DE102009045171A1 - Thermally stressed elements tempering device for e.g. illumination system of extreme UV-projection exposure apparatus, has gas chamber provided between thermally stressed and tempering elements, where heat flow takes place between elements - Google Patents

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Abstract

The device has tempering elements (10) spatially separated by thermally stressed elements (8) e.g. mechatronic elements, and spaced apart from the thermally stressed elements. A gas chamber (11) is provided between the thermally stressed and tempering elements. The chamber is filled with gas with an adjustable pressure (P). Heat flow takes place between the thermally stressed and tempering elements via the gas by conduction, where the gas has a higher thermal conductivity than air.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur wenigstens annähernd kontaktlosen bzw. mechanisch entkoppelten Kühlung eines thermisch belasteten Elements. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Projektionsobjektiv und ein Beleuchtungssystem, insbesondere einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie für die Herstellung von Halbleiterbauelementen im EUV-Bereich.The The invention relates to a device for at least approximately contactless or mechanically decoupled cooling of a thermally loaded element. The invention further relates a projection lens and a lighting system, in particular a projection exposure system for microlithography for the manufacture of semiconductor devices in the EUV sector.

Bei Hochleistungsobjektiven, wie sie beispielsweise als Beleuchtungssysteme oder Projektionsobjektive für die Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, insbesondere im EUV-Bereich, eingesetzt werden, unterliegen die dort verwendeten optischen Elemente wie beispielsweise Spiegelelemente und dergleichen, hohen thermischen Belastungen durch das eingestrahlte Licht. Durch eine mögliche Erwärmung des optischen Elements können dessen optische Eigenschaften verändert werden, so dass die Abbildungseigenschaften des Objektivs insgesamt in der Regel negativ beeinträchtigt werden.at High-performance lenses, such as lighting systems or projection objectives for microlithography Production of semiconductor devices, in particular in the EUV sector, are used, subject to the optical elements used there such as mirror elements and the like, high thermal Loads from the incident light. By a possible Heating of the optical element can its optical properties are changed, so that the imaging properties Overall, the lens generally negatively affected become.

Des Weiteren sind als thermisch belastete Elemente auch sogenannte mikromechanische Elemente, insbesondere flexible oder schwenkbare Mikrospiegel bekannt, welche insbesondere in einer Vielzahl in einem Feld (Multi Mirror Array/MMA) angeordnet sein können. In der Regel werden die mikromechanischen Elemente durch eine Kühleinrichtung gekühlt, um Veränderungen der Spiegelelemente durch den Wärmeeintrag zu vermeiden.Of Furthermore, as thermally loaded elements also so-called micromechanical Elements, in particular flexible or pivotable micromirrors are known, which in particular in a variety in a field (Multi Mirror Array / MMA) can be arranged. In general, will be the micromechanical elements by a cooling device cooled to reflect changes in the mirror elements to avoid by the heat input.

Aus der Praxis bekannt sind Kühlsysteme, welche im direkten Kontakt zu den vorstehend angeführten thermisch belasteten Elementen angeordnet sind. Diese sind in ihrem Wirkungsgrad über die Anpresskraft und den sich einstellenden Wärmeübergang definiert. Nachteilig ist dabei, dass unerwünschte mechanische Schwingungen auf das thermisch belastete Element übertragen werden können. Des Weiteren können sich insbesondere bei unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) zwischen Kühl element und thermisch belastetem Element Bimetalleffekte einstellen, welche auf das zu kühlende thermisch belastete insbesondere optische Element Spannungen, Drift und Oberflächendeformationen einbringen können. Aufgrund des anzupassenden Wärmeausdehnungskoeffizienten steht für das Kühlelement dementsprechend nur eine beschränkte bzw. limitierte Anzahl an Materialien zur Verfügung. Des Weiteren muss die Form des Kühlelements häufig an das zu kühlende thermisch belastete Element angepasst werden, was ebenfalls nicht ideal ist.Out the practice are known cooling systems, which in the direct Contact with the above-mentioned thermally stressed Elements are arranged. These are over in their efficiency the contact pressure and the heat transfer Are defined. The disadvantage here is that unwanted mechanical vibrations can be transferred to the thermally loaded element. Furthermore, especially at different Thermal expansion coefficient (CTE) between cooling element and thermally loaded element set bimetallic effects, which on the thermally stressed, in particular optical, to be cooled Element stresses, drift and surface deformations can contribute. Due to the thermal expansion coefficient to be adjusted stands for the cooling element accordingly only a limited or limited number of materials to disposal. Furthermore, the shape of the cooling element often to the thermally stressed to be cooled Element, which is also not ideal.

Darüber hinaus sind aus dem Stand der Technik Kühlsysteme bekannt, welche Kühlmedien, insbesondere Fluide zur Kühlung an die thermisch belasteten Elemente heranführen oder, insbesondere mittels Mikrokanälen über laminare oder turbulente Strömungen durch die thermisch belasteten Elemente hindurchführen. Dabei können jedoch auch unerwünschte Schwingungsanregungen entstehen.About that In addition, cooling systems are known from the prior art, which cooling media, in particular fluids for cooling introduce to the thermally stressed elements or, in particular by means of microchannels via laminar or turbulent flows through the thermally loaded Pass elements through. But you can do that as well unwanted vibration excitations arise.

In der EP 1 376 185 A2 ist eine Minimierung thermaler Beeinträchtigungen eines EUV-Spiegels beschrieben. Dabei sind Kanäle in den Hauptkörper eines Spiegels eingebracht, welche mit Kühlmittelleitungen versehen sind.In the EP 1 376 185 A2 a minimization of thermal impairments of an EUV level is described. In this case, channels are introduced into the main body of a mirror, which are provided with coolant lines.

Des Weiteren ist aus der DE 100 50 125 A1 , bzw. aus der korrespondierenden US 6,768,600 B2 eine Vorrichtung zum Temperaturausgleich für thermisch belastete Körper aus Materialien niedriger spezifischer Wärmeleitfähigkeit, insbesondere für Träger reflektierender Schichten oder Substrate in der Optik, wie zum Beispiel in Projektionsobjektiven für die Halbleiterlithographie, bekannt, bei welcher eine Wärmeverteilungseinrichtung mit ein oder mehreren Wärmeverteilungskörpern so an Oberflächen des thermisch belasteten Körpers adaptiert ist, dass zwischen dem thermisch belasteten Körper und der Wärmeverteilungskörper ein Spalt verbleibt, der zum Zwecke der thermischen Kopplung von thermisch belastetem Körper und Wärmeverteilungskörper bei gleichzeitiger mechanischer Entkopplung mit einem Fluid ausgefüllt ist.Furthermore, from the DE 100 50 125 A1 , or from the corresponding US 6,768,600 B2 a device for temperature compensation for thermally stressed bodies of materials of low specific thermal conductivity, in particular for carrier-reflecting layers or substrates in optics, such as in projection lenses for semiconductor lithography, known in which a heat distribution device with one or more heat distribution bodies so on surfaces of the thermal loaded body remains that remains between the thermally stressed body and the heat distribution body, a gap which is filled for the purpose of thermal coupling of thermally stressed body and heat distribution body with simultaneous mechanical decoupling with a fluid.

Aus der WO 03/086955 A1 ist ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines mikromechanischen Elements bekannt, wobei das mikromechanische Element schwenkbare Mikrospiegel auf einem Chip umfassen kann. Das mikromechanische Element wird durch eine Kühleinrichtung, welche beispielsweise ein Peltier-Element umfasst, gekühlt, um Veränderungen der Spiegelelemente durch den Wärmeeintrag zu vermeiden. Um zusätzlich zu vermeiden, dass bei einer Kühlung unter eine Temperatur von 10°C eine Kondensation von Feuchtigkeit aus der Umgebung stattfindet, kann der Chip mit den Spiegelelementen sowie das zur Kühlung verwendete Peltier-Element in einem luftdichten Gehäuse eingeschlossen werden, welches evakuiert wird oder mit einem trockenen Gas befällt wird.From the WO 03/086955 A1 Furthermore, a method and a device for operating a micromechanical element is known, wherein the micromechanical element may comprise pivotable micromirrors on a chip. The micromechanical element is cooled by a cooling device, which comprises, for example, a Peltier element, in order to avoid changes in the mirror elements due to the heat input. In order to additionally avoid condensation of moisture from the environment taking place when cooled below a temperature of 10 ° C., the chip with the mirror elements and the Peltier element used for cooling can be enclosed in an airtight housing which is evacuated or is attacked with a dry gas.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche eine Übertragung von Schwingungen, Anregungen bzw. Spannungen auf das zu kühlende thermisch belastete Element vermeidet, wobei zusätzlich eine hinsichtlich Form und Wärmeausdehnungskoeffizienten unabhängige optimale Materialauswahl für das Kühlelement ermöglicht werden soll.The present invention has for its object to provide a device of the type mentioned, which is a transmission of vibrations, excitations or voltages to be cooled thermally loaded element avoids, in addition, an independent in terms of shape and coefficients of thermal expansion optimum material selection for the cooling element is to be made possible.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung Temperierung, z. B. Kühlung, eines thermisch belasteten Elements einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage gelöst, wobei wenigstens ein von dem thermisch belasteten Element räumlich getrenntes und davon beabstandetets Tempereierelement, z. B. ein Kühlelement, vorgesehen ist, wobei zwischen dem thermisch belasteten Element und dem Tempereierelement, z. B. dem Kühlelement, ein Gasraum vorgesehen ist, wobei der Gasraum ein Gas mit einem einstellbaren Druck aufweist, und wobei der Wärmefluss zwischen dem thermisch belasteten Element und dem Temperierelement, z. B. dem Kühlelement, über das Gas mittels Konduktion erfolgt.According to the invention this task by a device temperature, z. B. cooling, a thermally loaded element of an EUV projection exposure system solved, wherein at least one of the thermally loaded Element spatially separated and spaced therefrom, the annealing element, z. B. a cooling element is provided, wherein between the thermally loaded element and the Tempereierelement, z. B. the Cooling element, a gas space is provided, wherein the gas space a gas having an adjustable pressure, and wherein the heat flow between the thermally loaded element and the tempering element, z. B. the cooling element, via the gas by means of conduction he follows.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden auf das thermisch belastete Element übertragene mechanische Schwingungen bzw. Anregungen, sowie Spannungen über Bimetalleffekte durch das zur Kühlung des thermisch belasteten Elements benötigte Kühlsystem in vorteilhafter Weise vermieden. Es erfolgt eine mechanisch entkoppelte, d. h. (bis auf das Gas) kontaktlose Temperierung des thermisch belasteten Elements. Es ergibt sich somit z. B. ein in mindestens zwei Freiheitsgraden entkoppeltes Gaskühlsystem für thermisch hochbelastete Komponenten. Ebenso ergibt sich ein entsprechendes in zwei Freiheitsgraden entkoppeltes Gasheizsystem für thermisch hochbelastete Komponenten. Systeme, bei denen die Temperiereinrichtung, das Temperierelement, sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen eingesetzt wird sind ebenfalls möglich. Des Weiteren ist eine von den Wärmeausdehnungskoeffizienten unabhängige optimale Materialauswahl für den Kühler, bzw. das Kühlelement möglich, bzw. für die Temperiereinrichtung. Sonach kann ein Einheitskühler, bzw. ein Standardkühler eingesetzt werden, der eine hohe Flexibilität aufgrund der nicht auf die Geometrie des zu kühlenden thermisch belasteten Elements anzupassenden Form erlaubt. Die Kühlwirkung erfolgt innerhalb des Gasraums zwischen thermisch belastetem Element und Kühlelement durch Druck, d. h. einen einstellbaren, insbesondere steuer- bzw. regelbaren Partialdruck, wodurch eine unkritische Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms eingestellt werden kann. Deshalb erfolgt auch keine Anregung des thermisch belasteten Elements durch den Gasstrom. Die Wärmeübertragung erfolgt durch Konduktion, wobei ein möglichst kleiner Massenstrom vorliegt. Eine bei herkömmlichen Lösungen vorhandene Wärmabführung durch Konvektion ist bei der vorliegenden erfindungsgemäßen Lösung nicht von Relevanz, da der Massenstrom lediglich zur Erzeugung des benötigten einstellbaren Drucks, bzw. partiellen Drucks notwendig ist. Unter Partialdruck wird ein Druck verstanden, der in einem Gasgemisch, wie beispielsweise Luft, einem bestimmten Gas zugeordnet werden kann. Er entspricht dabei dem Gesamtdruck, den die Komponente des Gasgemischs beim alleinigen Ausfüllen des gesamten Volumens ausüben würde. Unter Konduktion wird die Wärmeleitung bzw. der Wärmefluss in einem Kontinuum, wie z. B. in einem im Wesentlichen ruhenden Gas in Folge von Temperaturdifferenzen verstanden, wobei beim Wärmefluss kein effektiver Teilchenfluss oder Massenfluss erfolgt.By the measures according to the invention are on the thermally loaded element transmitted mechanical Vibrations or suggestions, as well as voltages via bimetallic effects by cooling the thermally stressed element required cooling system avoided in an advantageous manner. There is a mechanically decoupled, d. H. (except for the gas) contactless temperature control of the thermally loaded element. It results thus z. B. a decoupled in at least two degrees of freedom Gas cooling system for thermally highly stressed components. Likewise, a corresponding results in two degrees of freedom decoupled gas heating system for thermally highly stressed components. Systems in which the tempering, the tempering, both for heating as well as used for cooling are also possible. Furthermore, one of the coefficients of thermal expansion independent optimal choice of material for the cooler, or the cooling element possible, or for the tempering device. Sonach can be a unit cooler, or a standard cooler can be used, the high Flexibility due not to the geometry of the too Cooling thermally charged element mold to be adapted allowed. The cooling effect takes place within the gas space between thermally loaded element and the cooling element Pressure, d. H. an adjustable, in particular controllable or controllable Partial pressure, creating an uncritical flow rate of the gas flow can be adjusted. Therefore, none occurs Excitation of the thermally loaded element by the gas flow. The Heat transfer takes place by conduction, whereby the smallest possible mass flow is present. One in conventional Solutions existing heat dissipation through Convection is in the present invention Solution not relevant because the mass flow only for generating the required adjustable pressure, or partial pressure is necessary. Partial pressure is understood to mean a pressure in a gas mixture, such as air, a certain Gas can be assigned. It corresponds to the total pressure, the component of the gas mixture when only filling the entire volume. Under conduction is the heat conduction or the heat flow in one Continuum, such as B. in a substantially static gas in a row understood by temperature differences, wherein the heat flow no effective particle flow or mass flow occurs.

Sehr vorteilhaft ist es, wenn das Gas ein Gasgemisch ist, welches wenigstens zwei Gase umfasst, deren jeweilige Partialdrücke sich zum Druck (P) addieren. Ferner, kann damit die Stärke des Wärmeabflusses bzw. der Kühlleistung über den einstellbaren Partialdruck der Gase geregelt werden.Very It is advantageous if the gas is a gas mixture which at least comprises two gases whose respective partial pressures are for Add pressure (P). Furthermore, so that the strength of the heat flow or the cooling capacity over the adjustable partial pressure the gases are regulated.

Der sich einstellende Gasdruck bestimmt den Wärmeübergang und ist somit regelbar und kann der Anwendung bzw. thermischen Belastung angepasst werden. Die Gaskühlleistung bzw. die abgeführte Wärmeleistung kann druckabhängig eingestellt werden. Die partiell regelbare Kühlleistung kann in vorteilhafter Weise zum Beispiel blendenabhängig oder belastungsabhängig gewählt werden.Of the self-adjusting gas pressure determines the heat transfer and is thus adjustable and can the application or thermal load be adjusted. The gas cooling capacity or the discharged Heat output can be adjusted depending on pressure. The partially controllable cooling capacity can be in an advantageous For example, depending on the aperture or load-dependent to get voted.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Partialdruck und/oder der Massenstrom des Gases über eine Gasdüse einstellbar sind.According to the invention be provided that the partial pressure and / or the mass flow of the gas via a gas nozzle are adjustable.

Vorteilhaft ist es, wenn als Gas ein Gas mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit bzw. mit einem höheren Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten als Luft, insbesondere Helium verwendet wird. Anstatt der üblicherweise vorhandenen Luft kann ein Gas verwendet werden, welches einen höheren Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten insbesondere als Luft aufweist. Dabei kommen neben Helium oder Wasserstoff selbstverständlich auch weitere Medien bzw. Gase in Betracht.Advantageous it is, if as gas a gas with a higher thermal conductivity or with a higher coefficient of thermal conductivity is used as air, in particular helium. Instead of the usual Existing air can be used with a higher gas Thermal conductivity coefficients in particular as air. In addition to helium or hydrogen, of course also other media or gases into consideration.

Das thermisch belastete Element kann ein optisches Element sein. Als optische Elemente kommen reflektive optische Elemente wie Spiegel bzw. Spiegelanordnungen oder Multi-Mirror-Arrays mit einer Vielzahl kleiner verstellbarer bzw. flexibler Mikrospiegel in Betracht. Selbstverständlich können auch andere optische Elemente wie Blenden oder dergleichen gekühlt werden.The thermally loaded element may be an optical element. When optical elements come reflective optical elements such as mirrors or mirror arrays or multi-mirror arrays with a large number smaller adjustable or flexible micromirror into consideration. Of course may also be other optical elements such as apertures or the like be cooled.

Das optische Element kann auch auswechselbar und/oder austauschbar ausgebildet sein.The optical element can also be exchangeable and / or interchangeable be.

Das erfindungsgemäße entkoppelte Kühlsystem ist insbesondere für geregelte und bewegliche Komponenten geeignet, da kein Kontakt zwischen dem Kühlelement und dem thermisch belasteten Element bzw. dem optischen Element besteht. Wechselbare, thermisch hochbelastete Komponenten, welche insbesondere im Vakuum betrieben werden, wobei der Kühlkreislauf während des Wechselvorgangs nicht geöffnet werden muss, insbesondere bei Revolversystemen, Blendwechslern oder dergleichen, können ebenfalls mit dem erfin dungsgemäßen Kühlsystem gekühlt werden.The inventive decoupled cooling system is especially for regulated and moving components suitable because no contact between the cooling element and consists of the thermally loaded element or the optical element. Changeable, thermally highly stressed components, which are particularly in the Vacuum operated, the cooling circuit during of the change process does not have to be opened, in particular in turret systems, Blendwechslern or the like also with the inventions to the invention cooling system be cooled.

Das thermisch belastete Element kann auch ein mechatronisches Element sein.The thermally loaded element can also be a mechatronic element be.

Ein Projektionsobjektiv bzw. ein Beleuchtungssystem, insbesondere einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterbauelementen im EUV-Bereich, sind in den Ansprüchen 9 bzw. 10 angegeben.One Projection objective or a lighting system, in particular one Projection exposure machine for microlithography for the production of semiconductor devices in the EUV sector, are in the claims 9 and 10 specified.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nachfolgend sind anhand der Zeichnung prinzipmäßig Ausführungsbeispiele der Erfindung angegeben.advantageous Refinements and developments of the invention will become apparent the dependent claims. Below are based on the drawing in principle embodiments of the Invention specified.

Es zeigt:It shows:

1 einen prinzipmäßigen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit einer Lichtquelle, einem Beleuchtungssystem und einem Projektionsobjektiv; 1 a basic structure of an EUV projection exposure system with a light source, a lighting system and a projection lens;

2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 2 a schematic representation of a first embodiment of the device according to the invention;

3 ein Schema zur Verdeutlichung der Wärmeleitung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 3 a scheme to illustrate the heat conduction in the device according to the invention;

4 ein Diagramm, welches die Druckabhängigkeit der Wasserstoffwärmeleitfähigkeit beschreibt; 4 a diagram describing the pressure dependence of the hydrogen thermal conductivity;

5 ein weiteres vereinfachtes Diagramm, welches die Abhängigkeit der effektiven Wärmeleitfähigkeit vom Druck zeigt; 5 another simplified diagram showing the dependence of the effective thermal conductivity of the pressure;

6 eine vereinfachte Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; 6 a simplified representation of a second embodiment of a device according to the invention;

7 eine vereinfachte Darstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und 7 a simplified representation of a third embodiment of a device according to the invention; and

8 eine vereinfachte Darstellung einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. 8th a simplified representation of a fourth embodiment of a device according to the invention.

In 1 ist eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage 1 mit einer Lichtquelle 2, einem EUV-Beleuchtungssystem 3 zur Ausleuchtung eines Feldes in einer Objektebene 4, in welcher eine strukturtragende Maske angeordnet ist, sowie ein Projektionsobjektiv 5 mit einem Gehäuse 6 und einem Strahlenverlauf zur Abbildung der strukturtragenden Maske in der Objektebene 4 auf ein lichtempfindliches Substrat 7 zur Herstellung von Halbleiterbauelementen dargestellt. Das Projektionsobjektiv 5 weist zur Strahlformung als Spiegel 8 ausgebildete optische Elemente auf. Auch das Beleuchtungssystem 3 weist derartige optische Elemente zur Strahlformung bzw. Strahlleitung auf. Diese sind jedoch in 1 nicht näher dargestellt.In 1 is an EUV projection exposure system 1 with a light source 2 , an EUV lighting system 3 for illuminating a field in an object plane 4 in which a structure-carrying mask is arranged, and a projection lens 5 with a housing 6 and a beam path for imaging the structure-bearing mask in the object plane 4 on a photosensitive substrate 7 for the production of semiconductor devices shown. The projection lens 5 indicates beam shaping as a mirror 8th trained optical elements. Also the lighting system 3 has such optical elements for beam shaping or beam line. These are however in 1 not shown in detail.

In 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 9 zur kontaktlosen Kühlung eines thermisch belasteten als Spiegel 8 ausgebildeten optischen Elements, wobei ein von dem Spiegel 8 getrenntes, und ein von diesem beabstandetes Temperierelement, wie z. B. ein Kühlelement 10, vorgesehen ist, wobei zwischen dem thermisch belasteten Spiegel 8 und dem Temperierelement (dem Kühlelement 10) ein Gasraum 11 vorgesehen ist. Dabei ist der Gasraum so gestaltet, dass das Temperierelement (Kühlelement 10) beabstandet zum thermisch belasteten Element (hier dem Spiegel 8) angeordnet ist, so dass eine mechanisch annähernd kontaktlose, d. h. mechanisch nahezu entkoppelte Temperierung des Elements 8 möglich ist. Eine etwaige mechanische Kopplung von Element 8 und Tempereierelement 10 erfolgt lediglich noch über ein Gas innerhalb des Gasraumes 11. Vereinfacht beträgt der Abstand zwischen thermisch belastetem Element 8 und Temperierelement 10 L (siehe 3), wobei der Gasraum 11 ein Gas mit einem einstellbaren Druck P aufweist. Ein sich zwischen dem thermisch belasteten Element 8 (hier dem Spiegel 8) und dem Temperierelement 10 (hier dem Kühlelement 10) bei unterschiedlichen Temperaturen ergebender Wärmefluss erfolgt über das Gas erfindungsgemäß durch Konduktion. In 2 ist beispielhaft als Temperierelement ein Kühlelement 10 dargestellt, dessen Temperatur im allgemeinen niedriger ist als die Temperatur des Spiegels 8. Allgemein kann jedoch das Temperierelement auch eine Temperatur aufweisen, die höher ist als die Temperatur des Spiegels 8 (des thermisch belasteten Elements), so dass dann das Temperierelement als Heizelement wirkt. Auch in diesem Falle soll erfindungsgemäß der sich bei unterschiedlichen Temperaturen ergebender Wärmefluss zwischen thermisch belastetem Element und Temperierelement über das Gas durch Konduktion erfolgen.In 2 is a device according to the invention 9 for contactless cooling of a thermally loaded mirror 8th formed optical element, one of the mirror 8th separated, and spaced from this temperature control element, such. B. a cooling element 10 , is provided, wherein between the thermally loaded mirror 8th and the tempering (the cooling element 10 ) a gas space 11 is provided. In this case, the gas space is designed so that the tempering (cooling element 10 ) spaced from the thermally stressed element (here the mirror 8th ), so that a mechanically approximately contactless, ie mechanically almost decoupled temperature of the element 8th is possible. A possible mechanical coupling of element 8th and tempering element 10 only takes place via a gas within the gas space 11 , Simplified is the distance between thermally loaded element 8th and tempering 10 L (see 3 ), the gas space 11 a gas with an adjustable pressure P has. A between the thermally loaded element 8th (here the mirror 8th ) and the tempering 10 (here the cooling element 10 ) at different temperatures resulting heat flow via the gas invention according to by conduction. In 2 is exemplified as a tempering a cooling element 10 shown, whose temperature is generally lower than the temperature of the mirror 8th , Generally, however, the tempering may also have a temperature which is higher than the temperature of the mirror 8th (of the thermally loaded element), so that then the tempering acts as a heating element. In this case, too, according to the invention, the heat flow between the thermally loaded element and the tempering element at different temperatures is to take place via the gas via conduction.

Der im Gasraum 11 einstellbare Druck und der Abstand des Tempereierelements 10 vom thermisch belasteten Element 8 beeinflussen in Grenzen den Wärmefluss. Ferner kann statt eines Gases mit einem Druck P ein Gasgemisch aus wenigstens zwei Gasen in dem Gasraum 11 eingesetzt werden. Dabei kann die Summe der Partialdrücke Pi der jeweiligen Gase i den Druck P ergeben.The one in the gas room 11 adjustable pressure and the distance of the Tempereierelements 10 from the thermally loaded element 8th within limits influence the heat flow. Furthermore, instead of a gas with a pressure P, a gas mixture of at least two gases in the gas space 11 be used. The sum of the partial pressures P i of the respective gases can result in the pressure P i.

Da bei der Wärmeleitung oder Konduktion mittels Gase beim auftreten von Temperaturgradienten im Gas häufig auch Wärme zusätzlich mittels Konvektion transportiert wird, sind die Vorrichtungen nach der vorliegenden Erfindung so ausgestaltet, dass der Wärmefluss zwischen dem thermisch belasteten Element (Spiegel 8) und dem Temperierelement (Kühlelement 10) über das Gas (16) durch Konvektion und Konduktion erfolgt, wobei der Beitrag der Konvektion weniger als 0.25 des Beitrages der Konduktion beträgt. Je geringer der Beitrag des Wärmeflusses über Konvektion ist, je geringer ist der damit verbundene Massentransport des Gases in Richtung von dem Temperierelement zum thermisch belasteten Element oder umgekehrt. Dadurch wird das thermisch belastete Element vorteilhaft nur geringsten mechanischen Einflüssen durch etwaige mit der Konvektion auftretende Gasströmungen unterworfen. Dieser ist besonders bei optischen Elementen, wie Spiegel 8 in einem EUV-Projektionsobjektiv 5 einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 1 von besonderer Bedeutung, da dort bereits kleinste auf die Spiegel einwirkende Kräfte, wie sie z. B. durch Druckvariationen bei Konvetion auftreten können, Störungen in der Abbildungsqualität des Projektionsobjektivs verursachen. Dies ist einerseits durch die extremen Anforderungen an die Spiegelform von häufig besser als 0.5 nm über einen Spiegeldurchmesser von 300 mm und mehr bedingt, so dass bereits kleins te Variationen des den Spiegel umgebenden Gases hinsichtlich Druck und Strömungsverhalten dazu beitragen können, dass diese Genauigkeit nicht erreichbar ist. Ebenso müssen die Spiegel relativ zueinander sehr präzise ausgerichtet werden, wobei die Positioniergenauigkeit im gleichen Bereich von besser als 1 nm ist. Aufgrund dieser Genauigkeitsanforderungen werden insbesondere etwaige unkontrollierte Strömungen des Gases im Gasraum 11 und damit auch der Wärmefluss durch Konvektion minimiert. Idealerweise wird im Gasraum 11 ein Druck P eingestellt, wobei auf jegliche Gasströmung verzichtet wird. Da sich die Spiegel einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage jedoch in einem Vakuum befinden, ist es erforderlich, zwischen dem Abpumpen von Gas und etwaigen gasförmigen Verunreinigungen und einem definierten Gaseinlass eines Gases mit definierter Zusammensetzung ein Gleichgewichtsdruck zu erzeugen, der während des Betriebs der EUV-Projektionsbelichtungsanlage möglichst konstant gehalten werde soll. Damit ergibt sich abweichend von dem als ideal beschriebenen Gasraum 11 ein Massestrom des Gases in diesem Gasraum, der über steuerbare oder regelbare Gasdüsen einstellbar ist, so dass sich der gewünschte Gasdruck bei möglichst kleinen Strömungsgeschwindigkeiten einstellt. Vorzugsweise wird er Massenstrom so eingestellt, dass dieser zum Wärmefluss zwischen dem thermisch belasteten Element 8 und dem Temperierelement 10 weniger als das 0.1 des Wärmeflusses durch Konduktion beiträgt.Since, in the case of heat conduction or conduction by means of gases, the occurrence of temperature gradients in the gas often also entails heat by means of convection, the devices according to the present invention are designed such that the heat flow between the thermally stressed element (mirror 8th ) and the tempering (cooling element 10 ) over the gas ( 16 ) by convection and conduction, the convective contribution being less than 0.25 of the contribution of the conduction. The lower the contribution of the heat flow via convection, the lower is the associated mass transport of the gas in the direction from the tempering element to the thermally loaded element or vice versa. As a result, the thermally loaded element is advantageously subjected to only the slightest mechanical influences by any gas flows occurring with the convection. This is especially true for optical elements, such as mirrors 8th in an EUV projection lens 5 an EUV projection exposure system 1 Of particular importance, since there even the smallest forces acting on the mirror, as z. B. may occur due to pressure variations in Konvetion, causing interference in the imaging quality of the projection lens. On the one hand, this is due to the extreme requirements of the mirror shape of often better than 0.5 nm over a mirror diameter of 300 mm and more, so that even small variations in the gas surrounding the mirror in terms of pressure and flow behavior can contribute to the fact that this accuracy can not be achieved is. Likewise, the mirrors must be aligned very precisely relative to each other, with the positioning accuracy in the same range of better than 1 nm. Due to these accuracy requirements, in particular any uncontrolled flows of the gas in the gas space 11 and thus also minimizes the heat flow through convection. Ideally, in the gas room 11 set a pressure P, being dispensed with any gas flow. However, since the mirrors of an EUV projection exposure apparatus are in a vacuum, it is necessary to produce an equilibrium pressure between the pumping of gas and any gaseous impurities and a defined gas inlet of a gas of defined composition, as much as possible during operation of the EUV projection exposure apparatus should be kept constant. This results in a departure from the gas space described as ideal 11 a mass flow of the gas in this gas space, which is adjustable via controllable or controllable gas nozzles, so that the desired gas pressure is established at the lowest possible flow velocities. Preferably, it is adjusted mass flow, that this heat flow between the thermally loaded element 8th and the tempering 10 less than 0.1 of the heat flow through conduction contributes.

Die Kühlvorrichtung bzw. Vorrichtung 9 ist innerhalb des Gehäuses 6 des Projektionsobjektivs 5 angeordnet (dies ist in 2 schematisch dargestellt). Des Weiteren kann sie auch innerhalb eines Gehäuses (nicht dargestellt) eines EUV-Beleuchtungssytems 3 angeordnet sein. Die Stärke des Wärmeabflusses bzw. der Kühlleistung des Kühlelements 10 ist über den einstellbaren Druck P des Gases regelbar. Wird ein Gasgemisch aus mehreren Gasen eingesetzt, so können die Partialdrücke der jeweiligen Gase so geregelt werden, dass diese einen Gesamtdruck P ergeben, wobei jedoch die Gasmischung in ihrer Zusammensetzung variieren kann. Durch die Variation der Gaszusammensetzung kann unabhängig vom Druck P des Gasgemisches und dem Abstand L zwischen dem thermisch belastetem Element 8 und Temperierelement 10 der Wärmefluss zwischen thermisch belastetem Element und Tempereierele ment eingestellt werden, wenn z. B. Gase mit sehr stark unterschiedlichem Wärmeleitwert gemisst werden, wie z. B. Wasserstoff und/oder Helium mit Stickstoff. Der Partialdruck P muss dazu ebenfalls gesteuert bzw. geregelt werden. Durch den Druck P des Gasgemisches und/oder die Partialdrücke Pi ist somit eine unkritische Strömungsgeschwindigkeit des Gases einstellbar, wodurch keine mechanischen Anregungen des Spiegels 8 und keine Spiegeldeformationen verursacht werden. Der Druck bzw. die Partialdrücke P, Pi bzw. der Massenstrom des Gases oder der Gaskomponenten des Gasgemisches ist oder sind über eine Gasdüse 12 oder über mehrere Gasdüsen einstellbar. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als Gas z. B. Helium verwendet. Es ist jedoch noch eine Vielzahl weiterer Gase bzw. Gasgemische einsetzbar. Da in dem Projektionsobjektiv 5 zum Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 1 wenigstens annähernd ein Vakuum vorliegen sollte, muss das Gas bzw. das Helium auch wieder abgesaugt werden, wodurch ein entsprechender Kreislauf entsteht. Dazu ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Einrichtung zum Absaugen 13 vorgesehen. Die Gaseinleitung und/oder der Gasauslass kann auch z. B. über ein Labyrinth oder dergleichen erfolgen, so dass die Spiegel 8 nicht direkt dem ein- und/oder ausströmenden Gasstrom ausgesetzt sind. Grundsätzlich ist kein abgeschlossener Raum 11 erforderlich. Das Kühlelement 10 ist z. B. als Wasserkühler ausgebildet und weist entsprechende Wasserleitungen 10a auf. Wie weiter aus 2 ersichtlich, weist das Kühlelement 10 Vorsprünge 14 auf, welche in Rücksprünge 15 des Spiegels 8 eingreifen, wobei jedoch immer ein Gasraum 11 zwischen Spiegel 8 und Kühlelement 10 verbleibt (stark vereinfacht dargestellt). Der Wärmeabfluss zwischen dem Spiegel 8 und dem Kühlelement 10 durch Konduktion über den Gasraum 11 ist durch Doppelpfeile angedeutet. Die Strömung des Gases etwa senkrecht zu den Doppelpfeilen wird dabei so weit reduziert, dass die oben angegebenen Bedingungen hinsichtlich des Konvektionsbeitrages zum Wärmefluss erfüllt sind. Häufig werden Strömungsgeschwindigkeiten von kleiner als 1 m/s eingesetzt. Die Strömungsgeschwindigkeit des Gases oder des Gasgemisches wird auch von der Länge der Strömung, bzw. des Strömungskanals, der in 2 durch die Vor- und Rücksprünge 14 und 15 gebildet wird, und der Temperaturdifferenz zwischen dem thermisch belasteten Element (dem Spiegel 8) und dem Temperierele ment (dem Kühler 10) mitbestimmt. Damit sind Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich von 0.01 m/s bis 2 m/s möglich, wobei mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit der Konvektionsanteil am Wärmefluss zwischen Spiegel 8 und Kühler 10 zunimmt, insbesondere, wenn ein etwa mäanderförmiger Strömungskanal zwischen Spiegel 8 (thermisch belastetem Element) und Kühler 10 (Temperierelement) ausgebildet ist, wie dies in 2 schematisch durch die Ausbildung der Vor- und Rücksprünge 14, 15 dargestellt ist.The cooling device or device 9 is inside the case 6 of the projection lens 5 arranged (this is in 2 shown schematically). Furthermore, it may also be inside a housing (not shown) of an EUV lighting system 3 be arranged. The strength of the heat flow or the cooling capacity of the cooling element 10 is adjustable via the adjustable pressure P of the gas. If a gas mixture of several gases is used, the partial pressures of the respective gases can be controlled so that they give a total pressure P, but the composition of the gas mixture can vary. Due to the variation of the gas composition, regardless of the pressure P of the gas mixture and the distance L between the thermally loaded element 8th and tempering 10 the heat flow between thermally loaded element and Tempereierele be set ment when z. B. gases are measured with very different thermal conductivity, such. As hydrogen and / or helium with nitrogen. The partial pressure P must also be controlled or regulated for this purpose. By the pressure P of the gas mixture and / or the partial pressures P i is thus an uncritical flow rate of the gas adjustable, whereby no mechanical stimuli of the mirror 8th and no mirror deformations are caused. The pressure or the partial pressures P, P i or the mass flow of the gas or of the gas components of the gas mixture is or are via a gas nozzle 12 or adjustable via several gas nozzles. In the present embodiment is used as gas z. B. helium used. However, it is still a variety of other gases or gas mixtures used. Because in the projection lens 5 for operation of the projection exposure apparatus 1 At least approximately a vacuum should be present, the gas or helium must be sucked off again, creating a corresponding circuit. This is in the present embodiment a Device for suction 13 intended. The gas inlet and / or the gas outlet can also z. B. via a labyrinth or the like, so that the mirror 8th not directly exposed to the incoming and / or outflowing gas stream. Basically, it is not a closed room 11 required. The cooling element 10 is z. B. designed as a water cooler and has appropriate water pipes 10a on. How farther 2 can be seen, the cooling element 10 projections 14 on which in returns 15 of the mirror 8th intervene, but always a gas space 11 between mirrors 8th and cooling element 10 remains (simplified). The heat flow between the mirror 8th and the cooling element 10 by conduction through the gas space 11 is indicated by double arrows. The flow of the gas approximately perpendicular to the double arrows is thereby reduced so far that the conditions specified above are satisfied with regard to the convection contribution to the heat flow. Frequently, flow velocities of less than 1 m / s are used. The flow velocity of the gas or the gas mixture is also determined by the length of the flow, or the flow channel, in 2 through the projections and recesses 14 and 15 is formed, and the temperature difference between the thermally stressed element (the mirror 8th ) and the Temperierele element (the radiator 10 ). Flow velocities in the range of 0.01 m / s to 2 m / s are possible, whereby with increasing flow velocity the convection component of the heat flux between mirror 8th and coolers 10 increases, in particular, when an approximately meandering flow channel between mirror 8th (thermally loaded element) and radiator 10 (Temperierelement) is formed, as shown in 2 schematically by the formation of the projections and recesses 14 . 15 is shown.

3 soll das physikalische Prinzip der Konduktion Q bzw. Wärmeleitung als Wärmeübertragungsmechanismus verdeutlichen. Die effektive Wärmeleitfähigkeit K des Gases bzw. ein Thermalwiderstand R(P) zwischen thermisch belastetem Element 8 und Kühlelement 10 ist druckabhängig. Der Thermalwiderstand R(P) der Gasspalte 11 ist dabei wie folgt definiert: R(P) = LK(P)·A ,wobei:

L
die Länge der Gasspalte
A
die Fläche, durch die die Wärme strömt (L und A sind sogenannte geometrische Parameter) und
K
die effektive Wärmeleitfähigkeit [W/mK] des Gases ist.
3 should clarify the physical principle of the conduction Q or heat conduction as a heat transfer mechanism. The effective thermal conductivity K of the gas or a thermal resistance R (P) between thermally loaded element 8th and cooling element 10 is pressure dependent. The thermal resistance R (P) of the gas column 11 is defined as follows: R (P) = L K (P) · A . in which:
L
the length of the gas column
A
the area through which the heat flows (L and A are so-called geometric parameters) and
K
the effective thermal conductivity [W / mK] of the gas is.

Dabei ist vorausgesetzt, dass die mittlere freie Weglänge der Gasmoleküle und/oder Gasatome größer ist als die Länge der Gasspalte. Dies ist bei den niedrigen Drücken in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage üblicherweise gegeben.there It is assumed that the mean free path of the Gas molecules and / or gas atoms is greater as the length of the gas column. This is at the low Press in an EUV projection exposure equipment usually given.

Die Modellierung der Gasatmosphäre erfolgt über die Gasparameter maximale bzw. zu senkende Temperatur Tmax, Kühlertemperatur Tmin, Länge der Gasspalte und dem Druck P des Gases, bzw. den Partialdrücken Pi der Gase i des Gasgemisches.The modeling of the gas atmosphere via the gas parameters maximum or to be lowered temperature T max , cooler temperature T min , length of the gas column and the pressure P of the gas, or the partial pressures P i of the gases i of the gas mixture.

Wie weiter aus 3 ersichtlich, erfolgt der Wärmeabfluss über Wärmeleitung bzw. Konduktion Q von dem Spiegel 8 mit der Temperatur Tmax an das Kühlelement 10 mit der entsprechenden Kühlertemperatur Tmin. Der Gasraum 11 weist einen Abstand L auf.How farther 3 can be seen, the heat transfer takes place via heat conduction or conduction Q of the mirror 8th with the temperature T max to the cooling element 10 with the corresponding radiator temperature T min . The gas space 11 has a distance L.

Stark vereinfacht sind Gasmoleküle 16 dargestellt. In dieser vereinfachten Darstellung der 3 ist auf eine Strömung des Gases mit Geschwindigkeitskomponenten in Richtung parallel zur Fläche des Spiegels 8 (des thermisch belasteten Elements) und/oder senkrecht zur Fläche des Spiegels verzichtet. Letztere können z. B. durch freie Konvektion auftreten, erste durch freie und/oder erzwungene Konvektion. Erfindungsgemäß werden diese Geschwindigkeitskomponenten im oben angegebenen Geschwindigkeitsbereich von 0.01 m/s bis 2 m/s oder weniger gehalten.Gas molecules are greatly simplified 16 shown. In this simplified illustration of the 3 is due to a flow of gas with velocity components in the direction parallel to the surface of the mirror 8th (of the thermally loaded element) and / or omitted perpendicular to the surface of the mirror. The latter can z. B. occur by free convection, first by free and / or forced convection. According to the invention, these speed components are kept in the above-mentioned speed range of 0.01 m / s to 2 m / s or less.

4 zeigt sehr schematisch den Zusammenhang zwischen der Wärmeleitfähigkeit K von Wasserstoff bzw. für eine Wasserstoffatmosphäre und dem Druck P. Dabei ist auf der vertikalen Achse die Wärmeleitfähigkeit K und auf der horizontalen Achse der Druck P aufgetragen. Gase mit einer gegenüber Luft höheren Wärmeleitfähigkeit sind zu bevorzugen. Unter atmosphärischen Bedingungen besitzt Wasserstoff eine Wärmeleitfähigkeit K von 0,173 W/mK und Helium von 0,142 W/mK, während Luft lediglich 0,024 W/mK aufweist. Mehr quantitativ ist die Wärmeleitfähigkeit als Funktion vom Druck für Wasserstoff in 5 in einer doppellogarithmischen Darstellung dargestellt. 4 shows very schematically the relationship between the thermal conductivity K of hydrogen or for a hydrogen atmosphere and the pressure P. In this case, the thermal conductivity K and on the horizontal axis of the pressure P is plotted on the vertical axis. Gases with a higher thermal conductivity than air are to be preferred. Under atmospheric conditions, hydrogen has a thermal conductivity K of 0.173 W / mK and helium of 0.142 W / mK, while air has only 0.024 W / mK. More quantitatively, the thermal conductivity is a function of the pressure for hydrogen in 5 shown in a double logarithmic representation.

Des Weiteren kommen beispielsweise folgende Gase und etwaige Mischungen in Betracht, die bezüglich ihrer etwaigen Reaktionen so gemischt werden, dass die jeweilige Mischung außerhalb ihrer jeweiligen Reaktionsgrenzen bei den jeweiligen Temperaturen und Drücken sind: Ethan, Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff, Ethylalkohol (Ethanol), Propan, Methylalkohol (Methanol), Ethylen, Distickstoffoxid, Schwefeldioxid, Wasser, Kohlenstoffdioxid, Ammoniak, Methan, Stickstoffdioxid, Brom, Chlor, Stickstoffmonoxid, Benzen, Fluor, Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Chlorwasserstoff, Bromwasserstoff, Neon, Helium, Xenon, Argon, M-Xylen, 1,3-Butadien, Guten, Anilin, Butylenoxid, Chlorbenzen, Chloropren, Cumol, Cyclobutan, Cyclohexan, Cyclopentan, Cyclopropan, Ethylbenzen, Ehtylenoxid, Hydrazin, Fluorwasserstoff, Jodwasserstoff, Wasserstoffperoxid, Jod, Isobutylen, Isopren, Methylchlorid, Methylenchlorid, Naphthalin, n-Butanol, o-Xylol, Phenol, Propanol-n, Propylen, Propylenoxid, p-xylol, Styrol, Schwefeltrioxid und Toluol.Furthermore, for example, the following gases and any mixtures come into consideration, the bezüg their respective reactions are mixed so that the respective mixture outside their respective reaction limits at the respective temperatures and pressures are: ethane, chloroform, carbon tetrachloride, ethyl alcohol (ethanol), propane, methyl alcohol (methanol), ethylene, nitrous oxide, sulfur dioxide, water, Carbon dioxide, ammonia, methane, nitrogen dioxide, bromine, chlorine, nitrogen monoxide, benzene, fluorine, oxygen, nitrogen, hydrogen, hydrogen chloride, hydrogen bromide, neon, helium, xenon, argon, M-xylene, 1,3-butadiene, good, aniline, Butylene oxide, chlorobenzene, chloroprene, cumene, cyclobutane, cyclohexane, cyclopentane, cyclopropane, ethylbenzene, ethylene oxide, hydrazine, hydrogen fluoride, hydrogen iodide, hydrogen peroxide, iodine, isobutylene, isoprene, methyl chloride, methylene chloride, naphthalene, n-butanol, o-xylene, phenol, Propanol-n, propylene, propylene oxide, p-xylene, styrene, sulfur trioxide and toluene.

Wie aus 4 ersichtlich, wurde zur Untersuchung des Gases als Wärmeübertragungsmedium der Zusammenhang Wärmeleitfähigkeit K zu Druck P in drei Abhängigkeitsbereiche, nämlich einen Hochdruckbereich H, einen Übergangsbereich U und einen Niedrigdruckbereich N unterteilt. Im Niedrigdruckbereich N sowie im Übergangsbereich U ist die effektive Wärmeleitfähigkeit K proportional zum Druck P, wobei der Übergangsbereich U eine Mischung aus Niedrigdruckbereich N und Hochdruckbereich H mit einem Anstieg der Viskosität η ist. Ein möglicher Arbeitspunkt in dem Übergangsbereich U wird durch die quadratische Markierung M in 5 angedeutet. Dieser Arbeitspunkt kann entsprechend der Ausführung variieren. Je mehr Gasmoleküle 16 hinzugefügt werden, desto größer ist die effektive Wärmeleitfähigkeit K des Gases zwischen warmer und kalter Fläche. Somit gilt für die abgeführte Wärmeleistung bzw. KühlleistungN im Niedrigdruckbereich N und zum Teil im Übergangsbereich U: KühlleistungN = P·a·K·(Tmax – Tmin)AL ,wobei a der Wärmeübergang zwischen Gas und Fläche (Accomodation Factor) ist.How out 4 As can be seen, the relationship between thermal conductivity K and pressure P has been subdivided into three dependency ranges, namely a high-pressure region H, a transition region U and a low-pressure region N, in order to examine the gas as a heat transfer medium. In the low-pressure region N and in the transition region U, the effective thermal conductivity K is proportional to the pressure P, the transition region U being a mixture of low-pressure region N and high-pressure region H with an increase in the viscosity η. A possible operating point in the transition region U is indicated by the square mark M in FIG 5 indicated. This operating point may vary according to the design. The more gas molecules 16 to be added, the greater the effective thermal conductivity K of the gas between the warm and cold surfaces. Thus applies to the dissipated heat output or cooling capacity N in the low pressure region N and partly in the transition region U: cooling capacity N = P · a · K · (T Max - T min ) A L . where a is the heat transfer between gas and surface (Accommodation Factor).

Im Hochdruckbereich H ist die Wärmeleitfähigkeit K ein konstanter Wert. Dieser wird nicht mehr durch den Druck P beschränkt, sondern durch die Viskosität η. Die Bewegung der Gasmoleküle 16 wird aufgrund von Kollisionen mit benachbarten Gasmolekülen 16 verhindert, daher wird die Wärmeleitfähigkeit K durch eine weitere Druckerhöhung nicht mehr gesteigert. Sonach gilt für die abgeführte Wärmeleistung bzw. KühlleistungH im Hochdruckbereich H: KühlleistungH = C·η·Cν·(Tmax – Tmin)AL , wobei C und Cν Materialkonstanten darstellen. In diesem Bereich ist die mittlere freie Weglänge der Gasatome und/oder Gasmolekü le größer als z. B. die Länge L der Gasspalte aus 3.In the high pressure region H, the thermal conductivity K is a constant value. This is no longer limited by the pressure P, but by the viscosity η. The movement of the gas molecules 16 is due to collisions with neighboring gas molecules 16 prevents, therefore, the thermal conductivity K is not increased by a further increase in pressure. The following applies to the dissipated heat output or cooling capacity H in the high-pressure region H: cooling capacity H = C · η · C ν * (T Max - T min ) A L where C and C ν represent material constants. In this area, the mean free path of the gas atoms and / or Gasmolekü le is greater than z. B. the length L of the gas column 3 ,

In dem Übergangsbereich U ist die Konduktivität der Gasphase eine Kombination der Prozesse in den Bereichen N und H und wird durch Addition der parallel auftretenden thermischen Widerstände in den Bereichen N und H berechnet:

Figure 00140001
In the transition region U, the conductivity of the gas phase is a combination of the processes in the ranges N and H and is calculated by adding the parallel occurring thermal resistances in the ranges N and H:
Figure 00140001

6 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 9'. Dabei sind Spiegelfacetten 17 in einer Spiegelfassung 18 angeordnet, welche wiederum in einer Struktur 6' angeordnet ist, welche ein Gehäuse 6 eines Projektionsobjektivs 5 bzw. ein Gehäuse eines EUV-Beleuchtungssystems 3 sein kann. Die strichgepunktete Linie 19 deutet dabei eine mögliche aber nicht notwendige Symmetrieachse der Anordnung an. Die gepunkteten Pfeile 20 deuten die einfallende Energiestrahlung an. Gestrichelte Pfeile zeigen eine Wärmestrahlung (Radiation) an. Die durchgezogenen Pfeile bezeichnen eine wärmeleitende Verbindung über Wasserstoff (H2) mittels Konduktion. Zwischen einer Blendenscheibe 21 als thermisches belastetes Element und einem Blendenrahmen 22 als Kühlelement erfolgt ein Wärmeabfluss über Konduktion Q bzw. Wärmeleitung. Die Struktur 6' des Blendenrahmens 22 und die Spiegelfassung 18 können dabei beispielsweise eine Temperatur von 23°C aufweisen, wobei die Spiegelfacetten 17 und die Blendenscheibe 21 eine Temperatur von 45°C aufweisen können. Somit kann eine entsprechende Wärmeableitung erfolgen. 6 shows a second embodiment of a device according to the invention 9 ' , These are mirror facets 17 in a mirror version 18 arranged, which in turn in a structure 6 ' is arranged, which is a housing 6 a projection lens 5 or a housing of an EUV lighting system 3 can be. The dash-dotted line 19 indicates a possible but not necessary symmetry axis of the arrangement. The dotted arrows 20 indicate the incident energy radiation. Dashed arrows indicate radiant heat. The solid arrows indicate a thermally conductive compound via hydrogen (H 2 ) by means of conduction. Between an aperture disc 21 as a thermally loaded element and an aperture frame 22 As a cooling element there is a heat discharge via conduction Q or heat conduction. The structure 6 ' of the bezel frame 22 and the mirror version 18 can for example have a temperature of 23 ° C, wherein the mirror facets 17 and the aperture disc 21 may have a temperature of 45 ° C. Thus, a corresponding heat dissipation can take place.

7 zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 9''. Eine Struktur ist mit dem Bezugszeichen 6'' versehen, welche ebenfalls ein Gehäuse 6 eines Projektionsobjektivs 5 bzw. ein Gehäuse eines EUV-Beleuchtungssytems 3 sein kann. Auswechselbare bzw. austauschbare Blendenscheiben 21' sind als thermisch belastete Elemente über Blendenrahmen 22' in einem Wechselrahmen 23 angeordnet. Zwischen der Blendenscheibe 21' und dem Blendenrahmen 22' erfolgt eine Wärmeübertragung über Konduk tion Q. Die gestrichelten und durchgezogenen Doppelpfeile zeigen wiederum wie in 6 die entsprechenden Verbindungen an (in 7 nur für die mittleren Elemente 21', 22' dargestellt). Ebenso markiert die strichgepunktete Linie 19 die Symmetrieachse. 7 shows a third embodiment of a device according to the invention 9 '' , A structure is denoted by the reference numeral 6 '' provided, which also has a housing 6 a projection lens 5 or a housing of an EUV lighting system 3 can be. Interchangeable or exchangeable orifice plates 21 ' are as thermally loaded elements via bezel frames 22 ' in a removable frame 23 arranged. Between the aperture plate 21 ' and the bezel 22 ' Heat is transferred via Konduk tion Q. The dashed and solid double arrows again show as in 6 the corresponding compounds (in 7 only for the middle elements 21 ' . 22 ' shown). Likewise marked the dot-dashed line 19 the axis of symmetry.

Es können auch mechatronische Komponenten durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gekühlt werden.It can also mechatronic components by the invention Device to be cooled.

Selbstverständlich können die Kühlelemente ebenfalls thermisch belastete Elemente sein, welche durch weitere Kühlelemente mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung gekühlt werden.Of course The cooling elements can also thermally loaded Be elements by means of other cooling elements the device of the invention cooled become.

8 zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 9 wobei als thermisch belastetes Element ein flexibler Mikrospiegel 24 (Beweglichkeit durch Strichelung rechts in 8 angedeutet) vorgesehen ist. Des weiteren ist ein Kühlelement 25 mit einer Gasdüse 12' und einer Einrichtung zum Absaugen 13' vorgesehen. Der Wärmetransport erfolgt über die Gasmoleküle 16, wobei die unschraffierten Gasmoleküle 16 eine niedrige Temperatur und die schraffierten Gasmoleküle 16 entsprechend eine durch den flexiblen Mikrospiegel 24 erhöhte Temperatur aufweisen. Der Wärmefluss ist durch einen gestrichelten Pfeil angedeutet. Die durchgezogenen Pfeile zeigen stark vereinfacht die Bewegungsrichtung der Gasmoleküle 16 an. Der hierbei auftretende Wärmefluss durch Konvektion und Konduktion ist dabei so gewählt, dass der Beitrag der Konvektion weniger als 0.25 des Beitrages der Konduktion beträgt. Dies wird durch die Dimensionierung des Abstandes der Gasdüsen zur Spiegeloberfläche, den Gasdruck und den Druckgradienten zwischen der Gaseinlassdüse 12' und der Gasabsaugdüse 13' erreicht. 8th shows a third embodiment of a device according to the invention 9 as a thermally loaded element, a flexible micromirror 24 (Agility by dashes right in 8th indicated) is provided. Furthermore, a cooling element 25 with a gas nozzle 12 ' and a suction device 13 ' intended. The heat transport takes place via the gas molecules 16 , where the unshaded gas molecules 16 a low temperature and the hatched gas molecules 16 according to a through the flexible micromirror 24 have elevated temperature. The heat flow is indicated by a dashed arrow. The solid arrows show greatly simplified the direction of movement of the gas molecules 16 at. The resulting heat flow through convection and conduction is chosen so that the contribution of the convection is less than 0.25 of the contribution of the conduction. This is done by sizing the distance of the gas nozzles to the mirror surface, the gas pressure and the pressure gradient between the gas inlet nozzle 12 ' and the gas suction nozzle 13 ' reached.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - EP 1376185 A2 [0006] - EP 1376185 A2 [0006]
  • - DE 10050125 A1 [0007] DE 10050125 A1 [0007]
  • - US 6768600 B2 [0007] - US 6768600 B2 [0007]
  • - WO 03/086955 A1 [0008] - WO 03/086955 A1 [0008]

Claims (13)

Vorrichtung (9, 9', 9'', 9'') zur Temperierung eines thermisch belasteten Elements (8, 21, 21', 24) einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage (1), wobei wenigstens ein von dem thermisch belasteten Element (8, 21, 21', 24) räumlich getrenntes und davon beabstandetes Temperierelement (10, 22, 22', 25) vorgesehen ist, wobei zwischen dem thermisch belasteten Element (8, 21, 21', 24) und dem Temperierelement (10, 22, 22', 25) ein Gasraum (11) vorgesehen ist, wobei der Gasraum (11) ein Gas (16) mit einem einstellbaren Druck (P) aufweist, und wobei der Wärmefluss zwischen dem thermisch belasteten Element (8, 21, 21', 24) und dem Temperierelement (10, 22, 22', 25) über das Gas (16) mittels Konduktion (Q) erfolgt.Contraption ( 9 . 9 ' . 9 '' . 9 '' ) for controlling the temperature of a thermally stressed element ( 8th . 21 . 21 ' . 24 ) of an EUV projection exposure apparatus ( 1 ), wherein at least one of the thermally stressed element ( 8th . 21 . 21 ' . 24 ) spatially separated and spaced therefrom tempering ( 10 . 22 . 22 ' . 25 ) is provided, wherein between the thermally loaded element ( 8th . 21 . 21 ' . 24 ) and the tempering element ( 10 . 22 . 22 ' . 25 ) a gas space ( 11 ) is provided, wherein the gas space ( 11 ) a gas ( 16 ) with an adjustable pressure (P), and wherein the heat flow between the thermally stressed element ( 8th . 21 . 21 ' . 24 ) and the tempering element ( 10 . 22 . 22 ' . 25 ) over the gas ( 16 ) by means of conduction (Q). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas ein Gasgemisch ist, welches wenigstens zwei Gase umfasst, deren jeweilige Partialdrücke sich zum Druck (P) addieren.Device according to claim 1, characterized in that that the gas is a gas mixture comprising at least two gases, their respective partial pressures add up to the pressure (P). Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmefluss zwischen dem thermisch belasteten Element (8, 21, 21', 24) und dem Temperierelement (10, 22, 22', 25) über das Gas (16) durch Konvektion und Konduktion erfolgt, wobei der Beitrag der Konvektion weniger als 0.25 des Beitrages der Konduktion beträgt.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the heat flow between the thermally loaded element ( 8th . 21 . 21 ' . 24 ) and the tempering element ( 10 . 22 . 22 ' . 25 ) over the gas ( 16 ) by convection and conduction, the convective contribution being less than 0.25 of the contribution of the conduction. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmefluss mittels einer Steuer- oder Regelvorrichtung über den einstellbaren Druck (P) des Gases (16) und/oder über wenigstens einen Partialdruck eines Gases des Gasgemisches steuerbar oder regelbar ist.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the heat flow by means of a control or regulating device on the adjustable pressure (P) of the gas ( 16 ) and / or controllable or controllable via at least a partial pressure of a gas of the gas mixture. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas in dem Gasraum einen Massenstrom aufweist, der über eine Gasdüse (12, 12') einstellbar ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the gas in the gas space has a mass flow through a gas nozzle ( 12 . 12 ' ) is adjustable. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenstrom zum Wärmefluss zwischen dem thermisch belasteten Element (8, 21, 21', 24) und dem Temperierelement (10, 22, 22', 25) weniger als 0.25 des Wärmeflusses durch Konduktion beiträgt.Apparatus according to claim 5, characterized in that the mass flow for heat flow between the thermally loaded element ( 8th . 21 . 21 ' . 24 ) and the tempering element ( 10 . 22 . 22 ' . 25 ) contributes less than 0.25 of the heat flux through conduction. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas (16) eine höheren Wärmeleitfähigkeit (K) als Luft aufweist.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the gas ( 16 ) has a higher thermal conductivity (K) than air. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch belastete Element ein optisches Element (8, 21, 21', 24) ist.Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the thermally stressed element is an optical element ( 8th . 21 . 21 ' . 24 ). Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element ein in wenigstens einem Winkel zu einem auf das optische Element einfallendes Strahlenbündel einstellbarer Mikrospiegel (24) ist.Device according to Claim 8, characterized in that the optical element has an at least one angle to a radiation beam of adjustable micromirrors (FIG. 24 ). Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (21') auswechselbar und/oder austauschbar ist.Device according to claim 8 or 9, characterized in that the optical element ( 21 ' ) is interchangeable and / or replaceable. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass thermisch belastete Element ein mechatronisches Element (21') ist.Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that thermally stressed element is a mechatronic element ( 21 ' ). Projektionsobjektiv (5), einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, mit mehreren in einem Gehäuse (6) angeordneten optischen Elementen (8) und mit wenigstens einer Vorrichtung (9) zur Temperierung eines thermisch belasteten Elements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, mittels welcher wenigstens eines der optischen Elemente (8) als thermisch belastetes Element heizbar und/oder kühlbar ist.Projection lens ( 5 ), an EUV projection exposure machine ( 1 ) for microlithography for the production of semiconductor devices, with several in one housing ( 6 ) arranged optical elements ( 8th ) and with at least one device ( 9 ) for controlling the temperature of a thermally stressed element according to one of claims 1 to 11, by means of which at least one of the optical elements ( 8th ) is heatable and / or coolable as a thermally loaded element. Beleuchtungssystem (3) einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, mit einer Lichtquelle (2), mit mehreren optischen Elementen (8), zur Strahlformung der von der Lichtquelle abgegebenen Strahlung und mit wenigstens einer Vorrichtung zur Temperierung eines thermisch belasteten Elements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, mittels welcher wenigstens eines der optischen Elemente als thermisch belastetes Element heizbar und/oder kühlbar ist.Lighting system ( 3 ) of an EUV projection exposure apparatus ( 1 ) for microlithography for the production of semiconductor devices, with a light source ( 2 ), with several optical elements ( 8th ), for beam shaping of the radiation emitted by the light source and with at least one device for tempering a thermally loaded element according to one of claims 1 to 11, by means of which at least one of the optical elements as a thermally loaded element is heated and / or cooled.
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