DE102023202039A1

DE102023202039A1 - Method for cooling a component and lithography system

Info

Publication number: DE102023202039A1
Application number: DE102023202039.4A
Authority: DE
Inventors: Andreas Hofmaier; Tanja Mueller
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2023-03-07
Filing date: 2023-03-07
Publication date: 2024-03-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen einer Komponente eines Lithographiesystems, insbesondere eines optischen Elements (Mi) oder eines Strukturbauteils, umfassend: Durchströmen einer in der Komponente gebildeten Hohlstruktur (27) mit einem Kühlmedium (28), das ein Gemisch aus einer Flüssigkeit (35) und mindestens einem Feststoff (36) bildet. Beim Durchströmen der Hohlstruktur (27) schmilzt zumindest ein Teil des Feststoffs (36) und/oder zumindest ein Teil des Feststoffs (36) wird in einem endothermen Lösungsvorgang in der Flüssigkeit (35) gelöst. Die Erfindung betrifft auch ein Lithographiesystem, umfassend: mindestens eine Komponente, die eine Hohlstruktur (27) zum Durchströmen mit einem Kühlmedium (28) aufweist, sowie eine Kühleinrichtung (32), die ausgebildet ist, die Hohlstruktur (27) mit einem Kühlmedium (28) zu durchströmen, das ein Gemisch aus einer Flüssigkeit (35) und mindestens einem Feststoff (36) bildet.

The invention relates to a method for cooling a component of a lithography system, in particular an optical element (Mi) or a structural component, comprising: flowing through a hollow structure (27) formed in the component with a cooling medium (28), which is a mixture of a liquid (35 ) and at least one solid (36). As the flow flows through the hollow structure (27), at least part of the solid (36) melts and/or at least part of the solid (36) is dissolved in the liquid (35) in an endothermic dissolution process. The invention also relates to a lithography system, comprising: at least one component which has a hollow structure (27) for a cooling medium (28) to flow through, and a cooling device (32) which is designed to flow through the hollow structure (27) with a cooling medium (28 ) to flow through, which forms a mixture of a liquid (35) and at least one solid (36).

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen einer Komponente eines Lithographiesystems, insbesondere eines optischen Elements oder eines Strukturbauteils, umfassend: Durchströmen einer in der Komponente gebildeten Hohlstruktur mit einem Kühlmedium. Die Erfindung betrifft auch ein Lithographiesystem, umfassend: mindestens eine Komponente, insbesondere ein optisches Element oder ein Strukturbauteil, die eine Hohlstruktur zum Durchströmen mit einem Kühlmedium aufweist, sowie eine Kühleinrichtung, die zum Durchströmen der Hohlstruktur mit dem Kühlmedium ausgebildet ist.The invention relates to a method for cooling a component of a lithography system, in particular an optical element or a structural component, comprising: flowing a cooling medium through a hollow structure formed in the component. The invention also relates to a lithography system, comprising: at least one component, in particular an optical element or a structural component, which has a hollow structure for a cooling medium to flow through, and a cooling device which is designed for the cooling medium to flow through the hollow structure.

Bei dem Lithographiesystem kann es sich um eine Lithographieanlage zur Belichtung eines Wafers oder um eine andere optische Anordnung handeln, die für die Lithographie verwendet wird, beispielsweise um ein Inspektionssystem, z.B. zur Inspektion von in der Lithographie verwendeten Masken, Wafern, (Spiegel-)Elementen oder dergleichen. Das Lithographiesystem kann zur Verwendung für die EUV-Lithographie ausgebildet sein, beispielsweise in Form einer EUV-Lithographieanlage, die zur Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendet wird und mit kurzwelliger Strahlung, so genannter EUV-Strahlung, bei einer Betriebswellenlänge zwischen ca. 5 nm und ca. 30 nm betrieben wird.The lithography system can be a lithography system for exposing a wafer or another optical arrangement that is used for lithography, for example an inspection system, for example for inspecting masks, wafers, (mirror) elements used in lithography or similar. The lithography system can be designed for use for EUV lithography, for example in the form of an EUV lithography system that is used to produce semiconductor components and with short-wave radiation, so-called EUV radiation, at an operating wavelength between approximately 5 nm and approximately. 30 nm is operated.

In Lithographiesystemen, speziell in EUV-Lithographieanlagen, entsteht Wärme u.a. durch die Absorption von EUV-Licht, die Beheizung von optischen Elementen z.B. in Form von Spiegeln, durch die elektrische Verlustleistung von Magnetspulen von Lorentz-Aktuatoren zur Kompensation der Gewichtskraft der Spiegel, etc. Die beim Betrieb eines Lithographiesystems entstehende Wärme kann abgeführt werden, indem die Komponenten des Lithographiesystems gekühlt werden.In lithography systems, especially in EUV lithography systems, heat is generated, among other things, by the absorption of EUV light, the heating of optical elements, e.g. in the form of mirrors, by the electrical power loss of magnetic coils of Lorentz actuators to compensate for the weight of the mirrors, etc. The heat generated during operation of a lithography system can be dissipated by cooling the components of the lithography system.

Es ist bekannt, für die Temperierung von Komponenten in Lithographiesystemen geschlossene Kreisläufe eines Kühlmediums zu verwenden, die ein Wärmetransportsystem mit einem Zwei-Phasen-Übergang beinhalten. Diesen Wärmetransportsystemen liegt das Funktionsprinzip zugrunde, dass ein im geschlossenen Kreislauf vorhandenes flüssiges Kühlmedium bei der Erwärmung in den gasförmigen Zustand übergeht und bei der Abkühlung wieder zurück in den flüssigen Zustand wechselt. Bei dem geschlossenen Kreislauf des Kühlmediums kann es sich beispielsweise um ein Wärmerohr (engl. „Heatpipe“) handeln, wie dies z.B. in der DE102014203144A1 beschrieben ist. Der Transport des Kühlmediums von einem kühleren zu einem wärmeren Bereich des Wärmerohrs kann beispielsweise unter Ausnutzung der Kapillarwirkung erfolgen.It is known to use closed circuits of a cooling medium for the temperature control of components in lithography systems, which include a heat transport system with a two-phase transition. These heat transport systems are based on the functional principle that a liquid cooling medium present in a closed circuit changes into the gaseous state when heated and changes back to the liquid state when cooled down. The closed circuit of the cooling medium can be, for example, a heat pipe, as shown in the DE102014203144A1 is described. The transport of the cooling medium from a cooler to a warmer area of the heat pipe can take place, for example, using the capillary effect.

Bei dem geschlossenen Kühlmediumkreislauf kann es sich auch um einen abgeschlossenen Hohlraum handeln, der in einem optischen Element angeordnet ist und zumindest teilweise ein Fluid aufnimmt, um entlang eines Temperaturgradienten des optischen Elements Wärme zu transportieren, wobei das Fluid einen Phasenübergang durchläuft, wie dies in der DE102014206587A1 beschrieben ist. Zum Transportieren des Fluids entgegen des Temperaturgradienten kann der Hohlraum eine Transporteinrichtung aufweisen, die z.B. ausgebildet sein kann, das Fluid innerhalb des Hohlraums mit Hilfe von Kapillarkräften zu transportieren.The closed cooling medium circuit can also be a closed cavity which is arranged in an optical element and at least partially accommodates a fluid in order to transport heat along a temperature gradient of the optical element, the fluid undergoing a phase transition, as described in FIG DE102014206587A1 is described. To transport the fluid against the temperature gradient, the cavity can have a transport device, which can, for example, be designed to transport the fluid within the cavity with the aid of capillary forces.

Neben der Kühlung von Komponenten eines Lithographiesystems, bei denen das Kühlmedium innerhalb eines abgeschlossenen Hohlraums enthalten ist, ist es auch bekannt, eine nicht von der Umgebung abgeschlossene Hohlstruktur in einer zu kühlenden Komponente zu bilden, die von einem Kühlmedium durchströmt wird. Eine solche nicht hermetisch abgeschlossene Hohlstruktur, die als Kühlkanal ausgebildet ist oder einen oder mehrere Kühlkanäle aufweisen kann, wird von dem Kühlmedium durchströmt und nimmt hierbei Wärme auf, wie dies beispielsweise in der DE102012221923A1 beschrieben ist. In addition to the cooling of components of a lithography system in which the cooling medium is contained within a closed cavity, it is also known to form a hollow structure that is not closed off from the environment in a component to be cooled and through which a cooling medium flows. Such a non-hermetically sealed hollow structure, which is designed as a cooling channel or can have one or more cooling channels, is flowed through by the cooling medium and thereby absorbs heat, as is the case, for example, in DE102012221923A1 is described.

Das in der DE102012221923A1 beschriebene Kühlsystem für eine Systemkomponente eines optischen Systems weist zumindest einen Kühlkanal und ein Kühlmedium zum Durchleiten durch den mindestens einen Kühlkanal, zum Aufnehmen von Wärme von der zumindest einen Systemkomponente und zum Abführen der Wärme auf. Bei dem Kühlmedium handelt es sich um ein nicht entflammbares dielektrisches Fluid, ausgenommen reines Wasser. Wenn das Kühlmedium in Form des dielektrischen Fluids in flüssiger Phase oder als Gemisch aus flüssiger und gasförmiger Phase vorliegt, kann der Effekt genutzt werden, dass das Kühlmedium die Wärme von der zumindest einen Systemkomponente im Phasenübergang von flüssig zu gasförmig als latente Wärme mit sehr hoher Wärmekapazität und entsprechend geringer Temperaturerhöhung des Kühlmediums aufnehmen kann (zweiphasige Kühlung). Für die zweiphasige Kühlung sollte das dielektrische Fluid einen Siedepunkt in einem Temperaturbereich von etwa 15°C bis etwa 50°C aufweisen, in dem typischerweise auch die Soll-Betriebstemperatur des optischen Systems liegt.That in the DE102012221923A1 The cooling system described for a system component of an optical system has at least one cooling channel and a cooling medium for passing through the at least one cooling channel, for absorbing heat from the at least one system component and for dissipating the heat. The cooling medium is a non-flammable dielectric fluid, excluding pure water. If the cooling medium is in the form of the dielectric fluid in the liquid phase or as a mixture of liquid and gaseous phase, the effect can be used that the cooling medium transfers the heat from the at least one system component in the phase transition from liquid to gaseous as latent heat with a very high heat capacity and can accommodate a correspondingly small increase in the temperature of the cooling medium (two-phase cooling). For two-phase cooling, the dielectric fluid should have a boiling point in a temperature range of about 15 ° C to about 50 ° C, which is also typically the target operating temperature of the optical system.

Für den Transport des Kühlmediums und somit die Wärmeabfuhr wird bei dem in der DE102012221923A1 beschriebenen Kühlsystem eine Strömung benötigt, die Wirbel hervorrufen kann, die zu strömungsinduzierten Vibrationen (engl. „flow-induced vibrations“) führt. Aufgrund von steigenden Wärmelasten der Komponenten von Lithographiesystemen, z.B. aufgrund höherer Leistungen der Lichtquellen, wird eine höhere Kühlleistung benötigt. Bei sonst gleichen Parametern wie Geometrie der Hohlstruktur und Temperatur des Kühlmediums erfordert eine höhere Kühlleistung eine höhere Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums, was die unerwünschten strömungsinduzierten Vibrationen verstärkt.For the transport of the cooling medium and thus the heat dissipation is in the DE102012221923A1 The cooling system described requires a flow that can cause eddies, which leads to flow-induced vibrations. Due to increasing heat loads on the components of lithography systems, for example due to higher power of the light sources, a higher cooling capacity is required. With otherwise the same parameters such as the geometry of the hollow structure and the temperature of the cooling medium, a higher cooling capacity requires a higher flow speed of the cooling medium, which increases the undesirable flow-induced vibrations.

Aufgabe der ErfindungTask of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Kühlen einer Komponente und ein Lithographiesystem mit verbesserter Kühlung bereitzustellen.The object of the invention is to provide a method for cooling a component and a lithography system with improved cooling.

Gegenstand der ErfindungSubject of the invention

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem die Hohlstruktur mit einem Kühlmedium durchströmt wird, das ein Gemisch aus einer Flüssigkeit und mindestens einem Feststoff bildet. Die Verwendung eines Kühlmediums in Form eines Gemischs aus einer Flüssigkeit und (mindestens) einem Feststoff kann die Kühlung der Komponente verbessern, wie weiter unten näher beschrieben wird.This object is achieved by a method of the type mentioned at the outset, in which the hollow structure is flowed through with a cooling medium which forms a mixture of a liquid and at least one solid. The use of a cooling medium in the form of a mixture of a liquid and (at least) a solid can improve the cooling of the component, as described in more detail below.

Im einfachsten Fall handelt es sich bei der Hohlstruktur um einen oder um mehrere Kühlkanäle, die im Wesentlichen geradlinig durch die Komponente verlaufen. Es sind aber auch komplexere Hohlstrukturen möglich, die z.B. Verzweigungen aufweisen, um das Kühlmedium ausgehend von einer Einlassöffnung auf eine Mehrzahl von Kühlkanälen aufzuteilen, die parallel durchströmt werden und nachfolgend wieder in Richtung auf eines Auslassöffnung des Kühlmediums zusammenzuführen.In the simplest case, the hollow structure is one or more cooling channels that run essentially in a straight line through the component. However, more complex hollow structures are also possible, which, for example, have branches in order to divide the cooling medium, starting from an inlet opening, into a plurality of cooling channels, which flow through in parallel and are subsequently brought together again in the direction of an outlet opening of the cooling medium.

Bei einer Variante schmilzt zumindest ein Teil des Feststoffs beim Durchströmen der Hohlstruktur. Bei dieser Variante wird der Feststoff beim Durchströmen der Hohlstruktur von der festen Phase in die flüssige Phase umgewandelt, d.h. es findet ein Phasenübergang statt, bei dem von dem Kühlmedium Wärme in Form von (positiver) Schmelzenthalpie aufgenommen wird. Wie weiter oben beschrieben wurde, führt die aufgenommene Wärme so lange nicht zu einer Temperaturerhöhung, bis der Feststoff aufgeschmolzen ist (Zweiphasen-Kühlung), sodass ein gleichbleibender Temperaturverlauf entlang der Länge der mit dem Kühlfluid durchströmten Hohlstruktur sichergestellt werden kann. Die hier beschriebene Variante ist somit günstig, wenn die Komponente möglichst gleichmäßig gekühlt werden soll. Die Verwendung eines rein flüssigen Kühlmediums würde demgegenüber zu einem Temperaturanstieg und somit zu einem inhomogenen Temperaturverlauf bei der Strömung entlang der mit dem Kühlmedium durchströmten Hohlstruktur führen, wobei der Temperaturanstieg umso größer ist, je mehr Wärme in das Kühlfluid eingetragen wird.In one variant, at least part of the solid melts as it flows through the hollow structure. In this variant, the solid is converted from the solid phase into the liquid phase as it flows through the hollow structure, i.e. a phase transition takes place in which heat is absorbed by the cooling medium in the form of (positive) enthalpy of fusion. As described above, the heat absorbed does not lead to an increase in temperature until the solid has melted (two-phase cooling), so that a constant temperature profile can be ensured along the length of the hollow structure through which the cooling fluid flows. The variant described here is therefore favorable if the component is to be cooled as evenly as possible. The use of a purely liquid cooling medium, in contrast, would lead to a temperature increase and thus to an inhomogeneous temperature profile in the flow along the hollow structure through which the cooling medium flows, the temperature increase being greater the more heat is introduced into the cooling fluid.

Im Gegensatz zu dem in der DE102012221923A1 beschriebenen Phasenübergang von der flüssigen Phase in die Gasphase tritt beim Übergang des Feststoffs von der festen Phase in die flüssige Phase typischerweise keine Wirbelbildung in dem Kühlmedium auf. Bei der Umwandlung des Feststoffs von der festen in die flüssige Phase kann zudem latente Wärme in Form von Umwandlungsenthalpie mit sehr hoher Wärmekapazität aufgenommen werden. Bei gleicher Energieübertragung kann daher die Hohlstruktur von dem Kühlmedium, das ein Gemisch aus dem (mindestens einen) Feststoff und der Flüssigkeit bildet, langsamer durchströmt werden als von einem rein flüssigen Kühlmedium, ohne hierbei die Kühlleistung zu reduzieren. Die langsamere Strömungsgeschwindigkeit führt - bei gleicher Kühlleistung - zu einer Reduzierung der strömungsinduzierten Vibrationen.In contrast to that in the DE102012221923A1 As described in the phase transition from the liquid phase to the gas phase, no vortex formation typically occurs in the cooling medium during the transition of the solid from the solid phase to the liquid phase. When converting the solid from the solid to the liquid phase, latent heat can also be absorbed in the form of enthalpy of conversion with a very high heat capacity. With the same energy transfer, the cooling medium, which forms a mixture of the (at least one) solid and the liquid, can flow through the hollow structure more slowly than a purely liquid cooling medium, without reducing the cooling performance. The slower flow speed leads - with the same cooling performance - to a reduction in flow-induced vibrations.

Für das Schmelzen des Feststoffs ist es typischerweise erforderlich, dass die Temperatur der Komponente im Bereich der Hohlstruktur zumindest so groß oder größer als die Schmelztemperatur des Feststoffs ist (beim dem Fluiddruck, den das Kühlmedium beim Durchströmen der Hohlstruktur aufweist).In order to melt the solid, it is typically necessary that the temperature of the component in the area of the hollow structure is at least as high or greater than the melting temperature of the solid (at the fluid pressure that the cooling medium has as it flows through the hollow structure).

Bei einer Weiterbildung dieser Variante handelt es sich bei dem Feststoff um gefrorenes Öl oder um Eis (d.h. um Wasser in fester Form). Diese Feststoffe weisen eine vergleichsweise geringe Schmelztemperatur auf und schmelzen daher auch, wenn die Temperatur der Komponente in der Umgebung der Hohlstruktur vergleichsweise gering ist. Bei der Flüssigkeit, die in dem Kühlmedium enthalten ist, kann es sich in beiden Fällen beispielsweise um Wasser handeln.In a further development of this variant, the solid is frozen oil or ice (i.e. water in solid form). These solids have a comparatively low melting temperature and therefore melt even if the temperature of the component in the vicinity of the hollow structure is comparatively low. In both cases, the liquid contained in the cooling medium can be, for example, water.

Bei einer weiteren Variante handelt es sich bei dem Feststoff und der Flüssigkeit um zwei Phasen ein- und desselben Stoffs, bevorzugt um zwei Phasen von Wasser (d.h. um einen Slush). Handelt es sich bei dem Feststoff und der Flüssigkeit um zwei Phasen ein- und desselben Stoffs, wird typischerweise beim Durchströmen des Hohlraums der Feststoff aufgeschmolzen. Es versteht sich, dass neben einem Gemisch aus Wasser und Eis auch Kühlmedien verwendet werden können, die aus einer festen und einer flüssigen Phase eines anderen Stoffs bestehen. Auch kann das Kühlmedium ein zwei- oder mehrphasiges Gemisch aus zwei oder mehr unterschiedlichen Stoffen bilden, z.B. ein Gemisch aus gefrorenem Öl und Wasser, wie dies weiter oben beschrieben ist. Es versteht sich weiterhin, dass das Kühlmedium zusätzlich einen weiteren Feststoff aufweisen kann, beispielsweise ein Salz oder dergleichen (s.u.).In a further variant, the solid and the liquid are two phases of the same substance, preferably two phases of water (ie a slush). If the solid and the liquid are two phases of the same substance, the solid is typically melted as it flows through the cavity. It goes without saying that, in addition to a mixture of water and ice, cooling media can also be used that consist of a solid and a liquid phase of another substance. The cooling medium can also form a two- or multi-phase mixture of two or more different substances, for example a mixture of frozen oil and water, as described above. It is further understood that the cooling medium can additionally contain another solid, for example a salt or the like (see below).

Bei einer Weiterbildung dieser Variante ist die Eintrittstemperatur des Kühlmediums in die Hohlstruktur nicht größer als eine Schmelztemperatur des Feststoffs. Insbesondere kann die Eintrittstemperatur des Kühlmediums geringfügig kleiner sein als die Schmelztemperatur des Feststoffs (bezogen auf den Druck, mit dem das Kühlmedium die Hohlstruktur durchströmt). Auf diese Weise kann verhindert werden, dass der Feststoff bereits vor dem Eintritt in die Hohlstruktur schmilzt.In a further development of this variant, the entry temperature of the cooling medium into the hollow structure is not greater than a melting temperature of the solid. In particular, the inlet temperature of the cooling medium can be slightly lower than the melting temperature of the solid (based on the pressure at which the cooling medium flows through the hollow structure). In this way it can be prevented that the solid melts before it enters the hollow structure.

Bei einer Variante des Verfahrens wird beim Durchströmen der Hohlstruktur der Feststoff in einem endothermen Lösungsvorgang in der Flüssigkeit gelöst. Bei dieser Variante wird bei dem Lösungsvorgang des Feststoffs Wärme aufgenommen, d.h. die Lösungsenthalpie des Lösungsvorgangs ist positiv. Bei dem Kühlmedium handelt es sich typischerweise um eine Kältemischung, bei der die Flüssigkeit das Lösemittel für den Feststoff bildet. Bei der hier beschriebenen Lösung des Feststoffs in der Flüssigkeit ist die Temperatur des Kühlmediums nicht inhärent stabil wie beim Schmelzen des Feststoffs, bei dem die Kühlleistung mit der Schmelzenthalpieleistung übereinstimmt, wobei die Kühlleistung die von außen in das Kühlmedium eingebrachte Wärmeleistung und die Enthalpieleistung den Energiefluss zum Bewerkstelligen des Phasenübergangs bezeichnen. Die Lösungsenthalpieleistung hängt nicht von der äußerlich zugeführten Wärmeleistung ab, sondern von der aktuellen Temperatur, der Korngröße/Oberfläche des zu lösenden Feststoffes und von der vorherrschenden Konzentration der Lösung. Eine Korngröße und Größenverteilung beim Einbringen des Feststoffs in die Flüssigkeit, die auf die Kühlleistung so abgestimmt sind, dass eine konstante Temperatur durch den Kühlkanal gehalten wird, ist grundsätzlich möglich. Abweichende Lösungsbedingungen können zu einem Anstieg aber auch zu einem Abfall der Temperatur in der Hohlstruktur bzw. in dem Kühlkanal führen.In a variant of the method, as the solid flows through the hollow structure, it is dissolved in the liquid in an endothermic dissolution process. In this variant, heat is absorbed during the dissolution process of the solid, i.e. the enthalpy of the dissolution process is positive. The cooling medium is typically a cold mixture in which the liquid forms the solvent for the solid. When the solid is dissolved in the liquid as described here, the temperature of the cooling medium is not inherently stable as when the solid is melted, in which the cooling power corresponds to the enthalpy of melting, the cooling power being the heat power introduced into the cooling medium from the outside and the enthalpy power being the energy flow to it Bringing about the phase transition. The solution enthalpy performance does not depend on the heat output supplied externally, but on the current temperature, the grain size/surface of the solid to be dissolved and the prevailing concentration of the solution. A grain size and size distribution when introducing the solid into the liquid, which are coordinated with the cooling performance so that a constant temperature is maintained through the cooling channel, is fundamentally possible. Deviating solution conditions can lead to an increase or also a decrease in the temperature in the hollow structure or in the cooling channel.

Bei einer Weiterbildung handelt es sich bei dem Feststoff um ein Salz, das bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: NaCl, KI, NaNO₃, NH₄SCN, Na₂SO₄, Na₂HPO₄, Mn(NO₃)₂. Bei der Flüssigkeit, in welcher der Feststoff in Form des Salzes gelöst wird, handelt es sich typischerweise um Wasser, es können grundsätzlich aber auch andere Flüssigkeiten verwendet werden. Die genannten Salze weisen eine (ggf. geringfügige) positive Lösungsenthalpie bei der Lösung in Wasser auf.In a further development, the solid is a salt which is preferably selected from the group comprising: NaCl, KI, NaNO ₃ , NH ₄ SCN, Na ₂ SO ₄ , Na ₂ HPO ₄ , Mn(NO ₃ ) ₂ . The liquid in which the solid is dissolved in the form of the salt is typically water, but in principle other liquids can also be used. The salts mentioned have a (possibly slight) positive enthalpy of solution when dissolved in water.

Bei einer weiteren Variante ist der Feststoff ein Polymer, insbesondere Polyethylenglykol. Als Feststoff kann beispielsweise ein Polymer verwendet werden, das in einem endothermen Lösungsvorgang in Wasser lösbar ist. Beispielsweise kann es sich bei dem Polymer um Polyethylenglykol handeln, das bei ausreichender Kettenlänge in Form eines Feststoffs vorliegt. Insbesondere kann es sich um PEG E600 mit einer mittleren Molekülmasse von ca. 600 g/mol handeln, das eine pastenartige Konstistenz aufweist.In a further variant, the solid is a polymer, in particular polyethylene glycol. The solid that can be used, for example, is a polymer that is soluble in water in an endothermic dissolution process. For example, the polymer can be polyethylene glycol, which is in the form of a solid if the chain length is sufficient. In particular, it can be PEG E600 with an average molecular weight of approximately 600 g/mol, which has a paste-like consistency.

Bei einer weiteren Variante liegt eine Eintrittstemperatur des Kühlmediums in die Komponente bei mehr als 15°C und bei weniger als 50°C. Beispielsweise kann die Eintrittstemperatur des Kühlmediums bei ca. 25°C liegen. Die Soll-Temperatur der Komponente liegt typischerweise in dem angegebenen Temperaturbereich und ist größer als die Eintrittstemperatur des Kühlmediums. Liegt die Eintrittstemperatur des Kühlmediums nur geringfügig unterhalb der Soll-Temperatur der Komponente im Betrieb des Lithographiesystems, wird beim Durchströmen der Hohlstruktur mit dem Kühlmedium im Vergleich zu einer herkömmlichen Kühlung der Temperaturgradient entlang der Hohlstruktur minimiert. Der Temperaturgradient von der Wärmequelle zum Kühlmedium, der quer zur Hohlstruktur bzw. zum Kühlkanal verläuft, und der im Fall einer Komponente in Form eines Spiegels ebenfalls möglichst klein gehalten werden sollte, kann hierdurch nur indirekt beeinflusst werden.In a further variant, the inlet temperature of the cooling medium into the component is more than 15°C and less than 50°C. For example, the inlet temperature of the cooling medium can be approximately 25°C. The target temperature of the component is typically in the specified temperature range and is greater than the inlet temperature of the cooling medium. If the inlet temperature of the cooling medium is only slightly below the target temperature of the component during operation of the lithography system, when the cooling medium flows through the hollow structure, the temperature gradient along the hollow structure is minimized compared to conventional cooling. The temperature gradient from the heat source to the cooling medium, which runs transversely to the hollow structure or to the cooling channel, and which should also be kept as small as possible in the case of a component in the form of a mirror, can only be influenced indirectly.

Es ist grundsätzlich möglich, dass der Feststoff schmilzt, weil die Temperatur in der Umgebung der Hohlstruktur größer ist als die Schmelztemperatur des Feststoffs und dass zusätzlich der Feststoff in einem endothermen Lösungsvorgang in der Flüssigkeit gelöst wird. Auch ist es möglich, dass das Kühlmedium zwei oder mehr Feststoffe aufweist, von denen einer beim Durchströmen der Hohlstruktur schmilzt und ein anderer, z.B. ein Salz, in der Flüssigkeit gelöst wird.In principle, it is possible that the solid melts because the temperature in the area surrounding the hollow structure is greater than the melting temperature of the solid and that the solid is additionally dissolved in the liquid in an endothermic dissolution process. It is also possible for the cooling medium to have two or more solids, one of which melts as it flows through the hollow structure and another, for example a salt, is dissolved in the liquid.

Bei einer weiteren Variante des Verfahrens liegt ein Stoffmengenanteil des Feststoffs in dem Kühlmedium bei weniger als 50% (50 mol %), bevorzugt bei weniger als 30% (30 mol %). Der Feststoffanteil des Gemischs sollte gering genug sein, um ein widerstandsarmes Fließen des Kühlmediums zu ermöglichen.In a further variant of the process, a molar fraction of the solid in the cooling medium is less than 50% (50 mol%), preferably less than 30% (30 mol%). The solids content of the mixture should be low enough to allow the cooling medium to flow with little resistance.

Die Art des Feststoffs hängt von der gewünschten Temperatur des Kühlmediums und vom Einsatzgebiet ab. In nachfolgender Tabelle werden beispielhaft mehrere Feststoffe, deren Schmelzpunkt, latente Wärme, Dichte sowie mögliche Einsatzgebiete genannt. PEG E600 weist bei Raumtemperatur eine pastenartige Konsistenz auf, bei den anderen Materialien handelt es sich um Salze. Tabelle Material Schmelzpunkt in °C Latente Wärme in kJ/kg Dichte in kg/m^3 Mögliches Einsatzgebiet PEG E600 22 127,2 1126 Force Frame Kühlung Na₂SO₄·10H₂O 32,4 248,3 1490 Spiegelkühlung Na₂HPO₄·12H₂O 34 - 35 280 1522 Spiegelkühlung Mn(NO₃)₂·6H₂O 25,5 126 1600 Kühlung Minienvironment The type of solid depends on the desired temperature of the cooling medium and the area of application. The following table gives examples of several solids, their melting point, latent heat, density and possible areas of application. PEG E600 has a paste-like consistency at room temperature, the other materials are salts. Table material Melting point in °C Latent heat in kJ/kg Density in kg/m^3 Possible area of application PEG E600 22 127.2 1126 Force frame cooling Na ₂ SO ₄ ·10H ₂ O 32.4 248.3 1490 Mirror cooling Na ₂ HPO ₄ ·12H ₂ O 34 - 35 280 1522 Mirror cooling Mn(NO ₃ ) ₂ ·6H ₂ O 25.5 126 1600 Cooling minienvironment

Für den Fall, dass der Feststoff beim Durchströmen der Hohlstruktur schmilzt, muss ein Feststoff ausgewählt werden, der im Bereich der Soll-Temperatur der Komponente und dem gegebenen Druck des Kühlmediums einen Phasenübergang aufweist.In the event that the solid melts as it flows through the hollow structure, a solid must be selected that exhibits a phase transition in the range of the target temperature of the component and the given pressure of the cooling medium.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Lithographiesystem der eingangs genannten Art, bei dem die Kühleinrichtung ausgebildet ist, die Hohlstruktur mit einem Kühlmedium zu durchströmen, das ein Gemisch aus einer Flüssigkeit und mindestens einem Feststoff bildet. Auf diese Weise kann die Kühlung der Komponente verbessert werden, wie dies weiter oben in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben ist.A further aspect of the invention relates to a lithography system of the type mentioned at the outset, in which the cooling device is designed to flow through the hollow structure with a cooling medium which forms a mixture of a liquid and at least one solid. In this way, the cooling of the component can be improved, as described above in connection with the method.

Bei der Komponente, welche die Hohlstruktur aufweist, kann es sich um ein optisches Element handeln, beispielsweise um einen Spiegel, insbesondere um einen Spiegel eines Projektionssystems einer EUV-Lithographieanlage handeln, es kann sich aber auch um eine andere Art von Komponente handeln. Bei der Komponente kann es sich beispielsweise um ein Strukturbauteil handeln, z.B. in Form einer Halterung, insbesondere in Form eines Rahmens für die Halterung von optischen Elementen, eines Rahmens für die Halterung von Sensoren oder in Form eines Tragrahmens, wie sie bei EUV-Lithographiesystemen, speziell bei EUV-Lithographieanlagen, eingesetzt werden. Bei derartigen Strukturbauteilen ist der Grundkörper häufig aus Materialien wie Aluminium, Stahl, Keramiken, z.B. SiSiC, etc. gebildet.The component that has the hollow structure can be an optical element, for example a mirror, in particular a mirror of a projection system of an EUV lithography system, but it can also be another type of component. The component can be, for example, a structural component, for example in the form of a holder, in particular in the form of a frame for holding optical elements, a frame for holding sensors or in the form of a support frame, as used in EUV lithography systems. especially used in EUV lithography systems. In such structural components, the base body is often made from materials such as aluminum, steel, ceramics, e.g. SiSiC, etc.

Bei einer Ausführungsform ist die Kühleinrichtung ausgebildet, die Hohlstruktur mit einem Kühlmedium zu durchströmen, das einen Feststoff in Form von gefrorenem Öl oder Eis aufweist. Wie weiter oben in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurde, schmilzt der Feststoff in diesem Fall beim Durchströmen der Hohlstruktur, wenn das Material der zu kühlenden Komponente in der Umgebung der Hohlstruktur größer ist als die Schmelztemperatur des Feststoffs. Bei der Flüssigkeit kann es sich um Wasser handeln, das Kühlmedium kann aber auch eine andere Art von Flüssigkeit aufweisen.In one embodiment, the cooling device is designed to flow through the hollow structure with a cooling medium that has a solid in the form of frozen oil or ice. As described above in connection with the method, in this case the solid melts as it flows through the hollow structure if the material of the component to be cooled in the vicinity of the hollow structure is greater than the melting temperature of the solid. The liquid can be water, but the cooling medium can also be another type of liquid.

Bei einer Ausführungsform ist die Kühleinrichtung ausgebildet, die Hohlstruktur mit einem Kühlmedium zu durchströmen, das einen Feststoff in Form eines Salzes aufweist, das bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: NaCl, KI, NaNO₃, NH₄SCN, Na₂SO₄, Na₂HPO₄, Mn(NO₃)₂ oder das einen Feststoff in Form eines Polymers aufweist, insbesondere in Form von Polyethylenglykol. Bei der Flüssigkeit kann es sich in diesem Fall beispielsweise um Wasser handeln, das als Lösungsmittel für das Salz bzw. das Polymer dient. Es versteht sich, dass das Kühlmedium auch andere Salze aufweisen kann, die auf die Flüssigkeit derart abgestimmt sind, dass diese in der Flüssigkeit in einem endothermen Lösungsvorgang gelöst werden. Das jeweilige Salz kann in Form eines Hydrats vorliegen, beispielsweise kann es sich um Na₂SO₄·10H₂O, Na₂HPO₄·12H₂O oder um Mn(NO₃)₂·6H₂O handeln. In one embodiment, the cooling device is designed to flow through the hollow structure with a cooling medium which has a solid in the form of a salt, which is preferably selected from the group comprising: NaCl, KI, NaNO ₃ , NH ₄ SCN, Na ₂ SO ₄ , Na ₂ HPO ₄ , Mn(NO ₃ ) ₂ or which has a solid in the form of a polymer, in particular in the form of polyethylene glycol. In this case, the liquid can be, for example, water, which serves as a solvent for the salt or the polymer. It goes without saying that the cooling medium can also have other salts that are tailored to the liquid in such a way that they are dissolved in the liquid in an endothermic dissolution process. The respective salt can be in the form of a hydrate, for example it can be Na ₂ SO ₄ ·10H ₂ O, Na ₂ HPO ₄ ·12H ₂ O or Mn(NO ₃ ) ₂ ·6H ₂ O.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Kühleinrichtung ausgebildet, der Hohlstruktur das Kühlmedium mit einer Eintrittstemperatur zuzuführen, die nicht größer ist als eine Schmelztemperatur des Feststoffs. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass der Feststoff bereits teilweise schmilzt, bevor dieser die Hohlstruktur durchströmt.In a further embodiment, the cooling device is designed to supply the hollow structure with the cooling medium at an inlet temperature that is not greater than a melting temperature of the solid. In this way it can be prevented that the solid partially melts before it flows through the hollow structure.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Kühleinrichtung ausgebildet, der Hohlstruktur das Kühlmedium mit einer Eintrittstemperatur zuzuführen, die bei mehr als 15°C und bei weniger als 50°C liegt. In diesem Temperaturbereich liegt typischerweise die Soll-Temperatur der Komponente beim Betrieb des Lithographiesystems. Beispielsweise kann die Soll-Temperatur einer Komponente in Form eines Spiegels bei ca. 40°C liegen und die Soll-Temperatur von mechanischen Komponenten, beispielsweise von Tragrahmen, kann bei ca. 23°C liegen.In a further embodiment, the cooling device is designed to supply the cooling medium to the hollow structure with an inlet temperature that is more than 15 ° C and less than 50 ° C. The target temperature of the component when operating the lithography system is typically in this temperature range. For example, the target temperature of a component in the form of a mirror can be around 40°C and the target temperature of mechanical components, for example support frames, can be around 23°C.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Kühleinrichtung ausgebildet, der Hohlstruktur das Kühlmedium mit einem Stoffmengenanteil des Feststoffs von weniger als 50 %, bevorzugt von weniger als 30% zuzuführen Wie weiter oben beschrieben wurde, sollte der Feststoffanteil des Gemischs niedrig genug sein, um ein widerstandsarmes Fließen des Kühlmediums zu ermöglichen.In a further embodiment, the cooling device is designed to supply the hollow structure with the cooling medium with a mole fraction of solids of less than 50%, preferably less than 30%. As described above, the solids content of the mixture should be low enough to ensure low-resistance flow of the cooling medium.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments of the invention, based on the figures in the drawing, which show details essential to the invention, and from the claims. The individual features can be implemented individually or in groups in any combination in a variant of the invention.

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt

1 schematisch im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Projektionslithografie,
2 schematisch einen Spiegel der Projektionsbelichtungsanlage von 1, der eine Hohlstruktur in Form eines Kühlkanals aufweist, der mit einem Kühlmedium in Form von Wasser durchströmt wird,
3 eine schematische Darstellung analog zu 2, bei der das Kühlmedium ein Gemisch aus Wasser und Eis bildet, wobei das Eis beim Durchströmen des Kühlkanals schmilzt, sowie
4 eine schematische Darstellung anlog zu 2, bei der das Kühlmedium ein Gemisch aus einem Salz und Wasser bildet, wobei das Salz beim Durchströmen des Kühlkanals in einem endothermen Lösungsvorgang gelöst wird.

Exemplary embodiments are shown in the schematic drawing and are explained in the following description. It shows

1 schematically in meridional section a projection exposure system for EUV projection lithography,
2 schematically a mirror of the projection exposure system 1 , which has a hollow structure in the form of a cooling channel through which a cooling medium in the form of water flows,
3 a schematic representation analogous to 2 , in which the cooling medium forms a mixture of water and ice, with the ice melting as it flows through the cooling channel, as well
4 a schematic representation analogous to 2 , in which the cooling medium forms a mixture of a salt and water, the salt being dissolved in an endothermic dissolution process as it flows through the cooling channel.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.In the following description of the drawings, identical reference numbers are used for identical or functionally identical components.

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf 1 exemplarisch die wesentlichen Bestandteile einer optischen Anordnung für die EUV-Lithographie in Form einer Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie beschrieben. Die Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der Projektionsbelichtungsanlage 1 sowie von deren Bestandteilen ist hierbei nicht einschränkend zu verstehen.In the following, with reference to 1 The essential components of an optical arrangement for EUV lithography in the form of a projection exposure system 1 for microlithography are described by way of example. The description of the basic structure of the projection exposure system 1 and its components is not to be understood as restrictive.

Eine Ausführung eines Beleuchtungssystem 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Licht- bzw. Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Bei einer alternativen Ausführung kann die Lichtquelle 3 auch als ein zum sonstigen Beleuchtungssystem separates Modul bereitgestellt sein. In diesem Fall umfasst das Beleuchtungssystem die Lichtquelle 3 nicht.One embodiment of a lighting system 2 of the projection exposure system 1 has, in addition to a light or radiation source 3, lighting optics 4 for illuminating an object field 5 in an object plane 6. In an alternative embodiment, the light source 3 can also be provided as a module separate from the other lighting system. In this case, the lighting system does not include the light source 3.

Beleuchtet wird ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7. Das Retikel 7 ist von einem Retikelhalter 8 gehalten. Der Retikelhalter 8 ist über einen Retikelverlagerungsantrieb 9 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar.A reticle 7 arranged in the object field 5 is illuminated. The reticle 7 is held by a reticle holder 8. The reticle holder 8 can be displaced via a reticle displacement drive 9, in particular in a scanning direction.

In 1 ist zur Erläuterung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Richtung verläuft senkrecht zur Zeichenebene hinein. Die y-Richtung verläuft horizontal und die z-Richtung verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in der 1 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.In 1 For explanation purposes, a Cartesian xyz coordinate system is shown. The x-direction runs perpendicular to the drawing plane. The y-direction runs horizontally and the z-direction runs vertically. The scanning direction runs in the 1 along the y-direction. The z-direction is perpendicular to the object plane 6.

Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst ein Projektionssystem 10. Das Projektionssystem 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 11 in der Bildebene 12 angeordneten Wafers 13. Der Wafer 13 wird von einem Waferhalter 14 gehalten. Der Waferhalter 14 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 15 insbesondere längs der y-Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 7 über den Retikelverlagerungsantrieb 9 und andererseits des Wafers 13 über den Waferverlagerungsantrrieb 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen.The projection exposure system 1 comprises a projection system 10. The projection system 10 is used to image the object field 5 into an image field 11 in an image plane 12. A structure on the reticle 7 is imaged on a light-sensitive layer of a wafer arranged in the area of the image field 11 in the image plane 12 13. The wafer 13 is held by a wafer holder 14. The wafer holder 14 is over a wafer displacement drive 15 can be displaced in particular along the y direction. The displacement, on the one hand, of the reticle 7 via the reticle displacement drive 9 and, on the other hand, of the wafer 13 via the wafer displacement drive 15 can be carried out synchronously with one another.

Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung 16, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung, Beleuchtungsstrahlung oder Beleuchtungslicht bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 3 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 3 kann es sich um einen Freie-Elektronen-Laser (Free-Electron-Laser, FEL) handeln.The radiation source 3 is an EUV radiation source. The radiation source 3 emits in particular EUV radiation 16, which is also referred to below as useful radiation, illumination radiation or illumination light. The useful radiation in particular has a wavelength in the range between 5 nm and 30 nm. The radiation source 3 can be a plasma source, for example an LPP source (Laser Produced Plasma) or a DPP source. Source (Gas Discharged Produced Plasma, plasma produced by gas discharge). It can also be a synchrotron-based radiation source. The radiation source 3 can be a free electron laser (FEL).

Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektorspiegel 17 gebündelt. Bei dem Kollektorspiegel 17 kann es sich um einen Kollektorspiegel mit einer oder mit mehreren ellipsoidalen und/oder hyperboloiden Reflexionsflächen handeln. Die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektorspiegels 17 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 16 beaufschlagt werden. Der Kollektorspiegel 17 kann einerseits zur Optimierung seiner Reflektivität für die Nutzstrahlung und andererseits zur Unterdrückung von Falschlicht strukturiert und/oder beschichtet sein.The illumination radiation 16, which emanates from the radiation source 3, is focused by a collector mirror 17. The collector mirror 17 can be a collector mirror with one or more ellipsoidal and/or hyperboloid reflection surfaces. The at least one reflection surface of the collector mirror 17 can be exposed to the illumination radiation 16 in grazing incidence (GI), i.e. with angles of incidence greater than 45°, or in normal incidence (normal incidence, NI), i.e. with angles of incidence smaller than 45° become. The collector mirror 17 can be structured and/or coated on the one hand to optimize its reflectivity for the useful radiation and on the other hand to suppress false light.

Nach dem Kollektorspiegel 17 propagiert die Beleuchtungsstrahlung 16 durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18. Die Zwischenfokusebene 18 kann eine Trennung zwischen einem Strahlungsquellenmodul, aufweisend die Strahlungsquelle 3 und den Kollektorspiegel 17, und der Beleuchtungsoptik 4 darstellen.After the collector mirror 17, the illumination radiation 16 propagates through an intermediate focus in an intermediate focus plane 18. The intermediate focus plane 18 can represent a separation between a radiation source module, having the radiation source 3 and the collector mirror 17, and the illumination optics 4.

Die Beleuchtungsoptik 4 umfasst einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20. Bei dem Umlenkspiegel 19 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 19 als Spektralfilter ausgeführt sein, der eine Nutzlichtwellenlänge der Beleuchtungsstrahlung 16 von Falschlicht einer hiervon abweichenden Wellenlänge trennt. Der erste Facettenspiegel 20 umfasst eine Vielzahl von einzelnen ersten Facetten 21, welche im Folgenden auch als Feldfacetten bezeichnet werden. Von diesen Facetten 21 sind in der 1 nur beispielhaft einige dargestellt. Im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 ist dem ersten Facettenspiegel 20 nachgeordnet ein zweiter Facettenspiegel 22. Der zweite Facettenspiegel 22 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Facetten 23.The lighting optics 4 comprises a deflection mirror 19 and, downstream of it in the beam path, a first facet mirror 20. The deflection mirror 19 can be a flat deflection mirror or alternatively a mirror with an effect that influences the bundle beyond the pure deflection effect. Alternatively or additionally, the deflection mirror 19 can be designed as a spectral filter which separates a useful light wavelength of the illumination radiation 16 from false light of a wavelength that deviates from this. The first facet mirror 20 includes a large number of individual first facets 21, which are also referred to below as field facets. Of these facets 21 are in the 1 just a few are shown as examples. A second facet mirror 22 is located downstream of the first facet mirror 20 in the beam path of the illumination optics 4. The second facet mirror 22 comprises a plurality of second facets 23.

Die Beleuchtungsoptik 4 bildet somit ein doppelt facettiertes System. Dieses grundlegende Prinzip wird auch als Wabenkondensor (Fly's Eye Integrator) bezeichnet. Mit Hilfe des zweiten Facettenspiegels 22 werden die einzelnen ersten Facetten 21 in das Objektfeld 5 abgebildet. Der zweite Facettenspiegel 22 ist der letzte bündelformende oder auch tatsächlich der letzte Spiegel für die Beleuchtungsstrahlung 16 im Strahlengang vor dem Objektfeld 5.The lighting optics 4 thus forms a double faceted system. This basic principle is also known as the honeycomb condenser (fly's eye integrator). With the help of the second facet mirror 22, the individual first facets 21 are imaged into the object field 5. The second facet mirror 22 is the last beam-forming mirror or actually the last mirror for the illumination radiation 16 in the beam path in front of the object field 5.

Das Projektionssystem 10 umfasst eine Mehrzahl von Spiegeln Mi, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind.The projection system 10 comprises a plurality of mirrors Mi, which are numbered consecutively according to their arrangement in the beam path of the projection exposure system 1.

Bei dem in der 1 dargestellten Beispiel umfasst das Projektionssystem 10 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 16. Bei dem Projektionssystem 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Die Projektionsoptik 10 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0,4 oder 0,5 und die auch größer sein kann als 0,6 und die beispielsweise 0,7 oder 0,75 betragen kann.In the 1 In the example shown, the projection system 10 comprises six mirrors M1 to M6. Alternatives with four, eight, ten, twelve or another number of mirrors Mi are also possible. The penultimate mirror M5 and the last mirror M6 each have a passage opening for the illumination radiation 16. The projection system 10 is a double-obscured optics system. The projection optics 10 have a numerical aperture on the image side that is greater than 0.4 or 0.5 and can also be greater than 0.6 and can be, for example, 0.7 or 0.75.

Die Spiegel Mi können, genauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik 4, eine hoch reflektierende Beschichtung für die Beleuchtungsstrahlung 16 aufweisen. The mirrors Mi, just like the mirrors of the illumination optics 4, can have a highly reflective coating for the illumination radiation 16.

2 zeigt beispielhaft einen Spiegel Mi des Projektionssystems von 1, der einen Grundkörper in Form eines Substrats 25 aufweist. Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem Material des Substrats 25 um Ultra Low Expansion Glass (ULE®). Das Substrat 25 kann auch aus einem anderen Material gebildet sein, das einen möglichst niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, beispielsweis aus einer Glaskeramik, z.B. aus Zerodur®. 2 shows an example of a mirror Mi of the projection system from 1 , which has a base body in the form of a substrate 25. In the example shown, the material of the substrate 25 is Ultra Low Expansion Glass (ULE®). The substrate 25 may also be formed from another material be that has the lowest possible thermal expansion coefficient, for example made of a glass ceramic, for example Zerodur®.

An einer Oberfläche 25a des Substrats 25 ist eine reflektierende Beschichtung 26 aufgebracht. Die reflektierende Beschichtung 26 kann zur Reflexion der EUV-Strahlung 16 beispielsweise eine Mehrzahl von Schichtpaaren aus Materialien mit jeweils unterschiedlichem Realteil des Brechungsindexes aufweisen, die bei einer Wellenlänge der EUV-Strahlung 16 von 13,5 nm beispielsweise aus Si und Mo gebildet sein können.A reflective coating 26 is applied to a surface 25a of the substrate 25. To reflect the EUV radiation 16, the reflective coating 26 can, for example, have a plurality of layer pairs made of materials, each with a different real part of the refractive index, which can be formed, for example, from Si and Mo at a wavelength of the EUV radiation 16 of 13.5 nm.

Das Substrat 25 weist eine Hohlstruktur 27 in Form eines einzelnen, geradlinig verlaufenden Kühlkanals auf, der mit einem Kühlmedium 28 durchströmt wird, bei dem es sich bei dem in 2 gezeigten Beispiel um Kühlwasser handelt. Das in 2 durch einen Pfeil angedeutete Kühlmedium 28 tritt über eine Einlassöffnung 29 an einer in 2 links dargestellten Seitenfläche 30a in das Substrat 25 ein, um die Hohlstruktur 27 in Form des Kühlkanals zu durchströmen und auf diese Weise insbesondere die Oberfläche 25a des Substrats 25 zu kühlen, auf welche die reflektierende Beschichtung 26 aufgebracht ist.The substrate 25 has a hollow structure 27 in the form of a single, rectilinear cooling channel through which a cooling medium 28 flows, which is the in 2 The example shown is cooling water. This in 2 Cooling medium 28, indicated by an arrow, enters via an inlet opening 29 at an in 2 side surface 30a shown on the left into the substrate 25 in order to flow through the hollow structure 27 in the form of the cooling channel and in this way to cool in particular the surface 25a of the substrate 25 to which the reflective coating 26 is applied.

Zur Zuführung des Kühlmediums 28 zu der Einlassöffnung 30 sowie zum Abführen des Kühlmediums 28 von einer Auslassöffnung 31 an der in 2 rechts dargestellten Seitenfläche 30b des Substrats 25 weist die Projektionsbelichtungsanlage 1 eine Temperier-Einrichtung in Form einer Kühleinrichtung 32 auf, die stark schematisch auch in 1 dargestellt ist. Die Kühleinrichtung 32 dient im gezeigten Beispiel zur Zuführung des Kühlmediums 28 in Form von Kühlwasser zu der Hohlstruktur 27 bzw. zu dem vierten Spiegel M4 und weist zu diesem Zweck eine Zuführungsleitung 33 auf, die mit der Einlassöffnung 29 fluiddicht verbunden ist. Die Kühleinrichtung 32 weist auch eine Abführungsleitung 34 auf, um das Kühlwasser 28 über die Auslassöffnung 31 von dem Substrat 25 bzw. von der Hohlstruktur 27 abzuführen. Auch die anderen Spiegel M1-M3, M5, M6 des Projektionssystems 10 sowie die Spiegel des Beleuchtungssystems 2 können zur Kühlung mit der Kühleinrichtung 32 oder ggf. mit weiteren zu diesem Zweck vorgesehenen Temperier- bzw. Kühleinrichtungen verbunden werden.To supply the cooling medium 28 to the inlet opening 30 and to remove the cooling medium 28 from an outlet opening 31 at the in 2 On the side surface 30b of the substrate 25 shown on the right, the projection exposure system 1 has a temperature control device in the form of a cooling device 32, which is also shown very schematically in 1 is shown. In the example shown, the cooling device 32 serves to supply the cooling medium 28 in the form of cooling water to the hollow structure 27 or to the fourth mirror M4 and for this purpose has a supply line 33 which is connected in a fluid-tight manner to the inlet opening 29. The cooling device 32 also has a discharge line 34 in order to discharge the cooling water 28 from the substrate 25 or from the hollow structure 27 via the outlet opening 31. The other mirrors M1-M3, M5, M6 of the projection system 10 as well as the mirrors of the lighting system 2 can also be connected for cooling to the cooling device 32 or, if necessary, to other temperature control or cooling devices provided for this purpose.

Das Substrat 25 erwärmt sich im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 1 auf eine Temperatur, die größer ist als eine Eintrittstemperatur T_E des Kühlmediums 28 an der Einlassöffnung 29 der Hohlstruktur 27. Beim Durchströmen der Hohlstruktur 27 nimmt das Kühlmedium 28 daher Wärme aus dem Substrat 25 des Spiegels Mi auf. Die Temperatur des Kühlmediums 28 nimmt daher bei der Strömung des Kühlmediums 28 von der Einlassöffnung 29 zur Auslassöffnung 31 zu. Die Austrittstemperatur T_A des Kühlmediums 28 an der Auslassöffnung 31 ist daher größer als die Eintrittstemperatur T_E, d.h. das Kühlmedium 28 weist einen Temperaturgradienten auf, der in 2 durch die Zunahme des Grauanteils innerhalb der Hohlstruktur 27 angedeutet ist. Die Kühlung des Spiegels Mi mittels des Kühlmediums 28 ist daher nicht homogen.During operation of the projection exposure system 1, the substrate 25 heats up to a temperature that is greater than an inlet temperature T _E of the cooling medium 28 at the inlet opening 29 of the hollow structure 27. When flowing through the hollow structure 27, the cooling medium 28 therefore takes heat from the substrate 25 of the mirror Wed open. The temperature of the cooling medium 28 therefore increases as the cooling medium 28 flows from the inlet opening 29 to the outlet opening 31. The outlet temperature T _A of the cooling medium 28 at the outlet opening 31 is therefore greater than the inlet temperature T _E , that is, the cooling medium 28 has a temperature gradient which is in 2 is indicated by the increase in the gray content within the hollow structure 27. The cooling of the mirror Mi by means of the cooling medium 28 is therefore not homogeneous.

Um eine homogene Kühlung des Spiegels Mi zu erreichen sowie um beim Durchströmen der Hohlstruktur 27 mehr Wärme aufzunehmen als dies bei dem in 2 beschriebenen Kühlmedium 28 in Form von Wasser der Fall ist, wird bei dem in 3 gezeigten Beispiel die Hohlstruktur 27 mit einem Kühlmedium 28 durchströmt, das ein Gemisch aus einer Flüssigkeit 35 und einem Feststoff 36 bildet. Bei der Flüssigkeit 35 handelt es sich beim in 3 gezeigten Beispiel um Wasser, bei dem Feststoff 36 um Eis bzw. um Eiskristalle, d.h. es handelt es sich bei dem Kühlmedium 28 um zwei Phasen ein- und desselben Stoffs. In 3 liegt die Eintrittstemperatur T_E des Kühlmediums 28 geringfügig unter der Schmelztemperatur Ts des Eises 36 (0°C bei Atmosphärendruck) oder entspricht der Schmelztemperatur Ts. Es versteht sich, dass die Schmelztemperatur Ts des Eises 36 auch vom Druck abhängig ist, mit dem das Kühlmedium 28 die Hohlstruktur 27 durchströmt. Beim Durchströmen der Hohlstruktur 27 wird Wärme auf das Kühlmedium 28 übertragen und bringt das Eis 36 zum Schmelzen, wie dies in 3 angedeutet ist. Der Energieeintrag führt so lange nicht zu einer Temperaturerhöhung des Kühlmediums 28, bis das Eis 36 vollständig aufgeschmolzen ist.In order to achieve homogeneous cooling of the mirror Mi and to absorb more heat when flowing through the hollow structure 27 than in the case of the mirror Mi 2 If the cooling medium 28 described in the form of water is the case, this is the case in 3 In the example shown, a cooling medium 28 flows through the hollow structure 27, which forms a mixture of a liquid 35 and a solid 36. The liquid 35 is the in 3 Example shown is water, the solid 36 is ice or ice crystals, that is, the cooling medium 28 is two phases of one and the same substance. In 3 the inlet temperature T _E of the cooling medium 28 is slightly below the melting temperature Ts of the ice 36 (0 ° C at atmospheric pressure) or corresponds to the melting temperature Ts. It is understood that the melting temperature Ts of the ice 36 is also dependent on the pressure at which the cooling medium 28 flows through the hollow structure 27. When flowing through the hollow structure 27, heat is transferred to the cooling medium 28 and causes the ice 36 to melt, as shown in 3 is indicated. The energy input does not lead to an increase in the temperature of the cooling medium 28 until the ice 36 has completely melted.

Bei dem in 3 beschriebenen Beispiel wird das Substrat 25 daher gleichmäßig vom Kühlmedium 28 gekühlt, d.h. die Austrittstemperatur T_A entspricht der Eintrittstemperatur T_E oder ist nur geringfügig größer als die Eintrittstemperatur T_E. Zudem wird bei gleichen Randbedingungen die Energieübertragung, d.h. die Kühlleistung des Kühlmediums 28 beim Durchströmen der Hohlstruktur 27, im Vergleich zu 2 erhöht. Es ist daher nicht erforderlich, zur Erhöhung der Kühlleistung die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums 28 zu erhöhen, was das Auftreten von strömungsinduzierten Vibrationen zur Folge haben könnte. Es versteht sich, dass die Eintrittstemperatur T_E des Kühlmediums 28 geringer ist als die Temperatur des Substrats 25 im Bereich der Hohlstruktur 27, um das Kühlen zu ermöglichen.At the in 3 In the example described, the substrate 25 is therefore uniformly cooled by the cooling medium 28, ie the outlet temperature T _A corresponds to the inlet temperature T _E or is only slightly greater than the inlet temperature T _E. In addition, under the same boundary conditions, the energy transfer, ie the cooling capacity of the cooling medium 28 as it flows through the hollow structure 27, is compared to 2 elevated. It is therefore not necessary to increase the flow velocity of the cooling medium 28 in order to increase the cooling capacity, which could result in the occurrence of flow-induced vibrations. It is understood that the inlet temperature T _E of the cooling medium 28 is lower than the temperature of the substrate 25 in the area of the hollow structure 27 in order to enable cooling.

Anders als dies in 3 dargestellt ist, kann auch ein Kühlmedium 28 verwendet werden, das aus einem Gemisch besteht, das eine feste und eine flüssige Phase von zwei unterschiedlichen Stoffen enthält. Beispielsweise kann es sich bei dem Feststoff 36 um gefrorenes Öl handeln, das beim Durchströmen der Hohlstruktur 27 schmilzt, und bei der Flüssigkeit 35 um Wasser.Other than this in 3 is shown, a cooling medium 28 can also be used, which consists of a mixture that contains a solid and a liquid phase of two different substances. For example, the solid 36 can be frozen oil, which melts as it flows through the hollow structure 27, and the liquid 35 can be water.

4 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der Kühlleistung des Kühlmediums 28, ohne hierbei die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums 28 erhöhen zu müssen. Bei dem in 4 gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem Kühlmedium 28 um ein Gemisch aus einem Salz 36 und einer Flüssigkeit 35, bei der es sich im gezeigten Beispiel um Wasser handelt. Bei dem Salz kann es sich beispielsweise um NaCl, KI, NaNO₃, NH₄SCN, Na₂SO₄, Na₂HPO₄ oder Mn(NO₃)₂ handeln. Das jeweilige Salz kann in Form eines Hydrats vorliegen, beispielsweise kann es sich um Na₂SO₄·10H₂O, Na₂HPO₄·12H₂O oder um Mn(NO₃)₂·6H₂O handeln. Die Salze werden in der Flüssigkeit in Form von Wasser 35 in einem endothermen Lösungsvorgang gelöst und bilden eine Kältemischung. Alternativ kann es sich bei dem Feststoff des Kühlmediums 28 um ein wasserlösliches Polymer handeln, beispielsweise um PEG E600. Die Eintrittstemperatur T_E des Kühlmediums 28 in die Hohlstruktur 27 liegt in diesem Fall bei mehr als 15°C und bei weniger als 50°C. Beispielsweise kann die Eintrittstemperatur T_E bei ca. 25°C liegen. Die Soll-Temperatur des Substrats 25 liegt im selben Temperaturbereich, ist aber größer als die Eintrittstemperatur T_E des Kühlmediums 25 in die Hohlstruktur 27. 4 shows a further possibility for increasing the cooling capacity of the cooling medium 28 without having to increase the flow speed of the cooling medium 28. At the in 4 In the example shown, the cooling medium 28 is a mixture of a salt 36 and a liquid 35, which in the example shown is water. The salt can be, for example, NaCl, KI, NaNO ₃ , NH ₄ SCN, Na ₂ SO ₄ , Na ₂ HPO ₄ or Mn(NO ₃ ) ₂ . The respective salt can be in the form of a hydrate, for example it can be Na ₂ SO ₄ ·10H ₂ O, Na ₂ HPO ₄ ·12H ₂ O or Mn(NO ₃ ) ₂ ·6H ₂ O. The salts are dissolved in the liquid in the form of water 35 in an endothermic dissolution process and form a cold mixture. Alternatively, the solid of the cooling medium 28 can be a water-soluble polymer, for example PEG E600. The inlet temperature T _E of the cooling medium 28 into the hollow structure 27 is in this case at more than 15°C and less than 50°C. For example, the inlet temperature T _E can be approximately 25°C. The target temperature of the substrate 25 is in the same temperature range, but is greater than the inlet temperature T _E of the cooling medium 25 into the hollow structure 27.

Um ein widerstandsarmes Fließen des Kühlmediums 28 zu ermöglichen, ist die Kühleinrichtung 32 ausgebildet, der Hohlstruktur das Kühlmedium 28 mit einem Stoffmengenanteil des Feststoffs 36 von weniger als 50 %, typischerweise von weniger als 30% zuzuführen. Die Kühleinrichtung 32 kann ein Reservoir aufweisen, in dem das Kühlmedium 28 in Form des Gemischs mit dem gewünschten Stoffmengenanteil des Feststoffs 36 enthalten ist. Alternativ ist es möglich, dass die Kühleinrichtung 32 eine Mischeinrichtung aufweist, um den Feststoff 36 und die Flüssigkeit 35 zu mischen und hierbei das Kühlmedium 28 zu bilden.In order to enable low-resistance flow of the cooling medium 28, the cooling device 32 is designed to supply the hollow structure with the cooling medium 28 with a molar fraction of the solid 36 of less than 50%, typically less than 30%. The cooling device 32 can have a reservoir in which the cooling medium 28 is contained in the form of the mixture with the desired molar fraction of the solid 36. Alternatively, it is possible for the cooling device 32 to have a mixing device in order to mix the solid 36 and the liquid 35 and thereby form the cooling medium 28.

Bei der Komponente, welche die Hohlstruktur 27 aufweist, muss es sich nicht zwingend um ein optisches Element in Form eines Spiegels Mi handeln. Es kann sich auch um ein anderes optisches Element oder um nicht-optisches Bauteil handeln, beispielsweise um ein Strukturbauteil der Projektionsbelichtungsanlage 1. Die Komponente, welche auf die weiter oben beschriebene Weise gekühlt wird, kann auch in einer anderen optischen Anordnung als der weiter oben beschriebenen Projektionsbelichtungsanlage 1 eingesetzt werden, beispielsweise in einer Lithographieanlage, die für den DUV/VUV-Wellenlängenbereich ausgelegt ist.The component which has the hollow structure 27 does not necessarily have to be an optical element in the form of a mirror Mi. It can also be another optical element or non-optical component, for example a structural component of the projection exposure system 1. The component, which is cooled in the manner described above, can also be in an optical arrangement other than that described above Projection exposure system 1 can be used, for example in a lithography system that is designed for the DUV / VUV wavelength range.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102014203144 A1 [0004]
DE 102014206587 A1 [0005]
DE 102012221923 A1 [0006, 0007, 0008, 0013]

Claims

Method for cooling a component of a lithography system (1), in particular an optical element (Mi) or a structural component, comprising: flowing a cooling medium (28) through a hollow structure (27) formed in the component (Mi), characterized in that the hollow structure (27) is flowed through with a cooling medium (28), which forms a mixture of a liquid (35) and at least one solid (36).

Procedure according to Claim 1 , in which at least part of the solid (36) melts as it flows through the hollow structure (27).

Procedure according to Claim 2 , in which the solid (36) is frozen oil or ice.

Method according to one of the preceding claims, in which the solid (36) and the liquid (35) are two phases of the same substance, preferably two phases of water.

Method according to one of the preceding claims, in which an inlet temperature (T _E ) of the cooling medium (28) into the component (Mi) is not greater than a melting temperature (Ts) of the solid (36).

Method according to one of the preceding claims, in which at least part of the solid (36) is dissolved in the liquid (35) in an endothermic dissolution process as it flows through the hollow structure (27).

Procedure according to Claim 6 , in which the solid (36) is a salt which is preferably selected from the group comprising: NaCl, KI, NaNO ₃ , NH ₄ SCN, Na ₂ SO ₄ , Na ₂ HPO ₄ , Mn(NO ₃ ) ₂ .

Procedure according to Claim 6 , in which the solid (36) is a polymer, in particular polyethylene glycol.

Method according to one of the preceding claims, in which an inlet temperature (T _E ) of the cooling medium (28) into the component is more than 15°C and less than 50°C.

Method according to one of the preceding claims, in which a molar fraction of the solid (36) in the cooling medium (28) is less than 50%, preferably less than 30%.

Lithography system (1), comprising: at least one component, in particular an optical element (Mi) or a structural component, which has a hollow structure (27) for a cooling medium (28) to flow through, and a cooling device (32) for flowing through the hollow structure (27) is formed with the cooling medium (28), characterized in that the cooling device (32) is designed to flow through the hollow structure (27) with a cooling medium (28), which is a mixture of a liquid (35) and at least one Solid (36) forms.

Lithography system Claim 11 , in which the cooling device (32) is designed to flow through the hollow structure (27) with a cooling medium (28) which has a solid (36) in the form of frozen oil or ice.

Lithography system Claim 11 or 12 , in which the cooling device (32) is designed to flow through the hollow structure (27) with a cooling medium which has a solid (36) in the form of a salt, which is preferably selected from the group comprising: NaCl, KI, NaNO ₃ , NH ₄ SCN, Na ₂ SO ₄ , Na ₂ HPO ₄ , Mn(NO ₃ ) ₂ or which has a solid (36) in the form of a polymer, in particular in the form of polyethylene glycol.

Lithography system according to one of the Claims 11 until 13 , in which the cooling device (32) is designed to supply the hollow structure (27) with the cooling medium (28) at an inlet temperature (T _E ) which is not greater than a melting temperature (Ts) of the solid (36).

Lithography system according to one of the Claims 11 until 14 , in which the cooling device (32) is designed to supply the hollow structure (27) with the cooling medium (28) at an inlet temperature (T _E ) which is more than 15 ° C and less than 50 ° C.

Lithography system according to one of the Claims 11 until 15 , in which the cooling device (32) is designed to supply the hollow structure (27) with the cooling medium (28) with a molar fraction of the solid (36) of less than 50%, preferably less than 30%.