DE10030495A1 - Verfahren zum Verbinden einer Vielzahl von optischen Elementen mit einem Grundkörper - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Verbinden einer Vielzahl von optischen Elementen (9) mit einem Grundkörper (8), insbesondere zum Herstellen eines Facettenspiegels (1), z. B. zur Strahlmischung und Feldabbildung für ein EUV-Beleuchtungssystem, werden die einzelnen optischen Elemente (9) auf dem Grundkörper (8, 14) positioniert und anschließend durch einen Galvanisierungsprozeß miteinander verbunden. Alternativ wird die Vielzahl der optischen Elemente auf einer Hilfsstruktur (11) ausgerichtet und anschließend läßt man die optischen Elemente (9) auf ihren Rückseiten unter Bildung einer Tragstruktur (14) als Grundkörper galvanoplastisch aufwachsen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden einer Viel­ zahl von optischen Elementen mit einem Grundkörper, insbesonde­ re zum Herstellen eines Facettenspiegels. Die Erfindung be­ trifft auch einen nach dem Verfahren hergestellten Facetten­ spiegel.

Aus der US-PS 4 277 141 ist ein Verfahren bekannt, wonach ein Multifacettenspiegel in mehreren Schritten hergestellt wird, nämlich in einem ersten Schritt werden Einzelspiegel geschaf­ fen, anschließend werden die Einzelspiegel fixiert und ausge­ richtet und über einen Klebstoff mit einem Tragkörper verbun­ den.

In der US-PS 4 195 913 ist ein Facettenspiegel beschrieben, bei dem eine Vielzahl von Einzelspiegeln auf einer sphärischen Trä­ gerstruktur angeklebt oder angeschraubt wird.

In der DE 197 35 831 A1 ist eine Optikfassung für ein Optikbau­ teil beschrieben, wobei ein Innenteil mit einem Außenrahmen durch eine Mehrzahl von Federgelenkbalken verbunden ist. Die Federgelenkbalken sind galvanoplastisch hergestellt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren zum Verbinden einer Vielzahl von optischen Elementen der eingangs erwähnten Art zu schaffen, wobei die Vielzahl der op­ tischen Elemente mit hoher Genauigkeit, insbesondere bezüglich Position und Winkligkeit, auf dem Grundkörper angeordnet werden können, so daß z. B. Strahlmischungen und Feldabbildungen mit hoher Präzision erfolgen können.

Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, einen Facettenspiegel mit einer Vielzahl von einzelnen opti­ schen Spiegelelementen zu bilden, der eine homogene Beleuch­ tungsverteilung bzw. homogene Ausleuchtung und eine sehr exakte Strahlmischung und Feldabbildung erzeugt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch das im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannte Verfahren gelöst. Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Facettenspiegel ist in Anspruch 12 beschrieben.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können eine Vielzahl ein­ zelner optischer Elemente, die völlig identisch ausgebildet sein können, auf relativ einfache Weise und sehr präzise durch den Galvanisierungsprozeß miteinander und mit einem Grundkörper verbunden werden. Da durch den Galvanisierungsprozeß exakt nachvollziehbare Verhältnisse geschaffen werden, läßt sich auf diese Weise z. B. ein Facettenspiegel bilden, der die homogene Ausleuchtung eines Feldes ermöglicht, womit eine entsprechend gute Strahlmischung und eine exakte Feldabbildung möglich wer­ den.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich eine Strahlmi­ schung bzw. eine Beleuchtung erreichen, die die nachteilige höhere Lichtintensität im mittleren Bereich beseitigt. Dies ist insbesondere in der optischen Lithographie mit einem EUV- Beleuchtungssystem von Vorteil, wobei man z. B. auf dem Reticle (Maske) eine möglichst große homogen ausgeleuchtete Fläche ha­ ben möchte.

Die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist durch zwei Fertigungsprinzipien möglich:

• 1. Die optischen Elemente können durch ein galvanoplastisches Fügen mit dem Grundkörper verbunden werden, wobei auch der Grundkörper galvanisch abgeformt werden kann.
  Bei einer galvanischen Abformung des Grundkörpers wird die­ ser so geschaffen, daß die Position und Lage der Facetten, nicht jedoch deren Oberflächengüte, auf dem Tragkörper ent­ halten ist. Die erforderliche Oberflächengüte wird dann durch die optischen Elemente, z. B. Spiegelelemente, reali­ siert, die nach der Belegung auf den Grundkörper durch ein galvanisches Zusammenwachsen mit diesem verbunden werden. Durch die galvanische Verbindung wird nicht nur eine präzi­ se, vollflächige und damit sehr exakte Positionierung und Verbindung erreicht, sondern auch eine sehr gute Wärmelei­ tung zur schnellen Wärmeabfuhr von den Spiegelelementen in den Grundkörper.
• 2. Auf einer Hilfsstruktur, die die Negativform des herzustel­ lenden optischen Teiles, z. B. eines Facettenspiegels, dar­ stellt, werden die optischen Elemente z. B. durch einen Kle­ ber oder ein Harz fixiert, wobei bei der Herstellung eines Facettenspiegels aus Spiegelelementen deren verspiegelten Seiten zur Hilfsstruktur gerichtet sind. Durch die Hilfs­ struktur wird dabei die exakte Position und Ausrichtung der optischen Elemente definiert. Durch diese Art der Fixierung werden auch die zur Hilfsstruktur gerichteten optischen Flächen, wie z. B. die Spiegelflächen, bei dem nachfolgenden Galvanisierungsprozeß vor Verunreinigungen geschützt.
  Sobald alle Elemente in Position und Lage gebracht sind, wird die komplette Einheit in einem Bade kathodisch ge­ schaltet und die optischen Elemente werden in einen sich aufbauenden bzw. aufwachsenden Körper eingebunden.
  Bei Verwendung von Linsen als optische Elemente werden die­ se an einer der optischen Flächen fixiert. Die zweite opti­ sche Fläche muß in diesem Falle dann noch separat vor Ver­ unreinigungen geschützt werden. Linsen oder nichtleitende Spiegelelemente müssen vorher durch eine entsprechende Be­ schichtung elektrisch leitend gemacht werden.

In vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung kann vorgesehen sein, daß in den aufwachsenden Körper während des Galvanisie­ rungsprozesses noch Kühl- und/oder Versteifungseinrichtungen eingebaut werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird praktisch ein mono­ lithischer Körper gebildet, der durch einen guten Wärmeübergang der einzelnen optischen Elemente zum Grundkörper eine effizien­ te Kühlung des optischen Elements ermöglicht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Es zeigt:

Fig. 1 Prinzipdarstellung eines in einem EUV-Beleuchtungs­ system für die Mikrolithographie angeordneten erfin­ dungsgemäßen Facettenspiegels,

Fig. 2 ein erstes Herstellungsverfahren für einen Facetten­ spiegel,

Fig. 3 ein zweites Herstellungsverfahren für einen Facetten­ spiegel, und

Fig. 4 einen Grundkörper für einen Facettenspiegel mit Ver­ steifungen in Wabenstruktur und mit Kühlkanälen.

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung eines Facetten­ spiegels und ein nach dem Verfahren hergestellter Facettenspie­ gel beispielsweise beschrieben. Grundsätzlich ist das Verfahren jedoch auch zum Verbinden bzw. Zusammenfügen von anderen opti­ schen Elementen, wie z. B. Linsen und Linsenarrays, geeignet. In der Fig. 1 ist die Verwendung eines Facettenspiegels 1 in ei­ nem Beleuchtungssystem für die EUV-Lithographie dargestellt. Das Licht einer Quelle 2, z. B. eines Lasers, wird über einen Kollektorspiegel 3 auf den Facettenspiegel 1 geworfen, wo es mit der gewünschten gleichmäßigen Ausleuchtung über einen Um­ lenkspiegel 4 einem Reticle (Maske) 5 zugeführt wird. Das Mu­ ster des Reticles 5 wird über ein nicht näher dargestelltes Projektionsobjektiv 6 einem Wafer 7 zur Abbildung des Bildes vom Reticle 5 zugeleitet.

Die Herstellung des Facettenspiegles 1 mit entsprechend hoher Präzision und homogener bzw. wunschgemäßer Ausleuchtung erfolgt gemäß Fig. 2 auf einem Grundkörper 8. Der Grundkörper 8 kann z. B. auf galvanische Weise abgeformt sein, wobei dessen Funkti­ onsfläche bezüglich Krümmung, Position und Lage den Forderungen entspricht, die an den fertigen Facettenspiegel 1 gestellt wer­ den. Lediglich die Oberflächengüte fehlt noch. Die Oberflächen­ güte wird nun durch einzelne Spiegelelemente 9 als optische Elemente realisiert.

Bei der vorliegenden Erfindung werden in Abwandlung einer nor­ malen Galvanoformung eine Vielzahl von Spiegelelementen, z. B. 200 bis 300 Stück, vorab durch einen herkömmlichen Fertigungs­ prozeß, wie z. B. fräsen, schleifen, polieren, hergestellt. Eine Vielzahl von gleichen Spiegelelementen wird anschließend auf dem Grundkörper 8 in Position und Ausrichtung gebracht und dann durch einen folgenden Galvanisierungsprozeß miteinander verbun­ den. Auf diese Weise ergibt sich am Ende ein Facettenspiegel als praktisch ein einziges monolithisches Teil in äußerst prä­ ziser Ausgestaltung.

Durch die Herstellung vieler gleicher Spiegelelemente wird die Herstellung eines Facettenspiegels weiterhin auch erleichtert, vereinfacht und kostengünstig gestaltet. Schlechte Qualitäten von Spiegelelementen können vorher ausgesondert werden bzw. man kann eine Auswahl von Spiegelelementen 9 treffen, die identisch oder nahezu identisch sind, insbesondere bezüglich ihrer opti­ schen Eigenschaften.

Galvanisierungsprozesse sind allgemein bekannt, weshalb hier nicht näher darauf eingegangen wird. Grundsätzlich erfolgt dies dadurch, daß die Spiegelelemente 9 auf dem Grundkörper 8 in ihre Position gebracht werden und das ganze dann in einem elek­ trolytischen Bad kathodisch geschaltet wird und als Anode das gewünschte Material, z. B. Cu oder Ni, verwendet wird, so daß die Teile zu einer Einheit zusammenwachsen können. Auf diese Weise kann man z. B. das Anwachsen einer Kupferschicht mit be­ liebiger Dicke erreichen.

Als Materialien für die Spiegel kommen prinzipiell alle leiten­ den Materialien oder Materialien, die durch Beschichtung lei­ tend gemacht werden können, in Frage. Für EUV-Beleuchtungs­ systeme sollte außerdem noch die Polierbarkeit auf die gefor­ derte Oberflächengüte (0,2 bis 0,3 nm RMS) gewährleistet sein. Außerdem sollte das Material gute Wärmeleitfähigkeiten besit­ zen. Aus den vorstehend genannten Gründen wird man im allgemei­ nen Kupfer mit Nickel beschichtet als Facettenmaterial verwen­ den.

Die auf den Grundkörper 8 aufgelegten Spiegelelemente 9 werden durch ein galvanoplastisches Fügen mit dem Grundkörper 8 ver­ bunden, wie dies durch eine Zwischenschicht 10 zwischen Spie­ gelelementen 9 und dem Grundkörper 8 angedeutet ist.

Alternativ dazu kann gemäß Fig. 3 eine Hilfsstruktur 11 zur Positionierung der Spiegelelemente 9 vorgesehen werden. Die Hilfsstruktur kann zur genaueren Anpassung aus mehreren Einzel­ stempeln 12a, 12b, 12c . . . zusammengesetzt sein, die zusammen eine Oberfläche in Negativform für den herzustellenden Facet­ tenspiegel bilden und bei einer sphärischen Fläche entsprechend auf Abstand zueinander liegen bzw. Zwischenräume aus Platzgrün­ den vorsehen.

Die Spiegelelemente werden, z. B. durch einen Kleber oder ein Harz 13, mit ihrer verspiegelten Seite auf der Hilfsstruktur 11 fixiert. Durch diese Art von Ausrichtung und der Fixierung wer­ den die Spiegelflächen der Spiegelelemente 9 beim nachfolgenden Galvanisierungsprozeß vor Verunreinigungen geschützt. Sind alle Spiegelelemente 9 in Position und Lage gebracht, wird die kom­ plette Vorrichtung in einem elektrolytischen Bad kathodisch geschaltet und die Elemente werden in einem aufwachsenden Kör­ per, der damit eine Tragstruktur 14 für die einzelnen Spiegele­ lemente 9 bildet, miteinander verbunden bzw. in den entstehen­ den Körper eingebunden.

Bei einer Bildung von Linsenarrays werden ebenfalls die einzel­ nen Linsen jeweils mit einer der optischen Flächen auf der Hilfsstruktur 11 fixiert. Die zweiten optischen Flächen müssen dann noch separat vor Verunreinigungen geschützt werden. Linsen oder nicht leitende Spiegelelemente müssen vorher durch eine entsprechende Beschichtung elektrisch leitend gemacht werden.

Nach Fertigstellung einer genügend starken Tragstruktur 14, können anschließend noch oder auch parallel mit dem Aufwachsen Versteifungsstrukturen auf galvanischem Wege eingebaut werden oder man läßt sie entsprechend aufwachsen. In der Fig. 4 ist zur Versteifung der Tragstruktur 14 eine Wabenstruktur 15 (ohne Spiegelelemente) dargestellt. Zusätzlich ist aus der Fig. 4 ersichtlich, daß die Tragstruktur 14 mit einem Kühlsystem in Form von Kühlkanälen 16 versehen sein kann.

Die Kühlkanäle 16 können während des Galvanisierungsprozesses eingeformt werden. Hierzu ist es lediglich erforderlich, daß man entsprechende Wachseinlagen in Schlangenform vorsieht, wel­ che anschließend ausgeschmolzen werden.

Eine weitere Lösung kann darin bestehen, daß man ein Kupferrohr schlangenförmig auflegt und dieses dann beim Galvanisierungs­ prozeß einwachsen läßt. Auf diese Weise erhält man dann einen sehr guten Wärmeübergang aufgrund einer metallischen Verbin­ dung.

Selbstverständlich sind auch Kombinationen möglich. Gleiches gilt z. B. für die Ausbildung der Tragstruktur 14 mit der Waben­ struktur 15, in die ebenfalls Kühlkanäle 16 eingeformt sein können bzw. wobei auch die Waben selbst zur Kühlung dienen kön­ nen.

Claims (17)

1. Verfahren zum Zusammenfügen einer Vielzahl von optischen Elementen (9) auf einem Grundkörper (8), insbesondere zum Herstellen eines Facettenspiegels, z. B. zur Strahlmischung und Feldabbildung für ein EUV-Beleuchtungssystem, wobei die einzelnen optischen Elemente (9) auf dem Grundkörper (8) positioniert und anschließend durch galvanoplastisches Fü­ gen mit dem Grundkörper (8) verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (8) galvanisch abgeformt wird.

3. Verfahren zum Verbinden einer Vielzahl von optischen Ele­ menten mit einem Grundkörper, insbesondere zum Herstellen eines Facettenspiegels, z. B. zur Strahlmischung und Feldab­ bildung für ein EUV-Beleuchtungssystem, wobei die Vielzahl der optischen Elemente auf einer Hilfsstruktur (11) ausge­ richtet wird und wobei man anschließend die optischen Ele­ mente (9) auf ihren Rückseiten unter Bildung einer Trag­ struktur (14) als Grundkörper galvanoplastisch zusammen­ wachsen läßt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgewachsene Grundkörper (Tragstruktur 14) mit Versteifun­ gen versehen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungen (15) auf galvanischem Wege integriert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Versteifung der aufgewachsenen Körper (Tragstruktur 14) als Wabenstruktur (15) ausgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der aufgewachsene Grundkörper (Tragstruktur 14) mit Kühlkanälen (16) versehen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle (16) beim Galvanisierungsprozeß durch Kerne mit eingeformt werden, welche anschließend entfernt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle (16) durch eingelegte Rohre gebildet werden, die bei dem Galvanisierungsprozeß einwachsen.

10. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsstruktur (11) aus mehreren Teilen (Stempel 12a, 12b, . . .) mit dazwischen liegenden Abstands- oder Positionshaltern gebildet wird.

11. Facettenspiegel zur Strahlmischung und Feldabbildung für ein Beleuchtungssystem, wobei eine Vielzahl von Spiegelelementen auf einem Grundkörper angeordnet sind, da­ durch gekennzeichnet, daß die Spiegelelemente (9) durch galvanisches Fügen mit dem Grundkörper (8, 14) verbunden sind.

12. Facettenspiegel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (8) galvanisch abgeformt ist.

13. Facettenspiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelelemente (9) auf ihren Rückseiten mit einer Tragstruktur (14) als Grundkörper versehen sind, mit dem sie galvanoplastisch aufgewachsen sind.

14. Facettenspiegel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgewachsene Körper (Tragstruktur 14) mit Verstei­ fungen versehen ist.

15. Facettenspiegel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungen auf galvanischem Wege hergestellt sind.

16. Facettenspiegel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungen als Wabenstruktur (15) ausgeführt sind.

17. Facettenspiegel nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgewachsene Körper (Tragstruktur 14) mit Kühlkanälen (16) versehen ist.