DE102019204335A1

DE102019204335A1 - Verfahren zum Herstellen einer Halte- und Positioniervorrichtung und eines Kühlkörpers

Info

Publication number: DE102019204335A1
Application number: DE102019204335.6A
Authority: DE
Inventors: Timo Möller; Jan Großmann; Matthias LUTZ
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2020-10-01
Also published as: WO2020193042A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halte- und Positioniervorrichtung (16), insbesondere eines Hexapods, bevorzugt zum Halten und Positionieren eines optischen Elements, umfassend: Herstellen von mindestens zwei Komponenten (7, 12) der Halte- und Positioniervorrichtung (16) durch additive Fertigung, sowie Zusammenfügen der mindestens zwei Komponenten (7, 12) durch eine kraft-, form- und/oder stoffschlüssige Verbindung zum Herstellen der Halte- und Positioniervorrichtung (16). Die Erfindung betrifft auch eine solche Halte- und Positioniervorrichtung (16), ein Verfahren zum Herstellen eines Kühlkörpers durch additive Fertigung, einen solchen Kühlkörper sowie eine EUV-Lithographievorrichtung.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halte- und Positioniervorrichtung, insbesondere in Form eines Hexapods, bevorzugt zum Halten und Positionieren eines optischen Elements, insbesondere eines Facetten-Elements für einen Facetten-Spiegel. Die Erfindung betrifft auch eine Halte- und Positioniervorrichtung ein Verfahren zum Herstellen eines Kühlkörpers, einen Kühlkörper sowie eine EUV-Lithographieanlage.
Eine Halte- und Positioniervorrichtung für ein optisches Element ist beispielsweise aus der DE 103 44 178 A1 bekannt geworden. Das optische Element ist in einem Fassungsring gelagert und der Fassungsring ist über wenigstens eine Manipulator-Einheit gelagert. Die Manipulator-Einheit weist einen Manipulatorkopf, einen beweglichen Manipulatorteil und einen Manipulatorfuß auf. Der Manipulatorkopf ist über ein Festkörpergelenk mit dem beweglichen Manipulatorteil verbunden und der bewegliche Manipulatorteil ist über wenigstens ein Festkörpergelenk mit dem Manipulatorfuß verbunden.
Bei der konventionellen Herstellung von Baugruppen z.B. in Form von Halte- und Positioniervorrichtungen, werden mehrere funktionale Halbzeuge bzw. Komponenten hergestellt, die mittels einer Fügetechnik - bevorzugt durch eine stoffschlüssige Verbindung, z.B. durch Schweißen - zu der Baugruppe zusammengefügt werden. Eine Baugruppe in Form einer Halte- und Positioniervorrichtung ist einer zusammengesetzten Beanspruchung aus Biege-Zug-Torsions-Wechselbelastung ausgesetzt. Die funktionalen Halbzeuge können eine komplexe Geometrie aufweisen, beispielsweise können diese Festkörpergelenke in Form von Blattfedern aufweisen, die sowohl Führungsaufgaben als auch Bewegungsaufgaben übernehmen. Dient die Halte- und Positioniervorrichtung zum Halten und Positionieren eines vergleichsweise kleinen optischen (Spiegel-)Elements, beispielsweise eines manipulierbaren Facetten-Elements eines Facetten-Spiegels, ist die gesamte Baugruppe vergleichsweise klein (z.B. mit einem Bauvolumen von ca. 60 × 40 × 40 mm³).
Bei dem oben beschriebenen Fall einer Baugruppe in Form einer Halte- und Positioniervorrichtung für ein Facetten-Element ist es in der Regel erforderlich, dass die Baugruppe eine Vielzahl von Halbzeugen mit flächigen bis linienförmigen Schweißkonturen aufweist. Bei derart filigranen Halbzeugen ist es sehr herausfordernd, die für die Performance der gesamten Baugruppe benötigte Form- und Maßhaltigkeit zu erreichen. Neben den funktionalen Geometrien und Konturen der Halbzeuge sind zusätzlich sehr viele montageerforderliche Geometrien und Konturen wie Haltebohrungen und Schweißnaht-Geometrien erforderlich. Bei einer solchen Baugruppe sind in der Regel zudem komplexe Haltevorrichtungen erforderlich und die Qualitätssicherung bedingt einen sehr hohen Aufwand bei der Messtechnik (Messung der Ebenheit, Rechtwinkligkeit, Parallelität). Die Fehlerrate bei der Herstellung einer solchen Baugruppe ist vergleichsweise groß und die Nacharbeitsquote relativ gering, so dass die Ausschussquote recht hoch ist.
Die konventionelle Herstellung von Kühlkörpern bzw. von gekühlten Trägerstrukturen erfolgt aus geschmiedeten Aluminiumblöcken, in welche die Kühlkanäle abrasiv eingebracht werden. Die Versiegelung der Kühlkanäle erfolgt durch eine Kombination mehrerer Halbzeuge sowie ggf. durch zusätzliche Abdeckungen mittels Schweißtechnologie. Um eine möglichst große Lebensdauer des Kühlkörpers zu erreichen, müssen korrosive Angriffe vielfältiger Art (Spaltkorrosion, Gleichmaßkorrosion, etc.) unterbunden werden. Die größte Herausforderung besteht in diesem Fall darin, eine jeweils geeignete Schweißkontur zu finden, sowie in der Schweißtechnologie an sich. Hierbei sind insbesondere Schweiß-Lote oder Schweißzusätze kritisch im Hinblick auf ihr Korrosionsverhalten (elektrochemische Reihe).
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren anzugeben, welche die Herstellung einer Halte- und Positioniervorrichtung sowie eines Kühlkörpers vereinfachen bzw. eine verbesserte Funktionalität dieser Baugruppen ermöglichen.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gemäß einem Aspekt gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, umfassend: Herstellen von mindestens zwei Komponenten der Halte- und Positioniervorrichtung durch additive Fertigung, sowie Zusammenfügen der mindestens zwei Komponenten durch eine kraft-, form- und/oder stoffschlüssige Verbindung zum Herstellen der Halte- und Positioniervorrichtung.
Durch die additive Fertigung (werkstoffunabhängig, verfahrensübergreifend) lassen sich nicht nur vollfunktionale komplexe Geometrien erzeugen, sondern auch teilfunktionale komplexe Geometrien. Unter vollfunktionalen komplexen Geometrien werden solche Geometrien verstanden, die unmittelbar Einfluss auf die messbare Performance nehmen. Beispiele hierfür sind die Steifigkeit von Gelenken, die Festigkeitsanforderungen von quasistatischen Komponenten oder die Verfahrwege. Unter teilfunktionalen komplexen Geometrien werden dagegen solche Geometrien verstanden, die nicht unmittelbar zur Funktionserfüllung beitragen, diese aber signifikant unterstützen bzw. erst erreichbar machen und die auf Komponenten-Level nicht direkt sichtbar sind. Bei den teilfunktionalen Geometrien kann es sich beispielsweise um Fügeflächen oder um Flächen mit tribologischen Eigenschaften handeln.
Durch die additive Fertigung der Komponenten, beispielsweise durch schichtweise Herstellung aus einem Pulverbett mittels SLM (selective laser melting) bzw. SLS (selective laser sintering) oder durch einen LMD (laser metal deposition)-Prozess können an den Komponenten Verbindungsstrukturen mit Fügeflächen, z.B. in Form von Oberflächenkonturen, gebildet werden, die eine verbesserte Fügung der Komponenten unter mechanischer Belastung aller Art gewährleisten. Beispielsweise kann auf diese Weise die Momenten-Übertragung von Rahmen-in-Rahmen-Strukturen (z.B. bei einer zweiachsigen Kippung) zuverlässiger erfolgen, d.h. mit besseren Sicherheitsbeiwerten, längeren Schwingspielzahlen, etc. Auch erlauben die Verbindungsstrukturen mit den Fügeflächen bei einer Zug- und/oder Druckbelastung durch einen Aktuator, die in einer Schubbelastung in den Fügeflächen resultiert, eine höhere Scherfestigkeit, da sie die kritische Schubspannung durch den höheren Formschluss reduzieren.
Im Gegensatz dazu können bei der konventionellen Fertigung derartige festigkeits- und/oder performance-steigernde Eigenschaften nur mit Hilfe einer Beschichtung der Oberfläche der Komponente oder durch abrasiv wirkende Verfahren (z.B. durch nasschemisches oder trockenes Ätzen) erreicht werden. Die konventionelle Fertigung ist durch die Verfahrenstechnik bei der Bearbeitung von Oberflächen limitiert, bei der in der Regel nur einfache Oberflächen (plan, hoher Krümmungsradius (mehrere cm), ...) ohne hohen Aufwand durch das Vorsehen von Abdeckmaschinen etc. bearbeitet werden können. Insbesondere die Oberflächenbearbeitung an vergleichsweise kleinen bzw. filigranen Komponenten ist mit Hilfe der konventionellen Fertigung nicht bzw. nur mit hohem Aufwand möglich. Mit Hilfe der additiven Fertigung können hingegen höhere teilfunktionale komplexe Oberflächentexturen hergestellt werden.
Bei einer Variante umfasst das Verfahren: Ausbilden von mindestens zwei Verbindungsstrukturen an mindestens zwei der Komponenten bei der additiven Fertigung, sowie Zusammenfügen der mindestens zwei Komponenten an den Verbindungsstrukturen. Bei den Verbindungsstrukturen, an denen die beiden Komponenten zusammengefügt werden, handelt es sich in der Regel um zueinander komplementäre Verbindungsstrukturen, die formschlüssig sowie ggf. kraftschlüssig miteinander zusammenwirken.
Bei einer weiteren Variante werden mindestens zwei der Komponenten durch eine formschlüssige Verbindung zusammengefügt, die bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Noppen-Verbindung, Nut- und Federverbindung und Klettverschluss-Verbindung. Die additive Fertigung generiert die Option von formschlüssigen Verbindungen zur Verbesserung bzw. Ergänzung der Reib- und/oder stoffschlüssigen Verbindungen mit dem Ziel der Performance-bzw. Funktions-Optimierung in Richtung höherer Scherfestigkeiten sowie höherer Kraft- und/oder Momenten-Übertragung mit dem Ziel einer höheren Zuverlässigkeit der hergestellten Baugruppe. Insbesondere kann eine Kombination bzw. Verschmelzung von formschlüssiger, reibschlüssiger und stoffschlüssiger Verbindung beim Zusammenfügen der Komponenten erfolgen. Auf diese Weise kann z.B. die mechanische Belastung einer stoffschlüssigen Verbindung in Form einer Schweißnaht reduziert werden.
Bei der Noppen-Verbindung weist eine der Komponenten eine Verbindungsstruktur in Form einer noppenförmigen (konkaven oder konvexen) Noppe auf, die in der Regel in eine weitere Verbindungsstruktur in Form einer komplementär geformten (konvexen oder konkaven) Noppe eingreift. Entsprechend weist eine Nut- und Federverbindung eine erste Verbindungsstruktur in Form einer Nut auf, die in eine zweite Verbindungsstruktur in Form einer Feder eingreift. Bei der Klettverschluss-Verbindung ist eine Verbindungsstruktur eine strukturierte Oberfläche mit widerhakenartigen Strukturen, die in unregelmäßige, ggf. schlaufenartige Strukturen an einer ebenfalls strukturierten Oberfläche der komplementären Verbindungsstruktur eingreifen. Es versteht sich, dass die beiden Komponenten über mehr als eine Noppen-Verbindung, Nut- und Federverbindung, Klettverschluss-Verbindung etc. formschlüssig zusammengefügt werden können.
Grundsätzlich wäre es wünschenswert, wenn die Halte- und Positioniervorrichtung bei der additiven Fertigung aus einer einzigen Komponente hergestellt werden könnte, so dass auf das Zusammenfügen verzichtet werden könnte. Insbesondere bei einer vergleichsweise filigranen Halte- und Positioniervorrichtung für einen Facetten-Spiegel besteht beim schichtweisen Aufbau aus dem Pulverbett mittels eines SLM-Prozesses aber die Schwierigkeit, dass keine ausreichende Eigensteifigkeit gegeben ist, so dass bei der additiven Fertigung Stützstrukturen gebildet werden müssen. Die Stützstrukturen sind in der Regel so angeordnet, dass die Halte- und Positioniervorrichtung nicht durch additive Fertigung aus einer einzigen Komponente hergestellt werden kann.
Bei einer weiteren Variante umfasst das Verfahren: Ausbilden mindestens einer Stützstruktur an mindestens einer der Komponenten während der additiven Fertigung, sowie Entfernen der Stützstruktur vor dem Zusammenfügen der Komponenten zu der Halte- und Positioniervorrichtung. Die Stützstruktur(en) können so angeordnet sein, dass diese den Zusammenbau der Komponenten zu der Halte- und Positioniervorrichtung behindern, beispielsweise weil sie beim Zusammenbau der Komponenten im Weg stehen. Die Stützstrukturen können aber auch eine Versteifung der jeweiligen Komponente bewirken, die den Zusammenbau zu der Halte- und Positioniervorrichtung behindern, da z.B. das Herstellen einer formschlüssigen Verbindung eine gewisse Flexibilität der Komponenten beim Zusammenbau erfordert. Grundsätzlich ist es ggf. auch möglich, manche - oder ggf. alle - Stützstrukturen erst nach dem Zusammenbau der Halte- und Positioniervorrichtung zu entfernen.
Bei einer Weiterbildung weist mindestens eine der Komponenten mindestens ein Festkörpergelenk auf und die Stützstruktur wird bei der additiven Fertigung im Bereich des mindestens einen Festkörpergelenks ausgebildet. Im Bereich eines Festkörpergelenks, das beispielsweise in der Art einer Blattfeder oder dergleichen ausgebildet sein kann, ist die Eigensteifigkeit der Komponente in der Regel gering, so dass es vorteilhaft ist, wenn die Komponente bei der additiven Fertigung im Bereich eines solchen Festkörpergelenks gestützt wird, um die Maßhaltigkeit bei der Herstellung der Komponente sicherzustellen.
Bei einer weiteren Variante werden mindestens zwei der Komponenten durch eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere durch eine Schweißverbindung, zusammengefügt. Eine stoffschlüssige Verbindung zwischen zwei der Komponenten kann alternativ oder zusätzlich zu einer formschlüssigen Verbindung mit Verbindungsstrukturen realisiert werden, wie sie weiter oben beschrieben wurde.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn mindestens zwei baugleiche Komponenten durch additive Fertigung hergestellt werden, da dies die Herstellung der Baugruppe, z.B. in Form einer Halte- und Positioniervorrichtung, vereinfacht.
Bei einer Variante des Verfahrens werden bei der additiven Fertigung mindestens zwei bevorzugt baugleiche Komponenten hergestellt, die als Festkörper-Scharniere ausgebildet sind. Die Festkörper-Scharniere weisen jeweils einen Kopfbereich und einen Bodenbereich auf, die um eine Drehachse relativ zueinander verkippt werden können. Der Kopfbereich kann mit dem Bodenbereich insbesondere über zwei voneinander beabstandete, zumindest teilweise flexible Verbindungsstrukturen verbunden sein. Hierbei kann eine jeweilige Verbindungsstrebe über ein Festkörpergelenk, z.B. in Form einer Blattfeder, an den Kopfbereich angebunden sein. Entsprechend kann die Verbindungsstrebe mit Hilfe eines Festkörpergelenks, z.B. in Form einer Blattfeder, an den Bodenbereich angebunden sein.
Bei einer Weiterbildung wird das erste Festkörper-Scharnier mit einer weiteren Komponente durch eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere durch eine Schweißverbindung, zusammengefügt und das zweite Festkörper-Scharnier wird mit der weiteren Komponente durch eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere durch eine Schweißverbindung, zusammengefügt. Die beiden Festkörper-Scharniere können parallel ausgerichtet an der weiteren Komponente befestigt werden, um eine Verkippung um eine gemeinsame Drehachse zu ermöglichen. Die beiden Festkörper-Scharniere können beispielsweise mit an ihrem jeweiligen Bodenbereich an der weiteren Komponente verschweißt werden. Bei der weiteren Komponente kann es sich beispielsweise um eine im Wesentlichen plattenförmig ausgebildete Komponente (Bodenplatte) handeln.
Die Halte- und Positioniervorrichtung besteht in der Regel nur aus Komponenten, die durch additive Fertigung hergestellt sind. Gegebenenfalls ist es aber auch möglich, bestimmte Komponenten der Halte- und Positioniervorrichtung konventionell zu fertigen, beispielsweise die weiter oben beschriebene Bodenplatte, d.h. die Halte- und Positioniervorrichtung kann eine Hybrid-Baugruppe bilden.
Bei einer weiteren Variante wird bei der additiven Fertigung eine Träger-Komponente hergestellt, die eine bevorzugt säulenförmigen Trägerstruktur zur Befestigung des optischen Elements aufweist, wobei die Träger-Komponente bevorzugt zwei weitere Festkörper-Scharniere umfasst. Das optische Element, insbesondere in Form eines Spiegel-Elements, kann mittelbar oder unmittelbar an der Trägerstruktur befestigt werden. Die beiden weiteren Festkörper-Scharniere sind in der Regel parallel zueinander ausgerichtet und können wie die weiter oben beschriebenen Festkörper-Scharniere ausgebildet sein. Die Anbindung der Festkörper-Scharniere an die Trägerstruktur kann an der dem optischen Element abgewandten Seite erfolgen.
Die Träger-Komponente wird in der Regel an ihrer dem optischen Element abgewandten Seite über eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere über eine Schweißverbindung, an einer weiteren Komponente in Form der Bodenplatte befestigt. Die beiden weiteren Festkörper-Scharniere sind in diesem Fall typischerweise senkrecht zu den beiden als Festkörper-Scharniere ausgebildeten Komponenten ausgerichtet. Auf diese Weise kann die Bodenplatte und somit das optische Element um zwei zueinander senkrechte Drehachsen verkippt werden. Die Kopfbereiche der beiden Festkörper-Scharniere und der beiden weiteren Festkörper-Scharniere sind bevorzugt mit Hilfe der weiter oben beschriebenen Verbindungsstrukturen an ihren freien Enden durch eine formschlüssige Verbindung miteinander verbunden. Durch eine Dreh- bzw. Kippbewegung der Bodenplatte kann das in der Regel starr an der Trägerstruktur befestigte optische Element um zwei Drehachsen gedreht bzw. verkippt werden.
Die Träger-Komponente kann zusätzlich ein Festkörpergelenk z.B. in Form einer Blattfeder aufweisen, über das die Trägerstruktur an die beiden Festkörper-Scharniere angebunden ist. Auf diese Weise kann eine zusätzliche Verkippung der Trägerstruktur um eine parallel zur Drehachse der weiteren Festkörper-Scharniere ausgerichtete Drehachse erfolgen, um die Auslenkung des optischen Elements bei der Drehung zu vergrößern. Um die Drehung der Trägerstruktur der mit der Bodenplatten verbundenen Träger-Komponente zu ermöglichen, kann in der Bodenplatte eine z.B. kreisförmige Ausnehmung gebildet sein.
Die Komponenten der Halte- und Positioniervorrichtung werden in der Regel aus einem metallischen Material, beispielsweise aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung, hergestellt. Derartige Materialien eignen sich für die additive Fertigung z.B. durch selektives Laserschmelzen, vgl. beispielsweise die Dissertation „Selektives Laserschmelzen von Kupfer und Kupferlegierungen“ von David Becker, RWTH Aachen, 2014.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kühlkörpers, umfassend: Herstellen von mindestens zwei Komponenten des Kühlkörpers durch additive Fertigung, wobei mindestens eine der Komponenten einen Abschnitt eines Kühlkanals aufweist, sowie Zusammenfügen der mindestens zwei Komponenten zu dem Kühlkörper zum dichtenden Verschließen des Abschnitts des Kühlkanals oder zum Ausbilden einer dichtenden Verbindung zwischen den Enden von in zwei unterschiedlichen Komponenten gebildeten Abschnitten des Kühlkanals.
Wie weiter oben beschrieben wurde, besteht bei der konventionellen Herstellung eines Kühlkörpers das Problem, dass die abrasiv gefertigten Kühlkanäle versiegelt bzw. dichtend verschlossen werden müssen. Bei der additiven Fertigung eins Kühlkörpers können die Kühlkanäle typischerweise in Form von Hohlräumen bereits während des schichtweisen Aufbaus erzeugt werden, so dass keine Notwendigkeit für ein dichtendes Verschließen der Kühlkanäle besteht. Lediglich für die Zuführung und die Abführung des Kühlmediums über jeweilige Zu- bzw. Abführungsleitungen ist eine dichtende Verbindung mit den Enden des Kühlkanals bzw. der Kühlkanäle erforderlich. Zudem kann durch die additive Fertigung ein feinkörniges Gefüge in den jeweiligen Komponenten erzeugt werden.
Bei der Herstellung eines Kühlkörpers durch additive Fertigung in einem Pulverbett, z.B. in einem SLM-Prozess, besteht allerdings das Problem, dass das Bauvolumen des Kühlkörpers durch die Abmessungen des Pulverbetts bzw. der Bauplattform begrenzt ist, auf welcher der Kühlkörper aufgebaut wird. Ein vergleichsweise großvolumiger Kühlkörper kann daher im SLM-Prozess nicht einstückig gefertigt werden. Daher wird vorgeschlagen, den Kühlkörper in zwei oder mehr Komponenten zu zerlegen, die jeweils ein Bauvolumen aufweisen, das die additive Fertigung in einem SLM-Prozess ermöglicht. In diesem Fall ist es jedoch wie bei der konventionellen Fertigung erforderlich, die zwei oder mehr Komponenten des Kühlkörpers mittels einer geeigneten Fügetechnik so zu verbinden, dass die Kühlkanäle abgedichtet werden.
Ein jeweiliger Kühlkanal bzw. ein Abschnitt des Kühlkanals kann hierbei zweigeteilt sein, d.h. ein Teil des Querschnitts des Kühlkanals verläuft in einer Komponente und ein zweiter Teil des Querschnitts des Kühlkanals verläuft in einer weiteren Komponente. Beim Zusammenfügen der beiden Komponenten wird der Querschnitt des Kühlkanals geschlossen. In der Regel ist es jedoch günstiger, wenn in einer jeweiligen Komponente bei der additiven Fertigung ein Hohlraum gebildet wird, der den gesamten Querschnitt des Kühlkanals umfasst und somit einen Abschnitt des Kühlkanals bildet. In diesem Fall können beim Zusammenfügen der Komponenten zwei Abschnitte des Kühlkanals an ihren Enden dichtend miteinander verbunden werden.
Bei einer Variante des Verfahrens werden an mindestens zwei der Komponenten bei der additiven Fertigung Verbindungsstrukturen gebildet und die mindestens zwei Komponenten werden an den Verbindungsstrukturen zusammengefügt. Bei den Verbindungsstrukturen kann es sich um Oberflächenkonturen handeln, die eine bessere Fügung unter mechanischer Belastung aller Art gewährleisten, um die Nachteile stoffschlüssiger Verbindungen, beispielsweise von Schweißverbindungen, im Hinblick auf die Dichtigkeit bzw. im Hinblick auf korrosive Angriffe zu beseitigen.
Die additive Fertigung ermöglicht die Option der Herstellung von komplexen (Frei-)Formen kraftschlüssiger Verbindungen mit dem Ziel der Performance-Optimierung in Richtung höherer Zug/Druck-Scherfestigkeiten sowie höherer Kraft- und/oder Momenten-Übertagung. Die Verbindungsstrukturen können rein fügende Aufgaben übernehmen, um die beiden Komponenten möglichst fest miteinander zu verbinden. Bei den Verbindungsstrukturen kann es sich beispielsweise um die weiter oben beschriebene Nut-Feder-Verbindung, um (konvexe bzw. konkave) Noppen, eine Klettverschluss-Verbindung oder um konische Zapfen bzw. Hülsen (mit oder ohne Innen-Durchgangsloch für den Kühlkanal) handeln. Die jeweiligen Verbindungsstrukturen können in Form von Standardverbindungen bereitgestellt werden, so dass für die Verbindung der Komponenten eine Art Baukasten verwendet werden kann.
Bei einer Variante wird an einer ersten Verbindungsstruktur ein Ende eines ersten Abschnitts des Kühlkanals und an einer zweiten Verbindungsstruktur ein Ende eines zweiten Abschnitts des Kühlkanals gebildet. In diesem Fall sind die Verbindungskonturen hohl ausgeführt bzw. diese weisen ein Durchgangsloch für einen jeweiligen Abschnitt des Kühlkanals auf, so dass beim Verbinden der beiden Komponenten an den Verbindungsstrukturen gleichzeitig eine Verbindung der beiden Abschnitte des Kühlkanals erzeugt wird.
Bei einer weiteren Variante bildet eine erste Verbindungsstruktur an einer ersten Komponente mindestens einen insbesondere konischen Vorsprung und eine zweite Verbindungsstruktur an einer zweiten Komponente bildet mindestens eine komplementäre, insbesondere konische Vertiefung. Durch die konisch ausgebildete Verbindungsstruktur in der Art eines Zapfens, der in eine komplementär geformte Hülse eingreift, kann eine erhöhte Fügekraft durch eine erhöhte Reibungskraft beim Zusammenfügen der Komponenten mittels einer Pressverbindung (s.u.) erzeugt werden. Durch geschicktes Handhaben der Dichte kann zudem ggf. eine Verdichtung der Fügekontur erreicht werden, so dass die für konventionell geschweißte Kühlkanäle kritischen Spalte oder Lunker vermieden werden können.
Bei einer Variante des Verfahrens werden die Komponenten durch eine kraftschlüssige Verbindung, bevorzugt durch eine Pressverbindung - sowie ggf. zusätzlich durch eine formschlüssige Verbindung - zusammengefügt. Bei einer Pressverbindung handelt es sich um eine kraftschlüssige, unlösbare Verbindung. Die Pressverbindung kann insbesondere mit einer formschlüssigen Verbindung kombiniert werden, wenn die Komponenten an komplementär geformten Verbindungsstrukturen zusammengefügt werden. Beim Zusammenfügen mittels einer Pressverbindung kann eine der beiden Komponenten erwärmt werden (Aufschrumpfen). Wird hierbei die jeweils äußere Verbindungskontur vor dem Verbinden erwärmt und schnell auf die innere, komplementäre Verbindungskontur gezogen, schrumpft diese beim Erkalten, presst sich so der inneren Verbindungskontur auf und bleibt dauerhaft mit dieser verbunden. Die Pressverbindung kann ggf. auch unter Ausnutzung des gegenteiligen Verfahrens, d.h. des so genannten Kalt- oder Eindehnens, erzeugt werden. Durch eine auf diese Weise erzeugte Pressverbindung kann in der Regel eine dichtende Verbindung zwischen den Verbindungsstrukturen erzeugt werden.
Bei einer weiteren Variante sind die Komponenten aus einem metallischen Material, insbesondere aus Aluminium, gebildet und werden durch Kaltverschweißen (Kaltpressschweißen) miteinander verbunden. Auch in diesem Fall können die Komponenten an den Verbindungsstrukturen miteinander verbunden werden, wobei eine plastische Verformung an den Kontaktflächen erfolgt. Für eine dichtende Verbindung durch Kaltverschweißen sind Materialien mit einer ausreichenden Kaltverformbarkeit erforderlich, z.B. Kupfer oder Aluminium. Typischerweise werden beim Kaltverschweißen zwei Komponenten aus dem gleichen Material (bzw. der gleichen Legierung) miteinander verbunden. Die Kontaktflächen sollten für das Kaltverschweißen möglichst eben bzw. glatt ausgebildet sein, was in der Regel bei der Herstellung der Komponenten durch additive Fertigung erreicht werden kann. Eine Wärmebehandlung beim Pressverbindungsprozess (Aufschrumpfen) kann die Kaltverschweißung ggf. begünstigen. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Schweißprozess wird beim Kaltverschweißen kein edleres oder unedleres Zusatzmaterial benötigt, so dass die elektrochemische Reihe erhalten bleibt.
Für den Fall, dass unter Lebensdauer-Aspekten eine zusätzliche stoffschlüssige Verbindung zwischen den Komponenten eine zusätzliche Performance-Erhöhung ermöglicht, wird mit der weiter oben beschriebenen konstruktiven und fertigungstechnischen Verfahrenstechnik die dichtende Verbindung der kühlmittelführenden Komponente ohne stoffschlüssige Verfahrenstechnologie gelöst und damit die Lebensdauer des Kühlkörpers insgesamt signifikant erhöht, da der für die Lebensdauer kritische Aspekt der Korrosion gelöst bzw. deren Einfluss minimiert wurde. Der auf die weiter oben beschriebene Weise gefertigte Kühlkörper weist somit eine erhöhte Zuverlässigkeit durch vernachlässigbare korrodierende Degradation auf. Zudem kann die Kraft- und Momenten-Übertragung verbessert werden und es kann eine Verschmelzung von kraftschlüssiger Verbindung und Kühlmittel-Anschluss-Flansch erfolgen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Halte- und Positioniervorrichtung, die gemäß dem weiter oben beschriebenen Verfahren hergestellt ist, d.h. durch das Zusammenfügen von mehreren Komponenten, von denen mindestens zwei durch additive Fertigung hergestellt wurden, wobei bei dem Verfahren ggf. die weiter oben beschriebenen Varianten angewandt wurden. Durch die Herstellung von Komponenten der Halte- und Positioniervorrichtung mit Hilfe der additiven Fertigung kann die Anzahl der Einzelteile bzw. Komponenten, die für die Herstellung der Halte- und Positioniervorrichtung benötigt werden und zusammengefügt werden müssen, gegenüber der konventionellen Fertigung deutlich reduziert werden: Durch die additive Fertigung können beispielsweise mehrere konventionell gefertigte Komponenten zu einer einzigen additiv gefertigten Komponente zusammengelegt werden und/oder es können manche konventionell gefertigte Komponenten entfallen.
Die größten Einsparpotentiale bei der additiven Fertigung liegen im Wegfall von Handling-Werkzeugen bei der prozesstechnischen Umsetzung der Verbindungstechnik sowie in der Vereinfachung der Komponenten bzw. der Halbzeuge. Auch können ggf. qualitätssichernde Maßnahmen, die bei der konventionellen Fertigung benötigt werden, entfallen oder verringert werden. Der wesentliche Vorteil der additiv gefertigten Halte- und Positioniervorrichtung liegt jedoch in der höheren Zuverlässigkeit der auf diese Weise hergestellten Baugruppe.
Zudem kann die Funktionalität der Baugruppe verbessert werden, z.B. durch neue Bewegungsmodi, eine höhere Schwingspielzahl, eine höhere Verfügbarkeit, etc. Darüber hinaus können aufwändige Beschichtungs- und Ätzprozesse mit entsprechenden Maskierungsverfahren entfallen, wie sie bei der konventionellen Fertigung in der Regel zur Herstellung von Verbindungsstrukturen benötigt werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Kühlkörper, der mittels des weiter oben beschriebenen Verfahrens hergestellt wurde. Neben durch additive Fertigung hergestellten Komponenten kann der Kühlkörper auch konventionell gefertigte Komponenten aufweisen, d.h. es kann sich bei dem Kühlkörper um ein Hybrid-Bauteil handeln. Der Kühlkörper bzw. die Komponenten des Kühlkörpers können beispielsweise aus Aluminium gebildet sein. Die größten Einsparpotentiale bei der additiven Fertigung liegen im geringen Materialeinsatz und im Eliminieren des aus Lebensdauer-Sicht kritischen Schweiß-Prozesses. Das größte Risiko beim Schweißen sind Heißrisse entlang der Schweißnaht durch das Einbringen großer Wärmekapazitäten und die Übergänge zum erkalteten Grundmaterial. Hierbei drohen nicht kalkulierbare Risiken bezüglich der Dichtigkeit innerhalb der Lebensdauer des Kühlkörpers. Auch die Bildung von Poren, die beim Aluminiumschweißen nicht zu vermeiden sind, wird durch die additive Fertigung verhindert. Durch die Vermeidung von Schweißverbindungen im Bereich der Kühlkanäle können qualitätssichernde Arbeitsvorgänge eingespart werden, beispielsweise kann auf die CT-Prüfung ganzer Komponenten verzichtet werden. Die Komponenten können durch die additive Fertigung mit dreidimensionalen Geometrien ohne die Einschränkungen konventioneller Fertigungsmethoden hergestellt werden.
Durch die reduzierte Fertigungstiefe entfallen Transportwege und nicht wertschöpfende Tätigkeiten (z.B. Reinigung). Stabile Prozesse mit planbaren Durchlaufzeiten und einem hohen Fließgrad sichern die Lieferfähigkeit. Zudem werden Rüstzeiten und Kontaminationen mit Kühlstoffen reduziert bzw. entfallen. Bei den weiter oben beschriebenen Komponenten können insbesondere Flansche und Adapter bzw. Kühlmittel-Anschlüsse mit eingearbeitet werden, so dass zusätzliche Montageschritte bzw. Abdichtungen entfallen. Auch können die Kühlkanäle mit für den Kühlmittelfluss optimierten Geometrien, z.B. Krümmungs-Radien, hergestellt bzw. designt werden. Zudem können die konventionell zur Abdeckung verwendeten Platten bzw. Scheiben neu designt werden bzw. Abschnitte der Kühlkanäle unmittelbar miteinander verbunden werden, was Verrohrungen und Flansche ersetzt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine EUV-Lithographievorrichtung, umfassend: mindestens ein optisches Element, mindestens eine Halte- und Positioniervorrichtung wie weiter oben beschrieben zum Halten und Positionieren des optischen Elements und/oder mindestens einen Kühlkörper, der wie weiter oben beschrieben ausgebildet ist. Bei dem optischen Element kann es sich insbesondere um ein Facetten-Element eines Facetten-Spiegels handeln. Der Kühlkörper kann zum Kühlen eines optischen Elements oder zum Kühlen eines anderen Bauteils dienen, das in der EUV-Lithographievorrichtung angeordnet ist. Bei der EUV-Lithographievorrichtung kann es sich um eine EUV-Lithographieanlage zur Belichtung eines Wafers oder um eine andere optische Anordnung handeln, die EUV-Strahlung verwendet, beispielsweise um ein EUV-Inspektionssystem, z.B. zur Inspektion von in der EUV-Lithographie verwendeten Masken, Wafern oder dergleichen.
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

1 eine schematische Darstellung einer durch additive Fertigung hergestellten Komponente für eine Halte- und Positioniervorrichtung in Form eines Festkörper-Scharniers,
2 eine schematische Darstellung einer Bodenplatte der Halte- und Positioniervorrichtung mit zwei Festkörper-Scharnieren gemäß 1 und mit stegförmigen Stützstrukturen, die bei der additiven Fertigung erzeugt werden,
3 eine schematische Darstellung analog zu 2 ohne Stützstrukturen,
4 eine schematische Darstellung einer Träger-Komponente der Halte- und Positioniervorrichtung mit einer säulenförmigen Tragstruktur zur Befestigung eines Spiegel-Elements,
5 eine schematische Darstellung der Halte- und Positioniervorrichtung mit der in 3 gezeigten zusammengefügten Komponente und mit der in 4 gezeigten Träger-Komponente,
6a,b schematische Darstellungen von zwei Komponenten, die jeweils einen Abschnitt eines ringförmigen Kühlkanals eines Kühlkörpers aufweisen,
7 eine schematische Darstellung eines ringförmigen Kühlkörpers, der aus den beiden in 6a,b gezeigten Komponenten zusammengefügt ist,
8 einen Halbschnitt des ringförmigen Kühlkörpers von 7, sowie
9 eine schematische Darstellung einer EUV-Lithographieanlage.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt schematisch eine Komponente 1 in Form eines Festkörper-Scharniers, welches durch additive Fertigung hergestellt wurde. Das Festkörper-Scharnier 1 ist aus Kupfer gebildet und wurde im so gennannten SLM-Verfahren schichtweise aus einem Pulverbett erzeugt. Das Festkörper-Scharnier 1 weist einen Kopfbereich 2 und einen Bodenbereich 3 auf, die durch zwei voneinander beabstandete Verbindungsstreben 4a,b miteinander verbunden sind. Die starren Verbindungssteben 4a,b sind an den Kopfbereich 2 über ein jeweiliges Festkörpergelenk in Form einer ersten Blattfeder 5a und an den Bodenbereich 3 über ein jeweiliges Festkörpergelenk in Form einer zweiten Blattfeder 5b angebunden. Das Festkörper-Scharnier 1 ermöglicht es, den Kopfbereich 2 relativ zu dem Bodenbereich 3 zu verkippen.
2 zeigt das Festkörper-Scharnier 1 von 1 sowie eine weitere, baugleiche Komponente 1a in Form eines Festkörper-Scharniers. Die beiden Festkörper-Scharniere 1, 1a sind an einer weiteren Komponente in Form einer Bodenplatte 6 befestigt, genauer gesagt verschweißt. Die Festkörper-Scharniere 1, 1a sind hierbei parallel zueinander ausgerichtet und ermöglichen auf diese Weise eine Verkippung der jeweiligen Kopfbereiche 2 relativ zu den Bodenbereichen 3 bzw. zur Bodenplatte 6 um die X-Achse eines XYZ-Koordinatensystems. Die drei in 2 dargestellten Komponenten 1, 1a, 6 bilden gemeinsam eine zusammengefügte Komponente 7.
Wie in 2 ebenfalls zu erkennen ist, sind an der zusammengefügten Komponente 7 stegförmige Stützstrukturen 8 gebildet, welche das jeweilige erste FestkörperGelenk 5a einer Festkörper-Scharniers 1, 1a mit dem Bodenbereich 3 verbinden und auf diese Weise abstützen. Weitere stegförmige Stützstrukturen 9 verlaufen in im Wesentlichen horizontaler Richtung zwischen den jeweiligen ersten bzw. zweiten Festkörper-Gelenken 5a,b des ersten und zweiten Festkörper-Scharniers 1, 1a. Zusätzlich verbinden die horizontal verlaufenden Stützstrukturen 9 auch die jeweiligen Verbindungsstreben 4a,b der beiden Festkörper-Scharniere 1, 1a. Die Stützstrukturen 8, 9 werden während der additiven Fertigung erzeugt.
Die Verwendung der weiteren stegförmigen Stützstrukturen 9, welche die beiden Festkörper-Scharniere 1, 1a verbinden, ist möglich, weil bei dem in 2 gezeigten Beispiel die beiden Festkörper-Scharniere 1, 1a bei der additiven Fertigung durch schichtweisen Aufbau gleichzeitig (im gleichen Pulverbett) gefertigt wurden. Durch die stegförmigen Stützstrukturen 9 wird zudem sichergestellt, dass die beiden Festkörper-Scharniere 1, 1a bei der additiven Fertigung den gewünschten Abstand zueinander einhalten.
Vor oder nach dem Entfernen der Stützstrukturen 8, 9 werden die Festkörper-Scharniere 1, 1a mit ihrem jeweiligen Bodenbereich 3 an der Oberseite der Bodenplatte 6 verschweißt. Alternativ ist es möglich, die beiden Festkörper-Scharniere 1, 1a bei der additiven Fertigung auf der Bodenplatte 6 aufzubauen. Beim schichtweisen Aufbau verbindet sich hierbei die erste Schicht des Bodenbereichs 3 der Festkörper-Scharniere 1, 1a mit der Oberseite der Bodenplatte 6, d.h. die Festkörper-Scharniere 1, 1a werden schon bei der additiven Fertigung mit der Bodenplatte 6 verbunden. Die Bodenplatte 6 selbst kann ebenfalls durch additive Fertigung hergestellt werden, es ist aber alternativ auch möglich, die Bodenplatte 6 konventionell zu fertigen, beispielsweise wenn weitere Funktionen erforderlich sind, die nicht oder nur unwirtschaftlich durch additive Fertigung hergestellt werden können.
3 zeigt die zusammengefügte Komponente 7 von 2 nach dem Entfernen der Stützstrukturen 8, 9. Die Entfernung der Stützstrukturen 8, 9 erfolgt auf konventionelle Weise, d.h. durch Materialabtrag. Wie in 3 gut zu erkennen ist, sind an den jeweiligen freien Enden der Kopfbereiche 2 der beiden Festkörper-Scharniere 1, 1a jeweils erste bzw. zweite Verbindungsstrukturen 10a, 11a gebildet. An einem ersten Ende des Kopfbereichs 2 ist jeweils eine Verbindungsstruktur in Form einer konvexen Noppe 10a und an einem zweiten Ende des Kopfbereichs 2 ist jeweils eine Verbindungsstruktur in Form einer Feder 11a gebildet. Die Verbindungsstrukturen 10a, 11a der zusammengefügten Komponente 7 können durch eine formschlüssige Verbindung mit komplementären ersten bzw. zweiten Verbindungsstrukturen 10b, 11b in Form einer konkaven Noppe bzw. einer Nut verbunden werden, die an einer in 4 gezeigten Träger-Komponente 12 gebildet sind.
Die Träger-Komponente 12 weist eine säulenförmige, zylindrische Trägerstruktur 13 auf, an deren oberem Ende bzw. Kopfbereich das optische Element in Form eines (nicht gezeigten) plattenförmigen Facetten-Elements starr befestigt wird. Die Träger-Komponente 12 weist zudem zwei weitere Festkörper-Scharniere 14, 14a auf, die wie die weiter oben beschriebenen Festkörper-Scharniere 1, 1a ausgebildet sind. Die beiden weiteren Festkörper-Scharniere 14, 14a sind an die Trägerstruktur 13 über eine Blattfeder 15 angebunden, so dass die Trägerstruktur 13 zentrisch zwischen den beiden weiteren Festkörper-Scharnieren 14, 14a angeordnet ist. Die beiden weiteren Festkörper-Scharniere 14, 14a ermöglichen eine Verkippung der jeweiligen Kopfbereiche 2 relativ zu den Bodenbereichen 3 um die Y-Achse, d.h. senkrecht zur Verkippung um die X-Achse, wie sie durch die beiden Festkörper-Scharniere 1, 1a der zusammengefügten Komponente 7 ermöglicht wird.
An den freien Enden der Kopfbereiche 2 der beiden weiteren Festkörper-Scharniere 14, 14a sind die komplementären Verbindungsstrukturen 10b, 11 b zur formschlüssigen Verbindung mit den Verbindungsstrukturen 10a, 11a der zusammengefügten Komponente 7 gebildet. Die komplementär geformten ersten Verbindungsstrukturen 10a, 10b bilden eine Noppen-Verbindung zwischen den beiden Komponenten 7, 12. Die komplementär geformten zweiten Verbindungsstrukturen 11a, 11b bilden eine Feder-Nut-Verbindung zwischen den beiden Komponenten 7, 12. Die beiden Komponenten 7, 12 werden an den Verbindungsstrukturen 10a,b, 11a,b zu einer in 5 gezeigten Halte- und Positioniervorrichtung 16 zusammengefügt. Hierbei wird die Unterseite der Träger-Komponente 12 zusätzlich mit der Oberseite der Bodenplatte 6 verschweißt.
Die Halte- und Positioniervorrichtung 16 ermöglicht eine Verkippung der Bodenplatte 6 und somit der säulenartigen Trägerstruktur 13, an der das optische Element befestigt ist, um zwei zueinander senkrechte Achsen X, Y und erfüllt somit die Funktionalität eines Hexapods. Für die Verkippung kann mindestens ein Aktuator in Form eines motorischen Antriebs an der Halte- und Positioniervorrichtung 16 angebracht sein. Die Trägerstruktur 13, die über die Blattfeder 15 an die Bodenplatte 6 angebunden ist, kann zusätzlich um die X-Achse relativ zur Bodenplatte 6 verkippt werden, wenn ein geeigneter Aktuator an der Trägerstruktur 13 angreift. Um die zusätzliche Verkippung zu ermöglichen, ist in der Bodenplatte 6 ein kreisförmiger Durchbruch 17 gebildet. Die Blattfedern 5a, 5b bilden hierbei eine Abfolge von Festkörpergelenken bzw. eine kinematische Kette, um die Trägerstruktur 13 in zwei Kipp-Freiheitsgraden zu verschieben. Eine kinematische Kette von Festkörpergelenken kann insbesondere auch zur Realisierung einer Bewegung in sechs Freiheitsgraden (6-DOF-Manipulator) eingesetzt werden.
Es versteht sich, dass die Halte- und Positioniervorrichtung 16 stark schematisch dargestellt ist und auch auf andere Weise ausgebildet sein kann. Insbesondere können komplexere Verbindungsstrukturen 10a,b, 11a,b verwendet werden, um die Komponenten 7, 12 zusammenzufügen. Auch können an Stelle der Noppen- bzw. der Nut-Feder-Verbindung andere, insbesondere formschlüssige Verbindungen verwendet werden, z.B. in Form von strukturierten Oberflächen, die beispielsweise die Funktionalität einer Klettverschluss-Verbindung erfüllen bzw. die durch eine geeignete (Mikro-) Konturierung eine stoff- und/oder kraftschlüssige Verbindung verstärken.
6a,b zeigen jeweils eine im Wesentlichen halbkreisförmige Komponente 21a,b, die durch additive Fertigung in einem SLM-Prozess hergestellt wurden. Die beiden Komponenten 21a,b sind aus Aluminium gebildet und weisen jeweils einen halbkreisförmigen Abschnitt 22a,b eines Kühlkanals auf. Aufgrund der additiven Fertigung ist es möglich, dass die Abschnitte 22a,b in die Komponenten 21a,b eingebettet sind, so dass diese einen Hohlraum in der jeweiligen Komponente 21a,b bilden, von dem in 6a,b lediglich die beiden stirnseitigen Enden 23a,b bzw. 24a,b zu erkennen sind. Zum dichtenden Verbinden der beiden Abschnitte 22a,b werden die beiden Komponenten 21a,b an ihren jeweiligen Enden 23a,b zusammengefügt bzw. miteinander verbunden, so dass der in 7 dargestellte, im Wesentlichen kreisringförmige Kühlkörper 25 entsteht. Wie anhand des in 8 dargestellten Halbschnitts erkennbar ist, werden die beiden halbkreisförmigen Abschnitte 22a,b hierbei zu einem zusammenhängenden, kreisringförmigen Kühlkanal 22 verbunden.
Für die Verbindung der beiden Komponenten 21a,b miteinander wurden an den jeweiligen Enden 23a,b, 24a,b der Abschnitte 22a,b des Kühlkanals 22 bei der additiven Fertigung Verbindungsstrukturen 25a,b, 26a,b gebildet, die in 6a,b zu erkennen sind. Bei der in 6a gezeigten ersten Komponente 21a handelt es sich bei den Verbindungsstrukturen 25a, 26a um konische Vertiefungen, bei der in 6b gezeigten zweiten Komponente 21b handelt es sich um komplementär geformte konische Vorsprünge 25b, 26b. Das Ineinandergreifen der Verbindungsstrukturen 25a,b, 26a,b ist insbesondere in dem in 8 gezeigten Halbschnitt gut zu erkennen.
Aufgrund der Tatsache, dass die Enden 23a,b, 24a,b der jeweiligen Abschnitte 22a,b des Kühlkanals 22 innerhalb der Verbindungsstrukturen 25a,b, 26a,b gebildet sind, kann beim Zusammenfügen eine dichtende Verbindung zwischen den beiden Abschnitten 22a,b des Kühlkanals 22 hergestellt werden, sofern die jeweiligen Fügeflächen an den Verbindungsstrukturen 25a,b, 26a,b dichtend zusammengefügt werden können. Ein solches dichtendes Zusammenfügen ist insbesondere durch eine reibschlüssige Verbindung in Form einer Pressverbindung möglich. Die Pressverbindung kann durch einen Aufschrumpfungsprozess unterstützt werden, bei dem die erste Komponente 21a einer Wärmebehandlung unterzogen wird, bei der sich insbesondere die Verbindungsstrukturen 25a, 26a der ersten Komponente 21 a ausdehnen. Wird die erwärmte erste Komponente 21a mit der zweiten Komponente 21b verbunden, wird nach dem Abkühlen eine erhöhte Kraft auf die Verbindungsstrukturen 25b, 26b der zweiten Komponente 21b ausgeübt, d.h. die Pressverbindung wird verstärkt.
Sind die beim Zusammenfügen miteinander in Kontakt kommenden Oberflächen ausreichend glatt, kann eine Kaltverschweißung der Verbindungsstrukturen 25a,b, 26a,b erfolgen, d.h. es bildet sich zwischen den beiden konischen Oberflächen eine Schweiß-Raupe aus, welche eine dichtende, spaltfreie Verbindung zwischen den jeweiligen Verbindungsstrukturen 25a,b, 26a,b erzeugt. Durch den geringfügig konischen Verlauf der jeweiligen Verbindungsstrukturen 25a,b, 26a,b wird der Reibungseffekt und somit die Pressverbindung verstärkt.
Zusätzlich zum Ausbilden einer dichtenden Verbindung zwischen den Abschnitten 22a,b des Kühlkanals 22 kann die Herstellung der beiden Komponenten 21a,b des Kühlkörpers 25 durch die additive Fertigung auch dazu genutzt werden, um rohrförmige Fluid-Anschlüsse 27a,b an den beiden Komponenten 21a,b auszubilden, die im gezeigten Beispiel in radialer Richtung von dem ringförmigen Kühlkanal 22 abzweigen. An den Fluid-Anschlüssen 27a,b kann jeweils eine dichtende Verbindung mit einer Fluid-Leitung zur Zuführung bzw. zur Abführung eines Kühlfluids, beispielsweise in Form von Kühlwasser, erfolgen. Der weiter oben beschriebene Kühlkörper 25 kann beispielsweise zur Kühlung eines optischen Elements mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Geometrie, z.B. in Form eines Spiegels oder einer Linse, dienen. Es versteht sich, dass die Geometrie des Kühlkörpers 25 an die Geometrie des zu kühlenden optischen Elements angepasst werden kann.
Alternativ zu der weiter oben beschriebenen Herstellung des Kühlkörpers 22 durch das Zusammenfügen von zwei Komponenten 21a,b, die jeweils einen halbkreisförmigen Abschnitt 22a,b des Kühlkanals 22 enthalten, kann der Kühlkörper 22 ggf. auch aus zwei Komponenten in Form von Halbschalen zusammengesetzt werden, die wie in dem in 8 gezeigten Halbschnitt ausgebildet sind. Alternativ kann der Kühlkanal 22 bei der in 8 gezeigten Komponente - sofern diese einteilig durch additive Fertigung hergestellt wurde - mit einer weiteren Komponente in Form einer Abdeckplatte verschlossen werden. In diesen Fällen sind die Flächen, die dichtend zusammengefügt werden müssen, jedoch deutlich größer als beim weiter oben beschriebenen Zusammenfügen der beiden halbkreisförmigen Komponenten 21a,b zu dem Kühlkörper 25.
Sowohl die weiter oben beschriebene Halte- und Positioniervorrichtung 16 als auch der Kühlkörper 25 können in unterschiedlichen Vorrichtungen bzw. optischen Anordnungen zum Einsatz kommen, wie nachfolgend beispielhaft anhand einer in 9 dargestellten optischen Anordnung beschrieben wird.
9 zeigt schematisch den Aufbau einer optischen Anordnung in Form einer EUV-Lithographievorrichtung, genauer gesagt in Form einer EUV-Lithographieanlage 101, und zwar eines so genannten Wafer-Scanners. Die EUV-Lithographieanlage 101 weist eine EUV-Lichtquelle 102 zur Erzeugung von EUV-Strahlung auf, die im EUV-Wellenlängenbereich unter 50 Nanometer, insbesondere zwischen ca. 5 Nanometer und ca. 15 Nanometer, eine hohe Energiedichte aufweist. Die EUV-Lichtquelle 102 kann beispielsweise in Form eine Plasma-Lichtquelle zur Erzeugung eines laserinduzierten Plasmas ausgebildet sein. Die in 9 gezeigte EUV-Lithographieanlage 101 ist für eine Arbeitswellenlänge der EUV-Strahlung von 13,5 nm ausgelegt. Es ist jedoch auch möglich, dass die EUV-Lithographieanlage 101 für eine andere Arbeitswellenlänge des EUV-Wellenlängenbereiches, wie beispielsweise 6,8 nm, konfiguriert ist.
Die EUV-Lithographieanlage 101 weist ferner einen Kollektor-Spiegel 103 auf, um die EUV-Strahlung der EUV-Lichtquelle 102 zu einem Beleuchtungsstrahl 104 zu bündeln und auf diese Weise die Energiedichte weiter zu erhöhen. Der Beleuchtungsstrahl 104 dient zur Beleuchtung eines strukturierten Objekts M mittels eines Beleuchtungssystems 110, welches im vorliegenden Beispiel fünf reflektive optische Elemente 112 bis 116 (Spiegel) aufweist.
Bei dem strukturierten Objekt M kann es sich beispielsweise um eine reflektive Photomaske handeln, die reflektierende und nicht reflektierende oder zumindest weniger stark reflektierende Bereiche zur Erzeugung mindestens einer Struktur an dem Objekt M aufweist. Alternativ kann es sich bei dem strukturierten Objekt M um eine Mehrzahl von Mikrospiegeln handeln, welche in einer ein- oder mehrdimensionalen Anordnung angeordnet sind und welche gegebenenfalls um mindestens eine Achse bewegbar sind, um den Einfallswinkel der EUV-Strahlung auf den jeweiligen Spiegel einzustellen.
Das strukturierte Objekt M reflektiert einen Teil des Beleuchtungsstrahls 104 und formt einen Projektionsstrahlengang 105, der die Information über die Struktur des strukturierten Objekts M trägt und der in ein Projektionsobjektiv 120 eingestrahlt wird, welches eine Abbildung des strukturierten Objekts M bzw. eines jeweiligen Teilbereichs davon auf einem Substrat W erzeugt. Das Substrat W, beispielsweise ein Wafer, weist ein Halbleitermaterial, z.B. Silizium, auf und ist auf einer Halterung angeordnet, welche auch als Wafer-Stage WS bezeichnet wird.
Im vorliegenden Beispiel weist das Projektionsobjektiv 120 sechs reflektive optische Elemente 121 bis 126 (Spiegel) auf, um ein Bild der an dem strukturierten Objekt M vorhandenen Struktur auf dem Wafer W zu erzeugen. Typischerweise liegt die Zahl der Spiegel in einem Projektionsobjektiv 120 zwischen vier und acht, gegebenenfalls können aber auch nur zwei Spiegel verwendet werden.
Bei dem ersten optischen Element 112 des Beleuchtungssystems 110 handelt es sich um einen ersten Facetten-Spiegel, bei dem zweiten optischen Element 113 handelt es sich um einen zweiten Facetten-Spiegel. Die beiden Facetten-Spiegel 112, 113 weisen jeweils eine Vielzahl von Facetten-Elementen 112a-d, 113a-d in Form von kleinen Spiegel-Elementen in einer Raster-Anordnung auf, von denen beispielhaft jeweils vier in 9 dargestellt sind. Jedes der Facetten-Elemente 112a-d, 113a-d ist im Wesentlichen plan ausgebildet und an einer eigenen Halte- und Positioniervorrichtung 16, genauer gesagt an der Oberseite der Trägerstruktur 13, starr befestigt, beispielsweise auf diese aufgeklebt. Jedes einzelne der Facetten-Elemente 112a-d, 113a-d kann mittels einer jeweiligen Halte- und Positioniervorrichtung 16 individuell in zwei zueinander senkrechten Raumrichtungen X, Y verkippt werden, wie weiter oben in Zusammenhang mit der Halte- und Positioniervorrichtung 16 beschrieben wurde.
Der weiter oben beschriebene ringförmige Kühlkörper 25 dient bei der in 9 dargestellten EUV-Lithograhpieanlage 101 zur Kühlung des ersten Spiegels 121 des Projektionsobjektivs 120. Der ringförmige Kühlkörper 25 dient zudem als Fassung für den ersten Spiegel 121 und umschließt diesen, genauer gesagt dessen Spiegel-Substrat, entlang von dessen im Wesentlichen kreisförmigem Außenumfang. Es versteht sich, dass der Kühlkörper 25 auch zur Kühlung anderer optischer Elemente oder zur Kühlung anderer Bauteile der EUV-Lithographieanlage 101 verwendet werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10344178 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe in Form einer Halte- und Positioniervorrichtung (16), insbesondere eines Hexapods, bevorzugt zum Halten und Positionieren eines optischen Elements (112a-d, 113a-d), umfassend: Herstellen von mindestens zwei Komponenten (7, 12), der Halte- und Positioniervorrichtung (1, 1a, 6, 7, 12) durch additive Fertigung, sowie Zusammenfügen der mindestens zwei Komponenten (1, 1a, 6, 7, 12) durch eine kraft-, form- und/oder stoffschlüssige Verbindung zum Herstellen der Halte- und Positioniervorrichtung (16).
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend: Ausbilden von Verbindungsstrukturen (10a,b, 11a,b) an mindestens zwei der Komponenten (7, 12) bei der additiven Fertigung, sowie Zusammenfügen der mindestens zwei Komponenten (7, 12) an den Verbindungsstrukturen (10a,b, 11a,b).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mindestens zwei der Komponenten (7, 12) durch eine formschlüssige Verbindung zusammengefügt werden, die bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Noppen-Verbindung (10a,b), Nut- und Federverbindung (11a,b) und Klettverschluss-Verbindung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: Ausbilden mindestens einer Stützstruktur (8, 9) an mindestens einer der Komponenten (1, 1a, 7) während der additiven Fertigung, sowie Entfernen der Stützstruktur (8, 9) vor dem Zusammenfügen der Komponenten (7 ,12) zu der Halte- und Positioniervorrichtung (16).
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem mindestens eine der Komponenten (1, 1a, 7, 12) mindestens ein Festkörpergelenk (5a,b) aufweist und bei dem die Stützstruktur (8, 9) bei der additiven Fertigung im Bereich des mindestens einen Festkörpergelenks (5a,b) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens zwei der Komponenten (6, 7, 12) durch eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere durch eine Schweißverbindung, zusammengefügt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bei der additiven Fertigung mindestens zwei bevorzugt baugleiche Komponenten hergestellt werden, die als Festkörper-Scharniere (1, 1a) ausgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 6 und 7, bei dem das erste Festkörper-Scharnier (1) mit einer weiteren Komponente (6) durch eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere durch eine Schweißverbindung, zusammengefügt wird, und bei dem das zweite Festkörper-Scharnier (1a) mit der weiteren Komponente (6) durch eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere durch eine Schweißverbindung, zusammengefügt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bei der additiven Fertigung eine Träger-Komponente (12) mit einer bevorzugt säulenförmigen Trägerstruktur (13) zur Befestigung des optischen Elements (112a-d, 113a-d) hergestellt wird, wobei die Träger-Komponente (12) bevorzugt zwei weitere Festkörper-Scharniere (14, 14a) umfasst.
Verfahren zum Herstellen eines Kühlkörpers (25), umfassend: Herstellen von mindestens zwei Komponenten (21a,b) des Kühlkörpers (25) durch additive Fertigung, wobei mindestens eine der Komponenten (21a,b) einen Abschnitt (22a,b) eines Kühlkanals (22) aufweist, sowie Zusammenfügen der mindestens zwei Komponenten (21a,b) zu dem Kühlkörper (25) zum dichtenden Verschließen des Abschnitts (22a,b) des Kühlkanals (22) oder zum Ausbilden einer dichtenden Verbindung zwischen den Enden (23a,b; 24a,b) von in zwei unterschiedlichen Komponenten (21a,b) gebildeten Abschnitten (22a,b) des Kühlkanals (22).
Verfahren nach Anspruch 10, weiter umfassend: Ausbilden von Verbindungsstrukturen (25a,b, 26a,b) an mindestens zwei der Komponenten (21a,b) bei der additiven Fertigung, sowie Zusammenfügen der mindestens zwei Komponenten (21a,b) an den Verbindungsstrukturen (25a,b, 26a,b).
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem an einer ersten Verbindungsstruktur (25a, 26a) ein Ende (23a, 24a) eines ersten Abschnitts (22a) des Kühlkanals (22) und an einer zweiten Verbindungsstruktur (25b, 26b) ein mit dem ersten Abschnitt (22a) zu verbindendes Ende (23b, 24b) eines zweiten Abschnitts (22b) des Kühlkanals (22) gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem eine erste Verbindungsstruktur an einer ersten Komponente (22a) mindestens eine insbesondere konische Vertiefung (25a, 26a) bildet und bei dem eine zweite Verbindungsstruktur an einer zweiten Komponente (22b) mindestens einen komplementären, insbesondere konischen Vorsprung (25b, 26b) bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem die Komponenten (21a,b) durch eine kraftschlüssige Verbindung, bevorzugt durch eine Pressverbindung, zusammengefügt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei dem die Komponenten (21a,b) aus einem metallischen Material, insbesondere aus Aluminium, gebildet sind, und durch Kaltverschweißen miteinander verbunden werden.
Halte- und Positioniervorrichtung (16), hergestellt durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Kühlkörper (25), hergestellt durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15.
EUV-Lithographievorrichtung (101), umfassend: mindestens ein optisches Element (112a-d, 113a-d), mindestens eine Halte- und Positioniervorrichtung (16) gemäß Anspruch 16 zum Halten und Positionieren des optischen Elements (112a-d, 113a-d), und/oder mindestens einen Kühlkörper (25) gemäß Anspruch 17.