BEZUGNAHME AUF VERWANDTE ANMELDUNG

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2015 223 923.3 vom 01. Dezember 2015, deren gesamter Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur bevorzugt ortsabhängigen Bestimmung mindestens einer vom temperaturabhängigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten eines Materials eines Rohlings oder eines optischen Elements abhängigen thermischen Eigenschaft, insbesondere zur bevorzugt ortsabhängigen Bestimmung der Nulldurchgangstemperatur des thermischen Ausdehnungskoeffizienten, zur bevorzugt ortsabhängigen Bestimmung der Abhängigkeit der Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten von der Temperatur und/oder zur bevorzugt ortsabhängigen Bestimmung der Abhängigkeit der relativen Längenänderung von der Temperatur.

STAND DER TECHNIK

Bei optischen Vorrichtungen mit sehr hohen Auflösungen, wie sie beispielsweise bei Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie vorliegen, spielen geringfügige Veränderungen, die beispielsweise durch interne oder externe Einflüsse erzeugt werden, eine große Rolle, da sie erhebliche Verschlechterungen der Abbildungsbedingungen bewirken können. Entsprechend ist es erforderlich, definierte Bedingungen einzustellen, wobei möglichst weder durch den Betrieb noch durch Einflüsse von außen Veränderungen an den Abbildungsbedingungen bewirkt werden. Aus diesem Grund werden in Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithogra- phie, die beispielsweise mit Arbeitslicht im Wellenlängenspektrum des extremen ultravioletten Lichts (EUV) betrieben werden, z.B. Spiegel eingesetzt, deren Spiegelkörper aus einem Material gefertigt sind, welches einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, wie beispielsweise die Glaskeramik Zerodur® (Marke von Schott) oder das titandotierte Quarzglas ULE® (Marke von Corning) bzw. andere Glaskeramiken und titandotierte Quarzgläser, um damit Verformungen oder Verspannungen der Spiegel bei Temperaturschwankungen durch thermische Längen- oder Volumenänderungen zu vermeiden. Die oben genannten Glaskeramiken mit niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten weisen unterschiedliche Phasenbestandteile auf, deren Ausdehnungskoeffizienten sich kompensieren, so dass in bestimmten Temperaturbereichen der Ausdehnungskoeffizient des gesamten Materials nahe oder gleich null ist. In ähnlicher Weise gleichen sich innerhalb einer einzigen Glasphase die Ausdehnungskoeffizienten von SiO ₂ und TiO ₂ aus. Allerdings sind die thermischen Ausdehnungskoeffizienten selbst wieder von der Temperatur abhängig, so dass der niedrige thermische Ausdehnungskoeffizient für das Gesamtmaterial nicht in allen Temperaturbereichen vorliegt.

Die Fig. 1a zeigt die Abhängigkeit des thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE (coefficient of thermal expansion) (z.B. in ppm / K) von der Temperatur T (in K) für das Beispiel eines Nullexpansionsglases in Form von titandotiertem Quarzglas. Die in Fig. 1a gezeigte CTE-Kurve ist die Ableitung der Ausdehnungskurve der relativen Längenänderung AL / L als Funktion der Temperatur T, die in Fig. 1 b gezeigt ist und die ein parabelförmiges Profil aufweist. Wie in Fig. 1a zu sehen ist, gibt es eine Temperatur T _Z c (im gezeigten Beispiel T _Z c = 14°C), bei der die CTE-Kurve die Abszisse schneidet, also der thermische Ausdehnungskoeffizient CTE gleich null ist. Ein Körper aus einem Nullexpansionsglas hat im Bereich seiner Nulldurchgangstemperatur Tzc des CTE die geringste physikalische Ausdehnung. Üblicherweise wird das optische Material so eingesetzt, dass diese sogenannte Zero-Crossing-Temperatur (T _Z c, Nulldurchgangstemperatur) die Arbeits- bzw. Einsatztemperatur eines aus dem optischen Material gefertigten optischen Elements ist, so dass bei geringfügigen Temperaturschwankungen nur geringfügige Formänderungen oder der Aufbau von Spannungen durch unterschiedliche thermische Ausdehnungen zu befürchten sind. Die Temperaturabhängigkeit des thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE, die durch die Kurve der Fig. 1a verdeutlicht ist, wird beispielsweise bei titandotierten Quarzgläsern durch eine Änderung des Titangehalts beeinflusst. Hierbei verursacht eine Änderung des Titangehalts im Wesentlichen eine Verschiebung der CTE-Kurve aus Fig. 1a nach oben oder unten.

Darüber hinaus wird die Temperaturabhängigkeit des thermischen Ausdehnungskoeffizienten auch durch die Herstellungsparameter des entsprechenden Materials beeinflusst. Die Herstellungsbedingungen, insbesondere die Abkühlrate beim Tempern beeinflusst die Glasstruktur, die durch die sogenannte fiktive Temperatur T _f beschrieben wird. Die fiktive Temperatur T _f bewirkt eine leichte Verkippung der CTE- Kurve, wobei dann die Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten ACTE / ΔΤ (z.B. in ppb / K ² ) in Abhängigkeit von der Temperatur T, die auch als CTE- Steigung bezeichnet wird, beispielsweise im Nulldurchgangspunkt beeinflusst werden kann. Die CTE-Steigung ACTE / ΔΤ bei einer bestimmten Temperatur T, beispielsweise bei 20°C, kann beispielsweise einen linearen Zusammenhang mit der fiktiven Temperatur T _f aufweisen, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Nähere Angaben hierzu finden sich in der US 2011/207592 A1.

Da die fiktive Temperatur im Wesentlichen von der Temperung und dabei vor allem von der Kühlrate bei der Herstellung des Materials beeinflusst wird, ist die fiktive Temperatur in der Mitte eines entsprechenden Bauteils bzw. optischen Elements in der Regel geringer sein als am Rand.

Die fiktive Temperatur kann darüber hinaus auch durch entsprechende Bestandteile des Materials, wie beispielsweise die Konzentration von sogenannten Matrixterminatoren, wie OH, F, Cl, H, Na etc. in titandotierten Quarzgläsern beeinflusst werden. Darüber hinaus haben die chemischen Bestandteile des Materials ähnlich wie das Titan auch direkten Einfluss auf die Temperaturabhängigkeit des thermischen Ausdehnungskoeffizienten, wie sie in Fig. 1a dargestellt ist, würden also in erster Näherung eine leichte Parallelverschiebung der CTE-Kurve nach oben oder unten bei konstantem Ti-Gehalt bewirken. Aus dem obigen ergibt sich, dass bei Rohlingen bzw. bei optischen Elementen, die aus einem entsprechenden Material hergestellt sind, durch verschiedene Einflüsse Inhomogenitäten hinsichtlich der Temperaturabhängigkeit des thermischen Ausdehnungskoeffizienten innerhalb des Rohlings bzw. des optischen Elements vorliegen können.

Sofern diese Inhomogenitäten nicht ausgeschlossen werden können, ist es vorteilhaft, die ortsabhängige (dreidimensionale) Verteilung der Temperaturabhängigkeit des thermischen Ausdehnungskoeffizienten im optischen Material zu kennen, um beurteilen zu können, ob der aus dem Material gefertigte Rohling als optisches Element eingesetzt werden kann oder welche Gegenmaßnahmen getroffen werden können.

Entsprechend gibt es im Stand der Technik bereits Bestrebungen, die ortsabhängige Verteilung der Temperaturabhängigkeit des thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu bestimmen. Dabei bedient man sich indirekter Verfahren, bei welchen Größen bestimmt werden, die einen Einfluss auf die Temperaturabhängigkeit des thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, wie beispielsweise die Verteilung von Titan in titandotierten Quarzgläsern, die Verteilung anderer Komponenten der Zusammensetzung (z.B. OH Gehalt) oder die Verteilung der fiktiven Temperatur T _f .

Der Titangehalt kann oberflächennah per Ultraschall oder XPS (Röntgenfluoreszenz) oder im Durchtritt integral über eine Linie per Ultraschall gemessen werden, vgl. die Übersicht dazu in DE 10 2012 203 717 A1. Die fiktive Temperatur T _f kann dreidimensional per Raman-Spektroskopie bestimmt werden. Auch der OH-Gehalt kann per Raman-Spektroskopie oder als Linienintegral per IR-Spektroskopie detektiert werden. Sofern es sich bei dem optischen Material um titandotiertes Quarzglas handelt, welches oxidierend hergestellt ist und einen geringen Anteil an Ti ⁴⁺ aufweist (vgl. DE 10 2013 108 885 B3) und somit eine hohe Transmission im gesamten sichtbaren Bereich aufweist, kann dieses auch interferometrisch im Durchtritt untersucht werden, wobei Querempfindlichkeiten auftreten, da alle genannten Einflussfaktoren, d.h. auch den Brechungsindex, verändern. Eine solche Bestimmung des temperaturabhängi- gen Ausdehnungskoeffizienten ist jedoch ungenau und erfordert zum Teil einen hohen experimentellen Aufwand.

Es ist auch bekannt, bei rotationssymmetrisch abgeschiedenen Rohlingen eine flächige und dünne Probe radial aus dem Glas zu schneiden, nach den oben genannten Verfahren zu analysieren und die Ergebnisse dann auf den gesamten Rohling zu extrapolieren. Dies ist jedoch nur einsetzbar bei einem entsprechend (rotations- )symmetrischen Herstellungsprozess und ermöglicht zudem lediglich eine Vorhersage der Verteilung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten über das Volumen des Rohlings. Andere Verfahren bieten ebenfalls nur oberflächennahe oder entlang des Messweges integrierte Daten.

Aus der DE 10 2008 048 266 A1 ist ein Verfahren zur schnellen Bestimmung der separaten Anteile von Volumen- und Oberflächenabsorption von optischen Materialien bekannt geworden, bei dem in dem optischen Material mit einem ausreichend leistungsstarken Anregungslichtstrahl eine thermische Linse erzeugt wird und die damit verursachte Ablenkung eines beabstandet vom Strahlengang des Anregungslichtstrahls quer verlaufenden Messstrahls bestimmt und hieraus mit Hilfe von zuvor ermittelten Vergleichswerten die Absorption ermittelt wird.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

AUFGABE DER ERFINDUNG

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur bevorzugt ortsabhängigen Bestimmung mindestens einer vom temperaturabhängigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten eines Materials eines Rohlings oder eines optischen Elements abhängigen thermischen Eigenschaft, insbesondere zur bevorzugt ortsabhängigen Bestimmung der Nulldurchgangstemperatur des thermischen Ausdehnungskoeffizienten, zur bevorzugt ortsabhängigen Bestimmung der Abhängigkeit der Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten von der Temperatur und/oder zur bevorzugt ortsabhängigen Bestimmung der Abhängigkeit der relativen Längenänderung von der Temperatur bereitzustellen, welches in mög- liehst einfacher Weise zuverlässige Daten bevorzugt über die räumliche Verteilung derartiger thermischer Eigenschaften des Materials des Rohlings bzw. des optischen Elements liefert.

TECHNISCHE LÖSUNG

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren wie oben beschrieben, bei dem der zu untersuchende Rohling oder das zu untersuchende optische Element an mindestens einer, bevorzugt an mehreren unterschiedlichen Messstellen mit mindestens einem Heizstrahl bestrahlt und erwärmt wird und bei dem an der mindestens einen mit dem Heizstrahl bestrahlten (und erwärmten) Messstelle eine Materialveränderung detektiert wird, anhand derer die mindestens eine thermische Eigenschaft bestimmt wird.

Die Erfindung schlägt vor, anstelle einer indirekten Bestimmung der thermischen Eigenschaften eines Rohlings für eine optische Komponente, wie beispielsweise eines Spiegelsubstrats für einen EUV-Spiegel, eine direkte Messung an dem Rohling oder an dem optischen Element selbst vorzunehmen, indem das zu untersuchende Material an mindestens einer, vorzugsweise an zwei oder mehr unterschiedlichen Messstellen mit einem Heizstrahl bestrahlt und erwärmt wird, so dass durch die Erwärmung eine entsprechende Materialveränderung bewirkt wird. Diese Materialveränderung wird detektiert, um daraus die thermische Eigenschaft zu bestimmen. Es versteht sich, dass unter der thermischen Eigenschaft, die vom thermischen Ausdehnungskoeffizienten abhängig ist, auch die Temperaturabhängigkeit des thermischen Ausdehnungskoeffizienten selbst verstanden wird. Bei dem Material des Rohlings oder des optischen Elements kann es sich beispielsweise um Quarzglas, insbesondere um titandotiertes Quarzglas, handeln.

Im Sinne dieser Anmeldung wird unter einem optischen Element auch ein Substrat eines reflektiven optischen Elements verstanden, auf dessen Oberfläche noch keine reflektierende Beschichtung aufgebracht wurde, bei dem die Oberfläche aber bereits die Geometrie der typischer Weise gekrümmten, insbesondere sphärisch gekrümmten, späteren Spiegel-Oberfläche aufweist. Ein solches in der Geometrie angepass- tes Spiegel-Substrat bzw. optisches Element wird typischer Weise aus einem beispielsweise quaderförmigen oder zylindrischen Rohling geschnitten.

Durch die Detektion der Materialveränderung können sowohl die Temperaturabhängigkeit des thermischen Ausdehnungskoeffizienten selbst als auch mit diesem zusammenhängende thermische Eigenschaften wie beispielsweise die Abhängigkeit der Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten von der Temperatur, die Nulldurchgangstemperatur oder die Abhängigkeit der relativen Längenänderung von der Temperatur bestimmt werden. Bei der detektierten Materialveränderung kann es sich beispielsweise um eine Verformung bzw. Deformation des Materials, eine Änderung des Brechungsindex des Materials und/oder um eine Änderung der Spannungsdoppelbrechung des Materials handeln, die in Transmission bestimmt werden. Auch kann an einer bereits polierten Oberfläche eines optischen Elements bzw. Substrats die Verformung der Oberfläche in Reflexion vermessen werden.

Bevorzugt wird zur Bestimmung der mindestens einen thermischen Eigenschaft die Materialveränderung an der mindestens einen Messstelle bei mehreren unterschiedlichen Temperaturen detektiert. Die unterschiedlichen Temperaturen können an der Messstelle beispielsweise erzeugt werden, indem die Umgebungs-Temperatur des Rohlings bzw. des optischen Elements unterschiedlich gewählt wird und mittels des Heizstrahls jeweils die gleiche Temperaturerhöhung an der Messstelle induziert wird. Alternativ kann die Umgebungs-Temperatur konstant gehalten werden und es werden an jeder Messstelle mehrere verschiedene Heizleistungen des Heizstrahls gewählt, um die unterschiedlichen Temperaturen zu erzeugen. Auch kann bei einer dauerhaften Bestrahlung nach mehreren Zeiträumen, beispielsweise nach einer, zwei, drei, ... Sekunden jeweils die zu der Temperatur an der Messstelle gehörige Materialveränderung detektiert und gespeichert werden.

Wird beispielsweise als Materialveränderung eine Deformation bzw. eine Längenänderung des optischen Materials detektiert, ist es zur Bestimmung der temperaturabhängigen Längenänderung (vgl. Fig. 1 ) an einer Messstelle typischer Weise erforderlich, die Längenänderung bei mindestens drei unterschiedlichen Temperaturen an der Messstelle zu detektieren, um auf diese Weise die parabelförmige Kurve der Längenänderung AL/L zu bestimmen bzw. die parabelförmige Kurve zu interpolieren. Anhand der parabelförmigen Kurve der temperaturabhängigen Längenänderung kann durch Ableiten die Temperaturabhängigkeit des thermischen Ausdehnungskoeffizienten bzw. die Nulldurchgangstemperatur als Extremwert der parabelförmigen Kurve bestimmt werden.

Bei der ortsabhängigen (dreidimensionalen) Bestimmung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten oder von mit diesem verbundenen thermischen Eigenschaften kann eine ortsabhängige Variation der Temperaturabhängigkeit an zwei oder mehr Messstellen in dem Material durch Vergleich mit einer Referenz, beispielsweise einer mit anderen Mitteln vermessenen (beispielsweise durch Entnahme von Bohrkernen, die dann ex situ mit Fabry-Perot-Interferometrie (FPI) vermessen werden) Referenzprobe, auch absolut bzw. absolut kalibriert ermittelt werden. Hierbei reicht es durchaus, kleinere Referenzproben zu untersuchen, die die geometrischen Verhältnisse der zu untersuchenden Komponente (Rohling oder optisches Element) nur in der Umgebung des Heizstrahls nachbilden. Darüber hinaus kann die Erwärmung des zu untersuchenden Materials mit dem Heizstrahl durch Vergleich mit einer Vergleichsprobe kalibriert werden, bei der die Erwärmung durch elektrisches Heizen, beispielsweise mittels eines linienförmig in einer Bohrung eingebrachten Heizwiderstands, erfolgt.

An Stelle einer experimentellen Untersuchung mindestens einer Referenzprobe kann die Referenz, mit der die detektierte Materialveränderung verglichen wird und/oder die zur Bestimmung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der Nulldurchgangstemperatur des thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten mit der Temperatur und/oder der Abhängigkeit der relativen Längenänderung von der Temperatur herangezogen wird, in der Berechnung aus bzw. anhand von thermischen und/oder optischen Parametern des zu untersuchenden Materials bestehen. Bei der Verwendung eines optischen Elements, z.B. eines Spiegels, in einer optischen Vorrichtung, beispielsweise in einem Projektionsobjektiv, kann auch das ganze optische Element, beispielsweise ein ganzer Spiegel, als Referenz verwendet und aufbewahrt werden. Als Referenz bzw. als Referenzspiegel kann an Stelle eines optischen Elements aber auch ein Rohteil mit geläppter Oberfläche oder ein halbfertig geformtes Bauteil verwendet werden. Alle anderen optischen Elemente werden in diesem Fall relativ zu dem Bauteil bzw. zu dem Element vermessen, welches die Referenz bildet.

Durch den Vergleich mit einer Referenz ist es nicht notwendig, absolute Werte, beispielsweise des thermischen Ausgangskoeffizienten oder der Nulldurchgangstemperatur des thermischen Ausdehnungskoeffizienten oder der Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten oder der relativen Längenänderung in Abhängigkeit von der Temperatur zu messen, sondern es genügt für die Bestimmung der Homogenität der thermischen Eigenschaften, Abweichungen von der Referenz zu ermitteln und diese bezüglich der Messstellen zu vergleichen.

Insbesondere kann mit einem Heizstrahl, der relativ zu dem zu untersuchenden Material bewegt werden kann, das gesamte Volumen oder zumindest der gesamte Oberflächenbereich einer optischen Oberfläche untersucht werden, so dass die Homogenität der thermischen Eigenschaften des Materials und insbesondere die Homogenität der Temperaturabhängigkeit des thermischen Ausdehnungskoeffizienten bestimmt werden kann.

Bei einer weiteren Variante wird die Temperatur oder eine Temperaturerhöhung an der mindestens einen Messstelle berührend oder berührungslos absolut kalibriert gemessen. Da ein Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor oder ein Interferometer hinsichtlich der durch die Materialveränderung hervorgerufenen Wellenfrontabweichung absolut kalibriert werden kann, und die Temperatur an der Messstelle auch mit anderen Mitteln (z.B. Strahlungsthermometer oder Thermocouple) absolut kalibriert bestimmt werden kann, ist eine Kartierung eines Rohlings oder eines optischen Elements auch ohne eine mit anderen Mitteln kalibrierte Referenzprobe möglich. Dies ist insbesondere dann interessant, wenn die klassischen Parameter thermischer Ausdehnungskoeffizient und Nulldurchgangstemperatur nicht an einem unbearbeiteten Rohling bestimmt werden sollen, sondern man an der lokalen Verformung eines fertig oder fast fertig bearbeiteten (reflektiven) optischen Elements interessiert ist. Der Heizstrahl kann durch einen Laser, insbesondere einen Infrarot-Laser, erzeugt werden. Hierbei kann die Wellenlänge des Lichts des Heizstrahls an die Absorption des Materials angepasst werden. Die Wellenlänge des Lichts des Heizstrahls kann insbesondere so gewählt werden, dass eine möglichst homogene Absorption des Lichts in dem zu untersuchenden Material über den zu kartierenden Bereich gegeben ist.

Handelt es sich bei dem zu untersuchenden Material um titandotiertes Quarzglas, ergeben sich in Abhängigkeit von der gewählten Wellenlänge unterschiedliche Ab- sorptions- bzw. Transmissionsgrade im Wellenlängenbereich von 1.000 bis 5.000 nm, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Bei titandotiertem Quarzglas ist der Wellenlängenbereich vom Sichtbaren bis zu etwa 1300 nm möglichst zu vermeiden, da eine Grau- oder Schwarzfärbung des Materials vor allem von den Oxidationsbedingungen im Glas abhängt und über das Volumen eines Rohlings variieren kann, ohne dass der thermische Ausdehnungskoeffizient davon beeinflusst wäre. Insbesondere im Bereich der Wellenlängen um 1.350 nm, 2.250 nm, 2.700 nm bzw. zwischen 1.400 und 2.200 nm, vorzugsweise zwischen 1.400 und 1.800 nm, kann ein Heizstrahl zur Erwärmung eines Materials für ein optisches Element aus Quarzglas oder insbesondere aus titandotiertem Quarzglas eingesetzt werden.

Da der Heizstrahl sowohl transmittierend zur Untersuchung innen liegender Bereiche des zu untersuchenden Materials als auch zur Untersuchung von Oberflächen und/oder oberflächennahen Bereichen reflektiv auf das zu untersuchende Material eingestrahlt werden kann, können die zu verwendenden Wellenlängen für das Licht des Heizstrahls auch entsprechend dem gewünschten Einsatzzweck ausgewählt werden. Für eine Messung innen liegender Bereiche des Materials sollte die Transmission des Heizstrahls hoch sein, für eine oberflächennahe Messung gering. So bietet sich Licht im Wellenlängenbereich zwischen 1.400 nm und 2.200 nm, insbesondere zwischen 1.400 und 1.800 nm für eine Erwärmung im Volumen eines zu untersuchenden Quarzglasprodukts an, da die Absorption in diesen Bereichen gering ist und nicht von der räumlich variierenden Zusammensetzung (Ti ³⁺ , OH) des Materials abhängt. Heizlicht mit Wellenlängen um 1.350 nm, um 2.250 nm und um 2.700 nm ist hingegen für die oberflächennahe Erwärmung gut geeignet , da hier eine sehr hohe Absorption erzielt werden kann. Diese drei Banden gehören zur Absorption von OH- Gruppen. In einem OH-reichen Glas wie etwa ULE® wird eine oberflächennahe Absorption stattfinden, egal ob das Material 800 oder 900 ppm OH aufweist. In einem OH-armen Material wird die Heizstrahlung dennoch tief eindringen, wobei die Eindringtiefe vom tatsächlichen OH-Gehalt abhängen wird und möglichweise je nach Ort variiert. In diesem Fall wird man für den Heizstrahl eher eine Wellenlänge > 3500 oder >4000 nm wählen. Dies ist der Bereich der Grundschwingungen des Glases, und die Absorption wird hier nicht von Verunreinigungen beeinflusst. Sollte sich inmitten der Banden keine geeignete Absorption finden, können durch geeignete Wahl der Wellenlänge des Heizlasers auch die Flanken der Banden verwendet werden.

Sollte die Absorption nicht ausreichend sein, so können mehrere Heizstrahlen eingesetzt werden, die sich im Bereich der Messstelle kreuzen, um so eine stärkere Erwärmung zu bewirken.

Darüber hinaus kann neben der Verwendung einer Wellenlänge mit besonders starker Absorption im zu untersuchenden Material, das Material auch mit einem Absorber dotiert werden, der homogen verteilt in dem zu untersuchenden Material vorliegt oder dessen Verteilung unabhängig bestimmt werden kann, so dass wiederum auf die Verteilung des Absorbers normiert werden kann.

Auch kann die Oberfläche des zu untersuchenden Materials mit einer absorbierenden Schicht versehen werden, die später entfernt, weiterbearbeitet oder überbeschichtet wird. Auch eine Messung an einem fertig mit einem hochreflektierenden Schichtstapel beschichteten Spiegel als optischem Element, insbesondere für die EUV-Lithographie, ist möglich, da übliche metallische Multilayer aus Molybdän und Silizium im Sichtbaren eine Absorption von rund 50% aufweisen.

Zur Bestimmung der Materialveränderungen kann ein Messstrahl eingesetzt werden, welcher ebenso wie der Heizstrahl transmittierend und/oder reflektiv auf die Messstellen eingestrahlt wird, wobei der transmittierte und/oder reflektierte Messstrahl mit einer Detektionseinheit erfasst wird, um die Materialveränderung an der Messstelle zu erfassen. Hierbei kann der Messstrahl aus einer anderen Einstrahlrichtung bzw. in einer anderen Strahlebene auf das zu untersuchende Material eingestrahlt werden als der Heizstrahl, um gegenseitige Beeinflussungen zu vermeiden. Beispielsweise kann bei einer transmittierenden Untersuchung, bei der die Messstelle im Volumen des zu untersuchenden Materials angeordnet ist, ein transmittierender Heizstrahl aus einer ersten Richtung in das zu untersuchende Material eingestrahlt werden, wobei aus einer Richtung quer, insbesondere in einem Winkel von 90° dazu ein entsprechender Messstrahl ebenfalls transmittierend in das zu untersuchende Material eingestrahlt werden kann, so dass am Schnittpunkt von Heizstrahl und Messstrahl die Messstelle vorliegt. Wird der Heizstrahl an der Oberfläche des zu untersuchenden Materials reflektiert, so entspricht die Messstelle dem Ort, an dem der Heizstrahl reflektiert wird.

Durch eine Bewegung von Heizstrahl und Messstrahl relativ zum zu untersuchenden Material kann das gesamte Volumen des zu untersuchenden Materials untersucht werden. Hierzu kann beispielsweise das optische Element oder ein entsprechender Rohling auf einem Drei-Achs-Verschiebetisch gelagert sein, so dass eine vollständige dreidimensionale Untersuchung des Materials möglich ist. Eine Vorrichtung, welche eine vollständige dreidimensionale Untersuchung der Absorption in einem Rohling ermöglicht, ist aus der WO 2013/007460 A1 bekannt geworden.

Zur Bestimmung der Materialveränderung durch das Erwärmen mit dem Heizstrahl kann eine Wellenfrontveränderung des Messstrahls durch einen Wellenfrontsensor, beispielsweise einen Hartmann-Shack-Sensor, ermittelt werden, der im Bereich des transmittierten Strahls und/oder reflektierten Messstrahls angeordnet wird. Ein Hartmann-Shack-Sensor ermöglicht die Erfassung einer absoluten Änderung der Wellenfront, wobei typischer Weise der geheizte Bereich und zusätzlich ein Bereich des Temperaturgradienten in der Umgebung des Messstrahls sichtbar sind. Bei der Wel- lenfrontvermessung wird typischer Weise eine Materialveränderung in Form einer Deformation detektiert. Weiterhin kann die Ermittlung der Materialveränderung durch Erfassen der Ablenkung des Messstrahls z.B. mittels eines Quadrantendetektors durchgeführt werden. In diesem Fall wird der Messstrahl typischer Weise aufgrund der Änderung des Brechungsindex in dem Material oder durch eine Deformation an der Oberfläche abgelenkt. Auch ist es möglich, die Phasenverschiebung eines polarisierten Messstrahls zu detektieren. In diesem Fall wird typischer Weise eine Materialveränderung in Form der Änderung der Spannungsdoppelbrechung detektiert.

An Oberflächen und/oder oberflächennahen Bereichen des Materials können interfe- rometrische Messungen zur Bestimmung der Materialveränderung an der Oberfläche oder in den oberflächennahen Bereichen eingesetzt werden. Die Oberfläche kann insbesondere zum Aufbringen einer reflektierenden Beschichtung, z.B. einer reflektierenden EUV-Beschichtung, vorgesehen sein und eine an die Form der späteren Spiegeloberfläche angepasste Geometrie aufweisen. Insbesondere kann es sich um eine polierte Oberfläche handeln. Die aussagekräftigste Messgröße ist in diesem Fall in der Regel die Änderung der Wellenfront zwischen dem Zustand kurz vor Beginn der Bestrahlung und dem einige Sekunden nach Beginn der Bestrahlung. Bei einer längeren Bestrahlung wird zwar ein größeres Signal erzielt, aber der Fehler der Extrapolation der zeitlichen Weiterentwicklung der unbestrahlten Wellenfront wächst.

Die Materialveränderung kann insbesondere bei einer bzw. bei mehreren definierten äußeren Umgebungstemperatur(en) detektiert werden. Beispielsweise kann das zu untersuchende Material zu diesem Zweck während der Untersuchung in einer Temperierkammer gelagert werden. Entsprechend kann die Umgebungstemperatur auf die Normraumtemperatur von beispielsweise 22°C oder eine mutmaßliche Nulldurchgangstemperatur des thermischen Ausdehnungskoeffizienten oder eine spätere Einsatztemperatur des zu untersuchenden Materials eingestellt werden.

Bei einer weiteren Variante wird zur Bestimmung der mindestens einen thermischen Eigenschaft an einer insbesondere polierten Oberfläche eines optischen Elements eine Materialveränderung in Form einer lokalen Verformung an der Messstelle als Funktion der globalen Temperatur des optischen Elements und/oder der lokalen Erwärmung bzw. Temperaturerhöhung an der Messstelle bestimmt. Unter der globalen Temperatur des optischen Elements wird die über das Volumen des optischen Elements gemittelte Temperatur verstanden. Die globale Temperatur des optischen Elements kann beispielsweise durch das Einstellen der Umgebungs-Temperatur des optischen Elements z.B. in einer Temperierkammer festgelegt werden, wenn sich ein Wärmegleichgewicht eingestellt hat.

Der Heizstrahl erzeugt eine lokale Erwärmung an der Messstelle, die zu einer lokalen Verformung der Oberfläche im Bereich der Messstelle führt. Bei der lokalen Verformung kann es sich in Abhängigkeit vom Vorzeichen des thermischen Ausdehnungskoeffizienten um eine Delle oder um eine Ausbeulung handeln. Stimmt die globale Temperatur des optischen Elements mit der Nulldurchgangstemperatur überein, so wird der Heizstrahl, der an der Messstelle auf die Oberfläche auftrifft, nur eine sehr geringe Verformung bewirken, die umso kleiner ausfällt, je geringer die Abweichung der Temperatur an der Messstelle von der umgebenden Temperatur des optischen Elements ausfällt.

Zur Bestimmung der temperaturabhängigen, parabelförmigen Längenänderung (vgl. Fig. 1 b) an der Messstelle ist die Bestimmung der Längenänderung bei drei unterschiedlichen Temperaturwerten erforderlich. Um diese zu erzeugen, kann die Temperierkammer auf drei verschiedene Umgebungs-Temperaturen (entsprechend drei verschiedenen globalen Temperaturen) aufgeheizt werden und an der Messstelle kann jeweils die gleiche Temperaturerhöhung mit dem Heizstrahl eingestellt werden, so dass die Materialveränderung als Funktion der globalen Temperatur bestimmt wird. Alternativ kann nur eine Umgebungs-Temperatur in der Nähe der Nulldurchgangstemperatur des optischen Elements eingestellt werden und es werden an jeder Messstelle mehrere verschiedene Heizleistungen gewählt, oder es wird bei einer längeren Bestrahlung mit dem Heizstrahl die Wellenfront zu verschiedenen Zeitpunkten und somit Maximaltemperaturen gespeichert, so dass die Bestimmung der Materialveränderung als Funktion der (variierenden) lokalen Temperaturerhöhung bestimmt wird. Gegebenenfalls können beide Vorgehensweisen kombiniert werden. Auf die hier beschriebene Weise kann auch eine transmissive Messung erfolgen, wobei das Vorzeichen der Wellenfrontänderung davon abhängt, ob die Temperatur des optischen Elements oberhalb oder unterhalb der Nulldurchgangstemperatur liegt. Mit dem vorgestellten Verfahren lassen sich die thermischen Eigenschaften eines optischen Elements oder eines Rohlings über das gesamte Volumen oder zumindest über eine Oberfläche ermitteln, so dass die Homogenität der thermischen Eigenschaften des entsprechenden Bauteils und insbesondere die Homogenität der Temperaturabhängigkeit des thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der Nulldurchgangstemperatur des thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten mit der Temperatur und/oder der Abhängigkeit der relativen Längenänderung von der Temperatur bestimmt werden kann.

Mit diesen Informationen kann bestimmt werden, ob ein Rohglas bzw. ein Rohling zur Herstellung eines optischen Elements für einen Einsatz in einer optischen Vorrichtung, wie beispielsweise einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, insbesondere für die EUV-Lithographie, in Frage kommt bzw. ob die Spezifikation für den Einsatz in der entsprechenden optischen Vorrichtung erfüllt wird oder nicht. Da die Spezifikation bzw. die Anforderungen an das Material gegebenenfalls von der Position des aus dem Rohling hergestellten optischen Elements in der optischen Vorrichtung abhängen, kann anhand dieser Informationen insbesondere eine geeignete Position des aus dem Rohling hergestellten optischen Elements in der optischen Vorrichtung ausgewählt werden bzw. es kann entschieden werden, ob das Material für eine bestimmte Position in Frage kommt.

Alternativ oder zusätzlich lassen sich mit der Information über die räumliche Homogenität der thermischen Eigenschaften des optischen Elements auch die Einsatzbedingungen des optischen Elements in der optischen Vorrichtung anpassen. So kann beispielsweise eine gezielte Heizung und/oder Kühlung des optischen Elements insgesamt oder in Teilen davon während des Einsatzes in der optischen Vorrichtung vorgenommen werden, um eine Kompensation einer ungünstigen Verteilung der thermischen Eigenschaften über dem optischen Element zu bewirken, d.h. es kann eine optimale, ggf. ortsabhängige Einsatztemperatur für den Betrieb der optischen Elemente festgelegt werden. Auch andere Kompensationsmaßnahmen, wie beispielsweise eine Beaufschlagung mit mechanischen Spannungen durch Aktuatoren und dergleichen, sind möglich. Darüber hinaus kann die Information über die Homogenität der thermischen Eigenschaften bzw. mindestens einer thermischen Eigenschaft des optischen Elements auch bei der Herstellung des optischen Elements berücksichtigt werden, wenn die obigen Untersuchungen an einem Rohling durchgeführt werden. Zu diesem Zweck werden zunächst die Einsatzbedingungen, beispielsweise die Einsatztemperatur, des optischen Elements in der optischen Vorrichtung, ermittelt. Entsprechend der Information über die ortsabhängige Verteilung der thermischen Eigenschaft(en) über den Rohling kann dann der Produktionsprozess entsprechend an die Einsatzbedingungen des optischen Elements in der optischen Vorrichtung angepasst werden, beispielsweise dadurch, dass die Form der optisch wirksamen Oberflächen, also die Passe, entsprechend an den zu erwartenden Zustand bei der Einsatztemperatur angepasst wird. Somit können optische Elemente hergestellt werden, die zwar für die Einsatztemperatur die geforderten Eigenschaften erfüllen, aber im kalten Zustand oder einer gegenüber der Einsatztemperatur unterschiedlichen Temperatur schlechtere Eigenschaften, wie beispielsweise eine schlechtere Passe, aufweisen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur bevorzugt ortsabhängigen Bestimmung mindestens einer vom temperaturabhängigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten eines Materials eines Rohlings oder eines optischen Elements abhängigen thermischen Eigenschaft, welche insbesondere zur Durchführung des vorher beschriebenen Verfahrens eingesetzt werden kann. Diese Vorrichtung weist entsprechend eine Aufnahme auf, in der das optische Element oder ein Rohling für die Untersuchung gelagert werden kann.

Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung mindestens eine Heizlichtquelle zur Erzeugung eines Heizstrahls und mindestens eine Messlichtquelle zur Erzeugung eines Messstrahls sowie eine Detektionseinheit zur Erfassung des Messstrahls der Messlichtquelle, nachdem dieser durch das zu untersuchende Material transmittiert oder an diesem reflektiert worden ist. Wenn die Passe des optischen Elements oder des Rohlings bei verschiedenen Temperaturen der Temperierkammer vermessen wird, kann die Vermessung gegebenenfalls auch ohne die Verwendung einer Heizlichtquelle erfolgen. Ferner ist eine Bewegungseinrichtung vorgesehen, mit der eine Relativbewegung zwischen dem Messstrahl und dem Heizstrahl einerseits und der Aufnahme ermöglicht wird, so dass eine flächige oder räumliche Untersuchung des zu untersuchenden Materials des Rohlings oder des optischen Elements möglich ist.

Zusätzlich umfasst die Vorrichtung eine Temperierkammer, so dass die Untersuchung des zu untersuchenden Materials des Rohlings oder des optischen Elements bei mindestens einer definierten, konstanten Umgebungstemperatur, vorzugsweise bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen, durchgeführt werden kann.

Als Detektionseinheit kann die Vorrichtung ein Interferometer oder einen Wellen- frontdetektor aufweisen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein optisches Element, insbesondere einen EUV-Spiegel, umfassend: ein Substrat sowie eine Oberfläche zur Reflexion von Strahlung, insbesondere zur Reflexion von EUV-Strahlung, wobei die Oberfläche bei einer Bearbeitungstemperatur, die kleiner ist als eine Einsatztemperatur des optischen Elements in einer optischen Vorrichtung, insbesondere in einem Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie, einen Oberflächenfehler aufweist, der größer ist als ein Oberflächenfehler bei der Einsatztemperatur. Üblicherweise kann ein optisches Element, speziell ein EUV-Spiegel, nur bei einer Bearbeitungstemperatur bearbeitet werden, die der Raumtemperatur (22° bis 25°C) entspricht, da es nicht praktikabel ist, die Bearbeitungsmaschinen und die interferometrischen Prüftürme auf die ca. 5°C - 20°C oder höhere Einsatztemperatur zu bringen. Ein Spiegel, genauer gesagt eine optische Oberfläche des Spiegels, hat eine Soll-Oberflächenform (Sollpasse), die eine Rotationssymmetrie aufweisen kann und die beispielsweise durch eine Sphäre oder Asphäre gegeben ist Bei der Soll-Oberflächenform kann es sich aber auch um eine Freiformfläche ohne Rotationssymmetrie handeln. Abweichungen von der Soll-Oberflächenform werden als Oberflächenfehler bezeichnet.

Wie weiter oben beschrieben wurde, kann die Information über die Homogenität mindestens einer thermischen Eigenschaft des optischen Elements bei der Herstellung des optischen Elements berücksichtigt werden, derart, dass anhand der Information über die ortsabhängige Verteilung der thermischen Eigenschaft(en) der Produktions- prozess entsprechend an die Einsatztemperatur des optischen Elements angepasst wird, so dass die Oberflächenform der optisch wirksamen Oberfläche, also die Passe, entsprechend an den zu erwartenden Zustand bei der Einsatztemperatur angepasst wird. Somit können optische Elemente hergestellt werden, die zwar für die Einsatztemperatur die geforderten Eigenschaften bezüglich der Oberflächenform erfüllen, aber im kalten Zustand, d.h. bei der Bearbeitungstemperatur, schlechtere Eigenschaften bezüglich der Oberflächenform (Passe) und somit größere Oberflächenfehler aufweisen.

Bei einer Ausführungsform liegt der Oberflächenfehler bei der Bearbeitungstemperatur (bei Ortswellenlängen von mehr als 1 mm) bei mindestens 3 nm PV, bei mindestens 5 nm PV, oder ggf. bei mindestens 10 nm PV (Peak-to-Valley), und bei der Einsatztemperatur (bei Ortswellenlängen von mehr als 1 mm) bei weniger als 0,5 nm PV, bevorzugt bei weniger als 0,1 nm PV. Die Passe kann bei einem Substrat- Material in Form von titandotiertem Quarzglas (ULE®) bei der Bearbeitungstemperatur, z.B. ca. 22°C oder 25°C, auf einen Oberflächenfehler von weniger als 0,5 nm PV, gegebenenfalls auf einen Oberflächenfehler von weniger als 0,1 nm PV eingestellt werden. Bei hochwertigem ULE® (mit einer CTE-Homogenität, die um einen Faktor 2 - 5 besser ist als handelsübliches ULE®) stellt sich pro Grad Kelvin homogener Temperaturänderung, d.h. Abweichung von der Bearbeitungstemperatur, ein zusätzlicher Oberflächenfehler von von 0,3 nm bis 1 nm PV (bzw. einem RMS-Wert von 0,1 nm bis 0,25 nm) ein. Bei einer Erhöhung der mittleren Temperatur um 10°C von der Bearbeitungstemperatur auf die Einsatztemperatur (und mit stark abgeschwächter Heizquelle) werden somit Passefehler von 3 nm bis 10 nm PV bzw. 1 nm bis 2,5 nm RMS erzeugt. Bei voller Quellleistung der EUV-Lichtquelle wird zusätzlich von den Polen der Intensitätsverteilung noch ein Beitrag in ähnlicher Größenordnung erzeugt. Bei aussparendem Heizer wird ggf. das Doppelte der o.g. Fehler zwischen der Bearbeitungstemperatur und der Einsatztemperatur erzeugt, aber es gibt keinen nennenswerten Unterschied mehr zwischen wenig und viel Leistung der EUV- Lichtquelle. Bei den hier beschriebenen Oberflächenfehlern handelt es sich um eine Bewertung der Fehlerterme nach Abzug der Soll-Oberflächenform bzw. der Soll- Passe. Diese Oberflächenfehler sind je nach Homogenitätsverteilung des Rohlings eher zufällig über das Feld bzw. über die Oberfläche verteilt und eher mittel- bis hochfrequent (Ortsfrequenz bzw. Ortswellenlänge mehrere cm bis sub-mm).

Bei einer weiteren Ausführungsform weicht die Bearbeitungstemperatur von der Einsatztemperatur um 3 K oder mehr, insbesondere um 10 K oder mehr ab. Wie weiter oben beschrieben wurde, hängt die Einsatztemperatur eines EUV-Spiegels im Wesentlichen davon ab, an welcher Position im Strahlengang der EUV-Strahlung der EUV-Spiegel angeordnet ist. Auch ist die Erwärmung der optisch genutzten Oberfläche eines EUV-Spiegels nicht homogen, vielmehr ergibt sich an den jeweiligen (vom Nutzungsszenario abhängigen) Orten der Pole bzw. der Maxima der Intensitätsverteilung der EUV-Strahlung auf der jeweiligen Oberfläche eine besonders starke Erwärmung. Man kann homogen zuheizen, um die mittlere Einsatztemperatur des EUV- Spiegels über den von der EUV-Strahlung getroffenen Oberflächenbereich an der Oberfläche des EUV-Spiegels etwas gleichmäßiger zu gestalten. In diesem Fall wird sich eine typische Temperaturerhöhung im Betrieb durch Heizer und EUV-Strahlung auf dem ersten (höchtsbelasteten Spiegel) von ca. 10°C (bzw. 10 K) einstellen. Verwendet man einen auffüllenden Heizer (welcher in Abhängigkeit von den verwendeten Beleuchtungseinstellungen und somit der Intensitätsverteilung der auftreffenden EUV-Strahlung den Ort der Pole von der Heizung ausnimmt), kann man die Temperatur entlang des von der EUV-Strahlung getroffenen Oberflächenbereichs homogener einstellen, wird aber mittlere Temperaturerhöhungen von ca. 20°C (bzw. 20 K) erhalten, d.h. die Einsatztemperatur weicht in diesem Fall von der Bearbeitungstemperatur um ca. 20°C ab.

Bei einer Ausführungsform ist das Substrat aus einem Material gebildet, welches ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: titandotiertes Quarzglas, insbesondere titandotiertes Quarzglas mit einer Fluor-Dotierung zwischen 500 Gew.-ppm und 3 Gew.-%, sowie Glaskeramiken, insbesondere Zerodur®. Wie eingangs beschrieben wurde, weisen solche Materialien einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, um Verformungen oder Verspannungen der Spiegel bei Temperaturschwankungen durch thermische Längen- oder Volumenänderungen zu vermeiden. Die Co-Dotierung eines titandotierten Quarzglases mit Fluor hat sich für die vorliegenden Anwendungen als günstig erwiesen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, insbesondere eine EUV-Lithographieanlage, welche mindestens ein solches optisches Element aufweist, welches bevorzugt in einem Projektionsobjektiv der Projektionsbelichtungsanlage angeordnet ist. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann das optische Element für die Einsatztemperatur an einer jeweiligen Position in der Projektionsbelichtungsanlage optimiert werden, indem die auf die oben beschriebene Weise vermessene Passe bzw. Oberflächenform der optischen Oberfläche bei seiner Herstellung geeignet angepasst wird.

Bei einer Ausführungsform weist die Projektionsbelichtungsanlage, genauer gesagt deren Projektionsobjektiv, bei der Einsatztemperatur des mindestens einen optischen Elements einen Gesamtwellenfrontfehler auf, der kleiner ist als der Gesamtwellen- frontfehler bei der Bearbeitungstemperatur des mindestens einen optischen Elements. Die Oberflächenfehler jedes (EUV-)Spiegels eines Projektionsobjektivs haben ihren eigenen Beitrag zur Gesamtwellenfront, die auf dem Wafer bzw. in der Bildebene (nach Korrekturen wie z.B. dem Nachfahren in der z-Ebene während des Scannens) plan sein soll. Die Oberflächenfehler eines jeden Spiegels des Projektionsobjektivs gehen direkt in den Gesamtwellenfrontfehler ein. In der Gesamtbetrachtung werden unterschiedliche Spiegel aber unterschiedliche Änderungen der Gesamtwellenfront erzeugen, so dass der Effekt auf die Gesamtwellenfront in erster Näherung mit 1/Wurzel(Anzahl der Spiegel des Projektionsobjektivs) abgeschätzt werden kann. Abhängig von der Position im Strahlengang der EUV-Strahlung sind aber manche Spiegel sensitiver als andere und können bis zu 50% des Fehlerbudgets ausnutzen, welches für die Gesamtwellenfront zur Verfügung steht. Der im Strahlengang erste Spiegel des Projektionsobjektivs weist typischer Weise eine hohe Einsatztemperatur auf und liefert somit einen hohen Beitrag zum Fehlerbudget. Beispielsweise wird ca. 1/5 bis die Hälfte des unkorrigierten Gesamtwellenfrontfehlers durch den Wellenfront- fehler des ersten Spiegels erzeugt. Ein weiter hinten liegender Spiegel weist ggf. nur 3°C mittlere Temperaturerhöhung auf und liefert somit nur einen Beitrag von -1/10 bis 1/5 zum Gesamtfehlerbudget. Bei Verwendung eines aktiven Spiegels, der eine Vielzahl von Bildpunkten lokal korrigieren kann (z.B. mittels eines Heizarrays oder durch Piezo-Aktuatoren) bezieht sich das oben Gesagte selbstverständlich nur auf die lokal bzw. ortsabhängig unkorrigierte Wellenfront.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in

Fig. 1a ein Diagramm, das die Abhängigkeit des thermischen Ausdehnungskoeffizienten von der Temperatur beispielhaft zeigt;

Fig. 1 b ein Diagramm, das die Abhängigkeit der relativen Längenänderung von der Temperatur beispielhaft zeigt;

Fig. 2 ein Diagramm, dass den Zusammenhang zwischen der Variation des thermischen Ausdehnungskoeffizienten mit der Temperatur in Abhängigkeit von der fiktiven Temperatur T _f zeigt;

Fig. 3 ein Diagramm, das den Zusammenhang der Transmission von Licht bei titandotiertem Quarzglas in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichts zeigt;

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Untersuchungsaufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine Seitenansicht eines weiteren Untersuchungsaufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine Seitendarstellung einer weiteren Untersuchungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 eine Seitenansicht eines weiteren Untersuchungsaufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig 8a-c ein Detail einer optischen Oberfläche in drei unterschiedlichen Zuständen einer thermisch bedingten Verformung, sowie

Fig. 9 eine EUV-Lithographieanlage mit einem optischen Element, dessen thermische Eigenschaften mittels des oben beschriebenen Untersuchungsaufbaus ermittelt wurden.

Die Fig. 4 zeigt einen quaderförmigen Rohling 1 zur Herstellung eines EUV-Spiegels, der beispielsweise an vier Seiten poliert ist oder durch Läppen und Indexöl oder eine andere benetzende Flüssigkeit transparent gemacht worden ist. An zwei von den entsprechend vorbereiteten Seiten, bei denen auch polierte Anlageplatten, die im Fall eines Rohlings runden Querschnitts auch jeweils einseitig konvex gekrümmt sein können, in Verbindung mit einer benetzenden Flüssigkeit zur Erzeugung der Transmissionsmöglichkeit vorgesehen sein können, werden ein Heizstrahl 5 und ein Messstrahl 4 eingestrahlt, die sich im Volumen des Rohlings an einer Messstelle 6 treffen. Der Heizstrahl 5 wird von einer Heizlichtquelle 3, die beispielsweise ein Infrarotlaser sein kann, erzeugt, während der Messstrahl 4 von einer Messlichtquelle 2 erzeugt wird. Bei der Messlichtquelle 2 kann es sich beispielsweise um einen HeNe-Laser oder eine im Sichtbaren abstrahlende fasergekoppelte Laserdiode handeln. Der transmittierte Messstrahl 4 wird von einer Detektionseinheit 7, beispielsweise einem Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor, erfasst, der eine aus einer Materialveränderung an der Messstelle 6 resultierende Wellenfrontänderung erfassen kann, wenn das Material des Rohlings 1 an der Messstelle 6 durch den Heizstrahl 5 erwärmt und aufgrund der hierbei erzeugten Änderung des Brechungsindexes n in Abhängigkeit von der Temperatur (dn/dT) bzw. (über die spannungsoptischen Koeffizienten) auch aufgrund der mechanischen Spannung im Volumen des Rohlings 1 bzw. aufgrund einer hierbei erzeugten Deformation 18 an der Oberfläche abgelenkt wird. Der Messstrahl 4 wird mit einem größeren Durchmesser als der Heizstrahl 5 gewählt, so dass er den Heizstrahl 5 an der Messstelle 6 teilweise einschließt. Der Heizstrahl 5 und der Messstrahl 4 verlaufen bei der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung 9 unter einem Winkel von 90° zueinander. Im gezeigten Beispiel weist der Heizstrahl 5 eine Wellenlänge λ _Η zwischen ca. 1400 nm und 2200 nm auf.

Der Rohling 1 ist auf einer Aufnahme 8 in Form eines Drei-Achs- Verschiebetischs gelagert, der mittels einer Bewegungseinrichtung 8a beispielsweise in Form von Linearantrieben entsprechend den Raumrichtungen X, Y und Z, die in der Fig. 4 durch entsprechende Pfeile dargestellt sind, verschoben werden kann. Dadurch ist es möglich, die Messstelle 6 an jeder Stelle innerhalb des Rohlings 1 vorzusehen. Entsprechend lässt sich mit der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung 9 eine räumliche Verteilung der thermischen Eigenschaften des Rohlings 1 ermitteln. Der Rohling 1 ist zu diesem Zweck in einer Temperierkammer 11 angeordnet, in welcher eine Umgebungs- Temperatur Tu beispielsweise auf ± 0,1 ⁰ C genau eingestellt werden kann. Zur Bestimmung der mindestens einen thermischen Eigenschaft, die vom temperaturabhängigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE des Materials des Rohlings 1 abhängig ist, wird die durch die Materialveränderung 18 bedingte Änderung AW der Wellenfront W von dem Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor 7 detektiert.

Um aus der detektierten Wellenfrontänderung AW die thermische Eigenschaft (absolut) zu bestimmen, kann eine Berechnung aus thermischen und/oder optischen Parametern, z.B. durch eine Finite-Elemente-Simulation des Materials erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann eine experimentelle Untersuchung mindestens einer Referenzprobe 1a des Materials erfolgen, um die thermische Eigenschaft (beispielsweise in einem Fabry-Perot-Interferometer) absolut kalibriert zu bestimmen. Die Referenzprobe 1a kann vor oder nach der Untersuchung beispielsweise in einem Randbereich des Rohlings 1 entnommen werden, der nicht für die Herstellung eines optischen Elements verwendet wird.

Die Temperatur T an der Messstelle 6 kann anhand der Umgebungstemperatur Tu sowie anhand der in den Bereich der Messstelle 6 eingebrachten Heizleistung berechnet werden. Günstiger ist es in der Regel, wenn die Temperatur T an der Messstelle 6 bzw. die Temperaturerhöhung AT (Erwärmung) an der Messstelle 6 berührend oder berührungslos absolut kalibriert gemessen werden, z.B. über ein Strahlungsthermometer oder ein Thermocouple. Auch durch den Vergleich der mittels des Shack-Hartmann-Wellenfrontsensors 7 vermessenen Wellenfronten W vor und nach dem Einschalten des Heizstrahls 5 erhält man ein Maß für die Erwärmung an der Messstelle 6.

Alternativ zur Detektion der Materialveränderung mittels des Wellenfrontsensors 7 kann auch die Ablenkung des Messstrahls 4 detektiert werden. In diesem Fall wird der Messstrahl 4 typischer Weise streifend an dem Heizstrahl 5 vorbei geführt und die durch eine Veränderung des Brechungsindex bei der Erwärmung in dem Material erzeugte Ablenkung des Messstrahls 4 wird z.B. mittels eines Quadrantendetektors oder eines ortsauflösenden Detektors bestimmt, wie dies beispielsweise in der DE 10 2008 048 266 A1 zur Bestimmung der Absorption beschrieben ist, welche durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.

Auch ist es möglich, die Phasenverschiebung Δφ bzw. die Retardierung des in diesem Fall polarisierten Messstrahls 4 zu detektieren, wie in Fig. 4 angedeutet ist. Die durch eine Materialveränderung in Form einer Spannungsdoppelbrechung hervorgerufene Retardierung des Messstrahls 4 kann ebenfalls mittels eines Shack- Hartmann-Wellenfrontsensors 7 detektiert werden.

Bei dem Material des Rohlings 1 handelt es sich um titandotiertes Quarzglas, beispielsweise um ULE®, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient CTE bei einer Nulldurchgangstemperatur T _2C einen Nulldurchgang aufweist (vgl. Fig. 1a).

Die Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 9, wobei hier das zu untersuchende Material das Material eines nahezu fertig hergestellten optischen Elements 10 (vorgeformtes Spiegelsubstrat 19) in Form eines EUV-Spiegels ist. Im Gegensatz zu dem Untersuchungsaufbau der Fig. 4, bei dem das Volumen des Rohlings 1 untersucht wird, wird bei der Untersuchungsanordnung der Fig. 5 eine Oberfläche 20 und ein oberflächennaher Bereich 20a des optischen Elements 10 in reflektierender Weise untersucht. Auf die Oberfläche 20 wird in einem nachfolgenden Schritt eine reflektierende Beschichtung aufgebracht, um die Herstellung des EUV-Spiegels abzuschließen. An der Messstelle 16 treffen ein Heizstrahl 15 und ein Messstrahl 14 auf, die beide reflektiert werden, wobei der reflektierte Messstrahl 14 wiederum durch einen Wellenfrontsensor 17 erfasst wird, um eine durch den Heizstrahl 15 bewirkte Erwärmung und Verformung der Oberfläche 20 an der Messstelle 16 zu detektieren.

Das zu untersuchende optische Element 10, welches gemäß dem Ausführungsbeispiel ein bereits polierter, aber noch nicht an der Spiegeloberfläche beschichteter EUV-Spiegel ist, ist wie bei der Vorrichtung 9 von Fig. 4 in einer Temperierkammer 11 angeordnet. Die Heizlichtquelle 13 des Heizstrahls 15 kann an einem nicht näher dargestellten Roboterarm gehalten sein, so dass sämtliche Orte der Spiegelfläche 20 mit dem Heizstrahl 15 bestrahlt werden können. Der reflektierte Heizstrahl 15 wird durch eine geeignete Strahlfalle, die ggf. auch mit einem Roboter nachgeführt wird, wieder aufgefangen und in Wärme umgesetzt. Die Wellenlänge des Heizstrahls 15 kann in einem der intrinsischen Absorptionsbereiche von titandotiertem Quarzglas bei ca. 1.350 nm, 2.500 nm bis 2900 nm oder größer als 4.300 nm gewählt werden.

Wie in der Fig. 5 dargestellt, verlaufen der Messstrahl 14 und der Heizstrahl 15 mit unterschiedlichen Einfalls- und Ausfallswinkeln vorzugsweise in unterschiedlichen Strahlebenen, so dass sie sich gegenseitig nicht beeinflussen. Der Messstrahl 14 und der Messbereich des Wellenfrontsensors 17 werden ausreichend groß gewählt, um die durch den Heizstrahl 15 erzeugte Ausbeulung oder Delle (in Fig. 5 nicht gezeigt) an der Messstelle 16 vollständig zu erfassen. Alternativ kann auch ein eng begrenzter Laserstrahl, beispielsweise aus einer Messstrahl-Erzeugungseinrichtung 12 in Form eines Helium-Neodym-Lasers verwendet werden und eine Quadrantendiode kann als Detektionseinrichtung verwendet werden. In diesem Fall kann die Ablenkung des Messstrahls 14 lediglich an einer Flanke der Ausbeulung bzw. Delle detek- tiert werden.

Bei der Untersuchung wird zunächst in der Temperierkammer 11 die gewünschte Umgebungs-Temperatur Tu eingestellt, so dass das zu untersuchende optische Element 10 ebenfalls die Umgebungs-Temperatur Tu annimmt. Nachdem sich ein thermisches Gleichgewicht eingestellt hat, wird der Ausgangszustand der Wellenfront W durch den Wellenfrontsensor 17 aufgenommen und anschließend wird die Heizlichtquelle 13 gestartet, so dass der Heizstrahl 15 die Messstelle 16 erwärmt und dort eine Materialveränderung in Form einer entsprechenden Ausbeulung oder ggf. Delle (in Fig. 5 nicht gezeigt) durch thermische Ausdehnung bewirkt. Die Änderung AW der Wellenfront W des Messstrahls 14 durch die Ausbeulung bzw. Delle kann kontinuierlich mit dem Wellenfrontsensor 17 erfasst werden. In gleicher weise kann auch die Heizlichtquelle 13 in Form des Heizlasers kontinuierlich betrieben werden. Die detek- tierte Wellenfront W kann nun in einem geeigneten Funktionensystem, beispielsweise rotationssymmetrischen Zernike-Funktionen, ausgewertet werden. Aus dem zeitlichen Verlauf der Änderung AW der Wellenfront W kann auch eine Aussage über die Tiefenverteilung der thermischen Eigenschaften, beispielsweise des thermischen Ausdehnungskoeffizienten, getroffen werden. Fig. 8a-c zeigen, wie sich die Materialveränderung in Form einer Verformung 18 an der Oberfläche 20 in der Nähe des Heizstrahls 15 in Abhängigkeit von der globalen Temperatur T _s des optischen Elements 10 (Substrat) darstellt. In dem in Fig. 8a gezeigten Fall befindet sich das Material des optischen Elements 10 unterhalb der Nulldurchgangstemperatur, d.h. es gilt Ts < T _zc . Durch den Heizstrahl 15 wird das optische Element 10 an der Oberfläche 20 lokal auf die Nulldurchgangstemperatur T _Z c gebracht. Gemäß Fig. 1 b weist das titandotierte Quarzglas-Material des optischen Elements 10 bei dieser Temperatur T eine geringere Ausdehnung auf, daher bildet sich an der Oberfläche 20 eine Verformung in der Art einer Delle aus.

Bei dem in Fig. 8b gezeigten Fall stimmt die globale Temperatur T _s des optischen Elements 10 mit der Nulldurchgangstemperatur T _zc überein, d.h. es gilt: T _s = T _zc . Eine Erwärmung durch die Heizlichtquelle in Form des Heizlasers 13 wird nur eine sehr geringe Verformung an der Messstelle 16 bewirken, die umso kleiner ausfällt, je geringer die Abweichung der Temperatur an der Messstelle 16 bzw. im Bereich des Heizflecks von der umgebenden globalen Temperatur T _s des optischen Elements 10 ausfällt.

Bei dem in Fig. 8c gezeigten Fall befindet sich das optische Element 10 bereits oberhalb der Nulldurchgangstemperatur T _Z c, d.h. es gilt T _s > T _zc und eine lokale Erwärmung bewirkt eine lokale Verformung 18 in Form einer Ausbeulung. Die globale Temperatur T _s des optischen Elements 10 kann insbesondere mit der Umgebungs- Temperatur Tu in der Temperierkammer 11 übereinstimmen.

Für eine Kartierung der Nulldurchgangstemperatur T _zc in dem optischen Element 10 müssen jeweils lokal aus Messungen an einer Messstelle 16 bei mindestens drei verschiedenen Temperaturen T _S i , T _S 2, Ts3 die in Fig. 1 b gezeigte Ausdehnungsparabel angepasst bzw. gefittet werden. Dazu kann die Temperierkammer 11 auf drei verschiedene Umgebungs-Temperaturen Tui , Tu2, Tu3 gebracht werden und jeweils die gleiche Temperaturerhöhung ΔΤ an der Messstelle 16 mit der Heizlichtquelle in Form des Heizlasers 13 induziert werden, so dass sich drei verschiedene Temperaturen T _S i = Tui + ΔΤ, T _S 2 = Tu2 + ΔΤ, T _S 3 = T _U3 + ΔΤ an der Messstelle 16 einstellen. Sinnvollerweise wird bei jeder Umgebungs-Temperatur Tui , Tu2, Tu3 in der Temperierkammer 11 die gesamte Oberfläche 20 des optischen Elements 10 abgerastert, bevor eine neue Umgebungs-Temperatur Tui , Tu2, Tu3 in der Temperierkammer 11 eingestellt wird.

Alternativ wird nur eine Umgebungs-Temperatur Tu in der Nähe der Nulldurchgangstemperatur Tzc (bzw. der mittleren Nulldurchgangstemperatur) des optischen Elements 10 eingestellt, und es werden an jeder Messstelle 16 mehrere verschiedene Heizleistungen gewählt, die zu unterschiedlichen Temperaturerhöhungen ΔΤι, ΔΤ ₂ , ΔΤ ₃ führen, oder es wird bei einer längeren Bestrahlung die Wellenfront W zu verschiedenen Zeitpunkten und somit bei verschiedenen Maximaltemperaturen gespeichert, die ebenfalls drei unterschiedlichen Temperaturen T _S i , T _S 2, T _S 3 an der Messstelle 16 zugeordnet sind. Idealerweise wird die Umgebungs-Temperatur Tu so gewählt, dass diese knapp unterhalb der mutmaßlichen Nulldurchgangs-Temperatur Tzc liegt, damit durch die jeweilige Temperaturerhöhung ΔΤ-ι, ΔΤ ₂ , ΔΤ ₃ sowohl der Ast der Ausdehnungsparabel von Fig. 1 b unterhalb der Nulldurchgangs-Temperatur Tzc als auch der Ast oberhalb der Nulldurchgangs-Temperatur T _Z c erfasst wird. Handelt es sich bei der relativen Längenänderung AUL um eine komplexere Funktion als die in Fig. 1 b gezeigte Ausdehnungsparabel, so ist es ggf. erforderlich, die relative Längenänderung AUL bei mehr als drei Temperaturen T _S i , T _S2 , T _S 3 zu bestimmen. Gegebenenfalls kann die Umgebungs-Temperatur Tu in der Temperierkammer 11 auch auf die Einsatztemperatur des optischen Elements 10 in einer optischen Vorrichtung eingestellt werden.

Durch Ableiten der auf die oben beschriebene Weise bestimmten relativen Längenänderung AUL in Abhängigkeit von der Temperatur T, welche der in Fig. 1 b gezeigten parabelförmigen Kurve entspricht, kann die Abhängigkeit des thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE von der Temperatur T bestimmt werden, die in Fig. 1a dargestellt ist. Die Steigung ACTE / ΔΤ des thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE kann durch erneutes Ableiten der in Fig. 1a gezeigten Kurve bestimmt werden. Analog kann auch für transmittive Messungen vorgegangen werden, wie sie beispielsweise in Fig. 4 gezeigt sind. Hier wird das Vorzeichen der Wellenfrontänderung davon abhängen, ob der Rohling 1 bzw. das optische Element 10 sich unterhalb oder oberhalb der Nulldurchgangstemperatur T _Z c befindet.

An Stelle eines kontinuierlichen Betriebs ist auch ein periodisch gepulster Betrieb der Heizlichtquelle 13 in Form des Heizlasers und ein getaktetes Erfassen der Wellenfront W durch den Wellenfrontsensor 17 möglich, wobei die Taktfrequenz der Erfassung unterschiedlich zu den Perioden des Laserpulses sein können, welcher den Heizstrahl 15 bildet, um eine gewisse Tiefenerfassung zu ermöglichen (lock-in - Verfahren).

Zusätzlich kann die Leistung des die Heizlichtquelle 3, 13 bildenden Lasers während der Bestrahlungsdauer gemessen werden, um auszuschließen, dass Variationen der Heizleistung das Messergebnis verfälschen. Werden Variationen der Heizleistung festgestellt, so kann das Ergebnis der Detektion des Wellenfrontsensors 7, 17 entsprechend darauf normiert werden.

Neben der Information über die Veränderung der Oberfläche 20 kann auch eine Information über die oberflächennahen Bereiche 20a erhalten werden, wenn die Eindringtiefe des Heizstrahls 15 durch Veränderung der Wellenlänge des Heizstrahls 15 variiert wird. Hierbei werden insbesondere die Absorptionsbanden bei 1350 nm und 2250 nm vom OH- und Ti-Gehalt des Quarzglas-Materials abhängen, so dass diese ggf. unabhängig zu bestimmen sind. Bei Wellenlängen um 2800 nm und bei Wellenlängen von mehr als 3500 nm ist die Absorption jedoch entweder intrinsisch oder es wird bereits bei geringen OH-Gehalten eine ausreichende Absorption erreicht, so dass diese Wellenlängenbereiche vorzuziehen sind.

Die Fig. 6 zeigt einen weiteren Untersuchungsaufbau ähnlich dem Aufbau der Fig. 5, so dass identische Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen sind und eine erneute Beschreibung zur Vereinfachung weggelassen wird. Auf die Darstellung der Temperierkammer 11 wurde in Fig. 6 verzichtet. Die Ausführungsform in Fig. 6 unterscheidet sich von der Ausführungsform in Fig. 5 darin, dass keine Detektion des reflektierten Messstrahls mit einem Wellenfrontsensor vorgenommen wird, sondern eine interferometrische Prüfkaskade 27 als Detektor für den Messstrahl 14 vorgesehen ist, mit der die Messstelle 16 interferometrisch untersucht wird.

Die interferometrische Untersuchung hat den Vorteil, dass eine entsprechende interferometrische Untersuchung auch zur Kontrolle der Feinpasse des optischen Elements 10 bzw. an dessen Oberfläche 20 dienen kann und somit bei einer Korrektur der Passe aufgrund der erhaltenen Informationen über die thermischen Eigenschaften des optischen Elements 10 keine Übertragungsprobleme hinsichtlich Position und Amplitude des Prüfsignals gegeben sind.

Die Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform, die im Wesentlichen der Ausführungsform der Fig. 6 entspricht, wobei lediglich das zu untersuchende optische Element 100 sich dadurch von dem vorangegangenen optischen Element 0 unterscheidet, dass es eine polierbare Haftschicht oder eine Polierschicht 99 aufweist, welche auf die Oberseite des Substrats 119 des optischen Elements 100 aufgebracht ist und an der die optische Oberfläche 20 gebildet ist. Die Wellenlänge λ _Η des Heizstrahls 25 kann so gewählt werden, dass die polierbare Haftschicht oder die Polierschicht 99 den Heizstrahl 25 gut absorbieren, während das optische Element 100 bzw. das Substrat-Material bei dieser Wellenlänge λ _Η gut transparent ist, so dass der Heizstrahl 22 durch das Substrat 100 hindurch von der Rückseite an die Haftschicht oder Polierschicht 99 eingestrahlt werden kann. Die Heizwellenlänge λ _Η kann beispielsweise in einem Bereich zwischen ca. 1400 nm und 1800 nm liegen.

Darüber hinaus zeigt das Ausführungsbeispiel der Fig. 7, dass auch mehrere Heizstrahlen 25, 26 und 28 eingesetzt werden können, die sich im Bereich der Messstelle 116 treffen, um dort die Erwärmung des Materials zu bewirken. Damit ist auch mit der interferometrischen Messung eine Messung in Tiefen bis zu 20 mm von der Oberfläche 20 möglich. Die Messstelle 116 kann dadurch variiert werden, dass mindestens ein Heizstrahl 25, 26, 28 in mindestens einer Raumrichtung verschiebbar ist oder das reflektierende optische Element 100 verschoben wird. Insbesondere für den Fall, dass keine Polierschicht 99 vorhanden ist, ist es günstig, wenn die Heizstrahlen 25, 26, 28 seitlich eingekoppelt werden und im Wesentlichen parallel zur Unterseite opti- sehen Elements 100 verlaufen, da in diesem Fall keine Heizstrahlen durch die Oberfläche 20 des optischen Elements 100 treten und sich das Auffangen der Heizstrahlen 25, 26, 28 vereinfacht. Die Verwendung von drei oder mehr Heizstrahlen 25, 26, 28 hat sich als günstig erwiesen, da hierbei im Kreuzungsvolumen, d.h. an der Messstelle 116, mindestens die dreifache Wärmemenge gegenüber den Volumenelementen entlang eines der Heizstrahlen 25, 26, 28 frei wird.

Die in den einzelnen Ausführungsbeispielen dargestellten Merkmale lassen sich kombinieren, so dass die in Fig. 6 und Fig. 7 gezeigte interferometrische Messung auch durch eine Messung mit einem Wellenfrontsensor 7, 17 ersetzt werden kann und umgekehrt. Die Messung mit einem Wellenfrontsensor 7, 17 kann bei unterschiedlichen Umgebungs-Temperaturen Tu durchgeführt werden, während die Prüfkaskade 27 typischer Weise nur bei Raumtemperatur (22°C) eingesetzt werden kann.

Da sowohl der Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor 7, 17 als auch das Interferometer 27 hinsichtlich der durch die Materialveränderung 18 hervorgerufenen Wellen- frontabweichung AW absolut kalibriert werden können und die Temperatur T an der Messstelle 6, 16, 116 auch mit anderen Mitteln (z.B. Strahlungsthermometer oder Thermocouple) absolut (kalibriert) bestimmt werden kann, ist eine Kartierung der thermischen Eigenschaften des Rohlings 1 oder des optischen Elements 10, 100 auch ohne eine mit anderen Mitteln kalibrierte Referenzprobe möglich. Dies ist insbesondere bei dem in Fig. 5 bis Fig. 7 gezeigten Beispiel günstig, bei dem thermische Eigenschaften wie thermischer Ausdehnungskoeffizient CTE und Nulldurchgangstemperatur Tzc unmittelbar aus der lokalen Verformung AL / L eines fertig oder fast fertig bearbeiteten (refiektiven) optischen Elements 10, 100 bestimmt werden, von dem typischer Weise keine Referenzprobe genommen werden kann.

Grundsätzlich kann das in Zusammenhang mit Fig. 5 bis Fig. 7 beschriebene Verfahren auch zur Vermessung eines oberflächennahen Bereichs bzw. der (planen) Oberfläche des Rohlings 1 von Fig. 4 angewendet werden. Der Messaufwand ist ggf. etwas größer, es kann aber in der Nähe der Oberfläche typischer Weise eine größere Auflösung (Ortsauflösung und Empfindlichkeit) erzielt werden. Insofern ist das in Fig. 5 bis Fig. 7 beschriebene Verfahren komplementär zu dem in Fig. 4 beschriebenen Verfahren, das eine gleichmäßige Auflösung im gesamten Volumen erlaubt, aber nur schwer in oberflächennahen Bereichen beispielsweise bis zu einem Abstand von ca. 1 cm unter einer Oberfläche mit ausreichender Ortsauflösung eingesetzt werden kann. Es versteht sich, dass auch das optische Element 10, 100 mittels des in Fig. 4 beschriebenen Verfahrens im Volumen vermessen werden kann.

Generell wird in einem oberflächennahen Bereich 20a typischer Weise eine besser ortsaufgelöste Information über die Homogenität der thermischen Eigenschaften des Materials des optischen Elements 10, 100 benötigt als weiter weg von der optisch genutzten Oberfläche 20. Die hier beschriebenen Verfahren liefern genau eine solche abnehmende Genauigkeit mit zunehmendem Abstand von der optisch genutzten Oberfläche 20.

Das bzw. die Verfahren kann/können zur Auswahl von Rohlingen oder optischen Elementen für den Einsatz in optischen Vorrichtungen, beispielsweise in Projektions- belichtungsanlagen für die Mikrolithographie, insbesondere in EUV- Lithographieanlagen, eingesetzt werden, da anhand der thermischen Eigenschaften entschieden werden kann, ob und ggf. an welcher Position ein Einsatz des Rohlings bzw. des daraus gefertigten optischen Elements der optischen Vorrichtung in Frage kommt.

Fig. 9 zeigt eine solche Projektionsbelichtungsanlage in Form einer EUV- Lithographieanlage 101 , in welche das reflektive optische Element 10, 100 von Fig. 5 und 6 bzw. von Fig. 7 integriert werden kann, nachdem auf die Oberfläche 20 eine geeignete reflektierende Beschichtung aufgebracht wurde. Bei der reflektierenden Beschichtung handelt es sich typischer Weise um eine Mehrlagen-Beschichtung mit zwei Materialien, die einen alternierenden Brechungsindex aufweisen. Die EUV- Lithographieanlage 101 weist eine EUV-Lichtquelle 102 zur Erzeugung von EUV- Strahlung auf, die in einem EUV-Wellenlängenbereich unter 50 nm, insbesondere zwischen ca. 5 nm und ca. 15 nm, eine hohe Energiedichte aufweist. Die EUV- Lichtquelle 102 kann beispielsweise in Form eine Plasma-Lichtquelle zur Erzeugung eines laserinduzierten Plasmas oder als Synchrotron-Strahlungsquelle ausgebildet sein. Insbesondere im ersteren Fall kann wie in Fig. 9 gezeigt ein Kollektor-Spiegel 103 verwendet werden, um die EUV-Strahlung der EUV-Lichtquelle 102 zu einem Beleuchtungsstrahl 104 zu bündeln und auf diese Weise die Energiedichte weiter zu erhöhen. Der Beleuchtungsstrahl 104 dient zur Beleuchtung eines strukturierten Objekts M mittels eines Beleuchtungssystems 110, welches im vorliegenden Beispiel fünf reflektierende optische Elemente 112 bis 116 (Spiegel) aufweist.

Bei dem strukturierten Objekt M kann es sich beispielsweise um eine reflektive Maske handeln, die reflektierende und nicht reflektierende oder zumindest weniger stark reflektierende Bereiche zur Erzeugung mindestens einer Struktur an dem Objekt M aufweist. Alternativ kann es sich bei dem strukturierten Objekt M um eine Mehrzahl von Mikrospiegeln handeln, welche in einer ein- oder mehrdimensionalen Anordnung angeordnet sind und welche gegebenenfalls um mindestens eine Achse bewegbar sind, um den Einfallswinkel der EUV-Strahlung 104 auf den jeweiligen Spiegel einzustellen.

Das strukturierte Objekt M reflektiert einen Teil des Beleuchtungsstrahls 104 und formt einen Projektionsstrahlengang 105, der die Information über die Struktur des strukturierten Objekts M trägt und der in ein Projektionsobjektiv 120 eingestrahlt wird, welches eine Abbildung des strukturierten Objekts M bzw. eines jeweiligen Teilbereichs davon auf einem Substrat W erzeugt. Das Substrat W, beispielsweise ein Wafer, weist ein Halbleitermaterial, z.B. Silizium, auf und ist auf einer Halterung angeordnet, welche auch als Wafer-Stage WS bezeichnet wird.

Im vorliegenden Beispiel weist das Projektionsobjektiv 120 sechs reflektive optische Elemente 21 bis 126 (Spiegel) auf, um ein Bild der an dem strukturierten Objekt M vorhandenen Struktur auf dem Wafer W zu erzeugen. Typischer Weise liegt die Zahl der Spiegel in einem Projektionsobjektiv 120 zwischen vier und acht, gegebenenfalls können aber auch nur zwei Spiegel verwendet werden. Die auf die weiter oben beschriebene Weise vermessenen reflektiven optischen Elemente 10, 100 können als Spiegel 121 bis 126 in dem Projektionsobjektiv 120 oder als Spiegel 112 bis 116 im Beleuchtungssystem 110 eingesetzt werden. Die oben beschriebenen Verfahren können auch zur Bestimmung und/oder zur Anpassung der Einsatzbedingungen von Rohlingen oder von optischen Elementen 10, 100 für den Einsatz in optischen Vorrichtungen, insbesondere in der in Fig. 9 beschriebenen Projektionsbelichtungsanlage 101 , eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine optimale, ggf. ortsabhängige Einsatztemperatur T _E für den Betrieb des optischen Elements 10, 100 in der Projektionsbelichtungsanlage 101 festgelegt werden, wie sie in Fig. 9 am Beispiel des sechsten Spiegels 126 des Projektionsobjektivs 120 dargestellt ist. Auch können die Einsatzbedingungen durch Kompensationsmaßnahmen wie beispielsweise eine Beaufschlagung mit mechanischen Spannungen durch Aktuatoren oder dergleichen angepasst werden.

Zudem können die Einsatzbedingungen, insbesondere die Einsatztemperatur T _E , des optischen Elements 10, 100 in der optischen Vorrichtung, beispielsweise in der Projektionsbelichtungsanlage 101 , ermittelt werden und die Herstellung des optischen Elements 10, 100 kann unter Berücksichtigung der mindestens einen bevorzugt ortsabhängig bestimmten thermischen Eigenschaft des Materials des optischen Elements 10, 100 angepasst an die Einsatzbedingungen, insbesondere an die Einsatztemperatur T _E des optischen Elements in der optischen Vorrichtung 101 erfolgen.

Beispielsweise kann die Oberflächenform der optisch wirksamen Oberfläche 20, also die Passe, entsprechend an den zu erwartenden Zustand bei der Einsatztemperatur T _E angepasst werden (Passevorhalt), d.h. es wird eine Sollpasse für die Bearbeitungstemperatur T _s , beispielsweise Raumtemperatur (Ts= 22°C), berechnet und es wird eine lokale Feinkorrektur der Oberfläche für den späteren Arbeitspunkt bzw. für die spätere, in diesem Fall mittlere Einsatztemperatur T _E (z.B. im Bereich von ca. 30 °C bis 40°C für den ersten Spiegel 121 des Projektionsobjektivs 120) vorgenommen. Somit können optische Elemente 10, 100 hergestellt werden, die zwar für die Einsatztemperatur T _E die geforderten Eigenschaften erfüllen, aber im kalten Zustand bzw. bei einer gegenüber der Einsatztemperatur T _E unterschiedlichen (kleineren) Bearbeitungstemperatur T _s schlechtere Eigenschaften, wie beispielsweise eine schlechtere Passe, aufweisen. Mit anderen Worten weist ein jeweiliges optisches Element 10, 100 bei der Bearbeitungstemperatur T _s einen Oberflächenfehler ADs auf, der größer ist als ein Oberflächenfehler AD _E bei der (größeren) Einsatztemperatur T _E . Die (mittlere) Einsatztemperatur T _E der optischen Elemente 10, 100 kann hierbei über (nicht gezeigte) Heizelemente eingestellt werden, wobei entweder eine homogene Aufheizung der gesamten Oberfläche 20 erfolgen kann oder ggf. die Pole der Intensitätsverteilung der auftreffenden EUV-Strahlung 104 beim Heizen ausgespart werden, um eine möglichst homogene Temperaturverteilung an der Oberfläche 20 zu erzeugen, deren Mittelwert die Einsatztemperatur T _E darstellt.

Je nach Position eines jeweiligen EUV-Spiegels 121 bis 126 im Projektionsstrahlengang 105 variiert die Einsatztemperatur T _E aufgrund der auftreffenden EUV- Strahlung 104, welche die Oberfläche 20 erwärmt. Typischer Weise liegt die Einsatztemperatur T _E in einem stationären Betriebszustand der Projektionsbelichtungsanla- ge 101 nach dem Aufheizen der Spiegel 121 bis 126 mit Hilfe von Heizelementen um mehr als 3K bzw. um mehr als 10 K, ggf. sogar um ca. 20 K über der Bearbeitungstemperatur T _s von ca. 22°C. Beispielsweise kann bei dem ersten Spiegel 121 bei homogener Aufheizung mittels eines Heizelements die Einsatztemperatur T _E an der Oberfläche 20 um ca. 10°C über der Bearbeitungstemperatur Ts von 22°C liegen. Bei titandotiertem Quarzglas hoher Qualität ändert sich der Oberflächenfehler pro Grad homogener Temperaturänderung um ca. 0,3 nm bis 1 nm PV (bzw. um 0,3 nm bis 0,25 nm RMS). Wird der erste Spiegel 121 des Projektionsobjektivs 120 mit einem Passevorhalt hergestellt, so kann der erste Spiegel 121 bei der Bearbeitungstemperatur T _s bei Ortswellenlängen von mehr als 1 mm beispielsweise einen (gewollt erzeugten) Oberflächenfehler AD _S von z.B. ca. 3 nm PV, 5 nm PV oder 10 nm PV aufweisen, der nach dem Aufheizen auf die Einsatztemperatur T _E auf einen Oberflächenfehler AD _E von weniger als 0,3 nm PV, ggf. von weniger als 0,1 nm PV reduziert wird.

Die Oberflächenfehler jedes einzelnen Spiegels 121 bis 126 des Projektionsobjektivs 120 gehen direkt in den Gesamtwellenfrontfehler des Projektionsobjektivs 120 ein. Die Gesamtwellenfront des Projektionsobjektivs 120 sollte auf dem Wafer W bzw. in der Bildebene IP (ggf. nach Korrekturen wie z.B. dem Nachfahren in der z-Ebene während des Scannens) plan sein. Durch den mindestens einen Spiegel 121 , der bei der Einsatztemperatur T _E während des (stationären) Betriebs des Projektionsobjektivs 120 einen kleineren Oberflächenfehler AD _E aufweist als bei der Bearbeitungstemperatur T _s wird ein Gesamtwellenfrontfehler Δφ _Ε des Projektionsobjektivs 120 erzeugt, der kleiner ist als der Gesamtwellenfrontfehler A<ps bei der Bearbeitungstemperatur T _s von 22°C. Da der Beitrag der Oberflächenfehler AD _E zum Gesamtwellenfrontfehler Δφ _Ε des Projektionsobjektivs 120 der einzelnen Spiegel 121 bis 126 unterschiedlich groß ist, ist es ggf. ausreichend, nur für diejenigen Spiegel einen Passevorhalt vorzusehen, deren Oberflächenfehler AD _E einen großen Beitrag zum Gesamtwellenfrontfehler Δφ _Ε im Betrieb des Projektionsobjektivs 120 liefern. Selbstverständlich können auch alle Spiegel 121 bis 126 des Projektionsobjektivs 120 mit einem Passevorhalt hergestellt werden, um den Gesamtwellenfrontfehler Δφ _Ε des Projektionsobjektivs 120 zu minimieren.

Insgesamt ist festzustellen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorgestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale verwirklicht werden können, solange der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird. Die Offenbarung der vorliegenden Erfindung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein.