DE102013221378A1 - Verfahren zum Herstellen eines Rohlings - Google Patents

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Hendrik Wagner
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Steffen Fritzsche
Sonja Schneider
Ricarda Schneider
Holger Schmidt
Walter Pauls
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Rohlings (7) aus einem Material mit einem temperaturabhängigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der bei einer Nulldurchgangs-Temperatur (TZC) einen Nulldurchgang aufweist, umfassend: Erstellen eines dreidimensionalen Profils einer zu erwartenden Temperaturverteilung im Volumen des Rohlings (7) zu einem Zeitpunkt TP beim Betrieb eines aus dem Rohling (7) zu fertigenden optischen Elements, insbesondere eines Spiegels, in einer optischen Anordnung, Ermitteln einer ortsabhängig variierenden Verteilung (TZC(x, y, z)) der Nulldurchgangs-Temperatur (TZC) im Volumen des Rohlings (7) auf Grundlage des dreidimensionalen Profils der zu erwartenden Temperaturverteilung, sowie Herstellen des Rohlings (7) mit der ermittelten ortsabhängig variierenden Verteilung (TZC(x, y, z)) der Nulldurchgangs-Temperatur (TZC).

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Rohlings zur Fertigung eines optischen Elements, insbesondere eines Spiegels, zum Betrieb in einer optischen Anordnung. Bei der optischen Anordnung kann es sich beispielsweise um ein Lithographiesystem, ein Masken-Inspektionssystem oder ein Wafer-Inspektionssystem für Wellenlängen im EUV-Bereich, VUV-Bereich oder DUV-Bereich handeln.
  • Bei dem optischen Element kann es sich insbesondere um einen EUV-Spiegel handeln, bei dem auf einem Spiegelgrundkörper (Substrat) eine für EUV-Strahlung reflektierende Beschichtung aufgebracht ist. Bei der Bestrahlung mit Nutzlicht, d.h. mit EUV-Strahlung, erwärmen sich aufgrund von Absorption zunächst die Oberseiten der EUV-Spiegel, an denen die Beschichtung angebracht ist. Da sich die EUV-Spiegel in der optischen Anordnung typischer Weise in einer Vakuum-Umgebung befinden, kann keine effiziente Kühlung durch ausreichende Konvektion und Diffusion ins Restgas von der Oberseite her erfolgen. Deshalb verteilt sich die Wärmeenergie in der Folge über den gesamten Spiegelgrundkörper. Damit die (gewichtete) mittlere Temperatur im Spiegel konstant gehalten werden kann, muss der Spiegel von der Unterseite her gekühlt werden. Somit bildet sich ein Thermalgradient zwischen Ober- und Unterseite des Spiegels aus.
  • Prinzipiell ergeben sich aus der Erwärmung eines solchen Spiegels zwei Probleme:
    • 1. Da die Spiegelfertigung und Qualifizierung im Allgemeinen bei Raumtemperatur (ca. 20°C–25°C) erfolgt und jedes Material bei Temperaturänderung eine Längenänderung (Ausdehnung oder Schrumpfung) erfährt, besitzt eine polierte Oberfläche nach der Erwärmung auf die Betriebstemperatur im Allgemeinen eine andere Form (Passe). Eine bei Raumtemperatur auf das gewünschte Ziel-Design polierte Fläche würde im erwärmten Betriebsfall von der zuvor hergestellten Form abweichen und damit die optische Performance der optischen Anordnung bzw. des Systems verschlechtern. Bei der i.A. dreidimensionalen Temperaturverteilung im Betriebsfall kommt erschwerend hinzu, dass die Längenänderungen lokal unterschiedlich sind.
    • 2. Während des (dauerhaften) Betriebs kann es zum Beispiel durch Änderungen der Beleuchtungseinstellungen (Setting) oder durch Wechsel der Maske (Retikel) zu Veränderungen der Wärmelast kommen. Diese Änderungen führen über die (kleinen) Änderungen im Temperaturprofil ebenfalls zu Längenänderungen im Material des Spiegelgrundkörpers (des Substrats) und somit zur Änderung der optischen Performance.
  • Um dem zweiten Problem zu begegnen, wird typischer Weise ein positionsunabhängiger, einheitlicher temperaturabhängiger thermischer Ausdehnungskoeffizient CTE („coefficient of thermal expansion“) in dem Spiegelgrundkörper verwendet. Beispielsweise bei ULE®, einer bevorzugten Glaskeramik mit geringer Wärmeausdehnung für die Herstellung von EUV-Spiegeln, hat die temperaturabhängige thermische Längenausdehnung über einen weiten Temperaturbereich eine im Wesentlichen quadratische Abhängigkeit von der Temperatur. Das Minimum des parabelförmigen Verlaufs lässt sich über den Herstellungsprozess festlegen. Der Temperaturwert des Minimums wird als ZCT („zero crossing temperature“) bezeichnet, da eine kleine (infinitesimale) Temperaturänderung um diese Temperatur zu keiner Längenausdehnung führt. Da es, wie oben beschrieben, beim Betrieb zu keiner einheitlichen Temperatur innerhalb des Spiegelgrundkörpers kommt, ist es nicht möglich, mittels eines homogenen Materials des Spiegelgrundkörpers Längenänderungen und damit Verformungen der Spiegeloberfläche bei kleinen Temperaturfluktuationen um einen Arbeitspunkt bzw. eine Betriebstemperatur zu vermeiden.
  • Bei EUV-Lithographieanlagen können an den Spiegeloberseiten Temperaturen von +30°C, +40°C oder mehr auftreten, wohingegen auf den Spiegelrückseiten auf Temperaturen von ca. +20°C oder –20°C oder weniger gekühlt wird. Bei zukünftigen Entwicklungen ist mit einer Steigerung der Temperaturdifferenz zwischen Spiegeloberseite und Spiegelunterseite zu rechnen. Der Thermalgradient von Spiegeloberseite zu Spiegelunterseite führt zu einer ungleichmäßigen Ausdehnung des Spiegelgrundkörpers von der Oberseite zur Unterseite und damit zu unerwünschten Deformationen der Oberfläche, an welcher die EUV-Strahlung reflektiert werden soll.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Rohlings für ein zu fertigendes optisches Element, insbesondere für einen Spiegelgrundkörper eines EUV-Spiegels, bereitzustellen, um die Eigenschaften des aus dem Rohling gefertigten optischen Elements beim Betrieb in einer optischen Anordnung gezielt zu verbessern.
  • Gegenstand der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Rohlings aus einem Material mit einem temperaturabhängigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der bei einer Nulldurchgangs-Temperatur einen Nulldurchgang aufweist, umfassend: Erstellen eines dreidimensionalen Profils einer zu erwartenden Temperaturverteilung, d.h. einer Temperaturverteilungsvorgabe, im Volumen des Rohlings zu einem Zeitpunkt TP beim Betrieb eines aus dem Rohling zu fertigenden optischen Elements, insbesondere eines Spiegels, in einer optischen Anordnung, Ermitteln einer ortsabhängig variierenden Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur im Volumen des Rohlings auf Grundlage des dreidimensionalen Profils der zu erwartenden Temperaturverteilung in dem Rohling, sowie Herstellen des Rohlings mit der ermittelten ortsabhängig variierenden Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur zumindest in einem zur Herstellung eines Grundkörpers des optischen Elements vorgesehenen Volumenbereich des Rohlings. Der Zeitpunkt TP kann insbesondere unendlich gewählt werden. In diesem Fall entspricht die zu erwartende Temperaturverteilung bzw. die Temperaturverteilungsvorgabe einem stationären Betriebszustand.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die lokale Nulldurchgangs-Temperatur des Rohlings bei der Herstellung an die zu erwartende lokale Temperatur beim Betrieb eines aus dem Rohling gefertigten optischen Elements in einer optischen Anordnung anzupassen. Die Nulldurchgangs-Temperatur bei der Herstellung des Rohlings lässt sich für den Fall, dass es sich bei dem Material des Rohlings um ein dotiertes Glasmaterial, beispielsweise um mit TiO2 dotiertes Quarzglas handelt, durch den Grad der Dotierung einstellen.
  • Bei einer Variante wird beim Herstellen des Rohlings die ortsabhängig variierende Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur durch Variation von Mischungsverhältnissen der zum Herstellen des Rohlings verwendeten Ausgangsmaterialien erzeugt. Zu diesem Zweck erfolgt eine Umrechnung der gewünschten ortsabhängig variierenden Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur in dem Rohling in die zur Erzeugung dieser Verteilung erforderlichen lokalen Mischungsverhältnisse bei der Herstellung. Bei einem TiO2-dotierten Quarzglas können beispielsweise die Anteile und damit das Mischungsverhältnis der in der Regel als gasförmige Precursor-Materialien bereitgestellten Ausgangsmaterialien Ti, Si sowie von Sauerstoff O2 berechnet werden, mit denen sich die gewünschte ortsabhängige Variation der Nulldurchgangs-Temperatur erzielen lässt.
  • Bei einer Weiterbildung wird der Rohling bei seiner Herstellung schichtweise aufgebaut und die ortsabhängig variierende Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur wird durch örtliche und/oder zeitliche Variation der Mischungsverhältnisse der Ausgangsmaterialien erzeugt. Beim schichtweisen Aufbau des Materials des Rohlings können lateral ortsaufgelöste Profile durch eine lokale Variation der Mischungsverhältnisse und vertikal ortsaufgelöste Profile durch zeitliche Variation der Mischungsverhältnisse erzeugt werden. Die berechneten Mischungsverhältnisse können zeitaufgelöst und ortsaufgelöst in einem oder in mehreren Datenspeichern abgelegt werden, z.B. in der Form einer Tabelle oder dergleichen. An jedem der bei der Herstellung des Materials des Rohlings mittels Flammen-Hydrolyse verwendeten Brenner kann mit Hilfe einer Steuereinheit, welche auf die im Speicher abgelegten zeitaufgelösten Mischungsverhältnisse zurückgreift, ein jeweils gewünschtes Mischungsverhältnis eingestellt werden, so dass sich ein gewünschtes vertikal ortsaufgelöstes Profil ergibt. Durch die Verwendung mehrerer Brenner, die zur Herstellung des Materials des Rohlings parallel betrieben werden, die an unterschiedlichen Stellen positioniert sind und an denen ein der jeweiligen Stelle zugeordnetes Mischungsverhältnis eingestellt wird, kann das gewünschte laterale Profil der Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur erzeugt werden.
  • Bei lateral ortsaufgelösten Profilen, insbesondere bei nicht rotationssymmetrischen lateral ortsaufgelösten Profilen, ist ggf. eine Azimut-Markierung notwendig, um die im Rohling eingestellte ortsabhängig variierende Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur korrekt zum optisch genutzten Bereich bzw. zu der zu erwartenden Temperaturverteilung ausrichten zu können. Durch Kombination von lateraler und vertikaler Variation der Nulldurchgangs-Temperatur können auch der Form der Spiegeloberfläche angepasste Profile eingestellt werden. Überschüssige Bereiche (mit beliebiger Nulldurchgangs-Temperatur), die bei der Herstellung des Blanks bzw. des Rohlings entstehen, können beim Fertigen des optischen Elements aus dem Rohling durch Materialabtrag, z.B. durch Fräsen, entfernt werden.
  • Bei einer weiteren Variante wird der Rohling bei seiner Herstellung schichtweise auf einer gekrümmten Oberfläche aufgebaut. Zur Vereinfachung der Herstellung einer ortsabhängig variierenden Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur, die an das zu erwartende Temperaturprofil angepasst ist, kann es vorteilhaft sein, den Rohling nicht auf einer planen Fläche aufzubauen, sondern auf einer gewölbten bzw. gekrümmten Fläche, deren Krümmung beispielsweise mit der Krümmung der späteren optischen Oberfläche übereinstimmen kann, d.h. der Oberfläche, welche optisch genutzt wird und welche typischer Weise mit einer reflektierenden Beschichtung versehen wird. Je nach Anwendung kann es vorteilhaft sein, das Material des Rohlings von der späteren Nutzflächenseite zur Rückseite oder umgekehrt aufzubauen.
  • Insbesondere können bei Spiegeln mit nur geringfügig variierenden Oberflächenbelastungen, z.B. feldnahen Spiegeln, auch laterale Variationen der Nulldurchgangs-Temperatur eingestellt werden.
  • In einer weiteren Variante wird beim Erstellen des dreidimensionalen Profils der zu erwartenden Temperaturverteilung in dem Volumen des Rohlings eine zu erwartende ortsabhängige thermische Belastung einer reflektierenden Oberfläche des zu fertigenden Spiegels beim Betrieb in der optischen Anordnung berücksichtigt. Die thermische Belastung an der Spiegeloberfläche wird anhand des optischen Designs der optischen Anordnung, in welcher der Spiegel betrieben wird, sowie anhand der zu erwartenden Strahlengänge ortsaufgelöst für spezifizierte Nutzungsfälle bestimmt. Die Daten über die zu erwartende ortsabhängige thermische Belastung an der reflektierenden Oberfläche können auf das mechanische Design, das insbesondere die Spiegel-Geometrie, d.h. die Geometrie des Spiegelgrundkörpers sowie der reflektierenden Oberfläche und auch die Anbindungen bzw. Verbindungen des Spiegels nach außen enthält, zum Zwecke der Lösung der Wärmeleitungsgleichung angewendet werden, d.h. die zu erwartende thermische Belastung an der Oberfläche kann als Randbedingung für die Lösung der Wärmeleitungsgleichung dienen, um das dreidimensionale Profil der zu erwartenden Temperaturverteilung zu erstellen. Basierend auf dem auf diese Weise erstellten Thermalprofil und den optischen Sensitivitäten aus Deformationsbewertungen kann die insbesondere dreidimensional ortsabhängig variierende Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur in dem Rohling ermittelt werden.
  • Bei einer weiteren Variante wird nach dem Herstellen des Rohlings die erzeugte ortsabhängig variierende Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur im Volumen des Rohlings vermessen und diese wird bei der Herstellung einer reflektierenden Oberfläche des zu fertigenden Spiegels berücksichtigt. Bei dieser Variante erfolgt eine Vermessung der Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur nach der Herstellung des Rohlings. Die Vermessung erfolgt typischer Weise indirekt, beispielsweise indem ein Brechzahlprofil des Rohlings gemessen und eine Korrelation der Nulldurchgangs-Temperatur mit dem gemessenen Brechzahlprofil vorgenommen wird, um die erzeugte Ist-Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur in dem Rohling zu bestimmen. Anhand eines Vergleichs der gemessenen Verteilung mit einer Soll-Verteilung kann eine herstellungsbedingte Abweichung von der Soll-Verteilung ermittelt werden, die zur Korrektur der ortsabhängigen Verteilung zumindest im Bereich der reflektierenden Oberfläche verwendet werden kann, indem die herstellungsbedingte Abweichung bei der in der Regel durch ein abtragendes Verfahren bearbeiteten Oberfläche des Spiegelgrundkörpers berücksichtigt wird.
  • Im Sinne dieser Anmeldung wird unter einer reflektierenden Oberfläche eine Oberfläche des Spiegelgrundkörpers verstanden, welche der (EUV-)Strahlung ausgesetzt ist und auf welcher typischer Weise eine reflektierende bzw. reflexionsverstärkende Beschichtung aufgebracht wird. Streng genommen weist die reflektierende Oberfläche zumindest bei der Verwendung von EUV-Strahlung keine bzw. nur schwach reflektierende Eigenschaften auf.
  • Bei einer Variante wird beim Ermitteln der ortsabhängig variierenden Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur im Volumen des Rohlings eine Abweichung zwischen einer Herstellungstemperatur einer reflektierenden Oberfläche des zu fertigenden Spiegels und einer zu erwartenden Betriebstemperatur der reflektierenden Oberfläche beim Betrieb des Spiegels in der optischen Anordnung berücksichtigt. Bei dieser Variante wird berücksichtigt, dass die Fertigung der reflektierenden Spiegeloberfläche bei einer Herstellungstemperatur, in der Regel bei Raumtemperatur, erfolgt, während die zu erwartende Betriebstemperatur an der Oberfläche in der Regel höher ist. Die unterschiedliche Ausdehnung des Spiegels, genauer gesagt des Spiegelgrundkörpers, bei diesen unterschiedlichen Temperaturen hervorgerufene Formänderung kann bei der Ermittlung der ortsabhängigen Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur vorgehalten werden. Die Fertigung der reflektierenden Oberfläche – typischer Weise durch Materialabtrag – kann in diesem Fall bei der Herstellungstemperatur anhand der Vorgaben des optischen Designs erfolgen, so als ob die reflektierende Oberfläche bei der Erwärmung auf die Betriebstemperatur keine Formänderung erfahren würde.
  • Bei einer alternativen Variante stimmt die ortsabhängig variierende Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur im Volumen des Rohlings mit dem dreidimensionalen Profil der zu erwartenden Temperaturverteilung in dem Rohling überein. In diesem Fall wird eine Formänderung beim Aufheizen einer reflektierenden Oberfläche des zu fertigenden Spiegels von einer Herstellungstemperatur auf eine zu erwartende Betriebstemperatur der reflektierenden Oberfläche beim Betrieb des Spiegels in der optischen Anordnung bei der Fertigung der reflektierenden Oberfläche berücksichtigt. Bei dieser Variante wird die Formänderung der reflektierenden Oberfläche durch die Deformation des Spiegelgrundkörpers beim Aufheizen von der Herstellungstemperatur auf die Betriebstemperatur nicht bei der Ermittlung der ortsabhängig variierenden Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur im Volumen des Rohlings berücksichtigt, sondern die hieraus resultierende Formänderung bzw. Verformung der reflektierenden Oberfläche wird als Abtragsvorgabe für einen Materialabtrag bei der Fertigung der reflektierenden Oberfläche an ein abtragendes Verfahren übergeben. Die reflektierende Oberfläche wird dann anhand der sich aus den Vorgaben des optischen Designs ergebenden Oberflächenform zuzüglich bzw. unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Abtragsvorgabe gefertigt.
  • Bei einer weiteren alternativen Variante wird die ortsabhängig variierende Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur in dem Rohling derart ermittelt, dass in einem jeweiligen lokalen Volumenbereich des Rohlings sowohl bei einer Herstellungstemperatur als auch bei einer zu erwartenden Betriebstemperatur die gleiche Längenänderung auftritt. Bei der Herstellungstemperatur handelt es sich um die bei der Herstellung bzw. bei der Qualifizierung des Rohlings in dem jeweiligen lokalen Volumenbereich vorherrschende Temperatur, bei der Betriebstemperatur handelt es sich um die beim Betrieb des zu fertigenden optischen Elements in einer optischen Anordnung in dem lokalen Bereich vorherrschende Temperatur. Im Falle eines parabelförmigen Verlaufs des temperaturabhängigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, wie er in guter Näherung im Bereich der Nulldurchgangs-Temperatur vorliegt, ergibt sich die lokale Nulldurchgangs-Temperatur in einem jeweiligen lokalen Volumenbereich als der Mittelwert aus der Herstellungstemperatur und der Betriebstemperatur.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
  • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
  • 1 eine schematische Darstellung eines Spiegels mit einem dreidimensionalen Profil einer Temperaturverteilung beim Betrieb des Spiegels in einer EUV-Lithographieanlage,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Rohlings aus TiO2-dotiertem Quarzglas, aus dem der Spiegel von 1 durch randseitiges Beschneiden gefertigt wird,
  • 3 eine Darstellung eines Rohlings aus TiO2-dotiertem Quarzglas mit mehreren unterschiedlich stark dotierten Schichten,
  • 4 eine Vorrichtung zur Herstellung des Rohlings von 3 durch schichtweise Ablagerung von Ausgangsmaterialien,
  • 5 eine Darstellung eines Spiegels mit zwei lokalen Volumenbereichen mit unterschiedlicher Nulldurchgangs-Temperatur, sowie
  • 6 eine Darstellung der relativen Längenänderung in den beiden lokalen Volumenbereichen in Abhängigkeit von der Temperatur.
  • In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
  • In 1 ist schematisch ein für EUV-Strahlung reflektierender Spiegel 1 gezeigt. Der Spiegel 1 weist einen Grundkörper 2 (ein Substrat) mit einer Oberseite mit einer konkav gekrümmten Oberfläche 3 auf, an der eine nicht bildlich dargestellte Beschichtung aufgebracht ist. Die Beschichtung wirkt für EUV-Strahlung bei einer Nutzwellenlänge einer optischen Anordnung, in welche der Spiegel 1 zum Betrieb eingebracht ist, reflektierend. Im Folgenden wird die Oberfläche 3, auf welche die EUV-Strahlung auftrifft, vereinfachend als reflektierende Oberfläche 3 bezeichnet. Beim Betrieb des Spiegels 1 erwärmen sich die reflektierende Oberfläche 3 und der Grundkörper 2 durch die Bestrahlung.
  • Da der Spiegel 1 in der optischen Anordnung, beispielsweise einer EUV-Lithographieanlage oder einem Metrologiesystem zur Inspektion einer Maske oder eines Wafers, unter Vakuum-Bedingungen betrieben wird, ist keine ausreichende Kühlung über ein Restgas von der Oberseite des Spiegels 1 her möglich. Zur Kühlung des Spiegels 1 dient im gezeigten Beispiel daher ein Kühlkörper 4, welcher den Spiegelgrundkörper 2 von seiner Unterseite 5 her kühlt. Beim Betrieb des Spiegels 1 herrschen an der reflektierenden Oberfläche 3 aufgrund der Beaufschlagung mit EUV-Strahlung vergleichsweise hohe Temperaturen von z.B. ca. +30°C, während an der Unterseite 5 des Spiegelgrundkörpers 2 deutlich geringere Temperaturen von z.B. ca. –20°C herrschen. Die Temperaturverteilung in dem Spiegelgrundkörper 2 ist zudem auch in x-Richtung und in y-Richtung ortsabhängig, d.h. der Spiegelgrundkörper 2 weist eine ortsabhängig variierende Temperaturverteilung 6 auf, wobei in 1 Orte gleicher Temperatur durch gestrichelte Konturlinien dargestellt sind.
  • Der in 1 gezeigte Spiegelgrundkörper 2 wird aus einem in 2 gezeigten Rohling 7 hergestellt, der zur Fertigung des Spiegelgrundkörpers 2 randseitig beschnitten wird. Das randseitig abgetragene Material ist in 2 schraffiert dargestellt. Der Rohling 7 besteht im gezeigten Beispiel aus TiO2-dotiertem Quarzglas, genauer gesagt aus ULE®. Dieses Material weist einen temperaturabhängigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, der bei einer Nulldurchgangs-Temperatur TZC einen Nulldurchgang aufweist. Im gezeigten Beispiel variiert die Nulldurchgangs-Temperatur TZC über das Volumen des Rohlings 7 und bildet eine ortsabhängig variierende Verteilung TZC(x, y, z) der Nulldurchgangs-Temperaturen in dem Rohling 7. Die Verteilung TZC(x, y, z) der Nulldurchgangs-Temperatur TZC in dem Spiegelgrundkörper 2 entspricht der Verteilung TZC(x, y, z) in demjenigen Volumenbereich des Rohlings 7, in dem der Spiegelgrundkörper 2 aus dem Rohling 7 geschnitten wird. Es versteht sich, dass es auf den Wert bzw. die Verteilung der Werte der Nulldurchgangs-Temperatur TZC in dem beim Fertigen des Spiegelgrundkörpers 2 abgeschnittenen Material nicht ankommt. Statt titandotiertem Quarzglas können auch Keramiken wie beispielsweise Zerodur® von Schott zum Einsatz kommen.
  • Die Nulldurchgangs-Temperatur TZC in dem Quarzglasmaterial des Rohlings 7 ist von der in einem jeweiligen lokalen Volumenbereich vorliegenden Dotierung an TiO2 abhängig, d.h. die Nulldurchgangs-Temperatur TZC kann durch die Variation der TiO2-Dotierung im Volumen des Rohlings 7 bei seiner Herstellung gezielt eingestellt werden, um eine gewünschte ortsabhängig variierende Verteilung TZC(x, y, z) in dem Rohling 7 zu erhalten.
  • Der Rohling 7 aus TiO2-dotiertem Quarzglas wird bei der Herstellung typischer Weise schichtweise aufgebaut. Innerhalb des in der Regel zylinderförmigen Volumens des Rohlings 7 kann daher eine Variation der Nulldurchgangs-Temperatur TZC in Dickenrichtung (z-Richtung) erfolgen, indem in den jeweils aufgebauten Schichten 8 eine unterschiedliche Dotierung mit TiO2 eingestellt wird. Die unterschiedliche Dotierung ist bei dem in 3 gezeigten Rohling 7 durch eine unterschiedliche Schraffur der Schichten 8 angedeutet.
  • Der Aufbau bzw. die Herstellung des Rohlings 7 wird typischer Weise mit Hilfe einer Vorrichtung 9 vorgenommen, die schematisch in 4 dargestellt ist. Die Vorrichtung 9 weist eine Mehrzahl von Brennern 10 auf, denen so genannte Precursor-Materialien in Form von Si, Ti sowie in Form von O2 zugeführt werden, um diese in einem Flammen-Hydrolyse-Prozess zur Reaktion zu bringen, wobei sich TiO2 und SiO2 bilden, die in der Vorrichtung 9 nach unten fallen, verglast werden und sich in einer Form 11 abscheiden, welche im gezeigten Beispiel einen Boden mit einer gekrümmten Oberfläche 12 aufweist, auf der das Material 13 des Rohlings 7 schichtweise aufgebaut wird. Die konkave Krümmung der Oberfläche 12 der Form 11 entspricht günstiger Weise im Wesentlichen der konkaven Krümmung der reflektierenden Oberfläche 3 des aus dem Rohling 7 zu fertigenden Spiegels 1.
  • Um eine gewünschte Verteilung TZC(x, y, z) der Nulldurchgangs-Temperatur TZC in dem Rohling 7 zu erhalten, können bei der in 4 gezeigten Vorrichtung 9 die Mischungsverhältnisse der Ausgangsmaterialien Si, Ti und O2, welche den Brennern 10 zugeführt werden, gezielt beeinflusst werden, und zwar indem diese mit Hilfe einer mit den Brennern 10 in signaltechnischer Verbindung stehenden Steuereinrichtung 14 eingestellt werden. Für die Einstellung greift die Steuereinrichtung 14 auf einen Speicher 15 zurück, in dem die zur Erzeugung der gewünschten Verteilung TZC(x, y, z) in dem Volumen des Rohlings 7 erforderlichen Mischungsverhältnisse abgelegt sind.
  • Die Erzeugung einer gewünschten lateralen Verteilung TZC(x, y) in x- bzw. y-Richtung kann hierbei erfolgen, indem eine lokale Variation der Mischungsverhältnisse der Ausgangsmaterialien Si, Ti, O2 erzeugt wird, die den Brennern 10 zugeführt werden, d.h. die an unterschiedlichen Stellen angeordneten Brenner 10 werden mit unterschiedlichen, an den jeweils zu erzeugenden Wert der Nulldurchgangs-Temperatur TZC angepassten Mischungsverhältnissen betrieben. Zur Erzeugung einer gewünschten vertikalen Verteilung TZC(z) werden die Mischungsverhältnisse der einem jeweiligen Brenner 10 zugeführten Ausgangsmaterialien Si, Ti, O2 zeitlich variiert. Die für die Erzeugung der gewünschten Verteilung TZC(x, y, z) erforderlichen Mischungsverhältnisse sind zeit- und ortsaufgelöst in dem Speicher 15 hinterlegt.
  • Eine gewünschte ortsabhängig variierende Verteilung TZC(x, y, z) in dem Spiegelgrundkörper 2 wird auf Grundlage des dreidimensionalen Profils der zu erwartenden Temperaturverteilung 6 beim Betrieb des Spiegels 1 (vgl. 1) in einer optischen Anordnung, beispielsweise einer EUV-Lithographieanlage, ermittelt. Zur Erstellung der zu erwartenden Temperaturverteilung 6 wird die zu erwartende thermische Belastung an der Spiegeloberfläche 3 anhand des optischen Designs der optischen Anordnung, in welcher der Spiegel 1 betrieben wird, sowie anhand der zu erwartenden Strahlengänge ortsaufgelöst für spezifizierte Nutzungsfälle bestimmt. Die zu erwartende thermische Belastung an der Oberfläche 3 dient als Randbedingung für die Lösung der Wärmeleitungsgleichung, um das dreidimensionale Profil der zu erwartenden Temperaturverteilung 6 in dem Spiegelgrundkörper 2 zu erstellen, wobei auch Anbindungen des Spiegelgrundkörpers 2 nach außen berücksichtigt werden. Die zu erwartende Temperaturverteilung 6, d.h. die Temperaturverteilungsvorgabe, kann für einen beliebigen Zeitpunkt TP nach dem Beginn des Betriebs der optischen Anordnung erstellt werden. Der Zeitpunkt TP kann insbesondere unendlich gewählt werden, was einem stationären Betriebszustand und somit einer stationären Temperaturverteilung 6 in dem Spiegelgrundkörper 2 entspricht.
  • Für die Ermittlung der ortsabhängig variierenden Verteilung TZC(x, y, z) der Nulldurchgangs-Temperatur TZC auf Grundlage der zu erwartenden Temperaturverteilung 6 (d.h. der Temperaturverteilungsvorgabe) bestehen verschiedene Möglichkeiten, um dem weiter oben geschilderten Problem zu begegnen, dass die Herstellungstemperatur THO der reflektierenden Oberfläche 3 (vgl. 2), die typischer Weise der Raumtemperatur entspricht, von der zu erwartenden bzw. der tatsächlichen Betriebstemperatur TBO (vgl. 1) abweicht, so dass es beim Aufheizen des Spiegelgrundkörpers 2 von der Herstellungstemperatur THO auf die Betriebstemperatur TBO zu einer unerwünschten Formänderung der reflektierenden Oberfläche 3 kommt.
  • Bei einer Variante wird diese Formänderung bei der Ermittlung der Verteilung TZC(x, y, z) bereits berücksichtigt, d.h. es wird ausgehend von dem Profil der Temperaturverteilung 6 eine Verteilung TZC(x, y, z) der Nulldurchgangs-Temperatur TZC erzeugt, welche die Formänderung der Oberfläche 3 aufgrund der Aufheizung als Vorhalt enthält. Die Fertigung der reflektierenden Oberfläche 3 kann in diesem Fall bei der Herstellungstemperatur THO anhand der Vorgaben des optischen Designs erfolgen, so als ob die reflektierende Oberfläche 3 bei der Erwärmung auf die Betriebstemperatur TBO keine Formänderung erfahren würde.
  • Bei einer alternativen Variante stimmt die ortsabhängig variierende Verteilung TZC(x, y, z) der Nulldurchgangs-Temperatur TZC im Volumen des Rohlings 7 mit dem dreidimensionalen Profil der zu erwartenden Temperaturverteilung 6 in dem Rohling 7 überein. Die Formänderung der reflektierenden Oberfläche 3 beim Aufheizen von der Herstellungstemperatur THO auf die zu erwartende Betriebstemperatur TBO wird in diesem Fall bei der Fertigung der reflektierenden Oberfläche 3 berücksichtigt, d.h. die Formänderung wird als Abtragsvorgabe für einen Materialabtrag bei der Fertigung der reflektierenden Oberfläche 3 verwendet. Die reflektierende Oberfläche 3 wird in diesem Fall anhand der sich aus den Vorgaben des optischen Designs ergebenden Oberflächenform unter zusätzlicher Berücksichtigung der Abtragsvorgabe gefertigt, welche die Formänderung der Oberfläche 3 beim Aufheizen kompensiert.
  • Bei einer weiteren alternativen Variante wird die ortsabhängig variierende Verteilung TZC(x, y, z) der Nulldurchgangs-Temperatur TZC in dem Rohling 7 derart ermittelt, dass in einem jeweiligen lokalen Bereich V1, V2 (vgl. 5) im Volumen des Rohlings 7 sowohl bei einer Herstellungstemperatur TH als auch bei einer zu erwartenden Betriebstemperatur TB1, TB2 sich die gleiche Längenänderung ΔL/L in dem jeweiligen lokalen Volumenbereich V1, V2 einstellt. Um dies zu erreichen, wird die Nulldurchgangs-Temperatur TZC1 bzw. TZC2 in dem jeweiligen Volumenbereich V1, V2 als arithmetisches Mittel aus der Herstellungstemperatur TH1 = TH2 = TH und der Betriebstemperatur TB1, TB2 bestimmt, d.h. es gilt: TZC1 = (TH + TB1)/2 bzw. TZC2 = (TH + TB2)/2. Aufgrund des parabelförmigen Verlaufs der relativen Längenänderung ΔL/L um die Nulldurchgangs-Temperatur TZC1, TZC2 herum ergibt sich in diesem Fall bei der Herstellungstemperatur TH und bei der Betriebstemperatur TB1 bzw. TB2 wie gewünscht die gleiche relative Längenänderung ΔL/L. Allgemein gilt für den Zusammenhang zwischen der Verteilung ZCT(x, y, z) der Nulldurchgangs-Temperatur TZC in dem Spiegelgrundkörper 2, der (im Volumen des Spiegelgrundkörpers 2 homogenen) Herstellungstemperatur TH und der lokalen Betriebstemperatur TB(x, y, z): ZCT(x, y, z) =(TH +TB(x, y, z))/2.
  • Es versteht sich, dass die im Volumen des Rohlings 7 tatsächlich erzeugte Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur TZC herstellungsbedingt von der ermittelten bzw. gewünschten ortsabhängig variierenden Verteilung TZC(x, y, z) der Nulldurchgangs-Temperatur TZC in dem Rohling 7 abweichen kann. Um die erzeugte Verteilung TZC(x, y, z) zu überprüfen und ggf. zu korrigieren, wird der Rohling 7 nach der Herstellung vermessen, beispielsweise indem ein Brechzahlprofil des Rohlings 7 erstellt wird. Aus dem Brechzahlprofil wird die tatsächlich vorliegende Verteilung TZC(x, y, z) der Nulldurchgangs-Temperatur TZC ermittelt. Bei einem Vergleich mit der gewünschten Verteilung TZC(x, y, z) ggf. auftretende Abweichungen können bei der Fertigung der reflektierenden Oberfläche 3 berücksichtigt werden, d.h. es können anhand der Abweichungen Korrekturen an der Form der Oberfläche 3 vorgenommen werden, um die festgestellten Abweichungen zumindest teilweise zu korrigieren.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Rohlings (7) aus einem Material mit einem temperaturabhängigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der bei einer Nulldurchgangs-Temperatur (TZC) einen Nulldurchgang aufweist, umfassend: Erstellen eines dreidimensionalen Profils einer zu erwartenden Temperaturverteilung (6) im Volumen des Rohlings (7) zu einem Zeitpunkt TP beim Betrieb eines aus dem Rohling (7) zu fertigenden optischen Elements, insbesondere eines Spiegels (1), in einer optischen Anordnung, Ermitteln einer ortsabhängig variierenden Verteilung (TZC(x, y, z)) der Nulldurchgangs-Temperatur (TZC) im Volumen des Rohlings (7) auf Grundlage des dreidimensionalen Profils der zu erwartenden Temperaturverteilung (6), sowie Herstellen des Rohlings (7) mit der ermittelten ortsabhängig variierenden Verteilung (TZC(x, y, z)) der Nulldurchgangs-Temperatur (TZC).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem beim Herstellen des Rohlings (7) die ortsabhängig variierende Verteilung (TZC(x, y, z)) der Nulldurchgangs-Temperatur (TZC) durch Variation von Mischungsverhältnissen von zum Herstellen des Rohlings (7) verwendeten Ausgangsmaterialien (Ti, Si, O2) erzeugt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Rohling (7) bei seiner Herstellung schichtweise aufgebaut wird und die ortsabhängig variierende Verteilung (TZC(x, y, z)) der Nulldurchgangs-Temperatur (TZC) durch örtliche und/oder zeitliche Variation der Mischungsverhältnisse der Ausgangsmaterialien (Ti, Si, O2) erzeugt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Rohling (7) bei seiner Herstellung schichtweise auf einer gekrümmten Oberfläche (12) aufgebaut wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem beim Erstellen des dreidimensionalen Profils der zu erwartenden Temperaturverteilung (6) in dem Volumen des Rohlings (7) eine zu erwartende ortsabhängige thermische Belastung einer reflektierenden Oberfläche (3) des zu fertigenden Spiegels (1) beim Betrieb in der optischen Anordnung berücksichtigt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem nach dem Herstellen des Rohlings (7) die erzeugte ortsabhängig variierende Verteilung (TZC(x, y, z)) der Nulldurchgangs-Temperatur (TZC) im Volumen des Rohlings (7) vermessen und bei der Herstellung einer reflektierenden Oberfläche (3) des zu fertigenden Spiegels (1) berücksichtigt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem beim Ermitteln der ortsabhängig variierenden Verteilung (TZC(x, y, z)) der Nulldurchgangs-Temperatur (TZC) im Volumen des Rohlings (7) eine Abweichung zwischen einer Herstellungstemperatur (THO) einer reflektierenden Oberfläche (3) des zu fertigenden Spiegels (1) und einer zu erwartenden Betriebstemperatur (TBO) der reflektierenden Oberfläche (3) beim Betrieb des Spiegels (1) in der optischen Anordnung berücksichtigt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die ortsabhängig variierende Verteilung (TZC(x, y, z)) der Nulldurchgangs-Temperatur (TZC) im Volumen des Rohlings (7) mit dem dreidimensionalen Profil der zu erwartenden Temperaturverteilung (6) in dem Rohling (7) übereinstimmt und eine Formänderung einer reflektierenden Oberfläche (3) des zu fertigenden Spiegels (1) beim Aufheizen von einer Herstellungstemperatur (THO) auf eine zu erwartende Betriebstemperatur (TBO) der reflektierenden Oberfläche (3) beim Betrieb des Spiegels (1) in der optischen Anordnung bei der Fertigung der reflektierenden Oberfläche (3) berücksichtigt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die ortsabhängig variierende Verteilung (TZC(x, y, z)) der Nulldurchgangs-Temperatur (TZC) in dem Rohling (7) derart ermittelt wird, dass in einem jeweiligen lokalen Volumenbereich (V1, V2) im Volumen des Rohlings (7) sowohl bei einer Herstellungstemperatur (TH) als auch bei einer zu erwartenden Betriebstemperatur (TB1, TB2) die gleiche Längenänderung (ΔL/L) auftritt.
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