DE102005021340A1

DE102005021340A1 - Optisches Element, insbesondere für ein Objektiv oder eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithograpischen Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102005021340A1
Application number: DE102005021340A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Schuster; Daniel KRÄHMER; Christoph Zaczek; Ralf MÜLLER; Olaf Dittmann; Michael Totzeck
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2005-05-04
Filing date: 2005-05-04
Publication date: 2006-11-09
Also published as: US20070007491A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Element, insbesondere für ein Objektiv oder eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit einem Substrat, das für durch das Substrat hindurchtretendes Licht einer vorgegebenen Arbeitswellenlänge eine erste Verzögerung zwischen zueinander senkrechten Polarisationszuständen bewirkt, und wenigstens einer auf dem Substrat ausgebildeten Schicht, welche aus einem Material mit nicht-kubischer Kristallstruktur hergestellt ist, das aufgrund natürlicher Doppelbrechung eine zweite Verzögerung zwischen zueinander senkrechten Polarisationszuständen bewirkt, die von entgegengesetztem Vorzeichen wie die in dem Substrat bewirkte erste Verzögerung ist, wobei eine optische Kristallachse des Materials der Schicht im Wesentlichen parallel zu einer Elementachse des optischen Elements ist, wobei für durch das optische Element hindurchtretendes Licht der vorgegebenen Arbeitswellenlänge der Maximalwert der gesamten Verzögerung zwischen zueinander senkrechten Polarisationszuständen im Vergleich zu einem identischen Substrat ohne die Schicht reduziert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Element, insbesondere für ein Objektiv oder eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.

Es ist bekannt, dass bei einkristallinen kubischen Materialien wie z.B. Kalziumfluorid, welches in der Mikrolithographie insbesondere bei Arbeitswellenlängen kleiner als 250 nm eingesetzt wird, trotz der in der Kristallstruktur vorhandenen hohen Symmetrie der Effekt der sogenannten intrinsischen Doppelbrechung auftritt, der bei den in der Mikrolithographie erforderlichen hohen Auflösungen zu Telezentriefehlern und Kontrastverlusten führt und somit die optische Abbildung erschwert.

Die intrinsische Doppelbrechung in Kalzium-Fluorid-Einkristallen wurde insbesondere in der Internet-Publikation „Preliminary Determination of an Intrinsic Birefringence in CaF₂" von John H. Burnett et al., NIST Gaithersburg MD 20899 USA (verbreitet am 07.05.01) nachgewiesen. Die dort präsentierten Messungen zeigen, dass die intrinsische Doppelbrechung stark richtungsabhängig ist und mit kleiner werdender Wellenlänge deutlich zunimmt.

Zur Reduzierung des Effekts der intrinsischen Doppelbrechung sind diverse Ansätze bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches Element, insbesondere für ein Objektiv oder eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, sowie ein optisches System anzugeben, welche eine Verbesserung der Abbildungsqualität trotz Vorhandensein von optischen Elementen mit intrinsischer oder auch natürlicher Doppelbrechung ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Ein erfindungsgemäßes optisches Element, insbesondere für ein Objektiv oder eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, umfasst:
ein Substrat, das für durch das Substrat hindurchtretendes Licht einer vorgegebenen Arbeitswellenlänge eine erste Verzögerung zwischen zueinander senkrechten Polarisationszuständen bewirkt; und
wenigstens eine auf dem Substrat ausgebildete Schicht, welche aus einem Material mit nicht-kubischer Kristallstruktur hergestellt ist, das aufgrund natürlicher Doppelbrechung eine zweite Verzögerung zwischen zueinander senkrechten Polarisationszuständen bewirkt, die von entgegengesetztem Vorzeichen wie die in dem Substrat bewirkte erste Verzögerung ist, wobei eine optische Kristallachse des Materials der Schicht im Wesentlichen parallel zu einer Elementachse des optischen Elements ist;
wobei für durch das optische Element hindurchtretendes Licht der vorgegebenen Arbeitswellenlänge der Maximalwert der gesamten Verzögerung zwischen zueinander senkrechten Polarisationszuständen im Vergleich zu einem identischen Substrat ohne die Schicht reduziert wird.

Erfindungsgemäß wird hierbei durch die in ihrer Kristallstruktur nicht-kubische, natürlich doppelbrechende Schicht die Verzögerung im Substrat reduziert und vorzugsweise weitgehend kompensiert. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass zum einen die beiderseitigen Materialien des Substrats und der Schicht so gewählt werden, dass die Vorzeichen der durch die jeweilige Doppelbrechung bewirkten Verzögerungen in Substrat bzw. Schicht entgegengesetzt sind, so dass sich ein Kompensationseffekt ergeben kann. Des Weiteren wird erfindungsgemäß die Dicke der Schicht so auf die Abmessungen des Substrats abgestimmt, dass der Effekt der natürlichen Doppelbrechung in der Schicht hinsichtlich der Verzögerung denjenigen der Doppelbrechung im Substrat nicht übersteigt, sondern teilweise oder nahezu vollständig kompensiert.

Vorzugsweise ist die Schicht auf dem Substrat wenigstens bereichsweise epitaktisch aufgewachsen.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist das Substrat aus einem Material mit kubischer Kristallstruktur hergestellt, wobei die erste Verzögerung im Substrat durch intrinsische Doppelbrechung bewirkt wird.

In diesem Falle wird durch die in ihrer Kristallstruktur nicht-kubische, natürlich doppelbrechende Schicht die Auswirkung des Effektes der intrinsischen Doppelbrechung im kubischen Substrat reduziert und vorzugsweise weitgehend kompensiert, wobei wiederum die Vorzeichen der durch die jeweilige Doppelbrechung („intrinsisch" im Substrat, „natürlich" in der Schicht) bewirkten Verzögerungen in Substrat bzw. Schicht entgegengesetzt sind, so dass sich ein Kompensationseffekt ergeben kann, und wobei die Dicke der Schicht so auf die Abmessungen des Substrats abgestimmt wird, dass der (typischerweise um Größenordnungen höhere) Effekt der natürlichen Doppelbrechung in der Schicht, hinsichtlich der Verzögerung von das optische Element durchlaufendem Licht, denjenigen der intrinsischen Doppelbrechung im Substrat teilweise oder nahezu vollständig kompensiert.

Unter dem Merkmal, dass die optische Kristallachse des Materials der Schicht „im Wesentlichen" parallel zu einer Elementachse des optischen Elements ist, ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass ein Winkel zwischen dieser optischen Kristallachse und der Elementachse weniger als 5°, bevorzugt weniger als 3°, noch bevorzugter weniger als 1° beträgt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Maximalwert der gesamten Verzögerung zwischen zueinander senkrechten Polarisationszuständen im Vergleich zu einem identischen Substrat ohne die Schicht bei der vorgegebenen Arbeitswellenlänge um wenigstens 25%, bevorzugt wenigstens 50% und noch bevorzugter um wenigstens 75% reduziert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Material der Schicht ein optisch einachsiges Kristallmaterial.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat mit solchem Kristallschnitt hergestellt, dass die Elementachse parallel zur <111>-Kristallrichtung ist, und kann insbesondere aus Kalzium-Fluorid in (111)-Orientierung hergestellt sein.

Passend hierzu weist dann das Material der Schicht bevorzugt eine hexagonale oder trigonale Kristallstruktur auf, und kann insbesondere Lanthan-Fluorid sein, wobei die optische Kristallachse im Wesentlichen parallel zur <111>-Kristallrichtung im Material des Substrats ist. In diesem Falle kann z.B. ein kristallines Aufwachsen der Schicht erfolgen, wenn der relevante Gitterparameter der hexagonalen Struktur insbesondere etwa a·√2·1/2 beträgt (wobei a der relevante Gitterparameter des Substrats ist).

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat mit solchem Kristallschnitt hergestellt, dass die Elementachse im Wesentlichen parallel zur <100>-Kristallrichtung ist. Passend hierzu weist dann das Material der Schicht bevorzugt eine tetragonale Kristallstruktur auf. In diesem Falle kann ein kristallines Aufwachsen der Schicht senkrecht zur (100)-Ebene des Substrats erfolgen, wenn die beiden gleich langen Achsen der tetragonalen Struktur entlang der kubischen (100)- bzw. (010)-Richtung orientiert sind.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat mit solchem Kristallschnitt hergestellt, dass die Elementachse im Wesentlichen parallel zur <110>-Kristallrichtung ist. Passend hierzu weist dann das Material der Schicht bevorzugt eine monokline Kristallstruktur auf.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann das Substrat auch aus einem Material mit nicht-kubischer Kristallstruktur hergestellt sein, wobei die erste Verzögerung im Substrat aufgrund natürlicher Doppelbrechung bewirkt wird. In diesem Falle wird somit durch die nicht-kubische, natürlich doppelbrechende Schicht die Auswirkung des Effektes der natürlichen Doppelbrechung im ebenfalls nicht-kubischen Substrat reduziert und vorzugsweise weitgehend kompensiert. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass zum einen die beiderseitigen Materialien des Substrats und der Schicht so gewählt werden, dass die Vorzeichen der durch die jeweilige natürliche Doppelbrechung im Substrat und in der Schicht bewirkten Verzögerungen entgegengesetzt sind, so dass sich überhaupt ein Kompensationseffekt ergeben kann. Des Weiteren werden die Materialien des Substrats und der darauf vorzugsweise wenigstens bereichsweise epitaktisch aufgewachsenen Schicht so abgestimmt, dass das Material der Schicht eine wesentlich -typischerweise um eine oder mehrere Größenordnungen- höhere natürliche Doppelbrechung im Vergleich zu dem Material des Substrats aufweist, so dass die Verzögerung im Substrat durch den Effekt der Schicht hinreichend kompensiert werden kann. Insgesamt werden die beiderseitigen Materialien und Dicken so abgestimmt, dass die Verzögerung in der Schicht die Verzögerung im Substrat nicht übersteigt, sondern teilweise oder nahezu vollständig kompensiert. Die Dicken skalieren dabei umgekehrt mit dem Verhältnis der Doppelbrechungen. Ist also die Doppelbrechung 100-mal größer, so reicht eine Schicht mit einem Hundertstel der Dicke des Substrats (diese Dicke ist ggf. noch bei unterschiedlichen Brechungsindizes mit der geometrischen Weglänge der Strahlen zu skalieren).

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein optisches System mit einer Mehrzahl von Linsen, wobei auf wenigstens einer Linse mindestens eine Schicht aus einem Material mit nicht-kubischer Kristallstruktur ausgebildet ist, welches aufgrund natürlicher Doppelbrechung für durch die Schicht hindurchtretendes Licht einer vorgegebenen Arbeitswellenlänge eine Verzögerung zwischen zueinander senkrechten Polarisationszuständen bewirkt, wobei eine optische Kristallachse dieses Materials im Wesentlichen parallel zu einer optischen Achse des optisches Systems ist, und wobei für durch das optische System hindurchtretendes Licht der Maximalwert der Verzögerung zwischen zueinander senkrechten Polarisationszuständen im Vergleich zu einem entsprechenden optischen System ohne die Schicht reduziert wird.

Die Erfindung betrifft ferner ein Beleuchtungssystem, ein Projektionsobjektiv sowie eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einem erfindungsgemäßen optischen Element und/oder einem erfindungsgemäßen optischen System.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellung des Aufbaus eines optischen Elements gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2a–c eine Veranschaulichung des Effekts der intrinsischen Doppelbrechung in einer planparallelen (100)-Linse (2a), (111)-Linse (2b) und (110)-Linse (2c) in schematischer, dreidimensionaler Darstellung;
3 eine schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellung des Aufbaus eines optischen Elements gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
4 eine schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellung des Aufbaus eines optischen Systems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
5 eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der Ausbildung eines optischen Elements gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
6 den Linsenschnitt eines refraktiven Projektionsobjektivs; und
7 eine schematische Darstellung einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage.
1 zeigt in schematischer, nicht maßstabsgetreuer Darstellung den Aufbau eines optischen Elements 100 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Das optische Element 100 umfasst ein Substrat 110 in Form einer planparallelen Platte aus Kalzium-Fluorid, welche eine Dicke d₁ aufweist und in (111)-Orientierung hergestellt ist, d.h. die Elementachse EA steht senkrecht auf der {111}-Kristallebene und damit parallel zur <111>-Kristallrichtung des Substrats 110. Der Durchmesser der planparallelen Platte ist beliebig und kann beispielsweise 20 cm betragen. Die Dicke d₁ ist ebenfalls grundsätzlich beliebig und kann in dem Ausführungsbeispiel zu d₁ = 2 cm angenommen werden.
Auf dem Substrat 110 ist eine Schicht 120 aus Lanthan-Fluorid aufgebracht. Die Schicht 120 ist so in definierter Weise und in kristalliner Form aufgewachsen, dass die optische Kristallachse in der hexagonalen Kristallstruktur des Lanthan-Fluorid-Materials, üblicherweise und im Folgenden als „c-Achse" bezeichnet, parallel zur Elementachse EA und somit senkrecht auf der {111}-Kristallebene des Kalzium-Fluorid-Materials des Substrats 110 steht.
Die Ausbildung der Schicht 120 auf dem Substrat 110 erfolgt vorzugsweise durch epitaktisches Aufwachsen mittels eines niederenergetischen PVD-Verfahrens (PVD = „Physical Vapour Deposition"), wozu sowohl thermisches Verdampfen (mittels Elektronenstrahlverdampfung oder Widerstandsheizung) als auch Molekularstrahlepitaxie (MBE = „Molecular Beam Epitaxy") geeignet sind. Beispielsweise können für ein epitaktisches Aufwachsen mittels thermischem Verdampfen – bei vorgereinigtem Substrat – geeignete Beschichtungstemperaturen zwischen Raumtemperatur und 350°C, vorzugsweise im Bereich von 150°C bis 300°C, am meisten bevorzugt im Bereich von 200°C bis 250°C gewählt werden. Die Beschichtungsraten vom LaF₃ sollten im Bereich von 0.01 bis 2 nm/s, bevorzugt von 0.1 und 0.5 nm/s liegen. Der Basisdruck sollte im Bereich unterhalb von 10^–5 mbar liegen, bevorzugte von 10^–6 bis 10^–7 mbar liegen.
Beim Aufwachsen der Schicht 120 auf dem Substrat 110 ist es für die Erzielung der erfindungsgemäßen Vorteile nicht hinderlich, wenn einzelne kleinere monokristalline Bereiche oder Inseln von zueinander unterschiedlicher Orientierung in der Schicht 120 vorliegen, wenn also die Schicht 120 nicht über die gesamte Oberfläche des Substrats 110 monokristallin ist, solange die Ziehrichtung senkrecht auf der Oberfläche des Substrats steht.
Das Kalzium-Fluorid-Material des Substrats 110 zeigt abhängig vom Einfallswinkel α relativ zur Elementachse EA den Effekt der intrinsischen Doppelbrechung, wie im Folgenden zunächst allgemein erläutert wird. Die Schicht 120 weist eine Dicke d₂ auf, die so auf die Dicke d₁ des Substrats 110 abgestimmt ist, dass dieser Effekt der intrinsischen Doppelbrechung im optischen Element 100 reduziert wird.
In 2a wird zunächst mit einer dreidimensionalen Darstellung veranschaulicht, wie die intrinsische Doppelbrechung im Kalzium-Fluorid-Material mit den Kristallrichtungen zusammenhängt, wenn die Linsenachse EA in <100>-Kristallrichtung weist. Dargestellt ist eine kreisrunde planparallele Platte 201 aus Kalzium-Fluorid. Die Linsenachse EA zeigt dabei in <100>-Kristallrichtung. Neben der <100>-Kristallrichtung sind auch die <101>-, <110>-, <101>- und <110>-Kristallrichtungen als Pfeile dargestellt. Die intrinsische Doppelbrechung ist schematisch durch vier "Keulen" 203 dargestellt, deren Oberflächen den Betrag der intrinsischen Doppelbrechung für die jeweilige Strahlrichtung eines Lichtstrahls angeben. Die maximale intrinsische Doppelbrechung ergibt sich in den <101>-, <110>-, <101>- und <110>- Kristallrichtungen, also für Lichtstrahlen mit einem Öffnungswinkel von 45° und einem Azimutwinkel von 0°, 90°, 180° und 270° innerhalb der Linse. Für Azimutwinkel von 45°, 135°, 225° und 315° ergeben sich minimale Werte der intrinsischen Doppelbrechung. Für einen Öffnungswinkel von 0° verschwindet die intrinsische Doppelbrechung.
In 2b wird mit einer dreidimensionalen Darstellung veranschaulicht, wie die intrinsische Doppelbrechung mit den Kristallrichtungen zusammenhängt, wenn die Linsenachse EA in <111>-Kristallrichtung weist. Dargestellt ist eine kreisrunde planparallele Platte 205 aus Kalzium-Fluorid. Die Linsenachse EA zeigt dabei in <111>-Kristallrichtung. Neben der <111>-Kristallrichtung sind auch die <011>-, <101>- und <110>-Kristallrichtungen als Pfeile dargestellt. Die intrinsische Doppelbrechung ist schematisch durch drei "Keulen" 207 dargestellt, deren Oberflächen den Betrag der intrinsischen Doppelbrechung für die jeweilige Strahlrichtung eines Lichtstrahls angeben. Die maximale intrinsische Doppelbrechung ergibt sich jeweils in den <011>-, <101>- und <110>- Kristallrichtungen, also für Lichtstrahlen mit einem Öffnungswinkel von 35° und einem Azimutwinkel von 0°, 120° und 240° innerhalb der Linse. Für Azimutwinkel von 60°, 180° und 300° ergeben sich jeweils minimale Werte der intrinsischen Doppelbrechung. Für einen Öffnungswinkel von 0° verschwindet die intrinsische Doppelbrechung.
In 2c wird mit einer dreidimensionalen Darstellung veranschaulicht, wie die intrinsische Doppelbrechung mit den Kristallrichtungen zusammenhängt, wenn die Linsenachse EA in <110>-Kristallrichtung weist. Dargestellt ist eine kreisrunde planparallele Platte 209 aus Kalzium-Fluorid. Die Linsenachse EA zeigt dabei in <110>-Kristallrichtung. Neben der <110>-Kristallrichtung sind auch die <011>-, die <101>-, die <101>- und die <011>-Kristallrichtungen als Pfeile dargestellt. Die intrinsische Doppelbrechung ist schematisch durch fünf "Keulen" 211 dargestellt, deren Oberflächen den Betrag der intrinsischen Doppelbrechung für die jeweilige Strahlrichtung eines Lichtstrahls angeben. Die maximale intrinsische Doppelbrechung ergibt sich zum einen in Richtung der Linsenachse EA, und zum anderen jeweils in der <011>-, <101>-, <101>- und <011>-Kristallrichtung, also für Lichtstrahlen mit einem Öffnungswinkel von 0°, bzw. mit einem Öffnungswinkel von 60° und den vier Azimutwinkeln, die sich durch Projektion der <011>-, <101>-, <101>- und <011>-Kristallrichtungen in die {110}-Kristallebene ergeben. Derartig hohe Öffnungswinkel treten in Kristallmaterial jedoch nicht auf, da die maximalen Öffnungswinkel durch die Brechzahl des Kristalls auf kleiner 45° beschränkt sind.
Unter Bezugnahme wiederum auf 1 verschwindet demnach die intrinsische Doppelbrechung für einen parallel zur Elementachse EA auftreffenden und sich somit in der <111>-Kristallrichtung ausbreitenden Strahl, und wird für Strahlausbreitung in der <110>-Kristallrichtung, welche unter einem Winkel α₁ = 35° zur <111>-Kristallrichtung und somit zur Elementachse EA steht, maximal. Die aus dieser bei Strahlausbreitung in der <110>-Kristallrichtung maximalen intrinsischen Doppelbrechung resultierende Verzögerung beträgt im Kalzium-Fluorid-Material bei einer im vorliegenden Ausführungsbeispiel zugrundegelegten Arbeitswellenlänge von 193 nm etwa r₁ = –3.4 nm/cm. Mit „Verzögerung" wird die Differenz der optischen Wege zweier orthogonaler (senkrecht zueinander stehender) Polarisationszustände bezeichnet.
Das Lanthan-Fluorid-Material der Schicht 120 ist bedingt durch die niedere Symmetrie seiner hexagonalen Kristallstruktur und die hieraus folgende optische Anisotropie „natürlich doppelbrechend", wobei die Differenz zwischen den Brechzahlen n_o für den ordentlichen Strahl und n_e für den außerordentlichen Strahl etwa n₀ – n_e = 0.0094 beträgt.
In dem Lanthan-Fluorid-Material der Schicht 120 ergibt sich abhängig vom Winkel α₂ der Strahlausbreitung α relativ zur optische Kristallachse und damit vorliegend zur Elementachse EA bedingt durch den Effekt der natürlichen Doppelbrechung eine Verzögerung r₂(α₂), die etwa durch r₂ ≈ (n_o – n_e)·d·sin²(α₂) gegeben ist und somit bei Strahlausbreitung parallel zur optischen Kristallachse verschwindet und bei Strahlausbreitung senkrecht zur optischen Kristallachse maximal wird.
Betrachtet man einen Strahl, der sich im Kalzium-Fluorid-Material des Substrats 110 unter einem Winkel α₁ = 35° zur <111>-Kristallrichtung und somit zur Elementachse EA, also in <110>-Kristallrichtung ausbreitet, so ergibt sich für diesen Strahl nach dem oben gesagten die maximale intrinsische Doppelbrechung. Der gleiche Strahl breitet sich im Lanthan-Fluorid-Material der Schicht 120 unter Berücksichtigung der bei 193 nm geltenden ungefähren Brechzahlen beider Materialien von n₁(Kalzium-Fluorid) ≈ 1.51 und n_2,0(Lanthan-Fluorid) ≈ 1.71 gemäß dem für den ordentlichen Strahl geltenden Brechungsgesetz n₁·sinα₁ = n₂·sinα₂ unter einem Winkel von etwa α₂= ≈ 30.4° zur optischen Kristallachse und somit zur Elementachse EA aus. Bedingt durch den Effekt der natürlichen Doppelbrechung im Lanthan-Fluorid-Material der Schicht 120 ergibt sich somit eine Verzögerung r₂ in Abhängigkeit von der Dicke d₂ der Schicht 120 von etwa r₂ ≈ (n₀ – n_e)·d₂·sin²(α₂) 0.0094·d₂·0.256. Hieraus folgt für das Verhältnis von Verzögerung r₂ und Dicke d₂ der Schicht 120 der Ausdruck r₂/d₂ 2.4·10^–3 ≈ 2.4 nm/μm. Die absoluten Werte der angegebenen Brechzahlen können ggf. variieren, was jedoch grundsätzlich nichts an dem dargestellten Prinzip der vorliegenden Erfindung ändert.
Da diese durch natürliche Doppelbrechung bedingte Verzögerung r₂ im Lanthan-Fluorid-Material der Schicht 120 von entgegengesetztem Vorzeichen ist wie die durch intrinsische Doppelbrechung bedingte Verzögerung r₁ im Kalzium-Fluorid-Material des Substrats 110, ist bei geeigneter Abstimmung der Dicken d₂ und d₁ im optischen Element 100 erfindungsgemäß eine weitgehende gegenseitige Kompensation und damit eine wesentliche Reduzierung der Auswirkung des Effekts der intrinsischen Doppelbrechung im Kalzium-Fluorid-Material des Substrats 110 auf eine gesamte Verzögerung im optischen Element 100 erzielbar:
Beträgt beispielsweise die Dicke d₁ des Substrats 110 d₁ = 2 cm, so beträgt die geometrische Weglänge des o.g. Strahls, welcher sich in dem Substrat 110 unter dem Winkel α₁ = 35° ausbreitet, d₁' = d₁·cosα₁ ≈ 1.64 cm, so dass sich für diesen Strahl eine Verzögerung im Substrat 110 von etwa r_1,max ≈ (–3.4 nm/cm)·1.64 cm ≈ –5.58 nm ergibt. Zur Kompensation dieser Verzögerung durch eine betragsmäßig gleich große, jedoch im Vorzeichen entgegengesetzte Verzögerung in der Schicht 120 beträgt daher die optimale Dicke der Schicht 120 etwa d₂ = r_1,max/2.4 nm/μm ≈ 5.58/2.4 nm/μm ≈ 2.325 μm. In diesem Falle beträgt somit das Dickenverhältnis d₁/d₂ = 2 cm/2.325 μm ≈ 8600.
Entsprechend der im obigen Beispiel erzielten weitgehenden Kompensation der durch die intrinsische Doppelbrechung im Kalzium-Fluorid-Material des Substrats 110 bewirkten Verzögerung weist auch die Verteilung der Verzögerungen in Abhängigkeit von Einfallswinkel auf das optische Element 100 reduzierte Werte im Vergleich zu einem optischen Element ohne die Schicht 120 auf.
Des Weiteren ergibt sich für das obige Beispiel, dass immer noch eine teilweise Kompensation der durch intrinsische Doppelbrechung im Substrat bewirkten Verzögerung durch die Schicht 120 erfolgt, sofern deren Dicke d₂ kleiner ist als d_2,max ≈ 4.65 μm. In diesem Falle beträgt somit das Dickenverhältnis d₁/d₂ = 2 cm/4.65 μm ≈ 4300. Für größere Dicken der Schicht (bzw. kleinere Dickenverhältnisse d₁/d₂) ergibt sich eine Erhöhung der gesamten Verzögerung und damit eine Verschlechterung, da die durch die Schicht 120 bewirkte Verzögerung zu einer Gesamtverzögerung führt, welche den Effekt der intrinsischen Doppelbrechung im Substrat 110 (ohne Schicht 120) übersteigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Dicke d₂ so auf die Dicke d₁ des Substrats 110 abgestimmt, dass sich für einen Strahl mit maximaler Verzögerung r_1,max im Substrat 110 (gemäß dem Ausführungsbeispiel mit (111)-Kalzium-Fluorid also einem Strahl mit Strahlausbreitung unter 35° zur Elementachse im Substrat 110) in der Schicht eine Verzögerung mit entgegengesetztem Vorzeichen ergibt, deren betragsmäßiger Wert wenigstens 50%, weiter bevorzugt wenigstens 75% und am meisten bevorzugte genau 100% der maximalen Verzögerung r_1,max im Substrat 110 beträgt.
Die Erfindung ist weder auf die Materialien noch die Abmessungen und Geometrien in dem o.g. Ausführungsbeispiel, dass lediglich zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung dient, beschränkt. Vielmehr kommt es in der o.g. Ausführungsform lediglich darauf an, dass das Material der Schicht 120 in solcher Weise passend zu dem Material des Substrats 110 gewählt wird, dass zum einen die Vorzeichen der durch die jeweilige Doppelbrechung („intrinsisch" im Substrat 110, „natürlich" in der Schicht) bewirkten Verzögerungen in Substrat bzw. Schicht entgegengesetzt sind, so dass sich der oben erläuterte teilweise oder vollständige Kompensationseffekt ergibt. Zum anderen sind die beiderseitigen Materialien in Bezug auf ihre Gitterparameter so zu wählen, dass das o.g. kristalline Aufwachsen der Schicht mit definierter Ziehrichtung, insbesondere ein epitaktisches Aufwachsen, ermöglicht wird.
Damit der Beitrag der natürlichen Doppelbrechung durch die Schicht 120 hinreichend groß ist, um die intrinsische Doppelbrechung des Substrats 110 bereits mit einer möglichst geringen Schichtdicke zumindest teilweise zu kompensieren, weist das Material der Schicht vorzugsweise eine große Differenz zwischen der ordentlichen Brechzahl n_o und der außerordentlichen Brechzahl n_e auf.
In Tabelle 1 ist eine Übersicht über beispielhafte erfindungsgemäß geeignete Materialien mit relativ großer Differenz zwischen der ordentlichen Brechzahl n_o und der außerordentlichen Brechzahl n_e zur Herstellung der Schicht angegeben, wobei für diese Materialien n_o größer als n_e ist. Eine aus einer dieser Materialien bestehende epitaktische Schicht ist somit grundsätzlich zur Kompensation der Verzögerung in einem Substrat mit negativem Vorzeichen der intrinsischen Doppelbrechung geeignet, beispielsweise Kalzium-Fluorid (CaF₂), Strontium-Fluorid (SrF₂), Barium-Fluorid (BaF₂), Lithium-Fluorid (LiF), Natrium-Fluorid (NaF), Kalium-Fluorid (KF), Rubidium-Fluorid (RbF) oder Cäsium-Fluorid (CsF).
Ebenfalls angegeben sind jeweils die ordentliche Brechzahl n_o sowie die außerordentliche Brechzahl n_e jeweils für λ = 589 nm (sowie bei Kennzeichnung * für λ = 365.5 nm, bei Kennzeichnung ** für λ = 248.338 nm und bei Kennzeichnung *** für λ = 193.304 nm). Hierzu ist anzumerken, dass zu niedrigeren Wellenlängen und insbesondere hin zu den für Mikrolithographie-Anwendungen typischen Arbeitswellenlängen von weniger als 250 nm (bevorzugt etwa 248 nm, 193 nm oder 157 nm) die Brechzahlen jeweils ansteigen, wobei n_o jeweils stärker ansteigt als n_e und somit auch die Brechzahldifferenz n_o – n_e noch größere Werte als bei λ = 589 nm annimmt.
Tabelle 1:
In Tabelle 2 ist eine Übersicht über beispielhafte erfindungsgemäß geeignete Materialien mit relativ großer Differenz zwischen der ordentlichen Brechzahl n_o und der außerordentlichen Brechzahl n_e zur Herstellung der Schicht angegeben, wobei für diese Materialien n_o kleiner als n_e ist. Eine aus einer dieser Materialien bestehende epitaktische Schicht ist somit grundsätzlich zur Kompensation der Verzögerung in einem Substrat mit positiven Vorzeichen der intrinsischen Doppelbrechung geeignet, beispielsweise Yttriumaluminiumgranat (Y₃Al₅O₁₂), Magnesiumspinell (MgAl₂O₄), Kalziumspinell (CaAl₂O₄), Manganspinell (MnAl₂O₄), Lithiumspinell (Al₅O₈Li) und Pyrop (Mg₃Al₂Si₃O₁₂).
Ebenfalls angegeben sind jeweils die ordentliche Brechzahl n_o sowie die außerordentliche Brechzahl n_e jeweils für λ = 589 nm.
Tabelle 2:
In 3 ist ein optisches Element 300 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das optische Element 300 unterscheidet sich vom optischen Element 100 gemäß 1 lediglich dadurch, dass das Substrat 310 aus zwei Elementen 310a und 310b (beispielsweise durch nahtloses Fügen, Ansprengen o. dgl.) zusammengesetzt ist. Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind beide Elemente 310a und 310b aus Kalzium-Fluorid in (111)-Orientierung hergestellt und um die Elementachse EA gegeneinander verdreht, und zwar idealerweise um einen Winkel von β = 60° + 1·120°, wobei 1 eine ganze Zahl ist. Infolge der charakteristischen, im Falle der (111)-Orientierung 3-zähligen Symmetrie der bewirkten Verzögerung führt diese Verdrehung in für sich bekannter Weise dazu, dass die Verteilung der Verzögerung azimutal symmetrisch wird und reduzierte Maximalwerte der Verzögerung im Vergleich zu einer nicht verdrehten Anordnung aufweist.
Die Wirkung der auf das Substrat 310 aufgebrachten Schicht 320 aus Lanthan-Fluorid-Material ist im Übrigen analog zu 1, führt jedoch infolge der nunmehr rotations- bzw. azimutalsymmetrischen Verzögerung im Substrat 310 zu einer insgesamt noch effektiveren Kompensation des Effekts der intrinsischen Doppelbrechung.
In 4 ist lediglich schematisch und zur Erläuterung des Prinzips ein optisches System 400 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Das optische System 400 weist eine Mehrzahl von Linsen 410–440 auf, welche entlang einer optischen Achse OA angeordnet sind und aus gleichem oder unterschiedlichem Material hergestellt sein können. Lediglich beispielhaft kann z.B. die Linse 440 ebenso wie die Linsen 420 und 430 aus Kalzium-Fluorid-Material in (111)-Orientierung hergestellt sein, und die Linse 410 kann beispielsweise aus Quarzglas bestehen.
Im Ausführungsbeispiel ist auf der Oberfläche 450 analog zu den in 1 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen eine Schicht 450 aus Lanthan-Fluorid-Material derart aufgebracht, vorzugsweise epitaktisch aufgewachsen, dass die optische Kristallachse der Schicht 450 parallel zur optischen Achse OA ist, also die „c"-Richtung des Lanthan-Fluorid-Material entlang der optischen Achse orientiert ist.
Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen gemäß 1 und 3 soll hier die Schicht 450 eine solche Dicke d₃ aufweisen, dass für durch das optische System 400 hindurchtretendes Licht der Maximalwert der Verzögerung zwischen zueinander senkrechten Polarisationszuständen im Vergleich zu einem entsprechenden optischen System ohne die Schicht 450 reduziert wird. Mit anderen Worten wird die Dicke d₃ der Schicht so gewählt, dass nicht nur die Verzögerung infolge intrinsischer Doppelbrechung in der Kalzium-Fluorid-Linse 440, sondern die gesamte Verzögerung unter Berücksichtigung auch der intrinsischer Doppelbrechung in den weiteren Kalzium-Fluorid-Linsen 420 und 430 reduziert bzw. weitgehend kompensiert wird. Selbstverständlich können auch eine oder mehrere der Kalzium-Fluorid-Linsen in geeigneter Weise gegeneinander um ihre Linsenachse verdreht angeordnet oder aus gegeneinander um die optische Achse verdreht angeordneten Elementen zusammengesetzt sein, um analog zu den Ausführungen zu 3 eine möglichst azimutalsymmetrische Verteilung der Verzögerung zu erreichen.
Anhand von 5 wird ein optisches Element gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Gemäß 5a)–b wird zur Ausbildung eines optischen Elements 500 auf einem Substrat 510, welches aus einem Kristallmaterial mit kubischer Kristallstruktur hergestellt ist, im Unterschied zu 1 und 3 kein nicht-kubisches Material, sondern ebenfalls ein Material mit kubischer Kristallstruktur aufgewachsen, dessen Gitterparameter geringfügig vom Gitterparameter des Substrats 510 abweicht (siehe 5a). Bekanntermaßen findet in einem solchen Falle unter geeigneten Bedingungen ebenfalls ein epitaktisches Wachstum statt, wobei sich jedoch eine tetragonale Verzerrung der aufgewachsenen, ursprünglich kubischen Kristallstruktur 520 einstellt (siehe 5b, insbesondere Pfeile B und C), die erst bei größeren Dicken (von z.B. größenordnungsmäßig 10 μm) relaxiert. Diese tetragonale Verzerrung führt eine Doppelbrechung in dem aufgewachsenen Material 520 ein, die – bei entgegengesetztem Vorzeichen der hierdurch bewirkten Verzögerung im Vergleich zur Verzögerung infolge intrinsischer Doppelbrechung im Substrat, analog zu 1, 3 zu einer Kompensation des Effektes der intrinsischen Doppelbrechung genutzt werden kann.
6 zeigt einen Meridional-Gesamtschnitt durch ein vollständiges Projektionsobjektiv 600 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Die Designdaten des Projektionsobjektivs 600 sind in Tabelle 3 in bekannter Weise aufgeführt; Radien, Dicken (bezeichnen den Abstand der jeweiligen Fläche zur nachfolgenden Fläche) und der halbe freie Durchmesser der Linsen sind in Millimetern angegeben. Die durch waagerechte Linien gekennzeichneten und in Tabelle 4 spezifizierten Flächen sind asphärisch gekrümmt, wobei die Krümmung dieser Flächen durch die nachfolgende Asphärenformel gegeben ist:
Dabei sind P die Pfeilhöhe der betreffenden Fläche parallel zur optischen Achse, h der radiale Abstand von der optischen Achse, r der Krümmungsradius der betreffenden Fläche, K die konische Konstante und C1, C2, ... die in Tabelle 4 aufgeführten Asphärenkonstanten.
7 zeigt eine schematische Darstellung des prinzipiellen Aufbaus einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungs anlage mit einer Beleuchtungseinrichtung und einem Projektionsobjektiv, in welchen eine oder mehrere optische Elemente und/oder optische Systeme gemäß der Erfindung insbesondere eingesetzt sein können.
Gemäß 7 weist eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage 700 eine Beleuchtungseinrichtung 701 und ein Projektionsobjektiv 702 auf. Das Projektionsobjektiv 702 umfasst eine Linsenanordnung 703 mit einer Aperturblende AP, wobei durch die lediglich schematisch angedeutete Linsenanordnung 703 eine optische Achse OA definiert wird. Ein Ausführungsbeispiel für die Linsenanordnung 703 ist in 6 gegeben. Zwischen der Beleuchtungseinrichtung 701 und dem Projektionsobjektiv 702 ist eine Maske 704 angeordnet, die mittels eines Maskenhalters 705 im Strahlengang gehalten wird. Solche in der Mikrolithographie verwendeten Masken 704 weisen eine Struktur im Mikrometer- bis Nanometer-Bereich auf, die mittels des Projektionsobjektives 702 beispielsweise um den Faktor 4 oder 5 verkleinert auf eine Bildebene IP abgebildet wird. In der Bildebene IP wird ein durch einen Substrathalter 707 positioniertes lichtempfindliches Substrat 715, bzw. ein Wafer, gehalten. Die noch auflösbaren minimalen Strukturen hängen von der Wellenlänge λ des für die Beleuchtung verwendeten Lichtes sowie von der bildseitigen numerischen Apertur des Projektionsobjektives 702 ab, wobei die maximal erreichbare Auflösung der Projektionsbelichtungsanlage 700 mit abnehmender Wellenlänge λ der Beleuchtungseinrichtung 701 und mit zunehmender bildseitiger numerischer Apertur des Projektionsobjektivs 702 steigt.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
Tabelle 3 (DESIGNDATEN zu Fig. 6)
Tabelle 4: (ASPHAERISCHE KONSTANTEN zu Fig. 6)

Claims

Optisches Element (100, 300), insbesondere für ein Objektiv oder eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit: – einem Substrat (110, 310), das für durch das Substrat (110, 310) hindurchtretendes Licht einer vorgegebenen Arbeitswellenlänge eine erste Verzögerung zwischen zueinander senkrechten Polarisationszuständen bewirkt; und – wenigstens einer auf dem Substrat (110, 310) ausgebildeten Schicht (120, 320), welche aus einem Material mit nicht-kubischer Kristallstruktur hergestellt ist, das aufgrund natürlicher Doppelbrechung eine zweite Verzögerung zwischen zueinander senkrechten Polarisationszuständen bewirkt, die von entgegengesetztem Vorzeichen wie die in dem Substrat (110, 310) bewirkte erste Verzögerung ist, wobei eine optische Kristallachse des Materials der Schicht (120, 130) im Wesentlichen parallel zu einer Elementachse (EA) des optischen Elements (100, 300) ist; und – wobei für durch das optische Element (100, 300) hindurchtretendes Licht der vorgegebenen Arbeitswellenlänge der Maximalwert der gesamten Verzögerung zwischen zueinander senkrechten Polarisationszuständen im Vergleich zu einem identischen Substrat (110, 310) ohne die Schicht (120, 320) reduziert wird.
Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalwert der gesamten Verzögerung zwischen zueinander senkrechten Polarisationszuständen im Vergleich zu einem identischen Substrat (110, 310) ohne die Schicht (120, 320) bei der vorgegebenen Arbeitswellenlänge um wenigstens 25%, bevorzugt wenigstens 50% und noch bevorzugter um wenigstens 75% reduziert wird.
Optisches Element (100, 300), insbesondere für ein Objektiv oder eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit: – einem Substrat (110, 310), das für durch das Substrat (110, 310) hindurchtretendes Licht einer vorgegebenen Arbeitswellenlänge eine erste Verzögerung zwischen zueinander senkrechten Polarisationszuständen bewirkt; und – wenigstens einer auf dem Substrat (110, 310) ausgebildeten Schicht (120, 320), welche aus einem Material mit nicht-kubischer Kristallstruktur hergestellt ist, das aufgrund natürlicher Doppelbrechung eine zweite Verzögerung zwischen zueinander senkrechten Polarisationszuständen bewirkt, die von entgegengesetztem Vorzeichen wie die in dem Substrat (110, 310) bewirkte erste Verzögerung ist, wobei eine optische Kristallachse des Materials der Schicht (120, 320) im Wesentlichen parallel zu einer Elementachse (EA) des optischen Elements (100, 300) ist; und – wobei die im Substrat (110, 310) bewirkte erste Verzögerung durch die in der Schicht (120, 320) aufgrund natürlicher Doppelbrechung bewirkte zweite Verzögerung im Wesentlichen kompensiert wird.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (120, 320) auf dem Substrat (110, 310) wenigstens bereichsweise epitaktisch aufgewachsen ist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (120, 320) aus einem optisch einachsigen Kristallmaterial hergestellt ist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus einem Material mit kubischer Kristallstruktur hergestellt ist, wobei die erste Verzögerung aufgrund intrinsischer Doppelbrechung bewirkt wird.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (110, 310) mit solchem Kristallschnitt hergestellt ist, dass die Elementachse (EA) im Wesentlichen parallel zur <111>-Kristallrichtung ist.
Optisches Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Schicht (120, 320) eine hexagonale oder trigonale Kristallstruktur aufweist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (110, 310) mit solchem Kristallschnitt hergestellt ist, dass die Elementachse (EA) im Wesentlichen parallel zur <100>-Kristallrichtung ist.
Optisches Element nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Schicht (120, 320) eine tetragonale Kristallstruktur aufweist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (110, 310) mit solchem Kristallschnitt hergestellt ist, dass die Elementachse (EA) im Wesentlichen parallel zur <110>-Kristallrichtung ist.
Optisches Element nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Schicht (120, 320) eine monokline Kristallstruktur aufweist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (110, 310) aus einem Material hergestellt ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, welche Kalzium-Fluorid (CaF₂), Strontium-Fluorid (SrF₂), Barium-Fluorid (BaF₂), Lithium-Fluorid (LiF), Natrium-Fluorid (NaF), Kalium-Fluorid (KF), Rubidium-Fluorid (RbF) und Cäsium-Fluorid (CsF) enthält.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Schicht (120, 320) aus der Gruppe ausgewählt ist, welche Lanthan-Fluorid (LaF₃), Magnesit (MgCO₃), Dolomit (CaMg[CO₃]₂), Rhodochrosit (MnCO₃), Gehlenit (2CaO·Al₂O₃SiO₂), Calcit (CaCO₃), Smithsonit (ZnCO₃), Natriumnitrat (NaNO₃), Kaliumcyanat (KCNO), Eitelit (MgNa₂[CO₃]₂ oder Na₂CO₃·MgCO₃), Kaliummagnesiumcarbonat (MgK₂[CO₃]₂ oder K₂CO₃·MgCO₃), Chloromagnesit (MgCl₂), RbClO₃, Buttschlitt (Ca₂K₆[CO₃]₅·6H₂O), SrCl₂·6H₂O, Lithiumnitrat (LiNO₃), LiO₃, Norsethit (BaMg[CO₃]₂ oder BaCO₃·MgCO₃), Kordylit (Ce₂Ba[(CO₃)₃F₂] oder La₂Ba[(CO₃)₃F₂], Ba(NO₂)₂·H₂O, Al₂O₃·MgO, Mangandolomit (MnCa[CO₃]₂ oder MnCO₃·CaCO₃), Manganspat (MnCO₃), Eisenspat (FeCO₃), [PdCl₄](NH₄)₂ und Bariumborat (BaB₂O₄) enthält.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (110, 310) aus einem Material mit Spinell-Struktur hergestellt ist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (110, 310) aus einem Material hergestellt ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, welche Yttriumaluminiumgranat (Y₃Al₅O₁₂), Magnesiumspinell (MgAl₂O₄), Kalziumspinell (CaAl₂O₄), Manganspinell (MnAl₂O₄), Lithiumspinell (Al₅O₈Li) und Pyrop (Mg₃Al₂Si₃O₁₂) enthält.
Optisches Element nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Schicht (120, 320) aus der Gruppe ausgewählt ist, welche NaCNO, Henotim (Y[PO₄]), Bastnäsit ((Ce,La,Nd)[CO₃F]), Synchisit (CeCa[(CO₃)₂F], Parisit ((Ce,La)₂Ca[(CO₃)₃F₂]³), Röntgenit (Ce₃Ca₂[(CO₃)₅F₃], Kaliumazid (KN₃), [NH₄]₂CO und Natriumcyanat (NaOCN) enthält.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (310) aus zwei Elementen (310a, 310b) des gleichen Kristallschnitts, welche um die Elementachse (EA) gegeneinander verdreht angeordnet sind, zusammengesetzt ist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (110, 310) aus einem Material mit nicht-kubischer Kristallstruktur hergestellt ist, wobei die erste Verzögerung aufgrund natürlicher Doppelbrechung bewirkt wird.
Optisches Element (100, 300), insbesondere für ein Objektiv oder eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit: – einem Substrat (110, 310), welches aus Kalzium-Fluorid-Kristall in (111)-Orientierung hergestellt ist und eine erste Dicke (d₁) aufweist; und – einer auf dem Substrat (110, 310) kristallin aufgewachsenen Schicht (120, 320), welche aus Lanthan-Fluorid hergestellt ist und eine zweite Dicke (d₂) aufweist; – wobei das Verhältnis (d₁/d₂) der ersten Dicke zu der zweiten Dicke wenigstens 7·10³ beträgt.
Optisches Element (100, 300) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (d₁/d₂) der ersten Dicke zu der zweiten Dicke wenigstens 8·10³ beträgt, und bevorzugt im Bereich von 8·10³ bis 9·10³ liegt.
Optisches Element (100, 300), insbesondere für ein Objektiv oder eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit: – einem Substrat, das für durch das Substrat hindurchtretendes Licht einer vorgegebenen Arbeitswellenlänge eine Verzögerung zwischen zueinander senkrechten Polarisationszuständen bewirkt; und – wenigstens einer auf dem Substrat orientiert aufgewachsenen Schicht, welche aus einem bei der Arbeitswellenlänge transparenten Polymer hergestellt ist.
Optisches Element nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus dem transparenten Polymer eine Verzögerung zwischen zueinander senkrechten Polarisationszuständen bewirkt, die von entgegengesetztem Vorzeichen wie die in dem Substrat bewirkte Verzögerung ist.
Optisches Element nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die im Substrat bewirkte Verzögerung durch die in der Schicht aus dem transparenten Polymer bewirkte Verzögerung im Wesentlichen kompensiert wird.
Optisches Element (500), insbesondere für ein Objektiv oder eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit: – einem Substrat (510), welches aus einem ersten Material mit kubischer Kristallstruktur mit einem ersten Gitterparameter hergestellt ist; und – wenigstens einer auf dem Substrat (510) epitaktisch aufgewachsenen Schicht (520), welche aus einem zweiten Material mit kubischer Kristallstruktur mit einem zweiten Gitterparameter hergestellt ist, wobei der zweite Gitterparameter vom ersten Gitterparameter verschieden ist.
Optisches Element (500) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass – das Substrat (510) für durch das Substrat (500) hindurchtretendes Licht eine erste Verzögerung zwischen zueinander senkrechten Polarisationszuständen bewirkt; und – die epitaktisch aufgewachsene Schicht (520) eine zweite Verzögerung zwischen zueinander senkrechten Polarisationszuständen bewirkt, welche von entgegengesetztem Vorzeichen wie die erste Verzögerung ist.
Optisches Element nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die im Substrat bewirkte erste Verzögerung durch die in der epitaktisch aufgewachsenen Schicht bewirkte zweite Verzögerung im Wesentlichen kompensiert wird.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitswellenlänge weniger als 250 nm, bevorzugt weniger als 200 nm und noch bevorzugter weniger als 160 nm beträgt.
Optisches System (400) mit einer Mehrzahl von Linsen (410, 420, 430, 440), – wobei auf wenigstens einer Linse (440) mindestens eine Schicht (450) aus einem Material mit nicht-kubischer Kristallstruktur ausgebildet ist, welches aufgrund natürlicher Doppelbrechung für durch die Schicht (450) hindurchtretendes Licht einer vorgegebenen Arbeitswellenlänge eine Verzögerung zwischen zueinander senkrechten Polarisationszuständen bewirkt, wobei eine optische Kristallachse dieses Materials im Wesentlichen parallel zu einer optischen Achse (OA) des optisches Systems ist; wobei für durch das optische System (400) hindurchtretendes Licht der vorgegebenen Arbeitswellenlänge der Maximalwert der Verzögerung zwischen zueinander senkrechten Polarisationszuständen im Vergleich zu einem entsprechenden optischen System ohne die Schicht (450) reduziert wird.
Optisches System nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalwert der Verzögerung zwischen zueinander senkrechten Polarisationszuständen im Vergleich zu einem entsprechenden optischen System ohne die Schicht (450) bei der vorgegebenen Arbeitswellenlänge um wenigstens 25%, bevorzugt wenigstens 50% und noch bevorzugter um wenigstens 75% reduziert wird.
Optisches System nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Linsen der Mehrzahl von Linsen (410, 420, 430, 440) den gleichen Kristallschnitt aufweisen und gegeneinander um ihre optische Achse verdreht angeordnet sind.
Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung ein optisches Element (100, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 28 und/oder ein optisches System (400) nach einem der Ansprüche 29 bis 31 aufweist.
Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsobjektiv ein optisches Element (100, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 28 und/oder ein optisches System (400) nach einem der Ansprüche 29 bis 31 aufweist.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass es eine bildseitige numerische Apertur (NA) von wenigstens 0.8, bevorzugt wenigstens 1.0, noch bevorzugter wenigstens 1.2 und noch bevorzugter wenigstens 1.4 aufweist.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, welche eine Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 32 aufweist.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, welche ein Projektionsobjektiv nach Anspruch 33 oder 34 aufweist.