DE102009042989A1

DE102009042989A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Laserstabilität eines optischen Elements

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Publication number: DE102009042989A1
Application number: DE200910042989
Authority: DE
Inventors: Christian Poetsch; Lutz Dr. Parthier; Maria-Louisa Dr. Aigner; Martin Dr. Letz; Jörg Stäblein
Original assignee: Hellma Materials GmbH and Co KG
Current assignee: Hellma Materials GmbH and Co KG
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2011-04-21

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Laserstabilität eines optischen Elements und ein Verfahren hierzu. Dabei wird die Dielektrizitätskonstante des Materials und/oder dessen Leitfähigkeit von Gleichstrom ermittelt und daraus die Stabilität gegenüber der Bestrahlung mit energiereichem Licht bestimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Laserstabilität eines optischen Elements und ein Verfahren zur Bestimmung der Laserstabilität eines optischen Elements.
Optische Elemente wie zum Beispiel Linsen oder Prismen, die mit UV-Licht, insbesondere mit UV-Licht von Lasern, in Kontakt kommen, werden zum Beispiel in Vorrichtungen zur Erzeugung von Laserlicht oder in Verfahren, die der Halbleitertechnologie von Bedeutung sind, wie zum Beispiel in der Mikrolithographie, verwendet.
Es ist bekannt, dass solche optische Elemente bei lang andauernder Bestrahlung mit UV-Strahlung eine, im Allgemeinen unerwünschte Zunahme der Absorption des UV-Lichts zeigen. Diese Zunahme der Absorption des UV-Lichts wird auch als Degradation oder Strahlenschaden bezeichnet. Erfolgt er durch die Bestrahlung mit Laser, dann wird er auch als Laserschaden bezeichnet. Diese Zunahme der Absorption des UV-Lichts ist eine irreversible Transmissionsabnahme. Sie wurde beispielsweise bei optischen Elementen aus Calciumfluorid CaF₂ beobachtet, welche mit mehr als 10 Millionen Pulsen eines UV-Lasers bestrahlt worden waren.
Diese Degradation ist eine schwer zu bestimmenden Eigenschaft, die jedoch für die Herstellung der genannten optischen Elemente von großer Bedeutung ist. Im Allgemeinen ist es wünschenswert, optische Elemente mit geringer Degradation zur Verfügung zu haben, um daraus optische Vorrichtungen herstellen zu können, deren Absorption im UV-Bereich auch nach langer Betriebsdauer nur wenig zunimmt und dadurch die Qualität der optischen Elemente verschlechtert. Dazu ist es erforderlich, die Degradation der optischen Elemente vorherzubestimmen, die diese bei ihrem Gebrauch, insbesonders im UV-Bereich entwickeln werden. Das ist schwierig und aufwändig.
Die Ursache für diese Degradation ist nicht eindeutig geklärt. Es wird angenommen, dass geringste, analytisch nicht mehr nachweisbare Verunreinigungen (zum Beispiel Fremdionen) für diese Degradation verantwortlich sind. Nach einer weiteren Theorie können auch Kristallbaufehler (zum Beispiel Leerstellen) die Ursache dieser Degradation sein.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung weisen optische Elemente also dann eine hohe Laserstabilität auf, wenn Sie nur eine geringe Degradation zeigen.
Nach dem Stand der Technik kann die Messung der Laserstabilität optischer Elemente unter Verwendung großer Proben (z. B. 10 cm lange Stäbe) erfolgen. Sie dauert typischerweise mehrere Wochen. Während dieser Zeit werden die Proben andauernd im Pulsbetrieb mit der UV-Strahlung eines Excimer-Lasers (Wellenlänge 193 nm) bestrahlt. Damit ist diese Messung sehr zeitaufwändig und sehr energieaufwändig.
Es sind daher bereits vielfältige Versuche unternommen worden, die Strahlenbeständigkeit bzw. die Stabilität von Kristallen gegenüber einer Degradation zu bestimmen. So wird beispielsweise in der DE 103 35 457 A1 ein Verfahren beschrieben, bei dem die Eignung von optischen Materialien gegenüber der Belastung mit hohen Energiedichten dadurch ermittelt wird, indem mindestens ein induziertes Fluoreszenzmaximum von einem nicht-linearen Absorptionsprozess bei verschiedenen Fluoreszenzen bestimmt, die Steigung der Kurve |dT/dH|, also den Betrag der Steigung für diese Fluoreszenz ermittelt und aus dieser Steigung die Transmission bestimmt wird.
In der DE 10 2006 038 902 A1 wird vorgeschlagen, die Laserstabilität eines optischen Materials vorab dadurch zu bestimmen, indem das Material zur Erzeugung eines Strahlenschadens vorbestrahlt wird und eine nicht-intrinsischen Fluoreszenz induziert wird, wobei diese induzierte Fluoreszenz einmal direkt nach der Vorbestrahlung und ein zweites Mal nach mindestens 10 Minuten nach dem Ende der Vorbestrahlung mit Licht einer Wellenlänge zwischen 350 und 700 nm angeregt wird und wobei die Intensität der Fluoreszenz zwischen 350 und 800 nm bestimmt wird und bei einer oder mehreren Wellenlängen in diesem Bereich quantitativ ausgewertet wird.
In der DE 10 2005 024 678 A1 wird vorgeschlagen, die bei einer Langzeitbestrahlung mit UV entstehenden irreversiblen Strahlenschäden dadurch zu bestimmen, indem man das Material bei 193 nm bestrahlt und die nicht-intrinsische Fluoreszenz bei 740 nm bestimmt, danach das Material mit Laserlicht einer hohen Energiedichte bestrahlt und die Absorptionsänderung bei einer Wellenlänge von 385 nm vor und nach der Bestrahlung bestimmt und das Material mit einer energiereichen Strahlungsquelle unter Ausbildung sämtlicher Farbzentren bestrahlt und die Differenz des Flächenintegrals des Absorptionsspektrums im UV und/oder sichtbaren Bereich vor und nach der Bestrahlung erfasst.
Schließlich wird in der DE 100 50 349 A1 vorgeschlagen, die Strahlenbeständigkeit von optischen Kristallen dadurch zu bestimmen, dass an einem Spaltstück eines Kristalls über einen zuvor festgelegten Wellenbereich von λ₁ bis λ₂ mittels eines Spektrophotometers das Absorptionsspektrum A bestimmt und anschließend der Kristall bzw. das Spaltstück mit einer energiereichen Strahlungsquelle unter Ausbildung sämtlicher theoretisch möglicher Farbzentren bestrahlt wird, worauf in einer zweiten Messung des bestrahlten Kristalles bzw. Spaltstückes über den gleichen Wellenbereich λ₁ bis λ₂ ein zweites Absorptionsspektrum B erfasst und das Flächenintegral des aus dem Spektrum A und Spektrum B gebildeten Differenzspektrums über den Bereich von λ₁ bis λ₂ bestimmt und durch die Dicke D des Kristalles dividiert wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bereit zu stellen, das es erlaubt, die Laserstabilität optischer Elemente mit möglichst geringem Aufwand zu bestimmen. Weiterhin liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung bereit zu stellen, mit der dieses Verfahren durchgeführt werden kann. Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen definierten Maßnahmen erreicht.
Überraschenderweise wurde nämlich gefunden, dass die Bestimmung dielektrischer Eigenschaften eines optischen Elementes die Bestimmung von dessen Laserstabilität erlaubt.
Dabei ist es erfindungsgemäß möglich, den ganzen Materialkörper, der zu optischen Elementen verarbeitet werden soll, zum Beispiel eine größere Menge Calciumfluorid, der erfindungsgemäßen Prüfung auf Laserstabilität zu unterziehen, ehe diese zu einem optischen Element verarbeitet wird oder aus einer größeren Menge des Materials eine Materialprobe zu entnehmen und nur diese zu prüfen. Auf diese Weise kann für dieses Material, aus dem die Probe stammt, die Laserstabilität bestimmt werden.
Optisches Element im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein beliebiges optisches Element. Die geometrische Form des optischen Elements kann grundsätzlich beliebig sein. Es kann sich beispielsweise um eine Linse oder um ein Prisma handeln. Beispielsweise können für die erfindungsgemäßen Messungen optische Elemente in Form von flachen Zylindern oder flachen Quadern verwendet werden, die als Dielektrikum zwischen die Platten eines entsprechend geformten Plattenkondensators eingefügt werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Laserstabilität eines optischen Elements umfasst die Bestimmung der Gleichstromleitfähigkeit und/oder der Dielektrizitätskonstanten des optischen Materials durch Messung der Impedanz dieses Materials. Üblicherweise wird dies mittels eines Plattenkondensators durchgeführt.
Zweckmäßigerweise wird im erfindungsgemäßen Verfahren die Impedanz bei einer beliebigen Wechselspannung ermittelt. Dabei kann die Frequenz der Wechselspannung auch extrem groß sein, z. B. bis zu 1 MHz. Auch die jeweils übliche Frequenz des öffentlichen Stromnetzes z. B. 50 Hz ist hierzu geeignet. Einfachheitshalber wird sie jedoch bei niedrigerer Frequenz, wie z. B. höchstens 1 Hz, insbesondere höchstens 0,1 Hz bzw. 0,01 Hz bestimmt. Bei der Verwendung einer Frequenz von 50 Hz sind z. B. einfache, empfindliche Messbrücken herstellbar, die noch kleinste Ströme messen können.
Üblicherweise wird das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Temperatur durchgeführt, bei der sich eine Leitfähigkeit messen lässt, vorzugsweise bei einer Temperatur, bei der die Frequenzabhängigkeit der Gleichstromleitfähigkeit minimiert wird. So ist z. B. bei Raumtemperatur diese Bestimmung mittels empfindlicher Messgeräte ohne weiteres möglich.
Bevorzugte Temperaturen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens betragen mindestens 400 K, insbesondere mindestens 500 K.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Stromleitfähigkeit für eine planparallele Probe mit den Flächen A und der Dicke d mit Hilfe der Gleichung
bestimmt, wobei

R = Z': den Realteil der Impedanz,
ω: die Frequenz der bei der Impedanzmessung verwendeten Wechselspannung,
ε0: die elektrische Feldkonstante,
ε'': den Verlust,
A: die Fläche eines zur Messung verwendeten Plattenkondensators,
d: den Plattenabstand des bei der Messung verwendeten Plattenkondensators und
σ: die Gleichstromleitfähigkeit

Wird erfindungsgemäß die Bestimmung der Laserstabilität eines optischen Elements mittels der Dielektrizitätskonstanten des Materials bestimmt, aus dem das optische Element besteht, dann wird die Dielektrizitätskonstante aus der Messung der Impedanz des Materials ermittelt, wobei die Dielektrizitätskonstante in Abhängigkeit von der Temperatur des Materials bestimmt wird. Hierbei wird die so erhaltene Dielektrizitätskonstante graphisch als Funktion der Temperatur aufgetragen und an der so erhaltenen Kurve die Höhe einer Schulter bestimmt, welche als Maß für die Laserstabilität des optischen Elements dient.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt die Frequenz der bei der Messung der Impedanz verwendeten Wechselspannung zwischen 0,01 und 1 KHz, insbesondere zwischen 0,01 und 100 Hz, wobei 0,01 und 70 Hz bevorzugt ist. Besonders zweckmäßig wird die Frequenz des jeweiligen öffentlichen Stromnetzes verwendet.
Hierbei ist es bevorzugt, dass die Schulter in einem Bereich von 300 bis 500 K, insbesondere bei ungefähr 450 K, liegt.
Zweckmäßigerweise wird dabei die Dielektrizitätskonstante mit Hilfe der Gleichung
bestimmt, in der

X = Z'': dem Imaginärteil der Impedanz,
ω: die Frequenz der bei der Impedanzmessung verwendeten Wechselspannung,
ε0: die elektrische Feldkonstante (Influenzkonstante),
ε': die Dielektrizitätskonstante,
A: die Fläche des bei der Messung verwendeten Plattenkondensators und
d: den Plattenabstand des bei der Messung verwendeten Plattenkondensators

Bevorzugte optische Materialien sind Calciumfluorid, Quarzglas (fused silica), LuAG, YAG, sowie mit Yb und/oder, Nd dotiertes YAG, Saphir mit Titan dotierter Saphir, sowie alle Laserkristalle.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassend einen Kondensator, zwischen dessen beiden Elektroden das zu bestimmende optische Material als Dielektrikum angebracht wird sowie eine Spannungs- bzw. Stromquelle und eine Einrichtung zur Messung von Strom und Spannung, wie einer üblichen Brückenschaltung.
Als Elektrode sind alle elektrisch leitfähigen Materialien geeignet, insbesonders jedoch Metalle, wie z. B. Cu und Fe. Sie sollen jedoch bei der gewählten Arbeitstemperatur nicht oxidieren. Zweckmäßigerweise besteht bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mindestens eine der beiden Elektroden des Kondensators, bevorzugt beide, aus einem Edelmetall, insbesondere aus Gold oder Silber.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht mindestens eine der beiden Elektroden des Kondensators, bevorzugt beide, aus einem Metall, welches bei den Temperaturen, bei denen das Verfahren durchgeführt wird, nicht in das optische Material diffundiert oder mit ihm reagiert.
In einer weiteren zweckmäßigen erfindungsgemäßen Ausführungsform wird auf die Oberfläche des zu bestimmenden optischen Materials bzw. optischen Elementes eine leitfähige Schicht aufgebracht, welche mit der Stromquelle und der Messeinrichtung verbunden wird. Auf diese Weise stellt die so beschichtete Oberfläche des optischen Materials den Plattenkondensator dar. Derartige elektrisch leitende Schichten können beispielsweise mittels einer Paste oder auch durch Aufsputtern einer metallischen Schicht erzeugt werden. Derart leitfähige Pasten sind bekannt und bestehen beispielsweise aus einer Mischung bzw. Suspension, die eine Matrix wie z. B. Lösungsmittel, Harz etc. und ein Partikel eines leitfähigen Materials wie z. B. Metall oder Graphit umfasst. Ein typisches Beispiel hierfür sind die kommerziell unter dem Begriff Leitsilber von verschiedenen Herstellern erhältlichen Pasten.
Die Bestimmung der dielektrischen Eigenschaften eines optischen Elements kann zum Beispiel mit Hilfe eines kommerziell erhältlichen Gerätes, zum Beispiel mit dem Gerät Novocontrol Alpha Analyzer, mit großer Genauigkeit erfolgen. Hierbei können die dielektrischen Eigenschaften des optischen Elements auch temperaturabhängig ermittelt werden, beispielsweise mit einer Temperaturkontrolleinheit, wie sie kommerziell erhältlich ist unter der Bezeichnung Quatro.
Üblicherweise werden bei der Bestimmung der dielektrischen Eigenschaften eines optischen Elements verschiedene Daten parallel bestimmt. Bei einer bestimmten Temperatur können zum Beispiel die Leitfähigkeit (sigma), die Dielektrizitätskonstante (epsilon') und der Verlust (epsilon'') als bestimmt werden. Dabei wird typischerweise ein Frequenzbereich (Frequenz der bei der Messung verwendeten Wechselspannung) von 0,1 Hz bis 1 MHz untersucht. Typischerweise findet die Untersuchung in einem Temperaturbereich von 0°C bzw. Raumtemperatur (20°C) bis 650 K statt.
Für eine scheibenförmige Probe (aus einem Material für optische Elemente), die zwischen die Platten einen Plattenkondensators als Dielektrikum eingefügt werden kann, gelten die folgenden Zusammenhänge. Mit Hilfe einer frequenzabhängigen Messung der an den Kondensator angelegten Wechselspannung U(ω, t) und des resultierenden Wechselstroms I(ω, t), wobei ω für die Frequenz und t für die Zeit stehen, lässt sich die komplexe Impedanz Z(ω) des Dielektrikums (also der Probe) bestimmen.
In der Praxis werden in der Regel die dielektrischen Eigenschaften der Probe durch die Messung der Spannung U(ω, t) und des Stroms I(ω, t) mittels einer Brückenschaltung bestimmt. Wenn die Probe und damit die Elektroden des Plattenkondensators die Fläche A haben und der Plattenabstand d beträgt gelten die folgenden Zusammenhänge.
Für die komplexe Impedanz Z(ω) gilt die Gleichung
Neben den bereits definierten Größen bedeuten Z'(ω) und Z''(ω) den Realteil und den Imaginärteil der Impedanz.
Der Realteil und der Imaginärteil der Impedanz hängen über die Probengeometrie (A und d wie bereits definiert) mit den komplexen Materialparametern, der dielektrischen Konstante ε' und der Leitfähigkeit σ, zusammen. Es gelten die folgenden Gleichungen, aus denen die genannten Materialparameter bestimmt werden können:
In dieser Gleichung bedeuten X_c = Z'' dem Imaginärteil der Impedanz, ω die Frequenz der bei der Impedanzmessung verwendeten Wechselspannung, ε₀ die elektrische Feldkonstante, ε' die Dielektrizitätskonstante, A die Fläche des bei der Messung verwendeten Plattenkondensators und d den Plattenabstand des bei der Messung verwendeten Plattenkondensators.
In dieser Gleichung bedeuten R = Z' den Realteil der Impedanz, ω die Frequenz der bei der Impedanzmessung verwendeten Wechselspannung, ε₀ die elektrische Feldkonstante, ε'' den Verlust, A die Fläche des bei der Messung verwendeten Plattenkondensators, d den Plattenabstand des bei der Messung verwendeten Plattenkondensators und σ die Leitfähigkeit (die für niedrige Frequenzen, in der Praxis beispielsweise bereits bei Werten von ω von weniger als 1 Hz, insbesondere bei 0,1 Hz in die Gleichstromleitfähigkeit übergeht).
Eine Größe die sich unabhängig von der Probengeometrie bestimmen lässt ist der Tangens des dielektrischen Verlustwinkels tan(δ) für den mit den bereits angegebenen Definitionen die folgende Gleichung gilt:
Von Bedeutung ist insbesondere die Leitfähigkeit sigma bei hohen Temperaturen und bei niedrigen Frequenzen. Zum Beispiel kann aus Messungen bei 0,1 Hz in solchen Temperaturbereichen, in denen keine, bzw. nur eine geringe, Frequenzabhängigkeit der zu bestimmenden Leitfähigkeit mehr beobachtet wird, die Gleichstromleitfähigkeit ermittelt werden. Diese ist mit der Frequenzantwortanalyse zuverlässiger und genauer zu bestimmen als mit bekannten, direkten Methoden (so genannte DC-Methoden vom Englischen DC für Gleichstrom). Typischerweise liegen die Temperaturen, bei denen keine, bzw. nur eine geringe, Frequenzabhängigkeit der zu bestimmenden Leitfähigkeit mehr beobachtet wird, oberhalb von 400 K, insbesondere oberhalb von 500 K.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass diese Gleichstromleitfähigkeit eines optischen Elements mit dessen Laserstabilität korreliert. Eine hohe Gleichstromleitfähigkeit bedeutet eine geringe Laserstabilität (möglicherweise auf Grund von mehr Verunreinigungen in dem optischen Element) und eine niedrige Gleichstromleitfähigkeit bedeutet eine hohe Laserstabilität.
Weiterhin wurde überraschenderweise gefunden, dass es bei hohen Temperaturen und niedrigen Frequenzen unabhängig von der bei der Messung dielektrischer Eigenschaften verwendeten Probe zu einem extremen Anstieg der gemessenen Dielektrizitätskonstante kommt. Es wird angenommen, dass dieser Effekt mit so genannten „blockierenden Elektroden” erklärt werden kann. Damit ist gemeint, dass die Ladungsträger bei niedrigen Frequenzen genug Zeit haben, sich im Bereich der Elektrode zu sammeln, ohne die Elektrode verlassen zu können, und so ein Gegenfeld verursachen, dass eine korrekte Messung der Dielektrizitätskonstanten verhindert. Diese bei hohen Temperaturen und niedrigen Frequenzen gemessene extrem hohe Dielektrizitätskonstante ist also keine Materialeigenschaft. Es konnte gezeigt werden, dass die so gemessene, extrem hohe Dielektrizitätskonstante sich zum Beispiel mit der Dicke der Probe ändert.
Weiterhin wurde überraschenderweise gefunden, dass alle Proben mit hoher Gleichstromleitfähigkeit, also mit geringer Laserstabilität eine Schulter im Verlauf der Dielektrizitätskonstanten (epsilon') zeigen, die bei Standardbedingungen bei ca. 450 K liegt. Es wird vermutet, dass diese Schulter auf eine zweite Ladungsträgerart zurück zu führen ist, die sich schneller durch das Material des untersuchten optischen Elements bewegt. Überraschenderweise kann die Höhe dieser Schulter auch als Maß für die Laserstabilität des untersuchten optischen Elements herangezogen werden. Die gemäß der vorliegenden Erfindung erhaltenen dielektrischen Größen können auf die Wiese in Bezug auf die daraus zu ermittelnde Laserfestigkeit validiert werden, dass die Laserfestigkeit verschiedener Proben sowohl nach den erfindungsgemäßen Methoden als auch nach aus dem Stand der Technik bekannten Methoden bestimmt werden.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des Verfahrens bzw. der Vorrichtung zur Herstellung von Linsen, Prismen, optischen Fenstern sowie optischen Komponenten für die DUV-Lithographie, Steppern, Excimer-Lasern, Wafern, Computerchips sowie integrierten Schaltungen und elektronischen Geräten, die solche Chips enthalten.
Die Erfindung soll anhand der folgenden Beispiele und Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigen
1 die Abhängigkeit der Leitfähigkeit von der Temperatur,
2 die Abhängigkeit des Imaginärteiles ε' von der Temperatur,
3 die Abhängigkeit der Leitfähigkeit an einer Calciumfluoridprobe von der Temperatur bei verschiedenen Frequenzen.
Wird die bei der Frequenz der zur Impedanzmessung verwendeten Wechselspannung) gemessenen Leitfähigkeit (hier sigma' genannt) über den Kehrwert der Temperatur T für verschiedene Calciumfluoridproben aufgetragen (z. B. in 1 für 0,1 Hz), so wird eine Kurve erhalten, die einen linearen Teil ohne Steigung sowie einen gegebenenfalls Schultern aufweisenden Teil mit Steigung darstellt. Dabei ist für hohe Temperaturen, also niedrige Werte der reziproken Temperatur von unter ca. 2,5 für 1000/(Temperatur in K) ein linearer Kurvenverlauf erkennbar. Diejenigen Proben mit hoher Leitfähigkeit in diesem Temperaturbereich haben eine geringe Laserstabilität.
In 1 ist ein Arrhenius Plot der CD Leitfähigkeit für unterschiedliche Proben aufgetragen. Auch hier zeigt es sich, dass diejenigen Proben, die eine hohe Laserfestigkeit zeigen, eine geringe Leitfähigkeit aufweisen. Aus der 1 lassen sich Bereiche der logarithmischen Leitfähigkeit als Funktion von 1/T erkennen, die unterschiedliche Kurvensteigungen aufweisen. Dabei werden in den verschiedenen Proben die Bereiche gleicher Steigung auch durch die gleichen Leitungsvorgänge hervorgerufen, z. B. Fluorfehlstellen in CaF2, oder nicht brückenbildender Sauerstoff oder OH-Gruppen im Quarzglas oder Sauerstofffehlstellen in Saphir oder den Granaten.
In 2 ist die bei 0,1 Hz (Frequenz der zur Impedanzmessung verwendeten Wechselspannung) gemessene Dielektrizitätskonstanten epsilon' (hier eps' genannt) über die Temperatur T in Kelvin für verschiedene Calciumfluoridproben aufgetragen. Diejenigen Proben mit einer ausgeprägten Schulter im Kurvenverlauf (zum Teil tritt sogar ein lokales Maximum auf) zwischen ca. 300 und ca. 500 K insbesonders bei ca. 390°K haben eine geringe Laserstabilität.
In 3 ist die gemessene Leitfähigkeit (hier sigma' genannt) für verschiedene Calciumfluoridproben über die Temperatur T in K für verschiedene Frequenzen der zur Impedanzmessung verwendeten Wechselspannung aufgetragen. Alle Messungen wurden mit auf- und absteigenden Temperaturen gemacht. Auch hier ist die Schulter bei ca. 390°K deutlich zu erkennen. Es ist deutlich zu erkennen, dass bei Temperaturen von über ca. 500 K nur noch eine geringe Frequenzabhängigkeit der Leitfähigkeit besteht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10335457 A1 [0008]
DE 102006038902 A1 [0009]
DE 102005024678 A1 [0010]
DE 10050349 A1 [0011]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines laserstabilen optischen Elements aus einem optischen Material, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfähigkeit des optischen Materials für Gleichstrom ermittelt wird und das Material, welches einen zuvor ermittelten Grenzwert überschreitet verwirft, wobei das Ermitteln der Gleichstromleitfähigkeit aus der Messung der Impedanz dieses Materials erfolgt.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Frequenz der bei der Messung der Impedanz verwendeten Wechselspannung höchstens 1 KHz beträgt.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Temperatur bei der Bestimmung der Gleichstromleitfähigkeit des Materials so gewählt wird, dass die Frequenzabhängigkeit der Gleichstromleitfähigkeit minimiert wird.
Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Temperatur mindestens 400 K beträgt.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Gleichstromleitfähigkeit mit Hilfe der Gleichung
bestimmt wird, in der R = Z' den Realteil der Impedanz, ω die Frequenz der bei der Impedanzmessung verwendeten Wechselspannung, ε₀ die elektrische Feldkonstante, ε'' den Verlust, A die Fläche des bei der Messung verwendeten Plattenkondensators, d den Plattenabstand des bei der Messung verwendeten Plattenkondensators und σ die Frequenzabhängigkeitsfähigkeit, die im Grenzfall kleiner Frequenzen in die Gleichstromleitfähigkeit übergeht bedeutet.
Ein Verfahren zur Bestimmung der Laserstabilität eines optischen Elements umfassend die Bestimmung der Dielektrizitätskonstanten des Materials, aus dem das optische Element besteht, wobei die Dielektrizitätskonstante aus der Messung der Impedanz des Materials bestimmt wird, und wobei die Dielektrizitätskonstante in Abhängigkeit von der Temperatur des Materials bestimmt wird, und wobei die so erhaltene Dielektrizitätskonstante graphisch als Funktion der Temperatur aufgetragen wird, und wobei an der so erhaltenen Kurve die Höhe einer Schulter bestimmt wird, welche als Maß für die Laserstabilität des optischen Elements dient.
Das Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Frequenz der bei der Messung der Impedanz verwendeten Wechselspannung höchstens 1 Hz ist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei die Schulter in einem Bereich von 300 bis 500 K liegt.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Dielektrizitätskonstante mit Hilfe der Gleichung
bestimmt wird, in der X_c = Z'' dem Imaginärteil der Impedanz, ω die Frequenz der bei der Impedanzmessung verwendeten Wechselspannung, ε₀ die elektrische Feldkonstante, ε' die Dielektrizitätskonstante, A die Fläche des bei der Messung verwendeten Plattenkondensators und d den Plattenabstand des bei der Messung verwendeten Plattenkondensators bedeuten.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Material, aus dem das optische Element besteht, Calciumfluorid ist.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfassend einen Kondensator, zwischen dessen beiden Elektroden sich das Material, aus dem das optische Element besteht, als Dielektrikum befindet.
Die Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei mindestens eine der beiden Elektroden des Kondensators aus einem Edelmetall besteht.
Die Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei mindestens eine der beiden Elektroden des Kondensators aus einem Metall besteht, welches bei den Temperaturen, bei denen das Verfahren durchgeführt wird, nicht in das optische Material diffundiert.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei mindestens eine der beiden Elektroden des Kondensators durch Aufsputtern einer metallischen Schicht auf das Material, aus dem das optische Element besteht, oder durch Aufbringen einer Paste, welche eine metallisch leitfähige Schicht ergibt, auf dieses Material erhältlich ist.
Verwendung des Verfahrens bzw. der Vorrichtung zur Herstellung von Linsen, Prismen, optischen Fenstern sowie optischen Komponenten für die DUV-Lithographie, Steppern, Excimer-Lasern, Wafern, Computerchips, sowie integrierten Schaltungen und elektronischen Geräten, die solche Chips enthalten.