JP2023505681A - 光学素子及びリソグラフィシステム - Google Patents

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Abstract

Figure 2023505681000001
本発明は、放射線を反射する、特にＥＵＶ放射線（２）を反射する光学素子（１）であって、反射コーティング（５）が施された表面（４）を有し、冷媒（７）が流通可能であることが好ましい少なくとも１つのチャネル（６）が形成され、且つ石英ガラス、特にチタンドープ石英ガラス、又はガラスセラミックから形成された基板（３）を備えた、光学素子（１）において、チャネル（６）は、反射コーティング（５）が施された表面（４）の下で、１０ｃｍ以上、好ましくは２０ｃｍ以上の長さ（Ｌ）を有し、且つチャネル（６）の断面積（Ａ）の変動が、チャネル（６）の長さ（Ｌ）にわたって＋／－２０％以下、好ましくは＋／－１０％以下、特に好ましくは＋／－２％以下である光学素子に関する。

Description

［関連出願の参照］
本願は、２０１９年１２月９日の独国特許出願第１０２０１９２１９１７９．７号の優先権を主張し、上記出願の全開示を参照により本願の内容に援用する。
本発明は、放射線を反射する、特にＥＵＶ放射線を反射する光学素子であって、反射コーティングが施された表面を有し、冷媒が流通可能であることが好ましい（すなわち、冷却チャネルを形成する）少なくとも１つのチャネルが形成され、且つ石英ガラス、特にチタンドープ石英ガラス、又はガラスセラミックから形成された基板を備えた、光学素子に関する。本発明はさらに、少なくとも１つの上記光学素子を有するリソグラフィシステム、特にＥＵＶリソグラフィシステムに関する。
ＥＵＶリソグラフィ装置の形態のＥＵＶリソグラフィシステにおいて、ミラーの形態の、特に投影系のミラーの形態の反射光学素子は高い放射束を受ける。ＥＵＶ放射源のパワーの増加に伴い、ミラーに放射される平均パワーは５０Ｗにもなり、そのうち１／３～１／２は反射コーティングの層系に吸収されてミラー又は基板の面状の局部加熱につながる。いわゆるゼロ膨張材料（例えば、チタンドープ石英ガラスの形態、特にＵＬＥ（登録商標）、Ａｓａｈｉ Ｚｅｒｏ、又はガラスセラミックの形態、特にＺｅｒｏｄｕｒ（登録商標）又はＣｌｅａｒｃｅｒａｍ（登録商標））が用いられる場合でも、この加熱は、反射コーティングが施されるミラーの表面の変形につながる。これらの変形は、特に、基板の体積内の（線）熱膨張率（ＣＴＥ）又はゼロクロス温度（ＴＺＣ）の不均一性に起因し得ると共に、熱膨張率がゼロクロス温度から離れると有意にゼロと異なることに起因する。
ＥＵＶリソグラフィシステムのミラーの温度を低下させるために、冷却流体が流れるチャネルを基板に導入することが知られている。ＥＵＶリソグラフィシステムにおいて、このようなチャネルは特に、ＳｉＳｉＣ（ＥＵＶコレクタ）又はアルミニウム（斜入射ミラー）製の基板を有するミラー及び支持構造体に用いられる。チャネルは、製造中に基板にフライス加工され、上にカバーが溶接又は焼結される。
ミラーが懸架式に取り付けられており、像収差に対して概して不利な効果があるので、（概して液体の）冷媒の流れに起因し得る乱流及び振動（流動励起振動、ＦＩＶ）を回避すべきである。しかしながら、フライス加工されたチャネルの内側は、概して荒削りであり、これはＦＩＶに関して不利である。
特許文献１は、冷却流体が流通可能な少なくとも１つの管部を有する基板を有する、放射線を反射する光学素子を記載している。基板は、機械的な成形及び焼結により、特に熱間等方圧加圧により製造される。一例では、基板及び冷却流体が流動可能な管部の両方が、ガラス、好ましくは特にチタンドープ石英ガラス製である。
選択的レーザ誘起エッチング（ＳＬＥ）により、例えば石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、サファイア、又はルビー製の透明コンポーネント部品に、マイクロチャネル、形状加工ボア等を作製することが可能であり、例えば非特許文献１を参照されたい。選択的レーザ誘起エッチングでは、超短パルスレーザ放射線（ｐｓ又はｆｓパルス）の形態の光を透明ワークの体積に集束させる。この場合、パルスエネルギーは、多光子過程の結果として焦点体積内でのみ吸収される。焦点体積において、透明材料は、クラックがないか又は場合によってはマイクロクラックがある状態では、選択化学エッチング可能になるようにその光学特性及び化学特性が変わる。用いられるレーザパラメータに応じて、材料の改質はマイクロクラック又は他の表面下損傷であり得る。例えばマイクロスキャナシステムにより材料における焦点を偏向することにより、連続する領域が改質され、続いてこれらを湿式化学エッチングにより除去することができる。湿式化学エッチングの場合、コンポーネントを通常はエッチング溶液に数週間又は数ヶ月間浸漬させ、エッチング溶液は改質された材料を（選択的に）除去することが好ましい。ワークの体積におけるレーザ放射線の走査又は移動により、任意の所望の中空構造、例えばチャネルを作製することができる。
石英ガラス及びチタンドープ石英ガラスでのチャネルの選択的レーザ誘起エッチングの制限は、１：１０，０００のエッチング選択性を有する他の透明材料、例えばサファイアに比べて約１：５００～約１：１５００という比較的低いエッチング選択性であり、非特許文献２を参照されたい。エッチング中に、エッチング選択性が低いと、チャネルは、コンポーネントの縁のエッチング液が最初に当たる領域の方がコンポーネントの体積内のさらに深部より広い形態となる。広すぎる領域は、コンポーネントの不均一な冷却につながり得ると共に、機械的に持続する可能性があり得る。極端な場合、強すぎるエッチングは、隣接するチャネル間の短絡につながり得る。
基板のチャネルは、ミラーの代わりにレンズ素子を主に収容する他の光学系で、例えばＤＵＶ波長域用のリソグラフィ装置で、冷却のために用いることもできる。しかしながら、その場合の適用の焦点は、概して冷却のためのチャネルの使用にはなく、各チャネルへのデカップリング又はアクチュエータの組込みにある。本願の文脈において、ＥＵＶ波長域は、約５ｎｍ～約３０ｎｍの波長域であると理解され、本願の文脈において、ＤＵＶ波長域は、約３０ｎｍ～約３７０ｎｍの波長域であると理解される。
独国特許出願公開第１０ ２０１７ ２２１ ３８８号明細書
www.ilt.fraunhofer.de/de/mediathek/prospekte/themenbroschuere-selektiveslaseraetzen.html "SLE with LightFab 3D Printer" by Lightfab GmbH ("www.lightfab.de"), retrievable from "www.lightfab.de/files/Downloads/SLE_3D_printed_glass.pdf"
本発明の目的は、高い熱負荷の場合でも効率的な冷却を行うことができる、光学素子及びリソグラフィシステムの提供にある。
この目的は、反射コーティングが施された表面の下で、チャネルが１０ｃｍ以上、好ましくは２０ｃｍ以上の長さを有し、且つチャネルの断面積の変動が、反射コーティングが施された表面の下のチャネルの長さにわたって＋／－２０％以下、好ましくは＋／－１０％以下、特に好ましくは＋／－２％以下である、前述のタイプの光学素子により達成される。
本願の文脈において、冷媒が流動可能なチャネルは、最も単純な場合、周囲が開放されている２つの端を有するチャネル、すなわち基板に貫通チャネルを形成するチャネルを意味すると理解される。接合部で相互に接続された複数のチャネルが基板内に設けられる場合、（公称）平均チャネル断面は、２つ以上のチャネルへの分割毎に、又は各接合部での２つ以上のチャネルの合流毎に通常は変わる。この場合、チャネルは、２つの隣接する接合部間のチャネル部、すなわち（公称）チャネル断面が一定であるチャネルを意味すると理解される。
以下において、冷媒がチャネルを流通可能であると仮定するので、チャネルを冷却チャネルとも称する。しかしながら、チャネルは必ずしも冷却のために用いられる必要はなく、例えば、基板へのコンポーネントの組込み又は他の用途で用いてもよいことが理解される。
本発明による光学素子において、かなり長い少なくとも１つのチャネルが光学素子の冷却に用いられる。このようなチャネルは、特にＥＵＶリソグラフィ装置の投影系の、例えば１０ｃｍ×１０ｃｍ～１００ｃｍ×１００ｃｍの寸法を有する比較的大きな光学使用ミラー面を有する、ミラーの効率的な冷却に有利である。上述のように、大きく変動する断面を有するチャネルの広い断面領域において、コンポーネントの冷却が不均一になり得ると共に、場合によってはコンポーネントの機械的損傷が起こり得る。
本願の文脈において、＋／－ｘ％のチャネルの断面積の変動は、チャネルの平均断面積ＡＭからの＋／－ｘ％の偏差を意味すると理解される。平均断面積ＡＭは、チャネルの長さに沿った最大断面積ＡＭＡＸと最小断面積ＡＭＩＮとの平均値（ＡＭ＝（ＡＭＡＸ＋ＡＭＩＮ）／２）として定義される。
反射コーティングが施された表面は、基板のうち反射コーティングが施された表面又は表面領域を意味すると理解される。基板の表面又は端面は、場合によってはこの表面領域を越えて側方に延び得る。この場合、チャネルの長さは、基板の厚さ方向で反射コーティングが施された表面の下に配置された基板の（部分）体積領域内でチャネルが延びる長さを意味すると理解される。この（部分）体積領域を越えて横方向に突出するチャネルの一部は、原則として有利であるとしても上記の断面積の一定性に関する条件を満たす必要はない。好ましくは、チャネルは、その全長にわたって、すなわち反射コーティングで覆われた基板の部分体積領域外にあり得る基板の部分体積領域においても、上記の断面積の一定性に関する条件を満たす。
基板はモノリシックであることが好ましい。モノリシック基板は、基板が一体型であり接合面を有しないことを意味すると理解されたい。これに対して、冷却チャネルがフライス加工された基板は、冷却チャネルと同じ高さに少なくとも１つの接合面を有する。全ての冷却チャネルが共通の曲面又は平面に実質的に沿って配置される場合、このような接合面は、通常は冷却チャネルを有する面と平行に延びる。光学素子又は基板上のこのような接合面は、例えば多くの小さな泡又は屈折率のジャンプに基づき識別可能であり、これは基板の２つの接合された部分又は部分体間に生じる。
原理上、冷却チャネルの領域又は任意に他の場所で、基板が接合面を有することも可能である。この場合、接合剤の使用を概して省いて、２つ以上の基板部品が結合法により接合面で相互接続される。例として、結合法は、高温接合、直接接合、シリケートボンディング等であり得る。接合面が冷却チャネルの領域に延びるか又は冷却チャネルに交わる場合、冷却チャネルが基板に形成される前に、２つの基板部品を特に接合面で相互接続することができる。
既に上述した特性を有する少なくとも１つの冷却チャネルを有するモノリシック基板又は場合によっては複数部分からなる基板の製造は、通常は上記選択的レーザ誘起エッチングにより実施される。選択的レーザ誘起エッチング中に、多光子励起の結果として、石英ガラス（ＳｉＯ２）製の基板の場合のケイ素と酸素との間の化学結合又はチタンドープ石英ガラス製の基板の場合のチタンと酸素との間の化学結合が切断され得る。
石英ガラスについては、このような結合は再結合できるか、又はガラス中にある水素により飽和する。したがって、水素が存在する場合はチタンと酸素との間の結合も同様に飽和すると仮定され得る。チタンドープ石英ガラスは、直接堆積法で製造される場合（例えば、ＵＬＥ（登録商標））は１０１７分子／ｃｍ３という比較的高い濃度の水素を通常は含有する。チタンドープ石英ガラスがスート法で製造される場合でも、水素濃度は通常は１０１５分子／ｃｍ３より高い。
概して、従来の選択的レーザ誘起エッチングにおけるエッチング選択性は、石英ガラス製又はチタンドープ石英ガラス製の基板の場合に１０ｃｍ又は２０ｃｍを超えるかなりの長さにわたり冷却チャネルの実質的に一定の断面に関する上記要件を維持するのに十分ではない。
結合の飽和は準安定であり、石英ガラスで例えばＵＶ放射線の吸収の結果として再度破れることが既知である。したがって、エッチング選択性を高めるために、エッチングプロセス中に、エッチフロント、すなわちエッチング溶液が基板の材料を侵している最中の領域に、必ずしも超短パルスレーザ放射線ではなく例えば約１μｍの波長の基板材料の改質に用いられるレーザ放射線、又は他の波長の放射線、例えばＵＶ放射線を照射することができる。特に、エッチング浴での選択的レーザ誘起エッチング中に基板材料に対して実際の損傷又は改質を実施することが可能である。これにより、露光又はスキャナシステムでの処理時間が長くなるが、エッチング速度の加速は、各エッチング装置に選択的レーザ誘起エッチング用の露光又はスキャナシステムを設けることがそれでも経済的であるほどであり得る。（チタンドープ）石英ガラスの選択的レーザ誘起エッチングの範囲内でのエッチング選択性は、エッチフロントの照射とは異なる方法で任意に高めることができる。エッチング浴又はエッチング溶液は、（弱）酸性、実質的に中性、又はアルカリ性のエッチング溶液であり得る。実質的に中性のエッチング溶液の利点は、粗化を最小化することからなる。
一実施形態において、チャネルは、１００μｍ２～２５ｍｍ２、特に１ｍｍ２～２５ｍｍ２の平均断面積を有する。従来の製造法、例えばフライス加工を用いて基板の材料に導入された光学素子の冷却用のチャネルは、通常は概して約１ｃｍ×１ｃｍという比較的大きな断面積及び通常は高粗度を有し、これは、フライス加工に続いて特にフライス加工中に発生した機械的応力を処理するために必要なエッチングプロセスに起因し得る。
しかしながら、上記のオーダの、すなわち数１００μｍ２又はｍｍ２のオーダのより小さな断面を有するチャネルの使用が冷却により有利であると分かった。ＦＩＶを回避するために、チャネルを通る流れは、できる限り明確に層流領域に留まるべきであり、すなわちレイノルズ数が１０００を大きく下回るべきである。レイノズル数は、チャネルの直径が小さいほど小さいので、小さな断面のチャネルを設けることがＦＩＶに関して有利であると分かった。このように小さな断面の場合でも、並列接続された全てのチャネルでの総和として、例えば１Ｌ／ｍｉｎ以上のオーダの冷却流体の全体積流量を達成することができ、これは光学素子の冷却に特に有利であると分かった。
さらに別の実施形態において、チャネルの断面積は、幅に対する高さの比が５：１未満である。概して、表面の研磨時のチャネルの押込みの危険が減るので、チャネルの高さが幅より大きいことが構造的観点から有利である。この場合、チャネルの高さは、基板の厚さ方向に、すなわち基板の底部に対して垂直に測定される。幅は、基板の厚さ方向に対して垂直であり且つ基板内の各場所でチャネルの長手方向に対して垂直に整列した方向に測定される。チャネルは、矩形若しくは正方形の断面、又は円形若しくは楕円形の断面を有し得ることが理解される。
さらに別の実施形態において、反射コーティングが施された表面は、基板の厚さ方向に対して垂直な少なくとも１つの方向に１０ｃｍ～１００ｃｍの最大の大きさを有する。光学素子の表面が回転対称である場合、表面は、１０ｃｍ～１００ｃｍの範囲の直径を有する。光学素子の表面が回転対称ではない場合、基板の最大の大きさは、各方向の基板又は光学面の縁に沿った２点間の最大距離を示す。
さらに別の実施形態において、少なくとも１つのチャネルが、反射コーティングが施された表面から実質的に一定の距離に延び、上記表面は特に湾曲しており、距離は隣接するチャネル間の距離の１倍～３倍、特に１．５倍～２．２倍であることが好ましい。
本願の文脈において、表面からのチャネルの実質的に一定の距離は、（厚さ方向、すなわちＺ方向に測定した）表面からのチャネルの断面積の中心の距離の変動が、チャネルの長さに沿って＋／－２０％以下、好ましくは＋／－１０％以下、特に＋／－５％以下であることを意味すると理解される。チャネルの断面の場合のように、＋／－ｘ％のチャネルの距離の変動は、表面からのチャネルの平均距離から＋／－ｘ％の偏差を意味すると理解される。平均距離は、チャネルの長さに沿った表面からの最大距離と最小距離との平均値として定義される。冷却のためには、（一定の）距離が隣接するチャネル間の距離の１倍～３倍、又は好ましくは１．５倍～２．２倍であれば有利であると分かった。隣接する冷却チャネル間の距離は、２つの隣接する冷却チャネルの中心線間で測定される。
基板の光学面が１方向又は場合によっては２方向に曲率を有する場合、チャネルは光学面の曲率に従い、すなわちチャネルは基板の厚さ方向に直線状に延びない。光学面がチャネルの進行方向に曲率を有しない場合、又は光学面が平面である場合、チャネルは厚さ方向に直線状に延び得る。チャネルは、厚さ方向に対して垂直な平面でも同様に曲率を有し得る。例として、チャネルは、螺旋形態、蛇行形態等を有し得る。異なる幾何学的形状を有する（冷却）チャネルの例については、全体を参照により本願の内容に援用する独国特許出願公開第１０ ２００９ ０３９ ４００号を参照されたい。
さらに別の実施形態において、基板は複数のチャネルを有し、隣接するチャネルの相互間の（最大）距離は、反射コーティングが施された表面からのチャネルの（通常は一定の）距離以下であることが好ましい。例として、基板を通る複数のチャネルは平行に整列され得る。できる限り均一な温度分布を基板で生じさせるために、隣接する（冷却）チャネルが相互に離間しすぎなければ有利であると分かった。既に上述したように、隣接する冷却チャネル間の距離は、２つの隣接する冷却チャネルの中心線間で測定される。
さらに別の実施形態において、基板はチタンドープ石英ガラスから形成され、表面と少なくとも１つのチャネルとの間の基板の体積領域でのチタンドープ石英ガラスのゼロクロス温度の変動が、１０Ｋ以下のピークツーバレー、好ましくは３Ｋ以下のピークツーバレーであり、且つ／又はこの体積領域でのチタンドープ石英ガラスの熱膨張率の変動が、０．５Ｋ／ｃｍ未満である。チタンドープ石英ガラスは、温度依存の熱膨張率がゼロクロスとなるいわゆるゼロクロス温度を有する。チタンドープ石英ガラスの熱膨張率は、したがってゼロクロス温度も、石英ガラスのチタン含有量により調整される。基板の製造時には、できる限り均一なゼロクロス温度が生じるように、且つ基板材料の熱膨張率の位置依存の勾配を最小限にするために、チタン含有量が特に表面と各チャネルとの間の体積領域内でできる限り一定であることに留意しなければならない。チャネルより光学面から離れた基板の（さらに別の）体積領域では、基板材料の熱特性に対する要件が緩くなる。例として、上記さらに別の体積領域においてチタンドープ石英ガラスのゼロクロス温度の変動が２０Ｋ以下のピークツーバレーであれば、且つ／又は上記さらに別の体積領域においてチタンドープ石英ガラスの熱膨張率の変動が２Ｋ／ｃｍ未満であれば十分であり得る。
さらに別の実施形態において、チャネルは、その内側の粗さＲａが５μｍ ｒｍｓ未満、好ましくは２μｍ ｒｍｓ未満である。概して従来のように、粗さＲａは二乗平均平方根粗さを意味すると理解される。上記の粗さ値は、選択的レーザ誘起エッチングによるチャネルの作製時に達成することができる。
本発明のさらに別の態様は、既に上述した少なくとも１つの光学素子を備えたリソグラフィシステム、特にＥＵＶリソグラフィシステムに関する。ＥＵＶリソグラフィシステムは、ウェーハの露光用のＥＵＶリソグラフィ装置とすることができるか、又はＥＵＶ放射線を用いる他の何等かの光学装置、例えばＥＵＶリソグラフィで用いられるマスク、ウェーハ等の検査用のＥＵＶ検査システムとすることができる。しかしながら、光学素子は、別の光学系で、例えばリソグラフィシステムで、特にＤＵＶ波長域用のリソグラフィ装置でも用いられ得る。
特に後者の場合、少なくとも１つのチャネルは、アクチュエータ、デカップリング等のアセンブリを基板に組み込む働きをし得る。したがって、冷媒がチャネルを流通可能であることは必須ではなく、チャネルは周囲が開放されている端を１つだけ有し得る、すなわち止まり穴の形態であり得る。これに対して、冷媒が流通可能なチャネルは、周囲が開放されている２つの端をそれ自体が有する、すなわち貫通チャネルを形成するチャネル、又は複数の相互接続されたチャネルが基板に設けられる場合は周囲が開放されている２つの端を介して冷媒が流通可能なチャネルを意味すると理解される。
一実施形態において、リソグラフィシステムは、冷媒、特に冷却液を光学素子の基板の少なくとも１つのチャネルに流す冷却デバイスを有する。冷却デバイスは、対応するポートを有し得ると共に、各チャネルに対する冷却液、例えば冷却水の供給及び除去用のラインも有し得る。冷却デバイスは、冷却液を循環させるポンプ等を含み得る。代替的な選択肢は、冷却デバイスが冷却液ポートを介して、例えば冷却水ポートを介して冷却水供給源と連通することである。
一発展形態において、冷却デバイスは、１Ｌ／ｍｉｎ以上の全体積流量で冷媒を光学素子の基板の少なくとも１つのチャネルに流すよう設計される。冷却流体の全体積流量は、全てのチャネル又は各分岐レベルのチャネル部を平行に流れる冷却流体の体積流量の総和を意味すると理解される。光学素子の動作中に１０Ｗ以上のオーダの熱出力を放散するために、上記のオーダの高い体積流量が必要である。
さらに別の発展形態において、冷却デバイスは、１０００未満のレイノルズ数で冷媒を光学素子の基板の少なくとも１つのチャネルに流すよう設計される。ＦＩＶを回避するために、冷媒の流れが明確に層流領域に留まること、すなわちレイノルズ数が１０００を大きく下回れば有利である。レイノズル数は、チャネルの直径が小さいほど小さいので、小さな断面のチャネルを設けることがＦＩＶに関して有利であると分かった。レイノルズ数に関する上記条件は、反射コーティングが施された表面の下の基板の少なくとも部分体積で満たされるべきである。上記条件は、基板体積内の冷却チャネルの全長にわたって満たされることが必須ではないが有利である。
概して従来のように、レイノルズ数は
Ｒｅ＝ｖＭｄ／ν
と定義され、式中、ＶＭはチャネルの（一定の）平均断面積を通る冷媒の平均流速を示し、ｄは円形であるものとしたチャネルの（平均）直径を示し、νは冷却流体の粘度を示す。概して従来のように、平均流速は、チャネルの断面積の各点における流速の平均値を示す。非円形の断面を有するチャネルの場合、水力直径を用いてレイノルズ数を計算する。
本発明のさらなる特徴及び利点は、本発明に必須の詳細を示す図面の図を参照して以下の本発明の例示的な実施形態の説明から、また特許請求の範囲から明らかである。個々の特徴は、単独で個別に、又は本発明の一変形形態において任意の所望の組み合わせで複数としてそれぞれ実現することができる。
例示的な実施形態を概略図に示し、以下の説明において説明する。
ＥＵＶミラーの形態の光学素子の概略図を示す。 ＥＵＶミラーの形態の光学素子の概略図を示す。 ＥＵＶミラーの形態の光学素子の概略図を示す。 ＥＵＶリソグラフィ装置の概略図を示す。
図面の以下の説明において、同一又は機能的に同一のコンポーネントには同一の参照符号を用いる。
図１ａ～図１ｃは、ＥＵＶ放射線２を反射する光学素子１の構造を概略的に示す。光学素子１は、反射コーティング５が施された表面４を有する基板３を備え、反射コーティング５はＥＵＶ放射線２を反射するよう設計される。反射コーティング５は、約１３．５ｎｍの使用波長のＥＵＶ放射線２を反射するためにケイ素及びモリブデンからなる交互個別層を有する。用いられる使用波長に応じて、例えばモリブデン及びベリリウム、ルテニウム及びベリリウム、又はランタン及びＢ４Ｃ等の他の材料の組合せも同様に層材料として可能である。反射多層コーティング５は、ここではより詳細に論じないさらなる機能層を通常は有する。
図１ａ～図１ｃに示す例では、基板３の材料はチタンドープ石英ガラス（ＵＬＥ（登録商標））であり、これは、光学素子１の動作温度での熱膨張率ＣＴＥが小さく、熱膨張率はゼロクロス温度ＴＺＣでゼロクロスとなる。代替として、基板３は、熱膨張率ＣＴＥが小さい異なる材料、例えばＡｓａｈｉ Ｚｅｒｏの形態のチタンドープ石英ガラス、又はガラスセラミックの形態、例えばＺｅｒｏｄｕｒ（登録商標）又はＣｌｅａｒｃｅｒａｍ（登録商標）から形成され得る。
図１ｃは、光学素子１又は反射コーティング５が施される基板３の表面４の平面図を示し、図１ａは、表面４の中心を通って延びるＸＺ平面に沿った基板３の断面を示し、図１ｂは、同様に基板３の中心を通って延びるＹＺ平面に沿った基板３の断面を示す。
図１ａ～図１ｃに示す例では、複数の、例えば１５個のチャネル６が基板３に形成され、各チャネルは基板３に貫通チャネルを形成し、これらには、例えば冷却水の形態の冷媒７が流通可能であるか又は流れる。よって、チャネル６は以下では冷却チャネル６と称する。図１ｃから明らかなように、冷却チャネル６は、Ｙ方向に沿って基板３を相互に平行に通り、それぞれが異なる長さＬを有する。２５ｃｍの最大の長さＬを有する冷却チャネルを図１ｂに示す。図１ｃから明らかなように、他の冷却チャネル６の大半も同様に２０ｃｍ以上のある程度大きな長さＬを有する。
図１ｂに示す冷却チャネル６の長さは、Ｙ方向の基板３の表面４の最大の大きさＥＹに対応し、図示の例では、これは図示の例で約３５ｃｍであるｘ方向の基板３の最大の大きさＥＸより小さい。ＸＹ平面又は基板３の厚さ方向Ｚに対して垂直なＸＹ平面への投影での、表面４の最大の大きさＥＸ、ＥＹの通常の値は、約１０ｃｍ～約１００ｃｍの範囲である。
図１ａに基づき明らかなように、反射コーティング５が施された表面４は、ＸＺ平面又はＸ方向に曲率を有する。これに対して、基板３の表面４は、Ｙ方向に沿って湾曲しない（図１ｂ参照）。図１ａ～図１ｃに示す例では、冷却チャネル６は、湾曲した表面４からＺ方向に実質的に一定の距離Ｄで延び、図示の例では距離Ｄは約１ｃｍである。この場合、距離Ｄは、Ｚ方向で各冷却チャネル６の断面積の中心と表面４との間でＺ方向に測定される。表面からの冷却チャネル６の実質的に一定の距離Ｄは、距離Ｄの変動が冷却チャネル６の長さにわたる平均距離から＋／－２０％以下、好ましくは＋／－１０％以下、特に＋／－５％以下であることを意味すると理解され、平均距離は、冷却チャネル６の全長Ｌにわたる表面４からの冷却チャネル６の最大距離と最小距離との平均値である。
図１ａ～図１ｃに示す例では、単一の冷却チャネル６の長さＬにわたる距離Ｄが一定なだけでなく、個々の冷却チャネル６もそれぞれ、表面４からＺ方向に同じ距離Ｄで配置される。図１ａから明らかなように、これにより、冷却チャネル６毎に基板３内でＺ方向に異なる高さに配置される。冷却のためには、（一定の）距離Ｄが隣接するチャネル６間の距離ｄの１倍～３倍、特に１．５倍～２．２倍であれば有利であると分かった。この場合、図１ｃから明らかなように、距離ｄは、２つの隣接する冷却チャネル６の中心線間で測定される。
冷却のためには、隣接する冷却チャネル６間の距離ｄが冷却チャネル６と反射コーティング５が施された表面４との間の距離Ｄ以下であれば有利であると分かった。
冷却チャネル６は、選択的レーザ誘起エッチングによりモノリシックな基板３に形成される。選択的レーザ誘起エッチング中に、超短パルスレーザビームが、表面４を通してレーザビームに対して透明な基板３内で焦点体積に集束される。この場合、パルスエネルギーは、多光子過程の結果として焦点体積内でのみ吸収される。焦点体積において、基板３の透明材料の光学特性及び化学特性は選択化学エッチング可能になるように変わる。例えばスキャナにより基板３の材料の焦点を偏向することにより、連続する領域が改質されてこれらを湿式化学エッチングにより除去することができ、その結果として図１ａ～図１ｃに示す冷却チャネル６が形成される。
湿式化学エッチング中の選択性を高めるために、この場合はエッチングプロセス中に、基板３のエッチフロントの領域に、正確には必ずしも超短パルスの形態ではなく例えば約１μｍの波長の基板３の材料の改質に用いられるレーザ放射線が、又は他の波長の放射線、例えばＵＶ放射線が照射される。特に、選択的レーザ誘起エッチングをエッチ浴で直接実施することができる。この場合、超短パルスレーザ放射線は、エッチングプロセスのエッチフロントを同時に形成する焦点体積に通常は集束される。このように、改質された材料が選択的レーザ誘起エッチング中に基板３から既に放出されることで、チタンドープ石英ガラスの場合のエッチング選択性が高まる。
図１ｂに例示的に示す冷却チャネル６は、断面積Ａ（図１ａ参照）が冷却チャネル６の長さＬにわたり約＋／－１．５％変動する。＋／－ｘ％の冷却チャネル６の断面積の変動は、冷却チャネル６の平均断面積ＡＭからの＋／－ｘ％の偏差を意味すると理解される。平均断面積ＡＭは、チャネルの長さに沿った最大断面積ＡＭＡＸと最小断面積ＡＭＩＮとの平均値（ＡＭ＝（ＡＭＡＸ＋ＡＭＩＮ）／２）として定義される。図１ｂの表示をより明確にするために、最大断面積ＡＭＡＸと最小断面積ＡＭＩＮとの間の偏差を誇張して図示してある。原理上、冷却チャネル６の断面積Ａの変化は、図１ｂに示す例の場合より大きい場合もあり、例えば冷却チャネル６の全長Ｌの＋／－２０％以下又は＋／－１０％以下の変動があり得る。
原理上、２０ｃｍ又は１０ｃｍ未満の長さＬを有する冷却チャネル６でも、全ての冷却チャネル６が断面積Ａの一定性に関する上記基準を満たせば有利である。図１ａ～図１ｃに示すものとは異なり、基板３は、接合部で相互接続された複数の冷却チャネル６のネットワークも含み得る。一定の流量を発生させるために、（公称）平均チャネル断面ＡＭは、２つ以上の冷却チャネル６への分割毎に、又は（各分岐レベルの）２つ以上の冷却チャネル６の合流毎に、各接合部で変わる。この場合、上記基準は、２つの接合部間の又は接合部と基板の縁の開口との間の各分岐レベルの冷却チャネル６に関するものである。貫流に関して並列接続された各分岐レベルの冷却チャネルが同じ平均断面積ＡＭを有すれば有利である。
光学素子１を効果的に冷却するために、冷却チャネル６が１００μｍ２～２５ｍｍ２、特に１ｍｍ２～２５ｍｍ２の平均断面積ＡＭを有すれば有利であることが分かった。冷却チャネル６の断面積Ａは、図１ａには円形に示したが、異なる幾何学的形状を有する場合もある。理想的には、各冷却チャネル６の断面積Ａは、基板３の厚さ方向（Ｚ方向）に、図示の例ではＸ方向に延びる冷却チャネル６の断面積Ａの幅ｂよりごく僅かに大きい高さｈを有する。各冷却チャネル６の幅ｂに対する高さｈの比については、（Ｙ方向の）冷却チャネル６の長さＬに沿った各位置で以下が当てはまる：ｈ／ｂ＜５：１。例として、冷却チャネル６の幅ｂに対する高さｈの比には以下が当てはまる：ｈ／ｂ＞１．０又は＞０．９。
冷却チャネル６が選択的レーザ誘起エッチングにより作製されることにより、冷却チャネル６は、その内側６ａの粗さＲａが５μｍ ｒｍｓ未満、特に２μｍ ｒｍｓ未満、すなわち冷却チャネル６が機械加工により、例えばフライス加工により作製される場合より大幅に低い粗さである。
図１ａに示す例は、全ての冷却チャネル６の断面積Ａの中心が位置する破線の曲線を示す。全てのチャネル６の中心又は中心線は、この（仮想）線を通って、又は表面４と冷却チャネル６との間に形成された基板３の体積領域３ａと基板３の表面４からさらに離れて位置するさらに別の体積領域３ｂとの間の（仮想）境界線を通って延びる。
チタンドープ石英ガラス製の基板３のゼロクロス温度ＴＺＣは、表面に近い体積領域３ａでの変動が１０Ｋ以下のピークツーバレー、特に３Ｋ以下のピークツーバレーである。さらに、チタンドープ石英ガラスの熱膨張率ＣＴＥは、表面に近い体積領域３ａでの変動が０．５Ｋ／ｃｍ未満である。チタンドープ石英ガラス材料の均質性に対する要求は、表面４からより遠隔の体積領域３ｂでは通常は緩くなる。ここでは、基板３のゼロクロス温度ＴＺＣの変動が２０Ｋ以下のピークツーバレーであれば十分である。チタンドープ石英ガラスの熱膨張率ＣＴＥの空間的変動も、表面に近い体積領域３ａより大きく、例えば２．０Ｋ／ｃｍ未満とすることができる。
図１ａ～図１ｃに示す光学素子１は、異なる光学系で、例えばＥＵＶリソグラフィ装置１００で用いることができ、その概略構造を図２に基づき以下で説明する。
図２に示すＥＵＶリソグラフィ装置１００は、ビーム整形・照明系１０２及び投影系１０４を備える。ビーム整形・照明系１０２及び投影系１０４は、それぞれが図２に示す真空ハウジング内に設けられ、各真空ハウジングは排気デバイス（図示せず）を用いて排気される。真空ハウジングは、光学素子の機械的な移動又は設定用の駆動装置が設けられた機械室（図示せず）に囲まれる。さらに、電気コントローラ等も上記機械室に設けられ得る。
ＥＵＶリソグラフィ装置１００は、ＥＵＶ光源１０６を備える。ＥＵＶ領域の、例えば５ｎｍ～２０ｎｍの波長域の放射線１０８を発するプラズマ源（又はシンクロトロン）を、例えばＥＵＶ光源１０６として設けることができる。ビーム整形・照明系１０２において、ＥＵＶ放射線１０８が集束されて所望の動作波長がＥＵＶ放射線１０８からフィルタリングされる。ＥＵＶ光源１０６により生成されたＥＵＶ放射線１０８は、空気中での透過率が比較的低いので、ビーム整形・照明系１０２及び投影系１０４におけるビーム誘導空間が排気される。
図２に示すビーム整形・照明系１０２は、５つのミラー１１０、１１２、１１４、１１６、１１８を有する。ビーム整形・照明系１０２を通過後に、ＥＵＶ放射線１０８はフォトマスク（レチクル）１２０へ指向される。フォトマスク１２０も同様に反射光学素子の形態であり、系１０２、１０４の外側に配置され得る。さらに、ＥＵＶ放射線１０８は、ミラー１２２によりフォトマスク１２０へ指向され得る。フォトマスク１２０は、投影系１０４により縮小してウェーハ１２４等に結像される構造を有する。
投影系１０４（投影レンズとも称する）は、フォトマスク１２０をウェーハ１２４に結像するための６つのミラーＭ１～Ｍ６を有する。ＥＵＶリソグラフィ装置１００のミラーの数は図示の数に限定されないことに留意されたい。より多くの又はより少ないミラーを設けることもできる。さらに、ミラーは、図１ａ～図１ｃに関連して既に上述したように、概してビーム整形のために表側が湾曲している。例として、図１ａ～図１ｃに関して説明した光学素子は、投影系１０４の６つのミラーＭ１～Ｍ６のうちの１つであり得る。
例として、図２は、投影系１０４の第１ミラーＭ１を冷却する冷却デバイス１２６を示す。冷却デバイス１２６は、図示の例では冷却水の形態の冷媒７を供給するよう設計され、この目的で、冷媒７をチャネル６に供給するか又は冷媒７をチャネル６から除去するために、図示しない供給及び除去ラインを有する。図示の例では、冷却デバイス１２６は、１Ｌ／ｍｉｎ以上の全体積流量で冷媒７を光学素子Ｍ１の基板３のチャネル６に流すよう設計される。冷却流体７の全体積流量は、全てのチャネル６を平行に流れる冷媒７の体積流量の総和を意味すると理解される。冷却デバイス１２６は、１０００未満のレイノルズ数で冷媒７を基板３に形成された各チャネル６に流すよう設計される。この目的で、冷却デバイス１２６は、各チャネル６において、所与の幾何学的条件、すなわちチャネル６の所与の（水力）直径、及び冷媒７の所与の粘度でチャネル６内の冷媒７の層流を確保する冷媒７の体積流量又は平均流速を発生させる。
ＥＵＶ放射線２用の反射コーティングの代わりに、異なる波長域の放射線、例えばＤＵＶ波長域用の反射コーティングを上述の光学素子１に施すこともできる。概して、このような反射光学素子１の基板３の熱膨張に関する要件はあまり厳しくないので、上述のもの以外の基板材料、例えば従来の石英ガラスを用いることができる。この場合、特に、基板３に形成されたチャネル６は、冷媒の流れに必ずしも必要ではなく、冷媒の流れに適していない場合がある。この場合、チャネル６は、例えば、基板３へのアクチュエータ等のコンポーネント部品の組込み又はデカップリングの形成の働きをし得る。

Claims (13)

  1. 放射線を反射する、特にＥＵＶ放射線（２）を反射する光学素子（１）であって、
    反射コーティング（５）が施された表面（４）を有し、冷媒（７）が流通可能であることが好ましい少なくとも１つのチャネル（６）が形成され、且つ石英ガラス、特にチタンドープ石英ガラス、又はガラスセラミックから形成された基板（３）
    を備えた、光学素子（１）において、
    前記チャネル（６）は、前記反射コーティング（５）が施された前記表面（４）の下で、１０ｃｍ以上、好ましくは２０ｃｍ以上の長さ（Ｌ）を有し、且つ前記チャネル（６）の断面積（Ａ）の変動が、前記チャネル（６）の前記長さ（Ｌ）にわたって＋／－２０％以下、好ましくは＋／－１０％以下、特に好ましくは＋／－２％以下であることを特徴とする光学素子。
  2. 請求項１に記載の光学素子において、前記基板（３）はモノリシックである光学素子。
  3. 請求項１又は２に記載の光学素子において、前記チャネル（６）は、１００μｍ２～２５ｍｍ２、特に１ｍｍ２～２５ｍｍ２の平均断面積（ＡＭ）を有する光学素子。
  4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の光学素子において、前記チャネル（６）の前記断面積（Ａ）は、幅（ｂ）に対する高さ（ｈ）の比が５：１である光学素子。
  5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の光学素子において、前記反射コーティング（５）が施された前記表面（４）は、前記基板（３）の厚さ方向（Ｚ）に対して垂直な少なくとも１つの方向（Ｘ、Ｙ）に１０ｃｍ～１００ｃｍの最大の大きさ（ＥＸ、ＥＹ）を有する光学素子。
  6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の光学素子において、前記少なくとも１つのチャネル（６）は、前記反射コーティング（５）が施された前記表面（４）から実質的に一定の距離（Ｄ）に延び、前記表面は特に湾曲しており、前記距離（Ｄ）は隣接するチャネル（６）間の距離（ｄ）の１倍～３倍、特に１．５倍～２．２倍であることが好ましい光学素子。
  7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の光学素子において、複数のチャネル（６）を有し、隣接するチャネル（６）の相互間の距離（ｄ）が、前記反射コーティング（５）が施された前記表面（４）からの前記チャネル（６）の距離（Ｄ）以下であることが好ましい光学素子。
  8. 請求項１～７のいずれか１項に記載の光学素子において、前記基板（３）は、チタンドープ石英ガラスから形成され、前記表面（４）と前記少なくとも１つのチャネル（６）との間の前記基板（３）の体積領域（３ａ）での該チタンドープ石英ガラスのゼロクロス温度（ＴＺＣ）の変動が、５Ｋ以下のピークツーバレー、好ましくは３Ｋ以下のピークツーバレーであり、且つ／又は前記体積領域（３ａ）での前記チタンドープ石英ガラスの熱膨張率（ＣＴＥ）の変動が、０．５Ｋ／ｃｍ未満である光学素子。
  9. 請求項１～８のいずれか１項に記載の光学素子において、前記チャネル（６）は、その内側（６ａ）の粗さＲａが５μｍ ｒｍｓ未満、好ましくは２μｍ ｒｍｓ未満である光学素子。
  10. リソグラフィシステム、特にＥＵＶリソグラフィシステム（１００）であり、請求項１～９のいずれか１項に記載の少なくとも１つの光学素子（１、Ｍ１～Ｍ６）を備えたリソグラフィシステム。
  11. 請求項１０に記載のリソグラフィシステムにおいて、冷媒（７）を前記光学素子（Ｍ１）の基板（３）の少なくとも１つのチャネル（６）に流す冷却デバイス（１２６）をさらに備えたリソグラフィシステム。
  12. 請求項１１に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記冷却デバイス（１２６）は、１Ｌ／ｍｉｎ以上の全体積流量で前記冷媒（７）を前記光学素子（Ｍ１）の前記基板（３）の前記少なくとも１つのチャネル（６）に流すよう設計されるリソグラフィシステム。
  13. 請求項１１又は１２に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記冷却デバイス（１２６）は、１０００未満のレイノルズ数で前記冷媒（７）を前記光学素子（Ｍ１）の前記基板（３）の前記少なくとも１つのチャネル（６）に流すよう設計されるリソグラフィシステム。
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