WO2023083456A1 - Vorrichtung zur optischen modulation eines laserstrahls - Google Patents

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WO2023083456A1
WO2023083456A1 PCT/EP2021/081457 EP2021081457W WO2023083456A1 WO 2023083456 A1 WO2023083456 A1 WO 2023083456A1 EP 2021081457 W EP2021081457 W EP 2021081457W WO 2023083456 A1 WO2023083456 A1 WO 2023083456A1
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housing
heat sink
optical element
device housing
beam trap
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PCT/EP2021/081457
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tino HAGER
Original Assignee
Trumpf Lasersystems For Semiconductor Manufacturing Gmbh
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
    • G02B7/181—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors with means for compensating for changes in temperature or for controlling the temperature; thermal stabilisation
    • G02B7/1815—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors with means for compensating for changes in temperature or for controlling the temperature; thermal stabilisation with cooling or heating systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
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    • G02B6/4268—Cooling
    • G02B6/4269—Cooling with heat sinks or radiation fins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0085—Modulating the output, i.e. the laser beam is modulated outside the laser cavity

Definitions

  • the invention relates to a device for the optical modulation of a laser beam, in particular a high-power laser beam on a device for generating EUV radiation,
  • a device housing which has a housing wall and an optical element for laser beam modulation, the optical element being arranged in an interior of the device housing delimited by the housing wall and being designed for optical modulation of a laser beam incident on the optical element and
  • the device housing is known to be cooled.
  • the object of the present invention is to reliably and effectively prevent undesired heating of the functionally necessary device components in a device of the generic type.
  • the cooling device for cooling the device housing and also its optical elements is arranged outside the device housing.
  • the interior of the device housing is consequently kept free of coolant lines and line connections in particular, which can pose a risk to the functionality of the device due to possible leaks.
  • close contact between the housing wall of the device housing and the heat sink according to the invention ensures that operational heat is effectively dissipated from the device housing.
  • the heat transfer from the device housing to the heat sink can be optimized by appropriate choice of material for the device housing on the one hand and the heat sink on the other hand. Aluminum, for example, can be used as the material for the housing wall and/or for the heat sink.
  • the reason for the heating of the device housing is, for example, scattered radiation, which is reflected from the optical elements due to the laser beam incident on them to the inside of the housing wall and/or the absorption of laser radiation in beam traps inside the device housing.
  • the absorption of laser radiation on the optical elements for example on Pockels cells or on the coating of thin-film polarizers, also leads to heating of the housing wall as a result of the thermal coupling of the optical elements with the housing wall.
  • the heat sink is not in full-surface contact with the housing wall of the device housing.
  • Each contact point of the heat sink and the housing wall is subject to a heat transfer resistance, for example due to the roughness of the surfaces that are in contact with one another.
  • the limitation of the contact between the heat sink and the housing wall according to the invention is accompanied by a spatial limitation of the heat transfer resistance.
  • Claim 4 relates to a design of the heat sink that is preferred according to the invention for cooling the device housing.
  • a coolant line for example a copper pipe carrying cooling water, can be used as the cooling line.
  • the cooling line in turn cools the base body of the heat sink, which is preferably made of aluminum.
  • the surface-related limitation of the contact between the housing wall of the device housing and the cooling body which is advantageous for the aforementioned reasons, is implemented in a further embodiment of the invention by the cooling body being attached to the cooling line, if necessary to the Wall of the coolant line is in contact with the housing wall of the device housing (claim 5) and/or by a heat sink-side contact surface, on which the heat sink is in contact with the housing wall of the device housing and braced with the housing wall, being provided on the base body of the heat sink ( patent claim 6).
  • the cooling line runs in the immediate vicinity of the contact surface on the heat sink side in order to minimize the heat conduction distance when cooling the device housing.
  • a beam trap thermally decoupled from the device housing and a reflecting optical element are provided as the optical element for laser beam modulation.
  • the optical element reflects part of the laser radiation incident on the optical element in a targeted manner to the beam trap. In this way, heating of the device housing by the laser radiation coupled out of the incident laser beam by means of the optical element is ruled out from the outset.
  • the device according to the invention has a special practice-relevant design of the reflecting optical element for laser beam modulation.
  • the beam trap is preferably spaced apart from the device housing (patent claim 10).
  • the heat sink is used for the necessary cooling of the beam trap, by means of which the device housing is also cooled (patent claim 11).
  • the partial surface of the heat sink on which the heat sink is in contact with the housing wall is optionally spaced apart from the beam trap (claim 12).
  • the beam trap extends from the heat sink arranged on the outside of the device housing into the interior of the device housing (patent claim 13). This facilitates a direct reflection of the relevant part of the laser beam incident on the reflecting optical element to the beam trap.
  • the beam trap passes through a wall opening in the housing wall at a distance from the device housing (claim 14).
  • the beam trap design according to patent claim 15, with the preferably hollow-cylindrical inner beam trap part, enables functionally reliable absorption of the laser radiation originating from the reflecting optical element for laser beam modulation.
  • a contact of the beam trap with the heat sink that is suitable for an effective heat transfer from the beam trap into the heat sink can be established.
  • FIG. 1 shows a perspective representation of a device for the optical modulation of a laser beam with a device housing and a heat sink
  • FIG. 2 shows a sectional view of the device according to FIG. 1 with a section plane II indicated in FIG.
  • Figure 3 shows the detail III in Figure 2 in an enlarged view
  • Figure 4 shows the heat sink of the device according to Figures 1 to 3.
  • a device 1 for optical modulation, in the example shown for polarization, of a laser beam 2 indicated by a dashed line in Figure 3, comprises a device housing 3 with a housing wall 4 and one on the housing wall 4 with the device housing 3 screwed heatsink 5.
  • the device housing 3 has a plurality of optical elements for modulating the laser beam 2, including a thin-film polarizer 6 shown enlarged in Figure 3.
  • the laser beam 2 penetrating the interior of the device housing 3 causes the device housing 3 to heat up.
  • the heating of the device housing 3 is based to a significant extent on the reflection of laser radiation through the optical elements arranged in the interior of the device housing 3 to the housing wall 4 Heating of the device housing 3 also leads to the absorption of laser radiation on the optical elements that are thermally coupled to the housing wall 4, for example on the coating of the thin-film polarizer 6.
  • the device housing 3 can warp and result in thermal drift of the optical elements of the device body 3 come. A heat-related deformation of the optical elements themselves and a resulting malfunction of the optical elements are also conceivable.
  • the heat sink 5 serves to avoid undesired effects of the type described.
  • the heat sink 5 is structurally separate from the device housing 3 and is arranged outside of the device housing 3 .
  • the heat sink 5 has a cooling line, in Figure 4 a coolant line 7 formed copper cooling pipe through which cooling water flows.
  • the coolant line 7 is embedded in a base body 8, in the example shown pressed into the base body 8 made of aluminum.
  • the base body 8 is cooled by the coolant line 7.
  • a surface 9 of the heat sink 5 facing the housing wall 4 of the device housing 3 is only partially in contact with the housing wall 4 when the heat sink 5 is mounted on the device housing 3 .
  • a contact surface 10 of the base body 8 on the heat sink side and a region 11 of the coolant line 7 near the apex are in direct contact with the housing wall 4.
  • the contact surface 10 on the heat sink side and the region 11 of the coolant line 7 near the apex are opposite further partial surfaces 12a, 12b of the surface 9 of the heat sink 5 to the housing wall 4 out. Consequently, on the device 1 there is a gap 26 visible in Figure 3 between the partial surfaces 12a, 12b on the heat sink side on the one hand and the housing wall 4 of the device housing 3 on the other.
  • a housing-side contact surface 13 of the housing wall 4 is assigned to the heat sink-side contact surface 10 on the device housing 3 (FIGS. 1, 3).
  • the heat sink 5 or its base body 8 and the housing wall 4 are braced against one another by means of connecting means, screwed together in the present case by means of screws 14 .
  • the reflected part of the laser beam 2 incident on the thin-film polarizer 6 is directed to a beam trap 15 in a targeted manner.
  • the beam trap 15 is shown enlarged in FIG.
  • the part of the laser beam 2 that is reflected by the thin-film polarizer 6 designed as a reflective optical element to the beam trap 15 is dotted in FIG.
  • the reflected portion 16 of the laser beam 2 travels from the thin-film polarizer 16 directly to the beam trap 15 via a free beam path 17.
  • the beam trap 15 is arranged partly inside and partly outside the device housing 3 .
  • the part 16 of the laser beam 2 reflected by the thin-film polarizer 6 passes directly into a receptacle 25 of the hollow cylinder 18 open towards the thin-film polarizer 6.
  • the beam trap 15 On the outer part 20 of the beam trap, the beam trap 15 has a flange 21 which projects laterally in relation to the hollow body 18 .
  • the beam trap 15 is in contact with the base body 8 of the heat sink 5 at the flange 21 .
  • the heat that is induced in the beam trap 15 by the part 16 of the laser beam 2 reflected by the thin-film polarizer 6 is dissipated by the beam trap 15 in particular at the contact surface between the flange 21 of the beam trap 15 and the base body 8 of the heat sink 5 .
  • the beam trap 15 is thermally decoupled from the device housing 3 in that the beam trap 15 extends at a distance from the device housing 3 through a wall opening 22 in the housing wall 4 .
  • a gap between the surface 9 of the base body 8 and the housing wall 4 that is reduced compared to the gap 26 between the partial surfaces 12a, 12b on the base body 8 of the heat sink 5 on the one hand and the housing wall 4 of the device housing 3 on the other hand is formed on the beam trap 15 bridged by a concentric with the hollow cylinder 18 of the beam trap 15 spacer ring 27 made of thermally insulating material.
  • the spacer ring 27 is an O-ring seal with low thermal conductivity.

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Abstract

Eine Vorrichtung (1) zur optischen Modulation eines Laserstrahls (2) umfasst ein Vorrichtungsgehäuse (3) und eine Kühlvorrichtung. Das Vorrichtungsgehäuse (3) weist eine Gehäusewand (4) sowie ein im Inneren des Vorrichtungsgehäuses (3) angeordnetes optisches Element (6) zur Laserstrahlmodulation auf. Mittels der Kühlvorrichtung wird Wärme, die aufgrund des an dem optischen Element (6) zur Laserstrahlmodulation einfallenden Laserstrahls (2) erzeugt wird, von dem Vorrichtungsgehäuse (3) abgeführt. Zu diesem Zweck weist die Kühlvorrichtung einen von dem Vorrichtungsgehäuse (3) baulich getrennten Kühlkörper (5) auf, der außerhalb des Vorrichtungsgehäuses (3) angeordnet ist und der mit dem Vorrichtungsgehäuse (3) thermisch gekoppelt ist, indem der Kühlkörper (5) an der Gehäusewand (4) des Vorrichtungsgehäuses (3) mit dem Vorrichtungsgehäuse (3) in Kontakt ist.

Description

Vorrichtung zur optischen Modulation eines Laserstrahls
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Modulation eines Laser- Strahls, insbesondere eines Hochleistungs-Laserstrahls an einer Vorrichtung zur Erzeugung von EUV-Strahlung,
• mit einem Vorrichtungsgehäuse, das eine Gehäusewand sowie ein optisches Element zur Laserstrahlmodulation aufweist, wobei das optische Element in einem von der Gehäusewand begrenzten Inneren des Vorrichtungsgehäuses an- geordnet und zur optischen Modulation eines an dem optischen Element einfallenden Laserstrahls ausgebildet ist sowie
• mit einer Kühlvorrichtung, mittels derer aufgrund des an dem optischen Element einfallenden Laserstrahls erzeugte Wärme von dem Vorrichtungsgehäuse abführbar ist. Vorrichtungen der genannten Art dienen beispielsweise in Anlagen zur Erzeugung von EUV-Strahlung dazu, die zeitabhängige Pulsform eines einer Tröpfchenkammer der Anlage zuzuführenden Laserstrahls einzustellen und insbesondere den Niederfrequenzanteil (Pedestal) zu unterdrücken. Dabei fällt eine Verlustleistung an, die eine Erwärmung und eine daraus resultierende Verformung des Vorrichtungsgehäuses einschließlich der in dem Vorrichtungsgehäuse angeordneten optischen Elemente bewirkt. Eine Fehlfunktion der Vorrichtung kann die Folge sein.
Um eine temperaturbedingte Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit einer Vorrichtung zur optischen Modulation eines Laserstrahls zu verhindern, wird das Vorrichtungsgehäuse bekanntermaßen gekühlt.
Gattungsgemäßer Stand der Technik ist bekannt aus WO 2020/052744 Al. Dieses Dokument offenbart eine optische Baugruppe zur Polarisation eines Laserstrahls, im Falle derer eine im Inneren eines Vorrichtungsgehäuses angeordnete Halterung für optische Elemente mit Kühlkanälen versehen ist, die von Kühlwasser durchströmt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, an einer Vorrichtung der gattungsgemäßen Art eine unerwünschte Erwärmung der funktionsnotwendigen Vorrichtungskomponenten zuverlässig und wirksam zu verhindern.
Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1.
Im Falle der Erfindung ist die Kühlvorrichtung zur Kühlung des Vorrichtungsgehäuses und auch dessen optischer Elemente außerhalb des Vorrichtungsgehäuses angeordnet. Das Innere des Vorrichtungsgehäuses wird folglich insbesondere von Kühlmittelleitungen und Leitungsanschlüssen freigehalten, die aufgrund möglicher Leckagen eine Gefahr für die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung darstellen können. Gleichzeitig sorgt ein enger Kontakt zwischen der Gehäusewand des Vorrichtungsgehäuses und dem erfindungsgemäßen Kühlkörper für eine wirksame Abfuhr betriebsbedingter Wärme von dem Vorrichtungsgehäuse. Durch entsprechende Materialwahl für das Vorrichtungsgehäuse einerseits und den Kühlkörper andererseits kann der Wärmeübergang von dem Vorrichtungsgehäuse auf den Kühlkörper optimiert werden. Als Material für die Gehäusewand und/oder für den Kühlkörper kommt beispielsweise Aluminium in Frage. Grund für die Erwärmung des Vorrichtungsgehäuses ist etwa Streustrahlung, die von den optischen Elementen aufgrund des an diesen einfallenden Laserstrahls zu der Innenseite der Gehäusewand reflektiert wird und/oder die Absorption von Laserstrahlung in Strahlfallen im Inneren des Vorrichtungsgehäuses. Außerdem führt beispielsweise die Absorption von Laserstrahlung an den optischen Elementen, etwa an Pockels-Zellen oder an der Beschichtung von Dünnfilmpolarisatoren, infolge der thermischen Kopplung der optischen Elemente mit der Gehäusewand auch zu einer Erwärmung der Gehäusewand.
Besondere Ausführungsarten der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 15.
Ausweislich Patentanspruch 2 ist der Kühlkörper mit der Gehäusewand des Vorrichtungsgehäuses nicht vollflächig in Kontakt. Jede Kontaktstelle des Kühlkörpers und der Gehäusewand ist beispielsweise aufgrund der Rauigkeit der miteinander in Kontakt befindlichen Flächen mit einem Wärmeübergangswiderstand behaftet. Mit der erfindungsgemäßen Begrenzung des Kontakts zwischen dem Kühlkörper und der Gehäusewand geht eine räumliche Begrenzung des Wärmeübergangswiderstands einher. Durch geeignete Wahl der Position der Kontaktfläche bezüglich beispielsweise der durch den einfallenden Laserstrahl erwärmten und mit der Gehäusewand thermisch gekoppelten optischen Elemente zur Laserstrahlmodulation kann erfindungsgemäß die Wärmeleitstrecke bei der Kühlung des Vorrichtungsgehäuses minimiert werden.
Für einen besonders wirksamen Wärmeübergang zwischen der Gehäusewand des Vorrichtungsgehäuses und dem Kühlkörper sorgen die im Falle der Erfindungsbauart gemäß Patentanspruch 3 getroffenen Maßnahmen.
Patentanspruch 4 betrifft eine erfindungsgemäß bevorzugte Bauart des Kühlkörpers zur Kühlung des Vorrichtungsgehäuses. Als Kühlleitung kommt beispielsweise eine Kühlmittelleitung, etwa ein Kühlwasser führendes Kupferrohr, in Frage. Die Kühlleitung ihrerseits kühlt den Grundkörper des Kühlkörpers, der vorzugsweise aus Aluminium gefertigt ist. Bei Verwendung eines Kühlkörpers mit einer Kühlleitung und einem mittels der Kühlleitung gekühlten Grundkörper wird die aus den vorgenannten Gründen vorteilhafte flächenmäßige Begrenzung des Kontakts zwischen der Gehäusewand des Vorrichtungsgehäuses und dem Kühlkörper in weiterer Ausgestaltung der Erfindung realisiert, indem der Kühlkörper an der Kühlleitung, gegebenenfalls an der Wand der Kühlmittelleitung, mit der Gehäusewand des Vorrichtungsgehäuses in Kontakt ist (Patentanspruch 5) und/oder indem eine kühlkörperseitige Kontaktfläche, an welcher der Kühlkörper mit der Gehäusewand des Vorrichtungsgehäuses in Kontakt und mit der Gehäusewand verspannt ist, an dem Grundkörper des Kühlkörpers vorgesehen ist (Patentanspruch 6).
Im Falle einer bevorzugten Erfindungsbauart mit einer kühlkörperseitigen Kontaktfläche, die sich mit der Gehäusewand in Kontakt befindet, verläuft zur Minimierung der Wärmeleitstrecke bei der Kühlung des Vorrichtungsgehäuses die Kühlleitung in unmittelbarer Nachbarschaft der kühlkörperseitigen Kontaktfläche.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind ausweislich Patentanspruch 7 eine von dem Vorrichtungsgehäuse thermisch entkoppelte Strahlfalle und als optisches Element zur Laserstrahlmodulation ein reflektierendes optisches Element vorgesehen. Das optische Element reflektiert einen Teil der an dem optischen Element einfallenden Laserstrahlung gezielt zu der Strahlfalle. Auf diese Art und Weise ist eine Erwärmung des Vorrichtungsgehäuses durch die mittels des optischen Elements aus dem einfallenden Laserstrahl ausgekoppelte Laserstrahlung von Vornherein ausgeschlossen.
Mit einem reflektierenden Polarisator weist die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Patentanspruch 8 eine besondere praxisrelevante Bauart des reflektierenden optischen Elements zur Laserstrahlmodulation auf.
An der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Patentanspruch 9 gelangt der von dem reflektierenden optischen Element zur Laserstrahlmodulation reflektierte Teil des einfallenden Laserstrahls unmittelbar, das heißt insbesondere ohne Zwischenschaltung weiterer optischer Elemente, zu der Strahlfalle. Zur thermischen Entkopplung von dem Vorrichtungsgehäuse ist die Strahlfalle vorzugsweise von dem Vorrichtungsgehäuse beabstandet (Patentanspruch 10).
Für die erforderliche Kühlung der Strahlfalle wird in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung der Kühlkörper genutzt, mittels dessen auch das Vorrichtungsgehäuse gekühlt wird (Patentanspruch 11).
Im Interesse einer Optimierung des Wärmeübergangs von der Gehäusewand des Vorrichtungsgehäuses zu dem Kühlkörper ist in Weiterbildung der Erfindung die Teilfläche des Kühlkörpers, an welcher der Kühlkörper mit der Gehäusewand in Kontakt ist, gegebenenfalls von der Strahlfalle beabstandet (Patentanspruch 12).
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die Strahlfalle von dem an der Außenseite des Vorrichtungsgehäuses angeordneten Kühlkörper in das Innere des Vorrichtungsgehäuses (Patentanspruch 13). Dadurch wird eine unmittelbare Reflexion des betreffenden Teils des an dem reflektierenden optischen Element einfallenden Laserstrahls zu der Strahlfalle erleichtert.
Zur thermischen Entkopplung von dem Vorrichtungsgehäuse durchsetzt die Strahlfalle in Weiterbildung der Erfindung eine Wandöffnung der Gehäusewand mit Abstand von dem Vorrichtungsgehäuse (Patentanspruch 14).
Die Strahlfallenbauart gemäß Patentanspruch 15 ermöglicht mit dem vorzugsweise hohlzylindrischen inneren Strahlfallenteil eine funktionssichere Absorption der von dem reflektierenden optischen Element zur Laserstrahlmodulation stammenden Laserstrahlung. An dem Flansch des äußeren Strahlfallenteils kann ein für einen wirksamen Wärmeübergang von der Strahlfalle in den Kühlkörper geeigneter Kontakt der Strahlfalle mit dem Kühlkörper hergestellt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand beispielhafter schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zur optischen Modulation eines Laserstrahls mit einem Vorrichtungsgehäuse und einem Kühlkörper, Figur 2 eine Schnittdarstellung der Vorrichtung gemäß Figur 1 mit einer in Figur 1 angedeuteten Schnittebene II
Figur 3 das Detail III in Figur 2 in vergrößerter Darstellung und
Figur 4 den Kühlkörper der Vorrichtung gemäß den Figuren 1 bis 3.
Gemäß den Figuren 1 und 2 umfasst eine Vorrichtung 1 zur optischen Modulation, in dem dargestellten Beispielsfall zur Polarisation, eines in Figur 3 durch eine gestrichelte Linie angedeuteten Laserstrahls 2, ein Vorrichtungsgehäuse 3 mit einer Gehäusewand 4 sowie einen an der Gehäusewand 4 mit dem Vorrichtungsgehäuse 3 verschraubten Kühlkörper 5.
In seinem Innern weist das Vorrichtungsgehäuse 3 eine Mehrzahl optischer Elemente zur Modulation des Laserstrahls 2 auf, unter anderem einen in Figur 3 vergrößert dargestellten Dünnfilmpolarisator 6.
Der das Innere des Vorrichtungsgehäuses 3 durchsetzende Laserstrahl 2 bewirkt eine Erwärmung des Vorrichtungsgehäuses 3. Die Erwärmung des Vorrichtungsgehäuses 3 beruht zu einem wesentlichen Teil auf der Reflexion von Laserstrahlung durch die in dem Innern des Vorrichtungsgehäuses 3 angeordneten optischen Elemente zu der Gehäusewand 4. Zu einer nennenswerten Erwärmung des Vorrichtungsgehäuses 3 führt außerdem die Absorption von Laserstrahlung an den mit der Gehäusewand 4 thermisch gekoppelten optischen Elementen, beispielsweise an der Beschichtung des Dünnfilmpolarisators 6. Infolge des Wärmeeintrags in das Vorrichtungsgehäuse 3 kann es zu einem Verzug des Vorrichtungsgehäuses 3 und einer daraus resultierenden thermischen Drift der optischen Elemente des Vorrichtungsgehäuses 3 kommen. Ebenfalls denkbar ist eine wärmebedingte Verformung der optischen Elemente selbst und eine daraus resultierende Fehlfunktion der optischen Elemente.
Zur Vermeidung von unerwünschten Effekten der beschriebenen Art dient der Kühlkörper 5. Der Kühlkörper 5 ist von dem Vorrichtungsgehäuse 3 baulich getrennt und außerhalb des Vorrichtungsgehäuses 3 angeordnet. Gemäß Figur 4 weist der Kühlkörper 5 eine Kühlleitung, in Figur 4 ein als Kühlmittelleitung 7 ausgebildetes und von Kühlwasser durchströmtes Kupferkühlrohr, auf. Die Kühlmittelleitung 7 ist in einen Grundkörper 8 eingebettet, in dem dargestellten Beispielsfall in den aus Aluminium gefertigten Grundkörper 8 eingepresst. Die Kühlung des Grundkörpers 8 erfolgt durch die Kühlmittelleitung 7.
Eine der Gehäusewand 4 des Vorrichtungsgehäuses 3 zugewandte Fläche 9 des Kühlkörpers 5 ist bei an dem Vorrichtungsgehäuse 3 montiertem Kühlkörper 5 mit der Gehäusewand 4 lediglich teilweise in Kontakt. Mit der Gehäusewand 4 in unmittelbarem Kontakt befindet sich eine kühlkörperseitige Kontaktfläche 10 des Grundkörpers 8 sowie ein scheitelnaher Bereich 11 der Kühlmittelleitung 7. Die kühlkörperseitige Kontaktfläche 10 und der scheitelnahe Bereich 11 der Kühlmittelleitung 7 stehen gegenüber weiteren Teilflächen 12a, 12b der Fläche 9 des Kühlkörpers 5 zu der Gehäusewand 4 hin vor. An der Vorrichtung 1 ergibt sich folglich zwischen den kühlkörperseitigen Teilflächen 12a, 12b einerseits und der Gehäusewand 4 des Vorrichtungsgehäuses 3 andererseits ein in Figur 3 erkennbarer Spalt 26.
Der kühlkörperseitigen Kontaktfläche 10 ist an dem Vorrichtungsgehäuse 3 eine gehäuseseitige Kontaktfläche 13 der Gehäusewand 4 zugeordnet (Figuren 1, 3). An der gehäuseseitigen Kontaktfläche 13 und der kühlkörperseitigen Kontaktfläche 10 sind der Kühlkörper 5 bzw. dessen Grundkörper 8 und die Gehäusewand 4 mittels Verbindungsmitteln gegeneinander verspannt, vorliegend mittels Schrauben 14 miteinander verschraubt.
In dem dargestellten Beispielsfall werden an der Kontaktstelle zwischen der kühlkörperseitigen Kontaktfläche 10 und der gehäuseseitigen Kontaktfläche 13 und an der Kontaktstelle zwischen dem scheitelnahen Bereich 11 der Kühlmittelleitung 7 und der gehäuseseitigen Kontaktfläche 13 circa zwei Drittel des durch den Laserstrahl 2 bewirkten Wärmeeintrags durch Wärmeleitung aus dem Vorrichtungsgehäuse 3 in den Kühlkörper 5 abgeführt. Besonders förderlich für die weitere Abfuhr der in den Grundkörper 8 des Kühlkörpers 5 abgeleiteten Wärme über die Kühlmittelleitung 7 ist der Umstand, dass die Kühlmittelleitung 7 der kühlkörperseitigen Kontaktfläche 10 an dem Grundkörper 8 eng benachbart ist. Außer durch die beschriebene Kühlung wird an der Vorrichtung 1 eine unerwünschte Erwärmung des Vorrichtungsgehäuses 3 dadurch verhindert, dass der reflektierte Teil des an dem Dünnfilmpolarisator 6 einfallenden Laserstrahls 2 gezielt zu einer Strahlfalle 15 gelenkt wird. Die Strahlfalle 15 ist in Figur 3 vergrößert dargestellt. Der Teil des Laserstrahls 2, der von dem als reflektierendes optisches Element ausgebildeten Dünnfilmpolarisator 6 zu der Strahlfalle 15 reflektiert wird, ist in Figur 3 punktiert und mit dem Bezugszeichen 16 versehen. Über einen freien Strahlweg 17 gelangt der reflektierte Teil 16 des Laserstrahls 2 von dem Dünnfilmpolarisator 16 unmittelbar zu der Strahlfalle 15.
Die Strahlfalle 15 ist zum Teil innerhalb und zum Teil außerhalb des Vorrichtungsgehäuses 3 angeordnet.
Ein als Hohlzylinder 18 ausgebildeter Hohlkörper der Strahlfalle 15 erstreckt sich über einen im Inneren des Vorrichtungsgehäuses 3 angeordneten inneren Strahlfallenteil 19 bis zu einem außerhalb des Vorrichtungsgehäuses 3 angeordneten äußeren Strahlfallenteil 20. Der von dem Dünnfilmpolarisator 6 reflektierte Teil 16 des Laserstrahls 2 gelangt unmittelbar in eine zu dem Dünnfilmpolarisator 6 hin offene Aufnahme 25 des Hohlzylinders 18.
An dem äußeren Strahlfallenteil 20 weist die Strahlfalle 15 einen seitlich gegenüber dem Hohlkörper 18 vorstehenden Flansch 21 auf. An dem Flansch 21 ist die Strahlfalle 15 mit dem Grundkörper 8 des Kühlkörpers 5 in Kontakt. Insbesondere an der Kontaktfläche zwischen dem Flansch 21 der Strahlfalle 15 und dem Grundköper 8 des Kühlkörpers 5 wird von der Strahlfalle 15 diejenige Wärme abgetragen, die in die Strahlfalle 15 durch den von dem Dünnfilmpolarisator 6 reflektierten Teil 16 des Laserstrahls 2 induziert wird. Von dem Vorrichtungsgehäuse 3 ist die Strahlfalle 15 thermisch entkoppelt, indem sich die Strahlfalle 15 mit Abstand von dem Vorrichtungsgehäuse 3 durch eine Wandöffnung 22 der Gehäusewand 4 erstreckt. Ein gegenüber dem Spalt 26 zwischen den Teilflächen 12a, 12b an dem Grundkörper 8 des Kühlkörpers 5 einerseits und der Gehäusewand 4 des Vorrichtungsgehäuses 3 andererseits reduzierter Spalt zwischen der Fläche 9 des Grundkörpers 8 und der Gehäusewand 4 wird an der Strahlfalle 15 durch einen mit dem Hohlzylinder 18 der Strahlfalle 15 konzentrischen Distanzring 27 aus thermisch isolierendem Material überbrückt. Bei dem Distanzring 27 handelt es sich in dem gezeigten Beispielsfall um eine 0-R.ingdichtung mit geringer Wärmeleitfähigkeit. Ein Abstand besteht auch zwischen der Außenwand des Hohlzylinders 18 der Strahlfalle 15 und einer Wand 23 einer Durchtrittsöffnung 24 für den Hohlzylinder 18, die an dem Grundkörper 8 des Kühlkörpers 5 vorgesehen ist. In diesem Bereich wird Wärme folglich in einem allenfalls geringen Umfang von der Strahlfalle 15 auf den Kühlkörper 5 übertragen. Die Stelle (Flansch 21 der Strahlfalle 15), an welcher die Strahlfalle 15 mit dem Kühlkörper 5 in Kontakt ist und an der daher der Wärmeübergang von der Strahlfalle 15 in den Kühlkörper 5 im Wesentlichen stattfindet, ist relativ weit be- abstandet von den Stellen, an denen sich der Kühlkörper 5 mit der Gehäusewand 4 der Vorrichtungsgehäuses 3 in Kontakt befindet. Eine gegenseitige Beeinträch- tigung des Wärmeübergangs von der Gehäusewand 4 des Vorrichtungsgehäuses 3 in den Kühlkörper 5 einerseits und des Wärmeübergangs von der Strahlfalle 15 in den Kühlkörper 5 andererseits wird dadurch weitestgehend vermieden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur optischen Modulation eines Laserstrahls (2), insbesondere eines Hochleistungs-Laserstrahls an einer Vorrichtung zur Erzeugung von EUV- Strahlung,
• mit einem Vorrichtungsgehäuse (3), das eine Gehäusewand (4) sowie ein optisches Element (6) zur Laserstrahlmodulation aufweist, wobei das optische Element (6) in einem von der Gehäusewand (4) begrenzten Inneren des Vorrichtungsgehäuses (3) angeordnet und zur optischen Modulation eines an dem optischen Element (6) einfallenden Laserstrahls (2) ausgebildet ist sowie
• mit einer Kühlvorrichtung, mittels derer aufgrund des an dem optischen Element (6) einfallenden Laserstrahls (2) erzeugte Wärme von dem Vorrichtungsgehäuse (3) abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung einen von dem Vorrichtungsgehäuse (3) baulich getrennten Kühlkörper (5) aufweist, der außerhalb des Vorrichtungsgehäuses (3) angeordnet ist und der mit dem Vorrichtungsgehäuse (3) thermisch gekoppelt ist, indem der Kühlkörper (5) an der Gehäusewand (4) des Vorrichtungsgehäuses (3) mit dem Vorrichtungsgehäuse (3) in Kontakt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (5) an einer der Gehäusewand (4) des Vorrichtungsgehäuses (3) zugewandten Fläche (9) des Kühlkörpers (5) teilweise mit der Gehäusewand (4) in Kontakt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
• dass die der Gehäusewand (4) des Vorrichtungsgehäuses (3) zugewandte Fläche (9) des Kühlkörpers (5) eine kühlkörperseitige Kontaktfläche (10) umfasst, die gegenüber einer weiteren Teilfläche (12a, 12b) der der Gehäusewand (4) des Vorrichtungsgehäuses (3) zugewandten Fläche (9) zu der Gehäusewand (4) vorsteht, • dass der kühlkörperseitigen Kontaktfläche (10) eine gehäuseseitige Kontaktfläche (13) der Gehäusewand (4) an der dem Kühlkörper (5) zugewandten Seite der Gehäusewand (4) zugeordnet ist und dass
• der Kühlkörper (5) mit dem Vorrichtungsgehäuse (3) in Kontakt ist, indem der Kühlkörper (5) und die Gehäusewand (4) an der kühlkörperseitigen Kontaktfläche (10) und an der gehäuseseitigen Kontaktfläche (13) miteinander in Kontakt und mittels Verbindungsmitteln (14) gegeneinander verspannt sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (5) eine Kühlleitung (7), vorzugsweise eine ein Kühlmittel führende Kühlmitteleitung, sowie einen mittels der Kühlleitung (7) gekühlten Grundkörper (8) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (5) an der Kühlleitung (7) mit der Gehäusewand (4) des Vorrichtungsgehäuses (3) in Kontakt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die kühlkörperseitige Kontaktfläche (10), an welcher der Kühlkörper (5) mit der Gehäusewand (4) des Vorrichtungsgehäuses (3) in Kontakt ist, an dem Grundkörper (8) des Kühlkörpers (5) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
• dass die Vorrichtung eine Strahlfalle (15) aufweist, die von dem Vorrichtungsgehäuse (3) thermisch entkoppelt ist,
• dass als optisches Element (6) zur Laserstrahlmodulation ein reflektierendes optisches Element (6) vorgesehen ist, das ausgebildet ist zur teilweisen Reflexion des an dem reflektierenden optischen Element (6) einfallenden Laserstrahls (2) zu der Strahlfalle (15) und
• dass zwischen dem reflektierenden optischen Element (6) und der Strahlfalle (15) ein Strahlweg (17) vorgesehen ist, entlang dessen der von dem reflektierenden optischen Element (6) reflektierte Teil (16) des an dem reflektierenden optischen Element (6) einfallenden Laserstrahls (2) zu der Strahlfalle (15) gelangt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als reflektierendes optisches Element (6) ein reflektierender Polarisator vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlweg (17) zwischen dem reflektierenden optischen Element (6) und der Strahlfalle (15) ein freier Strahlweg (17) vorgesehen ist, entlang dessen der von dem reflektierenden optischen Element (6) reflektierte Teil (16) des an dem reflektierenden optischen Element (6) einfallenden Laserstrahls (2) unmittelbar zu der Strahlfalle (15) gelangt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlfalle (15) von dem Vorrichtungsgehäuse (3) thermisch entkoppelt ist, indem die Strahlfalle (15) von dem Vorrichtungsgehäuse (3) beab- standet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlfalle (15) gekühlt ist, indem die Strahlfalle (15) mit dem Kühlkörper (5) der Kühlvorrichtung thermisch gekoppelt ist, vorzugsweise indem die Strahlfalle (15) mit dem Kühlkörper (5) in Kontakt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 2 und Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Teilfläche des Kühlkörpers (5), an welcher der Kühlkörper (5) teilweise mit der Gehäusewand (3) in Kontakt ist, von der Stelle beabstandet ist, an welcher die Strahlfalle (15) mit dem Kühlkörper (5) in Kontakt ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
• dass die Strahlfalle (15) mit einem inneren Strahlfallenteil (19) im Inneren des Vorrichtungsgehäuses (3) und mit einem äußeren Strahlfallenteil (20), der mit dem inneren Strahlfallenteil (19) thermisch gekoppelt ist, außerhalb des Vorrichtungsgehäuses (3) angeordnet ist und • dass der von dem reflektierenden optischen Element (6) reflektierte Teil (16) des an dem optischen Element (6) einfallenden Laserstrahls (2) zu dem inneren Strahlfallenteil (19) gelangt und der äußere Strahlfallenteil (20) mit dem außerhalb des Vorrichtungsgehäuses (3) angeordneten Kühlkörper (5) thermisch gekoppelt, vorzugsweise in Kontakt ist. Vorrichtung nach Anspruch 10 und Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlfalle (15) von dem Vorrichtungsgehäuse (3) thermisch entkoppelt ist, indem sich die Strahlfalle (15) mit Abstand von dem Vorrichtungsgehäuse (3) durch eine Wandöffnung (22) an der Gehäusewand (4) des Vorrichtungsgehäuses (3) erstreckt. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
• dass die Strahlfalle (15) an dem inneren Strahlfallenteil (19) einen Hohlkörper, vorzugsweise einen Hohlzylinder (18), aufweist mit einer zu dem reflektierenden optischen Element (6) hin offenen Aufnahme (25), zu welcher der von dem reflektierenden optischen Element (6) reflektierte Teil (16) des an dem reflektierenden optischen Element (6) einfallenden Laserstrahls (2) gelangt und
• dass die Strahlfalle (15) an dem äußeren Strahlfallenteil (20) einen seitlich gegenüber dem Hohlkörper vorstehenden Flansch (21) aufweist, an welchem der äußere Strahlfallenteil (20) mit dem Kühlkörper (5) thermisch gekoppelt, vorzugsweise in Kontakt ist.
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