DE102011085358B3 - Optische Anordnung für die EUV-Lithographie und Verfahren zum Konfigurieren einer solchen optischen Anordnung - Google Patents

Optische Anordnung für die EUV-Lithographie und Verfahren zum Konfigurieren einer solchen optischen Anordnung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung für die EUV-Lithographie, insbesondere ein Projektionsobjektiv, umfassend: ein erstes optisches Element (22), welches eine reflektierende Oberfläche (31a) sowie ein erstes Substrat (32) aus TiO2-dotiertem Quarzglas umfasst, das einen temperaturabhängigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten mit einem Nulldurchgang bei einer ersten Nulldurchgangs-Temperatur (TZC1) aufweist, sowie ein zweites optisches Element (24), welches eine reflektierende Oberfläche (36a) und ein zweites Substrat (37) aus TiO2-dotiertem Quarzglas umfasst, das einen temperaturabhängigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten mit einem Nulldurchgang bei einer zweiten, von der ersten verschiedenen Nulldurchgangs-Temperatur (TZC2) aufweist, wobei eine Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des ersten Substrats (32) bei der ersten Nulldurchgangs-Temperatur (TZC1) und/oder eine Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des zweiten Substrats (37) bei der zweiten Nulldurchgangs-Temperatur (TZC2) ein negatives Vorzeichen aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Konfigurieren einer solchen einer optischen Anordnung bzw. zur Auswahl eines geeigneten Quarzglas-Materials für das Substrat (32, 37) eines jeweiligen optischen Elements (22, 24).

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung für die EUV-Lithographie, insbesondere ein Projektionsobjektiv, sowie ein Verfahren zum Konfigurieren einer solchen optischen Anordnung.
  • Materialien, die als Substrate für reflektive optische Elemente in der EUV-Lithographie verwendet werden, dürfen aufgrund der extrem hohen Anforderungen an geometrische Toleranzen und Stabilität, die insbesondere in Projektionsobjektiven von EUV-Lithographieanlagen bestehen, im dort verwendeten Temperaturbereich nur einen sehr geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten („coefficient of thermal expansion”, CTE) aufweisen. Die dort verwendeten Substrat-Materialien weisen typischer Weise zwei Konstituenten auf, deren thermische Ausdehnungskoeffizienten eine gegenläufige Abhängigkeit von der Temperatur aufweisen, so dass sich die thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich der Betriebstemperatur gegenseitig nahezu vollständig kompensieren.
  • Eine erste Materialgruppe, welche die hohen Anforderungen an den CTE für EUV-Anwendungen erfüllt, sind dotierte Silikatgläser, z. B. mit Titandioxid dotiertes Silikat- bzw. Quarzglas, das typischer Weise einen Silikatglasanteil von mehr als 80% aufweist. Ein solches auf dem Markt erhältliches Silikatglas wird von der Fa. Corning Inc. unter dem Handelsnamen ULE® (Ultra Low Expansion glass) vertrieben. Es versteht sich, dass TiO2-dotiertes Quarzglas ggf. auch mit weiteren Materialien dotiert sein kann, z. B. mit Materialien, welche die Viskosität des Glases reduzieren, wie dies z. B. in der US 2008/0004169 A1 dargestellt ist. Dort werden u. a. Alkalimetalle verwendet, um die Auswirkungen von Schlieren („striae") in dem Glasmaterial zu verringern.
  • Eine zweite Materialgruppe, die als Substrate für EUV-Spiegel geeignet sind, stellen Glaskeramiken dar, bei denen das Verhältnis der Kristallphase zur Glasphase so eingestellt wird, dass sich die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der unterschiedlichen Phasen nahezu aufheben. Solche Glaskeramiken werden z. B. unter den Handelsnamen Zerodur® von der Fa. Schott AG bzw. unter dem Handelsnamen Clearceram® von der Fa. Ohara Inc. angeboten.
  • Die Abhängigkeit der thermischen Ausdehnung (Längenänderung) der oben beschriebenen Materialien von der Temperatur ist im relevanten Temperaturbereich parabelförmig, d. h. es existiert ein Extrem um der thermischen Ausdehnung bei einer bestimmten Temperatur. Die Ableitung der thermischen Ausdehnung von Nullausdehnungsmaterialien nach der Temperatur (d. h. der thermische Ausdehnungskoeffizient) ist in diesem Bereich näherungsweise linear von der Temperatur abhängig und wechselt bei der Temperatur, bei welcher die thermische Ausdehnung extremal ist, das Vorzeichen, weshalb diese Temperatur als Nulldurchgangs-Temperatur bezeichnet wird. Nur für den Fall, dass die Betriebs- bzw. Arbeitstemperatur des Substrats mit der Nulldurchgangs-Temperatur zusammenfällt, ist somit die thermische Ausdehnung minimal. Bei kleinen Abweichungen von der Nulldurchgangs-Temperatur ist der thermische Ausdehnungskoeffizient zwar immer noch gering, nimmt aber mit zunehmender Temperaturdifferenz zur Nulldurchgangs-Temperatur weiter zu.
  • Es ist bekannt, dass sich die Nulldurchgangs-Temperatur von TiO2-dotiertem Quarzglas durch die Einstellung des Titandioxid-Anteils bei der Herstellung des Quarzglases (bei Temperaturen oberhalb der Erweichungstemperatur) verändern lässt. Die Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten in der Nähe der Nulldurchgangs-Temperatur liegt bei herkömmlichem TiO2-dotiertem Quarzglas typischer Weise im Bereich zwischen ca. 1 ppb/K2 und 3 ppb/K2.
  • Aus der US 2011/0048075 A1 ist es bekannt, dass die Nullausdehnungs-Temperatur von TiO2-dotiertem Quarzglas (ohne Überschreiten der Erweichungstemperatur) durch einen finalen Temper-Schritt innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs auf einen bestimmten Wert eingestellt werden kann. Auf diese Weise können aus Teilvolumina ein- und derselben Boule (Quarzglas-Block mit (näherungsweise) konstantem TiO2-Anteil) mehrere Substrate mit unterschiedlichen Nullausdehnungs-Temperaturen hergestellt werden. Der Temperaturbereich, innerhalb dessen sich die Nullausdehnungs-Temperatur mittels des zusätzlichen Temper-Schrittes einstellen fassen soll, liegt bei ca. +/–10°C bzw. bei ca. +/–5°C. Die Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten in der Nähe der Nullausdehnungs-Temperatur soll sich hierbei nicht bzw. nur geringfügig verändern.
  • Es ist ebenfalls bekannt, dass durch geeignete Wahl der Temperatur/Zeit-Kurve bei einem Temper-Prozess des Glases die fiktive Temperatur des Glases und damit nicht nur die Nulldurchgangs-Temperatur, sondern auch die Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei der Nulldurchgangs-Temperatur eingestellt werden kann. So ist beispielsweise aus der DE 21 40 931 C3 ein Verfahren zum Einstellen des Wärmeausdehnungskoeffizienten eines TiO2-SiO2-Glases bekannt geworden, welches aus 12 (Gew.-)% bis 20 (Gew.-)% TiO2 besteht, wobei das Vorzeichen des Wärmeausdehnungskoeffizienten von negativ auf positiv geändert werden kann, indem das Glas einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 700 bis ca. 900°C unterzogen wird.
  • Bei einem hohen TiO2-Gehalt des Quarzglases von z. B. mehr als 10% kann das Problem auftreten, dass eine Tendenz zur Auskristallisation von Ti-reichen Partikeln besteht, was die Polierbarkeit des Quarzglases ungünstig beeinflussen kann. Aus der US 2011/0052869 A1 ist es bekannt, auf einen Quarzglas-Grundkörper mit hoher TiO2-Dotierung (10% oder mehr) eine Schicht aus einem schwächer dotierten Quarzglas aufzubringen, das auf eine höhere Oberflächengüte poliert werden kann als der Quarzglas-Grundkörper.
  • Aus der EP 1 608 598 B1 ist ein TiO2 enthaltendes Quarzglas bekannt geworden, welches eine fiktive Temperatur von höchstens 1200°C, eine Konzentration an OH-Gruppen von höchstens 600 ppm und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 0 +/–200 ppb/K zwischen 0°C und 100°C aufweisen soll. Bei der Herstellung wird das Quarzglas für einen vorbestimmten Zeitraum auf einer Temperatur gehalten, die 500°C überschreitet und anschließend die Temperatur bei einer durchschnittlichen Kühlrate von höchstens 10°C/h auf 500°C erniedrigt.
  • In der US 2007/0035814 A1 wird ein Projektionsobjektiv für Wellenlängen von weniger als 157 nm beschrieben, welches mindestens zwei optische Elemente aus unterschiedlichen Materialien aufweist, die sich im Bereich der Nullausdehnungs-Temperatur in der Steigung, insbesondere im Vorzeichen der Steigung, des thermischen Ausdehnungskoeffizienten unterscheiden. Als Beispiele für die unterschiedlichen Materialien werden einerseits Glaskeramiken, insbesondere Zerodur®, und andererseits amorphes Titan-Silikat-Glas, insbesondere ULE®, angeben.
  • Aus der WO 2004/015477 A1 ist es bekannt, die Nulldurchgangs-Temperatur im Material einer optischen Komponente so einzustellen, dass diese im Wesentlichen (bis auf ca. +/–3 K) einer Maximaltemperatur entspricht, auf welche die optische Komponente erwärmt wird. Auf diese Weise sollen Bildfehler eines optischen Systems minimiert werden. Die US 2003/0125184 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer Glaskeramik, welche eine Nulldurchgangs-Temperatur aufweist, die um höchstens +/–10°C von einer gewünschten Temperatur abweicht.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine optische Anordnung für die EUV-Lithographie, insbesondere ein Projektionsobjektiv, sowie ein Verfahren zum Konfigurieren einer solchen optischen Anordnung mit optischen Elementen auszustatten, bei denen temperaturbedingte Deformationen reduziert sind.
  • Gegenstand der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine optische Anordnung für die EUV-Lithographie, insbesondere ein Projektionsobjektiv, umfassend: ein erstes optisches Element, welches eine EUV-Strahlung reflektierende Oberfläche sowie ein erstes Substrat aus TiO2-dotiertem Quarzglas umfasst, das einen temperaturabhängigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten mit einem Nulldurchgang bei einer ersten Nulldurchgangs-Temperatur aufweist, sowie ein zweites optisches Element, welches eine EUV-Strahlung reflektierende Oberfläche und ein zweites Substrat aus TiO2-dotiertem Quarzglas umfasst, das einen temperaturabhängigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten mit einem Nulldurchgang bei einer zweiten, von der ersten verschiedenen Nulldurchgangs-Temperatur aufweist, wobei eine Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des ersten Substrats bei der ersten Nulldurchgangs-Temperatur und/oder eine Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des zweiten Substrats bei der zweiten Nulldurchgangs-Temperatur ein negatives Vorzeichen aufweist.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, mindestens zwei optische Elemente einer optischen Anordnung, beispielsweise eines Projektionsobjektivs für die Mikrolithographie, mit einem Substrat aus TiO2-dotiertem Quarzglas-Material auszustatten, das eine unterschiedliche Nulldurchgangs-Temperatur aufweist, wobei bei mindestens einem der Substrate der thermische Ausdehnungskoeffizient bei der jeweiligen Nulldurchgangstemperatur ein negatives Vorzeichen aufweist. Auf diese Weise kann das Substrat-Material eines jeweiligen optischen Elements individuell an die Umgebungsbedingungen angepasst werden, unter denen das optische Element betrieben wird. Insbesondere kann das Substrat-Material bzw. die Nulldurchgangs-Temperatur in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur des optischen Elements in der optischen Anordnung gewählt werden.
  • Die unterschiedlichen Nulldurchgangs-Temperaturen in den Substrat-Materialien können beispielsweise erzeugt werden, indem bei der Herstellung des Quarzglases ein unterschiedlicher TiO2-Anteil eingestellt wird und/oder indem einer oder mehrere Temper-Schritte durchgeführt werden, um die Nulldurchgangs-Temperatur des Quarzglas-Materials nach dem Abkühlen unter die Erweichungstemperatur geeignet zu verändern, d. h. typischer Weise an die jeweilige Arbeitstemperatur im Betrieb des optischen Elements in der optischen Anordnung anzupassen.
  • Bei einer Ausführungsform unterscheiden sich die Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des ersten Substrats bei der ersten Nulldurchgangs-Temperatur und die Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des zweiten Substrats bei der zweiten Nulldurchgangs-Temperatur im Vorzeichen. Durch die Verwendung von Substraten, die ein unterschiedliches Vorzeichen der Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, kann die Leistungsfähigkeit der optischen Anordnung, insbesondere eines Projektionsobjektivs, gesteigert werden, da auf diese Weise Bildfehler bzw. Aberrationen verringert werden können.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform liegt der Absolutwert der Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des ersten Substrats bei der ersten Nulldurchgangs-Temperatur und/oder der Absolutwert der Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des zweiten Substrats bei der zweiten Nulldurchgangs-Temperatur bei weniger als 1,0 ppb/K2, bevorzugt bei weniger als 0,5 ppb/K2, insbesondere bei weniger als 0,2 ppb/K2. Es versteht sich, dass günstiger Weise die Steigung des CTE von beiden Substraten bei weniger als 1,0 ppb/K2 liegt. Wie bereits weiter oben dargestellt wurde, kann die Steigung des CTE durch Temper-Prozesse mit geeignet gewählten Parametern verändert werden, so dass ein Absolutwert der Steigung erreicht werden kann, der unterhalb der oben angegebenen Werte liegt.
  • In einer Ausführungsform beträgt der Absolutwert der Differenz zwischen der ersten Nulldurchgangs-Temperatur und der zweiten Nulldurchgangs-Temperatur mehr als 6 K, bevorzugt mehr als 10 K. Ein solcher Betrag der Differenz in den Nulldurchgangs-Temperaturen der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Substrat-Materialien hat sich als günstig erwiesen, da typischer Weise die Betriebstemperaturen der optischen Elemente z. B. in einem Projektionsobjektiv sich zumindest um diesen Betrag unterscheiden. Es versteht sich, dass beim Vorhandensein von mehr als zwei optischen Elementen in einer optischen Anordnung die obige Bedingung zumindest für zwei der dort vorgesehenen optischen Elmente erfüllt sein sollte.
  • Bei einer Ausführungsform unterscheidet sich der TiO2-Gehalt des ersten Substrats vom TiO2-Gehalt des zweiten Substrats. Zwar kann beim Tempern die Nulldurchgangs-Temperatur des Glases in gewissen Grenzen eingestellt werden; um aber eine signifikante Differenz der Nulldurchgangs-Temperaturen bzw. insbesondere um eine Steigung des CTE mit jeweils unterschiedlichem Vorzeichen zu bewirken, werden typischer Weise Substrat-Materialien benötigt, deren TiO2-Gehalt sich voneinander unterscheidet.
  • In einer Ausführungsform weist das erste Substrat einen TiO2-Anteil zwischen 8 Gew.-% und 12 Gew.-%, bevorzugt zwischen 8 Gew.-% und 10 Gew.-% auf. Bei einem TiO2-Anteil innerhalb dieses Intervalls tritt bei der Nulldurchgangs-Temperatur üblicher Weise eine positive Steigung des CTE (mit zunehmenden Temperaturen) auf. Der erhöhte TiO2-Anteil des Substrats führt in der Regel zu einer vergleichsweise hohen Nulldurchgangs-Temperatur (von 40°C oder mehr) und kann durch einen geeigneten Temper-Prozess mit langsamer Kühlrate zu niedrigeren Temperaturen verschoben werden, wobei sich gleichzeitig auch die Steigung des CTEs auf den gewünschten Wert reduziert. Zu diesem Zweck ist es günstig, eine niedrige fiktive Temperatur unterhalb von 780°C zu erreichen (vgl. die eingangs erwähnte EP1608598 ). Die Durchführung eines Temper-Prozesses mit einer Anfangstemperatur von 950–1050°C und mit einer Abkühlrate im Bereich von 0,1°C–2°C/h hat sich hierbei als besonders vorteilhaft erwiesen.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist das zweite Substrat einen TiO2-Gehalt von mehr als 12%, insbesondere von ca. 15% oder mehr auf. Ein Quarzglas-Material mit einem solchen TiO2-Gehalt weist bei den hier relevanten Temperaturen typischer Weise zunächst eine hohe negative Steigung bei der Nulldurchgangs-Temperatur auf bzw. eine negative Steigung kann durch die in der eingangs erwähnten DE 21 40 931 C3 angegebene Wärmebehandlung erzeugt werden. In einem oder mehreren nachfolgenden Temper-Schritten kann dann der Absolutwert der (negativen) Steigung bei der Nulldurchgangs-Temperatur zu kleineren Werten verschoben werden, wie dies z. B. in der DE 2140931 C3 beschrieben wird. Beispielsweise kann zur Verringerung der Steigung des CTE ein Temper-Schritt erfolgen, bei dem ausgehend von einer Temperatur im Bereich zwischen ca. 750°C und 850°C eine langsame Abkühlung mit einer Rate von ca. 1°C bis ca. 2°C erfolgt. Die Parameter bei diesem Temper-Schritt sollten so gewählt werden, dass sich eine verbleibende negative Steigung von weniger als –1 ppb/K2 ergibt. Es versteht sich, dass zur Erreichung dieses oder ggf. einen noch niedrigeren Absolutwertes der Steigung des CTE gegebenenfalls mehrere Temper-Schritte mit einer langsamen Abkühlrate erforderlich sind. Bei diesen langsamen Temper-Schritten verändert sich typischer Weise die Nulldurchgangs-Temperatur, die im Bereich oberhalb von 0°C liegt, nicht oder nur geringfügig.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform liegen sowohl die erste als auch die zweite Nulldurchgangs-Temperatur in einem Temperaturbereich zwischen 0°C und 100°C, bevorzugt zwischen 10°C und 60°C, besonders bevorzugt zwischen ca. 20°C und ca. 40°C. Die Nulldurchgangs-Temperaturen der Substrat-Materialien sollten im Bereich der Betriebstemperaturen der optischen Elemente in der optischen Anordnung bzw. geringfügig darunter oder darüber liegen. Typischer Weise werden die optischen Elemente nicht gekühlt, so dass in der Regel die minimale Betriebstemperatur mit der Raumtemperatur (ca. 22°C) übereinstimmt. Die maximale Betriebstemperatur von optischen Elementen z. B. in einem Projektionsobjektiv hängt unter anderem von der Strahlungsleistung der verwendeten EUV-Strahlung ab und bewegt sich typischer Weise in einem Bereich bis ca. 30°C bzw. bis ca. 40°C.
  • Um eine ausreichende Reflektivität von optischen Elementen für die EUV-Lithographie zu erreichen, kann es genügen, wenn ein Metall bzw. eine metallische Schicht (insbesondere aus Ruthenium) auf das Substrat aufgebracht wird, sofern das jeweilige optische Element unter großen Einfallswinkeln von mehr als 45° bzw. unter sehr großen Einfallswinkeln von mehr als 70° betrieben wird. Bei kleineren Einfallswinkeln unter ca. 45° ist auf das erste und/oder auf das zweite Substrat eine reflektierende Mehrlagen-Beschichtung aufgebracht, an der die reflektierende Oberfläche gebildet ist. Die reflektierende Beschichtung weist in der Regel eine Mehrzahl von alternierenden Schichten aus Materialien mit hohem und niedrigem Brechungsindex, z. B. alternierenden Schichten aus Molybdän und Silizium, auf, deren Schichtdicken so aufeinander abgestimmt sind, dass die Beschichtung ihre optische Funktion erfüllt und eine hohe Reflektivität gewährleistet ist. Die Mehrlagen-Beschichtung weist typischer Weise zusätzlich eine Deckschicht (engl. „capping layer") auf, um die darunter liegenden Schichten vor Oxidation oder anderen Degradationsmechanismen zu schützen. Diese Deckschicht kann aus einem metallischen Material, z. B. aus Ruthenium, Rhodium oder Palladium bestehen.
  • In einer Weiterbildung ist zwischen dem ersten und/oder dem zweiten Substrat und der reflektierenden Beschichtung mindestens eine funktionelle, insbesondere das Polieren vereinfachende Schicht angebracht. Die funktionelle Schicht kann beispielsweise ebenfalls aus TiO2-dotiertem Quarzglas hergestellt sein, welches einen gegenüber dem Substrat geringeren TiO2-Anteil aufweist, z. B. einen TiO2-Gehalt zwischen ca. 5 Gew.-% und ca. 8 Gew.-% bzw. höchstens ca. 10 Gew.-%, da sich ein Glas-Material mit einem geringeren TiO2-Anteil für die Aufbringung der reflektierenden Beschichtung leichter polieren lässt. Alternativ oder zusätzlich können zur Vermeidung von bestrahlungsinduzierten Degradationseffekten (insb. Kompaktierung) auch andere funktionelle Schichten, z. B. aus hoch-absorbierenden Materialien, insbesondere Nickel, aufgebracht werden.
  • Eine weitere Ausführungsform umfasst zusätzlich mindestens eine Heizeinrichtung zum Aufheizen mindestens eines Substrats sowie eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der mindestens einen Heizeinrichtung zur Einstellung der Temperatur des mindestens einen Substrats auf eine Arbeitstemperatur. Da die Temperatur des Substrats bzw. der reflektierenden Oberfläche in einem Projektionsobjektiv unter anderem von den Beleuchtungseinstellungen („illumination settings") abhängig ist, hat es sich als günstig erwiesen, die Temperatur des Substrats auf eine Arbeitstemperatur zu steuern bzw. zu regeln. Als Heizeinrichtungen können beispielsweise Peltier-Elemente, Heizdrähte, Strahlungsquellen etc. dienen. Zur Regelung der Temperatur auf die Arbeitstemperatur kann einer oder es können mehrere Temperatur-Sensoren an dem geheizten optischen Element bzw. an dem Substrat vorgesehen sein. Die Arbeitstemperatur, auf die das Substrat aufgeheizt wird, kann insbesondere so gewählt werden, dass diese (mindestens) der maximalen Temperatur entspricht, die an der reflektierende Oberfläche des optischen Elements im Betrieb der optischen Anordnung auftritt.
  • Bei einer Weiterbildung weicht die Arbeitstemperatur um weniger als 3 K, bevorzugt um weniger als 2 K, insbesondere um weniger als 1 K von der Nulldurchgangs-Temperatur des Substrats ab. Im Idealfall stimmt die Arbeitstemperatur mit der Nulldurchgangs-Temperatur überein. Liegt die Arbeitstemperatur sehr dicht bei der Nulldurchgangs-Temperatur und ist die Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten sehr gering (bei weniger als 1,0 ppb/K2), sind die Deformationen des Substrats und damit insbesondere auch die Deformationen der optischen Oberfläche klein, was sich günstig auf die Gesamt-Performance der optischen Anordnung bzw. des Projektionsobjektivs auswirkt.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Konfigurieren einer optischen Anordnung für die EUV-Lithographie, insbesondere eines Projektionsobjektivs, wobei die optische Anordnung mindestens zwei optische Elemente umfasst, die eine EUV-Strahlung reflektierende Oberfläche sowie ein Substrat aus TiO2-dotiertem Quarzglas aufweisen, das Verfahren umfassend: Auswählen eines Substrat-Materials für die optischen Elemente aus einer ersten oder einer zweiten Gruppe von Substraten aus TiO2-dotiertem Quarzglas, wobei die erste Gruppe einen temperaturabhängigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten mit einem Nulldurchgang bei einer ersten Nulldurchgangstemperatur aufweist und wobei die zweite Gruppe einen Nulldurchgang des thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei einer zweiten, von der ersten verschiedenen Nulldurchgangs-Temperatur aufweist, und wobei eine Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der ersten Gruppe von Substraten bei der ersten Nulldurchgangs-Temperatur und/oder eine Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der zweiten Gruppe von Substraten bei der zweiten Nulldurchgangs-Temperatur ein negatives Vorzeichen aufweist.
  • Zur Konfiguration der optischen Anordnung wird vorgeschlagen, mindestens zwei unterschiedliche Gruppen bzw. Chargen von Substraten vorzuhalten, wobei die Substrate einer jeweiligen Gruppe in demselben bzw. einem gleichartigen Herstellungsprozess erzeugt werden und daher einen identischen TiO2-Anteil aufweisen. Beispielsweise können die Substrate einer Gruppe aus Teilvolumen ein- und derselben Boule (Quarzglas-Block) stammen.
  • In einer Variante des Verfahrens erfolgt das Auswählen des Substrat-Materials in Abhängigkeit von der Position eines jeweiligen optischen Elements in der optischen Anordnung. Da an einem jeweiligen optischen Element jeweils nur ca. 60% der einfallenden EUV-Strahlung reflektiert wird, hängt die Strahlungsleistung bzw. die Leistungsdichte der auf ein jeweiliges optisches Element auftreffenden Strahlung von dessen Position in der optischen Anordnung ab. Genauer gesagt hängt die auftreffende Leistungsdichte und damit auch die Betriebstemperatur des optischen Elements unter anderem davon ab, wie viele optische Elemente sich zwischen der Strahlungsquelle und der Position des optischen Elements befinden.
  • In einer Variante weist die erste Gruppe von Substraten bei der ersten Nulldurchgangs-Temperatur eine Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, deren Vorzeichen sich von der Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der zweiten Gruppe von Substraten bei der zweiten Nulldurchgangs-Temperatur unterscheidet. Es hat sich als günstig erwiesen, wenn beide Gruppen von Substraten sich im Vorzeichen des thermischen Ausdehnungskoeffizienten unterscheiden. Hierbei weist typischer Weise eine erste Gruppe von Substraten, die eine positive Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, eine Nulldurchgangs-Temperatur auf, die beispielsweise ungefähr so groß bzw. größer ist als die maximal zu erwartende Betriebs- bzw. Arbeitstemperatur der Substrate bzw. der reflektierenden Oberflächen der optischen Elemente in der optischen Anordnung. Dies hat sich als günstig erwiesen, da durch einen geeigneten Temper-Prozess (s. u.) die Nulldurchgangs-Temperatur zu niedrigeren Werten verschoben werden kann, so dass eine flexible Anpassung des Substrat-Materials der ersten Gruppe an die Arbeitstemperaturen unterschiedlicher optischer Elemente erfolgen kann. Eine zweite Gruppe von Substraten weist bei der Nullausdehnungs-Temperatur hingegen eine negative Steigung auf. Der Betrag der Steigung des CTE bei der jeweiligen Nulldurchgangs-Temperatur einer jeweiligen Gruppe von Substrat-Materialien sollte einen möglichst kleinen Wert aufweisen, der bevorzugt nicht größer ist als 1,6 ppb/K2.
  • Insbesondere kann sich hierbei der TiO2-Gehalt der ersten Gruppe von Substrat-Materialien vom TiO2-Gehalt der zweiten Gruppe von Substrat-Materialien unterscheiden, d. h. beide Gruppen werden in unterschiedlichen Herstellungsprozessen erzeugt bzw. gehören unterschiedlichen Boules an. Der TiO2-Anteil des Quarzglas-Materials der jeweiligen Gruppe kann hierbei insbesondere die oben im Zusammenhang mit der optischen Anordnung angegebenen Werte annehmen.
  • In einer weiteren Variante umfasst das Verfahren zusätzlich die Schritte: Tempern des ausgewählten Substrats zur Änderung der Nulldurchgangs-Temperatur auf eine gewünschte Nulldurchgangs-Temperatur für das optische Element und/oder zum Reduzieren der Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf einen Betrag von weniger als 1,0 ppb/K2, bevorzugt von weniger als 0,5 ppb/K2, insbesondere von weniger als 0,2 ppb/K2 bei der gewünschten Nulldurchgangs-Temperatur des optischen Elements. Durch das zusätzliche Tempern kann eine Anpassung der Nulldurchgangs-Temperatur des ausgewählten Substrats an die für das jeweilige optische Element vorgesehene Arbeitstemperatur und/oder eine Verringerung des Betrags der Steigung des CTE erfolgen. In der Regel wird vor dem zusätzlichen Tempern eine Anpassung der Geometrie des Substrats bzw. des Rohlings an die Geometrie des jeweils zugeordneten optischen Elements vorgenommen, indem das ausgewählte Substrat geeignet zugeschnitten wird. Da die maximal zulässige Steigung des CTE ebenfalls von der jeweiligen Position des optischen Elements in der optischen Anordnung abhängig ist, können ggf. mehrere Temper-Schritte erforderlich sein, bis der gewünschte Wert für die Steigung erreicht ist.
  • Bei einer Variante umfasst das (zusätzliche) Tempern: Aufheizen des ausgewählten Substrats auf eine Halte-Temperatur von mindestens 750°C, bevorzugt von mindestens 800°C, Halten des Substrats bei der Halte-Temperatur für mindestens 4 h Stunden, sowie Abkühlen des Substrats mit einer Kühlrate zwischen 0,1 K/h und 5,0 K/h in einem Temperaturbereich zwischen der Halte-Temperatur und 500°C. Ein solcher Temper-Schritt mit langsamer Kühlrate hat sich als günstig erwiesen, um die Nulldurchgangs-Temperatur des ausgewählten Substrats zu niedrigeren Temperaturen zu verschieben und auf diese Weise an die gewünschte Arbeitstemperatur anzupassen. Bei dem Temper-Prozess soll sich eine fiktive Temperatur einstellen, die bei weniger als 800°C liegt und die somit kleiner ist als die kleinste in der EP 1 608 598 B1 (Beispiel 4) angegebene fiktive Temperatur von 840°C. Es versteht sich, dass beim Unterschreiten einer bestimmten Temperatur, z. B. 500°C, ein Abkühlen auf Raumtemperatur typischer Weise ohne eine Kontrolle der Kühlrate (d. h. durch Stehenlassen) erfolgt.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
  • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer EUV-Lithographieanlage mit einem Projektionsobjektiv, welches vier reflektierende optische Elemente aufweist,
  • 2a, b schematische Darstellungen eines ersten bzw. zweiten reflektiven optischen Elements des Projektionsobjektivs von 1, welche bei unterschiedlichen Arbeitstemperaturen betrieben werden, sowie
  • 3a, b schematische Darstellungen des temperaturabhängigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten eines ersten und zweiten TiO2-dotierten Quarzglas-Substrats für das erste und zweite optische Element.
  • In 1 ist schematisch eine EUV-Lithographieanlage 40 gezeigt. Diese weist eine EUV-Lichtquelle 1 zur Erzeugung von EUV-Strahlung auf, die in einem EUV-Wellenlängenbereich unter 50 nm, insbesondere zwischen ca. 5 nm und ca. 15 nm eine hohe Energiedichte aufweist. Die EUV-Lichtquelle 1 kann beispielsweise in Form eine Plasma-Lichtquelle zur Erzeugung eines laserinduzierten Plasmas oder als Synchrotron-Strahlungsquelle ausgebildet sein. Insbesondere im ersteren Fall kann wie in 1 gezeigt ein Kollektor-Spiegel 2 verwendet werden, um die EUV-Strahlung der EUV-Lichtquelle 1 zu einem Beleuchtungsstrahl 3 zu bündeln und auf diese Weise die Energiedichte weiter zu erhöhen. Der Beleuchtungsstrahl 3 dient zur Beleuchtung eines strukturierten Objekts M mittels eines Beleuchtungssystems 10, welches im vorliegenden Beispiel vier reflektierende optische Elemente 13 bis 16 aufweist.
  • Bei dem strukturierten Objekt M kann es sich beispielsweise um eine reflektive Maske handeln, die reflektierende und nicht reflektierende oder zumindest weniger stark reflektierende Bereiche zur Erzeugung mindestens einer Struktur an dem Objekt M aufweist. Alternativ kann es sich bei dem strukturierten Objekt M um eine Mehrzahl von Mikrospiegeln handeln, welche in einer ein- oder mehrdimensionalen Anordnung angeordnet sind und welche gegebenenfalls um mindestens eine Achse bewegbar sind, um den Einfallswinkel der EUV-Strahlung 3 auf den jeweiligen Spiegel einzustellen.
  • Das strukturierte Objekt M reflektiert einen Teil des Beleuchtungsstrahls 3 und formt einen Projektionsstrahl 4, der die Information über die Struktur des strukturierten Objekts M trägt und der in ein Projektionsobjektiv 20 eingestrahlt wird, welches eine Abbildung des strukturierten Objekts M bzw. eines jeweiligen Teilbereichs davon auf einem Substrat W erzeugt. Das Substrat W, beispielsweise ein Wafer, weist ein Halbleitermaterial, z. B. Silizium, auf und ist auf einer Halterung angeordnet, welche auch als Wafer-Stage WS bezeichnet wird.
  • Im vorliegenden Beispiel weist das Projektionsobjektiv 20 vier reflektive optische Elemente 21 bis 23 (Spiegel) auf, um ein Bild der an dem strukturierten Objekt M vorhandenen Struktur auf dem Wafer W zu erzeugen. Typischer Weise liegt die Zahl der Spiegel in einem Projektionsobjektiv 20 zwischen vier und acht, gegebenenfalls können aber auch nur zwei Spiegel verwendet werden.
  • Um eine hohe Abbildungsqualität bei der Abbildung eines jeweiligen Objektpunktes OP des strukturierten Objekts M auf einen jeweiligen Bildpunkt IP auf dem Wafer W zu erreichen sind höchste Anforderungen an die Oberflächenform der Spiegel 21 bis 24 zu stellen und auch die Position bzw. die Ausrichtung der Spiegel 21 bis 24 zueinander bzw. relativ zum Objekt M und zum Substrat W erfordert eine Präzision im Nanometer-Bereich.
  • Beim Betrieb des Projektionsobjektivs 20 tritt das Problem auf, dass ein Anteil der Strahlung des Projektionsstrahls 4, der bis zu ca. 30% betragen kann, von einem jeweiligen optischen Element 21 bis 24 absorbiert wird. In Abhängigkeit von der Menge der absorbierten Strahlung tritt in einem jeweiligen Spiegel 21 bis 24 eine Erwärmung und dadurch eine thermische Ausdehnung auf, welche zu Deformationen der reflektierenden Oberflächen der jeweiligen Spiegel 21 bis 24 führt, welche die Ausrichtung bzw. die Oberflächenform der Spiegel 21 bis 24 auf unerwünschte Weise verändern. Eine Möglichkeit, um diesem Problem zu begegnen, ist die Verwendung einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung 30 zur Einstellung der Temperatur der einzelnen Spiegel 21 bis 24. Allerdings ist es auch beim Vorsehen einer solchen Steuereinrichtung 30 erforderlich, die Spiegel 21 bis 24 mit einem Substrat-Material zu versehen, welches einen möglichst niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der im relevanten Temperaturbereich von z. B. 20°C bis 40°C einen Betrag von weniger als 2 ppb/K aufweist. Auf diese Weise können durch Schwankungen der Temperatur hervorgerufene Änderungen der Ausdehnung des jeweiligen Substrats gering gehalten werden.
  • Bei dem in 1 gezeigten Projektionsobjektiv 20 weisen alle vier Spiegel 21 bis 24 als Substrat-Material TiO2-dotiertes Quarzglas auf. 2a zeigt beispielhaft den zweiten Spiegel 22 des Projektionsobjektivs 20 in einer schematischen Darstellung. Der zweite Spiegel 22 weist ein Substrat 32 auf, dessen TiO2-Anteil bei mehr als 8 Gew.-% liegt und typischer Weise nicht mehr als 12 Gew.-% beträgt.
  • Auf das Substrat 32 ist eine reflektierende Beschichtung 31 aufgebracht, die eine Mehrzahl von (nicht näher bezeichneten) Einzelschichten aufweist, die abwechselnd aus Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes bestehen. Wird EUV-Strahlung bei einer Wellenlänge im Bereich von 13,5 nm in dem Projektionsobjektiv 20 verwendet, so bestehen die Einzelschichten üblicherweise aus Molybdän und Silizium. Andere Materialkombinationen wie z. B. Molybdän und Beryllium, Ruthenium und Beryllium oder Lanthan und B4C sind ebenfalls möglich. Zusätzlich zu den Einzelschichten kann eine reflektive Beschichtung auch Zwischenschichten zur Verhinderung von Diffusion sowie eine Deckschicht zur Verhinderung von Oxidation bzw. Korrosion beinhalten. Die Oberseite der reflektierenden Beschichtung 31 wird im Folgenden als reflektierende Oberfläche 31a bezeichnet, auch wenn genau genommen die reflektierende Beschichtung 31 als Ganzes die Reflexion der EUV-Strahlung bewirkt.
  • Zwischen dem Substrat 32 und der reflektierenden Beschichtung 31 ist eine Zwischenschicht 34 (funktionelle Schicht) eingebracht, die ein Polieren der Oberfläche des Substrats 32 vor dem Aufbringen der reflektierenden Beschichtung 31 vereinfacht.
  • Im vorliegenden Beispiel ist die Zwischenschicht 34 aus TiO2-dotiertem Quarzglas gebildet, welches einen geringeren TiO2-Anteil (z. B. von ca. 5 Gew.-%) als das darunter liegende Substrat 32 aufweist und welche sich daher leichter polieren lässt als das Substrat 32.
  • Das Substrat 32 ist auf einen Träger 33 aufgebracht, in dem mehrere Heizelemente 33a in Form von Peltier-Elementen vorgesehen sind, die zur homogenen Aufheizung des Substrats 32 auf eine Arbeitstemperatur TA1 (vgl. 3a) dienen. Um die Arbeitstemperatur TA1 auch bei einer zeitlich veränderlichen Intensität des Projektions-Strahls 4 auf der reflektierenden Oberfläche 31a des optischen Elements 22 zu erhalten, wird die in 1 gezeigte Steuereinrichtung 30 verwendet, welche der Ansteuerung der Heizeinrichtung 33a dient. Um die Temperatur des Substrats 32 auf die Arbeitstemperatur TA1 zu regeln, ist seitlich an dem Substrat 32 ein Temperatur-Sensor 35 vorgesehen, der über eine (nicht gezeigte) Verbindungsleitung mit der Steuereinrichtung 30 in Verbindung steht. Es versteht sich, dass die Steuereinrichtung 30 auch zur Regelung bzw. zur Steuerung der Temperatur von weiteren optischen Elementen 21, 23, 24 des Projektionsobjektivs 20 verwendet werden kann.
  • Bei dem in 2a bzw. 3a gezeigten Beispiel liegt die Arbeitstemperatur des Substrats 32 bei TA1 = 33°C. Um durch Temperaturschwankungen hervorgerufene Deformationen und/oder eine Verschiebung der gesamten reflektierenden Oberfläche 31a durch eine Längenänderung des Substrats 32 zu vermeiden ist es günstig, wenn die Arbeitstemperatur TA1 des optischen Elements 22 möglichst exakt mit der Nulldurchgangs-Temperatur TZC1 des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats 32 übereinstimmt (vgl. 3a). Um auch bei Abweichungen der Arbeits- bzw. der Betriebstemperatur TA1 des optischen Elements 22 von der Nulldurchgangs-Temperatur TZC1 nur eine möglichst geringe Längenänderung des Substrats 32 zu erhalten sollte die (positive) Steigung ΔCTE1 des thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE bei der Nulldurchgangs-Temperatur TZC1 möglichst gering sein und weniger als 1,0 ppb/K2, bevorzugt weniger als 0,5 ppb/K2, insbesondere weniger als 0,2 ppb/K2 betragen. Aber auch bei einer derart kleinen Steigung ΔCTE1 sollte die Differenz zwischen der Arbeitstemperatur TA1 und der Nulldurchgangs-Temperatur TZC1 bei weniger als 3 K liegen, d. h. es sollte gelten |TA1 – TZC1| < 3 K.
  • Es versteht sich, dass hierbei von einem linearen Zusammenhang zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE und der Steigung ΔCTE1 ausgegangen wurde, und zwar gemäß folgender Formel: CTE(T) = ΔCTE1 (T – TZC1).
  • Es versteht sich, dass dieser Zusammenhang streng genommen nur bei kleinen Abweichungen von der Nulldurchgangs-Temperatur TZC1 gilt.
  • In 2b ist beispielhaft das vierte optische Element 24 des Projektionsobjektivs 20 gezeigt, welches wie das optische Element 22 von 2a eine reflektierende Beschichtung 36 mit einer reflektierenden Oberfläche 36a sowie einen Träger 38 aufweist, an dem im vorliegenden Beispiel keine Heizeinrichtung vorgesehen ist. Das optische Element 24 von 2b unterscheidet sich von dem optischen Element 22 von 2a dadurch, dass der TiO2-Anteil des Quarzglas-Substrats 37 vom TiO2-Anteil des Quarzglases des Substrats 32 des optischen Elements 22 von 2a abweicht. Der TiO2-Anteil des Substrats 37 des optischen Elements 24 von 2b liegt im vorliegenden Beispiel bei ca. 15 Gew.-%. Die Nulldurchgangs-Temperatur TZC2 stimmt mit der Arbeitstemperatur TA2 des optischen Elements 24 überein, die im vorliegenden Beispiel bei der Raumtemperatur von 22°C liegt, wie in 3b zu erkennen ist. Die Nulldurchgangs-Temperaturen der Substrate 32, 37 der optischen Elemente 22, 24 von 2a bzw. 2b unterscheiden sich somit um |TZC2 – TZC1| = 11 K.
  • Wie in 3b ebenfalls dargestellt ist, weist die Steigung ΔCTE2 des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats 37 des optischen Elements 24 von 2b ein negatives Vorzeichen auf und unterscheidet sich somit vom positiven Vorzeichen der Steigung ΔCTE1 des thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE des optischen Elements 22 von 2a. Der Absolutwert der Steigung ΔCTE2 des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des optischen Elements 24 von 2b liegt wie beim optischen Element 22 von 2a bei weniger als 1,0 ppb/K2, bevorzugt bei weniger als 0,5 ppb/K2, insbesondere bei weniger als 0,2 ppb/K2.
  • Zur Konfigurierung bzw. zur Bereitstellung der optischen Elemente 21 bis 24 für das Projektionsobjektiv 20 kann das nachfolgend beschriebene Verfahren durchgeführt werden:
    Zunächst werden zwei Material-Chargen (bzw. Gruppen von Substraten) in Form von TiO2-dotierten Quarzglas-Rohlingen („Boules") bereitgestellt, die eine unterschiedliche Nulldurchgangs-Temperatur TZC1,0, TZC2,0 aufweisen. Zusätzlich unterscheiden sich die beiden Chargen durch ein unterschiedliches Vorzeichen der Steigung ΔCTE1,O, ΔCTE2,O des jeweiligen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei der jeweiligen Nulldurchgangs-Temperatur TZC1,O TZ,C2,O. Eine solche unterschiedliche Nulldurchgangs-Temperatur TZC1,0 TZ,C2,0. bzw. eine entsprechende Steigung ΔCTE1,O, ΔCTE2,O kann durch die Wahl eines unterschiedlichen TiO2-Anteils in dem jeweiligen Quarzglas-Rohling bei der Glasherstellung erreicht werden, wobei sich eine negative Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten typischer Weise bei einem TiO2-Anteil von mehr als 12 Gew.-% einstellt. Insbesondere kann zur Erzeugung einer negativen Steigung wie in der eingangs zitierten DE 21 40 931 C3 vorgegangen werden und z. B. bei der Herstellung des Quarzglas-Rohlings ein Tempern bei einer Ausgangstemperatur von ca. 960°C und einer Abkühlrate von ca. 3°C/h auf ca. 700°C durchgeführt werden.
  • Im vorliegenden Beispiel wurde als Nulldurchgangs-Temperatur TZC1,O einer ersten Material-Charge, aus der das optische Element 22 von 2a hergestellt wurde, ein Wert von TZC1,O = 42°C gewählt. Dieser Wert liegt knapp oberhalb der typischer Weise beim Betrieb der optischen Elemente 21 bis 24 des Projektionsobjektivs 20 verwendeten Arbeitstemperaturen. Die Steigung ΔCTE1,O des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der ersten Material-Charge liegt im vorliegenden Beispiel bei ca. +1,6 ppb/K2. Zur Herstellung des optischen Elements 22 von 2a wird ein ausreichend großes Teil-Volumen aus dem Quarzglas-Block herausgeschnitten, sofern der Quarzglas-Block nicht bereits in einem vorausgehenden Schritt in eine Gruppe von Substraten bzw. von Volumen-Elementen aufgeteilt wurde, die groß genug sind, um daraus Substrate für EUV-Spiegel herzustellen.
  • Das ausgeschnittene Quarzglas-Volumen wird zunächst an die Geometrie und Größe des optischen Elements 22 von 2a angepasst und nachfolgend einem Temper-Schritt unterzogen, der ausgehend von einer Halte-Temperatur von 1000°C, bei der das ausgeschnittene Quarzglas-Volumen für mindestens 40 h Stunden gehalten wird, mit einer langsamen Abkühlrate erfolgt, die typischer Weise, oberhalb von 500°C bei ca. 0,1–5°C/h liegt. Hierbei reduziert sich die Nulldurchgangs-Temperatur vom Wert TZC1,O = 42°C der gesamten ersten Material-Charge auf den gewünschten Wert TZC1 = 33°C, welcher der Arbeitstemperatur TA1 des optischen Elements 22 von 2a entspricht. Gleichzeitig verringert sich die Steigung ΔCTE1,O des thermischen Ausdehnungskoeffizienten, so dass diese bei der Arbeitstemperatur TA1 von 33°C bei weniger als +1,0 ppb/K2 liegt. Es versteht sich, das die Dauer des Temper-Schritts bzw. die Abkühlrate und die Ausgangs-Temperatur beim Tempern so angepasst werden können, dass eine möglichst große Annäherung an die gewünschte Nulldurchgangs-Temperatur TZC1 = TA1 bzw. ein möglichst geringer Betrag der Steigung ΔCTE1,O erreicht wird. Es versteht sich, dass zur Anpassung der Nulldurchgangs-Temperatur an die Arbeitstemperatur TA1 gegebenenfalls mehrere Temper-Schritte erforderlich sind, wobei sich typischer Weise die Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten nur noch geringfügig verändert.
  • Für die Anpassung des Quarzglas-Materials der zweiten Charge, die eine Nulldurchgangs-Temperatur TZC2,O von 20°C aufweist (vgl. 3b), an die gewünschten Eigenschaften bei der Arbeitstemperatur TA2 = 22°C des optischen Elements 24 von 2b kann analog vorgegangen werden, d. h. ein an die End-Geometrie angepasstes Quarzglas-Volumen kann einem Temper-Prozess unterzogen werden, um den Betrag der (negativen) Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu reduzieren. Das Tempern kann beispielsweise bei einer Ausgangstemperatur von zwischen ca. 750°C und ca. 850°C beginnen und mit eine Abkühlrate von ca. 1°C bis ca. 2°C/h durchgeführt werden. Die genauen Parameter beim Tempern sollten so gewählt werden, dass die verbleibende (negative) Steigung nach dem Tempern einen Betrag von weniger als 1,0 ppb/K2 aufweist, wie dies in 3b gezeigt ist. Die Nulldurchgangs-Temperatur des Substrats 37 verändert sich bei diesem Temper-Prozess nur geringfügig (wenn überhaupt). Bei dem in 3b gezeigten Beispiel ergibt sich eine geringe Verschiebung der Nulldurchgangs-Temperatur TZC2,O der zweiten Material-Charge um ca. 2°C auf die Arbeitstemperatur TA2 = 22°C des optischen Elements 24 von 2b. Diese Verschiebung kann je nach Wahl der sonstigen Herstellungs-Parameter auch geringfügig unterschiedlich sein, oder gar nicht auftreten.
  • Die Auswahl einer der beiden Material-Chargen bzw. Gruppen von Substraten erfolgt typischer Weise in Abhängigkeit von der Position des jeweiligen optischen Elements 21 bis 24 in dem Projektionsobjektiv 20, und zwar aus folgendem Grund: Die Position hat einen Einfluss auf die Arbeitstemperatur des optischen Elements 21 bis 24, da in der Regel nur ca. 60–70% der Strahlungsleistung der einfallenden Strahlung von einem jeweiligen optischen Element 21 bis 24 reflektiert werden und daher die jeweils auftreffende Strahlungsleistung vom ersten optischen Element 21 bis zum vierten optischen Element 24 abnimmt.
  • Insbesondere hat es sich zur Korrektur bzw. zur Verringerung von Aberrationen des Projektionsobjektivs 20 als günstig erwiesen, wenn zumindest zwei der optischen Elemente 21 bis 24 ein entgegen gesetztes Vorzeichen der Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei der jeweiligen Nulldurchgangs-Temperatur aufweisen. Es versteht sich, dass auch mehr als zwei Gruppen von Material-Chargen als Ausgangsmaterialien für die optischen Elemente des Projektionsobjektivs 20 dienen können. Da die Nulldurchgangs-Temperatur aber in gewissen Grenzen einstellbar ist, sind in der Regel nur zwei Material-Chargen erforderlich mit denen sich die gewünschte Eigenschaft eines unterschiedlichen Vorzeichens der Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten realisieren lässt. Es versteht sich, dass das oben beschriebene Verfahren auch bei anderen optischen Anordnungen durch-geführt werden kann, die zum Betrieb mit EUV-Strahlung ausgelegt sind, beispielsweise in einem EUV-Masken-Metrologiesystem. Alternativ zum Erzeugen eines unterschiedlichen Vorzeichens der Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei der Nulldurchgangs-Temperatur der beiden Material-Chargen können beide Material-Chargen bei der jeweiligen Nulldurchgangstemperatur auch eine negative Steigung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.

Claims (18)

  1. Optische Anordnung für die EUV-Lithographie, umfassend: ein erstes optisches Element (22), welches eine reflektierende Oberfläche (31a) sowie ein erstes Substrat (32) aus TiO2-dotiertem Quarzglas umfasst, das einen temperaturabhängigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten mit einem Nulldurchgang bei einer ersten Nulldurchgangs-Temperatur (TZC1) aufweist, sowie ein zweites optisches Element (24), welches eine reflektierende Oberfläche (36a) und ein zweites Substrat (37) aus TiO2-dotiertem Quarzglas umfasst, das einen temperaturabhängigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten mit einem Nulldurchgang bei einer zweiten, von der ersten verschiedenen Nulldurchgangs-Temperatur (TZC2) aufweist, wobei eine Steigung (ΔCTE1) des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des ersten Substrats (32) bei der ersten Nulldurchgangs-Temperatur (TZC1) und/oder eine Steigung (ΔCTE2) des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des zweiten Substrats (37) bei der zweiten Nulldurchgangs-Temperatur (TZC2) ein negatives Vorzeichen aufweist.
  2. Optische Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Steigung (ΔCTE1) des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des ersten Substrats (32) bei der ersten Nulldurchgangs-Temperatur (TZC1) und die Steigung (ΔCTE2) des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des zweiten Substrats (37) bei der zweiten Nulldurchgangs-Temperatur (TZC2) sich im Vorzeichen unterscheiden.
  3. Optische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der Absolutwert der Steigung (ΔCTE1) des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des ersten Substrats (32) bei der ersten Nulldurchgangs-Temperatur (TZC1) und/oder der Absolutwert der Steigung (ΔCTE2) des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des zweiten Substrats (37) bei der zweiten Nulldurchgangs-Temperatur (TZC2) bei weniger als 1,0 ppb/K2 liegt.
  4. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Absolutwert der Differenz (|TZC2 – TZC1|) zwischen der ersten Nulldurchgangs-Temperatur (TZC1) und der zweiten Nulldurchgangs-Temperatur (TZC2) mehr als 6 K beträgt.
  5. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der TiO2-Gehalt des ersten Substrats (32) sich vom TiO2-Gehalt des zweiten Substrats (37) unterscheidet.
  6. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste Substrat (32) einen TiO2-Gehalt zwischen 8% und 12% aufweist.
  7. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das zweite Substrat (37) einen TiO2-Gehalt von mehr als 12% aufweist.
  8. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher sowohl die erste als auch die zweite Nulldurchgangs-Temperatur (TZC1, TZC2) in einem Temperaturbereich zwischen 0°C und 100°C liegen.
  9. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher auf das erste und/oder auf das zweite Substrat (32, 37) eine reflektierende Beschichtung (31, 36) aufgebracht ist, an der die reflektierende Oberfläche (31a, 36a) gebildet ist.
  10. Optische Anordnung nach Anspruch 9, bei welcher zwischen dem ersten und/oder dem zweiten Substrat (32, 37) und der reflektierenden Beschichtung (31, 36) mindestens eine funktionelle Schicht (34) angebracht ist.
  11. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: mindestens eine Heizeinrichtung (33) zum Aufheizen mindestens eines Substrats (32), sowie eine Steuereinrichtung (30) zur Ansteuerung der mindestens einen Heizeinrichtung (33) zur Einstellung der Temperatur des mindestens einen Substrats (32) auf eine Arbeitstemperatur (TA1).
  12. Optische Anordnung nach Anspruch 9, bei welcher die Arbeitstemperatur (TA1) um weniger als 3 K von der Nulldurchgangs-Temperatur (TZC1) des Substrats (32) abweicht.
  13. Verfahren zum Konfigurieren einer optischen Anordnung für die EUV-Lithographie, wobei die optische Anordnung mindestens zwei optische Elemente (22, 24) umfasst, die eine EUV-Strahlung reflektierende Oberfläche (31a, 36a) sowie ein Substrat (32, 37) aus TiO2-dotiertem Quarzglas aufweisen, das Verfahren umfassend: Auswählen eines Substrats (32, 37) für die optischen Elemente (22, 24) aus einer ersten oder einer zweiten Gruppe von Substraten aus TiO2-dotiertem Quarzglas, wobei die erste Gruppe einen temperaturabhängigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten mit einem Nulldurchgang bei einer ersten Nulldurchgangstemperatur (TZC1,O) aufweist, wobei die zweite Gruppe einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten mit einem Nulldurchgang bei einer zweiten, von der ersten verschiedenen Nulldurchgangs-Temperatur (TZC2,O) aufweist, und wobei eine Steigung (ΔCTE1,O) des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der ersten Gruppe von Substraten (32) bei der ersten Nulldurchgangs-Temperatur (TZC1,O) und/oder eine Steigung (ΔCTE2,O) des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der zweiten Gruppe von Substraten (37) bei der zweiten Nulldurchgangs-Temperatur (TZC2,O) ein negatives Vorzeichen aufweist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Auswählen in Abhängigkeit von der Position eines jeweiligen optischen Elements (22, 24) in der optischen Anordnung erfolgt.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei welchem die erste Gruppe von Substraten (32) bei der ersten Nulldurchgangs-Temperatur (TZC1,O) eine Steigung (ΔCTE1,O) des thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, deren Vorzeichen sich von der Steigung (ΔCTE2,O) des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der zweiten Gruppe von Substraten (37) bei der zweiten Nulldurchgangs-Temperatur (TZC2,O) unterscheidet.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei welchem der TiO2-Gehalt der ersten Gruppe von Substrat-Materialien (32) sich vom TiO2-Gehalt der zweiten Gruppe von Substrat-Materialien (37) unterscheidet.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, weiter umfassend: Tempern des ausgewählten Substrats (32, 37) zur Änderung der Nulldurchgangs-Temperatur (TZC1,O, TZC2,O) auf eine gewünschte Nulldurchgangs-Temperatur (TZC1, TZC2) für das optische Element (22, 24) und/oder zum Reduzieren der Steigung (ΔCTE1,O, ΔCTE2,O) des thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf einen Betrag von weniger als 1,0 ppb/K2 bei der gewünschten Nulldurchgangs-Temperatur (TZC1, TZC2) des optischen Elements (22, 24).
  18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Tempern umfasst: Aufheizen des ausgewählten Substrats (32) auf eine Halte-Temperatur von mindestens 900°C, Halten des Substrats bei der Halte-Temperatur für mindestens 40 h Stunden, sowie Abkühlen des Substrats (32) mit einer Kühlrate zwischen 0,1 K/h und 2,0 K/h in einem Temperaturbereich zwischen der Halte-Temperatur und 500°C.
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