DE102013214746A1

DE102013214746A1 - Optisches System sowie Verfahren zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE102013214746A1
Application number: DE201310214746
Authority: DE
Inventors: Yanko Sarov
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2013-07-29
Publication date: 2014-08-07

Abstract

Ein optisches System (10) für EUV-Anwendungen weist mehrere Mikrospiegel (14) auf, wobei jeder der mehreren Mikrospiegel (14) zumindest einen Spiegelkörper (18), einen Trägerkörper (20) und eine Spiegelfläche (22) aufweist, wobei die Spiegelfläche (22) verkippbar ist. Das optische System (10) weist ein Kühlsystem (17) zur Wärmeabfuhr von zumindest einem der Mikrospiegel (14) auf. Das Kühlsystem (17) weist ferner ein Kühlmedium und ein Mikrokanalsystem (19) zur Durchleitung des Kühlmediums auf, wobei das Mikrokanalsystem (19) mehrere Mikrokanalsystemsegmente (21) aufweist, wobei zumindest eines der mehreren Mikrokanalsystemsegmente (21) zumindest einen Mikrokanal (60) zur Durchleitung des Kühlmediums aufweist und dem zumindest einen Mikrospiegel (14) zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System für EUV-Anwendungen mit mehreren Mikrospiegeln, wobei jeder der mehreren Mikrospiegel zumindest einen Spiegelkörper, einen Trägerkörper und eine Spiegelfläche aufweist, wobei die Spiegelfläche verkippbar ist, und mit einem Kühlsystem zur Wärmeabfuhr von zumindest einem der Mikrospiegel.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Systems für EUV-Anwendungen.
Ein derartiges optisches System ist in der Veröffentlichung von Ataman et al., „A Dual-Axis High Fill-Factor Micromirror Array for High Thermal Loads", in International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics (OMN) 2011, pp. 135–136 (2011) beschrieben.
Eine EUV-Anwendung ist bspw. die EUV-Lithographie, die es ermöglicht, Halbleiterbauteile mit kleinen Strukturen, d.h. Strukturen mit Dimensionen von etwa 45 nm oder weniger herzustellen.
In einer EUV-Belichtungsanlage wird mittels einer Lichtquelle Licht erzeugt. Bspw. wird ein Plasma durch Erhitzen eines Xenon-Gases mittels eines Lasers geformt, wobei Elektronen beim Verlassen des Plasmas Licht ausstrahlen. Das Licht wird im Anschluss zum Belichten eines Halbleiterbauteils in ein optisches System eingekoppelt, wobei das optische System eine Vielzahl von optischen Elementen, bspw. Spiegeln, aufweisen kann.
Aus dem Stand der Technik sind EUV-Belichtungsanlagen bekannt, deren optisches System eine Vielzahl von matrixförmig angeordneten Mikrospiegeln aufweist. Unter „Mikrospiegeln“ werden Spiegel mit kleinen Dimensionen verstanden, die in einer großen Anzahl in ein optisches System integriert werden. Diese Mikrospiegel bilden ein Mikrospiegelarray, wobei mit Hilfe einer Aktuatorik jeder dieser Mikrospiegel bezüglich zumindest einer Achse jeweils einzeln verkippbar ist. Derartige Mikrospiegelanordnungen sind unter dem Stichwort MEMS (Mikroelektromechanische Systeme) bekannt.
Jedem Mikrospiegel ist dabei ein Aktuator zugeordnet. Jeder Aktuator ist ferner elektronisch ansteuerbar, so dass jeder Mikrospiegel einzeln verkippbar ist. Das Licht, das von den Elektronen erzeugt und in ein optisches System weitergeleitet wird, wird in einer oben genannten Belichtungsanlage, die ein Mikrospiegelarray aufweist, von den Mikrospiegeln teilweise reflektiert und teilweise absorbiert, wobei der absorbierte Teil des Lichtes bis zu 30% des einfallenden Lichtes betragen kann. Dieses absorbierte Licht wird in Wärme umgewandelt, die den Mikrospiegel aufheizt. Dabei kann die optische Leistung des Mikrospiegels, bspw. aufgrund Deformierung der Spiegeloberfläche, drastisch beeinträchtigt werden.
Es ist daher erforderlich, das optische System durch ein Kühlsystem zu erweitern, mit dessen Hilfe die Mikrospiegel im Betrieb gekühlt werden können, indem die auf der Oberfläche der Mikrospiegel erzeugte und von diesen absorbierte Wärme abgeführt wird.
Ein optisches System mit einem Mikrospiegelarray zeigt das eingangs genannte Dokument von Ataman et al. In dieser Veröffentlichung wird ein 5 × 5 Mikrospiegelarray offenbart, wobei jeder Mikrospiegel mit Hilfe eines Aktuators, der sich unterhalb des Mikrospiegels befindet, entlang zweier Achsen verkippbar ist. Der Mikrospiegel weist ferner einen Spiegelkörper und einen Trägerkörper auf, wobei der Aktuator in den Trägerkörper integriert ist. Der Trägerkörper des Mikrospiegels weist ferner einen mittleren Körper und einen Seitenkörper auf, wobei der Spiegelkörper mit dem mittleren Körper gefügt ist. Zwischen dem mittleren Körper und dem Seitenkörper sind außerdem mehrere spiralförmigen Federn angeordnet, die sowohl den Mikrospiegel in seiner Ruhestellung beweglich festlegen als auch zur Wärmeabfuhr dienen.
Die DE 10 2009 000 099 A1 offenbart ein weiteres optisches System mit einem Mikrospiegelarray. Jeder Mikrospiegel des Mikrospiegelarrays weist einen Spiegelkörper und einen Trägerkörper auf, wobei der Trägerkörper einen Aktuator aufweist, der eine Verkippung des Mikrospiegels ermöglicht. Ferner ist ein Kühlsystem durch ein Festkörpergelenk ausgebildet, das eine Wärmeabfuhr vom Spiegelkörper ermöglicht.
In den beiden oben genannten optischen Systemen handelt es sich bei dem jeweiligen Kühlsystem um ein System, das Wärme passiv, d.h., ohne Verwendung eines aktiven Kühlmediums, überträgt. Ein solches Kühlsystem hat aufgrund seiner begrenzten Wärmeleitfähigkeit den Nachteil, dass die durch die Mikrospiegel absorbierte Wärme nicht effizient in die Umgebung abgeführt werden kann. Für ein solches passives Kühlsystem in Form von Federn bzw. Festkörpergelenken ist i. d. R. eine solche Länge der Federn bzw. der Festkörpergelenke erforderlich, dass eine hinreichend niedrige Steifigkeit der Federn bzw. der Festkörpergelenke ermöglicht wird, damit das Betätigen der im Zusammenhang stehenden Aktuatorik mit hinreichend niedriger Spannungsversorgung möglich ist. Eine große Länge führt bei gleichzeitig günstigem Querschnitt jedoch unmittelbar zu einer verringerten Wärmeleitfähigkeit des bekannten passiven Kühlsystems.
Aus dem Stand der Technik sind auch Kühlsysteme bekannt, die aktiv Wärme abführen.
Die US 7 591 561 B2 offenbart bspw. ein solches Kühlsystem, das eine Vielzahl von Kühlleitungen/Kanälen aufweist, wobei eine Kühlflüssigkeit durch diese Kanäle durchgeleitet wird, die dazu dient, Wärme von den Spiegeln abzuführen. Dennoch handelt es sich bei der US 7 591 561 B2 um ein optisches System mit einem einzigen großen Spiegel.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die vorstehend genannten Nachteile beseitigt werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich des eingangs genannten optischen Systems dadurch gelöst, dass das Kühlsystem ein Kühlmedium und ein Mikrokanalsystem zur Durchleitung des Kühlmediums aufweist, wobei das Mikrokanalsystem mehrere Mikrokanalsystemsegmente aufweist, wobei zumindest eines der mehreren Mikrokanalsystemsegmente zumindest einen Mikrokanal zur Durchleitung des Kühlmediums aufweist und dem zumindest einen Mikrospiegel zugeordnet ist.
Das erfindungsgemäße optische System kombiniert daher die Vorteile, die durch ein Mikrospiegelarray gegeben sind, nämlich, dass jeder der Mikrospiegel verkippbar ist, und die Vorteile eines aktiven Kühlsystems, nämlich, dass die Wärme durch Durchleitung eines Kühlmediums vom Mikrospiegel abgeführt werden kann und der Wärmeabführprozess dynamisch, bspw. durch gezielte Einstellung der Kühlmediumzufuhr ansteuerbar ist. Die Kombination dieser Vorteile ist besonders vorteilhaft für EUV-Anwendungen, bei denen die Spiegel besonders stark wärmebelastet sind. Diese Wärmebelastung, die zu begrenzten Reflexionseigenschaften des Spiegels führt, geht mit der EUV-spezifischen Spiegelbeschichtung einher.
Ferner ermöglicht das Mikrokanalsystem eine thermische Kopplung zwischen dem Spiegelkörper und dem Trägerkörper durch Stege, die durch das Mikrokanalsystem gebildet sind. In dem erfindungsgemäßen optischen System kann das Kühlsystem deshalb gleichzeitig als ein passives und als ein aktives Kühlsystem wirken.
Zur Erhöhung der Wärmeabfuhr bei den vorstehend genannten aus dem Stand der Technik bekannten optischen Systemen wären für diese weitere Maßnahmen nötig. Bspw. müssten die Festkörpergelenke im Fall von DE 10 2009 000 099 A1 oder die spiralförmigen Federn im Fall des Dokuments von Ataman et al. verkürzt, oder deren Querschnittsfläche vergrößert werden. In beiden Fällen würde es jedoch zu einer erhöhten Steifigkeit der Festkörpergelenke bzw. der spiralförmigen Federn kommen, was einen erhöhten Energieaufwand in Form von höheren Betriebsspannungen zum Betätigen des jeweiligen Aktuators zur Folge hätte.
Dieses Problem wird durch das Mikrokanalsystem auf einfache Weise gelöst, da dieses es ermöglicht, die Wärmeabfuhr des optischen Systems zu erhöhen, ohne dass damit ein erhöhter Kraft- oder Energieaufwand zum Betreiben des Aktuator einhergeht.
Das Mikrokanalsystem ermöglicht ferner eine besonders effiziente Wärmeabfuhr von den Mikrospiegeln, da sich das Mikrokanalsystem mit Hilfe der heutigen Mikrosystemtechnik mit einer sehr hohen Dichte der Mikrokanäle in den Mikrospiegeln bzw. in das optische System integrieren lässt, so dass der gesamten Mikrospiegelanordnung Wärme entzogen werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Mikrokanalsystem den mehreren Mikrospiegeln zugeordnet, wobei jeweils eines der Mikrokanalsystemsegmente einem der Mikrospiegel zugeordnet ist und nur einen Mikrokanal aufweist, wobei jeweils einem der Mikrospiegel nur ein Mikrokanalsystemsegment zugeordnet ist.
Der Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass die Wärmeabfuhr von einem jeden der mehreren Mikrospiegel durch einen diesem Mikrospiegel separat zugeordneten Mikrokanal besonders effizient gestaltet werden kann. Das gesamte Mikrokanalsystem wirkt somit flächendeckend auf die gesamte Mikrospiegelanordnung, was zu einer flächendeckenden Wärmeabfuhr des optischen Systems führt.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Mikrospiegel zumindest ein Festlegungselement zum Festlegen des Spiegelkörpers am Trägerkörper auf, wobei das Festlegungselement vorzugsweise durch den zumindest einen Mikrokanal mit einem Verlauf, vorzugsweise einem geraden oder spiralförmigen Verlauf, um ein Zentrum herum ausgebildet ist.
Diese Maßnahme hat den besonderen Vorteil, dass der Spiegelkörper somit am Mikrospiegel verkippbar festgelegt werden kann. Das Festlegungselement kann dabei auf verschiedene Art und Weise realisiert werden: der Spiegelkörper kann bspw. durch eine im Wesentlichen gerade verlaufende Federvorrichtung seitlich am Mikrospiegel festgelegt werden. Als Festlegungselement kann jedoch auch ein Mikrokanal dienen. Unter dem Begriff „spiralförmig“ werden unterschiedliche, bspw. kurvige oder abschnittsweise gerade, auf ein Zentrum hin verlaufende Leitungsanordnungen verstanden. Dadurch kann die Fläche des Mikrokanalsystems besonders effizient genutzt werden.
Ferner können die Mikrokanäle transversale Abmessungen im Bereich von 10 µm bis 100 µm, vorzugsweise im Bereich von 20 µm bis 50 µm, sowie eine Wanddicke im Bereich von 1 µm bis 20 µm, vorzugsweise im Bereich von 2 µm bis 10 µm aufweisen, wobei mit einer geeigneten Wahl des Kühlmediums einen laminaren Fluss in dem Mikrokanalsystem ermöglicht werden kann. Als Kühlmedium kann im Allgemeinen eine Flüssigkeit, bspw. Wasser, mit dem Vorteil einer hohen spezifischen Wärmekapazität, oder ein Gas mit dem Vorteil einer hohen laminaren Flussrate und eines niedrigen Antriebsdrucks, oder eine verdunstbare Flüssigkeit, bspw. flüssiger Wasserstoff, mit den Vorteilen einer zusätzlichen Wärmeabsorption dank eines für flüssigen Wasserstoff charakteristischen Phasenübergangs sowie der mit seinem umweltfreundlichen Abfallprodukt im Zusammenhang stehenden Umweltkompatibilität, eingesetzt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das zumindest eine Mikrokanalsystemsegment im Wesentlichen parallel zur Spiegelfläche, vorzugsweise zwischen dem Spiegelkörper und dem Trägerkörper angeordnet.
Dadurch kann die Wärme, die auf der Oberfläche des Mikrospiegels erzeugt wird, besonders effizient abgeführt werden, indem ein Wärmeaustausch zwischen dem Spiegelkörper und dem Trägerkörper durch das fließende Kühlmedium direkt stattfindet. Ferner ist mit dieser Maßnahme ein passives Kühlsystem durch den Mikrokanal besonders einfach auszubilden, wobei auch hier Wärme direkt zwischen dem Spiegelkörper und dem Trägerkörper ausgetauscht werden kann. Die im Wesentlichen parallele Anordnung des Mikrokanalsystemsegmentes zur Spiegelfläche ermöglicht darüber hinaus eine gleichmäßige Wärmeabfuhr vom Spiegelkörper, so dass das optische Leistungsvermögen auch über die Spiegelfläche gesehen weitestgehend homogen gestaltet werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Mikrokanalsystemsegment zumindest einen Zufluss und zumindest eine Abfluss auf.
Diese Maßnahme ermöglicht einerseits einen dynamischen Wärmeaustausch zwischen dem Spiegelkörper und seiner Umgebung, indem das Kühlmedium aus dem Mikrokanalsystemsegment in weitere Bereiche des Mikrokanalsystems fließen und dadurch Wärme zwischen einem Mikrospiegel und seiner Umgebung ausgetauscht werden kann, andererseits besteht die Möglichkeit, dass die Mikrokanalsystemsegmente thermisch miteinander gekoppelt sind und alle Mikrospiegel möglichst homogen abgekühlt werden, um die Gleichmäßigkeit des optischen Leistungsvermögens zusätzlich zu verbessern.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Spiegelkörper ein Verbindungselement auf, wobei das Verbindungselement mit seiner von der Spiegelfläche abgewandten Rückseite mit einer der Spiegelfläche zugewandten Oberseite des Zentrums des Mikrokanalsystemsegmentes verbunden ist.
Diese Maßnahme ermöglicht eine effiziente Wärmeabfuhr vom Spiegelkörper über das Verbindungselement zum Zentrum des Mikrokanalsystemsegments, wobei die Wärmeleitfähigkeit eines Festkörpermaterials, aus dem das Verbindungselement besteht, aktiv genutzt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Trägerkörper zumindest einen Seitenkörper und zumindest einen vom Seitenkörper beabstandeten Zentralkörper auf, wobei der Seitenkörper zumindest eine zur Spiegelfläche im Wesentlichen senkrechte Innenseite und/oder zumindest eine von der Spiegelfläche abgewandte Rückseite aufweist, wobei der Zentralkörper zumindest eine zur Spiegelfläche im Wesentlichen senkrechte Mantelseite und zumindest eine von der Spiegelfläche abgewandte zentrale Rückseite aufweist, wobei der Zentralkörper mit dem Mikrokanalsystemsegment verbunden ist.
Diese Maßnahme ist vorteilhaft, da durch den Zwischenraum zwischen dem Seitenkörper und dem Zentralkörper Material gespart werden kann, was außerdem zu einem geringeren Gewicht des Mikrospiegels führt. Ferner kann die Wärme, die vom Spiegelkörper auf das Zentrum des Mikrokanalsystemsegmentes übertragen worden ist, weiter an den Zentralkörper abgegeben werden, was die Effizienz der Wärmeabfuhr des Mikrokanalsystems zusätzlich erhöht.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Trägerkörper einen Aktuator auf, der zumindest eine Elektrode, vorzugsweise zwei Seitenelektroden und zumindest eine Zentralelektrode, aufweist, wobei die zwei Seitenelektroden auf der zumindest einen Innenseite des Seitenkörpers und/oder auf der Rückseite des Seitenkörpers angebracht sind, wobei die Zentralelektrode auf der Mantelseite des Zentralkörpers und/oder auf der zentralen Rückseite des Zentralkörpers angebracht ist.
Der Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass auf diese Weise ein Aktuator im Trägerkörper ausgebildet werden kann, wobei die Elektroden des Aktuators mit unterschiedlichen Anordnungen, bspw. im Wesentlichen parallel bzw. senkrecht zur Spiegelfläche, realisierbar sind. Im hier bevorzugten Beispiel können durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen einer Seitenelektrode und einer Zentralelektrode elektrostatische Kräfte entstehen, die entweder anziehend oder abstoßend zwischen dem Seitenkörper und dem Zentralkörper wirken. Da der Spiegelkörper über das Verbindungselement sowie das Zentrum des Mikrokanalsystemsegmentes mit dem Zentralkörper verbunden ist, kann der Spiegelkörper somit ausgelenkt werden, wobei die Auslenkung durch die dabei angelegte Spannung steuerbar ist. Die Spiegelfläche kann in diesem Fall eine verkippte Stellung einnehmen, wobei der Kippwinkel je nach Bedarf einstellbar ist.
Da der Mikrokanal neben der Wärmeabfuhr auch zur Befestigung des Spiegelkörpers sowie des Zentralkörpers dienen kann, kann nach Entfernen der angelegten elektrischen Spannung die Spiegelfläche mit Hilfe des Mikrokanals wieder in ihren ursprünglichen unverkippten Zustand zurückkehren. Die Elektroden auf der Rückseite des Seitenkörpers bzw. des Zentralkörpers ermöglichen ferner eine besonders einfache Kontaktierung des Aktuators.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Zufluss an einen Zufuhrkanal und der Abfluss an einen Abfuhrkanal angeschlossen, wobei die Zufuhrkanäle und die Abfuhrkanäle der mehreren Mikrospiegel miteinander verbunden sind.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Wärme vom Spiegelkörper besonders effizient in seine Umgebung abgeführt werden kann. Außerdem kann die Wärme, die von den Spiegelkörpern auf den Trägerkörper abgeführt worden ist, ebenfalls besonders effizient in weitere Bereiche des Kühlsystems transportiert werden.
Ferner erlaubt die Bauweise des Kühlsystems, die Zufuhr- bzw. Abfuhrkanäle des Mikrospiegelarrays derart zu konstruieren, dass der hydrodynamische Widerstand des gesamten Kühlsystems niedrig gehalten werden kann. Insbesondere können die Zufuhr- und Abfuhrkanäle mit einer hinreichend großen Breite ausgebildet sein, wodurch die relativ geringe Wärmeleitfähigkeit aufgrund der relativ kleinen transversalen Kanalabmessung der Mikrokanäle, was zwecks geringer Steifigkeit beim Festlegen des Spiegelkörpers am Mikrospiegel wichtig ist, ausgeglichen werden kann. Dadurch ergibt sich ein weitestgehend gleichmäßiger Wärmeleitungswiderstand im gesamten Kühlsystem für den gesamten Mikrospiegelarray. Die einzelnen Mikrospiegel sind dadurch thermisch besser gekoppelt, was vorteilhaft ist für eine hohe Belichtungshomogenität mit dem erfindungsgemäßen optischen System.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Systems für EUV-Anwendungen anzugeben, wobei mehrere Mikrospiegel und ein Kühlsystem bereitgestellt werden, wobei jeder der mehreren Mikrospiegel zumindest einen Spiegelkörper, zumindest einen Trägerkörper und eine Spiegelfläche aufweist, wobei das Kühlsystem ein Mikrokanalsystem aufweist, das zumindest ein Mikrokanalsystemsegment mit zumindest einem Mikrokanal aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Spiegelkörper aus einem ersten Substrat und der Trägerkörper und das Mikrokanalsystemsegment im Wesentlichen aus einem zweiten Substrat gebildet werden, wobei das erste Substrat mit dem zweiten Substrat gefügt wird.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass das erste Substrat zeitlich unabhängig vom zweiten Substrat verarbeitet werden kann. Somit ergibt sich eine Zeitersparnis, die die Herstellungseffizienz des erfindungsgemäßen optischen Systems erhöht. Ferner ermöglicht es dieses Verfahren, die einzelnen Komponenten des erfindungsgemäßen optischen Systems mittels lithografischer Methoden in Kombination mit Ätzen, bspw. nasschemischem Ätzen, mit einer sehr hohen Genauigkeit herzustellen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des vorstehend genannten Verfahrens weist das zweite Substrat eine Oberschicht und eine Unterschicht auf, wobei die Oberschicht und die Unterschicht durch eine Trennschicht räumlich voneinander getrennt werden, wobei das Mikrokanalsystemsegment im Wesentlichen aus der Oberschicht und der Trägerkörper aus der Unterschicht gebildet werden, wobei im oder am Trägerkörper zumindest eine, vorzugsweise zwei Seitenelektroden und zumindest eine Zentralelektrode angebracht werden.
Der Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass das Mikrokanalsystem besonders einfach gebildet werden kann. Das zweite Substrat kann aus Silizium bestehen. Das Mikrokanalsystem kann daher, wie aus der heutigen Silizium-Technologie bekannt ist, mittels nasschemischen Ätzverfahren gebildet werden, wobei die Trennschicht, bspw. aus Siliziumdioxid, als eine Ätzstoppschicht wirken kann, so dass die Höhe bzw. Dicke des Mikrokanalsystems aufgrund des i. d. R. schichtweise gewachsenen Substrates besonders homogen festgelegt werden kann. Ein weiterer Vorteil dieser Maßnahme besteht in der Möglichkeit, die Elektroden sowohl auf die Rückseite des zweiten Substrates als auch im Wesentlichen senkrecht zu einer Unterseite des zweiten Substrates anzubringen. Die Positionierung der Elektroden ist frei wählbar. Somit lässt sich ein Aktuator an die von dem Mikrospiegel gestellten mechanischen und elektrischen Anforderungen angepasst realisieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des vorstehend genannten Verfahrens weist das Mikrokanalsystemsegment zumindest einen Kanalinnenraum, zumindest eine Seitenwand, zumindest einen Boden, zumindest einen Zufluss, zumindest einen Abfluss, zumindest einen Kanalzwischenraum und/oder zumindest eine Decke auf, wobei der Kanalinnenraum, die Seitenwand, der Boden, der Zufluss, der Abfluss, der Kanalzwischenraum und/oder die Decke aus der Oberschicht des zweiten Substrates und/oder aus einem mit der Oberschicht gefügten Deckschicht, vorzugsweise aus einem dritten Substrat, gebildet werden.
Diese Maßnahme ist vorteilhaft, da die genannten Teile des Mikrokanalsystemsegmentes besonders einfach mit Hilfe von bereits etablierten Herstellungsmethoden, bspw. Fotolithographie in Kombination mit nasschemischem Ätzen, hergestellt werden können. Bis auf die Decke können alle im vorigen Absatz genannten Komponenten des Mikrokanalsystemsegmentes gleichzeitig strukturiert werden, was den Zeitaufwand stark reduziert. Unter Verwendung einer separaten Deckschicht mit einer homogenen Schichtdicke kann die Decke ferner mit einer weitestgehend homogenen Schichtdicke realisiert werden. Dies ist vorteilhaft für eine möglichst homogene Wärmeleitung mittels des Mikrokanalsystemsegmentes.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des vorstehend genannten Verfahrens weist das erste Substrat zumindest eine Aufsatzschicht auf, wobei aus der Unterschicht des zweiten Substrates zumindest ein Zufuhrkanal und zumindest ein Abfuhrkanal gebildet werden, wobei die Aufsatzschicht und der Spiegelkörper mit dem Mikrokanalsystemsegment gefügt werden, wobei die Aufsatzschicht wieder entfernt wird.
Diese Maßnahme ist besonders vorteilhaft dafür, den Mikrospiegel während des Herstellungsverfahrens vor äußeren Einflüssen zu schützen. Durch die Aufsatzschicht können chemische Prozesse wie Oxidation des darunterliegenden Materials, bspw. Silizium, aus dem der Spiegelkörper entstehen kann, die zu einer Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften des Mikrospiegels führen können, unterbunden werden. Ferner können der Zufuhrkanal und der Abfuhrkanal gleichzeitig, daher zeiteffizient hergestellt werden. Die Aufsatzschicht ist darüber hinaus besonders einfach mit Hilfe von etablierten Methoden wie nasschemischem Ätzen wieder entfernbar, wobei hierzu eine Trennschicht, bspw. aus Siliziumdioxid, zur genauen Festlegung der Ätztiefe dienen kann.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
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.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Bezug auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen:
1 in einer Draufsicht ein Mikrospiegelarray für eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage;
2A in einer Querschnittsdarstellung einen Mikrospiegel mit einem Spiegelkörper, einem Mikrokanalsystemsegment und einem Trägerkörper;
2B in einer weiteren Querschnittsdarstellung den Mikrospiegel in 2A, wobei der Spiegelkörper aus der in 2A gezeigten Stellung ausgelenkt ist;
3A in einer weiteren Querschnittsdarstellung ein erstes Substrat, aus dem der Spiegelkörper in 2A zu bilden ist;
3B in einer weiteren Querschnittsdarstellung das erste Substrat in 3A mit dem herausgearbeiteten Spiegelkörper und einem Verbindungselement;
4A in einer weiteren Querschnittsdarstellung ein zweites Substrat, aus dem das Mikrokanalsystemsegment und der Trägerkörper zu bilden sind;
4B in einer weiteren Querschnittsdarstellung das zweite Substrat in 4A, wobei die Seitenelektroden und die Zentralelektrode im Trägerkörper angebracht sind;
4C in einer weiteren Querschnittsdarstellung das zweite Substrat in 4A, wobei das Mikrokanalsystemsegment vorstrukturiert ist;
4D in einer weiteren Querschnittsdarstellung das zweite Substrat in 4A, wobei ein drittes Substrat zur Ausbildung einer Decke des Mikrokanalsystemsegmentes mit dem zweiten Substrat gefügt ist;
4E in einer weiteren Querschnittsdarstellung das zweite Substrat in 4A mit der fertig strukturierten Decke für das Mikrokanalsystemsegment;
5 in einer weiteren Querschnittsdarstellung das erste und das zweite Substrat, wobei das erste Substrat mit dem zweiten Substrat gefügt ist und aus dem zweiten Substrat ein Zufuhr- und ein Abfuhrkanal gebildet sind;
6 in einer Draufsicht das Mikrokanalsystemsegment mit einem Mikrokanal, einem Zufluss, einem Abfluss, wobei jeweils eine Öffnung für den Zufuhr- und den Abfuhrkanal gezeigt sind;
7A in einer Draufsicht das Kühlsystem mit mehreren an einem Mikrospiegelarray angeordneten Mikrokanälen, mehreren Zufuhr- und Abfuhrkanälen sowie einem Hauptzufuhrkanal und einem Hauptabfuhrkanal; und
7B in einer Draufsicht einen Mikrospiegel aus 7A.
In 1 ist ein mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehenes optisches System gezeigt, wobei im gezeigten Beispiel das optische System 10 einen Facettenspeigel 12 aufweist. Der Facettenspeigel 12 weist eine matrixförmige Anordnung von mehreren gleichen Mikrospiegeln 14 bzw. ein Mikrospiegelarray 15 auf, die auf einer Reflexionsfläche 16 angebracht sind. Diese matrixförmige Anordnung von Mikrospiegeln 14 mit einer zeilen- und spaltenweisen Unterteilung bildet den Kernteil des erfindungsgemäßen optischen Systems 10. Sowohl eine Mikrospiegelzeile als auch eine Mikrospiegelspalte kann eine Mehrzahl von Mikrospiegeln 14 aufweisen. Dabei ist jeder der Mikrospiegel 14 einzeln elektrisch ansteuerbar und in Bezug auf zumindest zwei Achsen verkippbar. Das optische System 10 weist ferner ein Kühlsystem 17 auf, das ein Mikrokanalsystem 19 aufweist. Das Mikrokanalsystem 19 weist mehrere Mikrokanalsystemsegmente 21 auf, die, zusammen mit dem Kühlsystem 17 und dem Mikrokanalsystem 19 in den weiteren Figuren gezeigt und erläutert werden.
In 2A ist in einer Querschnittsdarstellung der Mikrospiegel 14 gezeigt. Der Mikrospiegel 14 weist einen Spiegelkörper 18 und einen Trägerkörper 20 auf, wobei der Spiegelkörper 18 eine Spiegelfläche 22 aufweist. In diesem Beispiel nimmt die Spiegelfläche 22 eine quadratische Form ein, wie in 1 ersichtlich ist. Auch andere Formen, die eine möglichst lückenlose Belegung der Reflexionsfläche 16 des Facettenspeigels 12 ermöglichen, sind für die Spiegelfläche 22 geeignet.
Der Spiegelkörper 18 weist auf seiner einen von der Spiegelfläche 22 abgewandten Seite ein Verbindungselement 24 auf, das in dem gezeigten Beispiel eine kleinere Breite als die Spiegelfläche 22 und eine von der Spiegelfläche 22 abgewandte Rückseite 24a aufweist.
Der Trägerkörper 20 weist einen Seitenkörper 26 und einen Zentralkörper 28 auf, wobei der Seitenkörper 26 im gezeigten Beispiel einen ersten Teilseitenkörper 26a und einen zweiten Teilseitenkörper 26b aufweist, wobei der erste Teilseitenkörper 26a und der zweite Teilseitenkörper 26b sowohl voneinander als auch vom Zentralkörper 28 beabstandet angeordnet sind.
Der erste und der zweite Teilseitenkörper 26a, b weisen jeweils eine dem Zentralkörper 28 zugewandte erste Innenseite 30a und zweite Innenseite 30b, sowie jeweils eine von der Spiegelfläche 22 abgewandte erste Rückseite 32a und zweite Rückseite 32b auf. Die erste und die zweite Innenseite 30a, b weisen jeweils eine erste Innenelektrode 34a und eine zweite Innenelektrode 34b auf, wobei die erste und die zweite Rückseite 32a, b jeweils eine erste Rückelektrode 36a und eine zweite Rückelektrode 36b aufweist. Hierbei bilden die erste Innenelektrode 34a und die mit dieser verbundene erste Rückelektrode 36a eine erste Seitenelektrode 38a aus, wobei die zweite Innenelektrode 34b und die mit dieser verbundene zweite Rückelektrode 36b eine zweite Seitenelektrode 38b ausbilden.
Der Zentralkörper 28 weist zumindest eine zur Spiegelfläche 22 im Wesentlichen senkrechte Mantelfläche 40 und eine von der Spiegelfläche abgewandte zentrale Rückseite 42 auf. Die Mantelseite 40 weist im gezeigten Beispiel zwei Mantelelektroden 44a, b auf, wobei die zentrale Rückseite 42 eine zentrale Rückelektrode 46 aufweist, wobei die Mantelelektroden 44a, b und die zentrale Rückelektrode 46 eine Zentralelektrode 48 ausbilden. Die Innenelektroden 34a, b und die Mantelelektroden 44a, b sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Die Seitenelektroden 38a, b und die Zentralelektrode 48 bilden einen Aktuator 50 aus, mit dessen Betätigung der Spiegelkörper 18 verkippbar ist.
Zwischen dem Spiegelkörper 18 und dem Trägerkörper 20 ist das Mikrokanalsystemsegment 21 angeordnet, das im Wesentlichen parallel zur Spiegelfläche 22 angeordnet ist und ein Zentrum 54 aufweist, wobei das Zentrum 54 eine der Spiegelfläche 22 zugewandte Oberseite 56 und eine von der Spiegelfläche 22 abgewandte Unterseite 58 aufweist. Das Verbindungselement 24 ist mit der Rückseite 24a mit dem Zentrum 54 zentrisch symmetrisch verbunden, wobei das Zentrum 54 mit der Unterseite 58 mit dem Zentralkörper 28 zentrisch symmetrisch verbunden ist. Das Zentrum 54 weist ferner, zumindest in der gezeigten Querschnittsdarstellung, eine im Wesentlichen gleiche Breite wie das Verbindungselement 24 auf.
Das Mikrokanalsystemsegment 21 weist einen Mikrokanal 60 auf, der mehrere Kanalabschnitte 59 aufweist, wobei diese Kanalabschnitte 59 sowohl vom Zentrum 54 als auch voneinander beabstandet angeordnet sind. Das Mikrokanalsystemsegment 21 weist ferner einen Zufluss 62 und einen Abfluss 64 auf, wobei der Zufluss 62 und der Abfluss 64 von den Kanalabschnitten 59 beabstandet angeordnet sind. Der Zufluss 62 befindet sich im hier gezeigten Beispiel in einem Randbereich des Mikrokanalsystemsegmentes 21 und auf einer der Spiegelfläche 22 zugewandten Seite des ersten Teilseitenkörpers 26a, wobei der Abfluss 64 bzgl. des Zentrums 54 im Wesentlichen symmetrisch zum Zufluss 62 angeordnet ist. In 2a sind ferner ein Zufuhrkanal 66 und ein Abfuhrkanal 68 gezeigt, wobei der Zufuhrkanal 66 an den Zufluss 62 und der Abfuhrkanal 68 an den Abfluss 64 jeweils über eine Öffnung 70 angeschlossen sind. Der Zufuhrkanal 66 und der Abfuhrkanal 68 weisen im hier gezeigten Beispiel eine größere Breite als der Mikrokanal 60 auf. Ferner weisen der Zufuhrkanal 66 und der Abfuhrkanal 68 im hier gezeigten Beispiel einen zur Spiegelfläche 22 im Wesentlichen senkrechten Verlauf auf, der sich durch den Seitenkörper 26 hindurchstreckt.
In 6 ist in einer Draufsicht das Mikrokanalsystemsegment 21 aus 2A mit dem Zentrum 54, dem Mikrokanal 60, dem Zufluss 62, dem Abfluss 64, zusammen mit den Öffnungen 70 gezeigt. Der Mikrokanal 60 weist einen spiralförmigen Verlauf im Sinne der vorstehend erläuterten Definition um das Zentrum 54 herum auf. Im gezeigten Beispiel verlaufen mehrere Mikrokanalabschnitte 71 des Mikrokanals 60 geradlinig um das Zentrum 54 herum. Es können aber auch andere Verlaufsformen, bspw. ein kurviger Verlauf, der Mikrokanalabschnitte 71 realisiert werden. In einem Randbereich 72 des Mikrokanalsystemsegmentes 21 sind der Zufluss 62 und der Abfluss 64 angeordnet, wobei der Zufluss 64 und der Abfluss 66 jeweils auf ihrer einen dem Zentrum 54 zugewandten Seite an den Mikrokanal 60 angeschlossen sind. Der Zufluss 62 und der Abfluss 64 sind ferner jeweils auf ihrer einen vom Zentrum 54 abgewandten Seite mit der im Randbereich 72 befindlichen Öffnung 70 verbunden. Die Mikrokanalabschnitte 71 sind im Mikrokanalsystemsegment 21 voneinander beabstandet angeordnet, wobei sie durch einen Kanalzwischenraum 74 räumlich voneinander getrennt sind.
2B zeigt in einer Querschnittsdarstellung den Mikrospiegel 14, wobei der Spiegelkörper 18, das Zentrum 54 des Mikrokanalsystemsegmentes 21 und der Zentralkörper 28 des Trägerkörpers 20 eine T-Form 76 ausbilden, die in der gezeigten Querschnittsdarstellung verkippt ist. Zur Verkippung wird dabei eine elektrische Spannung zwischen den Seitenelektroden 38a, b und der Zentralelektrode 48 angelegt, die zu elektrostatischen Kräften zwischen den Seitenelektroden 38a, b und der Zentralelektrode 48 führt. Im gezeigten Beispiel wirkt eine anziehende elektrostatische Kraft zwischen der ersten Seitenelektrode 38a und der Zentralelektrode 48, wobei es zu einer abstoßenden Kraftwirkung zwischen der zweiten Seitenelektrode 38b und der Zentralelektrode 48 kommt. Durch den Mikrokanal 60 ist die T-Form 76 federartig mit dem Seitenkörper 26 verbunden. Im unverkippten Zustand in 2A wird die T-Form 76 in der dort gezeigten Ausgangsstellung unbeweglich festgelegt. In 2B wird die T-Form 76 im Gleichgewicht der elektrostatischen Kräfte mit der federartigen Kraftwirkung im verkippten Zustand gehalten. Die Verkippung der T-Form 76 ist durch die Seitenelektroden 38a, b und die Zentralelektrode 48 elektrisch steuerbar. Durch die Verkippung kann der Winkel, unter dem das auf die Spiegelfläche 22 einfallende Licht reflektiert wird, gezielt eingestellt werden. Dabei ist der Winkel für alle Mikrospiegel 14 des Facettenspeigels 12 einzeln einstellbar, so dass eine Vielzahl an Winkelkombinationen realisierbar sind.
Sowohl im unverkippten als auch im verkippten Zustand dienen das Mikrokanalsystemsegment 21, der Zufuhrkanal 66 und der Abfuhrkanal 68 zur Abfuhr von der Wärme, die durch Belichtung der Spiegelfläche 22 mit Licht aus einer typischerweise in einer Projektionsbelichtungsanlage (nicht gezeigt) vorhandenen Lichtquelle (nicht gezeigt) entsteht und vom Mikrospiegel 14 absorbiert wird. Das Kühlsystem 17 des erfindungsgemäßen optischen Systems 10 weist ferner ein Kühlmedium (nicht gezeigt) auf, das durch das Mikrokanalsystemsegment 21, den Zufuhrkanal 66 und den Abfuhrkanal 68 durchgeleitet wird. Dabei findet ein Wärmeübertrag vom Spiegelkörper 18 auf das Kühlmedium statt. Der Mikrokanal 60 dient sowohl zur vorstehend erläuterten Festlegung der T-Form 76, als auch zum Wärmeaustausch zwischen dem Spiegelkörper 18 und dem Trägerkörper 20.
Mit dem erfindungsgemäßen optischen System 10 ist deshalb eine Kombination aus einem aktiven und einem passiven Wärmeabfuhrmechanismus erreicht, wobei beide im Wesentlichen durch ein und dasselbe System, nämlich das Mikrokanalsystem 19 gewährleistet sind.
3 bis 5 zeigen das Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen optischen Systems 10. Dieses Verfahren wird nachfolgend näher erläutert.
3A und 3B zeigen in jeweils einer Querschnittsdarstellung einen ersten Verfahrensschritt zur Herstellung des Spiegelkörpers 18.
Der Spiegelkörper 18 wird aus einem ersten Substrat 78 gebildet, wobei das erste Substrat 78 eine Dicke aufweist. Das erste Substrat 78 weist eine Aufsatzschicht 80, eine Trennschicht 82 und eine Spiegelschicht 84 aufweist, wobei die Aufsatzschicht 80 und die Spiegelschicht 84 durch die Trennschicht 82 räumlich voneinander getrennt angeordnet sind. Die Aufsatzschicht 80 weist eine Oberseite 81 auf, wobei die Spiegelschicht 84 eine Unterseite 85 aufweist. Die Oberseite 81, die Unterschicht 85 und die Trennschicht 82 verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander. Das erste Substrat 78 weist in der zur Oberseite 81 im Wesentlichen senkrechten Richtung für seine gesamte Dicke einen im Wesentlichen gleichen Querschnitt auf. Das erste Substrat 78 kann bspw. aus Silizium und die Trennschicht 82 bspw. aus Siliziumdioxid bestehen. Ein solches Substrat ist dem Fachmann unter dem Begriff SOI-Substrat (silicon on insulator) bekannt. Das erste Substrat 80 wird mit einem ersten und einem zweiten Ätzverfahren in Kombination mit optischer Lithographie bearbeitet, wobei mit dem ersten Ätzverfahren das Verbindungselement 24 und mit dem zweiten Ätzverfahren der Spiegelkörper 18 vollständig aus der Spiegelschicht 84 herausgearbeitet werden. Die zwei Ätzverfahren können bspw. auf einem tiefreaktiven Ionenätzen (DRIE) in Kombination mit einer Gasabscheidungstechnik (Bosch Prozess) und SF6-Plasma beruhen. In diesen beiden Ätzverfahren werden zwei unterschiedliche Sorten von Fotolack und zwei unterschiedliche Oxidmasken verwendet. 3B zeigt in einer Querschnittsdarstellung das Resultat des ersten Verfahrensschrittes.
4A bis 4E erläutern einen zweiten Verfahrensschritt zur Herstellung des Mikrokanalsystemsegmentes 21 und des Aktuators 50. Der zweite Verfahrensschritt gliedert sich ferner in vier Teilverfahrensschritte, die im Folgenden näher beschrieben werden.
Für den ersten Teilverfahrensschritt des zweiten Verfahrensschrittes wird ein zweites Substrat 86, im in 4A gezeigten Beispiel ein SOI-Substrat, verwendet, das eine Oberschicht 88, eine Trennschicht 90 und eine Unterschicht 92 aufweist. Die Oberschicht 88 und die Unterschicht 92 sind durch die Trennschicht 90 räumlich voneinander getrennt angeordnet. Die Oberschicht 88 weist ferner eine Oberseite 89 auf, wobei die Unterschicht 92 eine Unterseite 93 aufweist. Die Oberseite 88, die Trennschicht 90 und die Unterseite 93 verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander. Das zweite Substrat 86 weist in der zu seiner Oberseite 89 im Wesentlichen senkrechten Richtung für seine eine gesamte Dicke einen im Wesentlichen gleichen Querschnitt auf, der hier nicht gezeigt ist, wobei der Querschnitt des zweiten Substrates dem Querschnitt des ersten Substrates im Wesentlichen entspricht.
Aus der Oberschicht 88 wird im Wesentlichen das Mikrokanalsystemsegment 21 herausgearbeitet, während aus der Unterschicht 92 im Wesentlichen der Trägerkörper 20 gebildet wird, wobei die Seitenelektroden 38a, b und die Zentralelektrode 48 in der Unterschicht 86 angebracht werden.
4B zeigt das Resultat des ersten Teilverfahrensschrittes des zweiten Verfahrensschrittes. Zunächst werden die Seitenelektroden 38a, b und die Zentralelektrode 48 angebracht. Die Innenelektroden 34a, b und die Mantelelektroden 44a, b werden mit Hilfe einer Durchkontaktierungstechnik realisiert, die unter dem Begriff TSV (Through Silicone Via) bspw. aus der eingangs genannten Veröffentlichung von Ataman et. al bekannt ist.
Dazu wird die Unterschicht 92 des zweiten Substrates 86 von der Unterseite 93 im Wesentlichen senkrecht zu dieser, bspw. mit nasschemischen Ätzen, bis zur Trennschicht 90 geätzt. Die Trennschicht 90 stoppt das Ätzen, so dass die Oberschicht 88 des zweiten Substrates unbeeinflusst bleibt. Dabei entstehen mehrere im Wesentlichen senkrecht zur Unterseite 93 verlaufende Freiräume 96, die im Anschluss zuerst oxidiert werden, wobei mittels Oxidation eine Oxidschicht 94 auf der jeweiligen Wandfläche der Freiräume 96 sowie auf der nach dem Ätzen verbleibenden Fläche der Unterseite 93 entsteht. Anschließend werden die Freiräume 96 mit einem elektrisch leitfähigen Material 95 gefüllt, aus dem die Innenelektroden 34a, b und die Mantelelektroden 44a, b bestehen, wobei das elektrisch leitfähige Material nur in den Bereichen der Freiräume 96 eingebracht wird, die nach Entstehung der Oxidschicht 94 frei bleiben.
Mit optischer Lithographie in Kombination mit Ätzen werden die Bereiche 97 der ersten und der zweiten Rückseiten 32a, b und der zentralen Rückseite 42 des Zentralkörpers 28 definiert, auf denen eine metallische Beschichtung 98 aufgebracht wird, aus der die erste und die zweite Rückelektrode 36a, b und die zentrale Rückelektrode 46 gebildet werden, wobei die metallische Beschichtung 98 mit dem elektrisch leitfähigen Material 95 in Kontakt kommt. Die metallische Beschichtung 98 kann bspw. eine Chrom-Gold-, oder eine Chrom-Platin-Gold- oder eine Chrom-Titan-Gold-Legierung aufweisen. Die Oxidschicht 94 außerhalb der Bereiche 97 wird nach dem Aufbringen der Beschichtung 98 entfernt, bspw. durch nasschemisches Ätzen.
In einem zweiten Teilverfahrensschritt des zweiten Verfahrensschrittes, dessen Resultat in 4C gezeigt ist, wird im Wesentlichen das Mikrokanalsystemsegment 21 vorstrukturiert.
Das Mikrokanalsystemsegment 21 weist einen Kanalinnenraum 100, eine Seitenwand 102, einen Boden 104 und eine Decke 106 auf. Zuerst wird die Oberschicht 88 des zweiten Substrates 86 von dessen Oberseite 89 her geätzt. Dabei wird bspw. ein Siliziumbasiertes Trockenätzverfahren eingesetzt, wobei die Bereiche des Kanalinnenraums 100, des Kanalzwischenraums 74, des Zuflusses 62 und des Abflusses 64 entfernt werden. Das Ätzverfahren erfolgt solange, bis die Oberschicht 88 eine Dicke aufweist, die der gewünschten Dicke des Bodens 104 entspricht, die vorzugsweise im Bereich von 10 µm bis 100 µm beträgt. Mit einem Plasmaätzverfahren kann die Inhomogenität der Dicke des Bodens 104 des Mikrokanalsystemsegmentes 21 auf 2% bis 5% limitiert werden. Damit lässt sich die Inhomogenität der Dicke des Bodens 104 im Wesentlichen lediglich von der Variation der gesamten Dicke des zweiten Substrates abhängig machen.
In einem dritten Teilverfahrensschritt des zweiten Verfahrensschrittes, dessen Resultat in 4D gezeigt ist, werden zuerst die Öffnungen 70 des Zufuhrkanals 66 und des Abfuhrkanals 68, anschließend die Decke 106 des Mikrokanals 60 gebildet.
Das nach dem zweiten Teilverfahrensschritt des zweiten Verfahrensschrittes verbleibende Material der Oberschicht 88 des zweiten Substrates 86 wird für die Bereiche der Öffnungen 66, 68 des Zufuhrkanals 66 und des Abfuhrkanals 68 mit Hilfe der Fotolithographie definiert und in einem darauf folgenden Ätzverfahren entfernt.
Die Decke 106 wird aus einem dritten Substrat 108, bspw. ein SOI-Substrat, gebildet, das eine Oberschicht 110, eine Trennschicht 112 und eine Deckschicht 114 aufweist, wobei die Oberschicht 110 und die Deckschicht 114 durch die Trennschicht 112 räumlich voneinander getrennt angeordnet sind. Die Oberschicht 110 weist ferner eine Oberseite 111 auf, wobei die Deckschicht eine Unterseite 115 aufweist, die im Wesentlichen parallel zur Oberseite 111 und zur Trennschicht 112 ist. Die Deckschicht 114 weist eine Dicke auf, die der gewünschten Dicke der Decke 106 entspricht. Das dritte Substrat 108 weist in der zu seiner Oberseite 111 im Wesentlichen senkrechten Richtung für seine gesamte Dicke einen im Wesentlichen gleichen Querschnitt auf, der hier nicht gezeigt ist, wobei der Querschnitt des dritten Substrates dem Querschnitt des zweiten Substrates und dem Querschnitt des ersten Substrates im Wesentlichen entspricht.
Das dritte Substrat 108 wird mit dem zweiten Substrat 86 derart gefügt, dass der Querschnitt des zweiten Substrates 86 und der Querschnitt des dritten Substrates 108 im Wesentlichen übereinander angeordnet sind.
In einem vierten Teilverfahrensschritt des zweiten Verfahrensschrittes, dessen Resultat in 4E gezeigt ist, wird das dritte Substrat 108 zuerst von seiner Oberseite 111 mit einem Ätzverfahren, bspw. durch ein SF6-Plasma in Kombination mit einem anschließenden, auf dem Fachgebiet bekannten CHF3/CF4-basierten RIE-Prozess soweit verarbeitet, bis die Oberschicht 110 und die Trennschicht 112 im Wesentlichen entfernt sind. Anschließend werden die Bereiche der Deckschicht 114 und der verbleibenden Oberschicht 88 des zweiten Substrates 86, die sich mit dem Kanalzwischenraum 74 überschneiden, mit einem Ätzverfahren in Kombination mit Fotolithographie entfernt. Das Mikrokanalsystemsegment 21 ist somit vollständig gebildet.
Im Anschluss zum zweiten Verfahrensschritt wird in einem dritten Verfahrensschritt zuerst das bereits vorstrukturierte erste Substrat 78 mit dem zweiten Substrat 86 derart gefügt, dass das Verbindungselement 24 mit dem Zentrum 54 des Mikrokanalsystemsegmentes 21 zentrisch symmetrisch verbunden ist, wie es aus der 5 ersichtlich ist. Anschließend werden in einem aus der Fotolithographie und einem auf dem Fachgebiet als „gas chopped DRIE“ bekannten Ionenätzverfahren kombinierten Prozess die Bereiche für den Zufuhrkanal 66, den Abfuhrkanal 68 sowie die Bereiche zwischen der jeweiligen der beiden Seitenelektroden 38a, b und der Zentralelektrode 48 aus dem zweiten Substrat entfernt. Vorteilhafterweise dient die Oxidschicht 94 hierbei dazu, dass die Seitenelektroden 38a, b und die Zentralelektrode 48 vor dem verwendeten Ätzverfahren geschützt sind.
Zum Abschluss des vorstehend genannten Herstellungsverfahrens des erfindungsgemäßen optischen Systems 10 werden in einem vierten Verfahrensschritt zuerst die Bereiche der Oxidschicht 94, die sich jeweils auf der dem Zentralkörper zugewandten Seite der Seitenelektroden 38a, b mit diesen in Kontakt befinden, sowie die sich auf der der jeweiligen der beiden Seitenelektroden 38a, b zugewandten Seite der Zentralelektrode 48 mit dieser in Kontakt befinden mit einem isotropischen Ätzverfahren, bspw. mit SF6-Plasma als Ätzmittel, entfernt. Im selben Ätzverfahren werden ferner die Bereiche der Trennschicht 90 des zweiten Substrates 86, die sich zwischen der jeweiligen der beiden Seitenelektroden 38a, b und der Zentralelektrode 48 mit dieser in Kontakt befinden, sowie die in den Bereichen des Zufuhrkanals 66 und des Abfuhrkanals 68 befinden, entfernt.
Anschließend wird die Aufsatzschicht 80 und die Trennschicht 82 des ersten Substrates mit einem Ätzverfahren entfernt, bei dem zuerst SF6 und dann HF-Dampf als Ätzmittel verwendet werden. Der vierte Verfahrensschritt ist besonders vorteilhaft, da die Spiegelfläche 22 im gesamten Herstellungsverfahren bis zur Entfernung der Trennschicht 82 und der Aufsatzschicht 80 vor äußeren Einflüssen geschützt werden kann. Dies ist insbesondere für EUV-Anwendungen bei kleinen Wellenlängen von hoher Bedeutung, da die Beeinträchtigungen der Reflexionseigenschaften aufgrund der für eine derartige Spiegelfläche 22 üblichen Korrugationen mit abnehmender Wellenlänge des einfallenden Lichtes zunehmen.
Das Endresultat des vierten Verfahrensschrittes ist der Mikrospiegel 14, der in 2A gezeigt ist und vorstehend näher beschrieben wurde.
Mit Hilfe der heutigen aus dem Stand der Technik bekannten Mikrosystemtechnik lassen sich die Mikrospiegel 14 des in 1 beschriebenen Mikrospiegelarrays 15 gleichzeitig herstellen, wobei sowohl die einzelnen Spiegelkörper 18, die einzelnen Mikrokanalsystemsegmente 21 als auch die einzelnen Aktuatoren jeweils gleichzeitig herstellbar sind. Eine besonders hohe Herstellungseffizienz in Hinblick auf Zeit- und Energieaufwand kann dabei erzielt werden. Zudem gehören die im oben beschriebenen Verfahren erläuterten, zur Herstellung des erfindungsgemäßen optischen Systems verwendeten Technologien wie Ätzen, optische Fotolithographie und Metallisierung zu den auf dem Fachgebiet etablierten Technologien, die eine sehr hohe Genauigkeit und Sicherheit bei Strukturierung derartigen Systeme gewährleisten.
Als Kühlmedium lässt sich im Allgemeinen ein Gas oder eine Flüssigkeit, die in dem Kühlsystem 17 des erfindungsgemäßen optischen Systems 10 laminar strömen kann, bspw. flüssiger Wasserstoff, verwenden. Dadurch lassen sich die Vibrationen des Mikrospiegels 14, die aufgrund des Flusses des Kühlmediums zustande kommen, minimieren, insbesondere im Vergleich zu dem Fall, in dem das Kühlmedium turbulent strömt. Somit kann die optische Qualität des erfindungsgemäßen optischen Systems 10 zusätzlich verbessert werden.
Der Mikrokanal 60 kann ferner mit einer niedrigen Steifigkeit gebildet werden, so dass der Mikrospiegel 14, das Zentrum 54 des Mikrokanalsystemsegmentes 21 und der Zentralkörper 28 im unverkippten Zustand beweglich festgelegt sind und zur Verkippung nur eine kleine elektrische Spannung anzulegen ist, um der federartigen Kraftwirkung des Mikrokanals 60 entgegenzuwirken. Das führt darüber hinaus zu dem Vorteil, dass durch das Anlegen einer kleinen elektrischen Spannung zur Verkippung des Mikrospiegels nur wenig Joule'sche Wärme in den Seitenelektroden 38a, b und der Zentralelektrode 48 des Aktuators erzeugt wird. Das Kühlsystem 17 wird dadurch weniger belastet, was auch hinsichtlich der Betriebskosten des Kühlsystems 17 besonders vorteilhaft ist.
7A zeigt in einer Draufsicht das Kühlsystem 17 mit mehreren an einem Mikrospiegelarray 15 angeordneten Mikrokanalsystemsegmenten 52, mehreren Zufuhr- und Abfuhrkanälen 66, 68 sowie einem Hauptzufuhrkanal 116 und einem Hauptabfuhrkanal 118. Das Mikrospiegelarray 15 in diesem Ausführungsbeispiel weist mehrere Zeilen und Spalten, bspw. 32 Zeilen und 32 Spalten, auf, wobei das Mikrospiegelarray 15 eine Länge und eine Breite von jeweils bspw. etwa 2 cm aufweist. Der jeweilige Mikrospiegel 14 des Mikrospiegelarrays 15, der in einer vergrößerten Draufsicht in 7B ersichtlich ist, weist eine rechteckige Form mit einer Abmessung im Bereich von 100 µm bis 1 mm, bspw. eine quadratische Form mit einer Fläche von etwa 600 × 600 µm², auf. Der spiralförmige Mikrokanal 60 des jeweiligen Mikrospiegels 14 weist eine Kreisfläche mit einem Durchmesser von bspw. halber Abmessung des Mikrospiegels 14, bspw. etwa 300 µm im Fall einer Abmessung des Mikrospiegels 14 von 600 µm, auf, woraus sich ein Restbereich 120 mit einer Breite von bspw. einem Viertel der Abmessung des Mikrospiegels 14, bspw. etwa 150 µm im Fall einer Abmessung des Mikrospiegels 14 von 600 µm, ergibt, in den der Zufuhr- bzw. Abfuhrkanal 66, 68 des jeweiligen Mikrospiegels 14 eingebracht werden können. Die Zufuhrkanäle 66 der Mikrospiegel 14 aus einer jeweiligen Zeile des Mikrospiegelarrays 15 sind im Wesentlichen parallel zur Richtung der Zeile ausgerichtet und miteinander durchgängig verbunden, wobei sie eine Zufuhrkanalzeile 122 bilden, wobei das Kühlsystem 17 insgesamt 16 Zufuhrkanalzeilen 122 aufweist. Die Abfuhrkanäle 68 der Mikrospiegel 14 aus einer jeweiligen Zeile des Mikrospiegelarrays 15 sind im Wesentlichen parallel zur Richtung der Zeile ausgerichtet und miteinander durchgängig verbunden, wobei sie eine Abfuhrkanalzeile 124 bilden, wobei das Kühlsystem 17 insgesamt 16 Abfuhrkanalzeilen 124 aufweist. Die Pfeile in den Zufuhr- bzw. Abfuhrkanalzeilen 122, 124 in 7A stellen die Strömungsrichtung des Kühlmediums dar. Die 16 Zufuhrkanalzeilen 122 sind jeweils an ihrem einen gleichen Ende mit dem Hauptzufuhrkanal 116 durch 16 Öffnungen verbunden, wobei die 16 Abfuhrkanalzeilen 124 jeweils an ihrem einen gleichen Ende durch 16 Öffnungen mit einem Hauptabfuhrkanal 118 verbunden sind. Der Hauptzufuhrkanal 116 ist durch das Mikrospiegelarray 15 vom Hauptabfuhrkanal 118 beabstandet im Wesentlichen parallel zu diesem angeordnet ist, wobei sich der Hauptzufuhr- und der Hauptabfuhrkanal 116, 118 in einem Randbereich des Mikrospiegelarrays 15 befinden.
Die Zufuhr- bzw. Abfuhrkanäle 66, 68 weist eine zur Spiegelfläche 22 im Wesentlichen parallele Erstreckung von bspw. etwa 50 µm und zur Spiegelfläche 22 im Wesentlichen senkrechte Erstreckung von bspw. etwa 300 µm auf, woraus sich ein zur Spiegelfläche 22 im Wesentlichen senkrechter Querschnitt mit einer Fläche von bspw. etwa 15000 µm² ergibt. Die Zuflüsse bzw. Abflüsse der Mikrokanalsystemsegmente 52 einer Zeile des Mikrospiegelarrays 15 weisen einen zur Spiegelfläche 22 im Wesentlichen senkrechten Gesamtquerschnitt mit einer Fläche von bspw. etwa 12800 µm² auf, die kleiner ist als die Fläche des Querschnitts der Zufuhr- bzw. Abfuhrkanäle 66, 68. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der hydrodynamische Widerstand der Zufuhr- bzw. Abfuhrkanäle 66, 68 zumindest gleich groß ist wie der hydrodynamische Widerstand der Mikrokanalsystemsegmente 52, was vorteilhaft ist für eine effiziente Wärmeleitung im gesamten Kühlsystem. Der Hauptzufuhr- bzw. Hauptabfuhrkanal 116, 118 weist eine zur Spiegelfläche 22 im Wesentlichen parallele Erstreckung von bspw. etwa 800 µm und eine zur Spiegelfläche 22 im Wesentlichen senkrechte Erstreckung von bspw. etwa 300 µm auf. Somit ergibt sich ein zur Spiegelfläche 22 im Wesentlichen senkrechte Querschnitt mit einer Fläche von bspw. etwa 240000 µm², die im Wesentlichen der Summe der jeweils 16 Querschnittsflächen der am Hauptzufuhr- bzw. Hauptabfuhrkanal 116, 118 angeschlossenen 16 Zufuhr- bzw. Abfuhrkanäle 66, 68 gleich ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der hydrodynamische Widerstand des Hauptzufuhr- bzw. des Hauptabfuhrkanals 116, 118 zumindest gleich groß ist wie der hydrodynamische Widerstand der Zufuhr- bzw. Abfuhrkanäle 66, 68, was vorteilhaft ist für eine effiziente Wärmeleitung im gesamten Kühlsystem 17.
Der Hauptzufuhr- und Hauptabfuhrkanal 116, 118 weisen jeweils zwei Hauptöffnungen 126 auf, über die das Kühlmedium dem Hauptzufuhr- bzw. des Hauptabfuhrkanals 116, 118 zu- bzw. abgeführt wird, wobei die Hauptöffnungen 126 eine zur Querschnittsfläche des Hauptzufuhr- bzw. Abfuhrkanals 116, 118 im Wesentlichen gleiche Querschnittsfläche aufweisen. Hierdurch wird der hydrodynamische Widerstand des gesamten Kühlsystems 17 zusätzlich gleichmäßig und niedrig gehalten, wobei die Bereiche der Mikrokanäle 60 den höchsten hydrodynamischen Widerstand im gesamten Kühlsystem 17 aufweisen.
Die in 7A gezeigte Ausgestaltungsform des Kühlsystems 17, insbesondere der Zufuhr- und Abfuhrkanäle 66, 68 und des Hauptzufuhr- bzw. Hauptabfuhrkanals 116, 118, lässt sich durch eine Reihe von alternativen Bauweisen erweitern, wodurch sich das Kühlsystem 17 des erfindungsgemäßen optischen Systems 10 an eine Vielzahl von Systemanforderungen anpassen kann. Bspw. können die Zufuhr- und/oder Abfuhrkanalzeilen 122, 124 einen mäanderförmigen Verlauf annehmen. Die Hauptöffnungen 126 des Hauptzufuhr- bzw. Hauptabfuhrkanals 116, 118 können bspw. eine rechteckige oder eine kreisförmige Querschnittsfläche annehmen, wobei die Anzahl der Hauptöffnungen 126 größer als zwei sein kann, um den Hauptzufuhr- bzw. den Hauptabfuhrkanal 116, 118 dadurch in mehrere Abschnitte aufzuteilen und eine zusätzlich effizientere Wärmeabfuhr von den Mikrospiegeln 14 zu ermöglichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009000099 A1 [0010, 0018]
US 7591561 B2 [0013, 0013]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Ataman et al., „A Dual-Axis High Fill-Factor Micromirror Array for High Thermal Loads“, in International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics (OMN) 2011, pp. 135–136 (2011) [0003]
Ataman et al. [0009]
Ataman et al. [0018]

Claims

Optisches System (10) für EUV-Anwendungen mit mehreren Mikrospiegeln (14), wobei jeder der mehreren Mikrospiegel (14) zumindest einen Spiegelkörper (18), einen Trägerkörper (20) und eine Spiegelfläche (22) aufweist, wobei die Spiegelfläche (22) verkippbar ist, mit einem Kühlsystem (17) zur Wärmeabfuhr vom zumindest einen der Mikrospiegel (14), dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem (17) ein Kühlmedium und ein Mikrokanalsystem (19) zur Durchleitung des Kühlmediums aufweist, wobei das Mikrokanalsystem (19) mehrere Mikrokanalsystemsegmente(21) aufweist, wobei zumindest eines der mehreren Mikrokanalsystemsegmente (21) zumindest einen Mikrokanal (60) zur Durchleitung des Kühlmediums aufweist und dem zumindest einen Mikrospiegel (14) zugeordnet ist.
Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrokanalsystem (19) den mehreren Mikrospiegeln (14) zugeordnet ist, wobei jeweils eines der Mikrokanalsystemsegmente (21) einem der Mikrospiegel (14) zugeordnet ist und nur einen Mikrokanal (60) aufweist, wobei jeweils einem der Mikrospiegel (14) nur ein Mikrokanalsystemsegment (21) zugeordnet ist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrospiegel (14) zumindest ein Festlegungselement zum Festlegen des Spiegelkörpers (18) am Trägerkörper (20) aufweist, wobei das Festlegungselement vorzugsweise durch den zumindest einen Mikrokanal (60) mit einem Verlauf, vorzugsweise einem geraden oder spiralförmigen Verlauf, um ein Zentrum (54) herum ausgebildet ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Mikrokanalsystemsegment (21) im Wesentlichen parallel zur Spiegelfläche (22), vorzugsweise zwischen dem Spiegelkörper (18) und dem Trägerkörper (20) angeordnet ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrokanalsystemsegment (21) zumindest einen Zufluss (62) und zumindest einen Abfluss (64) aufweist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegelkörper (18) ein Verbindungselement (24) aufweist, wobei das Verbindungselement (24) mit seiner von der Spiegelfläche (22) abgewandten Rückseite (24a) mit einer der Spiegelfläche zugewandten Oberseite (56) des Zentrums (54) des Mikrokanalsystemsegmentes (21) verbunden ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (20) zumindest einen Seitenkörper (26) und zumindest einen vom Seitenkörper (26) beabstandeten Zentralkörper (28) aufweist, wobei der Seitenkörper (26) zumindest eine zur Spiegelfläche (22) im Wesentlichen senkrechte Innenseite (30a) und/oder zumindest eine von der Spiegelfläche (22) abgewandte Rückseite (32a) aufweist, wobei der Zentralkörper (28) zumindest eine zur Spiegelfläche (22) im Wesentlichen senkrechte Mantelseite (40) und zumindest eine von der Spiegelfläche (22) abgewandte zentrale Rückseite (42) aufweist, wobei der Zentralkörper (28) mit dem Mikrokanalsystemsegment (21) verbunden ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (20) einen Aktuator (50) aufweist, der zumindest eine Elektrode, vorzugsweise zwei Seitenelektroden (38a, b) und zumindest eine Zentralelektrode (48), aufweist, wobei die zwei Seitenelektroden (38a, b) auf der zumindest einen Innenseite (30a) des Seitenkörpers (26) und/oder auf der Rückseite (32a) des Seitenkörpers (26) angebracht sind, wobei die Zentralelektrode (48) auf der Mantelseite (40) des Zentralkörpers (28) und/oder auf der zentralen Rückseite (42) des Zentralkörpers (28) angebracht ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zufluss (62) an einem Zufuhrkanal (66) und der Abfluss (64) an einem Abfuhrkanal (68) angeschlossen sind, wobei die Zufuhrkanäle (66) bzw. die Abfuhrkanäle (64) der mehreren Mikrospiegel (14) miteinander verbunden sind..
Verfahren zum Herstellen eines optischen Systems (10) für EUV-Anwendungen mit den Schritten: – Bereitstellen mehrerer Mikrospiegel (14), wobei jeder der mehreren Mikrospiegel (14) zumindest einen Spiegelkörper (18), zumindest einen Trägerkörper (20) und eine Spiegelfläche (22) aufweist, – Bereitstellen eines Kühlsystems (17) mit einem Mikrokanalsystem (19) mit zumindest einem Mikrokanalsystemsegment (21), das zumindest einen Mikrokanal (60) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegelkörper (18) aus einem ersten Substrat (78) und der Trägerkörper (20) und das Mikrokanalsystemsegment (21) im Wesentlichen aus einem zweiten Substrat (86) gebildet werden, wobei das erste Substrat (78) mit dem zweiten Substrat (86) gefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Substrat (86) eine Oberschicht (88) und eine Unterschicht (92) aufweist, wobei die Oberschicht (88) und die Unterschicht (92) durch eine Trennschicht (90) räumlich voneinander getrennt werden, wobei das Mikrokanalsystemsegment (21) im Wesentlichen aus der Oberschicht (88) und der Trägerkörper (20) aus der Unterschicht (92) gebildet werden, wobei im oder am Trägerkörper (20) zumindest eine, vorzugsweise zwei Seitenelektroden (38a, b) und zumindest eine Zentralelektrode (48) angebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrokanalsystemsegment (21) zumindest einen Kanalinnenraum (100), zumindest eine Seitenwand (102), zumindest einen Boden (104), zumindest einen Zufluss (62), zumindest einen Abfluss (64), zumindest einen Kanalzwischenraum (74) und/oder zumindest eine Decke (106) aufweist, wobei der Kanalinnenraum (100), die Seitenwand (102), der Boden (104), der Zufluss (62), der Abfluss (64), der Kanalzwischenraum (74) und/oder die Decke (106) aus der Oberschicht (88) des zweiten Substrates (86) und/oder aus einem mit der Oberschicht (88) gefügten Deckschicht (114), vorzugsweise aus einem dritten Substrat (108), gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Substrat (78) zumindest eine Aufsatzschicht (80) aufweist, wobei aus der Unterschicht (92) des zweiten Substrates (86) zumindest ein Zufuhrkanal (66) und zumindest ein Abfuhrkanal (68) gebildet werden, wobei die Aufsatzschicht (80) und der Spiegelkörper (18) mit dem Mikrokanalsystemsegment (21) gefügt werden, wobei die Aufsatzschicht (80) wieder entfernt wird.