DE102017200775A1

DE102017200775A1 - Bauelement für eine Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102017200775A1
Application number: DE102017200775.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Wolfsteiner; Stefan Krone; Volker Wieczorek; Lars Berger
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2017-01-19
Filing date: 2017-01-19
Publication date: 2018-07-19
Also published as: WO2018134130A1; CN110226131B; TW201841068A; EP3571549C0; EP3571549A1; US20190324372A1; US10866528B2; CN110226131A; TWI769215B; EP3571549B1

Abstract

Ein Bauelement (40) für eine Projektionsbelichtungsanlage (1) umfasst eine in einem gekapselten Gehäuse (60) angeordnete Leiterplatte (63) mit elektronischen Bauteilen (61) und eine Wärmeleitstruktur (68) zur Ableitung von Wärme von den elektronischen Bauteilen (61) zu einer Außenseite des Gehäuses (60).

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauelement für eine Projektionsbelichtungsanlage. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Bauelements. Außerdem betrifft die Erfindung eine Beleuchtungsoptik und eine Projektionsoptik für eine Projektionsbelichtungsanlage mit mindestens einem derartigen Bauelement. Weiter betrifft die Erfindung eine Projektionsbelichtungsanlage mit mindestens einem derartigen Bauelement. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements sowie ein verfahrensgemäß hergestelltes Bauelement.
Bei einem Lithographiesystem wird insbesondere im Beleuchtungssystem viel Elektronik für die Steuerung der optischen Komponenten benötigt. Zum Betrieb in einer Vakuumumgebung müssen die elektronischen Komponenten üblicherweise gekapselt werden. Eine nennenswerte Wärmeabfuhr mittels Konvektion ist dann nicht möglich.
Eine Beleuchtungsoptik mit entsprechend gekapselt angeordneten elektronischen Bauelementen ist beispielsweise aus der WO 2013/120 926 A1 bekannt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bauelement für eine Projektionsbelichtungsanlage zu verbessern. Es ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vakuumtaugliches Bauelement für eine Projektionsbelichtungsanlage im Hinblick auf die Wärmeabfuhr von seinen elektronischen Bauteilen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Der Kern der Erfindung besteht darin, das Bauelement mit einem gekapselten Gehäuse und einer Wärmeleitstruktur zur Ableitung von Wärme von elektronischen Bauteilen zu einer Außenseite des Gehäuses auszubilden. Im Gehäuse ist mindestens eine vakuumdichte Durchführung für elektrische Leitungen angeordnet. Es können auch eine oder mehrere vakuumdichte Durchführungen für Fluide, insbesondere für Gase und/oder Flüssigkeiten, vorgesehen sein.
Das Bauelement kann somit im Wesentlichen an einer beliebigen Stelle in der Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere in der Beleuchtungsoptik oder der Projektionsoptik, angeordnet werden. Über die Durchführung kann das Bauelement flexibel mit elektrischen Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage verbunden werden. Über weitere Leitungen und Durchführungen kann ein Fluid-, insbesondere ein Gasdurchfluss, zum Innenraum des Gehäuses kontrolliert werden. Dies ermöglicht insbesondere eine Druckstabilisierung des Drucks im Innenraum des Gehäuses. Eine weitere Fluidleitung kann zum Anschluss einer Kühlflüssigkeit, insbesondere für einen Kühlwasseranschluss, vorgesehen sein.
Es hat sich herausgestellt, dass sich die Anordnung von elektronischen Bauteilen in einer Projektionsbelichtungsanlage mit einem derartigen Gehäuse erheblich verbessern lässt. Das Bauelement ermöglicht insbesondere den Einsatz und die flexible Anordnung elektrischer oder elektronischer Baugruppen mit einer höheren Leistungsdichte.
Bei dem Bauelement kann es sich um einen Bestandteil einer Steuereinrichtung zur Verlagerung eines optischen Bauelements, insbesondere eines Spiegels, der Projektionsbelichtungsanlage handeln. Im Gehäuse kann insbesondere Steuerelektronik, beispielsweise Sensor-Elektronik und/oder Aktuator-Elektronik, angeordnet sein.
Bei dem Bauelement kann es sich jedoch auch um ein Bauelement handeln, welches nicht direkt mit der Verlagerung eines optischen Bauelements zu tun hat. Es kann sich beispielsweise um eine Recheneinheit, insbesondere eine digitale Recheneinheit, zum Multiplexen von Signalen handeln. Weitere Beispiele sind Elektronik-Baugruppen, die Umgebungsbedingungen innerhalb der Maschine (Temperatur, Druck, Gaszusammensetzung, etc.) oder den Zustand von Maschinenkomponenten (Temperatur, Dehnung/Verzerrung, Rissbildung) erfassen und/oder verarbeiten. Weitere Beispiele sind Elektronik-Baugruppen zum Wandeln von Strömen und Spannungen.
Das Gehäuse des Bauelements kann insbesondere separat von den Haltestrukturen zur Anordnung der optischen Bauelemente im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage ausgebildet sein. Es kann insbesondere von den Spiegeln der Projektionsbelichtungsanlage entkoppelt sein.
Die Wärmeleitstruktur kann metallische Elemente umfassen. Sie kann auch nichtmetallische, insbesondere elektrisch isolierende Elemente umfassen.
Die Wärmeleitstruktur ist insbesondere im gekapselten Gehäuse angeordnet. Die Wärmeleitstruktur kann von außen aktiv, beispielsweise mit einem Kühlmedium, gekühlt werden. Sie ist insbesondere mit dem Gehäuse thermisch verbunden.
Das Gehäuse kann aus Metall, insbesondere Stahl hergestellt sein. Das Gehäuse ist auf seiner Außenseite insbesondere hochpoliert ausgebildet. Die äußere Oberfläche des Gehäuses weist insbesondere eine mittlere Rauheit R_a im Bereich von 0,5 µm bis 2 µm, vorzugsweise von höchstens 1 µm auf.
Das Gehäuse kann zur Aufnahme der Wärmeleistruktur passend zu dieser ausgebildet sein. Es kann insbesondere einen Bereich aufweisen, welcher ein Negativabbild eines Bereichs der Wärmeleitstruktur darstellt. Es kann auch die Wärmeleitstruktur widerspiegeln.
Das Gehäuse kann auch eine keramische Leiterplatte sein oder keramische Leiterplatten umfassen, in die Metalle eingesintert sind, mit denen man unter anderem eine gekapselte Atmosphäre auf der keramischen Leiterplatte herstellen kann. Die Dichtfläche kann auch auf der Leiterplatte liegen. Als Dichtfläche kommt auch eine eingesinterte Metalldichtfläche in Frage. Das Gehäuse kann mittels Dichtschnüren, O-Ringe oder sonstige Dichtungstechniken gegen das Vakuum abgedichtet sein. Das Gehäuse kann auch verschweißt sein um eine hermetische Dichtung gewährleisten zu können. Das Gehäuse kann unter anderem Anschlüsse zum Ein- und Ausleiten von Gasen und/oder Flüssigkeiten aufweisen.
Die Leiterplatte kann einseitig oder beidseitig bestückt sein. Die elektronischen Bauteile, von welchen Wärme abgeführt werden soll, sind insbesondere auf die Leiterplatte gebondet, aufgelötet oder aufgeklebt. Die Lötflächen bilden hierbei insbesondere einen Bestandteil des Thermalpfades zur Ableitung der Wärme.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung bildet die Leiterplatte einen Bestandteil der Wärmeleitstruktur. Die Wärmeleitfähigkeit der Leiterplatte beträgt 0,01 W/m*K, insbesondere mindestens 0,05 W/m*K, insbesondere mehr als 0,3 W/m*K, insbesondere mehr als 1 W/m*K, insbesondere mehr als 3 W/m*K, insbesondere mehr als 5 W/m*K, insbesondere mehr als 10 W/m*K und insbesondere mehr als 100 W/m*K. Diese Angaben beziehen sich auf mindestens eine Raumrichtung. Sie beziehen sich insbesondere auf alle drei Raumrichtungen.
Die Leiterplatte weist insbesondere eine oder mehrere wärmeleitende Lagen auf. Die wärmeleitenden Lagen können aus einem elektrisch leitenden oder einem elektrisch isolierenden Material sein. Als Materialien für die Lagen der Leiterplatte kommen insbesondere folgende Materialien in Frage: Kupfer, Aluminium, Gold, Zinn, Blei oder deren Verbindungen sowie FR4, Keramiken oder das Material von Flexleitern, beispielsweise Polyamid. Die Leiterplatte kann auch mehrere Lagen aus unterschiedlichen Materialien aufweisen.
Die Leiterplatte kann insbesondere mit einer Wärmesenke thermisch verbunden sein.
Die Leiterplatte bildet insbesondere einen Bestandteil des thermalen Pfades von den elektrischen beziehungsweise elektronischen Bauteilen des Bauelements zur Wärmesenke.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Leiterplatte wärmespreizende Bereiche auf. Hierdurch ist es möglich, punktuell anfallende Wärme einzelner elektronischer Bauteile flächig zu verteilen und/oder zu Bereichen zu leiten, aus welchen die Wärme abgeführt werden kann.
Die wärmespreizenden Bereiche sind insbesondere flächig ausgebildet.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, Lagen der Leiterplatte, die beim Betrieb der elektronischen Bauelemente ein festes elektrisches Potenzial aufweisen, als Dickkupferlagen, insbesondere als Lagen mit einem hohen Kupferanteil und einer Dicke von mindestens 5 µm, insbesondere mindestens 50 µm, auszubilden. Mehrere Lagen können thermal als auch elektrisch mittels z.B. thermischen Vias oder elektrischen Vias verbunden sein. Durch diesen Umstand kann die Wärme über mehrere Lagen und Ebenen der Leiterkarte gespreizt werden. Nach der Spreizung der Wärme am Entstehungsort, beispielsweise einem elektrischen Bauteil, kann die Wärme mittels dieser Vias oder anderer wärmeleitender Strukturen in verschiedene Lagen transferiert werden. Der Wärmefluss zu der Wärmeleitstruktur geschieht nun über diese unterschiedlichen Lagen, was zur Folge hat, dass der thermische Widerstand gesenkt werden kann. Nahe der Wärmeleitstruktur kann die Wärme wiederum mit Hilfe von z.B. Vias an die Fläche transferiert werden, die mit der Wärmeleitstruktur verbunden ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Leiterplatte mehrlagig mit einer Mehrzahl von Lagen ausgebildet und ein Thermalpfad mindestens eines der elektronischen Bauteile von einem elektrisch-leitenden Pfad desselben entkoppelt. Dies kann mittels einer galvanischen Trennung, insbesondere durch Nutzung elektrisch nicht leitender Lagen als Teil des Thermalpfades, erreicht werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Leiterplatte elektrisch vom Gehäuse isoliert. Das Gehäuse kann insbesondere geerdet sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung stehen eine ausgewählte Teilmenge der Bauteile und/oder die Leiterplatte über thermische Kontaktelemente in wärmeleitendem Kontakt mit der Wärmeleitstruktur. Als thermische Kontaktelemente dienen insbesondere sogenannte Gap-Filler, Gap-Pads, Wärmeleitpads, Wärmeleitpolster, Wärmeleitmatte, Wärmeleitkleber, Wärmeleitpasten, Wärmeleitelastomere, Wärmeleitmasse, Wärmeleitvergussmasse oder andere.
Durch derartige Kontaktelemente lässt sich die Wärmeleitung zur Wärmeleitstruktur verbessern. Außerdem ermöglichen diese Kontaktelemente eine einfachere Herstellung des Bauelements.
Die Kontaktelemente können aus einem elektrisch isolierenden oder aus einem elektrisch leitfähigen Material sein. Sie sind insbesondere aus einem mechanisch flexiblen und/oder elastischen Material. Mögliche Materialien sind silikonhaltige elastische Kontaktmaterialien; bevorzugt sind nicht silikonhaltige elastische Materialien für den Einsatz an kritischen Optiken. Des Weiteren können auch metallische Kontaktmaterialien verwendet werden. Weitere Materialien sind Phase-Change Materialien und/oder Grafitfolien und/oder Laminate und/oder aushärtbare Materialien wie Kleber, Vergussmassen, etc. (s. oben).
Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die mechanischen Eigenschaften der Kontaktelemente eine Verpressung derselben ermöglichen. Dies führt zu einer einfacheren Integration. Es ermöglicht außerdem einen Ausgleich von Fertigungstoleranzen der Leiterplatte und Wärmeleitstruktur. Es ist in diesem Fall insbesondere möglich, bei der Herstellung des Bauelements zunächst die thermischen Kontaktelemente auf die bereits bestückte Leiterplatte aufzubringen, beispielsweise durch Auflegen, Aufkleben oder Aufspritzen, und diese anschließend durch Verbindung der Leiterplatte mit der Wärmeleitstruktur, beispielsweise durch Verschrauben dieser beiden Elemente, in Position und/oder Form zu bringen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird hierbei berücksichtigt, dass der thermale Widerstand der thermischen Kontaktelemente vom Verpressungsdruck, welcher auf diese aufgebracht wird, abhängig ist.
Drucksensitive Komponenten können auch mittels aushärtbaren Kontaktmaterialien an die Wärmeleitstruktur angebunden werden.
Die Kontaktelemente können mittels einer Vorrichtung auf die Leiterplatte aufgebracht werden. Sie können auch mittels einer Vorrichtung auf z.B. die Wärmeleitstruktur aufgebracht werden. Die Leiterplatte und das Kontaktelement selbst können Ausrichtungskanten, Passbohrungen bzw. dazugehörige Langlöcher aufweisen, mit denen das Kontaktelement auf das jeweilige Bauteil ausgerichtet werden kann.
Die Wärmeleitstruktur kann Aussparungen enthalten, in die das Kontaktelement verbaut bzw. appliziert wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Leiterplatte ein Bestandteil des Gehäuses bilden. Dies ermöglicht eine besonders einfache und effiziente Anbindung der Leiterplatte an externe Bauelemente, insbesondere Signalleitungen und/oder eine Kühleinrichtung.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein gekapseltes elektronisches Bauelement in einer Vakuumumgebung einer Projektionsbelichtungsanlage. Das elektronische Bauelement weist eine oder mehrere, insbesondere mehrlagige Leiterplatten auf. Die Leiterplatten können insbesondere als ebene Leiterplatten ausgebildet sein. Sie können insbesondere aus FR₄ ausgebildet sein. Sie können insbesondere vollständig innerhalb des geschlossenen Gehäuses angeordnet sein. Die Leiterplatten sind insbesondere mit Bauelementen bestückt. Sie weisen Wärmeleitstrukturen zur thermalen Anbindung an das Gehäuse auf. Zusätzlich hierzu kann das Gehäuse eine keramische Leiterplatte, insbesondere mit Aussparungen für Wärmeleitflächen, als Gehäuseabdichtung aufweisen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements gemäß der vorhergehenden Beschreibung anzugeben.
Im Folgenden werden stichwortartig einzelne Verfahrensschritte angegeben, welche zur Herstellung des Bauelements verwendet werden können. Die Verfahrensschritte müssen nicht alle notwendigerweise verwendet werden. Sie müssen insbesondere nicht in der angegebenen Reihenfolge umgesetzt werden.

- Fertigung von mindestens einer Leiterplatte mit bestückten Bauteilen (gelötet, gebondet, geklebt). Die Leiterplatte und/oder die bestückten Bauelemente weisen thermale Kontaktflächen auf.
- Befestigung der Leiterplatte(n) am Gehäuse. Befestigung weiterer Wärmeleitstrukturen auf der Leiterplatte und/oder am Gehäuse. Zum Ausrichten der Leiterplatte relativ zum Gehäuse können spezielle Ausrichtelemente, beispielsweise in Form von Stiften, vorgesehen sein. Die stiftartigen Ausrichtelemente können insbesondere fest am Gehäuse angeordnet sein. Die Leiterplatte kann ein zu den Ausricht-Elementen passendes Passloch und/oder ein Langloch aufweisen.
- Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen mehreren Leiterplatten, beispielsweise durch Kabel, Flex-Verbinder, andere Leiterplatten.
- Herstellung einer elektrischen Verbindung von Leiterplatte(n) zu elektrischen Steckverbindern, die aus dem Gehäuse herausführen, beispielsweise durch Kabel, Flex-Verbinder, andere Leiterplatten.
- Aufbringen von Wärmeleitmaterialien auf die Leiterplatte und/oder darauf bestückte elektronische Bauteile, und/oder auf zusätzliche Wärmeleitstrukturen, die dem Gehäuse zuzurechnen sind, und/oder auf das Gehäuse. Die Wärmeleitmaterialien können mittels Passbohrungen und/oder Passlanglöchern relativ zur Leiterplatte und/oder relativ zum Gehäuse ausgerichtet werden.
- Schließen, insbesondere hermetisches Verschließen, des Gehäuses mittel genannter Dichtungen, Kleber und/oder Verschraubungen.
- Baugruppe wird elektrisch und/oder mechanisch mit Optikkomponenten verbunden.
- Baugruppe kann mit Medienanschlüssen, insbesondere für Gase und/oder Flüssigkeiten, verbunden werden.

Im Folgenden werden stichwortartig Verfahrensschritte angegeben, die insbesondere vorgesehen sein können, sofern die Leiterplatte gleichzeitig ein Bestandteil des Gehäuses bildet.

- Die Leiterplatte, insbesondere ein keramisches Substrat derselben, wird zusammen mit Metallinlets verpresst. Die Metallinlets können zur Realisierung einer Dichtung verwendet werden. Die Dichtfläche kann jedoch auch auf dem keramischen Substrat realisiert werden.
- Die Leiterkarte wird gesintert. Nach diesem Vorgang können die Dichtflächen nachbearbeitet werden (auf den Metallinlets oder auf der keramischen Leiterkarte).
- Die Leiterkarte wird mit elektrischen Bauteilen bestückt. Die elektrischen Bauteile werden innerhalb des vorgesehenen abgeschlossenen Gehäuses platziert, da dieser Raum vom späteren anliegenden und für die elektrischen Bauteile schädlichen Vakuums getrennt ist.
- Danach erfolgt die Abdichtung des Innenraums des Gehäuses. Dies kann mittels Dichtringen, Dichtschnüren, Metalldichtungen, Verschweißen, etc. realisiert werden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Beleuchtungsoptik und/oder eine Projektionsoptik für eine Projektionsbelichtungsanlage beziehungsweise eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie zu verbessern. Diese Aufgaben werden durch eine Beleuchtungsoptik, eine Projektionsoptik und eine Projektionsbelichtungsanlage mit mindestens einem Bauelement gemäß der vorhergehenden Beschreibung gelöst.
Die Vorteile ergeben sich aus denen des Bauelements.
Bei der Projektionsbelichtungsanlage handelt es sich insbesondere um eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage.
Die Beleuchtungsoptik und/oder die Projektionsoptik sind insbesondere in einer Vakuumumgebung angeordnet oder weisen evakuierbare Bereiche auf.
Das mindestens eine Bauelement gemäß der vorherigen Beschreibung ist insbesondere in einer Vakuum-Umgebung angeordnet.
Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, ein Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements sowie ein entsprechend hergestelltes Bauelement zu verbessern.
Diese Aufgaben werden durch Bereitstellung einer Projektionsbelichtungsanlage mit mindestens einem Bauelement gemäß der vorhergehenden Beschreibung gelöst. Die Vorteile ergeben sich aus den bereits beschriebenen.
Weitere Details und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Mikrolithographie mit einem Beleuchtungssystem und einer Projektionsoptik im Meridionalschnitt,
2 eine Ausführung eines Beleuchtungssystems einer Projektionsbelichtungsanlage mit einem Spiegelarray (MMA) und einem von diesem beleuchteten Pupillenfacettenspiegel,
3 eine schematische Darstellung einer gekapselten Anordnung einer Leiterplatte des optischen Bauelements gemäß 2,
4 eine schematische Schnittdarstellung einer Alternative, bei welcher die Leiterplatte selbst ein Bestandteil des Gehäuses bildet und
5 eine Ansicht der Alternative gemäß 4 entlang der Linie V-V.

Im Folgenden wird zunächst der prinzipielle Aufbau einer Projektionsbelichtungsanlage 1 anhand der Figuren beschrieben.
1 zeigt schematisch in einem Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithografie. Ein Beleuchtungssystem 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Belichtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Das Objektfeld 5 kann rechteckig oder bogenförmig mit einem x/y-Aspektverhältnis von beispielsweise 13/1 gestaltet sein. Belichtet wird hierbei ein im Objektfeld 5 angeordnetes und in der 1 nicht dargestelltes reflektierendes Retikel 24, das eine mit der Projektionsbelichtungsanlage 1 zur Herstellung mikro- beziehungsweise nanostrukturierter Halbleiter-Bauelemente zu projizierende Struktur trägt. Eine Projektionsoptik 7 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 8 in einer Bildebene 9. Abgebildet wird die Struktur auf dem Retikel 24 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 8 in der Bildebene 9 angeordneten Wafers, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
Das Retikel 24, das von einem nicht dargestellten Retikelhalter gehalten ist, und der Wafer, der von einem nicht dargestellten Waferhalter gehalten ist, werden beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 1 synchron in der y-Richtung gescannt. Abhängig vom Abbildungsmaßstab der Projektionsoptik 7 kann auch ein gegenläufiges Scannen des Retikels 24 relativ zum Wafer stattfinden.
Mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage 1 wird wenigstens ein Teil des Retikels 24 auf einen Bereich einer lichtempfindlichen Schicht auf dem Wafer zur lithographischen Herstellung eines mikro- beziehungsweise nanostrukturierten Bauelements, insbesondere eines Halbleiterbauelements, zum Beispiel eines Mikrochips abgebildet. Je nach Ausführung der Projektionsbelichtungsanlage 1 als Scanner oder als Stepper werden das Retikel 24 und der Wafer zeitlich synchronisiert in der y-Richtung kontinuierlich im Scannerbetrieb oder schrittweise im Stepperbetrieb verfahren.
Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle mit einer emittierten Nutzstrahlung im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Es kann sich dabei um eine Plasmaquelle, beispielsweise um eine GDPP-Quelle (Plasmaerzeugung durch Gasentladung, Gas Discharge Produced Plasma), oder um eine LPP-Quelle (Plasmaerzeugung durch Laser, Laser Produced Plasma) handeln. Auch andere EUV-Strahlungsquellen, beispielsweise solche, die auf einem Synchrotron oder auf einem Free Electron Laser (Freie Elektronenlaser, FEL) basieren, sind möglich.
EUV-Strahlung 10, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 11 gebündelt. Ein entsprechender Kollektor ist beispielsweise aus der EP 1 225 481 A bekannt. Nach dem Kollektor 11 propagiert die EUV-Strahlung 10 durch eine Zwischenfokusebene 12, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel 13 mit einer Vielzahl von Feldfacetten 13a trifft. Der Feldfacettenspiegel 13 ist in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet, die zur Objektebene 6 optisch konjugiert ist.
Die EUV-Strahlung 10 wird nachfolgend auch als Nutzstrahlung, Beleuchtungslicht oder als Abbildungslicht bezeichnet.
Nach dem Feldfacettenspiegel 13 wird die EUV-Strahlung 10 von einem Pupillenfacettenspiegel 14 mit einer Vielzahl von Pupillenfacetten 14a reflektiert. Der Pupillenfacettenspiegel 14 liegt entweder in der Eintrittspupillenebene der Beleuchtungsoptik 7 oder in einer hierzu optisch konjugierten Ebene. Der Feldfacettenspiegel 13 und der Pupillenfacettenspiegel 14 sind aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln aufgebaut. Dabei kann die Unterteilung des Feldfacettenspiegels 13 in Einzelspiegel derart sein, dass jede der Feldfacetten 13a, die für sich das gesamte Objektfeld 5 ausleuchten, durch genau einen der Einzelspiegel repräsentiert wird. Alternativ ist es möglich, zumindest einige oder alle der Feldfacetten 13a durch eine Mehrzahl derartiger Einzelspiegel aufzubauen. Entsprechendes gilt für die Ausgestaltung der den Feldfacetten 13a jeweils zugeordneten Pupillenfacetten 14a des Pupillenfacettenspiegels 14, die jeweils durch einen einzigen Einzelspiegel oder durch eine Mehrzahl derartiger Einzelspiegel gebildet sein können.
Die EUV-Strahlung 10 trifft auf die beiden Facettenspiegel 13, 14 unter einem Einfallswinkel, gemessen normal zur Spiegelfläche, auf, der kleiner oder gleich 25° ist. Die beiden Facettenspiegel 13, 14 werden also im Bereich eines normal incidence-Betriebs mit der EUV-Strahlung 10 beaufschlagt. Auch eine Beaufschlagung unter streifendem Einfall (grazing incidence) ist möglich. Der Pupillenfacettenspiegel 14 ist in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet, die eine Pupillenebene der Projektionsoptik 7 darstellt beziehungsweise zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik 7 optisch konjugiert ist. Mithilfe des Pupillenfacettenspiegels 14 und einer abbildenden optischen Baugruppe in Form einer Übertragungsoptik 15 mit in der Reihenfolge des Strahlengangs für die EUV-Strahlung 10 bezeichneten Spiegeln 16, 17 und 18 werden die Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 13 einander überlagernd in das Objektfeld 5 abgebildet. Der letzte Spiegel 18 der Übertragungsoptik 15 ist ein Spiegel für streifenden Einfall („Grazing incidence Spiegel“). Die Übertragungsoptik 15 wird zusammen mit dem Pupillenfacettenspiegel 14 auch als Folgeoptik zur Überführung der EUV-Strahlung 10 vom Feldfacettenspiegel 13 hin zum Objektfeld 5 bezeichnet. Das Beleuchtungslicht 10 wird von der Strahlungsquelle 3 hin zum Objektfeld 5 über eine Mehrzahl von Ausleuchtungskanälen geführt. Jedem dieser Ausleuchtungskanäle ist eine Feldfacette 13a des Feldfacettenspiegels 13 und eine dieser nachgeordnete Pupillenfacette 14a des Pupillenfacettenspiegels 14 zugeordnet. Die Einzelspiegel des Feldfacettenspiegels 13 und des Pupillenfacettenspiegels 14 können aktuatorisch verkippbar sein, sodass ein Wechsel der Zuordnung der Pupillenfacetten 14a zu den Feldfacetten 13a und entsprechend eine geänderte Konfiguration der Ausleuchtungskanäle erreicht werden kann. Es resultieren unterschiedliche Beleuchtungssettings, die sich in der Verteilung der Beleuchtungswinkel des Beleuchtungslichts 10 über das Objektfeld 5 unterscheiden.
Die Verlagerung der Einzelspiegel des Feldfacettenspiegels 13 kann mittels eines Bauelements 40, das nachfolgend noch näher beschrieben wird, gesteuert werden. Das Bauelement 40 bildet insbesondere einen Bestandteil einer Steuereinrichtung.
2 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Beleuchtungssystems 2 für die Projektionsbelichtungsanlage 1. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Von der Strahlungsquelle 3, die ebenfalls als LPP-Quelle ausgebildet sein kann, ausgehende Nutzstrahlung 10 wird zunächst von einem ersten Kollektor 20 gesammelt. Bei dem Kollektor 20 kann es sich um einen Parabolspiegel handeln, der die Strahlungsquelle 3 in die Zwischenfokusebene 12 abbildet beziehungsweise das Licht der Strahlungsquelle 3 auf den Zwischenfokus in der Zwischenfokusebene 12 fokussiert. Der Kollektor 20 kann so betrieben werden, dass er vor der Nutzstrahlung 10 mit Einfallswinkeln nahe 0° beaufschlagt wird. Der Kollektor 20 wird dann nahe der senkrechten Inzidenz (normal incidence) betrieben und daher auch als normal incidence-(NI-)Spiegel bezeichnet. Auch ein unter streifendem Einfall betriebener Kollektor kann anstelle des Kollektors 20 zum Einsatz kommen.
Der Zwischenfokusebene 12 ist ein Feldfacettenspiegel 21 in Form eines Multi- beziehungsweise Mikrospiegel-Arrays (MMA) als Beispiel für eine optische Baugruppe zur Führung der Nutzstrahlung 10, also des EUV-Strahlungsbündels, nachgeordnet. Das Multi- beziehungsweise Mikrospiegel-Array (MMA) wird im Folgenden auch lediglich als Spiegel-Array 22 bezeichnet. Der Feldfacettenspiegel 21 kann als mikroelektromechanisches System (MEMS) ausgebildet sein. In diesem Fall weist er eine Vielzahl von matrixartig zeilen- und spaltenweise in einem Array angeordneten Einzelspiegeln auf. Die Einzelspiegel werden im Folgenden auch als Spiegel-Elemente 23 bezeichnet. Die Spiegel-Elemente 23 sind aktuatorisch verkippbar ausgelegt, wie nachfolgend noch erläutert wird. Wenn der Feldfacettenspiegel 21 als MEMS ausgebildet ist, weist er etwa 100000 der Spiegel-Elemente 23 auf. Je nach Größe der Spiegel-Elemente 23 kann der Feldfacettenspiegel 21 auch beispielsweise 1000, 5000, 7000 oder auch mehrere hunderttausend, beispielsweise 500000 Spiegel-Elemente 23 aufweisen. Er kann auch weniger als 1000, beispielsweise 100 bis 500 Spiegel-Elemente 23 aufweisen.
Vor dem Feldfacettenspiegel 21 kann ein Spektralfilter angeordnet sein, der die Nutzstrahlung 10 von anderen, nicht für die Projektionsbelichtung nutzbaren Wellenlängenkomponenten der Emission der Strahlungsquelle 3 trennt. Der Spektralfilter ist nicht dargestellt.
Der Feldfacettenspiegel 21 wird mit Nutzstrahlung 10 mit einer Leistung von 840 W und einer Leistungsdichte von 6,5 kW/m² beaufschlagt. Die Nutzstrahlung 10 kann auch eine andere Leistung und/oder Leistungsdichte aufweisen.
Von den Spiegel-Elementen 23 des Facettenspiegels 21 wird das Nutzlicht 10 hin zum Pupillenfacettenspiegel 14 reflektiert. Der Pupillenfacettenspiegel 14 hat etwa 2000 statische Pupillenfacetten 14a. Diese sind in einer Mehrzahl konzentrischer Ringe nebeneinander angeordnet, sodass die Pupillenfacette 14a des innersten Rings sektorförmig und die Pupillenfacetten 14a der sich hieran unmittelbar anschließenden Ringe ringsektorförmig gestaltet sind. In einem Quadranten des Pupillenfacettenspiegels 14 können in jedem der Ringe 12 Pupillenfacetten 14a nebeneinander vorliegen. Jede der Pupillenfacetten 14a kann als Spiegel-Array 22 ausgebildet sein.
Von den Pupillenfacetten 14a wird das Nutzlicht 10 hin zu einem reflektierenden Retikel 24 reflektiert, das in der Objektebene 6 angeordnet ist. Es schließt sich dann die Projektionsoptik 7 an, wie vorstehend im Zusammenhang mit der Projektionsbelichtungsanlage nach 1 erläutert.
Zwischen dem Facettenspiegel 14 und dem Retikel 24 kann wiederum eine Übertragungsoptik 15 vorgesehen sein, wie vorstehend in Zusammenhang mit der Beleuchtungsoptik 4 nach 1 erläutert.
Die Spiegel-Elemente 23 der Beleuchtungsoptik 4 sind wie in 2 schematisch angedeutet in einer evakuierbaren Kammer 25 untergebracht. Von der evakuierbaren Kammer 25 ist in der 2 lediglich schematisch eine Begrenzungswand 26 angedeutet. Die Kammer 25 kommuniziert über eine Fluidleitung 27, in der ein Absperrventil 28 untergebracht ist, mit einer Vakuumpumpe 29. Der Betriebsdruck in der evakuierbaren Kammer 25 beträgt einige Pa (Partialdruck H₂). Alle anderen Partialdrücke liegen deutlich unterhalb von 10^-7 mbar.
Allgemein umfasst das Bauelement 40 elektrische und/oder elektronische Bauteile, welche auf einer oder mehreren Leiterplatten angeordnet sind. Das Bauelement 40 weist insbesondere ein Gehäuse 60 auf. Das Gehäuse 60 ist insbesondere gekapselt ausgebildet. Das Bauelement 40 umfasst außerdem eine Wärmeleitstruktur 68 zur Ableitung von Wärme aus dem Gehäuse 60, insbesondere zur Ableitung von Wärme der elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente auf den Leiterplatten.
Im Folgenden werden exemplarisch Aspekte und Details des Bauelements 40 beschrieben.
Mittels der vorliegenden Erfindung ist es allgemein möglich, die Verlustleistung verschiedener elektrischer Bauelemente, beispielsweise auch von Induktivitäten, von beliebigen, insbesondere ebenen Verdrahtungsträgern an das Gehäuse 60 abzuführen oder aus dem Gehäuse 60 abzuführen. Die Verdrahtungsträger können insbesondere eine oder mehrere Lagen, insbesondere auch aus FR4, Flex-PCB oder ähnlichen Materialien aufweisen.
Der Verdrahtungsträger kann an unterschiedlichen Stellen mit dem Gehäuse 60 verbunden sein. Er kann insbesondere mechanisch und/oder thermisch an unterschiedlichen Stellen mit dem Gehäuse 60 verbunden sein. Es ist insbesondere möglich, den Verdrahtungsträger mit dem Gehäuse 60 zu verschrauben. Verschraubungen an verschiedenen Aufnahmepunkten, insbesondere auch auf einer Kühlstruktur inmitten des Gehäuses 60, sind denkbar.
Wie bereits erwähnt, muss die Elektronik-Baugruppe im gekapselten Gehäuse nicht notwendigerweise direkt an der Positionierung der Spiegel-Elemente 23 beteiligt sein.
Bei den Spiegel-Elementen 23 kann es sich um Mikrospiegel handeln. Es kann sich auch um makroskopische Spiegel handeln. Entsprechend ist auch die Beschreibung der ASICs 52 exemplarisch zu verstehen. Die ASICs 52 bilden ein spezielles Beispiel einer allgemeineren, diskret realisierten Elektronik-Baugruppe.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die 4 weitere Eigenschaften des Bauelements 40, insbesondere die Anordnung elektronischer Bauteile 61 im Gehäuse 60 beschrieben.
Die in der 3 schematisch dargestellte Alternative ist ebenfalls exemplarisch zu verstehen. Sie zeigt eine Alternative des Bauelements 40 als in sich geschlossenes, separates Bauelement 40.
Das Gehäuse 60 ist gekapselt ausgebildet. Es umschließt insbesondere einen Innenraum 62 vakuumdicht. Das Gehäuse 60 kann insbesondere als in sich abgeschlossenes Gehäuse ausgebildet sein. Das Bauelement 40 kann damit als in sich geschlossenes, separates Bauelement 40 ausgebildet sein. Es kann insbesondere von den optischen Bauelementen der Projektionsbelichtungsanlage 1 mechanisch entkoppelt sein. Auch das in der 4 dargestellte Bauelement 40 kann elektrisch und/oder mechanisch mit einem oder mehreren optischen Bauelementen der Projektionsbelichtungsanlage 1 verbunden sein.
Im Gehäuse 60 ist eine Leiterplatte 63 angeordnet.
Auf der Leiterplatte 63 sind Bauteile, insbesondere die elektronischen Bauteile 61, angeordnet. Die elektronischen Bauteile 61 sind insbesondere über Lötkontakte 64 mit der Leiterplatte 63 elektrisch leitend verbunden. Die Lötkontakte 64 führen auch zu einer thermischen Anbindung der elektronischen Bauteile 61 an die Leiterplatte 63.
Im Gehäuse 60 sind Durchführungen 75 angeordnet. Die in der 4 schematisch dargestellte obere Durchführung 75 dient zur Durchführung von elektrischen Leitungen 79. Sie ist vorzugsweise demontierbar. Sie ist insbesondere vakuumdicht verschließbar. Die Durchführung 75 für die elektrischen Leitungen 79 kann auch als Schnittstelle, insbesondere als Kontaktstecker, ausgebildet sein.
Die in der 3 schematisch dargestellte untere Durchführung 75 dient zum Anschluss einer Fluidleitung, insbesondere einer Gasleitung, 76. Die Gasleitung 76 ist über ein steuerbares Ventil 77 mit einer Druckerzeugungseinrichtung 78, insbesondere einem Überdruckreservoir, verbunden. Hierdurch ist es insbesondere möglich, den Druck im Innenraum 62 des Gehäuses 60 bei mindestens 0,1 bar, insbesondere mindestens 0,3 bar, insbesondere mindestens 0,5 bar zu halten, selbst wenn das Bauelement 40, insbesondere das Gehäuse 60, in einer Vakuumumgebung angeordnet ist.
Vorzugsweise ist auch die Durchführung 75 zum Anschluss der Gasleitung 76 demontierbar. Sie ist insbesondere ebenfalls vakuumdicht verschließbar.
In der 4 ist schematisch ein Thermalpfad 65 des Bauteils 61 eingezeichnet. Der Thermalpfad 65 umfasst mehrere Zweigpfade. Er kann insbesondere in der Leiterplatte 63 mittels galvanischer Trennung von einem elektrischen Pfad entkoppelt sein. Hierzu können elektrisch nicht leitende Lagen 66 in der Leiterplatte 63 genutzt werden. Die Lagen 66 sind insbesondere aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise FR4. Sie können auch aus Keramik oder einem Flexleiter-Material, beispielsweise Polyamid, sein. Andere Materialien sind ebenso möglich.
Die in der 4 schematisch dargestellten Zweige des Thermalpfades 65 können jeweils einzeln oder in Kombination miteinander vorgesehen sein.
Allgemein weist die Leiterplatte 63 vorzugsweise eine mehrlagige Struktur auf. Die Anzahl der Lagen beträgt insbesondere mehr als 1, insbesondere mehr als 3, insbesondere mehr als 9. Siehe oben (Dicke, Material).
Wie in der 3 schematisch dargestellt ist, dient die Leiterplatte 63 selbst, insbesondere einzelne der Lagen 67 derselben, als Wärmeleiter. Es ist insbesondere vorgesehen, Bereiche der Leiterplatte 63 beziehungsweise bestimmter Lagen 67 derselben als Wärmespreizelemente auszubilden, mittels welchen punktuell anfallende Wärme des Bauteils 61 flächig verteilt und/oder zu Punkten geleitet wird, an welchen die Wärme abgeführt wird.
Außerdem ist im Gehäuse 60 eine Wärmeleitstruktur 68, welche auch als Kühlstruktur bezeichnet wird, angeordnet. Die Wärmeleitstruktur 68 umfasst insbesondere einen metallischen Kühler, mittels welchem anfallende Wärme aus dem gekapselten Innenraum 62 des Gehäuses 60 herausgeführt werden kann.
Die Wärmeleitstruktur 68 kann auch - zumindest teilweise - aus einem elektrisch isolierenden Material sein. Die Wärmeleitstruktur kann aus einem oder mehreren der folgenden Materialien hergestellt sein: Kupfer, Aluminium, Edelstahl, Lot zum Verbinden zweier metallischer Werkstoffe, andere Metalle und/oder Legierungen, Kunststoffe, insbesondere glasfaserverstärkte Kunststoffe, Harze, insbesondere Epoxidharze, insbesondere im Verbund, beispielsweise FR4, Keramik oder eine Kombination dieser Materialien. Diese Liste ist nicht abschließend zu verstehen. Andere Materialien sind ebenso denkbar.
Die Wärmeleitstruktur 68 kann ein oder mehrere plattenförmige Bereiche 70 aufweisen. Auf die plattenförmigen Bereiche 70 können rippen- oder stegartige Wärmeleitelemente 71 angeordnet sein. Die rippen- oder stegartigen Elemente 71 können einteilig mit dem plattenförmigen Bereich 70 ausgebildet sein.
Die plattenförmigen Bereiche 70 der Wärmeleitstruktur können mit der Leiterplatte 63 verlötet sein. Sie können auch mit der Leiterplatte 63 verschraubt sein. Die Leiterplatte 63 kann einen Bestandteil der Wärmeleitstruktur 68 bilden.
Die plattenförmigen Bereiche 70 und/oder die Wärmeleitelemente 71 stehen über thermische Kontaktelemente 69 in wärmeleitendem Kontakt mit der Leiterplatte 63 und/oder dem Bauteil 61.
Das thermische Kontaktelement 69 kann als sogenannter Gap-Filler oder Gap-Pad, Wärmeleitpad, Wärmeleitpolster oder Wärmeleitmatte ausgebildet sein oder eines oder mehrere derartige Elemente umfassen. Es kann auch aus einem Wärmeleitkleber, einer Wärmeleitpaste, einem Wärmeleitelastomer oder einer Wärmeleitmasse, insbesondere einer Wärmeleitvergussmasse, hergestellt sein. Die Kontaktelemente 69 können auch als metallisch federnde Druckstücke ausgeführt sein. Sie können optional an den Kontaktstellen mit einer Wärmeleitpaste oder einem anderen der oben genannten Wärmeleitelemente versehen sein.
Die thermischen Kontaktelemente 69 weisen vorzugsweise eine gewisse mechanische Flexibilität auf. Sie sind insbesondere vorzugsweise verpressbar. Hierdurch wird die Integration der thermischen Kontaktelemente 69 erleichtert.
Die mechanischen Eigenschaften der Kontaktelemente richten sich nach der Beschaffenheit der anzubindenden Bauteile (elektrische Komponenten, Leiterplatte, auch zwei mechanische Komponenten zueinander). Toleranzbedingt können auch Konstellationen auftreten, die einen Luftspalt aufweisen. Es kann außerdem sein, dass überhaupt kein Interfacematerial verwendet werden muss und das Bauelement direkt auf den Träger montiert ist (Luftspalt ist möglich). Des Weiteren kann auch gänzlich auf die Anbindung mittels Interfacematerialien verzichtet werden, insbesondere sofern das komplette Gehäuse mittels einer elektrisch isolierenden Flüssigkeit, beispielsweise 3M™ Novec™ oder Transformatorenöl, gespült wird. Die Flüssigkeit kann dann in einem Bereich außerhalb des Vakuums geleitet werden (Einphasen-Kühlung z.B. Iceotope Server-Modul) und an einen Wärmetauscher angeschlossen werden, der die Verlustleistung ableitet. Die Vorteile hier sind die Vermeidung von Hot spots und eine gleichmäßigere Temperaturverteilung im System.
Die Integration der thermischen Kontaktelemente 69 kann insbesondere derart erfolgen, dass sie zunächst auf die bestückte Leiterplatte 63 aufgebracht, beispielsweise aufgelegt, aufgeklebt oder aufgespritzt werden. Anschließend können sie durch Verbindung der Leiterplatte 63 mit der Wärmeleitstruktur 68, beispielsweise durch Verschrauben dieser beiden Elemente, in die Position und/oder Form gebracht werden, die zur Realisierung der erwünschten Thermalanbindung notwendig ist.
Es ist insbesondere möglich, eines oder mehrere der Bauteile 61 mittels der Wärmeleitstruktur 68 von anderen, in der 4 nicht dargestellten Bauteilen, räumlich zu separieren. Mittels der Wärmeleitstruktur 68 lassen sich insbesondere auf der Leiterplatte 63 separate, jeweils vakuumdicht begrenzte Teilbereiche ausbilden.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 4 und 5 eine Alternative der Erfindung beschrieben. Für allgemeine Details dieser Alternative sei auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen.
Bei der in den 4 und 5 dargestellten Alternative bildet die Leiterplatte 63 selbst ein Bestandteil des Gehäuses 60.
In die Leiterplatte 63 ist ein Metallring 80 eingebracht. Der Metallring 80 ist insbesondere in die Leiterplatte 63 eingesintert.
Der Metallring 80 kann eine Dichtfläche aufweisen. Er kann auch ohne Dichtfläche ausgebildet sein.
Wie in den Figuren schematisch und exemplarisch dargestellt ist, ist in den Metallring 80 ein O-Ring 81 als Dichtungsring integriert. Der O-Ring 81 kann eingelegt und verpresst werden. Er kann insbesondere auf den Metallring 80 aufgelegt oder in diesen eingelegt werden. Er ermöglicht ein abgedichtetes, insbesondere ein vakuumdichtes Verschließen des Innenraums 62 mit Hilfe eines Deckels 82. Der Deckel 82 kann aus Keramik oder aus Metall sein.
Gemäß einer Alternative ist das Gehäuse 60 ohne den O-Ring 81 ausgeführt. In diesem Fall kann der Deckel 82 insbesondere mit dem Metallring 80 verschweißt sein.
Je nach Abmessungen des Innenraums 62 können in diesem Versteifungselemente vorgesehen sein. Hierdurch kann eine Verformung des Bauelements 40 bei einem Druckunterschied zwischen dem Innenraum 62 und der das Gehäuse 60 umgebenden Umgebung verhindert werden.
Auf der Leiterplatte 63 sind wiederum im Innenraum 62 des Gehäuses 60 elektronische Bauteile angeordnet. Diese sind in den 4 und 5 nicht dargestellt.
Wie in den 4 und 5 schematisch dargestellt ist, kann die Leiterplatte 63 zusätzlich Bereiche aufweisen, welche nicht vakuumdicht abgeschlossen sind.
Die in den 4 und 5 dargestellte Alternative ermöglicht ein besonders einfaches Abführen von Wärme aus dem vakuumdicht abgeschlossenen Innenraum 62.
Im Folgenden werden noch einmal unterschiedliche Merkmale und Vorteile der Erfindung stichwortartig beschrieben.
Mit Hilfe der Wärmeleitstruktur 68 kann eine hohe Wärmeabfuhr gemäß Auslegung der Struktur gewährleistet werden. Die Wärmeabfuhr beträgt mehr als 0,1 Watt, insbesondere mehr als 10 Watt, insbesondere mehr als 100 Watt, insbesondere mehr als 1000 Watt pro Bauelement. Dies ermöglicht es, Bauteile mit einer hohen Verlustleistung, insbesondere Bauteile mit einer großen Wärmeabgabe in einer gekapselten Umgebung einzusetzen.
Auf eine Kühlung durch einen Gas- oder Fluidstrom kann innerhalb des Gehäuses verzichtet werden, da die Entwärmung der elektronischen Bauteile überwiegend konduktiv und nicht konvektiv realisiert ist. Es kann insbesondere auf Öffnungen, die einen Gas- oder Fluiddurchfluss im Gehäuse 60 ermöglichen, verzichtet werden. Hierdurch wird der konstruktive Aufwand verringert. Außerdem wird hierdurch das Risiko einer Leckbildung vermieden.
Bevorzugt ist jedoch eine Alternative, bei welcher ein Fluidstrom zur Abführung von Wärme aus dem Gehäuse 60, insbesondere aus dessen Innenraum 62, dient. Hierfür können in den Figuren nicht dargestellte Kühlrohre durch das Gehäuse 60 hindurchgeführt und/oder an dessen Außenwand entlanggeführt sein. Die Verlustleistung wird in diesem Fall insbesondere konduktiv bis zu den Kühlrohen geführt. Sie wird mit Hilfe des Fluidstromes vom Gehäuse 60 weggeführt. Prinzipiell kann auch in die Leiterplatte 63 ein Kühlrohr zur Durchführung eines Kühlfluids, insbesondere eines Kühlgases und/oder einer Kühlflüssigkeit, vorgesehen sein.
Die Bauteile 61 können direkt oder indirekt über thermische Kontaktelemente 69 an die Wärmeleitstruktur 68 angebunden sein.
Die Bauteile 61 können an Strukturen zur Wärmespreizung innerhalb der Leiterplatte 63 angebunden sein.
Die Bauteile 61 können direkt oder indirekt an Strukturen zur Wärmeleitung innerhalb der Leiterplatte 63 angeordnet sein.
Die Leiterplatte 63 kann direkt oder indirekt über thermische Kontaktelemente 69 an die Wärmeleitstruktur 68 angebunden sein.
Durch die Verwendung von wärmeleitenden Interfacematerialien mit geringem thermalem Widerstand kann der Wärmeübergang von der Leiterplatte 63 und/oder dem Bauteil 61 zur Wärmeleitstruktur 68 verbessert werden.
Mittels einer galvanischen Trennung durch elektrisch nicht leitende Lagen 66 lässt sich der Thermalpfad 65 vom elektrischen Pfad des Bauteils 61 entkoppeln. Hierdurch ist es möglich, das elektrische Potenzial der Wärmeleitstruktur 68 vom Potenzial der elektrischen Anbindung der Bauteile 61 zu trennen.
Die Wärmeleitstruktur 68 kann prinzipiell aktiv gekühlt sein. Sie kann insbesondere von einem Kühlmittel, insbesondere einem Kühlgas oder einem Kühlfluid, durchströmt werden.
Die Leiterplatte 63 und die Wärmeleitstruktur 68 sind insbesondere mechanisch miteinander verbunden, beispielsweise verschraubt. Sie sind insbesondere in regelmäßigen Abständen miteinander verbunden. Hierdurch kann ein im Wesentlichen homogener Anpressdruck sichergestellt werden.
Die thermischen Kontaktelemente 69 sind vorzugsweise komprimierbar und/oder federnd. Sie sind vorzugsweise silikonfrei. Sie sind vorzugsweise selbstklebend. Sie weisen vorzugsweise eine Geometrie auf, welche im integrierten Zustand den thermal-aktiven Auflageflächen 72 der thermal angebundenen Bauteile 61 beziehungsweise der Leiterkartenflächen entspricht.
Es können auch mehrere Wärmeleitstrukturen 68 im Gehäuse 60 angeordnet sein. Es ist insbesondere möglich, die Leiterplatte 63 einseitig oder zweiseitig an die Wärmeleitstruktur 68 thermisch anzubinden.
Es können insbesondere eine oder mehrere Wärmeleitstrukturen 68 auf der Vorderseite 73 und/oder der Rückseite 74 der Leiterplatte 63 angeordnet sein.
Die Geometrien der Thermalanbindungen, insbesondere der Auflageflächen 72, können flexibel an die Erfordernisse des Designs der Leiterplatte 63 und/oder der Bauteile 61 angepasst werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2013/120926 A1 [0003]
EP 1225481 A [0053]

Claims

Bauelement (40) für eine Projektionsbelichtungsanlage (1) umfassend 1.1. ein gekapseltes Gehäuse (60), 1.2. mindestens eine in dem Gehäuse (60) angeordnete Leiterplatte (63) mit elektronischen Bauteilen (61), wobei die elektronischen Bauteile (61) im Gehäuse (60) angeordnet sind, und 1.3. eine Wärmeleitstruktur (68) zur Ableitung von Wärme von den elektronischen Bauteilen (61) zu einer Außenseite des Gehäuses (60), 1.4. wobei im Gehäuse (60) eine oder mehrere vakuumdichte Durchführungen (75) für elektrische Leitungen (79) und/oder zum Anschluss einer oder mehrerer Fluidleitungen (76) angeordnet ist.
Bauelement (40) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (63) ein Bestandteil der Wärmeleitstruktur (68) bildet.
Bauelement (40) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (63) wärmespreizende Bereiche aufweist.
Bauelement (40) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (63) mehrlagig ausgebildet ist und ein Thermalpfad mindestens eines der elektronischen Bauteile (61) von einem elektrischen Pfad desselben entkoppelt ist.
Bauelement (40) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (63) elektrisch vom Gehäuse (60) isoliert ist.
Bauelement (40) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine ausgewählte Teilmenge der Bauteile (61) und/oder die Leiterplatte (63) über thermische Kontaktelemente (69) in wärmeleitendem Kontakt mit der Wärmeleitstruktur (68) stehen.
Bauelement (40) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die thermischen Kontaktelemente (69) aus einem elektrisch isolierenden Material sind.
Bauelement (40) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die thermischen Kontaktelemente (69) aus einem elektrisch leitfähigen Material sind.
Bauelement (40) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (69) aus einem mechanisch flexiblen und/oder elastischen Material sind.
Verfahren zur Herstellung eines Bauelements (40) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend die folgenden Schritte: 10.1. Bereitstellen einer mit elektronischen Bauteilen (61) bestückten Leiterplatte (63), 10.2. Befestigung der Leiterplatte (63) an einem Gehäuse (60), 10.3. Aufbringen von thermischen Kontaktelementen (69) auf vorbestimmte Bereiche der Leiterplatte (63) und/oder der elektronischen Bauteile (61) und/oder dem Innenraum (62) des Gehäuses (60), 10.4. vakuumdichtes Verschließen des Innenraums (62) des Gehäuses (60).
Beleuchtungsoptik (4) für eine Projektionsbelichtungsanlage (1) umfassend mindestens ein Bauelement (40) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
Projektionsoptik (7) für eine Projektionsbelichtungsanlage (1) umfassend mindestens ein Bauelement (40) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Mikrolithographie umfassend 13.1. eine Beleuchtungsoptik (4) zur Beleuchtung eines in einem Objektfeld (5) angeordneten Retikels (24) mit abzubildenden Strukturen und 13.2. eine Projektionsoptik (7) zur Projektion der abzubildenden Strukturen des Retikels (24) auf einen in einem Bildfeld (8) angeordneten Wafer, 13.3. wobei die Beleuchtungsoptik (4) und/oder die Projektionsoptik (7) mindestens ein Bauelement (40) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements - Bereitstellen eines Substrats, auf das zumindest teilweise eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material aufgebracht ist, - Bereitstellen eines Retikels (24), das abzubildende Strukturen aufweist, - Bereitstellen einer Projektionsbelichtungsanlage (1) gemäß Anspruch 13, - Projizieren wenigstens eines Teils des Retikels (24) auf einen Bereich der lichtempfindlichen Schicht des Substrats mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage (1).
Mikro- oder nanostrukturiertes Bauelement hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 14.