DE3805385A1 - Einrichtung zum konstanthalten der temperatur von substraten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Konstanthalten der Temperatur von Substraten, welche zum Beispiel eine flächen­ hafte Ausdehnung aufweisen. Die Anwendung bezieht sich insbe­ sondere auf solche Substrate, welche nicht direkt mit einem Kühlmittel oder einem anderen zur Wärmeübertragung geeigneten Fluid in Berührung kommen dürfen. Als Beispiel kann hier eine Strahlungsprobe in der Röntgen-Lithographie angeführt werden.

Um die Temperatur eines Substrates konstant zu halten, werden zur Wärmeabfuhr und -zufuhr zum Beispiel sogenannte Kontakt­ flächen verwendet. In Wirklichkeit gibt es aber in diesen Fäl­ len keine Flächenberührung, sondern nur Punktberührung an einer undefinierten Anzahl von Punkten. Dadurch ergibt sich nicht nur eine sehr begrenzte Möglichkeit zur Wärmeübertragung, son­ dern diese selbst ist in ihrer Größe nicht definierbar, da die Anzahl der Berührungspunkte bei jedem Kontakt äußerst unter­ schiedlich sein kann.

Um diesen letzten Nachteil zu umgehen und eine definierte Wär­ meübertragung zu erreichen, bedient man sich der sogenannten Stiftchentechnik. Dabei wird die Fläche, deren Temperatur konstant gehalten werden soll, mit einer bestimmten Anzahl von Stiften aus gut wärmeleitendem Material in Berührung gebracht. Somit erhält man zwar eine reproduzierbare Wärme­ übertragung, die Wärmemenge, welche übertragen werden kann, ist aber sehr begrenzt, da es sich hierbei wieder nur um Punktberührung handelt. Außerdem ist die Durchführung dieser Technik mit einer aufwendigen Konstruktion verbunden.

Durch die Verwendung von Wärmeleitfähigkeitsmitteln zwischen den beiden Flächen, zwischen denen die Wärmeübertragung erfol­ gen soll, wird der Nachteil einer nur punktförmigen Berührung vermieden. Es gibt jedoch Anwendungsfälle, bei welchen die zu behandelnden Substrate empfindlich sind gegenüber mechanischen, chemischen und anderen Einflüssen, welche durch direkten Kon­ takt mit Wärmeleitfähigkeitsmitteln bedingt sind.

In diesen Fällen scheiden auch Verfahren aus, bei denen die Substrate mit Fluiden, welche die Wärmeübertragung übernehmen, in Kontakt kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu entwickeln, welche zum Konstanthalten der Temperatur von Sub­ straten, die zum Beispiel eine flächenhafte Ausdehnung aufwei­ sen, geeignet ist. Dabei sollen die Nachteile, welche herkömm­ lichen Einrichtungen und Verfahren anhaften, vermieden werden. Insbesondere soll eine gute, flächenhafte und reproduzierbare Wärmeübertragung angestrebt werden, bei der die Substrate mit dem Wärmeübertragungsmittel nicht direkt in Berührung kommen.

Als Ziel wird eine Temperaturkonstanz von ± 0,1° sowohl räum­ lich über die ganze Fläche als auch zeitlich über einen län­ geren Zeitraum angestrebt.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Anordnung von Ka­ nälen auf einer Seite durch eine flexible Folie hermetisch abgeschlossen ist. Diese Folie wird durch das Wärmeübertra­ gungsmittel, welches die Kanäle durchströmt, gegen die Fläche, deren Temperatur konstant gehalten werden soll, gepreßt. Die Folie ist so weich, daß eine gute flächenhafte Berührung ent­ steht und besteht aus gut wärmeleitendem Material, vorzugs­ weise aus Metall.

Abmessungen und Material der Folie sind so aufeinander abge­ stimmt, daß das Material bei Ausdehnung im elastischen Bereich bleibt, damit die Folie bei Wegnahme des Druckes, welcher durch das Wärmeübertragungsmittel erzeugt wird, wieder in ihre Aus­ gangslage zurückkehrt, ohne Falten zu schlagen. Der Abstand zwischen der Folie und der Fläche, deren Temperatur konstant gehalten werden soll, wird auf ein solches Maß begrenzt, daß nach Ausdehnung der Folie die Strömung quer zu den Kanälen klein bleibt, gegenüber der Strömung in den Kanälen selbst. Damit wird eine gleichmäßige Strömung des Wärmeübertragungs­ mittels gewährleistet.

Die Einrichtung mit der Folie wird durch eine Vorrichtung an die Fläche bis auf einen vorgegebenen Abstand gefahren. Glei­ cher Abstand über die gesamte Fläche ist wichtig und wird durch einen Abstandsring oder durch präzise parallele Führung beim Anfahren gewährleistet.

Die Temperatur des Wärmeübertragungsmittels wird durch ein temperaturstabiles Bad konstant gehalten.

Die Vorteile dieser Einrichtung bestehen darin, daß ein guter, flächenhafter Kontakt zur Wärmeübertragung zwischen den beiden Flächen hergestellt werden kann, wobei gleichzeitig der direk­ te Kontakt mit dem Wärmeübertragungsmittel vermieden wird. Die Substrate, deren Temperatur konstant gehalten werden soll, kön­ nen beliebig ausgewechselt werden. Eine über einen längeren Zeit­ raum andauernde reproduzierbare Temperaturkonstanz von ± 0,1° über die gesamte Fläche wird mit dieser Einrichtung erreicht.

Anhand der Fig. 1 bis 3 wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Ansicht mit Kanälen

Fig. 2 Schnitt A-A von Fig. 1 ohne Wärmeübertragungsmittel

Fig. 3 Schnitt A-A von Fig. 1 mit Wärmeübertragungsmittel.

In Fig. 1 ist eine Ansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt. Die Kanäle 1 sind auf einer Seite durch eine flexible Folie 2 abgedeckt (Fig. 2). Das Wärmeübertragungs­ mittel wird den Kanälen bei 3 zugeführt und verläßt diese bei 4. Damit eine gleichmäßige Durchströmung der Kanäle gewährleistet ist, sind die Querschnitte des Eintrittes 3 sowie des Austrittes 4 für das Wärmeübertragungsmittel gleich der Summe der Querschnitte aller Kanäle 1.

Fig. 2 und 3 zeigen, wie die flexible Folie 2 auf einer Platte 5, welche auch die Kanäle 1 enthält, an den Rändern bei 8 befestigt ist.

Zur Inbetriebnahme der Vorrichtung wird die Platte 5 mit den Kanälen 1 und der flexiblen Folie 2 auf die Fläche 7, deren Temperatur konstant gehalten werden soll, zubewegt. Ein genau definierter Abstand 9 zwischen der flexiblen Folie 2 und der Fläche 7 wird zum Beispiel durch Abstandsringe 10 gewährlei­ stet.

In den so entstehenden Zwischenraum kann sich die flexible Folie 2 durch Einwirkung des Druckes, welcher durch das Wärmeübertragungsmittel erzeugt wird, ausdehnen.

In Fig. 3 ist dargestellt, wie nach Zufuhr des Wärmeübertragungs­ mittels durch dessen Druck die flexible Folie 2 gegen die Fläche 7 gepreßt wird. Der Abstand 9 zwischen den beiden ist so bemessen, daß die flexible Folie sich unter dem Druck des Wärmeübertragungs­ mittels voll an die Fläche anlegt und nach Wegnahme des Druckes wieder in die Ausgangslage zurückkehrt, ohne Falten zu schlagen.

Außerdem muß der Abstand so gering sein, daß der Strömungswider­ stand für das Wärmeübertragungsmittel quer zu den Kanälen zwischen Folie 2 und Platte 5 groß ist gegenüber dem Strömungswiderstand in den Kanälen selbst. Dadurch wird eine gleichmäßige Durchströmung der Kanäle gewährleistet.

Claims (5)

1. Einrichtung zum Konstanthalten der Temperatur von Substra­ ten, welche zum Beispiel eine flächenhafte Ausdehnung auf­ weisen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung von Ka­ nälen (1) auf einer Seite durch eine flexible Folie (2) hermetisch abgeschlossen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Folie aus gut wärmeleitendem Material, vor­ zugsweise aus Metall, besteht.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die flexible Folie derart gestaltet ist, daß sie sich beim Durchströmen der Kanäle mit einem Wärme­ übertragungsmittel durch dessen Druck ausdehnt und so eine Art Kissen gebildet wird, welches sich an die Fläche (7) preßt, deren Temperatur konstant gehalten werden soll.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Folie so gestaltet ist, daß das Material, aus welchem diese besteht, beim Ausdehnen im elastischen Bereich bleibt und die Folie somit nach Wegnahme des Druckes wieder in ihre Ausgangslage zurückkehrt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der flexiblen Folie und der Fläche, deren Temperatur konstant gehalten werden soll, so bemessen ist, daß nach Ausdehnung der Folie die Strömung quer zu den Kanälen klein bleibt gegenüber der Strömung in den Kanälen selbst.