控制装置、光学系统和光刻设备的制作方法

本发明涉及一种用于控制光学系统中的至少一个致动器的控制装置、具有这种控制装置的光学系统以及具有这种光学系统的光刻设备。优先权申请de 10 2024 202 944.0的内容通过引用整体并入本文。

背景技术：

1、已知包括可致动光学元件（例如微透镜阵列或微反射镜阵列）的微光刻设备。微光刻用于制造微结构化结构元件，例如集成电路。微光刻过程使用包括照明系统和投射系统的光刻设备来执行。

2、为了在集成电路的制造中实现越来越小的结构，目前正在开发使用波长在0.1 nm至30 nm范围内、特别是13.5 nm的光的euv光刻设备。由于大多数材料吸收该波长的光，因此这种euv光刻设备需要使用反射光学单元，即反射镜，而不是以前使用的折射光学单元，即透镜元件。

3、在此，由照明系统照明的掩模（掩模版）的像通过投射系统投射到衬底（例如硅晶片）上，该衬底涂覆有光敏层（光刻胶）并布置在投射系统的像平面中，以便将掩模结构转印到衬底的光敏涂层。可致动光学元件可以用于改善掩模在衬底上的成像。例如，可以补偿曝光期间导致放大和/或模糊成像的波前像差。

4、例如，可以使用mems致动器（mems；微机电系统）或pmn致动器（pmn；铌镁酸铅）作为致动器。pmn致动器能够实现亚微米范围或亚纳米范围的路径定位。在这种情况下，施加到具有彼此堆叠的致动器元件的致动器的dc电压使所述致动器受到导致特定线性膨胀的力。借助dc电压（dc；直流）设定的位置可能受到在由dc电压驱动的致动器的原则上会出现的共振点处的外部机电串扰的不利影响。例如，de 10 2016 213 025 a1中描述了mems反射镜以及适于驱动这些反射镜的致动器。

5、例如，使用包括放大器（例如a类放大器）的控制装置来控制致动器。例如，专利申请de 10 2023 206 070中描述了这种用于控制致动器以致动光学系统中的光学元件的控制装置。de 10 2023 206 070描述了一种控制装置，该控制装置包括放大器和供电装置，所述放大器被配置为接收在输入节点处提供的供电电压并在输出节点处提供用于致动器的控制电压，所述供电装置用于提供供电电压、与输入节点耦合，并且包括可耦合在输入节点与地之间的串联连接，所述串联连接包括多个用于分别提供dc电压的dc/dc转换器以及可与该串联连接串联连接并用于提供dc电压的多个另外的dc/dc转换器。为了调节放大器的增益，放大器包括具有第一电阻器和第二电阻器的电阻分压器。

6、电阻分压器通常利用无源电阻元件实现，因为这些无源电阻元件提供电压电平的简单且线性的缩放。此外，可获得具有不同材料、电阻值和高压能力的集成无源电阻器。根据应用，基于晶体管的有源电阻器也可能是良好的选择。在具有闭环控制电路的系统中，应当通过利用集成电阻器的比值和匹配的优点，实现对放大器输出电压电平的高线性且高精度的测量。

7、然而，例如，如果为了实现尽可能低的功耗而要将流经电阻分压器的电阻器的静态电流保持在微安范围或以下，则可能出现问题。为此，应基于供电电压的高电压电平来选择电阻分压器中的电阻器的电阻值，特别是在106 ohms的范围内。然而，这些高阻电阻器使电阻分压器产生热噪声。在考虑下面关于单个无源电阻器的热噪声谱密度和电压噪声密度的等式时，该问题尤其明显：

8、

9、其中，k表示玻尔兹曼常数（k = 1.38e-23 j/k），对于室温t = 300 k，并且r表示等效电阻值。

10、高阻电阻器处热噪声增大的一些示例值可见于下面的表1：

11、

12、表1

13、此外，当电阻器用于放大器的反馈路径中时，电阻器的热噪声可能被放大。对于具有由控制电压控制的高压运算放大器以及电阻分压器的同相放大器，该电阻分压器包括连接在放大器输出节点与地之间的两个串联连接的电阻器，由电阻器引起的放大器输出节点处的输出噪声可以近似如下：

14、

15、其中，sn1 = 4ktr1表示电阻器r1的噪声谱密度，并且acl表示同相放大器的闭环增益。假设同相放大器是具有无限增益和零输出阻抗的理想放大器，则电阻器r1的电阻值和电压噪声密度vnout的数值可以估算如下：

16、

17、表2

18、表2示出了在放大器的闭环控制电路中由100的增益acl放大的高阻电阻器的热噪声。

技术实现思路

1、在此背景下，本发明所要解决的问题是：就降低热噪声而言，改善对光学系统中的致动器的控制。

2、根据第一方面，提出一种用于控制至少一个致动器以致动光学系统中的光学元件的控制装置。该控制装置包括放大器，所述放大器被配置为接收在输入节点处提供的供电电压并在输出节点处提供用于致动器的驱动电压，其中，所述放大器包括具有用于设定放大器增益的第一电阻器和第二电阻器的电阻分压器以及具有第一电容器和第二电容器的电容分压器，其中，所述电容分压器与所述电阻分压器并联连接。

3、所述放大器优选地被配置为接收在输入节点处提供的供电电压，并使用输出节点处的静态电流为致动器提供经放大的驱动电压。特别地，静态电流是即使放大器未动态活动也流经放大器的电流。静态电流用于设定输出节点处的工作点。静态电流也可以称为偏置电流。

4、所述供电电压特别是高电压，并且例如在40 v至200 v的范围内。如上文已经说明的，为了实现尽可能低的功耗，优选地应将放大器的静态电流保持在微安范围或以下。为此，应基于高供电电压来选择电阻分压器中的电阻器的电阻值，特别是在106 ohms的范围内。如上文已经说明的，电阻分压器的高欧姆电阻器产生热噪声。热噪声的这种效应取决于电阻值。换言之，控制用于致动光学元件的致动器所需的高供电电压需要相应的电阻值，由此热噪声以被放大的方式出现。所提出的在放大器中与电阻分压器并联连接的电容分压器有利地降低该热噪声。

5、

6、表3

7、表3示出了在放大器的闭环控制电路中由100的增益acl放大的高阻电阻器的热噪声，其中，100的acl由等式1+r1/r2以及1+c2/c1得到。表3中未包含的电阻器r2可以通过等式acl = 100 = 1 + r1/r2来计算。此外，表3中未包含的电容器c2可以通过等式acl = 100 =1 + c2/c1来计算。表3与表2的比较表明，对于高于1 hz的低通截止频率的频率每增加一个十倍频程，电压噪声密度vnout改善10倍。

8、此外，电容分压器还适于补偿其他噪声源的噪声，例如1/f噪声。

9、尤其是在较高频率下，具有第一电容器和第二电容器的电容分压器相对于具有第一电阻器和第二电阻器的电阻分压器占主导地位，由此可以减小欧姆负载、供电波动和热噪声的影响。

10、特别地，所述致动器是mems致动器、电容式致动器（例如pmn致动器（pmn；铌镁酸铅））、pzt致动器（pzt；锆钛酸铅）或linbo3（铌酸锂）致动器。特别地，所述致动器被配置为致动光学系统的光学元件。这种光学元件的示例包括透镜元件、反射镜和自适应反射镜。

11、所述光学系统优选为光刻设备或投射曝光设备的投射光学单元。然而，所述光学系统也可以是照明系统。所述投射曝光设备可以是euv光刻设备。euv表示“极紫外”，并表示工作光的波长在0.1 nm与30 nm之间。所述投射曝光设备也可以是duv光刻设备。duv表示“深紫外”，并表示工作光的波长在30 nm与250 nm之间。

12、根据一实施例，电容分压器中的第一电容器和第二电容器的电容值与电阻分压器中的第一电阻器和第二电阻器的电阻值相匹配，使得电容分压器中的第一电容器和第二电容器降低电阻分压器中的电阻器的热噪声，尤其是在特定频率以上。所确定的频率优选为极点频率x，其中x=1/(2*pi*r1*c1)，例如对于图5中的电路。

13、根据另一实施例，相应的电阻器为有源电阻器的形式。根据另一实施例，相应的电容器为有源电容器的形式。例如，maloberti 2003，“analog design for cmos vlsisystems”，第197页，4.3 voltage divider中描述了这种有源部件。

14、将电阻器和/或电容器设计为有源部件具有所需空间非常小的优点，这尤其适用于光刻设备的光学系统。

15、根据另一实施例，相应的电阻器（r1、r2）为多层多晶硅电阻器的形式，或者为二极管连接的晶体管、占空比循环电阻器或伪电阻器。例如，djekic 2018, ieee journalsscs, “a 0.1% thd, 1-mohm to 1-gohm tunable, temperature-compensatedtransimpedance amplifier using a multi-element pseudo-resistor”中描述了伪电阻器。例如，livanelioglu 2022, ieee ssc letters, “a compact and pvt-robustsegmented duty-cycled resistor realizing tohm impedances for neural recordinginterface circuits”中汇总了各种类型的占空比循环电阻器。

16、根据另一实施例，电容分压器的第一电容器为可修调电容器的形式。

17、根据另一实施例，电容分压器的第二电容器为可修调电容器的形式。

18、如果放大器中的闭环控制电路的增益性能受到寄生电容的不利影响，则可以修调所述可修调电容器，以补偿所出现的寄生电容。

19、根据另一实施例，所述放大器包括压控电流源，所述压控电流源具有可由控制电压控制的运算放大器和晶体管。在这种情况下，所述运算放大器连接到所述晶体管的控制端子。

20、所述晶体管特别是场效应晶体管（fet），优选为mosfet。在这种情况下，所述晶体管的控制端子为栅极端子的形式。

21、根据另一实施例，所述第一电阻器连接在放大器的输入节点与输出节点之间，并且所述第二电阻器连接在晶体管与地之间。在这种情况下，所述第一电容器在放大器的输入节点与输出节点之间与第一电阻器并联连接，并且所述第二电容器在晶体管与地之间与第二电阻器并联连接。

22、根据另一实施例，压控电流源的晶体管是场效应晶体管，其栅极端子连接到运算放大器的输出端，其漏极端子连接到放大器的输出节点，并且其源极端子经由第二电阻器连接到地。所述源极端子还经由反馈支路连接到运算放大器的反相输入端。所述运算放大器的同相输入端连接到控制装置的输入节点，以接收控制电压。

23、根据另一实施例，所述放大器包括a类放大器，所述a类放大器具有可由控制电压控制的运算放大器和晶体管。在这种情况下，具有第一电阻器和第二电阻器的电阻分压器连接在放大器的输出节点与地之间。所述电阻分压器的中心抽头和所述电容分压器的中心抽头经由反馈支路连接到运算放大器的同相输入端。所述运算放大器的反相输入端连接到控制装置的输入节点，以接收控制电压。在这种情况下，所述第一电容器在放大器的输出节点与中心抽头之间与第一电阻器并联连接，并且所述第二电容器在中心抽头与地之间与第二电阻器并联连接。所述a类放大器有利地仅表现出很小的信号失真，因此提供精确的致动器控制。

24、根据另一实施例，a类放大器的晶体管是场效应晶体管，其栅极端子连接到运算放大器的输出端，其漏极端子连接到放大器的输出节点，并且其源极端子连接到地。

25、根据另一实施例，所述放大器是具有可由控制电压控制的高压运算放大器的同相放大器。在这种情况下，高压运算放大器的电压供电端子连接到第一节点以接收供电电压，并且具有第一电阻器和第二电阻器的电阻分压器连接在放大器的输出节点与地之间。所述电阻分压器的中心抽头和所述电容分压器的中心抽头经由反馈支路连接到高压运算放大器的反相输入端，其中，所述高压运算放大器的同相输入端连接到控制装置的输入节点以接收控制电压，其中，所述第一电容器在放大器的输出节点与中心抽头之间与第一电阻器并联连接，并且所述第二电容器在中心抽头与地之间与第二电阻器并联连接。例如，可以使用adhv4702-1运算放大器作为高压运算放大器。所述高压运算放大器尤其针对40 v至200v的范围进行设计。

26、根据另一实施例，所述控制装置被配置为控制多个、n个致动器，其中，相应的致动器被配置为致动分配给该致动器的光学元件。

27、根据另一实施例，所述放大器是ab类放大器。所述ab类放大器是上文提出的a类放大器的合适替代方案。

28、根据另一实施例，所述放大器为开关放大器的形式，其中，优选地在致动器与开关放大器之间连接具有至少一个电感器的滤波单元。所述滤波单元接收由放大器提供的驱动电压，并在输出侧提供经滤波的驱动电压。

29、特别地，所述滤波单元形成随时间对驱动电压进行平滑的低通滤波器。优选地，经滤波的驱动电压对应于驱动电压随时间的平均值。特别地，所述滤波单元可以为多级滤波器的形式，并且包括电感器和电容器两者。优选地，所述滤波单元被配置为对经放大的信号、即驱动电压进行滤波，使得经滤波的驱动电压中的剩余ac分量小于幅度的0.1%。所述滤波单元也可以称为解调器。所述滤波单元优选至少为二阶滤波器的形式。更优选地，所述滤波单元为更高阶滤波器，特别是四阶滤波器的形式。例如，可以通过较低阶滤波器的级联来实现更高的滤波器阶数。在这种情况下，所述滤波单元特别为无源滤波器的形式。所述滤波单元例如具有1 khz至10 khz范围内的截止频率。所述滤波单元的斜率以及所述滤波单元的类型，特别是所述滤波单元被实现为巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、贝塞尔滤波器、sallen-key滤波器或某种其他类型的滤波器，针对相应应用具体选择。

30、根据第二方面，提出一种用于控制至少一个致动器以致动光学系统中的光学元件的控制装置。所述控制装置包括放大器，所述放大器被配置为接收在输入节点处提供的供电电压并在输出节点处提供用于致动器的驱动电压，其中，所述放大器包括具有用于设定放大器增益的第一电阻器和第二电阻器的电阻分压器以及具有第一电容器和第二电容器的电容分压器。在这种情况下，所述第一电容器连接在放大器的输出节点与地之间，并且所述第二电容器与所述第二电阻器并联连接。

31、根据一实施例，电容分压器中的第一电容器和第二电容器的电容值与电阻分压器中的第一电阻器和第二电阻器的电阻值相匹配，使得电容分压器中的第一电容器和第二电容器改善电源抑制比和增益精度。

32、根据另一实施例，所述放大器包括压控电流源，所述压控电流源具有可由控制电压控制的运算放大器和晶体管，其中，所述运算放大器连接到晶体管的控制端子。

33、根据另一实施例，所述第一电阻器连接在放大器的输入节点与输出节点之间，并且所述第二电阻器连接在晶体管与地之间。

34、根据另一实施例，所述压控电流源的晶体管是场效应晶体管，其栅极端子连接到运算放大器的输出端，其漏极端子连接到放大器的输出节点，并且其源极端子经由第二电阻器连接到地并经由反馈支路连接到运算放大器的反相输入端，其中，所述运算放大器的同相输入端连接到控制装置的输入节点，以接收控制电压。

35、根据第三方面，提出一种具有多个可致动光学元件的光学系统，其中，所述多个可致动光学元件中的每一个均被分配有致动器，并且每个致动器均被分配有根据第一方面、根据第一方面的任一实施例、根据第二方面或根据第二方面的任一实施例的用于控制致动器的控制装置。

36、所述光学系统特别包括微反射镜阵列和/或微透镜阵列，所述微反射镜阵列和/或微透镜阵列具有多个可彼此独立致动的光学元件。

37、在实施例中，可以定义致动器组，其中，一组的所有致动器均被分配给同一控制装置。

38、根据一实施例，所述光学系统为光刻设备的照明光学单元或投射光学单元的形式。

39、根据另一实施例，所述光学系统包括真空壳体，所述可致动光学元件、被分配的致动器和控制装置布置在所述真空壳体中。

40、根据第四方面，提出一种光刻设备，所述光刻设备包括根据第三方面或根据第三方面的任一实施例的光学系统。

41、所述光刻设备例如是工作光处于0.1 nm至30 nm波长范围内的euv光刻设备，或者是工作光处于30 nm至250 nm波长范围内的duv光刻设备。

42、在本案中，“一个/一”不应必然理解为限于恰好一个元件。相反，也可以提供多个元件，例如两个、三个或更多。这里使用的任何其他数字也不应理解为限于恰好所述数量的元件。相反，除非另有说明，数值可以向上和向下偏离。

43、本发明的其他可能实现方式还包括上文或下文关于示例性实施例描述的、未明确提及的特征或实施例的组合。在这种情况下，本领域技术人员还会将各个方面作为改进或补充添加到本发明的相应基本形式中。

44、本发明的其他有利构型和方面是从属权利要求以及将在下文描述的本发明示例性实施例的主题。下面基于优选实施例并参照附图更详细地说明本发明。