DE102011084650A1

DE102011084650A1 - Diffraktive optische Elemente für EUV-Strahlung

Info

Publication number: DE102011084650A1
Application number: DE201110084650
Authority: DE
Inventors: Markus Schwab; Gisela von Blanckenhagen
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2013-04-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein diffraktives optisches Element (10) für EUV-Strahlung, umfassend: ein Substrat (11), sowie einen auf eine Oberfläche (9) des Substrats (11) aufgebrachten Schichtstapel (4) mit einer Mehrzahl von Einzelschichten, die eine Stapel-Normalenrichtung (5) für die Reflexion der EUV-Strahlung (8) definieren, wobei die Stapel-Normalenrichtung (5) des Schichtstapels (4) zumindest in einem Teilbereich der Oberfläche (9) des Substrats (11) zu einer Flächen-Normalenrichtung (7) der Oberfläche (9) des Substrats (11) verkippt ist und/oder über die Oberfläche (9) des Substrats (11) variiert. Die Erfindung betrifft auch eine Beschichtungsanlage sowie Herstellungsverfahren für ein solches diffraktives optisches Element (10).

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft optische Elemente für den EUV-Wellenlängenbereich, insbesondere zur Verwendung in EUV-Lithographieanlagen, eine Beschichtungsanlage sowie Herstellungsverfahren für derartige optische Elemente.
Es ist bekannt, dass Mikrostrukturen in Form von (Transmissions-)Gittern durch konstruktive bzw. destruktive Interferenzen bei entsprechend vorgegebener, lokaler beugender (Gitter-)Struktur (Abstand der Gitterlinien, Geometrie, etc.) eine gewünschten Ablenkwinkel definieren, so dass ein einfallender Lichtstrahl in eine nahezu beliebige Richtung umgelenkt werden kann. In abbildenden optischen Systemen, z. B. in Projektionsobjektiven, können derartige diffraktive optische Elemente z. B. zur Kompensation der Bildfeldkrümmung eingesetzt werden, indem die lokale beugende (Gitter-)Struktur so vorgegeben wird, dass der auftreffende Lichtstrahl in eine gewünschte Richtung abgelenkt wird.
Da bei Wellenlängen im EUV-Bereich keine Materialien mit ausreichender Transmission existieren, werden in der EUV-Lithographie zur Umlenkung von EUV-Strahlung reflektierende optische Elemente (EUV-Spiegel) eingesetzt. Solche EUV-Spiegel werden realisiert, indem auf ein Substrat, das in der Regel einen sehr niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, ein Schichtstapel mit einer Mehrzahl von Einzelschichten aufgebracht wird. Der Schichtstapel weist typischer Weise eine Anzahl von ca. 10–100 alternierenden Einzelschichten aus Silizium und Molybdän auf, wobei die Schichtdicke einer jeweiligen Einzelschicht-Paares in der Regel bei der Hälfte der verwendeten EUV-Wellenlänge (typischer Weise 13,5 nm) liegt. Der Schichtstapel wirkt für die EUV-Strahlung als Bragg-Reflektor, so dass mehr als 70% der einfallenden EUV-Strahlung reflektiert werden können.
Aus der US 2006/0087738 A1 ist es bekannt, eine konventionelle, EUV-Strahlung reflektierende Mehrlagen-Beschichtung asymmetrisch anzuschneiden, um an der gebildeten Schnittfläche EUV-Strahlung zu beugen und Strahlung bei anderen Wellenlängen (z. B. im DUV-Bereich) spekular zu reflektieren. Durch das Herstellen einer Mehrzahl von Schnittflächen in einer periodischen Anordnung kann ein Beugungsgitter bzw. ein Spektralfilter für die EUV-Strahlung an der Schnittfläche erzeugt werden.
In der US 2007/0222964 A1 ist ein Reflektor beschrieben, welcher zur Unterdrückung von Strahlung anderer Wellenlängen als der Wellenlänge der Nutzstrahlung eine Mehrlagen-Beschichtung sowie eine auf der Mehrlagen-Beschichtung aufgebrachte Schicht oder Membran aufweist, die bezüglich der reflektierenden Oberfläche der Mehrlagen-Beschichtung unter einem Winkel angeordnet ist.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, optische Elemente für EUV-Strahlung, eine Beschichtungsanlage sowie Herstellungsverfahren für optische Elemente anzugeben, welche die Funktion eines diffraktiven optischen Elements für EUV-Strahlung erfüllen können.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein diffraktives optisches Element für EUV-Strahlung, umfassend: ein Substrat, sowie einen auf eine Oberfläche des Substrats aufgebrachten Schichtstapel mit einer Mehrzahl von Einzelschichten, die eine Stapel-Normalenrichtung für die Reflexion von EUV-Strahlung definieren, wobei die (lokale) Stapel-Normalenrichtung zumindest in einem Teilbereich der Oberfläche des Substrats gegenüber einer (lokalen) Flächen-Normalenrichtung der Oberfläche des Substrats verkippt ist und/oder die Stapel-Normalenrichtung des Schichtstapels ortsabhängig, insbesondere unstetig, über die Oberfläche des Substrats variiert.
Die Erfinder haben erkannt, dass es für die Reflexion von EUV-Strahlung nicht darauf ankommt, unter welchem Winkel die einfallende Strahlung bezüglich der lokalen Flächen-Normalenrichtung der Oberfläche auf das optische Element auftrifft, sondern aufgrund der Wirkung des Schichtstapels als Bragg-Reflektor für die Richtung, unter der die EUV-Strahlung reflektiert wird, lediglich die Stapel-Richtung des Schichtstapels eine Rolle spielt, da nur ein vernachlässigbar kleiner Anteil der EUV-Intensität am Substrat ankommt.
Erfindungsgemäß wurde somit erkannt, dass der Oberflächenverlauf und die Reflexionsrichtung der einfallenden EUV-Strahlung bis zu einem gewissen Grad unabhängig voneinander eingestellt werden können, wodurch eine einem transmissiven diffraktiven optischen Element vergleichbare Funktionalität in Reflexion erzeugt werden kann. In einem hinreichend kleinen lokalen Oberflächenbereich verlaufen hierbei die Einzelschichten des Schichtstapels typischer Weise (annähernd) parallel zueinander, so dass die Normalen der Einzelschichten eine lokale Stapel-Normalenrichtung für die Reflexion der EUV-Strahlung definieren, die (im Rahmen der Fertigungsgenauigkeit) eindeutig festgelegt ist.
Hierbei kann die Stapel-Normalenrichtung des Schichtstapels ortsabhängig über die Oberfläche des Substrats variieren, um lokal eine gewünschte Reflexionsrichtung für die EUV-Strahlung vorzugeben. Auch kann die Stapel-Normalenrichtung alternativ oder zusätzlich in einem Teilbereich oder über die gesamte Oberfläche des Substrats einen (z. B. variablen) Winkel zur Oberflächen-Normalenrichtung aufweisen, so dass die Geometrie des Substrats und die Ablenkrichtung der EUV-Strahlung voneinander entkoppeln. Solche diffraktiven optischen Elemente können z. B. mit Hilfe von speziellen Beschichtungsverfahren hergestellt werden. Auf diese Weise können z. B. abbildende Elemente wie Linsen oder dergleichen mit Hilfe von Planelementen realisiert werden.
In einer Ausführungsform erstreckt sich mindestens eine insbesondere randseitige Einzelschicht des Schichtstapels vom Substrat bis zur Oberseite des Schichtstapels. Unter der Oberseite des Schichtstapels wird im Sinne dieser Anmeldung die Grenzfläche zur (Vakuum-)Umgebung verstanden, in der das optische Element angeordnet ist. Bei herkömmlichen EUV-Spiegeln erstrecken sich die Einzelschichten des Schichtstapels typischer Weise über den gesamten beschichteten Bereich der Oberfläche und verlaufen parallel zur Oberfläche bzw. weisen einen (geringfügigen) lateralen Gradienten auf. Beim vorliegenden Beispiel eines diffraktiven optischen Elements können insbesondere Einzelschichten, die in einem Randbereich der mit dem Schichtstapel versehenen Oberfläche des Substrats angeordnet sind, unter einem Winkel zur Flächen-Normalen der Substratoberfläche verlaufen, der so steil ist, dass Einzelschichten sich vom Substrat bis zur bis zur Oberseite des Schichtstapels erstrecken, d. h. im Wesentlichen über die gesamte Dicke des Schichtstapels. Der Schichtstapel der Mehrlagen-Beschichtung kann hierbei gegebenenfalls entlang der Oberfläche des Substrats quasi mehrfach ansetzen. Im oben beschriebenen Fall ist typischer Weise eine größere Anzahl als die sonst üblichen ca. 100 Einzelschichten erforderlich, um zu gewährleisten, dass an jedem Punkt der Oberfläche entlang eines senkrechten Schnitts, der in Richtung der Stapel-Normale verläuft, ca. 100 Einzelschichten vorhanden sind. Das Herstellen von insbesondere randseitigen Einzelschichten, welche sich bis zur Oberseite des Schichtstapels erstrecken, kann auch durch gezieltes Abätzen bzw. Anschneiden eines Randbereichs eines auf herkömmliche Weise auf das Substrat aufgebrachten Schichtstapels erfolgen.
Bei einer Ausführungsform weist das Substrat einen insbesondere umlaufenden Rand zum Aufbringen der mindestens einen Einzelschicht auf, der sich von dem zu beschichtenden Teil der Oberfläche des Substrats bis mindestens zur Oberseite des Schichtstapels erstreckt. Der Rand weist hierbei eine Neigung bzw. Steigung auf, so dass eine randseitige Einzelschicht gegenüber der z. B. planen Oberfläche des Substrats verkippt aufgebracht werden kann, da die Normalenrichtung der randseitigen Einzelschicht (nahezu) senkrecht zur Oberfläche des (umlaufenden) Randes verläuft, d. h. der Neigungswinkel des Randes legt im Wesentlichen die randseitige Stapel-Normalenrichtung des Schichtstapels fest, die beispielsweise über die gesamte Oberfläche des Substrats bzw. des optischen Elements konstant sein kann. Der Schichtstapel kann hierbei mittels einer geeignet aufgebauten Beschichtungsanlage bzw. eines entsprechenden Beschichtungs-Verfahrens auf das Substrat aufgebracht werden, das weiter unten näher beschrieben ist. Es versteht sich, dass nach dem Aufbringen des Schichtstapels der umlaufende Rand des Substrats nicht mehr zwingend benötigt wird und entfernt werden kann, beispielsweise indem der Rand des Substrats abpoliert oder abgefräst wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist der Schichtstapel mindestens 100, bevorzugt mindestens 200, insbesondere mehr als 1000 Einzelschichten auf. Bei der Herstellung eines diffraktiven optischen Elements, bei dem die lokale Stapel-Normalenrichtung des Schichtstapels zu einer entsprechenden lokalen Flächen-Normalenrichtung der Oberfläche des Substrats verkippt ist, hängt die Zahl der Einzelschichten von der Fläche bzw. dem Durchmesser der beschichteten Oberfläche sowie von weiteren Parametern ab. Typischer Weise gilt, dass die Zahl der benötigten Einzelschichten mit zunehmender Größe der beschichteten Oberfläche zunimmt. Gegebenenfalls kann die Anzahl der Schichten auch größer als oben angegeben gewählt werden und z. B. bei mehr als 10000, ggf. sogar bei mehr als 100000 liegen, sofern das gewählte Beschichtungsverfahren das Aufbringen der Schichten mit ausreichender Geschwindigkeit ermöglicht.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist eine zwischen dem Substrat und dem Schichtstapel aufgebrachte Zwischenschicht einen lateralen Schichtdickengradienten auf. Die Zwischenschicht ermöglicht es auf relativ einfache Weise, eine Abweichung zwischen der Stapel-Normalenrichtung des Schichtstapels und der Normalenrichtung der Oberfläche des Substrats zu erzeugen. Die Zwischenschicht kann in verhältnismäßig kurzer Zeit mit einer erheblichen Dicke (bis zu einigen Mikrometern) aufgebracht werden, da für diese Zwischensicht keine besonders hohen optischen Anforderungen bestehen. Eine Dickenvariation über die Oberfläche des Substrats von einigen 10 Nanometern ist beim Aufbringen der Zwischenschicht verhältnismäßig unproblematisch. Um die Zwischenschicht erforderlichenfalls zu glätten, kann diese poliert werden (z. B. mechanisch, mit Ionenstrahl etc.), bevor der Schichtstapel aufgebracht wird. Als Materialien für die Zwischenschicht bieten sich z. B. Siliziumdioxid oder Silizium an, da diese sich leicht glätten lassen. Die parallele Ausrichtung der Schichten des Schichtstapels sorgt hierbei dafür, dass eine eindeutig definierte Stapel-Normalenrichtung erhalten bleibt.
In einer weiteren Ausführungsform variiert ein Differenzwinkel zwischen der Stapel-Normalenrichtung des Schichtstapels und der lokalen Flächen-Normalenrichtung über die Oberfläche des insbesondere planen Substrats um mehr als 0,3 mrad, bevorzugt um mehr als 10 mrad, insbesondere um mehr als 1°. Wie weiter oben dargestellt wurde, sind bei herkömmlichen EUV-Spiegeln die Einzelschichten im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet, d. h. die Variation des Differenzwinkels zwischen der Stapel-Normalenrichtung und der lokalen Flächen-Normalenrichtung über die gesamte Oberfläche ist vernachlässigbar klein. Im Gegensatz hierzu ist die Variation der Stapel-Normalenrichtung relativ zur Flächen-Normalenrichtung bei den erfindungsgemäßen diffraktiven optischen Elementen in der Regel erheblich größer und kann beispielsweise in der Größenordnung mehrerer Grad (5°, 10°, 20° etc.) liegen. Unter einer Variation des Differenzwinkels über die Oberfläche des Substrats wird hierbei verstanden, dass an mindestens zwei Orten der Oberfläche (genauer gesagt des beschichteten Teils der Oberfläche) die jeweiligen Differenzwinkel sich um mindestens die oben angegebenen Werte unterscheiden. Im Extremfall kann der Differenzwinkel über die Oberfläche des Substrats bis zu ca. 60°, 70° oder mehr variieren.
Es versteht sich, dass auch die Verkippung der Stapel-Normalenrichtung zur Oberflächen-Normalenrichtung in einem Teilbereich der Oberfläche mehr als 0,3 mrad, mehr als 10 mrad, mehr als 1°, 5°, 10°, 20° etc. betragen kann. Bei bestimmten Anwendungen (z. B. Spektralfiltern) kann die Verkippung zwischen Stapel-Normalenrichtung und Oberflächen-Normalenrichtung insbesondere auch konstant sein.
Alternativ zu einem Vorgehen, bei dem die Einzelschichten bzw. der Schichtstapel lokal bezüglich der jeweiligen Flächen-Normalenrichtung des Substrats verkippt ist, ist es auch möglich, die Stapel-Normalenrichtung des Schichtstapels und die Oberflächen-Normalenrichtung parallel zueinander auszurichten.
Bei einer solchen Ausführungsform kann die Oberfläche des Substrats eine insbesondere facettierte Oberflächenstruktur mit einer ortsabhängig veränderlichen Flächen-Normalenrichtung aufweisen. Auch bei einer sich von Facette zu Facette verändernde Oberflächen-Normale des Substrats kann der Schichtstapel bzw. können die Einzelschichten flächig, d. h. über die gesamte zu beschichtende Oberfläche, mittels eines herkömmlichen Beschichtungs-Verfahrens aufgebracht werden. Durch den lokalen Kipp der Oberfläche des Substrats kann auch bei einer großflächigen Bedampfung des Substrats, bei der eine verhältnismäßig kleine Anzahl von z. B. 100 Einzelschichten mit z. B. konstanter Dicke aufgebracht werden, eine gewünschte, ortsabhängig veränderliche Stapel-Normalenrichtung des diffraktiven optischen Elements erhalten werden, da die Einzelschichten im Wesentlichen parallel zur Oberfläche der jeweiligen Facette ausgerichtet sind. Es versteht sich, dass sich bei einer großflächigen Bedampfung gekippter Facetten nicht exakt die gleiche Schichtdickenverteilung ergibt wie bei einer flachen bzw. stetigen Substratoberfläche. Die durch den lokalen Kipp entstehenden Abweichungen sollten beim Design des Schichtstapels mit berücksichtigt werden. Durch ein geeignetes lokales Beschichtungsverfahren ist es aber auch möglich, die Stapel-Normalenrichtung parallel zur Flächen-Normalenrichtung einer jeweiligen Facette auszurichten.
In einer Weiterbildung ist die Oberflächenstruktur durch Mikrostrukturierung eines planen Substrats gebildet. Die Mikrostrukturierung des planen Substrats kann insbesondere durch einen Mikrolithographie-Prozess erfolgen, bei dem die gewünschte Oberflächenstruktur erzeugt wird, indem eine Struktur auf einer Maske auf eine auf das Substrat aufgebrachte lichtempfindliche Schicht übertragen und nachfolgend das Substrat durch Ätzen strukturiert wird, wobei die lichtempfindliche Schicht als Ätzmaske dient.
Bei einer weiteren Ausführungsform variiert die Stapel-Normalenrichtung des Schichtstapels ortsabhängig und ist an mindestens zwei Orten, insbesondere an der gesamten Oberfläche, auf einen gemeinsamen Punkt ausgerichtet. EUV-Strahlung, welche von dem gemeinsamen Punkt ausgeht, in dem sich die Stapel-Normalen schneiden, wird hierbei in sich zurück reflektiert. Umgekehrt werden Strahlen, die senkrecht zu einer z. B. planen Oberfläche des Substrats einfallen, auf die der Schichtstapel aufgebracht ist, auf einen gemeinsamen Punkt fokussiert, so dass das diffraktive optische Element die Eigenschaften einer Linse mit positiver Brechkraft aufweist. Das diffraktive optische Element kann hierbei insbesondere die optischen Eigenschaften eines Ellipsoidspiegels, oder, sofern die senkrecht zur planen Oberfläche des Substrats einfallenden Strahlen parallel zueinander liegen, die Eigenschaften eines sphärischen Spiegels oder eines Parabolspiegels aufweisen. Es versteht sich, dass bei geeigneter Wahl der Stapel-Normalen auch eine negative Brechkraft erzeugt werden kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Einzelschichten des Schichtstapels kugelschalenförmig ausgebildet, so dass die Stapel-Normalenrichtung an allen Orten der Oberfläche auf einen gemeinsamen (Kugel-)Mittelpunkt ausgerichtet ist. Ein solcher Schichtstapel kann beispielsweise auf ein planes Substrat aufgebracht werden, um ein fokussierendes diffraktives, planes optisches Element zu erzeugen, bei dem senkrecht zur planen Oberfläche einfallende Strahlung auf einen Fokuspunkt fokussiert wird, der halb so weit von der planen Oberfläche des Substrats entfernt ist als der Kugelmittelpunkt, d. h. von seinen optischen Eigenschaften mit denen eines sphärischen Spiegels übereinstimmt. Auch ein aufweitendes optisches Element lässt sich auf diese Weise herstellen, wobei der gemeinsame Mittelpunkt in diesem Fall an der dem Schichtstapel abgewandeten Seite des Substrats gebildet ist. Hierbei kann der Schichtstapel beispielsweise auf eine Zwischenschicht aufgebracht werden, welche an ihrer Oberseite eine sphärische Krümmung aufweist.
In einer Ausführungsform ist die Oberfläche des Substrats eine sphärisch gekrümmte Fläche, einer asphärisch gekrümmte Fläche oder eine Freiformfläche. Auf einer solchen Oberfläche kann z. B. auf die oben beschriebene Weise ein Schichtstapel aufgebracht werden, bei dem die Stapel-Normalenrichtung zumindest in einem Teilbereich zu einer Flächen-Normalenrichtung verkippt ist.
Eine weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Kollektorspiegel zur Fokussierung von EUV-Strahlung von einem ersten Brennpunkt auf einen zweiten Brennpunkt. Der Kollektorspiegel ist gebildet durch ein diffraktives optisches Element, wie oben beschrieben. Die Oberfläche des Substrats weist insbesondere eine asphärische Geometrie auf und ist nicht wie bei Kollektorspiegeln üblich als Ellipsoid ausgebildet. Dies ist möglich, da die Richtung der Flächen-Normale der Oberfläche des Substrats von der Stapel-Normalenrichtung unabhängig ist, so dass die Oberflächenform des Kollektorspiegels von einer elliptischen Form abweichen kann und dennoch eine Umlenkung von EUV-Strahlung von dem ersten Brennpunkt auf den zweiten Brennpunkt erfolgen kann.
Bei einer Weiterbildung sind die lokale Flächen-Normalenrichtung der asphärisch gekrümmten Oberfläche des Substrats und die lokale Stapel-Normalenrichtung des Schichtstapels so aufeinander abgestimmt, dass ein Verhältnis einer optischen Weglänge vom ersten Brennpunkt zu einer Umlenkstelle und einer optischen Weglänge von der Umlenkstelle zum zweiten Brennpunkt über die Oberfläche des Substrats konstant ist. Hierbei wird ausgenutzt, dass die Stapel-Normalenrichtung lokal so gewählt werden kann, dass die EUV-Strahlung vom ersten Brennpunkt auf den zweiten Brennpunkt umgelenkt wird und gleichzeitig die Flächen-Normalenrichtung so gewählt werden kann, dass das (Aspekt-)Verhältnis der beiden Weglängen konstant ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Spektralfilter, der aus einem diffraktiven optischen Element wie oben beschrieben gebildet ist und bei dem zumindest in einem Teilbereich der Oberfläche des Substrats die Stapel-Normalenrichtung unter einem konstanten Winkel zur Flächen-Normalenrichtung der Oberfläche des Substrats verläuft. In dem Teilbereich auf die Oberfläche auftreffende EUV-Strahlung wird durch die Verkippung der Stapel-Normalenrichtung unter einem anderen Winkel reflektiert als dies für Strahlung in anderen Wellenlängenbereichen der Fall ist, da für deren Umlenkung lediglich die Flächen-Normalenrichtung eine Rolle spielt. Somit kann an dem Spektralfilter eine räumliche Separation von Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen vorgenommen werden und z. B. die von einer (Plasma-)EUV-Quelle erzeugte Strahlung mit Wellenlängen, die nicht im EUV-Wellenlängenbereich liegen, gezielt auszufiltern.
Ein weiterer Aspekt betrifft einen Facettenspiegel, umfassend: eine Mehrzahl von diffraktiven optischen Elementen wie oben beschrieben als Spiegelfacetten. Die Einzelspiegel bzw. die Facetten des Facettenspiegels, die typischer Weise in einer Matrixanordnung angeordnet sind, sind in diesem Fall als diffraktive optische Elemente ausgebildet, so dass diesen eine innerhalb der Fertigungsgrenzen bei der Beschichtung beliebige (asphärische) Brechkraft verliehen werden kann, so dass die Uniformität der an diesem Facettenspiegel reflektierten EUV-Strahlung verbessert werden kann.
In einer Weiterbildung weisen die diffraktiven optischen Elemente eine plane Geometrie auf. Die Oberflächen der Spiegelfacetten, an denen die EUV-Strahlung reflektiert wird, können z. B. in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein, so dass Abschattungen durch benachbarte Spiegelfacetten reduziert bzw. nicht vorhanden sind und die Fertigungs-Toleranzen sowie die Justage verbessert wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines diffraktiven optischen Elements für EUV-Strahlung, umfassend: Erzeugen einer insbesondere facettierten Oberflächenstruktur an einem Substrat durch Mikrostrukturieren einer Oberfläche des Substrats, sowie Beschichten des Substrats mit einer Mehrzahl von Einzelschichten zur Bildung eines Schichtstapels, dessen Stapel-Normalenrichtung insbesondere unstetig über die Oberfläche des Substrats variiert. Das Mikrostrukturieren des Substrats kann z. B. mit Hilfe eines lithographischen Verfahrens unter Verwendung eines Graustufen-Photolacks erfolgen, um eine jeweils unterschiedliche Flächen-Normalenrichtung der einzelnen Facetten zu erreichen. Das Aufbringen der Beschichtung kann mittels konventioneller Beschichtungsverfahren, d. h. flächig, erfolgen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage zur Beschichtung eines Substrats zur Herstellung eines diffraktiven optischen Elements für EUV-Strahlung, umfassend: mindestens eine Bedampfungsquelle zum Erzeugen eines auf eine zu beschichtenden Oberfläche des Substrats gerichteten Teilchenstroms, sowie eine Drehachse, bezüglich derer die mindestens eine Bedampfungsquelle verkippbar gelagert ist, wobei ein jeweiliger Kippwinkel der ersten und zweiten Bedampfungsquelle zur Oberfläche des Substrats einstellbar ist. Typischer Weise ist das zu beschichtende Substrat in der Beschichtungsanlage drehbar gelagert und wird beim Aufbringen der Beschichtung um eine Drehachse gedreht. Die Verkippung der Bedampfungsquellen ermöglicht es, Einzelschichten auf die Oberfläche eines Substrats auf eine solche Weise aufzubringen, dass die Stapel-Normalenrichtung eines von diesen Einzelschichten gebildeten Schichtstapels nicht mit der Flächen-Normalenrichtung der Oberfläche übereinstimmt. Um dies zu erreichen sollte das Substrat einen umlaufenden Rand aufweisen, an dem eine erste Einzelschicht aufgebracht wird. Nachfolgend können sukzessive weitere Einzelschichten aufgebracht werden, so dass die Beschichtung vom außen liegenden Rand ausgehend erfolgt. Die Verkippung ermöglicht es auch, die Richtung, unter dem der bzw. die Teilchenströme auf das Substrat auftreffen, parallel zu einer ggf. ortsabhängig veränderlichen Oberflächen-Normale des Substrats auszurichten. Die Beischichtungsanlage kann auch vorteilhaft zum Aufbringen der oben beschriebenen Zwischenschicht verwendet werden.
In einer Ausführungsform umfasst die Beschichtungsanlage zusätzlich einen von der Bedampfungsquelle ausgehenden, insbesondere in seiner Länge veränderlichen Bedampfungskanal zur Führung des Teilchenstroms auf die Oberfläche des Substrats. Der Bedampfungskanal ermöglicht es, die Beschichtung gezielt an einem vorgegebenen Ort und insbesondere mit einem gewünschten Winkel zu erzeugen. Es ist günstig, wenn die Austrittsöffnung eines jeweiligen Bedampfungskanals einen vorgebbaren Abstand zur Oberfläche des Substrats aufweist. Um dies zu erreichen, kann der Bedampfungskanal in seiner Länge veränderlich, z. B. teleskopierbar, ausgebildet sein. Es versteht sich, dass zusätzlich zu den Bedampfungskanälen Blenden in der Beschichtungsanlage vorgesehen werden können.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Beschichtungsanlage mindestens eine Bewegungseinheit zur Bewegung, insbesondere zur Verschiebung, mindestens einer Bedampfungsquelle. Zusätzlich zur Verkippung ist es günstig, wenn die Bedampfungsquellen relativ zum Substrat bewegt werden können, um einen gewünschten Abstand zum Substrat einzustellen.
Es versteht sich, dass in der Beschichtungs- bzw. Bedampfungsanlage zusätzliche Einheiten, z. B. zur Glättung, Reinigung, Vermessung oder zur Modifizierung der Dicke der Einzelschichten vorhanden sein können. Auch können die o. g. oder zusätzliche Bedampfungsquellen zum Aufbringen von Einzelschichten aus weiteren Materialen ausgelegt sein, z. B. um Zwischenschichten, die als Barriere-Schichten dienen, in den Schichtstapel einzubringen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats mit einer Beschichtungsanlage wie oben beschrieben, umfassend: Drehen des Substrats um eine Drehachse und/oder Verschieben des Substrats in einer Ebene, Erzeugen eines jeweiligen Teilchenstroms mittels einer von mindestens zwei Bedampfungsquellen zum Erzeugen eines Schichtstapels mit einer Mehrzahl von Einzelschichten auf dem Substrat, sowie Festlegen eines Kippwinkels der Bedampfungsquellen beim Erzeugen des jeweiligen Teilchenstroms zum Herstellen eines Schichtstapels, der zumindest in einem Teilbereich der Oberfläche des Substrats zu einer Flächen-Normalenrichtung der Oberfläche des Substrats verkippt ist und/oder über die Oberfläche des Substrats ortsabhängig variiert. Es versteht sich, dass die Beschichtungsanlage alternativ oder zusätzlich (ggf. ausschließlich) dazu verwendet werden kann, um die oben beschriebene Zwischenschicht aufzubringen.
Bei einer Variante weist das Substrat eine facettierte Oberflächenstruktur auf und der Kippwinkel wird ortsabhängig so festgelegt, dass die Stapel-Normalenrichtung mit der ortsabhängig variierenden Flächen-Normalenrichtung der facettierten Oberflächenstruktur übereinstimmt. Durch die gezielte Variation des Kippwinkels kann an einem facettierten Substrat ein Schichtstapel erzeugt werden, dessen Stapel-Normalenrichtung stets parallel zur Flächen-Normalenrichtung ausgerichtet ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
1 eine schematische Darstellung eines diffraktiven optischen Elements, welches in Transmission betrieben wird,
2 eine schematische Darstellung eines Schichtstapels zur Reflexion von EUV-Strahlung, bei dem eine Stapel-Normalenrichtung von einer Oberflächen-Normalenrichtung abweicht,
3 eine schematische Darstellung eines diffraktiven optischen Elements für EUV-Strahlung mit einem Substrat mit facettierter Oberflächenstruktur,
4a, b eine Seitenansicht und eine Draufsicht einer Beschichtungsanlage zum Aufbringen von orientierten Schichten auf ein Substrat,
5a, b schematische Darstellungen von diffraktiven optischen Elementen mit einer Zwischenschicht, die mit der Beschichtungsanlage gemäß 4a, b bzw. einer konventionellen Beschichtungsanlage aufgebracht wurde,
6a, b schematische Darstellungen eines diffraktiven optischen Elements mit positiver Brechkraft,
7a, b schematische Darstellungen eines Facettenspiegels gemäß dem Stand der Technik (7a) und gemäß der Erfindung (7b),
8a, b schematische Darstellungen eines Kollektorspiegels in Form eines Ellipsoid-Spiegels (8a) und in Form eines asphärischen diffraktiven optischen Elements (8b), und
9 eine schematische Darstellung eines diffraktiven optischen Elements in Form eines Spektralfilters.
In 1 ist schematisch ein diffraktives optisches Element 1 gezeigt, welches z. B. bei Wellenlängen im sichtbaren Bereich in Transmission betrieben wird. Zwei parallele Teilstrahlen 2a, 2b treffen an unterschiedlichen Stellen auf eine jeweilige lokale Gitterstruktur 3a, 3b des diffraktiven optischen Elements 1 auf und werden an diesen gebeugt. Zur Vereinfachung ist das gebeugte Licht durch Teilstrahlen 2a', 2b' genähert, welche unter unterschiedlichen Winkeln α₁, α₂ abgelenkt werden. Durch geeignete Formgebung der lokalen Gitterstruktur 3a, 3b (Pitch, Sub-Pitch, Geometrie) kann ein jeweils einfallender Teilstrahl 2a, 2b lokal in eine nahezu beliebige Richtung umgelenkt werden.
2 zeigt einen Schichtstapel 4 für die Reflexion von EUV-Strahlung, welcher eine Mehrzahl (im vorliegenden Beispiel ca. 50) von alternierenden Einzelschichten 4a, 4b aus Silizium und Molybdän aufweist. Paare der Einzelschichten 4a, 4b weisen jeweils eine konstante Dicke auf, die der Hälfte der Wellenlänge λ der verwendeten EUV-Strahlung (typischer Weise λ = 13,5 nm) entspricht. Die parallel ausgerichteten Einzelschichten 4a, 4b definieren eine Stapel-Normale 5, welche senkrecht zu den Oberflächen aller Einzelschichten 4a, 4b verläuft.
Wie in 2 zu erkennen ist, sind die beiden obersten Einzelschichten 4a, 4b des Schichtstapels 4 teilweise abgetragen, so dass dort eine Oberfläche 6 mit ortsabhängig variierender Oberflächen-Normale 7 gebildet ist. Dennoch wird EUV-Strahlung 8, welche an einem beliebigen Punkt auf die Oberfläche 6 des Schichtstapels 4 unter einem Winkel α zur Stapel-Normale 5 auftrifft, unter demselben Winkel α bezüglich der Stapel-Normalen 5 zurück reflektiert. Dies liegt daran, dass der Schichtstapel 4 als Bragg-Reflektor wirkt, so dass es für die Reflexionsrichtung der EUV-Strahlung 8 nicht auf die Richtung der Oberflächen-Normale 7 ankommt, d. h. der Verlauf der Oberfläche 6 ist für die Reflexionsrichtung der EUV-Strahlung 8 unerheblich.
Es versteht sich, dass bei herkömmlichen EUV-Spiegeln die Stapel-Richtung 5 des Schichtstapels mit einer Normalen-Richtung einer üblicherweise planen Oberfläche eines Substrats übereinstimmt, auf welche der Schichtstapel 4 aufgebracht wird. Um ein diffraktives optisches Element 10 zu erhalten, bei dem die die Stapel-Normale 5 eines jeweiligen Schichtstapels 4 ortsabhängig über eine beschichtete Oberfläche 9 eines Substrats 11 variiert, kann wie in 3 dargestellt die zunächst plane Oberfläche 9 des Substrats 11 mikrostrukturiert werden, um an dieser eine Oberflächenstruktur auszubilden, die bei dem in 3 gezeigten vereinfachenden Beispiel durch eine Mehrzahl von planen Oberflächenbereichen bzw. -facetten 9a bis 9i gebildet ist, die sich durch eine jeweils unterschiedliche Flächen-Normalenrichtung 7 voneinander unterscheiden. An jedem Oberflächenbereich 9a bis 9i ist ein Schichtstapel 4 gebildet, wobei die Stapel-Normalenrichtung 5 eines jeweiligen Schichtstapels 4 mit der Richtung der jeweiligen Oberflächen-Normalenrichtung 7 der Facetten 9a bis 9i übereinstimmt.
Zur Erzeugung einer facettierten Oberflächenstruktur wie sie in 3 dargestellt ist, kann ein lithographisches Verfahren verwendet werden. In diesem Fall wird auf die plane Oberfläche des Substrats 11 zunächst ein Photolack, z. B. ein Graustufenlack, aufgebracht. In einem anschließenden Schritt wird der Photolack in einer Lithographieanlage belichtet, um eine gewünschte Struktur in den Photolack zu übertragen. Nachfolgend wird der Photolack entwickelt, wobei dieser ein der gewünschten Struktur entsprechendes Dickenprofil erhält. In einem weiteren Schritt wird das Profil des Photolacks durch Ätzen auf das Substrat 11 übertragen. Nachfolgend kann die strukturierte Oberfläche 9 gegebenenfalls geglättet werden. Es versteht sich, dass zur Durchführung des oben beschriebenen Lithographie-Verfahrens die Oberfläche des Substrats 11 vor der Strukturierung im Wesentlichen plan sein sollte bzw. nur geringfügig von einer planen Oberflächengeometrie abweichen sollte, um eine Belichtung mit hoher Abbildungsqualität zu ermöglichen.
Auf die strukturierte Oberfläche 9 können dann in einem sich anschließenden, konventionellen Beschichtungsverfahren – typischer Weise durch Bedampfen -in mehreren Beschichtungsschritten die Einzelschichten 4a, 4b des Schichtstapels 4 aufgebracht werden. In jedem Beschichtungsschritt kann hierbei die gesamte Fläche der strukturierten Oberfläche 9 bedampft werden, da sich die Einzelschichten 4a, 4b und damit die Schichtstapel 4 beim Bedampfen parallel zu den jeweiligen Oberflächenbereichen 9a bis 9i ausrichten, auf die sie aufgebracht werden. Die Zahl der Paare von Einzelschichten 4a, 4b, die jeweils eine Schichtdicke von typischer Weise der Hälfte der EUV-Wellenlänge von 13,5 nm aufweisen, liegt bei dem diffraktiven optischen Element von 3 bei ca. 50, d. h. bei einer für EUV-Anwendungen üblichen Schichtanzahl.
Es versteht sich, dass die Übergänge zwischen den Oberflächenbereichen 9a bis 9i nicht wie in 3 gezeigt unstetig sein müssen, sondern dass ggf. auch ein glatter, stetiger Übergang zwischen benachbarten Oberflächenbereichen 9a bis 9i möglich ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die benachbarten Oberflächenbereiche 9a bis 9i einen Höhenversatz von einem Vielfachen der Paare von Einzelschichten aufweisen. Es versteht sich weiterhin, dass die Anzahl der Oberflächenbereiche in der Regel wesentlich größer ist als dies bei der beispielhaften Darstellung in 3 der Fall ist.
Alternativ zum oben beschriebenen Vorgehen kann das in 3 gezeigte facettierte Substrat 11 auch mittels einer Beschichtungsanlage 12 beschichtet werden, die in 4a, b dargestellt ist. Die Beschichtungsanlage 12 weist zwei Bedampfungsquellen 13, 14 auf, welche um eine Drehachse D verkippbar angeordnet sind, wobei ein jeweiliger Kippwinkel δ₁, δ₂ individuell einstellbar ist. Die Bedampfungsquellen 13, 14 sind zusätzlich in zwei Achsrichtungen X, Z mit Hilfe von durch Pfeile angedeuteten Linearverschiebeeinheiten 17, 18 (z. B. in Form von Linearmotoren) individuell verschiebbar gelagert, die z. B. an der Drehachse D angreifen. Jede Bedampfungsquelle 13, 14 weist einen Bedampfungskanal 13a, 14a auf, um ein gerichtetes Aufbringen eines jeweiligen Teilchenstroms, im vorliegenden Fall von Molybdän Mo und Silizium Si, auf das Substrat 11 zu ermöglichen. Die Bedampfungskanäle 13a, 14a sind hierbei im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse D ausgerichtet, wie in 4b gut zu erkennen ist.
Eine erste zusätzliche Einheit 19a der Beschichtungsanlage 12 ist als weitere Bedampfungsquelle ausgebildet, die das Aufbringen eines weiteren Beschichtungsmaterials ermöglicht, das z. B. zum Einbringen einer oder mehrerer Barriere-Schichten in den Schichtstapel 5 verwendet werden kann.
Eine zweite zusätzliche Einheit 19b dient im vorliegenden Beispiel der Vermessung bzw. Kontrolle der Dicke der jeweils aufgebrachten Schichten z. B. mit Hilfe eines optischen Sensors. Es versteht sich, dass alternativ die erste Einheit 19a, die zweite Einheit 19b oder weitere Einheiten zur Glättung, Reinigung, etc. der aufgebrachten Einzelschichten 4a, 4b vorgesehen werden können.
Wie in 4a gezeigt ist, kann alternativ zum facettierten Substrat von 3 die Oberfläche 9 des Substrats 11 über den gesamten beschichteten Bereich bis zu einem umlaufenden Rand 16 z. B. als plane Fläche ausgebildet sein, d. h. die Flächen-Normalenrichtung 7 ist über die gesamte Oberfläche 9 konstant. Der umlaufende Rand 16 verläuft hierbei unter einem Winkel γ zur Oberfläche 9. Wie in 4a zu erkennen ist, kann das Substrat 11 bei der Beschichtung um eine Drehachse 15 gedreht werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Substrat 11 mit Hilfe von weiteren Bewegungseinrichtungen 17a, 18a der Beschichtungsanlage 12, welche in 4b dargestellt sind, linear in x-Richtung bzw. in y-Richtung verschoben werden.
In einem ersten Beschichtungsschritt wird die äußerste Einzelschicht 4a aus Silizium auf den Rand 16 des Substrats 11 aufgebracht. In einem nachfolgenden Schritt wird eine zweite Einzelschicht 4b aus Molybdän auf die erste Einzelschicht 4a aufgebracht, etc. Der Rand 16 kann umlaufend ausgebildet sein, es kann aber z. B. bei nicht rotationssymmetrischen Substraten, beispielsweise bei rechteckigen Substraten, jeweils ein Rand 16 an gegenüberliegenden Seiten des Substrats 11 gebildet sein. Dies ist bei dem in 4a gezeigten Beispiel der Fall, bei dem die Schichten 4a, 4b zur Mittelachse 15 hin wachsen. Wird das auf diese Weise beschichtete Substrat 11 im Bereich der Mittelachse geteilt, entstehen zwei optische Elemente, deren Schichten 4a, 4b einen konstanten Winkel zur planen Oberfläche des Substrats 11 aufweisen und die als Spektralfilter verwendet werden können (s. u.).
Mit Hilfe der bewegbaren (kippbaren und verschiebbaren) Bedampfungskanäle 13a, 14a und ggf. unter Verwendung von zusätzlichen, nicht gezeigten Blenden können unterschiedliche Aufdampfgeometrien und insbesondere unterschiedliche, definierte Dickenverläufe innerhalb einer jeweiligen Einzelschicht 4a, 4b realisiert werden. Insbesondere können die Bedampfungskanäle 13a, 14a teleskopierbar ausgebildet sein, um den Abstand zwischen einer jeweiligen Austrittsöffnung und dem Substrat 11 einstellen zu können. Es versteht sich, dass die oben beschriebene Beschichtungsanlage 12 auch zum Aufbringen eines Schichtstapels auf Substrate verwendet werden kann, welche an Stelle einer planen Oberfläche 9 z. B. eine sphärische Form, eine asphärische Form oder eine Freiformfläche aufweisen.
Eine zu dem in 3 gezeigten Beispiel alternative Realisierung von diffraktiven optischen Elementen 10a ist in 5a und in 5b dargestellt. Dort wird die Abweichung der Stapel-Normalen 5 von der Oberflächen-Normalen 7 dadurch erreicht, dass zwischen dem Schichtstapel 4 und dem Substrat 11 eine Zwischenschicht 23 eingebracht ist, welche einen lateralen Gradienten aufweist und welche im vorliegenden Beispiel einen rotationssymmetrischen Oberflächenverlauf aufweist, der sich technologisch besonders leicht realisieren lässt. Es versteht sich aber, dass auch ein anderer, z. B. asphärischer Oberflächenverlauf der Zwischenschicht 23 möglich ist.
Die Zwischenschicht 23 kann mittels der in 4a, b gezeigten Beschichtungsanlage 12 unter Drehung des Substrats 11 um die Drehachse 15 oder ggf. mittels einer herkömmlichen Beschichtungsanlage mit einer Dicke von bis zu mehreren Mikrometern aufgebracht werden, wobei ortsabhängige Variationen der Dicke entlang der Oberfläche 9a des Substrats 11 im Bereich von ca. 100 nm möglich sind. Diese Variationen können durch geeignete Blenden und/oder die Einstellung geeigneter Prozessparameter der verwendeten Bedampfungsquelle erzeugt werden.
Im Gegensatz zu den Einzelschichten 4a, 4b des Schichtstapels 4 kann die Zwischenschicht 23 in kurzer Zeit relativ mit verhältnismäßig großer Dicke hergestellt werden, da für die Zwischenschicht 23 keine besonders großen optischen Anforderungen bestehen. Sofern die Zwischenschicht 23 eine zu große Oberflächenrauhigkeit aufweist, kann diese vor dem Aufbringen des Schichtstapels 4 mittels eines geeigneten Polierverfahrens (mechanisch, Ionenstrahl, etc.) geglättet werden. Die Zwischenschicht 23 kann z. B. aus Silizium oder Siliziumdioxid bestehen.
Auf die Zwischenschicht 23 kann ein herkömmlicher Schichtstapel 4 mit Einzelschichten 4a, 4b von konstanter Dicke, d. h. ohne lateralen Gradienten, aufgebracht werden, dessen Schicht-Normale 5 sich aufgrund der Zwischenschicht 23 von der Flächen-Normale 7 des Substrats 11 unterscheidet, so dass auf die Verwendung der Beschichtungsanlage 12 von 4a und 4b verzichtet werden kann.
Der vollständige Schichtstapel 4 ist in 5a mit einer geringen Anzahl von Einzelschichten 4a, 4b gezeigt, weist aber in der Realität eine Vielzahl (typischer Weise ca. 100) Einzelschichten auf, so dass dessen Gesamtdicke ggf. im Mikrometer-Bereich liegen kann. Es versteht sich, dass die Zwischenschicht 23 an Stelle eines planen Substrats 11 auch auf ein gekrümmtes Substrat 11 aufgebracht werden kann. Auch in diesem Fall kann eine Differenz zwischen der Stapel-Normalenrichtung des Schichtstapels und der lokalen Flächen-Normalenrichtung über den beschichteten Teil der Oberfläche 9 des Substrats 11 um mehr als 0,3 mrad, ggf. um mehr als 10 mrad oder sogar um mehr als 1° variieren.
Während 5a schematisch ein diffraktives optisches Element 10a mit positiver Brechkraft zeigt, bei dem die Einzelschichten 4a, 4b vom Substrat 11 weg gekrümmt sind, ist in 5b ein diffraktives optisches Element 10a dargestellt, bei dem die Einzelschichten 4a, 4b zum Substrat 11 hin gekrümmt sind, um eine negative Brechkraft zu erzeugen.
Nachfolgend wird anhand von 6a, b ein Beispiel für ein diffraktives optisches Element 10a beschrieben, welches als Planelement mit positiver Brechkraft ausgeführt ist. Der Schichtstapel 4 des diffraktiven optischen Elements 10a ist in diesem Beispiel so ausgebildet, dass die Einzelschichten unabhängig vom Ort auf der Oberfläche 9 des Substrats 11 eine Stapel-Normalenrichtung 5 aufweisen, die jeweils auf einen gemeinsamen Mittelpunkt P ausgerichtet ist. Die Einzelschichten weisen zu diesem Zweck die Geometrie von Kugelschalen auf und sind auf eine Zwischenschicht 23 mit kugelschalenförmiger Oberflächenform aufgebracht. Auf diese Weise kann senkrecht zur Oberfläche 9 einfallende EUV-Strahlung 8 auf einen gemeinsamen Fokuspunkt F fokussiert werden, so dass das diffraktive optische Element 10a wie eine Linse mit einer positiven Brechkraft wirkt. Entsprechendes gilt auch für ein diffraktives optisches Element mit negativer Brechkraft, wie es in 5b gezeigt ist. Auch dort ist die Stapel-Normalenrichtung unabhängig vom jeweiligen Ort auf der Oberfläche 9 auf einen gemeinsamen Mittelpunkt ausgerichtet, welcher sich an der dem Schichtstapel 4 abgewandeten Seite des Substrats 11 befindet.
Im vorliegenden Beispiel weist das diffraktive optische Element 10a eine Brennweite von 100 mm sowie einen Durchmesser von 50 mm auf. Der Abstand R1 (vgl. 6b) von der Oberseite des Schichtstapels 4 (Grenzfläche zur Umgebung) zum gemeinsamen Mittelpunkt P der Schicht-Normalen 5 beträgt in diesem Fall 200 mm. Die Anzahl N der Einzelschichten zwischen der Oberseite des Schichtstapels 4 und der Zwischenschicht 23, die in einem Abstand R2 zum gemeinsamen Mittelpunkt P angeordnet ist, liegt im vorliegenden Fall bei ca. N = 100.
Anders als in 6a, b dargestellt ist, kann gegebenenfalls die Oberseite des Schichtstapels plan ausgebildet werden, so dass die randseitigen (raidal außen liegenden) Einzelschichten sich bis zur Oberseite des Schichtstapels, d. h. der Grenzfläche zur (Vakuum-)Umgebung erstrecken. Dies kann durch lokales Abätzen des Schichtstapels in dem Randbereich erreicht werden, oder ggf. indem der Schichtstapel parallel zur planen Oberfläche des Substrats 11 durchgeschnitten wird.
Unter Bezugnahme auf 7a, b wird nachfolgend eine weitere Anwendung eines diffraktiven optischen (Plan-)elements 10a als Spiegelfacette in einem Facettenspiegel 20 beschrieben, wie er z. B. als Feld- oder Pupillenfacettenspiegel in einem Beleuchtungssystem einer EUV-Lithographieanlage Verwendung finden kann. Ein solcher Facettenspiegel 20 weist eine Mehrzahl von Spiegelfacetten 21 in einer Rasteranordnung auf, von denen in 7a zur Vereinfachung lediglich zwei gezeigt sind.
7a zeigt ein Beispiel eines Facettenspiegels 20 für EUV-Strahlung 8 mit herkömmlichen, sphärischen Spiegelfacetten 21, die einen Schichtstapel 4 aufweisen, der auf eine sphärische Oberfläche aufgebracht ist und bei dem die Stapel-Normalenrichtung 5 mit der Oberflächen-Normalenrichtung 7 übereinstimmt. Die Spiegelfacetten 21 weisen eine „sphärische” Brechkraft auf und müssen aufgrund ihrer sphärischen Geometrie aufwändig in ihrer relativen Lage zueinander justiert werden. Wie anhand von 7a ebenfalls zu erkennen ist, schatten sich die Spiegelfacetten 21 in ihren Randbereichen gegenseitig ab. Wegen der „sphärischen” Brechkraft wird die kanalweise Uniformität der Beleuchtungsstrahlung hierbei vom Quellmodul vorgegeben, welches die EUV-Strahlung erzeugt.
7b zeigt einen Facettenspiegel 20, bei dem die Spiegelfacetten als diffraktive Planelemente 10a ausgebildet sind und bei dem die lokale Flächen-Normalenrichtung 7 nicht mit der lokalen Stapel-Normalenrichtung 5 übereinstimmt. Auf diese Weise kann dem diffraktiven Planelement 10a eine beliebige (asphärische) Brechkraft verliehen werden. Durch die plane Geometrie werden Abschattungen zwischen benachbarten Facetten vermieden, so dass die einzelnen Spiegelfacetten 10a verkleinert und die Toleranzen verbessert werden können. Insbesondere vereinfacht sich die Fertigung bzw. die Justage des Facettenspiegels 20, da die einzelnen Spiegelfacetten 10a z. B. an einer gemeinsamen, planen Grundplatte 22 angebracht bzw. auf diese aufgelegt werden können. Die diffraktiven Planelemente 10a können hierbei beispielsweise auf die in 5a, b gezeigte Weise realisiert werden.
Durch die Möglichkeit, eine asphärische Brechkraft bereitzustellen, kann insbesondere bei der Umlenkung eine (kanalweise) energetische Umverteilung der auf eine Spiegelfacette auftreffenden EUV-Strahlung vorgenommen werden, um die Uniformität der reflektierten EUV-Strahlung zu erhöhen. Die asphärische Brechkraft ermöglicht hierbei insbesondere bei der Anordnung des Facettenspiegels 20 in einer Pupillenebene eines Beleuchtungssystems ein besseres Punktbild auf den Pupillenfacetten 10a sowie eine Verkleinerung der Pupillenfacetten.
8a, b zeigen jeweils einen Kollektorspiegel 30 zur Fokussierung von EUV-Strahlung 8, welche von einer in einem ersten Brennpunkt B1 angeordneten (nicht gezeigten) EUV-Quelle, z. B. einer Plasmaquelle oder dergleichen, ausgeht, auf einen zweiten Brennpunkt B2 (Zwischenfokus). In 8a wird zu diesem Zweck ein herkömmlicher Ellipsoid-Spiegel 31 verwendet. Bei dem Ellipsoid-Spiegel 31 variiert das Verhältnis einer ersten optischen Weglänge d1 zwischen dem ersten Brennpunkt B1 und einer jeweiligen Umlenkstelle U1, U2, U3 und einer zweiten optischen Weglänge d2 zwischen der jeweiligen Umlenkstelle U1, U2, U3 und dem zweiten Brennpunkt B2 über die Oberfläche 9 des Ellipsoid-Spiegels 31, d. h. das Verhältnis d1/d2 hängt vom Winkel α ab, unter dem der jeweilige Umlenkpunkt U1, U2, U3 zu einer Mittelachse des Ellipsoid-Spiegels 31 angeordnet ist.
Problematisch an der Abhängigkeit des Aspekt-Verhältnisses β = d1/d2 vom Winkel α ist es, dass diese Winkelabhängigkeit zu einer Verzerrung der homogenen Lichtverteilung der Pupille der im ersten Brennpunkt B1 angeordneten EUV-Lichtquelle bei der Fokussierung im zweiten Brennpunkt B2 führt, weil der jeweilige Raumwinkelbereich ΔΩ mit dem Aspekt-Verhältnis β² skaliert, d. h. es gilt ΔΩ₁ = β(α)²ΔΩ₂.
8b zeigt ein diffraktives optisches Element 10a mit einem asphärischen Substrat 11, auf welches ein Schichtstapel 4 aufgebracht ist, dessen Stapel-Normalenrichtung 5 lokal so gewählt ist, dass eine Umlenkung vom EUV-Strahlung, welche vom ersten Brennpunkt B1 ausgeht, auf den zweiten Brennpunkt B2 erfolgt. Zusätzlich ist die Oberfläche 9 bzw. das Substrat 11 asphärisch ausgebildet, wobei die asphärische Form so gewählt ist, dass das Aspekt-Verhältnis β über die gesamte Oberfläche 9 konstant ist und nicht vom jeweiligen Umlenkpunkt U1, U2, U3 abhängt. Somit kann eine beliebige Pupille der im ersten Brennpunkt B1 angeordneten EUV-Lichtquelle homogen in den zweiten Brennpunkt B2 transformiert werden.
Die Geometrie der asphärischen Oberfläche 9 kann in Form einer Gleichung parametrisiert werden, und zwar ausgehend von einem Koordinatensystem, dessen Ursprung im ersten Brennpunkt B1 liegt. Es gilt dann: d1 = (x² + y²)^1/2, d2 = (x² + (z + ΔB)²)^1/2, wobei ΔB den Abstand zwischen den Brennpunkten B1 und B2 bezeichnet. Es soll gelten: d1/d2 = const., wobei die Konstante im Folgenden mit c bezeichnet wird (d1/d2 = c). Es muss somit gelten: (x² + z²)/(x² + (z + ΔB)²) = c. Auflösen dieser quadratischen Gleichung nach der x-Koordinate liefert: |x| = (–z² + (2cΔB)/(1 – c)z + (cΔB2)/(1 – c))^1/2 und somit die gewünschte Parametrisierung. Die Entkopplung zwischen der Flächen-Normalenrichtung des asphärisch gekrümmten Substrats 11 und der Stapel-Normalenrichtung 5 des Schichtstapels 4 kann z. B. durch das Versehen der asphärischen Oberfläche 9 mit einer facettierten Oberflächenstruktur erfolgen.
Es versteht sich, dass der durch die Entkopplung der Reflexionsrichtung von der Oberflächen-Geometrie gewonnene zusätzliche Freiheitsgrad auch bei anderen Anwendungen vorteilhaft eingesetzt werden kann, bei denen neben der Ablenkung von EUV-Strahlung auch die zurückgelegte optische Weglänge eine Rolle spielt, und zwar indem die Oberflächen-Geometrie so gewählt wird, dass eine gewünschte optische Weglänge bzw. ein gewünschtes Verhältnis von optischen Weglängen zueinander eingehalten werden kann.
9 zeigt schließlich eine weitere Anwendung eines diffraktiven optischen Elements 10a als Spektralfilter 40. Auf das plane Substrat 11 ist hierbei ein Schichtstapel 4 aufgebracht, dessen Stapel-Normale 5 unter einem über die gesamte Oberfläche 9 des Substrats 11 konstanten Winkel α zur Oberflächen-Normalen 7 des Substrats 11 verkippt ist. Wie in 9 zu erkennen ist, wird an einem Ort auftreffende, parallel verlaufende EUV-Strahlung 8 und Störstrahlung 41, deren Wellenlänge(n) außerhalb des EUV-Wellenlängenbereichs liegen (z. B. im sichtbaren Wellenlängenbereich), unter unterschiedlichen Winkeln umgelenkt, so dass das diffraktive optische Element 10a im vorliegenden Fall als Spektralfilter für Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen wirkt. Es versteht sich, dass für die Bereitstellung dieser Funktionalität die Richtung der Stapel-Normalen 5 und der Oberflächen-Normalen 7 nicht übereinstimmen dürfen. Ein diffraktives optisches Element 10a wie in 9 dargestellt kann z. B. auf die in Zusammenhang mit 4a, b beschriebene Weise hergestellt werden, d. h. unter Verwendung eines Substrats 11 mit einem Rand 16, welcher den konstanten Winkel α zur Oberflächen-Normalen 7 festlegt. Es versteht sich, dass dieser Rand nach dem Beschichten entfernt werden kann, z. B. indem dieser abgefräst oder abpoliert wird. Auch können die Ränder der Einzelschichten an der Oberseite des Schichtstapels, welche ggf. nicht definiert auslaufen, durch ein nachfolgendes flächiges Anschneiden (parallel zur planen Substratoberfläche) oder Anätzen der Oberfläche des Schichtstapels geglättet werden, um eine ausreichende Oberflächenqualität für die Verwendung des Spektralfilters 40 beispielsweise in einem Beleuchtungssystem einer EUV-Lithographieanlage zu erhalten. Gegebenenfalls kann auf die Oberseite des Schichtstapels, welche die Grenzfläche zur (Vakuum-)Umgebung bildet, eine (im vorliegenden Beispiel plane) Deckschicht z. B. aus Ruthenium aufgebracht werden.
Zusammenfassend können auf die oben beschriebene Weise diffraktive optische Elemente für EUV-Strahlung bereitgestellt werden, bei denen insbesondere die lokale Stapel-Normalenrichtung von einer lokalen Flächen-Normalenrichtung abweichen kann, so dass die Ablenkrichtung von der Substratgeometrie unabhängig wird. Neben den oben gezeigten Anwendungen sind selbstverständlich auch weitere Anwendungen möglich, z. B. können optische Elemente mit gekrümmten Oberflächen hergestellt werden, welche dieselben optischen Eigenschaften wie plane optische Elemente aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2006/0087738 A1 [0004]
US 2007/0222964 A1 [0005]

Claims

Diffraktives optisches Element (10, 10a) für EUV-Strahlung (8), umfassend: ein Substrat (11), sowie einen auf eine Oberfläche (9) des Substrats (11) aufgebrachten Schichtstapel (4) mit einer Mehrzahl von Einzelschichten (4a, 4b), die eine Stapel-Normalenrichtung (5) für die Reflexion von EUV-Strahlung (8) definieren, wobei die Stapel-Normalenrichtung (5) des Schichtstapels (4) zumindest in einem Teilbereich der Oberfläche (9) des Substrats (11) zu einer Flächen-Normalenrichtung (7) der Oberfläche (9) des Substrats (11) verkippt ist und/oder ortsabhängig, insbesondere unstetig, über die Oberfläche (9) des Substrats (11) variiert.
Diffraktives optisches Element (10) nach Anspruch 1, bei dem mindestens eine Einzelschicht (4a, 4b) des Schichtstapels (4) sich vom Substrat (11) bis zur Oberseite des Schichtstapels (4) erstreckt.
Diffraktives optisches Element nach Anspruch 2, bei dem das Substrat (11) einen Rand (16) zum Aufbringen der mindestens einen Einzelschicht (4a) aufweist, der sich von der Oberfläche (9) des Substrats (11) bis mindestens zur Oberseite des Schichtstapels (4) erstreckt.
Diffraktives optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schichtstapel (4) mindestens 100, insbesondere mindestens 1000 Einzelschichten (4a, 4b) aufweist.
Diffraktives optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine zwischen dem Substrat (11) und dem Schichtstapel (4) aufgebrachte Zwischenschicht (23) einen lateralen Schichtdickengradienten aufweist.
Diffraktives optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Differenzwinkel zwischen der Stapel-Normalenrichtung (5) des Schichtstapels (4) und der lokalen Flächen-Normalenrichtung (7) über die Oberfläche (9) des insbesondere planen Substrats (11) um mehr als 0,3 mrad, bevorzugt um mehr als 10 mrad, insbesondere um mehr als 1° variiert.
Diffraktives optisches Element (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Oberfläche (9) des Substrats (11) eine insbesondere facettierte Oberflächenstruktur (9a bis 9i) mit einer ortsabhängig veränderlichen Flächen-Normalenrichtung (7) aufweist.
Diffraktives optisches Element nach Anspruch 7, bei dem die Oberflächenstruktur (9a bis 9i) durch Mikrostrukturierung des insbesondere planen Substrats (11) hergestellt ist.
Diffraktives optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Stapel-Normalenrichtung (5) des Schichtstapels (4) ortsabhängig variiert und an mindestens zwei Orten, insbesondere an der gesamten Oberfläche (9) auf einen gemeinsamen Punkt (P) ausgerichtet ist.
Diffraktives optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einzelschichten (4a, 4b) des Schichtstapels (4) kugelschalenförmig ausgebildet sind.
Diffraktives optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Oberfläche (9) des Substrats (11) eine sphärisch gekrümmte Fläche, einer asphärisch gekrümmte Fläche oder eine Freiformfläche ist.
Kollektorspiegel (30) zur Fokussierung von EUV-Strahlung (8) von einem ersten Brennpunkt (B1) auf einen zweiten Brennpunkt (B2), gebildet durch ein diffraktives optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kollektorspiegel nach Anspruch 12, bei dem die lokale Flächen-Normalenrichtung (7) der asphärisch gekrümmten Oberfläche (9) des Substrats (11) und die lokale Stapel-Normalenrichtung (5) des Schichtstapels (4) 50 aufeinander abgestimmt sind, dass ein Verhältnis (d1/d2) zwischen einer optischen Weglänge (d1) vom ersten Brennpunkt (B1) zu einer Umlenkstelle (U1 bis U3) und einer optischen Weglänge (d2) von der Umlenkstelle (U1 bis U3) zum zweiten Brennpunkt (B2) über die Oberfläche (9) des Substrats (11) konstant ist.
Spektralfilter (40), gebildet aus einem diffraktiven optischen Element (10a) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem zumindest in einem Teilbereich der Oberfläche (9) des Substrats (11) die Stapel-Normalenrichtung (5) unter einem konstanten Winkel (α) zur Flächen-Normalenrichtung (7) der Oberfläche (9) des Substrats (11) verläuft.
Facettenspiegel (20) umfassend: eine Mehrzahl von diffraktiven optischen Elementen (10, 10a) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Facettenspiegel nach Anspruch 15, bei dem die diffraktiven optischen Elemente (10, 10a) eine plane Geometrie aufweisen.
Verfahren zum Herstellen eines diffraktiven optischen Elements (10) für EUV-Strahlung (8), umfassend: Erzeugen einer insbesondere facettierten Oberflächenstruktur (9a bis 9i) an einem Substrat (11) durch Mikrostrukturieren einer Oberfläche (9) des Substrats (11), sowie Beschichten des Substrats (11) mit einer Mehrzahl von Einzelschichten (4a, 4b) zur Bildung eines Schichtstapels (4), dessen Stapel-Normalenrichtung (5) über die Oberfläche (9) des Substrats (11) variiert.
Beschichtungsanlage (12) zur Beschichtung eines Substrats (11) zur Herstellung eines diffraktiven optischen Elements (10a) für EUV-Strahlung, umfassend: mindestens eine Bedampfungsquelle (13, 14) zum Erzeugen eines auf eine zu beschichtende Oberfläche (9) des Substrats (11) gerichteten Teilchenstroms (Si; Mo), sowie eine Drehachse (D), bezüglich derer die mindestens eine Bedampfungsquelle (13, 14) verkippbar gelagert ist, wobei ein jeweiliger Kippwinkel (δ₁, δ₂) der mindestens einen Bedampfungsquelle (13, 14) zur Oberfläche (9) des Substrats (11) einstellbar ist.
Beschichtungsanlage nach Anspruch 18, weiter umfassend: einen von der Bedampfungsquelle (13, 14) ausgehenden, insbesondere in seiner Länge veränderlichen Bedampfungskanal (13a, 14a) zur Führung des Teilchenstroms (Si, Mo) auf die Oberfläche (9) des Substrats (11).
Beschichtungsanlage nach Anspruch 18 oder 19, weiter umfassend: mindestens eine Bewegungseinheit (17, 18) zur Bewegung, insbesondere zur Verschiebung, mindestens einer Bedampfungsquelle (13, 14).
Verfahren zum Beschichten eines Substrats (11) mit einer Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 18 bis 20, umfassend: Drehen des Substrats (11) um eine Drehachse (15) und/oder Verschieben des Substrats (11) in einer Ebene (X, Y), Erzeugen eines jeweiligen Teilchenstroms (Si; Mo) mittels einer von mindestens zwei Bedampfungsquellen (13, 14) zum Erzeugen eines Schichtstapels (4) mit einer Mehrzahl von Einzelschichten (4a, 4b) auf dem Substrat (11), sowie Festlegen eines Kippwinkels (δ₁, δ₂) der Bedampfungsquellen (13, 14) beim Erzeugen des jeweiligen Teilchenstroms (Si, Mo) zum Herstellen eines Schichtstapels (4) mit einer Stapel-Normalenrichtung (5), die zumindest in einem Teilbereich der Oberfläche (9) des Substrats (11) zu einer Flächen-Normalenrichtung (7) der Oberfläche (9) des Substrats (11) verkippt ist und/oder über die Oberfläche (9) des Substrats (11) ortsabhängig variiert.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem das Substrat (11) eine facettierte Oberflächenstruktur (9a bis 9i) aufweist und der Kippwinkel (δ₁, δ₂) ortsabhängig so festgelegt wird, dass die Stapel-Normalenrichtung (5) mit der ortsabhängig variierenden Flächen-Normalenrichtung (7) der facettierten Oberflächenstruktur (9a bis 9i) übereinstimmt.