DE102006018962A1

DE102006018962A1 - Verfahren zur Herstellung eines doppelbrechend wirkenden optischen Elements, derart hergestelltes optisches Element sowie Verwendung eines solchen Elements

Info

Publication number: DE102006018962A1
Application number: DE200610018962
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr. Lindner; Michael Dr. Gerhard; Michael Dr. Totzeck; Olaf Dr. Dittmann
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2005-05-04
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2006-11-09

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines doppelbrechend wirkenden optischen Elements (10), insbesondere eines optischen Verzögerungselements, zumindest teilweise aus amorphem Material, wie beispielsweise Quarzglas, beschrieben, bei dem zumindest ein Teilbereich (26) des amorphen Materials mit Bestrahlungslicht im UV-Bereich bestrahlt wird, um dem zumindest einen Teilbereich des amorphen Materials doppelbrechende Eigenschaften zu verleihen. Das Bestrahlungslicht ist dabei linear polarisiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines doppelbrechend wirkendenden optischen Elements, insbesondere eines optischen Verzögerungselements, zumindest teilweise aus amorphem Material, wie beispielsweise Quarzglas, wobei zumindest ein Teilbereich des amorphen Materials mit Bestrahlungslicht im UV-Bereich bestrahlt wird, um dem zumindest einen Teilbereich des amorphen Materials doppelbrechende Eigenschaften zu verleihen.
Die Erfindung betrifft ferner ein derartig hergestelltes optisches Element sowie eine Verwendung eines solchen optischen Elements.

In optischen Systemen, beispielsweise in Mikrolithographie-Anwendungen, werden optische Elemente benötigt, die die Phase der einfallenden Lichtstrahlung um beispielsweise λ/2 oder λ/4 verzögern. Derartige optische Elemente werden auch als Wellenfront-Verzögerungselemente oder -platten bezeichnet.

Es ist bekannt, dass eine optische Wellenfront-Verzögerung mittels eines optischen Elements mit Doppelbrechungseigenschaft erzielt werden kann. Üblicherweise werden optische Verzögerungselemente aus doppelbrechenden Kristallen, wie beispielsweise kristallinem Quarz hergestellt. Um aus einem doppelbrechenden Kristall ein Wellenfront-Verzögerungselement herzustellen, wird der Kristall so geschnitten und poliert, dass seine Kristallachse sowohl in der eintrittsseitigen als auch der austrittsseitigen Oberfläche liegt, welche selbst senkrecht auf der optischen Achse des Systems stehen. Der in das Element einfallende Lichtstrahl wird nun nicht mehr in den ordentlichen und außerordentlichen Strahl aufgespalten, sondern diese fallen zusammen, wobei jedoch der außerordentliche und der ordentliche Lichtstrahl mit unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten durch den Kristall laufen. Nach dem Austritt aus dem Kristall ergibt sich dann zwischen dem außerordentlichen und dem ordentlichen Strahl eine Phasendifferenz, so dass bei geeigneter Wahl der Dicke des Kristalls in Abhängigkeit von der Arbeitswellen länge des Lichts eine Wellenfront-Verzögerung von beispielsweise λ/4 oder λ/2 oder auch andere gewünschte Verzögerungen erreichbar sind.

Der Nachteil der Herstellung eines optischen Verzögerungselements aus einem kristallinen Material besteht darin, dass die doppelbrechende Wirkung des optischen Elements zur Erzielung der Phasenverzögerung von der Orientierung der Kristallachsen abhängt. Darüber hinaus ist die Zucht von doppelbrechenden Kristallen in hinreichender Homogenität des Materials vergleichsweise aufwändig bzw. nicht möglich, wenn optische Elemente mit großen Durchmessern benötigt werden.

Aus dem Dokument DE 103 12 003 A1 ist demgegenüber ein Verfahren zur Herstellung eines doppelbrechend wirkenden optischen Elements der eingangs genannten Art bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird das doppelbrechend wirkende optische Element anstatt aus einem kristallinen Material aus einem amorphen Material hergestellt, wobei das amorphe Material mit Licht im ultravioletten (UV-) Bereich so lange bestrahlt wird, bis das amorphe Material doppelbrechend wird.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst der UV-Bereich auch den tiefen ultravioletten Spektralbereich (DUV) sowie den extrem tiefen ultravioletten Spektralbereich (EUV).

Mit der Bestrahlung eines amorphen Materials lassen sich, wie in dem Dokument DE 103 12 003 A1 beschrieben, in einem amorphen Material dauerhaft Doppelbrechungseigenschaften einschreiben, die also auch nach Abstellen des Bestrahlungslichts bestehen bleiben.

Bei dem bekannten Herstellungsverfahren wird ein Teilbereich (Einwirkbereich) des amorphen Materials mit Bestrahlungslicht bestrahlt, wobei bei diesem bekannten Verfahren über die Geometrie des Randes des Einwirkbereiches, die durch die Geometrie des Bestrahlungslichtquerschnittes bestimmt ist, eine Doppelbrechungsverteilung in das amorphe Material eingeschrieben wird, deren Wirkungslinien stets senkrecht zum Rand des Einwirkbereiches verlaufen. Durch die Bestrahlung des amorphen Materials mit Bestrahlungslicht tritt bei diesem bekannten Verfahren im Einwirkbereich des Bestrahlungslichts im amorphen Material eine Materialkompaktierung bzw. -verdichtung ein, die zu einer internen Spannungsverteilung im amorphen Material führt, die wiederum zu einer entsprechenden doppelbrechenden Wirkung des amorphen Materials führt.

In 1a) bis d) ist dieses Verfahren nach dem Stand der Technik veranschaulicht.

Ein Element 100 aus amorphem Material wird mit Bestrahlungslicht 102 im UV-Bereich bestrahlt. Das Bestrahlungslicht 102 weist beispielsweise einen runden Strahlquerschnitt auf. Im Einwirkbereich 104 (1b)) des Elements 100 tritt eine Kompaktierung des amorphen Materials des Elements 100 auf, die am Rand des Einwirkbereiches 104, also in den Bereichen 106 und 108, in 1b) einen Gradienten zum nicht kompaktierten umliegenden Material besitzt. In den Bereichen 106 und 108, also am gesamten Rand des Einwirkbereiches 104, tritt somit eine Spannungsverteilung im amorphen Material des Elements 100 auf, die zu einer Doppelbrechungsverteilung im amorphen Material des Elements 100 führt. Da die Spannungsverteilung bzw. der Gradient der Kompaktierung eine radial symmetrische Geometrie besitzt, ist die induzierte Doppelbrechungsverteilung gemäß 1c) radialsymmetrisch, wie mit Pfeilen 110 angedeutet ist.

Dies bedeutet, dass mit dem bekannten Verfahren bei einer Bestrahlung des Elements 100 mit Bestrahlungslicht mit rundem Strahlquerschnitt stets nur eine radialsymmetrische Doppelbrechungsverteilung eingeschrieben werden kann, während es nicht möglich ist, eine über den Einwirkbereich 104 konstante Achsrichtung der Doppelbrechung einzustellen. Hätte das Bestrahlungslicht einen beispielsweise rechteckigen Strahlquerschnitt, würde sich zwar an einem Rand des Einwirkbereiches eine konstante Achsrichtung der Doppelbrechung ergeben, jedoch an den zwei zu dieser Seite senkrechten Rändern des Einwirkbereiches ergeben sich um 90° verdrehte Achsrichtungen der Doppelbrechung.

Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, dass das Element 100 nicht vollständig mit dem Bestrahlungslicht bestrahlt werden kann, da es dann kein umliegendes unbestrahltes Material und somit keinen Gradienten der Kompaktierung im Element 100 gibt, so dass in einem solchen Fall auch keine Doppelbrechung mit dem Bestrahlungslicht eingeschrieben werden kann. Dies ist in 1d) dargestellt, in der mit unterbrochenen Linien die nach der Bestrahlung entstehende Oberfläche des Elements 100 angedeutet ist, die keine Stufe enthält wie in 1b).

Der Nachteil des bekannten Verfahrens lässt sich daher dahingehend zusammenfassen, dass das Verfahren es nicht oder nicht ausreichend ermöglicht, beliebige gewünschte Doppelbrechungs verteilungen, insbesondere solche mit über den Einwirkbereich konstanter Doppelbrechungsverteilung einzustellen. Das bekannte Verfahren hat somit den Nachteil, dass es nicht geeignet ist, optische Elemente, insbesondere optische Verzögerungselemente, mit einer vorbestimmten Doppelbrechungsverteilung beliebiger Art herzustellen.

Das Dokument US 5,543,267 offenbart ein Verfahren, bei dem isotrope Polymere durch Bestrahlung mit Licht anisotrop werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines doppelbrechend wirkenden optischen Elements der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die vorstehend beschriebenen Nachteile vermieden werden, das insbesondere geeignet ist, ein optisches Element gezielt mit einer gewünschten Doppelbrechungsverteilung beliebiger Art herstellen zu können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich des eingangs genannten Verfahrens dadurch gelöst, dass das Bestrahlungslicht linear polarisiert ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit der zumindest eine Teilbereich des amorphen Materials, der durch Bestrahlung mit Bestrahlungslicht doppelbrechende Eigenschaften erhalten soll, mit linear polarisiertem Bestrahlungslicht bestrahlt. Das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt im amorphen Material eine polarisationsinduzierte Doppelbrechung, und nicht wie das bekannte Verfahren eine spannungsinduzierte Doppelbrechung.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren stellt sich in dem bestrahlten amorphen Material eine Doppelbrechungsverteilung ein, deren langsame Achse parallel zur Orientierung der linearen Polarisation des Bestrahlungslichts ist. Bei Bestrahlung mit unpolarisiertem oder mit zirkular polarisiertem Licht tritt dieser Effekt der polarisationsinduzierten Doppelbrechung nicht auf.

Es ist zwar nicht auszuschließen, dass auch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Kompaktierung des Materials im Einwirkbereich des Bestrahlungslichts auftritt, jedoch ist der Effekt der polarisationsinduzierten Doppelbrechung durch Bestrahlung mit linear polarisiertem Licht etwa eine Größenordnung größer als der Kompaktierungseffekt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die mit dem linear polarisierten Bestrahlungslicht eingeschriebene Doppelbrechungsverteilung unabhängig von der Geometrie des Strahlquerschnitts, und insbesondere ist es möglich, in dem zumindest einen Teilbereich des amorphen Materials, der mit dem linear polarisierten Bestrahlungslicht bestrahlt wird, eine konstante Achsrichtung der Doppelbrechung einzustellen, die durch die Polarisationsrichtung des Bestrahlungslichts vorgegeben ist. Somit kann durch entsprechende Orientierung des amorphen Materials zur Polarisationsrichtung des Bestrahlungslichts die Achse der Doppelbrechung gezielt und in gewünschter Weise gewählt werden, um ein optisches Verzögerungselement herzustellen, das an den jeweiligen Anwendungsfall optimal angepasst ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es insbesondere, in ein amorphes Material gezielt solche Doppelbrechungsverteilun gen einzuschreiben, wie hiernach noch beschrieben wird, die mit dem bekannten Verfahren nicht oder nur aufwändig möglich sind.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Gesamtbereich des amorphen Materials, der den optisch wirksamen Bereich des optischen Elements bildet, mit dem Bestrahlungslicht bestrahlt.

Hierbei ist von Vorteil, dass ein optisches Element, insbesondere ein optisches Verzögerungselement, hergestellt werden kann, das über seinen gesamten optisch wirksamen Bereich (Gesamtbereich) doppelbrechend wirksam ist, was bei dem bekannten Verfahren, wie oben beschrieben wurde, nicht möglich ist, da bei jenem Verfahren die induzierte Doppelbrechungseigenschaft nur im Übergang zwischen kompaktiertem und nicht kompaktiertem Material besteht.

Des Weiteren ist es bevorzugt, wenn der zumindest eine Teilbereich bzw. der Gesamtbereich des amorphen Materials mit Bestrahlungslicht derselben Polarisationsrichtung und/oder Bestrahlungsdosis bestrahlt wird.

Bei dieser Vorgehensweise wird vorteilhafterweise ein optisches Element mit Doppelbrechungswirkung hergestellt, das über einen Teilbereich oder gar seinen gesamten optisch wirksamen Bereich dieselbe Achsrichtung der Doppelbrechung aufweist. Mit anderen Worten kann ein optisches Element mit homogener Doppelbrechungsverteilung auf diese Weise hergestellt werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung werden verschiedene Teilbereiche des amorphen Materials mit Bestrahlungslicht un terschiedlicher Polarisationsrichtungen und/oder verschiedenen Bestrahlungsdosen bestrahlt.

Diese Vorgehensweise ist dann vorteilhaft, wenn ein optisches Element mit einer über den Gesamtbereich bzw. den gesamten optisch wirksamen Bereich variierenden Doppelbrechungsverteilung hergestellt werden soll, beispielsweise wenn ein solches optisches Element zur Korrektur von polarisationsbedingten Wellenfrontaberrationen in einem optischen System eingesetzt werden soll. Es können auf diese Weise insbesondere segmentierte optische Elemente mit von Segment zu Segment verschiedener Verzögerungswirkung, hergestellt werden.

In einer Verfeinerung der zuvor genannten Maßnahme kann vorzugsweise auch nur ein Teilbereich des amorphen Materials mit Bestrahlungslicht mit über den Teilbereich variierender Polarisationsrichtung und/oder Bestrahlungsdosis bestrahlt werden.

Auf diese Weise kann eine noch stärkere lokal variierende Doppelbrechungsverteilung in das amorphe Material eingeschrieben werden, was insbesondere bei der Verwendung des so hergestellten optischen Elements als Wellenfront-Korrekturelement in einem optischen System vorteilhaft ist.

Allgemein ist es somit bevorzugt, wenn das amorphe Material mit Bestrahlungslicht so bestrahlt wird, dass sich eine Doppelbrechungsverteilung im amorphen Material einstellt, die zur Korrektur von polarisationsabhängigen Aberrationen eines optischen Systems geeignet ist. Solche polarisationsabhängigen Aberrationen können beispielsweise durch eine Spannungsdoppel brechung verursacht sein, die von einer unerwünschten Verspannung eines optischen Elements in seiner Fassung herrührt.

Beispielsweise ist es bevorzugt, wenn das amorphe Material mit Bestrahlungslicht so bestrahlt wird, dass sich eine Doppelbrechungsverteilung einstellt, die über die Fläche des zumindest einen Teilbereichs insbesondere linear zunimmt.

Mit dieser Vorgehensweise kann vorteilhafterweise ein optisches Element mit Doppelbrechungswirkung hergestellt werden, die eine Kippverteilung aufweist, um beispielsweise polarisationsinduzierte Aberrationen in den Ordnungen der Zernike-Koeffizienten Z2, Z3 zu korrigieren.

Auch kann es bevorzugt sein, das amorphe Material so mit Bestrahlungslicht zu bestrahlen, dass sich eine rotationssymmetrische Doppelbrechungsverteilung einstellt.

Ein so hergestelltes optisches Element mit einer rotationssymmetrischen Doppelbrechungsverteilung kann dann beispielsweise als Wellenfront-Verzögerungselement zur Korrektur von rotationssymmetrischen Aberrationen verwendet werden. Die Doppelbrechungsverteilung besitzt in diesem Fall keine Abhängigkeit vom Azimutalwinkel des optischen Elements.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können, wie zuvor beschrieben, beliebige, jedoch vorbestimmte räumliche Topographien von Doppelbrechungsverteilungen in das amorphe Material eingeschrieben werden, die über den optisch wirksamen Bereich des optischen Elements variieren.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Bestrahlungslicht Laserlicht, insbesondere Laserlicht eines Excimer-Lasers der Wellenlänge 157 nm, 193 nm oder 248 nm.

Das Bestrahlungslicht kann vor dem Bestrahlen des amorphen Materials mittels einer Strahlaufweitungsoptik im Querschnitt aufgeweitet werden, um den Vorteil eines größeren Einwirkbereiches des Bestrahlungslichts auf dem amorphen Material zu erzielen, ohne das amorphe Material relativ zum Bestrahlungslicht verfahren zu müssen. Hierbei können vorteilhafterweise Elemente mit Durchmessern von mehr als 1 cm gleichförmig mit dem Bestrahlungslicht bestrahlt werden.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, das Bestrahlungslicht vor dem Bestrahlen des amorphen Materials mittels einer Strahlformungsoptik im Querschnitt zu formen, um eine bestimmte Geometrie des Einwirkbereiches des Bestrahlungslichts auf dem amorphen Material zu erzielen, wobei aber die Geometrie wie oben beschrieben nicht zwangsläufig die Achsrichtung der Doppelbrechung vorgibt, wie dies bei dem bekannten Verfahren der Fall ist.

Das Bestrahlungslicht kann vor dem Bestrahlen des amorphen Materials auch mittels einer Fokussieroptik auf das amorphe Material fokussiert werden, um den Einwirkbereich zu verkleinern, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn eine Doppelbrechungsverteilung mit einer räumlich stark variierenden Topographie eingeschrieben werden soll, oder um die Bestrahlungsdosis lokal zu erhöhen.

Vorzugsweise besteht das gesamte optische Element aus Quarzglas, das vor der Bestrahlung mit dem Bestrahlungslicht nach dem Verfahren der Flammenhydrolyse (Soot-Verfahren) hergestellt wurde, oder das auch direkt abgeschieden worden sein kann. Beim Soot-Verfahren wird Siliziumchlorid unter hoher Temperatur zu Siliziumdioxid verbrannt.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann jedoch das optische Element aus einem Substrat bestehen, auf das das amorphe Material vor der Bestrahlung als dünne Schicht aufgebracht wird.

Dabei kann die aufgebrachte amorphe Schicht Siliziumdioxid (SiO₂), Kalziumfluorid (CaF₂), Magnesiumfluorid (MgF₂), Strontiumfluorid (SrF₂), Bariumfluorid (BaF₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Zirkoniumoxid (ZrO) oder Hafniumoxid (HfO) sein.

Im Rahmen der zuvor genannten Ausgestaltung, wonach das amorphe Material als dünne Schicht auf ein Substrat aufgebracht wird, kann die dünne Schicht auch infolge eines Inselwachstums auf dem Substrat entstehen, wobei dann diese Schichtinseln gemäß einer oder mehreren der zuvor genannten Ausgestaltungen mit Bestrahlungslicht unterschiedlicher Polarisationsrichtungen und/oder Bestrahlungsdosen bestrahlt werden, um die zuvor erwähnte räumliche Topographie der Doppelbrechungsverteilung zu erreichen.

Das erfindungsgemäß hergestellte optische Element ist vorzugsweise ein Wellenfront-Verzögerungselement, das vorzugsweise in einer Mikrolithographievorrichtung, insbesondere einer Beleuchtungsoptik und/oder einer Projektionsoptik einer mikrolithogra phischen Projektionsbelichtungsanlage und/oder in einer Halbleiterwafer-Inspektionsvorrichtung vorteilhaft eingesetzt werden kann.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Bezug auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen:

1a) bis d) schematisch ein nach einem Verfahren nach dem Stand der Technik hergestelltes optisches Element mit spannungsinduzierter Doppelbrechung;

2a und b) ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes optisches Element mit polarisationsinduzierter Doppelbrechung;

3 ein weiteres optisches Element mit einer gegenüber dem optischen Element in 2 anderen Doppelbrechungsverteilung;

4 ein noch weiteres optisches Element mit einer weiteren polarisationsinduzierten Doppelbrechungsverteilung;

5 ein noch weiteres optisches Element mit einer polarisationsinduzierten Doppelbrechungsverteilung;

6 ein optisches Element gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;

7 eine Anordnung, bei der das Bestrahlungslicht vor dem Bestrahlen des amorphen Materials auf geweitet wird;

8 eine Anordnung, bei der das Bestrahlungslicht vor dem Bestrahlen des amorphen Materials fokussiert wird;

9a) und b) Diagramme, die eine spannungsinduzierte Doppelbrechungsverteilung nach dem Stand der Technik (9a)) im Vergleich zu einschreibbaren polarisationsinduzierten Doppelbrechungsverteilungen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren (9)) zeigen; und

10 ein Diagramm, das die Stärke der polarisationsinduzierten Doppelbrechung als Funktion der Bestrahlungsdosis darstellt.

In 2a) und b) ist ein mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehenes optisches Element dargestellt. Das optische Element 10 weist einen Elementkörper 12 auf, der vollständig aus einem amorphen Material, beispielsweise Quarzglas, besteht. Der Elementkörper 12 ist in Form einer runden Platte ausgebildet, die eine Dicke d und einen Durchmesser D aufweist. Der Durchmesser D definiert in dem Ausführungsbeispiel den optisch wirksamen Bereich (Gesamtbereich) des optischen Elements 10. Der Elementkörper bzw. die Platte 12 wurde nach dem Verfahren der Flammenhydrolyse, die auch als Soot-Verfahren bezeichnet wird, hergestellt. Dabei wird gasförmiges Siliziumchlorid zu Siliziumdioxid verbrannt. Alternativ kann die Platte 12 aus Quarzglas auch durch direktes Abscheiden des Quarzglases hergestellt werden.
Die so hergestellte Platte 12 wird zur Erzeugung einer Doppelbrechungswirkung des optischen Elements 10 mit linear polarisiertem Bestrahlungslicht bestrahlt. Das Bestrahlungslicht 14 wird beispielsweise von einem nicht dargestellten Excimer-Laser der Wellenlänge 193 nm erzeugt.
Der Lichtstrahl des Bestrahlungslichts 14 ist in 2a) mit drei Pfeilen 16, 18, 20 veranschaulicht, wobei der Abstand zwischen den Pfeilen 16 und 20 die Breite des Lichtstrahls des Bestrahlungslichts 14 wiedergibt. Der Lichtstrahl weist in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 einen runden Querschnitt auf.
Das Bestrahlungslicht 14 ist des Weiteren linear polarisiert, wie mit Pfeilen 22 in 2a) angedeutet ist. Der Lichteinfall des Bestrahlungslichts 14 auf die Platte 12 ist senkrecht, so dass die Richtung der linearen Polarisation parallel zur Oberfläche 24 der Platte 12 verläuft.
Der Lichtstrahl des Bestrahlungslichts 14 ist hinsichtlich seiner Strahlbreite kleiner als der Durchmesser D der Platte 12, so dass das Bestrahlungslicht 14 nur einen in 2b) mit dem Bezugszeichen 26 versehenen Teilbereich der Platte 12 erfasst. Durch die Bestrahlung des Teilbereichs 26 der Platte 12 mit dem linear polarisierten Bestrahlungslicht 14 wird in den Teilbereich 26 eine Doppelbrechung induziert, die in 2b) mit einer Vielzahl von Pfeilen 28 angedeutet ist. Das linear polarisierte Bestrahlungslicht 14 induziert somit in den Teilbereich 26 eine Doppelbrechungsverteilung gemäß den Pfeilen 28, die der Verteilung der Polarisationsrichtungen in dem Bestrahlungslicht 14 entspricht. Ist die lineare Polarisation des Bestrahlungslichts 14 über den Querschnitt des Lichtstrahls homogen verteilt, stellt sich auch in dem Teilbereich 26 eine homogene polarisationsinduzierte Doppelbrechungsverteilung ein. Die in 2b) dargestellte Doppelbrechungsverteilung ist lediglich als beispielhaft zu verstehen.
Die langsame Achse der in dem optischen Element 10 polarisationsinduzierten Doppelbrechung verläuft parallel zur Orientierung der linearen Polarisationsrichtung des linear polarisierten Bestrahlungslichts 14.
Wenn das optische Element 10 als Wellenfront-Verzögerungselement beispielsweise in Form einer λ/4-Platte für eine Wellenlänge von λ = 193 nm hergestellt werden soll, kann dies durch Bestrahlung der Platte 12 einer Dicke d von 2,47 cm mit 100 Milliarden Lichtpulsen einer Wellenlänge von 193 nm und einer Energiedichte von 0,5 mJ/cm² erfolgen (vgl. auch 10). Diese Angaben sind beispielhaft und gelten nur für ein bestimmtes, in einem bestimmten Verfahren hergestelltes Material. Selbst in einer Materialklasse, beispielsweise Quarzglas, können sich Stärken polarisationsinduzierter Doppelbrechung einstellen, die sich um die Faktoren 2–10 unterscheiden, selbst wenn es sich um Quarzglas desselben Herstellers handelt.
Die polarisationsinduzierte Doppelbrechung bleibt in dem optischen Element 10 dauerhaft eingeschrieben, und auch im späteren Betrieb des optischen Elements 10 in einem optischen System besteht die Gefahr einer Degradierung der polarisationsinduzierten Doppelbrechung üblicherweise nicht, da ein solches optisches Element in seiner optischen Anwendung mit deutlich geringeren Bestrahlungsdosen betrieben wird.
Durch entsprechende Wahl der Bestrahlungsdosis und der Richtung der linearen Polarisation des Bestrahlungslichts können gewünschte Doppelbrechungsverteilungen beliebiger Art in die Platte 12 eingeschrieben werden.
Nachfolgend werden anhand der 3 bis 5 beispielhaft von der in 2d) abweichende polarisationsinduzierte Doppelbrechungsverteilungen, die mit dem zuvor beschriebenen Verfahren in ein amorphes Material eingeschrieben werden können, beschrieben.
In 3 ist ein mit dem allgemeinen Bezugszeichen 30 versehenes optisches Element 30 in einer Darstellung ähnlich zu 2b) dargestellt, das eine polarisationsinduzierte Doppelbrechungsverteilung aufweist, die sich in drei Teilbereichen 32, 34, 36 voneinander unterscheiden. Eine solche Doppelbrechungsverteilung gemäß 3 wird dadurch in das amorphe Material einer Platte 31 eingeschrieben, dass die verschiedenen Teilbereiche 32, 34, 36 des amorphen Materials der Platte 31 mit Bestrahlungslicht unterschiedlicher Polarisationsrichtungen und/oder verschiedenen Bestrahlungsdosen bestrahlt werden. Die unterschiedlichen Richtungen der Achsen der Doppelbrechung, die die Pfeile 38, 40, 42 veranschaulichen, werden durch Bestrahlung der Teilbereiche 32, 34, 36 mit Bestrahlungslicht unterschiedlicher Polarisationsrichtungen erzeugt, und die unterschiedlichen Stärken der induzierten Doppelbrechung (unterschiedliche Länge der Pfeile), beispielsweise im Vergleich zwischen den Pfeilen 40 und 38, werden durch eine verschiedene Bestrahlungsdosis zwischen den Teilbereichen 32 und 36 bei deren Bestrahlung mit Bestrahlungslicht eingestellt.
Auf diese Weise können beliebige Doppelbrechungsverteilungen sowohl in Bezug auf Richtung als auch Stärke beliebig eingestellt werden.
In 4 ist ein optisches Element 50 dargestellt, das eine Platte 52 aus amorphem Material aufweist, die über ihren Gesamtbereich, das heißt ihren gesamten optisch wirksamen Bereich, mit linear polarisiertem Bestrahlungslicht bestrahlt wurde, so dass die Platte 52 über ihren gesamten optisch wirksamen Bereich doppelbrechend wirksam ist. Die in 4 durch Pfeile 54 veranschaulichte Doppelbrechungsverteilung ist über den Gesamtbereich der Platte 52 homogen und insbesondere rotationssymmetrisch.
In 5 ist ein optisches Element 60 dargestellt, in das eine polarisationsinduzierte Doppelbrechungsverteilung durch Bestrahlen mit linear polarisiertem Bestrahlungslicht eingeschrieben wurde, die über den Gesamtbereich der Platte 62 linear zunimmt, was durch eine von oben nach unten in 5 zunehmende Länge von Pfeilen 64 angedeutet ist. Das optische Element 60 kann insbesondere als Wellenfront-Verzögerungselement zur Korrektur von Aberrationen in den Ordnungen der Zernike-Koeffizienten Z2 und/oder Z3 verwendet werden.
Allgemein lässt sich mit dem oben beschriebenen Verfahren ein optisches Element mit einer Doppelbrechungsverteilung herstellen, die zur Korrektur von polarisationsabhängigen Aberrationen eines optischen Systems, in das das jeweilige optische Element eingesetzt werden soll, geeignet ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich insbesondere Polarisations-Korrektur-Elemente herstellen, die auf eine Korrektur einer gemessenen Wellenfront-Aberration eines optischen Systems optimal angepasst sind.
In 6 ist ein optisches Element 70 dargestellt, das nicht wie die zuvor beschriebenen optischen Elemente vollständig aus dem amorphen Material besteht, in das die Doppelbrechungsverteilung eingeschrieben wird, sondern das ein Substrat 72 aufweist, auf das eine amorphe Schicht 74 aufgebracht wurde, beispielsweise aufgedampft wurde. In die amorphe Schicht 74 wird dann wie zuvor beschrieben mittels linear polarisiertem Bestrahlungslicht eine gewünschte Doppelbrechungsverteilung eingeschrieben.
Die amorphe Schicht 74 kann anstatt homogen und durchgehend über die gesamte Fläche des Substrats 72 auch in Form von „Inseln" auf dem Substrat 72 gebildet werden, wobei die einzelnen „Inseln" voneinander beabstandet sein können und ggf. auch unterschiedliche Dicken aufweisen können.
Das amorphe Material 74 des optischen Elements 70 kann SiO₂, CaF₂, MgF₂, SrF₂, BaF₂, Al₂O₃, ZrO oder HfO sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens, der in 7 dargestellt ist, kann der Lichtstrahl des Bestrahlungslichts 14 vor dem Bestrahlen des Elementkörpers 82 des optischen Elements 80 mittels einer Strahlaufweitungsoptik 84 aufgeweitet werden. Vor der Strahlaufweitungsoptik 84 weist der Lichtstrahl des Bestrahlungslichts 14 eine Breite oder einen Durchmesser d₁ auf, und nach Durchtritt durch die Strahlaufweitungsoptik 84 einen Durchmesser d₂. Hierdurch kann beispielsweise der Gesamtbereich des Elementkörpers 82 des optischen Elements 80 mit linear polarisiertem Bestrahlungslicht gleichmäßig bestrahlt werden, um eine gleichmäßige homogene Doppelbrechungsverteilung in dem Elementkörper 82 aus amorphem Material einzuschreiben.
8 zeigt den Fall, dass der Lichtstrahl des Bestrahlungslichts 14, mit dem ein Elementkörper 92 aus amorphem Material eines optischen Elements 90 zur Einschreibung einer polarisationsinduzierten Doppelbrechung bestrahlt werden soll, mittels einer Fokussieroptik 94 auf den Elementkörper 92 fokussiert wird, wodurch der Einwirkbereich auf dem Elementkörper 92 verkleinert und auch die Bestrahlungsdosis des Bestrahlungslichts 14 lokal erhöht werden kann.
In 9a) und b) sind zur Verdeutlichung die Unterschiede zwischen dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren und dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, das eine spannungsinduzierte Doppelbrechung bewirkt, schematisch veranschaulicht.
9a) zeigt einen Graphen, bei dem auf der Ordinate die induzierte Doppelbrechung BR und auf der Abszisse der Radius des herzustellenden optischen Elements dargestellt ist, wobei r₀ der halbe Durchmesser des optisch wirksamen Bereichs des optischen Elements ist. 9a) betrifft die spannungsinduzierte Doppelbrechung, die nach dem Verfahren gemäß 1 mittels eines Kompaktierungseffekts entsteht. Es ist zu erkennen, dass die Doppelbrechungsverteilung im Wesentlichen nur am Rand r_E des Einwirkbereiches 104 gemäß 2b) entsteht, während sie im Zentrum O des Einwirkbereiches 104 und außerhalb des Einwirkbereiches 104 nicht vorhanden ist.
Dem gegenüber lassen sich gemäß 9b) mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Doppelbrechungsverteilungen in ein amorphes Material einschreiben, die sich über die gesamte Fläche des amorphen Materials erstrecken können, die beispielsweise homogen sind (durchgezogene Linie), beispielsweise linear ansteigen (gestrichelte Linie) oder einen beliebig eingestellten Verlauf (beispielhaft strichpunktierte Linie) aufweisen, wobei die polarisationsinduzierte Doppelbrechung insbesondere über die gesamte Fläche des amorphen Materials gesehen vorhanden sein kann.
10 zeigt einen Graphen, der die polarisationsinduzierte Doppelbrechung BR in Abhängigkeit der Bestrahlungsdosis des Bestrahlungslichts wiedergibt. Die polarisationsinduzierte Doppelbrechung nimmt mit zunehmender Bestrahlungsdosis zu, so dass die Bestrahlungsdosis für die Einstellung der Stärkeverteilung der Doppelbrechung in dem amorphen Material entsprechend gewählt werden kann.
Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes optisches Element kann insbesondere als Wellenfront-Verzögerungselement, beispielsweise als λ/4- oder λ/2-Platte verwendet werden.
Anwendungsmöglichkeiten eines so hergestellten Elements ergeben sich insbesondere in der Mikrolithographie, beispielsweise als optisches Element, insbesondere Korrekturelement, in einer Beleuchtungsoptik und/oder einer Projektionsoptik einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Des Weiteren kann ein wie vorstehend beschrieben hergestelltes optisches Element auch in einer Halbleiterwafer-Inspektionsvorrichtung eingesetzt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines doppelbrechend wirkenden optischen Elements (10; 30; 50; 60; 70; 80; 90), insbesondere eines optischen Verzögerungselements, zumindest teilweise aus amorphem Material, wie beispielsweise Quarzglas, wobei zumindest ein Teilbereich (26; 32, 34, 36) des amorphen Materials mit Bestrahlungslicht (14) im UV-Bereich bestrahlt wird, um dem zumindest einen Teilbereich (26; 32, 34, 36) des amorphen Materials doppelbrechende Eigenschaften zu verleihen, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestrahlungslicht (14) linear polarisiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtbereich des amorphen Materials, der den optisch wirksamen Bereich des optischen Materials bildet, mit dem Bestrahlungslicht (14) bestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtbereich oder der zumindest eine Teilbereich (26) des amorphen Materials mit Bestrahlungslicht (14) derselben Polarisationsrichtung und/oder Bestrahlungsdosis bestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Teilbereiche (32, 34, 36) des amorphen Materials mit Bestrahlungslicht (14) unterschiedlicher Polarisationsrichtungen und/oder verschiedenen Bestrahlungsdosen bestrahlt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Teilbereich (26) des amorphen Materials mit Bestrahlungslicht (14) mit über den Teilbereich variierender Polarisationsrichtung und/oder Bestrahlungsdosis bestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das amorphe Material mit Bestrahlungslicht (14) so bestrahlt wird, dass sich eine Doppelbrechungsverteilung im amorphen Material einstellt, die zur Korrektur von polarisationsabhängigen Aberrationen eines optischen Systems geeignet ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das amorphe Material mit Bestrahlungslicht (14) so bestrahlt wird, dass sich eine Doppelbrechungsverteilung einstellt, die über die Fläche des zumindest einen Teilbereichs, insbesondere linear, zunimmt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Herstellung eines optischen Elements (60) verwendet wird, mit dem Aberrationen in den Zernike-Koeffizienten Z2 und/oder Z3 korrigiert werden können.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das amorphe Material so mit Bestrahlungslicht (14) bestrahlt wird, dass sich eine rotationssymmetrische Doppelbrechungsverteilung einstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestrahlungslicht (14) Laserlicht, insbesondere Laserlicht eines Excimer-Lasers der Wellenlänge 157 nm, 193 nm oder 248 nm ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestrahlungslicht (14) vor dem Bestrahlen des amorphen Materials mittels einer Strahlaufweitungsoptik (84) im Querschnitt aufgeweitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestrahlungslicht (14) vor dem Bestrahlen des amorphen Materials mittels einer Strahlformungsoptik im Querschnitt geformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestrahlungslicht (14) vor dem Bestrahlen des amorphen Materials mittels einer Fokussieroptik (94) auf das amorphe Material fokussiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das amorphe Material Quarzglas ist, das nach dem Verfahren der Flammenhydrolyse (Soot-Verfahren) hergestellt wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das amorphe Material Quarzglas ist, das direkt abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das amorphe Material vor der Bestrahlung als dünne Schicht (74) auf ein transmissives Substrat (72) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das amorphe Material SiO₂, CaF₂, MgF₂, SrF₂, BaF₂, Al₂O₃, ZrO oder HfO ist.
Optisches Element mit doppelbrechender Wirkung, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
Optisches Element nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (10; 30; 50; 60; 70; 80; 90) ein Wellenfront-Verzögerungselement ist.
Verwendung eines optischen Elements (10; 30; 50; 60; 70; 80; 90) nach Anspruch 18 oder 19 in einer Mikrolithographievorrichtung.
Verwendung eines optischen Elements (10; 30; 50; 60; 70; 80; 90) nach Anspruch 18 oder 19 in einer Beleuchtungsoptik und/oder einer Projektionsoptik einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Verwendung eines optischen Elements (10; 30; 50; 60; 70; 80; 90) nach Anspruch 18 oder 19 in einer Halbleiterwafer-Inspektionsvorrichtung.