DE102014212711A1

DE102014212711A1 - Plattenförmiges optisches Element, optischer Manipulator, Projektionsobjektiv und Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102014212711A1
Application number: DE102014212711.4A
Authority: DE
Inventors: Eric Eva
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2014-07-01
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2016-01-07
Also published as: TW201606334A; WO2016001092A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein plattenförmiges optisches Element (OE) aus Quarzglas, welches einen in Dickenrichtung (z) durchgehenden inneren Bereich (FP) aufweist, der von einem in Dickenrichtung (z) durchgehenden umlaufenden Randbereich (BA) umgeben ist, wobei ein Wasserstoff-Gehalt ([H2]) in dem umlaufenden Randbereich (BA) kleiner ist als ein Wasserstoff-Gehalt ([H2]) in dem inneren Bereich (FP). Die Erfindung betrifft auch einen optischen Manipulator mit einem solchen optischen Element (OE), ein Projektionsobjektiv mit mindestens einem solchen optischen Manipulator sowie eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem solchen Projektionsobjektiv.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein plattenförmiges optisches Element aus Quarzglas. Die Erfindung betrifft auch einen optischen Manipulator mit einem solchen plattenförmigen optischen Element, ein Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie mit mindestens einem solchen optischen Manipulator, sowie eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem solchen Projektionsobjektiv.
Es ist bekannt, zur Wellenfrontkorrektur bzw. zur Korrektur von Abbildungsfehlern in Projektionsobjektiven für die Mikrolithographie optische Manipulatoren zu verwenden. Beispielsweise ist in der US 2008/0239503 A1 ein Projektionsobjektiv einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie beschrieben, das einen optischen Manipulator zur Reduzierung von nicht rotationssymmetrischen Abbildungsfehlern aufweist. Bei einem Ausführungsbeispiel weist der Manipulator ein erstes optisches Element, beispielsweise eine Planplatte, und ein zweites optisches Element auf, zwischen denen ein Zwischenraum gebildet ist, in den eine Flüssigkeit eingebracht ist. Mindestens ein Aktuator ist mit dem ersten optischen Element derart gekoppelt, dass die Operation des Aktuators eine nicht drehsymmetrische Deformation des ersten optischen Elements bewirkt. Es können mindestens zwei Aktuatoren entlang des Umfangs des ersten optischen Elements angebracht sein, die mechanische Biegemomente in das optische Element einbringen, um dessen Oberflächenform reversibel zu verändern.
Um eine ausreichend große Veränderung der Oberflächenform (Verbiegung) des optischen Elements zur Korrektur von Wellenfrontfehlern zu bewirken, sollte die Dicke des zu manipulierenden optischen Elements nicht zu groß gewählt werden: Je dicker das optische Element ist, desto höher sind die mechanischen Spannungen, die für die gleiche Auslenkung benötigt werden und um so früher kommt es zu einem Ermüdungsbruch. Um bei der kontinuierlichen Beanspruchung durch die Einwirkung der Aktuatoren über eine hohe Zyklenzahl die vorgesehene Lebensdauer zu erreichen, muss das optische Element eine ausreichende mechanische Dauerfestigkeit aufweisen. Neben der Frage der mechanischen Lebensdauer stellt sich auch das Problem der Schädigung des Quarzglases durch das Laserlicht im UV-Wellenlängenbereich.
Optische Elemente aus Quarzglas werden durch mechanisches Bearbeiten eines Rohlings aus synthetischem Quarzglas hergestellt. Das synthetische Quarzglas des Rohlings wird in der Regel durch Verbrennen einer siliziumhaltigen, organischen oder anorganischen Precursor-Substanz in H₂ und O₂, ggf. unter Zusatz eines Heizgases wie etwa Erdgas, hergestellt. In der Flamme bilden sich bereits SiO₂-Partikel, die auf einem Target abgeschieden werden. Bei der Quarzglasherstellung unterscheidet man zwischen dem so genannten direkten Prozess, bei dem eine sehr heiße Flamme auf ein heißes Target gerichtet wird, so dass die Partikel direkt verglasen und dem so genannten Soot-Prozess, bei dem sich bei geringeren Temperaturen ein poröser Körper abscheidet, der zu einem massiven Glaskörper gesintert wird.
Heutzutage werden in Projektionsbelichtungsanlagen, die bei einer Wellenlänge von ca. 193 nm betrieben werden, in der Regel Soot-Gläser verwendet, die auf OH-Gehalte von typischer Weise weniger als ca. 200 ppm getrocknet, gesintert und entspannungsgetempert werden. Um E‘-Farbzentren in dem Quarzglas abzusättigen, die Laserstrahlung bei einer Wellenlänge von 193 nm stark absorbieren würden, wird das Quarzglas nach dem Tempern mit Wasserstoff beladen, und zwar typischer Weise bei „kalten" Temperaturen von maximal 600°, um die Bildung von Silan (SiH) zu vermeiden. Direkt abgeschiedenes Quarzglas erält hingegen bereits direkt bei der Abscheidung hohe Konzentrationen von Wasserstoff und Silan.
Die momentan vorgesehene Pulsenergiedichte in Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie liegt im Bereich von ca. 0,2 mJ/cm², es kann aber nicht ausgeschlossen werden, dass zukünftig Energiedichten bis 1 mJ/cm² oder darüber auftreten. Die geforderte Gesamtzahl von Laserpulsen wird in der Größenordnung von 300 bis 500 Mrd. liegen. Damit das Quarzglasmaterial diese Anforderungen ohne signifikante induzierte Absorption, induzierte Wellenfrontänderung und Ausbildung von Mikrokanälen überlebt, ist ein defektarmes Quarzglas erforderlich, das mit Wasserstoff beladen ist.
Aufgabe der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein plattenförmiges optisches Element bereitzustellen, welches für die Verwendung in einem optischen Manipulator einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie geeignet ist.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch ein plattenförmiges optisches Element aus Quarzglas, welches einen in Dickenrichtung durchgehenden inneren Bereich aufweist, der von einem in Dickenrichtung durchgehenden umlaufenden Randbereich umgeben ist, wobei ein Wasserstoff-Gehalt in dem umlaufenden Randbereich kleiner ist als ein Wasserstoff-Gehalt in dem inneren Bereich.
Bei dem Material des optischen Elements handelt es sich um künstlich hergestelltes Quarzglas (fused silica), welches für die hier relevanten Nutzwellenlängen, die im UV-Wellenlängenbereich bei weniger als ca. 250 nm liegen, transparent ist. Im Einbauzustand des optischen Elements in einer optischen Anordnung, beispielsweise in einem Projektionsobjektiv, bildet der innere Bereich den optisch genutzten Bereich, d.h. es handelt sich bei dem inneren Bereich um denjenigen Bereich des optischen Elements, durch den Nutzstrahlung gerichtet hindurch tritt. Der optisch genutzte innere Bereich ist von einem ringförmigen, umlaufenden Randbereich umgeben, in dem Aktuatoren einer Stelleinrichtung eines optischen Manipulators auf das optische Element einwirken können, um das optische Element in der gewünschten Weise zu verbiegen und dadurch eine Wellenfrontkorrektur zu erreichen.
Der innere Bereich, durch den die Strahlung hindurchtritt, und der umlaufende Randbereich verlaufen in Dickenrichtung durch das optische Element hindurch, d.h. die beiden Bereiche teilen das Volumen des plattenförmigen optischen Elements, welches zwischen den beiden plattenförmigen, einander in Dickenrichtung gegenüber liegenden Oberflächen des optischen Elements gebildet ist, in einen äußeren, ringförmigen oder rahmenförmigen Bereich und einen inneren Bereich auf, die sich im Wasserstoff-Gehalt unterscheiden. Das plattenförmige optische Element weist somit lateral (d.h. senkrecht zur Dickenrichtung) einen Gradienten des Wasserstoff-Gehalts auf.
Der Wasserstoff-Gehalt in dem inneren Bereich ist größer gewählt als in dem umlaufenden Randbereich, da der innere Bereich wie oben beschrieben den optisch genutzten Bereich bildet, der Laserstrahlung im UV-Wellenlängenbereich ausgesetzt ist. Wie weiter oben beschrieben wurde, dient der Wasserstoff dazu, die E‘-Farbzentren in dem Quarzglas zu sättigen und auf diese Weise eine laserinduzierte Absorption in dem Quarzglas zu verhindern. Bei hohen Energiedichten von 0,2 mJ/cm² oder darüber ist zu diesem Zweck ein hoher Wasserstoff-Gehalt in dem Quarzglas erforderlich. Der in das Quarzglas-Material eingebrachte Wasserstoff diffundiert jedoch schon bei Raumtemperatur aus, so dass sich im Laufe der Zeit, z.B. über mehrere Jahre, Verarmungszonen von einigen 10 Mikrometern Dicke in oberflächennahen Volumenbereichen des optischen Elements ausbilden. Durch die typischer Weise geringe Dicke des optischen Elements tritt das zusätzliche Problem auf, dass durch Heißprozesse, beispielsweise durch das Aufbringen von optischen Vergütungsschichten bei erhöhter Temperatur, eine signifikante Wasserstoffverarmung zumindest in den oberflächennahen Volumenbereichen benachbart zu den Oberflächen des optischen Elements auftritt.
Die Wasserstoffverarmung kann dazu führen, dass die Verbindung des optischen Elements mit den Aktuatoren, die an dem optischen Element mit ihren Kontaktflächen angreifen, im Laufe der Zeit durch den austretenden Wasserstoff geschwächt wird. Bei einer derartigen Verbindung kann es sich beispielsweise um eine Lötverbindung, eine Schweißverbindung oder eine Klebeverbindung handeln. Um eine Schwächung der Verbindung mit den Aktuatoren zu verhindern, ist der Wasserstoff-Gehalt in dem umlaufenden Randbereich (erheblich) geringer als der Wasserstoff-Gehalt in dem optisch genutzten inneren Bereich, d.h. das plattenförmige optische Element weist einen lateralen Gradienten des Wasserstoff-Gehalts auf.
Unter dem Begriff Wasserstoff bzw. unter der Bezeichnung H (oder OH) werden im Sinne dieser Anmeldung alle Isotope von Wasserstoff (Protium, Deuterium, Tritium) verstanden, sofern nichts anderes angegeben ist. Insbesondere Deuterium (D₂) kann neben Protium (H₂) ebenfalls für die Beladung mit Wasserstoff verwendet werden.
Typischer Weise erfolgt die Beladung nur mit einem der Wasserstoff-Isotope, d.h. entweder mit H₂ oder mit D₂, eine Beladung mit Mischungen der beiden (oder ggf. mit Tritium T₂) ist aber ebenso möglich.
Bei dem plattenförmigen optischen Element handelt es sich um eine planparallele Platte. Eine solche Platte weist typischer Weise eine geringe Dicke von z.B. weniger als 5 mm, insbesondere weniger als 3 mm auf, um eine ausreichende Verbiegung und damit eine ausreichende Deformation für die Wellenfrontmanipulation zu ermöglichen. Wie weiter oben beschrieben wurde, stellt sich durch die geringe Dicke des optischen Elements das zusätzliche Problem, dass durch Heißprozesse nach dem Beladen mit Wasserstoff sowie durch die Lagerung bei Raumtemperatur eine signifikante Wasserstoffverarmung auftritt. Das zu wählende Beladeprofil des optischen Elements mit Wasserstoff sollte diese Diffusionsprozesse während der Herstellung und Nutzung des optischen Elements antizipieren.
Bei einer Ausführungsform liegt der minimale Wasserstoff-Gehalt in dem inneren Bereich bei mehr als 1 × 10¹⁶ Molekülen / cm³, bevorzugt bei mehr als 5 × 10¹⁶ Molekülen / cm³. Da der Wasserstoff durch die beiden einander gegenüber liegenden plattenförmigen Oberflächen des optischen Elements eindiffundiert, tritt der minimale Wasserstoff-Gehalt typischer Weise bei der halben Dicke des plattenförmigen optischen Elements auf, sofern nach der Beladung von beiden Seiten gleich viel Material abgetragen wird. Die Stärke bzw. das Profil des Abfalls des Wasserstoff-Gehalts von den Oberflächen bzw. von den oberflächennahen Volumenbereichen zur Mitte hin kann je nach Anforderungen an das optische Element in gewissen Grenzen eingestellt werden.
Bei einer Ausführungsform weist das optische Element eine erste (plane) Oberfläche und eine zweite, der ersten in Dickenrichtung gegenüber liegende (plane) Oberfläche auf, wobei der Wasserstoff-Gehalt in dem inneren Bereich zumindest bis zu einem Abstand von 0,25 mm zur ersten und zur zweiten Oberfläche mindestens 1 × 10¹⁶ Moleküle /cm³, bevorzugt mindestens 5 × 10¹⁶ Moleküle / cm³, besonders bevorzugt mindestens 2 × 10¹⁷ Moleküle / cm³ beträgt. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist aufgrund der hohen Energiedichten, denen das optische Element in dem optisch genutzten inneren Bereich ausgesetzt ist, ein hoher Wasserstoff-Gehalt erforderlich. Ein zu hoher Wasserstoff-Gehalt sollte jedoch vermieden werden, da dieser zu laserinduzierter Änderung der optischen Eigenschaften führen kann.
Da der Wasserstoff beim Beladen durch die planen, plattenförmigen Oberflächen in das Quarzglas eindiffundiert, weist dieses typischer Weise in einem oberflächennahen Volumenbereich einen größeren Wasserstoff-Gehalt auf als in dem weiter innen liegenden Volumenbereich. Die Verteilung des Wasserstoff-Gehalts in Dickenrichtung des plattenförmigen optischen Elements weist daher typischer Weise in einem oberflächennahen Volumenbereich ein Maximum auf und nimmt mit zunehmendem Abstand zu den Oberflächen des optischen Elements ab. Insbesondere in dem oberflächennahen Volumenbereich kann es zu einer Verarmung durch das Ausdiffundieren von Wasserstoff kommen, beispielsweise wenn Vergütungsschichten bei erhöhter Temperatur auf die Oberflächen aufgebracht werden oder wenn das Quarzglas bei Raumtemperatur über einen langen Zeitraum gelagert wird. Das zu wählende Beladungsprofil in Dickenrichtung des optischen Elements sollte die Diffusionsprozesse, die nach der Beladung auftreten, antizipieren. Durch eine geeignete Wahl der Parameter bei der Beladung mit Wasserstoff kann eine geeignete Verteilung des Wasserstoff-Gehalts in dem optischen Element eingestellt werden.
Da die Energiedichte in Dickenrichtung annähernd konstant bleibt, ist die kritische Größe normalerweise der Wasserstoff-Gehalt in der Mitte des optischen Elements. Eine Zunahme zum Rand hin, d.h. zu den einander gegenüber liegenden Oberflächen, tritt in der Regel automatisch auf, da der Wasserstoff über die Oberflächen in das optische Element eintritt (s.o.). Die Zunahme zum Rand hin kann durch eine zweite kurzzeitige Beladung bei höherem Wasserstoff-Partialdruck absichtlich erhöht werden, wenn ein Verlust durch Heißprozesse oder Ausdiffusion bei Raumtemperatur ausgeglichen werden soll.
Bei einer weiteren Ausführungsform liegt der maximale Wasserstoff-Gehalt in dem umlaufenden Randbereich bei nicht mehr als 5 × 10¹⁵ Molekülen / cm³, bevrzugt bei nicht mehr als 1 × 10¹⁵ Molekülen / cm³. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist es günstig, wenn der Wasserstoff-Gehalt in dem umlaufenden Randbereich nicht zu groß ist, um eine mögliche Schädigung der Verbindung mit den Aktuatoren zu vermeiden. Der maximal auftretende Wasserstoff-Gehalt in dem umlaufenden Randbereich hängt davon ab, auf welche Weise die Eindiffusion von Wasserstoff in den Randbereich verhindert wird. Grundsätzlich ist der Wasserstoff-Gehalt bei einer Abmaskierung des Randbereichs größer als bei einer Vorkonturierung.
Um bei der Beladung eine Eindiffusion von Wasserstoff in den umlaufenden Randbereich zu vermeiden oder zumindest zu vermindern, kann der umlaufende Randbereich abgedeckt bzw. abmaskiert werden, beispielsweise indem auf die Oberflächen des plattenförmigen optischen Elements rahmenförmige Körper aufgelegt werden, deren Geometrie derjenigen des umlaufenden Randbereichs entspricht. Bei dem Material der rahmenförmigen Körper kann es sich ebenfalls um Quarzglas oder um ein anderes Material handeln, in dem die Diffusion von Wasserstoff langsamer voranschreitet als in Quarzglas.
Eine weitere Möglichkeit zur Verminderung der Eindiffusion von Wasserstoff in den umlaufenden Randbereich stellt eine Vorkonturierung des optischen Elements dar. Bei der Vorkonturierung wird ein Rohling aus Quarzglas hergestellt, aus dem das optische Element geschnitten bzw. gefertigt wird. Der Rohling weist Schutzwülste bzw. Verdickungen zum Schutz des umlaufenden Randbereichs auf. Die Schutzwülste bzw. die Verdickungen werden nach der Beladung abgetragen, so dass der umlaufende Randbereich gegenüber dem optisch genutzten Bereich einen geringeren Wasserstoff-Gehalt aufweist, da der Wasserstoff in den inneren, optisch genutzten Bereich (nahezu) unmittelbar eindiffundieren kann.
In der Regel wird der spätere optisch genutzte innere Bereich vor der Beladung mit Wasserstoff nur auf eine Überdicke von z.B. ca. 0,2 mm bis 1 mm pro Oberfläche bzw. pro Seite abgefräst. Dies ermöglicht es, einen ggf. beim Beladen kontaminierten Glasbereich später schadlos abzutragen. Zudem kann das Abtragen der Wülste (und der Überdicke in dem inneren Bereich) mit einer geringeren Präzision durchgeführt werden. Zudem ist eine hochpräzise Bearbeitung einer optischen Oberfläche, die innerhalb eines umlaufenden Wulstes liegt, extrem schwierig bzw. extrem aufwändig.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Verhältnis zwischen dem minimalen Wasserstoff-Gehalt in dem inneren Bereich und einem mittleren Wasserstoff-Gehalt in dem umlaufenden Randbereich größer als Drei. Unter dem mittleren Wasserstoff-Gehalt wird der über das Volumen des umlaufenden Randbereichs gemittelte Wasserstoff-Gehalt verstanden. Es versteht sich, dass auch das Verhältnis zwischen dem minimalen Wasserstoff-Gehalt in dem inneren Bereich und dem minimalen Wasserstoff-Gehalt in dem Randbereich größer als Drei ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Quarzglas einen OH-Gehalt von weniger als 60 ppm nach Gewicht, bevorzugt von weniger als 1 ppm nach Gewicht auf. Ein solches so genanntes „trockenes“ Quarzglas mit niedrigem OH-Gehalt eignet sich gut für die Lithographie und wird typischer Weise in einem Soot-Prozess hergestellt, gesintert und entspannungsgetempert, bevor dieses mit Wasserstoff beladen wird.
Neben einem niedrigen OH-Gehalt sollte ein Quarzglas, welches für die Mikrolithographie verwendet wird, auch eine niedrige Defektanzahl aufweisen, d.h. der Gehalt an ODC und Peroxy-Zentren sollte nicht zu groß sein, was beispielsweise durch eine kontrollierte oxidative Heilung von Defektzentren erreicht werden kann. Auch die fiktive Temperatur T_f des Quarzglases sollte nicht zu hoch sein und z.B. bei weniger als 1100°C oder ggf. bei weniger als 1000°C liegen. Bei der fiktiven Temperatur T_f handelt es sich um einen Parameter, der die spezifische Netzwerkstruktur des Quarzglases charakterisiert und der z.B. durch IR-Spektroskopie oder durch Raman-Streuung bestimmt werden kann, wie beispielsweise in der US 7,928,026 B2 beschrieben ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das plattenförmige optische Element bei Bestrahlung mit gepulster Laserstrahlung bei einer Wellenlänge von 193 nm eine Änderung dK / dF des Absorptionskoeffizienten K in Abhängigkeit von der Energiedichte F von weniger als 5 × 10^–4 cm × Puls / mJ, bevorzugt von weniger als 1 × 10^–4 cm × Puls / mJ, besonders bevorzugt von weniger als 5 × 10^–5 cm × Puls / mJ, insbesondere von weniger als 1 × 10^–5 cm × Puls / mJ auf.
Eine Anforderung an ein Quarzglas für ein Lithographie-System bei einer Betriebswellenlänge von ca. 193 nm, insbesondere für die Immersionslithographie, besteht darin, nur einen geringen Silan-Gehalt zuzulassen, da Quarzgläser mit hohem Silangehalt starke polarisationsinduzierte Doppelbrechung und Compaction (Dichteerhöhung) bei der Bestrahlung mit höheren und Rarefaction (Dichteverringerung) bei der Bestrahlung mit geringeren Energiedichten sowie eine abnehmende Transmission bei der Bestrahlung aufweisen. Der Silan-Gehalt von Quarzglas kann mittels Raman-Spektroskopie nur vergleichsweise ungenau bestimmt werden: Die Nachweisgrenze liegt bei etwa 1 bis 5 × 10¹⁵ Molekülen/cm³, was für Lithographie-Anwendungen typischer Weise einen zu hohen Wert darstellt. In der US 7,928,026 B2 wird ein indirektes Verfahren beschrieben, bei dem die Steigung dK / dF der Transmissionsänderung K als Funktion der Energiedichte F als Maß für den Silangehalt verwendet wird. Ein geringer Silan-Gehalt und damit eine geringe Änderung der Steigung dK / dF kann erreicht werden, indem das Quarzglas bei „kalten" Temperaturen von maximal 600°C, normalerweise bei ca. 400°C bis 500°C, mit Wasserstoff beladen wird. Auch eine Beladung bei geringeren Temperaturen von nicht mehr als 300°C ist möglich, um eine möglichst kleine Steigung dK / dF bzw. einen möglichst geringen Silan-Gehalt zu erzeugen. Auch in dem nicht bzw. nur in geringem Maße mit Wasserstoff beladenen umlaufenden Randbereich weist das Quarzglas-Material eine geringe (reversible) Steigung dK/ dF auf. In dem Randbereich weist das Quarzglas-Material jedoch eine hohe (irreversible) Alterung dk /dN (N: Anzahl der Zyklen) auf, welche die Messung der Steigung dK / dF erschwert.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen optischen Manipulator, umfassend: ein plattenförmiges optisches Element wie oben beschrieben, sowie eine Stelleinrichtung zur reversiblen Veränderung der Oberflächenform des optischen Elements, wobei die Stelleinrichtung eine Mehrzahl von Aktuatoren zur mechanischen Einwirkung auf das optische Element an einer Mehrzahl von Kontaktflächen aufweist, die an dem umlaufenden Randbereich des optischen Elements gebildet sind.
Die Aktuatoren sind an den Kontaktflächen mit dem optischen Element fest bzw. auf eine scherfeste Weise verbunden, d.h. auf eine Weise, die es ermöglicht, Zug- und Druckspannungen in das optische Element einzubringen. Die Aktuatoren wirken typischer Weise in der Art von Hebeln, um durch ein Verkippen der Hebel sowohl eine Zugspannung als auch eine Druckspannung auf das Material des optischen Elements zu übertragen und dieses zu verbiegen. Die Aktuatoren, genauer gesagt die Kontaktflächen der Aktuatoren, greifen in dem umlaufenden Randbereich an dem optischen Element an, der den optisch genutzten inneren Bereich umgibt.
Bei einer Ausführungsform weist mindestens ein Aktuator einen aktuierbaren Fuß auf, an dem die Kontaktfläche zur Verbindung des Aktuators mit der Oberfläche des optischen Elements gebildet ist. Der Fuß, welcher mit der Oberfläche des optischen Elements fest verbunden ist, bildet einen Hebel, an dessen der Kontaktfläche abgewandten Seite ein aktuierendes Bauteil, beispielsweise in Form eines Piezoelements, angreifen kann, um eine seitliche Kraft auf den Fuß aufzubringen. Der Fuß kann zusätzlich oder alternativ auch in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des optischen Elements bewegt werden, um eine Druckspannung bzw. eine Auslenkung des optischen Elements im Bereich der Kontaktfläche zu erzeugen. Durch Verstellen eines oder allgemein mehrerer Füße bzw. Hebel wird das plattenförmige optische Element verspannt und verbogen, wodurch gezielt hohe Ordnungen der Wellenfront beeinflusst werden können.
Bei einer Weiterbildung ist die Kontaktfläche des aktuierbaren Fußes an einer Oberfläche des plattenförmigen optischen Elements angeklebt, angeschweißt oder angelötet. Der als Hebel dienende Fuß kann an der Kontaktfläche mit der typischer Weise planen Oberfläche des optischen Elements mit Hilfe eines Fügemittels verbunden werden, beispielsweise mittels eines Klebers. Eine umlaufende Nut kann dazu dienen, Spannungen vom Kleber wegzuleiten. Sofern der in der Regel organische Kleber keine ausreichende Scherfestigkeit aufweist oder ggf. Kleber aus Gründen der UV-Degradation oder der Ausgasung nicht verwendet werden dürfen, kann der Fuß auch auf eine Metallisierungsschicht aufgelötet oder geschweißt werden. Alternativ können die Füße bzw. Hebel auch verschraubt werden.
Um die bei der Aktuation in das optische Element eingebrachten Spannungen räumlich besser zu verteilen, kann eine Kleberschicht auf die Oberfläche des optischen Elements aufgebracht werden, die faserverstärkt ist. Die faserverstärkte Kleberschicht erstreckt sich hierbei typischer Weise über den Durchmesser des Fußes bzw. über die Kontaktfläche hinaus nach außen. Auch durch die Wahl des Durchmessers und des Dickenprofils des verwendeten Lots kann eine Verschmierung der Spannungen in dem optischen Element erreicht werden, welche dazu beiträgt, dass sich die Lebensdauer des optischen Elements erhöht.
Wenn der Hebel bzw. der Fuß, an dem die Kontaktfläche gebildet ist, aus Aluminium, Stahl oder einer hochfesten Keramik gebildet ist und eine ausreichend scherfeste Verbindung mit dem Glas des optischen Elements erzielt werden kann, ergibt sich ein Verbundwerkstoff mit höherer Festigkeit, da die meisten der genannten Werkstoffe eine höhere Dauerfestigkeit als das Glas-Material des optischen Elements aufweisen. Allerdings kann das Fügemittel, d.h. der Kleber bzw. die Metallisierungsschicht und/oder das Lot durch austretenden Wasserstoff geschwächt werden, weshalb der umlaufende Randbereich des optischen Elements, an dem die Aktuatoren angreifen, einen (deutlich) geringeren Wasserstoff-Gehalt aufweisen sollte als der innere, optisch genutzte Bereich.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie, umfassend: mindestens einen optischen Manipulator, der wie oben beschrieben ausgebildet ist, zur Wellenfrontkorrektur des Projektionsobjektivs. Im Gegensatz zu herkömmlichen optischen Manipulatoren kann die Wellenfrontkorrektur durch die Aktuierung des optischen Elements in Echtzeit während des Belichtungsvorgangs erfolgen, indem das optische Element verspannt bzw. verbogen wird. Auf diese Weise können gezielt einzelne Ordnungen der Wellenfront, d.h. einzelne Zernike-Koeffizienten, beeinflusst werden. Das Projektionsobjektiv ist typischer Weise für Nutzstrahlung im UV-Wellenlängenbereich ausgebildet. Das optische Element wird als zusätzliches Bauteil in den Strahlengang des Projektionsobjektivs eingebracht. Das optische Element kann hierbei beispielsweise zwischen der Objektebene mit der abzubildenden Maske und dem ersten Linsenelement des Projektionsobjektivs oder an anderer Stelle angeordnet sein. Es versteht sich, dass die Anordnung des optischen Elements an anderer Stelle im Strahlengang des Projektionsobjektivs möglich ist.
Ein weiterer Aspekt betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, welche ein Projektionsobjektiv aufweist, das wie oben beschrieben ausgebildet ist. Eine solche Projektionsbelichtungsanlage ist typischer Weise zum scannenden Betrieb vorgesehen, d.h. das Objektfeld, in dem die abzubildende Struktur angeordnet ist, wird während des Belichtungsvorgangs abgescannt. Der optische Manipulator dient zur Wellenfrontmanipulation bzw. zur Korrektur von Bildfehlern in Echtzeit während des Scanvorgangs und soll eine Lebensdauer von mehreren Jahren aufweisen. Über diese Lebensdauer sollte es nicht zu einer Schwächung der mechanischen Verbindungen zwischen den Kontaktflächen der Aktuatoren und dem optischen Element kommen, da ansonsten die Verbiegung des optischen Elements zur Wellenfrontkorrektur ggf. nicht mehr oder nicht mehr in der gewünschten Weise möglich ist.
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 eines Beispiels einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie,
2a, b schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines optischen Manipulators mit einem plattenförmigen optischen Element und einer Stelleinrichtung in einer Seitenansicht und in einer Draufsicht,
3a–d schematische Darstellungen von mehreren Möglichkeiten zur Befestigung eines Fußes eines Aktuators der Stelleinrichtung an der Oberfläche des optischen Elements von 2a, b,
4a, b schematische Darstellungen von zwei Möglichkeiten zum Beladen eines optischen Elements des optischen Manipulators mit Wasserstoff, und
5a, b eine schematische Darstellung des plattenförmigen optischen Elements (in 5a) sowie (in 5b) die Verteilung des Wasserstoff-Gehalts des plattenförmigen optischen Elements in Dickenrichtung entlang von zwei Schnitten gemäß 5a.
In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
In 1 ist ein Beispiel einer Projektionsbelichtungsanlage WSC für die Mikrolithographie gezeigt, die bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen einsetzbar ist und zur Erzielung von Auflösungen bis zu Bruchteilen von Mikrometern mit Licht bzw. elektromagnetischer Strahlung aus dem tiefen Ultraviolettbereich (DUV) arbeitet. Als primäre Strahlungsquelle bzw. Lichtquelle LS dient ein ArF-Excimer-Laser mit einer Nutzwellenlänge λ von ca. 193 nm. Andere UV-Laserlichtquellen, beispielsweise F₂-Laser mit 157 nm Arbeitswellenlänge oder ArF-Excimer-Laser mit 248 nm Arbeitswellenlänge sind ebenfalls möglich.
Ein der Lichtquelle LS nachgeschaltetes Beleuchtungssystem ILL erzeugt in seiner Austrittsfläche ES ein großes, scharf begrenztes und im Wesentlichen homogen ausgeleuchtetes Beleuchtungsfeld, das an die Telezentrie-Erfordernisse des im Lichtweg dahinter angeordneten Projektionsobjektivs PO angepasst ist. Das Beleuchtungssystem ILL hat Einrichtungen zur Einstellung unterschiedlicher Beleuchtungsmodi (Beleuchtungs-Settings) und kann beispielsweise zwischen konventioneller on-axis-Beleuchtung mit unterschiedlichem Kohärenzgrad σ und außeraxialer Beleuchtung (off-axis illumination) umgeschaltet werden. Die außeraxialen Beleuchtungsmodi umfassen beispielsweise eine annulare Beleuchtung oder eine Dipolbeleuchtung oder eine Quadrupolbeleuchtung oder eine andere multipolare Beleuchtung. Der Aufbau geeigneter Beleuchtungssysteme ist an sich bekannt und wird daher hier nicht näher erläutert. Die Patentanmeldung US 2007/0165202 A1 (entsprechend WO 2005/026843 A2 ) zeigt Beispiele für Beleuchtungssysteme, die im Rahmen verschiedener Ausführungsformen genutzt werden können.
Diejenigen optischen Komponenten, die das Licht des Lasers LS empfangen und aus dem Licht Beleuchtungsstrahlung formen, die auf das Retikel M gerichtet ist, gehören zum Beleuchtungssystem ILL der Projektionsbelichtungsanlage WSC.
Hinter dem Beleuchtungssystem ist eine Einrichtung RS zum Halten und Manipulieren der Maske M (Retikel) so angeordnet, dass das am Retikel angeordnete Muster in der Objektebene OS des Projektionsobjektives PO liegt, welche mit der Austrittsebene ES des Beleuchtungssystems zusammenfällt und hier auch als Retikelebene OS bezeichnet wird. Die Maske ist in dieser Ebene zum Scannerbetrieb in einer Scan-Richtung (y Richtung) senkrecht zur optischen Achse OA (z Richtung) mit Hilfe eines Scanantriebs bewegbar.
Hinter der Retikelebene OS folgt das Projektionsobjektiv PO, das als Reduktionsobjektiv wirkt und ein Bild des an der Maske M angeordneten Musters in reduziertem Maßstab, beispielsweise im Maßstab 1:4 (│β│= 0.25) oder 1:5 (│β│= 0.20), auf ein mit einer Fotoresistschicht bzw. Fotolackschicht belegtes Substrat W abbildet, dessen lichtempfindliche Substratoberfläche SS im Bereich der Bildebene IS des Projektionsobjektivs PO liegt.
Das zu belichtende Substrat, bei dem es sich im Beispielsfall um einen Halbleiterwafer W handelt, wird durch eine Einrichtung WS gehalten, die einen Scannerantrieb umfasst, um den Wafer synchron mit dem Retikel M senkrecht zur optischen Achse OA in einer Scanrichtung (y-Richtung) zu bewegen. Die Einrichtung WS, die auch als „Waferstage“ bezeichnet wird, sowie die Einrichtung RS, die auch als „Retikelstage“ bezeichnet wird, sind Bestandteil einer Scannereinrichtung, die über eine Scan-Steuereinrichtung gesteuert wird, welche bei der Ausführungsform in die zentrale Steuereinrichtung CU der Projektionsbelichtungsanlage integriert ist.
Das vom Beleuchtungssystem ILL erzeugte Beleuchtungsfeld definiert das bei der Projektionsbelichtung genutzte effektive Objektfeld OF. Dieses ist im Beispielsfall rechteckförmig, hat eine parallel zur Scanrichtung (y-Richtung) gemessene Höhe A und eine senkrecht dazu (in x-Richtung) gemessene Breite B > A. Das Aspektverhältnis AR = B/A liegt in der Regel zwischen 2 und 10, insbesondere zwischen 3 und 6. Das effektive Objektfeld liegt mit Abstand in y-Richtung neben der optischen Achse (off-axis Feld bzw außeraxiales Feld). Das zum effektiven Objektfeld optisch konjugierte effektive Bildfeld in der Bildfläche IS hat die gleiche Form und das gleiche Aspektverhältnis zwischen Höhe B* und Breite A* wie das effektive Objektfeld, die absolute Feldgröße ist jedoch um den Abbildungsmaßstab β des Projektionsobjektivs reduziert, d.h. A* = │β│ A und B* =│β│ B.
Wenn das Projektionsobjektiv als Immersionsobjektiv ausgelegt ist und betrieben wird, dann wird im Betrieb des Projektionsobjektivs eine dünne Schicht einer Immersionsflüssigkeit durchstrahlt, die sich zwischen der Austrittsfläche des Projektionsobjektivs und der Bildebene IS befindet. Im Immersionsbetrieb sind bildseitige numerische Aperturen NA > 1 möglich. Auch eine Konfiguration als Trockenobjektiv ist möglich, hier ist die bildseitige numerische Apertur auf Werte NA < 1 beschränkt. Unter diesen für hoch auflösende Projektionsobjektive typischen Bedingungen liegt im Bereich von einigen oder allen Feldebenen (Objektebene, Bildebene, eventuell eine oder mehrere Zwischenbildebenen) des Projektionsobjektivs Projektionsstrahlung mit relativ großer numerischer Apertur vor, z.B. mit Werten größer als 0.15 oder größer als 0.2 oder größer als 0.3.
Bei dem in 1 gezeigten Projektionsobjektiv PO handelt es sich um ein katadioptrisches Projektionsobjektiv, welches einen ersten, rein refraktiven Objektivteil, einen zweiten, katadioptrischen Objektivteil mit einem Konkavspiegel CM sowie einen dritten, rein refraktiven Objektivteil aufweist. Der zweite Objektivteil weist eine Umlenkeinrichtung auf, die in der Art eines Prismas ausgebildet ist und die einen ersten planen Umlenkspiegel FM1 zur Reflexion der von der Objektebene OS kommenden Projektionsstrahlung zum Konkavspiegel CM sowie einen im rechten Winkel zum ersten Umlenkspiegel FM1 ausgerichteten zweiten Umlenkspeigel FM2 aufweist, der die vom Konkavspiegel CM reflektierte Projektionsstrahlung in Richtung auf die Bildebene IS umlenkt. Immersionsobjektive mit einem vergleichbaren Grundaufbau sind z.B. in der internationalen Patentanmeldung WO 2004/019128 A2 gezeigt. Im Immersionsbetrieb sind bildseitige numerische Aperturen NA > 1 möglich. Auch eine Konfiguration als Trockenobjektiv ist möglich, hier ist die bildseitige numerische Apertur auf Werte NA < 1 beschränkt.
Das Projektionsobjektiv bzw. die Projektionsbelichtungsanlage ist mit einem optischen Wellenfront-Manipulationssystem WFM ausgestattet, welches dafür konfiguriert ist, die Wellenfront der von der Objektebene OS zur Bildebene IS verlaufenden Projektionsstrahlung dynamisch zu verändern in dem Sinne, dass die optische Wirkung des Wellenfront-Manipulationssystems WFM über Steuersignale variabel eingestellt werden kann. Das Wellenfront-Manipulationssystem WFM des Ausführungsbeispiels weist einen optischen Manipulator MAN auf, der ein optisches Element OE aufweist, welches in unmittelbarer Nähe der Objektebene OS des Projektionsobjektivs PO im Projektionsstrahlengang angeordnet ist und dessen Oberflächenform SF mit Hilfe einer Stelleinrichtung DR reversibel verändert werden kann.
Zur weiteren Erläuterung zeigt 2a einen schematischen Längsschnitt des optischen Manipulators MAN in einer x-z-Ebene. Der optische Manipulator MAN weist ein plattenförmiges optisches Element OE aus einem für die Projektionsstrahlung transparenten Material, beispielsweise aus synthetischem Quarzglas (fused silica) auf. Das optische Element OE ist im gezeigten Beispiel als Planplatte ausgebildet und weist eine Dicke von weniger als 5 mm, typischer Weise von ca. 2 mm bis 3 mm auf. Die ohne die Einwirkung der Stelleinrichtung plane Oberflächenform SF des optischen Elements OE wird durch die Einwirkung der Stelleinrichtung DR in die in 2a gezeigte wellenförmige Oberflächenform SF geändert. Zur Erzeugung der wellenförmigen Oberflächenform SF umfasst die Stelleinrichtung DR eine Mehrzahl von unabhängig voneinander ansteuerbaren Aktuatoren AK, die in 2b vereinfacht in Form von Kreisen dargestellt sind.
Die Aktuatoren AK greifen an dem optischen Element OE in einem umlaufenden, rahmenförmigen Randbereich BA außerhalb eines in 2b gezeigten optisch genutzten Bereichs FP an. Die äußere Begrenzung des optisch genutzten Bereichs FP ist in 2a durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Der optisch genutzte Bereich FP wird durch die vom effektiven Objektfeld OF kommenden Strahlen ausgeleuchtet. Der optisch genutzte Bereich FP wird auch als „Footprint“ bezeichnet. Da das optische Element OE in der Nähe des Objektfeldes OF angeordnet ist, hat der von der Projektionsstrahlung genutzte optische Bereich SF im Wesentlichen die rechteckige Form des ausgeleuchteten Objektfeldes OF, wobei die Eckbereiche etwas abgerundet sind.
Die Aktuatoren AK sind außerhalb des optisch genutzten Bereichs FP angeordnet, um zu verhindern, dass die Projektionsstrahlung an den Aktuatoren AK gestreut oder reflektiert wird. Die Aktuatoren AK greifen an dem plattenförmigen optischen Element OE in der Weise an, dass dieses verbogen und die Oberflächenform SF definiert in eine Wellenform gebracht werden kann. Dabei kann sowohl die parallel zur z-Richtung gemessene „Amplitude“ der Wellen, d.h. die Auslenkung des optischen Elements OE in z-Richtung, als auch der in x-Richtung gemessene Abstand zwischen benachbarten Wellenbergen, d.h. die Wellenlänge bzw. die Periode des Wellenmusters, auf unterschiedliche Werte eingestellt werden. Im Beispielsfall ist in x-Richtung ein sinuswellenförmiger Verlauf eingestellt.
2b zeigt schematisch, dass die Oberflächenform des optischen Elements OE in diese Richtung mehrere lokale Maxima (repräsentiert durch Wellenberge in 2a und durch „+“-Zeichen in 2b) und mehrere dazwischenliegende lokale Minima (repräsentiert durch Wellentäler in 2a bzw. „–“-Zeichen in 2b) aufweist. Es versteht sich, dass die in 2b gezeigte Anordnung der Aktuatoren AK lediglich beispielhaft ist und dass die Aktuatoren AK auch in einer anderen Weise um den optisch genutzten Bereich FP herum angeordnet werden können, um das optische Element OE in der gewünschten Weise zu verbiegen.
Für die Einwirkung auf das optische Element OE weisen die Aktuatoren AK jeweils einen Fuß F auf, der in 3a–d dargestellt ist. Der Fuß F weist an seinem unteren Ende eine Kontaktfläche K auf, die zur (festen) Verbindung mit einer dem Fuß F zugewandten ersten Oberfläche O1 des optischen Elements OE dient. An dem Fuß F greift an seinem der Oberfläche O1 des optischen Elements OE abgewandten Ende ein Stellelement des Aktors AK an, das beispielsweise als Piezoelement ausgebildet sein kann. Wie in 3a–d zu erkennen ist, wirkt der Fuß F als Hebel, da die in einem oberen Teilbereich des Fußes F auf den Fuß F ausgeübte Kraft eine Kraftkomponente in seitlicher Richtung aufweist.
Bei dem in 3a dargestellten Beispiel ist der Fuß F mit der Oberfläche O1 des optischen Elements OE verklebt, d.h. zwischen die Kontaktfläche K und die Oberfläche O1 ist eine Kleberschicht 10 eingebracht, die im gezeigten Beispiel auf eine Schutzschicht 11 zum Schutz der Kleberschicht 10 vor Streustrahlung im UV-Wellenlängenbereich aus dem optischen Element OE aufgebracht ist. Die Schutzschicht 11 besteht aus einem für Strahlung im UV-Wellenlängenbereich undurchlässigen Material.
Wirkt die in 3a durch einen Pfeil veranschaulichte Kraft auf den Fuß F ein, wird von dem Fuß F eine Zugspannung auf das Material des optischen Elements OE übertragen, welche in einem Einwirkungsbereich IA einen maximalen Wert annimmt, der im gezeigten Beispiel teilweise mit dem Bereich an der Oberfläche O1 des optischen Elements OE überlappt, welcher von der Kontaktfläche K bzw. von der Kleberschicht 10 überdeckt wird. Der Einwirkungsbereich IA ist auf der der Wirkungsrichtung der seitlichen Kraft entgegen gesetzten Seite des Fußes F gebildet. Da die Wirkrichtung der an dem Fuß F angreifenden Kraft des Aktuators AK typischer Weise in der x-y-Ebene praktisch beliebig variiert werden kann, verläuft der Einwirkungsbereich IA, in dem eine maximale Zugspannung in dem optischen Element OE auftritt, typischer Weise ringförmig um die Kontaktfläche K herum.
Um die Zugspannung von der Kleberschicht 10 wegzuleiten, ist bei dem in 3b gezeigten optischen Element OE der Fuß F bzw. dessen Kontaktfläche K von einer kreisringförmigen Nut N umgeben, welche in die Oberfläche O1 des optischen Elements OE gefräst ist. In diesem Fall ist der Einwirkungsbereich IA innerhalb der Nut N gebildet, d.h. die maximalen Zugspannungen bei der Auslenkung des als Hebel dienenden Fußes F treten innerhalb der Nut N auf.
3c zeigt eine weitere Möglichkeit zur Befestigung des Fußes F an der Oberfläche O1 des optischen Elements OE, bei welcher in dem optischen Element OE eine Bohrung eingebracht ist, durch die eine Schraube 12 gesteckt ist, die mit einem in dem Fuß F gebildeten Innengewinde verschraubt ist. Zwischen dem Fuß F und der ersten Oberfläche O1 des optischen Elements OE sowie zwischen dem Kopf der Schraube 12 und der zweiten Oberfläche O2 des optischen Elements OE ist jeweils eine Unterlegscheibe 13, 14 eingebracht.
Bei dem in 3d dargestellten Fuß F ist auf die Oberfläche O1 des optischen Elements OE eine Metallisierungsschicht 15 aufgebracht, um den Fuß F mittels eines Lots 16 anzulöten oder anzuschweißen. Es versteht sich, dass alternativ zu den in 3a–d gezeigten Beispielen die Aktuatoren AK bzw. deren Füße F auch an beiden einander gegenüber liegenden Oberflächen O1, O2 des optischen Elements OE angreifen können.
In allen in 3a–d gezeigten Fällen wird eine scherfeste Verbindung zwischen dem Fuß F und dem optischen Element OE hergestellt, um die Verbiegung des optischen Elements OE zu ermöglichen. Die zentrale Steuereinrichtung CU der Projektionsbelichtungsanlage WSC wirkt auf die Stelleinrichtung DR des optischen Manipulators MAN während des Belichtungsbetriebs der Projektionsbelichtungsanlage WSC kontinuierlich ein, um Wellenfrontfehler in Echtzeit zu korrigieren.
Da das Quarzglas-Material des optischen Elements OE innerhalb des optisch genutzten Bereichs FP von der Projektionsstrahlung durchstrahlt wird, ist es erforderlich, das optische Element OE nach der Herstellung in einem Soot-Prozess dem Tempern und einer Trocknung auf einen OH-Gehalt von weniger als 60 ppm nach Gewicht, bevorzugt von weniger als 1ppm nach Gewicht, mit Wasserstoff zu beladen. Die Wasserstoff-Beladung dient dazu, E‘-Defektstellen in dem Quarzglas-Material des optischen Elements OE abzusättigen, die ansonsten Laserstrahlung bei einer Wellenlänge von 193 nm absorbieren würden.
Die Wasserstoff-Beladung des optischen Elements OE erfolgt in einem Ofen, in dem eine wasserstoffhaltige Atmosphäre (H₂-Gehalt von mehr als 5%) herrscht. Der Ofen wird auf eine konstante Temperatur T von mehr als 250°C und typischer Weise von weniger als 500°C aufgeheizt, damit der Wasserstoff H₂ aus der Umgebung in das optische Element OE eindiffundieren kann, wie in 4a, b dargestellt ist. Die Dauer der Beladung mit Wasserstoff H₂ hängt vom gewünschten Wasserstoff-Gehalt [H₂] im Volumen des optischen Elements OE sowie von der gewählten Temperatur T bei der Beladung mit Wasserstoff H₂ ab. Typischer Weise dauert die Beladung mehrere Wochen oder Monate, die Beladung bei niedrigen Temperaturen von z.B. ca. 300°C kann ggf. auch länger dauern. Günstig auf die Beladungsdauer wirkt sich im vorliegenden Fall aus, dass das plattenförmige optische Element OE eine geringe Dicke von typischer Weise nicht mehr als ca. 5 mm aufweist, um die Verbiegung zu ermöglichen.
Da der umlaufende Randbereich BA die Projektionsstrahlung nicht transmittiert und demzufolge eine Abnahme der Transmission in dem umlaufenden Randbereich BA, die z.B. durch Streulicht aus dem optisch genutzten Bereich FP hervorgerufen wird, unschädlich ist, ist die Beladung des optischen Elements OE mit Wasserstoff H₂ lediglich innerhalb des optisch genutzten Bereichs OE erforderlich. Man könnte annehmen, dass die Beladung des umlaufenden Randbereichs BA mit Wasserstoff unschädlich ist, so dass das gesamte optische Element OE gleichmäßig mit Wasserstoff beladen werden kann.
Dies ist jedoch nicht der Fall, da die Beladung des umlaufenden Randbereichs BA mit Wasserstoff H₂ schädlich sein kann, und zwar aus folgendem Grund: Der beim Beladen eingelagerte Wasserstoff H₂ diffundiert bereits bei Raumtemperatur aus, wenn das optische Element OE über einen längeren Zeitraum gelagert bzw. in dem Projektionsobjektiv PO über einen längeren Zeitraum von z.B. mehreren Jahren verwendet wird. Der ausdiffundierende Wasserstoff H₂ kann die Verbindung zwischen den Kontaktflächen K der Aktuatoren AK und der Oberfläche O1 (bzw. O2) des optischen Elements OE schwächen, insbesondere wenn die Verbindung über die in 3b gezeigte Kleberschicht 10 erfolgt, aber ggf. auch für den Fall, dass die Verbindung mittels einer Metallisierungsschicht 15 und eines Lots 16 erfolgt.
Um bei der Beladung eine Eindiffusion von Wasserstoff H₂ in den umlaufenden Randbereich BA zu vermeiden oder zumindest zu vermindern, ist bei dem in 4a gezeigten Beispiel auf das optische Element OE in dem umlaufenden Randbereich BA sowohl an der ersten Oberfläche O1 als auch an der zweiten Oberfläche O2 ein umlaufender Rahmen 20a, 20b aufgelegt, welcher den Randbereich BA flächig abdeckt. In 4a ist zusätzlich ein Dichtring zwischen den umlaufenden Rahmen 20a, 20b und den jeweiligen Oberflächen O1, O2 gezeigt, der das Eindringen von Wasserstoff in den Bereich zwischen den Rahmen 20a, 20b und dem umlaufenden Randbereich BA verhindern soll. An Stelle des Dichtrings können auch Dichtstoffe zwischen die umlaufenden Rahmen O1, O2 und das optische Element OE eingebracht werden. Die umlaufenden Rahmen O1, O2 können alternativ auch direkt auf die Oberflächen O1, O2 aufgelegt werden. Die umlaufenden Rahmen 20a, 20b können aus Quarzglas oder einem anderen Material gebildet sein, in dem die Eindiffusion von Wasserstoff langsamer als bei Quarzglas verläuft.
Eine weitere Möglichkeit zur Verminderung der Eindiffusion von Wasserstoff H₂ in den umlaufenden Randbereich BA ist die Vorkonturierung eines Rohlings R aus Quarzglas, aus dem nachfolgend das optische Element OE geschnitten wird. Ein solcher vorkonturierter Rohling R ist in 4b dargestellt. Der Rohling R weist in dem umlaufenden Randbereich BA Verdickungen in Form von umlaufenden Schutzwülsten 20a, 20b auf, die den eindiffundierenden Wasserstoff H₂ aufnehmen und so den darunter liegenden umlaufenden Randbereich BA vor der Eindiffusion von Wasserstoff H₂ beim Beladen schützen. Auch der optisch genutzte Bereich FP weist vor der Eindiffusion von Wasserstoff H₂ eine (allerdings deutlich geringere) Überdicke von typischer Weise ca. 0,2 mm bis ca. 1,0 mm auf. Nach dem Beladen werden die Schutzwülste 20a, 20b sowie die geringe Überdicke an dem optisch genutzten Bereich FP abgetragen, so dass das durch den Abtrag gebildete plattenförmige optische Element OE eine uniforme Dicke aufweist und der umlaufende Randbereich BA des optischen Elements OE einen gegenüber dem optisch genutzten Bereich FP geringeren Wasserstoff-Gehalt [H₂] aufweist. An den Abtrag der Überdicke und der Schutzwülste 20a, 20b schließt sich eine Feinbearbeitung und Politur des optischen Elements OE an.
5a zeigt das plattenförmige optische Element OE von 4b nach dem Abtragen der Schutzwülste 20a, 20b. Da die Beladung mit Wasserstoff H₂ bei einer Temperatur T von nicht mehr als 500°C, insbesondere von nicht mehr als ca. 300°C erfolgt, weist das Quarzglas-Material nur einen geringen Silan-Gehalt auf. Ein Maß für den Silan-Gehalt stellt die Änderung dK / dF des Absorptionskoeffizienten K des Quarzglases in Abhängigkeit von der Energiedichte F dar. Das optische Element OE weist durch die „kalte“ Beladung eine Änderung dK / dF von weniger als 5 × 10^–4 cm × Puls / mJ, bevorzugt von weniger als 1 × 10^–4 cm × Puls / mJ, insbesondere von weniger als 5 × 10^–5 cm × Puls / mJ, ggf. sogar von weniger als 1 × 10^–5 cm × Puls / mJ auf.
Die Verteilung des Wasserstoff-Gehalts [H₂] in dem optischen Element OE von 5a ist in 5b für zwei Schnitte E, F bzw. F‘ innerhalb des umlaufenden Randbereichs BA (Schnitt E) bzw. innerhalb des optisch genutzten Bereichs (Schnitt F, F‘) entlang der Dickenrichtung z des optischen Elements OE gezeigt. Das plattenförmige optische Element OE weist im gezeigten Beispiel eine Dicke D von 2,5 mm auf. Der Wasserstoff-Gehalt [H₂] (in Molekülen / cm³) entlang des Schnittes F weist eine im Wesentlichen parabelförmige, symmetrische Verteilung um die Längs-Mittelebene bzw. bei der halben Dicke D/2 des plattenförmigen optischen Elements OE (bei z = 1,25 mm) auf. Wie in 5b ebenfalls zu erkennen ist, weist die Verteilung des Wasserstoff-Gehalts [H₂] entlang des Schnittes F ein Maximum an den beiden Oberflächen O1, O2 (d.h. bei z = 0 mm und z = 2,5 mm) auf, wobei der maximale Wasserstoff-Gehalt [H₂] im gezeigten Beispiel bei 1 × 10¹⁸ Molekülen / cm³ liegt.
Bei dem Schnitt F ist die Verteilung des Wasserstoff-Gehalts [H₂] unmittelbar nach dem Entfernen der Schutzwülste 20a, 20b gezeigt. Der Schnitt F‘ zeigt die Verteilung des Wasserstoff-Gehalts [H₂] an derselben Stelle, aber zu einem späteren Zeitpunkt, und zwar nach dem Durchführen eines Heißprozesses an dem optischen Element OE, bei dem dieses aufgeheizt wurde, z.B. um eine Beschichtung, beispielsweise eine Metallisierungsschicht, oder eine andere funktionelle Beschichtung, z.B. eine oder mehrere Antireflexschichten, aufzubringen. Durch den Heißprozess reduziert sich in den oberflächennahen Volumenbereichen der Wasserstoff-Gehalt [H₂], d.h. es ist eine Verarmung an Wasserstoff H₂ in den oberflächennahen Volumenbereichen in der Nähe der Oberflächen O1, O2 aufgetreten. Dennoch weist das optische Element OE in dem inneren Bereich FP in Dickenrichtung Z zumindest bis zu einem Abstand d₁ von 0,25 mm zur ersten Oberfläche O1 (bei z = 0 mm) und zur zweiten Oberfläche O2 (bei z = 2,5 mm) einen Wasserstoff-Gehalt [H₂] von mindestens 2 × 10¹⁷ Molekülen / cm³ auf, wie in 5b zu erkennen ist. Wesentlich ist, dass der Wasserstoff-Gehalt [H₂] auch in der Nähe der Oberflächen O1, O2 nach mehreren Jahren Betrieb durch die Verarmung an Wasserstoff H₂ nicht bzw. nicht signifikant unter den minimalen Wasserstoff-Gehalt [H₂] in der Mitte des optischen Elements OE absinkt.
In dem zwischen den beiden oberflächennahen Volumenbereichen liegenden Volumenbereich (d.h. zwischen z = 0,25 mm und z = 2,25 mm) nimmt der Wasserstoff-Gehalt [H₂] deutlich ab, und zwar auf einen minimalen Wasserstoff-Gehalt [H₂], der im gezeigten Beispiel bei 5 × 10¹⁶ Molekülen / cm³ liegt. Der Wert des minimalen Wasserstoff-Gehalts [H₂] hängt u.a. vom Glastyp, der zu erwartenden Energiedichte und der spezifizierten Anzahl an Laserpulsen bzw. der spezifizierten Lebensdauer des optischen Elements OE ab. Der in 5b gezeigte Wasserstoff-Gehalt [H₂] im Bereich des zweiten Schnittes E, der in dem umlaufenden Randbereich BA liegt, ist demgegenüber deutlich kleiner und liegt bei maximal 5 × 10¹⁵ Molekülen / cm³ oder, bei der Verwendung der in 4b gezeigten Schutzwülste 20a, 20b bei maximal ca. 1 × 10¹⁵ Molekülen / cm³. Durch das Abmaskieren bzw. das Vorkonturieren ist in dem umlaufenden Randbereich BA bei jeder Dicke (jedem z-Wert) und jedem Schnitt in Dickenrichtung Z ein geringerer Wasserstoff-Gehalt [H₂] vorhanden als in dem inneren, optisch genutzten Bereich FP. Typischer Weise ist das Verhältnis zwischen dem minimalen Wasserstoff-Gehalt [H₂] in dem optisch genutzten Bereich OE und einem mittleren (oder minimalen) Wasserstoff-Gehalt [H₂] in dem umlaufenden Randbereich BA größer als Drei. Es versteht sich, dass der optisch genutzte Bereich FP ggf. nicht vollständig von der Projektionsstrahlung ausgeleuchtet wird, so dass ggf. in einem eng begrenzten äußeren Rand des optisch genutzten Bereichs FP keine Projektionsstrahlung durch das optische Element OE hindurch tritt.
Wesentlich ist, dass innerhalb des umlaufenden Randbereichs BA, in dem die Aktuatoren AK mit ihren Kontaktflächen K an dem optischen Element OE angreifen, es nicht zu einer signifikanten Ausdiffusion von Wasserstoff kommt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Verbindung zwischen den Kontaktflächen K des Aktuators AK und dem optischen Element OE nicht geschwächt wird, so dass eine dauerhafte scherfeste Verbindung zwischen der Oberfläche OE und den Kontaktflächen K erhalten bleibt und die gewünschte Verbiegung des optischen Elements OE durch die Aktuatoren AK auch noch nach einem Zeitraum von mehreren Jahren nach dessen Herstellung mit der gewünschten Genauigkeit erfolgen kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2008/0239503 A1 [0002]
US 7928026 B2 [0026, 0028]
US 2007/0165202 A1 [0046]
WO 2005/026843 A2 [0046]
WO 2004/019128 A2 [0053]

Claims

Plattenförmiges optisches Element (OE) aus Quarzglas, dadurch gekennzeichnet, dass das plattenförmige optische Element (OE) einen in Dickenrichtung (z) durchgehenden inneren Bereich (FP) aufweist, der von einem in Dickenrichtung (z) durchgehenden umlaufenden Randbereich (BA) umgeben ist, wobei ein Wasserstoff-Gehalt ([H₂]) in dem umlaufenden Randbereich (BA) kleiner ist als ein Wasserstoff-Gehalt ([H₂]) in dem inneren Bereich (FP).
Optisches Element nach Anspruch 1, welches eine Dicke (D) von weniger als 5 mm aufweist.
Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der minimale Wasserstoff-Gehalt ([H₂]) in dem inneren Bereich (FP) bei mehr als 1 × 10¹⁶ Molekülen / cm³, bevorzugt bei mehr als 5 × 10¹⁶ Molekülen / cm³ liegt.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches eine erste Oberfläche (O1) und eine zweite, der ersten in Dickenrichtung (z) gegenüber liegende Oberfläche (O2) aufweist, wobei der Wasserstoff-Gehalt ([H₂]) in dem inneren Bereich (FP) zumindest bis zu einem Abstand (d₁) von 0,25 mm zur ersten und zur zweiten Oberfläche (O1, O2) mindestens 1 × 10¹⁶ Moleküle / cm³, bevorzugt mindestens 5 × 10¹⁶ Moleküle / cm³, besonders bevorzugt mindestens 2 × 10¹⁷ Moleküle / cm³ beträgt.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der maximale Wasserstoff-Gehalt ([H₂]) in dem umlaufenden Randbereich (BA) bei nicht mehr als 5 × 10¹⁵ Molekülen / cm³, bevorzugt bei nicht mehr als 1 × 10¹⁵ Molekülen / cm³ liegt.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verhältnis zwischen dem minimalen Wasserstoff-Gehalt ([H₂]) in dem inneren Bereich (FP) und einem mittleren Wasserstoff-Gehalt ([H₂]) in dem umlaufenden Randbereich (BA) größer als Drei ist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches einen OH-Gehalt von weniger als 60 ppm nach Gewicht, bevorzugt von weniger als 1 ppm nach Gewicht aufweist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches bei Bestrahlung mit gepulster Laserstrahlung bei einer Wellenlänge von 193 nm eine Änderung dK / dF des Absorptionskoeffizienten K in Abhängigkeit von der Energiedichte F von weniger als 5 × 10^–4 cm × Puls / mJ, bevorzugt von weniger als 1 × 10^–4 cm × Puls / mJ, besonders bevorzugt von weniger als 5 × 10^–5 cm × Puls / mJ, insbesondere von weniger als 1 × 10^–5 cm × Puls / mJ aufweist.
Optischer Manipulator (MAN), umfassend: ein plattenförmiges optisches Element (OE) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, sowie eine Stelleinrichtung (DR) zur reversiblen Veränderung der Oberflächenform (SF) des optischen Elements (OE), wobei die Stelleinrichtung (DR) eine Mehrzahl von Aktuatoren (AK) zur mechanischen Einwirkung auf das optische Element (OE) an einer Mehrzahl von Kontaktflächen (K) aufweist, die an dem umlaufenden Randbereich (BA) des optischen Elements (OE) gebildet sind.
Optischer Manipulator nach Anspruch 9, bei dem mindestens ein Aktuator (AK) einen aktuierbaren Fuß (F) aufweist, an dem eine Kontaktfläche (K) zur Verbindung des Aktuators (AK) mit der Oberfläche (O1) des optischen Elements (OE) gebildet ist.
Optischer Manipulator nach Anspruch 10, bei dem die Kontaktfläche (K) des aktuierbaren Fußes (F) an einer Oberfläche (O1) des plattenförmigen optischen Elements (OE) angeklebt, angeschweißt oder angelötet ist.
Projektionsobjektiv (PO) für die Mikrolithographie, umfassend: mindestens einen optischen Manipulator (MAN) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 zur Wellenfrontkorrektur des Projektionsobjektivs (PO).
Projektionsbelichtungsanlage (WSC) für die Mikrolithographie, umfassend ein Projektionsobjektiv (PO) nach Anspruch 12.