(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子（１）とフレーム（２）との間の少なくとも１つの結合箇所（７）で結合材を局所的に溶融し、次いで固化させることにより、前記光学素子（１）を前記フレーム（２）に材料接続的に結合するための方法において、
前記光学素子（１）と前記フレーム（２）とを、結合工程のそれぞれの時点で結合材（４００）の溶融されていない領域を介して少なくとも３つの結合箇所（７）で相互に機械的に接触させる方法であって、
前記フレームに対する前記光学素子の位置は、前記結合工程のいずれの時点でも規定され、前記結合媒体の完全に溶融した領域で前記光学素子が浮遊することはなく、前記結合媒体の溶融していない領域は、結合工程中に保持用型のような位置決め補助部としての役割を果たし、前記光学素子および前記フレームの相対的な位置が常に規定される方法。
【請求項２】
光学素子（１）とフレーム（２）との間の少なくとも１つの結合箇所（７）で結合材を局所的に溶融し、次いで固化させることにより、前記光学素子（１）を前記フレーム（２）に材料接続的に結合するための方法において、
前記光学素子（１）と前記フレーム（２）とを、結合工程のそれぞれの時点で結合材（４００）の溶融されていない領域を介して少なくとも３つの結合箇所（７）で相互に機械的に接触させる方法であって、
前記光学素子（１）を前記フレーム（２）に、少なくとも４つの前記結合箇所（７）で相互に結合し、第１ステップで、少なくとも４つの前記結合箇所（７）のうちの少なくとも３つで、該結合箇所（７）におけるエネルギ供給中に結合材（４００）の溶融されていない領域を残し、該領域を介して前記光学素子（１）と前記フレーム（２）とを機械的に接触させ、次のステップで、前記結合材（４００）を完全に溶融させることにより前記光学素子（１）と前記フレーム（２）とを前記結合箇所（７）で相互に結合させる方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、
前記光学素子（１）を円形の光学素子とし、該光学素子の周囲に、前記第１ステップでエネルギを供給された３つの前記結合箇所（７）を、約１２０°の角度間隔をおいて配置する方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載の方法において、
前記第１ステップで、少なくとも３つの前記結合箇所（７）へのエネルギ供給を、前記結合箇所（７）を約１００ワットの出力のレーザ光線を用いて、約５０ミリ秒間、約１ｍｍ２のレーザスポットサイズで照射することにより行う方法。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法において、
前記結合材（４００）を、約５０μｍから１００μｍまでの厚さおよび約５×５ｍｍの横方向寸法を有するはんだ予備成形体として形成する方法。
【請求項６】
請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法において、
前記結合材（４００）を、前記結合箇所（７）の領域で前記光学素子（１）および／または前記フレーム（２）に被覆層として、蒸着、スパッタリングまたは電気メッキにより被着する方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載の方法において、
前記結合材（４００）として、ＳｎＡｇ４、錫-鉛はんだなどの錫ベースのはんだ、ＢｉＳｎ４２などのビスマス含有はんだ、インジウム含有はんだ、アンチモン含有はんだ、金ベースのはんだ、または、金、銀もしくはパラジウム含有はんだを用いる方法。
【請求項８】
請求項２から７までのいずれか一項に記載の方法において、
次のステップで、制御式はんだ付け工程を用いて、前記結合箇所の温度を監視して前記結合材（４００）の完全な溶融を行う方法。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか一項に記載の方法において、
前記光学素子（１）として、半導体リソグラフィ（３１）のための投影露光装置のレンズまたはミラーを用いる方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの結合箇所（７）で少なくとも１つの金属成分含有結合媒体によって、光学素子（１）をフレーム（２）に材料接続的に結合するための方法であって、前記光学素子（１）と前記フレーム（２）とを、結合中の相対移動を防止するために結合前に相互に位置決めし、該位置決めを、前記フレーム（２）の一部として形成された少なくとも１つの支持素子（３）により直接または間接的に行う方法において、
前記光学素子（１）として半導体リソグラフィのための投影露光装置の構成部品を用い、
前記フレーム（２）と前記少なくとも１つの支持素子（３）とをねじ結合部により解除可能に相互に結合する方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、
前記光学素子（１）を少なくとも３つの点で前記少なくとも１つの支持素子（３）に載置させる方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の方法において、
前記フレーム（２）と前記光学素子（１）とを結合するために、はんだ付け法、特に錫ベースのはんだ、錫-鉛はんだ、または、ビスマス含有はんだ、インジウム含有はんだ、アンチモン含有はんだ、金ベースのはんだ、または金、銀もしくはパラジウム含有はんだを用いる方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、
はんだ付けに使用するはんだを、結合前に被着層として前記フレーム（２）および／または前記光学素子（１）に配置する方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法において、
はんだ付けに使用するはんだを、結合前に予備成形体（４ａ，４ｂ）として前記フレーム（２）および／または前記光学素子（１）に配置する方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法において、
前記フレーム（２）に前記光学素子（１）を整列させるために前記予備成形体（４ａ，４ｂ）の幾何学形状を使用できるように、前記予備成形体（４ａ，４ｂ）を形成する方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法において、
はんだ付け工程中に前記予備成形体（４ａ，４ｂ）を局所的にのみ溶融する方法。
【請求項１７】
請求項１２から１６までのいずれか一項に記載の方法において、
前記フレーム（２）の形状を少なくとも１つの結合箇所（７）の領域で前記光学素子（１）の形状に追従させ、使用するはんだを、ほぼ一定の厚さの層として形成する方法。
【請求項１８】
請求項１２から１６までのいずれか一項に記載の方法において、
前記光学素子（１）への結合前に、はんだ付け可能な層システム、特に金属被覆層を被着する方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、
はんだ付け可能な層システムに破断部を設ける方法。
【請求項２０】
請求項１８または１９に記載の方法において、
前記光学素子（１）に、先鋭な縁部によって制限されていない状態の前記はんだ付け可能な層システムを設ける方法。
【請求項２１】
請求項１２から２０までのいずれか一項に記載の方法において、
はんだ、および、必要に応じて前記はんだ付け可能な層システムをレーザ光線により加熱する方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法において、
前記レーザ光線を前記光学素子（１）に透過させる方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の方法において、
前記はんだ付け可能な層システムにおける前記光学素子（１）に向いていない方の側から、前記レーザ光線を少なくとも部分的に反射させ、反射された部分によりはんだを加熱する方法。
【請求項２４】
請求項２１に記載の方法において、
前記フレーム（２）を、前記結合箇所（７）の領域で付加的なレーザ光線により加熱する方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法において、
第１の前記レーザ光線および前記付加的なレーザ光線を同じ光源から発生させる方法。
【請求項２６】
請求項２４に記載の方法において、
前記付加的なレーザ光線を、付加的なレーザ光源から発生させる方法。
【請求項２７】
請求項１０に記載の方法において、
前記光学素子（１）の光学的に活性の面の領域で、前記少なくとも１つの支持素子（３）を前記光学素子（１）に接触させ、前記光学素子（１）の光学的に不活性の面に前記結合箇所（７）を配置する方法。
【請求項２８】
結合材によって少なくとも１つの結合箇所（７）で前記光学素子（１）を前記フレーム（２）に材料接続的に結合するための方法において、
前記結合材を、約５０Ｗの出力を３秒未満の時間供給することにより、少なくとも部分的に溶融させ、結合のためにはんだ付け法を用い、
はんだ付けに使用するはんだを、結合工程前に予備成形体（４ａ，４ｂ）として被着させ、
前記予備成形体（４ａ，４ｂ）と、前記フレーム（２）における該予備成形体（４ａ，４ｂ）と接触している領域とを、前記予備成形体（４ａ，４ｂ）がばね力によって光学素子（１）に対して押圧されるように形成する方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載の方法において、
はんだ付けに使用するはんだを結合工程前に粉末またはペーストとして被着させる方法。
【請求項３０】
請求項２８に記載の方法において、
はんだ付けに使用するはんだを被覆法により被着させる方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の方法において、
ＰＶＤまたはＣＶＤ法によってはんだを被着させる方法。
【請求項３２】
請求項３０に記載の方法において、
化学的方法または電気めっき法を用いてはんだを被着させる方法。
【請求項３３】
請求項３０に記載の方法において、
溶融層としてはんだを被着させる方法。
【請求項３４】
請求項２８に記載の方法において、
前記予備成形体（４ａ，４ｂ）を、約５０〜１００μｍの厚さの薄い小プレートとして形成する方法。
【請求項３５】
請求項２８に記載の方法において、
前記フレーム（２）に、前記成形体（４ａ，４ｂ）を収容するための凹部を有する支持脚部を設ける方法。
【請求項３６】
請求項３５に記載の方法において、
前記凹部を、少なくともほぼ円弧区画状の溝として形成する方法。
【請求項３７】
請求項３５に記載の方法において、
前記凹部を、少なくともほぼ円筒状の孔として形成する方法。
【請求項３８】
請求項２８に記載の方法において、
前記結合箇所（７）を、前記光学素子（１）の光学的に不活性の面に配置する方法。
【請求項３９】
請求項２８に記載の方法において、
前記成形体（４ａ，４ｂ）自体をばね素子として形成する方法。
【請求項４０】
請求項２８に記載の方法において、
前記フレーム（２）における前記予備成形体（４ａ，４ｂ）と接触している部分を、ばね素子として形成する方法。
【請求項４１】
請求項２８に記載の方法において、
はんだ付け工程中に、前記予備成形体（４ａ，４ｂ）を局所的にのみ溶融させる方法。
【請求項４２】
光学素子（１）をフレーム（２）に、保持素子（１５）によって少なくとも１つの結合箇所（７）で結合し、前記光学素子（１）の前記結合箇所（７）の領域に凹部（１６）を形成し、該凹部（１６）に前記保持素子（１５）を挿入する方法において、
前記保持素子（１５）と前記光学素子（１）との間の前記凹部（１６）内に、充填材（１７）を充填することを特徴とする方法。
【請求項４３】
請求項４２に記載の方法において、
前記光学素子（１）と前記保持素子（１５）との間の前記充填材（１７）により、形状接続的な結合部を形成する方法。
【請求項４４】
請求項４２に記載の方法において、
前記光学素子（１）と前記保持素子（１５）との間の前記充填材（１７）により、材料接続的な結合部を形成する方法。
【請求項４５】
請求項４４に記載の方法において、
前記充填材（１７）として、はんだまたは接着材を用いる方法。
【請求項４６】
フレーム（２）と、該フレーム（２）内に保持素子（１５）により少なくとも１つの結合箇所（７）に配置された光学素子（１）とを有し、該光学素子（１）が、結合箇所（７）の領域に凹部（１６）を有し、前記保持素子（１５）が、前記光学素子（１）の前記凹部（１６）に係合する光学装置において、
前記保持素子（１５）と前記光学素子（１）との間の前記凹部（１６）の領域が、充填材（１７）により充填されていることを特徴とする光学装置。
【請求項４７】
請求項４６に記載の光学装置において、
前記光学素子（１）と前記保持素子（１５）との間の前記充填材（１７）により、形状接続的な結合部が形成される光学装置。
【請求項４８】
請求項４６に記載の光学装置において、
前記光学素子（１）と前記保持素子（１５）との間の前記充填材（１７）により、材料接続的な結合部が形成される光学装置。
【請求項４９】
請求項４８に記載の光学装置において、
前記充填材（１７）が、はんだまたは接着材である光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子をフレームに材料接続的に結合するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術において、光学素子をフレームに結合するための様々な方法が公知である。例えば、貼着または接着法によってフレーム内に光学素子を固定することが通常実施されている。これらの方法と並んで、最近では光学素子をフレームに結合するためにはんだ付けまたは溶接法が用いられることが多くなっている。例えば、ここでフレーム内への光学素子の溶接に関する米国特許文献、米国特許第６６２７８４７号明細書をあげておく。この場合、光学素子により方向付けされたレーザ光線によって溶接面を加熱する形で溶接工程が実施される。
【０００３】
しかしながら、上記方法を使用した場合には様々な問題が生じる。例えば、結合工程中にフレームに対する光学素子の移動を抑制することができないか、または不十分にしか抑制することができない。さらに、特に溶接またははんだ付け法との関連で、特に結合箇所の領域で光学素子が規則的に著しく加熱され、歪みおよびこれに結びついた光学素子の損傷ひいては破損が生じる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６６２７８４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、光学素子をフレームに、保護された状態で、接合相手双方の相互移動が減じた状態で結合することができる方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１に記載の特徴を有する方法および装置により解決される。従属請求項は、本発明の有利な改良形態および代替的な構成に関する。
【０００７】
光学素子をフレームに材料接続的に結合するための本発明による第１の方法では、結合媒体が、光学素子とフレームとの間の少なくとも１つの結合箇所で局所的に溶融され、光学素子とフレームとは結合工程のいずれの時点でも少なくとも３つの結合箇所で、結合媒体の溶融されていない領域で相互に機械的に接触している。換言すれば、光学素子は、結合工程中に少なくとも３つの箇所で、結合媒体の溶融されていない部分を介してフレーム上に位置している。これにより、結合媒体の完全に溶融した領域で光学素子が浮遊することはないので、フレームに対する光学素子の位置は結合工程のいずれの時点でも規定されている。したがって、結合媒体の溶融していない領域は、結合工程中には保持用型のような位置決め補助部としての役割を果たす。これにより、本発明は光学素子とフレームとの高精度の繰返し可能な接合を可能にする。
【０００８】
例えば、光学素子とフレームとは、少なくとも４つの結合箇所で相互に結合することができ、第１ステップでは少なくとも４つの結合箇所のうちの少なくとも３つで、該当する結合箇所におけるエネルギ供給中に、結合媒体に溶融されていない領域が残され、この領域を介して光学素子とフレームとは機械的に接触する。すなわち、結合媒体の溶融されていない領域は、フレームに対する光学素子の支持部としての役割を果たす。上記のように少なくとも３つの第１の結合箇所における結合媒体の部分的な溶融は、固定または取付工程と呼ぶこともできる。次いでさらなるステップでは、光学素子とフレームとは結合媒体の完全な溶融により個々の結合箇所で順次相互に結合される。
【０００９】
例えば、レンズのような円形素子を光学素子として選択した場合、第１ステップで固定工程を施される３つの箇所は、約１２０°の角度間隔をおいてレンズの周囲に配置され、固定工程および後続の結合工程中にフレームに対するレンズの特に安定的な嵌込みおよび位置決めをもたらす。
【００１０】
結合媒体は、特に、約５０μｍから１００μｍまでの厚さおよび約５×５ｍｍの横方向寸法を有するはんだ予備成形体として形成されていてもよい。結合媒体を、結合箇所の領域で光学素子および／またはフレームに被覆層として蒸着するか、スパッタリング処理するか、または電気めっきにより被着することも可能である。
【００１１】
結合媒体を溶融するためには、有利には出力約１００ワットのレーザ光線を使用することができる。この場合に、第１ステップの固定工程は、結合箇所に約５０ミリ秒間、大きさ１ｍｍ２のレーザスポットを照射することにより行うことができる。
【００１２】
結合媒体としては、例えばＳｎＡｇ４、錫-鉛はんだなどの錫ベースのはんだ、例えばＢｉＳｎ４２などのビスマス含有はんだ、インジウム含有はんだ、アンチモン含有はんだ、金ベースのはんだ、または金、銀もしくはパラジウム含有はんだが適している。
【００１３】
後続ステップの完全な溶融は、例えば、結合箇所の温度の監視下に、特にポリマを使用して、制御式はんだ付け工程を用いることにより達成することができる。
【００１４】
光学素子としては、例えば半導体リソグラフィのための投影露光装置のレンズ、ミラーが用いられる。
【００１５】
上記方法によれば、特に半導体リソグラフィのための投影露光装置において、フレーム内に結合媒体により材料接続的に配置された光学素子が設けられているものを実施することができ、光学素子とフレームとは結合媒体を介してのみ機械的に結合している。換言すれば、光学素子は、いずれの箇所においてもフレームの材料に直接に載置されていない。
【００１６】
このような嵌込技術は、特に縁部の薄いレンズ、例えば縁部厚さが１ｃｍ未満のレンズに適しているが、機械的に操作可能なレンズまたは投影露光装置の投影対物レンズの照射方向に見て始端または終端のレンズにも適している。ＥＵＶ投影露光装置の場合には、光学素子は装置の機械的に操作されないミラーであってもよい。このようなミラーはＥＵＶ投影露光装置では通常は高い熱負荷にさらされる。
【００１７】
本発明を実施するためのさらなる可能性では、光学素子とフレームとは少なくとも１つの結合箇所で少なくとも１つの金属成分含有結合媒体によって結合される。この場合、光学素子とフレームとは、結合中の相対移動を防止するために結合前に相互に位置決めされ、この位置決めは、フレームの一部として形成された少なくとも１つの支持素子により直接または間接的に行われる。このような手段により、結合工程中に光学素子とフレームとの間に、貼着材、接着材、流体状金属、はんだなどからなる液体状の層が形成され、この層上で光学素子が浮遊してフレームに対する光学素子の相対位置を変化させてしまうことが防止される。したがって、光学素子は結合工程中に堅固な支持部を介してフレームに結合した状態のままであり、選択された相対位置は信頼性良く保持される。
【００１８】
フレームと少なくとも１つの支持素子とは、例えば一体的に形成されていてもよい。このための代替的な構成では、フレームと少なくとも１つの支持素子とは、例えばねじ固定により解除可能に相互に結合されている。この方法は、支持素子を結合工程後にフレームから除去することができるという効果を有している。この方法では、少なくとも１つの支持素子をフレームから除去した後には光学素子とフレームとの接触箇所の数が減じられており、これにより、例えば、光学素子の使用中に、熱によって誘起される応力が光学素子に生じる危険性が減じられることが利点である。上記方法では、フレームと光学素子との組合せに必要な設置スペースが著しく減じられることがさらなる利点である。このことは、特に設置スペースが問題となる用途、例えば、有利には本発明による方法により嵌め込まれる光学素子を使用することができる投影露光装置、特に半導体リソグラフィのための対物レンズのためには極めて有意義である。
【００１９】
光学素子が少なくとも３つの点で少なくとも１つの支持素子に載置されていると有利であることが明らかとなった。３点で載置されていることにより、光学素子をフレームに安定的に載置するための要求が満たされる。エッジに載置することも可能である。
【００２０】
光学素子をフレームに材料接続的に結合させるための有利な方法は、特にフラックスなしのはんだ合金を使用したはんだ付け法を用いることである。本発明による方法の変化態様では、フレームおよび／または光学素子にはんだを層としてあらかじめ被着しておくことができる。被覆法としては、例えばＰＶＤ法，ＣＶＤ法、電気めっき法または化学的方法を用いることができる。同様に溶融層としてはんだを被着することもできる。特に錫ベースのはんだ（例えばＳｎＡｇ４）、錫-鉛はんだ、例えばＢｉＳｎ４２のようなビスマス含有はんだ、インジウム含有はんだ、アンチモン含有はんだ、金ベースのはんだ、または金、銀もしくはパラジウム含有はんだを用いることができる。
【００２１】
はんだによるフレームの被覆に対して代替的には、結合工程の前に予備成形体としてはんだをフレームおよび／または光学素子に被着しておくこともできる。予備成形体は、有利にはシートから打ち抜き加工して形成してもよい。この場合、予備成形体、フレームまたは光学素子の適宜な形状付与により、予備成形体をフレームまたは光学素子に簡単に整列させることができるという付加的な有利な効果が得られる。このことは、例えば相互に対応する位置決めマークを予備成形体およびフレームまたは光学素子に設けることにより保証することができる。
【００２２】
特にシートから打ち抜かれた予備成形体を使用する場合には、フレームの結合箇所を、光学素子の幾何学形状に追従するように形成することが有利であることが明らかとなった。このようにして、予備成形体が一様な厚さであると仮定した場合、予備成形体と光学素子との間にほぼ一定の厚さの間隙が生じる。この場合、間隙の厚さはゼロに近づいてもよい。もちろん、この場合には光学素子が少なくとも１つの支持素子上に位置しており、予備成形体上に位置していないことが常に保証されているべきである。
【００２３】
代替的には、光学素子が支持点で予備成形体に載置されている変化態様も可能である。光学素子およびフレームの相互の位置は、この場合、光学素子、予備成形体および支持素子の配置により規定される。この場合にも、はんだ付け工程中に、これらの素子の相互の位置を一定に保持することが可能である。このために、予備成形体が、はんだ付け工程中に局所的にのみ溶融されるように、すなわち、支持点の領域では溶融されないように留意しさえすればよい。したがって、例えば予備成形体として、はんだ付け工程中に点状または部分的にのみ溶融されるはんだ小プレートを使用することもできる。このようにして、はんだ付け工程中に予備成形体で光学素子が浮遊することが信頼性良く抑制される。この変化態様は、特に比較的簡単な予備成形体を使用できるという特別な利点を有している。
【００２４】
上記変化態様では、既に述べたように支持素子に対する光学素子の位置が実質的に小プレート厚さによっても規定される。小プレートが、例えばレーザ光線によって点状または部分的にのみ溶融された場合、支持素子に対する光学素子の位置も小プレート厚さにより規定される。この場合にも支持素子に対する光学素子の位置決めは、形状接続、すなわち、小プレートによる直接的な形状接続により規定される。光学素子と支持素子との間の支持領域全体にわたって小プレートが溶融された場合にのみ、支持素子に対する光学素子の位置決めはもはや形状接続によって行われずに、材料接続によって行われる。この場合、「位置決め精度」は、実質的に小プレートの厚さによって決定される。
【００２５】
はんだ付け結合部の剛性を改善するために、光学素子に、はんだ付け可能な層システムを取り付けることが適切であることが明らかとなった。この層システムは、特に金属被覆層として結合箇所の領域に実施してもよい。この場合、金属被覆層の構成に関しては様々な変化態様が可能である。金属被覆層の構成では、はんだならびにホルダと光学素子との結合箇所の加熱を、特にＩＲまたはＵＶ−ＶＩＳレーザを用いたレーザ光線によって行うことができる。第１の可能性は、はんだを光学素子および金属被覆層を介して加熱することである。この方法では、金属被覆層を一定の厚さを有する一貫した層として形成せずに、破断部を設けるか、または金属被覆層を先鋭な縁部によって制限しないことが有利である。これにより、レーザ光線のエネルギの十分に大きい部分がはんだに到達し、はんだが流体化されることが保証される。
【００２６】
これに対して代替的には、レーザ光線は、はんだ付け可能な層システムにおいて光学素子に向いていない方の側から少なくとも部分的に反射され、反射された部分がはんだを加熱する。この方法は、レーザの選択時に光学素子の吸収特性を考慮する必要がないという特別な利点を有する。さらに、使用されるレーザ光線によって光学素子に供給されるエネルギによって光学素子が損傷されることが回避される。
【００２７】
はんだ付け結合部の質をさらに高めるためには、フレームの結合箇所の領域を付加的なレーザ光線により加熱することができる。この場合、第１の光線および付加的なレーザ光線を同じ光源から放出し、例えば、ビームスプリッタによって分割してもよい。代替的には、付加的なレーザ光線は付加的なレーザ光源から放出してもよい。これにより、付加的なレーザ光線をフレームの状態、例えばフレームの吸収特性に適合させて選択する可能性が生じる。
【００２８】
結合箇所の領域における固有のはんだ応力またはその他の応力の発生は、実際のはんだ付け工程後にレーザ出力を制御して減じ、これにより、単位時間毎のエネルギ供給量を次第に低減することにより達成することができる。代替的または付加的には、装置を後から調整することによっても上記応力を低減することができる。
【００２９】
本発明の別の実施形態では、少なくとも１つの支持素子が光学素子の光学的に活性の面の領域で光学素子と接触しており、結合箇所は、光学的に不活性の面に位置している。この場合、「光学的に活性の面」とは、光学素子の使用中に光を透過または照射される光学素子の面である。光学素子がレンズである場合、光学的に不活性の面とは、レンズの円柱縁部である。
【００３０】
光学素子をフレームに結合するための有利な代替的な可能性は、まず光学素子に金属層を被着し、次いで金属層において光学素子に向いていない領域をフレームに材料接続的に結合させることである。
【００３１】
特に溶接法を結合法として用いることができる。この方法の利点は、金属層においてフレームに向いている方の部分のみが溶接時に溶融し、金属層において光学素子に向いている方の部分は固体状態に保持されることである。溶接の工程全体は、数ミリ秒以内に行うことができる。この場合、金属層に向いたフレーム部分も同様に溶融する。例えば、レーザ溶接法において使用されるレーザパルスの継続時間は、約１０ｍｓまたは約０．５ｍｓから約５ｓまでの値が有利である。これにより、短時間内に耐久性のある結合部が得られる。これにより、層において光学素子と接触している部分は、溶接工程により最小限にしか影響されない。
【００３２】
本発明による方法では、エネルギ供給の継続時間ひいては熱作用領域が、例えばレーザはんだ付け法に比べて極めて小さい。なぜなら、例えばレーザ溶接法を用いた場合、一般に接合相手と相互に結合させるためには個々の短いレーザパルスがあれば十分だからである。したがって、特に光学素子の非金属材料の温度は１００℃よりも明らかに低い約４０℃の範囲に保つことができ、とりわけ、はんだ付け箇所と比べて著しく小さい溶接点は、はんだ付け結合部よりも遙かに急速に固化する。一般に溶接点は、本発明による方法では接合相手を加熱することができるよりも急速に固化される。さらに本発明による厚い金属層は、溶接箇所を光学素子から効果的に機械的に分離する。これにより、熱負荷および機械的負荷が光学素子に加えられる危険性が効果的には最小限となる。
【００３３】
さらに、溶接法を用いた場合、はんだ付け法に比べて高められた工程安定性が肯定的な効果を有する。特にはんだ付け法においては、例えばフラックスによる酸化層の形成を抑制するという必要性が常に存在しているが、このような必要性は溶接法においては二次的でしかないか、または全く重要ではない。さらに溶接工程では、付加的な材料、例えばはんだをクリーンルーム条件下にフレームと光学素子との間の結合箇所に配置するという、取扱の観点から問題であった不可避性がなくなる。従来のはんだ付け法とは異なり、本発明による方法は、金属層を結合工程よりも遙かに前に光学素子に被着することが可能となる。したがって、金属層は、光学素子に堅固に結合されているので光学素子の紛失不能な構成部分となり、これにより、工程安定性および本発明による方法の例えばクリーンルーム環境における取扱性がさらに改善される。
【００３４】
本発明による方法によれば、さらに結合工程前にフレームに被覆を施すことは不要であり、これにより、結合工程を簡単にし、ひいてはコストを安く抑えることができる。
【００３５】
本発明による方法のさらなる利点は、溶融される量が少ないことにより、結合工程中の位置変化が著しく減じられる。これにより、フレームに対する光学素子の位置を一層正確に調整することができ、結合工程中にもこれを保持することができる。
【００３６】
金属層の厚さについて有利な値は約０．３〜２ｍｍまであることが明らかとなっている。溶接点の直径は、約０．１〜１．５ｍｍまでの範囲で選択することができる。
【００３７】
ろう接法が上記溶接法に代替する。ろう接法は、結合すべき部分の一部のみ、例えば金属層の一部のみが溶融され、フレームは溶融されない点で優れている。
【００３８】
本発明のさらなる変化態様では、金属層が光学素子の光学的に不活性の面に位置している。「光学的に活性の面」とは、この場合、光学素子の使用中に光を透過または照射させる光学素子の面である。光学素子としてレンズを用いる場合、光学的に不活性の面とは、レンズの円柱縁部である。この手段は、金属層が被着された後にも金属層をさらに処理すること、特に洗浄または被覆することができるという利点を有する。
【００３９】
金属層のための有利な選択肢は、低溶融または軟質合金である。光学素子をフレームに結合するためによりわずかなエネルギ供給が必要とされ、これにより、光学素子において生じる温度を低く保つことができ、軟質金属層の塑性変形により生じた応力を冷却時に除去することができる。付加的に、金属層材料の上記選択により、光学素子をフレームから再び容易に取り外すことができる。
【００４０】
光学素子をフレームに材料接続的に結合材により結合するためのさらなる代替的な構成では、結合材は、短時間のエネルギ供給により少なくとも部分的に溶融される。この場合、エネルギ供給は３秒未満の時間に約５０Ｗの出力で実施される。この方法は、光学素子およびフレームの局所的な加熱、ひいては局所的な変形のみをもたらし、したがって、わずかな形状および位置変化しかもたらさないという利点を有している。エネルギ供給は、電磁光線、例えば光、特にレーザ、マイクロ波により、または誘導的に実施することができる。
【００４１】
接合相手双方を結合するためには、有利には、はんだ付け法を用いることができる。この場合、はんだ付けのために使用されるはんだを結合工程前に粉末またはペーストとして被着することができる。さらなる可能性は、はんだを被覆法、例えばＰＶＤ法またはＣＶＤ法、化学的方法または電気めっき法により、または溶融層として被着するというさらなる可能性もある。
【００４２】
はんだ付けに使用するはんだを結合工程前に、例えば、約１００μｍの厚さの予備成形体として被着しておくと特に有利であることが明らかとなった。この手段により、特に従来技術に比べて、結合工程中の位置安定性および保持力が高められ、かつ結合工程前の整列状態が改善される。さらにこの方法により、はんだの被着および固定が容易になる。
【００４３】
さらに、光学素子が予備成形体の支持点に載置される変化態様も可能である。光学素子およびフレームの相互の位置は、この場合、光学素子、予備成形体およびフレームの配置により規定される。この場合にも、これらの素子の相互の位置をはんだ付け工程中に一定に保持することが可能である。このためには、予備成形体が、はんだ付け工程中に局所的にのみ溶融されること、すなわち、支持点の領域では溶融されないことに留意しさえすればよい。このようにして、はんだ付け工程中に予備成形体上で光学素子が浮遊することが信頼性良く抑制される。この変化態様は、特に比較的単純な予備成形体を使用することができるという特別な利点を有している。
【００４４】
予備成形体をフレームに固定するためには、フレームが、予備成形体を収容するための凹部を備える支持脚部を有していると有利であることが明らかとなった。この場合、凹部は特に少なくともほぼ円弧区画状の溝または少なくともほぼ円筒状の孔として形成してもよい。
【００４５】
結合箇所の位置のための有利な選択は、光学素子の光学的に不活性の面に位置している場合である。「光学的に活性の面」とは、この場合、光学素子の使用中に光を透過または照射させない光学素子の面である。光学素子としてレンズを用いる場合、光学的に不活性の面とは、レンズの円柱縁部である。この手段は、金属層の被覆後にも金属層をさらに処理すること、特に洗浄または被覆することができるという利点を有する。
【００４６】
結合箇所の質は、予備成形体、およびフレームにおける予備成形体と接触する領域を、予備成形体がばね力によって光学素子に対して押圧されるように形成することにより改善することもできる。この場合、予備成形体自体または予備成形体と接触しているフレーム部分もまたばね素子として形成されていてもよい。
【００４７】
光学素子をフレームに保持素子によって少なくとも１つの結合箇所で結合するためのさらなる変化態様では、光学素子の結合箇所の領域に凹部が形成されおり、この凹部に保持素子が挿入され、保持素子と光学素子との間の凹部の領域が充填材により充填されている。充填材は、保持素子を凹部に挿入した後に溶融状態で保持素子と凹部との間に挿入され、そこで冷却され固化する溶融材料であってもよい。このように、少なくとも１つの形状接続的な結合部が形成され、この場合、凹部と保持素子とを正確にあらかじめ加工しておくことは不可欠ではない。材料接続はこの第１変化態様では不要である。光学素子とフレームとからなる装置の機械的安定性が、光学素子の凹部に結合材、特にはんだまたは接着材が、材料接続的な結合部を形成するために挿入されることによりさらに改善される。
【００４８】
有利なはんだ付け工程が、まず電気めっき法により、結合すべき接合相手の少なくとも一方に金属被覆層を被着し、次いで金属被覆層を溶融することにより実施される。金属被覆層は、はんだ付け箇所の特性を改善するため、例えば機械的安定性を高めるための少なくとも１つの混合材を含んでいる。機械的安定性とは、この場合、例えば引っ張り、押圧または剪断などの機械的応力に対するはんだ付け箇所の頑丈さに関するはんだ付け箇所のあらゆる特性を意味する。さらに機械的安定性とは、温度変動がはんだ付け箇所の機械的特性に及ぼす影響がわずかであることをも意味する。接合相手双方に、実際のはんだ付け工程前に、電気めっき法により被着された異なる金属被覆層をそれぞれ設けることも可能である。この場合、金属被覆層を電気めっき法により被着することは強制的ではなく、はんだは、このように、例えば予備成形体として結合箇所の領域に挿入することもできる。
【００４９】
これにより、はんだ付けに使用される低溶融金属、例えばＩｎまたはＳｎは、比較的軟質であり、長時間にわたりクリープする傾向にあるという矛盾に効果的に対処することができる。また、低溶融金属の使用はほとんど不可避的である。なぜなら、繊細な光学部品をはんだ付け工程のために必要とされるよりも高温に加熱することは著しい危険性をはらんでいるからである。はんだ付け結合部の機械的特性は、特に分散材、特に酸化物、窒化物、ホウ化物または炭化物を使用して改善することもできる。分散材がゼロデュア粉末である場合、さらにはんだ付け結合部の熱膨張係数の低減を達成することができる。
【００５０】
はんだ付け箇所の領域に、特に燐を用いて、またはマイクロファイバまたはナノチューブを用いて、金属間化合物を形成することも特に有利である。特に炭素材ナノチューブの機械的特性を有利に利用することができる。炭素材ナノチューブは、約１．３〜１．４ｇ／ｃｍ３の厚さと４５０億パスカルの引っ張り強さを有し、例えば引っ張り強さと密度との比は、例えば鋼よりも約１３５倍高い。
【００５１】
結合箇所および支持素子の上記構成は、結合材が短時間ではなく長時間のエネルギ供給により溶融される場合にも有利に使用することができる。特にフレームと光学素子とを材料接続的に結合するための上記方法を、上述の、かつ以下に詳細に説明する支持素子および結合箇所を構成するための変化態様と組み合わせることもできる。
【００５２】
次に本発明の原理的に異なる実施例を図面を用いて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明による方法の流れ図である。
【図２】本発明による方法により嵌め込まれた光学素子を示す図である。
【図３】本発明による方法を使用するための光学素子の載置図である。
【図４】使用される装置の代替的な実施形態を示す図である。
【図５】使用される支持素子の変化態様を示す図である。
【図６】はんだ予備成形体を収容するための孔を備える支持素子を示す図である。
【図７】鉛直方向に貫通する孔を備える支持素子を示す図である。
【図８】はんだ予備成形体を固定するためのばね素子を備える支持素子を示す図である。
【図９】光学素子とフレームとの間の実質的に形状接続的な結合部を示す図である。
【図１０】はんだを予備成形体として使用する本発明の変化態様を示す図である。
【図１１】保持素子によってフレームに結合された光学素子を示す図である。
【図１２】保持素子を構成するための異なる変化態様を示す図である。
【図１３】本発明を使用した半導体リソグラフィ用投影露光装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
図１には、本発明による方法が流れ図を用いて例示的に示されている。まずフレーム内にはんだ付けされるべき光学素子がフレーム内に配置される。フレームは複数のいわゆる「支持脚部」を有しており、これらの支持脚部に光学素子が載置される。支持脚部はフレームにねじ固定されているか、またはフレームと一体的に結合されていてもよい。支持脚部と光学素子との間には、小プレートとして形成された、はんだ予備成形体が配置されている。この場合、小プレートは約５０から１００μｍまでの厚さと、約５×５ｍｍの横方向寸法を有している。小プレートは、すでに述べた材料により製作されている。
【００５５】
代替的には、はんだ予備成形体を小プレートとして構成するためには、支持脚部または光学素子に結合材を被覆することも可能である。このような被覆は、例えば、蒸着法、スパッタリング法、または電気めっき法により行うことができる。光学素子において支持脚部と接触させたい箇所をあらかじめ被覆しておくと有利である。なぜなら、このようにして、後続のはんだ付け工程時により良好な熱接触が生じ、これにより、より短い、またはより弱いレーザパルスにより作業することができるからである。このことは、支持脚部の加熱をできるだけ最小限にすることができ、はんだ付け工程中に、またははんだ付け工程により、支持脚部が熱により変形する危険性を低減することができる。
【００５６】
支持脚部に光学素子を載置した後に、３つの支持脚部への光学素子の一時的な取付が行われる。このために、はんだ予備成形体は、約１００ワットの出力を有するＮｄ：ＹＡＧレーザにより光学素子を通過して照射され、これにより加熱される。取付工程のためには、約５０ｍｓの長さのレーザパルスで十分である。すなわち、表面反射および散乱により、１００ワットのレーザ出力のうち約４０から６０ワットまでがはんだ付けされるべき箇所に入射されることを前提としている。光学素子ができるだけ安定して搭載されることを保証するためには、取り付けられる３つの支持脚部の配置を約１２０°の角度間隔をおいて選択することが有利である。取付箇所の他の分配も可能である。
【００５７】
次いで実際のはんだ付け工程が実施される。すなわち、個々のはんだ付け箇所が次々に堅固にはんだ付けされる。このために、制御式はんだ付け工程が用いられる。すなわち、はんだ付け箇所の表面温度が高温計により監視される。まず約０．５秒間、レーザ出力が線形に上昇する加熱工程が実施される。ビスマスはんだの場合、約２００から２５０℃までの保持温度が得られるとすぐにレーザ出力は約２秒間一定に保持される。その後、レーザ出力は約０．５秒間でゼロまで減じられる。銀-錫はんだの使用時には、保持温度は約３００℃である。工程を支援するために、はんだには液体状のはんだの表面応力を増大させて機械的接触を改善し、かつ、はんだ付け工程中に酸化される表面を減じるフラックス剤を添加してもよい。例えば、水またはアルコールをベースとし、ハロゲンを含まないフラックス剤が適している。
【００５８】
取付工程において使用されるレーザスポットの大きさは約１ｍｍ２の範囲であり、実際のはんだ付け工程では、はんだ予備成形体の大きさに適合した大きさのスポットが選択される。このことは、例えば、適宜な光学系の使用および／またはレーザ光放出面からはんだ付け箇所までの距離を選択することにより達成することができる。上記方法は、特に例えば半導体リソグラフィのための投影対物レンズにおいて、機械的、熱的または化学的に特に大きい負荷が加えられる光学素子のために適している。特に投影対物レンズの入射レンズおよび射出レンズのフレームのために、さらにまた機械操作される光学素子のためにも上記工程を有利に使用することができる。ＥＵＶ対物レンズでは、高い熱負荷が予想されるのではんだ付け工程のためには特に非操作式ミラーが適している。
【００５９】
図２は、本発明の方法を用いてフレーム２に嵌め込まれた光学素子１を示している。光学素子１は、結合媒体４００によってのみ結合箇所７でフレーム２に機械的に結合されているように、フレーム２内に配置されている。このような嵌込技術は、上述の本発明による方法を使用した場合にのみ可能である。なぜなら、本発明による方法は、フレーム２内への光学素子１の正確なはんだ付けを保証するからである。図２に示した嵌込技術では、光学素子１が均一の材料系によってフレーム２に結合されていることが特に有利である。このようにして、とりわけ温度変動に起因する機械的応力の発生が効果的に低減される。このことは、半導体リソグラフィのための投影露光装置において本発明により嵌め込まれる光学素子を使用する場合には特に有利である。
【００６０】
図３は、光学素子１と本発明の変化態様によるフレーム２との結合箇所の領域を部分的に示している。光学素子１は、支持素子３を介してフレーム２に載置されている。支持素子３は、本実施例ではフレーム２と一体的に形成された屋根状の突起として実施されている。フレーム２には、支持素子３の周囲に２つの予備成形体４ａおよび４ｂが配置されている。予備成形体４ａおよび４ｂは、幾何学形状に関してフレーム２の形状に適合されており、例えば、適宜な厚さのシートから打ち抜かれている。フレーム２は、結合箇所の領域で光学素子１の幾何学形状に適合されているので、予備成形体４ａおよび４ｂの一定の厚さにより、光学素子１と予備成形体４ａおよび４ｂとの間には一定の幅を有する間隙５ａ、５ｂが生じる。光学素子１における予備成形体４ａおよび４ｂに対応する表面領域には、それぞれ金属被覆層６ａおよび６ｂが被覆されている。両予備成形体４ａおよび４ｂは、例えばレーザ光線の作用により加熱されて溶融し、溶融された材料の表面応力により、間隙５ａおよび５ｂが閉じられるように収縮し、結果として、光学素子１とフレーム２との間の材料接続的な結合部が形成される。フレーム２に対する光学素子１の相対位置はこれにより変化しない。なぜなら、この相対位置は、既に結合工程中に支持素子３によって決定されており、溶融する予備成形体４ａおよび４ｂは、フレーム２に対する光学素子１の浮遊、ひいては位置変化をもたらすことはない。
【００６１】
図４は、本発明による方法において使用される装置の代替的な実施形態を示している。本発明のこの変化態様では、レンズとして形成された光学素子１は、光学素子１とフレーム２との結合箇所７が光学素子１の光学的に不活性の面に位置しているように、フレーム２に結合されている。本実施例では、このことは、結合箇所７がレンズ１の円柱縁部に位置していることにより実施されている。図４に示した実施形態では、球状の予備成形体４は、レンズ１の円柱縁部と、フレーム２の面取りされた領域との間に位置しており、重力により所定位置に保持されることにより固定される。支持素子３は、本実施例ではねじ結合部８によりフレーム２に一時的に固定された付加的な保持素子２ａの一部として形成されている。予備成形体４が収束されたレーザ光線９により液体化され、光学素子１とフレーム２との間に材料接続的な結合部が形成されたのち、ねじ結合部８の解除により付加的な保持素子２ａをフレーム２から取り外すことができる。この場合、光学素子１は材料接続的なはんだ付け結合部によってのみフレーム２内に保持され、例えば、結合後にはもはや不要となった保持素子において熱に誘起された付加的応力が生じる危険性が、この解決手段により効果的に減少する。
【００６２】
図５は、本発明による支持素子３の有利な実施形態を示している。この支持素子３は、スリット状の凹部１０を有している。このような凹部は、例えば、固体のフレーム材料からまず凹部１０が旋盤加工され、次いで、図示の支持素子３が、例えば、鋸歯切断によりフレーム２の材料から取り外される。図５ａに断面図で示すように、スリット状の凹部１０は、はんだ予備成形体４を収容するために使用される。
【００６３】
図６には、本発明による支持素子３の代替的な構成が示されている。この代替的な構成では、支持素子３はいわば「屋根棟部１１」を有しており、この屋根棟部１１に光学素子１を載置させることもできる。この場合、屋根棟部１１を超えて円筒状の孔１２を延在させてもよい。この孔１２は、特に対応して成形された予備成形体４を収容する。
【００６４】
この方法は、光学素子１と支持素子３との材料接続的な結合部が光学素子１の保持機能をもたらすという効果を有し、光学素子１の位置決めが形状接続により実施される、または規定される。換言すれば、少なくとも１つの支持面（または少なくとも１つの支持点または支持線）が支持素子３に設けられており、支持素子３は、直接に（介在物なしに）光学素子１と接触しており、したがって、光学素子１の位置決めに関して純粋な形状接続部を形成している。支持素子３の他の領域には、予備成形体４を用いたはんだ付けにより付加的に材料接続部が形成される。はんだによる材料接続的な結合部の形成中に、固化時のはんだの収縮により、光学素子１に作用する局部的な歪みが生じる恐れがある。このような歪みをできるだけ一様に防止するために、支持素子３は好ましくは対称的な（材料接続的な結合箇所に関して対称的な）屋根棟部１１を有している。光学素子１の寸法および支持素子３の寸法とは無関係に、屋根棟部１１を面状支持部に置き換えることもできる。この場合、面状支持部は、材料接続的な結合部の位置に対して好ましくは対称的に、ひいては予備成形体４に対して対称的に配置されている。
【００６５】
面状または線状の支持部の他に、例えば予備成形体４の左右に配置されたエッジ（または面）に付加的な支持点を設けることにより、支持部を実質的に点状にすることも可能である。
【００６６】
図６ａは、図６に示した実施形態に対してわずかに変更を加えた本発明の変化態様を示している。この変化態様では、光学素子１は点状支持部を介して支持素子３に載置されており、点状支持部により光学素子１と支持素子３との間の形状接続が実施されている。このことは、例えば図６ａに示すように、予備成形体４が孔１９を有し、この孔１９を通って、支持素子３に結合されたピン２０が突出していることにより実施することができる。ピンは、光学素子１の方向に先端部を備えている。この場合、ピンの高さは予備成形体４の高さに対応するように適合されている。好ましくは、ピン２０は予備成形体４とほぼ同じ高さを有し、これにより、はんだ溶融時にはんだがピン先端部を湿潤させることはなく、はんだと光学素子１との間に材料接続的な結合部が形成され、しかも光学素子１は位置に関してピン２０によって規定されて載置されている。
【００６７】
図７に示した代替的な構成では、孔１２は、支持素子３全体を通って鉛直方向に延在している。この変化態様は、予備成形体４を下方から孔１２を介して支持素子３内に挿入することができるという利点を有している。
【００６８】
図８には、本発明による支持素子３のさらなる変化態様が示されている。この場合、支持素子３は３つの別個の部分領域に分割され、これらの部分領域のうち外側に位置する２つの部分領域１３ａおよび１３ｂは、図６および図７に示したものと比較可能に形成されている。中央部分素子は、弾性的な舌片１４として実施されている。この変化態様は、特に、弾性的な舌片１４に配置されたはんだ予備成形体４が、舌片１４により加えられるばね力により光学素子１の方向に押圧され、これにより、はんだ付け時に材料接続が最適に保証されるという利点を有している。この方法では、弾性的な素子１４のばね力は、予備成形体４を介して下方から光学素子１に加えられる力が支持素子３の場所でそれぞれ作用する光学素子１の重力よりも小さくなるように形成されている場合、有利である。これにより、光学素子１が、既にはんだ付け工程前に微調整された配向をはんだ付け工程中にも保持することが保証される。
【００６９】
代替的な構成では、予備成形体自体が弾性素子により形成されていてもよい。この場合、支持素子自体に弾性的な素子を設ける必要はない。
【００７０】
図９は、光学素子１が外側に凹部１６を有し、この凹部１６に保持素子１５が係合する実施形態を示している。この場合、保持素子１５と凹部１６との間の間隙には、結合部をさらに安定させるための充填材１７が位置していてもよい。充填材１７としては、特に、例えば接着材、はんだまたはセメントが使用される。充填材１７によって材料接続的な結合部が形成されることは不可欠ではなく、機械的に安定した結合のためには、充填材１７により最適化された形状接続部があれば十分である。充填材１７を間隙に充填する前には、光学素子１と保持素子１５との間に機械的な接触は生じないので、光学素子１と保持素子１５との間の結合は実質的に応力なしに行われる。
【００７１】
図９ａ、図９ｂおよび図９ｃは、凹部１６および保持素子１５の幾何学形状の種々異なる可能性を示している。図９ａでは、保持素子１５はくさび素子として形成されており、図９ｂでは、半球素子として形成されており、図９ｃでは、直方体素子として形成されている。当然ながら、凹部１６および保持素子１５を実施するためのさらなる任意の幾何学形状が可能である。
【００７２】
保持素子および凹部の形状により、上記結合部の負荷の種類を広い限定範囲で調節することができる。特に、光学素子の重力に起因する、充填材１７における押圧負荷、引っ張り負荷および剪断負荷を用途に応じて最適に分配することができる。
【００７３】
図１０は、はんだが充填材１７として用いられている変化態様を示している。充填材１７は、球状の予備成形体４として凹部１６および保持素子１５の領域に配置されており、収束されたレーザ光線９によって溶融される。予備成形体４の溶融時には、予備成形体４は、レンズとして実施された光学素子１と保持素子１５との間の領域を充填し、これにより、固化後に材料接続的な堅固な結合部を形成する。光学素子１の材料へのはんだの付着は、レンズとして実施された光学素子１の円柱縁部に金属被覆層６があらかじめ被覆されていることにより改善される。付加的または代替的に、保持素子１５は凹部１６の領域に金属被覆６を施されていてもよい。金属被覆層システムのためには、付着促進剤としてＣｒ、Ｗ／Ｔｉ、Ｔｉ、Ａｌ、はんだ可能層としてＮｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｔｉ、および酸化防止層としてＡｕ、Ｐｔを使用することもできる。低い酸化可能性に基づく有利な一つの選択は、Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕである。層システムは、特に電子ビーム蒸着装置ＥＢＥによるイオンアシスト真空蒸着（ＩＡＤ）により形成することもできる。電気化学的な被覆方法を用いることもできる。
【００７４】
上記方法は、特に保持素子１５をあらかじめ光学素子１に堅固に結合するために適している。次いで後続ステップで保持素子１５とフレーム２とを結合することができる。
【００７５】
図１１は、レンズとして実施された光学素子１がフレーム２に組み込まれた状態を示している。レンズとして実施された光学素子１は、結合材１７によって保持素子１５に堅固に結合されており、保持素子１５自体は、例えばはんだ付けまたは溶接されたフレーム結合箇所１７を介してフレーム２に堅固に結合されている。フレーム結合箇所１８内への保持素子１５の挿入は、保持素子１５とフレーム結合箇所１８との間に小さい間隙が設けられたままになっている場合には、特に応力なしに行うことができる。保持素子１５は、後続ステップで溶接またははんだ付け法によってフレーム２に堅固に結合することができる。この場合、はんだ付け法の使用は、より遅い時点で光学素子１を保持素子１５と共にフレームから簡単に取り外すことができる可能性が得られるので特に好ましい。
【００７６】
図１２は、図１２ａ、図１２ｂ、図１２ｃおよび図１２ｄにおいて上記方法により実施することのできる異なるフレーム構想を示している。図１２ａには、光学素子１が保持素子１５によりフレーム２に点状にのみ結合されている可能性を示している。代替的には、このために保持素子１５は、光学素子１を周囲全体に沿って、すなわち、環状に包囲することもでき、これにより、光学素子１がフレーム２に特に確実に載置されることが保証される。この可能性が図１２ｂに示されている。図１２ａおよび図１２ｂに示す両変化態様を組み合わせた態様が図１２ｃおよび図１２ｄに示されている。これらの場合には保持素子１５は、光学素子１に向いた側では光学素子１を完全には取り囲んでおらず、異なる長さの区画として実施されている。図１２ｃは、２つの区画を有する解決方法を示しており、図１２ｄは、４つの区画が使用され、これらの区画がそれぞれ２つの保持素子１５によりフレーム２に保持される本発明の変化態様を示している。
【００７７】
図１３には、本発明の装置が使用される半導体リソグラフィ３１の投影露光装置が示されている。この装置は、例えばコンピュータチップなどの半導体構成素子を製造するために、感光性材料を被覆された、一般に主にシリコンからなりウェーハ３２と呼ばれる基板上に構造を露光するために用いられる。
【００７８】
この場合、投影露光装置３１は、実質的に照明装置３３と、後に得られるウェーハ３２上の構造を決定する構造を施されたマスク、いわゆるレチクル３５を収容し、正確に位置決めするための装置３４と、ウェーハ３２を保持し、移動し、正確に位置決めするための装置３６と、結像装置、すなわち、複数の光学素子１を備える投影対物レンズ３７とからなり、これらの光学素子１は、フレーム２によって投影対物レンズ３７の対物レンズハウジング４０内に載置されている。本発明により嵌め込まれた光学素子１は、投影対物レンズ３７の任意の箇所に配置してよい。投影対物レンズの始端および終端の光学素子として配置されることは有利である。なぜなら、これらの位置では、嵌込技術に関してシール性および機械的安定性に高い要求があるからである。代替的には、本発明により嵌め込まれた光学素子１は、照明装置３３内に配置されていてもよい。例示的に示した投影露光装置では、フレーム内に光学素子を配置するための上記方法全てならびに上記配置および装置全てを使用することもできる。
【００７９】
上記装置の基本的な機能原理では、レチクル３５に設けられた構造がウェーハ３２に結像される。結像は一般に縮小されて実施される。
【００８０】
露光が行われたのち、ウェーハ３２は矢印方向にさらに移動され、同じウェーハ３２の多数の別個の視野に、それぞれレチクル３５によって規定された構造が露光される。投影露光装置３１ではウェーハ３２を段階的に送りながら移動させることから、投影露光装置３１はステッパーと呼ばれることも多い。
【００８１】
投影露光装置３３は、ウェーハ３２にレチクル３５を結像するために必要な投影光線４１、例えば、光または類似の電磁光線を提供する。光源としては、レーザなどが使用される。光線は、投影光線４１がレチクル３５に入射した場合に、直径、偏光、波面形状などに関して望ましい特性を有するように、露光装置３３において光学素子により形成される。
【００８２】
上述のように、光線４１によりレチクル３５の像が生成され、投影対物レンズ３７によって相応に縮小されてウェーハ３２に転写される。投影対物レンズ３７は、多数の個々の屈折性、回折性および／または反射性の光学素子３８、例えば、レンズ、ミラー、プリズム、カバープレートなどを有する。
【００８３】
上記変化態様は、光学素子をフレームに歪みなしに材料接続的に、可逆的に結合することを可能にする。特に上記結合は高いクリープ安定性を有している。このような結合により、数年にわたって、位置変化＜１００ｎｍ、表面変形＜１ｎｍを達成することが可能となる。さらに、直径＞２００ｍｍを有する様々な幾何学形状の光学素子のためにも＞３０Ｎ／ｍｍ２の範囲の固定力を達成することができる。特に上記特性は、＞１０％の範囲のフレームと光学素子との熱膨張係数差に対して保証することができる。さらに、本発明により、材料接続的な結合により光学素子に生じる応力が値１ＭＰａを上回らないことが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図５ａ】
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【図６】
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【図６ａ】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ）】
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【図９ｂ）】
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【図９ｃ）】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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