DE102018209055A1

DE102018209055A1 - Flanschanordnung, insbesondere für die EUV-Lithographie

Info

Publication number: DE102018209055A1
Application number: DE102018209055.6A
Authority: DE
Inventors: Eric Eva
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2018-06-07
Filing date: 2018-06-07
Publication date: 2019-12-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flanschanordnung (10), umfassend: einen ersten Flansch (1) aus einem ersten metallischen Material, in dem ein erster Rohrabschnitt (6) gebildet ist, einen zweiten Flansch (2) aus einem zweiten, vom ersten verschiedenen metallischen Material, in dem ein zweiter Rohrabschnitt (7) gebildet ist, einen ringförmigen Hohlraum (8), der zwischen einander zugewandten Stirnseiten (1a, 2a) der beiden Flansche (1, 2) gebildet ist und in dem eine ringförmige Dichtung (9) angeordnet ist, wobei ein sich von der ringförmigen Dichtung (9) radial nach innen erstreckendes Hohlraumvolumen (11) mit mindestens einem der beiden Rohrabschnitte (6, 7) über einen ringförmigen Spalt (12) in Verbindung steht. In dem ersten Flansch (1) ist mindestens ein erster Spülkanal (15) gebildet, der den ersten Rohrabschnitt (6) mit dem Hohlraumvolumen (11) verbindet, und in dem zweiten Flansch (2) ist mindestens ein zweiter Spülkanal (16) gebildet, der den zweiten Rohrabschnitt (7) mit dem Hohlraumvolumen (11) verbindet. Die Flanschanordnung (10) kann insbesondere zur Zuführung oder Abführung einer Kühlflüssigkeit zu/von einem Bauteil für die EUV-Lithographie dienen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Flanschanordnung, insbesondere für die EUV-Lithographie, umfassend: einen ersten Flansch aus einem ersten metallischen Material, in dem ein erster Rohrabschnitt gebildet ist, einen zweiten Flansch aus einem zweiten, vom ersten verschiedenen metallischen Material, in dem ein zweiter Rohrabschnitt gebildet ist, einen ringförmigen Hohlraum, der zwischen einander zugewandten Stirnseiten der beiden Flansche gebildet ist und in dem eine ringförmige Dichtung angeordnet ist, wobei ein sich von der ringförmigen Dichtung radial nach innen erstreckendes Hohlraumvolumen mit mindestens einem der beiden Rohrabschnitte über einen ringförmigen Spalt in Verbindung steht. Im Sinne dieser Anmeldung wird unter einem metallischen Material auch ein Halbmetall wie z.B. Silizium verstanden.
Zu kühlende Bauelemente für die EUV-Lithographie wie z.B. Spiegel, Rahmen (Frames), Baugruppenträger etc. sind üblicherweise aus einem unedlen Metall wie beispielsweise einer Aluminiumlegierung oder Silizium (beispielsweise in siliziertem SiC oder SiSiC) gefertigt, während die Verrohrung aus edleren Metallen wie z.B. Edelstahl besteht. Ein Flansch zur Verbindung eines Rohrabschnitts eines zu kühlenden Bauelements ist daher typischerweise aus einem unedleren Metall gebildet als ein Flansch, der auf der Seite der Verrohrung angebracht ist.
Die Kühlflüssigkeit, welche durch die miteinander verbundenen Rohrabschnitte einer solchen Flanschanordnung geleitet wird, weist daher nach einer gewissen Benutzungsdauer eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit auf, so dass an einer solchen Flanschanordnung Korrosion, insbesondere Spaltkorrosion, auftritt. Die beiden Flansche der Flanschanordnung werden üblicherweise durch nichtleitende Dichtringe voneinander getrennt, die in einem ringförmigen Hohlraum, z.B. einer Nut, aufgenommen werden, d.h. Stirnseiten der beiden Flansche liegen nicht aneinander an. Die beiden Flansche werden hierbei in ihrer axialen Position zueinander entlang einer Längsachse mit Hilfe von Verbindungselementen, typischerweise in Form von Schrauben, fixiert.
Für die Vermeidung von Turbulenz und Vibrationen (so genannte „flow-induced vibrations“, FIV) wird typischerweise mindestens ein Flansch im Bereich des Hohlraums bzw. der Nut mit einer ringförmigen Ausbuchtung versehen, welche die Höhe des Hohlraums in axialer Richtung auf einen schmalen Spalt reduziert, der einen Mindestabstand zwischen den beiden Flanschen definiert. Der Spalt dient zur Reduktion von Korrosionsströmen. Dessen Spaltbreite wird abhängig von der Material-Paarung der beiden Flansche festgelegt, wobei bei der Wahl der Spaltbreite ein Zielkonflikt zwischen Korrosion und Turbulenz besteht. In einem Hohlraumvolumen zwischen dem Spalt und der ringförmigen Dichtung bildet sich ein Totraum, in dem die Kühlflüssigkeit nicht bzw. nicht in ausreichendem Maße ausgetauscht wird, so dass dort ggf. der pH-Wert sinkt, was zu einer erhöhten Korrosionsrate führen kann.
Um die Durchströmung des Hohlraumvolumens zu verbessern, ist es grundsätzlich möglich, die durch die beiden Rohrabschnitte strömende Kühlflüssigkeit in Rotation zu versetzen, beispielsweise indem spiralförmige Nuten in den Rohrabschnitt desjenigen Flanschs eingebracht werden, der sich stromaufwärts von dem Hohlraumvolumen befindet. Ein solches Vorgehen hat jedoch den Nachteil, dass durch die Rotation der Kühlflüssigkeit Turbulenz und ggf. Kavitation induziert wird.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flanschanordnung anzugeben, welche einen Austausch von Kühlflüssigkeit in dem Hohlraumvolumen ermöglicht, ohne die Strömung einer die Rohrabschnitte durchströmenden Kühlflüssigkeit signifikant zu beeinflussen.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Flanschanordnung der eingangs genannten Art, bei der in dem ersten Flansch mindestens ein erster Spülkanal gebildet ist, der den ersten Rohrabschnitt mit dem Hohlraumvolumen verbindet, und/oder bei der in dem zweiten Flansch mindestens ein zweiter Spülkanal gebildet ist, der den zweiten Rohrabschnitt mit dem Hohlraumvolumen verbindet.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, über mindestens einen ersten Spülkanal eine geringe Menge der Kühlflüssigkeit aus dem durch die beiden Rohrabschnitte fließenden Hauptstrom der Kühlflüssigkeit zu entnehmen, um diesen dem Hohlraumvolumen zuzuführen. Die dem Hohlraumvolumen zugeführte Menge der Kühlflüssigkeit wird in der Regel über mindestens einen zweiten Spülkanal aus dem Hohlraumvolumen abgeführt und erneut dem Hauptstrom der Kühlflüssigkeit zugeführt. Auf diese Weise wird ein Nebenstrom (Bypass) gebildet, der durch das Hohlraumvolumen verläuft und einen ausreichenden Austausch der Kühlflüssigkeit in dem Hohlraumvolumen gewährleistet.
Bei einer Ausführungsform weisen der erste Spülkanal und/oder der zweite Spülkanal einen (maximalen) Durchmesser zwischen 0,5 mm und 2,5 mm auf. Der Durchmesser bzw. der Strömungsquerschnitt des ersten/zweiten Spülkanals wird abhängig von den Strömungsverhältnissen, insbesondere abhängig von der Reynoldszahl im Hauptstrom bzw. im Nebenstrom (Bypass) festgelegt. Der Durchmesser der Strömungskanäle ist in der Regel - mit Ausnahme von Abweichungen an den Enden der Strömungskanäle (s.u.) - im Wesentlichen konstant und sollte den oben angegebenen maximalen Durchmesser nicht überschreiten, um den Hauptstrom nicht in Rotation zu versetzen bzw. um keine Turbulenzkeime anzubieten.
In der nachfolgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass jeweils ein erster Spülkanal in dem ersten Flansch und ein zweiter Spülkanal in dem zweiten Flansch vorhanden sind. Es versteht sich aber, dass auch mehr Spülkanäle in die Flansche eingebracht werden können. Insbesondere ist es nicht erforderlich, dass die Anzahl der ersten Spülkanäle mit der Anzahl der zweiten Spülkanäle übereinstimmt: Beispielsweise können zwei oder mehr zweite Spülkanäle, die jeweils einen Zufluss in das Hohlraumvolumen bilden, in dem zweiten Flansch vorgesehen sein, während in dem ersten Flansch nur ein einziger erster Spülkanal vorgesehen ist (oder umgekehrt). Voraussetzung hierfür ist lediglich, dass die Summe der Querschnitte der als Zulauf dienenden (zweiten) Spülkanäle mit der Summe der Querschnitte der als Ablauf dienenden (ersten) Spülkanäle übereinstimmt. Gegebenenfalls kann nur einer der Flansche zwei oder mehr (erste) Spülkanäle aufweisen, die einen Zufluss oder einen Ablauf aus dem Hohlraumvolumen bilden.
Bei einer Ausführungsform ist ein dem Hohlraumvolumen zugewandtes Ende des ersten Spülkanals in Bezug auf ein dem ersten Rohrabschnitt zugewandtes Ende des ersten Spülkanals in Umfangsrichtung versetzt und ein dem zweiten Rohrabschnitt zugewandtes Ende des zweiten Spülkanals ist in Bezug auf ein dem Hohlraumvolumen zugewandtes Ende des zweiten Spülkanals in Umfangsrichtung gleichsinnig, d.h. im gleichen Drehsinn, versetzt wie beim ersten Spülkanal. Durch die gleichsinnige Orientierung des Drehsinns der beiden Spülkanäle (oder ggf. von mehr als zwei Spülkanälen) wird die Kühlflüssigkeit in dem Nebenstrom und somit auch in dem Hohlraumvolumen in Rotation versetzt, d.h. es entsteht eine Kreisströmung. Bei geeigneter Anordnung der Enden der beiden Spülkanäle in dem Hohlraumvolumen, beispielsweise an diametral gegenüberliegenden Seiten des Hohlraumvolumens, kann mit Hilfe des Nebenstroms somit das gesamte Hohlraumvolumen gespült werden, so dass kein ungespültes Totvolumen in dem Hohlraumvolumen entsteht.
Bei einer weiteren Ausführungsform geht ein dem ersten Rohrabschnitt zugewandtes Ende des ersten Spülkanals von einer Tangentialrichtung einer umlaufenden Wand des ersten Rohrabschnitts unter einem Winkel von weniger als 15°, bevorzugt von weniger als 10° aus und/oder ein dem zweiten Rohrabschnitt zugewandtes Ende des zweiten Spülkanals geht von einer Tangentialrichtung einer umlaufenden Wand des zweiten Rohrabschnitts unter einem Winkel von weniger als 15°, bevorzugt von weniger als 10° aus. Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die jeweiligen Spülkanäle unter einem nicht zu großen Winkel von der Tangentialrichtung der umlaufenden (typischerweise kreisförmigen) Wand des jeweiligen Rohrabschnitts ausgehen, d.h. wenn die Spülkanäle an ihren dem jeweiligen Rohrabschnitt zugewandten Enden im Wesentlichen in tangentialer Richtung ausgerichtet sind. Die Spülkanäle sollten idealerweise an ihrem anderen Ende vollständig tangential, d.h. senkrecht zur Radialrichtung, in das Hohlraumvolumen münden. Die weiter oben beschriebenen Winkelangaben beziehen sich jeweils auf eine Ebene, die senkrecht zur Längsachse der Flanschanordnung verläuft.
Bei einer weiteren Ausführungsform beträgt ein Neigungswinkel eines dem ersten Rohrabschnitt zugewandten Endes des ersten Spülkanals in Bezug auf eine Längsachse der Flanschanordnung und/oder ein Neigungswinkel eines dem zweiten Rohrabschnitt zugewandten Endes des zweiten Spülkanals in Bezug auf die Längsachse der Flanschanordnung zwischen 10° und 50°. Die Längsachse der Flanschanordnung verläuft entlang des Zentrums der beiden Rohrabschnitte und parallel zur Strömungsrichtung des Hauptstroms. Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die Spülkanäle an ihrem dem jeweiligen Rohrabschnitt zugewandten Ende im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung des Hauptstroms ausgerichtet sind. Die beiden Spülkanäle sollten an ihren dem Hohlraumvolumen zugewandten Enden jedoch möglichst senkrecht zur Längsachse der Flanschanordnung münden, d.h. der Winkel, unter dem die dem Hohlraumvolumen zugewandten Enden der Spülkanäle in Bezug auf die Radialrichtung in das Hohlraumvolumen münden, sollte annähernd bei 90° liegen.
Bei einer weiteren Ausführungsform münden ein dem Hohlraumvolumen zugewandtes Ende des ersten Spülkanals und/oder ein dem Hohlraumvolumen zugewandtes Ende des zweiten Spülkanals unter einem Winkel von weniger als 15°, bevorzugt von weniger als 10° in Bezug auf eine Tangentialrichtung in das Hohlraumvolumen. Die Tangentialrichtung verläuft in der Ebene, in welcher das Ende des Spülkanals in das Hohlraumvolumen mündet, senkrecht zur Radialrichtung bezogen auf die Längsachse der Flanschanordnung. Wie weiter oben beschrieben wurde, sollte das dem Hohlraumvolumen zugewandte Ende des Spülkanals idealerweise tangential in das Hohlraumvolumen münden, um eine möglichst gleichmäßige Ringströmung des Nebenstroms in dem Hohlraumvolumen zu erzeugen.
Bei einer weiteren Ausführungsform verläuft/verlaufen der erste und/oder der zweite Spülkanal zwischen einem dem ersten Rohrabschnitt oder dem zweiten Rohrabschnitt zugewandten Ende und einem dem Hohlraumvolumen zugewandten Ende gekrümmt, insbesondere spiralförmig. Wie weiter oben beschrieben wurde, sollte sich die Richtung des Verlaufs der Spülkanäle zwischen ihren beiden Enden sowohl in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Flanschanordnung als auch parallel zur Längsachse, d.h. in axialer Richtung verändern, so dass die Spülkanäle idealerweise gekrümmt bzw. spiralförmig verlaufen sollten.
Um die spiralförmigen Spülkanäle in den metallischen Flanschen herzustellen, besteht eine Vielzahl von Möglichkeiten: Die Spülkanäle bzw. die Flansche mit dem/den Spülkanälen können durch ein generatives Fertigungsverfahren, beispielsweise durch ein 3D-Druckverfahren, hergestellt werden. Die Flansche können auch durch heißisostatisches Pressen hergestellt werden, wobei in die für das heißisostatische Pressen verwendete, luftdicht verschlossene Kapsel Einlagen mit der Geometrie der Spülkanäle eingebracht werden, die nach dem heißisostatischen Pressen entfernt werden. Die Spülkanäle können auch durch Fräsen in die Flansche eingebracht werden, auf die nachfolgend ein Deckel aufgeschweißt wird, bevor die Flansche endbearbeitet werden. Eine weitere Möglichkeit zum Herstellen der Spülkanäle besteht darin, beim Gießen eines jeweiligen Flanschs eine geeignete Gußform mit Spacern bzw. mit einer Schablone zu verwenden, welche der Geometrie der Spülkanäle entspricht. Es versteht sich, dass die Spülkanäle bzw. die Flansche mit den Spülkanälen auch auf andere als die hier beschriebene Weise hergestellt werden können.
Für den Fall, dass die Herstellung von gekrümmten Spülkanälen zu aufwändig ist, können auch Spülkanäle in Form von spiralförmigen Nuten erzeugt werden, die nicht durch das Volumen des Flanschs hindurch führen, sondern an der Stirnseite eines Flanschs gebildet sind. Derartige Spülnuten sind aber weniger strömungsgünstig als die weiter oben beschriebenen Spülkanäle. Die Spülnuten weisen typischerweise eine Tiefe auf, die in radialer Richtung kontinuierlich von innen nach außen abnimmt, bis die Spülnuten die Stirnseite der Flansche erreicht haben, d.h. eine Tiefe von Null aufweisen.
Bei einer alternativen Ausführungsform weist/weisen der erste Spülkanal und/oder der zweite Spülkanal zwischen einem dem ersten Rohrabschnitt oder dem zweiten Rohrabschnitt zugewandten Ende und einem dem Hohlraumvolumen zugewandten Ende mindestens einen geradlinigen Kanalabschnitt auf. Bei dieser Ausführungsform wird die ggf. aufwändige Herstellung von gekrümmten Spülkanälen vermieden, indem geradlinige Kanalabschnitte verwendet werden, die typischerweise in Form von Bohrungen in den Flansch eingebracht werden können.
Im einfachsten Fall verbindet ein einziger geradliniger Kanalabschnitt ein dem jeweiligen Rohrabschnitt zugewandtes Ende mit einem jeweiligen dem Hohlraumvolumen zugewandten Ende des Spülkanals, d.h. der Spülkanal besteht aus einem geradlinigen Kanalabschnitt. Ein solcher Spülkanal kann beispielsweise unter einem Winkel von ca. 10° zur Tangentialrichtung von der umlaufenden Wand eines Rohrabschnitts ausgehen. Ein solcher geradlinig verlaufender Spülkanal trifft auf das Hohlraumvolumen unter einem Winkel von ca. 80° zur Tangentialrichtung, d.h. annähernd senkrecht bzw. annähernd in Radialrichtung. Die geringe Abweichung von der Radialrichtung ist jedoch in der Regel ausreichend, um eine Kreisströmung in dem ehemaligen Totwasserbereich innerhalb des Hohlraumvolumens zu erzeugen. Allerdings lässt sich ggf. eine geringe Drehung des Hauptstroms der Kühlflüssigkeit innerhalb der in den Flanschen gebildeten Rohrabschnitte in diesem Fall nicht vollständig vermeiden.
Bei einer weiteren Ausführungsform weisen der erste Spülkanal und/oder der zweite Spülkanal mindestens zwei geradlinige Kanalabschnitte auf, die sich an mindestens einer Kreuzungsstelle treffen. Bei dieser Ausführungsform kann wie weiter oben beschrieben wurde ein erster geradliniger Kanalabschnitt unter einem Winkel von ca. 10° zur Tangentialrichtung von einem dem jeweiligen Rohrabschnitt zugewandten Ende des Spülkanals ausgehen. Entsprechend kann ein zweiter Kanalabschnitt von einem dem Hohlraumvolumen zugewandten Ende des Spülkanals unter einem Winkel von ca. 10° zur Tangentialrichtung ausgehen, wobei die beiden Kanalabschnitte sich an einer Kreuzungsstelle treffen. Falls die beiden typischerweise als Bohrungen ausgeführten Kanalabschnitte über den Kreuzungspunkt hinausgehen, sind die hierbei ggf. entstehenden Toträume unkritisch, da sie sich in Bereichen großer Wandstärke der Flansche und insbesondere abseits der ringförmigen Dichtung befinden. Für den Fall, dass die Kanalabschnitte als Durchgangsbohrungen ausgebildet werden, können diese an dem nicht gewünschten Ende verschlossen, beispielsweise verstopft oder zugeschweißt werden. Ein jeweiliger Spülkanal kann auch aus drei oder mehr geradlinigen Kanalabschnitten hergestellt werden, von denen sich jeweils zwei innerhalb des Volumens des Flansches an jeweiligen Kreuzungsstellen treffen.
Bei einer weiteren Ausführungsform mündet bzw. münden ein Ende des ersten Spülkanals und/oder des zweiten Spülkanals trichterförmig in den ersten oder den zweiten Rohrabschnitt und/oder in das Hohlraumvolumen. Die Trichter- bzw. Trompetenform des/der Spülkanäle dient zur Turbulenzunterdrückung. Ein jeweiliges trichterförmiges Ende eines Spülkanals verläuft typischerweise nicht drehsymmetrisch zu einer Mittelachse des Spülkanals, sondern ist um den Winkel verzerrt, unter dem der Spülkanal von der Tangentialrichtung ausgeht. Gegebenenfalls können die jeweiligen Enden der Spülkanäle auch auf andere Weise strömungsgünstig ausgebildet werden, um Turbulenz zu vermeiden. Alternativ ist es möglich, das/die Enden der Spülkanäle bewusst turbulenzinduzierend auszuführen, beispielsweise indem die Enden mit abrupten Kanten bzw. Ecken, spiralförmigen Fräsungen etc. versehen werden, um ein besseres Ausräumen des Ringkanals zu ermöglichen.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist an einem dem ersten Rohrabschnitt zugewandten Ende des ersten Spülkanals und/oder an einem dem zweiten Rohrabschnitt zugewandten Ende des zweiten Spülkanals ein Sieb angebracht. Das Sieb dient zur Verhinderung des Eindringens von Verunreinigungen in den jeweiligen Spülkanal und verhindert, dass die Verunreinigungen den jeweiligen Spülkanal verstopfen können.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist der das Hohlraumvolumen mit dem mindestens einen Rohrabschnitt verbindende Spalt eine Spalthöhe zwischen 0,5 mm und 1,0 mm auf. Wie weiter oben beschrieben wurde, hängt die Spalthöhe von der Material-Paarung der metallischen Materialien der beiden Flansche ab. Aufgrund der Tatsache, dass die Strömungsrichtung der Hauptströmung in axialer Richtung verläuft, d.h. in Längsrichtung der Flanschanordnung, wird praktisch keine in dem Hohlraumvolumen befindliche Kühlflüssigkeit über den Spalt ausgetauscht.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der erste Flansch aus einem unedleren metallischen Material gebildet ist als der zweite Flansch, oder umgekehrt. Bei dem unedleren Material kann es sich beispielsweise um eine Aluminiumlegierung oder um Silizium (in der Regel in Form einer Verbindung wie z.B. SiC oder SiSiC) handeln. Bei dem edleren Metall kann es sich beispielsweise um Edelstahl oder um Kupfer handeln. Der Rohrabschnitt des ersten Flanschs kann mit einem zu kühlenden Bauteil für die EUV-Lithographie verbunden sein. Die Verbindung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, z.B. durch Schweißen, Schrauben, etc. Gleiches gilt für den zweiten Flansch, dessen Rohrabschnitt z.B. mit einem metallischen Rohr über eine Schweißverbindung verbunden werden kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt:

1a eine schematische Schnittdarstellung einer Flanschanordnung mit zwei Flanschen, zwischen deren Stirnseiten ein ringförmiger Hohlraum mit einer ringförmigen Dichtung gebildet ist, sowie mit zwei Spülkanälen zur Erzeugung eines Nebenstroms, der durch ein Hohlraumvolumen verläuft,
1 b eine schematische Draufsicht auf die Stirnseite eines ersten Flanschs der Flanschanordnung von 1a,
2a eine schematische Darstellung analog zu 1a mit zwei Spülkanälen, die jeweils aus einem bzw. aus zwei geradlinigen Kanalabschnitten bestehen, und
2b eine schematische Draufsicht auf die Stirnseite des ersten Flanschs der Flanschanordnung von 2a.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
In 1 ist schematisch eine Flanschanordnung 10 dargestellt, die einen ersten Flansch 1 und einen zweiten Flansch 2 aufweist, die jeweils aus einem metallischen Material gebildet sind. Im gezeigten Beispiel ist der erste Flansch 1 aus einem unedlen Metall gebildet, und zwar aus einer Aluminiumlegierung. Der zweite Flansch 2 besteht aus Edelstahl. Der erste Flansch 1 ist mit einem (nicht bildlich dargestellten) zu kühlenden Bauteil für die EUV-Lithographie, beispielsweise einem EUV-Spiegel, einem (Trag-)Rahmen, einem Träger für eine Baugruppe, einem Kühlelement oder dergleichen verbunden. Zur Kühlung des Bauteils wird diesem eine Kühlflüssigkeit in Form von Kühlwasser zugeführt, das dem zweiten Flansch 2 über eine mit dem zweiten Flansch 2 verschweißte Rohrleitung 3 zugeführt wird.
Die Kühlflüssigkeit bildet einen durch einen Pfeil angedeuteten Hauptstrom 4, der koaxial zu einer Längsachse 5 der Flanschanordnung 10 durch einen in dem ersten Flansch 1 gebildeten ersten Rohrabschnitt 6 und einen in dem zweiten Flansch 2 gebildeten zweiten Rohrabschnitt 7 verläuft. Im gezeigten Beispiel verläuft der Hauptstrom 4 von dem zweiten Flansch 2 zu dem ersten Flansch 1 und weiter in das zu kühlende Bauteil. Es versteht sich, dass typischerweise eine entsprechende Flanschanordnung 10 für die Abführung des Hauptstroms 4 der Kühlflüssigkeit von dem zu kühlenden Bauteil vorgesehen ist.
Die beiden Flansche 1, 2 sind mit Hilfe von nicht bildlich dargestellten Verbindungsmitteln in Form von Schrauben miteinander verbunden. Die einander zugewandte Stirnseiten 1a, 2a der beiden Flansche 1, 2 sind in axialer Richtung unter einem sehr geringen Abstand entlang der Längsachse 5 angeordnet. Wie in 1a ebenfalls zu erkennen ist, ist in den ersten Flansch 1 ein Hohlraum 8 in Form einer ringförmigen Nut eingebracht. In dem ringförmigen Hohlraum 8 ist radial außen liegend eine ringförmige Dichtung 9 in Form eines O-Rings angeordnet, der aus einem nicht elektrisch leitenden Material gebildet ist, im gezeigten Beispiel aus Gummi. Die ringförmige Dichtung 9 wird zwischen den Stirnseiten 1a, 2a der beiden Flansche 1, 2 der Flanschanordnung 10 eingeklemmt und dichtet die beiden Rohrabschnitte 6, 7 der Flanschanordnung 10 gegen die Umgebung ab.
In dem Hohlraum 8 in Form der Nut erstreckt sich ausgehend von der radial außen liegenden Dichtung 9 radial nach innen ein Hohlraumvolumen 11, welches über einen zwischen dem ersten und dem zweiten Flansch 1, 2 gebildeten Spalt 12 mit den beiden Rohrabschnitten 6, 7 in Verbindung steht. Im gezeigten Beispiel ist der Spalt 12 zwischen der planen Stirnseite 2a des zweiten Flanschs 2 und einer ringförmigen Ausbuchtung 13 des ersten Flanschs 1 gebildet, welche den Hohlraum 8 in Form der Nut von dem ersten Rohrabschnitt 6 separiert. Der Spalt 12 weist eine Spalthöhe h in axialer Richtung entlang der Längsachse 5 auf, die bei 0,7 mm liegt, wobei übliche Werte für die Spalthöhe h abhängig von den jeweiligen metallischen Materialien der beiden Flansche 1, 2 zwischen ca. 0,5 mm und ca. 1,0 mm liegen.
Durch den Spalt 12 füllt sich das Hohlraumvolumen 11 mit Kühlwasser, das über einen längeren Zeitraum nicht ausgetauscht wird, d.h. das Hohlraumvolumen 11 bildet ein Totvolumen. Aufgrund der unterschiedlichen metallischen Materialien der beiden Flansche 1, 2 kann das Kühlwasser in dem Hohlraumvolumen nach einer gewissen Benutzungsdauer eine erhöhte Leitfähigkeit aufweisen, wobei insbesondere der pH-Wert des Kühlwassers abnehmen kann, was zu einer erhöhten Korrosionsrate, insbesondere zu Spaltkorrosion, führen kann.
Um das Problem des in dem Hohlraumvolumen 11 gefangenen Kühlwassers zu vermeiden, wird bei der in 1a gezeigten Flanschanordnung 10 ein durch Pfeile angedeuteter Nebenstrom 14 gebildet, der von dem Hauptstrom 4 über einen in dem zweiten Flansch 2 gebildeten zweiten Spülkanal 16 aus dem zweiten Rohrabschnitt 7 entnommen und in das Hohlraumvolumen 11 geleitet wird. Der Nebenstrom 14 bzw. das abgezweigte Kühlwasser wird über einen in dem ersten Flansch 1 gebildeten ersten Spülkanal 15 aus dem Hohlraumvolumen 11 abgeführt und dem ersten Rohrabschnitt 6 zugeführt.
Um den Hauptstrom 4 der Kühlflüssigkeit durch die Erzeugung des Nebenstroms 14 möglichst wenig zu stören und insbesondere das Auftreten von Turbulenzen in dem Hauptstrom 4 zu vermeiden, weisen die beiden Spülkanäle 15, 16 jeweils einen vergleichsweise kleinen Strömungsquerschnitt bzw. einen kleinen (maximalen) Durchmesser d auf, der abhängig von den Strömungsverhältnissen, insbesondere abhängig von der jeweiligen Reynoldszahl, zwischen ca. 0,5 mm und 2,5 mm liegt. Der Strömungsquerschnitt bzw. der Durchmesser D der beiden Rohrabschnitte 6, 7 ist demgegenüber deutlich größer und liegt typischerweise in der Größenordnung von 5 mm bis 30 mm.
Wie in 1b in der Draufsicht auf die Stirnseite 1a des ersten Flanschs 1 zu erkennen ist, ist ein dem Hohlraumvolumen 11 zugewandtes Ende 15b (Mündung) des ersten Spülkanals 15 in Umfangsrichtung zu einem dem ersten Rohrabschnitt 6 zugewandten Ende 15a des ersten Spülkanals 15 versetzt, und zwar in der in 1b gezeigten Draufsicht entgegen dem Uhrzeigersinn. Entsprechend ist auch ein dem zweiten Rohrabschnitt 7 zugewandtes Ende 16a des zweiten Spülkanals 16 in Umfangsrichtung zu einem dem Hohlraumvolumen 11 zugewandten Ende 16b des zweiten Spülkanals 16 versetzt, wobei der zweite Spülkanal 16 in dem zweiten Flansch 2 in Umfangsrichtung in demselben Drehsinn verläuft wie der erste Spülkanal 15 in dem ersten Flansch 1. Durch die gleichsinnige Orientierung der beiden Spülkanäle 15, 16 wird in dem Hohlraumvolumen 11 eine Ringströmung erzeugt, so dass das gesamte Hohlraumvolumen 11 von dem Nebenstrom 14 gespült und ein Totvolumen vermieden wird.
Um den Hauptstrom 4 möglichst wenig zu stören, verläuft der erste Spülkanal 15 in einer Projektion in eine Ebene senkrecht zur Längsachse 5 unter einem Winkel α von weniger als ca. 10° von einer Tangentialrichtung T einer umlaufenden, kreisförmigen Wand 6a des ersten Rohrabschnitts 6 radial nach außen. Mit anderen Worten schließt der Spülkanal 15 an seinem dem ersten Rohrabschnitt 6 zugewandten Ende 15a einen Winkel α von ca. 10° mit der Tangentialrichtung T der kreisförmigen Wand 6a ein. Die Tangentialrichtung T verläuft hierbei senkrecht zu einer Radialrichtung bezogen auf die Längsachse 5 der Flanschanordnung 10. Entsprechend verläuft auch der zweite Spülkanal 16 in einer Projektion in eine Ebene senkrecht zur Längsachse 5 an seinem dem zweiten Rohrabschnitt 6 zugewandten Ende 16a unter einem (im vorliegenden Beispiel identischen) Winkel α von 10° zur Tangentialrichtung T einer umlaufenden Wand 7a des zweiten Rohrabschnitts 7. Typischerweise liegt der Winkel α, unter dem ein jeweiliges Ende 15a, 16a eines der beiden Spülkanäle 15, 16 von der jeweiligen Wand 6a, 7a ausgeht, bei weniger als ca. 15°.
Wie in 1a zu erkennen ist, verläuft der erste Spülkanal 15 an seinem dem ersten Rohrabschnitt 6 zugewandten Ende 15a unter einem Neigungswinkel δ₁ in Bezug auf die Längsachse 5 der Flanschanordnung 10, der bei ca. 20° liegt. Entsprechend verläuft auch der zweite Spülkanal 16 an seinem dem ersten Rohrabschnitt 6 zugewandten Ende 16a unter einem Neigungswinkel δ₂ in Bezug auf die Längsachse 5 der Flanschanordnung 10. Typische Werte für die Neigungswinkel δ₁ , δ₂ liegen zwischen ca. 10° und ca. 50°. Wie in 1a ebenfalls zu erkennen ist, verlaufen die beiden Spülkanäle 15, 16 an ihren jeweiligen dem Hohlraumvolumen 11 zugewandten Ende 15b, 16b im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse 5, d.h. der Neigungswinkel δ₁ , δ₂ verändert sich entlang des jeweiligen Spülkanals 15, 16 und beträgt an einem jeweiligen dem Hohlraumvolumen 11 zugewandten Ende 15b, 16b typischerweise mehr als ca. 80°.
Die beiden Spülkanäle 15, 16 bzw. deren in das Hohlraumvolumen 11 mündende Enden 15b, 16b sind diametral gegenüber liegend angeordnet, d.h. diese sind in Umfangsrichtung unter einem Winkel von ca. 180° zueinander angeordnet. Auf diese Weise kann ein gleichmäßiger Fluss des Nebenstroms 14 durch das Hohlraumvolumen 11 sichergestellt werden.
Bei dem in 1a gezeigten Beispiel ist an demjenigen Ende 16a des zweiten Spülkanals 16, welches dem zweiten Rohrabschnitt 7 zugewandt ist, ein Sieb 17 angebracht, um zu verhindern, dass Fremdstoffe in den zweiten Spülkanal 16 eindringen und diesen ggf. verstopfen können.
Idealerweise mündet ein jeweiliger Spülkanal 15, 16 an seinem dem Hohlraum 11 zugewandten Ende 15b, 16b tangential, d.h. parallel zur Tangentialrichtung T, in das Hohlraumvolumen 11, wie dies in 1b für den ersten Spülkanal 15 dargestellt ist. Um diese Bedingung sowie das Ein- bzw. Austreten des Nebenstroms 14 in das Hohlraumvolumen 11 unter einem Neigungswinkel δ₁ , δ₂ von mehr als ca. 80°, d.h. im Wesentlichen senkrecht zum Hauptstrom 4, zu ermöglichen, verlaufen die beiden Spülkanäle 15, 16 zwischen ihrem dem jeweiligen Rohrabschnitt 6, 7 zugewandten Ende 15a, 16a und ihrem dem Hohlraumvolumen 11 zugewandten Ende 15b, 16b gekrümmt, genauer gesagt spiralförmig.
Die spiralförmigen Spülkanäle 15, 16 können in die Flansche 1, 2 auf unterschiedliche Weise eingebracht werden. Im gezeigten Beispiel wurde beim Gießen der Flansche 1, 2 in die jeweilige Gussform eine Schablone bzw. Spacer eingebracht, die der Form eines der Spülkanäle 15, 16 entspricht. Es ist aber auch möglich, die spiralförmigen Spülkanäle 15, 16 auf andere Weise in die Flansche 1, 2 einzubringen. Beispielsweise können die Flansche 1, 2 zu diesem Zweck in einem 3D-Druckverfahren hergestellt werden.
Für den Fall, dass die Herstellung von spiralförmigen Spülkanälen 15, 16 zu aufwändig ist, können auch Spülkanäle 15, 16 hergestellt werden, die aus einem oder mehreren geradlinigen Kanalabschnitten 18, 18a,b gebildet sind, wie dies nachfolgend anhand von 2a,b beschrieben wird. Der bzw. die geradlinigen Kanalabschnitte 18, 18a,b können in Form von Bohrungen in den jeweiligen Flansch 1, 2 eingebracht werden.
Bei dem in 2a gezeigten Beispiel weist der erste Spülkanal 15 zwei geradlinige Kanalabschnitte 18a, 18b auf, die an einer Kreuzungsstelle 19 aufeinandertreffen. Der erste Kanalabschnitt 18a, der sich an das dem ersten Rohrabschnitt 6 zugewandte Ende 15a des ersten Spülkanals 15 anschließt, ist wie das in 1a gezeigte Ende 15a des ersten Spülkanals 15 ausgerichtet, d.h. der erste Kanalabschnitt 18a verläuft unter einem Winkel α von ca. 10° in Bezug auf eine Tangentialrichtung T der umlaufenden Wand 6a des ersten Rohrabschnitts 6 und weist einen Neigungswinkel δ_a von ca. 20° zur Längsrichtung 5 der Flanschanordnung 10 auf.
Wie in 2b zu erkennen ist, mündet der zweite Kanalabschnitt 18b nicht tangential, sondern unter einem Winkel β von ca. 10° in Bezug auf eine Tangentialrichtung T in das Hohlraumvolumen 11, wobei auch ein größerer Winkel β von in der Regel nicht mehr als ca. 15° möglich ist. Der zweite Kanalabschnitt 18b weist zudem einen größeren Neigungswinkel δ_b von ca. 70° zur Längsachse 5 auf als der erste Kanalabschnitt 18a. Für den Fall, dass die beiden Kanalabschnitte 18a,b sich nicht exakt an der Kreuzungsstelle 19 treffen, sondern in Form von Sackbohrungen über diese hinausgehen, ist ein dort entstehendes Totvolumen typischerweise unkritisch, da dieses ausreichend weit von der ringförmigen Dichtung 9 entfernt ist.
Der in dem zweiten Flansch 2 gebildete zweite Spülkanal 16 ist aus einem einzigen geradlinigen Kanalabschnitt 18 gebildet. Die Ausrichtung des zweiten Spülkanals 16 bzw. des geradlinigen Kanalabschnitts 18 entspricht hierbei der Ausrichtung des dem zweiten Rohrabschnitt 7 zugewandten Endes 16a des in 1a gezeigten zweiten Spülkanals 16: Der zweite Spülkanal 16 von 2a geht unter einem Winkel α von ca. 10° zur Tangentialrichtung T der umlaufenden Wand 7a des zweiten Rohrabschnitts 7 aus und erreicht das Hohlraumvolumen 11 unter einem Winkel β von ca. 80° zur Tangentialrichtung T. Eine solche geringfügige Abweichung von ca. 10° zur Radialrichtung ist typischerweise ausreichend, um eine Kreisströmung in dem Hohlraumvolumen 11 zu erzeugen, allerdings lässt sich in diesem Fall typischerweise eine leichte Drehung der Hauptströmung 4 nicht vermeiden. Auch der Neigungswinkel δ, den der zweite Spülkanal 16 zur Längsachse 5 der Flanschanordnung 10 aufweist, ist in diesem Fall konstant und liegt bei ca. 30°. Der zweite Spülkanal 16, der lediglich einen einzigen geradlinigen Kanalabschnitt 18 aufweist, hat aber den Vorteil, dass dieser auf besonders einfache Weise in Form einer einzigen Durchgangsbohrung hergestellt werden kann.
Wie in 2a ebenfalls zu erkennen ist, ist ein dem ersten Rohrabschnitt 6 zugewandtes Ende 15a des ersten Spülkanals 15 trichter- bzw. trompetenförmig ausgebildet, um die Erzeugung von Turbulenzen in dem Hauptstrom 4 möglichst zu vermeiden. Es versteht sich, dass mehrere, insbesondere alle Enden 15a,b; 16a,b der beiden Spülkanäle 15, 16 trompetenförmig ausgebildet sein können, um Turbulenzen zu vermeiden. Es versteht sich aber, dass insbesondere die den Rohrabschnitten 6, 7 zugewandten Enden 15a, 16a der beiden Spülkanäle 15, 16 auf andere Weise strömungsgünstig ausgebildet werden können, um Turbulenzen und insbesondere eine Rotation des Hauptstroms 4 zu vermeiden.

Claims

Flanschanordnung (10), umfassend: einen ersten Flansch (1) aus einem ersten metallischen Material, in dem ein erster Rohrabschnitt (6) gebildet ist, einen zweiten Flansch (2) aus einem zweiten, vom ersten verschiedenen metallischen Material, in dem ein zweiter Rohrabschnitt (7) gebildet ist, einen ringförmigen Hohlraum (8), der zwischen einander zugewandten Stirnseiten (1a, 2a) der beiden Flansche (1, 2) gebildet ist und in dem eine ringförmige Dichtung (9) angeordnet ist, wobei ein sich von der ringförmigen Dichtung (9) radial nach innen erstreckendes Hohlraumvolumen (11) mit mindestens einem der beiden Rohrabschnitte (6, 7) über einen ringförmigen Spalt (12) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Flansch (1) mindestens ein erster Spülkanal (15) gebildet ist, der den ersten Rohrabschnitt (6) mit dem Hohlraumvolumen (11) verbindet, und/oder dass in dem zweiten Flansch (2) mindestens ein zweiter Spülkanal (16) gebildet ist, der den zweiten Rohrabschnitt (7) mit dem Hohlraumvolumen (11) verbindet.
Flanschanordnung nach Anspruch 1, bei welcher der erste Spülkanal (15) und/oder der zweite Spülkanal (16) einen maximalen Durchmesser (d) zwischen 0,5 mm und 2,5 mm aufweisen.
Flanschanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der ein dem Hohlraumvolumen (11) zugewandtes Ende (15b) des ersten Spülkanals (15) in Bezug auf ein dem ersten Rohrabschnitt (6) zugewandtes Ende (15a) des ersten Spülkanals (15) in Umfangsrichtung versetzt ist, und bei dem ein dem zweiten Rohrabschnitt (7) zugewandtes Ende (16a) des zweiten Spülkanals (16) in Bezug auf ein dem Hohlraumvolumen (11) zugewandtes Ende (16b) des zweiten Spülkanals (16) in Umfangsrichtung gleichsinnig versetzt ist.
Flanschanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein dem ersten Rohrabschnitt (6) zugewandtes Ende (15a) des ersten Spülkanals (15) von einer Tangentialrichtung (T) einer umlaufenden Wand (6a) des ersten Rohrabschnitts (6) unter einem Winkel (α) von weniger als 15°, bevorzugt von weniger als 10° ausgeht und/oder bei der ein dem zweiten Rohrabschnitt (7) zugewandtes Ende (16a) des zweiten Spülkanals (16) von einer Tangentialrichtung (T) einer umlaufenden Wand (7a) des zweiten Rohrabschnitts (7) unter einem Winkel (α) von weniger als 15°, bevorzugt von weniger als 10° ausgeht.
Flanschanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher ein Neigungswinkel (δ₁) eines dem ersten Rohrabschnitt (6) zugewandten Endes (15a) des ersten Spülkanals (15) in Bezug auf eine Längsachse (5) der Flanschanordnung (10) und/oder ein Neigungswinkel (δ₂) eines dem zweiten Rohrabschnitt (7) zugewandten Endes (16a) des zweiten Spülkanals (16) in Bezug auf die Längsachse (5) der Flanschanordnung (10) zwischen 10° und 50° beträgt.
Flanschanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher ein dem Hohlraumvolumen (11) zugewandtes Ende (15b) des ersten Spülkanals (15) und/oder ein dem Hohlraumvolumen (11) zugewandtes Ende (16b) des zweiten Spülkanals (16) unter einem Winkel (β) von weniger als 15°, bevorzugt von weniger als 10° in Bezug auf eine Tangentialrichtung (T) in das Hohlraumvolumen (11) münden.
Flanschanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der erste und/oder der zweite Spülkanal (15, 16) zwischen einem dem ersten Rohrabschnitt (6) oder dem zweiten Rohrabschnitt (7) zugewandten Ende (15a, 16a) und einem dem Hohlraumvolumen (11) zugewandten Ende (15b, 16b) gekrümmt, insbesondere spiralförmig verlaufen.
Flanschanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher der erste Spülkanal (15) und/oder der zweite Spülkanal (16) zwischen einem dem ersten Rohrabschnitt (6) oder dem zweiten Rohrabschnitt (7) zugewandten Ende und einem dem Hohlraumvolumen (11) zugewandten Ende mindestens einen geradlinigen Kanalabschnitt (18; 18a,b) aufweisen.
Flanschanordnung nach Anspruch 8, bei welcher der erste Spülkanal (15) und/oder der zweite Spülkanal (16) mindestens zwei geradlinige Kanalabschnitte (18a,b) aufweisen, die an einer Kreuzungsstelle (19) aufeinander treffen.
Flanschanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher ein jeweiliges Ende (15a,b; 16a,b) des ersten Spülkanals (15) und/oder des zweiten Spülkanals (16) trichterförmig in den ersten oder den zweiten Rohrabschnitt (6, 7) oder in das Hohlraumvolumen (11) münden.
Flanschanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher an einem dem ersten Rohrabschnitt (6) zugewandten Ende (15a) des ersten Spülkanals (15) und/oder an einem dem zweiten Rohrabschnitt (7) zugewandten Ende (16a) des zweiten Spülkanals (16) ein Sieb (17) angebracht ist.
Flanschanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der das Hohlraumvolumen (11) mit dem mindestens einen Rohrabschnitt (6, 7) verbindende Spalt (12) eine Spalthöhe (h) zwischen 0,5 mm und 1,0 mm aufweist.
Flanschanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der erste Flansch (1) aus einem unedleren metallischen Material gebildet ist als der zweite Flansch (2).