DE102008040286A1

DE102008040286A1 - Optisches Element und Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie

Info

Publication number: DE102008040286A1
Application number: DE102008040286A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Schuster
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2007-09-19
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2009-04-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Element (5) mit einem ersten Teilelement (1) und einem zweiten Teilelement (4) sowie einer zwischen dem ersten und dem zweiten Teilelement (1, 4) angeordneten Zwischenschicht (2), wobei die Zwischenschicht (2) eine sich mit abnehmendem Abstand von dem zweiten Teilelement (4) ändernde Struktur aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein optisches Element (5) mit einem ersten Teilelement (1), einem zweiten Teilelement (4) sowie einer zwischen den Teilelementen (1, 4) angeordneten Zwischenschicht (2), wobei die Zwischenschicht (2) mit einem der Teilelemente (1, 4), insbesondere mit dem zweiten Teilelement (4), über eine LTB-Schicht (3) verbunden ist, sowie eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit dem erfindungsgemäßen optischen Element (5) und Verfahren zur Herstellung der optischen Elemente (5).

Description

Die Erfindung betrifft ein aus mehreren Teilelementen aufgebautes optisches Element sowie Verfahren zur Herstellung derartiger Elemente. In verschiedensten Anwendungen, insbesondere auch auf dem Gebiet der Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie, müssen immer wieder optische Bauteile dauerhaft miteinander verbunden werden. Eine verbreitete Variante zum Verbinden optischer Bauteile ist beispielsweise das Zusammenfügen mit organischen Kitten. Diese Methode unterliegt jedoch gewissen Einschränkungen; zwar ist eine Kittverbindung in einer Projektionsbelichtungsanlage bei einer verwendeten elektromagnetischen Strahlung von 365 nm und moderater Strahlungsleistung noch hinreichend stabil, allerdings verliert die genannte Kittverbindung bei der Verwendung von elektromagnetischer Strahlung kürzerer Wellenlängen, insbesondere in einem Wellenlängenbereich von 248 nm und 193 nm erheblich an Stabilität, da das kurzwellige hochenergetische Laserlicht die organischen Molekülbindungen mit der Zeit aufbricht.
Ein möglicher Ansatz zum Schutz von Verbindungsmaterialien optischer Elemente vor der Einwirkung von elektromagnetischer Strahlung im ultravioletten Spektralbereich ist in der US-Patentanmeldung US 2006/0033984A1, die auf die Anmelderin zurückgeht, offenbart. In der genannten Schrift ist beschrieben, eine im optisch nicht genutzten Bereich eines optischen Elementes angeordnete Verbindungsschicht mit einer Fassung durch eine UV-undurchlässige Schutzschicht von der optischen Nutzstrahlung, der das optische Element im Betrieb ausgesetzt ist, abzuschirmen. Dabei ist die UV-undurchlässige Schutzschicht mit dem optischen Element mittels einer haftvermittelnden Zwischenschicht verbunden, die eine sich über ihre Dicke ändernde Struktur, insbesondere eine sich ändernde chemische Zusammensetzung aufweist, wodurch eine verbesserte Haftung der Zwi schenschicht sowohl an dem optischen Element als auch an der Schutzschicht erreicht wird.
Es ist ferner üblich, Teilelemente optischer Elemente durch das sogenannte Ansprengen miteinander zu verbinden; dabei wird von der physikalischen Tatsache Gebrauch gemacht, dass zwei hochgenau oftmals plan bearbeitete Oberflächen allein aufgrund der atomaren Kräfte sehr gut aneinander haften. Eine Variante dieser Vorgehensweise unter Verwendung einer amorphen Zwischenschicht ist in der europäischen Patentschrift EP 1 063 551 B1 offenbart, die auf die Anmelderin zurückgeht.
Als Alternative zu der Verwendung eines organischen Kittes oder zum Ansprengen kommt das „Low Temperature Bonding" (LTB) Verfahren in Frage, bei dem zwei Partner im alkalischen Milieu unter Bildung von Oxidbrücken dauerhaft miteinander verbunden werden; eine LTB-Schicht ist vom Grundsatz her geeignet, der hochenergetischen Laserstrahlung dauerhaft standzuhalten. Allerdings ergibt sich in diesem Fall die Problematik, dass bestimmte Kristallarten in den Objektiven und Beleuchtungseinrichtungen der Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie nicht mit LTB gefügt werden können, da der grundsätzliche Mechanismus von LTB hier versagt. Eine Kristalloberfläche, die keine Wechselwirkung mit der alkalischen Flüssigkeit des LTB Verfahrens eingeht, ist der Anwendung des genannten Verfahrens grundsätzlich nicht zugänglich. Zu den genannten Kristallmaterialien gehören praktisch alle Fluoridkristalle, einzelne chemisch besonders stabile Oxide, aber auch Karbide, Nitride und z. B. Diamant. Die grundlegenden Mechanismen und eine Vielzahl von Varianten von LTB-Verfahren sind in den US-Patentschriften US 6 284 085 B1 sowie US 6 548 176 B1 beschrieben.
Besonders wünschenswert ist es beispielsweise, eine CaF₂ Linse als letzte Linse vor der Wasserschicht bei der Immersionslithographie mit einen wirksamen Schutz zu versehen; leider ist die besonders attraktive Lösung, nämlich Verbinden einer dicken glasigen Quarzglasscheibe mit der CaF₂ Linse in diesem Fall aufgrund der oben dargestellten Schwierigkeiten problematisch.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Element und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, das aus verschiedenen, dauerhaft miteinander verbundenen Teilelementen besteht, wobei mindestens zwei der Teilelemente insbesondere über eine LTB Schicht miteinander verbunden sein können. Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie anzugeben, die optische Elemente aus stabil und dauerhaft zusammengefügten Teilkomponenten enthält.
Diese Aufgaben werden durch das optische Element, die Verfahren und die Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 18, 27, 28 und 43 gelöst. Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.
Das erfindungsgemäße optische Element zeigt ein erstes Teilelement, das beispielsweise MgF₂, SrF₂, BaF₂, LaF₃, CaF₂ oder Al₂O₃ jeweils in kristalliner Form enthält, ein zweites Teilelement sowie eine zwischen dem ersten und dem zweiten Teilelement angeordnete beispielsweise SiO₂ enthaltende Zwischenschicht, wobei die Zwischenschicht eine sich mit abnehmendem Abstand zu dem zweiten Teilelement ändernde Struktur aufweist. Unter Struktur wird im Folgenden sowohl die chemische als Struktur im Sinne einer Materialzusammensetzung als auch die physikalische Struktur der Zwischenschicht verstanden.
Dabei kann die Zwischenschicht weiterhin oxidische, fluoridische, nitridische oder karbidische Verbindungen, insbesondere mindestens einen der Stoffe Al₂O₃·MgO·3SiO₂, Al₂O₃·SiO₂·KO, Al₂O₃·SiO₂·2K, CaNa₂SiO₄, CaNa₄Si₃O₉, MgONa₂SiO₂, Al₂O₃, LaF₃, MgF₂, BaF₂, CaF₂, CeF₃, PrF₃, NdF₃, DyF₃, GdF₃, SiC, Si₃N₄, MgO, BN, B₄C enthalten. Die vorstehend genannten siliziumhaltigen Verbindungen weisen einen höheren Brechungsindex als Quarzglas auf, was für einige Anwendungen vorteilhaft sein kann. Darüber hinaus zeigen insbesondere einige sauerstoffhaltige Verbindungen das Potenzial zur Bildung von Oxidbrücken, insbesondere von Si-O-Si oder Al-O-A1 Brücken, was eine Voraussetzung für die Anwendung des nachfolgend beschriebenen LTB Verfahrens darstellt. Darüber hinaus besitzen DyF₃ und GdF₃ den Vorteil, dass sie ausgesprochen gut durchlässig für UV-Strahlung im Bereich um 193 nm sind, so dass sie vorteilhaft beispielsweise in einem optischen Element einer UV-Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie eingesetzt werden können. Die Zwischenschicht wird auf dem ersten Teilelement durch Aufdampfen oder Abscheiden aufgebracht.
Ferner kann die Zwischenschicht im Wesentlichen orthogonal zu der Richtung der optischen Achse eines optischen Systems verlaufen, in dem das optische Element bei bestimmungsgemäßen Gebrauch verwendet wird verlaufen; insbesondere kann die Richtung der Zwischenschicht einen Winkel von 80°–100° mit der Richtung der optischen Achse einschließen. Mit anderen Worten verläuft in diesem Fall der Normalenvektor auf der Schichtebene der Zwischenschicht mit einer Abweichung von betragsmäßig ca. 10° in Richtung der genannten optischen Achse.
Die erfindungsgemäße Zwischenschicht kann in vorteilhafter Weise mit dem zweiten Teilelement über eine LTB-Schicht verbunden werden. Durch die vorstehend beschriebenen besonderen Eigenschaften der Zwischenschicht wird es möglich, Materialien, die ohne weitere Maßnahmen einer Verbindung mittels einer LTB-Schicht nicht zugänglich wären, dauerhaft zusammenzufügen. Dabei kann die Zwischenschicht – wie vorstehend beschrieben – eine sich mit abnehmendem Abstand zu dem zweiten Teilelement ändernde Struktur aufweisen oder auch als Variante der Erfindung homogen in der genannten Richtung ausgebildet sein.
Unter einer LTB-Schicht wird im folgenden insbesondere eine Schicht verstanden, die Oxidbrücken enthält wie bspw. diejenigen Schichten, die unter Verwendung der in den bereits genannten Schriften US 6 284 085 B1 sowie US 6 548 176 B1 Verfahren hergestellt wurden bzw. eine der dort vorgestellten Strukturen zeigen.
Selbstverständlich sind als Verbindungen zwischen der Zwischenschicht und einem der beiden Teilelemente noch weitere Verbindungsarten wie bspw. Klebeverbindungen, Ansprengungen, haftvermittelnde insbesondere oxidische oder fluoridische Schichten oder aufgeschmolzene Bereiche denkbar.
Zur Vorbereitung des Aufbringens der Zwischenschicht wird das Material des ersten Teilelementes optisch feinst bearbeitet (Politurqualität hoher Güte) und anschließend extrem gut gereinigt (Ultraschallbad, Konstantabtrag mittels IBF, kurzwelliges Licht, reaktive Gase). Da die LTB-Schicht selbst nur wenige 100 nm dick ist, darf die Variation der zu paarenden Grenzflächen nur ca. 10–30% der LTB Dicke erreichen. Dies bedeutet eine Oberflächengenauigkeit des ersten Teilelementes von ca. 15–40 nm. Nach der Reinigung wird eine vorzugsweise oxidische Schicht als Zwischenschicht aufgebracht. Ein besonders bevorzugtes Material ist Quarz, da dieses als Schicht sich amorph abscheiden lässt. Bekannte Verfahren sind thermisches und Innenstrahl unterstütztes Aufdampfen. Geeignet sind alle Schichtaufbringverfahren, die zum Ergebnis eine kompakte und auf dem Träger fest verankerte oxidische Schicht ermöglichen, insbesondere von amorphem Quarz.
Über eine alkalische, insbesondere eine wässrige KOH Lösung wird nun eine SiO₂-Platte als zweites Teilelement an die Quarzschicht angebunden. Der Prozess ist abgeschlossen, sobald das freigesetzte Wasser entlang der Grenzfläche der zusammengefüg ten Teilelemente seitlich ausdiffundiert ist.
Alternativen zu der Verwendung von KOH-Lösungen bestehen in der Verwendung von weiteren Stoffen, die geeignet sind, OH^–-Ionen zu bilden, insbesondere NaOH, Ca(OH)₂, Sr(OH)₂, NH₄OH, CH₃CH₂ONa, (NaPO₃)₆ oder KOC₂H₅. In der Regel wird sich eine alkalische Silikatlösung im Bereich der zu verbindenden Flächen bilden; eine derartige Lösung kann auch vorab durch das Zugeben von Si-haltigen Stoffen in die alkalische Lösung bereitgestellt werden.
Da der Prozess der Ausdiffusion des Wassers unter Umständen einen Zeitraum von mehreren Wochen einnehmen kann, besteht das Risiko, dass die aufgebrachte Quarzschicht eine verminderte Haftung an der Oberfläche des ersten Teilelementes zeigt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die aufgebrachte Quarzschicht eine geringe Dicke aufweist. Die Struktur der benachbarten Schichten ändert sich während des Prozesses der Ausdiffusion ständig. Diesem unerwünschten Effekt kann dadurch entgegengewirkt werden, dass auf das erste Teilelement vor dem Aufbringen der Quarzschicht eine weitere Schicht aufgebracht wird, die gegenüber KOH eine geringere Löslichkeit als SiO₂ aufweist.
Mit anderen Worten nimmt die Löslichkeit der Zwischenschicht gegenüber einem alkalischen Milieu mit abnehmendem Abstand von dem ersten Teilelement diskret oder auch kontinuierlich, gegebenenfalls linear, ab. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Zwischenschicht SiO₂ enthält und der SiO₂-Anteil in der Zwischenschicht mit abnehmendem Abstand von dem ersten Teilelement kontinuierlich, insbesondere linear abnimmt. Ein derartiger kontinuierlicher Schichtverlauf kann z. B. durch ein simultanes Verdampfen, insbesondere eine durch einen Innenstrahl unterstützte Verdampfung erzeugt werden. Eine derartige Maßnahme verbessert die physikalische Verankerung der kontinuierlichen Schicht mit den zu fügenden Partnern maßgeblich. Wird eine Mischschicht aus Al₂O₃ und SiO₂ für die Zwi schenschicht gewählt, empfiehlt sich eine Wahl von α-Al₂O₃ (nicht hygroskopisch), da γ-Al₂O₃ sehr hygroskopisch ist.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung beträgt der SiO₂-Anteil in dem dem zweiten Teilelement benachbarten Bereich der Zwischenschicht ca. 100%. Ebenso ist es von Vorteil, wenn der Anteil eines Bestandteils, insbesondere eines oder mehrerer der Stoffe Al₂O₃, Al₂O₃·MgO·3SiO₂, LaF₃, MgF₂, BaF₂, CaF₂, CeF₃, PrF₃, NdF₃, SiC, Si₃N₄, C, MgO, BN, B₄C in der Zwischenschicht mit abnehmendem Abstand von dem zweiten Teilelement kontinuierlich, insbesondere linear abnimmt; ferner kann der Anteil eines Bestandteils in der Zwischenschicht in dem dem ersten Teilelement benachbarten Bereich der Zwischenschicht ca. 100% betragen.
Das zweite Teilelement kann insbesondere ein oxidisches Glas (SiO₂), LaF₃ oder MgF₂ enthalten.
Auch eine Realisation des ersten Teilelements als einachsiger fluoridischer Kristall, insbesondere mit dem Bestandteil LaF₃ und/oder MgF₂ und des zweiten Teilelementes als isotroper fluoridischer Kristall, insbesondere mit dem Bestandteil CaF₂, LiF, BaF₂, und/oder SrF₂ ist denkbar. Dazu ist jeweils eine Zwischenschicht auf das erste Teilelement und eine Zwischenschicht auf das zweite Teilelement aufzubringen und zu bonden. Die Kristallachse des einachsigen Kristalls kann dabei im Wesentlichen orthogonal zu der Richtung der optischen Achse eines optischen Systems verlaufen, in dem das optische Element (5) bei bestimmungsgemäßen Gebrauch verwendet wird; insbesondere kann die Richtung der Kristallachse einen Winkel von 80°–100° mit der Richtung der optischen Achse einschließen.
Das erfindungsgemäße optische Element kann insbesondere in Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie verwendet werden.
Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine erste Variante der Erfindung;
3 eine weitere Variante der Erfindung;
4 eine Ausführungsform der Erfindung, bei der sich die Zusammensetzung der Zwischenschicht kontinuierlich ändert;
5 ein Diagramm zur Verdeutlichung der in 4 dargestellten Situation;
6 eine Ausführungsform der Erfindung, bei der das optische Element als Phasenverzögerungselement realisiert ist;
7 eine Variante zu der in 6 dargestellten Ausführungsform, bei der die Zwischenschicht mehrere Teilschichten aufweist;
8 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Struktur der Zwischenschicht;
9 eine Variante mit zwei Zwischenschichten.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der das letzte optische Element 5 eines nicht dargestellten Projektionsobjektives auf die erfindungsgemäße Weise realisiert ist. Das erste Teilelement 1 des optischen Elements 5 wird dabei durch die CaF₂-Linse gebildet, die über eine ca. 400 nm dicke SiO₂-Schicht als Zwischenschicht 2 und einer 200 nm-dicken LTB-Schicht 3 mit einer ca. 50 μm-dicken SiO₂-Platte als zweitem Teilelement 4 verbunden ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde dabei in 1 auf eine maßstäbliche Darstellung verzichtet. Das als SiO₂-Platte ausgebildete zweite Teilelement 4 wirkt dabei als mechanischer Schutz des als CaF₂-Linse ausgebildeten ersten Teilelements 1. An das als SiO₂-Platte ausgebildete zweite Teilelement schließt sich eine Schicht mit Immersionsflüssigkeit 6 an, die den Wafer 7 bedeckt.
2 zeigt eine Variante zu der in 1 dargestellten Ausführungsform, bei der das erste Teilelement 1 des optischen Elements 5 mit dem zweiten Teilelement 4 über die Zwischenschicht 2 und die LTB-Schicht 3 verbunden ist, wobei die Zwischenschicht 2 die beiden Teilschichten 21 und 22 aufweist. Dabei besteht die Teilschicht 21 aus SiO₂ und die Teilschicht 22 aus Al₂O₃·MgO·3SiO₂. Durch diese Anordnung der Teilschichten 21 und 22 wird erreicht, dass die Löslichkeit der Zwischenschicht 2 im alkalischen Milieu mit abnehmendem Abstand von dem ersten Teilelement 1 erheblich abnimmt.
3 zeigt eine weitere Variante der Erfindung, bei der die Zwischenschicht 2, die zwischen dem ersten Teilelement 1, der LTB-Schicht 3 und dem zweiten Teilelement 4 angeordnet ist, drei Teilschichten 21, 22 und 23 aufweist. Wie in 2 besteht auch in diesem Fall die Teilschicht 21 aus SiO₂ und die Teilschicht 22 aus Al₂O₃·MgO·3SiO₂, hinzu kommt in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel noch eine weitere Teilschicht 23, die aus α-Al₂O₃ besteht.
Auch in diesem Fall nimmt die Löslichkeit im alkalischen Milieu mit abnehmendem Abstand von der Teilschicht 23 ab.
In 4 ist eine Variante der Erfindung dargestellt, bei der sich die Zusammensetzung der Zwischenschicht 2 nicht, wie in den 2 und 3 dargestellt, diskret, sondern kontinuierlich ändert. Wie aus 4 hervorgeht, zeigt die zwischen dem ersten Teilelement 1, der LTB-Schicht 3 sowie dem zweiten Teilelement 4 angeordnete Zwischenschicht in ihrer unmittelbaren Nachbarschaft zum ersten Teilelement 1 einen 100%-igen An teil von Al₂O₃ bzw. Al₂O₃·MgO·3SiO₂, während in diesem Bereich der Anteil des SiO₂ 0% beträgt. Wie in 4 dargestellt, kehren sich die Mischungsverhältnisse jedoch mit abnehmendem Abstand von der LTB-Schicht 3 und damit von dem zweiten Teilelement 4 um, sodass in dem der LTB-Schicht 3 benachbarten Bereich der Anteil des SiO₂ in der Zwischenschicht 2 100% beträgt.
In 5 sind die Verhältnisse noch einmal in der Art eines Diagramms dargestellt. Dabei entspricht der linke Teil der 5 dem dem zweiten Teilelement 4 benachbarten Bereich, während der rechte Teil der 5 dem dem ersten Teilelement 1 benachbarten Bereich entspricht. Die Dicke der in 4 dargestellten Zwischenschicht 2 und der LTB-Schicht 3 ist dabei vorzugsweise so bemessen, dass durch die Zwischenschicht 2 und die LTB-Schicht 3 keine reflexionserhöhenden Effekte auftreten; dabei ist es ganz besonders vorteilhaft, die Schichten 2 bzw. 3 als λ/4-Schichten mit entspiegelnder Wirkung auszulegen bzw. zusätzlich derartige Schichten vorzusehen.
6 zeigt eine weitere Variante der Erfindung, bei der das optische Element 5 als Phasenverzögerungselement ausgebildet ist. Das erste Teilelement 1 ist dabei als MgF₂-Kristallplatte, beispielsweise einer Dicke von ca. 8,5 μm, ausgebildet, deren optische Achse in der Ebene der Kristallplatte liegt. Auf der MgF₂-Kristallplatte ist eine erste Entspiegelungsschicht 8 angeordnet. Zwischen der MgF₂-Kristallplatte und dem als SiO₂-Glasträger ausgebildeten zweiten Teilelement 4 ist als Zwischenschicht 2 eine amorphe SiO₂-Schicht sowie die LTB-Schicht 3 angeordnet. Das als SiO₂-Glasträger ausgebildete zweite Teilelement 4 ist auf seiner der Zwischenschicht 2 abgewandten Seite mit einer zweiten Entspiegelungsschicht 9 versehen.
7 zeigt eine erste Variante des in 6 dargestellten Phasenverzögerungselements. In der in 7 dargestellten Ausführungsform besteht die zwischen der LTB-Schicht 3, dem als glasigen SiO₂-Träger ausgebildeten zweiten Teilelement 4 und dem als LaF₃- oder MgF₂-Kristall ausgebildeten ersten Teilelement 1 angeordnete Zwischenschicht 2 aus den amorphen drei Teilschichten 21, 22 und 23. Dabei handelt es sich bei der Teilschicht 21 um eine SiO₂-Schicht, bei der Teilschicht 22 um eine Al₂O₃·MgO·3SiO₂-Schicht sowie bei der Teilschicht 23 um eine Al₂O₃-Schicht. Alternativ kann das erste Teilelement 1 auch als kristalline Al₂O₃-Schicht mit einer optischen Achse in Schichtebene ausgeführt sein.
Die in den 6 und 7 dargestellten Ausführungsformen der Erfindung erlauben es, die einachsigen doppelbrechenden Kristalle (MgF₂, LaF₃, Al₂O₃) mittels der vorgeschlagenen Zwischenschichten mit Hilfe von LTB als phasenverzögernde Materialien vorteilhaft zu verwenden und insbesondere wirtschaftlich herzustellen.
Auch für die Anwendung für Phasenverzögerungsplatten ist eine kontinuierliche Änderung der Zusammensetzung der Zwischenschicht 2 denkbar. 8 zeigt die Verhältnisse in Diagrammform; dabei entspricht der linke Bereich von 8 der dem zweiten Teilelement 4 zugewandten Seite, während der rechte Teil der 8 der dem ersten Teilelement 1 zugewandten Seite der Zwischenschicht 2 entspricht. Dabei handelt es sich bei dem zweiten Teilelement insbesondere um ein glasiges SiO₂ enthaltendes Teilelement, während es sich bei dem ersten Teilelement 1 typischerweise um ein kristallines Teilelement, vorzugsweise aus CaF₂, MgF₂, LaF₃ handelt. Die Zwischenschicht 2 kann insbesondere aus einer Mischung von SiO₂ und LaF₃ bzw. MgF₂ bestehen.
In 9 ist eine weitere Variante der Erfindung dargestellt, bei der sich die LTB-Schicht 3 zwischen den Zwischenschichten 2 und 2' befindet. An die Zwischenschicht 2', die einen kontinuierlichen Verlauf von bspw. MgF₂ zu SiO₂ zeigt, schließt sich dabei das erste optische Teilelement 1 an, das bspw. MgF₂ enthält. Dabei geht der kontinuierliche Verlauf von MgF₂ zu SiO₂ vom ersten Teilelement 1 aus. Ferner schließt sich an die Zwischenschicht 2, die ausgehend von der LTB-Schicht 3 einen kontinuierlichen Verlauf von SiO₂ zu bspw. MgF₂ zeigt, das zweite als isotroper Kristall ausgebildete optische Teilelement 4 an, das bspw. CaF₂ enthält.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1063551 B1 [0003]
- US 6284085 B1 [0004, 0012]
- US 6548176 B1 [0004, 0012]

Claims

Optisches Element (5) mit einem ersten Teilelement (1) und einem zweiten Teilelement (4) sowie einer zwischen dem ersten und dem zweiten Teilelement (1, 4) angeordneten Zwischenschicht (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (2) eine sich mit abnehmendem Abstand zu dem zweiten Teilelement (4) ändernde Struktur aufweist.
Optisches Element (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der Zwischenschicht (2) einen Winkel von ca. 80° bis 100° mit der Richtung der optischen Achse eines optischen Systems einschließt, in dem das optische Element (5) bei bestimmungsgemäßen Gebrauch verwendet wird.
Optisches Element (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilelement (1) MgF₂, LaF₂, LaF₃, CaF₂ oder Al₂O₃ jeweils in kristalliner Form enthält.
Optisches Element (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (2) SiO₂ enthält.
Optisches Element (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (2) oxidische, fluoridische, nitridische oder karbidische Verbindungen, insbesondere mindestens einen der Stoffe Al₂O₃·MgO·3SiO₂, Al₂O₃·SiO₂·KO, Al₂O₃·SiO₂·2K, CaNa₂SiO₄, CaNa₄Si₃O₉, MgONa₂SiO₂, Al₂O₃, LaF₃, MgF₂, BaF₂, CaF₂, CeF₃, PrF₃, NdF₃, DyF₃, GdF₃, SiC, Si₃N₄, MgO, BN oder B₄C enthält.
Optisches Element (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Löslichkeit der Zwischenschicht (2) gegenüber einem alkalischen Milieu in Richtung des ersten Teilelements (1) abnimmt.
Optisches Element (5) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Löslichkeit der Zwischenschicht (2) gegenüber einem alkalischen Milieu in Richtung des ersten Teilelements (1) kontinuierlich abnimmt.
Optisches Element (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teilelement (4) SiO₂ enthält.
Optisches Element (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (2) SiO₂ enthält und der SiO₂-Anteil in der Zwischenschicht (2) in Richtung des ersten Teilelements (1) kontinuierlich abnimmt.
Optisches Element (5) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der SiO₂-Anteil in der Zwischenschicht (2) in Richtung des ersten Teilelements (1) linear abnimmt.
Optisches Element (5) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der SiO₂-Anteil in dem dem zweiten Teilelement (4) benachbarten Bereich der Zwischenschicht (2) ca. 100% beträgt.
Optisches Element (5) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil eines Bestandteils, insbesondere eines oder mehrerer der Stoffe Al₂O₃, Al₂O₃·MgO·3SiO₂, LaF₃, MgF₂, MgO, BaF₂, CaF₂, CeF₃, PrF₃, NdF₃, DyF₃ oder GdF₃ in der Zwischenschicht (2) in Richtung des zweiten Teilelements (4) kontinuierlich abnimmt.
Optisches Element (5) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil eines Bestandteils, insbesondere eines oder mehrerer der Stoffe Al₂O₃, Al₂O₃·MgO·3SiO₂, LaF₃, MgF₂, MgO, BaF₂, CaF₂, CeF₃, PrF₃, NdF₃, DyF₃ oder GdF₃ in der Zwischenschicht (2) in Richtung des zweiten Teilelements (4) linear abnimmt.
Optisches Element (5) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil eines Bestandteils, insbesondere eines oder mehrerer der Stoffe Al₂O₃, Al₂O₃·MgO·3SiO₂, LaF₃, MgF₂, MgO, BaF₂, CaF₂, CeF₃, PrF₃, NdF₃ in der Zwischenschicht (2) in dem dem ersten Teilelement (1) benachbarten Bereich der Zwischenschicht (2) ca. 100% beträgt.
Optisches Element (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (2) mit einem der Teilelemente (1, 4), insbesondere mit dem zweiten Teilelement (4) über eine LTB-Schicht (3) verbunden ist.
Optisches Element (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (2) mit einem der Teilelemente (1, 4) durch eine Klebeverbindung, eine Ansprengung, eine haftvermittelnde insbesondere oxidische oder fluoridische Schicht oder durch einen aufgeschmolzenen Bereich verbunden ist.
Optisches Element (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen Element (5) um ein Phasenverzögerungselement handelt.
Optisches Element (5) mit einem ersten Teilelement (1), einem zweiten Teilelement (4) sowie einer zwischen den Teilelementen (1, 4) angeordneten Zwischenschicht (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (2) mit einem der Teilelemente (1, 4), insbesondere mit dem zweiten Teilelement (4) über eine LTB-Schicht (3) verbunden ist.
Optisches Element (5) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der Zwischenschicht (2) einen Winkel von ca. 80°–100° mit der Richtung der optischen Achse eines optischen Systems einschließt, in dem das optische Element (5) bei bestimmungsgemäßen Gebrauch verwendet wird.
Optisches Element (5) nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (2) SiO₂ enthält.
Optisches Element (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche 18–20, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilelement (1) MgF₂ enthält.
Optisches Element (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen Element (5) um ein Phasenverzögerungselement handelt.
Optisches Element (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teilelement (4) ein fluoridisches Glas, insbesondere LaF₃, MgF₂ oder ein Berylliumfluoridglas enthält.
Optisches Element (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1–22, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem ersten Teilelement (1) um einen einachsigen fluoridischen Kristall, insbesondere mit dem Bestandteil LaF₃ und/oder MgF₂ und bei dem zweiten Teilelement (4) um einen isotropen fluoridischen Kristall, insbesondere mit dem Bestandteil CaF₂, LiF, BaF₂, und/oder SrF₂ handelt.
Optisches Element (5) nach Anspruch 24, bei dem die Kristallachse des einachsigen Kristalls einen Winkel von ca. 80°–100° mit der Richtung der optischen Achse eines optischen Systems einschließt, in dem das optische Element (5) bei bestimmungsgemäßen Gebrauch verwendet wird.
Optisches Element (5) nach Anspruch 18, dadurch gekenn zeichnet, dass eine zusätzliche Zwischenschicht (2') zwischen der LTB-Schicht (3) und dem zweiten Teilelement (4) vorhanden ist.
Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein optisches Element (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 26 enthält.
Verfahren zum Verbinden mindestens zweier optischer Teilelemente (1, 4) zu einem optischen Element (5), wobei die optischen Teilelemente (1, 4) mittels mindestens einer Zwischenschicht verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Zwischenschicht (2) eine sich in Richtung von dem ersten Teilelement (1) zu dem zweiten Teilelement (4) hin ändernde Struktur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der Zwischenschicht (2) einen Winkel von ca. 80°–100° mit der Richtung der optischen Achse eines optischen Systems einschließt, in dem das optische Element (5) bei bestimmungsgemäßen Gebrauch verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilelement (1) MgF₂, LaF₂, LaF₃, CaF₂ oder Al₂O₃ jeweils in kristalliner Form enthält.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 28–30, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (2) SiO₂ enthält.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 28–31, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (2) unter Verwendung von oxidischen, fluoridischen, nitridischen oder karbidischen Verbindungen, insbesondere mit mindestens einen der Stoffe Al₂O₃·MgO·3SiO₂, Al₂O₃·SiO₂·KO, Al₂O₃·SiO₂·2K, CaNa₂SiO₄, CaNa₄Si₃O₉, MgONa₂SiO₂, Al₂O₃, LaF₃, MgF₂, BaF₂, CaF₂, CeF₃, PrF₃, NdF₃, DyF₃, GdF₃, SiC, Si₃N₄, MgO, BN oder B₄C gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 28–32, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (2) in der Weise gebildet wird, dass ihre Löslichkeit gegenüber einem alkalischen Milieu mit abnehmendem Abstand von dem ersten Teilelement (1) insbesondere kontinuierlich abnimmt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 28–33, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teilelement (4) SiO₂ enthält.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 28–34, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (2) in der Weise gebildet wird, dass sie SiO₂ enthält und der SiO₂-Anteil in der Zwischenschicht (2) mit abnehmendem Abstand von dem ersten Teilelement (1) kontinuierlich, insbesondere linear, abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass der SiO₂-Anteil in dem dem zweiten Teilelement (4) benachbarten Bereich der Zwischenschicht (2) ca. 100% beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil eines Bestandteils, insbesondere eines oder mehrerer der Stoffe Al₂O₃, Al₂O₃·MgO·3SiO₂, LaF₃, MgF₂, MgO, BaF₂, CaF₂, CeF₃, PrF₃, NdF₃, DyF₃ oder GdF₃ in der Zwischenschicht (2) mit abnehmendem Abstand von dem zweiten Teilelement (4) kontinuierlich abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil eines Bestandteils, insbesondere eines oder mehrerer der Stoffe Al₂O₃, Al₂O₃·MgO·3SiO₂, LaF₃, MgF₂, MgO, BaF₂, CaF₂, CeF₃, PrF₃, NdF₃, DyF₃ oder GdF₃ in der Zwischen schicht (2) mit abnehmendem Abstand von dem zweiten Teilelement (4) linear abnimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil eines Bestandteils, insbesondere eines oder mehrerer der Stoffe Al₂O₃, Al₂O₃·MgO·3SiO₂, LaF₃, MgF₂, MgO, BaF₂, CaF₂, CeF₃, PrF₃, NdF₃ in der Zwischenschicht (2) in dem dem ersten Teilelement (1) benachbarten Bereich der Zwischenschicht (2) ca. 100% beträgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 28–39, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Zwischenschicht (2) und einem der Teilelemente (1, 4), insbesondere dem zweiten Teilelement (4), eine LTB-Schicht (3) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die LTB-Schicht (3) unter Verwendung eines Stoffes, der geeignet ist, OH^–-Ionen zu bilden, insbesondere unter Verwendung von NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Sr(OH)₂, NH₄OH, CH₃CH₂ONa, (NaPO₃)₆, KOC₂H₅ oder einer alkalischen Silikatlösung gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 28–41, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (2) mit einem der Teilelemente (1, 4) durch eine Klebeverbindung, eine Ansprengung, eine haftvermittelnde insbesondere oxidische oder fluoridische Schicht oder durch einen aufgeschmolzenen Bereich verbunden wird.
Verfahren zum Verbinden mindestens zweier optischer Teilelemente (1, 4) zu einem optischen Element (5), wobei die optischen Teilelemente (1, 4) mittels mindestens einer Zwischenschicht verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (2) mit einem der Teilelemente (1, 4), insbesondere mit dem zweiten Teilelement (4) über eine LTB- Schicht (3) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass die LTB-Schicht (3) unter Verwendung eines Stoffes, der geeignet ist, OH^–-Ionen zu bilden, insbesondere unter Verwendung von NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Sr(OH)₂, NH₄OH, CH₃CH₂ONa, (NaPO₃)₆, KOC₂H₅ oder einer alkalischen Silikatlösung gebildet wird.
Verfahren einem der Ansprüche 43 oder 44, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der Zwischenschicht (2) einen Winkel von ca. 80°–100° mit der Richtung der optischen Achse eines optischen Systems einschließt, in dem das optische Element (5) bei bestimmungsgemäßen Gebrauch verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 43–45, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (2) SiO₂ enthält.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 43–46, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilelement (1) MgF₂ enthält.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 28–47, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teilelement (4) ein fluoridisches Glas, insbesondere LaF₃, MgF₂ oder ein Berylliumfluoridglas enthält.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 28–47, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem ersten Teilelement (1) um einen einachsigen fluoridischen Kristall, insbesondere mit dem Bestandteil LaF₃ und/oder MgF₂ und bei dem zweiten Teilelement (4) um einen isotropen fluoridischen Kristall, insbesondere mit dem Bestandteil CaF₂, LiF, BaF₂, und/oder SrF₂ handelt.
Verfahren nach Anspruch 49, bei dem die Kristallachse des einachsigen Kristalls einen Winkel von ca. 80°–100° mit der Richtung der optischen Achse eines optischen Systems einschließt, in dem das optische Element (5) bei bestimmungsgemäßen Gebrauch verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Zwischenschicht (2') zwischen der LTB-Schicht (3) und dem zweiten Teilelement (4) gebildet wird.