Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Deutschen Patent- anmeldung DE 10 2018 218 064.4, angemeldet am 22. Oktober 2018. Der Inhalt dieser DE-Anmeldung wird durch Bezugnahme („incorporation by reference“) mit in den vorliegenden Anmeldungstext aufgenommen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein optisches System, insbesondere für die Mikrolithographie. Die Erfindung betrifft insbesondere einen optischen Pulsstrecker mit wenigstens einem Strahlteiler und ist weiter insbesondere in einer Laserlichtquelle zur Verwen- dung in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage vorteilhaft an- wendbar.

Stand der Technik

Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter, elektronischer Bauele- mente angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projek- tionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung be- leuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen. In einer für den Betrieb im DUV-Bereich (z.B. bei Arbeitswellenlängen von weniger als 250nm, insbesondere weniger als 200nm) ausgelegten Projektionsbelichtungs- anlage werden insbesondere im Bereich hoher Strahlenbelastung optische Kompo- nenten aus kubisch kristallinem Material wie z.B. Kalziumfluorid (CaF ₂ ) u.a. zur Vermeidung von Kompaktierungseffekten eingesetzt. Dies gilt insbesondere auch für Komponenten innerhalb der zur Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung ein- gesetzten Laserlichtquelle, wobei bei einer Arbeitswellenlänge von 193nm Argon- fluorid-Excimerlaser, bei einer Arbeitswellenlänge von 248nm Kryptonfluorid- Excimerlaser zum Einsatz kommen.

Bei den vorstehend genannten, hoher Strahlenbelastung ausgesetzten optischen Komponenten kann es sich insbesondere um Strahlteiler handeln, welche in einem optischen Pulsstrecker (engl.:„Optical Pulse Streicher“) zur Auskopplung eines Teils der elektromagnetischen Strahlung innerhalb der Laserlichtquelle eingesetzt wer- den. In einem solchen optischen Pulsstrecker wird die betreffende Strahlung über Umlaufstrecken umgelenkt mit dem Ziel, von der Laserlichtquelle erzeugte Pulse (von z.B. 20ns Pulslänge) in eine Mehrzahl von zeitlich versetzten Teilpulsen zu zer- legen und den Puls so auf eine größere Zeitdauer von z.B. (100-150)ns zu strecken, um anderenfalls auftretende hohe Leistungsspitzen zur Vermeidung einer Degrad- ation nachfolgender optischer Komponenten entsprechend zu reduzieren.

Ein im Betrieb solcher Laserlichtquellen bzw. optischen Pulsstrecken in der Praxis auftretendes Problem ist eine vor allem bei Erzeugung von Laserstrahlung mit ver- gleichsweise hoher Lichtleistung zu beobachtende, unerwünschte Störung der Polarisationseigenschaften der elektromagnetischen Strahlung. Zwar ist bei der ge- nannten Arbeitswellenlänge von 193nm der in kubisch kristallinem Material auftre- tende bekannte Effekt der sogenannten intrinsischen Doppelbrechung (IDB) noch vergleichsweise wenig ausgeprägt, jedoch treten bei Erzeugung hoher Lichtleistun- gen infolge lokaler Erwärmung innerhalb der jeweiligen optischen Komponenten bzw. Strahlteiler thermisch induzierte mechanische Spannungen auf, welche dann in für sich bekannter Weise zu Spannungsdoppelbrechung (SDB) führen. Desgleichen können dauerhafte Störungen der Translationssymmetrie durch degradationsbeding- te strukturelle Veränderungen des Materials Ursache bleibender Doppelbrechung sein. Durch eine mit dieser Doppelbrechung einhergehende Verzögerung (hiermit wird die Differenz der optischen Wege zweier orthogonaler Polarisationszustände bezeichnet) kann eine Störung der Polarisationseigenschaften bewirkt und ein z.B. gezielt eingestelltes polarisiertes Beleuchtungssetting in unerwünschter Weise be- einflusst werden.

Die Folge ist letztlich eine unerwünschte Abweichung der in die Projektionsbelich- tungsanlage eingekoppelten elektromagnetischen Strahlung vom erwünschten (und etwa zur Erzielung eines maximalen Abbildungskontrastes angestrebten) Polarisati- onszustand und damit eine Beeinträchtigung der Leistungsfähigkeit der Projektions- belichtungsanlage.

Zum Stand der Technik wird lediglich auf beispielhaft auf DE 20 2004 020 810 U 1 , EP 2 036 170 B1 und US 7,564,888 B2 verwiesen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System, insbesondere für die Mikrolithographie, mit wenigstens einem Strahlteiler bereitzustellen, welches auch bei hoher Strahlungsbelastung des Strahlteilers eine möglichst gute Beibehal- tung der Polarisationseigenschaften elektromagnetischer Strahlung unter Vermei- dung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 ge- löst.

Gemäß der Erfindung weist ein optisches System, insbesondere für die Mikrolitho- graphie, auf:

- einen Strahlteiler, welcher wenigstens eine Lichteintrittsfläche aufweist; - wobei der Strahlteiler in dem optischen System derart angeordnet ist, dass die im Betrieb des optischen Systems an der Lichteintrittsfläche auftretenden, auf die Oberflächennormale bezogenen Einfallswinkel im Bereich von 45°±5° liegen; und

- wobei der Strahlteiler im [110]-Kristallschnitt hergestellt ist.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Strahlteiler in dem optischen System derart angeordnet, dass die (001 )-Kristallrichtung in einer gemeinsamen Ebene mit einem auf den Strahlteiler einfallenden Strahl und dem zugehörigen, an dem Strahlteiler re- flektierten Strahl liegt.

Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, in einem innerhalb eines optischen Pulsstreckers (=„Optical Pulse Streicher“) eingesetzten Strahlteiler, wel- cher typischerweise unter einem Winkel von 45° zur auftreffenden elektromagneti- schen Strahlung innerhalb einer Laserlichtquelle wie z.B. einem Argonfluorid- Excimerlaser betrieben wird, durch Verwendung eines geeigneten Kristallschnitts sowie einer hinsichtlich der Einbaulage geeigneten Drehorientierung zu gewährlei s- ten, dass der eingangs beschriebene unerwünschte Effekt der thermisch induzierten oder durch Degradation bedingten Spannungsdoppelbrechung und eine hierdurch verursachte Verzögerung und damit einhergehende Störung der Polarisationseigen- schaften möglichst wenig ausgeprägt ist.

Dabei liegt der Erfindung insbesondere die im Weiteren noch veranschaulichte Überlegung zugrunde, dass im Betrieb eines Strahlteilers grundsätzlich eine be- stimmte Einbaulage bzw. ein bestimmter Kristallschnitt sich zwar hinsichtlich der Minimierung von Spannungsdoppelbrechung für einen in den Strahlteiler durch die Lichteintrittsfläche direkt eintretenden Strahl als günstig erweisen kann, dass jedoch dieselbe Einbaulage bzw. derselbe Kristallschnitt für einen Strahl, welcher nach dem für einen optischen Pulsstrecker charakteristischen Umlauf innerhalb des Pulsstre- ckers in den Strahlteiler unter einem dann veränderten Winkel zu den jeweiligen Kristallrichtungen eintritt, gerade besonders ungünstig sein kann. Von dieser Überlegung ausgehend erfolgt erfindungsgemäß die Ausgestaltung bzw. Anordnung eines Strahlteilers hinsichtlich seines Kristallschnitts sowie seiner (Dreh-) Orientierung im optischen System in solcher Weise, dass eine Minimierung einer bei Auftreten von Materialverspannung verursachten Spannungsdoppelbrechung und hiermit einhergehender Störungen der Polarisationseigenschaften der das optische System durchlaufenden elektromagnetischen Strahlung nicht nur für den direkt in den Strahlteiler eintretenden Strahl, sondern auch für einen zunächst am Strahlteiler reflektierten und erst nach Umlauf im optischen System in den Strahlteiler eintreten- den Strahl erzielt wird, so dass insgesamt unerwünschte Störungen der Polarisati- onseigenschaften minimiert werden.

Konkret wird durch die erfindungsgemäße Verwendung eines im [110]-Kristallschnitt hergestellten Strahlteilers sowie eine geeignete (Dreh-) Orientierung erreicht, dass - wie im Weiteren noch veranschaulicht - die Strahlausbreitung im Material des Strahl- teilers sowohl im Falle des direkt eintretenden Strahls als auch im Falle des erst nach Umlauf im optischen System eintretenden Strahl nur geringfügig verkippt ge- gen eine (111 )-Kristallrichtung oder eine im Hinblick auf besagte Minimierung der Spannungsdoppelbrechung gleichermaßen günstige Kristallrichtung (z.B. 11 -1 ) ist.

Im Ergebnis wird auf diese Weise sowohl für den (direkt) durch den Strahlteiler hin- durchtretenden Strahl als auch für den erst nach Umlauf innerhalb des optischen Pulsstreckers in den Strahlteiler eintretenden Strahl erreicht, dass eine im Material des Strahlteilers auftretende mechanische Spannung in möglichst minimalem Aus- maß zu Spannungsdoppelbrechung führt, so dass eine unerwünschte Störung der Polarisationseigenschaften minimiert wird.

Die erfindungsgemäße Konfiguration hat den weiteren Vorteil, dass die erfindungs- gemäße Kristallschnitt- sowie Orientierungsfestlegung robust gegenüber einer Varia- tion der Drehorientierung um 180° bzw. einer Vertauschung von Eintritts- und Aus- trittsfläche ist mit der Folge, dass in fertigungstechnischer Hinsicht eine Kennzeich- nung der entsprechenden Rohlinge lediglich hinsichtlich der Achsenlage einer Kris- tallachse vom (001 )-Typ (z.B. durch Strichkennzeichnung am Rand des jeweiligen Rohlings), nicht jedoch hinsichtlich der entsprechenden Achsenrichtungen zu erfol- gen braucht.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Strahlteiler in dem optischen System derart angeordnet, dass ein in den Strahlteiler durch die Lichteintrittsfläche eintretender Strahl den Strahlteiler unter einem Winkel von weniger als 10° zur (111 )- Kristallrichtung durchläuft.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Strahlteiler in dem optischen System derart angeordnet, dass im Betrieb des optischen Systems ein am Strahlteiler reflektierter Strahl nach Umlauf in dem optischen System in den Strahlteiler eintritt.

Gemäß einer Ausführungsform durchläuft der nach Umlauf in dem optischen System in den Strahlteiler eintretende Strahl den Strahlteiler unter einem Winkel von weniger als 10° zur (11 -1 )- Kri sta 11 ri chtu ng .

Gemäß einer Ausführungsform besitzt der Strahlteiler eine planparallele Geometrie.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Strahlteiler aus einem kubisch kristallinen Material hergestellt.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Strahlteiler aus einem Material hergestellt, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die Magnesiumfluorid (MgF ₂ ), Lithiumfluorid (LiF), Aluminiumfluorid (AIF ₃ ), Kalziumfluorid (CaF ₂ ) und Bariumfluorid (BaF ₂ ) ent- hält.

Gemäß einer Ausführungsform ist das optische System für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 200nm ausgelegt.

Die Erfindung betrifft weiter einen optischen Pulsstrecker zur Verwendung in einem optischen System mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen, sowie eine Laser- lichtquelle, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanla- ge, mit wenigstens einem solchen optischen Pulsstrecker. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unter- ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigefügten Abbildungen dar- gestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigen:

Figur 1-3 schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Ausführungs- form eines in einem erfindungsgemäßen optischen System einge- setzten Strahlteilers; und

Figur 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines im Betrieb eines herkömmlichen Strahlteilers auftretenden Problems.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFUHRUNGSFORMEN

Im Weiteren wird eine Ausführungsform eines in einem erfindungsgemäßen opti- schen System eingesetzten Strahlteilers unter Bezug auf die schematischen Darstel- lungen von Fig. 1-4 erläutert.

Dabei wird im Weiteren vom Einsatz dieses Strahlteilers in einem optischen Puls- strecker (engl.: „Optical Pulse Streicher“) einer Laserlichtquelle wie z.B. einem Argonfluorid-Excimerlaser ausgegangen. Im optischen Pulsstrecker wird ein Teil der elektromagnetischen Strahlung über Umlaufstrecken umgelenkt mit dem Ziel, von der Laserlichtquelle erzeugte Pulse (von z.B. 20ns Pulslänge) in eine Mehrzahl zeit- lich versetzter Teilpulse zu zerlegen und den Puls so auf eine größere Zeitdauer von z.B. (100-150)ns zur Vermeidung einer Degradation nachfolgender optischer Kom- ponenten zu strecken.

Zur Erläuterung und Veranschaulichung des der Erfindung zugrundeliegenden Prob- lems zeigt Fig. 4 in schematischer Darstellung einen Strahlteiler 40 in Form einer planparallelen Platte aus Kalziumfluorid (CaF ₂ ). Der Kristallschnitt wird üblicher- weise nicht willkürlich, sondern in einer bezüglich einer möglichen Ausprägung von Spannungsdoppelbrechung günstigen Orientierung gewählt. Die Festlegung der kristallinen Orientierung kann sowohl den Kristallschnitt als auch die Drehorientie- rung der Platte betreffen. Der Strahlteiler 40 befindet sich in der typischen Einbau- lage unter einem Winkel von 45° zum auftreffenden Strahl 45, wobei der Strahlen- gang sowohl für einen über eine Lichteintrittsfläche 41 durch den Strahlteiler 40 durchtretenden Strahl 46 als auch für einen an der Lichteintrittsfläche 41 reflektierten und zunächst innerhalb des optischen Pulsstreckers umlaufenden Strahl 47 skizziert ist. Der umlaufende Strahl 47 tritt wie in Fig. 4 angedeutet schließlich über eine wei- tere Fläche 42 des Strahlteilers 40 ein.

Ein Strahlverlauf entlang der (111 )-Kristallrichtung führt in für sich bekannter Weise bei im Kristallmaterial vorhandener (z.B. thermisch induzierter) mechanischer Span- nung dazu, dass in geringstem Maße Spannungsdoppelbrechung auftritt.

Von dieser Überlegung ausgehend beinhaltet nun die vorliegende Erfindung das Konzept, durch Einsatz eines unter einem Winkel von 45° zur auftreffenden elektro- magnetischen Strahlung insbesondere innerhalb eines optischen Pulsstreckers einer Laserlichtquelle betriebenen Strahlteilers im [110]-Kristallschnitt dafür Sorge zu tragen, dass sowohl für den (direkt) durchtretenden Strahl als auch für den nach Umlauf im optischen Pulsstrecker eintretenden Strahl ein Strahldurchtritt durch den Strahlteiler nahe einer zur Minimierung von Spannungsdoppelbrechung günstigen Kristallrichtung stattfindet.

Eine solche erfindungsgemäße Konfiguration ist in Fig. 1 veranschaulicht, wobei wiederum ein z.B. aus Kalziumfluorid (CaF ₂ ) hergestellter Strahlteiler 10 von plan- paralleler Geometrie unter einem Winkel von 45° zur auf eine Lichteintrittsfläche 11 des Strahlteilers 10 auftreffenden elektromagnetischen Strahlung angeordnet ist.

Dargestellt in Fig. 1 ist sowohl der schematische Strahlengang für einen über die Lichteintrittsfläche 11 durch den Strahlteiler 10 durchtretenden Strahl 16 als auch für einen an der Lichteintrittsfläche 11 zunächst reflektierten und somit innerhalb des optischen Pulsstreckers zunächst umlaufenden Strahl 17, welcher schließlich erst über eine weitere Fläche 12 in den Strahlteiler 10 eintritt. Der Strahlteiler 10 gemäß Fig. 1 ist im [110]-Kristallschnitt hergestellt und des Weiteren wie ebenfalls aus Fig. 1 ersichtlich hinsichtlich seiner Drehorientierung derart angeordnet, dass die (001 )- Kristallrichtung in einer gemeinsamen Ebene mit dem auf den Strahlteiler 10 einfal- lenden Strahl 15 und dem am Strahlteiler reflektierten umlaufenden Strahl 17 liegt.

Diese Drehorientierung des Strahlteilers 10 impliziert gemäß Fig. 2, dass auch die kristallinen (111 )- und (11 -1 )-Richtungen in der Ebene der Strahlausbreitung liegen und jeweils einen Winkel von 35° zur (110)-Richtung aufweisen.

Diese erfindungsgemäße Konfiguration hat nun zum einen zur Folge, dass der durchtretende Strahl 16 nahe der im Hinblick auf die gewünschte Minimierung von Spannungsdoppelbrechung günstigen (111 )-Kristallrichtung liegt. Des Weiteren hat die erfindungsgemäße Konfiguration jedoch weiter zur Folge, dass auch für den um laufenden Strahl 17 eine im Hinblick auf die Minimierung von Spannungsdoppelbre- chung günstige Konfiguration, nämlich ein Strahlverlauf nahe der (11 -1 )- Kristallrichtung, erzielt wird.

Im Ergebnis wird auf diese Weise sowohl für den (direkt) durch den Strahlteiler 10 hindurchtretenden Strahl als auch für den erst nach Umlauf innerhalb des optischen Pulsstreckers in den Strahlteiler 10 eintretenden Strahl erreicht, dass eine im Mate- rial des Strahlteilers 10 auftretende thermisch induzierte mechanische Spannung in möglichst minimalem Ausmaß zu Spannungsdoppelbrechung führt, so dass eine unerwünschte Störung der Polarisationseigenschaften minimiert wird. Da die erfindungsgemäße Kristallschnitt- sowie Orientierungsfestlegung robust ge- genüber einer Variation der Drehorientierung um 180° bzw. gegenüber einer Vertau- schung von Eintritts- und Austrittsfläche ist, ist - wie in Fig. 3 angedeutet - eine Kennzeichnung der entsprechenden Rohlinge lediglich hinsichtlich der Achsenlage einer Kristallachse vom (001 )-Typ (z.B. durch Strichkennzeichnung am Rand des jeweiligen Rohlings), nicht jedoch hinsichtlich der entsprechenden Achsenrichtungen erforderlich.

Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausfüh- rungsformen, 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 Er- findung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beige- fügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.