光学系统和光刻设备的制作方法

光学系统和光刻设备
1.本发明涉及光学系统并且涉及具有这种光学系统的光刻设备。
2.通过引文将优先权申请de 10 2020 201724.7的内容全部并入本文。
3.微光刻用于制造微结构化部件，诸如集成电路。使用具有照明系统和投射系统的光刻设备执行微光刻过程。凭借照明系统照明的掩模(掩模母版)的像，在这种情况下，凭借投射系统投射至涂覆有感光层(光刻胶)且布置在投射系统的像平面中的基板(例如硅晶片)上，以便将掩模结构转印至基板的感光涂层。
4.反射镜是已知的，其反射镜表面可以凭借适当布置的致动器以有针对性的方式变形。这允许校正或补偿光学成像误差，也称为像差。像差可以有不同的来源，特别是温度波动会导致机械应力，这会使光学元件的支持件和/或光学元件本身畸变，因此所讨论的光学元件的光学性质会发生改变。例如，在天文学中使用这种反射镜，其中术语自适应光学已经确立。在此，用测量光扫描反射镜表面，并确定与理想形状的偏差。因此，可以设置闭环控制电路，该电路基于所确定的偏差驱动对应的致动器，从而使反射镜表面更接近其理想形状。
5.其表面可以用致动器变形的反射镜也用于光刻设备中。然而，已知的光刻设备具有非常小的安装空间，因为许多功能单元(例如有源或无源部件)必须布置在小体积中。因此，如上所述在光刻设备中布置附加的光学测量系统以便扫描反射镜表面是不切实际的。因此，致动器的反馈控制迄今为止是不可能的，或者只能通过在经济上不合理的努力来实施。
6.针对上述背景，本发明的目的是使改进的光学系统可用。
7.根据第一方面，提出了具有至少一个反射镜的光学系统。反射镜具有反射镜主体和反射镜表面。提供耦合到反射镜主体的至少一个致动器装置，用于使反射镜表面变形。致动器装置包括：至少一个电致伸缩致动器元件，用于在反射镜主体中产生用于取决于电驱动电压使反射镜表面变形的机械应力，以及至少一个电致伸缩传感器元件，用于取决于传感器的变形输出传感器信号。至少一个传感器元件布置成直接邻接致动器元件和/或布置在反射镜主体的背离反射镜表面的一侧上并且至少通过致动器元件与反射镜主体分开和/或布置成使得其至少部分地设置成将由致动器元件产生的机械应力转移到反射镜主体。
8.该光学系统的优点是可以在不直接扫描反射镜表面的情况下检测由致动器元件引起的反射镜主体中的影响。有利地，这在物理域内是可能的，机械地或电气地，特别是外部施加的电场与取决于变形的材料的极化之间的耦合，即，在致动器和传感器不会基于不同的物理作用机制的情况下。可以说，变形和致动的检测借助于相同的作用机制发生，例如经由压电效应以机电方式发生。这使得能够对所发生的效应进行统一的描述和处理，这使光学系统的复杂性保持在低水平。由于致动器元件和传感器元件具有相同材料类别，因此光学系统也可以通过减少数量的不同过程步骤来生产。此外，光学系统因此非常坚固，可相比较更便宜地生产，并且不易出现缺陷。
9.光学系统特别地被设计为用于光刻设备的投射光学单元。此外，光学系统可以是光刻设备的束整形和照明系统的一部分。该光学系统还可以用于需要或期望的高精度束引导的其他技术领域，诸如天文学、科学设备或军事光学。与已知的自适应光学单元相比，该
光学系统特别地在可用的安装空间非常有限时、当需要坚固的系统时和/或当成本起作用时具有优势。
10.特别地，光学系统包括至少一个反射镜。除反射镜以外，光学系统还可以具有其他反射镜、透镜元件、光栅、光阑、滤光片、腔体等，但也可以由带有致动器装置的反射镜构成。此外，光学系统可以具有带有相应致动器装置的多个反射镜。光学系统的其他光学有效元件还可以具有附加的或其他致动器，诸如电加热器、冷却器等。
11.至少一个反射镜的反射镜表面可以具有任何几何形状，诸如平面、凸面、凹面，或者截面可以变化。反射镜可以布置在光学系统内的束路径中的不同位置，特别是在光瞳或舱口的区域中。取决于束路径中的位置，可以由反射镜表面的变形来补偿不同的成像误差或像差。变形特别地理解为与反射镜表面的基本形状的偏差。例如，当反射镜无应力地布置在用于操作的支持件和取向中时，反射镜呈现基本形状。在此，基本形状可以偏离理想形状，例如由于反射镜自身的重量，并且由反射镜表面的变形恢复理想形状。反射镜表面的变形优选地理解为当致动器元件没有电荷、电流和电压时与反射镜表面形状的偏差。
12.致动器装置至少包括致动器元件和传感器元件。致动器装置还优选地包括用于以驱动电压驱动致动器元件的驱动单元。驱动电压例如由控制计算机取决于要实现的机械应力预先确定。机械应力直接确定反射镜表面的变形，其中机械应力与变形之间的函数关系取决于例如反射镜主体的材料参数和诸如几何因素的约束。替代地，控制计算机可以指定要实现的机械应力并且驱动单元本身确定为此所需的驱动电压。
13.致动器装置耦合到反射镜的反射镜主体，使得反射镜表面取决于致动器元件的电驱动电压而可变形。
14.例如，驱动单元包括电压或电流源。取决于应用，致动器元件可以通过闭环电压或充电控制进行操作。使用闭环充电控制进行驱动在致动器元件的姿态以高频改变的动态应用中是特别有利的。
15.致动器元件和传感器元件包括电致伸缩材料，其也被理解为包括例如压电材料。电致伸缩材料具有这样的性质：由于外部电场和材料中出现的偶极子之间的相互作用，可以在材料中产生体现材料的变形的机械应力或力。相反，材料的变形会导致材料的极化的改变，这种改变可以被测量并得出关于变形的幅度的结论。
16.需要指出的是，术语力、机械应力和变形可以互换使用。
17.电致伸缩材料的示例是含有元素铌酸铅镁(pmn)或锆钛酸铅(pzt)的陶瓷化合物。这些优选地与铂合金化以改善机械性质，其中铂降低电介质性质，特别是最大极化。因此，合金的材料成分可以由合金化因子x：pmn
x-pt
1-x
或pzt
x
pt
1-x
来表征。
18.在光学系统的优选实施例中，电致伸缩材料具有在0-40℃范围内的居里温度。在居里温度下，发生从居里温度以下的第一晶体结构到居里温度以上的第二晶体结构的相变。
19.致动器元件优选地具有由电致伸缩材料制成的活性区域，例如层，该区域布置在两个电极之间，即阳极和阴极。通过在阳极和阴极之间施加驱动电压，在有源区中形成电场，这导致机械应力。
20.致动器元件与反射镜主体机械耦合，使得致动器元件的机械应力被传递到反射镜主体，这体现为反射镜主体以及因此反射镜表面的对应变形。用特定力实现的变形的程度
取决于反射镜主体的材料的强度。
21.传感器元件优选地同样具有布置在两个电极之间的、由电致伸缩材料制成的有源区，例如也具有层状结构。然而，传感器元件和致动器元件可以例如在它们的几何尺寸和/或材料成分方面不同。
22.传感器元件优选具有分配的测量单元，该分配的测量单元凭借施加在传感器元件的阴极和阳极之间的测量交替电压来确定传感器元件的有源区的极化。由传感器元件输出的传感器信号特别地包括由测量单元确定的极化。传感器元件的有源区的变形可以由此导出。特别是，测量交替电压的幅度不会导致有源区中任何值得提及的机械应力。测量单元可以构成致动器装置的独立单元，其中测量单元和传感器元件相互分配。在下文中，术语传感器元件可以指代整个传感器元件或仅指代传感器元件的有源区。
23.传感器元件与致动器元件和/或反射镜主体机械地耦合，使得当致动器元件变形和/或反射镜主体变形时，传感器元件变形，例如，由致动器元件施加的机械应力而变形。
24.在优选实施例中，传感器元件布置成直接邻接致动器元件。直接邻接例如理解为在致动器元件和传感器元件之间没有中间层或没有附加材料。也可以说传感器元件和致动器元件接触。
25.在其他优选的实施例中，传感器元件布置在反射镜主体的背离反射镜表面的一侧上并且至少通过致动器元件与反射镜主体分开。传感器元件优选地直接地布置在致动器元件的后侧，其中致动器元件的后侧是背离反射镜主体的一侧。也可能在致动器元件和传感器元件之间存在附加层。
26.在其他优选实施例中，传感器元件布置成使得其至少部分地将由致动器元件产生的机械应力传递到反射镜主体。也可以说，传感器元件将力从致动器元件传递到反射镜主体，或者它在致动器元件和反射镜主体之间形成操作连接。例如，传感器元件布置在致动器元件和反射镜主体之间。替代地，传感器元件可以嵌入致动器元件旁边的基质中，其中传感器元件、致动器元件和基质材料之间的机械耦合使得机械应力在致动器元件、基质材料和传感器元件之间的过渡处传播，至少实质不中断。在这种情况下，也可以说含有传感器元件和致动器元件的基质在从外部观察时实质上呈现为均质主体。
27.这种布置确保了传感器元件和反射镜主体和致动器元件之间的强机械耦合，这就是可以实现高测量准确度的原因。
28.致动器元件、传感器元件和反射镜主体之间的机械耦合特别是通过互锁连接，优选通过粘着连接，例如粘黏接合来实现。
29.校准测量优选在光学系统投入操作之前实行。在这种情况下，用测量光照射反射镜表面，并且使致动器装置使反射镜表面变形。由测量光可以确定在特定驱动电压下实现的反射镜表面的变形，从而可以建立对应的相关度。此外，如果同时检测到传感器信号，还可以在反射镜表面的变形与传感器信号之间建立相关度。由于优选地仅对传感器元件施加绝对值小的电压，因此不产生迟滞等，使得传感器元件的电介质性质是恒定的。相比之下，致动器元件的性质可以在操作期间改变，这就是为什么基于驱动电压和校准测量期间实现的变形之间的相关度进行精确控制几乎不可能的原因。在操作期间可以使用传感器信号来检验实际实现的变形是否对应于所需的变形。
30.根据光学系统的实施例，后者包括闭环控制单元，用于取决于传感器元件输出的
传感器信号控制致动器元件的驱动电压，使得实现反射镜主体中的预先确定机械应力。
31.闭环控制单元有利地设置用于取决于传感器元件输出的传感器信号控制驱动电压。这可以理解为意味着，闭环控制单元例如具有评估单元，该评估单元评估输出传感器信号并且由此导出已经实现的机械应力。替代地，该步骤可以在控制计算机中实行。例如，闭环控制单元可以与驱动单元组合。
32.闭环控制单元可以以硬件和/或软件的形式实现。在硬件实现方式的情况下，闭环控制单元例如可以设计为计算机或微处理器。在软件实现方式的情况下，闭环控制单元可以被设计为计算机程序产品、函数、例程、程序代码的部分或可执行对象。
33.使用致动器装置，反射镜表面因此可以通过受闭环控制的致动器元件精确地变形。通过将传感器元件直接布置在致动器元件上和/或在致动器元件的后侧和/或在从致动器元件到反射镜主体的直接操作路径或力路径中，确保闭环控制的高准确度。
34.根据光学系统的其他实施例，至少一个致动器元件和至少一个传感器元件被单片地制造。
35.这特别意味着致动器元件和传感器元件由相同材料类别的材料制成，并且使用相同的制造技术来制造这两个元件。此外，单片意味着致动器和传感器基于相同的操作机制。两个元件优选地一起生产，即例如在相同的过程中。这样做的好处是，对致动器元件和传感器元件使用相同的技术，从而使光学系统的复杂性保持在较低水平。
36.特别地，其中例如电学地进行致动但光学地进行测量的致动器-传感器布置不是单片的。也不是单片系统，其中凭借磁场电学地进行致动，但凭借电容测量等电学地进行测量。
37.根据光学系统的其他实施例，至少一个致动器元件和至少一个传感器元件集成在布置在反射镜主体的背离反射镜表面的一侧上的反射镜上的层中。
38.该实施例的优点在于，不必将单独的致动器元件和单独的传感器元件布置在反射镜主体上和附接到反射镜主体上，而是产生其中集成了致动器元件和传感器元件的层，然后将其作为整体应用于反射镜的后侧，即反射镜主体的背离反射镜表面的一侧。该层优选地覆盖反射镜的后侧的整个表面。替代地，来自该层的多个二维元件也可以彼此相邻地布置在反射镜的后侧。至少一个致动器元件和至少一个传感器元件集成在层中事实应理解为特别地指致动器元件的有源区(产生机械应力的区域)和传感元件的有源区(检测到偏振的区域)集成到层中，其中其他单元，诸如传感器元件的测量单元，没有集成到层中。
39.该层优选地完全由电致伸缩材料构成，其中有源区(即致动器子区域和传感器子区域)通过布置电极形成。其余材料可以被称为基质材料或钝化材料。
40.根据光学系统的其他实施例，至少一个传感器元件在沿着反射镜表面的表面法线的方向上至少部分地布置在至少一个致动器元件与反射镜主体之间。
41.也可以说致动器元件和传感器元件部分或完全重叠。由于这种布置，传感器元件布置得比致动器元件更靠近反射镜主体并因此更靠近反射镜表面，这就是为什么可以从传感器元件的传感器信号导出的变形或机械应力具有与反射镜主体中的机械应力以及因此反射镜表面的变形的非常高的相关度，从而使闭环控制变得更加精确。
42.根据光学系统的其他实施例，至少一个致动器元件和至少一个传感器元件各自包括至少一层电致伸缩材料。
43.在此优选地将层理解为表示厚度与范围(即长度或宽度)的纵横比为至少1:5、优选至少1:10、优选至少1:100、优选高达1:1000的几何形状。在此，假设长度和宽度近似处于同一数量级。例如，该层具有10μm和500μm之间的厚度和0.5-5cm的长度和宽度，或者是直径在0.5-5cm范围内的圆形。
44.层的优点在于，实现的效应(即在特定驱动电压下在层的平面中实现的机械应力或变形)与其垂直的方向上发生的效应相比以纵横比的因子更大。由于电致伸缩效应在第一方向上的膨胀总是伴随着第二方向上的收缩，该第二方向上收缩由于材料的不可压缩性而与第一方向上的不同。
45.非常薄的层还具有即使在低驱动电压下也可以实现高变形或力的优点。
46.根据光学系统的其他实施例，至少一个致动器元件具有由电致伸缩材料制成的多个层，其中多个层中的每一层具有分配的阴极和分配的阳极并且用相应的驱动电压是可驱动的。
47.多层结构的优点在于，与单层相比，作为由单独层实现的力的总和，可以显著增加致动器元件可实现的力或机械应力。因此，更大的变形是可能的，并且可以有效地补偿像差的校正区域被扩大。
48.在光学系统的实施例中，封闭在两层之间的阴极形成邻接层的公共阴极，并且封闭在两层之间的阳极形成邻接层的公共阳极。
49.在这种情况下，电场在相邻层中具有相反的方向。该实施例的优点是可以最大化致动器元件中的活性材料的比例，因为例如在两个阴极或阳极之间不需要绝缘隔离层并且因为也使阴极材料或阳极材料的量最小化。
50.在本实施例中，电场在相邻层中具有相反的方向。因此，有利地选择机械应变与极化的平方成比例的电致伸缩材料，因为电场的相反方向在此对力方向没有影响。
51.根据光学系统的其他实施例，至少一个致动器元件和至少一个传感器元件形成包括至少两层的层堆叠。
52.在这种情况下，传感器层被直接施加到致动器层，例如，在它们之间具有公共电极。这允许实现特别紧凑的设计，并且传感器元件与致动器元件之间的机械耦合也被最大化。传感器元件的变形与致动器元件相同，这就是为什么致动器元件的驱动电压可以受到非常精确的闭环控制的原因。
53.根据光学系统的其他实施例，致动器装置具有至少两个传感器元件，其中至少两个传感器元件的电致伸缩材料的材料成分不同，至少两个传感器元件中的每一个被设置成输出传感器信号。
54.该实施例是有利的，因为例如温度波动会影响活性材料的极化，这会导致测量误差。在具有不同成分的层的情况下，温度波动具有不同的影响，使得可以通过计算消除温度的影响。这使得更高的可靠性和测量准确度成为可能。在这种情况下，由于由两个传感器元件构成的层堆叠体的厚度较小，例如可以假设两个传感器元件具有相同的温度。
55.根据光学系统的其他实施例，提供确定单元，其设置用于取决于由至少两个传感器元件输出的传感器信号确定反射镜主体中的温度。
56.通过比较来自具有不同成分的传感器元件的两个传感器信号，可以凭借基于描述基础物理的物理模型的对应评估来确定机械应力和温度。当反射镜主体在所需区域中的最
佳冷却是不可能的或者只能通过很大的努力才能实现时，这是特别有利的。然后当确定反射镜表面的当前形状时可以考虑由温度波动或局部温度差引起的反射镜主体中的机械应力和/或可以凭借致动器装置补偿该机械应力。这在没有附加系统的情况下可以是有利的。
57.以这种方式可确定的温度涉及在两个传感器元件的区域中的反射镜主体中的温度，因此特别是局部温度。
58.根据光学系统的其他实施例，提供测量单元，用于将测量交替电压施加到至少两个传感器元件以生成传感器信号，其中测量交替电压的频率对于不同传感器元件是不同的。
59.这样做的优点在于，不同导电带(conductor track)与传感器元件之间的串扰在评估期间不会导致测量误差。也可以参考频分复用。测量单元特别地可以是闭环控制单元或致动器装置的一部分，但也可以形成单独单元。
60.根据光学系统的其他实施例，致动器装置具有m个致动器元件和多个、n个传感器元件，其中m和n是整数并且致动器元件和传感器元件交替布置。
61.优选地，n＞m，特别是n＝m1，使得一个传感器元件在各个情况下位于外侧。例如，n＝2和m＝1，其中两个传感器元件与致动器元件一起形成夹置结构。在此可以有利地确定二维变形函数，使得可以更精确地确定或预测距致动器元件稍远的区段中的实际变形，这提高了闭环控制的准确度。也可以说，由于超定，更精确的闭环控制是可能的。
62.根据光学系统的其他实施例，致动器装置包括分配单元，该分配单元被设置为将来自至少一个传感器元件的输出传感器信号的值分配到基于校准测量实现的反射镜表面的变形，并且其中闭环控制单元设置用于取决于分配的值和反射镜表面的预先确定的变形来控制驱动电压。
63.在实施例中，分配单元包括查找表(lut)，其中传感器信号值被分配给实现的反射镜表面的变形。本实施例特别简单，不需要很高的计算能力。中间值，即在传感器信号的值没有存储在lut中的情况下的变形的值，可以从两个最接近的值中确定，例如通过线性插值。
64.根据光学系统的其他实施例，多个致动器装置布置在至少一个反射镜处，其中多个致动器装置中的每一个是可单独控制的。
65.优选地，反射镜的整个区域例如用致动器装置覆盖，从而反射镜表面可以通过适当地驱动致动器装置以多种方式自由变形。每个致动器装置有利地具有闭环控制单元，从而每个致动器装置可以独立于其他致动器装置以闭环控制来控制。特别是在相邻致动器装置的情况下，第一致动器装置的位置处的变形也可能导致第二致动器装置的位置处的轻微变形，因为机械应力在整个反射镜主体中传播。该变形也由第二致动器装置的传感器元件检测到，并且可以通过闭环控制对应地控制致动器元件以抵消变形，假设无论如何都不希望变形。
66.根据第二方面，提出了包括根据第一方面或实施例之一的光学系统的光刻设备。
67.该光刻设备具有可以校正或补偿成像误差的优点，其中存在用于控制相应致动器元件的闭环控制电路。这意味着与没有这种闭环控制电路相比，可以更精确地校正像差。特别是在光刻设备中，安装空间非常小，因为所使用的光学单元例如在真空中操作，这就是为什么不能使用常规的自适应光学解决方案的原因。
68.光学系统优选地形成光刻设备的束整形和照明系统或投射系统，或者是这种系统的一部分。
69.根据第三方面，提出了光学系统中耦合到致动器装置的反射镜的用法。反射镜具有反射镜主体和反射镜表面。致动器装置包括：至少一个电致伸缩致动器元件，用于在反射镜主体中产生用于根据电驱动电压使反射镜表面变形的机械应力，以及至少一个电致伸缩传感器元件，用于取决于传感器元件的变形输出传感器信号。至少一个传感器元件布置成直接邻接致动器元件和/或布置在反射镜主体的背离反射镜表面的一侧上并且至少通过致动器元件与反射镜主体分开和/或布置成使得至少一个传感器元件至少部分地设置将致动器元件产生的机械应力转移到反射镜主体。致动器装置耦合到反射镜主体，使得反射镜表面取决于电驱动电压而变形。
70.第四方面提出了用于操作光学系统的方法，该光学系统具有至少一个反射镜(该反射镜具有反射镜主体和反射镜表面)并且具有耦合到反射镜主体用于使反射镜表面变形的至少一个致动器装置。在第一步骤中，以电驱动电压驱动致动器装置的电致伸缩致动器元件，使得在反射镜主体中产生机械应力并且反射镜表面变形。在第二步骤中，取决于传感器元件的变形，通过致动器装置的至少一个电致伸缩传感器元件检测传感器信号，其中至少一个传感器元件布置成直接邻接致动器元件和/或布置在反射镜主体的背离反射镜表面的一侧上，并且至少通过致动器元件与反射镜主体隔开和/或布置成使得至少一个传感器元件至少部分地设置以将致动器元件产生的机械应力传递到反射镜主体。在第三步骤中，取决于检测到的传感器信号确定反射镜表面的变形。
71.在实施例中，上文和下文描述的光学系统设置成实行上述方法或根据该方法操作。
72.根据其他方面，提出了用于检测根据第一方面或实施例中的一个的光学系统的反射镜表面实现的变形的方法。在第一步骤中，取决于反射镜表面的预先确定变形，通过驱动电压来驱动至少一个致动器元件。例如，在光学系统的当前状态下，控制计算机确定与反射镜表面的当前实际形状不同的反射镜表面的理想形状，并取决于此确定致动器元件所需的驱动电压，该驱动电压输出到致动器单元。在第二步骤中，由至少一个传感器元件输出传感器信号。这特别通过将测量交替电压施加到传感器元件的有源区来实现。从传感器元件的复阻抗，可以推断出电介质极化率，从而推断有源区的极化。在第三步骤中，取决于输出传感器信号确定传感器元件的变形，并由此确定所实现的反射镜表面的变形。传感器元件的有源区的极化指示传感器元件的现有变形。由此，可以凭借反射镜的机械模型来确定反射镜表面的变形。取决于传感器元件的变形的反射镜表面的变形优选地在校准测量中预先确定并存储在lut中。
73.在该方法的有利实施例中，通过闭环控制来控制驱动电压，使得实现反射镜表面的预先确定变形。
74.针对光学系统描述的实施例和特征对应地适用于提出的方法。
75.目前情况中的“一(一个)”不应该必须理解为限制于恰好一个元件。当然，还可以提供多个元件，例如两个、三个或更多个。在此使用的其他任何数值不应理解为限制为恰好陈述的元件数量。相反，除非有相反指示，否则向上和向下的数值偏差是可能的。
76.本发明其他可能的实现方式还包括在上文或下文描述的任何特征或实施例相对
于示例性实施例的没有明确提到的组合。在这种情况下，本领域技术人员还将增加各个方面，作为对本发明的相应的基本形式的改进或补充。
77.本发明的其他有利的配置和方面是从属权利要求的主题并且也是在下文中描述的本发明示例性实施例的主题。下文通过参考附图的优选实施例详细阐明本发明。
78.图1示出了光学系统的第一示例性实施例的示意性视图；
79.图2示出了带有致动器装置的反射镜的布置的第一示例性实施例的示意性视图；
80.图3示出了带有致动器装置的反射镜的布置的第二示例性实施例的示意性视图；
81.图4示出了带有致动器装置的反射镜的布置的第三示例性实施例的示意性视图；
82.图5示出了带有致动器装置的反射镜的布置的第四示例性实施例的示意性视图；
83.图6示出了带有致动器装置的反射镜的布置的第五示例性实施例的示意性视图；
84.图7示出了带有致动器装置的反射镜的布置的第六示例性实施例的示意性视图；
85.图8示出了带有致动器装置的反射镜的布置的第七示例性实施例的示意图，该致动器装置具有两个传感器元件；
86.图9示出了驱动器元件的构造的示例性实施例的示意图；
87.图10示出了用于致动器装置中的多个致动器元件和传感器元件的驱动器的示例性实施例的示意图；
88.图11示出了作为驱动电压函数的物理变量的行为的三个曲线图；
89.图12是示出作为驱动电压函数的电介质极化率的多条曲线的曲线图；
90.图13示出了闭环控制电路的示例性实施例的示意性框图。
91.图14a示出了euv光刻设备的实施例的示意性视图；
92.图14b示出了duv光刻设备的实施例的示意性视图；以及
93.图15示出了用于光学系统中像差的校正的方法的示例性实施例的示意性框图。
94.除非另外说明，否则相同或功能相同的元件在附图中具有相同的附图标记。也应注意的是在附图中的图示并不一定按照比例。
95.图1示出了光学系统200的第一示例性实施例的示意性视图。在此光学系统200包括光源ls、对从光源ls入射到其上的光进行准直的透镜元件128、两个反射镜110、210、另外的透镜元件128以及晶片124或载物片，将来自另外的透镜元件128的光聚焦在晶片124或载物片上。例如，光学系统200是显微镜或光刻设备100a、100b的照明系统(见图14a、14b)。
96.光学系统200的第二反射镜210由反射镜主体212构成，反射镜表面214布置在反射镜主体212的前侧。致动器装置220布置在反射镜主体212的后侧并且设置成通过将机械应力耦合到反射镜主体212中来使反射镜表面214变形。在不限制一般性的情况下，在此以及以下附图中示出了仅一个致动器装置220。然而，更不用说，可以在反射镜210处布置多个这样的致动器装置220，以便以具有高空间分辨率的目标方式使反射镜表面214变形和/或实现反射镜210的整体变形。
97.由于反射镜210的反射镜表面214可以变形的事实，因此可以补偿像差，即成像误差。在这种情况下，成像误差特别地取决于光学系统200和/或耦合到光学系统200的另外的光学系统的操作状态。例如，空间和/或时间温度差和/或温度波动可以由致动器装置220补偿。因此也可以说是自适应光学系统200，其状态受到闭环控制或相对于参考状态保持恒定。优选地，致动器装置220包括用于控制致动器元件222的闭环控制电路(参见图2-8、10、
13、14a或14b)。
98.将参照以下附图详细说明致动器装置220的精确操作模式。
99.图2-7各自示出了带有致动器装置220的反射镜210的布置的示例性实施例的示意图。示例性实施例在致动器装置220和反射镜210的具体布置方面不同。如图1、14a和14b所示，每个示例性实施例可以用于光学系统200。
100.图2示出了布置在反射镜主体212和反射镜携载件216之间的致动器装置220。反射镜携载件216形成机械固定点，这意味着它是刚性的并且是固定的。致动器装置220具有致动器元件222和传感器元件224，其中传感器元件224与反射镜主体212机械接触并且致动器元件222被支撑在反射镜携载件216上。此外，存在驱动单元226，其提供用于驱动致动器元件222的驱动电压vs。在这个示例中，驱动单元226还检测由传感器元件224输出的传感器信号ss。驱动单元226优选地设计为闭环控制单元，或者包括一个闭环控制单元，其取决于传感器信号ss控制驱动电压vs。
101.在这种布置中，致动方向223平行于反射镜表面214的表面法线。当驱动电压vs被施加到致动器元件222时，致动器元件222在致动方向223上拉伸或扩展。因为反射镜携载件216是固定的，致动器元件222的拉伸导致反射镜表面214在致动器装置220的位置处的凸出或位移。在此，反射镜主体212可以通过固定连接元件(未示出)在一个或多个点处支撑在反射镜携载件216上。例如，这种固定连接元件在其布置的位置固定了反射镜主体212和反射镜携载件216之间的距离。
102.图3示出了布置在反射镜主体212和反射镜携载件216之间的致动器装置220的替代实施例。在这种情况下，传感器元件224直接横向布置在致动器元件222上。在这种布置中，传感器元件224将精确地跟随致动器元件222沿致动方向223的任何变形，特别地拉伸或压缩。致动器元件222的实际变形因此可以由传感器信号ss非常精确地确定。
103.图4至图7各自示出了致动器装置220的不同集成，其中，与图2和图3相比，使用横向致动方向223，即在反射镜主体212的平面中。在图4和5中，致动器装置220粘黏接合到反射镜主体212的后侧或以类似方式牢固地连接到其上。传感器元件224或者布置在致动器元件222和反射镜主体212(图4)之间或者布置在致动器元件222的后侧(图5)。在图4所示的布置中，传感器元件224将由致动器元件222产生的任何机械应力传递到反射镜主体212。特别地，传感器元件224经历与致动器元件222和反射镜主体212直接接触于传感器元件224的区域相同的变形。横向致动223(其可以是相对于致动器元件222的拉伸或缩短)在反射镜主体212中产生机械应力，因此反射镜表面214对应地变形。
104.在图6和图7的示例性实施例中，致动器元件222和传感器元件224嵌入基质mx中。基质mx特别地由与致动器元件222相同材料类别的材料构成，并且传感器元件224优选地由电致伸缩陶瓷材料构成。有利地，致动器元件222、传感器元件224和基质mx形成实质均匀的材料层221，该材料层221二维地固定到反射镜主体212的后侧，优选地在整个区域上。致动器元件222和传感器元件224的有源区由材料mx中的电极布置限定。在这些实施例中，致动器元件222与反射镜主体212的机械耦合特别强，这对可实现的反射镜表面214的最大变形具有有利影响。
105.图2-7中所示的示例性实施例也可以根据需要相互组合。
106.图8示出了带有致动器装置220的反射镜210的布置的第四示例性实施例的示意性
视图。基本布置对应于图7中所示的布置，其中致动器装置220在此具有两个传感器元件224，它们以夹置的方式包围致动器元件222。两个传感器元件224有利地具有不同的化学成分，这意味着它们对温度和变形具有不同的依赖性。然后可以根据两个传感器信号ss不仅确定相应传感器元件224的变形而且确定温度。在当前情况下，这通过专门为此设置的确定单元230来完成。
107.图9示出了致动器元件222的构造的示例性实施例的示意图，其在此由多个单独的层l1-ln构成。电极a1布置在最上层l1上并且在此例如用作阳极。在最上面的层l1和以邻接的方式布置在其下方的层l2之间布置有另外的电极k1，其在此作为阴极操作。可以说阳极a1和阴极k1以夹置的方式包围顶层l1。施加在阳极a1和阴极k1之间的驱动电压vs(见图2-8或10-13)导致在层l1中形成电场。在实施例中，阳极a1和阴极k1的作用也可以互换，在这种情况下，电场的方向是相反的。
108.作为阳极操作的电极a2再次布置在从顶部l2起的第二层和从顶部l3起的第三层之间。在此可以看出，阴极k1形成了邻接层l1和l2的公共阴极。阳极a2还为邻接层l2和l3形成公共阳极。
109.在这个示例中，这种分层构造一直持续到达到所需的层数。布置在底层ln下方的是端接电极kn，在该实施例中，端接电极kn作为阴极操作。在这种具有公共电极a1-an、k1-kn的交替构造中，电致伸缩材料特别是其中机械应变与极化的平方成正比的材料，因此层l1-ln尽管电场的方向不同，产生相同方向的变形。
110.在使用其中机械应变与极化成比例的电致伸缩材料的其他实施例中，电极a1-an、k1-kn应该被布置和驱动，使得所有层l1-ln中的电场指向相同方向，否则层l1-ln会相互对抗。
111.对于每一层l1-ln，层l1-ln的层厚度可以不同。不同层l1-ln的层厚度优选地实质相同并且选自10μm-500μm的范围。在这种情况下，同样可以为层l1-ln中的每一个选择不同的材料成分，例如以便获得不同的电致伸缩性质。
112.在其他实施例中，传感器元件224具有如图9所示的致动器元件222的分层结构。在这种情况下，对不同层l1-ln使用不同的化学成分的优点特别是在于，对单独层l1-ln的传感器信号ss的比较不仅可以得出关于机械应力的结论，而且还可以得出关于其他影响变量(特别是层l1-ln中的温度)的结论。
113.图10示出了致动器装置220的示例性实施例的示意图，该致动器装置220包括多个致动器元件222、多个传感器元件224和驱动单元226。在这种情况下，提供了形成层堆叠的三个传感器元件224和两个致动器元件222，其中致动器元件222各自包括例如由电致伸缩材料制成的三层l1-l3。
114.传感器元件224中的两个以夹置的方式包围整个层堆叠体，并且第三传感器元件224在中间分割层堆叠体。在本实例中，无源区相应布置在传感器元件224和致动器元件222之间。这些还可以在实施例中省略，其中布置在传感器元件224和致动器元件222之间的电极然后构成公共电极。在这种情况下，公共电极优选地接地，因为传感器元件有利地在没有偏置电压的情况下操作。
115.驱动单元226在此包括：受闭环控制的电压源，用于为致动器元件222提供驱动电压vs，以及三个测量单元，它们被设置为凭借测量交替电压vm生成相应传感器元件224的传
感器信号ss。测量交替电压vm优选地具有不同的频率以避免相互干扰。在其他具体实施例中，多个致动器元件222还可以用不同的驱动电压vs来操作。
116.图11示出了物理变量的行为的三个图表，机械应力σ、相对于驱动电压vs实现的偏转e的梯度以及作为用于示例性电致伸缩层的驱动电压vs函数的电介质极化率χ，其可以用于致动器元件222(参见图2-10或13)或传感器元件224(参见图2-8、10或13)。变量σ、e和χ以任意单位表示。选择单位伏特作为驱动电压vs的标度。电致伸缩材料特别是具有pmn
x
pt
1-x
成分的材料。所示曲线涉及层的机械自由状态，即没有机械预应力且层没有嵌入刚性材料系统的状态。
117.上图示出了机械应力σ(单位：n/m2或pa)由驱动电压vs驱动的层提供或产生。对于驱动电压vs＝0，该层不产生任何机械应力σ。同样可以看出，小的驱动电压vs仅带来非常小的机械应力σ。在低驱动电压vs的情况下，所产生的机械应力σ例如与驱动电压vs的平方成比例。
118.中间的图示出了作为驱动电压vs的函数的相对于驱动电压vs实现的偏转e的梯度。
119.下图示出了电介质极化率χ作为驱动电压vs的函数。可以看出，电介质极化率χ在驱动电压vs＝0时具有最大值。
120.如图12所示，驱动电压vs＝0时的电介质极化率χ还对机械应力具有非常高的灵敏度。图12示出了具有作为驱动电压vs的函数的电介质极化率χ的多条曲线的图。所示的五条曲线1-5在层的变形方面不同。例如，曲线3对应于机械自由或无应力状态。例如，曲线1和2对应于ppm范围内的层拉伸，例如曲线1为10ppm，曲线2为5ppm。例如，曲线4和5对应于ppm范围内的层压缩，例如曲线4为5ppm，曲线5为10ppm。由于电介质极化率χ的这个灵敏度最大值，这个物理变量特别适合作为测量变量来确定层的变形，特别是在传感器元件224中。可以凭借测量交替电压vm由阻抗测量来确定电介质极化率χ。
121.图13示出了致动器装置220中的闭环控制电路的示例性实施例的示意性框图。在当前情况下，驱动单元226被设计为闭环控制单元。闭环控制单元226例如通过控制计算机(未示出)从外部接收预先确定的机械目标应力σs，其致动器装置220旨在凭借致动器元件222提供或产生。闭环控制单元226然后以驱动电压vs驱动致动器元件222。驱动电压vs优选地被选择为使得在良好的条件下，它准确地实现机械目标应力σs，这是已知的，例如，从致动器元件222的表征测量。然而，由于迟滞或各种环境影响，致动器元件222可能略微错过目标机械应力σs。
122.传感器元件224通过致动器元件222形变。可以如上所述确定变形的程度，其在此由传感器信号ss表示。传感器信号ss特别是传感器元件224变形的特征，因此也是传感器元件224中实现的机械应力σ的特征。由于传感器元件222与致动器元件224的直接耦合，传感器元件224中的机械应力σ实质上对应于致动器元件222中的机械应力σ。传感器信号ss因此适合作为闭环控制信号。因此，闭环控制单元226将基于传感器信号ss重新调整致动器元件222的驱动电压vs。
123.闭环控制周期可以持续例如在1ms-100ms的范围内，对应于10hz
–
1khz之间的闭环控制频率。
124.图14a示出了euv光刻设备100a的示意性视图，该光刻设备包括束整形和照明系统
102以及在此实施为投射系统的光学系统200。在这种情况下，euv表示“极紫外”，并且表示在0.1nm和30nm之间的工作光的波长。束整形和照明系统102和投射系统200相应提供在真空壳体(未示出)中，其中每个真空壳体借助于抽气设备(未示出)来抽真空。真空壳体由机械室(未示出)围绕，其中提供用于机械地移动或设定光学元件的驱动设备。此外，还可以在所述机械室中提供电控制器等。
125.euv光刻设备100a具有euv光源106a。例如可以提供等离子体源(或同步加速器)作为euv光源106a，该等离子体源发射的辐射108a在euv范围(极紫外范围)中，就是说，例如在5nm至20nm的波长范围中。在束整形和照明系统102中，聚焦euv辐射108a，并且从euv辐射108a中将期望的操作波长过滤出。由euv光源106a产生的euv辐射108a具有穿过空气相对低的透过率，因此在束整形和照明系统102中和在投射系统200中的束引导空间被抽真空。
126.图14a中图示的束整形和照明系统102具有五个反射镜110、112、114、116、118。在通过束整形和照明系统102后，euv辐射108a被引导到光掩模(掩模母版)120上。光掩模120同样被设计为反射光学元件并且可以布置在系统102、104的外面。此外，凭借反射镜122可以将euv辐射108a指引到光掩模120上。光掩模120具有借助投射系统200以缩小的方式成像到晶片124等上的结构。
127.投射系统200(还被称为投射镜头)具有五个反射镜m1至m5，用于将光掩模120成像到晶片124上。在这种情况下，投射系统200的单独反射镜m1至m5可以关于投射系统200的光轴126对称地布置。应当注意到，euv光刻设备100a的反射镜m1至m5的数量不限于所示的数量。还可以提供更多或更少数量的反射镜m1至m5。此外，为了束整形，反射镜m1至m5通常在其前侧弯曲。
128.投射系统200还具有另外的反射镜210，在其后侧上布置有多个致动器装置220，每个致动器装置220可以设计成如图2-8、10或13所示。每个致动器装置220包括分配的致动器元件222和分配的传感器元件224。驱动单元226设置用于以驱动电压vs驱动致动器元件222并且将测量交替电压vm施加到传感器元件224以便生成相应的传感器信号ss。为了清楚起见，这里示出了仅一个驱动单元226，其驱动所有致动器元件222和传感器元件224。反射镜210的前侧可以通过致动器装置220的目标驱动而变形，其可以用于校正光学像差以增加光刻过程的分辨率。
129.在有利的实施例中，致动由致动器元件222以闭环控制来控制，这借助于以下的事实：实际实现的变形由传感器元件224检测并且驱动电压vs因此可以采用通过评估传感器信号ss的闭环控制来进行控制。该闭环控制针对每个致动器装置220单独进行，其中为了清楚起见示出了仅一个致动器装置220和仅一个驱动电压vs、一个测量交替电压vm和一个传感器信号ss。
130.投射系统200(或者还有束整形和照明系统102)可以具有带有分配的致动器装置220的另外的反射镜210。
131.图14b示出了duv光刻设备100b的示意性视图，该光刻设备包括束整形和照明系统102以及在此设计为投射系统的光学系统200。在这种情况下，duv表示“深紫外”，并且表示在30nm与250nm之间的工作光的波长。如参考图14a已经描述的，束整形和照明系统102和投射系统200可以布置在真空壳体中和/或由具有对应驱动设备的机械室围绕。
132.duv光刻设备100b具有duv光源106b。作为示例，可以提供发射在193nm的duv范围
中的辐射108b的arf准分子激光器作为duv光源106b。
133.在图14b中图示的束整形和照明系统102将duv辐射108b引导到光掩模120上。光掩模120形成为透射光学元件且可以布置在系统102、104的外部。光掩模120具有凭借投射系统200以缩小的方式成像到晶片124等上的结构。
134.投射系统200具有多个透镜元件128和/或反射镜130，用于将光掩模120成像到晶片124上。在这种情况下，投射系统104的单独透镜元件128和/或反射镜130可以关于投射系统200的光轴126对称地布置。应注意到，duv光刻设备100b的透镜元件128和反射镜130的数量不限于所示的数量。还可以提供更多或更少数量的透镜元件128和/或反射镜130。另外，为了束整形，反射镜130通常在其前侧弯曲。
135.最后一个透镜元件128和晶片124之间的气隙可以替换为具有折射率》1的液体介质132。液态介质132可以是例如高纯水。这样的构造还被称为浸没式光刻，并且具有增强的光刻分辨率。介质132还可以被称为浸没液体。
136.投射系统200还具有反射镜210，在反射镜210的后侧上布置有致动器装置220，其可以设计成如图2-8、10或13所示。在不限制一般性的情况下，这里示出了仅一个致动器装置220，但更不用说，优选地存在多个致动器装置220，每个致动器装置能够通过开环和/或闭环控制来单独控制。致动器装置220包括分配的致动器元件222和分配的传感器元件224。驱动单元226设置用于以驱动电压vs驱动致动器元件222并且将测量交替电压vm施加到传感器元件224以便生成相应的传感器信号ss。
137.图14b还示出了预先确定的目标机械应力σs由外部指定，这将由致动器元件222实现。机械目标应力σs例如通过控制计算机基于要实现的反射镜210的目标变形来确定。反射镜210前侧的目标变形允许校正光学像差以改进光刻过程的分辨率。
138.在有利的实施例中，致动由致动器元件222通过闭环控制来控制，这借助于以下事实：实际实现的变形由传感器元件224检测并且驱动电压vs因此可以通过评估传感器信号ss采用闭环控制来控制。该闭环控制针对每个致动器装置220单独进行，其中为了清楚起见示出了仅一个致动器装置220和仅一个驱动电压vs、一个测量交替电压vm和一个传感器信号ss。
139.投射系统200(或者还有束整形和照明系统102)可以具有带有分配的致动器装置220的另外的反射镜210。
140.图15示出了用于通过使光学系统200的反射镜210(参见图1-8或14a、14b)的反射镜表面212(见图1-8)变形以有针对性的方式来校正光学系统200(例如图1的光学系统200)中的像差的方法的示例性实施例的示意框图。
141.在第一步骤s1中，至少一个致动器元件222(参见图2-8或13)凭借驱动电压vs(参见图2-8或10-13)取决于反射镜表面214(见图1-8)的具体变形而被驱动。因此，在致动器元件222中产生机械应力，该应力被传递到反射镜210的反射镜主体212(见图1-8)，这导致反射镜表面214的局部变形。
142.在第二步骤s2中，传感器信号ss(参见图2-8或13)由至少一个传感器元件224(参见图2-8或13)输出。为此目的，测量交替电压vm被施加到传感器元件224，如上面已经描述的。
143.在第三步骤s3中，取决于检测到的传感器信号ss确定传感器元件224的变形。从中可以确定反射镜表面214实现的变形。
144.在可选的第四步骤s4中，驱动电压vs通过闭环控制来控制，使得实现反射镜表面214的预先确定变形。为此，例如，将预先确定的变形与实现的变形进行比较，这示出驱动电压vs是需要更高还是更低以实现预先确定变形。
145.虽然基于示例性实施例描述了本发明，但是仍可以通过多种多样的方式修改。特别是，用于描述说明书的许多物理变量可以与其他变量互换。代替机械应力，也可以指力或机械应变或变形。此外，可以说传感器信号取决于电介质极化率、阻抗、极化、电容等，只要各自的材料参数已知，所有这些都可以相互转换。
146.特别地，本发明允许传感器元件相对于致动器元件在致动器装置中的大量可能布置。取决于具体应用，不同的位置可以是有利的。此外，通过在一个致动器元件中组合不同的布置，可以提高检测准确度。
147.此外，在本发明不受任何特定方式的限制的情况下，用于控制驱动电压的闭环控制电路可以以多种方式实施或实现。
148.附图标记列表
149.1函数曲线
150.2函数曲线
151.3函数曲线
152.4函数曲线
153.5函数曲线
154.100aeuv光刻设备
155.100bduv光刻设备
156.102束整形和照明系统
157.106aeuv光源
158.106bduv光源
159.108aeuv辐射
160.108bduv辐射
161.110反射镜
162.112反射镜
163.114反射镜
164.116反射镜
165.118反射镜
166.120光掩模
167.122反射镜
168.124晶片
169.126光轴
170.128透镜元件
171.130反射镜
172.132介质
173.200光学系统
174.210反射镜
175.212反射镜主体
176.214反射镜表面
177.216反射镜携载件
178.220致动器装置
179.221层
180.222致动器元件
181.223致动方向
182.224传感器元件
183.226驱动单元
184.230确定单元
185.a1阳极
186.a2阳极
187.a3阳极
188.an阳极
189.k1阴极
190.k2阴极
191.k3阴极
192.kn阴极
193.l1层
194.l2层
195.l3层
196.ln层
197.ls光源
198.mx基质
199.m1反射镜
200.m2反射镜
201.m3反射镜
202.m4反射镜
203.m5反射镜
204.s1方法步骤
205.s2方法步骤
206.s3方法步骤
207.s4方法步骤
208.ss传感器信号
209.vm测量交替电压
210.vs驱动电压
211.χ电介质极化率
212.σ机械应力
213.σs机械应力