DE102013220464A1

DE102013220464A1 - Verschluss zum Verschließen eines Behälters und zur Übertragung von Signalen

Info

Publication number: DE102013220464A1
Application number: DE102013220464.7A
Authority: DE
Inventors: Markus Holz; Jörg Specht; Benjamin Sigel; Jan Horn
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2013-10-10
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2014-11-20

Abstract

Ein Verschluss 2 zum Verschließen einer zumindest teilweise von einer Behälterwand 20 eines Behälter 1 umgebenden Öffnung 26. Der Verschluss 2 hat einen Verschlusskörper 23 mit einer Verschlussdicke 13 und einem ersten Bereich 8 der dem Behälterinneren zugewandt ist und einem zweiten Bereich 9 der dem Behälterinneren abgewandt ist und eine isolierenden Schicht 7. In der isolierenden Schicht 7 ist eine Signalleitung 6 zur Übertragung eines Signals zwischen dem ersten 8 und dem zweiten Bereich 9 integriert. Die Signalleitung umfasst dabei eine Verbindungsstelle 11 auf dem ersten 8 oder dem zweiten Bereich 9 zur Verbindung mit Steckverbindern 4 und/oder elektrischen Bauelementen 5 und eine Singalleiterbahn 10. Die Signalleitung 6 verläuft wenigstens abschnittsweise senkrecht zur Verschlussdicke innerhalb der isolierenden Schicht 7.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verschluss zum Verschließen eines Behälters und zur Übertragung von Signalen. Ferner betrifft die Erfindung einen Behälter mit einem derartigen Verschluss, eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einer Beleuchtungsoptik und einer Projektionsoptik mit mindestens einem derartigen Verschluss, ein Verfahren zur Herstellung mikro- bzw. nanostrukturierter Bauelemente und ein mit einem derartigen Verfahren hergestelltes strukturiertes Bauelement
Die Erfindung betrifft demnach einen Verschluss zum Verschließen einer zumindest teilweise von einer Behälterwand umgebenen Öffnung eines Behälters mit einen Verschlusskörper mit einer Verschlussdicke und einem ersten Bereich der dem Behälterinneren zugewandt ist, einem zweiten Bereich der dem Behälterinneren abgewandt ist und mit einer isolierenden Schicht. Der Verschluss umfasst ferner eine Signalleitung zur Übertragung eines Signals zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich.
Ein derartiger Verschluss ist aus der DE 2824637 A1 in Form einer Vakuumdurchführung bekannt und dient zur Übertragung von elektrischen Signalen über mehrere integrierte elektrische Leiter. Dabei ist der elektrische Leiter in Form elektrisch leitender Stifte ausgebildet. Bei gewissen Anwendungen wirkt sich beim bekannten Verschluss nachteilig aus, dass aufgrund der stiftartigen Ausbildung des elektrischen Leiters dessen Signalleitungen auf dem ersten Bereich und auf dem zweiten Bereich bezogen auf den Verschlusskörper unmittelbar einander gegenüberliegen, wodurch sich Bauraumhindernisse ergeben können.
Vorrichtungen zur Übertragung von elektrischen Signalen zwischen einem ersten und einem zweiten Bereich sind bekannt. So ist z.B. die Verwendung von isolierendem Material bei der Signalübertragung von einem Medium in ein anderes Medium, die voneinander hermetisch abgedichtet sind, in Form einer keramischen Stützstruktur aus der US 4667108 A und in Form einer hermetisch abgedichteten elektrischen Durchführung zur Implantation aus der DE 69629305 T2 bekannt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Verschluss zum Verschließen von Behältern und zur Übertragung von Signalen anzugeben, welcher den oben genannten Nachteil beseitigt.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen Verschluss der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der erfindungsgemäße Verschluss dient somit zum Verschließen einer zumindest teilweise von einer Behälterwand eines Behälters umgebenen Öffnung. Eine von einer Behälterwand wenigstens teilweise umgebene Öffnung bedeutet z.B., dass die Öffnung innerhalb einer Behälterwandung ist, also kleiner ist, als der Querschnitt des Behälters in einer der Behälterwand zugeordneten Richtung. Der erfindungsgemäße Verschluss umfasst ferner einen Verschlusskörper mit einer Verschlussdicke und einem ersten Bereich der dem Behälterinneren zugewandt ist. Ferner umfasst der Verschlusskörper einen zweiten Bereich der dem Behälterinneren abgewandt ist und eine isolierenden Schicht. Die Verschlussdicke bezeichnet in der Regel den kürzesten Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich. Der Verschluss umfasst ferner eine Signalleitung zur Übertragung von Signalen zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich. Die Signalleitungen sind vorzugsweise zur Übertragung elektrischer und/oder optischer Signale ausgebildet.
Ferner besitzt beim erfindungsgemäßen Verschluss die Signalleitung eine Verbindungsstelle auf dem ersten oder zweiten Bereich zur Verbindung mit einem Steckverbinder und/oder einem elektrischen Bauelement, die im Folgenden als Gesamtheit als Anbauteile bezeichnet werden. Steckverbinder sind Bauteile die zum Trennen und Verbinden von Leitungen dienen, wobei die Leitungen elektrische Signale oder optische Signale oder andere technische Medien übertragen können. Die elektrischen Bauelemente umfassen jede Art von passiven und aktiven Bauelementen für z.B. Stromversorgung, Frequenzgang, Widerstände und weitere technische Anwendungen, insbesondere auch für optoelektronische Anwendungen. Die Verbindungsstelle ist so ausgebildet, das die oben genannten Steckverbinder und elektrischen Bauelemente trennbar, z.B. über einen Federkontakt oder untrennbar, z.B. über eine Lötverbindung, mit der Verbindungsstelle verbunden werden können. Die Signalleitung umfasst neben der Verbindungsstelle ferner eine Signalleiterbahn, die vorzugsweise als elektrische Leiterbahnen und/oder als Lichtleitfaser ausgebildet ist. Die Signalleiterbahn kann beispielsweise auch ein Kabel in Form elektrischer Leitungen, Wellenleitern wie etwa Koaxialkabel oder Lichtleiter, wie z.B. optische Fasern, d.h. Lichtleitfasern sein. Ferner ist beim erfindungsgemäßen Verschluss die Signalleitung wenigstens abschnittsweise senkrecht zur Verschlussdicke innerhalb der isolierenden Schicht verlaufend.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verschlusses besteht darin, dass zum Verschließen einer, zumindest teilweise von einer Behälterwand eines Behälters umgebenen Öffnung elektrische und/oder optische Signalleitungen integriert sind, die zumindest abschnittsweise senkrecht zur Verschlussdicke des Verschlusskörpers innerhalb einer isolierenden Schicht verlaufen. Die Signalleitung kann neben einer Signalleiterbahn auch mehrere Signalleiterbahnen umfassen, die innerhalb der isolierenden Schicht verlaufen, ebenso mehrere Verbindungsstellen, die die Signalleiterbahnen an dem ersten und/oder zweiten Bereich des Verschlusskörpers mit einer Oberfläche des Verschlusskörpers oder vorzugsweise mit einer Oberfläche der isolierenden Schicht verbindet. So kann wenigstens eine elektrische und/oder eine optische Verbindung vom Inneren zum Äußeren des Behälters hergestellt werden.
Der erfindungsgemäße Verschluss trennt ein erstes Medium, welches sich innerhalb des Behälters befindet von einem zweiten Medium, welches sich außerhalb des Behälters befindet. Das erste und zweite Medium kann sich bezüglich seiner chemische Zusammensetzung; seinen Stoff- bzw. Aggregatszustandes wie etwa flüssig, gasförmig oder fest; einer seiner intensiven Größen wie z.B. durch Temperatur, Druck oder elektrochemischem Potential oder einer seiner extensiven Größen wie z.B. Entropie, Volumen oder Masse unterscheiden. Dabei kann der Unterschied der Medien vor, während oder nach einer Übertragung eines Signals durch die Signalleitung vorhanden sein.
Vorzugsweise umfasst der erfindungsgemäße Verschluss einen Verschlusskörper mit einem Querschnitt oder einer Flächenausdehnung die wenigstens der Größe der Öffnung im Behälter entspricht. Besonders bevorzugt ist ein Querschnitt oder eine Flächenausdehnung, die ausreichend Raum für Dichtelemente und eine Verbindung zum Behälter vorsieht, wie zum Beispiel eine Verschraubung. Die Verschlussdicke kann sich neben der oben genannten Definition auch senkrecht zum Querschnitt oder der Flächenausdehnung des Verschlusskörpers bemessen. Die Verschlussdicke kann von wenigen Millimetern bis zu mehreren Zentimetern betragen. Der Verschlusskörper umfasst zwei Bereiche, einen ersten Bereich der dem Behälterinneren zugewandt und dem oben genannten ersten Medium ausgesetzt ist, und einem zweiten Bereich, der dem Behälterinneren abgewandt ist und dem oben genannten zweiten Medium ausgesetzt ist. Die beiden Bereiche werden vorzugsweise durch eine Dichtfläche am Verschluss und/oder am Behälter und durch ein Dichtelement oder durch Dichtelemente voneinander getrennt. Der Verschluss hat weiterhin einen Umfang, der die Fläche des Verschlusskörpers entlang der Flächenausdehnung begrenzt.
Ein Vorteil des teilweisen Verlaufs der Signalleitung senkrecht zur Verschlussdicke gegenüber einer bekannten Vakuumdurchführung, wie sie z.B. in DE 2824637 A1 beschrieben ist, ist es, dass die Signalleitung oder im Falle das der erfindungsgemäße Verschluss mehrere Signalleitungen umfasst, diese individuell geführt werden können und damit die Verbindungsstelle oder im Falle mehrerer Signalleitungen die Verbindungsstellen in dem ersten und/oder zweiten Bereich nahezu beliebig positioniert werden können, und damit die Verbindungsstelle oder die Verbindungsstellen nicht einander gegenüber liegen müssen, wie dies bei Vakuumdurchführungen nach der DE 2824637 A1 notwendig ist.
Ein weiterer Vorteil ist es, dass die Verbindungsstellen, die zur Vereinfachung im weiteren Text als Vias bezeichnet werden, in mindestens einem Bereich auf eine größere Fläche und an nahezu beliebige Orte auf den Bereichen des Verschlusses positioniert werden können und so eine Vielzahl elektrischer Bauelemente oder Steckverbinder verbaut werden können, und dass die Position der elektrischen Bauelemente oder Steckverbinder den baulichen Anforderungen angepasst werden können.
Die isolierende Schicht bewirkt eine Isolation des ersten und zweiten Bereichs im Hinblick auf das mit der Signalleitung zu übertragende Signal, so dass dieses im Wesentlichen nur über die Signalleitung zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich übertragen wird. Die isolierende Schicht kann dabei elektrisch, bezüglich elektromagnetischer Wellen oder bezüglich Licht isolierend sein, abhängig vom durch die Signalleitung zu übertragenden Signal. Ferner kann die isolierende Schicht auch thermisch isolieren, also einen hohen Wärmewiderstand aufweisen. Weist der Verschluss mehrere Signalleitungen auf, so hat die isolierende Schicht auch die Aufgabe, die Signalleitungen untereinander so zu isolieren, dass ein Übersprechen der Signale von einer Signalleitung zur anderen minimiert oder vermieden wird. Im Falle zu übertragender elektrischer Signale sorgt z.B. eine elektrische Isolierung für eine Minimierung oder Vermeidung von Kriechstrom oder Kriechströmen, auch elektrische Überschläge werden dadurch verhindert. Ferner schützt die Isolierung die Signalleitung oder die Signalleitungen vor äußeren Einflüssen, wie z.B. Druck, Temperatur oder einem chemisch reaktiven, oben genannten ersten oder zweiten Medium.
Der Aufbau der isolierenden Schicht mit der innerhalb verlaufenden Signalleiterbahn und dem Vias, oder falls mehrere isolierenden Schichten und/oder mehrere Signalleitungen und/oder mehrere Vias am Verschlusskörper vorhanden sind, ist vorzugsweise im Wesentlichen der gleiche Aufbau, wie bei Leiterplatten aus der Elektrotechnik oder Elektronik. Daher wird im Weiteren der Begriff Leiterplatte auch synonym für die isolierende Schicht bzw. die isolierenden Schichten verwendet, insbesondere bei den folgenden bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung.
Des Weiteren ermöglicht die Verwendung einer Leiterplatte in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, dass eine große Menge von Signalleitungen, vorzugsweise mehr als 200 Signalleitungen, unabhängig voneinander von dem ersten Bereich zum zweiten Bereich des erfindungsgemäßen Verschlusses geführt werden können. Dies kann auch in mehreren isolierenden Schichten geschehen, d.h., dass die Signalleiterbahnen in mehreren Lagen oder Ebenen übereinander angeordnet sind, wobei vorzugsweise mehrere Signalleiterbahnen innerhalb einer Lage oder Ebene nebeneinander angeordnet sind. Vorzugsweise ist die Signalleitung oder sind die Signalleitungen mit der isolierenden Schicht oder mit den isolierenden Schichten hermetisch miteinander zu einer Leiterplatte verbunden.
Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Verschluss und seine bevorzugten Ausführungsformen derart ausgelegt, dass Datenraten von 1 GBit/s (Giga-bit pro Sekunde) oder mehr übertragen werden können. Dabei kann sich die Datenrate auf die Signalübertragung mittels der Signalleitung, im Falle dass nur genau eine Signalleitung vorhanden ist, oder auf die Signalübertragung mittels mehrerer Signalleitungen beziehen, wenn mehrere Signalleitungen vorhanden sind. Bei derart hohen Datenraten sind die Signalleitungen vorzugsweise als elektrische Leitungen ausgebildet. Vorteilhaft ist die hohe Datenrate, die mit einem entsprechenden Leiterplattenaufbau erreicht werden kann, die größer als 1 GBit/s sein kann.
Durch die Verwendung eines speziellen Aufbaus, der aber aus der Leiterplattenherstellung bekannt ist, können die Signalleitungen vorteilhaft hermetisch umschlossen werden. Dadurch werden z.B. die Signalleiterbahnen vorteilhaft gegenüber äußeren Einflüssen geschützt und ferner das Medium 1 im Behälter vorteilhaft vor möglichem Ausgasen der elektrischen Bauelementen geschützt, was insbesondere im Bereich der Vakuumtechnik von Vorteil ist. Hermetisch umschlossen bedeutet, dass kein Stoff die von der isolierenden Schicht hermetisch umschlossene Signalleiterbahn oder umschlossenen Signalleiterbahnen überwinden kann und kein Stoffaustausch zwischen den Signalleiterbahnen und einem der beiden oben beschriebenen Medien stattfindet. Hermetisch abgeschlossen bedeutet in Bezug auf die hermetisch abgeschlossene Leiterplatte, dass das oben beschriebene erste Medium, dem der erste Bereich des Verschlusskörpers ausgesetzt ist, die Leiterplatte nicht überwinden oder passieren kann, und somit die Leiterlatte ein entweichen des ersten Mediums in den zweiten Bereich des Verschlusskörpers oder umgekehrt verhindert.
Keramik ist als ausgasarmes und stabiles Material für die Anwendung im erfindungsgemäßen Verschluss speziell bei Vakuumanwendungen besonders geeignet und deshalb bevorzugt. Dabei kann der Verschlusskörper und/oder die isolierende Schicht Keramik umfassen. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen umfasst der erfindungsgemäße Verschluss oder seine Ausführungsformen ein Material für die isolierende Schicht aus der folgenden Materialgruppe: FR2, FR4, Keramik, Keramikmaterial aus Aluminiumoxiden oder Aluminiumnitriden oder Zirkonoxiden oder Magnesiumoxiden oder Glas.
Durch die hohe Anzahl von Vias und deren variabler Anordnung auf den Bereichen des Verschlusses ist es auch möglich zusätzliche elektrische Bauelemente anzubringen, die z.B. die Impedanz korrigieren können. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verschlusses und seiner Ausführungsformen werden im Falle elektrischer Signalleitungen diese im Hinblick auf ihre Impedanz durch ein Mittel angepasst, wobei das Mittel ein Element der folgenden Gruppe ist: Stichleitung, Widerstand, Kapazität, Spule, Induktivität oder Bauelement mit eigener Spannungsversorgung. Die Anpassung der Impedanz hat insbesondere bei den genannten hohen Datenraten den Vorteil, dass die zu übertragende Signale zwischen dem ersten und zweiten Bereich weitgehend ohne störende Reflexe übertragen werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Verbindungsstelle so ausgebildet, dass sie mit einem Anbauteil verbunden werden kann, wobei das Anbauteil wie oben beschrieben ein Element aus der Gruppe bestehend aus Steckverbindern, aktives, passives elektronisches Bauteil oder optoelektronisches Bauteil ist, oder damit elektrisch oder optisch verbindbar ist. Ist das Anbauteil eine passives elektronisches Element, so wird vorzugswiese dieses als Element aus der Gruppe bestehend aus Widerstände, Transformatoren, Induktivitäten, Kapazitäten und Memristoren gewählt. Ist das Anbauteil ein aktives elektronisches Bauteil, so wird vorzugsweise dieses als Element aus der Gruppe bestehend aus Dioden, Transistoren, Transceivern und Relais gewählt. Ist das Anbauteil ein optoelektronisches Bauteil, so wird vorzugsweise dieses als Element aus der Gruppe bestehend aus Leuchtdioden, Photodioden und Optokoppler gewählt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Verschluss so ausgeführt sein, dass er Dichtflächen für die Verwendung von geeigneten Dichtelemente umfasst, um den Behälter gegenüber der Umgebung hermetisch zu verschließen, sodass vorteilhaft auch eine Verwendung in der Vakuumtechnik möglich ist. Derartige Dichtflächen werden bevorzugt von dem ersten oder zweiten Bereich oder von der isolierenden Schicht umfasst, um zwischen dem oben beschriebenen ersten Medium und dem oben beschriebenen zweiten Medium abzudichten.
In einer weiteren vorteilhaften und bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verschlusses mit Dichtflächen umfasst dieser ein Dichtelement an den Dichtflächen, wobei das Dichtelement ein Element aus der Gruppe bestehend aus O-Ring, Lippendichtung, Flachdichtung und Klebedichtung umfasst.
Zur Verbindung des erfindungsgemäßen Verschlusses und seiner bevorzugten Ausführungsformen mit dem Behälter können entsprechende Schnittstellen vorgesehen werden, die je nach Art der Befestigung am Umfang oder auf den Flächen des Verschlusses liegen. Vorzugsweise umfasst ein derartiger Verschluss ein Mittel zur Verbindung mit dem Behälter, wobei das Mittel ein Element aus der Gruppe der lösbaren Verbindungen bestehend aus Verschraubung und Schnittstelle nach der DIN 28403 für Vakuumflansche umfasst, oder das Mittel ein Element aus der folgenden Gruppe der irreversiblen Verbindungen bestehend aus Nieten, Kleben, Löten und Schweißen umfasst.
Die vorgenannten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verschlusses eignen sich insbesondere zum Verschließen eines Vakuumbehälters.
Die Leiterplatte, insbesondere die isolierende Schicht, kann in den vorgenannten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verschlusses durch eine Platte verstärkt werden, deren Form und Ausdehnung sich vorteilhaft auf verschiedene Anforderungen anpassen lässt. Solche Anforderungen können beispielsweise der Ort und die Ausdehnung der Vias für Steckverbinder oder für elektrische oder optische Signalleitungen, eine geforderte Belastung des Verschlusses oder die Art der Dichtelemente und ein unten näher beschriebenes Verbindungsmittel sein. Derartige Ausführungen des Verschlusses mit einer Platte zum Verstärken der isolierenden Schicht, verbindet vorteilhaft wenigstens abschnittsweise die Platte mit der isolierenden Schicht hermetisch, und/oder die Platte umfasst Ausnehmungen für die Verbindungsstelle oder die Verbindungsstellen. Vorzugsweise ist die Platte auf einer Seite eben ausgebildet, wobei die Form der Platte derart ermittelt ist, dass eine aufgrund eines Druckunterschiedes zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich auftretenden mechanischen Belastungen der isolierenden Schicht durch die Platte minimiert werden. Bevorzugt werden die Kräfte in Richtung der Verschlussdicke durch die Platte aufgenommen, um die isolierende Schicht nicht zu belasten.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner einen Behälter mit einer mindestens teilweise von einer Behälterwand umgebenen Öffnung und mit einem Verschluss nach einem der oben genannten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verschlusses. Vorteilhaft lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Behälter eine große Anzahl von Signalen vom Inneren des Behälters in den Raum außerhalb des Behälters und/oder umgekehrt übertragen.
Der erfindungsgemäße Behälter mit einer mindestens teilweise von einer Behälterwand umgebenen Öffnung und mit einem Verschluss nach einem der oben genannten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verschlusses umfasst bevorzugt die isolierende Schicht, ein Dichtelement und ein Verbindungsmittel, wobei das Dichtelement so angeordnet ist, dass sich dieses zwischen der Behälterwand und der isolierender Schicht befindet, und wobei die isolierende Schicht durch Verbindungsmittel mit dem Behälter so verbunden ist, sodass der erste Bereich gegenüber dem zweiten Bereich abgedichtet ist.
In einem anderen Beispiel kann vorteilhaft der erfindungsgemäße Verschluss mit einem Deckel kombiniert werden, welches einen besseren Schutz gegen mechanische oder anderen Einflüsse von außen auf die Leiterplatte, insbesondere die isolierende Schicht, gewährleistet. Damit umfasst die Erfindung einen weiteren Behälter mit einer mindestens teilweise von einer Behälterwand umgebenen Öffnung und mit einem Verschluss nach einem der oben genannten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verschlusses, wobei der Behälter und der Verschluss bevorzugt eine isolierende Schicht, einen Deckel, ein Dichtelement und ein Verbindungselement umfasst, wobei diese so angeordnet sind, dass zwischen der Behälterwand und der isolierender Schicht ein Dichtelement angeordnet ist, und zwischen isolierender Schicht und Deckel ein Dichtelement angeordnet ist und der Deckel durch Verbindungselemente mit dem Behälter verbunden ist, sodass der erste Bereich gegenüber dem zweiten Bereich abgedichtet ist.
In einem weiteren vorteilhaften Beispiel eines derartigen erfindungsgemäßen Behälters ist vorzugsweise die isolierende Schicht mit Löchern versehen, wobei die Löcher den dem Behälterinneren zugewandten Bereich und den Bereich zwischen Deckel und isolierender Schicht, der innerhalb des Dichtelementes liegt, miteinander verbinden, um einen Druckausgleich herzustellen. Es ist vorteilhaft den Raum zwischen dem Deckel und der Leiterplatte durch Löcher in der Leiterplatte mit dem Inneren des Behälters zu verbinden, um keinen abgeschlossenen Raum zu bekommen, der bei Druckunterschieden der beiden Medien zu einer Verschmutzungsgefahr werden kann und die Leiterplatte durch die Druckunterschiede belasten kann.
Alternativ können in einem weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Behälters, bei dem eine verstärkende Platte verwendet wird, die fest mit der Leiterplatte verbunden ist, große Öffnungen und auch Behälter mit Druckunterschieden zwischen Behälterinnerem und der Umgebung verschlossen werden, wie zum Beispiel in der Vakuumtechnik. Damit umfasst die Erfindung einen weiteren Behälter mit einer mindestens teilweise von einer Behälterwand umgebenen Öffnung und mit einem Verschluss nach einem der oben genannten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verschlusses mit einer Platte, wobei der Behälter und der Verschluss bevorzugt eine Platte, ein Dichtelement und ein Verbindungselement umfasst, wobei diese so angeordnet sind, dass zwischen Behälterwand und isolierender Schicht ein Dichtelement angeordnet ist und die isolierende Schicht durch Verbindungselemente mit dem Behälter so verbunden ist, dass der erste Bereich gegenüber dem zweiten Bereich abgedichtet ist.
Alternativ können in einem weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Behälters, der Ausbuchtungen enthält, Behälter mit erhöhten Anforderungen bzgl. Zugänglichkeit und Bauraum hergestellt werden. Damit umfasst die Erfindung einen weiteren Behälter mit einer mindestens teilweise von einer Behälterwand umgebenen Öffnung und mit einem erfindungsgemäßen Verschluss nach einem der oben ausgeführten Ausführungsbeispiele, insbesondere in Form einer Leiterplatte, wobei der Behälter und der Verschluss bevorzugt Dichtflächen, Dichtelemente und ein Verbindungselement umfassen und so angeordnet sind, dass der Verschluss in die Ausbuchtung eintaucht und das oder die Dichtelemente bei einer Öffnung zwischen erfindungsgemäßem Verschluss und der Behälterwand und bei zwei Öffnungen die Dichtelemente auf beiden Seiten des Verschlusses zwischen dem Verschluss und der Behälterwand liegen. Die Behälterwand ist so ausgelegt, dass die Behälterwand beim Verbinden des Verschlusses mit dem Behälter zumindest teilweise elastisch deformiert und so durch Zusammendrücken der Dichtelemente zwischen der Behälterwand und dem erfindungsgemäßen Verschluss den ersten Bereich, der dem ersten Medium im Inneren des Behälters ausgesetzt ist, vom zweiten Bereich der dem zweiten Medium und dem Äußeren des Behälters ausgesetzt ist voneinander abzudichten. Dadurch können an zwei Seiten der Ausbuchtung Steckverbinder angebracht werden, was bei Anforderungen, die einen begrenzten Bauraum zur Verfügung haben von Vorteil ist.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithografie mit einem Behälter nach einer der oben genannten erfindungsgemäßen Ausführungsformen und mit einer Beleuchtungsquelle, einem Beleuchtungssystem, einem Retikel, einer Projektionsoptik und einem Substrat.
Ferner wird durch die Erfindung auch ein Verfahren umfasst. Dieses Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen einer Projektionsbelichtungsanlage nach der oben genannten Erfindung, – Bereitstellen eines Substrats, auf das zumindest teilweise eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material aufgebracht ist, – Bereitstellen eines Retikels mit abzubildenden Strukturen, – Projizieren mindestens eines Teils des Retikels auf einen Bereich der lichtempfindlichen Schicht mittels der Projektionsbelichtungsanlage, – Entwickeln der belichteten lichtempfindlichen Schicht.
Des Weiteren umfasst die Erfindung ein mikrostrukturiertes Bauteil, welches nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von speziellen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben. Dabei zeigen die Figuren in:
1 schematisch eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Behälters mit einem erfindungsgemäßen Verschluss;
2 schematisch einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Verschluss in einer beispielhaften Ausgestaltung;
3 schematisch einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Verschluss mit einer mehrere Schichten umfassenden Leiterplatte in einer beispielhaften Ausgestaltung;
4 schematisch einen Querschnitt mit einer Anordnung der Dichtflächen und der Dichtelemente an dem erfindungsgemäßen Verschluss und Behälter;
5 schematisch eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Verschlusses in einem Querschnittsbild;
6 schematisch einen Querschnitt einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Verschlusses mit Deckel;
7 schematisch einen Querschnitt einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Verschlusses mit einer verstärkenden Platte;
8 schematisch eine Seitenansicht eines Behälters mit einem erfindungsgemäßen Verschluss nach 7 als Draufsicht;
9 schematisch einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Behälters mit einem erfindungsgemäßen Verschluss;
10 eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage;
11 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung der Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelementes:
Die folgende Beschreibung der Figuren beinhaltet beispielhafte Ausführungsformen, die zur Beschreibung der Prinzipien der allgemeinen Erfindung dienen und nicht als begrenzend auszulegen sind.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch Ausführungen, die durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen aus den beschriebenen bevorzugten Ausführungen der Erfindung und/oder aus den folgenden Ausführungsbeispiele hervorgehen.
1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Behälter 1 mit einem erfindungsgemäßen Verschluss 2 zum Verschließen einer zumindest teilweise von der Behälterwand 20 umschlossen Öffnung 26. Der Behälter 1 wird durch den Verschluss 2, der durch das Verbindungselement 3 mit dem Behälter verbunden wird, hermetisch abgeschlossen. Dadurch findet kein Stoffaustausch zwischen dem Raum innerhalb des Behälters 1 und dem Raum außerhalb des Behälters 1 statt. Elektrische und/oder optische Signale können innerhalb des Verschlusses 2 vom Raum innerhalb des Behälters 1 zum Raum außerhalb des Behälters 1 übertragen werden. Auf der Außenseite des Verschlusses 2 können Steckverbinder 4 und/oder elektronische Bauelemente 5, die zusammen im Folgenden auch als Anbauteile 24 bezeichnet werden, kontaktiert und befestigt werden. Solche Behälter 1 finden unter anderem Anwendung in der Vakuumtechnik. Hierbei ist zwischen verschiedenen Arten von Vakuum zu unterschieden. Vakuum beginnt bei ca. 300mbar, geht über das sogenannte Feinvakuum mit 1–10^–3 mbar und Hochvakuum mit 10^–3–10^–7 mbar zum Ultrahochvakuum mit einem Druck von 10^–7–10^–12 mbar. Ein System aus Behälter 1 und Verschluss 2, kann mit einem Dichtelement 14 (siehe 2) und Verbindungselementen 3 die zur Anwendung in der Ultrahochvakuumtechnik geeignet sind, zum Beispiel in der Mikrolithographie verwendet werden. Insbesondere kann das System in der EUV-Lithographie eingesetzt werden, die durch die Verwendung einer Strahlungsquelle mit < 15nm Wellenlänge in einem Ultrahochvakuum arbeitet und damit technisch entsprechend hohe Anforderungen an z.B. das Vakuum, die Leckrate, etwaige Kontamination und Verunreinigungen des Vakuums, sowie der Strahlungsbeständigkeit der verwendeten Materialein stellt.
2 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verschlusses 2 zum Verschließen einer zumindest teilweise durch die Behälterwand 20 eines Behälters 1 umgebende Öffnung 26 und einen Ausschnitt der Behälterwand 20 entlang der Linie II-II in 1. Der erfindungsgemäße Verschluss umfasst weiterhin einen Verschlusskörper 23 mit einer Verschlussdicke 13 und einem ersten Bereich 8 der dem Behälterinneren zugewandt ist, einen zweiten Bereich 9 der dem Behälterinneren abgewandt ist, eine isolierende Schicht 7 und eine Signalleitung 6. Die Signalleitung 6 umfasst ihrerseits eine Verbindungstelle 11 auf dem ersten oder zweiten Bereich des Verschlusses 2 zur Verbindung mit Steckverbindern 4 und/oder elektrischen Bauelementen 5, die im Folgenden gemeinsam als Anbauteile 24 bezeichnet werden und eine Signalleiterbahn 10. Die Signalleiterbahn 10 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als elektrische Signalleiterbahn 10 ausgeführt. Die Signalleitung 6 verläuft dabei wenigstens abschnittsweise senkrecht zur Verschlussdicke 13 innerhalb der isolierenden Schicht 7. Das Ausführungsbeispiel in 2 zeigt, dass durch den wenigstens abschnittsweisen Verlauf der Signalleitung 6 senkrecht zur Verschlussdicke 13 eine Vielzahl von Anbauteilen 24 an nahezu beliebigen Stellen des Verschlusses 2 auf dem ersten Bereich 8 und zweiten Bereich 9 angeordnet werden können und die Lage der über die Signalleitungen 6 verbundenen Anbauteile 24 flexibel gestaltet werden kann. Die Anbauteile 24 sind mit den Verbindungsstellen 11, die im Ausführungsbeispiel als Vias ausgebildet sind, verbunden. Die in 2 dargestellte Signalleitung 6 kann zur Übertragung elektrischer und/oder optischer Signale ausgebildet sein, wobei die Signalleiterbahn 10 eine elektrische Leiterbahn und/oder eine Lichtleitfaser umfasst. In 2 ist die Signalleiterbahn 10 und die Verbindungsstelle 11, d.h. die Signalleitung 6 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zur Übertragung von elektrischen Signalen ausgebildet.
Die in 3 dargestellte Ausführungsform zeigt einen erfindungsgemäßen Verschluss 2 bei dem die elektrische Signalleitung 6 mit der isolierenden Schicht 7 in Form einer Leiterplatte 12 ausgebildet ist. Eine mögliche Herstellung, bzw. einen Aufbau einer Leiterplatte 12 aus einer oder mehrerer isolierender Schichten und elektrischen Signalleitungen ist in der DE 69629305 T2 beschrieben. Das dort beschriebene Verfahren umfasst ein ionisiertes, verdampftes Zerstäuben von Aluminiumoxid, da dies zu einer isolierenden Schicht 7 von hoher Qualität führt und ein Aufbringen von Signalleitungen 6 mit Siebdruck ermöglicht. Ein weiterer möglicher Herstellungsprozess für einen erfindungsgemäßen Verschluss 2 der in Form einer Leiterlatte 12 ausgebildet ist und im Folgenden beschrieben wird beruht auf einem Einbrennverfahren. Ausgangsmaterial ist eine Grünfolie die durch Stanzen Löcher für Vias 11 bekommt, die wiederum mit einer leitenden Metallpaste, wie z.B. Gold, gefüllt werden. Auf die so bearbeiteten Grünfolien wird nun mittels Siebdruck von hochtemperaturfesten Metallpasten die planaren elektrischen Leiterbahnen aufgebracht. Die nächste Schicht wird entsprechend der ersten weitergeführt, bis alle für die Leiterplatte notwendigen Schichten gefertigt sind. Diese werden nun aufeinander gestapelt und bei hohen Temperaturen von 850°–900°C beim sogenannten Niedertemperatur Einbrennkeramiken und bei 1600°–1800° C bei sogenannten Hochtemperatur Einbrennkeramiken gesintert. Diese Verfahren führen zu hermetisch umschlossenen elektrischen Signalleiterbahnen 10, die sich durch weitere Prozessschritte mit Gehäusen oder Platten 18 (siehe 7) zu hermetisch abschließenden Verschlüssen 2 verbinden lassen.
Die Leiterplatte 12 kann prinzipiell auch aus jedem bekannten Leiterplattenmaterial wie z.B. FR1, FR2, FR3, FR4 oder FR5 sein, die auf einer Kombination von Phenolharz bzw. Epoxidharz mit Papier und Glasfaserverstärkung basieren. Für spezielle Anwendungen, wie in der Ultrahochvakuumtechnik, wird Keramik, wie Aluminium-, Magnesium- oder Zirkoniumoxid, Aluminiumnitrid oder Glas verwendet, wobei auch eine Kombination dieser Materialien möglich ist. Die Vorteile der Keramiken und speziell der gesinterten Keramiken sind eine geringe Ausgasung und eine hermetische Umschließung der Signalleitungen 6. Für die Anwendung in einer ultrahochvakuum Umgebung wird wegen des geringen Ausgasverhaltens keramisches Material, wie zum Beispiel Aluminiumoxid bevorzugt.
Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt weiterhin einen erfindungsgemäßen Verschluss 2 mit einer Vielzahl von elektrischen Signalleitungen 6, die in der isolierenden Schicht 7 oder in mehreren isolierenden Schichten 7 verlaufen und hermetisch zu einer Leiterplatte 12 verbunden sind, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform mehr als 200 elektrische Signalleitungen 6 in der isolierenden Schicht 7 oder in mehreren isolierenden Schichten 7 verlaufen und hermetisch zu einer Leiterplatte 12 verbunden sind. Mit dieser hohen Anzahl von möglichen Signalleitungen 6 können im Vergleich zu der bekannten Durchführung aus der DE 2824637 A1 mehr Signale vom Inneren des Behälters zum Äußeren des Behälters geführt werden und es können zusätzliche elektrische Bauelemente angebracht werden. Ein erfindungsgemäßer Verschluss 2 mit mehr als 200 Signalleitungen ermöglicht, dass die Impedanz der elektrischen Signalleitungen 6 durch ein Mittel angepasst werden kann, wobei das Mittel ein Element aus der folgenden Gruppe ist: Stichleitung, Widerstand, Kapazität, Spule, Transformator, Induktivität oder Bauelemente mit eigener Spannungsversorgung. Dadurch kann ein Impedanz kontrolliertes Layout im erfindungsgemäßen Verschluss 2 realisiert werden, bei dem die Signalleitungen 6 so ausgelegt sind, dass Datenraten größer als 1 GBit/s übertragen werden können. Systeme mit hohen dynamischen Anforderungen wie zum Beispiel in der Mikrolithographie können so auch in einem Vakuumbehälter realisiert werden.
Neben der Anzahl der Anbauteile 24 ist auch die Reduzierung von induktiven Effekten bei sich gegeneinander beeinflussenden stromführenden Leitungen ein Grund für die Verteilung der Signalleitungen 6 auf verschiedene Schichten wie sie in der 3 dargestellt sind.
Ferner zeigt die 3 einen erfindungsgemäßen Verschluss 2, wobei die Verbindungsstelle 11, auch als Vias bezeichnet, so ausgebildet ist, dass sie mit einem Anbauteil 24 verbunden werden kann, wobei das Anbauteil 24 ein Element aus der Gruppe bestehend aus Steckverbinder 4 und elektrischem Bauelement 5 umfasst. 3 zeigt, dass die Vias 11 sowohl vom ersten Bereich 8, als auch vom zweiten Bereich 9 zu den Signalleiterbahnen 10 verlaufen. Im dargestellten Aufbau der Leiterplatte 12 mit mehreren isolierenden Schichten 7 ist auch gezeigt, dass die Vias 11 neben der Verbindung zu den beiden Bereichen auch zur Verbindung von einer isolierenden Schicht 7 zur benachbarten oder weiter entfernt liegenden isolierenden Schicht 7 verwendet werden und so die Signalleiterbahnen 10 auf verschiedenen Ebenen der Leiterplatte 12 zu Signalleitungen 6 verbinden. Die Verbindungsstelle 11 auf der Außenseite der Leiterplatte 12 ist so ausgeführt, dass die Anbauteile 24 mit bekannten Technologien aus der Leiterplattenherstellung befestigt werden können.
Die 3 zeigt ferner verschiedene Anbauteile 24, wobei die passiven elektronischen Bauteile ein Element aus der Gruppe der Widerstände, Transformatoren, Induktivitäten, Kapazitäten und Memristoren; die aktiven elektronischen Bauteile ein Element aus der Gruppe der Dioden, Transistoren, Transceiver und Relais und die otptoelektronischen Bauteile ein Element aus der Gruppe der Leuchtdioden, Photodioden und Optokoppler umfasst.
Des Weiteren zeigt 3 einen erfindungsgemäßen Behälter 1 mit einer mindestens teilweise von einer Behälterwand 20 umgebenen Öffnung 26 und mit einem erfindungsgemäßen Verschluss 2, der ein Dichtelement 14 und ein Verbindungsmittel 3 umfasst. Das Dichtelement 14 ist so angeordnet ist, dass sich dieses zwischen der Behälterwand 20 und der isolierender Schicht 7 befindet, und wobei die isolierende Schicht 7 durch Verbindungsmittel 3 mit dem Behälter 1 so verbunden ist, sodass der erste Bereich 8 gegenüber dem zweiten Bereich 9 abgedichtet ist.
4 zeigt einen Ausschnitt der Behälterwand 20 mit einem Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Verschluss 2, wobei der erste 8 oder zweite Bereich 9 oder die isolierende Schicht 7 Dichtflächen 15 umfasst, um zwischen einem ersten Medium 21, welches mit dem ersten Bereich 8 des Verschlusses 2 in Kontakt steht, und einem zweiten Medium 22, welches mit dem zweiten Bereich 9 des Verschlusses 2 in Kontakt steht, abzudichten. Die Dichtstelle, die aus den Dichtflächen 15 und dem Dichtelement 14 besteht, trennt das erste Medium 21 von dem zweiten Medium 22, indem einerseits die Leiterplatte 12 eine hermetische Abdichtung gegenüber den Medien 21, 22 darstellt und andererseits der erste Bereich 8 durch eine Dichtfläche 15 im Verschluss 2 und im Behälter 1 und durch ein Dichtelement 14 vom zweiten Bereich 9 getrennt sind. Daher ist im Ausführungsbeispiel der 4 ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Verschlusses mit einem Dichtelement 14 an den Dichtflächen 15 dargestellt, wobei das Dichtelement 14 in Form eines O-Ringes ausgebildet ist. Das Dichtelement kann aber auch ein Element aus der Gruppe bestehend aus O-Ring, Lippendichtung, Flachdichtung und Klebedichtung sein. Die Ausgestaltung der Dichtflächen 15 ist meist von den Herstellern vorgegeben und stellt sicher, dass der O-Ring die für die Anwendung wichtige hermetische Abdichtung gewährleistet.
5 zeigt einen erfindungsgemäßen Verschluss, mit einem Mittel zur Verbindung 3 mit dem Behälter 1. Das Verbindungsmittel 3 ist im Ausführungsbeispiel als Verschraubung dargestellt, wobei das Mittel ein Element aus der folgende Gruppe der lösbaren Verbindungen sein kann: Verschraubung, Schnittstelle nach der DIN 28403 für Vakuumflansche; oder das Mittel ein Element aus der folgenden Gruppe der irreversiblen Verbindungen ist: Nieten, Kleben, Löten und Schweißen. Es können jede zur Verbindung des Verschlusses 2 am Behälter 1 geeignete Verbindungsmittel 3 verwendet werden, wobei die Auswahl des Verbindungsmittels 3 immer in Verbindung mit dem Dichtelement 14 und der Art des Verschlusses 2 getroffen werden muss. Es können Kupplungen, kraftschlüssige sowie formschlüssige Verbindungen verwendet werden. Das in den 1–3 und 5–9 als Verschraubung gezeigte Verbindungelement 3 hat den Vorteil, dass damit die Form des Verschlusses 2 frei gestaltet werden kann, ohne dabei z.B. auf die meist am Umfang angreifenden Kleinflansch-Schellverbinder nach DIN 28403 Rücksicht nehmen zu müssen, welches für komplexe Aufgaben einen zusätzlichen Freiheitsgrad im Design bedeutet. Bei Verschraubungen in Kombination mit O-Ringen kann es vorteilhaft sein einen zweiten O-Ring oder ein anderes Dichtelement 14 außerhalb der Verschraubung zu verwenden, welches in 5 gestrichelt dargestellt ist, um ein Verkippen des Verschlusses 2 beim Verschrauben zu vermeiden.
Ferner stellt 5 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Behälters 1 mit einer mindestens teilweise von einer Behälterwand 20 umgebenen Öffnung 26 und mit einem Verschluss 2 dar, einen Deckel 16, ein Dichtelement 14 und ein Verbindungselement 3 umfasst. Der Deckel 16 schützt die Leiterplatte 12 vor mechanischer Einwirkung von außen, da Leiterplatten 12 aus keramischen Materialien sehr hart sind, aber auch empfindlich gegen Schläge und quer zur Ausdehnung auftretenden Kräften. Bei oft begrenztem Bauraum ist die Gefahr einer Beschädigung beim Aufbau und beim Betrieb des Behälters 1 groß. Die in 5 dargestellte Anordnung, wobei die oben beschriebenen Elemente so angeordnet sind, dass zwischen Behälterwand 20 und isolierender Schicht 7 ein Dichtelement 14 angeordnet ist und zwischen isolierender Schicht 7 und Deckel 16 ein Dichtelement 14 angeordnet ist und der Deckel 16 durch Verbindungselemente 3 mit dem Behälter 1 verbunden ist, sodass der erste Bereich 8 gegenüber dem zweiten Bereich 9 abgedichtet ist, vermindert die Gefahr einer Beschädigung der isolierenden Schicht, die im bevorzugten Ausführungsbeispiel als Leiterplatte 12 ausgeführt ist. Im gezeigten Beispiel sind die Anbauteile 24 so platziert, dass der Deckel 16 ohne Aussparungen für die Anbauteile 24 ist. Eine Anordnung mit den Anbauteilen 24 innerhalb der Verschraubung und entsprechenden Aussparungen im Deckel 16 sind auch möglich. Der zusätzlich zwischen Leiterplatte 12 und Deckel 16 verbaute Dichtring erfüllt hier die Funktion eines Ausgleichselementes, um eine flächige Auflage zwischen Deckel 16 und Leiterplatte 12 zu erzeugen und damit mögliche Verspannungen beim Verschrauben zu vermeiden.
In 6 ist ein erfindungsgemäßer Verschluss 2, zum Verschließen eines Vakuumbehälters dargestellt.
Ferner zeigt die 6 einen erfindungsgemäßen Behälter 1, wobei die isolierende Schicht 7, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Leiterplatte 12 ausgeführt ist, mit Löchern 17 versehen ist. Die Löcher 17 dienen dazu, den, dem Behälterinneren zugewandten Bereich 8 und den Bereich zwischen Deckel 16 und Leiterplatte 12, der innerhalb des Dichtelementes 14 liegt, miteinander zu verbinden, um einen Druckausgleich herzustellen. Dadurch hat in der Ausführungsform nach 6 der Deckel 16 neben dem Schutz der Leiterplatte 12 auch eine Dichtfunktion im Verschluss 2, da durch die in der Leiterplatte 12 angebrachten Löcher 17 das erste Medium 21, welches sich im Behälter 1 befindet, sich auch im Raum zwischen Leiterplatte 12 und Deckel 16 ausbreitet. Damit erfüllen auch die Dichtelemente 14, im Unterschied zum im 5 gezeigten Ausführungsbeispiel, zwischen dem Deckel 16 und der Leiterplatte 12 eine Dichtfunktion zwischen erstem Medium 21 und zweitem Medium 22. Bei dieser Ausführungsform sind die Anbauteile 24 vorteilhaft im zweiten Bereich 9 des Verschlusses 2 im Bereich außerhalb der Verschraubung positioniert sein, um die Dichtfunktion des Deckels nicht unnötig zu erschweren. Durch die teilweise senkrecht zum Verschluss 2 verlaufenden Signalleitungen 6 ist dies einfach zu realisieren.
Alternativ kann der Verschluss 2 mit einer Platte 18 zum Verstärken der isolierenden Schicht versehen werden, wie in 7 im Querschnitt und in 8 in einer Draufsicht dargestellt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die isolierende Schicht 7 als Leiterplatte 12 ausgebildet.
Die Platte 18 ist dabei wenigstens abschnittsweise mit der isolierenden Schicht 7, bzw. Leiterplatte 12 hermetisch verbunden. Wie oben bereits ausgeführt ist es durch den beschriebenen Fertigungsprozess möglich eine hermetische Verbindung zwischen der Leiterplatte 12 und der Platte 18 herzustellen. Die Platte 18 gibt der Leiterplatte 12 Stabilität und erweitert den Anwendungsbereich. In der Platte 18 sind Ausnehmungen 27 für die Verbindungsstellen 11 realisiert, wodurch mehr Raum für Anbauteile 24 im zweiten Bereich 9 des Verschlusses 2 geschaffen und so eine größere Packungsdichte ohne Reduzierung der Stabilität des Verschlusses 2 realisiert werden kann. Die Platte 18 kann aus Metall, Kunststoff und anderen Materialien sein, die sich für die Anforderungen an den Verschluss 2 eignen. Bevorzugt ist eine Platte 18 aus Metall. Die 7 zeigt auch, dass die Platte 18 auf einer Seite eben ausgebildet ist, vorzugsweise auf der der Leiterplatte 12 zugewandten Seite, um eine hermetische Verbindung mit der Leiterplatte 12 realisieren zu können. Die Form der Platte wird derart ermittelt, dass die aufgrund des Druckunterschiedes zwischen dem ersten Bereich 8 und dem zweiten Bereich 9 auftretenden mechanischen Belastungen auf die isolierende Schicht 7 durch die Platte 18 minimiert werden, wodurch die Platte 18 auf der von der Leiterplatte 12 abgewandten Seite eine beliebige Form erhalten kann. Zur verbesserten Stabilität ist abhängig von den Druckverhältnissen innerhalb und außerhalb des Behälters eine konvexe oder eine konkave Form eines erfindungsgemäßen Verschlusses von Vorteil.
Ferner zeigt die 7 und 8 einen erfindungsgemäßen Behälter 1 mit einer mindestens teilweise von einer Behälterwand 20 umgebenen Öffnung 26 und mit einem erfindungsgemäßen Verschluss 2, wobei der Behälter eine Platte wie oben beschrieben, ein Dichtelement 14 und ein Verbindungselement 3 umfasst. Die Elemente sind so angeordnet, dass zwischen Behälterwand 20 und isolierender Schicht 7 ein Dichtelement 14 angeordnet ist und die isolierende Schicht 7 durch Verbindungselemente 3 mit dem Behälter 1 so verbunden ist, sodass der erste Bereich 8 gegenüber dem zweiten Bereich 9 abgedichtet ist. Neben den gezeigten Ausführungsbeispielen, die das Prinzip und die Möglichkeiten der Erfindung beschreiben, gibt es noch andere Ausführungsformen, wobei die in 9 gezeigte nur ein Beispiel darstellt.
Der erfindungsgemäße Behälter 1 in 9 hat eine Ausbuchtung 19, eine isolierende Schicht 7 und ein Dichtelement 14. Der erfindungsgemäße Verschluss 2 dringt wie in 9 gezeigt in die Ausbuchtung 19, die eine Öffnung 26 hat, aber auch mehrere Öffnungen aufweisen kann, ein. Die isolierende Schicht 7, die im Ausführungsbeispiel der 9 als Leiterplatte 12 ausgeführt ist, und das Dichtelement 14 sind so angeordnet, dass das Dichtelement 14 zwischen isolierender Leiterplatte 12 und der Innenseite der Ausbuchtung 19 liegt. Die Behälterwand 20 ist im Bereich der Ausbuchtung 19 so ausgeführt, dass durch Verbinden des Behälters 1 mit der isolierenden Schicht 7 und der damit einhergehenden elastischen Verformung der Behälterwand 20, das Dichtelement 14 so verpresst wird, dass der erste Bereich 8 gegenüber dem zweiten Bereich 9 abgedichtet ist. Das in 9 gezeigte Ausführungsbeispiel hat eine zweite Öffnung und ein zweites Dichtelement, wobei die Dichtelemente durch eine Verschraubung durch die Ausbuchtung 19 auf beiden Seiten der Leiterplatte 12 verpresst werden. Die Anbauteile 24 die im zweiten Medium 22 außerhalb des Behälters 1 liegen sind so platziert, dass sie im Bereich der Öffnungen liegen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass in der Vakuumtechnik der Dichteffekt durch den Unterdruck und die daraus resultierende zusätzliche Deformation der Behälterwand noch verstärkt wird.
10 zeigt eine Projektionsbelichtungsanlage 100 mit einem erfindungsgemäßen Behälter 1 und einer Beleuchtungsquelle 101, ein Beleuchtungssystems 102, ein Retikel 103, eine Projektionsoptik 104 und ein Substrat 105. Das Beleuchtungssystem 102 hat die Aufgabe, die von der Beleuchtungsquelle 101 kommende Strahlung im Bereich von kleiner 15nm auf das Retikel 103 zu leiten, sodass dieses homogen ausgeleuchtet wird. Die vom Retikel 103 reflektierte Strahlung wird durch eine abbildende Optik, der Projektionsoptik 104, auf ein Substrat 105 projiziert. Die Strahlung von < 15nm erfordert ein Ultrahochvakuum im Bereich des Strahlengangs, was dazu führt das in der Projektionsbelichtungsanlage 100 eine Hochvakuumumgebung herrscht und daher alle innerhalb des Vakuums anliegenden elektrischen oder optischen Signale nach außen geführt werden müssen. Die erfindungsgemäßen Verschlüsse 2 und Behälter 1 sind Teil einer solchen Projektionsbelichtungsanlage 100 und können in allen Komponenten, d.h. in der Beleuchtungsquelle 101, dem Beleuchtungssystem 102 und in der Projektionsoptik 104 Verwendung finden.
11 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelementes. Dabei werden folgende Verfahrensschritte durchlaufen.

– Bereitstellen 200 einer Projektionsbelichtungsanlage 100,
– Bereitstellen 201 eines Substrats 105, auf das zumindest teilweise eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material aufgebracht ist,
– Bereitstellen 202 eines Retikels 104 mit abzubildenden Strukturen,
– Projizieren 203 mindestens eines Teils des Retikels 104 auf einen Bereich der lichtempfindlichen Schicht mittels der Projektionsbelichtungsanlage 100,
– Entwickeln 204 der belichteten lichtempfindlichen Schicht.

Die Projektionsbelichtungsanlage 100 wird mit einem Retikel 103, welches die abzubildenden Strukturen enthält und mit einem Substrat 105 zur Belichtung mit den auf dem Retikel 103 befindlichen Strukturen bestückt. Das Substrat 105 ist zumindest teilweise mit einer auf die verwendete Wellenlänge abgestimmten lichtempfindlichen Schicht beschichtet, die durch die Belichtung an den Stellen, die von Licht getroffen werden reagiert. Das so belichtete Substrat wird im nächsten Prozessschritt entwickelt und mit leitenden Materialien an den freigewordenen Stellen beschichtet. Dieser Prozess wird mehrfach wiederholt bis alle Strukturen in verschiedenen Schichten auf dem Substrat 105 aufgebracht sind.
Das nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte strukturierte Bauelement kann in verschiedenen Bereichen der Elektronik verwendet werden und erfüllt dort verschiedene Aufgaben als Speicherelemente oder Logikelemente, um nur zwei Beispiele zu nennen.
Der erfindungsgemäße Behälter 1 und erfindungsgemäße Verschluss 2 sind auch für nicht Vakuumanwendungen innerhalb der Mikrolithographie und in allen Bereichen bei denen eine Vielzahl von Signalen von einem Medium in ein zweites Medium übertragen werden müssen, die in irgendeiner Form voneinander getrennt bleiben müssen, verwendbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2824637 A1 [0003, 0011, 0011, 0052]
US 4667108 A [0004]
DE 69629305 T2 [0004, 0050]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 28403 [0023]
DIN 28403 [0058]
DIN 28403 [0058]

Claims

Verschluss (2) zum Verschließen einer zumindest teilweise von einer Behälterwand (20) eines Behälters (1) umgebenen Öffnung umfassend – einen Verschlusskörper (23) mit einer Verschlussdicke (13) und einem ersten Bereich (8) der dem Behälterinneren zugewandt ist, einem zweiten Bereich (9) der dem Behälterinneren abgewandt ist und einer isolierenden Schicht (7) und – eine Signalleitung (6) zur Übertragung eines Signales zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich; dadurch gekennzeichnet, dass – die Signalleitung (6) eine Verbindungsstelle (11) auf dem ersten oder dem zweiten Bereich zur Verbindung mit Steckverbindern (4) und/oder elektrischen Bauelementen (5) und eine Signalleiterbahn (10) umfasst, wobei – die Signalleitung (6) wenigstens abschnittsweise senkrecht zur Verschlussdicke (13) innerhalb der isolierenden Schicht (7) verläuft.
Verschluss (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalleitung (6) zur Übertragung elektrischer und/oder optischer Signale ausgebildet ist, und wobei die Signalleiterbahn (10) eine elektrische Leiterbahn und/oder eine Lichtleitfaser umfasst.
Verschluss (2) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Signalleitung (6) mit der isolierenden Schicht (7) in Form einer Leiterplatte (12) ausgebildet ist.
Verschluss (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit mehr als 200 elektrischen Signalleitungen (6) die in der isolierenden Schicht oder in mehreren isolierenden Schichten verlaufen und hermetisch miteinander zu einer Leiterplatte (12) verbunden sind.
Verschluss (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Signalleitungen (6) so ausgelegt sind, dass Datenraten von > 1Gbit/s übertragen werden können.
Verschluss (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Impedanz der elektrischen Signalleitungen (6) durch ein Mittel angepasst werden kann, wobei das Mittel ein Element der folgenden Gruppe ist: Stichleitung, Widerstand, Kapazität, Spule, Transformator, Induktivität oder Bauelement mit eigener Spannungsversorgung.
Verschluss (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die isolierende Schicht (7) ein Material aus der folgenden Materialgruppe umfasst: FR2, FR4, Keramik, Keramikmaterial aus Aluminiumoxiden oder Aluminiumnitriden oder Zirkonoxiden oder Magnesiumoxiden oder Glas.
Verschluss (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsstelle (11) so ausgelegt ist, dass sie mit einem Anbauteil (24) verbindbar ist, wobei das Anbauteil (24) ein Element aus der Gruppe bestehend aus Steckverbinder (4) und elektronischem Bauelement (5) umfasst.
Verschluss (2) nach Anspruch 8, wobei die passiven elektronischen Bauteile ein Element aus der Gruppe der Widerstände, Transformatoren, Induktivitäten, Kapazitäten und Memristoren; die aktiven elektronischen Bauteile ein Element aus der Gruppe der Dioden, Transistoren, Transceiver und Relais und die otptoelektronischen Bauteile ein Element aus der Gruppe der Leuchtdioden, Photodioden und Optokoppler umfasst.
Verschluss (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste (8) oder zweite Bereich (9) oder die isolierende Schicht (7) Dichtflächen (15) umfasst, um zwischen einem ersten Medium (21), welches mit dem ersten Bereich (8) des Verschlusses (2) in Kontakt steht, und einem zweiten Medium (22), welches mit dem zweiten Bereich (9) des Verschlusses (2) in Kontakt steht, abzudichten.
Verschluss (2) nach Anspruch 10, mit einem Dichtelement (14) an den Dichtflächen (15), wobei das Dichtelement ein Element aus der Gruppe bestehend aus O-Ring, Lippendichtung, Flachdichtung und Klebedichtung umfasst.
Verschluss (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem Mittel zur Verbindung (3) mit dem Behälter (1), wobei das Mittel ein Element aus der folgende Gruppe der lösbaren Verbindungen bestehend aus Verschraubung und Schnittstelle nach der DIN 28403 für Vakuumflansche umfasst; oder wobei das Mittel ein Element aus der folgenden Gruppe der irreversiblen Verbindungen bestehend aus Nieten, Kleben, Löten und Schweißen umfasst.
Verschluss (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, zum Verschließen eines Vakuumbehälters.
Verschluss (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Platte (18) zum Verstärken der isolierenden Schicht (7), die wenigstens abschnittsweise mit der isolierenden Schicht (7) hermetisch verbunden ist und/oder wobei die Platte Ausnehmungen für die Verbindungsstellen (11) umfasst.
Verschluss (2) nach Anspruch 14, wobei die Platte (18) auf einer Seite eben ausgebildet ist, wobei die Form der Platte (18) derart ermittelt ist, dass eine aufgrund eines Druckunterschiedes zwischen dem ersten Bereich (8) und dem zweiten Bereich (9) auftretenden mechanischen Belastungen der isolierenden Schicht (7) durch die Platte (18) minimiert werden.
Behälter (1) mit einer mindestens teilweise von einer Behälterwand (20) umgebenen Öffnung und mit einem Verschluss (2) nach einem der Ansprüche 1–14.
Behälter (1) mit einer mindestens teilweise von einer Behälterwand (20) umgebenen Öffnung und mit einem Verschluss (2) nach einem der Ansprüche 1–14, der umfassend – ein Dichtelement (14) und – ein Verbindungsmittel (3), wobei das Dichtelement so angeordnet ist, dass sich dieses zwischen der Behälterwand (20) und der isolierender Schicht (7) befindet, und wobei die isolierende Schicht (7) durch Verbindungsmittel (3) mit dem Behälter (1) so verbunden ist, sodass der erste Bereich (8) gegenüber dem zweiten Bereich (9) abgedichtet ist.
Behälter (1) mit einer mindestens teilweise von einer Behälterwand umgebenen Öffnung und mit einem Verschluss (2) nach einem der Ansprüche 1–14, der umfasst – einen Deckel (16) – ein Dichtelement (14) und – ein Verbindungselement (3), wobei diese so angeordnet sind, dass zwischen Behälterwand (20) und isolierender Schicht (7) ein Dichtelement (14) angeordnet ist und zwischen isolierender Schicht (7) und Deckel (16) ein Dichtelement (14) angeordnet ist und der Deckel (16) durch Verbindungselemente (3) mit dem Behälter (1) verbunden ist, sodass der erste Bereich (8) gegenüber dem zweiten Bereich (9) abgedichtet ist.
Behälter (1) nach Anspruch 18, wobei die isolierende Schicht (7) mit Löchern (17) versehen ist, wobei die Löcher (17) den dem Behälterinneren zugewandten Bereich (8) und den Bereich zwischen Deckel (16) und isolierender Schicht (7), der innerhalb des Dichtelementes (14) liegt, miteinander verbinden, um einen Druckausgleich herzustellen.
Behälter (1) mit einer mindestens teilweise von einer Behälterwand (20) umgebenen Öffnung und mit einem Verschluss (2) nach einem der Ansprüche 14 oder 15, umfassend – ein Dichtelement (14) und – ein Verbindungselement (3), wobei diese so angeordnet sind, dass zwischen Behälterwand (20) und isolierender Schicht (7) ein Dichtelement (14) angeordnet ist und die isolierende Schicht (7) durch Verbindungselemente (3) mit dem Behälter (1) so verbunden ist, dass der erste Bereich (8) gegenüber dem zweiten Bereich (9) abgedichtet ist.
Behälter nach Anspruch 16 umfassend – eine Ausbuchtung (27), – eine isolierende Schicht (7) und – ein Dichtelement (14), wobei diese so angeordnet sind, dass das Dichtelement (14) zwischen isolierender Schicht (7) und der Innenseite der Ausbuchtung (27) liegt und die Behälterwand (20) im Bereich der Ausbuchtung (27) so ausgeführt ist, dass durch Verbinden des Behälters (1) mit der isolierenden Schicht (7), das Dichtelement so verpresst wird, dass der erste Bereich (8) gegenüber dem zweiten Bereich (9) abgedichtet ist.
Projektionsbelichtungsanlage (100) für die Mikrolithografie umfassend – eine Beleuchtungsquelle (101) – ein Beleuchtungssystem (102) – ein Retikel (103) – eine Projektionsoptik (104) – ein Substrat (105) und – mit einem Behälter (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 20
Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen (200) einer Projektionsbelichtungsanlage (100) nach Anspruch 22, – Bereitstellen (201) eines Substrats (105), auf das zumindest teilweise eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material aufgebracht ist, – Bereitstellen (202) eines Retikels (104) mit abzubildenden Strukturen, – Projizieren (203) mindestens eines Teils des Retikels (104) auf einen Bereich der lichtempfindlichen Schicht mittels der Projektionsbelichtungsanlage (100) und – Entwickeln (204) der belichteten lichtempfindlichen Schicht.
Strukturiertes Bauelement, hergestellt nach einem Verfahren nach Anspruch 23.