DE102006038992A1

DE102006038992A1 - Anordnung aus zwei miteinander verbundenen Körpern

Info

Publication number: DE102006038992A1
Application number: DE102006038992A
Authority: DE
Inventors: Hubert Holderer; Claudia Ekstein
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2006-08-21
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2008-03-13
Also published as: US20080100815A1

Abstract

Anordnung aus einem ersten Körper (102) und einem mit dem ersten Körper (102) im Bereich einer Fügestelle (104) verbundenen zweiten Körper (103), wobei der erste Körper (102) eine erste Fügefläche (102.1) aufweist und der zweite Körper (103) eine zweite Fügefläche (103.1) aufweist, der erste Körper (102) und der zweite Körper (103) im Bereich ihrer Fügeflächen (102.1, 103.1) miteinander verbunden sind sowie wenigstens eine der Fügeflächen (102.1, 103.1) im Bereich der Fügestelle (104) in eine Mehrzahl von voneinander zumindest teilweise getrennten Teilfügeflächen (102.4) unterteilt ist, wobei weiterhin die Fläche der jeweiligen Teilfügefläche (102.4) weniger als 15% der Gesamtfläche der Fügestelle (104) beträgt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung aus einem ersten Körper und einem mit dem ersten Körper im Bereich einer Fügestelle verbundenen zweiten Körper, sie betrifft weiterhin ein entsprechendes Verfahren zum Verbinden zweier Körper im Bereich einer Fügestelle. Die Erfindung lässt sich im Zusammenhang mit optischen Geräten, insbesondere im Zusammenhang mit den bei der Herstellung mikroelektronischer Schaltkreise verwendeten Mikrolithographieeinrichtungen einsetzen.
Insbesondere im Bereich der Mikrolithographie ist es neben der Verwendung mit möglichst hoher Präzision ausgeführter Komponenten unter anderem erforderlich, eine vorgegebene 1 Relativposition der Komponenten der Abbildungseinrichtung – also beispielsweise der optischen Elemente wie Linsen, Spiegel oder Gitter – unter anderem bezüglich des Wafers, auf dem die mikroelektronischen Schaltkreise erzeugt werden, im Betrieb möglichst genau einzuhalten, um eine entsprechend hohe Abbildungsqualität zu erzielen. Hierbei bestehen in der Regel sehr hohe Genauigkeitsanforderungen, die häufig in der Größenordnung weniger Nanometer oder darunter liegen. Diese sind dabei nicht zuletzt eine Folge des ständigen Bedarfs, die Auflösung der bei der Herstellung mikroelektronischer Schaltkreise verwendeten optischen Systeme zu erhöhen, um die Miniaturisierung der herzustellenden mikroelektronischen Schaltkreise voranzutreiben.
Die Einstellung der vorgegebenen Relativposition erfolgt in der Regel unter Verwendung entsprechender Sensorik, welche die aktuelle Relativposition erfasst. Hierbei finden häufig so genannte Encodersysteme Anwendung, bei denen eine optische Abtastung entsprechend feiner optischer Gitter erfolgt, um Relativbewegungen zwischen Komponenten des Systems zu erfassen. Die optischen Gitter werden dabei in der Regel auf separaten, dünnen, plattenförmigen Gitterelementen gefertigt, welche anschließend mit einem entsprechenden Träger verbunden werden. Wegen der hohen Genauigkeitsanforderungen an die Abbildungsqualität bestehen natürlich auch entsprechend hohe Genauigkeitsanforderungen an die verwendeten Encodersysteme. Mithin bestehen also auch besonders hohe Genauigkeitsanforderungen an die Verbindung der Gitterelemente mit ihrem Träger.
Für die Verbindung der Gitterelementen mit dem Träger stehen unterschiedliche Verbindungstechniken zur Verfügung. So kann zum einen das so genannte Ansprengen (englisch "optical contacting") verwendet werden, bei dem der Kraftschluss zwischen den beiden Körpern durch Van-der-Waals-Kräfte hergestellt wird, die zwischen entsprechend präzise gefertigten Fügeflächen wirken. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der US 5,669,997 (Robbert et al.) sowie der DE 197 55 482 A1 (Hangleiter et al.) bekannt, deren jeweilige Offenbarung hierin durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
Wie insbesondere anhand der US 5,669,997 (Robben et al.) deutlich wird, werden dabei vergleichsweise große zusammenhängende Fügeflächen miteinander gekoppelt, um eine entsprechende Haftkraft zu erzielen. Bei diesen Fügeverfahren besteht aber jeweils das Problem, dass sich im Bereich der Fügestelle beim Fügen der beiden Körper zwischen den beiden Fügeflächen Gaseinschlüsse oder dergleichen bilden können, welche insbesondere bei Druckschwankungen in der die beiden Körper umgebenden Atmosphäre zu einer ungleichmäßigen Verformung der beiden Körper und damit zu einer Verschlechterung der Genauigkeit des Systems führen. Dies gilt insbesondere, wenn es sich bei wenigstens einem der beiden Körper wie bei den oben beschriebenen Gitterelementen um ein vergleichsweise dünnes Element handelt, bei dem sich die Verformungen bis in die der Fügefläche gegenüberliegende Oberfläche fortsetzen.
Ebenso können zum Fügen der beiden Körper aber auch Verfahren verwendet werden, bei denen ein Zusatzwerkstoff zwischen die beiden Fügeflächen eingebracht wird und durch die Ausbildung entsprechender Bindungen mit den beiden Körpern deren Verbindung herstellt. Hierzu zählen unter anderem Verfahren wie das Kleben, das Löten, das so genannte Low-Temperature-Bonding, das so genannte Anodic-Bonding und das so genannte Fusion-Bonding.
Auch bei diesem Fügeverfahren mit Zusatzwerkstoff besteht das oben geschilderte Problem der Gaseinschlüsse zwischen den Fügeflächen bzw. zwischen der jeweiligen Fügefläche und dem Zusatzwerkstoff, die insbesondere bei der Beteiligung eines vergleichsweise dünnen Körpers an der Verbindung zu den oben beschriebenen Nachteilen hinsichtlich der ungleichmäßigen Verformung bei Druckschwankungen führen.
Das großflächige Kleben hat zudem den Nachteil, dass dieses Verfahren sehr anfällig gegen Schwankungen im Feuchtigkeitsgehalt der umgebenden Atmosphäre ist. Weiterhin weist die Klebverbindung eine Kriechneigung unter Belastung auf. Ein weiterer Nachteil sind Alterungs- und Schrumpfungseffekte, welche die Einleitung ungleichmäßiger und/oder verhältnismäßig hoher Spannungen und damit Verformungen in die beiden Körper bewirken.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung aus zwei miteinander verbundenen Körpern bzw. ein Verfahren zum Verbinden von zwei Körpern zur Verfügung zu stellen, welche bzw. welches die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest in geringerem Maße aufweist und insbesondere auf einfache Weise eine auch bei Druckschwankungen möglichst stabile Geometrie der beiden Körper ermöglicht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass eine Reduktion von Gaseinschlüsse zwischen den Fügeflächen und damit eine bei Druckschwankungen möglichst stabile Geometrie erzielt werden kann, wenn wenigstens eine der Fügeflächen so in eine Mehrzahl von zumindest teilweise voneinander getrennte Teilfügeflächen unterteilt ist, dass die Fläche der jeweiligen Teilfügefläche weniger als 15% der Gesamtfläche der Fügestelle beträgt. Hierdurch wird erreicht, dass bezogen auf die Gesamtfläche der Fügestelle vergleichsweise kleine Teilfügeflächen erzielt werden, bei denen – wie sich gezeigt hat – in Relation eine deutlich geringere Neigung zur Bildung von Gaseinschlüssen zwischen den Fügeflächen besteht.
Dies rührt unter anderem daher, dass dank der vergleichsweise kleinen Teilfläche, innerhalb derer jeweils eine Verbindung zwischen den beiden Körpern erfolgt, ein kürzerer Weg für das Entweichen von Gasen aus dem jeweiligen Fügebereich zwischen den Fügeflächen in die die Teilfügeflächen trennenden Zwischenräume vorliegt, sodass sich die Wahrscheinlichkeit der Bildung von Gaseinschlüssen erheblich reduziert. Bezogen auf die Gesamtgröße der beiden Körper entstehen hierdurch im Vergleich mit den bisherigen Varianten mit großen zusammenhängenden Fügeflächen weniger bzw. kleinere Gaseinschlüsse, die dementsprechend zu geringeren Verformungen bei Druckschwankungen in der umgebenden Atmosphäre führen.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine Anordnung aus einem ersten Körper und einem mit dem ersten Körper im Bereich einer Fügestelle verbundenen zweiten Körper, wobei der erste Körper eine erste Fügefläche aufweist und der zweite Körper eine zweite Fügefläche aufweist und der erste Körper und der zweite Körper im Bereich ihrer Fügeflächen miteinander verbunden sind. Wenigstens eine der Fügeflächen ist im Bereich der Fügestelle in eine Mehrzahl von voneinander zumindest teilweise getrennten Teilfügeflächen unterteilt, wobei die Fläche der jeweiligen Teilfügefläche weniger als 15% der Gesamtfläche der Fügestelle beträgt.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Verbinden von zwei Körpern im Bereich einer Fügestelle, bei dem ein erster Körper mit einer ersten Fügefläche zur Verfügung gestellt wird, ein zweiter Körper mit einer zweiten Fügefläche zur Verfügung gestellt wird und der erste Körper und der zweite Körper im Bereich ihrer Fügeflächen miteinander verbunden werden. Wenigstens eine der Fügeflächen ist im Bereich der Fügestelle in eine Mehrzahl von voneinander zumindest teilweise getrennten Teilfügeflächen unterteilt, wobei die Fläche der jeweiligen Teilfügefläche weniger als 15% der Gesamtfläche der Fügestelle beträgt.
Es versteht sich hierbei, dass gegebenenfalls beide Fügeflächen entsprechend in Teilfügeflächen unterteilt sein können. Die Fertigung vereinfacht sich jedoch erheblich, wenn die Unterteilung nur für eine der beiden Fügeflächen vorgenommen wird. Die andere Fügefläche kann dann gegebenenfalls in bekannter Weise einfach als zumindest weit gehend zusammenhängende Fläche ausgebildet sein.
Die Unterteilung der betreffenden Fügefläche in die zumindest teilweise voneinander getrennten Teilfügeflächen kann durch beliebige geeignete Maßnahmen erfolgen. So können in den betreffenden Körper geeignete Vertiefungen, wie Nuten, Schlitze oder dergleichen, eingebracht werden, welche die Trennung herstellen. Ebenso kann zur Herstellung der Trennung aber auch nur eine von der Oberfläche der Teilfügeflächen entsprechend stark abweichende Oberflächenstruktur, beispielsweise eine entsprechend stark aufgeraute Oberfläche, vorgesehen sein.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen bzw. der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematischer Teilschnitt (entlang der Linie I-I aus 2) durch eine bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden kann;
2 ist ein schematischer Teilschnitt durch die Anordnung aus 1 entlang der Linie II-II aus 1;
3 ist ein schematischer Teilschnitt durch eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Erstes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 wird im Folgenden eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 101 beschrieben, welche als Bestandteil eines Encodersystems in einer optischen Abbildungseinrichtung für die Mikrolithographie zum Einsatz kommt.
Die Anordnung 101 umfasst einen ersten Körper in Form einer Tragstruktur 102 und einen zweiten Körper in Form eines Gitterelements 103, die im Bereich einer ersten Fügestelle 104 über eine Ansprengverbindung miteinander verbunden sind. Das Gitterelement 103 weist auf seiner der Tragstruktur 102 abgewandten Seite ein optisches Gitter auf, welches als Referenz für das Encodersystem dient.
Die Tragstruktur 102 weist im Bereich der Fügestelle 104 auf ihrer dem Gitterelement 103 zugewandten Seite eine erste Fügefläche 102.1 auf. Ebenso weist das Gitterelement 103 im Bereich der Fügestelle 104 auf seiner der Tragstruktur 102 zugewandten Seite eine zweite Fügefläche 103.1 auf. Die beiden Fügeflächen 102.1 und 103.1 sind auf geeignete Weise entsprechend präzise ausgeführt, sodass bei gegenseitiger Kontaktierung zwischen ihnen in hinlänglich bekannter Weise eine Ansprengverbindung erzielt wird.
Wie insbesondere 1 zu entnehmen ist, ist die erste Fügefläche 102.1 durch in x-Richtung verlaufende Vertiefungen bzw. Ausnehmungen 102.2 der Tragstruktur 102 und durch in y-Richtung verlaufende Vertiefungen bzw. Ausnehmungen 102.3 der Tragstruktur 102 gitterartig in eine Vielzahl von vollständig voneinander getrennten Teilfügeflächen 102.4 unterteilt. Im vorliegenden Beispiel sind die Ausnehmungen 102.2, 102.3 derart gitterartig angeordnet, dass die Teilfügeflächen 102.4 eine im wesentlichen quadratische Außenkontur aufweisen. Mithin entsteht also eine Art Schachbrettmuster.
Wegen ihrer geradlinigen Anordnung sind die Ausnehmungen 102.2, 102.3 und damit die Tragstruktur 102 besonders einfach herzustellen. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung eine beliebige andere Unterteilung der ersten Fügefläche in Teilfügeflächen beliebiger anderer polygonaler oder gekrümmter Außenkontur erfolgen kann. Weiterhin versteht sich, dass gegebenenfalls auch nur die Ausnehmungen 102.2 oder nur die Ausnehmungen 102.3 vorgesehen sein können. Schließlich versteht es sich, das einzelne Teilfügeflächen, insbesondere Teilfügeflächen im Randbereich der ersten Fügefläche, teilweise miteinander verbunden sein können.
Demgegenüber ist die zweite Fügefläche 103.1 als eine im wesentlichen ebene, zusammenhängende Fläche ausgebildet. Hierdurch vereinfacht sich die Herstellung des Gitterelements 103. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch vorgesehen sein kann, dass alternativ oder zusätzlich auch die zweite Fügefläche auf geeignete Weise in entsprechende Teilfügeflächen unterteilt ist.
Im vorliegenden Beispiel beträgt der Flächeninhalt der einzelnen Teilfügefläche 102.4 jeweils knapp 2% des Gesamtflächeninhalts der Fügestelle 104. Durch diese vergleichsweise kleine Kontaktfläche zwischen der jeweiligen Teilfügefläche 102.4 und der zweiten Fügefläche 103.1 ist sichergestellt, dass beim Herstellen der Ansprengverbindung zwischen der Tragstruktur 102 und dem Gitterelement 103 nur vergleichsweise wenige bzw. kleine Gaseinschlüsse zwischen der jeweiligen Teilfügefläche 102.4 und der zweiten Fügefläche 103.1 entstehen.
Dies ist letztlich unter anderem dem Umstand zu verdanken, dass das Gas der Atmosphäre, welche die beiden Körper 102, 103 beim Fügen umgibt, dank der kleinen Kontaktfläche auf relativ kurzem Wege aus dem Bereich zwischen den der jeweiligen Teilfügefläche 102.4 und der zweiten Fügefläche 103.1 in eine angrenzende Ausnehmung 102.2, 102.3 entweichen kann.
Gegenüber dem bekannten Fügeverfahren, bei denen vergleichsweise große zusammenhängende Kontaktflächen verwendet werden, ist hiermit eine erhebliche Reduzierung solcher Gaseinschlüsse zwischen den Fügeflächen 102.1, 103.1 möglich. Dies bedingt in vorteilhafter Weise eine Reduktion der Verformungen des Gitterelements 103, welche durch Druckschwankungen in der die Anordnung 101 umgebenden Atmosphäre bedingt sind. Ebenso werden natürlich auch Verformungen reduziert, welche aus einer Erwärmung der Anordnung 101 und damit einer thermisch bedingten Erhöhung des Drucks in den Gaseinschlüssen resultieren.
Es hat sich gezeigt, dass diese vorteilhaften Effekte schon in erheblichem Maße erzielt werden können, wenn der Flächeninhalt der jeweiligen Teilfügefläche weniger als etwa 15% der Gesamtfläche der Fügestelle zwischen den beiden Körpern beträgt. Besonders gute Werte lassen sich erzielen, wenn der Flächeninhalt derjeweiligen Teilfügefläche weniger als 5% der Gesamtfläche der Fügestelle zwischen den beiden Körpern beträgt.
Die Ausnehmungen 102.2, 102.3 lassen sich wie erwähnt besonders einfach herstellen. Wie jedoch ebenfalls bereits erwähnt wurde, kann bei anderen Varianten der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Trennung der Teilfügeflächen nicht notwendigerweise durch solche vergleichsweise tief in den einen Körper hineinragende Ausnehmungen erzielt werden muss. Vielmehr ist auch möglich, diese Trennung durch eine entsprechende Oberflächenstruktur, beispielsweise eine entsprechend stark aufgeraute Oberfläche, zu erzielen, welche immer noch das Entweichen des Gases ermöglicht.
Wie den 1 und 2 weiterhin zu entnehmen ist, weist die Tragstruktur 102 für jede Teilfügefläche 102.4 einen Kanal in Form einer Durchgangsbohrung 102.5 auf. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch vorgesehen sein kann, dass nur ein Teil der Teilfügeflächen mit einem entsprechenden, zur Teilfügefläche führenden Kanal ausgestattet ist.
Durch diesen Kanal 102.5 kann nach dem Herstellen der Ansprengverbindung zwischen der Tragstruktur 102 und dem Gitterelement 103 gegebenenfalls ein geeigneter Klebstoff 105 in den Bereich der Fügestelle 104 zugeführt werden, sodass der Klebstoff 105 zum einen in dem Kanal 102.5 die Tragstruktur 102 kontaktiert und zum anderen im Mündungsbereich des Kanals 102.5 auch die zweite Fügefläche 103.1, mithin also das Gitterelement 103 kontaktiert. Der Klebstoff 105 kann somit als Sicherung der Ansprengverbindung dienen, beispielsweise gegen hohe Trägheitskräfte, wie sie bei hohen Beschleunigungen, insbesondere bei Stößen auftreten. Durch seine Schrumpfung kann der Klebstoff 105 gegebenenfalls auch dazu dienen, die Kontaktkraft zwischen dem Gitterelement 103 und der Tragstruktur 102 zu erhöhen.
Es versteht sich hierbei im Übrigen, dass bei anderen Varianten der Erfindung natürlich auch vorgesehen sein kann, dass alle oder ein Teil der zu den Teilfügeflächen führenden Kanäle nicht in dem die Teilfügeflächen aufweisenden Körper sondern in dem anderen Körper vorgesehen sein können.
Wie 2 weiterhin zu entnehmen ist, umfasst die Anordnung 101 einen dritten Körper in Form eines zweiten Gitterelements 106. Dieses zweite Gitterelement 106 ist identisch mit dem ersten Gitterelement 103, sodass diesbezüglich auf die entsprechenden obigen Ausführungen verwiesen wird.
Das zweite Gitterelement 106 ist in derselben Weise wie das erste Gitterelement 103 im Bereich einer zweiten Fügestelle 107 mit der Tragstruktur 102 verbunden. Hierzu weist es eine dritte Fügefläche 106.1 auf, welche über eine Ansprengverbindung mit der ersten Fügefläche 102.1 der Tragstruktur 102 verbunden ist.
Das erste Gitterelement 103 und das zweite Gitterelement 106 weisen einander zugewandte Stoßflächen auf, die einander im Bereich eines Stoßes 108 kontaktieren. Die beiden Gitterelemente 103, 106 sind im Bereich des Stoßes 108 miteinander verbunden. Im vorliegenden Fall sind sie im Bereich des Stoßes 108 über eine Ansprengverbindung miteinander verbunden. Es versteht sich jedoch, dass auch eine beliebige andere geeignete Verbindung gewählt sein kann. Insbesondere können die beiden Gitterelemente miteinander verklebt sein.
Die Anordnung 101 kann noch weitere Gitterelemente umfassen, sodass auf einfache Weise ein vergleichsweise großes, bei wenig verformungsanfälliges optisches Gitter hergestellt werden kann. Hiermit ist es beispielsweise möglich, aus noch vergleichsweise gut herstellbaren Gitterelementen, deren Fläche im Bereich von 0,1 m² liegt, große optische Gitter zu erzeugen, deren Fläche im Bereich von 1 m² und mehr liegt.
Die Tragstruktur 102 und das Gitterelement 103 sind im vorliegenden Beispiel aus einem Werkstoff desselben Typs hergestellt. Dies hat den Vorteil, dass sich der erste thermische Ausdehnungskoeffizient des Materials der Tragstruktur 102, wenn überhaupt, nur um einen sehr geringen Betrag von dem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Materials des Gitterelements 103 unterscheidet.
Mithin sind also in thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Tragstruktur 102 und des Gitterelements 103 aneinander angepasst. Dies hat den Vorteil, dass es zu möglichst geringen durch unterschiedliche thermische Ausdehnung bedingten Spannungen zwischen der Tragstruktur 102 und dem Gitterelement 103 kommt. Es versteht sich jedoch, dass in anderen Varianten der Erfindung auch Kombinationen unterschiedlicher Materialien verwendet werden können.
Das Risiko derartiger thermisch induzierter Spannungen wird noch weiter reduziert, indem das Material der Tragstruktur 102 und des Gitterelements 103 einen besonders geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Geeignete Materialien sind hier unter anderem Glaskeramiken, Zerodur, ULE oder Clearceram, Cordierite oder Invar etc.
Zweites Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 3 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 201 beschrieben, welche als Bestandteil eines Encodersystems in einer optischen Abbildungseinrichtung für die Mikrolithographie zum Einsatz kommt.
Die Anordnung 201 umfasst einen ersten Körper in Form einer Tragstruktur 202 und einen zweiten Körper in Form eines Gitterelements 203, die im Bereich einer ersten Fügestelle 204 über eine Lötverbindung miteinander verbunden sind. Das Gitterelement 203 ist wie das Gitterelement 103 aus den 1 und 2 aufgebaut, d. h. es weist auf seiner der Tragstruktur 202 abgewandten Seite ein optisches Gitter auf, welches als Referenz für das Encodersystem dient.
Die Tragstruktur 202 entspricht ebenfalls weit gehend der Tragstruktur 102 aus 1 und 2. Lediglich die Kanäle 102.5 der Tragstruktur 102 fehlen der Tragstruktur 202. Der in 3 gezeigte Schnitt entspricht dabei hinsichtlich seiner Lage dem Schnitt entlang der Linie II-II aus 1.
Die Tragstruktur 202 ist ähnlich der Tragstruktur 102 aus den 1 und 2 aufgebaut, d. h. sie weist im Bereich der Fügestelle 204 auf ihrer dem Gitterelement 203 zugewandten Seite eine erste Fügefläche 202.1 auf. Ebenso weist das Gitterelement 203 im Bereich der Fügestelle 204 auf seiner der Tragstruktur 202 zugewandten Seite eine zweite Fügefläche 203.1 auf.
Die beiden Fügeflächen 202.1 und 203.1 sind auf geeignete Weise ausreichend präzise ausgeführt, sodass zwischen ihnen in hinlänglich bekannter Weise eine Lötverbindung erzielt werden kann, wie sie beispielsweise aus der EP 0 901 992 B1 (Holderer et al.) bekannt ist, deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme eingeschlossen wird. Zum Verbinden der Tragstruktur 202 und des Gitterelements 203 wird eine Lage bzw. Schicht eines Zusatzwerkstoffs in Form eines Lots 209 in hinlänglich bekannter Weise zwischen die beiden Fügeflächen 202.1 und 203.1 eingebracht.
Wie die erste Fügefläche 102.1 aus 1 ist die erste Fügefläche 202.1 durch in x-Richtung verlaufende Vertiefungen bzw. Ausnehmungen der Tragstruktur 202 und durch in y-Richtung verlaufende Vertiefungen bzw. Ausnehmungen 202.3 der Tragstruktur 202 gitterartig in eine Vielzahl von vollständig voneinander getrennten Teilfügeflächen 202.4 unterteilt. Im vorliegenden Beispiel sind die Ausnehmungen 202.2, 202.3 wiederum derart gitterartig angeordnet, dass die Teilfügeflächen 202.4 eine im wesentlichen quadratische Außenkontur aufweisen. Mithin entsteht also auch hier eine Art Schachbrettmuster.
Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung eine beliebige andere Unterteilung der ersten Fügefläche in Teilfügeflächen beliebiger anderer polygonaler oder gekrümmter Außenkontur erfolgen kann.
Demgegenüber ist die zweite Fügefläche 203.1 wiederum als eine im Wesentlichen ebene, zusammenhängende Fläche ausgebildet. Hierdurch vereinfacht sich die Herstellung des Gitterelements 203. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch vorgesehen sein kann, dass alternativ oder zusätzlich auch hier die zweite Fügefläche auf geeignete Weise in entsprechende Teilfügeflächen unterteilt ist.
Im vorliegenden Beispiel beträgt der Flächeninhalt der einzelnen Teilfügefläche 202.4 jeweils knapp 2% des Gesamtflächeninhalts der Fügestelle 204. Durch diese vergleichsweise kleine Kontaktfläche zwischen der jeweiligen Teilfügefläche 202.4 und dem Lot 209 ist sichergestellt, dass beim Herstellen der Lötverbindung zwischen der Tragstruktur 202 und dem Gitterelement 203 nur vergleichsweise wenige bzw. kleine Gaseinschlüsse zwischen derjeweiligen Teilfügefläche 202.4, dem Lot 209 und der zweiten Fügefläche 203.1 entstehen.
Dies ist letztlich unter anderem dem Umstand zu verdanken, dass das Gas der Atmosphäre, welche die beiden Körper 202, 203 beim Fügen umgibt, dank der kleinen Kontaktfläche auf relativ kurzem Wege aus dem Bereich zwischen den der jeweiligen Teilfügefläche 202.4, dem Lot 209 und der zweiten Fügefläche 203.1 in eine angrenzende Ausnehmung 202.2, 202.3 entweichen kann.
Gegenüber dem bekannten Fügeverfahren, bei denen vergleichsweise große zusammenhängende Kontaktflächen verwendet werden, ist hiermit eine erhebliche Reduzierung solcher Gaseinschlüsse zwischen den Fügeflächen 202.1, 203.1 möglich. Dies bedingt in vorteilhafter Weise eine Reduktion der Verformungen des Gitterelements 203, welche durch Druckschwankungen in der die Anordnung 201 umgebenden Atmosphäre bedingt sind. Ebenso werden natürlich auch Verformungen reduziert, welche aus einer Erwärmung der Anordnung 201 und damit einer thermisch bedingten Erhöhung des Drucks in den Gaseinschlüssen resultieren.
Es hat sich gezeigt, dass diese vorteilhaften Effekte auch bei einem solchen Fügeverfahren mit einem Zusatzwerkstoff, wie beispielsweise dem Lot 209, schon in erheblichem Maße erzielt werden können, wenn der Flächeninhalt der jeweiligen Teilfügefläche weniger als etwa 15% der Gesamtfläche der Fügestelle zwischen den beiden Körpern beträgt. Besonders gute Werte lassen sich erzielen, wenn der Flächeninhalt der jeweiligen Teilfügefläche weniger als 5% der Gesamtfläche der Fügestelle zwischen den beiden Körpern beträgt.
Die Ausnehmungen zur Trennung der Teilfügeflächen 202.4 lassen sich wie erwähnt besonders einfach herstellen. Wie jedoch ebenfalls bereits erwähnt wurde, kann bei anderen Varianten der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Trennung der Teilfügeflächen auch bei diesen Fügeverfahren mit einem Zusatzwerkstoff nicht notwendigerweise durch solche vergleichsweise tief in den einen Körper hineinragende Ausnehmungen erzielt werden muss. Vielmehr ist es auch hier möglich, diese Trennung durch eine entsprechende Oberflächenstruktur, beispielsweise eine entsprechend stark aufgeraute Oberfläche, zu erzielen, welche immer noch das Entweichen des Gases ermöglicht.
Ein weiterer Vorteil der Verbindung unter Verwendung eines Zusatzwerkstoffs, wie des Lots 209, liegt darin, dass der Zusatzwerkstoff dazu geeignet sein kann Fertigungstoleranzen, insbesondere Form- und/oder Lagetoleranzen, einer oder beider Fügeflächen 202.1, 203.1, wie sie in 3 stark übertriebenen für die erste Fügefläche 202.1 dargestellt sind, durch eine variierende Schichtdicke auszugleichen. Insbesondere ist es in vorteilhafter Weise möglich, Koplanaritätsabweichungen der Teilfügeflächen 202.4 auszugleichen.
Zudem besteht die Möglichkeit, dass das Gitterelement 203 während des Fügens auf dem Zusatzwerkstoff, hier dem Lot 209, aufschwimmt und weit gehend spannungsfrei mit der Tragstruktur 202 verbunden werden kann.
In 3 ist die Lotschicht 209 hinsichtlich ihrer tatsächlichen Gestalt im Bereich der Ausnehmungen 202.3 nur stark vereinfacht und als diskontinuierliche, d. h. unterbrochene Schicht dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung, insbesondere in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Lots und der Fügeflächen, auch eine kontinuierliche, die Ausnehmungen überbrückende Lotschicht bestehen kann.
Auch bei dieser Variante der Erfindung können weitere Gitterelemente mit der Tragstruktur 202 verbunden werden, um zusammen mit dem Gitterelement 203 ein großes optisches Gitter auszubilden. Dabei können die Gitterelement wiederum im Bereich ihres Stoßes in geeigneter Weise miteinander verbunden sein. Insbesondere können sie auch hierüber den ohnehin schon verwendeten Zusatzwerkstoff verbunden sein.
Auch hier ist es also beispielsweise möglich, aus noch vergleichsweise gut herstellbaren Gitterelementen, deren Fläche im Bereich von 0,1 m² liegt, große optische Gitter zu erzeugen, deren Fläche im Bereich von 1 m² und mehr liegt.
Es versteht sich, dass an Stelle der Lötverbindung auch eine andere einen Zusatzwerkstoff verwendende Verbindungstechnik gewählt werden kann. Hierzu gehören unter anderem die so genannten Low-Temperature-Bonding-Verbindungen, die Anodic-Bonding-Verbindungen und die Fusion-Bonding-Verbindungen.
Die Tragstruktur 202 und das Gitterelement 203 sind im vorliegenden Beispiel wiederum aus einem Werkstoff desselben Typs hergestellt. Dies hat den Vorteil, dass sich der erste thermische Ausdehnungskoeffizient des Materials der Tragstruktur 202, wenn überhaupt, nur um einen sehr geringen Betrag von dem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Materials des Gitterelements 203 unterscheidet.
Mithin sind also in thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Tragstruktur 202 und des Gitterelements 203 aneinander angepasst. Dies hat den Vorteil, dass es zu möglichst geringen durch unterschiedliche thermische Ausdehnung bedingten Spannungen zwischen der Tragstruktur 202 und dem Gitterelement 203 kommt. Es versteht sich jedoch, dass in anderen Varianten der Erfindung auch Kombinationen unterschiedlicher Materialien verwendet werden können.
Das Risiko derartiger thermisch induzierter Spannungen wird noch weiter reduziert, indem das Material der Tragstruktur 202 und des Gitterelements 203 einen besonders geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Geeignete Materialien sind hier unter anderem Glaskeramiken, Zerodur, ULE oder Clearceram, Cordierite oder Invar etc.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend anhand von Beispielen beschrieben, bei denen ausschließlich Referenzkörper für Encodersysteme beschrieben wurden. Es sei an dieser Stelle jedoch angemerkt, dass die Erfindung natürlich auch im Zusammenhang der Verbindung anderweitig genutzter Körper Anwendung finden kann.
Weiterhin ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines Beispiels aus dem Bereich der Mikrolithographie beschrieben wurde. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung ebenso auch im Zusammenhang mit beliebigen anderen optischen Anwendungen bzw. Abbildungsverfahren eingesetzt werden kann.

Claims

Anordnung aus einem ersten Körper (102; 202) und einem mit dem ersten Körper (102; 202) im Bereich einer Fügestelle (104; 204) verbundenen zweiten Körper (103; 203), wobei – der erste Körper (102; 202) eine erste Fügefläche (102.1; 202.1) aufweist und der zweite Körper (103; 203) eine zweite Fügefläche (103.1; 203.1) aufweist und – der erste Körper (102; 202) und der zweite Körper (103; 203) im Bereich ihrer Fügeflächen (102.1, 103.1; 202.1, 203.1) miteinander verbunden sind, – wenigstens eine der Fügeflächen (102.1, 103.1; 202.1, 203.1) im Bereich der Fügestelle (104; 204) in eine Mehrzahl von voneinander zumindest teilweise getrennten Teilfügeflächen (102.4; 202.4) unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Fläche der jeweiligen Teilfügefläche (102.4; 202.4) weniger als 15% der Gesamtfläche der Fügestelle (104; 204) beträgt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche der jeweiligen Teilfügefläche (102.4; 202.4) weniger als 5%, vorzugsweise weniger als 2%, der Gesamtfläche der Fügestelle (104; 204) beträgt.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Teilfügeflächen (102.4; 202.4) vollständig voneinander getrennt sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilfügeflächen (102.4; 202.4) zumindest teilweise durch Vertiefungen (102.2, 102.3; 202.3) in der die Teilfügefläche (102.4; 202.4) ausbildenden Oberfläche umgrenzt sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Teilfügeflächen (102.4; 202.4) eine im Wesentlichen polygonale Außenkontur, insbesondere eine im Wesentlichen rechteckige Außenkontur, aufweist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Teilfügeflächen (102.4; 202.4) im Bereich der ersten Fügefläche (102.1; 202.1) ausgebildet sind und – die zweite Fügefläche (103.1; 203.1) eine im Wesentlichen ebene Fläche ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fügefläche (102.1) und die zweite Fügefläche (103.1) über eine Ansprengverbindung miteinander verbunden sind.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einer Klebesicherung der Verbindung zwischen dem ersten Körper (102) und dem zweiten Körper (103) – im Bereich wenigstens einer Teilfügefläche (102.4) wenigstens eine Ausnehmung (102.5) vorgesehen ist, wobei – ein Klebstoff (105) derart in die Ausnehmung (102.5) eingebracht ist, dass der Klebstoff (105) beide Körper (102, 103) kontaktiert.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (102.5) durch einen zu der Teilfügefläche führenden Kanal, insbesondere eine Durchgangsbohrung, in dem ersten Körper (102) oder dem zweiten Körper (103) ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Körper (202) und der zweite Körper (203) über wenigstens eine Lage eines Zusatzwerkstoffs (209) miteinander verbunden sind, der zwischen der ersten Fügefläche (202.1) und der zweiten Fügefläche (203.1) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Lage des Zusatzwerkstoffs (209) Fertigungsungenauigkeiten der Fügeflächen (102.1, 203.1), insbesondere Koplanaritätsabweichungen der Teilfügeflächen (202.4), im Wesentlichen ausgleicht.
Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Körper (202) und der zweite Körper (203) im Bereich der Fügestelle (204) über eine Lötverbindung oder eine Low-Temperature-Bonding-Verbindung oder eine Anodic-Bonding-Verbindung oder eine Fusion-Bonding-Verbindung verbunden sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der erste Körper (102; 202) aus einem ersten Material mit einem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten besteht und – der zweite Körper (103; 203) aus einem zweiten Material mit einem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten besteht, wobei – der erste thermische Ausdehnungskoeffizient und der zweite thermische Ausdehnungskoeffizient aneinander angepasst sind, insbesondere einander im Wesentlichen entsprechen.
Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material und das zweite Material wenigstens demselben Werkstofftyp zugeordnet sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der ersten Fügefläche (102.1) eine weitere Fügestelle (107) vorgesehen ist, in deren Bereich der erste Körper (102) über eine dritte Fügefläche (106.1) eines dritten Körpers (106) mit dem dritten Körper (106) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass – der zweite Körper (103) und der dritte Körper (106) im Bereich von Stoßflächen aneinander angrenzen, wobei – der zweite Körper (103) und der dritte Körper (106) im Bereich der Stoßflächen miteinander verbunden sind.
Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Körper (103) und der dritte Körper (104) im Bereich der Stoßflächen miteinander verklebt oder aneinander angesprengt sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Körper (102; 202) ein Trägerkörper ist und der zweite Körper (103; 203) ein dünner, plattenförmiger Körper ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der erste Körper (102; 202) ein Strukturbauteil einer optischen Einrichtung, insbesondere eine Strukturbauteil einer Mikrolithographieeinrichtung, ist und – der zweite Körper (103; 203) ein optisches Bauteil, insbesondere ein Bauteil mit einem darauf angebrachten optischen Gitter, ist.
Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Körper (103; 203) ein Referenzgitter für ein Encodersystem umfasst.
Verfahren zum Verbinden von zwei Körpern (102, 103; 202, 203) im Bereich einer Fügestelle (104; 204), bei dem – ein erster Körper (102; 202) mit einer ersten Fügefläche (102.1; 202.1) zur Verfügung gestellt wird, – ein zweiter Körper (103; 203) mit einer zweiten Fügefläche (103.1; 203.1) zur Verfügung gestellt wird und – der erste Körper (102; 202) und der zweite Körper (103; 203) im Bereich ihrer Fügeflächen (102.1, 103.1; 202.1, 303.1) miteinander verbunden werden, wobei – wenigstens eine der Fügeflächen (102.1, 103.1; 202.1, 303.1) im Bereich der Fügestelle (104; 204) in eine Mehrzahl von voneinander zumindest teilweise getrennten Teilfügeflächen (102.4; 202.4) unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Fläche der jeweiligen Teilfügefläche (102.4; 202.4) weniger als 15% der Gesamtfläche der Fügestelle (104; 204) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche der jeweiligen Teilfügefläche (102.4; 202.4) weniger als 5%, vorzugsweise weniger als 2%, der Gesamtfläche der Fügestelle (104; 204) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Teilfügeflächen (102.4; 202.4) vollständig voneinander getrennt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilfügeflächen (102.4; 202.4) zumindest teilweise durch Vertiefungen (102.2, 102.3; 202.3) in der die Teilfügeflächen (102.4; 202.4) ausbildenden Oberfläche umgrenzt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Teilfügeflächen (102.4; 202.4) eine im Wesentlichen polygonale Außenkontur, insbesondere eine im Wesentlichen rechteckige Außenkontur, aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass – die Teilfügeflächen (102.4; 202.4) im Bereich der ersten Fügefläche (102.1; 202.1) ausgebildet sind und – die zweite Fügefläche (103.1; 203.1) eine im Wesentlichen ebene Fläche ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fügefläche (102.1) und die zweite Fügefläche (103.1) über eine Ansprengverbindung miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine Klebesicherung der Verbindung zwischen dem ersten Körper (102) und dem zweiten Körper (103) hergestellt wird, indem ein Klebstoff (105) derart in eine Ausnehmung (102.5) eingebracht wird, die im Bereich wenigstens einer Teilfügefläche (102.4) vorgesehen ist, dass der Klebstoff (105) beide Körper (102, 103) kontaktiert.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (105) über einen zu der Teilfügefläche (102.4) führenden Kanal (102.5), insbesondere eine Durchgangsbohrung, der in dem ersten Körper (102) oder dem zweiten Körper (103) ausgebildet ist, eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Körper (202) und der zweite Körper (203) über wenigstens eine Lage eines Zusatzwerkstoffs (209) miteinander verbunden werden, der zwischen die erste Fügefläche (202.1) und die zweite Fügefläche (203.1) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Lage des Zusatzwerkstoffs (209) Fertigungsungenauigkeiten der Fügeflächen (202.1, 203.1), insbesondere Koplanaritätsabweichungen der Teilfügeflächen (202.4), im Wesentlichen ausgleicht.
Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Körper (202) und der zweite Körper (203) im Bereich der Fügestelle (204) über eine Lötverbindung oder eine Low-Temperature-Bonding-Verbindung oder eine Anodic-Bonding-Verbindung oder eine Fusion-Bonding-Verbindung verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass – der erste Körper (102; 202) aus einem ersten Material mit einem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten besteht und – der zweite Körper (103; 203) aus einem zweiten Material mit einem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten besteht, wobei – der erste thermische Ausdehnungskoeffizient und der zweite thermische Ausdehnungskoeffizient aneinander angepasst sind, insbesondere einander im Wesentlichen entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material und das zweite Material wenigstens demselben Werkstofftyp zugeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Körper (106), der eine dritte Fügefläche (106.1) aufweist, an einer weiteren Fügestelle (107) im Bereich der ersten Fügefläche (102.1) über die dritte Fügefläche (106.1) mit dem ersten Körper (102) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass – der zweite Körper (103) und der dritte Körper (106) im Bereich von Stoßflächen aneinander angrenzen, wobei – der zweite Körper (103) und der dritte Körper (106) im Bereich der Stoßflächen miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Körper (103) und der dritte Körper (106) im Bereich der Stoßflächen miteinander verklebt oder aneinander angesprengt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass als erster Körper (102; 202) ein Trägerkörper verwendet wird und als zweiter Körper (103; 203) ein dünner, plattenförmiger Körper verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass – als erster Körper (102; 202) ein Strukturbauteil einer optischen Einrichtung, insbesondere eine Strukturbauteil einer Mikrolithographieeinrichtung, verwendet wird und – als zweiter Körper (103; 203) ein optisches Bauteil, insbesondere ein Bauteil mit einem darauf angebrachten optischen Gitter, verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass als zweiter Körper (103; 203) ein Referenzgitter für ein Encodersystem verwendet wird.