DE102019219179A1 - Optisches Element und Lithographiesystem - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Element (1) zur Reflexion von Strahlung, insbesondere zur Reflexion von EUV-Strahlung (2), umfassend: ein Substrat (3) mit einer Oberfläche (4), auf die eine reflektierende Beschichtung (5) aufgebracht ist, wobei in dem Substrat (3) mindestens ein Kanal (6) gebildet ist, der bevorzugt mit einem Kühlmedium durchströmbar ist, und wobei das Substrat (3) aus Quarzglas, insbesondere aus titandotiertem Quarzglas, oder aus einer Glaskeramik gebildet ist. Der mindestens eine Kanal (6) weist unter der Oberfläche (4), auf welche die reflektierende Beschichtung (5) aufgebracht ist, eine Länge (L) von mindestens 10 cm, bevorzugt von mindestens 20 cm, auf und eine Querschnittsfläche des Kanals (6) variiert über die Länge (L) des Kanals (6) um nicht mehr als +/- 20%, bevorzugt um nicht mehr als +/-10%, besonders bevorzugt um nicht mehr als +/- 2%.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein optisches Element zur Reflexion von Strahlung, insbesondere zur Reflexion von EUV-Strahlung, umfassend: ein Substrat mit einer Oberfläche, auf die eine reflektierende Beschichtung aufgebracht ist, wobei in dem Substrat mindestens ein Kanal gebildet ist, der bevorzugt mit einem Kühlmedium durchströmbar ist (d.h. einen Kühlkanal bildet), und wobei das Substrat aus Quarzglas, insbesondere aus titandotiertem Quarzglas, oder aus einer Glaskeramik gebildet ist. Die Erfindung betrifft auch ein Lithographiesystem, insbesondere ein EUV-Lithographiesystem, das mindestens ein solches optisches Element aufweist.
  • In einem EUV-Lithographiesystem in Form einer EUV-Lithographieanlage werden reflektierende optische Elemente in Form von Spiegeln, insbesondere in Form von Spiegeln eines Projektionssystems, einer hohen Strahlungsleistung ausgesetzt. Mit zunehmender Leistung der EUV-Strahlungsquelle liegen die mittleren Leistungen, die auf die Spiegel eingestrahlt werden, bei bis zu 50 W, von denen ein Drittel bis die Hälfte im Schichtsystem der reflektierenden Beschichtung absorbiert wird und zu flächiger und lokaler Aufheizung des Spiegels bzw. des Substrats führt. Diese Aufheizung führt selbst bei Verwendung von sogenanntem Null-Ausdehnungsmaterial (z.B. in Form von titandotiertem Quarzglas, insbesondere ULE®, Asahi Zero, oder in Form einer Glaskeramik, insbesondere Zerodur® oder Clearceram®) zu Formänderungen der Oberfläche des Spiegels, auf welche die reflektierende Beschichtung aufgebracht ist. Diese Formänderungen sind u.a. auf Inhomogenitäten des (linearen) thermischen Ausdehnungskoeffizienten (engl. „Coefficient of Thermal Expansion“, CTE) bzw. der Nulldurchgangs-Temperatur (engl. „Zero-Crossing-Temperature“, TZC ) innerhalb des Volumens des Substrats zurückzuführen, sowie darauf, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient abseits der Nulldurchgangs-Temperatur deutlich von Null verschieden ist.
  • Zur Reduzierung der Temperatur der Spiegel in EUV-Lithographiesystemen ist es bekannt, Kanäle in das Substrat einzubringen, die mit einem Kühlfluid durchströmt werden. Derartige Kanäle werden in EUV-Lithographiesystemen u.a. für Spiegel mit einem Substrat aus SiSiC (EUV-Kollektor) oder aus Aluminium (Grazing-Incidence-Spiegel) sowie für Supportstrukturen verwendet. Die Kanäle werden bei der Herstellung üblicherweise in das Substrat gefräst und ein Deckel aufgeschweißt oder aufgesintert.
  • Aufgrund der schwebenden Aufhängung der Spiegel und der allgemein ungünstigen Auswirkung auf Bildfehler sind turbulente Strömungen und auf den Durchfluss des (in der Regel flüssigen) Kühlmediums zurückzuführende Vibrationen („flow-induced vibrations“, FIV)) zu vermeiden. Die Innenseiten der gefrästen Kanäle sind jedoch in der Regel kantig und rau, was bezüglich FIV ungünstig ist.
  • In der DE 10 2017 221 388 A1 ist ein optisches Element zur Reflexion von Strahlung beschrieben, welches ein Substrat mit mindestens einem mit einem Kühlfluid durchströmbaren Rohrabschnitt aufweist. Das Substrat ist durch mechanisches Verdichten und Sintern, insbesondere durch heißisostatisches Pressen, hergestellt. In einem Beispiel sind sowohl das Substrat als auch der mit dem Kühlfluid durchströmbare Rohrabschnitt aus Glas, bevorzugt aus insbesondere titandotiertem Quarzglas, gebildet.
  • Mittels selektiven Laserätzens (engl. „Selective Laser induced Etching“, SLE) können Mikrokanäle, Formbohrungen, usw. in transparenten Bauteilen z.B. aus Quarzglas, Borosilikatglas, Saphir oder Rubin hergestellt werden, vgl. z.B. „www.ilt.fraunhofer.de/de/mediathek/prospekte/themenbroschuere-selektiveslaseraetzen.html“. Beim selektiven Laserätzen wird Licht in Form von ultrakurz gepulster Laserstrahlung (ps- bzw. fs-Pulse) im Volumen eines transparenten Werkstücks fokussiert. Die Pulsenergie wird hierbei nur innerhalb des Fokusvolumens durch Mehrphotonenprozesse absorbiert. In dem Fokusvolumen wird das transparente Material rissfrei oder ggf. mit Mikrorissen in seinen optischen und chemischen Eigenschaften derart verändert, dass es selektiv chemisch ätzbar wird. Abhängig von den verwendeten Laserparametern kann es sich bei der Modifikation des Materials um Mikrorisse oder um andere Tiefenschädigungen handeln. Durch Auslenkung des Fokus im Material z.B. mittels eines Mikroscannersystems werden zusammenhängende Bereiche modifiziert, die nachfolgend mittels nass-chemischem Ätzen entfernt werden können. Beim nass-chemischen Ätzen wird das Bauteil typischerweise über mehrere Wochen oder Monate in eine Ätzlösung getaucht, die bevorzugt (selektiv) das modifizierte Material auslöst. Durch das Scannen bzw. die Bewegung der Laserstrahlung im Volumen des Werkstücks können beliebige Hohlstrukturen, z.B. Kanäle, hergestellt werden.
  • Limitierend für das selektive Laserätzen von Kanälen in Quarzglas und auch in titandotiertem Quarzglas ist die vergleichsweise geringe Ätzselektivität von ca. 1 : 500 bis ca. 1: 1500 im Vergleich zu anderen transparenten Materialien, z.B. Saphir, das eine Ätzselektivität von 1: 10000 aufweist, vgl. den Artikel „SLE with LightFab 3D Printer“ der Fa. Lightfab GmbH („www.lightfab.de“) abrufbar unter „www.lightfab.de/files/Downloads/SLE_3D_printed_glass.pdf“. Die geringe Ätzselektivität führt dazu, dass beim Ätzen der Kanal in einem Bereich am Rand des Bauteils, an dem die Ätzflüssigkeit zuerst angreift, breiter ausgebildet wird als weiter innen im Volumen des Bauteils. Die zu breiten Bereiche können zu einer inhomogenen Kühlung des Bauteils führen und ggf. mechanisch durchdrücken: Im Extremfall kann es bei zu starkem Ätzen zu Kurzschlüssen zwischen benachbarten Kanälen kommen.
  • Auch bei anderen optischen Systemen, z.B. bei Lithographieanlagen für den DUV-Wellenlängenbereich, die vornehmlich Linsen an Stelle von Spiegeln enthalten, können Kanäle im Substrat zur Kühlung eingesetzt werden. Der Schwerpunkt der Anwendung liegt dort aber in der Regel nicht in der Verwendung der Kanäle zum Kühlen, sondern darin, in einen jeweiligen Kanal Entkopplungen bzw. Aktuatoren zu integrieren. Unter dem EUV-Wellenlängenbereich wird im Sinne dieser Anmeldung ein Wellenlängenbereich zwischen ca. 5 nm und ca. 30 nm, unter dem DUV-Wellenlängenbereich wird im Sinne dieser Anmeldung ein Wellenlängenbereich zwischen ca. 30 nm und ca. 370 nm verstanden.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Element und ein Lithographiesystem bereitzustellen, bei denen auch bei einer hohen Wärmelast eine effiziente Kühlung erfolgen kann.
  • Gegenstand der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein optisches Element der eingangs genannten Art, bei dem der Kanal unter der Oberfläche, auf welche die reflektierende Beschichtung aufgebracht ist, eine Länge von mindestens 10 cm, bevorzugt von mindestens 20 cm aufweist und bei dem eine Querschnittsfläche des Kanals über die Länge des Kanals unter der Oberfläche, auf welche die reflektierende Beschichtung aufgebracht ist, um nicht mehr als +/- 20%, bevorzugt um nicht mehr als +/-10%, besonders bevorzugt um nicht mehr als +/- 2% variiert.
  • Unter einem mit einem Kühlmedium durchströmbaren Kanal wird im Sinne dieser Anmeldung im einfachsten Fall ein Kanal verstanden, der zwei zur Umgebung hin offene Enden aufweist, d.h. der einen Durchgangskanal in dem Substrat bildet. Für den Fall, dass innerhalb des Substrats mehrere Kanäle vorgesehen sind, die an Verzweigungsstellen miteinander in Verbindung stehen, verändert sich der (nominelle) mittlere Kanal-Querschnitt typischerweise bei jeder Aufspaltung auf zwei oder mehr Kanäle bzw. bei jeder Zusammenführung von zwei oder mehr Kanälen an einer jeweiligen Verzweigungsstelle. In diesem Fall wird unter einem Kanal ein Kanal-Abschnitt zwischen zwei benachbarten Verzweigungsstellen verstanden, d.h. ein Kanal, dessen (nomineller) Kanal-Querschnitt konstant ist.
  • Nachfolgend wird davon ausgegangen, dass der Kanal mit einem Kühlmedium durchströmbar ist, weshalb der Kanal auch als Kühlkanal bezeichnet wird. Es versteht sich aber, dass der Kanal nicht zwingend zur Kühlung verwendet werden muss, sondern beispielsweise zur Integration von Bauteilen in das Substrat oder für andere Anwendungen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen optischen Element wird mindestens einen Kanal mit einer großen Länge zur Kühlung des optischen Elements verwendet. Ein solcher Kanal ist insbesondere für die effiziente Kühlung von Spiegeln in Projektionssystemen von EUV-Lithographieanlagen günstig, die vergleichsweise große optisch genutzte Spiegeloberflächen mit Abmessungen von z.B. 10 cm x 10 cm bis 100 cm x 100 cm aufweisen. Wie oben beschrieben wurde, können bei einem Kanal mit einem stark variierenden Querschnitt die breiteren Querschnitts-Bereiche zu einer inhomogenen Kühlung des Bauteils sowie ggf. zu einer mechanischen Schädigung des Bauteils führen.
  • Unter einer Variation der Querschnittsfläche des Kanals von +/- x% wird im Sinne dieser Anmeldung eine Abweichung um +/- x% von einer mittleren Querschnittsfläche AM des Kanals verstanden. Die mittlere Querschnittsfläche AM ist definiert als der Mittelwert aus der maximalen Querschnittsfläche AMAX und der minimalen Querschnittsfläche AMIN entlang der Länge des Kanals (AM = (AMAX + AMIN) / 2).
  • Unter der Oberfläche, auf welche die reflektierende Beschichtung aufgebracht ist, wird diejenige Oberfläche bzw. derjenige Oberflächenbereich des Substrats verstanden, auf den die reflektierende Beschichtung aufgebracht ist. Die Oberfläche bzw. die Stirnseite des Substrats kann sich ggf. seitlich über diesen Oberflächenbereich hinaus erstrecken. Unter der Länge des Kanals wird in diesem Fall diejenige Länge verstanden, über die sich der Kanal innerhalb eines (Teil-)Volumenbereichs des Substrats erstreckt, der in Dickenrichtung des Substrats unterhalb der Oberfläche angeordnet ist, auf welche die reflektierende Beschichtung aufgebracht ist. Seitlich über diesen (Teil-)Volumenbereich überstehende Abschnitte des Kanals müssen die oben angegebene Bedingung an die Konstanz der Querschnittsfläche nicht erfüllen, auch wenn dies grundsätzlich günstig ist. Bevorzugt erfüllt der Kanal die oben angegebene Bedingung an die Konstanz der Querschnittsfläche über seine gesamte Länge, d.h. auch in einem ggf. vorhandenen Teilvolumenbereich des Substrats außerhalb des von der reflektierenden Beschichtung überdeckten Teilvolumenbereichs des Substrats.
  • Bevorzugt ist das Substrat monolithisch. Unter einem monolithischen Substrat wird verstanden, dass das Substrat einteilig ist und keine Fügefläche aufweist. Im Gegensatz dazu weisen Substrate, in die Kühlkanäle gefräst werden, auf Höhe der Kühlkanäle mindestens eine Fügefläche auf. Für den Fall, dass alle Kühlkanäle im Wesentlichen entlang einer gemeinsamen gekrümmten oder planen Fläche angeordnet sind, verläuft eine solche Fügefläche typischerweise parallel zu der Fläche mit den Kühlkanälen. Eine solche Fügefläche ist an dem optischen Element bzw. an dem Substrat beispielsweise anhand von vielen kleinen Bläschen oder anhand eines Brechzahlsprungs erkennbar, der zwischen den beiden zusammengefügten Segmenten bzw. Teilkörpern des Substrats auftritt.
  • Die Herstellung eines solchen monolithischen Substrats mit mindestens einem Kühlkanal, der die weiter oben beschriebenen Eigenschaften aufweist, erfolgt typischerweise durch das weiter oben beschriebene selektive Laserätzen. Beim selektiven Laserätzen können durch die Mehrphotonenanregung im Fall eines Substrats aus Quarzglas (SiO2) chemische Bindungen zwischen Silizium und Sauerstoff oder im Fall eine Substrats aus titandotiertem Quarzglas chemische Bindungen zwischen Titan und Sauerstoff gebrochen werden.
  • Von Quarzglas ist es bekannt, dass solche Bindungen wieder rekombinieren können oder von im Glas vorhandenem Wasserstoff abgesättigt werden. Es ist daher davon auszugehen, dass die Bindungen zwischen Titan und Sauerstoff ebenfalls abgesättigt werden, sofern Wasserstoff vorhanden ist. Titandortiertes Quarzglas enthält typischerweise vergleichsweise hohe Konzentrationen an Wasserstoff von mehr als 1017 Molekülen/cm3, wenn es in einem Direktabscheidungsprozess hergestellt wird (z.B. ULE®). Auch für den Fall, dass das titandotierte Quarzglas in einem Soot-Prozess hergestellt wird, liegt die Wasserstoff-Konzentration typischerweise bei mehr als 1015 Molekülen/cm3.
  • Um bei einem Substrat aus Quarzglas bzw. aus titandotiertem Quarzglas die weiter oben beschriebenen Anforderungen hinsichtlich des im Wesentlichen konstanten Querschnitts des Kühlkanals über eine erhebliche Länge von mehr als 10 cm bzw. 20 cm einzuhalten, ist die Ätzselektivität beim herkömmlichen selektiven Laserätzen in der Regel nicht ausreichend.
  • Es ist bekannt, dass die Absättigung der Bindungen metastabil ist und im Quarzglas z.B. durch Absorption von UV-Strahlung wieder gebrochen wird. Zur Erhöhung der Ätzselektivität kann daher während des Ätzprozesses die Ätzfront, d.h. der Bereich, in dem die Ätzlösung momentan das Material des Substrats angreift, mit der für die Modifikation des Substrat-Materials verwendeten Laserstrahlung bei Wellenlängen von z.B. ca. 1 µm - nicht zwingend mit Ultrakurzpuls-Laserstrahlung - oder mit Strahlung bei anderen Wellenlängen, beispielsweise mit UV-Strahlung, bestrahlt werden. Insbesondere ist es möglich, die eigentliche Schädigung bzw. die Modifikation des Substrat-Materials beim selektiven Laserätzen im Ätzbad vorzunehmen. Dies erhöht zwar die Prozesszeit im Belichtungs- bzw. Scannersystem, kann aber die Ätzraten derart beschleunigen, dass es trotzdem wirtschaftlich ist, eine jeweilige Ätzanlage mit einem Belichtungs- bzw. Scannersystem zum selektiven Laserätzen auszustatten. Die Ätzselektivität beim selektiven Laserätzen von (tidandotiertem) Quarzglas kann ggf. auch auf andere Weise als durch das Bestrahlen der Ätzfront erhöht werden. Bei dem Ätzbad bzw. bei der Ätzlösung kann es sich um eine (leicht) saure, eine im Wesentlichen neutrale oder eine basische Ätzlösung handeln. Der Vorteil einer im Wesentlichen neutralen Ätzlösung besteht darin, dass sie die Aufrauhung minimiert.
  • Bei einer Ausführungsform weist der Kanal eine mittlere Querschnittsfläche auf, die zwischen 100 µm2 und 25 mm2, insbesondere zwischen 1 mm2 und 25 mm2 liegt. Kanäle zum Kühlen von optischen Elementen, die mit Hilfe von herkömmlichen Herstellungsverfahren, z.B. durch Fräsen, in das Material des Substrats eingebracht werden, weisen typischerweise größere Querschnittsflächen von in der Regel von ca. 1 cm x 1 cm sowie eine typischerweise große Rauheit auf, die auf einen sich an das Fräsen anschließenden Ätzprozess zurückzuführen ist, der u.a. zur Behandlung von beim Fräsen erzeugten mechanischen Spannungen erforderlich ist.
  • Die Verwendung von Kanälen mit kleineren Querschnitten in der oben angegebenen Größenordnung, d.h. im Bereich von wenigen 100 µm2 bzw. mm2, hat sich jedoch als für die Kühlung vorteilhafter erwiesen: Zur Vermeidung von FIV sollte die Strömung durch die Kanäle möglichst deutlich im laminaren Bereich bleiben, d.h. die Reynolds-Zahl sollte deutlich unter 1000 liegen. Da die Reynolds-Zahl mit abnehmendem Durchmesser des Kanals abnimmt, hat sich das Vorsehen von Kanälen mit kleinen Querschnitten im Hinblick auf FIV als günstig erwiesen. Auch bei derart kleinen Querschnitten können Gesamt-Durchflussmengen des Kühlfluids - als Summe über alle parallel verbundenen Kanäle - in der Größenordnung von z.B. 1 I / min oder darüber erreicht werden, die sich für die Kühlung des optischen Elements als besonders vorteilhaft herausgestellt haben.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Querschnittsfläche des Kanals eine Verhältnis von Höhe zu Breite von weniger als 5 : 1 auf. Konstruktiv ist in der Regel günstig, wenn die Kanäle eine größere Höhe als Breite aufweisen, da die Gefahr des Eindrückens der Kanäle beim Polieren der Oberfläche reduziert ist. Die Höhe des Kanals wird hierbei in Dickenrichtung des Substrats gemessen, d.h. senkrecht zur Grundfläche des Substrats. Die Breite wird in einer zur Dickenrichtung des Substrats senkrechten Richtung gemessen, die senkrecht zur Längsrichtung des Kanals am jeweiligen Ort innerhalb des Substrats ausgerichtet ist. Es versteht sich, dass die Kanäle einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt, aber auch einen runden oder ovalen Querschnitt aufweisen können.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Oberfläche, auf welche die reflektierende Beschichtung aufgebracht ist, in mindestens einer Richtung senkrecht zu einer Dickenrichtung des Substrats eine maximale Erstreckung zwischen 10 cm und 100 cm auf. Für den Fall, dass die Oberfläche des optischen Elements rotationssymmetrisch ist, weist die Oberfläche einen Durchmesser auf, der zwischen 10 cm und 100 cm liegt. Für den Fall, dass die Oberfläche des optischen Elements nicht rotationssymmetrisch ist, bezeichnet die maximale Erstreckung des Substrats den maximalen Abstand zwischen zwei Punkten entlang des Rands des Substrats bzw. der optischen Oberfläche in der jeweiligen Richtung.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform verläuft der mindestens eine Kanal in einem im Wesentlichen konstanten Abstand zu der insbesondere gekrümmten Oberfläche, an der die reflektierende Beschichtung aufgebracht ist, wobei der Abstand bevorzugt zwischen dem 1-fachen und dem 3-fachen, insbesondere zwischen dem 1,5-fachen und dem 2,2-fachen eines Abstands zwischen benachbarten Kanälen liegt.
  • Im Sinne dieser Anmeldung wird unter einem im Wesentlichen konstanten Abstand des Kanals von der Oberfläche verstanden, dass der Abstand des Mittelpunkts der Querschnittsfläche des Kanals zur Oberfläche (gemessen in Dickenrichtung, d.h. Z-Richtung) entlang der Länge des Kanals um nicht mehr als +/- 20%, bevorzugt um nicht mehr als +/- 10%, insbesondere um nicht mehr als +/- 5% variiert. Unter einer Variation des Abstandes des Kanals von +/- x% wird wie beim Querschnitt des Kanals eine Abweichung um +/- x% von einem mittleren Abstand des Kanals zu der Oberfläche verstanden. Der mittlere Abstand ist definiert als der Mittelwert aus dem maximalen Abstand und dem minimalen Abstand zur Oberfläche entlang der Länge des Kanals. Für die Kühlung hat es sich günstig erwiesen, wenn der (konstante) Abstand zwischen dem 1-fachen und dem 3-fachen bzw. bevorzugt des 1,5-fachen und des 2,2-fachen des Abstands zwischen benachbarten Kanälen liegt. Der Abstand zwischen benachbarten Kühlkanälen wird zwischen den Mittellinien zweier benachbarter Kühlkanäle gemessen.
  • Für den Fall, dass die optische Oberfläche des Substrats eine Krümmung in einer oder ggf. in zwei Richtungen aufweist, folgt der Kanal der Krümmung der optischen Oberfläche, d.h. der Kanal verläuft nicht geradlinig in Dickenrichtung des Substrats. Für den Fall, dass die optische Oberfläche entlang der Richtung, in welcher der Kanal verläuft, keine Krümmung aufweist oder es sich um eine plane Oberfläche handelt, kann der Kanal geradlinig in Dickenrichtung verlaufen. In einer Ebene senkrecht zur Dickenrichtung kann der Kanal ebenfalls eine Krümmung aufweisen. Der Kanal kann beispielsweise spiralförmig, mäanderförmig, etc. ausgebildet sein. Für Beispiele von (Kühl-)Kanälen mit unterschiedlicher Geometrie sei auf die DE 10 2009 039 400 A1 verwiesen, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Substrat eine Mehrzahl von Kanälen auf, wobei benachbarte Kanäle bevorzugt einen (maximalen) Abstand voneinander aufweisen, der nicht größer ist als ein (typischerweise konstanter) Abstand der Kanäle zu der Oberfläche, an der die reflektierende Beschichtung aufgebracht ist. Die Mehrzahl von Kanälen, die das Substrat durchläuft, kann beispielsweise parallel ausgerichtet sein. Um eine möglichst homogene Temperaturverteilung in dem Substrat zu erzeugen, hat sich als günstig erwiesen, wenn benachbarte (Kühl-)Kanäle nicht zu weit voneinander beabstandet sind. Wie weiter oben beschrieben wurde, wird der Abstand benachbarter Kühlkanäle zueinander zwischen den Mittellinien zweier benachbarter Kühlkanäle gemessen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Substrat aus titandotiertem Quarzglas gebildet und die Nulldurchgangs-Temperatur des titandotierten Quarzglases in einem Volumenbereich des Substrats zwischen der Oberfläche und dem mindestens einen Kanal variiert um nicht mehr als 10 K peak-to-valley, bevorzugt um nicht mehr als 3 K peak-to-valley und/oder in dem Volumenbereich variiert der thermische Ausdehnungskoeffizient des titandotierten Quarzglases um weniger als 0,5 K/cm. Titandotiertes Quarzglas weist eine so genannte Nulldurchgangs-Temperatur auf, bei welcher der temperaturabhängige thermische Ausdehnungskoeffizient einen Nulldurchgang aufweist. Der thermische Ausdehnungskoeffizient von titandotiertem Quarzglas und damit auch die Nulldurchgangs-Temperatur werden über den Titangehalt des Quarzglases eingestellt. Bei der Herstellung des Substrats ist darauf zu achten, dass der Titangehalt insbesondere innerhalb des Volumenbereichs zwischen der Oberfläche und dem jeweiligen Kanal möglichst konstant ist, um eine möglichst homogene Nulldurchgangs-Temperatur und eine möglichst geringen positionsabhängigen Gradienten des thermischen Ausdehnungskoeffizienten in dem Substrat-Material zu erzeugen. In einem (weiteren) Volumenbereich des Substrats, der weiter von der optischen Oberfläche entfernt ist als der bzw. die Kanäle, sind die Anforderungen an die thermischen Eigenschaften des Substrat-Material geringer. Beispielsweise kann es ausreichend sein, wenn in dem weiteren Volumenbereich die Nulldurchgangs-Temperatur des titandotierten Quarzglases um nicht mehr als 20 K peak-to-valley variiert und/oder wenn in dem weiteren Volumenbereich der thermische Ausdehnungskoeffizient des titandotierten Quarzglases um weniger als 2 K/cm variiert.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform weist der Kanal an seiner Innenseite eine Rauheit Ra von weniger als 5 µm rms, bevorzugt von weniger als 2 µm rms auf. Unter der Rauheit Ra wird wie allgemein üblich die quadratische Rauheit (engl. „rootmean-square roughness“) verstanden. Bei der Herstellung des bzw. der Kanäle durch selektives Laserätzen können die oben angegebenen Rauheitswerte erreicht werden.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Lithographiesystem, insbesondere ein EUV-Lithographiesystem, umfassend: mindestens ein optisches Element, wie es weiter oben beschrieben 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. Das optische Element kann aber auch in einem anderen optischen System verwendet werden, beispielsweise in einem Lithographiesystem, insbesondere in einer Lithographieanlage, für den DUV-Wellenlängenbereich.
  • Insbesondere im letzteren Fall kann der mindestens eine Kanal zur Integration von Baugruppen wie Aktuatoren, Entkopplungen oder dergleichen in das Substrat dienen. Es ist daher nicht zwingend erforderlich, dass der Kanal mit einem Kühlmedium durchströmbar ist, vielmehr kann der Kanal nur ein zur Umgebung hin offenes Ende aufweisen, d.h. in der Art einer Sackbohrung ausgebildet sein. Unter einem mit einem Kühlmedium durchströmbaren Kanal wird hingegen ein Kanal verstanden, der entweder selbst zwei zur Umgebung hin offene Enden aufweist, d.h. der einen Durchgangskanal bildet oder der - für den Fall, dass mehrere miteinander verbundene Kanäle in dem Substrat vorgesehen sind - über zwei zur Umgebung hin offene Enden mit einem Kühlmedium durchströmbar ist.
  • Bei einer Ausführungsform weist das Lithographiesystem eine Kühleinrichtung zum Durchströmen des mindestens einen Kanals des Substrats des optischen Elements mit dem Kühlmedium, insbesondere mit einer Kühlflüssigkeit, auf. Die Kühleinrichtung kann entsprechende Anschlüsse sowie Leitungen zur Zuführung bzw. zur Abführung der Kühlflüssigkeit, beispielsweise von Kühlwasser, in die bzw. aus den jeweiligen Kanälen aufweisen. Die Kühleinrichtung kann eine Pumpe oder dergleichen aufweisen, um die Kühlflüssigkeit umzuwälzen. Es ist aber auch möglich, dass die Kühleinrichtung über einen Kühlflüssigkeits-Anschluss, beispielsweise über einen Kühlwasser-Anschluss, mit einer Kühlwasser-Versorgung in Verbindung steht.
  • Bei einer Weiterbildung ist die Kühleinrichtung ausgebildet, den mindestens einen Kanal des Substrats des optischen Elements mit einer Gesamt-Durchflussmenge von mindestens 1 I / min mit dem Kühlmedium zu durchströmen. Unter der Gesamt-Durchflussmenge des Kühlfluids wird die Summe der Durchflussmengen über alle parallel von dem Kühlfluid durchströmten Kanäle bzw. Kanal-Abschnitte einer jeweiligen Verzweigungsstufe verstanden. Für die Abführung einer Wärmeleistung in der Größenordnung von 10 W oder darüber im Betrieb des optischen Elements werden hohe Durchflussmengen benötigt, die in der oben angegebenen Größenordnung liegen.
  • Bei einer weiteren Weiterbildung ist die Kühleinrichtung ausgebildet, den mindestens einen Kanal des Substrats des optischen Elements mit einer Reynolds-Zahl von weniger als 1000 mit dem Kühlmedium zu durchströmen. Zur Vermeidung von FIV ist es günstig, wenn die Strömung des Kühlmediums deutlich im laminaren Bereich bleibt, d.h. wenn die Reynolds-Zahl deutlich unter 1000 liegt. Da die Reynolds-Zahl mit abnehmendem Durchmesser des Kanals abnimmt, hat sich das Vorsehen von Kanälen mit kleinen Querschnitten im Hinblick auf FIV als günstig erwiesen. Die oben angegebene Bedingung an die Reynolds-Zahl muss zumindest in dem Teilvolumen des Substrats unterhalb der Oberfläche, auf welche die reflektierende Beschichtung aufgebracht ist, erfüllt werden. Es ist günstig, aber nicht zwingend erforderlich, wenn die oben angegebene Bedingung über die gesamte Länge des Kühlkanals innerhalb des Substrat-Volumens erfüllt ist.
  • Wie allgemein üblich ist die Reynolds-Zahl definiert als: Re = v M d / v ,
    Figure DE102019219179A1_0001
    wobei vM die mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums über die (konstante) mittlere Querschnittsfläche des Kanals, d den (mittleren) Durchmesser des als kreisförmig angenommenen Kanals und v die Viskosität des Kühlfluids bezeichnen. Die mittlere Strömungsgeschwindigkeit bezeichnet wie allgemein üblich den Mittelwert über die Strömungsgeschwindigkeiten an jeder Stelle der Querschnittsfläche des Kanals. Bei einem Kanal mit nicht kreisförmigem Querschnitt wird zur Berechnung der Reynolds-Zahl der hydraulische Durchmesser verwendet.
  • 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-c schematische Darstellungen eines optischen Elements in Form eines EUV-Spiegels, sowie
    • 2 eine schematische Darstellung einer EUV-Lithographieanlage.
  • In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
  • 1a-c zeigen schematisch den Aufbau eines optischen Elements 1 zur Reflexion von EUV-Strahlung 2. Das optische Element 1 weist ein Substrat 3 mit einer Oberfläche 4 auf, an der eine reflektierende Beschichtung 5 aufgebracht ist, die zur Reflexion der EUV-Strahlung 2 ausgebildet ist. Die reflektierende Beschichtung 5 weist alternierenden Einzelschichten aus Silizium und Molybdän auf, um die EUV-Strahlung 2 bei einer Nutzwellenlänge im Bereich von ca. 13,5 nm zu reflektieren. In Abhängigkeit von der verwendeten Nutzwellenlänge sind andere Materialkombinationen wie z.B. Molybdän und Beryllium, Ruthenium und Beryllium oder Lanthan und B4C als Schichtmaterialien ebenfalls möglich. Die reflektierende Mehrlagen-Beschichtung 5 weist typischerweise weitere funktionale Schichten auf, auf die an dieser Stelle nicht näher eingegangen wird.
  • Bei dem in 1a-c gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem Material des Substrats 3 um titandotiertes Quarzglas (ULE®), welches bei der Betriebstemperatur des optischen Elements 1 einen kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE aufweist, der bei einer Nulldurchgangs-Temperatur TZC einen Nulldurchgang aufweist. Alternativ kann das Substrat 3 aus einem anderen Material gebildet sein, welches einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE aufweist, z.B. aus titandotiertem Quarzglas in Form von Asahi Zero oder in Form einer Glaskeramik, beispielsweise Zerodur® oder Clearceram®.
  • 1c zeigt eine Draufsicht auf das optische Element 1 bzw. auf die Oberfläche 4 des Substrats 3, auf welche die reflektierende Beschichtung 5 aufgebracht ist, 1a zeigt einen Schnitt durch das Substrat 3 entlang einer XZ-Ebene, die mittig durch die Oberfläche 4 verläuft, 1b zeigt einen Schnitt durch das Substrat 3 entlang einer YZ-Ebene, die ebenfalls mittig durch das Substrat 3 verläuft.
  • In dem Substrat 3 sind bei dem in 1a-c gezeigten Beispiel eine Mehrzahl von beispielhaft fünfzehn Kanälen 6 gebildet, die jeweils Durchgangskanäle durch das Substrat 3 bilden und die mit einem Kühlmedium 7, z.B. in Form von Kühlwasser, durchströmbar sind bzw. durchströmt werden. Die Kanäle 6 werden daher nachfolgend als Kühlkanäle 6 bezeichnet. Wie in 1c zu erkennen ist, verlaufen die Kühlkanäle 6 parallel zueinander entlang der Y-Richtung durch das Substrat 3 und weisen eine jeweils unterschiedliche Länge L auf. Der Kühlkanal 6 mit der größten Länge L von 25 cm ist in 1b dargestellt. Wie in 1c zu erkennen ist, weisen die meisten der anderen Kühlkanäle 6 ebenfalls ein teilweise erhebliche Länge L von 20 cm oder darüber auf.
  • Die Länge des in 1b dargestellten Kühlkanals 6 entspricht der maximalen Erstreckung EY der Oberfläche 4 des Substrats 3 in Y-Richtung, die im gezeigten Beispiel kleiner ist als die maximale Erstreckung Ex des Substrats 3 in X-Richtung, die im gezeigten Beispiel bei ca. 35 cm liegt. Typische Werte für die maximale Erstreckung EX , EY der Oberfläche 4 in der XY-Ebene bzw. in der Projektion in die XY-Ebene senkrecht zur Dickenrichtung Z des Substrats 3 liegen zwischen ca. 10 cm und ca. 100 cm.
  • Wie anhand von 1a zu erkennen ist, weist die Oberfläche 4, auf welche die reflektierende Beschichtung 5 aufgebracht ist, in der XZ-Ebene bzw. in X-Richtung eine Krümmung auf. Entlang der Y-Richtung ist die Oberfläche 4 des Substrats 3 hingegen nicht gekrümmt (vgl. 1b). Die Kühlkanäle 6 verlaufen bei dem in 1a-c gezeigten Beispiel in einem im Wesentlichen konstanten Abstand D in Z-Richtung von der gekrümmten Oberfläche 4, wobei der Abstand D im gezeigten Beispiel bei ca. 1 cm liegt. Der Abstand D wird hierbei in Z-Richtung zwischen dem Mittelpunkt der Querschnittsfläche des jeweiligen Kühlkanals 6 und der Oberfläche 4 in Z-Richtung gemessen. Unter einem im Wesentlichen konstanten Abstand D des Kühlkanals 6 von der Oberfläche wird verstanden, dass der Abstand D über die Länge des Kühlkanals 6 um nicht mehr als +/- 20% , bevorzugt um nicht mehr als +/-10%, insbesondere um nicht mehr als +/- 5% von einem mittleren Abstand abweicht, welcher den Mittelwert aus dem maximalen und dem minimalen Abstand des Kühlkanals 6 von der Oberfläche 4 über die gesamte Länge L des Kühlkanals 6 bildet.
  • Bei dem in 1a-c gezeigten Beispiel ist der Abstand D nicht nur über die Länge L eines einzelnen Kühlkanals 6 konstant, vielmehr sind auch die einzelnen Kühlkanäle 6 jeweils im gleichen Abstand D in Z-Richtung von der Oberfläche 4 angeordnet. Dies führt dazu, dass unterschiedliche Kühlkanäle 6 innerhalb des Substrats 3 in Z-Richtung auf unterschiedlicher Höhe angeordnet sind, wie dies in 1a zu erkennen ist. Für die Kühlung hat es sich günstig erwiesen, wenn der (konstante) Abstand D zwischen dem 1-fachen und dem 3-fachen, insbesondere zwischen dem 1,5-fachen und dem 2,2-fachen eines Abstands d zwischen benachbarten Kanälen 6 liegt. Der Abstand d wird hierbei zwischen den Mittellinien benachbarter Kühlkanäle 6 gemessen, wie dies in 1c zu erkennen ist.
  • Es hat sich für die Kühlung ebenfalls günstig erwiesen, wenn der Abstand d zwischen benachbarten Kühlkanälen 6 nicht größer ist als ein Abstand D zwischen den Kühlkanälen 6 und der Oberfläche 4, an der die reflektierende Beschichtung 5 aufgebracht ist.
  • Die Kühlkanäle 6 werden in dem monolithischen Substrat 3 durch selektives Laserätzen gebildet. Beim selektiven Laserätzen wird ein Ultrakurzpuls-Laserstrahl durch die Oberfläche 4 hindurch in einem Fokusvolumen innerhalb des für den Laserstrahl transparenten Substrats 3 fokussiert. Die Pulsenergie wird hierbei nur innerhalb des Fokusvolumens durch Mehrphotonenprozesse absorbiert. In dem Fokusvolumen wird das transparente Material des Substrats 3 in seinen optischen und chemischen Eigenschaften derart verändert, dass es selektiv chemisch ätzbar wird. Durch Auslenkung des Fokus im Material des Substrats 3, z.B. mittels eines Scanners, werden zusammenhängende Bereiche modifiziert, die mittels nass-chemischem Ätzen entfernt werden können, wodurch die in 1a-c gezeigten Kühlkanäle 6 gebildet werden.
  • Zur Erhöhung der Selektivität beim nass-chemischen Ätzen wird das Substrat 3 im vorliegenden Fall während des Ätzprozesses im Bereich der Ätzfront bestrahlt, und zwar mit der für die Modifikation des Materials des Substrats 3 verwendeten Laserstrahlung bei Wellenlängen von z.B. ca. 1 µm - nicht zwingend in Form von ultrakurzen Pulsen - oder mit Strahlung bei anderen Wellenlängen, beispielsweise mit UV-Strahlung. Insbesondere kann das selektive Laserätzen direkt im Ätzbad vorgenommen werden. In diesem Fall wird die Ultrakurzpuls-Laserstrahlung typischerweise auf ein Fokusvolumen fokussiert, welches gleichzeitig die Ätzfront des Ätzprozesses bildet. Auf diese Weise wird das modifizierte Material schon während des selektiven Laserätzens aus dem Substrat 3 ausgelöst, was bei titandotiertem Quarzglas die Ätzselektivität erhöht.
  • Der in 1b beispielhaft dargestellte Kühlkanal 6 weist eine Querschnittsfläche A (vgl. 1a) auf, die über die Länge L des Kühlkanals 6 um ca. +/- 1,5% variiert. Unter einer Variation der Querschnittsfläche des Kühlkanals 6 von +/- x% wird eine Abweichung um +/- x% von einer mittleren Querschnittsfläche AM des Kühlkanals 6 verstanden. Die mittlere Querschnittsfläche AM ist definiert als der Mittelwert aus der maximalen Querschnittsfläche AMAX und der minimalen Querschnittsfläche AMIN entlang der Länge des Kanals (AM = (AMAX + AMIN) / 2). Die Abweichung der maximalen Querschnittsfläche AMAX von der minimalen Querschnittsfläche AMIN ist zur Verdeutlichung der Darstellung in 1b übertrieben groß dargestellt. Grundsätzlich kann die Variation der Querschnittsfläche A des Kühlkanals 6 auch größer als bei dem in 1b beschriebenen Beispiel ausfallen und z.B. über die gesamte Länge L des Kühlkanals 6 um nicht mehr als +/- 20% oder um nicht mehr als +/-10% variieren.
  • Grundsätzlich ist es günstig, wenn alle Kühlkanäle 6 das oben genannte Kriterium hinsichtlich der Konstanz der Querschnittsfläche A erfüllen, auch Kühlkanäle 6 die eine geringere Länge L als 20 cm bzw. 10 cm aufweisen. Anders als dies in 1a-c dargestellt ist, kann das Substrat 3 auch ein Netzwerk von mehreren Kühlkanälen 6 aufweisen, die an Verzweigungsstellen miteinander in Verbindung stehen. Zur Erzeugung einer konstanten Durchflussrate verändert sich an einer jeweiligen Verzweigungsstelle bei jeder Aufspaltung auf zwei oder mehr Kühlkanäle 6 bzw. bei jeder Zusammenführung von zwei oder mehr Kühlkanälen 6 (einer jeweiligen Verzweigungsstufe) der (nominelle) mittlere Kanal-Querschnitt AM . Das oben beschriebene Kriterium bezieht sich in diesem Fall auf einen Kühlkanal 6 einer jeweiligen Verzweigungsstufe zwischen zwei Verzweigungsstellen bzw. zwischen einer Verzweigungsstelle und einer Öffnung am Rand des Substrats. Es ist günstig, wenn die hinsichtlich des Durchflusses parallel geschalteten Kühlkanäle einer jeweiligen Verzweigungsstufe denselben mittleren Querschnitt AM aufweisen.
  • Für die effektive Kühlung des optischen Elements 1 hat es sich als günstig erweisen, wenn der Kühlkanal 6 eine mittlere Querschnittsfläche AM aufweist, die zwischen 100 µm2 und 25 mm2, insbesondere zwischen 1 mm2 und 25 mm2 liegt. Die Querschnittsfläche A der Kühlkanäle 6 wurde in 1a kreisförmig dargestellt, kann aber auch eine andere Geometrie aufweisen. Die Querschnittsfläche A eines jeweiligen Kühlkanals 6 weist idealerweise eine Höhe h in Dickenrichtung des Substrats 3 (Z-Richtung) auf, die nur unwesentlich größer als die Breite b der Querschnittsfläche A des Kühlkanals 6 ist, die im gezeigten Beispiel in X-Richtung verläuft. Für das Verhältnis von Höhe h zu Breite b eines jeweiligen Kühlkanals 6 gilt an jeder Stelle entlang der Länge L des Kühlkanals 6 (in Y-Richtung): h / b < 5 : 1. Für das Verhältnis von Höhe h zu Breite b des Kühlkanals 6 kann beispielsweise gelten: h / b > 1,0 bzw. > 0,9.
  • Aufgrund der Herstellung des Kühlkanals 6 durch selektives Laserätzen weist der Kühlkanal 6 an seiner Innenseite 6a eine Rauheit Ra von weniger als 5 µm rms, insbesondere von weniger als 2 µm rms auf, d.h. eine deutlich geringere Rauheit als bei der Herstellung des Kühlkanals 6 durch mechanisches Bearbeiten, z.B. durch Fräsen.
  • Bei dem in 1a gezeigten Beispiel ist eine gestrichelte, gekrümmte Linie dargestellt, auf der die Mittelpunkte der Querschnittsflächen A aller Kühlkanäle 6 verlaufen. Die Mittelpunkte bzw. die Mittellinien aller Kühlkanäle 6 verlaufen durch diese (gedachte) Linie bzw. durch eine gekrümmte Fläche, welche die (gedachte) Grenze zwischen einem Volumenbereich 3a des Substrats 3, der zwischen der Oberfläche 4 und den Kühlkanälen 6 gebildet ist, und einem weiteren Volumenbereich 3b bildet, der weiter von der Oberfläche 4 des Substrats 3 entfernt ist.
  • Die Nulldurchgangs-Temperatur Tzc des Substrats 3 aus titandotiertem Quarzglas variiert in dem oberflächennahen Volumenbereich 3a um nicht mehr als 10 K peak-to-valley, insbesondere um nicht mehr als 3 K peak-to-valley. Zudem variiert in dem oberflächennahen Volumenbereich 3a der thermische Ausdehnungskoeffizient CTE des titandotierten Quarzglases um weniger als 0,5 K/cm. In dem weiter von der Oberfläche 4 entfernten Volumenbereich 3b sind die Anforderungen an die Homogenität des titandotierten Quarzglas-Materials typischerweise geringer. Dort ist es ausreichend, wenn die Nulldurchgangs-Temperatur TZC des Substrats 3 um nicht mehr als 20 K peak-to-valley variiert. Auch die räumliche Variation des thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE des titandotierten Quarzglases kann größer ausfallen als in dem oberflächennahen Volumenbereich 3a und z.B. bei weniger als 2,0 K/cm liegen.
  • Das in 1a-c dargestellte optische Element 1 kann in unterschiedlichen optischen Systemen zum Einsatz kommen, beispielsweise in einer EUV-Lithographieanlage 100, deren schematischer Aufbau nachfolgend anhand von 2 beschrieben wird.
  • Die in 2 dargestellte EUV-Lithographieanlage 100 umfasst ein Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und ein Projektionssystem 104. Das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und das Projektionssystem 104 sind jeweils in einem in 2 angedeuteten Vakuum-Gehäuse vorgesehen, wobei jedes Vakuum-Gehäuse mit Hilfe einer nicht dargestellten Evakuierungsvorrichtung evakuiert wird. Die Vakuum-Gehäuse sind von einem nicht dargestellten Maschinenraum umgeben, in welchem die Antriebsvorrichtungen zum mechanischen Verfahren bzw. Einstellen der optischen Elemente vorgesehen sind. Ferner können auch elektrische Steuerungen und dergleichen in diesem Maschinenraum vorgesehen sein.
  • Die EUV-Lithographieanlage 100 weist eine EUV-Lichtquelle 106 auf. Als EUV-Lichtquelle 106 kann beispielsweise eine Plasmaquelle (oder ein Synchrotron) vorgesehen sein, welche Strahlung 108 im EUV-Bereich, z.B. im Wellenlängenbereich zwischen 5 nm und 20 nm, aussendet. Im Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 wird die EUV-Strahlung 108 gebündelt und die gewünschte Betriebswellenlänge aus der EUV-Strahlung 108 herausgefiltert. Die von der EUV-Lichtquelle 106 erzeugte EUV-Strahlung 108 weist eine relativ niedrige Transmissivität durch Luft auf, weshalb die Strahlführungsräume im Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und im Projektionssystem 104 evakuiert sind.
  • Das in 2 dargestellte Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 weist fünf Spiegel 110, 112, 114, 116, 118 auf. Nach dem Durchgang durch das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 wird die EUV-Strahlung 108 auf die Photomaske (engl.: reticle) 120 geleitet. Die Photomaske 120 ist ebenfalls als reflektives optisches Element ausgebildet und kann außerhalb der Systeme 102, 104 angeordnet sein. Weiter kann die EUV-Strahlung 108 mittels eines Spiegels 122 auf die Photomaske 120 gelenkt werden. Die Photomaske 120 weist eine Struktur auf, welche mittels des Projektionssystems 104 verkleinert auf einen Wafer 124 oder dergleichen abgebildet wird.
  • Das Projektionssystem 104 (auch als Projektionsobjektiv bezeichnet) weist sechs Spiegel M1-M6 zur Abbildung der Photomaske 120 auf den Wafer 124 auf. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Spiegel der EUV-Lithographieanlage 100 nicht auf die dargestellte Anzahl beschränkt ist. Es können auch mehr oder weniger Spiegel vorgesehen sein. Des Weiteren sind die Spiegel i.d.R. an ihrer Vorderseite zur Strahlformung gekrümmt, wie dies weiter oben in Zusammenhang mit 1a-c beschrieben ist. Bei dem in Zusammenhang mit 1a-c beschriebenen optischen Element 1 kann es sich beispielsweise um einen der sechs Spiegel M1-M6 des Projektionssystems 104 handeln.
  • Beispielhaft ist in 2 eine Kühleinrichtung 126 zur Kühlung des ersten Spiegels M1 des Projektionssystems 104 gezeigt. Die Kühleinrichtung 126 ist zur Zuführung des Kühlmediums 7, im gezeigten Beispiel in Form von Kühlwasser, ausgebildet und weist zu diesem Zweck nicht bildlich dargestellte Zu- sowie Abführungsleitungen zur Zuführung des Kühlmediums 7 zu den Kanälen 6 bzw. zur Abführung des Kühlmediums 7 von den Kanälen 6 auf. Die Kühleinrichtung 126 ist im gezeigten Beispiel ausgebildet, die Kanäle 6 des Substrats 3 des optischen Elements M1 mit einer Gesamt-Durchflussmenge von mindestens 1 I / min mit dem Kühlmedium 7 zu durchströmen. Unter der Gesamt-Durchflussmenge des Kühlfluids 7 wird die Summe der Durchflussmengen über alle parallel von dem Kühlmedium 7 durchströmten Kanäle 6 verstanden. Die Kühleinrichtung 126 ist auch ausgebildet, einen jeweiligen Kanal 6, der in dem Substrat 3 gebildet ist, mit dem Kühlmedium 7 mit einer Reynolds-Zahl von weniger als 1000 zu durchströmen. Die Kühleinrichtung 126 erzeugt zu diesem Zweck eine Durchflussmenge bzw. eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums 7 in dem jeweiligen Kanal 6, die bei gegebenen geometrischen Verhältnissen, d.h. bei gegebenem (hydraulischen) Durchmesser des Kanals 6, sowie bei gegebener Viskosität des Kühlmediums 7 eine laminare Strömung des Kühlmediums 7 in dem Kanal 6 sicherstellt.
  • An Stelle einer reflektierenden Beschichtung für EUV-Strahlung 2 kann auf das weiter oben beschriebene optische Element 1 auch eine reflektierende Beschichtung für Strahlung in einem anderen Wellenlängenbereich aufgebracht werden, beispielsweise für den DUV-Wellenlängenbereich. Für ein solches reflektierendes optisches Element 1 sind die Anforderungen an die thermische Ausdehnung des Substrats 3 in der Regel geringer, so dass andere als die weiter oben beschriebenen Substrat-Materialien verwendet werden können, beispielsweise herkömmliches Quarzglas („fused silica“). Insbesondere in diesem Fall werden der bzw. die in dem Substrat 3 gebildeten Kanäle 6 nicht zwingend für den Durchfluss eines Kühlmediums benötigt und sind ggf. nicht für den Durchfluss eines Kühlmediums geeignet. Die Kanäle 6 können in diesem Fall z.B. für die Integration von Bauteilen wie Aktuatoren oder dergleichen in das Substrat 3 oder zur Herstellung von Entkopplungen dienen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (13)

  1. Optisches Element (1) zur Reflexion von Strahlung, insbesondere zur Reflexion von EUV-Strahlung (2), umfassend: ein Substrat (3) mit einer Oberfläche (4), auf die eine reflektierende Beschichtung (5) aufgebracht ist, wobei in dem Substrat (3) mindestens ein Kanal (6) gebildet ist, der bevorzugt mit einem Kühlmedium (7) durchströmbar ist, und wobei das Substrat (3) aus Quarzglas, insbesondere aus titandotiertem Quarzglas, oder aus einer Glaskeramik gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (6) unter der Oberfläche (4), auf welche die reflektierende Beschichtung (5) aufgebracht ist, eine Länge (L) von mindestens 10 cm, bevorzugt von mindestens 20 cm, aufweist und dass eine Querschnittsfläche (A) des Kanals (6) über die Länge (L) des Kanals (6) um nicht mehr als +/- 20%, bevorzugt um nicht mehr als +/-10%, besonders bevorzugt um nicht mehr als +/-2% variiert.
  2. Optisches Element nach Anspruch 1, bei dem das Substrat (3) monolithisch ist.
  3. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem der Kanal (6) eine mittlere Querschnittsfläche (AM) aufweist, die zwischen 100 µm2 und 25 mm2, insbesondere zwischen 1 mm2 und 25 mm2 liegt.
  4. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Querschnittsfläche (A) des Kanals (6) ein Verhältnis von Höhe (h) zu Breite (b) von weniger als 5 : 1 aufweist.
  5. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Oberfläche (4), auf welche die reflektierende Beschichtung (5) aufgebracht ist, in mindestens einer Richtung (X, Y) senkrecht zu einer Dickenrichtung (Z) des Substrats (3) eine maximale Erstreckung (Ex, EY) zwischen 10 cm und 100 cm aufweist.
  6. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine Kanal (6) in einem im Wesentlichen konstanten Abstand (D) zu der insbesondere gekrümmten Oberfläche (4) verläuft, an der die reflektierende Beschichtung (5) aufgebracht ist, wobei der Abstand (D) bevorzugt zwischen dem 1-fachen und dem 3-fachen, insbesondere zwischen dem 1,5-fachen und dem 2,2-fachen eines Abstands (d) zwischen benachbarten Kanälen (6) liegt.
  7. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches eine Mehrzahl von Kanälen (6) aufweist, wobei benachbarte Kanäle (6) bevorzugt einen Abstand (d) voneinander aufweisen, der nicht größer ist als ein Abstand (D) der Kanäle (6) zu der Oberfläche (4), an der die reflektierende Beschichtung (5) aufgebracht ist.
  8. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Substrat (3) aus titandotiertem Quarzglas gebildet ist und die Nulldurchgangs-Temperatur (Tzc) des titandotierten Quarzglases in einem Volumenbereich (3a) des Substrats (3) zwischen der Oberfläche (4) und dem mindestens einen Kanal (6) um nicht mehr als 5 K peak-to-valley, bevorzugt um nicht mehr als 3 K peak-to-valley variiert und/oder bei dem in dem Volumenbereich (3a) der thermische Ausdehnungskoeffizient (CTE) des titandotierten Quarzglases um weniger als 0,5 K/cm variiert.
  9. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Kanal (6) an seiner Innenseite (6a) eine Rauheit Ra von weniger als 5 µm rms, bevorzugt von weniger als 2 µm rms aufweist.
  10. Lithographiesystem, insbesondere EUV-Lithographiesystem (100), umfassend: mindestens ein optisches Element (1, M1 bis M6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  11. Lithographiesystem nach Anspruch 10, weiter umfassend: eine Kühleinrichtung (126) zum Durchströmen des mindestens einen Kanals (6) des Substrats (3) des optischen Elements (M1) mit dem Kühlmedium (7).
  12. Lithographiesystem nach Anspruch 11, bei dem die Kühleinrichtung (126) ausgebildet ist, den mindestens einen Kanal (6) des Substrats (3) des optischen Elements (M1) mit einer Gesamt-Durchflussmenge von mindestens 1 I / min mit dem Kühlmedium (7) zu durchströmen.
  13. Lithographiesystem nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die Kühleinrichtung (126) ausgebildet ist, den mindestens einen Kanal (6) des Substrats (3) des optischen Elements (M1) mit einer Reynolds-Zahl von weniger als 1000 mit dem Kühlmedium (7) zu durchströmen.
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