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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Verbundstruktur für die Mikrolithographie, insbesondere
eine Haltevorrichtung für
einen Wafer, mit zwei oder mehr Komponenten, deren Oberflächen an
zumindest einer Verbindung miteinander verbunden sind, sowie eine optische
Anordnung, insbesondere eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie,
mit einer solchen Verbundstruktur.
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In
der Mikrolithographie werden – z.B.
zur Halterung eines Wafer-Vorrichtungen
(wafer chuck, wafer stage, wafer table) benötigt, welche zwar zum Teil
monolithisch realisierbar, aber aufgrund der dort benötigten Baugrößen verhältnismäßig schwer
sind. Bei solchen Anwendungen ist daher häufig eine Leichtbaustruktur
erwünscht,
d.h. eine Struktur, welche zur Gewichtsreduktion Hohlräume aufweist.
Eine solche Struktur lässt
sich als Verbundstruktur realisieren, welche aus mehreren z.B. keramischen,
mineralischen, Glas- oder glaskeramischen Komponenten zusammengesetzt
wird. Hierbei werden hohe Anforderungen an die Verbundstruktur und
insbesondere an die Fügestelle,
d.h. die Verbindung zwischen den Oberflächen der miteinander verbundenen
Komponenten gestellt. Letztere soll wasserdicht und langzeitstabil
sein, d.h. keine Änderung
des Wärmeausdehnungskoeffizienten
unter Temperatureinwirkung und außerdem keine Drift zeigen;
gleiches gilt für
die Materialien der zusammenzufügenden
Komponenten. Unter einer Verbundstruktur für die Mikrolithographie wird
im Sinne dieser Anmeldung eine Verbundstruktur verstanden, bei der
die Verbindung den hohen Anforderungen an die Fügestelle auch bei hohen Strahlstärken erfüllt, wie
sie in der Mikrolithographie üblich
sind. Es versteht sich, dass die Verbundstruktur auch für andere
Systeme geeignet ist, in denen hohe Strahlstärken auftreten, z.B. für Laserbearbeitungsanlagen,
welche z.B. in sog. „annealing"-Verfahren eingesetzt
werden.
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Verfahren
zur Herstellung von Verbundstrukturen der eingangs genannten Art
sind in der Literatur verschiedentlich bekannt geworden. Beispielsweise ist
in der
US 2004/0247826
A1 das Herstellen von Verbundstrukturen, welche z.B. in
der Mikrolithographie Verwendung finden, durch Zusammenfügen von zumindest
einer Glaskeramik-Komponente mit einer weiteren Komponente offenbart.
Die auch als Leichtgewichts-Strukturen bezeichneten Verbundstrukturen
weisen eine feste Verbindung („joint") zwischen den zusammengefügten Oberflächen auf,
welche einer Zugspannung von mehr als 4000 psi standhalten soll
sowie temperaturstabil ist. Diese Verbindung wird durch Aushärten eines
silikat haltigen Fügemittels
bei Raumtemperatur oder unter Wärmebehandlung
mit einer vorgegebenen, langsamen Temperaturerhöhung zum Dehydrieren der Verbindung
erzeugt.
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Das
dort beschriebene Verfahren zum Verbinden von Glaskeramiken bei
niedrigen Temperaturen hat gegenüber
dem Verbinden von Glaskeramik-Teilen durch Verschmelzen beim Erreichen
oder Überschreiten
der Übergangstemperatur
der Glasphase (sog. „fusion
bonding") den Vorteil,
dass hierbei keine Deformationen durch die Erhöhung der Viskosität des Glases
in der Nähe
der Übergangstemperatur
entstehen können.
Im Vergleich zu herkömmlichen
Verfahren zum Verbinden von Komponenten bei niedrigen Temperaturen,
z.B. mittels Epoxidharz, hat das dort beschriebene Verfahren außerdem den Vorteil,
dass kein organisches Fügemittel
verwendet wird. Bei der Verwendung solcher organischer Fügemittel
können
bei Hochleistungs-Anwendungen, u.a. bei der Bestrahlung mit Laserlicht
im UV- oder EUV-Wellenlängenbereich,
z.B. bei 193 nm, Pyrolyse und/oder Photolyse der Verbindung auftreten,
wodurch diese instabil wird. Weiterhin problematisch ist ggf. auch
das Anpassen der Brechungsindizes der Komponenten aufgrund der verhältnismäßig dicken Grenzschicht
zwischen den Oberflächen.
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Aus
der
US 6,284,085 B1 ist
ein Verfahren bekannt geworden, bei dem zwei Materialien durch eine
hydroxid-katalysierte Hydrierung/Dehydrierung bei Raumtemperatur
verbunden werden, indem Hydroxid-Ionen auf zumindest eine der zu
fügenden Oberflächen aufgebracht
werden, bevor die Oberflächen
so dicht zusammengeführt
werden, dass sich eine chemische (kovalente) Bindung zwischen ihnen ausbildet.
Die Oberflächen
können
hierzu beispielsweise dadurch hinreichend dicht zusammengeführt werden,
dass die eine Komponente auf die andere aufgelegt wird. Weiterhin
kann ein silikathaltiges Material als Füllmaterial verwendet werden,
um Zwischenräume
zwischen den Oberflächen,
die durch Oberflächen-Unebenheiten
entstehen, aufzufüllen, wobei
das silikathaltige Material auch pulverförmig sein kann. Die hydroxid katalysierte
Verbindung soll so stark und zuverlässig wie eine Hochtemperatur-Verbindung und so
präzise
und lichtdurchlässig wie
eine optische Kontaktverbindung („contact bond") sein.
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Als
Materialien, welche mittels des oben beschriebenen Verfahrens verbunden
werden können, werden
neben amorphen Materialen wie Quarzglas („fused silica") und Glaskeramiken
(z.B. Zerodur) auch kristalline Materialien, insbesondere Laserkristalle,
wie z.B. yttrium aluminum garnet (YAG), genannt.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Verbundstruktur für die Mikrolithographie bereitzustellen,
welche einfach und kostengünstig
herstellbar und insbesondere für
Lithographie-Anwendungen mit hoher Leistungsdichte geeignet ist.
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Gegenstand der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Verbundstruktur der eingangs genannten Art, bei der zumindest
eine der Komponenten aus Cordierit (Mg2Al4Si5O18),
aus Siliziumcarbid (SiC) oder aus einer porenarmen Keramik, einem
Glas oder einer Glaskeramik mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten
von höchstens
|0,5 × 10-7| 1/K in einem Intervall von 0°C bis 50°C besteht.
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Die
Erfinder haben erkannt, dass es beim bevorzugten Einsatz der Verbundstruktur
als Haltevorrichtung für
einen Wafer nicht erforderlich ist, dass die verwendeten Materialien
für Strahlung
bei der Arbeitswellenlänge
transparent sind. Komponenten aus den oben genannten Materialien
eignen sich zudem besonders gut für die Herstellung einer dauerhaften, d.h.
langzeitstabilen Verbindung, die auch den in der Mikrolithographie üblichen
hohen Strahlungsstärken standhält. Weiterhin
weisen die oben genannten Materialien für die Anwendung in der Mikrolithographie günstige Eigenschaften
auf, die unten näher
ausgeführt
sind.
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Bei
Cordierit handelt es sich um ein Magnesium-Aluminium-Cyclosilikat,
welchem in seinem natürlichen
mineralischen Vorkommen häufig
Eisen beigemischt ist. Vorliegend wird als Cordierit ein Material mit
der Summenformel (petrographische Komponentenschreibweise) 2 MgO × 2 Al2O3 × 5 SiO2 bezeichnet, dem noch bis zu ca. 10% andere
Materialien, z.B. das oben erwähnte
Eisen, beigemischt sein können.
Bei mineralischem, kristallinem Cordierit unterscheidet man eine
hexagonale Hochtemperaturmodifikation sowie einer orthorhombische
Tieftemperaturmodifikation. Der ideale stöchiometrische Chemismus des
Cordierits setzt sich aus 41,7% SiO2, 35,4% Al2O3 sowie 22,9% MgO
zusammen. Im Eutektikum schwankt der SiO2-Gehalt
um etwa 44,5% ± 3,0,
der des Al2O3 um
32,2% ± 1,5,
sowie der des MgO um 23,3% ± 2,5.
Diese Werte hängen
sehr stark von der Zusammensetzung der Ausgangsmaterialien sowie dem
Abkühlverlauf
zur Mineralisierung des Cordierits ab.
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Cordierit
wird typischerweise in katalytischen Konvertern verwendet. Die Erfinder
haben erkannt, dass sich Cordierit auch für Anwendungen in der Mikrolithographie
besonders gut eignet, weil es für
diese Anwendung günstige
Material-Eigenschaften, d.h. insbesondere niedrigen CTE und hohe
Wärmeleitfähigkeit
aufweist sowie kostengünstig
herzustellen ist. Eine hohe Wärmeleitfähigkeit
ist dabei für
Mikrolithographie-Anwendungen besonders günstig, da die dort verwendeten
Bauteile hohen Strahlenbelastungen ausgesetzt sind, sodass diese
sich erhitzen und dabei zerstört
werden können.
Cordierit hat darüber hinaus
eine verhältnismäßig geringe
Dichte und eignet sich daher besonders für die Herstellung von Leichtgewichtsstrukturen.
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Siliziumcarbid
hat neben einer hohen Härte (Elastizitätsmodul)
von ca. 27 GPa auch eine hohe Verschleißfestigkeit, wodurch es für die vorliegenden Anwendungen
ebenfalls besonders vorteilhaft einsetzbar ist. Weiterhin weist
Siliziumcarbid eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit von 180 W/(mK) und
mehr auf.
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Die
Glaskeramik-Materialien mit dem oben angegebenen, niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten
(„coefficient
of thermal expansion",
CTE) bestehen in der Regel aus einer kristallinen Phase und eine
Glas-Phase. Die kristalline Phase weist hierbei einen negativen
Ausdehnungskoeffizienten auf, welcher durch den positiven Ausdenhnungskoeffizienten der
Glas-Phase gerade kompensiert werden kann. Bei Glas-Materialien
mit einem solchen CTE handelt es sich in der Regel um dotierte Gläser, beispielsweise
um TiO2-dotiertes Quarzglas. Bei der porenarmen Keramik
mit dem angegebenen CTE kann es sich beispielsweise um Cordierit
handeln. Unter „porenarm" wird im Sinne dieser
Anmeldung verstanden, dass die Porosität bei weniger als 1%, bevorzugt
bei weniger als 0,5% liegt.
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Die
Verwendung von derartigen Materialien ist bei den hochpräzisen Anwendungen
in Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie besonders
günstig,
da sich die dort verwendeten Bauteile zum Teil stark erhitzen und
hierdurch ein einmal festgelegter Abstand zwischen diesen sich verändern kann,
wodurch die Abbildungsqualität
negativ beeinflusst wird. Um den kontinuierlichen Belichtungs-Prozess
z.B. in einer Projektionsbelichtungsanlage nicht zu beeinträchtigen,
müssen
daher die dort verwendeten Materialen einen möglichst geringen CTE aufweisen.
Im übrigen
besteht bei zu großer Wärmeausdehnung
die Gefahr des Aufbrechens der Verbindung, weshalb der CTE der Verbindung
mit dem CTE der Komponenten im Wesentlichen übereinstimmen sollte.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
besteht zumindest eine, bevorzugt bestehen alle Komponenten aus
Cordierit. Das Fügen
von zwei oder mehr Komponenten gleichen Materials ermöglicht eine
besonders gute Haftung der Oberflächen aneinander.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Cordierit
kristallin und bevorzugt in einem Sinterprozess hergestellt. Cordierit
wird im Gegensatz zu glasartigen Materialien somit nicht über eine
Schmelze erhalten, sondern unter Verwendung von pulverförmigen Ausgangsmaterialien
(Granulat) unter hohem Druck und bei hohen Temperaturen unterhalb
des Schmelzpunktes (bei ca. 2/3 der Schmelztemperatur) erzeugt.
Als Ausgangsmaterialien dienen vorwiegend Cristobalit (kub. SiO2), Korund (Al2O3), Mullit (Al4+2xSi2-2xO10-x mit x zwischen
0,17 und 0,60, wobei x die Zahl der Sauerstofflücken pro Elementarzelle angibt),
sowie Protoenstatit ((Mg, Fe)SiO3). Die
Herstellung von Cordierit auf dies Weise ermöglicht es, dieses besonders
kostengünstig und
mit hoher Reinheit als keramischen (polykristallinen) Festkörper zu
erhalten. Es versteht sich, dass auch andere Ausgangsmaterialien
verwendet werden können,
wobei ggf. auch Stoffe zum Einsatz kommen können, welche nicht zur Cordierit-Bildung beitragen,
allerdings sollte deren Anteil ca. 5-10% nicht überschreiten.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform weist
der Cordierit eine Dichte von mindestens 2,4 g/cm3,
bevorzugt von mindestens 2,5 g/cm3 und/oder eine
Porosität
von 1% oder weniger, bevorzugt von 0,5% oder weniger auf. Cordierit
mit diesen Eigenschaften lässt
sich u.a. durch das oben beschriebene Sinterverfahren erhalten.
Je größer die
Dichte des Cordierits, desto geringer ist dessen Porosität. Ein porenarmes
Gefüge
des Cordierits trägt
zur Verringerung von dessen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei.
Allerdings sollte die Dichte auch nicht zu groß gewählt werden und bevorzugt 2,6
g/cm3 nicht übersteigen. Eine mittlere Dichte
in einem Intervall zwischen 2,45 g/cm3 und
2,55 g/cm3 hat sich als besonders vorteilhaft
herausgestellt.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
weist der Cordierit einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
von weniger als |2,2 × 10-6| 1/K in einem Intervall zwischen 20°C und 300°C und bevorzugt
von weniger als |0,5 × 10-7| 1/K in einem Intervall zwischen 0°C und 50°C auf. Cordierit
mit einem solchen Wärmeausdehnungskoeffizienten
kann durch geeignete Wahl der Ausgangsstoffe sowie geeignete Steuerung
des Sinterverfahrens erhalten werden. Auf diese Weise hergestelltes
Cordierit weist ein porenarmes Gefüge und damit einhergehend einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
auf, welcher im Wesentlichen dem der oben erwähnten Materialien entspricht.
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Bei
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführunsform weist der Cordierit
eine Wärmeleitfähigkeit
von mindestens 4,3 W/(mK) auf, welche ebenfalls durch geeignete
Wahl der Ausgangsstoffe sowie der Prozessparameter des Sinterverfahrens
erhalten werden kann.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besteht zumindest
eine der Komponenten aus Siliziumcarbid, wobei an deren Oberfläche bevorzugt
eine Schicht aus Siliziumcarbid (SiC) abgeschieden und die Oberfläche mit
Sauerstoff aktiviert und/oder mit Siliziumdioxid (SiO2)
besputtert ist. Das Abscheiden einer Oberflächenschicht aus Siliziumkarbid,
z.B. mittels „chemical
vapour deposition" (CVD),
ermöglicht
es, eine besonders glatte und harte Oberfläche herzustellen. Zusätzlich oder
alternativ zum Abscheiden der Oberflächenschicht kann die SiC-Oberfläche auch
mit Sauerstoff angereichert (mittels Plasmatieren, Aufoxidieren
etc.) und/oder mit Siliziumdioxid (SiO2)
besputtert werden, damit eine bessere Haftfestigkeit erreicht wird;
eine mit Sauerstoff (O2) angereicherte SiC-Oberfläche bietet
bessere Bindungsmöglichkeiten
für die
kovalenten Si-O-; Si-OH; Si-Si- Bindungen. Die bevorzugte Schichtdicke
der Schicht aus SiC beträgt
hierbei mindestens 500 nm.
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Bevorzugt
ist das Glas oder die Glaskeramik ausgewählt aus der Gruppe umfassend
Zerodur, Clearceram und ULE. Es versteht sich, dass neben Siliziumcarbid
und Cordierit auch andere Materialen in der Verbundstruktur verwendet
werden können, z.B.
die oben genannten Gläser
oder Glaskeramiken oder die in den oben zitierten Druckschriften
aufgeführten
Materialen.
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Bei
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Verbindung
durch ein bei einer Temperatur von weniger als 600°C, bevorzugt weniger
als 150°C
ausgehärtetes
anorganisches Fügemittel
hergestellt. Die Erfinder haben herausgefunden, dass sich Cordierit
in besonders vorteilhafter Weise für ein Fügeverfahren mit einem solchen
anorganischen Fügemittel
eignet. Das Aushärten
erfolgt bevorzugt bei Raumtemperatur oder durch Erhitzen auf eine
Temperatur von bis zu 600°C,
bevorzugt bis zu 150°C.
Werden die zusammengefügten
Komponenten zur Dehydrierung erhitzt, erfolgt dies bevorzugt in
einem Ofen mit langsamen Heizraten. Die Aushärtezeit ist von der Größe der zusammengefügten Fläche abhängig und
kann im Bereich von einem oder mehreren Tagen bis ca. 2 bis 4 Wochen
liegen. Nach dem Aushärten
ist die Verbundstruktur mechanisch bearbeitbar (polieren, schleifen,
herunterdünnen).
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Das
Fügeverfahren
kann im übrigen
wie in der
US 2004/0247826
A1 und der
US
6,284,085 B1 beschrieben durchgeführt werden, welche durch Bezugnahme
in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht werden.
Insbesondere können
als anorganische Fügemittel
Lösungen
von OH-haltigen und/oder silikathaltigen Substanzen zum Einsatz kommen.
Diese im Fügemittel
enthaltenen Substanzen sind in der Regel in Wasser gelöst. Die
chemische Bindung zwischen den Oberflächen entsteht durch Hydrieren
und anschließendes
Dehydrieren bzw. durch Ausbildung eines Silikatnetzwerks zwischen
den Oberflächen,
sodass Verbundstrukturen mit den geforderten Eigenschaften, insbesondere was
die Haltbarkeit und Qualität
der Fügestelle
betrifft, hergestellt werden können.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung enthält das Fügemittel mindestens einen Stoff
ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Alkali-Hydroxiden, Erdalkali-Hydroxiden und Ammoniumhydroxid (NH
4OH). Diese Stoffe sind bevorzugte Lieferanten von
Hydroxid-Ionen und können
einen katalytische Wirkung auf die Ausbildung der Verbindung haben, wie
in der eingangs genannten
US
6,284,085 B1 im Detail beschrieben. Selbstverständlich können auch die
dort beschriebenen Lieferanten von Hydroxid-Ionen und ggf. andere
dort nicht genannte Stoffe zum Einsatz kommen.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung enthält das Fügemittel mindestens einen Stoff ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Alkali-Silikaten,
Erdalkali-Silikaten, Kieselsäure,
Poly-Kieselsäuren,
halogenhaltiger Kieselsäure
und halogenhaltigen Poly-Kieselsäuren.
Diese Stoffe sind bevorzugte Lieferanten von Silikat-Ionen, wobei
neben Kieselsäure
auch deren polymerisiere Derivate ((Poly-)Kieselsäuren) zum
Einsatz kommen können.
Selbstverständlich
können
auch andere Lieferanten von Silikat-Ionen verwendet werden, wie
sie z.B. in den eingangs genannten Druckschriften angegeben sind.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist auf den Oberflächen
jeweils eine erste metallische Schicht aufgebracht und die Verbindung ist
durch Verpressen der Komponenten hergestellt. Auch durch das Verpressen
kann eine Verbindung hergestellt werden, welche den hohen Anforderungen
in der Mikrolithographie entspricht. Es versteht sich, dass die
Herstellung einer Verbindung zwischen zwei Komponenten durch Direktverpressen,
d.h. ohne Verwendung eines anorganischen Fügemittels, nur alternativ zur
oben beschriebenen Art der Verbindung durchgeführt werden kann. In einer Verbundstruktur
können
aber mehrere Komponenten vorhanden sein, die an verschiedenen Stellen
auf unterschiedliche Weise verbunden werden, sodass in ein und derselben
Verbundstruktur mehrere auf unterschiedliche Weise hergestellte
Verbindungen verwirklicht sein können.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform weist die erste
metallische Schicht einen Schmelzpunkt von maximal 700°C und ein Elastizitätsmodul
von maximal 100 GPa, bevorzugt von maximal 70 GPa auf. Es handelt
sich somit um ein leicht schmelzbares, weiches Metall, bevorzugt Aluminium
(Al), Indium (In), Zink (Zn) oder Zinn (Sn). Die Schichtdicke der
ersten Metallschicht beträgt
vorzugsweise weniger als 1 μm.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung ist auf der ersten metallischen
Schicht eine zweite metallische Schicht als Oxidationschutz für die erste
metallische Schicht und/oder als Legierungsverfestigung aufgebracht.
Die zweite metallische Schicht weist eine Schichtdicke von typischerweise
maximal 100 nm auf. Als Legierungsverfestigung wirkt die zweite Schicht,
wenn die Gitterform/Gitterstruktur des zweiten Metalls an die Gitterform/Gitterstruktur
des ersten Metalls angepasst ist, d.h. vergleichbare Gitterabstände und
Gitterlängen
vorliegen. In diesem Fall können
die beiden Metalle ineinander diffundieren, sodass es zu einer Legierungsverfestigung
kommt.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist die zweite metallische
Schicht aus einem nicht-oxidierbaren Metall, bevorzugt einem Edelmetall,
insbesondere Silber (Ag) oder Gold (Au) gebildet. Diese Metalle
oxidieren nicht an Luft und schützen somit
die erste Schicht vor Oxidation. Die bevorzugte Schichtdicke der
zweiten Schicht sollte bei 200 nm oder weniger liegen.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die erste und/oder
die zweite metallische Schicht in einem Vakuumprozess, bevorzugt
durch PVD, aufgebracht. Die verwendeten Metalle sind hierbei vakuumtauglich
zu wählen.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die Komponenten
bei einem Druck von mehr als 1 bar, bevorzugt von mehr als 2 bar
und bei einer Temperatur von weniger als 250°C verpresst. Die üblicherweise
in einer Vakuumbeschichtungsanlage metallisierten Komponenten werden
hierzu aufeinander gelegt und in einen Bonder verbracht, wo die
metallisierten Oberflächen
sich miteinander verbinden, wobei die Schmelztemperatur der Metalle
in der Regel nicht überschritten
wird. Üblicherweise wird
während
dieses Prozesses die Temperatur langsam erhöht und wieder abgesenkt.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
ist auf den Oberflächen
jeweils eine Metallschicht aufgebracht, deren Dicke bevorzugt mindestens
100 nm, besonders bevorzugt mindestens 200 nm beträgt, wobei
die Verbindung durch Verlöten
der Komponenten hergestellt ist. Im diesem Fall werden die metallisierten
Oberflächen
nicht direkt verpresst, sondern durch Schmelzen eines Lots miteinander
verbunden.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die Metallschicht
aus einem Metall gebildet, welches aus der Gruppe bestehend aus Chrom
(Cr), Gold (Au), Nickel (Ni) und Titan (Ti) ausgewählt ist.
Diese Metalle eignen sich gut als Haftvermittler zwischen dem Substrat
und dem Lot.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das Lot eine Schmelztemperatur
von maximal 400°C,
bevorzugt von maximal 200°C
auf, sodass die Oberflächen
der Komponenten sich beim Verbinden nicht zu stark erhitzen. Als
Lote können z.B.
InSn 5248 (Schmelztemperatur 120°C),
AuSn 8020 (Smt. 280°C),
BiSn 5842 (Smt. 140°C),
sowie InAg 9703 (Smt. 150°C)
Verwendung finden.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung ist die Metallschicht und/oder das
Lot in einem Vakuumprozess, bevorzugt mittels PVD, aufgebracht.
Hierbei kann in einem ersten Vakuumprozess die Metallschicht und
in einem nachfolgenden Vakuumprozess das Lot aufgebracht werden.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
ist die Verbindung durch ein Glasfrit, bevorzugt in Form einer Folie
oder einer Preform, oder durch eine Glaspaste oder Glaslotpaste
gebildet. Hierbei ist es nicht notwendig, die Oberfläche zu metallisieren.
Der CTE des Glasfrits und der Glas- oder Glaslotpaste ist hierbei
an den CTE der zu verbindenden Komponenten angepasst und liegt bevorzugt
bei weniger als 7 ppm. Typischerweise liegt die Schichtdicke der
genannten Stoffe, insbesondere des Glasfrits oder der Glas-Preform,
bei weniger als 70 μm.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Glasfrit oder die Glaspaste
oder Glaslotpaste eine Sealing-Temperatur von maximal 350°C auf. Zum
Verbinden werden die Kompontenten in einen Bonder zum Bonden unter
Druck und Temperatur gelegt, wobei der Fügeprozess im Wesentlichen wie beim
Direktverpressen verläuft.
Allerdings ist es zum Verbinden der Komponenten in bestimmten Fällen auch
ausreichend, diese lediglich einer Temperaturbehandlung in einem
Ofen zu unterziehen, und zwar typischerweise für ca. 10-30 h.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
ist die Verbindung durch einen Kleber hergestellt, welcher bevorzugt
einen TOC-Wert von maximal 250 ng/mg aufweist. Unter TOC wird die
sog. Total Organic Contamination verstanden, welche angibt, welcher
Anteil an organischen Verbindungen aus einem Material ausgast. Der
oben angegebene TOC-Wert ist charakteristisch für einen Kleber, bei dem nur
geringe Mengen an Kohlenwasserstoffen freigesetzt werden.
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Bevorzugt
handelt es sich bei dem Kleber um einen Zwei-Komponenten-Kleber,
dessen Elastizitätsmodul
bevorzugt bei mindestens 3000 N/mm2 liegt.
Der Volumenschlupf des Klebers sollte bei weniger als 4,5% liegen,
der mögliche
Einsatztemperaturbereich zwischen -40°C und +130°C betragen. Es können sowohl
Kleber mit als auch Kleber ohne Füllstoffe zum Einsatz kommen,
wobei bevorzugt ein Kleber auf Epoxidharzbasis verwendet wird, dem
ein Aminhärter
zugesetzt wird.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist die Verbindung durch anodisches Bonden hergestellt, wobei auf
zumindest eine Oberfläche bevorzugt
eine Schicht aufgebracht ist, die Ionen, vorzugsweise Alkali-Ionen,
freisetzt. Beim anodischen Bonden werden die übereinander gelegten, zu verbindenden
Komponenten auf unterschiedliches Potential gebracht, typischerweise
mit einer Spannungsdifferenz von ca. 1 kV oder darüber. Gleichzeitig
werden die Komponenten auf Temperaturen von 400°C oder weniger erhitzt. Bei
dieser Spannung und Temperatur werden die Alkali-Ionen aus der Schicht oder
ggf. aus den Komponenten freigesetzt und wandern zur Kathode, während gleichzeitig
O2--Ionen zur Anode wandern und an den sich
berührenden,
zu verbindenden Oberflächen
dauerhafte Si-O-Si-Bindungen ausbilden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Verbindung
durch Spin-on-Glass, Spin-on-Dielectric
oder durch ein Sol-Gel-Verfahren hergestellt. Spin-on-Glass (SOG) ist
ein generischer Begriff für
eine Reihe von Chemikalien, welche in der Halbleiterindustrie zum
Erzeugen von Silkatglas-Schichten auf ICs verwendet werden. Ein SOG-Precursor
besteht üblicherweise
aus Silizium, Sauerstoff und Wasserstoff sowie ggf. weiteren Konstituenten.
Ebenfalls einen generischen Begriff stellt Spin-on-Dielectric (SOD)
dar, wobei unter diesem Begriff im Wesentlichen folgende Stoffe
verstanden werden: Silikate, insbesondere nanoporige Silikate, Siloxane
und organische Polymere. Bei einem Sol-Gel-Verfahren werden Feststoffpartikel
mit Durchmessern von wenigen hundert Nanometern, typischerweise
Tetraethoxysilan, Tetramethylorthosilikat, Natriumsilikat oder Glykoester,
in einem Lösungsmittel
gelöst,
wobei es zu einer Vielzahl von Hydrolyse- und Polymerisationsreaktionen
unter Bildung einer kolloidalen Lösung kommt, wobei die Partikel
nachfolgend zu einem Gel kondensieren.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die Verbindung
eine Haftfestigkeit von mehr als 10 N/mm2,
bevorzugt von mehr als 20 N/mm2 auf. Eine
solche Haftfestigkeit garantiert die Stabilität der Verbundstruktur, wobei
insbesondere sichergestellt ist, dass diese auch nach dem Verbinden
noch mechanisch bearbeitet werden kann. Eine derart hohe Haftfestigkeit
kann z.B. erreicht werden, indem die Oberflächen vor dem Fügen auf
eine Oberflächengüte von weniger
als λ poliert
werden.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
weist die Verbundstruktur wenigstens einen insbesondere geschlossenen
Hohlraum auf. Ein solcher bevorzugt geschlossener Hohlraum trägt zur Gewichtsreduktion bei
und lässt
sich mit einer monolithischen Struktur nicht realisieren, da bei
einer solchen Struktur Hohlräume
z.B. durch Bohren hergestellt werden müssen und damit zwangsläufig nicht
von der Umgebung abgeschlossen sind.
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Bei
einer weiteren bevorzugte Ausführungsform
weist die Verbundstruktur eine erste Platte und eine zweite Platte
auf, zwischen denen eine Mehrzahl von Stützelementen angeordnet ist,
die eine Rippenstruktur ausbilden. Hierdurch wird eine Leichtgewichtsstruktur
gebildet, die bevorzugt als Haltestruktur für einen Wafer, insbesondere
als Wafer-Chuck oder Wafer-Tisch ausgebildet sein kann. Ein Wafer-Chuck
hält durch
Unterdruck oder elektrostatische Kräfte den Wafer für den Transport
fest, eine Wafer-Tisch dient der Lagerung des Wafers während eines
Belichtungsvorgangs in einer Projektionsbelichtungsanlage. Die oben
beschriebene Bauform kann aber auch als Vorform für Spiegel
dienen, wobei weitere Ausgestaltungen dieser Bauform in der eingangs
zitierten
US 2004/0247826
A1 angegeben sind.
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Bei
einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform
sind die Oberflächen
vor dem Verbinden auf eine Oberflächengüte von weniger als λ, bevorzugt
weniger als λ/2
bei λ =
632 nm poliert. Die Oberflächengüte wird
hierbei als „peak-to-valley"-Wert gemessen. Die Oberflächen der
beiden zusammen zu fügenden Komponenten
müssen
vor dem Fügen
gereinigt und partikelfrei sein; das Fügen kann daher beispielsweise
in einem Reinraum durchgeführt
werden. Die vorausgehende Oberflächenbearbeitung hat
Einfluss auf die Haftfestigkeit der zu fügenden Teile. Optimal sind
polierte Oberflächen,
aber auch geläppte
und unbearbeitete Oberflächen
haften aufeinander. Die Qualität
der Verbindung kann nach dem Verbinden mittels einer geeigneten
Prüfmethode,
bevorzugt mittels Computer-Tomographie überprüft werden. Hierdurch können mögliche voids,
Einschlüsse,
Fehlstellen etc. in der Fügenaht
erkannt werden und ggf. mangelhafte Verbundstrukturen ausgesondert
oder die Verbundstrukturen in Qualitätsklassen eingeteilt werden.
Im idealen Fall ist die Fügenaht
zwischen den Komponenten mittels Computer-Tomographie nicht mehr
erkennbar.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Verbundstruktur
als Wafer-Tisch ausgebildet. Hierbei ist bevorzugt zwischen wenigstens
zwei der Komponenten wenigstens ein Hohlraum gebildet, der insbesondere
zur Aufnahme von Heizelementen, Einbauteilen oder als Kühlkanal
ausgebildet ist. Durch die Ausbildung des Wafer-Tischs als Verbundstruktur
können
in diesem auf einfache Weise Hohlräume vorgesehen werden, ohne
dass hierzu der Wafer-Tisch mechanisch bearbeitet werden muss. Ein
Wafertisch weist üblicherweise
einen Grundkörper
und eine darauf angebrachte Stützstruktur
für einen
Wafer auf, wobei bevorzugt mindestens ein Hohlraum in dem Grundkörper gebildet ist.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Komponenten des Grundkörpers aus
Cordierit und/oder einer der oben angegebenen Gläser bzw. Glaskeramiken bestehen.
Die Komponenten der Stützstruktur
bestehen bevorzugt aus Siliziumcarbid und können wie oben beschrieben beschichtet
werden, z.B. indem eine Schicht Siliziumcarbid mittels CVD auf zumindest
eine der Oberflächen
aufgebracht wird.
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Die
Erfindung ist auch realisiert in einer optischen Anordnung, insbesondere
einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, umfassend
wenigstens eine Verbundstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die Verbundstruktur insbesondere als Wafer-Tisch ausgebildet ist.
Eine solche Projektionsbelichtungsanlage umfasst ein Beleuchtungssystem
zur homogenen Beleuchtung einer Objektebene, in der sich eine Maske mit
einer abzubildenden Struktur befindet. Diese in der Objektebene
befindliche Struktur wird durch ein nachgeordnetes Projektionsobjektiv
auf eine lichtempfindliche Oberfläche eines Wafers in verkleinernden
Maßstab
abgebildet.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche
Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale
können
je einzeln für
sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante
der Erfindung verwirklicht sein.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung erläutert.
Es zeigt
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1a,
b eine schematische Darstellung einer Komponente aus Cordierit,
auf deren Oberfläche ein
Fügemittel
aufgebracht ist, und welche mit einer zweiten Komponente aus (a)
Cordierit und (b) aus Siliziumcarbid verbunden wird,
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2 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Verbundstruktur,
welche durch Zusammenführen
der Komponenten von 1a gebildet wurde,
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3a,
b (a) eine Schematische Darstellung von zwei Komponenten aus Cordierit
mit jeweils einer ersten und zweiten metallischen Schicht, sowie
(b) eine daraus hergestellte Verbundstruktur,
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4 eine
schematische Darstellung einer Verbundstruktur mit zwei durch ein
Lot miteinander verbundenen Komponenten,
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5 eine
schematische Darstellung einer Verbundstruktur, welche als Wafer-Chuck
ausgebildet ist, sowie einer Vakuumquelle zur Erzeugung eines Unterdrucks,
und
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6 eine
schematische Darstellung eines Wafer-Tisches als Verbundstruktur
mit einer Mehrzahl von miteinander verbundenen Komponenten.
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In
1a ist
schematisch eine erste keramische Komponente
1 gezeigt,
welche aus (poly)kristallinem Cordierit besteht, der in einem Sinterprozess hergestellt
worden ist, wodurch dieser mit hoher Reinheit erhalten wurde und
daher zu einem Anteil von über
98% aus Mg
2Al
4Si
5O
18 besteht. Alternativ könnte auch
natürlich
vorkommendes, mineralisches Cordierit verwendet werden. Auf eine
zu fügende Oberfläche
1a der
Komponente
1 aus Cordierit ist ein Fügemittel
3 aufgebracht,
welches aus einer wässrigen
Lösung
von polymerisierter Kieselsäure
besteht, die aus Mono-Kieselsäure
(H
4SiO
4) gebildet
wurde. Die polymerisiere Kieselsäure
ist hierbei mit wenigstens einem Halogen versetzt. Durch die silikathaltigen
Stoffe kann eine chemische Bindung des Cordierits mit einem weiteren,
geeigneten Material ausgebildet werden. Selbstverständlich können neben
Kieselsäure
und deren polymerisierten Derivaten auch andere Silikat(SiO
4 4-)-Lieferanten
eingesetzt werden, z.B. Alkali-Silikate und/oder Erdalkali-Silikate
oder weitere silikathaltige Stoffe, wie sie beispielsweise in der
US 2004/0247826 A1 oder
der
US 6,284,085 B1 beschrieben
sind, insbesondere auch SiO
2.
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Zum
Herstellen einer Verbindung wird auf die Komponente 1 eine
zweite Komponente 2 aufgelegt, wie durch den Pfeil in 1a angedeutet,
wobei eine zweite Oberfläche 2a der
zweiten Komponente 2, welche mit der ersten Oberfläche 1a verbunden
werden soll, sich gegenüberliegen.
Die zweite Komponente 2 ist hierbei ebenfalls aus Cordierit
hergestellt. Durch die Verwendung von zwei Komponenten 1, 2, welche
beide aus demselben Material bestehen, kann eine besonders feste
Verbindung erzielt werden.
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Alternativ
kann die erste Komponente
1 aber auch mit einer zweiten
Komponente
2 aus einem anderen, geeigneten Material verbunden
werden. Als Material für
die zweite Komponente eignet sich hierbei besonders Siliziumcarbid
(SIC). Besonders vorteilhaft für
die Stärke
der Verbindung ist es in diesem Fall, wenn die zu fügende Oberfläche
2a auf
einer Schicht
4 aus Siliziumcarbid gebildet ist, wie in
1b gezeigt,
wobei die Schicht
4 durch Abscheidung in der Dampf-Phase,
z.B. mittels CVD, auf die Komponente
2 aus Siliziumcarbid
aufgebracht wurde. Auch kann die Schicht
4, z.B. durch
Oxidieren, zusätzlich
mit Sauerstoff angereichert oder mit SiO
2 besputtert
werden, um die Haftfestigkeit weiter zu verbessern. Als Fügemittel
3 wird
ein Lieferant von OH
--Ionen verwendet, und
zwar bevorzugt ein Alkali-Hydroxid, ein Erdalkali-Hydroxid oder
Ammoniumhydroxid (NH
4OH). Weitere hierfür geeignete
Stoffe sind beispielsweise in der
US 6,284,085 B1 angegeben. Durch das verwendete
Fügemittel
3 wird
eine hydroxid-katalysierte Hydrierung der Komponenten
1,
2 zumindest
in einem oberflächennahen
Bereich erreicht, durch welche sich eine chemische Bindung zwischen
den Oberflächen
1a,
2a ausbilden
kann. Silikathaltige und Hydroxid-haltige Substanzen können auch
gemeinsam in demselben Fügemittel
3 eingesetzt
werden. Zusätzlich
kann noch ein Füllstoff
in das Fügemittel
eingebracht werden, wie z.B. pulverisiertes Quarzglas (SiO
2).
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Durch
das Zusammenführen
der Komponenten 1, 2 wie in 1a und 1b gezeigt,
bildet sich eine Verbindung 3', auch Fügestelle oder Fügenaht genannt,
zwischen deren Oberflächen 1a, 2a aus, welche
von dem Fügemittel 3 ausgefüllt wird,
vgl. 2. Um eine stabile Verbindung 3' zu erhalten, wird
diese üblicherweise
an Luft ausgehärtet.
Dies kann bei Raumtemperatur (ca. 20°C) erfolgen, alternativ können die
verbundenen Komponenten 1, 2 auch in einem Ofen
auf Temperaturen von bis zu 150°C
aufgeheizt werden, sodass das im Fügemittel 3 vorhandene
Wasser schneller verdunsten kann. Bei der Temperaturbehandlung ist
darauf zu achten, dass die Erhöhung
der Temperatur langsam vorgenommen wird, da anderenfalls die Verbindung 3 geschädigt werden
kann. Nach dem Aushärten,
welches je nach Größe der Oberfläche der
Fügestelle eine
Zeit von ca. 2 bis 4 Wochen in Anspruch nehmen kann, entsteht eine
feste, dauerhafte Verbindung 3 zwischen den Komponenten 1, 2 und
somit eine Verbundstruktur 5.
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Alternativ
zum oben beschriebenen Herstellen der Verbundstruktur 5 unter
Verwendung eines anorganischen Fügemittels 3 kann
dieses auch durch einen ausgasarmen Kleber ersetzt werden, typischerweise
einen Zwei-Komponenten-Kleber.
Der Kleber wird hierbei wie oben beschrieben auf die zu fügende Oberfläche 1a der
ersten Komponente 1 aufgebracht und die Komponenten 1, 2 anschließend zusammengeführt.
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Ebenfalls
alternativ zu den beiden oben beschriebenen Verfahren kann an Stelle
des anorganischen Fügemittels
bzw. des Klebers ein Glasfrit, bevorzugt in Form einer Folie oder
einer Preform, oder eine Glaspaste oder Glaslotpaste zum Einsatz
kommen. Diese werden wie in 1 gezeigt
aufgebracht und zum Ausbilden der Verbindung werden die Komponenten 1, 2 anschließend in
einem Bonder (nicht gezeigt) auf eine Temperatur von maximal 350°C (Sealing-Temperatur) erhitzt
und einem Überdruck ausgesetzt.
Bei Verwendung eines Glasfrits beträgt die Dicke der aufgebrachten
Schicht üblicherweise weniger
als 70 μm.
Der CTE-Wert der Glaspaste, Glaslotpaste bzw. des Glasfrits wird
an den CTE-Wert der zu fügenden
Komponenten 1, 2 angepasst und liegt in der Regel
bei unter 7 ppm.
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Eine
weitere Möglichkeit
zur Herstellung der Verbundstruktur 5 ist in 3a gezeigt.
Auf die zwei Komponenten 1, 2 aus Cordierit ist
jeweils eine erste metallische Schicht 7 aus Aluminium
mit einer Schichtdicke von weniger als 1 μm aufgebracht, auf die wiederum
eine zweite metallische Schicht 8 aus einem Edelmetall,
im vorliegenden Fall aus Gold, mit einer Schichtdicke von weniger
als 200 nm als Oxidationsschutz aufgebracht ist. Als erste metallische Schicht 7 kommen
neben Aluminium auch andere weiche Metalle in Frage, die einen Schmelzpunkt
von maximal 700°C
aufweisen, insbesondere Indium, Zink oder Zinn. Als zweite metallische
Schicht 8 eignet sich besonders ein Metall, welches eine ähnliche Gitterstruktur
wie das Metall der ersten metallischen Schicht 7 aufweist,
sodass die Metalle ineinander diffundieren können, wodurch es zu einer Legierungsverfestigung
kommt. Die beiden metallischen Schichten 7, 8 sind
in einem Vakuumprozess mittels PVD auf die Komponenten 1, 2 aufgebracht,
weshalb die verwendeten Metalle vakuumtauglich sein müssen.
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3b zeigt
die Verbundstruktur 5, die durch Verpressen der beiden
Komponenten aus 3a bei einem Druck von über 2 bar
und einer Temperatur von weniger als 250°C mit langsamen Heizraten durch
Ausbildung einer festen Verbindung 3'' zwischen
den Komponenten 1, 2 in einem Bonder erhalten
wurde.
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4 zeigt
eine Verbundstruktur 5, bei der wie in 3a,
b eine Metallschicht 9 auf die Komponenten 1, 2 aufgebracht
ist. Die Verbindung 3''' ist in diesem Fall aber nicht
durch Verpressen, sondern durch Schmelzen eines Lotes 10 hergestellt.
Das Lot 10 weist eine Schmelztemperatur von weniger als 400°C auf, sodass
die Komponenten 1, 2 für das Verbinden nicht zu stark
erwärmt
werden müssen.
Als Material für
die Metallschicht 9, welche als Haftvermittler zwischen
den Komponenten 1, 2 und dem Lot 10 dient,
kommen bevorzugt Chrom, Gold, Nickel oder Titan zum Einsatz, wobei
die Schichtdicke in der Regel oberhalb von 100 nm liegt. Das Lot 10 wird hierbei
ebenso wie die Metallschicht 9 in einem Vakuumprozess aufgebracht.
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Neben
den oben beschriebenen Verfahren zum Erzeugen einer Verbindung zwischen
den Komponenten existieren noch weitere, beispielsweise das sog.
anodische Bonden, für
welches die Komponente 1 vorbereitet werden kann, indem
auf diese eine Schicht aufgebracht wird, die Alkali-Ionen freisetzt. Daneben
kann die Verbindung auch durch Substanzen, die als Spin-On-Glass
bzw. Spin-On-Dielectric bezeichnet werden oder durch einen Sol-Gel-Prozess
hergestellt werden.
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Die
Festigkeit der Verbindung 3', 3'', 3''' der Verbundstruktur 5 hängt von
verschiedenen Faktoren ab. Insbesondere, wenn die Oberflächen 1a, 2a der Komponenten 1, 2 vor
dem Verbinden auf eine Oberflächengüte von weniger
als λ, bevorzugt
weniger als λ/2
bei einer Wellenlänge
von 632 nm (peak-to-valley)
poliert werden, lässt
sich eine Verbindung 3 erzeugen, welche einer Zugspannung
von mehr als 10 N/mm2, ggf. von mehr als
20 N/mm2 standhält, ohne zu reißen. Die
Verbindung 3', 3'', 3''' kann mittels Computer-Tomographie
inspiziert werden, wodurch Fehlstellen etc. detektiert und deren
Qualität überprüft werden
kann, ohne dass diese einem Belastungstest unterzogen werden muss,
welcher die Verbindung 3', 3'', 3''' dauerhaft schädigen könnte.
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Bei
ausschließlicher
Verwendung von Komponenten 1, 2 aus Cordierit
lässt sich
ein CTE von weniger als |0,5 × 10-7| 1/K in einem Intervall zwischen 0°C und 50°C sowie von
|2,2 × 10-6| 1/K in einem Intervall zwischen 20°C und 300°C für die Verbundstruktur 5 erreichen.
Auch eine durchschnittliche Dichte zwischen 2,4 g/cm3 bis
2,6 g/cm3 und eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 4,3 W/(mK)
und darüber kann
bei einer solchen Verbundstruktur 5 erzielt werden. Der
verwendete Cordierit kann hierbei eine Porosität von weniger als 1%, ggf.
von weniger als 0,5% aufweisen.
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Bei
einer Verwendung von Komponenten 1, 2 aus Cordierit
oder aus Siliziumcarbid für
die Verbundstruktur 5 lassen sich mit dieser keine optischen Bauteile
realisieren, da diese nicht transparent für die verwendete Strahlung
sind. Allerdings können
diese Materialien auch mit anderen, transparenten Komponenten zu
einer Verbundstruktur kombiniert werden, welche dann als optisches
Bauteil dienen kann.
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Hierzu
können
keramische, mineralische, Glas- oder glaskeramische Materialien,
z.B. ULE Glas, Clearceram oder Zerodur – abhängig von den gewünschten
Materialeigenschaften – mit
der Komponente 1 aus Cordierit bzw. Siliziumcarbid oder
untereinander auf eine der oben beschriebenen Arten verbunden werden.
Die oben beschriebenen Materialen weisen einen sehr geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten
von höchstens
|0,5 × 10-7| 1/K in einem Intervall von 0°C bis 50°C auf und
können
daher vorteilhaft in Anwendungen zum Einsatz kommen, bei denen es
auf eine präzise
Ausrichtung der Komponenten 1, 2 zueinander auch
bei hoher Strahlenbelastung ankommt.
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Es
versteht sich, dass auch mehr als zwei Komponenten 1, 2 mittels
einer oder mehrerer der oben beschriebenen Verfahren zu einer Verbundstruktur 5 zusammengefügt werden
können.
Hierbei kann eines oder es können
mehrere dieser Fügeverfahren
auch mehrmals hintereinander zum Zusammenfügen von zwei oder mehr Komponenten
angewendet werden.
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Die
Verbundstruktur kommt aufgrund ihrer oben beschriebenen Eigenschaften
besonders bevorzugt in der Mikrolithographie zum Einsatz, beispielsweise
als Haltevorrichtung für
einen Wafer, und zwar als Wafer-Chuck oder Wafer-Tisch. Ersterer dient
allgemein zum Halten des Wafers z.B. durch Unterdruck oder elektrostatische
Kräfte,
beispielsweise wenn der Wafer mittels eines Greifarms bewegt werden
soll. Letzterer dient in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie
während des
Belichtungsprozesses als Auflagefläche für den Wafer.
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In 5 ist
eine solche als Wafer-Chuck 12 ausgebildete Haltevorrichtung
schematisch dargestellt. Diese besteht in der stark vereinfachten
Darstellung von 5 lediglich aus der Verbundstruktur 5,
auf welcher ein Wafer 11 festgehalten werden soll, sowie
aus einer Vakuumpumpe 6. Mit der Vakuumpumpe 6 wird
zwischen dem Wafer 11 und der Verbundstruktur 5 ein
Unterdruck erzeugt, der den Wafer 11 zur Verbundstruktur 5 hin
saugt, wie in 5 durch einen Pfeil angedeutet.
Die Verbundstruktur 5 weist hierbei eine erste, obere Platte 13 und
eine zweite, untere Platte 14 auf, die in Form und Größe übereinstimmen.
Zwischen den Platten 13, 14 ist eine Mehrzahl
von Stützelementen
angeordnet, welche eine Rippenstruktur 15 (Gitter) mit
einer wabenförmigen
Struktur bilden, die senkrecht zu den Platten 13, 14 verläuft. Durch
die Waben des Gitters 15 sowie in den Platten 13, 14 vorgesehene Öffnungen
kann das Unterdruckansaugen erfolgen. Weiterhin wird durch die wabenartige
Struktur die Verbundstruktur 5 besonders leicht und kann
z.B. weniger als ca. 30% des Gewichts aufweisen, welches bei Verwendung
einer massiven Cordierit-Komponente als Wafer-Chuck 12 entstehen
würde.
Die Verbundstruktur 5 kann auch Teil eines Wafer-Chucks
sein, der mittels elektrostatischer Anziehung arbeitet und bei dem
eine Hochspannungsquelle zur Erzeugung eines elektrischen Feldes
zwischen der Verbundstruktur 5 und dem Wafer 11 vorgesehen
ist. Ein solcher Wafer-Chuck ist auch für Vakuum-Anwendungen geeignet.
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6 zeigt
schließlich
einen Wafer-Tisch 12',
welche zur Lagerung des Wafers 11 während des Belichtungsprozesses
in einer (nicht gezeigten) Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie
dient. Der Wafer-Tisch 12' ist
in einer Aufnahme 16 versenkt, welche derart ausgebildet
ist, dass deren Oberkante mit dem Wafer 11 bündig abschließt. Der
Wafer-Tisch besteht aus einer ersten, unteren Komponente 17a aus
Cordierit, welche mit einer zweiten, oberen Komponente 17b aus
Cordierit durch Löten
verbunden ist, wobei beide gemeinsam den Grundkörper („bulk") des Wafer-Tisches 12' bilden. Alternativ
können
die beiden Komponenten 17a, 17b auch aus anderen
Materialien, bevorzugt aus Zerodur gefertigt sein.
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Die
beiden Komponenten 17a, 17b des Grundkörpers weisen
einander gegenüberliegend Ausnehmungen
auf, die zwischen den Komponenten 17a, 17b mehrere
Höhlräume 18 ausbilden.
Die Hohlräume 18 dienen
als Kühlkanäle zur Abfuhr
der Wärme,
die durch Absorption der Strahlung in den Komponenten 17a, 17b bei
den hohen Strahlstärken in
der Mikrolithographie verstärkt
auftritt. Es versteht sich, dass in dem Wafer-Tisch 12 weitere
Hohlräume, z.B.
zur Aufnahme von Einbauteilen oder Heizelementen, vorgesehen werden
können
und dass dieser auch mit einer Gitterstruktur z.B. wie oben beschrieben
versehen sein kann, um eine zusätzliche
Gewichtsreduktion zur erreichen.
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Auf
oberen Komponente 17b des Wafer-Tisches 12' sind mehrere
in gleichem Abstand voneinander angebrachte Stützstrukturen 19 („pimple") zur Unterstützung des
Wafers 11 angeordnet. Diese weisen jeweils eine untere
Komponente 17c aus Cordierit auf, die mit einer oberen
Komponente 17d aus CVD-beschichtetem Siliziumcarbid ebenfalls
durch Löten
verbunden ist.
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Auf
den beiden einen Grundkörper
der Stützstruktur 19 bildenden
Komponenten 17c, 17d ist eine weitere Komponente 17e aus
CVD-beschichtetem Siliziumcarbid angebracht, welche zur punktuellen Lagerung
des Wafers 11 einen reduzierten Durchmesser aufweist. Die
obere Komponente 17d und die weitere Komponente 17e der
Stützstruktur 19 bilden hierbei
eine monolithische Einheit. Alternativ kann die obere Komponente 17d mit
der weiteren Komponente 17e auch mittels einer der oben
beschriebenen Verbindungstypen verbunden werden. Es versteht sich,
dass die Komponenten 17c-e der Stützstruktur 19 auch
vollständig
aus Siliziumcarbid bestehen können.
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Der
so gebildete Wafer-Tisch 12' kann
den hohen Strahlstärken
in der Mikrolithographie standhalten, wobei durch die Art der gewählten Komponenten
eine Leichtgewichtsstruktur realisiert und gleichzeitig eine gute
Wärmeabfuhr
sowie eine geringe Wärmeausdehnung
gewährleistet
ist, und die hohe Haftfestigkeit der Verbindungen eine hohe mechanische
Stabilität
sicherstellt.
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Der
Fachmann wird erkennen, dass die oben beschriebene Verbundstruktur
nicht nur als Haltevorrichtung für
einen Wafer, sondern allgemein für
Bauteile in optischen Anordnungen, insbesondere der Lithographie-Optik
eingesetzt werden kann. Selbstverständlich ist der Anwendungsbereich
einer solchen Verbundstruktur nicht auf die Lithographie-Optik beschränkt; vielmehr
kann diese auch auf anderen Gebieten Verwendung finden, beispielsweise
in der Röntgen-Teleskopie
oder in Laserbearbeitungsanlagen.