DE102004062582A1

DE102004062582A1 - Optische Abbildungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102004062582A1
Application number: DE102004062582A
Authority: DE
Inventors: Thomas Rittmann
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-07-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Abbildungsvorrichtung (10) mit wenigstens einem optischen Element (12), wobei zur Temperaturregelung Phasenübergangsmaterialien (14) vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Abbildungsvorrichtung mit wenigstens einem optischen Element. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Projektionsbelichtungsanlage und eine Kamera mit einer derartigen optischen Abbildungsvorrichtung.

Aufgrund der insbesondere durch Lichtstrahlung verursachten Wärmeentwicklung in optischen Geräten sollten diese möglichst temperaturunempfindlich z. B. hinsichtlich Wärmeausdehnung oder dergleichen sein. Es ist bekannt, die in optischen Geräten entstehende Wärme durch Kühlelemente oder sonstige Wärmeableitungen möglichst gering zu halten.

Insbesondere optische Abbildungsvorrichtungen bzw. Objektive sind bezüglich ihrer Abbildungsleistung sehr empfindlich gegen starke homogene und inhomogene Temperaturänderungen. Die Temperaturänderungen können entweder durch den Betrieb dieser Systeme mittels Strahlungsabsorption oder durch Umgebungstemperaturen bzw. Sonneneinstrahlung entstehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Temperaturunempfindlichkeit optischer Abbildungsvorrichtungen auf einfache Weise zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Temperaturregelung Phasenübergangsmaterialien vorgesehen sind. Die Aufgabe wird ebenfalls durch die Ansprüche 4 und 5 gelöst.

Durch diese Maßnahme werden temperaturunempfindliche optische Abbildungsvorrichtungen durch den Einsatz von Phasenübergangsmaterialien (Phase Change Material – PCM) geschaffen. Der Einsatz von PCMs in temperaturkritischen optischen Abbildungsvorrichtungen bzw. Objektiven verzögert den Anstieg bzw. den Ab fall der Temperatur der Abbildungsvorrichtung und hält diese somit länger oder im Idealfall vollständig im Bereich der zulässigen Betriebstemperatur. Da die Temperatureinflüsse häufig zeitlich begrenzt sind, ist es möglich, bei gegebener Geometrie und Masse des Objektivs durch den Einsatz von Phasenübergangsmaterialien die Systemtemperatur weitgehend von den Umgebungseinflüssen abzukoppeln und das Objektiv länger in einem günstigen Temperaturbereich zu betreiben. Temperaturspitzen werden abgemildert. PCMs können in jede denkbare Form gebracht werden, sie sind günstig und benötigen keine zusätzliche Energieversorgung. Des weiteren arbeiten sie ohne Verfallsdatum, wirken homogenen und inhomogenen Temperaturänderungen passiv entgegen und können den zusätzlichen Einsatz von Mitteln zur Kühlung oder Erwärmung überflüssig machen.

Bei nur geringer Temperaturänderung können PCMs erheblich größere Wärmemengen aufnehmen als vergleichbare Speichermedien. Jedes Material nimmt beim Erhitzen Wärme auf. Wenn es schmilzt, d. h. einen Übergang von der festen zur flüssigen Phase durchläuft, wird am Schmelzpunkt sehr viel Wärme aufgenommen. Dabei erhöht sich die Temperatur so lange nicht, bis alles Material geschmolzen ist. Aus diesem Grunde wird die so in dem Material gespeicherte Energie als "latente" oder versteckte Wärme bezeichnet. Für die Speicherung bzw. Wiederverwendung der latenten Wärme bieten sich insbesondere anorganische Salze bzw. Salzgemische und einige organische Substanzen, wie z.B. Paraffine an. PCMs finden bereits heute Einsatz in Latentwärmespeichern, beispielsweise für Kraftfahrzeuge und in funktionellen Textilien. Des weiteren ist beispielsweise aus der DE 100 12 990 A1 bekannt, elektronische Bauteile, insbesondere Prozessoren, mit Hilfe von PCM zu kühlen.

Insbesondere beim immer häufigeren Einsatz von optischen Elementen oder Fassungen aus Kunststoff ist der Einsatz von PCMs vorteilhaft, da die Wärmeausdehnung von Kunststoffen größer ist als die von Gläsern oder Metallen.

Sehr vorteilhaft ist es, wenn zur Temperaturregelung eine Kombination verschiedener Phasenübergangsmaterialien mit unterschiedlichen Phasenumwandlungspunkten vorgesehen ist.

Durch eine derartige Kombination verschiedener PCMs, insbesondere mit unterschiedlichen Phasenumwandlungspunkten, in den Mitteln zur Temperaturregelung kann auch ein Temperaturbereich nach oben und unten abgesichert werden (z. B. zwischen +10°C und +40°C). D. h., dass der Einsatz von PCMs das Objektiv sowohl gegen eine Über- als auch gegen eine Unterschreitung der zulässigen maximalen bzw. minimalen Temperaturen, was zu Geräteschäden führen kann, schützt. Demzufolge kann auch – zumindest zeitlich begrenzt – eine Verletzung von Grenztemperaturen bei der Lagerung oder beim Transport vermieden werden.

In Hohlräume oder als Beschichtung können PCMs in fast jedes Objektiv (insbesondere ein Projektionsobjektiv einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie oder einem Kameraobjektiv oder dergleichen) integriert werden. Des weiteren besteht auch die Möglichkeit Festkörper beliebiger Form zu bilden, welche in Hohlräume eingebracht oder dort befestigt werden. Durch die Phasenumwandlung bei ausgewählten Temperaturen nehmen PCMs viel Wärme auf oder geben sie ab, ohne dass es zu einer Temperaturänderung kommt, dadurch werden Temperaturschwankungen in Objektiven deutlich verringert. PCMs benötigen darüber hinaus nur einen sehr geringen Bauraum.

Vorteile bezüglich der Ansprüche 4 und 5 ergeben sich analog und anhand der Beschreibung.

Nachfolgend sind anhand der Zeichnung prinzipmäßig Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Es zeigt:

1 einen prinzipmäßigen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit einer Lichtquelle, einem Beleuchtungssystem und einem erfindungsgemäßen Projektionsobjektiv; und

2 eine vereinfachte Ausschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Kameraobjektivs.

Der Einsatz von Phasenübergangsmaterialen (PCMs) in temperaturkritischen optischen Abbildungsvorrichtungen bzw. Objektiven verzögert den Anstieg bzw. den Abfall der Temperatur der Abbildungsvorrichtung und hält diese somit länger oder im Idealfall vollständig im Bereich der zulässigen Betriebstemperatur. Man kann die PCMs in jeder beliebigen Form direkt oder indirekt, sofern die Funktion des optischen Elements bzw. der optischen Abbildungsvorrichtung nicht beeinträchtigt wird, z. B. in Hohlräume oder auf Oberflächen aufbringen. Dafür eignen sich insbesondere Oberflächen die keine Funktion haben.
Der Einsatz von Phasenübergangsmaterialen zur Temperaturregelung wird vorliegend anhand eines EUV-Projektionsobjektivs und eines Kameraobjektivs als optische Abbildungsvorrichtungen beschrieben. Jedoch ist der Einsatz auch bei anderen optischen Abbildungsvorrichtungen oder Geräten wie beispielsweise Ferngläsern, Zielfernrohren, etc. möglich.
Wie aus 1 ersichtlich, weist eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage 1 eine Lichtquelle 2, ein EUV-Beleuchtungssystem 3 zur Ausleuchtung eines Feldes in einer Ebene 4, in der eine strukturtragende Maske (Reticle) angeordnet ist, sowie ein Projektionsobjektiv 5 mit einem Gehäuse 6 zur Abbildung der strukturtragenden Maske in der Ebene 4 auf ein lichtempfindliches Substrat 7 auf.
Das Projektionsobjektiv 5 weist verschiedene optische Elemente, insbesondere Spiegel 8, 8' auf.
Das Projektionsobjektiv 5 und die optischen Elemente 8, 8' sind empfindlich gegen homogene und inhomogene Temperaturänderungen. Die Temperaturänderungen entstehen während des Betriebs durch Strahlungsabsorption.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Spiegel 8' des Projektionsobjektivs 5 mit einem Phasenübergangsmaterial 9 zur Temperaturregelung beschichtet. Dazu wurde eine vorgegebene Menge an PCM-Granulat mit einem Binder versetzt und auf der der optisch wirksamen Oberfläche des Spiegels 8' abgewandten rückseitigen Oberfläche aufgebracht.
In weiteren Ausführungsbeispielen könnten selbstverständlich auch Projektionsbelichtungsanlagen welche Lichtstrahlungen anderer Wellenlängen (VUV etc.) verwenden bzw. deren optische Abbildungsvorrichtungen oder Elemente (z. B. Linsen oder dergleichen) zur Temperaturregelung PCMs aufweisen.
2 zeigt eine Ausschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Kameraobjektivs 10 mit einem Objektivgehäuse 11 und optischen Elementen bzw. Linsen 12. Als Temperaturregelung innerhalb des Kameraobjektivs 10 ist in einen Hohlraum 13 ein PCM-Granulat 14 eingebracht. Dadurch können Temperaturänderungen, welche durch Umgebungstemperaturen bzw. Sonneneinstrahlung entstehen, ausgeglichen werden.
Durch eine Kombination verschiedener PCMs mit unterschiedlichen Phasenumwandlungspunkten als Granulat 14 wird ein Temperaturbereich nach oben und unten abgesichert (insbesondere zwischen +10°C und +40°C).

Claims

Optische Abbildungsvorrichtung mit wenigstens einem optischen Element, dadurch gekennzeichnet, dass zur Temperaturregelung Phasenübergangsmaterialien (9, 14) vorgesehen sind.
Optische Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Temperaturregelung eine Kombination verschiedener Phasenübergangsmaterialien (14) mit unterschiedlichen Phasenumwandlungspunkten vorgesehen ist.
Optische Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenübergangsmaterialien (14) in Hohlräume (13) eingebracht oder als Beschichtung (9), insbesondere auf wenigstens einem optischen Element (8'), aufgebracht sind.
Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, dadurch gekennzeichnet, dass als Projektionsobjektiv (5) eine optische Abbildungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1, 2 oder 3 eingesetzt ist.
Kamera, bei welcher als Kameraobjektiv (10) eine optische Abbildungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1, 2 oder 3 eingesetzt ist.