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WO2025008137A1 - Vorrichtung und verfahren zum thermischen behandeln eines thermisch zu behandelnden körpers - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum thermischen behandeln eines thermisch zu behandelnden körpers Download PDF

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WO2025008137A1
WO2025008137A1 PCT/EP2024/065995 EP2024065995W WO2025008137A1 WO 2025008137 A1 WO2025008137 A1 WO 2025008137A1 EP 2024065995 W EP2024065995 W EP 2024065995W WO 2025008137 A1 WO2025008137 A1 WO 2025008137A1
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WO
WIPO (PCT)
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temperature
thermally treated
partial
arbitrary
thermally
Prior art date
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Application number
PCT/EP2024/065995
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English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Schellhorn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss SMT GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss SMT GmbH filed Critical Carl Zeiss SMT GmbH
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    • C03B25/00—Annealing glass products
    • C03B25/02—Annealing glass products in a discontinuous way

Definitions

  • the casing body is open on at least one side.
  • An outer, approximately cylindrical shape of the casing body advantageously supports the formation of a constant temperature gradient along an axis of the casing body, in particular the longitudinal axis of the cylindrical casing body, as well as a homogeneous profile of the temperature distribution along the cylinder radius.
  • the casing body is at least as high as the body to be thermally treated. The use of this embodiment best supports the formation of a constant temperature gradient along the longitudinal axis and a homogeneous profile of the temperature distribution along the radius of the cylindrical arrangement of the casing body, the body to be thermally treated.
  • each surface of the casing body directed towards a surface of the body to be thermally treated has a distance of at least 0.1 mm from the body to be thermally treated and has a maximum distance of 30 mm.
  • the distance between the casing body and the body to be thermally treated is constant along a complete circumference of the body to be thermally treated.
  • the outer contour of the body to be thermally treated is not subject to any shape restriction as long as the casing body is suitable for contactlessly enclosing the body to be thermally treated in the manner described.
  • the body to be thermally treated has, for example, a polygonal or oval circumference.
  • the body to be thermally treated has an arbitrary free-form circumference.
  • the body to be thermally treated is formed from amorphous silicon-containing glass and/or from a semi-crystalline ceramic.
  • the body to be thermally treated is made of titanium-doped quartz glass.
  • titanium-doped quartz glass With regard to the advantages for amorphous silicon-containing glass, semi-crystalline ceramics and titanium-doped quartz glass, reference is made to what has already been described.
  • the at least one body to be thermally treated is processed on a surface by a chemical and/or physical processing method before or after the thermal treatment.
  • this is, for example, a cleaning method in which one or more surfaces of the body to be thermally treated are cleaned.
  • this is, for example, a shaping method in which one or more surfaces of the at least one body to be thermally treated are provided with a shape.
  • a physical processing method is a machining method in which material is removed from one or more surfaces of the body to be thermally treated and the shape of the processed surface is thereby changed.
  • this is, for example, a polishing method in which one or more surfaces of the at least one body to be thermally treated are polished to a target value of surface roughness.
  • this is, for example, an erosion method.
  • this is, for example, a chemical etching method in which material is removed from one or more Surfaces of the at least one body to be thermally treated are removed and the shape of the processed surface is thereby changed.
  • this is, for example, a coating process, for example chemical vapor deposition, sputtering, atomic layer deposition, pulsed laser deposition, or a galvanization process.
  • two or more of the described processes are carried out sequentially.
  • an interface between the first partial body and the second partial body is designed as a planar interface.
  • the interface is designed as a concave or convex interface.
  • the interface is designed as a free-form surface.
  • the at least one body to be thermally treated can deform during a temperature change from a state at room temperature to a state at a temperature during high-temperature bonding, such a temperature-induced change in shape is advantageously taken into account in the shapes of the at least one body to be thermally treated and is provided for in a chemical and/or physical processing method before the thermal treatment. Accordingly, the expected temperature-induced change in shape of the at least one body to be thermally treated is advantageously taken into account in the shape design of the jacket body and is provided for in such a way that the jacket body does not make direct physical contact with the at least one body to be thermally treated.
  • a first structure comprising at least one groove and at least one web is formed in the first surface of the at least one first partial body by chemical and/or physical processing of the surface.
  • a second structure comprising at least one groove and at least one web is formed in the second surface of the second partial body by chemical and/or physical processing of the surface. Partial body is formed.
  • At least one continuous channel is formed in the interior of the composite body at an interface formed from the first surface of the first partial body and the second surface of the second partial body from the structure located in the first surface of the first partial body and/or the structure located in the second surface of the second partial body, wherein parts of the at least one continuous channel and/or parts of different several continuous channels are formed separated from one another by webs.
  • the at least one channel of this type is formed, for example, in a spiral shape, meander shape, linearly, bent towards the center of the composite body or outwards, or also as a pseudo-two-dimensional network.
  • the production of such predefined structures in the surfaces of a first partial body and/or a second partial body is carried out according to the invention by machining processes such as milling, turning or drilling.
  • the production of a predefined structure is alternatively carried out by a chemical processing process, for example an etching process.
  • the method for producing the channel structure in a partial area of the partial body comprises the irradiation of electromagnetic radiation.
  • the production of the at least one channel is carried out by an ablation process, for example by means of Laser radiation or by means of electron radiation or by means of ion radiation.
  • the grooves of the structured surfaces used to produce the at least one channel are designed with flat surfaces or surfaces provided with a curve.
  • the surface quality of the predefined structures is advantageously adjusted after the application of a first method step.
  • the surface roughness has RMS values of at most 10 micrometers, in particular at most 5 micrometers, more particularly at most 2 micrometers.
  • a large number of partial bodies are joined together to form a composite body by thermal treatment, in particular high-temperature bonding (stack sealing method), with a first partial body and a second partial body from the large number of partial bodies contacting each other at at least one interface.
  • thermal treatment in particular high-temperature bonding (stack sealing method)
  • first partial body and a second partial body from the large number of partial bodies contacting each other at at least one interface.
  • predefined structures are advantageously contained in a first partial body, in a second partial body, or in a large number of partial bodies in at least one surface of the partial bodies, which are connected by forming the composite body to form the at least one channel within the composite body.
  • the first partial body and the second partial body are connected to one another by wringing before the start of the high-temperature bonding in such a way that the wringing surface corresponds to the interface at which the first partial body is connected to the second partial body to form a composite body.
  • the individual partial bodies of the plurality of partial bodies are also connected to one another by wringing before the start of the high-temperature bonding in such a way that the at least one wringing surface between a first partial body and a second partial body corresponds to the at least one interface at which at least one first partial body is connected to at least one second partial body to form a composite body.
  • a further embodiment of the method according to the invention is characterized in that within the body to be thermally treated, a first local temperature of any first infinitesimal surface element within any first cutting plane of a first constant height of the body to be thermally treated and a second local temperature of any second infinitesimal surface element within the same first cutting plane of constant height of the body to be thermally treated differ by no more than 1 K.
  • a local temperature gradient is minimal according to the invention as an effect of the insulating effect of the casing body, although not completely suppressed.
  • the method according to the invention is characterized in that the first local temperature of any first infinitesimal surface element within any first cutting plane of the first constant height of the body to be thermally treated and a third local temperature of any third infinitesimal surface element within any second cutting plane of a second constant height of the same body to be thermally treated have a temperature difference other than zero.
  • a local temperature gradient is advantageously formed between the arbitrary first cutting plane of the first constant height and the arbitrary second cutting plane of the second constant height by means of a structure of the casing body surrounding the body to be thermally treated that is open on at least one side, through which heat diffusion takes place from a warm point inside the body to be thermally treated to a surface of the body to be thermally treated. This heat diffusion is advantageously used to cool the body to be thermally treated.
  • a further embodiment of the method according to the invention is characterized in that within the body to be thermally treated, starting from the arbitrary first infinitesimal surface element with the first local temperature within the arbitrary first cutting plane of the first constant Height along a first normal of the arbitrary first cutting plane of the first constant height to the arbitrary third infinitesimal surface element with the third local temperature within the arbitrary second cutting plane of the second constant height, the gradient of a first local temperature profile at any height of the body to be thermally treated differs by a maximum of 5% from an averaged temperature gradient which is calculated over a corresponding temperature profile over the entire height of the body to be thermally treated.
  • Such a first local temperature profile between the arbitrary first infinitesimal surface element and the arbitrary third infinitesimal surface element always causes a local density gradient and a density profile due to the thermal expansion of the material of the body to be thermally treated. Since a temperature profile designed in this way inside the body to be thermally treated is accordingly approximately linear, a density profile can also have an approximately linear profile.
  • the at least one density gradient exists along an axis of symmetry of the body to be thermally treated, in particular along the gravitational axis. In a further aspect, the at least one density gradient exists parallel to the gravity of the body to be thermally treated.
  • an approximately linear temperature profile can cause a non-linear density profile within the body to be thermally treated.
  • a temperature difference according to the invention along the temperature profile within the body to be thermally treated is advantageously more than 5 K, but less than 500 K.
  • a method according to the invention is characterized in that starting from the arbitrary second infinitesimal surface element with the second local temperature within the arbitrary first cutting plane of the first constant height along a second normal of the arbitrary first cutting plane of the first constant height to an arbitrary fourth infinitesimal surface element with a fourth local temperature within the arbitrary second cutting plane of the second constant height, the gradient of a second local temperature profile at an arbitrary height of the thermally body to be treated differs by a maximum of 5% from an averaged temperature gradient which is calculated over a corresponding temperature profile over the entire height of the body to be thermally treated, the temperature gradient averaged over the first local temperature profile and the temperature gradient averaged over the second local temperature profile differ by no more than 5%.
  • a jacket body is advantageously used to enable stress-free thermal treatment of a body to be thermally treated, for example for stress-free production of a composite body by high-temperature bonding.
  • the jacket body enables the formation of a spatially homogeneous, unidirectional temperature profile within the body to be thermally treated after thermal treatment.
  • the jacket body enables low-stress cooling of the body to be thermally treated, in particular of the bond after high-temperature bonding.
  • a unidirectional temperature profile according to the invention during cooling of the body to be thermally treated advantageously leads to increased dimensional stability of the body to be thermally treated, in particular of the bond within the composite body produced by high-temperature bonding.
  • the thermal treatment of the body to be thermally treated comprises, as temperature progression phases, a heating phase starting from a first temperature to a second temperature, in which the at least one body to be thermally treated is heated with a temporal temperature ramp for heating, a holding phase in which the at least one body to be thermally treated is heated with the approximately temporally constant second temperature, and a cooling phase starting from the second temperature to the first or a third temperature, in which the at least one body to be thermally treated is cooled with a temporal temperature ramp for cooling.
  • all or only selected process steps are carried out under an inert gas atmosphere, e.g. argon or nitrogen.
  • an inert gas atmosphere e.g. argon or nitrogen.
  • the at least one body to be thermally treated and the jacket body are heated to a temperature above a lower cooling point.
  • the at least one body to be thermally treated e.g. the first partial body and the second partial body, are annealed by provoking targeted low-stress distortions and connected to one another at an interface. Residual stresses of a maximum of 1 kPa - 1 MPa are formed.
  • a The density gradient caused by temperature gradients advantageously has amounts of at least 3 ppm/m.
  • the degree of crystallization of the material of the composite body is also dependent on the temperature, different degrees of crystallization and possibly different crystallization states in the form of thermodynamic phases of the material can also form in the direction of the temperature gradient.
  • the degree of crystallization advantageously changes by more than 5 ppm/m, but not by more than 10% across the body to be thermally treated.
  • the time-constant temperature set during a holding phase is above a glow point of the material of the body to be thermally treated, preferably above the glass temperature of the material of the at least one body to be thermally treated, for example at more than approximately 600°C, generally between approximately 800°C-1500°C, preferably between 900°-1200°C.
  • the duration of the holding phase is less than ten weeks, advantageously less than six weeks, further advantageously less than four weeks.
  • a temperature ramp for cooling with a temporally non-linear course is run in the body to be thermally treated and in the jacket body with the temperature control unit and a medium.
  • One form of application according to the invention uses temperature ramps with continuous courses. The total time duration and the temporary gradients of real temperature ramps depend heavily on various parameters of the embodiment and must be determined approximately using finite element calculations.
  • the essential parameters are the number, geometry and dimensions of the body to be thermally treated and the jacket body used, the material of the body to be thermally treated and the jacket body, as well as its phase diagram with any phase transitions occurring in the temperature and pressure range used, as well as characteristic material properties such as the density, heat capacity, thermal conductivity, hardness or ductility of the material used.
  • a further aspect of the invention proposes a method extension in order to further minimize residual inhomogeneities in the temperature gradients within the arbitrary first cutting plane of the first constant height and/or the arbitrary second cutting plane of the second constant height of the body to be thermally treated.
  • the temperature ramp for cooling has a superposition of the following components: a first component with a continuously falling temperature profile starting from a first temperature to a second temperature with a cooling rate that can be set via the control unit, a first temperature, and a second temperature, and a second component with a periodic temperature change starting from a third temperature to a fourth temperature with a third temperature that can be set via the control unit, a fourth temperature, an amplitude, a period, a phase, and a damping and/or an amplification.
  • the parameters of the periodic temperature change of the temperature ramp depend heavily on various parameters of the embodiment, can change over time, and must also be approximately determined using finite element calculations.
  • the essential parameters here are also the number, geometry and dimensions of the bodies to be thermally treated, as well as the jacket body used, the material of the bodies to be thermally treated and the jacket body, as well as its phase diagram with any phase transitions that may occur in the temperature and pressure range used, as well as characteristic material properties such as the density, heat capacity, thermal conductivity, hardness or ductility of the material, although this list is not exhaustive and other common material properties can be used.
  • Simple considerations provide guide values for the amplitude and period of the oscillation via the thermal conductivity constant and the geometry of a substrate.
  • the period of the temporally periodic component of the temperature ramp is selected such that the amplitude of the thermal waves near the center of mass of the at least one body to be thermally treated and of the casing body is attenuated to less than half compared to the amplitude of the periodic temperature changes of the surrounding medium.
  • the period advantageously assumes values between 1 s and 1 month.
  • the temperature ramp for cooling generates a temperature distribution within the body to be thermally treated, which is characterized within the arbitrary first cutting plane of the first constant height of the body to be thermally treated by a first spatial temperature profile at an arbitrary first point in time, as well as a second spatial temperature profile at a second point in time, wherein the second point in time is offset by half a period of the second component of the temperature ramp for cooling is shifted in time relative to the arbitrary first point in time, and wherein the first spatial temperature profile at the arbitrary first point in time has an at least partially inverted profile relative to the second spatial temperature profile at the second point in time.
  • the first spatial temperature profile and the second spatial temperature profile are approximately parabolic temperature profiles along the coordinates of the arbitrary first cutting plane of constant height.
  • the amplitude of the time-periodic component of the temperature ramp of the temperature control unit and that of the medium surrounding the composite body exceeds the maximum achievable temperature difference near the center of mass of the body to be thermally treated and the casing body. Furthermore, the amplitude of the time-periodic component exceeds the maximum deviation of a continuously falling or continuously rising component of the temperature ramp of the temperature control unit within a time interval defined by a period according to the invention.
  • the amplitude of the time-periodic component according to the invention ranges between 5 K and 250 K. At the beginning of the temperature ramp and at its end, the amplification, or attenuation, of the amplitude is advantageously set such that the resulting periodic component of the non-linear temperature ramp is zero in value.
  • the duration of the cooling phase can also be advantageously reduced, since the stresses in the body to be thermally treated are at least partially levelled out over the period of the temporal-periodic modulation of a temperature ramp for cooling. which allows an overall higher cooling rate on average over time compared to a purely linear temperature ramp for cooling.
  • An optical element according to the invention in particular for reflecting EUV radiation, comprises a substrate produced from a body to be thermally treated produced according to a method according to the invention, as well as a reflective coating, in particular reflecting EUV radiation, applied to a surface of the substrate, in particular applied by a second chemical and/or physical processing method.
  • the substrate is produced by a chemical and/or physical processing method on at least one surface of the body to be thermally treated according to the invention.
  • this is, for example, a cleaning method in which one or more surfaces of the first partial body and/or the second partial body are cleaned.
  • this is, for example, a shaping method in which one or more surfaces of the composite body are provided with a shape.
  • this is, for example, a machining method in which material is removed from one or more surfaces of the body to be thermally treated, thereby changing the shape of the processed surface.
  • it is a polishing process in which one or more surfaces of the body to be thermally treated are polished to a target value of surface roughness.
  • a chemical and/or physical processing process is an erosion process.
  • it is a chemical etching process in which material is removed from one or more surfaces of the composite body and the shape of the processed surface is thereby changed.
  • the reflective coating is designed to reflect EUV radiation at a wavelength between approximately 5 nm and approximately 30 nm, in particular to reflect radiation at a wavelength of approximately 13.5 nm (lithography), or in the range of approximately 2.3 nm to 4.4 nm (water window).
  • the specific design of the reflective coating includes one or more additional layers such as absorber layers, protective layers, base layers or adhesion-promoting layers in addition to the layers that actually reflect the radiation.
  • the optical element is characterized in that at least one continuous channel, produced according to a method according to the invention, is used within the substrate of the reflective optical element for actively tempering the substrate and a reflective coating, in particular reflecting EUV radiation, applied to a surface of the substrate, in particular by a chemical and/or physical processing method, by means of liquid and/or gaseous media.
  • the fluid used for actively tempering the optical element is water, in particular highly pure water with a conductivity ⁇ 0.1 pS/cm.
  • the reflective optical element can thus be actively tempered in a temperature range of approximately 0°C -100°C.
  • the fluid used for active tempering is highly pure gaseous fluids, in particular highly pure compressed air.
  • the gaseous fluid used for active tempering is a highly pure inert gas such as nitrogen or argon, as well as mixtures of highly pure gases.
  • the fluid used for active tempering is suspensions of condensed CO2 and organic solvents, for example isopropyl alcohol.
  • the fluid used for active tempering is a medium analogous to that used in a heat pipe, for example low-boiling organic hydrocarbons, ammonia or alkali metals.
  • Such tempering methods are used during none, one, or a plurality of manufacturing steps of the reflective optical element after the thermal treatment of the body to be thermally treated according to the invention, as well as during the use of the reflective optical element according to the invention.
  • the material of the body to be thermally treated is based, for example, on silicate as the base material.
  • one or more chemical components are added to the base material as dopants, for example titanium dioxide (TiC).
  • the percentage of the doping material is less than 10% by weight.
  • other chemical compounds with high thermal conductivity are used, as well as alternative common dopants.
  • a semiconductor technology system is characterized in that it comprises at least one optical element according to the invention.
  • a semiconductor technology system is a system for producing structured semiconductor substrates, or a system for qualifying optics used in the field of semiconductor technology.
  • it is in particular a system from the field of EUV semiconductor technology, furthermore in particular a projection exposure system for EUV semiconductor lithography of wafers or similar substrates, furthermore in particular a mask inspection system for EUV semiconductor lithography, and furthermore in particular a wafer inspection system for EUV semiconductor lithography.
  • the at least one optical element is designed with at least one continuous channel, which is used during operation of the semiconductor technology system to temper the reflective optical element, i.e. to cool and/or heat it.
  • the body to be thermally treated is used for purposes other than producing a (reflective) optical element.
  • at least one optionally present continuous channel can be used to heat and/or cool the body to be thermally treated when a fluid flows through it.
  • Figure 1 is a schematic representation of a device according to the invention.
  • Figure 2 a is a schematic representation of a first partial body and a second partial body each with a surface structure
  • Figure 2 b is a schematic representation of the body to be thermally treated using the example of a composite body
  • Figure 2 c is a schematic representation of the body to be thermally treated using the example of a composite body.
  • Figure 3 a is a schematic representation of the body to be thermally treated using the example of a composite body with cutting planes of constant height
  • Figure 3 b is a schematic representation of spatial temperature distributions within the body to be thermally treated
  • Figure 3 c is a schematic representation of two spatial temperature profiles within the body to be thermally treated.
  • Figure 4 is a schematic representation of a temporal temperature profile of a medium of a temperature control unit during high-temperature bonding
  • Figure 5 a is a schematic representation of individual components of a phase of a temporal temperature profile
  • Figure 5 b is a schematic representation of a phase of a temporal temperature profile
  • Figure 5 c is a schematic representation of spatial temperature profiles inside the body to be thermally treated at different times during the cooling phase of high-temperature bonding
  • Figure 7 is a schematic representation of a semiconductor technology system in meridional section using the example of a projection exposure system for EUV semiconductor lithography
  • the temporal temperature profile (400) for a complete high-temperature bonding process comprises a heating phase (401) starting from a first temperature (402) to a second temperature (403), in which the body to be thermally treated (101, 102, 103) is heated with a temporal temperature ramp for heating (404), a holding phase (405) in which the body to be thermally treated (101, 102, 103) is thermally treated with a temporally constant second temperature (403), and a cooling phase (406) starting from the second temperature (403) to the first temperature (402), in which the body to be thermally treated (101, 102, 103) thermally treated by the above process is cooled with a temporal temperature ramp for cooling (407).
  • this is a constant heating rate or a constant cooling rate, which leads to a linear temperature change during, for example, the heating phase (401) and the cooling phase (406).
  • a heating rate and a cooling rate are set to vary over time, which leads to correspondingly non-linear temperature changes during the temperature curve (400), in particular for the temperature ramp for heating (404) and for the temperature ramp for cooling (407).
  • a temperature change that does not vary linearly over time is, for example, a sigmoidal temperature change, a logarithmic temperature change, exponential temperature changes, or step-like temperature changes.
  • FIG. 5 a shows, in a further aspect of an embodiment of the method according to the invention, a schematic representation of a part of the temperature profile (400) during the thermal treatment.
  • the adjustable temperature ramp for cooling (407) with a temporally non-linear profile of the medium (111) surrounding the casing body (105) and the body to be thermally treated (101, 102, 103) from a first component (506) which steadily falls from a first temperature (504) to a second temperature (505) and has an adjustable cooling rate, the first temperature (504), and the second temperature (505), and also from a second component (509) with a periodic temperature change starting from a third temperature (507) to a fourth temperature (508) with the third temperature (507), the fourth temperature (508), which can be adjusted in each case via the control unit (110), an amplitude, a period, a phase, and an attenuation and/or an amplification.
  • the first temperature (504) is advantageously set such that the value of the first temperature (504) corresponds to the first temperature (403) set during the holding phase (405).
  • the second temperature (505) is advantageously set such that the second temperature (505) corresponds in its value to the second temperature (402) set during the cooling phase (406).
  • the temperature curve of the first component (506) is designed as a linear curve, an exponential curve, a sigmoidal curve or a logarithmic curve.
  • the third temperature (507) is advantageously also set such that the third temperature (507) corresponds in its value to the second temperature (403) set during the holding phase (405).
  • the fourth temperature (508) is also advantageously set such that the fourth temperature (508) corresponds in its value to the first temperature (402) set during the cooling phase (406).
  • the first component (506) and the second component (509) as well as the associated temperatures are shown offset on the y-axis representing the temperature.
  • the definition of the value of the third temperature (507) and the fourth temperature is carried out by setting a period and a phase of a second component (509).
  • the period of the second component (509) is constant over time.
  • the period of the second component is variable over time.
  • the parameters of a temperature ramp for cooling (407) that can be set according to the invention via the control unit (110) depend on the influences of the embodiment and are determined via finite element calculations.
  • Figure 5 b shows a schematic representation of a further aspect of an embodiment of the method according to the invention of a part of the temperature profile (400) during the thermal treatment.
  • a periodic component (509) of the temperature ramp for cooling (407) which is controlled via the operating parameters of the temperature control unit (106) and optionally in a special embodiment of the control unit (110), causes a first periodic profile of a temperature ramp (511) in the interior of the body to be thermally treated (101, 102, 103), wherein the first periodic temporal profile of the temperature ramp (511) and a second periodic temporal profile of a temperature ramp (510) of the medium (111) differ in the respective amplitude, the respective phase, the respective frequency, the respective attenuation and/or the respective amplification.
  • the first periodic course of the temperature ramp (511) inside the body to be thermally treated (101, 102, 103) at any first point in time (513) and at any second point in time (515) always follows the second periodic course of the temperature ramp (510) in a delayed and damped manner due to a heat exchange between the medium (111) and the body to be thermally treated (101, 102, 103) and a heat diffusion within the body to be thermally treated (101, 102, 103) during the thermal treatment.
  • FIG. 5 c a further aspect of an embodiment of the thermal treatment method according to the invention is shown in a schematic representation.
  • an adjustment of the operating parameters of the temperature control unit (106), and in a special embodiment of the control unit (110), the periodic component (509) of the temperature ramp for cooling (407) of the medium (111) within the arbitrary first cutting plane of constant height (305) causes the first spatial temperature profile (512) at the arbitrary first point in time (513), as well as the second spatial temperature profile (514) at the second point in time (515), wherein the second point in time (515) is offset by a half period of the second component (509) of the temperature ramp for cooling (407) is shifted in time relative to the arbitrary first point in time (513), and wherein the first spatial temperature profile (512) has an at least partially inverted profile relative to the second spatial temperature profile (514).
  • the temperature profile (512) and the amount of the local temperature gradient depend on a temporary cooling rate during the cooling phase (406), as well as on physical and geometric properties of the body to be thermally treated (101, 102, 103) and the jacket body (105). Examples of determining properties are the geometry, the dimensions, the chemical composition, the density, the
  • the amplitude of the periodic temperature change of the component (509) is set according to the invention such that an inversion of a temperature profile shown schematically in Figure 5 c is achieved at the arbitrary first point in time (513) relative to the second point in time (515).
  • the amplitude of the periodic temperature change of the component (509) in the medium (111) exceeds a maximum temperature difference occurring during the thermal treatment inside the body to be thermally treated (101, 102, 103) during the cooling phase (406).
  • a maximum amplitude of a periodic temperature change (509) according to the invention is selected in the range greater than 5K and less than 250K, the damping and/or amplification of the amplitude during the cooling phase being taken into account according to the invention.
  • the entire tempering process according to Figures 4 and 5 is carried out several times in succession.
  • the parameters of the tempering process are identical between the individual runs.
  • the parameters of the tempering process differs between the individual runs.
  • chemical, structural and/or physical properties of the body to be thermally treated (101, 102, 103) are compared with desired specified values between individual runs of the tempering process by means of a suitable chemical and/or physical measuring method.
  • Figure 6 shows a schematic representation of an optical element (609) which is produced from the body to be thermally treated (101, 102, 103) according to the method according to the invention.
  • this is in particular a reflective optical element (609), further in particular a reflective optical element (609) for reflecting EUV radiation (610).
  • the body (101, 102, 103) to be thermally treated is processed on the surface (315) by means of a chemical and/or physical processing method to form a substrate (611) according to the invention.
  • a surface (612) of the substrate (611) is processed by a chemical and/or physical processing method to form a concavely curved surface.
  • the surface (612) can be processed by a chemical and/or physical processing method to form a planar surface.
  • the surface (612) can be processed by a chemical and/or physical processing method to form a convex surface or a free-form surface.
  • a reflective coating (613), in particular one that reflects EUV radiation, is also applied to the surface (612) of the substrate (611) by a second chemical and/or physical processing method.
  • the coating (613) consists of a plurality of alternating layers, each with different physical properties, in particular optical properties, e.g.
  • the coating (613) is, for example, alternating layers of molybdenum and silicon, so that the coating (613) is designed as a coating that reflects EUV light in the spectral range between 5 - 30 nm, in particular at 13.5 nm.
  • at least one continuous channel (208) is designed within the substrate (611) for actively heating and/or actively cooling the substrate (611) and the reflective coating (613), in particular the coating reflecting EUV radiation, applied to the surface (612) of the substrate (611) by means of liquid and/or gaseous media.
  • the at least one continuous channel (208) has a round cross-sectional shape, as shown in Figure 6.
  • the cross-sectional shape of the continuous channel (208) is angular or oval.
  • the at least one continuous channel (208) extends over the entire cross section of the substrate (611), or only over parts of the cross section of the substrate (611), with individual sub-channels of the continuous channel (208) being separated from one another by walls (211).
  • the channel (208) is a spiral-shaped channel (208) designed over the cross section of the substrate (611).
  • a channel (208) designed over the cross section of the substrate (611) is meander-shaped.
  • linear geometries, geometries curved towards the center of the body to be thermally treated (101, 102, 103) or towards a surface of the substrate (611), or variants of the at least one channel (208) designed as pseudo-two-dimensional networks over the cross section of the substrate (611) are used.
  • the distance between the channels is constant.
  • the distance between the channels is spatially variable.
  • the distance between the channels and a surface of the body to be thermally treated (101, 102, 103) is constant.
  • the distance between the channels and a surface of the body to be thermally treated (101, 102, 103) is variable.
  • the diameter of the channels of the body to be thermally treated (101, 102, 103) is spatially constant.
  • the diameter of the channels of the body to be thermally treated (101, 102, 103) is spatially variable.
  • the shape of the Channels of the body to be thermally treated (101, 102, 103) are spatially constant.
  • the shape of the channels of the body to be thermally treated (101, 102, 103) is spatially varying.
  • Figure 7 shows a schematic representation of a use of the optical element (609) within a semiconductor technology system (700).
  • a projection exposure system is shown as an example of a semiconductor technology system (700).
  • the reflective optical element (609) is designed as one or more MI-M11 mirrors for reflecting radiation, in particular EUV radiation.
  • the semiconductor technology system (700) can be designed as a wafer inspection system.
  • the semiconductor technology system (700) can be designed as a mask inspection system.
  • the semiconductor technology system (700) is characterized in that an optical element (609), in particular a reflective optical element (609), is tempered by means of a tempering device (723-733) via a channel (208) according to the invention located in the optical element (609), in particular in the reflective optical element (609).
  • the process of tempering the optical element (609), in particular the reflective optical element (609), via a channel (208) is a heating process and/or a cooling process.
  • a medium flows through a channel (208).
  • the temperature of the medium is regulated via one of the tempering devices (723-733).
  • the tempering devices (723-733) have corresponding connections and lines for supplying or discharging the medium into or from the at least one channel (208).
  • the tempering devices (723-733) have at least one pump or the like in order to continuously circulate the medium. It is also possible that the
  • Temperature control devices (723-733) are connected to a supply unit via a connection, wherein in this case the supply unit is not part of the semiconductor technology system (700).
  • the medium used for a heating process and/or a cooling process is water, in particular highly pure water, the water having a conductivity of ⁇ 0.1 pS/cm.
  • chemical compounds are added to the water which prevent contamination of the water with biological material.
  • chemical compounds are added to the water which extend the applicable temperature range for the flowing medium, or which are designed to reduce corrosion in elements contacted by the water.
  • the medium used for a heating process and/or a cooling process is a gas, in particular highly pure compressed air, furthermore in particular an inert gas, for example nitrogen or argon, or volatile organic compounds or alkali metals.
  • the use of the substrate (611) and the channel (208) contained therein for tempering the substrate (611), as well as the optical element (609) and the channel (208) contained therein for tempering the one optical element (609) is not limited to use within a semiconductor technology system (700).
  • an illumination system (701) of the projection exposure system has, in addition to a radiation source (702), an illumination optics (703) for illuminating an object field (704) in an object plane (705).
  • the light source (702) is also provided as a module separate from the rest of the illumination system. In this case, the illumination system does not comprise the light source (702).
  • a reticle (706) arranged in the object field (704) is illuminated.
  • the reticle (706) is held by a reticle holder (707).
  • the reticle holder (707) can be displaced via a reticle displacement drive (708), in particular in a scanning direction.
  • FIG 7 a Cartesian xyz coordinate system is shown for explanation.
  • the x-direction runs perpendicular to the drawing plane.
  • the y-direction runs horizontally and the z-direction runs vertically.
  • the scanning direction runs along the y-direction in Figure 7.
  • the z-direction runs perpendicular to the object plane (705).
  • the projection exposure system comprises a projection optics (709).
  • the projection optics (709) serve to image the object field (704) into an image field (710) in an image plane (711).
  • the image plane (711) runs parallel to the object plane (705). Alternatively, an angle other than 0° between the object plane (705) and the image plane (711) is also possible.
  • a structure located on the reticle (706) is imaged onto a light-sensitive layer of a substrate (712) arranged in the image plane (711) in the region of the image field (710).
  • This substrate (712) is generally a wafer.
  • the wafer (712) is held by a wafer holder (713).
  • the wafer holder (713) can be displaced via a wafer displacement drive (714), in particular along the y-direction.
  • the displacement of the reticle (706) via the reticle displacement drive (708) and the wafer (712) via the wafer displacement drive (714) are synchronized with one another.
  • the radiation source (702) is an EUV radiation source.
  • the radiation source (702) emits in particular EUV radiation (715), which is also referred to below as useful radiation, illumination radiation or illumination light.
  • the useful radiation has in particular a wavelength in the range between 5 nm and 30 nm.
  • the radiation source (702) is a plasma source, for example an LPP source (laser produced plasma, plasma generated using a laser) or a GDPP source (gas discharged produced plasma, plasma generated by means of gas discharge).
  • it is a synchrotron-based radiation source or a free-electron laser (FEL).
  • the illumination radiation (715) emanating from the radiation source (702) is bundled by a collector (716).
  • the collector (716) is a collector with one or more spherical, ellipsoidal, parabolic, cylindrical and/or hyperboloidal reflection surfaces, for example with nested Wolter-type shells.
  • the at least one reflection surface the collector (716) is exposed to the illumination radiation (715) at grazing incidence (Gl), i.e. at angles of incidence greater than 45° relative to the normal direction of the mirror surface, or at normal incidence (NI), i.e. at angles of incidence less than 45°.
  • the collector (716) is structured and/or coated on the one hand to optimize its reflectivity for the useful radiation and on the other hand to suppress stray light.
  • the illumination radiation (715) propagates through an intermediate focus in an intermediate focal plane (717).
  • the intermediate focal plane (717) represents a separation between a radiation source module, comprising the radiation source (702) and the collector (716), and the illumination optics (703).
  • the illumination optics (703) comprise a deflection mirror (718) and a first facet mirror (719) arranged downstream of this in the beam path.
  • the deflection mirror (718) is a flat deflection mirror or alternatively a mirror with a beam-influencing effect beyond the pure deflection effect.
  • the deflection mirror (718) is designed as a spectral filter that separates a useful light wavelength of the illumination radiation (715) from false light of a different wavelength.
  • the first facet mirror (719) is arranged in a plane of the illumination optics (703) that is optically conjugated to the object plane (705) as a field plane, it is also referred to as a field facet mirror.
  • the first facet mirror (719) comprises a plurality of individual first facets (720), which are also referred to below as field facets. Only some of these facets (720) are shown in Figure 7 as examples.
  • the first facets (720) are designed as macroscopic facets, in particular as rectangular facets or as facets with an arcuate or partially circular edge contour. In a further variant, the first facets (720) are designed as flat facets or alternatively as convex or concave or astigmatically curved facets. As is known, for example, from [DE102008009600A1], in a further variant the first facets (720) themselves are each composed of a plurality of individual mirrors, in particular a plurality of micromirrors. In a special variant the first facet mirror (719) is designed in particular as a microelectromechanical system (MEMS system). For details, reference is made to [DE102008009600A1].
  • MEMS system microelectromechanical system
  • the illumination radiation (715) runs horizontally, i.e. along the y-direction.
  • a second facet mirror (721) is arranged downstream of the first facet mirror (719). If the second facet mirror (721) is arranged in a pupil plane of the illumination optics (703), it is also referred to as a pupil facet mirror. In a further variant, the second facet mirror (721) is also arranged at a distance from a pupil plane of the illumination optics (703). In this case, the combination of the first facet mirror (719) and the second facet mirror (721) is also referred to as a specular reflector. Specular reflectors are known from [US20060132747A1] and [US6573978],
  • the second facet mirror (721) comprises a plurality of second facets (722).
  • the second facets (722) are also referred to as pupil facets.
  • the second facets (722) are macroscopic facets, which are, for example, round, rectangular or hexagonal in shape, or alternatively facets composed of micromirrors.
  • the second facets (722) have planar or alternatively convex or concave or astigmatically curved reflection surfaces.
  • the illumination optics (703) thus form a double faceted system.
  • This basic principle is also called a honeycomb condenser (Fly's Eye Integrator).
  • the second facet mirror (721) it is advantageous not to arrange the second facet mirror (721) exactly in a plane which corresponds to a pupil plane of the Projection optics (709) are optically conjugated.
  • the pupil facet mirror (721) is arranged tilted relative to a pupil plane of the projection optics (709), as described for example in [DE102017220586A1].
  • the illumination optics (703) has, for example, three mirrors after the collector (716) (M1), a deflection mirror (718) (M2), a field facet mirror (719) (M3) and a pupil facet mirror
  • the projection optics (709) comprises six mirrors M6 to M11. Alternatives with four, eight, ten, twelve or another number of mirrors Mi are also possible. Odd numbers of mirrors are also possible.
  • the penultimate mirror M10 and the last mirror M11 each have a passage opening for the illumination radiation (715).
  • the projection optics (709) are doubly obscured optics.
  • the projection optics (709) have a numerical aperture on the image side that is greater than 0.5, for example greater than 0.6, or that is, for example, 0.7 or 0.75. Numerical apertures of less than 0.5, for example 0.25 or 0.33, are also possible.
  • the reflection surfaces of the mirrors Mi are designed as free-form surfaces without a rotational symmetry axis.
  • the reflection surfaces of the mirrors Mi are designed as aspherical surfaces with exactly one rotational symmetry axis of the reflection surface shape.
  • the mirrors Mi just like the mirrors of the illumination optics (703), have highly reflective coatings for the illumination radiation (715). These coatings are designed according to the invention as multilayer coatings, in particular with alternating layers of molybdenum and silicon.
  • the projection optics (709) have a large object-image offset in the y-direction between a y-coordinate of a center of the object field (704) and a y-coordinate of the center of the image field (710).
  • This object-image offset in the y-direction is approximately as large as a z-distance between the object plane (705) and the image plane (711).
  • Each of the pupil facets (722) is assigned to exactly one of the field facets (720) to form an illumination channel for illuminating the object field (704). It is also possible for a reflection from a field facet (720) to be directed to different pupil facets (722). This results in particular in illumination according to the Köhler principle.
  • the far field of the source is divided into a large number of object fields (704).
  • the field facets (720) generate a plurality of images of the intermediate focus on the pupil facets (722) assigned to them.
  • the field facets (720) are each imaged onto the reticle (706) by one or more associated pupil facets (722) superimposed on one another to illuminate the object field (704).
  • the illumination of the object field (704) is in particular as uniform as possible. It preferably has a uniformity error of less than 2%. In one variant, the field uniformity is achieved by superimposing different illumination channels.
  • the illumination of the entrance pupil of the projection optics (709) is geometrically defined by arranging the pupil facets.
  • the intensity distribution in the entrance pupil of the projection optics (709) is set by selecting the illumination channels, in particular the subset of the pupil facets that guide light. This intensity distribution is also referred to as the illumination setting.
  • a likewise preferred pupil uniformity in the area of defined illuminated sections of an illumination pupil of the illumination optics (703) is achieved by a redistribution of the illumination channels.
  • the projection optics (709) in particular have a homocentric entrance pupil. In one variant of the invention, this is accessible. In another variant of the invention, this is inaccessible.
  • the entrance pupil of the projection optics (709) cannot usually be illuminated precisely with the pupil facet mirror (721).
  • the projection optics (709) telecentrically images the center of the pupil facet mirror (721) onto the wafer (712), the aperture rays often do not intersect at a single point.
  • a surface can be found in which the pairwise determined distance of the aperture rays is minimal. This surface represents the entrance pupil or a surface conjugated to it in spatial space. In particular, this surface shows a finite curvature.
  • the projection optics (709) have different positions of the entrance pupil for the tangential and the sagittal beam path.
  • an imaging element in particular an optical component of the transmission optics, should be provided between the second facet mirror (721) and the reticle (706). With the help of this optical element, the different positions of the tangential entrance pupil and the sagittal entrance pupil are taken into account.
  • the pupil facet mirror (721) is arranged in a surface conjugated to the entrance pupil of the projection optics (709).
  • the field facet mirror (719) is arranged tilted to the object plane (705).
  • the first facet mirror (719) is arranged tilted to an arrangement plane that is defined by the deflection mirror (718).
  • the first facet mirror (719) is arranged tilted to an arrangement plane which is defined by the second facet mirror (721).
  • one or more of the mirrors M1 - M11 are designed as reflective optical elements (609) with at least one channel (208) located inside the reflective optical element (609).
  • the tempering devices (723-733) belong to the mirrors M1-M11.
  • one of the tempering devices (723-733) is assigned to one of the elements M1-M11.
  • one of the tempering devices (723-733) is also possible for one of the tempering devices (723-733) to be used to temper more than one reflective optical element (609). In this case, the required number of tempering devices (723-733) is reduced accordingly.
  • the tempering devices (723-733) are designed such that a fluid flowing in the at least one channel (208) is tempered.
  • the temperature control devices (723-733) comprise sensors which measure a temperature of the fluid flowing through the at least one channel (208) during operation of the projection exposure system and regulate the temperature of the fluid to a defined target value via an integrated control system of the temperature control devices (723-733).
  • the temperature control devices (723-733) contain additionally sensors for measuring temperatures at positions on the reflective surface of the mirrors M1-M11 or in the vicinity of the reflective surface of the mirrors M1-M11.
  • the temperature of the fluid flowing through the channel (208) is determined by comparing the temperatures of the fluid flowing through the channel (208) and the positions on the reflective surface of the mirrors M1-M11 or in the vicinity of the reflective surface of the mirrors M1-M11.
  • the temperature control devices (723-733) additionally comprise various other sensors which, for example, determine the quality of the fluid flowing in the channel (208) via conductivity measurements of the fluid, via pH value measurements of the fluid, or via spectroscopic measurements on the fluid.
  • sensors are also used which measure the flow rate of the fluid.
  • sensors are used which measure the pressure of the fluid inside the channel (208). For all sensors contained in the temperature control devices (723-733), signal line units and evaluation units not explicitly shown in Figure 7 are used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) zum thermischen Behandeln eines thermisch zu behandelnden Körpers (101, 102, 103), insbesondere zum thermischen Verbinden eines ersten Teilkörpers (101) mit einem zweiten Teilkörper (102) zu einem Verbundkörper (103) an einer zwischen dem ersten Teilkörper (101) und dem zweiten Teilkörper (102) ausgebildeten Grenzfläche (104). Die Vorrichtung (100) umfasst weiterhin einen Mantelkörper (105), einen temperierbaren Raum (108) innerhalb einer Temperiereinheit (106), sowie ein Heizelement (109), wobei der Mantelkörper (105) dazu ausgebildet ist, den thermisch zu behandelnden Körper (101, 102, 103) vor, während und nach dem thermischen Behandeln kontaktlos zu umschließen. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum thermischen Behandeln eines thermisch zu behandelnden Körpers (101, 102, 103), sowie insbesondere zum Hochtemperatur-Bonden eines ersten Teilkörpers (101) mit einem zweiten Teilkörper (102) zu einem Verbundkörper (103) mittels der Vorrichtung (100). Die Erfindung betrifft weiterhin ein optisches Element (609), insbesondere ein reflektierendes optische Element, weiter insbesondere zur Reflexion von EUV-Strahlung (610), weiterhin insbesondere ein über einen mediendurchflossenen Kanal (208) temperiertes optisches Element (609), insbesondere ein temperiertes reflektierendes optisches Element (609). Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Anlage der Halbleitertechnologie (700) mit mindestens einem optischen Element (609), insbesondere mit einem temperierten optischen Element (609), weiter insbesondere mit einem temperierten, reflektierenden optischen Element (609), welches über einen Kanal (208) temperiert wird mittels einer der Temperiereinrichtungen (723-733).

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Thermischen Behandeln eines Thermisch zu Behandelnden Körpers
Beschreibung
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln eines thermisch zu behandelnden Körpers, insbesondere zum thermischen Verbinden eines ersten Teilkörpers mit einem zweiten Teilkörper zu einem Verbundkörper, weiter insbesondere zum Hochtemperatur-Bonden. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum thermischen Behandeln eines thermisch zu behandelnden Körpers, insbesondere zum thermischen Verbinden eines ersten Teilkörpers mit einem zweiten Teilkörper zu einem Verbundkörper, weiter insbesondere zum Hochtemperatur-Bonden, an einer zwischen dem ersten Teilkörper und dem zweiten Teilkörper ausgebildeten Grenzfläche. Weiterhin betrifft die Erfindung ein optisches Element, insbesondere ein reflektierendes optisches Element zur Reflexion von EUV- Strahlung, weiterhin insbesondere ein über einen mediendurchflossenen Kanal temperiertes Element, insbesondere ein über einen mediendurchflossenen Kanal temperiertes Element, weiter insbesondere ein über einen mediendurchflossenen Kanal temperiertes optisches Element, weiter insbesondere ein über einen mediendurchflossenen Kanal temperiertes reflektierendes optisches Element.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anlage der Halbleitertechnologie mit mindestens einem optischen Element, weiter insbesondere einem reflektierenden optischen Element, welches über einen Kanal temperiert wird mittels einer der Temperiereinrichtungen, weiter insbesondere eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Halbleiterlithografie oder eine Maskeninspektionsanlage, oder eine Waferinspektionsanlage.
In der Mikrolithografie werden mikro- und nano-strukturierte Elemente beispielsweise als integrierte Schaltkreise erzeugt, wobei die Strukturierungseigenschaften durch Bestrahlung eines Substrates mit einer gerichteten Strahlungsquelle, welche beispielsweise Licht nutzt, definiert werden. Hierzu werden insbesondere Projektionsbelichtungsanlagen eingesetzt, welche unter anderem eine Strahlungsquelle, ein Beleuchtungssystem, eine Photomaske (ein sogenanntes Retikel), sowie ein Projektionssystem umfassen. Derartige Teilsysteme einer Projektionsbelichtungsanlage sind jeweils aus separaten optischen Einheiten aufgebaut, welche die zur Lithographie verwendete Strahlung ausgehend von einer Strahlungsquelle über ein Beleuchtungssystem zunächst auf eine Photomaske leiten, und von dort aus ein entsprechendes Bild der Photomaske mittels des Projektionssystems auf einer photo-sensitiven Schicht eines Substrates erzeugen. Die photosensitive Schicht kann ein Photolack sein und das Substrat kann ein Silizium-Wafer sein.
Um möglichst kleine Strukturen auf einem Substrat mittels Mikrolithografie in Projektionsbelichtungsanlagen erzeugen zu können, werden seit einigen Jahren Vorrichtungen eingesetzt, welche als Strahlung besonders kurzwelliges Licht aus dem sogenannten Extreme Ultraviolet (EUV)-Wellenlängenbereich mit Wellenlängen zwischen 0.1 nm bis 30 nm, insbesondere 13.5 nm, verwenden. Für derartige Strahlung können aufgrund der inhärenten Strahlungsabsorption von Materie in diesem Wellenlängenbereich keine Transmissionsoptiken in einem aus mehreren Einheiten bestehenden Strahlengang einer Projektionsbelichtungsanlage eingesetzt werden. Daher werden im Falle von EUV-Strahlung ausschließlich Reflexionsoptiken eingesetzt, beispielsweise Spiegel. Um die Strukturgröße integrierter Schaltkreise stetig weiter zu verkleinern, werden seit kurzem Projektionsbelichtungsanlagen vorgeschlagen oder hergestellt, welche optische Elemente mit großer numerischer Apertur (high-NA) oder mit sehr großer numerischer Apertur (hyper-NA) verwenden. Mit steigender numerischer Apertur wird die zur Reflexion der Strahlung notwendige und genutzte Oberfläche eines optischen Elementes entsprechend größer.
Elemente, insbesondere optische Elemente, weiter insbesondere reflektierende optische Elemente, zur Anwendung in der EUV-Halbleiterlithografie in einer Projektionsbelichtungsanlage, z.B. EUV-Spiegel, müssen hohen thermischen Belastungen standhalten, da die EUV-Strahlungsquellen in den Projektionsbelichtungsanlagen für die EUV-Halbleiterlithografie EUV-Strahlung mit hoher Strahlungsleistung emittieren und ein Teil dieser Strahlungsleistung von der reflektierenden Beschichtung des optischen Elementes absorbiert wird. Die Wärmeenergie wird entsprechend an alle direkt oder indirekt mit dem optischen Element in Verbindung stehenden Elemente übertragen. Dieser Effekt führt zu einer Erwärmung aller mit dem optischen Element direkt oder indirekt in Kontakt stehenden Elemente, welche wiederum zu Deformationen der optischen Elemente innerhalb einer Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Halbleiterlithografie führen können. Im Strahlengang einer Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Halbleiterlithografie darf es keine zeitlich-veränderliche und unkontrollierbare Formveränderung der optischen Elemente, oder anderer Elemente geben, da ein derartiger Effekt zu entsprechenden Wellenfrontveränderungen der durch die optischen Elemente reflektierten EUV-Strahlung führt. Um einer betriebsbedingten Temperaturänderung der optischen Elemente innerhalb einer Anlage der Halbleiterlithographie entgegenzuwirken, werden in derartigen Anwendungsbereichen temperierte optische Elemente zum Einsatz vorgeschlagen. Bei der Temperierung handelt es sich einerseits um eine Erwärmung, beispielsweise zur Sicherung einer definierten Betriebstemperatur vor der Bestrahlung eines Wafers, andererseits handelt es sich um eine Kühlung, um einen über Strahlung in ein optisches Element eingetragenen Energiebetrag abzuführen. Derartige Elemente, insbesondere optische Elemente sind beispielsweise als wassergekühlte Spiegel in der [DE102019405265A1] offenbart, welche zur Kühlung der Spiegel Kanäle innerhalb des Spiegelsubstrates verwenden, in welchen ein temperiertes Fluid zum Kühlen des Substrates des Spiegels fließt. Die verwendeten Materialien der Substrate der Elemente besitzen ausreichend thermische Leitfähigkeit, sodass sich die durch die Bestrahlung eingetragene Wärmeenergie innerhalb des Substrates verteilt und über durch in den Kanälen innerhalb des Substrates fließendes Fluid, insbesondere Wasser, aus dem Substrat abgeführt wird.
Derartige Elemente, insbesondere optische Elemente, für Anwendungen im Bereich der Halbleiterlithographie werden beispielsweise aus monolithischen Substraten gefertigt, oder alternativ aus zwei oder mehr Teilkörpern hergestellt. Im letzteren Fall werden die einzelnen Teilkörper eines optischen Elementes, beispielsweise eines Spiegelsubstrates, bei hoher Temperatur (zwischen 750°C und 1500°C) durch eine thermische Behandlung, insbesondere durch ein Verfahren des Hochtemperatur- Bondens miteinander zu einem Verbundkörper gebondet. Beispielsweise können Teilkörper vertikal aufeinander angeordnet und anschließend thermisch gebondet werden, sodass sich der Verbundkörper aus mindestens zwei Lagen ursprünglicher Teilkörper zusammensetzt. Ebenfalls können Teilkörper lateral aneinander angeordnet und anschließend thermisch gebondet werden, sodass sich der Verbundkörper aus mehreren Segmenten zusammensetzt. Anschließend wird der Verbundkörper in einem chemischen und/oder physikalischen Bearbeitungsverfahren in eine Form seiner späteren Verwendung verarbeitet. Es kann sich hierbei um ein Substrat für ein optisches Element handeln, beispielsweise ein Spiegel oder eine Linse. In diesem Fall wird insbesondere ein Teilbereich des Verbundkörpers in eine Form überführt wird, welche einen Bereich beinhaltet, der die spätere optische Oberfläche des optischen Elementes umfasst. Diese Oberfläche ist entweder planar, konvex, konkav oder als Freiformfläche ausgeführt. Bei einem derartig hergestellten Element kann es sich ebenfalls um ein Substrat mit einer mechanischen Verwendung im Bereich der Halbleiterlithografie handeln, beispielsweise eine Spiegel-, Waferoder Retikel-Aufnahmeeinrichtung.
Wenn nach dem thermischen Behandeln eines Körpers, beispielsweise eines monolithischen Substrates, oder eines Verbundkörpers, insbesondere aber nach dem Hochtemperatur-Bonden eines ersten Teilkörpers und eines zweiten Teilkörpers zu einem Verbundkörper, während eines Kühlvorganges des heißen Körpers oder Verbundkörpers durch die Ausbildung von Temperatur-Inhomogenitäten in unterschiedlichen Raumrichtungen unterschiedliche Dehnzustände
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bzw. e2 und damit Dichtezustände einzelner Teilbereiche eines monolithischen Körpers, oder der einzelnen ursprünglichen ersten Teilkörper und zweiten Teilkörper mit jeweiligen Höhe hi und h2 eines Verbundkörpers eingefroren worden sind, krümmt sich der Körper oder der Verbundkörper unter der Ausbildung eines dreidimensionalen elastischen Spannungsverlaufes mit der Krümmung (g - g )
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bis die pro Einheitsfläche A freie Energie F minimal wird wie in einer Blattfeder mit Elastizitätsmodul E und Querkontraktionszahl v
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Bei einem derartigen Prozess bildet sich somit ein Sprung in der Dichte mit anschließendem Dichtegradienten in mindestens einer Raumrichtung aus.
Die freie Energie baut sich weiter ab, wenn beispielsweise eine zwischen einzelnen Teilkörpern eines Verbundkörpers ausgebildete schwache Verbindungsstelle, ein sogenannter Bond, zu fließen beginnt, wobei die gespeicherte Energie in Reibung umgewandelt wird. Im Fall eines monolithischen Substrates tritt derselbe Effekt auf, beispielsweise an gedanklich individuellen, infinitesimal kleinen Volumenelementen des monolithischen Substrates. Die Dissipation hängt von der unbekannten Viskosität über die unbekannte Dicke d des Bondes eines Verbundkörpers ab dxdy = 0
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Dabei wird der Bond nach außen mit zunehmendem Radius r immer schneller mit y geschert, sobald der erste Teilkörper und der zweite Teilkörper relaxieren.
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Es ergibt sich ein exponentiell abklingender Drift mit einer charakteristischen Zeitkonstante T gegen den spannungsfreien, stationären Zustand.
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welche neben der Dicke d vom Flächenträgheitsmoment I der Bond-Fläche abhängt.
Die beschriebene gesamtheitliche Verbiegung des Körpers, oder des Verbundkörpers im Vergleich zum ursprünglichen Zustand der Teilkörper liegt im Bereich hunderter Mikrometer und ist abhängig von der Größe des Körpers oder des Verbundkörpers, wobei mit steigender Größe und Fläche des Spiegels die Verbiegung ansteigt. Dabei unterliegen die gedanklich getrennten Bereiche des Körpers, insbesondere der Bond im Fall eines Verbundkörpers vom Inneren des Körpers oder des Verbundkörpers gesehen nach außen hin einer ansteigenden Scherkrafteinwirkung, solange die gedanklich getrennten Bereiche des Körpers oder der erste Teilkörper und der zweite Teilkörper des Verbundkörpers expandieren bzw. schrumpfen. Gängigerweise driften derartig thermisch behandelte Körper oder gebondete Verbundkörper mit Raten von einigen Pikometer pro Jahr. Dieser Drift- Effekt schränkt eine Nutzung derartig hergestellter Substrate zur Herstellung von Spiegeln in einer Anwendung im Bereich der EUV- Halbleiterlithografie stark ein. Es ist jedoch möglich, spannungsarme Zustände eines temperierten Körpers, oder eines Verbundkörpers zu erzielen, nämlich dann, wenn sich der angestrebte Verzerrungszustand als Tensor S aus einem Deformationsfeld u ableiten lässt
£ = e(r)l = jgrad u + grad uT .
Diese Integrabilitätsbedingungen nach Saint Venant können für allgemeinen Tensorverlauf e(r) nicht erfüllt werden. Jedoch existiert eine Lösung für den Fall eines linearen Dichteverlaufes e(x, y, z) = ■ z nämlich ux = ■ xz
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In so einem Fall verbiegen sich beispielsweise ein erster Teilkörper und ein zweiter Teilkörper an der gemeinsamen Kontaktfläche gleichartig, sodass die Ausbildung eines Bonds zwischen dem ersten Teilkörper und dem zweiten Teilkörper keine Spannungen hervorruft. Daher wird angestrebt, einen linearen Verlauf der beschriebenen eingefrorenen Dehnungszustände Ei zu erzeugen, indem ein temperierter Körper erzwungenermaßen nur in einer Raumrichtung abkühlt und sich dabei ein konstanter Temperaturgradient innerhalb des Körpers ausbildet. Derselbe Effekt tritt dabei ebenfalls zwischen einzelnen Teilbereichen eines temperierten monolithischen Körpers auf, ohne dass ein durch ein Verbindungsverfahren hergestellter Bereich eines Bonds vorliegt.
In einem technischen Übersichtsartikel der Fa. Schott AG wird das thermischinduzierte Verspannen von Glaskörpern beschrieben, sowie dessen Auswirkung auf optische Eigenschaften der entsprechenden Glaskörper („Stress in optical glass“, Juli 2004, S. 1- 13, https://www.schott.com/shop/medias/schott-tie-27-stress-in-optical-glass- eng.pdf?context=bWFzdGVyfHJvb3R8NjkzNjA5fGFwcGxpY2F0aW9uL3BkZnxoYW MvaGViLzg4MTcOMDkONTgyMDYucGRmfGY50DdhODU3MjU4ZGNjNTc3MDIxOG JIYTY4OTY3NTA2MGQ4ZDg0NWJjMjE5N2E0MjkxMzg0NDYxM2U0ZjJhM2U, aufgerufen am 26.01.2023).
In der [US11028006BB] wird das Tempern dotierter TiCh/SiO? Mischgläser mit hoher Homogenität in der thermischen Expansion der Gläser beschrieben unter Dotierung mit speziellen chemischen Materialien, sowie einer gezielten Wahl thermischer und zeitlicher Parameter.
In der [DE102019205265A1] wird ein Verfahren beschrieben zur Herstellung eines EUV-Spiegels aus einem Glaskörper als Verbundkörper, wobei der Verbundkörper aus einem ersten Teilkörper und einem zweiten Teilkörper durch Hochtemperatur- Bonden hergestellt ist, und wobei aus einer Struktur in einer Oberfläche eines der Teilkörper sowie über Stabilisierungselemente in der Struktur ein Kanal in dem entstehenden Verbundkörper ausgebildet ist, welcher zur Kühlung des Spiegels verwendet wird.
Die im Stand der Technik bekannten Lösungen erfüllen insgesamt nicht die hohen Anforderungen an die Herstellung spannungsarmer Körper, insbesondere an die Herstellung spannungsarmer Verbundkörper aus mindestens zwei Teilkörpern, durch thermisches Behandeln, wobei der Körper oder der Verbundkörper mit Kanälen ausgestaltet sein können. Weiterhin erfüllen die im Stand der Technik bekannten Lösungen nicht die hohen Anforderungen in Bezug auf die geometrische Ausgestaltung von Grenzflächen zwischen mindestens zwei Teilkörpern eines Verbundkörpers, sowie das Auftreten von Temperatur-Inhomogenitäten innerhalb eines Körpers während eines Temperierungsverfahrens oder eines Verbundkörpers während des Hochtemperatur-Bondes.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, sodass möglichst spannungsarme Körper oder Verbundkörper hergestellt werden können, sodass der Körper oder der Verbundkörper als Substrat zur Herstellung eines Elementes, insbesondere eines optischen Elementes, weiter insbesondere eines Spiegels zur Reflektion von EUV- Strahlung, dient, sodass das Element als ein Bauteil einer Anlage der Halbleitertechnologie dient.
Gegenstand der Erfindung
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung, ein Verfahren, sowie ein Element, insbesondere ein optisches Element, weiter insbesondere ein reflektierendes optisches Element, sowie weiterhin eine Anlage der Halbleitertechnologie mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung.
In den folgenden Ausführungen beziehen sich Zählworte wie "ein" oder „eine“ nicht zwingend als beschränkend auf genau einen Teilkörper, einen Verbundkörper, einen Mantel, ein Element, eine Komponente, ein Verfahren und/oder dergleichen.
Vielmehr können auch mehrere Teilkörper, Verbundkörper, Mäntel, Elemente, Komponenten, Verfahren und/oder dergleichen wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu interpretieren, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl von Teilkörpern, Verbundkörpern, Mänteln, Elementen, Komponenten, Verfahren gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Der Einfachheit halber wird im Folgenden der Terminus des thermischen Behandelns als Oberbegriff einer erfindungsgemäßen Verfahrensweise verwendet und umfasst somit ein Verfahren des Hochtemperatur-Bondens definitionsgemäß. Weiterhin wird im Folgenden der Terminus eines thermisch zu behandelnden Körpers als Oberbegriff sämtlicher erfindungsgemäßer Anordnungen von Körpern zur thermischen Behandlung verwendet und umfasst somit einen monolithischen Körper, einen Verbundkörper, einen ersten Teilkörper und/oder einen zweiten Teilkörper, sowie die Anordnung aus einem ersten Teilkörper und einem zweiten Teilkörper definitionsgemäß.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum thermischen Behandeln eines thermisch zu behandelnden Körpers, umfasst einen Mantelkörper, einen temperierbaren Raum innerhalb einer Temperiereinheit und ein Heizelement. In einer Variante der Erfindung umfasst die Vorrichtung ebenfalls eine Regelungseinheit. In einer weiteren Variante der Erfindung umfasst die Vorrichtung weiterhin eine Umlufteinheit. Darüber hinaus befindet sich in dem temperierbaren Raum innerhalb einer Temperiereinheit ein Medium oder Vakuum. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelkörper den thermisch zu behandelnden Körper sowohl vor, als auch während und nach dem thermischen Behandeln kontaktlos umschließt und der Mantelkörper aus dem gleichen Material besteht wie der thermisch zu behandelnde Körper. Der Mantelkörper erfüllt erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise die Aufgabe eines Isolationskörpers, durch welchen eine zum spannungsfreien Hochtemperatur-Bonden vorteilhafte Temperaturverteilung im Inneren des thermisch zu behandelnden Körpers ermöglicht ist.
Dadurch dass der Mantelkörper aus dem gleichen Material besteht wie der thermisch zu behandelnde Körper, lassen sich durch Temperaturänderung induzierten Formänderungen des Mantelkörpers und des thermisch zu behandelnden Körpers in einfacher Weise berücksichtigen und es treten keine materialbedingten Änderungen im Wärmefluss auf.
In einer Variante ist die Temperiereinheit der Vorrichtung ein Ofen, vorzugsweise ein Temperofen. Die Temperiereinheit ist ausgelegt, Temperaturen zum thermischen Behandeln, insbesondere zum Tempern von Glassubstraten und/oder zur Durchführung eines Verfahrens des Hochtemperatur-Bondens zu erreichen und über eine Zeit konstant zu halten.
In einer weiteren Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelkörper außen die Form eines Zylinders annimmt. Dabei ist der Zylinder ellipsoid ausgestaltet, d.h. der Zylinder weist im Querschnitt eine numerische Exzentrizität in einem Bereich von 0 - 0.1 auf, vorzugsweise eine Exzentrizität von weniger als 0.05, weiter vorzugsweise eine Exzentrizität von weniger als 0.01. Eine verwendbare Exzentrizität des Mantelkörpers richtet sich dabei nach einer Inhomogenität der Temperaturverteilung im Inneren einer Temperiereinheit, wobei die verwendbare Exzentrizität kleiner wird mit steigender Inhomogenität der Temperaturverteilung im Inneren der Temperiereinheit. Für eine maximale Temperaturdifferenz im Inneren einer Temperiereinheit von maximal 25 K ist eine Exzentrizität von bis zu 0.1 verwendbar. Für eine Temperaturdifferenz von maximal 250 K im Inneren einer Temperiereinheit ist eine Exzentrizität von bis zu 0.01 verwendbar.
Es ist möglich, dass der Mantelzylinder schief zu dem umschlossenen thermisch zu behandelnden Körpers angeordnet ist. Der Winkel richtet sich nach den Temperaturdifferenzen und dem Aspektverhältnis des Körpers. Bei einem Aspektverhältnis Höhe zu Durchmesser von 1 : 10 und einer Temperaturdifferenz von 250 K darf der Mantel bis zu einem Winkel von 0.1 rad schief stehen. Dasselbe gilt für den Öffnungswinkel, wenn der Mantel kegelförmig von der idealen Zylinderform abweicht.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung ist der Mantelkörper an mindestens einer Seite offen. Eine äußere näherungsweise Zylinderform des Mantelkörpers unterstützt dabei vorteilhafterweise die Ausbildung eines konstanten Temperaturgradienten entlang einer Achse des Mantelkörpers, insbesondere der Längsachse des zylindrischen Mantelkörpers, sowie eines homogenen Profils der Temperaturverteilung entlang des Zylinderradius. In einer weiteren Variante der Erfindung ist es außerdem vorteilhaft, wenn der Mantelkörper mindestens gleich hoch ist wie der thermisch zu behandelnde Körper. Die Verwendung dieser Ausführungsform unterstützt dabei bestmöglich die Ausbildung eines konstanten Temperaturgradienten entlang der Längsachse und eines homogenen Profils der Temperaturverteilung entlang des Radius der zylinderförmigen Anordnung aus dem Mantelkörper, des thermisch zu behandelnden Körpers. In Abhängigkeit einer Temperaturverteilung sowie thermischer Bewegung innerhalb eines Mediums im von der Temperiereinheit temperierten Raum ist es zu einer Minimierung eines lokalen Temperaturgradienten, beispielsweise innerhalb einer beliebigen Schnittebene konstanter Höhe des thermisch zu behandelnden Körpers, weiterhin von Vorteil, dass der erfindungsgemäße Mantelkörper die Oberseite bzw. die Unterseite des thermisch zu behandelnden Körpers, stetig fortsetzt.
In einer Variante der Erfindung beträgt die Wandstärke des Mantelkörpers mindestens ein Zehntel und höchstens das zehnfache der Höhe des thermisch zu behandelnden Körpers, vorzugsweise ist der Durchmesser der gesamten Anordnung aus dem Mantelkörper sowie dem thermisch zu behandelnden Körper allerdings gleich der Höhe derselben Anordnung.
Der Mantelkörper ist so nah wie möglich an dem thermisch zu behandelnden Körper, angeordnet, sodass ein im Inneren des thermisch zu behandelnden Körpers ausgebildeter lokaler Temperaturgradient, innerhalb beispielsweise einer beliebigen Schnittebene konstanter Höhe, vorteilhaft nach dem thermischen Behandeln so gut wie möglich unterdrückt wird und gleichzeitig kein physikalischer Kontakt zwischen dem Mantelkörper und dem thermisch zu behandelnden Körper auftritt, welcher durch eine Formänderung des Mantelkörpers und/oder des thermisch zu behandelnden Körpers durch Wärmeausdehnung hervorgerufen wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist jede zu einer Oberfläche des thermisch zu behandelnden Körpers gerichtete Oberfläche des Mantelkörpers mindestens einen Abstand von 0.1 mm zu dem thermisch zu behandelnden Körper auf und weist höchstens einen Abstand von 30 mm auf. Auf diese Weise ist es möglich, den Mantelkörper nach dem thermischen Behandeln wiederzuverwenden. Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen dem Mantelkörper und dem thermisch zu behandelnden Körper entlang eines vollständigen Umlaufes des thermisch zu behandelnden Körpers konstant ist. Ein weiterer Vorteil einer derartigen Ausführungsform liegt darin, dass die äußere Kontur des thermisch zu behandelnden Körpers keiner Formbeschränkung unterliegt, solange der Mantelkörper geeignet ist, den thermisch zu behandelnden Körper in der beschriebenen Weise kontaktlos zu umschließen. In einer Variante der Erfindung weist der thermisch zu behandelnde Körper beispielsweise einen polygonalen, oder einen ovalen Umfang auf. In weiteren Varianten der Erfindung weist der thermisch zu behandelnde Körper einen willkürlichen Freiformumfang auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst der thermisch zu behandelnde Körper ein amorphes Silizium haltigen Glas und/oder eine teilkristallinen Keramik. Es ist von Vorteil, für den thermisch zu behandelnden Körper Materialien zu verwenden, welche eine sehr gute bzw. exzellente thermische Leitfähigkeit aufweisen, sodass Temperaturverteilungen im Inneren des thermisch zu behandelnden Körpers möglichst schnell nach einer Temperaturänderung während des Hochtemperatur-Bondens equilibrieren und in dem thermisch zu behandelnden Körper befindliche Wärme möglichst schnell an eine Oberfläche geleitet und in ein Medium der Umgebung oder direkt an eine Ofenwand abgegeben werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst der thermisch zu behandelnde Körper ein Titan dotiertes Quarzglas. Titan dotiertes Quarzglas weist einen extrem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich einer Nulldurchgangstemperatur auf. Hierdurch eignet sich Titan dotiertes Quarzglas als Substratmaterial für eine EUV-Optik, da im Betrieb im Bereich der Nulldurchgangstemperatur näherungsweise keine Deformation des Substratmaterials zu erwarten ist, welche sich negativ auf die Abbildungseigenschaften auswirken könnte.
Die Verwendbarkeit von Materialien für den Mantelkörper mit leicht von dem Material des thermisch zu behandelnden Körpers abweichenden chemischen Zusammensetzungen richtet sich dabei nach der Ähnlichkeit der Wärmeleitfähigkeit des Materials des Mantelkörpers im Vergleich zum Material des thermisch zu behandelnden Körpers. Die Wärmeleitfähigkeit des Mantelkörpers kann dabei maximal ein Zehntel der Wärmeleitfähigkeit des Materials des thermisch zu behandelnden Körpers s von der Wärmeleitfähigkeit des Materials des thermisch zu behandelnden Körpers abweichen, vorzugsweise ein Zwanzigstel, weiter vorzugsweise ein Hundertstel.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum thermischen Behandeln eines thermisch zu behandelnden Körpers mittels der weiter oben beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen mindestens eines thermisch zu behandelnden Körpers, Anordnen des mindestens einen thermisch zu behandelnden Körpers, sowie des Mantelkörpers in dem temperierbaren Raum mit dem Medium der erfindungsgemäßen Vorrichtung derart, dass der Mantelkörper den mindestens einen thermisch zu behandelnden Körper kontaktlos umschließt, sowie das thermische Behandeln des thermisch zu behandelnden Körpers.
Beim thermischen Behandeln wird der mindestens eine thermisch zu behandelnde Körper typischerweise auf eine Temperatur zwischen 750-1500°C erhitzt. Hierdurch werden beispielsweise die jeweiligen Oberflächen der beim thermischen Behandeln zu verbindenden Teilkörper ohne die Verwendung eines Fügemittels miteinander stoffschlüssig verbunden.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der thermisch zu behandelnde Körper aus amorphen Silizium haltigen Glas und/oder aus einer teilkristallinen Keramik ausgebildet.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der thermisch zu behandelnde Körper aus Titan dotiertem Quarzglas ausgebildet. Bezüglich der Vorteile für amorphes Silizium haltiges Glas, teilkristalliner Keramiken und Titan dotiertes Quarzglas wird auf das bereits beschriebene verwiesen.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der mindestens eine thermisch zu behandelnde Körper vor oder nach der thermischen Behandlung an einer Oberfläche durch ein chemisches und/oder physikalisches Bearbeitungsverfahren bearbeitet. In einer Variante der Erfindung handelt es sich beispielsweise um ein Reinigungsverfahren, bei welchem eine oder mehrere Oberflächen des thermisch zu behandelnden Körpers gereinigt werden. In einer weiteren Variante handelt es sich beispielsweise um ein formgebendes Verfahren, bei welchem eine oder mehrere Oberflächen des mindestens einen thermisch zu behandelnde Körpers mit einer Form versehen werden. In einem ersten Aspekt ist ein physikalisches Bearbeitungsverfahren ein zerspanendes Verfahren, bei welchem Material von einer oder mehrerer Oberflächen des thermisch zu behandelnden Körpers abgetragen wird und dadurch die Form der bearbeiteten Oberfläche verändert wird. In einem weiteren Aspekt handelt es sich beispielsweise um ein Polierverfahren, bei welchem eine oder mehrere Oberflächen des mindestens einen thermisch zu behandelnden Körpers auf einen Zielwert einer Oberflächenrauheit poliert werden. In einem weiteren Aspekt handelt es sich beispielsweise um ein Erodierverfahren. In einem weiteren Aspekt handelt es sich beispielsweise um ein chemisches Ätzverfahren, bei welchem Material von einer oder mehrerer Oberflächen des mindestens einen thermisch zu behandelnden Körpers abgetragen wird und dadurch die Form der bearbeiteten Oberfläche verändert wird. In einem weiteren Aspekt handelt es sich beispielsweise um ein Beschichtungsverfahren, beispielsweise chemische Gasphasenabscheidung, Sputtern, Atomlagenabscheidung, Pulsed-Laser Deposition, oder ein Galvanisierverfahren. In einem weiteren Aspekt der Erfindung werden zwei oder mehrere der beschriebenen Verfahren sequenziell ausgeführt.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird beispielsweise eine Grenzfläche zwischen dem ersten Teilkörper und dem zweiten Teilkörper als planare Grenzfläche ausgebildet. In einer weiteren Variante wird die Grenzfläche als konkave, oder konvexe Grenzfläche ausgebildet. In einer weiteren Variante des Verfahrens wird die Grenzfläche als Freiformfläche ausgebildet.
Da sich der mindestens eine thermisch zu behandelnde Körper während einer Temperaturänderung ausgehend von einem Zustand bei Raumtemperatur hin zu einem Zustand bei einer Temperatur während des Hochtemperatur-Bondens verformen kann, wird eine derartige Temperatur-induzierte Formänderung in den Formen des mindestens einen thermisch zu behandelnde Körpers vorteilhafterweise berücksichtigt und in einem chemischen und/oder physikalischen Bearbeitungsverfahren vor der thermischen Behandlung vorgehalten. Entsprechend wird die erwartete Temperatur-induzierte Formänderung des mindestens einen thermisch zu behandelnden Körpers in der Formauslegung des Mantelkörpers vorteilhaft berücksichtigt und derart vorgehalten, dass der Mantelkörper keinen direkten physikalischen Kontakt zu dem mindestens einen thermisch zu behandelnden Körper herstellt.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird an einer ersten Oberfläche des mindestens einen ersten Teilkörpers durch eine chemische und/oder physikalische Bearbeitung der Oberfläche eine erste Struktur aus mindestens einer Nut und mindestens einem Steg in der ersten Oberfläche des mindestens einen ersten Teilkörpers gebildet. In einer Variante des Verfahrens wird an einer zweiten Oberfläche des beispielsweise zweiten Teilkörpers durch eine chemische und/oder physikalische Bearbeitung eine zweite Struktur aus mindestens einer Nut und mindestens einem Steg in der zweiten Oberfläche des zweiten Teilkörpers ausgebildet. Beim beispielsweise Hochtemperatur-Bonden des ersten Teilkörpers und des zweiten Teilkörpers zu einem Verbundkörper wird erfindungsgemäß an einer aus der ersten Oberfläche des ersten Teilkörpers und der zweiten Oberfläche des zweiten Teilkörpers gebildeten Grenzfläche aus der in der ersten Oberfläche des ersten Teilkörpers befindlichen Struktur und/oder der in der zweiten Oberfläche des zweiten Teilkörpers befindlichen Struktur mindestens ein durchgängiger Kanal im Inneren des Verbundkörpers gebildet, wobei Teile des mindestens einen durchgängigen Kanals und/oder Teile unterschiedlicher mehrerer durchgängiger Kanäle durch Stege voneinander getrennt ausgebildet werden. Der derartige mindestens eine Kanal wird beispielsweise spiralförmig, mäanderförmig, linear, zum Zentrum des Verbundkörpers oder nach außen gebogen, oder auch als pseudo-zweidimensionales Netzwerk ausgebildet. In einer Variante weist der derartige mindestens eine Kanal mindestens ein Symmetrieelement auf. Die Stege, welche Teile des mindestens einen Kanals, bzw. mehrere einzelne Kanäle voneinander trennen, weisen über die gesamte Oberfläche betrachtet gleiche oder unterschiedliche Stegbreiten und Stegformen auf. In einer Variante ist der mindestens eine Kanal rund. In einer weiteren Variante ist der Kanal oval. In einer weiteren Variante umfasst der Kanal mindestens eine eckige Struktur und/oder mindestens eine verrundete Struktur. Der in dieser Weise ausgestaltete mindestens eine durchgängige Kanal im Inneren des Verbundkörpers wird vorteilhafterweise verwendet, um gasförmige und/oder flüssige Medien mit einer definierten Temperatur durch den Verbundkörper zu leiten und das Material des Verbundkörpers durch Wärmeübertrag zwischen dem Medium und dem Verbundkörper zu temperieren.
Die Herstellung derartig ausgestalteter, vordefinierter Strukturen in den Oberflächen eines ersten Teilkörpers und/oder eines zweiten Teilkörpers erfolgt erfindungsgemäß durch zerspanende Bearbeitungsverfahren wie beispielsweise Fräsen, Drehen, oder Bohren. In einer Variante des Verfahrens erfolgt die Herstellung einer vordefinierten Struktur alternativ durch ein chemisches Bearbeitungsverfahren, beispielsweise ein Ätzverfahren. In einer weiteren Variante umfasst das Verfahren zur Herstellung der Kanalstruktur in einem Teilbereich des Teilkörpers das Einstrahlen von elektromagnetischer Strahlung. In einer weiteren Variante erfolgt die Herstellung des mindestens einen Kanals durch ein Ablationsverfahren, beispielsweise mittels Laserstrahlung oder mittels Elektronenstrahlung oder mittels lonenstrahlung. Die Nuten der zur Herstellung des mindestens einen Kanals verwendeten strukturierten Oberflächen sind mit flachen Flächen oder mit einer Krümmung versehenen Flächen ausgestaltet. In einer Variante des Verfahrens werden zur Herstellung der vordefinierten Strukturen in den Oberflächen des ersten Teilkörpers und/oder des zweiten Teilkörpers mindestens zwei der genannten Verfahren nacheinander angewendet. In dieser Variante wird die Oberflächenbeschaffenheit der vordefinierten Strukturen nach der Anwendung eines ersten Verfahrensschrittes vorteilhafterweise eingestellt. In einer Variante der Erfindung weist die Oberflächenrauheit RMS-Werte von höchstens 10 Mikrometern, insbesondere höchstens 5 Mikrometern, weiter insbesondere höchstens 2 Mikrometern auf.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden eine Vielzahl von Teilkörpern durch thermisches Behandeln, insbesondere Hochtemperatur-Bonden, zu einem Verbundkörper zusammengefügt (Stack Sealing-Verfahren), wobei sich jeweils ein erster Teilkörper und ein zweiter Teilkörper aus der Vielzahl von Teilkörpern an mindestens einer Grenzfläche kontaktieren. Zur Herstellung eines Verbundkörpers mit mindestens einem innenliegenden Kanal sind vorteilhafterweise in einem ersten Teilkörper, in einem zweiten Teilkörper, oder in einer Vielzahl von Teilkörpern vordefinierte Strukturen in mindestens einer Oberfläche der Teilkörper enthalten, die sich durch Ausbildung des Verbundkörpers jeweils zu dem mindestens einen Kanal innerhalb des Verbundkörpers verbinden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens sind der erste Teilkörper und der zweite Teilkörper vor dem Beginn des Hochtemperatur-Bondens durch Ansprengen miteinander derart verbunden, dass die Ansprengfläche mit der Grenzfläche korrespondiert, an welcher der erste Teilkörper mit dem zweiten Teilkörper zu einem Verbundkörper verbunden wird. Wird eine Vielzahl von Teilkörpern zur Ausbildung eines Verbundkörpers verwendet, so sind in einer Variante des Verfahrens die einzelnen Teilkörper der Vielzahl von Teilkörpern ebenfalls vor dem Beginn des Hochtemperatur-Bondens durch Ansprengen untereinander derart verbunden, dass die mindestens eine Ansprengfläche zwischen einem ersten Teilkörper und einem zweiten Teilkörper mit der mindestens einen Grenzfläche korrespondiert, an welcher mindestens ein erster Teilkörper mit mindestens einem zweiten Teilkörper zu einem Verbundkörper verbunden wird.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des thermisch zu behandelnden Körpers eine erste lokale Temperatur eines beliebigen ersten infinitesimalen Flächenelementes innerhalb einer beliebigen ersten Schnittebene einer ersten konstanten Höhe des thermisch zu behandelnden Körpers und eine zweite lokale Temperatur eines beliebigen zweiten infinitesimalen Flächenelementes innerhalb derselben ersten Schnittebene konstanter Höhe des thermisch zu behandelnden Körpers sich um nicht mehr als 1 K unterscheiden. Innerhalb der derartigen beliebigen Schnittebene konstanter Höhe ist als Effekt der isolierenden Wirkungsweise des Mantelkörpers ein lokaler Temperaturgradient erfindungsgemäß minimal ausgebildet, wenn auch nicht vollständig unterdrückt. Weiterhin ist das erfindungsgemäßes Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die erste lokale Temperatur des beliebigen ersten infinitesimalen Flächenelementes innerhalb der beliebigen ersten Schnittebene der ersten konstanten Höhe des thermisch zu behandelnden Körpers und eine dritte lokale Temperatur eines beliebigen dritten infinitesimalen Flächenelementes innerhalb einer beliebigen zweiten Schnittebene einer zweiten konstanten Höhe desselben thermisch zu behandelnden Körpers eine von null verschiedene Temperaturdifferenz aufweisen. In einem derartigen Verfahren bildet sich vorteilhafterweise daher durch eine mindestens einseitig geöffnete Struktur des den thermisch zu behandelnden Körper umgebenden Mantelkörpers erfindungsgemäß ein lokaler Temperaturgradient zwischen der beliebigen ersten Schnittebene der ersten konstanten Höhe und der beliebigen zweiten Schnittebene der zweiten konstanten Höhe aus, durch welchen eine Wärmediffusion von einem warmen Punkt im Inneren des thermisch zu behandelnden Körpers hin zu einer Oberfläche des thermisch zu behandelnden Körpers stattfindet. Diese Wärmediffusion wird vorteilhaft zum Kühlen des thermisch zu behandelnden Körpers genutzt.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des thermisch zu behandelnden Körpers ausgehend von dem beliebigen ersten infinitesimalen Flächenelement mit der ersten lokalen Temperatur innerhalb der beliebigen ersten Schnittebene der ersten konstanten Höhe entlang einer ersten Normalen der beliebigen ersten Schnittebene der ersten konstanten Höhe hin zu dem beliebigen dritten infinitesimalen Flächenelement mit der dritten lokalen Temperatur innerhalb der beliebigen zweiten Schnittebene der zweiten konstanten Höhe der Gradient eines ersten lokalen Temperaturverlaufes an einer beliebigen Höhe des thermisch zu behandelnden Körpers sich um maximal 5% unterscheidet von einem gemittelten Temperaturgradienten, welcher über einen entsprechenden Temperaturverlauf über die gesamte Höhe des thermisch zu behandelnden Körpers berechnet ist. Der derartige erste lokale Temperaturverlauf zwischen dem beliebigen ersten infinitesimalen Flächenelement und dem beliebigen dritten infinitesimalen Flächenelement bedingt aufgrund der Wärmeausdehnung des Materials des thermisch zu behandelnden Körpers stets einen lokalen Dichtegradienten und einen Dichteverlauf. Da ein derartig ausgebildeter Temperaturverlauf im Inneren des thermisch zu behandelnden Körpers dementsprechend näherungsweise linear ausgestaltet ist, kann ebenfalls ein Dichteverlauf einen näherungsweisen linearen Verlauf aufweisen. In einem Aspekt der Erfindung besteht der mindestens eine Dichtegradient entlang einer Symmetrieachse des thermisch zu behandelnden Körpers, insbesondere entlang der Gravitationswirkachse. In einem weiteren Aspekt besteht der mindestens eine Dichtegradient parallel zur Schwerkraft des thermisch zu behandelnden Körpers.
Über einen großen Temperaturbereich kann ein näherungsweise linearer Temperaturverlauf einen nichtlinearen Dichteverlauf innerhalb des thermisch zu behandelnden Körpers bedingen. Eine erfindungsgemäße Temperaturdifferenz beträgt dabei entlang des Temperaturverlaufes innerhalb des thermisch zu behandelnden Körpers vorteilhafterweise mehr als 5 K, aber weniger als 500 K.
Weiterhin ist ein erfindungsgemäßes Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von dem beliebigen zweiten infinitesimalen Flächenelement mit der zweiten lokalen Temperatur innerhalb der beliebigen ersten Schnittebene der ersten konstanten Höhe entlang einer zweiten Normalen der beliebigen ersten Schnittebene der ersten konstanten Höhe hin zu einem beliebigen vierten infinitesimalen Flächenelement mit einer vierten lokalen Temperatur innerhalb der beliebigen zweiten Schnittebene der zweiten konstanten Höhe der Gradient eines zweiten lokalen Temperaturverlaufes an einer beliebigen Höhe des thermisch zu behandelnden Körpers sich um maximal 5% unterscheidet von einem gemittelten Temperaturgradienten, welcher über einen entsprechenden Temperaturverlauf über die gesamte Höhe des thermisch zu behandelnden Körpers berechnet ist, der über den ersten lokalen Temperaturverlauf gemittelte Temperaturgradient und der über den zweiten lokalen Temperaturverlauf gemittelte Temperaturgradient sich um nicht mehr als 5% unterscheiden. Dies ist vorteilhaft, um über die beliebige erste Schnittebene der ersten konstanter Höhe und/oder die beliebige zweite Schnittebene der zweiten konstanten Höhe betrachtet einen näherungsweise homogenen Wärmetransport innerhalb des thermisch zu behandelnden Körpers zu gewährleisten und mechanische Spannungen, insbesondere an dem ausgebildeten Bond des Verbundkörpers im Falle des Hochtemperatur-Bondens eines ersten Teilkörpers mit einem zweiten Teilkörper, zu vermeiden. Dies ist notwendig, da unterschiedliche lokale Temperaturen innerhalb gedanklich finiter Flächenelemente des thermisch zu behandelnden Körpers sich in lokal unterschiedliche Wärmeausdehnungen und lokal unterschiedliche Materialdichten übersetzen. Falls dreidimensionale finite Volumenelemente innerhalb des thermisch zu behandelnden Körpers sich fugenlos aneinanderreihen, entstehen theoretisch keine Spannungen innerhalb des thermisch zu behandelnden Körpers, insbesondere im Bereich der Grenzfläche des Verbundkörpers. Dies ist dann der Fall, wenn sich ein linearer Verlauf einer isotropen Verzerrung innerhalb des thermisch zu behandelnden Körpers ergibt, welcher durch einen räumlich homogenen Temperaturgradienten innerhalb des thermisch zu behandelnden Körpers hervorgerufen wird. In einem derartigen Fall verbiegen sich zwei gedanklich getrennte finite Volumenelemente an einer gemeinsamen Grenzfläche innerhalb eines thermisch zu behandelnden Körpers gleichartig, sodass keine formänderungsbedingten Spannungen auftreten, insbesondere nicht beim Fügen finiter Volumenelemente eines thermisch zu behandelnden Körpers. In letzteren Fall entsteht beim Hochtemperatur-Bonden kein zeitlicher Drift, beispielsweise nach der Ausbildung des Bonds durch langsame Spannungsrelaxation. Im allgemeinen Falle treten daher minimierte Spannungen innerhalb des thermisch zu behandelnden Körpers auf, solange die Kompatibilitätsbedingung von Saint-Venant eingehalten wird. Erfindungsgemäß wurde daher insgesamt erkannt, dass zur Ermöglichung eines spannungsfreien thermischen Behandelns eines thermisch zu behandelnden Körpers, beispielsweise zur spannungsfreien Herstellung eines Verbundkörpers durch Hochtemperatur-Bonden vorteilhafterweise ein Mantel körper verwendet wird. Der Mantelkörper ermöglicht die Ausbildung eines räumlich homogenen, unidirektionalen Temperaturverlaufes innerhalb des thermisch zu behandelnden Körpers nach dem thermischen Behandeln. Weiterhin ermöglicht der Mantelkörper ein spannungsarmes Kühlen des thermisch zu behandelnden Körpers, insbesondere des Bonds nach dem Hochtemperatur-Bonden. Ein erfindungsgemäßer unidirektionaler Temperaturverlauf während des Kühlens des thermisch zu behandelnden Körpers führt vorteilhafterweise zu einer erhöhten Formstabilität des thermisch zu behandelnden Körpers, insbesondere des Bonds innerhalb des durch Hochtemperatur-Bonden hergestellten Verbundkörpers.
In einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das thermische Behandeln des thermisch zu behandelnden Körpers als Temperaturverlaufsphasen eine Heizphase ausgehend von einer ersten Temperatur hin zu einer zweiten Temperatur, in welcher der mindestens eine thermisch zu behandelnde Körper mit einer zeitlichen Temperaturrampe zum Heizen geheizt wird, eine Haltephase, in welcher der mindestens eine thermisch zu behandelnde Körper mit der näherungsweise zeitlich-konstanten zweiten Temperatur geheizt wird, sowie eine Kühlphase ausgehend von der zweiten Temperatur hin zu der ersten bzw. einer dritten Temperatur, in welcher der mindestens eine thermisch zu behandelnder Körper mit einer zeitlichen Temperaturrampe zum Kühlen gekühlt wird.
In einer Variante des Verfahrens werden dabei alle oder nur ausgewählte Verfahrensschritte unter Inertgas-Atmosphäre, z.B. Argon oder Stickstoff, durchgeführt. Während der Heizphase werden der mindestens eine thermisch zu behandelnde Körper sowie der Mantelkörper dabei auf eine Temperatur oberhalb eines unteren Kühlpunktes erhitzt. Während der Haltephase werden der mindestens eine thermisch zu behandelnde Körper, beispielsweise der erste Teilkörper und der zweite Teilkörper unter Provokation gezielter spannungsarmer Verzerrungen ausgeglüht und miteinander an einer Grenzfläche verbunden. Hierbei bilden sich Restspannungen von maximal 1 kPa - 1 MPa aus. Ein durch einen Temperaturgradienten hervorgerufener Dichtegradient weist dabei vorteilhafterweise Beträge von mindestens 3 ppm/m auf. Da ebenfalls der Kristallisationsgrad des Materials des Verbundkörpers von der Temperatur abhängig ist, kann es auch zu einer Ausbildung unterschiedlicher Kristallisationsgrade und gegebenenfalls unterschiedlicher Kristallisationszustände in Form von thermodynamischen Phasen des Materials in Richtung des Temperaturgradienten kommen. In einem Aspekt eines erfindungsgemäßen Verfahrens ändert sich der Kristallisationsgrad vorteilhafterweise um mehr als 5 ppm/m, aber nicht um als 10% über den thermisch zu behandelnden Körper hinweg.
Die während einer Haltephase eingestellte zeitlich-konstante Temperatur liegt erfindungsgemäß oberhalb eines Glühpunktes des Materials des thermisch zu behandelnden Körpers, vorzugsweise oberhalb der Glastemperatur des Materials des mindestens einen thermisch zu behandelnden Körpers, beispielsweise bei mehr als ca. 600°C, in der Regel zwischen ca. 800°C-1500°C, vorzugsweise zwischen 900°-1200°C. In einer vorteilhaften Variante des Verfahrens beträgt die zeitliche Dauer der Haltephase weniger als zehn Wochen, vorteilhafterweise weniger als sechs Wochen, weiter vorteilhafterweise weniger als vier Wochen.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verfahrens wird in dem thermisch zu behandelnden Körper sowie in dem Mantelkörper mit der Temperiereinheit und einem Medium eine Temperaturrampe zum Kühlen mit zeitlich nicht-linearem Verlauf gefahren. Eine erfindungsgemäße Form der Anwendung verwendet dabei Temperaturrampen mit stetigen Verläufen. Die gesamte zeitliche Dauer und die temporären Steigungen realer Temperaturrampen hängen stark von verschiedenen Parametern der Ausführungsform ab und müssen über Finite- Elemente Berechnungen näherungsweise ermittelt werden. Als wesentliche Parameter sind die Anzahl, die Geometrie und die Dimensionen des thermisch zu behandelnden Körpers sowie des verwendeten Mantelkörpers, das Material des thermisch zu behandelnden Körpers und des Mantelkörpers, sowie dessen Phasendiagramm mit gegebenenfalls im verwendeten Temperatur- und Druckbereich auftretenden Phasenübergängen, sowie weiterhin charakteristische Materialeigenschaften wie die Dichte, die Wärmekapazität, die Wärmeleitfähigkeit, die Härte, oder die Duktilität des verwendeten Materials zu nennen. Es sei darauf hingewiesen, dass die voranstehende Aufzählung nicht abschließend zu verstehen ist und weitere gängige Materialeigenschaften zur Ermittlung und Vorhersage einer zeitlichen Temperaturrampe mittels der Finiten-Elemente Methode herangezogen werden. Für eine Masse bei einer zylindrischen Geometrie des mindestens einen thermisch zu behandelnden Körpers und/oder eines Mantelkörpers von 3-5000 kg und mit einem Radius und einer Zylinderhöhe von 10 -300 cm liegen bei Verwendung von TiCh-dotierten Silikatgläsern als Material für den mindestens einen thermisch zu behandelnde Körperund/oder den Mantelkörper linear-approximierte Temperaturänderungen in, im Vergleich zur Gesamtdauer einer Rampe, infinitesimalen Temperaturintervallen der Temperaturrampen bei 0.1 - 10 K/h.
Da lokale Unterschiede der Temperaturgradienten innerhalb der beliebigen ersten Schnittebene der ersten konstanten Höhe und/oder der beliebigen zweiten Schnittebene der zweiten konstanten Höhe eines thermisch zu behandelnden Körpers, wie oben beschrieben, nicht perfekt durch den Mantelkörper unterdrückt werden, wird in einem weiteren Aspekt der Erfindung eine Verfahrenserweiterung vorgeschlagen, um Restinhomogenitäten der Temperaturgradienten innerhalb der beliebigen ersten Schnittebene der ersten konstanten Höhe und/oder der beliebigen zweiten Schnittebene der zweiten konstanten Höhe des thermisch zu behandelnden Körpers weiter zu minimieren.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Temperaturrampe zum Kühlen eine Überlagerung der folgenden Komponenten auf: eine erste Komponente mit einem stetig fallenden Temperaturverlauf ausgehend von einer ersten Temperatur zu einer zweiten Temperatur mit einer über die Regelungseinheit jeweils einstellbaren Kühlrate, einer ersten Temperatur, sowie einer zweiten Temperatur, sowie eine zweite Komponente mit periodischer Temperaturänderung ausgehend von einer dritten Temperatur zu einer vierten Temperatur mit einer über die Regelungseinheit jeweils einstellbaren dritten Temperatur, einer vierten Temperatur, einer Amplitude, einer Periode, einer Phase, sowie einer Dämpfung und/oder einer Verstärkung. Die genannten Parameter der periodischen Temperaturänderung der Temperaturrampe hängen stark von verschiedenen Parametern der Ausführungsform ab, können zeitlich veränderlich sein, und müssen ebenfalls über Finite-Elemente Berechnungen näherungsweise ermittelt werden. Als wesentliche Parameter sind hier ebenfalls die Anzahl, die Geometrie und die Abmessungen der thermisch zu behandelnden Körper, sowie des verwendeten Mantelkörpers, das Material der thermisch zu behandelnden Körper und des Mantelkörpers, sowie dessen Phasendiagramm mit gegebenenfalls auftretenden Phasenübergängen im verwendeten Temperatur- und Druckbereich, sowie weiterhin charakteristische Materialeigenschaften wie die Dichte, die Wärmekapazität, die Wärmeleitfähigkeit, die Härte, oder die Duktilität des Materials zu nennen, wobei auch diese Aufzählung nicht abschließend ist und weitere gängige Materialeigenschaften herangezogen werden können. Es ergeben sich durch einfache Überlegungen Richtwerte für die Amplitude und die Periode der Oszillation über die thermische Leitfähigkeitskonstante und die Geometrie eines Substrates. Für eine Masse des mindestens einen thermisch zu behandelnde Körpers, und/oder eines Mantelkörpers von 3 - 5000 kg und mit einem Radius und einer Zylinderhöhe von 10 - 300 cm liegen bei Verwendung von Titan dotierten Silikatgläsern als Material für den mindestens einen thermisch zu behandelnden Körper und/oder den Mantelkörper linear-approximierte Temperaturänderungen in, im Vergleich zur Gesamtdauer einer Rampe, infinitesimalen Temperaturintervallen der Temperaturrampen bei 0.1 - 10 K/h.
In einer Variante der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Periode der zeitlich-periodischen Komponente der Temperaturrampe derart gewählt, dass die Amplitude der thermischen Wellen nahe des Massenzentrums des mindestens einen thermisch zu behandelnden Körpers und des Mantelkörpers auf weniger als die Hälfte gedämpft werden im Vergleich zu der Amplitude der periodischen Temperaturänderungen des umgebenden Mediums. Dabei nimmt die Periode vorteilhafterweise Werte zwischen 1 s und 1 Monat an.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch die Temperaturrampe zum Kühlen eine Temperaturverteilung innerhalb des thermisch zu behandelnden Körpers erzeugt, die innerhalb der beliebigen ersten Schnittebene der ersten konstanten Höhe des thermisch zu behandelnden Körpers charakterisiert ist durch einen ersten räumlichen Temperaturverlauf zu einem beliebigen ersten Zeitpunkt, sowie einen zweiten räumlichen Temperaturverlauf zu einem zweiten Zeitpunkt, wobei der zweite Zeitpunkt um eine halbe Periode der zweiten Komponente der Temperaturrampe zum Kühlen relativ zeitlich verschoben ist zu dem beliebigen ersten Zeitpunkt, und wobei der erste räumliche Temperaturverlauf zu dem beliebigen ersten Zeitpunkt einen mindestens teilweise invertierten Verlauf aufweist relativ zu dem zweiten räumlichen Temperaturverlauf zu dem zweiten Zeitpunkt. Bei dem ersten räumlichen Temperaturverlauf und dem zweiten räumlichen Temperaturverlauf handelt es sich in einer Variante des Verfahrens um näherungsweise parabolische Temperaturverläufe entlang der Koordinaten der beliebigen ersten Schnittebene konstanter Höhe.
Naturgemäß übersteigt die Amplitude der zeitlich-periodischen Komponente der Temperaturrampe der Temperiereinheit und der des den Verbundkörper umgebenden Mediums den maximal erreichbaren Temperaturunterschied nahe des Massenzentrums des thermisch zu behandelnden Körpers und des Mantelkörpers. Weiterhin übersteigt die Amplitude der zeitlich-periodischen Komponente die maximale Abweichung einer stetig fallenden bzw. stetig steigenden Komponente der Temperaturrampe der Temperiereinheit innerhalb eines durch eine Periode definierten Zeitintervalls erfindungsgemäß. Dabei bewegt sich die erfindungsgemäße Amplitude der zeitlich-periodischen Komponente im Bereich zwischen 5 K und 250 K. Am Beginn der Temperaturrampe sowie an deren Ende wird die Verstärkung, respektive eine Dämpfung, der Amplitude vorteilhafterweise derart eingestellt, dass die sich ergebende periodische Komponente der nicht-linearen Temperaturrampe in ihrem Wert null ergibt.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass das Ausbilden eines unidirektionalen Temperaturverlaufes innerhalb des thermisch zu behandelnden Körpers, insbesondere nach Hochtemperatur-Bonden aus dem ersten Teilkörper und dem zweiten Teilkörper unter Zuhilfenahme des Mantelkörpers durch eine zusätzliche zeitlich-periodische Modulation der Temperaturrampe zum Kühlen des mindestens einen thermisch zu behandelnde Körpers unterstützt wird.
Durch die Anwendung der derartigen periodischen Modulation lässt sich weiterhin in vorteilhafter Weise die zeitliche Dauer der Kühlphase verringern, da über die Periode der zeitlich-periodischen Modulation einer Temperaturrampe zum Kühlen gemittelt Spannungen im thermisch zu behandelnden Körper mindestens teilweise nivelliert werden, wodurch im zeitlichen Mittel eine insgesamt höhere Abkühlrate ermöglicht wird, verglichen zu einer rein linearen Temperaturrampe zum Kühlen.
Ein erfindungsgemäßes optisches Element, insbesondere zur Reflexion von EUV- Strahlung, umfasst ein aus einem nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten thermisch zu behandelnden Körper hergestelltes Substrat, sowie eine auf das Substrat an einer Oberfläche aufgebrachte, insbesondere durch ein zweites chemisches und/oder physikalisches Bearbeitungsverfahren aufgebrachte, reflektierende, insbesondere EUV-Strahlung reflektierende, Beschichtung. Dabei ist in einem Aspekt der Erfindung das Substrat durch ein chemisches und/oder physikalisches Bearbeitungsverfahren an mindestens einer Oberfläche aus dem erfindungsgemäßen thermisch zu behandelnden Körper hergestellt. In einer Variante der Erfindung handelt es sich beispielsweise um ein Reinigungsverfahren, bei welchem eine oder mehrere Oberflächen des ersten Teilkörpers und/oder des zweiten Teilkörpers gereinigt werden. In einer weiteren Variante handelt es sich beispielsweise um ein formgebendes Verfahren, bei welchem eine oder mehrere Oberflächen des Verbundkörpers mit einer Form versehen werden. In einem Aspekt handelt es sich beispielsweise um ein zerspanendes Verfahren, bei welchem Material von einer oder mehrerer Oberflächen des thermisch zu behandelnden Körpers abgetragen wird und dadurch die Form der bearbeiteten Oberfläche verändert wird. In einem weiteren Aspekt handelt es sich beispielsweise um ein Polierverfahren, bei welchem eine oder mehrere Oberflächen des thermisch zu behandelnden Körpers auf einen Zielwert einer Oberflächenrauheit poliert werden. In einem weiteren Aspekt ist ein chemisches und/oder physikalisches Bearbeitungsverfahren ein Erodierverfahren. In einem weiteren Aspekt handelt es sich beispielsweise um ein chemisches Ätzverfahren, bei welchem Material von einer oder mehrerer Oberflächen des Verbundkörpers abgetragen wird und dadurch die Form der bearbeiteten Oberfläche verändert wird. In einem weiteren Aspekt handelt es sich beispielsweise um ein Beschichtungsverfahren, beispielsweise chemische Gasphasenabscheidung, Sputtern, Atomlagenabscheidung, Pulsed-Laser Deposition, oder ein Galvanisierverfahren. In einem weiteren Aspekt der Erfindung werden zwei oder mehrere der beschriebenen Verfahren nacheinander ausgeführt. Die reflektierende Beschichtung ist dabei zur Reflexion von EUV-Strahlung bei einer Wellenlänge zwischen ca. 5 nm und ca. 30 nm ausgebildet, insbesondere zur Reflexion von Strahlung einer Wellenlänge von ungefähr 13.5 nm (Lithographie), oder im Bereich von etwa 2.3 nm bis 4.4 nm (Wasserfenster). In einer weiteren Variante umfasst die konkrete Ausgestaltung der reflektierenden Beschichtung neben den tatsächlich die Strahlung reflektierenden Schichten eine oder mehrere Zusatzschichten wie beispielsweise Absorberschichten, Schutzschichten, Basisschichten oder Haftvermittlungsschichten.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das optisches Element dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein durchgängiger Kanal, hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, innerhalb des Substrates des reflektierenden optischen Elementes zum aktiven Temperieren des Substrates und einer auf das Substrat an einer Oberfläche aufgebrachte, insbesondere durch ein chemisches und/oder physikalisches Bearbeitungsverfahren, aufgebrachte, reflektierende, insbesondere EUV-Strahlung reflektierende, Beschichtung mittels flüssiger und/oder gasförmiger Medien verwendet wird.
In einer Variante handelt es sich bei dem verwendeten Fluid zum aktiven Temperieren des optischen Elementes um Wasser, insbesondere um hoch-reines Wasser mit einem Leitwert <0,1 pS/cm. Das reflektierende optische Element lässt sich hierdurch in einem Temperaturbereich von in etwa 0°C -100°C aktiv temperieren. In weiteren Varianten handelt es sich bei dem verwendeten Fluid zum aktiven Temperieren um hoch-reine gasförmige Fluide, insbesondere hochreine Druckluft. In einer speziellen Variante handelt es sich bei dem zum aktiven Temperieren verwendeten gasförmigen Fluid um ein hochreines Inertgas wie beispielsweise Stickstoff oder Argon, sowie um Mischungen von hochreinen Gasen. In einer weiteren Variante handelt es sich bei dem zum aktiven Temperieren verwendeten Fluid um Suspensionen von kondensiertem CO2 und organischen Lösungsmitteln, beispielsweise Isopropylalkohol. In einer weiteren Variante handelt es sich bei dem zum aktiven Temperieren verwendeten Fluid um ein Medium analog der Verwendung in einem Wärmerohr, beispielsweise niedrigsiedenden organische Kohlenwasserstoffe, Ammoniak oder Alkalimetalle. Derartige Temperierungsverfahren werden während keines, eines, oder einer Vielzahl von Herstellungsschritten des reflektierenden optischen Elementes nach dem erfindungsgemäßen thermischen Behandeln des thermisch zu behandelnden Körpers verwendet, sowie während der erfindungsgemäßen Verwendung des reflektierenden optischen Elementes.
Das Material des thermisch zu behandelnden Körpers basiert beispielsweise auf Silikat als Grundmaterial. In weiteren Varianten sind dem Grundmaterial dabei eine oder mehrere chemische Komponenten als Dotierungen beigefügt, beispielsweise Titandioxid (TiC ). Idealerweise liegt der prozentuale Anteil des Dotierungsmaterials bei weniger als 10 gew%. In weiteren Varianten werden andere chemische Verbindungen mit hoher thermischer Leitfähigkeit verwendet werden, sowie alternative gängige Dotierungen.
Eine erfindungsgemäße Anlage der Halbleitertechnologie ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein erfindungsgemäßes optisches Element umfasst. In einer Variante handelt es sich bei einer Anlage der Halbleitertechnologie um eine Anlage zur Produktion von strukturierten Halbleitersubstraten, oder um eine Anlage zur Qualifizierung von im Bereich der Halbleitertechnologie verwendeten Optiken. In speziellen Varianten handelt es sich insbesondere um eine Anlage aus dem Bereich der EUV- Halbleitertechnologie, weiterhin insbesondere um eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Halbleiterlithographie von Wafern oder ähnlichen Substraten, weiterhin insbesondere um eine Maskeninspektionsanlage für die EUV-Halbleiterlithographie, und weiterhin insbesondere um eine Waferinspektionsanlage für die EUV-Halbleiterlithographie. In einer weiteren Variante ist das mindestens eine optische Element mit mindestens einem durchgängigen Kanal ausgestaltet, welcher im Betrieb der Anlage der Halbleitertechnologie dazu verwendet wird, das reflektierende optische Element zu temperieren, d.h. zu kühlen und/oder zu erwärmen.
In einer weiteren Variante wird der thermisch zu behandelnde Körper zu anderen Zwecken als zur Herstellung eines (reflektierenden) optischen Elements verwendet. Auch in diesem Fall kann mindestens ein optional vorhandener durchgängige Kanal zum Erwärmen und/oder zum Kühlen des thermisch zu behandelnden Körpers verwendet, wenn dieser mit einem Fluid durchströmt wird. 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.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele sind in den schematischen Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Figur 2 a eine schematische Darstellung eines ersten Teilköpers und eines zweiten Teilkörpers jeweils mit einer Oberflächenstruktur
Figur 2 b eine schematische Darstellung des thermisch zu behandelnden Körpers am Beispiel eines Verbundkörpers
Figur 2 c eine schematische Darstellung des thermisch zu behandelnden Körpers am Beispiel eines Verbundkörpers.
Figur 3 a eine schematische Darstellung des thermisch zu behandelnden Körpers am Beispiel eines Verbundkörpers mit Schnittebenen konstanter Höhe
Figur 3 b eine schematische Darstellung räumlicher Temperaturverteilungen innerhalb des thermisch zu behandelnden Körpers
Figur 3 c eine schematische Darstellung zweier räumlicher Temperaturverläufe innerhalb des thermisch zu behandelnden Körpers.
Figur 4 eine schematische Darstellung eines zeitlichen Temperaturverlaufes eines Mediums einer Temperiereinheit während des Hochtemperatur- Bondens
Figur 5 a eine schematische Darstellung einzelner Komponenten einer Phase eines zeitlichen Temperaturverlaufes
Figur 5 b eine schematische Darstellung einer Phase eines zeitlichen Tem peraturverlaufes Figur 5 c eine schematische Darstellung räumlicher Temperaturverläufe im Inneren des thermisch zu behandelnden Körpers zu verschiedenen Zeitpunkten während der Abkühlphase des Hochtemepraturbondens
Figur 6 ein reflektierendes optisches Element
Figur 7 eine schematische Darstellung einer Anlage der Halbleitertechnologie im Meridionalschnitt am Beispiel einer Projektionsbelichtungsanlage für die EUV- Halbleiterlithografie
Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (100), umfassend einen Mantelkörper (105), eine Temperiereinheit (106), ein Heizelement (109), sowie ein Medium (111 ), welches sich in einem über das Heizelement (109) temperierbaren Raum (108) der Temperiereinheit (106) befindet. Die Temperiereinheit (106) ist dabei derart ausgeführt, dass in dem temperierbaren Raum (108) mit dem Medium (111 ) der Mantelkörper (105) einen thermisch zu behandelnden Körper, hier gezeigt am Beispiel einer Anordnung aus einem ersten Teilkörper (101 ) und aus einem zweiten Teilkörper (102), kontaktlos umschließt. Mittels eines Heizelementes (109) temperiert die Temperiereinheit (106) den vom dem Mantelkörper (105) umschlossenen thermisch zu behandelnden Körper. In dieser Variante der Ausführungsform wird die Vorrichtung (100) zum thermischen Verbinden des ersten Teilkörpers (101 ) mit dem zweiten Teilkörper (102) zu einem Verbundkörper (103) an einer zwischen dem ersten Teilkörper (101 ) und dem zweiten Teilkörper (102) ausgebildeten Grenzfläche (104) mittels Hochtemperatur- Bondens verwendet. Dabei umschließt der Mantelkörper (105), vor der Durchführung des Hochtemperatur-Bondens eine Anordnung von sich an einer Grenzfläche (104) kontaktierenden ersten Teilkörper (101) und zweiten Teilkörper (102) kontaktlos.
Ebenfalls umschließt der Mantelkörper (105), den Verbundkörper (103) während und nach dem Hochtemperatur-Bonden kontaktlos. Selbiges gilt für die Verwendung der Vorrichtung (100) zur thermischen Behandlung eines thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) im Falle einer Temperierung eines monolithischen Körpers.
In einer Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung (100) umfasst die Vorrichtung (100) weiterhin eine Regelungseinheit (110). In dieser Variante der Ausführungsform ist die Regelungseinheit (110) dazu ausgestaltet, die Temperatur mindestens eines der Elemente im Inneren der Temperiereinheit (106), vorzugsweise aller Elemente im Inneren der Temperiereinheit (106) zu mindestens einem Zeitpunkt während einem Prozess des thermischen Behandelns eines thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) einzustellen.
In einer Variante einer erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die Dimensionen des Mantelkörpers (105) derart gewählt, dass jede zu einer Oberfläche (112) des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103), beispielsweise zu einer Oberfläche (114) des ersten Teilkörpers (101) und/oder zu einer Oberfläche (113) des zweiten Teilkörpers (102) gerichtete Oberfläche (107) des Mantelkörpers (105) einen Abstand von mindestens 1 mm, vorzugsweise mindestens 0.1 mm, zu dem thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103) aufweist. Um die erfindungsgemäße Funktion des Mantelkörpers (105) sicherzustellen, ist es notwendig, den Abstand des Mantelkörpers (105) zu dem thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103) zu begrenzen. Der Abstand jeder zu der Oberfläche (112, 113, 114) des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) gerichteten Oberfläche (107) des Mantelkörpers (105) beträgt höchstens 30 mm, vorzugsweise 7 mm, weiter vorzugsweise 5 mm. Dabei ist der Abstand zwischen dem Mantelkörper (105) und dem thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103) entlang eines vollständigen Umlaufes des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) idealerweise konstant, sodass die Oberfläche (107) der Form des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) folgt. Es besteht allerdings die Beschränkung, dass nach dem thermischen Behandeln der Mantelkörper (105) von dem thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103) entfernt werden können muss, ohne dass der Mantelkörper (105), oder der thermisch zu behandelnde Körper (101 , 102, 103) hierdurch eine mechanische Beschädigung erfahren. Ebenfalls beträgt während und nach dem thermischen Behandeln der Abstand jeder zu der Oberfläche (112) gerichteten Oberfläche (107) bis zu höchstens 10 mm, vorzugsweise 7 mm, weiter vorzugsweise 5 mm. Diese Dimensionierung des Mantelkörpers (105) stellt sicher, dass der Mantelkörper (105) nach dem thermischen Behandeln zur Wiederverwendung geeignet ist.
Der Mantelkörper (105) ist erfindungsgemäß außen in der Form eines Zylinders ausgestaltet. In einer Variante der Erfindung ist der Zylinder ellipsoid ausgestaltet, d.h. der Zylinder weist im Querschnitt eine numerische Exzentrizität in einem Bereich von 0 - 0.1 auf, vorzugsweise eine Exzentrizität von weniger als 0.05, weiter vorzugsweise eine Exzentrizität von weniger als 0.01. Eine verwendbare Exzentrizität des Mantelkörpers (105) richtet sich dabei nach einer Inhomogenität der Temperaturverteilung im Inneren einer Temperiereinheit (106), wobei die verwendbare Exzentrizität kleiner wird mit steigender Inhomogenität der Temperaturverteilung im Inneren der Temperiereinheit (106). Für eine maximale Temperaturdifferenz im Inneren einer Temperiereinheit (106) von maximal 25 K ist eine Exzentrizität von bis zu 0.1 verwendbar. Für eine Temperaturverteilung von maximal 250 K im Inneren einer Temperiereinheit (106) ist eine Exzentrizität von bis zu 0.01 verwendbar. Die Höhe des Mantelkörpers (105) wird erfindungsgemäß derart gewählt, dass der Mantelkörper (105) mindestens gleich hoch ist wie der thermisch zu behandelnde Körper (101 , 102, 103). Da während des thermischen Behandelns in der Ausführungsform eines Hochtemperatur-Bondens beispielsweise der Verbundkörper (103) entsteht, muss der Mantelkörper (105) ebenfalls mindestens gleich hoch ausgebildet sein, wie eine erwartete Höhe des Verbundkörpers (103) während und nach dem Hochtemperatur-Bonden. In einer Variante der Erfindung beträgt die Wandstärke des Mantelkörpers (105) mindestens ein Zehntel und höchstens das zehnfache der Höhe des thermisch zu behandelnden Körpers, vorzugsweise ist der Durchmesser der Anordnung aus dem thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103) und dem Mantelkörper (105) allerdings gleich der Höhe derselben Anordnung.
Aufgrund thermischer Ausdehnung erfahren der Mantelkörper (105) und der thermisch zu behandelnde Körper (101 , 102, 103) während einer Temperaturänderung während des Hochtemperatur-Bondens eine Formveränderung. Die zu erwartende Formveränderung im während des thermischen Behandelns angewendeten Temperaturbereich muss dabei für die Wahl der Geometrie des Mantelkörpers (105) relativ zu dem thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103), sowie des während des thermischen Behandelns beispielsweise hergestellten Verbundkörpers (103) berücksichtigt und derart vorgehalten werden, dass der Mantelkörper (105) vor, während und nach dem thermischen Behandeln Kontakt zu dem thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103) aufweist. Um entstehende Formveränderungen während des Hochtemperatur-Bondens für den thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103), sowie den Mantelkörper (105) vorteilhaft zu berücksichtigen, sind die individuellen Wärmeausdehnungskoeffizienten der beteiligten Materialien möglichst ähnlich, idealerweise gleich, zu wählen. Daher wird der Mantelkörper (105) vorteilhafterweise aus demselben Material gefertigt wie der thermisch zu behandelnde Körper (101 , 102, 103). Damit wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass vor, während und nach dem thermischen Behandeln kein Kontakt zwischen dem thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103), und dem Mantelkörper (105), entsteht. Weiterhin wird dadurch in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass der Abstand zwischen dem thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103) und dem Mantelkörper (105), während des thermischen Behandelns räumlich homogene Veränderungen aufweist. Die Verwendbarkeit von Materialien für den Mantelkörper (105) mit leicht von dem Material des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) abweichenden chemischen Zusammensetzungen richtet sich dabei nach der Ähnlichkeit der Wärmeleitfähigkeit des Materials des Mantelkörpers (105) im Vergleich zum Material des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103). Die Wärmeleitfähigkeit des Mantelkörpers (105) kann dabei maximal ein Zehntel der Wärmeleitfähigkeit des Materials des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) von der Wärmeleitfähigkeit des Materials des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) abweichen, vorzugsweise ein Zwanzigstel, weiter vorzugsweise ein Hundertstel.
Falls sich die thermischen Eigenschaften des Mantelkörpers zu stark vom Verbundkörper unterscheiden, kann man die asymmetrische Temperaturverteilung im Innern durch gezielte Formung der Außengeometrie vermeiden. Im idealen Extremfall isoliert der Mantel perfekt die Wärme, dann beeinflusst seine Geometrie nicht mehr die Temperaturgradienten. In einer Variante der Erfindung handelt es sich bei den verwendeten Materialien für den Mantelkörper (105) und den thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103) beispielsweise um amorphe Silizium haltige Gläser oder teilkristalline Keramiken. In weiteren Varianten werden die verwendeten Materialien zur Verbesserung chemischer, physikalischer, oder optischer Eigenschaften mit weiteren Teilmaterialien angereichert. Insbesondere handelt es sich bei dem Material um eine Titan dotierte Silikatverbindung.
In einer Ausgestaltungsform weist der vom Mantelkörper (105) umschlossene thermisch zu behandelnde Körper (101 , 102, 103) wie in Figur 1 dargestellt, runde Querschnitte auf. In einer Variante weist der vom Mantelkörper (105) umschlossene thermisch zu behandelnde Körper (101 , 102, 103) ovale Querschnitte auf. In speziellen Alternativen weist der vom Mantelkörper (105) umschlossene thermisch zu behandelnde Körper (101 , 102, 103) polygonale Querschnitte auf. Das Medium (111 ) in dem temperierbaren Raum (108) der Temperiereinheit (106) wird mittels des Heizelementes (109) und, wie oben beschrieben in einer speziellen Variante der Erfindung mit der Regelungseinheit (110), auf eine frei einstellbare Temperatur in einem Temperaturbereich zwischen 50 - 1500°C temperiert. In einer Variante der Erfindung handelt es sich bei dem Medium (111) um ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff oder Argon. In einer weiteren Variante handelt es sich um hoch-reine Druckluft. In einer weiteren Variante ist dem gasförmigen Medium in kontrollierter Weise gasförmiges Wasser zugesetzt. In weiteren Varianten wird das Medium (111 ) während des thermischen Behandelns ausgetauscht, wobei der Austausch entweder sequenziell oder kontinuierlich erfolgt. Die Austauschbarkeit des Mediums (111 ) dient beispielsweise dazu, gebildete gasförmige Substanzen aus dem temperierbaren Raum (108) zu entfernen. Dabei wird das Medium (111 ) mit einer variablen Austauschrate aus dem temperierbaren Raum (108) ausgetauscht. Es ist weiterhin möglich, in einer Anwendung der Vorrichtung (100) durch kontinuierliche Evakuierung des temperierbaren Raumes (108) das Medium (111 ) mindestens teilweise zu entfernen. Hierzu wird eine Pumpvorrichtung (nicht gezeigt) verwendet, um einen Unterdrück relativ zu dem die Vorrichtung (100) umgebenden Umgebungsdruck zu erzeugen. In einer weiteren Variante der Erfindung weist das Medium (111 ) einen höheren Druck als einen Standarddruck während des thermischen Behandelns aufweist.
In einer Variante der Erfindung werden als Heizelemente (109) stromdurchflossene Drähte, beispielsweise Heizspulen, verwendet. In einer weiteren Variante der Erfindung werden als Heizelemente (109) gasdurchflossene Heizelemente verwendet. In einer weiteren Variante der Erfindung umfasst die Vorrichtung (100) eine Vielzahl von Heizelementen (109), welche an verschiedenen Orten in dem temperierbaren Raum (108) angeordnet sind. Insbesondere sind die Heizelemente (109) an der Decke des temperierbaren Raumes (108), oder an dessen Wänden, sowie auf dem Boden befindlich.
Erfindungsgemäß lässt sich die Temperatur des Mediums (111 ) über die Regelungseinheit (110) und das Heizelement (109) auf einen Wert mit einer Genauigkeit von mindestens 10 K, vorzugsweise +/-1 K, weiter vorzugsweise +/- 0,1 K, einstellen und regeln. In einer Ausführungsform enthalten die Vorrichtung (100) und im Speziellen die Regelungseinheit (110) daher mindestens einen Sensor, um die Temperatur des Mediums (111 ) zu messen. Die von dem Sensor gemessenen Temperatursignale werden dann in einer Auswerteeinheit verarbeitet und in einer Feedback-Schleife an die Regelungseinheit (110) zum Regeln einer Temperatur zurückgegeben. In einer Variante der Erfindung umfasst die Regelungseinheit (110) alternativ oder zusätzlich einen Sensor, welcher die Temperatur an einer Oberfläche im Inneren der Temperiereinheit (106) oder die Temperatur innerhalb des Mediums (111 ) misst. Bei einer entsprechenden Oberfläche handelt es sich um eine Oberfläche des Mantelkörpers (105), oder um eine Oberfläche thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103).
Figur 2 a, b zeigen eine spezielle Ausführungsform der Erfindung am Beispiel des Hochtemperatur-Bondens des ersten Teilkörpers (101 ) mit dem zweiten Teilkörper (102) zu dem Verbundkörper (103). Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren dieser Ausführungsform werden zunächst der erste Teilkörper (101) und der zweite Teilkörper (102) bereitgestellt. In dem gezeigten Aspekt des Verfahrens ist der erste Teilkörper (101 ) als oberer Teilkörper ausgebildet und der zweite Teilkörper (102) als unterer Teilkörper ausgebildet, sodass der erste Teilkörper (101 ) mit einer Oberfläche (204) auf den zweiten Teilkörper (102) mit einer Oberfläche (205) derart abgelegt wird, dass die Oberfläche (204) und die Oberfläche (205), wie in Figur 2 b gezeigt, sich berühren. Hierdurch wird eine Grenzfläche (104) ausgebildet. Die Positionen des ersten Teilkörpers (101 ) und des zweiten Teilkörpers (102) sind dabei untereinander austauschbar.
Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Figur 2 c gezeigt, in welcher eine Vielzahl von Teilkörpern (200) mittels eines Stack-Sealing Verfahrens derart aneinander positioniert werden, dass mittels des Hochtemperatur-Bondens als einer speziellen Variante des thermischen Behandelns ein Verbundkörper (103) aus der entsprechenden Vielzahl von Teilkörpern (200) entsteht. Dabei bilden jeweils zwei Teilkörper (101 , 102) der Vielzahl von Teilkörpern (200) mindestens eine Grenzfläche (104), an welcher während des Hochtemperatur-Bondens der Verbundkörper (103) entsteht.
In einer weiteren Ausführungsform werden der erste Teilkörper (101 ) und der zweite Teilkörper (102) jeweils an der Oberfläche (204) und an der Oberfläche (205) vor oder nach der Bereitstellung mittels eines chemischen und/oder eines physikalischen Bearbeitungsverfahrens bearbeitet, wodurch die Oberfläche (204) und/oder die Oberfläche (205) in eine vordefinierte und zueinander korrespondierende Form gebracht werden, sodass sich die Oberfläche (204) und die Oberfläche (205) beim Zusammenbringen des ersten Teilkörpers (101 ) und des zweiten Teilkörpers (102) mindestens teilweise kontaktieren. Da sich der erste Teilkörper (101 ), der zweite Teilkörper (102) oder die Vielzahl von Teilkörpern (200) während einer Temperaturänderung ausgehend von einem Zustand bei Raumtemperatur hin zu einem Zustand bei einer erhöhten Temperatur während des Hochtemperatur- Bondens verformen können, wird eine derartige temperaturinduzierte Formänderung in den über ein chemisches und/oder physikalisches Bearbeitungsverfahren zu erreichenden Formen des ersten Teilkörpers (101 ), des zweiten Teilkörpers (102), oder der Vielzahl von Teilkörpern (200) berücksichtigt und in dem Bearbeitungsverfahren vorgehalten.
In einer Variante der Erfindung handelt es sich bei einem physikalischen Bearbeitungsverfahren beispielsweise um ein Polierverfahren oder ein Läppverfahren, um die Oberfläche (204) und die Oberfläche (205) auf eine definierte Rauheit zu polieren. In einer weiteren Variante handelt es sich bei einem physikalischen Bearbeitungsverfahren um ein zerspanendes und/oder anderweitig formgebendes Verfahren.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform sind Kanäle in dem thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103) ausgebildet. Hierzu wird die Oberfläche (204) und/oder die Oberfläche (205) wie folgt bearbeitet. Mit einem physikalischen Bearbeitungsverfahren, z.B. einem zerspanenden Verfahren, werden eine Struktur (206) des ersten Teilkörpers und/oder eine Struktur (207) des zweiten Teilkörpers mit jeweils mindestens einer Nut (209) und/oder einer Nut (212) und/oder mindestens einem Steg (210) und/oder einem Steg (213) beispielsweise in die Oberfläche (204) und/oder in die Oberfläche (205) eingebracht. In einer weiteren Variante handelt es sich bei dem physikalischen Bearbeitungsverfahren um ein Ablationsverfahren, bei welchem mittels einer Licht-, Radikal-, Elektronen- oder lonenquelle die Struktur (206) des ersten Teilkörpers und/oder die Struktur (207) des zweiten Teilkörpers in die Oberfläche (204) und/oder die Oberfläche (205) eingebracht werden. In einer Variante des Verfahrens wird dadurch während des thermischen Behandelns, insbesondere während des Hochtemperatur-Bondens, aus der Struktur (206) des ersten Teilkörpers und/oder der Struktur (207) des zweiten Teilkörpers mindestens ein durchgängiger Kanal (208) im Inneren des Verbundkörpers (103) ausgebildet. In einer Variante besteht der Kanal (208) aus mehreren Teilkanälen, wobei jeweils zwei Teilkanäle durch mindestens eine Wand (211 ) voneinander getrennt sind. In einer weiteren Variante werden mehrere voneinander unabhängige durchgängige Kanäle (208) ausgebildet.
Im Falle der Verwendung eines chemischen Verfahrens zur Bearbeitung der Oberfläche des ersten Teilkörpers (204) und/oder des zweiten Teilkörpers (205) wird ein Material auf der Oberfläche des ersten Teilkörpers (204) und/oder der Oberfläche des zweiten Teilkörpers (205) aufgebracht und/oder von der Oberfläche des ersten Teilkörpers (204) und/oder der Oberfläche des zweiten Teilkörpers (205) abgetragen. In einer Variante der Erfindung handelt es sich bei einem chemischen Verfahren zur Bearbeitung der Oberflächen (20, 205) um ein additives Fertigungsverfahren.
In einer Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird beispielsweise ein Ätzverfahren zum Abtrag von Material von der Oberfläche des ersten Teilkörpers (204) und/oder der Oberfläche des zweiten Teilkörpers (205) eingesetzt. Bevorzugt wird ein nass-chemisches Ätzverfahren verwendet bei welchem flüssige und/oder gasförmige Chemikalien verwendet werden. In einer Variante der Erfindung wird ein derartiges nass-chemisches Ätzverfahren verwendet, um die erste Struktur (206) in die Oberfläche des ersten Teilkörpers (204) und/oder die zweite Struktur (207) in die Oberfläche des zweiten Teilkörpers (205) einzubringen. Anstelle eines nasschemischen Ätzverfahrens wird in einer weiteren Variante als Bearbeitungsverfahren alternativ ein Trockenätzverfahren eingesetzt. Hierbei wird die Oberfläche des ersten Teilkörpers (204) und/oder die Oberflächen (205) beispielsweise mittels einer Plasmaquelle oder einer lonenstrahlquelle in eine definierte Form gebracht und/oder die erste Struktur (206) und die zweite Struktur (207) in die Oberfläche des ersten Teilkörpers (204) und/oder in die Oberfläche des zweiten Teilkörpers (205) eingebracht. Es ist ebenfalls möglich, dass die erste Struktur (206) und die zweite Struktur (207) mittels eines lithographischen Verfahrens eingebracht wird. In einer weiteren Variante der Erfindung handelt es sich bei dem Verfahren zur Bearbeitung der Oberfläche (204) und/oder der Oberfläche des zweiten Teilkörpers (205) um ein Verfahren, mittels welchem über ein chemisches und/oder physikalisches Verfahren Material auf der Oberfläche des ersten Teilkörpers (204) und/oder der Oberfläche des zweiten Teilkörpers (205), oder nur auf einem Teil der Oberfläche des ersten Teilkörpers (204) und/oder der Oberfläche des zweiten Teilkörpers (205), abgeschieden wird. In einer Variante wird beispielsweise mittels Atomlagenabscheidung eine dünne Schicht aus mindestens einer Atomlage eines Materials aufgebracht. In anderen Ausführungsformen werden beispielsweise Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung, oder Sputterverfahren verwendet, um eine Schicht eines Materials auf die Oberfläche des ersten Teilkörpers (204) und/oder die Oberfläche des zweiten Teilkörpers (205), oder einen Teil der Oberflächen abzuscheiden.
In einem weiteren Aspekt ist die Grenzfläche (104) als planare Grenzfläche ausgebildet. In diesem Fall ist auch die Oberfläche des ersten Teilkörpers (204) und die Oberfläche des zweiten Teilkörpers (205) als planare Oberflächen ausgebildet. In einem weiteren Aspekt ist die Grenzfläche (104) als konkave oder konvexe Fläche ausgebildet. In einem weiteren Aspekt ist die Grenzfläche (104) als eine Freiformfläche ausgestaltet. In den Fällen einer Ausgestaltung der Grenzfläche (104) als konkave Fläche, konvexe Fläche oder einer Freiformfläche sind die Oberfläche des ersten Teilkörpers (204) und die Oberfläche des zweiten Teilkörpers (205) jeweils als zueinander komplementäre Oberfläche ausgebildet, sodass sich ein flächiger Kontakt zwischen der Oberfläche des ersten Teilkörpers (204) und der Oberfläche des zweiten Teilkörpers (205) ergibt.
In einem weiteren Aspekt sind der erste Teilkörper (101 ) und der zweite Teilkörper (102) mittels Ansprengens besonders vorteilhaft miteinander in Verbindung gebracht, so dass sich eine einfachere Herstellung einer Anordnung aus dem ersten Teilkörper (101 ) und dem zweiten Teilkörper (102) verwirklichen lässt.
Ist der thermisch zu behandelnde Körper (101 , 102, 103), beispielsweise der erste Teilkörper (101 ) und der zweite Teilkörper (102) in einer wie oben beschriebenen erfindungsgemäßen Anordnung, angeordnet, wird über eine Bereitstellung der Vorrichtung (100) der thermisch zu behandelnde Körper (101 , 102, 103) wie in Figur 1 dargestellt innerhalb des Mantelkörpers (105) in dem temperierbaren Raum (108) mit dem Medium (111) positioniert. Hierbei umschließt der Mantelkörper (105) den thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103) wie weiter oben beschrieben kontaktlos. In der Folge wird mittels thermischen Behandelns ein thermisch zu behandelnder Körper (101 , 102, 103) hergestellt. Beispielsweise wird mittels Hochtemperatur-Bondens aus dem ersten Teilkörper (101 ) und dem zweiten Teilkörper (102) an der Grenzfläche (104) ein Verbundkörper (103) hergestellt.
Figur 3 a zeigt eine schematische Darstellung eines thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) während des thermischen Behandelns, wobei sämtliche Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung (100) zur besseren Darstellung der im Folgenden dargelegten Teilaspekte während des thermischen Behandelns gezielt weggelassen wurden. Der erfindungsgemäß thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103) umfasst eine erste beliebige Schnittebene einer ersten konstanten Höhe (305) und eine beliebige zweite Schnittebene einer zweiten konstanten Höhe (306). Die erste beliebige Schnittebene der ersten konstanten Höhe (305) umfasst weiterhin ein erstes beliebiges infinitesimales Flächenelement (302) und ein beliebiges zweites infinitesimales Flächenelement (304). Ebenso umfasst die beliebige zweite Schnittebene der zweiten konstanten Höhe (306) ein beliebiges drittes infinitesimales Flächenelement (308) und ein beliebiges viertes infinitesimales Flächenelement (314).
Figur 3 b zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform während eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum thermischen Behandeln. Wie anhand einer ersten Temperaturverteilung (316) innerhalb der beliebigen ersten Schnittebene der ersten konstanten Höhe (305) dargestellt, liegt an dem beliebigen ersten infinitesimalen Flächenelement (302) während des thermischen Behandelns eine erste lokale Temperatur (301 ) vor und an dem beliebigen zweiten infinitesimalen Flächenelement (304) eine zweite lokale Temperatur (303). Ebenso liegt gemäß einer zweiten Temperaturverteilung (317) innerhalb der beliebigen zweiten Schnittebene der zweiten konstanten Höhe (306) an dem beliebigen dritten infinitesimalen Flächenelement (308) während des Hochtemperatur-Bondens eine dritte lokale Temperatur (307) vor und an dem beliebigen vierten infinitesimalen Flächenelement (314) eine vierte lokale Temperatur (309). In dieser im Folgenden verwendeten Definition der Schnittebenen konstanter Höhe (305, 306), der infinitesimalen Flächenelemente (302, 304, 308, 314), usw. bedeutet eine beliebige Wahl der Höhe der entsprechenden Schnittebene konstanter Höhe (305, 306) des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103), beispielsweise innerhalb des Verbundkörpers (103), eine beliebige Wahl der Position des infinitesimalen Flächenelementes (302, 304, 308, 314) innerhalb einer Schnittebene konstanter Höhe (305, 306), etc., mit der Einschränkung, dass es sich bei einer beliebigen Schnittebene (305, 306), eines beliebigen Flächenelementes (302, 304, 308, 314), etc. nicht jeweils um dieselbe Schnittebene (305, 306), dasselbe infinitesimale Flächenelement (302, 304, 308, 314), etc. handeln darf.
Da in erfindungsgemäßer Verwendung der Vorrichtung (100), wie in Figur 1 dargestellt, der Mantelkörper (105) den thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103) während des Hochtemperatur-Bondens kontaktlos umschließt, verhindert der Mantelkörper (105) mindestens teilweise einen ungehinderten Wärmeaustausch zwischen dem (111) Medium und dem thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103), beispielsweise über die Oberfläche (112) des Verbundkörpers (103). Erfindungsgemäß erfolgt ein solcher ungehinderter Wärmeaustausch zwischen dem Medium (111 ) und dem thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103) über die Oberfläche (315) aus Fig. 3a, da die Oberfläche (315) nicht von dem Mantelkörper (105) kontaktlos umschlossen ist. Infolgedessen nehmen die erste Temperatur (301) und die zweite lokale Temperatur (303) voneinander um maximal 1 K abweichende Werte an. Da eine erfindungsgemäße isolierende Wirkung des Mantelkörpers (105) eine Wärmeleitung innerhalb der beliebigen ersten Schnittebene der ersten konstanten Höhe (305) nicht perfekt unterdrückt, ist es möglich, dass geringfügige Temperaturunterschiede zwischen der ersten lokalen Temperatur (301 ) und der zweiten lokalen Temperatur (303) bestehen, welche allerdings erfindungsgemäß nicht größer als 1 K sein sollen.
Da ein ungehinderter Wärmeaustausch zwischen dem Medium (111) und dem thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103) über die nicht von dem Mantelkörper (105) umschlossene Oberfläche (315) erfolgt, können aufgrund eines stattfindenden Wärmeaustausches zwischen dem thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103) und dem Medium (111 ) an der Oberfläche (315), sowie eines daraus resultierenden, entropiegetriebenen Wärmetransports innerhalb des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) eine erste lokale Temperatur (301 ) und eine dritte lokale Temperatur (307) mindestens zeitweise voneinander abweichen. Dabei ist eine Differenz zwischen einer ersten lokalen Temperatur (301 ) und einer dritten lokalen Temperatur (307) größer, je weiter die beliebige erste Schnittebene der ersten konstanten Höhe (305) und die beliebige zweite Schnittebene der zweiten konstanten Höhe (306) auseinander liegen und je größer eine mindestens zeitweise vorliegende Temperaturdifferenz zwischen einer Temperatur des Mediums (111) oder des Ofenbodens und einer Temperatur an der Oberfläche (315) ist.
Figur 3 c zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Aspektes eines erfindungsgemäßen Verfahrens des thermischen Behandelns des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103). In diesem Aspekt ist innerhalb des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) ausgehend von dem beliebigen ersten infinitesimalen Flächenelement (302) mit einer ersten lokalen Temperatur (301 ) entlang einer ersten Normalen (310) hin zu dem beliebigen dritten infinitesimalen Flächenelement (308) mit der dritten lokalen Temperatur (307) ein erster lokaler Temperaturverlauf (311 ) näherungsweise linear. Im Sinne der Erfindung bedeutet eine Linearität des Temperaturverlaufes (311 ), dass der Gradient eines ersten lokalen Temperaturverlaufes (311 ) an einer beliebigen Höhe des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) sich um maximal 5% unterscheidet von einem gemittelten Temperaturgradienten, welcher über einen entsprechenden lokalen Temperaturverlauf (311 ) über die gesamte Höhe des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) berechnet ist. Gleichzeitig ist innerhalb desselben thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103)ausgehend von dem beliebigen zweiten infinitesimalen Flächenelement (304) mit der zweiten lokalen Temperatur (303) entlang der zweiten Normalen (312) der beliebigen ersten Schnittebene der ersten konstanten Höhe (305) hin zu dem beliebigen vierten infinitesimalen Flächenelement (314) mit der vierten lokalen Temperatur (309) der zweite lokale Temperaturverlauf (313) näherungsweise ebenfalls linear, wobei eine Linearität des zweiten lokalen Temperaturverlaufes (313) im Sinne der Erfindung analog definiert ist zu der Linearität des ersten lokalen Temperaturverlaufes (311 ). Da sich während des Ausbildens des Temperaturverlaufes (311) und/oder des Temperaturverlaufes (313) im Inneren des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) unterschiedliche Ausdehnungszustände des Materials des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) ausbilden, geht der Temperaturverlauf (311 ) und/oder der Temperaturverlauf (313) mit einem Dichteverlauf innerhalb des Materials des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) einher, wobei sich die Dichte entlang des Temperaturverlaufes (311) und/oder des Temperaturverlaufes (313) um mindestens 10 ppm ändert. Da auch der Kristallisationsgrad des Materials des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) von der Temperatur abhängig ist, kann es hierbei zu einer Ausbildung von unterschiedlichen Kristallisationsgraden und gegebenenfalls unterschiedlichen Kristallisationszuständen in Form von thermodynamischen Phasen des Materials entlang des Temperaturverlaufes (311 ) und/oder des Temperaturverlaufes (313) kommen. In einem Aspekt ändert sich der Kristallisationsgrad um mehr als 10 ppm, aber nicht mehr als 10% entlang des Temperaturverlaufes (311) und/oder des Temperaturverlaufes (313). Wenn ein Temperaturverlauf (311) und/oder ein Temperaturverlauf (313) einen linearen Verlauf im Sinne der Erfindung aufweist, kann ebenfalls ein Dichteverlauf in derselben Richtung einen analogen linearen Verlauf aufweisen. Ein Temperaturgradient des Temperaturverlaufes (311 ) und/oder ein Temperaturgradient des Temperaturverlaufes (313) beträgt dabei erfindungsgemäß 20 - 1000 K/m, wobei der über den ersten lokalen Temperaturverlauf (311 ) gemittelte Temperaturgradient und der über den zweiten lokalen Temperaturverlauf (313) gemittelte Temperaturgradient sich um nicht mehr als 5% unterscheiden. In diesem Fall findet über den gesamten Querschnitt des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) ein näherungsweise homogener Wärmetransport hin zur Oberfläche (315) statt. Durch ein erfindungsgemäßes Abkühlen des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) bis auf Raumtemperatur besteht somit ein konstanter Dichtegradient innerhalb des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) , welcher eine verminderte Ausbildung von Spannungen im Inneren des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) bedingt. Figur 4 zeigt in einem weiteren Aspekt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verfahrens eine schematische Darstellung eines zeitlichen Temperaturverlaufes (400) des Mediums (111 ) in dem über das Heizelement (109) und die Regelungseinheit (110) temperierbaren Raum (108). Der zeitliche Temperaturverlauf (400) für ein vollständiges Verfahren des Hochtemperatur-Bondens umfasst eine Heizphase (401 ) ausgehend von einer ersten Temperatur (402) hin zu einer zweiten Temperatur (403), in welcher der thermisch zu behandelnde Körper (101 , 102, 103) mit einer zeitlichen Temperaturrampe zum Heizen (404) geheizt wird, eine Haltephase (405), in welcher der thermisch zu behandelnde Körper (101 , 102, 103) mit einer zeitlich-konstanten zweiten Temperatur (403) thermisch behandelt wird, sowie eine Kühlphase (406) ausgehend von der zweiten Temperatur (403) hin zu der ersten Temperatur (402), in welcher der durch obiges Verfahren thermisch behandelte thermisch zu behandelnde Körper (101 , 102, 103) mit einer zeitlichen Temperaturrampe zum Kühlen (407) gekühlt wird.
In einer speziellen Variante der Erfindung wird während des gesamten Temperaturverlaufes (400), insbesondere während der Heizphase (401 ) und der Kühlphase (406), die Temperatur des Mediums (111 ) über die Regelungseinheit (110) in zeitlich-veränderlicher Weise geregelt. Eine über die Regelungseinheit (110) geregelte Temperaturänderung innerhalb des Temperaturverlaufes (400), insbesondere innerhalb der Heizphase (401 ) bzw. der Kühlphase (406), übersetzt sich in eine entsprechende Heizrate bzw. Kühlrate.
In einer weiteren Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich dabei um eine konstante Heizrate bzw. eine konstante Kühlrate, welche zu einer linearen Temperaturänderung während beispielsweise der Heizphase (401 ) und der Kühlphase (406) führt.
In einer weiteren Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Heizrate und eine Kühlrate zeitlich-veränderlich eingestellt, was zu entsprechend nichtlinearen Temperaturänderungen während des Temperaturverlaufes (400), insbesondere für die Temperaturrampe zum Heizen (404) und für die Temperaturrampe zum Kühlen (407), führt. Bei einer zeitlich nichtlinearveränderlichen Temperaturänderung handelt es sich beispielsweise um sigmoidale Temperaturänderungen, um eine logarithmische Temperaturänderung, um exponentielle Temperaturänderungen, oder um stufenförmige Temperaturänderungen.
Die genauen zeitlichen Dauern der einzelnen Heizphase (401 ), der Haltephase (405) und der Kühlphase (406) sind abhängig von den verwendeten Materialien des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) und des Mantelkörpers (105), sowie von deren vorliegenden Formen und Geometrien. Genaue experimentelle Werte können beispielsweise über Finite-Elemente Simulationen berechnet werden. Erfindungsgemäß liegt eine zeitliche Dauer der Heizphase (401 ) und der Haltephase (405) im Bereich von wenigen Stunden bis zu wenigen Tagen. Erfindungsgemäß liegt eine zeitliche Dauer der Kühlphase (406) im Bereich weniger Stunden bis zu drei Monaten, vorzugsweise im Bereich von einer Woche und zwei Monaten, weiter vorzugsweise im Bereich einer Woche und einem Monat.
Da zur Vermittlung eines Wärmeaustausches ein direkter Kontakt bestehen muss zwischen dem Medium (111 ) und jeweils dem thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103), sowie dem Mantelkörper (105), ist der Temperaturverlauf (400) an einer Position im Inneren des thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103) oder des Mantelkörpers (105), grundsätzlich ähnlich zu einem in Figur 4 gezeigten Temperaturverlauf (400) des Mediums (111 ). Dabei bestimmt ein Wärmeleitfähigkeitskoeffizient der verwendeten Materialien des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103), sowie des Mantelkörpers (105), wie schnell eine Temperaturänderung an einer Position im Inneren des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) oder des Mantelkörpers (105) einer Temperaturänderung eines Temperaturverlaufes (400) eines Mediums (111) folgt. Um eine möglichst einheitliche Temperaturverteilung in allen in einem temperierbaren Raum (108) der Temperiereinheit (106) befindlichen gasförmigen und festen Materialien zu erreichen, werden erfindungsgemäß Temperaturänderungen in dem Temperaturverlauf (400) des Mediums (111 ) von höchstens 100 K/Stunde, vorzugsweise ! K/Stunde, weiter vorzugsweise 0.01 K/Stunde vorgegeben.
Figur 5 a zeigt in einem weiteren Aspekt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verfahrens eine schematische Darstellung eines Teils des Temperaturverlaufes (400) während des thermischen Behandelns. In diesem Aspekt besteht die einstellbare Temperaturrampe zum Kühlen (407) mit zeitlich nicht-linearem Verlauf des den Mantelkörper (105) und den thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103) umgebenden Mediums (111 ) aus einer ausgehend von einer ersten Temperatur (504) zu einer zweiten Temperatur (505) stetig fallenden ersten Komponente (506) mit einer einstellbaren Kühlrate, der ersten Temperatur (504), sowie der zweiten Temperatur (505), sowie weiterhin aus einer zweiten Komponente (509) mit periodischer Temperaturänderung ausgehend von einer dritten Temperatur (507) zu einer vierten Temperatur (508) mit der über die Regelungseinheit (110) jeweils einstellbaren dritten Temperatur (507), der vierten Temperatur (508), einer Amplitude, einer Periode, einer Phase, sowie einer Dämpfung und/oder einer Verstärkung. Die erste Temperatur (504) wird dabei vorteilhaft so eingestellt, dass die erste Temperatur (504) in ihrem Wert der während der Haltephase (405) eingestellten ersten Temperatur (403) entspricht. Die zweite Temperatur (505) wird vorteilhaft derart eingestellt, dass die zweite Temperatur (505) in ihrem Wert der während der Kühlphase (406) eingestellten zweiten Temperatur (402) entspricht. Der Temperaturverlauf der ersten Komponente (506) ist als ein linearer Verlauf, ein exponentieller Verlauf, ein sigmoidaler Verlauf oder ein logarithmischer Verlauf ausgestaltet. Die dritte Temperatur (507) ist vorteilhaft ebenfalls so eingestellt, dass die dritte Temperatur (507) in ihrem Wert der während der Haltephase (405) eingestellten zweiten Temperatur (403) entspricht. Die vierte Temperatur (508) ist ebenfalls vorteilhaft derart eingestellt, dass die vierte Temperatur (508) in ihrem Wert der während der Kühlphase (406) eingestellten ersten Temperatur (402) entspricht. Zur Veranschaulichung sind die erste Komponente (506) und die zweite Komponente (509) sowie die zugehörigen Temperaturen auf der die Temperatur darstellenden y- Achse zwecks Veranschaulichung versetzt dargestellt. Die Definition des Wertes der dritten Temperatur (507) und der vierten Temperatur erfolgt dabei über die Einstellung einer Periode und einer Phase einer zweiten Komponente (509). Dabei ist in einer Variante der Erfindung die Periode der zweiten Komponente (509) zeitlich konstant. In einer weiteren Variante der Erfindung ist die Periode der zweiten Komponente zeitlich-veränderlich. Die erfindungsgemäß über die Regelungseinheit (110) einstellbaren Parameter einer Temperaturrampe zum Kühlen (407) hängen von Einflüssen der Ausführungsform ab und werden über Finite-Elemente Berechnungen ermittelt. Genannt sein hier die Geometrie und die Dimensionen, das Material, das thermodynamische Phasendiagramm, die Dichte, die Wärmekapazität, die Wärmeleitfähigkeit, die Härte, oder die Duktilität des Materials des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) und/oder des Mantelkörpers (105). Es sei darauf hingewiesen, dass die voranstehende Aufzählung nicht abschließend zu verstehen ist.
In Figur 5 b ist in einer schematischen Darstellung ein weiterer Aspekt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verfahrens eines Teils des Temperaturverlaufes (400) während des thermischen Behandelns gezeigt. In diesem Aspekt bewirkt eine über die Betriebsparameter der Temperiereinheit (106), und gegebenenfalls in einer speziellen Ausführungsform der Regelungseinheit (110), geregelte periodische Komponente (509) der Temperaturrampe zum Kühlen (407) einen ersten periodischen Verlauf einer Temperaturrampe (511 ) im Inneren des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103), wobei der erste periodische zeitliche Verlauf der Temperaturrampe (511 ) und ein zweiter periodischer zeitlicher Verlauf einer Temperaturrampe (510) des Mediums (111) sich unterscheiden in der jeweiligen Amplitude, der jeweiligen Phase, der jeweiligen Frequenz, der jeweiligen Dämpfung und/oder der jeweiligen Verstärkung. Dabei folgt der erste periodische Verlauf der Temperaturrampe (511 ) im Inneren des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) zu einem beliebigen ersten Zeitpunkt (513) und zu einem beliebigen zweiten Zeitpunkt (515) aufgrund eines Wärmeaustausches zwischen dem Medium (111 ) und dem thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103) sowie einer Wärmediffusion innerhalb des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) während des thermischen Behandelns stets verzögert und gedämpft dem zweiten periodischen Verlauf der Temperaturrampe (510).
In Figur 5 c ist in einer schematischen Darstellung ein weiterer Aspekt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verfahrens des thermischen Behandelns gezeigt. In diesem Aspekt bewirkt eine Einstellung der Betriebsparameter der Temperiereinheit (106), und in einer speziellen Ausführungsform der Regelungseinheit (110), die periodische Komponente (509) der Temperaturrampe zum Kühlen (407) des Mediums (111 ) innerhalb der beliebigen ersten Schnittebene konstanter Höhe (305) den ersten räumlichen Temperaturverlauf (512) zu dem beliebigen ersten Zeitpunkt (513), sowie den zweiten räumlichen Temperaturverlauf (514) zu dem zweiten Zeitpunkt (515), wobei der zweite Zeitpunkt (515) um eine halbe Periode der zweiten Komponente (509) der Temperaturrampe zum Kühlen (407) relativ zeitlich verschoben ist zu dem beliebigen ersten Zeitpunkt (513), und wobei der erste räumliche Temperaturverlauf (512) einen mindestens teilweise invertierten Verlauf aufweist relativ zu dem zweiten räumlichen Temperaturverlauf (514). Da eine erfindungsgemäße isolierende Wirkung des Mantelkörpers (105) eine Wärmeleitung innerhalb des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) zu der Oberfläche (114) des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) nicht perfekt unterdrückt, treten während der Kühlphase (406) innerhalb der beliebigen ersten Schnittebene der ersten konstanten Höhe (305) des geringfügige Temperaturunterschiede zwischen der ersten lokalen Temperatur (301 ) des beliebigen ersten infinitesimalen Flächenelementes (302) und der zweiten lokalen Temperatur (303) des beliebigen zweiten infinitesimalen Flächenelementes (304) auf, welche zu der Ausbildung des ersten räumlichen Temperaturverlaufs (512) führen. Dabei ist das grundsätzliche Ausbilden des derartigen ersten räumlichen Temperaturverlaufes (512) unabhängig von der Art des zeitlichen Verlaufes der beispielsweise über die Regelungseinheit (110) geregelten Temperaturrampe zum Kühlen (407). Der Temperaturverlauf (512) und der Betrag des lokalen Temperaturgradienten hängt allerdings ab von einer temporären Kühlrate während der Kühlphase (406), sowie von physikalischen und geometrischen Eigenschaften des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) und des Mantelkörpers (105). Als bestimmende Eigenschaften sind beispielhaft zu nennen die Geometrie, die Abmessungen, die chemische Zusammensetzung, die Dichte, die
Wärmekapazität, die Wärmeleitfähigkeit, die Härte, die Duktilität, sowie das Vorliegen gegebenenfalls auftretender Phasenübergänge im betrachteten Temperatur- und Druckbereich im Material des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103), sowie des verwendeten Mantelkörpers (105). Durch eine mindestens teilweise über einen periodischen Verlauf der Temperaturrampe (511 ) während der Kühlphase (406) hervorgerufene Inversion des ersten räumlichen Temperaturverlaufes (512) hin zu dem zweiten Temperaturverlauf (514) werden mechanische Spannungen an der Grenzfläche (104) mindestens derart teilweise ausgeglichen, dass ein über den zeitlichen Verlauf einer vollen Periode des periodischen Verlaufes der Temperaturrampe (511 ) gemittelter räumlicher Temperaturverlauf minimiert wird, wobei erfindungsgemäß der über den zeitlichen Verlauf einer vollen Periode des periodischen Verlaufes der Temperaturrampe (511 ) gemittelte räumliche Temperaturverlauf einen Temperaturbereich von < 10 K aufweist. Da sich in Gläsern die Viskosität nichtlinear mit der Temperatur ändert, bauen sich in der beschriebenen Weise mechanische Spannungen im Falle einer Temperaturinversion schneller ab, als sie sich bei nicht-temporär-invertierten und rein durch Wärmediffusion bedingten Temperaturgradienten aufbauen. Daher reichen kurze und schwache Inversionen der Temperatur zum Abbau der Restspannungen aus.
Die Amplitude und die Periode der periodischen Temperaturänderung der Komponente (509) bestimmen maßgeblich die in Figur 5 b und Figur 5 c beschriebenen erfindungsgemäßen Aspekte während des thermischen Behandelns. Dabei wird in einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahren die Periode der Komponente (509) derart gewählt, dass eine Amplitude einer wellenförmigen Wärmediffusion im Inneren des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) während der Kühlphase (406) auf weniger als die Hälfte der Amplitude der periodischen Temperaturänderung der Komponente (509) im Medium (111 ) gedämpft wird. Eine erfindungsgemäße Periode liegt demnach in einem zeitlichen Bereich größer als eine Sekunde und kleiner als ein Monat. Die Amplitude der periodischen Temperaturänderung der Komponente (509) wird erfindungsgemäß derart eingestellt, dass eine in Figur 5 c schematisch dargestellte Inversion eines Temperaturverlaufes an dem beliebigen ersten Zeitpunkt (513) relativ zu dem zweiten Zeitpunkt (515) erreicht wird. Dabei übersteigt die Amplitude der periodischen Temperaturänderung der Komponente (509) in dem Medium (111) erfindungsgemäß eine maximal während des thermischen Behandelns auftretende Temperaturdifferenz im Inneren des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) während der Kühlphase (406). Eine erfindungsgemäße maximale Amplitude einer periodischen Temperaturänderung (509) wird im Bereich größer als 5K und kleiner als 250K gewählt, wobei die Dämpfung und/oder die Verstärkung der Amplitude während der Kühlphase erfindungsgemäß berücksichtigt wird.
In einer weiteren Variante der Erfindung wird das gesamte Temperierungsverfahren gemäß der Figuren 4 und 5, mehrmals hintereinander durchgeführt. In einer weiteren Variante der Erfindung sind die Parameter des Temperierungsverfahrens zwischen den einzelnen Durchläufen identisch. In einer weiteren Variante sind die Parameter des Temperierungsverfahrens zwischen den einzelnen Durchläufen verschieden. In einer weiteren Variante des Verfahrens werden chemische, strukturelle und/oder physikalische Eigenschaften des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) zwischen einzelnen Durchläufen des Temperierungsverfahrens mittels eines geeigneten chemische und/oder physikalischen Messverfahrens mit gewünschten Vorgabewerten verglichen.
In Figur 6 ist in einer schematischen Darstellung ein optisches Element (609) gezeigt, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus dem thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103) hergestellt ist. In dem gezeigten Beispiel handelt es sich insbesondere um ein reflektierendes optisches Element (609), weiter insbesondere um ein reflektierendes optisches Element (609) zur Reflexion von EUV-Strahlung (610).
In dem gezeigten Beispiel ist der thermisch zu behandelnde Körper (101 , 102, 103) an der Oberfläche (315) mittels eines chemischen und/oder physikalischen Bearbeitungsverfahrens zu einem erfindungsgemäßen Substrat (611 ) bearbeitet. In der gezeigten Ausführungsform ist eine Oberfläche (612) des Substrates (611 ) durch ein chemisches und/oder physikalisches Bearbeitungsverfahrens zu einer konkavgekrümmte Oberfläche bearbeitet. Alternativ kann die Oberfläche (612) durch ein chemisches und/oder physikalisches Bearbeitungsverfahrens zu einer planaren Oberfläche bearbeitet werden. In einer weiteren Variante der Erfindung kann die Oberfläche (612) durch ein chemisches und/oder physikalisches Bearbeitungsverfahrens zu einer konvexen Oberfläche, oder zu einer Freiformfläche bearbeitet werden. Auf das Substrat (611 ) ist weiterhin an der Oberfläche (612) durch ein zweites chemisches und/oder physikalisches Bearbeitungsverfahren eine reflektierende, insbesondere EUV-Strahlung reflektierende, Beschichtung (613) aufgebracht. In dem gezeigten Beispiel ist die Beschichtung (613) aus einer Vielzahl von alternierenden Schichten mit jeweils voneinander abweichenden physikalischen Eigenschaften, insbesondere optischen Eigenschaften, z.B.
Brechungsindexunterschiede, aufgebaut. In einer Variante handelt es sich bei der Beschichtung (613) beispielsweise um alternierende Schichten von Molybdän und Silizium, sodass die Beschichtung (613) als EUV-Licht reflektierende Beschichtung im Spektralbereich zwischen 5 - 30 nm, insbesondere bei 13.5 nm, ausgestaltet ist. In einem weiteren Aspekt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des optischen Elementes (609) ist innerhalb des Substrates (611) mindestens ein durchgängiger Kanal (208) ausgestaltet zum aktiven Heizen und/oder zum aktiven Kühlen des Substrates (611 ) und der auf das Substrat (611 ) an der Oberfläche (612) aufgebrachten reflektierenden, insbesondere EUV-Strahlung reflektierenden, Beschichtung (613) mittels flüssigen und/oder gasförmigen Medien. Der mindestens eine durchgängige Kanal (208) weist dabei, wie in Figur 6 gezeigt, eine runde Querschnittsform auf. In einer Variante der Erfindung ist die Querschnittsform des durchgängigen Kanals (208) eckig oder oval ausgestaltet. In einer weiteren Variante der Erfindung erstreckt sich der mindestens eine durchgängige Kanal (208) über den gesamten Querschnitt des Substrates (611), oder auch nur über Teile des Querschnittes des Substrates (611 ), wobei einzelne Teilkanäle des durchgängigen Kanals (208) über Wände (211 ) voneinander getrennt sind. In einer Variante der Erfindung handelt es sich bei dem Kanal (208) um einen über den Querschnitt des Substrates (611 ) ausgestalteten spiralförmigen Kanal (208). In einer anderen Variante ist ein über den Querschnitt des Substrates (611) ausgestalteter Kanal (208) mäanderförmig. In weiteren Ausführungsformen werden lineare Geometrien, zum Zentrum des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) oder zu einer Oberfläche des Substrates (611 ) gebogene Geometrien, oder auch als pseudozweidimensionale Netzwerke über den Querschnitt des Substrates (611 ) ausgestaltete Varianten des mindestens einen Kanals (208) verwendet. In einer weiteren Variante handelt es sich um eine Vielzahl von Kanälen, wobei jeder einzelne Kanal (208) der Vielzahl von Kanälen als jeweils ein unabhängiger Kanal (208) ausgestaltet ist. Dabei ist in einer speziellen Variante der Ausführungsform der Abstand der Kanäle untereinander konstant. In einer weiteren speziellen Variante ist der Abstand der Kanäle untereinander räumlich variierend. In einer weiteren Variante ist der Abstand der Kanäle zu einer Oberfläche des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) konstant. In einer weiteren Variante ist der Abstand der Kanäle zu einer Oberfläche des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) variierend. In einer weiteren Variante ist der Durchmesser der Kanäle des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) räumlich konstant. In einer weiteren Variante ist der Durchmesser der Kanäle des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) räumlich variierend. In einer weiteren Variante ist die Form der Kanäle des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) räumlich konstant. In einer weiteren Variante ist die Form der Kanäle des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) räumlich variierend.
In Figur 7 ist in einer schematischen Darstellung eine Verwendung des optischen Elementes (609) innerhalb einer Anlage der Halbleitertechnologie (700) gezeigt. Beispielhaft ist als Anlage der Halbleitertechnologie (700) eine Projektionsbelichtungsanlage gezeigt. Das reflektierende optische Element (609) ist dabei als ein oder mehrere Spiegel MI-M11 zur Reflektion von Strahlung, insbesondere von EUV-Strahlung, ausgestaltet. In einer weiteren Ausführungsform kann die Anlage der Halbleitertechnologie (700) als eine Waferinspektionsanlage ausgeführt sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die Anlage der Halbleitertechnologie (700) als eine Maskeninspektionsanlage ausgeführt sein. Die Anlage der Halbleitertechnologie (700) ist dadurch gekennzeichnet, dass ein optisches Element (609), insbesondere ein reflektierendes optisches Element (609), über einen im optischen Element (609), insbesondere im reflektierenden optischen Element (609), befindlichen erfindungsgemäßen Kanal (208) temperiert wird mittels einer Temperiereinrichtung (723-733). Bei dem Vorgang des Temperierens des optischen Elementes (609), insbesondere des reflektierenden optischen Elements (609), über einen Kanal (208) handelt es sich um einen Heizvorgang und/oder um einen Kühlvorgang. Bei einem Heizvorgang und/oder bei einem Kühlvorgang wird ein Kanal (208) von einem Medium durchströmt. Dabei wird die Temperatur des Mediums über eine der Temperiereinrichtungen (723-733) geregelt. Die Temperiereinrichtungen (723-733) weisen entsprechende Anschlüsse sowie Leitungen zur Zuführung bzw. zur Abführung des Mediums in den bzw. aus dem mindestens einen Kanal (208) auf. In einer Variante der Erfindung weisen die Temperiereinrichtungen (723-733) mindestens eine Pumpe oder dergleichen auf, um das Medium kontinuierlich umzuwälzen. Es ist auch möglich, dass die
Temperiereinrichtungen (723-733) über einen Anschluss zu einer Versorgungseinheit in Verbindung steht, wobei in diesem Fall die Versorgungseinheit nicht Teil der Anlage der Halbleitertechnologie (700) ist.
In einer Variante der Erfindung handelt es sich bei dem für einen Heizvorgang und oder einen Kühlvorgang verwendeten Medium um Wasser, insbesondere um hochreines Wasser, wobei das Wasser einen Leitwert von < 0,1 pS/cm aufweist. In einer weiteren Variante sind dem Wasser chemische Verbindungen zugesetzt, welche eine Kontamination des Wassers mit biologischem Material verhindern. In einer weiteren Variante sind dem Wasser chemische Verbindungen zugesetzt, welche den anwendbaren Temperaturbereich für das fließende Medium erweitern, oder welche dazu ausgestaltet sind, Korrosion in durch das Wasser kontaktierten Elementen zu reduzieren. In einer weiteren Variante der Erfindung handelt es sich bei dem für einen Heizvorgang und oder einen Kühlvorgang verwendeten Medium um ein Gas, insbesondere um hochreine Druckluft, weiterhin insbesondere um ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff oder Argon, oder um flüchtige organische Verbindungen oder Alkalimetalle.
Es versteht sich, dass die Verwendung des Substrates (611 ) und des darin enthaltenen Kanals (208) zum Temperieren des Substrates (611 ), sowie des optischen Elementes (609) und des darin enthaltenen Kanals (208) zum Temperieren des einen optischen Elementes (609) nicht auf eine Verwendung innerhalb einer Anlage der Halbleitertechnologie (700) beschränkt ist.
Im Folgenden werden weiterhin und unter Bezugnahme auf die Figur 7 exemplarisch die wesentlichen Bestandteile einer Anlage für die Halbleitertechnologie (700) am Beispiel einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithografie beschrieben.
Eine Ausführung eines Beleuchtungssystems (701 ) der Projektionsbelichtungsanlage hat neben einer Strahlungsquelle (702) eine Beleuchtungsoptik (703) zur Beleuchtung eines Objektfeldes (704) in einer Objektebene (705). Bei einer alternativen Ausführung ist die Lichtquelle (702) auch als ein zum sonstigen Beleuchtungssystem separates Modul bereitgestellt. In diesem Fall umfasst das Beleuchtungssystem die Lichtquelle (702) nicht.
Beleuchtet wird ein im Objektfeld (704) angeordnetes Retikel (706). Das Retikel (706) ist von einem Retikelhalter (707) gehalten. Der Retikelhalter (707) ist über einen Retikelverlagerungsantrieb (708) insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar.
In der Figur 7 ist zur Erläuterung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Richtung verläuft senkrecht zur Zeichenebene hinein. Die y- Richtung verläuft horizontal und die z-Richtung verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in der Figur 7 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene (705).
Die Projektionsbelichtungsanlage umfasst eine Projektionsoptik (709). Die Projektionsoptik (709) dient zur Abbildung des Objektfeldes (704) in ein Bildfeld (710) in einer Bildebene (711 ). Die Bildebene (711 ) verläuft parallel zur Objektebene (705). Alternativ ist auch ein von 0° verschiedener Winkel zwischen der Objektebene (705) und der Bildebene (711 ) möglich.
Abgebildet wird eine auf dem Retikel (706) befindliche Struktur auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes (710) in der Bildebene (711 ) angeordneten Substrates (712). In der Regel ist dieses Substrat (712) ein Wafer. Der Wafer (712) wird von einem Waferhalter (713) gehalten. Der Waferhalter (713) ist über einen Waferverlagerungsantrieb (714) insbesondere längs der y- Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels (706) über den Retikelverlagerungsantrieb (708) und andererseits des Wafers (712) über den Waferverlagerungsantrieb (714) erfolgt in einer Variante der Erfindung synchronisiert zueinander.
Bei der Strahlungsquelle (702) handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle (702) emittiert insbesondere EUV-Strahlung (715), welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung, Beleuchtungsstrahlung oder Beleuchtungslicht bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. In einer Variante der Erfindung handelt es sich bei der Strahlungsquelle (702) um eine Plasmaquelle, zum Beispiel um eine LPP-Quelle (Laser Produced Plasma, mithilfe eines Lasers erzeugtes Plasma) oder um eine GDPP-Quelle (Gas Discharged Produced Plasma, mittels Gasentladung erzeugtes Plasma). In einer weiteren Variante handelt es sich um eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle, oder um einen Freie-Elektronen-Laser (Free-Electron-Laser, FEL).
Die Beleuchtungsstrahlung (715), die von der Strahlungsquelle (702) ausgeht, wird von einem Kollektor (716) gebündelt. In einer Variante der Erfindung handelt es sich bei dem Kollektor (716) um einen Kollektor mit einer oder mit mehreren kugelförmigen, ellipsoidalen, parabolischen, zylindrischen und/oder hyperboloiden Reflexionsflächen, mit zum Beispiel ineinander geschachtelten Schalen vom Wolter- Typ. In einer speziellen Ausführungsform wird die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektors (716) im streifenden Einfall (Grazing Incidence, Gl), also mit Einfallswinkeln größer als 45° gegenüber der Normalenrichtung der Spiegeloberfläche, oder im normalen Einfall (Normal Incidence, NI), also mit Einfallwinkeln kleiner als 45°, mit der Beleuchtungsstrahlung (715) beaufschlagt. In einer weiteren Variante ist der Kollektor (716) einerseits zur Optimierung seiner Reflektivität für die Nutzstrahlung und andererseits zur Unterdrückung von Falschlicht strukturiert und/oder beschichtet.
Nach dem Kollektor (716) propagiert die Beleuchtungsstrahlung (715) durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene (717). In einer Variante der Erfindung stellt die Zwischenfokusebene (717) eine Trennung zwischen einem Strahlungsquellenmodul, aufweisend die Strahlungsquelle (702) und den Kollektor (716), und der Beleuchtungsoptik (703) dar.
Die Beleuchtungsoptik (703) umfasst einen Umlenkspiegel (718) und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel (719). In einer Variante der Erfindung handelt es sich bei dem Umlenkspiegel (718) um einen planen Umlenkspiegel oder alternativ um einen Spiegel mit einer über die reine Umlenkungswirkung hinaus bündelbeeinflussenden Wirkung. In weiteren Varianten ist alternativ oder zusätzlich der Umlenkspiegel (718) als Spektralfilter ausgeführt, der eine Nutzlichtwellenlänge der Beleuchtungsstrahlung (715) von Falschlicht einer hiervon abweichenden Wellenlänge trennt. Sofern der erste Facettenspiegel (719) in einer Ebene der Beleuchtungsoptik (703) angeordnet ist, die zur Objektebene (705) als Feldebene optisch konjugiert ist, wird dieser auch als Feldfacettenspiegel bezeichnet. Der erste Facettenspiegel (719) umfasst eine Vielzahl von einzelnen ersten Facetten (720), welche im Folgenden auch als Feldfacetten bezeichnet werden. Von diesen Facetten (720) sind in der Figur 7 nur beispielhaft einige dargestellt.
In einer Variante sind die ersten Facetten (720) als makroskopische Facetten ausgeführt, insbesondere als rechteckige Facetten oder als Facetten mit bogenförmiger oder teilkreisförmiger Randkontur. In einer weiteren Variante sind die ersten Facetten (720) als plane Facetten oder alternativ als konvex oder konkav oder astigmatisch gekrümmte Facetten ausgeführt. Wie beispielsweise aus der [DE102008009600A1] bekannt ist, sind in einer weiteren Variante die ersten Facetten (720) selbst jeweils auch aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln, insbesondere einer Vielzahl von Mikrospiegeln, zusammengesetzt. In einer speziellen Variante ist der erste Facettenspiegel (719) insbesondere als mikroelektromechanisches System (MEMS-System) ausgebildet. Für Details wird auf die [DE102008009600A1] verwiesen.
Zwischen dem Kollektor (716) und dem Umlenkspiegel (718) verläuft die Beleuchtungsstrahlung (715) horizontal, also längs der y-Richtung.
Im Strahlengang der Beleuchtungsoptik (703) ist dem ersten Facettenspiegel (719) nachgeordnet ein zweiter Facettenspiegel (721 ). Sofern der zweite Facettenspiegel (721 ) in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik (703) angeordnet ist, wird dieser auch als Pupillenfacettenspiegel bezeichnet. In einer weiteren Variante ist der zweite Facettenspiegel (721 ) auch beabstandet zu einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik (703) angeordnet. In diesem Fall wird die Kombination aus dem ersten Facettenspiegel (719) und dem zweiten Facettenspiegel (721) auch als spekularer Reflektor bezeichnet. Spekulare Reflektoren sind bekannt aus der [US20060132747A1] und der [US6573978],
Der zweite Facettenspiegel (721 ) umfasst eine Mehrzahl von zweiten Facetten (722). Die zweiten Facetten (722) werden im Falle eines Pupillenfacettenspiegels auch als Pupillenfacetten bezeichnet.
In einer speziellen Ausführungsform handelt es sich bei den zweiten Facetten (722) um makroskopische Facetten, die beispielsweise rund, rechteckig oder auch hexagonal berandet sind, oder alternativ um aus Mikrospiegeln zusammengesetzte Facetten. Diesbezüglich wird ebenfalls auf die [DE102008009600A1] verwiesen.
In einer Variante der Erfindung weisen die zweiten Facetten (722) plane oder alternativ konvex oder konkav oder astigmatisch gekrümmte Reflexionsflächen auf.
Die Beleuchtungsoptik (703) bildet somit ein doppelt facettiertes System. Dieses grundlegende Prinzip wird auch als Wabenkondensor (Fly's Eye Integrator) bezeichnet.
In einer Ausführungsform ist es vorteilhaft, den zweiten Facettenspiegel (721 ) nicht exakt in einer Ebene anzuordnen, welche zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik (709) optisch konjugiert ist. In einer Variante ist insbesondere der Pupillenfacettenspiegel (721 ) gegenüber einer Pupillenebene der Projektionsoptik (709) verkippt angeordnet, wie es zum Beispiel in der [DE102017220586A1] beschrieben ist.
Mit Hilfe des zweiten Facettenspiegels (721 ) werden die einzelnen ersten Facetten
(720) in das Objektfeld (704) abgebildet. Der zweite Facettenspiegel (721 ) ist der letzte bündelformende oder auch tatsächlich der letzte Spiegel für die Beleuchtungsstrahlung (715) im Strahlengang vor dem Objektfeld (704).
Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung der Beleuchtungsoptik (703) ist im Strahlengang zwischen dem zweiten Facettenspiegel (721 ) und dem Objektfeld (704) eine Übertragungsoptik angeordnet, die insbesondere zur Abbildung der ersten Facetten (720) in das Objektfeld (704) beiträgt. Die Übertragungsoptik weist genau einen Spiegel, alternativ aber auch zwei oder mehr Spiegel auf, welche hintereinander im Strahlengang der Beleuchtungsoptik (703) angeordnet sind. In weiteren Varianten umfasst die Übertragungsoptik insbesondere einen oder zwei Spiegel für senkrechten Einfall (N I-Spiegel, Normal Incidence Spiegel) und/oder einen oder zwei Spiegel für streifenden Einfall (Gl-Spiegel, Grazing Incidence Spiegel).
Die Projektionsbelichtungsanlage umfasst eine Mehrzahl von Spiegeln Mi, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage durchnummeriert sind.
Die Beleuchtungsoptik (703) hat bei der Ausführung, die in der Figur 7 gezeigt ist, nach dem Kollektor (716) (M1 ) beispielsweise drei Spiegel, einen Umlenkspiegel (718) (M2), einen Feldfacettenspiegel (719) (M3) und einen Pupillenfacettenspiegel
(721 ) (M4).
Bei einer weiteren Ausführung der Beleuchtungsoptik (703) entfällt der Umlenkspiegel (718), so dass die Beleuchtungsoptik (703) nach dem Kollektor (716) dann zwei Spiegel aufweist, nämlich den ersten Facettenspiegel (719) und den zweiten Facettenspiegel (721 ). Die Abbildung der ersten Facetten (720) mittels der zweiten Facetten (722) beziehungsweise mit den zweiten Facetten (722) und einer Übertragungsoptik in die Objektebene (705) ist regelmäßig nur eine näherungsweise Abbildung.
Bei dem in der Figur 7 dargestellten Beispiel umfasst die Projektionsoptik (709) sechs Spiegel M6 bis M11 . Alternativen mit vier, acht, zehn, zwölf oder einer anderen Anzahl an Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Ebenso sind ungerade Anzahlen von Spiegeln möglich. Der vorletzte Spiegel M10 und der letzte Spiegel M11 haben jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung (715). Bei der Projektionsoptik (709) handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Die Projektionsoptik (709) hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0,5, beispielsweise größer als 0,6, oder die beispielsweise 0,7 oder 0,75 beträgt. Ebenso sind numerische Aperturen von weniger als 0,5, beispielsweise 0,25 oder 0,33 möglich.
In einer Variante der Erfindung sind die Reflexionsflächen der Spiegel Mi als Freiformflächen ohne Rotationssymmetrieachse ausgeführt. In einer Alternative sind die Reflexionsflächen der Spiegel Mi als asphärische Flächen mit genau einer Rotationssymmetrieachse der Reflexionsflächenform gestaltet. Erfindungsgemäß weisen die Spiegel Mi, genauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik (703), hoch reflektierende Beschichtungen für die Beleuchtungsstrahlung (715) auf. Diese Beschichtungen sind erfindungsgemäß als Multilayer-Beschichtungen, insbesondere mit alternierenden Lagen aus Molybdän und Silizium, gestaltet.
Die Projektionsoptik (709) hat einen großen Objekt-Bildversatz in der y-Richtung zwischen einer y-Koordinate eines Zentrums des Objektfeldes (704) und einer y- Koordinate des Zentrums des Bildfeldes (710). Dieser Objekt-Bild-Versatz in der y- Richtung ist in etwa so groß wie ein z-Abstand zwischen der Objektebene (705) und der Bildebene (711).
Jeweils eine der Pupillenfacetten (722) ist genau einer der Feldfacetten (720) zur Ausbildung jeweils eines Beleuchtungskanals zur Ausleuchtung des Objektfeldes (704) zugeordnet. Es ist auch möglich, dass eine Reflexion von einer Feldfacette (720) auf verschiedene Pupillenfacetten (722) gerichtet werden kann. Es ergibt sich hierdurch insbesondere eine Beleuchtung nach dem Köhler'schen Prinzip. Das Fernfeld der Quelle wird mit Hilfe der Feldfacetten (720) in eine Vielzahl an Objektfeldern (704) zerlegt. Die Feldfacetten (720) erzeugen eine Mehrzahl von Bildern des Zwischenfokus' auf den diesen jeweils zugeordneten Pupillenfacetten (722).
Die Feldfacetten (720) werden jeweils von einer oder mehreren zugeordneten Pupillenfacetten (722) einander überlagernd zur Ausleuchtung des Objektfeldes (704) auf das Retikel (706) abgebildet. Die Ausleuchtung des Objektfeldes (704) ist insbesondere möglichst gleichmäßig. Sie weist vorzugsweise einen Uniformitätsfehler von weniger als 2 % auf. In einer Variante wird die Felduniformität über die Überlagerung unterschiedlicher Beleuchtungskanäle erreicht.
Durch eine Anordnung der Pupillenfacetten wird geometrisch die Ausleuchtung der Eintrittspupille der Projektionsoptik (709) definiert. Durch Auswahl der Beleuchtungskanäle, insbesondere der Teilmenge der Pupillenfacetten, die Licht führen, wird die Intensitätsverteilung in der Eintrittspupille der Projektionsoptik (709) eingestellt. Diese Intensitätsverteilung wird auch als Beleuchtungssetting bezeichnet.
Eine ebenfalls bevorzugte Pupillenuniformität im Bereich definiert ausgeleuchteter Abschnitte einer Beleuchtungspupille der Beleuchtungsoptik (703) wird durch eine Umverteilung der Beleuchtungskanäle erreicht.
Im Folgenden werden weitere Aspekte und Details der Ausleuchtung des Objektfeldes (704) sowie insbesondere der Eintrittspupille der Projektionsoptik (709) beschrieben.
Die Projektionsoptik (709) weist insbesondere eine homozentrische Eintrittspupille auf. In einer Variante der Erfindung ist diese zugänglich. In einer anderen Variante der Erfindung ist diese unzugänglich.
Die Eintrittspupille der Projektionsoptik (709) lässt sich regelmäßig mit dem Pupillenfacettenspiegel (721 ) nicht exakt ausleuchten. Bei einer Abbildung der Projektionsoptik (709), welche das Zentrum des Pupillenfacettenspiegels (721 ) telezentrisch auf den Wafer (712) abbildet, schneiden sich die Aperturstrahlen oftmals nicht in einem einzigen Punkt. Es lässt sich jedoch eine Fläche finden, in welcher der paarweise bestimmte Abstand der Aperturstrahlen minimal wird. Diese Fläche stellt die Eintrittspupille oder eine zu ihr konjugierte Fläche im Ortsraum dar. Insbesondere zeigt diese Fläche eine endliche Krümmung. In einer Ausführungsform weist die Projektionsoptik (709) unterschiedliche Lagen der Eintrittspupille für den tangentialen und für den sagittalen Strahlengang auf. In diesem Fall sollte ein abbildendes Element, insbesondere ein optisches Bauelement der Übertragungsoptik, zwischen dem zweiten Facettenspiegel (721 ) und dem Retikel (706) bereitgestellt werden. Mit Hilfe dieses optischen Elements wird die unterschiedliche Lage der tangentialen Eintrittspupille und der sagittalen Eintrittspupille berücksichtigt.
Bei der in der Figur 7 dargestellten Anordnung der Komponenten der Beleuchtungsoptik (703) ist der Pupillenfacettenspiegel (721 ) in einer zur Eintrittspupille der Projektionsoptik (709) konjugierten Fläche angeordnet. Der Feldfacettenspiegel (719) ist verkippt zur Objektebene (705) angeordnet. Der erste Facettenspiegel (719) ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom Umlenkspiegel (718) definiert ist.
Der erste Facettenspiegel (719) ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom zweiten Facettenspiegel (721 ) definiert ist.
In einer weiteren Variante sind einer oder mehrere der Spiegel M1 -M11 als reflektierende optische Elemente (609) mit mindestens einem im Inneren des reflektierenden optischen Elementes (609) befindlichen Kanälen (208) ausgeführt. In diesem Fall gehören zu den Spiegeln M1-M11 die Temperiereinrichtungen (723-733). Dabei ist jeweils eine der Temperiereinrichtungen (723-733) jeweils einem der Elemente M1-M11 zugeordnet. Es ist ebenfalls möglich, dass eine der Temperiereinrichtungen (723-733) zur Temperierung mehr als eines reflektierenden optischen Elementes (609) verwendet wird. In diesem Fall reduziert sich die benötigte Anzahl der Temperiereinrichtungen (723-733) entsprechend. Die Temperiereinrichtungen (723-733) sind in einer Variante der Erfindung derart ausgeführt, dass ein in dem mindestens einen Kanal (208) fließendes Fluid temperiert wird.
In einer Variante umfassen die Temperiereinrichtungen (723-733) Sensoren, die eine Temperatur des den mindestens einen Kanal (208) durchfließenden Fluids im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage messen und über eine integrierte Regelungsstrecke der Temperiereinrichtungen (723-733) die Temperatur des Fluids auf einen definierten Zielwert regeln. Die Temperiereinrichtungen (723-733) enthalten dabei zusätzlich Sensoren zur Messung von Temperaturen an Positionen auf der reflektierenden Oberfläche der Spiegel M1-M11 oder in der Nähe der reflektierenden Oberfläche der Spiegel M1-M11 . In diesem Fall wird die Temperatur des den Kanal (208) durchfließenden Fluids durch einen Vergleich der Temperaturen des den Kanal (208) durchfließenden Fluids und der Positionen auf der reflektierenden Oberfläche der Spiegel M1-M11 oder in der Nähe der reflektierenden Oberfläche der Spiegel M1-M11 bestimmt. In weiteren Ausführungsformen umfassen die Temperiereinrichtungen (723-733) zusätzlich verschiedene weitere Sensoren, welche beispielsweise die Qualität des in dem Kanal (208) fließenden Fluids über Leitwertmessungen des Fluids, über pH-Wert-Messungen des Fluids, oder über spektroskopische Messungen an dem Fluid bestimmen. In weiteren Ausführungsformen werden darüber hinaus Sensoren verwendet, welche die Fließgeschwindigkeit des Fluids messen. Darüber hinaus werden in weiteren Varianten Sensoren verwendet, welche den Druck des Fluids im Inneren des Kanals (208) messen. Zu allen in den Temperiereinrichtungen (723-733) enthaltenen Sensoren werden in der Figur 7 nicht explizit gezeigte Signalleitungseinheiten und Auswerteeinheiten verwendet.
Bezugszeichenliste
100 Vorrichtung
101 Erster Teilkörper
102 Zweiter Teilkörper
103 Verbundkörper
104 Grenzfläche
105 Mantelkörper
106 Temperiereinheit
107 Oberfläche
108 Temperierbarer Raum
109 Heizelement
110 Regelungseinheit
111 Medium
112 Oberfläche eines ersten Teilkörpers
113 Oberfläche eines zweiten Teilkörpers
114 Oberfläche eines Verbundkörpers
200 Vielzahl von Teilkörpern
204 Erste Oberfläche
205 Zweite Oberfläche
206 Erste Struktur
207 Zweite Struktur
208 Kanal
209 Nut
210 Steg
211 Wand
212 Nut
213 Steg
301 Erste lokale Temperatur
302 Erstes infinitesimales Flächenelement
303 Zweite Lokale Temperatur Zweites infinitesimales Flächenelement
Erste Schnittebene einer ersten konstanten Höhe
Zweite Schnittebene einer zweiten konstanten Höhe
Dritte lokale Temperatur
Drittes infinitesimales Flächenelement
Vierte Lokale Temperatur
Erste Normale
Erster lokaler Temperaturverlauf
Zweite Normale
Zweiter lokaler Temperaturverlauf
Viertes Infinitesimales Flächenelement
Oberfläche
Erste Temperaturverteilung
Zweite Temperaturverteilung
Temperaturverlauf
Heizphase
Erste Temperatur
Zweite Temperatur
Temperaturrampe zum Heizen
Verbindungsphase
Kühlphase
Temperaturrampe zum Kühlen
Erste Temperatur
Zweite Temperatur
Erste Komponente
Dritte Temperatur
Vierte Temperatur zweite Komponente
Erster periodischer Verlauf einer Temperaturrampe
Zweiter periodischer Verlauf einer Temperaturrampe
Erster räumlicher Temperaturverlauf Erster Zeitpunkt
Zweiter räumlicher Temperaturverlauf
Zweiter Zeitpunkt
Element
EUV-Strahlung
Substrat
Oberfläche
Beschichtung
Anlage der Halbleitertechnologie
Beleuchtungssystem
Strahlungsquelle
Beleuchtungsoptik
Objektfeld
Objektebene
Retikel
Retikelhalter
Retikelverlagerungsantrieb
Projektionsoptik
Bildfeld
Bildebene
Wafer
Waferhalter
Waferverlagerungsantrieb
EUV-Strahlung
Kollektor
Zwischenfokusebene
Umlenkspiegel
Facettenspiegel
Facetten
Facettenspiegel
Facetten 723 - 733 Temperiereinrichtungen
734 Kühlung des Wafer-Chucks
M1 -M11 Spiegel einer Projektionsbelichtungsanlage
M5 Reticle

Claims

Patentansprüche
1 ) Vorrichtung (100) zum thermischen Behandeln eines thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103), wobei der thermisch zu behandelnde Körper (101 , 102, 103) ausgebildet ist als
- ein monolithischer Körper,
- oder ein Verbundkörper (103),
- oder eine Anordnung von sich an einer Grenzfläche (104) kontaktierendem ersten Teilkörper (101 ) und zweiten Teilkörper (102), wobei die Vorrichtung (100) weiterhin umfasst
- einen Mantelkörper (105),
- einen temperierbaren Raum (108) innerhalb einer Temperiereinheit (106),
- ein oder mehrere Heizelemente (109), dadurch gekennzeichnet, dass
- der Mantelkörper (105) den thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103) sowohl vor, als auch während und nach dem thermischen Behandeln kontaktlos umschließt und
- der Mantelkörper (105) aus dem gleichen Material besteht wie der thermisch zu behandelnde Körper (101 , 102, 103).
2) Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelkörper (105) außen die Form eines Zylinders mit einer im Querschnitt des Zylinders elliptischen Form mit einer numerischen Exzentrizität im Bereich 0-0.1 annimmt.
3) Vorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Oberfläche (107) des Mantelkörpers (105) mindestens einen Abstand von 0.1 mm, und höchstens einen Abstand von 30 mm aufweist zu einer Oberfläche (112, 113, 114) des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103).
4) Vorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermisch zu behandelnde Körper ein amorphes Silizium haltiges Glas und/oder eine teilkristalline Keramik umfasst.
5) Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass der thermisch zu behandelnde Körper ein Titan dotiertes Quarzglas umfasst.
6) Verfahren zur thermischen Behandlung eines thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103), mittels der Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1-5, umfassend:
- Bereitstellen des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103),
- Anordnen des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103), sowie eines Mantelkörpers (105) in dem temperierbaren Raum (108) derart, dass der Mantelkörper (105) den thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103), kontaktlos umschließt,
- Thermisches Behandeln des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103), sowie des an dem thermisch zu behandelnden Körper angeordneten Mantelkörpers (105) in dem temperierbaren Raum (108).
7) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein thermisches Behandeln umfasst
- ein Temperverfahren und/oder
- ein Hochtemperatur-Bonding Verfahren oder Stack-Sealing.
8) Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der thermisch zu behandelnde Körper (101 , 102, 103) aus amorphen Silizium haltigen Glas und/oder aus einer teilkristallinen Keramik ausgebildet wird.
9) Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der thermisch zu behandelnde Körper (101 , 102, 103) aus Titan dotiertem Quarzglas ausgebildet wird.
10)Verfahren nach Anspruch 7 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Bereitstellen des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) der thermisch zu behandelnde Körper (101 , 102, 103) an einer Oberfläche durch ein physikalisches und/oder chemisches Bearbeitungsverfahren bearbeitet wird.
11 ) Verfahren nach Anspruch 7 - 11 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Grenzfläche (104) zwischen einem ersten Teilkörper (101 ) und einem zweiten Teilkörper (102) ausgebildet wird als
- planare Grenzfläche, - konkave, oder konvexe Grenzfläche,
- als Freiformfläche.
12)Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass
- eine erste Struktur (206) aus einer Nut (209) und einem Steg (210) in einer ersten Oberfläche (204) des ersten Teilkörpers (101 ) durch eine physikalische und/oder chemische Bearbeitung gebildet wird und/oder
- eine zweite Struktur (207) aus einer Nut (212) und einem Steg (213) in einer zweiten Oberfläche (205) des zweiten Teilkörpers (102) durch eine physikalische und/oder chemische Bearbeitung gebildet wird, und
- beim thermischen Verbinden des ersten Teilkörpers (101 ) und des zweiten Teilkörpers (102) zu einem Verbundkörper (103) aus der in der ersten Oberfläche (204) befindlichen Struktur (206) und/oder der in der zweiten Oberfläche (205) befindlichen Struktur (207) mindestens ein durchgängiger Kanal (208) im Inneren des Verbundkörpers (103) gebildet wird.
13)Verfahren nach einem der Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Teilkörpern (200) nach dem Stack-Sealing Verfahren zu dem Verbundkörper (103) zusammengefügt werden, wobei sich jeweils der erste Teilkörper (101 ) und der zweite Teilkörper (102) aus der Vielzahl von Teilkörpern (200) an der Grenzfläche (104) kontaktieren.
14)Verfahren nach einem der Ansprüche 7-14, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) - eine erste lokale Temperatur (301 ) eines beliebigen ersten infinitesimalen Flächenelementes (302) innerhalb einer beliebigen ersten Schnittebene einer ersten konstanten Höhe (305) und eine zweite lokale Temperatur (303) eines beliebigen zweiten infinitesimalen Flächenelementes (304) innerhalb derselben beliebigen ersten Schnittebene einer ersten konstanten Höhe (305) sich um nicht mehr als 1 K unterscheiden, und
- die erste lokale Temperatur (301 ) und eine dritte lokale Temperatur (307) eines beliebigen dritten infinitesimalen Flächenelementes (308) innerhalb einer beliebigen zweiten Schnittebene einer zweiten konstanten Höhe (306) eine von null verschiedene Temperaturdifferenz aufweisen.
15)Verfahren nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103)
- ausgehend von dem beliebigen ersten infinitesimalen Flächenelement (302) mit der ersten lokalen Temperatur (301 ) innerhalb der beliebigen ersten Schnittebene der ersten konstanten Höhe (305) entlang einer ersten Normalen (310) der beliebigen ersten Schnittebene der ersten konstanten Höhe (305) hin zu dem beliebigen dritten infinitesimalen Flächenelement (308) mit der dritten lokalen Temperatur (307) innerhalb der beliebigen zweiten Schnittebene der zweiten konstanten Höhe (306) ein Gradient eines ersten lokalen Temperaturverlaufes (311 ) an einer beliebigen Höhe sich um maximal 5% unterscheidet von einem gemittelten Temperaturgradienten, welcher über einen entsprechenden Temperaturverlauf (311 ) über die gesamte Höhe berechnet ist, und
- ausgehend von dem beliebigen zweiten infinitesimalen Flächenelement (304) mit der zweiten lokalen Temperatur (303) innerhalb der beliebigen ersten Schnittebene der ersten konstanten Höhe (305) entlang einer zweiten Normalen (312) der beliebigen ersten Schnittebene der ersten konstanten Höhe (305) hin zu einem beliebigen vierten infinitesimalen Flächenelement (314) mit einer vierten lokalen Temperatur (309) innerhalb der beliebigen zweiten Schnittebene der zweiten konstanten Höhe (306) ein Gradient eines zweiten lokalen Temperaturverlaufes (313) an einer beliebigen Höhe sich um maximal 5% unterscheidet von einem gemittelten Temperaturgradienten, welcher über einen entsprechenden Temperaturverlauf (313) über die gesamte Höhe berechnet ist, wobei
- der über den ersten lokalen Temperaturverlauf (311 ) gemittelte Temperaturgradient und der über den zweiten lokalen Temperaturverlauf (313) gemittelte Temperaturgradient sich um nicht mehr als 5% unterscheiden.
16)Verfahren nach einem der Ansprüche 7-16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zum thermischen Behandeln des thermisch zu behandelnden Körpers (101 , 102, 103) folgende Temperaturverlaufsphasen umfasst:
- eine Heizphase (401 ) ausgehend von einer ersten Temperatur (402) hin zu einer zweiten Temperatur (403), in welcher der thermisch zu behandelnde Körper (101 , 102, 103) mit einer zeitlichen Temperaturrampe zum Heizen (404) geheizt werden,
- eine Haltephase (405), in welcher der thermisch zu behandelnde Körper (101 , 102, 103) mit der näherungsweise zeitlich-konstanten zweiten Temperatur (403) temperiert wird, sowie
- eine Kühlphase (406) ausgehend von der zweiten Temperatur (403) hin zu der ersten Temperatur (402), in welcher der thermisch zu behandelnde Körper (101 , 102, 103) mit einer zeitlichen Temperaturrampe zum Kühlen (407) gekühlt wird.
17)Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass während der Heizphase (401 ) und/oder der Haltephase (405) und/oder der Kühlphase (406) der erste Teilkörper (101 ) und der zweite Teilkörper (102) mittels Hochtemperatur-Bonden oder Stack-Sealing miteinander verbunden werden. )Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass in dem thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103) und dem Mantelkörper (105) die Temperaturrampe zum Kühlen (407) mit zeitlich nichtlinearem Verlauf gefahren wird. )Verfahren nach einem der Ansprüche 17-19, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturrampe zum Kühlen (407) eine Überlagerung der folgenden Komponenten umfasst:
- eine erste Komponente (506) mit einem stetig fallenden Temperaturverlauf ausgehend von einer ersten Temperatur (504) zu einer zweiten Temperatur (505), und
- eine zweite Komponente (509) mit periodischer Temperaturänderung ausgehend von einer dritten Temperatur (507) zu einer vierten Temperatur (508) mit einer Amplitude, einer Periode, einer Phase, sowie einer Dämpfung und/oder einer Verstärkung. )Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der beliebigen ersten Schnittebene einer ersten konstanten Höhe (305) des die Temperaturrampe zum Kühlen (407) mindestens einmal einen ersten räumlichen Temperaturverlauf (512) zu einem beliebigen ersten Zeitpunkt (513), sowie mindestens einmal einen zweiten räumlichen Temperaturverlauf (514) zu einem beliebigen zweiten Zeitpunkt (515) erzeugt, wobei zu dem beliebigen ersten Zeitpunkt (513) oder zu dem beliebigen zweiten Zeitpunkt (515) die erste lokale Temperatur (301 ) an dem ersten infinitesimalen Flächenelement (302) größer ist als die zweite lokale Temperatur (303) an dem zweiten infinitesimalen Flächenelement (304), wobei das erste infinitesimale Flächenelement (302) einen geringeren Abstand zu der Oberfläche (114) aufweist als das zweite infinitesimale Flächenelement (304).
21 )Substrat (611 ), hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7-21.
22)Optisches Element (609), insbesondere reflektierendes optisches Element (609) zur Reflexion von EUV-Strahlung (610), umfassend:
- ein aus einem thermisch zu behandelnden Körper (101 , 102, 103) hergestelltes Substrat (611) nach Anspruch 22, sowie
- eine auf das Substrat (611 ) an einer Oberfläche (612) aufgebrachte reflektierende, insbesondere EUV-Strahlung reflektierende, Beschichtung (613).
23)Optisches Element (609) nach Anspruch 23, weiter umfassend mindestens einen durchgängigen Kanal (208) innerhalb des Substrates (611 ) zum aktiven Temperieren des Substrates (611 ), mittels flüssiger, dampfförmiger und/oder gasförmiger Medien.
24)Optisches Element (609), nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass entlang einer Raumrichtung, insbesondere entlang einer Symmetrieachse des Elementes (609), weiter insbesondere entlang der Gravitationswirkachse ein konstanter Dichtegradient besteht, welcher sich über die Ausdehnung des
Elementes (609) entlang der Raumrichtung, insbesondere entlang der Symmetrieachse des Elementes (509) um nicht mehr als 5 % ändert.
25)Anlage der Halbleitertechnologie (700), umfassend mindestens ein optisches Element (609), insbesondere reflektierendes optische Element (609) nach einem der Ansprüche 23 -- 25.
Es folgen 13 Seiten Zeichnungen.
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