅은 통상적으로 대략 10 ㎛ 이하, 또는 적합하면 1 ㎛ 미만의 두께를 갖는다. 코팅이 광학 요소의 광학적으로 사용된 영역 내로 연장하면, 코팅의 두께는 일반적으로 광학 액티비티를 회피하기 위해 1 ㎛보다 상당히 작아야 한다. 코팅의 투과 및 광학 효과가 중요하지 않으면, 예를 들어 코팅이 광학적으로 사용된 영역의 외부에만 형성되기 때문에, 코팅은 통상적으로 대략 10 ㎛의 두께를 초과하지 않아야 한다. 코팅의 두께는 또한 특히 원하는 응력의 크기 및 코팅의 열팽창 계수가 기판의 또는 광학 요소의 것과는 상이한 정도에 의존한다.
일반적으로, 층의 경우에 또는 코팅의 경우, 인장층과 압축층을 구별할 필요가 있고, 인장층은 자체로 인장 응력 하에 있고 상기 재료를 포함하는 인장층에 의해 하위에 놓인 재료를 강화한다. 인장층 자체는 기계적으로 위험하고, 따라서 인장층이 예를 들어 작용 영역에 또는 액추에이터 접착 조인트 주위에 국부적인 사용을 위해 다소 적합한 경향이 있도록 가능한 한 얇아야 한다. 압축층은 기판의 부분을 구성하거나 또는 매우 큰 접착 강도로 그에 접속된다. 압축층은 둘러싸고 이에 의해 그 자체로 압력 하에 배치되고 하위에 놓인 기판 내에 인장 응력을 유도하는 경향이 있다. 따라서, 보호 효과가 압축층 내에 발생하고, 이 압축층은 이 이유로 다소 두껍게 선택되어야 한다.
상기에 더 설명된 경우, 선택된 코팅 재료는 광학 요소의 재료, 예를 들어 용융 실리카보다 더 큰 열팽창 계수를 갖는 재료이다. 코팅의 적어도 하나의 층은 예를 들어 증발, 스퍼터링에 의해 또는 상승된 온도에서 이온빔 소스를 사용하여 코팅 프로세스 중에 기판에 도포되고, 적합하면 조밀화된다. 광학 요소는 또한 통상적으로 코팅의 도포 중에 가열된다. 코팅 및 광학 요소의 냉각 후에, 코팅은 광학 요소의 재료보다 더 큰 정도로 수축되어 있고 따라서 기판의 영역에서 광학 요소 내로 압축 응력을 도입하는데, 즉 코팅은 인장층으로서 따라서 상기에 또한 설명된 인장 디바이스에 유사한 방식으로 작용하고, 압축 응력은 코팅의 경우에 광학 요소의 근저 표면 체적 영역에 경계 한정된다.
광학 요소는 투과시에 동작될 수 있다. 이 경우, 액추에이터는 통상적으로 광학 요소(상기 참조)의 광학적으로 사용된 영역 외부에 결합한다. 이 경우에 코팅이 마찬가지로 광학적으로 사용된 영역 내의 광학 요소에 도포되도록 의도되면, 코팅의 재료는 통상적으로 본 출원에서 UV 파장 범위 내에 있는 사용된 파장에서 사용된 방사선을 위해 충분한 투과를 가져야 한다. 투과성 코팅 재료는 예를 들어 금속 플루오라이드, 예를 들어 MgF2 또는 LaF3와 같이 반사 방지층으로서 작용하는 재료일 수 있고, 이 층에 의해 최대 400 MPa의 층 응력이 발생될 수 있고, 이는 본 발명의 경우에 발생하는 수 MPa의 변화하는 부하에 대해 충분하고도 남는다. Al2O3 또는 HfO2와 같은 금속 산화물은 또한 248 nm, 적합하면 193 nm의 UV 파장 범위에서 충분히 투명하다. 코팅이 또한 광학적으로 사용된 영역 내에 도포되면, 비스듬히 광학 요소를 통해 통과시에 광선이 각각의 경우에 주요 광선 방향에 관하여 횡단하여 동일한 응력 성분을 지각하게 하고 반경방향 인장 응력에 수직으로 플레이트의 어떠한 굽힘도 발생하지 않게 하기 위해, 각각의 경우에 동일한 크기로 긴장된 층 또는 코팅으로 양 측 상에 균질하게 광학 요소를 코팅하는 것이 통상적으로 유리하다.
미러의 형태의 광학 요소가 코팅되도록 의도되거나 광학적으로 사용된 영역이 코팅의 프로세스 중에 투과 광학 요소를 마스킹하여, 코팅이 광학적으로 사용된 영역의 외부에만 도포되는 경우, 코팅 재료의 선택은 상당히 더 자유롭고 또는 금속 또는 세라믹층이 충분한 접착 강도를 갖고 원주상 성장을 향하는 경향이 없으면 금속 또는 세라믹층이 사용될 수 있다. 링형 방식으로 광학적으로 사용된 영역을 둘러싸는 코팅은, 광학적으로 사용된 영역이 교란 응력 복굴절을 유도할 수도 있는 인장층으로부터 발생하는 응력이 거의 없는 장점을 부가적으로 갖는다. 광학적으로 사용된 영역 상의 부하는 층이 단지 액추에이터의 접촉 영역에 또는 그 주위에서 작용 영역에만 형성되면 더욱 더 완화될 수 있다. 각각의 접촉 영역이 링 홈에 의해 둘러싸이면, 링 홈의 표면만을, 그리고 적합하면 추가로 링 홈 주위의 인접하는 평면 표면 영역만을 코팅하면 충분할 수도 있다.
액추에이터가 양측에서 광학 요소 상에 결합하면, 코팅은 통상적으로 광학 요소의 양 표면 상에 형성된다. 액추에이터가 단지 일 측에서만 광학 요소 상에 결합하더라도, 즉 작용 영역이 광학 요소의 단지 일 표면 상에 형성되더라도, 일 측에서 코팅의 인장 응력 하에서 광학 요소의 변형을 회피하기 위해 광학 요소의 상호 대향하는 양 표면에 층 또는 코팅을 도포하는 것이 유리할 수도 있다.
용융 실리카로 구성된 광학 요소는 합성 용융 실리카로 구성된 블랭크의 기계적 가공에 의해 생성된다. 블랭크의 합성 용융 실리카는 일반적으로, 적합하면 예를 들어 천연 가스와 같은 연료 가스의 첨가에 의해, H2 및 O2 내의 실리콘 함유 유기 또는 무기 전구체 물질의 연소에 의해 생성된다. SiO2 입자는 화염 내에 미리 형성되고 타겟 상에 침착된다. 용융 실리카 제조시에, 매우 고온 화염이 고온 타겟 상에 지향되어 입자가 직접 유리화하는(vitrify) 소위 직접 프로세스와, 다공성 바디가 더 저온에서 침착되고 고체 유리 바디를 형성하도록 소결되는 소위 수트 프로세스(soot process) 사이의 구별이 이루어진다.
다른 실시예에서, 근저 표면 체적 영역 내에 압축 응력을 발생시키기 위한 광학 요소는 열팽창 계수의 구배 및/또는 광학 요소의 체적의 나머지와는 상이한 열팽창 계수를 갖고, 근저 표면 체적 영역 내의 열팽창 계수는 통상적으로 광학 요소의 체적의 나머지에서보다 더 크다. 용융 실리카의 열팽창 계수(CTE)의 차이는, 특히 용융 실리카 재료가 그 제조 중에 실온으로 냉각되기 전에 이들 차이가 미리 존재하면, 근저 표면 체적 영역 내에 스트레인 또는 압축 응력을 유도할 수 있다. 열팽창 계수의 이러한 차이는 예를 들어 불순물 원자로의 도핑에 의해 성취될 수 있고, 도핑은 소결 또는 열처리 프로세스 전에, 또는 적합하면 소결 또는 열처리 프로세스 중에 그리고 용융 실리카 블랭크의 후속의 냉각 전에 수행된다. 상이한 열팽창 계수는 또한 화염 또는 단지 화염 화학양론에 공급된 재료 또는 화합물을 변경함으로써(예를 들어, 티타늄 도핑된 재료의 경우 화염 내의 증가된 물 함량 또는 변경된 티타늄 함량) 유리의 제조 중에 생성될 수 있다.
다른 실시예에서, 압축 응력을 발생시키기 위한 광학 요소는, 압축 응력을 발생시키기 위해 특히 융착에 의해 또는 열접합에 의해 광학 요소의 표면에 접속되며 그 열팽창 계수가 광학 요소의 재료의 열팽창 계수보다 큰 층을 갖는다. 상기에 또한 설명된 기상 증착된 층에 유사하게, 더 높은 열팽창 계수를 갖는 재료의 (더 두꺼운) 인장층은 광학 요소에 또는 적어도 작용 영역에, 즉 최대 인장 강도를 갖는 틈의 위험이 있는 영역에 상승된 온도에서 도포될 수 있다. 이 경우, 예를 들어 상이한 재료, 예를 들어 더 높은 열팽창 계수를 갖는 유리 또는 (유리) 세라믹으로 구성된 플레이트형 바디가 예를 들어 광학 요소의 연삭된, 랩핑된 또는 연마된 표면 상에 접합되거나 융착된다.
실리케이트 유리는 일반적으로 용융 실리카보다 상당히 낮은 융점을 갖고 용융 실리카의 유리 천이 온도 미만의 기계적으로 고정된(고온 접합) 접속부 내로 미리 진입한다. 특정 알칼리성 용액에 의해, 기계적으로 고정된 접속부가 수 100℃의 온도에서(저온 접합) 또는 유리 페이스트에 의해("프릿 접합") 미리 생성될 수 있다. 더 높은 열팽창 계수를 갖는 층은 적절하면 레이저를 사용하는 조사에 의해 국부적으로 융착된 유리 분말에 의해 또한 생성될 수 있다.
상기 제시된 모든 경우, 층은 접속부를 생성할 때 전통적인 코팅의 경우에서보다 상당히 더 두껍다. 따라서, 파면 보정을 위해 요구되는 광학 요소의 변형이 과도하게 큰 두께에 의해 방해되지 않게 하기 위해, 예를 들어, 일반적으로 융착 또는 접합층이 접속부의 생성 후에 연삭 또는 연마에 의해 얇아질 필요가 있다. 링 홈이 액추에이터의 접촉 영역 주위에서 광학 요소 상에 형성되면, 예를 들어 상이한 가스의 층이 기판으로서 기능하는 광학 요소의 재료 내로 융착될 수 있고 이어서 링 홈을 재차 생성하기 위해 밀링 가공에 의해 제거될 수 있다.
다른 실시예에서, 이온, 특히 금속 이온, 금속 원자 또는 다른 물질이 적어도 광학 요소의 근저 표면 체적 영역에서 압축 응력을 발생시키기 위해 혼입된다. 예를 들어 Corning®으로부터의 Gorilla® 유리와 같은 강화 유리가 더 큰 이온(여기서: 칼륨)을 갖는 염의 고온 용융물 내로 도입되는 알칼리 금속 실리케이트 유리(여기서: 나트륨 알루미노실리케이트 유리)에 의해 제조된다. 그 결과, 유리 표면으로부터의 나트륨 이온이 용해되고, 역으로 칼륨이 유리 내로 혼입된다. 칼륨 이온은 더 크고 유리의 표면을 압축 응력 하에 배치한다. 예비응력을 받은 콘크리트 요소에 유사한 방식으로, 외부에서 도입된 인장 응력이 압력 영역으로부터 국부적으로 시작이 되는 효과를 갖지 않는 것을 보장하기 위한 제공이 이루어진다. 더욱이, 노치에서 균열 성장이 억제된다. 하나 초과의 크기의 정도만큼 유리의 인장 강도를 증가시키기 위해 수 10 ㎛의 도핑된 층이 충분하다. 링크 http://www.gasesmag.com/features/2013/May/Glass_May_2013.pdf 참조. 염 용융물 내의 금속이 이온으로서 존재하는 동안, 이온은 통상적으로 유리 내에 공유 결합되고, 예를 들어 금속 원자의 형태로 존재하고, 공유 결합은 상이한 정도로 이온 결합성(ionic character)을 갖는다. 예로서, Na는 예를 들어, Si보다 결합의 더 강한 이온 결합성을 갖는다. 순수 용융 실리카는 어떠한 금속도 포함하지 않는다. 그러나, 예를 들어, Ti와 같은 다수의 4가 금속이 Si 대신에 유리 매트릭스 내로 혼입될 수 있고, Na 및 Cu와 같은 상이한 원자가를 갖는 금속이 충분히 고온에서 유리 내로 확산할 수 있고 거기에 혼입될 수 있다는 것이 알려져 있다.
일 개량예에서, 이온, 금속 원자 또는 다른 물질은 이온 교환에 의해 또는 기상으로부터 내부 확산(indiffusion)에 의해 근저 표면 체적 영역 내로 혼입된다. 이 개량예에서, 이온 교환 방법으로 또는 기상으로부터, 즉 이온 교환 없이 유리 내로 이온을 내부 확산하는 것이 제안되어 있어, 상기에 지정된 값의 범위에서, 즉 적어도 1 MPa 내지 1000 MPa 또는 그 초과의 범위에서 압축 응력이 적합하면, 통상적으로 1 ㎛ 초과, 적합하면 최대 1 mm 또는 그 초과의 두께를 갖는 근저 표면 체적 영역에서 설정되게 된다.
용융 실리카 내의 거의 모든 금속 이온이 UV 파장 범위에서 고도의 흡수를 야기하기 때문에, 투과 광학 요소의 경우에 통상적으로 광학 요소의 재료와 동일한 재료로 또는 확산이 광학 요소의 재료 내에서보다 더욱 더 느리게 진행하는 재료로 이를 덮음으로써 광학적으로 사용된 영역을 보호할 필요가 있다. 대안적으로, 보호 비드의 제공 및 광학적으로 사용된 영역을 보호하기 위해 도핑 후에 보호 비드의 제거에 의해 도핑 전에 블랭크의 예비 윤곽 형성을 수행하는 것이 가능하다.
알루미늄은 193 nm의 파장에서 용융 실리카의 흡수의 상당한 증가를 야기하지 않는 몇몇 금속 중 하나이다. 복수의 cm의 두께까지 렌즈 요소 블랭크에 대해, ppm 범위의 알루미늄의 농도가 수락 가능하다(US 2005/0112380 A1호 참조). 이로부터, 천분율 또는 심지어 백분율 범위의 도핑이 수 ㎛의 두께를 갖는 근저 표면 체적 영역에 대해 수락 가능할 수도 있다는 것이 추론될 수 있다.
따라서, 용융 실리카로 구성된 투과성 광학 요소가 전체 영역에 걸쳐 도핑되도록 의도되면, 또는 마스킹이 충분히 효과적이지 않으면, 도핑 목적으로 알루미늄 또는 유사한 화학 요소를 사용하는 것이 제안된다. 마스킹은 광학적으로 사용된 영역의 외부의 더욱 더 높은 농도를 가능하게 하기 위해, 심지어 제한된 효능을 갖고 유지될 수 있다. 용융 실리카, 티타늄 도핑된 용융 실리카, 유리 세라믹 또는 세라믹으로 구성된 미러의 경우, 도핑이 기판의 열팽창 계수에 상당히 영향을 미치지 않으면, 광학적으로 사용된 영역을 보호하기 위한 수단은 일반적으로 요구되지 않는다.
상기에 또한 설명된 인장층에 유사하게, 투과 요소 및 미러에 대해, 일 측에서 또는 양측에서 이온의 도입 및 광학적으로 비사용된 영역, 각각의 액추에이터의 접촉 영역 내에 또는 그 주위의 작용 영역, 및 특히 각각의 액추에이터의 접촉 영역 주위에 가능하게 존재하는 링 홈으로의 제한이 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.
다른 개량예에서, 이온은 이온빔을 사용하는 주입에 의해 근저 표면 체적 영역 내로 혼입된다. 비금속 이온 또는 금속 이온이 주입을 위해 사용될 수 있다. 주입은 주입된 이온의 이동도를 촉진하기 위해 통상적으로 실온에서, 적절하게는 약간 상승된 온도에서 용융 실리카 내로 이온의 내부 확산에 의해 수행된다. 충격 하에서 과도하게 큰 정도로 가열하지 않게 하기 위해 수소로 미리 로딩되어 있는 기판이 냉각되는 것이 유리할 수도 있는데, 이는 수소의 외부 확산(outdiffusion)을 야기할 것이다. 이는 부가적으로, 기판으로서 기능하는 광학 요소가 실온에서 또는 거의 실온에서 유지될 수 있고 침투 깊이 및 농도 프로파일이 이온의 선택 및 이온 소스의 가속 전압을 경유하여 제어될 수 있는 장점을 갖는다. 더욱이, 좁게 경계 한정된 이온빔의 사용은 측방향 도핑 프로파일이 제어될 수 있게 하여, 주입을 위해 제공되지 않은 표면의 영역의 마스킹이 적합하면 완전하게 생략될 수 있게 된다.
이온 주입은 통상적으로 근저 표면 체적 영역 내의 (용융 실리카) 재료의 밀도의 감소를 야기한다. 주입된 이온은 유리 매트릭스 상에 힘을 인가하는데, 이 힘은 전단 저항을 갖는 하위에 놓인 재료에 접속된 용융 실리카의 근저 표면 체적 요소의 팽윤을 야기한다. 이온이 그 내로 주입되는 근저 표면 체적 영역은 따라서 압축층을 형성하고 하위에 놓인 용융 실리카의 원하는 예비응력을 야기한다. 이 방법의 일반화에서, 도핑은 임의의 유형의 입자빔으로 그리고 또한 비금속 재료로 수행될 수 있다.
다른 실시예에서, 광학 요소는 압축 응력을 발생시키기 위해, 적어도 하나의 가스로, 특히 희가스로 그리고/또는 질소로 로딩된다. 가스는 용융 실리카 내에 분자적으로 용해되는데(molecularly dissolved), 가스 원자 또는 분자는 유리 매트릭스의 사이공간에 혼입된다. 가스 또는 가스는 통상적으로 예를 들어 500℃ 초과의 높은 로딩 온도에서 그리고 일반적으로 대기압에 대해 상승된 압력에서 광학 요소 내로 도입된다.
UV 용례에서 바람직한 용융 실리카 내로의 수소의 내부 확산의 경우, mm 당 1018 분자/cm3 초과의 고농도 구배가 발생할 수도 있으면, 굴절률의 변화 이외에 측정 가능한 응력 복굴절이 또한 발생한다는 것이 알려져 있다. 원리적으로, 몇주에 걸쳐 하나 이상의 단계에서 발생하는 5% 내지 1000%의 수소 분압에서 통상의 수소 로딩 후에, 적어도 10의 인자만큼 증가된 분압을 갖는 짧은 로딩 페이즈가 구현될 수 있다. 상기 정의에 따른 수소 분압은 총 압력에 의존하는데, 즉 예를 들어 1 atm에서 100%의 수소 분압은 10 atm에서 10%의 수소 분압(즉, 90% 불활성 가스)에 대응한다. 그러나, 수소는 또한 실온에서 외부 확산되고, 수 10 ㎛의 두께를 갖는 고갈 구역이 몇년 동안 실온에서의 보관 또는 통상의 반사 방지 코팅(최고 200℃ 또는 300℃ 및 최고 2시간) 후에 형성된다. 수소의 내부 확산의 결과로서 기계적 강도의 증가는 따라서 제한된 시간 동안만 지속된다. 개별의 경우, 기계적 강도의 이러한 증가는 그럼에도 불구하고, 상당한 국부 인장 응력이 수소의 진행된 외부 확산 후에 재차 얻어지고 전체 압축 응력을 감소시키면 변화하는 부하 하에서 시효가 시작되기 때문에, 광학 요소의 총 수명이 도달되는 효과를 가질 수 있다.
그러나, 실온에서 분자 수소보다 더 느리게 확산하거나 또는 이에 의해 수소에 의한 것보다 상당히 더 높은 농도 및 따라서 압축 응력이 유리에 대한 다른 손상 없이 가능한(1018 분자/cm3 초과의 수소 함량은 일반적으로 광학 특성의 레이저 유도된 변화를 야기함) 가스를 사용하여 농도 구배를 설정함으로써 압축 응력을 얻는 것이 더 유리하다. 희가스 및 질소가 특히 이 목적으로 적합하다.
실온에서 수소보다 더 느리게 확산하는 가스의 경우, 프로세스 시간을 단축시키기 위해 500℃ 초과의 로딩 온도를 사용하는 것이 적절하다. 더욱이, 이들 온도에서 수 마이크로미터의 두께를 갖는 표면층의 로딩이 몇분 또는 몇시간보다 더 오래 지속되면, 변형 가스로의 로딩은 수소로의 더 저온의 로딩, 즉 더 저온에서의 로딩에 앞서 수행되어야 한다. 예를 들어, 액추에이터의 접촉 영역의 영역에서 작용 영역에서만 압축 응력을 발생시키기 위한, 농도의 그리고 스트레인의 측방향 제어는 광학 요소가 제조되는 블랭크의 또는 광학 요소의 마스킹 또는 예비 윤곽 형성에 의해 수행될 수 있다. 예비 윤곽 형성은 일반적으로 상승된 압력 및 온도에서 더 유리하다.
일 개량예에서, 적어도 근저 표면 체적 영역에서 가스의 함량은 1×1016 분자/cm3 초과, 바람직하게는 5×1016 분자/cm3 초과, 특히 1×1018 분자/cm3 초과이다. 원하는 압축 응력을 발생시키기 위해 필요한 가스의 또는 가스 분자의 농도는 사용된 가스에 의존한다. 고농도가 통상적으로 경량 분자, 예를 들어 Ar의 경우에 요구되는데, 비교적 낮은 농도가 통상적으로 대분자의 경우에 요구된다. 더욱이, 대분자를 포함하는 가스의 사용은 장점을 갖는데, 이는 이들이 수소보다 더 느리게 확산하고 따라서 그 동작 중에 광학 요소로부터 외부 확산하지 않기 때문이다. 근저 표면 체적 영역 내의 가스의 이러한 고농도는 고압에서 그리고 (내부 확산을 가속하기 위해) 고온에서, 가스의, 특히 희가스 또는 질소의 내부 확산에 의해 성취될 수 있다. 내부 확산된 가스의 높은 농도는 근저 표면 체적 영역 내에 높은 압축 응력을 유도한다.
일 실시예에서, 근저 표면 체적 영역 내에 압축 응력을 발생시키기 위한 광학 요소의 재료는 광학 요소의 나머지 체적 및/또는 밀도 구배로부터 벗어나는 밀도를 갖는다. 근저 표면 체적 영역이 광학 요소의 체적의 나머지의 밀도와는 상이한 밀도를 가지면, 상이한 밀도는 근저 표면 체적 영역 내의 밀도가 광학 요소의 체적의 나머지 내에서보다 낮으면 압축 응력을 유도할 수 있다. 이 경우, 근저 표면 체적 영역은 팽창하고 전단 저항을 갖는 근저 표면 체적 영역에 접속된 체적의 하위에 놓인(미도핑된) 나머지 내에 인장 응력을 유도하는 경향이 있다.
근저 표면 체적 영역 내의 밀도차가 생성되는 방식에 따라, 거기의 밀도 분포는 균질하거나 마찬가지로 구배를 가질 수 있다. 구배는 예를 들어 표면에 실질적으로 수직으로 연장할 수 있고, 여기서 최대 밀도차가 표면에서 발생하고, 밀도는 표면으로부터의 거리가 클수록, 주 본체의 나머지의 밀도에 점점 더 일치한다. 모든 경우, 밀도 구배는 표면에서 원하는 압축 응력을 야기하도록 선택되어야 한다.
다른 실시예에서, 근저 표면 체적 영역 내의 용융 실리카는 통상적으로 광학 요소의 체적의 나머지에서보다 적어도 1%만큼 더 높은 밀도를 갖는다. 근저 표면 체적 영역 내의 광학 요소의 밀도의 증가는 UV 광, 전자빔, X선 또는 일반적으로 고에너지 방사선에 의해 유도된 치밀화에 의해 생성될 수 있다. 최고 2 체적 %만큼 또는, 적합하면 3 체적 %만큼의 영구 치밀화가 전자 방사선(예를 들어, 대략 100 eV 부근의 입자 에너지에서) 및 X선 방사선(예를 들어, 10 nm 미만의 파장에서)으로 성취될 수 있다. 이 경우, 침투 깊이는 극단적으로 작은데, 극단적인 경우에 방사선의 에너지에 의존하여 단지 수 nm이다. 원리적으로, 이 경우에 포화 및 따라서 모든 장소에서의 동일한 치밀화가 모든 위치에서 성취되기 때문에, 영역 요소당 다소 과도하게 높은 선량을 사용하는 것이 프로세스 신뢰성에 있어서 유리하다.
근저 표면 체적 영역 내에 치밀화된 유리는 인장층과 같이 작용하고, 하위에 놓인 유리의 압축을 유도한다. 상기에 또한 설명된 증착된 인장층 또는 코팅과는 달리, 치밀화된 체적 영역은 하위에 놓인 유리 상에 훨씬 더 큰 접착 강도를 갖고 또한 미리 결정된 파괴 위치를 갖는 원주 구조체를 갖지 않는다. 따라서, 더 큰 응력이 치밀화의 결과로서 설정될 수 있고, 증착된 인장층 내의 노치 응력 또는 균열 또는 증착된 인장층의 탈착으로부터 발생하는 수명 문제점을 회피하는 것이 가능하다. 근저 표면 체적 영역과 표면에 수직인 광학 요소의 체적의 나머지 사이의 전이는 불연속적이거나 연속적일 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 표면에서 적어도 1%만큼 통상적으로 증가된 밀도가 근저 표면 체적 영역 내에 또는 광학 요소의 체적의 하위에 놓인 나머지로의 전이부에 생성되고 이는 원하는 압축 응력을 야기한다는 것이 본질적이다.
광학 요소의 재료의 조밀화 또는 치밀화는 액추에이터의 접촉 영역 주위에 아일랜드형 표면 영역에서 특히 유리하다. 이 방법은 또한 링형 방식으로 접촉 영역을 둘러싸는 홈의 표면을 경화하기 위해 유리한 것으로 입증되었다.
다른 개량예에서, 적어도 근저 표면 체적 영역에서 광학 요소의 재료는 700 ppm(중량부) 초과의 OH 함량 및 5×1017 분자/cm3 초과의 수소 함량을 갖는다. 용융 실리카, 특히 700 ppm 초과의 높은 OH 함량 및 통상적으로 5×1017 분자/cm3 초과의 높은 수소 함량을 갖는 용융 실리카는, 저에너지 밀도(예를 들어, 193 nm의 파장에서, 20 μJ/cm2)를 갖는 UV 레이저광으로 조사시에, 문헌 ["Behaviour of fused silica materials for microlithography irradiated at 193 nm with low-fluence ArF radiation for tens of billions of pulses", R.G. Morton et al., Proc. SPIE Vol. 4000, July 2000]에 최초로 설명된 바와 같이(예를 들어, 193 nm) 팽윤, 소위 희박을 향한 경향이 있고, 또한, 문헌 ["Accelerated life time testing of fused silica upon ArF laser irradiation" by Ch. Muhlig et al., Proc. SPIE, Vol. 7132, December 2008] 또는 상기에 또한 인용된 US 2005/0112380 A1호를 참조한다. 이러한 높은 OH 함량을 갖는 유리는 단지 193 nm에서 마이크로리소그래피를 위해서만 드물게 사용되지만, 적절하면 얇은 플레이트형 광학 요소에 특히 양호하게 적합될 수도 있다. 이 경우, 경화는 적어도 작용 영역에서, 즉 최고 응력의 영역에서 예비 조사에 의해 구현될 수 있고, 후경화가 광학 요소의 동작 중에 미광(stray light)에 의해 구현된다. Corning(ULE®)으로부터의 티타늄 도핑된 용융 실리카는 또한 희박을 위해 적합한 조성을 가져, 이 재료로 구성된 미러가 마찬가지로 전술된 방식으로 경화될 수 있게 된다.
고에너지 조사 하에서 희박의 발생은 더 장시간 동안 알려져 있는데, 문헌 [J.E. Shelby, "Radiation Effects in Hydrogen-impregnated Vitreous Silica", J.Appl. Phys. 50, 3702 (1979)]를 참조하라. 이 경우, 전자빔 치밀화를 위한 것과 동일한 소스가 조사 소스로서 사용될 수 있고, 여기서 다소 더 두꺼운 압축층이 조사 소스 및 유리 파라미터(OH 함량, H2 함량)의 적합한 선택에 의해 얇은 인장층 대신에 생성된다.
다른 실시예에서, 압축 응력은 광학 요소의 어닐링에 의해, 바람직하게는 통상적으로 레이저빔에 의한(즉, 레이저 어닐링에 의해) 또는 근저 표면 체적 영역에서 광학 요소의 융착에 의한 광학 요소의 근저 표면 체적 영역의 어닐링에 의해 발생되고, 융착은 통상적으로 레이저빔에 의해 (국부적으로) 수행된다(소위 레이저 연마). 레이저빔의 사용에 추가하여 또는 대안으로서, 가열 또는 융착을 위해 작은 침투 깊이를 갖는 다른 고에너지 방사선 또는 전자빔을 사용하는 것이 또한 가능하다.
상기에 또한 설명된 바와 같은 유리의 화학 경화 이외에, 물리적 경화(어닐링)가 또한 알려져 있다. 전술된 경화 방법에서와는 달리, 어닐링은 예를 들어 스퍼터링에 의해 검출되어야 할 광학 요소의 재료의 조성의 변화를 발생하지 않는다. 더욱이, 압축 응력이 만연하고 가능하게는 더 이상 응력 광학적으로 검출 가능하지 않은 매우 작은 체적 영역을 생성하는 것이 가능하다. 그러나, 라만 분광법(raman spectroscopy), 특히 공초점 라만 분광법이 < 1 ㎛의 공간 분해능에서도 유리의 가상 온도(fictive temperature) 또는 다른 접합 파라미터의 변화를 검출할 수 있어, 근저 표면 체적 영역에 제한된 어닐링 및 광학 요소에서의 국부 융착의 모두가 검출될 수 있게 된다.
템퍼링 중에 광학 요소의 형태(모양)의 변화가 바람직하지 않으면, 유리 재료는 유리 천이 온도(TG) 미만 그리고 하부 이완 온도 바로 초과의 온도가 되고, 몇시간 또는 며칠 동안 이 온도에서 유지된다. 유리는 이어서 그 위에 송풍되는 가스에 의해, 또는 물, 바람직하게는 얼음물과 같은 액체 내의 또는 액체 질소 내의 침지에 의해 켄칭된다. 켄칭은 인장 응력이 초기에 더 급속하게 냉각하는 표면에 형성되는 효과를 갖고, 상기 인장 응력은 소성 변형에 의해 감소된다. 이 변형은 굳어지고, 온도 차이의 보상 후에, 기계적 및 열적 부하를 견디기 위해 이와 같이 얻어진 유리의 강도를 상당히 증가시키는 압축 응력을 표면에 유도한다.
이 절차는 용융 실리카의 경우에도 가능하지만, 대략 1200℃의 온도가 어닐링을 위해 필요하다. 투과 광학 요소가 완전히 어닐링되도록 의도되면, 근저 표면층 내로의 나트륨의 내부 확산 및 따라서 투과 손실이 이러한 고온에서 고려되어야 한다. 더욱이, 광학 표면의 거칠기 및 치수 유효성(모양)으로 이루어진 요구는 가능하게는 보장되지 않을 수도 있고, 따라서 후속의 연마 및 (가능하게는 국부) 보정이 필요하게 될 수도 있다. 더욱이, 액체 질소 내의 켄칭의 경우, 압축 구역을 수 10 ㎛으로 제한하는 것이 어려워, 유리 플레이트가 가능하게는 거시적으로, 즉 근저 표면 체적 영역에서만이 아니게 긴장되고, 따라서 가능하게는 광학적으로 상당한 응력 복굴절을 갖는다.
바람직하게는, 따라서, 투과성 용융 실리카 요소에 대해, 또한 용융 실리카, 티타늄 도핑된 용융 실리카, 유리 세라믹 또는 세라믹으로 구성된 미러에 대해, 레이저빔이 어닐링 및 경화를 위해 사용된다. 이 목적을 위해, 측방향으로, 통상적으로 국부적으로, 액추에이터의 접촉 영역의 부근에서, 유리는 하나 또는 복수의 레이저 펄스에 의해 가열된다. 경화될 영역은 충분한 레이저 파워가 제공되면 조각별로(piecewise) 가열되거나 또는 다른 방식으로 주사된다.
레이저 방사선이 광학 요소의 재료에 의해 흡수되게 하기 위해, 흡수층이 유리 표면 상에 도포되어야 하거나(일시적으로) 또는 유리 재료 내에 양호하게 흡수되는 레이저 파장이 선택되어야 한다. 이 경우에 용융 실리카를 위해 적절한 것은 > 3500 nm에서 적외광, 특히 10.6 ㎛에서 CO2 레이저로부터의 광이고, 더욱이 2700 nm, 2150 nm 또는 1400 nm 부근의 소위 워터 밴드(water band)의 범위에서의 파장, 및 175 nm 미만에서의 UV 방사선이다. 짧은 광 펄스(ps 및 fs)의 경우, 근 UV 파장 범위(예를 들어, 355 nm 또는 266 nm)의 광을 사용하는 것이 또한 가능하다. 이 경우, 초기 멀티-광자 및 애벌랜치(avalanche) 흡수가 높은 흡수를 제공한다. 티타늄 도핑된 용융 실리카에 대해, IR 파장은 유사하게 선택되지만, UV 파장 범위에서, 근 UV 파장 범위의 UV 광이 이미 충분하다. 유리 세라믹의 경우, 잔류 투과에 따른 가시 파장을 포함하여 모든 파장이 사용될 수 있다.
흡수된 층에서 방사선의 흡수 또는 유리 내의 매우 높은 흡수 및 따라서 매우 작은 광학 침투 깊이의 경우, 열 침투 깊이는 레이저 펄스의 기간(개별 레이저 펄스, 연속파 레이저의 경우에 방사선의 기간 또는 고반복율 레이저의 경우에 버스트의 기간)에 의해 결정된다. 특히 ps 및 fs 레이저에 의해, 수 ㎛ 내지 nm의 열적 침투 깊이가 가능하다. 이러한 얇은 층의 냉각은 표면으로부터의 방출(주로 방사선 법칙에 기인하는 매우 높은 온도에서 관련됨) 및 기판 내로의 방산(ΔT 내에서 선형으로)에 의해 수 나노초 이내에 수행된다. 개별 짧은 펄스의 파워가 불충분하면, 빔 직경은 감소될 수 있고, 영역은 주사 방법에서 반복 레이저에 의해 경화될 수 있다. > 1000℃로 가열된 영역만이 경화되기 때문에, 매우 얇은 근저 표면 체적 영역에서만 수 10℃ 또는 100℃만큼 조사된 영역의 거시적 가열에도 불구하고 경화가 발생한다. 흡수층의 결여시에, 침투 깊이는 펄스 기간에 의해서 뿐만 아니라 또한 파장의 선택에 의해서 제어될 수 있다.
모든 레이저 경화 방법은 또한, 300℃ 초과 내지 500℃의 온도가 단지 매우 짧은 시간 주기 동안, 일반적으로 수초 분의 1 동안만 존재하고, 더욱이 이러한 온도가 바람직하게는 광학 요소의 광학적으로 사용된 영역의 외부에서만 발생하기 때문에 유리의 수소 로딩 후에 발생하는 것이 허용된다.
압축 응력이 단지 광학적으로 사용된 영역의 외부에서만 발생할 때, 유리 표면이 유리 천이 온도(TG) 초과의 온도로 가열되고 따라서 국부적으로 용융하도록 레이저 파라미터를 설정하는 것이 또한 가능하다. 그 결과, 균열 성장 또는 노치 응력의 결과로서 표면의 강도를 감소시킬 것인 연삭/에칭으로부터 깊이 손상, 연삭 및 연마 결함 또는 거칠기를 개선하는 것이 가능하다. 통상의 유리(용융 실리카를 포함함)의 팽창 곡선에 기인하여, 표면의 또는 근저 표면 체적 영역의 더욱 더 큰 그리고 가능하게는 얇은 스트레인이 국부 용융의 결과로서 발생한다. 레이저 융착을 위한 고성능 광학의 분야에서, 전술된 방법은 레이저 연마, 레이저 어닐링 또는 레이저 복원으로서 알려져 있고, 기계적 연마 결함, 뿐만 아니라 레이저 사용된 파장에서 이전의 동작의 결과로서 손상을 복원하는데 사용된다.
상기에 또한 설명된 방법의 경우에서와 같이, 바람직하게는 광학 요소의 광학적으로 사용된 영역의 외부에 링형 방식으로 또는, 적합하게는 작용 영역 내의 아일랜드 내에, 즉 접촉 영역에서 또는 액추에이터의 접촉 영역의 부근에서 또는 단지 각각의 접촉 영역 주위에 형성된 링형 홈 내에서, 하나 또는 양측에서 레이저 어닐링 또는 연마를 사용하는 것이 가능하다.
다른 실시예에서, 적어도 하나의 액추에이터를 광학 요소의 표면에 접속하기 위한 적어도 하나의 접촉 영역은 광학 요소의 표면에 형성된 통상적으로 링형의(환형의) 원주방향 홈에 의해 둘러싸인다. 접촉 영역 주위에 밀링되어 있고 그 깊이가 일반적으로 0.5 mm 이하, 바람직하게는 0.2 mm 이하인 홈은 레버의 방식으로 작용하는 액추에이터의 작동시에 광학 요소 내의 최대 인장 응력이 접촉 영역에 의해 덮여진 표면 영역에서 더 이상 발생하지 않고 오히려 홈 내에서 발생하는 것을 보장하는 역할을 한다. 이는 접착제가 이 방식으로 전단 이격하고 분할 제거되는 것이 방지될 수 있기 때문에, 접착제가 접촉 영역과 광학 요소의 표면 사이에 도입되어 있는 경우에 특히 유리하다. 이 경우, 홈은 접착제에 의해 덮여 있는 광학 요소의 표면의 그 영역 주위에 형성된다.
홈의 밀링 후에, 에칭에 의해 가공 응력 및 깊이 손상을 감소시키는 것이 가능하지만, 상당히 오목하고 거친 표면이 일반적으로 이 경우에 남아 있다. 이러한 깊이 손상이 없이도, 표면 형태의 소형 스케일 조절은 국부 응력 스파이크(spike)(노치 응력)가 홈 내에 형성될 수 있는 효과를 갖는다. 더욱이, 홈의 내부면은 어려움을 갖고 기계적으로 평활화되고 연마될 수 있다. 특히 바람직하게는, 따라서, 홈의 내부면은 전술된 레이저 연마에 의해 국부적으로 평활화되고, 고화되거나 경화된다. 레이저 연마에 의한 홈의 경화는 가능하게는 광학 요소의 파괴 강도를 보장하기에 충분할 수도 있어, 상기에 또한 설명된 바와 같은 압축 응력의 발생이 적합하면 생략될 수 있게 된다.
다른 실시예에서, 적어도 하나의 액추에이터는 작동 가능한 푸트를 갖고, 여기서 광학 요소의 표면에 액추에이터를 접속하기 위한 접촉 영역이 형성된다. 광학 요소의 표면에 접속된 푸트는 레버를 형성하고, 접촉 영역으로부터 이격하여 향하는 그 측면에서, 예를 들어 압전 요소의 형태의 작동 구성요소는 푸트에 측방향 힘을 인가하기 위해 결합될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 푸트는 또한 접촉 영역의 영역에서 광학 요소의 편향 또는 압축 응력을 발생시키기 위해 광학 요소의 표면에 수직인 방향으로 이동될 수 있다.
광학 요소는 하나의 푸트 또는 레버 또는 일반적으로 복수의 푸트 또는 레버의 조정에 의해 긴장되거나 굴곡되고, 그 결과로서 고차의 파면이 타겟된 방식(targeted manner)으로 영향을 받을 수 있다. 레버로서 기능하는 푸트는 결합제의 보조에 의해, 예를 들어 접착제에 의해 광학 요소의 일반적으로 평면형 표면에 접촉 영역에서 접속될 수 있다. 전술된 원주방향 홈은 접착제로부터 이격하여 응력을 전환하는 기능을 할 수 있다. 대안적으로, 푸트 또는 레버는 또한 표면에 도포된 금속화층 상에 나사 결합되거나 납땜되거나 용접될 수 있다.
접촉 영역이 형성되어 있는 레버 또는 푸트가 알루미늄, 강 또는 고강도 세라믹으로부터 형성되면 그리고 광학 요소의 유리로의 충분히 전단 저항성 접속이 얻어질 수 있으면, 이는 언급된 대부분의 재료가 광학 요소의 유리 재료보다 더 높은 피로 강도를 갖기 때문에 더 높은 강도를 갖는 복합 재료를 생성한다. 그러나, 이 증가된 강도는 단지 푸트의 아래에만, 즉 접촉 영역이 광학 요소의 표면에 접속되어 있는 영역에서만 존재한다. 푸트가 측면도에서 대략 직사각형 또는 가파른 부등변 4각형 프로파일을 가지면, 접촉 영역에 의해 덮여 있는 영역의 외부에서 유리 내에 최대 인장 응력이 발생하지만, 여기서 강도가 증가되어 있지는 않다.
본 발명의 다른 태양은 특히 상기에 또한 설명된 바와 같이 구체화될 수 있는 도입부에 언급된 유형의 광학 매니퓰레이터이며, 적어도 하나의 액추에이터가 작동 가능한 푸트를 갖고, 이 푸트에는 광학 요소의 표면에 액추에이터를 접속하기 위한 접촉 영역이 형성되어 있고, 푸트는 그 두께가 접촉 영역으로부터 증가하는 거리에 따라 연속적으로, 특히 지수함수적으로 감소하는 윤곽 형성된 프로파일을 적어도 접촉 영역의 영역에 갖고, 그리고/또는 적어도 접촉 영역의 영역에서 푸트의 재료는 푸트의 중심축으로부터 증가하는 거리에 따라 연속적으로 감소하는 기계적 강도를 갖는 광학 매니퓰레이터에 관한 것이다.
푸트의 직경이 접촉 영역을 향해 연속적으로 증가하여, 그 두께가 연속적으로, 바람직하게는 광학 요소의 표면으로부터 진행하여 적어도 부분 영역에 걸쳐 지수함수적으로 감소하게 되면, 푸트의 강도는 또한 그 외부 영역에서 감소한다. 레버로서 작용하는 푸트의 작동시에, 푸트는 따라서 그 외부 영역에서 증가적으로 변형할 수 있다. 그 결과, 유리 내의 응력은 더 큰 작용 영역에 걸쳐 분포된다. 그 결과, 응력은 이들의 고도의 견지에서 감소하고, 접촉 영역과 광학 요소의 표면 사이의 복합 영역에서 대부분에 대해 여전히 존재한다. 윤곽 형성된 프로파일의 선택에 추가하여 또는 대안으로서, 예를 들어 상이한 합금층으로부터 제조된 푸트의 조성에 의해 또는 도핑 구배의 제공에 의해, 푸트 재료의 강도를 변경함으로써 응력을 분포하는 가능성이 또한 존재하여, 증가된 변형성이 푸트의 외부 영역, 즉 광학 요소의 표면 상에 결합하는 중심축으로부터 가장 멀리 이격되어 있는 영역에 설정되게 된다. 윤곽 형성된 푸트 또는 다양한 강도를 갖는 푸트에 의해, 바람직하게는 광학 요소의 재료 내에서 발생하는 최대 인장 응력은 1 MPa 미만으로 감소될 수 있다.
윤곽 형성된 푸트의 또는 다양한 강도를 갖는 재료로 구성된 푸트의 사용에 추가하여 또는 대안으로서, 광학 요소의 표면에 섬유 보강된 접착층을 도포하는 것이 또한 가능하다. 이 경우, 섬유 보강된 접착층이 통상적으로 푸트의 직경을 넘어 또는 접촉 영역을 넘어 외부를 향해 연장한다. 이 수단도 또한 광학 요소의 재료 내의 응력의 공간적 교란을 야기한다.
일반적으로 유기 접착제가 충분한 전단 저항을 갖지 않는 경우, 또는 적합하다면 접착제가 UV 열화 또는 탈가스의 이유로 사용되도록 허용되지 않는 겨우, (예를 들어 윤곽 형성된) 푸트가 또한 금속화층 상에 납땜되거나 용접될 수 있다. 이 경우에도, 광학 요소의 응력의 교란이 사용된 땜납의 직경 및 두께 프로파일의 선택에 의해 얻어질 수 있다.
다른 실시예에서, 윤곽 형성된 프로파일 및/또는 연속적으로 감소하는 기계적 강도를 갖는 푸트의 접촉 영역은 결합제에 의해 광학 요소의 표면에 접속되고, 압축 응력은 푸트가 표면에 접속될 때 열적으로 유도되는 기계적 응력이다. 윤곽 형성된 프로파일을 갖는 또는 외향으로 감소하는 기계적 강도를 갖는 푸트 및 유리 기판이 접착제의 경화를 위해 또는 납땜을 위해 상승된 온도로 유도되면, 푸트는 일반적으로 냉각 중에 또는 후에 기판보다 더 큰 정도로 수축할 것이어서, 압축 응력이 유리 내로 도입되게 되고, 이 압축 응력은 1 MPa 초과일 수 있다. 유리의 강도는 작동 중에 광학 요소의 재료 내로 도입된 인장 응력을 상쇄하는 도입된 압축 응력에 의해 또한 증가된다.
다른 태양은 투영 렌즈의 파면 보정을 위해, 전술된 바와 같이 구체화된 적어도 하나의 광학 매니퓰레이터를 포함하는 마이크로리소그래피를 위한 투영 렌즈에 관한 것이다. 통상의 광학 매니퓰레이터에 대조적으로, 파면 수차는 긴장되거나 굴곡되는 광학 요소에 의해 노광 프로세스 중에 실시간으로 광학 요소의 작동에 의해 구현될 수 있다. 이 방식으로, 파면의 개별 차수, 즉 개별 제르니케 계수(Zernike coefficient)는 타겟된 방식으로 영향을 받을 수 있다. 투영 렌즈는 UV 파장 범위 내의 사용된 방사선에 대해 또는 EUV 파장 범위 내의 사용된 방사선에 대해 구체화될 수 있다. 후자의 경우, 투영 렌즈는 통상적으로 투과 광학 요소를 갖지 않고, 광학 매니퓰레이터는 통상적으로 EUV 미러로서 구체화된다.
일 개량예에서, 광학 매니퓰레이터의 광학 요소는 투영 렌즈 또는 투영 렌즈의 미러 요소 내로 도입된 평면 평행 플레이트이다. 광학 매니퓰레이터의 광학 요소는 예를 들어 평면 평행, 통상적으로 직사각형의 플레이트의 형태의 투과 광학 요소일 수 있다. 이 경우, 광학 요소는 투영 렌즈의 빔 경로 내로 부가의 구성요소로서 도입된다. 이 경우, 광학 요소는 예를 들어 촬상될 마스크를 갖는 물체 평면과 투영 렌즈의 제1 렌즈 요소 사이 또는 다른 위치에 배열될 수 있다. 이 경우, 평면 평행 플레이트로서 구체화된 광학 요소는 일반적으로 대략 2 mm 내지 3 mm의 작은 두께를 갖는다. 이 경우, 액추에이터는 통상적으로 광학적으로 사용된 영역의 외부에 이들의 작동 가능한 푸트를 갖는 평면 플레이트 상에 결합한다.
투영 렌즈의 빔 경로 내의 모든 장소에 광학 요소를 배열하는 것이 가능한 것은 말할 필요도 없다. 대안적으로 또는 부가적으로, 예를 들어 반사굴절 투영 렌즈 내에서 임의의 방식으로 미리 존재하는 미러 요소가 또한 파면 매니퓰레이터로서 기능할 수 있다. 이 경우, 액추에이터는 미러 요소의 미러 기판 상에 작용한다. 미러 요소는 예를 들어 UV 파장 범위에 대해 투영 렌즈 내에 또는 EUV 리소그래피를 위해 투영 렌즈 내에 배열될 수 있다.
다른 태양은 전술된 바와 같이 구체화된 투영 렌즈를 포함하는, 마이크로리소그래피를 위한 투영 노광 장치에 관한 것이다. 이러한 투영 노광 장치는 통상적으로 주사 동작을 위해 제공되는데, 즉 촬상될 구조체가 배열되어 있는 물체 필드가 노광 프로세스 중에 주사된다. 광학 매니퓰레이터는 주사 프로세스 중에 실시간으로 이미지 수차의 보정을 위해 또는 파면 조작을 위해 사용되도록 의도되고, 따라서 광학 매니퓰레이터의 광학 요소의 수명에 걸쳐 109의 크기의 정도 또는 그 초과의 높은 수의 사이클을 야기한다. 주사 노광 중에, 이미지 수차가 현재 노출된 영역에 의존하여 변화하고 직접적으로 보정되도록(피드포워드 또는 폐루프) 의도되면, 적절하면 개별 액추에이터는 각각의 경우에 본 출원의 의미 내에서 사이클로서 지정되는, 즉 사이클이 노광 프로세스에 대응하는, 그 작동 범위의 상당한 부분에 걸쳐 스위프해야 한다. 광학 요소의 수명에 걸친 사이클의 수는 시간당 웨이퍼(100 내지 300 wph "wafer per hour"의 범위) 및 웨이퍼당 노광(수백회의 노광의 영역에서)으로부터 발생한다.
일 개선에서, 광학 매니퓰레이터는 노광 프로세스 중에 파면 보정을 위해 설계되고, 광학 매니퓰레이터의 광학 요소는 적어도 10억 노광 프로세스(또는 사이클, 상기 참조)의 수명을 갖는다. 파면 수차를 보정하기 위해 요구되는 광학 요소의 로딩의 경우, 상기에 또한 설명된 수단의 구현 없이, 파면 보정을 위한 원하는 보정 범위의 사용에 의해, 광학 요소의 요구 수명이 성취되지 않을 것이어서, 광학 요소의 용융 실리카 재료 내의 균열 또는 틈이 고려된 사이클의 수가 완료되기 전에 미리 발생하게 될 것이라는 염려가 존재한다. 전술된 수단에 의해, 광학 요소의 수명은 증가될 수 있고 또는, 미리 규정된 수명 동안, 광학 매니퓰레이터에 의해 성취될 수 있는 파면 보정 범위를 감소시킬 필요가 없다.
본 발명의 다른 태양은 전술된 바와 같은 광학 매니퓰레이터를 제조하기 위한 방법이며, 근저 표면 체적 영역 내로 기계적 응력을 도입함으로써 적어도 액추에이터의 작용 영역에 압축 응력을 발생시키거나 - 이 기계적 응력은 특히 제조 중에 열적으로 유도될 수 있음 - 또는 광학 요소의 근저 표면 체적 영역을 치밀화함으로써 비-근저 표면 체적 영역에서 적어도 액추에이터의 작용 영역에 압축 응력을 발생시키는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 상기에 또한 설명된 바와 같이, 표면의 영역에서 열 충격을 받게 되는 상기 광학 요소에 의해 광학 요소의 표면에서 압축 응력을 발생시키는 것이 가능하고, 이 열 충격은 광학 요소의 근저 표면 체적 영역 내로 기계적 응력을 도입한다. 열 충격은 예를 들어 레이저 어닐링에 의해 발생될 수 있다. 열 유도 기계 응력은 또한 레이저빔 또는 전자빔에 의한 표면의 국부 용융에 의해 도입될 수 있다. 도입된 기계적 응력을 증가시키기 위해, 광학 요소는 예를 들어, 액체 질소를 사용하여 냉각되는 상기 광학 요소에 의해, 가열 후에 급속하게 냉각될 수 있다. 열 유도 응력은 적합하면 또한, 광학 요소의 급속 냉각에 의해, 예를 들어 표면에 인접한 체적 영역에서 또는 광학 표면에서 액체 질소를 사용하여 냉각되는 광학 요소에 의해 사전 가열 없이 발생될 수 있다.
대안적으로, 입자에 의한, 특히 전자에 의한 광학 요소의 표면의 충격에 의해, 또는 광학 요소의 표면 상의 방사선의, 특히 x선 방사선의 작용에 의해, 광학 요소의 근저 표면 체적 영역의 치밀화를 구현하는 것이 가능하다. 치밀화는 또한 적합하면, 상이한 방식으로 수행될 수 있다. 치밀화의 결과로서, 근저 표면 체적 영역은 하부에 놓인 비-근저 표면 체적 영역 상에 압축 응력을 인가한다.
방법의 일 변형예에서, 압축 응력은 광학 요소의 표면에 형성되고 액추에이터의 접촉 영역을 둘러싸는 적어도 하나의 홈에서 발생된다. 상기에 또한 설명된 바와 같이, 홈은 광학 요소 내에 최대 응력을 차지하는 기능을 한다. 따라서, 홈의 영역에서 압축 응력을 발생시키는 것이 유리하다. 이 경우, 압축 응력은 마찬가지로 광학 요소의 근저 표면 또는 근저 표면 체적 영역에서 발생될 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 본 발명에 필수적인 상세를 도시하고 있는 도면을 참조하여, 본 발명의 예시적인 실시예의 이하의 설명으로부터, 그리고 청구범위로부터 명백하다. 개별 특징은 각각의 경우에 자체로 개별적으로 또는 본 발명의 변형예에서 임의의 조합으로 복수로서 실현될 수 있다.
예시적인 실시예가 개략도에 도시되어 있고, 이하의 설명에서 설명된다. 도면에서:
도 1은 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치의 일 예의 개략도를 도시하고 있다.
도 2a, 도 2b는 플레이트형 광학 요소 및 작동 디바이스를 포함하는 광학 매니퓰레이터의 일 예시적인 실시예의 개략도를 측면도 및 평면도로 도시하고 있다.
도 3a 내지 도 3d는 도 2a, 도 2b로부터 광학 요소의 표면에 작동 디바이스의 액추에이터의 푸트부를 고정하기 위한 복수의 가능성의 개략도를 도시하고 있다.
도 4a 내지 도 4f는 상이한 열팽창 계수의 사용에 의해 광학 매니퓰레이터의 광학 요소의 재료 내에 압축 응력을 발생시키기 위한 복수의 가능성의 개략도를 도시하고 있다.
도 5a 내지 도 5d는 이온 주입에 의한 그리고 가스의 내부 확산에 의한 광학 요소 내의 압축 응력의 발생의 개략도를 도시하고 있다.
도 6a 내지 도 6c는 치밀화 및 희박에 의한 플레이트형 광학 요소 내의 압축 응력의 발생의 개략도를 도시하고 있다.
도 7a 및 도 7b는 레이저 열처리에 의한 그리고 레이저 연마에 의한 광학 요소 내의 압축 응력의 발생의 개략도를 도시하고 있다.
도 8a 내지 도 8d는 연속적으로 감소하는 두께를 갖는 프로파일을 갖지 않는(도 8a) 및 갖는(도 8b 내지 도 8d) 액추에이터의 푸트부의 개략도를 도시하고 있다.
이하의 도면의 설명에서, 동일한 도면 부호가 동일한 또는 기능적으로 동일한 구성요소를 위해 사용된다.
도 1은 반도체 구성요소 및 다른 미세하게 구조화된 구성요소의 제조에 사용될 수 있고 수분의 1 마이크로미터로 감소하는 분해능을 얻기 위해 심자외선(DUV) 범위로부터 광 또는 전자기 방사선을 동작하는 마이크로리소그래피를 위한 투영 노광 장치(WSC)의 일 예를 도시하고 있다. 대략 193 nm의 사용된 파장(λ)을 갖는 ArF 엑시머 레이저가 1차 방사선 소스 또는 광원(LS)으로서 기능한다. 예를 들어, 157 nm의 작동 파장을 갖는 F2 레이저 또는 248 nm의 작동 파장을 갖는 ArF 엑시머 레이저와 같은 다른 UV 레이저 광원이 마찬가지로 가능하다.
광원(LS)의 하류측에 배치된 조명 시스템(ILL)은 그 출구면(ES) 내에, 광로 내의 것의 후방에 배열된 투영 렌즈(PO)의 텔레센트리시티 요구에 적응되는 크고 날카롭게 경계 한정된 조명 필드를 생성한다. 조명 시스템(ILL)은 상이한 조명 모드(조명 설정)를 설정하기 위한 디바이스를 갖고, 예를 들어 상이한 정도의 간섭(σ)을 갖는 축상 조명과 축외 조명 사이에서 절환될 수 있다. 축외 조명 모드는 예를 들어 환형 조명 또는 다이폴 조명 또는 쿼드러폴 조명 또는 소정의 다른 다극 조명을 포함한다. 적합한 조명 시스템의 구성은 자체로 공지되어 있고, 따라서 여기서 더 상세히 설명되지 않는다. 특허 출원 US 2007/0165202 A1호(WO 2005/026843 A2호에 대응함)는 다양한 실시예의 맥락에서 사용될 수 있는 조명 시스템의 예를 개시하고 있다.
레이저(LS)로부터 광을 수용하고 레티클(M)에 지향되는 광 조명 방사선으로부터 성형하는 이들 광학 구성요소는 투영 노광 장치(WSC)의 조명 시스템(ILL)에 속한다.
마스크(M)(레티클)를 유지하고 조작하기 위한 디바이스(RS)는, 레티클에 배열된 패턴이 조명 시스템의 출구 평면(ES)과 일치하고 레티클 평면(OS)으로서 여기서 또한 지칭하는 투영 렌즈(PO)의 대물 평면(OS) 내에 놓이도록 조명 시스템의 후방에 배열된다. 마스크는 주사 드라이브의 보조에 의해 광축(OA)(z-방향)에 수직인 주사 방향(y-방향)에서 스캐너 동작을 위해 이 평면 내에서 이동 가능하다.
투영 렌즈(PO)는 레티클 평면(OS) 후방에 이어지고, 이 투영 렌즈는 축소 렌즈로서 작용하고, 그 기판의 감광성 기판 표면(SS)이 투영 렌즈(PO)의 이미지 평면(IS)의 영역 내에 놓이는 포토레지스트층으로 덮여 있는 기판(W) 상에, 축소된 스케일로, 예를 들어 1:4(｜β｜ = 0.25) 또는 1:5(｜β｜ = 0.20)의 스케일로, 마스크(M)에 배열된 패턴의 이미지를 촬상한다.
본 예의 경우에 반도체 웨이퍼(W)인 노출될 기판은 주사 방향(y-방향)에서 광축(OA)에 수직인 레티클(M)과 동기식으로 웨이퍼를 이동시키기 위해 스캐너 드라이브를 포함하는 디바이스(WS)에 의해 유지된다. "웨이퍼 스테이지"라 또한 지칭하는 디바이스(WS), 및 "레티클 스테이지"라 또한 지칭하는 디바이스(RS)는 본 실시예에서 투영 노광 장치의 중앙 제어 디바이스(CU) 내로 일체화되는 주사 제어 디바이스에 의해 제어된 스캐너 디바이스의 부분이다.
조명 시스템(ILL)에 의해 발생된 조명 필드는 투영 노광 중에 사용된 유효 물체 필드(OF)를 규정한다. 본 예의 경우, 이 필드는 직사각형이고, 주사 방향(y-방향)에 평행하게 측정된 높이(A) 및 그에 수직으로(x-방향) 측정된 폭(B > A)을 갖는다. 형상비(AR = B/A)는 일반적으로 2 내지 10, 특히 3 내지 6이다. 유효 물체 필드는 광축 옆으로 y-방향으로 소정 거리 이격되어 있다(축외 필드). 이미지 표면(IS) 내의 유효 물체 필드에 광학적으로 공액을 이루는 유효 이미지 필드는 유효 물체 필드와 동일한 높이 및 동일한 높이(B*)와 폭(A*) 사이의 형상비를 갖지만, 절대 필드 크기는 투영 렌즈의 촬상 스케일(β)에 의해 축소된다, 즉 A* = ｜β｜ A, 그리고 B* = ｜β｜ B.
투영 렌즈가 유침 렌즈로서 설계되어 동작되면, 투영 렌즈의 동작 중에 방사선이 투영 렌즈의 출구면과 이미지 평면(IS) 사이에 위치된 침지액의 얇은층을 통과한다. 침지 동작 중에, 이미지측 개구수(NA > 1)가 가능하다. 건조 렌즈로서 구성이 또한 가능하고, 이 경우에 이미지측 개구수는 값 NA < 1로 제한된다. 고분해능 투영 렌즈에 대해 통상적인 이들 조건 하에서, 비교적 큰 개구수를 갖는, 예를 들어 0.15 초과 또는 0.2 초과 또는 0.3 초과의 값을 갖는 투영 방사선이 투영 렌즈의 일부 또는 전체 필드 평면(물체 평면, 이미지 평면, 가능하게는 하나 또는 복수의 중간 이미지 평면)의 영역 내에 존재한다.
도 1에 도시된 투영 렌즈(PO)는 제1 순수 굴절 렌즈부, 오목 미러(CM)를 포함하는 제2 반사 굴절 렌즈부, 및 제3 순수 굴절 렌즈부를 갖는 반사 굴절 투영 렌즈이다. 제2 렌즈부는 편향 디바이스를 갖는데, 이 편향 디바이스는 프리즘의 방식으로 구체화되고, 물체 평면(OS)으로부터 오목 미러(CM)로 오는 투영 방사선을 반사하기 위한 제1 평면 편향 미러(FM1), 및 제1 편향 미러(FM1)에 관하여 직각으로 정렬되고 이미지 평면(IS)의 방향에서 오목 미러(CM)에 의해 반사된 투영 방사선을 편향하는 제2 편향 미러(FM2)를 갖는다. 상응하는 기본 구성을 갖는 유침 렌즈가 예를 들어, 국제 특허 출원 WO 2004/019128 A2호에 개시되어 있다. 침지 동작 중에, 이미지측 개구수(NA > 1)가 가능하다. 건조 렌즈로서 구성이 또한 가능하고, 이 경우에 이미지측 개구수는 값 NA < 1로 제한된다.
투영 렌즈 또는 투영 노광 장치는 파면 조작 시스템(WFM)의 광학 효과가 제어 신호에 의해 가변적으로 설정될 수 있는 개념에서, 물체 평면(OS)으로부터 이미지 평면(IS)으로 전파하는 투영 방사선의 파면을 동적으로 변경하기 위해 구성된 광학 파면 조작 시스템(WFM)을 구비한다. 예시적인 실시예의 파면 조작 시스템(WFM)은 투영 빔 경로 내의 투영 렌즈(PO)의 물체 평면(OS)에 직접 근접하여 배열되고 그 표면 형태(SF)가 작동 디바이스(DR)의 보조에 의해 가역적으로 변화될 수 있는 광학 요소(OE)를 갖는 광학 매니퓰레이터(MAN)를 갖는다.
추가의 설명을 위해, 도 2a는 x-z 평면에서 광학 매니퓰레이터(MAN)를 통한 개략 종단면도를 도시하고 있다. 광학 매니퓰레이터(MAN)는 투영 방사선에 투명한 재료로 구성된, 예를 들어 합성 용융 실리카로 구성된 플레이트형 광학 요소(OE)를 갖는다. 도시된 예에서, 광학 요소(OE)는 평면 플레이트로서 구체화되고, 대략 2 mm 내지 3 mm의 두께를 갖는다. 작동 디바이스의 작용이 없는 평면인 광학 요소(OE)의 표면 형태(SF)는 도 2a에 도시된 파형 표면 형태(SF)로 작동 디바이스(DR)의 작용에 의해 변화된다. 파형 표면 형태(SF)를 발생시키기 위해, 액추에이터 디바이스(DR)는 서로 독립적으로 구동 가능하고 도 2b에 원의 형태로 간단한 방식으로 도시되어 있는 복수의 액추에이터(AK)를 포함한다.
액추에이터(AK)는 도 2b에 도시된 광학적으로 사용된 영역(FP)의 외부의 광학 요소(OE) 상에 결합하고, 상기 광학적으로 사용된 영역의 외부 경계는 도 2a에 점선에 의해 표현되어 있다. 광학적으로 사용된 영역(FP)은 유효 물체 필드(OF)로부터 오는 광선에 의해 조명된다. 광학적으로 사용된 영역(FP)은 또한 "푸트프린트"라 지칭된다. OE는 물체 필드(OF)에 근접하여 배열되기 때문에, 투영 방사선에 의해 사용된 광학 영역(FP)은 실질적으로 조명된 물체 필드(OF)의 직사각형 형태를 갖고, 코너 영역은 다소 라운딩되어 있다.
액추에이터(AK)는 투영 방사선이 액추에이터(AK)에서 산란되거나 반사되는 것을 방지하기 위해 광학적으로 사용된 영역(FP) 외부에 배열된다. 액추에이터(AK)는 플레이트형 광학 요소가 굴곡될 수 있고 표면 형태(SF)가 규정된 방식으로 파형 형태로 유도될 수 있는 이러한 방식으로 플레이트형 광학 요소(OE) 상에 결합한다. 이 경우, z-방향에 평행하게 측정된 파의 "진폭", 즉 z-방향에서 광학 요소(OE)의 편향 및 x-방향에서 측정된 인접한 파 마루들 사이의 거리, 즉 파 패턴의 주기 또는 파장의 모두는 상이한 값으로 설정될 수 있다. 본 예의 경우, 정현파 프로파일이 x-방향에서 설정된다.
도 2b는 이 방향에서 광학 요소(OE)의 표면 형태가 복수의 극대값(도 2a에 파 마루에 의해 그리고 도 2b에 "+" 부호에 의해 표현되어 있음) 및 복수의 개재하는 극소값(도 2a에 파 골에 의해 그리고 도 2b에 "-" 부호에 의해 표현되어 있음)을 갖는 것을 개략적으로 도시하고 있다. 도 2b에 도시되어 있는 액추에이터(AK)의 배열은 단지 예일 뿐이고, 액추에이터(AK)는 또한 원하는 방식으로 광학 요소(OE)를 굴곡하기 위해 광학적으로 사용된 영역(FP) 주위에 상이한 방식으로 배열될 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.
광학 요소(OE) 상에 작용하기 위해, 액추에이터(AK)는 도 3a 내지 도 3d에 도시되어 있는 푸트(F)를 각각 갖는다. 그 하단부에서, 푸트(F)는 푸트(F)에 향하는 광학 요소(OE)의 제1 표면(O1)으로의 접속을 위해 기능하는 접촉 영역(K)을 갖는다. 예를 들어, 압전 소자를 위해 구체화될 수 있는 액추에이터(AK)의 작동 요소는 광학 요소(OE)의 표면(O1)으로부터 이격하여 향하는 그 단부에서 푸트(F) 상에 결합한다. 도 3a 내지 도 3d에서 식별될 수 있는 바와 같이, 푸트(F)의 상부 부분 영역 내에서 푸트(F) 상에 인가된 힘은 측방향에서 힘 성분을 갖기 때문에 푸트(F)는 레버로서 작용한다.
도 3a에 도시된 예에서, 푸트(F)는 광학 요소(OE)의 표면(O1)에 접착식으로 결합되는데, 즉 접착층(10)이 접촉 영역(K)과 표면(O1) 사이에 도입되고, 도시된 예에서 상기 접착층은 광학 요소(OE)로부터 UV 파장 범위 내의 미방사선(stray radiation)으로부터 접착층(10)을 보호하기 위한 보호층(11)에 도포되어 있다. 보호층(11)은 UV 파장 범위 내의 방사선에 비투과성인 재료로 이루어진다.
도 3a의 화살표에 의해 시각화된 힘이 푸트(F) 상에 작용하면, 인장 응력이 푸트(F)로부터 광학 요소(OE)의 재료에 투과되는데, 이 인장 응력은 작용 영역(IA) 내에 최대값을 취하고, 이 작용 영역은 도시된 예에서 접촉 영역(K)에 의해 또는 접착층(10)에 의해 덮여진 광학 요소(OE)의 표면(O1)에서 그 영역에 부분적으로 중첩한다. 작용 영역(IA)은 측방향 힘의 유효 방향에 대해 푸트(F)의 대향측에 형성된다. 푸트(F)에서 결합하는 액추에이터(AK)의 힘의 유효 방향은 통상적으로 x-y 평면 내에서 실제로 임의로 변동될 수 있기 때문에, 최대 인장 응력이 광학 요소(OE) 내에 발생하는 작용 영역(IA)은 통상적으로 접촉 영역(K) 주위에 링형 방식으로 연장한다.
인장 응력을 접착층(10)으로부터 이격하여 전환하기 위해, 도 3b에 도시된 광학 요소(OE)의 경우, 푸트(F) 또는 그 접촉 영역(K)은 광학 요소(OE)의 표면(O1) 내로 밀링된 환형 홈(N)에 의해 둘러싸인다. 이 경우, 작용 영역(IA)은 홈(N) 내에 형성되는데, 즉 레버로서 기능하는 푸트(F)의 편향 중에 최대 인장 응력이 홈(N) 내에 발생한다.
도 3c는 광학 요소(OE)의 표면(O1)에 푸트(F)를 고정하기 위한 다른 가능성을 도시하고 있는데, 보어는 광학 요소(OE) 내에 도입되어 있고, 이 보어를 통해 나사(12)가 삽입되고, 상기 나사는 푸트(F) 내에 형성된 내부 나사산에 나사 결합된다. 각각의 심(13, 14)이 광학 요소(OE)의 제1 표면(O1)과 푸트(F) 사이에 그리고 광학 요소(OE)의 제2 표면(O2)과 나사(12)의 헤드 사이에 도입된다.
도 3d에 도시된 푸트(F)의 경우, 금속화층(15)이 땜납(16)에 의해 그 위에 푸트(F)를 납땜하거나 용접하기 위해 광학 요소(OE)의 표면(O1)에 도포된다. 도 3a 내지 도 3d에 도시된 예의 대안으로서, 액추에이터(AK) 또는 그 푸트(F)는 또한 광학 요소(OE)의 상호 대향하는 표면(O1, O2)의 모두 상에 결합할 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.
도 3a 내지 도 3d에 도시된 모든 경우, 전단에 대한 접속 저항이 광학 요소(OE)의 굽힘을 가능하게 하기 위해 푸트(F)와 광학 요소(OE) 사이에 생성된다. 광학 요소(OE)의 굽힘 중에, 인장 응력이 푸트(F)의 접촉 영역(K)의 부근에서 작용 영역(IA) 내에 도입되고, 이 인장 응력은 1 MPa 초과, 적절하면 10 MPa 초과 또는 그 이상일 수 있다. 광학 요소(OE)의 용융 실리카 재료의 인장 강도는 정적 부하에 대해 대략 50 MPa 내지 60 MPa이다.
투영 노광 장치(WSC)의 중앙 제어 디바이스(CU)는 실시간으로 파장 수차를 보정하기 위해 투영 노광 장치(WSC)의 노광 동작 중에 광학 매니퓰레이터(MAN)의 작동 디바이스(DR) 상에 연속적으로 작용하여, 광학 요소(OE)의 인장 및 압축 부하가 빈번하게 크게 변동하게 된다. 따라서, 광학 요소(OE) 내의 균열 또는 틈의 형성이 그 계획된 수명이 도달하기 전에 발생할 수 있다.
광학 요소(OE)의 용융 실리카 재료는 압축 응력에 상당히 불감하기 때문에, 광학 요소(OE)의 수명을 연장하기 위해, 광학 요소(OE) 내에 압축 응력의 형태의 예비응력을 도입하는 것이 제안되고, 이 예비응력은 액추에이터(AK)의 푸트(F)의 피벗 이동에 의해 유도된 인장 응력에 반작용하여, 광학 요소(OE)의 재료가 항상 압축 부하를 받게 되고 또는 적어도 광학 요소(OE)의 재료 내의 인장 응력이 반작용 압축 응력에 의해 감소될 수 있게 된다. 이 목적을 위해 적합한 압축 응력은 여기서 1 MPa 초과, 바람직하게는 100 MPa 초과, 특히 500 MPa 초과이다.
광학 요소(OE) 내의 이 정도의 크기의 압축 응력을 발생시키기 위해, 외부 압축 응력은 도 2b에 예로서 도시된 바와 같이, 플레이트형 광학 요소(OE)를 포위하는 인장 디바이스(MO)에 의해 발생될 수 있다. 인장 디바이스(MO)는 광학 요소(OE)의 외부 에지 상에 수축 장착된 원주방향 금속 장착부로서 구체화된다. 인장 디바이스(MO)는 실질적으로 광학 요소(OE)의 2개의 주축(x 및 y)을 따라 압축 응력을 도입한다. 기계적 인장 디바이스(MO)는 통상적으로 광학 요소(OE) 내로 복수의 MPa의 크기의 정도의 압축 응력을 도입할 수 있어, 액추에이터(AK)에 의해 도입된 동일한 크기의 정도의 인장 응력이 보상될 수 있게 된다.
도 4a 내지 도 4f에 도시된 광학 요소(OE)의 경우, 압축 응력을 발생시키기 위해, 각각의 인장 응력이 광학 요소(OE)에 인가되는 적어도 하나의 인장층에 의해 광학 요소(OE)의 적어도 하나의 표면(O1, O2) 상에 인가되어, 광학 요소(OE)의 하위에 놓인 유리 재료가 압축 응력을 받게 된다. 광학 요소(OE)의 표면(O1, O2)에서 인장 응력을 발생시키기 위해, 광학 요소(OE)의 재료(열팽창 계수 CTE1을 가짐)보다 높은 열팽창 계수(CTE2)를 갖는 재료를 사용하는 것이 가능한데, 즉 CTE2 > CTE1이 성립한다.
도 4a에 도시된 예의 경우, 인장 응력은 광학 요소(OE)의 각각의 표면(O1, O2)에 도포된 코팅(17, 18)에 의해 발생된다. 코팅(17, 18)을 도포하기 위해, 광학 요소(OE)는 통상적으로 가열되고, 코팅 재료는 각각의 표면(O1, O2) 상에 기상 증착되거나 또는 적절하면 이온빔에 의해 보조된 방식으로 스퍼터링에 의해 광학 요소(OE)에 도포된다. 코팅(17, 18)의 그리고 기판으로서 기능하는 광학 요소(OE)의 냉각 후에, 코팅(17, 18)은 더 높은 열팽창 계수(CTE2) 때문에 광학 요소(OE)의 재료보다 더 큰 정도로 수축하여, 코팅(17, 18)이 인장 응력(도 4a에 화살표에 의해 지시됨)을 발생시키는데 이는 광학 요소(OE)의 재료 내에 반대 압축 응력(S)을 생성하게 된다. 코팅 온도가 대략 300℃ 내지 500℃의 범위에 있으면, 코팅 프로세스는 수소에 의해 광학 요소(OE)의 가능하게 요구되는 로딩 전에 수행되어야 한다.
도 4a에 예로서 2개의 층(측 마다)으로 이루어지지만 또한 더 많은 층 또는 단지 하나의 층만으로 이루어질 수 있는 코팅(17, 18)을 위한 층 재료로서, 광학적으로 사용된 영역(FP) 내에를 포함하여 도 4a에 도시된 전체 영역 도포의 경우, UV 파장 범위 내의 사용된 방사선에 대해 투명한 재료가 사용되어야 하는데, 예를 들어 193 nm에서 방사선에 투명하며 최대 400 MPa의 층 응력을 발생시키는데 사용될 수 있는 MgF2 및 LaF3와 같은 금속 플루오라이드이며, 이는 수 MPa의 인장 응력의 변화하는 부하의 견지에서 충분하고도 남는다. Al2O3 및 HfO2와 같은 금속 산화물은 또한 248 nm에서, 적절하게는 또한 193 nm에서 충분히 투명하다.
도 4a에서, 코팅(17)이 광학 요소(OE)의 상측면(O1)에 도포되고, 코팅(18)이 광학 요소(OE)의 하측면(O2)에 또한 도포되지만, 액추에이터(AK) 또는 푸트(F)는 단지 광학 요소(OE)의 상측면(O1)에만 결합한다. 하측면(O2) 상의 코팅(18)은 일 측에 도포된 코팅(17)의 인장 응력 하에서 플레이트의 변형을 회피하는 역할을 한다. 그러나, 적절하면, 각각의 결합 레버 또는 푸트(F)의 표면(O1) 상에만 도포된 코팅(17)이 충분하다는 것은 말할 필요도 없다. 광학적으로 사용된 영역(FP) 내에를 포함하여 투과성 광학 요소(OE)의 긴장된 코팅(17, 18)의 경우, 도 4a에 도시된 바와 같이, 비스듬히 통과시에 광선이 각각의 경우에 이들의 주요 광 방향에 관하여 횡단하여 동일한 응력 성분을 지각하게 하기 위해, 각각의 경우에 동일한 크기로 긴장된 코팅(17, 18)으로 양측으로부터 균질하게 플레이트형 광학 요소(OE)를 코팅하는 것이 유리하다.
도 4b는 광학 요소(OE)의 광학적으로 사용된 영역(FP) 외부에서만, 즉 도 2b에 도시된 프레임형 영역에서 전체 영역에 걸쳐 도포된 코팅(17, 18)의 변형예를 도시하고 있다. 코팅(17, 18)은 따라서 광학 요소(OE)의 광학적으로 사용된 영역(FP)을 둘러싸고, 예를 들어 코팅 중에 광학적으로 사용된 영역(FP) 내에 덮여 있는 광학 요소(OE)에 의해 생성될 수 있다. 광학적으로 사용된 영역(FP) 외부의 코팅(17, 18)의 링형 도포의 결과로서, 투영 노광 장치(WSC)의 사용된 방사선에 불투명한 코팅 재료, 예를 들어 금속 또는 세라믹 재료를 사용하는 것이 또한 가능하다. 더욱이, 광학적으로 사용된 영역(FP)은 복굴절을 야기할 수도 있는 코팅(17, 18)으로부터 발생하는 응력이 없이 유지될 수 있다.
광학적으로 사용된 영역(FP) 상의 부하는 코팅(17)이 도 4c에 도시된 바와 같이, 각각의 푸트(F)의 접촉 영역(K)의 영역에서 아일랜드형 방식으로 도포되면 심지어 더 완화될 수 있다. 각각의 푸트(F) 또는 접촉 영역이 링형상의 원주방향 홈(N)에 의해 둘러싸이면, 홈(N) 내에서만, 적절하게는 도 4d에 도시된 바와 같이 홈(N)에 인접한 평면 표면 영역 내에만 코팅(17)을 도포하는 것이 충분할 수도 있다.
일 측에 코팅을 도포하는 것은 도 4e에 도시된 바와 같이, 미러의 형태의 각각의 광학 요소(OE)의 경우에 특히 가능하다. 반사 광학 요소(OE)는 예를 들어, 도 1에 도시된 투영 렌즈(PO)의 오목 미러(CM)일 수 있다. 도 4e에서 식별될 수 있는 바와 같이, 광학 요소(OE)는 이 경우, 예를 들어 용융 실리카로부터 또는 티타늄 도핑된 용융 실리카로부터 형성될 수 있는 기판을 갖는다. 플레이트형 광학 요소(OE)는, 예를 들어 하나 또는 복수의 금속 플루오라이드 또는 금속 산화물을 포함할 수 있는 반사 증폭 코팅(17)이 그에 도포되어 있는 금속 코팅(18)을 갖는다. 도시된 예에서, 금속 코팅(18)은 금속 코팅(18)이 인장층으로서 작용하도록, 광학 요소(OE)의 재료보다 큰 열팽창 계수(CTE2)를 갖는다.
광학 요소(OE)의 재료의 것보다 높은 열팽창 계수(CTE2)를 갖는 바디 또는 층(19)을 사용하여 압축 응력을 발생시키기 위한 다른 가능성이 도 4f에 도시되어 있다. 광학 요소(OE)의 것과는 상이한 재료로 구성된, 예를 들어 유리 또는 유리 세라믹으로 구성된 층(19) 또는 플레이트형 바디는 예를 들어, 광학 요소(OE)의 연삭된, 랩핑된 또는 연마된 표면(O1) 상에 상승된 온도에서 도포되는데, 예를 들어 접합되거나 융착된다. 바디는 용융 실리카보다 상당히 낮은 융점을 갖고 용융 실리카의 유리 천이 온도 미만의 기계적으로 고정된(고온 접합) 접속부 내로 진입하는 실리케이트 유리일 수 있다.
특정 알칼리성 용액에 의해, 기계적으로 고정된 접속부가 수 100℃의 온도에서(저온 접합) 또는 유리 페이스트에 의해("프릿 접합") 미리 생성될 수 있다. 더 높은 열팽창 계수를 갖는 층(19)은 적절하면 레이저를 사용하는 조사에 의해 국부적으로 융착된 유리 분말에 의해 또한 생성될 수 있다.
상기 제시된 모든 경우, 층(19)은 접속부를 생성할 때 전통적인 코팅의 경우에서보다 상당히 더 두껍다. 따라서, 예를 들어, 일반적으로 융착 또는 접합층(19)이 접속부의 생성 후에 연삭 또는 연마에 의해 얇아질 필요가 있다. 링 홈(N)이 액추에이터(AK)의 접촉 영역(K) 주위에서 광학 요소(OE) 상에 형성되면, 예를 들어 상이한 유리의 층이 기판으로서 기능하는 광학 요소(OE)의 재료 내로 융착될 수 있고 이어서 링 홈(N)을 재차 생성하기 위해 밀링 가공에 의해 제거될 수 있다.
1 MPa 초과 1000 MPa까지의 압축 응력을 발생시키기 위한 다른 가능성은 이온, 특히 금속 이온을 광학 요소(OE)의 재료의 유리 매트릭스 내로 혼입하는 것으로 이루어진다. 예를 들어, Ti와 같은 4가 금속 뿐만 아니라, 또한 예를 들어, Na 및 Cu와 같은 상이한 원자가를 갖는 금속이 충분히 고온에서 유리 내로 확산할 수 있고 거기에 혼입될 수 있다. 도 5a는 특히 통상적으로 대략 1 ㎛ 내지 1 mm의 두께(d)를 갖는 근저 표면 체적 영역에서, 예를 들어 200℃ 초과의 충분히 고온에서 광학 요소(OE)의 재료 내로 내부 확산하는 금속 이온(M+) 또는 금속 증기(M)를 제공하는 것을 수반하는 이러한 주입 프로세스를 도시하고 있다. 고온 및 저온은 예를 들어, 수은의 경우에서와 같이, 금속이 높은 증기압을 가질 때를 제외하고는, 대부분의 금속의 주입을 위해 사용된다.
유리 매트릭스 내에 공유 결합된 대부분의 금속 이온 또는 금속 원자는 용융 실리카 내의 UV 파장 범위 내에 높은 흡수를 생성하여, 도 5a에 도시된 광학 요소(OE)의 경우, 금속 이온의 내부 확산에 대해 광학적으로 사용된 영역(FP)을 보호할 필요가 있게 된다. 도 5a에서, 이는 광학 요소(OE)의 표면(O1, O2) 상에 배치되는 각각의 플레이트(20a, 20b)에 의해 성취되고, 이들 플레이트는 광학 요소(OE)와 동일한 재료로부터 또는 확산이 광학 요소(OE)의 재료에서보다 더 느리게 진행하는 상이한 재료로부터 형성된다. 플레이트(20a, 20b)는 전체 영역에 걸쳐 광학적으로 사용된 영역(FP)을 덮도록 치수 설정된다.
금속 이온의 내부 확산에 대해 광학적으로 사용된 영역을 보호하기 위한 다른 가능성이 광학 요소(OE)를 생성하기 위한 블랭크(R)를 도시하는 도 5b에 도시되어 있고, 상기 블랭크는 금속 이온(M+)이 광학적으로 사용된 영역 내로 침투하는 것이 가능하지 않게 하기 위해 광학적으로 사용된 영역(FP)을 둘러싸는 보호 비드(20a, 20b)를 갖는다. 금속 이온으로 로딩 후에, 보호 비드(20a, 20b)는 플레이트형 광학 요소(OE)를 생성하기 위해 제거된다.
도핑 처리가 300℃ 초과 내지 500℃에서 수행되면, 수소에 의한 광학 요소(OE)의 재료의 로딩이 단지 도핑 후에만 수행된다. 예를 들어, 알루미늄 이온과 같은, 용융 실리카 내의 흡수의 적당한 증가를 생성하지 않는 이온이 주입되면, 마스킹은 일반적으로 생략될 수 있다. 광학적으로 사용된 영역(FP)을 보호하기 위한 수단은, 예를 들어 용융 실리카, 티타늄 도핑된 용융 실리카, 유리 세라믹 또는 세라믹으로 구성된 미러의 형태의 광학 요소의 경우에 일반적으로 요구되지 않는다는 것은 말할 필요도 없다.
도 5a, 도 5b에 도시된 바와 같은 광학 요소(OE)의 재료 내로 기상으로부터 금속 이온의 내부 확산에 대한 대안으로서, 이온 교환 방법에서 광학 요소(OE) 내로 금속 이온을 혼입하는 것이 또한 가능하다. 이 경우, 내부 확산은 유리 재료 내에 존재하는 이온보다 큰 이온을 갖는 염의 고온 용융물 내로 침지되는 광학 요소(OE)에 의해 수행된다. 유리 재료 내에 존재하는 더 작은 이온은 염 용융물의 더 큰 이온에 대해 교환된다. 더 큰 이온은 광학 요소(OE)의 근저 표면 체적 영역 내에 압축 응력을 발생시키고, 수 10 ㎛이 이미 하나 초과의 크기의 정도만큼 유리의 인장 강도를 증가시키기에 충분하다.
도 5c는 근저 표면 체적 영역(V1) 내에 이온을 주입하기 위해 광학 요소(OE)의 표면(O1) 상에 방사된 이온빔(22)을 발생시키기 위해 이온 표면(21)을 사용하는 것을 수반하는, 광학 요소(OE)의 재료 내로의 이온 주입을 위한 다른 가능성을 도시하고 있다. 이온 주입은 약간 더 높은 온도의 실온에서 수행될 수 있다. 근저 표면 체적 영역(V1)의 침투 깊이 또는 두께(d) 및 농도 프로파일은 이온 및 가속 전압의 선택에 의해 제어될 수 있다. 더욱이, 측방향 도핑 프로파일은 좁게 경계 한정된 이온빔(22)의 사용에 의해 제어될 수 있어, 광학적으로 사용된 영역(FP)의 유효 마스킹이 상당히 간단한 방식으로 수행될 수 있게 된다. 도 5c에 도시된 도핑은 일반적으로 임의의 유형의 입자빔에 의해 그리고 또한 비금속에 의해 수행될 수 있다.
광학 요소(OE) 내에 압축 응력을 발생시키기 위한 다른 가능성은 광학 요소(OE) 내로 가스를 내부 확산하는 것으로 이루어진다. 가스는 용융 실리카 내에서 분자적으로 용해되는데, 즉 가스 원자 또는 분자는 "사이공간 부위"에 혼입된다. 용융 실리카 재료 내의 압축 응력은 특히 용융 실리카 재료가 희가스로, 예를 들어 헬륨(도 5d 참조)으로 그리고/또는 질소로 로딩되는 것에 의해 생성될 수 있다. 가스는 통상적으로 예를 들어 500℃ 초과의 높은 로딩 온도(T)에서 그리고 일반적으로 대기압에 대해 증가된 압력 하에서 광학 요소(OE) 내로 도입된다. 전술된 가스는 실온에서 분자 수소보다 더 느리게 확산하여, 광학 요소(OE)의 수명에 걸친 외부 확산이 광학 요소(OE) 내로의 분자 수소의 혼입의 경우에서보다 낮게 된다. 더욱이, 질소 및/또는 희가스에 의해, 유리가 손상되지 않고, 예를 들어 근저 표면 체적 영역(V1) 내에 1× 1016 분자/cm3 초과, 5× 1016 분자/cm3 초과 또는 1× 1018 분자/cm3 초과의 높은 농도를 혼입하는 것이 가능하다. 내부 확산된 가스의 높은 농도는 근저 표면 체적 영역(V1) 내에 높은 압축 응력을 유도한다. 예를 들어, 액추에이터(AK)의 작용 영역에서만 압축 응력을 발생시키기 위한 농도의 그리고 스트레인의 측방향 제어는 광학 요소(OE)가 생성되는 블랭크(R)의 또는 광학 요소(OE)의 마스킹 또는 예비 윤곽 형성에 의해 수행될 수 있다(이와 관련하여, 도 5a, 도 5b 참조). 예비 윤곽 형성은 일반적으로 상승된 압력 및 온도에서 더 유리하다.
광학 요소(OE) 내에 압축 응력을 발생시키기 위해, 광학 요소(OE)의 체적(V2)의 나머지의 밀도(D2)로부터 벗어나는 밀도(D1)를 근저 표면 체적 영역(V1)에 생성하고, 또는 광학 요소(OE) 내에 밀도 구배를 생성하는 것이 또한 가능하다.
근저 표면 체적 영역(V1)에서의 밀도(D1)는 광학 요소(OE)의 체적(V2)의 나머지에서의 밀도(D2)보다 작을 수 있다. 이는 예를 들어, 밀도 구배가 열처리에 의해 생성되면, 즉 유리가 천이 온도(TG) 미만의 그리고 더 낮은 이완 온도 바로 초과의 온도로 가열되고 며칠 또는 몇주 동안 이 온도에서 유지되면 해당한다. 유리는 이어서 그 위에 송풍되는 가스에 의해, 또는 액체, 예를 들어 얼음물 또는 액체 질소 내의 침지에 의해 켄칭된다. 유리의 표면 또는 근저 표면 체적 영역(V1)은 광학 요소(OE)의 체적(V2)의 나머지보다 더 급속하게 냉각하기 때문에, 유리는 근저 표면 체적 영역(V1)에서 냉각 후에 더 낮은 밀도를 갖고, 따라서 더 큰 체적으로 점유할 가능성이 있고, 따라서 광학 요소(OE)의 표면(O1, O2)을 압축 응력 하에 배치한다.
도 6a는 특히 근저 표면 체적 영역(V1)에서 치밀화되는 유리 재료에 의해, 체적(V2)의 나머지에서 밀도(D2)에 대해 근저 표면 체적 영역(V1)에서의 밀도(D1)를 변경하기 위한 다른 가능성을 도시하고 있다. 이 목적으로, 광학 요소(OE)는 통상적으로 1 체적 % 초과, 적절하면 2 체적 % 초과 또는 3 체적 % 초과의 유리 재료의 영구 치밀화를 생성하기 위해, 방사선 소스(25)에 의해 발생된 x선 빔(24)에 의해 폭격된다. 치밀화된 체적 영역(V1)의 침투 깊이 또는 두께(d)는 극히 작고 대략 10 nm 미만이어서, 예를 들어 상기 체적 영역은 인장층으로서 작용하고 하위에 놓인(비-근저 표면) 체적 영역(V2)의 압축, 즉 압축 응력을 발생시키게 된다. 10 nm는 용융 실리카 내로 또는 티타늄 도핑된 용융 실리카 내로의 연성 x선 방사선의 통상의 침투 깊이이다. x선 빔(24)의 사용의 대안으로서, 다른 고에너지 방사선이 또한 치밀화를 위해 사용될 수 있고, 더 짧은 파장이 용융 실리카 재료 내로 덜 깊이 침투한다. 필수적인 것은 표면(O1)에 근접하여, 원하는 압축 응력을 생성하는 스트레인이 근저 표면 체적 영역(V1)과 광학 요소(OE)의 체적(V2)의 나머지 사이에서 발생한다는 것이다.
광학 요소(OE)의 재료의 조밀화 또는 치밀화는 특히 액추에이터(AK)의 접촉 영역(K) 주위의 아일랜드형 표면 영역에서 유리하다. 이 방법은 또한 링형 방식으로 접촉 영역(K)을 둘러싸는 홈(N)의 표면을 경화하기 위해 유리한 것으로 입증되었다. 도 6b는 전자총(25)에 의해 발생된 전자빔(26)에 의한 링형 홈(N)의 영역에서의 이러한 치밀화를 도시하고 있다. 전자빔(26)에 의해서도, 예를 들어 10 nm 미만의 매우 작은 두께(d)를 갖는 근저 표면 체적 영역(V1)은 인장층으로서 작용하도록 그리고 광학 요소(OE)의 체적(V2)의 하위에 놓인 나머지 상에 압축 응력을 인가하도록 치밀화될 수 있다.
압축 응력을 발생시키기 위한 다른 가능성은 레이저 소스(27)에 의해 발생된 UV 방사선(28)에 의한 예비 조사를 광학 요소(OE)에 실시하는 것으로 이루어진다, 도 6c 참조. 이 경우, 적어도 근저 표면 체적 영역(V1)에서 광학 요소(OE)의 용융 실리카 재료는 700 ppm(중량부) 초과의 OH 함량 및 5×1017 분자/cm3 초과의 수소 함량을 갖는다. 이러한 용융 실리카는 저에너지 밀도를 갖는 UV 레이저광으로의 조사 중에, 팽윤, 소위 희박을 향한 경향이 있다.
광학 요소(OE)의 체적(V2)의 나머지에서 밀도(D2)에 대한 근저 표면 체적 영역(V1)에서의 밀도(D1)의 감소는 원하는 압축 응력을 발생시키는 스트레인을 생성한다. 도시된 예에서, 경화는 적어도 작용 영역에서, 즉 최고 응력의 영역에서 예비 조사에 의해 수행될 수 있고, 후경화가 광학 요소(OE)의 동작 중에 UV 파장 범위 내의 사용된 파장에서 미광에 의해 수행된다. 티타늄 도핑된 용융 실리카는 Corning으로부터의 ULE®와 같이 직접적인 증착에서 생성되면, 희박화를 위해 적합한 조성을 또한 갖는데, 그 결과 예를 들어 이 재료로 구성된 미러는 전술된 방식으로 마찬가지로 경화될 수 있다.
도 7a, 도 7b는 레이저 어닐링 또는 레이저 연마에 의해 광학 요소(OE) 내에 압축 응력을 발생시키기 위한 다른 가능성을 도시하고 있다. 도 7a에 도시된 예에서, 도시된 예에서 레이저 소스(29)에 의해 발생된 레이저빔(30)이 사용되고, 상기 레이저 소스는 대략 1 ㎛의 파장에서 방사선을 발생한다. 이 파장에서 레이저 방사선(30)은 단지 광학 요소(OE)의 용융 실리카에 의해서만 약하게 흡수되기 때문에, 흡수층(31)이 광학 요소(OE)에 도포된다(일시적으로). 레이저 열처리의 종료 후에, 흡수층(31)은 광학 요소(OE)로부터 재차 제거된다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 바람직하게는 광학 요소(OE)의 표면(O1)의 아일랜드형 부분 영역은 레이저빔(30)에 의해 레이저 어닐링을 받게 되고, 이 부분 영역은 액추에이터(AK)의 푸트(F)의 접촉 영역(K)의 크기에 대략적으로 대응한다. 흡수층(31)을 도포하는 것의 대안으로서, 레이저 어닐링에 대해, 광학 요소(OE)의 용융 실리카 재료에 의해 즉시 흡수되는 파장을 갖는 레이저 방사선(30), 예를 들어 3500 nm 초과의 파장에서의 레이저 방사선, 또는 짧은(ps 또는 fs) 광 펄스의 경우, 근 UV 파장 범위의 레이저 방사선을 사용하는 것이 또한 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.
레이저 방사선(30)에 의해 가열된 근저 표면 체적 영역(V1)의 냉각은 표면(O1)으로부터의 방출에 의해 수 나노초 이내에 발생하는데, 즉 펄스 사이에 수 ns의 최대 펄스 주기 및 충분한 일시정지를 갖는 펄스화된 광원(LS)의 경우, 냉각이 펄스 사이에 발생한다. 용융 실리카 재료는 1000℃ 초과로 가열되는 영역에서만 국부적으로 경화되기 때문에, 수 ㎛의 두께(d)를 갖는 얇은 근저 표면 체적 영역(V1) 내에서만, 즉 통상적으로 대략 2 내지 3 mm의 광학 요소(OE)의 총 두께(D)와 비교하여 상당히 더 작은 것으로 판명되는 두께(d)에 걸쳐 적합한 펄스 주기가 제공되면, 조사 영역의 거시적 가열에도 불구하고 경화가 발생한다. 어떠한 흡수층(31)도 존재하지 않으면, 두께(d)의 침투 깊이는 펄스 주기에 의해서 뿐만 아니라 또한 파장의 선택에 의해서 제어될 수 있다.
도 7b는 용융 실리카 재료의 표면(O1)이 1000℃ 초과로, 즉 천이 온도(TG) 초과의 온도로 가열되고 따라서 국부적으로 용융하도록 설정되는 레이저빔(30)을 도시하고 있다. 그 결과, 깊이 손상, 연삭 또는 연마 결함 등을 어닐링하는 것이 가능한데, 이는 균열 성장 또는 노치 응력에 기인하는 표면(O1)의 강도를 감소시킬 수도 있다. 근저 표면 체적 영역(V1)은 매우 얇기 때문에, 상기에 또한 설명된 방법에서와 같이, 그 결과는 근저 표면 체적 영역(V1)과 광학 요소(OE)의 체적(V2)의 나머지 사이에 또는 내에서의, 스트레인 및 이에 따른 압축 응력의 형성이다. 레이저 연마는 링형 홈(N)을 경화하기 위해 특히 적합한데, 이 홈의 깊이 손상은 레이저 연마에 의해 감소될 수 있다. 깊이 손상이 개선될 수 있거나 홈(N) 내의 균열 성장을 향한 경향이 충분히 감소될 수 있으면, 링 홈(N)의 레이저 연마는 적절하면, 광학 요소(OE) 내로의 1 MPa 초과의 압축 응력의 도입을 생략하는 것이 가능하다.
압축 응력이 광학 요소(OE) 내로 도입되는 상기에 또한 설명된 절차에 대안으로서 또는 부가적으로, 광학 요소(OE)의 수명이 또한 액추에이터(AK)에 의해 광학 요소(OE) 내로의 인장 응력의 감소에 의해 또한 증가될 수 있다. 이 목적으로, 그에 의해 각각의 액추에이터(AK)가 광학 요소(OE) 상에 결합하는 푸트(F) 또는 푸트(F)와 광학 요소(OE) 사이의 접속부가 적합한 방식으로 설계될 수 있다.
도 8a는 종방향 섹션에서 실질적으로 직사각형이고 푸트(F)의 나머지에 대해 불연속적으로 확장되는 부분(32)을 광학 요소(OE)에 향하는 그 단부에 갖는 통상의 푸트(F)를 도시하고 있다. 푸트(F)는 통상적으로 알루미늄, 강 또는 고강도 세라믹으로부터 형성되고, 접착층(10)에 의해, OE의 용융 실리카 재료에 충분히 전단 저항성 접속부를 형성하는데, 즉 푸트(F)는 전술된 대부분의 재료가 광학 요소(OE)의 용융 실리카 재료보다 더 높은 피로 강도를 갖기 때문에, 증가된 강도를 갖는 복합 재료를 형성한다. 그러나, 증가된 강도의 영역은 접촉 영역(K)에 의해 덮여진 광학 요소(OE)의 그 표면 영역에 제한된다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 최대 인장 응력이 발생하는 작용 영역(IA)은 강도가 증가되지 않는 푸트(F)에 의해 덮여진 표면(O1)의 부분 영역 외부에 형성된다.
도 8b에 도시된 푸트(F)의 경우, 푸트(F)의 두께(T)는 광학 요소(OE)의 표면(O1)으로부터 또는 접촉 영역(K)으로부터 증가하는 거리(DI1)에 따라 연속적으로 증가하는데, 즉 중심축(33)에 관하여 회전 대칭적으로 구체화된 푸트(F)는 두께(T)에 의존하여 연속적으로, 특히 지수함수적으로 증가하는 윤곽 형성된 프로파일을 접촉 영역(K)의 영역에 갖는다. 윤곽 형성된 프로파일을 갖는 푸트(F)의 경우, 접촉 영역(K)에서 푸트(F)의 강도는 중심축(33)으로부터 진행하는 반경방향에서 외부를 향해 연속적으로 감소하여, 중심축(33)으로부터 가장 멀리 이격하는 외부 영역에서 푸트(F)가 레버의 방식으로 푸트(F)의 작동시에 증가적으로 변형할 수 있게 된다. 도 8b에서 식별될 수 있는 바와 같이, 이 경우에 최대 인장 응력을 갖는 작용 영역(IA)은 더 큰 영역에 걸쳐 분포되어, 최대 응력이 그 진폭의 견지에서 감소하게 된다. 게다가, 작용 영역(IA)은 푸트(F)의 접촉 영역(K)에 의해 덮여진 표면(O1)의 그 영역 내에 부분적으로 놓인다.
적합한 연속적으로 변동하는 프로파일을 갖는 푸트(F)의 선택에 대안으로서 또는 부가적으로, 적어도 접촉 영역(K) 내의 푸트(F)의 재료는 푸트(F)의 중심축(33)(도 8b 참조)으로부터 증가하는 거리(DI2)에 따라 연속적으로 감소하는 기계적 강도를 또한 가질 수 있다. 푸트(F)의 기계적 강도의 편차가 예를 들어 상이한 합금층으로 제조된 조성물에 의해 또는 도핑 구배에 의해 생성될 수 있다.
도 8c는 도 8b로부터 푸트(F)를 도시하고 있는데, 이 경우에 접착층(10)이 접촉 영역(K)과 표면(O1) 사이에 도입되고, 이 접착층은 도 8b에 도시된 접착층(10)과는 달리 섬유 보강된다. 섬유 보강된 접착층(10)은 최대 인장 응력을 공간적으로 교란하기 위해, 푸트(F)에 의해 덮인 표면(O1)의 그 부분 영역을 넘어 표면(O1) 상에서 연장한다. 도 8c에 마찬가지로 식별될 수 있는 바와 같이, 이 경우에 작용 영역(IA)은 실질적으로 섬유 보강된 접착층(10) 아래에 배열된다.
접착제 대신에, 푸트(F)는 또한 예를 들어 금속화층(15)에 의해, 상이한 방식으로 광학 요소(OE)의 표면(O1)에 도포될 수 있고, 금속화층 상에서 푸트(F)는 도 8d에 도시된 바와 같이, 땜납(16)에 의해 납땜되거나 또는 가능하게는 용접될 수 있다. 도 8c로부터 섬유 보강된 접착층(10)의 경우에서와 같이, 도 8d에 도시된 고정의 경우에도, 응력의 또는 작용 영역(IA)의 특정 교란이 땜납(16)의 그리고/또는 금속화층(15)의 직경 및 두께 프로파일의 선택에 의해 성취될 수 있다. 도 8b 내지 도 8d에 도시된 푸트(F)의 경우, 이 방식으로 성취될 수 있는 것은, 광학 요소(OE)의 작동시에 작용 영역(IA) 내의 최대 인장 응력이 1 MPa 미만으로 감소되는 것이다.
도 8b 내지 도 8d에 도시된 윤곽 형성된 푸트(F)는 접착층(10)을 경화하기 위해 또는 납땜 또는 용접 목적으로 상승된 온도로 가열될 수 있다. 냉각 후에, 푸트(F)는 통상적으로 광학 요소(OE)의 표면(O1)보다 큰 정도로 수축하여, 광학 요소(OE)의 유리의 강도가 이 방식으로 도입된 압축 응력에 의해 더 증가되게 된다. 특히, 이 경우, 광학 요소(OE)의 비작동 상태에서 1 MPa 초과인 압축 응력을 광학 요소(OE)의 유리 재료 내로 도입하는 것이 가능하다. 그 결과, 1 MPa 미만으로의 최대 인장 응력의 동시 감소의 결과로서, 광학 요소(OE)는 항상 작동 중에도 압축 부하를 받게 되고, 따라서 광학 요소(OE)의 수명이 상당히 증가될 수 있다.
요약하면, 상기에 또한 설명된 방식으로 성취될 수 있는 것은, 광학 매니퓰레이터(MAN)의 광학 요소(OE)가 투영 노광 장치(WSC)의 노광 동작 중에 파면을 조작하기 위해 액추에이터(AK)의 통상적으로 연속적인 작용 중에 증가된 틈 저항을 갖는 것이다. 그 결과, 투영 렌즈(PO) 내의 광학 요소(OE)의 수명이 적어도 10억 노출 프로세스로 연장된다. 적절하면, 파면 조작을 위한 광학 요소(OE)는 또한 본 출원의 내용에 참조에 의해 합체되어 있는, 예를 들어 도입부에서 언급된 US 2008/0239503 A1호에 설명된 바와 같이, 또한 렌즈로서 구체화될 수 있고 그리고/또는 다른 광학 요소 상에 작용할 수 있다.

Claims (28)

  1. 광학 매니퓰레이터(MAN)이며,
    특히 용융 실리카로 구성된 광학 요소(OE), 및 광학 요소(OE)의 표면 형태(SF)를 가역적으로 변경하기 위한 작동 디바이스(DR)를 포함하고, 상기 작동 디바이스(DR)는 복수의 접촉 영역(K)에서 상기 광학 요소(OE) 상에 기계적으로 작용하기 위한 복수의 액추에이터(AK)를 갖는, 광학 매니퓰레이터에 있어서,
    상기 광학 요소(OE)는 상기 액추에이터(AK)의 접촉 영역(K)의 영역의 적어도 작용 영역(IA)에서, 1 MPa 초과, 바람직하게는 100 MPa 초과, 특히 바람직하게는 500 MPa 초과의 압축 응력(S)으로 예비응력을 받게 되는 것을 특징으로 하는, 광학 매니퓰레이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광학 요소(OE)는 플레이트형인, 광학 매니퓰레이터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광학 요소(OE)를 포위하고 상기 광학 요소(OE)의 기계적 예비응력에 의해 압축 응력(S)을 발생시키는 역할을 하는 인장 디바이스(MO)를 더 포함하는, 광학 매니퓰레이터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압축 응력(S)은 상기 광학 요소(OE)의 근저 표면 체적 영역(V1)에서 또는 비-근저 표면 체적 영역(V2)에서, 적어도 하나의 표면(O1, O2)에 형성되는, 광학 매니퓰레이터.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압축 응력(S)은 상기 광학 요소(OE)의 광학적으로 사용된 영역(FP) 내부 및 외부의 모두에 형성되는, 광학 매니퓰레이터.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압축 응력(S)은 상기 광학 요소(OE)의 광학적으로 사용된 영역(FP)의 외부에만 형성되는, 광학 매니퓰레이터.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압축 응력(S)은 상기 작용 영역(IA)이 형성되는 상기 액추에이터(AK)의 접촉 영역(K)의 영역에 한정되는, 광학 매니퓰레이터.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압축 응력(S)을 발생시키기 위해 상기 광학 요소(OE)의 표면(O1, O2) 상에 기상 증착되고 그 열팽창 계수(CTE2)가 상기 광학 요소(OE)의 재료의 열팽창 계수(CTE1)보다 큰 적어도 하나의 코팅(17, 18)을 더 포함하는, 광학 매니퓰레이터.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압축 응력(S)을 발생시키기 위해 특히 융착에 의해 또는 열접합에 의해 상기 광학 요소(OE)의 표면(O1, O2)에 접속되고 그 열팽창 계수(CTE2)가 상기 광학 요소(OE)의 재료의 열팽창 계수(CTE1)보다 큰 층(19)을 더 포함하는, 광학 매니퓰레이터.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 이온, 특히 금속 이온, 금속 원자 또는 다른 물질이 적어도 상기 광학 요소(OE)의 근저 표면 체적 영역(V1)에서 압축 응력을 발생시키기 위해 혼입되는, 광학 매니퓰레이터.
  11. 제10항에 있어서, 상기 이온, 금속 원자 또는 다른 물질은 이온 교환에 의해 또는 기상으로부터 내부 확산에 의해 근저 표면 체적 영역(V1) 내로 혼입되는, 광학 매니퓰레이터.
  12. 제10항에 있어서, 상기 이온은 이온빔을 사용하는 주입에 의해 상기 근저 표면 체적 영역(V1) 내로 혼입되는, 광학 매니퓰레이터.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 요소(OE)는 압축 응력(S)을 발생시키기 위해, 적어도 하나의 가스로, 특히 희가스로 그리고/또는 질소로 로딩되는, 광학 매니퓰레이터.
  14. 제13항에 있어서, 적어도 상기 근저 표면 체적 영역(V1) 내의 가스의 함량은 1×1016 분자/cm3 초과인, 광학 매니퓰레이터.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 근저 표면 체적 영역(V1) 내에 압축 응력을 발생시키기 위한 상기 광학 요소(OE)의 재료는 상기 광학 요소(OE)의 나머지 체적(V2) 및/또는 밀도 구배로부터 벗어나는 밀도를 갖는, 광학 매니퓰레이터.
  16. 제15항에 있어서, 상기 근저 표면 체적 영역(V1) 내의 광학 요소(OE)의 재료는 상기 광학 요소(OE)의 나머지 체적(V2)보다 적어도 1% 더 큰 밀도를 갖는, 광학 매니퓰레이터.
  17. 제15항에 있어서, 적어도 상기 근저 표면 체적 영역(V1) 내의 광학 요소(OE)의 재료는 700 ppm 초과의 OH 함량 및 5×1017 분자/cm3 초과의 수소 함량을 갖는, 광학 매니퓰레이터.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압축 응력은 상기 광학 요소(OE)의 어닐링에 의해, 바람직하게는 근저 표면 체적 영역(V1)의 어닐링에 의해, 또는 근저 표면 체적 영역(V1) 내의 광학 요소(OE)의 융착에 의해 발생되는, 광학 매니퓰레이터.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 요소(OE)의 표면(O1)에 적어도 하나의 액추에이터(AK)를 접속하기 위한 적어도 하나의 접촉 영역(K)은 상기 광학 요소(OE)의 표면(O1)에 형성된 원주방향 홈(N)에 의해 둘러싸이는, 광학 매니퓰레이터.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 액추에이터(AK)는 작동 가능한 푸트(F)를 갖고, 이 푸트에는 상기 광학 요소(OE)의 표면(O1)에 상기 액추에이터(AK)를 접속하기 위한 접촉 영역(K)이 형성되는, 광학 매니퓰레이터.
  21. 제1항의 전제부에 따른, 특히 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 광학 매니퓰레이터이며, 적어도 하나의 액추에이터(AK)는 작동 가능한 푸트(F)를 갖고, 이 푸트에는 상기 광학 요소(OE)의 표면(O1)에 상기 액추에이터(AK)를 접속하기 위한 접촉 영역(K)이 형성되어 있고, 상기 푸트(F)는 그 두께(T)가 상기 접촉 영역(K)으로부터 증가하는 거리(DI1)에 따라 연속적으로 감소하는 윤곽 형성된 프로파일을 적어도 상기 접촉 영역(K)의 영역에 갖고, 그리고/또는 상기 푸트(F)의 재료는 상기 푸트(F)의 중심축(33)으로부터 증가하는 거리(DI2)에 따라 연속적으로 감소하는 기계적 강도를 적어도 상기 접촉 영역(K)의 영역에 갖는, 광학 매니퓰레이터.
  22. 제21항에 있어서, 상기 윤곽 형성된 프로파일 및/또는 연속적으로 감소하는 강도를 갖는 상기 푸트(F)의 접촉 영역(K)은 결합제(18, 19)에 의해 광학 요소(OE)의 표면(O1)에 접속되고, 압축 응력(S)은 상기 푸트(F)가 상기 표면(O1)에 접속될 때 열적으로 유도되는 기계적 응력인, 광학 매니퓰레이터.
  23. 마이크로리소그래피용 투영 렌즈(PO)이며,
    상기 투영 렌즈(PO)의 파면 보정을 위한 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 광학 매니퓰레이터(MAN)를 포함하는, 투영 렌즈.
  24. 제23항에 있어서, 상기 광학 매니퓰레이터(MAN)의 광학 요소는 상기 투영 렌즈(PO) 또는 상기 투영 렌즈(PO)의 미러 요소(CM) 내로 도입된 평면 평행 플레이트(OE)인, 투영 렌즈.
  25. 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치(WSC)이며, 제23항 또는 제24항에 따른 투영 렌즈(PO)를 포함하는, 투영 노광 장치.
  26. 제25항에 있어서, 광학 매니퓰레이터(MAN)는 노광 프로세스 중에 파면 보정을 위해 설계되고, 상기 광학 매니퓰레이터(MAN)의 광학 요소(OE)는 적어도 10억 노광 프로세스의 수명을 갖는, 투영 노광 장치.
  27. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 광학 매니퓰레이터(MAN)를 제조하기 위한 방법이며,
    근저 표면 체적 영역(V1) 내로 기계적 응력(S)을 도입함으로써 적어도 액추에이터(AK)의 작용 영역(IA)에 압축 응력을 발생시키거나 또는 광학 요소(OE)의 근저 표면 체적 영역(V1)을 치밀화함으로써 비-근저 표면 체적 영역(V2)에서 적어도 상기 액추에이터(AK)의 작용 영역(IA)에 압축 응력을 발생시키는 단계를 포함하는, 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 압축 응력은 상기 광학 요소(OE)의 표면(O1)에 형성되고 액추에이터(AK)의 접촉 영역(K)을 둘러싸는 적어도 하나의 홈(N)에서 발생되는, 방법.
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