DE102011084117A1

DE102011084117A1 - Reflektives optisches Element für den EUV-Wellenlängenbereich, Verfahren zur Erzeugung und zur Korrektur eines solchen Elements, Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie mit einem solchen Element und Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem solchen Projektionsobjektiv

Info

Publication number: DE102011084117A1
Application number: DE102011084117A
Authority: DE
Inventors: Markus Weiss; Norbert Kerwien; Martin Weiser; Boris Bittner; Norbert Wabra; Christoph Schlichenmaier; Wilfried Clauss
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2013-04-11
Also published as: JP2014532309A; KR20140084012A; CN103858055A; EP2764407A1; US20140307308A1; WO2013050199A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein reflektives optisches Element 39 für den EUV-Wellenlängenbereich mit einer auf der Oberfläche eines Substrats aufgebrachten Schichtanordnung, wobei die Schichtanordnung mindestens ein Schichtteilsystem 37 umfasst, welches aus einer periodischen Abfolge von mindestens einer Periode an Einzelschichten besteht, wobei die Periode zwei Einzelschichten mit unterschiedlichem Brechungsindex im EUV-Wellenlängenbereich umfasst, wobei das Substrat wenigstens entlang einer gedachten Fläche 30 mit einem festen Abstand zwischen 0 µm und 100 µm von der Oberfläche eine Variation der Dichte von mehr als 1 Vol-% aufweist und wobei das Substrat entweder durch eine Schutzschicht bzw. durch ein Schutzschichtteilsystem der Schichtanordnung oder durch einen entsprechend verdichteten Oberflächenbereich 35 des Substrats vor einer langfristigen Alterung bzw. Verdichtung durch EUV Strahlung geschützt ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines solchen reflektiven optischen Elements. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Korrektur eines solchen reflektiven optischen Elements, sowie ein Projektionsobjektiv mit einem solchen optischen Element, als auch eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem solchen Projektionsobjektiv.

Description

Die Erfindung betrifft ein reflektives optisches Element für den EUV-Wellenlängenbereich. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung und auf ein Verfahren zur Korrektur eines solchen Elements. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf ein Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie mit einem solchen Element und auf eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem solchen Projektionsobjektiv.
Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie für den EUV-Wellenlängenbereich von 5–20 nm sind darauf angewiesen, dass die zur Abbildung einer Maske in eine Bildebene genutzten reflektiven optischen Elemente eine hohe Genauigkeit ihrer Oberflächenform aufweisen. Ebenso sollten Masken als reflektive optische Elemente für den EUV-Wellenlängenbereich eine hohe Genauigkeit ihrer Oberflächenform aufweisen, da ihr Ersatz sich in nicht unerheblicher Weise in den Betriebskosten einer Projektionsbelichtungsanlage niederschlägt.
Methoden zur Korrektur der Oberflächenform von optischen Elementen sind aus: US 6 844 272 B2 , US 6 849 859 B2 , DE 102 39 859 A1 , US 6 821 682 B1 , US 2004 0061868 A1 , US 2003 0006214 A1 , US 2003 00081722 A1 , US 6 898 011B2 , US 7 083 290 B2 , US 7 189 655 B2 , US 2003 0058986 A1 , DE 10 2007 051 291 A1 , EP 1 521 155 A2 und US 4 298 247 bekannt.
Einige der in diesen Patentschriften aufgeführten Korrekturmethoden basieren darauf, das Substratmaterial von optischen Elementen durch Bestrahlung lokal zu verdichten. Hierdurch wird eine Veränderung der Oberflächenform des optischen Elements in der Nähe der bestrahlten Bereiche erzielt. Andere Methoden basieren auf einem direkten Oberflächenabtrag des optischen Elements. Wiederum andere der genannten Methoden nutzen die thermische oder elektrische Verformbarkeit von Materialien, um räumlich ausgedehnte Oberflächenformänderungen den optischen Elementen aufzuprägen.
Nachteilig an allen genannten Methoden ist jedoch, dass diese die langfristige Verdichtung bzw. Alterung des Substratmaterials in der Größenordnung von einigen Vol-% aufgrund von EUV-Strahlung nicht berücksichtigen. Somit weist ein mit diesen Methoden korrigiertes optisches Element langfristig eine unzulässige Oberflächenform auf, zumal die optischen Elemente in der Regel im Betrieb nicht gleichförmig der EUV Strahlung ausgesetzt sind und daher die Alterung ungleichförmig und zum Teil sehr lokal auf bestimmte Bereiche des optischen Elements begrenzt ist.
Als Ursache der Verdichtung bzw. Alterung von Substratmaterialien, wie zum Beispiel Zerodur^® von Schott AG oder ULE^® von Corning Inc. mit einem Anteil von mehr als 40 Vol-% SiO₂, wird angenommen, dass bei den hohen Herstelltemperaturen des Substratmaterials thermodynamisch ein Ungleichgewichtszustand eingefroren wird, welcher bei EUV Bestrahlung in einen thermodynamischen Grundzustand übergeht. Passend zu dieser Hypothese lassen sich Beschichtungen aus SiO₂ herstellen, die keine solche Verdichtung zeigen, da bei entsprechend gewählter Beschichtungsmethode diese Schichten bei wesentlich niedrigeren Temperaturen als das Substratmaterial hergestellt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein reflektives optisches Element für den EUV-Wellenlängenbereich, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie ein Verfahren zu dessen Korrektur der Oberflächenformabweichung bereitzustellen, so dass dessen Oberflächenform unter EUV Strahlung langzeitstabil ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Reflektives optisches Element für den EUV-Wellenlängenbereich mit einer auf der Oberfläche eines Substrats aufgebrachten Schichtanordnung, wobei die Schichtanordnung mindestens ein Schichtteilsystem umfasst, welches aus einer periodischen Abfolge von mindestens einer Periode an Einzelschichten besteht, wobei die Periode zwei Einzelschichten mit unterschiedlichem Brechungsindex im EUV-Wellenlängenbereich umfasst, wobei das Substrat in einem an die Schichtanordnung angrenzenden Oberflächenbereich mit einer Ausdehnung bis zu einem Abstand von 5 µm von der Oberfläche eine mittlere Dichte aufweist, welche um mehr als 1 Vol-% höher ist, als die mittlere Dichte des Substrats in einem Abstand von 1 mm von der Oberfläche und wobei das Substrat wenigstens entlang einer gedachten Fläche mit einem festen Abstand zwischen 1 µm und 100 µm von der Oberfläche eine Variation der Dichte von mehr als 1 Vol-% aufweist.
In einer Ausführungsform ist die mittlere Dichte in dem Oberflächenbereich bei einer Ausdehnung bis zu einem Abstand von 1 µm von der Oberfläche um mehr als 2 Vol-% höher, als die mittlere Dichte des Substrats in einem Abstand von 1 mm von der Oberfläche. Ein derart verdichteter Oberflächenbereich des Substrats wird durch EUV Strahlung nicht mehr weiter verdichtet bzw. gealtert. Dabei ist zu beachten, dass die EUV Strahlung bei reflektiven optischen Elementen nur eine Eindringtiefe in das Substrat von bis zu 5 µm besitzt und es somit genügt, nur diesen Oberflächennahen Bereich des Substrats ausreichend zu verdichten.
Darüber hinaus wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein reflektives optisches Element für den EUV-Wellenlängenbereich mit einer auf der Oberfläche eines Substrats aufgebrachten Schichtanordnung, wobei die Schichtanordnung mindestens ein Schichtteilsystem umfasst, welches aus einer periodischen Abfolge von mindestens einer Periode an Einzelschichten besteht, wobei die Periode zwei Einzelschichten mit unterschiedlichem Brechungsindex im EUV-Wellenlängenbereich umfasst, wobei die Schichtanordnung mindestens eine Schutzschicht oder mindestens ein Schutzschichtteilsystem mit einer Dicke von größer 20 nm, insbesondere 50 nm umfasst, so dass die Transmission an EUV-Strahlung durch die Schichtanordnung hindurch weniger als 10 %, insbesondere weniger als 2 % beträgt und dass das Substrat wenigstens entlang einer gedachten Fläche mit einem festen Abstand zwischen 0 µm und 100 µm von der Oberfläche eine Variation der Dichte von mehr als 1 Vol-% aufweist.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine mittels Bestrahlung vorgenommene Oberflächenformkorrektur eines reflektiven optischen Elements bevorzugt in Bereichen des Substrats vorgenommen wird, welche im Betrieb nur geringen EUV Strahlungsdosen ausgesetzt sind und sich aufgrund dessen auch nicht mehr in ihrer Dichte ändern. Solche Korrekturbereiche sind gekennzeichnet durch eine Variation der Dichte von mehr als 1 Vol-% entlang einer gedachten Fläche mit einem festen Abstand zur Oberfläche und sind entweder durch eine Schutzschicht bzw. ein Schutzschichtteilsystem auf der Substratoberfläche oder durch einen bereits genügend verdichteten Oberflächenbereich mit einer Ausdehnung bis zu einem Abstand von 5 µm unterhalb der Oberfläche ausreichend vor der EUV Strahlung geschützt.
Dabei ist zu beachten, dass unter der Variation der Dichte entlang einer gedachten Fläche mit einem festen Abstand zur Oberfläche die Differenz zwischen der maximalen Dichte und der minimalen Dichte entlang der gedachten Fläche verstanden wird und dass diese Variation der Dichte durch eine lokale Bestrahlung des Substrats zur Korrektur von in Interferometerdaten festgestellten lokalen Oberflächenformabweichungen des optischen Elements oder zur Korrektur von Wellenfrontabweichungen des Projektionsobjektivs der Projektionsbelichtungsanlage entsteht. Im Gegensatz dazu weist die Dichte des unbestrahlten Substrats eine hohe Homogenität mit einer Abweichung von der mittleren Dichte des Substrats von unter 0,1 Vol-% im gesamten Volumen des Substrats auf. Vorzugsweise weist auch die Dichte des verdichteten Oberflächenbereichs ebenfalls eine solche hohe Homogenität gegenüber der mittleren Dichte innerhalb des Oberflächenbereichs auf, da ansonsten unterschiedliche Bereich des Oberflächenbereichs unterschiedlich langzeitstabil gegenüber der EUV Strahlung sind. Allerdings kann es unter Umständen angebracht sein, den Verlauf der Dichte innerhalb des verdichteten Oberflächenbereichs an die zu erwartende Verteilung der EUV Strahlungsdosis über die Spiegeloberfläche anzupassen.
In einer Ausführungsform umfasst die Schichtanordnung mindestens eine Schicht, die gebildet ist oder als Verbindung zusammengesetzt ist aus einem Material der Gruppe: Nickel, Kohlenstoff, Bor-Karbid, Kobalt, Beryllium, Silizium, Silizium-Oxide. Diese Materialien weisen einerseits einen ausreichend hohen Absorptionskoeffizienten für EUV Strahlung auf und verändern sich andererseits unter EUV Strahlung nicht.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Schichtanordnung mindestens ein Schutzschichtteilsystemen, welches aus einer periodischen Abfolge von mindestens zwei Perioden an Einzelschichten besteht, wobei die Perioden zwei Einzelschichten aus unterschiedlichen Materialien umfassen, wobei die Materialien der zwei die Perioden bildenden Einzelschichten entweder Nickel und Silizium oder Kobalt und Beryllium sind. Durch solche Schichtstapel lässt sich das Kristallwachstum der absorbierenden Metalle unterbinden und somit insgesamt eine geringere Rauheit der Schichten für die eigentliche Reflektionsbeschichtung bereitstellen, als dies bei reinen Metallschutzschichten mit entsprechender Dicke möglich ist.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Substrat wenigstens entlang einer gedachten Fläche mit einem festen Abstand zwischen 1 µm und 5 µm von der Oberfläche eine Variation der Dichte von mehr als 2 Vol-% auf. Dieser Abstandsbereich ist einerseits ausreichend oberflächennah, um selbst bei einer kurzzeitigen Korrekturbestrahlung eine ausreichende Oberflächenformveränderung des Substrates aufzuweisen und befindet sich andererseits ausreichend innerhalb des Substrats, um durch eine Schutzschicht bzw. Schutzschichtsystem oder einen verdichteten Oberflächenbereich geschützt zu sein.
In einer Ausführungsform besteht das Substrat bis zu einem Abstand von 1 mm von der Oberfläche aus einem Material mit mindestens 40 Vol-% SiO₂-Anteil. Hierdurch ist es möglich, verschiedene Materialien für das Substrat zusammenzufügen, wobei die oberste Lage des Substrats zur Oberfläche hin aus einem Material mit mindestens 40 Vol-% SiO₂-Anteil besteht.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Variation der Dichte von mehr als 1 Vol-% entlang einer gedachten Fläche mit einem festen Abstand zwischen 1 µm und 100 µm von der Oberfläche des Substrats mit Hilfe von Elektronen mit einer Energie zwischen 5 und 80 keV bei Dosen zwischen 0,1 J/mm² und 2500 J/mm² und/ oder mit Hilfe eines Pulslasers mit Wellenlängen zwischen 0,3 und 3 µm, Repetitionsraten zwischen 1 Hz und 100 MHz und Pulsenergien zwischen 0,01 µJ und 10 mJ erzeugt.
Ferner wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung eines reflektiven optischen Elements umfassend die Schritte:

a) Vermessen der Substratoberfläche mit einem Interferometer;
b) Bestrahlen des Substrats mit Hilfe von Elektronen mit einer Energie zwischen 5 und 80 keV bei Dosen zwischen 0,1 J/mm² und 2500 J/mm² und/ oder mit Hilfe eines Pulslasers mit Wellenlängen zwischen 0,3 und 3 µm, Repetitionsraten zwischen 1 Hz und 100 MHz und Pulsenergien zwischen 0,01 µJ und 10 mJ;
c) Beschichten des Substrats mit einer Schutzschicht oder einem Schutzschichtteilsystem und/ oder Bestrahlen des Substrats mit Hilfe von Elektronen mit einer Energie zwischen 5 und 80 keV bei Dosen zwischen 0,1 J/mm² und 4000 J/mm² und
d) Beschichten des Substrats mit mindestens einem Schichtteilsystem geeignet für den EUV Wellenlängenbereich.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass neben einem Schritt b) zur Oberflächenformkorrektur des optischen Elements auch ein Schritt c) zur Schutzbeschichtung bzw. Schutzbestrahlung des optischen Elements wichtig ist, um einen Spiegel herzustellen, der vor langfristigen Oberflächenformabweichungen aufgrund der strahlungsinduzierten Strukturveränderung des Substratmaterials unter EUV Strahlung geschützt ist. Hierbei wird der Schritt b) zur Korrektur der Oberflächenformabweichungen vor der Beschichtung des Substrats mit einem reflektiven Schichteilsystem anhand der Daten einer Messung der Oberfläche des optischen Elements mittels eines Interferometers durchgeführt. Hierdurch ist es möglich alternativ oder zusätzlich zur Elektronenbestrahlung in Schritt b) einen Laser zur lokalen Oberflächenformänderung zu verwenden, da ein Laser die reflektive Beschichtung eines optischen Elements für den EUV-Wellenlängenbereich in der Regel nicht durchdringen kann und das Substrat eines EUV-Spiegels in der Regel eine solche Dicke aufweist, dass eine Formkorrektur mit Hilfe eines Lasers von der Rückseite des Substrats nicht durchgeführt werden kann.
In einer Ausführungsvariante wird beim Bestrahlen des Substrats mit Hilfe von Elektronen in Schritt b) eine höhere Energie der Elektronen verwendet, als in Schritt c). Hierdurch werden die Bereiche des Substratmaterials zur Korrektur der Oberflächenformabweichung und zur Schutzverdichtung mittels Elektronenstrahlen aufgrund der unterschiedlichen Eindringtiefe voneinander getrennt. Ferner kann es notwendig sein, die Schutzbestrahlung mittels Elektronen in Schritt c) bei einer höheren Dosis von bis zu 4000 J/mm² durchzuführen, um eine gesättigte Verdichtung zu erreichen, welche durch nachfolgende EUV Bestrahlung nicht mehr verändert wird. Bei der Bestrahlung zur Oberflächenformkorrektur mittels Elektronen in Schritt b) hingegen genügt in der Regel eine Dosis von bis zu 2500 J/mm², um eine ausreichende Oberflächenformkorrektur vorzunehmen.
Des weiteren wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Korrektur der Oberflächenform eines reflektiven optischen Elements umfassend die Schritte:

a) Vermessen des reflektiven optischen Elements mit einem Interferometer und/ oder Vermessen eines Projektionsobjektivs umfassend das reflektive optische Element mit einem Interferometer;
b) Bestrahlen des reflektiven optischen Elements mit Hilfe von Elektronen mit einer Energie zwischen 5 und 80 keV bei Dosen zwischen 0,1 J/mm² und 2500 J/mm².

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Oberflächenformkorrektur eines bereits fertig beschichteten optischen Elements zur Korrektur der Oberflächenformabweichung des optischen Elements oder zur Korrektur der Wellenfrontabweichung eines gesamten Projektionsobjektivs einer Projektionsbelichtungsanlage mit Hilfe von Elektronen in Bereichen des Substrats unterhalb der Schichtanordnung vorgenommen werden kann. Dabei kann die Schichtanordnung des optischen Elements bereits eine Schutzschicht bzw. ein Schutzschichtteilsystem enthalten. Ferner kann das Substrat bereits einen verdichteten Oberflächenbereich zum Schutz vor EUV Strahlung aufweisen. Alternativ kann dieser Oberflächenbereich bei der Elektronenbestrahlung zur Oberflächenformkorrektur in Schritt b) gleichzeitig mit erzeugt werden.
Ferner wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Projektionsobjektiv gelöst, welches mindestens einen erfindungsgemäßen Spiegel umfasst.
Darüber hinaus wird die Aufgabe der Erfindung durch eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem solchen Projektionsobjektiv gelöst.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren, 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.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. In diesen zeigt
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Projektionsobjektivs für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie;
2 eine schematische Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines ersten erfindungsgemäßen optischen Elements und
3 eine schematische Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Korrektur eines zweiten erfindungsgemäßen optischen Elements.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Projektionsobjektivs 2 für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit sechs Spiegeln 1, 11, darunter mindestens ein Spiegel 1 als erfindungsgemäßes optisches Element. Aufgabe einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie ist es, die Strukturen einer Maske, welche auch als Reticle bezeichnet wird, lithographisch auf einen sogenannten Wafer in einer Bildebene abzubilden. Dazu bildet ein erfindungsgemäßes Projektionsobjektiv 2 in 1 ein Objektfeld 3, das in der Objektebene 5 angeordnet ist, in ein Bildfeld in der Bildebene 7 ab. Am Ort des Objektfeldes 3 in der Objektebene 5 kann die strukturtragende bzw. erfindungsgemäße Maske, welche der Übersichtlichkeit halber nicht in der Zeichnung dargestellt ist, angeordnet werden. Zur Orientierung ist in 1 ein kartesisches Koordinatensystem dargestellt, dessen x-Achse in die Figurenebene hinein zeigt. Die x-y-Koordinatenebene fällt dabei mit der Objektebene 5 zusammen, wobei die z-Achse senkrecht auf der Objektebene 5 steht und nach unten zeigt. Das Projektionsobjektiv besitzt eine optische Achse 9, die nicht durch das Objektfeld 3 verläuft. Die Spiegel 1, 11 des Projektionsobjektivs 2 besitzen eine Design-Oberfläche, die rotationssymmetrisch bezüglich der optischen Achse ist. Dabei darf diese Design-Oberfläche nicht mit der physikalischen Oberfläche eines fertigen Spiegels verwechselt werden, da letztere zur Gewährleistung von Lichtpassagen am Spiegel vorbei gegenüber der Design-Oberfläche beschnitten ist. Auf dem im Lichtweg von der Objektebene 5 zur Bildebene 7 zweiten Spiegel 11 ist in diesem Ausführungsbeispiel die Aperturblende 13 angeordnet. Die Wirkung des Projektionsobjektivs 2 ist mit Hilfe von drei Strahlen, dem Hauptstrahl 15 und den beiden Aperturrandstrahlen 17 und 19 dargestellt, welche alle in der Mitte des Objektfeldes 3 ihren Ausgang nehmen. Der Hauptstrahl 15, der unter einem Winkel von 6° zur Senkrechten auf der Objektebene verläuft, schneidet die optische Achse 9 in der Ebene der Aperturblende 13. Von der Objektebene 5 aus betrachtet scheint der Hauptstrahl 15 die optische Achse in der Eintrittspupillenebene 21 zu schneiden. Dies ist in 1 durch die gestrichelte Verlängerung des Hauptstrahls 15 durch den ersten Spiegel 11 hindurch angedeutet. In der Eintrittspupillenebene 21 liegt somit das virtuelle Bild der Aperturblende 13, die Eintrittspupille. Ebenso ließe sich mit der gleichen Konstruktion in der rückwärtigen Verlängerung des Hauptstrahls 15 von der Bildebene 7 ausgehend die Austrittspupille des Projektionsobjektivs finden. Allerdings ist der Hauptstrahl 15 in der Bildebene 7 parallel zur optischen Achse 9, woraus folgt, dass die rückwärtige Projektion dieser beiden Strahlen einen Schnittpunkt im Unendlichen vor dem Projektionsobjektiv 2 ergibt und sich somit die Austrittspupille des Projektionsobjektivs 2 im Unendlichen befindet. Daher handelt es sich bei diesem Projektionsobjektiv 2 um ein sogenanntes bildseitig telezentrisches Objektiv. Die Mitte des Objektfeldes 3 hat einen Abstand R zur optischen Achse 9 und die Mitte des Bildfeldes 7 hat einen Abstand r zur optischen Achse 9, damit bei der reflektiven Ausgestaltung des Projektionsobjektivs keine unerwünschte Vignettierung der vom Objektfeld ausgehenden Strahlung auftritt.

Die unten angegebene Tabelle 1 zeigt die Daten eines exemplarischen optischen Designs gemäß der schematischen Darstellung in 1. Dabei sind die Asphären Z(h) der Spiegel 1, 11 des optischen Designs als Funktion des Abstandes h eines Asphärenpunktes des einzelnen Spiegels zur optischen Achse, angegeben in der Einheit [mm], gemäß der Asphärengleichung:

Z(h) = (rho·h²)/(1 + [1 – (1 + k_y)·(rho·h)²]^0,5) + + c₁·h⁴ + c₂h⁶ + c₃·h⁸ + c₄·h¹⁰ + c₅·h¹² + c₆h¹⁶

mit dem Radius R = 1/rho des Spiegels und den Parametern k_y, c₁, c₂, c₃, c₄, c₅, und c₆ gegeben. Hierbei sind die genannten Parameter c_n bezüglich der Einheit [mm] gemäß [1/mm²ⁿ⁺²] so normiert, dass die Asphäre Z(h) als Funktion des Abstandes h auch in der Einheit [mm] resultiert.

Bezeichnung der Fläche gemäß Fig. 2	Radius R in [mm]	Abstand zur nächsten Fläche in [mm]	Asphärenparameter mit der Einheit [1/mm²ⁿ⁺²] für c_n
Objektebene 5	Unendlich	697.657821079643
1. Spiegel 11	–3060.189398512395	494.429629463009
			k_y = 0.00000000000000E+00
			c₁ = 8.46747658600840E–10
			c₂ = –6.38829035308911E–15
			c₃ = 2.99297298249148E–20
			c₄ = 4.89923345704506E–25
			c₅ = –2.62811636654902E–29
			c₆ = 4.29534493103729E–34
2. Spiegel 11 -- Blende --	–1237.831140064837	716.403660000000
			k_y = 3.05349335818189E+00
			c₁ = 3.01069673080653E–10
			c₂ = 3.09241275151742E–16
			c₃ = 2.71009214786939E–20
			c₄ = –5.04344434347305E–24
			c₅ = 4.22176379615477E–28
			c₆ = –1.41314914233702E–32
3. Spiegel 11	318.277985359899	218.770165786534
			k_y = –7.80082610035452E–01
			c₁ = 3.12944645776932E–10
			c₂ = –1.32434614339199E–14
			c₃ = 9.56932396033676E–19
			c₄ = –3.13223523243916E–23
			c₅ = 4.73030659773901E–28
			c₆ = –2.70237216494288E–33
4. Spiegel 11	–513.327287349838	892.674538915941
			k_y = –1.05007411819774E–01
			c₁ = –1.33355977877878E–12
			c₂ = –1.71866358951357E–16
			c₃ = 6.69985430179187E–22
			c₄ = 5.40777151247246E–27
			c₅ = –1.16662974927332E–31
			c₆ = 4.19572235940121E–37
Spiegel 1	378.800274177878	285.840721874570
			k_y = 0.00000000000000E+00
			c₁ = 9.27754883183223E–09
			c₂ = 5.96362556484499E–13
			c₃ = 1.56339572303953E–17
			c₄ = –1.41168321383233E–21
			c₅ = 5.98677250336455E–25
			c₆ = –6.30124060830317E–29
5. Spiegel 11	–367.938526548613	325.746354374172
			k_y = 1.07407597789597E–01
			c₁ = 3.87917960004046E–11
			c₂ = –3.43420257078373E–17
			c₃ = 2.26996395088275E–21
			c₄ = –2.71360350994977E–25
			c₅ = 9.23791176750829E–30
			c₆ = –1.37746833100643E–34
Bildebene 7	Unendlich

Tabelle 1: Daten eines optischen Designs gemäß der schematischen Darstellung des Designs anhand von Figur 1.

Die 2 zeigt schematisch die Schritte a) bis d) zur Herstellung eines erfindungsgemäßen reflektiven optischen Elements, wie zum Beispiel eines erfindungsgemäßen Spiegels 1, 11 aus 1 oder einer erfindungsgemäßen Maske aus 1. In Schritt a) wird ein Substrat 23 bereitgestellt und dessen Oberflächenform mittels eines Interferometers vermessen. Die Vermessung mittels eines Interferometers ist der Übersichtlichkeit wegen in 2 nicht dargestellt. Dabei wird in Schritt a) festgestellt, dass das Substrat eine unerwünschte Oberflächenformabweichung 25 von der gewünschten Soll-Oberflächenform aufweist. In Schritt b) wird diese Oberflächenformabweichung 25 dann mittels einer Bestrahlung 27 durch die Verdichtung des Substratbereichs 29 korrigiert. Als Bestrahlung 27 kommt hierbei eine Elektronenbestrahlung mit Elektronen einer Energie zwischen 5 und 80 keV bei Dosen zwischen 0,1 J/mm² und 2500 J/mm² und/ oder eine Photonenbestrahlung mit Hilfe eines Pulslasers mit Wellenlängen zwischen 0,3 und 3 µm, Repetitionsraten zwischen 1 Hz und 100 MHz und Pulsenergien zwischen 0,01 µJ und 10 mJ in Frage. Durch diese Verdichtung des Substratbereichs 29 resultiert entlang einer gedachten Fläche 30 mit einem festen Abstand zur Oberfläche, welche durch den verdichteten Bereich 29 verläuft, eine Variation der Dichte des Substratmaterials von mehr als 1 Vol-%. Dabei wird unter der Variation der Dichte die Differenz zwischen dem maximalen Werts der Dichte und dem minimalen Werte der Dichte entlang dieser gedachten Fläche 30 konstanten Abstandes verstanden. Bei einer homogenen Bestrahlung des Bereichs 29 bedeutet diese Vorschrift, dass der Bereich 29 eine um mehr als 1 Vol-% höhere Dichte aufweist, als ein benachbarter unbestrahlter Bereich mit gleichem Abstand zur Oberfläche.
Anschließend erhält das Substrat in Schritt c) eine Beschichtung mit einer Schutzschicht oder einem Schutzschichtteilsystem, so dass das Substrat langfristig vor einer Alterung bzw. Verdichtung durch EUV-Strahlung geschützt ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Substrat in Schritt c) mit Hilfe von Elektronen 31 einer beweglichen Elektronenquelle 33 mit einer Energie zwischen 5 und 80 keV bei Dosen zwischen 0,1 J/mm² und 4000 J/mm² bestrahlt werden, so dass ein verdichteter Oberflächenbereich 35 des Substrats entsteht, welcher langfristig durch EUV Strahlung nicht mehr weiter verdichtet wird und somit gegenüber dieser Strahlung stabil ist. Dabei ist zu beachten, dass die EUV Strahlung bei reflektiven optischen Elementen nur eine Eindringtiefe in das Substrat von bis zu 5 µm besitzt und es somit genügt, nur diesen oberflächennahen Bereich des Substrats ausreichend zu verdichten. Vorzugsweise erfolgt die Bestrahlung mit Hilfe der Elektronen 31 homogen, so dass ein homogen verdichteter Oberflächenbereich 35 entsteht. Alternativ ist es jedoch möglich die Bestrahlung und somit die Verdichtung entsprechend der über die angestrebte Lebensdauer zu erwartende Verteilung der EUV Strahlungsdosis über die Spiegeloberfläche vorzunehmen.
Die Elektronenbestrahlung 31 in Schritt c) kann alternativ auch gleichzeitig mit der Elektronenbestrahlung 27 in Schritt b) erfolgen. Damit die Elektronenbestrahlung 27 zur Oberflächenformkorrektur in Schritt b) in tiefere Lagen des Substrates von der Oberfläche aus gesehen vordringt, sollte diese mit Elektronen höherer Energie erfolgen, als die Elektronenbestrahlung 31 zur Verdichtung des Oberflächenbereichs in Schritt c). Umgekehrt kann es notwendig sein, die Elektronenbestrahlung 31 zur Verdichtung des Oberflächenbereichs in Schritt c) mit einer höheren Dosis vorzunehmen als die Elektronenbestrahlung 27 zur Oberflächenformkorrektur in Schritt b), um eine gesättigte Verdichtung des Oberflächenbereichs zu erreichen.
Als alternative oder zusätzliche Schutzschicht in Schritt c) können Schichten aus Materialien verwendet werden, welche einen hohen Absorptionskoeffizienten für den EUV-Wellenlängenbereich aufweisen, insbesondere sind hierfür geeignet: Nickel, Kohlenstoff, Bor-Karbid, Kobalt, Beryllium, Silizium, Silizium-Oxide. Ebenso können Schutzschichtteilsysteme in Schritt c) auf das Substrat aufgebrachte werden, welche aus einer periodischen Abfolge von mindestens zwei Perioden an Einzelschichten bestehen, wobei die Perioden zwei Einzelschichten aus unterschiedlichen Materialien umfassen, wobei die Materialien der zwei die Perioden bildenden Einzelschichten entweder Nickel und Silizium oder Kobalt und Beryllium sind. Solche Schichtteilsysteme unterbinden das Kristallwachstum in den absorbierenden Metallschichten und führen somit zu geringeren Rauheitswerten des Schichtsystems bei einem ansonsten mit einer Einzelschicht vergleichbaren Schutz gegen EUV Strahlung.
Zuletzt wird das Substrat 23 in Schritt d) mit mindestens einem Schichtteilsystem 37 beschichtet, welches für die Reflektion im EUV Wellenlängenbereich geeignet ist und welches aus einer periodischen Abfolge von mindestens einer Periode an Einzelschichten besteht, wobei die Periode zwei Einzelschichten mit unterschiedlichem Brechungsindex im EUV-Wellenlängenbereich umfasst. Das durch die Schritte a) bis d) der 2 hergestellte reflektive optische Element wird anschließend als EUV Spiegel 1, 11 in einer Projektionsbelichtungsanlage oder als EUV Maske eingesetzt.
Die 3 zeigt schematisch die Schritte a) bis c) zur Korrektur der Oberflächenform eines reflektiven optischen Elements. Dabei kann die Schichtanordnung des optischen Elements bereits eine Schutzschicht bzw. ein Schutzschichtteilsystem enthalten. Ferner kann das Substrat bereits einen verdichteten Oberflächenbereich 35 zum Schutz vor EUV Strahlung aufweisen. Alternativ kann dieser Oberflächenbereich 35 bei der Elektronenbestrahlung zur Oberflächenformkorrektur in Schritt b) gleichzeitig mit erzeugt werden. In Schritt a) der 3 wird entweder die Oberflächenform eines reflektiven optischen Elements oder die Wellenfront eines gesamten Projektionsobjektivs mittels eines Interferometers vermessen. Die Vermessung mittels eines Interferometers ist der Übersichtlichkeit wegen in 3a) ebenfalls nicht dargestellt. Dabei wird in Schritt a) festgestellt, dass entweder das Substrat eine unerwünschte Oberflächenformabweichung von der gewünschten Soll-Oberflächenform aufweist oder das Projektionsobjektiv eine unerwünschte Wellenfrontabweichung von der gewünschten Soll-Wellenfront aufweist. Die unerwünschte Oberflächenformabweichung ist in 3a) exemplarisch als Hügel dargestellt. In Schritt b) wird diese Oberflächenformabweichung oder eine der Wellenfrontabweichung des Projektionsobjektivs entsprechende Oberflächenformabweichung dann mittels einer Bestrahlung 27 durch die Verdichtung des Substratbereichs 29 korrigiert. Als Bestrahlung 27 kommt hierbei eine Elektronenbestrahlung mit Elektronen einer Energie zwischen 5 und 80 keV bei Dosen zwischen 0,1 J/mm² und 2500 J/mm² in Frage, da Elektronen solcher Energien in der Lage sind, die reflektive Beschichtung des optischen Elements zu durchdringen. Das durch die Schritte a) bis c) der 3 korrigierte reflektive optische Element wird anschließend als EUV Spiegel 1, 11 in einer Projektionsbelichtungsanlage oder als EUV Maske eingesetzt. Alternativ ist es möglich, das reflektive optische Element innerhalb der Projektionsbelichtungsanlage mittels der Schritte a) bis c) der 3 zu korrigieren, sofern eine entsprechende Messtechnik und eine entsprechende Bestrahlungstechnik in der Projektionsbelichtungsanlage vorhanden sind. Dies gilt analog auch für die Korrektur von Masken innerhalb einer Projektionsbelichtungsanlage.
Somit weist das gemäß den Schritten a) bis d) hergestellte optische Element der 2 und/ oder das mit den Schritten a) bis c) korrigierte Element der 3 die folgenden Merkmale auf:
Reflektives optisches Element 39 für den EUV-Wellenlängenbereich mit einer auf der Oberfläche eines Substrats aufgebrachten Schichtanordnung, wobei die Schichtanordnung mindestens ein Schichtteilsystem 37 umfasst, welches aus einer periodischen Abfolge von mindestens einer Periode an Einzelschichten besteht, wobei die Periode zwei Einzelschichten mit unterschiedlichem Brechungsindex im EUV-Wellenlängenbereich umfasst, wobei das Substrat in einem an die Schichtanordnung angrenzenden Oberflächenbereich 35 mit einer Ausdehnung bis zu einem Abstand von 5 µm von der Oberfläche eine mittlere Dichte aufweist, welche um mehr als 1 Vol-% höher ist, als die mittlere Dichte des Substrats in einem Abstand von 1 mm von der Oberfläche und wobei das Substrat wenigstens entlang einer gedachten Fläche 30 mit einem festen Abstand zwischen 1 µm und 100 µm von der Oberfläche eine Variation der Dichte von mehr als 1 Vol-% aufweist.
Das mittels der Schritte a), b), d) und der alternative in Schritt c) hergestellte optische Element der 2 und/ oder das entsprechende mittels der Schritte a) bis c) korrigierte optische Element der 3 weist folgende Merkmale auf:
Reflektives optisches Element 39 für den EUV-Wellenlängenbereich mit einer auf der Oberfläche eines Substrats aufgebrachten Schichtanordnung, wobei die Schichtanordnung mindestens ein Schichtteilsystem 37 umfasst, welches aus einer periodischen Abfolge von mindestens einer Periode an Einzelschichten besteht, wobei die Periode zwei Einzelschichten mit unterschiedlichem Brechungsindex im EUV-Wellenlängenbereich umfasst, wobei die Schichtanordnung mindestens eine Schutzschicht oder mindestens ein Schutzschichtteilsystem mit einer Dicke von größer 20 nm, insbesondere 50 nm umfasst, so dass die Transmission an EUV-Strahlung durch die Schichtanordnung hindurch weniger als 10 %, insbesondere weniger als 2 % beträgt und wobei das Substrat wenigstens entlang einer gedachten Fläche 30 mit einem festen Abstand zwischen 0 µm und 100 µm von der Oberfläche eine Variation der Dichte von mehr als 1 Vol-% aufweist.
Bei allen optischen Elementen wird die Variation der Dichte mit Hilfe von Elektronen mit einer Energie zwischen 5 und 80 keV bei Dosen zwischen 0,1 J/mm² und 2500 J/mm² und/ oder mit Hilfe eines Pulslasers mit Wellenlängen zwischen 0,3 und 3 µm, Repetitionsraten zwischen 1 Hz und 100 MHz und Pulsenergien zwischen 0,01 µJ und 10 mJ erzeugt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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Claims

Reflektives optisches Element (39) für den EUV-Wellenlängenbereich mit einer auf der Oberfläche eines Substrats aufgebrachten Schichtanordnung, wobei die Schichtanordnung mindestens ein Schichtteilsystem (37) umfasst, welches aus einer periodischen Abfolge von mindestens einer Periode an Einzelschichten besteht, wobei die Periode zwei Einzelschichten mit unterschiedlichem Brechungsindex im EUV-Wellenlängenbereich umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat in einem an die Schichtanordnung angrenzenden Oberflächenbereich (35) mit einer Ausdehnung bis zu einem Abstand von 5 µm von der Oberfläche eine mittlere Dichte aufweist, welche um mehr als 1 Vol-% höher ist, als die mittlere Dichte des Substrats in einem Abstand von 1 mm von der Oberfläche und dass das Substrat wenigstens entlang einer gedachten Fläche (30) mit einem festen Abstand zwischen 1 µm und 100 µm von der Oberfläche eine Variation der Dichte von mehr als 1 Vol-% aufweist.
Reflektives optisches Element (39) nach Anspruch 1, wobei die mittlere Dichte in dem Oberflächenbereich (35) bei einer Ausdehnung bis zu einem Abstand von 1 µm von der Oberfläche um mehr als 2 Vol-% höher ist, als die mittlere Dichte des Substrats in einem Abstand von 1 mm von der Oberfläche.
Reflektives optisches Element (39) für den EUV-Wellenlängenbereich mit einer auf der Oberfläche eines Substrats aufgebrachten Schichtanordnung, wobei die Schichtanordnung mindestens ein Schichtteilsystem (37) umfasst, welches aus einer periodischen Abfolge von mindestens einer Periode an Einzelschichten besteht, wobei die Periode zwei Einzelschichten mit unterschiedlichem Brechungsindex im EUV-Wellenlängenbereich umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtanordnung mindestens eine Schutzschicht oder mindestens ein Schutzschichtteilsystem mit einer Dicke von größer 20 nm, insbesondere 50 nm umfasst, so dass die Transmission an EUV-Strahlung durch die Schichtanordnung hindurch weniger als 10 %, insbesondere weniger als 2 % beträgt und dass das Substrat wenigstens entlang einer gedachten Fläche (30) mit einem festen Abstand zwischen 0 µm und 100 µm von der Oberfläche eine Variation der Dichte von mehr als 1 Vol-% aufweist.
Reflektives optisches Element (39) für den EUV-Wellenlängenbereich nach Anspruch 2, wobei die Schichtanordnung mindestens eine Schicht umfasst, die gebildet ist oder als Verbindung zusammengesetzt ist aus einem Material der Gruppe: Nickel, Kohlenstoff, Bor-Karbid, Kobalt, Beryllium, Silizium, Silizium-Oxide.
Reflektives optisches Element (39) für den EUV-Wellenlängenbereich nach Anspruch 2, wobei die Schichtanordnung mindestens ein Schutzschichtteilsystemen umfasst, welches aus einer periodischen Abfolge von mindestens zwei Perioden an Einzelschichten besteht, wobei die Perioden zwei Einzelschichten aus unterschiedlichen Materialien umfassen, wobei die Materialien der zwei die Perioden bildenden Einzelschichten entweder Nickel und Silizium oder Kobalt und Beryllium sind.
Reflektives optisches Element (39) für den EUV-Wellenlängenbereich nach Anspruch 1 oder 2, wobei dass das Substrat wenigstens entlang einer gedachten Fläche (30) mit einem festen Abstand zwischen 1 µm und 5 µm von der Oberfläche eine Variation der Dichte von mehr als 2 Vol-% aufweist.
Reflektives optisches Element (39) für den EUV-Wellenlängenbereich nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Substrat bis zu einem Abstand von 1 mm von der Oberfläche aus einem Material mit mindestens 40 Vol-% SiO₂-Anteil besteht.
Reflektives optisches Element (39) für den EUV-Wellenlängenbereich nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei die Variation der Dichte mit Hilfe von Elektronen mit einer Energie zwischen 5 und 80 keV bei Dosen zwischen 0,1 J/mm² und 2500 J/mm² und/ oder mit Hilfe eines Pulslasers mit Wellenlängen zwischen 0,3 und 3 µm, Repetitionsraten zwischen 1 Hz und 100 MHz und Pulsenergien zwischen 0,01 µJ und 10 mJ erzeugt wird.
Verfahren zur Erzeugung eines reflektiven optischen Elements (39) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend die Schritte: a) Vermessen der Substratoberfläche mit einem Interferometer; b) Bestrahlen (27) des Substrats (23) mit Hilfe von Elektronen mit einer Energie zwischen 5 und 80 keV bei Dosen zwischen 0,1 J/mm² und 2500 J/mm² und/ oder mit Hilfe eines Pulslasers mit Wellenlängen zwischen 0,3 und 3 µm, Repetitionsraten zwischen 1 Hz und 100 MHz und Pulsenergien zwischen 0,01 µJ und 10 mJ; c) Beschichten des Substrats mit einer Schutzschicht oder einem Schutzschichtteilsystem und/ oder Bestrahlen des Substrats mit Hilfe von Elektronen (31) mit einer Energie zwischen 5 und 80 keV bei Dosen zwischen 0,1 J/mm² und 4000 J/mm² und d) Beschichten des Substrats mit mindestens einem Schichtteilsystem (37) geeignet für den EUV Wellenlängenbereich.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei beim Bestrahlen (27) des Substrats mit Hilfe von Elektronen in Schritt b) eine höhere Energie der Elektronen verwendet wird, als beim Bestrahlen des Substrats mit Hilfe von Elektronen (31) in Schritt c).
Verfahren zur Korrektur der Oberflächenform eines reflektiven optischen Elements (39) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfassend die Schritte: a) Vermessen des reflektiven optischen Elements (39) mit einem Interferometer und/ oder Vermessen eines Projektionsobjektivs umfassend das reflektive optische Element (39) mit einem Interferometer; b) Bestrahlen (27) des reflektiven optischen Elements (39) mit Hilfe von Elektronen mit einer Energie zwischen 5 und 80 keV bei Dosen zwischen 0,1 J/mm² und 2500 J/mm².
Projektionsobjektiv (2) für die Mikrolithographie umfassend einen Spiegel (1, 11) als reflektives optisches Element (39) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/ oder einen Spiegel (1, 11) als reflektives optisches Element (39) hergestellt nach einem Verfahren der Ansprüche 9 bis 10 und/ oder einen Spiegel (1, 11) als reflektives optisches Element (39) korrigiert nach einem Verfahren gemäß Anspruch 11.
Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie umfassend ein Projektionsobjektiv (2) nach Anspruch 12.