DE102023205947A1

DE102023205947A1 - Verfahren zur Herstellung eines Grundkörpers einer Komponente, optisches Element und optische Anordnung

Info

Publication number: DE102023205947A1
Application number: DE102023205947.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Monz; Michael Klasna; Cristian Gleason Gonzalez; Christoph Traxinger; Julian Zips; Philipp Bartsch; Eduard SCHWEIGERT
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2023-06-23
Filing date: 2023-06-23
Publication date: 2024-05-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Grundkörpers (25) einer Komponente, insbesondere eines optischen Elements (Mi) oder eines Strukturbauteils, wobei der Grundkörper (25) eine mit einem Fluid durchströmbare Hohlstruktur (27) aufweist, das Verfahren umfassend: Herstellen des Grundkörpers (25) mit der mit dem Fluid (28) durchströmbaren Hohlstruktur (27), sowie Nachbearbeiten der Hohlstruktur (27) durch Spülen der Hohlstruktur (27) mit mindestens einem materialabtragenden Medium (37) zum Erzeugen einer strömungsoptimierten Geometrie der Hohlstruktur (27). Die Erfindung betrifft auch ein optisches Element (Mi) zur Reflexion von Strahlung, das einen gemäß dem Verfahren hergestellten Grundkörper (25) mit der Hohlstruktur (27) aufweist. Der Grundkörper (25) weist eine reflektive Fläche (26) zur Reflexion der Strahlung (16) auf. Die Erfindung betrifft auch eine optische Anordnung, insbesondere eine Lithographiesystem, das mindestens ein solches optisches Element (Mi) sowie eine Kühleinrichtung aufweist, die zum Durchströmen der Hohlstruktur (27) mit einem Kühlfluid (28) ausgebildet ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Grundkörpers einer Komponente, insbesondere eines optischen Elements oder eines Strukturbauteils, wobei der Grundkörper eine mit einem Fluid durchströmbare Hohlstruktur aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Herstellen des Grundkörpers mit der mit dem Fluid durchströmbaren Hohlstruktur. Die Erfindung betrifft auch ein optisches Element zur Reflexion von Strahlung mit einem solchen Grundkörper und eine optische Anordnung, insbesondere ein Lithographiesystem, mit mindestens einem solchen optischen Element.
Aktuelle Lithographiesysteme verfügen über Kühlsysteme mit Kühlkreisläufen für die thermische Stabilisierung von Komponenten wie z.B. optischen Elementen oder Strukturbauteilen. Kühlleitungen der Kühlkreisläufe können in Form von Hohlstrukturen, die Kühlkanäle aufweisen, sowohl durch die Grundkörper der optischen Elemente als auch durch die Grundkörper der Strukturbauteile geführt werden. Um für eine möglichst hohe Wärmeabfuhr und eine gute Regelbarkeit des Kühlsystems (geringe Verzögerung) zu sorgen, werden die Grundkörper der gekühlten Komponenten, genauer gesagt deren Hohlstrukturen, mit einem Fluid, typischerweise in Form einer Kühlflüssigkeit, durchströmt. Als Kühlflüssigkeit wird häufig Wasser verwendet, da dieses im Vergleich zu anderen Fluiden eine hohe Wärmekapazität aufweist und sehr gut verfügbar ist. Das strömende Fluid sorgt auch für einen verbesserten Wärmeübergang an den überströmten Flächen (erzwungene Konvektion).
Aufgrund der Strömung findet in den Strömungsgrenzschichten zwischen dem strömenden Fluid und den Wänden der Komponente ein Impulsaustausch statt. Bei laminarer und stationärer Strömung wirkt sich dies als konstante Kraft auf die durchströmte Komponente aus (Strömungsdruckverlust). Wird eine kritische Strömungsgeschwindigkeit (kritische Reynolds-Zahl Re; z.B. Re=2300 bei Rohren) überschritten, die von den lokalen geometrischen Randbedingungen und den An- und Abströmrandbedingungen abhängt, können kleine Störungen nicht mehr durch die Viskosität des strömenden Mediums gedämpft werden, sodass eine Störung der Strömung anhaltende periodische und zufällige Fluktuationen in der Strömung nach sich zieht (Turbulenz). Diese Turbulenz erhöht den Impulstransport aus der Strömung in den Grundkörper und kann abhängig von Geometrie, Medium und Strömung ggf. auch bei regelungstechnisch kritischen Frequenzen (z.B. für eine Positionsregelung von Spiegeln) in Form von strömungsinduzierten Vibrationen („Flow-induced-Vibrations, FIV“) die Komponente ungewollt beschleunigen.
Strömungsinduzierte Vibrationen entstehen somit durch turbulenz-induzierte Druck- und Impulsschwankungen in der Fluidströmung und die daraus resultierenden Kräfte auf die Wandungen der Hohlstruktur bzw. der Kühlkanäle, die zu einer dynamischen Anregung der Komponente führen. Zudem koppeln auch bis zu 10% der hydrodynamischen Fluktuationen (Turbulenz) in akustische Druckwellen aus, die sich mit der Schallgeschwindigkeit des Kühlfluids auch stromaufwärts fortpflanzen können und abhängig von der Geometrie des Kühlkreislaufs in Resonanzfrequenzen (wie bei Orgelpfeifen) gespeichert werden können. Es wird versucht, die Entstehung von strömungsinduzierten Vibrationen durch eine Optimierung der Strömungsführung und möglichst geringe Strömungsgeschwindigkeiten zu minimieren.
Bei der Optimierung der Strömungsführung des Fluids durch die Hohlstruktur besteht das Problem, dass die Hohlstruktur typischerweise durch Standard-Bearbeitungsverfahren (Schleifen, Fräsen, Bohren, ...) hergestellt wird, bei denen es fertigungsbedingt in der Regel zu Unstetigkeiten z.B. an Verzweigungen innerhalb der Hohlstruktur kommt, an denen ein (Kanal-)Abschnitt der Hohlstruktur mit größerem Strömungsquerschnitt in mehrere (Kanal-)Abschnitte der Hohlstruktur mit kleinerem Strömungsquerschnitt übergeht. Des weiteren lassen Standard-Bearbeitungsverfahren teilweise nur scharfkantige Querschnitte zu, die insbesondere am Übergang zwischen Abschnitten der Hohlstruktur, die nahezu senkrecht zueinander verlaufen, zur Turbulenzen führen können, weshalb eine strömungsoptimierte Führung des Kühlfluids nur in Ansätzen möglich ist. Die fertigungsbedingte Geometrie der Hohlstruktur ist daher typischerweise suboptimal für die Strömungsführung hinsichtlich Turbulenzgenerierung, Akustik und den daraus resultierenden Krafteintragungen durch strömungsinduzierte Vibrationen, die eine dynamische Störung des Betriebs des Lithographiesystems zur Folge haben können.
Insbesondere bei Komponenten für EUV-Lithographiesysteme können jedoch nur minimale strömungsinduzierte Vibrationen toleriert werden: Die maximal zulässigen, durch strömungsinduzierte Vibrationen erzeugten Kräfte liegen dort typischerweise in der Größenordnung von mN.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Grundkörpers einer Komponente bereitzustellen, bei dem die Hohlstruktur eine strömungsoptimierte Geometrie aufweist, sowie ein optisches Element mit einem solchen Grundkörper und eine optische Anordnung mit mindestens einem solchen optischen Element bereitzustellen.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, umfassend den zusätzlichen Schritt: Nachbearbeiten der Hohlstruktur durch Spülen der Hohlstruktur mit mindestens einem materialabtragenden Medium zum Erzeugen einer strömungsoptimierten Geometrie der Hohlstruktur.
Bei diesem Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, die Hohlstruktur nachzubearbeiten, um Stufen und Kanten abzurunden und auf diese Weise die Hohlstruktur bzw. die Kanalgeometrie stromlinienförmiger zu gestalten. Zu diesem Zweck wird die Hohlstruktur mit (mindestens) einem materialabtragenden Medium gespült, d.h. mit einem Medium, das Material von den Wänden der Hohlstruktur abträgt. Auf diese Weise kann eine möglichst stromlinienförmige Strömungsführung des Fluids erreicht werden, bei der Druckverlust, Turbulenz und somit strömungsinduzierte Vibrationen stark reduziert werden.
Bei der Nachbearbeitung wird ausgenutzt, dass die Hohlstruktur mit einem Fluid durchströmbar ist, d.h. dass die Hohlstruktur (mindestens) einen Einlass aufweist, durch den das materialabtragende Medium der Hohlstruktur zugeführt werden kann, um diese zu spülen, und dass die Hohlstruktur (mindestens) einen Auslass aufweist, durch den das materialabtragende Medium aus der Hohlstruktur austreten kann. Der Grad des Materialabtrags kann u.a. durch die Strömungsgeschwindigkeit bzw. durch den Druck beeinflusst werden, mit dem das materialabtragende Medium die Hohlstruktur durchströmt. Nach dem Spülen der Hohlstruktur mit dem materialabtragenden Medium kann ein Reinigungsschritt durchgeführt werden, bei dem die Hohlstruktur mit einem Spülmedium gespült wird, um Rückstände des materialabtragenden Mediums aus der Hohlstruktur zu entfernen.
Bei einer Variante wird die Hohlstruktur mit einem materialabtragenden Medium in Form einer Suspension eines Schleifmittels in einer Flüssigkeit gespült. Bei einer Suspension handelt es sich um ein heterogenes Stoffgemisch aus einer Flüssigkeit mit fein darin verteilten Feststoff-Partikeln. Bei den Partikeln handelt es sich im vorliegenden Fall um ein Schleifmittel, genauer gesagt um Hartstoffkörner eines Kornwerkstoffs. Bei dem Kornwerkstoff kann es sich um einen natürlichen Kornwerkstoff (z.B. Quarz, Naturdiamant, ...) oder um einen synthetischen Kornwerkstoff (z.B. um Korund, (künstlichen) Diamant, ...) handeln. Die Partikelkonzentrationen und die Partikelgrößen sowie die verwendete Flüssigkeit der Suspension können auf die jeweils zu durchströmenden Geometrien der Hohlstruktur und das Material des Grundkörpers angepasst werden.
Bei einer Weiterbildung dieser Variante handelt es bei der Flüssigkeit der Suspension um ein chemisch aktives materialabtragendes Medium. Unter einem chemisch aktiven materialabtragenden Medium wird im Sinne dieser Anmeldung ein Medium verstanden, welches einen Materialabtrag durch eine chemische Reaktion mit dem Material des Grundkörpers bewirkt. Bei dem chemisch aktiven materialabtragenden Medium handelt es sich typischerweise um eine Säure (z.B. um HF) oder um eine Base (z.B. um KOH). Das chemisch aktive materialabtragende Medium in Form der Flüssigkeit unterstützt den Materialabtrag durch das Schleifmittel der Suspension.
Bei einer weiteren Variante wird die Hohlstruktur bevorzugt nach dem Spülen mit der Suspension mit einem chemisch aktiven materialabtragenden Medium (typischerweise in Form einer Flüssigkeit) gespült. In diesem Fall kann die Spülung mit der Suspension ohne die Verwendung eines chemisch aktiven Mediums erfolgen. Beispielsweise kann es sich bei der Flüssigkeit der Suspension in diesem Fall um Wasser oder um eine andere nicht chemisch aktive Flüssigkeit handeln. Es ist aber auch möglich, die Spülung mit der Suspension, die ein chemisch aktives Medium in Form einer Flüssigkeit aufweist, mit der hier beschriebenen Spülung unter Verwendung eines chemisch aktiven Mediums in Form einer Flüssigkeit (ohne Schleifmittel) zu kombinieren.
Grundsätzlich ist es möglich, den Materialabtrag allein durch ein chemisch aktives materialabtragendes Medium zu bewirken, allerdings ist der Materialabtrag in diesem Fall in der Regel vergleichsweise langsam. Insbesondere für den Fall, dass bei der Herstellung des Hohlstruktur bereits eine Vorschädigung des Materials des Grundkörpers erfolgt ist, wie dies z.B. beim selektiven Laserätzen der Fall ist (s.u.), kann die Vorschädigung die Ätzrate bzw. den Materialabtrag erhöhen bzw. selektiv beeinflussen. In diesem Fall kann eine in gewissen Grenzen frei Gestaltung der Geometrie der Hohlstruktur beim Nachbearbeiten erfolgen.
Bei einer weiteren Variante umfasst das Herstellen des Grundkörpers mit der Hohlstruktur: Bereitstellen des Grundkörpers, sowie Erzeugen der Hohlstruktur in dem Grundkörper durch Abtragen von Material des Grundkörpers. Bei dieser Variante wird zunächst der Grundkörper hergestellt bzw. bereitgestellt und die Hohlstruktur wird durch Abtragen von Material des Grundkörpers erzeugt. Für das Abtragen können die weiter oben beschriebenen Standard-Fertigungsverfahren verwendet werden oder alternative Fertigungsverfahren, wie dies weiter unten näher beschrieben ist.
Bei einer Weiterbildung dieser Variante umfasst das Bereitstellen des Grundkörpers das Bereitstellen eines ersten Teilkörpers und einen zweiten Teilkörpers, das Erzeugen der Hohlstruktur in dem Grundkörper umfasst das Abtragen von Material mindestens eines Teilkörpers und nach dem Erzeugen der Hohlstruktur werden die beiden Teilkörper entlang einer Fügefläche starr miteinander verbunden.
Bei dieser Weiterbildung wird für den Fall, dass es sich bei der Komponente um ein optisches Element in Form eine Spielgels handelt, typischerweise zunächst der Grundkörper (Spiegel-Substrat) gefertigt und aus diesem werden durch mechanisches Bearbeiten die beiden Teilkörper gebildet. An mindestens einem der beiden Teilkörper erfolgt ein Materialabtrag, um die Hohlstruktur oder einen Teil der Hohlstruktur zu bilden. Die beiden Teilköper werden nachfolgend entlang der Fügefläche starr miteinander verbunden. Für die Herstellung der Verbindung kann ein Bonding-Verfahren eingesetzt werden, z.B. das so genannte Fusions-Bonden, welches die Herstellung einer Verbindung ohne die Verwendung eines Fügemittels ermöglicht. Bei der Fügefläche kann es sich um eine plane Fläche handeln, es ist aber auch möglich, dass es sich bei der Fügefläche um eine gekrümmte Fläche handelt.
Das Zusammenfügen von zwei oder mehr Teilkörpern zur Bildung des Grundkörpers kann insbesondere bei den weiter oben beschriebenen Standard-Fertigungsverfahren erforderlich sein, um komplexe Geometrien der Hohlstruktur zu realisieren. Es kann aber ggf. auch bei den nachfolgend beschriebenen alternativen Fertigungsverfahren erforderlich sein, den Grundkörper auf mehrere Teilkörper aufzuteilen, um Probleme mit abgeschatteten Kanalstrukturen zu lösen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren der eingangs genannten Art, insbesondere ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, bei dem der Grundkörper mit der mit dem Fluid durchströmbaren Hohlstruktur zumindest teilweise mittels eines alternativen Fertigungsverfahrens hergestellt wird.
Alternativ oder zusätzlich zur weiter oben beschriebenen Nachbehandlung der Hohlstruktur kann eine möglichst strömungsoptimierte, stromlinienförmige Strömungsführung dadurch erreicht werden, dass die Hohlstruktur zumindest teilweise durch ein alternatives Fertigungsverfahren hergestellt wird. Unter einem alternativen Fertigungsverfahren wird ein Fertigungsverfahren verstanden, bei dem es sich nicht um ein mechanisches Standard-Bearbeitungsverfahren (Schleifen, Fräsen, Bohren, ...) handelt, bei dem die fertigungstechnisch herstellbare Geometrie der Hohlstruktur stark limitiert ist. Alternative Fertigungsverfahren ermöglichen es grundsätzlich, eine Hohlstruktur mit einer nahezu beliebigen komplexen Geometrie in dem Grundkörper zu erzeugen. Mit Hilfe alternativer Fertigungsverfahren können daher im Hinblick auf die Fluidströmung und auf strömungsinduzierte Vibrationen optimierte Hohlstrukturen realisiert werden.
Bei einer Variante ist das alternative Fertigungsverfahren ausgewählt aus der Gruppe umfassend: selektives Laserätzen und Rückseiten-Laserablation.
Beim selektiven Laserätzen wird Licht in Form von ultrakurz gepulster Laserstrahlung (ps- bzw. fs-Pulse) im Volumen eines transparenten Werkstücks bzw. Grundkörpers fokussiert. Die Pulsenergie wird hierbei nur innerhalb des Fokusvolumens durch Mehrphotonenprozesse absorbiert. In dem Fokusvolumen wird das transparente Material rissfrei oder ggf. mit Mikrorissen in seinen optischen und chemischen Eigenschaften derart verändert, dass es selektiv chemisch ätzbar wird. Durch Bewegung des Fokusvolumens im Material werden zusammenhängende Volumenbereiche modifiziert, die nachfolgend mittels nass-chemischem Ätzen entfernt werden können. Beim nass-chemischen Ätzen wird der Grundkörper typischerweise über mehrere Wochen oder Monate in eine Ätzlösung getaucht, die bevorzugt (selektiv) das modifizierte Material auslöst. Durch die Bewegung des Fokusvolumens innerhalb des Werkstücks können mit Hilfe des selektiven Laserätzens grundsätzlich Hohlstrukturen beliebiger Geometrie hergestellt werden.
Bei der Rückseiten-Laserablation wird ebenfalls Licht in Form von ultrakurz gepulster Laserstrahlung (ps- bzw. fs-Pulse) im Volumen eines transparenten Werkstücks bzw. Grundkörpers fokussiert. Im Gegensatz zum selektiven Laserätzen wird das Material des Grundkörpers durch entsprechend hohe Pulsenergien direkt abgetragen, um die Hohlstruktur zu erzeugen. Bei der Rückseiten-Laserablation wird wie beim selektiven Laserätzen ausgenutzt, dass Materialien in Form von herkömmlichen Gläsern wie Kieselglas, Borosilikatglas oder auch titandotiertes Quarzglas (ULEO) für Laserstrahlung mit Wellenlängen im sichtbaren (VIS) bis nahen Infrarotbereich transparent sind. Erst wenn die Intensität der Laserpulse hoch genug ist, kann durch Multi-Photonen-Absorption Energie im Material deponiert werden. Dadurch ist es möglich, die Laserpulse nahezu verlust- und verzerrungsfrei auf die Rückseite des Materials zu fokussieren, sodass erst im fokusnahen Bereich auf der Rückseite die Laserpulse absorbiert werden und ein Materialabtrag stattfinden kann.
Verfahren zum Materialabtrag durch Laserablation ausgehend von der Rückseite eines Werkstücks bzw. eines Grundkörpers sind beispielsweise in dem Artikel „Three-dimensional hole drilling of silica glass from the rear surface with femtosecond laser pulses", Y. Li et al., Optics Letters Vol. 26(23), Seiten 1912-1914 (2001), in dem Artikel "Precision glass machining, drilling and profile cutting by short pulse lasers, S. Nikumb et al., Thin Solid Films, Vol. 477(1-2), Seiten 216-221 (2005) oder in dem Artikel „Water-assisted femtosecond laser ablation for fabricating three-dimensional microfluidic chips", Yan Li, Shiliang Qu, Current Applied Physics, Vol. 13, Issue 7, 2013, Seiten 1292-1295 beschrieben.
Bei einer alternativen Variante wird der der Grundkörper mit der Hohlstruktur durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt. Bei dieser Variante wird der Grundkörper in einem 3D-Druckverfahren hergestellt, d.h. die Hohlstruktur wird bereits bei der Herstellung des Grundkörpers erzeugt. Hierbei kann ausgenutzt werden, dass der 3D-Druck von Materialien in Form von Gläsern, z.B. in Form von titandotiertem Quarzglas, möglich ist, vgl. beispielsweise den Artikel „Three-dimensional printing of transparent fused silica glass", F. Kotz et al., Nature Vol. 544, April 2017.
Bei den drei genannten alternativen Fertigungsverfahren ist es grundsätzlich möglich, die Hohlstruktur in einen monolithischen Grundkörper einzubringen bzw. einen monolithischen Grundkörper mit der Hohlstruktur zu drucken. Wie weiter oben dargestellt wurde, kann es auch in diesem Fall dennoch günstig sein, den Grundkörper aus zwei oder mehr als zwei Teilkörpern zusammenzusetzen bzw. zusammenzufügen. Auch bei den hier beschriebenen alternativen Fertigungsverfahren kann es vorteilhaft sein, die weiter oben beschriebene Nachbehandlung durchzuführen, um die Geometrie der Hohlstruktur im Hinblick auf ihre Strömungseigenschaften weiter zu optimieren, um diese bzw. die Kühlkanäle, in ihre finale (strömungsreduzierte) Form zu bringen. Gleichzeitig können fertigungsbedingte Rückstände und/oder Ungenauigkeiten bei der Fertigung der Hohlstruktur beseitigt oder zumindest reduziert werden.
Bei einer weiteren Variante wird in einem vorausgehenden Schritt die herzustellende Hohlstruktur mit Hilfe einer numerischen Strömungssimulation bestimmt, die bevorzugt auf einem Turbulenzmodell beruht. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist eine Hohlstruktur, die mit Standard-Fertigungsverfahren hergestellt werden kann, in der Regel nicht im Hinblick auf eine stromlinienförmige Strömungsführung optimiert. Durch die weiter oben beschriebene Nachbehandlung und/oder durch die Verwendung eines alternativen Fertigungsverfahrens ist es möglich, eine Hohlstruktur mit einer strömungsoptimierten Geometrie zu fertigen. Dies setzt allerdings die Kenntnis voraus, wie die strömungsoptimierte Hohlstruktur ausgebildet ist. Die Bestimmung einer solchen Hohlstruktur erfolgt bei dieser Variante mittels eines numerischen Strömungssimulationsmodells bzw. mittels der numerischen Strömungsmechanik (engl. „computational fluid dynamics“, CFD). Ein solches Strömungssimulationsmodell kann auf einem Turbulenzmodell beruhen, es ist grundsätzlich aber auch möglich, dass es sich um ein Strömungssimulationsmodell handelt, bei dem eine direkte numerische Simulation durchgeführt wird, die kein (empirisches) Turbulenzmodell benötigt.
Bei einer Weiterbildung dieser Variante ist das Turbulenzmodell ein Wirbelviskositätsmodell in Form eines Zweigleichungsmodells, das bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Standard-k-ε-Modell und nichtlineares k-ε-Modell, insbesondere k-w-SST-Modell. Grundlage für die numerische Optimierung der Strömungsführung mit Hilfe des Strömungssimulationsmodells kann beispielsweise die Geometrie einer Hohlstruktur bilden, die mit Hilfe von Standard-Herstellungsverfahren erzeugt wird. Aufgrund der Tatsache, dass den Turbulenzmodellen unterschiedliche Modellannahmen zu Grunde liegen, hängt die strömungsoptimierte Hohlstruktur, die bei der numerischen Strömungssimulation bestimmt wird, vergleichsweise stark vom verwendeten Turbulenzmodell ab. Trotz der Unterschiede der mit den unterschiedlichen Turbulenzmodellen bestimmten strömungsoptimierten Hohlstrukturen ist diesen üblicherweise gemeinsam, dass sie eine erhebliche Reduzierung des Druckverlusts des Fluids und der strömungsinduzierten Vibrationen ermöglichen. Gegenüber einer nicht strömungsoptimierten Hohlstruktur kann beispielsweise eine um ca. 25% reduzierter Druckverlust und es können um ca. 70% reduzierte strömungsinduzierte Vibrationen erreicht werden.
Bei einer weiteren Variante ist die Komponente ein optisches Element zur Reflexion von Strahlung, der Grundkörper weist eine reflektive Fläche zur Reflexion der Strahlung auf und beim Herstellen des Grundkörpers mit der Hohlstruktur wird eine Mehrzahl von Kühlkanälen gebildet, die von der reflektiven Fläche beabstandet sind.
Bei dem Material des Grundkörpers handelt es sich in diesem Fall in der Regel um Glas oder um eine Glaskeramik. Beispielsweise kann es sich bei dem Material des Grundkörpers um titandotiertes Quarzglas (ULEO) handeln. Bei der reflektiven Fläche handelt es sich in diesem Fall typischerweise um eine Beschichtung, die zur Reflexion der Strahlung ausgebildet ist. Bei der Beschichtung kann es sich um eine Mehrlagen-Beschichtung handeln, die zur Reflexion der Strahlung durch Interferenzeffekte ausgebildet ist. Für den Fall, dass es sich bei der Strahlung, die von dem optischen Element reflektiert werden soll, um Strahlung im EUV-Wellenlängenbereich bei ca. 13,5 nm handelt, kann die Mehrlagen-Beschichtung insbesondere alternierende Lagen aus Molybdän und Silizium aufweisen. Ein optisches Element in Form eines Spiegels zur Reflexion von Strahlung, insbesondere in Form eines EUV-Spiegels, reflektiert nicht nur die auftreffende Strahlung, sondern absorbiert auch einen in der Regel erheblichen Anteil der auftreffenden Strahlung. Mit Hilfe der Kühlkanäle kann die bei der Absorption der Strahlung erzeugte Wärme von dem Grundkörper bzw. von der reflektiven Fläche abgeführt werden.
Die Kühlkanäle bilden typischerweise einen Abschnitt der Hohlstruktur und sind an einen Fluidverteiler zur Zufuhr des Fluids zu den Kühlkanälen und an einen Fluidsammler zur Abfuhr des Fluids aus den Kühlkanälen angeschlossen. Der Fluidverteiler und der Fluidsammler sind in der Regel räumlich getrennt voneinander angeordnet. Der Fluidverteiler dient typischerweise zur Verbindung eines Fluideinlasses des Grundkörpers mit der Mehrzahl von Kühlkanälen, der Fluidsammler dient zur Verbindung der Mehrzahl von Kühlkanälen mit einem Fluidauslass des Grundkörpers. Der Fluidverteiler dient hierbei zur Aufteilung der Fluidströmung auf die Mehrzahl von Kühlkanälen, der Fluidsammler dient zum Zusammenführen der Fluidströmungen aus der Mehrzahl von Kühlkanälen. Bei der Strömungsoptimierung können insbesondere die Geometrie des Fluidverteilers und die Geometrie des Fluidsammlers optimiert werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine optische Anordnung, insbesondere ein Lithographiesystem, umfassend: mindestens eine optisches Element, das wie weiter oben beschrieben ausgebildet ist, sowie eine Kühleinrichtung, die zum Durchströmen der Hohlstruktur mit einer Kühlflüssigkeit ausgebildet ist. Bei dem Lithographiesystem kann es sich beispielsweise um ein EUV-Lithographiesystem handeln, das mit Strahlung bei einer Betriebswellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich betrieben wird. Bei dem EUV-Lithographiesystem kann es sich um eine EUV-Lithographieanlage zur Belichtung eines Wafers oder um eine andere optische Anordnung handeln, die EUV-Strahlung verwendet, beispielsweise um ein EUV-Inspektionssystem, z.B. zur Inspektion von in der EUV-Lithographie verwendeten Masken, Wafern oder dergleichen. Es ist auch möglich, dass es sich bei dem Lithographiesystem um eine Lithographieanlage handelt, die mit Strahlung in einem anderen Wellenlängenbereich betrieben wird, beispielsweise mit Strahlung im DUV/VUV-Wellenlängenbereich.
Wie weiter oben beschrieben wurde, muss es sich bei der Komponente, deren Grundkörper die Hohlstruktur aufweist, nicht zwingend um ein optisches Element handeln, es kann sich vielmehr 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, beispielsweise 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. Die weiter oben beschriebene optische Anordnung kann insbesondere mindestens ein Strukturbauteil aufweisen, dessen Grundkörper eine Hohlstruktur aufweist, der mittels der Kühleinrichtung mit einem Kühlfluid durchströmt wird.
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.
Zeichnung
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,
2a eine schematische Darstellung eines Grundkörpers eines Spiegels der Projektionsbelichtungsanlage von 1 mit einer Hohlstruktur, die durch ein Standard-Fertigungsverfahren hergestellt ist,
2b,c schematische Darstellungen analog zu 2a, bei denen der Grundkörper eine strömungsoptimierte Hohlstruktur aufweist, sowie
3a,b schematische Darstellungen eines Details der Hohlstruktur des Grundkörpers von 2a während und nach dem Spülen mit einem materialabtragenden Medium.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Das Projektionssystem 10 umfasst eine Mehrzahl von Spiegeln Mi, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind.
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.
Die Spiegel Mi können, genauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik 4, eine hoch reflektierende Beschichtung für die Beleuchtungsstrahlung 16 aufweisen.
2a zeigt beispielhaft einen Grundkörper in Form eines Substrats 25 eines der Spiegel Mi des Projektionssystems von 1. Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem Material des Substrats 25 um Ultra Low Expansion Glass (ULEO). 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®.
An einer Oberfläche 25a des Substrats 25 ist eine reflektive Fläche in Form einer reflektierenden Beschichtung 26 (vgl. 3a,b) aufgebracht. Ein Teilbereich der Oberfläche 25a, der sich innerhalb der reflektierenden Beschichtung 26 befindet, wird von der EUV-Strahlung 16 des Projektionssystems 10 getroffen und bildet einen (nicht bildlich dargestellten) optisch genutzten Teilbereich der reflektierenden Beschichtung 26. 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.
Das Substrat 25 weist eine Hohlstruktur 27 auf, die mit einem Fluid 28 durchströmt werden kann, bei dem es sich im gezeigten Beispiel um Kühlwasser handelt. Das in 2a durch einen Pfeil angedeutete Fluid 28 tritt über eine Einlassöffnung 29 an einer Seitenfläche in das Substrat 25 ein, um eine Mehrzahl von Kühlkanälen 31 zu durchströmen, die einen Teil der Hohlstruktur 27 bilden, um auf diese Weise insbesondere die Oberfläche 25a des Substrats 25 zu kühlen, auf welche die reflektierende Beschichtung 26 aufgebracht ist.
Zur Zuführung des Fluids 28 zu der Einlassöffnung 29 sowie für das Abführen des Fluids 28 von einer Auslassöffnung 30 des Substrats 25 weist die Projektionsbelichtungsanlage 1 eine Temperier-Einrichtung in Form einer Kühleinrichtung 32 auf, die stark schematisch in 1 dargestellt ist. Die Kühleinrichtung 32 dient im gezeigten Beispiel zur Zuführung des Fluids 28 in Form von Kühlwasser zu der Hohlstruktur 27 bzw. zu dem vierten Spiegel M4 und weist zu diesem Zweck eine nicht bildlich dargestellte Zuführungsleitung auf, die mit der Einlassöffnung 29 fluiddicht verbunden ist. Die Kühleinrichtung 32 weist auch eine nicht bildlich dargestellte Abführungsleitung auf, um das Kühlwasser über die Auslassöffnung 30 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.
Wie in 2a zu erkennen ist, tritt das Fluid 28 über die Einlassöffnung 29 in einen ersten, zylindrischen Hohlraum 33a der Hohlstruktur 27 ein, der einen Teil eines Fluidverteilers 33 bildet und von dem eine Mehrzahl von Verteilerkanälen 33b abzweigen, die jeweils mit einem der Mehrzahl von Kühlkanälen 31 verbunden sind. Die Kühlkanäle 31 sind in einem konstanten Abstand von ca. 2 mm bis ca. 5 mm von der im gezeigten Beispiel konvex gekrümmten Oberfläche 25a des Substrats 25 beabstandet angeordnet. Die Oberfläche 25a weist entlang von Schnittebenen XZ, die senkrecht zur Y-Richtung eines XYZ-Koordinatensystems verlaufen, eine konvexe Krümmung auf. Entlang von Schnittebenen YZ, die senkrecht zur X-Richtung verlaufen, ist die Oberfläche 25a hingegen plan ausgebildet. Die Kühlkanäle 31 verlaufen entlang ihrer Längsrichtung, die der X-Richtung entspricht, geradlinig und erstrecken sich in Längsrichtung über annähernd den gesamten von der Beschichtung 26 überdeckten Teilbereich der Oberfläche 25a des Substrats 25. Wie in 3a,b angedeutet ist, folgt die Krümmung der Kühlkanäle 31 der konvexen Krümmung der Oberfläche 25a. Aus den Kühlkanälen 31 strömt das Fluid 28 über eine Mehrzahl von Sammlerkanälen 34b zu einem zweiten zylindrischen Hohlraum 34a eines Fluidsammlers 34. Über die Auslassöffnung 30 des zylindrischen Hohlraums 34a tritt das Fluid 28 aus der Hohlstruktur 27 des Substrats 25 aus.
Wie in 2a zu erkennen ist, verlaufen die Kühlkanäle 31 ausgehend von den Verteilerkanälen 33b bzw. von den Sammlerkanälen 34b zunächst in horizontaler Richtung (X-Richtung) während die Verteilerkanäle 33b sowie die Sammlerkanäle 34b in vertikaler Richtung (Z-Richtung) verlaufen. Entsprechend sind die Längsachsen der Kühlkanäle 31 am Übergang zu einem jeweiligen Verteilerkanal 33b und zu einem jeweiligen Sammlerkanal 34b unter einem Winkel von 90° zu den Längsachsen der Verteilerkanäle 33b bzw. zu den Längsachsen der Sammlerkanäle 34b ausgerichtet. Eine solche Ausrichtung unter einem Winkel von ca. 90° ist typisch für die Herstellung der Hohlstruktur 27 in dem Grundkörper 25 mittels eines Standard-Bearbeitungsverfahrens, die nachfolgend näher beschrieben wird.
Für die Herstellung der Hohlstruktur 27 wird der in 2a gezeigte Grundkörper 25 in zwei Teilkörper 35a, 35b aufgeteilt, die in 3a,b angedeutet sind. Der erste, obere Teilkörper 35a ist im wesentlichen plattenförmig ausgebildet. An dem ersten Teilkörper 35a ist die reflektive Fläche in Form der Beschichtung 26 aufgebracht. Der zweite, wesentlich größere Teilkörper 35b ist mit dem ersten Teilkörper 35a an einer gemeinsamen Fügefläche 36 verbunden, die im gezeigten Beispiel der Krümmung der Oberfläche 25a folgt. Die Verbindung der beiden Teilkörper 35a, 35b entlang der Fügefläche 36 kann durch ein Bonding-Verfahren erfolgen, beispielsweise durch Fusions-Bonden. Im gezeigten Beispiel sind der erste Teilkörper 26a und der zweite Teilkörper 26b aus demselben Material (ULEO, s.o.) gebildet, es ist aber auch möglich, dass der erste Teilkörper 26a und der zweite Teilkörper 26b aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind.
Die Kühlkanäle 31 werden bei der Herstellung der Hohlstruktur 27 gebildet, indem Material von dem ersten Teilkörper 35a abgetragen wird, d.h. die Kühlkanäle 31 erstrecken sich ausgehend von der Fügefläche 36 in den ersten Teilkörper 35a hinein. Der Fluidverteiler 33 und der Fluidsammler 34 werden in dem zweiten Teilkörper 35b gebildet, indem Material von dem zweiten Teilkörper 35b abgetragen wird, d.h. der Fluidverteiler 33 und der Fluidsammler 34 erstrecken sich ausgehend von der Fügefläche 36 in den zweiten Teilkörper 35b hinein. Der Materialabtrag erfolgt bei der in 2a dargestellten Hohlstruktur 27 durch ein Standard-Fertigungsverfahren, genauer gesagt durch Fräsen bzw. durch Bohren. Fertigungsbedingt entstehen bei derartigen Standard-Fertigungsverfahren Unstetigkeiten, beispielsweise in Form einer Ecke an dem weiter oben beschriebenen 90°-Übergang zwischen dem Verteilerkanal 33b des Fluidverteilers 33 und einem angrenzenden Abschnitt des Kühlkanals 31, wie dies in 3a zu erkennen ist.
Um eine strömungsoptimierte Geometrie der Hohlstruktur 27 zu bilden, wird im gezeigten Beispiel die in 2a gezeigte Hohlstruktur 27 mit einem materialabtragenden Medium 37 gespült, das in 3a durch einen Pfeil angedeutet ist. Bei dem materialabtragenden Medium 37 handelt es sich im gezeigten Beispiel um eine Suspension, die ein Schleifmittel 37a in von harten Feststoff-Partikeln in einer Flüssigkeit 37b enthält. Bei den Feststoff-Partikeln des Schleifmittels 37a kann es sich beispielsweise um Diamant, Korund, etc. handeln. Die Partikelkonzentrationen und die Partikelgrößenverteilungen des Schleifmittels 37a werden an die zu durchströmende Geometrie und das Material des Grundkörpers 25 angepasst. Gleiches gilt für die Wahl der Flüssigkeit 37b. Bei dem in 3a gezeigten Beispiel handelt es sich bei der Flüssigkeit 37b um ein chemisch aktives materialabtragendes Medium in Form einer Säure oder einer Base, z.B. um HF oder um KOH. Das chemisch aktive materialabtragende Medium unterstützt den Materialabtrag durch das Schleifmittel 37a.
Es ist möglich, dass es sich bei der Flüssigkeit 37b der Suspension 37, in der die Feststoff-Partikel des Schleifmittels 37a enthalten sind, um eine nicht chemisch aktive Flüssigkeit handelt, beispielsweise um Wasser. In diesem Fall kann in einem nachfolgenden Schritt die Hohlstruktur 27 mit einem chemisch aktiven materialabtragenden Medium in Form einer Flüssigkeit 37b gespült werden, dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Es ist auch möglich, dass vor dem Spülen mit der Suspension 37 eine Spülung der Hohlstruktur 27 mit einem chemisch aktiven materialabtragenden Medium in Form einer Flüssigkeit erfolgt.
Wie in 3b zu erkennen ist, führt der Materialabtrag dazu, dass die Kanten an dem Übergang (90°-Umlenkung) zwischen dem Vertelierkanal 33b und dem Kühlkanal 31 abgerundet werden und auf diese Weise eine strömungsoptimierte Geometrie der Hohlstruktur 27 gebildet wird. Wie in 3b ebenfalls zu erkennen ist, vergrößert sich bei der Spülung mit der Suspension 37 der Querschnitt der Hohlstruktur 27 geringfügig. Diese geringfügige Vergrößerung des Querschnitts ermöglicht die in 3b gezeigte Glättung bzw. Abrundung der Kanten der Hohlstruktur 27.
Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung einer Hohlstruktur 27 mit einer strömungsoptimierten Geometrie besteht darin, die Hohlstruktur 27 nicht mit Standard-Fertigungsverfahren herzustellen, wie dies weiter oben in Zusammenhang mit 2a beschrieben wurde, sondern durch ein alternatives Fertigungsverfahren. Bei dem alternativen Fertigungsverfahren kann es sich um ein Verfahren handeln, das auf Multi-Photonen-Absorption von ultrakurzen Laserpulsen im Volumen des Materials des Grundkörpers 25 beruht, z.B. um selektives Laserätzen oder um Rückseiten-Laserablation. Beide Verfahren ermöglichen es grundsätzlich, durch gezielten Materialabtrag Hohlstrukturen 27 mit nahezu beliebiger Geometrie in das Material des Grundkörpers 25 einzubringen. Gleiches gilt für die Herstellung des Grundkörpers 25 mit der Hohlstruktur 27 mit Hilfe eines additiven Fertigungsverfahrens (3D-Druck), bei dem der Grundkörper 25 mit der Hohlstruktur 27 schichtweise aufgebaut wird.
Wie weiter oben beschrieben wurde, können mit Hilfe von alternativen Fertigungsverfahren Hohlstrukturen 27 mit praktisch beliebigen Geometrien und somit auch Hohlstrukturen 27 mit einer strömungsoptimierten Geometrie hergestellt werden. Zu diesem Zweck ist es jedoch erforderlich, eine strömungsoptimierte Geometrie der Hohlstruktur 27 zu bestimmen, die eine möglichst stromlinienförmige Strömungsführung des Fluids 28 ermöglicht und Turbulenzen möglichst vermeidet.
Um eine strömungsoptimierte Hohlstruktur 27 zu bestimmen bzw. zu berechnen, kann eine numerische Strömungssimulation verwendet werden, die von einer Ausgangs-Geometrie ausgeht, bei der es sich im gezeigten Beispiel um die in 2a gezeigte Hohlstruktur 27 handelt, die mit Standard-Fertigungsverfahren hergestellt wurde. 2b und 2c zeigen jeweils eine Hohlstruktur 27, deren Geometrie ausgehend von der in 2a gezeigten Hohlstruktur 27 mit Hilfe einer numerischen Strömungssimulation berechnet bzw. bestimmt wurde. Die numerische Strömungssimulation, die zu diesem Zweck verwendet wurde, beruht auf einem Turbulenzmodell in Form eines Wirbelviskositätsmodells, genauer gesagt eines Zweigleichungsmodells. Bei der in 2b gezeigten Hohlstruktur 27 wurde für die Strömungsoptimierung ein Standard-k-ε-Modell verwendet, bei der in 2c gezeigten Hohlstruktur 27 wurde ein nichtlineares k-ε-Modell in Form eines k-ω-SST-Modells verwendet.
Die beiden in 2b und in 2c gezeigten Hohlstrukturen 27 unterscheiden sich aufgrund der unterschiedlichen für die Optimierung verwendeten Turbulenzmodelle hinsichtlich ihrer Geometrie deutlich: Während in 2b die Verteilerkanäle 33b und die Sammlerkanäle 34b nicht wesentlich von dem in 2a gezeigten geradlinigen Verlauf abweichen, weisen die Verteilerkanäle 33b und die Sammlerkanäle 34b in 2c einen mäanderförmigen Verlauf auf. Beiden strömungsoptimierten Hohlstrukturen 27 ist gemeinsam, dass diese gegenüber der in 2a gezeigten Hohlstruktur 27 eine deutliche Reduktion des Druckverlusts sowie von Turbulenzen und somit von strömungsinduzierten Vibrationen ermöglichen: Bei der in 2a gezeigten Hohlstruktur 27 liegt der totale Druckverlust beim Durchströmen mit dem Fluid 28 bei ca. 4 mbar, bei den in 2b,c gezeigten Hohlstrukturen 27 bei ca. 3 mbar, was einer Reduktion um ca. 25% entspricht. Der auf Turbulenzen zurückzuführende Druckverlust, der strömungsinduzierte Vibrationen verursacht, liegt bei dem in 2a gezeigten Beispiel bei ca. 0,66 mbar, in 2b bei ca. 0,25 mbar und in 2c bei ca. 0,14 mbar, was einer Reduktion von ca. 63% bzw. 79% entspricht. Auch die turbulente kinetische Dissipation (hier im Wesentlichen als Volumenintegral über das Fluidvolumen berechnet, üblicherweise mit FIV_ε bezeichnet und in [mbar] angegeben), welche ein Maß für die strömungsinduzierten Vibrationen darstellt, kann von ca. 0,035 mbar bei dem in 2a gezeigten Beispiel auf 0,017 mbar bei dem in 2b gezeigten Beispiel bzw. auf 0,004 mbar bei dem in 2c gezeigten Beispiel verringert werden, was einer prozentualen Abnahme von ca. 52% bzw. von ca. 90% entspricht.
Auch für den Fall, dass die Hohlstruktur 27 mit Hilfe eines alternativen Fertigungsverfahrens hergestellt wird, kann es sinnvoll sein, wenn die Hohlstruktur 27 auf die in Zusammenhang mit 3a,b beschriebene Weise nachbehandelt wird, um die Strömung durch die Hohlstruktur 27 zusätzlich zu optimieren und ggf. fertigungsbedingte Rückstände zu entfernen und/oder Fertigungsungenauigkeiten zu kompensieren.
Bei der Komponente, deren Grundkörper 25 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 nichtoptisches Bauteil handeln, beispielsweise um ein Strukturbauteil der Projektionsbelichtungsanlage 1 in Form der EUV-Lithographieanlage. Die Komponente, welche den Grundkörper 25 mit der strömungsoptimierten Hohlstruktur 27 aufweist, 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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Three-dimensional hole drilling of silica glass from the rear surface with femtosecond laser pulses“, Y. Li et al., Optics Letters Vol. 26(23), Seiten 1912-1914 (2001) [0024]
Precision glass machining, drilling and profile cutting by short pulse lasers, S. Nikumb et al., Thin Solid Films, Vol. 477(1-2), Seiten 216-221 (2005) [0024]
Water-assisted femtosecond laser ablation for fabricating three-dimensional microfluidic chips“, Yan Li, Shiliang Qu, Current Applied Physics, Vol. 13, Issue 7, 2013, Seiten 1292-1295 [0024]
Three-dimensional printing of transparent fused silica glass“, F. Kotz et al., Nature Vol. 544, April 2017 [0025]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Grundkörpers (25) einer Komponente, insbesondere eines optischen Elements (Mi) oder eines Strukturbauteils, wobei der Grundkörper (25) eine mit einem Fluid (28) durchströmbare Hohlstruktur (27) aufweist, das Verfahren umfassend: Herstellen des Grundkörpers (25) mit der mit dem Fluid (28) durchströmbaren Hohlstruktur (27), gekennzeichnet durch Nachbearbeiten der Hohlstruktur (27) durch Spülen der Hohlstruktur (27) mit mindestens einem materialabtragenden Medium (37) zum Erzeugen einer strömungsoptimierten Geometrie der Hohlstruktur (27).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Hohlstruktur (27) mit einem materialabtragenden Medium in Form einer Suspension (37) eines Schleifmittels (37a) in einer Flüssigkeit (37b) gespült wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Flüssigkeit (37b) der Suspension ein chemisch aktives materialabtragendes Medium bildet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Hohlstruktur (27) bevorzugt nach dem Spülen mit der Suspension (37) mit einem chemisch aktiven materialabtragenden Medium (37b) gespült wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Herstellen des Grundkörpers (25) mit der Hohlstruktur (27) umfasst: Bereitstellen des Grundkörpers (25), sowie Erzeugen der Hohlstruktur (27) in dem Grundkörper (25) durch Abtragen von Material des Grundkörpers (25).
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Bereitstellen des Grundkörpers (25) das Bereitstellen eines ersten Teilkörpers (35a) und einen zweiten Teilkörpers (35b) umfasst, bei dem das Erzeugen der Hohlstruktur (27) das Abtragen von Material mindestens eines Teilkörpers (35a, 35b) umfasst, und bei dem nach dem Erzeugen der Hohlstruktur (27) die Teilkörper (35a, 35b) entlang einer Fügefläche (36) starr miteinander verbunden werden.
Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Grundkörper (25) mit der mit dem Fluid durchströmbaren Hohlstruktur (27) zumindest teilweise mittels eines alternativen Fertigungsverfahrens hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das alternative Fertigungsverfahren ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: selektives Laserätzen und Rückseiten-Laserablation.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Grundkörper (25) mit der Hohlstruktur (27) durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in einem vorausgehenden Schritt die herzustellende Hohlstruktur (27) mit Hilfe einer numerischen Strömungssimulation bestimmt wird, die bevorzugt auf einem Turbulenzmodell beruht.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Turbulenzmodell ein Wirbelviskositätsmodell in Form eines Zweigleichungsmodells ist, das bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Standard-k-ε-Modell und nichtlineares k-ε-Modell, insbesondere k-ω-SST-Modell.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Komponente ein optisches Element (Mi) zur Reflexion von Strahlung (16) ist, bei dem der Grundkörper (25) eine reflektive Fläche (26) zur Reflexion der Strahlung (16) aufweist, und bei dem beim Herstellen des Grundkörpers (25) mit der Hohlstruktur (27) eine Mehrzahl von Kühlkanälen (31) gebildet wird, die von der reflektiven Fläche (26) beabstandet sind.
Optisches Element (Mi) zur Reflexion von Strahlung (16), umfassend: einen Grundkörper (25) mit einer mit einem Fluid (28) durchströmbaren Hohlstruktur (27), der nach dem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist, wobei der Grundkörper (25) eine reflektive Fläche (26) zur Reflexion der Strahlung (16) aufweist.
Optische Anordnung, insbesondere Lithographiesystem (1), umfassend: mindestens ein optisches Element (Mi) nach Anspruch 13, sowie eine Kühleinrichtung (32), die zum Durchströmen der Hohlstruktur (27) mit einem Kühlfluid (28) ausgebildet ist.