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Die Erfindung betrifft eine Spiegelvorrichtung, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, sowie ein Verfahren zum Messen der Temperatur eines Spiegels.
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Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlagen werden für die Herstellung integrierter Schaltkreise mit besonders kleinen Strukturen genutzt. Eine mit sehr kurzwelliger, tief ultravioletter oder extrem ultravioletter Strahlung (DUV- oder EUV-Strahlung) beleuchtete Maske (= Retikel) wird auf ein Lithografieobjekt abgebildet, um die Maskenstruktur auf das Lithografieobjekt zu übertragen.
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Die Projektionsbelichtungsanlage umfasst mehrere Spiegel, an denen die Strahlung reflektiert wird. Die Spiegel haben eine präzise definierte Form und sind präzise positioniert, damit die Abbildung der Maske auf das Lithografieobjekt eine hinreichende Qualität hat.
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Die Projektionsbelichtungsanlage ist im Betrieb Einflüssen ausgesetzt, die einen Einfluss auf die Qualität der Abbildung haben. Führt beispielsweise eine thermische Ausdehnung zu einer Änderung in der geometrischen Form eines Spiegels, so verändert sich die Wellenfront der an dem Spiegel reflektierten Strahlung. Für einen ordnungsgemäßen Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage ist es hilfreich, über eine Information zur Temperatur des Spiegels zu verfügen. Die Temperaturinformation kann beispielsweise genutzt werden, um eine Heizeinrichtung oder eine Kühleinrichtung anzusteuern, sodass die Temperatur des Spiegels auf einem konstanten Wert gehalten wird, oder um die Projektionsbelichtungsanlage nach einer Temperaturänderung geeignet zu justieren.
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Möglich ist es, mit in der Nähe zu einem Spiegel angeordneten Temperatursensoren Temperaturmesswerte aufzuzeichnen oder aus Größen, die indirekt mit der Temperatur eines Spiegels zusammenhängen auf die Temperatur des Spiegels zu schließen. So kann beispielsweise aus der Temperatur einer benachbart zu dem Spiegel anliegenden Atmosphäre auf die Temperatur des Spiegels geschlossen werden. Solche indirekten Messverfahren haben keine hohe Genauigkeit.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spiegelvorrichtung und ein Verfahren zum Messen der Temperatur eines Spiegels vorzustellen, die diese Nachteile vermeiden. Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gelöst wird die Aufgabe also durch eine insbesondere für eine mikrolithografische Projektionsbelichtungsanlage geeignete Spiegelvorrichtung mit einem Spiegel, einer Sensoreinrichtung und einer Steuereinheit. Der Spiegel umfasst einen Spiegelkörper und eine an dem Spiegelkörper ausgebildete Reflexionsfläche. Die Sensoreinrichtung umfasst eine Kopplungssubstanz und einen sich zu der Steuereinheit erstreckenden Signalweg, um ein die Temperatur der Kopplungssubstanz repräsentierendes Messsignal zu der Steuereinheit zu übertragen. Die Kopplungssubstanz ist in einer Kavität des Spiegelkörpers angeordnet.
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Durch die in einer Kavität des Spiegelkörpers angeordnete Kopplungssubstanz wird eine direkte thermische Kopplung zwischen dem Material des Spiegelkörpers und der Kopplungssubstanz ermöglicht. Eine Änderung in der Temperatur des Spiegelkörpers wirkt unmittelbar auf die Kopplungssubstanz, sodass ein Messsignal gewonnen werden kann, das direkt repräsentativ für die Temperatur des Spiegelkörpers in der Umgebung der Kavität ist.
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In einer Ausführungsform ist die Kopplungssubstanz ein in der Kavität angeordnetes Fluid, insbesondere eine in der Kavität angeordnete Flüssigkeit. Die Kavität kann die Form eines Kanals haben, der sich zwischen einem Eingangsende und einem Ausgangsende durch den Spiegelkörper hindurch erstreckt. Die Kopplungssubstanz kann ein durch den Kanal fließendes Fluid sein. Die Temperatur des Fluids hängt davon ab, welche Wärmemenge das Fluid beim Durchströmen des Kanals aufgenommen hat, was wiederum ein direktes Maß für die Temperatur des Spiegelkörpers bildet.
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Die Sensoreinrichtung kann einen ersten Temperaturfühler umfassen, um die Temperatur des Fluids in dem Kanal zu messen. Der erste Temperaturfühler kann an dem Ausgangsende des Kanals angeordnet sein. Um aus dem Messwert des ersten Temperaturfühler auf die Temperatur des Spiegelkörpers schließen zu können, ist es von Vorteil, über einen Referenzwert für den Ausgangszustand des Fluids zu verfügen, zu dem der Temperaturmesswert in ein Verhältnis gesetzt werden kann. Der Referenzwert kann sich beispielsweise daraus ergeben, dass das Fluid mit einer definierten Anfangstemperatur und/oder einem definierten Volumenstrom in den Kanal eingeleitet wird. Aus der Differenz zwischen dem Temperaturmesswert und dem Referenzwert ergibt sich, wie viel Wärme das Fluid beim Durchströmen des Kanals aufgenommen hat. Der Volumenstrom kann im Betrieb der Spiegelvorrichtung laufend gemessen werden. Auf eine laufende Messung des Volumenstroms kann verzichtet werden, wenn der Volumenstrom anfänglich einmal kalibriert wird und der entsprechende Volumenstrom im Betrieb der Spiegelvorrichtung beibehalten wird. Unter Inkaufnahme von Genauigkeitseinbußen kann der Volumenstrom auch rechnerisch ermittelt werden.
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In einer Ausführungsform umfasst die Sensoreinrichtung einen zweiten Temperaturfühler, der so angeordnet ist, dass zwischen dem ersten Temperaturfühler und dem zweiten Temperaturfühler ein Abschnitt des Kanals eingeschlossen ist. Aus der Differenz zwischen dem Messwert des ersten Temperaturfühlers und dem Messwert des zweiten Temperaturfühlers kann auf die Wärmemenge geschlossen werden, die das Fluid in dem Kanalabschnitt zwischen den beiden Temperaturfühlern aufgenommen hat. Auch für diesen Fall ist es von Vorteil, wenn eine Information über den Volumenstrom vorliegt, die entweder durch laufende Messung oder durch eine anfängliche Kalibrierung oder durch eine rechnerische Ermittlung bereitgestellt werden kann.
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Wenn der erste Temperaturfühler am Ausgangsende des Kanals und der zweite Temperaturfühler am Eingangsende des Kanals angeordnet ist, so wird mit der Messung über die gesamte Wärmemenge integriert, die das Fluid in dem Kanalabschnitt aufgenommen hat. Eine Feststellung, in welchem Bereich des Kanalabschnitts die Wärme aufgenommen wurde, ist nicht möglich. In einer Ausführungsform ist der Kanal mit mehr als zwei Temperaturfühlern versehen, beispielsweise mit wenigstens drei, vorzugsweise mit wenigstens fünf Temperaturfühlern. Die Temperaturfühler können zwischen dem Eingangsende und dem Ausgangsende des Kanals verteilt sein. Anhand der Temperaturdifferenz zwischen benachbarten Temperaturfühlern kann ermittelt werden, in welchem Bereich des Kanals das Fluid wie viel Wärme aufgenommen hat.
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Der Spiegelkörper kann mit einer Mehrzahl von Kanälen versehen sein, in denen auf diese Weise eine Information über die Temperatur des Spiegelkörpers gewonnen wird. In einer Ausführungsform erstrecken die Kanäle sich zwischen einem Eingangsverteiler und einem Ausgangsverteiler, sodass die Zufuhr und Abfuhr des Fluids jeweils über eine einzelne Leitung erfolgen kann. Es ist möglich, die Kanäle zwischen dem Eingangsverteiler und dem Ausgangsverteiler jeweils mit ein oder mehreren Temperaturfühlern zu versehen, um Temperaturmesswerte aus den einzelnen Kanälen zu erhalten. Zusätzlich oder alternativ dazu, kann auch mit einem Temperaturfühler in dem Eingangsverteiler und einem Temperaturfühler in dem Ausgangsverteiler ein Durchschnittswert über alle zwischen dem Eingangsverteiler und dem Ausgangsverteiler angeordneten Kanäle ermittelt werden. Auch der Volumenstrom des Fluids kann in einem der Verteiler oder in jedem der Kanäle gemessen werden. Von der Erfindung umfasst ist auch die Kombination, dass die Temperatur in jedem der Kanäle, der Volumenstrom aber nur in einem der Verteiler gemessen wird.
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Die Spiegelvorrichtung kann eine Rahmenstruktur umfassen, an der der Spiegelkörper aufgehängt ist. Es kann sich um eine bewegliche Aufhängung handeln, sodass die Position des Spiegelkörpers relativ zu der Rahmenstruktur einstellbar ist. Die Spiegelvorrichtung kann ein oder mehrere Aktuatoren umfassen, um die Position des Spiegelkörpers relativ zu der Rahmenstruktur zu verändern. Der Eingangsverteiler und der Ausgangsverteiler können gemeinsam mit dem Spiegelkörper relativ zu der Rahmenstruktur gelagert sein. Dies bedeutet, dass der Eingangsverteiler und der Ausgangsverteiler sich gemeinsam mit dem Spiegelkörper relativ zu der Rahmenstruktur bewegen. In einer Ausführungsform sind der Eingangsverteiler und/oder der Ausgangsverteiler im Inneren des Spiegelkörpers angeordnet. Die Zuleitung zu dem Eingangsverteiler und/oder die Ableitung von dem Ausgangsverteiler können den Übergang von der Rahmenstruktur zu dem Spiegelkörper überbrücken. Das durch den Kanal strömende Fluid kann Wasser sein.
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Die Reflexionsfläche des Spiegels kann für eine hohe Reflektivität von EUV-Strahlung und/oder DUV-Strahlung ausgelegt sein. Als EUV-Strahlung wird elektromagnetische Strahlung im extrem ultravioletten Spektralbereich mit Wellenlängen zwischen 5 nm und 100 nm, insbesondere mit Wellenlängen zwischen 5 nm und 30 nm bezeichnet. DUV-Strahlung liegt im tiefen ultravioletten Spektralbereich und hat eine Wellenlänge zwischen 100 nm und 300 nm. Die Reflexionsfläche kann durch eine hochreflektierende Beschichtung gebildet werden. Es kann sich um eine Multilayer-Beschichtung handeln, insbesondere um eine Multilayer-Beschichtung mit alternierenden Lagen aus Molybdän und Silizium. Mit einer solchen Beschichtung können etwa 70 % der auftreffenden EUV-Strahlung reflektiert werden. Die restlichen etwa 30 % werden absorbiert und führen zu einer Erwärmung der EUV-Spiegel.
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Um die thermische Verformung des Spiegels trotz der absorbierten Wärme gering zu halten, kann die Spiegelvorrichtung mit einem Kühlsystem ausgestattet sein, mit dem die Temperatur des Spiegels möglichst konstant gehalten wird. Das Kühlsystem kann eine Mehrzahl von Kühlkanälen umfassen, die sich entlang der Reflexionsfläche durch den Spiegelkörper hindurch erstrecken. Das Kühlsystem kann einen Kühlmittelvorrat umfassen, aus dem die Kühlkanäle mit einem Kühlmittel, insbesondere Wasser, gespeist werden. Das Fluid, dessen Temperatur gemessen wird, um auf die Temperatur des Spiegelkörpers zu schließen, kann das Kühlmittel des Kühlsystems sein.
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In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Kopplungssubstanz Bestandteil eines Sensorbauteils sein. Als Kopplungssubstanz wird ein Bestandteil des Sensorbauteils bezeichnet, über den die Wärmekopplung zwischen dem Spiegelkörper und dem Sensorbauteil erfolgt. Beispielsweise kann das Gehäuse eines Sensorbauteils eine Kopplungssubstanz bilden. Das Sensorbauteil kann in der Kavität des Spiegelkörpers angeordnet sein. Der Signalweg von dem Sensorbauteil zu der Steuereinheit kann durch ein Kabel gebildet werden, das sich von dem Sensorbauteil zu der Steuereinheit erstreckt. Möglich ist auch, den Temperaturmesswert über eine Funkverbindung von dem Sensorbauteil zu der Steuereinheit zu übertragen.
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Die Kavität kann eine von außen zugängliche Kavität sein, sodass das Sensorbauteil nach Fertigstellung des Spiegelkörpers in die Kavität des Spiegelkörpers eingesetzt werden kann. Dazu ist es von Vorteil, wenn der Querschnitt des Zugangs über die gesamte Länge des Zugangs größer ist als das Sensorbauteil, sodass das Sensorbauteil durch den Zugang hindurch in die Kavität eingeführt werden kann. Der Zugang zur Kavität kann in einer der Reflexionsfläche gegenüberliegenden Rückseite des Spiegelkörpers münden. Das Einführen des Sensorbauteils wird erleichtert, wenn der Zugang sich geradlinig zu der Kavität erstreckt. Möglich sind auch Zugänge, die zwischen der Mündung und der Kavität umgelenkt sind. Solche Zugänge können beispielsweise in einer zwischen der Reflexionsfläche und der Rückseite angeordneten Seitenfläche münden. Das Einführen des Sensorbauteils in die Kavität kann mit einem endoskopischen Werkzeug erfolgen. Das Einführen des Sensorbauteils wird erleichtert, wenn der Spiegelkörper aus einem für sichtbares Licht transparenten Material besteht, sodass das Sensorbauteil von außen sichtbar ist.
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In anderen Ausführungsformen kann die Kavität rundherum abgeschlossen sein oder der Querschnitt des Zugangs kleiner sein als das Sensorbauteil. Das Sensorbauteil kann bereits während der Fertigung des Spiegelkörpers in die Kavität eingebracht werden. Beispielsweise kann der Spiegelkörper aus einem ersten Spiegelkörperteil und einem zweiten Spiegelkörperteil zusammengesetzt werden. Das erste Spiegelkörperteil kann eine Ausnehmung aufweisen, in die das Sensorbauteil eingesetzt wird. Im zusammengesetzten Zustand des Spiegelkörpers kann der Zugang der Ausnehmung durch das zweite Spiegelkörperteil abgedeckt sein. Möglich ist auch, dass eine in dem Spiegelkörperteil ausgebildete Kavität, in der das Sensorbauteil angeordnet ist, im Zuge der Fertigstellung des Spiegelkörpers durch Schritte der additiven Fertigung verschlossen wird.
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Das erste Spiegelkörperteil und das zweite Spiegelkörperteil können miteinander gefügt werden, indem die Teile erwärmt werden, sodass sich auf molekularer Ebene Verbindungen ausbilden. Dafür sind hohe Temperaturen von beispielsweise wenigstens 600 °C erforderlich. Das Risiko von Schäden an der Sensoreinrichtung kann reduziert werden, wenn das Fügen der Spiegelkörperteile bei niedrigerer Temperatur erfolgt. Beispielsweise können die Spiegelkörperteile miteinander verklebt werden. Auch-Löt- oder Hartlötprozesse sind häufig ohne Beschädigung der Sensoreinrichtung möglich, weil die Temperaturerhöhung lokal bleibt.
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In vielen Fällen ist die Temperatur des Spiegelkörpers im Bereich der Reflexionsfläche von Interesse. Der Spiegelkörper kann deswegen so gestaltet sein, dass das in der Kavität angeordnete Sensorbauteil nahe der Reflexionsfläche angeordnet ist. Der Abstand des Sensorbauteils zur Reflexionsfläche kann kleiner sein als der Abstand des Sensorbauteils zu der der Reflexionsfläche gegenüberliegenden Rückseite des Spiegelkörpers, vorzugsweise wenigstens um den Faktor 2 größer, weiter vorzugsweise wenigstens um den Faktor 5 größer. Die Dicke des Spiegelkörpers zwischen der Reflexionsfläche und der Rückseite kann beispielsweise zwischen 30 mm und 800 mm liegen. Der Abstand zwischen dem Sensorbauteil und der Reflexionsfläche kann beispielsweise zwischen 2 mm und 30 mm, vorzugsweise zwischen 5 mm und 15 mm liegen.
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Sind in dem Spiegelkörper Kühlkanäle ausgebildet, so ist besonders die Temperatur in einem zwischen den Kühlkanälen und der Reflexionsfläche liegenden Bereich des Spiegelkörpers von Interesse. Die Kavität, in der das Sensorbauteil angeordnet ist, kann so gestaltet sein, dass der Abstand zwischen der Reflexionsfläche und dem Sensorbauteil kleiner ist als der Abstand zwischen dem Sensorbauteil und den Kühlkanälen. In einer Ausführungsform bildet die Kavität eine zu der Reflexionsfläche weisende Abzweigung des Kühlkanals. Die Öffnung in der Wand des Kühlkanals bildet dann den Zugang zu der Kavität. Der Kühlkanal entspricht dem Kanal, in dem sich die Kühlflüssigkeit bewegt. Eine Kavität in Form eines Sacklochs ist nicht Bestandteil des Kühlkanals in diesem Sinne.
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Möglich ist auch ein Sensorbauteil, das direkt in einem Kühlkanal angeordnet ist, sodass der Kühlkanal selbst die Kavität für das Sensorbauteil bildet. Das Sensorbauteil kann sich strömungsgünstig an die Wand des Kühlkanals schmiegen, sodass der Kühlmittelstrom so wenig wie möglich gestört wird.
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In einer Variante ist die Kavität als Kanal mit gestuftem Querschnitt ausgebildet. Der Übergang zwischen einem größeren Querschnitt und einem kleineren Querschnitt kann durch eine konusförmige Fläche gebildet werden. Die Anbindung des Sensorbauteils kann erfolgen, indem eine konusförmige Außenfläche des Sensorbauteils an den konusförmigen Übergang des Kanals angelegt wird. Auf diese Weise können mehrere Sensorbauteile hintereinander in einem Kanal angeordnet werden.
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Das Sensorbauteil kann so in der Kavität angeordnet sein, dass es die Kopplungssubstanz thermisch mit dem Spiegelkörper koppelt. Das Sensorbauteil kann auf geeignete Weise mit der Wand der Kavität verbunden sein, insbesondere mit einer in Richtung der Reflexionsfläche weisenden Wandfläche. Die Verbindung zwischen dem Sensorbauteil und der Wand der Kavität kann beispielsweise durch Kleben, Löten oder Klemmen hergestellt. Die Kavität und/oder der Zugang zu der Kavität können einen Hohlraum in dem Spiegelkörper bilden oder mit einem Material ausgefüllt sein, beispielsweise vergossen sein. Zum Zwecke einer Deformationsentkopplung in Richtung der Reflexionsfläche kann die Kavität mit Nuten versehen sein.
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Das an die Steuereinheit gesendete Messsignal kann ein elektrisches Signal sein. Die Steuereinheit kann das Messsignal auswerten, um ein Steuersignal zu erzeugen, mit dem ein Betriebsparameter der Spiegelvorrichtung oder der Projektionsbelichtungsanlage, in der die Spiegelvorrichtung verwendet wird, eingestellt wird. Das Messsignal kann über einen elektrischen Leiter oder über eine Funkverbindung zu der Steuereinheit übertragen werden.
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Der elektrische Leiter kann ein Kabel sein, das ausgehend von der Kavität des Spiegelkörpers nach außen geführt ist. Dafür ist es von Vorteil, wenn die Kavität eine von außen zugängliche Kavität ist. Das Kabel kann sich entlang eines Zugangs erstrecken, durch den auch das Sensorbauteil in die Kavität eingeführt wurde. Insbesondere kann das Kabel sich entlang eines Zugangs erstrecken, dessen Querschnitt kleiner als das Sensorbauteil ist.
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Der elektrische Leiter kann auch eine Leiterbahn sein, die in dem Substrat des Spiegelkörpers ausgebildet ist. Beispielsweise können ein oder mehrere Leiterbahnen in einem ansonsten aus einem nicht-leitenden Material bestehenden Spiegelkörper ausgebildet sein. Möglich sind auch Leiterbahnen, die in Form einer Beschichtung auf einer Oberfläche des Spiegelkörpers aufgebracht sind, insbesondere auf einer Wandfläche der Kavität. Die Leiterbahnen können an elektrische Kontakte des Sensorbauteils angeschlossen sein und eine elektrische Verbindung zu einer Steuereinheit der Spiegelvorrichtung vermitteln.
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Umfasst die Spiegelvorrichtung ein Kühlsystem, so können die elektrischen Leiter sich in Form von Kabeln oder auf die Kanalwand beschichteten Leiterbahnen entlang eines Kühlkanals erstrecken. Dies wird insbesondere in Betracht kommen, wenn der Kühlkanal die Kavität für den Sensorbaustein bildet oder die Kavität von dem Kühlkanal abzweigt. Möglich sind auch Leiterbahnen, die sich entlang einer Fügestelle zwischen einem ersten Spiegelkörperteil und einem zweiten Spiegelkörperteil erstrecken.
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Umfasst die Spiegelvorrichtung eine Mehrzahl von Temperatursensoren, so kann für jeden Temperatursensor eine eigene elektrische Leiterstrecke vorgesehen sein, über die das Messsignal zu der Steuereinheit übertragen wird. Möglich ist auch, dass die Anzahl der elektrischen Leiterstrecken geringer ist als die Anzahl der Temperatursensoren und dass mehrere Temperatursensoren mit verschiedenen elektrischen Signalen über eine einzelne Leiterstrecke angesteuert werden. Die verschiedenen elektrischen Signale können beispielsweise verschiedene Frequenzen haben.
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Das Sensorbauteil kann vor dem Einbau in den Spiegelkörper als Fertigteil vorliegen, das als solches in die Kavität eingesetzt wird. In Betracht kommen alle Arten von konventionellen Temperatursensoren, die für die Kavität geeignete Abmessungen haben und deren Kopplungssubstanz für die in dem Spiegelkörper anliegenden Temperaturen sensitiv ist. Anstatt eines Fertigteils ist es auch möglich, die Kopplungssubstanz bei der Herstellung des Spiegelkörpers direkt auf das Material des Spiegelkörpers aufzubringen, beispielsweise durch Beschichten, und auf geeignete Weise eine Signalweg zu der Steuereinheit herzustellen.
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In einer Ausführungsform sind ein oder mehrere Lichtleiter als Sensorbauteil in Kavitäten des Spiegelkörpers angeordnet. Die Kopplungssubstanz ist das Material des Lichtleiters, das bei einer Änderung der Temperatur einer thermischen Ausdehnung unterliegt. Der Lichtleiter kann mit einem Faser-Bragg-Gitter versehen sein. Als Faser-Bragg-Gitter wird eine in den Lichtleiter geschriebene periodische Mikrostruktur bezeichnet, die Licht wellenlängen-selektiv reflektiert. Wird Licht mit großer Bandbreite in den Lichtleiter eingebracht, so wird am Faser-Bragg-Gitter nur Licht einer sehr begrenzten spektralen Breite um die Bragg-Wellenlänge reflektiert. Die übrigen Anteile des Lichts setzen ihren Weg durch den Lichtleiter fort. Eine Erwärmung bewirkt eine Dehnung des Lichtleiters und damit eine Dehnung des Gitters. Anhand der Wellenlänge des an dem Faser-Bragg-Gitters reflektierten Lichts kann ein Messsignal erzeugt werden, das die Temperatur im Bereich des Faser-Bragg-Gitters repräsentiert.
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Die temperaturabhängige Dehnung des Faser-Bragg-Gitters kann mit weiteren temperaturabhängigen Effekten überlagert sein. Ist die Brechzahl des Lichtleiters temperaturabhängig, so variiert die Lichtgeschwindigkeit und damit die Wellenlänge des Lichts im Fasermaterial. Auch dies hat einen Effekt auf die reflektierten Lichtanteile und kann zum Erzeugen einer Temperaturinformation genutzt werden. Die Spiegelvorrichtung kann einen dem Lichtleiter zugeordneten Signalgeber umfassen, der dazu ausgelegt ist, ein Lichtsignal in den Lichtleiter einzuleiten und aus reflektierten oder transmittierten Anteilen des Lichts einen Temperaturmesswert zu erzeugen, der die Temperatur des Spiegelkörpers im Bereich des Lichtleiters repräsentiert. Den Temperaturmesswert kann der Signalgeber als Messsignal an die Steuereinheit senden.
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Der Lichtleiter kann mit einer Mehrzahl von Faser-Bragg-Gittern versehen sein, die beabstandet zueinander in dem Lichtleiter ausgebildet sind. Die Faser-Bragg-Gitter können so gestaltet sein, dass sie für verschiedene Wellenlängen des Lichts reflektiv sind. Durch geeignete Auswertung der reflektierten Lichtsignale kann für jedes der Faser-Bragg-Gitter eine Temperaturinformationen gewonnen werden. Der Lichtleiter kann mit wenigstens 3, vorzugsweise wenigstens 5, weiter vorzugsweise wenigstens 10 Faser-Bragg-Gittern versehen sein. Die Faser-Bragg-Gitter können äquidistant zueinander in dem Lichtleiter angeordnet sein.
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Für eine gute thermische Kopplung zwischen der Glasfaser und dem Spiegelkörper kann der Zwischenraum zwischen der Glasfaser und der Wand der Kavität mit einem Material ausgefüllt sein, insbesondere mit einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit. Das Material kann mechanisch weich sein, so dass es keine mechanische Kopplung zwischen dem Spiegelkörper und dem Lichtleiter gibt, dass also eine thermische Ausdehnung des Spiegelkörpers nicht auf den Lichtleiter übertragen wird. In anderen Ausführungsformen ist das Material mechanisch hart, sodass zusätzlich zu der thermischen Kopplung eine mechanische Kopplung erreicht wird. Eine thermische Ausdehnung des Spiegelkörpers kann dann eine Dehnung des Lichtleiters bewirken, insbesondere eine Dehnung in Längsrichtung des Lichtleiters. Auch eine Dehnung des Lichtleiters in Längsrichtung wirkt sich auf das reflektierte Lichtsignal aus und kann zum Erzeugen einer Temperaturinformation genutzt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Kopplungssubstanz ein Thermoelement aus zwei verschiedenartigen Metallen, die an einer Verbindungsstelle in einer elektrischen Verbindung zueinander stehen. Ausgehend von der Verbindungsstelle kann jeweils ein Leiter nach außen geführt sein. Beruhend auf dem Seebeck-Effekt ändert sich die Spannung zwischen den beiden nach außen geführten Leitern in Abhängigkeit von der Temperatur an der Verbindungsstelle. Das Thermoelement kann ein Bestandteil eines in die Kavität eingebrachten Sensorbauteils sein.
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Das Thermoelement kann so gestaltet sein, dass es abgesehen von der Verbindungsstelle keinen Übergang zwischen verschiedenen Metallen innerhalb des Spiegelkörpers gibt. Gibt es weitere Übergänge zwischen verschiedenen Metallen innerhalb des Spiegelkörpers, so ist eine sorgfältige Kalibrierung des Thermoelements erforderlich, damit der Temperaturmesswert nicht verfälscht wird.
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Die Erfindung betrifft auch ein Projektionsobjektiv einer Projektionsbelichtungsanlage, bei dem mit einer Mehrzahl von Spiegelvorrichtungen eine Maske auf ein Lithografieobjekt abgebildet wird, wobei wenigstens eine der Spiegelvorrichtungen als erfindungsgemäße Spiegelvorrichtung ausgebildet ist. Das Projektionsobjektiv kann wenigstens zwei, vorzugsweise wenigstens drei, weiter vorzugsweise wenigstens fünf erfindungsgemäße Spiegelvorrichtungen umfassen. Der mit der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung gewonnene Temperaturmesswert kann in einem Steuerungssystem des Projektionsobjektivs genutzt werden, um einen Betriebsparameter des Projektionsobjektivs anzusteuern. Insbesondere kann der Betriebsparameter unter Nutzung des Temperaturmesswerts in einem geschlossenen Regelkreis geregelt werden. Die Erfindung betrifft weiter eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem solchen Projektionsobjektiv.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Messen der Temperatur eines Spiegels einer mikrolithografische Projektionsbelichtungsanlage. Der Spiegel umfasst einen Spiegelkörper und eine an dem Spiegelkörper ausgebildete Reflexionsfläche. In dem Spiegelkörper ist eine Kavität ausgebildet, in der eine Kopplungssubstanz angeordnet ist. Ein die Temperatur der Kopplungssubstanz repräsentierendes Messsignal wird an ein Steuersystem der mikrolithografischen Projektionsbelichtungsanlage übertragen.
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Die Offenbarung umfasst Weiterbildungen des Verfahrens mit Merkmalen, die im Zusammenhang der erfindungsgemäßen Spiegelvorrichtung beschrieben sind. Die Offenbarung umfasst Weiterbildungen der Spiegelvorrichtung mit Merkmalen, die im Zusammenhang des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand vorteilhafte Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage;
- 2: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Spiegelvorrichtung;
- 3: einen horizontalen Schnitt eines erfindungsgemäßen Spiegelkörpers;
- 4: eine Draufsicht auf den Spiegelkörper aus 3;
- 5: eine vertikalen Schnitt des Spiegelkörpers aus 2;
- 6-9: eine Ansicht entsprechend 5 bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung;
- 10: eine alternative Ausführungsform der Erfindung;
- 11: den Faser-Bragg-Lichtleiter aus 10 in vergrößerter Darstellung;
- 12: eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorbauteils.
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In 1 ist eine mikrotlithografische EUV-Projektionsbelichtungsanlage schematisch dargestellt. Die Projektionsbelichtungsanlage umfasst ein Beleuchtungssystem 10 und ein Projektionsobjektiv 22. Mithilfe des Beleuchtungssystems 10 wird ein Objektfeld 13 in einer Objektebene 12 beleuchtet.
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Das Beleuchtungssystem 10 umfasst eine Belichtungsstrahlungsquelle 14, die elektromagnetische Strahlung im EUV-Bereich, also insbesondere mit einer Wellenlänge zwischen 5 nm und 30 nm, abgibt. Die von der Belichtungsstrahlungsquelle 14 ausgehende Beleuchtungsstrahlung wird zunächst mit einem Kollektor 15 in eine Zwischenfokusebene 16 gebündelt.
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Das Beleuchtungssystem 10 umfasst einen Umlenkspiegel 17, mit dem die von der Belichtungsstrahlungsquelle 14 abgegebene Beleuchtungsstrahlung auf einen ersten Facettenspiegel 18 umgelenkt wird. Dem ersten Facettenspiegel 18 ist ein zweiter Facettenspiegel 19 nachgeordnet. Mit dem zweiten Facettenspiegels 19 werden die einzelnen Facetten des ersten Facettenspiegels 18 in das Objektfeld 13 abgebildet.
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Mithilfe des Projektionsobjektivs 22 wird das Objektfeld 13 über eine Mehrzahl von Spiegeln 20 in eine Bildebene 21 abgebildet. In dem Objektfeld 13 ist eine Maske (auch Retikel genannt) angeordnet, die auf eine lichtempfindliche Schicht eines in der Bildebene 9 angeordneten Wafers abgebildet wird.
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Die diversen Spiegel der Projektionsbelichtungsanlage, an denen die Beleuchtungsstrahlung reflektiert wird, sind als EUV-Spiegel ausgebildet. Die EUV-Spiegel sind mit hoch reflektierenden Beschichtungen versehen. Es kann sich um Multilayer-Beschichtungen handeln, insbesondere um Multilayer-Beschichtungen mit alternierenden Lagen aus Molybdän und Silizium. Die EUV-Spiegel reflektieren etwa 70 % der auftreffenden EUV-Strahlung. Die restlichen etwa 30 % werden absorbiert und führen zu einer Erwärmung der EUV-Spiegel.
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In 2 ist eine Spiegelvorrichtung gezeigt, bei der ein Spiegelkörper 23 eines Spiegels 20 über Aktuatoren 28 an einer Rahmenstruktur 29 gehalten ist. Über die Aktuatoren 28 kann die Position des Spiegels 20 relativ zu der Rahmenstruktur 29 verändert werden, um den Spiegel 20 innerhalb der Starrkörperfreiheitsgrade auszurichten und zu positionieren. An dem Spiegelkörper 23 ist eine Reflexionsfläche 24 ausgebildet, an der auftreffende EUV-Strahlung reflektiert wird.
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Im Inneren des Spiegelkörpers 23 sind Kühlkanäle 27 ausgebildet, die sich durch den Spiegelkörper 23 hindurch erstrecken. Die Kühlkanäle 27 gehören zu einem Kühlsystem, das einen mit einer Kühlflüssigkeit gefüllten Kühlmittelvorrat 33 und eine Pumpe 30 umfasst. Mit der Pumpe 30 wird Kühlflüssigkeit aus dem Kühlmittelvorrat 33 angesaugt und über eine erste Verbindungsleitung 35 sowie einen Eingangsverteiler 25 zu den Kühlkanälen 27 geleitet. Über einen an die Kühlkanäle anschließenden Ausgangsverteiler 26 und eine zweite Verbindungsleitung 32 wird die Kühlflüssigkeit zurück zu dem Kühlmittelvorrat 33 geführt. Die Kühlflüssigkeit nimmt durch die absorbierte EUV-Strahlung entstehende Wärme auf und führt diese aus dem Spiegelkörper 23 ab. Am Übergang zwischen der Rahmenstruktur 29 und dem Spiegelkörper 23 sind die Verbindungsleitung 32, 35 als flexible Schlauchleitungen ausgeführt, damit die Justierung und Ausrichtung der Spiegel nicht behindert wird.
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Die Kühlkanäle 27 sind entlang der Horizontalausdehnung des Spiegelkörpers 23 ausgerichtet. Die Kühlkanäle 27 erstrecken sich geradlinig und parallel zueinander. Der Abstand zwischen den Kühlkanälen 27 und der Reflexionsfläche 24 ist über die Länge der Kühlkanäle 27 konstant und liegt in der Größenordnung von 5 mm. In anderen Ausführungsformen variiert der Abstand zwischen den Kühlkanälen 27 und der Reflexionsfläche 24 sowie zwischen den Kühlkanälen 27. In der schematischen Darstellung der 2 sind lediglich vier zueinander parallele Kühlkanäle 27 dargestellt, tatsächlich ist die Anzahl der Kühlkanäle 27 höher, wie die Schnittdarstellung in 5 zeigt. Bei der Projektionsbelichtungsanlage aus 1 ist jeder der Spiegel 20 des Projektionsobjektivs 22 als Spiegelvorrichtung gemäß 2 ausgebildet. Möglich ist auch, nur einen Teil der Spiegel 20 so auszustatten.
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Die Spiegelvorrichtung umfasst eine Steuereinheit 38, die verschiedene Steuerungsaufgaben für die Spiegelvorrichtung übernimmt. Unter anderem steuert die Steuereinheit 38 die Aktuatoren 28 an, um den Spiegelkörper 23 in eine gewünschte Position und Ausrichtung relativ zu der Rahmenstruktur 29 zu bringen, und steuert die Pumpe 30 des Kühlsystems an, um die Kühlleistung einzustellen. Eine der Eingangsgrößen, die die Steuereinheit 38 beim Ermitteln der Steuerbefehle für die Aktuatoren 28 verarbeitet, sind Temperaturmesswerte über die Temperatur des Spiegelkörpers 23, die die Steuereinheit 38 von einer Sensoreinrichtung erhält. Anhand der Temperaturmesswerte werden Betriebsparameter der Spiegelvorrichtung angesteuert, wie beispielsweise die Aktuatoren 28 oder die Kühlleistung des Kühlsystems. Die Ansteuerung kann innerhalb eines geschlossenen Regelkreises erfolgen.
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In 3 ist eine Ausführungsform einer Spiegelvorrichtung gezeigt, bei der der Eingangsverteiler 25 und der Ausgangsverteiler 26 außerhalb des Spiegelkörpers 23 liegen. Die innerhalb des Spiegelkörpers 23 liegenden Abschnitte der Kühlkanäle 27 bilden Kühlabschnitte 36, über die die Wärme von der Reflexionsfläche 24 aufgenommen wird. Innerhalb des in 3 unten dargestellte Kühlkanals 27 sind drei Termperaturfühler 37 angeordnet, von denen einer am Eingangsende des Kühlabschnitts 36, einer am Ausgangsende des Kühlabschnitts 36 und einer in der Mitte positioniert ist. Jede der Temperaturfühler 37 misst die Temperatur der durch den Kühlabschnitt 36 fließenden Kühlflüssigkeit. Über in dem Kühlkanal 27 angeordnete Kabel wird das Messsignal nach außen zu einer Steuereinheit 38 geleitet.
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Beim Durchströmen des Kühlabschnitts 36 erwärmt sich die Kühlflüssigkeit, indem Wärme von dem Spiegelkörper 23 aufgenommen wird. Aus der Temperaturdifferenz der Kühlflüssigkeit zwischen dem Eingangsende und der Mitte des Kühlabschnitts 36 kann ermittelt werden, welche Temperatur der Spiegelkörper 23 in der ersten Hälfte des Kühlabschnitts 36 hat. Aus der Temperaturdifferenz zwischen der Mitte des Kühlabschnitts 36 und dem Ausgangsende kann die Temperatur in der zweiten Hälfte des Kühlabschnitts 36 ermittelt werden. Im Sinne der Erfindung bildet die Kühlflüssigkeit eine Kopplungssubstanz. Von den Temperaturfühler 37 erstreckt sich ein elektrischer Signalweg zu der Steuereinheit 38, über den das Messsignal übertragen wird.
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In einem anderen Kühlkanal 27 des Spiegelkörpers 23 sind zwei Temperaturfühler 37 angeordnet. Mit den Messwerten der beiden Temperaturfühler 37 kann ein Durchschnittswert der Temperatur im Bereich des Kühlkanals zwischen den beiden Temperaturfühlern 37 ermittelt werden.
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Bei der Variante gemäß 4 ist jeweils innerhalb des Eingangsverteilers 25 und innerhalb des Ausgangsverteilers 26 ein Temperaturfühler 37 angeordnet. Mit diesen beiden Temperaturfühlern 37 kann ein Durchschnittswert der Temperatur über alle zwischen dem Eingangsverteiler 25 und dem Ausgangsverteiler 26 angeordneten Kühlkanäle 27 ermittelt werden.
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Bei der alternativen Ausführungsform gemäß 6 ist in dem Spiegelkörper 23 eine Kavität 40 ausgebildet, die sich von der Rückseite 42 des Spiegelkörpers 23 bis in die Nähe der Reflexionsfläche 24 erstreckt. An einer zu der Reflexionsfläche 24 weisenden Wand der Kavität 40 ist ein Temperatursensor 39 angebracht. Der Temperatursensor 39 ist mit der Wand verklebt, sodass eine in dem Temperatursensor 39 enthaltene Kopplungssubstanz thermisch mit dem Material des Spiegelkörpers 23 gekoppelt ist. Die Kavität 40 hat einen Zugang mit konstantem Querschnitt, sodass der Temperatursensor 39 als fertiges Sensorbauteil von der Rückseite 42 des Spiegelkörpers 23 aus in die Kavität 40 eingeführt werden kann. Ein Kabel 41 ist aus der Kavität 40 nach außen geführt, um das Messsignal zu der Steuereinheit 38 zu übermitteln. Im Übrigen bildet die Kavität 40 einen frei zugänglichen Hohlraum.
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In 7 ist die Kavität 40 eine Abzweigung zu einem Kühlkanal 27. In der Kavität 40 ist ein Sensorbauteil in Form eines Temperatursensors 39 angeordnet. Über ein Kabel 41, dass entlang des Kühlkanals 27 nach außen geführt ist, wird der Temperaturmesswert zu der Steuereinheit 38 übertragen. Die Kavität 40 ist mit einer Substanz vergossen, sodass der Fluss der Kühlflüssigkeit durch den Kühlkanal 27 nicht durch die Kavität 40 beeinträchtigt wird.
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In 8 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der der Temperatursensor 39 während der Herstellung in die Kavität 40 eingebracht wurde. Das Kabel 41 ist durch einen Zugang zu der Kavität 40 geführt, deren Querschnitt kleiner ist als das Sensorbauteil 39, sodass ein nachträgliches Einfügen des Temperatursensors 39 in die Kavität 40 nicht möglich ist.
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Bei der Ausführungsform gemäß 9 ist der Spiegelkörper 23 aus einem Grundkörper 44 und einem zweiten Teilkörper 45 gefügt. Die Fügeebene zwischen dem Grundkörper 44 und dem zweiten Teilkörper 45 ist mit 43 gekennzeichnet. In dem zweiten Teilkörper 45 ist zu jeder Kavität 40 eine Bohrung ausgebildet, die die Kavität 40 für den Temperatursensor 39 bildet. In dem Grundkörper 44 ist zu jeder Kavität 40 eine Bohrung mit kleinerem Durchmesser ausgebildet, durch die das Kabel 41 nach außen geführt wird. Die Temperatursensoren 39 werden vor dem Fügen in die Bohrungen eingesetzt. Nach dem Fügen der beiden Bauteile gibt es keinen Zugang mehr, der groß genug wäre, um die Temperatursensoren 39 in die Kavitäten 40 einzuführen.
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In 10 ist ein Lichtleiter 46 in eine Kavität 40 in Form eines Kanals eingelegt. Der Raum zwischen dem Lichtleiter 46 und der Wand der Kavität 40 ist mit einer Substanz gefüllt, um den Lichtleiter 46 thermisch mit dem Spiegelkörper 23 zu koppeln. Bei einer Temperaturänderung im Spiegelkörper 23 ändert sich auch die Temperatur des Lichtleiters 46. Der Lichtleiter 46 ist gemäß 11 mit einer Mehrzahl von Faser-Bragg-Gittern 49 versehen, die mit äquidistantem Abstand zueinander in dem Lichtleiter 46 ausgebildet sind.
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Bei den Faser-Bragg-Gittern 49 handelt es sich um in den Lichtleiter geschriebene periodische Mikrostruktur, die Licht wellenlängen-selektiv reflektiert. In dem Lichtleiter 46 reflektiert jedes der Faser-Bragg-Gitter 49 eine andere Wellenlänge des Lichts. Wird Licht mit großer Bandbreite in den Lichtleiter 46 eingebracht, so wird an jedem der Faser-Bragg-Gitter 49 nur Licht einer sehr begrenzten spektralen Breite reflektiert. Die übrigen Anteile des Lichts setzen ihren Weg durch den Lichtleiter fort, bis am nächsten Faser-Bragg-Gitter 49 eine andere Wellenlänge des Lichts reflektiert wird. Eine Erwärmung bewirkt eine Dehnung des Lichtleiters 46 und damit eine Dehnung der Faser-Bragg-Gitter 49. Anhand der Wellenlänge des an dem Faser-Bragg-Gitters reflektierten Lichts kann ein Messsignal erzeugt werden, das die Temperatur im Bereich des Faser-Bragg-Gitters 49 repräsentiert. Durch geeignete Auswertung der reflektierten Lichtsignale kann für jedes der Faser-Bragg-Gitter 49 eine Temperaturinformationen gewonnen werden.
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Die Spiegelvorrichtung umfasst einen Signalgeber 47, der das Lichtsignal erzeugt und in den Lichtleiter 46 einleitet. Aus den reflektierten Lichtanteilen ermittelt der Signalgeber 47 einen Temperaturmesswert und übermittelt diesen über einen Signalweg 48 zu der Steuereinheit 38.
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In 12 ist ein Temperatursensor 39 gezeigt, bei dem die Kopplungssubstanz als Thermoelement ausgebildet ist. Das Thermoelement umfasst eine erste Leiterbahn 50 und eine zweite Leiterbahn 51, die an einer Verbindungsstelle 53 elektrisch miteinander verbunden sind. Die erste Leiterbahn 50 besteht aus einem ersten Metall, und die zweite Leiterbahn 51 besteht aus einem zu dem ersten Metall verschiedenen zweiten Metall. Beruhend auf dem Seebeck-Effekt ändert sich die Spannung zwischen den beiden nach außen geführten Leitern 50, 51 in Abhängigkeit von der Temperatur an der Verbindungsstelle 53. Das Thermoelement kann ein Bestandteil eines in die Kavität 40 eingebrachten Sensorbauteils 39 sein.
