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DE10392340T5 - Optische Elemente und Verfahren zum Vorhersagen der Leistung eines optischen Elements und optischen Systems - Google Patents

Optische Elemente und Verfahren zum Vorhersagen der Leistung eines optischen Elements und optischen Systems Download PDF

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Publication number
DE10392340T5
DE10392340T5 DE10392340T DE10392340T DE10392340T5 DE 10392340 T5 DE10392340 T5 DE 10392340T5 DE 10392340 T DE10392340 T DE 10392340T DE 10392340 T DE10392340 T DE 10392340T DE 10392340 T5 DE10392340 T5 DE 10392340T5
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DE
Germany
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optical
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optical element
laser
glass
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Withdrawn
Application number
DE10392340T
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English (en)
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Nicholas F. Borrelli
Michael R. Heslin
Michael W. Linder
Johannes Moll
Charlene M. Smith
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Corning Inc
Original Assignee
Corning Inc
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Publication date
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    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
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Abstract

Verfahren zum Vorhersagen der Leistung eines optischen Elements unter Bestrahlung mit einer Ultraviolettstrahlung in optischen Systemen, welche einen Laser enthalten, welcher bei einem Wellenlängenbereich zwischen 100 nm und 400 nm arbeitet, wobei das Verfahren das Messen der laserinduzierten Wellenflächenänderung einer Probe des optischen Elements bei der Betriebs- bzw. Betätigungswellenlänge des optischen Systems und das Berechnen der Leistung des optischen Elements über einen verlängerten Anwendungszeitraum des optischen Systems enthält.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft optische Elemente. Genauer betrifft die Erfindung optische Elemente, welche gegen einen Laserschaden beständig sind und die Leistung der optischen Elemente und optischen Systeme einschließlich der dem Excimerlaser ausgesetzten, optischen Elemente aus Quarzglas vorhersagen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Wie kommerziell praktiziert, werden optische Elemente aus Quarzglas, wie z.B. Linsen, Prismen, Fotomasken und Fenster, normalerweise aus großen Quarzglasstücken hergestellt, welche in einem großen Produktionsofen hergestellt werden. Zusammenfassend werde siliziumhaltige Gasmoleküle in einer Flamme einer Reaktion unterzogen, um Silizium-Ruß-Partikel zu bilden. Die Rußpartikel lagern sich auf der heißen Oberfläche eines sich drehenden oder schwingenden Körpers ab, wo sie sich in den glasigen Festkörperzustand verfestigen. In der Technik sind die Glasherstellungsverfahren dieser Art als Hydrolyse/Oxidationsverfahren der Dampfphase oder einfach als Verfahren der Flammenhydrolyse bekannt. Der durch die Ablagerung von Quarzglaspartikeln gebildete, große Quarzglaskörper wird oft als "Vorform" bezeichnet, und diese Terminologie wird hierin mit der Kenntnis verwendet, dass der Begriff "Vorform" jeden siliziumhaltigen Körper beinhaltet, welcher durch ein synthetisches Verfahren gebildet wurde. Andere Arten von optischen Elementen enthalten optisches Glas für i-leitende, optische Systeme und mit Fluor dotiertes Quarzglas.
  • Da die Energie und die Impulsrate der Laser zunimmt, werden die optischen Elemente, wie z.B. Linsen, Prismen, Fotomasken und Fenster, welche in Verbindung mit solchen Lasern verwendet werden, erhöhten Pegeln der Laserstrahlung ausgesetzt. Quarzglaselemente werden aufgrund ihrer hervorragenden, optischen Eigenschaften und ihrer Beständigkeit gegen einen laserinduzierten Schaden fast überall als Herstellungsmaterial für optische Elemente in solchen laserbasierenden, optischen Systemen verwendet.
  • Die Lasertechnologie ist in den energiereichen Ultraviolett-Spektralbereich mit einer kurzen Wellenlänge vorgedrungen, dessen Wirkung eine Zunahme in der Häufigkeit (Abnahme in der Wellenlänge) des durch die Laser erzeugten Lichts ist. Besonders bedeutend sind Excimerlaser mit kurzen Wellenlängen, welche im UV- und im tiefen UV(DUV)-Wellenlängenbereich arbeiten. Excimerlasersysteme sind beim Einsatz der Mikrolithografie beliebt, und die verkürzten Wellenlängen lassen erhöhte Leitungsdichten bei der Herstellung von integrierten Schaltungen und Mikrochips zu, was die Herstellung von Schaltungen ermöglicht, welche verringerte Merkmalsgrößen aufweisen. Eine direkte, physikalische Folge kürzerer Wellenlängen (höherer Frequenzen) ist eine höhere Photonenenergie im Strahl aufgrund der Tatsache, dass jedes einzelne Photon eine höhere Energie aufweist. In solchen Excimerlasersystemen wird eine Quarzglasoptik für längere Zeitdauern energiereichen Photonenbestrahlungspegeln ausgesetzt, was zur Verschlechterung der optischen Eigenschaften der optischen Elemente führt.
  • Es ist bekannt, dass sich die laserinduzierte Verschlechterung durch das Verringern von Lichtdurchlässigkeitspegeln, Ändern des Brechungsindex, Ändern der Dichte und Erhöhen der Absorptionspegel des Glases nachteilig auf die Leistung der optischen Elemente auswirkt. Im Laufe der Jahre wurden viele Verfahren zum Verbessern der Beständigkeit gegen einen optischen Schaden des Quarzglases vorgeschlagen. Es war allgemein bekannt, dass synthetisches Quarzglas mit einer hohen Reinheit, welches durch solche Verfahren, wie z.B. die Flammenhydrolyse, das CVD-Rußumschmelzverfahren, Plasma-CVD-Verfahren, elektrisches Schmelzen von Quarzkristallpulver und andere Verfahren vorbereitet wurde, zu mehreren Graden gegen einen Laserschaden empfindlich ist.
  • Aus Quarzglas hergestellte, optische Elemente, welche in mikrolithografischen Abtasteinrichtungen des tiefen Ultravioletts (DUV) und Bestrahlungssystemen mit einem Schrittschaltwerk eingebaut sind, müssen fähig sein, Schaltungen zu drucken, welche innerhalb der Mikroprozessoren und Transistoren Merkmale mit einer Größe in Submikron aufweisen. Optische Elemente des Stands der Technik erfordern eine hohe Durchlässigkeit, einheitliche Eigenschaften des Brechungsindex und niedrige Doppelbrechungswerte, um Abtasteinrichtungen und Schrittschaltwerke zum Drucken von Merkmalsgrößen mit einer Vorderkante zu drucken.
  • Synthetisches Quarzglas, welches Wasserstoff enthält und einem Laser zwischen 190 nm und 300 nm ausgesetzt ist, weist drei Effekte auf, welche eine Wellenflächenverzerrung verursachen. Diese drei Effekte sind Verdichtung, Ausdehnung (welche in der Literatur auch als Verdünnung bezeichnet wird) und ein fotorefraktiver Effekt. Die Verdichtung und Ausdehnung können als Änderungen der Dichte verstanden werden, und die entstehende Änderung der Wellenflächen wird durch die Änderung der Dichte verursacht. Der fotorefraktive Effekt ist jedoch eine Änderung des Index, welche nicht mit einer Änderung der Dichte zusammenhängt, aber stattdessen aufgrund einer Änderung in der chemischen Struktur des Materials besteht. Die Wellenflächenverzerrung wird durch das Verwenden eines Interferenzmessverfahrens gemessen.
  • Da von optischen Systemen, welche Quarzglaselemente, wie z.B. eine Lithografieeinrichtung, verwenden, allgemein erwartet wird, dass sie eine Haltbarkeit von ca. 10 Jahren oder bezüglich der Bestrahlung des optischen Systems mit einem Laser von 100 Milliarden bis 400 Milliarden Laserimpulse erreichen, ist es wichtig, ein fundamentales Verständnis der Wechselwirkung des Quarzglases mit der Ultraviolettstrahlung zu entwickeln und dieses Verständnis bei der Entwicklung von Materialien mit einer verbesserten Beständigkeit gegen einen Laserschaden zu verwenden. Ein Verständnis dieser Wechselwirkung wird die Entwicklung eines verschleißfesteren und beständigeren, optischen Systems zulassen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft optische Elemente mit einer hohen Beständigkeit gegen einen optischen Schaden durch eine Ultraviolettstrahlung im Wellenlängenbereich zwischen 100 nm und 400 nm. Eine bestimmte Ausführungsform betrifft ein optisches Element aus Glas, welches einen im Voraus bestimmten Beitrag durch einen fotorefraktiven Effekt zur Verzerrung oder Änderung der Wellenfläche aufweist. In bestimmten Ausführungsformen wird der Wert des fotorefraktiven Effekts durch das Einstellen eines Kennzeichens des Glases, wie z.B. den Wasserstoffgehalt des Glases, im Voraus bestimmt. In einigen Ausführungsformen wird der Wasserstoffgehalt des Glases eingestellt oder optimiert, um den fotorefraktiven Effekt abzustimmen oder zu ändern. In anderen Ausführungsformen weist das optische Element einen im Voraus ausgewählten Wert der Wellenflächenverzerrung auf. In anderen Ausführungsformen sind optische Elemente aus Quarzglas vorgesehen, welche einen optimierten, fotorefraktiven Effekt aufweisen, so dass das optische Element eine Änderung des Index von weniger als 5 ppm aufweist, wenn es mit einem Laser von 193 nm bestrahlt wird, welcher einen Teilchenfluss von ca. 0,4 mj/cm2/Impuls aufweist. Vorzugsweise beträgt die Änderung des Index unter diesen Betätigungsbedingungen weniger als 2,5 ppm und bevorzugter weniger als 1 ppm.
  • Eine andere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorhersagen der Leistung eines optischen Elements aus Quarzglas während der Bestrahlung mit einer Ultraviolettstrahlung in optischen Systemen, welche einen Laser enthält, welcher bei einem Wellenlängenbereich zwischen 100 nm und 400 nm arbeitet. Diese Ausführungsform enthält das Messen der laserinduzierten Wellenflächenänderung einer Probe aus Quarzglas bei der Betätigungswellenlänge des optischen Systems und das Berechnen der Leistung des optischen Elements über einen verlängerten Anwendungszeitraum des optischen Systems. In bevorzugten Ausführungsformen enthält das Verfahren das Bestimmen des Beitrags des fotorefraktiven Effekts zur Wellenflächenänderung der Probe. In bestimmten Ausführungsformen wird die Wellenflächenänderung mit einem Interferometer bei einer Wellenlänge von 193 nm gemessen, und in anderen Ausführungsformen wird die Wellenflächenänderung bei einer Wellenlänge von 248 nm gemessen.
  • Wenn die Leistung eines optischen Elements aus Quarzglas während der Bestrahlung mit einer Ultraviolettstrahlung vorhergesagt werden kann, können die Verfahren zum Herstellen der optischen Elemente aus synthetischem Quarzglas beispielsweise durch das Verfahren der Flammenhydrolyse optimiert werden. Bei solch einem Verfahren wird die laserinduzierte Wellenflächenänderung in einer Untersuchungsprobe aus Quarzglas bei der Betätigungswellenlänge des optischen Systems sowie mindestens ein weiteres Kennzeichen gemessen, wie z.B. der Wasserstoffgehalt des Glases. Ein Verhältnis zwischen der Wellenflächenänderung und dem Kennzeichen der Probe kann bestimmt werden, und nach dem Bestimmen eines Verhältnisses kann das Herstellungsverfahren eingestellt werden, um die Wellenflächenänderung im Quarzglas auf ein Minimum zu verringern. In einer anderen Ausführungsform kann das Kennzeichen des Quarzglases geändert werden, um die Wellenflächenänderung oder den Beitrag des fotorefraktiven Effekts zur Wellenflächenänderung zu modifizieren. Beispielsweise kann in einer bestimmten Ausführungsform der Wasserstoffgehalt des Glases eingestellt werden, um den Beitrag des fotorefraktiven Effekts zur Wellenflächenänderung zu ändern.
  • In anderen Ausführungsformen sind Verfahren zum Konstruieren optischer Systeme vorgesehen. Nach einer bestimmten Ausführungsform werden die in solchen optischen Systemen verwendeten, optischen Elemente, basierend auf den Wellenflächenänderungen der Proben der optischen Elemente, ausgewählt, welche bei der Betätigungswellenlänge des optischen Systems und unter Verwendung des ausgewählten, optischen Elements im System gemessen werden.
  • Die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schaffen optische Elemente, welche optische Elemente aus Quarzglas enthalten, aber nicht darauf beschränkt sind, welche eine verbesserte Beständigkeit gegen einen Laserschaden aufweisen. Durch das Messen der Wellenflächenverzerrung oder der Änderung in den optischen Elementen der Probe und das Bestimmen der Parameter des Glases, welche sich die Wellenflächenänderung auswirken, können verbesserte, optische Elemente hergestellt und optische Systeme konstruiert werden, welche eine verbesserte Beständigkeit und eine verbesserte Haltbarkeit aufweisen.
  • Zusätzliche Vorteile der Erfindung werden in der folgenden, detaillierten Beschreibung vorausgesetzt. Es sollte klar sein, dass sowohl die vorangehende, allgemeine Beschreibung und die folgende, detaillierte Beschreibung als Beispiel dienen und die Erfindung, wie beansprucht, weiter erklären sollen.
    •
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Nach bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Leistung von optischen Elementen, welche in optischen Systemen verwendet werden, wie z.B. einer Lithografieeinrichtung, durch das Minimieren der laserinduzierten Wellenflächenänderung im optischen Element optimiert. Es wurde herausgefunden, dass die Messung der Wellenflächenänderung bei der Wellenlänge von 633 nm und das Skalierungsverfahren, welches üblicherweise zum Berechnen des Beitrags des fotorefraktiven Effekts zur laserinduzierten Wellenlängenänderung im tiefen Ultraviolettbereich verwendet wurde, die Wellenflächenverzerrung bei Wellenlängen unter 400 nm, insbesondere bei 193 nm oder 248 nm, nicht genau vorhersagt.
  • Wie oben erwähnt, ist die laserinduzierte Wellenflächenverzerrung im wasserstoffhaltigen Quarzglas eine Funktion von drei Effekten. Diese drei Effekte sind Verdichtung, Ausdehnung (oder Verdünnung) und ein fotorefraktiver Effekt. Im Vergleich zur Verdichtung ist die Ausdehnung nur bei einem sehr geringen Teilchenflusses des Lasers von Bedeutung. Die Verdichtung ist das Ergebnis der Neustrukturierung des Glases während der Bestrahlung mit dem Laser. Der exakte Mechanismus wie und warum die Verdichtung auftrit, wird jedoch nicht ganz verstanden. Die Ausdehnung gilt als das Ergebnis der strahlungsinduzierten Bildung von β-Hydroxyl (SiOH) im Glas.
  • Die Bildung von SiOH erfordert das Vorhandensein von Wasserstoff, und folglich ist zusätzlich zum Teilchenfluss des Lasers der Wasserstoffgehalt im Glas eines der Hauptparameter beim Bestimmen seines Ausdehnungsverhaltens. Zudem kann die Ausdehnung auch ein Umstrukturieren des Glases beinhalten, welches die Bildung von OH enthält. Die Verdichtung und die Ausdehnung entstehen gleichzeitig in einem bestrahlten Glasstück, und die Belichtungszustände sowie die Glasparameter bestimmen, welcher Faktor dominanter ist.
  • Die Gesamtmenge der Änderung der Dichte in einem bestrahlten Glasstück ist einfach die Summe der Änderungen der Dichte durch Verdichtung und Ausdehnung, aber es sollte erwähnt werden, dass die gemessene Änderung der Dichte in einer Probe eine Funktion der Geometrie des Glaselements und der Form und Größe des Laserstrahls ist. Der Grund dafür ist, dass jedes umgebende Glas, welches nicht bestrahlt wird, die Menge verringern wird, durch welche sich das bestrahlte Glas verdichten oder ausdehnen kann. Die Materialeigenschaft, welche allgemein verwendet wird, um Änderungen der Dichte zu untersuchen und Vergleiche zwischen verschiedenen Versuchen aufzustellen, ist die sogenannte "uneingeschränkte" Änderung der Dichte, d.h. die Änderung der Dichte, welche im Material bei Nichtvorhandensein eines einschränkenden Materials beobachtet werden kann, welches den Bestrahlungsbereich umgibt. Die uneingeschränkte Änderung der Dichte ist eine materialspezifische Eigenschaft, welche von der Form und Größe der Probe und des Laserstrahls unabhängig ist.
  • Die laserinduzierte Änderung der Dichte kann entweder aus dem Messen der laserinduzierten Wellenflächenverzerrung mit einem Interferometer oder dem Massen der laserinduzierten Beanspruchungsdoppelbrechung gefolgert werden. Da eine Änderung der Dichte auch eine Änderung im Brechungsindex des Glases impliziert, kann im Prinzip ein Interferenzmessverfahren verwendet werden, um die Änderung der Lichtweglänge im bestrahlten Material zu messen, und aus dieser Messung die Änderung der Dichte abgeleitet werden. Es gibt jedoch eine zusätzliche Indexänderung aufgrund eines fotorefraktiven Effekts, welcher nicht das Ergebnis einer Änderung der Dichte ist, und die Änderung der Dichte kann unter Verwendung eines Interferenzmessverfahrens nur dann genau gemessen werden, wenn die Größe des fotorefraktiven Effekts bekannt ist.
  • Eine zweite Weise zum Messen der Änderung der Dichte in einem laserbestrahlten Glasstück ist die laserinduzierte Beanspruchungsdoppelbrechung zu messen. Wenn sich die Materialdichte im bestrahlten Bereich verändert, baut sich eine Beanspruchung auf, welche als Doppelbrechung gemessen werden kann. Die Größe der Doppelbrechung steht mit der Größe der Änderung der Dichte in Beziehung, und die Richtung der langsamen oder schnellen Achse der Doppelbrechung zeigt das Zeichen der Änderung der Dichte an (Zunahme oder Abnahme).
  • Die Bildung von SiOH führt, wie oben beschrieben wurde, zu einer Ausdehnung und einer Indexabnahme, aber es wird auch eine Indexzunahme mit der Bildung von SiOH assoziiert. Die Indexabnahme hängt nicht mit irgendeiner Änderung der Dichte zusammen und wird vermutet, aufgrund des fotorefraktiven Effekts zu bestehen. Der fotorefraktive Effekt wurde in Faser-Bragg-Gittern aus Silizium-Germanium beobachtet, und die Literatur zeigt, dass eine Zunahme in der Absorption bei kurzen Wellenlängen einen erhöhten Index bei längeren Wellenlängen entstehen lässt. Es wurde beobachtet, dass in einigen Proben aus Glas das Doppelbrechungsmuster eine Abnahme der Ist-Dichte anzeigt, aber die Wellenfläche in der durch ein Interferenzmessverfahren gemessenen Schadstelle wird retardiert, was auf eine Zunahme in der Lichtweglänge deutet. Bei Abwesenheit des fotorefraktiven Effekts sollte die gemessene Wellenfläche im Bestrahlungsbereich der Probe mit einer Abnahme der Ist-Dichte beschleunigt und nicht verlangsamt werden.
  • Im Gegensatz zur Verdichtung und Ausdehnung ist der fotorefraktive Effekt nicht einer Einschränkung durch umgebende, nicht-bestrahlte Materialien ausgesetzt. Da er keine Änderung der Dichte ist, trägt er auch nicht zur Beanspruchungsdoppelbrechung, sondern nur zur Lichtwellenflächenverzerrung oder -änderung bei, wie durch ein Interferenzmessverfahren gemessen wurde. Aufgrund dieser Unterschiede muss der fotorefraktive Effekt separat von der Ausdehnung behandelt werden, obwohl postuliert wird, dass die Ausdehnung und der fotorefraktive Effekt die gleiche Teilchenflussabhängigkeit aufweisen. Die Gesamtmenge der Wellenflächenverzerrung und ihr Zeichen (welches eine Beschleunigung oder Verlangsamung der Wellenfläche darstellt) ist eine Funktion des Teilchenflusses des Lasers, der Laserimpulslänge, der Anzahl an Laserimpulsen, der inneren Materialeigenschaften des Glases sowie des Wasserstoffgehalts des Glases, der Größe und Form der Probe und der Größe und Form des Laserstrahls.
  • Obwohl die meisten Anmeldungen für Quarzglase im tiefen Ultraviolett(DUV)-Wellenlängenbereich sind, werden die Effekte, wie z.B. die laserinduzierte Wellenflächenverzerrung und Doppelbrechung, üblicherweise durch das Interferenzmessverfahren bei 633 nm gemessen. Wenn die optischen Koeffizienten Beanspruchung und Belastung des Glasmaterials bekannt sind, kann der Stoß der Änderungen der Dichte auf die Wellenfläche und Doppelbrechung bei 193 nm, basierend auf Messungen von 633 nm, berechnet werden. Es wurde jedoch herausgefunden, dass es nicht möglich ist, Messungen von 633 nm zur Bestimmung des fotorefraktiven Effekts bei 193 nm oder 248 nm zu verwenden. Der fotorefraktive Effekt weist eine Dispersion auf, welche höher ist als die, welche mit dem mit der Dichte zusammenhängenden Index assoziiert wird. Stattdessen muss die Messung der Wellenflächenverzerrung bei der höchsten Betätigungswellenlänge des Lasers im optischen System stattfinden, in welchem das Quarzglaselement verwendet wird.
  • Zum Bestimmen, wie sich der fotorefraktive Effekt von 633 nm auf 193 nm skaliert, wurden Messungen der Wellenlängenverzerrung an Proben aus Quarzglas unter Verwendung eines Twyman-Green-Interferometers mit einer linear polarisierten Quelle und einem Teilchenfluss von 1 μJoule/cm2/Impuls durchgeführt. Zwei orthogonale Messungen wurden an jeder Probe durchgeführt, und eine Software zur Phasenmessung von Corning-Tropel wurde zum Analysieren der Messungen verwendet. Die bei 633 nm durchgeführten Messungen wurden unter Verwendung einer Immersionsflüssigkeit durchgeführt, welche die Menge der Indexänderung gemessen hat; die Oberflächenverformung trägt nicht zur Messung bei. Die Messungen bei 193 nm wurden in der Luft durchgeführt, welche die Gesamtveränderung in der Lichtweglänge einschließlich der Oberflächenverformung messen. Die Oberflächenbeiträge müssen zum Vergleich mit den Daten bei 633 nm subtrahiert werden, und folglich wurden die Oberflächen bei 633 nm gemessen. Vier Proben wurden bei 193 nm mit den in Tabelle I gezeigten Ergebnissen analysiert. Die Gesamtgenauigkeit der Messung der Wellenflächenverzerrung von großem Umfang wurde berechnet, ca. 0,005 Wellen (3 nm) für die Messungen bei 633 nm und 0,04 Wellen (8 nm) für die Messungen bei 193 nm zu betragen. Alle Proben waren ca. 200 mm lang, und der berechnete Messfehler beträgt ungefähr 0,15 nm/cm bei 633 nm und 0,4 nm/cm bei 193 nm. Tabelle I
    Figure 00130001
  • Wie in Tabelle I gezeigt, ist die bei 633 nm gemessene Wellenflächenverzerrung negativ und die bei 193 nm gemessene Wellenlängenverzerrung positiv. Der fotorefraktive Effekt führt zu einer Verlangsamung der Ist-Wellenfläche bei 193 nm, obwohl die Materialdichte abgenommen hat. Daher muss die Messung der Wellenflächenverzerrung bei der höchsten Betätigungswellenlänge des optischen Systems durchgeführt werden, welche für optische Lithografiesysteme üblicherweise 193 nm oder 248 nm beträgt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Daten für die Wellenflächenverzerrung, welche bei 633 nm gemessen wurden, zum Bestimmen von Wellenflächenverzerrungen bei kürzeren Wellenlängen ungenau sein können. Zwar zeigt der beschränkte Datensatz, dass die Wellenfläche bei 193 nm in allen Proben verlangsamt wird, aber durch das Einstellen des Wasserstoffgehalts und das Verringern des Pegels des Teilchenflusses des Lasers wird erwartet, dass die optischen Elemente eine weniger verlangsamte oder eine beschleunigte Wellenfläche aufweisen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine genaue Bestimmung des Beitrags des fotorefraktiven Effekts zur Wellenflächenänderung bei Wellenlängen zwischen 100 nm und 400 nm, was wiederum die Einstellung der Glaseigenschaften ermöglichen wird, um optische Elemente zu schaffen, welche optimierte Werte der Wellenflächenverzerrung aufweisen.
  • Die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen, dass bei der Herstellung von optischen Elementen aus Quarzglas und der Konstruktion von optischen Systemen, welche optische Elemente aus Quarzglas enthalten, ein Interferometer, welches bei der Wellenlänge der äußersten Betätigung arbeitet, beispielsweise 193 nm für ArF-Lithografiesysteme, verwendet werden muss, um die laserinduzierte Wellenflächenänderung genau vorherzusagen. Folglich können nach der vorliegenden Erfindung optische Elemente vorgesehen sein, welche eine auf ein Minimum verringerte Wellenflächenverzerrung durch das Abstimmen der Größe des fotorefraktiven Effekts auf die Gesamtmenge der Wellenflächenverzerrung im Quarzglas aufweisen. Die Herstellungsverfahren zum Erzeugen von optischen Elementen aus Quarzglas können verändert werden, um die Parameter, wie z.B. den Wasserstoffgehalt, zu verändern, welche eine Wirkung auf den fotorefraktiven Effekt haben. Solche Änderungen der Herstellungsverfahren können die Modifikation des Herstellungsverfahrens für synthetisches Quarzglas oder durch das Verwenden von Nachformungsbehandlungen des Glases enthalten, um die Parameter zu verändern, wie z.B. den Wasserstoffgehalt im Glas.
  • Jemandem mit technischen Fähigkeiten wird offensichtlich sein, dass verschiedene Veränderungen und Variationen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Wesen oder Bereich der Erfindung abzuweichen.
  • Folglich soll die vorliegende Erfindung die Veränderungen und Variationen dieser Erfindung decken, vorausgesetzt, dass sie innerhalb des Bereiches der anhängenden Ansprüche und ihrer Äquivalente liegen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Optische Elemente, Verfahren zum Herstellen optischer Elemente und Vorhersagen der Leistung von optischen Elementen in einem optischen System unter Verwendung eines Excimerlasers sind offenbart. Die Verfahren können bei der Konstruktion von optischen Systemen verwendet werden, welche Excimerlaser verwenden. Die Verfahren enthalten das Messen der Wellenflächenänderung von Proben aus Glas bei der Betätigungswellenlänge des optischen Systems.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Vorhersagen der Leistung eines optischen Elements unter Bestrahlung mit einer Ultraviolettstrahlung in optischen Systemen, welche einen Laser enthalten, welcher bei einem Wellenlängenbereich zwischen 100 nm und 400 nm arbeitet, wobei das Verfahren das Messen der laserinduzierten Wellenflächenänderung einer Probe des optischen Elements bei der Betriebs- bzw. Betätigungswellenlänge des optischen Systems und das Berechnen der Leistung des optischen Elements über einen verlängerten Anwendungszeitraum des optischen Systems enthält.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter das Bestimmen des Beitrages des fotorefraktiven Effekts zur Änderung der Wellenfläche der Probe enthält.
  3. Verfahren zum Herstellen von optischen Elementen aus Quarzglas, welche in optischen Systemen verwendet werden, welche einen Laser enthalten, welcher bei einem Wellenlängenbereich zwischen 100 nm und 400 nm arbeitet, wobei das Verfahren das Herstellen von synthetischem Quarzglas, das Messen der laserinduzierten Wellenflächenänderung in einer Untersuchungsprobe aus Quarzglas bei der Betriebswellenlänge des optischen Systems, das Messen von mindestens einem weiteren Kennzeichen der Probe, das Bestimmen eines Verhältnisses zwischen der Wellenflächenänderung und dem Kennzeichen der Probe und das Einstellen des Herstellungsverfahrens enthält, um die Wellenflächenänderung im Quarzglas auf ein Minimum zu verringern.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, welches weiter das Bestimmen des Beitrags des fotorefraktiven Effekts zur Wellenflächenänderung enthält.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, welches weiter das Ändern eines Kennzeichens des Glases enthält, um den fotorefraktiven Effekt zu verändern.
  6. Verfahren zum Konstruieren eines optischen Systems, welches ein optisches Element und einen bei einem Wellenlängenbereich zwischen 100 nm und 400 nm arbeitenden Laser enthält und die Schritte des Auswählens von optischen Elementen, basierend auf den Wellenflächenänderungen der optischen Elemente der Probe, welche bei der Betriebswellenlänge des optischen Systems gemessen wurden, und des Verwendens des ausgewählten, optischen Elements im System enthält.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, welches weiter den Schritt des Bestimmens des Beitrags des fotorefraktiven Effekts zur Wellenflächenänderung enthält.
  8. Optisches Element aus Glas, welches einen im Voraus bestimmten Beitrag des fotorefraktiven Effekts zur Wellenflächenänderung aufweist.
  9. Optisches Element nach Anspruch 8, wobei der Wert des fotorefraktiven Effekts durch das Einstellen des Wasserstoffgehalts im Glas im Voraus bestimmt, welcher für das optische Element aus Glas kennzeichnend ist.
  10. Optisches Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das optische Element einen im Voraus ausgewählten Wert der Wellenflächenverzerrung aufweist.
  11. Optisches Element aus Quarzglas, welches einen optimierten, fotorefraktiven Effekt aufweist, so dass das optische Element eine Indexänderung von weniger als 5 ppm aufweist, wenn es bei einem Wellenlängenbereich von 193 nm arbeitet und einem Teilchenfluss von 0,5 mj/cm2/Impuls ausgesetzt ist.
DE10392340T 2002-03-05 2003-03-04 Optische Elemente und Verfahren zum Vorhersagen der Leistung eines optischen Elements und optischen Systems Withdrawn DE10392340T5 (de)

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US60/361,970 2002-03-05
PCT/US2003/006810 WO2003076912A1 (en) 2002-03-05 2003-03-04 Optical members and methods for predicting the performance of optical members and optical systems

Publications (1)

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DE10392340T Withdrawn DE10392340T5 (de) 2002-03-05 2003-03-04 Optische Elemente und Verfahren zum Vorhersagen der Leistung eines optischen Elements und optischen Systems

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US (1) US20030167798A1 (de)
JP (1) JP4541708B2 (de)
DE (1) DE10392340T5 (de)
WO (1) WO2003076912A1 (de)

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