1. Technisches Gebiet1. Technical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Element für die Photolithographie und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Defektkorrektur des optischen Elements.The present invention relates to an optical element for photolithography and a method and apparatus for defect correction of the optical element.
2. Stand der Technik2. State of the art
Optische Elemente mit Mehrschichtsystemen finden unter anderem Anwendung in der Astronomie, der Mikroskopie, der Spektroskopie, in der Lasertechnik und in der Photolithographie. Als Folge der wachsenden Integrationsdichte in der Halbleiterindustrie (Mooresches Gesetz) müssen optische Elemente in Photolithographiesystemen zunehmend kleinere Strukturen auf Wafern abbilden. Diesem Trend wachsender Integrationsdichte wird unter anderem dadurch Rechnung getragen, dass die Belichtungswellenlänge von Lithographiegeräten zu immer kleineren Wellenlängen verschoben wird. In Lithographiegeräten wird derzeit häufig ein ArF (Argonfluorid) Excimerlaser als Lichtquelle eingesetzt, der bei einer Wellenlänge von etwa 193 nm emittiert. Optical elements with multilayer systems are used in astronomy, microscopy, spectroscopy, laser technology and photolithography, among others. As a result of the growing integration density in the semiconductor industry (Moore's Law), optical elements in photolithography systems must increasingly map smaller structures onto wafers. Among other things, this trend of increasing integration density is taken into account by shifting the exposure wavelength of lithography devices to ever smaller wavelengths. In lithography equipment, an ArF (argon fluoride) excimer laser is currently widely used as the light source emitting at a wavelength of about 193 nm.
Gegenwärtig befinden sich Lithographiesysteme in der Entwicklung, die elektromagnetische Strahlung im EUV (extremen ultravioletten) Wellenlängenbereich (im Bereich von 10 nm bis 15 nm) verwenden. Diese EUV Lithographiesysteme basieren auf einem völlig neuen Strahlführungskonzept, das bevorzugt reflektive optische Elemente verwendet. Üblicherweise werden optische Elemente mit Mehrschichtspiegelsystemen für den EUV Wellenlängenbereich eingesetzt, da diese im Bereich des senkrechten Einfalls eine große Reflektivität aufweisen. At present, lithography systems are under development using electromagnetic radiation in the EUV (extreme ultraviolet) wavelength range (in the range of 10 nm to 15 nm). These EUV lithography systems are based on a completely new beam guidance concept, which preferably uses reflective optical elements. Usually, optical elements with multilayer mirror systems are used for the EUV wavelength range, since they have a high reflectivity in the region of the vertical incidence.
Aufgrund der kleinen Wellenlänge im EUV Bereich müssen optische Elemente extreme Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit von vorgegebenen Oberflächen erfüllen. Abweichungen der Oberflächentopographie der Mehrschichtspiegelsysteme optischer Elemente im einstelligen Nanometerbereich führen bereits zu einer erheblichen Variation der reflektierten Intensität innerhalb des EUV Strahls. Aufgrund der technologischen Herausforderungen bei der Herstellung von optischen Elementen für den EUV Bereich und der damit einhergehenden hohen Kosten werden optische Elemente, die eine vorgegebene Spezifikation nicht erfüllen, wann immer möglich repariert. Due to the small wavelength in the EUV range, optical elements must meet extreme requirements with regard to the accuracy of given surfaces. Deviations of the surface topography of the multi-layer mirror systems of optical elements in the single-digit nanometer range already lead to a considerable variation of the reflected intensity within the EUV beam. Due to the technological challenges involved in the production of optical elements for the EUV sector and the associated high costs, optical elements that do not meet a given specification are repaired whenever possible.
Derzeit gibt es noch kein Standardverfahren zur Beseitigung von Defekten in Mehrschichtspiegelsystemen für den EUV Bereich. Im Folgenden werden Mehrschichtspiegelsysteme auch mit MLM entsprechend dem englischen Fachbegriff multilayer mirror abgekürzt. At present, there is no standard method for eliminating defects in multilayer mirror systems for the EUV sector. In the following, multilayer mirror systems are also abbreviated to MLM according to the English term multilayer mirror.
Lösungsansätze zum Reparieren von Unebenheitsdefekten oder lokalen Topographiedefekten in EUV MLMs beinhalten zum einen das mechanische Entfernen der Region um einen Defekt und das Einfügen eines defektfreien MLM in das Mehrschichtspiegelsystem. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der JP 2010 034 129 A beschrieben. Es benötigt mechanische Werkzeuge zum Schneiden und zur exakten Manipulation von MLMs im Nanometerbereich und ist technisch nur aufwändig zu realisieren. Das Stitching des eingefügten Reparaturstücks kann zu einer lokalen Minderung der Reflektion führen. Solutions for repairing unevenness defects or local topography defects in EUV MLMs include the mechanical removal of the region around a defect and the insertion of a defect-free MLM into the multilayer mirror system. Such a method is for example in the JP 2010 034 129 A described. It requires mechanical tools for cutting and accurate manipulation of MLMs in the nanometer range and is technically complex to implement. The stitching of the inserted repair piece can lead to a local reduction of the reflection.
In einem anderen Reparaturansatz beschreibt die Patentschrift DE 10 2007 028 172 B3 das Kompensieren von Defekt-induzierten Phasenänderungen einer reflektierten EUV Lichtwelle durch lokales Auftragen einer Schicht auf die Oberfläche des MLMs. Die Genauigkeit des Abscheidens einer solchen „Korrekturlinse“ sowie deren durch Eigenabsorption induzierte Reduzierung des Reflexionsvermögens sind jedoch schwierig zu bewerkstelligen. Darüber hinaus ist es fraglich, ob die aufgebrachte Korrekturlinse der Reinigung der Oberfläche der MLM dauerhaft widerstehen kann. In another repair approach, the patent describes DE 10 2007 028 172 B3 compensating for defect-induced phase changes of a reflected EUV lightwave by locally applying a layer to the surface of the MLM. However, the accuracy of depositing such a "correction lens" as well as its self-absorption-induced reflectivity reduction are difficult to accomplish. In addition, it is questionable whether the applied correction lens can permanently resist the cleaning of the surface of the MLM.
In der Patentschrift US 6 821 682 B1 werden fokussierte Elektronenund Ionenstrahlen oder fokussierte optische Strahlung zur lokalen Glättung der Oberfläche eines Mehrschichtspiegelsystems eingesetzt. Hierbei schmilzt der fokussierte Strahl lokal kurzzeitig tiefliegende Schichten des MLMs auf, die sich dadurch verformen und den Defekt kompensieren. Da der Strahl die über dem Defekt liegenden Schichten durchdringt, ist eine Schädigung der Oberfläche des MLMs und somit eine Beeinträchtigung des Reflexionsvermögens nicht auszuschließen. In the patent US Pat. No. 6,821,682 B1 For example, focused electron and ion beams or focused optical radiation are used for locally smoothing the surface of a multilayer mirror system. Here, the focused beam locally melts low-lying layers of the MLM, which thereby deform and compensate for the defect. Since the beam penetrates the layers lying above the defect, damage to the surface of the MLM and thus impairment of the reflectivity can not be ruled out.
Alle bisher beschriebenen Reparaturverfahren sind irreversibel. Die Autoren M. Bayraktar, W.A. Wessels, C.J. Lee, F.A. van Goor, G. Koster, G. Rijnders und F. Bijkerk beschreiben in dem Artikel „Active multilayer mirrors for reflectance tuning at extreme ultraviolet (EUV) wavelengths“, J. Phys. D: Appl. Phys. 45 (2012) 4940001 das Einbringen einer piezoelektrischen Schicht in den MLM eines optischen Elements für den EUV Wellenlängenbereich. Indem die Elektroden der piezoelektrischen Schicht eine Struktur oder ein Pattern aufweisen, können lokale Reflektivitätsänderungen des MLMs durch Anlegen einer Spannung an die piezoelektrische Schicht aktiv und reversibel kompensiert werden. All repair methods described so far are irreversible. the authors M. Bayraktar, WA Wessels, CJ Lee, FA van Goor, G. Koster, G. Rijnders and F. Bijkerk describe in the article "Active multilayer mirrors for reflectance tuning at extreme ultraviolet (EUV) wavelengths", J. Phys. D: Appl. Phys. 45 (2012) 4940001 the introduction of a piezoelectric layer in the MLM of an optical element for the EUV wavelength range. Since the electrodes of the piezoelectric layer have a structure or a pattern, local reflectivity changes of the MLM can be actively and reversibly compensated by applying a voltage to the piezoelectric layer.
Die piezoelektrische Schicht des oben beschriebenen Artikels weist jedoch den Nachteil auf, dass das Pattern der Elektroden der piezoelektrischen Schicht festgelegt werden muss, bevor die durch Unebenheiten des MLMs hervorgerufene Intensitätsvariation des reflektierten Strahls bestimmt werden kann. However, the piezoelectric layer of the above-described article has a drawback that the pattern of the electrodes of the piezoelectric layer must be set before the irregularity caused by the irregularities of the MLM Intensitätsvariation the reflected beam can be determined.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zu Grunde, ein optisches Element für die Photolithographie und ein Verfahren zur Defektkorrektur des optischen Elements anzugeben, die die oben genannten Nachteile und Einschränkungen zumindest zum Teil vermeiden.The present invention is therefore based on the problem to provide an optical element for photolithography and a method for defect correction of the optical element, which at least partially obviate the above-mentioned disadvantages and limitations.
3. Zusammenfassung der Erfindung3. Summary of the invention
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem durch ein optisches Element für die Photolithographie nach Anspruch 1 gelöst. In einer Ausführungsform weist das optische Element für die Photolithographie, insbesondere für den extremen ultravioletten Wellenlängenbereich, auf: (a) ein Substrat; (b) eine Mehrzahl von auf dem Substrat angeordnete optische Schichten, welche die optischen Eigenschaften des optischen Elements beeinflussen; (c) zumindest eine ferroelektrische Schicht, die unterhalb und/oder innerhalb der Mehrzahl der optischen Schichten angeordnet ist; und (d) eine lokale Domäne innerhalb der ferroelektrischen Schicht, die sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die ferroelektrische Schicht anders verhält, als ein umgebender Bereich der ferroelektrischen Schicht. According to an embodiment of the present invention, this problem is solved by an optical element for photolithography according to claim 1. In one embodiment, the optical element for photolithography, especially for the extreme ultraviolet wavelength region, comprises: (a) a substrate; (b) a plurality of optical layers disposed on the substrate that affect the optical properties of the optical element; (c) at least one ferroelectric layer disposed below and / or within the plurality of optical layers; and (d) a local domain within the ferroelectric layer that behaves differently when a voltage is applied to the ferroelectric layer than a surrounding area of the ferroelectric layer.
Indem die ferroelektrische Schicht eine lokale Domäne aufweist, deren elektrische Polarisation bevorzugt verschieden ist von der Polarisation der umgebenden ferroelektrischen Schicht, ändert sich die Dicke der ferroelektrischen Schicht im Bereich der lokalen Domäne beim Anlegen einer elektrischen Spannung anders als in der übrigen ferroelektrischen Schicht. Dadurch wird es möglich, sowohl lokale Erhöhungen als auch lokale Vertiefungen der Oberfläche der Mehrzahl der optischen Schichten reversibel zu korrigieren. Since the ferroelectric layer has a local domain whose electric polarization is preferably different from the polarization of the surrounding ferroelectric layer, the thickness of the ferroelectric layer in the region of the local domain changes when voltage is applied differently than in the rest of the ferroelectric layer. This makes it possible to reversibly correct both local elevations and local depressions of the surface of the plurality of optical layers.
In einem Aspekt weist die lokale Domäne laterale Abmessungen auf, um einen oder mehrere topographische Defekte im Substrat und/oder innerhalb der Mehrzahl der auf dem Substrat angeordneten optischen Schichten zumindest teilweise kompensieren zu können.In one aspect, the local domain has lateral dimensions to at least partially compensate for one or more topographic defects in the substrate and / or within the plurality of optical layers disposed on the substrate.
Nach einem weiteren Aspekt sind die ferroelektrische Schicht und die lokale Domäne so ausgebildet, dass durch Anlegen der elektrischen Spannung an die ferroelektrische Schicht eine Höhe zumindest eines topographischen Defekts im Substrat und/oder innerhalb der Mehrzahl der auf dem Substrat angeordneten optischen Schichten zumindest teilweise kompensiert werden kann.According to a further aspect, the ferroelectric layer and the local domain are formed such that by applying the electrical voltage to the ferroelectric layer, a height of at least one topographic defect in the substrate and / or within the plurality of optical layers arranged on the substrate are at least partially compensated can.
Anders als im Stand der Technik kann eine lokale Domäne nachträglich in einem gefertigten optischen Element erzeugt werden. Der Ort an dem eine Domäne innerhalb der ferroelektrischen Schicht generiert wird, kann frei gewählt werden. Ferner kann die Größe der erzeugten lokalen Domäne, d.h. deren laterale Abmessungen auf die Größe eines Topologiedefekts abgestimmt werden. Darüber hinaus kann die Differenz der Dickenänderung der ferroelektrischen Schicht im Bereich der Domäne und außerdem der Domäne durch die Wahl der an die ferroelektrische Schicht angelegten Spannung eingestellt werden. Dies ermöglicht eine gezielte Kompensation lokaler Topologiedefekte in einem optischen Element, die beispielsweise während und/oder am Ende des Herstellungsprozesses und/oder während des Betriebs des optischen Elements detektiert werden. Unlike in the prior art, a local domain can be subsequently created in a fabricated optical element. The location where a domain is generated within the ferroelectric layer can be chosen freely. Furthermore, the size of the generated local domain, i. their lateral dimensions are tuned to the size of a topology defect. In addition, the difference in the change in thickness of the ferroelectric layer in the region of the domain and also the domain can be adjusted by the choice of the voltage applied to the ferroelectric layer. This allows a targeted compensation of local topology defects in an optical element, which are detected, for example, during and / or at the end of the manufacturing process and / or during operation of the optical element.
Bevorzugt ist die lokale Domäne so ausgebildet, dass ihre elektrische Polarisation durch eine Spitze eines Rasterkraftmikroskops und/oder eines fokussierten Elektronenstrahls und/oder eines fokussierten Ionenstrahls verändert werden kann, wobei vorzugsweise die veränderte elektrische Polarisation der lokalen Domäne im Wesentlichen senkrecht zu einer Ebene des Substrats ausgerichtet ist. Ebenfalls bevorzugt umfasst die Spitze des Rasterkraftmikroskops eine elektrisch leitfähige Spitze.Preferably, the local domain is configured such that its electrical polarization can be varied by a tip of an atomic force microscope and / or a focused electron beam and / or a focused ion beam, wherein preferably the altered electrical polarization of the local domain is substantially perpendicular to a plane of the substrate is aligned. Also preferably, the tip of the atomic force microscope comprises an electrically conductive tip.
Dies sichert eine maximale Dickenänderung der ferroelektrischen Schicht im Bereich der Domäne pro Volt angelegter Spannung. This ensures a maximum change in thickness of the ferroelectric layer in the region of the domain per volt of applied voltage.
Der Ausdruck „im Wesentlichen“ bedeutet hier wie an anderen Stellen der Beschreibung eine experimentelle Bestimmung einer entsprechenden physikalischen Größe innerhalb üblicher Messfehler.As used elsewhere, the term "substantially" means an experimental determination of a corresponding physical quantity within common measurement errors.
In einem Ausführungsbeispiel weist der umgehende Bereich der ferroelektrischen Schicht eine statistisch verteilte Polarisation auf.In one embodiment, the immediate area of the ferroelectric layer has a statistically distributed polarization.
Nach einem bevorzugten Aspekt weist jedoch der umgebende Bereich der ferroelektrischen Schicht eine spontane Polarisation auf, die im Wesentlichen antiparallel zu einer lokalen Polarisation der Domäne gerichtet ist.However, in a preferred aspect, the surrounding region of the ferroelectric layer has a spontaneous polarization that is directed substantially antiparallel to a local polarization of the domain.
In diesem Fall weist die ferroelektrische Schicht beim Anlegen einer elektrischen Spannung die maximale relative Dickenänderung zwischen dem Bereich der lokalen Domäne und des die Domäne umgebenden Bereichs der ferroelektrischen Schicht auf. In this case, when an electric voltage is applied, the ferroelectric layer has the maximum relative change in thickness between the region of the local domain and the region of the ferroelectric layer surrounding the domain.
Bevorzugt weist die lokale Domäne der ferroelektrischen Schicht laterale Abmessungen im Bereich von 1000 µm–5 nm, bevorzugt 500 µm–10 nm, mehr bevorzugt 200 µm–20 nm, und am meisten bevorzugt 100µm–50 nm auf. Ebenfalls bevorzugt weist die ferroelektrische Schicht eine Dicke im Bereich von 30 nm–500 nm, bevorzugt 50 nm–300 nm, mehr bevorzugt von 70 nm–200 nm, und am meisten bevorzugt von 90nm–120 nm auf.Preferably, the local domain of the ferroelectric layer has lateral dimensions in the range of 1000 μm-5 nm, preferably 500 μm-10 nm, more preferably 200 μm-20 nm, and most preferably 100 μm-50 nm. Also preferably, the ferroelectric layer has a thickness in the range of 30 nm-500 nm, preferably 50 nm-300 nm, more preferably from 70 nm-200 nm, and most preferably from 90 nm-120 nm.
Vorzugsweise umfasst die ferroelektrische Schicht Blei-Zirkonat-Titanat, Strontium-Barium-Titanat, Strontium-Ruthenium-Titanat, Lithiumniobat, Lithiumtantalat, Wismuttitanat und/oder Polyvinyldifluorid.Preferably, the ferroelectric layer comprises lead zirconate titanate, strontium barium titanate, strontium ruthenium titanate, lithium niobate, lithium tantalate, bismuth titanate and / or polyvinyl difluoride.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung weist die ferroelektrische Schicht an ihrer Unterseite und Oberseite jeweils eine Elektrode auf. Dabei sind die Elektroden bevorzugt als Schichten auf der Unterseite und auf der Oberseite der ferroelektrischen Schicht angebracht. Bevorzugt umfasst die Dicke der Elektroden einen Bereich von 1 nm–20 nm, bevorzugt 1,2 nm–10 nm, mehr bevorzugt 1,5 nm–5 nm, und am meisten bevorzugt 1,7 nm–3 nm.According to yet another aspect of the invention, the ferroelectric layer has an electrode on its underside and upper side, respectively. In this case, the electrodes are preferably mounted as layers on the underside and on the upper side of the ferroelectric layer. Preferably, the thickness of the electrodes comprises a range of 1 nm-20 nm, preferably 1.2 nm-10 nm, more preferably 1.5 nm-5 nm, and most preferably 1.7 nm-3 nm.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zur Defektkorrektur eines optischen Elements für die Photolithographie, insbesondere für den ultravioletten Wellenlängenbereich, die folgenden Schritte auf: (a) Aufbringen einer Mehrzahl optischer Schichten auf ein Substrat, welche die optischen Eigenschaften des optischen Elements beeinflussen; (b) Anordnen zumindest einer ferroelektrischen Schicht zwischen dem Substrat und der Mehrzahl optischer Schichten und/oder innerhalb der Mehrzahl der optischen Schichten; und (c) Einstellen einer lokalen Domäne innerhalb der zumindest einen ferroelektrischen Schicht, die sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die ferroelektrische Schicht anders verhält, als ein umgebender Bereich der zumindest einen ferroelektrischen Schicht. According to a further aspect of the invention, a method for defect correction of an optical element for photolithography, in particular for the ultraviolet wavelength range, comprises the following steps: (a) applying a plurality of optical layers to a substrate which influence the optical properties of the optical element; (b) disposing at least one ferroelectric layer between the substrate and the plurality of optical layers and / or within the plurality of optical layers; and (c) adjusting a local domain within the at least one ferroelectric layer that behaves differently when a voltage is applied to the ferroelectric layer than a surrounding area of the at least one ferroelectric layer.
Vorzugsweise weist das Verfahren ferner den Schritt auf: Bestimmen zumindest eines topographischen Defekts des optischen Elements mittels eines Rasterelektronenmikroskops und/oder eines Rasterkraftmikroskops und/oder mittels eines Maskeninspektionsmikroskops, das im ultravioletten und/oder im extrem ultravioletten Wellenbereich arbeitet.Preferably, the method further comprises the step of determining at least one topographic defect of the optical element by means of a scanning electron microscope and / or an atomic force microscope and / or by means of a mask inspection microscope operating in the ultraviolet and / or extreme ultraviolet wavelength range.
Gemäß einem günstigen Aspekt weist das Verfahren weiterhin auf: Einstellen einer Polarisation der lokalen Domäne innerhalb der ferroelektrischen Schicht anhand lateraler Abmessungen des zumindest einen bestimmten topographischen Defekts.According to a favorable aspect, the method further comprises: setting a polarization of the local domain within the ferroelectric layer based on lateral dimensions of the at least one specific topographic defect.
Weiterhin ist ein anderer bevorzugter Aspekt des Verfahrens auf das zumindest teilweise Kompensieren einer Höhe des zumindest einen bestimmten topographischen Defekts durch Anlegen der elektrischen Spannung an die ferroelektrische Schicht gerichtet. Furthermore, another preferred aspect of the method is directed to at least partially compensating a height of the at least one particular topographic defect by applying the electrical voltage to the ferroelectric layer.
Vorzugsweise erfolgt das Einstellen der lokalen Polarisation durch eine Spitze eines Rasterkraftmikroskops und/oder einen fokussierten Elektronenstrahl und/oder einen fokussierten Ionenstrahl.Preferably, the adjustment of the local polarization by a tip of an atomic force microscope and / or a focused electron beam and / or a focused ion beam.
Gemäß einem weiteren Aspekt weist das Verfahren ferner die Schritte des Anbringens einer Elektrode an eine Unterseite der ferroelektrischen Schicht und des Anbringens einer Elektrode an eine Oberseite der ferroelektrischen Schicht auf. In another aspect, the method further comprises the steps of attaching an electrode to a bottom surface of the ferroelectric layer and attaching an electrode to an upper surface of the ferroelectric layer.
Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung eines der oben genannten Verfahren. Yet another aspect of the invention relates to an apparatus for carrying out one of the above-mentioned methods.
4. Beschreibung der Zeichnungen4. Description of the drawings
In der folgenden detaillierten Beschreibung werden derzeit bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobeiIn the following detailed description, presently preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, wherein FIG
1 schematisch einen Schnitt durch ein optisches Element für den extremen ultravioletten (EUV) Wellenlängenbereich mit einem Mehrschichtspiegelsystem (MLM) nach dem Stand der Technik darstellt; 1 schematically shows a section through an optical element for the extreme ultraviolet (EUV) wavelength range with a multilayer mirror system (MLM) according to the prior art;
2 schematisch einen Schnitt durch das optische Element der 1 zeigt, bei dem eine ferroelektrische Schicht zwischen dem Substrat und dem MLM angebracht ist; 2 schematically a section through the optical element of 1 shows in which a ferroelectric layer between the substrate and the MLM is attached;
3 einen schematischen Schnitt durch eine isolierte ferroelektrische Schicht veranschaulicht, bei der die spontane elektrische Polarisation senkrecht zur Schichtebene ausgerichtet ist; 3 illustrates a schematic section through an insulated ferroelectric layer, in which the spontaneous electrical polarization is aligned perpendicular to the layer plane;
4 die ferroelektrische Schicht der 3 wiedergibt, bei der eine Domäne mit antiparalleler Polarisation mit Hilfe eines Rasterkraftmikroskops erzeugt wird; 4 the ferroelectric layer of 3 in which an antiparallel polarization domain is generated by means of an atomic force microscope;
5 schematisch die ferroelektrische Schicht der 4 nach Abschluss der lokalen Polarisationsänderung angibt; 5 schematically the ferroelectric layer of 4 indicating upon completion of local polarization change;
6 im oberen Teil schematisch die ferroelektrische Schicht der 5 darstellt und im unteren Teil schematisch die Änderungen dieser ferroelektrischen Schicht nach Anlegen einer elektrischen Spannung veranschaulicht; 6 in the upper part schematically the ferroelectric layer of 5 and in the lower part schematically illustrates the changes of this ferroelectric layer after application of an electrical voltage;
7 einen schematischen Schnitt durch ein optisches Element mit der ferroelektrischen Schicht der 3 mit einem Partikel zwischen der ferroelektrischen Schicht und dem Substrat zeigt; 7 a schematic section through an optical element with the ferroelectric layer of 3 with a particle between the ferroelectric layer and the substrate;
8 einen schematischen Schnitt durch das optische Element der 7 darstellt, nachdem eine Domäne mit antiparalleler Polarisation bezüglich der spontanen Polarisation der übrigen ferroelektrischen Schicht im Bereich des Partikels erzeugt wurde; 8th a schematic section through the optical element of 7 represents after an antiparallel polarization domain with respect to spontaneous polarization of the remainder of the ferroelectric layer in the region of the particle was generated;
9 einen schematischen Schnitt durch das optische Element der 8 nach Anlegen einer elektrischen Spannung an die ferroelektrische Schicht repräsentiert; 9 a schematic section through the optical element of 8th after applying an electrical voltage to the ferroelectric layer represents;
10 einen schematischen Schnitt durch ein optisches Element mit der ferroelektrischen Schicht der 3 zeigt, bei der das Substrat eine lokale Vertiefung (englisch: pit) aufweist; 10 a schematic section through an optical element with the ferroelectric layer of 3 shows, in which the substrate has a pit (English: pit);
11 einen schematischen Schnitt durch das optische Element der 10 darstellt, nachdem eine Domäne mit antiparalleler Polarisation bezüglich der spontanen Polarisation der übri- gen ferroelektrischen Schicht im Bereich der lokalen Vertiefung generiert wurde; 11 a schematic section through the optical element of 10 after a domain with antiparallel polarization has been generated with respect to the spontaneous polarization of the remainder of the ferroelectric layer in the area of the local pit;
12 einen schematischen Schnitt durch das optische Element der 11 nach Anlegen einer elektrischen Spannung an die ferroelektrische Schicht angibt; 12 a schematic section through the optical element of 11 indicates after application of an electrical voltage to the ferroelectric layer;
13 einen Querschnitt einer Transmissionselektronenmikroskop- Aufnahme durch ein optisches Element mit einem Substrat und einem Mehrschichtspiegelsystem wiedergibt; 13 shows a cross section of a transmission electron microscope photograph by an optical element with a substrate and a multi-layer mirror system;
14 eine Simulation des Wachstums des Mehrschichtspiegelsystems der 13 darstellt, bei der das Substrat auf dem das Mehrschichtspiegelsystem abgeschieden wird, einen komplexen Defekt, wie in der 13 dargestellt, aufweist; 14 a simulation of the growth of the multilayer mirror system of 13 represents in which the substrate on which the multi-layer mirror system is deposited, a complex defect, as in 13 shown, has;
15 das Topographieprofil des Substratdefekts der 13 wiedergibt; 15 the topography profile of the substrate defect of 13 reproduces;
16 einen schematischen Querschnitt durch ein Substrat mit dem Topographieprofil der 15 mit einer darauf angeordneten ferroelektrischen Schicht nach der 3 veranschaulicht; 16 a schematic cross section through a substrate with the topography of the 15 with a ferroelectric layer disposed thereon after 3 illustrated;
17 einen schematischen Schnitt durch das Substrat und die ferroelektrische Schicht der 16 darstellt, nachdem eine Domäne mit antiparalleler Polarisation bezüglich der spontanen Polarisation der übrigen ferroelektrischen Schicht im Bereich der komplexen Vertiefung des Substrats hergestellt wurde; 17 a schematic section through the substrate and the ferroelectric layer of 16 after an antiparallel polarization domain has been formed with respect to the spontaneous polarization of the remainder of the ferroelectric layer in the region of the complex recess of the substrate;
18 einen schematischen Schnitt durch das optische Element zeigt, das nach dem Aufbringen eines Mehrschichtspiegelsystems auf die ferroelektrische Schicht der 17 und nach Anlegen einer elektrischen Spannung an die ferroelektrische Schicht entsteht; 18 shows a schematic section through the optical element, which after applying a multi-layer mirror system to the ferroelectric layer of 17 and arises after applying an electrical voltage to the ferroelectric layer;
19 eine Monte-Carlo Simulation der Elektronenpropagation in dem optischen Element der 2 für eine Elektronenenergie des einfallenden Elektronenstrahls von 5 keV repräsentiert; und 19 a Monte Carlo simulation of electron propagation in the optical element of 2 represents an electron energy of the incident electron beam of 5 keV; and
20 eine Monte-Carlo Simulation der Elektronenpropagation in dem optischen Element der 2 für eine Elektronenenergie des einfallenden Elektronenstrahls von 15 keV zeigt. 20 a Monte Carlo simulation of electron propagation in the optical element of 2 for an electron energy of the incident electron beam of 15 keV.
5. Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele5. Detailed description of preferred embodiments
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen eines optischen Elements, des erfindungsgemäßen Verfahrens und eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens erläutert. Dabei wird beispielhaft die Bearbeitung von Topographiedefekten von optischen Elementen für den extremen ultravioletten (EUV) Wellenlängenbereich dargestellt. Der Einsatz erfindungsgemäßer optischer Elemente und Verfahren sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist jedoch nicht auf das Anwendungsgebiet der Photolithographie beschränkt. Vielmehr können diese beispielsweise ebenfalls Anwendung in der Astronomie, der Mikroskopie, der Spektroskopie und in der Lasertechnik finden. Erfindungsgemäße optische Elemente sind daher nicht auf den ultravioletten oder extrem ultravioletten Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums beschränkt. Ferner ist es möglich, das erfindungsgemäße Verfahren allgemein zur Glättung dünner Schichten im Nanometerbereich einzusetzen. In the following, preferred embodiments of an optical element, the method according to the invention and an apparatus for carrying out the method will be explained. For example, the processing of topographic defects of optical elements for the extreme ultraviolet (EUV) wavelength range is shown. However, the use of optical elements and methods according to the invention as well as the device according to the invention is not limited to the field of application of photolithography. Rather, they can also be used, for example, in astronomy, microscopy, spectroscopy and laser technology. Optical elements according to the invention are therefore not limited to the ultraviolet or extreme ultraviolet wavelength range of the electromagnetic spectrum. Furthermore, it is possible to generally use the method according to the invention for smoothing thin layers in the nanometer range.
Die 1 zeigt einen Schnitt durch ein optisches Element 100 aus dem Stand der Technik, das in EUV Lithograhphiesystemen eingesetzt werden kann. Das optische Element 100 umfasst ein Substrat 110, das ein Material mit niedrigem Ausdehungskoeffizienten wie etwa Quarzglas umfasst. Andere dielektrische Materialien, Glasmaterialien oder Halbleitermaterialien können ebenfalls als Basis zur Herstellung des Substrats 110 eingesetzt werden. Derzeit sind Materialien bevorzugt, die einen sehr geringen Ausdehnunskoeffizienten aufweisen wie beispielsweise ZERODUR®, ULE® oder CLEARCERAM®. Das optische Element 100 umfasst ferner ein Mehrschichtspiegelsystem oder einen Mehrschichtspiegel bzw. einen MLM (englisch für multi-layer mirror) 150, das bzw. der beispielsweise etwa 40 Paare alternierender Schichten aus Molybdän (Mo) 120 und Silizium (Si) 130 umfasst. Die Dicke jeder Mo-Schicht 120 beträgt 4,15 nm und die Si-Schichten 130 weisen eine Dicke von 2,80 nm auf. Damit beträgt die Gesamtdicke des MLM in etwa 300 nm. Andere Materialkombination können ebenfalls zur Herstellung von Mehrschichtsystemen auf dem Substrat 110 eingesetzt werden. The 1 shows a section through an optical element 100 from the prior art, which can be used in EUV Lithograhphiesystemen. The optical element 100 includes a substrate 110 comprising a low expansion coefficient material such as quartz glass. Other dielectric materials, glass materials, or semiconductor materials may also be used as a basis for making the substrate 110 be used. Currently, materials are preferred which have a very low Ausdehnunskoeffizienten such as ZERODUR ®, ULE ® or CLEARCERAM ®. The optical element 100 further comprises a multi-layer mirror system or a multi-layer mirror or an MLM (English for multi-layer mirror) 150 for example, about 40 pairs of alternating layers of molybdenum (Mo) 120 and silicon (Si) 130 includes. The thickness of each Mo layer 120 is 4.15 nm and the Si layers 130 have a thickness of 2.80 nm. Thus, the total thickness of the MLM is about 300 nm. Other combinations of materials may also be used to make multilayer systems on the substrate 110 be used.
Die auf den MLM 150 einfallende EUV Strahlung 160 wird in diesem als reflektierte Strahlung 165 gespiegelt. D.h. der MLM 150 macht aus dem optischen Element 100 einen Spiegel für den EUV Wellenlängenbereich. The on the MLM 150 incident EUV radiation 160 is reflected in this as radiation 165 mirrored. That means the MLM 150 makes out of the optical element 100 a mirror for the EUV wavelength range.
Durch Aufbringen einer Metallschicht auf den MLM 150 und deren nachfolgende Strukturierung kann aus dem optischen Element 100 eine reflektive Photomaske für den EUV Bereich hergestellt werden (in der 1 nicht gezeigt). Damit umfassen die nachfolgend beschriebenen beispielhaften optischen Elemente sowohl Spiegel als auch photolithographische Masken beispielsweise für den EUV Wellenlängenbereich. By applying a metal layer to the MLM 150 and their subsequent structuring may be from the optical element 100 a reflective photomask for the EUV range are produced (in the 1 Not shown). Thus, the exemplary optical elements described below include both mirrors and photolithographic masks, for example for the EUV wavelength range.
Die 2 repräsentiert das optische Element 200. Dieses weist das Substrat 110 und das Mehrschichtspiegelsystem 150 der 1 auf. Zusätzlich ist jedoch zwischen dem Substrat 110 und dem MLM 150 eine ferroelektrische Schicht 240 angeordnet. In einer alternativen Ausführungsform kann die ferroelektrische Schicht 240 innerhalb des Mehrschichtspiegelsystems 150 angeordnet werden, beispielsweise etwa in der Mitte des MLMs 150 (in der 2 nicht dargestellt). Es ist ferner denkbar, eine erste ferroelektrische Schicht 240, wie in der 2 gezeigt, anzuordnen und eine zweite ferroelektrische Schicht in dem MLM 150 anzubringen (ebenfalls in der 2 nicht dargestellt). The 2 represents the optical element 200 , This has the substrate 110 and the multi-layer mirror system 150 of the 1 on. In addition, however, is between the substrate 110 and the MLM 150 a ferroelectric layer 240 arranged. In an alternative embodiment, the ferroelectric layer 240 within the multi-layer mirror system 150 be arranged, for example, approximately in the middle of the MLMs 150 (in the 2 not shown). It is also conceivable, a first ferroelectric layer 240 , like in the 2 to arrange and a second ferroelectric layer in the MLM 150 to be attached (also in the 2 not shown).
Ferroelektrische Materialien haben die Eigenschaft, dass sich elektrische Dipole innerhalb eines Kristallgitters durch die Verschiebung von Atomen des Kristallgitters spontan ausrichten. Dies führt zu einer spontanen makroskopischen elektrischen Polarisation eines Ferroelektrikums. Im Rahmen dieser Anmeldung werden die Begriffe spontane Polarisation und elektrische Polarisation als Synonyme benutzt. Ferroelectric materials have the property that electric dipoles within a crystal lattice spontaneously align themselves by the displacement of atoms of the crystal lattice. This leads to a spontaneous macroscopic electrical polarization of a ferroelectric. In this application, the terms spontaneous polarization and electrical polarization are used as synonyms.
Die ferroelektrische Schicht 150 umfasst ein oder mehrere ferroelektrische Materialien, deren elektrische Polarisation durch Anlegen eines elektrischen Feldes an die ferroelektrische Schicht 150 verändert oder relativ zum elektrischen Feld ausgerichtet werden kann. Beispiele ferroelektrischer Materialien, die für eine ferroelektrischen Schicht 240 eingesetzt werden können, umfassen: Blei-Zirkonat-Titanat (Pb(ZrxTi1-x)O3) (PZT), Bariumtitanat (BaTiO3) (BTO), Lithimniobat (LiNbO3), Lithiumtantalat (LiTaO3), Strontium-Wismut-Tantalat (SrBi2Ta2O9) (SBT), Wismuttitanat (Bi4TiO12) (BIT), Wismut-Lanthan-Titanat (Bi4-xLaxTi3O12) (BLT), Wismut-Titanat-Niobat (Bi3TiNbO9) (BTN), Strontiumtitanat (SrTiO3) (STO), Barium-Strontium-Titanat (BaxSr1-xTiO3) (BST), Natriumnitrit (NaNO2), Kalium-Natrium-Tartrat-Tetrahydrat (KNaC4O6·4H2O). Ferner können hexagonale Manganate RMnO3 mit R = Yttrium (Y), Scandium (Sc), Indium (In), Erbium (Er), Holmium (Ho), Thulim (Tm), Ytterbium (Yb) und Luthenium (Lu) eingesetzt werden. Schließlich kann die ferroelektrische Schicht 150 eines oder mehrere der organischen ferroelektrischen Materialien umfassen: Polyvinylidenfluorid (PVDF), das Copolymer Poly(vinylidenfluorid-trifluoroethylen (P(VDF-TrFE)), Triglycinsulfat (CH2NH2COOH)3·H2SO4) (TGS) und 1,1-Di(carboxymethyl)cyclohexan. The ferroelectric layer 150 includes one or more ferroelectric materials, their electrical polarization by applying an electric field to the ferroelectric layer 150 changed or can be aligned relative to the electric field. Examples of ferroelectric materials used for a ferroelectric layer 240 can be used include: lead zirconate titanate (Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 ) (PZT), barium titanate (BaTiO 3 ) (BTO), lithimniobate (LiNbO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ), strontium Bismuth tantalate (SrBi 2 Ta 2 O 9 ) (SBT), bismuth titanate (Bi 4 TiO 12 ) (BIT), bismuth lanthanum titanate (Bi 4-x La x Ti 3 O 12 ) (BLT), bismuth Titanate niobate (Bi 3 TiNbO 9 ) (BTN), strontium titanate (SrTiO 3 ) (STO), barium strontium titanate (Ba x Sr 1-x TiO 3 ) (BST), sodium nitrite (NaNO 2 ), potassium sodium Tartrate tetrahydrate (KNaC 4 O 6 .4H 2 O). Furthermore, hexagonal manganates RMnO 3 with R = yttrium (Y), scandium (Sc), indium (In), erbium (Er), holmium (Ho), thulim (Tm), ytterbium (Yb) and luthenium (Lu) can be used , Finally, the ferroelectric layer 150 one or more of the organic ferroelectric materials include: polyvinylidene fluoride (PVDF), the copolymer poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene (P (VDF-TrFE)), triglycine sulfate (CH 2 NH 2 COOH) 3 .H 2 SO 4 ) (TGS), and 1 , 1-di (carboxymethyl) cyclohexane.
Die Dicke der ferroelektrischen Schicht 240, die zum Kompensieren eines topographischen Defekts benötigt wird, hängt von der Höhe des Defekts und der Dicke des MLMs 150 ab. Ferner haben die Größe der ferro- elektrischen Verzerrungskoeffizienten Einfluss auf die Dicke der ferroelektrischen Schicht 240. Bei der oben angegebenen beispielhaften Dicke des MLMs 150 liegt die Dicke der ferroelektrischen Schicht typischerweise im Bereich 100 nm bis 500 nm. In der in der 2 angegebenen ferroelektrischen Schicht 240 wie auch in den nachfolgend beschriebenen Beispielen weisen die ferroelektrische Schicht im Wesentlichen eine Dicke von 300 nm auf. The thickness of the ferroelectric layer 240 , which is needed to compensate for a topographic defect, depends on the height of the defect and the thickness of the MLM 150 from. Further, the size of the ferroelectric distortion coefficients influence the thickness of the ferroelectric layer 240 , With the exemplary thickness of the MLM given above 150 For example, the thickness of the ferroelectric layer is typically in the range of 100 nm to 500 nm 2 specified ferroelectric layer 240 As in the examples described below, the ferroelectric layer essentially has a thickness of 300 nm.
Das Diagramm 300 der 3 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine isolierte ferroelektrische Schicht 240. Diese kann die Zusammensetzung der ferroelektrischen Schicht 240 des optischen Elements 200 der 2 aufweisen. Im Ausgangszustand weist die ferroelektrische Schicht 240 eine spontane makroskopische Polarisation auf, die über die Schicht hinweg gleichförmig oder homogen ist. Dies ist in der 3 durch die Pfeile 350 symbolisiert. Die Richtung der spontanen Polarisation 350 wird durch die kristalline Symmetrie des Materials der ferroelektrischen Schicht 240 bestimmt. Im Folgenden werden die ferroelektrischen Schichten so hergestellt, dass die spontane Polarisation 350 im Wesentlichen parallel zur Richtung der Tiefe oder Dicke der ferroelektrischen Schicht 240 weist. The diagram 300 of the 3 schematically shows a section through an insulated ferroelectric layer 240 , This can be the composition of the ferroelectric layer 240 of the optical element 200 of the 2 exhibit. In the initial state, the ferroelectric layer 240 a spontaneous macroscopic polarization which is uniform or homogeneous throughout the layer. This is in the 3 through the arrows 350 symbolizes. The direction of spontaneous polarization 350 is due to the crystalline symmetry of the material of the ferroelectric layer 240 certainly. In the following, the ferroelectric layers are made so that the spontaneous polarization 350 substantially parallel to the direction of depth or thickness of the ferroelectric layer 240 has.
Durch Erzeugen eines elektrischen Feldes in der ferroelektrischen Schicht 240, dessen Richtung antiparallel zur Richtung der spontanen Polarisation 350 weist, mit einer Feldstärke, die größer als ein Materialspezifischer Schwellenwert ist, der Koerzitiv-Feldstärke genannt wird, kann ein Bereich oder eine Domäne innerhalb der ferroelektrischen Schicht erzeugt werden, deren Polarisation im Wesentlichen antiparallel zur spontane Polarisation der übrigen ferroelektrischen Schicht ist. Das Diagramm 400 der 4 veranschaulicht schematisch das lokale Umpolen der elektrischen Polarisation 455 durch die elektrisch leitende Spitze 410 eines Rasterkraftmikroskops oder einer ähnlichen Scaneinrichtung, die mit hinreichender Auflösung die leitfähige Spitze 410 positionieren kann. In dem in der 4 dargestellten Beispiel weist die elektrisch leitfähige Spitze 410, die über den Hebelarm oder Cantilever 420 mit dem oder den Stellelementen des Rasterkraftmikroskops oder einer ähnlichen Vorrichtung verbunden ist, ein positives Potential auf. Das positive Potential der leitfähigen Spitze 410 erzeugt in der ferroelektrischen Schicht 240 ein inhomogenes elektrisches Feld, das in der 4 schematisch durch die gestrichelten Feldlinien 430 angedeutet ist. Falls die elektrische Feldstärke 430 unterhalb der Spitze 410 die Materialspezifische Koerzitiv-Feldstärke überschreitet, wird die elektrische Polarisation 455 unterhalb der Spitze 410 lokal umgepolt. By generating an electric field in the ferroelectric layer 240 whose direction is antiparallel to the direction of spontaneous polarization 350 For example, with a field strength greater than a material-specific threshold called coercive field strength, an area or domain may be created within the ferroelectric layer whose polarization is substantially antiparallel to the spontaneous polarization of the remainder of the ferroelectric layer. The diagram 400 of the 4 schematically illustrates the local polarity reversal of the electrical polarization 455 through the electrically conductive tip 410 an atomic force microscope or similar scanning device, with sufficient resolution, the conductive tip 410 can position. In the in the 4 Example shown has the electrically conductive tip 410 that over the lever arm or cantilever 420 is connected to the one or more actuators of the atomic force microscope or a similar device, a positive potential. The positive potential of the conductive tip 410 generated in the ferroelectric layer 240 an inhomogeneous electric field that exists in the 4 schematically by the dashed field lines 430 is indicated. If the electric field strength 430 below the top 410 exceeds the material-specific coercive field strength, the electric polarization 455 below the top 410 locally reversed.
Die dazu benötigte elektrische Feldstärke ist zum einen von der Dicke d der ferroelektrischen Schicht 240 und zum anderen von dem ferroelektrischen Material selber abhängig. Typische Koerzitiv-Feldstärken liegen im Bereich von 1 kV/mm bis 30 kV/mm und weisen bevorzugt Zahlenwerte im Bereich von 10 kV/mm bis 20 kV/mm auf.The required electric field strength is on the one hand by the thickness d of the ferroelectric layer 240 and depending on the ferroelectric material itself. Typical coercive field strengths are in the range of 1 kV / mm to 30 kV / mm and preferably have numerical values in the range of 10 kV / mm to 20 kV / mm.
In dem in der 4 dargestellten Beispiel ist an der Unterseite der ferroelektrischen Schicht 240 eine Elektrodenschicht aufgebracht, die als elektrische Äquipotentialfläche für das in der ferroelektrischen Schicht erzeugte elektrische Feld 430 wirkt (in der 4 nicht gezeigt).In the in the 4 Example shown is at the bottom of the ferroelectric layer 240 an electrode layer is applied, which serves as electrical equipotential surface for the electric field generated in the ferroelectric layer 430 acts (in the 4 Not shown).
Wie in der 5 schematisch dargestellt ist, bildet sich im Bereich unterhalb der Spitze 410 des Rasterkraftmikroskops eine Domäne 560 aus, deren elektrische Polarisation 555 antiparallel zu der spontanen elektrischen Polarisation 350 der übrigen ferroelektrischen Schicht 240 ist. Die Domäne 560 wird durch die Domänenwände 570 begrenzt. Die Dicke der Domänenwände 570 liegt typischerweise im einstelligen Nanometerbereich. Die minimalen lateralen Abmessungen der Domäne 560 sind zum einen Material abhängig und werden zum anderen durch den Krümmungsradius der leitfähigen Spitze 410 des Rasterkraftmikroskops bestimmt sowie durch den Abstand der Spitze 410 von der ferroelektrischen Schicht 240. Like in the 5 is shown schematically forms in the area below the top 410 the atomic force microscope a domain 560 out, whose electrical polarization 555 antiparallel to the spontaneous electrical polarization 350 the remaining ferroelectric layer 240 is. The domain 560 is through the domain walls 570 limited. The thickness of the domain walls 570 is typically in the single-digit nanometer range. The minimal lateral dimensions of the domain 560 are on the one hand material dependent and on the other by the radius of curvature of the conductive tip 410 of the atomic force microscope and determined by the distance of the tip 410 from the ferroelectric layer 240 ,
Durch Rastern der Spitze 410 des Rasterkraftmikroskops oder einer ähnlichen Vorrichtung über die Oberfläche der ferroelektrischen Schicht 540 kann eine beliebig geformte Fläche auf der Oberfläche der ferroelektrischen Schicht 540 generiert werden, deren Polarisation 555 antiparallel zur spontanen Polarisation 350 der übrigen ferroelektrischen Schicht 540 ausgerichtet ist. Da die in dem optischem Element 200 eingesetzte ferroelektrische Schicht 240 sehr dünn ist (im Bereich weniger 100 nm), kann sich die Domäne 560 durch die gesamte Dicke d der ferroelektrischen Schicht 240, 540 in Abhängigkeit von der angelegten Feldstärke und der Zeitdauer der Einwirkung des elektrischen Feldes ausbilden. Der Krümmungsradius der leitfähigen Spitze 410 kann in den Bereich von etwa 10 nm reichen, so dass Domänen mit lateralen Abmessungen mit diesem Durchmesser erzeugt werden können. By rasterizing the tip 410 the atomic force microscope or similar device over the surface of the ferroelectric layer 540 may be an arbitrarily shaped surface on the surface of the ferroelectric layer 540 be generated, their polarization 555 antiparallel to spontaneous polarization 350 the remaining ferroelectric layer 540 is aligned. As in the optical element 200 used ferroelectric layer 240 is very thin (in the range less than 100 nm), the domain may be 560 through the entire thickness d of the ferroelectric layer 240 . 540 depending on the applied field strength and the duration of the action of the electric field. The radius of curvature of the conductive tip 410 can range in the range of about 10 nm, so that domains with lateral dimensions of this diameter can be generated.
Ein wichtiger Vorteil der beschriebenen ferroelektrischen Schicht 540 ist es, dass das lokale Umpolen der elektrischen Polarisation 555 reversibel ist. Deshalb kann eine nicht oder nur teilweise erfolgreiche Defektkompensation in einem zweiten Schritt verbessert werden, bei dem die lateralen Abmessungen der erzeugten Domäne 560 besser an die Topographie eines detektierten Defekts angepasst werden. In einem alternativen Prozess kann die erzeugte Domäne 560 wieder in ihren Ausgangszustand gesetzt werden und die Defektkorrektur kann, von diesem Zustand ausgehend, erneut gestartet werden (in der 5 nicht dargestellt). An important advantage of the described ferroelectric layer 540 it is that local polarity reversal of electric polarization 555 is reversible. Therefore, a failure or only partially successful defect compensation can be improved in a second step, wherein the lateral dimensions of the generated domain 560 be better adapted to the topography of a detected defect. In an alternative process, the generated domain 560 be reset to its initial state and the defect correction can, starting from this state, be restarted (in the 5 not shown).
Falls eine ferroelektrische Schicht eines speziellen ferroelektrischen Materialsystems im Ausgangszustand unterhalb der ferroelektrischen Curie-Temperatur keine makroskopische elektrische Polarisation aufweist, d.h. die Richtungen der Polarisation innerhalb der einzelnen Domänen statistisch verteilt sind, führt das inhomogene von der Spitze 410 des Rasterkraftmikroskops erzeugte elektrische Feld 430 trotzdem zu einer Ausbildung einer lokalen Domäne 560 mit einer ausgerichteten lokalen elektrischen Polarisation (in der 5 nicht gezeigt). If a ferroelectric layer of a specific ferroelectric material system in the initial state below the Curie ferroelectric temperature has no macroscopic electrical polarization, ie, the directions of polarization within the individual domains are statistically distributed, the inhomogeneous leads from the top 410 the atomic force microscope generated electric field 430 nevertheless to a training of a local domain 560 with an aligned local electrical polarization (in the 5 Not shown).
Das Diagramm 600 des oberen Teils der 6 gibt nochmals die ferroelektrische Schicht 540 der 5 wieder. An die ferroelektrische Schicht 540 ist kein elektrisches Feld angelegt, d.h. E = 0. Das Diagramm 650 des unteren Teils der 6 illustriert die ferroelektrische Schicht 640 nach Anlegen einer elektrischen Spannung an deren Oberseite und Unterseite. Vor dem Anlegen einer elektrischen Spannung an die ferroelektrische Schicht 640 werden auf deren Unterseite und Oberseite dünne Elektrodenschichten angebracht (in der 6 nicht gezeigt). Die Richtung des elektrischen Feldes, das sich in der ferroelektrischen Schicht 640 nach Anlegen der entsprechenden Spannung ausbildet, ist durch den Pfeil 620 angegeben. Die Länge des Pfeiles 620 symbolisiert den Betrag der elektrischen Feldstärke in der ferroelektrischen Schicht 640. In dem Bereich der ferroelektrischen Schicht 640, in dem die spontane Polarisation 660 und die elektrische Feldstärke 620 im Wesentlichen parallel sind, dehnt sich das Material in der Polarisationsrichtung durch die Wirkung des inversen Piezoeffekts aus. Hingegen kontrahiert sich das ferroelektrische Material in der Domäne 560, in der die elektrische Feldstärke 620 und die lokale elektrische Polarisation 665 antiparallel zueinander stehen ebenfalls als Folge des inversen Piezoeffekts. The diagram 600 of the upper part of the 6 again gives the ferroelectric layer 540 of the 5 again. To the ferroelectric layer 540 If no electric field is applied, ie E = 0. The diagram 650 of the lower part of the 6 illustrates the ferroelectric layer 640 after applying an electrical voltage at its top and bottom. Before applying an electrical voltage to the ferroelectric layer 640 On the bottom and top of thin electrode layers are mounted (in the 6 Not shown). The direction of the electric field, which is in the ferroelectric layer 640 is formed by applying the appropriate voltage is indicated by the arrow 620 specified. The length of the arrow 620 symbolizes the amount of electric field strength in the ferroelectric layer 640 , In the area of the ferroelectric layer 640 in which the spontaneous polarization 660 and the electric field strength 620 are substantially parallel, the material expands in the direction of polarization by the effect of the inverse piezoelectric effect. On the other hand, the ferroelectric material contracts in the domain 560 in which the electric field strength 620 and the local electrical polarization 665 antiparallel to each other are also due to the inverse piezo effect.
Falls an die ferroelektrische Schicht 540 eine Spannung angelegt wird, die ein elektrisches Feld erzeugt, dessen Richtung umgekehrt zu der des Diagramms 650 gerichtet ist, dehnt sich das Material der ferroelektrischen Schicht 540 im Bereich der Domäne 560 aus, während die Dicke des Bereichs der ferroelektrischen Schicht 540, der die ursprüngliche spontane Polarisation 350 aufweist, eine Kontraktion erfährt. Die in der 6 dargestellte ferroelektrische Schicht 640 ermöglicht somit lokale Abweichungen der Dicke des Substrats 110 zu kompensieren, die nach oben und unten von einer vorgegebenen Solldicke abweichen.If to the ferroelectric layer 540 a voltage is applied which generates an electric field whose direction is reversed to that of the diagram 650 is directed, the material of the ferroelectric layer expands 540 in the domain 560 while the thickness of the region of the ferroelectric layer 540 who is the original one spontaneous polarization 350 has a contraction experiences. The in the 6 shown ferroelectric layer 640 thus allows local variations in the thickness of the substrate 110 to compensate, which deviate up and down from a predetermined target thickness.
Die an die ferroelektrische Schicht 640 angelegte Spannung liegt beispielsweise im Bereich von einigen Volt und ist abhängig von dem Material oder der Materialzusammensetzung der ferroelektrischen Schicht 640. Die elektrische Spannung sollte so gewählt werden, dass das in der ferroelektrischen Schicht 640 erzeugte elektrische Feld die Abmessungen der Domäne 560 und damit deren Polarisation 555 nicht permanent verändern kann. Die relative Dickenänderung derzeitiger ferroelektrischer Materialien liegt im Promillebereich, so dass sich die Dicke der piezoelektrischen Schicht 640 in dem hier beschriebenen Beispiel (d ≈ 300 nm) im Bereich unterhalb eines Nanometers ändert. Durch Erhöhen der Schichtdicke und/oder mit dem Verfügbarwerden von ferroelektrischen Materialien mit größeren piezoelastischen Koeffizienten lassen sich Änderungen in der Dicke ferroelektrischer Schichten im Bereich von einigen Nanometern erreichen.The to the ferroelectric layer 640 applied voltage is for example in the range of a few volts and is dependent on the material or the material composition of the ferroelectric layer 640 , The electrical voltage should be chosen so that in the ferroelectric layer 640 generated electric field the dimensions of the domain 560 and thus their polarization 555 can not change permanently. The relative change in thickness of current ferroelectric materials is in the thousandths, so that the thickness of the piezoelectric layer 640 in the example described here (d ≈ 300 nm) in the range below one nanometer changes. By increasing the layer thickness and / or by providing ferroelectric materials with larger piezoelectric coefficients, changes in the thickness of ferroelectric layers in the range of several nanometers can be achieved.
Die 7 repräsentiert ein optisches Element 700 mit dem Substrat 110 der 1 und 2. Auf das Substrat 110 wird eine dünne Elektrodenschicht 710 abgeschieden. Auf dieser wird die ferroelektrische Schicht 740 angeordnet. Diese wird durch einen chemischen Abscheideprozess (CVD, chemical vapor deposition) auf die Elektrode 710 aufgedampft. An der Oberseite der ferroelektrischen Schicht 740 wird wiederum eine dünne Elektrodenschicht 720 abgeschieden. The 7 represents an optical element 700 with the substrate 110 of the 1 and 2 , On the substrate 110 becomes a thin electrode layer 710 deposited. On this the ferroelectric layer becomes 740 arranged. This is by a chemical deposition process (CVD, chemical vapor deposition) on the electrode 710 evaporated. At the top of the ferroelectric layer 740 in turn becomes a thin electrode layer 720 deposited.
Die Elektrodenschichten 710, 720 umfassen ein Metall oder eine Metalllegierung. In dem in der 7 dargestellten Beispiel umfassen die Schichten 710 und 720 Ruthenium. Andere Metalle oder Metallverbindungen können ebenfalls eingesetzt werden, wie etwa Platin. Die beispielhaften Elektrodenschichten 710, 720 der 7 weisen eine Dicke im Bereich von einigen Nanometern auf und sind in dem hier diskutierten Beispiel einer ferroelektrischen Schicht vorzugsweise etwa 2 nm dick. The electrode layers 710 . 720 include a metal or a metal alloy. In the in the 7 The illustrated example includes the layers 710 and 720 Ruthenium. Other metals or metal compounds may also be used, such as platinum. The exemplary electrode layers 710 . 720 of the 7 have a thickness in the range of a few nanometers and are preferably about 2 nm thick in the example of a ferroelectric layer discussed here.
Zwischen der Elektrodenschicht 710 der ferroelektrischen Schicht 740 und dem Substrat 110 befindet sich in dem in der 7 dargestellten Beispiel ein Partikel 770 beispielsweise ein Staubkorn. Dadurch wölbt sich die ferroelektrische Schicht 740 im Bereich des durch das Partikel 770 hervorgerufenen Defekts 745. In dem in der 7 dargestellten Beispiel folgt der MLM 750 im Bereich des Defekts 745 der Aufwölbung der ferroelektrischen Schicht 740 des optischen Elements 700 und bildet an seiner äußeren Oberfläche eine Unebenheit aus. Die lokale Erhöhung des MLM 750 resultiert in einer Verringerung der aus diesem Bereich des MLM 750 reflektierten optischen Intensität und damit in einer Inhomogenität des reflektierten EUV Strahls.Between the electrode layer 710 the ferroelectric layer 740 and the substrate 110 is located in the in the 7 example shown a particle 770 for example, a speck of dust. As a result, the ferroelectric layer bulges 740 in the area of the particle 770 caused defect 745 , In the in the 7 The example follows the MLM 750 in the area of the defect 745 the bulge of the ferroelectric layer 740 of the optical element 700 and forms a bump on its outer surface. The local increase of the MLM 750 results in a reduction in this area of the MLM 750 reflected optical intensity and thus in an inhomogeneity of the reflected EUV beam.
Die 8 zeigt das optische Element 800, das dem optischen Element 700 der 7 entspricht, nachdem im Bereich des Partikels 770 oder des Defekts 745 in der ferroelektrischen Schicht 840 eine Domäne 860 mit Domänenwänden 870 erzeugt wurde. In der Domäne 860 ist die Polarisation 855 im Wesentlichen antiparallel zur spontanen Polarisation 350 der übrigen ferroelektrischen Schicht 840. Anhand der 19 und 20 wird unten diskutiert, wie die lokale Domäne 860 in dem optischen Element 700 generiert werden kann. The 8th shows the optical element 800 that the optical element 700 of the 7 matches, after in the area of the particle 770 or the defect 745 in the ferroelectric layer 840 a domain 860 with domain walls 870 was generated. In the domain 860 is the polarization 855 essentially antiparallel to spontaneous polarization 350 the remaining ferroelectric layer 840 , Based on 19 and Figure 20 is discussed below as the local domain 860 in the optical element 700 can be generated.
Das Diagramm 900 der 9 zeigt schematisch das optische Element 800 der 8 nach dem Anlegen einer Spannung an die Elektroden 710 und 720 der ferroelektrischen Schicht 940. Die Richtung des Pfeils 920 gibt die Richtung des elektrischen Feldstärkevektors an und seine Länge symbolisiert den Betrag der elektrischen Feldstärke. Wie bereits im Rahmen der Diskussion der 6 erläutert, führt das durch die angelegte Spannung erzeugte elektrische Feld 920 zu einer Vergrößerung der Dicke der ferroelektrischen Schicht 940 in den Bereichen, in denen die elektrische Feldstärke 920 und die elektrische Polarisation 950 der ferroelektrischen Schicht 940 in die gleiche Richtung zeigen. Andererseits resultiert eine antiparallele Ausrichtung von elektrischer Polarisation 955 und elektrischer Feldstärke 920 in der Domäne 860 in einer lokalen Verringerung der Dicke der ferroelektrischen Schicht 940. Die Kombination dieser beiden Effekte führt dazu, dass die durch das Partikel 770 hervorgerufene Aufwölbung des Mehrschichtspiegelsystems 750 zumindest zum Teil kompensiert werden kann. In der 9 weist der MLM 990 eine im Wesentlichen plane Oberfläche auf. The diagram 900 of the 9 schematically shows the optical element 800 of the 8th after applying a voltage to the electrodes 710 and 720 the ferroelectric layer 940 , The direction of the arrow 920 indicates the direction of the electric field strength vector and its length symbolizes the magnitude of the electric field strength. As already discussed in the discussion of 6 explains, the electric field generated by the applied voltage 920 to increase the thickness of the ferroelectric layer 940 in the areas where the electric field strength 920 and the electrical polarization 950 the ferroelectric layer 940 pointing in the same direction. On the other hand, an antiparallel alignment of electrical polarization results 955 and electric field strength 920 in the domain 860 in a local reduction in the thickness of the ferroelectric layer 940 , The combination of these two effects causes that through the particle 770 caused bulge of the multilayer mirror system 750 at least partially compensated. In the 9 indicates the MLM 990 a substantially planar surface.
In dem in der 7 dargestellten Beispiel resultiert die Unebenheit des MLM 750 aus einem Partikel 770, der auf dem Substrate 110 eines optischen Elements 700 vor dem Anbringen der ferroelektrischen Schicht 740 auf dem Substrate 110 vorhanden ist. Es ist auch möglich, dass ein Partikel zwischen die ferroelektrische Schicht 740 und dem Mehrschichtspiegelsystem 750 am Beginn des Abscheidens des MLM 750 eingeschlossen wird (in der 7 nicht dargestellt). In the in the 7 As shown, the unevenness of the MLM results 750 from a particle 770 that on the substrates 110 an optical element 700 before attaching the ferroelectric layer 740 on the substrates 110 is available. It is also possible for a particle to be between the ferroelectric layer 740 and the multi-layer mirror system 750 at the beginning of the MLM exit 750 is included (in the 7 not shown).
Es kann ferner passieren, dass beim Aufbringen des MLM 750 ein oder mehrere Partikel innerhalb des MLM 750 eingeschlossen werden und in einer nicht planen Oberfläche des MLM 750 resultieren. Zudem kann der Fall eintreten, dass eine oder mehrere Schichten des MLM 750 eine lokale Variation ihrer Dicke aufweisen, die über ein zulässiges Maß hinausgehen. Die ferroelektrische Schicht 740 kann nach dem Erzeugen einer oder mehrerer Domänen 860 und dem Anlegen einer entsprechenden Spannung an deren Elektroden 710, 720 die beschriebenen Defekte des Mehrschichtspiegelsystems 750 korrigieren. Die beschriebenen Defekte des MLM 750 sind in der 7 nicht angegeben.It can also happen that when applying the MLM 750 one or more particles within the MLM 750 be included and in a non-planed surface of the MLM 750 result. In addition, the case may occur that one or more layers of the MLM 750 have a local variation in their thickness that exceeds an acceptable level. The ferroelectric layer 740 can after generating one or more domains 860 and applying a corresponding voltage to their electrodes 710 . 720 the described defects of the multilayer mirror system 750 correct. The described defects of the MLM 750 are in the 7 not specified.
Neben dem Auftreten von Partikeln und Defekten des MLM 750 kann auch das Substrat 110 des optischen Elements 700 Unebenheiten aufweisen. Diese können Kratzer oder lokale Vertiefungen (englisch: pits) sein oder in Form von lokalen Aufwölbungen (englisch: bumps) vorliegen. Die Abweichungen der Oberfläche des Substrats 110 von einer planen Fläche liegen typischerweise im Nanometerbereich. Unebenheiten in dieser Größe sind bei der Herstellung des Substrats 110 nur schwer vermeidbar.Besides the appearance of particles and defects of the MLM 750 can also be the substrate 110 of the optical element 700 Have unevenness. These may be scratches or local pits or in the form of local bulges (English: bumps). The deviations of the surface of the substrate 110 from a plane surface are typically in the nanometer range. Unevenness in this size is in the production of the substrate 110 difficult to avoid.
Die 10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein optisches Element 1000, dessen Substrat 1010 einen Kratzer in Form einer lokalen Vertiefung 1070 aufweist. Die ferroelektrische Schicht 1040, die eine spontane makroskopische Polarisation 350 aufweist, folgt im Wesentlichen der lokalen Vertiefung 1070. Der auf der ferroelektrischen Schicht 1040 angeordnete MLM 1050 bildet in dem in der 10 dargestellten Beispiel die lokale Vertiefung 1070 des Substrats 1010 im Wesentlichen ohne Änderung ab. The 10 shows a schematic cross section through an optical element 1000 , its substrate 1010 a scratch in the form of a local depression 1070 having. The ferroelectric layer 1040 that has a spontaneous macroscopic polarization 350 essentially follows the local depression 1070 , The on the ferroelectric layer 1040 arranged MLM 1050 forms in the in the 10 illustrated example, the local depression 1070 of the substrate 1010 essentially without change.
Die 11 gibt das optische Element 1000 der 10 wieder, nachdem im Bereich der Vertiefung 1070 des Substrats 1010 eine Domäne 1160 erzeugt wurde, indem im Bereich der Domäne 1160 die Richtung der Polarisation 1155 relativ zur spontanen Polarisation 350 der übrigen ferroelektrischen Schicht 1140 umgedreht wurde. An den Elektroden 710 und 720 der ferroelektrischen Schicht 1140 liegt keine Spannung an; d.h. E = 0. The 11 gives the optical element 1000 of the 10 again, after in the area of the recess 1070 of the substrate 1010 a domain 1160 was created by in the domain 1160 the direction of polarization 1155 relative to spontaneous polarization 350 the remaining ferroelectric layer 1140 was turned around. At the electrodes 710 and 720 the ferroelectric layer 1140 there is no voltage; ie E = 0.
Die 12 repräsentiert das optische Element 1100 der 11 nach Anlegen einer Spannung an die Elektroden 710, 720 der ferroelektrischen Schicht 1240. Die Polarität der elektrischen Spannung ist so gewählt, dass das durch die angelegte Spannung erzeugte elektrische Feld im Bereich der Domäne 1160 im Wesentlichen parallel deren Polarisation 1255 ist und die spontane Polarisation 350 der ferroelektrischen Schicht 1240 parallel zum Feldstärkevektor 1220 des elektrischen Feldes steht. Dadurch expandiert sich das Material der ferroelektrischen Schicht 1240 im Bereich der Domäne 1160, wohingegen die ferroelektrische Schicht 1240 im Bereich der spontanen Polarisation 350 eine Verringerung ihrer Dicke erfährt. Durch eine entsprechende Wahl des Zahlenwerts der an die Elektroden 710 und 720 angelegten Spannung kann die Verformung des MLM 1050 zumindest zum Teil kompensiert werden. In dem in der 12 dargestellten schematischen Beispiel wird die Unebenheit des MLM 1290 durch das elektrische Feld 1220 in der ferroelektrischen Schicht 1240 optimal kompensiert. Wie oben bei der Diskussion der 9 ausgeführt, bleibt die an die Elektroden angelegte Spannung unterhalb des Zahlenwerts der in der ferroelektrischen Schicht 1240 ein elektrisches Feld im Bereich der Koerzitiv-Feldstärke erzeugen würde.The 12 represents the optical element 1100 of the 11 after applying a voltage to the electrodes 710 . 720 the ferroelectric layer 1240 , The polarity of the electrical voltage is chosen so that the electric field generated by the applied voltage in the domain 1160 essentially parallel to their polarization 1255 is and the spontaneous polarization 350 the ferroelectric layer 1240 parallel to the field strength vector 1220 of the electric field. As a result, the material of the ferroelectric layer expands 1240 in the domain 1160 whereas the ferroelectric layer 1240 in the field of spontaneous polarization 350 undergoes a reduction in its thickness. By an appropriate choice of the numerical value of the electrodes 710 and 720 applied stress can be the deformation of the MLM 1050 be at least partially compensated. In the in the 12 The schematic example shown is the unevenness of the MLM 1290 through the electric field 1220 in the ferroelectric layer 1240 optimally compensated. As discussed above in the discussion of 9 The voltage applied to the electrodes remains below the numerical value of that in the ferroelectric layer 1240 generate an electric field in the range of coercive field strength.
Falls die spontane Polarisation 350 der ferrroelektrischen Schicht 1040 in Richtung auf das Substrat 1010 gerichtet ist, wird die lokalen Polarisation 1155 der Domäne 1160 antiparallel zur spontanen Polarisation 350 der übrigen ferroelektrischen Schicht 1040 ausgerichtet. Der im Rahmen der Diskussion der 12 diskutierte Effekt tritt dann auf, wenn der elektrische Feldstärkevektor antiparallel zum Feldstärkevektor 1220 der 12 gerichtet ist.If the spontaneous polarization 350 the ferromagnetic layer 1040 towards the substrate 1010 is directed, the local polarization 1155 the domain 1160 antiparallel to spontaneous polarization 350 the remaining ferroelectric layer 1040 aligned. The in the context of the discussion of 12 The effect discussed then occurs when the electric field strength vector is antiparallel to the field strength vector 1220 of the 12 is directed.
In dem in der 10 angegebenen beispielhaften optischen Element 1000 weist dessen Substrat 1010 eine lokale Vertiefung 1070 auf. Die ferroelektrische Schicht 1040 des optischen Elements 1000 kann auch eine oder mehrere lokale Aufwölbungen oder bumps des Substrats 1010 kompensieren. Wie im Zusammenhang mit der Diskussion der 11 beschrieben, wird eine lokale Domäne erzeugt, deren Polarisation antiparallel zu spontanen Polarisation der übrigen ferroelektrischen Schicht 1040 gerichtet ist und deren Oberflächenkontur die lateralen Dimensionen der lokalen Aufwölbung nachbildet. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden 710 und 720 mit entsprechender Polarität verringert sich die Dicke der ferroelektrischen Schicht 1040 im Bereich der Aufwölbung des Substrats 1010, wohingegen sich die Dicke der übrigen ferroelektrischen Schicht 1040 vergrößert. Dadurch wird die Unebenheit des MLM 1050 kompensiert, die durch die Aufwölbung des Substrats 1010 hervorgerufen wurde (vgl. 9). Bei einer lokalen Aufwölbung des Substrats 1010 erzeugt eine im Vergleich zur 12 umgekehrte Spannung ein elektrisches Feld, dessen Feldstärkevektor antiparallel zur Richtung des elektrischen Feldes 1220 der 12 weist.In the in the 10 given exemplary optical element 1000 has its substrate 1010 a local depression 1070 on. The ferroelectric layer 1040 of the optical element 1000 can also have one or more local bulges or bumps of the substrate 1010 compensate. As related to the discussion of 11 described, a local domain is generated whose polarization antiparallel to spontaneous polarization of the remaining ferroelectric layer 1040 is directed and whose surface contour replicates the lateral dimensions of the local bulge. By applying an electrical voltage to the electrodes 710 and 720 with appropriate polarity, the thickness of the ferroelectric layer decreases 1040 in the area of the bulge of the substrate 1010 whereas the thickness of the remainder of the ferroelectric layer 1040 increased. This will reduce the bumpiness of the MLM 1050 compensated by the bulge of the substrate 1010 was caused (cf. 9 ). For a local bulge of the substrate 1010 produces one compared to 12 reverse voltage an electric field whose field strength vector is in anti-parallel to the direction of the electric field 1220 of the 12 has.
Die ferroelektrische Schicht 750, 1050 kann dazu verwendet werden gleichzeitig Defekte des Substrats 110, 1010 und des MLM 750, 1050 zu kompensieren (in den 10 bis 12 nicht dargestellt). The ferroelectric layer 750 . 1050 can be used at the same time defects of the substrate 110 . 1010 and the MLM 750 . 1050 to compensate (in the 10 to 12 not shown).
Bei einer nicht ausreichenden Kompensation der Defekte 745, 1070 und den dadurch bedingten verbliebenen Topographiedefekten des MLM 750, 1050 können die lateralen Abmessungen der Domäne 860, 1160 in einem zweiten Schritt angepasst werden, um die verbliebenen Defekte zu einem größeren Ausmaß zu kompensieren. In einer alternativen Vorgehensweise kann die elektrische Polarisation 855, 1155 der Domäne 860, 1160 in ihren Ausgangszustand zurückgesetzt werden. In einem zweiten Versuch kann eine Domäne 860, 1160 mit geänderten lateralen Abmessungen erzeugt werden. Mit Hilfe der soeben beschriebenen Prozesse kann ferner auf das Feststellen eines geänderten und/oder das Auftreten eines oder mehrerer neuer Topographiedefekte des MLM 750, 1050 während des Betriebs des optischen Elements 700, 1000 reagiert werden. In case of insufficient compensation of the defects 745 . 1070 and the consequent remaining topography defects of the MLM 750 . 1050 can be the lateral dimensions of the domain 860 . 1160 be adjusted in a second step to compensate for the remaining defects to a greater extent. In an alternative approach, the electrical polarization 855 . 1155 the domain 860 . 1160 in your Initial state can be reset. In a second attempt can be a domain 860 . 1160 be produced with changed lateral dimensions. With the aid of the processes just described, it is also possible to determine a changed and / or the occurrence of one or more new topography defects of the MLM 750 . 1050 during operation of the optical element 700 . 1000 be reacted.
Die 13 zeigt eine Transmissionselektronenmikroskop-Aufnahme 1300 eines Ausschnitts eines optischen Elements mit einem Substrat 1310 und einem Mehrschichtspiegelsystem 1350. Das Substrat 1310 weist eine Vertiefung mit einer komplexen Topographie und damit eine komplexe Defektstruktur 1370 auf. The 13 shows a transmission electron micrograph 1300 a section of an optical element with a substrate 1310 and a multi-layer mirror system 1350 , The substrate 1310 has a depression with a complex topography and thus a complex defect structure 1370 on.
Die 14 repräsentiert das simulierte Wachstum der MLM 1350 der 13, die auf dem Substrat 1310 mit dem komplexen Defekt 1370 abgeschieden wird. Das sukzessive Aufbringen der vielen Schichten der MLM 1350 auf dem Substrat 1310 verschleift die komplexe Topographie des Defekts 1370 des Substrats 1310 im Lauf des Schichtwachstums. Trotzdem resultiert der Substratdefekt 1370 an der äußeren Oberfläche des MLM 1350 in einer lokalen Eindellung. Damit einher geht eine aus diesem Bereich reflektierte optische Intensität, die von der des ungestörten Bereichs des MLM 1350 abweicht.The 14 represents the simulated growth of MLM 1350 of the 13 that on the substrate 1310 with the complex defect 1370 is deposited. The successive application of the many layers of the MLM 1350 on the substrate 1310 spoils the complex topography of the defect 1370 of the substrate 1310 in the course of the layer growth. Nevertheless, the substrate defect results 1370 on the outer surface of the MLM 1350 in a local dousing. This is accompanied by an optical intensity which is reflected from this region and that of the undisturbed region of the MLM 1350 differs.
Die 15 gibt das aus dem simulierten MLM Wachstum der 14 ermittelte Topographieprofil 1375 des Substratdefekts 1370 der 13 wieder. The 15 is the result of the simulated MLM growth of 14 determined topography profile 1375 the substrate defect 1370 of the 13 again.
Die 16 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein Substrat 1610, das den komplexen Topographiedefekt 1370 des Substrats 1310 der Fig. 13 aufweist. Auf das Substrat 1610 wird eine dünne Elektrodenschicht 710 aufgetragen. Die Dicke der Elektrodenschicht 710 liegt im Bereich einiger Nanometer, wie oben im Kontext der 7 diskutiert. Die Elektrodenschicht 710 folgt dem Topographiedefekt 1370 des Substrats 1610. Auf die Elektrodenschicht 710 wird eine ferroelektrische Schicht 1640 aufgebracht, die eine spontane elektrische Polarisation 350 aufweist, deren Richtung senkrecht von dem Substrat 1610 weg weist. The 16 schematically shows a cross section through a substrate 1610 that the complex topography defect 1370 of the substrate 1310 FIG. 13 having. On the substrate 1610 becomes a thin electrode layer 710 applied. The thickness of the electrode layer 710 is in the range of a few nanometers, as above in the context of 7 discussed. The electrode layer 710 follows the topography defect 1370 of the substrate 1610 , On the electrode layer 710 becomes a ferroelectric layer 1640 applied, which has a spontaneous electrical polarization 350 whose direction is perpendicular to the substrate 1610 points away.
Die Position und die Topographie des Defekts 1370 des Substrats 1610 sind beispielsweise aus der Transmissionselektronmikroskop-Aufnahme 1300 der 13 bekannt. Andere Messgeräte können ebenfalls zum Bestimmen der Topographie des Defekts 1370 eingesetzt werden, wie etwa ein Rasterelektronenmikroskop (SEM), eine Vorrichtung, die einen fokussierten Ionenstrahl (FIB) einsetzt und/oder ein Rasterkraftmikroskop. Bei Bedarf kann der auf dem Substrat 1310, 1610 abgeschiedene MLM 1370 simuliert werden, um die Auswirkung des Defekts 1370 auf den MLM 1370 zu analysieren. Mit diesem Wissen kann ein Rasterkraftmikroskop eingesetzt werden, um in der ferroelektrischen Schicht 1640 eine Domäne zu generieren, mit deren Hilfe der Defekt 1370 weitgehend kompensiert werden kann. The position and topography of the defect 1370 of the substrate 1610 are for example from the transmission electron micrograph 1300 of the 13 known. Other gauges may also be used to determine the topography of the defect 1370 can be used, such as a scanning electron microscope (SEM), a device using a focused ion beam (FIB) and / or an atomic force microscope. If necessary, it can be on the substrate 1310 . 1610 isolated MLM 1370 be simulated to the effect of the defect 1370 on the MLM 1370 analyze. With this knowledge, an atomic force microscope can be used to detect in the ferroelectric layer 1640 to generate a domain with whose help the defect 1370 can be largely compensated.
Die 17 zeigt die in der ferroelektrischen Schicht 1740 mittels eines Rasterkraftmikroskops erzeugte Domäne 1760. Wie in den 8 und 11 weist Polarisation 1755 in der Domäne 1760 in die entgegengesetzte Richtung der spontanen Polarisation 350 der übrigen ferroelektrischen Schicht 1760. Im Bereich der größten Vertiefung des Defekts 1370 durchdringt die erzeugte Domäne 1760 die ferroelektrische Schicht 1760 im Wesentlichen vollständig. In dem Teil des Defekts 1370, der eine geringere Tiefe aufweist, durchdringt die erzeugte Domäne 1760 die ferroelektrische Schicht 1760 nur zum Teil. Damit ändert sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden 710 und 710 der ferroelektrischen Schicht 1740 deren Dicke über den Bereich der Domäne 1760 hinweg nicht gleichmäßig. Insgesamt weist die ferroelektrische Schicht 1740 in Antwort auf ein elektrisches Feld drei Bereiche mit verschiedenen Dickenänderungen auf. The 17 shows that in the ferroelectric layer 1740 domain created by an atomic force microscope 1760 , As in the 8th and 11 has polarization 1755 in the domain 1760 in the opposite direction of spontaneous polarization 350 the remaining ferroelectric layer 1760 , In the area of the greatest depression of the defect 1370 penetrates the generated domain 1760 the ferroelectric layer 1760 essentially complete. In the part of the defect 1370 which has a smaller depth penetrates the generated domain 1760 the ferroelectric layer 1760 only partially. This changes when an electrical voltage is applied to the electrodes 710 and 710 the ferroelectric layer 1740 their thickness across the domain 1760 not evenly. Overall, the ferroelectric layer has 1740 in response to an electric field, three areas with different thickness changes.
Die Tiefe der Domäne 1760 kann mit Hilfe des Zahlenwerts der vom Rastersondenmikroskop erzeugten elektrischen Feldstärke 430 und mittels der Dauer der Einwirkung des elektrischen Feldes 430 auf die ferroelektrische Schicht 1740 eingestellt werden. The depth of the domain 1760 can with the help of the numerical value of the electric field strength generated by the scanning probe microscope 430 and by means of the duration of the action of the electric field 430 on the ferroelectric layer 1740 be set.
Auf die ferroelektrische Schicht 1740 wird nach der Generierung der Domäne 1760 eine zweite Elektrodenschicht 720 aufgebracht (in der 17 nicht gezeigt). Im nächsten Schritt wird durch Abscheiden eines Mehrschichtspiegels auf die zweite Elektrodenschicht 720 ein optisches Element 1800 hergestellt. On the ferroelectric layer 1740 will after the generation of the domain 1760 a second electrode layer 720 applied (in the 17 Not shown). In the next step, depositing a multi-layer mirror onto the second electrode layer 720 an optical element 1800 produced.
Die 18 zeigt das optische Element 1800, bei dem an die Elektroden 710 und 720 der ferroelektrischen Schicht 1840 eine elektrische Spannung anliegt. Das durch die Spannung in der ferroelektrischen Schicht 1840 bewirkte elektrische Feld 1820 weist eine Richtung auf, die im Wesentlichen parallel zur Polarisation 1755 der Domäne 1760 gerichtet ist und antiparallel zur spontanen Polarisation 350 der übrigen ferroelektrischen Schicht 1840 steht. Die elektrische Spannung führt in der ferroelektrischen Schicht 1840 insgesamt zu einer Dickenänderung, die die Auswirkung des komplexen Defekts 1370 des Substrats 1610 auf den Mehrschichtspiegel 1890 des optischen Elements 1800 zum großen Teil kompensiert. The 18 shows the optical element 1800 in which to the electrodes 710 and 720 the ferroelectric layer 1840 an electrical voltage is applied. That by the voltage in the ferroelectric layer 1840 effected electric field 1820 has a direction substantially parallel to the polarization 1755 the domain 1760 is directed and antiparallel to the spontaneous polarization 350 the remaining ferroelectric layer 1840 stands. The electrical voltage leads in the ferroelectric layer 1840 Overall, a change in thickness, the impact of the complex defect 1370 of the substrate 1610 on the multi-layer mirror 1890 of the optical element 1800 compensated in large part.
Es ist ein Vorteil der in dieser Anmeldung beschriebenen Defektkorrektur, dass die Kompensation von Defekten 1070, 1370 des Substrats 1010, 1310 bereits bei der Herstellung des optischen Elements 1000, 1800 vorbereitet werden kann. Während der Herstellung des optischen Elements 1000, 1800 ist die ferroelektrische Schicht 1040, 1640 für ein Rasterkraftmikroskop gut zugänglich, so dass eine dem Defekt 1070, 1370 angepasste Domäne 1060, 1760 in einfacher Weise erzeugt werden kann. It is an advantage of the defect correction described in this application that the compensation of defects 1070 . 1370 of the substrate 1010 . 1310 already in the production of the optical element 1000 . 1800 can be prepared. During the manufacture of the optical element 1000 . 1800 is the ferroelectric layer 1040 . 1640 Well accessible to an atomic force microscope, so that the defect 1070 . 1370 custom domain 1060 . 1760 can be generated in a simple manner.
Es ist jedoch das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Domäne und damit eine lokale Polarisationsänderung an einer ferroelektrischen Schicht 740, 1040, 1640 auszuführen, die in einem gefertigten optischen Element 700, 1000, 1800 integriert ist. Damit wird es möglich, nach der Detektion eines Topologiedefekts des Mehrschichtspiegelsystems 750, 1050, 1890 den Defekt gezielt, d.h. am Ort seines Auftretens, zu kompensieren. Anhand der folgenden 19 und 20 wird eine Methode aufgezeigt, die das Ausbilden einer Domäne an einem fertigen optischen Element 700, 1000, 1800 ermöglicht. However, it is the object of the present invention to provide a domain and thus a local polarization change on a ferroelectric layer 740 . 1040 . 1640 perform in a manufactured optical element 700 . 1000 . 1800 is integrated. This makes it possible, after the detection of a topology defect of the multi-layer mirror system 750 . 1050 . 1890 specifically to compensate for the defect, ie at the place of its occurrence. Based on the following 19 and 20 A method is shown which involves forming a domain on a finished optical element 700 . 1000 . 1800 allows.
Das Diagramm 1900 der 19 zeigt eine Monte-Carlo Simulation der Elektronenpropagation in dem optischen Element 200, 700, 1000, 1800 wenn die Elektronen 1935 mit einer Energie von 5 keV auf das Mehrschichtspiegelsystem 150, 750, 1050, 1890 geschossen werden. Die primären Elektronen 1935 und die sekundär erzeugten Elektronen dringen im Wesentlichen nicht bis in die ferroelektrische Schicht vor 240, 540, 740, 1040, 1640 ein, sondern werden im MLM 150, 750, 1050, 1890 gebremst. The diagram 1900 of the 19 shows a Monte Carlo simulation of the electron propagation in the optical element 200 . 700 . 1000 . 1800 when the electrons 1935 with an energy of 5 keV on the multi-layer mirror system 150 . 750 . 1050 . 1890 to be shot. The primary electrons 1935 and the secondarily generated electrons do not substantially penetrate into the ferroelectric layer 240 . 540 . 740 . 1040 . 1640 one, but be in the MLM 150 . 750 . 1050 . 1890 braked.
Das Diagramm 2000 der 20 zeigt eine Monte-Carlo Simulation der Elektronenpropagation im optischen Element 200, 700, 1000, 1800, wobei die Elektronen 2035 mit einer Energie von 15 keV auf den MLM 150, 750, 1050, 1890 auftreffen. Bei dieser Energie werden elektrische Ladungen in der ferroelektrischen Schicht 240, 540, 740, 1040, 1640 deponiert. Diese Ladungen können in der ferroelektrischen Schicht 240, 540, 740, 1040, 1640 ein elektrisches Feld mit ausreichender Feldstärke erzeugen, das die elektrische Polarisation 555, 855, 1155, 1755 in diesem Bereich lokal umpolen bzw. ausrichten kann. Damit kann mit Hilfe des Elektronenstrahls 2035 gezielt eine Domäne 560, 860, 1160, 1760 in der ferroelektrischen Schicht 240, 540, 740, 1040, 1640 hergestellt werden. The diagram 2000 of the 20 shows a Monte Carlo simulation of the electron propagation in the optical element 200 . 700 . 1000 . 1800 , where the electrons 2035 with an energy of 15 keV on the MLM 150 . 750 . 1050 . 1890 incident. At this energy, electric charges in the ferroelectric layer 240 . 540 . 740 . 1040 . 1640 landfilled. These charges can be in the ferroelectric layer 240 . 540 . 740 . 1040 . 1640 generate an electric field with sufficient field strength, which is the electrical polarization 555 . 855 . 1155 . 1755 can locally reverse or align in this area. This can be done with the help of the electron beam 2035 specifically a domain 560 . 860 . 1160 . 1760 in the ferroelectric layer 240 . 540 . 740 . 1040 . 1640 getting produced.
Aufgrund der statistischen Natur der Wechselwirkung der primären 2035 und der sekundären Elektronen mit den Elektronen und Atomen der Materialien des Mehrschichtspiegels 150, 750, 1050, 1890 und der ferroelektrischen Schicht 240, 540, 740, 1040, 1640 verringert sich die laterale Auflösung mit der die Domäne 560, 860, 1160, 1760 generiert werden kann im Vergleich zu einem direkt auf die ferroelektrische Schicht einwirkenden Rastersondenmikroskop (vgl. 4 und 17). Die lateralen Abmessungen der Elektronenpropagation in der ferroelektrischen Schicht 240, 540, 740, 1040, 1640 liegen für die in der 20 dargestellte beispielhafte Simulation im Bereich von etwa 1 mm. Due to the statistical nature of the interaction of the primary 2035 and the secondary electrons with the electrons and atoms of the materials of the multilayer mirror 150 . 750 . 1050 . 1890 and the ferroelectric layer 240 . 540 . 740 . 1040 . 1640 the lateral resolution decreases with the domain 560 . 860 . 1160 . 1760 can be generated in comparison to a scanning probe microscope acting directly on the ferroelectric layer (cf. 4 and 17 ). The lateral dimensions of the electron propagation in the ferroelectric layer 240 . 540 . 740 . 1040 . 1640 lie for in the 20 illustrated exemplary simulation in the range of about 1 mm.
Der Beschuss des MLMs 150, 750, 1050, 1890 mit einem fokussierten Ionenstrahl führt ebenfalls zum Erzeugen von elektrischen Ladungen (im Wesentlichen Elektronen mit verschiedener Energie) in der ferroelektrischen Schicht 240, 540, 740, 1040, 1640. Das damit in der ferroelektrischen Schicht 240, 540, 740, 1040, 1640 erzeugte elektrische Feld kann bei Überschreiten einer Material-abhängigen Schwellenfeldstärke – der Koerzitiv-Feldstärke – ebenfalls zum lokalen Umpolen der elektrischen Polarisation 555, 855, 1155, 1755 in einer Domäne 560, 860, 1160, 1760 eingesetzt werden. Dies bedeutet, anstelle eines Elektronenstrahls kann auch ein Ionenstrahl zum lokalen Einstellen elektrischen Polarisation 555, 855, 1155, 1755 innerhalb einer Domäne 560, 860, 1160, 1760 eingesetzt werden.The shelling of the MLM 150 . 750 . 1050 . 1890 with a focused ion beam also leads to the generation of electrical charges (essentially electrons of different energy) in the ferroelectric layer 240 . 540 . 740 . 1040 . 1640 , That in the ferroelectric layer 240 . 540 . 740 . 1040 . 1640 generated electric field can also exceed a material-dependent threshold field strength - the coercive field strength - for local polarity reversal of the electrical polarization 555 . 855 . 1155 . 1755 in a domain 560 . 860 . 1160 . 1760 be used. This means that instead of an electron beam can also be an ion beam for local setting electrical polarization 555 . 855 . 1155 . 1755 within a domain 560 . 860 . 1160 . 1760 be used.
Schließlich ist es denkbar, anstelle der oben beschriebenen Teilchenstrahlen auch ein Rasterkraftmikroskop zum Herstellen einer Domäne 560, 860, 1160, 1750 mit geänderter Polarisation 555, 855, 1155, 1755 in einer ferroelektrischen Schicht 240, 540, 740, 1040, 1640 eines optischen Elements 200, 700, 1000, 1800 einzusetzen, das ein Mehrschichtspiegelsystem 150, 750, 1050, 1890 aufweist. Indem ein Rasterkraftmikroskop mit einer Wechselspannung im MHz Frequenzbereich arbeitet, kann es eine dünne Elektrodenschicht 720 der ferroelektrischen Schicht 540, 740, 1040, 1640 durchdringen und eine Domäne 560, 860, 1160, 1750 mit einer vorgegebenen Polarisation generieren. Finally, it is conceivable, instead of the particle beams described above, an atomic force microscope for producing a domain 560 . 860 . 1160 . 1750 with changed polarization 555 . 855 . 1155 . 1755 in a ferroelectric layer 240 . 540 . 740 . 1040 . 1640 an optical element 200 . 700 . 1000 . 1800 which is a multi-layer mirror system 150 . 750 . 1050 . 1890 having. By operating an atomic force microscope with an alternating voltage in the MHz frequency range, it can be a thin electrode layer 720 the ferroelectric layer 540 . 740 . 1040 . 1640 penetrate and become a domain 560 . 860 . 1160 . 1750 generate with a given polarization.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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JP 2010034129 A [0006] JP 2010034129 A [0006]
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DE 102007028172 B3 [0007] DE 102007028172 B3 [0007]
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US 6821682 B1 [0008] US 6821682 B1 [0008]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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M. Bayraktar, W.A. Wessels, C.J. Lee, F.A. van Goor, G. Koster, G. Rijnders und F. Bijkerk beschreiben in dem Artikel „Active multilayer mirrors for reflectance tuning at extreme ultraviolet (EUV) wavelengths“, J. Phys. D: Appl. Phys. 45 (2012) 4940001 [0009] M. Bayraktar, WA Wessels, CJ Lee, FA van Goor, G. Koster, G. Rijnders and F. Bijkerk describe in the article "Active multilayer mirrors for reflectance tuning at extreme ultraviolet (EUV) wavelengths", J. Phys. D: Appl. Phys. 45 (2012) 4940001 [0009]
