DE102011081603A1

DE102011081603A1 - Adaptiver Spiegel und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102011081603A1
Application number: DE102011081603A
Authority: DE
Inventors: Udo Dinger; Markus Hauf; Toralf Gruner; Erwin Gaber
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2012-10-25

Abstract

In einem adaptiven Spiegel, der insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage geeignet ist, die für Wellenlängen von weniger als 50 nm ausgelegt ist, sind hintereinander ein Substrat (12), eine Anordnung elektrischer Zuleitungen (16), eine elektrisch isolierende Isolierschicht (22) und eine Anordnung von voneinander elektrisch voneinander isolierten Steuerelektroden (26) angeordnet. Jede Steuerelektrode ist dabei über ein sich durch die Isolierschicht erstreckendes Leiterelement mit einer der Zuleitungen verbunden. Über der Steuerelektrode sind eine piezoelektrische Schicht (28), eine Gegenelektrode (30), die sich in einer Projektion entlang einer Aufbaurichtung des Spiegels über mehrere Steuerelektroden (26) hinweg erstreckt, und eine reflektierende Beschichtung (34) angeordnet. Erfindungsgemäß ist mindestens ein Leiterelement als vergrabene Durchkontaktierung (24) ausgebildet. Diese besteht aus einem Bereich der Isolierschicht, der durch nachträgliche und lokal begrenzte Bestrahlung mit Teilchen oder elektromagnetischer Strahlung lokal elektrisch leitfähig geworden ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen adaptiven Spiegel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
Ein Spiegel sowie ein Verfahren dieser Art sind aus der DE 10 2007 019 570 A1 bekannt.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Der aus der DE 10 2007 019 570 bekannte Spiegel umfasst ein (dort als Spiegelträger bezeichnetes) Substrat, das beispielsweise aus Metall oder Glas bestehen kann. Das Substrat trägt eine Aktuatorschicht aus einem piezoelektrischen Material wie etwa Blei-Zirkonat-Titanat (PZT). Eine darauf aufgebrachte und als Substrat bezeichnete Schicht trägt ihrerseits eine reflektierende Beschichtung, die als Multilayer-Struktur ausgebildet ist.
Zur Ansteuerung der Aktuatorschicht ist diese auf ihrer der reflektierenden Beschichtung zugewandten Seite mit einer durchgehenden Elektrode und auf der gegenüberliegenden Seite mit einer Vielzahl von elektrisch voneinander isolierten Steuerelektroden versehen. Um die Steuerelektroden mit elektrischen Zuleitungen zu verbinden, die auf dem Substrat aufgebracht sind, befindet sich zwischen den Zuleitungen und den Steuerelektroden eine Isolierschicht aus einem elektrisch nicht leitenden Medium, bei dem es sich zum Beispiel um ein Keramikmaterial handeln kann. In die Isolierschicht sind kugelförmige Partikel eingelagert, von denen zumindest einige eine elektrisch leitende Oberfläche haben. Die Oberflächen der Partikel berühren einerseits Kontaktflächen an den Enden der Zuleitungen und andererseits die Steuerelektroden und stellen somit eine elektrische Verbindung über die Isolierschicht hinweg her.
Es hat sich allerdings gezeigt, dass das Erzeugen der elektrischen Verbindungen zwischen den Zuleitungen und den Steuerelektroden mit Hilfe der kugelförmigen Partikel Probleme. Insbesondere lässt sich auf diese Weise die elektrische Kontaktierung nicht mit der benötigten Zuverlässigkeit sicherstellen, da nicht gewährleistet werden kann, dass die Partikel mit genügend großen Anlageflächen an den Kontaktflächen der Zuleitungen einerseits und den Steuerelektroden andererseits anliegen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, einen adaptiven Spiegel der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung derart zu verbessern, dass die elektrische Kontaktierung insgesamt zuverlässiger wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen adaptiven Spiegel gelöst, der insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage geeignet ist, die für Wellenlängen von weniger als 50 nm ausgelegt ist. Bei dem Spiegel sind hintereinander, aber nicht zwangsläufig direkt aufeinander folgend, ein Substrat, eine Anordnung elektrischer Zuleitungen, eine Isolierschicht und eine Anordnung von voneinander elektrisch voneinander isolierten Steuerelektroden angeordnet. Jede Steuerelektrode ist dabei über ein sich durch die Isolierschicht erstreckendes Leiterelement mit einer der Zuleitungen verbunden. Über der Steuerelektrode befindet sich eine piezoelektrische Schicht, eine Gegenelektrode, die sich in einer Projektion entlang einer Aufbaurichtung über mehrere Steuerelektroden hinweg erstreckt, und eine reflektierende Beschichtung. Erfindungsgemäß ist mindestens ein Leiterelement als vergrabene Durchkontaktierung (englisch buried via) ausgebildet.
Diese besteht aus einem Bereich der elektrisch isolierenden Isolierschicht, der durch nachträgliche und lokal begrenzte Bestrahlung mit Teilchen oder elektromagnetischer Strahlung lokal elektrisch leitfähig geworden ist.
Infolge der Ausbildung der Leiterelemente als vergrabene Durchkontaktierungen bleibt die Isolierschicht hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften vollkommen homogen. Da die Durchkontaktierungen zuverlässig über die gesamte Dicke der Isolierschicht hinweg erzeugt werden können, treten dennoch keine Kontaktierungsprobleme auf, wie sie bei eingebetteten kugelförmigen Partikeln entstehen können.
Die reflektierende Beschichtung kann als Einzelschicht, zum Beispiel Metallschicht ausgebildet sein. Besonders im Bereich der Hochleistungsoptik, zu dem auch die Mikrolithographie zählt, wird die reflektierende Beschichtung jedoch in der Regel mehrere dielektrische Einzelschichten umfassen.
Insbesondere für eine Anwendung in EUV-Projektionsbelichtungsanlagen kann die reflektierende Beschichtung dabei derart ausgelegt sein, dass Licht, das eine Bandbreite von weniger als 2 nm innerhalb eines Wellenlängenbereichs zwischen 5 nm und 25 nm hat, reflektiert wird, und zwar vorzugsweise mit einem Reflexionskoeffizienten bei senkrechtem Lichteinfall, der größer ist als 50%.
Das Substrat kann aus einer Keramik, insbesondere einer Glaskeramik, oder aus einem Halbleitermaterial, insbesondere Silizium bestehen. Als Glaskeramik sind vor allem Zerodur^® oder ULE^® geeignet, da diese Keramiken einen besonders niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben.
Günstig ist es ferner, wenn die Steuerelektroden mindestens 80%, vorzugsweise mindestens 95%, weiter vorzugsweise mindestens 99%, der Fläche der piezoelektrischen Schicht bedecken, die ihrerseits von einer Fläche der reflektierenden Beschichtung überdeckt wird, die als optisch genutzter Bereich vorgesehen ist.
Auf diese Weise können sehr gleichmäßige Verbiegungen des Spiegels erreicht werden.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die eingangs genannte Aufgabe durch ein verfahren mit den folgenden Schritten gelöst:

a) Bereitstellen eines Substrats;
b) Erzeugen einer planen oder gekrümmten Substratoberflache;
c) Aufbringen einer Leiterschicht, die aus einem elektrisch leitfähigem Material besteht, auf die Substratfläche oder auf mindestens eine auf die Substratoberfläche aufgebrachte optionale erste Zwischenschicht;
d) Strukturieren der Leiterschicht, um eine Anordndung von elektrischen Zuleitungen zu erhalten;
e) Aufbringen einer Isolierschicht, die aus einem elektrisch nicht leitfähigem Material besteht, auf die Leiterschicht;
f) Aufbringen einer ersten Elektrodenschicht, die elektrisch leitfähig ist, auf die Isolierschicht;
g) Strukturieren der ersten Elektrodenschicht zur Erzeugung von elektrisch voneinander isolierten Steuerelektroden;
h) Aufbringen einer piezoelektrischen Schicht, die bei Anlagen einer elektrischen Spannung Ihre Form verändert,
i) Aufbringen einer zweiten Elektrodenschicht auf die piezoelektrische Schicht zur Erzeugung einer Gegenelektrode;
j) Aufbringen eine Reflexionsschicht auf die Gegenelektrode oder auf mindestens eine auf die Gegenelektrode aufgebrachte optionale zweite Zwischenschicht;

Die zum adaptiven Spiegel aufgeführten Vorteile gelten hier entsprechend.
Nicht nur die Isolierschicht, sondern auch die Leiterschicht und die erste Elektrodenschicht können strukturiert werden, indem eine zunächst elektrisch isolierende Leiterschicht bzw. Elektrodenschicht lokal begrenzt mit Teilchen oder elektromagnetischer Strahlung derart bestrahlt wird, dass sie zur Ausbildung der Zuleitungen und der Steuerelektroden lokal elektrisch leitfähig wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt (nicht maßstäblich) durch einen erfindungsgemäßen Spiegel;
2 eine Draufsicht auf das Substrat mit darauf aufgebrachten elektrischen Zuleitungen;
3 eine Draufsicht auf die isolierende Schicht mit den darin eingebrachten Durchkontaktierungen;
4 eine Draufsicht auf die Anordnung von Steuerelektroden;
5 eine Draufsicht wie 4, jedoch mit zusätzlich eingezeichneten darunter liegenden Zuleitungen.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1. Aufbau
Die 1 zeigt einen insgesamt mit 10 bezeichneten adaptiven Spiegel in nicht maßstäblicher Darstellung in einem Querschnitt.
Der adaptive Spiegel 10 umfasst ein Substrat 12, das aus einer Glaskeramik wie Zerodur^® oder UEL^®, einem Metall oder aus einem Halbleitermaterial wie Silizium bestehen kann. Eine in der 1 nach oben weisende Oberfläche 13 des Substrats 12 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel konkav gekrümmt und legt im Wesentlichen die optischen Eigenschaften des adaptiven Spiegels 10 fest.
Die Oberfläche 13 des Substrats 12 trägt eine Leiterschicht 14, aus der durch Strukturierung eine Vielzahl von elektrischen Zuleitungen 16 erzeugt wurden, wie sie in der Draufsicht der 2 erkennbar sind. Jede elektrische Zuleitung umfasst dabei eine erste Kontaktfläche 18, die sich in unmittelbarer Nähe des Umfangs des Substrats 12 befindet, und eine zweite Kontaktfläche 20, die weiter entfernt vom Umfang des Substrats 12 angeordnet ist.
Die Leiterschicht 14 trägt ihrerseits eine Isolierschicht 22, die im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Halbleiter, zum Beispiel Silizium oder Germanium, besteht. Die Isolierschicht 22 enthält vergrabene Durchkontaktierungen 24, die eine erheblich höhere elektrische Leitfähigkeit als die übrigen Teile der Isolierschicht 22 haben. Die elektrische Leitfähigkeit kann im Bereich der Durchkontaktierung 24 beispielsweise dadurch erhöht werden, indem im Bereich der Durchkontaktierung 24 die Isolierschicht 22 mit Atomen aus der dritten oder fünften Hauptgruppe beschossen wird. Durch diese Dotierung wird die Leitfähigkeit lokal erhöht. Das umgebende Halbleitermaterial wirkt dann wegen des großen Leitfähigkeitsunterschieds praktisch wie ein Isolator. Die 3 zeigt in einer Draufsicht die Isolierschicht 22 mit den darüber verteilten Enden der Durchkontaktierungen 24. Die Durchkontaktierungen 24 befinden sich dabei stets unmittelbar über den zweiten Kontaktflächen 20 und grenzen an diese so an, dass eine elektrische Verbindung entsteht.
Die Isolierschicht 22 trägt eine Anordnung von elektrisch voneinander isolierten Steuerelektroden 26, an die jeweils eine Durchkontaktierung 24 angrenzt. Jede Steuerelektrode 26 ist somit über eine Durchkontaktierung 24 mit einer zweiten Kontaktfläche 20 einer elektrischen Zuleitung 16 elektrisch verbunden.
Die 4 zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung der Steuerelektroden 26. Im dargestellten Ausführungsbeispiel haben die Steuerelektroden 26 die Form von regelmäßigen Sechsecken, die so dicht gepackt sind, dass mehr als 99% der gesamten Fläche auf der Isolierschicht 22 von Steuerelektroden 26 bedeckt ist.
Die 5 zeigt eine Draufsicht auf die Steuerelektroden 26, wobei zusätzlich die unterhalb der Isolierschicht 22 angeordneten Zuleitungen 16 eingezeichnet sind, um die Zuordnung zwischen den elektrischen Zuleitungen 16 und den Steuerelektroden 26 zu veranschaulichen.
Die Steuerelektroden 26 grenzen auf der dem Substrat 12 abgewandten Seite an eine piezoelektrische Schicht 28 an. Auf dieser befindet sich wiederum eine flächig ausgebildete Gegenelektrode 30, welche die gesamte piezoelektrische Schicht 28 überdeckt.
Die Gegenelektrode 30 trägt eine Schutzschicht 32, auf der eine reflektierende Beschichtung 34 aufgebracht ist. Die reflektierende Beschichtung 34 umfasst zu diesem Zweck eine Abfolge von dielektrischen Einzelschichten 36, wie dies an sich im Stand der Technik bekannt ist.
2. Funktion
Der adaptive Spiegel 10 funktioniert wie folgt:
Da die piezoelektrische Schicht 28 zwischen der Gegenelektrode 30 und den Steuerelektroden 26 angeordnet ist, lassen sich über die piezoelektrische Schicht 28 hinweg lokal begrenzte elektrische Felder unterschiedlicher Stärke erzeugen. Die Größe des elektrischen Feldes wird dabei durch die Spannung festgelegt, die zwischen der Gegenelektrode 30 und der ersten Kontaktfläche 18 der elektrischen Zuleitung 16 angelegt wird, welche über eine der Durchkontaktierungen 24 mit der entsprechenden Steuerelektrode 26 verbunden ist. Die übrigen Zuleitungen 16 beeinflussen den Feldaufbau nicht, da sie über die Isolierschicht 22 von der piezoelektrischen Schicht 28 abgeschirmt sind.
Durch die lokale Verformung der piezoelektrischen Schicht 28 im Bereich der jeweils angesteuerten Steuerelektrode 26 verformt sich auch die Schutzschicht 32 mit der darauf angeordneten reflektierenden Beschichtung 34. Auf diese Weise können die optischen Eigenschaften des adaptiven Spiegels 10 durch geeignete Ansteuerung der Steuerelektroden 26 variabel verändert werden, um beispielsweise zeitlich veränderliche Abbildungsfehler auszugleichen.
3. Herstellung
Zur Herstellung des adaptiven Spiegels 10 kann beispielsweise wie folgt vorgegangen werden:
In einem ersten Schritt wird das Substrat 12 bereitgestellt. Darauf wird die plane oder gekrümmte Substratoberfläche 13 erzeugt.
In einem nächsten Schritt wird die Leiterschicht 14, die aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, auf die Substratoberfläche 13 aufgebracht. Gegebenenfalls können zuvor noch eine oder mehrere optionale erste Zwischenschichten auf die Substratoberfläche 13 aufgebracht werden.
Anschließend wird die Leiterschicht 14 strukturiert, um die Anordnung von elektrischen Zuleitungen 16 zu erhalten. Bei dieser Strukturierung können herkömmliche lithographische Verfahren zum Einsatz kommen. Auch die Anwendung an sich bekannter Dickschicht-Technologie kommt in Betracht. Ferner ist es möglich, die Leiterschicht 14 aus einem elektrischen Halbleiter herzustellen, indem durch nachträgliche lokale Dotierung die elektrischen Zuleitungen definiert werden.
Anschließend wird die Isolierschicht auf die Leiterschicht 14 aufgebracht.
In einem nächsten Schritt werden zur Verbindung der Zuleitungen 16 mit den noch herzustellenden Steuerelektroden 26 die Durchkontaktierungen 24 erzeugt, indem die Isolierschicht 22 lokal begrenzt durch Teilchenbeschuss dotiert wird, so dass sie lokal elektrisch leitfähig wird.
Dann wird eine erste Elektrodenschicht auf die Isolierschicht 22 aufgebracht, aus der durch Strukturierung die Steuerelektroden 26 erzeugt werden. Hierbei können die gleichen Verfahren zum Einsatz kommen, die auch zum Erzeugen der Leiterschicht 14 beschrieben wurden.
In weiteren Schritten wird die piezoelektrische Schicht 28 und eine zweite Elektrodenschicht aufgebracht, welche die Gegenelektrode 30 bildet.
Nach einem evtl. Aufbringen der optionalen Schutzschicht 32 wird die reflektierende Beschichtung 34 in einem mehrstufigen Verdampfungsprozess aufgebracht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007019570 A1 [0002]
DE 102007019570 [0003]

Claims

Adaptiver Spiegel, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, die für Wellenlängen von weniger als 50 nm ausgelegt ist, bei dem folgende Elemente in der angegebenen Reihenfolge, aber nicht zwangläufig direkt aufeinander folgend, hintereinander angeordnet sind: a) ein Substrat (12), b) eine Anordnung elektrischer Zuleitungen (16=, c) eine elektrisch isolierende Isolierschicht (22), d) eine Anordnung von elektrisch voneinander isolierten Steuerelektroden (26), wobei jede Steuerelektrode über ein sich durch die Isolierschicht erstreckendes Leiterelement mit einer der Zuleitungen verbunden ist, e) eine piezoelektrische Schicht (28), f) eine Gegenelektrode (30), die sich, in einer Projektion entlang einer Aufbaurichtung des Spiegels, über mehrere Steuerelektroden (26) hinweg erstreckt, g) eine reflektierende Beschichtung (34), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Leiterelement als vergrabene Durchkontaktierung (24) ausgebildet ist, wobei die Durchkontaktierung aus einem Bereich der Isolierschicht besteht, der durch nachträgliche und lokal begrenzte Bestrahlung mit Teilchen oder elektromagnetischer Strahlung lokal elektrisch leitfähig geworden ist.
Adaptiver Spiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (22) ein Halbleitermaterial umfasst.
Adaptiver Spiegel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektroden (26) mindestens 80%, vorzugsweise mindestens 95%, weiter vorzugsweise mindestens 99%, der Fläche der piezoelektrischen Schicht (28) bedecken, die ihrerseits von einer Fläche der reflektierenden Beschichtung (34) überdeckt wird, die als optisch genutzter Bereich vorgesehen ist.
Verfahren zur Herstellung eines adaptiven Spiegels, umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Substrats (12); b) Erzeugen einer planen oder gekrümmten Substratoberfläche (13); c) Aufbringen einer Leiterschicht (14), die aus einem elektrisch leitfähigem Material besteht, auf die Substratfläche oder auf mindestens eine auf die Substratoberfläche aufgebrachte optionale erste Zwischenschicht; d) Strukturieren der Leiterschicht (14), um eine Anordndung von elektrischen Zuleitungen (16) zu erhalten; e) Aufbringen einer Isolierschicht (22), die aus einem elektrisch nicht leitfähigem Material besteht, auf die Leiterschicht (14); f) Aufbringen einer ersten Elektrodenschicht (26), die elektrisch leitfähig ist, auf die Isolierschicht (22); g) Strukturieren der ersten Elektrodenschicht zur Erzeugung von elektrisch voneinander isolierten Steuerelektroden (26); h) Aufbringen einer piezoelektrischen Schicht (28), die bei Anlagen einer elektrischen Spannung Ihre Form verändert, i) Aufbringen einer zweiten Elektrodenschicht auf die piezoelektrische Schicht zur Erzeugung einer Gegenelektrode (30); j) Aufbringen eine Reflexionsschicht (34) auf die Gegenelektrode oder auf mindestens eine auf die Gegenelektrode aufgebrachte optionale zweite Zwischenschicht; dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schritten e) und f) zur Verbindung der Zuleitungen mit den Steuerelektroden Durchkontaktierungen (26) erzeugt werden, indem die Isolierschicht (22) lokal begrenzt mit Teilchen oder elektromagnetischer Strahlung derart bestrahlt wird, dass sie lokal elektrisch leitfähig wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschicht strukturiert wird, indem eine zunächst elektrisch isolierende Leiterschicht (14) lokal begrenzt mit Teilchen oder elektromagnetischer Strahlung derart bestrahlt wird, dass sie lokal elektrisch leitfähig wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrodenschicht strukturiert wird, indem eine zunächst elektrisch isolierende Elektrodenschicht lokal begrenzt mit Teilchen oder elektromagnetischer Strahlung derart bestrahlt wird, dass sie lokal elektrisch leitfähig wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (22) ein Halbleitermaterial umfasst, das durch Bestrahlung mit Fremdatomen dotiert wird.