DE10050125A1 - Vorrichtung zum Temperaturausgleich für thermisch belastete Körper mit niederer Wärmeleitfähigkeit, insbesondere für Träger reflektierender Schichten oder Substrate in der Optik - Google Patents

Vorrichtung zum Temperaturausgleich für thermisch belastete Körper mit niederer Wärmeleitfähigkeit, insbesondere für Träger reflektierender Schichten oder Substrate in der Optik

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Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Temperaturausgleich für thermisch belastete Körper aus Materialien niedriger spezifischer Wärmeleitfähigkeit, insbesondere für Spiegelträger in der Optik, wie z. B. in Projektionsobjektiven für die Halbleiter-Lithographie, ist eine Wärmeverteilungseinrichtung mit ein oder mehreren Wärmeverteilungskörper (11, 13) so an Oberflächen (5, 6) des thermisch belasteten Körpers (1) adaptiert, daß zwischen dem thermisch belasteten Körper (1) und der Wärmeverteilungskörper (11, 13) ein Spalt (18) verbleibt, der zum Zwecke der thermischen Kopplung von thermisch belasteten Körper und Wärmeverteilungskörper bei gleichzeitiger mechanischer Entkopplung mit einem Fluid ausgefüllt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausgleich von Tem­ peraturdifferenzen in thermisch belasteten Körpern, insbesonde­ re für Träger reflektierender Schichten oder Substrate in der Optik nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Die Erfindung betrifft insbesondere Vorrichtungen für Spiegelträger, die in Projektionsobjektiven für die Halbleiter- Lithographie eingesetzt werden.
Wärmeverteilungsvorrichtungen sind in der Halbleiter-Lithogra­ phie allgemein bekannt. So beschreiben z. B. die US 5,220,171 und US 5,413,167 Wärmeverteilungsvorrichtungen zur Kühlung von Wafern unter Verwendung einer in Kanälen geführten Flüssigkeit als Wärme transportierendes Medium.
Auch die US-PS 5,313,333 befaßt sich mit Einrichtungen zur Kom­ pensation von Temperaturabweichungen in einer optischen Bau­ gruppe.
Die japanische Veröffentlichung JP 83 13 818 offenbart einen Spiegel mit einer Deckplatte, die eine Spiegelschicht aufweist, und einer darunter angeordneten Unterplatte, die auf Abstand dazu liegt, wobei beide Teile durch Stege und dazwischen lie­ gende Kammern miteinander verbunden werden.
Ein Spiegelträger in einem Projektionsobjektiv für die Halblei­ ter-Lithographie wird durch absorbierte Nutzstrahlenergie er­ wärmt. Daraus ergeben sich zwei voneinander zu unterscheidende Temperaturprobleme:
Das eine Problem besteht in einer zu starken Erhöhung der mitt­ leren Substrattemperatur. Dadurch kann es zu Veränderungen im Gefüge von Substrat- und Schichtmaterialien kommen, die sich nachteilig auf die Eigenschaften der optischen Oberfläche aus­ wirken.
Das andere Problem liegt in einer inhomogenen Temperaturvertei­ lung innerhalb des Spiegelsubstrats. Aufgrund der Thermaldeh­ nung hat eine inhomogene Temperaturverteilung eine dazu in etwa analoge Dehnungsverteilung zur Folge, die das Spiegelsubstrat und damit die optische Oberfläche deformiert.
Für beide Thermalprobleme, insbesondere aber für das der inho­ mogenen Temperaturverteilung sollte eine Lösung gefunden wer­ den. Zum besseren Verständnis der besonderen Wirkungsweise ist im folgenden das Problem der inhomogenen Temperaturverteilung noch näher erläutert:
Die inhomogene Temperaturverteilung innerhalb des Substrats hat im wesentlichen folgende zwei Ursachen:
Während der Wärmeeintrag fast ausschließlich über die optische Oberfläche erfolgt, vollzieht sich die Abgabe der Wärme haupt­ sächlich durch Abstrahlung an Spiegelrand und Spiegelrückseite und zum Teil durch Wärmeleitung über die Fassung. Da die Stel­ len des Wärmeeintrags damit woanders liegen als die des Wärme­ austrags, kommt es aufgrund des thermischen Widerstands des Substratmaterials zur Ausbildung von Temperaturgradienten.
Die zweite Ursache ist die in aller Regel inhomogene Ausleuch­ tung der optischen Oberfläche, denn zum einen beansprucht der Strahlbereich nicht die gesamte optische Oberfläche und zum anderen bedingt das mit der Projektionsoptik abgebildete Schaltkreismuster eine inhomogene Intensitätsverteilung inner­ halb des Strahlbereichs. Stark bestrahlte Bereiche der opti­ schen Oberfläche erwärmen sich dann stärker als schwach be­ strahlte. Möchte man das Problem der durch eine inhomogene Tem­ peraturverteilung verursachten Substratdeformation lösen, so bietet sich an, ein Substratmaterial zu verwenden, dessen ther­ mischer Ausdehnungskoeffizient sehr niedrig ist. Dieser Weg wird in der Präzisionsoptik mit der Wahl von Trägermaterialien wie Quarz, Zerodur oder ULE oftmals beschritten und führt zu einer für viele Anwendungen hinreichend niedrigen Substratde­ formation. Nachteilig an den genannten Materialien ist jedoch ihre im Vergleich zu metallischen Werkstoffen viel niedrigere Wärmeleitfähigkeit, die zu verhältnismäßig großen Temperatur­ differenzen innerhalb des thermisch belasteten Spiegelträgers führt und den deformationsmindernden Effekt des niedrigen ther­ mischen Ausdehnungskoeffizienten zum Teil wieder zunichte macht. Diese Tatsache wirkt sich insbesondere bei Spiegelträ­ gern in Halbleiter-Lithographieobjektiven für die 13 nm-Tech­ nologie (EUVL) sehr nachteilig aus, da wegen des hohen Absorp­ tionsgrades einer einzelnen optischen Oberfläche von etwa 40% im 13 nm-Band der Wärmestrom im Spiegelträger sehr groß wird und damit auch große Temperaturdifferenzen im Substrat auftreten. Gleichzeitig sind die Anforderungen an die Oberflächenformge­ nauigkeit bei einem Spiegelsystem, wie es ein EUVL-Objektiv darstellt, erheblich größer als bei Linsenoptiken, wie sie zur Zeit in der Halbleiter-Lithographie hauptsächlich eingesetzt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, durch die die Wärmeverteilung in dem thermisch belasteten Körper ohne die Gefahr von Wärmedefor­ mationen verbessert wird und ohne daß gleichzeitig der niedrige thermische Ausdehnungskoeffizient verschlechtert wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Erfindungsgemäß erfolgt nun eine Trennung zwischen einer mecha­ nischen Kopplung und einer thermischen Kopplung gegenüber dem thermisch belasteten Körper. Zwischen der Wärme verteilenden und Wärme abführenden Wärmeverteilungseinrichtung, die z. B. in den thermisch belasteten Körper eingebettet oder an diesem an­ geordnet ist, und dem thermisch belasteten Körper, wird in ei­ nen entsprechend geschaffenen Spalt oder in einer Zwischenspal­ te ein Koppelfluid eingebracht. Das Koppelfluid sorgt für eine thermische Kopplung zu der Wärmeverteilungseinrichtung, entkoppelt aber diese gleichzeitig mechanisch von dem thermisch bela­ steten Körper. Auf diese Weise werden Verformungen der Wärme­ verteilungseinrichtung nicht auf den thermisch belasteten Kör­ per, z. B. ein Spiegelsubstrat bzw. einen Spiegelträger, über­ tragen.
Als Wärmeverteilungskörper kann dabei ein massiver Festkörper aus einem Material hoher spezifischer thermischer Leitfähig­ keit, wie z. B. Cu, Al, Ag etc. eingesetzt werden. Eine andere Ausführungsform eines Wärmeverteilungskörpers besteht aus einem mit Kapillaren durchzogenen dünnwandigen Festkörper, z. B. einem Rohr, dessen Kapillare von einem zweiten Fluid durchströmt wer­ den. Hier erfolgt die Wärmeverteilung durch Mitführung der Wär­ me mit dem strömenden Fluid.
Das Koppelfluid, das den Spalt zwischen dem Substrat, also dem thermisch belasteten Körper, und dem Wärmeverteilungskörper ausfüllt, kann eine Flüssigkeit, ein Gas oder auch ein Stoff mit hinreichend niedriger Viskosität sein. Bevorzugt werden Flüssigkeiten mit guter thermischer Leitfähigkeit, wie z. B. Wasser, Quecksilber oder bei Raumtemperatur flüssige Metall­ legierungen.
Um einen deformierenden Einfluß des Mediendrucks des Koppel­ fluids auf den thermisch belasteten Körper auszuschließen, kann die Wärmeverteilungseinrichtung eine Einrichtung zum Druckaus­ gleich zwischen dem Koppelfluid und der äußeren Umgebung des thermisch belasteten Körpers beinhalten. Die Einrichtung kann in Form eines Steigrohres oder eines elastischen Gefäßes z. B. einem Metallmembranfaltenbalg ausgeführt sein. Bevorzugt wird die Ausführung mit einem aus einem Metallmembranfaltenbalg ge­ bildeten elastischen Gefäß, da hiermit die Möglichkeit besteht, das Koppelfluid gegenüber der Substratumgebung abzudichten und so ein Auslaufen oder Ausgasungen des Koppelfluids zu verhin­ dern.
Das Koppelfluid, das den Spalt zwischen dem thermisch belaste­ ten Körper und dem Wärmeverteilungskörper ausfüllt, führt keine Bewegung aus, strömt also nicht. Dadurch sind Druckunterschiede innerhalb des Spaltvolumens aufgrund von Strömungsdruckabfällen ausgeschlossen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung sorgt für eine deutliche Redu­ zierung der Temperaturdifferenz innerhalb des thermisch bela­ steten Körpers und damit für eine Reduzierung thermisch indu­ zierter Deformationen der optischen Oberfläche, wobei durch den hohen Grad der mechanischen Entkopplung zwischen der Wärmever­ teilungseinrichtung und dem thermisch belasteten Körper insbe­ sondere den hohen Anforderungen der Halbleiter-Lithographie an die Formstabilität der optischen Oberflächen Rechnung getragen wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Wär­ meverteilungseinrichtung mit einer oder mehreren Temperierein­ richtungen Verbunden. Mit dieser Weiterbildung ist es möglich, die mittlere Temperatur des thermisch belasteten Körpers zu reduzieren und zu stabilisieren. Als Temperiereinrichtungen können beispielsweise Peltierelemente verwendet werden, deren kühlende Seite direkt mit dem Wärmeverteilungskörper der Wärme­ verteilungseinrichtung verbunden ist und dessen wärmere Seite die vom thermisch belasteten Körper aufgenommene Wärme sowie die beim Betrieb des Peltierelements anfallende Verlustenergie durch Wärmestrahlung an die Umgebung abgibt. In einer anderen Ausführung wird der Wärmeverteilungskörper von einer Kühlflüs­ sigkeit durchströmt, die aus dem Wärmeverteilungskörper heraus­ geführt wird und über eine außerhalb der Wärmeverteilungsein­ richtung liegende Temperiervorrichtung gekühlt wird.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform, bei welcher der Wärmeverteilungskörper der Wärmeverteilungsein­ richtung an eine Außenseite des thermisch belasteten Körpers adaptiert ist;
Fig. 2 einen Schnitt durch eine Ausführungsform, bei welcher der Wärmeverteilungskörper in den thermisch belaste­ ten Körper eingebettet ist;
Fig. 3 einen Schnitt durch eine Ausführungsform, bei welcher der Wärmeverteilungskörper in den thermisch belaste­ ten Körper eingebettet ist und durch eine außen lie­ gende Tragstruktur gehalten wird;
Fig. 4 einen Schnitt durch eine Ausführungsform, bei welcher der Wärmeverteilungskörper aus einer von einer Flüs­ sigkeit durchströmten Rohrstruktur gebildet wird;
Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4;
Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts X in der Fig. 5;
Fig. 7 einen Schnitt durch eine Ausführungsform, bei welcher der Wärmeverteilungskörper mit einer Vielzahl ther­ misch gut leitfähiger Finger versehen ist, die durch Bohrungen bis nahe an die optische Oberfläche rei­ chen;
Fig. 8 einen Schnitt durch eine Ausführungsform, bei welcher an den Wärmeverteilungskörper Peltierelemente als Teil einer Temperiereinrichtung adaptiert sind;
Fig. 9 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnittes Y in der Fig. 8; und
Fig. 10 einen Schnitt durch eine Ausführungsform, bei welcher der Wärmeverteilungskörper von einem Fluid durchströmt wird, welches aus der Wärmeverteilungseinrich­ tung herausgeführt und in einer außerhalb liegenden Temperiervorrichtung temperiert wird.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung mit einer Wärmeverteilungsein­ richtung, die an eine äußere Oberfläche 5 eines thermisch bela­ steten Körpers 1 adaptiert ist. Die Wärmeverteilungseinrichtung besteht aus einem Wärmeverteilungskörper 11, einem Koppelfluid 17, einer Druckausgleichseinrichtung 19 und einer Befüllungs­ einrichtung 21. Der Wärmeverteilungskörper 11 ist als massiver Körper aus einem Material hoher spezifischer Wärmeleitfähig­ keit, wie z. B. Cu, Al, Ag, Al2O3 oder SiC ausgeführt, und ist so gestaltet und angeordnet, daß zwischen dem thermisch bela­ steten Körper 1 und dem Wärmeverteilungskörper 11 ein enger Spalt 18 verbleibt, der mit dem Koppelfluid 17 ausgefüllt ist. Das Fluid, z. B. He oder ein anderes Edelgas bzw. H2O, Hg oder eine bei Raumtemperatur flüssige Metallegierung, sorgt für ei­ nen guten Wärmeübergang zwischen der äußeren Oberfläche des thermisch belasteten Körpers und dem Wärmeverteilungskörper, während es gleichzeitig die Übertragung von Deformationen des Wärmeverteilungskörpers auf den thermisch belasteten Körper verhindert.
Die Druckausgleichseinrichtung 19 ist als Metallmembranfalten­ balg 20 ausgeführt, der zugleich die Umgrenzung der thermischen Koppelfläche bildet und den thermisch belasteten Körper 1 und den Wärmeverteilungskörper 11 miteinander verbindet. Die Druck­ ausgleichseinrichtung 19 sorgt für einen Druckausgleich zwi­ schen der äußeren Umgebung 9 und dem Koppelfluid 17, so daß an allen Oberflächen des thermisch belasteten Körpers nahezu der gleiche Flächendruck wirkt. Des weiteren verhindert die Druck­ ausgleichseinrichtung 19 eine Veränderung des Mediendrucks des Koppelfluids 17 bei Formänderungen des Wärmeverteilungskörpers 11. Der Metallmembranfaltenbalg 20 dichtet zudem das Koppel­ fluid 17 gegen die äußere Umgebung 9 ab und dient als Befesti­ gungselement niedriger Steifigkeit, mit dem die Wärmevertei­ lungseinrichtung an den thermisch belasteten Körper 1 befestigt ist.
Zum Befüllen des Spaltes 18 mit dem Koppelfluid 17 ist die Wär­ meverteilungseinrichtung mit einer am Wärmeverteilungskörper 11 angebrachten Befüllungseinrichtung 21 versehen. Die Befüllungs­ einrichtung 21 hat die Funktion einer verschließbaren Verbin­ dung zwischen dem Spaltvolumen und der äußeren Umgebung 9. Die Befüllungseinrichtung besteht aus einem Gehäuse 22, das mit einer Befüllungsöffnung bzw. Einlaßöffnung 23 nach außen und einem Verbindungskanal 24 zum Spalt 18 ausgestattet ist und einer Ventilschraube 25.
Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung mit einer Wärmeverteilungsein­ richtung, bei welcher der Wärmeverteilungskörper 11 an eine innere Oberfläche 6 des thermisch belasteten Körpers 1 adap­ tiert ist. Der thermisch belastete Körper 1 besteht aus zwei Teilen, einem Oberteil 2 und einem Unterteil 3, wobei diese so gestaltet sind, daß nach dem Zusammenfügen von Ober- und Unter­ teil ein innerhalb des thermisch belasteten Körpers 1 befindli­ ches Volumen vorliegt. Bevor Ober- und Unterteil 2 und 3 z. B. durch Kleben miteinander verbunden werden, wird der Wärmever­ teilungskörper 11 in das entstehende innere Volumen eingelegt. Nach dem Zusammenfügen besteht zwischen innerem Volumen und äußerer Umgebung 9 nur noch über einen Volumenausgleichskanal 8 eine Verbindung, ansonsten ist das innere Volumen durch die Fügefläche zwischen Ober- und Unterteil 2 und 3 gegenüber der äußeren Umgebung 9 abgedichtet.
Wie in der Ausführung nach Fig. 1 ist die Wärmeverteilungsein­ richtung aus einem Wärmeverteilungskörper 11, einem Koppelfluid 17, einer Druckausgleichseinrichtung 19 und einer Befüllungs­ einrichtung 21 aufgebaut. Der Wärmeverteilungskörper 11 ist als massiver Körper aus einem Material hoher spezifischer Wärme­ leitfähigkeit ausgeführt und so gestaltet und angeordnet, daß zwischen thermisch belastetem Körper und Wärmeverteilungskörper ein enger Spalt 18 verbleibt, der mit einem Koppelfluid 17 zur thermischen Koppelung von thermisch belastetem Körper und Wär­ meverteilungskörper 11 ausgefüllt ist. Zur Befüllung des Spalt­ volumens mit dem Koppelfluid 17 und zum Ausgleich von Volumenänderungen des vom Koppelfluid 17 ausgefüllten Spaltes 18 führt der Volumenausgleichskanal 8 vom inneren Volumen in die Druckausgleichseinrichtung 19, die durch den Metallmembranfal­ tenbalg 20 gebildet wird und mit dem Unterteil 3 des thermisch belasteten Körpers 1 verbunden ist. An die Druckausgleichsein­ richtung 19 schließt sich die Befüllungseinrichtung 21 zum Be­ füllen des Systems mit dem Koppelfluid 17 an.
Da der Wärmeverteilungskörper 11 mit seiner Gewichtskraft auf dem Unterteil 3 des thermisch belasteten Körpers 1 aufliegt, ist es vorteilhaft, ortsfeste Auflagestellen zu schaffen, so daß der durch die Auflagekräfte verursachte Deformationszustand des thermisch belasteten Körpers 1 unverändert bleibt. Hierzu kann der Wärmeverteilungskörper 11 mit drei Abstützzapfen 12 versehen sein, die in Zentrierbohrungen 7 des Unterteils 3 des thermisch belasteten Körpers 1 hineinreichen. Daraus ergibt sich eine gegen Verdrehungen und Verschiebungen gesicherte sta­ tisch bestimmte Auflage des Wärmeverteilungskörpers 11.
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung mit einer Wärmeverteilungsein­ richtung entsprechend der Ausführung nach Fig. 2 mit dem Un­ terschied, daß der Wärmeverteilungskörper 11 anstatt auf dem Unterteil 3 des thermisch belasteten Körpers 1 aufzuliegen, über einen ebenfalls zur Wärmeverteilungseinrichtung gehörenden Trägerkörper 26 mit einer äußeren Tragstruktur 27 verbunden und damit weitgehend unabhängig vom thermisch belasteten Körper 1 gehaltert ist. Die Druckausgleichseinrichtung 19 ist im Unter­ schied zur Ausführung nach Fig. 2 an den Trägerkörper 26 adap­ tiert und über einen durch den Trägerkörper führenden Volumen­ ausgleichskanal 8 mit dem fluidgefüllten Spalt 18 verbunden.
Die Befüllungseinrichtung 21 ist im Unterschied zur Ausführung nach Fig. 2 ebenfalls an den Trägerkörper 26 adaptiert und über den durch den Trägerkörper 26 führenden Befüllungskanal bzw. Verbindungskanal 24 mit dem Spalt 18 verbunden. Der Trä­ gerkörper 26 ragt von außen durch eine Öffnung 10 im Unterteil 3 des thermisch belasteten Körpers 1 in das innere Volumen des thermisch belasteten Körpers hinein und ist dort fest mit dem Wärmeverteilungskörper 11 verbunden.
Zwischen dem thermisch belasteten Körper 1 und dem Trägerkörper 26 gibt es keine direkte Verbindung, vielmehr sind beide Teile durch einen fluidgefüllten Spalt 41 voneinander getrennt. Das im Spaltvolumen befindliche Fluid wird mit Hilfe eines dichten­ den elastischen Elements 28 geringer Steifigkeit, z. B. einem Metallmembranfaltenbalg, das zwischen Unterteil 3 des thermisch belasteten Körpers und Trägerkörper 26 angeordnet ist, gegen­ über der äußeren Umgebung 9 abgedichtet. Durch die geringe Steifigkeit des dichtenden elastischen Elements 28 sind die über dieses Element übertragenen Kräfte bei Relativbewegungen zwischen Trägerkörper 26 und thermisch belasteten Körper 1 so gering, daß dadurch keine nennenswerte Deformation der opti­ schen Oberfläche verursacht wird.
Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen eine Vorrichtung mit einer Wärme­ verteilungseinrichtung entsprechend der Ausführung nach Fig. 2 mit dem Unterschied, daß der Wärmeverteilungskörper 11 als dünnwandiger Hohlkörper 13, z. B. einem Rohr, ausgeführt ist, welcher von einem zweiten Fluid 30 durchströmt wird, um durch den derart erfolgenden Stofftransport durch den Wärmevertei­ lungskörper auch die vom Wärmeverteilungskörper 11 aufgenommene Wärme zu transportieren und dadurch gleichmäßig zu verteilen. Ebenfalls im Unterschied zur Ausführung nach Fig. 2 wird der Wärmeverteilungskörper aus dem inneren Volumen des thermisch belasteten Körpers 1 herausgeführt, um zwischen einer am Wärme­ verteilungskörper angebrachten Einlaßöffnung 14 und einer eben­ falls am Wärmeverteilungskörper angebrachten Auslaßöffnung 15 für das strömende Fluid 30 eine Umwälzeinrichtung 29 in Form einer Medienpumpe anschließen zu können, wobei diese Umwälzein­ richtung 29 Teil der Wärmeverteilungseinrichtung ist. Zwischen den beiden Fluiden 17 und 30 der Wärmeverteilungseinrichtung ist streng zu unterscheiden, denn während das erste Fluid 17 dem Wärmeübergang zwischen thermisch belastetem Körper 1 und Wärmeverteilungskörper 11 bzw. 13 dient und überall den glei­ chen Mediendruck aufweist, dient das zweite Fluid 30 der Wärme­ verteilung innerhalb des Wärmeverteilungskörpers und weist wegen des Strömungsdruckabfalls örtlich unterschiedliche Medien­ drücke auf. Die Halterung des Wärmeverteilungskörpers erfolgt über eine feste Verbindung zwischen Wärmeverteilungskörper und thermisch belastetem Körper 1 im Bereich der Öffnung 10 im Un­ terteil des thermisch belasteten Körpers, aus welcher der Wär­ meverteilungskörper aus dem inneren Volumen herausgeführt wird.
Fig. 7 zeigt eine Vorrichtung mit einer Wärmeverteilungsein­ richtung entsprechend der Ausführung nach Fig. 2 mit dem Un­ terschied, daß der Wärmeverteilungskörper 11 mit einer Vielzahl von thermisch gut leitfähigen Fingern 16 versehen ist, die durch entsprechende Bohrungen 42 im Oberteil 2 des thermisch belasteten Körpers 1 bis nahe an die optische Oberfläche 40 heranreichen. Durch die konstruktive Variante können insbeson­ dere Temperaturgradienten reduziert werden, die senkrecht zur optischen Oberfläche gerichtet sind, die also quasi von oben nach unten verlaufen.
Die Fig. 8 und 9 zeigen eine Weiterbildung einer Wärmever­ teilungseinrichtung entsprechend der Ausführung nach Fig. 1. Die Wärmeverteilungseinrichtung ist dabei zusätzlich mit einer Temperiereinrichtung 31, bestehend aus ein oder mehreren Pel­ tierelementen 32, einem Temperatursensor 36 und einem Tempera­ turregelgerät 38 ausgestattet. Diese Weiterbildung ermöglicht es, die mittlere Temperatur des thermisch belasteten Körpers 1 weitgehend unabhängig von der Höhe der pro Zeiteinheit absor­ bierten Nutzstrahlenergie konstant zu halten. Da zur Stabili­ sierung der Temperatur meist Wärme aus dem thermisch belasteten Körper 1 herausgeführt werden muß, sind die Peltierelemente 32 mit ihrer kühleren Seite 33 flächig mit dem Wärmeverteilungs­ körper 11 verbunden, während die wärmere Seite 34 frei bleibt und so angeordnet ist, daß die von dieser Fläche abgegebene Wärme in Form von Strahlung an die umliegende Strukturumgebung abgegeben werden kann. Zur Temperaturbestimmung ist der Tempe­ ratursensor 36 in den Wärmeverteilungskörper 11 eingebettet. Elektrische Zuleitungen 35, 37 der Peltierelemente 32 und des Temperatursensors 36 führen zu dem Temperaturregelgerät 38, so daß ein geschlossener Regelkreis entsteht.
Fig. 10 zeigt eine Vorrichtung mit einer Wärmeverteilungsein­ richtung entsprechend der Ausführung nach den Fig. 4, 5 und 6, wobei als Weiterbildung eine Temperiereinrichtung 31 in ei­ nen Kreislauf 39 des strömenden Fluids 30 eingebracht ist, so daß mittels der Temperiereinrichtung 31 die Temperatur des strömenden Fluids unabhängig von der pro Zeiteinheit vom ther­ misch belasteten Körper 1 absorbierten Nutzstrahlenergie ge­ führt werden kann.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Temperaturausgleich für thermisch belastete Körper aus Materialien niedriger spezifischer Wärmeleitfä­ higkeit, insbesondere für Träger reflektierender Schichten oder Substrate in der Optik, wie z. B. in Projektionsobjek­ tiven für die Halbleiter-Lithographie, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Wärmeverteilungseinrichtung mit ein oder meh­ reren Wärmeverteilungskörper (11, 13) so an Oberflächen (5, 6) des thermisch belasteten Körpers (1) adaptiert ist, daß zwischen dem thermisch belasteten Körper (1) und der Wärmeverteilungskörper (11, 13) ein Spalt (18) verbleibt, der zum Zwecke der thermischen Kopplung von thermisch bela­ steten Körper und Wärmeverteilungskörper bei gleichzeitiger mechanischer Entkopplung mit einem Fluid (17) ausgefüllt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fluidgefüllte Spalt (18) über eine Verbindung (Volumen­ ausgleichskanal 8) mit einer Druckausgleichseinrichtung (19) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeverteilungskörper (11) massiv und aus einem Mate­ rial hoher spezifischer thermischer Leitfähigkeit ausge­ führt sind, wobei die spezifische thermische Leitfähigkeit wesentlich größer, insbesondere wenigstens zehnmal größer ist als die des Materials, aus dem der thermisch belastete Körper (1) besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Wärmeverteilungskörper als Hohlkörper (13) ausgeführt ist, dessen inneres Volumen von einem Fluid (30) ausgefüllt ist, welches eine zirkulierende Strömungs­ bewegung vollzieht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Wärmeverteilungskörper (11, 13) über einen Trägerkörper (26) mit einer äußeren Tragstruktur (27) verbunden ist und von dieser gehaltert ist, während zwi­ schen thermisch belasteten Körper (1) und Wärmeverteilungs­ körper (11, 13) sowie zwischen thermisch belasteten Körper und Trägerkörper keine oder nur eine Verbindung sehr nied­ riger Steifigkeit (elastische Verbindung 28) besteht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeverteilungskörper (11, 13) an innere Oberflächen (6) des thermisch belasteten Körpers (1) adaptiert sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fluidgefüllte Spalt (18) über eine Verbindung (Verbin­ dungs kanal 24) mit einer verschließbaren Befüllungsein­ richtung (21) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der zirkulierenden Strömungsbewegung des Fluids (30), welches den als Hohlkörper (13) ausgeführten Wärmeverteilungskörper ausfüllt, eine Umwälzeinrichtung (29) an dafür vorgesehene Ein- und Auslaßöffnungen (14, 15) des Wärmeverteilungskörpers (11) angeschlossen ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß wenigstens ein Wärmeverteilungskörper (11) mit ein oder mehreren Wärmetauschelementen (32) einer Temperiereinrichtung (31) verbunden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauschelement durch ein Peltierelement (32) gebil­ det ist, welches die absorbierte Nutzstrahlenergie und die beim Betrieb des Peltierelements (32) anfallende Verlust­ energie in Form von Wärmestrahlung an die umgebende Struk­ tur abgibt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kreislauf (39) des strömenden Fluids (30) eine Einrich­ tung (31) zur Temperierung dieses Fluids eingebracht ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Wärmeverteilungskörper (11, 13) mit ei­ ner Vielzahl thermisch gut leitfähiger fingerartiger, we­ nigstens annähernd senkrecht zur optischen Oberfläche aus­ gerichteter Fortsätze (16) versehen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortsätze (16) bis nahe an die optische Oberfläche her­ anreichen.
14. Projektionsobjektiv für die Halbleiter-Lithographie, mit wenigstens einem Spiegelträger, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Spiegelträger mit einer Wärmeverteilungsvor­ richtung nach den Ansprüchen 1 bis 12 versehen ist.
DE10050125A 2000-10-11 2000-10-11 Vorrichtung zum Temperaturausgleich für thermisch belastete Körper mit niederer Wärmeleitfähigkeit, insbesondere für Träger reflektierender Schichten oder Substrate in der Optik Withdrawn DE10050125A1 (de)

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