DE102014212667A1

DE102014212667A1 - Electric coil

Info

Publication number: DE102014212667A1
Application number: DE102014212667.3A
Authority: DE
Inventors: Tilman Schwertner; Stacy Figueredo
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2014-07-01
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2016-01-07
Also published as: WO2016000833A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage (400) für die Halbleiterlithographie mit einer elektrischen Spule (1, 1', 1'') und mit wenigstens einem röhren- oder schlauchförmigem wärmeleitenden Element (2, 2', 2'') zum Abführen von Wärme aus der Spule (1, 1', 1''), wobei das wärmeleitende Element (2, 2', 2'') mindestens teilweise im Innenbereich der Spule (1, 1', 1'') angeordnet ist.The invention relates to a projection exposure apparatus (400) for semiconductor lithography with an electrical coil (1, 1 ', 1' ') and with at least one tubular or tubular heat-conducting element (2, 2', 2 '') for dissipating heat the coil (1, 1 ', 1' '), wherein the heat-conducting element (2, 2', 2 '') at least partially in the inner region of the coil (1, 1 ', 1' ') is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit einer elektrischen Spule nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a projection exposure apparatus for semiconductor lithography with an electrical coil according to the preamble of claim 1.

Die elektrische Spule kann dabei bspw. Teil eines Aktuators, vorzugsweise eines Elektromagneten, insbesondere für einen Umlenkspiegel in einem EUV-Beleuchtungssystem für die Halbleiter-Lithographie sein. Dabei kann ein Aktuator auch mehrere elektrische Spulen enthalten. The electric coil can be, for example, part of an actuator, preferably an electromagnet, in particular for a deflecting mirror in an EUV illumination system for semiconductor lithography. In this case, an actuator may also contain a plurality of electric coils.

Nach dem Stand der Technik werden die von dem Aktuator erzeugten Wärmelasten mittels Wärmeübertragung in einen Kühlblock abgegeben, der dann weiter von einem Kühlsystem gekühlt werden kann. Dabei wird die Wärme jedoch typischerweise bevorzugt aus den äußeren Bereichen beispielsweise einer Spule abgeführt, so dass die Effizienz einer derartigen Kühlung im Wesentlichen durch die Qualität des Wärmeübergangs an der Oberfläche der Spule limitiert ist.According to the state of the art, the heat loads generated by the actuator are transferred by means of heat transfer into a cooling block, which can then be further cooled by a cooling system. However, the heat is typically preferably removed from the outer regions, for example a coil, so that the efficiency of such a cooling is essentially limited by the quality of the heat transfer at the surface of the coil.

Erschwerend kommt hinzu, dass in einer Hochvakuum-Umgebung, wie sie insbesondere in einem EUV-Beleuchtungssystem für die Halbleiter-Lithographie erforderlich ist, als Wärmeübertragungsmechanismen lediglich Strahlung und Wärmeleitung zur Verfügung stehen, da kein umgebendes Medium vorhanden ist, welches durch Konvektion zum Abführen der Wärme beitragen könnte. Ein lokaler, nicht gewünschter Wärmeüberschuss wirkt sich jedoch prinzipiell nachteilig auf die Leistungsfähigkeit der zugehörigen Projektionsbelichtungsanlage und oftmals auch nachteilig auf die Lebensdauer der verwendeten Spulen aus.To make matters worse, that in a high-vacuum environment, as required in particular in an EUV illumination system for semiconductor lithography, as heat transfer mechanisms only radiation and heat conduction are available, since no surrounding medium is present, which by convection for discharging the Could contribute heat. However, a local, unwanted excess of heat in principle has a detrimental effect on the performance of the associated projection exposure apparatus and often also adversely on the life of the coils used.

Die vorliegende Erfindung stellt sich somit die Aufgabe, die Wärme, welche in einer elektrischen Spule im Betrieb entsteht, vergleichsweise schnell abzuführen und damit die Leistungsfähigkeit einer zugehörigen Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie sicher zu stellen.The present invention thus has the task of dissipating the heat which arises in an electrical coil during operation comparatively quickly and thus to ensure the performance of an associated projection exposure apparatus for semiconductor lithography.

Diese Aufgabe wird durch die Projektionsbelichtungsanlage mit den im unabhängigen Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Varianten und Ausführungsformen der Erfindung. This object is achieved by the projection exposure apparatus with the features listed in the independent claim 1. The subclaims relate to advantageous variants and embodiments of the invention.

Die erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie zeigt wenigstens eine elektrische Spule sowie ein wärmeleitendes Element zum Abführen von Wärme aus der Spule, wobei das wärmeleitende Element mindestens teilweise im Innenbereich der Spule angeordnet ist. Auf diese Weise kann die ohmsche Wärme in der Spule am Ort ihrer Entstehung besser abgeführt werden. Damit können beispielsweise Deformationen von optischen Oberflächen, die durch die Wärmelasten, die von den Aktuatoren induziert werden, entstehen, vermieden werden. Insbesondere kann das Entstehen von sogenannten Hot Spots, die sich negativ auf die Lebensdauer und Leistung von optischen Beschichtungen des zugehörigen Elementes auswirken können, wirksam unterbunden werden. Durch die verbesserte Kühlung insbesondere im Inneren der Spule kann auch vermieden werden, dass die Lackisolierung der Spulendrähte aufschmilzt, was zu Kurzschlüssen und damit einer verringerten Leistungsfähigkeit der Spule führen würde. Aufgrund der verbesserten Kühlung eröffnet sich darüber hinaus die Möglichkeit, stärkere Aktuatoren zu verwenden, wodurch Designfreiheitsgrade bei der Auslegung der zugehörigen Projektionsbelichtungsanlage gewonnen werden können.The inventive projection exposure apparatus for semiconductor lithography shows at least one electrical coil and a heat-conducting element for removing heat from the coil, wherein the heat-conducting element is at least partially disposed in the inner region of the coil. In this way, the ohmic heat in the coil can be better dissipated at the place of their formation. Thus, for example, deformations of optical surfaces caused by the heat loads induced by the actuators can be avoided. In particular, the emergence of so-called hot spots, which can adversely affect the life and performance of optical coatings of the associated element, can be effectively prevented. Due to the improved cooling, in particular inside the coil, it is also possible to prevent the enamel insulation of the coil wires from melting, which would lead to short-circuits and thus reduced performance of the coil. Moreover, the improved cooling offers the possibility of using stronger actuators, which allows design degrees of freedom to be obtained in the design of the associated projection exposure apparatus.

Das wenigstens eine wärmeleitende Element kann insbesondere auf seiner der Spule abgewandten Seite mit wenigstens einem Kühlkörper verbunden sein, welcher dem weiteren Abführen der Wärme aus dem System dient. Für eine verbesserte Wärmeabfuhr je nach Systemanforderungen ist es auch denkbar, dass der genannte Kühlkörper seinerseits thermisch mit einem oder mehreren weiteren Kühlkörpern in Verbindung steht. Mit anderen Worten kann eine Kaskade von Kühlkörpern realisiert sein. Unter "Kühlkörper" sind vorliegend alle Komponenten zu verstehen, welche geeignet sind, eine Wärmesenke zu bilden. Auch Wärmetauscher wären somit als Kühlkörper im Sinne der vorliegenden Ausführungen zu sehen.The at least one heat-conducting element may be connected in particular on its side facing away from the coil with at least one heat sink, which serves to further dissipate the heat from the system. For improved heat dissipation depending on the system requirements, it is also conceivable that the said heat sink in turn is thermally in communication with one or more further heat sinks. In other words, a cascade of heat sinks can be realized. In the present case, "heat sink" is to be understood as meaning all components which are suitable for forming a heat sink. Heat exchangers would thus be seen as a heat sink in the sense of the present embodiments.

Das wärmeleitende Element kann insbesondere röhren- oder schlauchförmig ausgebildet sein, so dass in seinem Inneren ein Kühlmedium geführt werden kann. The heat-conducting element may in particular be tubular or tubular, so that a cooling medium can be guided in its interior.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung kann das wärmeleitende Element wenigstens ein Bestandteil der Wicklung der Spule sein oder parallel zu den Spulenwindungen verlaufen. Mit anderen Worten besteht die Möglichkeit, eine separate Kühlmittelleitung als wärmeleitendes Element mit der elektrisch kontaktierten Wicklung der Spule mindestens abschnittsweise parallel zu wickeln, so dass in den betroffenen Bereichen eine praktisch homogene Kühlung möglich wird. Ebenso ist es denkbar, das Verhältnis Kühlmittelleitung zu Spulendraht entsprechend einer erwarteten ohmschen Wärmeleistungsdichte in der Spule anzupassen, so dass im Ergebnis eine homogene Temperaturverteilung unter Vermeidung von Hot Spots in der Spule erreicht werden kann. Insbesondere kann die Kühlmittelleitung als wärmeleitendes Element selbst als äußerste Wicklungsschicht oder ein Teil derselben verwendet werden und wirkt in diesem Fall in der Art eines Kühlmantels. Da in diesem Fall die Kühlmittelleitung als Spulenbestandteil angesehen werden kann und damit die Spule erst auf der Außenseite der Kühlmittelleitung bzw. der äußersten Wicklungsschicht endet, verläuft die Kühlmittelleitung auch in diesem Fall mindestens teilweise im Innenbereich der Spule.In an advantageous variant of the invention, the heat-conducting element can be at least one component of the winding of the coil or run parallel to the coil turns. In other words, it is possible to wind a separate coolant line as a heat-conducting element with the electrically contacted winding of the coil at least partially parallel, so that in the affected areas a virtually homogeneous cooling is possible. Likewise, it is conceivable to adapt the ratio of coolant line to coil wire corresponding to an expected ohmic thermal power density in the coil, so that, as a result, a homogeneous temperature distribution can be achieved while avoiding hot spots in the coil. In particular, the coolant line can be used as a heat-conducting element itself as the outermost winding layer or a part thereof and acts in this case in the manner of a cooling jacket. Since in this case the coolant line as Coil component can be considered and thus the coil ends only on the outside of the coolant line or the outermost winding layer, the coolant line extends in this case, at least partially in the interior of the coil.

Daneben kann in einer weiteren Variante der Erfindung ein hohl ausgebildeter Spulendraht selbst für die Herstellung mindestens von Teilen der Spulenwicklung verwendet werden. Mittels der damit erreichten Doppelfunktionalität der hohlen Leitungen bzw. Wicklungen einerseits als Kühlung und andererseits als Spule zur Erzeugung des Magnetfeldes, kann in einfacher und kostengünstiger Weise die erforderliche Kühlwirkung gesteigert werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, ein elektrisch nicht leitfähiges Kühlmittel zu verwenden, um die Gefahr elektrischer Kurzschlüsse zu reduzieren.In addition, in a further variant of the invention, a hollow coil wire itself can be used for the production of at least parts of the coil winding. By means of the double functionality of the hollow lines or windings achieved on the one hand as cooling and on the other hand as a coil for generating the magnetic field, the required cooling effect can be increased in a simple and cost-effective manner. In this case, it is advantageous to use an electrically nonconductive coolant to reduce the risk of electrical short circuits.

Um die Leitungslänge kurz zu halten und damit die erforderliche Pumpleistung gering halten zu können, kann es sinnvoll sein, die Leitungen parallel zu betreiben. Mit anderen Worten kann eine Mehrzahl von röhren- oder schlauchförmigen wärmeleitenden Elementen parallel gewickelt werden, so dass sich die von dem Kühlmittel zu durchströmende Gesamtlänge reduziert, was die erforderliche Pumpleistung verringert und ferner die Möglichkeit eröffnet, mit kleineren Röhren/Schlauchquerschnitten zu arbeiten. To keep the line length short and thus keep the required pump power low, it may be useful to operate the lines in parallel. In other words, a plurality of tubular or tubular heat-conducting elements can be wound in parallel, so that the total length to be flowed through by the coolant is reduced, which reduces the required pumping power and also makes it possible to work with smaller tube / hose cross-sections.

Diese Variante ist sowohl für den Fall denkbar, dass die wärmeleitenden Elemente zusätzlich zu den elektrisch kontaktieren Spulenwindungen verwendet werden, wie auch für den Fall, dass die wärmeleitenden Elemente Bestandteil der – elektrisch kontaktierten – Wicklung der Spule ist. In diesem Fall könnte zusätzlich noch eine separate elektrische Ansteuerung der jeweiligen wie oben beschrieben erzeugten Teilwicklungen erreicht werden. Hierdurch eröffnen sich neue Möglichkeiten im Hinblick auf die Regelung/Steuerung des zugehörigen Aktuators. Auch eine separate Ansteuerung der parallelen Leitungen durch das Kühlsystem ist denkbar, so dass im Ergebnis eine ausgesprochen flexible, ortsaufgelöste Kühlung möglich wird. Ein Steuerung/Regelung der Kühlung kann beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden, dass einerseits die Temperatur, andererseits der Volumenstrom des Kühlmediums für den jeweiligen Kühlkreislauf entsprechend den jeweiligen Anforderungen gewählt wird. Selbstverständlich können die genannten Parameter auch gleichzeitig als Stellgrößen einer Regelung/Steuerung verwendet werden.This variant is conceivable both for the case that the heat-conducting elements are used in addition to the electrically contact coil turns, as well as for the case that the heat-conducting elements is part of - electrically contacted - winding of the coil. In this case, a separate electrical control of the respective partial windings produced as described above could additionally be achieved. This opens up new possibilities with regard to the regulation / control of the associated actuator. A separate control of the parallel lines by the cooling system is conceivable, so that in the result a very flexible, spatially resolved cooling is possible. A control / regulation of the cooling can be accomplished, for example, that on the one hand the temperature, on the other hand, the volume flow of the cooling medium for the respective cooling circuit is selected according to the respective requirements. Of course, the parameters mentioned can also be used simultaneously as manipulated variables of a control / regulation.

Das Kühlmedium kann flüssig oder gasförmig oder kombiniert flüssig/gasförmig ausgebildet sein. Eine geringe Viskosität des Kühlmediums im Bereich von 100µPa·s–25000µPa·s ist von Vorteil, um die erforderliche Pumpleistung gering halten zu können. Zudem ist ein Kühlmedium mit höherer spezifischer Wärmekapazität, insbesondere im Bereich von 1000 J/(kg·K)–6500 J/(kg·K) vorteilhaft, um den für eine ausreichende Kühlung erforderlichen Volumenstrom zu begrenzen.The cooling medium may be liquid or gaseous or combined liquid / gaseous. A low viscosity of the cooling medium in the range of 100μPa · s-25000μPa · s is advantageous in order to keep the required pumping power low. In addition, a cooling medium with a higher specific heat capacity, in particular in the range of 1000 J / (kg.K) -6500 J / (kg.K), is advantageous in order to limit the volume flow required for adequate cooling.

Das Kühlmedium kann insbesondere Wasser, Kohlendioxid, R134A, Methanol oder Ethanol enthalten. Darüber hinaus dient es der Haltbarkeit und der Betriebssicherheit des zugehörigen Systems, wenn ein chemisch inertes Kühlmittel verwendet wird.The cooling medium may in particular contain water, carbon dioxide, R134A, methanol or ethanol. In addition, it serves the durability and reliability of the associated system when a chemically inert coolant is used.

Das wärmeleitende Element kann als wärmeleitendes Element mit geschlossenem Zwei-Phasen-Kühlkreislauf (nachfolgend: "Zweiphasenelement") realisiert sein. Derartige Elemente sind insbesondere als Wärmeleitrohre, auch als Heat-Pipe bezeichnet, ausgestaltet. Alternativ kann das wärmeleitende Element als Zwei-Phasen-Thermosiphon oder als Loop Heat Pipe ausgestaltet sein. Das Zweiphasenelement kann als solches als Spulendraht des Aktuators verwendet werden, wobei die Zweiphasenelemente in Reihe oder parallel zu einander verlaufen können. Unter einer Anordnung "in Reihe" ist dabei insbesondere der Fall zu verstehen, dass derjenige Teil eines Zweiphasenelementes, an welchem die Kondensation der Arbeitsflüssigkeit erfolgt (nachfolgend "Kühlzone" genannt), in thermischen Kontakt mit demjenigen Teil eines weiteren Zweiphasenelementes steht, an welchem die Verdampfung der Arbeitsflüssigkeit erfolgt (nachfolgend "Heizzone" genannt). Eine Verwendung des Zweiphasenelementes als elektrischer Bestandteil der Spule, also als Teil der stromdurchflossenen Spulenwindungen, ist jedoch nicht zwingend; es ist ebenso denkbar, das Zweiphasenelement parallel zu einer ohnehin vorhandenen Wicklung einer Spule einzusetzen.The heat-conducting element can be realized as a heat-conducting element with a closed two-phase cooling circuit (hereinafter: "two-phase element"). Such elements are in particular designed as heat pipes, also called heat pipe. Alternatively, the heat-conducting element can be designed as a two-phase thermosyphon or as a loop heat pipe. As such, the two-phase element can be used as the coil wire of the actuator, wherein the two-phase elements can run in series or parallel to each other. An arrangement "in series" is to be understood in particular as the case where that part of a two-phase element at which the condensation of the working fluid takes place (hereinafter referred to as "cooling zone") is in thermal contact with that part of a further two-phase element on which the Evaporation of the working fluid takes place (hereinafter called "heating zone"). However, a use of the two-phase element as an electrical component of the coil, that is, as part of the current-carrying coil turns, is not mandatory; It is also conceivable to use the two-phase element parallel to an already existing winding of a coil.

Das Zweiphasenelement kann in einer weiteren Variante der Erfindung von der Außenseite der Spule in diese eingeführt sein und mit seiner Heizzone im Bereich eines Hot Spots angeordnet sein. Ebenso oder zusätzlich kann das Zweiphasenelement auch in dem Kern, vorzugsweise dem Eisenkern, der elektrischen Spule integriert werden. Ferner könnte sich das Zweiphasenelement zwischen dem Eisenkern und einem Bereich eines Hot Spots innerhalb des Eisenkerns befinden. In a further variant of the invention, the two-phase element can be introduced from the outside of the coil into the latter and be arranged with its heating zone in the region of a hot spot. Likewise or additionally, the two-phase element can also be integrated in the core, preferably the iron core, of the electrical coil. Furthermore, the two-phase element could be located between the iron core and a portion of a hot spot within the iron core.

Es ist ferner denkbar, dass Zweiphasenelemente in der Umgebung der Spule oder an den Außenbereichen der Spule oder des Kerns angeordnet sind. Auf diese Weise kann Wärme definiert aus der Umgebung der Spule abgeführt werden. Die Zweiphasenelemente können zwischen dem Spulenkern und der Umgebung in beliebiger Kombination und in einer anderen Ausrichtung als hier beschrieben angeordnet sein. Die Zweiphasenelemente können insbesondere mit einem zweiten Kühler außerhalb der Spule in thermischer Verbindung stehen, um Wärme aus dem Antrieb bzw. Aktuator bzw. der Spule abzuführen. Hierzu kann ein üblicher Einphasen-Kühler mit größeren Kanälen oder eine alternativ ausgestaltete Kühleinrichtung verwendet werden.It is also conceivable that two-phase elements are arranged in the vicinity of the coil or on the outer regions of the coil or of the core. In this way, heat can be dissipated defined from the environment of the coil. The two-phase elements may be disposed between the coil core and the environment in any combination and orientation other than those described herein. The two-phase elements may in particular be in thermal communication with a second cooler outside the coil in order to heat remove from the drive or actuator or the coil. For this purpose, a conventional single-phase cooler with larger channels or alternatively designed cooling device can be used.

Ein Vorteil der Verwendung eines Zweiphasenelementes besteht darin, dass in diesem Fall die mechanischen Nachteile einer Rohrleitung oder eines Schlauchs, durch welche aktiv ein Kühlmedium gepumpt wird – insbesondere durch die Strömung des Mediums verursachte Schwingungen – beim Wärmeleitelement sehr selten auftreten. Auch andere Arbeitsflüssigkeiten sind – abhängig vom Arbeitsbereich bzw. der Kühlertemperatur – denkbar.An advantage of using a two-phase element is that in this case the mechanical disadvantages of a pipeline or a hose through which a cooling medium is actively pumped-in particular vibrations caused by the flow of the medium-occur very rarely with the heat-conducting element. Other working fluids are - depending on the work area or the radiator temperature - conceivable.

Insgesamt sind für Zweiphasensysteme bzw. Zweiphasenelemente Arbeitsflüssigkeiten vorteilhaft, welche eine spezifische Verdampfungswärme im Bereich von 60kJ/kg bis 2600kJ/kg aufweisen. Das wärmeleitende Element kann einteilig ausgestaltet sein. Dabei kann das wärmeleitende Element als Lötbaugruppe kostengünstig hergestellt werden.Overall, working fluids which have a specific heat of vaporization in the range from 60 kJ / kg to 2600 kJ / kg are advantageous for two-phase systems or two-phase elements. The heat-conducting element may be configured in one piece. In this case, the heat-conducting element can be produced inexpensively as a soldering assembly.

Insbesondere kann das wärmeleitende Element austauschbar sein. Vorteilhaft ist, dass nach dem Entfernen des wärmeleitenden Elements eine Vor-Ort-Reparatur oder eine Anpassung der elektrischen Spule oder des zugehörigen Aktuators möglich ist. Die einzelnen Bauteile können herausziehbar am Spulenkörper angeordnet sein, so dass man das entsprechende Bauteil von der Seite der Wicklung der elektrischen Spule herausziehen könnte und dann vor Ort auswechseln oder reparieren kann.In particular, the heat-conducting element can be exchangeable. It is advantageous that, after removal of the heat-conducting element, an on-site repair or adaptation of the electrical coil or the associated actuator is possible. The individual components can be arranged to be pulled out on the bobbin, so that you could pull the corresponding component from the side of the winding of the electric coil and then replace or repair on site.

Der Kühlkörper kann mit einer Flüssigkeitskühlung, vorzugsweise Wasserkühlung, betrieben sein und/oder der Kühlkörper kann als Platten- oder Leistenkühler ausgeführt sein. Vorteil von Wasser ist, dass dieses eine vergleichsweise hohe spezifische Wärmekapazität aufweist und die Wärme sehr effektiv abtransportiert. Der Kühlkörper kann alternativ auch mit einer der vorstehend genannten Flüssigkeiten, z.B. einem chemisch inerten Kühlmittel, Kohlendioxid, R134A, Methanol oder Ethanol betrieben werden. Der Kühlkörper kann als Einphasen- oder Zweiphasensystem betrieben werden. Der Kühlkörper kann auch im Bereich unter 0°C betrieben werden, vorzugsweise mit einer Glykol-Wasserkühlung. Somit kann die Betriebstemperatur des Systems insgesamt verringert werden, so dass sich insbesondere das Auftreten unerwünschter Deformationen reduzieren lässt.The heat sink can be operated with liquid cooling, preferably water cooling, and / or the heat sink can be designed as a plate or ingot cooler. The advantage of water is that it has a comparatively high specific heat capacity and dissipates the heat very effectively. The heat sink may alternatively be treated with one of the aforementioned liquids, e.g. a chemically inert coolant, carbon dioxide, R134A, methanol or ethanol. The heat sink can be operated as a single-phase or two-phase system. The heat sink can also be operated in the range below 0 ° C, preferably with a glycol water cooling. Thus, the operating temperature of the system can be reduced overall, so that in particular the occurrence of undesirable deformations can be reduced.

Die elektrische Spule kann Teil eines Aktuators eines Multilayer-Spiegels für die EUV-Lithographie sein.The electrical coil may be part of an actuator of a multilayer mirror for EUV lithography.

Insgesamt ist eine Vielzahl von Anwendungen des erfindungsgemäßen Konzeptes in Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie denkbar, beispielsweise im Bereich des Beleuchtungssystems, dort insbesondere im Bereich der Lichtquelle, des Kollektors, oder der Beleuchtungsoptik, der Projektionsoptik, des Retikelhalters oder auch des Waferhalters.Overall, a multiplicity of applications of the inventive concept in projection exposure systems for semiconductor lithography are conceivable, for example in the area of the illumination system, in particular in the region of the light source, the collector, or the illumination optics, the projection optics, the reticle holder or the wafer holder.

Des Weiteren kann die elektrische Spule eines Aktuators in unterschiedlichen Bereichen unterschiedlich stark gekühlt werden. Hierzu ist es insbesondere denkbar, mit einzelnen Wärmeleitelementen unterschiedliche regel- und/oder steuerbare Kühlkörper zu verbinden, wobei die Kühlkörper einzeln ansteuerbar sind. Ebenso kann ein Kühlkörper mit mehreren lokal angepassten Kühlzonen zur Anwendung kommen, wobei den Kühlzonen unterschiedliche Wärmeleitelemente zugeordnet sind. In beiden Fällen wird im Ergebnis eine lokal adaptierbare und/oder einstellbare Kühlung der elektrischen Spule ermöglicht.Furthermore, the electrical coil of an actuator can be cooled to different degrees in different areas. For this purpose, it is conceivable, in particular, to connect individual controllable and / or controllable heat sinks with individual heat-conducting elements, wherein the heat sinks can be controlled individually. Likewise, a heat sink with a plurality of locally adapted cooling zones can be used, wherein the cooling zones are assigned different heat-conducting elements. In both cases, as a result, a locally adaptable and / or adjustable cooling of the electric coil is made possible.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:In the following an embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die Erfindung zum Einsatz kommen kann, 1 a schematic representation of a projection exposure apparatus in which the invention can be used,

2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer elektrischen Spule, mit einem Wärmeleitelement nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung 2 a schematic cross-sectional view of an electric coil, with a heat conducting element according to a first embodiment of the invention

3 eine schematische Querschnittsdarstellung einer alternativen Ausführungsform einer elektrischen Spule mit einem eingeschobenen wärmeleitenden Element, 3 a schematic cross-sectional view of an alternative embodiment of an electric coil with an inserted heat-conducting element,

4 eine schematische Querschnittsdarstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform einer elektrischen Spule mit einer Heat-Pipe als wärmeleitendes Element, und 4 a schematic cross-sectional view of another alternative embodiment of an electric coil with a heat pipe as a heat conducting element, and

5 in tabellarischer Form eine Übersicht geeigneter Kühlmedien. 5 in tabular form an overview of suitable cooling media.

1 zeigt exemplarisch den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 400 für die Mikrolithographie, in welcher die Erfindung Anwendung finden kann. Ein Beleuchtungssystem 401 der Projektionsbelichtungsanlage 400 weist neben einer Lichtquelle 402 eine Beleuchtungsoptik 403 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 404 in einer Objektebene 405 auf. Beleuchtet wird ein im Objektfeld 404 angeordnetes Retikel 406, das von einem schematisch dargestellten Retikelhalter 407 gehalten ist. Eine lediglich schematisch dargestellte Projektionsoptik 408 dient zur Abbildung des Objektfeldes 404 in ein Bildfeld 409 in eine Bildebene 410. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 406 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 409 in der Bildebene 410 angeordneten Wafers 411, der von einem ebenfalls ausschnittsweise dargestellten Waferhalter 412 gehalten ist. Die Lichtquelle 402 kann Nutzstrahlung insbesondere im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm emittieren. 1 shows an example of the basic structure of an EUV projection exposure system 400 for microlithography, in which the invention can find application. A lighting system 401 the projection exposure system 400 points next to a light source 402 an illumination optics 403 for illuminating an object field 404 in an object plane 405 on. Illuminated is a in the object field 404 arranged reticle 406 that of a schematically represented Retikelhalter 407 is held. A merely schematically illustrated projection optics 408 serves to represent the object field 404 in a picture field 409 into an image plane 410 , A structure is shown on the reticle 406 on a photosensitive layer in the area of the image field 409 in the picture plane 410 arranged wafers 411 , by a wafer holder also shown in detail 412 is held. The light source 402 can emit useful radiation, in particular in the range between 5 nm and 30 nm.

Eine mittels der Lichtquelle erzeugte EUV-Strahlung 413 wird mittels eines in der Lichtquelle 402 integrierten Kollektors derart ausgerichtet, dass sie im Bereich einer Zwischenfokusebene 414 einen Zwischenfokus durchläuft, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel 415 trifft. Nach dem Feldfacettenspiegel 415 wird die EUV-Strahlung 413 von einem Pupillenfacettenspiegel 416 reflektiert. Unter Zuhilfenahme des Pupillenfacettenspiegels 416 und einer optischen Baugruppe 417 mit Spiegeln 418, 419 und 420 werden Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 415 in das Objektfeld 404 abgebildet. An EUV radiation generated by the light source 413 is by means of one in the light source 402 integrated collector aligned so that they are in the area of a Zwischenfokusebene 414 undergoes an intermediate focus before moving to a field facet mirror 415 meets. After the field facet mirror 415 becomes the EUV radiation 413 from a pupil facet mirror 416 reflected. With the aid of the pupil facet mirror 416 and an optical assembly 417 with mirrors 418 . 419 and 420 become field facets of the field facet mirror 415 in the object field 404 displayed.

Im Betrieb der in 1 dargestellten Projektionsbelichtungsanlage 400 werden beispielsweise die Spiegel 418, 419 und 420 mittels sogenannter Lorentzaktuatoren in ihrer Position gehalten, wobei die Lorentzaktuatoren mit Spulen ausgestattet sind, mittels derer eine magnetische Lagerung der Spiegel erreicht werden kann.In operation of in 1 shown projection exposure system 400 for example, the mirrors 418 . 419 and 420 held by means of so-called Lorentzaktuatoren in their position, the Lorentzaktuatoren are equipped with coils, by means of which a magnetic bearing of the mirror can be achieved.

2 zeigt in einer ersten exemplarischen Ausführungsform der Erfindung eine Spule 1, welche zum Abführen von Wärme in einen Kühlkörper 3 über das wärmeleitende Element 2 mit dem Kühlkörper 3 verbunden ist. Eine derartige Spule kann beispielsweise in einem der oben genannten Lorentzaktuatoren Verwendung finden. Der Wärmeübertrag aus der elektrischen Spule 1 in den Kühlkörper 3 erfolgt über das wärmeleitende Element 2, welches im gezeigten Beispiel röhren- oder schlauchförmig ausgebildet ist, so dass in seinem Inneren das Kühlmedium 4 geführt werden kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das wärmeleitende Element 2 Bestandteil einer – in der Figur als Ausschnittsvergrößerung dargestellten – Wicklung 5 der Spule 1. Mit dem wärmeleitenden Element 2 kann eine homogene Temperaturverteilung unter Vermeidung von Hot Spots HS in der Spule 1 erreicht werden. 2 shows in a first exemplary embodiment of the invention, a coil 1 which dissipates heat into a heat sink 3 over the heat-conducting element 2 with the heat sink 3 connected is. Such a coil can be used, for example, in one of the above-mentioned Lorentz actuators. The heat transfer from the electric coil 1 in the heat sink 3 takes place via the heat-conducting element 2 , which is tubular or tubular in the example shown, so that in its interior, the cooling medium 4 can be performed. In the embodiment shown, the heat-conducting element 2 Part of a - shown in the figure as a detail enlargement - winding 5 the coil 1 , With the heat-conducting element 2 can produce a homogeneous temperature distribution while avoiding hot spots HS in the coil 1 be achieved.

Das Kühlmedium 4 tritt an einem Eingang in den Kühlkörper 3 ein, wobei die Fließrichtung durch den Pfeil E dargestellt ist, und tritt an einem Ausgang aus dem Kühlkörper 3 aus, wobei die Fließrichtung durch den Pfeil A dargestellt ist. Der Kühlkörper 3 kann – nicht näher dargestellt – als Platten- oder Leistenkühler ausgeführt sein. Der Kühlkörper 3 kann aus einem Werkstoff hergestellt sein, welcher vorzugsweise Kupfer, Aluminium, Edelstahl oder deren Legierungen enthalten kann.The cooling medium 4 occurs at an entrance in the heat sink 3 a, wherein the flow direction is shown by the arrow E, and exits at an exit from the heat sink 3 from, wherein the flow direction is shown by the arrow A. The heat sink 3 can - not shown in detail - designed as a plate or ingot cooler. The heat sink 3 may be made of a material which may preferably contain copper, aluminum, stainless steel or their alloys.

3 zeigt eine Schnittdarstellung einer Spule 1', die einen im gezeigten Beispiel ringförmigen Kühlkörper 3' aufweist, welcher um die Spule 1' herum gelegt ist. Dabei ist der Kühlkörper 3' einstückig mit dem wärmeleitenden Element 2' ausgebildet, welches in die Spule 1' eingeführt ist und Wärme aus dieser abführt. Das wärmeleitende Element 2' ist im gezeigten Beispiel als einfacher Wärmeleiter ausgebildet, von der Außenseite der Spule 1' her in diese eingeführt und im Bereich des Hot Spots HS angeordnet. Es ist ferner denkbar, dass das wärmeleitende Element 2' auch in der Umgebung der Spule 1' oder an den Außenbereichen der Spule 1' oder des in der Figur nicht gezeigten Kerns der Spule 1' angeordnet ist. Auf diese Weise kann Wärme definiert aus der Umgebung der Spule 1' abgeführt werden. Das wärmeleitende Element 2' kann zwischen dem Kern der Spule 1' und der Umgebung in beliebiger Kombination und in einer anderen Ausrichtung als hier beschrieben angeordnet sein. Die Spulenwicklung der Spule 1' ist durch den elektrischen Leiter 7 gebildet. 3 shows a sectional view of a coil 1' , which in the example shown annular heat sink 3 ' which is around the coil 1' is laid around. Here is the heat sink 3 ' integral with the heat-conducting element 2 ' formed, which in the coil 1' is introduced and dissipates heat from this. The heat-conducting element 2 ' is formed in the example shown as a simple heat conductor, from the outside of the coil 1' introduced into this and arranged in the area of the hot spot HS. It is also conceivable that the heat-conducting element 2 ' also in the vicinity of the coil 1' or on the outside of the coil 1' or the core of the coil not shown in the figure 1' is arranged. In this way, heat can be defined from the environment of the coil 1' be dissipated. The heat-conducting element 2 ' can be between the core of the coil 1' and the environment in any combination and orientation other than as described herein. The coil winding of the coil 1' is through the electrical conductor 7 educated.

4 zeigt in einer weiteren Variante der Erfindung eine Schnittdarstellung einer Spule 1'', welche im Unterschied zu dem in 3 dargestellten wärmeleitenden Element 2' ein Wärmeleitrohr 2'' (Heat Pipe) zwischen der Spule 1'' und dem Kühlkörper 3'' aufweist. Auch Mischformen bzw. Kombinationen der in den 2–4 gezeigten Konzepte sind denkbar. 4 shows in a further variant of the invention, a sectional view of a coil 1'' which, unlike the one in 3 shown heat-conducting element 2 ' a heat pipe 2 '' (Heat Pipe) between the coil 1'' and the heat sink 3 '' having. Also mixed forms or combinations of in the 2 - 4 shown concepts are conceivable.

5 zeigt eine tabellarische Übersicht geeigneter Kühlmedien. Dabei sind sowohl Kühlmedien enthalten, welche sich für eine Einphasenkühlung eignen, als auch Kühlmedien, die bevorzugt für eine Zweiphasenkühlung in Frage kommen. Die in 5 aufgezeigten thermophysikalischen Eigenschaften sind die Sättigungstemperatur bei einem Betriebsdruck von 1 bar; der Sättigungsdruck bei einer Temperatur von 22 °C, welche eine bevorzugte Betriebstemperatur bei EUV-Projektionsbelichtungsanlagen darstellt; der Tripelpunkt; die kritische Temperatur; der kritische Druck; das Dichteverhältnis, welches das Verhältnis zwischen der Dichte der flüssigen Phase und der Dichte der Gasphase widerspiegelt; die Viskosität mit 40% Gasanteil in einem zweiphasigen Zustand; die Flüssigkeitsviskosität; die Flüssigkeitsdichte; die spezifische Wärmekapazität bei einer Temperatur von 25°C; die Durchschlagsfestigkeit für einen Spalt von 0,25 cm; die Dielektrizitätskonstante und das Global Warming Potential (GWP). 5 shows a tabular overview of suitable cooling media. In this case, both cooling media are included, which are suitable for a single-phase cooling, as well as cooling media, which are preferably for a two-phase cooling in question. In the 5 shown thermophysical properties are the saturation temperature at an operating pressure of 1 bar; the saturation pressure at a temperature of 22 ° C, which is a preferred operating temperature in EUV projection exposure equipment; the triple point; the critical temperature; the critical pressure; the density ratio, which reflects the relationship between the density of the liquid phase and the density of the gas phase; the viscosity with 40% gas content in a two-phase state; the liquid viscosity; the liquid density; the specific heat capacity at a temperature of 25 ° C; the dielectric strength for a gap of 0.25 cm; the dielectric constant and the Global Warming Potential (GWP).

Claims

Projection exposure apparatus ( 400 ) for semiconductor lithography with an electric coil ( 1 . 1' . 1'' ) and with at least one tubular or tubular heat-conducting element ( 2 . 2 ' . 2 '' ) for removing heat from the coil ( 1 . 1' . 1'' ), characterized in that the heat-conducting element ( 2 . 2 ' . 2 '' ) at least partially in the interior of the coil ( 1 . 1' . 1'' ) is arranged.

Projection exposure apparatus ( 400 ) According to claim 1, characterized in that the (at least one heat conductive element 2 . 2 ' . 2 '' ) with at least one heat sink ( 3 . 3 ' . 3 '' ) connected is.

Projection exposure apparatus ( 400 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the heat-conducting element ( 2 . 2 ' . 2 '' ) at least one component of the winding of the coil ( 1 . 1' . 1'' ).

Projection exposure apparatus ( 400 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the heat-conducting element ( 2 . 2 ' . 2 '' ) runs at least in sections parallel to the coil turns.

Projection exposure apparatus ( 400 ) according to claim 3 or 4, characterized in that a plurality of tubular or tubular heat-conducting elements ( 2 . 2 ' . 2 '' ) are wound in parallel.

Projection exposure apparatus ( 400 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the heat-conducting element ( 2 . 2 ' . 2 '' ) a liquid or gaseous, or a combined liquid / gaseous cooling medium ( 4 ) contains.

Projection exposure apparatus ( 400 ) according to claim 6, characterized in that the cooling medium ( 4 ) Contains carbon dioxide, R134, methanol or ethanol.

Projection exposure apparatus ( 400 ) according to claim 6 or 7, characterized in that the cooling medium ( 4 ) has a viscosity in the range of 100μPa · s-25000μPa · s.

Projection exposure apparatus ( 400 ) according to one of claims 6 to 8, characterized in that the cooling medium ( 4 ) has a specific heat capacity in the range of 1000 J / (kg · K) -6500 J / (kg · K).

Projection exposure apparatus ( 400 ) according to one of the claims, characterized in that the heat-conducting element is a heat pipe ( 2 '' ) having.

Projection exposure apparatus ( 400 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical coil ( 1 . 1' . 1'' ) Is part of an actuator of a multilayer mirror for EUV lithography.

Projection exposure apparatus ( 400 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-conducting element ( 2 . 2 ' . 2 '' ) is arranged at least approximately at or at least below or above or adjacent to a hot spot (HS).

Projection exposure apparatus ( 400 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical coil ( 1 . 1' . 1'' ) in the area of the lighting system ( 401 ), in particular in the area of the light source ( 402 ), the collector, or the illumination optics ( 403 ), the projection optics ( 408 ), the reticle holder ( 407 ) or the wafer holder ( 412 ) is arranged.