TW201602635A - 光學操縱器、投影透鏡及投影曝光裝置 - Google Patents

光學操縱器、投影透鏡及投影曝光裝置 Download PDF

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Abstract

本發明係關於一種光學操縱器(MAN)，包含：一光學元件(OE)，特別是由熔合矽石所組成；以及一致動裝置(DR)，用於可逆地改變該光學元件(OE)之表面形態(SF)，其中該致動裝置(DR)具有用於在複數接觸面積(K)的該光學元件(OE)上機械地作用的複數致動器(AK)。於至少在該等致動器(AK)之該等接觸面積之區域中的作用區域處，將該光學元件(OE)預加應力至大於1MPa之壓縮應力(S)，較佳為大於100MPa，特別較佳為大於500MPa。本發明亦關於一種包含至少一個此種光學操縱器(MAN)的投影透鏡、一種包含此種投影透鏡的投影曝光裝置、以及一種用於製造此種光學操縱器(MAN)的方法。

Description

光學操縱器、投影透鏡及投影曝光裝置 【參照相關申請】
本申請案主張2014年1月7日德國專利申請案DE 10 2014 212 710.6之優先權，其全部所揭示內容皆成為本申請案之內容以供參考。
本發明係關於一種光學操縱器，包含：一光學元件，特別是由熔合矽石所組成；以及一致動裝置，用於可逆地改變該光學元件之表面形態，其中該致動裝置具有用於在複數接觸面積處的該光學元件上機械地作用的複數致動器；係關於一種投影透鏡，包含至少一個此種光學操縱器；以及關於一種投影曝光裝置，包含此種一投影透鏡。本發明亦關於一種用於製造此種光學操縱器的方法。
在用於微影技術的投影透鏡中使用光學操縱器進行波前校正或校正成像像差已習知。舉例來說，美國專利US 2008/0239503 A1說明一種用於微影技術的投影曝光裝置之投影透鏡，其具有一種用於減少非旋轉對稱成像像差的光學操縱器。在示例性具體實施例中，該操縱器具有第 一光學元件(例如平面板)和第二光學元件，其中在兩者之間形成間隙，並在前述間隙中引入液體。至少一個致動器以該致動器之操作引起該第一光學元件之非旋轉對稱變形的方式耦合於該第一光學元件。至少兩個致動器可沿著該第一光學元件之周邊安裝，如此使得機械彎曲力矩引入該光學元件中以可逆地改變其表面形態。
在彎曲力矩為改變光學元件之表面形態而產生時，通常使得機械拉伸和壓縮應力皆引入該光學元件中。為校正波前像差之目的，在該光學元件之表面形態上引起充分巨大改變(彎曲)，而待操縱的該光學元件之厚度不應選擇為過大。若用意為在曝光操作期間執行動態波前校正，則在該光學元件處會發生拉伸和壓縮應力經常地改變，亦即該光學元件受到劇烈機械負載。該機械負載可導致該光學元件在到達期望使用壽命前，即在該光學元件中形成裂紋或斷裂的結果。
本發明之目的之一為提供一種已增進抗斷強度的光學操縱器。
此目的係藉助在引言中所提及類型之光學操縱器根據第一態樣達成，其中於至少在該等致動器之該等接觸面積之區域中的作用區域處，將該光學元件預加應力至大於1MPa(兆帕)之壓縮應力，較佳為大於100MPa，特別較佳為大於500MPa。
該光學元件特別是可以板形方式呈現。在最簡單的情況下，該板形光學元件可為平面平行板。此種板通常具有小厚度，例如小於5mm (公釐)，特別是小於3mm，以為波前操縱引起充分彎曲並因此充分變形。該光學元件亦可為透鏡或反射鏡，該等機械致動器在其反射鏡基板上作用。在此情況下，倘若該光學元件或該反射鏡基板為適當的，同樣可具有小於5mm厚度並以非平面平行方式體現。舉例來說，此種透鏡或反射鏡可在其可穿透或反射性表面之區域中具有曲度。在本申請案之意義內，板形光學元件係理解為可從該等致動器之動作彎曲的光學元件，因此可能為波前像差之校正產生該光學元件之表面形態之充分可逆變形。
在該光學元件之該等作用區域處，其在及/或鄰接於在近表面體積區域中的該等致動器之該等接觸面積處、或若適當則在進一步遠離該等表面的該光學元件之體積區域中形成，由該等致動器在該光學元件之材料上所施加的機械拉伸應力最大。該最大拉伸應力可在該光學元件之表面處、在近表面體積區域中、或若適當則可在非近表面體積區域中發生。
若該等致動器係以固定地連接至該光學元件以藉助傾斜將拉伸應力和壓縮應力皆引入該光學元件之材料中的橫桿之方式體現，則可大於1MPa、若適當則可大於10MPa的拉伸應力，會在該等接觸面積附近或在該光學元件之表面區域中的該等橫桿之該等腳座點附近局部地引入該光學元件之材料中。在以橫桿(其接合至該光學元件上，並在其上可能產生具有平行於該光學元件表面之隨意有效方向側向力的分量)之方式的致動器之情況下，該等作用區域可繞著及/或低於該接觸面積以旋轉對稱方式(即以圓形或環形方式)隨時間平均體現。對於在有效方向上的給定偏轉，該等應力集中於小圓圈部分中。在實作上，該等致動器或該等橫桿通常僅在一個主方向上被作用，例如被拉動或按壓，使得該等作用區域形成兩個彼此相對 的圓圈部分。
在壓縮應力引入熔合矽石中且其他光學材料大部分皆非關鍵時，熔合矽石對靜態負載之拉伸強度在約50MPa至60MPa之範圍內。這些數值可藉由無深度損傷的拋光而提高最多一數量級。下列習知技術為用於生成無深度損傷拋光的方法：使用分級晶粒研磨及拋光(在各步驟中皆將前一步驟晶粒之直徑消除1至2倍)；蝕刻掉至最大深度損傷(通常兩倍晶粒大小)並使用分級晶粒平滑處理/拋光。使用氫氟酸的初始蝕刻為習知該深度損傷之證據。事前在微觀上不可辨別的損傷在此情況下經蝕刻以形成焊口。若該光學元件體現為平面平行板，則需求無深度損傷的平面拋光。若溝槽被引入該光學元件之大致平面表面上，則前述溝槽會以環形方式圍繞各別致動器之接觸面積，舉例來說，通常需求製造無深度損傷的溝槽表面。這可藉由例如雷射拋光生成，如以下將會進一步更詳細加以說明。在下文中假設該等所需蝕刻及/或拋光步驟皆已在該光學元件上執行，使得後者具有無深度損傷的表面。
由於該動態負載結果，斷裂或裂紋可在該光學元件之材料處、特別是在所引入拉伸應力為最大的該等作用區域處發生。上述所指明該數量級之預應力在該光學元件上施加數量級為該拉伸應力或理想大於該拉伸應力的壓縮應力，使得斷裂裂紋之發生可被抵消。在本發明申請案中，用語壓縮應力和拉伸應力係理解為意指：對該光學元件之厚度方向垂直或對該光學元件之表面實質上平行作用的應力。
該光學元件之材料可為人造熔合矽石，其對於在此相關所使用、位在小於約250nm(奈米)之紫外線(UV)波長範圍內的波長為可穿透。 特別是在反射鏡作為光學元件之情況下，亦可能為其他材料(如摻雜鈦的熔合矽石、玻璃陶瓷或陶瓷)。在反射鏡之情況下，這些材料用作施加對各別所使用波長而言為反射性之塗層的基板。此種反射鏡依該所施加塗層而定，亦可針對其他波長範圍設計，例如針對極紫外線(EUV)波長範圍。熔合矽石在下文中通常係提及作為該光學元件之材料。一般來說，與熔合矽石相關聯所說明的該等關係，對應地亦適用於上述所指出的該等其他材料。
在一個具體實施例中，該光學操縱器具有封閉該光學元件並藉由該光學元件之機械預應力而用於產生壓縮應力的緊伸裝置。在圓形光學元件之情況下，在此情況下的徑向壓縮應力可舉例來說由安裝環引入。在矩形光學元件之情況下，線性壓縮應力可沿著兩條主軸線(縱軸和橫軸)引入。在這兩種情況下皆引入高壓縮預應力，使得由該等致動器所引入的拉伸應力無法導致該光學元件局部受到拉伸負載，或是若從該壓縮負載區域偏移則出現較無該預應力之情況下局部更低拉伸應力的效果。該緊伸裝置可完全封閉該光學元件，亦即外圍連續。然而，對於形式為例如矩形或若適當則為環形框架的緊伸元件，亦可能以分段方式體現。在矩形框架或矩形緊伸元件之情況下，舉例來說，對於該等角落可能省略，且該板像是在兩個老虎鉗之間在縱向和橫向側面處夾緊。
藉助例如金屬安裝座之機械支撐或收縮裝配，在約2MPa之區域中的壓縮應力可在由熔合矽石所組成之光學元件上獲得。藉助形式為例如由玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷所組成之環的緊伸元件之收縮裝配，即使更高的應力依然可實現。若對於該等緊伸元件(即例如繞著熔合矽石的熔合矽石環)使用如同對於該光學元件的相同材料，則該支撐為熱穩定。此外，若 適當則亦可能在此情況下進行「虛擬」收縮裝配。整體而言，壓縮應力藉助附加局部熱緩衝劑或加熱元件的該光學元件之外部和內部區域之不同冷卻速度在此情況下記錄。此種程序已習知用於在軸線方向上量測擋片或光學元件之情況下，設定旋轉對稱應力雙折射。
該壓縮預應力可補償由致動器所引入類似數量級之拉伸應力。若該光學元件體現為(薄)平面平行板，則在該光學元件之使用壽命(一般為若干年)期間維持該支撐可能會難以實現。若適當則該光學元件可體現為輕量凹凸透鏡(meniscus)，使得當該光學操縱器設置於投影透鏡中時，該預應力的改變主要導致很容易即可補償的焦點項。一般來說，由外部緊伸裝置產生該投影透鏡主要適合相對較厚的光學元件，因為如此可提供保護避免垂直彎向徑向應力。
在進一步具體實施例中，該壓縮應力在該光學元件之近表面體積區域或非近表面體積區域中的至少一個表面處形成。在第一情況下，該壓縮應力通常限於近表面體積區域，其通常在與該表面相距小於約0.1mm距離處。若在外部約100μm(微米)的裂紋能有效地抑制，則在下面區域中的裂紋問題一般來說不再發生，因為裂紋之形成通常開始於該光學元件之表面處。在該表面處或在該近表面體積區域中的該壓縮應力，可在該光學元件之一個表面或兩者表面處產生。通常，該壓縮應力至少在面對該等致動器或其該等接觸面積的該光學元件之該表面處產生。該壓縮應力亦可在該光學元件之非近表面體積區域中形成。在此情況下，該近表面體積區域(其在此情況下一般來說具有不大於約10nm之厚度)形成在該下層體積區域上施加壓縮應力的拉伸層。在此情況下，具有最大拉伸應力的該作用區 域通常同樣位於該非近表面體積區域中。
在一個具體實施例中，該壓縮應力在該光學元件之光學上所使用區域內部和外部皆形成。該光學上所使用區域為所使用輻射在可穿透光學元件之情況下方向性地通過的該光學元件之該區域。在此情況下的該光學上所使用區域通常由環形區域圍繞，其中該等致動器在該光學元件上作用。在反射性光學元件(例如反射鏡)之情況下，該光學上所使用區域形成輻射方向性地所反射處的該表面之該局部區域。若該壓縮應力在該光學上所使用區域內部和外部皆產生，則若可例如藉由施加均勻塗層(參見下文)而達成的該壓縮應力沿著該表面均勻地分布，則具優勢。
在替代性具體實施例中，該壓縮應力僅在該光學元件之光學上所使用區域外部形成。如上述進一步所說明，在可穿透光學元件之情況下，該等致動器、更精確而言該等致動器之該等接觸面積，與該光學元件之表面和因此還有具有最大拉伸應力之該等作用區域一起，通常皆在該光學上所使用區域外部形成。在此情況下，但若適當則還有在反射性光學元件之情況下，若該壓縮應力僅在該光學上所使用區域外部產生則可具優勢。特別是在可穿透光學元件之情況下，在該光學上所使用區域內部可以此方式避免應力雙折射之發生。
在進一步具體實施例中，該壓縮應力(其數量級上述進一步所指明)限於該等作用區域所形成處的該等致動器之該等接觸面積之區域。在該光學元件之光學上所使用區域上的該負載可以此方式附加地減輕。如上述進一步所說明，在該等致動器之該等作用區域中發生特別高、最大的拉伸應力。此種作用區域可為，舉例來說，直接鄰接於該致動器之該接觸 面積(即接觸到該致動器之該接觸面積)的該光學元件之表面區域或近表面體積區域。然而，此種作用區域亦可例如以環形方式圍繞該致動器之該接觸面積，或是形成直接鄰接於該致動器之該接觸面積所形成的該表面區域和圍繞前述表面區域的表面區域或近表面體積區域兩者。
該等致動器通常在彼此兩個鄰接致動器之該等作用區域未重疊的距離處設置。如此，可能避免在從該光學元件中之一處和相同位置相加統計的致動期間發生的鄰接致動器之該等拉伸應力。在此情況下，該壓縮應力可例如以島形方式(即以限定於各別接觸面積之區域的方式)引入該光學元件中。
在一個具體實施例中，該光學元件包含至少一層塗層，其氣相沉積至該表面上，且其熱膨脹係數高於該光學元件(如熔合矽石)材料之熱膨脹係數。特別是可僅由單層組成的此種塗層，通常具有不大於約10μm、或若適當則小於1μm厚度。若該塗層延伸至該光學元件之該光學上所使用區域中，則該塗層之厚度一般會大幅小於1μm以防止光學活性。若該塗層之傳輸和光學效果不重要，例如因為該塗層僅在該光學上所使用區域外部形成，則該塗層通常應不超過約10μm厚度。此外，該塗層之該厚度尤其亦依該所需應力之量級和該塗層之熱膨脹係數不同於該基板或該光學元件的程度而定。
一般來說，在多層之情況下或在多塗層之情況下，有必要在拉伸層和壓縮層之間進行區分：拉伸層自身在伸張應力下，並憑藉壓縮前述材料的該拉伸層強化該下層材料。該拉伸層自身在機械上損壞故因此應盡可能地薄，使得拉伸層往往相當適合局部使用，例如在該等作用區域處 或繞著該等致動器黏著接點。壓縮層構成該基板之一部分或係以非常大的黏著強度與之連接。壓縮層圍繞並從而將其自身置於壓力下，且往往在該下面的基板上導致拉伸應力。該保護效果因此在該壓縮層內發生，其為此原因應選擇為相當厚。
在上述進一步所說明的情況下，所選擇的該塗層材料為較該光學元件之材料具有更高熱膨脹係數的材料，例如熔合矽石。該塗層之至少一層係例如藉由蒸鍍、濺鍍或在高溫使用離子束源而在該塗層製程期間施加至該基板，並若適當則提高緻密度(densified)。此外，該光學元件通常亦在該塗層之該施加期間加熱。在該塗層和該光學元件之冷卻後，該塗層已較該光學元件之材料收縮至更大程度，故因此將壓縮應力引入在該表面之區域中的該光學元件中，亦即該塗層用作拉伸層，並因此以類似於上述進一步所說明的該緊伸裝置之方式，其中在該塗層之情況下的該壓縮應力限定於該光學元件之近表面體積區域。
該光學元件可在傳輸中操作。在此情況下，該等致動器通常在該光學元件之該光學上所使用區域外部接合(參見上文)。若在此情況下的該塗層亦意欲施加至在該光學上所使用區域內的該光學元件，則該塗層之材料對於在該所使用波長的該所使用輻射(在本申請案中通常位於UV波長範圍內)應具有充分傳輸。該可穿透塗層材料可為用作抗反射層的材料，例如金屬氟化物，如氟化鎂(MgF2)或氟化鑭(LaF3)，藉由該層可產生高達400MPa之應力，這對於在本情況下所發生數MPa之該等變化負載應綽綽有餘。此外，如氧化鋁(Al2O3)或氧化鉿(HfO2)的金屬氧化物，在248nm且若適當則亦在193nm的UV波長範圍內充分可穿透。若該塗層亦在該光學上所使用區 域內施加，則在該光學元件之兩個側面上以在各情況下皆應變至相同量級的層或塗層均勻地塗佈通常具優勢，以使光線在各情況下斜向通過該光學元件時，皆相對於該主光線方向橫向識別出相同的應力分量，且未發生該板垂直彎向該徑向拉伸應力。
若形式為反射鏡的光學元件意欲被塗佈，或是該光學上所使用區域在塗佈可穿透光學元件之製程期間被遮蔽，使得該塗層僅在該光學上所使用區域外部施加，則塗層材料之選擇顯著較隨意並可使用金屬或陶瓷層，前提為後者具有充分黏著強度且不傾向圓柱形成長。以環形方式圍繞該光學上所使用區域的塗層，附加具有該光學上所使用區域大部分無可能導致干擾應力雙折射、起因於該拉伸層之應力的優勢。若該層僅在該等致動器之該等接觸面積處或周圍的該等作用區域中形成，則在該光學上所使用區域上的該負載甚至可進一步減輕。若各別接觸面積係由環溝槽圍繞，則僅塗佈該環溝槽之表面可能即充分，且若適當則除此之外塗佈在繞著該環溝槽的直接鄰接平面表面區域。
若該等致動器在該光學元件之兩個側面上皆接合，則該塗層通常會在該光學元件之兩個表面上皆形成。即使該等致動器在該光學元件之僅一個側面上接合，亦即該等作用區域僅在該光學元件之一個表面上形成，但在該光學元件之彼此相對表面上皆施加該層或塗層，以防止該光學元件在一個側面上的塗層之該拉伸應力下之變形仍可能具有優勢。
由熔合矽石組成的光學元件係藉由合成熔合矽石組成的擋片之機械加工而生成。該擋片之合成熔合矽石一般來說係藉由在氫氣(H2)和氧氣(O2)中的含矽、有機或無機先驅物質之燃燒而產生，若適當則附加舉 例來說如天然氣的燃料氣體。二氧化矽(SiO2)粒子已在火焰中形成，並沉積至目標上。在熔合矽石生成中，在所謂直接製程之間進行區分，其中非常高溫的火焰係引導至高溫目標上，使得該等粒子直接玻璃化，且在該所謂煙灰製程中，多孔體係在較低溫度沉積，並經燒結以形成固態玻璃物體。
在進一步具體實施例中，用於在近表面體積區域中產生該壓縮應力的該光學元件，具有熱膨脹係數梯度及/或與該光學元件之剩餘體積不同的熱膨脹係數，其中在該近表面體積區域中的熱膨脹係數，通常高於該光學元件之剩餘體積。該熔合矽石之熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion，CTE)差異可在該近表面體積區域中導致應變或壓縮應力，特別是若這些差異在該熔合矽石材料之生成期間冷卻至室溫前已呈現。此種熱膨脹係數差異可例如藉由以雜質原子摻雜而達成，其中該摻雜係在該燒結或熱處理製程前執行，或若適當則在該燒結或熱處理製程期間及在該熔合矽石擋片之後續冷卻前執行。不同的熱膨脹係數亦可藉由改變供給該火焰的該等材料或化合物，或是僅該火焰化學計量(如提高火焰中的水含量或在摻雜鈦的材料之情況下改變鈦含量)，而在生成該玻璃期間生成。
在進一步具體實施例中，用於產生該壓縮應力的該光學元件具有特定是藉由目的為產生該壓縮應力的熔合或熱接合而連接至該光學元件之表面的層，且其熱膨脹係數高於該光學元件材料之熱膨脹係數。類似於上述進一步所說明的該氣相沉積層，具有較高熱膨脹係數的材料之(較厚)拉伸層可在高溫下施加至該光學元件或至少至該等作用區域，亦即至具有最大拉伸強度斷裂之風險的該等區域。在此情況下，舉例來說由不同材料組成的板形體，例如具有較高熱膨脹係數的玻璃或(玻璃)陶瓷，係例如接合 或熔合至該光學元件之磨光、研磨或拋光表面上。
矽酸鹽玻璃一般來說具有較熔合矽石顯著更低的熔點，並已進入低於熔合矽石之玻璃轉變溫度(高溫接合)的機械固定連接。藉由特定鹼性溶液，機械固定連接已可在數百℃之溫度(低溫接合)下生成或具有玻璃糊(「玻璃料接合」)。具有該較高熱膨脹係數的該層亦可生成，若適當則藉由使用雷射照射局部地熔合的玻璃粉末。
在上述所呈現的所有情況下，該層在生成該連接時較在傳統塗佈之情況下更厚許多。因此，對於該例如所熔合或所接合上的層，一般來說有必要在該連接之生成後藉由研磨或拋光而變薄，以使該波前校正所需的該光學元件之該變形不被過大厚度妨礙。若環溝槽在繞著該致動器之該接觸面積的該光學元件上形成，則舉例來說不同氣體層可熔合至用作基板的該光學元件之材料中，隨後並可藉助銑削加工去除以再次生成環溝槽。
在進一步具體實施例中，離子(特別是金屬離子、金屬原子或其他物質)為至少在該光學元件之近表面體積區域中產生該壓縮應力之目的而納入。韌化玻璃舉例來說如康寧(Corning®)的Gorilla®玻璃，係由鹼金屬矽酸鹽玻璃(在此：鈉鋁矽酸鹽玻璃)所生成，其被引入具有較大離子(在此：鉀)的鹽之熱熔中。因此，來自該玻璃表面的鈉離子溶解，而相反地，鉀納入該玻璃中。該等鉀離子較大，並使該玻璃表面置於壓縮應力下。以對預應力具體元件的類似方式，為確保外部引入的拉伸應力不具有從該壓力區域局部做出偏移的效果而進行供應。再者，在凹槽處的裂紋成長被抑制。數十μm之摻雜層足以增強該玻璃之拉伸強度超過一個數量級，參照超連結「http：//www.gasesmag.com/features/2013/May/Glsss_May_2013.pdf」。在 該鹽熔中的該等金屬呈現為離子時，後者通常會在該玻璃中共價鍵合，例如以金屬原子之形式呈現，該共價鍵具有不同程度的離子特性。舉例來說，鈉(Na)較例如矽(Si)具有該鍵之更強烈的離子特性。純熔合矽石不含金屬。然而，已習知許多四價金屬元素(如鈦(Ti))，舉例來說，可替代矽(Si)納入該玻璃基質中，且具有不同原子價的金屬(如鈉(Na)和銅(Cu))可在充分高溫擴散至該玻璃中，並可納入其中。
在一個發展中，該等離子、該等金屬原子或該等其他物質從氣相藉由離子交換或藉由內擴散納入該近表面體積區域中。在此發展中，提出以該離子交換方法或從氣相將離子內擴散至該玻璃中，亦即無離子交換，使得在上述所指明數值之範圍內的壓縮應力(即從至少1MPa至1000MPa或以上)，若適當則在通常具有大於1μm(若適當可達1mm或以上)之厚度的近表面體積區域中建立。
由於在熔合矽石中幾乎所有金屬離子皆在UV波長範圍內導致高度吸收，因此在可穿透光學元件之情況下，通常有必要藉由以與該光學元件之材料相同的材料，或以其中該擴散甚至較在該光學元件之材料中所進行更慢的材料覆蓋，而保護該光學上所使用區域。或者，可能藉助供應保護珠粒在該摻雜前執行擋片之預塑形，並在該摻雜後移除該等保護珠粒，以保護該光學上所使用區域。
鋁是少數在193nm波長不會在熔合矽石中導致明顯吸收增加的金屬之一。對於厚達數公分(cm)之厚度的透鏡元件擋片，在ppm範圍內的鋁濃度似乎可接受(參見美國專利申請案公開號US 2005/0112380 A1)。從此可推知在該依mm或甚至依cm範圍內的摻雜，對於具有數μm厚度的近表 面體積區域為可接受。
因此，若由熔合矽石組成的可穿透光學元件意欲在整個面積上方摻雜，或是若該遮蔽不夠有效，則提出使用鋁或類似化學元素進行摻雜目的。該遮蔽即使功效有限仍可維持，以使在該光學上所使用區域外部的濃度甚至更高。在由熔合矽石、摻雜鈦的熔合矽石、玻璃陶瓷或陶瓷組成的反射鏡之情況下，假設該摻雜未顯著影響該基板之熱膨脹係數，則一般來說不會要求保護該光學上所使用區域的措施。
不言而喻，類似於上述進一步所說明的該拉伸層，對於可穿透元件和反射鏡，可能在一個側面或兩個側面上引入該等離子，以及對該光學未使用區域、在各自致動器之接觸面積上或周圍的該作用區域、還有特別是對可能繞著各自致動器之接觸面積呈現的環溝槽的限制。
在進一步發展中，該等離子藉由使用離子束的植入而納入該近表面體積區域中。非金屬離子或金屬離子可用於植入。該植入通常係藉由在室溫下該等離子之內擴散至該熔合矽石中而執行，若適當則在略高的溫度下以促進該等所植入離子之移動率。對已裝載氫氣的基板進行冷卻以使其在轟擊下不會加熱至過熱程度可能具優勢，如此將導致氫氣之向外擴散。此外，這還具有優勢，用作基板的該光學元件可維持在或接近室溫，且穿透深度和濃度分布可藉由選擇該等離子和該離子源之加速電壓的方式而加以控制。並且，使用更窄地所限定的離子束能使該側向摻雜分布受到控制，使得不提供進行植入的該表面區域之遮蔽若適當則可完全免除。
該離子植入通常會導致在該近表面體積區域中的該(熔合矽石)材料之密度降低。該等所植入離子在該玻璃基質上施力，該力導致連接 至具有剪切阻力之下層材料的該熔合矽石之該等近表面體積元件之膨脹。該等離子所植入的該近表面體積區域因此形成壓縮層，並導致該下層熔合矽石之所需預應力。在此方法之通則中，該摻雜可以任何類型之粒子束還有非金屬材料執行。
在進一步具體實施例中，該光學元件為產生該壓縮應力之目的而裝載至少一種氣體，特別是惰性氣體及/或氮氣。氣體在熔合矽石中分子性溶解；該等氣體原子或分子納入該玻璃基質之該等格隙。該(等)氣體通常係在例如高於500℃之高裝載溫度和相對於大氣壓力一般來說較高的壓力引入該光學元件中。
已習知在UV應用中所需在氫氣之內擴散至熔合矽石中之情況下，除折射率變化外亦發生可量測應力雙折射，前提為發生每公釐大於1018分子/立方公分(molecules/cm3)之高濃度梯度。原則上，在數週期間以一個或多個步驟進行的5%至1000%之氫氣分壓的慣用氫注入法後，可能實行具有增加至少係數10之分壓的短裝載階段。根據上述定義的該氫氣分壓係依總壓力而定，亦即例如在1大氣壓(atm)的100%之氫氣分壓對應於在10atm的10%(即90%惰性氣體)之氫氣分壓。然而，氫氣在室溫下亦會向外擴散，且具有數十μm厚度的空乏區係在慣用抗反射塗層(高達200℃或300℃且至多2小時)或在室溫下儲存數年後形成。由於氫氣之該內擴散結果，在機械強度上的增強因此僅持續有限時間。在個別情況下，此種在機械強度上的增強仍可具有該光學元件之總使用壽命到達的效果，因為在變化裝載下的老化，僅在顯著局部拉伸應力在氫氣之進階向外擴散及總體壓縮應力減少後再次達到才會開始。
然而，更具優勢的是，藉由使用在室溫下擴散慢於分子氫，或是具有其則可能較具有氫氣顯著更高濃度和因此壓縮應力而對該玻璃無其他損傷的氣體，設定濃度梯度而獲得該壓縮應力(大於1018molecules/cm3之氫含量一般會在該等光學特性上導致雷射誘發變化)。惰性氣體和氮氣特別適合此目的。
在室溫下擴散慢於氫氣的氣體之情況下，使用高於500℃之裝載溫度以縮短製程時間為適當。並且，若在這些溫度下具有數μm厚度的表面層之裝載持續超過數分鐘或小時，則具有該變形氣體的該裝載應在具有氫氣的較冷裝載前進行，亦即在較低溫度下進行裝載。該濃度和例如僅在該等致動器之該等接觸面積之區域中的該等作用區域中用於產生該壓縮應力的該應力之側向控制，可藉由該光學元件或該光學元件從其所生成的擋片之遮蔽或預塑形而執行。預塑形一般來說在較高的壓力和溫度下更具優勢。
在一個發展中，至少在該近表面體積區域中的該氣體之含量大於1×1016molecules/cm3、較佳為大於5×1016molecules/cm3、特別是大於1×1018molecules/cm3。產生該所需壓縮應力所必要的該氣體或該等氣體分子之濃度，係依所使用的氣體而定。在輕量分子之情況下，例如氬氣(Ar)，通常需求高濃度；在大分子之情況下，則通常需求相對較低濃度。使用包含大分子的氣體具優勢，並且，由於其擴散較氫氣慢，因此在其操作期間不會從該光學元件向外擴散。在該近表面體積區域中該氣體之高濃度可藉助該氣體之內擴散達成，特別是在高壓和高溫(以加速該內擴散)下的惰性氣體或氮氣。該等內擴散氣體之高濃度在該近表面體積區域中引起高壓縮應力。
在一個具體實施例中，用於在近表面體積區域中產生該壓縮應力的該光學元件之材料，具有偏離該光學元件之剩餘體積的密度及/或密度梯度。若該近表面體積區域具有的密度與在該光學元件之剩餘體積中的密度不同，則若在該近表面體積區域中的密度小於在該光學元件之剩餘體積中，該不同的密度可引起壓縮應力。在此情況下，該近表面體積區域膨脹，並常在連接至具有剪切阻力之該近表面體積區域的下層(未摻雜)剩餘體積中引起拉伸應力。
依在該近表面體積區域中生成該密度差異的方式而定，其中的密度分布可為均勻或同樣具有梯度。該梯度可例如實質上垂直於該表面前進，其中最大密度差異在該表面處發生，且該密度逐漸與剩餘主體之密度相符，距離該表面越遠相符程度越大。在所有情況下，該密度梯度皆應選擇使其在該表面處導致該所需壓縮應力。
在進一步具體實施例中，在近表面體積區域中的該熔合矽石具有的密度通常較在該光學元件之剩餘體積中更高至少1%。在該近表面體積區域中的該光學元件之密度提高，可藉由UV光、電子束、X光或一般高能輻射所引起的緊壓而生成。體積多達2%或若適當則體積3%的永久緊壓，可以電子輻射(如粒子能量約100eV(電子伏特)左右)和X光輻射(如波長小於10nm)達成。在此情況下，該穿透深度極小，依該輻射之能量而定在極端情況下僅數nm。原則上，每個面積元件皆使用稍微過量高劑量具製程可靠性優勢，因為在此情況下，在各位置皆達成飽和度和因此到處相同的緊壓。
在該近表面體積區域中所緊壓玻璃的作用如同拉伸層，並引起該下層玻璃之壓縮。不同於上述進一步所說明的氣相沉積拉伸層或塗 層，該所緊壓體積區域在該下層玻璃上具有更大許多的黏著強度，且亦無具有預定斷裂位置的圓柱形結構。所以，較大應力可由於該壓縮結果而建立，並可能避免起因於在該氣相沉積拉伸層中的凹槽應力或裂紋或是該氣相沉積拉伸層之脫離的使用壽命問題。介於該近表面體積區域與垂直於該表面的該光學元件之剩餘體積之間的該轉變，不言而喻可為不連續或連續。至關重要的是，在該表面處通常提高至少1%的密度，在該近表面體積區域中或在轉變到導致該所需壓縮應力的該光學元件之下層剩餘體積時導致應變。
該光學元件材料之提高密度或緊壓在繞著該等致動器之該等接觸面積的島形表面區域中特別具優勢。此外，此方法已證實用於硬化以環形方式圍繞該接觸面積的溝槽之表面具優勢。
在進一步發展中，至少在該近表面體積區域中的該光學元件之材料具有大於700ppm(以重量計)之OH含量和大於5×1017molecules/cm3之氫含量。熔合矽石，特別是那些具有大於700ppm之高OH含量和一般大於5×1017molecules/cm3之高氫含量者，在以具有低能量密度(如波長193nm，20μJ/cm2)的UV雷射光照射時傾向膨脹，所謂的膨脹波(rarefaction)，如在2000年7月國際光學工程學會論文集(Proc.SPIE)第4000冊R.G.Morton等人的論文「用於以低注量ArF輻射在193nm照射數百億脈衝之微影技術的熔合矽石材料之表現(Behaviour of fused silica materials for microlithography irradiated at 193nm with low-fluence ArF radiation for tens of billions of pulses)」中首次(針對193nm)所說明，亦參見2008年12月Proc.SPIE第7132冊Ch.Mühlig等人的論文「熔合矽石在ArF雷射照射時之加速使用壽命測試 (Accelerated life time testing of fused silica upon ArF laser irradiation)」，或上述進一步所引述的美國專利申請案公開號US 2005/0112380 A1。具有此種高OH含量的玻璃僅極少數用於193nm微影技術，但若適當則特別可最適合於薄板形光學元件。在此情況下，硬化可能藉由至少在該等作用區域中的預照射而實行，亦即在最大應力之該等區域中，且後硬化係藉由在該光學元件之操作期間的雜散光而實行。Corning(ULE®)摻雜鈦的熔合矽石亦具有適合膨脹波的成分，使得由此材料組成的反射鏡同樣可以上述所說明的方式硬化。
在高能照射下發生膨脹波已習知較長時間，參見應用物理期刊(J.Appl.Phys.)第50冊3702(1979年)J.E.Shelby的「在氫浸漬玻璃質矽石中的輻射效應(Radiation Effects in Hydrogen-impregnated Vitreous Silica)」。在此情況下，與用於電子束緊壓相同的來源可用作照射源，其中藉助適當選擇該照射源和該等玻璃參數(OH含量、H2含量)生成稍厚壓縮層，而非薄拉伸層。
在進一步具體實施例中，該壓縮應力係藉由該光學元件之退火而產生，較佳為藉由通常藉助雷射光束(即藉由雷射退火)的該光學元件之近表面體積區域之退火，或是藉由在近表面體積區域中的該光學元件之熔合，其中該熔合通常係藉助雷射光束(所謂的雷射拋光)而執行(局部地)。除使用雷射光束外或作為替代，亦可能使用具有小穿透深度的其他高能輻射或電子束進行加熱或熔合。
除了如上述進一步所說明的玻璃之化學硬化外，物理硬化(退火)亦為已習知。不同於在上述所說明的該等硬化方法中，退火不會在該 光學元件材料之成分上引起將必須例如藉由濺鍍而偵測到的變化。而且，可能生成非常小的體積區域，於其中壓縮應力占優勢，並可能不再為光學可偵測的應力。然而，即使具有<1μm之空間解析度，拉曼光譜術、特別是共焦拉曼光譜術仍可偵測該玻璃之假想溫度變化或其他接合參數，使得該退火限於該近表面體積區域，並可偵測在該光學元件處的局部熔合。
若在回火過程中該光學元件之形態(形體)變化非所需，則該玻璃材料係帶至低於玻璃轉變溫度TG且正好高於較低鬆弛溫度的溫度，並保持在此溫度若干小時或數天。該玻璃隨後藉由吹至其上的氣體進行淬火，或是藉由浸入液體(如水、較佳為冰水)或液態氮中。該淬火具有拉伸應力初始在該等冷卻更迅速的表面處形成的效果，前述拉伸應力藉由塑性變形減少。此變形在該等溫度差異之補償中或之後凍結，在顯著增強因此所獲得的該玻璃之強度以耐受機械和熱負載的該表面處引起壓縮應力。
此程序在熔合矽石之情況下亦為可能，然而1200℃左右之溫度對該退火而言為必要。若可穿透光學元件意欲完全退火，則在此種高溫下應擔憂鈉內擴散至近表面層中及因此的傳輸損失。再者，包括該光學表面之粗糙度和尺寸有效性(形體)的該等要求可能無法保證，因此後續的拋光及(可能局部)校正可能變得必要。而且，在液體氮中的淬火之情況下，將該壓縮區限於數十μm很困難，使得該玻璃板可能宏觀地應變，亦即不僅在近表面體積區域中，並因此可能具有光學上顯著的應力雙折射。
因此，較佳為，對於可穿透熔合矽石元件，但亦對於由熔合矽石、摻雜鈦的熔合矽石、玻璃陶瓷或陶瓷組成的反射鏡，雷射光束係用於退火及硬化。為此目的，該玻璃在致動器之接觸面積附近通常局部地側 向藉由一個或複數雷射脈衝而加熱。待硬化的面積分段加熱，或是給定充分雷射功率掃描。
為使該雷射輻射能被該光學元件之材料吸收，擇一必須在該玻璃表面上施加(暫時地)吸收層，或是必須選擇在該玻璃材料中吸收良好的雷射波長。在對於熔合矽石之情況下，適當者為>3500nm的紅外光、特別是10.6μm來自CO2雷射的光，和進一步在2700nm、2150nm或1400nm左右的該所謂水頻帶之範圍內的波長，以及小於175nm的UV輻射。在短光脈衝(皮秒(ps)和飛秒(fs))之情況下，亦可能使用在近UV波長範圍(如355nm或266nm)內的光。在此情況下，初期多光子和崩潰吸收提供給高吸收。對於摻雜鈦的熔合矽石，同樣選擇該等紅外線(IR)波長，但在該UV波長範圍內，在該近UV波長範圍內的UV光已充分。在玻璃陶瓷之情況下，所有波長皆可使用，包括依剩餘傳輸而定的可見波長。
在吸收層處的輻射吸收或在該玻璃中非常高的吸收及因此非常小的光學穿透深度之情況下，該熱穿透深度係由該雷射脈衝之持續時間(個別雷射脈衝，在連續波雷射之情況下的照射持續時間或在高重複率雷射之情況下的脈衝串持續時間)決定。特別是使用ps和fs雷射時，可能有數μm至nm之熱穿透深度。此種薄層之冷卻係藉由來自該表面的發射而在數奈秒內執行(由於輻射定律主要在非常高溫下相關)，並散熱至該基板中(在△T內線性地)。若個別短脈衝之功率不足，則以掃描方法藉助重複雷射，該光束直徑可縮減且該面積可硬化。由於僅加熱至>1000℃的該等區域硬化，因此不管該所照射區域之宏觀加熱幾十℃或100℃，硬化僅在該非常薄的近表面體積區域中出現。在缺少吸收層之情況下，該穿透深度不僅可藉由該脈衝 持續時間亦可藉由波長之選擇而控制。
所有雷射硬化方法皆亦容許在該玻璃之氫注入法後進行，因為超過300℃至500℃之溫度僅存在非常短的時段(通常幾分之一秒)，而且，此種溫度較佳為僅在該光學元件之光學上所使用區域外部發生。
當該壓縮應力僅在該光學上所使用區域外部產生時，亦可能設定該等雷射參數，使得該玻璃表面加熱至高於玻璃轉變溫度TG的溫度，並因此局部熔化。結果，可能從由於裂紋成長或凹槽應力結果會減弱該表面強度的該研磨/蝕刻，消除(cure)深度損傷、研磨及拋光缺陷或粗糙。由於玻璃(包括熔合矽石)之一般膨脹曲線，該表面或該近表面體積區域之甚至更大且可能薄的應變因該局部熔化結果而發生。在雷射熔合高性能光學之領域中，上述方法已習知為雷射拋光、雷射退火或雷射修補，並用於修補機械拋光缺陷，還有在該雷射所使用波長由於先前操作結果的損傷。
如在上述進一步所說明的該等方法之情況下，可能在一或兩側面上、較佳為在該光學元件之光學上所使用區域外部以環形方式，或若適當則僅在該等作用區域中以島形使用雷射退火或拋光，亦即在該等接觸面積處或在該等致動器之該等接觸面積周圍，或是僅在繞著各自接觸面積所形成的環形溝槽內。
在進一步具體實施例中，用於將至少一個致動器連接至該光學元件之表面的至少一個接觸面積，係由在該光學元件之表面處形成的通常環形(環狀)外圍溝槽所圍繞。繞著該接觸面積銑削且深度一般來說不大於0.5mm、較佳為不大於0.2mm的該溝槽，用於確保在致動以橫桿方式作用的該致動器時，在該光學元件中的該等最大拉伸應力在該接觸面積所涵蓋 的表面區域中不再發生，而是在該溝槽中。這對於在該接觸面積與該光學元件之表面之間引入黏著劑的情況特別具優勢，因為該黏著劑可以此方式剪切或分割掉。在此情況下，該溝槽繞著覆蓋該黏著劑的該光學元件表面之該區域形成。
在銑削該溝槽後，可能藉由蝕刻而減少加工應力和深度損傷，然而在此情況下一般來說仍有明顯凹面和粗糙表面。即使沒有此種深度損傷，該表面形態之小規模調整仍具有局部應力尖峰(凹槽應力)可在該溝槽中形成的效果。而且，該溝槽之內部表面可能難以機械地使其平滑及拋光。因此，特別較佳為，該溝槽之內部表面藉助上述所說明的該雷射拋光局部地使其平滑且緊壓或硬化。該溝槽藉由雷射拋光之硬化或許可能足以確保該光學元件之斷裂強度，使得若適當則可省略如上述進一步所說明的該壓縮應力之產生。
在進一步具體實施例中，至少一個致動器具有可致動腳座，在該處形成用於將該致動器連接至該光學元件之表面的接觸面積。連接至該光學元件之表面的該腳座形成橫桿，在其背離該接觸面積的側上，例如形式為壓電元件的致動組件可接合，以對該腳座施加側向力。此外或另外，該腳座亦可在垂直於該光學元件之表面的方向上移動，以在該接觸面積之區域中產生該光學元件之壓縮應力或偏轉。
該光學元件係藉由調整一個腳座或橫桿或一般來說複數腳座或橫桿而應變及彎曲，因此可以針對性方式影響波前之高階。用作橫桿的該腳座可借助於接合劑在該接觸面積處連接至該光學元件之大致平面的表面，例如藉助黏著劑。上述所說明的該外圍溝槽可用於將該等應力轉向 遠離該黏著劑。或者，該腳座或橫桿亦可在施加至該表面的金屬化層上以螺栓或焊接或熔接固定。
若形成該接觸面積處的該橫桿或該腳座係從鋁、鋼或高強度陶瓷構成，且若可獲得至該光學元件之玻璃的充分抗剪切連接，則如此導致具有較高強度的複合材料，因為所提及的大多數該等材料皆具有較該光學元件之玻璃材料更高的疲勞強度。然而，此增強的強度僅在該腳座下方存在，亦即在其中該接觸面積係連接至該光學元件之表面的區域中。若該腳座在側視圖中具有大致矩形或陡坡梯形輪廓，則該等最大拉伸應力在該接觸面積所涵蓋區域外部的該玻璃中發生，然而，該處強度並未增強。
本發明之進一步態樣係關於在前言中所提及類型之光學操縱器，其特別可如上述進一步所說明體現，且其中至少一個致動器具有可致動腳座，在該處形成用於將該致動器連接至該光學元件之表面的接觸面積，其中至少在該接觸面積之區域中的該腳座具有成形輪廓，其厚度隨著與該接觸面積相距的距離增加而連續地減小，特別是成指數地，及/或其中至少在該接觸面積之區域中的該腳座之材料具有機械強度，其隨著與該腳座之中心軸相距的距離增加而連續地減弱。
若該腳座之直徑朝向該接觸面積連續地增大，使得其厚度連續地減小，較佳為從該光學元件之表面向前至少在部分區域上成指數地，則該腳座之強度在其該等外部區域中亦減弱。在致動用作橫桿的該腳座時，該腳座因此可在其外部區域中逐漸變形。因此，在該玻璃中的該等應力係分散至較大作用區域上方。因此，該等應力根據其振幅減少，且大部分仍存在於介於該接觸面積與該光學元件之表面之間的複合區域中。除選 擇該成形輪廓外或作為替代，亦有藉由改變該腳座材料之強度而分散該等應力之可能性，例如藉助從不同合金層製成的該腳座之組成或藉由提供摻雜梯度，使得在該腳座之該等外部區域中所建立的可變形性提高，亦即接合至該光學元件之表面上最遠離該中心軸的該等區域。藉助該成形腳座或具有變化強度的該腳座，較佳為在該光學元件之材料中發生的該等最大拉伸應力可減少至小於1MPa。
除使用成形腳座或由具有變化強度材料組成的腳座或作為替代，亦可能將纖維強化的黏著層施加至該光學元件之表面。在此情況下，該纖維強化的黏著層通常延伸超出該腳座之直徑或朝向該外部超出該接觸面積。此措施亦在該光學元件之材料中導致該等應力之空間施用(smearing)。
若該一般來說有機的黏著劑沒有充分剪切阻力，或若適當黏著劑因UV衰解或釋氣原因而不容許使用，則(例如成形)腳座亦可焊接或熔接至金屬化層上。在此情況下，在該光學元件中該等應力之施用亦可藉由選擇所使用焊料之直徑和厚度輪廓而獲得。
在進一步具體實施例中，具有成形輪廓及/或連續地減弱之機械強度的該腳座之接觸面積，係藉由接合劑連接至該光學元件之表面，且該壓縮應力為當該腳座連接至該表面時所熱誘發的機械應力。若具有成形輪廓或具有向外減弱之機械強度的該腳座和該玻璃基板被帶至用於固化黏著劑或用於焊接的高溫，則該腳座在冷卻期間或之後的收縮程度一般會較該基板更大，使得壓縮應力引入該玻璃中，該壓縮應力可大於1MPa。該玻璃之強度進一步藉由在該致動期間抵消引入該光學元件材料中之拉伸應力的該所引入壓縮應力而增強。
進一步態樣係關於用於微影技術的投影透鏡，包含：至少一個光學操縱器，其如上述所說明體現用於該投影透鏡之波前校正。相對於慣用光學操縱器，該波前校正可藉由在憑藉所應變或彎曲之該光學元件的該曝光製程期間即時致動該光學元件而實行。如此，可以針對性方式影響該波前之個別階，亦即個別詹尼克(Zernike)係數。該投影透鏡可針對在UV波長範圍內所使用的輻射或在EUV波長範圍內所使用的輻射而體現。在後者情況下，該投影透鏡通常沒有可穿透光學元件，且該光學操縱器通常體現為EUV反射鏡。
在一個發展中，該光學操縱器之光學元件為引入該投影透鏡或該投影透鏡之反射鏡元件中的平面平行板。該光學操縱器之該光學元件可為可穿透光學元件，例如形式為平面平行(通常矩形的)板。在此情況下，該光學元件係作為附加組件引入該投影透鏡之光束路徑中。在此情況下，該光學元件可設置於例如具有待成像光罩之物件平面與該投影透鏡之第一透鏡元件之間或其他位置。在此情況下，體現為平面平行板的該光學元件一般來說具有約2mm至3mm之小厚度。在此情況下，該等致動器通常在該平面板上與其在該光學上所使用區域外部的可致動腳座接合。
不言而喻，可能在該投影透鏡之光束路徑中的其他位置設置該光學元件。另外或此外，無論如何已存在(如在折反射投影透鏡中)的反射鏡元件亦可用作波前操縱器。在此情況下，該等致動器作用至該反射鏡元件之反射鏡基板上。該反射鏡元件可設置於例如用於UV波長範圍的投影透鏡中或用於EUV微影的投影透鏡中。
進一步態樣係關於用於微影技術的投影曝光裝置，包含：一 投影透鏡，其如上述所說明體現。此種投影曝光裝置通常係提供用於掃描操作，亦即其中設置待成像結構的物場係在該曝光製程期間加以掃描。該光學操縱器意欲用於波前操縱，或用於在該掃描製程期間即時校正影像像差，因此在該光學操縱器之該光學元件之使用壽命內導致109或以上數量級之高數值循環。在該掃描曝光期間，若該等影像像差依目前所曝光區域而定變化且意欲直接進行校正(前饋或封閉迴路)，若適當則個別致動器必須在各情況下皆掃過其致動範圍之顯著部分，這在本申請案之意義內係指定為循環，亦即循環對應於曝光製程。在該光學元件之使用壽命內的循環次數，來自每小時的晶圓(在100-300 wph「每小時晶圓(wafer per hour)」之範圍內)和每個晶圓的該等曝光(在數百次曝光之區域中)。
在一個發展中，該光學操縱器係設計用於在曝光製程期間的波前校正，其中該光學操縱器之該光學元件具有至少十億次曝光製程(或循環，參見上述)之使用壽命。在校正波前像差所需裝載該光學元件之情況下，若未實行上述進一步所說明的該等措施，則隨著針對波前校正使用該所需校正範圍有該光學元件之該所需使用壽命將無法達成的擔憂，使得在該光學元件之熔合矽石材料中的裂紋或斷裂，將在所設想循環次數完成前即已發生。憑藉上述所說明的該等措施，該光學元件之使用壽命可增加，或對於預定使用壽命，不必縮減可藉助該光學操縱器達成的該波前校正範圍。
本發明之進一步態樣係關於用於如上述所說明生成光學操縱器的方法，包含：藉由將機械應力引入近表面體積區域中，而至少在該等致動器之該等作用區域處產生該壓縮應力，該機械應力特別可在生成期間熱誘發，或藉由緊壓該光學元件之近表面體積區域而至少在非近表面體 積區域中的該等致動器之該等作用區域處產生該壓縮應力。如上述進一步所說明，可能藉由在該表面區域中受到熱衝擊的前述光學元件而在該光學元件之表面處產生壓縮應力，該熱衝擊將機械應力引入該光學元件之近表面體積區域中。舉例來說，該熱衝擊可藉由雷射退火而產生。該熱誘發的機械應力亦可藉助雷射光束或電子束由該表面之局部熔化引入。為增加所引入的機械應力，該光學元件可在加熱後迅速地冷卻，例如藉由使用液態氮冷卻的前述光學元件。該熱誘發的應力若適當則亦可藉助該光學元件之快速冷卻而無需預先加熱產生，例如藉由在該光學表面處或在鄰接該表面的體積區域中使用液態氮冷卻的該光學元件。
或者，可能藉助以粒子(特別是以電子)轟擊該光學元件之表面，或藉由在該光學元件之表面上的輻射作用(特別是X光輻射)，而實行該光學元件之近表面體積區域之緊壓。若適當則該緊壓亦可以不同方式執行。由於該緊壓結果，該近表面體積區域會在該下層非近表面體積區域上施加壓縮應力。
在該方法之一個變化例中，該壓縮應力係在該光學元件之表面處所形成且圍繞致動器之接觸面積的至少一個溝槽處產生。如上述進一步所說明，該溝槽用於占用在該光學元件中的該等最大應力。因此，在該溝槽之區域中產生該壓縮應力具優勢。在此情況下，該壓縮應力同樣可在該光學元件之近表面或非近表面體積區域中產生。
本發明之進一步特徵和優勢參照顯示本發明所必需細節的所附圖式之該等圖示，從下列本發明示例性具體實施例之說明以及諸申請專利範圍顯而易見。該等個別特徵可藉由其自身而個別在各情況下或在本 發明之變化例中以任意組合作為複數實現。
10‧‧‧黏著層
11‧‧‧保護層
12‧‧‧螺釘
13、14‧‧‧墊片
15‧‧‧金屬化層
16‧‧‧焊料
17‧‧‧塗層；反射放大塗層
18‧‧‧塗層；金屬塗層；接合劑
19‧‧‧層；接合劑
20a、20b‧‧‧板材；保護珠粒
21‧‧‧離子源
22‧‧‧離子束
23‧‧‧輻射源
24‧‧‧X光束
25‧‧‧電子槍
26‧‧‧電子束
27‧‧‧雷射源
28‧‧‧紫外線(UV)輻射
29‧‧‧雷射源
30‧‧‧雷射光束；雷射輻射
31‧‧‧吸收層
32‧‧‧部分
33‧‧‧中心軸
A、A*‧‧‧高度
B、B*‧‧‧寬度
AK‧‧‧致動器
AR‧‧‧寬高比
CU‧‧‧中央控制裝置
CM‧‧‧凹面鏡；反射鏡元件
CTE1、CTE2‧‧‧熱膨脹係數
D‧‧‧總厚度
d、T‧‧‧厚度
D1、D2‧‧‧密度
DI1、DI2‧‧‧距離
DR‧‧‧致動裝置
ES‧‧‧出射表面；出射平面
F‧‧‧腳座；可致動腳座
FM1‧‧‧第一平面偏轉鏡；第一偏轉鏡
FM2‧‧‧第二偏轉鏡
FP‧‧‧光學上所使用區域；光學區域
IA‧‧‧作用區域
ILL‧‧‧照明系統
IS‧‧‧影像平面；影像表面
K‧‧‧接觸面積
LS‧‧‧光源；雷射；脈衝光源
O1‧‧‧第一表面；表面
M‧‧‧倍縮光罩；光罩
MAN‧‧‧光學操縱器
MO‧‧‧緊伸裝置
N‧‧‧環形溝槽；溝槽
NA‧‧‧數值孔徑
O2‧‧‧表面
OA‧‧‧光軸
OE‧‧‧光學元件；板形光學元件；可穿透光學元件；平面平行板
OF‧‧‧有效物場；物場
OS‧‧‧物件平面；倍縮光罩平面
PO‧‧‧投影透鏡
R‧‧‧擋片
RS‧‧‧裝置；倍縮光罩台
S‧‧‧壓縮應力
SF‧‧‧表面形態；波狀表面形態
SS‧‧‧光敏基板表面
T‧‧‧裝載溫度
TG‧‧‧轉變溫度
V1‧‧‧近表面體積區域；所緊壓體積區域
V2‧‧‧體積；下層(非近表面)體積區域
W‧‧‧基板；半導體晶圓
WFM‧‧‧光學波前操縱系統；波前操縱系統
WS‧‧‧裝置；晶圓台
WSC‧‧‧投影曝光裝置
ß‧‧‧成像比例
σ‧‧‧連貫性
示例性具體實施例係在示意圖式中例示，並在下列說明中加以說明。在該等圖示中：圖1顯示用於微影技術的投影曝光裝置之一個範例之示意例示圖，圖2a、圖2b在側視圖和平面圖中顯示包含一板形光學元件和一致動裝置的光學操縱器之一個示例性具體實施例之示意例示圖，圖3a-圖3d顯示用於將該致動裝置之致動器腳座固定至圖2a、圖2b該光學元件之表面的複數可能性之示意例示圖，圖4a-圖4f顯示用於隨著使用不同的熱膨脹係數在光學操縱器之光學元件材料中產生壓縮應力的複數可能性之示意例示圖，圖5a-圖5d顯示藉助離子植入及氣體之內擴散而在光學元件中產生壓縮應力之示意例示圖，圖6a-圖6c顯示藉由緊壓及膨脹波而在板形光學元件中產生壓縮應力之示意例示圖，圖7a-圖7b顯示藉由雷射熱處理及雷射拋光而在光學元件中產生壓縮應力之示意例示圖，圖8a-圖8d顯示有無(圖8a)具有該連續地減小的厚度(圖8b-圖8d)之輪廓的致動器之腳座之示意例示圖。
在下列所附圖式之說明中，相同的參考標記用於相同的或功能上相同的組件。
圖1顯示用於微影技術的投影曝光裝置WSC之一個範例，其可用於生成半導體組件及其他精細結構組件，並為獲得向下達數微米分之一的解析度而以來自深紫外線(DUV)範圍的光或電磁輻射進行操作。具有約193nm之所使用波長λ的氬氟(ArF)準分子雷射用作主要輻射源或光源LS。其他UV雷射光源，例如具有157nm之操作波長的氟(F2)雷射或具有248nm之操作波長的ArF準分子雷射同樣為可能。
配置於光源LS之下游的照明系統ILL在其出射表面ES上產生大型清晰地限定的照明場，其適於在該光路徑上設置於其後面的投影透鏡PO之該等遠心度(telecentricity)要求。照明系統ILL具有用於設定不同照明模式(照明設定)的裝置，並可在例如具有不同連貫性σ程度的慣用軸上照明與離軸照明之間進行切換。該等離軸照明模式包含例如一環形照明或一雙極照明或一四極照明或某些其他多極照明。合適照明系統之結構本身已習知，因此在此並未更詳細加以說明。美國專利申請案公開號US 2007/0165202 A1(對應於WO 2005/026843 A2)揭示可在各種具體實施例之上下文中使用的照明系統之範例。
從雷射LS接收光並從引導至倍縮光罩M的光照明輻射接收形狀的那些光學組件，屬於投影曝光裝置WSC之照明系統ILL。
用於托持及操縱光罩M(倍縮光罩)的裝置RS設置於該照明系統後面，使得設置於該倍縮光罩處的圖案位於投影透鏡PO之物件平面OS上，其與該照明系統之出射平面ES重合，且在此亦指定為倍縮光罩平面 OS。該光罩可借助於掃描驅動而在垂直於光軸OA(z方向)的掃描方向(y方向)上針對掃描器操作在此平面上移動。
投影透鏡PO接在倍縮光罩平面OS後面，該投影透鏡用作縮小鏡並將以縮小比例(例如以1：4(| ß |=0.25)或1：5(| ß |=0.20)之比例)設置於光罩M處的圖案之影像成像至覆蓋有光阻層的基板W上，該基板之光敏基板表面SS位於投影透鏡PO之影像平面IS之區域中。
在本範例之情況下為半導體晶圓W的待曝光基板係由裝置WS托持，其包含一掃描器驅動，以在掃描方向(y方向)上垂直於光軸OA將該晶圓與倍縮光罩M同步地移動。亦指定為「晶圓台」的裝置WS和亦指定為「倍縮光罩台」的裝置RS為藉助掃描控制裝置所控制的掃描器裝置之部件，其在本具體實施例中整合至該投影曝光裝置之中央控制裝置CU中。
由照明系統ILL所產生的照明場界定出在該投影曝光期間所使用的有效物場OF。在本範例之情況下，此場為矩形，並具有平行於該掃描方向(y方向)所量測的高度A和與其垂直(在x方向上)所量測的寬度B>A。該寬高比AR=B/A一般來說介於2至10之間、特別是介於3至6之間。該有效物場在靠著該光軸(離軸場)的y方向上距離處。在影像表面IS上光學共軛至該有效物場的有效影像場，具有與該有效物場相同的形狀和介於高度A*與寬度B*之間相同的寬高比，但該絕對場大小係藉由該投影透鏡之成像比例ß而縮減，亦即A*=| ß |A且B*=| ß |B。
若該投影透鏡係設計及操作為浸沒透鏡，則在該投影透鏡之操作期間，輻射穿過位於該投影透鏡之出射表面與影像平面IS之間的浸沒液體之薄層。在浸沒操作期間，影像側數值孔徑NA>1為可能。作為乾透鏡 的結構亦為可能；在此情況下，該影像側數值孔徑限於數值NA<1。在對高解晰度投影透鏡而言為一般的這些情況下，具有相對較大數值孔徑(例如具有大於0.15或大於0.2或大於0.3之數值)的投影輻射，係存在於該投影透鏡之部分或所有場平面(物件平面、影像平面、可能一個或複數中間影像平面)之區域中。
圖1所示投影透鏡PO為具有第一純折射透鏡部件、第二包含一凹面鏡CM之折反射透鏡部件、和第三純折射透鏡部件的折反射投影透鏡。該第二透鏡部件具有偏轉裝置，其以稜鏡之方式體現，並具有用於將來自物件平面OS之投影輻射反射至凹面鏡CM的第一平面偏轉鏡FM1，以及第二偏轉鏡FM2，其相對於第一偏轉鏡FM1直角對齊，並在影像平面IS之方向上將凹面鏡CM所反射的投影輻射偏轉。具有相似的基本結構之浸沒透鏡，係揭示於例如國際專利申請案WO 2004/019128 A2中。在浸沒操作期間，使影像側數值孔徑NA>1為可能。作為乾透鏡的結構亦為可能；在此情況下，該影像側數值孔徑限於數值NA<1。
該投影透鏡或該投影曝光裝置配備光學波前操縱系統WFM，其配置用於動態地改變從物件平面OS傳遞至影像平面IS的投影輻射之波前，亦即波前操縱系統WFM之光學效果可藉助控制信號變化地設定。在該示例性具體實施例中的波前操縱系統WFM具有內含光學元件OE的光學操縱器MAN，其在該投影光束路徑上直接緊鄰投影透鏡PO之物件平面OS設置，且其表面形態SF可借助於致動裝置DR可逆地改變。
為進一步說明之目的，圖2a顯示在xz平面上穿越光學操縱器MAN的示意縱剖面。光學操縱器MAN具有由對於該投影輻射為可穿透 之材料組成的板形光學元件OE，例如由合成熔合矽石組成。在所示範例中，光學元件OE係體現為平面板，並具有約2mm和3mm之厚度。光學元件OE之表面形態SF為沒有該致動裝置之作用的平面，其藉由致動裝置DR之作用而改變為圖2a所示的波狀表面形態SF。為產生波狀表面形態SF，致動器裝置DR包含複數致動器AK，其可彼此獨立地驅動，並在圖2b中以圓圈形式的簡化方式例示出。
致動器AK接合至在圖2b所示光學上所使用區域FP外部的光學元件OE上，前述光學上所使用區域之外邊界在圖2a中由虛線表示。光學上所使用區域FP係藉由來自有效物場OF的該等射線例示出。光學上所使用區域FP亦指定為「覆蓋區」。由於OE係設置接近物場OF，因此該投影輻射所使用的光學區域FP實質上具有所照射物場OF之矩形形態，其中該等角落區域係稍微刨圓。
致動器AK設置於光學上所使用區域FP外部，以防止該投影輻射在致動器AK處散射或反射。致動器AK接合至板形光學元件OE上係以後者可彎曲且表面形態SF可以界定方式帶入波狀形態的方式為之。在此情況下，平行於z方向所量測出該等波形之「振幅」，亦即在z方向上光學元件OE之偏轉和在x方向上所量測出介於相鄰波峰之間的距離，亦即該波型之波長或週期，皆可設定為不同數值。在本範例之情況下，在x方向上設定正弦分布。
圖2b示意性地顯示在此方向上的光學元件OE之表面形態具有複數局部極大值(在圖2a中由波峰而在圖2b中由「+」號表示)和複數居間局部極小值(在圖2a中由波谷而在圖2b中由「-」表示)。不言而喻， 圖2b所示致動器AK之設置僅為舉例來說，致動器AK亦可繞著光學上所使用區域FP以不同的方式設置，以該所需方式彎曲光學元件OE。
為作用至光學元件OE之目的，致動器AK各皆具有腳座F，這例示於圖3a-圖3d中。在其底端，腳座F具有用於連接至面向腳座F的光學元件OE之第一表面O1的接觸面積K。可體現為例如壓電元件的致動器AK之致動元件，在背離光學元件OE之表面O1的腳座F端部處接合至腳座F上。如在圖3a-圖3d中可看出，腳座F用作橫桿，因為在腳座F之上方部分區域中施加至腳座F上的力在側向方向上具有力分量。
在圖3a所例示範例中，腳座F黏著地接合至光學元件OE之表面O1，亦即在接觸面積K與表面O1之間引入黏著層10，在所示範例中的前述黏著層施加至用於保護黏著層10避免來自光學元件OE在UV波長範圍內之雜散輻射的保護層11。保護層11由對於在UV波長範圍內的輻射為不可穿透的材料組成。
若在圖3a中由箭頭圖形化的力作用至腳座F上，則拉伸應力從腳座F傳輸至光學元件OE之材料，該拉伸應力在作用區域IA中假設最大數值，其在所示範例中部分重疊在由接觸面積K或黏著層10所覆蓋的光學元件OE之表面O1處的該區域。作用區域IA相對於該側向力之有效方向在腳座F之相對側上形成。由於接合至腳座F處的致動器AK之力之有效方向通常可在x-y平面上幾乎任意變化，因此其中最大拉伸應力在光學元件OE中發生的作用區域IA，通常會繞著接觸面積K以環形方式延伸。
為將該拉伸應力轉離黏著層10，在圖3b所示光學元件OE之情況下，腳座F或其接觸面積K係由銑削進入光學元件OE之表面O1 的環形溝槽N所圍繞。在此情況下，在溝槽N內形成作用區域IA，亦即在用作橫桿的腳座F之偏轉期間，該等最大拉伸應力在溝槽N內發生。
圖3c顯示對於將腳座F固定至光學元件OE之表面O1的進一步可能性，其中在光學元件OE中引入鑽孔，穿越該鑽孔插入螺釘12，前述螺釘旋緊至形成於腳座F中的內螺紋。在腳座F與光學元件OE之第一表面O1之間和螺釘12之頭部與光學元件OE之第二表面O2之間引入各自墊片13、14。
在圖3d所例示腳座F之情況下，金屬化層15施加至光學元件OE之表面O1，以藉助焊料16將腳座F焊接或熔接至其上。不言而喻，作為對於圖3a-圖3d所示該等範例的替代，致動器AK或其腳座F亦可接合至光學元件OE之兩者彼此相對表面O1、O2上。
在圖3a-圖3d所示的所有情況下，在腳座F與光學元件OE之間生成對於剪切的連接阻力，以使光學元件OE能彎曲。在彎曲光學元件OE期間，拉伸應力在接近腳座F之接觸面積K的作用區域IA中引入，該拉伸應力可大於1MPa、若適當則大於10MPa或更高。光學元件OE之熔合矽石材料之拉伸強度用於靜態負載約50MPa至60MPa。
投影曝光裝置WSC之中央控制裝置CU，在投影曝光裝置WSC之曝光操作期間連續地作用至光學操縱器MAN之致動裝置DR上，以即時校正波長像差，使得光學元件OE之拉伸和壓縮負載頻繁且可觀地變化。因此，在光學元件OE中形成裂紋或斷裂可在到達其所計畫使用壽命前發生。
由於光學元件OE之熔合矽石材料對於壓縮應力大部分不 敏感，因此為延長光學元件OE之使用壽命，建議以壓縮應力之形式將預應力引入光學元件OE中，其抵消由致動器AK之腳座F之旋轉動作所引起的拉伸應力，使得光學元件OE之材料始終受到壓縮負載，或至少在光學元件OE之材料中的拉伸應力可藉由該抵消的壓縮應力而減少。適合該目的之壓縮應力在此應大於1MPa、較佳為大於100MPa、特別是大於500MPa。
為在光學元件OE中產生此數量級之壓縮應力，外部壓縮應力可藉由封圍板形光學元件OE的緊伸裝置MO而產生，如在圖2b中藉由範例所例示。緊伸裝置MO體現為收縮裝配至光學元件OE之外邊緣上的外圍金屬安裝座。緊伸裝置MO實質上沿著光學元件OE之兩個主軸(x和y)引入壓縮應力。機械緊伸裝置MO通常可將複數MPa數量級之壓縮應力引入光學元件OE中，使得可補償由致動器AK所引入相同數量級之拉伸應力。
在圖4a-圖4f所示光學元件OE之情況下，為產生該壓縮應力，各自拉伸應力憑藉施加至光學元件OE的至少一個拉伸層施加至光學元件OE之至少一個表面O1、O2上，使得光學元件OE之下層玻璃材料受到壓縮應力。對於在光學元件OE之表面O1、O2處產生該拉伸應力，可能使用具有較光學元件OE之材料(具有熱膨脹係數CTE1)更高熱膨脹係數CTE2的材料，亦即CTE2>CTE1成立。
在圖4a所示範例之情況下，該拉伸應力係藉由施加至光學元件OE之各自表面O1、O2的塗層17、18而產生。為施加塗層17、18，光學元件OE通常會加熱，且該塗層材料氣相沉積至各自表面O1、O2上，或藉由濺鍍施加至光學元件OE，若適當則以藉由離子束輔助的方式進行。 在冷卻塗層17、18和用作基板的光學元件OE後，塗層17、18由於較高的熱膨脹係數CTE2，因此較光學元件OE之材料收縮達更大程度，使得塗層17、18產生在光學元件OE之材料中導致相對壓縮應力S的拉伸應力(在圖4a中由箭頭所指示)。若該塗層溫度係在約300℃至500℃之範圍內，則該塗層製程應與氫氣在光學元件OE之可能所需的裝載前執行。
作為用於塗層17、18的層材料，其在圖4a中舉例來說係由兩層(每一側)組成，但其亦可由多層或僅一層組成，在圖4a所例示包括於光學上所使用區域FP內的該整個面積應用之情況下，應使用對於在UV波長範圍內所使用輻射為可穿透的材料，例如金屬氟化物，如氟化鎂(MgF2)或氟化鑭(LaF3)，其對於193nm的輻射可穿透並可用於產生高達400MPa之層應力，這對於數MPa之拉伸應力之該等變化負載綽綽有餘。如氧化鋁(Al2O3)或氧化鉿(HfO2)的金屬氧化物在248nm、若適當則亦在193nm充分可穿透。
在圖4a中，塗層17施加至光學元件OE之上端側O1，且塗層18亦施加至光學元件OE之下側O2，即使致動器AK或腳座F僅接合至光學元件OE之上端側O1上。在下側O2上的塗層18用於避免在施加至一側上的塗層17之拉伸應力下該板之變形。然而，不言而喻，若適當則塗層17僅施加至分別接合的橫桿或腳座F之表面O1上即充分。在包括於光學上所使用區域FP中的可穿透光學元件OE之應變塗層17、18之情況下，如圖4a所示，以在各情況下應變皆達相同量值的塗層17、18均勻地從兩側塗佈板形光學元件OE具優勢，以使光線在斜向穿過時相對於其主光方向在各情況下皆橫向感知相同的應力分量。
圖4b顯示塗層17、18之變化例，其施加至僅在光學元件OE之光學上所使用區域FP外部的整個面積上，亦即在圖2b所示該框架形區域中。塗層17、18因此圍繞光學元件OE之光學上所使用區域FP，並可例如藉由在該塗佈期間覆蓋於光學上所使用區域FP內的光學元件OE而生成。由於在光學上所使用區域FP外部塗層17、18之環形應用結果，亦可能使用對於投影曝光裝置WSC所使用輻射不可穿透的塗佈材料，例如金屬或陶瓷材料。而且，光學上所使用區域FP可保持無起因於可能導致雙折射之塗層17、18的應力。
如圖4c所例示，若塗層17係以島形方式施加至各腳座F之接觸面積K之區域中，則在光學上所使用區域FP上的負載可更進一步減輕。如圖4d所示，若各自腳座F或接觸面積係由環形外圍溝槽N所圍繞，則可僅在溝槽N內施加塗層17即充分，若適當則在聯接溝槽N的平面表面區域中。
如圖4e所例示，在一側上施加塗層為可能，特別是在形式為反射鏡的反射光學元件OE之情況下。反射光學元件OE可為例如圖1所示投影透鏡PO之凹面鏡CM。如在圖4e中可看出，光學元件OE在此情況下具有基板，其可例如從熔合矽石或摻雜鈦的熔合矽石構成。板形光學元件OE具有反射放大塗層17所施加至的金屬塗層18，其可包含例如一種或複數金屬氟化物或金屬氧化物。在所示範例中，金屬塗層18具有較光學元件OE之材料更高的熱膨脹係數CTE2，使得金屬塗層18用作拉伸層。
在圖4f中例示出，對於使用層19或具有較光學元件OE之材料更高熱膨脹係數CTE2的物體產生壓縮應力的進一步可能性。由與光學 元件OE不同的材料組成的層19或板形物體(例如由玻璃或玻璃陶瓷組成)，係在高溫施加(例如接合或熔合)至光學元件OE之磨光、研磨或拋光表面O1上。該物體可為矽酸鹽玻璃，其具有較熔合矽石顯著更低的熔點，並已進入低於熔合矽石之玻璃轉變溫度(高溫接合)的機械固定連接。
藉由特定鹼性溶液，機械固定連接已可在數百℃之溫度(低溫接合)下生成或具有玻璃糊(「玻璃料接合」)。具有該較高熱膨脹係數的層19亦可生成，若適當則藉由使用雷射照射局部地熔合的玻璃粉末。
在上述所呈現的所有情況下，層19在生成該連接時較在傳統塗佈之情況下更厚許多。因此，對於該例如所熔合或所接合上的層19，一般來說有必要在該連接之生成後藉由研磨或拋光而變薄。若環溝槽N在繞著致動器AK之接觸面積K的光學元件OE上形成，則舉例來說不同氣體層可熔合至用作基板的光學元件OE之材料中，隨後並可藉助銑削加工去除以再次生成環溝槽N。
對於產生大於1MPa高達1000MPa之壓縮應力的進一步可能性在於，將離子、特別是金屬離子納入光學元件OE之材料之玻璃基質中。不僅四價金屬(如鈦(Ti))，舉例來說，還有具有不同原子價的金屬(如鈉(Na)和銅(Cu))，舉例來說，可在充分高溫擴散至該玻璃中，並可納入其中。圖5a顯示此種植入製程，其涉及以氣相提供金屬離子M+或金屬蒸氣M，其在例如超過200℃之充分高溫內擴散至光學元件OE之材料中，具體而言在具有通常介於約1μm與1mm之間之厚度d的近表面體積區域中。高溫和低壓用於大多數金屬之植入，當後者具有高蒸氣壓時除外，例如對於汞的情況。
在該玻璃基質中共價鍵合的大多數金屬離子或金屬原子在熔合矽石中導致在UV波長範圍內的高吸收，使得在圖5a所例示光學元件OE之情況下，有必要保護光學上所使用區域FP防止金屬離子之內擴散。在圖5a中，此係藉由放置於光學元件OE之表面O1、O2上的各自板材20a、20b而達成，這些板材係從與光學元件OE相同的材料或不同的材料構成，其中該擴散前進較在光學元件OE之材料中更慢。板材20a、20b係按尺寸製成，使得其在整個面積上方皆覆蓋光學上所使用區域FP。
在圖5b中例示出，對於保護該光學上所使用區域防止金屬離子之內擴散的進一步可能性，其例示用於生成光學元件OE的擋片R，前述擋片具有圍繞光學上所使用區域FP的保護珠粒20a、20b，以防止金屬離子M+可以穿透至該光學上所使用區域中。在以金屬離子裝載後，去除保護珠粒20a、20b以生成板形光學元件OE。
若該摻雜處理係在超過300℃至500℃進行，則若具有氫氣的光學元件OE材料之裝載僅在該摻雜後執行則具優勢。若離子植入並未導致在熔合矽石中可觀的吸收增加，例如鋁離子，則該遮蔽一般來說可免除。不言而喻，用於保護光學上所使用區域FP的措施在形式為反射鏡的光學元件之情況下一般來說非必要，例如由熔合矽石、摻雜鈦的熔合矽石、玻璃陶瓷或陶瓷組成。
作為對於如圖5a、圖5b所示金屬離子從氣相至光學元件OE之材料中之內擴散的替代，亦可能以該離子交換方法將該等金屬離子納入光學元件OE中。在此情況下，該內擴散係藉由浸入具有較該玻璃材料中所存在離子更大離子之熱鹽熔體的光學元件OE而執行。該玻璃材料中所存 在該等較小離子交換為該鹽熔體之該等較大離子。該等較大離子在光學元件OE之近表面體積區域中產生壓縮應力，數十μm已足以增強該玻璃之拉伸強度一個數量級以上。
圖5c顯示對於離子植入至光學元件OE之材料中的進一步可能性，其涉及使用離子源21，用於產生輻射至光學元件OE之表面O1上以將離子植入近表面體積區域V1中的離子束22。該離子植入可在稍微高溫之室溫下執行。該穿透深度或近表面體積區域V1之厚度d和該濃度分布，可藉由選擇該等離子和該加速電壓加以控制。而且，該側向摻雜分布可藉由使用較狹幅地限定的離子束22加以控制，使得光學上所使用區域FP之有效遮蔽可以顯著簡化方式執行。圖5c所示摻雜一般來說可以任何類型之粒子束且亦可以非金屬執行。
對於在光學元件OE中產生該壓縮應力的進一步可能性，在於讓氣體內擴散至光學元件OE中。氣體在熔合矽石中分子溶解，亦即該等氣體原子或分子係在「格隙位置」處納入。在該熔合矽石材料中的壓縮應力特別可藉由以惰性氣體裝載的後者生成，例如以氦氣(參見圖5d)及/或以氮氣。該氣體通常在例如超過500℃之高裝載溫度T及一般來說相對於大氣壓力較高的壓力下引入光學元件OE。該上述氣體擴散在室溫下較分子氫更慢，使得在光學元件OE之使用壽命期間的向外擴散低於將分子氫納入至光學元件OE中的情況。而且，以氮氣及/或惰性氣體可能將大於例如1×1016molecules/cm3、大於5×1016molecules/cm3或大於1×1018molecules/cm3之高濃度納入近表面體積區域V1中，且該玻璃無損傷。該等內擴散氣體之高濃度在近表面體積區域V1中引起高壓縮應力。該濃度和該應變之側向控制， 例如用於僅在致動器AK之該等作用區域中產生該壓縮應力，可藉由光學元件OE從其所生成(在此方面，參見圖5a、圖5b)的擋片R之光學元件OE之遮蔽或預塑形而執行。預塑形一般來說在較高的壓力和溫度下更具優勢。
為在光學元件OE中產生壓縮應力，亦可能在近表面體積區域V1中生成偏離光學元件OE之剩餘體積V2之密度D2的密度D1，或在光學元件OE中生成密度梯度。
在近表面體積區域V1中的密度D1可小於在光學元件OE之剩餘體積V2中的密度D2。此情況為，舉例來說，若該密度梯度係藉由熱處理而生成，亦即若該玻璃係加熱至低於玻璃轉變溫度TG且正好高於較低鬆弛溫度的溫度，並保持在此溫度數天或數週。該玻璃隨後藉由吹至其上的氣體進行淬火，或是藉由浸入液體(如冰水或液態氮)中。由於該玻璃或近表面體積區域V1之該等表面的冷卻速度較光學元件OE之剩餘體積V2更快，因此該玻璃在冷卻後在近表面體積區域V1中具有較低密度，因此將會占用較大體積，因此將光學元件OE之表面O1、O2放在壓縮應力下。
圖6a顯示對於具體而言藉由在近表面體積區域V1中所緊壓的玻璃材料，相對於在剩餘體積V2中之密度D2改變在近表面體積區域V1中之密度D1的進一步可能性。為此目的，光學元件OE藉助由輻射源23所產生的X光束24進行轟擊，以生成通常大於體積1%、若適當則大於體積2%或大於體積3%之玻璃材料之永久緊壓。穿透深度或所緊壓體積區域V1之厚度d極小，例如小於約10nm，使得前述體積區域用作拉伸層並引起壓縮，亦即下層(非近表面)體積區域V2之壓縮應力。10nm為軟X光輻射進入熔合矽石或摻雜鈦的熔合矽石之一般穿透深度。作為使用X光束 24的替代，其他高能輻射亦可用於緊壓目的，較短的波長穿透進入該熔合矽石材料較淺。至關重要的是，接近表面O1在光學元件OE之近表面體積區域V1與剩餘體積V2之間發生導致該所需壓縮應力的應變。
光學元件OE材料之提高密度或緊壓在繞著該等致動器AK之該等接觸面積K的島形表面區域中特別具優勢。此外，此方法已證實用於硬化以環形方式圍繞接觸面積K的溝槽N之表面具優勢。圖6b顯示藉助由電子槍25所產生的電子束26在環狀溝槽N之區域中的此種緊壓。亦藉助電子束26，具有小於例如10nm之很小厚度d的近表面體積區域V1可緊壓，以用作拉伸層並施加壓縮應力至光學元件OE之下層剩餘體積V2上。
參見圖6c，對於產生壓縮應力的進一步可能性在於，以雷射源27所產生的UV輻射28使光學元件OE受到預照射。在此情況下，至少在近表面體積區域V1中的光學元件OE之熔合矽石材料具有大於700ppm(以重量計)之OH含量和大於5×1017molecules/cm3之氫含量。此種熔合矽石在以具有低能量密度的UV雷射照射期間傾向膨脹，所謂的膨脹波。
在近表面體積區域V1中之密度D1相對於在光學元件OE之剩餘體積V2中之密度D2之降低導致產生該所需壓縮應力的應變。在所示範例中，硬化可藉由至少在該等作用區域中的預照射而執行，亦即在最大應力之該等區域中，且後硬化係藉助在光學元件OE之操作期間在UV波長範圍內之所使用波長的雜散光而執行。摻雜鈦的熔合矽石亦具有適合膨脹波的成分，前提為其係以直接沉積所生成，例如Corning的ULE®，舉例來說，具有例如由此材料組成的反射鏡同樣可以上述所說明的方式硬化之 結果。
圖7a、圖7b顯示藉由雷射退火或雷射拋光在光學元件OE中產生壓縮應力的進一步可能性。在圖7a所示範例中，使用由在所示範例中的雷射源29所產生的雷射光束30，前述雷射源在約1μm之波長產生輻射。由於在此波長的雷射輻射30僅會被光學元件OE之熔合矽石微弱吸收，因此將吸收層31施加(暫時地)至光學元件OE。在終止該雷射熱處理後，再次將吸收層31從光學元件OE去除。如圖7a所示，較佳為光學元件OE之表面O1之島形部分區域藉助雷射光束30受到雷射退火，該部分區域大致對應於致動器AK之腳座F之接觸面積K大小。不言而喻，作為施加吸收層31進行雷射退火的替代，亦可能使用具有很容易被光學元件OE之熔合矽石材料吸收之波長的雷射輻射30，例如波長大於3500nm的雷射輻射，或是在短(皮秒(ps)和飛秒(fs))光脈衝之情況下，在近UV波長範圍內的雷射輻射。
由雷射輻射30所加熱的近表面體積區域V1之冷卻，藉由來自表面O1發射而在數奈秒內進行，亦即在具有數奈秒之最大脈衝持續時間和介於該等脈衝之間充分停頓的脈衝光源LS之情況下，該冷卻在該等脈衝之間進行。由於該熔合矽石材料僅在加熱至超過1000℃的區域中局部地硬化，因此不管給定合適脈衝持續時間的該所照射區域之宏觀加熱，該硬化僅在具有數μm之厚度d的薄近表面體積區域V1內出現，亦即超過相較於通常約2至3mm之光學元件OE之總厚度D原來顯著較小的厚度d。若吸收層31不存在，則厚度d之穿透深度不僅可藉由該脈衝持續時間亦可藉由波長之選擇而控制。
圖7b顯示雷射光束30，其中該等雷射參數係設定使得熔合矽石材料之表面O1加熱至超過1000℃，亦即高於轉變溫度TG的溫度，並因此局部地熔化。結果，可能退火深度損傷、研磨或拋光缺陷等，這由於裂紋成長或凹槽應力可能會減弱表面O1之強度。由於近表面體積區域V1非常薄，結果如在上述進一步所說明的該等方法中為應變，並因此在光學元件OE之近表面體積區域V1與剩餘體積V2中或之間形成壓縮應力。雷射拋光特別適合硬化環形溝槽N，其深度損傷可藉由該雷射拋光減少。假設該深度損傷可消除或傾向在溝槽N內的裂紋成長可充分減少，則若適當則環溝槽N之雷射拋光使得可能免除將大於1MPa之壓縮應力引入光學元件OE中。
作為上述進一步所說明將壓縮應力引入光學元件OE中之程序的替代或除此之外，光學元件OE之使用壽命亦可藉由以該等致動器AK減少進入光學元件OE的該等拉伸應力而增加。為此目的，各自致動器AK用以接合至光學元件OE上的腳座F或介於腳座F與光學元件OE之間的連接可以合適方式加以設計。
圖8a顯示慣用腳座F，在其端部處具有面向光學元件OE的部分32，其在縱剖面上實質上為矩形並相對於腳座F之剩餘部分不連續地變寬。腳座F通常係由鋁、鋼或高強度陶瓷所構成，並藉助黏著層10形成至OE之熔合矽石材料的實質上抗剪切連接，亦即腳座F與該熔合矽石材料共同構成具有較強強度的複合材料，因為上述所提及的大多數該等材料皆具有較光學元件OE之熔合矽石材料更高的疲勞強度。然而，較強強度之區域限於由接觸面積K所覆蓋的光學元件OE之該表面區域。如圖8a所例 示，其中發生該等最大拉伸應力的作用區域IA係在腳座F所覆蓋的表面O1之部分區域外部形成，其中該強度並未增強。
在圖8b所示腳座F之情況下，腳座F之厚度T隨著與光學元件OE之表面O1或與接觸面積K相距的距離DI1增加而連續地增加，亦即相對於中心軸33旋轉對稱地體現的腳座F，在接觸面積K之區域中具有相關於厚度T連續地減小的成形輪廓，特別是成指數地。在具有該成形輪廓的腳座F之情況下，腳座F在接觸面積K處之強度在從中心軸33前進的徑向方向上朝向外部連續地減弱，使得在最遠離中心軸33的該等外部區域中的腳座F，可在以橫桿之方式致動腳座F時逐漸地變形。如在圖8b中可看出，在此情況下具有該等最大拉伸應力的作用區域IA係分散至較大區域上方，使得該等最大應力根據其振幅減少。此外，作用區域IA部分位於由腳座F之接觸面積K所覆蓋的表面O1之該區域中。
作為選擇具有合適連續地變化的輪廓之腳座F的替代或除此之外，至少在接觸面積K之區域中的腳座F之材料，亦可具有隨著與腳座F之中心軸33(參見圖8b)的距離DI2增加而連續地減少的機械強度。腳座F之機械強度變化可例如藉助從不同合金層製成的組成或藉助摻雜梯度而生成。
圖8c顯示來自圖8b的腳座F，在該情況下在接觸面積K與表面O1之間引入黏著層10，該黏著層為纖維強化，不同於圖8b所示黏著層10。纖維強化黏著層10在超出由腳座F所覆蓋的表面O1之該部分區域的表面O1上延伸，以在空間上施用該等最大拉伸應力。如在圖8c中同樣可看出，在此情況下的作用區域IA實質上設置於纖維強化黏著層10下方。
如圖8d所例示，代替黏著劑，腳座F亦可以不同方式施加至光學元件OE之表面O1，例如藉助金屬化層15，腳座F可藉助焊料16焊接或可能熔接至其上。如在來自圖8c的纖維強化黏著層10之情況下，亦在圖8d所例示該固定之情況下，該等應力或作用區域IA之特定施用可藉助選擇焊料16及/或金屬化層15之直徑和範圍厚度輪廓而達成。在圖8b-圖8d所示腳座F之情況下，以此方式可達成在致動光學元件OE時，在作用區域IA中的該等最大拉伸應力減少至小於1MPa。
圖8b-圖8d所示的成形腳座F可為固化黏著層10之目的或為焊接或熔接目的而加熱至高溫。在冷卻後，腳座F通常會較光學元件OE之表面O1收縮至更大程度，使得光學元件OE之玻璃強度藉由以此方式所引入的壓縮應力而進一步增強。特別是，在此情況下，可能在光學元件OE之非致動狀態下將大於1MPa的壓縮應力引入光學元件OE之玻璃材料中。由於最大拉伸應力之同時減少至小於1MPa的結果，光學元件OE即使在致動期間仍始終受到壓縮負載，因此光學元件OE之使用壽命可顯著增加。
總結來說，以上述進一步所說明的方式可達成光學操縱器MAN之光學元件OE，在用於在投影曝光裝置WSC之曝光操作期間操縱該波前的致動器AK之通常連續的作用期間，具有增強的抗斷強度。結果，在投影透鏡PO中的光學元件OE之使用壽命延長到至少十億次曝光製程。若適當則用於波前操縱的光學元件OE亦可體現為透鏡，及/或可作用於進一步光學元件上，如例如在前言中所引述的美國專利US 2008/0239503 A1中所說明，其在本申請案之內容併入作為參考。
AK‧‧‧致動器
DR‧‧‧致動裝置
FP‧‧‧光學上所使用區域
MAN‧‧‧光學操縱器
MO‧‧‧緊伸裝置
OA‧‧‧光軸
OE‧‧‧光學元件
SF‧‧‧表面形態

Claims (28)

  1. 一種光學操縱器(MAN)，包含：一光學元件(OE)，由熔合矽石所組成；以及一致動裝置(DR)，其用於可逆地改變該光學元件(OE)之表面形態(SF)，其中該致動裝置(DR)具有用於在複數接觸面積(K)的該光學元件(OE)上機械地作用的複數致動器(AK)，其特徵在於於至少在該等致動器(AK)之該等接觸面積(K)之區域中的作用區域(IA)處，將該光學元件(OE)預加應力至大於1MPa(兆帕)之一壓縮應力(S)，較佳為大於100MPa，特別較佳為大於500MPa。
  2. 如申請專利範圍第1項之光學操縱器，其中該光學元件(OE)為板形。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之光學操縱器，更包含：一緊伸裝置(MO)，其封閉該光學元件(OE)，並藉由該光學元件(OE)之機械預應力而用於產生該壓縮應力(S)。
  4. 如前述諸申請專利範圍任一者之光學操縱器，其中該壓縮應力(S)在該光學元件(OE)之一近表面體積區域(V1)或一非近表面體積區域(V2)中至少一個表面(O1,O2)形成。
  5. 如前述諸申請專利範圍任一者之光學操縱器，其中該壓縮應力(S)皆形 成於該光學元件(OE)之一光學上所使用區域(FP)內部和外部。
  6. 如申請專利範圍第1項至第4項任一者之光學操縱器，其中該壓縮應力(S)僅形成在該光學元件(OE)之一光學上所使用區域(FP)外部。
  7. 如申請專利範圍第1項至第4項任一者之光學操縱器，其中該壓縮應力(S)限於該等作用區域(IA)所形成處該等致動器(AK)之該等接觸面積(K)之區域。
  8. 如前述諸申請專利範圍任一者之光學操縱器，更包含：至少一層塗層(17，18)，其為產生該壓縮應力(S)之目的而氣相沉積至該光學元件(OE)之表面(O1,O2)上，且其熱膨脹係數(CTE2)高於該光學元件(OE)材料之熱膨脹係數(CTE1)。
  9. 如前述諸申請專利範圍任一者之光學操縱器，更包含：一層(19)，其為產生該壓縮應力(S)之目的而藉由熔合或熱接合而連接至該光學元件(OE)之該表面(O1,O2)，且其熱膨脹係數(CTE2)高於該光學元件(OE)材料之該熱膨脹係數(CTE1)。
  10. 如前述諸申請專利範圍任一者之光學操縱器，其中離子(包含金屬離子、金屬原子或其他物質)為至少在該光學元件(OE)之一近表面體積區域(V1)中產生該壓縮應力之目的而導入。
  11. 如申請專利範圍第10項之光學操縱器，其中該等離子(該等金屬原子或該等其他物質)藉由離子交換或來自該氣相的內擴散而導入該近表面體積區域(V1)中。
  12. 如申請專利範圍第10項之光學操縱器，其中該等離子藉由使用一離子束的植入而導入該近表面體積區域(V1)中。
  13. 如前述諸申請專利範圍任一者之光學操縱器，其中該光學元件(OE)為產生該壓縮應力(S)之目的而載有至少一種氣體，包含一惰性氣體及/或氮氣。
  14. 如申請專利範圍第13項之光學操縱器，其中至少在該近表面體積區域(V1)中的該氣體之含量大於1×1016分子/立方公分(molecules/cm3)。
  15. 如前述諸申請專利範圍任一者之光學操縱器，其中用於在一近表面體積區域(V1)中產生該壓縮應力的該光學元件(OE)之材料，具有偏離該光學元件(OE)之剩餘體積(V2)的一密度及/或一密度梯度。
  16. 如申請專利範圍第15項之光學操縱器，其中在一近表面體積區域(V1)中的該光學元件(OE)之該材料，具有較在該光學元件(OE)之該剩餘體積(V2)中更高至少1%的一密度。
  17. 如申請專利範圍第15項之光學操縱器，其中至少在該近表面體積區域(V1)中的該光學元件(OE)之該材料，具有大於700ppm之OH含量和大於5×1017molecules/cm3之氫含量。
  18. 如前述諸申請專利範圍任一者之光學操縱器，其中該壓縮應力藉由該光學元件(OE)之退火、近表面體積區域(V1)之退火、或在近表面體積區域(V1)中的該光學元件(OE)之熔合而產生。
  19. 如前述諸申請專利範圍任一者之光學操縱器，其中用於將至少一個致動器(AK)連接至該光學元件(OE)之該表面(O1)的至少一個接觸面積(K)，由在該光學元件(OE)之該表面(O1)處所形成的一外圍溝槽(N)圍繞。
  20. 如前述諸申請專利範圍任一者之光學操縱器，其中至少一個致動器(AK)具有一可致動腳座(F)，在其上形成用於將該致動器(AK)連接至該光學元件(OE)之該表面(O1)的一接觸面積(K)。
  21. 如申請專利範圍第1項之前言、特別是如前述諸申請專利範圍任一者之光學操縱器，其中至少一個致動器(AK)具有一可致動腳座(F)，在其上形成用於將該致動器(AK)連接至該光學元件(OE)之該表面(O1)的一接觸面積(K)，其中至少在該接觸面積(K)之區域中的該腳座(F)具有一成形輪廓，其厚度(T)隨著與該接觸面積(K)相距的距離(DI1)增加而連續 地減小，及/或其中至少在該接觸面積(K)之該區域中的該腳座(F)之該材料具有一機械強度，其隨著與該腳座(F)之一中心軸(33)相距的距離(DI2)增加而連續地減弱。
  22. 如申請專利範圍第21項之光學操縱器，其中具有一成形輪廓及/或一連續地減弱強度的該腳座(F)之該接觸面積(K)，藉由一接合劑(18,19)連接至該光學元件(OE)之該表面(O1)，且該壓縮應力(S)為在該腳座(F)連接至該表面(O1)時熱誘發的一機械應力。
  23. 一種用於微影技術的投影透鏡(PO)，包含：如前述諸申請專利範圍任一者之至少一個光學操縱器(MAN)，其用於該投影透鏡(PO)之波前校正。
  24. 如申請專利範圍第23項之投影透鏡，其中該光學操縱器(MAN)之光學元件為引入該投影透鏡(PO)或該投影透鏡(PO)之一反射鏡元件(CM)中的一平面平行板(OE)。
  25. 一種用於微影技術的投影曝光裝置(WSC)，包含如申請專利範圍第23項或第24項之一投影透鏡(PO)。
  26. 如申請專利範圍第25項之投影曝光裝置，其中該光學操縱器(MAN)係專為在一曝光製程期間的波前校正所設計，其中該光學操縱器(MAN) 之該光學元件(OE)具有至少十億次曝光製程之一使用壽命。
  27. 一種用於製造如申請專利範圍第1項至第22項任一者之光學操縱器(MAN)的方法，包含：藉由將一機械應力(S)引入一近表面體積區域(V1)中而至少在該等致動器(AK)之該等作用區域(IA)產生該壓縮應力，或至少藉由壓縮該光學元件(OE)之一近表面體積區域(V1)而至少在一非近表面體積區域(V2)中的該等致動器(AK)之該等作用區域(IA)產生該壓縮應力。
  28. 如申請專利範圍第27項之方法，其中該壓縮應力在該光學元件(OE)之該表面(O1)所形成並圍繞一致動器(AK)之一接觸面積(K)的至少一個溝槽(N)產生。
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