WO2024061574A1 - Baugruppe eines optischen systems - Google Patents

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WO2024061574A1
WO2024061574A1 PCT/EP2023/073490 EP2023073490W WO2024061574A1 WO 2024061574 A1 WO2024061574 A1 WO 2024061574A1 EP 2023073490 W EP2023073490 W EP 2023073490W WO 2024061574 A1 WO2024061574 A1 WO 2024061574A1
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WO
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flange
mirror
assembly according
fluid
optical system
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Application number
PCT/EP2023/073490
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Mueller
Norman Niewrzella
Original Assignee
Carl Zeiss Smt Gmbh
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Publication date
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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/70808—Construction details, e.g. housing, load-lock, seals or windows for passing light in or out of apparatus
    • G03F7/70825—Mounting of individual elements, e.g. mounts, holders or supports
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/70858—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature
    • G03F7/70883—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature of optical system
    • G03F7/70891—Temperature
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    • G03F7/70908—Hygiene, e.g. preventing apparatus pollution, mitigating effect of pollution or removing pollutants from apparatus
    • G03F7/70916—Pollution mitigation, i.e. mitigating effect of contamination or debris, e.g. foil traps

Definitions

  • the invention relates to an assembly of an optical system.
  • the optical system can in particular be a beamline unit of a synchrotron or a free electron laser.
  • mirrors are used as optical components due to the lack of availability of suitable translucent refractive materials. Examples are synchrotron mirrors and mirrors that are used in the lighting device or the projection lens of a microlithographic projection exposure system.
  • a problem that arises in practice is that such mirrors experience heating and associated thermal expansion or deformation as a result of, among other things, absorption of the incident radiation.
  • the ones here in Mirror substrate or temperature profiles generated on the optical effective surface can - especially in the case of comparatively strongly localized heat inputs of the incident electromagnetic radiation - possibly have a pronounced inhomogeneity over the optically used area, with the result that the thermally induced deformation profiles resulting from the respective temperature profiles during operation of the relevant optical system cause optical aberrations that are difficult or impossible to correct.
  • An optical system assembly according to the invention has:
  • the fluid channel arrangement is coupled to a fluid line system via a detachable flange connection
  • this flange connection comprises a flange interface formed on the mirror base body and a flange mounted in a non-positive manner on this flange interface;
  • the invention is based in particular on the concept of providing in an assembly of an optical system a thermally conductive layer for avoiding or reducing thermal to couple a fluid channel arrangement in a mirror base body of a mirror, which serves to prevent induced deformations and through which a fluid can flow, to a fluid line system without a material connection (in particular "solder-free") via a fundamentally detachable flange connection.
  • a material connection in particular the use of a soldering technique
  • a comparatively soft interface along the joining area is avoided, which in turn avoids the problems associated with such a separation layer, both in terms of thermal properties and in terms of strength.
  • the flange can simply be unscrewed if necessary and screwed back on (e.g. after cleaning and, if necessary, using a new seal) and the optical system can then be put back into operation immediately.
  • a seal is formed between the flange and the flange interface to provide a differential vacuum.
  • the term “differential vacuum” is to be understood as meaning a vacuum located between a first vacuum and a second vacuum, in which a vacuum pressure is present, the value of which is between the vacuum pressure present in the first vacuum and the vacuum pressure present in the second vacuum lies.
  • the second vacuum can be present in the fluid channel arrangement and the first vacuum can be present in an external environment of the mirror.
  • the vacuum pressure present in the first vacuum or in the external environment of the mirror can be in the range of (10“ 9 -10 -12 ) mbar
  • the vacuum pressure present in the second vacuum or in the fluid channel arrangement can be in the range of (0.1 -10) bar
  • the vacuum pressure present in the differential vacuum is in the range of (10' 3 -10' 4 ) mbar.
  • the differential vacuum (which can also be referred to as “support vacuum”) enables tightness control in the assembly according to the invention. Any leaks can be detected in real time by permanently monitoring the differential vacuum. As soon as contamination is detected in this vacuum, the associated system or machine can then be switched off. In this way, the fact can be taken into account in particular that the mirror, when used as a synchrotron mirror, is operated in a UHV environment (in the range from 10 -1 ° mbar to 10 -12 mbar) and the tightness requirements are approximately comparable to EUV applications. Turns (10 -9 mbar) are even higher.
  • the seal is a seal based on the double O-ring principle.
  • the term should be used “Seal based on the double O-ring principle” may also include a seal in which at least one of the two sealing rings or O-rings is replaced by a shaped seal.
  • the term “O-ring” in the sense of the present application should also include seals with an angular cross-sectional profile.
  • a monitoring device for monitoring the tightness of the flange connection against escaping fluid during operation of the optical system.
  • the invention also relates to an assembly of an optical system
  • the fluid channel arrangement is coupled to a fluid line system via a detachable flange connection
  • this flange connection comprises a flange interface formed on the mirror base body and a flange mounted in a non-positive manner on this flange interface;
  • a monitoring device is provided for monitoring the tightness of the flange connection against escaping fluid during operation of the optical system.
  • the monitoring device is configured to monitor the tightness of the flange connection without influencing an external vacuum environment of the mirror.
  • the monitoring device is configured to detect fluid entering an area between the flange and the flange interface.
  • the monitoring device has a Mass spectrometer, a gas detector or a humidity sensor.
  • the assembly has at least one further joint in addition to the flange connection, the monitoring device also being provided for monitoring the tightness of this further joint against escaping fluid.
  • the flange interface forms at least one decoupling structure to reduce force transmission from the flange to the mirror base body.
  • this decoupling structure is formed by a tapered section of the flange interface.
  • the fluid channel runs along an axial direction in this tapered section, the ratio between an axial extent of this tapered section and a wall thickness of the tapered section remaining towards the fluid channel being in the range from 1 to 5.
  • the flange is mounted on the flange interface via a screw connection.
  • this screw connection takes place along a section of the flange interface, wherein for this section the ratio between its extension in a direction perpendicular to the screwing direction and the extension in the screwing direction is in the range from 2 to 10, in particular in the range from 2 to 4.
  • the mirror has a cover plate bonded to the mirror base body, on which a reflection layer system is formed.
  • the term “reflection layer system” should include both a single layer and a multi-layer system.
  • the cover plate is monolithically connected to the mirror base body via direct bonding or melt bonding. With these bonding processes, auxiliary materials can be dispensed with and a monolithic component with optimized mechanical properties can be obtained due to the elimination of a physical parting line.
  • the mirror base body is made of a silicon-containing material, in particular a material from the group containing monocrystalline silicon (Si), silicon dioxide (SiO2) and titanium dioxide-doped quartz glass.
  • the mirror is designed for a working wavelength of less than 30 nm, in particular less than 15 nm.
  • the mirror is designed for a working wavelength of less than 0.1 nm.
  • the optical system is a beamline unit of a synchrotron or a free electron laser.
  • the invention also relates to an optical system with an assembly having the features described above.
  • the optical system is a synchrotron.
  • the optical system is a projection lens or an illumination device of a microlithographic projection exposure system.
  • Figure 1 is a schematic representation to explain a possible
  • Figure 2 is a schematic representation to explain a possible embodiment of an assembly according to the invention.
  • FIGS. 3a-3b show schematic representations to explain a further possible embodiment of an assembly according to the invention.
  • Figure 4 shows a schematic representation of the possible structure of a microlithographic projection exposure system designed for operation in EUV.
  • a fluid channel arrangement in a mirror base body of a mirror which serves to avoid thermally induced deformations and through which a cooling fluid can flow is coupled to a fluid line system without a cohesive connection (in particular "solderless") via a detachable flange connection.
  • the mirror present in an assembly according to the invention can be used, for example, as a deflection mirror or beam-guiding optical component in a synchrotron, as is shown only schematically for a mirror 100 in FIG. 1, the electromagnetic radiation 150 generated by acceleration or deflection of an electron beam 170 (in the example in the form of a divergent X-ray beam) hits the mirror 100 in such a synchrotron.
  • the mirror 100 can in particular also be positioned in a so-called “beamline”. , which is hit by the electromagnetic radiation generated in the synchrotron.
  • an elliptical “footprint” generated on the mirror 100 is designated as the optically used area with “101,” and the electromagnetic radiation emitted after reflection from the mirror 100 (in the example in the form of a convergent X-ray) is designated with “160.”
  • the optically used area or “footprint” in the scenario shown is a comparatively highly localized area of the mirror surface, but its current position can “wander” or vary on the mirror surface.
  • An assembly according to the invention serves in particular to avoid or reduce deformations thermally induced by electromagnetic radiation.
  • Fig. 2 shows a purely schematic representation to explain a possible embodiment of an assembly according to the invention.
  • the assembly has at least one mirror with a mirror base body 200.
  • the mirror has a cover plate 200a bonded to the mirror base body 200, on which a reflection layer system (not shown) is formed.
  • the mirror can be a plane mirror or have any other geometry (e.g. spherical or cylindrical).
  • the mirror base body 200 is made of monocrystalline silicon (Si), and the reflection layer system in the example has a single layer of gold (Au) with an exemplary thickness in the range from 20 nm to 50 nm.
  • the reflection layer can also be made from another noble metal, for example platinum (Pt), rhodium (Rh), silver (Ag), ruthenium (Ru), palladium (Pd), osmium (Os) or iridium (Ir).
  • the reflection layer can also be made of an organic material, for example carbon (C), boron carbide (B4C) or silicon carbide (SiC).
  • the mirror can be a mirror designed for operation under grazing incidence or a mirror designed for operation under normal incidence .
  • the mirror typically has a multi-layer system as a reflection layer system in the form of, for example, an alternating sequence of individual layers made of, for example, at least two different layer materials.
  • the mirror base body 200 or the mirror substrate can also be made from another substrate material, for example also containing silicon, for example silicon dioxide (SiO2) or Zerodur® (from Schott AG).
  • silicon dioxide SiO2
  • Zerodur® from Schott AG
  • titanium silicate glass sold by Corning Inc. under the name ULE® can also be used as the substrate material.
  • the flange 203 can be made of stainless steel, for example.
  • the detachable flange connection is in the exemplary embodiment (but without the invention being limited to this) as Screw connection is realized, for which screws marked “204” in Fig. 2 are fixed to threaded plates marked “208” (also made of stainless steel in the exemplary embodiment).
  • a targeted design of the flange connection according to the invention is preferably carried out according to the invention with appropriate design or optimization of the parameters described below.
  • the flange 203 is mounted on the flange interface 202 via a Screw connection failed.
  • the non-positive mounting of the flange 203 on the flange interface 202 can also be implemented in another suitable manner, in particular via a clamp connection.
  • the flange interface 202 is designed in areas to form a decoupling structure (or a decoupling joint) 201.
  • the decoupling structure 201 is formed here by a tapered section of the flange interface 202. 2, this is done in that the wall thickness or wall thickness (hi-d)/2 remaining towards the fluid channel 206 is not reduced by “cutting free” the flange interface 202 in the corresponding area 209 facing the mirror base body 200 compared to the rest tapered section of the flange interface 202, which faces the flange 203, is reduced.
  • the small wall thickness in the area 209 the influence of deformations or transverse contractions that occur when screwing the flange 203 on the optical effective surface of the mirror is reduced.
  • the rigidity of the flange interface 202 is increased in the “axial” direction (i.e. along the x-direction in the coordinate system shown) by appropriately choosing a comparatively large dimension t2.
  • this stiffness which is particularly relevant for the effects of preload forces on the screw connection, can also be increased by increasing the dimension h2 (although the parameter h2 has less influence than the parameter t2).
  • the ratio h2/t2 can be optimized depending on the specific application scenario and is preferably in the range from 2 to 10, more preferably in the range from 2 to 4.
  • the screw connection thus takes place along a section of the flange interface 202, with the ratio preferably (but without the invention being limited to this) being the ratio for this section between its extension in a direction perpendicular to the screwing direction and the extension in the screwing direction is in the range from 2 to 10, in particular in the range from 2 to 4.
  • the mentioned decoupling effect of the decoupling structure 201 along the x-direction in the coordinate system shown can also be achieved by appropriately increasing the dimension ti to influence the bending stiffness of the decoupling structure 201, although this parameter has a comparatively smaller influence than the said wall thickness (hi- d)/2.
  • the ratio ti/[(hi-d)/2] can be optimized depending on the specific application scenario and is preferably in the range from 1 to 5. In other words, according to the exemplary embodiment of FIG.
  • the decoupling structure 201 is formed by a tapered section of the flange interface 202 is formed, wherein preferably (but without the invention being limited to this) the ratio between an axial extent of this tapered section and a wall thickness of the tapered section remaining towards the fluid channel is in the range of 1 to 5.
  • this ratio ti/[(hi-d)/2] increases, the risk of breakage increases, whereas as the value of this ratio decreases, the stiffness and thus the pressure of the parasitic deformations onto the optical effective surface increases.
  • this reduction or minimization can, on the one hand, also be achieved by suitable reduction of the wall thickness or wall thickness (hi-d)/ 2 and the decoupling structure introduced thereby.
  • the rigidity of said decoupling structure 201 can be minimized for a given force generated in the fluid channel arrangement by appropriately increasing the parameter ti.
  • the rigidity of the decoupling structure 201 is not absolute Minimum can be reduced.
  • the remaining wall thickness (hi-d)/2 must still be large enough, depending on the specific load spectrum (pressure load due to the fluid flowing in the fluid channel arrangement, attacking external forces, e.g. through the fluid line system, etc.) and on the breaking stress of the material used, to occur mechanical stresses do not lead to damage to the mirror.
  • differential vacuum Another characteristic of the force-fit flange connection according to the invention is the differential vacuum, which is described in more detail with reference to Fig. 3a-3b and prevails in embodiments of the invention in the entire assembly (including the mirror base body, cover plate, flange and fluid line system).
  • This differential vacuum is channeled through the entire flange and transferred to the interface between the flange and the mirror. This is achieved by a gap between the two O-rings of a seal 207 according to the double O-ring principle.
  • the associated system or machine can be switched off.
  • FIG. 3a-3b show schematic representations to explain a possible embodiment of an assembly according to the invention.
  • analog or essentially functionally identical components are designated with reference numbers increased by “100”.
  • “312a” and “312b” denote holes running within the mirror base body 300 and the flange 303, respectively each extend up to an intermediate space 313 located between the two O-rings of the seal 307 (and essentially surrounding the fluid channel 306 in a tubular shape).
  • the bore 312a provided in the mirror base body 300 runs up to a groove 31 1 (which in the exemplary embodiment is only designed with a rectangular cross-section as an example) which surrounds a fluid volume 310 that receives the fluid.
  • the vacuum pressure present in the external environment of the mirror can be in the range of (10 9 -10 -12 ) mbar
  • the vacuum pressure present in the fluid volume 310 can be in the range of (0.1 -10) bar
  • the vacuum pressure present within the bores 312a, 312b, the gap 313 and the groove 31 1 (ie in the differential vacuum) is in the range of (10 3 -10“ 4 ) mbar.
  • the configuration described above has the consequence that, in the event of a leak, fluid emerging from the fluid channel 306 or the fluid volume 310 first flows into the area of the differential vacuum provided according to the invention - ie Depending on the location of the leak, it enters the groove 31 1 or the gap 313 - and can therefore be detected via a monitoring device 320 connected to the bore 312b.
  • the monitoring device 320 can be designed in any suitable manner and can have, for example, a mass spectrometer, a gas detector or a moisture sensor.
  • the entire system or a fluid supply connected to the fluid channel 306 can preferably be switched off, so that undesirable contamination of the (ultra-high) vacuum present in the outer surrounding area of the mirror can occur is reliably avoided.
  • the assembly according to the invention can also have at least one further joint in addition to the flange connection, whereby the monitoring device can then also be used to monitor the tightness of these further joint(s) against escaping fluid.
  • the invention can also be implemented in other optical systems, in particular, for example, in an illumination device or a projection lens of a microlithographic projection exposure system.
  • the projection exposure system 1 has an illumination device 2 and a projection lens 10.
  • One embodiment of the lighting device 2 of the projection exposure system 1 has, in addition to a light or radiation source 3, lighting optics 4 for illuminating an object field 5 in an object plane 6.
  • the light source 3 can also be provided as a module separate from the other lighting device.
  • the lighting device does not include the light source 3.
  • a reticle 7 arranged in the object field 5 is exposed.
  • the reticle 7 is held by a reticle holder 8.
  • the reticle holder 8 can be displaced in particular in a scanning direction via a reticle displacement drive 9.
  • FIG. 4 A Cartesian xyz coordinate system is shown in FIG. 4 for explanation purposes.
  • the x direction runs perpendicular to the drawing plane.
  • the y-direction is horizontal and the z-direction is vertical.
  • the scanning direction runs along the y-direction in FIG. 4.
  • the z direction runs perpendicular to the object plane 6.
  • the projection lens 10 is used to image the object field 5 into an image field 11 in an image plane 12.
  • a structure on the reticle 7 is imaged onto a light-sensitive layer of a wafer 13 arranged in the area of the image field 11 in the image plane 12.
  • the wafer 13 becomes from a wafer holder 14 held.
  • the wafer holder 14 can be displaced in particular along the y direction via a wafer displacement drive 15.
  • the displacement, on the one hand, of the reticle 7 via the reticle displacement drive 9 and, on the other hand, of the wafer 13 via the wafer displacement drive 15 can take place in synchronization with one another.
  • the radiation source 3 is an EUV radiation source.
  • the radiation source 3 emits in particular EUV radiation, which is also referred to below as useful radiation or illumination radiation.
  • the useful radiation in particular has a wavelength in the range between 5 nm and 30 nm.
  • the radiation source 3 can be, for example, a plasma source, a synchrotron-based radiation source or a free electron laser (“free electron laser”, FEL). act.
  • the illumination radiation 16, which emanates from the radiation source 3, is bundled by a collector 17 and propagates through an intermediate focus in an intermediate focus plane 18 into the illumination optics 4.
  • the illumination optics 4 has a deflection mirror 19 and, downstream of it in the beam path, a first facet mirror 20 (with schematic indicated facets 21) and a second facet mirror 22 (with schematically indicated facets 23).
  • the projection lens 10 has six mirrors M1 to M6. Alternatives with four, eight, ten, twelve or a different number of mirrors Mi are also possible.
  • the penultimate mirror M5 and the last mirror M6 each have a passage opening for the illumination radiation 16.
  • the projection lens 10 is a double-obscured optic.
  • the projection lens 10 has a numerical aperture on the image side that is greater than 0.5 and can also be greater than 0.6 and can be, for example, 0.7 or 0.75.
  • the electromagnetic radiation striking the optical effective surface of the mirrors is partially absorbed and, as explained above, leads to heating and the associated thermal expansion or deformation, which in turn can result in an impairment of the imaging properties of the optical system.
  • the concept according to the invention can therefore also be advantageously applied to any mirror of the microlithographic projection exposure system 1 of Fig. 4.
  • the invention can also be advantageously implemented in a projection exposure system designed for operation in DUV (i.e. at wavelengths smaller than 250 nm, in particular smaller than 200 nm) or in another optical system.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe eines optischen Systems, mit wenigstens einem Spiegel mit einem Spiegelgrundkörper (200, 300), in welchem eine Fluidkanalanordnung mit wenigstens einem von einem Fluid durchströmbaren Fluidkanal (206, 306) verläuft, wobei die Fluidkanalanordnung an ein Fluidleitungssystem über eine lösbare Flanschverbindung gekoppelt ist, wobei diese Flanschverbindung ein am Spiegelgrundkörper ausgebildetes Flanschinterface (202, 302) und einen an diesem Flanschinterface (202, 302) kraftschlüssig montierten Flansch (203, 303) umfasst, wobei zwischen dem Flansch (203, 303) und dem Flanschinterface (202, 302) eine Dichtung (207, 307) zur Bereitstellung eines differentiellen Vakuums ausgebildet ist.

Description

Baugruppe eines optischen Systems
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Deutschen Patentanmeldung DE 10 2022 210 087.5, angemeldet am 23. September 2022. Der Inhalt dieser DE-Anmeldung wird durch Bezugnahme („incorporation by reference“) mit in den vorliegenden Anmeldungstext aufgenommen.
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 und US 2015/0083938 A1 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;
- wobei zwischen dem Flansch und dem Flanschinterface eine Dichtung zur Bereitstellung eines differentiellen Vakuums ausgebildet ist.
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 der Erfindung ist zwischen dem Flansch und dem Flanschinterface eine Dichtung zur Bereitstellung eines differentiellen Vakuums ausgebildet.
Dabei ist im Sinne der vorliegenden Anmeldung unter dem Begriff „differentielles Vakuum“ ein zwischen einem ersten Vakuum und einem zweiten Vakuum befindliches Vakuum zu verstehen, in welchem ein Vakuumdruck vorliegt, dessen Wert zwischen dem im ersten Vakuum vorliegenden Vakuumdruck und dem im zweiten Vakuum vorliegenden Vakuumdruck liegt. Dabei kann das zweite Vakuum in der Fluidkanalanordnung vorliegen und das erste Vakuum kann in einer äußeren Umgebung des Spiegels vorliegen.
Quantitativ kann insbesondere der im ersten Vakuum bzw. in der äußeren Umgebung des Spiegels vorliegende Vakuumdruck im Bereich von (10“9-10-12) mbar, der im zweiten Vakuum bzw. in der Fluidkanalanordnung vorliegende Vakuumdruck im Bereich von (0.1 -10) bar und der im differentiellen Vakuum vorliegende Vakuumdruck im Bereich von (10’3-10’4) mbar liegen.
Das differentielle Vakuum (welches auch als „Stützvakuum“ bezeichnet werden kann) ermöglicht eine Dichtigkeitskontrolle in der erfindungsgemäßen Baugruppe. Etwaige Lecks können durch permanente Kontrolle des differentiellen 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 insbesondere dem Umstand Rechnung getragen werden, dass der Spiegel in der Anwendung als Synchrotronspiegel in einer UHV-Umgebung (im Bereich von 10-1° mbar bis 10-12 mbar) betrieben wird und die Dichtigkeitsanforderungen etwa im Vergleich zu EUV-An- wendungen (10-9 mbar) noch höher sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Dichtung eine Dichtung nach Doppel-O- Ring-Prinzip. 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 ist eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung einer Dichtigkeit der Flanschverbindung gegen austretendes Fluid im Betrieb des optischen Systems vorgesehen.
Die Erfindung betrifft weiter auch eine Baugruppe eines optischen Systems, mit
- wenigstens einem 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; und
- wobei eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung einer Dichtigkeit der Flanschverbindung gegen austretendes Fluid im Betrieb des optischen Systems vorgesehen ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Überwachungseinrichtung dazu konfiguriert, die Überwachung einer Dichtigkeit der Flanschverbindung ohne Beeinflussung einer äußeren Vakuumumgebung des Spiegels zur realisieren.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Überwachungseinrichtung dazu konfiguriert, in einen Bereich zwischen dem Flansch und dem Flanschinterface eintretendes Fluid zu detektieren.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Überwachungseinrichtung ein Massenspektrometer, einen Gasdetektor oder einen Feuchtigkeitssensor auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Baugruppe zusätzlich zur Flanschverbindung wenigstens eine weitere Fügestelle auf, wobei die Überwachungseinrichtung ferner zur Überwachung einer Dichtigkeit dieser weiteren Fügestelle gegen austretendes Fluid vorgesehen ist.
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 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 Siliziumhaltigen 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:
Figur 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer möglichen
Anwendung einer erfindungsgemäßen Baugruppe in einem Synchrotron;
Figur 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe;
Figur 3a-3b schematische Darstellungen zur Erläuterung einer weiteren möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe; und
Figur 4 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 Fig. 1 lediglich schematisch für einen Spiegel 100 dargestellt ist. Gemäß Fig. 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.
Fig. 2 zeigt eine lediglich schematische Darstellung zur Erläuterung einer möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe. Die Baugruppe weist gemäß Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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. Schrauboder 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 Fig. 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 Fig. 2 dadurch, dass die zum Fluidkanal 206 hin verbleibende Wanddicke bzw. Wandstärke (hi- 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 Fig. 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 ti zur Beeinflussung der Biegesteifigkeit der Entkopplungsstruktur 201 erzielt werden, wobei dieser Parameter insoweit jedoch von vergleichsweise geringerem Einfluss ist als die besagte Wanddicke (hi-d)/2. Das Verhältnis ti/[(hi-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 Fig. 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 ti/[(hi-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 (hi-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 ti 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 (hi-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 Vakuum, welches unter Bezugnahme auf Fig. 3a-3b noch näher beschrieben wird und in Ausführungsformen der Erfindung in der gesamten 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 in der in der erfindungsgemäßen Baugruppe bzw. zur Dichtigkeitskontrolle des Spiegels. Etwaige Lecks können durch permanente Kontrolle des differentiellen Vakuums in Echtzeit detektiert werden. Sobald eine Kontamination in diesem differentiellen 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 1 O-10 mbar bis 10-12 mbar) betrieben wird und die Dichtigkeitsanforderungen etwa im Vergleich zu EUV-Anwendungen (10-9 mbar) noch höher sind.
Fig. 3a-3b zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung einer möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe. Dabei sind im Vergleich zu Fig. 2 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „100“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet.
Gemäß Fig. 3a-3b sind mit „312a“ und „312b“ innerhalb des Spiegelgrundkörpers 300 bzw. des Flansches 303 verlaufende Bohrungen bezeichnet, welche sich jeweils bis zu einem zwischen den beiden O-Ringen der Dichtung 307 befindlichen (und den Fluidkanal 306 im Wesentlichen schlauchförmig umgebenden) Zwischenraum 313 erstrecken. Dabei verläuft die im Spiegelgrundkörper 300 vorgesehene Bohrung 312a bis zu einer (im Ausführungsbeispiel lediglich beispielhaft mit rechteckigem Querschnitt ausgebildeten) Nut 31 1 , welche ein das Fluid aufnehmendes Fluidvolumen 310 umgibt.
Quantitativ kann der in der äußeren Umgebung des Spiegels (in Fig. 3a mit „350“ bezeichnet) vorliegende Vakuumdruck im Bereich von (109-10-12) mbar, der im Fluidvolumen 310 vorliegende Vakuumdruck im Bereich von (0.1 -10) bar und der innerhalb der Bohrungen 312a, 312b, dem Zwischenraum 313 und der Nut 31 1 (d.h. im differentiellen Vakuum) vorliegende Vakuumdruck im Bereich von (10 3-10“4) mbar liegen.
Die vorstehend beschriebene Ausgestaltung hat zur Folge, dass im Falle einer Undichtigkeit aus dem Fluidkanal 306 bzw. dem Fluidvolumen 310 austretendes Fluid vor Erreichen des in der äußeren Umgebung des Spiegels vorliegenden (Ultrahoch-) Vakuums zunächst in den Bereich des erfindungsgemäß vorgesehenen differentiellen Vakuums - d.h. je nach Ort der Undichtigkeit in die Nut 31 1 oder den Zwischenraum 313 - eintritt und somit über eine an die Bohrung 312b angeschlossene Überwachungsein- richtung 320 detektiert werden kann. Die Überwachungseinrichtung 320 kann in beliebiger geeigneter Weise ausgestaltet sein und z.B. ein Massenspektrometer, einen Gasdetektor oder einen Feuchtigkeitssensor aufweisen. Bei entsprechender Detektion von in einen der vorstehend beschriebenen Bereiche des differentiellen Vakuums eintretendem Fluid kann vorzugsweise eine Abschaltung der gesamten Anlage bzw. einer an den Fluidkanal 306 angeschlossenen Fluidzufuhr erfolgen, so dass eine unerwünschte Kontamination des im äußeren Umgebungsbereich des Spiegels vorliegenden (Ultrahoch-) Vakuums zuverlässig vermieden wird. In Ausführungsformen kann die erfindungsgemäße Baugruppe zusätzlich zur Flanschverbindung auch wenigstens eine weitere Fügestelle aufweisen, wobei die Überwachungseinrichtung dann auch zur Überwachung einer Dichtigkeit dieser weiteren Fügestelle(n) gegen austretendes Fluid dienen kann.
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.
Fig. 4 zeigt hierzu schematisch im Meridionalschnitt den möglichen Aufbau einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Gemäß Fig. 4 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 Fig. 4 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 Fig. 4 längs der y-Richtung. Die z- Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.
Das Projektionsobjektiv 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 1 1 in einer Bildebene 12. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 1 1 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 Fig. 4 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 Fig. 4 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.

Claims

Patentansprüche
1 . Baugruppe eines optischen Systems, mit
• wenigstens einem Spiegel mit einem Spiegelgrundkörper (200, 300), in welchem eine Fluidkanalanordnung mit wenigstens einem von einem Fluid durchströmbaren Fluidkanal (206, 306) verläuft;
• wobei die Fluidkanalanordnung an ein Fluidleitungssystem über eine lösbare Flanschverbindung gekoppelt ist;
• wobei diese Flanschverbindung ein am Spiegelgrundkörper (200, 300) ausgebildetes Flanschinterface (202, 302) und einen an diesem Flanschinterface (202, 302) kraftschlüssig montierten Flansch (203, 303) umfasst; und
• wobei zwischen dem Flansch (203, 303) und dem Flanschinterface (202, 302) eine Dichtung (207, 307) zur Bereitstellung eines differentiellen Vakuums ausgebildet ist.
2. Baugruppe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung eine Dichtung nach Doppel-O-Ring-Prinzip ist.
3. Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überwachungseinrichtung (320) zur Überwachung einer Dichtigkeit der Flanschverbindung gegen austretendes Fluid im Betrieb des optischen Systems vorgesehen ist.
4. Baugruppe eines optischen Systems, mit
• wenigstens einem Spiegel mit einem Spiegelgrundkörper (200, 300), in welchem eine Fluidkanalanordnung mit wenigstens einem von einem Fluid durchströmbaren Fluidkanal (206, 306) verläuft;
• wobei die Fluidkanalanordnung an ein Fluidleitungssystem über eine lösbare Flanschverbindung gekoppelt ist; • wobei diese Flanschverbindung ein am Spiegelgrundkörper (200, 300) ausgebildetes Flanschinterface (202, 302) und einen an diesem Flanschinterface (202, 302) kraftschlüssig montierten Flansch (203, 303) umfasst; und
• wobei eine Überwachungseinrichtung (320) zur Überwachung einer Dichtigkeit der Flanschverbindung gegen austretendes Fluid im Betrieb des optischen Systems vorgesehen ist. Baugruppe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (320) dazu konfiguriert ist, die Überwachung einer Dichtigkeit der Flanschverbindung ohne Beeinflussung einer äußeren Vakuumumgebung des Spiegels zur realisieren. Baugruppe nach Anspruch einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (320) dazu konfiguriert ist, in einen Bereich zwischen dem Flansch (203, 303) und dem Flanschinterface (202, 302) eintretendes Fluid zu detektieren. Baugruppe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (320) ein Massenspektrometer, einen Gasdetektor oder einen Feuchtigkeitssensor aufweist. Baugruppe nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese zusätzlich zur Flanschverbindung wenigstens eine weitere Fügestelle aufweist, wobei die Überwachungseinrichtung (320) ferner zur Überwachung einer Dichtigkeit dieser weiteren Fügestelle gegen austretendes Fluid vorgesehen ist. Baugruppe einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flanschinterface (202) wenigstens eine Entkopplungsstruktur (201 , 301 ) zur Reduzierung einer Kraftübertragung vom Flansch (203, 303) auf den Spiegelgrundkörper (200, 300) ausbildet. Baugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese Entkopplungsstruktur (201 , 301 ) durch einen verjüngten Abschnitt des Flanschinterfaces (202, 302) ausgebildet ist. Baugruppe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in diesem verjüngten Abschnitt der Fluidkanal (206, 306) entlang einer axialen Richtung verläuft, wobei das Verhältnis zwischen einer axialen Erstreckung dieses verjüngten Abschnitts und einer zum Fluidkanal (206, 306) 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, 303) an dem Flanschinterface (202, 302) über eine Schraubverbindung montiert ist. Baugruppe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass diese Schraubverbindung entlang eines Abschnitts des Flanschinterfaces (202, 302) 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 der Spiegel eine an den Spiegelgrundkörper (200, 300) gebondete Deckplatte (200a, 300a) aufweist, auf welcher ein Reflexionsschichtsystem ausgebildet ist. Baugruppe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckplatte (200a, 300a) mit dem Spiegelgrundkörper (200, 300) über ein Direktbonden oder Schmelzbonden monolithisch verbunden ist. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegelgrundkörper (200, 300) aus einem Silizium- haltigen Material, insbesondere einem Material aus der Gruppe, welche monokristallines Silizium (Si), Siliziumdioxid (SiÜ2) und Titandioxid-dotiertes Quarzglas enthält, hergestellt ist.
17. 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.
18. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 0.1 nm ausgelegt ist.
19. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System eine Strahlführungseinheit („Beamline“) eines Synchrotrons oder eines Freie-Elektronen-Lasers ist.
20. Optisches System mit einer Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
21 . Optisches System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Synchrotron ist.
22. Optisches System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Projektionsobjektiv (10) oder eine Beleuchtungseinrichtung (2) einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage (1 ) ist.
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