DE102019205263A1

DE102019205263A1 - Verfahren zum Herstellen eines Glaskörpers mit Durchgangskanälen

Info

Publication number: DE102019205263A1
Application number: DE102019205263.0A
Authority: DE
Inventors: Vladimir Mitev; Bertram Klein; Maike Lorenz; Rüdiger Mack; Eva Schneider
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2019-04-11
Filing date: 2019-04-11
Publication date: 2020-04-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Glaskörpers (1), der mindestens einen Durchgangskanal (2) aufweist, umfassend: Einbringen mindestens eines röhrenförmigen oder drahtförmigen Körpers (4) aus einem temperaturbeständigen Material in einen Behälter (3), Einfüllen von flüssigem Glasmaterial (6) in den Behälter (3) zum Einbetten des röhrenförmigen oder drahtförmigen Körpers (4) in das Glasmaterial (6), Abkühlen des Glasmaterials (6) unter die Erstarrungstemperatur (T) zum Herstellen des Glaskörpers (1), sowie Bilden des mindestens einen Durchgangskanals (2) durch Entfernen des mindestens einen röhrenförmigen oder drahtförmigen Körpers (4) aus dem erstarrten Glasmaterial (6) des Glaskörpers (1). Die Erfindung betrifft auch ein reflektierendes optisches Element, insbesondere einen EUV-Spiegel, der ein Substrat mit mindestens einem Durchgangskanal (2) aufweist, das aus einem solchen Glaskörper (1) hergestellt wurde, sowie eine optische Anordnung, insbesondere ein EUV-Lithographiesystem, mit mindestens einem solchen optischen Element.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Glaskörpers, der mindestens einen Durchgangskanal, bevorzugt eine Mehrzahl von Durchgangskanälen, aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein reflektierendes optisches Element, insbesondere zur Reflexion von EUV-Strahlung, das ein Substrat mit mindestens einem Durchgangskanal aufweist, sowie eine optische Anordnung, insbesondere ein EUV-Lithographiesystem, das mindestens ein solches reflektierendes optisches Element umfasst.
In einer EUV-Lithographieanlage werden reflektierende optische Elemente in Form von Spiegeln, insbesondere Spiegeln eines Projektionssystems, einer hohen Strahlungsleistung ausgesetzt, die zu einer Erwärmung führt. Die Erwärmung der Spiegel führt zu Deformationen der Spiegeloberfläche, welche die Abbildungsqualität des Projektionssystems beeinträchtigen. Um diesem Problem zu begegnen, werden typischerweise Substrate aus Materialien verwendet, die einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Zur Reduzierung der Temperatur der Spiegel ist es bekannt, Durchgangskanäle in das Spiegel-Substrat einzubringen, die mit einem Kühlfluid durchströmt werden. Dies erfordert das Einbauen bzw. das Einbringen von Röhren bzw. von Durchgangskanälen mit einer vom jeweiligen Spiegel abhängigen Geometrie in das Substrat. Das Einbringen der Durchgangskanäle durch eine mechanische Bearbeitung kann zu einer Beschädigung des Glasmaterials führen. Auch können bei der Bearbeitung mechanische Spannungen in dem Glasmaterial auftreten, die sich ebenfalls ungünstig auf die Abbildungseigenschaften des Spiegels auswirken.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Glaskörpers mit mindestens einem Durchgangskanal anzugeben, bei dem das Glasmaterial durch das Einbringen des Durchgangskanals möglichst wenig beeinflusst wird.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, umfassend: Einbringen mindestens eines röhrenförmigen oder drahtförmigen Körpers aus einem temperaturbeständigen Material in einen Behälter, Einfüllen von flüssigem Glasmaterial in den Behälter zum Einbetten des röhrenförmigen oder drahtförmigen Körpers in das Glasmaterial, Abkühlen des Glasmaterials unter die Erstarrungstemperatur zum Herstellen des Glaskörpers, sowie Bilden des mindestens einen Durchgangskanals durch Entfernen des mindestens einen röhrenförmigen oder drahtförmigen Körpers aus dem erstarrten Glasmaterial.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorgeschlagen, mindestens einen Durchgangskanal in dem Glaskörper auszubilden, indem ein röhrenförmiger oder drahtförmiger Körper, der als Platzhalter für den Durchgangskanal dient, bei der Herstellung des Glaskörpers in die Gießmaschine bzw. in einen Behälter, z.B. in eine Gussform, eingebracht und in das Glasmaterial eingebettet wird. Das flüssige Glasmaterial wird hierbei um den mindestens einen röhren- oder drahtförmigen Körper herum gegossen. In der Regel wird eine Mehrzahl von röhren- oder drahtförmigen Körpern z.B. in der Art eines (ein- oder zweidimensionalen) Gitters in den Behälter eingebracht, um eine entsprechende Mehrzahl von Durchgangskanälen zu erzeugen. Das Einbringen der röhren- oder drahtförmigen Körper in den Behälter erfolgt typischerweise vor dem Einfüllen des flüssigen Glasmaterials in den Behälter.
Es ist aber auch möglich, den bzw. die röhren- oder drahtförmigen Körper erst in den Behälter einzubringen, wenn bereits ein Teil des Glasmaterials in den Behälter eingefüllt wurde.
Das flüssige Glasmaterial wird abhängig von seiner Zusammensetzung bzw. vom Prozess bei einer Erstarrungstemperatur fest, die typischerweise in der Größenordnung von ca. 1200°C-1500°C liegt. Der Glaskörper mit den eingebetteten röhren- oder drahtförmigen Körpern wird in der Regel auf eine Entnahmetemperatur, in der Regel auf Raumtemperatur, abgekühlt, bevor diese aus dem Glasmaterial entfernt werden. Für das Abkühlen bzw. für den Großteil des Abkühlens sowie für das Entfernen der röhren- bzw. drahtförmigen Körper wird der Glaskörper in der Regel aus dem Behälter entnommen. Das Entfernen der röhren- bzw. drahtförmigen Körper kann auf unterschiedliche Weise erfolgen.
Bei einer Variante zieht sich beim Abkühlen des Glaskörpers das temperaturbeständige Material stärker zusammen als das Glasmaterial und der röhrenförmige oder drahtförmige Körper wird bei einer Entnahmetemperatur aus dem Glaskörper entnommen, bei der sich das temperaturbeständige Material von dem Glasmaterial abgelöst hat. Bei der Entnahmetemperatur handelt es sich in der Regel ungefähr um Raumtemperatur. Für den Fall, dass der röhren- oder drahtförmige Körper eine ausreichende Steifigkeit, z.B. eine ausreichende Dicke, aufweist, um Verbiegungen beim Abkühlen zu vermeiden, löst sich beim Abkühlen des Glaskörpers der Körper vollständig von dem Glasmaterial ab, wobei der Durchgangskanal gebildet wird. Der in dem Durchgangskanal verbleibende röhren- oder drahtförmige Körper kann nach dem Ablösen aus dem Glasmaterial entnommen werden. Dies setzt voraus, dass eine Geometrie des röhren- oder drahtförmigen Körpers vermieden wird, die ein Feststecken in dem jeweiligen Durchgangskanal bewirken würde. Der Durchgangskanal sollte daher möglichst keine Knicke oder dergleichen aufweisen.
Bei einer Weiterbildung dieser Variante beträgt eine relative Volumenänderung des temperaturbeständigen Materials beim Abkühlen von der Erstarrungstemperatur auf die Entnahmetemperatur mindestens das 1,5-Fache, bevorzugt mindestens das 2-Fache, insbesondere mindestens das 2,5-Fache einer relativen Volumenänderung des Glasmaterials beim Abkühlen von der Erstarrungstemperatur auf die Entnahmetemperatur. Die relative Volumenänderung wird hierbei jeweils auf das Volumen bei der Erstarrungstemperatur des Glasmaterials bezogen. Die Ablösung des temperaturbeständigen Materials von dem Glasmaterial beim Abkühlen ist umso besser, je stärker sich die relative Volumenänderung des Glasmaterials und des temperaturbeständigen Materials beim Abkühlen voneinander unterscheiden. Unterscheidet sich die jeweilige relative Volumenänderung um mindestens den Faktor zwei, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass sich das temperaturbeständige Material vollständig von dem Glasmaterial ablöst. Auch der Absolutwert der relativen Volumenänderung des temperaturbeständigen Materials sollte nicht zu gering sein und bei mindestens ca. 1% liegen.
Bei einer weiteren Variante wird das temperaturbeständige Material des röhrenförmigen oder drahtförmigen Körpers durch eine Ätzbehandlung von dem Glasmaterial des Glaskörpers abgelöst. Diese Variante kann insbesondere mit der weiter oben beschriebenen Variante kombiniert werden, bei welcher der röhren- oder drahtförmige Körper auf mechanische Weise aus dem Glaskörper entnommen wird. Bei der Ätzbehandlung können ggf. Rückstände des temperaturbeständigen Materials an manchen Orten an der Wandung des Durchgangskanals haften bleiben. Diese können durch eine Ätzbehandlung, z.B. mit einer Säure, von dem Glasmaterial abgelöst werden. Die Säure kann in diesem Fall durch den bzw. die Durchgangskanäle fließen, um das in der Regel an der Wandung des Durchgangskanals anhaftende temperaturbeständige Material aufzulösen bzw. abzulösen. Die Verwendung eines röhrenförmigen Körpers bietet die zusätzliche Möglichkeit, die Säure ggf. innerhalb des in dem Körper gebildeten Hohlraums fließen zu lassen, um diesen von innen her aufzulösen. Bei der Verwendung eines drahtförmigen, massiven Körpers kann die Säure ggf. den Körper nicht ohne weiteres auflösen bzw. die Ätzbehandlung dauert in der Regel länger als bei einem röhrenförmigen Körper.
Bei einer weiteren Variante wird der röhrenförmige oder drahtförmige Körper vor dem Einbringen in den Behälter mechanisch verformt, insbesondere gebogen, um die gewünschte Geometrie des Durchgangskanals zu erzeugen. Mit Hilfe eines geeignet gebogenen röhren- oder drahtförmigen Körpers können gekrümmte Durchgangskanäle in dem Glaskörper realisiert werden. Dies ist beispielsweise günstig, wenn aus dem Glaskörper ein Substrat für ein reflektierendes optisches Element hergestellt wird, welches eine gekrümmte Spiegeloberfläche aufweist und die Durchgangskanäle in der Nähe der Spiegeloberfläche angeordnet werden sollen. Durch eine geeignete Formgebung des röhren- oder drahtförmigen Körpers kann die Geometrie des Durchgangskanals praktisch frei gewählt werden, sofern sichergestellt ist, dass der Körper sich aus dem erstarrten Glasmaterial entfernen lässt, ohne in diesem festzustecken.
Bei einer weiteren Variante wird an dem mindestens einen röhrenförmigen oder drahtförmigen Körper mindestens eine Sollbruchstelle gebildet. Mit Hilfe der Sollbruchstelle(n) können Spannungen in dem Glasmaterial beim Abkühlen vermieden bzw. reduziert werden. Der röhren- oder drahtförmige Körper bricht hierbei an den jeweiligen Sollbruchstellen, wenn die von dem Glasmaterial beim Abkühlen ausgeübte mechanische Spannung zu groß wird. Bei den Sollbruchstellen kann es sich beispielsweise um Kerben oder dergleichen handeln, die beispielsweise in vorgegebenen Abständen entlang des röhren- oder drahtförmigen Körpers angeordnet werden können.
Bei einer Variante wird das temperaturbeständige Material des röhrenförmigen oder drahtförmigen Körpers durch ein bevorzugt metallisches Material mit einer Schmelztemperatur von mehr als 1500°C, bevorzugt von mehr als 2000°C, insbesondere von mehr als 3000°C gebildet. Wie weiter oben beschrieben wurde, liegt die Erstarrungstemperatur des Glasmaterials in der Regel zwischen ca. 1200°C und 1500°C. Die Schmelztemperatur des temperaturbeständigen Materials sollte in der Regel deutlich über der Erstarrungstemperatur liegen, damit die Form des röhren- bzw. drahtförmigen Körpers, die der gewünschten Geometrie des Durchgangskanals entspricht, beim Einbetten in das flüssige Glasmaterial möglichst erhalten bleibt.
Bei einer weiteren Variante ist das metallische Material Wolfram. Wolfram hat eine besonders hohe Schmelztemperatur von ca. 3422°C, die deutlich über der Erstarrungstemperatur des Glasmaterials liegt. Zudem weist Wolfram eine vergleichsweise große relative Volumenänderung beim Abkühlen von der Erstarrungstemperatur auf Raumtemperatur auf, was das Ablösen von dem Glasmaterial erleichtert. Wolfram, genauer gesagt eine sich an der Oberfläche bildende Wolframoxid-Schicht, fängt zudem erst bei einer vergleichsweise hohen Temperatur von ca. 1500°C an zu schmelzen (vgl. den Artikel „Ignition and Combustion of High-Melting Metals (Tungsten, Molybdenum, Boron)“, M.E. Derevyaga et al., Combust Explos Shock Waves (1979) 15: 438). Da die drahtförmigen Körper typischerweise erst auf eine Temperatur in der Größenordnung von ca. 1500°C aufgeheizt werden, wenn diese mit dem flüssigen Glasmaterial in Kontakt kommen, sollten die Wolfram-Drähte bei einer Temperatur von ca. 1500°C nicht mehr mit Sauerstoff in Kontakt kommen und daher auch nicht anfangen zu schmelzen. Die Sauerstoff-Konzentration, bei welcher ein Wolfram-Draht bei einer Temperatur von ca. 1500°C anfängt zu brennen, liegt zudem bei mehr als ca. 70%, d.h. deutlich über der normalen Sauerstoff-Konzentration in Luft.
Bei einer alternativen Variante ist das metallische Material ausgewählt aus der Gruppe umfassend: rostfreier Stahl, insbesondere X2CrTi12-Stahl (Europäische Norm), entsprechend S40900-Stahl (UNS-Nummer), Nickel, Tantal, Molybdän, Niob und Platin. Auch andere Materialien als Wolfram, die eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen, können als Material für die drahtförmigen bzw. röhrenförmigen Körper verwendet werden, beispielsweise die oben genannten rostfreien Stähle, die eine Schmelztemperatur zwischen ca. 1480°C und 1530°C aufweisen, oder die oben genannten chemischen Elemente, für deren Schmelztemperaturen gilt: Nickel: 1455°C, Tantal: 3017°C, Molybdän: 2623°C, Niob: 2477 °C, Platin: 1770°C.
Bei einer Variante wird das Einfüllen von flüssigem Glasmaterial in den Behälter unter Schutzgas durchgeführt. Trotz der vergleichsweise hohen Schmelztemperatur können temperaturbeständige Materialien bei hohen Temperaturen aufgrund des in der Umgebungsluft vorhandenen Sauerstoffs anfangen zu brennen. Es kann daher günstig sein, das Verfahren in einer Schutzgas-Atmosphäre, z.B. in einer Stickstoff-Atmosphäre, durchzuführen, zumindest während eines Zeitraums, in dem Temperaturen erreicht werden, bei denen ein Abbrennen des temperaturbeständigen Materials zu befürchten ist.
Bei einer weiteren Variante wird beim Einbringen der mindestens eine röhrenförmige oder drahtförmige Körper am Rand des Behälters und/oder an einem aus dem Behälter herausragenden Rahmen befestigt. Für die Anordnung der Durchgangskanäle an einer gewünschten Position innerhalb des Glaskörpers ist es erforderlich, die röhren- oder drahtförmigen Körper relativ zu dem Behälter zu fixieren. Die Befestigung kann am (äußeren) Rand des Behälters erfolgen, es ist aber auch möglich, zwei oder mehr der röhren- oder drahtförmigen Körper an einem gemeinsamen Rahmen zu befestigen, der aus dem Behälter herausragt. Wie weiter oben beschrieben wurde, können mehrere der Körper in der Art eines Gitters z.B. im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet werden, grundsätzlich ist es aber auch möglich, ein zweidimensionales Gitter bzw. ein Netzwerk aus den röhren- oder drahtförmigen Körpern herzustellen.
Bei einer weiteren Variante wird/werden vor dem Erstarren des Glasmaterials der Behälter und/oder der Rahmen geschüttelt, um eine möglichst homogene Verteilung des flüssigen Glasmaterials um die röhren- oder drahtförmigen Körper zu erzeugen. Der Behälter bzw. der Rahmen kann zu diesem Zweck beispielsweise mittels eines geeigneten Aktuators angehoben und abgesenkt werden.
Bei einer weiteren Variante ist das Glasmaterial aus Quarzglas, bevorzugt aus titandotiertem Quarzglas, oder aus einer Glaskeramik gebildet. Titandotiertes Quarzglas, welches z.B. unter dem Handelsnamen ULE® von der Fa. Corning vertrieben wird, sowie bestimmte Glaskeramiken, insbesondere Lithium-Aluminium-Siliziumoxid-Glaskeramiken (z.B. Zerodur®) weisen einen besonders niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf und eignen sich daher insbesondere für die Herstellung von Substraten für EUV-Spiegel. Bei der so genannten Direktabscheidung von titandotiertem Quarzglas (SiO₂-TiO₂ Glas) wird das Glasmaterial in der Regel in einem Behälter eines feuerfesten Ofens gesammelt, wie dies beispielsweise in der US 5,970,751 beschrieben ist. Die röhren- oder drahtförmigen Körper können ggf. direkt in den Behälter des feuerfesten Ofens eingebracht werden. In der Regel wird das flüssige Glasmaterial jedoch in einen weiteren Behälter umgegossen bzw. umgesenkt, in den die röhren- oder drahtförmigen Körper eingebracht sind.
Bei einer weiteren Variante umfasst das Verfahren zusätzlich: Herstellen eines Substrats für ein optisches Element durch insbesondere mechanisches Bearbeiten des Glaskörpers. In der Regel wird der Glaskörper mechanisch (end-)bearbeitet, um die gewünschte Form des Substrats zu erzeugen. Beispielsweise kann das Substrat aus dem Glaskörper geschnitten werden, indem ein Randbereich des Glaskörpers abgetrennt, z.B. abgeschnitten oder abgefräst wird. Der Bereich, in dem auf das Substrat eine reflektierende Beschichtung aufgebracht werden soll, wird vor dem Aufbringen der Beschichtung in der Regel poliert, um eine geringe Oberflächenrauigkeit zu erzeugen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein reflektierendes optisches Element, insbesondere zur Reflexion von EUV-Strahlung, umfassend: ein Substrat, welches mindestens einen Durchgangskanal aufweist und welches nach dem weiter oben beschriebenen Verfahren hergestellt ist, sowie eine auf das Substrat aufgebrachte reflektierende Beschichtung. Die reflektierende Beschichtung kann insbesondere zur Reflexion von EUV-Strahlung bei einer Wellenlänge zwischen ca. 5 nm und ca. 30 nm ausgebildet sein. Die konkrete Ausgestaltung einer derartigen reflektierenden Beschichtung ist dem Fachmann geläufig, so dass diese in der vorliegenden Anmeldung nicht näher beschrieben wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine optische Anordnung, insbesondere ein EUV-Lithographiesystem, umfassend: mindestens ein reflektierendes optisches Element, das wie weiter oben beschrieben ausgebildet ist, sowie eine Kühleinrichtung, die zum Durchströmen des mindestens einen Durchgangskanals mit einer Kühlflüssigkeit ausgebildet ist. Bei dem EUV-Lithographiesystem kann es sich um eine EUV-Lithographieanlage zur Belichtung eines Wafers oder um eine andere optische Anordnung handeln, die EUV-Strahlung verwendet, beispielsweise um ein EUV-Inspektionssystem, z.B. zur Inspektion von in der EUV-Lithographie verwendeten Masken, Wafern oder dergleichen. Bei dem reflektierenden optischen Element kann es sich insbesondere um einen Spiegel eines Projektionssystems einer EUV-Lithographieanlage handeln. Die Kühleinrichtung kann beispielsweise ausgebildet sein, eine Kühlflüssigkeit in Form von Kühlwasser oder dergleichen durch den Durchgangskanal strömen zu lassen. Die Kühleinrichtung kann zu diesem Zweck ggf. eine Pumpe sowie geeignete Zuführungs- und Abführungsleitungen aufweisen.
Es versteht sich, dass der Glaskörper grundsätzlich auch zu anderen Zwecken als zur Herstellung eines (reflektierenden) optischen Elements verwendet werden kann. Auch in diesem Fall können der bzw. die Durchgangskanäle zur Kühlung des Glaskörpers verwendet werden, wenn dieser mit einem Kühlfluid, beispielsweise mit Kühlwasser, durchströmt wird.
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.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt

1a-e schematische Darstellungen von mehreren Schritten bei der Herstellung eines Glaskörpers, der eine Mehrzahl von Durchgangskanälen aufweist,
2a,b eine Seitenansicht und eines Draufsicht des Glaskörpers von 1d mit einer Mehrzahl von drahtförmigen Körpern, die vor dem Bearbeiten des Glaskörpers zur Herstellung eines Substrats für einen EUV-Spiegel entfernt werden, sowie
3 ein schematischer Querschnitt des Glasmaterials des Glaskörpers mit einem drahtförmigen Körper bei der Erstarrungstemperatur des Glasmaterials und bei Raumtemperatur.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
1a-e zeigen die wesentlichen Schritte bei der Herstellung eines Glaskörpers 1 aus Quarzglas, beispielsweise aus titandotiertem Quarzglas, oder aus einer Glaskeramik der eine Mehrzahl von Durchgangskanälen 2 aufweist (vgl. 1e). Für die Herstellung des Quarzglaskörpers 1 wird ein in 1a dargestellter Behälter (Gussform) 3 bereitgestellt, der im gezeigten Beispiel eine im Wesentlichen zylindrische Geometrie aufweist. In den Behälter 3 ist eine Mehrzahl von röhrenförmigen Körpern 4 eingebracht, die an ihren jeweiligen freien Enden am umlaufenden Rand 5 des Behälters 3 befestigt sind. Die röhrenförmigen Körper 4 bestehen im gezeigten Beispiel aus einem temperaturbeständigen Material in Form von Wolfram. Es versteht sich, dass die Körper 4 auch aus anderen temperaturbeständigen, z.B. metallischen Materialien gebildet sein können, die eine Schmelztemperatur von mehr als 1500°C, bevorzugt von mehr als 2000°C, idealerweise von mehr als 3000°C aufweisen, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, insbesondere X2CrTi12-Stahl, Nickel, Tantal, Molybdän, Niob oder Platin. Die röhrenförmigen Körper 4 sind im gezeigten Beispiel im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet und bilden ein Raster bzw. ein Gitter. An Stelle von röhrenförmigen, hohlen Körpern 4 können auch massive, drahtförmige Körper 4 aus temperaturbeständigem Material verwendet werden. In der nachfolgenden Beschreibung wird zur Vereinfachung der Darstellung davon ausgegangen, dass es sich um drahtförmige Körper 4 handelt.
In den Behälter 3 mit den drahtförmigen Körpern 4 wird ein flüssiges Glasmaterial 6 eingefüllt, bei dem es sich im gezeigten Beispiel um flüssiges Quarzglas handelt. Das flüssige Glasmaterial 6 kann beispielsweise auf die in der US 5,970,751 beschriebene Weise hergestellt werden, eine andere Art der Herstellung des flüssigen Glasmaterials 6 ist aber ebenfalls möglich. Der Behälter 3 wird bis zu einer Höhe befüllt, die sich oberhalb der drahtförmigen Körper 4 befindet, so dass diese in das Glasmaterial 6 eingebettet bzw. eingegossen werden (vgl. 1b).
In einem nachfolgenden Schritt, ggf. während der weiteren Befüllung des Behälters 3, wird der Behälter 3 mittels einer nicht bildlich dargestellten mechanischen Vorrichtung gerüttelt, d.h. auf- und ab bewegt, wie in 1c durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. Das Rütteln dient dazu, eine möglichst homogene Verteilung des Glasmaterials 6 um die drahtförmigen Wolfram-Körper 4 zu erzeugen. Das Befüllen des Behälters 3 wird beendet, sobald das Glasmaterial 6 eine vorgegebene Höhe in dem Behälter 3 erreicht hat.
Falls zu befürchten ist, dass das temperaturbeständige Material der Körper 4 bei Temperaturen T, die oberhalb der Erstarrungstemperatur T_E des Glasmaterials 6 liegen, beim Kontakt mit Luft-Sauerstoff anfangen zu brennen, können die in 1b und in 1c gezeigten Schritte unter Schutzgas bzw. in einer Schutzgas-Atmosphäre durchgeführt werden. Hierbei kann beispielsweise Stickstoff als Schutzgas verwendet werden.
Das Glasmaterial 6 wird nachfolgend auf eine Temperatur T unterhalb seiner Erstarrungstemperatur T_E abgekühlt, die im gezeigten Beispiel bei ca. 1200°C liegt. Das erstarrte Glasmaterial 6 bildet einen Glaskörper 1 (vgl. 1d), der aus dem Behälter 3 entnommen wird. In einem abschließenden Schritt (vgl. 1e) werden die drahtförmigen Körper 4 aus dem erstarrten Glasmaterial 6 entfernt, wobei Durchgangskanäle 2 in dem Glaskörper 1 gebildet werden, wie dies in 1e gestrichelt angedeutet ist.
Um die röhrenförmigen Körper 4 aus dem erstarrten Glasmaterial 6 zu entfernen, bestehen verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise kann zu diesem Zweck ausgenutzt werden, dass sich beim Abkühlen des Glasmaterials 6 von der Erstarrungstemperatur T_E des Glasmaterials 6 auf Raumtemperatur T_R das temperaturbeständige Wolfram-Material 7 eines jeweiligen Körpers 4 stärker zusammenzieht als das Glasmaterial 6. Wie in 3 zu erkennen ist, löst sich aus diesem Grund beim Abkühlen von der Erstarrungstemperatur T_E von ca. 1200°C (in 3 links) auf Raumtemperatur T_R von ca. 22°C (in 3 rechts) der massive, drahtförmige Körper 4 von dem umgebenden Glasmaterial 6 vollständig ab, so dass in dem Glasmaterial 6 ein Durchgangskanal 2 gebildet wird. Der bzw. die abgelösten drahtförmigen Körper 4 können auf einfache Weise aus dem Glasmaterial 6 entnommen werden, beispielsweise indem diese von einem Bediener, ggf. unter Zuhilfenahme eines Werkzeugs, aus dem Glasmaterial 6 herausgezogen werden. Die drahtförmigen Körper 4 können auch durch Schwerkraftwirkung entfernt werden, wenn der Glaskörper 1 geeignet orientiert bzw. verkippt wird.
Für das Ablösen der drahtförmigen Körper 4 von dem Glasmaterial 6 hat es sich als günstig erwiesen, wenn die relative Volumenänderung ΔV₁ des temperaturbeständigen Materials 7 beim Abkühlen von der Erstarrungstemperatur T_E auf die Entnahmetemperatur T_R (entsprechend der Raumtemperatur) möglichst groß ist, insbesondere (deutlich) größer als die relative Volumenänderung ΔV₂ des Glasmaterials 6 beim Abkühlen von der Erstarrungstemperatur T_E auf die Entnahmetemperatur T_R
Die relative Volumenänderung ΔV eines Materials beim Abkühlen von der Erstarrungstemperatur T_E auf die Entnahmetemperatur T_R ist wie folgt definiert: $Δ V = (V (T_{R}) - V (T_{E})) / V (T_{E})$
Die thermische Ausdehnungskurve von Wolfram ist beispielsweise dem Artikel „Thermal expansion of periclase (MgO) and tungsten (W) to melting temperatures“, L.S. Dubrovinsky und S. K. Saxena, Physics and Chemistry of Minerals, 24(8):547-550, Okt. 1997 beschrieben. Wie der dort gezeigten Tabelle (1) entnommen werden kann, erhöht sich das Volumen eines Mols von Wolfram von 9,5462(0,0072) cm³ bei einer Temperatur von 298 K (entsprechend 25°C) auf 9,718(0,0189) cm³ bei einer Temperatur von 1527 K (entsprechend 1254°C). Geht man von einer Erstarrungstemperatur T_E des Glasmaterials 6 von ca. 1200°C aus, auf das die relative Volumenänderung ΔV₁ beim Abkühlen von Wolfram auf Raumtemperatur (T_R = 22°C) bezogen wird, ergibt sich: $Δ V_{1} = (V_{1} (22 ° C) - V_{1} (1200 ° C)) / V_{1} (1200 ° C) = - 1,8 %$
Für das Glasmaterial 6 wurde empirisch eine relative Volumenänderung ΔV₂ beim Abkühlen ermittelt, die deutlich geringer als die des Wolfram-Materials ist, so dass für die Volumenänderung ΔV₁ gilt: ΔV₁ > 1,5 ΔV₂, ggf. ΔV₁ > 2,0 ΔV₂, insbesondere ΔV₁ > 2,5 ΔV₂. Die relative Volumenänderung ΔV₁ von Wolfram als temperaturbeständigem Material 7 ist somit deutlich größer als die relative Volumenänderung ΔV₂ des titandotierten Quarzglasmaterials 6.
Gegebenenfalls werden die drahtförmigen Körper 4 trotz des stärkeren Schrumpfens beim Abkühlen nicht vollständig von dem Glasmaterial 6 gelöst, vielmehr bleiben an manchen Stellen Reste des Wolfram-Materials 7 an der Wandung eines jeweiligen Durchgangskanals 2 zurück. Um diese Reste oder ggf. die drahtförmigen Körper 4 als Ganzes aufzulösen, kann eine Ätzbehandlung erfolgen, bei dem das Wolfram-Material 7 beispielsweise mit Hilfe einer Säure von der Wand eines jeweiligen Durchgangskanals 2 abgelöst wird. Die Säure kann hierbei insbesondere durch die Durchgangskanäle 2 geleitet werden, um das Wolfram-Material durch einen Ätzangriff vollständig aufzulösen und aus dem Glasmaterial 6 des Glaskörpers 1 zu entfernen.
Wie in 2a,b zu erkennen ist, können die drahtförmigen Körper 4 eine Krümmung aufweisen oder auf andere Weise geeignet geformt sein, d.h. diese müssen nicht zwingend geradlinig verlaufen. Um die Krümmung zu erzeugen, werden die drahtförmigen Körper 4 vor dem Einbringen in den Behälter 3 mechanisch (plastisch) verformt, insbesondere gebogen, bis die gewünschte Geometrie eines jeweiligen Durchgangskanals 2 erreicht ist. Eine Mehrzahl von drahtförmigen Körpern 4 kann hierbei an einem gemeinsamen, in 2b dargestellten Rahmen 9 befestigt werden, der aus dem Behälter 3 herausragt. Um in dem in 1c dargestellten Schritt eine möglichst homogene Verteilung des Glasmaterials 6 um die drahtförmigen Körper 4 zu erzeugen, kann der Rahmen 9 relativ zu dem Behälter 3 bewegt bzw. geschüttelt werden, es ist aber auch möglich, den Rahmen 9 und den Behälter 3 gemeinsam (synchron) zu bewegen bzw. zu schütteln.
Die drahtförmigen Körper 4 weisen Sollbruchstellen 8 auf, die in 2a,b durch Kreuze angedeutet sind und die im gezeigten Beispiel in regelmäßigen Abständen entlang der Länge der drahtförmigen Körper 4 angeordnet sind. Bei den Sollbruchstellen 8 kann es sich beispielsweise um Kerben, reduzierte Wandstärken der drahtförmigen Körper 4 etc. handeln. Die Sollbruchstellen 8 dienen dazu, beim Abkühlen des Glasmaterials 6 durch die eingebetteten drahtförmigen Körper 4 hervorgerufene mechanische Spannungen in dem Glasmaterial 6 zu reduzieren bzw. möglichst zu vermeiden.
Nach dem Entfernen der drahtförmigen Körper 4 aus den Durchgangskanälen 2 kann eine mechanische Endbearbeitung des Glaskörpers 1 erfolgen, um ein Substrat 10 für ein reflektierendes optisches Element herzustellen bzw. zu formen. Bei der mechanischen Bearbeitung wird typischerweise ein umlaufender Rand des Glaskörpers 1 abgeschnitten, um das Substrat 10 herzustellen, wie dies in 2a,b durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Zusätzlich wird in der Regel die (in 2a konkav gekrümmte) Oberfläche des Substrats 10, auf die eine reflektierende Beschichtung aufgebracht wird, poliert, um die Oberflächenrauigkeit zu reduzieren. Die reflektierende Beschichtung kann beispielsweise ausgebildet sein, Strahlung bei einer Betriebswellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich zwischen ca. 5 nm und ca. 30 nm zu reflektieren.
Ein solches reflektierendes optisches Element bzw. ein solcher Spiegel zur Reflexion von EUV-Strahlung kann in einem EUV-Lithographiesystem, beispielsweise in einer EUV-Lithographieanlage, angeordnet werden. Ein solches EUV-Lithographiesystem weist in diesem Fall eine Kühleinrichtung auf, die es ermöglicht, den mindestens einen Durchgangskanal 2 in dem Substrat 10 mit einem Kühlfluid, insbesondere mit Kühlwasser, zu durchströmen. Die Kühleinrichtung kann entsprechende Anschlüsse sowie Leitungen zur Zuführung bzw. zur Abführung des Kühlfluids in die bzw. aus den jeweiligen Durchgangskanälen 2 aufweisen. Die Kühleinrichtung kann eine Pumpe oder dergleichen aufweisen, um das Kühlfluid umzuwälzen. Es ist aber auch möglich, dass die Kühleinrichtung über einen Kühlwasser-Anschluss mit einer Kühlwasser-Versorgung in Verbindung steht.
Es versteht sich, dass die Verwendung des Glaskörpers 1 mit den Durchgangskanälen 2 nicht auf die EUV-Lithographie beschränkt ist, sondern dass der Glaskörper 1 bzw. ein aus diesem gebildetes Substrat 10 auch in anderen optischen Anordnungen verwendet werden kann. Auch ist es nicht zwingend erforderlich, dass die Durchgangskanäle 2 als Kühlkanäle verwendet werden, vielmehr können diese ggf. auch zu anderen Zwecken eingesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5970751 [0019, 0028]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

L.S. Dubrovinsky und S. K. Saxena, Physics and Chemistry of Minerals, 24(8):547-550, Okt. 1997 [0035]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Glaskörpers (1), der mindestens einen Durchgangskanal (2) aufweist, umfassend: Einbringen mindestens eines röhrenförmigen oder drahtförmigen Körpers (4) aus einem temperaturbeständigen Material (7) in einen Behälter (3), Einfüllen von flüssigem Glasmaterial (6) in den Behälter (3) zum Einbetten des röhrenförmigen oder drahtförmigen Körpers (4) in das Glasmaterial (6), Abkühlen des Glasmaterials (6) unter die Erstarrungstemperatur (T_E) zum Herstellen des Glaskörpers (1), sowie Bilden des mindestens einen Durchgangskanals (2) durch Entfernen des mindestens einen röhrenförmigen oder drahtförmigen Körpers (4) aus dem erstarrten Glasmaterial (6) des Glaskörpers (1).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem sich beim Abkühlen des Glaskörpers (1) das temperaturbeständige Material (7) stärker zusammenzieht als das Glasmaterial (6) und bei dem der röhrenförmige oder drahtförmige Körper (4) bei einer Entnahmetemperatur (T_R) aus dem Glaskörper (1) entnommen wird, bei der sich das temperaturbeständige Material (7) von dem Glasmaterial (6) abgelöst hat.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem eine relative Volumenänderung (ΔV₁) des temperaturbeständigen Materials (7) beim Abkühlen von der Erstarrungstemperatur (T_E) auf die Entnahmetemperatur (T_R) mindestens das 1,5-Fache, bevorzugt mindestens das 2-Fache, insbesondere mindestens das 2,5-Fache einer relativen Volumenänderung (ΔV₂) des Glasmaterials (6) beim Abkühlen von der Erstarrungstemperatur (T_E) auf die Entnahmetemperatur (T_R) beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das temperaturbeständige Material (7) des röhrenförmigen oder drahtförmigen Körpers (4) durch eine Ätzbehandlung von dem Glasmaterial (6) des Glaskörpers (1) abgelöst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der röhrenförmige oder drahtförmige Körper (4) vor dem Einbringen in den Behälter (3) mechanisch verformt, insbesondere gebogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem an dem mindestens einen röhrenförmigen oder drahtförmigen Körper (4) mindestens eine Sollbruchstelle (8) gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das temperaturbeständige Material (7) des röhrenförmigen oder drahtförmigen Körpers (4) durch ein bevorzugt metallisches Material mit einer Schmelztemperatur von mehr als 1500°C, bevorzugt von mehr als 2000°C, insbesondere von mehr als 3000°C gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das metallische Material Wolfram ist.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das metallische Material ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: rostfreier Stahl, insbesondere X2CrTi12-Stahl, Nickel, Tantal, Molybdän, Niob und Platin.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Einfüllen von flüssigem Glasmaterial (6) in den Behälter (3) unter Schutzgas durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem beim Einbringen des mindestens einen röhrenförmigen oder drahtförmigen Körpers (4) in den Behälter (3) der mindestens eine röhrenförmige oder drahtförmige Körper (4) am Rand (5) des Behälters (3) und/oder an einem aus dem Behälter (3) herausragenden Rahmen (9) befestigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem vor dem Erstarren des Glasmaterials (6) der Behälter (3) und/oder der Rahmen (9) geschüttelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Glasmaterial (6) des Glaskörpers (1) aus Quarzglas, insbesondere aus titandotiertem Quarzglas, oder aus einer Glaskeramik gebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: Herstellen eines Substrats (10) für ein optisches Element durch insbesondere mechanisches Bearbeiten des Glaskörpers (1).
Reflektierendes optisches Element, insbesondere zur Reflexion von EUV-Strahlung, umfassend: ein Substrat (10), welches mindestens einen Durchgangskanal (2) aufweist und nach dem Verfahren gemäß Anspruch 14 hergestellt ist, sowie eine auf das Substrat (10) aufgebrachte reflektierende Beschichtung.
Optische Anordnung, insbesondere EUV-Lithographieanlage, umfassend: mindestens ein optisches Element nach Anspruch 15, sowie eine Kühleinrichtung, die zum Durchströmen des mindestens einen Durchgangskanals (2) mit einer Kühlflüssigkeit ausgebildet ist.