TW202234111A - 具有用於機械地安裝一元件之解耦接頭的組件 - Google Patents

Abstract

本發明關於一組件，其具有在操作或運輸過程中在至少一負載方向上受到機械應力的一元件以及用於機械地安裝該元件的一解耦接頭，其中解耦接頭在負載方向上實現至少部分解耦，其中該解耦接頭由複數個單獨的接頭段(110, 210, 310, 510, 511, 512, 510’, 511’, 512’)構成，且其中這些接頭段(110, 210, 310, 510, 511, 512, 510’, 511’, 512’)的其中至少兩個以一階梯式配置在負載方向上相對於彼此移動。

Description

具有用於機械地安裝一元件之解耦接頭的組件

本發明關於具有一元件及用於機械地安裝該元件的一解耦接頭的一組件。元件可為光學元件，特別是反射鏡或反射鏡陣列，其例如在微影投射曝光裝置中。元件或組件也可進一步為用於其他應用的元件或組件，例如用於計量學、精密機械或醫療技術。 [相關專利參照]

本發明主張2021年1月11日申請的德國專利申請案DE 10 2021 200 131.9的優先權。此申請案的內容通過引用併入本文。

微影用於生產微結構部件，例如積體電路或LCD。微影製程在所謂的投射曝光裝置中執行，其具有照明裝置和投射透鏡。由照明裝置所照明的遮罩(=光罩)的影像在此處藉由投射透鏡被投射到基板(例如矽晶圓)上，該基板塗有光敏層(光阻)並配置在投射透鏡的影像平面中，以將遮罩結構轉移到基板的光敏塗層上。

在針對EUV (例如，針對例如約13.5 nm或以下的波長)而設計的投射曝光裝置中，由於缺少透光材料，反射鏡係使用作為成像過程的光學組件。在設計用於在EUV範圍內操作的微影投射曝光裝置的照明裝置中，特別地，使用形式為場琢面反射鏡(field facet mirror)和光瞳琢面反射鏡的琢面反射鏡作為射束引導組件是已知的，例如來自DE 10 2008 009 600 A1。這類琢面反射鏡由多個個別的反射鏡或反射鏡琢面構成，其可設計為在各種情況下都可通過撓曲件和致動器進行傾斜，以用於調整或實現特定的照明角度分佈。

實踐中出現的一個問題是，除其他外，EUV反射鏡由於吸收了EUV光源所發射的輻射而被加熱，並隨之發生熱膨脹或變形，這反過來又會導致光學系統的成像特性受到損害。

已知有多種方法可用於避免由於熱輸入到EUV反射鏡而引起的表面變形和相關的光學像差。這些特別地包含了主動直接冷卻或立即電加熱。在此實踐中出現的另一個問題是，在特定應用情況下直接冷卻反射鏡或反射鏡陣列可能是不可行或不可取。與輻射相關的加熱有關的反射鏡或反射鏡陣列的熱膨脹接著導致約束力或機械張力，這可能是由於例如反射鏡或反射鏡陣列的不同熱膨脹以及由於 - 通常是冷卻的 - 機械環繞所造成的。

為了防止與應力相關的變形，解耦接頭的使用是已知的，其旨在在各個反射鏡或反射鏡陣列的機械連接的情況下「吸收」各個光學元件的熱引起的膨脹並以這種方式避免機械張力。然而，根據具體的應用場景，在不引入約束力或機械張力的情況下，通過這種解耦接頭進行「解耦」的自由度可能不足以確保自由熱膨脹。

此處在實踐中可能出現的問題是，在解耦接頭中發生並伴隨光學元件或反射鏡的熱膨脹的解耦接頭的變形導致解耦接頭中可能超過臨界值的高機械應力。此外，由於在相應的光學系統中可用的安裝空間通常非常有限，因此還可能使解耦接頭的應力最佳化組態變得更加困難。因此，解耦接頭相對於光學元件或反射鏡或反射鏡陣列的適當組態和配置在實踐中已被證明是相當大的挑戰。如果由於剩餘的約束力而發生光學有效表面的變形及/或位移，它們可能導致光學特性或相應光學系統(例如，投射曝光裝置)的性能受損。

本發明的一目的為提供一組件，其可減少與應力相關的不希望的變形，同時避免上述問題。

此目的通過獨立項請求項1的特徵來實現。

根據本發明的一組件具有：-             在操作或運輸過程中在至少一負載方向上受到機械應力的一元件；以及-             用於機械地安裝該元件的一解耦接頭，其中解耦接頭在負載方向上實現至少部分解耦；-             其中此解耦接頭由複數個單獨的接頭段構成；以及-             其中該接頭段的其中至少兩個以一階梯式配置(stepped arrangement)在該負載方向上相對於彼此移動。

在本發明的具體實施例中，元件可特別為具有光學使用區域的光學元件。

根據一具體實施例，接頭段的幾何配置適合於光學使用區域的外輪廓。

根據一具體實施例，負載方向相對於光學使用區域的中心點徑向地延伸。此外，解耦接頭的對齊可較佳地垂直於負載方向進行，如下文所作的解釋。

特別地，本發明係基於組裝解耦接頭的概念，該解耦接頭用於從複數個單獨的接頭段機械地安裝光學元件，該光學元件在(例如光學)系統的操作期間在至少一個負載方向上受到機械應力，其中，另外，至少兩個所述接頭段在負載方向上相對於彼此偏移。根據本發明，由於解耦接頭的分段，以及個別接頭段與相應區域中存在的機械負載相關的可能適應，有可能實現應力最佳化的接頭配置，其中在這些接頭段的對齊方面和在相應的接頭橫截面方面，各個接頭段的該適應可在接頭幾何形狀的適應意義上進行。

此外，由於接頭段在負載方向上相對於彼此發生至少部分移動，這種應力最佳化組態可與節省空間的幾何佈置相結合。特別地，可根據具體使用場景來選擇解耦接頭的分段，使得接頭段的幾何佈置適應於(例如光學)使用區域的外輪廓，其結果為根據本發明，解耦接頭的離散化最終導致它緊靠使用區域的相應輪廓。

如以下參考不同具體實施例所作的更詳細描述，由於根據本發明的解耦接頭，此處例如有可能「吸收」元件的熱膨脹。因此，即使在元件被保持在(例如冷卻的)環繞物或保持器內的情況下，也有可能確保元件的自由熱膨脹(也就是說，不受保持器影響的熱膨脹)，並避免出現不希望的約束力或機械應力，同時避免介紹部分中描述的問題。

然而，關於元件的機械應力的類型，本發明不限於熱引起的應力或膨脹。因此，本發明的僅示例性的進一步有利的應用也可關於相關元件的撞擊負載(例如在元件或具有該元件的系統的運輸期間發生)。

此外，元件的機械應力的負載方向可能因使用場景而異。特別地，該負載方向可相對於光學使用區域的中心點徑向地延伸(通常是元件的熱誘導膨脹的情況)。在其他使用場景中，負載方向(通常是運輸過程中元件的撞擊或衝擊負載的情況)可在恆定的線性空間方向上延伸。

取決於具體的使用情況，接頭段本身相對於負載方向的對齊可為垂直的或可處於偏離90°的角度，其中該角度尤其可在每種情況下具有範圍從 85°到95°的值。

根據一具體實施例，該接頭段的其中至少兩個在其於同一個解耦自由度(decoupled degree of freedom)中所提供的接頭剛度方面彼此不同。在該至少兩個接頭段中，暴露於較大機械應力的接頭段較佳具有比另一接頭段更低的接頭剛度(joint rigidity)。

根據一具體實施例，元件為一透鏡元件。

根據另一具體實施例，元件為一反射鏡。

根據另一具體實施例，元件為一反射鏡陣列。特別地，該反射鏡陣列可組態為具有複數個反射鏡琢面的琢面反射鏡。

根據一具體實施例，光學元件係設計用於小於250 nm、特別是小於200 nm的操作波長。

根據一具體實施例，光學元件係設計用於小於30 nm、特別是小於15 nm的操作波長。

此外，本發明也關於具有包含上述特徵的至少一組件的微影投射曝光裝置的光學系統。

本發明的其他組態可在說明書和附屬項請求項中找到。

下文將基於附圖中所示的示例性具體實施例更詳細地解釋本發明。

圖9示意性地顯示了設計用於在EUV範圍內操作的微影投射曝光裝置的可能設置的經向截面。

根據圖9，投射曝光裝置1具有照明裝置2和投射透鏡10。照明裝置2用於使用來自輻射源3的輻射經由照明光學單元4來照明物體平面6中的物場5。藉此，配置在物場5中的光罩7被曝光。光罩7由光罩保持器8所保持。光罩保持器8可藉由光罩位移驅動器9來位移，特別是在掃描方向上。為了說明目的，圖9顯示了笛卡爾xyz座標系統。x方向垂直並延伸進入繪圖平面。y方向水平延伸，且z方向垂直延伸。掃描方向沿圖9中的y方向延伸。z方向垂直於物體平面6延伸。

投射透鏡10用於將物場5成像到影像平面12中的影像場11中。光罩7上的結構被成像到晶圓13的光敏層上，其中晶圓13配置在影像平面12中的影像場11的區域中。晶圓13由晶圓保持器14保持。晶圓保持器14可藉由晶圓位移驅動器15來位移，特別是沿y方向。經由光罩位移驅動器9對光罩7進行的位移和經由晶圓位移驅動器15對晶圓13進行的位移可以是同步的。

輻射源3是EUV輻射源。特別地，輻射源3發射EUV輻射，其在下文中也稱作使用輻射或照明輻射。特別地，使用輻射具有範圍在5 nm和30 nm之間的波長。輻射源3可例如為電漿源、基於同步加速器的輻射源、或自由電子雷射(FEL)。從輻射源3射出的照明輻射16由集光器17聚焦，並通過中間焦平面18中的中間焦點傳播至照明光學單元4。照明光學單元4具有偏轉反射鏡19和在射束路徑中配置在其下游的第一琢面反射鏡20(其具有示意性標示的琢面21)及第二琢面反射鏡22(其具有示意性標示的琢面23)。

投射透鏡10包含複數個反射鏡Mi(i=1,2,…)，其根據它們在投射曝光裝置1的射束路徑中的配置進行編號。在圖9所示的示例中，投射透鏡10包含六個反射鏡M1至M6。具有四個、八個、十個、十二個或任何其他數量的反射鏡Mi的替代方案同樣是可能的。倒數第二個反射鏡M5和最後一個反射鏡M6都具有用於照明輻射16的通孔。投射透鏡10為雙重遮蔽光學單元。投射透鏡10的影像側數值孔徑大於0.5，也可大於0.6，例如為0.7或0.75。

在微影投射曝光裝置1的操作過程中，入射到反射鏡的光學有效表面上的電磁輻射被部分吸收，並(如在引言部分中所解釋的)導致加熱以及與之相關的熱膨脹或變形，這可能轉而導致光學系統的成像特性受損。因此，根據本發明的用於安裝光學元件的概念可特別有利地應用於圖9的微影投射曝光裝置1的任何反射鏡。

本發明不限於應用在針對在EUV範圍內操作而設計的投射曝光裝置。特別地，本發明也可有利地應用在針對在DUV範圍內(即在小於250 nm、特別是小於200 nm的波長下)操作而設計的投射曝光裝置或應用在其他不同的光學系統。

首先，下文將參照圖1和圖8的示意圖之間的比較來解釋本發明所基於的原理。

首先參考圖8，其示意性地顯示了由外保持器805所圍繞的光學元件的平面圖，其中以「801」表示對應於該元件的光學使用區域的光學有效表面。光學有效表面801在所示的示例中具有橢圓幾何形狀(但本發明不限於此)。在光學元件或具有該元件的光學系統的操作期間發生的電磁輻射對光學有效表面801的撞擊導致了如在介紹部分中已描述的光學使用區域的熱膨脹，其中提供了由複數個接頭段810所構成並圍繞光學使用區域或光學有效表面801的解耦接頭，以避免熱引起的機械應力以及與之相關的光學像差。該解耦接頭的相鄰接頭段810之間的切口區域由「815」表示。

如圖8中所描繪的箭頭所示，前述光學元件的熱負載的負載方向相對於光學有效表面801的中心點沿徑向延伸。此外，如圖8所示，解耦接頭的個別接頭段810基本上均垂直於該負載方向配置，因此尤其避免了接頭段的不希望的彎曲應力。同樣如圖8所示，這種垂直於負載方向的接頭段的配置導致接頭段的整體配置為圓形，從而產生了對安裝空間的顯著需求。

圖1現在顯示了根據本發明的組件的示例性具體實施例的示意圖，其類似於圖8。以類似於圖8的方式，根據圖1的組件最初具有包含光學有效表面101的光學元件，其在示例性具體實施例中同樣是橢圓形的且被保持器105所包圍，其中提供了由複數個接頭段110所構成的解耦接頭，用於避免與光學使用區域或光學有效表面101的熱膨脹相關的機械張力。為了避免解耦接頭或接頭段110的不期望的彎曲應力，該接頭段110又配置為基本上垂直於熱負載的負載方向，該負載方向相對於光學有效表面101的中心點徑向地延伸。

然而，與圖8的設置相反，對於根據圖1的設置中的一些接頭段，在負載方向上相對於彼此發生相對偏移的結果為，不再是所有的接頭段110都沿同一個圓周配置，而是一些接頭段110配置成(根據圖1中用虛線畫出的同心排列的圓)比其他的接頭段110更靠近光學有效表面101的中心點。

從圖1可明顯看出，與圖8的配置相比，通過這種方式，組件整體所佔用的安裝空間顯著減少，其中同時維持接頭段110的應力最佳化配置(其在特定的示例中垂直於負載方向)。

對於甚至更大數量的接頭段，在解耦接頭的更強離散化(discretization)(即更精細的分割)的意義上，也可以實現接頭段110在負載方向上的上述相對移動，由此，最終可獲得對光學使用區域的外部輪廓或光學元件的光學有效表面101的更佳適應。

圖4b的第一具體實施例顯示了根據本發明的解耦接頭或相關聯的接頭段的一種可能配置的剖面圖，且圖4c顯示了其透視圖，其中連續的接頭段以「411」、「413」、「412」來表示，且分別位於它們之間的旋轉軸承以「414」、「415」來表示。根據圖4a中的示意圖，複數個這類解耦接頭可在圓周方向上彼此相鄰地配置並通過切口416彼此隔開以圓周地圍繞光學元件，其中圖4b顯示了沿圖4a中的線「A-A」的截面圖。關於用於指定個別自由度的術語，參考圖7中的圖表。

除了在安裝空間或體積方面所實現的節省之外，相較於圖8的配置，針對已徑向地向內移動的接頭段110，根據本發明的接頭段在負載方向上的移動也可有利地減少在負載方向上發生的機械應力。特別地，為了在機械應力和剛度方面對解耦接頭進行部分最佳化，也可在個別接頭段中進行對接頭幾何形狀或接頭橫截面的調整。圖5顯示了一具體實施例，其係基於圖1的配置的一示例。

在類似於圖1的平面圖中，圖5所示的解耦接頭具有接頭段510、511和512，圖6a-6b的剖面圖顯示了其可能的示例性具體實施例。接頭段510、511和512與熱膨脹起點之間的距離(在圖5的圖式中可看出為相關圓的半徑)越大，對於不變的接頭橫截面來說，產生的機械應力就越大。為了減少這些應力，接頭橫截面應設計為具有較低的剛性。僅作為示例，如圖6a所示的藉由減小面積的第二力矩(橫截面的較低高度和寬度)、或如圖6b所示的藉由更大的彎曲長度，可實現較低的接頭剛度。此外，也可通過改變連續接頭段之間的內圓角來實現接頭剛度的變化。然而，降低接頭剛度也會導致系統的固有頻率顯著降低。如果接頭的剛度在所有接頭段510、511和512中降低到相同程度，則可能不再遵守關於固有頻率的臨界值的規格。在截面最佳化中，有可能根據圖6a或圖6b將具有最高機械應力的接頭段512或512'設計為具有特別柔軟的接頭橫截面，並為具有較低機械負載的接頭段510和511或510'和511'提供更剛性的接頭幾何形狀。

圖2顯示了用於解釋在另一具體實施例中的根據本發明的組件的可能設置的示意圖，其中相較於圖1，類似或基本相同的功能部件以增加「100」的元件符號來表示。

在基於圖2的具體實施例的場景中，假設具有光學有效表面201的光學元件的機械應力的負載方向不沿徑向延伸，如圖1所示，而沿一恆定的線性方向(在示例中沿圖2所示座標系統中的y方向)延伸。僅作為示例，相關的機械負載可為在光學元件或具有該元件的光學系統的運輸期間發生的撞擊或衝擊負載。

從圖2可明顯看出，在此具體實施例中也發生了解耦接頭的一些接頭段210在負載方向上相對彼此的相對偏移。此外，與圖1類似，圖2的具體實施例中的接頭段本身也配置成垂直於負載方向，該負載方向即沿所示座標系統中的y方向。總體而言，因此在此具體實施例中也通過接頭段210的應力最佳化配置實現了安裝空間方面的顯著節省。此外，類似於圖1，藉由進一步增加解耦接頭的分段或離散化，在圖2的具體實施例中也可獲得幾何配置對光學有效表面201的外輪廓或光學使用區域的更高適應性。

圖3顯示了與圖1和圖2類似的另一示意圖，其中再次與圖1相比，類似或基本相同功能的部件以增加「200」的元件符號來表示。根據圖3的組件與根據圖1的組件的不同之處尤其在於接頭段310被設計為具有大致矩形橫截面的彎曲樑(bending beam)，以獲得解耦接頭的柔韌組態(pliable configuration)。

個別接頭段310垂直於熱膨脹的徑向方向安裝。類似於圖5所示的接頭的截面最佳化，圖3中的彎曲樑在剛度方面也可通過調整面積的第二力矩(橫截面的高度和寬度)和彎曲長度來進行修改。

儘管使用了特定具體實施例來描述本發明，但本技術領域中具有通常知識者將能夠看到許多變化和替代的具體實施例，例如通過組合及/或交換各個具體實施例的特徵。因此，對於本技術領域中具有通常知識者來說顯而易見的是，這些變化和替代的具體實施例也包含在本發明中，且本發明的範疇僅受限於所附申請專利範圍及其均等的含義內。

1:投射曝光裝置 2:照明系統 3:輻射源 4:照明光學單元 5:物場 6:物體平面 7:光罩 8:光罩保持器 9:光罩位移驅動器 10:投射透鏡 11:影像場 12:影像平面 13:晶圓 14:晶圓保持器 15:晶圓位移驅動器 16:EUV輻射 17:集光器 18:中間焦平面 19:偏轉反射鏡 20:琢面反射鏡 21:琢面 22:琢面反射鏡 23:琢面 101:光學有效表面 105:保持器 110:接頭段 201:光學有效表面 205:保持器 210:接頭段 301:光學有效表面 305:保持器 310:接頭段 411:接頭段 412:接頭段 413:接頭段 414:旋轉軸承 415:旋轉軸承 416:切口 501:光學有效表面 505:保持器 510:接頭段 510’:接頭段 511:接頭段 511’:接頭段 512:接頭段 512’:接頭段 801:光學有效表面 805:外保持器 810:接頭段 815:切口區域 M1-M6:反射鏡

在圖式中：

圖1顯示了用於解釋在第一具體實施例中的根據本發明的組件的設置和功能的示意圖；

圖2顯示了用於解釋在另一具體實施例中的根據本發明的組件的設置和功能的示意圖；

圖3顯示了用於解釋在另一具體實施例中的根據本發明的組件的設置和功能的示意圖；

圖4a-4c顯示了用於解釋存在於根據本發明的組件中的接頭段的可能設置的示意圖；

圖5顯示了用於解釋在另一具體實施例中的根據本發明的組件的設置和功能的示意圖；

圖6a-6b顯示了用於解釋可在根據本發明的組件中使用的另外的接頭段的可能設置的示意圖；

圖7顯示了用於解釋在本申請案的上下文中所使用的術語的示意圖；

圖8顯示了用於解釋傳統組件的設置和功能的示意圖；以及

圖9顯示了用於解釋設計用於在EUV範圍內操作的微影投射曝光裝置的可能設置的示意圖。

101:光學有效表面

105:保持器

110:接頭段

Claims (16)

1. 一種組件，具有在操作或運輸過程中在至少一負載方向上受到機械應力的一元件；以及用於機械地安裝該元件的一解耦接頭，其中該解耦接頭在該負載方向上實現至少部分的解耦；其中該解耦接頭由複數個單獨的接頭段構成；以及其中該等接頭段的其中至少兩個以一階梯式配置在該負載方向上相對於彼此移動。
2. 如請求項1所述之組件，其特徵在於該元件為具有一光學使用區域的一光學元件。
3. 如請求項2所述之組件，其特徵在於該等接頭段的幾何配置適用於該光學使用區域的一外輪廓。
4. 如請求項2或3所述之組件，其特徵在於該負載方向相對於該光學使用區域的一中心點徑向地延伸。
5. 如前述請求項的其中一項所述之組件，其特徵在於不同接頭段的多個接合點佈置在多個同心圓上。
6. 如前述請求項的其中一項所述之組件，其特徵在於該等接頭段各自相對於該負載方向以一角度配置，其中各該角度具有範圍在85°到95°的一數值。
7. 如前述請求項的其中一項所述之組件，其特徵在於該等接頭段中至少兩個在同一解耦自由度中所提供的接頭剛度方面係彼此不同。
8. 如請求項7所述之組件，其特徵在於在該至少兩個接頭段中，受到相對較大機械應力的接頭段的具有比另一個接頭段更低的接頭剛度。
9. 如前述請求項的其中一項所述之組件，其特徵在於該機械應力包含該元件在操作期間的一熱致膨脹。
10. 如前述請求項的其中一項所述之組件，其特徵在於該機械應力包含該元件在運輸過程中的一衝擊負載。
11. 如請求項1到10的其中一項所述之組件，其特徵在於該元件為一透鏡元件。
12. 如請求項1到10的其中一項所述之組件，其特徵在於該元件為一反射鏡。
13. 如請求項1到10的其中一項所述之組件，其特徵在於該元件為一反射鏡陣列，特別是具有複數個反射鏡琢面的一琢面反射鏡。
14. 如前述請求項的其中一項所述之組件，其特徵在於該光學元件係設計用於小於250 nm、特別是小於200 nm的一操作波長。
15. 如前述請求項的其中一項所述之組件，其特徵在於該光學元件係設計用於小於30 nm、特別是小於15 nm的一操作波長。
16. 一種用於一微影投射曝光裝置的光學系統，其特徵在於該光學系統具有根據前述請求項的其中一項所述的至少一組件。

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