DE102011078885A1

DE102011078885A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Absorption in einem Rohling

Info

Publication number: DE102011078885A1
Application number: DE102011078885A
Authority: DE
Inventors: Eric Eva
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2011-07-08
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2013-01-10
Also published as: US20140192344A1; EP2729788A1; JP2014524019A; EP2729788B1; JP6045579B2; WO2013007460A1; US9036152B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Absorption eines Rohlings (2) zur Herstellung eines optischen Elements (3), umfassend: Durchstrahlen des Rohlings (2) mit einem Heizlichtstrahl (8) zum Aufheizen des Rohlings (2), sowie Bestimmen der Absorption in dem Rohling (2) durch Messen mindestens einer Eigenschaft eines durch das Aufheizen des Rohlings (2) beeinflussten Messlichtstrahls (10). Bei dem Verfahren werden entweder der Heizlichtstrahl (8) und der Messlichtstrahl (10) oder der Heizlichtstrahl und ein weiterer Heizlichtstrahl derart ausgerichtet, dass diese durch eine erste polierte Oberfläche (2a) oder eine zweite, der ersten gegenüberliegende polierte Oberfläche (2b) in den Rohling (2) eintreten und ausschließlich im Inneren des Rohlings (2), bevorzugt in einem für die Herstellung des optischen Elements (3) genutzten Volumen (12) aufeinander treffen. Die Erfindung betrifft auch eine zugeordnete Messvorrichtung (1) sowie ein optisches Element (3) und eine optische Anordnung damit.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Absorption eines Rohlings zur Herstellung eines optischen Elements, umfassend: Durchstrahlen des Rohlings mit einem Heizlichtstrahl zum Aufheizen des Rohlings, sowie Bestimmen der Absorption in dem Rohling durch Messen mindestens einer Eigenschaft eines durch das Aufheizen des Rohlings beeinflussten Messlichtstrahls. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Bestimmen der Absorption eines Rohlings zur Herstellung eines optischen Elements, umfassend: eine Halteeinrichtung für den Rohling, mindestens eine Heizlichtquelle zur Erzeugung mindestens eines Heizlichtstrahls für das Aufheizen des Rohlings, eine Messlichtquelle zur Erzeugung eines Messlichtstrahls, sowie eine Detektoreinheit zur Messung mindestens einer Eigenschaft des durch das Aufheizen des Rohlings beeinflussten Messlichtstrahls. Die Erfindung betrifft weiterhin ein zugehöriges optisches Element sowie eine optische Anordnung mit mindestens einem solchen optischen Element.
Die in optischen Systemen für die Mikrolithographie, insbesondere in Projektionsbelichtungsanlagen bzw. Projektionsobjektiven, genutzte Strahlung, die typischer Weise bei einer Arbeitswellenlänge im UV-Bereich (kleiner 250 nm) liegt, wird an den Oberflächen und im Volumen der in diesen Systemen angeordneten optischen Elemente absorbiert. Das Material der optischen Elemente wird von der absorbierten Strahlung aufgeheizt und dehnt sich aus, und es ändert sich der Brechungsindex in dem jeweiligen Material ortsabhängig, so dass mit der Temperaturänderung ein thermischer Linseneffekt („lens heating“) verbunden ist, der zu Abbildungsfehlern in den optischen Systemen führen kann.
Der thermische Linseneffekt kann aktiv (über Manipulatoren) kompensiert werden, günstiger ist es aber, optische Elemente mit verringerter Absorption bereitzustellen, um dem thermischen Linseneffekt durch eine Verringerung des Temperaturanstiegs in den optischen Elementen entgegenzuwirken.
Bislang wird die Absorption in Rohlingen aus einem für Wellenlängen im UV-Bereich transparenten Linsenmaterial typischer Weise in Transmission charakterisiert. Dabei wird der dekadische Extinktionskoeffizient k bestimmt, der gegeben ist durch: K_int = –log(T_i)/d, wobei T_i die interne (d.h. um Reflexionsverluste korrigierte) Transmission und d die Probendicke bezeichnen. Für die heute in der Mikrolithographie verwendeten optischen Materialien setzt sich der Extinktionskoeffizient k in der Regel aus einem Streulichtanteil im Bereich zwischen ca. 7 bis 10 × 10^–4/cm und eine Absorptionsanteil im Bereich zwischen 1 bis 2 × 10^–4/cm zusammen. Bei typischerweise 1 bis 5 cm Probenlänge führt ein Fehler in der Transmissionsmessung zu einer weiteren Unsicherheit von ca. 3 × 10^–4/cm in der Extinktion. Geht man beispielsweise bei einer Probendicke d von 3 cm und einem gemessenen Extinktionskoeffizienten von k = 1 × 10^–3/cm von einem typischen Fehler ΔT der Transmission von 0,2 % aus (bedingt durch eine Schwankung der Oberflächen-Absorption sowie durch den Messfehler), liegt der Fehler Δk des Extinktionskoeffizienten k bei Δk = 2,85 × 10^–4/cm. Dazu kommt noch die Unsicherheit über die Streu- und Absorptionsverluste an den beiden Oberflächen des Rohlings. Es ist somit nahezu unmöglich, über Transmissionsmessungen eine Volumenabsorption von weniger als 2 × 10^–4/cm verlässlich zu messen.
Benötigt wird daher ein Verfahren zur direkten Absorptionsbestimmung, das im Idealfall auch eine 100%-ige Kontrolle aller Rohteile erlaubt.
Ein Verfahren zur direkten Absorptionsbestimmung ist u.a. durch die Veröffentlichung von K. Mann, A. Bayer, T. Miege, U. Leinhos und B. Schäfer „A Novel Photo-Thermal Setup for Evaluation of Absorptance Losses and Thermal Wavefront Deformations in DUV Optics", Proceedings of the 39th Boulder Damage Symposium, Boulder, Co (USA), SPIE Vol. 6720, 6720–72 (2007) bekannt geworden. Bei dem dort beschriebenen photothermischen Messgerät werden zylindrische Rohlinge von ca. 25 mm Durchmesser und ca. 40 bis 50 mm Länge verwendet. Diese werden in Längsrichtung von einem dünnen Heizlichtstrahl (ca. 5 mm Durchmesser) eines Excimer-Lasers (Wellenlänge ca. 193 nm) durchstrahlt und hierbei erwärmt. Ein unter einem kleinen Winkel (typischer Weise 5° bis 10°) zum Heizlichtstrahl verlaufender, aufgeweiteter Messlichtstrahl eines Diodenlasers (Wellenlänge ca. 639 nm) durchstrahlt das vom Excimer-Laser erwärmte Volumen und das dieses Volumen umgebende optische Material. Ein Shack-Hartmann-Sensor analysiert die Wellenfront des durch den Rohling hindurch getretenen Messlichtstrahls. Durch Vergleich der Wellenfront ohne und mit Einwirkung des Heizlichtstrahls kann der thermische Linseneffekt mit einer Genauigkeit deutlich besser als 1 nm bestimmt werden. Durch geeignete Kalibrierung (Rechnung, elektrische Heizung, Grauprobe) kann der Wellenfrontdeformation eine absorbierte Energie zugeordnet und so unter Kenntnis der eingestrahlten Energie der Absorptionsgrad bestimmt werden.
Problematisch an dem oben beschriebenen Verfahren mit nahezu kollinearem Heiz- und Messlichtstrahl ist es, dass auch die Wellenfrontverzerrung aufgrund der Absorption an den Oberflächen des Rohlings gemessen wird. Dies erfordert eine sehr sorgfältige Politur der Oberflächen, die eine niedrige und möglichst gut reproduzierbare Oberflächenabsorption garantieren soll.
Ferner ist es bislang zusätzlich erforderlich, separate Proben aus dem Rohteil zu schneiden: Da während des Fertigungsprozesses Kontaminationen von außen in den Rohling eindringen, haben axialer und radialer Randbereich des Rohlings in der Regel eine höhere Absorption als der innere Bereich und werden daher vor der Auslieferung abgeschnitten. Würden die Proben aus Randmaterial gefertigt, hätte man einen systematisch zu schlechten Messwert, und eine Probennahme aus dem Gutbereich wäre entweder nicht zerstörungsfrei oder hätte einen starken Anstieg der Herstellungskosten zur Folge, da ein zusätzlicher Durchmesser bzw. ein zusätzliches Volumen eingeplant werden müssten, um auch außerhalb der eigentlich herzustellenden Geometrie qualitativ hochwertiges und damit repräsentatives Material zu erhalten.
Das oben beschriebene, kollineare photothermische Verfahren wäre grundsätzlich zwar auch an (ganzen) polierten Rohlingen möglich, wenn für jede Rohlingsdicke eine Kalibrierung und die Messung kurz nach Einschalten des Lasers durchgeführt würde, d.h. wenn die eingetragene Wärme noch auf die Nähe des Heizlichtstrahls konzentriert wäre. Wegen der großen Sensitivität des Verfahrens auf die Oberflächenabsorption wäre aber eine sehr aufwändige Politur des gesamten Rohlings notwendig, was sehr kostenintensiv wäre. Zudem wäre mit fortschreitender Verbesserung der Materialeigenschaften, d.h. der Verringerung der Absorption im Volumen des Rohlings, schnell der Punkt erreicht, an dem die Oberflächenabsorption das Gesamtsignal bei der Messung dominieren würde.
Alternativ kann eine direkte Bestimmung der Absorption eines Rohlings auch mit einem als LID(„laser-induced deflection)-Verfahren durchgeführt werden, wie es z.B. in der DE 101 399 06 A1 beschrieben ist. Für die Durchführung dieses Verfahrens wird ein Würfel oder ein Quader mit mindestens vier polierten Oberflächen benötigt. Der Messlichtstrahl verläuft hierbei quer, d.h. unter einem Winkel von ca. 90° zum Heizlichtstrahl und passiert den Heizlichtstrahl außerhalb von dessen Lichtbündelquerschnitt im Volumen des Rohlings. Der durch die Temperaturerhöhung in dem Material des Rohlings erzeugte Gradient im Brechungsindex erzeugt eine Ablenkung des Messlichtstrahls, die z.B. von einer Quadrantendiode detektiert werden kann. Dieses Verfahren hat den Vorteil, nicht sensitiv auf Oberflächenabsorption zu sein, aber es ist sehr sensitiv auf den Abstand zwischen Messlichtstahl und Heizlichtstrahl. In jüngerer Zeit (vgl. C. Mühlig et al., "Characterization of low losses in optical thin films and materials", Applied Optics, Vol. 47, Issue 13, pp. C135–C142) wurde vorgeschlagen, das Verfahren mit zwei oder mit vier Messlichtstrahlen durchzuführen. Da diese auf beiden Seiten des Heizlichtstrahls liegen, ist dieses Verfahren weniger sensitiv bezüglich der relativen Justage von Heizlichtstrahl und Messlichtstrahlen. Dennoch beträgt der Fangbereich nur ca. 1 mm, weshalb man weiterhin auf Proben fester Geometrie angewiesen ist.
Auch aus dem Artikel „Absolute measurement of surface and bulk absorption in DUV optics from temperature induced wavefront deformation", von B. Schäfer et al., Optics Express 2010, Vol. 18, No. 21 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur quantitativen Bestimmung sowohl des Oberflächen-Anteils als auch des Volumen-Anteils der Absorption einer Probe bekannt geworden. Ein Heizlichtstrahl und ein Messlichtstrahl kreuzen sich dort unter einem Winkel von 90° innerhalb des Probenvolumens, wobei ein Shack-Hartmann-Sensor zur Analyse der Wellenfront des durch den Rohling hindurch getretenen Messlichtstrahls verwendet wird. Um eine Absorptionsmessung ortsaufgelöst durchzuführen erfordert auch dieses Verfahren eine sehr aufwändige Politur der Oberflächen des gesamten Rohlings bzw. ein zusätzliches Probenvolumen.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass mit reduziertem Aufwand eine präzise Messung der Absorption im Volumen eines Rohlings ermöglicht wird. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, ein optisches Element mit möglichst geringem, insbesondere im Voraus bekannten thermischem Linseneffekt und eine optische Anordnung mit mindestens einem solchen optischen Element bereitzustellen.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gemäß einem Aspekt gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem entweder der Heizlichtstrahl und der Messlichtstrahl oder der Heizlichtstrahl und ein weiterer Heizlichtstrahl derart ausgerichtet werden, dass diese durch eine erste polierte Oberfläche oder eine zweite, der ersten gegenüberliegende polierte Oberfläche in den Rohling eintreten und ausschließlich im Inneren des Rohlings, bevorzugt in einem für die Herstellung des optischen Elements genutzten Volumen, aufeinander treffen.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, ein Messverfahren zu verwenden, bei dem der Messlichtstahl und der Heizlichtstrahl wie beim oben beschriebenen photothermischen Verfahren im Volumen des Rohlings aufeinander treffen, allerdings ist der Bereich, in dem der Messlichtstrahl und der Heizlichtstrahl sich überlappen auf das Innere des Rohlings beschränkt, so dass die Oberflächenabsorption nicht gemessen wird und daher auf eine aufwändige Politur des Rohlings oder eine Kalibrierung der Messung für jede Geometrie (Rohlingsdicke und Durchmesser) verzichtet werden kann. Durch den Eintritt bzw. den Austritt aller für die Messung verwendeten Strahlen an nur zwei einander gegenüberliegendenden polierten Oberflächen kann der Rohling ohne das Vorsehen eines zusätzlichen Mess-Volumens bzw. ohne zusätzliche Politur mit einer guten Ortsauflösung vermessen werden. Es versteht sich, dass hierbei beide Strahlen durch dieselbe polierte Oberfläche in den Rohling eintreten können. Es ist aber auch möglich, dass ein erster der beiden Strahlen durch die erste polierte Oberfläche in den Rohling eintritt, während ein zweiter der beiden Strahlen durch die zweite Oberfläche in den Rohling eintritt, so dass die beiden Strahlen gegenläufig durch den Rohling hindurch treten.
Alternativ zur Messung einer Eigenschaft des Messlichtstrahls in Transmission, bei der sich der Messlichtstrahl und der Heizlichtstrahl im Inneren des Rohlings treffen, ist es auch möglich, zwei Heizlichtstrahlen so auszurichten, dass diese sich im Inneren des Rohlings treffen, wobei in diesem Fall eine Eigenschaft des Messlichtstrahls in Reflexion vermessen wird, wie weiter unten im Einzelnen dargestellt wird.
In beiden Fällen ist es günstig, wenn die jeweiligen Strahlen nur im für die Herstellung des optischen Elements genutzten Volumenbereich aufeinander treffen, da auf diese Weise die stark absorbierenden Randbereiche des Rohlings, die ohnehin nicht zur Herstellung des optischen Elements verwendet werden, keinen Beitrag zur Messung liefern. Als Faustregel ist der für die Herstellung des optischen Elements genutzte Bereich und damit der Überlappungsbereich mindestens 5 mm von den Oberflächen des Rohlings entfernt angeordnet.
Der Rohling besteht typischer Weise aus synthetischem Quarzglas, welches für die Mikrolithographie geeignet ist. Solches Quarzglas weist in der Regel einen Anteil von metallischen Verunreinigungen von weniger als 10 ppb auf, wobei der Na-Gehalt bei weniger als 2 ppb, der OH-Gehalt bei weniger als 100 ppm und der H2-Gehalt bei mehr als 10¹⁶ Molekülen/cm³ liegen sollte.
Typischer Weise handelt es sich bei den polierten Oberflächen um die Stirnseiten des in der Regel zylindrischen Rohlings. Wie eingangs beschrieben ist es für die Durchführung des Verfahrens nicht zwingend erforderlich, eine möglichst kleine Restrauhigkeit an den polierten Oberflächen zu erzeugen, da die Oberflächenabsorption die Messung nicht beeinflusst. Durch die Politur soll lediglich sichergestellt werden, dass die jeweiligen Strahlen mit genügend hoher Intensität in den Rohling ein- bzw. aus diesem austreten.
Typischer Weise weist zumindest die polierte Oberfläche, auf die der Messlichtstrahl auftrifft, eine Polierqualität auf, die gemäß der Qualitätsskala nach DIN ISO 10110-8, die Restfehler wie Riefen oder Löcher beurteilt, im Bereich der Normklassen P1 bzw. P2 liegt, d.h. bei einer verhältnismäßig einfachen Polierqualität, welche für das hier verwendete Verfahren völlig ausreichend ist. Es versteht sich, dass alternativ auch eine Politur bis zu höheren Politurklassen (P3 bzw. P4) durchgeführt werden kann, dies ist aber nicht erforderlich und führt lediglich zu einer Erhöhung der Kosten. Auch bezüglich der Passe, welche die Qualität der Oberfläche hinsichtlich langwelliger Fehler beschreibt, genügen für das hier verwendete photothermische Verfahren vergleichsweise geringe Qualitäten, z.B. λ/5 mit λ = 633 nm, da in der Regel vor dem Starten des Lasers eine Referenzmessung durchgeführt wird.
In einer Variante des Verfahrens treffen der Heizlichtstrahl und der Messlichtstrahl im Inneren des Rohlings unter einem Winkel von weniger als 90°, bevorzugt von weniger als 40°, besonders bevorzugt von weniger als 30° aufeinander. Der Winkelbereich, unter dem die beiden Strahlen im Inneren des Rohlings günstiger Weise aufeinander treffen, hängt von mehreren Parametern ab, beispielsweise von der Dicke des Rohlings sowie von der Bestrahlungsdauer. Der Schnittwinkel der beiden Strahlen im Inneren des Rohlings sollte typischer Weise auch nicht kleiner als ca. 15° bzw. als ca. 10° sein. Zur Erhöhung der Messgenauigkeit sollte die Lauflänge des Messlichtstrahls durch das vom Heizlichtstrahl geheizte Volumen möglichst groß sein, wobei andererseits zur Erreichung einer guten Ortsauflösung ein geringer Überlappungsbereich günstig ist. Es hat sich gezeigt, dass Winkel innerhalb der oben angegebenen Grenzen für die Durchführung des Verfahrens besonders günstig sind.
In einer weiteren Variante wird als Eigenschaft des Messlichtstrahls eine durch den Heizlichtstrahl hervorgerufene Wellenfrontdeformation des Messlichtstrahls ortsaufgelöst vermessen. Im Gegensatz zu dem in der eingangs erwähnten DE 101 399 06 A1 beschrieben Verfahren wird im vorliegenden Fall eine flächige Messung der Wellenfront quer zum Heizlichtstrahl vorgenommen. Dies erlaubt es, auf eine sorgfältige Justage der Strahlen zu verzichten und stattdessen die vermessene Wellenfront mit einer geeigneten Messsoftware auszuwerten. Hierbei kann das Signal-Rausch-Verhältnis auf unterschiedliche Weise verbessert werden, z.B. durch eine Mittelung des gemessenen Signals parallel zum Heizlichtstrahl oder durch periodische Anregung des Heizlichtstrahls. Die Absorption kann aus der gemessenen Wellenfrontdeformation beispielsweise anhand des Maximalwerts der Messkurve oder des Gradienten bzw. der Krümmung in einem bestimmten Abstand vom Maximum bestimmt werden.
Die Verwendung eines Shack-Hartmann-Sensors hat sich zur Vermessung der Wellenfrontdeformation als günstig erwiesen. Der Shack-Hartmann-Sensor weist in der Regel ein Array von Linsen („lenselets“) mit identischer Fokuslänge auf. Eine vereinfachte Variante des Shack-Hartmann-Sensors nutzt ein Array von Lochblenden. Es versteht sich, dass zur Vermessung der Wellenfront auch Wellenfrontsensoren anderer Bauart verwendet werden können, z.B. Wellenfront-Krümmungssensoren oder ggf. auch Shearing-Interferometer.
Bei einer Variante des Verfahrens wird die Position des Überlappungsbereichs, an welcher der Messlichtstrahl und der Heizlichtstrahl oder die zwei Heizlichtstrahlen aufeinander treffen, in dem für die Herstellung des optischen Elements genutzten Volumen in zwei Dimensionen, bevorzugt in drei Dimensionen variiert, um das ortsaufgelöste Absorptionsverhalten in dem Rohling bzw. in dem optischen Element zu bestimmen. Aufgrund der weitgehenden Unabhängigkeit des Messsignals von der Justage der jeweiligen Strahlen sowie vom Abstand zur Mantelfläche bzw. den Stirnflächen des Rohlings kann der Rohling im optisch genutzten Volumen abgerastert werden (in xy-Richtung, d.h. parallel zu den Stirnseiten). Bei kleinem Interaktionsvolumen zwischen den jeweiligen Strahlen kann sogar in z-Richtung, d.h. senkrecht zu den Stirnseiten eine Rasterung erfolgen, d.h. ein Tiefenprofil der Absorption in dem Rohling aufgenommen werden, wobei aber – wie oben beschrieben – jeweils die Randbereiche des Volumens des Rohlings ausgenommen werden.
Aus dem ortsaufgelösten Absorptionsverhalten in dem Rohling kann ein Modell für die temperaturabhängige Veränderung der optischen Eigenschaften des aus dem Rohling hergestellten optischen Elements, insbesondere von dessen temperaturabhängiger Brechungsindexvariation, erstellt werden. Teilbereiche des optischen Elements mit hoher Absorption erfahren bei Bestrahlung eine stärkere Aufheizung als Teilbereiche mit geringerer Absorption, so dass dort eine stärkere Veränderung des Indexgradienten auftritt, die mit Hilfe eines Modells über den Zusammenhang zwischen ortsabhängiger Absorption und Indexverschiebung berechnet werden kann. Insbesondere kann anhand des ortsaufgelösten Absorptionsverhaltens ein Modell zur Vorhersage einer zeitlichen Veränderung der Brechungsindexvariation aufgrund einer Temperaturveränderung erstellt werden. Mit Hilfe eines solchen Modells können dynamische Veränderungen der Wellenfront beim Übergang zwischen verschiedenen Zuständen des optischen Systems, z.B. eines Projektionsobjektivs, in dem das optische Element eingebaut ist, antizipiert werden. Hierbei können zusätzliche, nicht vom verwendeten optischen Material abhängige Parameter des optischen Systems herangezogen werden, um ein Vorhersage-Modell für das Verhalten des gesamten optischen Systems bei Temperaturschwankungen zu erhalten. Dieses Modell kann zur Feed-Forward-Kompensation der zu erwartenden dynamischen Änderung bzw. Deformation der Wellenfront beim Übergang zwischen zwei Systemzuständen verwendet werden, indem in dem optischen System vorhandene Manipulatoren geeignet angesteuert (und bewegt) werden, um die zu erwartende Veränderung der Wellenfront beim Übergang zwischen den Systemzuständen zu kompensieren. Bei den Systemzuständen kann es sich z.B. um unterschiedliche Einstellungen eines Beleuchtungssystems handeln, das Beleuchtungsstrahlung in ein Projektionsobjektiv einkoppelt.
Es ist günstig, den Durchmesser des Messlichtstrahls mindestens drei, bevorzugt mindestens fünf Mal so groß zu wählen wie den Durchmesser des Heizlichtstrahls, und zwar bezogen auf die Dimension des Meßlichtstrahls quer zur Verbindungslinie (genau genommen zur Verbindungsebene) zwischen dem Messlichtstrahl und dem Heizlichtstrahl im Rohling, so dass auf der Detektorfläche die Wellenfront des Messlichtstrahls in einem hinreichend großen Bereich um den Heizlichtstrahl herum detektiert werden kann. Der Querschnitt des Messlichtstrahls kann elliptisch oder rechteckig gewählt werden, was eine gute Separation der Strahlen nahe der polierten Oberflächen mit einem guten „Fit“-Bereich für die Überlappung kombiniert. Bei der Verwendung von elliptischen oder rechteckigen Strahlquerschnitten liegen die kurzen Strahlachsen von Messlichtstrahl und Heizlichtstrahl typischer Weise in einer gemeinsamen Ebene und die langen Strahlachsen liegen im Schnittpunkt parallel zueinander. Das Verhältnis von langer Strahlachse zu kurzer Strahlachse sollte bei einem elliptischen bzw. rechteckigen Strahlquerschnitt mindestens 2:1 betragen, und zwar sowohl für den Heizlichtstrahl als auch für den Messlichtstrahl.
Zur Durchführung aller oben beschriebenen Verfahrensvarianten ist es günstig, wenn der Messlichtstrahl und der Heizlichtstrahl an der ersten und der zweiten polierten Oberfläche einen Abstand von mindestens 5 mm voneinander aufweisen, da bei der Bestrahlung in dem Rohling ein Wärmefluss entsteht, welcher dazu führt, dass die Temperaturverteilung in dem Rohling wandert, und zwar in 3 Sekunden um ca. 5 mm, vgl. Seite 34 und Seiten 36–37 der Diplomarbeit „Kalorimetrische Bestimmung der UV-Strahlungsabsorption an optischen Gläsern und dünnen Schichten unter besonderer Berücksichtigung laserinduzierter Änderungen", von Eric Eva, Laser-Laboratorium Göttingen, LLG, 1994.
In einer Weiterbildung dieser Variante wird mindestens eine Eigenschaft, insbesondere die Wellenfrontdeformation des von der polierten Oberfläche in einem Bereich zwischen den beiden Heizlichtstrahlen abgelenkten, insbesondere reflektierten Messlichtstrahls vermessen. Die Heizlichtstrahlen werden bei dieser Variante in einem oberflächennahen Volumen des Rohlings (aber typischer Weise in einem Abstand von mehr als 5 mm von den Oberflächen) zur Überlappung gebracht, so dass die Erwärmung im Überlappungsbereich größer ist als entlang der einzelnen Heizstrahlen. Die Detektion erfolgt über einen durch die Materialausdehnung erzeugten Buckel, der sich an der Oberfläche des Rohlings ausbildet. Dazu wird der Messlichtstrahl auf die Oberfläche in der Umgebung des Buckels ausgerichtet und die Wellenfrontverzerrung wird am reflektierten Messlichtstrahl detektiert. Der Durchmesser des Messlichtstrahls sollte hierbei so gewählt werden, dass dieser nicht die beiden Eintrittsbereiche der Heizlichtstrahlen an der polierten Oberfläche umfasst, da dort eine erhebliche Erwärmung aufgrund der Absorption an der polierten Oberfläche auftritt. Bei der oben beschriebenen Messung kann auf das Polieren einer zweiten (gegenüberliegenden) Oberfläche des Rohlings verzichtet werden.
Alternativ zur Reflexion des Messlichtstrahls kann die Detektion auch über einen einzelnen Messlichtstrahl erfolgen, der entweder die Flanke des Buckels trifft und dort abgelenkt wird oder aber parallel zur Oberfläche verläuft und von der Erwärmung der Luft abgelenkt wird (PTD und Mirage-Verfahren, vergleiche Veröffentlichungen von C. Amra, M. Reichling und E. Welsch, z.B. „Investigation of laser-induced damage at 248 nm in oxide thin films with a pulsed photoacoustic mirage technique", Journal de Physique IV, Colloque C7, Supplement au Journal de Physique III, Vol. 4, Juli 1994). Die Verwendung eines Wellenfrontsensors hat aber den Vorteil, dass keine sorgfältige Justage notwendig ist bzw. diese durch geeignete Software-Anpassung ersetzt werden kann.
In einer weiteren Variante weicht die Wellenlänge des Heizlichtstrahls von der Nutzwellenlänge des optischen Elements um weniger als 5 nm ab, wobei die Nutzwellenlänge bei 250 nm oder weniger, insbesondere bei 193 nm oder weniger liegt. Typische Wellenlängen des Heizlichtstrahls liegen bei den in Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie üblicher Weise verwendeten Wellenlängen von ca. 248, 193, 176, 157 nm. Zur Minimierung von Materialalterung und von nichtlinearen Absorptionseffekten sollten neben der Wellenlänge auch die Bestrahlparameter des Heizlichtstrahls möglichst nahe an den Einsatzbedingungen in einer Projektionsbelichtungsanlage liegen.
Üblicher Weise weicht die Wellenlänge des Messlichtstrahls von der Wellenlänge des Heizlichtstrahls ab und beträgt bevorzugt mehr als 250 nm. Zwar bewirkt die Verwendung eines Messlichtstrahls bei niedrigen Wellenlängen z.B. unter 200 nm eine höhere Empfindlichkeit bei der Messung, die Verwendung einer solchen Wellenlänge für den Messlichtstrahl führt aber typsicher Weise zu erheblichen experimentellen Problemen, so dass für den Messlichtstrahl in der Regel eine Wellenlänge im sichtbaren Wellenlängenbereich, z.B. bei 639 nm, verwendet wird.
In einer weiteren Variante wird vor dem Bestimmen der Absorption des Rohlings der Rohling mit einer vorgegebenen Strahlungsdosis bestrahlt. Eine solche Vorbestrahlung ist günstig, wenn Aufreinigungseffekte und/oder Ausbleicheffekte im Material des Rohlings auftreten, die vor dem Beginn der Absorptionsmessung abgeschlossen sein sollten. Hierbei kann die notwendige Vorbestrahlungsdosis durch wiederholte Messungen bestimmt werden, bis kein schneller Abfall der Absorption, sondern nur noch sehr langsamer Anstieg durch die Materialalterung auftritt. Der Rohling wird dann zumindest an den Stellen bzw. Bereichen, in denen die Absorptionsmessung durchgeführt werden soll, vor Beginn der Messung mit der so bestimmten Strahlungsdosis bestrahlt.
Bei einer weiteren Variante wird lediglich aus solchen Rohlingen ein optisches Element hergestellt, bei denen im gesamten für die Herstellung des optischen Elements genutzten Volumen bei einer Wellenlänge von 193 nm (genauer: 193,4 nm) ein Absorptionskoeffizient k₀ von 2 × 10^–4/cm oder weniger, bevorzugt von 1 × 10^–4/cm oder weniger, insbesondere von 0,5 × 10^–4/cm oder weniger gemessen wird.
Mittels des oben beschriebenen Messverfahrens kann eine Selektion von Rohlingen vorgenommen werden, die eine für die jeweilige Anwendung akzeptable Absorption aufweisen. Hierbei liegen die Teilbereiche des für die Herstellung des optischen Elements genutzten Volumens, bei denen die Absorption möglichst gering sein soll, an Stellen, an denen sich der thermische Linseneffekt besonders ungünstig auf die (Abbildungs-)Eigenschaften des optischen Elements auswirkt. Es versteht sich, dass ggf. anhand der Messdaten über die Absorption im Volumen des Rohlings auch der bei der Herstellung des optischen Elements aus dem Rohling geschnittene Volumenbereich so festgelegt werden kann, dass sich in den relevanten Bereichen eine besonders geringe Absorption einstellt. Insbesondere kann anhand des Absorptionsverhaltens festgestellt werden, zur Herstellung welcher Art von optischem Element sich der jeweilige Rohling ggf. eignet, d.h. es kann eine Zuordnung zwischen Rohlingen und daraus herstellbaren optischen Elementen vorgenommen werden, welche die Anforderungen im Hinblick auf die Absorption erfüllen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist realisiert in einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, bei der entweder der Heizlichtstrahl und der Messlichtstrahl oder der Heizlichtstrahl und ein weiterer Heizlichtstrahl derart ausgerichtet sind, dass diese durch eine erste polierte Oberfläche oder eine zweite, der ersten gegenüberliegende polierte Oberfläche in den Rohling eintreten und ausschließlich im Inneren des Rohlings, bevorzugt in einem für die Herstellung des optischen Elements genutzten Volumen des Rohlings, aufeinander treffen. Um eine geeignete Ausrichtung der Heizlichtstrahlen bzw. des Heizlichtstrahls und des Messlichtstrahls zu ermöglichen, können sowohl die die Mess- als auch die Heizlichtquelle ggf. mit einem (motorgetriebenen) Bewegungsmechanismus versehen sein, der eine Translationsbewegung und/oder eine Drehbewegung der jeweiligen Quellen ermöglicht.
In einer Ausführungsform treffen der Heizlichtstrahl und der Messlichtstrahl bzw. die beiden Heizlichtstrahlen im Inneren des Rohlings unter einem Winkel von weniger als 90°, bevorzugt von weniger als 40°, insbesondere von weniger als 30° aufeinander. Wie bereits weiter oben dargestellt wurde, ist es für die Messgenauigkeit günstig, wenn der Überlappungsbereich zwischen den jeweiligen Heizlichtstrahlen möglichst groß ist, ein großer Überlappungsbereich führt jedoch zu einer Reduzierung der Ortsauflösung. Es hat sich gezeigt, dass der oben angegebene Winkelbereich besonders gut geeignet ist, beide Anforderungen bei der Durchführung des Verfahrens zu erfüllen.
Zur ortsaufgelösten Vermessung des Rohlings kann die Halteeinrichtung für den Rohling in zwei Richtungen, bevorzugt in drei Richtungen linear verschiebbar ausgebildet sein. Es versteht sich, dass zusätzlich auch ein Drehantrieb vorgesehen sein kann, um den Rohling relativ zu den Lichtquellen geeignet auszurichten.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Detektoreinheit eine Messeinrichtung zur Wellenfrontdeformationsmessung auf, insbesondere einen Shack-Hartmann-Sensor. Es versteht sich, dass zur Wellenfrontvermessung auch andere Typen von Wellenfrontdetektoren zum Einsatz kommen können.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist verwirklicht in einem optischen Element, insbesondere einem Linsenelement, welches im gesamten Volumen einen Absorptionskoeffizienten k₀ von 2 × 10^–4/cm oder weniger, bevorzugt von 1 × 10^–4/cm oder weniger, insbesondere von 0,5 × 10^–4/cm oder weniger bei einer Wellenlänge von 193 nm aufweist, wobei der Absorptionskoeffizient k₀ insbesondere bestimmt ist durch ein Verfahren wie oben beschrieben.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist verwirklicht in einer optischen Anordnung, insbesondere in einem Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie, die bzw. das mindestens ein optisches Element wie oben beschrieben umfasst.
In einer Ausführungsform weist mindestens ein optisches Element der optischen Anordnung mit einem Subaperturverhältnis größer als 50 %, bevorzugt größer als 70 %, insbesondere größer als 80 % (im gesamten Volumen) einen Absorptionskoe ffizienten k₀ von 1 × 10^–4/cm oder weniger, bevorzugt von 0,5 × 10^–4/cm oder weniger bei einer Wellenlänge von 193 nm auf. Bei optischen Elementen mit einem solchen Subaperturverhältnis handelt es sich um puppillennahe bzw. um intermediäre optische Elemente, d.h. um Elemente, deren Abstand zu einer Pupillenebene verhältnismäßig gering ist, so dass sich die thermische Linse besonders ungünstig auf die Abbildung bzw. auf die Wellenfrontdeformation auswirkt, weshalb diese optischen Elemente einen möglichst geringen Absorptionskoeffizienten (im Vergleich zu den weiteren optischen Elementen der Anordnung) aufweisen sollten.
Das Subaperturverhältnis nimmt Werte zwischen 0 und 1 an, wobei das Subaperturverhältnis in einer Pupillenebene den Wert 1 und in einer Feldebene den Wert 0 annimmt. Für ein optisches System, welches ein Objektfeld mit einer maximalen Objekthöhe unter einer gegebenen Apertur auf ein Bildfeld abbildet, z.B. ein Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie, definiert man das Subaperturverhältnis wie folgt: |R – H|/(|R – H| + |H|), wobei, ausgehend von einem Objektpunkt maximaler Objekthöhe, R die Randstrahlhöhe und H die Hauptstrahlhöhe ist, und diese Strahlhöhen in einer gegebenen Ebene gemessen werden, welche parallel zu einer Pupillenebene des optischen Systems ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist mindestens ein optisches Element, das vor einer ersten Pupillenebene oder nach einer zweiten Pupillenebene angeordnet ist, (im gesamten Volumen) bei einer Wellenlänge von 193 nm einen Absorptionskoeffizienten k₀ von 1 × 10^–4/cm oder weniger, bevorzugt von 0,5 × 10^–4/cm oder weniger auf. Insbesondere bei einem Projektionsobjektiv sollten nahe beim Eintritt (vor der ersten Pupillenebene) und nahe beim Austritt (nach der zweiten Pupillenebene) befindliche optische Elemente einen niedrigen Absorptionskoeffizienten aufweisen, um die dynamischen Wellenfrontdeformationen, d.h. die Wellenfrontdeformationen, die sich beim Aufheizen von optischen Elementen auf die Betriebstemperatur einstellen, möglichst gering zu halten.
Alternativ oder zusätzlich ist es günstig, wenn diejenigen optischen Elemente im Strahlengang, die weit von aktiven Manipulatoren bzw. Korrekturelementen entfernt angeordnet sind, bei einer Wellenlänge von 193 nm einen möglichst geringen Absorptionskoeffizienten k₀ aufweisen, der bei 1 × 10^–4/cm oder weniger, ggf. bei 0,5 × 10^–4/cm oder weniger liegt. Unter einem weit von einem Manipulator entfernten optischen Element wird ein optisches Element verstanden, welches so angeordnet ist, dass sich mindestens zwei, ggf. mindestens drei weitere optische Elemente zwischen diesem Element und einem aktiven Korrekturelement befinden.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Projektionsobjektiv bei einem Durchsatz von mindestens 200 Wafern/h, bevorzugt von mindestens 250 Wafern/h mit einem jeweiligen Durchmesser von 300 mm und einer Resistempfindlichkeit von 33 mJ/cm² eine unkorrigierte dynamische Wellenfrontdeformation von weniger als 80 nm PV, bevorzugt von weniger als 50 nm PV, insbesondere von weniger als 20 nm PV auf. Die dynamische Wellenfrontdeformation des Projektionsobjektivs entsteht u.a. durch die temperaturbedingte Indexvariation (thermische Linse) bei der Aufheizung von dessen optischen Elementen im Belichtungsbetrieb einer Projektionsbelichtungsanlage, in die das Projektionsobjektiv eingebaut ist. Die Bestrahlungsintensität pro Zeiteinheit und damit die Aufheizung der optischen Elemente nimmt hierbei mit dem Durchsatz des Projektionsobjektivs bzw. dem Durchsatz der Lithographieanlage zu. Die obigen Zahlenwerte gelten hierbei für eine Belichtungswellenlänge von 193 nm und ein Projektionsobjektiv für die Immersionslithographie mit einer bildseitigen numerischen Apertur von mehr als 1,3.
Um auch bei einem hohen Durchsatz die (unkorrigierte) Wellenfrontdeformation innerhalb der oben angegebenen Grenzen zu halten, werden mittels des oben beschriebenen Messverfahrens die optischen Elemente des Projektionsobjektivs so ausgewählt, dass deren ortsabhängige Absorptionsverteilung bei den Bestrahlungsbedingungen am Einsatzort in der Summe zu temperaturbedingten Indexvariationen führen, die eine Wellenfrontdeformation des Projektionsobjektivs innerhalb des oben angegebenen Bereichs erzeugen. Unter der unkorrigierten Wellenfrontdeformation wird eine Deformation verstanden, die nicht durch aktive Manipulatoren korrigiert wird, welche auf die optischen Elemente während der Belichtung einwirken, um die Wellenfrontdeformationen dynamisch zu korrigieren. Werden zusätzlich derartige Manipulatoren verwendet, kann die Wellenfrontdeformation bzw. der Wellenfronthub ggf. zusätzlich um ca. eine bis zwei Größenordnungen reduziert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen:
1a, b schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Vermessung der Absorption in einem Rohling,
2a, b schematische Darstellungen der an einer Detektorfläche von 1 gemessenen Wellenfrontdeformation in einer Draufsicht und in einem Schnitt,
3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung, bei der die Absorption mittels eines reflektierten Messlichtstrahls bestimmt wird, und
4 eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit optischen Elementen, die mittels der in 1 bzw. 3 gezeigten Vorrichtungen vermessen wurden,
5 eine Darstellung einer Dipol-Beleuchtungsverteilung am Eintritt eines in 4 gezeigten Projektionsobjektivs, sowie
6 eine Darstellung der Wellenfrontdeformationen in der Bildebene bei der Dipol-Beleuchtungsverteilung von 5.
In 1a ist schematisch eine Vorrichtung 1 zum Bestimmen der Absorption eines Rohlings 2 zur Herstellung eines optischen Elements 3 dargestellt. Diese weist eine Halteeinrichtung 4 (Probenhalter) für den Rohling 2 auf, an der dieser stehend gehaltert und mit Hilfe von Stellschrauben 5 fixiert ist. Die Stirnseiten 2a, 2b des zylindrischen Rohlings 2 sind mit einer Sichtpolitur versehen, d.h. die Stirnseiten 2a, 2b weisen eine Restrauhigkeit mit einer Politurqualität im Bereich der Politurklasse P1 oder P2 auf. Der Probenhalter 4 ist auf einem Verschiebetisch 6 angeordnet, der mit Hilfe von Linearantrieben eine durch einen Doppelpfeil angedeutete Verschiebung des Rohlings 2 in drei zueinander senkrechten Achsrichtungen X, Y, Z ermöglicht. Es versteht sich, dass die Vorrichtung 1 ggf. auch zur Vermessung eines geschliffenen und polierten optischen Elements 3 verwendet werden kann.
Die Vorrichtung 1 weist weiterhin eine Heizlichtquelle 7 zur Erzeugung eines (kollimierten) Heizlichtstrahls 8 für das Aufheizen des Rohlings 2 auf. Die Wellenlänge λ_h des Heizlichtstrahls 8 entspricht hierbei bis auf ca. 5 nm der Nutzwellenlänge λ_u des optischen Elements 3, d.h. der Arbeitswellenlänge einer optischen Anordnung, in der das optische Element 3 betrieben werden soll. Als Heizlichtquelle 7 wird typischer Weise ein Excimer-Laser verwendet, der eine Wellenlänge λ_h von z.B. 248 nm, 193 nm, 176 nm oder 157 nm aufweisen kann. Wird eine Heizlichtquelle mit einer Wellenlänge λ_h von 193 nm oder weniger verwendet, sollte die Messung in einer Inertgas-Umgebung, z.B. in einer Stickstoff-Umgebung, durchgeführt werden, wobei der Restsauerstoff-Gehalt in der Inertgas-Umgebung in der Regel bei weniger als ca. 50 ppm liegen sollte. Der genaue Wert des Restsauerstoff-Gehalts ist hierbei von den Strahlwegen in der Inertgas-Umgebung abhängig.
Die Vorrichtung 1 weist außerdem eine Messlichtquelle 9 zur Erzeugung eines Messlichtstrahls 10 bei einer Wellenlänge λ_m von 639 nm auf, der ebenfalls durch den Rohling 2 hindurch tritt und im Volumen des Rohlings 2 in einem Überlappungsbereich 11 unter einem Winkel β auf den Heizlichtstrahl 8 trifft. Der Überlappungsbereich 11 verläuft hierbei innerhalb eines zur Herstellung des optischen Elements 3 genutzten Volumens 12, der mindestens 5 mm von den Stirnflächen 2a, 2b sowie einer Mantelfläche 13 des Rohlings 2 entfernt verläuft. Der außerhalb des Volumenbereichs 12 liegende, oberflächennahe Teil des Rohlings 2 wurde bei der Herstellung des Rohlings 2 durch Fremdstoffe kontaminiert und weist daher eine hohe Absorption auf, so dass dieser nicht zur Herstellung des optischen Elements 3 verwendet wird.
Der Heizlichtstrahl 8 weist typischer Weise einen Durchmesser d_h zwischen ca. 2 und 10 mm auf, während der Messlichtstrahl 10 aufgeweitet ist und einen Durchmesser d_m aufweist, der mindestens das Dreifache, in der Regel das Fünffache des Durchmessers d_h des Heizlichtstrahls betragen kann, d.h. es gilt: d_m ≥ 3 d_h bzw. ≥ 5 d_h, wobei sich dieses Verhältnis genau genommen auf die Dimension des Messlichtstrahls 10 quer zur Verbindungslinie (genau genommen zur Verbindungsebene) zwischen dem Messlichtstrahl 10 und dem Heizlichtstrahl 8 im Rohling 2 bezieht. Ein solches Verhältnis ist günstig, um eine durch den Heizlichtstrahl 8 hervorgerufene Wellenfrontdeformation des Messlichtstrahls 10 auf einem Wellenfrontdetektor in Form eines Shack-Hartmann-Sensors 14 ortsaufgelöst vermessen zu können. Da es für das Verhältnis genau genommen auf die Dimension des Messlichtstrahls 10 quer zur Verbindungsebene ankommt, kann der Messlichtstrahl 10 auch von einem kreisförmigen Querschnitt abweichen und z.B. einen elliptischen oder einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Damit der Überlappungsbereich 11 an einer gewünschten Position innerhalb des Rohlings 2 zu liegen kommt, ist es erforderlich, den Messlichtstrahl 10 und den Heizlichtstrahl 8 geeignet auszurichten. Um einen Überlappungsbereich 11 zu erhalten, der im Wesentlichen mittig in dem Rohling 2 liegt, der im vorliegenden Beispiel eine Dicke D von ca. 50 mm aufweist, sollte zunächst die optimale Bestrahlungsdauer bekannt sein, welche vom verwendeten Sensor 14 abhängig ist. Ist der Sensor 14 bzw. die in diesem verwendete Kamera verhältnismäßig langsam, wählt man eine lange Bestrahlzeit, was dazu führt, dass das Bestrahlungs- bzw. Temperaturprofil in dem Rohling 2 sich während der Messung radial und axial verändert, wobei die Wärmeverteilung in dem Rohling in drei Sekunden in etwa 5 mm wandert. Mit einem Sensor 14, bei dem eine herkömmliche 8–10 Bit-Digital-Kamera verwendet wird, ist dies ggf. problematisch bzw. man benötigt sehr viele Messzyklen. Es empfiehlt sich daher der Einsatz einer schnellen Kamera mit 14–16 Bit Auflösung.
Für das nachfolgende Beispiel wurde daher von einem Mindest-Abstand a des Messlichtstrahls 10 vom Heizlichtstrahl 8 auf der ersten polierten Oberfläche 2a von ca. 5 mm ausgegangen, wobei der Durchmesser d_h des Heizlichtstrahls 8 bei 3 mm und der Durchmesser d_m des Messlichtstrahls 10 bei 10 mm lag. Der Brechungsindex des synthetischen Quarzglases, aus dem der Rohling 2 im vorliegenden Beispiel besteht, liegt bei der Wellenlänge λ_h = 193 nm des Heizlichtstrahls 8 bei n_h = 1,560 und bei der Wellenlänge λ_m = 639 nm des Messlichtstrahls 10 bei n_m = 1,456.
Bei dem in 1a gezeigten Beispiel liegt der Einfallswinkel α_m des Messlichtstrahls 10 bei ca. 20° und der Einfallswinkel α_h des Heizlichtstahls 8 bei ca. 19°, so dass die beiden Strahlen 8, 10 sich im Inneren des Rohlings 2 unter einem Winkel β von ca. 28° schneiden, während die Strahlen 8, 10 in der Inertgas-Umgebung einen Winkel von α_m + α_h von ca. 38° miteinander einschließen. Es versteht sich, dass die Winkel α_m, α_h des Messlichtstrahls 10 und des Heizlichtstrahls 8 unabhängig voneinander variiert werden können. Ebenso kann die Laufrichtung des Messlichtstrahls 10 bzw. des Heizlichtstrahls 8 umgekehrt werden.
Um die Auflösung in xy- bzw. z-Richtung bei der Messung zu erhöhen, kann der Durchmesser d_m des Messlichtstrahls 8 verringert werden und/oder es können größere Einfallswinkel α_m, α_h gewählt werden. Typischer Weise liegt der maximal sinnvolle Schnittwinkel β, unter dem die beiden Strahlen 8, 10 im Inneren des Rohlings 2 aufeinander treffen bei weniger als ca. 40°, ggf. bei weniger als 30° und sollte in der Regel nicht kleiner als ca. 15° bzw. als ca. 10° gewählt werden.
1b zeigt die Vorrichtung 1 in einem Betriebszustand, in welcher der Heizlichtstrahl 8 senkrecht auf die erste polierte Oberfläche 2a auftrifft. Um die Mindestabstände von ca. 5 mm von den Oberflächen 2a, 2b einzuhalten und einen Überlappungsbereich 11 zu erhalten, der in Dickenrichtung in etwa symmetrisch in der Mitte des Rohlings 2 liegt, wird in diesem Beispiel ein Einfallswinkel α_m des Messlichtstrahls 10 von ca. 42° benötigt, was zu einem Schnittwinkel β der beiden Strahlen 8, 10 im Inneren des Rohlings 2 von ca. 27° führt. Es versteht sich, dass die in 1a, b gezeigten Winkel nicht identisch mit den hier angegebenen Werten sind und lediglich zur Illustration des Verfahrens dienen. Wird bei dem in 1b gezeigten Beispiel der Winkel β zwischen den Strahlen 8, 10 vergrößert, verkleinert sich das Volumen des Überlappungsbereichs 11, so dass der Abstand a zwischen den Strahlen 8, 10 vergrößert werden kann bzw. eine begrenzte Scan-Möglichkeit in z-Richtung besteht.
Die Wellenfrontdeformation des Messlichtstrahls 10 wird hierbei bestimmt, indem zunächst bei abgeschaltetem Heizlichtstrahl 8 die Wellenfront des Messlichtstrahls 10 vermessen wird. Dann wird der Heizlichtstrahl 8 eingeschaltet und die Wellenfront wird erneut vermessen, wobei die Messungen mit bzw. ohne Heizlichtstrahl 8 jeweils über wenige Sekunden integrieren und weniger als eine Minute nacheinander stattfinden.
2a zeigt ein so erhaltenes, kreisförmiges Differenzbild 15 der Wellenfront in einer Draufsicht, wobei sich je nach verwendetem Sensor bzw. Auswertungs-Software auch ein rechteckiges oder auf andere Weise geformtes Differenzbild 15 ergeben kann. Die höchste Wellenfrontverzerrung ergibt sich längst der Linie A, die mit dem Bild des Heizlichtstrahls 8 auf der Detektorfläche zusammenfällt. Mit zunehmendem Abstand zur Linie A fällt die Wellenfrontverzerrung ab, wie in 2a durch unterschiedlich beabstandete Linien angedeutet ist. 2b zeigt einen Schnitt durch das Wellenfrontbild 15 längs der Linie B, also senkrecht zum Heizlichtstrahl 8. Es ist ein Maximum M der Wellenfrontdeformation ΔW am Ort des Heizlichtstrahls 8 und ein Abfall zu beiden Seiten des Maximums M zu erkennen.
Beim hier beschriebenen Messverfahren erfolgt somit eine flächige Messung der Wellenfront quer zum Heizlichtstrahl 8. Dies erlaubt es, auf eine sorgfältige Justage bei der Ausrichtung der jeweiligen Strahlen zu verzichten und stattdessen eine geeignete softwaremäßige Auswertung in einer mit dem Shack-Hartmann-Sensor 14 verbundenen Auswerteeinrichtung 16 vorzunehmen.
Hierzu sollte zunächst die Strahllage des Heizlichtstrahls 8 auf der Detektorfläche durch eine geeignete Anpassung (Fit) bestimmt werden. Das Signal-Rausch-Verhältnis kann weiterhin durch Mittelung entlang der Achse A parallel zum Messlichtstrahl 8 verbessert werden. Das Ergebnis ein gemitteltes Schnittbild, das im Prinzip der Darstellung in 2a entspricht. Als Maß für die Absorption kann die Höhe des Maximums M (vgl. 2b) oder der Gradient oder die Krümmung in einem bestimmten Abstand vom Maximum M bestimmt werden. Alternativ könnte auch eine mathematisch oder experimentell bestimmte Verteilungsfunktion an die in 2b gezeigte Schnittdarstellung der Wellenfrontdeformation ΔW angepasst werden.
Idealerweise wird die Wellenfront ca. 5 bis 30 Sekunden nach Einschalten der Heizlichtquelle 7 ausgewertet, da dann Gradienten und Krümmungen des Wellenfrontbildes 15 noch klar definiert sind. Mit zunehmender Bestrahldauer verwischt das Wellenfrontbild 15 immer mehr. Außerdem kommen Asymmetrien in Spiel, wenn man sich mit dem Überlappungsbereich 11 bis auf wenige Zentimeter dem Rand des Rohlings 2 nähert.
Zur Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses kann auch mit periodischer Anregung gearbeitet werden, d.h. die Heizlichtquelle 7 wird z.B. für 10 Sekunden eingeschaltet und ruht dann für ca. 1 bis 2 Minuten. Wellenfronten werden jeweils kurz vor und bei Ende der Bestrahlung aufgenommen, wobei die Differenzbilder dann über mehrere Messungen gemittelt werden.
Zur Minimierung von Materialalterung und von nichtlinearen Absorptionseffekten sollte nicht nur die Wellenlänge λ_h, sondern auch die Bestrahlparameter des Heizlichtstrahls 8 möglichst nahe an den Einsatzbedingungen liegen (z.B. Pulsfolgerate 2 bis 8 kHz, Energiedichte << 1 mJ/cm², Pulsdauer 100 bis 200 ns (TIS) für λ = 193 nm). Bei Objektivlinsen als optischen Elementen 3, die nur einer geringen Strahlenbelastung ausgesetzt sind, kann die Energiedichte ggf. nicht so niedrig gewählt werden wie sie später im Projektionsobjektiv herrscht, da das thermische Messsignal in diesem Fall zu gering ausfallen würde. In diesem Fall kann eine Vermessung bei verschiedenen Energiedichten erfolgen, die dann auf die Energiedichte extrapoliert wird, die beim Betrieb des optischen Elements 3 herrscht.
Generell gilt hierbei, dass die Alterung des optischen Elements proportional zur Energiedichte^2·Pulszahl / Pulsdauer ist. Die Gesamtbelastung während der Messung sollte an jeder Stelle des optischen Elements weniger als ca. 1/10 des über die Lebensdauer des optischen Elements 3 zu erwarteten Werts betragen. Dieser Anteil erscheint hoch, viele optische Elemente werden jedoch im Betrieb nur mit Energiedichten von einzelnen µJ/cm² beaufschlagt, während sinnvolle Energiedichten für die Messung typischer Weise im Bereich zwischen ca. 200 und 1000 µJ/cm² liegen.
Sofern vor der Messung Aufreinigungseffekte und/oder Ausbleicheffekte im Material des Rohlings 2 abgewartet werden sollen, kann zunächst eine notwendige Vorbestrahlungsdosis durch wiederholte Messungen an einem einzelnen Messpunkt bestimmt werden (bis kein schneller Abfall der Absorption, sondern nur noch ein sehr langsamer Anstieg durch Materialalterung erfolgt). In einem zweiten Schritt kann dann eine Bestrahlung aller gewünschten Meßstellen mit der so bestimmten Dosis vor Beginn der Messung erfolgen.
Aufgrund der weitgehenden Unabhängigkeit des detektierten Messsignals von der Justage des Messlichtstrahls 10 bzw. des Heizlichtstrahls 8 sowie vom Abstand zur Mantelfläche 13 bzw. zu den Stirnflächen 2a, 2b kann der Rohling 2 im optisch genutzten Volumen 12 in X- und Y-Richtung abgerastert werden, wozu der Verschiebetisch 6 entsprechend über eine (nicht gezeigte) Steuereinheit angetrieben wird. Zusätzlich kann zur Ausrichtung des Messlichtstrahls 10 die Messlichtquelle 9 bzw. zur Ausrichtung des Heizlichtstrahls 8 die Heizlichtquelle 7 mittels eines geeigneten Bewegungsmechanismus gedreht werden, wie durch entsprechende Doppelpfeile angedeutet ist. Es versteht sich, dass ggf. auch eine Linearverschiebung der Messlichtquelle 9 bzw. der Heizlichtquelle 7 erfolgen kann. Bei einem kleinen Überlappungsbereich 11 (Interaktionsvolumen) zwischen dem Messlichtstrahl 10 und dem Heizlichtstrahl 8 kann auch eine ortsaufgelöste Messung in Z-Richtung, d.h. parallel zur Zylinderachse des Rohlings 2 erfolgen, so dass ein Tiefenprofil der Absorption innerhalb des zur Herstellung des optischen Elements 3 genutzten Volumens des Rohlings 2 aufgenommen werden kann.
Auf diese Weise kann auch zerstörungsfrei die Absorption in den gestrichelt angedeuteten Teilbereichen 17 des Rohlings 2 gemessen werden, in denen sich die thermische Linse, d.h. die Änderung des Brechungsindex mit der Temperatur besonders ungünstig auf die (Abbildungs-)Eigenschaften des optischen Elements 3 auswirkt. In diesen kritischen Teilbereichen 17 sollte der Absorptionskoeffizient k₀ der Volumenabsorption des optischen Elements 3 bei 0,5 × 10^–4/cm oder weniger, bevorzugt bei 0,2 × 10^–4/cm oder weniger, insbesondere bei 0,1 × 10^–4/cm oder weniger liegen. Außerhalb dieser Teilbereiche 17 kann der Absorptionskoeffizient k₀ größer sein, sollte aber an keiner Stelle des optischen Elements 3 einen Wert von 2 × 10^–4/cm, bevorzugt von 1 × 10^–4/cm¸ insbesondere von 0,5 × 10^–4/cm überschreiten.
Mittels des oben beschriebenen ortsaufgelösten Messverfahrens kann somit festgestellt werden, ob sich der Rohling 2 zur Herstellung eines optischen Elements 3 eignet, das die für den Einsatz in einer optischen Anordnung gestellten Anforderungen hinsichtlich der Absorption erfüllt. Insbesondere kann auch eine Zuordnung zwischen dem Rohling 2 und aus diesem herstellbaren optischen Elementen 3 vorgenommen werden, welche aufgrund ihrer Geometrie bzw. ihrer Positionierung in einer optischen Anordnung die obigen Spezifikationen hinsichtlich der Absorption erfüllen können. Es versteht sich, dass ggf. der Rohling auch eine ortsabhängige Absorption aufweisen kann, die sich in keinem Fall zur Herstellung von optischen Elementen eignet.
3 zeigt eine Vorrichtung 1’, die im Gegensatz zur in 1 gezeigten Vorrichtung 1’ zwei Heizlichtquellen 7a, 7b zur Erzeugung von zwei Heizlichtstrahlen 8a, 8b aufweist. Bei der in 3 gezeigten Vorrichtung 1’ ist es ausreichend, wenn lediglich eine Stirnseite 2a des Rohlings 2’ mit einer Sichtpolitur versehen wird. Die beiden Heizlichtstrahlen 8a, 8b werden in einem oberflächennahen, für die Herstellung eines optischen Elements 3’ genutzten Volumens zur Überlappung gebracht. Die Erwärmung in dem Überlappungsbereich 11 ist hierbei größer als die Erwärmung entlang der einzelnen Heizlichtstrahlen 8a, 8b. Durch die Erwärmung bildet sich an der Stirnseite 2a des Rohlings 2’ eine im Folgenden als Buckel 18 bezeichnete, in 3 stark überhöht dargestellte Aufwölbung.
Der von der Messlichtquelle 9 erzeugte Messlichtstrahl 10 trifft in der Umgebung des Buckels 18 auf die Stirnseite 2a des Rohlings 2’, wodurch eine Wellenfrontverzerrung entsteht, die mittels des Shack-Hartmann-Sensors 14 am von der Stirnseite 2a reflektierten Messlichtstrahl 10 detektiert wird. Wie in 4 dargestellt ist, weist der Messlichtstrahl 10 idealer Weise einen Durchmesser d_m auf, der so gering ist, dass er nicht die beiden Eintrittsgebiete der Heizlichtstrahlen 8a, 8b an der Stirnseite 2a des Rohlings 2 umfasst, da dort aufgrund der Oberflächenabsorption eine erhebliche Erwärmung auftritt.
Alternativ zur Detektion des reflektierten Messlichtstrahls 10 könnte der Messlichtstrahl 10 auch so ausgerichtet werden, dass dieser lediglich die Flanke des Buckels 18 trifft und von dort abgelenkt wird. Der Messlichtstrahl 10 könnte auch parallel zur Stirnseite 2a verlaufen und von der Erwärmung der Luft abgelenkt werden, wobei die Messung in letzterem Fall durch das sog. PTD bzw. Mirage-Verfahren erfolgt. Die Verwendung eines Wellenfrontsensors hat gegenüber diesen Detektionsverfahren aber den Vorteil, dass keine sorgfältige Justage der Strahlen notwendig ist bzw. diese durch eine Softwareanpassung ersetzt werden kann. Es versteht sich, dass bei den in 1 bzw. 3 gezeigten Vorrichtungen 1, 1’ auch mehr als zwei Heizlichtstrahlen verwendet werden können, um den lokalen Indexgradienten zu erhöhen und damit das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern.
Auf die oben beschriebene Weise können Rohlinge 2, 2’ identifiziert werden, die sich zur Herstellung von optischen Elementen 3, 3’ eignen, welche hinsichtlich der Absorption die Anforderungen an die Verwendung in einer Projektionsbelichtungsanlage 101 für die Mikrolithographie erfüllen, die nachfolgend im Zusammenhang mit 4 näher beschrieben wird. Hierbei kann das Meßverfahren verwendet werden, um den Herstellungsprozess für den Rohling 2, 2’ zu optimieren sowie die Ortsverteilung der Absorption im jeweiligen Rohling 2, 2’ zu bestimmen. Nach der Optimierung des Herstellungsprozesses ist es ausreichend, eine statistische Prozeßkontrolle anzuwenden oder ggf. nur noch an einem bis ca. drei charakteristischen Orten an jedem Rohling eine Messung durchzuführen.
Die mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage 101 dient zur Herstellung von hochintegrierten Halbleiterbauelementen mittels Immersionslithographie. Sie umfasst als Lichtquelle einen Excimer-Laser 103 mit einer Arbeitswellenlänge von 193 nm. Alternativ könnten auch Lichtquellen anderer Arbeitswellenlängen, beispielsweise 248 nm oder 157 nm verwendet werden. Ein nachgeschaltetes Beleuchtungssystem 105 erzeugt in seiner Austrittsebene oder Objektebene 107 ein großes, scharf begrenztes, sehr homogen beleuchtetes und an die Telezentrieerfordernisse des nachgeschalteten Projektionsobjektivs 111 angepasstes Beleuchtungsfeld. Das Beleuchtungssystem 105 hat Einrichtungen zur Steuerung der Pupillenausleuchtung und zum Einstellen eines vorgegebenen Polarisationszustands des Beleuchtungslichts. Im Strahlengang hinter dem Beleuchtungssystem 105 ist eine Einrichtung (Reticle-Stage) zum Halten und Bewegen einer Maske 113 so angeordnet, dass diese in der Objektebene 107 des Projektionsobjektivs 111 liegt und in dieser Ebene zum Scanbetrieb in einer Abfahrrichtung 115 bewegbar ist.
Hinter der auch als Maskenebene bezeichneten Objektebene 107 folgt das Projektionssobjektiv 111, das ein Bild der Maske mit reduziertem Maßstab auf ein mit einem Photolack, auch Resist 121 genannt, belegtes Substrat 119, beispielsweise einen Silizium-Wafer abbildet. Das Substrat 119 ist so angeordnet, dass die ebene Substratoberfläche mit dem Resist 121 im wesentlichen mit der Bildebene 123 des Projektionsobjektivs 111 zusammenfällt. Das Substrat wird durch eine Einrichtung 117 gehalten, die einen Antrieb umfasst, um das Substrat 119 synchron mit der Maske 113 zu bewegen. Die Einrichtung 117 umfasst auch Manipulatoren, um das Substrat 119 sowohl in z-Richtung parallel zur optischen Achse 125 des Projektionsobjektivs 111, als auch in x- und y-Richtung senkrecht zu dieser Achse zu verfahren.
Die zum Halten des Substrats 119 vorgesehene Einrichtung 117 (Wafer-Stage) ist für die Verwendung bei der Immersionslithographie konstruiert. Sie umfasst eine von einem Scannerantrieb bewegbare Aufnahmeeinrichtung 127, deren Boden eine flache Ausnehmung zur Aufnahme des Substrats 119 (Wafer) aufweist. Durch einen umlaufenden Rand 129 wird eine flache, nach oben offene, flüssigkeitsdichte Aufnahme für eine Immersionsflüssigkeit 131 gebildet. Die Höhe des Rands ist so bemessen, dass die eingefüllte Immersionsflüssigkeit 131 die Substratoberfläche mit dem Resist 121 vollständig bedecken und der austrittsseitige Endbereich des Projektionsobjektivs 111 bei richtig eingestelltem Arbeitsabstand zwischen Objektivaustritt und Substratoberfläche 121 in die Immersionsflüssigkeit 131 eintauchen kann.
Das Projektionsobjektiv 111 hat als letztes, der Bildebene 123 nächstes und nach einer zweiten Pupillenebene 138b angeordnetes optisches Element eine nahezu halbkugelförmige Plankonvexlinse 133, deren Austrittsfläche 135 die letzte optische Fläche des Projektionsobjektivs 111 ist. Die Austrittsseite des letzten optischen Elementes ist im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 101 vollständig in die Immersionsflüssigkeit 131 eingetaucht und wird von dieser benetzt. Die Plankonvexlinse 133 kann ebenso wie eine weitere Linse 137, die in der Nähe einer ersten Pupillenebene 138a in dem Projektionsobjektiv 111 angeordnet ist, durch ein optisches Element 3’ bzw. 3 gebildet sein, wie es in 1 bzw. in 3 gezeigt ist.
Anhand des auf die oben beschriebene Weise ortsaufgelöst bestimmten Absorptionsverhaltens kann ein Modell für die temperatur- und ortsabhängige Brechungsindexvariation Δn in dem jeweiligen optischen Element 133 bzw. 137 beim Betrieb des Projektionsobjektivs 111 erstellt werden. Hierzu ist die Kenntnis der Strahlungsintensität am Ort des jeweiligen optischen Elements 133, 137 notwendig, die mittels geeigneter Rechenmethoden bestimmt oder experimentell ermittelt werden kann. Gegebenenfalls kann anhand der auf diese Weise ermittelten thermischen Linse die Position des optischen Elements 133, 137 in dem Projektionsobjektiv 111 oder das gesamte Design des Projektionsobjektivs 111 bzw. der Projektionsbelichtungsanlage 101 so verändert werden, dass bei vorgegebener ortsabhängiger Absorption des jeweiligen optischen Elements 133, 137 die durch die Beleuchtungsstrahlung im Betrieb hervorgerufene Brechungsindexvariation Δn – auch bei unterschiedlichen Beleuchtungsmodi – an jedem Ort des jeweiligen optischen Elements 133, 137 so gewählt wird, dass bei einem Durchsatz von mindestens 200 Wafern/h, insbesondere 250 Wafern/h das Projektionsobjektiv 111 eine nicht durch aktive Manipulatoren korrigierte Wellenfrontdeformation in der Bildebene 123 von weniger als ca. 80 nm, ggf. von weniger als ca. 50 nm, insbesondere von weniger als ca. 20 nm Peak-to-Valley aufweist, wie nachfolgend im Zusammenhang mit 5 und 6 näher beschrieben wird.
5 zeigt eine Winkelverteilung direkt nach der Maske 113, wobei der Sinus des Ausbreitungswinkels in der xy-Ebene dargestellt ist, wobei die (nicht gezeigten) Achsen von –1 bis +1 laufen. Im vorliegenden Beispiel ist eine Dipol-Verteilung mit einem sich über einen Winkel von ca. 35° erstreckenden, in horizontaler (x-)Richtung verlaufenden Dipol bei voller numerischer Apertur NA von 1,35 unter Verwendung eines Öffnungsverhältnisses σ von 0,85–0,95 dargestellt. Bei der in 5 gezeigten Winkelverteilung handelt es sich um eine gebräuchliche Dipol-Verteilung, wie sie für die Herstellung von strukturierten Halbleiter-Bauelementen z.B. in Form von NAND-Flash oder DRAM-Chips verwendet wird. In 5 sind die beiden Pole nahe am maximalen Ausbreitungswinkel deutlich zu erkennen, welcher von der als Kreis dargestellten numerischen Apertur B (Blende) begrenzt wird. Die weiter außen liegenden Pole sind höhere Beugungsordnungen, die nicht mehr vom Projektionsobjektiv 111 abgebildet werden.
6 zeigt die zeigt die zugehörige (simulierte) Wellenfrontaberration in der Bildebene 123 für einen Durchsatz von ca. 250 bis 300 Wafern pro Stunde mit einem jeweiligen Wafer-Durchmesser von 30 mm und einem Resist mit einer Empfindlichkeit von 33 mJ/cm², wobei für die optischen Elemente des Projektionsobjektivs 111 von einem Absorptionskoeffizienten k₀ von höchstens 2 × 10^–4 ausgegangen wurde und an besonders kritischen optischen Elementen ein Absorptionskoeffizient k₀ von höchstens 1 × 10^–4 angenommen wurde, und zwar jeweils bei einer Wellenlänge von 193 nm. Der Peak-to-Valley-Wert der in 6 dargestellten unkorrigierten dynamischen Wellenfrontdeformation lag bei der Simulation bei weniger als 80 nm.
Zusammenfassend kann auf die oben beschriebene Weise für alle optischen Elemente, die in einer optischen Anordnung verwendet werden sollen, die Absorption ortsaufgelöst bestimmt werden, d.h. das oben beschriebene Vorgehen bzw. die oben beschriebene Optimierung ist nicht nur bei dem Projektionsobjektiv 111, sondern auch bei anderen optischen Anordnungen möglich, z.B. bei dem in 4 dargestellten Beleuchtungssystem 105.
Hierbei kann ausgehend von der bekannten Absorptionsverteilung und den sich hieraus ergebenden optischen Eigenschaften der optischen Elemente bei der Herstellung der optischen Anordnung das optische Design im Hinblick auf die individuellen Eigenschaften der optischen Elemente optimiert werden, d.h. die relative Lage der optischen Elemente bzw. die Zuordnung der Rohlinge auf bestimmte Linsenpositionen kann beim Zusammenbau so eingestellt werden, dass die optischen Eigenschaften, insbesondere die Abbildungseigenschaften des Gesamtsystems optimiert werden.
Beispielsweise kann bei einer solchen Optimierung an Linsenpositionen, welche intermediär oder nahe an einer Pupillenebene 138a, 138b des Projektionsobjektivs 111 liegen, d.h. an Linsenpositionen, an denen das Subaperturverhältnis bei mehr als 50 %, ggf. bei mehr als 70 %, insbesondere bei mehr als 80 % liegt, ein Linsenmaterial zum Einsatz kommen, welches im gesamten optisch relevanten Volumen einen Absorptionskoeffizienten k₀ von weniger als 1 × 10^–4/cm, ggf. sogar von 0,5 × 10^–4/cm aufweist.
Ein Absorptionskoeffizient, welcher in diesem Wertebereich liegt, hat sich auch bei optischen Elementen als günstig erwiesen, welche im Strahlengang vor der ersten Pupillenebene 138a und nach der zweiten Pupillenebene 138b angeordnet sind, also z.B. für die als Abschlusselement dienende Linse 133. Auch ist es günstig, für optische Elemente an Linsenpositionen, die weit von aktiven Manipulatoren entfernt sind, d.h. zwischen denen und einem aktiven Manipulator zwei oder drei weitere optische Elemente liegen, ein Material mit einem geringen maximalen Absorptionskoeffizienten zu wählen, der sich ebenfalls im oben angegebenen Wertebereich bewegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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K. Mann, A. Bayer, T. Miege, U. Leinhos und B. Schäfer „A Novel Photo-Thermal Setup for Evaluation of Absorptance Losses and Thermal Wavefront Deformations in DUV Optics”, Proceedings of the 39th Boulder Damage Symposium, Boulder, Co (USA), SPIE Vol. 6720, 6720–72 (2007) [0006]
C. Mühlig et al., “Characterization of low losses in optical thin films and materials”, Applied Optics, Vol. 47, Issue 13, pp. C135–C142 [0010]
Artikel „Absolute measurement of surface and bulk absorption in DUV optics from temperature induced wavefront deformation“, von B. Schäfer et al., Optics Express 2010, Vol. 18, No. 21 [0011]
DIN ISO 10110-8 [0019]
Seite 34 und Seiten 36–37 der Diplomarbeit „Kalorimetrische Bestimmung der UV-Strahlungsabsorption an optischen Gläsern und dünnen Schichten unter besonderer Berücksichtigung laserinduzierter Änderungen“, von Eric Eva, Laser-Laboratorium Göttingen, LLG, 1994 [0026]
C. Amra, M. Reichling und E. Welsch, z.B. „Investigation of laser-induced damage at 248 nm in oxide thin films with a pulsed photoacoustic mirage technique“, Journal de Physique IV, Colloque C7, Supplement au Journal de Physique III, Vol. 4, Juli 1994 [0028]

Claims

Verfahren zum Bestimmen der Absorption eines Rohlings (2, 2’) zur Herstellung eines optischen Elements (3, 3’), umfassend: Durchstrahlen des Rohlings (2, 2’) mit einem Heizlichtstrahl (8, 8a) zum Aufheizen des Rohlings (2, 2’), sowie Bestimmen der Absorption in dem Rohling (2, 2’) durch Messen mindestens einer Eigenschaft eines durch das Aufheizen des Rohlings (2, 2’) beeinflussten Messlichtstrahls (10), dadurch gekennzeichnet, dass entweder der Heizlichtstrahl (8) und der Messlichtstrahl (10) oder der Heizlichtstrahl (8a) und ein weiterer Heizlichtstrahl (8b) derart ausgerichtet werden, dass diese durch eine erste polierte Oberfläche (2a) oder eine zweite, der ersten gegenüberliegende polierte Oberfläche (2b) in den Rohling (2, 2’) eintreten und ausschließlich im Inneren des Rohlings (2, 2’), bevorzugt in einem für die Herstellung des optischen Elements (3, 3’) genutzten Volumen (12), aufeinander treffen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Heizlichtstrahl (8) und der Messlichtstrahl (10) oder die beiden Heizlichtstrahlen (8a, 8b) im Inneren des Rohlings unter einem Winkel (β) von weniger als 90°, bevorzugt von weniger als 40°, insbesondere von weniger als 30° aufeinander treffen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als Eigenschaft des Messlichtstrahls (10) eine durch den Heizlichtstrahl (8, 8a, 8b) hervorgerufene Wellenfrontdeformation (ΔW) des Messlichtstrahls (10) ortsaufgelöst vermessen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Wellenfrontdeformation (15) mittels eines Shack-Hartmann-Sensors (14) vermessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Position des Überlappungsbereichs (11), an welcher der Messlichtstrahl (10) und der Heizlichtstrahl (8) oder die zwei Heizlichtstrahlen (8a, 8b) aufeinander treffen, in dem für die Herstellung des optischen Elements (3, 3’) genutzten Volumen (12) in zwei Dimensionen (X, Y), bevorzugt in drei Dimensionen (X, Y, Z) variiert wird, um das ortsaufgelöste Absorptionsverhalten in dem Rohling (2, 2’) zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem aus dem ortsaufgelösten Absorptionsverhalten in dem Rohling (2, 2’) ein Modell für die temperaturabhängige Brechungsindexvariation (Δn) des aus dem Rohling (2, 2’) hergestellten optischen Elements (3, 3’) und bevorzugt ein Modell zur Vorhersage einer zeitlichen Änderung der Brechungsindexvariation (Δn) aufgrund einer Temperaturveränderung erstellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Messlichtstrahl (10) einen rechteckigen oder einen elliptischen Querschnitt aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Messlichtstrahl (10) und der Heizlichtstrahl (8) auf der ersten und der zweiten polierten Oberfläche (2a, 2b) einen Abstand (a) von mindestens 5 mm voneinander aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens eine Eigenschaft des von der polierten Oberfläche (2a) in einem Bereich zwischen den beiden Heizlichtstrahlen (8a, 8b) abgelenkten, insbesondere reflektierten Messlichtstrahls (10) vermessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Wellenlänge (λ_h) des Heizlichtstrahls (8, 8a, 8b) von der Nutzwellenlänge (λ_u) des optischen Elements (3, 3’) um weniger als 5 nm abweicht, wobei die Nutzwellenlänge (λ_u) bei 250 nm oder weniger, insbesondere bei 193 nm oder weniger liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Wellenlänge (λ_m) des Messlichtstrahls (10) von der Wellenlänge (λ_h) des Heizlichtstrahls (8, 8a, 8b) abweicht und bevorzugt mehr als 250 nm beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: Bestrahlen des Rohlings (2, 2’) mit einer vorgegebenen Strahlungsdosis vor dem Bestimmen der Absorption des Rohlings (2, 2’).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem lediglich aus solchen Rohlingen (2, 2’) ein optisches Element (3, 3’) hergestellt wird, bei denen im gesamten für die Herstellung des optischen Elements (3, 3’) genutzten Volumen (12) bei einer Wellenlänge von 193 nm ein Absorptionskoeffizient k₀ von 2 × 10^–4/ cm oder weniger, bevorzugt von 1 × 10^–4/cm oder weniger, insbesondere von 0,5 × 10^–4/cm oder weniger gemessen wird.
Vorrichtung zum Bestimmen der Absorption eines Rohlings (2, 2’) zur Herstellung eines optischen Elements (3, 3’), umfassend: eine Halteeinrichtung (4) für den Rohling (2, 2’), mindestens eine Heizlichtquelle (7, 7a, 7b) zur Erzeugung mindestens eines Heizlichtstrahls (8, 8a, 8b) für das Aufheizen des Rohlings (2, 2’), eine Messlichtquelle (9) zur Erzeugung eines Messlichtstrahls (10), sowie eine Detektoreinheit (14, 16) zur Messung mindestens einer Eigenschaft des durch das Aufheizen des Rohlings (2, 2’) beeinflussten Messlichtstrahls (10), dadurch gekennzeichnet, dass entweder der Heizlichtstrahl (8) und der Messlichtstrahl (10) oder der Heizlichtstrahl (8a) und ein weiterer Heizlichtstrahl (8b) derart ausgerichtet sind, dass diese durch eine erste polierte Oberfläche (2a) oder eine zweite, der ersten gegenüberliegende polierte Oberfläche (2b) in den Rohling (2, 2’) eintreten und ausschließlich im Inneren des Rohlings (2, 2’), bevorzugt in einem für die Herstellung des optischen Elements (3, 3’) genutzten Volumen (12) des Rohlings (2, 2’) aufeinander treffen.
Vorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher der Heizlichtstrahl (8) und der Messlichtstrahl (10) oder die beiden Heizlichtstrahlen (8a, 8b) im Inneren des Rohlings (2, 2’) unter einem Winkel (β) von weniger als 90°, bevorzugt von weniger als 40°, insbesondere von weniger als 30° aufeinander treffen.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, bei der die Halteeinrichtung (4) für den Rohling (2, 2’) in zwei Richtungen (X, Y), bevorzugt in drei Richtungen (X, Y, Z) linear verschiebbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei der die Detektoreinheit eine Messeinrichtung zur Wellenfrontdeformationsmessung, insbesondere einen Shack-Hartmann-Sensor (14), aufweist.
Optisches Element (3, 3’), insbesondere Linsenelement, welches im gesamten Volumen bei einer Wellenlänge von 193 nm einen Absorptionskoeffizienten k₀ von 2 × 10^–4/cm oder weniger, bevorzugt von 1 × 10^–4/cm oder weniger, insbesondere von 0,5 × 10^–4/cm oder weniger aufweist, wobei der Absorptionskoeffizient k₀ insbesondere bestimmt ist durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Optische Anordnung (101, 111), insbesondere Projektionsobjektiv (111) für die Mikrolithographie, umfassend mindestens ein optisches Element (3, 3’) nach Anspruch 18.
Optische Anordnung nach Anspruch 19, bei der mindestens ein optisches Element (133, 137) mit einem Subaperturverhältnis größer als 50 %, bevorzugt größer als 70 %, insbesondere größer als 80 % bei einer Wellenlänge von 193 nm einen Absorptionskoeffizienten k₀ von 1 × 10^–4/cm oder weniger, bevorzugt von 0,5 × 10^–4/ cm oder weniger aufweist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 19 oder 20, bei welcher mindestens ein optisches Element (137), das vor einer ersten Pupillenebene (138a) oder nach einer zweiten Pupillenebene (138b) angeordnet ist, bei einer Wellenlänge von 193 nm einen Absorptionskoeffizienten k₀ von 1 × 10^–4/cm oder weniger, bevorzugt von 0,5 × 10^–4/cm oder weniger aufweist.
Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie nach einem der Ansprüche 19 bis 21, welches bei einem Durchsatz von mindestens 200 Wafern/h, insbesondere von mindestens 250 Wafern/h mit einem Wafer-Durchmesser von 30 mm und einer Resist-Empfindlichkeit von 33 mJ/cm² eine unkorrigierte dynamische Wellenfrontdeformation von weniger als 80 nm PV, bevorzugt von weniger als 50 nm PV, insbesondere von weniger als 20 nm PV aufweist.