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Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für zumindest eine Systemkomponente eines optischen Systems für EUV-Anwendungen, mit zumindest einem Kühlkanal und mit einem Kühlmedium zum Durchleiten durch den zumindest einen Kühlkanal, Aufnehmen von Wärme von der zumindest einen Systemkomponente und zum Abführen der Wärme.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Systemkomponente eines optischen Systems für EUV-Anwendungen sowie ein optisches System für EUV-Anwendungen mit einem Kühlsystem der vorstehend genannten Art.
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Ein Kühlsystem sowie eine Systemkomponente und ein optisches System für EUV-Anwendungen sind beispielsweise aus dem Dokument
US 7,591,561 B2 bekannt.
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Ein optisches System für EUV-Anwendungen ist im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage oder ein Teilsystem einer solchen EUV-Projektionsbelichtungsanlage.
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Eine Systemkomponente einer solchen EUV-Projektionsbelichtungsanlage ist im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein optisches Element, insbesondere ein Spiegel.
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Eine Projektionsbelichtungsanlage für die Lithographie wird beispielsweise zur Herstellung von fein strukturierten elektronischen Bauelementen verwendet. Eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage arbeitet mit kurzwelliger Strahlung, und zwar mit Strahlung im extremen Ultraviolett, abgekürzt als EUV-Strahlung, deren Wellenlänge beispielsweise im Bereich von etwa 5 nm bis etwa 20 nm liegt.
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Bei einem optischen System für EUV-Anwendungen ergibt sich als technisches Problem, dass sich insbesondere die optischen Elemente des optischen Systems aufgrund Beaufschlagung mit EUV-Strahlung stark aufheizen. Der Wärmeeintrag führt zu einer Aufheizung der optischen Elemente, mit der Folge, dass sich die optischen Elemente während des Betriebes verformen können. Die Deformation bereits eines einzelnen optischen Elements kann unerwünschte Abbildungsfehler des optischen Systems zur Folge haben.
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Es wurden daher Kühlsysteme vorgeschlagen, die dazu dienen, die im Betrieb aufgrund der Einwirkung der EUV-Strahlung in das optische System eingetragene Wärme von einzelnen oder allen Systemkomponenten des optischen Systems abzuführen, um für eine entsprechende Kühlung zu sorgen. Die Kühlung eines optischen Systems in derzeitigen EUV-Lithographie-Systemen ist allerdings aufgrund der hohen Wärmestromdichte auf den optischen Elementen und des relativ hohen Wärmewiderstandes der optischen Elemente sowie aufgrund der Stabilitätsanforderung gegenüber Deformationen der optischen Elemente schwierig. Um ein Überheizen kritischer Komponenten und Materialien zu vermeiden, muss das Kühlmedium in der Lage sein, Wärme von dem System in einem ausreichenden Maß zu entfernen, das von der Materialauswahl sowie von den Leistungseinstellungen des Systems abhängt.
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In dem eingangs genannten Dokument
US 7,591,561 B2 wird vorgeschlagen, in dem optischen Element oder in den optischen Elementen eine Mehrzahl von Kühlkanälen vorzusehen, durch die ein Kühlmedium geleitet wird, das dort nicht näher spezifiziert ist, außer dass es ein beliebiges geeignetes Fluid oder eine Flüssigkeit sein soll, die leitend ist und eine relativ hohe Wärmekapazität aufweist.
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In bekannten Kühlsystemen für optische Systeme für EUV-Anwendungen werden unter anderem Kühlmedien verwendet, wie beispielsweise Gemische aus Wasser und Glycol. Die Verwendung von Kühlmitteln wie Glycol oder Wasser-Glycol-Gemische birgt die Gefahr von Kontaminationen der Systemkomponenten, insbesondere der optischen Elemente des optischen Systems, in sich.
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Weitere Nachteile bekannter Kühlsysteme für optische Systeme für EUV-Anwendungen bestehen darin, dass die verwendeten Kühlmedien häufig korrosiv gegenüber den Systemkomponenten wirken, die typischerweise Materialien wie Kupfer und Aluminium aufweisen.
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Es wurde auch die Tieftemperaturkühlung, beispielsweise mit flüssigem Stickstoff, vorgeschlagen, was jedoch den Nachteil hat, dass die tiefe Kühltemperatur deutlich geringer ist als die Umgebungstemperatur des optischen Systems, die normalerweise bei üblicher Raumtemperatur liegt, wodurch ein hoher Aufwand in Bezug auf die Wärmeisolierung des Kühlsystems gegenüber der Umgebung betrieben werden muss.
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Weitere Nachteile herkömmlicher Kühlsysteme bestehen in der Gefahr von Kondensation, größeren Wärmegradienten im Zuführbereich des Kühlmediums, und in der Gefahr von wärmebedingten Deformationen kritischer Systemkomponenten.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kühlsystem der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass es einerseits in der Lage ist, Wärme von dem optischen System bzw. seinen Systemkomponenten wirksam abzuführen, andererseits wenig aufwändig ist und ohne tiefe Temperaturen wie im Fall der Tieftemperaturkühlung auskommt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich des eingangs genannten Kühlsystems dadurch gelöst, dass das Kühlmedium ein nicht entflammbares dielektrisches Fluid, ausgenommen reines Wasser, aufweist.
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Dielektrische Fluide als Kühlmedien für optische Systeme für EUV-Anwendungen haben den Vorteil, dass sie bei der Soll-Betriebstemperatur von EUV-Systemen, das heißt im Bereich von etwa 20°C bis etwa 22°C, thermische Eigenschaften aufweisen, die im Vergleich zu Luft oder Stickstoffgas bei einer einphasigen Kühlung einen erhöhten Wärmeübertrag und eine erhöhte Wärmeabfuhr ermöglichen. Dielektrische Fluide haben gegenüber reinem Wasser den wesentlichen Vorteil, dass sie eine bessere Kompatibilität mit den Materialien der Systemkomponenten, wie beispielsweise Kupfer und Aluminium, besitzen und insbesondere weniger korrosiv wirken, wenn sie mit typischen Strukturmaterialien wie Kupfer und Aluminium in Berührung kommen. Aus diesem Grund ist reines Wasser, das als dielektrisches Fluid betrachtet werden kann, erfindungsgemäß von der Auswahl als Kühlmedium ausgenommen, da dessen Absorption von Gasen wie CO2 zu einer verschlechterten Materialkompatibilität und damit zu höherer Korrosionsgefahr führt.
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Ein weiterer Vorteil eines dielektrischen Fluids als Kühlmedium besteht darin, dass aufgrund der fehlenden Leitfähigkeit eines dielektrischen Fluids elektronische Komponenten des optischen Systems im Falle einer Leckage, bei der Kühlmedium austritt, nicht beschädigt werden.
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Weiter erfindungsgemäß ist das dielektrische Fluid nicht entflammbar, was gegenüber herkömmlichen Kühlmedien wie Ammoniak oder Glycol die Brandgefahr verringert bzw. sogar ganz vermeidet.
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Das Kühlmedium des erfindungsgemäßen Kühlsystems kann aus einem einzigen nicht entflammbaren dielektrischen Fluid, ausgenommen reines Wasser, bestehen, oder das Kühlmedium kann das nicht entflammbare dielektrische Fluid als Komponente eines Gemisches mit anderen Kühlmedien sein.
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Das dielektrische Fluid kann in dem zumindest einen Kühlkanal einphasig vorliegen, das heißt in flüssiger Phase oder in gasförmiger Phase, oder es kann zweiphasig vorliegen, das heißt als Gemisch aus flüssiger und gasförmiger Phase.
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Wenn das Kühlmedium in flüssiger Phase oder als Gemisch aus flüssiger und gasförmiger Phase vorliegt, kann insbesondere der Effekt genutzt werden, dass das Kühlmedium die Wärme von der zumindest einen Systemkomponente im Phasenübergang von flüssig zu gasförmig als latente Wärme aufnehmen kann, und zwar mit sehr hoher Wärmekapazität und entsprechend geringer Temperaturerhöhung des Kühlmediums. Es sind nicht entflammbare dielektrische Fluide erhältlich, deren Siedepunkt im Bereich um 30°C bei Atmosphärendruck liegt, was im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft ist, weil der vorstehend genannte Effekt, wonach das Kühlmedium die Wärme von der zumindest einen Systemkomponente als latente Wärme aufnehmen kann, im Bereich der Soll-Betriebstemperatur des optischen Systems und insbesondere bei Umgebungsdruck ausgenutzt werden kann. Dies bedeutet, dass das Kühlsystem eine stabile Temperatur der zumindest einen Systemkomponente bzw. des optischen Systems um die Soll-Betriebstemperatur des optischen Systems herum aufrechterhalten kann, ohne dass hierzu das Kühlmedium unter Druck gesetzt werden muss.
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Die Phase des dielektrischen Fluids kann sich beim Wärmeaustausch somit verändern. Es versteht sich auch, dass die Phase des Kühlmediums in unterschiedlichen Abschnitten des Kühlsystems unterschiedlich sein kann, und auch innerhalb eines bestimmten Abschnittes mit der Zeit oder bei Veränderung von Systemparametern des optischen Systems variieren kann. Das Kühlmedium kann während der Speicherung, während der Zuführung zu einer zu kühlenden Systemkomponente sowie nach Abfuhr des Kühlmediums nach Wärmeaufnahme von der zumindest einen Systemkomponente unterschiedliche Phasen (flüssig, gasförmig) einnehmen. Dabei kann die Phase des Kühlmediums sowohl zeitlich gesehen als auch räumlich gesehen in dem Kühlsystem verschieden sein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung steht das dielektrische Fluid in dem zumindest einen Kühlkanal unter einem Druck, der etwa Atmosphärendruck entspricht.
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Unter Atmosphärendruck ist hier der übliche äußere Umgebungsdruck des optischen Systems zu verstehen, der je nach geographischem Standort des optischen Systems im Bereich von etwa 800 mbar und 1300 mbar liegen kann. Es versteht sich, dass die zumindest eine Systemkomponente selbst unter anderen Drücken stehen kann, bspw. kann die zumindest eine Systemkomponente unter Vakuumbedingungen betrieben werden.
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Wenn das Kühlmedium bei Atmosphärendruck oder bei entsprechend dem Pumpendruck gegenüber dem Atmosphärendruck leicht erhöhten Druck betrieben werden kann, sind die Maßnahmen zur Sicherstellung der Dichtigkeit des Kühlsystems gegenüber dem Fall, dass das Kühlmedium unter einem gegenüber Atmosphärendruck deutlich erhöhten Druck steht, wesentlich weniger aufwändig.
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Ebenso ist es bevorzugt, wenn das dielektrische Fluid in dem zumindest einen Kühlkanal eine Temperatur aufweist, die in einem Bereich von etwa 15°C bis etwa 50°C, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 20°C bis etwa 40°C, liegt.
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Der Vorteil hierbei ist, dass im Unterschied zu einer Tieftemperaturkühlung deutlich weniger Aufwand für die Temperaturkonditionierung des dielektrischen Fluids und für die Isolierung betrieben werden muss.
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Im Sinne, dass der obengenannte Effekt genutzt werden kann, wonach das Kühlmedium die Wärme von der zumindest einen Systemkomponente als latente Wärme aufnehmen kann (zweiphasige Kühlung), ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass das dielektrische Fluid einen Siedepunkt in einem Temperaturbereich von etwa 15°C bis etwa 50°C, vorzugsweise in einem Temperaturbereich von etwa 25°C bis etwa 35°C, bei Atmosphärendruck aufweist. Wenn das Kühlmedium nur einphasig betrieben wird, sind selbstverständlich höhere Siedepunkte möglich und auch erwünscht, bspw. Siedepunkte > 30°C und bis über 200°C, bspw. 215°C.
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In dieser Ausgestaltung kann somit der Effekt der Aufnahme von Wärme als latente Wärme vorteilhaft bei Temperaturen um die Soll-Betriebstemperatur des optischen Systems herum genutzt werden.
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Das dielektrische Fluid wird weiterhin bevorzugt ein solches, das in einem Temperaturbereich von etwa 10°C bis etwa 50°C, vorzugsweise in einem Temperaturbereich von etwa 15°C bis etwa 35°C, flüssig ist.
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Hierdurch wird gewährleistet, dass das Kühlmedium in dem genannten Temperaturbereich nicht zu sieden beginnt, insbesondere wenn ein einphasiger Betrieb des Kühlmediums gewünscht ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das dielektrische Fluid eine elektrische Durchschlagfestigkeit in einem Bereich von etwa 10 MV/m bis etwa 70 MV/m auf.
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Die elektrische Durchschlagfestigkeit ist ein Maß dafür, ab welcher elektrischen Spannung es zwischen zwei Elektroden, die in einem bestimmten Abstand voneinander entfernt sind und zwischen denen das dielektrische Fluid vorhanden ist, zu einem Funkenüberschlag kommt. Für das erfindungsgemäße Kühlsystem wird somit ein dielektrisches Fluid mit einer hohen elektrischen Durchschlagfestigkeit gewählt, das bei einem Kontakt mit stromführenden Teilen im Falle einer Leckage nicht zu einem Kurzschluss führt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das dielektrische Fluid eine dynamische Viskosität in einem Bereich von etwa 0,3 cP (cP = Centi-Poise) bis etwa 1000 cP bei einer Temperatur von etwa 22°C und bei Atmosphärendruck auf.
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Eine derart geringe dynamische Viskosität hat den Vorteil, dass der Druckabfall entlang des zumindest einen Kühlkanals möglichst gering ist.
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Das dielektrische Fluid basiert vorzugsweise auf einem Fluorcarbon oder einem Perfluorcarbon, einem Fluorkohlenwasserstoffether.
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Als dielektrische Fluide für das erfindungsgemäße Kühlsystem können Fluide verwendet werden, wie sie von der Firma 3M als Serie unter dem Handelsnamen FluorinertTM vertrieben wird.
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Für eine einphasige Kühlung wird in einem Ausführungsbeispiel ein nicht entflammbares dielektrisches Fluid verwendet, das bei Atmosphärendruck und einer Temperatur im Bereich von etwa 15°C–30°C flüssig ist, das eine dynamische Viskosität zwischen etwa 0,3 cP–1000 cP bei 22°C und Atmosphärendruck und eine elektrische Durchschlagfestigkeit von 10 MV/m bis etwa 70 MV/m aufweist.
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In einem Ausführungsbeispiel für eine zweiphasige Kühlung wird ein nicht entflammbares dielektrisches Fluid verwendet, das zusätzlich zu den vorstehend genannten Parametern des Fluids für die einphasige Kühlung einen Siedepunkt zwischen 15°C–45°C aufweist.
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Der zumindest eine Kühlkanal des erfindungsgemäßen Kühlsystems kann in das optische System oder eine Struktur des optischen Systems, worunter bspw. eine Kammer, in der das optische System oder die zumindest eine Systemkomponente angeordnet ist, oder eine Platte, auf der das optische System oder die zumindest eine Systemkomponente, angeordnet ist, zu verstehen ist oder in die zumindest eine Systemkomponente integriert sein, oder er kann in einem Kühlkörper angeordnet sein, der mit der Struktur oder dem optischen System oder der zumindest einen Systemkomponente wärmeleitend verbunden ist, oder der Wärme von der zumindest einen Systemkomponente durch Wärmestrahlung, Konvektion oder Gasleitung aufnimmt. Es ist aber ebenso im Rahmen der Erfindung möglich, dass der zumindest eine Kühlkanal des Kühlsystems lediglich der Zuführung des Kühlmediums zu der zumindest einen Systemkomponente hin dient, während die zu kühlende Systemkomponente dann in das Kühlmedium in der Art eines Bades oder Tauchbades zumindest teilweise eingetaucht ist und von dem Kühlmedium umspült wird.
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Eine erfindungsgemäße Systemkomponente eines optischen Systems für EUV-Anwendungen weist ein erfindungsgemäßes Kühlsystem nach einer oder mehreren der vorstehend genannten Ausgestaltungen auf.
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Eine erfindungsgemäße Systemkomponente ist dabei vorzugsweise ein optisches Element, ein mechanisches Element, ein Aktuator und/oder Sensor.
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Ein optisches Element für EUV-Anwendungen ist insbesondere ein Spiegel, worunter auch ein segmentierter Spiegel sowie ein einzelnes Spiegelsegment eines segmentierten Spiegels zu verstehen ist.
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Ein mechanisches Element kann beispielsweise eine Fassung oder Halterung eines optischen Elements sein.
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Ein Aktuator kann beispielsweise die Funktion haben, ein oder mehrere optische Elemente des optischen Systems lagezuverstellen, oder ein optisches Element gezielt zu verformen.
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Das erfindungsgemäße Kühlsystem kann in beliebige Systemkomponenten des optischen Systems integriert werden oder diesen zugeordnet werden, ohne dass eine bestimmte räumliche Orientierung des zumindest einen Kühlkanals zu dem optischen System oder dessen Systemkomponenten erforderlich ist.
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Ein erfindungsgemäßes optisches System für EUV-Anwendungen, das zumindest eine Systemkomponente der vorstehend genannten Arten aufweist, weist zumindest ein erfindungsgemäßes Kühlsystem nach einer oder mehreren der obengenannten Ausgestaltungen auf.
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Ein solches erfindungsgemäßes optisches System kann ein Teilsystem einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage für die Lithographie oder die gesamte EUV-Projektionsbelichtungsanlage sein.
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Im Fall, dass das optische System ein Teilsystem einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage für die Lithographie ist, kann das Teilsystem ein Strahlungserzeugungssystem, ein Beleuchtungssystem, ein Projektionssystem, ein Retikelsystem und/oder ein Wafersystem sein.
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Im Fall, dass das Teilsystem ein Strahlungserzeugungssystem ist, kann mit dem erfindungsgemäßen Kühlsystem beispielsweise der Kollektorspiegel gekühlt werden. Das Beleuchtungssystem einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage befindet sich zwischen dem Strahlungserzeugungssystem und dem Projektionssystem, das das Projektionsobjektiv enthält. Das Retikelsystem enthält das Retikel und den zugehörigen Retikeltisch nebst Aktuatorik, und das Wafersystem umfasst den Wafer sowie den Wafertisch und die zugehörige Aktuatorik.
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Das erfindungsgemäße Kühlsystem kann in eines oder jedes der vorstehend genannten Teilsysteme integriert sein, oder das jeweilige Teilsystem von außen kühlen.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in Bezug auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen:
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1 ein optisches System in Form einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage in schematischer Darstellung;
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2 ein Kühlsystem für eine Systemkomponente des optischen Systems in 1 in schematischer Darstellung;
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3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kühlsystems für eine Systemkomponente des optischen Systems in 1; und
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4 ein noch weiteres Ausführungsbeispiel eines Kühlsystems für eine Systemkomponente des optischen Systems in 1.
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In 1 ist ein mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehenes optisches System dargestellt. Das optische System 10 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage für die lithographische Herstellung von Halbleiterbauelementen.
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Die EUV-Projektionsbelichtungsanlage weist ein Strahlungserzeugungssystem 12 zur Erzeugung von EUV-Strahlung auf. Das Strahlungserzeugungssystem 12 weist als Systemkomponenten eine Strahlungsquelle 14 und einen Kollektorspiegel 16 auf. Dem Strahlungserzeugungssystem 12 ist in Strahlungsausbreitungsrichtung ein Beleuchtungssystem 18 nachgeordnet, das der Strahlformung, Strahlhomogenisierung und Erzeugung eines vorbestimmten Strahlungsfeldes in einer Objektebene 20 dient.
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Das Beleuchtungssystem 18 weist hier als Systemkomponenten beispielhaft Spiegel 22, 24, 26, 28 und 30 auf.
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Dem Beleuchtungssystem 18 ist weiterhin in Strahlungsausbreitungsrichtung gesehen ein Retikelsystem 32 nachgeordnet, das als Systemkomponente einen Retikeltisch 34 und ein Retikel 36 aufweist, das in der Objektebene 20 angeordnet ist.
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Dem Retikelsystem 32 ist weiterhin in Strahlungsausbreitungsrichtung gesehen ein Positionssystem 38 nachgeordnet, das in Form eines Projektionsobjektives ausgebildet ist. Das Positionssystem 38 weist hier als Systemkomponenten beispielhaft Spiegel 40 und 42 auf.
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Dem Positionssystem 38 ist schließlich ein Wafersystem 44 nachgeordnet, das einen Wafertisch 46 und einen Wafer 48 als Systemkomponenten aufweist, wobei letzterer in einer Bildebene 50 angeordnet ist.
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Mittels der EUV-Strahlung wird ein Muster des Retikels 36 von dem Positionssystem 38 auf dem Wafer 48 abgebildet.
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Neben den optischen Elementen, die hier in Form der Spiegel 16, 22, 24, 26, 28, 30, 40 und 41 ausgebildet sind, kann das optische System 10 bzw. können die optischen Teilsysteme 12, 18 und 38 mechanische Elemente wie Fassungen oder Halterungen für die optischen Elemente, hier die Spiegel 16, 22, 24, 26, 28, 30, 40, 42, aufweisen, sowie Aktuatoren zur Manipulation der optischen Elemente, beispielsweise zur Lageverstellung oder Verformung, wobei in 1 zwei derartige Aktuatoren 52 (für den Spiegel 22) und 54 (für den Spiegel 42) gezeigt sind.
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Das optische System 10 weist des Weiteren ein oder mehrere Kühlsysteme auf, um das gesamte optische System 10, oder die zuvor beschriebenen einzelnen optischen Teilsysteme 12, 18, 32, 38, 44, und/oder um einzelne oder alle der zuvor beschriebenen Systemkomponenten der optischen Teilsystem 12, 18, 32, 38, 44 zu kühlen.
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In 1 sind beispielhaft ein Kühlsystem 60 zum Kühlen des Beleuchtungssystems 18, ein Kühlsystem 62 zum Kühlen des Retikelsystems 32 und ein Kühlsystem 64 zum Kühlen des Positionssystems 38 gezeigt.
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Die Kühlsysteme 60, 62 und 64 kühlen das Beleuchtungssystem 18, das Retikelsystem 32 und das Positionssystem 38 als Ganzes und stellen beispielsweise eine thermisch stabile Umgebung für die in diesen Teilsystemen enthaltenen Systemkomponenten her. Ebenso ist es jedoch möglich, einzelnen Systemkomponenten Kühlsysteme zuzuordnen, die Bestandteil der externen Kühlsysteme 60, 62, 64 sein oder separate Kühlsysteme darstellen können. Derartige Kühlsysteme sind hier beispielhaft für den Kollektorspiegel 16 (Kühlsystem 66), die Spiegel 22, 24, 26, 28 des Beleuchtungssystems 18 (Kühlsysteme 68, 70, 72, 74) und den Spiegel 40 (Kühlsystem 76) des Positionssystems 38 gezeigt. Ebenso ist es möglich, wie für das Beleuchtungssystem 18 beispielhaft gezeigt, eine Struktur 61, die bspw. die Kammer des Beleuchtungssystems ist, mit dem Kühlsystem 60 zu kühlen.
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Die Kühlsysteme 66, 68, 70, 72, 74, 76 können dabei wie dargestellt in die Systemkomponenten (Spiegel 16, 22, 26, 28, 40) teilweise integriert sein, beispielsweise in deren Spiegelsubstrate, oder können Kühlkörper aufweisen, wie für den Spiegel 24 gezeigt, die mit den Spiegeln wärmeleitend verbunden oder im Abstand zu diesen angeordnet sind und Wärmestrahlung von den Spiegeln aufnehmen.
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In 2 ist der Spiegel 24 in 1 mit dem zugehörigen Kühlsystem 70 in Alleinstellung gezeigt.
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Der Spiegel 24 weist eine Spiegeloberfläche 80 auf, auf die im Betrieb EUV-Strahlung 82 einfällt. Die einfallende EUV-Strahlung 82 führt zu einem Wärmeeintrag in den Spiegel 24, wie mit Wärmepfeilen 84 angedeutet ist.
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Das Kühlsystem 70 weist einen Kühlkörper 86 auf, der mit dem Spiegel 24 wärmeleitend verbunden ist und über Wärmeleitung entsprechend Wärme von dem Spiegel 24 aufnimmt, wie mit Wärmepfeilen 88 angedeutet ist.
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Der Kühlkörper 86 weist zumindest einen Kühlkanal 90 auf, durch den ein Kühlmedium 92 geleitet wird.
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Das Kühlsystem 70 weist weiterhin hier unter dem allgemeinen Bezugszeichen 94 zusammengefasste Aggregate, wie eine Pumpe P zum Umwälzen des Kühlmediums 92, ein Reservoir R für das Kühlmedium 92 und einen Wärmetauscher WT zum Aufnehmen von Wärme von dem Kühlmedium 92 und dergleichen auf. Die vorstehend genannten Aggregate 94 können in einem externen Maschinenstand vorhanden sein, wobei dort weitere Bestandteile des Kühlsystems 70, wie beispielsweise ein Aggregat zum Aufbereiten des Kühlmediums 92, vorgesehen sein können.
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Über eine Zuleitung 96 wird das Kühlmedium 92 in den zumindest einen Kühlkanal 90 zugeführt, und über eine Ableitung 98 aus dem zumindest einen Kühlkanal 90 abgeführt.
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Das Kühlmedium 92 weist erfindungsgemäß ein nicht entflammbares dielektrisches Fluid, ausgenommen reines Wasser, auf.
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Das nicht entflammbare dielektrische Fluid basiert insbesondere auf Fluorcarbon oder Perfluorcarbon oder einem Fluorkohlenwasserstoffether (HFE).
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Ein dielektrisches Fluid, das auf Perfluorcarbon basiert, ist beispielsweise ein dielektrisches Fluid aus der Serie FluorinertTM der Firma 3M.
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Solche dielektrischen Fluide sind mit einer Vielzahl unterschiedlicher Siedepunkte verfügbar, und erlauben sowohl eine einphasige Anwendung, bei der das dielektrische Fluid trotz Wärmeaufnahme in flüssiger Phase verbleibt, oder zweiphasige Anwendungen, bei denen das Fluid beim Aufnehmen von Wärme zum Sieden kommt und dabei zusätzliche Wärme in Form von latenter Wärme ohne weitere Temperarturerhöhung des Fluids aufnehmen kann.
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Das Kühlmedium 92 kann dabei nur ein bestimmtes dielektrisches Fluid aufweisen oder aus diesem bestehen, oder das dielektrische Fluid kann eine Subkomponente des Kühlmediums 92 sein, das dann noch andere zur Kühlung geeignete Substanzen, insbesondere andere dielektrische Fluide, aufweisen kann.
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Das dielektrische Fluid kann in dem zumindest einen Kühlkanal 90 nur in flüssiger Phase vorliegen, nur in gasförmiger Phase vorliegen, oder als Gemisch aus flüssiger und gasförmiger Phase. Das dielektrische Fluid steht in dem zumindest einen Kühlkanal 90 unter einem Druck, der etwa Atmosphärendruck entspricht. Auch in der Zuleitung 96 und/oder der Ableitung 98 steht das dielektrische Fluid vorzugsweise unter einem Druck, der etwa Atmosphärendruck entspricht.
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Das dielektrische Fluid weist in dem zumindest einen Kühlkanal 90 eine Temperatur auf, die in einem Bereich von etwa 15°C bis etwa 50°C, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 20°C bis etwa 40°C, liegt.
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Als dielektrisches Fluid für eine zweiphasige Kühlung wird insbesondere ein solches für das Kühlmedium 92 verwendet, das einen Siedepunkt in einem Temperaturbereich von etwa 15°C bis etwa 50°C, vorzugsweise in einem Temperaturbereich von etwa 25°C bis etwa 35°C, bei Atmosphärendruck aufweist.
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In einem Temperaturbereich von etwa 10°C bis etwa 50°C, vorzugsweise in einem Temperaturbereich von etwa 15°C bis etwa 35°C, ist das dielektrische Fluid vorzugsweise flüssig.
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Des Weiteren weist das dielektrische Fluid, das für das Kühlmedium 92 verwendet wird, eine elektrische Durchschlagfestigkeit in einem Bereich von etwa 10 MV/m bis etwa 70 MV/m auf. Vorzugsweise weist das Kühlmedium 92 eine elektrische Durchschlagfestigkeit im Bereich von etwa 10 MV/m bis etwa 30 MV/m auf.
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Die dynamische Viskosität des dielektrischen Fluids, das für das Kühlmedium 92 verwendet wird, liegt vorteilhafterweise in einem Bereich von etwa 0,3 cP bis etwa 1000 cP bei einer Temperatur von etwa 22°C und bei Atmosphärendruck.
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Wie bereits oben erwähnt, kann das Kühlmedium 92 insbesondere im Phasenübergang zwischen der flüssigen Phase und der gasförmigen Phase betrieben werden, und dies in einem Temperaturbereich, der deutlich unter dem Siedepunkt von Wasser liegt, und dies bei Atmosphärendruck, so dass das Kühlmedium 92 nicht unter Druck gesetzt werden muss.
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Durch Wärmeaufnahme von dem Spiegel 24 bzw. dem Kühlkörper 86 führt die aufgenommene Wärme zur teilweisen Verdampfung des zunächst flüssigen Kühlmediums 92, wobei die aufgenommene Wärme als latente Wärme in dem Kühlmedium 92 gespeichert wird, ohne dass es zu einer Temperaturerhöhung oder nennenswerten Temperaturerhöhungen des Kühlmediums 92 kommt. Dabei tritt auch nur eine geringe Ausdehnung des Kühlmediums 92 auf.
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Es versteht sich, dass der Aggregatzustand des Kühlmediums 92 in der Zuleitung 96, dem zumindest einen Kühlkanal 90 und der Ableitung 98 gleich, jedoch auch verschieden sein kann. So ist es möglich, dass das Kühlmedium 92 in dem zumindest einen Kühlkanal 90 in flüssiger Phase vorliegt, während es bei Wärmeaufnahme von dem Spiegel 24 verdampft und in der Ableitung 98 zumindest teilweise in gasförmiger Phase vorliegt. Ebenso ist es möglich, dass das Kühlmedium 92 auch in dem zumindest einen Kühlkanal 90 als Gemisch aus flüssiger und gasförmiger Phase vorliegt.
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Schließlich ist es auch möglich, dass das Kühlmedium 92 in dem zumindest einen Kühlkanal 90 nur in gasförmiger Phase vorliegt.
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Für eine einphasige Kühlung wird in einem Ausführungsbeispiel ein nicht entflammbares dielektrisches Fluid verwendet, das bei Atmosphärendruck und einer Temperatur im Bereich von etwa 15°C–30°C flüssig ist, das eine dynamische Viskosität zwischen etwa 0,3 cP–1000 cP bei 22°C und Atmosphärendruck und eine elektrische Durchschlagfestigkeit zwischen 10 MV/m bis etwa 50 MV/m aufweist.
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In einem Ausführungsbeispiel für eine zweiphasige Kühlung wird ein nicht entflammbares dielektrisches Fluid verwendet, das zusätzlich zu den vorstehend genannten Parametern des Fluids für die einphasige Kühlung einen Siedepunkt zwischen 15°C–45°C aufweist.
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Ein nicht entflammbares dielektrisches Fluid zur Verwendung als das Kühlmedium 92 hat unter anderem den wesentlichen Vorteil, dass es gegenüber typischen Materialien der oben beschriebenen Systemkomponenten, wie beispielsweise Kupfer und Aluminium, nicht oder nur wenig korrosiv wirkt, wodurch die Lebensdauer der optischen Elemente erhöht wird. Dadurch, dass das dielektrische Fluid nicht entflammbar ist, wird eine Brandgefahr vermieden, die beispielsweise dadurch hervorgerufen werden kann, dass in dem Kühlsystem eine Leckage auftritt und das Kühlmedium 92 mit hoch temperierten Bereichen des optischen Systems in Berührung kommt. Die fehlende elektrische Leitfähigkeit des Kühlmediums 92 aufgrund der Verwendung eines dielektrischen Fluids für das Kühlmedium 92 hat den weiteren Vorteil, dass elektronische Bauteile oder Schaltkreise, die im Falle einer Leckage mit dem Kühlmedium in Berührung kommen, nicht kurzgeschlossen werden.
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Viele dielektrische Fluide auf Perfluorcarbon-Basis sind außerdem für den Menschen unschädlich, insbesondere nicht giftig, was bei anderen Kühlmedien, die beispielsweise Ammoniak oder Glycol enthalten, ein Problem darstellt. Als dielektrisches Kühlmedium kann auch ein Fluorkohlenwasserstoffether (HFE) verwendet werden.
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Während bei dem Ausführungsbeispiel in 2 der zumindest eine Kühlkanal 90 in dem Kühlkörper 86 angeordnet ist, der mit der Systemkomponente in Form des Spiegels 24 wärmeleitend verbunden ist, ist in 3 ein Ausführungsbeispiel für das Kühlsystem 68 gezeigt, das der Systemkomponente in Form des Spiegels 22 in 1 zugeordnet und teilweise in dieses integriert ist.
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In 3 ist eine Spiegelfläche des Spiegels 22 mit dem Bezugszeichen 102 versehen, die im Betrieb mit EUV-Strahlung 104 beaufschlagt wird und zu einem entsprechenden Wärmeeintrag in dem Spiegel 22 führt (Wärmepfeile 106).
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Das Kühlsystem 68 ist bei diesem Ausführungsbeispiel teilweise in den Spiegel 22 integriert, das heißt das Kühlsystem 68 weist einen oder mehrere Kühlkanäle 108 auf, die nahe zur Spiegelfläche 102 in den Spiegel 22 integriert sind.
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Als Kühlmedium zum Durchleiten durch die Kühlkanäle 108 wird wiederum ein Kühlmedium verwendet, das ein nicht entflammbares dielektrisches Fluid, ausgenommen reines Wasser, aufweist, wie mit Bezug auf 2 beschrieben wurde.
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Das Kühlsystem 68 kann außerdem zum Teil zur Kühlung der Aktuatorik 52 verwendet werden, wie mit dem Bezugszeichen 110 angedeutet ist.
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4 zeigt eine Abwandlung des Kühlsystems 70 in 2, wobei bei dieser Abwandlung der Spiegel 24 nicht wärmeleitend mit dem Kühlkörper 86 verbunden ist, sondern von dem Kühlkörper 86 beabstandet ist, und wobei der Kühlkörper 86 Wärme von dem Spiegel 24 in Form von Wärmestrahlung (Wärmepfeile 112) aufnimmt. In dem Kühlkörper 86 ist hier eine Mehrzahl von Kühlkanälen 90 vorhanden, durch die das Kühlmedium 92 (siehe 2) strömt, das wiederum ein nicht entflammbares dielektrisches Fluid, ausgenommen reines Wasser, aufweist.
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Die Abmessungen, Geometrie, Länge und die Ausgestaltung des zumindest einen Kühlkanals 90 und der Kühlkanäle 108 sind nicht kritisch und können an den jeweiligen Zweck angepasst werden. Auch kann die Flussrate des Kühlmediums 92 und/oder der Betriebsdruck des Kühlmediums 92 innerhalb des jeweiligen zu kühlenden Systems, beispielsweise der optischen Systeme 12, 18, 32, 44 oder bei den zugehörigen Systemkomponenten, beispielsweise den Spiegeln 24 und 22, variieren, beispielsweise auch in Abhängigkeit von den Betriebsparametern des optischen Systems 10.
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Die Spiegel 24 und 22 können beispielsweise als segmentierte Spiegel ausgebildet sein, wobei das Kühlsystem 70 bzw. 68 jeweils als gemeinsames Kühlsystem für alle Spiegelsegmente oder nur für einzelne Spiegelsegmente ausgebildet sein kann.
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Des Weiteren versteht es sich, dass die Kühlsysteme 60, 62 und 64 so ausgebildet sein können, wie es für das Kühlsystem 70 oben beschrieben wurde.
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In einer weiteren nicht dargestellten Abwandlung ist es ebenso möglich, dass bspw. bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 nur die Zuleitung 96 und die Ableitung 98 als Kühlkanäle ausgebildet sind, während anstelle des Kühlkanals 90 ein Tauchbad oder Bad angeordnet ist, in das das Kühlmedium 92 eingeleitet wird. In diesem Fall kann die Systemkomponente 24 dann in dieses Bad ganz oder teilweise eintauchen, wobei es dann von dem Kühlmedium 92 umströmt bzw. umspült wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7591561 B2 [0003, 0009]
