DE102014206587A1

DE102014206587A1 - Optisches element, projektionsanordnung, und verfahren zum herstellen eines optischen elements

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Publication number: DE102014206587A1
Application number: DE201410206587
Authority: DE
Inventors: Florian Ahles; Boris Bittner; Steffen Fritzsche; Norbert Wabra; Hendrik Wagner
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2014-04-04
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2015-04-30

Abstract

Ein optisches Element (8–13) für eine Projektionsanordnung (2) zum Abbilden von lithographischen Strukturinformationen hat zumindest einen in dem optischen Element (8) angeordneten abgeschlossenen Hohlraum (14), welcher zumindest teilweise ein Fluid (15) aufnimmt. Ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements (8–13) für eine Projektionsanordnung (2) zum Abbilden von lithographischen Strukturinformationen umfasst die Schritte: Bereitstellen eines Substrats (S), Einbringen zumindest eines Hohlraums (14) in das Substrat (S); Einbringen eines Fluids (15) in den zumindest einen Hohlraum (14); und Verschließen des zumindest einen Hohlraums (14). Eine Projektionsanordnung (2) zum Abbilden von lithographischen Strukturinformationen ist mit einem derartigen optischen Element (8) ausgestattet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Element oder eine Vielzahl optischer Elemente für eine Projektionsanordnung zum Abbilden von lithographischen Strukturinformationen. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen optischen Elements sowie eine Projektionsanordnung zum Abbilden von lithographischen Strukturinformationen.
Die industrielle Herstellung von integrierten elektrischen Schaltkreisen und auch anderen mikro- oder nanostrukturierten Bauelementen erfolgt in der Regel mittels lithographischer Verfahren. Dabei werden auf ein geeignetes Substrat, beispielsweise einem Halbleiter-Wafer, mehrere strukturierte Schichten aufgebracht. Zur Strukturierung der Schichten werden diese zunächst mit einem Photolack bedeckt, der für Strahlung eines bestimmten Wellenlängenbereiches empfindlich ist. Es ist günstig, Licht mit einer möglichst kleinen Wellenlänge für die Belichtung zu verwenden, da die laterale Auflösung der zu erzeugenden Strukturen direkt von der Wellenlänge des Lichts abhängt. Es wird derzeit insbesondere Licht oder Strahlung im tiefen ultravioletten (DUV: deep ultraviolet, VUV: very deep ultraviolett) oder im fernen, extremen ultravioletten Spektralbereich eingesetzt. Man spricht auch von EUV (extreme ultra violet).
Übliche Lichtwellenlängen für DUV- oder VUV-Systeme betragen derzeit zwischen 248 nm und 193 nm. Um noch höhere lithographische Auflösungen zu erzielen, wird Strahlung bis hin zu weicher Röntgenstrahlung (EUV: extreme ultra violet) oder quasi harter Röntgenstrahlung (XEUV: X-Ray EUV) von wenigen Nanometern Wellenlänge verwendet. Für Licht der Wellenlänge von 13,5 nm oder 6 nm lassen sich zum Beispiel Strahlungsquellen und Optiken für lithographische Zwecke herstellen.
Der entsprechende mit Photolack beschichtete Wafer wird somit durch eine Belichtungsanlage belichtet. Dabei wird ein Muster aus Strukturen, das auf einer Maske oder einem Retikel erzeugt ist, auf den Photolack mit Hilfe eines Projektionsobjektivs abgebildet. Da die EUV-Strahlung stark von Materie absorbiert wird, finden reflektive Optiken und Masken verstärkt Einsatz. Für Strahlung bis etwa 193 nm kommen meist refraktive Optiken zum Einsatz.
Nach dem Entwickeln des Photolacks wird der Wafer chemischen Prozessen unterzogen, wodurch die Oberfläche des Wafers entsprechend dem Muster auf der Maske strukturiert wird. Der nicht prozessierte Restphotolack wird dann von den verbleibenden Teilen der Schicht abgespült. Es können weitere bekannte Verfahren zur Halbleiterherstellung oder -Bearbeitung, wie Dotierung (doping) etc. folgen. Dieser Prozess wird so oft wiederholt, bis alle Schichten auf den Wafer zum Ausbilden der Halbleiterstruktur aufgebracht sind.
Beim Abbilden der lithographischen Mikro- oder Nanostrukturen auf die Waferoberfläche wird meist nicht der gesamte Wafer belichtet, sondern lediglich ein schmaler Bereich. In der Regel werden stück- oder schlitzweise die Waferoberflächen belichtet. Dabei werden sowohl der Wafer wie auch das Retikel oder die Maske schrittweise abgescannt und gegeneinander parallel oder antiparallel bewegt. Die Belichtungsfläche ist dabei häufig ein rechteckiger Bereich.
Es ist möglich, dass durch Absorption des Projektionslichtes in den das optische System bildenden Linsen oder Spiegeln Abbildungsfehler als Folge des Wärmeeintrags entstehen. Lichtinduzierte Effekte, wie eine ungleichmäßige Erwärmung, können zu lokaler Veränderung von optischen Eigenschaften der Linsen oder Spiegel führen. Damit insbesondere mikrolithographische Strukturen möglichst fehlerfrei auf Wafer abgebildet werden können, können die optischen Elemente gekühlt werden.
Beispielsweise können die optischen Elemente mittels einer von einem Kühlmittel durchflossenen Kühleinrichtung gekühlt werden. Die Kühleinrichtung kann als durch das jeweilige optische Element hindurchlaufende Kühlleitung ausgebildet sein. Dadurch werden jedoch mechanische Kräfte und Schwingungen auf die optischen Elemente übertragen, die zusätzliche Störungen und damit Abbildungsfehler induzieren können.
Wünschenswert wären beispielsweise Maßnahmen, die eine lokal kontrollierbare Kühlung des optischen Elements ermöglichen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes optisches Element zu schaffen.
Demgemäß wird ein optisches Element für eine Projektionsanordnung zum Abbilden von lithographischen Strukturinformationen mit zumindest einem in dem optischen Element angeordneten abgeschlossenen Hohlraum, welcher zumindest teilweise ein Fluid aufnimmt, vorgeschlagen.
Das optische Element kann beispielsweise ein Spiegel, insbesondere ein gekrümmter Spiegel, ein Prisma oder eine Planplatte sein. In einer entsprechenden Projektionsanordnung kann eine Vielzahl von optischen Elementen wie refraktive, reflektive oder andere Typen von optischen Elementen eingesetzt werden. Das optische Element kann ein sogenanntes „ultra low expansion Substrat“ oder ULE-Substrat umfassen. Der Hohlraum kann auch als Pore, Kavität oder Aufnahmebereich bezeichnet werden. Vorzugsweise ist der Hohlraum rundum von Substrat des optischen Elements umgeben. Dadurch, dass in dem Hohlraum das Fluid aufgenommen ist, kann mit Hilfe des Fluids ein Wärmetransport in dem optischen Element stattfinden, um das optische Element abschnittsweise zu kühlen. Hierdurch kann eine wärmeinduzierte lokale Verformung des optischen Elements reduziert oder verhindert werden. Außerdem kann die Expansion des Fluids, insbesondere wenn dieses gasförmig ist, einer lokalen Verformung des optischen Elements entgegenwirken indem der Hohlraum von den sich expandierenden Gas so verformt wird, dass er gegenläufige Verformungskräfte auf das Substrat ausübt.
Gemäß einer Ausführungsform sind das Fluid und/oder der Hohlraum dazu eingerichtet, entlang eines Temperaturgradienten des optischen Elements Wärme von einer hohen Temperatur hin zu einer niedrigen Temperatur zu transportieren.
Unter einem Temperaturgradienten kann ein Temperaturabfall von einem ersten Bereich des optischen Elements mit der hohen Temperatur hin zu einem zweiten Bereich des optischen Elements mit der niedrigen Temperatur verstanden werden.
Der Temperaturgradient ist von der hohen Temperatur hin zu der niedrigen Temperatur gerichtet. Das optische Element kann eine Vorderseite sowie eine von der Vorderseite beabstandet angeordnete Rückseite aufweisen. Die Vorderseite wird auf Grund der Absorption der Projektionsstrahlen stärker erwärmt als die Rückseite. Das heißt, der Temperaturgradient ist von der Vorderseite hin zu der Rückseite gerichtet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Fluid dazu eingerichtet, beim Transportieren der Wärme einen Phasenübergang zu durchlaufen.
Vorzugsweise ist das Fluid mit Hilfe von Wärme aus einem flüssigen Zustand in einen gasförmigen Zustand verdampfbar. Insbesondere verdampft das Fluid in dem Hohlraum und kondensiert in demselben wieder an anderer Stelle. Beim Verdampfen nimmt das Fluid Wärme auf und beim Kondensieren gibt das Fluid die Wärme wieder ab. Das Fluid kann beispielsweise Helium, Stickstoff, Ammoniak, Pentan, Aceton, Methanol, Flutec PP2, Ethanol, Hexan, Heptan, Wasser, Toluol, Flutec PP9, Thermex, Quecksilber, Cäsium, Kalium, Natrium, Lithium oder Silber umfassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind das Fluid und/oder der Hohlraum dazu eingerichtet, die Wärme entlang des Temperaturgradienten von einem ersten Endabschnitt des Hohlraums hin zu einem zweiten Endabschnitt des Hohlraums zu transportieren.
Man kann von einer im optischen Element oder Substrat integrierten Vorrichtung zum Wärmetransport sprechen. Der Hohlraum weist eine Verdampfungszone, der der erste Endabschnitt zugeordnet ist, eine Kondensationszone, der der zweite Endabschnitt zugeordnet ist, und eine zwischen der Verdampfungszone und der Kondensationszone angeordnete Transportzone, insbesondere Wärmetransportzone, auf. Der erste Endabschnitt weist die hohe Temperatur und der zweite Endabschnitt weist die niedrige Temperatur auf. Insbesondere wird der erste Endabschnitt mit Hilfe des Fluids gekühlt und der zweite Endabschnitt wird mit Hilfe des Fluids erwärmt. Hierdurch erfolgt ein Wärmetransport von dem ersten Endabschnitt hin zu dem zweiten Endabschnitt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Fluid dazu eingerichtet, an dem ersten Endabschnitt des Hohlraums zu verdampfen und an dem zweiten Endabschnitt des Hohlraums zu kondensieren.
Insbesondere ist das Fluid dazu eingerichtet, aus einem flüssigen Aggregatszustand zu verdampfen und aus einem gasförmigen Aggregatszustand wieder in den flüssigen Aggregatszustand zu kondensieren. Somit wirken der Hohlraum und oder/das Fluid als Heatpipe. Unter einer Heatpipe oder einem Wärmerohr kann ein hermetisch gekapseltes Volumen meist in Form eines Rohres verstanden werden. In dem Rohr ist das Fluid aufgenommen, das zum Wärmetransport an einem Ende des Rohrs verdampft und an seinem gegenüberliegenden Ende wieder kondensiert. Beim Verdampfen nimmt das Fluid Wärme auf, die es beim Kondensieren wieder abgibt. Der Hohlraum in dem optischen Element kann als Rohr einer Heatpipe verstanden werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Hohlraum eine sich in Richtung des Temperaturgradienten erstreckende Längenausdehnung und eine sich senkrecht zu der Richtung des Temperaturgradienten erstreckende Breitenausdehnung auf, wobei die Längenausdehnung größer als die Breitenausdehnung ist.
Der Hohlraum kann die Form eines Zylinders mit kreisrunder Basisfläche aufweisen. Ein Durchmesser des Zylinders ist im Allgemeinen kleiner als eine Länge desselben. Der Hohlraum kann einen Durchmesser von beispielsweise 2 bis 20 Millimetern und eine Länge von beispielsweise 5 bis 100 Millimetern aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Breitenausdehnung in Richtung des Temperaturgradienten variabel.
Der Hohlraum in dem optischen Element kann beispielsweise eine kegel- oder keilförmige Geometrie aufweisen. Beispielsweise ist eine Grundfläche eines kegelstumpfförmigen Hohlraums im Wesentlichen parallel zu einer optisch aktiven Fläche eines reflektiven optischen Elements oder einer rückseitigen Fläche angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Hohlraum eine Transporteinrichtung zum Transportieren des Fluids entgegen dem Temperaturgradienten des optischen Elements von der niedrigen Temperatur hin zu der hohen Temperatur.
Vorzugsweise wirkt die Transporteinrichtung als Docht. Die Transporteinrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet das kondensierte Fluid von dem zweiten Endabschnitt des Hohlraums gegen eine Schwerkraftrichtung hin zu dem ersten Endabschnitt des Hohlraums zu transportieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Transporteinrichtung dazu eingerichtet, das Fluid innerhalb des Hohlraums mit Hilfe von Kapillarkräften zu transportieren.
Die Transporteinrichtung kann ein Kapillarröhrchen umfassen. Weiterhin kann die Transporteinrichtung eine in einer Wandung des Hohlraums vorgesehene rinnenförmige Vertiefung aufweisen. In der rinnenförmigen Vertiefung fließt das Fluid von dem zweiten Endabschnitt des Hohlraums aufgrund von Kapillarkräften hin zu dem ersten Endabschnitt desselben. Die Transporteinrichtung kann ein Gewebe oder Geflecht, insbesondere ein Metallgewebe oder Metallgeflecht, aufweisen. Das Metallgewebe oder -geflecht saugt sich mit dem Fluid voll und transportiert dieses auf Grund von Kapillarkräften. Die Transporteinrichtung kann auch aus gesintertem Metall, insbesondere aus gesintertem Kupfer, gefertigt sein.
Der Hohlraum kann innenseitig beschichtet sein. Die Beschichtung kann als Docht fungieren. Weiterhin kann die Beschichtung dazu eingerichtet sein, den Hohlraum zu versiegeln, so dass das Fluid nicht chemisch mit dem Substrat reagiert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Hohlraum Teil eines in das optische Element eingebetteten Einsatzes.
Hierdurch kann der Einsatz bei einer Beschädigung desselben ohne einen Austausch des ganzen optischen Elements ausgetauscht werden. Der Einsatz kann aus Glas oder Metall wie beispielsweise Kupfer gefertigt sein. Insbesondere kann der Einsatz mit dem Substrat des optischen Elements angeschmolzen sein. Das heißt, der Einsatz wird in eine Öffnung im Substrat eingeführt und anschließend erhitzt, sodass der Glaseinsatz schmilzt und sich an die Öffnungswandung anschmiegt. Der Einsatz kann aus der Rückseite des optischen Elements herausragen. Hierdurch kann direkt an dem Einsatz eine Kühleinrichtung wie beispielsweise ein Peltierelement angebracht werden, wodurch die Kühlleistung erhöht wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind das Fluid und/oder der Hohlraum dazu eingerichtet, bei einem Wärmeeintrag in das Fluid das optische Element zu verformen.
Der Wärmeeintrag in das Fluid erfolgt in Ausführungsformen von dem ersten Endabschnitt des Hohlraums aus. Insbesondere der gasförmige Anteil des Fluids dehnt sich bei dem Wärmeeintrag aus. Hierdurch können wärmeinduzierte Verformungen des optischen Elements ausgeglichen werden. Der Hohlraum ist beispielsweise so ausgebildet, dass sich dessen zweiter Endabschnitt stärker ausdehnt als dessen erster Endabschnitt. Hierdurch wird die Wandung des Hohlraums im Bereich des zweiten Endabschnitts stärker verformt, wodurch auf das optische Element, insbesondere auf das Substrat, eine Kraft ausgeübt wird, die dieses verformt. Das Fluid und/oder der Hohlraum können auch dazu eingerichtet sein bei einem Wärmeeintrag in das Fluid das optische Element nur zu verformen, wobei kein Wärmetransport stattfindet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Fluid dazu eingerichtet, bei dem Wärmeeintrag zu expandieren.
Das Fluid ist insbesondere gasförmig. Durch den Wärmeeintrag dehnt sich das Fluid aus und drückt gegen eine Wandung des Hohlraums. Die Wandung verformt sich hierdurch und übt einen Druck auf das Substrat des optischen Elements aus, das sich dadurch verformt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist bei dem Wärmeeintrag eine Ausdehnung eines ersten Endabschnitts des Hohlraums geringer als eine Ausdehnung eines zweiten Endabschnitts des Hohlraums.
Insbesondere ist eine Fläche des ersten Endabschnitts geringer als eine Fläche des zweiten Endabschnitts. Beispielsweise ist der Hohlraum kegelförmig oder kegelstumpfförmig.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Fluid Wasser, Ammoniak, Alkohole, Kohlenwasserstoffe, Stickstoff, Kohlendioxid, und/oder Edelgase. wie Argon, Xenon und/oder Neon, Krypton.
Außerdem kann das Fluid Flutec PP2, Flutec PP9, Thermex, Aceton und/oder Toluol umfassen. Das Fluid kann auch ein Metall wie beispielsweise Natrium, Kalzium oder Quecksilber umfassen. Vorzugsweise ist das Fluid jedoch Reinstwasser.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform hat der Hohlraum einen geringeren Druck als Atmosphärendruck.
Beispielsweise ist der Hohlraum evakuiert. EUV-Lithographie findet beispielsweise bei einem Druck von 10^–5 bis 10^–7 mbar statt. Der Druck in dem Hohlraum kann insbesondere niedriger als der Druck sein, bei dem die EUV-Lithographie durchgeführt wird. In Ausführungsformen herrscht in dem Hohlraum ein Druck, der höher ist als die Umgebung des optischen Elements beim Betrieb desselben. Beispielsweise kann in dem Hohlraum ein Druck von 10^–5 bis 1 bar herrschen. Dadurch kann zum Beispiel durch das sich aufgrund eines Wärmeeintrags ausdehnende Gas im Hohlraum eine Gegenspannung gegenüber oberflächlichen Verformungen des optischen Elements erzeugt werden. In dem Hohlraum wird in weiteren Ausführungsformen im Vergleich zu einem Normaldruck ein Unterdruck erzeugt. Der Siedepunkt von Wasser liegt bei einem Druck von 10^–5 bar bei etwa 5° C. Hierdurch wird die Wärmetransportkapazität erhöht. Der Druck im Hohlraum ist insbesondere an die Betriebsbedingungen des optischen Elements angepasst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das optische Element für einen Einsatz unter EUV-Strahlung, DUV-Strahlung oder VUV-Strahlung eingerichtet.
„DUV“ steht hierbei für „deep ultraviolet“. „VUV“ steht hierbei für „very deep ultraviolet“. Für Anwendungen in der EUV- oder XEUV Lithographie kann das optische Element für Strahlung im Wellenlängenbereich von wenigen Nanometern, beispielsweise 13,5 nm oder 6 nm angepasst sein. EUV- oder XEUV-Strahlung bezeichnet den Spektralbereich zwischen 3 nm und 121 nm.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das optische Element ein Spiegel.
Das optische Element kann ein Planspiegel oder ein gekrümmter Spiegel sein. Das optische Element weist eine auf seiner Vorderseite aufgebrachte reflektive Beschichtung auf. Die Beschichtung ist dazu eingerichtet, EUV-Strahlung, DUV-Strahlung, VUV-Strahlung oder XEUV-Strahlung zu reflektieren.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements für eine Projektionsanordnung zum Abbilden von lithographischen Strukturinformationen mit folgenden Schritten vorgeschlagen:
Bereitstellen eines Substrats,
Einbringen zumindest eines Hohlraums in das Substrat;
Einbringen eines Fluids in den zumindest einen Hohlraum; und Verschließen des zumindest einen Hohlraums.
Zum Bereitstellen des Substrats wird dieses beispielsweise aus einem sogenannten Boule oder Ingot ausgeschnitten. Das Substrat ist beispielsweise scheibenförmig. Zum Einbringen des zumindest einen Hohlraums kann zumindest eine Bohrung in das Substrat eingebracht werden. Die zumindest eine Bohrung kann mittels eines aufgesprengten oder aufgeklebten Verschlusselements verschlossen werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird vor dem Verschließen des zumindest einen Hohlraums eine Transporteinrichtung zum Transportieren des Fluids in diesen eingebracht.
Die Transporteinrichtung wirkt beispielsweise als Docht. Die Transporteinrichtung ist geeignet das an dem zweiten Endabschnitt des Hohlraums kondensierte Fluid hin zu dem ersten Endabschnitt des Hohlraums zu transportieren, wo es wieder verdampft. Die Transporteinrichtung kann dazu eingerichtet sein, das Fluid entgegen oder in der Schwerkraftrichtung zu transportieren.
Weiterhin wird eine Projektionsanordnung zum Abbilden von lithographischen Strukturinformationen mit einem derartigen optischen Element vorgeschlagen.
Mehrere oder alle optischen Elemente der Projektionsanordnung sind mit einem oder mehreren teilweise mit dem Fluid gefüllten Hohlräumen ausgestattet. Die Projektionsanordnung kann in der DUV-, VUV-, EUV- oder XEUV-Lithographie zum Einsatz kommen. Dementsprechend kann die Projektionsanordnung mit Strahlung im Wellenlängenbereich von 150 bis 300 nm, beispielsweise bei 248 nm, 193 nm oder 157 nm, betrieben werden. Für Anwendungen in der EUV- oder XEUV-Lithographie kann die Projektionsanordnung für Strahlung im Wellenlängenbereich von wenigen Nanometern, beispielsweise 13,5 nm oder 6 nm angepasst sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element so angeordnet, dass das Fluid mit Hilfe der Schwerkraft entgegen einem Temperaturgradienten des optischen Elements von einer niedrigen Temperatur hin zu einer hohen Temperatur transportierbar ist.
Insbesondere ist der erste Endabschnitt des Hohlraums bezüglich einer Schwerkraftrichtung unter dem zweiten Endabschnitt des Hohlraums angeordnet. Der erste Endabschnitt ist der Vorderseite und der zweite Endabschnitt ist der Rückseite des optischen Elements zugeordnet. Der Transport des Fluids kann durch die zuvor beschriebene Transporteinrichtung verbessert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das optische Element mehrere Hohlräume, die bei einer pupillennahen Anordnung des optischen Elements inhomogen verteilt und bei einer feldnahen Anordnung des optischen Elements homogen verteilt in demselben angeordnet sind.
Grundsätzlich kann eine homogene Verteilung der Hohlräume vorteilhaft sein. Es kann beispielsweise auch bei einer pupillennahen Anordnung des optischen Elements eine homogene Verteilung der Hohlräume vorgesehen sein. Umgekehrt kann bei einer feldnahen Anordnung eine inhomogene Verteilung der Hohlräume vorgesehen sein. Das heißt, eine homogene Verteilung der Hohlräume ist genauso wie eine inhomogene Verteilung derselben nicht an eine bestimmte Beleuchtungsart oder Anordnung des optischen Elements in der Projektionsanordnung gekoppelt. Hierdurch sind ein flexibler Beleuchtungswechsel und eine flexible Anordnung des optischen Elements möglich.
Die Hohlräume können rasterförmig und homogen verteilt in dem optischen Element angeordnet sein. Durch die bei einer feldnahen Anordnung des optischen Elements relativ gleichmäßige Erwärmung der Vorderseite des optischen Elements ist eine homogene Verteilung der Hohlräume vorteilhaft, weil hierdurch die Wärme gleichmäßig von der erwärmten Vorderseite abgeführt werden kann. Alternativ können die Hohlräume inhomogen verteilt angeordnet sein. Durch die inhomogene Verteilung der Hohlräume ist das optische Element insbesondere für eine pupillennahe Anordnung geeignet, da bei einer pupillennahen Anordnung des optischen Elements die Vorderseite desselben eher ungleichmäßig erwärmt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Projektionsanordnung eine an dem optischen Element angeordnete Kühleinrichtung.
Die Kühleinrichtung kann ein thermoelektrischer Kühler wie beispielsweise ein Peltierelement sein. Ferner kann die Kühleinrichtung eine von einem Kühlmittel durchflossene Kühlschlange oder ein passiver Kühlkörper sein. Die Kühleinrichtung dient der Abfuhr von Wärme von der Rückseite des optischen Elements.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Projektionsanordnung eine EUV-Projektionsanordnung und/oder ein Masken- und Waferinspektionssystem.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Dabei zeigt:
1: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer EUV-Lithographievorrichtung mit einer Projektionsanordnung;
2: eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines optischen Elements;
3A bis 3D schematische perspektivische Ansichten verschiedener Ausführungsformen von Hohlräumen des optischen Elements;
4: eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines optischen Elements;
5: eine schematische Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines optischen Elements;
6: eine schematische Schnittdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines optischen Elements;
7A bis 7F schematische Schnittansichten verschiedener Ausführungsformen von Transporteinrichtungen des optischen Elements;
8: eine schematische Schnittdarstellung eines fünften Ausführungsbeispiels eines optischen Elements;
9: eine schematische Schnittdarstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels eines optischen Elements;
10: eine schematische Schnittdarstellung eines siebten Ausführungsbeispiels eines optischen Elements;
11: eine schematische Ansicht eines achten Ausführungsbeispiels eines optischen Elements;
12: eine schematische Ansicht eines neunten Ausführungsbeispiels eines optischen Elements;
13: eine schematische Schnittdarstellung eines zehnten Ausführungsbeispiels eines optischen Elements;
14: eine weitere schematische Schnittdarstellung des zehnten Ausführungsbeispiels des optischen Elements; und
15: eine weitere schematische Schnittdarstellung des zehnten Ausführungsbeispiels des optischen Elements.
Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen soweit es nicht anders angegeben ist.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine Lithographievorrichtung 1, die eine Projektionsanordnung 2 umfasst.
Die Lithographievorrichtung 1 umfasst eine nicht dargestellte Beleuchtungseinrichtung, welche Projektionsstrahlung L erzeugt. In der 1 ist die Richtung der Projektionsstrahlung L mit Pfeilen gekennzeichnet. Für mikro- oder nanolithographische Anwendungen werden zunehmend Wellenlängen im extrem ultravioletten Spektralbereich (EUV) verwendet. EUV-Strahlung bezeichnet den Spektralbereich zwischen 3 nm und 121 nm. Gängig ist insbesondere EUV-Strahlung bei einer Wellenlänge von 13,5 nm, die bei der Erzeugung von Plasmen frei wird. Solche Plasmen können beispielsweise in Gasen, wie Xenon, durch starke elektrische Entladungen oder durch Fokussierung von Laserstrahlung erzeugt werden. Derzeit werden zur Erzeugung der Strahlung hauptsächlich Zinnplasmen eingesetzt.
Die Projektionsstrahlung L wird auf eine Objektebene OE gelenkt, vor der zur Strahlformung eine Blende 3 angeordnet ist. Die lithographischen Strukturinformationen sind dabei in Masken oder Retikeln 4 in der Objektebene OE gespeichert bzw. wiedergegeben, um die Strukturinformationen auf einen geeigneten Photolack von zu prozessierenden Wafern 5 abzubilden. Häufig erfolgt eine Bestrahlung des Wafers 5 abschnittsweise, indem das Retikel oder die Maske 4 in der Objektebene OE schrittweise bewegt wird. In der 1 ist eine Bewegung in Richtung eines Pfeils R1 angedeutet. Gleichzeitig wird in einer Bildebene BE mit Hilfe einer Waferstation 6 der zu belichtende Wafer 5 antiparallel bewegt. Diese Richtung ist in der 1 mit R2 angegeben. Statt der beispielhaft dargestellten antiparallelen Bewegung ist auch eine parallele Bewegung des zu belichtenden Wafers 5 mit Hilfe der Waferstation 6 denkbar. So können streifenweise bzw. meist rechteckige Abschnitte des Wafers 5 nacheinander belichtet werden. Werden das Retikel 4 und der Wafer 5 während des Belichtungsprozesses kontinuierlich bewegt, so spricht man von einem Scanprozess.
Die Projektionsstrahlung L durchläuft nach dem Auftreffen auf die Objektebene OE die Projektionsanordnung 2 und eine Blende 7. Die Projektionsanordnung 2 ist mit verschiedenen optischen Elementen 8, 9, 10, 11, 12, 13 realisiert. Als optische Elemente kommen beispielsweise Spiegel, insbesondere gekrümmte Spiegel 8, 9, 10, 11, 12, 13, Prismen oder Planplatten in Frage. In der entsprechenden Projektionsanordnung 2 kann eine Vielzahl von optischen Komponenten wie refraktive, reflektive oder anderen Typen von optischen Elementen eingesetzt werden.
Durch die Projektionsstrahlen L kann das Material der in der Projektionsanordnung 2 eingesetzten optischen Elemente 8, 9, 10, 11, 12, 13 ungleichmäßig erwärmt werden. Eine oberflächliche Erwärmung kann von dem jeweils abzubildenden Muster und insbesondere von dem verwendeten Beleuchtungssetting abhängen. Bei einem Hell-Dunkel-Übergang von scharfen Konturen erfolgt beispielsweise ein stärkerer Wärmeenergieeintrag in den Bereich der Spiegeloberfläche, der stärker beleuchtet wird. Obgleich die optisch aktiven Flächen höchstreflektierend ausgestaltet sind, kann ein gewisser Anteil der Strahlungsenergie absorbiert werden und in Wärme umgewandelt werden. Jedes optische Element 8, 9, 10, 11, 12, 13 umfasst dabei eine optisch aktive Seite oder Vorderseite, auf der die Projektionsstrahlen L auftreffen und reflektiert werden, und eine von der optisch aktiven Seite abgewandte Rückseite. Die optischen Elemente 8, 9, 10, 11, 12, 13 umfassen ein sogenanntes „ultra low expansion Substrat“ oder ULE-Substrat. Ein Beispiel für ein ULE-Substrat ist „Ultra low expansion glass” des Unternehmens Corning Incorporated. Ein solches ULE-Substrat weist einen sehr geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf und enthält Silizium und weniger als 10% Titandioxid als Komponenten. Es kann auf Grund der Einstrahlung der Projektionsstrahlen L eine thermische Ausdehnung der jeweilig eingesetzten Materialien, wie Glas, ULE-Substrat oder Keramiken, erfolgen. Damit kann eine ungewünschte Änderung von Abbildungseigenschaften einhergehen, da sich die optisch aktive Seite der optischen Elemente 8, 9, 10, 11, 12, 13 auf Grund des Wärmeeintrags lokal verformen kann. Hieraus kann eine Verkrümmung der optisch aktiven Seite resultieren. Beispielsweise kann die Erwärmung zu Deformationen in Spiegeln 8, 9, 10, 11, 12, 13, Linsen oder Prismen führen, die dann ungewünschte Wellenfrontaberrationen verursachen
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines optischen Elements 8, 9, 10, 11, 12, 13, wie es zum Beispiel in einer Lithographievorrichtung 1, wie in 1 gezeigt eingesetzt werden kann. Im Folgenden wird beispielhaft das optische Element 8 erläutert. Die optischen Elemente 9, 10, 11, 12, 13 können einen identischen oder ähnlichen Aufbau wie das optische Element 8 aufweisen. Es müssen nicht alle optischen Elemente 8, 9, 10, 11, 12, 13 so ausgestaltet sein. Das optische Element 8 kann ein Spiegel, insbesondere ein Planspiegel oder ein gekrümmter Spiegel sein. Das optische Element 8 kann auch eine Linse sein.
Das optische Element 8 ist beispielsweise kreiszylinderförmig ausgebildet und weist einen Durchmesser D und eine Dicke d auf. Der Durchmesser D beträgt beispielsweise 400 Millimeter und die Dicke d 100 Millimeter. Um die oben beschriebenen lokalen Verformungen zu verhindern und/oder zu kompensieren, weist das optische Element 8 eine abgeschlossene Pore oder abgeschlossene Kavität bzw. einen abgeschlossenen Hohlraum 14 auf. Der Hohlraum 14 nimmt zumindest teilweise ein Fluid 15 auf. Im Folgenden sind jeweils der Schmelzpunkt und der Siedepunkt (bei Normaldruck) verschiedener möglicher Fluide 15 in °C in Klammern angegeben. Das Fluid 15 kann Wasser (0/100), Aceton (–95/57), Ammoniak (–78/–33), Alkohole wie Methanol (–98/64) oder Ethanol (–112/78) und/oder Kohlenwasserstoffe wie Pentan (–130/28), Hexan, Heptan (–90/98) oder dergleichen umfassen. Insbesondere wird Reinstwasser als Fluid 15 verwendet. Vorzugsweise ist das Fluid 15 mit Hilfe von Wärme verdampfbar. Ferner kann das Fluid 15 Helium (–271/–261), Stickstoff (–210/–196), Kohlendioxid (–78/–57), Edelgase wie beispielsweise Argon (–189/–186), Xenon (–112/–108) und/oder Neon (–249/–246) umfassen. Außerdem kann das Fluid 15 Flutec PP2 (–50/76), Flutec PP9 (–70/160), Thermex (12/257) und/oder Toluol (–95/110) umfassen. Das Fluid 15 kann auch ein Metall wie Quecksilber (–39/361), Cäsium (29/670), Kalium (62/774), Natrium (98/892), Lithium (179/1340) oder Silber (960/2212) umfassen.
Der Hohlraum 14 ist evakuiert. Beispielsweise herrscht in dem Hohlraum 14 ein Druck von etwa 10^–5 bar. Wasser verdampft bei diesem Druck bei etwa 5° C. Der Hohlraum 14 und/oder das Fluid 15 wirken als sogenannte Heatpipe oder als sogenanntes Wärmerohr des optischen Elements 8. Unter einem Wärmerohr ist ein hermetisch gekapseltes Volumen, wie der Hohlraum 14, meist in Form eines Rohres, zu verstehen. Der Hohlraum 14 ist mit dem Fluid 15 gefüllt, das den Hohlraum 14 zu einem kleinen Teil in flüssigem und zum größeren Teil in gasförmigem Zustand ausfüllt. In dem Hohlraum 14 befindet sich je eine Wärmeübertragungsfläche als Wärmequelle und -senke. Der Hohlraum 14 weist zum Beispiel eine kreiszylindrische Geometrie auf. Unter einer kreiszylindrischen Geometrie ist ein Zylinder mit einer kreisförmigen Grundfläche zu verstehen. Der Hohlraum 14 weist im Allgemeinen aber nicht notwendigerweise eine Symmetrieachse SA auf. Die Symmetrieachse SA schneidet einen Mittelpunkt der Grundfläche. Die Symmetrieachse SA ist senkrecht zu einer Vorderseite 16 und/oder einer Rückseite 17 des optischen Elements 8 orientiert. Unter senkrecht ist nachfolgend ein Winkel von 90° ± 10°, bevorzugt von 90° ± 5°, weiter bevorzugt von 90° ± 3°, weiter bevorzugt von 90° ± 1°, weiter bevorzugt von genau 90° zu verstehen. Die Symmetrieachse des Hohlraums 14 ist in 2 parallel zur Erdbeschleunigung g angeordnet. Durch die Projektionsstrahlen L, die auf die Vorderseite 16 des optischen Elements 8 auftreffen, wird das optische Element 8 auf Grund von Absorption der Projektionsstrahlen L ungleichmäßig erwärmt, da die Projektionsstrahlen L nicht flächig auf das optische Element 8 sondern auf dieses nur bereichsweise auftreffen. Die Vorderseite 16 ist die optisch aktive Seite des optischen Elements 8. In der Orientierung der 2 ist die Vorderseite 16 die Unterseite des optischen Elements 8. Die optisch aktive Seite 16 ist dazu eingerichtet, die Projektionsstrahlen L zu reflektieren. Unter den Projektionsstrahlen L ist zum Beispiel EUV-Strahlung bei einer Wellenlänge von zum Beispiel 13,5 nm zu verstehen. Die Projektionsstrahlen L treffen in einem Einstrahlungswinkel β auf die Vorderseite 16 auf und werden von dieser in einem Ausstrahlungswinkel γ reflektiert. Der Einstrahlungswinkel β ist der Winkel zwischen den auf der Vorderseite 16 auftreffenden Projektionsstrahlen L und der Vorderseite 16. Der Ausstrahlungswinkel γ ist der Winkel zwischen den von der Vorderseite 16 reflektierten Projektionsstrahlen L und der Vorderseite 16. Der Einstrahlungswinkel β ist gleich dem Ausstrahlungswinkel γ. Wenn im Bereich der Spiegeloberfläche 16 eine ungleichmäßige Erwärmung entsteht, kann sich durch eine sich ergebende lokale Wärmeausdehnung des Spiegelmaterials die Abbildungseigenschaft verändern. Beispielsweise werden dann parallel einfallende Lichtstrahlen mit einem Einstrahlungswinkel β nicht mehr exakt parallel in einen gleichen Ausstrahlungswinkel γ reflektiert. Es ist daher wünschenswert, diese Reaktion der Abbildungseigenschaften auf Wärme möglichst gering zu halten. Daher wird bei dem Ausführungsbeispiel die entstehende Wärme durch das Substratmaterial hindurch abgeführt.
Die Vorderseite 16 kann eine auf ein Trägermaterial oder Substrat S des optischen Elements 8 aufgebrachte, die Projektionsstrahlen L im Wesentlichen reflektierende Beschichtung aufweisen. Das Substrat S dient zur Aufnahme des Hohlraums 14 und zum Tragen der Beschichtung. Insbesondere ist die Beschichtung geeignet, elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von 3 nm bis 121 nm zurückzuwerfen oder zu reflektieren. Das Substrat S kann weiterhin einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) aufweisen. Die Vorderseite 16 ist insbesondere dazu eingerichtet, die Projektionsstrahlen L zu reflektieren. Die Vorderseite 16, auf die die Projektionsstrahlen L auftreffen, wird stärker erwärmt als die Rückseite 17 des optischen Elements 8. An der Rückseite 17 liegt das Substrat S beispielsweise frei. Das heißt, die Rückseite 17 ist unbeschichtet.
Durch die ungleichmäßige Erwärmung auf Grund der einseitigen Einstrahlung der Projektionsstrahlen L entsteht ein Temperaturgradient TG in dem optischen Element 8. Das heißt, eine Temperatur T in dem optischen Element 8, insbesondere in dem Substrat S, verändert sich in Abhängigkeit des Ortes, insbesondere ändert sich die Temperatur T über die Dicke d des optischen Elements 8. Wie die 2 zeigt, sinkt die Temperatur des Substrats S von der Vorderseite 16 in Richtung der Rückseite 17 des optischen Elements 8 ab. Das optische Element 8 weist daher einen ersten Bereich B1 mit einer hohen Temperatur T1, wobei der erste Bereich B1 der Vorderseite 16 zugeordnet ist, und einen zweiten Bereich B2 mit einer niedrigen Temperatur T2 auf, wobei der zweite Bereich B2 der Rückseite 17 zugeordnet ist. In der 2 sind die Bereiche B1, B2 jeweils mit gestrichelten Linien schematisch gezeigt. Die Temperatur T1 ist höher als die Temperatur T2. Das optische Element 8 ist in einer nicht dargestellten Spiegelaufnahme aufgenommen. Die Spiegelaufnahme ist gekühlt und wird auf einer konstanten Temperatur von 15° C bis 25° C, bevorzugt von genau 22° C gehalten. Die niedrige Temperatur T2 entspricht beispielsweise der Temperatur der Spiegelaufnahme. Das heißt, die niedrige Temperatur T2 beträgt 15° C bis 25° C, bevorzugt genau 22° C. Die erste Temperatur T1 ist abhängig von der durch die absorbierten Projektionsstrahlen L in das optische Element 8 eingebrachten Wärme. Beispielsweise beträgt die hohe Temperatur T1 22° C bis 60° C, bevorzugt 22° C bis 45°C, weiter bevorzugt 22° C bis 40° C. Der Temperaturgradient TG ist also von der Vorderseite 16 in Richtung zu der Rückseite 17 des optischen Elements 8 orientiert. Eine Richtung R_TG des Temperaturgradienten TG kann senkrecht zu der Vorderseite 16 und/oder der Rückseite 17 angeordnet sein. Die Richtung R_TG kann parallel zu einer Schwerkraftrichtung g angeordnet sein. Die Richtung R_TG und die Schwerkraftrichtung g sind in der 2 und in den folgenden Figuren jeweils mit einem Pfeil dargestellt. Die Richtung R_TG und die Schwerkraftrichtung g sind in diesem Fall dabei entgegengesetzt und parallel orientiert. Die Richtung R_TG und die Schwerkraftrichtung g können auch gleichsinnig orientiert sein.
Das Fluid 15 und/oder der Hohlraum 14 sind dazu eingerichtet Wärme entlang des Temperaturgradienten TG von der hohen Temperatur T1, insbesondere von dem Bereich B1, hin zu der niedrigen Temperatur T2, insbesondere hin zu dem Bereich B2, zu transportieren. Das heißt, das Fluid 15 und/oder der Hohlraum 14 sind dazu eingerichtet, Wärme von der Vorderseite 16 in Richtung zu der Rückseite 17 des optischen Elements 8 zu transportieren. Eine Wärmetransportrichtung W ist dabei in der gleichen Richtung orientiert wie der Temperaturgradient TG.
Bei der Übertragung der Wärme durchläuft das Fluid 15 beispielsweise einen Phasenübergang. Unter einem Phasenübergang bzw. einer Phasenumwandlung oder Phasentransformation ist eine Umwandlung einer oder mehrerer Phasen eines Stoffes in andere Phasen zu verstehen. Eine Phase ist als ein räumlicher Bereich definiert, in dem die bestimmenden physikalischen Ordnungsparameter, wie die Dichte oder der Brechungsindex und die chemische Zusammensetzung der Materie homogen sind. Der Phasenübergang kann zum Beispiel von flüssig zu gasförmig, fest zu flüssig, fest zu gasförmig und umgekehrt sein.
In der 2 liegt das Fluid 15 in einem flüssigen Aggregatszustand f15 und in einem gasförmigen Aggregatszustand g15 vor. Eine Phasengrenze PG trennt die Aggregatszustände g15, f15 voneinander. Insbesondere wird das Fluid 15 an einem der Vorderseite 16 zugeordneten ersten Endabschnitt 18 des Hohlraums 14 erwärmt und verdampft dadurch an der Phasengrenze PG. Das Fluid 15 kondensiert wieder an einem der Rückseite 17 des optischen Elements 8 zugeordneten zweiten Endabschnitt 19 des Hohlraums 14. Hierbei durchläuft das Fluid 15 einen Phasenübergang von gasförmig zu flüssig (Kondensation), wobei sich an dem zweiten Endabschnitt Fluidtröpfchen T15 bilden. Der erste Endabschnitt 18 ist wärmer oder heißer als der zweite Endabschnitt 19. Der erste Endabschnitt 18 wird durch das Verdampfen des Fluids 15 gekühlt und der zweite Endabschnitt 19 wird durch das Kondensieren des verdampften Fluids 15 erwärmt. Beim Kondensieren wird unter Abgabe von Verdampfungswärme der zweite Endabschnitt 19 erwärmt. Der Hohlraum 14 und/oder das Fluid fungieren als eine Art „Heatpipe“. Der erste Endabschnitt 18 ist dabei die Wärmequelle der Heatpipe und der zweite Endabschnitt 19 ist die Wärmesenke der Heatpipe. Die Heatpipe weist beispielsweise eine Wärmeleitfähigkeit von 700 bis 1300 W/(m·K), bevorzugt von 900 bis 1100 W/(m·K), weiter bevorzugt von 950 bis 1050 W/(m·K) auf. Der Hohlraum 14 umfasst eine Verdampfungszone VZ, eine Kondensationszone KZ und eine zwischen der Verdampfungszone VZ und der Konzentrationszone KZ angeordnete Transportzone TZ.
Um das Kondensieren des verdampften Fluids 15 an dem zweiten Endabschnitt 19 zu verbessern und hierdurch den Wärmeübertrag von dem ersten Endabschnitt 18 hin zu dem zweiten Endabschnitt 19 zu erhöhen, können an dem zweiten Endabschnitt 19 Kondensationskeime vorgesehen sein. Ein Kondensationskeim oder auch Kondensationskern ist erforderlich für eine spontan erfolgende Kondensation. Die Kondensationskeime können die Form einer vergrößerten Oberfläche des zweiten Endabschnitts 19 haben. Zur Oberflächenvergrößerung kann an dem zweiten Endabschnitt 19 beispielsweise ein engmaschiges Gitter oder Netz vorgesehen sein. Das Gitter oder Netz kann aus Metall, beispielsweise aus Kupfer gefertigt sein. An dem Gitter oder Netz kondensiert das gasförmige Fluid 15, wobei es einen Phasenübergang vom gasförmigen Aggregatszustand g15 zum flüssigen Aggregatszustand f15 durchläuft.
Das an dem zweiten Endabschnitt 19 kondensierte Fluid 15 läuft durch die Wirkung der Schwerkraft in der Schwerkraftrichtung g zurück zu dem ersten Endabschnitt 18 und verdampft dort erneut. Das heißt, das Fluid 15 ist mit Hilfe der Schwerkraft entgegen dem Temperaturgradienten TG, das heißt von der niedrigen Temperatur T2 hin zu der hohen Temperatur T1 transportierbar.
Wie in der 2 gezeigt, können der erste Endabschnitt 18 und der zweite Endabschnitt 19 bezüglich der Schwerkraftrichtung g übereinander angeordnet sein. Hierbei ist der zweite Endabschnitt 19, der eine niedrigere Temperatur aufweist als der erste Endabschnitt 18, bezüglich der Schwerkraftrichtung g über dem ersten Endabschnitt 18 angeordnet. Im Vergleich zu einer horizontalen Anordnung des Hohlraums 14, bei der die Endabschnitte 18, 19 einander gegenüberliegend angeordnet sind und das Fluid beispielsweise teilweise Seitenwände des Hohlraums 14 bedeckt und nur einen Teil des wärmeren Endabschnitts 18 bedeckt, erhöht sich der Wärmetransport bei der Anordnung gemäß 2 um den Faktor 2, da bei der Anordnung gemäß der 2 die flüssige Phase f15 des Fluids 15 im Gegensatz zur zuvor erläuterten horizontalen Anordnung auf der gesamten Fläche des ersten Endabschnitts 18 erwärmt wird und die gasförmige Phase auf der gesamten Fläche des zweiten Endabschnitts 19 kondensiert. Bei einer horizontalen Anordnung, bei der der Temperaturgradient TG im Wesentlichen horizontal in Bezug auf die Schwerkraft g verläuft ergibt sich allerdings auch ein zusätzlicher konvektiver Wärmetransport durch das im Hohlraum 14 eingesetzte Fluid.
Man kann den Spiegel 8 bezüglich der Schwerkraft g auch entgegensetzt orientiert anordnen. Bei einer entsprechenden vertikalen Anordnung des Hohlraums 14, bei der der erste Endabschnitt 18 abweichend von der Darstellung in 2 über dem zweiten Endabschnitt 19 angeordnet ist, reduziert sich der Wärmetransport im Vergleich zur horizontalen Anordnung des Hohlraums 14 um den Faktor ½, da hier das an dem zweiten Endabschnitt 19 kondensierte Fluid 15 nicht selbsttätig, das heißt durch die Schwerkraft, zu dem ersten Endabschnitt 18 transportiert wird. In diesem Fall wird beispielsweise eine später noch erläuterte Transporteinrichtung zum Transportieren des kondensierten Fluids 15 eingesetzt.
Der Hohlraum 14 weist eine sich in Richtung des Temperaturgradienten TG, das heißt, in Richtung von der Vorderseite 16 hin zur Rückseite 17 des optischen Elements 8 erstreckende Längenausdehnung l auf. Ferner weist der Hohlraum 14 auch eine sich senkrecht zur Richtung R_TG des Temperaturgradienten TG erstreckende Breitenausdehnung b auf. Die Längenausdehnung l ist im Allgemeinen größer als die Breitenausdehnung b. Insbesondere ist die Breitenausdehnung b in Richtung R_TG des Temperaturgradienten TG variabel.
3A bis 3D zeigen in schematischen perspektivischen Ansichten verschiedene beispielhafte Ausführungsformen des Hohlraums 14. In der Ausführungsform des Hohlraums 14 gemäß der 3A ist dieser zylinderförmig mit einer kreisrunden Basisfläche. Die Endabschnitte 18, 19 sind kreisförmig und weisen vorzugsweise die gleiche Fläche auf. Beispielsweise stellt der erste Endabschnitt 18 die Basisfläche des Zylinders dar. Die Basisfläche weist den Durchmesser b auf. Der zylinderförmige Hohlraum 14 weist die Höhe l auf.
Wie die 3B zeigt, kann der Hohlraum 14 auch quaderförmig bzw. pyramidenstumpfförmig mit einer rechteckigen Basisfläche sein. Der erste Endabschnitt 18 ist dabei die Basisfläche des Zylinders. Die beiden Endabschnitte 18, 19 weisen die gleiche Fläche auf. Der quaderförmige Hohlraum 14 weist eine Breitenausdehnung b und eine Längenausdehnung l auf.
In der Ausführungsform des Hohlraums 14 gemäß der 3C ist der Hohlraum 14 kegelförmig. Der zweite Endabschnitt 19 ist kreisförmig und weist eine Breitenausdehnung bzw. einen Durchmesser b auf. Der erste Endabschnitt 18 wird durch die Spitze des Kegels gebildet. Der Hohlraum 14 weist eine Längenausdehnung oder Höhe l auf. Die Spitze des Kegels kann, wie die 3C zeigt, entgegen der Richtung R_TG orientiert sein oder abweichend von der Darstellung der 3C in die Richtung R_TG weisen.
Wie die 3D zeigt, kann der Hohlraum 14 auch kegelstumpfförmig sein. Hierbei ist die Fläche des zweiten Endabschnitts 19 größer als die Fläche des ersten Endabschnitts 18. Der zweite Endabschnitt 19 weist die Breitenausdehnung oder den Durchmesser b und der erste Endabschnitt 18 weist eine Breitenausdehnung oder einen Durchmesser b1 auf. b ist dabei größer als b1. Die Kegelstumpfform kann sich, wie die 3D zeigt, entgegen der Richtung R_TG verjüngen oder so orientiert sein, dass die Basisfläche mit dem Durchmesser b1 in die Richtung R_TG weist.
Bei den Ausführungsformen des Hohlraums 14 gemäß den 3A und 3B ist die Breitenausdehnung in Richtung des Temperaturgradienten R_TG konstant. Das heißt, die Endabschnitte 18, 19 weisen jeweils die gleiche Fläche auf. Bei den Ausführungsformen des Hohlraums 14 gemäß den 3C und 3D ist die Breitenausdehnung b in Richtung R_TG des Temperaturgradienten TG variabel. Die Breitenausdehnung b wird in Richtung R_TG des Temperaturgradienten TG größer. Weiterhin kann der Hohlraum 14 neben den zuvor genannten Geometrien auch eine kugelförmige, keilförmige oder eiförmige Geometrie aufweisen. Die Gravitationsrichtung g kann beliebig orientiert sein. Das heißt, sie kann in Richtung R_TG des Temperaturgradienten TG oder umgekehrt orientiert sein. Der Temperaturgradient TG in den 3A–3D kann dabei auch in die entgegengesetzte Richtung wie dargestellt zeigen.
Beispielsweise kann die Breitenausdehnung 4 bis 20 Millimeter betragen. Die Längenausdehnung kann 20 bis 100 Millimeter betragen. Das Aspektverhältnis l/b beträgt beispielsweise 1 bis 25. Der Hohlraum 14 kann, abweichend von der Darstellung gemäß 2, aus der Rückseite 17, beispielsweise in Form eines Röhrchens, herausragen. Der erste Endabschnitt 18 des Hohlraums 14 ist um einen Abstand a1 unter der Vorderseite 16 des optischen Elements 8 angeordnet. Der Abstand a1 beträgt 0 bis 30 Millimeter, bevorzugt 0 bis 20 Millimeter, weiter bevorzugt 0 bis 10 Millimeter. Der zweite Endabschnitt 19 ist um einen Abstand a2 von der Rückseite 17 des optischen Elements 8 angeordnet. Der Abstand a2 kann 0 bis 30 Millimeter, bevorzugt 0 bis 20 Millimeter, weiter bevorzugt 0 bis 10 Millimeter betragen. Insbesondere kann der Abstand a2 auch negative Werte annehmen, nämlich dann, wenn der Heatpipe-Einsatz über die Substratfläche hinausragt (siehe 9).
Alternativ oder zusätzlich sind das Fluid 15 und/oder der Hohlraum 14 dazu eingerichtet, bei einem Wärmeeintrag in das Fluid 15 das optische Element 8 zu verformen, um so Abbildungsfehler durch die erwärmungsbedingte Verformung oder Wölbung des optischen Elements 8 zu kompensieren. Die Erwärmung der Vorderseite 16 des optischen Elements 8 führt hauptsächlich zu lateraler Ausdehnung desselben, während sich das Substrat und/oder die Rückseite 17 nicht oder weniger ausdehnt. Hierdurch kann sich die Vorderseite 16 verformen bzw. aufwölben.
4 zeigt hierzu eine weitere schematische Schnittansicht eines optischen Elements 8 mit einem zylinderförmigen Hohlraum 14. 5 zeigt eine Ausführungsform eines optischen Elements 8, bei der der Hohlraum 14 kegelförmig ist. Der erste Endabschnitt 18, der als Spitze des Kegels ausgebildet ist, ragt in Richtung der Vorderseite 16 des optischen Elements 8.
Der Hohlraum 14 ist so ausgebildet, dass er sich bei einer Erwärmung des sich in der Gasphase g15 befindlichen Fluids 15 an seinem zweiten Endabschnitt 19 stärker ausdehnt als an seinem ersten Endabschnitt 18. Die Ausdehnung erfolgt durch eine wärmeinduzierte Expansion des gasförmigen Fluids 15. Als Modell kann angenommen werden, dass sich Wandungen des Hohlraums 14 durch die Ausdehnung des erwärmten, sich in der Gasphase g15 befindlichen Fluids 15, in einer zweidimensionalen Betrachtung um feste Drehpunkte DP bewegen und so die Ausdehnung einer lokalen Wölbung der Vorderseite 16 des erwärmten optischen Elements 8 entgegenwirkt. In den 4 ist die Bewegung der Wandungen mit gestrichelten Linien angedeutet. Pfeile P zeigen die Bewegungsrichtung der Wandungen an. In der 4 entspricht der erste Endabschnitt 18 einem Drehpunkt DP.
Im Folgenden wird eine zweidimensionale Abschätzung für die mit Hilfe des Hohlraums 14 und/oder des Fluids 15 erzielbaren Korrekturen angegeben, wobei von reibungsfreien Drehpunkten DP ausgegangen wird. Ausgehend von der idealen Gasgleichung pV = nRT kann eine Volumenänderung ΔV des Hohlraums 14 wie folgt abgeschätzt werden: ΔV = (nR/p)ΔT. Die ideale Gasgleichung beschreibt den Zustand eines idealen Gases bezüglich der Zustandsgrößen Druck p, Volumen V, Temperatur T und Stoffmenge n. R steht hierbei für die Gaskonstante. Bei einer angenommenen Temperaturänderung von 30 Kelvin (K) ergibt sich auch eine 10%ige Volumenänderung des Hohlraums 14. Übertragen auf den zweidimensionalen Fall ergibt sich somit eine 10%ige Flächenänderung mit ΔA = 2(lΔx/2) = lΔx. ΔA ist hierbei die Flächenänderung des Hohlraums 14 bei einer zweidimensionalen Betrachtung desselben. Durch Einsetzen der 10%igen Flächenänderung ergibt sich: ΔA = 0,1A = 0,1lb. Diese Flächenänderung wird durch das in den 4 und 5 erkennbare Aufspreizen der Wandungen des Hohlraums 14 erreicht: 0,1lb = lΔx. Damit ergibt sich: Δx = 0,1b.
Ein Winkel α, um den sich die Wandungen des Hohlraums 14 drehen, lässt sich wie folgt abschätzen: tanα ≈ Δx/l = 0,1b/l. Mit beispielhaften Abmessungen des Hohlraums 14 von b = 0,01 m und l = 0,1 m ergibt sich tanΔ ≈ 0,01, woraus folgt, dass der Winkel α ungefähr 0,01 rad beträgt. Durch Ansetzen eines Effektivitätsfaktors von 1/100, der auf Grund der möglicherweise nicht optimal zu realisierenden Drehpunkte DP und des mechanischen Widerstands des Substrats S des optischen Elements 8 erforderlich ist, ergibt sich ein möglicher Winkel α von 100 µrad. Ein derartiger Korrekturwinkel α ist in einer Größenordnung, welche den typischen Temperatureffekten an der Vorderseite 16 des optischen Elements 8 entgegenwirken können. Hierdurch kann eine gute Kompensation von lokalen Verformungen des optischen Elements 8, insbesondere der Vorderseite 16 erreicht werden.
6 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Elements 8. Bei dieser Ausführungsform des optischen Elements 8 weist der Hohlraum 14 eine Transporteinrichtung 20 zum Transportieren des Fluids 15 entgegen dem Temperaturgradienten TG von der niedrigen Temperatur T2 hin zu der hohen Temperatur T1 auf. Die Transporteinrichtung 20 ist dazu geeignet, das an dem zweiten Endabschnitt 19 des Hohlraums 14 kondensierte Fluid 15 hin zu dem ersten Endabschnitt 18 zu transportieren. Der Transport des Fluids 15 kann mit Hilfe der Transporteinrichtung 20 insbesondere entgegen der Schwerkraftrichtung g erfolgen. Das heißt, die Transporteinrichtung 20 ist dazu eingerichtet, das kondensierte Fluid 15 in oder entgegen der Schwerkraftrichtung g von dem zweiten Endabschnitt 19 hin zu dem ersten Endabschnitt 18 zu transportieren. In der Orientierung der 6 ist das optische Element 8 so angeordnet, dass die Transporteinrichtung 20 das kondensierte Fluid 15 in Schwerkraftrichtung g von dem zweiten Endabschnitt 19 hin zu dem ersten Endabschnitt 18 transportiert.
Die Transporteinrichtung 20 ist dazu eingerichtet, das Fluid 15 innerhalb des Hohlraums 14 mit Hilfe von Kapillarkräften zu transportieren. Die Transporteinrichtung 20 kann beispielsweise ein Kapillarröhrchen umfassen. Die Transporteinrichtung 20 kann zumindest eine oder eine Vielzahl in eine Wandung des Hohlraums 14 eingelassener nuten- oder rinnenförmiger Vertiefungen aufweisen. Die Transporteinrichtung 20 kann auch ein Gewebe oder Geflecht, insbesondere ein Metallgewebe oder -geflecht, sein. Mit einem Metallgewebe oder -geflecht kann ein sehr hoher Wirkungsgrad der Heatpipe erreicht werden, solange der kalte zweite Endabschnitt 19 höher oder gleich hoch wie der erste Endabschnitt 18 angeordnet ist. Die Transporteinrichtung 20 kann zumindest teilweise aus Kupfer, Aluminium, Edelstahl, Nickel oder (temperaturbeständigen) Fasern wie beispielsweise Refrasil-Fasern gefertigt sein. Die Temperaturen innerhalb des Hohlraums 14 erreichen beim Betrieb des jeweiligen optischen Syystems beispielsweise maximal 100 °C oder auch nur 90 °C. Weiterhin kann die Transporteinrichtung 20 aus gesintertem Metall, insbesondere aus gesintertem Kupfer, gefertigt sein. Die Transporteinrichtung 20 ist dann insbesondere als den Hohlraum 14 auskleidender Mantel aus gesintertem Material ausgebildet. Eine aus gesintertem Metall gefertigte Transporteinrichtung 20 ist kostengünstig zu fertigen und kann das Fluid 15 auch entgegen der Schwerkraftrichtung g transportieren. Die Transporteinrichtung 20 kann also als Docht wirken. Die Aufgabe der Transporteinrichtung 20 ist die Erzeugung von Kapillardruck, um das Fluid 15 in dem Hohlraum 14 zu transportieren. Das Fluid 15 kondensiert an dem zweiten Endabschnitt 19 und wird mit Hilfe der Transporteinrichtung 20 hin zu dem ersten Endabschnitt 18 transportiert wo es wieder verdampft.
7A bis 7F zeigen in schematischen Schnittansichten jeweils einen Hohlraum 14 mit jeweils einer beispielhaften Ausführungsform der Transporteinrichtung 20. Der Hohlraum 14 weist eine den Hohlraum 14 umschließende Wandung 26 auf. Die Wandung 26 kann materialeinstückig mit dem optischen Element 8 bzw. mit dem Substrat S ausgebildet sein.
Wie die 7A zeigt, ist die Transporteinrichtung 20 in dem Hohlraum 14 angeordnet. Die Transporteinrichtung 20 ist mit der Wandung 26 verbunden. Beispielsweise kann die Transporteinrichtung 20 mit der Wandung 26 verklebt, verlötet, verpresst oder verschweißt sein. Die Transporteinrichtung 20 weist einen in dem Hohlraum 14 angeordneten Träger 27 auf. In dem Träger 27 ist ein parallel zur Symmetrieachse SA des Hohlraums 14 und sich über dessen gesamte Längenausdehnung l erstreckendes Kapillarröhrchen 28 vorgesehen. Das Kapillarröhrchen 28 kann koaxial zur Symmetrieachse SA, oder wie die 7A zeigt, versetzt zu dieser angeordnet sein.
In der Ausführungsform des Hohlraums 14 gemäß der 7B ist die Transporteinrichtung als mittig in dem Hohlraum 14 angeordnetes mehrlagiges Geflecht oder Gewebe ausgebildet. Das Geflecht oder Gewebe kann aus einem aufgerollten Geflecht- oder Gewebeabschnitt gefertigt sein.
7C zeigt eine weitere Ausführungsform der Transporteinrichtung 20. Die Transporteinrichtung 20 weist eine Vielzahl in die Wandung 26 eingebrachter rechteckförmiger Nuten 29 auf. Die Nuten 29 sind über einen Umfang u des Hohlraums 14 gleichmäßig verteilt angeordnet. Die Nuten 29 erstrecken sich über die gesamte Längenausdehnung l des Hohlraums 14 parallel zu dessen Symmetrieachse SA. Die Nuten 29 sind sehr kostengünstig und maschinell herstellbar. Eine Heatpipe mit in die Wandung 26 eingebrachten Nuten 29 kann einfach verformt werden.
Bei der Ausführungsform der Transporteinrichtung 20 gemäß der 7D weist diese eine an der Wandung 26 anliegende zweite Wandung 30 auf. Die Wandung 30 ist zickzackförmig gefaltet, so dass zwischen der Wandung 26 und der Wandung 30 eine Vielzahl dreieckförmiger Kapillarröhrchen 28 ausgebildet ist. Die dreieckförmigen Kapillarröhrchen 28 erstrecken sich über die gesamte Längenausdehnung l des Hohlraums 14.
Die Ausführungsform gemäß der 7E ist eine Kombination der Ausführungsformen gemäß der 7C und 7D. In der Wandung 26 ist eine Vielzahl rechteckförmiger Nuten 29 vorgesehen. Die Transporteinrichtung 20 weist ferner die zickzackförmig gefaltete zweite Wandung 30 auf, die auf den Nuten 29 positioniert ist. Die Wandung 30 deckt die Nuten 29 somit ab.
7F zeigt eine weitere Ausführungsform der Transporteinrichtung 20. Die Transporteinrichtung 20 weist eine rohrförmige Wandung 31 auf, die flächig an der Wandung 26 aufliegt. In der Wandung 31 sind mehrere, beispielsweise vier, Kapillarröhrchen 28 vorgesehen. Die Wandung 31 weist ferner eine Vielzahl dreiecksförmiger Nuten 29 auf, die über den Umfang u des Hohlraums 14 gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
8 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Elements 8. Bei dieser Ausführungsform des optischen Elements 8 ist der Hohlraum 14 Teil eines in das optische Element 8 eingebetteten Einsatzes 21. Der Hohlraum 14 ist von dem Einsatz 21 vollständig umschlossen. Der Einsatz 21 kann beispielsweise eine Metall-, Glas- oder Keramikhülle sein, die den Hohlraum 14 umschließt. Der Einsatz 21 kann mit dem optischen Element 8 beispielsweise verschmolzen, verklebt, verpresst oder in dieses eingeschrumpft sein. Insbesondere ist ein flächiger Kontakt des Einsatzes 21 mit dem Substrat S des optischen Elements 8 gewünscht, um eine gute Wärmeübertragung von dem Substrat S auf den Einsatz 21 zu gewährleisten. Zum Aufnehmen des Einsatzes 21 ist in dem optischen Element 8 ein entsprechender Aufnahmebereich 22 vorgesehen. Der Aufnahmebereich 22 kann hin zu der Rückseite 17 des optischen Elements 8 offen sein, so dass der Einsatz 21 in den Aufnahmebereich 22 von der Rückseite 17 her einsetzbar ist. Dies ist gestrichelt angedeutet. Hierdurch ist die Herstellung des optischen Elements 8 vereinfacht und der Einsatz 21 kann leicht ausgetauscht werden.
9 zeigt eine Ausführungsform des optischen Elements 8, bei der der Einsatz 21 aus der Rückseite 17 des optischen Elements 8 herausragt. Der Einsatz 21 kann ein mit dem optischen Element 8 verschmolzenes Glasrohr sein. Zur Herstellung des optischen Elements 8 kann das Glasrohr in den Aufnahmebereich 22 eingesetzt und anschließend aufgeschmolzen werden. Hierdurch schmiegt sich das aufgeschmolzene Glasrohr an dem Aufnahmebereich 22 an, wodurch ein flächiger Kontakt des Glasrohrs mit dem Aufnahmebereich 22 gewährleistet ist. Über den noch geöffneten zweiten Endabschnitt 19 des Hohlraums 14 wird das Fluid eingefüllt und der zweite Endabschnitt 19 kann beispielsweise durch ein Erhitzen und Zusammenquetschen des Glasrohrs verschlossen werden. Der Einsatz 21 kann auch aus einem Metall, beispielsweise aus Kupfer, gefertigt sein. An den herausragenden Abschnitt kann zum Beispiel aufwandsgünstig eine Kühleinrichtung angekoppelt werden, um Wärme weiter abzuführen.
10 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Elements 8. Bei dieser Ausführungsform des optischen Elements 8 ist an der Rückseite 17 des optischen Elements 8 eine Kühleinrichtung 23 vorgesehen. Die Kühleinrichtung 23 kann ein thermoelektrischer Kühler wie beispielsweise ein Peltierelement sein. Ferner kann die Kühleinrichtung 23 eine von einem Kühlmittel durchflossene Kühlschlange oder ein passiver Kühlkörper sein. Die Kühleinrichtung 23 kann direkt an dem zweiten Endabschnitt 19 des Hohlraums 14 anliegen. Hierdurch wird mit Hilfe der Kühleinrichtung 23 die von dem ersten Endabschnitt 18 hin zu dem zweiten Endabschnitt 19 transportierte Wärme von dem zweiten Endabschnitt 19 abtransportiert. Hierdurch erhöht sich die Kühlleistung.
11 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Rückseite 17 einer Ausführungsform eines optischen Elements 8. Das optische Element 8 kann eine zylinderförmige Geometrie mit dem Durchmesser D und der Dicke d aufweisen (2). Weiterhin kann das optische Element beispielsweise eine quaderförmige Geometrie aufweisen. Das optische Element 8 weist eine Vielzahl Hohlräume 14 auf. Die Hohlräume 14, von denen nur einer mit einem Bezugszeichen versehen ist, sind mit gestrichelten Linien dargestellt. Die Hohlräume 14 können rasterförmig und homogen verteilt unter der optisch aktiven Beschichtung in dem optischen Element 8 angeordnet sein. Die Hohlräume 14 sind innerhalb einer äußeren Begrenzung oder eines sogenannten Footprints 32 des optischen Elements 8 angeordnet. Der Footprint 32 weist einen Durchmesser DF auf, der kleiner ist als der Durchmesser D des optischen Elements 8. Der Durchmesser DF beträgt beispielsweise 160 Millimeter. Bei einer homogenen Verteilung der Hohlräume 14, wie in 11 gezeigt, ist das optische Element 8 insbesondere für eine feldnahe Anordnung in der Projektionsanordnung 2 geeignet. Durch die bei einer feldnahen Anordnung des optischen Elements 8 relativ gleichmäßige Erwärmung der Vorderseite 16 ist eine homogene Verteilung der Hohlräume 14, wie in 11 gezeigt, vorteilhaft. Durch die homogene Verteilung der Hohlräume 14 kann die Vorderseite 16 des optischen Elements 16 gleichmäßig gekühlt werden.
12 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines optischen Elements 8. Mit dem Bezugszeichen 33 sind Bereiche der Vorderseite 16 bezeichnet, die im Betrieb der Projektionsanordnung 2 besonders stark erwärmt werden. Das heißt, auf der Vorderseite 16 des optischen Elements bildet sich ein Temperaturgardient aus. In diesen Bereichen 33 sind die Hohlräume 14 konzentriert. Das heißt, die Hohlräume 14 sind in dem optischen Element 8 inhomogen verteilt angeordnet, um die besonders stark erwärmten Bereiche 33 zu kühlen. Durch die inhomogene Verteilung der Hohlräume 14 ist das optische Element 8 insbesondere für eine pupillennahe Anordnung in der Projektionsanordnung 2 geeignet, da bei einer pupillennahen Anordnung des optischen Elements 8 die Vorderseite 16 desselben ungleichmäßig erwärmt wird.
Grundsätzlich ist eine homogene Verteilung der Hohlräume 14 vorteilhaft. Es kann beispielsweise auch bei einer pupillennahen Anordnung des optischen Elements 8 eine homogene Verteilung der Hohlräume 14 vorgesehen sein. Umgekehrt kann bei einer feldnahen Anordnung eine inhomogene Verteilung der Hohlräume 14 vorgesehen sein. Das heißt, eine homogene Verteilung der Hohlräume 14 ist genauso wie eine inhomogene Verteilung derselben nicht an eine bestimmte Beleuchtungsart oder Anordnung des optischen Elements 8 in der Projektionsanordnung gekoppelt. Hierdurch sind ein flexibler Beleuchtungswechsel und eine flexible Anordnung des optischen Elements 8 möglich. Ein optisches Element 8, welches eine homogene Hohlraumverteilung hat, ist insofern flexibler einsetzbar.
13 bis 15 zeigen eine mögliche Art der Herstellung eines optischen Elements 8. Das scheibenförmige Substrat S wird in einem ersten Schritt aus einem sogenannten Boule oder Ingot ausgeschnitten. Unter einem Ingot ist ein Block aus Glas oder Glaskeramik zu verstehen. Ingots können monokristallin oder polykristallin aufgebaut sein. Man kann auch von einem Spiegelblank sprechen, der mit Hilfe einer Flammenhydrolyse (Flame Hydrolysis) gefertigt ist.
Nach dem Bereitstellen des aus dem Ingot geschnittenen scheibenförmigen Substrats S, bzw. des „Spiegelblanks“ können, wie die 13 zeigt, in einem zweiten Schritt ein oder mehrere Hohlräume 14 in Form von Bohrungen in das Substrat S eingearbeitet werden. Die Bohrungen können anschließend, je nachdem ob das Fluid 15 mit dem Substrat S chemisch reagiert, in einem dritten Schritt mit einer Beschichtung versiegelt werden. Die Beschichtung verhindert, dass das Fluid 15 mit dem Substrat S reagiert oder in dieses hineindiffundiert. Weiterhin kann in einem vierten Schritt in jede der Bohrungen eine wie zuvor beschriebene Transporteinrichtung 20, z.B. ein Docht aus gesintertem Kupfer, eingebracht werden. Das Fluid 15 kann in einem fünften Schritt in die Bohrungen eingefüllt werden.
14 zeigt, dass nach dem Einbringen des Fluids 15 die Hohlräume 14 in einem sechsten Schritt verschlossen werden. Hierzu kann jeweils ein plattenförmiges Verschlusselement 24 auf das Substrat S aufgesprengt oder aufgeklebt werden. Die Verschlusselemente 24 sind aus dem gleichen Material gefertigt wie das Substrat S. Beispielsweise sind die Verschlusselemente 24 aus einem ULE-Material gefertigt.
15 zeigt, dass in einem siebten Schritt auf den Verschlusselementen 24 eine abschließende Schicht 25 aus ULE-Material aufgebracht wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar. Obgleich der Einsatz des optischen Elements insbesondere in einem Projektionsobjektiv einer Lithographieanlage beschrieben wurde, kommen auch andere Anwendungen in Frage, beispielsweise in Maskenoder Waferinspektionseinrichtungen.
Bezugszeichenliste

1: Lithographievorrichtung
2: Projektionsanordnung
3: Blende
4: Retikel
5: Wafer
6: Waferstation
7: Blende
8: optisches Element
9: optisches Element
10: optisches Element
11: optisches Element
12: optisches Element
13: optisches Element
14: Hohlraum
15: Fluid
16: Vorderseite
17: Rückseite
18: Endabschnitt
19: Endabschnitt
20: Transporteinrichtung
21: Einsatz
22: Aufnahmebereich
23: Kühleinrichtung
24: Verschlusselement
25: Schicht
26: Wandung
27: Träger
28: Kapillarröhrchen
29: Nut
30: Wandung
31: Wandung
32: Footprint
33: Bereich
a1: Abstand
a2: Abstand
b: Breitenausdehnung
b1: Breitenausdehnung
BE: Bildebene
B1: Bereich
B2: Bereich
d: Dicke
D: Durchmesser
DF: Durchmesser
DP: Drehpunkt
f15: Fluid im flüssigen Aggregatszustand
g: Schwerkraftrichtung
g15: Fluid im gasförmigen Aggregatszustand
KZ: Konzentrationszone
l: Längenausdehnung
L: Projektionsstrahlen
SA: Symmetrieachse
OE: Objektebene
P: Pfeil
PG: Phasengrenze
R_TG: Richtung
R1: Pfeil
R2: Pfeil
S: Substrat
T: Temperatur
TG: Temperaturgradient
TZ: Transportzone
T1: Temperatur
T2: Temperatur
T15: Fluidtröpfchen
u: Umfang
VZ: Verdampfungszone
W: Wärmetransportrichtung
α: Winkel
β: Einstrahlungswinkel
γ: Ausstrahlungswinkel

Claims

Optisches Element (8–13) für eine Projektionsanordnung (2) zum Abbilden von lithographischen Strukturinformationen, mit zumindest einem in dem optischen Element (8) angeordneten abgeschlossenen Hohlraum (14), welcher zumindest teilweise ein Fluid (15) aufnimmt.
Optisches Element nach Anspruch 1, wobei das Fluid (15) und/oder der Hohlraum (14) dazu eingerichtet sind, entlang eines Temperaturgradienten (TG) des optischen Elements (8) Wärme von einer hohen Temperatur (T1) hin zu einer niedrigen Temperatur (T2) zu transportieren.
Optisches Element nach Anspruch 2, wobei das Fluid (15) dazu eingerichtet ist, beim Transportieren der Wärme einen Phasenübergang zu durchlaufen.
Optisches Element nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Fluid (15) und/oder der Hohlraum (14) dazu eingerichtet sind, die Wärme entlang des Temperaturgradienten (TG) von einem ersten Endabschnitt (18) des Hohlraums (14) hin zu einem zweiten Endabschnitt (19) des Hohlraums (14) zu transportieren.
Optisches Element nach Anspruch 4, wobei das Fluid (15) dazu eingerichtet ist, an dem ersten Endabschnitt (18) des Hohlraums (14) zu verdampfen und an dem zweiten Endabschnitt (19) des Hohlraums (14) zu kondensieren.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 2–5, wobei der Hohlraum (14) eine sich in Richtung (R_TG) des Temperaturgradienten (TG) erstreckende Längenausdehnung (l) und eine sich senkrecht zu der Richtung (R_TG) des Temperaturgradienten (TG) erstreckende Breitenausdehnung (b) aufweist und wobei die Längenausdehnung (l) größer als die Breitenausdehnung (b) ist.
Optisches Element nach Anspruch 6, wobei die Breitenausdehnung (b) in Richtung (R_TG) des Temperaturgradienten (TG) variabel ist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 2–7, wobei der Hohlraum (14) eine Transporteinrichtung (20) zum Transportieren des Fluids (15) entgegen dem Temperaturgradienten (TG) des optischen Elements (8–13) von der niedrigen Temperatur (T2) hin zu der hohen Temperatur (T1) umfasst.
Optisches Element nach Anspruch 8, wobei die Transporteinrichtung (20) dazu eingerichtet ist, das Fluid (15) innerhalb des Hohlraums (14) mit Hilfe von Kapillarkräften zu transportieren.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1–9, wobei der Hohlraum (14) Teil eines in das optische Element (8–13) eingebetteten Einsatzes (21) ist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1–10, wobei das Fluid (15) und/oder der Hohlraum (14) dazu eingerichtet sind, bei einem Wärmeeintrag in das Fluid (15) das optische Element (8–13) zu verformen.
Optisches Element nach Anspruch 11, wobei das Fluid (15) dazu eingerichtet ist, bei dem Wärmeeintrag zu expandieren.
Optisches Element nach Anspruch 11 oder 12, wobei bei dem Wärmeeintrag eine Ausdehnung eines ersten Endabschnitts (18) des Hohlraums (14) geringer ist als eine Ausdehnung eines zweiten Endabschnitts (19) des Hohlraums (14).
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1–13, wobei das Fluid (15) Wasser, Ammoniak, Alkohole, Kohlenwasserstoffe, Stickstoff, Kohlendioxid, und/oder Edelgase umfasst.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1–14, wobei der Hohlraum (14) einen geringeren Druck als Atmosphärendruck hat.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1–15, wobei das optische Element (8–13) für einen Einsatz unter EUV-Strahlung, DUV-Strahlung oder VUV-Strahlung eingerichtet ist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1–16, wobei das optische Element (8–13) ein Spiegel ist.
Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements (8–13) für eine Projektionsanordnung (2) zum Abbilden von lithographischen Strukturinformationen, mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Substrats (S), Einbringen zumindest eines Hohlraums (14) in das Substrat (S); Einbringen eines Fluids (15) in den zumindest einen Hohlraum (14); und Verschließen des zumindest einen Hohlraums (14).
Verfahren nach Anspruch 18, wobei vor dem Verschließen des zumindest einen Hohlraums (14) eine Transporteinrichtung (20) zum Transportieren des Fluids (15) in diesen eingebracht wird.
Projektionsanordnung (2) zum Abbilden von lithographischen Strukturinformationen mit einem optischen Element (8–13) nach einem der Ansprüche 1–17.
Projektionsanordnung nach Anspruch 20, wobei das optische Element (8–13)) so angeordnet ist, dass das Fluid (15) mit Hilfe der Schwerkraft entgegen einem Temperaturgradienten (TG) des optischen Elements (8–13) von einer niedrigen Temperatur (T2) hin zu einer hohen Temperatur (T1) transportierbar ist.
Projektionsanordnung nach Anspruch 20 oder 21, wobei das optische Element (8–13) mehrere Hohlräume (14) umfasst, die bei einer pupillennahen Anordnung des optischen Elements (8–13) inhomogen verteilt und bei einer feldnahen Anordnung des optischen Elements (8–13) homogen verteilt in demselben angeordnet sind.
Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 20–22, wobei die Projektionsanordnung (2) eine an dem optischen Element (8–13) angeordnete Kühleinrichtung (23) umfasst.
Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 20–23, wobei die Projektionsanordnung (2) eine EUV-Projektionsanordnung und/oder ein Masken- und Waferinspektionssystem ist.