DE102006062480A1

DE102006062480A1 - Optisches Element mit hydrophober Beschichtung, Projektionsobjektiv und Projektionsbelichtungsanlage damit

Info

Publication number: DE102006062480A1
Application number: DE102006062480A
Authority: DE
Inventors: Stephan Dr. Six; Michael Dr. Lill; Rüdiger Dr. Düsing; Bernhard Gellrich; Michael Widmann; Andreas Schubert; Tilmann Von Papen
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2008-07-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Element (1) aus einem für Wellenlängen im UV-Bereich transparenten Material, auf dem eine hydrophobe Beschichtung (6, 7) aufgebracht ist. Die hydrophobe Beschichtung (6, 7) ist außerhalb des optisch freien Durchmessers des optischen Elementes (1) gebildet und die hydrophobe Beschichtung (6, 7) weist zumindest eine UV-beständige und bevorzugt UV-Strahlung bei eine Wellenlänge von weniger als 260 nm absorbierende Schicht (6) auf.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein optisches Element aus einem für Wellenlängen im UV-Bereich transparenten Material, auf dem eine hydrophobe Beschichtung aufgebracht ist, sowie ein Projektionsobjektiv und eine Projektionsbelichtungsanlage für die Immersionslithographie mit einem solchen optischen Element.
Die Benetzung von optischen Elementen mit Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, hat in der Regel negative Auswirkungen auf deren optische Eigenschaften. Durch die Benetzung können sich beispielsweise kontaminierende Stoffe wie Salze auf deren Oberflächen ausbilden. Um eine Benetzung von optischen Elementen mit Wasser zu vermeiden oder um Wasser schnell von diesen zu entfernen ist es bekannt, optische Elemente mit hydrophoben Beschichtungen zu versehen.
So ist in der JP 2003-161806 A ein optisches Element mit einer Antireflex-Beschichtung beschrieben, bei dem eine wasserabweisende Schicht in einem unbeschichteten Bereich des Glassubstrates geformt ist. Die wasserabweisende Schicht kann hierbei der Antireflex-Beschichtung benachbart oder an einem Seitenrand des Glassubstrats gebildet sein. Hierdurch soll vermieden werden, dass sich Feuchtigkeit in dem Zwischenraum zwischen dem optischen Element und einer diesem zugeordneten Haltestruktur festsetzt.
In der US 5,494,712 ist ein Verfahren zum Aufbringen einer Schicht eines Polymers auf ein Substrat zur Verringerung von dessen Benetzung durch Wasser beschrieben. Die Schicht besteht bevorzugt aus einer oder mehreren Organo-Silizium-Verbindungen, z. B. Silanen oder Siloxanen, und wird mittels PECVD („plasma enhanced chemical vapor deposition") aufgebracht.
Die Problematik der Benetzung spielt auch in der Mikrolithographie, speziell bei der Immersions-Lithographie, eine Rolle. In der Mikrolithographie werden zur Herstellung von Halbleiter-Bauelementen Strukturen auf einer Maske mittels eines Projektionsobjektivs in verkleinerndem Maßstab auf ein lichtempfindliches Substrat abgebildet. Um die für derartige Anwendungen erforderliche hohe Auflösung zu erreichen, wird Beleuchtungsstrahlung eingesetzt, welche im UV-Wellenlängenbereich typischerweise unterhalb von 250 nm liegt. Um eine weitere Erhöhung der Auflösung und Tiefenschärfe zu erreichen, ist bei der Immersions-Lithographie zwischen dem letzten optischen Element des Projektionsobjektivs und dem lichtempfindlichen Substrat eine Flüssigkeit, üblicherweise destilliertes Wasser, zur Erhöhung der Brechzahl eingebracht. Hierbei wird das letzte optische Element zumindest teilweise von Wasser benetzt, weshalb dort vermehrt hydrophobe, Wasser-resistente Beschichtungen zum Einsatz kommen.
Aus der JP 2005-268759 A ist eine optische Komponente bekannt geworden, welche in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Immersions-Lithographie angeordnet und an zumindest einer Oberfläche der Belichtungsstrahlung ausgesetzt ist. Auf der Oberfläche befindet sich eine Haftvermittlerschicht aus Siliziumdioxid (SiO₂), Magnesiumfluorid (MgF₂) oder Calciumfluorid (CaF₂), auf der eine wasserabweisende Schicht angebracht ist, die aus einem amorphen Fluorpolymer besteht.
Die JP11-149812 beschreibt ein optisches Element, bei dem auf ein reflexionsverstärkendes oder reflexionsverminderndes Mehrfachschichtsystem eine hydrophobe Schutzschicht – bevorzugt aus einem Fluorpolymer – zum Schutz gegen das Eindringen von Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft aufgebracht ist. Die Dicke der Schutzschicht beträgt zwischen 1 nm und 10 nm, um eine zu starke Absorption der Strahlung durch das Fluorpolymer bei Wellenlängen von weniger als 250 nm zu vermeiden.
Problematisch bei der Verwendung von hydrophoben Schichten in solchen Systemen ist es, dass diese durch die UV-Strahlung, welche im Betrieb von dem optischen Element transmittiert wird, geschädigt bzw. zerstört werden können. Auch verschlechtern sich ggf. durch die UV-Bestrahlung die hydrophoben Eigenschaften der Beschichtung, sodass diese im Extremfall hydrophile Eigenschaften ausbilden kann.
Die EP 0895113 A2 beschreibt eine Baugruppe, welche aus einem Halter und einem mittels eines Klebers verklebten Bauteil besteht, das im ultravioletten Spektralbereich transmittiert. Der Kleber ist durch UV-Licht aushärtbar und zwischen dem transparenten Bauteil und dem Kleber ist im Bereich des Klebers eine dünne Schicht aufgebracht, die Licht in einem zur Aushärtung des Klebers geeigneten Spektralbereich transmittiert und UV-Licht aus einem Nutz-Spektralbereich innerhalb des vom transparenten Bauteil transmittierten Spektralbereichs hochgradig reflektiert oder absorbiert, wodurch der Kleber vor UV-Strahlung in diesem Wellenlängenbereich geschützt wird.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Element für UV-Anwendungen mit einer dauerhaften hydrophoben Beschichtung auszustatten, wodurch die optischen Eigenschaften des optischen Elements verbessert werden.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein optisches Element der eingangs genannten Art, bei dem die hydrophobe Beschichtung außerhalb eines freien optischen Durchmessers des optischen Elementes gebildet ist, und bei dem die hydrophobe Beschichtung zumindest eine UV-beständige und bevorzugt UV-Strahlung bei einer Wellenlänge von weniger als 260 nm absorbierende Schicht aufweist.
Unter dem freien optischen Durchmesser eines optischen Elementes wird der Bereich verstanden, durch den Strahlung gerichtet hindurchtritt, d. h. derjenige Bereich, welcher z. B. bei einer Linse zur Abbildung beiträgt. Der optisch freie Durchmesser kann hierbei insbesondere durch den Bereich der Oberfläche festgelegt sein, an dem die Linsenoberfläche poliert ist, wohingegen der Bereich außerhalb dieses Durchmessers eine unpolierte, matte und damit rauhe Oberfläche besitzt.
Die Erfinder haben erkannt, dass auch eine Benetzung des optischen Elements außerhalb des optisch freien Durchmessers sich negativ auf dessen optische Eigenschaften auswirken kann, und zwar durch das Entstehen von Verdunstungskälte aufgrund der Benetzung. Hierdurch bildet sich in dem benetzten Bereich eine Wärmesenke, die sich negativ auf das Temperaturgleichgewicht des optischen Elements auswirken kann und beispielsweise bei Linsen als optischen Elementen zu unerwünschten Abbildungsfehlern führt. Dieses Problem tritt insbesondere an matten Oberflächen, d. h. insbesondere außerhalb des optisch freien Durchmessers auf, da an matten Oberflächen die Flüssigkeit schlechter abläuft als an polierten Flächen.
Weiterhin haben die Erfinder erkannt, dass auch außerhalb des freien optischen Durchmessers die hydrophobe Beschichtung durch UV-Strahlung geschädigt werden kann, und zwar durch in dem optischen Element bei der Belichtung entstehendes Streulicht, weshalb die hydrophobe Beschichtung zumindest eine UV-beständige Schicht aufweist. Die hydrophobe Beschichtung kann hierbei entweder nur aus einer einzigen UV-beständigen, hydrophoben Schicht bestehen; bevorzugt kann mit Hilfe einer UV-beständigen Schicht, welche UV-Licht absorbiert, eine weitere, hydrophobe Schicht vor UV-Strahlung aus dem optischen Element geschützt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist auf dem optischen Element eine reflexionsvermindernde Beschichtung aufgebracht, wobei die hydrophobe Beschichtung in einem unbeschichteten Bereich des optischen Elements angeordnet ist, bevorzugt benachbart zu der reflexionsvermindernden Beschichtung. Die Antireflexbeschichtung ist in der Regel zumindest im Bereich des freien optischen Durchmessers einer Linse aufgebracht und besteht üblicherweise aus mehreren Schichten, bei denen sich Materialien mit hohen und mit niedrigem Brechungsindex abwechseln. Bevorzugte Beispiele für Antireflexbeschichtungen sind in der PCT/EP2006/005630 der Anmelderin angegeben, welche durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die UV-beständige Schicht für UV-Strahlung unterhalb einer Wellenlänge von 260 nm, bevorzugt unterhalb von 200 nm undurchlässig. Üblicherweise liegt die in Immersions-Belichtungsanlagen verwendete Wellenlänge der UV-Strahlung – bedingt durch die zur Verfügung stehenden Lichtquellen – bei 248 nm bzw. 193 nm. Somit liegt die Absoptionskante der UV-beständigen Schicht oberhalb der Arbeitswellenlänge der Belichtungsanlage, wodurch eine auf diese Schicht aufgebrachte, nicht vollständig UV-beständige und hydrophobe Schicht vor dieser Strahlung geschützt werden kann. Weiterhin bietet die undurchlässige Schicht auch Schutz vor UV-Strahlung während des sog. „UV-Brennens" der gegenüberliegenden Linsenoberfläche, die bei dieser Reinigungsmethode intensiver UV-Strahlung ausgesetzt wird, um adsorbierte Verunreinigungen zu entfernen. Das UV-Brennen ist in der Prozesskette zur Bereitstellung des optischen Elements in diversen Beschichtungs-, Mess- und Montageschritten vorgesehen. Durch die absorbierende Schicht kann die hydrophobe Schicht bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt in der Prozesskette aufgebracht werden.
Bei einer Ausführungsform ist die UV-beständige Schicht für Strahlung bei einer Wellenlänge von 900 nm oder darüber transparent. Die UV-beständige Schicht ist somit für Wellenlängen durchlässig, bei denen sie in der Prozesskette durchstrahlt werden muss, d. h. beispielsweise bei 940 nm für das Laserlöten oder oberhalb von 1 μm für Pyrometer-Messungen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die UV-beständige Schicht eine Dicke von mindestens 200 nm auf. Bei einer solchen Dicke ist bei den meisten absorbierenden Materialien sichergestellt, dass die UV-Strahlung die absorbierende Schicht nicht durchdringt. Die Dicke der absorbierenden Schicht sollte andererseits nicht zu groß gewählt werden, damit eine Schichtablösung verhindert werden kann. Bei Ta₂O₅ und TiO₂ als Schichtmaterialien sollte eine maximale Schichtdicke von 1 μm nicht überschritten werden.
Das Material der UV-beständigen Schicht ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Titandioxid (TiO₂), Tantalpentoxid (Ta₂O₅), Hafniumdioxid (HfO₂), Zirkondioxid (ZrO2) und Titan-Zirkon-Mischoxiden. Insbesondere TiO₂ und Ta₂O₅ sind als Materialien für die UV-beständige Schicht gut geeignet, da diese bei Wellenlängen unterhalb von 280 nm stark absorbieren und selbst über hydrophobe Eigenschaften – zumindest bessere als Quarzglas – verfügen, sodass sich ein partielle Beschädigung einer darüber aufgebrachten hydrophoben Schicht nicht allzu negativ auf die optischen Eigenschaften des optischen Elements auswirkt. Gegebenenfalls kann die hydrophobe Beschichtung auch allein aus einer Schicht aus einem der oben genannten Stoffe gebildet sein. Weiterhin können die oben genannten Materialien als Haftvermittler für die hydrophobe Schicht dienen, d. h. die hydrophobe Schicht haftet besser auf diesen Materialien als auf dem Material der Linsenoberfläche.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist auf die UV-beständige Schicht eine hydrophobe Schicht aufgebracht. Wie oben bereits dargestellt, schützt die UV-beständige und UV-Strahlung absorbierende Schicht die hydrophobe Schicht vor der UV-Strahlung. Dadurch kann eine Degradation (bezüglich Kontaktwinkel zu Wasser, Schichthaftung und Leachingverhalten) der hydrophoben Schicht vermieden werden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist das Material der hydrophoben Schicht ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Chromdioxid (CrO₂), Silane, Siloxane, DLC, Fluoride, hydrophobe Lacke und Kleber, Polymere, bevorzugt Fluorpolymere, insbesondere Optron, WR1 und Teflon AF. Optron ist ein Beschichtungstyp, der von Merck hergestellt wird, Teflon AF wird von Cytop vertrieben. Die Siloxane können durch UV-Licht oder thermisch aushärtbar sein (z. B. Ormocer) oder mittels eines CVD-Verfahrens aufgebracht werden. Alle oben genannten Stoffe sind nicht langzeitstabil, wenn sie UV-Licht bei Strahlungsintensitäten, wie sie in der Mikrolithographie üblich sind, ausgesetzt werden.
Unter langzeitstabil wird hierbei eine Lebensauer von typischerweise weniger als sieben Jahren verstanden. Durch das UV-Licht können zusätzlich bei manchen der oben genannten Materialien die Substrathaftung und die hydrophoben Eigenschaften in Mitleidenschaft gezogen werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das transparente Material ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Calciumfluorid (CaF₂), Quarzglas (SiO₂) und Germaniumdioxid (GeO₂). Insbesondere Calciumfluorid und Quarzglas sind typische Linsenmaterialien für die Mikrolithographie.
Bevorzugt ist die UV-beständige Schicht und/oder die hydrophobe Schicht aufgebracht durch ein Verfahren ausgewählt aus der Gruppe umfassend: PVD („physical vapour deposition"), CVD („chemical vapour deposition"), PECVD („plasma-enhanced CVD"), Kaltgasspritzen, Rotationsbeschichten („Spin-Coating"), Plasmaspritzen, Tauchbeschichten und manuelle Beschichtung, insbesondere Pinseln und Auftragung mit einem Schwamm. Die erstgenannten Verfahren betreffen Techniken zur Beschichtung von Substraten durch Dampf-Abscheidung auf die zu beschichtenden Oberflächen. Beim Kaltgasspritzen wird der Beschichtungswerkstoff in Pulverform mit sehr hoher Geschwindigkeit auf das Trägermaterial aufgebracht. Bei der Rotationsbeschichtung werden dünne und gleichmäßige Schichten auf ein rotierendes Substrat aufgebracht bzw. aufgeschleudert. Beim Plasmaspritzen wird einem Plasmajet ein Pulver eingedüst, das durch die hohe Plasmatemperatur aufgeschmolzen und mit dem Plasmajet auf das zu beschichtende Werkstück geschleudert wird. Durch Tauchbeschichten kann die Beschichtung gleichmäßig aufgebracht werden. Pinseln und Auftragen mit Hilfe eines Schwammes stellen schließlich Möglichkeiten zur manuellen Beschichtung dar.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das optische Element als Plankonvexlinse ausgestaltet, wobei an der planen Oberfläche ein konisch geformter Linsenteil ausgebildet ist. Ein solches optisches Element wird bevorzugt als Abschlusselement eines Projektionsobjektivs für die Immersions-Lithographie verwendet. Der konisch geformte Linsenteil wird hierbei mit seiner Stirnseite mit der Immersionsflüssigkeit in Kontakt gebracht, um die numerische Apertur des Objektivs zu erhöhen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die hydrophobe Beschichtung an der konischen Mantelfläche des konisch geformten Linsenteils und/oder der planen Oberfläche angebracht. Da der konisch geformte Linsenteil mit der Immersionsflüssigkeit in Kontakt steht, besteht besonders bei der konischen Mantelfläche die Gefahr, dass diese von der Immersionsflüssigkeit benetzt wird, wobei die Benetzung sich von dort bis zur planen Oberfläche erstrecken kann. Durch die hydrophobe Beschichtung kann eine Benetzung und damit eine Absenkung der Temperatur des optischen Elements in diesem Bereich vermieden werden. Zusätzlich oder alternativ kann die hydrophobe Beschichtung auch auf einen Randbereich z. B. eine Seitenfläche der Linse aufgebracht werden, an dem die Linse mit einer Halterung in Verbindung gebracht wird. Hierdurch kann das Eindringen von Wasser in einen Spalt zwischen Linse und Halterung vermieden werden.
Die Erfindung ist auch verwirklicht in einem Projektionsobjektiv zur Abbildung einer Struktur auf ein lichtempfindliches Substrat, umfassend mindestens ein optisches Element wie oben beschrieben, welches bevorzugt ein benachbart zum lichtempfindlichen Substrat angeordnetes Abschlusselement des Projektionsobjektivs ist. Bei einem solchen Objektiv können durch die Benetzung des letzten Linsenelements hervorgerufene Abbildungsfehler vermieden werden.
Die Erfindung ist weiterhin verwirklicht in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Immersionslithographie, umfassend: ein Beleuchtungssystem, ein Projektionsobjektiv wie oben beschrieben, ein lichtempfindliches Substrat, sowie eine Immersionsflüssigkeit, bevorzugt Wasser, die zwischen dem lichtempfindlichen Substrat und dem Abschlusselement eingebracht ist, wobei das Abschluss element bevorzugt zumindest mit einer Stirnseite eines konisch geformten Linsenteils in die Immersionsflüssigkeit eintaucht. Eine solche Projektionsbelichtungsanlage ermöglicht die Abbildung von kleinsten Strukturen mit hoher Auflösung und Tiefenschärfe.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
1a, b eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines optischen Elements mit einer hydrophoben Beschichtung (a) in einer perspektivischen Darstellung und (b) in einem Schnitt, und
2 eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit dem optischen Element nach 1a, b als Abschlusselement eines Projektionsobjektivs.
In 1a, b ist schematisch ein optisches Element 1 gezeigt, welches aus Quarzglas (SiO₂) besteht, als Plankonvexlinse ausgestaltet ist und an einer planen Oberfläche 2 einen konischen Linsenteil 3 in Form eines Kegelstumpfs aufweist. Der konische Linsenteil 3 besteht aus zwei Teilbereichen mit unterschiedlichem Öffnungswinkel und weist eine Stirnseite 4 auf, an der eine (in 1a nicht gezeigte) Anti-Reflexbeschichtung 9 aufgebracht ist, welche zum Schutz vor Degradation durch Wasser mit einer obersten Schicht („capping layer") beispielsweise aus SiO₂ oder Teflon versehen sein kann (nicht gezeigt). Auch kann gegebenenfalls eine hydrophobe Beschichtung auch auf der Antireflexbeschichtung gebildet sein, wobei in diesem Fall eine UV-beständige Beschichtung gewählt werden muss, die gleichzeitig transparent für UV-Strahlung bei der Arbeitswellenlänge ist. Im Betrieb soll lediglich derjenige Teil der verwendeten UV-Strahlung zur Abbildung beitragen, welche durch die Stirnseite 4 tritt, sodass deren Durchmesser in etwa den freien optischen Durchmesser festlegt. Es versteht sich, dass insbesondere bei der Verwendung des optischen Elements 1 für die Immersionslithographie ggf. auch auf die Anti-Reflexbeschichtung 9 verzichtet werden kann.
Auf der Mantelfläche 5 des konischen Linsenteils 3 ist benachbart zur Anti-Reflexbeschichtung eine (in 1a nicht dargestellte) hydrophobe Beschichtung 6, 7 aufgebracht, welche sich weiter über die plane Linsenfläche 2 erstreckt und welche eine erste, UV-beständige und UV-Licht mit einer Wellenlänge von weniger als 280 nm absorbierende Schicht 6 aus TiO₂ aufweist. Alternativ kann die erste Schicht 6 auch aus anderen Materialien, beispielsweise Ta₂O₅, HfO₂, ZrO₂ oder Titan-Zirkon-Mischoxiden gebildet sein. Zusätzlich zum gezeigten Bereich kann die Linse auch an einem Linsenrand, z. B. an einer zylinderförmig umlaufenden Seitenfläche, mit einer hydrophoben Beschichtung versehen werden. Hierdurch kann vermieden werden, dass in einen beim Einbau des optischen Elements 1 entstehenden Spalt zwischen der Linse und einer Halterung Wasser eindringen kann.
Auf die erste Schicht 6 ist eine zweite, hydrophobe Schicht 7 aufgebracht, welche aus einer Fluorpolymerschicht, im vorliegenden Fall Optron, besteht. Die zweite Schicht 7 ist nicht resistent gegen UV-Bestrahlung und kann somit durch Streulicht, welches durch die Mantelfläche 5 des konischen Linsenteils 3 oder die plane Oberfläche 4 hindurchtritt, beschädigt werden. Um die zweite Schicht 7 vor dem Streulicht zu schützen, weist die erste Schicht 6 eine Schichtdicke von über 200 nm auf, welche groß genug ist, um diese undurchlässig für UV-Licht zu machen. Die zweite Schicht 7 kann auch aus einem anderen hydrophoben und nicht UV-beständigen Material gebildet sein, beispielsweise aus Chromdioxid (CrO₂), Silanen, Siloxanen, Polymeren, Fluorpolymeren wie WR1 oder Teflon AF, DLC, Fluoriden oder einem hydrophoben Lack oder Klebstoff. Die erste Schicht 6 dient zusätzlich als Haftvermittler für die zweite Schicht 7 und weist daher eine zu dieser vergleichbare Gitterstruktur auf.
Die hydrophobe Beschichtung 6, 7 wird in der Prozesskette zur Herrichtung des optischen Elements 1 für den Einbau in einer optischen Anlage schon zu einem frühen Zeitpunkt aufgebracht. Hierbei wird die zweite Schicht 7 durch die erste Schicht 6 vor durch die Linse tretender UV-Strahlung geschützt, welche beim UV-Brennen der konvexen Linsenfläche 8 z. B. während einem nachfolgenden Beschichtungsschritt in der Prozesskette verwendet wird. Die erste Schicht 6 aus TiO₂ ist oberhalb von 900 nm transparent, sodass auch Schritte in der Prozesskette durchgeführt werden können, bei denen das optische Element 1 durchstrahlt werden muss, beispielsweise beim Laserlöten.
Die Beschichtung des optischen Elements 1 mit der hydrophoben Beschichtung 6, 7 wird mittels einer CVD-Technik bewerkstelligt. Es versteht sich, dass hierzu alternativ auch andere Beschichtungstechniken wie PVD, PECVD, Kaltgasspritzen, Rotationsbeschichtung, Plasmaspritzen, Tauchbeschichtung und manuelle Beschichtung, insbesondere Pinseln oder Auftragen mit einem Schwamm, zum Einsatz kommen können.
Auch können an Stelle der aus einer ersten Schicht 6 und einer zweiten Schicht 7 bestehenden Beschichtung 6, 7 auch Beschichtungen mit mehr oder weniger Schichten zum Einsatz kommen. Mehr als zwei Schichten können ggf. zur Verbesserung der Haftung der hydrophoben Schicht 7 aufgebracht werden. Es kann auch ausreichen, lediglich eine einzelne Schicht aus UV-beständigem Material, beispielsweise aus TiO₂ oder Ta₂O₅ aufzubringen, da diese Materialien im Vergleich zu Quarzglas hydrophobere Eigenschaften aufweisen und somit bereits einen gewissen Schutz vor Benetzung bieten.
Die Funktionsweise des optischen Elements 1 wird zweckmäßiger Weise im Zusammenhang mit dem Belichtungsbetrieb einer Projektionsbelichtungsanlage 10 für die Mikrolithographie beschrieben, wie sie in 2 in Form eines Wafer-Scanners zur Herstellung von hochintegrierten Halbleiterbauelementen gezeigt ist.
Die Projektionsbelichtungsanlage 10 umfasst als Lichtquelle einen Excimer-Laser 11 mit einer Arbeitswellenlänge von 193 nm, wobei auch andere Arbeitswellenlängen, beispielsweise 248 nm, möglich sind. Ein nachgeschaltetes Beleuchtungssystem 12 erzeugt in seiner Austrittsebene ein großes, scharf begrenztes, sehr homogen beleuchtetes und an die Telezentrie-Erfordernisse eines nachgeschalteten Projektionsobjektivs 13 angepasstes Bildfeld.
Hinter dem Beleuchtungssystem 12 ist eine Einrichtung 14 zum Halten und Manipulieren einer (nicht gezeigten) Photomaske so angeordnet, dass diese in der Objektebene 15 des Projektionsobjektivs 13 liegt und in dieser Ebene zum Scanbetrieb in einer durch einen Pfeil 16 angedeutete Abfahrrichtung bewegbar ist.
Hinter der auch als Maskenebene bezeichneten Ebene 15 folgt das Projektionsobjektiv 13, das ein Bild der Photomaske mit reduziertem Maßstab, beispielsweise im Maßstab 4:1 oder 5:1 oder 10:1, auf einen mit einer Photoresistschicht belegten Wafer 17 abbildet. Der als lichtempfindliches Substrat dienende Wafer 17 ist so angeordnet, dass die ebene Substratoberfläche 18 mit der Photoresistschicht im wesentlichen mit der Bildebene 19 des Projektionsobjektivs 13 zusammenfällt. Der Wafer 17 wird durch eine Einrichtung 20 gehalten, die einen Scannerantrieb umfasst, um den Wafer 17 synchron zur Photomaske und parallel zu dieser zu bewegen. Die Einrichtung 20 umfasst auch Manipulatoren, um den Wafer sowohl in z-Richtung parallel zu einer optischen Achse 21 des Projektionsobjektivs, als auch in x- und y-Richtung senkrecht zu dieser Achse zu verfahren.
Das Projektionsobjektiv 13 hat als der Bildebene 19 benachbartes Abschlusselement das optische Element 1 von 1a, b, d. h. eine transparente Plankonvexlinse, mit einem konischen Linsenteil 3, dessen Stirnseite 4 die letzte optische Fläche des Projektionsobjektivs 13 bildet und welche in einem Arbeitsabstand oberhalb der Substratoberfläche 18 angeordnet ist. Zwischen der Stirnseite 4 und der Substratoberfläche 18 ist Wasser als Immersionsflüssigkeit 22 angeordnet, welches die ausgangsseitige numerische Apertur des Projektionsobjektivs 13 erhöht. Hierdurch kann die Abbildung von Strukturen auf der Photomaske mit einer höheren Auflösung und Tiefenschärfe erfolgen, als dies möglich ist, wenn der Zwischenraum zwischen dem optischen Element 1 und dem Wafer 17 mit einem Medium mit einer geringeren Brechzahl, z. B. Luft, ausgefüllt ist.
Es versteht sich, dass optische Elemente mit einer hydrophoben Beschichtung wie oben beschrieben neben der Verwendung als Abschlusselemente von Prokjektionsobjektiven für die Mikrolithographie auch in anderen Bereichen vorteilhaft verwendet werden können, und zwar immer dann, wenn eine Benetzung der Oberfläche eines optischen Elements außerhalb des freien optischen Durchmessers vermieden werden soll.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2003-161806 A [0003]
- US 5494712 [0004]
- JP 2005-268759 A [0006]
- JP 11-149812 [0007]
- EP 0895113 A2 [0009]
- EP 2006/005630 [0015]

Claims

Optisches Element (1) aus einem für Wellenlängen im UV-Bereich transparenten Material, auf dem eine hydrophobe Beschichtung (6, 7) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophobe Beschichtung (6, 7) außerhalb des optisch freien Durchmessers des optischen Elementes (1) gebildet ist, und dass die hydrophobe Beschichtung (6, 7) zumindest eine UV-beständige und bevorzugt UV-Strahlung bei einer Wellenlänge von weniger als 260 nm absorbierende Schicht (6) aufweist.
Optisches Element nach Anspruch 1, auf dem eine reflexionsvermindernde Beschichtung (9) aufgebracht ist, wobei die hydrophobe Beschichtung (6, 7) in einem unbeschichteten Bereich des optischen Elements (1) angeordnet ist, bevorzugt benachbart zu der reflexionsvermindernden Beschichtung (9).
Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die UV-beständige Schicht (6) für UV-Strahlung bei einer Wellenlänge unterhalb von 260 nm, bevorzugt unterhalb von 200 nm undurchlässig ist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die UV-beständige Schicht (6) für Strahlung bei einer Wellenlänge von 900 nm oder darüber transparent ist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die UV-beständige Schicht (6) eine Dicke von mindestens 200 nm aufweist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Material der UV-beständigen Schicht (6) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Titandioxid (TiO₂), Tantalpentoxid (Ta₂O₅), Hafniumdioxid (HfO₂), Zirkondioxid (ZrO2) und Titan-Zirkon-Mischoxide.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf die UV-beständige Schicht (6) eine hydrophobe Schicht (7) aufgebracht ist.
Optisches Element nach Anspruch 7, bei dem das Material der hydrophoben Schicht (7) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Chromdioxid (CrO₂), Silane, Siloxane, DLC, Fluoride, hydrophobe Lacke und hydrophobe Kleber, Polymere, bevorzugt Fluorpolymere, insbesondere Optron, WR1 und Teflon AF.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das transparente Material ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Calciumfluorid (CaF₂), Quarzglas (SiO₂) und Germaniumdioxid (GeO₂).
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die UV-beständige Schicht (6) und/oder die hydrophobe Schicht (7) aufgebracht ist durch ein Verfahren ausgewählt aus der Gruppe umfassend: PVD, CVD, PECVD, Kaltgasspritzen, Rotationsbeschichten, Plasmaspritzen, Tauchbeschichten und manuelles Beschichten, insbesondere Pinseln oder Auftragen mit einem Schwamm.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches als Plankonvexlinse ausgestaltet ist, wobei an der planen Oberfläche (2) ein konisch geformter Linsenteil (3) ausgebildet ist.
Optisches Element nach Anspruch 11, bei dem die hydrophobe Beschichtung an der konischen Mantelfläche (5) des konisch geformten Linsenteils (3) und/oder der planen Oberfläche (2) angebracht ist.
Projektionsobjektiv (13) zur Abbildung einer Struktur auf ein lichtempfindliches Substrat (17), umfassend mindestens ein optisches Element (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Projektionsobjektiv nach Anspruch 13, bei dem das optische Element (1) ein benachbart zum lichtempfindlichen Substrat (17) angeordnetes Abschlusselement des Projektionsobjektivs (13) ist.
Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Immersionslithographie, umfassend: ein Beleuchtungssystem (12), ein Projektionsobjektiv (13) nach Anspruch 14, ein lichtempfindliches Substrat (17), sowie eine Immersionsflüssigkeit (22), bevorzugt Wasser, die zwischen dem lichtempfindlichen Substrat (17) und dem Abschlusselement eingebracht ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 15, bei der das Abschlusselement zumindest mit einer Stirnseite (4) des konisch geformten Linsenteils (3) in die Immersionsflüssigkeit (22) eintaucht.