DE102022212378A1

DE102022212378A1 - Vorrichtung zur Aufnahme und Kühlung eines Optikkörpers, Verfahren zur Herstellung eines Optikkörpers, Kühlverfahren zur Kühlung eines Optikkörpers, optisches Element und Lithografiesystem

Info

Publication number: DE102022212378A1
Application number: DE102022212378.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Rudolph Volkmann; Britta Soldner; Alexander Krüger
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2022-01-24
Filing date: 2022-11-21
Publication date: 2023-07-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Aufnahme und Kühlung eines Optikkörpers (2) aufweisend- einen Grundkörper (3),- wenigstens einen wärmeleitend an dem Grundkörper (3) angeordneten Aufnahmebereich (4) zur Aufnahme des Optikkörpers (2),- wenigstens einen in dem Grundkörper (3) verlaufenden Kühlkanal (5) zur Leitung eines Kühlmediums (6) und- wenigstens eine Anschlusseinrichtung (7) zur Zuführung und/oder Abführung des Kühlmediums (6) zu und/oder von dem wenigstens einen Kühlkanal (5),- wobei die wenigstens eine Anschlusseinrichtung (7) wenigstens teilweise aus einem metallischen Material ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme und Kühlung eines Optikkörpers.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Aufnahme und Kühlung eines Optikkörpers.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kühlverfahren zur Kühlung eines Optikkörpers, wobei der Optikkörper auf einem Grundkörper wärmeleitend angeordnet wird und dem Grundkörper mittels eines in wenigstens einem Kühlkanal des Grundkörpers fließenden Kühlmediums Wärmeenergie entzogen wird.
Die Erfindung betrifft ferner ein optisches Element, insbesondere für die Mikrolithografie, welches wenigstens einen Grundkörper, einen an dem Grundkörper angeordneten Aufnahmebereich und einen an dem Aufnahmebereich angeordneten Optikkörper aufweist, wobei der Grundkörper zur Kühlung des Aufnahmebereichs und/oder des Optikkörpers eingerichtet ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Lithografiesystem, insbesondere eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie, mit einem Beleuchtungssystem mit einer Strahlungsquelle sowie einer Optik, welche wenigstens ein optisches Element aufweist.
Optische Elemente zur Führung und Formung einer Strahlung in Projektionsbelichtungsanlagen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei den bekannten optischen Elementen führt und formt häufig eine Oberfläche des optischen Elements die auf das optische Element einfallenden Lichtwellen. Eine genaue Kontrolle der Form der Oberfläche ist daher zur Ausbildung einer exakten Wellenfront mit gewünschten Eigenschaften von besonderem Vorteil. Die Oberfläche kann von einer Soll-Form beispielsweise dadurch abweichen, dass die durch die Strahlung eingetragene Energie zu einer Erwärmung und damit zu einem Verzug des optischen Elements führt.
Aus dem Stand der Technik ist es hierzu bekannt, das optische Element auf einer konstanten Temperatur zu halten, insbesondere zu kühlen.
Zur Kühlung von mit Lichtwellen interagierenden Optikkörpern sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen bekannt, welche wenigstens einen Kühlkanal zur Leitung eines Kühlmediums aufweisen. Fließt in dem Kühlkanal das Kühlmedium bzw. wird das Kühlmedium in dem Kühlkanal regelmäßig ausgetauscht und steht ferner das Kühlmedium mit dem zu kühlenden Bereich des optischen Elements, insbesondere einem eine optische Oberfläche tragenden Optikkörper, in einer wärmeleitenden Verbindung, so kann durch die Kühlvorrichtung dem Optikkörper die in den Optikkörper durch die Strahlung eingetragene Energie wieder entzogen werden. Hierdurch kann der Optikkörper auf einer konstanten Temperatur gehalten oder auf diese gebracht werden.
Aus dem Stand der Technik sind keine Vorrichtungen zur Aufnahme und Kühlung eines Optikkörpers bekannt, die eine Anbringung des Optikkörpers und/oder eine Anbringung von Anschlusseinrichtungen zur Zuführung und Abführung des Kühlmediums derart ermöglichen, dass einerseits eine hohe Kühlleistung ermöglichen und andererseits eine Optikperformanz nicht beeinträchtigen
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Aufnahme und Kühlung eines Optikkörpers zu schaffen, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, insbesondere eine stabile und effiziente Kühlung des Optikkörpers und zugleich eine zuverlässige Anbindung einer Kühlmediumzuleitung an der Vorrichtung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Aufnahme und Kühlung eines Optikkörpers zu schaffen, durch welches die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden, insbesondere eine Vorrichtung hergestellt wird, welche eine stabile Aufnahme und Kühlung des Optikkörpers ermöglicht und zugleich eine zuverlässige Zuführung und Abführung eines Kühlmediums zu der Vorrichtung ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den in Anspruch 14 genannten Merkmalen gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Kühlverfahren zur Kühlung eines Optikkörpers zu schaffen, welches die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, insbesondere eine hoch effiziente und zuverlässige Kühlung eines Optikkörpers ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Kühlverfahren mit den in Anspruch 23 genannten Merkmalen gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein optisches Element zu schaffen, welches die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, insbesondere eine konstante und reproduzierbare Wirkung auf Wellenfronten aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein optisches Element mit den in Anspruch 26 genannten Merkmalen gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Lithografiesystem zu schaffen, welches die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, insbesondere zeitlich konstante und zuverlässig geformte Wellenfronten zu formen vermag.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lithografiesystem mit den in Anspruch 35 genannten Merkmalen gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufnahme und Kühlung eines Optikkörpers weist einen Grundkörper, wenigstens einen wärmeleitend an dem Grundkörper angeordneten Aufnahmebereich zur Aufnahme des Optikkörpers, wenigstens einen in dem Grundkörper verlaufenden Kühlkanal zur Leitung eines Kühlmediums und wenigstens eine Anschlusseinrichtung zur Zuführung und/oder Abführung des Kühlmediums zu und/oder von dem wenigstens einen Kühlkanal auf. Erfindungsgemäß ist die wenigstens eine Anschlusseinrichtung wenigstens teilweise aus einem metallischen Material ausgebildet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass zum einen ein wärmeleitend an dem Grundkörper angeordneter Aufnahmebereich vorgesehen ist, welcher zur Aufnahme des Optikkörpers eingerichtet ist und somit einen Wärmeentzug des Optikkörpers ermöglicht. Zum anderen ist eine Anschlusseinrichtung zur Zu- bzw. Abführung des Kühlmediums vorgesehen, welche wenigstens teilweise aus einem metallischen Material ausgebildet ist. Hierdurch wird eine mechanisch besonders stabile Verbindung zwischen der Anschlusseinrichtung und allfälligen Zuleitungen ermöglicht. Insbesondere kann die Anschlusseinrichtung beispielsweise bekannte und bewährte Metalle und Metalllegierungen, wie beispielsweise Aluminium und/oder Edelstahl aufweisen. Hierdurch wird eine besonders zuverlässige, sowie insbesondere standardisierte, Verbindung zwischen der Anschlusseinrichtung und allfälligen Zuleitungen erreicht.
Der Begriff Zuleitung ist im Rahmen der Offenbarung der Erfindung so zu verstehen, dass die Zuleitung zur Zuführung eines Kühlmediums dient. Die Zuleitung kann jedoch alternativ auch zur Abführung eine Kühlmediums oder zur Zu- und Abführung eines Kühlmediums dienen.
Bei dem Kühlmedium kann es sich um Wasser handeln. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass es sich bei dem Kühlmedium um Wasser mit korrosionshemmenden Zusätzen handelt, welche auf das den Grundkörper ausbildende Material angepasst sind.
Eine besonders zuverlässige und sichere Anordnung des Optikkörpers auf dem Aufnahmebereich ist von Vorteil, da ein Ablösen des Optikkörpers von dem Aufnahmebereich zu einer Verschlechterung der optischen Eigenschaften eines kompletten optischen Elements führen kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper und/oder der Aufnahmebereich teilweise oder vollständig aus einem hartspröden Material ausgebildet sind.
Sind der Grundkörper und/oder der Aufnahmebereich teilweise oder vollständig aus einem hartspröden Material ausgebildet, so kann der Optikkörper an dem Aufnahmebereich besonders stabil angebracht werden. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn der Aufnahmebereich vollständig aus einem hartspröden Material ausgebildet ist.
Der Grundkörper und der Aufnahmebereich können einstückig ausgebildet sein.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper und der Aufnahmebereich vollständig aus einem hartspröden Material ausgebildet sind, insbesondere dass der Grundkörper und der Aufnahmebereich einstückig aus einem hartspröden Material ausgebildet sind.
Bei dem hartspröden Material kann es sich insbesondere um Silizium und/oder Siliziumoxid und/oder Siliziumcarbid und/oder reaktionsgebundenem siliziuminfiltriertem Siliziumcarbid handeln.
Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung auf diese Art weitergebildet, so kann einerseits der Optikkörper besonders stabil und sicher an dem Aufnahmebereich angeordnet werden und andererseits der Vorrichtung besonders zuverlässig und sicher das Kühlmedium zu- und/oder abgeführt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper mit dem Aufnahmebereich durch eine Aufnahmeverbindungsschicht verbunden ist, welche vorzugsweise durch Bonden ausgebildet ist.
Im Rahmen der Erfindung ist unter dem Bonden bzw. dem Bondverfahren ein Verbindungsprozess zu verstehen, welcher beispielsweise als Chipbonden, Waferbonden und/oder anodisches Bonden ausgeführt werden kann. Insbesondere kann es sich bei dem Bonden im Rahmen der Erfindung um anodisches Bonden handeln, da hierdurch hartspröde und/oder metallische Materialien vorteilhaft zuverlässig verbunden werden können.
Ist der Grundkörper mit dem Aufnahmebereich durch eine Aufnahmeverbindungsschicht verbunden, so kann beispielsweise ermöglicht werden, dass der Grundkörper und der Aufnahmebereich aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sind. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Aufnahmebereich aus einem hartspröden Material, insbesondere aus Silizium und/oder siliziuminfiltriertem Siliziumcarbid (SiSiC), ausgebildet ist, während der Grundkörper aus einem metallischen Material, insbesondere aus Aluminium und/oder Stahl und/oder Messing, ausgebildet ist.
Eine Ausbildung der Aufnahmeverbindungsschicht durch Bonden hat den besonderen Vorteil, dass durch Bondverfahren Körper aus hartspröden Materialien mit Körpern aus metallischen Materialien stabil und zuverlässig verbunden werden können und eine hervorragend wärmeleitende Verbindung entsteht.
Hierdurch kann beispielsweise ermöglicht werden, dass der Grundkörper sowie die Anschlusseinrichtung aus einem metallischen Material ausgebildet sind und damit eine besonders zuverlässige und sichere Zuführung des Kühlmediums zu dem Kühlkanal und eine besonders zuverlässige und sichere Führung des Kühlmediums in dem Kühlkanal ermöglichen, während zugleich der Optikkörper auf dem hartspröden Aufnahmebereich besonders zuverlässig und sicher angeordnet werden kann.
Eine hartspröde Ausbildung des Aufnahmebereichs hat sich im Vergleich zu einem metallischen Material als vorteilhaft herausgestellt, da sich eine hartspröde Ausbildung des Aufnahmebereichs besonders gut für die Fertigung einer Optikfläche eignet bzw. die optischen Eigenschaften von der Güte des Substrats abhängen und sich z.B. ein Körper aus einem metallischen Werkstoff nicht prozesssicher nach EUV-Optikspezifikationen polieren lässt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass der Aufnahmebereich eine Aufnahmeoberfläche aufweist, welche zur direkten Auftragung des Optikkörpers als Reflexionsbeschichtung eingerichtet ist.
Ist der Aufnahmebereich zur direkten Auftragung des Optikkörpers als Reflexionsbeschichtung eingerichtet und weist hierzu insbesondere eine entsprechend hergerichtete Aufnahmeoberfläche auf, so ermöglicht dies die Ausbildung des Optikkörpers durch ein Beschichtungsverfahren.
Mittels Beschichtungsverfahren können Optikkörper besonders präzise ausgebildet werden. Allerdings werden zur Durchführung des Beschichtungsverfahrens besondere Anforderungen an den Aufnahmebereich bzw. die Aufnahmeoberfläche gestellt.
Zur Erfüllung dieser Ansprüche ist es daher von besonderem Vorteil, wenn der Aufnahmebereich aus einem hartspröden Material ausgebildet ist und/oder die Aufnahmeoberfläche in besonderem Maße poliert ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper und/oder der Aufnahmebereich teilweise oder vollständig aus Silizium und/oder Siliziumoxid und/oder Siliziumcarbid und/oder reaktionsgebundenem siliziuminfiltriertem Siliziumcarbid ausgebildet sind.
Im Rahmen der Erfindung haben sich die genannten Materialien zur Ausbildung des Grundkörpers und/oder des Aufnahmebereichs als besonders vorteilhaft herausgestellt. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass auf den genannten Materialien der Optikkörper besonders gut mittels eines Beschichtungsverfahrens ausgebildet werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper eine erste Halbschale und eine zweite Halbschale aufweist, welche vorzugsweise durch eine Verbindungsschicht verbunden sind.
Eine Ausbildung des Grundkörpers durch zwei Halbschalen ermöglicht eine Ausbildung des Grundkörpers derart, dass die mit dem Aufnahmebereich verbundene Halbschale sowie der Aufnahmebereich aus einem hartspröden Material ausgebildet sind, während die andere Halbschale aus einem metallischen Material ausgebildet ist.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die aus dem hartspröden Material ausgebildete Halbschale einstückig mit dem Aufnahmebereich ausgebildet ist.
Es kann vorgesehen sein, dass die Verbindungsschicht ein Glas aufweist.
Ferner ermöglicht ein Aufbau des Grundkörpers aus zwei Halbschalen eine besonders einfache Möglichkeit der Ausbildung des wenigstens einen in dem Grundkörper verlaufenden Kühlkanals, da dieser durch ein abtragendes Verfahren, beispielsweise ein Fräsverfahren, in eine der beiden Halbschalen eingearbeitet werden kann und durch die Verbindung mit der anderen Halbschale zu einem geschlossenen Kühlkanal ausgebildet wird. Hierdurch können auf besonders einfache Weise Kosten gespart werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die erste Halbschale und/oder die zweite Halbschale an einander zugewandten Seiten Vertiefungen aufweisen, welche den wenigstens einen Kühlkanal ausbilden.
Wird der Kühlkanal durch einander zugewandte Vertiefungen der Halbschalen ausgebildet, so können diese Vertiefungen durch ein abtragendes Verfahren besonders kostengünstig und mit großer geometrischer Flexibilität ausgebildet werden.
Es kann insbesondere von Vorteil sein, wenn lediglich die erste Halbschale oder die zweite Halbschale an der der jeweils anderen Halbschale zugewandten Seite Vertiefungen aufweist, welche den wenigstens einen Kühlkanal ausbilden. Hierdurch muss lediglich eine der beiden Halbschalen mit einem abtragenden Verfahren bearbeitet werden, während die andere Halbschale als Deckel dient und damit unbearbeitet bleiben kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Kühlkanal entlang einer Flussrichtung des Kühlmediums Krümmungsradien von wenigstens 0,1 cm, vorzugsweise wenigstens 0,5 cm, besonders bevorzugt wenigstens 1 cm, aufweist und/oder eingerichtet ist, das Kühlmedium in laminarer Strömung bzw. turbulenzfrei zu leiten.
Weist der wenigstens eine Kühlkanal entlang der Flussrichtung des Kühlmediums Krümmungsradien von wenigstens 0,1 cm, vorzugsweise wenigstens 0,5 cm, besonders bevorzugt wenigstens 1 cm, auf, so ermöglicht dies beispielsweise einen, insbesondere mäanderförmigen, Verlauf des Kühlkanals in engen Schlaufen bzw. engen Kurven und damit einen vorteilhaft dichten Verlauf der einzelnen Kühlkanäle aneinander ohne dass unerwünschte Turbulenzen an Abschnitten mit zu kleinen Krümmungsradien in dem Kühlkanal entstehen.
Es kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Kühlkanal annähernd parallel zu dem Optikkörper und/oder zu einer optischen Oberfläche des Optikkörpers angeordnet ist und/oder ein Abstand des wenigstens einen Kühlkanals zu dem Optikkörper und/oder zu einer optischen Oberfläche des Optikkörpers zwischen 2 mm und 20 mm innerhalb eines Großteils der Konturlänge des Kühlkanals beträgt.
Durch eine Ausbildung des Kühlkanals derart, dass dieser sich in seinem Verlauf an den Verlauf des Optikkörpers und/oder einer optischen Oberfläche des Optikkörpers anschmiegt, kann eine vorteilhaft homogene Kühlung des Optikkörpers und/oder einer optischen Oberfläche des Optikkörpers erzielt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass die optische Oberfläche des Optikkörpers einen Parabolspiegel und/oder einen Wölbspiegel und/oder einen Hohlspiegel und/oder einen sphärischen Spiegel und/oder einen asphärischen Spiegel und/oder einen torischen Spiegel und/oder einen astigmatischen Spiegel ausbildet.
Weist beispielsweise der Optikkörper und/oder eine optische Oberfläche des Optikkörpers eine sphärische Form auf, so ist es von Vorteil, wenn der Kühlkanal ebenfalls auf einer sphärischen Fläche ausgebildet ist, welche parallel und beabstandet von dem Optikkörper und/oder einer optischen Oberfläche des Optikkörpers angeordnet ist. Hierdurch kann sich eine, beispielsweise spiralförmige, Krümmung des Kühlkanals in zwei orthogonale Raumrichtungen ergeben. Auch in diesem Fall ist es von Vorteil, wenn die Krümmungsradien wenigstens 0,1 cm, vorzugsweise wenigstens 0,5 cm, besonders bevorzugt wenigstens 1 cm, betragen, um Turbulenzen zu vermeiden.
Die Krümmungsradien sind im Rahmen der Erfindung als auf einen Verlauf der Wandungen des Kühlkanals entlang der Strömungsrichtung des Kühlmediums und/oder auf einen Verlauf einer Mittelachse des Kühlkanals entlang der Strömungsrichtung des Kühlmediums bezogen zu verstehen. Weist der Kühlkanal beispielsweise einen quadratischen Querschnitt auf, so beziehen sich die Krümmungsradien vorzugsweise nicht auf die Ecken des quadratischen Querschnitts.
Weist der wenigstens eine Kühlkanal alternativ oder zusätzlich wenigstens ein Strömungsleitelement auf, so kann die in dem Kühlkanal vorherrschende Strömung des Kühlmediums vorteilhaft konditioniert werden. Insbesondere kann die Strömung des Kühlmediums derart konditioniert werden, dass ein Wärmeübertrag aus dem Grundkörper in das Kühlmedium vorteilhaft optimiert ist und/oder ein Druck des Kühlmediums in dem Kühlkanal bei gleichbleibender Kühlleistung reduziert werden kann.
Ist der wenigstens eine Kühlkanal alternativ oder zusätzlich dazu eingerichtet, das Kühlmedium in einer laminaren Strömung bzw. turbulenzfrei zu leiten, so wird aufgrund des Fehlens von energiedissipierenden Turbulenzen ein geringerer Druck des Kühlmediums bei gleicher Kühlleistung benötigt. Hierdurch kann beispielsweise eine Bauart des Kühlkanals bzw. des Grundkörpers weniger massiv und damit kostengünstiger ausfallen.
Durch die Ausbildung einer laminaren bzw. turbulenzfreien Strömung lässt sich eine besonders gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit entlang des Kühlkanals realisieren. Hierdurch ergibt sich eine besonders homogene Kühlung des Grundkörpers, wodurch sich auch eine besonders homogene Kühlung des Optikkörpers ergibt. Es werden insbesondere zu warme und/oder zu kalte Zonen vermieden, welche zu thermischen Spannungen führen könnten.
Von Vorteil ist eine Auslegung des Kühlkanals derart, dass eine Reynoldszahl der Strömung in dem Kühlkanal kleiner ausgebildet ist als bei aus dem Stand der Technik bekannten Kühlkanälen. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Strömung in dem Kühlkanal eine Reynoldszahl aufweist, welche kleiner 5000, vorzugsweise kleiner als 3500, besonders bevorzugt kleiner als 2000 ist.
Eine turbulenzarme und vorzugsweise turbulenzfreie Strömung in dem Kühlkanal hat den Vorteil, dass Schwingungen vermieden werden können, welche durch Turbulenzen in der Strömung von dem Kühlmedium auf den Kühlkörper und damit unter Umständen auf den Optikkörper übertragen werden können. Hierdurch kann beispielsweise eine Abbildungsqualität einer Optik, deren Bestandteil der Optikkörper sein kann, verbessert werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Verbindungsschicht durch Bonden ausgebildet ist.
Ist die Verbindungsschicht durch Bonden bzw. durch ein Bondverfahren ausgebildet, so ermöglicht dies eine stabile und zuverlässige Verbindung der Halbschalen. Insbesondere wird durch ein Bondverfahren eine zuverlässige und sichere Verbindung der Halbschalen auch dann ermöglicht, wenn die Halbschalen aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sind. Insbesondere ermöglicht eine Ausbildung der Verbindungsschicht durch Bonden eine sichere und zuverlässige Verbindung einer hartspröden Halbschale mit einer metallischen Halbschale.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper einstückig, gegebenenfalls inklusive des Aufnahmebereichs und/oder der Anschlusseinrichtung, durch ein additives Fertigungsverfahren, insbesondere durch 3D-Druck ausgebildet wird.
Es kann auch vorgesehen sein, die Halbschalen durch ein additives Fertigungsverfahren, insbesondere durch 3D-Druck auszubilden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Anschlusseinrichtung mit dem Grundkörper durch wenigstens eine Anschlussverbindungsschicht verbunden ist.
Ist die wenigstens eine Anschlusseinrichtung mit dem Grundkörper durch wenigstens eine Anschlussverbindungsschicht verbunden, so ermöglicht eine geeignete Wahl der Anschlussverbindungsschicht eine große Freiheit bei der Auswahl der Materialien zur Ausbildung der Anschlusseinrichtung des Grundkörpers.
Da, bei einer hinreichend dicken Anschlussverbindungsschicht, die Anschlusseinrichtung und der Grundkörper nicht direkt miteinander verbunden sind, müssen die Materialien der Anschlusseinrichtung und des Grundkörpers nicht miteinander verbindbar sein, sondern jeweils lediglich mit dem Material der Anschlussverbindungsschicht.
Dies ermöglicht eine erhöhte Flexibilität bei der Auswahl der Materialien.
Es kann vorgesehen sein, dass die Materialen derjenigen Komponenten, beispielsweise des Optikkörpers, der Anschlusseinrichtung, der Anschlussverbindungsschicht, der Aufnahmeverbindungsschicht, des Grundkörpers, der Halbschalen und/oder des Aufnahmebereichs -, welche direkt aneinander anliegen oder lediglich durch die Anschlussverbindungsschicht und/oder die Aufnahmeverbindungsschicht voneinander getrennt sind, ähnliche, vorzugsweise gleiche, Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten 1*10^-6 1 /K bis 30*10^-6 1 /K betragen. Es kann vorgesehen sein, dass sich die jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten um weniger als 10 Prozent unterscheiden.
Beispielsweise kann es von Vorteil sein, wenn bei zwei aneinandergrenzenden Komponenten die eine Komponente aus einem reaktionsgebundenen siliziuminfiltrierten Siliziumkarbid und die andere Komponente aus einem Silizium ausgebildet ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Anschlussverbindungsschicht mit dem Grundkörper einerseits und/oder der Anschlusseinrichtung andererseits durch Bonden verbunden ist.
Eine Verbindung der Anschlussverbindungsschicht mit dem Grundkörper und/oder der Anschlusseinrichtung durch Bonden ermöglicht eine sichere und zuverlässige Verbindung einer Großzahl von Materialien, welche durch das Material der Anschlussverbindungsschicht vermittelt wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Anschlussverbindungsschicht ein Glas aufweist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Glas wenigstens teilweise aus einem Borosilikatglas ausgebildet ist.
Durch Bonden kann insbesondere Glas mit hartspröden Materialien einerseits und metallischen Materialien andererseits verbunden werden. Weist demnach die Anschlussverbindungsschicht ein Glas auf, so ermöglicht dies die Verbindung beispielsweise eines hartspröden Grundkörpers mit einer metallischen Anschlusseinrichtung.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zwischen den Halbschalen eine Verbindungsschicht angeordnet ist, welche vorzugsweise glashaltig ist. Hierdurch wird eine besonders zuverlässige Verbindung der Halbschalen auch dann ermöglicht, wenn eine der Halbschalen aus einem hartspröden Material und die andere der Halbschalen aus einem metallischen Material ausgebildet ist.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Aufnahmeverbindungsschicht ein Glas aufweist.
Weist die Verbindungsschicht ein Glas auf, so kann hierdurch besonders einfach und zuverlässig ein hartsprödes Bauteil, beispielsweise eine Halbschale mit einem metallischen Bauteil, beispielsweise einer anderen Halbschale, verbunden werden, wobei die Schicht als vermittelndes Material ein Glas aufweist.
Weist die Aufnahmeverbindungsschicht ein Glas auf, so kann hierdurch besonders einfach und zuverlässig ein hartsprödes Bauteil, beispielsweise der Aufnahmebereich mit einem metallischen Bauteil, beispielsweise dem Grundkörper, verbunden werden, wobei die Schicht als vermittelndes Material ein Glas aufweist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass eine Perfusionseinrichtung vorgesehen ist, um den wenigstens einen Kühlkanal mit dem Kühlmedium zu beaufschlagen und/oder zu durchströmen.
Die Perfusionseinrichtung, welche vorzugsweise auch geeignete Anschlüsse zur Verbindung mit der Anschlusseinrichtung aufweist, hat den Vorteil, dass hierdurch das Kühlmedium dem Kühlkanal zuführbar ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Perfusionseinrichtung eingerichtet ist, den Kühlmediumstrom hinsichtlich des Drucks und der Strömungsgeschwindigkeit derart einzustellen, dass eine Kühleffizienz der Vorrichtung maximiert und gleichzeitig ein Energiebedarf der Perfusionseinrichtung minimiert ist und ferner eine mechanische Belastung, welcher der Grundkörper durch den Druck des Kühlmediums ausgesetzt ist, minimiert ist.
Es kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Kühlkanal eine Oberflächenvergrößerungseinrichtung zur Verbesserung einer Wärmeübertragung aufweist.
Die Oberflächenvergrößerungseinrichtung zur Verbesserung der Wärmeübertragung kann beispielsweise in Form einer Vielzahl von Kühlrippen, welche an einer Innenwandung des wenigstens einen Kühlkanals angeordnet sind, ausgebildet sein. Durch die Verwendung der Oberflächenvergrößerungseinrichtung kann die Kühleffizienz erhöht werden und beispielsweise eine Strömungsgeschwindigkeit bzw. ein Druck des Kühlmediums in den Kühlkanälen vermindert werden.
Es kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Kühlkanal durch die Perfusionseinrichtung mit einem Druck von 2 bar bis 20 bar, vorzugsweise 4 bar bis 12 bar, besonders bevorzugt 8 bar bis 9 bar beaufschlagt ist und/oder der wenigstens eine Kühlkanal durch die Perfusionseinrichtung bis zu einem Druck von 20 bar, vorzugsweise 10 bar, besonders bevorzugt 8,5 bar beaufschlagbar ist.
Die genannten Drücke und Druckbereiche haben den Vorteil, dass hierdurch zum einen ein ausreichend schneller Austausch des Kühlmediums im Kühlkanal und damit ein ausreichend schneller Abtransport der Wärmeenergie ermöglicht wird, während gleichzeitig eine Überbelastung der mechanischen Verbindungen des Grundkörpers bzw. des Kühlkanals vermieden wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Kühlkanäle der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Ausnutzung der großen Flexibilität der Fertigung mit dem abtragenden Verfahren strömungsoptimiert gefertigt sind.
Es kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Kühlkanal durch die Perfusionseinrichtung von dem Kühlmedium mit einem flächenbezogenen Volumenstrom von 0,001 bis 10, vorzugsweise 0,01 bis 1, besonders bevorzugt 0,03 bis 0,1, Liter pro Sekunde und Quadratzentimeter der Querschnittsfläche des wenigstens einen Kühlkanals durchströmbar ist und/oder einen Querschnitt von 0,1 Quadratzentimeter bis 4 Quadratzentimeter aufweist.
Weist der flächenbezogene Volumenstrom die vorgenannten Werte auf, so hat sich im Rahmen der Erfindung eine besonders vorteilhafte effiziente Kühlung herausgestellt, insbesondere dann, wenn der wenigstens eine Kühlkanal strömungsoptimiert ausgebildet ist.
Es kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Kühlkanal auf einer dem Optikkörper zugewandten Seite eine Wandstärke von 1 mm bis 20 mm, vorzugsweise 5 mm bis 15 mm aufweist.
Die genannten Wandstärken des Kühlkanals zum Optikkörper hin haben sich als vorteilhafter Kompromiss zwischen einer Stabilität der Wandung des Kühlkanals und einer maximierten Wärmeübertragung herausgestellt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mehr als einen Kühlkanal aufweisen. Von Vorteil kann es jedoch auch sein, wenn die Vorrichtung genau einen Kühlkanal aufweist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Aufnahme und Kühlung eines Optikkörpers mit den in Anspruch 14 genannten Merkmalen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Aufnahme und Kühlung eines Optikkörpers, wobei die Vorrichtung einen Grundkörper aufweist, ist vorgesehen, dass in dem Grundkörper wenigstens ein Kühlkanal zur Leitung eines Kühlmediums ausgebildet wird, und wenigstens eine Anschlusseinrichtung zur Zuführung und/oder Abführung des Kühlmediums zu und/oder von dem wenigstens einen Kühlkanal an dem Grundkörper angeordnet wird und wenigstens ein Aufnahmebereich zur Aufnahme des Optikkörpers wärmeleitend an dem Grundkörper angeordnet wird, wobei die wenigstens eine Anschlusseinrichtung wenigstens teilweise aus einem metallischen Material ausgebildet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass hierdurch eine metallische Anschlusseinrichtung zur Verfügung gestellt wird, welche eine zuverlässige Verbindung mit allfälligen Zuleitungen für das Kühlmedium ermöglicht. Andererseits ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren auch das Zurverfügungstellen eines zur Aufnahme des Optikkörpers geeigneten Aufnahmebereiches, welcher aus dem gleichen oder aus einem anderen Material ausgebildet sein kann als die Anschlusseinrichtung.
Hierdurch kann eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden, welche den Anforderungen einer sicheren Kühlmediumzuführung und gleichzeitig einer sicheren und stabilen Aufnahme des Optikkörpers und einer guten Wärmeableitung gerecht wird.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Anschlusseinrichtung wenigstens teilweise aus einem hartspröden Material, vorzugsweise einem reaktionsgebundenem siliziuminfiltriertem Siliziumcarbid, ausgebildet wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Anschlusseinrichtung mit dem Grundkörper durch wenigstens eine, vorzugsweise glashaltige, Anschlussverbindungsschicht verbunden wird.
Wird die Anschlusseinrichtung mit dem Grundkörper über eine vermittelnde Anschlussverbindungsschicht verbunden, so erhöht dies die Flexibilität bei der Auswahl der Materialien für den Grundkörper, die Anschlussverbindungsschicht und die Anschlusseinrichtung.
Insbesondere die Verwendung von glashaltigen Materialien in der Anschlussverbindungsschicht ermöglicht den Anschluss mannigfaltiger anderer Materialien an die Anschlussverbindungsschicht, aus denen die Anschlusseinrichtung und der Grundkörper ausgebildet sein können.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Anschlussverbindungsschicht mit dem Grundkörper einerseits und/oder der Anschlusseinrichtung andererseits mittels eines Bondverfahrens verbunden wird.
Die Anwendung eines Bondverfahrens zur Verbindung der Anschlusseinrichtung mit dem Grundkörper über die Anschlussverbindungsschicht ist von besonderem Vorteil, da, insbesondere wenn die Anschlussverbindungsschicht glashaltig ausgebildet ist, hierdurch eine besonders stabile und sichere Verbindung der Anschlusseinrichtung mit dem Grundkörper ermöglicht werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper und/oder der Aufnahmebereich wenigstens teilweise oder vollständig aus einem hartspröden Material ausgebildet wird.
Eine Ausbildung des Grundkörpers und/oder des zur Aufnahme des Optikkörpers eingerichteten Aufnahmebereichs aus einem hartspröden Material, hat den Vorteil, dass aus dem Stand der Technik bekannte Optikkörper besonders zuverlässig angeordnet werden können.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper durch Verbindung einer ersten Halbschale und einer zweiten Halbschale ausgebildet wird.
Eine Ausbildung des Grundkörpers aus Halbschalen ermöglicht bei dem Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung eine besondere Flexibilität und Kostenökonomie bei der Herstellung des Grundkörpers, da Strukturen in dem Grundkörper durch ein abtragendes Verfahren ausgebildet werden können und/oder die Halbschalen aus jeweils verschiedenen Materialien ausgebildet sein können, wodurch eine Flexibilität bei den jeweiligen Funktionalitäten erreicht werden kann.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine dem Aufnahmebereich zugewandte bzw. eine den Aufnahmebereich aufweisende Halbschale aus einem hartspröden Material ausgebildet ist, während eine der Anschlusseinrichtung zugeordnete Halbschale aus einem metallischen Material ausgebildet ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Anschlusseinrichtung und die der Anschlusseinrichtung zugeordnete Halbschale des Grundkörpers einstückig aus einem metallischen Material ausgebildet sind.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die erste Halbschale und die zweite Halbschale durch ein Bondverfahren verbunden werden.
Eine Verbindung der Halbschalen mittels eines Bondverfahrens ermöglicht eine stabile Verbindung der Halbschalen, auch wenn diese aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sind.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass in die erste Halbschale und/oder in die zweite Halbschale an einander zugewandten Seiten, vorzugsweise mittels eines abtragenden Verfahrens, Vertiefungen eingebracht werden, welche den wenigstens einen Kühlkanal ausbilden.
Es kann insbesondere von Vorteil sein, wenn lediglich an der ersten oder der zweiten Halbschale mittels des abtragenden Verfahrens Vertiefungen eingebracht werden, da hierdurch lediglich eine der beiden Schalen bearbeitet werden muss, während die andere den Deckel bildet. Hierdurch können beispielsweise Anforderungen an die Präzision des abtragenden Verfahrens verringert werden, da eine höhere Toleranz beim Zusammenfügen der ersten und der zweiten Halbschale ermöglicht wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper mit dem Aufnahmebereich mittels eines Bondverfahrens verbunden wird.
Eine Verbindung des Grundkörpers mit dem Aufnahmebereich mittels eines Bondverfahrens hat den Vorteil, dass bei der Auswahl der Materialien zur Ausbildung des Aufnahmebereichs und/oder des Grundkörpers eine besondere Flexibilität ermöglicht wird, da mittels des Bondverfahrens auch verschiedenartige Materialien miteinander verbunden werden können.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mittels des Bondverfahrens der Grundkörper mit dem Aufnahmebereich derart verbunden wird, dass zwischen dem Grundkörper und dem Aufnahmebereich eine Aufnahmeverbindungsschicht angeordnet ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Aufnahmeverbindungsschicht aus einem glashaltigen Material, insbesondere aus Glas, ausgebildet ist.
Bei der Verwendung von Glas als Material für die Aufnahmeverbindungsschicht wird beispielsweise die Verwendung eines hartspröden Materials zur Ausbildung des Aufnahmebereichs und eines metallischen Materials zur Ausbildung des Grundkörpers ermöglicht.
Als Bondverfahren kann insbesondere anodisches Bonden vorgesehen sein.
Anodisches Bonden ist aus dem Stand der Technik bekannt. Hierbei wird ein Körper mit einer polierten Oberfläche mit einem anderen Körper mit einer polierten Oberfläche, welcher aus Glas ausgebildet ist und Alkaliionen enthält, aneinander angeordnet und beheizt. Bei der Beheizung kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Körper auf 200° bis 1000° Celsius erwärmt werden. Hiernach wird der Glaskörper in einem einzelnen Punkt mit einer Punktelektrode verbunden, während die Heizeinrichtung als Heizplatte ausgebildet sein kann und als Gegenelektrode fungieren kann. Weist der Körper bei den erreichten Temperaturen eine ausreichende Eigenleitung auf, so bewirkt die Erwärmung, dass die in dem Glaskörper befindlichen Ionen, beispielsweise Kalium- und/oder Natriumionen, sich freier bewegen können.
Bei einem Anlegen einer äußeren Spannung an die Punktelektrode und die Gegenelektrode derart, dass der Glaskörper negativ und der Körper positiv geladen werden, wandern die in dem Glaskörper befindlichen Ionen langsam in Richtung der Punktelektrode. Durch einen derartigen Leitungsträgertransport verringert sich an einer Grenzfläche des Glaskörpers zu dem Körper die Menge an Ionen, wodurch sich dieser Bereich negativ auflädt. Hierdurch kann eine Raumladungszone entstehen. Zeitgleich ziehen sich die beiden Oberflächen des Körpers und des Glaskörpers, welche sich berühren, gegenseitig an. Sind die Oberflächen sehr glatt und eben, so besteht nur ein sehr kleiner Abstand zwischen den beiden Oberflächen. Die Anziehungskraft der entgegengesetzten Ladungen nimmt, einem coulombschen Gesetz folgend, bei einer Verringerung des Abstandes zwischen den Oberflächen zu. Hierdurch werden die beiden Oberflächen immer enger aneinander angeordnet, bis schließlich der Abstand derart gering ist, dass die Oberflächenatome des Glaskörpers mit denen des Körpers chemisch reagieren können. Es bilden sich chemische Verbindungen zwischen dem Material des Körpers und beispielsweise dem Sauerstoff aus dem Siliziumoxid des Glaskörpers, obwohl hierfür eine eigentliche Reaktionstemperatur noch nicht erreicht ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass eine Aufnahmeoberfläche des Aufnahmebereichs zur direkten Auftragung des Optikkörpers als Reflexionsbeschichtung eingerichtet, vorzugsweise hartspröde beschichtet, wird.
Die oberste Schicht des Aufnahmebereichs, d. h. die Aufnahmeoberfläche, ist vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass der Optikkörper in Form einer Reflexionsbeschichtung auf diese Aufnahmeoberfläche aufgetragen werden kann. Hierzu kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Aufnahmeoberfläche durch eine hartspröde Beschichtung des Aufnahmebereichs ausgebildet wird. Dies ermöglicht die Ausbildung des Optikkörpers auf einem hartspröden Aufnahmebereich, was zu einer besonders stabilen und zuverlässigen Anbringung des Optikkörpers an dem Aufnahmebereich führt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kühlverfahren zur Kühlung eines Optikkörpers mit den in Anspruch 23 genannten Merkmalen.
Bei dem erfindungsgemäßen Kühlverfahren zur Kühlung eines Optikkörpers ist vorgesehen, dass der Optikkörper durch einen Aufnahmebereich auf einem Grundkörper wärmeleitend angeordnet wird und dem Grundkörper mittels eines in wenigstens einem Kühlkanal des Grundkörpers fließenden Kühlmediums Wärmeenergie entzogen wird. Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass der wenigstens eine Kühlkanal von dem Kühlmedium wenigstens annähernd turbulenzfrei durchströmt wird.
Vorzugsweise wird der Kühlkanal derart gestaltet, dass das Kühlmedium vollständig turbulenzfrei durch den Kühlkanal strömt.
Eine turbulenzarme und vorzugsweise turbulenzfreie Strömung in dem Kühlkanal hat den Vorteil, dass Schwingungen vermieden werden können, welche durch Turbulenzen in der Strömung von dem Kühlmedium auf den Kühlkörper und damit unter Umständen auf den Optikkörper übertragen werden können. Hierdurch kann beispielsweise eine Abbildungsqualität einer Optik, deren Bestandteil der Optikkörper sein kann, verbessert werden.
Eine turbulenzfreie Durchströmung des Kühlkanals hat den Vorteil, dass das Kühlmedium mit einem im Vergleich zu einer turbulenten Strömung, geringeren Druck beaufschlagt werden muss, was zu einer geringeren Beanspruchung der mechanischen Komponenten des Grundkörpers führt. Hierdurch wird eine größere Flexibilität bei der geometrischen Gestaltung des Grundkörpers und zugleich ein geringeres Risiko für das Auftreten von Undichtigkeiten erreicht.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlverfahrens kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Kühlkanal von dem Kühlmedium mit einem Druck von 2 bar bis 20 bar, vorzugsweise 4 bar bis 12 bar, besonders bevorzugt 8 bar bis 9 bar, vorzugsweise 8,5 bar beaufschlagt wird.
Im Rahmen der Erfindung haben sich die vorgenannten Werte für den Druck als besonders vorteilhafter Kompromiss zwischen einer mindestens zu erzielenden Strömungsgeschwindigkeit bzw. einem mindestens zu erzielenden Wärmeaustausch und zugleich einer hinreichend geringen Druckbeaufschlagung zur Vermeidung einer übermäßigen Beanspruchung des Grundkörpers herausgestellt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlverfahrens kann vorgesehen sein, dass das Kühlmedium dem wenigstens einen Kühlkanal durch wenigstens eine metallische Anschlusseinrichtung zugeführt wird.
Die Zuführung durch eine metallische Anschlusseinrichtung hat den Vorteil, dass die metallische Anschlusseinrichtungen eine besonders zuverlässige Zuführung ermöglicht und die Gefahr von Undichtigkeiten gering ist.
Das erfindungsgemäße Kühlverfahren und seine Weiterbildungen werden insbesondere durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche insbesondere durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde, ermöglicht. Besonders durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird bei der Ausbildung der Kühlkanäle eine große Flexibilität bei der geometrischen Gestaltung derselben ermöglicht.
Insbesondere wenn vorgesehen ist, dass der Grundkörper aus zwei Halbschalen ausgebildet ist und die Form der Kühlkanäle durch Vertiefungen in einer der beiden Halbschalen vorgegeben ist, wird eine besonders große Vielzahl an möglichen Formen für die Kühlkanäle ermöglicht und diese können insbesondere strömungsoptimiert ausgebildet sein.
Strömungsoptimiert ausgebildete Kühlkanäle der erfindungsgemäßen Vorrichtung haben zusätzlich den Vorteil, dass zur Durchströmung derselben mit dem Kühlmedium lediglich ein vergleichsweise geringer Druck aufgebracht werden muss, so dass der wenigstens eine Kühlkanal turbulenzfrei bzw. wenigstens annähernd turbulenzfrei durchströmt werden kann.
Es kann bei dem Kühlverfahren vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Kühlkanal von dem Kühlmedium mit einem flächenbezogenen Volumenstrom von 0,001 bis 10, vorzugsweise 0,01 bis 1, besonders bevorzugt 0,03 bis 0,1, Liter pro Sekunde und Quadratzentimeter der Querschnittsfläche durchflossen wird. Hierdurch kann eine besonders effiziente Kühlung erreicht werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein optisches Element, insbesondere für die Mikrolithografie mit den in den Ansprüchen 26 genannten Merkmalen.
Das erfindungsgemäße optische Element, insbesondere für die Mikrolithografie, weist wenigstens einen Grundkörper, einen an dem Grundkörper angeordneten Aufnahmebereich und einen an dem Aufnahmebereich angeordneten Optikkörper auf, wobei der Grundkörper zur Kühlung des Aufnahmebereichs und/oder des Optikkörpers eingerichtet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Aufnahmebereich aus einem hartspröden Material ausgebildet ist.
Das erfindungsgemäße optische Element hat den Vorteil, dass es, dadurch dass der Aufnahmebereich aus einem hartspröden Material ausgebildet ist, eine besonders zuverlässige und stabile, insbesondere wenig driftanfällige, Verbindung des Optikkörpers mit dem Aufnahmebereich und damit mit dem Grundkörper aufweist. Hierdurch zeigt das erfindungsgemäße optische Element eine besonders hohe Funktionssicherheit.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen optischen Elements kann vorgesehen sein, dass der Optikkörper aus einer auf dem Aufnahmebereich aufgebrachten optischen Oberflächenschicht ausgebildet ist.
Es kann von Vorteil sein, wenn der Optikkörper lediglich aus einer auf dem Aufnahmebereich aufgebrachten optischen Oberflächenschicht ausgebildet ist, da Optikkörper, insbesondere für die Mikrolithografie durch Beschichtungsverfahren besonders präzise mit den gewünschten Eigenschaften ausgebildet werden können.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen optischen Elements kann vorgesehen sein, dass die optische Oberfläche als Reflexionsschicht ausgebildet ist.
Die Ausbildung der optischen Oberfläche als Reflexionsschicht hat den Vorteil, dass das optische Element hierdurch als Spiegel einsetzbar ist.
Es kann vorgesehen sein, dass die Reflexionsschicht EUV-Licht-reflektierend ausgebildet ist. Hierdurch kann das optische Element als optisches Element in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage eingesetzt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen optischen Elements kann vorgesehen sein, dass die optische Oberfläche als Reflexionsschichtsystem ausgebildet ist und/oder eine Molybdän-Silizium-Multilagenschicht aufweist.
Eine Ausbildung der optischen Oberfläche als Reflexionsschichtsystem hat den Vorteil, dass hierdurch ein Reflexionsgrad, insbesondere in einem Wellenlängenbereich der EUV-Strahlung, besonders hoch ausgebildet werden kann. In besonderer Weise eigenen sich Molybdän-Silizium-Multilagenschichten, um ein hocheffizient reflektierendes Schichtsystem auszubilden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen optischen Elements kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Aufnahmebereich, vorzugsweise monolithisch, durch den Grundkörper ausgebildet ist.
Eine Ausbildung des Aufnahmebereichs durch den Grundkörper selbst hat den Vorteil, dass eine Verbindung zwischen dem Aufnahmebereich und dem Grundkörper vermieden werden kann, wodurch der Aufnahmebereich und der Grundkörper besonders stabil aneinander verbunden sind, wodurch beispielsweise Driftbewegungen vermieden werden können. Ferner lässt sich dadurch eine Wärmeableitung besonders effizient erreichen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen optischen Elements kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Aufnahmebereich mit dem Grundkörper durch wenigstens eine Aufnahmeverbindungsschicht verbunden ist.
Die Aufnahmeverbindungsschicht hat den Vorteil, dass hierdurch eine höhere Flexibilität bei der Auswahl der Materialien zur Ausbildung des Aufnahmebereichs und des Grundkörpers erzielt werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen optischen Elements kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Aufnahmeverbindungsschicht ein Glas aufweist.
Die Verwendung von Glas zur Ausbildung der Aufnahmeverbindungsschicht ermöglicht den Einsatz eines anodischen Bondverfahrens. Hierdurch kann insbesondere ein hartspröder Aufnahmebereich mit einem metallischen Grundkörper besonders vorteilhaft verbunden werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen optischen Elements kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Aufnahmeverbindungsschicht mit dem Grundkörper durch Bonden verbunden ist.
Durch Bondverfahren können eine Vielzahl von Materialien, welche die Aufnahmeverbindungsschicht ausbilden bzw. einen Grundkörper ausbilden, miteinander verbunden werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen optischen Elements kann vorgesehen sein, dass eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 vorgesehen ist, wobei der Grundkörper ein Grundkörper der Vorrichtung ist.
Hierdurch kann eine besonders hohe Funktionssicherheit des optischen Elements erreicht werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Lithografiesystem, insbesondere eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie, mit den in Anspruch 35 genannten Merkmalen.
Das erfindungsgemäße Lithografiesystem, insbesondere eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie mit einem Beleuchtungssystem mit einer Strahlungsquelle sowie einer Optik, welche wenigstens ein optisches Element aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eines der optischen Elemente eine erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist und/oder wenigstens eines der optischen Elemente eine Vorrichtung aufweist, welche mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist und/oder wenigstens eines der optischen Elemente mit einem erfindungsgemäßen Kühlverfahren gekühlt ist und/oder wenigstens eines der optischen Elemente ein erfindungsgemäßes optisches Element ist.
Das erfindungsgemäße Lithografiesystem hat den Vorteil, dass es effizient kühlbare bzw. temperierbare optische Elemente aufweist, welche zugleich sehr stabil miteinander verbundene Bauteile aufweisen. Hierdurch wird eine temperaturbedingte und/oder alterungsbedingte Drift der optischen Elemente minimiert, wodurch eine Einsatzdauer und eine Zuverlässigkeit des Lithografiesystems erhöht ist.
Im Rahmen der Erfindung ist ferner der Begriff des Kühlens bzw. der Kühlung im Sinne einer Erhaltung einer konstanten Temperatur des Optikkörpers zu verstehen. Aufgrund eines Eintrages von Strahlungsenergie bei der Interaktion des Optikkörpers mit einer Strahlung kann eine Erhaltung einer konstanten Temperatur insbesondere eine Kühlung umfassen. Allerdings kann die Erhaltung einer konstanten Temperatur auch eine Beheizung umfassen, welche durch die Gegenstände der Erfindung ebenso wie die Kühlung bewirkt werden kann.
Merkmale, die im Zusammenhang mit einem der Gegenstände der Erfindung, namentlich gegeben durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, das erfindungsgemäße Verfahren, das erfindungsgemäße Kühlverfahren, das erfindungsgemäße optische Element oder das erfindungsgemäße Lithografiesystem, beschrieben wurden, sind auch für die anderen Gegenstände der Erfindung vorteilhaft umsetzbar. Ebenso können Vorteile, die im Zusammenhang mit einem der Gegenstände der Erfindung genannt wurden, auch auf die anderen Gegenstände der Erfindung bezogen verstanden werden.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass Begriffe wie „umfassend“, „aufweisend“ oder „mit“ keine anderen Merkmale oder Schritte ausschließen. Ferner schließen Begriffe wie „ein“ oder „das“, die auf eine Einzahl von Schritten oder Merkmalen hinweisen, keine Mehrzahl von Merkmalen oder Schritten aus - und umgekehrt.
In einer puristischen Ausführungsform der Erfindung kann allerdings auch vorgesehen sein, dass die in der Erfindung mit den Begriffen „umfassend“, „aufweisend“ oder „mit“ eingeführten Merkmale abschließend aufgezählt sind. Dementsprechend kann eine oder können mehrere Aufzählungen von Merkmalen im Rahmen der Erfindung als abgeschlossen betrachtet werden, beispielsweise jeweils für jeden Anspruch betrachtet. Die Erfindung kann beispielsweise ausschließlich aus den in Anspruch 1 genannten Merkmalen bestehen.
Es sei erwähnt, dass Bezeichnungen wie „erstes“ oder „zweites“ etc. vornehmlich aus Gründen der Unterscheidbarkeit von jeweiligen Vorrichtungs- oder Verfahrensmerkmalen verwendet werden und nicht unbedingt andeuten sollen, dass sich Merkmale gegenseitig bedingen oder miteinander in Beziehung stehen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Die Figuren zeigen jeweils bevorzugte Ausführungsbeispiele, in denen einzelne Merkmale der vorliegenden Erfindung in Kombination miteinander dargestellt sind. Merkmale eines Ausführungsbeispiels sind auch losgelöst von den anderen Merkmalen des gleichen Ausführungsbeispiels umsetzbar und können dementsprechend von einem Fachmann ohne Weiteres zu weiteren sinnvollen Kombinationen und Unterkombinationen mit Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele verbunden werden.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:

1 eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage im Meridionalschnitt;
2 eine DUV-Projektionsbelichtungsanlage;
3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und einen Optikkörper;
4 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
5 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
6 eine schematische Darstellung eines Teilschritts eines Bondverfahrens; und
7 eine schematische Darstellung eines weiteren Teilschritts eines Bondverfahrens.

Im Folgenden werden zunächst unter Bezugnahme auf 1 exemplarisch die wesentlichen Bestandteile einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 100 für die Mikrolithografie als Beispiel für ein Lithografiesystem beschrieben. Die Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der EUV-Projektionsbelichtungsanlage 100 sowie deren Bestandteile sei hierbei nicht einschränkend verstanden.
Ein Beleuchtungssystem 101 der EUV-Projektionsbelichtungsanlage 100 weist neben einer Strahlungsquelle 102 eine Beleuchtungsoptik 103 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 104 in einer Objektebene 105 auf. Belichtet wird hierbei ein im Objektfeld 104 angeordnetes Retikel 106. Das Retikel 106 ist von einem Retikelhalter 107 gehalten. Der Retikelhalter 107 ist über einen Retikelverlagerungsantrieb 108 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar.
In 1 ist zur Erläuterung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Richtung verläuft senkrecht in die Zeichenebene hinein. Die y-Richtung verläuft horizontal und die z-Richtung verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in 1 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 105.
Die EUV-Projektionsbelichtungsanlage 100 umfasst eine Projektionsoptik 109. Die Projektionsoptik 109 dient zur Abbildung des Objektfeldes 104 in ein Bildfeld 110 in einer Bildebene 111. Die Bildebene 111 verläuft parallel zur Objektebene 105. Alternativ ist auch ein von 0° verschiedener Winkel zwischen der Objektebene 105 und der Bildebene 111 möglich.
Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 106 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 110 in der Bildebene 111 angeordneten Wafers 112. Der Wafer 112 wird von einem Waferhalter 113 gehalten. Der Waferhalter 113 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 114 insbesondere längs der y-Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 106 über den Retikelverlagerungsantrieb 108 und andererseits des Wafers 112 über den Waferverlagerungsantrieb 114 kann synchronisiert zueinander erfolgen.
Bei der Strahlungsquelle 102 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 102 emittiert insbesondere EUV-Strahlung 115, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung oder Beleuchtungsstrahlung bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung 115 hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 102 kann es sich um eine Plasmaquelle handeln, zum Beispiel um eine LPP-Quelle („Laser Produced Plasma“, mithilfe eines Lasers erzeugtes Plasma) oder um eine DPP-Quelle („Gas Discharged Produced Plasma“, mittels Gasentladung erzeugtes Plasma). Es kann sich auch um eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle handeln. Bei der Strahlungsquelle 102 kann es sich um einen Freie-Elektronen-Laser („Free-Electron-Laser“, FEL) handeln.
Die Beleuchtungsstrahlung 115, die von der Strahlungsquelle 102 ausgeht, wird von einem Kollektor 116 gebündelt. Bei dem Kollektor 116 kann es sich um einen Kollektor mit einer oder mit mehreren ellipsoidalen und/oder hyperboloiden Reflexionsflächen handeln. Die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektors 116 kann im streifenden Einfall („Grazing Incidence“, GI), also mit Einfallswinkeln größer als 45°, oder im normalen Einfall („Normal Incidence“, NI), also mit Einfallwinkeln kleiner als 45°, mit der Beleuchtungsstrahlung 115 beaufschlagt werden. Der Kollektor 116 kann einerseits zur Optimierung seiner Reflektivität für die Nutzstrahlung 115 und andererseits zur Unterdrückung von Falschlicht strukturiert und/oder beschichtet sein.
Nach dem Kollektor 116 propagiert die Beleuchtungsstrahlung 115 durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 117. Die Zwischenfokusebene 117 kann eine Trennung zwischen einem Strahlungsquellenmodul, aufweisend die Strahlungsquelle 102 und den Kollektor 116, und der Beleuchtungsoptik 103 darstellen.
Die Beleuchtungsoptik 103 umfasst einen Umlenkspiegel 118 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 119. Bei dem Umlenkspiegel 118 kann es sich um einen planen Umlenkspiegel oder alternativ um einen Spiegel mit einer über die reine Umlenkungswirkung hinaus bündelbeeinflussenden Wirkung handeln. Alternativ oder zusätzlich kann der Umlenkspiegel 118 als Spektralfilter ausgeführt sein, der eine Nutzlichtwellenlänge der Beleuchtungsstrahlung 115 von Falschlicht einer hiervon abweichenden Wellenlänge trennt. Sofern der erste Facettenspiegel 119 in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 103 angeordnet ist, die zur Objektebene 105 als Feldebene optisch konjugiert ist, wird dieser auch als Feldfacettenspiegel bezeichnet. Der erste Facettenspiegel 119 umfasst eine Vielzahl von einzelnen ersten Facetten 120, welche im Folgenden auch als Feldfacetten bezeichnet werden. Von diesen Facetten 120 sind in der 1 nur beispielhaft einige dargestellt.
Die ersten Facetten 120 können als makroskopische Facetten ausgeführt sein, insbesondere als rechteckige Facetten oder als Facetten mit bogenförmiger oder teilkreisförmiger Randkontur. Die ersten Facetten 120 können als plane Facetten oder alternativ als konvex oder konkav gekrümmte Facetten ausgeführt sein.
Wie beispielsweise aus der DE 10 2008 009 600 A1 bekannt ist, können die ersten Facetten 120 selbst jeweils auch aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln, insbesondere einer Vielzahl von Mikrospiegeln, zusammengesetzt sein. Der erste Facettenspiegel 119 kann insbesondere als mikroelektromechanisches System (MEMS-System) ausgebildet sein. Für Details wird auf die DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
Zwischen dem Kollektor 116 und dem Umlenkspiegel 118 verläuft die Beleuchtungsstrahlung 115 horizontal, also längs der y-Richtung.
Im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 103 ist dem ersten Facettenspiegel 119 nachgeordnet ein zweiter Facettenspiegel 121. Sofern der zweite Facettenspiegel 121 in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 103 angeordnet ist, wird dieser auch als Pupillenfacettenspiegel bezeichnet. Der zweite Facettenspiegel 121 kann auch beabstandet zu einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 103 angeordnet sein. In diesem Fall wird die Kombination aus dem ersten Facettenspiegel 119 und dem zweiten Facettenspiegel 121 auch als spekularer Reflektor bezeichnet. Spekulare Reflektoren sind bekannt aus der US 2006/0132747 A1 , der EP 1 614 008 B1 und der US 6,573,978 .
Der zweite Facettenspiegel 121 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Facetten 122. Die zweiten Facetten 122 werden im Falle eines Pupillenfacettenspiegels auch als Pupillenfacetten bezeichnet.
Bei den zweiten Facetten 122 kann es sich ebenfalls um makroskopische Facetten, die beispielsweise rund, rechteckig oder auch hexagonal berandet sein können, oder alternativ um aus Mikrospiegeln zusammengesetzte Facetten handeln. Diesbezüglich wird ebenfalls auf die DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
Die zweiten Facetten 122 können plane oder alternativ konvex oder konkav gekrümmte Reflexionsflächen aufweisen.
Die Beleuchtungsoptik 103 bildet somit ein doppelt facettiertes System. Dieses grundlegende Prinzip wird auch als Fliegenaugeintegrator („Fly's Eye Integrator“) bezeichnet.
Es kann vorteilhaft sein, den zweiten Facettenspiegel 121 nicht exakt in einer Ebene, welche zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik 109 optisch konjugiert ist, anzuordnen.
Mit Hilfe des zweiten Facettenspiegels 121 werden die einzelnen ersten Facetten 120 in das Objektfeld 104 abgebildet. Der zweite Facettenspiegel 121 ist der letzte bündelformende oder auch tatsächlich der letzte Spiegel für die Beleuchtungsstrahlung 115 im Strahlengang vor dem Objektfeld 104.
Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung der Beleuchtungsoptik 103 kann im Strahlengang zwischen dem zweiten Facettenspiegel 121 und dem Objektfeld 104 eine Übertragungsoptik angeordnet sein, die insbesondere zur Abbildung der ersten Facetten 120 in das Objektfeld 104 beiträgt. Die Übertragungsoptik kann genau einen Spiegel, alternativ aber auch zwei oder mehr Spiegel aufweisen, welche hintereinander im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 103 angeordnet sind. Die Übertragungsoptik kann insbesondere einen oder zwei Spiegel für senkrechten Einfall (NI-Spiegel, „Normal Incidence“-Spiegel) und/oder einen oder zwei Spiegel für streifenden Einfall (Gl-Spiegel, „Gracing Incidence“-Spiegel) umfassen.
Die Beleuchtungsoptik 103 hat bei der Ausführung, die in der 1 gezeigt ist, nach dem Kollektor 116 genau drei Spiegel, nämlich den Umlenkspiegel 118, den Feldfacettenspiegel 119 und den Pupillenfacettenspiegel 121.
Bei einer weiteren Ausführung der Beleuchtungsoptik 103 kann der Umlenkspiegel 118 auch entfallen, so dass die Beleuchtungsoptik 103 nach dem Kollektor 116 dann genau zwei Spiegel aufweisen kann, nämlich den ersten Facettenspiegel 119 und den zweiten Facettenspiegel 121.
Die Abbildung der ersten Facetten 120 mittels der zweiten Facetten 122 beziehungsweise mit den zweiten Facetten 122 und einer Übertragungsoptik in die Objektebene 105 ist regelmäßig nur eine näherungsweise Abbildung.
Die Projektionsoptik 109 umfasst eine Mehrzahl von Spiegeln Mi, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der EUV-Projektionsbelichtungsanlage 100 durchnummeriert sind.
Bei dem in der 1 dargestellten Beispiel umfasst die Projektionsoptik 109 sechs Spiegel M1 bis M6. Alternativen mit vier, acht, zehn, zwölf oder einer anderen Anzahl an Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Der vorletzte Spiegel M5 und der letzte Spiegel M6 haben jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 115. Bei der Projektionsoptik 109 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Die Projektionsoptik 109 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0,5 und die auch größer sein kann als 0,6 und die beispielsweise 0,7 oder 0,75 betragen kann.
Reflexionsflächen der Spiegel Mi können als Freiformflächen ohne Rotationssymmetrieachse ausgeführt sein. Alternativ können die Reflexionsflächen der Spiegel Mi als asphärische Flächen mit genau einer Rotationssymmetrieachse der Reflexionsflächenform gestaltet sein. Die Spiegel Mi können, genauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik 103, hoch reflektierende Beschichtungen für die Beleuchtungsstrahlung 115 aufweisen. Diese Beschichtungen können als Multilayer-Beschichtungen, insbesondere mit alternierenden Lagen aus Molybdän und Silizium, gestaltet sein.
Die Projektionsoptik 109 hat einen großen Objekt-Bildversatz in der y-Richtung zwischen einer y-Koordinate eines Zentrums des Objektfeldes 104 und einer y-Koordinate des Zentrums des Bildfeldes 110. Dieser Objekt-Bild-Versatz in der y-Richtung kann in etwa so groß sein wie ein z-Abstand zwischen der Objektebene 105 und der Bildebene 111.
Die Projektionsoptik 109 kann insbesondere anamorphotisch ausgebildet sein. Sie weist insbesondere unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe βx, βy in x- und y-Richtung auf. Die beiden Abbildungsmaßstäbe βx, βy der Projektionsoptik 109 liegen bevorzugt bei (βx, βy) = (+/- 0,25, +/- 0,125). Ein positiver Abbildungsmaßstab β bedeutet eine Abbildung ohne Bildumkehr. Ein negatives Vorzeichen für den Abbildungsmaßstab β bedeutet eine Abbildung mit Bildumkehr.
Die Projektionsoptik 109 führt somit in x-Richtung, das heißt in Richtung senkrecht zur Scanrichtung, zu einer Verkleinerung im Verhältnis 4:1.
Die Projektionsoptik 109 führt in y-Richtung, das heißt in Scanrichtung, zu einer Verkleinerung von 8:1.
Andere Abbildungsmaßstäbe sind ebenso möglich. Auch vorzeichengleiche und absolut gleiche Abbildungsmaßstäbe in x- und y-Richtung, zum Beispiel mit Absolutwerten von 0,125 oder von 0,25, sind möglich.
Die Anzahl von Zwischenbildebenen in der x- und in der y-Richtung im Strahlengang zwischen dem Objektfeld 104 und dem Bildfeld 110 kann gleich sein oder kann, je nach Ausführung der Projektionsoptik 109, unterschiedlich sein. Beispiele für Projektionsoptiken mit unterschiedlichen Anzahlen derartiger Zwischenbilder in x- und y-Richtung sind bekannt aus der US 2018/0074303 A1 .
Jeweils eine der Pupillenfacetten 122 ist genau einer der Feldfacetten 120 zur Ausbildung jeweils eines Beleuchtungskanals zur Ausleuchtung des Objektfeldes 104 zugeordnet. Es kann sich hierdurch insbesondere eine Beleuchtung nach dem Köhlerschen Prinzip ergeben. Das Fernfeld wird mit Hilfe der Feldfacetten 120 in eine Vielzahl an Objektfeldern 104 zerlegt. Die Feldfacetten 120 erzeugen eine Mehrzahl von Bildern des Zwischenfokus auf den diesen jeweils zugeordneten Pupillenfacetten 122.
Die Feldfacetten 120 werden jeweils von einer zugeordneten Pupillenfacette 122 einander überlagernd zur Ausleuchtung des Objektfeldes 104 auf das Retikel 106 abgebildet. Die Ausleuchtung des Objektfeldes 104 ist insbesondere möglichst homogen. Sie weist vorzugsweise einen Uniformitätsfehler von weniger als 2% auf. Die Felduniformität kann über die Überlagerung unterschiedlicher Beleuchtungskanäle erreicht werden.
Durch eine Anordnung der Pupillenfacetten kann geometrisch die Ausleuchtung der Eintrittspupille der Projektionsoptik 109 definiert werden. Durch Auswahl der Beleuchtungskanäle, insbesondere der Teilmenge der Pupillenfacetten, die Licht führen, kann die Intensitätsverteilung in der Eintrittspupille der Projektionsoptik 109 eingestellt werden. Diese Intensitätsverteilung wird auch als Beleuchtungssetting bezeichnet.
Eine ebenfalls bevorzugte Pupillenuniformität im Bereich definiert ausgeleuchteter Abschnitte einer Beleuchtungspupille der Beleuchtungsoptik 103 kann durch eine Umverteilung der Beleuchtungskanäle erreicht werden.
Im Folgenden werden weitere Aspekte und Details der Ausleuchtung des Objektfeldes 104 sowie insbesondere der Eintrittspupille der Projektionsoptik 109 beschrieben.
Die Projektionsoptik 109 kann insbesondere eine homozentrische Eintrittspupille aufweisen. Diese kann zugänglich sein. Sie kann auch unzugänglich sein.
Die Eintrittspupille der Projektionsoptik 109 lässt sich regelmäßig mit dem Pupillenfacettenspiegel 121 nicht exakt ausleuchten. Bei einer Abbildung der Projektionsoptik 109, welche das Zentrum des Pupillenfacettenspiegels 121 telezentrisch auf den Wafer 112 abbildet, schneiden sich die Aperturstrahlen oftmals nicht in einem einzigen Punkt. Es lässt sich jedoch eine Fläche finden, in welcher der paarweise bestimmte Abstand der Aperturstrahlen minimal wird. Diese Fläche stellt die Eintrittspupille oder eine zu ihr konjugierte Fläche im Ortsraum dar. Insbesondere zeigt diese Fläche eine endliche Krümmung.
Es kann sein, dass die Projektionsoptik 109 unterschiedliche Lagen der Eintrittspupille für den tangentialen und für den sagittalen Strahlengang aufweist. In diesem Fall sollte ein abbildendes Element, insbesondere ein optisches Bauelement der Übertragungsoptik, zwischen dem zweiten Facettenspiegel 121 und dem Retikel 106 bereitgestellt werden. Mit Hilfe dieses optischen Bauelements kann die unterschiedliche Lage der tangentialen Eintrittspupille und der sagittalen Eintrittspupille berücksichtigt werden.
Bei der in der 1 dargestellten Anordnung der Komponenten der Beleuchtungsoptik 103 ist der Pupillenfacettenspiegel 121 in einer zur Eintrittspupille der Projektionsoptik 109 konjugierten Fläche angeordnet. Der erste Feldfacettenspiegel 119 ist verkippt zur Objektebene 105 angeordnet. Der erste Facettenspiegel 119 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom Umlenkspiegel 118 definiert ist.
Der erste Facettenspiegel 119 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom zweiten Facettenspiegel 121 definiert ist.
In 2 ist eine beispielhafte DUV-Projektionsbelichtungsanlage 200 dargestellt. Die DUV-Projektionsbelichtungsanlage 200 weist ein Beleuchtungssystem 201, eine Retikelstage 202 genannten Einrichtung zur Aufnahme und exakten Positionierung eines Retikels 203, durch welches die späteren Strukturen auf einem Wafer 204 bestimmt werden, einen Waferhalter 205 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung des Wafers 204 und eine Abbildungseinrichtung, nämlich eine Projektionsoptik 206, mit mehreren optischen Elementen, insbesondere Linsen 207, die über Fassungen 208 in einem Objektivgehäuse 209 der Projektionsoptik 206 gehalten sind, auf.
Alternativ oder ergänzend zu den dargestellten Linsen 207 können diverse refraktive, diffraktive und/oder reflexive optische Elemente, unter anderem auch Spiegel, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen, vorgesehen sein.
Das grundsätzliche Funktionsprinzip der DUV-Projektionsbelichtungsanlage 200 sieht vor, dass die in das Retikel 203 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 204 abgebildet werden.
Das Beleuchtungssystem 201 stellt einen für die Abbildung des Retikels 203 auf den Wafer 204 benötigten Projektionsstrahl 210 in Form elektromagnetischer Strahlung bereit. Als Quelle für diese Strahlung kann ein Laser, eine Plasmaquelle oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung wird in dem Beleuchtungssystem 201 über optische Elemente so geformt, dass der Projektionsstrahl 210 beim Auftreffen auf das Retikel 203 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist.
Mittels des Projektionsstrahls 210 wird ein Bild des Retikels 203 erzeugt und von der Projektionsoptik 206 entsprechend verkleinert auf den Wafer 204 übertragen. Dabei können das Retikel 203 und der Wafer 204 synchron verfahren werden, so dass praktisch kontinuierlich während eines sogenannten Scanvorganges Bereiche des Retikels 203 auf entsprechende Bereiche des Wafers 204 abgebildet werden.
Optional kann ein Luftspalt zwischen der letzten Linse 207 und dem Wafer 204 durch ein flüssiges Medium ersetzt sein, welches einen Brechungsindex größer 1,0 aufweist. Das flüssige Medium kann beispielsweise hochreines Wasser sein. Ein solcher Aufbau wird auch als Immersionslithographie bezeichnet und weist eine erhöhte photolithographische Auflösung auf.
Die Verwendung der Erfindung ist nicht auf den Einsatz in Projektionsbelichtungsanlagen 100, 200, insbesondere auch nicht mit dem beschriebenen Aufbau, beschränkt. Die Erfindung eignet sich für beliebige Lithografiesysteme bzw. Mikrolithografiesysteme, insbesondere jedoch für Projektionsbelichtungsanlagen, mit dem beschriebenen Aufbau. Die Erfindung eignet sich auch für EUV-Projektionsbelichtungsanlagen, welche eine geringere bildseitige numerische Apertur als jene, die im Zusammenhang mit 1 beschrieben ist, sowie keinen obskurierten Spiegel M5 und/oder M6 aufweisen. Insbesondere eignet sich die Erfindung auch für EUV-Projektionsbelichtungsanlagen, welche eine bildseitige numerische Apertur von 0,25 bis 0,5, vorzugsweise 0,3 bis 0,4, besonders bevorzug 0,33, aufweisen. Die Erfindung sowie die nachfolgenden Ausführungsbeispiele sind ferner nicht auf eine spezifische Bauform beschränkt zu verstehen.
Die nachfolgenden Figuren stellen die Erfindung lediglich beispielhaft und stark schematisiert dar.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zur Aufnahme und Kühlung eines Optikkörpers 2. Die Vorrichtung 1 weist einen Grundkörper 3, wenigstens einen wärmeleitend an dem Grundkörper 3 angeordneten Aufnahmebereich 4 zur Aufnahme des Optikkörpers 2, wenigstens einen in dem Grundkörper 3 verlaufenden Kühlkanal 5 zur Leitung eines Kühlmediums 6 und wenigstens eine Anschlusseinrichtung 7 zur Zuführung und/oder Abführung des Kühlmediums 6 zu und/oder von dem wenigstens einen Kühlkanal 5 auf. Ferner ist die wenigstens eine Anschlusseinrichtung 7 wenigstens teilweise aus einem metallischen Material ausgebildet.
Die Vorrichtung 1 ist in 3 als Teil eines an späterer Stelle beschriebenen optischen Elements 16 dargestellt und weist ebenfalls an späterer Stelle beschriebene Schutzschichten 20 auf.
Bei dem optischen Element 16 kann es sich insbesondere um ein optisches element handeln, welches bei einem Lithografiesystem, insbesondere bei einer Projektionsbelichtungsanlage 100, 200 verwendet wird.
In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 3 teilweise aus einem hartspröden Material ausgebildet und der Aufnahmebereich 4 ist vollständig aus einem hartspröden Material ausgebildet.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der Grundkörper 3 und/oder der Aufnahmebereich 4 teilweise oder vollständig aus einem hartspröden Material ausgebildet sind.
In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 3 mit dem Aufnahmebereich 4 durch eine Aufnahmeverbindungsschicht 8 verbunden, welche vorzugsweise durch Bonden ausgebildet ist.
Ferner weist in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Aufnahmebereich 4 eine Aufnahmeoberfläche 9 auf, welche zur direkten Auftragung des Optikkörpers 2 als Reflexionsbeschichtung 2a eingerichtet ist. In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind ferner der Grundkörper 3 und der Aufnahmebereich 4 teilweise oder vollständig aus, insbesondere amorphem, Silizium ausgebildet.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper 3 und/oder der Aufnahmebereich 4 teilweise oder vollständig aus, insbesondere amorphem, Silizium und/oder Siliziumoxid und/oder Siliziumkarbid und/oder reaktionsgebundenem siliziuminfiltriertem Siliziumkarbid (SiSiC) ausgebildet sind.
Darüber hinaus weist der Grundkörper 3 in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eine erste Halbschale 10 und eine zweite Halbschale 11 auf, welche durch eine Verbindungsschicht 12 verbunden sind.
Die erste Halbschale 10 weist hierbei an der der zweiten Halbschale 11 zugewandten Seite Vertiefungen auf, welche den Kühlkanal 5 ausbilden.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die erste Halbschale 10 und/oder die zweite Halbschale 11 an einander zugewandten Seiten Vertiefungen aufweisen, welche wenigstens einen Kühlkanal 5 ausbilden.
Ferner ist in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel die Verbindungsschicht 12 durch Bonden ausgebildet.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1.
Hierbei weist der wenigstens eine Kühlkanal 5 entlang einer Flussrichtung des Kühlmediums 6 lokale, insbesondere bogenförmige, Krümmungen zu Änderung der Flussrichtung des Kühlmediums 6 mit Krümmungsradien von wenigstens 0,1 cm, vorzugsweise wenigstens 0,5 cm, besonders bevorzugt wenigstens 1 cm auf.
Alternativ oder zusätzlich kann, wie in 4 dargestellt, wenigstens ein Strömungsleitelement 13 vorgesehen sein.
Ferner ist der Kühlkanal 5 vorzugsweise dazu eingerichtet, das Kühlmedium 6 in einer laminaren Strömung zu leiten.
In nicht dargestellter Weise kann ferner vorgesehen sein, dass zur Änderung der Flussrichtung des Kühlmediums 6 direkt aneinandergrenzende Bereiche des Kühlkanals 5 einen Winkel von mehr als 90°, vorzugsweise mehr als 135°, einschließen. So kann anstelle eines gebogenen, glatten Verlaufes des Kühlkanals 5 mit den vorbeschriebenen Krümmungsradien, wie er in 4 dargestellt ist, auch die Verwendung von hinreichend stumpfen Winkeln zwischen angrenzenden Abschnitten des Kühlkanals 5 vorgesehen sein.
In dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 3 aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise Aluminium und/oder Stahl ausgebildet. Der Vorteil ist hierbei, dass die Anbindung einer zuführenden Kühlmediumleitung durch die Anschlusseinrichtung 7 in einer gewünschten Druckstufe, beispielsweise 8 bar sicher funktioniert.
Nachteilig an dem metallischen Grundkörper 3 ist, dass sich beispielsweise bei der Verwendung von Aluminium Schwierigkeiten bei einer Fertigung einer Optikfläche ergeben können und es von Vorteil ist, eine amorphe Siliziumschicht aufzubringen. Diese Schicht, welche beispielsweise den Aufnahmebereich 4 ausbilden kann, ist in den optischen Eigenschaften stark von der Güte des Grundkörpers 3 abhängig. Ist der Grundkörper 3 aus Aluminium gefertigt, so ist eine prozessstabile Polierung der Oberfläche des Grundkörpers 3 nach EUV-Optikspezifikationen erschwert. Es ist demnach von Vorteil, wenn der Aufnahmebereich als weitere Schicht bzw. als weiterer Körper aus amorphem Silizium ausgebildet ist, welcher insbesondere durch Bonden an dem Grundkörper angeordnet wird.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine weitere möglich Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1.
In dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die wenigstens eine Anschlusseinrichtung 7 mit dem Grundkörper 3 durch wenigstens eine Anschlussverbindungsschicht 14 verbunden.
Ferner ist in dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel die wenigstens eine Anschlussverbindungsschicht 14 mit dem Grundkörper 3 einerseits und der Anschlusseinrichtung 7 andererseits durch Bonden verbunden.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Anschlussverbindungsschicht 14 mit dem Grundkörper 3 oder der Anschlusseinrichtung 7 durch Bonden verbunden ist.
Ferner weist die wenigstens eine Anschlussverbindungsschicht 14 ein Glas auf.
In dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ferner eine Perfusionseinrichtung 15 vorgesehen, um den wenigstens einen Kühlkanal 5 mit dem Kühlmedium 6 zu beaufschlagen und/oder zu durchströmen.
Die Perfusionseinrichtung 15 kann auch als Teil der Ausführungsbeispiele gemäß den 3 und 4 vorgesehen sein.
Die in den 3, 4 und 5 dargestellten Vorrichtungen 1 können vorzugsweise durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung 1 hergestellt werden.
Bei dem Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung 1 zur Aufnahme und Kühlung des Optikkörpers 2, wobei die Vorrichtung 1 den Grundkörper 3 aufweist, ist vorgesehen, dass in dem Grundkörper 3 wenigstens ein Kühlkanal 5 zur Leitung des Kühlmediums 6 ausgebildet wird. Ferner wird wenigstens eine Anschlusseinrichtung 7 zur Zuführung und/oder Abführung des Kühlmediums 6 zu und/oder von dem wenigstens einen Kühlkanal 5 an dem Grundkörper 3 angeordnet wird. Der wenigstens eine Aufnahmebereich 4 wird zur Aufnahme des Optikkörpers 2 wärmeleitend an dem Grundkörper 3 angeordnet wird. Die wenigstens eine Anschlusseinrichtung 7 wird wenigstens teilweise aus einem metallischen Material ausgebildet.
Bei dem Verfahren ist vorzugsweise vorgesehen, dass die wenigstens eine Anschlusseinrichtung 7 mit dem Grundkörper 3 durch die wenigstens eine, vorzugsweise glashaltige Anschlussverbindungsschicht 14 verbunden wird.
Ferner wird vorzugsweise die wenigstens eine Anschlussverbindungsschicht 14 mit dem Grundkörper 3 einerseits und/oder der Anschlusseinrichtung 7 andererseits mittels eines Bondverfahrens verbunden.
Ferner wird bei dem Verfahren vorzugsweise der Grundkörper 3 wenigstens teilweise oder vollständig aus einem hartspröden Material ausgebildet.
Ferner wird bei dem Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung 1 vorzugsweise der Grundkörper 3 durch Verbindung der ersten Halbschale 10 und der zweiten Halbschale 11 ausgebildet.
Insbesondere wenn die erste Halbschale 10 und die zweite Halbschale 11 aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sind, können die erste Halbschale 10 und die zweite Halbschale 11 vorzugsweise durch ein Bondverfahren verbunden werden.
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung 1 werden ferner vorzugsweise in die erste Halbschale 10 und/oder die zweite Halbschale 11 an einander zugewandten Seiten Vertiefungen eingebracht, welche den wenigstens einen Kühlkanal 5 ausbilden. Vorzugsweise werden die Vertiefungen mittels eines abtragenden Verfahrens, insbesondere eines Fräsverfahrens, eingebracht.
Ferner kann der Grundkörper 3 mit dem Aufnahmebereich 4 vorzugsweise mittels eines Bondverfahrens verbunden werden. Der Aufnahmebereich 4 kann jedoch auch anderweitig angebunden oder einstückig mit dem Grundkörper 3, insbesondere der ersten Halbschale 10 des Grundkörpers 3, ausgebildet sein.
Bei dem Verfahren wird vorzugsweise ferner die Aufnahmeoberfläche 9 des Aufnahmebereichs 4 zur direkten Auftragung des Optikkörpers 2 als Reflexionsbeschichtung 2a eingerichtet. Dies geschieht vorzugsweise insbesondere dadurch, dass die Aufnahmeoberfläche 9 des Aufnahmebereichs 4 hartspröde beschichtet wird.
Die Vorrichtung 1 und/oder eine mit dem vorbeschriebenen Verfahren hergestellte Vorrichtung 1 eignet sich ganz besonders zur Durchführung eines Kühlverfahrens zur Kühlung eines Optikkörpers 2. Bei dem Verfahren wird der Optikkörper 2 durch einen Aufnahmebereich 4 auf dem Grundkörper 3 wärmeleitend angeordnet. Dem Grundkörper 3 wird dabei mittels eines in dem wenigstens einen Kühlkanal 5 des Grundkörpers 3 fließenden Kühlmediums 6 Wärmeenergie entzogen, wobei der wenigstens eine Kühlkanal 5 von dem Kühlmedium 6 wenigstens annähernd turbulenzfrei durchströmt wird.
Ferner wird bei dem Kühlverfahren der wenigstens eine Kühlkanal 5 von dem Kühlmedium 6 vorzugsweise mit einem Druck von 2 bar bis 20 bar, vorzugsweise 4 bar bis 12 bar, besonders bevorzugt 8 bar bis 9 bar, vorzugsweise 8,5 bar, beaufschlagt.
Ferner wird das Kühlmedium 6 bei dem Kühlverfahren dem wenigstens einen Kühlkanal 5 durch die wenigstens eine metallische Anschlusseinrichtung 7 zugeführt.
Die Vorrichtung 1, das Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung 1 sowie das Kühlverfahren eignen sich insbesondere für ein optisches Element 16, insbesondere für die Mikrolithografie (siehe 1).
Das optische Element 16 weist den Grundkörper 3, den an dem Grundkörper 3 angeordneten Aufnahmebereich 4 und den an dem Aufnahmebereich 4 angeordneten Optikkörper 2 auf, wobei der Grundkörper 3 zur Kühlung des Aufnahmebereichs 4 und/oder des Optikkörpers 2 eingerichtet ist. Der Aufnahmebereich 4 ist hierbei aus einem hartspröden Material ausgebildet.
Ferner ist der Optikkörper 2 aus einer auf dem Aufnahmebereich 4 aufgebrachten optischen Oberflächenschicht 2a ausgebildet. Ferner ist in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel die optische Oberflächenschicht als Reflexionsbeschichtung 2a ausgebildet. Insbesondere ist die optische Oberflächenschicht 2a als Reflexionsschichtsystem ausgebildet und weist eine Molybdän-Silizium-Multilagenschicht auf.
Ferner ist in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel des optischen Elements 16 der wenigstens eine Aufnahmebereich 4 mit dem Grundkörper 3 durch die wenigstens eine Aufnahmeverbindungsschicht verbunden.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Aufnahmebereich 4 vorzugsweise monolithisch durch den Grundkörper 3 ausgebildet ist. Der Grundkörper 3 kann dabei einstückig ausgebildet sein, vorzugsweise jedoch zwei Halbschalen 10, 11 aufweisen.
Ferner weist bei dem optischen Element 16 gemäß 3 die wenigstens eine Aufnahmeverbindungsschicht 8 ein Glas auf und ist vorzugsweise mit dem Grundkörper 3 durch Bonden verbunden.
Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Halbschalen 10 und 11 aus Silizium vorgefertigt und vorzugsweise mittels des Bondverfahrens miteinander verbunden. Ferner sind die Anschlusseinrichtungen 7 mit dem Grundkörper 3 vorzugsweise durch Bonden verbunden, wobei die Verwendung eines Haftvermittlers vorgesehen sein kann.
Vorzugsweise ist in den Ausführungsbeispielen nach 3 und 5 eine Schutzschicht 20 gegen Infiltrationen mit Wasserstoffionen vorgesehen. Vorzugsweise bedeckt die Schutzschicht exponierte Abschnitte der Anschlusseinrichtung 7, des Grundkörper 3, des Aufnahmebereichs 4 und/oder des Optikkörpers 2.
Das Ausführungsbeispiel nach 5 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach 3 dadurch, dass der Aufnahmebereich 4 einstückig mit dem Grundkörper 3, insbesondere der Halbschale 10 ausgebildet ist.
Ein Vorteil der in 5 dargestellten Vorrichtung im Vergleich zu der in 3 dargestellten Vorrichtung ist, dass unter dem Optikkörper 2 keine durch Bonden ausgebildete Verbindungsschicht notwendig ist.
Vielmehr kann der Optikkörper direkt auf die als Aufnahmebereich 4 wirkende obere Halbschale 10, insbesondere durch ein Beschichtungsverfahren, aufgebracht werden.
Das bei dem oder den Bondverfahren zu verwendende Glas kann insbesondere ein Borofloat-Glas sein, welches freie Sauerstoffanteile aufweist. Es kann vorgesehen sein, dass die zu verbondenden Flächen sowohl des Grundkörpers 3 als auch des Glases anpoliert sind und anschließend vorzugsweise durch die in den 6 und 7 dargestellten Schritten miteinander durch das Bondverfahren verbunden werden.
Das optische Element 16 kann vorzugsweise als Bestandteil eine Vorrichtung 1 aufweisen, derart wie diese in den 3 bis 5 dargestellt ist.
Das in 3 dargestellte optische Element 16 ist vorzugsweise als Spiegel ausgebildet. Beide Halbschalen sind vorzugsweise aus reaktionsgebundenem siliziuminfiltriertem Siliziumcarbid (SiSiC) ausgebildet.
Ein solches Design kann in Bezug auf die Fertigung eines optischen Elements 16 bevorzugt sein, da insbesondere auf Materialien wie Silizium bzw. SiSiC eine Optik mit EUV-tauglichen Optik-Spezifikationen gefertigt werden kann. Vorzugsweise ist in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Aufnahmebereich 4 aus Silizium ausgebildet und auf dem Grundkörper 3, welcher aus SiSiC ausgebildet ist, vorzugsweise mittels des Bond-Verfahrens angeordnet.
Zum Schutz vor einer Wasserstoffioneninfiltration des Grundkörpers 3 kann die Ausbildung von, vorstehend bereits erwähnten, Schutzschichten 20 vorgesehen sein, welche beispielsweise als Bleche und/oder als Beschichtungen ausgebildet sein können. Eine Wasserstoffioneninfiltration kann insbesondere bei der Verwendung des optischen Elements 16 als Spiegel in der EUV-Projektionsbelichtungsanlage 100 auftreten.
Es kann vorgesehen sein, dass der Aufnahmebereich 4 eine Dicke von maximal 10 mm aufweist, während zugleich vorgesehen sein kann, dass eine Dicke des Grundkörpers zusammen mit einer Dicke des Aufnahmebereichs weniger als 40 mm beträgt.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung der Vorrichtung 1, wobei die wenigstens eine Anschlussverbindungsschicht 14 mit dem Grundkörper 3 mittels eines Bondverfahrens verbunden wird.
Zur Durchführung des Bondverfahrens wird die Anschlussverbindungsschicht 14 in Form eines Glases, insbesondere eines Hilfsglases, an dem Grundkörper 3 bzw. den Halbschalen 10, 11 angeordnet und auf die Anschlussverbindungsschicht 14 wird eine metallische Hilfsschicht 17 aufgebracht. Die metallische Hilfsschicht 17 wird mit einer Kathode 18 verbunden. Ferner wird der Grundkörper 3, welcher aus einem hartspröden Material ausgebildet ist, mit einer Anode 19 verbunden und es wird eine Spannung zwischen der Kathode 18 und der Anode 19 angelegt, welche 0,1 kV bis 10 kV, vorzugsweise 0,3 kV bis 1 kV, beträgt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der in 6 dargestellte Schritt des Bondverfahrens unter hoher Temperatur, insbesondere über einem Glaserweichungspunkt des die Verbindungsschicht 14 ausbildenden Hilfsglases, durchgeführt wird. Hierbei werden Sauerstoffanteile der glashaltigen Verbindungsschicht 14 als leitende Ladungsträger frei. Hierbei kann ein Bondstrom entstehen, bis alle freien Sauerstoffanteile und/oder weitere negative Ionen in ein Material des Grundkörpers, insbesondere in das Silizium übergehen. An einer Grenzschicht zwischen der Verbindungsschicht 14 und dem Grundkörper 3 kann sich eine sehr feste, nicht mehr ablösbare Verbindung bilden.
Es kann vorgesehen sein, dass das Bondverfahren bzw. der in 6 dargestellte Schritt des Bondverfahrens, bei welchem die Spannung angelegt wird, weniger als eine Stunde lang durchgeführt wird.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Teilschritts des Bondverfahrens.
In dem in 7 dargestellten Teilschritt wird nun die Anschlusseinrichtung 7 auf die Anschlussverbindungsschicht 14 aufgesetzt und die Anschlusseinrichtung 7, welche aus einem metallischen Material ausgebildet ist, wird mit der Anode 19 verbunden. Der Grundkörper 3 wird nunmehr mit der Kathode 18 verbunden. Wiederum wird eine Spannung von 0,1 kV bis 10 kV, vorzugsweise 0,3 kV bis 1,5 kV, angelegt.
Bei dem in 7 dargestellten zweiten Schritt des Bondverfahrens wird die Anschlusseinrichtung 7, welche vorzugsweise aus Aluminium und/oder aus Edelstahl ausgebildet sein kann, an das die Verbindungsschicht 14 ausbildende Hilfsglas angebondet. Die Anschlusseinrichtung 7, zum Beispiel ein Wasseranschluss kann durch die feste Bondverbindung zwischen dem Metall und dem hartspröden Material des Grundkörpers 3 mit einem hohen Kühlmediumsdruck, insbesondere beispielsweise 8 bar, betrieben werden.
Ferner kann der derart hergestellte Grundkörper 3 in einer Optikprozesskette aus optimierten Materialien, wie beispielsweise Silizium, hergestellt werden. Eine optimale Optikperformance und eine optimale Kühlleistung können in einem einzelnen Bauteil realisiert werden.
Bei dem Bondverfahren gemäß den 6 und 7 handelt es sich um Beispiele. Alternativ können weitere Bondverfahren herangezogen werden.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Optikkörper
2a: Reflexionsbeschichtung
3: Grundkörper
4: Aufnahmebereich
5: Kühlkanal
6: Kühlmedium
7: Anschlusseinrichtung
8: Aufnahmeverbindungsschicht
9: Aufnahmeoberfläche
10: erste Halbschale
11: zweite Halbschale
12: Verbindungsschicht
13: Strömungsleitelement
14: Anschlussverbindungsschicht
15: Perfusionseinrichtung
16: optisches Element
17: Hilfsschicht
18: Kathode
19: Anode
20: Schutzschicht
100: EUV-Projektionsbelichtungsanlage
101: Beleuchtungssystem
102: Strahlungsquelle
103: Beleuchtungsoptik
104: Objektfeld
105: Objektebene
106: Retikel
107: Retikelhalter
108: Retikelverlagerungsantrieb
109: Projektionsoptik
110: Bildfeld
111: Bildebene
112: Wafer
113: Waferhalter
114: Waferverlagerungsantrieb
115: EUV- / Nutz- / Beleuchtungsstrahlung
116: Kollektor
117: Zwischenfokusebene
118: Umlenkspiegel
119: erster Facettenspiegel / Feldfacettenspiegel
120: erste Facetten / Feldfacetten
121: zweiter Facettenspiegel / Pupillenfacettenspiegel
122: zweite Facetten / Pupillenfacetten
200: DUV-Projektionsbelichtungsanlage
201: Beleuchtungssystem
202: Retikelstage
203: Retikel
204: Wafer
205: Waferhalter
206: Projektionsoptik
207: Linse
208: Fassung
209: Objektivgehäuse
210: Projektionsstrahl
Mi: Spiegel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008009600 A1 [0177, 0181]
US 20060132747 A1 [0179]
EP 1614008 B1 [0179]
US 6573978 [0179]
US 20180074303 A1 [0198]

Claims

Vorrichtung (1) zur Aufnahme und Kühlung eines Optikkörpers (2) aufweisend - einen Grundkörper (3), - wenigstens einen wärmeleitend an dem Grundkörper (3) angeordneten Aufnahmebereich (4) zur Aufnahme des Optikkörpers (2), - wenigstens einen in dem Grundkörper (3) verlaufenden Kühlkanal (5) zur Leitung eines Kühlmediums (6) und - wenigstens eine Anschlusseinrichtung (7) zur Zuführung und/oder Abführung des Kühlmediums (6) zu und/oder von dem wenigstens einen Kühlkanal (5), - wobei die wenigstens eine Anschlusseinrichtung (7) wenigstens teilweise aus einem metallischen Material ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) und/oder der Aufnahmebereich (4) teilweise oder vollständig aus einem hartspröden Material ausgebildet sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) mit dem Aufnahmebereich (4) durch eine Aufnahmeverbindungsschicht (8) verbunden ist, welche vorzugsweise durch Bonden ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich (4) eine Aufnahmeoberfläche (9) aufweist, welche zur direkten Auftragung des Optikkörpers (2) als Reflexionsbeschichtung (2a) eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) und/oder der Aufnahmebereich (4) teilweise oder vollständig aus Silizium und/oder Siliziumoxid und/oder Siliziumcarbid und/oder reaktionsgebundenem siliziuminfiltriertem Siliziumcarbid ausgebildet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) eine erste Halbschale (10) und eine zweite Halbschale (11) aufweist, welche durch eine Verbindungsschicht (12) verbunden sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Halbschale (10) und/oder die zweite Halbschale (11) an einander zugewandten Seiten Vertiefungen aufweisen, welche den wenigstens einen Kühlkanal (5) ausbilden.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kühlkanal (5) entlang einer Flussrichtung des Kühlmediums (6) Krümmungsradien von wenigstens 0,1 cm, vorzugsweise wenigstens 0,5 cm, besonders bevorzugt wenigstens 1 cm, und/oder wenigstens ein Strömungsleitelement (13) aufweist und/oder eingerichtet ist, das Kühlmedium (6) in laminarer Strömung zu leiten.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschicht (12) durch Bonden ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Anschlusseinrichtung (7) mit dem Grundkörper (3) durch wenigstens eine Anschlussverbindungsschicht (14) verbunden ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Anschlussverbindungsschicht (14) mit dem Grundkörper (3) einerseits und/oder der Anschlusseinrichtung (7) andererseits durch Bonden verbunden ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Anschlussverbindungsschicht (14) ein Glas aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass eine Perfusionseinrichtung (15) vorgesehen ist, um den wenigstens einen Kühlkanal (5) mit dem Kühlmedium (6) zu beaufschlagen und/oder zu durchströmen.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (1) zur Aufnahme und Kühlung eines Optikkörpers (2), wobei die Vorrichtung (1) einen Grundkörper (3) aufweist, wonach - in dem Grundkörper (3) wenigstens ein Kühlkanal (5) zur Leitung eines Kühlmediums (6) ausgebildet wird, und - wenigstens eine Anschlusseinrichtung (7) zur Zuführung und/oder Abführung des Kühlmediums (6) zu und/oder von dem wenigstens einen Kühlkanal (5) an dem Grundkörper (3) angeordnet wird, und - wenigstens ein Aufnahmebereich (4) zur Aufnahme des Optikkörpers (2) wärmeleitend an dem Grundkörper (3) angeordnet wird, wobei - die wenigstens eine Anschlusseinrichtung (7) wenigstens teilweise aus einem metallischen Material ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Anschlusseinrichtung (7) mit dem Grundkörper (3) durch wenigstens eine, vorzugsweise glashaltige, Anschlussverbindungsschicht (14) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Anschlussverbindungsschicht (14) mit dem Grundkörper (3) einerseits und/oder der Anschlusseinrichtung (7) andererseits mittels eines Bondverfahrens verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) und/oder der Aufnahmebereich (4) wenigstens teilweise oder vollständig aus einem hartspröden Material ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) durch Verbindung einer ersten Halbschale (10) und einer zweiten Halbschale (11) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Halbschale (10) und die zweite Halbschale (11) durch ein Bondverfahren verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass in die erste Halbschale (10) und/oder die zweite Halbschale (11) an einander zugewandten Seiten, vorzugsweise mittels eines abtragenden Verfahrens, Vertiefungen eingebracht werden, welche den wenigstens einen Kühlkanal (5) ausbilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) mit dem Aufnahmebereich (4) mittels eines Bondverfahrens verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufnahmeoberfläche (9) des Aufnahmebereichs (4) zur direkten Auftragung des Optikkörpers (2) als Reflexionsbeschichtung (2a) eingerichtet, vorzugsweise hartspröde beschichtet, wird.
Kühlverfahren zur Kühlung eines Optikkörpers (2), wobei - der Optikkörper (2) durch einen Aufnahmebereich (4) auf einem Grundkörper (3) wärmeleitend angeordnet wird und - dem Grundkörper (3) mittels eines in wenigstens einem Kühlkanal (5) des Grundkörpers (3) fließenden Kühlmediums (6) Wärmeenergie entzogen wird dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kühlkanal (5) von dem Kühlmedium (6) wenigstens annähernd turbulenzfrei durchströmt wird.
Kühlverfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kühlkanal (5) von dem Kühlmedium (6) mit einem Druck von 2 bar bis 20 bar, vorzugsweise 4 bar bis 12 bar, besonders bevorzugt 8 bar bis 9 bar, vorzugsweise 8,5 bar beaufschlagt wird.
Kühlverfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium (6) dem wenigstens einen Kühlkanal (5) durch wenigstens eine metallische Anschlusseinrichtung (7) zugeführt wird.
Optisches Element (16) insbesondere für die Mikrolithografie, wenigstens aufweisend einen Grundkörper (3), einen an dem Grundkörper (3) angeordneten Aufnahmebereich (4) und einen an dem Aufnahmebereich (4) angeordneten Optikkörper (2), wobei der Grundkörper (3) zur Kühlung des Aufnahmebereichs (4) und/oder des Optikkörpers (2) eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich (4) aus einem hartspröden Material ausgebildet ist.
Optisches Element (16) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Optikkörper (2) aus einer auf dem Aufnahmebereich (4) aufgebrachten optischen Oberflächenschicht (2a) ausgebildet ist.
Optisches Element (16) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Oberflächenschicht als Reflexionsbeschichtung (2a) ausgebildet ist.
Optisches Element (16) nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Oberflächenschicht (2a) als Reflexionsschichtsystem ausgebildet ist und/oder eine Molybdän-Silizium-Multilagenschicht aufweist.
Optisches Element (16) nach einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Aufnahmebereich (4), vorzugsweise monolithisch, durch den Grundkörper (3) ausgebildet ist.
Optisches Element (16) nach einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Aufnahmebereich (4) mit dem Grundkörper (3) durch wenigstens eine Aufnahmeverbindungsschicht (8) verbunden ist.
Optisches Element (16) nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Aufnahmeverbindungsschicht (8) ein Glas aufweist.
Optisches Element (16) nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Aufnahmeverbindungsschicht (8) mit dem Grundkörper (3) durch Bonden verbunden ist.
Optisches Element (16) nach einem der Ansprüche 26 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 vorgesehen ist, wobei der Grundkörper (3) ein Grundkörper (3) der Vorrichtung (1) ist.
Lithografiesystem, insbesondere Projektionsbelichtungsanlage (100, 200) für die Halbleiterlithografie, mit einem Beleuchtungssystem (101, 201) mit einer Strahlungsquelle (102) sowie einer Optik (103, 109, 206), welche wenigstens ein optisches Element (16, 116, 118, 119, 120, 121, 122, Mi, 207) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass - wenigstens eines der optischen Elemente (16, 116, 118, 119, 120, 121, 122, Mi, 207) eine Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist und/oder - wenigstens eines der optischen Elemente (16, 116, 118, 119, 120, 121, 122, Mi, 207) eine Vorrichtung (1) aufweist, welche mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 14 bis 22 hergestellt ist, und/oder - wenigstens eines der optischen Elemente (16, 116, 118, 119, 120, 121, 122, Mi, 207) mit einem Kühlverfahren gemäß einem der Ansprüche 23 bis 25 gekühlt ist und/oder - wenigstens eines der optischen Elemente (16, 116, 118, 119, 120, 121, 122, Mi, 207) ein optisches Element (16) gemäß einem der Ansprüche 26 bis 34 ist.