DE10127086A1 - Vorrichtung zur Reflexion von elektromagnetischen Wellen - Google Patents

Vorrichtung zur Reflexion von elektromagnetischen Wellen

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Abstract

Eine Vorrichtung dient zur Reflexion von elektromagnetischen Wellen, insbesondere in einem Längenbereich kleiner als 200 nm. Sie weist einen Spiegelträger (1) aus einem Material mit wenigstens annähernd verschwindender Wärmeausdehnung und wenigstens einer auf diesem Spiegelträger (1) aufgebrachten reflektierenden Schicht (3) auf. Zwischen dem Spiegelträger (1) und der reflektierenden Schicht (3) ist eine Zwischenschicht (2) aus einem Material angebracht, welches so ausgebildet ist, daß sich seine Oberflächenrauheit nach Strahlbearbeitungsverfahren nicht signifikant erhöht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reflexion von elek­ tromagnetischen Wellen, insbesondere in einem Wellenlängenbe­ reich kleiner 200 nm, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Ver­ fahren zur Herstellung einer derartigen Vorrichtung zur Refle­ xion von elektromagnetischen Wellen.
Aus der DE 198 30 449 A1 ist ein aus Kristall bestehendes Spie­ gelsubstrat bekannt, welches mit einer amorphen Schicht in der Größenordnung von 1 bis 100 µm versehen ist, welche eine weit­ aus höhere Politurqualität als das Spiegelsubstrat selbst er­ laubt. Die Verwendung eines derartigen Spiegels ist dabei in EUV-Projektionsbelichtungsanlagen vorgesehen.
Im allgemeinen ist es bekannt, daß Spiegel in EUV-Anlagen, bei­ spielsweise EUV-Lithographiesystemen, eine sehr gute Feinpasse (figure) aufweisen müssen, was bedeutet, daß die Fehler im niedrigen Ortsfrequenzbereich bei EUV (Ortswellenlängen ≧ 1 mm) klein sind. Des weiteren müssen derartige Spiegel geringe Rau­ heiten im mittleren Ortsfrequenzbereich (MSFR: mid spatial fre­ quency roughness; bei EUV Ortswellenlängen typischerweise zwi­ schen 1 µm-1 und 1 mm-1) aufweisen. Als weiteres ist bekannt, daß ein Teil des einfallenden Lichts von den an sich bekannten und üblichen Multilayerreflexschichten, den sogenannten Distri­ buted Bragg Reflectors (DBR), absorbiert und in Wärme umgewan­ delt wird.
Damit nun die Oberflächenform des Spiegels im Betrieb unter diesen thermischen Belastungen stabil bleibt, muß ein Material mit möglichst geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten als Trä­ germaterial für derartige Spiegel eingesetzt werden. Insbeson­ dere seien hier glaskeramische Materialien genannt, welche sich aus mehreren Komponenten verschiedener Wärmeausdehnungskoeffi­ zienten zusammensetzen, so daß das Material makroskopisch kei­ nen oder einen verschwindenden Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Als Beispiel hierfür können die unter den Markennamen ZERODUR® oder Clear Ceram® vertriebenen Materialien gelten.
Neben diesen im Bereich von derartigen Spiegeln zu erfüllenden Erfordernissen muß außerdem im Bereich der hohen Ortsfrequenzen (HSFR: high spatial frequency roughness; bei EUV: Ortswellen­ längen ≦ 1 µm), um eine entsprechende Reflektivität im EUV- Bereich der auf die Spiegeloberfläche aufzubringenden Multilay­ er sicherzustellen, eine sehr geringe Rauhigkeit von ca. 0,1 nm rms der Oberfläche sichergestellt werden.
Die geforderte HSFR im Bereich von ca. 0,1 nm rms kann gemäß dem gegenwärtigen Stand der Technik mit Superpolierverfahren auf verschiedenen Materialien, wie Quarzglas, ULE, Silizium oder auch auf Glaskeramiken, wie ZERODUR® oder Clear Ceram®, erreicht werden. Allerdings weisen diese Superpolierverfahren den Nachteil auf, daß zumindest bei Verwendung von asphärischen Spiegeln im allgemeinen die Feinpasse und unter Umständen auch die längerwelligen MSFR-Anteile wieder verschlechtert werden, so daß den Superpolierverfahren ein Feinkorrekturprozeß nachge­ schaltet werden muß.
Insbesondere bei der Verwendung von glaskeramischen Materiali­ en, wie ZERODUR®, bei welchem Kristallite mit entsprechendem Wärmeausdehnungskoeffizient in eine amorphe Matrix mit einem anderen Wärmeausdehnungskoeffizient eingebettet sind, führt ein Feinkorrekturverfahren, insbesondere auf der Basis von Ionen­ strahlbearbeitung, zu einer gravierenden Verschlechterung der HSFR.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Reflexion von elektromagnetischen Wellen, insbesondere in einem Wellenlängenbereich kleiner als 200 nm, zu schaffen, welche ei­ nen Spiegelträger aus einem Material mit wenigstens annähernd verschwindendem Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, wobei die oben genannten Nachteile hinsichtlich der Vergrößerung der HSFR nach einer Feinkorrektur mit Strahlbearbeitungsverfahren vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung mit den im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
Durch die Zwischenschicht, welche nach einer Verwendung von Strahlbearbeitungsverfahren, wie beispielsweise IBF (Ion Beam Figuring), die vor der Strahlbearbeitung vorhandene Oberflä­ chengüte hinsichtlich HSFR beibehält, kann erreicht werden, daß bei einem Spiegelträger aus einem Material mit annähernd ver­ schwindender Wärmeausdehnung eine Korrektur mit den sehr genau und kontrollierbar arbeitenden Strahlbearbeitungsverfahren er­ möglicht wird, ohne daß sich die Oberfläche des Spiegelträgers dabei vor dem Aufbringen der reflektierenden Schicht in soweit verschlechtert, daß eine Einbuße an Reflektivität befürchtet werden muß.
Den Erfindern hat sich nämlich gezeigt, daß bei der Bearbeitung von derartigen Materialien mit verschwindender Wärmeausdehnung, welche nach dem derzeit bekannten Stand der Technik überwiegend aus zumindest im mikroskopischen Bereich aus zwei oder mehrpha­ sigen Gemischen bestehen, eine unterschiedlich starke Abtragung der einzelnen Bestandteile durch Strahlbearbeitungsverfahren erfolgt, so daß sich die Oberflächenrauheit, die zuvor über Su­ perpolitur-Verfahren erreicht wurde, nach der Strahlbearbeitung wiederum verschlechtert.
Die Zwischenschicht aus einem homogenen Material läßt dagegen die Strahlbearbeitung ohne Qualitätseinbußen hinsichtlich HSFR zu, so daß Korrekturen im Rahmen der Schichtdicke der Zwischen­ schicht problemlos möglich sind, ohne dabei die Oberflächenrau­ heit des Spiegelträgers selbst zu verschlechtern.
Bei besonders günstigen Ausgestaltungen der Erfindung besteht die Zwischenschicht dabei bei Lichtwellenlängen im sichtbaren Bereich aus reflektierendem Material, insbesondere aus Silizi­ um.
In einer Zwischenschicht aus Silizium wird zusätzlich erreicht, daß, so hat sich in Versuchen gezeigt, die Oberflächenqualität hinsichtlich HSFR gegenüber der Oberflächenqualität der ur­ sprünglichen unter der Zwischenschicht liegenden Oberfläche durch die Strahlbearbeitung des Siliziums nochmals verbessert werden kann. Damit lassen sich HSFR-Qualitäten erreichen, wel­ che deutlich unter 0,1 nm rms liegen. Derartige Vorrichtungen zur Reflexion von elektromagnetischen Wellen sind damit auch für elektromagnetische Wellen mit einer Wellenlänge im Bereich von 10 bis 20 nm sehr gut geeignet, im Zusammenhang mit den an sich bekannten Multilayer-Reflexschichten eine sehr hohe Re­ flektivität zu erreichen.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, welche die oben genannte Aufgabe erfüllt, ist durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 8 näher definiert.
Das Verfahren sieht dabei vor, daß in einem ersten Schritt mit an sich bekannten Polier- bzw. Superpolierverfahren Oberflä­ chenrauheiten realisiert werden, welche kleiner oder zumindest gleich 0,25 bis 0,1 nm rms sind. Beim nächsten Verfahrens­ schritt wird dann auf den superpolierten Spiegelträger die ent­ sprechende Zwischenschicht aufgebracht.
Da nun bei Superpolitur-Verfahren sehr häufig geringe Fehler im Bereich der Feinpasse oder des längerwelligen MSFR auftreten können, werden diese Fehler über Strahlbearbeitungsverfahren der Oberflächenform des Spiegelträgers in der Zwischenschicht korrigiert. Diese Zwischenschicht muß dabei hinsichtlich ihrer Schichtdicke so ausgestaltet werden, daß bei den Strahlbearbei­ tungsverfahren die Oberfläche des eigentlichen Spiegelträgers nicht mitbearbeitet wird.
Auf die so bearbeitete, hinsichtlich der Oberflächenform, der Passe sowie MSFR und HSFR den entsprechenden Erfordernissen ge­ nügende Oberfläche des Spiegelträgers wird in einem letzten Verfahrensschritt eine reflektierende Schicht, insbesondere als an sich bekannte Multilayerschicht, aufgebracht.
Somit ist man erstmals in der Lage Strahlbearbeitungsverfahren zur effektiven Beeinflussung der Oberflächenform hinsichtlich Passe und MSFR bei Spiegelträgern mit verschwindender Wärmeaus­ dehnung, welche üblicherweise aus einer Glaskeramik, mit zumin­ dest im mikroskopischen Bereich mehrphasigen Gemisch, bestehen, einzusetzen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen und dem anhand der Zeichnung nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiel.
Die einzige beigefügte Figur zeigt einen schematischen Quer­ schnitt durch einen Teil eines Spiegelträgers mit stark über­ höht dargestellter Beschichtung.
Der Ausschnitt zeigt einen Teil eines prinzipmäßig dargestell­ ten Spiegelträgers 1 mit einer stark überhöht dargestellten Zwischenschicht 2 und einer reflektierenden Schicht 3, welche insbesondere als an sich bekannte Multilayerschicht (Distributed Bragg Reflectors/DBR) ausgebildet ist. Um hohen Anforderungen hinsichtlich der thermischen Stabilität, bei­ spielsweise den Anforderungen in EUV-Lithographieobjektiven ge­ recht zu werden, muß der Spiegelträger 1 aus einem Material ausgebildet sein, welches eine zumindest annähernd verschwin­ dende Wärmeausdehnung hat, um durch Erwärmungen, welche auf­ grund von von dem Multilayer 3 absorbierter Strahlung unver­ meidbar sind, hinsichtlich der Abbildungsqualität unbeeinflußt zu bleiben.
Neben diesen Anforderungen hinsichtlich der Wärmeausdehnung muß der Spiegelträger 1 an seiner später die Multilayerschicht 3 tragenden Oberfläche 4 sehr hohe Anforderungen hinsichtlich der Passe bzw. Feinpasse, welche für die Abbildungsgüte verantwort­ lich ist, hinsichtlich der MSFR (mid spatial frequency roug­ hness), welche für Streueffekte und Kontrast verantwortlich ist und hinsichtlich der HSFR (high spatial frequency roughness), welche für die Reflektivität verantwortlich ist, aufweisen. Um im Bereich von Wellenlängen unterhalb von 200 nm, beispielswei­ se mit Röntgenwellen im Bereich von λ = 10-20 nm, arbeiten zu können, muß beispielsweise der Wert der HSFR deutlich kleiner als 0,5 nm rms, bevorzugt 0,2 nm rms sein, besonders bevorzugt 0,1 nm rms sein.
Durch herkömmliche Superpolierverfahren sind derartige Oberflä­ chenqualitäten hinsichtlich HSFR durchaus zu erzielen. Bei Spiegeln, insbesondere bei asphärischen Spiegeln, leiden durch diese Superpolierverfahren jedoch die Feinpasse sowie länger­ wellige Bereiche der MSFR.
Nun liegt der Versuch nahe, diese Fehler im Bereich der Fein­ passe und der längerwelligen MSFR durch Strahlbearbeitungsver­ fahren, insbesondere durch IBF (Ion Beam Figuring) zu korrigie­ ren, da diese Verfahren in anderen Bereichen der Optik für ähn­ liche Korrekturen der Passe bereits eingesetzt werden.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei den für den Spiegelträger 1 eingesetzten Materialien mit wenigstens annähernd verschwinden­ der Wärmeausdehnung bei der Strahlbearbeitung eine gravierende Verschlechterung der HSFR auftritt.
Die für den Spiegelträger 1 in Frage kommenden Materialien sind überwiegend Glaskeramiken oder andere Materialien, welche zu­ mindest im mikroskopischen Bereich aus verschiedenen Phasen, mit jeweils unterschiedlicher Wärmeausdehnung, aufgebaut sind. Diese verschiedene Phasen bzw. verschiedenen Materialien rea­ gieren jedoch unterschiedlich stark, also mit einer unter­ schiedlich großen Abtragungsrate auf die Bearbeitung mittels IBF oder vergleichbaren Strahlbearbeitungsverfahren.
Beispielsweise bei dem unter dem Markennamen ZERODUR vertriebe­ nen Material, welches aus einer Glasmatrix mit darin eingebet­ teten Kristalliten besteht, zeigt, daß über IBF die Kristalli­ te, welche eine Größe von circa 50 nm aufweisen, aus dem sie umgebenden Material "herauspräpariert" werden. Die Oberflächen­ qualität der Oberfläche 4 hinsichtlich HSFR wird dadurch gra­ vierend verschlechtert.
Durch die Zwischenschicht 2 kann dieses Problem gelöst werden. Dazu wird die Oberfläche 4 in an sich bekannter Weise mittels Superpolierverfahren auf die entsprechenden Oberflächenanforde­ rungen, beispielsweise HSFR = 0,1 nm rms, superpoliert. Danach folgt der Auftrag der Zwischenschicht 2, welche in einer ver­ gleichsweise dünnen Schichtstärke aufgetragen wird, beispiels­ weise zwischen 100 nm und 10 µm Schichtstärke, so daß die ther­ mische Ausdehnung der Zwischenschicht im Vergleich zum Spiegel­ substrat vernachlässigbar ist.
Als Verfahren zum Aufbringen der Zwischenschicht können übliche Beschichtungsverfahren verwendet werden, wobei sich Sputtern als besonders geeignet und hinsichtlich der Prozeßführung, wel­ che wiederum für die Abbildung der Qualität der Oberfläche 4 in der Oberfläche 5 verantwortlich ist, gut zu handhaben, heraus­ gestellt hat.
Über Strahlbearbeitungsverfahren kann nun eine Korrektur hin­ sichtlich Feinpasse und längerwelliger MSFR der Zwischenschicht 2 erfolgen, so daß eine Oberfläche 5 der Zwischenschicht 2 nach diesem Bearbeitungsverfahren alle Spezifikationen und Anforde­ rungen hinsichtlich thermischer Ausdehnung, Passe, MSFR und HSFR erfüllt.
Auf diese Oberfläche 5 der Zwischenschicht 2 kann dann der an sich bekannte Multilayer 3 als Reflexionsschicht aufgebracht werden.
Die Materialeigenschaften der Zwischenschicht 2 müssen so aus­ gewählt werden, daß das Material der Zwischenschicht auf Strahlbearbeitungsverfahren durch einen sehr gleichmäßigen Ab­ trag reagiert. Die Zwischenschicht 2 kann dazu beispielsweise aus siliziumhaltigen Materialien wie Quarzglas oder dergleichen bestehen. Auch die Verwendung von Silizium selbst oder Metallen ist denkbar. Aufgrund der Anforderung, daß die Passe der Ober­ fläche 5 mit Interferometern meßbar sein sollte, sind sicher­ lich opake Materialien zu bevorzugen, da diese keine störenden Interferenzen aus ihrer Schichtstärke verursachen und somit durch interferometrische Meßmethoden besser zu erfassen sind.
Besonders günstige Ergebnisse, so hat sich gezeigt, ergeben sich bei der Verwendung von Silizium für die Zwischenschicht 2. Silizium reagiert aufgrund seines sehr homogenen Aufbaus sehr positiv auf Strahlbearbeitungsverfahren, insbesondere auf IBF. Die HSFR von IBF bearbeiteten Siliziumschichten läßt sich durch die IBF-Bearbeitung gegenüber der HSFR der unter der Silizium­ schicht angebrachten Schicht noch steigern, so daß bei Verwen­ dung einer Siliziumschicht eine weitere Verbesserung in der Oberfläche 5 gegenüber der Oberfläche 4 hinsichtlich HSFR zu erzielen ist.
Die Zwischenschicht 2 stellt damit also eine die HSFR der Ober­ fläche 4 konservierende Schicht oder bei der Verwendung von Si­ lizium wie in der oben genannten Art sogar weiter verbessernde Schicht dar.
Grundlegend ließe sich jedoch auch bei der Verwendung von Schichten, welche die HSFR grob beibehalten oder zumindest nur sehr geringfügig nach der Berarbeitung von IBF verschlechtern, ein weiteres Superpolierverfahren der Zwischenschicht 2 zum Er­ zielen der gewünschten Qualität der Oberfläche 5 einsetzen.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Reflexion von elektromagnetischen Wellen, insbesondere in einem Wellenlängenbereich kleiner 200 nm, mit einem Spiegelträger aus einem Material mit wenigstens annähernd verschwindender Wärmeausdehnung und wenigstens einer auf diesem Spiegelträger aufgebrachten reflektieren­ den Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Spie­ gelträger (1) und der reflektierenden Schicht (3) eine Zwi­ schenschicht (2) aus einem Material, welches so ausgebildet ist, daß sich seine Oberflächenrauheit nach Strahlbearbei­ tungsverfahren nicht signifikant erhöht, angebracht ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegelträger (1) aus einem glaskeramischen Material mit eingebetteten Kristalliten besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Zwischenschicht (2) zwischen 100 nm und 10 µm liegt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zwischenschicht (2) aus einem siliziumhaltigen Material besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (2) aus Silizium besteht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (2) aus Quarzglas besteht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zwischenschicht (2) aus Metall besteht.
8. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Reflexion von elektromagnetischen Wellen, insbesondere in einem Wel­ lenlängenbereich kleiner 200 nm, mit einem Spiegelträger aus einem Material mit wenigstens annähernd verschwindender Wärmeausdehnung und wenigstens einer auf diesem Spiegelträ­ ger aufgebrachten reflektierenden Schicht, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in einem ersten Verfahrensschritt der Spie­ gelträger (1) auf Oberflächenrauheiten im Ortsfrequenzbe­ reich kleiner/gleich 1µ-1 kleiner/gleich 0,25 nm rms su­ perpoliert wird; in einem zweiten Verfahrensschritt auf den superpolierten Spiegelträger (1) eine Zwischenschicht (2) aufgebracht wird; in einem dritten Verfahrensschritt eine Korrektur der Oberflächenform des Spiegelträgers (1) über Strahlbearbeitungsverfahren durchgeführt wird; und in einem vierten Verfahrensschritt die reflektierende Schicht (3), insbesondere als Multilayerschicht, auf den Spiegelträger (1) aufgebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß we­ nigstens einmal zwischen dem dritten und dem vierten Ver­ fahrensschritt eine erneute Politur durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlbearbeitungsverfahren IBF (Ion Beam Figuring) eingesetzt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zwischenschicht (2) über Sputtern auf den Spiegelträger (1) aufgebracht wird.
12. Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zwischenschicht (2) über Elektronenstrahlver­ dampfung auf den Spiegelträger (1) aufgebracht wird.
13. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einem Objektiv für die EUV-Lithographie.
14. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Reflektionsmaske für die EUV-Lithographie.
15. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einem Objektiv für die EUV-Mikroskopie.
16. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einem Objektiv für die EUV-Astronomie.
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