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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Baugruppe zur Kühlung eines optischen Elements, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Baugruppe.
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Stand der Technik
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Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD’s, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
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In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet.
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Ein in der Praxis auftretendes Problem ist, dass die EUV-Spiegel insbesondere infolge der Absorption der von der EUV-Lichtquelle emittierten Strahlung eine Erwärmung und eine damit einhergehende thermische Ausdehnung bzw. Deformation erfahren, welche wiederum eine Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des optischen Systems zur Folge haben kann. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn Beleuchtungssettings mit vergleichsweise kleinen Beleuchtungspolen (z.B. in Dipol- oder Quadrupol-Beleuchtungssettings) eingesetzt werden, in welchen die Spiegelerwärmung bzw. – deformation über die optische Wirkfläche des Spiegels hinweg stark variiert.
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Eine Übertragung von für VUV-Lithographiesysteme (mit einer Arbeitswellenlänge z.B. von ca. 200 nm oder ca. 160 nm) bekannten Lösungsansätzen zur Überwindung des vorstehend beschriebenen Problems der Spiegelerwärmung auf EUV-Systeme gestaltet sich u.a. insofern teilweise als schwierig, als die Anzahl an für eine aktive Deformationskompensation zur Verfügung stehenden optischen Wirkflächen infolge der (zur Vermeidung zu großer Lichtverluste aufgrund der notwendigen Reflexionen) vergleichsweise geringeren Anzahl von optischen Elementen bzw. Spiegeln relativ stark begrenzt ist.
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Bekannte Ansätze zur Abführung von Wärmelasten von optischen Komponenten insbesondere einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage beinhalten u.a. den Einsatz von Kühlkanälen, welche zum Wärmeabtransport mit einem Kühlfluid wie z.B. Wasser durchströmt werden und an einen Zulauf sowie einen Ablauf für das Kühlfluid angeschlossen sind.
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Hierbei kann jedoch in der Praxis das weitere Problem auftreten, dass je nach konstruktiver Ausgestaltung dieser Kühlkanäle – und insbesondere bei Fertigung der betreffenden Baugruppe aus unterschiedlichen, durch wenigstens einen Spalt voneinander separierte Komponenten – der tatsächlich realisierte Strömungspfad des Kühlfluids dazu führt, dass der thermale Schwerpunkt bei der Einbringung bzw. Abführung der Wärme nicht konstant bleibt mit der Folge, dass eine unerwünschte Driftbewegung oder Deformation der optischen Komponente stattfindet. Eine solche unerwünschte Änderung des thermalen Schwerpunkts kann insbesondere stattfinden, wenn das Kühlfluid einen gegebenenfalls zwischen separaten Komponenten vorhandenen Spalt überströmt, so dass dann z.B. eine wünschenswerte, gleichmäßig in radialer Richtung erfolgende Wärmeabfuhr nicht mehr gegeben ist.
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Darüber hinaus kann das vorstehend erwähnte Überströmen etwa von in der jeweiligen Baugruppe vorhandenen Spalten durch ein Kühlfluid auch zu Korrosionsproblemen und somit zu einer Einschränkung der Lebensdauer der jeweiligen Baugruppe führen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Baugruppe zur Kühlung eines optischen Elements, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, bereitzustellen, welche bei vergleichsweise geringem konstruktivem Aufwand eine wirksame Vermeidung oder zumindest Reduzierung thermischer Deformationen bzw. damit einhergehender Beeinträchtigungen des Abbildungsverhaltens ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch die Baugruppe gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
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Eine erfindungsgemäße Baugruppe zur Kühlung eines optischen Elements, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, weist auf:
- – einen Kühlkörper; und
- – eine einen von einem Kühlfluid durchströmbaren Kühlkanal ausbildende Komponente;
- – wobei diese Komponente in einem in dem Kühlkörper vorhandenen Hohlraum angeordnet und von einem den Hohlraum teilweise oder vollständig auffüllenden Material umgeben ist.
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Bei dem Material kann es sich insbesondere um ein Lotmaterial oder eingeschmolzenes Metallpulver handeln.
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Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, einen zur Wärmeabfuhr von einem zu kühlenden optischen Element benötigten Kühlkanal dadurch zu realisieren, dass ein diesen Kühlkanal bildendes Bauteil (bei welchem es sich insbesondere um ein spiralförmiges Rohr handeln kann) als vorgefertigte Komponente in einem eigens hierfür innerhalb der Baugruppe vorgesehenen Hohlraum (welcher auch als Ausnehmung, Öffnung oder Tasche angesehen werden kann) platziert wird und anschließend der besagte Hohlraum bzw. die Ausnehmung mit einem geeigneten Material (z.B. Lotmaterial oder eingeschmolzenes Metallpulver) angefüllt wird mit der Folge, dass im Ergebnis die den Kühlkanal bildende Komponente (z.B. das Spiralrohr) idealerweise vollständig von dem eingebrachten Material umgeben ist.
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Die resultierende Baugruppe kann dann gewissermaßen insofern als einstückiger Körper angesehen werden, als keine durch Spalte oder dergleichen separierte Komponenten vorhanden sind und somit die eingangs beschriebenen, mit dem Vorhandensein solcher Spalte einhergehenden Probleme (insbesondere eine Spaltkorrosion sowie eine Änderung des thermalen Schwerpunkts bei Überströmen vorhandener Spalte durch ein Kühlfluid) vermieden werden.
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Das erfindungsgemäße Konzept hat dabei in fertigungstechnischer Hinsicht den weiteren Vorteil, dass die den Kühlkanal bildende Komponente (z.B. das Spiralrohr) bereits vorgefertigt werden kann, so dass im Übrigen nur noch der zur Aufnahme dieser Komponente benötigte Hohlraum (d.h. die Ausnehmung oder Öffnung innerhalb der Baugruppe) erzeugt werden muss. Die Ausbildung des besagten Hohlraums bzw. der Ausnehmung innerhalb der Baugruppe zur Aufnahme der den Kühlkanal bildenden Komponente kann grundsätzlich in beliebiger geeigneter (insbesondere formgebender oder materialabtragender) Bearbeitung erfolgen. Insbesondere kann dieser Hohlraum in einem Träger bzw. Kühlkörper der erfindungsgemäßen Baugruppe bei der Formgebung z.B. durch Sintern, Spritzguss oder additive Fertigung (z.B. Metall-Laserschmelzen) von vorneherein ausgebildet werden, oder auch nachträglich durch z.B. Fräsen oder Erodieren in den betreffenden Träger oder Kühlkörper eingearbeitet werden.
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Unter dem Gesichtspunkt der Wärmeabfuhr hat das erfindungsgemäße Konzept den Vorteil, dass durch gezielte geeignete Vorab-Fertigung der den Kühlkanal bildenden Komponente (z.B. des Spiralrohrs) ein geschlossener Kühlkreislauf ausgebildet werden kann, bei welchem – z.B. durch zirkulares bzw. kreisförmiges Umströmen der im Betrieb jeweils aufgeheizten optischen Komponente – eine radial gleichmäßige Wärmeabfuhr unter Aufrechterhaltung des thermalen Schwerpunkts verwirklicht werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die in dem Hohlraum angeordnete Komponente vollständig von dem eingebrachten Material umschlossen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die den von einem Kühlfluid durchströmbaren Kühlkanal ausbildende Komponente ein Spiralrohr. Dieses Spiralrohr (welches z.B. einen runden oder auch einen eckigen Querschnitt aufweisen kann) kann insbesondere eine Mehrzahl von Windungen aufweisen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element ein Spiegel oder eine Spiegelanordnung mit einer Mehrzahl von Spiegelelementen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30nm, insbesondere weniger als 15nm, ausgelegt. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, so dass in weiteren Anwendungen die Erfindung auch in einem optischen System mit einer Arbeitswellenlänge im VUV-Bereich (z.B. von weniger als 200nm oder weniger als 160nm) vorteilhaft realisiert werden kann.
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Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe zur Kühlung eines optischen Elements, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- – Ausbilden eines Hohlraums in einem als Kühlkörper für das optische Element bestimmten Träger;
- – Vor-Fertigen einer einen von einem Kühlfluid durchströmbaren Kühlkanal ausbildenden Komponente;
- – Einbringen dieser Komponente in den Hohlraum;
- – Befüllen des Hohlraums mit einem Material; und
- – Verflüssigen des eingebrachten Materials.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Ausbilden des Hohlraums durch Fräsen, Erodieren oder Sintern.
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Gemäß einer Ausführungsform wird die in dem Hohlraum angeordnete Komponente nach dem Verflüssigen des Lotmaterials vollständig von dem Lotmaterial umschlossen.
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Die Erfindung betrifft weiter ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere Beleuchtungseinrichtung oder Projektionsobjektiv, mit wenigstens einer Baugruppe mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigen:
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1a–d schematische Darstellungen zur Erläuterung des Aufbaus einer Baugruppe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform eines in der erfindungsgemäßen Baugruppe vorhandenen Kühlkanals;
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3 ein Flussdiagramm zur Erläuterung einer möglichen Fertigung der erfindungsgemäßen Baugruppe; und
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4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Weiteren wird ein möglicher Aufbau einer erfindungsgemäßen Baugruppe in einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen von 1a–1d beschrieben.
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Wie am besten aus der Schnittdarstellung von 1a ersichtlich ist, weist eine erfindungsgemäße Baugruppe 100 einen als Träger für wenigstens ein (nicht dargestelltes) optisches Element dienenden Kühlkörper 110 auf, innerhalb dessen ein im Betrieb von einem Kühlfluid wie z.B. Wasser durchströmter Kühlkanal 125 vorgesehen ist. Dieser Kühlkanal 125 wird im Ausführungsbeispiel, wie am besten durch die weitere Schnittdarstellung von 1c sowie die perspektivische Ansicht von 1d ersichtlich, durch ein Spiralrohr 120 gebildet, welches einen Einlass 121 sowie einen Auslass 122 für das Kühlfluid besitzt und an eine entsprechende Kühlfluidquelle zur Realisierung eines geschlossenen Kühlkreislaufes angeschlossen ist.
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Die den Kühlkanal 125 bildende Komponente in Form des Spiralrohrs 120 befindet sich in einem innerhalb des Trägers bzw. Kühlkörpers 110 ausgebildeten Hohlraum 135 (welcher auch als Ausnehmung, Öffnung oder Tasche angesehen werden kann) und ist in dem in 1a gezeigten fertigen Zustand der Baugruppe 100 von einem diesen Hohlraum 135 vollständig ausfüllenden Lotmaterial 130 umgeben.
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Der Kühlkörper 110 selbst kann aus einem beliebigen geeigneten Material mit guter Wärmeleitung wie z.B. Stahl, Aluminium oder Kupfer hergestellt sein. Die den Kühlkanal 125 bildende Komponente 120 bzw. das Spiralrohr kann grundsätzlich aus dem gleichen oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein und besteht im Ausführungsbeispiel aus Edelstahl.
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Bei dem in der erfindungsgemäßen Baugruppe 100 von dem Kühlkörper 110 getragenen optischen Element kann es sich beispielsweise (jedoch ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) um einen Spiegel oder eine Spiegelanordnung (insbesondere einen Facettenspiegel) einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage handeln. Die Erfindung ist jedoch grundsätzlich auch in beliebigen anderen Anwendungen (auch außerhalb der Lithographie) vorteilhaft einsetzbar, in denen ein effektiver Abtransport von Wärme unter Vermeidung der eingangs beschriebenen, mit mechanisch gefertigten Kühlkanälen verbundenen Probleme realisiert werden soll.
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In dem in 1a dargestellten fertigen Zustand kann somit die erfindungsgemäße Baugruppe 100 letztlich als einstückige, keinerlei durch Spalte separierte Komponenten aufweisende Baugruppe angesehen werden, so dass ein jeweils entsprechend der vorgeformten, den Kühlkanal 125 bildenden Komponente 120 bzw. dem Spiralrohr realisierter Kühlfluidstrom im Betrieb der erfindungsgemäßen Baugruppe 100 unter stabiler Aufrechterhaltung des thermalen Schwerpunkts sowie Vermeidung von Korrosionsproblemen innerhalb der Baugruppe 100 erhalten bleibt.
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Zur Fertigung der erfindungsgemäßen Baugruppe 100 kann gemäß dem in 3 gezeigten Flussdiagramm zunächst in einem ersten Schritt S310 in den Träger bzw. Kühlkörper 110 der Hohlraum 135 z.B. durch Fräsen, Erodieren oder Sintern ausgebildet werden. In einem weiteren Schritt S320 wird die den Kühlkanal 125 ausbildende Komponente 120 bzw. das Spiralrohr gefertigt und durch geeignete Formungs- und/oder Biegeprozesse auf das gewünschte Endmaß gebracht. Sodann wird in einem Schritt S330 diese Komponente 120 bzw. das Spiralrohr in den Hohlraum 135 bzw. die Ausnehmung innerhalb des Kühlkörpers 110 eingebracht, und der Hohlraum 135 wird mit dem Lotmaterial 130 befüllt. Anschließend wird das Lotmaterial 130 im Schritt S340 in einem Ofen durch Aufheizen auf oder über die jeweilige Schmelztemperatur verflüssigt, bis der Hohlraum 135 im Kühlkörper 110 mit dem Lotmaterial 130 vollständig gefüllt ist und die den Kühlkanal 125 bildende Komponente 120 bzw. das Spiralrohr vollständig mit Lotmaterial 130 umschlossen ist.
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Die Erfindung ist nicht auf eine spezielle Geometrie des Kühlkanals 125 bzw. der diesen Kühlkanal 125 bildenden Komponente 120 beschränkt. 2 zeigt in zu 1c analoger Schnittansicht eine weitere mögliche Ausführungsform, wobei zu 1c analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „100“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind und wobei die den Kühlkanal bildende Komponente bzw. das Spiralrohr 220 eine konische Geometrie besitzt.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die vorliegende Erfindung beispielsweise realisierbar ist.
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Gemäß 4 weist eine Beleuchtungseinrichtung in einer für EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 400 einen Feldfacettenspiegel 403 und einen Pupillenfacettenspiegel 404 auf. Auf den Feldfacettenspiegel 403 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche eine Plasmalichtquelle 401 und einen Kollektorspiegel 402 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 404 sind ein erster Teleskopspiegel 405 und ein zweiter Teleskopspiegel 406 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 407 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene eines in diesem Fall z.B. sechs Spiegel 451–456 umfassenden Projektionsobjektivs lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektive strukturtragende Maske 421 auf einem Maskentisch 420 angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 461 auf einem Wafertisch 460 befindet.
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Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
