DE102011076014A1

DE102011076014A1 - Oberflächenkorrektur an beschichteten Spiegeln

Info

Publication number: DE102011076014A1
Application number: DE201110076014
Authority: DE
Inventors: Dirk Heinrich Ehm; Franz-Josef Stickel; Jürgen Müller
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2012-08-09

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spiegel (1) für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage. Ein solcher Spiegel (1) umfasst ein Substrat (3) und eine reflektive Beschichtung (5). Eine funktionelle Beschichtung (11) zwischen Substrat (3) und reflektiver Beschichtung (5) weist eine lokale Formvariation (19) zur Korrektur der Oberflächenform des Spiegels (1) auf, wobei die lokale Formvariation (19) durch lokale Variation der chemischen Zusammensetzung der funktionellen Beschichtung (11) hervorgerufen wird. Die lokale Variation der chemischen Zusammensetzung der funktionellen Beschichtung (11) kann durch Beschuss mit Partikeln (15), beispielsweise mit Wasserstoff-Ionen, hervorgerufen werden.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spiegel zur Verwendung in einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einem Substrat und einer reflektiven Beschichtung, ein Projektionsobjektiv zur Verwendung in einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage, eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage, sowie ein Verfahren zur Korrektur einer Oberflächenform eines Spiegels mit einem Substrat und einer reflektiven Beschichtung.
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen dienen zur Herstellung von mikrostrukturierten Bauelementen mittels eines photolithographischen Verfahrens. Dabei wird eine strukturtragende Maske, das sogenannte Retikel, mit Hilfe einer Projektionsoptik auf eine photosensitive Schicht abgebildet. Die minimale Strukturbreite, die mit Hilfe einer solchen Projektionsoptik abgebildet werden kann, wird bestimmt durch die Wellenlänge des verwendeten Abbildungslichtes. Je kleiner die Wellenlänge des verwendeten Abbildungslichtes ist, desto kleinere Strukturen können mit Hilfe der Projektionsoptik abgebildet werden. Heutzutage wird hauptsächlich Abbildungslicht mit der Wellenlänge 193 nm oder Abbildungslicht mit einer Wellenlänge im Bereich des extremen Ultraviolett (EUV), d. h. 5 nm–30 nm, verwendet. Bei der Verwendung von Abbildungslicht mit einer Wellenlänge von 193 nm kommen sowohl refraktive optische Elemente als auch reflektive optische Elemente innerhalb der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage zum Einsatz. Bei Verwendung von Abbildungslicht mit einer Wellenlänge im Bereich von 5 nm–30 nm werden dagegen ausschließlich reflektive optische Elemente (EUV-Spiegel) verwendet.
Um eine gute Abbildung der strukturtragenden Maske auf die photosensitive Schicht zu ermöglichen, ist es erforderlich, dass die Abbildungsfehler bzw. die Wellenfrontfehler der Projektionsoptik soweit wie möglich reduziert werden. Daher ist es erforderlich, die Oberflächenform insbesondere der verwendeten Spiegel innerhalb der Projektionsoptik mit einer hohen Präzision zu gewährleisten.
Zur Korrektur der Oberflächenform von EUV-Spiegeln ist es bekannt, die oberste Schicht der reflektiven Beschichtung zumindest teilweise lokal abzutragen. Allerdings ist der hierbei benötigte Schichtabtrag groß gegenüber dem zu korrigierenden Wellenfrontfehler. Zur Korrektur der Oberflächenform des Spiegels kann auch die Oberflächenform des Substrats vor dem Aufbringen der reflektiven Beschichtung geeignet angepasst werden, indem diese lokal abgetragen wird. Allerdings können in diesem Fall diejenigen Wellenfrontfehler nicht korrigiert werden, die erst durch das Auftragen der reflektiven Beschichtung entstehen.
Aufgabe der Erfindung
Es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Spiegel bereit zu stellen, dessen Oberflächenform hochpräzise festgelegt wird.
Gegenstand der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen Spiegel zur Verwendung in einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage umfassend ein Substrat und eine reflektive Beschichtung. Dieser Spiegel ist dadurch gekennzeichnet, dass eine funktionelle Beschichtung zwischen Substrat und reflektiver Beschichtung eine lokale Formvariation zur Korrektur der Oberflächenform des Spiegels aufweist, wobei die lokale Formvariation durch lokale Variation der chemischen Zusammensetzung der funktionellen Beschichtung hervorgerufen wird.
Die lokale Variation der chemischen Zusammensetzung führt zu einer Strukturveränderung innerhalb des Materials der funktionellen Beschichtung und damit zu einer lokalen Variation der Dichte und Dicke der funktionellen Beschichtung, durch die sich die Oberflächenform des Spiegels sehr genau einstellen lässt. Auch kann bei einem solchen Spiegel die Oberflächenform in gewissem Maße geändert werden, ohne dass die reflektive Beschichtung entfernt und wieder erneut aufgebracht werden muss.
Durch die Korrektur der Oberflächenform des Spiegels mit Hilfe einer Formvariation der funktionellen Beschichtung, wobei die funktionelle Beschichtung lokale Dichtevariationen aufweist, ergibt sich der weitere Vorteil, dass nur die Form der funktionellen Beschichtung verändert wird. Das Spiegelsubstrat und damit der Spiegelkörper bleiben unverändert, so dass mechanische Komponenten, die mit dem Spiegelsubstrat verbunden sind, nicht negativ beeinflusst werden. Die funktionelle Beschichtung kann hierbei unmittelbar auf dem Substrat oder gegebenenfalls auf einer auf dem Substrat aufgebrachten Schutzschicht (surface protection layer) oder dergleichen angeordnet sein.
Bei einer Weiterbildung des Spiegels wird die lokale Variation der chemischen Zusammensetzung der funktionellen Beschichtung durch Beschuss mit Partikeln hervorgerufen. Dies hat den Vorteil, dass die Dichteänderung kontaktlos vorgenommen werden kann. So kann zum Beispiel eine Beschädigung der reflektiven Beschichtung weitgehend vermieden werden, wenn die Eindringtiefe beim Beschuss der funktionellen Beschichtung so gewählt wird, dass die Partikel im Wesentlichen im Material der funktionellen Beschichtung und nicht in der darüber liegenden reflektiven Beschichtung deponiert werden. Um die reflektierende Beschichtung zu durchdringen, ist es in der Regel erforderlich, die Partikel auf hohe kinetische Energien zu beschleunigen. Da eine Beschleunigung von Partikeln in elektrischen und/oder magnetischen Feldern auf besonders einfache Weise erfolgen kann, ist es günstig, wenn geladene Partikel für den Beschuss verwendet werden.
Als geladene Partikel für den Beschuss haben sich insbesondere Wasserstoff-Ionen (H⁺-Ionen) als günstig erwiesen. Für den Beschuss ist Wasserstoff der ideale Kandidat, da dieser aufgrund seiner geringen Größe leicht in die zu verändernde funktionelle Beschichtung eindringen kann und die entstehenden Reaktionsprodukte in der Regel klein genug sind, um wieder aus dem Festkörper zu entweichen. Alternativ können als Partikel auch Sauerstoff-Moleküle bzw. Sauerstoff-Ionen dienen, insbesondere für kohlenstoffhaltige funktionelle Beschichtungen. In jedem Fall sollte die kinetische Energie der Partikel hierbei so angepasst werden, dass der Mittelwert der Verteilung der Eindringtiefe im Bereich der funktionellen Beschichtung liegt. Typischer Weise werden zu diesem Zweck Ionen-Energien benötigt, die im Bereich mehrerer 100 eV liegen, d. h. schnelle Wasserstoff-Ionen, wie sie von einer Ionenkanone erzeugt werden.
Eine Ionenkanone ermöglicht es typischer Weise, die Energien der für den Beschuss beschleunigten geladenen Partikel in weiten Grenzen zu variieren.
Bei einer Weiterbildung ist die lokale Variation der chemischen Zusammensetzung der funktionellen Beschichtung irreversibel. Dies hat den Vorteil, dass der Spiegel nach dem Beschuss in dem geänderten chemischen Zustand verbleibt, ohne dass kontinuierlich auf ihn eingewirkt werden muss.
Bei einer Ausführungsform enthält die funktionelle Beschichtung ein wasserstoffreaktives Material. Unter einem wasserstoffreaktiven Material wird im Sinne dieser Anmeldung ein Material verstanden, mit dem die Wasserstoff-Ionen eine chemische Reaktion eingehen. Die chemische Reaktion führt dazu, dass sich die Dichte des wasserstoffreaktiven Materials verändert, beispielsweise durch eine Rekombination der Wasserstoff-Ionen zu Wasserstoff-Molekülen (H₂).
Bei dem wasserstoffreaktiven Material kann es sich beispielsweise um Kohlenstoff, Silizium oder ein wasserstoffreaktives Metall handeln. Gegebenenfalls kann es sich bei dem wasserstoffreaktiven Material auch um einen bzw. mehrere Kohlenwasserstoffe handeln, welche durch eine Reaktion mit Wasserstoff in atomaren Kohlenstoff umgewandelt werden. Eine solche Veränderung der chemischen Zusammensetzung kann durch physikalische Wechselwirkungen entstehen, z. B. in Form von Stoßprozessen. Kohlenstoff kann mit den Wasserstoff-Ionen zu leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffen reagieren, Silizium zu Silan und wasserstoffreaktive Metalle, beispielsweise Sn, Zn, In, etc. sowie Seltenerdmetalle können mit den Wasserstoff-Ionen Hydride bilden, was jeweils mit einer lokalen Abnahme der Dichte des wasserstoffreaktiven Materials und einem damit einhergehenden lokalen Anstieg des Volumens des wasserstoffreaktiven Materials verbunden ist. Es versteht sich, dass beim Beschuss mit Wasserstoff-Ionen oder mit anderen Partikeln statt einer lokalen Zunahme des Volumens des wasserstoffreaktiven Materials auch eine lokale Abnahme des Volumens bzw. eine Erhöhung der Dichte erzeugt werden kann. Beispielsweise kann Wasserstoff mit Silizium zu kurzkettigen Silanen reagieren, welche durch die Korngrenzen in der reflektiven Beschichtung in die Umgebung entweichen können.
Ein Projektionsobjektiv mit einem erfindungsgemäßen Spiegel und eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einem solchen Projektionsobjektiv haben die Vorteile, die bereits vorstehend mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Spiegel beschrieben sind. Dabei kann das Projektionsobjektiv ausschließlich Spiegel oder auch zusätzliche Linsenelemente aufweisen.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Korrektur einer Oberflächenform eines Spiegels umfassend ein Substrat und eine reflektive Beschichtung. Dabei ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass dieses mindestens folgenden Schritt umfasst: Erzeugen einer lokalen Formvariation einer funktionellen Beschichtung, die zwischen Substrat und reflektiver Beschichtung angeordnet ist, durch lokale Variation der chemischen Zusammensetzung der funktionellen Beschichtung. Ein solches Verfahren hat den Vorteil, dass sich die Oberflächenform des Spiegels sehr genau einstellen lässt. Ein solches Verfahren kann entweder vor Inbetriebnahme des optischen Systems durchgeführt werden, in dem der Spiegel zum Einsatz kommt, oder auch im Rahmen einer Wartungs- bzw. Instandsetzungsmaßnahme. Dies hat den Vorteil, dass nachdem das optische System eine gewisse Zeit betrieben wurde und betriebsbedingt gewisse Änderungen in den optischen Eigenschaften aufgetreten sind, die Oberflächenform zumindest eines Spiegels verändert werden kann, um die Änderungen zu kompensieren. Eine solche Wartungsmaßnahme ermöglicht es, über eine lange Betriebsdauer die gewünschten optischen Eigenschaften zu realisieren. Dabei ist es möglich eine solche Wartungsmaßnahme durchzuführen, indem der Spiegel ausgebaut wird, in eine spezielle Anlage verbracht wird, um dort die Oberflächenform zu korrigieren und danach wieder eingebaut wird. Alternativ kann die Anlage mit dem optischen System eine geeignete Vorrichtung umfassen, so dass eine Korrektur der Oberflächenform zumindest eines Spiegels ohne Ausbau dieses Spiegels möglich ist.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren kann so weitergebildet sein, dass die lokale irreversible Veränderung der Dichte erfolgt, während der Spiegel die reflektive Beschichtung aufweist. Dies hat den Vorteil, dass die Oberflächenform eines Spiegels in gewissem Maße geändert werden, ohne dass die reflektive Beschichtung entfernt und wieder aufgebracht werden muss. Zusätzlich kann das Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass eine Dicke der reflektiven Beschichtung durch die lokale Variation der chemischen Zusammensetzung nicht verändert wird. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Reflektivität des Spiegels durch das Verfahren zur Korrektur der Oberflächenform nicht verschlechtert wird.
Bei einer Weiterbildung erfolgt die lokale Variation der chemischen Zusammensetzung der funktionellen Beschichtung durch Beschuss mit Partikeln. Insbesondere wenn die funktionelle Beschichtung ein wasserstoffreaktives Material aufweist, reagiert diese besonders sensitiv auf die Bestrahlung mit geladenen Partikeln in Form von Wasserstoff-Ionen, so dass sich eine Veränderung der lokalen Dichte der funktionellen Beschichtung auf besonders einfache Weise realisieren lässt.
Bei einer Weiterbildung wird die kinetische Energie der Partikel in Abhängigkeit von der Dicke der reflektierenden Beschichtung festgelegt. Die kinetische Energie der Partikel wird hierbei typischer Weise so gewählt, dass ein Großteil der Partikel im Material der funktionellen Schicht deponiert wird. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass nur ein geringer Anteil der Partikel innerhalb der reflektiven Beschichtung deponiert wird, so dass deren optische Eigenschaften durch den Beschuss nicht oder nur unwesentlich verändert werden.
Bei einer Weiterbildung ist die Variation der chemischen Zusammensetzung irreversibel. Dies hat den Vorteil, dass der Spiegel in dem geänderten chemischen Zustand verbleibt, ohne dass kontinuierlich auf ihn eingewirkt werden muss.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Korrektur der Abbildungseigenschaften einer Projektionsoptik einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage umfassend ein vorstehend beschriebenes Verfahren zur Korrektur einer Oberflächenform mindestens eines Spiegels der Projektionsoptik. Damit hat ein solches Verfahren zur Korrektur der Abbildungseigenschaften die Vorteile, die vorstehend mit Bezug auf das Korrekturverfahren einer Oberflächenform beschrieben sind.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Korrektur der Abbildungseigenschaften einer Projektionsoptik einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage umfassend die folgenden Schritte:

a. Bestimmung der Wellenfrontaberrationen der Projektionsoptik
b. Berechnung einer Korrektur-Oberflächenform mindestens eines Spiegels aus den Wellenfrontaberrationen der Projektionsoptik
c. Korrektur einer Oberflächenform des mindestens einen Spiegels gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren.

Ein solches Verfahren zur Korrektur der Abbildungseigenschaften hat die Vorteile, die bereits vorstehend mit Bezug auf das Korrekturverfahren einer Oberflächenform beschrieben sind.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
1a eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Spiegels vor einer Korrektur der Oberflächenform,
1b, c jeweils eine schematische Darstellung des Spiegels nach der Korrektur der Oberflächenform durch Beschuss mit Wasserstoff-Ionen,
2 eine Projektionsoptik, in der ein erfindungsgemäßer Spiegel Verwendung finden kann,
3a schematisch eine Aufsicht auf eine zu korrigierende Oberfläche,
3b einen Schnitt durch die in 3a dargestellte zu korrigierende Oberfläche,
4 anhand eines Flussdiagramms ein Verfahren zur Korrektur der Oberflächenform eines Spiegels, und
5 anhand eines Flussdiagramms ein Verfahren zur Korrektur der Abbildungsqualität einer Projektionsoptik durch die Korrektur der Oberflächenform eines Spiegels.
In 1a ist schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Spiegels 1 zur Verwendung in einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage in einem Ausgangszustand vor einer Korrektur der Oberflächenform gezeigt. Der Spiegel 1 umfasst ein Substrat 3 und eine reflektive Beschichtung 5.
Für den Fall, dass der Spiegel 1 in einer Projektionsbelichtungsanlage verwendet werden soll, welche Abbildungslicht mit einer Wellenlänge im Bereich von 5 nm–30 nm verwendet, besteht das Substrat 3 aus einem Material mit einem 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. Ein Material, welches diese Eigenschaften aufweist, ist mit Titandioxid dotiertes Silikat- bzw. Quarzglas, 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. Eine weitere Materialgruppe, welche einen sehr geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, sind Glaskeramiken, bei denen das Verhältnis der Kristallphase zur Glasphase so eingestellt wird, dass sich die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der unterschiedlichen Phasen nahezu aufheben. 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.
Soll der Spiegel 1 in einer Projektionsbelichtungsanlage verwendet werden, welche mit Abbildungslicht bei Wellenlängen von mehr als 150 nm, z. B. bei ca. 193 nm, betrieben wird, können Materialien für das Substrat 3 verwendet werden, welche einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, beispielsweise Quarzglas (SiO₂).
Die reflektive Beschichtung 5 besteht aus einer Mehrzahl von Einzelschichten, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Ist der Spiegel 1 zur Reflektion von Abbildungslicht 7 mit einer Wellenlänge im Bereich von 5 nm–30 nm ausgeführt, dann umfasst die reflektive Beschichtung 5 Einzelschichten, die abwechselnd aus Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes bestehen. Hat das Abbildungslicht 7 eine Wellenlänge im Bereich von 13,5 nm, so bestehen die Einzelschichten üblicherweise aus Molybdän und Silizium. Andere Materialkombinationen wie z. B. Molybdän und Beryllium, Ruthenium und Beryllium oder Lanthan und B₄C sind ebenfalls möglich. Zusätzlich zu den beschriebenen Einzelschichten können solche reflektiven Beschichtungen 5 auch Zwischenschichten zur Verhinderung von Diffusion oder Deckschichten zur Verhinderung von Oxidation und Korrosion beinhalten. Auf die Darstellung solcher Hilfsschichten in den Figuren wurde verzichtet. Wird der Spiegel 1 mit Abbildungslicht bei Wellenlängen von mehr als 150 nm betrieben, weist die reflektive Beschichtung 5 in der Regel ebenfalls eine Mehrzahl von Einzelschichten auf, die abwechselnd aus Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes bestehen.
Der Spiegel 1 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine plane Oberfläche auf. Dies wurde nur zur besseren Darstellung des erfindungsgemäßen Korrekturverfahrens so gewählt. Bereits im Ausgangszustand kann der Spiegel 1 eine gekrümmte Oberflächenform aufweisen. Es sind z. B. konkave Oberflächenformen und konvexe Oberflächenformen möglich. Die Oberflächenformen können sowohl sphärisch sein als auch asphärisch. Nach der Herstellung kann ein solcher Spiegel 1 mit Hilfe von interferometrischen Methoden vermessen werden. Dies sind z. B. die Shearing Interferometry, die Point-Diffraction Interferometry, die Foucault Methode, der Ronchi-Test, der der Hartmann-Test oder der Shack-Hartmann-Test. Eine Beschreibung dieser bekannten Methoden findet sich z. B. in der EP 1306698 A1 .
Für diese Messverfahren ist es üblicherweise erforderlich, dass der Spiegel 1 bereits eine reflektive Beschichtung 5 aufweist. Als Ergebnis dieser Messungen erhält man die sogenannte Ist-Oberflächenform, das heißt genaue Angaben über die tatsächliche Oberflächenform des vorliegenden Spiegels 1. Ergibt nun die Vermessung der Oberflächenform, dass die Ist-Oberflächenform von der gewünschten Oberflächenform (Soll-Oberflächenform) abweicht, so ist eine Korrektur der Oberflächenform erforderlich. Dies kann z. B. geschehen, indem die reflektive Beschichtung des Spiegels wieder entfernt wird und danach die Form der Oberfläche 9 des Substrats 3 mit Hilfe von z. B. Ionenstrahlen (Ion Beam Figuring) korrigiert wird. Dieses Vorgehen hat jedoch den Nachteil, dass zunächst die reflektive Beschichtung 5 entfernt werden muss, bevor die Oberfläche 9 korrigiert werden kann. Nach der Korrektur der Oberflächenform wird eine reflektive Beschichtung wieder aufgebracht und eine erneute Vermessung der Oberflächenform vorgenommen. Häufig wird jedoch die Soll-Oberflächenform nicht durch einen Korrekturschritt erreicht, so dass eine erneute Korrektur der Oberflächenform erforderlich wird. Daher beinhaltet dieses Korrekturverfahren eine häufige Neubeschichtung des Spiegels 1, was das Korrekturverfahren sehr zeit- und kostenintensiv macht. Des Weiteren besteht auch immer die Gefahr, dass die neu aufgebrachte reflektive Beschichtung 5 nicht den gewünschten Anforderungen entspricht und somit der gesamte Prozess ggf. häufiger wiederholt werden muss.
Diese Nachteile werden von dem erfindungsgemäßen Korrekturverfahren überwunden. Die Erfinder haben erkannt, dass es günstig ist, zwischen das Substrat 3 und die reflektive Beschichtung 5 eine funktionelle Beschichtung 11 einzubringen, um die Oberflächenform des Spiegels 1 zu korrigieren. Hierbei wird ausgenutzt, dass die chemische Zusammensetzung der funktionellen Beschichtung 11 lokal verändert werden kann, wodurch eine lokale Variation der Dichte und damit der Form der funktionellen Beschichtung 11 erzeugt wird, die eine Korrektur der Oberflächenform des Spiegels 1 bewirkt. Die funktionelle Beschichtung 11 weist dabei ein Material auf, dessen Dichte irreversibel, d. h. dauerhaft, verändert werden kann. Die funktionelle Beschichtung 11 ist bei dem Ausführungsbeispiel von 1a direkt auf das Substrat 3 aufgebracht. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich, vielmehr kann die funktionelle Beschichtung 11 auch auf eine auf dem Substrat 3 angeordnete Schutzschicht (surface protection layer) oder dergleichen aufgebracht werden.
Im vorliegenden Beispiel besteht die funktionelle Beschichtung 11 aus einem wasserstoffreaktiven Material, d. h. aus einem Material, welches mit Wasserstoff, genauer gesagt mit Wasserstoff-Ionen, eine chemische Reaktion eingehen kann und hierbei seine Dichte verändert.
Für die lokale Deposition von Wasserstoff-Ionen in der funktionellen Beschichtung 11 kann eine Ionenkanone 13 dienen, welche einen räumlich lokalisierten Teilchenstrahl aus Wasserstoff-Ionen 15 (H⁺-Ionen) erzeugt, vgl. 1b. Wird dieser Teilchenstrahl auf den Spiegel 1 gerichtet, erfolgt eine Deposition der Wasserstoff-Ionen in der funktionellen Beschichtung 11, die räumlich auf einen Bereich 19 beschränkt ist, in dem die Deposition zu einer lokalen Veränderung der chemischen Zusammensetzung des wasserstoffreaktiven Materials führt. In 1b gezeigte Isodichtelinien 17 der funktionellen Beschichtung 11 zeigen an, dass eine lokale Verdichtung in dem beschossenen Bereich 19 aufgetreten ist, die zu einer Abnahme der Dicke der funktionellen Beschichtung 11 in dem beschossenen Bereich 19 führt. Bei dem in 1c gezeigten Beispiel führt der Beschuss mit Wasserstoff-Ionen zum gegenteiligen Effekt, d. h. die chemische Reaktion führt zu einer Abnahme der Dichte der funktionellen Beschichtung 11 und damit zu einer Zunahme der Dicke der funktionellen Beschichtung 11 in dem beschossenen Bereich 19.
Bei dem wasserstoffreaktiven Material kann es sich beispielsweise um Kohlenstoff, Silizium, ein Seltenerdmetall etc. handeln. Kohlenstoff kann mit dem Wasserstoff zu leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffen reagieren, Silizium zu Silanen und die Seltenerdmetalle bzw. ausgewählte wasserstoffreaktive Metalle können Hydride bilden, wobei sich jeweils die Dichte des Materials der funktionellen Beschichtung 11 lokal verändert, und zwar typischer Weise abnimmt, wie dies in 1c gezeigt ist.
Durch Bewegen der Ionenkanone 13 entlang der Oberfläche des Spiegels 1 können somit zur Korrektur der Oberflächenform des Spiegels 1 lokale Dichtevariationen an der funktionellen Beschichtung 11 vorgenommen werden. Die reflektive Beschichtung 5 folgt in Ihrer Form der veränderten funktionellen Beschichtung 19. Daher ergibt sich auch eine Veränderung der Oberflächenform des Spiegels 1. Im beschossenen Bereich 19 der Spiegeloberfläche liegt nun eine Vertiefung oder eine Erhöhung in der Oberflächenform vor, obwohl das Spiegelsubstrat 3 in seiner Form unverändert geblieben ist. Auch die reflektive Beschichtung 5 weist keine Dickenvariation in Folge der lokalen Verringerung oder Erhöhung der Dichte der funktionellen Beschichtung 11 auf.
Eine Abnahme der Dicke der funktionellen Beschichtung 11, wie sie in 1c gezeigt ist, tritt typischer Weise auf, wenn das wasserstoffreaktive Material aus Kohlenstoff besteht. Die Wasserstoff-Ionen reagieren in diesem Fall mit dem Kohlenstoff zu leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffen, deren Dichte geringer ist als die Dichte des vor dem Beschuss dort vorhandenen Kohlenstoffs. Die Dicke der funktionellen Beschichtung 11 liegt im Falle von Kohlenstoff vor dem Beschuss typischer Weise bei ca. 1–50 nm. Eine Abnahme der Dichte kann auch durch die Deposition von Wasserstoff-Ionen in wasserstoffreaktive Materialien wie Silizium oder Seltenerdmetalle erzeugt werden. Eine Verdichtung des wasserstoffreaktiven Materials, wie dies in 1b dargestellt ist, tritt typischer Weise auf, wenn das Material aus Kohlenwasserstoffen besteht, welche durch Reaktion mit Wasserstoff in atomaren Kohlenstoff umgewandelt werden können, z. B. als Reaktionsprodukt einer physikalischen Wechselwirkung.
Durch geeignete Wahl der Betriebsparameter der Ionenkanone 13 kann die Ortsauflösung der lokalen Formvariation der funktionellen Beschichtung 11 eingestellt und falls erforderlich variiert werden. Durch geeignete Einstellung der Betriebsparameter der Ionenkanone 13 kann auch sichergestellt werden, dass der Großteil der Wasserstoff-Ionen 15 gezielt in der funktionellen Beschichtung 11 deponiert wird und nicht in der darüber liegenden reflektiven Beschichtung 5. Zu diesem Zweck kann insbesondere die kinetische Energie der Wasserstoff-Ionen 15 in Abhängigkeit von der Dicke der reflektiven Beschichtung 5 so gewählt werden, dass deren Eindringtiefe (im Mittel) innerhalb der funktionellen Beschichtung 11 liegt. Je größer die Dicke der funktionellen Beschichtung 5 ist, desto geringer sind typischer Weise die Anforderungen an die Genauigkeit, mit der die Eindringtiefe eingestellt werden muss.
Um die reflektive Beschichtung 5 zu durchdringen ist es typischer Weise erforderlich, mit der Ionenkanone 13 schnelle Wasserstoff-Ionen zu erzeugen, deren kinetische Energie bei mehreren 100 eV liegt. Typischer Weise ist für jeden Übergang zwischen einer Einzelschicht aus Molybdän und einer Einzelschicht aus Silizium der reflektiven Beschichtung 5 eine kinetische Energie von 250 eV erforderlich.
Um zu vermeiden, dass unerwünschter Weise negativ geladene Ionen in die reflektive Beschichtung 5 eindringen, können diese entweder auf dem Weg zum Spiegel 1 mittels eines geeigneten Filters (typischer Weise in Form eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes) aus dem von der Ionenkanone 15 erzeugten Teilchenstrahl ausgefiltert werden oder es kann das Material und/oder die Dicke einer Deckschicht der reflektiven Beschichtung 5 so eingestellt werden, dass diese als Filter dient, um ein Eindringen von negativ geladenen Ionen in die reflektive Beschichtung 5 nahezu vollständig zu verhindern.
In 2 ist eine beispielhafte Ausführungsform einer Projektionsoptik 23 dargestellt. Mit Hilfe der Projektionsoptik 23 wird eine strukturtragende Maske 29, die in einer Objektebene 31 angeordnet ist, auf ein Bild 33 in einer Bildebene 35 abgebildet. In der Bildebene 35 ist eine photosensitive Schicht angeordnet, die sich durch die Belichtung chemisch verändert. Man spricht hierbei von einem sogenannten lithographischen Schritt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Projektionsoptik 23 sechs Spiegel 21 mit denen die strukturtragende Maske 29 in die Bildebene 35 abgebildet wird. Ein solches Projektionsobjektiv 23 ist üblicherweise beugungsbegrenzt, so dass die maximal mögliche Auflösung nur dann erreicht werden kann, wenn die Wellenfrontaberration der Projektionsoptik hinreichend klein sind.
Bei beugungsbegrenzten Projektionsoptiken ist es erforderlich, dass der RMS-Wert (root mean square) kleiner ist als 1/14 der Wellenlänge des Abbildungslichtes. Um dies zu erreichen, muss die Oberflächenform der Spiegel 21 hochpräzise eingestellt sein. Des Weiteren müssen die Spiegel 21 ebenfalls sehr genau positioniert werden. Neben Projektionsoptiken, die nur Spiegel als optische Komponenten umfassen, wie in der in 2 dargestellten Ausführungsform kann die Erfindung auch bei sogenannten katadioptrischen Projektionsobjektiven zum Einsatz kommen. Katadioptrische Projektionsobjektive enthalten sowohl reflektive als auch refraktive optische Elemente. Derartige Projektionsobjektive werden üblicherweise eingesetzt, wenn das Abbildungslicht eine Wellenlänge im Bereich von 193 nm oder 248 nm aufweist.
3a, b zeigen beispielhaft die zu korrigierende Oberflächenform eines Spiegels. Die Abweichung zwischen der Ist-Oberflächenform und der Soll-Oberflächenform ist in 3a mit Hilfe der Höhenlinien 37 dargestellt. Weiterhin zeigt 3b das Höhenprofil dieser Abweichung entlang der Linie 39 in 3a. Solche gezeigten Abweichungen können z. B. mit Hilfe eines interferometrischen Messverfahrens ermittelt werden.
In 4 ist beispielhaft anhand eines Flussdiagramms das erfindungsgemäße Verfahren zur Korrektur einer Oberflächenform eines Spiegels dargestellt. Zunächst wird in Schritt 41 ein Spiegel mit einer Ist-Oberflächenform hergestellt. Dieser Spiegel umfasst dann bereits ein Substrat und eine reflektive Beschichtung. Die Ist-Oberflächenform des Spiegels wird danach in Schritt 43 genau vermessen. Hierzu wird üblicherweise ein interferometrisches Messverfahren verwendet wie es z. B. in der EP 1306698 A1 beschrieben wird. In Schritt 45 wird dann die vermessene Ist-Oberflächenform mit der gewünschten Soll-Oberflächenform verglichen. Stimmen die beiden Oberflächenformen innerhalb der gewünschten Toleranz überein, so ist das Verfahren bereits beendet.
Liegt eine Abweichung der Oberflächenform vor, die außerhalb der Toleranz liegt, so wird als nächstes in Schritt 47 eine Korrektur der Oberflächenform vorgenommen. Dieser Verfahrensschritt 47 umfasst das Beschießen des Spiegels mit Partikeln auf die oben beschriebene Weise. In dem Korrekturschritt wird zumindest eine lokale irreversible Veränderung der Dichte des Materials einer funktionellen Beschichtung 11 zwischen Substrat 3 und reflektiver Beschichtung 5 vorgenommen, wie sie anhand von 1b und 1c beschrieben wurde. Nach dieser Korrektur der Oberflächenform wird in Schritt 49 die Ist-Oberflächenform erneut vermessen. In Schritt 51 wird diese Ist-Oberflächenform dann erneut mit der Soll-Oberflächenform verglichen. Im Verfahrenschritt 53 wird dann überprüft, ob die Ist-Oberflächenform nun mit der Soll-Oberflächenform innerhalb der Toleranz übereinstimmt. Ist das Ergebnis positiv, so ist das Verfahren an dieser Stelle beendet.
Ergibt sich weiterhin eine Abweichung außerhalb der Toleranz, so wird das Verfahren erneut mit der Korrektur der Oberflächenform in Schritt 47 fortgesetzt. Je nach Größe der zu korrigierenden Abweichung zwischen Ist-Oberflächenform und Soll-Oberflächenform kann eine mehrfache Anwendung dieser beschriebenen Korrekturschleife der Schritte 47, 49, 51 und 53 erforderlich sein. Im Gegensatz zu anderen Verfahren zur Korrektur einer Oberflächenform eines Spiegels wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind weist das erfindungsgemäße Verfahren nicht unbedingt einen Verfahrensschritt auf, in dem die reflektive Beschichtung des Spiegels entfernt oder neu aufgebracht wird. Damit lässt sich das Verfahren besonders schnell und kosteneffektiv durchführen. Es ist jedoch auch denkbar, das Verfahren um einen solchen Schritt zu ergänzen, falls es z. B. zu einer Beschädigung der reflektiven Beschichtung gekommen ist.
In 5 ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Korrektur der Abbildungseigenschaften einer Projektionsoptik einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage anhand eines Flussdiagramms dargestellt. In einem ersten Schritt 55 wird eine Mehrzahl N von Spiegeln hergestellt, die für die Projektionsoptik benötigt werden. Auf Grund der Herstellungsgenauigkeit weisen diese N Spiegel eine Ist-Oberflächenform auf, die von der gewünschten Soll-Oberflächenform abweichen kann. In einem optionalen Schritt 57 wird die vorliegende Ist-Oberflächenform der N Spiegel mit Hilfe eines interferometrischen Messverfahrens vermessen. Aus dem weiteren Verfahren wird deutlich, dass eine genaue Kenntnis über die Ist-Oberflächenform aller N Spiegel nicht zwangsläufig zur Durchführung des Verfahrens erforderlich ist, falls die Abweichung der Ist-Oberflächenform von der gewünschten Soll-Oberflächenform nicht allzu groß ist. Daher kann gegebenenfalls auf den Schritt 57 verzichtet werden.
Im nächsten Schritt 59 wird aus den N Spiegeln eine Projektionsoptik zusammengesetzt. Die Abbildungseigenschaften der Projektionsoptik werden sodann im Schritt 61 vermessen. In diesem Schritt 61 werden die Wellenfrontaberrationen des gesamten Projektionsobjektives vermessen. Dies geschieht ebenfalls mit Hilfe von interferometrischen Messverfahren, wie zum Beispiel durch die in der EP 1306698 A1 beschrieben Methoden. Im Verfahrenschritt 63 wird nun geprüft, ob die Wellenfrontaberrationen der Projektionsoptik hinreichend klein sind. Für eine gute Abbildungsqualität der Projektionsoptik ist es erforderlich, dass der RMS-Wert der Wellenfrontaberrationen kleiner ist als 1/14 der Wellenlänge des verwendeten Abbildungslichtes. Sind die Wellenfrontaberrationen bereits hinreichend klein, so ist das Verfahren an dieser Stelle beendet. Andernfalls muss eine Korrektur an der Projektionsoptik vorgenommen werden. Neben der Positionsveränderung von einzelnen Spiegeln innerhalb der Projektionsoptik kann eine Korrektur der Wellenfrontaberrationen durch die Korrektur der Oberflächenform von einem oder mehreren Spiegeln der Projektionsoptik vorgenommen werden. Dabei ist es nicht zwangsläufig erforderlich, dass eine Korrektur der Oberflächenform aller Spiegel der Projektionsoptik durchgeführt wird.
Je nach speziellem optischem Design der Projektionsoptik kann es ausreichend sein, wenn eine Korrektur der Oberflächenform auf einigen wenigen, insbesondere nur auf einem, der Spiegel durchgeführt wird. Aus dem optischen Design der Projektionsoptik lässt sich z. B. ermitteln, wie sich die Wellenfrontaberrationen der Projektionsoptik verändern, wenn die Oberflächenform eines speziellen Spiegels verändert wird. Es kann sich z. B. ergeben, dass bei einem ersten Spiegel nur eine geringe Änderung der Oberflächenform zur Korrektur der Wellenfrontaberrationen erforderlich ist, wohingegen bei einem anderen zweiten Spiegel eine viel größere Änderung der Oberflächenform erforderlich ist. Weiterhin lassen sich spezielle Verläufe der Wellenfrontaberrationen der Projektionsoptik nur mit Hilfe der Veränderung der Oberflächenform von Spiegeln korrigieren, die eine bestimmte Position innerhalb des Abbildungsstrahlengangs der Projektionsoptik aufweisen.
Aus diesem Grund wird im nächsten Schritt 65 eine geeignete Auswahl von Korrekturspiegeln getroffen, die besonders geeignet sind durch eine Veränderung der Oberflächenform eine Korrektur der Wellenfrontaberration zu bewirken. Im Schritt 67 wird nun für diese Auswahl von Korrekturspiegeln mit Hilfe der gemessenen Wellenfrontaberrationen und dem optischen Design der Projektionsoptik eine Korrekturoberflächenform berechnet. Falls die Ist-Oberflächenform aller N Spiegel in einem Schritt 57 vermessen wurde und die exakte Position aller N Spiegel bekannt ist, kann die Oberflächenform der Korrekturspiegel absolut berechnet werden. Ist auf eine Vermessung der Ist-Oberflächenform in Schritt 57 verzichtet worden, so kann aus den Wellenfrontaberrationen und dem optischen Design nur eine erforderliche relative Änderung der Oberflächenform der Korrekturspiegel ermittelt werden.
Beide Fälle werden im Folgenden unter dem Begriff Korrektur-Oberflächenform zusammengefasst. Unter einer Korrektur-Oberflächenform kann also eine absolute Oberflächenform des Korrekturspiegels verstanden werden oder auch die erforderliche relative Änderung der Oberflächenform des Korrekturspiegels. Häufig ist es einfacher nur die erforderliche Änderung der Oberflächenform zu berechnen, da die absolute Ist-Oberflächenform und Position aller Spiegel nicht zwangsläufig genau genug bekannt ist. Daher wird nur die notwendig Differenz zur gegebenenfalls unbekannten Ist-Oberflächenform berechnet. Schritt 69 besteht in dem Ausbau des einen oder der mehreren Korrekturspiegel, die in den vorangegangen Schritte ausgewählt wurden. Als nächstes wird in Schritt 71 eine Korrektur der Oberflächenform des einen oder der mehreren Korrekturspiegel mit Hilfe der berechneten Korrektur-Oberflächenform durchgeführt. Die Korrektur der Oberflächenform des einen oder der mehreren Korrekturspiegel erfolgt dabei mit Hilfe eines Korrekturverfahrens wie es anhand der 1a–c und 3 beschrieben wurde. Im nächsten Schritt 73 werden die so behandelten Korrekturspiegel wieder in die Projektionsoptik eingebaut.
Gegebenenfalls kann die Korrektur der Oberflächenform des Spiegels auch in-situ, d. h. im eingebauten Zustand in der Projektionsoptik erfolgen. In diesem Fall kann selbstverständlich auf die Schritte 69 und 73 (Aus- und Einbau des Spiegels) verzichtet werden. Nun kann erneut in Verfahrensschritt 61 die Abbildungsqualität der Projektionsoptik bestimmt werden. Danach wird in Verfahrensschritt 63 überprüft, ob die gemessenen Wellenfrontaberrationen hinreichend klein sind, so dass eine ausreichende Abbildungsqualität gewährleistet wird. Ist dies der Fall, so ist das erfindungsgemäße Verfahren an dieser Stelle beendet. Andernfalls wird eine weitere Korrekturschleife durchgeführt, welche die Schritte 65, 67, 69, 71, 73 umfasst. Auf Grund der hohen Anforderungen an die Wellenfrontaberrationen der Projektionsoptik kann es erforderlich sein, dass die beschriebene Korrekturschleife mehrfach durchgeführt werden muss, bis eine ausreichende Abbildungsqualität erreicht wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1306698 A1 [0036, 0050, 0054]

Claims

Spiegel (1) für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage umfassend ein Substrat (3) und eine reflektive Beschichtung (5), dadurch gekennzeichnet, dass eine funktionelle Beschichtung (11) zwischen Substrat (3) und reflektiver Beschichtung (5) eine lokale Formvariation (19) zur Korrektur der Oberflächenform des Spiegels (1) aufweist, wobei die lokale Formvariation (19) durch lokale Variation der chemischen Zusammensetzung der funktionellen Beschichtung (11) hervorgerufen wird.
Spiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Variation der chemischen Zusammensetzung der funktionellen Beschichtung (11) durch Beschuss mit Partikeln (15) hervorgerufen wird.
Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Variation der chemischen Zusammensetzung der funktionellen Beschichtung (11) irreversibel ist.
Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionelle Beschichtung (11) ein wasserstoffreaktives Material enthält.
Spiegel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserstoffreaktive Material ausgewählt ist aus der Gruppe: Kohlenstoff, Silizium und wasserstoffreaktive Metalle.
Projektionsobjektiv (23) für eine Mikrolithographie-Belichtungsanlage umfassend einen Spiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage umfassend ein Projektionsobjektiv (23) nach Anspruch 6.
Verfahren zur Korrektur einer Oberflächenform eines Spiegels (1) umfassend ein Substrat (3) und eine reflektive Beschichtung (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mindestens den folgenden Schritt umfasst: Erzeugen einer lokalen Formvariation (19) einer funktionellen Beschichtung (11), die zwischen Substrat (3) und reflektiver Beschichtung (5) angeordnet ist, durch lokale Variation der chemischen Zusammensetzung der funktionellen Beschichtung (11).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Variation der chemischen Zusammensetzung erfolgt, während der Spiegel (1) die reflektive Beschichtung (5) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke der reflektiven Beschichtung (5) durch die lokale Variation der chemischen Zusammensetzung nicht verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Variation der chemischen Zusammensetzung der funktionellen Beschichtung (5) durch Beschuss mit Partikeln (15) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschuss mit geladenen Partikeln (15) in Form von Wasserstoff-Ionen durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die kinetische Energie der Partikel (15) in Abhängigkeit von der Dicke der reflektierenden Beschichtung (5) festgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Variation der chemischen Zusammensetzung irreversibel ist.
Verfahren zur Korrektur der Abbildungseigenschaften einer Projektionsoptik (23) einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage umfassend ein Verfahren zur Korrektur einer Oberflächenform eines Spiegels (1) der Projektionsoptik (23) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 14.
Verfahren zur Korrektur der Abbildungseigenschaften einer Projektionsoptik (23) einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage umfassend die folgenden Schritte: a. Bestimmung der Wellenfrontaberrationen der Projektionsoptik (23) b. Berechnung einer Korrektur-Oberflächenform mindestens eines Spiegels (1) aus den Wellenfrontaberrationen der Projektionsoptik (23) c. Korrektur einer Oberflächenform des mindestens einen Spiegels (1) gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14.