DE102010030913A1

DE102010030913A1 - Erzeugen eines Substrats für einen EUV-Spiegel mit einer Soll-Oberflächenform bei einer Betriebstemperatur

Info

Publication number: DE102010030913A1
Application number: DE102010030913A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Clauss; Ulrich Löring; Norbert Wabra; Norman Baer
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2010-07-05
Filing date: 2010-07-05
Publication date: 2011-10-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Substrats (1) für einen EUV-Spiegel (4) mit einer Soll-Oberflächenform (1a) bei einer Betriebstemperatur (TB), wobei das Substrat (1) ein Nullausdehnungsmaterial aufweist, dessen Nulldurchgangs-Temperatur (TZC) im Substratvolumen ortsabhängig insbesondere um mehr als 2 K variiert, umfassend die Schritte: a1) Vermessen der Oberflächenform (1a') des Substrats (1) bei einer Bearbeitungstemperatur (TR), die niedriger ist als die Betriebstemperatur (TB), sowie a2) Ortsaufgelöstes Bearbeiten des Substrats (1) zum Anpassen der Oberflächenform des Substrats (1) an die Soll-Oberflächenform (1a) basierend auf der Vermessung und unter Berücksichtigung einer durch eine Temperaturdifferenz (TB – TR) zwischen der Bearbeitungstemperatur (TR) und der Betriebstemperatur (TB) hervorgerufenen Deformation des Substrats (1) aufgrund der ortsabhängigen Variation der Nulldurchgangs-Temperatur (TZC), oder b1) Vermessen der Oberflächenform des Substrats (1) bei der Betriebstemperatur (TB), sowie b2) Ortsaufgelöstes Bearbeiten des Substrats (1) zum Anpassen der Oberflächenform des Substrats (1) an die Soll-Oberflächenform (1a) basierend auf der Vermessung. Die Erfindung betrifft auch einen EUV-Spiegel (4) mit einem solchen Substrat (1) sowie ein EUV-Projektionssystem mit einem solchen EUV-Spiegel (4).

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Substrats für einen EUV-Spiegei mit einer Soll-Oberflächenform bei einer Betriebstemperatur, wobei das Substrat ein Nullausdehnungs(„zero-expansion”)-material aufweist, dessen Nulldurchgangs(„zero crossing”)-Temperatur im Substratvolumen ortsabhängig insbesondere um mehr als 2 K variiert. Die Erfindung betrifft auch einen EUV-Spiegel mit einem solchen Substrat und einer auf das Substrat aufgebrachten reflektiven Mehrlagen-Beschichtung, sowie ein EUV-Projektionssystem mit einem solchen EUV-Spiegel. Optische Elemente für Mikrolithographieanlagen benötigen auf Grund der geringen verwendeten Wellenlängen im UV- oder EUV-Bereich, bei denen sie betrieben werden, eine hohe Glattheit ihrer optischen Oberflächen. Insbesondere bei den extrem hohen Anforderungen an die Oberflächentoleranzen von Spiegelelementen für EUV-Lithographieanlagen, die bei Wellenlängen von ca. 13,5 nm betrieben werden, tritt jedoch das Problem auf, dass diese von der Belichtungsstrahlung ggf. lokal unterschiedlich stark aufgeheizt werden, wodurch unerwünschte Deformationen an den Oberflächen dieser Spiegelelemente auftreten können.
Als Substratmaterialien für EUV-Spiegel werden daher in der Regel lediglich Materialien eingesetzt, die einen sehr geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten („coefficient of thermal expansion”, CTE) von typischer Weise weniger als 100 ppb/K bei 22°C bzw. über einen Temperaturbereich von ca. 5°C bis ca. 35°C aufweisen. Solche Materialien werden nachfolgend auch als Nullausdehnungsmaterialien bezeichnet. Nullausdehnungsmaterialien weisen typischer Weise zwei Konstituenten auf, deren thermische Ausdehnungskoeffizienten eine gegenläufige Abhängigkeit von der Temperatur aufweisen und sich gegenseitig kompensieren, so dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des Nulldurchgangsmaterials sehr gering ist.
Eine Materialgruppe, welche die Anforderungen eines Nullausdehnungsmaterials erfüllt, sind dotierte Silikatgläser, z. B. mit Titandioxid dotiertes Silikatglas, das typischer Weise einen Silikatglasanteil von mehr als 90% aufweist. Ein solches auf dem Markt erhältliches Silikatglas wird von der Fa. Corning Inc. unter dem Handelsnamen ULE (Ultra Low Expansion glass) vertrieben. Bei diesem Material wird das Verhältnis des Titandioxid-Anteils zum Silikatglasanteil bei der Herstellung so gewählt, dass sich die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Anteile näherungsweise kompensieren.
Eine zweite Materialgruppe, aus denen Nullausdehnungsmaterialien hergestellt werden können, sind Glaskeramiken, bei denen das Verhältnis der Kristallphase zur Glasphase so eingestellt wird, dass sich die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der unterschiedlichen Phasen gerade aufheben, so dass sich diese Materialien ebenfalls durch eine extrem geringe thermische Ausdehnung (von weniger als 100 ppm/K bei 22°C) auszeichnen und sich daher als Substrate für EUV-Spiegel eignen. Solche Glaskeramiken werden z. B. unter den Handelsnamen Zerodur von der Fa. Schott AG bzw. unter dem Handelsnamen Clearceram von der Fa. Ohara inc. angeboten.
Die Abhängigkeit der thermischen Ausdehnungvon Nullausdehnungsmaterialien von der Temperatur ist im relevanten Temperaturbereich parabelförmig, d. h. es existiert ein Extremum des thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei einer bestimmten Temperatur. Die Ableitung der thermischen Ausdehnung von Nullausdehnungsmaterialien nach der Temperatur ist in diesem Bereich näherungsweise linear von der Temperatur abhängig und wechselt bei der Temperatur, bei welcher die thermische Ausdehnung extremal ist, das Vorzeichen, weshalb diese Temperatur als Nulldurchgangs-Temperatur bezeichnet wird. Nur für den Fall, dass die Betriebstemperatur des Substrats mit der Nulldurchgangs-Temperatur zusammenfällt, ist somit die thermische Ausdehnung minimal. Bei kleinen Abweichungen von der Nulldurchgangs-Temperatur ist der thermische Ausdehnungskoeffizient zwar immer noch klein, nimmt aber mit zunehmender Temperaturdifferenz zur Nulldurchgangs-Temperatur weiter zu.
Bei der Verwendung eines Nullausdehnungsmaterials als Substrat für einen EUV-Spiegel einer Lithographieanlage, insbesondere in einem Projektionssystem, bei dem die Anforderungen an die Oberflächenform besonders hoch sind, tritt das Problem auf, dass die Temperatur des Substrats durch die EUV-Strahlung sowohl zeitlich als auch räumlich variiert und die Nulldurchgangs-Temperatur herstellungsbedingt in der Regel nicht über das gesamte Volumen des Substrats konstant ist. Die räumliche Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur in dem Substratvolumen, die durch Festlegung der Anteile der Konstituenten im Volumen des Substrats eingestellt wird, entspricht somit typischer Weise nicht einer gewünschten z. B. homogenen Verteilung, sondern variiert produktionsbedingt über das gesamte Substratvolumen in einem Temperaturbereich von ca. 2–5 K, da das Verhältnis der Konstituenten bei der Herstellung nicht präzise genug eingestellt werden kann.
Aus der US 20080143981 A1 der Anmelderin ist ein Verfahren bekannt geworden, bei dem ein EUV-Spiegel für eine Betriebstemperatur von mindestens 30°C bereitgestellt wird, dessen optisches Design für die Betriebstemperatur optimiert ist. Das optimierte Design bei der Betriebstemperatur wird hierbei dadurch erhalten, dass das optische Element bei einer Bearbeitungstemperatur, die niedriger ist als die Betriebstemperatur, mit einem weiteren optischen Design versehen wird, das so gewählt ist, dass nach dem Aufheizen auf die Betriebstemperatur das gewünschte optimierte Design erhalten wird. Bei der Herstellung des weiteren optischen Designs wird eine thermische Ausdehnung des optischen Elements beim Aufheizen auf die Betriebstemperatur berücksichtigt.
In der DE 10 2008 002 403 A1 der Anmelderin wird vorgeschlagen, die optische Ist-Dicke der Schichten eines Mehrlagensystems eines EUV-Spiegels während der Beschichtung, die beispielsweise bei Raumtemperatur erfolgen kann, so zu wählen, dass die thermische Ausdehnung der Schichten bei der Erwärmung auf die Betriebstemperatur zur optischen Soll-Schichtdicke und damit zum gewünschten optischen Design bei Betriebstemperatur führt. Dies wird erreicht, indem eine durch thermische Ausdehnung der Schichten zwischen der Beschichtungstemperatur und der Betriebstemperatur hervorgerufene Änderung der Schichtdicke kompensiert wird. Zu diesem Zweck kann mindestens eine optische Eigenschaft des optischen Elements bei der Betriebstemperatur vermessen werden oder ein linearer Temperatur-Ausdehnungskoeffizient der Schichten der Mehrlagen-Beschichtung bestimmt werden. Wenn die Beschichtung des optischen Elements bei der Betriebstemperatur erfolgt, kann die optische Ist-Schichtdicke auch gleich der optischen Soll-Schichtdicke gewählt werden.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines EUV-Spiegels sowie einen EUV-Spiegel und ein Projektionssystem mit einem solchen EUV-Spiegel der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass bei der Betriebstemperatur eine Soll-Oberflächenform erzeugt wird.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, umfassend die Schritte: a1) Vermessen der Oberflächenform des Substrats bei einer Bearbeitungstemperatur, die niedriger ist als die Betriebstemperatur, sowie a2) Ortsaufgelöstes Bearbeiten des Substrats zum Anpassen der Oberflächenform des Substrats an die Soll-Oberflächenform basierend auf der Vermessung und unter Berücksichtigung einer durch die Temperaturdifferenz zwischen der Betriebstemperatur und der Bearbeitungstemperatur hervorgerufenen Deformation des Substrats aufgrund der ortsabhängigen Variation der Nulldurchgangs-Temperatur, oder: b1) Vermessen der Oberflächenform des Substrats bei der Betriebstemperatur, sowie b2) ortsaufgelöstes Bearbeiten des Substrats zum Anpassen der Oberflächenform des Substrats an die Soll-Oberflächenform bei Betriebstemperatur basierend auf der Vermessung.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Vermessung der Oberflächenform, genauer gesagt der Passe, bei der Bearbeitungstemperatur erfolgt und der Einfluss der Passefehler, die sich durch das Aufheizen auf die Betriebstemperatur aufgrund der inhomogenen Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur einstellen, beim nachfolgenden Bearbeitungsschritt zusätzlich berücksichtigt wird, oder dass alternativ die Vermessung der Oberflächenform bei der Betriebstemperatur erfolgt, so dass der Einfluss der Aufheizung bei der Vermessung automatisch berücksichtigt wird.
Auf diese Weise können herstellungsbedingte Variationen der Nulldurchgangs-Temperatur in dem Substratvolumen ausgeglichen werden, die ansonsten zu zusätzlichen Deformationen der Substratoberfläche und damit des EUV-Spiegels allein aufgrund der Differenz zwischen der Temperatur, bei der das Substrat bearbeitet wird (typischer Weise Raumtemperatur, ca. 22°C) und der in der Regel höheren Betriebstemperatur führen würden. Werden die zusätzlichen Deformationen nicht bei der Herstellung des Substrats berücksichtigt, wirken sich diese insbesondere in der Form (Passe) der Oberfläche, d. h. bei niederfrequenten Ortsfrequenzen (im Bereich der Spiegelgröße) zwischen ca. 1 mm und 100 mm aus. Eine hohe Präzision der Oberfläche in niederfrequenten Bereich ist aber für eine gute Abbildungsqualität erforderlich, da ansonsten Abbildungsfehler (Astigmatismus etc.) auftreten können.
Bei einer Variante des Verfahrens wird die ortsabhängige Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur in dem Substratvolumen bevorzugt mittels eines Ultraschallverfahrens gemessen, um ausgehend von der räumlichen Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur auf die lokal unterschiedliche Ausdehnung des Substrats beim Aufheizen auf die Betriebstemperatur schließen zu können, so dass daraus resultierende Deformationen der Oberfläche bei einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt mit berücksichtigt werden können. Bei der Ultraschall-Vermessung wird ausgenutzt, dass die Schallgeschwindigkeit im Substrat vom jeweiligen Anteil der Konstituenten abhängt (bei ULE z. B. vom Ti-Gehalt). Die Ultraschall-Messung kann somit als Laufzeitmessung durch die Dicke des Rohlings/Substrats bzw. an einem Teststreifen parallel zur Oberfläche erfolgen.
Um aus der gemessenen ortsabhängigen Verteilung eine lokale Veränderung der Oberflächenform des Substrats beim Aufheizen auf die Betriebstemperatur zu bestimmen, wird typischer Weise ein mathematisches Modell eingesetzt, dem als Eingangsgrößen die räumliche Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur sowie die Oberflächenform bei der Bearbeitungstemperatur zur Verfügung gestellt werden. Das mathematische Modell kann beispielsweise ein Finite-Element-Modell des Substratvolumens umfassen, das es ermöglicht, anhand der lokal unterscheidlichen Ausdehnung aufgrund der ortsabhängigen Variation der Nulldurchgangs-Temperatur auf lokale Deformationen an der Oberfläche des Substrats beim Aufheizen auf die Betriebstemperatur zu schließen.
Bei einer weiteren Variante wird das Bearbeiten des Substrats in Verfahrensschritt b2) bei der Betriebstemperatur durchgeführt. In diesem Fall erfolgt sowohl die Vermessung als auch die Bearbeitung bei der Betriebstemperatur, so dass keine Thermalisierungsschritte zwischen dem Vermessen und Bearbeiten des Substrats erforderlich sind.
Bei einer alternativen, vorteilhaften Variante des Verfahrens wird das Bearbeiten in Verfahrensschritt a2) oder b2) bei der Bearbeitungstemperatur durchgeführt. In diesem Fall kann die Bearbeitung bei der Umgebungstemperatur im Fertigungsbereich (typischer Weise ca. 22°C) durchgeführt werden, ohne dass eine aufwändige zusätzliche Klimatisierung zur Erwärmung auf die Betriebstemperatur erforderlich ist.
Bei einer weiteren Variante werden die Verfahrensschritte a1), a2) oder b1), b2) mehrmals wiederholt, bis die Soll-Oberflächenform bei der Betriebstemperatur erreicht ist. Die Vermessungs- und Bearbeitungsschritte werden in diesem Fall iterativ so lange durchgeführt, bis die Soll-Oberflächenform erreicht ist bzw. eine Abweichung der Ist-Oberflächenform von der Soll-Oberflächenform einen vorgebbaren Wert unterschreitet, so dass die Oberfläche in der Spezifikation liegt.
Bei einer weiteren Variante liegt die Betriebstemperatur bei mehr als 25°C und die Bearbeitungstemperatur bei weniger als 25°C, insbesondere bei ca. 22°C. Typischer Weise werden EUV-Spiegel, die in Projektionssystemen von EUV-Lithographieanlagen eingesetzt werden, zeitlich nahezu konstant beleuchtet. Die EUV-Spiegel im Projektionssystem weisen daher nach einer Einschwingphase einen stationären Betriebszustand bei einer (nahezu) konstanten mittleren Betriebstemperatur auf, die typischerweise – abhängig vom Ort des EUV-Spiegels – im Bereich zwischen 25°C und 30°C liegt.
Bei einer Variante erfolgt das Vermessen der Oberflächenform des Substrats interferometrisch. Bei der interferometrischen Vermessung wird die Substratoberfläche in der Regel mit der Oberflächenform eines Referenzteils verglichen, welches die Soll-Oberflächenform aufweist, so dass als Ergebnis der Vermessung die Abweichungen von der Soll-Oberflächenform erhalten werden und die Bereiche der Oberfläche bestimmt werden können, an denen durch lokalen Materialabtrag die gemessene Ist-Oberflächenform an die Soll-Oberflächenform angeglichen werden muss.
In einer vorteilhaften Variante erfolgt das Vermessen des Substrats in einem Halter, der so ausgerichtet wird, dass das Substrat in einer Lage vermessen wird, die der Einbaulage des EUV-Spiegels in einer EUV-Lithographieanlage entspricht. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass der Einfluss, den die Schwerkraft auf die Oberflächenform des Substrats in der Einbaulage hat, bei der Vermessung automatisch mit berücksichtigt wird. Es versteht sich, dass günstiger Weise auch die Art der Substrat-Halterung derjenigen entspricht, die der EUV-Spiegel im Einbauzustand der EUV-Lithographieanlage aufweist.
Auch die Einflüsse von Aktuatoren zum Verkippen der Spiegel und/oder weitere Einflüsse können hierbei berücksichtigt werden, indem die Bedingungen bei der Vermessung des Substrats möglichst genau mit den Bedingungen in der Einbaulage des beschichteten Substrats in einer EUV-Lithographieanlage übereinstimmen. Es versteht sich, dass ggf. für jeden EUV-Spiegel einer EUV-Lithographieanlage eine eigene interferometrische Messvorrichtung vorgesehen werden kann. Alternativ zum oben beschriebenen Vorgehen ist es selbstverständlich auch möglich, die genannten Einflüsse bei der Wahl der Soll-Oberflächenform des Referenzteils und/oder mit Hilfe von geeigneten mathematischen Modellen zu berücksichtigen.
In einer weiteren Variante erfolgt das ortsaufgelöste Bearbeiten des Substrats durch Ionenstrahlbearbeiten („ion beam figuring”). Ionenstrahlbearbeiten stellt ein besonders einfaches Verfahren dar, um lokal Material von einer Oberfläche abzutragen und hierdurch die Ist-Oberflächenform an eine gewünschte Soll-Oberflächenform anzupassen. Es versteht sich, dass auch andere Verfahren, die einen ortsaufgelösten Materialabtrag erlauben, zum Bearbeiten des Substrats verwendet werden können.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen EUV-Spiegel, bei dem das Substrat bei einer Betriebstemperatur von mehr als 25°C eine Soll-Oberflächenform mit einer Oberflächenrauheit von weniger als 0,2 nm rms in einem Ortsfrequenzbereich zwischen 1 mm und 100 mm aufweist, die insbesondere nach dem Verfahren wie oben beschrieben erhalten wurde. Auf das Substrat, welches die bei der Betriebstemperatur gewünschte Oberflächenform aufweist, wird in einer Mehrzahl von nachfolgenden Beschichtungsschritten eine reflektierende Mehrlagenbeschichtung aufgebracht, um den EUV-Spiegel zu erzeugen. Typischer Weise weist die Mehrlagen-Beschichtung eine Mehrzahl von alternierenden Einzelschichten aus Silizium und Molybdän auf, deren Schichtdicken so aufeinander abgestimmt sind, dass die Reflektivität bei der Betriebswellenlänge von ca. 13,5 nm möglichst groß ist. Im Sinne dieser Anmeldung wird unter einem EUV-Spiegel auch eine reflektive EUV-Maske verstanden, bei der auf die reflektierende Mehrlagenbeschichtung eine strukturierte Absorberschicht aufgebracht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist eine Abweichung von der Soll-Oberflächenform (im oben genannten Ortsfrequenzbereich und ggf. auch in den weiter unten genannten Ortsfrequenzbereichen) bei der Betriebstemperatur ein Minimum auf. Bei der interferometrischen Vermessung der Oberflächenform ergeben sich somit bei höheren oder bei niedrigeren Temperaturen als der Betriebstemperatur jeweils höhere RMS-Werte.
In einer Ausführungsform weist das Substrat bei einer Betriebstemperatur von mehr als 25°C eine Soll-Oberflächenform mit einer Oberflächenrauheit von weniger als 0,3 nm rms in einem Ortsfrequenzbereich zwischen 1 μm und 1 mm auf. Eine geringe Oberflächenrauheit in diesem mittelfrequenten Ortsfrequenzbereich (medium spatial frequency range, MSFR) steigert den Kontrast bei der Abbildung bzw. verringert die Streulichtbildung.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Substrat bei einer Betriebstemperatur von mehr als 25°C eine Soll-Oberflächenform mit einer Oberflächenrauheit von weniger als 0,2 nm rms in einem Ortsfrequenzbereich zwischen 0,01 μm und 1 μm auf. Eine solche niedrige Oberflächenrauheit im hochfrequenten Ortsfrequenzbereich (high spatial frequency range, HSFR) trägt zu einer hohen Reflektivität bei, d. h. zu einer hohen Intensität der an dem EUV-Spiegel reflektierten Strahlung.
Bei einer Ausführungsform ist das Nullausdehnungsmaterial ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Silikatglas, insbesondere mit Titandioxid dotiertes Quarzglas, oder Glaskeramik. Wie weiter oben ausgeführt wurde, sind diese Materialien als Substrat für einen EUV-Spiegel besonders geeignet, da diese den erforderlichen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein EUV-Projektionssystem, das mindestens einen EUV-Spiegel umfasst, wie er oben beschrieben ist. Da die EUV-Strahlung, welche auf die EUV-Spiegel des Projektionssystems trifft, bereits an der Maske reflektiert wurde, ist die Temperatur an den Oberflächen der EUV-Spiegel nur geringfügig von den verwendeten Beleuchtungseinstellungen abhängig. Die EUV-Spiegel eines EUV-Projektionssystems weisen daher in der Regel eine nahezu konstante, stationäre Betriebstemperatur auf, so dass eine Anpassung der Oberflächenform der EUV-Spiegel an diese (mittlere) Betriebstemperatur günstig ist. Es versteht sich aber, dass gegebenenfalls auch EUV-Spiegel im Beleuchtungssystem auf die oben beschriebene Weise optimiert werden können, insbesondere wenn diese keinen allzu großen Temperaturschwankungen bei der Veränderung der Beleuchtungseinstellungen ausgesetzt sind.
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 zeigen:
1 eine Flussdiagramm einer ersten Variante des Verfahrens zum Erzeugen eines Substrats mit einer Soll-Oberflächenform, bei der das Substrat bei einer Bearbeitungstemperatur vermessen wird,
2 ein Flussdiagramm einer zweiten Variante des Verfahrens, bei der das Substrat bei Betriebstemperatur vermessen wird,
3a, b eine Darstellung der Veränderung der Oberflächenform des Substrats beim Aufheizen von der Bearbeitungstemperatur auf die Betriebstemperatur,
4a–c eine Darstellung des Substrats bei der Bearbeitungstemperatur (in 4a), der Betriebstemperatur (in 4b), sowie (in 4c) eines EUV-Spiegels mit dem Substrat von 4b, und
5 eine schematische Darstellung einer EUV-Lithographieanlage.
Zur Herstellung von EUV-Spiegeln werden Substrate verwendet, die aus so genanntem Nullausdehnungsmaterial bestehen. Ein solches Substrat 1 aus ULE, d. h. einem mit Titandioxid dotierten Silikatglas, ist in 3a, b dargestellt und weist im hier relevanten Temperaturbereich zwischen ca. 20°C und ca. 35°C einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von typischer Weise weniger als 100 ppb/K bei auf.
Der Titandioxid-Anteil des Silikatglases ist bei dem Substrat 1 so eingestellt, dass dieses Material bei einer bestimmten Temperatur, der so genannten Nulldurchgangstemperatur T_ZC, ein Minimum der thermischen Ausdehnung aufweist. Der Name Nulldurchgangstemperatur rührt daher, dass die Ableitung der thermischen Ausdehnung nach der Temperatur, die bei ULE im Wesentlichen linear ist und eine Steigung von ca. 1,35 ppb/K² aufweist, am Minimum der thermischen Ausdehnung einen Nulldurchgang hat. Typischer Weise wird das Verhältnis der Konstituenten des Substrats 1 hierbei so gewählt, dass die Nulldurchgangstemperatur T_ZC mit der Betriebstemperatur T_B übereinstimmt, um Deformationen des Substrats 1 bei der Bestrahlung mit EUV-Strahlung so gering wie möglich zu halten.
Dennoch tritt bei den extrem hohen Anforderungen an die EUV-Spiegel eines EUV-Projektionssystems das Problem auf, dass die Nulldurchgangstemperatur T_ZC nicht über das gesamte Substratvolumen konstant ist, sondern vielmehr eine ortsabhängige Verteilung aufweist, von der in 3a zur Vereinfachung lediglich eine Isotherme, d. h. eine Kurve mit einer einzigen (gleichen) Nulldurchgangstemperatur T_ZC gezeigt ist. Die räumliche Verteilung der Nulldurchgangstemperatur T_ZC in dem Substratvolumen hängt nur vom verwendeten Material und nicht von der Umgebungstemperatur ab. In 3a ist das Substrat 1 bei einer Bearbeitungstemperatur T_R dargestellt, die im vorliegenden Beispiel bei Raumtemperatur (ca. 22°C) liegt. 3b zeigt das Substrat 1 bei der Betriebstemperatur T_B von typischer Weise zwischen 25°C und 35°C, d. h. bei der Temperatur, bei der das beschichtete Substrat 1 als EUV-Spiegel in einem Projektionssystem einer EUV-Lithographieanlage eingesetzt wird.
Wie durch einen Vergleich von 3a mit 3b zu erkennen ist, ist die ortsabhängige Verteilung der Nullausdehnungstemperatur T_ZC in dem Substratvolumen konstant, d. h. sie verändert sich nicht mit der Umgebungstemperatur. Die ortsabhängige Variation der Verteilung der Nullausdehnungstemperatur T_ZC führt aber zu einer lokal unterschiedlichen Ausdehnung des Substratmaterials beim Aufheizen auf die Betriebstemperatur T_B. Weist das Substrat 1 bei Raumtemperatur T_R eine gewünschte Oberflächenform 1a' auf, die im vorliegenden Beispiel als plane Oberfläche dargestellt ist, werden beim Aufheizen auf die Betriebstemperatur T_B ortsabhängige Deformationen in dem Volumen des Substrats 1 erzeugt, die zu einer Oberflächenform 1a führen, die von der gewünschten planen Oberflächenform 1a' abweicht.
Um trotz der durch die ortsabhängige Variation der Nulldurchgangs-Temperatur T_ZC erzeugten, lokal unterschiedlichen Ausdehnung die Soll-Oberflächenform bei der Betriebstemperatur T_B zu erhalten, wird vorgeschlagen, ein Verfahren durchzuführen, das nachfolgend anhand von zwei in 1 und 2 dargestellten Verfahrensvarianten näher beschrieben wird.
Bei der in 1 dargestellten Verfahrensvariante wird nach dem Start des Verfahrens in einem ersten Verfahrensschritt S1 in einem zweiten Verfahrensschritt S2 die ortsabhängige Verteilung der Nullausdehnungs-Temperatur T_ZC in einem das Substratvolumen bildenden, zugeschnittenen Rohling z. B. bei der Bearbeitungstemperatur T_R (im Folgenden auch als Raumtemperatur bezeichnet) vermessen, wobei die Vermessung in allen drei Raumdimensionen durch eine Ultraschallmessung mit einer Ortsauflösung im Bereich von wenigen Millimetern erfolgt.
An dem Substrat 1 werden in einem dritten Verfahrensschritt S3 mehrere Glättungsschritte durchgeführt, um die Oberflächenform möglichst dicht an die gewünschte Oberflächengeometrie anzugleichen. Hierbei wird durch Formschleifen bei der Bearbeitungstemperatur T_R zunächst die Form (Passe) erzeugt, d. h. die gewünschte Form des Substrats in einem Ortsfrequenzbereich zwischen 1 mm und 100 mm, so lange, bis die Oberflächenrauheit bei der Bearbeitungstemperatur T_R in diesem Ortsfrequenzbereich sehr gering ist.
In dem dritten Verfahrensschritt S3 wird durch mechanisches Polieren, ggf. in Verbindung mit einem Anläsen der Oberfläche mit einem Lösungsmittel die gewünschte Oberflächenform auch im mittelfrequenten Bereich, d. h. bei Ortsfrequenzen zwischen ca. 1 μm und 1000 μm (MSFR) sowie im hochfrequenten Bereich (HSFR) bei Ortsfrequenzen zwischen ca. 0,01 μm und 1 μm angenähert, so dass die Oberfläche in diesen Ortsfrequenzbereichen eine Oberflächenrauheit von weniger als ca. 0,3 nm rms bzw. 0,2 nm rms aufweist.
Nachfolgend wird in einem vierten Schritt S4 die Oberflächenform des Substrats 1 bei niedrigen Ortsfrequenzen bei der Raumtemperatur T_R interferometrisch vermessen. Zu diesem Zweck wird das Substrat 1 in einen Halter verbracht, der so ausgerichtet wird, dass das Substrat 1 in einer Lage vermessen werden kann, die der Einbaulage eines EUV-Spiegels in einer EUV-Lithographieanlage entspricht, der des Substrat 1 enthält.
Aus der gemessenen Oberflächenform des Substrats 1 bei Raumtemperatur T_R und der in Schritt S1 experimentell bestimmten räumlichen Verteilung der Nulldurchgangstemperatur T_ZC wird auf die lokal unterschiedliche Volumenausdehnung des Substrats 1 beim Aufheizen auf die Betriebstemperatur T_B und damit auf die Oberflächenform des auf die Betriebstemperatur T_B aufgeheizten Substrats 1 geschlossen. Hierzu kann ein dreidimensionales mathematisches Modell auf der Grundlage finiter Elemente dienen, welches es erlaubt, aus der Oberflächenform des Substrats 1 bei Raumtemperatur T_R und der Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur T_ZC als Eingangsgrößen die lokalen Deformationen beim Aufheizen des Substrats 1 und daraus die Oberflächenform des Substrats 1 bei der Betriebstemperatur T_B zu errechnen.
Durch Vergleich der so errechneten Oberflächenform bei der Betriebstemperatur T_B mit der Soll-Oberflächenform bei der Betriebstemperatur T_B kann bestimmt werden, wie die Oberfläche des Substrats in einem nachfolgenden Verfahrensschritt S5 bearbeitet werden muss, um die Ist-Oberflächenform des Substrats 1 der Soll-Oberflächenform bei der Betriebstemperatur T_B anzunähern. Das Substrat 1 wird zu diesem Zweck wie in 4a gezeigt bei Raumtemperatur T_R mit einer Mehrzahl von Ionenstrahlen 3 (ion beam figuring, IBF) bearbeitet, die einen lokalen Materialabtrag und damit eine lokale Veränderung der Oberflächenform des Substrats 1 bei niedrigen Ortsfrequenzen zwischen ca. 1 mm und 100 mm ermöglichen, ohne dass hierbei die bei mittleren und hohen Ortsfrequenzen (MSFR, HSFR) schon erreichte Oberflächenrauhigkeit zunimmt.
Nach dem Ionenstrahlbearbeiten wird die Oberflächenform des Substrats 1 in einem weiteren Schritt S6 nochmals vermessen, um in einem nachfolgenden Schritt S7 zu überprüfen, ob durch die Bearbeitung die Soll-Oberflächenform bereits erreicht wurde bzw. ob die Abweichung von der Soll-Oberflächenform einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Ist dies der Fall, wird das Verfahren in einem weiteren Schritt S8 beendet. Sind hingegen weitere Korrekturen notwendig, werden die Schritte S5, S6 gegebenenfalls mehrmals hintereinander ausgeführt, so lange, bis die Soll-Oberflächenform 1a erhalten wurde bzw. die Ist-Oberflächenform nur noch so geringfügig von der Soll-Oberflächenform abweicht, dass das Substrat 1 und der mit einem solchen Substrat versehene EUV-Spiegel die Anforderungen an die Abbildungseigenschaften erfüllt.
Wie anhand von 4a in Verbindung mit 4b erkennbar ist, wird die Oberfläche des Substrats 1 bei Raumtemperatur T_R hierbei auf eine solche Weise bearbeitet, dass die durch das Aufheizen hervorgerufenen Deformationen des Substrats 1 im Idealfall eine Veränderung der Form der Oberfläche hervorrufen, die so gewählt ist, dass die Oberflächenform bei der Betriebstemperatur T_B genau der (im vorliegenden Beispiel planen) Soll-Oberflächenform 1a entspricht.
Wie in 4c dargestellt ist, wird auf das Substrat 1, das die Soll-Oberflächenform 1a aufweist, nachfolgend eine Beschichtung 2 aufgebracht, die eine Mehrzahl von alternierenden Schichten 2a, 2b umfasst, die typischer Weise aus Silizium und Molybdän bestehen, wobei die Schichtdicken und die Anzahl der Schichten so gewählt sind, dass sich bei der Betriebswellenlänge von ca. 13,5 nm eine möglichst große Reflexion einstellt. Das beschichtete Substrat 1 bildet somit einen EUV-Spiegel 4, der in einer EUV-Lithographieanlage eingesetzt werden kann.
Bei einer alternativen, in 2 dargestellten Variante des Verfahrens wird nach dem Start des Verfahrens (Schritt S10) zunächst ebenfalls ein Formschleif- bzw. Polierprozess (Schritt S11) durchgeführt. In einem nachfolgenden Schritt S12 wird dann wie in der Variante von 1 die Oberflächenform des Substrats 1 interferometrisch vermessen, aber nicht bei Raumtemperatur T_R, sondern bei der Betriebstemperatur T_B. Auf diese Weise kann der Einfluss der durch die ortsabhängige Variation der Nulldurchgangs-Temperaturverteilung hervorgerufenen Deformationen beim Aufheizen des Substrats 1 automatisch bei der Vermessung berücksichtigt werden.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt S14 wird dann das Substrat 1 durch Ionenstrahibearbeiten lokal abgetragen, wobei die Bearbeitung entweder bei Betriebstemperatur T_B oder bei Raumtemperatur T_R erfolgen kann. Im ersten Fall kann zur Korrektur der Oberflächenform direkt die Abweichung zwischen Ist- und Soll-Oberflächenform bei der Betriebstemperatur T_B und damit der erforderliche lokale Abtrag ermittelt werden. Im zweiten Fall, bei dem die Bearbeitung bei Raumtemperatur T_R erfolgt, kann der lokal erforderliche Abtrag geschätzt werden, oder es kann wie in Zusammenhang mit 1 erläutert ein dreidimensionales mathematisches Modell verwendet werden, wobei in diesem Fall aus der Ist-Oberflächenform bei Betriebstemperatur T_B auf die erforderliche Oberflächenform des Substrats 1 bei Raumtemperatur T_R geschlossen wird, die durch den Materialabtrag erzeugt werden muss, so dass die Oberfläche bei der Betriebstemperatur T_B die gewünschte Oberflächenform aufweist. Um das Substrat 1 bei der Bearbeitungstemperatur T_R geeignet bearbeiten zu können, ist es in diesem Fall somit günstig, in einem vorausgehenden Schritt die Temperaturverteilung der Nullausdehnungs-Temperatur T_ZC im Substratvolumen zu messen.
Analog zum in 1 beschriebenen Verfahren wird auch bei der Variante von 2 in einem nachfolgenden Verfahrensschritt 514 nochmals die Oberflächenform bei der Betriebstemperatur T_B interferometrisch vermessen, um in einem weiteren Schritt 515 zu entscheiden, ob das Verfahren beendet werden kann (Schritt S16), weil die Soll-Oberflächenform erreicht wurde, oder ob ggf. weitere Iterationen, d. h. Wiederholungen der Schritte S13 und S14 erforderlich sind.
Sowohl bei der Verfahrensvariante nach 1 als auch bei der Verfahrensvariante nach 2 wird eine Soll-Oberflächenform des Substrats 1 erreicht, die der Spezifikation entspricht und die insbesondere eine Oberflächenrauheit von weniger als 0,2 nm rms in einem Ortsfrequenzbereich zwischen ca. 1 mm und ca. 100 mm aufweist. Die Abweichung von der Soll-Oberflächenform des Substrats 1 weist bei der Betriebstemperatur T_B ein Minimum auf, d. h. bei der interferometrischen Vermessung der Oberflächenform ergeben sich sowohl bei höheren als auch bei niedrigeren Temperaturen als der Betriebstemperatur T_B jeweils höhere RMS-Werte. Die auf die oben beschriebene Weise erhaltenen EUV-Spiegel erfüllen die Spezifikation hinsichtlich der Oberflächenform und können daher in einem Projektionsobjektiv einer EUV-Lithographieanlage 101 verwendet werden, die nachfolgend anhand von 5 näher beschrieben wird.
Die EUV-Lithographieanlage 101 weist ein Strahlformungssystem 102, ein Beleuchtungssystem 103 und einem Projektionssystem 104 auf, die in separaten Vakuum-Gehäusen untergebracht und aufeinander folgend in einem von einer EUV-Lichtquelle 105 des Strahlformungssystems 102 ausgehenden Strahlengang 106 angeordnet sind. Als EUV-Lichtquelle 105 kann beispielsweise eine Plasmaquelle oder ein Synchrotron dienen. Die austretende Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen ca. 5 nm und ca. 20 nm wird zunächst in einem Kollimator 107 gebündelt. Mit Hilfe eines nachfolgenden Monochromators 108 wird durch Variation des Einfallswinkels, wie durch einen Doppelpfeil angedeutet, die gewünschte Betriebswellenlänge herausgefiltert. Im genannten Wellenlängenbereich sind der Kollimator 107 und der Monochromator 108 üblicherweise als reflektive optische Elemente ausgebildet, wobei zumindest der Monochromator 108 an seiner optischen Oberfläche kein Mehrfachschichtsystem aufweist, um einen möglichst breitbandigen Wellenlängenbereich zu reflektieren.
Der im Strahlformungssystem 102 im Hinblick auf Wellenlänge und räumliche Verteilung behandelte Strahlung wird in das Beleuchtungssystem 103 eingeführt, welches ein erstes und zweites reflektives optisches Element 109, 110 aufweist. Die beiden reflektiven optischen Elemente 109, 110 leiten die Strahlung auf eine Photomaske 111 als weiterem reflektiven optischen Element, welche eine Struktur aufweist, die mittels des Projektionssystems 104 in verkleinertem Maßstab auf einen Wafer 112 abgebildet wird. Hierzu sind im Projektionssystem 104 ein drittes und viertes reflektives optisches Element 113, 114 vorgesehen. Die reflektiven optischen Elemente 109, 110, 111, 112, 113, 114 weisen jeweils eine optische Oberfläche 109a, 110a, 111a, 112a, 113a, 114a auf, die im Strahlengang 106 der EUV-Lithographieanlage 101 angeordnet ist.
Die Oberflächen 113a, 114a der Substrate der beiden im Projektionssystem 104 angeordneten EUV-Spiegel 113, 114 wurden hierbei nach dem oben beschriebenen Verfahren erzeugt. Da die EUV-Spiegel 113, 114 im Betrieb der EUV-Lithographieanlage 101 eine (näherungsweise) konstante Betriebstemperatur T_B von typischer Weise zwischen ca. 25°C und ca. 30°C aufweisen, werden diese genau mit der gewünschten Oberflächenform betrieben, so dass Abbildungsfehler vermieden werden können. Durch das oben beschriebene Verfahren wird somit sichergestellt, dass die durch das Aufheizen erfolgten Deformationen der EUV-Spiegel 113, 114 nicht zu einer Degradation der Abbildungseigenschaften des Projektionssystems 104 führen können.
Es versteht sich, dass gegebenenfalls auch die EUV-Spiegel 109, 110 des Beleuchtungssystems 103 auf die oben beschriebene Weise mit einer gewünschten Oberflächenform versehen werden können. Allerdings sind bei den EUV-Spiegeln 109, 110 des Beleuchtungssystems 103 die Anforderungen an die Präzision der Oberflächenform deutlich geringer, so dass die Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens ggf. nicht erforderlich ist, zumal die Betriebstemperatur im Beleuchtungssystem 103 stärker als im Projektionssystem 104 von der jeweils gewählten Beleuchtungseinstellung (z. B. Dipol, Quadrupol etc.) abhängt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20080143981 A1 [0007]
DE 102008002403 A1 [0008]

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines Substrats (1) für einen EUV-Spiegel (4) mit einer Soll-Oberflächenform (1a) bei einer Betriebstemperatur (T_B), wobei das Substrat (1) ein Nullausdehnungsmaterial aufweist, dessen Nulldurchgangs-Temperatur (T_ZC) im Substrat volumen ortsabhängig insbesondere um mehr als 2 K variiert, umfassend die Schritte: a1) Vermessen der Oberflächenform (1a') des Substrats (1) bei einer Bearbeitungstemperatur (T_R), die niedriger ist als die Betriebstemperatur (T_B), sowie a2) Ortsaufgelöstes Bearbeiten des Substrats (1) zum Anpassen der Oberflächenform des Substrats (1) an die Soll-Oberflächenform (1a) basierend auf der Vermessung und unter Berücksichtigung einer durch eine Temperaturdifferenz (T_B – T_R) zwischen der Bearbeitungstemperatur (T_R) und der Betriebstemperatur (T_B) hervorgerufenen Deformation des Substrats (1) aufgrund der ortsabhängigen Variation der Nulldurchgangs-Temperatur (T_ZC), oder b1) Vermessen der Oberflächenform des Substrats (1) bei der Betriebstemperatur (T_B), sowie b2) Ortsaufgelöstes Bearbeiten des Substrats (1) zum Anpassen der Oberflächenform des Substrats (1) an die Soll-Oberflächenform (1a) bei der Betriebstemperatur (T_B) basierend auf der Vermessung.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die ortsabhängige Verteilung der Nulldurchgangs-Temperatur (T_ZC) in dem Substratvolumen bevorzugt mit einem Ultraschallverfahren vermessen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem aus der gemessenen ortsabhängigen Verteilung die lokale Veränderung der Oberflächenform (1a', 1a) des Substrats (1) beim Aufheizen auf die Betriebstemperatur (T_B) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Bestimmung der lokalen Veränderung der Oberflächenform (1a', 1a) auf Grundlage eines mathematischen Modells zur Bestimmung der lokalen Deformationen des Substrats (1) beim Aufheizen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Bearbeiten des Substrats (1) in Verfahrensschritt b2) bei der Betriebstemperatur (T_B) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Bearbeiten des Substrats (1) in Verfahrensschritt a2) oder b2) bei der Bearbeitungstemperatur (T_R) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Verfahrensschritte a1), a2) oder b1), b2) mehrmals wiederholt werden, bis die Soll-Oberflächenform (1a) bei der Betriebstemperatur (T_B) erreicht ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Betriebstemperatur (T_B) bei mehr als 25°C und die Bearbeitungstemperatur (T_R) bei weniger als 25°C, insbesondere bei ca. 22°C, liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in einem vorausgehenden Verfahrensschritt die Oberfläche (1a') des Substrats (1) geglättet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Vermessen der Oberflächenform des Substrats (1) interferometrisch erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Vermessen des Substrats (1) in einem Halter erfolgt, der so ausgerichtet wird, dass das Substrat (1) in einer Lage vermessen wird, die der Einbaulage des EUV-Spiegels (4, 113, 114) in einer EUV-Lithographieanlage (101) entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das ortsaufgelöste Bearbeiten des Substrats (1) durch Ionenstrahlbearbeiten erfolgt.
EUV-Spiegel (4, 113, 114), umfassend: ein Substrat (1), welches ein Nullausdehnungsmaterial aufweist, dessen Nulldurchgangs-Temperatur (T_ZC) im Substratvolumen ortsabhängig um mehr als 2 K variiert, sowie eine auf das Substrat (1) aufgebrachte reflektive Mehrlagen-Beschichtung (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) bei einer Betriebstemperatur (T_B) von mehr als 25°C eine Soll-Oberflächenform mit einer Oberflächenrauheit von weniger als 0,2 nm rms in einem Ortsfrequenzbereich zwischen 1 mm und 100 mm aufweist, die insbesondere gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche erzeugt wurde.
EUV-Spiegel nach Anspruch 13, bei dem eine Abweichung von der Soll-Oberflächenform bei der Betriebstemperatur (T_B) ein Minimum aufweist.
EUV-Spiegel nach Anspruch 13 oder 14, bei dem das Nullausdehnungsmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Silikatglas, insbesondere mit Titandioxid dotiertes Quarzglas, oder Glaskeramik.
EUV-Spiegel nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem das Substrat (1) bei einer Betriebstemperatur (T_B) von mehr als 25°C eine Soll-Oberflächenform mit einer Oberflächenrauheit von weniger als 0,3 nm rms in einem Ortsfrequenzbereich zwischen 1 μm und 1 mm aufweist.
EUV-Spiegel nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem das Substrat (1) bei einer Betriebstemperatur (T_B) von mehr als 25°C eine Soll-Oberflächenform mit einer Oberflächenrauheit von weniger als 0,2 nm rms in einem Ortsfrequenzbereich zwischen 0,01 μm und 1 μm aufweist.
EUV-Projektionssystem (104), umfassend mindestens einen EUV-Spiegel (113, 114) nach einem der Ansprüche 13 bis 17.