WO2023213517A1 - Optisches system, sowie verfahren zum betreiben eines optischen systems - Google Patents

Optisches system, sowie verfahren zum betreiben eines optischen systems Download PDF

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heating
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Philipp Bartsch
Christian Berger
Robin Linten
Thomas Schicketanz
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Carl Zeiss SMT GmbH
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    • G21K2201/06—Arrangements for handling radiation or particles using diffractive, refractive or reflecting elements
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Definitions

  • the invention relates to an optical system and a method for operating an optical system, in particular in a microlithographic projection exposure system.
  • Microlithography is used to produce microstructured devices such as integrated circuits or LCDs.
  • the microlithography process is carried out in a so-called projection exposure system, which has an illumination device and a projection lens.
  • a substrate e.g. a silicon wafer
  • a light-sensitive layer photoresist
  • mirrors are used as optical components for the imaging process due to the lack of availability of suitable translucent refractive materials.
  • a problem that occurs in practice is that the EUV mirrors experience heating and associated thermal expansion or deformation as a result of, among other things, absorption of the radiation emitted by the EUV light source, which in turn results in an impairment of the imaging properties of the optical system may have.
  • the implementation of a targeted spatially and temporally varying input of heating power into a mirror via a heating arrangement involves considerable measurement and control effort in order to measure the temperature distribution currently present on the mirror and to set the heating power suitable for avoiding temperature gradients or deformations .
  • an optical system comprises: at least one mirror; and at least one radiation heater for coupling heating radiation into this mirror, the mirror having a layer system for thermal conditioning comprising at least one thermochromic layer, this layer system having a temperature-dependent absorption level for the heating radiation and the layer system for thermal conditioning between a mirror substrate and a reflection layer system is arranged to reflect useful radiation striking the mirror.
  • the invention is based in particular on the concept of avoiding or reducing thermally induced deformations in a mirror located in an optical system such as a microlithographic projection exposure system by homogenizing the temperature distribution in the mirror that occurs during operation of the optical system a radiation heater for applying heating radiation to the mirror in combination with a layer system for thermal conditioning present in the mirror, which has at least one thermochromic layer, a self-regulating system is provided, so to speak:
  • the layer system for thermal conditioning provided according to the invention has a temperature-dependent degree of absorption, when the heat load acting on the mirror due to the application of useful light (e.g. EUV radiation) to the optical effective surface increases locally during operation of the optical system, a The desired homogenization of the temperature distribution can be achieved automatically and without active control measures by appropriately changing the absorption behavior of the layer system for thermal conditioning for the heating radiation coupled in via the radiant heater (e.g. in areas that are heated more strongly as a result of the heat input via the useful light , due to a changed degree of absorption of the layer system for the heating radiation, less heating radiation is absorbed).
  • useful light e.g. EUV radiation
  • the heat input suitable for homogenization of the heating radiation which is also coupled into the mirror via the radiant heater, can be achieved automatically or automatically without any further active control measures If the absorption behavior of the layer system having at least the thermochromic layer adjusts in a temperature-dependent manner, no active spatially resolved measurement of the temperature distribution currently present on the mirror is necessary. As a result, the measurement and control effort that is traditionally required for the locally and time-varying introduction of heating power into the mirror can be eliminated.
  • an optical system includes: at least one mirror; and at least one radiant heater for coupling heating radiation into this mirror, the mirror having a layer system for thermal conditioning comprising at least one thermochromic layer, this layer system having a temperature-dependent degree of absorption for the heating radiation.
  • the layer system for thermal conditioning is arranged between a mirror substrate and a reflection layer system for reflecting useful radiation impinging on the mirror.
  • the layer system for thermal conditioning consists exclusively of the thermochromic layer.
  • the layer system for thermal conditioning further has a reflection layer for reflecting heating radiation arranged on the side of the thermochromic layer facing away from the radiation heater.
  • a reflection layer for reflecting heating radiation arranged on the side of the thermochromic layer facing away from the radiation heater.
  • the layer system for thermal conditioning has an absorption layer for absorbing heating radiation arranged on the side of the thermochromic layer facing away from the radiation heater.
  • an absorption layer for absorbing heating radiation arranged on the side of the thermochromic layer facing away from the radiation heater.
  • such a configuration is particularly useful if the thermochromic layer's absorption behavior exceeds the specified envelope. temperature changes between transmitting and reflecting, since below the transition temperature, heating radiation that has passed through the thermochromic layer is absorbed in the absorption layer and thus causes the desired heat input in the mirror.
  • the layer system for thermal conditioning is designed in such a way that a heating power absorbed by the layer system is reduced by at least 50%, in particular by at least 60%, further in particular by at least 70%, by increasing the temperature over a predetermined transition temperature range.
  • this transition temperature range extends over a maximum of 4 Kelvin.
  • the transition temperature range is below 80°C.
  • the transition temperature range is above 20°C.
  • the thermochromic layer has a material which is selected from the group containing a vanadium-containing oxide, in particular vanadium dioxide (V2O), divanadium trioxide (V2O3), vanadium pentoxide (V2O5) and vanadium oxide (VeO).
  • V2O vanadium dioxide
  • V2O3 divanadium trioxide
  • V2O5 vanadium pentoxide
  • VeO vanadium oxide
  • thermochromic layer other materials may also be suitable for the thermochromic layer.
  • an inorganic material can be advantageous in order to avoid an undesirable chemical interaction with useful (EUV) radiation that may come into contact with the thermochromic layer.
  • the invention is not limited to this, so that in principle organic materials can also be used, provided contact with the useful (EUV) radiation is avoided, for example by using a substrate protective layer.
  • the material is the thermochromic layer should be chosen so that it is resistant to the heating radiation as well as to the environment present in the respective optical system (e.g. in relation to contact with the mirror substrate or other adjacent materials).
  • thermochromic layer is preferably adjustable with regard to the transition temperature, which will be discussed in more detail below, for example by doping, so that the respective transition temperature is as close as possible to typical operating temperatures of the mirror even without additional measures.
  • the at least one radiation heater is arranged such that the coupling of heating radiation into the mirror takes place from a side that does not correspond to the optical effective surface, in particular from the rear side facing away from the optical effective surface.
  • the at least one radiant heater is designed to generate infrared radiation.
  • the wavelength of the heating radiation generated by the radiant heater when coupled via the mirror substrate must be selected so that the mirror substrate material is transmissive for this heating radiation.
  • the optical system has at least one beam trap or absorber surface for heating radiation emerging from the mirror.
  • a cooling channel arrangement with at least one cooling channel through which cooling fluid can flow is provided in the mirror substrate.
  • heating radiation that does not contribute to the desired heat input that is, for example, reflected back above the transition temperature
  • the temperature of the cooling channel arrangement can be determined of the cooling fluid flowing through, the operating temperature of the mirror can be adjusted to the transition temperature Tlimit of the thermochromic layer or the layer system.
  • the mirror is designed for a working wavelength of less than 30 nm, in particular less than 15 nm.
  • the optical system is a projection lens or an illumination device of a microlithographic projection exposure system.
  • the invention also relates to a method for operating an optical system, wherein the optical system has at least one mirror with an optical effective surface, a mirror substrate and a reflection layer system, with heating radiation being coupled into the mirror via a radiation heater; and wherein the mirror has a layer system for thermal conditioning comprising at least one thermochromic layer, this layer system having a temperature-dependent degree of absorption for the heating radiation; wherein a thermally induced deformation when the mirror is exposed to useful electromagnetic radiation is at least partially compensated for by a deformation effect of the layer system for thermal conditioning.
  • a method for operating an optical system wherein the optical system has at least one mirror with an optical effective surface, a mirror substrate and a reflection layer system, wherein heating radiation is coupled into the mirror via a radiation heater; and - Wherein the mirror has a layer system for thermal conditioning comprising at least one thermochromic layer, this layer system having a temperature-dependent degree of absorption for the heating radiation.
  • Figures 1a-1b show schematic representations to explain the possible structure and functionality of a mirror or optical system according to a first embodiment of the invention
  • Figures 2a-2b show schematic representations to explain the possible structure and functionality of a mirror or optical system according to a further embodiment
  • Figures 3a-3b show schematic representations to explain the possible structure and functionality of a mirror or optical system according to a further embodiment
  • Figure 4 shows a schematic representation to explain the possible structure of a mirror or optical system according to a further embodiment
  • Figure 5 shows a schematic representation of the possible structure of a microlithographic projection exposure system designed for operation in EUV.
  • Fig. 5 first shows schematically in a meridional section the possible structure of a microlithographic projection exposure system designed for operation in EUV.
  • the projection exposure system 1 has an illumination device 2 and a projection lens 10.
  • One embodiment of the lighting device 2 of the projection exposure system 1 has, in addition to a light or radiation source 3, lighting optics 4 for illuminating an object field 5 in an object plane 6.
  • the light source 3 can also be provided as a module separate from the other lighting device. In this case, the lighting device does not include the light source 3.
  • a reticle 7 arranged in the object field 5 is exposed.
  • the reticle 7 is held by a reticle holder 8.
  • the reticle holder 8 can be displaced in particular in a scanning direction via a reticle displacement drive 9.
  • a Cartesian xyz coordinate system is shown in FIG. 5 for explanation purposes.
  • the x direction runs perpendicular to the drawing plane.
  • the y-direction is horizontal and the z-direction is vertical.
  • the scanning direction runs along the y-direction in FIG. 5.
  • the z direction runs perpendicular to the object plane 6.
  • the projection lens 10 is used to image the object field 5 into an image field 11 in an image plane 12.
  • a structure on the reticle 7 is imaged onto a light-sensitive layer in the area of the image field 1 1 in the Image plane 12 arranged wafer 13.
  • the wafer 13 is held by a wafer holder 14.
  • the wafer holder 14 can be displaced in particular along the y direction via a wafer displacement drive 15.
  • the displacement, on the one hand, of the reticle 7 via the reticle displacement drive 9 and, on the other hand, of the wafer 13 via the wafer displacement drive 15 can take place in synchronization with one another.
  • the radiation source 3 is an EUV radiation source.
  • the radiation source 3 emits in particular EUV radiation, which is also referred to below as useful radiation or illumination radiation.
  • the useful radiation in particular has a wavelength in the range between 5 nm and 30 nm.
  • the radiation source 3 can be, for example, a plasma source, a synchrotron-based radiation source or a free-electron laser. FEL).
  • the illumination radiation 16, which emanates from the radiation source 3, is bundled by a collector 17 and propagates through an intermediate focus in an intermediate focus plane 18 into the illumination optics 4.
  • the illumination optics 4 has a deflection mirror 19 and, downstream of it in the beam path, a first facet mirror 20 (with schematic indicated facets 21) and a second facet mirror 22 (with schematically indicated facets 23).
  • the projection lens 10 has six mirrors M1 to M6. Alternatives with four, eight, ten, twelve or another number of mirrors Mi are also possible.
  • the penultimate mirror M5 and the last mirror M6 each have a passage opening for the illumination radiation 16.
  • the projection lens 10 is a double obscured optic.
  • the projection lens 10 has an image-side numerical aperture which, for example, can be larger than 0.5, in particular 0.6, and which can be, for example, 0.7 or 0.75. The numerical aperture can also be less than 0.5.
  • the electromagnetic radiation striking the optical effective surface of the mirror is partially absorbed and, as explained at the beginning, leads to heating and an associated thermal expansion or deformation, which in turn results in an impairment of the imaging properties of the optical system can.
  • the concept according to the invention can be applied particularly advantageously to any mirror of the microlithographic projection exposure system 1 of FIG. 5 in order to avoid or compensate for thermally induced deformations of the mirror in question.
  • the invention is not limited to use in a projection exposure system designed for operation in EUV.
  • the invention can also be advantageously used in a projection exposure system designed for operation in DUV (i.e. at wavelengths smaller than 250 nm, in particular smaller than 200 nm) or in another optical system.
  • thermochromic layer system present in the mirror, in order to effectively create a self-regulating system in which the useful radiation required for homogenization depending on the impact (e.g. EUV). Heating effect of the heating radiation coupled in by the radiant heater is adjusted automatically or automatically based on the temperature-dependent absorption capacity of the thermochromic layer system.
  • thermochromic layer present in the relevant mirror according to the invention or the layer system containing it for thermal conditioning in the temperature-dependent degree of absorption is matched to the wavelength or the wavelength range of the heating radiation emitted by the radiant heater and is also designed in such a way that the desired homogenization is achieved
  • the required "transformation effect" with regard to the absorption behavior for the heating radiation takes place within a temperature range which, on the one hand, is sufficiently small or narrowly limited (i.e. typically only includes a few Kelvin) and, on the other hand, if possible in the range of typical operating temperatures of the mirror (e.g. of the order of magnitude between 10 °C and 80°C).
  • thermochromic layer used according to the invention which is suitable for the homogenization described above, can be designed differently according to the embodiments described below with reference to FIGS. 1 a to 4.
  • the mirror 100 has a mirror substrate 110 (e.g. made of ULETM) and a reflection layer system 120 (e.g. in the form of a molybdenum (Mo) silicon ( Si) multi-layer stack) for reflecting incident useful radiation.
  • the mirror 100 can be exposed to heating radiation 155 from the back of the mirror via a radiation heater 150 and has a thermochromic layer 130, a reflection layer 135 (for reflecting heating radiation) and an (optional) substrate protection layer 140 between the mirror substrate 110 and the reflection layer system 120.
  • thermochromic layer 130 is designed in such a way that its absorption behavior changes from “absorbing” (FIG. 1 a) to “transmitting” (FIG. 1 b) when a predetermined transition temperature T limit is exceeded ) turns over.
  • the thermochromic layer 130 has a temperature below the said transition temperature T limit . According to FIG Heating of this thermochromic layer 130 and thus also the other layers present in the mirror leads. If, however, as shown in FIG.
  • thermochromic layer 130 exceeds the transition temperature Tlimit as the heat load increases due to the useful radiation (for example EUV) impinging on the optical effective surface, the absorption behavior of the thermochromic layer 130 changes from “absorbing” to “transmitting”. with the result that the heating radiation, which is no longer absorbed, is reflected on the reflection layer 135 after passing through the thermochromic layer 130 and leaves the mirror 100 after passing through the thermochromic layer 130 and the mirror substrate 110 again.
  • the relevant heating radiation emerging from the mirror 100 can optionally be collected via a suitable beam trap or via absorber surfaces located at suitable positions in the optical system.
  • the above-described automatic adaptation of the mirror or the thermochromic layer located therein with regard to the heating effect of the radiation heater 150 to the relevant (e.g. EUV) useful radiation and the associated heat load may also vary locally, with the result that the EUV - Useful radiation, areas of the mirror that are more thermally stressed absorb less heating radiation from the radiant heater and vice versa, so that the desired homogenization of the temperature profile is achieved as a result.
  • relevant e.g. EUV
  • thermochromic layer or the layer system having at least this layer for thermal conditioning is arranged on the side of the reflection layer system facing the mirror substrate, the invention is not limited to this.
  • a thermochromic layer can also be on the front of the mirror or the optical one Effective surface can be arranged, provided that the thermochromic layer is transparent to the (e.g. EUV) useful radiation and does not degrade when exposed to the useful radiation.
  • FIGS. 1a-1b show schematic representations to explain the structure and functionality of a further embodiment, with analogous or essentially functionally identical components being designated with reference numbers increased by "100" compared to FIGS. 1a-1b.
  • thermochromic layer 230 is designed in such a way that its absorption behavior changes from “absorbing” to “reflective” when the transition temperature T limit is exceeded. As can be readily seen, a function analogous to that of FIGS. 1a-1b is ultimately achieved even without the presence of the reflection layer 135 on the side of the thermochromic layer 230 facing away from the mirror substrate 210.
  • V2O vanadium dioxide
  • W tungsten
  • FIGS. 1a-1b show schematic representations to explain the structure and functionality of a further exemplary embodiment, with analog or essentially functionally identical components being designated with reference numbers increased by "200" compared to FIGS. 1a-1b.
  • thermochromic layer 330 is designed in such a way that its absorption behavior changes from “transmitting” to “reflective” when the transition temperature Tlimit is exceeded.
  • the mirror 300 points according to FIGS. 3a-3b on the On the side of the thermochromic layer facing away from the mirror substrate 310, instead of the reflection layer 145 of FIGS.
  • the heating radiation 355 - in this respect analogous to FIG. 2b - is already reflected on the thermochromic layer 330, so that no further heat input through the heating radiation into the mirror 300 takes place.
  • hydroxypropyl methylcellulose HPMC
  • AlNCs Alpha nanocrystal mixture
  • Fig. 4 shows a schematic representation to explain the structure and functionality of a mirror in a further embodiment, with analog or essentially functionally identical components being designated with reference numbers increased by "200" compared to Figs. 2a-2b. 4, there is a cooling channel arrangement 460 in the mirror substrate 410 with at least one cooling channel through which cooling fluid can flow.
  • FIG a-1 b or Fig. 3a-3b can be realized.
  • the cooling channel arrangement 460 ensures that heating radiation 455 reflected on the thermochromic layer 430 can be absorbed on the cooling channel arrangement 460 (this absorption can take place in the cooling fluid or also on an absorbing coating of the cooling channel arrangement 460). As a result, the corresponding radiation The power of the heating radiation can be efficiently dissipated and in particular does not reach other positions of the mirror substrate or the optical system in an undesirable manner. Furthermore, the operating temperature of the mirror 400 can be adjusted to the transition temperature T limit of the thermochromic layer 430 via the temperature of the cooling fluid flowing through the cooling channel arrangement 460, so that an additional degree of freedom is gained with regard to the selection of the suitable material of the thermochromic layer. In addition, the mirror 400 can be operated at comparatively lower temperature levels, since the absorption of the (eg EUV) useful radiation leads to comparatively lower temperature peaks on the optical effective surface.
  • the absorption of the (eg EUV) useful radiation leads to comparatively lower temperature peaks on the optical effective surface.
  • more than one radiant heater can also be provided.
  • Such a configuration can be particularly advantageous in the embodiment with an additional cooling channel arrangement according to FIG. 4 in order to avoid undesirable shading effects of the cooling channel arrangement when coupling in heating radiation.
  • the coupling of heating radiation into the mirror or the thermochromic layer according to the invention can also take place via a side surface in addition to or as an alternative to coupling via the back of the mirror.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches System sowie ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Systems, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein optisches System wenigstens einen Spiegel (100, 200, 300, 400), welcher eine optische Wirkfläche (101, 201, 301, 401), ein Spiegelsubstrat (110, 210, 310, 410) und ein Reflexionsschichtsystem (120, 220, 320, 420) aufweist, und wenigstens einen Strahlungsheizer (150, 250, 350, 450) zur Einkopplung von Heizstrahlung (155, 255, 355, 455) in den Spiegel (100, 200, 300, 400) auf, wobei der Spiegel ein zumindest eine thermochrome Schicht umfassendes Schichtsystem (130, 230, 330, 430) zur thermalen Konditionierung aufweist, wobei dieses Schichtsystem einen für die Heizstrahlung temperaturabhängigen Absorptionsgrad besitzt und wobei das Schichtsystem zur thermalen Konditionierung zwischen einem Spiegelsubstrat (110, 210, 310, 410) und einem Reflexionsschichtsystem (120, 220, 320, 420) zur Reflexion von auf den Spiegel auftreffender Nutzstrahlung angeordnet ist.

Description

Optisches System, sowie Verfahren zum Betreiben eines optischen Systems
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Deutschen Patentanmeldung DE 10 2022 204 396.0, angemeldet am 4. Mai 2022. Der Inhalt dieser DE-Anmeldung wird durch Bezugnahme ("incorporation by reference") mit in den vorliegenden Anmeldungstext aufgenommen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein optisches System sowie ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Systems, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Stand der Technik
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCDs, angewendet. Der Mikrolitho- graphieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. einen Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen. In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet. Ein in der Praxis auftretendes Problem ist, dass die EUV-Spiegel u.a. infolge Absorption der von der EUV-Licht- quelle emittierten Strahlung eine Erwärmung und eine damit einhergehende thermische Ausdehnung bzw. Deformation erfahren, welche wiederum eine Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des optischen Systems zur Folge haben kann.
Zur Vermeidung von durch Wärmeeinträge in einen EUV-Spiegel verursachten Oberflächendeformationen und damit einhergehenden optischen Aberrationen sind diverse Ansätze bekannt. Unter anderem ist es bekannt, als Spiegelsubstratmaterial ein Material mit ultraniedriger thermischer Expansion ("Ultra-Low- Expansion-Material"), z.B. ein unter der Bezeichnung ULE™ von der Firma Corning Inc. vertriebenes Titan-Quarzglas, zu verwenden und in einem der optischen Wirkfläche nahen Bereich die sogenannte Nulldurchgangstemperatur (= "Zero-Crossing-Temperatur") einzustellen. Bei dieser Zero-Crossing-Tempera- tur, welche z.B. für ULE™ bei etwa i9-= 30°C liegt, weist der thermische Ausdehnungskoeffizient in seiner Temperaturabhängigkeit einen Nulldurchgang auf, in dessen Umgebung keine oder nur eine vernachlässigbare thermische Ausdehnung des Spiegelsubstratmaterials erfolgt.
Weitere bekannte Ansätze zur Vermeidung von durch Wärmeeinträge in einen EUV-Spiegel verursachten Oberflächendeformationen beinhalten ein aktives direktes Kühlen z.B. über von einem Kühlfluid durchströmbare Kühlkanäle oder auch ein Heizen durch Einsatz einer (auf resistiven Heizelementen bzw. Heizdrähten oder auch auf einer Einkopplung elektromagnetischer Heizstrahlung basierenden) Heizanordnung. Mit einer solchen Heizanordnung kann in Phasen vergleichsweise geringer Absorption von EUV-Nutzstrahlung eine aktive Spiegelerwärmung erfolgen, welche mit steigender Absorption der EUV-Nutzstrah- lung entsprechend zurückgefahren wird. Dabei wird der aktuelle Erwärmungszustand des EUV-Spiegels typischerweise mit Hilfe von einem oder mehreren am EUV-Spiegel angebrachten Temperatursensoren ermittelt. Die aktive Spiegelerwärmung kann insbesondere mit dem Ziel erfolgen, die mittlere Spiegeltemperatur in der Nähe der o.g. Zero-Crossing-Temperatur zu halten.
Die zuvor genannten Ansätze zur Vermeidung thermisch induzierter Deformationen können sich in der Praxis jedoch als unzureichend und/oder aufwendig erweisen: So kann beim Einsatz von Kühlkanälen ein vom strömenden Kühlfluid über die Kühlkanalwandung auf das Spiegelsubstrat ausgeübter mechanischer Druck einen parasitären Deformationsbeitrag liefern. Dem kann zwar durch Vergrößerung des Abstandes zwischen Kühlkanalanordnung und optischer Wirkfläche Rechnung getragen werden, was dann jedoch mit einer Abnahme der an der optischen Wirkfläche erzielten Kühlwirkung einhergeht.
Des Weiteren geht die Realisierung eines gezielt örtlich und zeitlich variierenden Eintrags von Heizleistung in einen Spiegel über eine Heizanordnung mit einem erheblichen messtechnischen sowie regelungstechnischen Aufwand einher, um die aktuell am Spiegel vorliegende Temperaturverteilung zu messen und die zur Vermeidung von Temperaturgradienten bzw. Deformationen geeignete Heizleistung einzustellen.
Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf die Publikationen U. Berardi et al.: "Preparation and assessment of the potential energy savings of thermochromic and cool coatings considering inter-building effects", Solar Energy 209 (2020), Seiten 493-504; Q. Hao et al.: "VOs/TiN Plasmonic Thermochromic Smart Coatings for Room-Temperature Applications", Adv. Mater. 2018, 30, Seiten 1705421 -1 bis 1705421 -5; D. Cao et al.: "Sunlight-Driven Photo-Thermochromic Smart Windows", Sol. RRL 2018, Seiten 1700219-1 bis 1700219-8; T. Karlessi et al.: "Development and testing of thermochromic coatings for buildings and urban structures", Solar Energy 83 (2009), Seiten 538- 551 und P. Kiri et al. : "Solid state thermochromic materials”, Adv. Mat. Lett. 2010 1 (2), Seiten 86-105, verwiesen. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System sowie ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Systems bereitzustellen, welche eine wirksame Vermeidung von thermisch induzierten Deformationen unter zumindest Abmilderung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche gelöst.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein optisches System auf: wenigstens einen Spiegel; und wenigstens einen Strahlungsheizer zur Einkopplung von Heizstrahlung in diesen Spiegel, wobei der Spiegel ein zumindest eine thermochrome Schicht umfassendes Schichtsystem zur thermalen Konditionierung aufweist, wobei dieses Schichtsystem einen für die Heizstrahlung temperaturabhängigen Absorptionsgrad besitzt und wobei das Schichtsystem zur thermalen Konditionierung zwischen einem Spiegelsubstrat und einem Reflexionsschichtsystem zur Reflexion von auf den Spiegel auftreffender Nutzstrahlung angeordnet ist.
Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, bei einem in einem optischen System wie z.B. einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage befindlichen Spiegel thermisch induzierte Deformationen im Wege einer Homogenisierung der sich im Betrieb des optischen Systems einstellenden Temperaturverteilung im Spiegel dadurch zu vermeiden bzw. reduzieren, dass durch den Einsatz eines Strahlungsheizers zur Beaufschlagung des Spiegels mit Heizstrahlung in Kombination mit einem im Spiegel vorhandenen Schichtsystem zur thermalen Konditionierung, welches zumindest eine thermochrome Schicht aufweist, gewissermaßen ein selbstregelndes System bereitgestellt wird:
Dadurch, dass nämlich das erfindungsgemäß vorgesehene Schichtsystem zur thermalen Konditionierung einen temperaturabhängigen Absorptionsgrad besitzt, kann dann, wenn im Betrieb des optischen Systems die auf den Spiegel durch Beaufschlagung der optischen Wirkfläche mit Nutzlicht (z.B. EUV-Strah- lung) einwirkende Wärmelast lokal ansteigt, eine gewünschte Homogenisierung der Temperaturverteilung bereits dadurch selbsttätig und ohne aktive Regelungsmaßnahmen erreicht werden, dass sich das Absorptionsverhalten des Schichtsystems zur thermalen Konditionierung für die über den Strahlungsheizer eingekoppelte Heizstrahlung in geeigneter Weise ändert (also z.B. in Bereichen, die infolge des Wärmeeintrags über das Nutzlicht stärker erwärmt werden, aufgrund eines veränderten Absorptionsgrades des Schichtsystems für die Heizstrahlung weniger Heizstrahlung absorbiert wird).
Da erfindungsgemäß wie vorstehend beschrieben der je nach aktuell auf den Spiegel durch eingestrahltes Nutzlicht (z.B. EUV-Strahlung) einwirkender Wärmelast zur Homogenisierung geeignete Wärmeeintrag der ebenfalls in den Spiegel über den Strahlungsheizer eingekoppelten Heizstrahlung sich ohne weitere aktive Regelungsmaßnahmen allein durch das sich selbsttätig bzw. automatisch temperaturabhängig anpassende Absorptionsverhalten des zumindest die ther- mochrome Schicht aufweisenden Schichtsystems einstellt, ist auch keine aktive ortsaufgelöste Messung der aktuell am Spiegel vorhandenen Temperaturverteilung notwendig. Im Ergebnis kann somit der herkömmlicherweise für die örtlich sowie zeitlich variierende Einbringung von Heizleistung in den Spiegel anfallende messtechnische sowie regelungstechnische Aufwand entfallen.
Somit weist ein optisches System gemäß einem generellen Aspekt der vorliegenden Offenbarung auf: wenigstens einen Spiegel; und wenigstens einen Strahlungsheizer zur Einkopplung von Heizstrahlung in diesen Spiegel, wobei der Spiegel ein zumindest eine thermochrome Schicht umfassendes Schichtsystem zur thermalen Konditionierung aufweist, wobei dieses Schichtsystem einen für die Heizstrahlung temperaturabhängigen Absorptionsgrad besitzt.
Gemäß dem erwähnten einen Aspekt der Erfindung ist das Schichtsystem zur thermalen Konditionierung zwischen einem Spiegelsubstrat und einem Reflexionsschichtsystem zur Reflexion von auf den Spiegel auftreffender Nutzstrahlung angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform besteht das Schichtsystem zur thermalen Konditionierung ausschließlich aus der thermochromen Schicht.
Gemäß einer anderen Ausführungsform weist das Schichtsystem zur thermalen Konditionierung ferner eine auf der dem Strahlungsheizer abgewandten Seite der thermochromen Schicht angeordnete Reflexionsschicht zur Reflexion von Heizstrahlung auf. Eine solche Ausgestaltung ist wie im Weiteren noch näher beschrieben insbesondere dann sinnvoll, wenn die thermochrome Schicht in ihrem Absorptionsverhalten bei Überschreiten der vorgegebenen Umschlagtemperatur zwischen absorbierend und transmittierend umschlägt, da dann nach Überschreiten der Umschlagtemperatur Heizstrahlung, welche die thermochrome Schicht durchlaufen hat, über die Reflexionsschicht zurückreflektiert wird, den Spiegel verlässt und keinen weiteren Wärmeeintrag im Spiegel mehr bewirkt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform weist das Schichtsystem zur thermalen Konditionierung eine auf der dem Strahlungsheizer abgewandten Seite der thermochromen Schicht angeordnete Absorptionsschicht zur Absorption von Heizstrahlung auf. Eine solche Ausgestaltung ist wie im Weiteren noch näher beschrieben insbesondere dann sinnvoll, wenn die thermochrome Schicht in ihrem Absorptionsverhalten bei Überschreiten der vorgegebenen Umschlag- temperatur zwischen transmittierend und reflektierend umschlägt, da dann unterhalb der Umschlagtemperatur Heizstrahlung, welche die thermochrome Schicht durchlaufen hat, in der Absorptionsschicht absorbiert wird und so den erwünschten Wärmeeintrag im Spiegel bewirkt.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Schichtsystem zur thermalen Konditionierung derart ausgestaltet, dass durch Temperaturerhöhung über einen vorgegebenen Umschlagtemperaturbereich eine von dem Schichtsystem absorbierte Heizleistung um wenigstens 50%, insbesondere um wenigstens 60%, weiter insbesondere um wenigstens 70% reduziert wird.
Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich dieser Umschlagtemperaturbereich über maximal 4 Kelvin.
Gemäß einer Ausführungsform liegt der Umschlagtemperaturbereich unterhalb von 80°C.
Gemäß einer Ausführungsform liegt der Umschlagtemperaturbereich oberhalb von 20°C.
Gemäß einer Ausführungsform weist die thermochrome Schicht ein Material auf, welche aus der Gruppe ausgewählt ist, die ein vanadiumhaltiges Oxid, insbesondere Vanadiumdioxid (V2O), Divanadiumtrioxid (V2O3), Vanadiumpentoxid (V2O5) und Vanadiumoxid (VeO ), enthält.
In weiteren Ausführungsformen können auch andere Materialien für die thermochrome Schicht geeignet sein. Die Verwendung eines anorganischen Materials kann dabei zur Vermeidung einer unerwünschten chemischen Wechselwirkung mit ggf. in Kontakt mit der thermochromen Schicht gelangender Nutz (EUV-)Strahlung vorteilhaft sein. Die Erfindung ist jedoch darauf nicht beschränkt, so dass grundsätzlich ggf. auch organische Materialien verwendet werden können, sofern ein Kontakt mit der Nutz(EUV-)Strahlung z.B. durch Einsatz einer Substratschutzschicht vermieden wird. Des Weiteren ist das Material der thermochromen Schicht so zu wählen, dass diese beständig gegenüber der Heizstrahlung sowie auch gegenüber der im jeweiligen optischen System vorliegenden Umgebung (z.B. in Bezug auf einen Kontakt mit dem Spiegelsubstrat oder anderen angrenzenden Materialien) ist.
Des Weiteren ist vorzugsweise das Material der thermochromen Schicht hinsichtlich der im Weiteren noch näher diskutierten Umschlagtemperatur z.B. durch Dotierung anpassbar, damit die jeweilige Umschlagtemperatur auch ohne zusätzliche Maßnahmen bereits möglichst nahe an typischen Betriebstemperaturen des Spiegels liegt.
Gemäß einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Strahlungsheizer derart angeordnet, dass die Einkopplung von Heizstrahlung in den Spiegel von einer nicht der optischen Wirkfläche entsprechenden Seite aus, insbesondere von der der optischen Wirkfläche abgewandten Rückseite aus, in den Spiegel erfolgt.
Gemäß einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Strahlungsheizer zur Erzeugung von Infrarotstrahlung ausgestaltet. Grundsätzlich ist die Wellenlänge der vom Strahlungsheizer erzeugten Heizstrahlung bei Einkopplung über das Spiegelsubstrat so zu wählen, dass das Spiegelsubstratmaterial für diese Heizstrahlung transmittierend ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist das optische System wenigstens eine Strahlfalle oder Absorberfläche für aus dem Spiegel austretende Heizstrahlung auf.
Gemäß einer Ausführungsform ist im Spiegelsubstrat eine Kühlkanalanordnung mit wenigstens einem von Kühlfluid durchströmbaren Kühlkanal vorgesehen. Über eine solche Kühlkanalanordnung kann nicht zum gewünschten Wärmeeintrag beitragende (also z.B. oberhalb der Umschlagtemperatur zurückreflektierte) Heizstrahlung effizient abgeführt werden, so dass diese nicht in unerwünschter Weise an andere Positionen des Spiegelsubstrats oder des optischen Systems gelangt. Des Weiteren kann über die Temperatur des die Kühlkanalanordnung durchströmenden Kühlfluids die Betriebstemperatur des Spiegels auf die Umschlagtemperatur Tgrenz der thermochromen Schicht bzw. des Schichtsystems abgestimmt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Spiegel für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30 nm, insbesondere weniger als 15 nm, ausgelegt.
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische System ein Projektionsobjektiv oder eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Die Erfindung betrifft weiter auch ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Systems, wobei das optische System wenigstens einen Spiegel mit einer optischen Wirkfläche, einem Spiegelsubstrat und einem Reflexionsschichtsystem aufweist, wobei über einen Strahlungsheizer Heizstrahlung in den Spiegel eingekoppelt wird; und wobei der Spiegel ein zumindest eine thermochrome Schicht umfassendes Schichtsystem zur thermalen Konditionierung aufweist, wobei dieses Schichtsystem einen für die Heizstrahlung temperaturabhängigen Absorptionsgrad besitzt; wobei eine bei Beaufschlagung des Spiegels mit elektromagnetischer Nutzstrahlung thermisch induzierte Deformation durch eine Deformationswirkung des Schichtsystems zur thermalen Konditionierung wenigstens teilweise kompensiert wird.
Gemäß einem generellen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Systems vorgeschlagen, wobei das optische System wenigstens einen Spiegel mit einer optischen Wirkfläche, einem Spiegelsubstrat und einem Reflexionsschichtsystem aufweist, wobei über einen Strahlungsheizer Heizstrahlung in den Spiegel eingekoppelt wird; und - wobei der Spiegel ein zumindest eine thermochrome Schicht umfassendes Schichtsystem zur thermalen Konditionierung aufweist, wobei dieses Schichtsystem einen für die Heizstrahlung temperaturabhängigen Absorptionsgrad besitzt.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
Figur 1 a-1 b schematische Darstellungen zur Erläuterung des möglichen Aufbaus und der Funktionsweise eines Spiegels bzw. optischen Systems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2a-2b schematische Darstellungen zur Erläuterung des möglichen Aufbaus und der Funktionsweise eines Spiegels bzw. optischen Systems gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Figur 3a-3b schematische Darstellungen zur Erläuterung des möglichen Aufbaus und der Funktionsweise eines Spiegels bzw. optischen Systems gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Figur 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus eines Spiegels bzw. optischen Systems gemäß einer weiteren Ausführungsform; und Figur 5 eine schematische Darstellung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Fig. 5 zeigt zunächst schematisch im Meridionalschnitt den möglichen Aufbau einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Gemäß Fig. 5 weist die Projektionsbelichtungsanlage 1 eine Beleuchtungseinrichtung 2 und ein Projektionsobjektiv 10 auf. Eine Ausführung der Beleuchtungseinrichtung 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Licht- bzw. Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Bei einer alternativen Ausführung kann die Lichtquelle 3 auch als ein zur sonstigen Beleuchtungseinrichtung separates Modul bereitgestellt sein. In diesem Fall umfasst die Beleuchtungseinrichtung die Lichtquelle 3 nicht.
Belichtet wird hierbei ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7. Das Retikel 7 ist von einem Retikelhalter 8 gehalten. Der Retikelhalter 8 ist über einen Reti- kelverlagerungsantrieb 9 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar. In Fig. 5 ist zur Erläuterung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Richtung verläuft senkrecht zur Zeichenebene hinein. Die y-Richtung verläuft horizontal und die z-Richtung verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in Fig. 5 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.
Das Projektionsobjektiv 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 1 1 in der Bildebene 12 angeordneten Wafers 13. Der Wafer 13 wird von einem Waferhalter 14 gehalten. Der Waferhalter 14 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 15 insbesondere längs der y-Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 7 über den Retikelverlagerungsantrieb 9 und andererseits des Wafers 13 über den Waferverlagerungsantrieb 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen.
Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung oder Beleuchtungsstrahlung bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich zum Beispiel um eine Plasmaquelle, eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle oder um einen Freie-Elektro- nen-Laser ("Free-Electron-Laser", FEL) handeln. Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 17 gebündelt und propagiert durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18 in die Beleuchtungsoptik 4. Die Beleuchtungsoptik 4 weist einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20 (mit schematisch angedeuteten Facetten 21 ) und einen zweiten Facettenspiegel 22 (mit schematisch angedeuteten Facetten 23) auf.
Das Projektionsobjektiv 10 weist eine Mehrzahl von Spiegeln Mi (i= 1 , 2, ...) auf, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind. Bei dem in der Fig. 5 dargestellten Beispiel weist das Projektionsobjektiv 10 sechs Spiegel M1 bis M6 auf. Alternativen mit vier, acht, zehn, zwölf oder einer anderen Anzahl an Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Der vorletzte Spiegel M5 und der letzte Spiegel M6 weisen jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16 auf. Bei dem Projektionsobjektiv 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Das Projektionsobjektiv 10 hat eine bildseitige numerische Apertur, die beispielhaft größer als 0.5, insbesondere 0.6 sein kann, und die beispielsweise 0.7 oder 0.75 betragen kann. Die numerische Apertur kann auch weniger als 0.5 betragen. Im Betrieb der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage 1 wird die auf die optische Wirkfläche der Spiegel auftreffende elektromagnetische Strahlung zum Teil absorbiert und führt wie eingangs erläutert zu einer Erwärmung und einer damit einhergehenden thermischen Ausdehnung bzw. Deformation, welche wiederum eine Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des optischen Systems zur Folge haben kann. Das erfindungsgemäße Konzept kann insbesondere vorteilhaft auf einen beliebigen Spiegel der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage 1 von Fig. 5 zur Vermeidung bzw. Kompensation thermisch induzierter Deformationen des betreffenden Spiegels angewendet werden.
Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung in einer für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage beschränkt. Insbesondere kann die Erfindung auch in einer für den Betrieb im DUV (d.h. bei Wellenlängen kleiner als 250 nm, insbesondere kleiner als 200 nm) ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage oder auch in einem anderen optischen System vorteilhaft angewendet werden.
Den im Weiteren beschriebenen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass im Betrieb eines optischen Systems für einen in diesem optischen System vorhandenen (z.B. EUV-) Spiegel eine Homogenisierung der sich in diesem Spiegel bzw. an dessen optischer Wirkfläche einstellenden Temperaturverteilung und damit eine Vermeidung oder Reduzierung störender bzw. schwierig korrigierbarer thermisch induzierter Deformationen dadurch erzielt wird, dass ein Strahlungsheizer in Kombination mit einem im Spiegel vorhandenen thermochromen Schichtsystem verwendet wird, um im Ergebnis effektiv ein selbstregelndes System zu schaffen, bei welchem die je nach einwirkender (z.B. EUV-) Nutzstrahlung zur Homogenisierung benötigte Heizwirkung der durch den Strahlungsheizer eingekoppelten Heizstrahlung selbsttätig bzw. automatisch aufgrund des sich temperaturabhängigen Absorptionsvermögens des thermochromen Schichtsystems eingestellt wird. Dabei ist die erfindungsgemäß im betreffenden Spiegel vorhandene ther- mochrome Schicht bzw. das diese aufweisende Schichtsystem zur thermalen Konditionierung im temperaturabhängigen Absorptionsgrad auf die Wellenlänge bzw. den Wellenlängenbereich der vom Strahlungsheizer ausgesandten Heizstrahlung abgestimmt sowie weiter auch so ausgelegt, dass die zur Erzielung der gewünschten Homogenisierung benötigte "Umschlagwirkung" hinsichtlich des Absorptionsverhaltens für die Heizstrahlung innerhalb eines Temperaturbereichs stattfindet, welcher zum einen hinreichend klein ist bzw. eng begrenzt ist (also typischerweise nur wenige Kelvin umfasst) und zum anderen auch möglichst im Bereich typischer Betriebstemperaturen des Spiegels (z.B. größenordnungsmäßig zwischen 10°C und 80°C) liegt.
Die zur vorstehend beschriebenen Homogenisierung geeignete Umschlagwirkung der erfindungsgemäß eingesetzten thermochromen Schicht kann gemäß den im Weiteren unter Bezugnahme auf Fig. 1 a bis Fig. 4 beschriebenen Ausführungsformen unterschiedlich beschaffen sein.
Fig. 1 a-1 b zeigen in lediglich schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spiegels 100. Der Spiegel 100 weist ein Spiegelsubstrat 1 10 (z.B. aus ULE™) und ein Reflexionsschichtsystem 120 (z.B. in Form eines Molybdän (Mo)-Silizium (Si)-Vielfachschichtstapels) zur Reflexion auftreffender Nutzstrahlung auf. Der Spiegel 100 ist über einen Strahlungsheizer 150 von der Spiegelrückseite aus mit Heizstrahlung 155 beaufschlagbar und weist zwischen Spiegelsubstrat 1 10 und Reflexionsschichtsystem 120 aufeinanderfolgend eine thermochrome Schicht 130, eine Reflexionsschicht 135 (zur Reflexion von Heizstrahlung) und eine (optionale) Substratschutzschicht 140 auf.
Die thermochrome Schicht 130 ist im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 a-1 b so ausgestaltet, dass deren Absorptionsverhalten bei Überschreiten einer vorgegebenen Umschlagtemperatur Tgrenz von "absorbierend" (Fig. 1 a) nach "trans- mittierend" (Fig. 1 b) umschlägt. Solange demnach - infolge einer vergleichsweise geringeren Wärmelast aufgrund der auf die optische Wirkfläche auftreffenden (z.B. EUV-)Nutzstrahlung - die thermochrome Schicht 130 eine Temperatur unterhalb der besagten Umschlagtemperatur Tgrenz aufweist, wird gemäß Fig. 1 a von dem Strahlungsheizer 150 durch das Spiegelsubstrat 1 10 eingekoppelte Heizstrahlung in der thermochromen Schicht 130 absorbiert, was zu einer Erwärmung dieser thermochromen Schicht 130 und damit auch der übrigen im Spiegel vorhandenen Schichten führt. Übersteigt hingegen gemäß Fig. 1 b mit steigender Wärmelast aufgrund der auf die optische Wirkfläche auftreffenden (z.B. EUV-) Nutzstrahlung die Temperatur der thermochromen Schicht 130 die Umschlagtemperatur Tgrenz, so ändert sich das Absorptionsverhalten der thermochromen Schicht 130 von "absorbierend" nach "transmittierend" mit der Folge, dass die nun nicht mehr absorbierte Heizstrahlung nach Durchlaufen der thermochromen Schicht 130 an der Reflexionsschicht 135 reflektiert wird und nach erneutem Durchlaufen der thermochromen Schicht 130 und des Spiegelsubstrats 1 10 den Spiegel 100 verlässt. Dabei kann die betreffende, aus dem Spiegel 100 austretende Heizstrahlung optional über eine geeignete Strahlfalle bzw. über an geeigneten Positionen im optischen System befindliche Absorberflächen aufgefangen werden.
Die vorstehend beschriebene, selbsttätige Anpassung des Spiegels bzw. der darin befindlichen thermochromen Schicht hinsichtlich der Heizwirkung des Strahlungsheizers 150 an die jeweils einwirkende (z.B. EUV-)Nutzstrahlung und die damit verbundene Wärmelast erfolgt hierbei gegebenenfalls auch lokal variierend mit der Folge, dass durch die EUV-Nutzstrahlung thermisch stärker belastete Bereiche des Spiegels weniger Heizstrahlung des Strahlungsheizers absorbieren und umgekehrt, so dass im Ergebnis die gewünschte Homogenisierung des Temperaturprofils erreicht wird.
Wenngleich in Fig. 1 a-1 b sowie auch in den im Weiteren beschriebenen Ausführungsformen die thermochrome Schicht bzw. das zumindest diese Schicht aufweisende Schichtsystem zur thermalen Konditionierung jeweils auf der dem Spiegelsubstrat zugewandten Seite des Reflexionsschichtsystems angeordnet ist, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. So kann grundsätzlich eine thermochrome Schicht auch auf der Spiegelvorderseite bzw. der optischen Wirkfläche angeordnet sein, sofern die thermochrome Schicht für die (z.B. EUV-)Nutzstrahlung transparent ist und bei Einwirkung der Nutzstrahlung nicht degradiert.
Fig. 2a-2b zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung von Aufbau und Funktionsweise einer weiteren Ausführungsform, wobei im Vergleich zu Fig. 1 a-1 b analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um "100" erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
Im Unterschied zu Fig. 1 a-1 b ist bei der Ausführungsform von Fig. 2a-2b die thermochrome Schicht 230 derart ausgestaltet, dass deren Absorptionsverhalten bei Überschreiten der Umschlagtemperatur Tgrenz von "absorbierend" nach "reflektierend" umschlägt. Wie ohne Weiteres ersichtlich ist, wird damit letztlich eine zu Fig. 1 a-1 b analoge Funktionsweise auch ohne Vorhandensein der Reflexionsschicht 135 auf der dem Spiegelsubstrat 210 abgewandten Seite der thermochromen Schicht 230 erreicht.
Ein geeignetes Material für die thermochrome Schicht 230 ist beispielsweise Vanadiumdioxid (V2O), welches auftreffende Infrarotstrahlung bei unterhalb einer Umschlagtemperatur von Tgrenz = 68°C absorbiert und oberhalb dieser Umschlagtemperatur reflektiert. Durch Wolfram (W)-Dotierung kann die Umschlagtemperatur bis auf einen Wert Tgrenz = 29°C reduziert werden.
Fig. 3a-3b zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung von Aufbau und Funktionsweise eines weiteren Ausführungsbeispiels, wobei im Vergleich zu Fig. 1 a-1 b analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um "200" erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
Im Unterschied zu Fig. 1 a-1 b ist bei der Ausführungsform von Fig. 3a-3b die thermochrome Schicht 330 derart ausgestaltet, dass deren Absorptionsverhalten bei Überschreiten der Umschlagtemperatur Tgrenz von "transmittierend" nach "reflektierend" umschlägt. Zur Erzielung der vorstehend beschriebenen Funktionsweise weist somit gemäß Fig. 3a-3b der Spiegel 300 auf der dem Spiegelsubstrat 310 abgewandten Seite der thermochromen Schicht anstelle der Reflexionsschicht 145 von Fig. 1 a-1 b eine Absorptionsschicht 345 zur Absorption von Heizstrahlung 355 auf, welche unterhalb der Umschlagtemperatur Tgrenz durch die thermochrome Schicht 330 transmittiert wird. Hingegen wird bei Überschreiten der Umschlagtemperatur Tgrenz die Heizstrahlung 355 - insoweit analog zu Fig. 2b - bereits an der thermochromen Schicht 330 reflektiert, so dass dann kein weiterer Wärmeeintrag durch die Heizstrahlung mehr in den Spiegel 300 stattfindet.
Dabei kann gemäß hinsichtlich der Ausführungsform von Fig. 3a-3b beispielsweise gemäß D. Cao et al.: "Sunlight-Driven Photo-Thermochromic Smart Windows”, Sol. RRL 2018, Seiten 1700219-1 bis 1700219-8, Hydroxypropyl- Methylcellulose (HPMC) als thermochromes Material in Kombination mit einer "Au-Nanokristallmischung" (AuNCs) eingesetzt werden, um die Umschlagtemperatur in den Bereich der Umgebungstemperatur zu bringen.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung von Aufbau und Funktionsweise eines Spiegels in einer weiteren Ausführungsform, wobei im Vergleich zu Fig. 2a-2b analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um "200" erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. Gemäß Fig. 4 befindet sich im Spiegelsubstrat 410 eine Kühlkanalanordnung 460 mit wenigstens einem von Kühlfluid durchströmbaren Kühlkanal. Wenngleich gemäß Fig. 4 eine solche Kühlkanalanordnung 460 in einem Spiegel 400 gemäß dem zuvor anhand von Fig. 2a-2b beschriebenen Aufbau realisiert ist, kann in weiteren Ausführungsformen der in Fig. 4 angedeutete Einsatz einer Kühlkanalanordnung auch in Verbindung mit dem in Fig. 1 a-1 b oder Fig. 3a-3b beschriebenen Konzept realisiert werden.
Wie in Fig. 4 angedeutet wird durch die Kühlkanalanordnung 460 erreicht, dass an der thermochromen Schicht 430 reflektierte Heizstrahlung 455 an der Kühlkanalanordnung 460 absorbiert werden kann (wobei diese Absorption im Kühlfluid oder auch an einer absorbierenden Beschichtung der Kühlkanalanordnung 460 stattfinden kann). Infolgedessen kann die entsprechende Strahlungs- leistung der Heizstrahlung effizient abgeführt werden und gelangt insbesondere nicht in unerwünschter Weise an andere Positionen des Spiegelsubstrats oder des optischen Systems. Des Weiteren kann über die Temperatur des die Kühlkanalanordnung 460 durchströmenden Kühlfluids die Betriebstemperatur des Spiegels 400 auf die Umschlagtemperatur Tgrenz der thermochromen Schicht 430 abgestimmt werden, so dass ein zusätzlicher Freiheitsgrad hinsichtlich der Auswahl des geeigneten Materials der thermochromen Schicht gewonnen wird. Zudem kann der Spiegel 400 bei vergleichsweise geringeren Temperaturniveaus betrieben werden, da die Absorption der (z.B. EUV-)Nutzstrah- lung zu vergleichsweise geringeren Temperaturspitzen an der optischen Wirkfläche führt.
In weiteren Ausführungsformen können auch mehr als ein Strahlungsheizer vorgesehen sein. Eine solche Ausgestaltung kann insbesondere bei der Ausführungsform mit zusätzlicher Kühlkanalanordnung gemäß Fig. 4 vorteilhaft sein, um unerwünschte Abschattungseffekte der Kühlkanalanordnung bei der Einkopplung von Heizstrahlung zu vermeiden.
Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Einkopplung von Heizstrahlung in den Spiegel bzw. die thermochrome Schicht zusätzlich oder alternativ zur Einkopplung über die Spiegelrückseite auch über eine Seitenfläche erfolgen.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.

Claims

Patentansprüche Optisches System, mit wenigstens einem Spiegel (100, 200, 300, 400); und wenigstens einem Strahlungsheizer (150, 250, 350, 450) zur Einkopplung von Heizstrahlung (155, 255, 355, 455) in diesen Spiegel (100, 200, 300, 400), wobei der Spiegel ein zumindest eine thermochrome Schicht umfassendes Schichtsystem (130, 230, 330, 430) zur thermalen Konditionierung aufweist, wobei dieses Schichtsystem einen für die Heizstrahlung (155, 255, 355, 455) temperaturabhängigen Absorptionsgrad besitzt und wobei das Schichtsystem zur thermalen Konditionierung zwischen einem Spiegelsubstrat (1 10, 210, 310, 410) und einem Reflexionsschichtsystem (120, 220, 320, 420) zur Reflexion von auf den Spiegel auftreffender Nutzstrahlung angeordnet ist. Optisches System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem zur thermalen Konditionierung ausschließlich aus der thermochromen Schicht (230) besteht. Optisches System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem zur thermalen Konditionierung ferner eine auf der dem Strahlungsheizer (150) abgewandten Seite der thermochromen Schicht (130) angeordnete Reflexionsschicht (135) zur Reflexion von Heizstrahlung (155) aufweist. Optisches System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem eine auf der dem Strahlungsheizer (350) abgewandten Seite der thermochromen Schicht (330) angeordnete Absorptionsschicht (345) zur Absorption von Heizstrahlung (355) aufweist. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem zur thermalen Konditionierung derart ausgestaltet ist, dass durch Temperaturerhöhung über einen vorgegebenen Umschlagtemperaturbereich eine von dem Schichtsystem absorbierte Heizleistung um wenigstens 50%, insbesondere um wenigstens 60%, weiter insbesondere um wenigstens 70% reduziert wird. Optisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Umschlagtemperaturbereich sich über maximal 4 Kelvin erstreckt. Optisches System nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschlagtemperaturbereich unterhalb von 80°C liegt. Optisches System nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschlagtemperaturbereich oberhalb von 20°C liegt. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermochrome Schicht (130, 230, 330, 430) ein Material aufweist, welche aus der Gruppe ausgewählt ist, die ein vanadiumhaltiges Oxid, insbesondere Vanadiumdioxid (V2O), Divanadiumtrioxid (V2O3), Vanadiumpentoxid (V2O5) und Vanadiumoxid (VeO ), enthält. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Strahlungsheizer (150, 250, 350, 450) derart angeordnet ist, dass die Einkopplung von Heizstrahlung (155, 255, 355, 455) in den Spiegel (100, 200, 300, 400) von einer nicht einer optischen Wirkfläche (101 , 201 , 301 , 401 ) des Spiegels entsprechenden Seite aus, insbesondere von der der optischen Wirkfläche abgewandten Rückseite aus, in den Spiegel erfolgt.
1 . Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Strahlungsheizer (150, 250, 350, 450) zur Erzeugung von Infrarotstrahlung ausgestaltet ist.
2. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses wenigstens eine Strahlfalle oder Absorberfläche für aus dem Spiegel (100, 200, 300, 400) austretende Heizstrahlung aufweist.
3. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Spiegelsubstrat (410) eine Kühlkanalanordnung (460) mit wenigstens einem von Kühlfluid durchströmbaren Kühlkanal vorgesehen ist.
4. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (100, 200, 300, 400) für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30 nm, insbesondere weniger als 15 nm, ausgelegt ist.
5. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System ein Projektionsobjektiv (10) oder eine Beleuchtungseinrichtung (2) einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage (1 ) ist.
6. Verfahren zum Betreiben eines optischen Systems, wobei das optische System wenigstens einen Spiegel (100, 200, 300, 400) mit einer optischen Wirkfläche (101 , 201 , 301 , 401 ), einem Spiegelsubstrat (1 10, 210, 310, 410) und einem Reflexionsschichtsystem (120, 220, 320, 420) aufweist, wobei über einen Strahlungsheizer (150, 250, 350, 450) Heizstrahlung (155, 255, 355, 455) in den Spiegel (100, 200, 300, 400) eingekoppelt wird; und wobei der Spiegel ein zumindest eine thermochrome Schicht umfassendes Schichtsystem (130, 230, 330, 430) zur thermalen Konditionierung aufweist, wobei dieses Schichtsystem einen für die Heizstrahlung (155, 255, 355, 455) temperaturabhängigen Absorptionsgrad besitzt; wobei eine bei Beaufschlagung des Spiegels (100, 200, 300, 400) mit elektromagnetischer Nutzstrahlung thermisch induzierte Deformation durch eine Deformationswirkung des Schichtsystems zur thermalen Konditionierung wenigstens teilweise kompensiert wird.
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