DE102009030203A1

DE102009030203A1 - Ermitteln einer Kenngröße eines optischen Materials bei Bestrahlung

Info

Publication number: DE102009030203A1
Application number: DE102009030203A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr. Pahl; Ralf Dr. Lindner
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2009-06-24
Publication date: 2010-04-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer charakteristischen Kenngröße eines optischen Materials, insbesondere von Kalziumfluorid, im Hinblick auf Transmissionsverluste unter Bestrahlung mit einer gepulsten Hochleistungs-Strahlungsquelle, umfassend: Ermitteln eines Sättigungswerts (k_∞) der Änderung des Absorptionskoeffizienten (k) des optischen Materials als charakteristische Kenngröße des optischen Materials, wobei bevorzugt zum Ermitteln des Sättigungswerts (k_∞) eine jeweilige Änderung des Absorptionskoeffizienten (k₁, k₂) des optischen Materials bei mindestens zwei Bestrahlungen mit unterschiedlichen Bestrahlungsparametern (N₁, N₂) gemessen wird. Die Erfindung betrifft auch eine optische Komponente hergestellt aus einem optischen Material, insbesondere aus Kalziumfluorid, mit einem Sättigungswert (k∞) der Änderung des Absorptionskoeffizienten (k) kleiner als 10 x 10^-4 1/cm, bevorzugt kleiner als 5 x 10^-4 1/cm.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer charakteristischen Kenngröße eines optischen Materials, insbesondere von Kalziumfluorid, im Hinblick auf Transmissionsverluste bei Bestrahlung mit einer gepulsten Hochleistungs-Strahlungsquelle. Die Erfindung betrifft auch eine optische Komponente.
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Qualifizierung von optischen Materialen in Bezug auf strahlungsinduzierte, irreversible Transmissionsverluste (Laserfestigkeit), insbesondere von synthetischem Kalziumfluorid (CaF₂) für Lithographiesysteme bei Verwendung von hohen Energiedichten von 50 mJ/cm² und mehr und langen Bestrahlzeiten (größer 100 × 10⁹ Pulse).
Es ist bekannt, dass die Transmission von optischen Materialien, die in einem Beleuchtungs- oder Projektionssystem einer Lithographieanlage eingesetzt werden, wie z. B. synthetisches Kalziumfluorid, durch die im Laufe des Einsatzes in einer mikrolithographischen Anlage insgesamt erfahrene Strahlungsbelastung irreversibel reduziert wird. Im Beleuchtungssystem kann dies zusätzliche Auswirkungen auf die Telezentrie und Elliptizität haben. Daher ist es erforderlich, die optischen Materialien im Hinblick auf ihre Laserfestigkeit zu testen und optische Komponenten lediglich aus solchen Materialien zu fertigen, welche die gewünschte Laserfestigkeit aufweisen.
Aus der US 7,170,069 B2 ist ein Verfahren zur quantitativen Bestimmung der Eignung eines optischen Materials, insbesondere von Alkali- und Erdalkalihalogenid-Einkristallen für optische Komponenten, die hohen Energiedichten ausgesetzt sind, insbesondere gepulster Laserstrahlung bei Wellenlängen unter 250 nm, bekannt geworden. Bei dem Verfahren wird die strahlungsabhängige Transmission des optischen Materials bei UV-Wellenlängen durch Fluoreszenz-Messungen bestimmt. Dies wird erreicht, indem ein induziertes Fluoreszenz-Maximum eines nichtlinearen Absorptions-Prozesses ermittelt wird, wobei eine Steigung der Abhängigkeit der strahlungsabhängigen Transmission von der Energiedichte (Fluenz) gemessen wird und strahlungsabhängige Transmissionswerte für bestimmte Werte der Energiedichte anhand dieser Steigung ermittelt werden.
Die DE 10 2005 024 678 B2 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung von irreversiblen Strahlenschäden von optischem Material. Durch das Verfahren wird ein optisches Material mit geringer Neigung zu irreversiblen Strahlenschäden bestimmt, das bei einer Langzeitbestrahlung mit UV-Licht bei hohen Energiedichten eine konstante Absorption aufweist. Hierzu werden drei Tests durchgeführt, von denen einer vorsieht, das Material mit einer energiereichen Strahlungsquelle unter Ausbildung sämtlicher Farbzentren zu bestrahlen und die Differenz des Flächenintegrals des Absorptionsspektrums im UV- und/oder sichtbaren Bereich vor und nach der Bestrahlung zu bestimmen.
Aus der DE 10 2004 060 721 A1 der Anmelderin ist ein Verfahren zur Auswahl von optischen Materialien in Bezug auf strahlungsinduzierte Transmissionsverluste durch Bestrahlung mit einer Bestrahlungsquelle, insbesondere von Kalziumfluorid auf laserinduzierte Absorption, bekannt geworden. Das optische Material wird hierbei durch die Strahlungsquelle in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich bestrahlt, wobei die Bestrahlung in einem lokalen Materialbereich stattfindet. In einem ersten Schritt wird die Transmission bzw. Absorption vor der Bestrahlung und in einem weiteren Schritt die Transmission bzw. Absorption nach der Bestrahlung gemessen. Bei den Messungen wird die gleiche Strahlungsquelle wie bei der Bestrahlung verwendet. Die erhaltenen Messergebnisse vor und nach der Bestrahlung werden miteinander verglichen, um ein geeignetes Material zur Herstellung einer optischen Komponente auszuwählen. Die DE 10 2004 060 721 A1 beschränkt sich aber darauf, zu beschreiben, wie sich Kalziumfluorid unter moderaten Belastungen (bei Energiedichten bis ca. 15 mJ/cm²) verhält und qualifiziert werden kann.
Änderungen im Anforderungsprofil der Strahlenbelastung von optischen Komponenten für Lithographieanlagen, insbesondere bei einer Wellenlänge von 193 nm, erfordern ein neues Qualifizierungsverfahren, welches die neuen, höheren Belastungen berücksichtigt und eine Aussage ermöglicht, welches Kalziumfluorid-Material geeignet ist, um in hoch belasteten Linsenelementen eingesetzt zu werden. Hierzu ist die Ermittlung einer charakteristischen Kenngröße des optischen Materials im Hinblick auf Transmissionsverluste bei hohen Pulszahlen (> 10⁹ Pulse) und hohen Energiedichten von ca. 50 mJ/cm² und größer erforderlich.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Ermitteln einer charakteristischen Kenngröße eines optischen Materials zur Qualifizierung des optischen Materials im Hinblick auf Bestrahlungsfestigkeit bei hohen Energiedichten sowie eine optische Komponente bereitzustellen, die aus einem bestrahlungsfesten Material besteht.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem ein Sättigungswert der Änderung des Absorptionskoeffizienten des optischen Materials als charakteristische Kenngröße des optischen Materials ermittelt wird, wobei bevorzugt zum Ermitteln des Sättigungswerts eine jeweilige Änderung des Absorptionskoeffizienten des optischen Materials bei mindestens zwei Bestrahlungen mit unterschiedlichen Bestrahlungsparametern gemessen wird. Die Erfinder haben erkannt, dass bei einer hohen Pulszahl, die typischer Weise bei mehreren 10⁹ Pulsen (Gigapulsen) liegt, durch die Bestrahlung keine zusätzliche Verringerung der Transmission des optischen Materials mehr eintritt, da die Transmissionsänderung eine Sättigung erfährt. Dieser Effekt wurde an Kalziumfluorid nachgewiesen. Hierbei handelt es sich um eine neue Erkenntnis, da z. B. in der DE 10 2004 060 721 A1 der Anmelderin von einem linearen Anstieg der Transmissionsänderung mit zunehmender Pulsanzahl ausgegangen wurde, d. h. dort wurde kein Sättigungsverhalten beobachtet.
Da eine Langzeitbestrahlung, d. h. eine Bestrahlung mit Pulszahlen von mehreren Gigapulsen, an einer Probe des optischen Materials mit sehr hohen Kosten verbunden ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine nichtlineare Modellfunktion für den Zusammenhang zwischen Transmissionsänderung und Bestrahlungsparametern zu verwenden. Bei Langzeitbestrahlung kann die Modellfunktion an die Datenpunkte angefittet werden und die charakteristischen Kenngrößen für die Laserstabilität aus diesem Fit erhalten werden. Wird mit Hilfe der aus vielen Langzeitmessungen belegten Modellfunktion an die bei zwei oder mehr Bestrahlungen ermittelten Messwerte für die Transmissionsänderung ein nichtlineares Geleichungssystem gelöst, kann der Sättigungswert und die Zeitkonstante der Transmissionsdegradation bestimmt werden, ohne dass eine Bestrahlung mit einer hohen Pulszahl erforderlich ist, d. h. die Ermittlung des Sättigungswerts kann mit Hilfe eines Kurzzeittests erfolgen. Es versteht sich, dass die Bestrahlungsparameter bei den einzelnen Bestrahlungen hierbei jeweils so gewählt werden, dass der Sättigungsgrenzwert noch nicht erreicht wird.
Bevorzugt wird als weitere charakteristische Kenngröße des optischen Materials die oben erwähnte Zeitkonstante ermittelt, die das Zeitverhalten der Änderung des Absorptionskoeffizienten in Abhängigkeit von den Bestrahlungsparametern angibt. Die Modellfunktion, typischer Weise eine nichtlineare Funktion, insbesondere eine Exponentialfunktion, enthält einen Koeffizienten, welcher den Einfluss der Bestrahlungsparameter auf die Transmissionsänderung angibt. Dieser kann zusammen mit dem Sättigungswert bestimmt werden, wenn Messwerte bei zwei oder mehr Bestrahlungen mit zumindest einem Bestrahlungsparameter ermittelt werden, der bei den Bestrahlungen jeweils unterschiedlich gewählt wird.
In einer bevorzugten Variante sind die Bestrahlungsparameter ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Pulsanzahl, Pulsdauer und Energiedichte. Diese Bestrahlungsparameter gehen in die Modellfunktion als Einflussgrößen für die Transmissionsänderung ein. Typischer Weise werden bei einer Bestrahlung nur Pulse verwendet, welche dieselbe Energiedichte und dieselbe Pulsdauer aufweisen.
In einer besonders vorteilhaften Variante werden als unterschiedliche Bestrahlungsparameter unterschiedliche Energiedichten gewählt, wobei bevorzugt die Pulsdauer bei der Bestrahlung mindestens 100 ns beträgt. Um sowohl den Sättigungswert als auch die Zeitkonstante der Modellfunktion möglichst genau zu bestimmen, ist es günstig, wenn die Pulsdauer in diesem Fall groß ist, d. h. typischer Weise zwischen 100 ns und 500 ns liegt (auch als „gestretchter” Puls bezeichnet).
In einer vorteilhaften Variante werden als unterschiedliche Bestrahlungsparameter unterschiedliche Pulsdauern gewählt, wobei bevorzugt die Energiedichte konstant gehalten wird. Bei einer ersten Bestrahlung kann die Pulsdauer bei weniger als 100 ns, typischer Weise zwischen 20 ns und 50 ns liegen, was auch als „ungestretchter” Puls bezeichnet wird. Bei einer weiteren Bestrahlung kann die Pulsdauer bei mehr als 100 ns liegen („gestretchter” Puls), um eine möglichst große Differenz zwischen den jeweiligen Transmissionsänderungen zu erzeugen.
In einer weiteren Variante werden als unterschiedliche Bestrahlungsparameter unterschiedliche Pulszahlen gewählt, wobei bevorzugt die Energiedichte konstant gehalten wird. In diesem Fall sollten die Pulszahlen bei den zwei oder mehr Bestrahlungen deutlich voneinander abweichen, um die Parameter der Modellfunktion möglichst präzise ermitteln zu können. Die Messung kann hierbei sowohl mit Hilfe von „gestretchten” als auch „ungestretchten” Pulsen erfolgen.
Bevorzugt wird die Änderung des Absorptionskoeffizienten mit der fluenzabhängigen Transmissionsmethode gemessen. Diese im Englischen als „Fluence-Dependent Transmission”, FDT, bezeichnete Messmethode ist für die Bestimmung der Transmissionsänderung bei hohen Energiedichten besonders geeignet, da bei vielen Materialien deutliche Absorptionsänderungen entstehen. Es versteht sich, dass zusätzlich auch eine die spektrale Auswertung der induzierten Absorption im UV-, nahen UV- und im sichtbaren Wellenlängenbereich (ca. 200 nm bis 1000 nm) sowie eine fluoreszenz-spektrale Auswertung (durch Lumineszenzmessung) insbesondere bei Laser-Bestrahlung mit einer Wellenlänge von 193 nm erfolgen kann.
Besonders bevorzugt werden die Bestrahlungen in einem Wellenlängenbereich zwischen 120 nm und 250 nm, insbesondere bei 193 nm, durchgeführt. Die Bestrahlung wird bevorzugt bei einer Wellenlänge durchgeführt, welche der Nutzwellenlänge des optischen Materials bzw. der daraus gefertigten optischen Komponente in einer optischen Anordnung, z. B. einer Lithographieanlage, entspricht. Es versteht sich jedoch, dass die Bestrahlungswellenlänge ggf. auch von der Nutzwellenlänge abweichend gewählt werden kann.
In einer besonders vorteilhaften Variante wird als weitere charakteristische Kenngröße des optischen Materials die Korrelation aus dem Sättigungswert bei einer Pulsdauer kleiner als 100 ns und dem Sättigungswert bei einer Pulsdauer größer als 100 ns ermittelt. Bei einem idealen optischen Material sollte sich der Sättigungswert bei „ungestretchten” Pulsen bis auf Abweichungen, die im Rahmen der Messungenauigkeit (ca. 10%) liegen, nicht vom Sättigungswert bei „gestretchten” Pulsen unterscheiden. Weicht der bei „ungestretchten” Pulsen gemessene Sättigungswert jedoch erheblich vom bei „gestretchten” Pulsen gemessenen Sättigungswert ab, ist dies ein Hinweis darauf, dass das optische Material fehlerhaft ist.
Die Erfindung ist auch anwendbar in einer optischen Komponente, hergestellt aus einem optischen Material, insbesondere aus Kalziumfluorid, mit einem Sättigungswert der Änderung des Absorptionskoeffizienten kleiner als 10 × 10^–4 1/cm, bevorzugt kleiner als 5 × 10^–4 1/cm. Die optische Komponente wird aus einem Rohling aus einem optischen Material gefertigt, welches die erforderliche Spezifikation bezüglich der Änderung des Absorptionskoeffizienten bzw. der Transmissionsänderung bei Langzeitbestrahlung aufweist. Die Auswahl eines geeigneten optischen Materials kann hierbei mittels des oben beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass aus einem optischen Material, welches die Anforderungen im Hinblick auf die Laserstabilität nicht erfüllt, optische Komponenten hergestellt werden.
Bevorzugt weicht die Änderung des Absorptionskoeffizienten bei einer Pulszahl von mehr als 100 × 10⁹, einer Energiedichte von mehr als 25 mJ/cm² und einer Pulsdauer von weniger als 150 ns um weniger als 0,1% vom Sättigungswert ab. Der Sättigungswert kann aufgrund des exponentiellen Sättigungsverhaltens nur asymptotisch erreicht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die optische Komponente eine Zeitkonstante s₂ für das Zeitverhalten der Änderung des Absorptionskoeffizienten in Abhängigkeit von den Bestrahlungsparametern von weniger als 1·10^–19 cm⁴·s·mJ^–2·Puls^–1 auf.
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 zeigt
1 eine schematische Darstellung einer Probe eines optischen Materials bei einer Bestrahlung,
2a–c schematische Darstellungen der Änderung des Absorptionskoeffizienten optischer Materialien in Abhängigkeit von der Pulszahl bei der Bestrahlung mit einer Hochleistungs-Strahlungsquelle, und
3 ein Korrelationsdiagramm zwischen dem Sättigungswert der Änderung des Absorptionskoeffizienten bei „ungestretchten” und bei „gestretchten” Pulsen.
In 1 ist schematisch eine Probe (Rohling) aus Kalziumfluorid als optischem Material 1 gezeigt, das mit Hilfe einer Laser-Strahlungsquelle 3 mit Laserstrahlung 4 bei einer Wellenlänge von 193 nm bestrahlt wird. Die Bestrahlung wird durchgeführt, um zu entscheiden, ob das optische Material 1 zur Herstellung einer optischen Komponente 2 geeignet ist, die in 1 gestrichelt angedeutet ist. Für die Bestrahlung mit der Laser-Strahlungsquelle 3 existieren im Wesentlichen drei Bestrahlungsparameter, nämlich die Pulsanzahl N, die Pulsdauer τ, sowie die Energiedichte H (Fluenz) der Einzelpulse.
Die Änderung im Absorptionskoeffizienten k (= –log₁₀(T)/D) (in 1/cm), wobei D die Dicke des optischen Materials 1 und T die Transmission bezeichnet, vor und nach der Bestrahlung mit hoher Energiedichte wird durch das sogenannte Rapid-Damage- Messverfahren nachgewiesen, das als auch als fluenzabhängige Transmissionsmethode bezeichnet wird (kurz: FDT Methode). Dieses Verfahren ist dem Fachmann auf dem Gebiet der optischen Messtechnik bekannt und wird daher hier nicht näher dargestellt.
Die auf diese Weise ermittelte Abhängigkeit des Absorptionskoeffizienten k von der Pulsanzahl N ist für eine erste Kalziumfluorid-Probe in 2a bei einer Langzeitbestrahlung dargestellt, bei der 13 × 10⁹ Pulse mit einer Pulsdauer τ von jeweils 23 ns und einer konstanten Energiedichte von ca. 18,8 mJ/cm² auf das optische Material 1 eingestrahlt wurden. In 2a ist deutlich zu erkennen, dass die Messwerte bei hohen Pulszahlen N von über 100 Gigapulsen in einen Sättigungsbereich eintreten, in dem die Änderung des Absorptionskoeffizienten k sich dem Wert Null nähert.
Anhand der in 2a gezeigten Messwerte wurde eine Modellfunktion für die strahlungsinduzierte Absorption in dem Kalziumfluorid-Material 1 entwickelt, welches im Folgenden beschrieben wird:
Es bezeichnen:

[DZ]: = Konzentration an Defektzentren (bereits vor der Bestrahlung vorhanden)
[FZ]: = Konzentration an Farbzentren (entstehen in Folge der Bestrahlung)
[DZ₀]: = maximale Konzentration an Defektzentren
N: = Anzahl an Laserpulsen
H: = Energiedichte
ε: = molarer Extinktionskoeffizient für den Übergang
s₁: = s₂ H²/τ = Koeffizient für die Bildung von Farbzentren im Material auf Basis der Zweiphotonenanregung
s₂: = Zeitkonstante der Transmissionsänderung

Ausgehend von diesen Größen wird die folgende Modellvorstellung entwickelt:
Es gilt:
Die Änderung des Absorptionskoeffizienten k in Abhängigkeit von der Pulszahl N lässt sich somit durch eine nichtlineare Modellfunktion beschreiben, die auf einem Exponentialgesetz basiert. Die beiden Parameter der Modellfunktion sind der Sättigungswert k_∞ der Änderung k des Absorptionskoeffizienten k sowie der Koeffizient s₂, welcher als eine Zeitkonstante der Transmissionsänderung interpretiert werden kann, die zusammen mit dem Sättigungswert die Veränderung des Absorptionskoeffizienten k in Abhängigkeit von der Pulsanzahl N beschreiben. Der Koeffizient s₂ sowie der Sättigungswert k_∞ können bestimmt werden, indem die Beziehung (1) an die in 2a gezeigten Messwerte mittels eines üblichen Verfahrens, z. B. der Methode kleinster Fehlerquadrate (nichtlineare Kurvenanpassung), angepasst wird, wobei hierbei der Absorptionskoeffizient k₀ des optischen Materials 1 ohne Bestrahlung berücksichtigt werden muss, der im in 2a gezeigten Beispiel bei k₀ = 0,00011 liegt. Der durch das Anpassen der in 2a gezeigten Kurve 5a an die experimentellen Daten ermittelte Sättigungswert k_∞ liegt bei ca. 3,4 × 10^–4 1/cm, die Zeitkonstante s₂ bei 1.7085 × 10^–20 cm⁴·s·mJ^–2·Puls^–1.
Die in 2a gezeigte Langzeitbestrahlung ist aufgrund der hohen Pulsanzahl sehr kostenintensiv. Es ist daher günstiger, die Zeitkonstante s₂ sowie den Sättigungsgrenzwert k_∞ nur anhand von z. B. zwei Bestrahlungen mit unterschiedlichen Pulszahlen N₁, N₂ zu bestimmen, die möglichst weit auseinander liegen sollten. Aus den hierbei gemessenen Transmissionsänderungen k₁, k₂ lassen sich die zwei Parameter k_∞, s₂ durch Lösen eines nichtlinearen Gleichungssystems mit zwei Unbekannten anhand der Formel (1) bestimmen. Um die Lösung des Gleichungssystems zu vereinfachen, hat es sich als günstig erwiesen, wenn für die Bestrahlungsparameter bei den beiden Bestrahlungen gilt: H2 2N2τ1/(H1 2N1τ2) = const., insbesondere = 2.
Es versteht sich, dass alternativ auch die Energiedichte als Bestrahlungsparameter variiert werden kann, wobei bevorzugt die Pulsdauer P möglichst größer als 100 ns gewählt wird. Alternativ können auch zwei oder mehr Bestrahlungen mit unterschiedlichen Pulsdauern τ durchgeführt werden, um die beiden Parameter k_∞ und s₂ zu ermitteln. Im letzten Fall kann die Energiedichte konstant gewählt werden, wobei die Energiedichte hierbei bevorzugt mit der Energiedichte übereinstimmt, der die aus dem optischen Material gefertigte optische Komponente im Betrieb z. B. in einem Beleuchtungssystem einer Lithographieanlage ausgesetzt ist.
2b, c zeigen anhand von weiteren Messungen, die an unterschiedlichen optischen Materialien durchgeführt wurden, die Charakterisierung von optischen Materialien im Hinblick auf ihre Laserstabilität. Für das in 2a untersuchte optische Material wurden bei einer Pulsdauer τ₁ von 33 ns und einer Energiedichte H₁ von 10,9 mJ/cm² sowie einem k₀-Wert von 0,00046 eine Zeitkonstante s₂ von 1,6818 × 10^–20 cm⁴·s·mJ^–2·Puls^–1 sowie ein Sättigungswert k_∞ ⁽¹⁾ von ca. 0,018 1/cm ermittelt, vgl. die Kurve 5b. Für dieses optische Material wurde weiterhin bei einer Pulsdauer τ₂ von 130 ns und einer Energiedichte H₂ von 10,38 mJ/cm² sowie einem k₀-Wert von 0,00046 eine Zeitkonstante von 6.4576 × 10^–20 cm⁴·s·mJ^–2·Puls^–1 sowie ein Sättigungswert k_∞ ⁽²⁾ von 0.00185 1/cm ermittelt, vgl. die Kurve 5c. Anhand der ermittelten Sättigungswerte k_∞ ⁽²⁾ wird das optische Material nicht zur Herstellung von optischen Komponenten verwendet, da der angestrebte Sättigungswert größer als 0.001 1/cm ist. Wie an dem in 2b beschriebenen Beispiel zu erkennen ist, ist es somit günstig, die Ermittlung des Sättigungswerts k_∞ sowohl bei „gestretchten” als auch bei „ungestretchten” Pulsen durchzuführen, da die in beiden Fällen ermittelten Sättigungswerte k_∞ ⁽¹⁾, k_∞ ⁽²⁾ erheblich voneinander abweichen können. Eine solche Abweichung ist in der Regel auf ein bezüglich der Laserstabilität nicht akzeptables optisches Material zurückzuführen, so dass das optische Material im in 2b gezeigten Beispiel allein aufgrund der großen Abweichung zwischen den Sättigungswerten k_∞ ⁽¹⁾, k_∞ ⁽²⁾ bei ungestretchten bzw. gestretchten Pulsen nicht zur Herstellung einer optischen Komponente geeignet ist.
Dagegen kann an einer anderen Probe gezeigt werden (2c), dass hier die Anforderung an k_∞ (< 10 × 10^–4 1/cm und auch < 5 × 10^–4 1/cm) in beiden Fällen (ungestretcht und gestretcht) erfüllt werden kann: Im ungestretchten Fall (Kurve 5d) ergibt sich bei einer Pulsdauer τ₁ von 23 ns und einer Energiedichte H₁ von 12,0 mJ/cm² sowie einem k₀-Wert von 0,00006 ein Sättigungswert k_∞ ⁽¹⁾ = 0.00027 ± 0.00005; im gestretchten Fall (Kurve 5e) ergibt sich bei einer Pulsdauer τ₂ von 23 ns und einer Energiedichte H₂ von 13,85 mJ/cm² sowie einem k₀-Wert von 0,00006 ein Sättigungswert k_∞ ² = 0.0003 ± 0.00024. Da beide Sättigungswerte k_∞ ⁽¹⁾ und k_∞ ⁽²⁾ kleiner als 10 × 10^–4 1/cm sind, kann das optische Material für den gewünschten Anwendungszweck eingesetzt werden. Die jeweiligen Zeitkonstanten sind hierbei s₂ ⁽¹⁾ = 1.7783 10^–19 cm⁴·s·mJ^–2·Puls^–1 und s₂ ⁽²⁾ = 8.0102 10^–20 cm⁴·s·mJ^–2·Puls^–1.
Durch Auswertung von insgesamt acht Messungen an CaF₂-Proben bei zwei verschiedenen Pulslängen (ca. 25 ns und 120 ns, d. h. ungestretcht bzw. gestretcht) wurden die Sättigungswerte k_∞ ⁽¹⁾ und k_∞ ⁽²⁾ bei der Bestrahlung ermittelt und in einem Korrelationsdiagramm (3) aufgetragen. In einem idealen Fall sollte sich hierbei eine Gerade mit Steigung 1 ergeben, die einen Korrelationskoeffizienten von 1 aufweist. Bei den Messungen gefunden wurde eine Steigung von k_∞ ⁽²⁾ = 1.1091 × k_∞ ⁽¹⁾ und R² = 0.9565, d. h. die bei den Messungen ermittelte Abweichung der Korrelation vom idealen Fall liegt bei ca. 10%.
Das oben beschriebene Verfahren erlaubt eine Auswahl von optischen Materialien im Hinblick auf ihre Laserbeständigkeit auch bei hohen Energiedichten, wie sie in modernen Beleuchtungssystemen für die Mikrolithographie auftreten. Für diesen Fall ist die Beschreibung der Abhängigkeit der Transmissionsänderung von den Bestrahlungsparametern durch eine lineare Beziehung, wie sie in der DE 10 2004 060 721 A1 verwendet wird, um Kalziumfluorid-Material bei kleineren und mittleren Energiedichten zu charakterisieren, unzureichend. Es versteht sich, das ein solches lineares Modell aus der Gleichung (1) durch lineare Näherung erhalten werden kann, wenn s₁ N << 1 gesetzt wird, da sich in diesem Fall Δk ≈ k_∞s₂H²N/τ, d. h. eine lineare Abhängigkeit der Absorptionsänderung von der Pulsanzahl N ergibt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 7170069 B2 [0004]
- DE 102005024678 B2 [0005]
- DE 102004060721 A1 [0006, 0006, 0009, 0039]

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer charakteristischen Kenngröße eines optischen Materials (1), insbesondere von Kalziumfluorid, im Hinblick auf Transmissionsverluste bei Bestrahlung mit einer gepulsten Hochleistungs-Strahlungsquelle, umfassend: Ermitteln eines Sättigungswerts (k_∞) der Änderung des Absorptionskoeffizienten (k) des optischen Materials (1) als charakteristische Kenngröße des optischen Materials (1), wobei bevorzugt zum Ermitteln des Sättigungswerts (k_∞) eine jeweilige Änderung des Absorptionskoeffizienten (k₁, k₂) des optischen Materials (1) bei mindestens zwei Bestrahlungen mit unterschiedlichen Bestrahlungsparametern (N₁, N₂, H₁, H₂, τ₁, τ₂) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als weitere charakteristische Kenngröße des optischen Materials (1) eine Zeitkonstante (S₂) ermittelt wird, die das Zeitverhalten der Änderung des Absorptionskoeffizienten (k) in Abhängigkeit von den Bestrahlungsparametern (N, τ, H) angibt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Bestrahlungsparameter (N, τ, H) ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend: Pulsanzahl (N), Pulsdauer (τ) und Energiedichte (H).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als unterschiedliche Bestrahlungsparameter unterschiedliche Energiedichten (H₁, H₂) gewählt werden, wobei bevorzugt die Pulsdauer (τ) bei der Bestrahlung mindestens 100 ns beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als unterschiedliche Bestrahlungsparameter unterschiedliche Pulsdauern (τ₁, τ₂) gewählt werden, wobei bevorzugt die Energiedichte (H) konstant gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als unterschiedliche Bestrahlungsparameter unterschiedliche Pulszahlen (N₁, N₂) gewählt werden, wobei bevorzugt die Energiedichte (H) konstant gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als weitere charakteristische Kenngröße des optischen Materials (1) die Korrelation aus dem Sättigungswert (k_∞ ⁽¹⁾) bei einer Pulsdauer (τ₁) kleiner als 100 ns und dem Sättigungswert (k_∞ ⁽²⁾) bei einer Pulsdauer (τ₂) größer als 100 ns ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Änderung des Absorptionskoeffizienten (k) mit der fluenzabhängigen Transmissionsmethode gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bestrahlungen in einem Wellenlängenbereich zwischen 120 nm und 250 nm, bevorzugt bei 193 nm, durchgeführt werden.
Optische Komponente (2), hergestellt aus einem optischen Material (1), insbesondere aus Kalziumfluorid, mit einem Sättigungswert (k_∞) der Änderung des Absorptionskoeffizienten (k) kleiner als 10 × 10^–4 1/cm, bevorzugt kleiner als 5 × 10^–4 1/cm.
Optische Komponente nach Anspruch 10, bei welcher die Änderung des Absorptionskoeffizienten (k) bei einer Pulszahl (N) von mehr als 100 × 10⁹, einer Energiedichte (H) von mehr als 25 mJ/cm² und einer Pulsdauer (r) von weniger als 150 ns um weniger als 0,1% vom Sättigungswert (k_∞) abweicht.
Optische Komponente nach Anspruch 10 oder 11, mit einer Zeitkonstanten s₂ für das Zeitverhalten der Änderung des Absorptionskoeffizienten (k) in Abhängigkeit von den Bestrahlungsparametern (N, τ, H) von weniger als 1·10^–19cm⁴·s·mJ^–2·Puls^–1.