DE102023207959A1

DE102023207959A1 - Baugruppe eines optischen Systems

Info

Publication number: DE102023207959A1
Application number: DE102023207959.3A
Authority: DE
Inventors: Christoph Mueller; Norman Niewrzella
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2022-09-23
Filing date: 2023-08-18
Publication date: 2024-03-28
Also published as: WO2024061574A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe eines optischen Systems, mit wenigstens einem Spiegel mit einem Spiegelgrundkörper (200), in welchem eine Fluidkanalanordnung mit wenigstens einem von einem Fluid durchströmbaren Fluidkanal (206) verläuft, wobei die Fluidkanalanordnung an ein Fluidleitungssystem über eine lösbare Flanschverbindung gekoppelt ist, wobei diese Flanschverbindung ein am Spiegelgrundkörper ausgebildetes Flanschinterface (202) und einen an diesem Flanschinterface (202) kraftschlüssig montierten Flansch (203) umfasst.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Baugruppe eines optischen Systems. Bei dem optischen System kann es sich insbesondere um eine Strahlführungseinheit („Beamline“) eines Synchrotrons oder eines Freie-Elektronen-Lasers handeln.
Stand der Technik
Bei optischen Anwendungen im EUV-Bereich (z.B. Wellenlängen unterhalb von 30 nm) oder im Röntgenbereich (z.B. Wellenlängen unterhalb von 0.1 nm) werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten verwendet. Beispiele sind Synchrotronspiegel sowie Spiegel, welche in der Beleuchtungseinrichtung oder dem Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage eingesetzt werden.
Ein in der Praxis auftretendes Problem ist, dass solche Spiegel u.a. infolge Absorption der auftreffenden Strahlung eine Erwärmung und eine damit einhergehende thermische Ausdehnung bzw. Deformation erfahren. Die hierbei im Spiegelsubstrat bzw. an der optischen Wirkfläche erzeugten Temperaturprofile können - insbesondere bei vergleichsweise stark lokalisierten Wärmeeinträgen der auftreffenden elektromagnetischen Strahlung - gegebenenfalls eine ausgeprägte Inhomogenität über den optisch genutzten Bereich aufweisen mit der Folge, dass die aus den jeweiligen Temperaturprofilen resultierenden thermisch induzierten Deformationsprofile im Betrieb des betreffenden optischen Systems optische Aberrationen bewirken, die nicht oder nur schwierig zu korrigieren sind.
Dies kann insbesondere bei einem Synchrotronspiegel der Fall sein, bei welchem typischerweise im Betrieb des Synchrotrons die aktuelle Wärmeeinflusszone entsprechend dem aktuell optisch genutzten Bereich relativ zur gesamten Spiegeloberfläche i.d.R. vergleichsweise klein ist und zudem während des Betriebs örtlich variiert. Im Ergebnis kann eine Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des den jeweiligen Spiegel aufweisenden optischen Systems die Folge sein.
Zur Vermeidung von durch Wärmeeinträge verursachten Oberflächendeformationen und damit einhergehenden optischen Aberrationen sind diverse Ansätze bekannt, beispielsweise ein aktives Kühlen unter Einsatz von jeweils von einem (Kühl-)Fluid durchströmbaren Fluidkanälen.
Hierbei treten jedoch in der Praxis je nach Realisierung der Anbindung zwischen Spiegel und Kühlfluidversorgungssystem weitere unerwünschte Effekte infolge der mechanischen, thermischen und/oder dynamischen Belastungen auf, durch welche die Leistungsfähigkeit sowie die Lebensdauer des optischen Systems eingeschränkt werden. So können etwa bei Auftreten von Undichtigkeiten gegebenenfalls aufwändige Reparaturprozesse oder sogar ein Austausch des gesamten Spiegels erforderlich werden, wodurch ein erheblicher Kostenaufwand entsteht und zudem infolge der notwendigen Betriebsunterbrechungen der erzielbare Durchsatz beeinträchtigt wird. Darüber hinaus besteht beim Auftreten von Undichtigkeiten auch das Risko einer Kontamination des (typischerweise unter Vakuumbedingungen betriebenen) optischen Systems durch austretendes Kühlfluid. Des Weiteren können durch die Anbindung der Fluidkanalanordnung und deren Betrieb parasitäre Kräfte und damit einhergehende Deformationen der Spiegeloberfläche bewirkt werden, welche wiederum zu optischen Aberrationen führen.
Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf US 10,955,595 B2 verwiesen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Baugruppe eines optischen Systems bereitzustellen, welche eine wirksame Vermeidung thermisch induzierter Deformationen unter Abmilderung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
Eine erfindungsgemäße Baugruppe eines optischen Systems weist auf:

- wenigstens einen Spiegel mit einem Spiegelgrundkörper, in welchem eine Fluidkanalanordnung mit wenigstens einem von einem Fluid durchströmbaren Fluidkanal verläuft;
- wobei die Fluidkanalanordnung an ein Fluidleitungssystem über eine lösbare Flanschverbindung gekoppelt ist;
- wobei diese Flanschverbindung ein am Spiegelgrundkörper ausgebildetes Flanschinterface und einen an diesem Flanschinterface kraftschlüssig montierten Flansch umfasst.

Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, in einer Baugruppe eines optischen Systems eine zur Vermeidung oder Reduzierung thermisch induzierter Deformationen dienende und von einem Fluid durchströmbare Fluidkanalanordnung in einem Spiegelgrundkörper eines Spiegels an ein Fluidleitungssystem ohne stoffschlüssige Verbindung (insbesondere „lötfrei“) über eine grundsätzlich lösbare Flanschverbindung zu koppeln. Mit dem Verzicht auf die Realisierung einer stoffschlüssigen Verbindung (insbesondere auf die Anwendung einer Löttechnik) wird dabei insbesondere eine vergleichsweise weiche Schnittstelle („Trennschicht“) entlang des Fügebereichs vermieden, wodurch wiederum die mit einer solchen Trennschicht einhergehenden Probleme sowohl in thermaler Hinsicht als auch unter Festigkeitsaspekten vermieden werden. Zudem kann bei Auftreten einer Undichtigkeit infolge der lösbaren Anbindung ein einfacher Austausch der entsprechenden Komponente erfolgen. Auch Wartungsarbeiten werden bei der erfindungsgemäßen Baugruppe wesentlich vereinfacht, da der Flansch erforderlichenfalls einfach abgeschraubt und (z.B. nach Reinigung und gegebenenfalls Einsatz einer neuen Dichtung) wieder angeschraubt werden und dann das optische System unmittelbar wieder in Betrieb genommen werden kann.
Dabei werden gemäß der Erfindung bewusst Nachteile in Kauf genommen, was zum einen den zur Realisierung der Schraubverbindung benötigten und im Vergleich zu einer Lötverbindung vergrößerten Bauraum, zum anderen aber auch die Problematik der Einleitung unerwünschter mechanischer Spannungen in den Spiegel betrifft. Grundsätzlich führt die erfindungsgemäße Ankopplung über einen Flansch zu einer Vergrößerung der angreifenden Kräfte u.a. infolge der Anbringung entsprechender Massen für den Flansch, etwaige Gewindeplatten etc., wodurch wiederum ein Risiko auftretender Bruchstellen im Spiegelgrundkörper sowie auch das Risiko des Auftretens von Deformationen erhöht wird.
Die erfindungsgemäße Inkaufnahme dieser Nachteile erfolgt jedoch bewusst zum einen, um die zuvor beschriebenen Vorteile einer lötfreien Anbindung zu erzielen und zum anderen aufgrund der Überlegung, dass die vorstehend genannten parasitären Kräfte und damit einhergehende Deformationen durch geeignete Ausgestaltung der Flanschverbindung und insbesondere des am Spiegelgrundkörper ausgebildeten Flanschinterfaces signifikant reduziert bzw. minimiert werden können.
Gemäß einer Ausführungsform bildet das Flanschinterface wenigstens eine Entkopplungsstruktur zur Reduzierung einer Kraftübertragung vom Flansch auf den Spiegelgrundkörper aus.
Gemäß einer Ausführungsform ist diese Entkopplungsstruktur durch einen verjüngten Abschnitt des Flanschinterfaces ausgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform verläuft in diesem verjüngten Abschnitt der Fluidkanal entlang einer axialen Richtung, wobei das Verhältnis zwischen einer axialen Erstreckung dieses verjüngten Abschnitts und einer zum Fluidkanal hin verbleibenden Wanddicke des verjüngten Abschnitts im Bereich von 1 bis 5 liegt.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Flansch an dem Flanschinterface über eine Schraubverbindung montiert.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt diese Schraubverbindung entlang eines Abschnitts des Flanschinterfaces, wobei für diesen Abschnitt das Verhältnis zwischen seiner Erstreckung in einer zur Schraubrichtung senkrechten Richtung zur Erstreckung in Schraubrichtung im Bereich von 2 bis 10, insbesondere im Bereich von 2 bis 4, liegt.
Gemäß einer Ausführungsform ist zwischen dem Flansch und dem Flanschinterface eine Dichtung zur Bereitstellung eines differentiellen Vakuums, insbesondere eine Dichtung nach Doppel-O-Ring-Prinzip, ausgebildet. Dabei soll im Sinne der vorliegenden Anmeldung von dem Begriff „Dichtung nach Doppel-O-Ring-Prinzip“ auch eine Dichtung umfasst sein, bei der wenigstens einer der beiden Dichtungsringe bzw. O-Ringe durch eine Formdichtung ersetzt ist. Des Weiteren sollen von dem Begriff „O-Ring“ im Sinne der vorliegenden Anmeldung auch Dichtungen mit eckigem Querschnittsprofil umfasst sein.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Spiegel eine an den Spiegelgrundkörper gebondete Deckplatte auf, auf welcher ein Reflexionsschichtsystem ausgebildet ist. Dabei soll von dem Begriff „Reflexionsschichtsystem“ sowohl eine Einzelschicht als auch ein Vielfachschichtsystem umfasst sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Deckplatte mit dem Spiegelgrundkörper über ein Direktbonden oder Schmelzbonden monolithisch verbunden. Bei diesen Bonding-Verfahren kann auf Hilfsstoffe verzichtet und aufgrund des Wegfalls einer physischen Trennfuge ein monolithisches Bauteil mit optimierten mechanischen Eigenschaften erhalten werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Spiegelgrundkörper aus einem Silizium-haltigen Material, insbesondere einem Material aus der Gruppe, welche monokristallines Silizium (Si), Siliziumdioxid (SiO₂) und Titandioxid-dotiertes Quarzglas enthält, hergestellt.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Spiegel für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30 nm, insbesondere weniger als 15 nm, ausgelegt.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Spiegel für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 0.1 nm ausgelegt.
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische System eine Strahlführungseinheit („Beamline“) eines Synchrotrons oder eines Freie-Elektronen-Lasers.
Die Erfindung betrifft weiter auch ein optisches System mit einer Baugruppe mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen.
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische System ein Synchrotron.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das optische System ein Projektionsobjektiv oder eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer möglichen Anwendung einer erfindungsgemäßen Baugruppe in einem Synchrotron;
2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe; und
3 eine schematische Darstellung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erfindungsgemäß wird in einer Baugruppe eines optischen Systems eine zur Vermeidung thermisch induzierter Deformationen dienende und von einem (Kühl-Fluid durchströmbare Fluidkanalanordnung in einem Spiegelgrundkörper eines Spiegels an ein Fluidleitungssystem ohne stoffschlüssige Verbindung (insbesondere „lötfrei“) über eine lösbare Flanschverbindung gekoppelt.
Der in einer erfindungsgemäßen Baugruppe vorhandene Spiegel kann z.B. als Umlenkspiegel bzw. strahlführende optische Komponente in einem Synchrotron eingesetzt werden, wie dies in 1 lediglich schematisch für einen Spiegel 100 dargestellt ist. Gemäß 1 trifft in einem solchen Synchrotron die durch Beschleunigung bzw. Ablenkung eines Elektronenstrahls 170 erzeugte elektromagnetische Strahlung 150 (im Beispiel in Form eines divergenten Röntgenstrahls) auf den Spiegel 100. Der Spiegel 100 kann insbesondere auch in einer sogenannten „Beamline“ positioniert sein, auf welchen die im Synchrotron erzeugte elektromagnetische Strahlung trifft. Dabei ist ein im Beispiel auf dem Spiegel 100 erzeugter elliptischer „Footprint“ als optisch genutzter Bereich mit „101“ bezeichnet, und die nach Reflexion vom Spiegel 100 ausgehende elektromagnetische Strahlung (im Beispiel in Form eines konvergenten Röntgenstrahls) ist mit „160“ bezeichnet. Hierbei handelt es sich bei dem optisch genutzten Bereich bzw. „Footprint“ im dargestellten Szenario um einen vergleichsweise stark lokalisierten Bereich der Spiegeloberfläche, dessen aktuelle Position jedoch „wandern“ bzw. auf der Spiegeloberfläche variieren kann. Eine erfindungsgemäße Baugruppe dient insbesondere zur Vermeidung oder Reduzierung von durch elektromagnetische Strahlung thermisch induzierten Deformationen.
2 zeigt eine lediglich schematische Darstellung zur Erläuterung einer möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe. Die Baugruppe weist gemäß 2 wenigstens einen Spiegel mit einem Spiegelgrundkörper 200 auf. Des Weiteren weist der Spiegel eine an den Spiegelgrundkörper 200 gebondete Deckplatte 200a auf, auf welcher ein Reflexionsschichtsystem (nicht dargestellt) ausgebildet ist. Der Spiegel kann je nach konkretem Einsatzszenario ein Planspiegel sein oder auch eine beliebige andere (z.B. sphärische oder zylindrische) Geometrie besitzen.
Im konkreten Ausführungsbeispiel ist der Spiegelgrundkörper 200 aus monokristallinem Silizium (Si) hergestellt, und das Reflexionsschichtsystem weist im Beispiel eine Einzelschicht aus Gold (Au) mit einer beispielhaften Dicke im Bereich von 20 nm bis 50 nm auf. In weiteren Ausführungsformen kann die Reflexionsschicht auch aus einem anderen Edelmetall hergestellt sein, beispielsweise Platin (Pt), Rhodium (Rh), Silber (Ag), Ruthenium (Ru), Palladium (Pd), Osmium (Os) oder Iridium (Ir). Ferner kann die Reflexionsschicht auch aus einem organischen Material hergestellt sein, beispielsweise Kohlenstoff (C), Borkarbid (B₄C) oder Siliziumkarbid (SiC).
Je nach Einsatzzweck kann es sich bei dem Spiegel um einen für den Betrieb unter streifendem Einfall (engl.: „grazing incidence“) ausgelegten Spiegel oder auch um einen für den Betrieb unter senkrechtem Einfall (engl.: „normal incidence“) ausgelegten Spiegel handeln. Im letzteren Fall weist der Spiegel typischerweise als Reflexionsschichtsystem ein Vielfachschichtsystem in Form einer z.B. alternierenden Abfolge von Einzelschichten aus z.B. wenigstens zwei unterschiedlichen Schichtmaterialien auf. Ferner kann in weiteren Ausführungsformen der Spiegelgrundkörper 200 bzw. das Spiegelsubstrat auch aus einem anderen, z.B. ebenfalls Silizium aufweisenden Substratmaterial hergestellt sein, beispielsweise Siliziumdioxid (SiO₂) oder Zerodur^® (der Firma Schott AG). Des Weiteren kann je nach Einsatzzweck als Substratmaterial auch z.B. ein unter der Bezeichnung ULE^® von der Firma Corning Inc. vertriebenes Titanium-Silikatglas verwendet werden.
Ohne geeignete Gegenmaßnahmen führt die im Betrieb auf den Spiegel auftreffende elektromagnetische Strahlung zu einem unerwünschten Temperatur- bzw. Deformationsprofil (mit gegebenenfalls hohen Gradienten im optisch genutzten Bereich) und damit einhergehenden optischen Aberrationen des den Spiegel aufweisenden optischen Systems. Um einem solchen unerwünschten Temperatur- bzw. Deformationsprofil entgegenzuwirken, verläuft wie in 2 angedeutet im Spiegelgrundkörper 200 eine Fluidkanalanordnung 205 mit wenigstens einem von einem Fluid (z.B. Wasser) durchströmbaren Fluidkanal 206. Die Fluidkanalanordnung 205 ist an ein Fluidleitungssystem über eine lösbare Flanschverbindung gekoppelt, wobei diese Flanschverbindung ein am Spiegelgrundkörper 200 ausgebildetes Flanschinterface 202 und einen an diesem Flanschinterface 202 kraftschlüssig montierten Flansch 203 umfasst. Der Flansch 203 kann z.B. aus Edelstahl hergestellt sein. Die lösbare Flanschverbindung ist im Ausführungsbeispiel (jedoch ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) als Schraubverbindung realisiert, wozu in 2 mit „204“ bezeichnete Schrauben an mit „208“ bezeichneten Gewindeplatten (im Ausführungsbeispiel ebenfalls aus Edelstahl) fixiert sind.
Infolge der erfindungsgemäßen Realisierung der erforderlichen Kopplung zwischen der im Spiegelgrundkörper 200 verlaufenden Fluidkanalanordnung und dem äußeren Fluidleitungssystem über eine lösbare Flanschverbindung mit kraftschlüssiger Montage des Flansches 203 am Flanschinterface 202 werden wie bereits eingangs beschrieben zum einen die mit einer Lötverbindung einhergehenden Probleme hinsichtlich der thermalen Anbindung sowie auch auftretender Undichtigkeiten vermieden und des Weiteren auch Wartungsarbeiten vereinfacht. Im Falle einer auftretenden Undichtigkeit kann zudem ein einfacher Tausch der betreffenden lösbar gekoppelten Komponente vorgenommen werden.
Im Gegenzug werden jedoch erfindungsgemäß - wie ebenfalls bereits eingangs beschrieben - Probleme in Kauf genommen, welche mit der Anbringung zusätzlicher Massen aufgrund des Flansches 203, des Flanschinterfaces 202 und der Gewindeplatten 208 sowie auch mit der Erzeugung zusätzlicher (z.B. Schraub- oder Klemm-)Kräfte zur Herstellung der kraftschlüssigen Ankopplung verbunden sind. Diese Kräfte wirken als Störkräfte bzw. parasitäre Kräfte zusätzlich zu den durch die Fluidströmung in der Fluidkanalanordnung hervorgerufenen Kräften auf den Spiegel und haben ohne entsprechende Gegenmaßnahmen wiederum unerwünschte Deformationen der optischen Wirkfläche zur Folge.
Um nun den Einfluss der erfindungsgemäß in Kauf genommenen Entstehung zusätzlicher parasitärer Kräfte auf die Spiegeldeformationen zu reduzieren bzw. minimieren, erfolgt erfindungsgemäß vorzugsweise eine gezielte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Flanschverbindung unter entsprechender Auslegung bzw. Optimierung der im Weiteren beschriebenen Parameter.
Dabei wird im Weiteren (ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) von einer Montage des Flansches 203 an den Flanschinterface 202 über eine Schraubverbindung ausgegangen. In weiteren Ausführungsformen kann die kraftschlüssige Montage des Flansches 203 an dem Flanschinterface 202 auch in anderer geeigneter Weise, insbesondere etwa über eine Klemmverbindung, realisiert werden.
Was zunächst die Reduzierung bzw. Minimierung von Deformationen aufgrund der durch die Schraubverbindung erzeugten parasitären Kräfte betrifft, so wird in der Ausführungsform von 2 das Flanschinterface 202 bereichsweise zur Ausbildung einer Entkopplungsstruktur (bzw. eines Entkopplungsgelenks) 201 ausgestaltet. Die Entkopplungsstruktur 201 wird hier durch einen verjüngten Abschnitt des Flanschinterfaces 202 gebildet. Dies erfolgt gemäß 2 dadurch, dass die zum Fluidkanal 206 hin verbleibende Wanddicke bzw. Wandstärke (h₁-d)/2 durch „Freischneiden“ des Flanschinterfaces 202 in dem entsprechenden, dem Spiegelgrundkörper 200 zugewandten Bereich 209 im Vergleich zu dem übrigen, nicht verjüngten Abschnitt des Flanschinterfaces 202, welcher dem Flansch 203 zugewandt ist, reduziert wird. Infolge der geringen Wanddicke im Bereich 209 werden beim Verschrauben des Flansches 203 auftretende Deformationen bzw. Querkontraktionen in ihrem Einfluss auf die optische Wirkfläche des Spiegels reduziert.
Zugleich wird die Steifigkeit des Flanschinterfaces 202 in „axialer“ Richtung (d.h. entlang der x-Richtung im eingezeichneten Koordinatensystem) durch geeignete Wahl einer vergleichsweise großen Abmessung t₂ vergrößert. Zusätzlich kann diese Steifigkeit, welche vor allem für die Effekte durch Vorspannkräfte der Verschraubung relevant ist, auch durch Vergrößerung der Abmessung h₂ erhöht werden (wobei der Parameter h₂ insoweit jedoch von geringerem Einfluss als der Parameter t₂ ist). Das Verhältnis h₂/t₂ kann je nach konkretem Anwendungsszenario optimiert werden und liegt vorzugsweise im Bereich von 2 bis 10, weiter bevorzugt im Bereich von 2 bis 4.
Im Ausführungsbeispiel von 2 erfolgt somit die Schraubverbindung entlang eines Abschnitts des Flanschinterfaces 202, wobei bevorzugt (jedoch ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) für diesen Abschnitt das Verhältnis zwischen seiner Erstreckung in einer zur Schraubrichtung senkrechten Richtung zur Erstreckung in Schraubrichtung im Bereich von 2 bis 10, insbesondere im Bereich von 2 bis 4, liegt.
Die genannte Entkopplungswirkung der Entkopplungsstruktur 201 entlang der x-Richtung im eingezeichneten Koordinatensystem kann zusätzlich auch durch geeignete Vergrößerung der Abmessung t₁ zur Beeinflussung der Biegesteifigkeit der Entkopplungsstruktur 201 erzielt werden, wobei dieser Parameter insoweit jedoch von vergleichsweise geringerem Einfluss ist als die besagte Wanddicke (h₁-d)/2. Das Verhältnis t₁/[(h₁-d)/2] kann je nach konkretem Anwendungsszenario optimiert werden und liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 5. Mit anderen Worten wird gemäß dem Ausführungsbeispiel von 2 die Entkopplungsstruktur 201 durch einen verjüngten Abschnitt des Flanschinterfaces 202 gebildet, wobei bevorzugt (jedoch ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) das Verhältnis zwischen einer axialen Erstreckung dieses verjüngten Abschnitts und einer zum Fluidkanal hin verbleibenden Wanddicke des verjüngten Abschnitts im Bereich von 1 bis 5 liegt. Dabei wächst mit steigendem Wert dieses Verhältnisses t₁/[(h₁-d)/2] das Bruchrisiko, wohingegen mit sinkendem Wert dieses Verhältnisses die Steifigkeit und somit das Durchdrücken der parasitären Deformationen auf die optische Wirkfläche wächst.
Was nun weiter die Reduzierung bzw. Minimierung von Deformationen betrifft, die durch unvermeidliche Kräfte innerhalb der Fluidkanalanordnung aufgrund des hindurchströmenden Fluids hervorgerufen werden, so kann diese Reduzierung bzw. Minimierung zum einen ebenfalls durch geeignete Reduzierung der Wanddicke bzw. Wandstärke (h₁-d)/2 und die hierdurch eingeführte Entkopplungsstruktur erfolgen. Zum anderen kann die Steifigkeit der besagten Entkopplungsstruktur 201 für eine gegebene, in der Fluidkanalanordnung generierte Kraft durch geeignete Vergrößerung des Parameters t₁ minimiert werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Dimensionierung der erfindungsgemäßen Flanschverbindung und insbesondere des Flanschinterfaces ist zu beachten, dass die Steifigkeit der Entkopplungsstruktur 201 nicht auf ein absolutes Minimum reduziert werden kann. Die verbleibende Wanddicke (h₁-d)/2 muss abhängig vom konkreten Lastkollektiv (Druckbelastung durch das in der Fluidkanalanordnung strömende Fluid, angreifende externe Kräfte z.B. durch das Fluidleitungssystem etc.) und von der Bruchspannung des verwendeten Materials immer noch groß genug sein, damit auftretende mechanische Spannungen nicht zu einer Beschädigung des Spiegels führen.
Ein weiteres Charakteristikum der erfindungsgemäßen kraftschlüssigen Flanschverbindung ist das differentielle Stützvakuum, welches in der gesamten erfindungsgemäßen Baugruppe (einschließlich Spiegelgrundkörper, Deckplatte, Flansch und Fluidleitungssystem) vorherrscht. Dieses differentielle Vakuum wird durch den gesamten Flansch geschleust und an der Schnittstelle zwischen Flansch und Spiegel übergeben. Dies wird durch einen Zwischenraum zwischen den beiden O-Ringen einer Dichtung 207 nach Doppel-O-Ring-Prinzip realisiert. Das differentielle Vakuum (= „Stützvakuum“) dient zur Dichtigkeitskontrolle des Spiegels. Etwaige Lecks können durch permanente Kontrolle des Vakuums in Echtzeit detektiert werden. Sobald eine Kontamination in diesem Vakuum detektiert wird, kann dann ein Abschalten des zugehörigen Systems bzw. der Maschine erfolgen. Hierdurch kann dem Umstand Rechnung getragen werden, dass der Spiegel in der Anwendung als Synchrotronspiegel in einer UHV-Umgebung (im Bereich von 10^-10 mbar bis 10^-12 mbar) betrieben wird und die Dichtigkeitsanforderungen etwa im Vergleich zu EUV-Anwendungen (10^-9 mbar) noch höher sind.
Wenngleich in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auf einen Synchrotronspiegel Bezug genommen wurde, ist die Erfindung ferner auch in anderen optischen Systemen, insbesondere z.B. auch in einer Beleuchtungseinrichtung oder einem Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage realisierbar. 3 zeigt hierzu schematisch im Meridionalschnitt den möglichen Aufbau einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Gemäß 3 weist die Projektionsbelichtungsanlage 1 eine Beleuchtungseinrichtung 2 und ein Projektionsobjektiv 10 auf. Eine Ausführung der Beleuchtungseinrichtung 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 zur sonstigen Beleuchtungseinrichtung separates Modul bereitgestellt sein. In diesem Fall umfasst die Beleuchtungseinrichtung die Lichtquelle 3 nicht. Belichtet wird hierbei 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 3 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 3 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.
Das Projektionsobjektiv 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 Waferverlagerungsantrieb 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen.
Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung oder Beleuchtungsstrahlung bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich zum Beispiel um eine Plasmaquelle, eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle oder um einen Freie-Elektronen-Laser („Free-Electron-Laser“, FEL) handeln. Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 17 gebündelt und propagiert durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18 in die Beleuchtungsoptik 4. Die Beleuchtungsoptik 4 weist einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20 (mit schematisch angedeuteten Facetten 21) und einen zweiten Facettenspiegel 22 (mit schematisch angedeuteten Facetten 23) auf.
Das Projektionsobjektiv 10 weist eine Mehrzahl von Spiegeln Mi (i= 1, 2, ...) auf, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind. Bei dem in der 3 dargestellten Beispiel weist das Projektionsobjektiv 10 sechs Spiegel M1 bis M6 auf. 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 weisen jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16 auf. Bei dem Projektionsobjektiv 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Das Projektionsobjektiv 10 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0.5 und die auch größer sein kann als 0.6 und die beispielsweise 0.7 oder 0.75 betragen kann.
Im Betrieb der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage 1 wird die auf die optische Wirkfläche der Spiegel auftreffende elektromagnetische Strahlung zum Teil absorbiert und führt wie eingangs erläutert zu einer Erwärmung und einer damit einhergehenden thermischen Ausdehnung bzw. Deformation, welche wiederum eine Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des optischen Systems zur Folge haben kann. Das erfindungsgemäße Konzept kann somit auch vorteilhaft auf einen beliebigen Spiegel der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage 1 von 3 angewendet werden.
Die Erfindung kann weiter auch in einer für den Betrieb im DUV (d.h. bei Wellenlängen kleiner als 250 nm, insbesondere kleiner als 200 nm) ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage oder auch in einem anderen optischen System vorteilhaft realisiert werden.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 10955595 B2 [0007]

Claims

Baugruppe eines optischen Systems, mit • wenigstens einem Spiegel mit einem Spiegelgrundkörper (200), in welchem eine Fluidkanalanordnung mit wenigstens einem von einem Fluid durchströmbaren Fluidkanal (206) verläuft; • wobei die Fluidkanalanordnung an ein Fluidleitungssystem über eine lösbare Flanschverbindung gekoppelt ist; • wobei diese Flanschverbindung ein am Spiegelgrundkörper (200) ausgebildetes Flanschinterface (202) und einen an diesem Flanschinterface (202) kraftschlüssig montierten Flansch (203) umfasst.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Flanschinterface (202) wenigstens eine Entkopplungsstruktur (201) zur Reduzierung einer Kraftübertragung vom Flansch (203) auf den Spiegelgrundkörper (200) ausbildet.
Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese Entkopplungsstruktur (201) durch einen verjüngten Abschnitt des Flanschinterfaces (202) ausgebildet ist.
Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in diesem verjüngten Abschnitt der Fluidkanal (206) entlang einer axialen Richtung verläuft, wobei das Verhältnis zwischen einer axialen Erstreckung dieses verjüngten Abschnitts und einer zum Fluidkanal (206) hin verbleibenden Wanddicke des verjüngten Abschnitts im Bereich von 1 bis 5 liegt.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (203) an dem Flanschinterface (202) über eine Schraubverbindung montiert ist.
Baugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese Schraubverbindung entlang eines Abschnitts des Flanschinterfaces (202) erfolgt, wobei für diesen Abschnitt das Verhältnis zwischen seiner Erstreckung in einer zur Schraubrichtung senkrechten Richtung zur Erstreckung in Schraubrichtung im Bereich von 2 bis 10, insbesondere im Bereich von 2 bis 4, liegt.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Flansch (203) und dem Flanschinterface (202) eine Dichtung (207) zur Bereitstellung eines differentiellen Vakuums, insbesondere eine Dichtung nach Doppel-O-Ring-Prinzip, ausgebildet ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel eine an den Spiegelgrundkörper (200) gebondete Deckplatte (200a) aufweist, auf welcher ein Reflexionsschichtsystem ausgebildet ist.
Baugruppe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckplatte (200a) mit dem Spiegelgrundkörper (200) über ein Direktbonden oder Schmelzbonden monolithisch verbunden ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegelgrundkörper (200) aus einem Silizium-haltigen Material, insbesondere einem Material aus der Gruppe, welche monokristallines Silizium (Si), Siliziumdioxid (SiO₂) und Titandioxid-dotiertes Quarzglas enthält, hergestellt ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30 nm, insbesondere weniger als 15 nm, ausgelegt ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 0.1 nm ausgelegt ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System eine Strahlführungseinheit („Beamline“) eines Synchrotrons oder eines Freie-Elektronen-Lasers ist.
Optisches System mit einer Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Optisches System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Synchrotron ist.
Optisches System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Projektionsobjektiv oder eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage ist.