DE102007027811A1

DE102007027811A1 - Anwendung des LTB-Verfahrens zur Herstellung optischer Elemente

Info

Publication number: DE102007027811A1
Application number: DE200710027811
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Schuster; Julian Dr. Kaller; Hin Yiu Anthony Dr. Chung; Yim-Bun Patrick Dr. Kwan; Stefan Xalter; Claudia Ekstein
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2007-06-13
Filing date: 2007-06-13
Publication date: 2008-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft Anwendungen des LTB-Verfahrens zur Herstellung optischer Elemente (1) sowie mittels eines LTB-Verfahrens aus Teilkomponenten (2, 3) hergestellte optische Elemente.

Description

Die Erfindung betrifft aus mehreren Teilkomponenten zusammengesetzte optische Elemente sowie Verfahren zum Zusammensetzen optischer Elemente aus mehreren Teilkomponenten.
Derartige optische Elemente sind unter anderem auf dem Gebiet der Halbleiterlithographie von Bedeutung. Insbesondere für die sogenannte Immersionslithographie werden zur weiteren Strukturbreitenverkleinerung hochbrechende Kristalle als letztes brechendes optisches Element, insbesondere Linsenelement, benötigt. Zur Vermeidung bestimmter Nachteile aus der räumlichen Dispersion aufgrund des Kristallaufbaus des optischen Elementes ist dabei vorgesehen, das letzte hochbrechende Linsenelement zweiteilig auszuführen. Dabei werden je nach Kristallart des Linsenmaterials identische Kristallmaterialien unmittelbar aneinander folgend, zueinander etwa um den halben Drehinversionswinkel gedreht, angeordnet.
In 1 ist ein aus den beiden Teilkomponenten 2 und 3 zusammengesetztes optisches Element 1 nach dem Stand der Technik dargestellt. Dabei sind die Teilkomponenten 2 und 3 an einander angesprengt, d. h. durch Adhäsionskräfte entlang der feinbearbeiteten einander zugewandten Flächen der Teilkomponenten 2 und 3 mit einander verbunden.
Die Verbindung durch Ansprengen hat jedoch verschiedene Nachteile: Da die beiden zu verbindenden Teilkomponenten 2 und 3 vergleichsweise groß sind und ein unterschiedliches Widerstandsmoment gegen Verbiegungen zeigen, hinterlässt eine Anstrengung Verspannungen, welche die optische Isotropie der beiden Teilkomponenten beeinträchtigen und auf diese Weise die Polarisationseigenschaften des gesamten optischen Elements 1 verschlechtern. Ferner deformieren sich die Teilkomponenten 2 und 3 trotz eines identischen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf unterschiedliche Weise und damit weitgehend unvor hersehbar.
Eine Variante zu der oben dargestellten Vorgehensweise besteht nach dem Stand der Technik darin, die beiden Teilkomponenten mittels zweier mechanischer Fassungen in der Weise anzuordnen, dass sich zwischen ihnen eine Immersionsflüssigkeit mit hohem Brechungsindex befindet. Die Immersionsflüssigkeit weist jedoch im allgemeinen einen hohen Dampfdruck auf, so dass die Gefahr besteht, dass im Laufe der Zeit Immersionsflüssigkeit verloren geht.
Eine weitere Möglichkeit zur Positionierung der Teilkomponenten besteht darin, diese so zueinander anzuordnen, dass ihr mittlerer Abstand entlang der beiden einander zugewandten Flächen im Bereich der Dimensionen des optischen Nahfeldes, also eine Bruchteiles der Wellenlänge der verwendeten Strahlung liegt. Auch durch diese Maßnahme können unerwünschte Effekte wie Reflexion oder Brechung an den Grenzflächen verhindert werden. Ein Nachteil dieser Lösung besteht jedoch darin, dass für den Fall einer Halterung der beiden Teilkomponenten mittels einer Fassung ausgesprochen genaue Positionierungsseinrichtungen benötigt werden. Dieser Problematik kann durch die Verwendung von Abstandsschichten am Rand der Teilkomponenten begegnet werden.
2 zeigt eine Lösung, bei der die o. a. Methode zur Anwendung kommt. In der in 2 dargestellten Variante sind die beiden Teilkomponenten 2 und 3 des optischen Elements 1 mittels einer Abstandsschicht 4 in dem gewünschten Abstand zu einander angeordnet. Allerdings müssen auch in diesem Fall die Teilkomponenten 2 und 3 dauerhaft aneinander angedrückt werden, was in aller Regel die Verwendung zweier Fassungsteile (in 2 nicht dargestellt) erfordert.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein präzise aus Teilkomponenten gefertigtes optisches Element sowie ein Verfahren anzugeben, das die präzise und einfache Verbindung zweier optischer Teilkomponenten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Verfahren bzw. Vorrichtungen mit den in den unabhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmalen. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Das erfindungsgemäße optische Element weist mindestens zwei dauerhaft mit einander verbundene Teilkomponenten auf, wobei sich zwischen den Teilkomponenten ein im wesentlichen äquidistanter Spalt mit einer mittleren Breite von kleiner als 50 nm befindet. Mindestens bereichsweise zwischen den Teilkomponenten ist eine die Teilkomponenten miteinander verbindende Zwischenschicht angeordnet, wobei die feste Verbindung der Teilkomponenten dadurch erreicht wird, dass die Zwischenschicht mindestens bereichsweise an beiden Teilkomponenten fest haftend ausgebildet ist.
Dabei kann die Zwischenschicht als organische Kleberschicht oder als sogenannte LTB(Low Temperature Bonding)-Schicht ausgebildet sein. Bei einer LTB-Schicht handelt es sich um eine anorganische Schicht, die Oxidbrücken , insbesondere Siliziumoxidbrücken enthält. Die Schicht kann dabei bei niedrigen Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen zwischen 20°C und 100°C ausgebildet werden.
Zur Sicherung der Breite des Spaltes zwischen den Teilkomponenten kann mindestens eine Abstandsschicht vorhanden sein.
Ferner kann sich die Zwischenschicht mindestens teilweise in einem optisch aktiven Bereich des optischen Elementes befinden. Unter dem optisch aktiven Bereich wird dabei der Bereich des optischen Elementes verstanden, der bei bestimmungsgemäßen Gebrauch des optischen Elementes von Nutzstrahlung durchtreten wird.
Die Teilkomponenten werden mittels einer Zwischenschicht in der Weise verbunden, dass die mindestens zwei Teilkomponenten entlang der einander zugewandten Flächen im wesentlichen äqui distant mit einem Abstand von kleiner als 50 nm von einander beabstandet werden; die Zwischenschicht kann dabei insbesondere ein anorganisches Material mit Siliziumoxidbrücken enthalten. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden dass mindestens eine der Teilkomponenten vor dem Verbindungsvorgang vermittels einer KOH-Lösung mit einem SiO₂-haltigen Körper in Kontakt gebracht wird oder dass mindestens auf eine der Teilkomponenten vor dem Verbindungsvorgang eine SiO₂-haltige Hilfsschicht aufgebracht wird.
Ferner kann die Verbindung der Teilkomponenten dadurch erfolgen, dass der KOH-Lösung Si-haltige-Ionen beigegeben werden.
3 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung. Dabei werden die beiden Teilkomponenten 2 und 3 des optischen Elements 1 in ihren jeweiligen Randbereichen mittels einer Zwischenschicht 5 aus organischem Kleber miteinander verbunden. Der Abstand der beiden Teilkomponenten zueinander wird dabei über die Abstandsschicht 4 gewährleistet. Die Zwischenschicht 5 aus organischem Kleber befindet sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel in dem Kleberbett 7, das als Vertiefung am Rand der Teilkomponente 3 ausgebildet ist. Zum Inneren der Teilkomponenten 2 und 3 weist das Kleberbett 7 Vertiefungen zur Aufnahme überschüssigen Klebers auf. Zum Schutz der Zwischenschicht 5 vor einer Zersetzung durch UV-Bestrahlung im Einsatz des optischen Elements 1 ist diese vorzugsweise beidseitig mit einer nicht dargestellten Kleberschutzschicht versehen, die beispielsweise aus Tantalpentoxid bestehen kann. Die aus organischem Kleber gebildete Zwischenschicht 5 weist eine Dicke von ca. 5 μm auf.
Das optische Element 1 ist im vorliegenden Beispiel für einen Einsatz bei Wellenlängen von ca. 193 nm vorgesehen. Um in den Bereich des optischen Nahfeldes zu gelangen, muss hierzu der Spalt 8 zwischen den Teilkomponenten 2 und 3 eine Breite im Bereich von ca. λ/30, also ca. 6,5 nm, aufweisen. Dies wird im vorliegenden Beispiel dadurch erreicht, dass die Abstandsschicht 4 entsprechend eine Dicke von ca. 6,5 nm aufweist.
Das optische Element 1 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel dadurch aus den Teilkomponenten 2 und 3 zusammengefügt, dass die beiden Teilkomponenten 2 und 3 in einem ersten Schritt zueinander zentriert und axial aufeinander in Kontakt miteinander gebracht werden. Der Kontakt wird dabei ausschließlich über die Abstandsschicht 4 hergestellt. Nach der Zentrierung und der Herstellung des Kontakts wird dem Kleberbett 7 von außen der die Zwischenschicht 5 bildende organische Kleber zugeführt, der über die Kapillarkräfte im Bereich des Kleberbetts 7 eingesaugt wird. Das weitere Vordringen des Klebers in den Bereich der Abstandsschicht 4 wird durch die Vertiefungen im Kleberbett 7 unterbunden. Nachfolgend wird die Oberfläche der beiden Teilkomponenten in der Weise bearbeitet, dass sich unter Einfluss der Gravitation ein äquidistanter Spalt 8 bildet, dabei können in besonders vorteilhafter Weise alle von einer nicht dargestellten Fassung auf das optische Element und damit die Teilkomponenten 2 und 3 ausgeübten Kräfte berücksichtigt werden. Da ein Belüftung des nur wenige Nanometer breiten Spaltes 8 nicht möglich ist, ist die Realisation eines offenen Systems vorteilhaft, bei dem Luftdruckschwankungen ohne Einfluss auf die Geometrie des näherungsweise äquidistanten Spaltes 8 bleiben. Eine Belüftung durch das Edelgas Helium ist besonders vorteilhaft, da Helium in dem nur wenige nm breiten Spalt 8 extrem schnell propagiert und der selbe Druck herrscht wie auf den Linsenaußenflächen.
4 zeigt zur weiteren Illustration eine Draufsicht auf den Randbereich der Teilkomponenten 3. Dabei sind entlang des Umfangs der Teilkomponenten 3 abwechselnd Bereiche angeordnet, in denen die Abstandsschicht 4 aufgebracht ist, und Bereiche zur Aufnahme der mittels eines organischen Klebers realisierten Zwischenschicht (in 4 nicht dargestellt), die als Kleberbetten 7 mit darin angeordneten Vertiefungen ausgebildet sind. Dabei sind sowohl die Kleberbetten 7 als auch die Abstandsschichten 4 außerhalb des optisch aktiven Bereichs der Teilkomponenten 3 angeordnet; der Übergang zwischen dem optisch aktiven Bereich der Teilkomponente 3 und dem optisch nicht aktiven Bereich, in dem die Kleberbetten 7 sowie die Abstandsschicht 4 angeordnet ist, ist in 4 durch die gestrichelte kreisbogenförmige Linie angedeutet. Durch eine große Anzahl abwechselnder Bereiche kann unter Nutzung der Eigensteifigkeit der Linsen einer mehrwelligen Deformation wirksam entgegengewirkt werden.
Das zwangsläufige Schrumpfen des organischen Klebers kann durch ein extrem langsames Aushärten, beispielsweise unter UV-Einfluss, weitgehend in seinen Auswirkungen abgemildert werden. Die Verminderung des Volumens kann dabei über ein Nachfließen des noch nicht vollständig ausgehärteten organischen Klebers erfolgen.
5 zeigt eine Möglichkeit, beim Aushärten des Klebers auftretende Spannungsspitzen weitgehend abzufangen. Die Zwischenschicht 5 unterteilt sich dabei in die Vorklebeschicht 5a und die Klebeschicht 5b. Dabei wird die Vorklebeschicht 5a bereits vor dem Zusammenfügen der beiden Teilkomponenten 2 und 3 aufgebracht und ausgehärtet. Nach dem Zusammenfügen der beiden Teilkomponenten 2 und 3 wird dann die Klebeschicht 5b eingebracht und ausgehärtet; auch in diesem Fall wird der gewünschte Abstand zwischen den beiden Teilkomponenten 2 und 3 mittels der Abstandsschicht 4 erreicht.
Alternativ zur Verwendung eines organischen Klebers für die Zwischenschicht kann diese auch aus einer anorganischen Verbindung bestehen, die – im Gegensatz zu einer mittels Kleber ausgebildeten Kleberschicht 5 von ca. 5 μm – lediglich eine Dicke von ca. 200–300 nm zeigt. In diesem Fall stellen sich erhöhte Anforderungen an die Genauigkeit der Oberflächengeometrie des Klebebetts 7; zur Erreichung der gewünschten Präzision kann das Klebebett 7 beispielsweise mittels eines Konstantabtrags unter Verwendung von IBF erzeugt werden.
Zur Verbindung der beiden Teilkomponenten 2 und 3 wird über eine Kaliumhydroxidlösung eine Quarzhilfsschicht im für die Zwischenschicht 5 vorgesehenen Bereich angelöst und nachfol gend werden die beiden aus oxidischen Kristallen hoher Brechzahl bestehenden Teilkomponenten 2 und 3 über Siliziumoxidbrücken anorganisch miteinander verbunden. Dabei wird die genannte Quarzhilfsschicht vor dem Verbinden auf den für die Zwischenschicht 5 vorgesehenen Bereich mit einer Dicke von beispielsweise 100–200 nm aufgebracht. Der Vorteil dieser Methode des anorganischen Verbindens liegt darin, dass das Schrumpfverhalten der Zwischenschicht 5 im Vergleich zu der Lösung mit organischem Kleber wesentlich besser kontrolliert werden kann; darüber hinaus ist es nicht erforderlich, die anorganische Zwischenschicht 5 mittels einer Kleberschutzschicht vor UV-Bestrahlung zu schützen, da die anorganische Zwischenschicht 5 gegenüber UV-Bestrahlung ausgesprochen robust ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Bereich der Zwischenschicht 5 in den optisch aktiven Bereich des optischen Elements 1 ausgedehnt, insbesondere die beiden Teilkomponenten 2 und 3 vollflächig über die Zwischenschicht 5 miteinander verbunden. Unter dem optisch aktiven Bereich des optischen Elements 1 wird im Folgenden der Bereich verstanden, der von optischer Strahlung im bestimmungsgemäßen Betrieb des optischen Elements 1 durchstrahlt wird. Insbesondere wird der optisch aktive Bereich des optischen Elements 1 in einem von den Rändern der Teilkomponenten 2 und 3 um einen gewisse Distanz beabstandeten Innenbereich des optischen Elements 1 liegen. Da der Brechungsindex der glasigen, über Siliziumoxidbrücken entstehenden Zwischenschicht 5 typischerweise deutlich niedriger liegt als der Brechungsindex der beiden Teilkomponenten 2 und 3, müssen zur Sicherstellung der Funktionalität des entstehenden optischen Elements 1 die Parameter der Verbindung geeignet gewählt werden. Hierzu können insbesondere die Radien der Verbindungsflächen, über welche die Teilkomponenten 2 und 3 miteinander in Verbindung stehen, so gewählt werden, dass gilt ε < arcsin (Brechzahl Zwischenschicht 5/Brechzahl Teilkomponente 2 bzw. 3). Dabei ist ε der Winkel zwischen einem Strahl und dem Lot in der Teilkomponente 2, den beide am Durchstoßpunkt zur Zwischenschicht 5 bilden. Beispiel: NA des Objektives ist 1,75, Brechzahl Teilkomponente 2 und 3 von LuAlO₂ ist 2,14. Der größte Winkel ε gegen die Planfläche ist 54,9 Grad. Ein gekrümmter Radius senkt den Winkel ε unter den Winkel der Totalreflexion. Falls sich dies nicht verwirklichen lässt, muss die Dicke der Zwischenschicht 5 möglichst kleiner als λ/10, besonders bevorzugt kleiner als λ/30, betragen, wobei λ die Betriebswellenlänge ist, bei der das optische Element 1 eingesetzt werden soll.
Unter der Annahme eines Brechungsindex der Zwischenschicht 5 von 1,55 bei λ = 193 nm ergibt sich für Teilkomponenten 2 bzw. 3 beispielsweise aus LuAlO₂ in einem Brechungsindex von 2,14 für ε ein maximaler Wert von ca. 42–40°, was für eine nicht zu extreme Systemapertur einen noch akzeptablen Wert darstellt.
Für die Erzeugung der dünnen Zwischenschicht bestehen dabei die nachstehend geschilderten Alternativen:

1. Es findet wie in 6 in den Teilfiguren 6a und 6b dargestellt unter Einwirkung einer KOH-Lösung eine kurze Behelfsverbindung der Teilkomponenten 2 bzw. 3 mit einem SiO₂-haltigen Hilfskörper 9 bzw. 9' statt. Während des wenige Minuten andauernden Kontaktes zwischen der Teilkomponenten 2 bzw. 3 und dem Hilfskörper 9 werden Ionen aus dem Hilfskörper 9 bzw. 9' gelöst und gelangen auf die Teilkomponente 2 bzw. 3. Anschließend werden beide Teilkomponenten verbunden und nach Herstellung der Blasenfreiheit zentriert und fixiert. Die geringe Anzahl gelöster Ionen ermöglicht eine dünne glasige anorganische Zwischenschicht 5.
2. Auf eine oder beide Teilkomponenten 2 bzw. 3 wird bspw. durch Aufdampfen eine dünne SiO₂-haltige Hilfsschicht aufgebracht. Nachfolgend werden beide Teilkomponenten 2 und 3 mit KOH benetzt. Dabei werden die Ionen werden gelöst und es entsteht ebenfalls eine dünne glasige anorganische Zwischenschicht 5. Der Vorteil dieser Vorgehensweise besteht insbesondere darin, dass sich die Dicke der dünnen glasigen anorganischen Zwischenschicht 5 anhand der Menge des vorher aufgebrachten SiO₂ sehr genau einstellen lässt. Damit ist eine gute Reproduzierbarkeit der Dicke der Zwischenschicht 5 gewährleistet.
3. Eine weitere Lösung besteht darin, der KOH-Lösung vorab Siliziumionen beizugeben.

Allen drei vorstehend beschriebenen Methoden ist der Vorteil gemeinsam, dass die Gefahr, dass Silizium aus dem Material der Teilkomponenten 2 bzw. 3 herausgelöst wird, nicht besteht, da für die Herstellung hochbrechender kristalliner Materialien, aus denen die Teilkomponenten 2 bzw. 3 in der Regel bestehen Üblicherweise keine siliziumhaltigen Materialien verwendet werden. Darüber hinaus gewährleistet die Verwendung von Si für die Zwischenschicht 5 einen glasigen Verbund der Teilkomponenten 2 und 3 von ausreichend optischer und mechanischer Qualität.
Das beschriebene Verfahren gestattet insbesondere die Realisation von optischen Elementen aus einem intrinsisch doppelbrechenden Material wie bspw. CaF₂ oder LuAG, die aus mehreren Elementen mit gegeneinander verdrehter Kristallorientierung zusammengesetzt sind, wodurch die Gesamtdoppelbrechung des optischen Elementes minimiert wird; beispielsweise eines letzten Linsenelementes in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit großer numerischer Apertur wie bspw. > 1,3 oder bevorzugt 1,5.
Die verwendete LTB-Schicht ist UV-stabil (Transmissionsverlust bei 193 nm < 0.5% nach Bestrahlung mit 100 Milliarden Pulsen mit einer Leistungsdichte von 10–500 mJ/cm², nm, 10 ns–200 ns Pulsdauer), dünn (< 20 nm, bevorzugt < 5 nm), UV-transparent (Transmission der Bondschicht bei 193 nm > 98%, bevorzugt > 99,5%), homogen (Variation der Transmission über eine Linsenoberfläche von bis zu 200 mm Durchmesser < 1%, bevorzugt < 0,2%) und zeigt einen hohen Brechungsindex (> 1,5, bevorzugt > 1,7).
Nachfolgend wird eine weitere Variante der Erfindung beschrieben.
Lithographie mit sehr hoher numerischer Apertur erfordert, dass das letzte Linsenelement aus einem optischen Material hoher Brechzahl besteht. Eines dieser Materialien ist z. B. Lutetium-Aluminium-Granat (LuAG). Nachteil dieser Materialien ist jedoch ihre sehr große intrinsische Doppelbrechung von bis zu 30 nm/cm, die im System beispielsweise durch die Verwendung von sog. Poincare-Elementen kompensiert werden müssen. Diese Elemente bestehen aus drei Platten aus einem doppelbrechenden Material, z. B. MgF₂, kristalliner Quarz, Saphir (Al₂O₃). Diese Platten müssen sehr dünn sein (z. B. 15 μm bei MgF₂) und zudem asphärisiert, d. h. die Dicke der Platte variiert über die Fläche. Als Maß für die Asphärizität wird von etwa 12 μm ausgegangen; deswegen ist ein freitragender Aufbau nicht möglich, weil sich die Platten durchbiegen würden und nicht zu handhaben wären.
Dieser Problematik kann dadurch begegnet werden, dass ein erstes optisches Element mit mindestens einer sphärischen Fläche R₁ aus einem nicht oder nur geringfügig doppelbrechenden Material (fused Quarz, CaF₂) hergestellt und endbearbeitet wird. Dabei kann die Gegenseite R₂ asphärisch ein. Ferner wird eine Linse aus einem doppelbrechenden Material (MgF₂, Saphir, krist. Quarz) gefertigt, deren sphärische Fläche R_1a exakt invers zur Fläche R₁ des optischen Elementes ausgebildet ist. Nachfolgend werden die Linse und das optische Element an den Flächen R₁ und R_1a zusammengefügt.
Als Fügemethoden kommen insbesondere in Frage:

– Ansprengen ohne und mit Hilfsfluiden wie Polysiloxane
– Low Temperature Bonding mittels einer Lauge. Hier ist auf Materialien, die keine Silikate oder Alumosilikate ausbilden (wie MgF₂) eine Haftvermittlerschicht aufzubringen.
– Low Temperature Bonding mittels Silikatlösung

Das optische Material der ehemaligen Linse wird nun abgetragen und eine neue Fläche R₁ wird bspw. durch Schleifen, Sägen, Diamantdrehen oder Plasma unterstütztes Ätzen (PACIS) erzeugt. Zudem wird die Oberfläche durch Polieren in die erforderliche Spezifikation gebracht und ggf. weiter asphärisiert (z. B. mit Computer Controlled Polishing = CCP, Magnetorheological Figuring = MRF oder Ion-Beam Figuring = IBF). Zur Kontrolle dient eine interferometrische Messung der Oberfläche (Passemessung). Durch Subtraktion der Daten der Linse lässt sich Information über die Dicke des verbleibenden doppelbrechenden Materials als Funktion des Ortes gewinnen. Nachfolgend werden die Außenflächen des entstandenen Verbundelementes, mindestens aber R₁', mit einer antireflektierenden Schicht versehen. Hier ist eine feste Bindung der Materialien und ein geringer Unterschied in der Wärmeausdehnung der Materialien von Vorteil, um hohe Beschichtungstemperaturen zu ermöglichen.
Alternativ kann R₂ des optischen Elementes vor dem Verbinden der Teilkomponenten beschichtet werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Oberseite des letzten Linsenelementes für die obere Fläche des letzten Elementes eines Projektionsobjektives verwendet. In diesem Fall besteht das Material des optischen Elementes aus LuAG. LuAG ist für das Low Temperature Bonding Verfahren (Lauge oder Silikatverfahren) prinzipiell geeignet.
In einer weiteren Variante der Erfindung bietet es sich an, mehrere dünne Elemente aus bevorzugt doppelbrechendem Material (gleiches oder verschiedenes) direkt miteinander zu verbinden. Hier sprengt, bondet oder kittet man z. B. ein doppelbrechendes Material an einen Träger an und dünnt das Material auf die gewünschte Dicke ab. Danach wird eine weitere Platte aus einem doppelbrechenden Material per Bonding angebracht usw. Mit diesem Verfahren lassen sich Systeme beliebiger Anzahl von Schichten und Materialien realisieren.
Ein Vorteil des Low-Temperature-Bondings besteht darin, dass der Prozess des Bondens und Abdünnens eine bereits gebondete Verbindung nicht wesentlich beeinflusst. Somit lassen sich weitere, z. B. amorphe Materialien, als Zwischenschichten einbringen, falls eine höhere mechanische Steifigkeit des aus der Schichtenfolge gebildeten optischen Elementes erforderlich sein sollte.
Das vorstehend beschriebene Verfahren zum Verbinden der Teilkomponenten eignet sich auch zur Herstellung von Phasenverzögerungselementen für die Halbleiterlithographie. Derartige Phasenverzögerungselemente bestehen in der Regel aus einer auf einem Trägerelement angeordneten anisotropen Kristallplatte. Erfindungsgemäß wird die anisotrope Kristallplatte mit dem Trägerelement mittels einer anorganischen Schicht, die Siliziumoxidbrücken enthält, verbunden.
Die anisotrope Kristallplatte kann dabei beispielsweise SiO₂, MgF₂, Al₂O₃, oder LaF₃ enthalten und ein Dicken/Durchmesserverhältnis von kleiner als 1/10000, insbesondere kleiner als 1/100000 aufweisen.
Das Verfahren zur Herstellung des vorstehend beschriebenen Phasenverzögerungselementes für die Halbleiterlithographie enthält dabei im wesentlichen die folgenden Schritte:

– Aufkitten einer anisotropen Kristallplatte auf eine erste Hilfsplatte
– Läppen der der ersten Hilfsplatte abgewandten Seite der anisotropen Kristallplatte
– Polieren der der ersten Hilfsplatte abgewandten Seite der anisotropen Kristallplatte
– Aufkitten der anisotropen Kristallplatte mit der der ersten Hilfsplatte abgewandten Seite auf einen Trägerkörper
– Parallelisieren der Außenflächen des Trägerkörpers
– Durchtrennen der anisotropen Kristallplatte
– Endbearbeitung der anisotropen Kristallplatte bis auf eine endgültige Dicke
– Aufbringen der anisotropen Kristallplatte auf einen endgültigen Träger mittels eines Low Temperature Bonding-Verfahrens

Dabei kann das Aufbringen der anisotropen Kristallplatte auf den Trägerkörper vor der Endbearbeitung der anisotropen Kristallplatte erfolgen.
Die vorstehend grob umrissene Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles weiter erläutert werden.
Die Phasenverzögerungselemente sollen nicht aus wenigen dicken Kristallplatten entstehen, sondern aus einer relativ dünnen Kristallplatte entsteht jeweils ein – auch λ/2 Platte genanntes – Phasenverzögerungselement. Ausgegangen wird also von optisch einachsigen Kristallplatten mit einer Lage der kristallographischen Hauptachse in der Plattenebene und einer Plattendicke von z. B. 5 mm bei einem Durchmesser von z. B. 200 mm. Die Kristallplatten werden im Käfig beidseitig geläppt und nachfolgend dann feingeläppt, um alle durch das vorangegangene Sägen entstandenen Spannungen zu entfernen.
Durch laufendes Wenden der Platten im Laufe des beidseitigen Läppprozesses werden die Kristalle relativ gut plan und parallel und darüber hinaus sehr wirtschaftlich geläppt. Eine nachfolgende Politur des so entstehenden dünnen Bauteils wäre nicht wirtschaftlich, da die Steifigkeit der geläppten Kristallplatte zu gering ist, um eine ebene Fläche zu erzeugen. Prinzipiell kann auch eine dünne Platte über Ion Beam Figuring (IBF) zu einer guten Passe gelangen; nachfolgend soll jedoch eine wirtschaftlichere Methode vorgestellt werden. Sie besteht u. a. in einer Versteifung der dünnen Kristallplatte. Dazu werden um einen Faktor 3 bis 6 dickere Hilfsplatten mit einem speziellen Kitt mit der Kristallplatte verkittet. Diese Hilfsplatten sind vorzugsweise von angepasster thermischer Ausdehnung, ggf. auch exakt aus demselben Material, aus dem auch die dünnen Kristallplatten bestehen, aus denen die λ/2 Platten gefertigt werden.
Ein Unterschied zum Stand der Technik besteht darin, dass die Hilfsplatten aus preiswertem Material, ohne nähere Spezifikation von Homogenität und Transmission bestehen können.
Allerdings soll bei der Verwendung von einachsigen Kristallen für die Hilfsplatten die optische Kristallachse ebenso in Plattenebene liegen. Kristallplatte und Hilfsplatte werden am Umfang bezüglich der Richtung der Kristallachse markiert. Beim Kitten beider Platten werden die Markierungen übereinander gebracht, wie in 7 dargestellt.
7 zeigt die mit der Hilfsplatte 10 verbundene anisotrope Kristallplatte 11. Die Markierungen 12 und 51 sind dabei fluchtend angeordnet, so dass die korrekte azimutale Orientierung der Platten 10 und 11 gewährleistet ist.

Die Hilfsplatten 10 können immer wieder verwendet werden und werden weder in der Dicke noch im Durchmesser verbraucht. Sie verleihen den dünnen anisotropen Kristallplatten 11 für die nachfolgende Bearbeitung die notwendige Steifigkeit. Durch das Ausrichten beider optischer Achsen der Partner verläuft die thermische Ausdehnung richtungsabhängig für beide Partner völlig gleich. Dies ist aufgrund der anisotropen thermische Ausdehnung der einachsigen Kristalle von Bedeutung. Nachfolgend sind die thermischen Ausdehnungskoeffizienten verschiedener Materialien in bzw. senkrecht zur Richtung der optischen Achse.

	Parallel zur HA	Senkrecht zur HA
Saphir	6,65·10–6/K	7,15·106/K
Sellait	9,4·10–6/K	13,6·10–6/K
Bergkristall	12,38·–6/K	6,88·10–6/K
Lanthanfluorid	11·10–6/K	17·10–6/K

Lediglich bei Saphir ist die Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten so klein, dass auch eine isotrope Hilfsplatte in Frage käme. Die mittlere Ausdehnung von Saphir beträgt (6,65 + 7,15)2 10–6/K = 6,9·10–6/K
Die unter den Bezeichnungen PK2 und KF6 bekannten Glassorten der Firma Schott zeigen eine thermische Ausdehnung von 6,9·10^–6/K und haben zusätzlich ein geringes spez. Gewicht, woraus auch eine Verkürzung der Temperierzeiten resultiert. Glas und Kristall haben unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit. Da die Kristallplatte mit der guten Wärmeleitfähigkeit dünn ist, dominiert diesbezüglich der Glasträger.
Für die Kittung der anisotropen Kristallplatte 11 auf die Hilfsplatte 10 ist es vorteilhaft, wenn sie schnell, besonders spannungsarm und damit sicher erfolgt. Dies lässt sich am besten mit einem langsam aushärtenden UV-Kitt erreichen. Die Teile Kristallplatte 11 (feingeläppt) und Hilfsplatte 10(-körper, eine Seite poliert) werden wie in 8 dargestellt mittels der ersten Kittschicht 12 mit einander verbunden. Nach dem Kitten erfolgt nicht unmittelbar die Aushärtung unter UV-Bestrahlung; vielmehr temperieren die mit einander verbundenen Teile mehrere Stunden im Verbund in der inaktiven UV-Belichtungseinrichtung. Nachfolgend wird für den Zeitraum von bspw. 3–4 Stunden eine UV-Belichtung mit geringer Dosis vorgenommen, möglichst mit Belichtung. Unmittelbar im Anschluss werden die Teile weiterverarbeitet. Es folgt ein einseitiger Läppprozess auf der freien Seite der anisotropen Kristallplatte 11. Für den Fall, dass die anisotrope Kristallplatte 11 und die Hilfsplatte 10 aus demselben Material sind, bietet sich ein erneuter Läppprozess im Käfig an. Hierdurch lassen sich auf besonders wirtschaftliche Weise planparallele Flächen her stellen. Allerdings muss dann beim Kitten auf einen möglichst geringen Kittkeil geachtet werden. Der durch den Läppprozess verursachte Abtrag an der Hilfsplatte 10 ist gering und beeinträchtigt ihre Funktion nicht. Bevorzugt werden die beiden mit einander verbundenen Teile weiter beidseitig im Käfig poliert. Auch diese Vorgehensweise ist besonders wirtschaftlich und führt unter mehrmaligem Wenden der mit einander verbundenen Platten 10 und 11 zu planparallelen polierten Außenflächen. Die endgültige Passe auf der dünnen anisotropen Kristallplatte 11 geschieht durch einseitiges Polieren mit einer Planpoliereinrichtung. Aufgrund ihrer Verbindung sind die beiden mit einander verbundenen Platten 10 und 11 so steif, dass anfangs mit größerem Gewicht, später mit geringem gearbeitet werden kann. Dabei kann mit einem Polierkörper unter Verwendung von Kunststoff, später unter Verwendung von Polierpech gearbeitet werden.
Für die Kristalle SiO2, MgF2, LaF3 ist die reine klassische Bearbeitung auf Pech meist ausreichend, um eine Oberflächengenauigkeit etwa von PV = λ/10 zu erreichen. Als besonders hilfreich erweist sich bei der Temperierung die gleichartige Ausdehnung der Partner. Falls IBF etwa für Al₂O₃ zum Einsatz kommt, ist die gleichartige Ausdehnung der Partner besonders wertvoll, da in diesem Fall durchaus Temperaturerhöhungen (während der IBF-Bearbeitung) von 10–20 K möglich sind. Nach Fertigstellung der Passe der Kristallplatte 10 erfolgt eine erneute Kittung auf einen Trägerkörper 13, wie in 9 dargestellt. Diese Kittung erfolgt in analoger Weise zur ersten Kittung, allerdings ist in diesem Fall eine absolute Blasenfreiheit der zweiten Kittschicht 14 erforderlich. Im Unterschied hierzu ist bei der ersten Kittschicht 12 das Auftreten kleiner Blasen unkritisch. Darüber hinaus sollte die Bildung eines Kittkeils vermieden werden. Hinsichtlich der Wahl des Materials des Trägerkörpers 13 bestehen in diesem Fall geringere Anforderungen; allerdings sollte das Material der Partner möglichst spannungsarm sein. Insbesondere amorphes Quarzglas ist hier geeignet, da es mit sehr kleinen Spannungsdoppelbrechungswerten gefertigt wird; Werte von kleiner 0,5 nm/cm haben sich als geeignet erwiesen. Die Oberfläche des Trägerkörpers 13 ist z. B. auf 0,5 λ genau poliert. In Transmission ist λ die Arbeitswellenlänge des optischen Systems, in dem die anisotrope Kristallplatte zur Anwendung kommen soll, in Reflexion z. B. bei Oberflächenangaben ist λ die Interferometerwellenlänge 633 nm.
Quarzglas, aus dem der Körper 10 bestehen kann, zeigt mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 0,5·10^–6/K ein von dem der mit einander verbundenen Kristallplatten 11 deutlich verschiedenes thermisches Verhalten. Dies kann jedoch durch die nachfolgend geschilderte Vorgehensweise weitgehend kompensiert werden: Zunächst erfolgt ein blasenfreies Kitten und Temperieren des Verbundes ohne UV-Aushärtung. Nachfolgend wird die Anordnung zur gleichmäßigen Kittaushärtung ohne Kittspannungen schonend UV-belichtet. Als nächstes erfolgt ein Parallelisieren der Außenfläche des Trägerkörpers 13 und ein Trennen des Verbundes mit einem durch das Bezugszeichen 15 angedeuteten Sägeschnitt, der so gelegt wird, dass die Hilfsplatte 10 nicht beschädigt wird, wie in 10 angedeutet. Für gekrümmte Flächen kann mit einem Kugeltrennschleifer getrennt werden.
Nach dem Trennvorgang liegen die folgenden Teile der Anordnung von einander getrennt vor:

1. Der Hilfskörper 10 mit einer dünnen angekitteten Restkristallplatte. Beides wird erwärmt, z. B. auf 50–60°C, dabei verflüssigt sich der UV-Kitt und die dünne Restkristallplatte kann abgeschert werden; der Hilfskörper 10 steht nach einer Reinigung mit Aceton für den nächsten Zyklus wieder zur Verfügung.
2. Der Trägerkörper 13, der beispielsweise aus dem unter dem Handelsnamen Suprasil oder Homosil bekannten Quarzglas bestehen kann sowie die auf diesem angekittete zur weiteren Verwendung vorgesehene anisotrope Kristallplatte 11. Die Kristallplatte 11 wird in einem weiteren Prozessschritt auf das ge wünschte Maß gebracht. Bezug ist die parallelisierte Unterseite des Trägerkörpers 13. Hier kommt nun als Vorteil die geringe thermische Ausdehnung des gewählten Quarzglases zum Tragen. Ohne das Erfordernis eines langen Temperiervorgangs können die geometrischen Dickenmaße des Trägerkörpers 13, der zweiten Kittschicht 14 und der Kristallplatte 11 ermittelt werden. Da die zweite Kittschicht 14 relativ dünn ist (ca. 10 μm) und die Kristallplatte 11 ebenfalls relativ dünn ist (ca. 5–10 μm) ist, wirkt deren thermische Ausdehnung nur zu einem geringen Grad auf die geometrische Gesamtdicke, ebenso hat der vergleichsweise dicke Trägerkörper 13 aufgrund seines geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (0,52·10^–6/K) nur einen geringen Einfluss auf die Dicke der Gesamtanordnung. Dies verkürzt die Zykluszeiten beim entscheidenden Abdünnprozess und verkleinert die Durchlaufzeiten. Ein Abheben der abgedünnten isotropen Kristallplatte 11 ist nicht zu befürchten, da diese komplett von UV Kitt umgeben ist und der UV-Kitt bezogen auf die Bearbeitungszeiten nicht wasserlöslich ist. 11 zeigt als Detailvergrößerung die mittels der zweiten Kittschicht 14 auf dem Trägerkörper 13 angeordnete anisotrope Kristallplatte 11. Dabei kann die anisotrope Kristallplatte 11 eine Dicke von ca. 8,5 μm aufweisen, die zweite Kittschicht 14 kann bspw. im Bereich zwischen der anisotropen Kristallplatte 11 und dem Trägerkörper 13 eine Dicke von ca. 10 μm aufweisen. Die Dicke des Trägerkörpers 13 kann ca. 30 mm betragen.

Dadurch, dass spannungsarmes Quarzglas eingesetzt wird, gelingt es nun, auch die Phasenverzögerung, etwa bei 632,8 nm punktweise zu vermessen und die Keiligkeit, Dicke und eventuell einen Radius oder einen sphärischen Verlauf zu korrigieren (da der Dispersionsverlauf von Quarzkristall bei 633 nm bis 193 nm exakt bekannt ist, können die ermittelten Phasenverzögerungswerte bei 633 nm auf 193 nm umgerechnet werden). In einem weiteren Schritt wird wie in 12 dargestellt die über die zweite Kittschicht 14 mit dem Trägerkörper 13 verbundene anisotrope Kristallplatte 11 nach dem Abdünnen mittels Low Temperature Bonding (LTB) durch eine LTB-Schicht 17 mit dem endgültigen Träger 16 verbunden. Dieser ist vorzugsweise etwas größer als die Kristallplatte 11. Sämtliche Flächen können eben oder sogar stark gekrümmt sein. Die Verhältnisse im Randbereich der Anordnung sind in 13 dargestellt.
Das oben angesprochene Low Temperature Bonding erfolgt nach sorgfältiger Reinigung und Temperierung des Partner. Die Bondflüssigkeit, beispielsweise eine ca. 1% KOH Lösung wird blasenfrei aufgebracht und alle entstehenden Blasen werden ähnlich dem bei einem Kittprozess üblichen Drehen und Scheren beseitigt. Die LTB Schicht härtet und vernetzt. Nach ca. 30–40% der Zeit zur Gesamtvernetzung sind die Randbereiche bereits so fest, dass über eine Erwärmung auf ca. 50–60°C der UV-Kitt wieder verflüssigt werden kann und der Trägerkörper 13 abgeschert werden kann. Für den Fall, dass ausreichend viele Hilfsträger zur Verfügung stehen, kann das Erhitzen und Abscheren auch erst nach vollständiger Vernetzung der LTB-Schicht erfolgen.
Die Vorteile des Verfahrens lassen sich wie folgt zusammenfassen.

– logistischer Vorteil: ein Stück dünnes Rohteil ergibt ein Stück Phasenverzögerungsplatte
– viele Platten können parallel eingesteuert werden, gleichzeitige Bearbeitung
– hocheffektive Käfigbearbeitung
– einmalige Anschaffung der Hilfskörper, jeweils erneut verwendbar
– einfacher, schnell aushärtender Kittprozess
– völlig gefahrloses LTB Bonding, LTB-Fügestelle kommt nicht mit Wasser in Kontakt, kein Druck, kein Kontakt mit wasserhaltigen Läpp- und Poliermitteln
– Oberflächenpassen werden schnell und mit hoher Konvergenz erreicht, da die Materialausdehnungen sauber angepasst sind
– auf ebene und gekrümmte Flächen anwendbar

Das oben dargestellte Verfahren eignet sich besonders zum Herstellen von Bauteilen für Projektionsbelichtungsanlage in der Halbleiterlithographie. Das hergestellte Bauteil kann dabei eben oder gekrümmt aus Glas, insbesondere Quarzglas, oder aus Kristall, insbesondere SiO2, MgF2, AL2O3 und LaF3 mit einem Dicken-Durchmesserverhältnis d/D von 1100000 < dD < 110000 bestehen.
Bei der LTB Verbindung ist ein Wachsen des Bauteildurchmessers mit besonders langen Ausdiffusionszeitenverbunden. Eine direkte Bearbeitung einer LTB Verbindung könnte also bei einer großen Scheibe erst mehrere Monate nach dem Bonden erfolgen. Durch das Verlegen der Bearbeitungsphase in den organisch gekitteten Zustand setzt die Bearbeitung unmittelbar ein. Die Phasenverzögerungswerte werden also schon im ersten Drittel des Bearbeitungsprozesses erreicht. Würde jetzt ein Teil ausfallen, geht nicht die ganze vorausgegangene LTB Zeit verloren. Die im letzten Schritt zu bondenden Platten haben eine sehr geringe Ausfallwahrscheinlichkeit, der LTB Vorgang ist gut beherrschbar. Es ist zu erwarten, dass im Laufe der Zeit die Spezifikationen für Phasenverzögerungselemente verschärft werden, da die Anforderungen bezüglich exaktem Polarisationszustand wachsen werden. Betrachtet man etwa eine λ/2 Platte für 193 nm, so muss sie eine Phasenverzögerung von 96,65 nm erzeugen. Nimmt man eine sehr enge Fehlertoleranz von z. B. ± 1% bedeutet dies für das ganze Bauteil eine Abweichung von kleiner ± 1 nm Phasenverzögerung. Da durch den LTB Prozess ein geringer Teil des kristallinen Kristallmaterials angelöst und in eine amorphe Schicht umgewandelt wird, wird für derartige Anforderungen der vorgeschlagene Prozess wie folgt modifiziert:
Ab dem Prozesszeitpunkt, an dem die anisotrope Kristallplatte auf den Kittschichten gesägt, auf Dicke geläppt und durch Polieren fein geläppt und an dem durch Politur sämtliche Tiefenschädigung entfernt wurden, ändert sich die Vorgehensweise. Bisher wurde vorgeschlagen, die Kristallplatte fertig auf Sollwert und gleichförmige Phasenverzögerung fertig zu polie ren oder mit ortsaufgelösten Verfahren wie IBF, MRF oder Roboterpolieren fertig zu stellen, um sie dann mit LTB auf den endgültigen Träger zu bonden.
Im Unterschied zur oben dargestellten Vorgehensweise werden nunmehr alle Nassverfahren wie Polieren, MRF oder Roboterpolieren abgeschlossen; dabei wird nicht auf endgültige Phasenverzögerung gearbeitet (äquidistant gleich dicke Kristallplatte), sondern mit einem Aufmaß 1–2 μm auf eine möglichst gute Passe der Oberfläche, wenigstens λ/10 oder besser. In 14 werden die Verhältnisse stark überhöht dargestellt.
14 zeigt die noch nicht auf ihre endgültige Dicke endbearbeitete anisotrope Kristallplatte 11, die mittels der Kittschicht 14 mit dem Trägerkörper 13 verbunden ist. In diesem Stadium des Verfahrens sind die nassen Verfahren wie bspw. Pechpolieren, Kunststoffpolieren, MRF und Roboterpolieren abgeschlossen. Das durch den Bereich oberhalb der gestrichelten Linie angedeutete Aufmaß zur Sollverzögerung ist so gewählt, dass es möglich ist, mit einem trockenen, also wasserfreien Verfahren den restlichen Abtrag zu leisten.
In dem gezeigten Zustand, in dem die Oberfläche bestmöglich plan oder sphärisch ist und das genannte Übermaß aufweist, wird die Kristalloberfläche auf den endgültigen Träger gebondet. 15 zeigt die Verhältnisse nach diesem Verfahrensschritt. Die auf dem Trägerkörper 13 mittels der Kittschicht 14 angeordnete anisotrope Kristallplatte 11 ist auf ihrer planen Seite über die LTB-Schicht 17 auf dem endgültigen Träger 16 aufgebondet. Dabei ist durch die Bearbeitung der planen Fläche der anisotropen Kristallplatte 11 auf Ebenheit die LTB Schicht 17 besonders gut plan und gelingt planmäßig gut (bei gekrümmten Flächen gilt für die LTB-Schicht, dass sie besonders gut äquidistant ist). Nach der Ausdiffusion des Wasseranteils aus der LTB-Schicht wird der Trägerkörper 13 entfernt (bei höherer Temperatur, beispielsweise 50°C–60°C durch Abscheren oder bei Raumtemperatur durch Lösen in Azeton; dabei wird die LTB-Schicht durch den Azeton nicht angegriffen). Die verbleibende Anordnung wird nachfolgend interferometrisch in Transmission vermessen, wie nachfolgend beschrieben:
Zur Messung wird streng linear polarisiertes Interferometerlicht verwendet, das einmal exakt polarisationsoptisch parallel zur kristallographischen Hauptachse und einmal senkrecht zur kristallographischen Hauptachse der anisotropen Kristallplatte 11 steht.
16 zeigt die zur Messung verwendete Anordnung. Das von dem Laser 18 emittierte Messlicht mit dem durch das Bezugszeichen 29 angedeuteten Strahlenverlauf passiert zunächst den drehbaren Linearpolarisator 19 sowie den Raumfilter 20. Der Kollimator 21 erzeugt nachfolgend einen parallelen Strahlverlauf. Das so geformte Strahlenbündel passiert den Strahlteiler 22, fällt über die Fizeauplatte 27 auf die leicht gekippt angeordnete Anordnung aus endgültigem Träger 16 und der anisotropen Kristallplatte 11, die es durchstrahlt. Nachfolgend wird das Messlicht von dem Referenzspiegel 28 durch die Anordnung aus endgültigem Träger 16 und der anisotropen Kristallplatte 11 zurück auf den Strahlteiler 22 reflektiert, von dem es über die erste Linse 23, die Blende 24 sowie die zweite Linse 25 zur Kamera 26 reflektiert wird.
Um eine Ebenheit von 1 nm (peak to valley) Phasendifferenz sicher in der Messung erreichen zu können, müssen Vielstreifenmethoden und/oder Phasenschiebeverfahren und/oder Wellenlängentuningverfahren angewendet werden.
Es entstehen 2 räumlich hochaufgelöste Karten mit den Werten für 2*d*n₀ und 2*d*n_e. Diese werden voneinander abgezogen. Die Wirkung der LTB-Schicht und die isotropen Anteile des endgültigen Trägers 16 verschwinden. Übrig bleibt die Phasenverzögerung der anisotropen Kristallplatte 11 und aufaddiert geringe Anisotropien des endgültigen Trägers 16. Da außer einem rotierten Polfilter (0° Grund und 90° zur HA) die gesamte Anordnung stationär bleibt, wird die geforderte Genauigkeit einer Reproduzierbarkeitsmessung erreicht. Die Phasenverzögerungs karte ist zweidimensional hochaufgelöst und dient als Protokoll zum gezielten Abtrag über ein wasserfreies ortsaufgelöstes Verfahren wie IBF. Die Erwärmung durch IBF schädigt das System nicht, da die höhere Ausdehnung der Kristalle keine großen Kräfte aufgrund der geringen Schichtdicke der anisotropen Kristallplatte 11 erzeugen kann. Bleibt der endgültige Träger 16 wie im Fall von Quarzglas annähernd geometrisch stationär, hält die LTB-Schicht die anisotrope Kristallplatte 11 ebenfalls stationär. In einer geringen Zyklenzahl für die Verfahrensschritte Messen der Kristallplatte in linear polarisierten Licht und Bearbeiten mit IBF gelingt es so, über der gesamten Fläche hochortsaufgelöst die geforderte Phasenverzögerung einzustellen. Es ist selbstverständlich, dass die leeren Interferometerkavitäten in beiden Polarisationsrichtungen zur Kalibrierung dienen. Nach der Kalibrierung ist es sinnvoll, mehrere Messungen, insbesondere die Einzelmessungen 0° und dann 90° und die Differenzen in kurzer Folge zu bilden, um sie dann zu mitteln. Dadurch werden thermisch bedingte Fluktuationen in der Brechzahl des endgültigen Trägers 16 herausgemittelt. Über die Dispersion der anisotropen Kristallplatte 11 werden die Phasenverzögerungen bei Messwellenlänge und Betriebswellenlänge in einander umgerechnet, Ziel ist eine bestimmte Phasenverzögerung bei einer Arbeitswellenlänge.
Das bereits beschriebene LTB-Verfahren lässt sich insbesondere auch dazu anwenden, aus kristallinen Materialien Phasenverzögerungsplatten für die Halbleiterlithographie herzustellen. Dabei sind es im wesentlichen vier Materialien, die in Frage kommen. Jede der Eigenschaften der Kristalle führt zu unterschiedlichen Anforderungen, um daraus Phasenverzögerungsplatten herstellen zu können. Benötigt man große Durchmesser wie z. B. 150–200 mm, kommt praktisch lediglich MgF₂ oder AL₂O₃ in Frage. SiO₂ und LaF₃ sind in der Orientierung mit kristallographischer Hauptachse in Plattenebene der Phasenverzögerungsplatte und gefordertem Querschnitt nicht erhältlich. Bei MgF₂ ergibt sich die besondere Schwierigkeit, dass es sich nur schlecht ansprengen lässt, bei AL₂O₃ erfordert die extreme Härte des Kristalls lange Bearbeitungszeiten beim Läppen und Po lieren. Insbesondere beim Polieren gibt es Passeprobleme am Rand. Erfindungsgemäß wird das LTB-Verfahren auf eine spezielle Kristallauswahl angewandt und es wird ein weiteres geeignetes Verfahren vorgestellt, um große Phasenverzögerungsplatten wirtschaftlich herstellen zu können. Als Kristallmaterial wird synthetischer Quarzkristall vorgeschlagen. Dieser wird weltweit in großer Kapazität hergestellt, unter anderem auch für Schwingquarze und Piezoelektrische Elemente. Dabei wird im Autoklaven bei 1500 bar in superkritischem Wasser bei etwa 400°C Quarzpulver vom Wasser aufgenommen und gelöst und bei ca. 380°C wieder an einer anderen Stelle im Autoklaven an einem Zuchtkristall abgeschieden. Die Zuchtkristalle haben in aller Regel eine große räumliche Erstreckung senkrecht zur kristallographischen Hauptachse und stammen ursprünglich aus sehr seltenen ausgesuchten fehlerarmen natürlichen Quarzkristallen. In Richtung der kristallographischen Hauptachse sind die Zuchtkristalle relativ dünn. In Richtung der kristallographischen Hauptachse wächst nun der Kristall im Autoklaven am langsamsten auf. Aus synthetischem Material erhältliche Quarzkristalle haben leider nun in Richtung der kristallographischen Hauptachse die kleinste erhältliche Dimension.
17 zeigt eine Darstellung einer auf einen Zuchtkristall 30 aufgewachsenen als synthetischer Kristall ausgebildeten Teilkomponente 2 bzw. 3. Die Darstellung zeigt, dass eine Dimension von ca. 200 mm mit einer kristallographischen Hauptachse 32 senkrecht zur Plattenebene jederzeit möglich wäre, gebraucht wird aber ein Durchmesser von z. B. 200 mm in der Plattenebene.
In der Lithographie sind alle modernen System scannend aufgebaut, demzufolge wird ein Aspektverhältnis ungleich 1 benutzt, um die Projektionsobjektive im Volumen klein zu halten.
18 zeigt ein typisches rechteckiges Scanfeld; dabei ist die Scanrichtung durch den Pfeil 33 angedeutet. Die Seitenlängen des Rechtecks betragen ca. 100 mm bzw. ca. 50 mm.
Die bevorzugte Ausrichtung der kristallographischen Hauptachse 32 der als Phasenverzögerungsplatte ausgebildeten Teilkomponente 2 ist 45 Grad zur Scanrichtung 33, wie die in 19 dargestellte Projektion des Scanfeldes auf die Teilkomponente 2 verdeutlicht.
Das vorgeschlagene Verfahren nutzt nun die besondere Geometrie der erhältlichen Quarzkristalle. Dazu werden die Teilkomponenten bezüglich ihrer kristallographischen Hauptachse genau parallel orientiert. Die Einzeldicken der Teilkomponenten sind frei wählbar. Die Flächen senkrecht zur kristallographischen Hauptachse werden planparallel geläppt und feinoptisch poliert z. B. λ/10 (633 nm) PV (Peak to valley). Die Teilkomponenten werden hochgereinigt und mit einer geringen Menge an alkalischer Lösung, z. B. 1% Kaliumhydroxidlösung oder Alkalisilikatlösung in direkten Kontakt gebracht. Dabei löst das alkalische Kaliumhydroxid die Kristalloberfläche an und es entstehen neue Bindungen aus Sauerstoff und Silizium. Aus der Reaktion entsteht Wasser, welches nach und nach aus der Fügefläche entlang der Fügefläche entweicht. Um dieses Entweichen des Wassers zu beschleunigen, wird vorgeschlagen, die als Quarzkristalle ausgebildeten Teilkomponenten 2 bzw. 3 vor dem Verbinden parallel zur kristallographischen Hauptachse etwa 10–20 mm stark zu sägen.
Auch eine Verbindung der Stücke mittels Fusion Bonding ist denkbar.
In 20 ist eine mögliche Ausrichtung zweier Teilkomponenten 2 bzw. 3 und der kristallographischen Hauptachsen 32 bzw. 32' unmittelbar von dem beschriebenen Zusammenfügen dargestellt.
Die gefügten Flächen zwischen den Teilkomponenten 2 und 3 verbinden sich quasi untrennbar durch eine glasige Schicht von ca. 100–400 nm Dicke. Durch die Plattenstruktur senkrecht zur Fügefläche ist die Ausdiffusion des freigesetzten Wasser in kurzer Zeit abgeschlossen, so dass das neue Paket umgehend weiter bearbeitet werden kann. Als Besonderheit wird nun vorgeschlagen, entweder versetzt zu bonden oder parallelogrammartige Konturen zu verwenden. Dies schafft die notwendige Fläche für das nicht quadratische Scanfeld. Nach einem weiteren Bearbeitungsschritt wie beispielsweise Schleifen, Polieren oder Läppen entsteht eine weitere Außenkontur als Planfläche, die bspw. optisch parallel zur kristallographischen Hauptachse auf ca. λ/10 bearbeitet ist.
21 zeigt in den Figurenteilen A)–E) mögliche Orientierungen der Teilkomponenten 2 bzw. 3 und der kristallographischen Hauptachsen 32 zu einander.
Um ein einseitiges Quellen der Verbindungsfläche während der Bearbeitung zu vermeiden, wird empfohlen, wenigstens während der Verarbeitung statt in Wasser in Öl zu schleifen bzw. zu läppen. Inwieweit bei der Politur ein wasserfreier Prozess gefahren werden kann, lässt sich sehr einfach mittels eines Interferometers kontrollieren. Würde die Verbindung anquellen, äußert dies sich sofort durch eine Passeänderung der Oberfläche.
In 22 ist das Prinzip der Messung dargestellt. Die plane Wellenfront 34 trifft im Bereich der Verbindungsstelle senkrecht auf die Oberflächen der Teilkomponenten 2 und 3. Ein Aufklappen der Verbindung zerstört die Planarität der reflektierten Wellenfront und kann so interferometrisch detektiert werden.
Diesem Problem kann durch eingefügte Trockenzeiten oder einen wasserfreien Prozess wirksam begegnet werden.
Wie in 23A) dargestellt, wird nach dem Herstellen der Planfläche die so entstandene Verbundkristallplatte 35 entweder auf einen weiteren Träger 36 mit der ebenen Fläche gekittet oder mit LTB verbunden. Nach Kittung oder LTB Verbund wird die Verbundkristallplatte entweder dicht an der Fügezone durch Plansägen entlang des Sägeschnittes 37 abgetrennt oder je nach Ausgangsdicke über Schleifen bzw. Läppen abgedünnt. 23B) zeigt das fertige optische Element 1 auf dem Träger 36.
Besonders wirtschaftlich ist es, den LTB Prozess ein zweites Mal anzuwenden, um die Verbundkristallplatte auf dem endgültigen Träger abzudünnen. Vorteilhaft ist es hierbei, die gewählte Geometrie an die endgültig benötigte Größe anzupassen, um kürzest mögliche Diffusionswege für das austretende Wasser zu schaffen. Die Verhältnisse sind in 24 noch einmal verdeutlicht. Sogar über die LTB Verbindung A–B zwischen den Kristallen 31 kann das Wasser ausdiffundieren, da die Verbundkristallplatte 35 deutlich dünner ist als die schmale Plattenerstreckung.
Das gewünschte Endteil oder mehrere davon können ferner aus der Verbundkristallplatte durch Konturschleifen, Trennschleifen oder Wasserstrahlschneiden herausgetrennt und ggf. an den Kantennachbearbeitet bzw. durch Feinkorrekturschritte (Roboterpolitur, Ion Beam Figuring, Magnetorheologisches Polieren) weiterbearbeitet werden.
Die Vorteile der vorgeschlagenen Lösung bestehen insbesondere darin, dass der Rohkristall optimal genutzt wird und LTB mit SiO₂ besonders gut funktioniert; ferner mittelt die schräge Verbindungsfläche etwaige Störungen auf verschiedene Bildhöhen durch den Scanprozess im lithographischen Gelichter. Die Bearbeitung von kristallinem Quarz ist eingeführt und unproblematisch, ferner ist synthetischer Quarzkristall relativ preisgünstig. Durch die oben dargestellten Geometrievorschläge werden die Zeiten zur Aushärtung der LTB-Verbindung verkürzt. Sollte statt einer weiteren LTB Verbindung ein Kittverfahren mit Ansprengung oder Halten in Immersion gewählt werden, kann die Kristallverbundplatte wie eine monolithische Kristallplatte behandelt werden.
Selbstverständlich ist die Ausrichtung der Fügefläche nicht auf die oben dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt; es ist denkbar, die Fügefläche in jedem beliebigen Winkel zur kristallographischen Hauptachse auszrichten, insbesondere parallel oder senkrecht zu einer kristallographischen Hauptachse eines einachsigen Kristalls. Auch eine Anwendung von Ansprengtechniken oder Immersion in Verbindung mit der glasigen LTB-Fügefläche ist möglich.
Das beschriebene Verfahren kann auch dann wirtschaftlich eingesetzt werden, wenn viele kleine Teile zu fertigen sind. Des Weiteren eignet sich das Verfahren zur Herstellung von Elementen, bei denen auf einem Element verschiedene Orientierungen der Kristallachse realisiert werden sollen oder verschiedene Materialien in einem Element zum Einsatz kommen sollen.
Prinzipiell ist das Verfahren nicht auf doppelbrechende Materialien beschränkt, sondern kann auch mit anisotropen Materialien verwendet werden. Eine konkrete Anwendung des Verfahrens besteht darin, einen Polarisationsrotator herzustellen. Die Erfindung ermöglicht es, hierfür kristallinen Quarz anzuwenden, welcher gegenüber Saphir Vorteile in der Bearbeitung zeigt.
Auch die Herstellung optischer Verbundkomponenten, bei denen in ausgewählten, beispielsweise mit hoher Intensität durchstrahlten, Bereiche hochwertiges Material zum Einsatz kommt und in anderen Bereichen preisgünstigeres Material, wird durch die geschilderten Verfahren zum Verbinden optischer Teilkomponenten ermöglicht.
Darüber hinaus ist es denkbar, optische Elemente mit den geschilderten Verfahren mit einer dünnen Schutzschicht gegenüber angrenzenden Medien, beispielsweise gegenüber Immersionsflüssigkeiten, zu versehen.
Nachfolgend wird ein weiteres vorteilhaftes Verfahren zum Fügen zweier Teilkomponenten eines optischen Elementes beschrieben.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Bondverfahren werden die zu verbindenden Bauteile mittels einer anorganischen Flüssigkeit und einem sehr kleinen Spalt aneinander gebondet. Dazu müssen die beiden Kontaktflächen gereinigt und dann mit der Bondflüssigkeit in Kontakt gebracht werden. Dabei besteht immer die Gefahr, dass Luftblasen im Bereich der Kontaktflächen eingeschlossen werden.
Das Aufbringen der Flüssigkeit erfolgt im Stand der Technik durch komplettes oder teilweises Benetzen einer Oberfläche und anschließendes Aufbringen des Bondpartners. Durch Drücken können dann die noch eingeschlossenen Luftblasen herausgequetscht werden, was jedoch oftmals nicht vollständig gelingt. Die eingeschlossenen Blasen führen später zu schlechter Haftung und unerwünschter Deformation von z. B. optisch genutzten Oberflächen.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Kontaktflächen beider Bauteile vollständig in die Flüssigkeit einzutauchen. Dabei sind die in 25A, B, C gezeigten Varianten denkbar. In allen 3 Teilfiguren A)–C) befindet sich die Fügestelle 40 komplett in der Flüssigkeit 38 in der Wanne 39; die beiden Teilkomponenten 2 und 3 können optional gegen einander gedrückt werden. Beide Teilkomponenten 2 und 3 können entweder komplett in der Flüssigkeit angeordnet sein (25A), eine der Teilkomponenten 2 teilweise und die andere Teilkomponente 3 komplett (25B) oder auch nur die Fügestelle 40 (25C).
Um anhaftende Luftblasen zu entfernen, kann Ultraschall angewendet werden.
Benetzt die Flüssigkeit die Oberflächen nur schwer oder sind die Oberflächen nicht komplett geschlossen, so dass sich Luftblassen in der Oberflächenporosität halten können, sind folgende Möglichkeiten denkbar:

1. Beide Teilkomponenten 2 und 3 werden in die Flüssigkeit eingelegt. Die Flächen sind noch nicht in Kontakt. Die Wanne 39 mit der Flüssigkeit 38 wird verschlossen und evakuiert. Dabei treten die restlichen Lufteinschlüsse aus den Bauteilen als Luftblasen aus. Sind die Oberflächen dann blasenfrei, werden sie in Kontakt gebracht und gebondet.
2. Beide Teilkomponenten 2 und 3 werden in die Wanne 39 eingelegt, die verschlossen und evakuiert wird. Ist die Luft aus dem Innenraum entfernt, wird über ein nicht dargestelltes Ventil die anorganische Flüssigkeit 38 eingeleitet, bis beide Kontaktflächen komplett bedeckt sind. Anschließend werden die Flächen in Kontakt gebracht und gebondet.

Der Aushärteprozess kann durch eine temporäre Temperaturerhöhung weiter unterstützt werden.
Für beide vorgeschlagene Varianten ist denkbar, dass das Kontaktieren der beiden Flächen sowohl bei anliegendem Unterdruck als auch wieder unter Umgebungsdruck stattfinden kann. Findet das Fügen unter Umgebungsdruck statt, müssen die beiden Kontaktflächen nach dem Eintauchen immer komplett in der Flüssigkeit 38 bleiben. Bei der Flüssigkeit 38 kann es sich insbesondere um KOH oder Natriumsilikat handeln, so dass ein Fügen mittels Low Temperature Bonding erfolgt.
Die Wanne 39 und eventuelle Hilfsteile zum Fixieren der Teilkomponenten 2 und 3 bestehen vorzugsweise aus einem chemisch inerten Material wie bspw. Teflon. Es besteht auch die Möglichkeit, nach einer gewissen Zeit, in der sich die Fügestelle 40 unterhalb des Flüssigkeitsspiegels befindet, die Flüssigkeit 38 abzulassen und – ggf. nach einer neuerlichen Evakuierung der Wanne 39 – diese mit Luft oder Stickstoff zu fluten und die Struktur zum Aushärten ca. 1 Woche stehen zu lassen.
Eine Alternative zum gleichmäßen Aufbringen der zum Verbinden verwendeten Flüssigkeit besteht in der Verwendung einer Beschichtungsmaschine, mit der entweder das Hydroxid selbst auf die zu verbindenden Flächen aufgebracht wird oder eine metallische Beschichtung auf die Fügestelle aufgebracht, die an schließend mittels Wasserdampf in ein Hydroxid umgewandelt wird.
Als alkalische Lösung für den Low-Temperature-Bonding-Prozess unabhängig von der verwendeten Anordnung wie z. B. Fügen in einer Wanne oder Auftropfen bzw. Aufschleudern oder Beschichten kommt insbesondere LiOH in Betracht. Der Vorteil der Verwendung von LiOH liegt dabei darin, dass LiOH aufgrund des wesentlich geringeren Innenradius einen geringeren Transmissionsverlust an der Fügestelle zur Folge hat als bspw. KOH. Auch die Verwendung einer höher verdünnten alkalischen Lösung, insbesondere in einem Verhältnis von ca. 1:000 LiOH oder KOH zu Wasser wirkt sich positiv auf die Transmissionseigenschaften der Fügestelle aus.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, die alkalische Lösung frei von gelöstem CO₂ zu halten, da das Kohlendioxid dazu neigt, zu Carbonaten zu reagieren, die stark UV-absorbierend sind. Dies lässt sich beispielsweise durch Ansetzen der Lösung unmittelbar vor Gebrauch, Verwendung entgasten Reinstwassers oder eine Schaffung einer kohlendioxidfreien Umgebung beispielsweise in einer mit kohlendioxidfreier Luft oder Stickstoff gespülten Glovebox erreichen.
Nachfolgend wird eine Variante der Erfindung beschrieben, mit der sich besonders dünne LTB-Schichten herstellen lassen. Derartig dünne Schichten zeigen eine Reihe von Vorteilen. So verbleiben trotz aller Vorsichtsmaßnahmen bedingt durch den Herstellungsprozess nicht transmittive Bestandteile in der LTB-Schicht. Es ist also sinnvoll, das Bondvolumen insgesamt und damit auch die Menge dieser nachteiligen Bestandteil zu verringern.
Ferner verringert die Reduktion des amorphen Volumens der LTB-Schicht die Ausfallwahrscheinlichkeit optischer Elemente im Einsatz im UV-Bereich über der Lebensdauer erheblich, da gegenüber Kristallen amorphe Volumina weniger beständig gegenüber hochenergetischer Laserbestrahlung im tiefen UV sind.
Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass besonders dünne LTB-Schichten nach dem Fügen deutlich schneller wieder mechanisch belastet werden können. Auch die Transmittivität des optischen Elementes erreicht schneller einen vorgegebenen Zielwert.
Dies verbessert die Durchlaufzeit während der Produktion und verringt die Effekte, die nach Auslieferung an den Kunden zu erwarten sind. Insbesondere Polykondensierte Schichten mit einer geometrischen Schichtdicke kleiner 100 nm, bevorzugt kleiner 70 nm bzw. kleiner 50 nm zeigen bspw. für den Einsatz in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie erhebliche Vorteile.
Allerdings gelingen für eine geforderte Oberflächengenauigkeit PV ca. 1/3–1/4λ nur für kleine laterale Ausdehnungen entsprechend dünne LTB-Schichten, da die zu verbindenden Teilkomponenten aufgrund der verbliebenen Oberflächenungenauigkeiten relativ rasch auf einander aufsitzen; nur hochgenaue Oberflächen ermöglichen ein dichtes Annähern der Partner ohne mechanischen Kontakt. Typische Fertigungsverfahren erreichen einen Oberflächen PV-(Peak-to-Valley)Wert von etwa λ/10. Durch Verfahren wie Roboterpolieren, IBF und MRF lässt sich die Genauigkeit noch steigern, sind jedoch mit Nachteilen verbunden. So hinterlassen Roboter sogenannte Bahnspuren, bei IBF kommt es zur Kontamination aus den Halterungen durch Aluminium, Chrom, Nickel usw. Deswegen ist es vorteilhaft, falls mit IBF bearbeitet wird, Fassungen aus Quarzglas oder aus Silizium oder Quarzkristall zu verwenden. Diese Kontaminationen werden von der bei dem LTB-Prozess verwendeten Lauge angelöst und ohne nachteilige Effekte in die LTB-Schicht eingebaut.
Bei MRF kommt es zur Kontamination durch Eisen, das in jeder Form für Wellenlängen im Bereich von 193 nm undurchlässig ist. Auch ohne Verfahren wie Roboterpolieren, MRF und IBF lassen sich auch für größere laterale Schichtdurchmesser sehr dünne LTB-Schichten herstellen, allerdings liegt in diesem Fall die Mindestanforderung für PV bei einem Wert von < ca. λ/10–λ/15.
Hierzu werden erfindungsgemäß die zu verbindenden Teilkomponenten mit der alkalischen Lösung in Kontakt gebracht und jeweils bis kurz vor dem mechanischen Aufsetzen im wesentlichen parallel zu einer der bzw. beiden zu verbindenden Oberflächen gegeneinander bewegt, insbesondere geschert und gedreht, um sie dann wieder zu lösen und erneut mit der alkalischen Lösung in Kontakt zu bringen und gegeneinander zu bewegen. Die wässrige alkalische Lösung kann insbesondere KOH, LiOH oder NaOH enthalten.
Das Material der Teilkomponenten löst sich durch die extrem schmale Bondschicht und die Bewegung an den Erhebungen schnell an, so dass eine Art chemisches Läppen stattfindet. Nach einigen Zyklen nimmt der mechanische Widerstand bei der Bewegung der Teilkomponenten zueinander ab. Zu diesem Zeitpunkt kann dann die endgültige Verbindung der Teilkomponenten mittels der als LTB-Schicht ausgebildeten Zwischenschicht hergestellt werden.
Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn eine Teilkomponente nach dem eigentlichen Verbindungsvorgang einen Großteil seiner Eigensteifigkeit verliert. Dies ist dann besonders interessant, wenn die Teilkomponente ohnehin nachbearbeitet werden muss und eine geringe Enddicke erreichen muss. Der Verlust der Eigensteifigkeit wird wie dabei realisiert wie nachfolgend anhand 26 beschrieben:
Die Teilkomponente 2 ist während des Verbindungsprozesses steif auf dem Träger 41 angeordnet. Direkt nach dem Verbindungsprozess, z. B. nach 15 min wird über die Zuleitung 42 Druckluft zugeführt und der Träger 42 abgesprengt. Im weiteren Verlauf der Polykondensation der LTB-Schicht 17 und dem damit verbundenen Verlust an Volumen schmiegt sich die dünne Teilkomponente 3 vollständig an die Teilkomponente 2 an. Ist die Teilkomponente 2 ebenfalls dünn, reicht es allerdings, diese erst am Ende der Polykondensation von ihrem Hilfsträger 43 abzusprengen, oder im Fall einer Kittverbindung abzukitten.
Für den Fall, dass die Teilkomponente 1 eine äquidistante Kristallschicht (z. B. λ/2 für 193 nm) sein soll, geschieht der weitere Abtrag zunächst konventionell und gegen Ende etwa über IBF und Quarz/Siliziumfassung und ergibt eine äquidistante Form. 27 gibt die Verhältnisse in der Höhe überhöht wieder; dabei kann die LTB-Schicht 17 eine Dicke von ca. 30 nm zeigen; auch ein nahezu vollständiges geometrisches Ausdünnen der LTB-Schicht während des Aushärtens ist denkbar.
Dabei können laterale Erstreckungen der LTB-Schicht 17 größer als 50 mm, insbesondere größer als 90 mm erreicht werden. Das Verhältnis der Dicke einer der Teilkomponenten 2 oder 3 zu der Dicke der LTB-Schicht 17 kann einen Wert von 80000:1, bevorzugt von 120000:1, besonders bevorzugt von 150000:1 annehmen. Die Teilkomponenten 2 und 3 können beide aus kristallinem Material bestehen; auch die Realisation einer der oder beider Teilkomponenten aus amorphem Material ist denkbar.
Während des Aushärtens der LTB-Schicht in einer langen Ruhephase bilden sich Si-O-Si Verbindungen, dabei wird als Kondensationsprodukt Wasser frei. Dieses kann durch die Teilkomponenten senkrecht zur Fügefläche nicht entweichen und diffundiert deswegen durch die LTB-Schicht langsam zu der Berandung, um dort zu entweichen. Für kleine laterale Ausdehnungen der LTB-Schicht ist der Prozess in wenigen Tagen/Wochen abgeschlossen. Für mittelgroße bis große Bauteildurchmesser (z. B. 70–200 mm) bspw. für eine Verwendung als Phasenverzögerungsplatten in der Halbleiterlithographie ist es jedoch problematisch, wenn Produktionsprozesse über Wochen einen unklaren Ausgang hinsichtlich der Frage haben, ob und inwieweit der chemische Prozess mit einer notwendigen Resttoleranz abgeschlossen ist. Es ist also wünschenswert, eine Möglichkeit zu schaffen, jederzeit den chemischen Prozess zu kontrollieren und ein spezifikationsgerechtes Ende anzuzeigen. Die Schwierigkeit hierbei besteht darin, dass der Kondensationsprozess zwischen den Teilkomponenten keinerlei Entnahmen bspw. von Proben zugänglich ist. Vom Erfinder wurde erkannt, dass die Brechzahl der LTB-Schicht mit dem Grad der Polykondensation und damit der Aushärtung korreliert.
Zum Beginn des Aushärteprozesses zeigt die alkalische Lösung eine Brechzahl, die sich von reinem Wasser minimal unterscheidet:
nD (589 nm) Reinstwasser 1,3330
nD (589 nm) 0,7% KOH Lauge 1,3342
Die alkalische Lösung wird zwischen die Teilkomponenten gebracht und die Brechzahl wird über Totalreflexion der Grenzschicht bestimmt. Wenige Minuten nach dem Kontakt der Teilkomponenten sinkt die Brechzahl kontinuierlich ab. In einem dreiminütigen Abstand gemessen ergeben sich folgende Werte für die D-Linie:
Start: 1,3342 Kontakt der Teile
1,3305
1,3300
1,3285
1,3270
1,3263
1,3255
1,3240
1,3223
Nach ca. 15–20 min. ist kein exakter Totalreflexionswinkel mehr messbar, vielmehr zerfließt der Grenzwinkel in einen weich abgestuften Bereich. Es hat sich durch den Anlaugeprozess eine stetig variable Brechzahlverteilung von Grenzfläche zu Grenzfläche gebildet, die praktisch von der nicht angelösten Teilkomponente bis zur alkalischen Lösung reicht. In 28 ist der Brechzahlverlauf entlang eines Schnittes durch die LTB-Schicht ausgehend von einer ersten Teilkomponente aus Quarzglas hin zu einer zweiten Teilkomponente aus Quarzkristall dargestellt.
Auch in diesem Zustand bleibt die Totalreflexion am dünneren Medium dominant; die LTB-Schicht spiegelt für flache Einfallswinkel. Nach einigen Stunden bilden sich neue definierte Schichtsysteme, die wieder eindeutiger zu messen sind. Nach ca. 18 Stunden bildet sich eine besonders deutliche Grenzfläche mit der Brechzahl n_D = 1,3609 und eine weitere Grenzfläche mit der Brechzahl n_D = 1,3948. Diese zeigt gleichzeitig die größte Dispersion, daneben zeigt sich eine weitere Grenzfläche mit der Brechzahl n_D = 1,3338. Diese zeigt die geringste Dispersion und bleibt praktisch über der Zeit in der Höhe unverändert und kann aufgrund der Brechzahlhöhe nur Wasser zugeordnet werden. Die höchste Brechzahl zeigt gleichzeitig die größte Zeitabhängigkeit und erreicht asymptotisch einen Maximalwert, während die Wassergrenzfläche zwar in der Höhe der Brechzahl erhalten bleibt, aber nach und nach ins nicht mehr nachweisbare verschwindet. Das Verschwinden einer nachweisbaren Wasserbrechzahl kann nur mit dem vollständigen Entfernen von Wasser in der LTB-Schicht korrelieren. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, Proben mit kleinem Durchmesser kalt über eine alkalische Lösung zu verbinden und die Brechzahlen der Grenzflächen über die Zeit zu beobachten. Nach dem Erreichen des fertigen Endzustandes werden Teilkomponenten mit großem Durchmesser mit einander mittels des LTB-Prozesses verbunden. Der Vergleich der Brechzahlen über den Querschnitt der verbundenen großen Teilkomponenten mit den Brechzahlen der Proben schafft nun die Möglichkeit festzustellen, wie weit der LTB Prozess in den verbundenen großen Teilkomponenten an jeder Stelle des Querschnitts fortgeschritten ist.
Als Messgerät zu einer punktuellen Messung der Grenzwinkel der Totalreflexion wird das Abbe-Refraktometer vorgeschlagen. Dieses ist etabliert und seine Funktionsweise braucht nicht näher beschrieben werden. Zu einer vollflächigen Messung wird der in Figur folgender Aufbau vorgeschlagen: Mittels einer nicht dargestellten Immersionsflüssigkeit wird das zu prüfende optische Element 1 mit der LTB-Schicht 17 in optischen Kontakt mit einem seitlich von der diffusen Lichtquelle 46 bestrahlten als Prüfkörper dienenden Quader 44 gebracht. Zwei Seitenflächen des aus Quarz gebildeten Quaders 44 sind zueinander parallel und opt. fein poliert. Die Kamera mit Objektiv 45 ist nach Scheimpflug leicht schräg gestellt, falls die Tiefenschärfe nicht ausreicht und bildet die der Lichtquelle 46 gegenüberliegende Stirnfläche des Quaders 44 vollflächig ab. Mittels eines nicht dargestellten Rechners wird das Bild des Quaders 44 eingelesen und in Abhängigkeit des Schwenkwinkels α ausgewertet.
30 zeigt die aufgenommenen Intensitäten des Kamerabildes in Abhängigkeit des Schwenkwinkels, dabei stellt die Teilfigur A) die Verhältnisse für einen großen, B) für einen mittleren und C) für einen kleinen Schwenkwinkel dar. Gut zu erkennen ist im Figurenteil B), dass die Aushärtung der inneren Zone der LTB-Schicht 17 weniger weit fortgeschritten ist. Die LTB-Schicht 17 ist dann fertig ausgehärtet, wenn es zwischen äußerstem Rand und Mitte keine nennenswerten Unterschiede in der Totalreflexion gibt und der Winkel der Totalreflexion den Endwert erreicht hat. Falls die Grenzflächen hinsichtlich ihrer Brechzahl senkrecht zur LTB-Schicht einen Sprung und keinen kontinuierlichen Verlauf zeigen, können sich auch die in 31 dargestellten Formen an Kamerabildern ergeben.
Im Laufe der Polykondensation und mit zunehmender Ausdiffusion von Wasser aus der LTB-Schicht nimmt die Schichtdicke kontinuierlich ab. Dies kann dazu führen, dass die Schichtdicke in den Bereich der Ausdehnung des optischen Nahfelds gerät. Die äußerste Erstreckung des optischen Nahfeldes wird allgemein mit 5 λ angegeben. Dieser Bereich wird sicherlich unterschritten, da von einer Enddicke einer konventionell gebondeten LTB-Schicht von 200–300 nm ausgegangen werden kann. Allerdings wird bei einer Schichtdicke von λ/10 (im vorliegenden Beispiel 589 nm, damit ca. 60 nm) der weitaus größere Teil des Lichts noch totalreflektiert. Es kommt also trotz deutlicher Schicht brechzahlen zu einer Mischung aus Reflexion und Transmission. Dies erhöht den Informationsgehalt über die LTB-Schicht. Um die zugänglichen Informationen besser auszunutzen, wird der Messaufbau um eine weitere diffuse Beleuchtung erweitert und es wird zusätzlich der Anteil von transmittiertem zu reflektiertem Licht ermittelt. Weitere Informationen können aus dem Polarisationsgrad des reflektierten und transmittierten Lichtes gewonnen werden.
32 zeigt den erweiterten Messaufbau. Zusätzlich zu den bereits aus 30 bekannten Komponenten ist eine weitere diffuse Lichtquelle 47 an dem optischen Element angeordnet. Dabei koppelt die diffuse Lichtquelle 47 über die Immersionsschicht 48 in das optische Element 1 ein. Im Wechsel wird einmal die Lichtquelle 46 eingeschaltet und die Lichtquelle 47 ausgeschaltet und nachfolgend Lichtquelle 47 eingeschaltet und Lichtquelle 46 ausgeschaltet. Für einen Winkel α erhält man also die in 33 dargestellten beiden zweidimensionalen Helligkeitsverteilungen. Dabei sind im Figurenteil A) die Verhältnisse in Transmission und im Figurenteil B) in Reflexion dargestellt.
Das Verhältnis von Reflexion zu Transmission erlaubt im Nahfeld eine Aussage über die aktuelle Schichtdicke, sofern die Brechzahlen und der Einfallswinkel bekannt sind. Der Einfallswinkel im Medium lässt sich aus α und den Brechzahlen der Teilkomponenten 2 bzw. 3 und des Quaders 44 individuell berechnen, die Brechzahl der LTB-Schicht 17 ergibt sich aus dem Grenzwinkel der Totalreflexion. Damit stehen zur Charakterisierung der LTB-Schicht 17 zwei Parameter zur Verfügung: Brechzahl der LTB-Schicht 17 und Dicke der LTB-Schicht 17, jeweils über die gesamte laterale Ausdehnung der LTB-Schicht hinweg. Statt mit diffusem Licht kann auch mit gerichtetem kollimierten Licht gemessen werden. Da ohnehin eine Kalibrierung des Systems aus den Lichtquellen 46 bzw. 47 und der Kamera 45 durchgeführt werden muss (ohne optisches Element 1, z. B. gegen Reinstwasser und einer Hilfsplatte), ist dies eben falls möglich, allerdings muss dann sowohl die Lichtquelle 46 bzw. 47 als auch die Kamera 45 geschwenkt werden.
In 34 ist die oben beschriebene Konfiguration dargestellt. Die mit einem Kollimator versehene Lichtquelle 49 kann in einer ersten Stellung A in Reflexion verwendet werden; in diesem Fall wird als Einkoppelkörper der Quader 44 durchstrahlt. In einer zweiten Stellung B der Lichtquelle 49 wird eine Transmissionsmessung vorgenommen. In diesem Fall wird der Quader 50 als Einkoppelkörper durchstrahlt.

Claims

Optisches Element (1) aus mindestens zwei dauerhaft mit einander verbundenen Teilkomponenten (2, 3), wobei sich mindestens bereichsweise zwischen den Teilkomponenten (2, 3) eine die Teilkomponenten (2, 3) miteinander verbindende Zwischenschicht befindet, wobei die Zwischenschicht als anorganische Schicht ausgebildet ist, die Siliziumoxidbrücken enthält und im Wesentlichen in einer zu der optischen Achse parallelen Ebene verläuft.
Optisches Element (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkomponenten (2, 3) kristallinen Quarz, Lu-Ag oder NdYAG enthalten.
Optisches Element (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens einen optisch genutzten und mindestens einen optisch nicht genutzten Bereich zeigt, dadurch gekennzeichnet, dass sich die in dem optisch genutzten und dem optisch nicht genutzten Bereich angeordneten Teilkomponenten (2, 3) hinsichtlich ihrer Materialbeschaffenheit unterscheiden.
Optisches Element (1) nach Anspruch 1, bei dem es sich um eine Phasenverzögerungsplatte für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie handelt.
Verfahren zum Verbinden zweier optischer Teilkomponenten (2, 3) mittels einer als anorganische Schicht ausgebildeten und Siliziumoxidbrücken enthaltenden Zwischenschicht, wobei die anorganische Zwischenschicht unter Verwendung einer alkalischen Lösung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkomponenten (2, 3) vor dem endgültigen Verbinden unter Einwirkung der alkalischen Lösung im wesentlichen parallel zu einer der bzw. beiden zu verbindenden Oberflächen gegeneinander bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die alkalische Lösung KOH, LiOH oder NaOH enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilkomponente (2) eine amorphe und die zweite Teilkomponente (3) eine kristalline Struktur zeigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass beide Teilkomponenten (2, 3) eine kristalline Struktur zeigen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Dicke einer der Teilkomponenten (2, 3) zu der Dicke der Zwischenschicht einen Wert von 80000:1, bevorzugt von 120000:1, besonders bevorzugt von 150000:1 zeigt.
Verfahren zur Überwachung des Aushärteprozesses einer LTB-Schicht (17) in einem optischen Element (1), wobei die laterale Intensitätsverteilung von mit der LTB-Schicht (17) wechselwirkenden elektromagnetischer Strahlung nach der Wechselwirkung ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Wechselwirkung um Reflexion und/oder Transmission handelt.
Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein optisches Element (1) aus zwei Teilkomponenten (2, 3) enthält, die mittels einer Low Temperature Bonding-Schicht mit einander verbunden sind.
Verfahren zum Verbinden zweier Teilkomponenten (2, 3) eines optischen Elementes (1) an einer Fügestelle (40) mittels eines Low Temperature Bonding Verfahrens, wobei sich während des Verbindungsvorganges die Fügestelle zwischen den Teilkomponenten (2, 3) mindestens zeitweise unterhalb des Flüssigkeitspiegels in einem Bad aus einer alkalischen Flüssigkeit (38) befindet.
Verfahren zum Verbinden zweier Teilkomponenten (2, 3) eines optischen Elementes (1) mittels eines Low Temperature Bonding Verfahrens, wobei zum Verbinden eine alkalische Lösung, die LiOH enthält, verwendet wird.
Phasenverzögerungselement für die Halbleiterlithographie, mit einer auf einem Träger (16) angeordneten anisotropen Kristallplatte (11), wobei die anisotrope Kristallplatte (11) mit dem Träger (16) mittels einer anorganischen Schicht (17), die Siliziumoxidbrücken enthält, verbunden ist.
Phasenverzögerungselement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die anisotrope Kristallplatte (11) SiO₂, MgF₂, Al₂O₃, oder LaF₃ enthält.
Phasenverzögerungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die anisotrope Kristallplatte (11) ein Dicken/Durchmesserverhältnis von kleiner als 1/10000, insbesondere kleiner als 1/100000 aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Phasenverzögerungselementes für die Halbleiterlithographie, mit den folgenden Schritten: – Aufkitten einer anisotropen Kristallplatte (11) auf eine erste Hilfsplatte (10) – Läppen der der ersten Hilfsplatte (10) abgewandten Seite der anisotropen Kristallplatte (11) – Polieren der der ersten Hilfsplatte (10) abgewandten Seite der anisotropen Kristallplatte (11) – Aufkitten der anisotropen Kristallplatte (11) mit der der ersten Hilfsplatte (10) abgewandten Seite auf einen Trägerkörper (13) – Parallelisieren der Außenflächen des Trägerkörpers (13) – Durchtrennen der anisotropen Kristallplatte (11) – Endbearbeitung der anisotropen Kristallplatte (11) bis auf eine endgültige Dicke – Aufbringen der anisotropen Kristallplatte (11) auf einen endgültigen Träger (16) mittels eines Low Temperature Bonding-Verfahrens.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der anisotropen Kristallplatte (11) auf den endgültigen Träger (16) vor der Endbearbeitung der anisotropen Kristallplatte (11) erfolgt.
Optisches Element (1) mit mindestens zwei dauerhaft mit einander verbundenen Teilkomponenten (2, 3), wobei sich zwischen den Teilkomponenten (2, 3) ein im wesentlichen äquidistanter Spalt (8) mit einer mittleren Breite von kleiner als 50 nm befindet, und sich mindestens bereichsweise zwischen den Teilkomponenten (2, 3) eine die Teilkomponenten (2, 3) miteinander verbindende Zwischenschicht (5) befindet, wobei die feste Verbindung der Teilkomponenten (2, 3) dadurch erreicht wird, dass die Zwischenschicht (5) mindestens bereichsweise an beiden Teilkomponenten (2, 3) fest haftend ausgebildet ist.
Optisches Element (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (5) als organische Kleberschicht ausgebildet ist.
Optisches Element (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (5) als anorganische Schicht ausgebildet ist, die Siliziumoxidbrücken enthält.
Optisches Element (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Abstandsschicht (4) zur Sicherung der Breite des Spaltes (8) zwischen den Teilkomponenten (2, 3) vorhanden ist.
Optisches Element (1) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Zwischenschicht (5) mindestens teilweise in einem optisch aktiven Bereich des optischen Elementes (1) befindet.
Verfahren zum dauerhaften Verbinden mindestens zweier Teilkomponenten (2, 3) eines optischen Elements (1), wobei die Teilkomponenten (2, 3) mittels einer Zwischenschicht (5) verbunden werden und die mindestens zwei Teilkomponenten (2, 3) entlang der einander zugewandten Flächen im wesentlichen äquidistant mit einem Abstand von kleiner als 50 nm von einander beabstandet werden.