DE102008041055A1

DE102008041055A1 - Transmittierendes optisches Element aus Magnesium-Aluminium-Spinell

Info

Publication number: DE102008041055A1
Application number: DE102008041055A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dr. Clauß; Yvonne Köhne; Christian Dr. Thiele
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2008-08-06
Filing date: 2008-08-06
Publication date: 2010-02-18
Also published as: WO2010015296A2; WO2010015296A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Element (133) zur Transmission von Strahlung bei Wellenlängen von weniger als 250 nm, insbesondere bei 193 nm, aus einem Magnesium-Aluminium-Spinell enthaltenden Material, wobei im Volumen des optischen Elements (133) das Verhältnis (V) des Aluminium-Anteils im Magnesium-Aluminium-Spinell zum Magnesium-Anteil im Magnesium-Aluminium-Spinell um weniger als 200 ppm, bevorzugt um weniger als 100 ppm, besonders bevorzugt um weniger als 50 ppm variiert und/oder im Bereich zwischen 2,0 und 2,2, bevorzugt im Bereich zwischen 2,02 und 2,10, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 2,04 und 2,08 liegt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Projektionsobjektiv und eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem solchen optischen Element, sowie ein Herstellungsverfahren für einen Rohling (1) zur Herstellung des optischen Elements (133).

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein optisches Element, insbesondere mit einem Durchmesser von mindestens 30 mm, zur Transmission von Strahlung bei Wellenlängen von weniger als 250 nm, insbesondere bei 193 nm, aus einem Magnesium-Aluminium-Spinell enthaltenden Material, sowie ein Projektionsobjektiv und eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem solchen optischen Element. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Rohlings für ein solches optisches Element.
Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie werden zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten Bauteilen verwendet. Eine derartige Projektionsbelichtungsanlage enthält neben einer Lichtquelle und einem Beleuchtungssystem zur Beleuchtung einer Photomaske oder Strichplatte, häufig Retikel genannt, ein Projektionsobjektiv, welches das Muster des Retikels auf ein lichtempfindliches Substrat, beispielsweise einen mit einem Photolack beschichteten Silizium-Wafer, projiziert.
Zur Erzeugung immer kleinerer Strukturen in der Größenordnung von weniger als 100 nm werden bislang vor allem drei Ansätze verfolgt: Erstens wird versucht, die bildseitige numerische Apertur NA der Projektionsobjektive immer weiter zu vergrößern. Zweitens wird die Wellenlänge des Beleuchtungslichts immer weiter verringert, vorzugsweise auf UV-Wellenlängen, insbesondere Wellenlängen unter 250 nm, beispielsweise 248 nm oder 193 nm. Schließlich werden noch weitere Maßnahmen zur Verbesserung der Auflösung genutzt, wie phasenschiebende Masken, Multipolbeleuchtung oder schiefe Beleuchtung.
Ein anderer Ansatz zur Erhöhung des Auflösungsvermögens ist die Immersionslithographie. Dabei wird in den Zwischenraum, der zwischen einem bildseitig letzten optischen Element, insbesondere einer Linse, des Projektionsobjektivs und dem Photolack, auch Resist genannt, oder einer anderen zu belichtenden lichtempfindlichen Schicht verbleibt, eine Immersionsflüssigkeit eingebracht. Projektionsobjektive, die für den Immersionsbetrieb ausgelegt sind, werden auch als Immersionsobjektive bezeichnet.
Die Vorteile der Immersionslithographie liegen darin begründet, dass durch die höhere Brechzahl der Immersionsflüssigkeit gegenüber dem Vakuum die Belichtungswellenlänge auf eine effektive Belichtungswellenlänge verringert wird. Dies geht mit einer Erhöhung der Auflösung und der Tiefenschärfe einher. Bei Verwendung von Immersionsflüssigkeiten mit hoher Brechzahl sind im Vergleich zu Systemen ohne Immersion erhebliche Erhöhungen des Einfallswinkels in den Resist möglich. Um den Vorteil hochbrechender Immersionsflüssigkeiten jedoch maximal ausnutzen zu können, ist es notwendig, dass auch das mit der Immersionsflüssigkeit in Kontakt stehende letzte optische Element des Projektionsobjektivs einen hohen Brechungsindex aufweist.
Als Material für optische Elemente in einem Objektiv einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie wird bei UV-Wellenlängen, insbesondere Wellenlängen unter 250 nm, in der Regel Quarzglas eingesetzt, welches bei einer Wellenlänge von 193 nm eine Brechzahl von ca. 1,56 aufweist. Weiterhin ist eine Reihe von hochbrechenden Materialen bekannt, die bei einer Wellenlänge von 193 nm einen Brechungsindex von 1,6 oder mehr aufweisen, unter anderem Magnesium-Aluminium-Spinell (MgAl₂O₄, Brechungsindex ca. 1,92), Lutetium-Aluminium-Granat (Lu₃Al₅O₁₂, Brechungsindex ca. 2,14), Yttrium-Aluminium-Granat (Y₃Al₅O₁₂, Brechungsindex ca. 2), Magnesiumoxid (MgO, Brechungsindex ca. 1,96), Saphir (Al₂O₃, Brechungsindex ca. 1,92) oder Mischungen aus diesen Materialien.
Diese aus hochbrechenden Materialien hergestellten optischen Elemente können entweder einkristallin oder polykristallin sein. In einkristallinen Materialien mit kubischer Kristallstruktur, wie MgO, CaO, SrO oder BaO, sowie Mischkristallen wie MgAl₂O₄ oder Li_1-xMg_xAl₂O₄ macht sich im Wellenlängenbereich unter 260 nm und noch starker bei kürzeren Arbeitswellenlängen wie 193 nm der Effekt der intrinsischen Doppelbrechung bemerkbar. Die durch die intrinsische Doppelbrechung hervorgerufene Abhängigkeit der Brechzahl vom Polarisationszustand des einfallenden Lichts beschränkt die Abbildungsqualität der mit diesen Materialien hergestellten Projektionsobjektive. Es sind daher aufwändige Kompensationsmaßnahmen, wie spezielle Objektiv-Designs mit Kombinationen verschiedener Linsenmaterialien oder Kristallorientierungen erforderlich, um eine ausreichende Abbildungsqualität solcher Projektionsobjektive zu gewährleisten.
In der WO 2006/061225 A1 wurde deshalb vorgeschlagen, optische Elemente aus polykristallinem hochbrechendem Material, insbesondere aus polykristallinem Magnesium-Aluminium-Spinell (MgAl₂O₄), in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie zu verwenden. Aufgrund der statistischen Ausrichtung der Kristallachsen der einzelnen kristallinen Einheiten, im Folgenden auch als Kristallite bezeichnet, in einem polykristallinen Festkörper geht der mittlere Wert der intrinsischen Doppelbrechung in allen Raumrichtungen gegen Null. Damit entfallen komplizierte Vorrichtungen zur Kompensation der intrinsischen Doppelbrechung. Magnesium-Aluminium-Spinell weist einen hohen Brechungsindex von mehr als 1,8 bei einer Wellenlänge von 193 nm auf und ist deshalb besonders geeignet für die Immersionslithographie.
Aus der WO 2008/074503 ist es bekannt, dass die meisten der in einem Linsen-Rohling enthaltenen Fremdelemente, die typischer Weise aus Übergangsmetallen (z. B. Fe, Cr, Mn) bestehen, in einem höheren Oxidationszustand eine größere Absorption aufweisen als in einem niedrigen Oxidationszustand, weil die Absorptionsbanden dieser Fremdelement-Ionen im höheren Oxidationszustand im Bereich der Nutzwellenlänge unterhalb von 250 nm liegen. Ferner ist es aus der WO 2008/074503 bekannt, dass die Transmission vermindert werden kann, wenn Aluminium-Ionen Gitterplätze besetzen, an denen in einem idealen Kristall Magnesium-Ionen angeordnet sind. Dieses Problem kann auftreten, wenn das Verhältnis zwischen dem Aluminium-Anteil im Magnesium-Aluminium-Spinell und dem Magnesium-Anteil im Magnesium-Aluminium-Spinell vom stöchiometrischen Verhältnis von 2:1 abweicht. Es wird dort angegeben, dass eine ausreichende Transmission bei einer Wellenlänge von 193 nm gewährleistet werden kann, wenn das Al/Mg-Verhältnis um höchstens 4% vom stöchiometrischen Verhältnis von 2:1 abweicht, wobei eine Abweichung von höchstens 2% bevorzugt ist.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Element aus einem Magnesium-Aluminium-Spinell enthaltenden Material, ein Projektionsobjektiv sowie eine Projektionsbelich tungsanlage mit einem solchen optischen Element, einen Rohling zur Herstellung eines solchen optischen Elements sowie ein Herstellungsverfahren für den Rohling anzugeben, die für den Einsatz in der (Immersions-)Lithographie geeignet sind.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein optisches Element der eingangs genannten Art, bei dem im Volumen des optischen Elements das Verhältnis des Aluminium-Anteils im Magnesium-Aluminium-Spinell zum Magnesium-Anteil im Magnesium-Aluminium-Spinell um weniger als 200 ppm, bevorzugt um weniger als 100 ppm, besonders bevorzugt um weniger als 50 ppm variiert.
Neben der Transmission eines optischen Elements ist auch das möglichst genaue Einhalten der durch das optische Design des optischen Systems vorgegebenen optischen Eigenschaften, insbesondere was den Brechungsindex betrifft, sehr wichtig für die optische Güte des Systems. Aus der Literatur ist es bekannt, dass die Zusammensetzung von Spinell, insbesondere das Verhältnis von Aluminium zu Magnesium, in weiten Grenzen variiert werden kann. So kann z. B. ein großer Überschuss von Aluminium in das Spinell-Gitter eingebaut werden, ohne dass die Spinell-Struktur hierdurch zusammenbricht. Allerdings war bislang nicht bekannt, ob bzw. wie stark die Variation der Zusammensetzung den Brechungsindex sowohl von einkristallinem als auch von polykristallinem Spinell-Material bei Wellenlängen von 250 nm oder weniger, speziell bei 193 nm verändert.
Für die quantitative Beschreibung wird folgende Definition eingeführt: Ideales Mg-Al-Spinell hat die chemische Zusammensetzung MgAl₂O₄. Im folgenden Text wird diese Bezeichnung weiterhin als Kurzform für die generelle Bezeichnung von Spinell beibehalten, auch wenn die Stöchiometrie vom idealen Wert abweicht. Eine Abweichung von der idealen Stöchiometrie wird jeweils beschrieben durch das Verhältnis V zwischen dem Aluminium-Anteil und dem Magnesium-Anteil an der gesamten Elementzusammensetzung. Etwaige Variationen der gemessenen Gesamt-Metallgehalte gegenüber dem Sauerstoff-Anteil, die messtechnisch schwierig zu erfassen sind, sind für diese Verhältnisbildung nicht relevant.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass bereits geringe Variationen des Verhältnisses V zu einer starken Variation des Brechungsindex n bei 193 nm führen, der im Folgenden auch als n(193) bezeichnet wird. Neben einem möglichst präzise eingehaltenen Absolutwert des Verhältnisses V ist es auch günstig, wenn das Verhältnis V über das Volumen des optischen Elements nur langsame Schwankungen erfährt, d. h. der Gradient des Al/Mg-Verhältnisses nicht zu groß wird, um eine hohe optische Homogenität zu erreichen. Auch die optische Homogenität kann durch geeignete Kontrolle der chemischen Zusammensetzung des optischen Elements verbessert werden. Für die Mikrolithographie sind an die optische Homogenität höchste Anforderungen zu stellen.
Für die Bewertung der optischen Homogenität wird, wie in 4 gezeigt ist, ein planparalleler, polierter Linsenrohling 200 („blank”) mit einem interferometrischen Verfahren vermessen, bei dem die durch Brechzahlvariationen innerhalb des Volumens des Linsenrohlings 200 hervorgerufene Deformation ΔL(x, y) einer ebenen optischen bzw. elektromagnetischen Welle 202 nach dem Durchtritt durch das Material des Linsenrohlings 200 ortsaufgelöst als Funktion des Ortes (x, y) quer zur Ausbreitungsrichtung z der ebenen Welle 202 erfasst wird. Bildet man den Quotienten aus der Wellenfront-Deformation ΔL(x, y) mit der Dicke D des von der Welle durchquerten optischen Materials des Linsenrohlings 200, so ergibt sich daraus der über die Dicke D gemittelte Wert der Abweichung der Brechzahl von der mittleren Brechzahl des gesamten Linsenrohlings 202: Δn = ΔL(x, y)/D.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass die wesentliche Ursache für die gemessene Verteilung Δn(x, y) die im Volumen des Linsenrohlings 202 auftretenden Variationen ΔV des Verhältnisses V(x, y, z) sind, wobei sich an einem festen Ort (x1, y1) die Abweichung von der mittleren Brechzahl Δn(x1, y1) als Summation (Integral) der am Ort (x1, y1) auftretenden Variationen des Verhältnisses V entlang der z-Richtung ergibt bzw. zu diesem Integral proportional ist: Δn(x1, y1) ~ ∫ (dV(x1, y1)/dz)dz
Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, das Verhältnis V über das ganze Volumen des optischen Elements hinweg möglichst konstant zu halten, d. h. an zwei beliebigen Punkten des Volumens des optischen Elements darf dieses Verhältnis höchstens innerhalb der oben angegebenen Grenzen variieren.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform liegt in dem Magnesium-Aluminium-Spinell die räumliche Variation des Verhältnisses V an zwei beliebigen Punkten des optischen Elements mit einem Abstand kleiner als 2 mm bei weniger als 50 ppm, bevorzugt bei weniger als 20 ppm. Auf diese Weise kann eine besonders hohe optische Homogenität des optischen Elements erzielt werden.
Wie den einschlägigen Experten bekannt ist, können aus der Verteilung Δn(x, y) durch geeignete mathematische Verfahren (Zernike-Entwicklung, Fourierfilterung) die langwelligen, langsam variierenden Anteile absepariert werden, wobei als untere Grenzfrequenz typischerweise ca. 1/cm gewählt werden kann. Die Standardabweichung des verbleibenden, schnell variiererenden Anteils der Funktion wird im Folgenden – wie allgemein üblich – als Maß verwendet, um die Qualität der optischen Homogenität zu erfassen:
wobei n – den über die Gesamtzahl N von Messwerten n_i gemittelten Brechungsindex bezeichnet.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform beträgt die Variation des vom Verhältnis V abhängigen Brechungsindex des Magnesium-Aluminium-Spinells des optischen Elements, definiert durch den Rest-RMS-Wert bei einer Wellenlänge von weniger als 250 nm, insbesondere bei 193 nm, weniger als 2 ppm, bevorzugt weniger als 0,5 ppm. Wird das Al/Mg-Verhältnis im Spinell möglichst genau festgelegt und weist dieses eine geringe räumliche Variation auf, so lässt sich eine hohe optische Homogenität erreichen, die sich in einem geringen Rest-RMS(root-mean-square)-Wert im Brechungsindex ausdrückt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform liegt das Verhältnis des Aluminium-Anteils zum Magnesium-Anteil im Bereich zwischen 2,0 und 2,2, bevorzugt im Bereich zwischen 2,02 und 2,10, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 2,04 und 2,08.
Experimente haben gezeigt, dass die Wahl des Verhältnisses V auch die Transmission des Magnesium-Aluminium-Spinells beeinflusst. Die Erfinder haben festgestellt, dass Proben mit besserer Transmission ein Al/Mg-Verhältnis aufweisen, das größer ist als das im idealen Spinell vorliegende Verhältnis von 2:1. Proben mit einem Magnesium-Überschuss, d. h. mit einem Verhältnis von weniger als 2:1, wiesen hingegen eine geringere Transmission auf. Abweichend vom im Stand der Technik herrschenden Vorurteil, das Al/Mg-Verhältnis solle möglichst genau auf 2:1 eingestellt werden, ist es für die Transmission bei Wellenlängen von weniger als 250 nm, insbesondre bei 193 nm günstiger, wenn dieses Verhältnis größer als 2,0 ist und insbesondere in den oben angegebenen Bereichen liegt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Magnesium-Aluminium-Spinell enthaltende Material polykristallin und wird durch allgemein bekannte Sinterprozesse weit unterhalb der Schmelztemperatur hergestellt. Bei polykristallinem Spinell dürfte der Grund für die verringerte Transmission bei einem Wert des Verhältnisses V < 2 darin bestehen, dass nach dem Phasen-Diagramm zwar ein hoher Al-Überschuss, aber höchstens ein geringer oder gar kein Mg-Überschuss im Spinell-Gitter bei tiefen Temperaturen (< 1400°) stabil ist, so dass in einem Spinell mit Mg-Überschuss tendenziell das Magnesium als MgO (Periklase) segregiert, was sich durch stark erhöhte Streuung negativ auf das Transmissionsverhalten auswirken kann. Die aus der Literatur bekannten Phasendiagramme erlauben jedoch nicht, solche Segregationen mit ausreichender Genauigkeit vorherzusagen. Die Wahl eines Al/Mg-Verhältnisses von mehr als 2:1 zur Erzeugung einer hohen Transmission in Magnesium-Aluminium-Spinell ist somit eine völlig neue Erkenntnis.
In einer alternativen Ausführungsform ist das Magnesium-Aluminium-Spinell enthaltende Material einkristallin. Auch bei einkristallinem Spinell kann es bei Mg-Überschuss zu erhöhter Streuung kommen, was sich negativ auf die Transmission auswirken kann. Das gewünschte Al/Mg-Verhältnis kann hierbei mit der geforderten Genauigkeit bei der Züchtung des Einkristalls eingestellt werden. Sowohl bei polykris tallinem als auch bei einkristallinem Spinell ist darauf zu achten, dass das Al/Mg-Verhältnis über das gesamte Volumen des optischen Elements möglichst wenig variiert.
Ein weiterer Vorteil eines Spinell-Materials mit einem Verhältnis V > 2 ist die dadurch gegebene geringere Dichte von Sauerstoff-Fehlstellen. Bei Mg-Überschuss (V < 2) muss demgegenüber zur Einstellung der Ladungsneutralität eine höhere Dichte von Sauerstoff-Fehlstellen herrschen. Diese wirkt sich über die dadurch hervorgerufene, bekannte, bei ca. 235 nm liegende Absorptionsbande direkt auf die Transmission bei 193 nm aus.
Besonders bevorzugt weist das optische Element bei mindestens einer Wellenlänge zwischen 190 nm und 250 nm, insbesondere bei 193 nm, einen Absorptionskoeffizienten k von höchstens 0,2 cm^–1, bevorzugt von höchstens 0,1 cm^–1, insbesondere von höchstens 0,01 cm^–1 auf. Durch die Wahl eines geeigneten Al/Mg-Verhältnisses kann die Transmission des optischen Elements verbessert werden. Darüber hinaus muss für ein gutes Transmissionsverhalten sichergestellt werden, dass die Konzentration an Fremdelement-Verunreinigungen in dem optischen Element möglichst niedrig ist. Der Absorptionskoeffizient k ist gegeben durch: k = –log(T/F)/d,wobei T die Transmission, F den Fresnel-Korrekturfaktor und d die Probendicke bezeichnen. Für Spinell als hochbrechendes Material liegt der Brechungsindex bei 193 nm bei 1,92 und der Fresnel-Korrekturfaktor bei 0,819, bei 248 nm liegt der Brechungsindex bei 1,814 und der Fresnel-Korrekturfaktor bei 0,846.
In einer vorteilhaften Ausführungsform liegt die Gesamt-Konzentration an Fremdelement-Verunreinigungen im Magnesium-Aluminium-Spinell, insbesondere verursacht durch Übergangsmetalle, bei weniger als 50 ppm, bevorzugt bei weniger als 20 ppm. Wie in der WO 2008/074503 der Anmelderin beschrieben, welche durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird, haben Experimente, bei denen das Spinell-Material mit Fremdelementen dotiert wurde, gezeigt, welche Konzentrationen bei den einzelnen Fremdelementen im Spinell-Material toleriert werden können, um dennoch eine hohe Transmission sicherzustellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Fremdelement-Verunreinigungen durch Eisen und Chrom im Magnesium-Aluminium-Spinell jeweils eine Konzentration von weniger als 0,5 ppm auf. In den Dotierungs-Experimenten hat sich gezeigt, dass insbesondere Eisen und Chrom nur in sehr geringen Konzentrationen im Magnesium-Aluminium-Spinell-Material vorhanden sein dürfen, um eine hohe Transmission zu gewährleisten.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist verwirklicht in einem optischem Element zur Transmission von Strahlung bei Wellenlängen von weniger als 250 nm, insbesondere bei 193 nm, aus einem Magnesium-Aluminium-Spinell enthaltenden, insbesondere einkristallinen Material, bei dem das Verhältnis V im Magnesium-Aluminium-Spinell im Bereich zwischen 2,0 und 2,2, bevorzugt im Bereich zwischen 2,02 und 2,10, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 2,04 und 2,08 liegt. Wie oben dargestellt, ist es für das Transmissionsverhalten des Magnesium-Aluminium-Spinells günstig, wenn das Al/Mg-Verhältnis größer als 2:1 ist. Es versteht sich, dass es günstig ist, gleichzeitig die oben beschriebenen Wertebereiche für die Variation dieses Verhältnisses einzuhalten, um eine möglichst konstante Brechzahl bzw. eine möglichst gute optische Homogenität zu gewährleisten.
Ein weiterer Aspekt ist verwirklicht in einem Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie mit mindestens einem optischen Element wie oben beschrieben, wobei das optische Element in dem Projektionsobjektiv angeordnet ist und bevorzugt das bildseitige Abschluss-Element des Projektionsobjektivs bildet, und wobei das Design des Projektionsobjektivs für einen Soll-Brechungsindex des optischen Elements ausgelegt ist, von dem der Brechungsindex des optischen Elements um weniger als 5 × 10^–5, bevorzugt um weniger als 1 × 10^–5 abweicht. Durch die Einstellung eines in den oben angegebenen Grenzen konstanten Al/Mg-Verhältnisses in dem Rohling bzw. dem optischen Element kann der Brechungsindex sehr genau festgelegt werden, so dass dieser nahezu exakt dem durch das Design vorgegebenen Wert entspricht.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist realisiert in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, insbesondere für die Immersions-Lithographie, mit mindestens einem optischen Element wie oben beschrieben und/oder einem Projektionsobjektiv wie oben beschrieben. Das optische Element aus Magnesium-Aluminium-Spinell mit den oben beschriebenen Eigenschaften weist eine ausreichende Transmission sowie eine genügend große Homogenität auf, um in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie eingesetzt zu werden. Durch den hohen Brechungsindex des Magnesium-Aluminium-Spinells eignet sich das optische Element insbesondere als Abschluss-Element des Projektionsobjektivs, welches in Kontakt mit einer Immersionsflüssigkeit gebracht wird.
Die Erfindung ist auch realisiert in einem Verfahren zum Herstellen eines bei Wellenlängen von weniger als 250 nm, insbesondere bei 193 nm transmittierenden Rohlings aus einem Magnesium-Aluminium-Spinell enthaltenden polykristallinen Material, umfassend: Bereitstellen eines Magnesiumoxid und Aluminiumoxid enthaltenden Ausgangspulvers, Verdichten des Ausgangspulvers zu einem Grünling, und Sintern des Grünlings bei Temperaturen von 1300°C oder mehr zur Herstellung des Rohlings, wobei der Magnesium-Anteil in dem Ausgangspulver sowie der Aluminium-Anteil in dem Ausgangspulver und die Prozessführung beim Sintern derart aufeinander abgestimmt werden, dass sich ein Verhältnis des Aluminium-Anteils zum Magnesium-Anteil im Magnesium-Aluminium-Spinell des Rohlings einstellt, das im Bereich zwischen 2,0 und 2,2, bevorzugt im Bereich zwischen 2,02 und 2,10, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 2,04 und 2,08 liegt. Aus der Literatur ist bekannt, dass die Reduktionsraten von Mg und Al stark temperaturabhängig sind. Je nach gewählter Temperaturführung im Sinterprozess kann sich daher gegenüber dem Pulverwert das Verhältnis von Al/Mg verändern, so dass die Wahl der Ausgangskonzentrationen von Al und Mg in dem Ausgangspulver auf den Sinterprozess abgestimmt werden müssen, damit sich das gewünschte Verhältnis in dem Rohling einstellt. Um eine hohe Transmission zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, das Ausgangsverhältnis des mit dem Ausgangspulver durchgeführten Herstellungsprozesses insgesamt so auszurichten, dass sich in der fertigen Keramik des Rohlings ein Al-Überschuss gegenüber dem 1:1-Zustand von Al₂O₃:MgO im idealen, d. h. stöchiometrischen Spinell einstellt. Aus einem solchen Rohling kann ein optisches Element mit den oben beschriebenen Eigenschaften hergestellt werden. Zu diesem Zweck kann das optische Element aus dem Rohling geschnitten werden, wobei die Form des Rohlings bereits an die Form des optischen Elements angepasst sein kann. In der Regel erfolgt noch eine Nachbehandlung durch Polieren, Beschichten etc., um das optische Element in einer optischen Anordnung betreiben zu können.
In einer besonders vorteilhaften Variante wird das Ausgangspulver zu einem Grünling verdichtet, wobei in dem Grünling das Verhältnis des Aluminium-Anteils zum Magnesium-Anteil um weniger als 200 ppm, bevorzugt um weniger als 100 ppm, besonders bevorzugt um weniger als 50 ppm variiert. Hierzu wird das Al/Mg-Verhältnis in dem Ausgangspulver mit der erforderlichen Genauigkeit eingestellt.
In einer bevorzugten Variante wird als Ausgangspulver ein Spinellpulver bereitgestellt. in diesem Fall wird die Stöchiometrie des Spinellpulvers bereits mit der geforderten Genauigkeit eingestellt, wobei ggf. evtl. prozesabhängige Verluste vorgehalten werden müssen.
In einer alternativen Variante werden zum Bereitstellen des Ausgangspulvers ein Magnesiumoxid-Pulver und ein Aluminiumoxid-Pulver bevorzugt in einem Mischmahlungsprozess gemischt. Die Stöchiometrie kann hierbei ebenfalls mit der geforderten Genauigkeit eingestellt werden. Die erforderliche räumliche Homogenität der Mischung kann hierbei z. B. durch einen Mischmahlungsprozess sichergestellt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen:
1a–c schematische Darstellungen von Verfahrensschritten bei der Herstellung eines Rohlings aus Magnesium-Aluminium-Spinell,
2 eine schematische Darstellung der Abhängigkeit zwischen Brechungsindex und dem Verhältnis des Alunminium-Anteils zum Magnesium-Anteil in Magnesium-Aluminium-Spinell,
3 eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage für die Immersions-Llithographie mit einem aus dem Rohling von 1c hergestellten optischen Element, und
4 eine Darstellung eines Linsenrohlings bei der Durchführung einer interferometrischen Messung zur Bestimmung der Variation des Brechungsindex im Volumen des Linsenrohlings.
In 1a–c ist schematisch eine Variante eines Verfahrens zum Herstellen eines Rohlings 1 aus polykristallinem Magnesium-Aluminium-Spinell gezeigt, der Strahlung bei Wellenlängen von weniger als 250 nm, insbesondere bei 193 nm transmittiert. Bei dem Verfahren werden zunächst ein Aluminiumoxid(Al₂O₃)-Pulver 2 und ein Magnesiumoxid(MgO)-Pulver 3 in einer Misch-Mahleinrichtung 4 gemischt und auf diese Weise ein Ausgangspulver 5 zur Herstellung des Rohlings 1 hergestellt. Durch den Misch-Mahlprozess kann sichergestellt werden, dass das Ausgangspulver 5 die gewünschte Homogenität und die gewünschte Strukturgöße der einzelnen Kristallite aufweist. Ferner kann das Verhältnis V_A zwischen Aluminium und Magnesium in dem Ausgangspulver 5 durch die Zuführung der gewünschten Anteile an Aluminium-Pulver 2 und Magnesium-Pulver 3 zur Misch-Mahleinrichtung 4 auf besonders einfache Weise eingestellt werden. Es versteht sich, dass alternativ auch ein Ausgangspulver 5 aus Magnesium-Aluminium-Spinell verwendet werden kann, d. h. ein Pulver, welches aus Kristalliten aus Magnesium-Aluminium-Spinell besteht, bei denen das gewünschte Al/Mg-Verhältnis V_A durch geeignete, bekannte Herstellungsverfahren eingestellt wurde.
Zur Herstellung eines polykristallinen optischen Elements bzw. Rohlings 1 mit guten Transmissionseigenschaften muss das Ausgangspulver 5 eine möglichst hohe Reinheit aufweisen, d. h. dessen Anteil an Fremdelement-Verunreinigungen sollte möglichst gering ausfallen und deren Gesamt-Konzentration sollte einen Wert von 50 (Gewichts-)ppm nicht überschreiten. Insbesondere sollte der Anteil an Fremdelementen, welche die Transmission besonders negativ beeinflussen, wie z. B. Eisen oder Chrom, möglichst gering sein und bei jeweils weniger als 0,5 (Gewichts-)ppm liegen. Ein Ausgangspulver 5 mit einem so geringen Anteil an Fremdelement-Verunreinigungen kann dadurch erhalten werden, dass bekannte Reinigungsverfahren mehrfach durchgeführt werden, bis die gewünschte Reinheit erhalten wird.
In einem nachfolgenden, in 1b gezeigten Verfahrensschritt wird das Ausgangspulver 5 mittels einer durch einen Pfeil angedeuteten Verdichtungseinrichtung trocken oder in Flüssigkeit bei Zimmertemperatur zu einem so genannten Grünling 6 verdichtet. In einem weiteren, in 1c ezeigten Schritt wird der Grünling 6, der noch verhältnismäßig große Poren und sogar Kanäle aufweist, bei Temperaturen T₁ von z. B. ca. 1400°C oder 1700°C unter Umgebungsdruck p_u in Umgebungsatmosphäre 7a in einem Ofen 7 gesintert. Dieser Prozessschritt führt zu einer weiteren Verdichtung des Grünlings 6, so dass keine Kanäle mehr vorliegen und die verbleibenden isolierten Poren eine geringere Größe aufweisen als vor dem Sintern. Der gesinterte Grünling 6 wird im Folgenden auch als Rohling 1 bezeichnet. An dem Rohling 1 können nachfolgend noch einer oder mehrere Temperschritte durchgeführt werden, insbesondere das so genannte heißisostatische Pressen (HIP), bei dem der Rohling 1 unter dem Sintern vergleichbaren Temperaturen mehrere Stunden hohem Druck von typischerweise mehr als 100 MPa ausgesetzt wird, um eine weitere Verdichtung zu erreichen.
Bei dem im Zusammenhang mit den 1a–c beschriebenen Verfahren werden der Magnesium-Anteil in dem Ausgangspulver 5 sowie der Aluminium-Anteil in dem Ausgangspulver 5 und die Prozessführung beim Sintern und ggf. weiterer sich an das Sintern anschließender Verfahrensschritte derart aufeinander abgestimmt, dass sich ein gewünschtes Al/Mg-Verhältnis V in dem Rohling 1 einstellt. Insbesondere kann das Al/Mg-Verhältnis V in dem Rohling 1 aufgrund der Prozessführung vom Al/Mg-Verhältnis V_A in dem Ausgangspulver 5 abweichen, da aus der Literatur bekannt ist, dass die Reduktionsraten von Magnesium und Aluminium stark temperaturabhängig sind. Je nach gewählter Temperaturführung im Sinterprozess kann sich daher gegenüber dem Pulverwert das Al/Mg-Verhältnis verändern. Das Al/Mg-Verhälntis V_A in dem Ausgangspulver 5 ist daher so auf die Prozessführung abzustimmen, dass eine durch die Prozessführung verursachte Veränderung dieses Verhältnisses gerade zum gewünschten Al/Mg-Verhältnis V in dem Rohling 6 führt.
Das gewünschte Al/Mg-Verhältnis V in dem Rohling 6 wird hierbei so gewählt, dass der Absorptionskoeffizient k möglichst gering ausfällt. Bei der experimen-tellen Untersuchung der chemischen Zusammensetzung von Spinell-Proben wurde gefunden, dass sich Proben mit besserer Transmission bei einer Wellenlänge von 193 nm systematisch hinsichtlich des stöchiometrischen Al/Mg-Verhältnisses V von Proben mit geringerer Transmission unterscheiden. Proben mit besserer Transmission weisen hierbei generell eine höhere Al-Konzentration auf. Proben ohne Al-Überschuss bzw. Al-Mangel (Mg-Überschuss) zeigen umgekehrt schlechtere Transmissionswerte Zugehörige experimentelle Ergebnisse an einer Mehrzahl von Proben sind in der folgenden Tab. 1 dargestellt:

Probe Al% Mg% Al/Mg k-Wert @ 193 nm

1 26,70 13,65 1,96 1,5

2 26,84 13,66 1,96 1,6

3 26,73 13,14 2,03 0,4

4 26,64 13,12 2,03 0,2

5 26,74 13,11 2,04 0,2

Tabelle 1
Eine Erklärung für dieses Verhalten könnte darin bestehen, dass im Phasendiagramm von Magnesium-Aluminium-Spinell zwar ein hoher Al-Überschuss, aber höchstens ein geringer bzw. gar kein Magnesium-Überschuss im Spinell-Gitter bei tiefen Temperaturen (< 1400°) stabil ist, so dass in einem Spinell mit Mg-Überschuss tendenziell das Magnesium als MgO (Periklase) segregiert, und sich durch stark erhöhte Streuung negativ auf das Transmissionsverhalten auswirkt. Daher ist es vorteilhaft, das Ausgangsverhältnis V_A im Ausgangspulver 5 und den mit dem Ausgangspulver 5 durchgeführten Herstellungsprozess insgesamt so auszurichten, dass sich in der fertigen Keramik des Rohlings 1 ein Aluminium-Überschuss gegenüber dem 1:1-Zustand von Al2O3:MgO im idealen Spinell einstellt. Das Al/Mg-Verhältnis V sollte hierbei im Bereich zwischen 2,0 und 2,2 liegen, wobei ein Aluminium-Überschuss im Bereich von ca. 2–3% bereits eine deutliche Steigerung der Transmission hervorruft.
Es versteht sich, dass auch im Falle von einkristallinem Spinell obige Überlegungen relevant sind, da es auch dort bei Magnesium-Überschuss zu erhöhter Streuung kommen kann, so dass auch dort die Wahl des Al/Mg-Verhältnisses innerhalb des oben angegebenen Bereichs liegen sollte.
Weiterhin ist es günstig, wenn das Al/Mg-Verhältnis V im Volumen des Rohlings 6 möglichst konstant ist, d. h. wenn dieses um weniger als 200 ppm, bevorzugt um weniger als 100 ppm, insbesondere um weniger als 50 ppm variiert, da nicht nur die Transmission des Rohlings 6 aus Magnesium-Aluminium-Spinell, sondern auch weitere optische Eigenschaften, z. B. dessen Brechungsindex, von diesem Verhältnis abhängen.
Für die Bestimmung des Absolutwerts des Brechungsindexes von Magnesium-Aluminium-Spinell können aus der Literatur bekannte, für Wellenlängen im Sichtbaren ermittelte Sellmeier-Kurven für Magnesiumoxid und Aluminiumoxid auf Wellenlängen unter 250 nm extrapoliert werden. Hieraus ergibt sich für die reinen Oxide von Aluminium und Magnesium ein Wert für n(193) von ca. 1,92 bzw. 1,96. Für Spinell mit einem Verhältnis von Al/Mg von ca. 2:1 liegt n(193) ebenfalls im Bereich von ca. 1,92, die maximale Brechzahldifferenz zum Extremfall der reinen Oxide liegt also in der Größenordnung von ca. 0,04. Diese grobe (lineare) Abschätzung ergibt also eine Größenordnung der Sensitivität von max. 0,04 bei Variationen des Al/Mg-Verhältnisses im Bereich von 100%. Wie durch genaue Bestimmungen des Al/Mg-Verhältnisses V in verschiedenen Proben gezeigt werden konnte, führen aber bereits geringe Variationen des Verhältnisses V zu einer starken Änderung im Brechungsindex bei 193 nm. Zur quantitativen Bestimmung der Abhängigkeit des Brechungsindexes n(193) vom Verhältnis V wurde daher an drei Proben, die im Al/Mg-Verhältnis weit auseinander lagen, eine ellipsometrische Brechzahlmessung bei einer Wellenlänge von 193 nm durchgeführt, deren Ergebnisse in 2 dargestellt sind. Für die drei Messpunkte in 2 wurde eine Ausgleichsgerade mit der Methode kleinster Fehlerquadrate bestimmt, für die gilt: n(V) = –0,07 V + 2,06.
Es versteht sich, dass es sich hierbei ebenfalls nur um eine Näherung handelt, die aber in der gleichen Größenordnung wie die obige Abschätzung liegt.
Auch über die relative Brechzahldifferenz in einer Probe lässt sich das Verhältnis Δn/ΔV(Al/Mg) entsprechend der Steigung der Gerade von 2 abschätzen. Hierbei konnte aus Interferogrammen ein maximaler Hub (ohne Abzug langwelliger Zernikeanteile) für die stöchiometrie-induzierten Variationen der Brechzahl Δn(x, y) von ca. 50–100 ppm über das gesamte Probenvolumen abgelesen werden. Diese sind mit den in der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (energy dispersive X-ray spectroscopy, EDX) und Ellipsometrie gefundenen Variationen innerhalb einer Probe zu vergleichen, welche bei ca. 0,01 liegen, woraus sich eine Steigung von Δn/ΔV(Al/Mg) = 50 E-6/0,01 = 0,005 ergibt.
Dieser Wert ist zwar um ca. einen Faktor 10 kleiner als die oben aus den Absolutwerten bestimmte Steigung. Da das Interferogramm aber einen über die Probendicke gemittelten Wert für die Brechzahlvariation liefert, ist dies kein Widerspruch, vgl. auch die oben im Zusammenhang mit 4 gemachten Betrachtungen.
Neben einer möglichst geringen absoluten Variation des Al/Mg-Verhältnisses im Volumen des Rohlings 6 ist es daher günstig, wenn auch die räumliche Variation (der Gradient) dieses Verhältnisses im Volumen des Rohlings möglichst gering ist. So sollte die räumliche Variation des Verhältnisses V des Aluminium-Anteils zum Magnesium-Anteil an zwei beliebigen, beispielhaft in 1c gezeigten Punkten P1, P2 des optischen Elements mit einem Abstand kleiner als 2 mm bei weniger als 50 ppm, bevorzugt bei weniger als 20 ppm liegen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der z. B. durch Interferometrie bestimmbare Rest-RMS-Wert, welcher die räumliche Variation des Brechungsindexes angibt, im Volumen des Rohlings 6 bei weniger als 2 ppm, bevorzugt bei weniger als 0,5 ppm liegt.
Aus dem auf die oben beschriebene Weise behandelten, in der Regel zylindersymmetrisch ausgeformten und/oder bereits an der Endgeometrie orientierten Rohling 6 aus dem polykristallinem Magnesiumspinell wird durch nachfolgende, hier nicht näher beschriebene Schleif- und Polierprozesse ein transmittierendes optisches Element 133 gefertigt, welches dieselben optischen Material-Eigenschaften wie der Rohling 1 aufweist und in einer Projektionsbelichtungsanlage 101 für die Mikrolithographie verwendet werden kann, welche nachfolgend im Zusammenhang mit 3 beschrieben wird.
In 3 ist schematisch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage 101 gezeigt, die zur Herstellung von hochintegrierten Halbleiterbauelementen mittels Immersionslithographie vorgesehen ist. Die Projektionsbelichtungsanlage 101 umfasst als Lichtquelle einen Excimer-Laser 103 mit einer Arbeitswellenlänge von 193 nm. Alternativ könnten auch Lichtquellen anderer Arbeitswellenlängen, beispielsweise 248 nm oder 157 nm verwendet werden. Ein nachgeschaltetes Beleuchtungssystem 105 erzeugt in seiner Austrittsebene oder Objektebene 107 ein großes, scharf begrenztes, sehr homogen beleuchtetes und an die Telezentrieerfordernisse des nachgeschalteten Projektionsobjektivs 111 angepasstes Beleuchtungsfeld. Das Beleuchtungssystem 105 hat Einrichtungen zur Steuerung der Pupillenausleuchtung und zum Einstellen eines vorgegebenen Polarisationszustands des Beleuchtungslichts. Im Strahlengang hinter dem Beleuchtungssystem 105 ist eine Einrichtung (Reticle-Stage) zum Halten und Bewegen einer Maske 113 so angeordnet, dass diese in der Objektebene 107 des Projektionsobjektivs 111 liegt und in dieser Ebene zum Scanbetrieb in einer Abfahrrichtung 115 bewegbar ist.
Hinter der auch als Maskenebene bezeichneten Objektebene 107 folgt das Projektionsobjektiv 111, das ein Bild der Maske mit reduziertem Maßstab auf ein mit einem Photolack, auch Resist 121 genannt, belegtes Substrat 119, beispielsweise einen Silizium-Wafer abbildet. Das Substrat 119 ist so angeordnet, dass die ebene Substratoberfläche mit dem Resist 121 im wesentlichen mit der Bildebene 123 des Projektionsobjektivs 111 zusammenfällt. Das Substrat wird durch eine Einrichtung 117 gehalten, die einen Antrieb umfasst, um das Substrat 119 synchron mit der Maske 113 zu bewegen. Die Einrichtung 117 umfasst auch Manipulatoren, um das Substrat 119 sowohl in z-Richtung parallel zur optischen Achse 125 des Projektionsobjektivs 111, als auch in x- und y-Richtung senkrecht zu dieser Achse zu verfahren.
Die zum Halten des Substrats 119 vorgesehene Einrichtung 117 (Wafer-Stage) ist für die Verwendung bei der Immersionslithographie konstruiert. Sie umfasst eine von einem Scannerantrieb bewegbare Aufnahmeeinrichtung 127 für eine Immersionsflüssigkeit 131, deren Boden eine flache Ausnehmung zur Aufnahme des Substrats 119 aufweist.
Das Projektionsobjektiv 111 hat eine bildseitige numerische Apertur NA von wenigstens NA = 1,2, bevorzugt aber von mehr als 1,35, besonders bevorzugt von mehr als 1,5 und ist damit an die Verwendung von Immersionsflüssigkeiten hoher Brechzahl besonders angepasst. Das Projektionsobjektiv 111 hat als letztes, der Bildebene 123 nächstes optisches Element eine halbkugelförmige Plankonvexlinse 133, deren Austrittsfläche 135 die letzte optische Fläche des Projektionsobjektivs 111 ist. Die Austrittsseite des letzten optischen Elementes ist im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 101 vollständig in die Immersionsflüssigkeit 131 eingetaucht und wird von dieser benetzt. Die halbkugelförmige Plankonvexlinse 133 besteht aus polykristallinem Magnesium-Aluminium-Spinell. Die weitere Linse 137 in dem Projektionsobjektiv 111 besteht hingegen aus einkristallinem Magnesium-Aluminium-Spinell. Bei der Züchtung des Einkristalls aus Magnesium-Aluminium-Spinell wurde das Al/Mg-Verhältnis so eingestellt, dass die weitere Linse 137 dieselben optischen Material-Eigenschaften (Transmission, Brechzahl und insbesondere räumliche Variation der Brechzahl) aufweist wie die Plankonvexlinse 133. Es versteht sich, dass alternativ auch die Plankonvexlinse 133 aus einkristallinem Magnesium-Aluminium-Spinell und die weitere Linse 137 aus polykristallinem Material bestehen kann.
Optional sind die Plankonvexlinse 133 und die weitere Linse 137 mit einer Anti-Reflexbeschichtung versehen. Diese Anti-Reflexbeschichtung weist eine Folge von abwechselnd niedrigbrechenden und hochbrechenden Materialen auf. Als niedrigbrechende Materialien kommen, insbesondere bei einer Arbeitswellenlänge der Projektionsbelichtungsanlage 101 von 193 nm MgF₂, AlF₃, Na₅Al₃F₁₄, Na₃AlF₆, SiO₂, LiF und NaF in Frage. Als hochbrechende Materialien sind unter anderem LaF₃, GdF₃, NdF₃, Al₂O₃ und DyF₃ geeignet.
Das optische Design des Projektionsobjektivs 111 ist hierbei auf ein optisches Element mit einem Soll-Brechungsindex n_s der Plankonvexlinse 133 optimiert, der z. B. bei 1.9201 liegen kann. Die Plankonvexlinse 133 weist hierbei einen Brechungsindex n_e auf, der von diesem Soll-Brechungsindex n_s im Absolutwert um weniger als 5 × 10^–5, bevorzugt um weniger als 1 × 10^–5 abweicht. Diese Anforderung kann eingehalten werden, wenn das Al/Mg-Verhältnis im Volumen der Plankonvexlinse 133 um weniger als 200 ppm variiert.
Zusammenfassend wird auf die oben beschriebene Weise der Einsatz eines polykristallinen oder einkristallinen Magnesium-Aluminium-Spinell-Materials für die (Immersions-)Lithographie bei Wellenlängen von weniger als 250 nm, speziell bei 193 nm ermöglicht. Es versteht sich, dass optische Elemente der oben beschriebenen Art auch in anderen Bereichen als der Mikrolithographie eingesetzt werden können, bei denen eine hohe Transmission für UV-Strahlung sowie ein Brechungsindex, der mit hoher Genauigkeit eingehalten werden kann, erforderlich sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2006/061225 A1 [0008]
- WO 2008/074503 [0009, 0009, 0027]

Claims

Optisches Element (133, 137), insbesondere mit einem Durchmesser von mindestens 30 mm, zur Transmission von Strahlung bei Wellenlängen von weniger als 250 nm, insbesondere bei 193 nm, aus einem Magnesium-Aluminium-Spinell (MgAl₂O₄) enthaltenden Material, wobei im Volumen des optischen Elements (133, 137) das Verhältnis (V) des Aluminium-Anteils im Magnesium-Aluminium-Spinell (MgAl₂O₄) zum Magnesium-Anteil im Magnesium-Aluminium-Spinell (MgAl₂O₄) um weniger als 200 ppm, bevorzugt um weniger als 100 ppm, besonders bevorzugt um weniger als 50 ppm variiert.
Optisches Element nach Anspruch 1, bei dem in dem Magnesium-Aluminium-Spinell (MgAl₂O₄) die räumliche Variation des Verhältnisses (V) an zwei beliebigen Punkten (P1, P2) des optischen Elements (133, 137) mit einem Abstand kleiner als 2 mm bei weniger als 50 ppm, bevorzugt bei weniger als 20 ppm liegt.
Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Variation des vom Verhältnis (V) abhängigen Brechungsindexes (n(V)) des Magnesium-Aluminium-Spinells (MgAl₂O₄) des optischen Elements (133, 137), definiert durch den Rest-RMS-Wert bei einer Wellenlänge von weniger als 250 nm, insbesondere bei 193 nm, weniger als 2 ppm, bevorzugt weniger als 0,5 ppm beträgt.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verhältnis (V) im Bereich zwischen 2,0 und 2,2, bevorzugt im Bereich zwischen 2,02 und 2,10, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 2,04 und 2,08 liegt.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Magnesium-Aluminium-Spinell (MgAl₂O₄) enthaltende Material polykristallin ist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Magnesium-Aluminium-Spinell (MgAl₂O₄) enthaltende Material einkristallin ist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches bei mindestens einer Wellenlänge zwischen 190 nm und 250 nm, insbesondere bei 193 nm, einen Absorptionskoeffizienten k von höchstens 0,2 cm^–1, bevorzugt von höchstens 0,1 cm^–1, insbesondere von höchstens 0,01 cm^–1 aufweist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Gesamt-Konzentration an Fremdelement-Verunreinigungen im Magnesium-Aluminium-Spinell (MgAl₂O₄) bei weniger als 50 ppm, bevorzugt bei weniger als 20 ppm liegt.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Fremdelement-Verunreinigungen durch Eisen (Fe) und Chrom (Cr) im Magnesium-Aluminium-Spinell (MgAl₂O₄) jeweils eine Konzentration von weniger als 0,5 ppm aufweisen.
Optisches Element (133, 137) zur Transmission von Strahlung bei Wellenlängen von weniger als 250 nm, insbesondere bei 193 nm, aus einem Magnesium-Aluminium-Spinell (MgAl₂O₄) enthaltenden, insbesondere einkristallinen Material, bei dem das Verhältnis (V) des Aluminium-Anteils im Magnesium-Aluminium-Spinell (MgAl₂O₄) zum Magnesium-Anteil im Magnesium-Aluminium-Spinell (MgAl₂O₄) im Bereich zwischen 2,0 und 2,2, bevorzugt im Bereich zwischen 2,02 und 2,10, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 2,04 und 2,08 liegt.
Projektionsobjektiv (111) für die Mikrolithographie mit mindestens einem optischen Element (133, 137) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das optische Element (133, 137) in dem Projektionsobjektiv (111) angeordnet ist und bevorzugt das bildseitige Abschlusselement (133) des Projektionsobjektivs (111) bildet, und wobei das Design des Projektionsobjektivs (111) für einen Soll-Brechungsindex (n_s) des optischen Elements (133) ausgelegt ist, von dem der Brechungsindex (n_e) des optischen Elements (133) um weniger als 5 × 10^–5, bevorzugt um weniger als 1 × 10^–5 abweicht.
Projektionsbelichtungsanlage (101) für die Mikrolithographie, insbesondere für die Immersions-Lithographie, mit mindestens einem optischen Element (133, 137) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder einem Projektionsobjektiv (111) nach Anspruch 11.
Verfahren zum Herstellen eines bei Wellenlängen von weniger als 250 nm, insbesondere bei 193 nm transmittierenden Rohlings (1) aus einem Magnesium-Aluminium-Spinell (MgAl₂O₄) enthaltenden polykristallinen Material, umfassend: Bereitstellen eines Magnesiumoxid (MgO) und Aluminiumoxid (Al₂O₃) enthaltenden Ausgangspulvers (5), Verdichten des Ausgangspulvers (5) zu einem Grünling (6), und Sintern des Grünlings (6) bei Temperaturen von 1300°C oder mehr zur Herstellung des Rohlings (1), wobei der Magnesium-Anteil in dem Ausgangspulver (5) sowie der Aluminium-Anteil in dem Ausgangspulver (5) und die Prozessführung beim Sintern derart aufeinander abgestimmt werden, dass sich ein Verhältnis (V) des Aluminium-Anteils zum Magnesium-Anteil im Magnesium-Aluminium-Spinell (MgAl₂O₄) des Rohlings (1) einstellt, das im Bereich zwischen 2,0 und 2,2, bevorzugt im Bereich zwischen 2,02 und 2,10, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 2,04 und 2,08 liegt.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem als Ausgangspulver (5) ein Spinellpulver bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem zum Bereitstellen des Ausgangspulvers (5) ein Aluminiumoxid-Pulver (2) und ein Magnesiumoxid-Pulver (2) bevorzugt in einem Mischmahlungsprozess gemischt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem das Ausgangspulver (5) zu einem Grünling (6) verdichtet wird, wobei in dem Grünling (6) das Verhältnis (V) des Aluminium-Anteils zum Magnesium-Anteil um weniger als 200 ppm, bevorzugt um weniger als 100 ppm, besonders bevorzugt um weniger als 50 ppm variiert.