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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperierung von Elementen,
insbesondere zur Temperierung eines Projektionsobjektivs oder von Teilen
eines Projektionsobjektivs in der Halbleiterlithographie, mit einem
Temperiermantel, der mit wenigstens einer Temperierleitung versehen
ist. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
einer Vorrichtung zur Temperierung von Elementen eines Projektionsobjektivs
oder von Teilen eines Projektionsobjektives in der Halbleiterlithographie,
wobei zur Temperierung ein Temperiermantel mit wenigstens einer
Temperierleitung eingesetzt wird.
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Projektionsobjektive
bzw. Teile von Projektionsobjektiven in der Halbleiterlithographie
werden häufig
mit Kühlmänteln umgeben,
um eine konstante Temperatur für
eine hohe Positionsgenauigkeit zu erhalten. Vorrichtungen zur Kühlung eines
Projektionsobjektives sind beispielsweise aus der
US 5,812,242 , aus der
US 6,153,877 und aus der US 2002/0027645 A1
bekannt.
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Nachteile
des oben aufgeführten
Standes der Technik liegen in einem schlechten Wärmeübergang zwischen dem Kühlmantel
und den Kühlleitungen
bzw. Kühlrohren,
da die Wärmeübergangsfläche bei
Aufbringung der Kühlleitungen
auf den Kühlmantel,
beispielsweise durch Verkleben, sehr klein ist. Weiterhin besteht
bei Verklebung der Kühlleitungen mit
dem Kühlmantel
die Gefahr, dass das verwendete Klebemittel durch Ausgasen Kontaminationen
verursacht. Oft ist auch die Festigkeit des verwendeten Klebemittels
nicht ausreichend, weshalb zusätzliche Verbindungselemente
zur Befestigung der Kühlleitungen
an dem Kühlmantel
erforderlich sind. Nachteilig ist weiterhin, dass bei Verwendung
von runden Leitungsquerschnitten für die Kühlleitungen ein großer Bauraum
erforderlich ist, wobei sich aber eckige oder ovale Leitungsquerschnitte
nur sehr schwer umformen bzw. biegen lassen. Auch das Anpassen der Kühlleitungen
an nicht ebene, beispielsweise rund ausgeführte Kühlmäntel, ist sehr auf wändig.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zur Temperierung von Elementen, insbesondere zur Temperierung eines
Projektionsobjektives oder von Teilen eines Projektionsobjektives,
mit hoher Genauigkeit und Wirksamkeit, ohne hohen konstruktiven
Aufwand zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe dadurch gelöst,
dass die wenigstens eine Temperierleitung in den Temperiermantel
eingeformt ist.
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Durch
das erfindungsgemäße Einformen
der Temperierleitung in den Temperiermantel wird ein guter Wärmeübergang
zwischen dem Temperiermantel und den Temperierleitungen gewährleistet,
da ein verwendetes Temperiermittel in direktem bzw. vollem Kontakt
mit dem Temperiermantel steht. Die Ausgestaltung der Temperierleitung
wie auch die Verteilung dieser auf dem Temperiermantel ist durch
die Einformung erfindungsgemäß einfacher
und ohne separaten hohen konstruktiven Aufwand für eine gesonderte Temperierleitung
möglich.
Auf diese Weise kann der Temperaturgradient freier eingestellt werden,
da keine Temperierleitungen an den Temperiermantel angepasst werden
müssen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass der
Temperiermantel nach der Einformung der Temperierleitung je nach
Ausgestaltung des Projektionsobjektives oder Teilen des Projektionsobjektives
als ganzes umformbar ist. Auf diese Weise wird ein aufwändiges und
schwieriges Umformen bzw. Biegen des Temperiermantels mit separaten
Temperierleitungen zur Anpassung an das Projektionsobjektiv, wie
dies beim Stand der Technik der Fall ist, vermieden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen
sein, dass der Temperiermantel zweiteilig ausgebildet ist, wobei
in wenigstens ein Teilelement die Temperierleitung eingeformt und die
Teilelemente über
ein Klebemittel miteinander verbunden sind. Durch die Verbindung
von zwei Teilelementen, welche den Temperiermantel bilden, mittels
eines Klebe mittels wird somit eine großflächige Verklebung ohne Festigkeitseinbuße ermöglicht.
Da nur jeweils Stirnseiten des Temperiermantels mit der Umgebung
bzw. der Umgebungsluft in Berührung kommen,
ist ein Ausgasen der Klebefläche
zwischen den beiden Teilelementen des Temperiermantels nur minimal,
wodurch weniger Kontaminationen für die Projektionsbelichtungsanlage
auftreten.
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Die
vorliegende Aufgabe wird weiterhin dadurch gelöst, dass die wenigstens eine
Temperierleitung auf den Temperiermantel über einen Galvanisierungsprozess
auf geformt ist.
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Erfindungsgemäß besteht
damit eine weitere Möglichkeit
zur Herstellung eines Temperiermantels. Durch den erfindungsgemäßen Galvanisierungsprozess,
insbesondere einer Galvanoformung, lassen sich auch Temperiermäntel mit
komplexen Geometrien herstellen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den restlichen Unteransprüchen.
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 eine
Prinzipdarstellung mit Funktionsweise eines Projektionsobjektives
für die
Mikrolithographie, wobei das Projektionsobjektiv Temperiermäntel aufweist;
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2 eine
prinzipmäßige Darstellung
eines Temperiermantels mit einer eingebrachten Temperierleitung;
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3 einen
vergrößerten Ausschnitt
nach der Linie III-III des in 2 dargestellten
Temperiermantels;
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4 eine
alternative Ausführung
des Temperiermantels des in 3 dargestellten
Ausschnitts nach der Linie III-III nach 2;
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5 eine
prinzipmäßige Darstellung
eines alternativen Temperiermantels mit Temperierleitungen in Verbindung
mit einem Projektionsobjektiv; und
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6a bis 6c prinzipmäßige Darstellungen
von erfindungsgemäßen Verfahrensschritten
zur Herstellung eines Temperiermantels mit Temperierleitungen gemäß 5 mittels
eines Galvanisierungsprozesses.
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In 1 ist
prinzipmäßig eine
Projektionsbelichtungsanlage mit einem Projektionsobjektiv 1 für die Mikrolithographie
zur Herstellung von Halbleiterbauelementen dargestellt.
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Die
Projektionsbelichtungsanlage weist ein Beleuchtungssystem 2 mit
einem nicht dargestellten Laser als Lichtquelle auf. In einer Objektivebene
der Projektionsbelichtungsanlage befindet sich ein Reticle 3,
dessen Struktur auf einem unter dem Projektionsobjektiv 1 angeordneten
Wafer 4, der sich in einer Bildebene befindet, in einem
entsprechend verkleinerten Maßstab
abgebildet werden soll.
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Das
Projektionsobjektiv 1 weist ein erstes vertikales Objektivteil 1a und
ein zweites horizontales Objektivteil 1b auf. In dem Objektivteil 1b sind
mehrere Linsen 5 und ein Konkavspiegel 6, welche
zusammen eine Baugruppe 70 bilden und in einem Objektivgehäuse 7 des
Objektivteiles 1b angeordnet sind, vorgesehen. Zur Umlenkung
eines Projektionsstrahlenbündels,
welches hier nur durch einen Pfeil gekennzeichnet ist, von dem vertikalen
Objektivteil 1a mit einer vertikalen optischen Achse 8 in
das horizontale Objektivteil 1b mit einer horizontalen
optischen Achse 9 ist ein Strahlenteilerelement 10 vorgesehen,
welches hier als Strahlenteilerwürfel
ausgebildet ist. Nach Reflexion des Projektionsstrahlenbündels an
dem Konkavspiegel 6 und einem nachfolgenden Durchtritt
durch das Strahlenteilerelement 10 trifft dieses auf einen
Umlenkspiegel 11. An dem Umlenkspiegel 11 erfolgt
eine Ablenkung des horizontalen Strahlengangs entlang der optischen
Achse 9 wiederum in eine vertikale optische Achse 12.
Unterhalb des Umlenkspiegels 11 ist ein drittes vertikales Objektivteil 1c mit
einer weiteren Linsengruppe 13 vorgesehen. Zusätzlich befinden
sich im Strahlengang noch drei λ/4-Platten 14, 15 und 16.
Die λ/4-Platte 14 befindet
sich in dem Projektionsobjektiv 1 zwischen dem Reticle 3 und
dem Strahlenteilerelement 10 hinter einer Linse oder Linsengruppe 17.
Die λ/4-Platte 15 befindet
sich im Strahlengang des horizontalen Objektivteils 1b und
die λ/4-Platte 16,
welche mit der Linsengruppe 13 eine optische Baugruppe 700 bildet,
befindet sich in dem dritten Objektivteil 1c. Die drei λ/4-Platten 14, 15, 16 dienen
dazu, die Polarisation einmal vollständig zu drehen, wodurch unter
anderem Strahlenverluste minimiert werden.
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Weiterhin
sind in 1 Temperiermäntel 18 dargestellt.
Diese dienen zur Kühlung
von Elementen. In diesem Ausführungsbeispiel
ist das Projektionsobjektiv 1 mit mehreren Temperiermänteln 18 versehen,
wobei das Projektionsobjektiv 1 möglichst ganzflächig temperiert
werden soll. Um die optischen Baugruppen 10, 11, 70 und 700 thermisch
stabil zu halten, wird eine Belastung dieser durch die Umgebung
mittels der Temperiermäntel 18 ferngehalten. Zur
Vermeidung einer Erwärmung
des Projektionsobjektives 1 von innen, beispielsweise durch
Absorption der optischen Elemente 5, 6, 10, 13, 15 und 16,
können
zusätzlich
noch innere Temperiermäntel
vorgesehen werden. Thermisch besonders sensible Bereiche, wie z.B.
der Spiegel 6 oder der Umlenkspiegel 11, des Projektionsobjektives 1 können auch
mechanisch und thermisch getrennt und mit einem eigenen Temperierkreislauf
versehen werden. Die Befestigung der Temperiermäntel 18 an dem Projektionsobjektiv 1 wie
auch an einzelnen Teilen des Projektionsobjektivs 1 kann
in üblicher
bekannter Weise erfolgen.
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In
den nachfolgenden Ausführungsbeispielen
werden der Aufbau und die Herstellung eines Temperiermantels 18 näher beschrieben.
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In 2 ist
prinzipmäßig ein
Ausschnitt eines Temperiermantels 18 dargestellt. In den
Temperiermantel 18 ist eine Temperierleitung 19 eingeformt, welche
ein Temperiermittel (ein Gas oder eine Flüssigkeit) zur Temperierung,
im vorliegenden Fall zur Kühlung,
des Projektionsobjektives 1 aufweist. Der Temperiermantel 18 ist
zweiteilig ausgebildet, d.h. der Temperiermantel 18 weist
ein erstes Teilelement 20 und ein zweites Teilelement 21 auf.
In wenigstens eines der beiden Teilelemente 20 und/oder 21 sind über ein
Trennverfahren, beispielsweise mittels eines Fräsverfahrens, Aussparungen zur
Bildung der Temperierleitung 19 eingebracht. Die in diesem
Ausführungsbeispiel
gezeigten Teilelemente 20, 21 sind zur leichteren
Erkennung der Temperierleitung 19 transparent dargestellt.
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In 3 ist
ein Längsschnitt
nach der Linie III-III nach 2 durch
den Temperiermantel 18 prinzipmäßig dargestellt, wobei die
Temperierleitung 19 nur in das Teilelement 20 eingebracht
ist. Es ist selbstverständlich
auch möglich,
dass die Temperierleitung 19 nur in das Teilelement 21 oder
aber auch in beide Teilelemente 20 und 21 eingebracht
ist. Die beiden Teilelemente 20 und 21 sind derart
miteinander verbunden, dass ein wenigstens annähernd vollflächiger Kontakt
zwischen den Teilelementen 20 und 21 vorliegt.
Dies kann beispielsweise durch Verkleben der Teilelemente 20, 21 mittels
eines Klebemittels 22 erfolgen. Eine derartige großflächige Verklebung
gewährleistet
eine hohe Festigkeit zwischen den Teilelementen 20 und 21.
Klebeflächen
der beiden Teilelemente 20 und 21 treten dabei
nur an Stirnseiten 23 mit der Umgebung bzw. mit der Umgebungsluft
in Verbindung, wodurch sich der Vorteil ergibt, dass weniger Klebefläche ausgasen
und zu Kontaminationen führen
kann. Ein Vorteil des wenigstens annähernd vollflächigen Kontakts
zwischen den Teilelementen 20 und 21 ist außerdem der
sehr gute Wärmeübergang.
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In 4 ist
eine alternative Möglichkeit
zur Verbindung der Teilelemente 20 und 21 dargestellt.
In diesem Ausführungsbeispiel
wird die Temperierleitung 19 durch Aussparungen in beiden
Teilelementen 20, 21 des Temperiermantels 18 gebildet.
Anstatt einer Verklebung der beiden Teilelemente 20 und 21 miteinander,
werden hier die beiden Teilelemente 20, 21 über ein
alternatives Verbindungsverfahren, z.B. Löten, verbunden. Hierbei werden
Lote 24 auf jedes der Teilelemente 20 und 21 ohne
Zufuhr von Wärme, d.h.
in kaltem Zustand, aufgewalzt. Danach werden beide Teilelemente 20 und 21 aufeinander
gefügt
und durch Erhitzen, wodurch die beiden Lote 24 mit den Teilelementen 20 und 21 verschmelzen,
miteinander verbunden. Aus Gründen
einer guten Wärmeleitfähigkeit
ist Aluminium als Material für
die beiden Teilelemente 20, 21 bevorzugt. In geeigneter
Weise lässt sich
Aluminium auch ohne Flussmittel im Vakuum verlöten. Auf diese Weise besteht
ebenfalls eine wenigstens annähernd
vollflächige
Verbindung zwischen den beiden Teilelementen 20 und 21 mit
hoher Festigkeit. Selbstverständlich
können
im Bedarfsfall auch andere Materialien für die Teilelemente 20 und 21 eingesetzt
werden.
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Ein
Vorteil der Verfahren nach 3 und 4 ist,
dass der Temperiermantel 18 nach Einbringung der Temperierleitungen 19 als
Gesamtelement je nach Ausführung
des zu temperierenden Gegenstandes oder Elements umgeformt werden
kann. Ein weiterer Vorteil des so erzeugten Temperiermantels 18 liegt
in einem sehr guten Wärmeübergang,
da das Temperiermittel in direktem bzw. vollem Kontakt mit dem Temperiermantel 18 steht.
Die Ausgestaltung der Temperierleitung 19 wie auch die
Verteilung dieser auf dem Temperiermantel 18 kann vielfältig sein bzw.
gestaltet werden, da die Temperierleitung 19 weder in einem
separaten Herstellungs- bzw. Arbeitsgang auf noch an dem Temperiermantel 18 aufgebracht
bzw. angepasst werden muss.
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Von
Vorteil sind jedoch runde, einen gleichmäßigen Querschnitt aufweisende
Temperierleitungen ohne enge Radien und Knickstellen, wodurch weniger
Geräusche
durch den Temperiermittelfluss auftreten und sich somit keine Vibrationen
auf die Optik über tragen.
Weiterhin sollte eine möglichst gleichmäßige Verteilung
der Temperierleitung oder der Temperierleitungen über die
Mantelfläche
angestrebt werden, damit eine gleichmäßige Temperaturverteilung über der
Mantelfläche
vorliegt. Bei ebenen Flächen
bzw. flächigen
Optiken können
Temperierleitungen schlangenförmig
in dem Temperiermantel eingebracht sein. Bei runden Optiken, wie
beispielsweise dem Projektionsobjektiv 1, ist eine spiralförmige Anordnung
von ein oder mehreren Temperierleitungen zum Erreichen einer gleichmäßigen Temperaturverteilung
am vorteilhaftesten.
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5 zeigt
ein Projektionsobjektiv 25, welches von einem Temperiermantel 26 umgeben
ist. Der Temperiermantel 26 kann dabei in bekannter Weise
außenseitig
an dem Projektionsobjektiv 25 angebracht sein. Temperierleitungen 27 sind
in diesem alternativen Ausführungsbeispiel
auf den Temperiermantel 26 aufgeformt. Die Aufformung der
Temperierleitungen 27 erfolgt über einen Galvanisierungsprozess,
insbesondere eine Galvanoformung. In 5 weisen
die Temperierleitungen Anschlüsse 30 auf,
welche mit Leitungen 31 gekoppelt sind, welche wiederum
mit einer Temperiermittelversorgungs- und Kontrolleinheit 32 verbunden
sind. Weiterhin führen die
Temperierleitungen 27 zu einem Verteileranschluss 33,
welcher mit einer Leitung 34 zum Abtransport des Temperiermittels
zu einer Ablauf- und Kontrolleinheit 35 verbunden ist.
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Nachfolgend
soll anhand der 6a, 6b und 6c der
Prozess der Galvanoformung zur Bildung bzw. Herstellung einer Temperierleitung 27 auf dem
Temperiermantel 26 näher
erläutert
werden.
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Zur
Herstellung der Temperierleitung 27 auf dem Temperiermantel 26 wird
gemäß 6a auf
den Temperiermantel 26 eine Formmasse 28 derart
aufgebracht, dass die Formmasse 28 einen inneren Querschnitt
der Temperierleitung 27 bildet. Als Formmasse 28 kann
beispielsweise mit Graphit gefülltes Wachs,
metallisch gefüllte
Kunststoffe oder ein anderes elektrisch leitendes, sehr gut zu bearbeitendes Material
verwendet werden.
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Die
Formmasse 28 kann beispielsweise mittels eines thermisch
instabilen Klebemittels 36 auf den Temperiermantel 26 aufgebracht
und je nach Ausgestaltung des Querschnittes und des vorgesehenen
Verlaufs der Temperierleitung 27 modelliert werden. Auch
selbsthaftende Formmassen können eingesetzt
werden.
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Gemäß 6b wird
der Temperiermantel 26 mit der Formmasse 28, welche
elektrisch leitend ist, in ein galvanisches Bad, gestrichelt mit
dem Bezugszeichen 37 dargestellt, eingebracht. Dabei werden die
mit einer Metallschicht zu überziehenden
Gegenstände,
hier der Temperiermantel 26 und die Formmasse 28,
als Kathode geschaltet. An dem Temperiermantel 26 und der
Formmasse 28 als Kathode entladen sich dann die Metall-Ionen
einer verwendeten Metallsalzlösung
und scheiden sich als Schicht ab. Die Abscheidungsbedingungen, wie
Zusammensetzung des Elektrolyten, kathodische Stromdichte, Elektrolyttemperatur
und Elektrolytzirkulation sowie Galvanisierdauer, werden derart
gewählt,
dass der abgeschiedene Metallüberzug
ein anwendungsgerechtes Eigenschaftsprofil aufweist. Auf diese Weise werden
die Formmasse 28 wie auch der Temperiermantel 26 mit
einer galvanischen Schicht 29 überzogen. Die galvanische Schicht 29 kann
beispielsweise aus Nickel gebildet werden, wobei selbstverständlich auch
andere Metalle, wie beispielsweise Kupfer, Zinn, Aluminium oder
Kombinationen von mehreren Metallen zur Bildung der galvanischen
Schicht 29 verwendet werden können.
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Nach
Erreichen der gewünschten
Schichtdicke der galvanischen Schicht 29 auf dem Temperiermantel 26 bzw.
auf der Formmasse 28 wird der Temperiermantel 26 aus
dem galvanischen Bad entnommen. Zur Bildung der Temperierleitung 27 wird
die Formmasse 28 entfernt, wodurch eine Aussparung entsteht.
Das Entfernen der Formmasse 28 kann beispielsweise durch
Erwärmen,
wenn z.B. als Formmasse 28 ein Wachs eingesetzt wird, durch
Auswaschen, wenn die Formmasse 28 wasserlöslich ist, oder
auch durch Ätzen
erfolgen.
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6c zeigt
den Temperiermantel 26 mit einer auf diese Wei se entstandenen
Temperierleitung 27, durch welche zur Kühlung des Projektionsobjektivs 26 nach
der 5 oder von Teilen des Projektionsobjektives 1 in
der Halbleiterlithographie das Temperiermittel fließen kann.
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Mittels
diesem Galvanisierungsprozess lassen sich auch Temperiermäntel mit
komplexen Geometrien herstellen, da nur die zu verarbeitende Formmasse 28 zur
Bildung einer Temperierleitung 27 bearbeitet werden muss
und die Bearbeitung sehr einfach erfolgen kann.
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Die
Temperiermäntel 18 und 26 können zur Kühlung oder
auch zur Erwärmung
eines Projektionsobjektives, einzelner optischer Elemente oder auch
mechanischer Elemente mit erhöhter
Wärmeerzeugung
eingesetzt werden.