DE102004051838A1

DE102004051838A1 - Spiegelanordnung, Verfahren zum Herstellen einer solchen, optisches System und lithographisches Verfahren zur Herstellung eines miniaturisierten Bauelements

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Publication number: DE102004051838A1
Application number: DE102004051838A
Authority: DE
Inventors: Timo Dr. Möller; Dr. Martin Ross-Messemer; Frank Dr. Höller; Sascha Bleidistel
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2003-10-23
Filing date: 2004-10-25
Publication date: 2005-05-25
Also published as: US20060018045A1

Abstract

Spiegelanordnung zur Reflexion elektromagnetischer Strahlung, umfassend: ein Substrat (3) mit einer der zu reflektierenden Strahlung zugewandten Spiegelseite (5), an der eine Spiegelfläche (11) bereitgestellt ist, und einer von der Spiegelseite (5) abgewandten Rückseite (7) und eine an der Rückseite (7) des Substrats (3) angebrachte Aktuatoranordnung zur Erzeugung von Deformationen des Spiegelkörpers, wobei die Aktuatoranordnung wenigstens eine mit einem Bereich der Rückseite (7) des Substrats (3) flächig verbundene aktive Schicht (13) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine aktive Schicht (13) an wenigstens zwei mit Abstand voneinander angeordneten Orten (I, II) innerhalb des Bereichs verschiedene Schichtdicken (b¶1¶, b¶2¶) aufweist, wobei die wenigstens eine aktive Schicht wenigstens ein ferroelektrisches Material oder/und ein piezoelektrisches Material oder/und ein magnetostriktives Material oder/und ein elektrostriktives Material oder/und eine Formgedächtnislegierung umfaßt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spiegelanordnung zur Reflexion elektromagnetischer Strahlung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Spiegelanordnung. Die Erfindung betrifft ferner ein optisches System mit einer Spiegelanordnung sowie ein lithographisches Verfahren, das ein Belichtungssystem verwendet.
Die Spiegelanordnung weist eine Spiegelfläche auf, deren Geometrie die optischen Eigenschaften des Spiegels bestimmt. Die Spiegelanordnung kann in ein optisches System integriert sein und dort einen Strahlengang des Systems bestimmen. Das optische System kann insbesondere ein Objektiv sein, wie es in lithographischen Schritten zur Abbildung einer Maske auf eine photoempfindliche Schicht bei der Herstellung miniaturisierter Bauelemente, insbesondere bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen, eingesetzt wird.
Ein Erfolg solcher optischer Systeme hängt unter anderem davon ab, mit welcher Genauigkeit die Form der Spiegelfläche der Spiegelanordnung einer vorbestimmten Form der Spiegelfläche entspricht.

Aus US 5,986,795 ist eine Spiegelanordnung bekannt, deren Spiegelfläche deformierbar ist, um die optischen Eigenschaften des Spiegels variabel zu gestalten und diese ins besondere an gewünschte optische Eigenschaften anpassen zu können. Hierzu umfaßt die herkömmliche Spiegelanordnung ein Substrat mit einer der zur reflektierenden Strahlung zugewandten Spiegelseite, an der eine Spiegelfläche bereitgestellt ist, und einer von der Spiegelseite abgewandten Rückseite. Ferner ist eine Reaktionsplatte mit Abstand von der Rückseite angeordnet, und zwischen dem Substrat und der Reaktionsplatte ist eine Mehrzahl von mit Abstand voneinander angeordneten Aktuatoren vorgesehen, welche mit ihrem einen Ende an dem Substrat und mit ihrem anderen Ende an der Reaktionsplatte gehalten sind. Durch Betätigen der Aktuatoren ist es möglich, das Substrat und damit die Spiegelfläche gezielt zu deformieren. Ferner ist bei der herkömmlichen Anordnung vorgesehen, die Dicke des Substrats und die Dicke der Reaktionsplatte über den Querschnitt der Spiegelfläche nicht konstant zu halten sondern die Dicken variabel auszulegen, um die Biegecharakteristik des Substrats zu beeinflussen.

Die herkömmliche Anordnung ist kompliziert im Hinblick auf deren Aufbau mit der Vielzahl von Aktuatoren und im Hinblick auf die Ansteuerung der Aktuatoren während des Betriebs.

Ferner ist es bekannt, deformierbare Spiegelanordnungen dadurch bereitzustellen, daß auf einer Rückseite eines eine Spiegelfläche bereitstellenden Substrats eine piezoelektrische Schicht angebracht ist. Durch Auslösen eines Piezoeffekts in dieser Schicht ist dann die Spiegelfläche deformierbar. Hierbei kann allerdings eine Biegecharakteristik der Spiegelfläche nicht an eine gewünschte Charakteristik angepaßt werden.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Spiegelanordnung vorzuschlagen, welche eine deformierbare Spiegelfläche aufweist und welche hinsichtlich einer Biege charakteristik der Spiegelfläche bei Aktuatorbetätigung an eine gewünschte Charakteristik anpaßbar ist. Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System mit einer solchen Spiegelanordnung vorzuschlagen. Weiterhin ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein lithographisches Verfahren zur Herstellung eines miniaturisierten Bauelements vorzuschlagen.

Hierzu geht die Erfindung aus von einer Spiegelanordnung zur Reflexion elektromagnetischer Strahlung, welche ein Substrat mit einer der zu reflektierenden Strahlung zugewandten Spiegelseite, an der eine Spiegelfläche bereitgestellt ist, und einer von der Spiegelseite abgewandten Rückseite und einer an der Rückseite des Substrats angebrachte Aktuatoranordnung zur Erzeugung von Deformationen des Spiegelkörpers umfaßt, wobei die Aktuatoranordnung wenigstens eine mit einem Bereich der Rückseite des Substrats flächig verbundene aktive Schicht umfaßt.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die aktive Schicht an wenigstens zwei mit Abstand voneinander angeordneten Orten innerhalb des Bereichs verschiedene Schichtdicken aufweist. Aufgrund der lokal unterschiedlichen Schichtdicken der aktiven Schicht stellt der Aktuator auch lokal unterschiedliche Betätigungskräfte zur Deformation des Substrats bereit. Durch eine geeignete Wahl der Schichtdickenverteilung der aktiven Schicht auf dem Substrat ist es somit möglich, eine Deformationskraftverteilung des Aktuators an dem Substrat einzustellen.

Zwischen den beiden mit Abstand voneinander angeordneten Orten ändert sich die Schichtdicke vorzugsweise kontinuierlich und stetig. Die aktive Schicht kann insbesondere aus einem Material gefertigt sein, welches ein ferroelektrisches Material oder/und ein piezoelektrisches Material oder/und ein magnetostriktives Material oder/und ein elektrostriktives Material oder/und eine Formgedächtnislegierung oder auch andere geeignete Materialien umfaßt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung unterscheiden sich die Schichtdicken an den beiden Orten um mehr als 1 %. Ferner können die Schichtdicken auch größere Unterschiede an den beiden Orten aufweisen, wie beispielsweise 2 %, 3 %, 4 %, 5 %, 6 %, 7 %, 8 %, 9 % oder mehr.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die wenigstens eine aktive Schicht eine rotationssymmetrische Verteilung der Schichtdicke bezüglich einer Symmetrieachse auf. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist eine Verteilung der Schichtdicke der aktiven Schicht rotationsunsymmetrisch.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Verteilung der Schichtdicke im wesentlichen durch ein einziges Zernike-Polynom repräsentierbar. Mit einer derartigen Verteilung der Schichtdicke ist es möglich, mit der Spiegelfläche Wellenfrontänderungen einzustellen, welche ebenfalls dem entsprechenden Zernike-Polynom entsprechen, wenn der Spiegel in der Pupille steht, beziehungsweise Polynomen entsprechen, die durch die Position des Spiegels und durch das Transferverhalten des optischen Systems bestimmt werden. Derartige Wellenfrontänderungen sind in optischen Systemen zur Kompensation von Abbildungsfehlern wünschenswert. Alternativ zu der Beschreibung der Verteilung der Schichtdicke auf der Basis von Zernike-Polynomen sind auch andere geeignete Funktionensysteme denkbar, wie zum Beispiel Splines, Tschebyscheff-Polynome, modulare Beschreibungen, Freiflächenformen, etc..

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist auch das Substrat innerhalb des Bereichs an mit Abstand voneinander angeordneten Orten verschiedene Substratdicken auf. Die Substratdicken unterscheiden sich gemäß einer Ausführungsform hierbei um mehr als 1 % an den beiden mit Abstand voneinander angeordneten Orten. Auch größere Unterschiede, wie beispielsweise 2 %, 3 %, 4 %, 5 %, 6 %, 7 %, 8 %, 9 %, 10 %, 11 %, 12 %, 13 %, 14 % oder mehr sind vorgesehen.

Gemäß einer Ausführungsform ist die aktive Schicht mittels einer Haftvermittlungsschicht mit dem Substrat flächig fest verbunden. Die Haftvermittlungsschicht kann einen Klebstoff, ein Lot, ein Eutektikum, eine Paste und andere Schichten umfassen. Gemäß einer Ausführungsform hierbei stellt die Haftvermittlungsschicht auch eine Elektrodenschicht zur Erregung der aktiven Schicht bereit. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist ergänzend zu der Haftvermittlungsschicht auch noch eine Elektrodenschicht als weitere Schicht zwischen der aktiven Schicht und dem Substrat angeordnet.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Aktuatoranordnung eine Mehrzahl von übereinander geschichteten aktiven Schichten, welche paarweise miteinander flächig fest verbunden sind.

Die Elektrodenschicht kann eine sich über den Bereich der Rückseite des Substrats zusammenhängend erstreckende Schicht sein. Alternativ hierzu ist die Elektrodenschicht eine in Teilelektroden strukturierte Elektrodenschicht, wobei die Teilelektroden nebeneinander angeordnet sind und voneinander im wesentlichen elektrisch isoliert sind. Gemäß einer Ausführungsform hierbei sind die Teilelektroden in einem hexagonalen Muster angeordnet, wobei das hexagonale Muster auch durch Zusammenfassung von Gruppen von Teilelektroden gebildet sein kann.

Ferner sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Spiegelanordnung zur Reflexion elektromagnetischer Strahlung vor, wobei das Verfahren umfaßt:
Bereitstellen eines Substrats,
Aufbringen eines pastösen Prekursormaterials auf eine Rückseite des Substrats und Verteilen des Prekursormaterials zu einer Schicht derart, daß eine Dicke der Schicht an wenigstens zwei mit Abstand voneinander angeordneten Orten verschiedene Schichtdicken aufweist, und
Sintern der Schicht des pastösen Prekursormaterials zu einer aktiven Schicht.

Gemäß einer Ausführungsform umfaßt das Verteilen einer Rotation des Substrates mit dem aufgebrachten Prekursormaterial um eine Symmetrieachse derart, daß sich die verschiedenen Schichtdicken als ein Gleichgewicht zwischen Zentrifugalkraft und Schwerkraft an den verschiedenen Orten des Prekursormaterials einstellen. Ferner kann auch die Viskosität des Prekursormaterials eine Kraft bereitstellen, welche Einfluß auf die Gestalt der Oberfläche bzw. die Schichtdicken hat.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfaßt das Verteilen ein Aufdrücken eines Stempels. Eine Stempelfläche des Stempels ist hierbei vorzugsweise derart geformt, daß das Eindrücken des Stempels in das Prekursormaterial dieses in dem Bereich verteilt und die gewünschten Schichtdicken sich entsprechend der Oberflächenform der Stempelfläche einstellen.

Die Erfindung sieht ferner ein optisches System vor, welches eine Mehrzahl optischer Elemente umfaßt, wobei wenigstens eines der optischen Elemente eine der vorangehend erläuterten Spiegelanordnungen umfaßt.

Das optische System kann ein katadioptrisches System sein, welches neben der wenigstens einen Spiegelanordnung auch noch wenigstens eine refraktive Linse als optisches Element umfaßt. Ferner kann das optische System ein rein reflektives optisches System sein, welches Linsen nicht umfaßt.

Gemäß einer Ausführungsform umfaßt das optische System ein Objektiv eines Lithographiesystems zum Abbildung einer musterbildenden Struktur (Reticle) auf eine strahlungsempfindliche Schicht (Resist), welche auf einem Substrat (Wafer) vorgesehen ist.

Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein lithographisches Verfahren zur Herstellung eines miniaturisierten Bauelements mit einem Belichtungssystem bereitgestellt, umfassend: Anordnen einer abzubildenden musterbildenden Struktur in einen Bereich einer Objektebene einer abbildenden Optik des Belichtungssystems; Anordnen eines eine photoempfindliche Schicht tragenden Substrats in dem Bereich einer Bildebene der abbildenden Optik und Belichten von Bereichen des Substrates mit Bildern der musterbildenden Struktur unter Verwendung des Belichtungssystems; dadurch gekennzeichnet, daß das Belichtungssystem eine Mehrzahl von optischen Elementen umfaßt, und wobei wenigstens eines der optischen Elemente eine wie oben beschriebene Spiegelanordnung umfasst.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt
1 bis 5 jeweils eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung,
6 bis 8 Schritte von Herstellungsverfahren für Spiegelanordnungen,
9a und 9b Höhenlinien einer Dickenverteilung einer aktiven Schicht bei weiteren Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Spiegelanordnungen,
10 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung mit mehreren aktiven Schichten,
11 ein Beispiel für ein Muster aus Teilelektroden zur Erregung der aktiven Schicht bei einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung,
12 ein optisches System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
13 ein Belichtungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Ausführung eines lithographisches Verfahren für eine Herstellung eines miniaturisierten Bauelements mit einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung.
In 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung 1 schematisch im Schnitt dargestellt. Die Spiegelanordnung 1 umfaßt ein Substrat 3 aus einem Glasmaterial, wie etwa Zerodur, welches einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Auch beliebige andere geeignete Substrate sind einsetzbar, wie beispielsweise ein Substrat aus Silizium. Das Glassubstrat 3 weist eine Vorderseite 5 und eine Rückseite 7 auf. Die Vorderseite 5 und die Rückseite 7 sind in ihrer Gestalt rotationssymmetrisch bezüglich einer Achse 9. Die Vorderseite 5 trägt die Spiegelfläche 11, d.h. die Fläche, welche die optischen Eigenschaften der Spiegelanordnung 1 bestimmt. Hierzu kann die Vorderseite 5 des Substrats 3 metallisiert sein, um eine metallisch spiegelnde Spiegelfläche 11 bereitzustellen. Es ist auch möglich, die Vorderseite 5 mit mehreren Schichten eines dielektrischen Mediums zu versehen, um die Spiegelfläche 11 durch eine Schichtstruktur bereitzustellen.
Die Rückseite 7 des Substrats 3 ist fest mit einer aktiven Schicht 13 aus einem Piezomaterial, wie etwa Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) verbunden. Auch die Schicht 13 aus Piezomaterial ist rotationssymmetrisch bezüglich der Achse 9, wobei deren von dem Substrat abgewandte Rückseite 15 eine Planfläche ist.
Die Vorderseite 5 des Substrats 3 bzw. die Spiegelfläche 11 weist eine konkave parabolförmige Gestalt auf. Eine gleiche Gestalt weist die Rückseite 7 des Substrats 3 auf, so daß an einem jeden Ort des Substrats dieses eine gleiche Dicke (a₁, a₂) aufweist.
Eine Dicke der Schicht 13 aus Piezomaterial ist allerdings ortsabhängig. So weist dieses an einem Ort I eine Dicke b₁ auf, welche größer ist als eine Dicke b₂ an einem Ort II.
Zur Betätigung der Schicht 13 als Aktuator wird an eine zwischen dem Substrat 3 und der Schicht 13 vorgesehene Elektrode 12 sowie an eine weitere an der Rückseite 15 der Schicht 13 vorgesehene Elektrode 14 ein von einer gesteuerten Spannungsquelle 16 erzeugtes elektrisches Potential angelegt, so daß aufgrund des piezoelektrischen Effekts in der Schicht 13 diese eine mechanische Kraft erzeugt, welche zur Deformation des Substrats samt der Spiegelfläche 11 führt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Elektroden 12 und 14 über die gesamte Fläche der aktiven Schicht 13 sich durchgehend erstreckende Flächenelektroden. Die Elektrode 12 bildet hierbei auch eine Haftvermittlungsschicht zwischen dem Substrat 3 und der aktiven Schicht 13. Hierzu kann die Elektrode 12 bzw. Haftvermittlungsschicht durch eine Goldpaste gebildet sein.
Diese Deformation ist bestimmt durch die Dicke und Steifigkeit des Substrats 3, die Dicke und Steifigkeit der Schicht 13 aus Piezomaterial, und die Ortsabhängigkeit der Dicke der Schicht 13. Von der ortsabhängigen Dicke der Schicht 13 ist die Ortsabhängigkeit der Piezokraft bestimmt.
Nachfolgend werden weitere Varianten der anhand der 1 erläuterten Ausführungsform beschrieben. Hierbei sind Komponenten, die hinsichtlich ihrer Funktion oder ihres Aufbaus Komponenten der 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern wie in der 1 versehen, zur Unterscheidung jedoch durch einen Buchstaben ergänzt.
Die in 2 gezeigte Spiegelanordnung 1a unterscheidet sich von der Spiegelanordnung der 1 dadurch, daß das Substrat 3a ebenfalls eine ortsabhängige Dicke aufweist. So sind an zwei Orten I und II Dicken a₁ bzw. a₂ des Substrats unterschiedlich.
Die geometrischen Verhältnisse der Spiegelanordnung sind in 2 und auch in den übrigen Figuren rein schematisch dargestellt und lassen keine Rückschlüsse auf die tatsächlichen Geometrien zu. Insbesondere sind Krümmungen der einzelnen Flächen der Spiegelanordnung, wie etwa der Flächen 11a, 7a und 15a übertrieben dargestellt.
Realistische Werte für Abmessungen der Spiegelanordnung sind nachfolgend beispielhaft für die in 2 gezeigte Spiegelanordnung 1a angegeben: 50 mm < r < 500 mm; a₁ > a₂/2, a₂ > r/10, insbesondere a₂ > r/5, und weiter bevorzugt a₂ > r/2.5; b₁ < 0.5 mm; b₁ > b₂ > 0.05 mm, wobei der Ort I einen Abstand 0.75 r von der Achse 9a und der Ort II einen Abstand r/4 von der Achse 9a aufweist, wobei r ein Radius bezüglich der Achse 9a ist.
Die in 3 gezeigte Spiegelanordnung 1b unterscheidet sich von der in 2 gezeigten Spiegelanordnung 1a im wesentlichen dadurch, daß die Rückseite 15b der Schicht 13b aus Piezomaterial nicht eine Planfläche ist sondern eine konkave Fläche. Hierdurch wird die Ortsabhängigkeit der Dicke der Schicht 13b noch verstärkt. An dem Ort I ist die Dicke b₁ der Schicht 13b wesentlich größer als an dem Ort II.
Bei der in 4 gezeigten Spiegelanordnung 1c ist die Dicke des Substrats 3c ortsabhängig und an einem bezüglich der Achse 9c radial außen liegendem Ort I größer als an einem radial innen liegenden Ort II. Die Dicke der Schicht 13c aus Piezomaterial ist hingegen im wesentlichen konstant.
Die in 5 gezeigte Spiegelanordnung 1d unterscheidet sich von der in 2 gezeigten Spiegelanordnung 1a im wesentlichen dadurch, daß die Rückseite 7d der Schicht 3d eine Planfläche ist und die Rückseite 15d der Schicht 13d aus Piezomaterial nicht eine Planfläche ist.
In 6 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Spiegelanordnung erläutert, wobei beispielsweise die in den 1 bis 5 gezeigten Spiegelanordnungen durch das anhand der 6 erläuterte Verfahren herstellbar sind.
Das Verfahren nutzt eine Form 21, in welche zu Beginn des Verfahrens (6a) das Substrat 3 eingelegt wird. Die Form ist um eine Achse 9 drehbar und weist eine Ringwand 23 auf.
Auf die Rückseite 7 des Substrats 3 wird zu Beginn des Verfahrens ein Patzen 25 aus PZT-Paste, dem Prekursormaterial der herzustellenden piezoelektrischen Schicht 13, aufgebracht. Sodann wird die Form 21 um die Achse 9 in Drehung versetzt, so daß sich der Patzen 25 aus PZT-Paste auf der Rückseite 7 des Substrats 3 ausbreitet (6b). Sodann überdeckt die PZT-Paste 25 die gesamte Rückseite 7 des Substrats 3 und stößt an die Wand 23 der Form 21 innen an (6c). Nach einiger Zeit wird sich die Oberfläche 15 der PZT-Paste 25 als eine stabile konkave Fläche einstellen, deren Geometrie bestimmt ist durch ein Gleichgewicht zwischen der auf die PZT-Paste 25 wirkenden Fliehkraft aufgrund der Rotation, welche versucht, die PZT-Paste 25 nach radial außen zu treiben, um damit die Dicke der Pastenschicht auf dem Substrat 3 radial außen zu erhöhen, und der Gravitationskraft, welche der Erhöhung der Dicke der PZT-Paste 25 radial außen entgegenwirkt. Die Gestalt der Oberfläche 15 wird damit nach einer Zeit eine Parabelgestalt annehmen.
Sodann wird die PZT-Paste 25 erwärmt (Pfeile 27 in 6d sollen Wärmestrahlung darstellen), so daß sich die PZT-Paste 25 in einem einsetzenden Sinterprozeß verfestigt und schließlich die Schicht 13 aus Piezomaterial der zu fertigenden Spiegelanordnung bildet. Die piezoelektrische Schicht 13 weist damit eine ortsabhängige Dickenverteilung auf, welche durch die in dem vorliegenden Beispiel plane Gestalt der Rückseite 7 des Substrats 3 und die durch das Zusammenwirkung aus Fliehkraft und Gravitationskraft bei Rotation gestaltete Rückseite 15 bestimmt ist. Die Gestalt der Rückseite 7 kann aber auch konkav oder konvex sein.
7 zeigt eine Variante zur Herstellung einer piezoelektrischen Schicht mit ortsabhängiger Dicke. Hierzu ist wiederum das Substrat 3 in einer Form 21 mit einer Ringwand 23 angeordnet. Auf der Rückseite 7 des Substrats 3 ist das pastöse Prekursormaterial für die piezoelektrische Schicht verteilt. Ein Stempel 30 mit einer vorbestimmten geometrischen Gestalt einer Stempelfläche 33 paßt in die Form und wird in diese gedrückt, um das Profil der PZT-Paste 25 zu formen. Diese wird danach gesintert.
In einer weiteren Variante zur Herstellung einer piezoelektrischen Schicht mit ortsabhängiger Dicke wird eine sogenannte Mandrel-Technik eingesetzt. Ein polierter und mit Gold (Au) bedampfter Stempel mit einer vorbestimmten geometrischen Gestalt einer Stempelfläche paßt in eine Form und wird in diese gedrückt, um eine Gestalt einer Oberfläche einer PZT-Paste 25 zu formen. Die PZT-Paste 25 wird danach bei etwa 400°C bis 900°C gesintert, wobei der Stempel in Kontakt mit der PZT-Paste verbleibt. In einem anschließenden Abkühlprozeß löst sich die aufgedampfte Goldschicht (Au) in dem Stempel ab und bleibt an der gesinterten aktiven Schicht haften, weil ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Stempels größer ist als ein Wärmeausdehnungskoeffizient der gesinterten aktiven Schicht. Eine Temperatur, bei der eine solche Ablösung der Goldschicht von dem Stempel stattfindet, kann empirisch bestimmt werden, und in einem Bereich um diese Temperatur wird vorzugsweise eine Temperaturabkühlrate, mit welcher der Stempel und die gesinterte Schicht in dem Abkühlprozeß abgekühlt werden, besonders gering gehalten, so daß sich innere Spannungen in den abgekühlten Materialien möglichst gleichmäßig verteilen.
8 zeigt eine weitere Variante zur Herstellung einer Spiegelanordnung, welche ähnlich arbeitet, wie die anhand der 5 erläuterte Variante. Hierbei ist die Rückseite 7 des Substrats 3 nicht als Planfläche ausgebildet sondern als eine konkave Ringfläche, so daß das Substrat 3 eine ortsabhängige Dicke aufweist. Durch Rotation um eine Symmetrieachse 9 des Substrats 3 wird wiederum pastöses Prekursormaterial für die piezoelektrische Schicht auf der Rückseite des Substrats 3 verteilt.
In 9a ist eine Draufsicht auf eine aktive Schicht 15e einer Spiegelanordnung 1e gezeigt. Hierbei repräsentieren Linien 31 und 32 Höhenlinien einer Dickenverteilung der aktiven Schicht. Anders als in den vorangehend erläuterten Ausführungsformen ist die Dickenverteilung der aktiven Schicht 13e der Spiegelanordnung 1e nicht rotationssymmetrisch zu einer Achse. Vielmehr repräsentieren die Höhenlinien 31 eine reduzierte Dicke der aktiven Schicht, und die Höhenlinien 32 repräsentieren eine erhöhte Dicke der aktiven Schicht. Damit ist eine Symmetrie der Dickenverteilung eine zweizählige Symmetrie um eine Achse 9e, wobei Hauptachsen dieser Symmetrie in 9a mit den Bezugszeichen 35 und 34 versehen sind. Die durch die Höhenlinien 31, 32 repräsentierte Dickenverteilung entspricht einem Zernike-Polynom U_nm mit n = 4 und einem m = 1. Eine andere Dickenverteilung einer aktiven Schicht 15g ist in 9b gezeigt. Hierbei repräsentieren Linien 31b und 32b, ähnlich wie oben beschrieben, Höhenlinien einer Dickenverteilung der aktiven Schicht 13g. Die Höhenlinien 31b repräsentieren eine reduzierte Dicke der aktiven Schicht, und die Höhenlinien 32b repräsentieren eine erhöhte Dicke der aktiven Schicht. Damit ist eine Symmetrie der Dickenverteilung eine zweizählige Symmetrie um eine Achse 9g, wobei Hauptachsen dieser Symmetrie in 9b mit den Bezugszeichen 35b und 34b versehen sind. Die durch die Höhenlinien 31b, 32b repräsentierte Dickenverteilung entspricht einem Zernike-Polynom U_nm mit n = 2 und m = 0. Hintergrundinformation zu Zernike- Polynomen kann beispielsweise aus Kapitel 13 des Buches "Optical Shop Testing" von Daniel Malacara, 2^nd Edition, John Wiley & Sons, Inc. 1992 gewonnen werden. Die oben gewählte Notation U_nm entspricht der Notation aus dem Buch von Malacara.
Eine derartige Dickenverteilung erzeugt bei einer entsprechenden Erregung der aktiven Schicht eine Deformation der Spiegelfläche, welche wiederum durch ein Zernike-Polynom repräsentierbar ist, so daß auch Wellenfronten des von der Spiegelfläche reflektierten Lichts eine entsprechende Wellenfrontdeformation erfahren. Die mit der Spiegelfläche der Spiegelanordnung 1e erzeugte Deformation kann damit zur gezielten Erzeugung oder Kompensation eines Astigmatismus' in einem optischen System dienen.
Die anhand der 9a erläuterte Dickenverteilung der aktiven Schicht kann beispielsweise mit dem anhand der 7 erläuterten Verfahren erzeugt werden, wenn die Stempelfläche 33 vorab mit einer Oberflächengestalt gefertigt wurde, welche der gewünschten Dickenverteilung der aktiven Schicht entspricht.
Die anhand der 9a erläuterte Dickenverteilung ist lediglich beispielhaft. Es können auch andere Dickenverteilungen gewählt werden, welche anderen Zernike-Polynomen entsprechen. Ferner können auch Dickenverteilungen völlig anderer Gestalt und Natur Einsatz finden, so zum Beispiel Dickenverteilungen, welche durch andere Arten von Polynomen einfach darstellbar sind, wie etwa Tschebyscheff-Polynome oder Spline-Funktionen.
10 zeigt einen den 1 bis 5 entsprechenden Schnitt durch eine Spiegelanordnung 1f, welche zwei aktive Schichten 13f₁ und 13f₂ aufweist, welche übereinander geschichtet auf einem Substrat 3f aufgebracht sind, welches eine Spiegelfläche 11f bereitstellt. Zwischen dem Substrat 3f und der aktiven Schicht 13f ist eine durchgehende Elektrode 12f vorgesehen, zwischen den aktiven Schichten 13f₁ und 13f₂ ist eine strukturierte Elektrode 14f₁ vorgesehen, um durch Potentialdifferenzen zwischen der Elektrode 12f und den Teilelektroden der Elektrodenschicht 14f₁ die aktive Schicht 13f₁ zu erregen. Auf die aktive Schicht 13f₂ ist dann schließlich eine in Teilelektroden strukturierte Elektrodenschicht 14f₂ aufgetragen, um durch Potentialdifferenzen zwischen dieser und den Teilelektroden der Elektrodenschicht 14f₁ die aktive Schicht 13f₂ zu erregen.
Eine Struktur der Elektrodenschicht 14f₁ ist in 11 schematisch dargestellt. Die Elektrodenschicht 14f₁ umfaßt eine Vielzahl von Teilelektroden 41, welche voneinander elektrisch isoliert sind und durch eine in den 10 und 11 nicht dargestellte Steuerung unabhängig voneinander mit einem elektrischen Potential versorgt werden können. Das Muster, in dem die Teilelektroden 41 in der Fläche angeordnet sind, ist folgendermaßen strukturiert: Achtzehn Teilelektroden lassen sich zu einem Sechseck 43 gruppieren. Die Sechsecke 43 sind als regelmäßiges hexagonales Muster in der Fläche angeordnet. Ein jedes Sechseck 43 ist in sechs regelmäßige Dreiecke 44 unterteilbar, wobei ein jedes der Dreiecke 44 drei Teilelektroden 41 enthält, welche die Form eines Drachenvierecks aufweisen. Es hat sich gezeigt, daß die Auslegung der Elektrodenschicht in ein solches Muster von Teilelektroden besonders vorteilhaft bei der Ansteuerung der Deformation der Spiegelfläche ist. Durch die Möglichkeit, die Teilelektroden unabhängig voneinander anzusteuern, ist ein zusätzlicher Freiheitsgrad bei der Einstellung gewünschter Deformationen der Spiegelfläche gegeben.
12 zeigt ein optisches System 100, welches ein in einer Objektebene 101 angeordnetes Reticle auf einen in einer Bildebene 103 des optischen Systems 100 angeordneten Wafer abbildet. Das optische System ist ein rein reflektives optisches System mit mehreren Spiegeln M1, M2, M3, M4, M5 und M6, um einen Strahlengang des Systems bereitzustellen. Hierbei ist der Spiegel M6 ein Spiegel mit einer deformierbaren Oberfläche, wobei ein Aktuator des Spiegels M6 eine aktive Schicht aus Piezomaterial umfaßt, welches eine nicht konstante Dickenverteilung aufweist.
Hintergrundinformation zu dem in der 12 gezeigten optischen System kann beispielsweise aus der EP 0 779 528 A2 erhalten werden. Neben dem Einsatz des deformierbaren Spiegels in einem rein reflektiven optischen System ist auch ein Einsatz des deformierbaren Spiegels in einem katadioptrischen System vorgesehen. Hintergrundinformation zu katadioptrischen Abbildungssystemen kann beispielsweise aus US 6,229,647 B1 und EP 1 069 448 B1 gewonnen werden. Hierbei ist es möglich, die Deformation der Spiegelfläche derart vorzusehen, daß durch die Deformation erzeugte Wellenfrontdifferenzen durch Zernike-Polynome repräsentierbar sind. In diesem Fall eignet sich der deformierbare Spiegel dann besonders gut zur Kompensation von Abbildungsfehlern des optischen Systems. Es ist jedoch auch möglich, hiervon abweichende Deformationen der Spiegelfläche vorzusehen. Beispiele hierfür sind Kompensationen von nichthomogenen strahlungsinduzierten Wärmeeinträgen in einen Spiegel. Dann wird die Dickenverteilung der aktiven Schicht vorzugsweise derart eingestellt, daß sie auf den ortsabhängigen strahlungsinduzierten Wärmeeintrag derart abgestimmt ist, daß, bei entsprechender Ansteuerung des Aktuators, eine durch den Wärmeeintrag induzierte Deformation der Spiegelfläche kompensierbar ist. Auch andere durch die Strahlung induzierte Effekte, wie beispielsweise Compaction, Lens Heating oder dergleichen, sind hierdurch kompensierbar.
Ein Beispiel für eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spiegelanordnung zeigt 13, welche ein Belichtungssystem wie es bei der Herstellung miniaturisierter Bauelemente, wie zum Beispiel Halbleiterschaltkreisen, eingesetzt wird: Ein Belichtungssystem 200 umfaßt eine Beleuchtungsvorrichtung 201, eine Projektionsoptik 209, eine Steuervorrichtung 16g, einen Sensor 217, sowie ein Reticle 203 und ein Substrat mit einer lichtempfindlichen Schicht oder Wafer 221. Die Beleuchtungsvorrichtung 201 beleuchtet das Reticle 203, so daß ein entsprechend dem Muster des Reticles hindurchgehender Strahl 205 in der Projektionsoptik 209 von mindestens einer Linse 207 so geformt ist, daß er auf einen Spiegel 211 fällt, von diesem in einen Strahl 205' reflektiert wird, und schließlich auf die erfindungsgemäße Spiegelanordnung 1g fällt. Die erfindungsgemäße Spiegelanordnung formt den Strahl 205' bei einer wie zuvor beschrieben eingestellten Deformation der Spiegeloberfläche und reflektiert, so daß er als Strahl 219 auf den Spiegel 211 fällt. Dieser wird von dem Spiegel 211 auf mindestens eine Linse 215 reflektiert, die den Strahl 219' formt und aus der Projektionsoptik 209 heraustreten läßt, um das Reticle 203 auf der Oberfläche des Wafers 221 abzubilden. Zur Steuerung der erfindungsgemäßen Spiegelanordnung ist ein schematisch angedeuteter Wellenfrontsensor 217 vorgesehen, welcher Abweichungen von Wellenfronten des aus der Projektionsoptik austretenden Strahls von einer Soll-Gestalt dieser Wellenfronten erfaßt. In Abhängigkeit von den erfaßten Wellenfrontabweichungen steuert eine Steuerung 16g die Spiegelanordnung 1g mit der aktiven Schicht an, um die Abweichungen der Wellenfronten zu reduzieren.
Um bei dem vorangehend erläuterten Ausführungsbeispiel gemäß 6 oder 8 die Gestalt der piezoelektrischen Schicht möglichst genau einzustellen sollte beim Drehen der Form eine Drehgeschwindigkeit ω möglichst genau eingehalten werden, so daß Schwankungen Δω der Drehgeschwindigkeit klein sind, zum Beispiel Δω/ω ≤ 10^-8. Hierzu kann beispielweise eine Lackschleuder verwendet werden, wie sie beim Beschichten von Halbleiterwafern mit Photolacken zum Einsatz kommt.
Neben der Aufbringung des Piezomaterials als Prekursormaterial auf das Substrat ist es auch möglich, Piezokeramik direkt auf das Substrat aufzubringen (Direktapplikation). Auch ist es möglich, zwischen dem Substrat und der Piezoschicht Haftvermittler vorzusehen, wie etwa Pasten, insbesondere eine Gold-Paste, einen Kleber oder ein Lot. Auch kann die Piezoschicht durch Schleifen in Form gebracht werden. Das Schleifen kann an der fertigen Keramik oder an einem Grünling derselben durchgeführt werden. Die Piezokeramik kann durch ein beliebiges Herstellungsverfahren für Keramik gebildet werden, wie beispielsweise einen Sol-Gel-Prozeß.
In den vorangehend geschilderten Ausführungsformen besteht die aktive Schicht aus einem piezoelektrischen Material. Es ist jedoch auch möglich, andere aktive Materialien zur Herstellung der aktiven Schicht zu verwenden, beispielsweise ein ferroelektrisches Material, ein piezoelektrisches Material, ein magnetostriktives Material, ein elektrostriktives Material oder eine Formgedächtnislegierung. Magnetorestriktive Materialien können beispielsweise auf der Basis von Seltenerdmetall-Eisen-Legierungen, zum Beispiel Terfenol oder Terfenol-D, gebildet sein, und elektrostriktive Materialien können beispielsweise auf der Basis von Blei-Magnesium-Niobat, zum Beispiel PMN oder Lanthanum-Zirkonat-Titanat, etwa PLZT, gebildet sein. Diese Materialien können genauso wie in den vorangehend geschilderten Ausführungsbeispielen eingesetzt werden, um die erfindungsgemäß geformte aktive Schicht zu bilden. Weitere Informationen zu den geeigneten aktiven Materialien können der Dissertation "Ein Beitrag zur Untersuchung von Bimorphspiegeln für die Präzisionsoptik", von Timo Richard Möller, erschienen im Shaker Verlag 2002, ISBN 3-8322-0555-1 entnommen werden.
Zusammengefaßt, umfaßt eine Spiegelanordnung zur Reflexion elektromagnetischer Strahlung: ein Substrat mit einer der zu reflektierenden Strahlung zugewandten Spiegelseite, an der eine Spiegelfläche bereitgestellt ist, und einer von der Spiegelseite abgewandten Rückseite, und eine an der Rückseite des Substrats angebrachte Aktuatoranordnung zur Erzeugung von Deformationen des Spiegelkörpers, wobei die Aktuatoranordnung wenigstens eine mit einem Bereich der Rückseite des Substrats flächig verbundene aktive Schicht umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine aktive Schicht an wenigstens zwei mit Abstand voneinander angeordneten Orten innerhalb des Bereichs verschiedene Schichtdicken aufweist, wobei die wenigstens eine aktive Schicht wenigstens ein ferroelektrisches Material oder/und ein piezoelektrisches Material oder/und ein magnetostriktives Material oder/und ein elektrostriktives Material oder/und eine Formgedächtnislegierung umfaßt.

Claims

Spiegelanordnung zur Reflexion elektromagnetischer Strahlung, umfassend: ein Substrat (3) mit einer der zu reflektierenden Strahlung zugewandten Spiegelseite (5), an der eine Spiegelfläche (11) bereitgestellt ist, und einer von der Spiegelseite (5) abgewandten Rückseite (7), und eine an der Rückseite (7) des Substrats (3) angebrachte Aktuatoranordnung zur Erzeugung von Deformationen des Spiegelkörpers, wobei die Aktuatoranordnung wenigstens eine mit einem Bereich der Rückseite (7) des Substrats (3) flächig verbundene aktive Schicht (13) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine aktive Schicht (13) an wenigstens zwei mit Abstand voneinander angeordneten Orten (I, II) innerhalb des Bereichs verschiedene Schichtdicken (b₁, b₂) aufweist, wobei die wenigstens eine aktive Schicht wenigstens ein ferroelektrisches Material oder/und ein piezoelektrisches Material oder/und ein magnetostriktives Material oder/und ein elektrostriktives Material oder/und eine Formgedächtnislegierung umfaßt.
Spiegelanordnung nach Anspruch 1, wobei die Schichtdicken an den beiden Orten sich um mehr als 1 %, vorzugsweise mehr als 2 %, vorzugsweise mehr als 3 %, vorzugsweise mehr als 4 %, vorzugsweise mehr als 5 %, vorzugsweise mehr als 6 %, vorzugsweise mehr als 7 %, vorzugsweise mehr als 8 %, vorzugsweise mehr als 9 %, vorzugsweise mehr als 10 %, vorzugsweise mehr als 11 %, vorzugsweise mehr als 12 %, vorzugsweise mehr als 13 %, vorzugsweise mehr als 14 %, und weiter vorzugsweise mehr als 15 % unterscheiden.
Spiegelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die wenigstens eine aktive Schicht (13) bezüglich einer Symmetrieachse (9) eine rotationssymmetrische Verteilung der Schichtdicke (b₁, b₂) aufweist.
Spiegelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die wenigstens eine aktive Schicht (13) eine Verteilung der Schichtdicke (b₁, b₂) aufweist, welche bezüglich eines jeden Punktes auf der aktiven Schicht rotationsunsymmetrisch bezüglich einer jeden durch den Punkt sich erstreckenden Geraden ist.
Spiegelanordnung nach Anspruch 4, wobei die Verteilung der Schichtdicke im wesentlichen durch ein einziges Zernike-Polynom repräsentierbar ist.
Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Substrat (3) an wenigstens zwei mit Abstand voneinander angeordneten Orten (I, II) innerhalb des Bereichs verschiedene Substratdicken (a₁, a₂) aufweist.
Spiegelanordnung nach Anspruch 6, wobei die Substratdicken an den beiden Orten sich um mehr als 1 %, vorzugsweise mehr als 2 %, vorzugsweise mehr als 3 %, vorzugsweise mehr als 4 %, vorzugsweise mehr als 5 %, vorzugsweise mehr als 6 %, vorzugsweise mehr als 7 %, vorzugsweise mehr als 8 %, vorzugsweise mehr als 9 %, vorzugsweise mehr als 10 %, vorzugsweise mehr als 11 %, vorzugsweise mehr als 12 %, vorzugsweise mehr als 13 %, vorzugsweise mehr als 14 %, und weiter vorzugsweise mehr als 15 % unterscheiden.
Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Aktuatoranordnung eine einzige erste aktive Schicht umfaßt, welche mittels einer Haftvermittlungsschicht mit dem Bereich der Rückseite des Substrats flächig fest verbunden ist.
Spiegelanordnung nach Anspruch 8, wobei zwischen der ersten aktiven Schicht und dem Substrat eine Elektrodenschicht zur Erregung der ersten aktiven Schicht angeordnet ist.
Spiegelanordnung nach Anspruch 9, wobei die Elektrodenschicht durch die Haftvermittlungsschicht bereitgestellt ist.
Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Aktuatoranordnung eine Mehrzahl von übereinander geschichteten aktiven Schichten umfaßt, welche miteinander flächig fest verbunden sind.
Spiegelanordnung nach Anspruch 11, wobei eine dem Substrat am nächsten angeordnete erste aktive Schicht der Mehrzahl von übereinander geschichteten aktiven Schichten mittels einer Haftvermittlungsschicht mit dem Bereich der Rückseite des Substrats flächig fest verbunden ist.
Spiegelanordnung nach Anspruch 12, wobei zwischen der ersten aktiven Schicht und dem Substrat eine Elektrodenschicht zur Erregung der ersten aktiven Schicht angeordnet ist.
Spiegelanordnung nach Anspruch 13, wobei die Elektrodenschicht durch die Haftvermittlungsschicht bereitgestellt ist.
Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei zwischen wenigsten einem Paar einander benachbarten Schichten der Mehrzahl von übereinander geschichteten aktiven Schichten eine Elektrodenschicht zur Erregung wenigstens einer Schicht des Paars einander benachbarter Schichten angeordnet ist.
Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 9, 13 und 15, wobei die Elektrodenschicht eine über den Bereich der Rückseite des Substrats sich zusammenhängend erstreckende Schicht ist.
Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 9, 13 und 15, wobei die Elektrodenschicht eine Mehrzahl von Teilelektroden umfaßt, welche über dem Bereich der Rückseite des Substrats nebeneinander angeordnet sind und voneinander im wesentlichen elektrisch isoliert sind.
Spiegelanordnung nach Anspruch 17, wobei die Mehrzahl von Teilelektroden in einem hexagonalen Muster angeordnet sind.
Spiegelanordnung nach Anspruch 17, wobei die Mehrzahl von Teilelektroden zu Gruppen derart zusammenfaßbar sind, daß durch die Gruppen gebildete Elektrodenbereiche in einem hexagonalen Muster angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung einer Spiegelanordnung zur Reflexion elektromagnetischer Strahlung, insbesondere einer Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei das Verfahren umfaßt: Bereitstellen eines Substrats, Aufbringen eines pastösen Prekursormaterials auf eine Rückseite des Substrats und Verteilen des Prekursormaterials zu einer Schicht derart, daß eine Dicke der Schicht an wenigstens zwei mit Abstand voneinander angeordneten Orten verschiedene Schichtdicken aufweist, Sintern der Schicht des pastösen Prekursormaterials zu einer aktiven Schicht.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Verteilen eine Rotation des Substrats mit dem aufgebrachten Prekursormaterial um eine Symmetrieachse umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, wobei das Verteilen ein Aufdrücken wenigstens eines Stempels umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei eine auf das pastöse Prekursormaterial aufdrückende Oberfläche des wenigstens einen Stempels wenigstens eine konkaven Bereich und einen konvexen Bereich aufweist.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die auf das pastöse Prekursormaterial aufdrückende Oberfläche des wenigstens einen Stempels eine Mehrzahl von konkaven Bereichen oder/und eine Mehrzahl von konvexen Bereichen aufweist.
Optisches System mit einer Mehrzahl von optischen Elementen, wobei wenigstens eines der optischen Elemente eine Spiegelanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19 umfaßt.
Optisches System mit einer Mehrzahl von optischen Elementen, wobei wenigstens eines der optischen Elemente eine nach dem Verfahren gemäß einem der An sprüche 20 bis 24 hergestellte Spiegelanordnung umfaßt.
Optisches System nach Anspruch 25 oder 26, wobei wenigstens eines der optischen Elemente eine refraktive Linse umfaßt.
Optisches System nach Anspruch 25 oder 26, wobei das System ausschließlich Spiegel als optische Elemente umfaßt.
Optisches System nach einem der Ansprüche 25 bis 28, ferner umfassend eine Halterung für eine abzubildende Struktur, insbesondere ein Reticle, in einer Objektebene des optischen Systems und eine Halterung für ein zu belichtendes Substrat, insbesondere einen Wafer, in einer Bildebene des optischen Systems.
Lithographisches Verfahren zur Herstellung eines miniaturisierten Bauelements mit einem Belichtungssystem, umfassend: Anordnen einer abzubildenden musterbildenden Struktur in einen Bereich einer Objektebene einer abbildenden Optik des Belichtungssystems; Anordnen eines eine photoempfindliche Schicht tragenden Substrats in dem Bereich einer Bildebene der abbildenden Optik und Belichten von Bereichen des Substrates mit Bildern der musterbildenden Struktur unter Verwendung des Belichtungssystems; dadurch gekennzeichnet, daß das Belichtungssystem eine Mehrzahl von optischen Elementen umfaßt, und wobei wenigstens eines der optischen Elemente eine Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 29 umfaßt.