-
Hintergrund der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen eines keramischen Bauteils, bevorzugt zur Detektion von lokalen Defekten, insbesondere von Rissen, in dem keramischen Bauteil.
-
Bei keramischen Bauteilen treten häufig bereits bei der Herstellung Schädigungen z.B. in Form von Rissen oder Poren auf, insbesondere wenn die Bauteile eine gewisse Größe überschreiten. Dies ist beispielsweise bei Siliziumcarbid-Bauteilen, insbesondere bei Bauteilen aus reaktionsgebundenem, Silizium infiltriertem Siliziumcarbid (SiSiC) der Fall, bei denen es oftmals in einem der letzten Verfahrensschritte, nämlich der Silizierung, zu Spannungsrissen nach dem Heißtemperaturprozess kommt, wie dies in der
DE 10 2021 209 796 A1 beschrieben ist. Für den Fall, dass auf ein keramisches Bauteil eine Beschichtung aufgebracht wird, können sich neue Risse bilden oder vorhandene Risse können sich ausbreiten.
-
Es ist günstig, wenn Risse möglichst schnell erkannt werden. Feine offene Oberflächenrisse sind mit bloßem Auge jedoch nur schwer zu erkennen. Bei Bauteilen aus SiSiC treten zudem typischerweise unterschiedliche Arten von Rissen auf, nämlich silizierte (mit Silizium ausgefüllte) Risse, teilweise silizierte Risse und offene Risse. Diese Arten von Rissen sind mit bloßem Auge ebenfalls nur schwer zu unterscheiden.
-
Ein unentdeckter und/oder nicht reparierter Riss stellt wegen der erhöhten Spannungsintensität an der Rissspitze eine Gefahr für eine Rissausbreitung dar. In der Regel wird ein erkannter Riss durch das komplette Wegschleifen des Risses oder durch das Einsetzen von Rissstoppern an den richtigen Stellen behandelt. Bei Bedarf wird eine Fugentechnik wie in der
DE 10 2012 209 796 A1 beschrieben eingesetzt, in der ein Verfahren zur Herstellung und/oder zur Reparatur von Bauteilen beschrieben ist, die Siliziumcarbid (SiC) umfassen und die typischerweise aus Si-haltigem SiC (SiSiC) gebildet sind. Bei dem Verfahren wird mindestens ein Fügespalt in dem Bauteil mit Füllmaterial gefüllt und das Bauteil wird lediglich lokal im Bereich des Fügespalts erhitzt. Bei dem Fügespalt kann es sich beispielsweise um einen Riss in dem Bauteil handeln. Voraussetzung für die Reparatur des Risses ist es, dass die Positionen der Risse in dem Bauteil bekannt sind und die Detektion von feinen Rissen möglich ist. Wie weiter oben beschrieben wurde, stellt das Erkennen der Risse mit bloßem Auge ein unzuverlässiges Verfahren zur Erkennung der Risse in dem Bauteil dar.
-
Die
DE 19710743 A1 offenbart ein Verfahren zur zerstörungsfreien Detektion von Rissen und zur Messung von Risstiefen an Bauteilen, die aus Metall bestehen, das eine relativ geringe spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweist, wie dies beispielsweise bei Turbinenschaufeln der Fall ist. Zur Rissprüfung bzw. zur Detektion der Risse wird ein Wirbelstrommessgerät unter Verwendung von Wirbelstrom-Tastspulen eingesetzt. In der
DE 19710743 A1 ist beschrieben, dass es für die Messung ausreichend ist, die Messsignal-Amplitude auszuwerten, d.h. die Auswertung der Phase des Messsignals ist nicht erforderlich.
-
Aufgabe der Erfindung
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum zerstörungsfreien, insbesondere zum zuverlässigen und kontaminationsfreien Prüfen eines keramischen Bauteils anzugeben.
-
Gegenstand der Erfindung
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, umfassend: Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes zum Induzieren von Wirbelströmen in dem Bauteil, Detektieren mindestens einer von den induzierten Wirbelströmen abhängigen Messgröße, sowie Prüfen des Bauteils, bevorzugt Detektieren der lokalen Defekte, insbesondere der Risse, anhand der mindestens einen detektierten Messgröße, wobei das Bauteil zumindest in einem Bereich, in dem die Wirbelströme induziert werden, aus einer elektrisch leitfähigen Keramik gebildet ist.
-
Bei dem weiter oben beschriebenen Verfahren handelt es sich um eine Wirbelstromprüfung des Bauteils. Die Voraussetzung für die Durchführung einer Wirbelstromprüfung ist es, dass das Bauteil elektrisch leitfähig sein muss. Die Anwendung der Wirbelstromprüfung beschränkt sich daher typischerweise auf metallische Bauteile und nicht auf Keramiken, da diese üblicherweise nicht elektrisch leitfähig sind.
-
Die Erfinder haben erkannt, dass auch bestimmte keramische Materialien eine ausreichende spezifische elektrische Leitfähigkeit bei Raumtemperatur aufweisen, um eine Wirbelstromprüfung zu ermöglichen. Dies ist beispielsweise bei vielen metallähnlichen Keramiken (ZrC, TiC, WC, TiN, ZrN, TiB2, TiO, TiSi2, MoSi2) der Fall, sowie bei bestimmten (ggf. dotierten) Keramiken und Keramik-Kompositmaterialien, vgl. den Link „https://werkstoffzeitschrift.de/elektrischleitfaehige-keramikwerkstoffe-als-komponenten-fuer-die-elektrotechnik/“, in dem typische Widerstandswerte einer Mehrzahl von keramischen Materialien bei Raumtemperatur (20°C) angegeben sind.
-
Die Wirbelstromprüfung kann bei derartigen keramischen Materialien auf dieselbe Weise wie bei metallischen Materialien durchgeführt werden. Für die Wirbelstromprüfung von keramischen Bauteilen können herkömmliche Spulensysteme zum Einsatz kommen, d.h. die Spulensysteme müssen zu diesem Zweck nicht modifiziert werden.
-
Für die Wirbelstromprüfung wird mindestens eine Messgröße detektiert, die von den in dem Bauteil induzierten Wirbelströmen abhängig ist. Für die Detektion der mindestens einen Messgröße wird üblicherweise ein Sensor verwendet. Bei der Messgröße kann es sich beispielsweise um ein von den induzierten Wirbelströmen erzeugtes weiteres (sekundäres) Magnetfeld handeln, dessen magnetische Flussdichte entweder direkt mittels eines Magnetometers oder indirekt über eine Stromdichte gemessen werden kann, die beispielsweise in einer Spule eines Sensors induziert wird. Als Sensorspule kann auch die Erregerspule selbst verwendet werden, deren (komplexer) Widerstand die Messgröße bildet. Es versteht sich, dass auch andere Messgrößen, die von den induzierten Wirbelströmen abhängen, detektiert und für die Wirbelstromprüfung des Bauteils herangezogen werden können.
-
Bei einer Variante des Verfahrens ist die elektrisch leitfähige Keramik eine Si-haltige Siliziumkarbid-Keramik. Reines SiC hat die Leitfähigkeits-Eigenschaften eines Halbleiters (elektrische Leitfähigkeit von ca. 103 mS /m) und ist daher in der Regel bei Raumtemperatur für die Durchführung der Wirbelstromprüfung ungeeignet. Eine Si-haltige SiC-Keramik weist jedoch einen Gehalt an Silizium auf, der in der Regel bei mehreren Gew.-% liegt. Es hat sich gezeigt, dass ein ausreichender Gehalt an metallischem, nicht reinstem Silizium in der SiC-Keramik die elektrische Leitfähigkeit der SiC-Keramik erhöht und die Durchführung einer Wirbelstromprüfung ermöglicht.
-
Bei einer Weiterbildung dieser Variante ist die Siliziumcarbid-Keramik aus reaktionsgebundenem Silizium infiltriertem Siliziumkarbid (SiSiC) gebildet bzw. die Siliziumcarbid-Keramik besteht aus SiSiC. SiSiC besteht typischerweise zu mindestens 85 % aus SiC und entsprechend aus weniger als 15 % metallischem Silizium. SiSiC besitzt praktisch keine Restporosität. Dies wird erreicht, indem bei der Herstellung von SiSiC ein Formkörper aus Siliziumcarbid und Kohlenstoff mit metallischem Silizium infiltriert wird. Die Reaktion zwischen dem flüssigem Silizium und dem Kohlenstoff führt zu einer SiC-Bindungsmatrix, der restliche Porenraum wird mit metallischem Silicium aufgefüllt. Wie weiter oben beschrieben wurde, ermöglicht die Tatsache, dass SiSiC metallisches Silizium enthält, die Durchführung einer Wirbelstromprüfung.
-
Hierbei wird ausgenutzt, dass es sich bei dem Silizium, mit dem die SiC-Bindungsmatrix infiltriert wird, nicht um reines Silizium handelt. Bei dem für die Infiltration verwendeten Silizium handelt es sich vielmehr um bis zu einem gewissen Grad mit Fremdstoffen verunreinigtes Silizium, das eine erheblich höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist als reines metallisches Silizium, dessen elektrische Leitfähigkeit in der Größenordnung von ca. 0,25 mS / m liegt. Die elektrische Leitfähigkeit des Siliziums, mit dem die SiC-Bindungsmatrix infiltriert wird, liegt typischerweise in der Größenordnung zwischen ca. 105 mS / m und ca. 108 mS / m. Bevorzugt liegt die elektrische Leitfähigkeit des Siliziums, das für die Infiltration verwendet wird, in der Größenordnung von ca. 106 mS / m oder darüber.
-
Bei einer weiteren Variante weist das reaktionsgebundene Silizium infiltrierte Siliziumcarbid (SiSiC) einen Silizium-Gehalt von mindestens 5 Gew.-%, bevorzugt von mindestens 10 Gew.-% auf. Es hat sich gezeigt, dass ein Silizium-Gehalt von mehr als ca. 10 Gew.-% günstig ist, um die weiter oben beschriebene Wirbelstromprüfung durchzuführen. Bei einem zu geringen Silizium-Gehalt in der Größenordnung von weniger als ca. 5% ist eine Wirbelstromprüfung hingegen in der Regel nicht bzw. nur schwer möglich, weil die spezifische elektrische Leitfähigkeit des SiSiC-Materials in diesem Fall in der Regel nicht ausreichend ist.
-
Bei einer weiteren Variante wird anhand der mindestens einen detektierten Messgröße ein offener Riss oder ggf. ein teilweise silizierter Riss in dem reaktionsgebundenen Silizium infiltrierten Siliziumcarbid von einem vollständig silizierten Riss unterschieden. Ein offener Riss, d.h. ein Riss, der mit isolierender Luft aufgefüllt ist, weist eine geringere elektrische Leitfähigkeit als das umgebende Material des Bauteils auf. Gleiches gilt in der Regel für einen teilweise silizierten Riss. Ein vollständig silizierter Riss, d.h. ein Riss, der praktisch vollständig mit Silizium aufgefüllt ist, weist hingegen typischerweise eine größere elektrische Leitfähigkeit als das umgebende SiC-Material auf, so dass ein vollständig silizierter Riss von teilweise silizierten Rissen und von offenen Rissen unterschieden werden kann. Eine solche Unterscheidung ist günstig, da abhängig von der mechanischen Beanspruchung des Bauteils ggf. nur die offenen und die teilweise silizierten Risse repariert werden müssen, während der vollständig silizierte Riss ggf. tolerierbar ist und in dem Bauteil verbleiben kann.
-
Bei einer weiteren Variante ist die elektrisch leitfähige Keramik eine metallähnliche Keramik, die bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: ZrC, TiC, WC, TiN, ZrN, TiB2, TiO, TiSi2. Wie weiter oben beschrieben wurde, weisen verschiedene metallähnliche Keramiken eine spezifische elektrische Leitfähigkeit auf, die ausreichend ist, um eine Wirbelstromprüfung durchzuführen. Bei SiSiC handelt es sich hingegen nicht um eine metallische Keramik, sondern um eine Halbleiterkeramik, die aufgrund der Silizierung eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit zur Durchführung einer Wirbelstromprüfung aufweist.
-
Bei einer weiteren Variante weist die elektrisch leitfähige Keramik, insbesondere das reaktionsgebundene Silizium infiltrierte Siliziumcarbid, eine elektrische Leifähigkeit von mindestens 105 mS / m, bevorzugt von mindestens 106 mS / m auf. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist für die Durchführung der Wirbelstromprüfung eine elektrische Leitfähigkeit erforderlich, die zumindest den hier angegebenen Wert aufweisen sollte.
-
Bei einer weiteren Variante liegt die Oberfläche des Bauteils, an der die Wirbelströme erzeugt werden, frei oder auf die Oberfläche ist eine Beschichtung aufgebracht. Die Beschichtung kann beispielsweise eine Schicht aus einem metallischen Lot aufweisen, das dazu dient, die Oberfläche des Bauteils zu versiegeln oder um zwei oder mehr Bauteile miteinander zu verlöten, wie dies in der
DE 19734211 A1 beschrieben ist. Die Beschichtung kann zusätzlich zu der Schicht aus dem metallischen Lot mindestens eine das metallische Lot zumindest bereichsweise überdeckende weitere metallische Schicht aufweisen, die ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Nickel, Nickel-Phosphor-Legierungen (NiP), Kupfer und Gold. Wie in der
DE 10 2015 208 831 A1 beschrieben ist, kann insbesondere eine Schicht, die Nickel enthält, die Beständigkeit der mit der Beschichtung versehenen Oberfläche gegen Wasserstoff und Wasserstoff-Radikale erhöhen. Auch ermöglichen die vernickelten Bereiche das stabile Fügen des Bauteils mittels Kleben oder Löten.
-
Die Wirbelstromprüfung hat den Vorteil, dass auch lokale Defekte, z.B. Risse und Poren, erkannt werden können, die von der oben beschriebenen Beschichtung überdeckt werden, sofern die Schichtdicke der Beschichtung nicht zu groß ist. Die Eindringtiefe des Wechselfeldes in das Material des Bauteils ist von der Frequenz des magnetischen Wechselfeldes bzw. von der Frequenz der Wechselspannung abhängig, die an eine Erregerspule angelegt wird, um das magnetische Wechselfeld zu erzeugen. Die für die Wirbelstromprüfung verwendeten Frequenzen des Wechselfeldes können beispielsweise in der Größenordnung von KHz bis MHz liegen. Es versteht sich, dass die Wirbelstromprüfung auch an einer frei liegenden, nicht mit einer Beschichtung bedeckten Oberfläche des Bauteils durchgeführt werden kann.
-
Bei dem weiter oben beschriebenen Verfahren zur Wirbelstromprüfung wird typischerweise eine Erregerspule oder eine Erreger-Spulenanordnung, die zur Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes dient, ggf. gemeinsam mit einem Sensor, der in der Regel eine Sensorspule aufweist, relativ zu einer Oberfläche des zu prüfenden Bauteils bewegt. Die Sensorspule, die gemeinsam mit der Erregerspule über die Oberfläche des zu prüfenden Bauteils bewegt wird, detektiert die Wirbelstromdichte, d.h. ein ortsabhängiges Signal, das von dem sekundären magnetischen Wechselfeld abhängig ist, das von den Wirbelströmen erzeugt wird. Als Messgröße kann das von der Sensorspule gemessene Signal verwendet werden; in der Regel ist die Messgröße aber von dem mittels der Erregerspule erzeugten Magnetfeld und dem von der Sensorspule gemessenen Magnetfeld abhängig, beispielsweise kann es sich um die Differenz der beiden Magnetfelder handeln. Alternativ können die Wirbelströme auch mit Hilfe der Erregerspule gemessen werden. In diesem Fall handelt es sich bei der Messgröße typischerweise um die Impedanz der Erregerspule, die sich abhängig von den Wirbelströmen bzw. von der Wirbelstromdichte in dem Bauteil verändert.
-
Um unterschiedliche Arten von lokalen Defekten bzw. von Rissen voneinander zu unterscheiden oder um Risstiefen zu bestimmen, kann die Bewegung der Erregerspule relativ zur Oberfläche mehrfach bei unterschiedlichen Frequenzen des Wechselfeldes durchgeführt werden. Für das Prüfen des Bauteils kann die Amplitude und/oder die Phasenverschiebung dessekundären Wechselfeldes zu dem Wechselfeld herangezogen werden.
-
Für die Durchführung der Wirbelstromprüfung ist es günstig, wenn die Oberflächenrauheit an derjenigen Oberfläche des Bauteils, an der die Wirbelstromprüfung durchgeführt wird, nicht zu groß ist. In der Regel ist die Oberflächenrauheit eines keramischen Form-Bauteils, das nach dem Sintern nicht weiter bearbeitet wurde („as-fired“), ausreichend.
-
Bei einer weiteren Variante des Verfahrens handelt es sich bei dem keramischen Bauteil um ein zum Einsatz in einem EUV-Lithographiesystem vorgesehenes EUV-Submodul oder um einen Grundkörper eines solchen EUV-Submoduls. Bei dem EUV-Lithographiesystem 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.
-
Bei dem keramischen Bauteil, das mittels des weiter oben beschriebenen Verfahrens geprüft wird, kann es sich um einen Grundkörper eines EUV-Submoduls handeln, auf das in einem nachfolgenden Verfahrensschritt vollflächig ein metallisches Lot aufgebracht wird, das in einem nachfolgenden Verfahrensschritt thermisch behandelt wird, um einen Stoffschluss zwischen dem keramischen Material und dem metallischen Lot zu erzeugen, wie dies in der
DE 10 2015 208 831 A1 beschrieben ist. Bei dem Bauteil, das mittels des weiter oben beschriebenen Verfahrens geprüft wird, kann es sich aber auch um das vollständige, mit einer Schicht aus dem metallischen Lot überzogene EUV-Submodul handeln. Die Schicht aus dem metallischen Lot kann zumindest bereichsweise von einer weiteren metallischen Schicht bedeckt werden.
-
Wie ebenfalls in der
DE 10 2015 208 831 A1 beschrieben ist, können mindestens zwei EUV-Submodule insbesondere durch Löten und/oder durch Kleben aneinander gefügt werden, um ein EUV-Modul herzustellen. Es ist ebenfalls möglich, dass mindestens eine Haltekomponente, insbesondere mindestens eine Sensoraufnahme, mit dem EUV-Submodul und/oder mit dem EUV-Modul gefügt wird. Die vorausgehende Prüfung des (beschichteten) Bauteils auf lokale Defekte, insbesondre auf Risse, die z.B. auf die in der
DE 10 2012 209 796 A1 beschriebene Weise repariert werden können, ermöglicht eine möglichst vollständige Überdeckung und damit Versiegelung des Bauteils bzw. des EUV-Submoduls. Grundsätzlich kann die Wirbelstromprüfung an dem keramischen Grundkörper des EUV-Submoduls vor dem Aufbringen der Beschichtung und/oder an dem EUV-Submodul nach dem Aufbringen der Beschichtung durchgeführt werden. In beiden Fällen kann die Rissprüfung vor der Reparatur (um den Riss zu detektieren) und nach der Reparatur (um zu prüfen, ob der Riss komplett weggeschliffen wurden oder Rissstopper richtig eingesetzt wurden) durchgeführt werden.
-
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 schematisch eine Anordnung zur Wirbelstromprüfung an einem Bauteil aus SiSiC zur Detektion von lokalen Defekten,
- 2a eine schematische Schnittdarstellung eines oberflächennahen Teilbereichs des Bauteils, an dem Risse auftreten,
- 2b eine schematische Darstellung eines Messdiagramms, welches bei der Wirbelstromprüfung des in 2a gezeigten Teilbereichs des Bauteils aufgenommen wurde,
- 3 eine stark schematische Darstellung einer EUV-Lithographieanlage mit einem Sensorrahmen, der aus einem EUV-Modul aus SiSiC besteht.
-
In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
-
1 zeigt ein plattenförmiges Bauteil 1 aus einem keramischen Material. Bei dem keramischen Material handelt es sich im gezeigten Beispiel um eine Si-haltige Siliziumkarbid-Keramik, genauer gesagt um eine Siliziumcarbid-Keramik aus reaktionsgebundenem Silizium infiltriertem Siliziumkarbid (nachfolgend: SiSiC). Das SiSiC-Bauteil 1 weist im gezeigten Beispiel einen Gehalt von Silizium von mindestens 5 Gew.-%, genauer gesagt von mindestens ca. 10 Gew % auf, , das restliche Bauteil 1 besteht aus Siliziumcarbid (SiC). Das SiSiC-Bauteil 1 wird hergestellt, indem zunächst ein Formkörper aus Siliziumcarbid und Kohlenstoff gebildet wird, der nachfolgend mit dem Silizium infiltriert wird (sog. Silizierung). Bei dem Silizium, das für die Silizierung verwendet wird, handelt es sich um mit Fremdstoffen verunreinigtes Silizium mit einer elektrischen Leitfähigkeit in der Größenordnung von ca. 105 mS /m bis 108 mS / m. Bei der Silizierung handelt es sich um einen Heißtemperaturprozess, bei dem es zu Spannungsrissen in dem Bauteil 1 kommen kann. Ein solcher Spannungsriss 2, der sich bis an eine Oberfläche 1a des Bauteils 1 erstreckt, ist beispielhaft in 1 angedeutet. Das in 1 gezeigte SiSiC-Bauteil 1 weist eine ausreichend große spezifische elektrische Leitfähigkeit von mindestens 105 mS / m bzw. von mindestens 106 mS / m auf, um das Bauteil 1 mit Hilfe einer Wirbelstromprüfung auf lokale Defekte, insbesondere auf Risse 2, zu prüfen.
-
Bei der Wirbelstromprüfung des Bauteils 1 wird wie folgt vorgegangen:
- Mit Hilfe eines Wechselstrom-Generators 3 wird an eine Erregerspule 4 ein Wechselstrom I mit einer vorgegebenen Prüffrequenz f angelegt. Die von dem Wechselstrom I durchflossene Erregerspule 4 bildet in ihrer Umgebung ein erstes (primäres) magnetisches Wechselfeld 5 aus. Das erste Wechselfeld 5 induziert in dem Bauteil 1 Wirbelströme 6, die parallel zu den Windungen der Erregerspule 4, aber in entgegengesetzter Richtung zu dem die Erregerspule 4 durchfließenden Wechselstrom I fließen. Daher generieren die Wirbelströme 6 ein zweites (sekundäres) magnetisches Wechselfeld 7, dessen Feldlinien entgegengesetzt zu dem ersten Wechselfeld 5 der Erregerspule 4 verlaufen.
-
Daraus resultiert eine Schwächung des ersten magnetischen Wechselfeldes 5. Das zweite magnetische Wechselfeld 7 kann daher indirekt anhand einer Änderung des Wechselstromwiderstands Z der Erregerspule 4 detektiert werden. Alternativ kann die von dem Wirbelstrom 6 hervorgerufene Wirbelstromdichte mit Hilfe eines Sensors, beispielsweise mit Hilfe einer Sensorspule, detektiert werden. In diesem Fall wird typischerweise das zweite magnetische Wechselfeld anhand der in die Sensorspule induzierten Stromdichte gemessen und mit dem ersten magnetischen Wechselfeld 5 verglichen, beispielsweise indem eine Differenz gebildet wird.
-
Für den Fall, dass in dem Bauteil 1 lokale Defekte, beispielsweise der in 1 gezeigte Risse 2, nichtmetallische Einschlüsse, Poren, Korrosionsnarben, etc. vorhanden sind, können die Wirbelströme 6 nicht mehr ungehindert fließen. Daher verändert sich der an der Erregerspule 4 gemessene Wechselstromwiderstand Z bzw. der Scheinwiderstand im Vergleich zu einem fehlerfreien Bauteil 1. Wird die Erregerspule 4 bei der Wirbelstromprüfung über das Bauteil 1 bewegt, wie dies in 1 durch einen Pfeil angedeutet ist, wird das hochfrequente Trägersignal der Erregerspule 4 mit der Prüffrequenz f aufgrund der lokalen Defekte verändert, d.h. der gemessene (komplexe) Wechselstromwiderstand Z variiert. Für das in 1 gezeigte Beispiel eines lokalen Defekts in Form eines Risses 2 verändert sich das Signal des gemessenen Wechselstromwiderstands Z . Dies ist beispielhaft anhand eines Vergleichs von 2a, die einen oberflächennahen Teilbereich 8 des Bauteils 1 mit einer rissfreien Position 2a und drei unterschiedlich tiefen Rissen 2b-d sowie einen vollständig silizierten Riss 2e zeigt, mit 2b, in welcher der beim Überfahren des Teilbereichs 8 gemessene Wechselstromwiderstand Z dargestellt ist, erkennbar. In 2b ist die Scheinwiderstandsebene dargestellt, wobei der Nullpunkt der rissfreien Position 2a an dem Bauteil 1 entspricht.
-
Anhand einer Kalibrierprobe mit unterschiedlichen Nuttiefen kann die Risstiefe innerhalb der Eindringtiefe der Wirbelströme 6 bzw. des primären Magnetfeldes 5 in das Bauteil 1 bestimmt werden, vgl. hierzu beispielsweise die eingangs zitierte
DE 19710743 A1 , die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.
-
Das in 2a gezeigte Bauteil 1' unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten Bauteil 1 dadurch, dass auf das in 2a gezeigte Bauteil 1' eine Beschichtung 9 aufgebracht ist. Die Beschichtung 9 weist eine erste metallische Schicht 10a in Form eines metallischen Lots auf, die flächig auf die Oberfläche 1a des Bauteils 1 aufgebracht ist. Auf die erste Schicht 10a ist im gezeigten Beispiel eine zweite Schicht 10b aufgebracht, die Nickel enthält. Die zweite Schicht 10b ist flächig auf die erste Schicht 10a aufgebracht, die zweite Schicht 10b kann die erste Schicht 10a aber auch nur bereichsweise überdecken.
-
Wie in 2a ebenfalls zu erkennen ist, handelt es sich bei dem ersten, zweiten und dritten Riss 2b, 2c, 2d um offene Risse, während der vierte Riss 2e vollständig mit Silizium ausgefüllt (siliziert) ist. Es ist möglich, bei der Wirbelstromprüfung die ersten drei Risse 2b-d von dem vollständig silizierten vierten Riss 2e zu unterscheiden. Eine solche Unterscheidung ist günstig, da unter bestimmter mechanischer Belastung ein jeweiliger offener Riss 2b-d sich ausbreiten könnte und repariert werden muss, während der vollständig silizierte Riss 2e lediglich eine Verringerung der Biegefestigkeit darstellt und evtl. toleriert werden kann. Auch die Unterscheidung von unterschiedlich tiefen offenen Rissen 2b-d kann anhand von unterschiedlichen Abständen vom Nullpunkt 2a des in 2b gezeigten Koordinatensystems vorgenommen werden, wobei die Risstiefen mit Hilfe der weiter oben beschriebenen Kalibrierung ermittelt werden können.
-
Wie in 2b zu erkennen ist, liegt die Impedanz Z bzw. die Änderung der Wirkbelstromdichte bei den offenen Rissen 2b-d oberhalb und links von dem Nullpunkt, welcher der rissfreien Position 2a an dem Bauteil 1 entspricht, während die Impedanz Z bei dem vollständig silizierten Riss 2e unterhalb und rechts vom Nullpunkt 2a liegt. Dieser Unterschied ist darin begründet, dass bei den offenen Rissen 2b-d die elektrische Leitfähigkeit des Bauteils 1 gegenüber der rissfreien Position 2a abnimmt, während bei dem vollständig silizierten Riss 2e die elektrische Leitfähigkeit aufgrund der im Vergleich zur SiC-Matrix großen elektrischen Leitfähigkeit des Siliziums gegenüber der rissfreien Position 2a zunimmt. Daher können die offenen Risse 2b-d von dem vollständig silizierten Riss 2e unterschieden werden. Eine solche Unterscheidung ist ggf. auch bei teilweise silizierten Rissen möglich, die nicht vollständig mit Silizium aufgefüllt sind. Ein nicht vollständig silizierter Riss wird üblicherweise wie ein offener Riss 2b-d behandelt, kann aber ggf. Messungenauigkeiten bei der Risstiefenmessung verursachen.
-
Die weiter oben beschriebene Wirbelstromprüfung kann nicht nur an dem in 1 gezeigten Bauteil 1, sondern auch an dem mit der Beschichtung 9 versehenen Bauteil 1 von 2a durchgeführt werden. Das in 2a gezeigte Bauteil 1, auf das die Beschichtung 9 aufgebracht ist, bildet - nach der Wirbelstromprüfung und der anschließenden Reparatur - ein EUV-Submodul 1', das in einem EUV-Lithographiesystem 10 vorgesehen ist, das stark schematisch in 3 dargestellt ist. Das EUV-Lithographiesystem 10 weist ein EUV-Modul 11 auf, das bei dem in 3 beschriebenen Beispiel aus zwei EUV-Submodulen 1' gebildet ist, die wie in 2a beschrieben ausgebildet sind.
-
Das EUV-Modul 11 ist durch eine mechanische Entkopplung 12 von einem Kraftrahmen 13 getrennt. Das EUV-Modul 11 trägt über eine Haltekomponente 14 einen Sensor 15. Der Kraftrahmen 13 trägt ein optisches Bauteil 16 in Form eines EUV-Spiegels. Anders als in
3 dargestellt ist, sind an dem EUV-Modul 11 über eine Mehrzahl von Haltekomponenten 14 eine Mehrzahl von Sensoren 15 angebracht, weshalb das EUV-Modul 11 auch als Sensorrahmen oder Sensorframe bezeichnet wird. Auch der Kraftrahmen 13 trägt üblicherweise eine Mehrzahl von optischen Elementen. Der Kraftrahmen 13 ist von der festen Welt 17 über eine mechanische Entkopplung 18 getrennt. Bei dem Sensor 15 kann es sich beispielsweise um einen Positionssensor handeln, der die Position eines jeweiligen optischen Bauteils 16 relativ zu dem Sensorrahmen 11 misst, wie dies beispielsweise in der
US 10, 908,508 B2 beschrieben ist, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. Für Details zum optischen Aufbau des in
3 dargestellten EUV-Lithographiesystems sei beispielhaft auf die weiter oben zitierte
DE 10 2015 208 831 A1 verwiesen.
-
Wie weiter oben beschrieben wurde, besteht das EUV-Modul 11 aus zwei EUV-Submodulen 1', die entlang eines gefügten Bereichs 19 zusammengefügt sind. Das Fügen erfolgt im gezeigten Beispiel durch Löten, kann aber auch durch Kleben, insbesondere unter Verwendung von keramischen Klebstoffen, erfolgen. Wie in 3 ebenfalls zu erkennen ist, sind die beiden EUV-Submodule 1' vollflächig mit der in 2a gezeigten Beschichtung 9 bedeckt. Das EUV-Modul 11 bzw. eines der EUV-Submodule 1' kann auf die weiter oben beschriebene Weise auch mit der Haltekomponente 14 für den Sensor 15 zusammengefügt werden.
-
Die vollständige Bedeckung des Bauteils 1, welches das EUV-Submodul 1' bildet, mit der Beschichtung 9 ist günstig, um zu verhindern, dass das in dem SiSiC-Material enthaltene Silizium beim Kontakt mit Wasserstoff, insbesondere mit Wasserstoff-Radikalen, die im Betrieb des EUV-Lithographiesystems 10 aufgrund der Wechselwirkung mit EUV-Strahlung gebildet werden, in die Umgebung des EUV-Submoduls 1' austritt und sich als Kontamination auf den optischen Komponenten 16 absetzt. Um dies zu vermeiden, ist eine möglichst vollständige Überdeckung bzw. Versiegelung des EUV-Moduls 11 bzw. des entsprechenden EUV-Submoduls 1' erforderlich, bei der möglichst alle Risse 3a-c in dem EUV-Submodul 1' detektiert und repariert werden, z. B. indem die Risse komplett weggeschliffen und/oder Rissstopper eingesetzt werden, um eine Rissausbreitung zu verhindern.
-
Es versteht sich, dass auch andere keramische Bauteile als EUV-Submodule auf die weiter oben beschriebene Weise auf lokale Defekte, insbesondere auf Risse, geprüft werden können. Auch können keramische Bauteile, die zumindest in dem mit den Wirbelströmen durchsetzten Teilbereich eine ausreichende spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweisen, beispielsweise metallähnliche Keramiken (z.B. ZrC, TiC, WC, TiN, ZrN, TiB2, TiO, TiSi2, MoSi2), dotierte Keramiken oder Keramik-Kompositmaterialien, auf die weiter oben beschriebene Weise auf lokale Defekte geprüft werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102021209796 A1 [0002]
- DE 102012209796 A1 [0004, 0026]
- DE 19710743 A1 [0005, 0034]
- DE 19734211 A1 [0019]
- DE 102015208831 A1 [0019, 0025, 0026, 0039]
- US 10908508 B2 [0039]
