DE19733490C1 - Optik-Fassung mit UV-Kleber und Schutzschicht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe bestehend aus einem Halter - insbesondere einer Fassung - und einem mittels eines Klebers verklebten transparenten optischen Bauteil, das im ultravioletten Spektralbereich transmittiert, wobei der Kleber durch UV-Licht mit einer bestimmten Spektralverteilung aushärtbar ist. Ein Beispiel ist JP 8-72300 A mit Strahlungshärtung durch ein optisches Bauteil hindurch.

Solche Baugruppen bilden u. a. gefaßte Linsen und dergleichen von Beleuchtungssystemen und Projektionsobjektiven für die Mikrolithographie.

Z. B. für Auto- und Architekturglas ist die Klebeverbindung mit Fassung bekannt, wobei der Klebstoff durch UV-absorbierende Füllstoffe und Schutzschichten vor der Einwirkung von solarer UV-Strahlung geschützt wird.

Dünne Schichten, also insbesondere Schichten mit Dicken im Mikrometerbereich aus Dielektrika, die durch Vakuum-Bedampfen, Sputtern, PVD oder CVD aufgebracht werden, sind auch auf dem Gebiet der Optik bekannt. Eine derartige Schutzschicht für UV- härtende Klebungen ist in JP 9-184917 A beschrieben, jedoch nicht für den Schutz vor kurzwelliger Strahlung als der Aushärtestrahlung.

Ausweislich Naumann, Schröder, Bauelemente der Optik, München und Wien 1983, Seite 72 haben derartige Schichten aus Kryolith, Magnesiumfluorid, Cerfluorid, Zinksulfid und Titandioxid untere Durchlässigkeitsgrenzen von 0,12 bis 0,4 µm. Tantalpentoxid, Hafniumdioxid und Mischungen davon transmittieren laut SU 48 23 642/33 ab 0,3 µm bzw. 0,32 µm.

Allgemein sind die genauen Reflexions-, Absorptions- und Transmissionsspektren dieser dünnen Schichten im DUV-Bereich nicht bekannt, da Einflüsse der Substrate und der Spektrometer- /Monochromator-Bauteile schwer erfaßbar sind, und diese Materialien außerhalb des vorgesehenen Anwendungsbereichs nicht geprüft werden.

Es hat sich gezeigt, daß bekannte Fassungskleber auf Epoxidharz-Basis, die mit UV-Licht der Hg-I-Linie ausgehärtet werden können, unter dem DUV-Streulicht bei 248 nm und mehr noch bei 193 nm in DUV-Projektionsbelichtungsanlagen erheblich strahlungsgeschädigt werden können und durch ihr Versagen die Lebensdauer dieser aufwendigen Systeme begrenzen.

DUV-absorbierende Füllstoffe in der Klebermasse verhindern nicht das Versagen der Grenzschicht Quarzglas-Kleber.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Baugruppe bereitzustellen, bei der der Kleber mit UV-Licht, besonders Hg- I-Linie, ausgehärtet werden kann, und die doch gegen UV-Licht eines Nutz-Spektralbereichs, besonders im kurzwelligeren DUV- Bereich, stabil ist. Die Reflexion von Licht aus dem Klebebereich soll weitgehendst unterbleiben, da solches Streulicht in der Optik störend wirkt. Ein Herstellungs­ verfahren dazu soll angegeben werden. Eine entsprechend optimierte Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage ist gesucht.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch das Herstellverfahren des Anspruchs 13.

Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand der Unteransprüche 3 bis 12 und 14 bis 16. Die Baugruppe ist als Bestandteil einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage einsetzbar.

Es gelingt somit also, ausgehend von der bewährten Fassungstechnik mit UV-härtendem Kleber, durch Einführung nur eines einzigen Herstellschritts der Beschichtung, der zudem gut in die ohnehin erforderliche Behandlung zum Aufbringen von Antireflexschichten integriert werden kann, eine DUV-taugliche dauerfeste Ausführung der Linsenfassung zu verwirklichen.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand der Zeichnung.

Es zeigen:

Fig. 1 in einem schematischen Ausschnitt eine erfindungsgemäße Baugruppe;

Fig. 2 das Transmissionsspektrum einer geeigneten Ta₂O₅- Schicht.

Die in Fig. 1 mit einem signifikanten Ausschnitt schematisch dargestellte Baugruppe besteht aus einem transparenten Bauteil 1, nämlich einer Linse, einer Planplatte, einem Prisma, einem Manginspiegel oder einem transmittierenden diffraktiven optischen Element in einer Fassung 2 aus Metall oder Keramik/Glaskeramik, die nicht UV-transparent ist. Diese Teile 1 und 2 sind mit Kleberschichten 31, 32, die abschnittsweise über den Rand des Bauteils 1 verteilt oder durchgängig am Stück ausgebildet sind, kraftschlüssig verbunden. Die Kleberschichten 31, 32 bestehen aus UV-härtbarem (bzw. UV-gehärtetem) Kleber auf Epoxidharz-Basis, wie z. B. dem Omnifit UV-4000 von Omnitechnic GmbH, Hannover.

Der Kleber in dieser Anordnung (1, 2, 31, 32) kann mit Hg-I-Licht einer Quecksilberhochdrucklampe durch das transparente optische Bauteil 1 hindurch ausgehärtet werden.

Da der Kleber gegen Licht mit kürzerer Wellenlänge, insbesondere das Licht von Excimer-Lasern bei 248 nm oder 193 nm - wie es bei Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie der neuesten Bauformen benötigt wird - photochemisch unstabil ist, wird eine Kleberschutzschicht 41, 42 für jede Kleberschicht 31, 32 benötigt und erfindungsgemäß vorgesehen. Diese kann entweder direkt an der Stelle der späteren Verklebung angebracht werden oder auf der gegenüberliegenden Fläche des transparenten Bauteils.

Als Schutzschicht ist beispielsweise eine dünne Schicht aus Tantalpentoxid (Ta₂ O₅) geeignet, die wie eine optische Schicht (zur Entspiegelung usw.) aufgebracht wird. Sie kann beispielsweise konventionell im Vakuum als Einfachschicht aufgedampft werden.

Die Dicke wird bestimmt als n x Lambda/2 für die optische Weglänge bei der Aushärtewellenlänge von 365 nm mit n = 1 für die Nutzwellenlänge 193 nm, n = 2 für die Nutzwellenlänge 248 nm.

Damit wird eine hohe Transmission von über 85% bei der Aushärtewellenlänge 365 nm, eine sehr niedrige Transmission unter 2% bei der Nutzwellenlänge 248 nm und darunter, zugleich eine hohe Absorption und eine durchgängig geringe Reflexion bei beiden Spektralbereichen erreicht.

Fig. 2 zeigt das Transmissionsspektrum einer solchen Tantalpentoxid-Schicht auf einseitig unbeschichtetem Suprasil- Quarzglas, gemessen unter 7° zur Flächennormalen.

Weiter reduzierte Reflexion kann durch gezielte Mehrfachschichten (Entspiegelungsschichten) erreicht werden.

Die Zug- und Zugscherfestigkeit der Schicht sollte mindestens 10 N/mm² auf Quarzglas betragen, damit die Haltekraft der Klebeverbindung nicht herabgesetzt wird.

Die Schicht ist chemisch stabil gegenüber den Umweltbedingungen bei Herstellung und Betrieb von DUV-Projektionsbelichtungs­ anlagen für die Mikrolithographie.

Eine derartige Tantalpentoxid-beschichtete Baugruppe übersteht nun eine Bestrahlung mit 248 nm-DUV-Licht so gut, daß die Lebensdauer des Gesamtsystems nicht durch die Lebensdauer der Klebeverbindung limitiert wird.

Für die Funktion des optischen Bauteils 1 ist es ganz wesentlich, daß die der Transmission dienenden Funktionsflächen 10 nicht mit der absorbierenden Tantalpentoxid-Schicht kontaminiert werden. Die Bedampfung geschieht daher mit einer Vorrichtung, die diese Flächen 10 hermetisch versiegelt, z. B. mit elastisch verspannten Ringschneiden.

Die Kleberschutzschicht 41, 42 wird vorzugsweise vor den Entspiegelungsschichten für die transmittierenden Flächen 10 aufgebracht, damit eine eventuelle Kontamination weniger gravierend ist.

Die Verwendung von Tantalpentoxid auf Quarzglas wie auch die Wellenlängen 365 nm, 248 nm oder 193 nm sind dabei bevorzugte Beispiele. Andere geeignete Stoffe, deren Transmission im DUV- Bereich abnimmt, sind beispielhaft in der Einleitung beschrieben. Wie die angegebene SU-Schrift zeigt, kommen dabei auch Stoffmischungen in Betracht.

Ebenso sind als transparentes Substrat neben Quarzglas u. a. auch Kalziumfluorid und Germaniumdioxid-Glas (DE 196 33 128.5, Schuster) geeignet.

Neben der Verwendung der erfindungsgemäßen Baugruppen in der Projektions-Mikrolithographie sind sie besonders auch für DUV- Laseroptiken, hier besonders für Austrittsfenster von Excimer- Lasern, geeignet.

Claims (17)

1. Baugruppe, bestehend aus einem Halter (2) und einem mittels eines durch UV-Licht eines bestimmten Wellen­ längenbereiches aushärtenden Klebers an dem Halter (2) festgelegten, optischen Bauteil (1), das im ultravioletten Wellenlängenbereich des Lichtes transparent ist, der Transmission dienende Funktionsflächen (10) aufweist und mit einer in Dünnschichttechnik aufgebrachten Schicht (41, 42) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (41, 42) nur außerhalb der der Transmission dienenden Funktionsflächen vorgesehen ist und die Schicht (41, 42) innerhalb des von dem optischen Bauteil (1) transmittierten Wellenlängenbereichs in dem UV- Nutzwellenlängenbereich das eingestrahlte Licht hochgradig reflektiert und/oder absorbiert und in dem langwelligeren UV-Wellenlängenbereich, in dem der Kleber aushärtet, transparent ist zur Aushärtung des Klebers mittels UV- Lichtbestrahlung, die das optische Bauteil (1) und die Schicht (41, 42) durchdringt.

2. Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element (1) im Bereich des Klebers (31, 32) eine dünne Schicht (41, 42) trägt, die bei der Hg-I-Linie mehr als 60% transmittiert und bei Wellenlängen unter 250 nm weniger als 5% transmittiert.

3. Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (41, 42) im Nutz-Spektralbereich weniger als 2% transmittiert.

4. Baugruppe nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (41, 42) im zur Aushärtung geeigneten Spektralbereich über 50% Transmission erreicht.

5. Baugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Transmission über 80% erreicht.

6. Baugruppe nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (41, 42) eine Transmissionskante zwischen dem Nutz-Spektralbereich und dem vorzugsweise langwelligeren zur Aushärtung geeigneten Spektralbereich aufweist.

7. Baugruppe nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (41, 42) in das transparente Bauteil (1) weniger als 10% reflektiert.

8. Baugruppe nach mindestens einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutz-Spektralbereich die Excimer- Laser-Linien bei 248 nm oder 193 nm umfaßt und der zur Aushärtung des Klebers geeignete Spektralbereich die Hg-I-Linie bei 365 nm umfaßt.

9. Baugruppe nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (41, 42) durch Bedampfen, Sputtern, PVD-Abscheidung oder CVD-Abscheidung hergestellt ist.

10. Baugruppe nach mindestens einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (41, 42) aus Tantalpentoxid, Hafniumdioxid, Titandioxid, Zinksulfid, Cerfluorid, Kryolith oder Magnesiumfluorid oder Mischungen davon besteht.

11. Baugruppe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (41, 42) bei einer Temperatur des transparenten Bauteils von unter 100°C aufgebracht ist.

12. Baugruppe nach mindestens einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Bauteil (1) aus Quarzglas, Kalziumfluorid oder Germaniumdioxid besteht.

13. Herstellverfahren einer optischen Baugruppe mit folgenden Verfahrensschritten:

• a) ein optisches Bauteil (1) wird nur außerhalb seiner der Transmission dienenden Funktionsflächen (10) mit einer Schicht (41, 42) belegt, die mit Dünnschicht­ technik aufgebracht wird und die innerhalb des von dem optischen Bauteil (1) transmittierten Wellen­ längenbereichs in dem UV-Nutzwellenlängenbereich das eingestrahlte Licht hochgradig reflektiert und/oder absorbiert und in dem langwelligeren UV-Wellenlängen­ bereich, in dem der Kleber aushärtet, transparent ist,
• b) zwischen der aufgebrachten dünnen Schicht (41, 42) und dem Halter (2) wird Kleber aufgebracht,
• c) der Kleber wird ausgehärtet, indem er durch das optische Bauteil und die dünne Schicht (41, 42) hindurch mit UV-Licht in dem Kleberaushärte- Wellenlängenbereich bestrahlt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Schicht (41, 42) eine Einfachschicht ist.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch Bedampfen oder Sputtern durch PVD oder CVD belegt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Bedampfen oder Sputtern mit Ionen- Unterstützung erfolgt.

17. Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie Bestandteil einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungs­ anlage ist.