DE102015208831A1

DE102015208831A1 - Verfahren zum Herstellen eines EUV-Moduls, EUV-Modul und EUV-Lithographiesystem

Info

Publication number: DE102015208831A1
Application number: DE102015208831.6A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schmehl
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2015-05-12
Filing date: 2015-05-12
Publication date: 2016-11-17
Also published as: TWI685389B; CN107531581B; WO2016180609A1; EP3295248A1; TW201639648A; CN107531581A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche (101) eines zum Einsatz in einem EUV-Lithographiesystem (500) vorgesehenen EUV-Submoduls (120, 130) aus einem keramischen Material (100). Zunächst wird metallisches Lot (114) vollflächig auf die Oberfläche (101) des keramischen Substrates (100) aufgebracht. Dann erfolgt eine thermische Behandlung zur Erzeugung eines Stoffschlusses (116) zwischen dem keramischen Material (100) und dem metallischen Lot (114). Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Herstellen eines EUV-Moduls (200). Hierzu werden mindestens zwei jeweils gemäß dem vorbeschriebenen Verfahren vollflächig beschichtete EUV-Submodule (120, 130) durch Löten oder Kleben gefügt. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein EUV-Submodul (120, 130) und ein EUV-Modul (200).

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines EUV-Moduls für ein EUV-Lithographiesystem, ein EUV-Modul sowie ein EUV-Lithographiesystem
Zur Herstellung von Halbleiterbauelementen werden unter anderem photolithographische Verfahren verwendet, bei denen das zu erzeugende Strukturmuster mit Hilfe einer Maske (Retikel) auf eine mit einer lichtempfindlichen Schicht beschichteten Funktionsschicht in verkleinerndem Maßstab projiziert und nach Entwicklung der photoempfindlichen Schicht mittels eines Ätzverfahrens in die Funktionsschicht übertragen wird. Die Herstellung immer feinerer Strukturen macht es erforderlich, für den Lithographieprozess Licht mit immer kleineren Wellenlängen einzusetzen. Aktuelle Lithographie-Verfahren arbeiten daher mit elektromagnetischer Strahlung bis in den Bereich des extrem ultravioletten Lichts (EUV). Als EUV-Strahlung wird elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen zwischen 30 nm und 5 nm, insbesondere mit 13,5 nm bezeichnet. EUV-Strahlung wird üblicherweise von Plasmaquellen oder als Synchrotron-Strahlung erzeugt. Da EUV-Strahlung von den meisten bekannten Materialien stark absorbiert wird, werden bei der EUV-Lithographie für die Projektionsbelichtungssysteme in der Regel reflektive Komponenten verwendet. Hierzu werden speziell ausgebildete Spiegelsysteme verwendet, welche die Strahlung in geeigneter Weise auf das Retikel lenken und anschließend auf einen gewünschten Bereich des Halbleiterwafers projizieren. Die bekannten EUV-Lithographiesysteme arbeiten dabei mit reflektiven Retikeln, welche entweder in Form einer reflektierenden Trägerschicht mit einer darauf angeordneten strukturierten Absorberschicht oder in Form einer absorbierenden Trägerschicht mit einer darauf angeordneten strukturierten Reflektionsschicht ausgebildet sind. Beim Abbilden der lithografischen Mikro- oder Nanostrukturen auf die Waferoberfläche wird meist nicht der gesamte Wafer belichtet, sondern lediglich ein schmaler Bereich. In der Regel werden stück- oder schlitzweise die Waferoberflächen belichtet. Dabei werden sowohl der Wafer wie auch das Retikel schrittweise abgescannt und parallel oder antiparallel zueinander bewegt.
Für die Projektionsoptiken von EUV-Lithographiesystemen werden Bauteile zur Aufnahme von insbesondere Sensoren aus modernen technischen Keramiken wie z.B. Siliziumcarbid (SiC) oder Silizium-infiltriertes Siliziumcarbid (Si:SiC) verwendet. Diese Materialien vereinen viele positive technologische Eigenschaften: Die hohe Steifigkeit, welche ein günstiges Schwingungsverhalten ergibt, die sehr gute Wärmeleitfähigkeit, die niedrige Wärmeausdehnung, die eine hohe Geometrietreue im Lastfall ergibt, und das geringe Gewicht. Die Herstellung der Strukturelemente erfolgt aus gesinterten Grünkörpern, die durch anschließendes Brennen bei hohen Temperaturen im Bereich von 1600°C verfestigt werden. Die so geschaffenen Keramikbauteile sind vergleichsweise geschlossen porig und weisen eine hohe Dichte auf. Dennoch sind diese Keramikbauteile im unbehandelten Zustand nicht in EUV-Systemen einsetzbar. Dies liegt zum einen daran, dass selbst nachträglich geschliffene oder sandgestrahlte Oberflächen zum Teil nur geringe Festigkeiten aufweisen und zu Partikelkontaminationen im EUV-Lithographiesystem führen können. Zudem sind bei großen keramischen Bauteilen oft oberflächliche Poren und Risse vorhanden. Weiterhin können freie, nicht vollständig reagierte Siliziumkontaminationen auf den Oberflächen der keramischen Bauteile durch die im EUV-Lithographiesystem vorhandenen Wasserstoffradikale, erzeugt durch von der EUV-Strahlung aufgespaltene H₂-Moleküle, gelöst und auf den Oberflächen der optischen Elemente im EUV-Lithographiesystem abgeschieden werden. Dies führt zu unerwünschten Transmissionsverlusten. Zudem zeigen die Oberflächen der unbehandelten Keramikbauteile in der Regel sehr große Rauheiten, die deren vakuumkompatible Reinigung deutlich erschweren. Zu den obigen, problematischen Eigenschaften unbehandelter Keramikbauteile siehe auch 1. 1 zeigt das Keramiksubstrat 100 mit unkritischen Poren 102 im Substrat 100-Volumen und mit kritischen angeschliffenen Poren 104 an der Substratoberfläche 101. Zudem ist ein oberflächlicher Riss 106 und freies Silizium 108 an der Substratoberfläche 101 erkennbar. Besonders kritisch sind schwach gebundene Bereiche 110 in Nähe der Substratoberfläche 101, da sich diese ablösen können und als frei bewegliche Partikel die Funktion des EUV-Lithographiesystems beeinträchtigen können. Die vorgenannten problematischen Eigenschaften unbehandelter keramischer Bauteile sind durch den Herstellungsprozess bedingt und sind nicht vermeidbar. Dies macht eine Oberflächenbeschichtung der keramischen Bauteile notwendig, welche lose Partikel bindet, das vorhandene elementare Silizium vor den Wasserstoffradikalen schützt, Risse und Poren versiegelt und die Oberflächenrauheit dermaßen herabsetzt, dass Reinigungsprozesse problemlos möglich sind. Wie aus dem Stand der Technik, gezeigt in 2, bekannt, werden hierfür metallische Beschichtungen aus Nickel-Phosphor-Legierungen (NiP) 112, auf die Oberfläche 101 des abgeschliffenen keramischen Bauteils 100 aufgebracht. Die Beschichtung erfolgt zum Beispiel durch galvanische Abscheidung oder chemische Beschichtung (chemsich Nickel). Die Verankerung der NiP-Schicht 112 erfolgt rein mechanisch, in dem ein Formschluss mit den Oberflächenrauheiten gebildet wird. Formschlüssige Verbindungen entstehen durch das Ineinandergreifen von mindestens zwei Verbindungspartnern. Dadurch können sich die Verbindungspartner auch ohne oder bei unterbrochener Kraftübertragung nicht lösen. Die geringe Schichthaftung durch Formschluss und die nicht perfekte Randzone des keramischen Bauteils limitieren jedoch die über die NiP-Schicht 112 in das keramische Bauteil 100 übertragbaren Kräfte und die tolerierbaren Temperaturgradienten, wie sie bei Klebungen oder beim Löten auftreten können. So ist der Ausdehnungskoeffizient von NiP stark verschieden von dem von Si:SiC. Dies hat zur Folge, dass galvanisch oder chemisch beschichtete Keramikbauteile nicht mittels Kleben oder Löten zu größeren Baugruppen gefügt werden können und Anbauteile, auch Haltekomponenten genannt, zum Halten von Sensoren nur unzureichend fest an das mit NiP beschichtete Keramik-Bauteil anbindbar sind. Um aus keramischen Bauteilen größere Baugruppen zu bilden, muss deshalb das Fügen mehrerer Bauteile im unbeschichteten Zustand, also ohne die NiP-Schicht, durch Kleben oder Löten erfolgen. Erst im Anschluss an das Fügen werden die fertig gefügten keramischen Baugruppen als Ganzes mit der NiP-Legierung beschichtet. Hierbei besteht jedoch das Problem, dass die durch das Fügen entstandene stofflich heterogene keramische Baugruppe nicht mehr mit ausreichender Qualität mit der NiP-Legierung beschichtbar ist. Beispielsweise sind auf Klebungen galvanisch abgeschiedene NiP-Schichten nicht ausreichend haftfähig und die Klebstoffe werden durch das Beschichten geschädigt.
Wiederholt wurden metallische Lote zum Verbinden keramischer Teile miteinander beschrieben. Für die Herstellung komplexer keramischer Teile über das Verlöten von Einzelteilen ist eine Reihe von Vorschlägen bekannt geworden. So werden nach DE 19734211 A1 die zu verbindenden Keramikteile zuerst metallisiert und dann verlötet. Der Begriff Metallisierung wird für thermisch behandeltes, und damit ausgehärtes, metallisches Lot auf den Oberflächen der keramischen Teile verwendet. Die Metallisierung erfolgt hierbei jedoch nur an den Stellen der Keramikteile, die miteinander verlötet werden sollen. Eine Versiegelung der gesamten Oberflächen der Keramikteile durch das metallische Lot erfolgt nicht.
In der vorliegenden Anmeldung wird der Begriff „EUV-Submodul“ synonym zu keramischem Bauteil, EUV-Modul synonym zu Baugruppe aus mehreren keramisch Bauteilen bzw. zu mehreren gefügten EUV-Submodulen verwendet.
Angesichts der oben beschriebenen Nachteile beim Fügen von keramischen Bauteilen zu Baugruppen vor der zwingend notwendigen Beschichtung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das eine ausreichend stabile Verbindung zwischen den keramischen Bauteilen ermöglicht und gleichzeitig die Oberfläche der gefügten keramischen Bauteile versiegelt. Eine weitere Aufgabe ist es, eine Baugruppe zur Verfügung zu stellen, die die vorgenannten positiven Eigenschaften aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche eines zum Einsatz in einem EUV-Modul eines EUV-Lithographiesystems vorgesehenen EUV-Submoduls aus einem keramischen Material. Das erfindungsgemäße Verfahren weist mindestens die folgenden Schritte auf. Zunächst wird metallisches Lot vollflächig auf die Oberfläche des EUV-Submoduls aufgebracht. Anschließend erfolgt eine thermische Behandlung zur Erzeugung eines Stoffschlusses zwischen dem keramischen Material und dem metallischen Lot. Stoffschlüssige Verbindungen werden alle Verbindungen genannt, bei denen die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. Sie sind gleichzeitig nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel trennen lassen. Das obige Verfahren weist eine Vielzahl von Vorteilen auf. Zum einen werden die losen Partikel des keramischen EUV-Submoduls gebunden und Risse und Poren im keramischen Material versiegelt. Weiter schützt die Versiegelung freies elementares Silizium vor der Einwirkung von Wasserstoffradikalen. Um diesen Schutz zu gewährleisten, muss das metallische Lot vollflächig auf die Oberfläche aufgebracht werden. Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im Stoffschluss. Erst dieser Stoffschluss erlaubt das stabile Fügen von EUV-Submodul zu EUV-Submodul mittels Kleben oder Löten zu einem EUV-Modul. Weiter glättet die Versiegelung die Oberfläche des EUV-Submoduls. Dies erleichtert die Reinigbarkeit.
In einer Ausführungsform wird das metallische Lot durch Siebdruck, Sprühen, Tauchen oder Streichen aufgebracht.
In einer Ausführungsform erfolgt die thermische Behandlung im Vakuum bei 700°C bis 1500°C für 5 min bis 60 min. Dieser Temperaturbereich und die Einwirkdauer der thermischen Energie sind besonders vorteilhaft, da dadurch eine besonders stabile stoffschlüssige Verbindung zwischen der metallischen Lotschicht und dem keramischen Substrat entsteht.
In einer Ausführungsform wird als metallisches Lot ein reaktives metallisches Lot, insbesondere ein Silber-Kupfer-Eutektikum mit Beigaben aus Titan (Ti), Mangan (Mn), Zirkonium (Zr) und/oder Hafnium(Hf), aufgebracht. Die thermische Behandlung erfolgt hierbei bei 700°C bis 900°C vorzugsweise während 5 min bis 10 min. Der thermischen Behandlung kann eine Trocknungsphase bei 100°C bis 120°C während 5 min bis 10 min vorgeschaltet sein. Die Festigkeit dieser stoffschlüssigen Verbindung beträgt in Abhängigkeit von der Metallisierungsbreite bis zu 50 MPa.
In einer alternativen Ausführungsform wird als metallisches Lot ein nicht-reaktives metallisches Lot, insbesondere eine Wolfram-Paste, aufgebracht. Die thermische Behandlung erfolgt bei 1000°C bis 1500°C vorzugsweise während 30 min bis 60 min. Die hohe Temperatur ist notwendig, da keine chemische Reaktion stattfindet, sondern die Wolfram-Atome in das Keramiksubstrat und die Substratatome in das Gefüge des Wolfram-Lotes eindiffundieren müssen. Der thermischen Behandlung kann eine Trocknungsphase bei 100°C während 10 min bis 15 min vorgeschaltet sein.
In einer Ausführungsform wird die mit dem metallischen Lot vollflächig beschichtete Oberfläche des EUV-Submoduls zumindest bereichsweise mit Nickel (Ni) nachbeschichtet. Zwischen dem Nickel und der metallisierten Oberfläche entsteht eine stabile metallische Bindung. Dies steigert zum einen weiter die Beständigkeit der Oberfläche gegenüber Wasserstoff und Wasserstoffradikalen. Zum anderen verbessert die Nickelschicht die Benetzbarkeit der metallisierten Oberfläche mit dem Lot. Auch die vernickelten Bereiche erlauben das stabile Fügen mittels Kleben und Löten.
In einer Ausführungsform erfolgt das Nachbeschichten mit Nickel durch einen galvanischen Prozess, durch Physical Vapor Deposition (PVD) oder durch Chemical Vapor Deposition (CVD). Nickel eignet sich auch deshalb fürs Nachbeschichten besonders gut, da es sich sehr gut mit konstanter Schichtdicke aufbringen lässt. Alternativ oder zusätzlich kann die vollständig metallisierte Oberfläche des EUV-Submoduls auch mit Kupfer oder Gold bereichsweise nachbeschichtet werden.
Erfindungsgemäß wird die Eingangs genannte Aufgabe auch durch ein Verfahren zum Herstellen eines EUV-Moduls aus EUV-Submodulen gelöst. Zunächst werden mindestens zwei erfindungsgemäß beschichtete EUV-Submodule bereitgestellt. Anschließend werden die bereitgestellten EUV-Submodule gefügt. Das Fügen von vergleichsweise kleinen und leichten EUV-Submodulen zu vergleichsweise großen und schweren EUV-Modulen ist aus mehreren Gründen vorteilhaft. Ein gewisser Ausschuss bei der Herstellung der keramischen Substrate für die EUV-Submodule ist nicht vermeidbar. Würde man ein EUV-Modul unmittelbar als monolithisches Bauteil herstellen, könnte man zwar auf den Fügeprozess zwischen EUV-Submodulen verzichten. Jedoch wären die Kosten, wenn das große, monolithische EUV-Modul wegen eines Produktionsfehlers aussortiert werden müsste, viel höher, als wenn nur ein kleines, defektes EUV-Submodul verworfen werden müsste.
In einer Ausführungsform werden die bereitgestellten EUV-Submodule durch Löten, insbesondere mit Hartlot, gefügt. Als Hartlote bezeichnet man Legierungen auf hochsilberhaltiger, auf Neusilber- oder Messing-Basis, die gewöhnlich in Stab-, Stangen-, Draht-, Folien- und teilweise Pastenform lieferbar sind. Hartlotpasten enthalten bereits Flussmittel, so dass eine separate Zugabe, ebenfalls als Paste, wie bei den anderen Lotformen nicht mehr erforderlich ist. Hartlote eignen sich, im Gegensatz zum Weichlot (auf Zinn/Blei-Basis), besonders gut für mechanisch und thermisch stark beanspruchte metallische Verbindungen. Alternativ oder zusätzlich werden die bereitgestellten EUV-Submodule durch Kleben, insbesondere mit keramischen Klebstoffen, gefügt. Keramische Klebstoffe sind besonders vorteilhaft, da diese im Vakuum kaum ausgasen. Bei Keramikklebern (auch als Keramikzemente bezeichnet) werden prinzipiell keramische Pulver mit anorganischen Bindesystemen wie Wasserglas oder Phosphatverbindungen gemischt. Einige Kleber werden als Paste angeboten, andere werden kurz vor der Anwendung aus dem Pulver und einer Flüssigkomponente gemischt. Es gibt zwei Gruppen von keramischen Klebstoffen. Erstens solche, die physikalisch abbindend sind durch Verdunstung des Lösungsmittels, i.A. Wasser. Diese Klebstoffe weisen mineralischen Füllstoffe wie Al₂O₃, ZrO₂ und MgO auf. Zweitens solche, die chemisch aushärtend sind und zwar durch eine Kondensationsreaktion.
Alternativ können organische Klebstoffe, zum Beispiel mit Methyl-Methacrylat(MMA)-Kleber oder Epoxyharz-Kleber, zum Fügen verwendet werden.
Erfindungsgemäß wird die Eingangs genannte Aufgabe auch durch ein in einem EUV-Lithographiesystem vorgesehenes, beschichtetes EUV-Submodul gelöst. Das EUV-Submodul weist einen keramischen Körper auf, der vollflächig mit metallischem Lot bedeckt ist. Zwischen dem keramischen Körper und dem metallischen Lot besteht ein Stoffschluss. Der Stoffschluss ist zwingend notwendig, um ein späteres stabiles Aneinanderfügen von EUV-Submodulen mittels Kleben oder Löten zu ermöglichen.
In einer Ausführungsform weist das EUV-Submodul eine Dicke der Metallisierung, also des metallischen Lotes in ausgehärtetem Zustand, zwischen 5 µm und 300 µm, vorzugsweise zwischen 10 µm und 200 µm auf. Diese Dicke ist ausreichend für das Fügen mittels Kleben oder Löten. Die untere Grenze von 5 µm darf nicht unterschritten werden, da dann die Gefahr von Löchern in der Metallisierung besteht. Diese Löcher sind unbedingt zu vermeiden, um eine vollständige Versiegelung des EUV-Submoduls zu gewährleisten. Die minimal notwendige Dicke der Metallisierung hängt hierbei von der Grundrauheit des keramischen Substrates ab. Je geringer die Grundrauheit, desto dünner kann die Metallisierung gewählt werden. Große Dicken der Metallisierung sind für die Güte der Versiegelung eher positiv zu bewerten. Bei Dicken von 300 µm und mehr besteht jedoch die Gefahr, dass beim Tempern, also bei der thermischen Behandlung, die organischen Bestandteile der Wolframpaste, welche die Wolframpaste streichfähig machen, nicht mehr vollständig ausbrennen. Dies reduziert die Qualität des Stoffschlusses zwischen dem keramische Substrat und der Metallisierung und birgt Kontaminationsrisiken für das EUV-Lithographiesystem.
In einer Ausführungsform weist das keramische Material Aluminiumoxid (Al₂O₃), Siliziumcarbid (SiC) und/oder Silizium-infiltriertes Siliziumcarbid (Si:SiC) auf. Si:SiC ist für den Einsatz in einem EUV-Submodul in einem Lithographiesystem besonders vorteilhaft, da es ein günstiges Schwingungsverhalten, eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit, eine niedrige Wärmeausdehnung und eine hohe Geometrietreue im Lastfall aufweist. Ein weiterer Vorteil ist das im Vergleich zu metallischen Werkstoffen geringe Gewicht.
In einer Ausführungsform ist als metallisches Lot ein reaktives metallisches Lot, insbesondere ein Silber-Kupfer-Eutektikum mit Beigaben ausgewählt aus der Gruppe umfassend Titan (Ti), Mangan (Mn), Zirkonium (Zr) und Hafnium(Hf), auf das EUV-Submodul aufgebracht.
In einer alternativen Ausführungsform ist als metallisches Lot ein nicht-reaktives metallisches Lot, insbesondere eine Wolfram-Paste, auf das EUV-Submodul aufgebracht.
In einer Ausführungsform weist das EUV-Submodul mindestens eine die Metallisierung, also das metallische Lot in ausgehärtetem Zustand, zumindest bereichsweise bedeckende weitere metallische Schicht, insbesondere aus Nickel, Nickel-Phosphor-Legierungen, Kupfer oder Gold, auf. Die Vorteile der Nachbeschichtung mit Nickel sind oben genannt.
Erfindungsgemäß wird die Eingangs genannte Aufgabe auch durch ein EUV-Modul gelöst, das mindestens zwei EUV-Submodule aufweist, die wie oben beschrieben miteinander gefügt sind. Die EUV-Submodule sind mit einer Zug-Festigkeit zwischen 5 MPa und 50 MPa aneinander gefügt. Die jeweilige Stärke der Zug-Festigkeit hängt u.a. von der Art des Fügemittels ab. Diese starke Bindung ist Grundvoraussetzung für ein stabiles EUV-Modul.
In einer Ausführungsform wird mindestens eine Haltekomponente mit dem EUV-Submodul oder mit dem EUV-Modul gefügt. Die Haltekomponente kann eine Sensoraufnahme sein. In einer Ausführungsform wird die Haltekomponente durch Löten, insbesondere mit Hartlot, gefügt. Alternativ oder zusätzlich kann die Haltekomponente durch Kleben, insbesondere mit keramischen Klebstoffen und/oder organischen Klebstoffen, gefügt sein.
Erfindungsgemäß wird zudem ein EUV-Lithographiesystem beansprucht. Dieses weist mindestens ein als Messrahmen oder als Messnormal fungierendes, zum Tragen mindestens eines Sensors ausgebildetes, EUV-Modul auf. Zudem weist das EUV-Lithographiesystem mindestens einen Kraftrahmen zum Tragen mindestens einer optischen Komponente, insbesondere eines Spiegels, auf. Die exakte Position der optischen Komponente ist mittels des Sensors bestimmbar. Der Kraftrahmen besteht üblicherweise aus Stahl. Statt dem Wort Kraftrahmen wird auch die Bezeichnung Force Frame oder Tragrahmen verwendet. Die mehreren EUV-Module sind voneinander getrennt und entkoppelt. Die EUV-Module sind auch getrennt und entkoppelt vom Force Frame.
Kurze Beschreibung der Figuren
Verschiedene Ausführungsbeispiele werden im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und zum besseren Verständnis übertrieben groß oder verkleinert dargestellt sein.
1 zeigt ein abgeschliffenes keramisches Substrat vor der Beschichtung.
2 zeigt das abgeschliffene keramische Substrat mit einer Beschichtung gemäß dem Stand der Technik.
3 zeigt einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäß beschichteten EUV-Submodul.
4 zeigt einen Ausschnitt aus einem alternativen erfindungsgemäß beschichteten EUV-Submodul.
5 zeigt in schematischer Form ein erfindungsgemäßes EUV-Modul gefügt aus zwei erfindungsgemäß beschichteten EUV-Submodulen.
6 zeigt in schematischer Form ein erfindungsgemäßes EUV-Modul mit gefügter Haltekomponente und Sensor.
7 zeigt in schematischer Form einen erfindungswesentlichen Ausschnitt aus einem EUV-Lithographiesystem.
8 zeigt in schematischer Form das EUV-Lithographiesystem in seiner Gesamtheit.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
1 zeigt ein bekanntes Keramiksubstrat 100 mit unkritischen Poren 102 im Substrat 100 und mit kritischen angeschliffenen Poren 104 an der Substratoberfläche 101. Zudem ist ein oberflächlicher Riss 106 und freies Silizium 108 an der Substratoberfläche 101 erkennbar. Als besonders kritisch sind schwach gebundene Bereiche 110 in Nähe der Substratoberfläche 101 erkennbar, da sich diese ablösen können und als frei bewegliche Partikel die Funktion des EUV-Lithographiesystems beeinträchtigen können. Das Material des Substrates 100 ist Silizium-infiltriertes Siliziumcarbid (Si:SiC). Das in 1 gezeigte Substrat 100 ist sowohl das Ausgangsprodukt für das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren, dessen Ergebnis in den 3 und 4 dargestellt ist, als auch für das Beschichtungsverfahren gemäß dem Stand der Technik, dessen Ergebnis in der 2 dargestellt ist.
2 zeigt das Ergebnis einer Beschichtung des Keramiksubstrates 100 aus 1 gemäß einem Verfahren aus dem Stand der Technik. Die metallische Beschichtungen aus Nickel-Phosphor-Legierungen (NiP) 112, ist auf die Oberfläche 101 des abgeschliffenen keramischen Bauteils 100 aufgebracht. Die Beschichtung erfolgt zum Beispiel durch galvanische Abscheidung oder chemische Beschichtung (chemisch Nickel). Die Verankerung der NiP-Schicht 112 erfolgt rein mechanisch, in dem ein Formschluss mit den Oberflächenrauheiten gebildet wird. Formschlüssige Verbindungen entstehen durch das Ineinandergreifen von mindestens zwei Verbindungspartnern. Dadurch können sich die Verbindungspartner auch ohne oder bei unterbrochener Kraftübertragung nicht lösen. Die geringe Schichthaftung durch Formschluss und die nicht perfekte Randzone des keramischen Bauteils limitieren jedoch die über die NiP-Schicht 112 in das keramische Bauteil 100 übertragbaren Kräfte und die tolerierbaren Temperaturgradienten, wie sie bei Klebungen oder beim Löten auftreten können. So ist der Ausdehnungskoeffizient von NiP stark verschieden von dem von Si:SiC. Dies hat zur Folge, dass galvanisch oder chemisch beschichtete Keramikbauteile nicht mittels Löten und nur beschränkt mittels Kleben zu größeren Baugruppen gefügt werden können und Anbauteile, auch Haltekomponenten genannt, zum Halten von Sensoren nur unzureichend fest an das mit NiP beschichtete Keramik-Bauteil anbindbar sind
3 zeigt einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäß beschichteten EUV-Submodul 120, 130 zum Einsatz in einem EUV-Lithographiesystem. Auf die Substratoberfläche 101 wird zunächst vollflächig metallisches Lot 114 durch Siebdruck, Sprühen, Tauchen oder Streichen aufgebracht. Anschließend erfolgt eine thermische Behandlung, um einen Stoffschluss zwischen dem keramischen Material 100 und dem metallischen Lot 114 zu erzeugen. Der Stoffschluss besteht in einer Übergangszone 116 zwischen der Metallisierung, also dem metallischen Lot 114 in ausgehärtetem Zustand, und dem keramischen Substrat 100. Die thermische Behandlung erfolgt im Vakuum im Temperaturbereich von 700°C bis 1500°C für 5 min bis 60 min.
Erfindungsgemäß können als metallisches Lot 114 zwei Stoffgruppen verwendet werden. Zum einen kann ein reaktives metallisches Lot, insbesondere ein Silber-Kupfer-Eutektikum mit Beigaben aus Titan (Ti), Mangan (Mn), Zirkonium (Zr) und/oder Hafnium(Hf) zum Einsatz kommen. Die thermische Behandlung erfolgt hierbei bei 700°C bis 900°C während 5 min bis 10 min. Zum anderen kann als metallisches Lot 114 ein nicht-reaktives metallisches Lot, insbesondere eine Wolfram-Paste, zum Einsatz kommen. Die thermische Behandlung erfolgt hierbei bei 1000°C bis 1500°C während 30 min bis 60 min. Das metallische Lot 114 in ausgehärtetem Zustand versiegelt die Oberfläche 101 des Keramiksubstrates 100 und bindet damit unter anderem freies Silizium 108 und schwach gebundene Bereiche 110 des Substrates 100. Das EUV-Submodul 120, 130 ist nach der Veredelung Vakuumtauglich. Die Dicke der Metallisierung, also des metallischen Lotes 114 in ausgehärtetem Zustand, beträgt zwischen 5 µm und 300 µm. Schon eine Dicke von 5 µm ist ausreichend, um dem keramischen EUV-Submodul an seiner Oberfläche die Eigenschaften eines Metalles zu verleihen.
4 zeigt einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäß alternativ beschichteten EUV-Submodul 120, 130. Die mit dem metallischen Lot 114 beschichtete Oberfläche 101 wird zumindest bereichsweise mit Nickel (Ni) nachbeschichtet. Das Nachbeschichten erfolgt durch einen galvanischen Prozess, durch Physical Vapor Deposition (PVD) oder durch Chemical Vapor Deposition (CVD). Die Nickelbeschichtung 115 geht eine stabile Verbindung mit dem metallischen Lot 114 in ausgehärtetem Zustand ein und eignet sich genauso wie das metallische Lot 114 in ausgehärtetem Zustand für einen anschließenden Fügeprozess.
5 zeigt in schematischer Form ein erfindungsgemäßes EUV-Modul 200 gefügt aus zwei erfindungsgemäß beschichteten EUV-Submodulen 120, 130. Zum Herstellen des EUV-Moduls 200 werden zunächst zwei beschichtete EUV-Submodule 120, 130 bereitgestellt. Anschließend werden die beiden EUV-Submodule 120, 130 gefügt. Das Fügen kann durch Löten, insbesondere mit Hartlot, erfolgen. Alternativ kann das Fügen durch Kleben, insbesondere mit keramischen Klebstoffen, erfolgen. Der gefügte Bereich 140 zwischen dem ersten 120 und zweiten 130 EUV-Submodul verbindet die beiden EUV-Submodule 120, 130 mit einer Zug-Festigkeit zwischen 5 MPa und 50 MPa. Der jeweilige Wert der Zug-Festigkeit ist von der Wahl des Lotes bzw. von der Wahl des Klebstoffes abhängig. Lotverbindungen weisen eine Zugfestigkeit von bis zu 50 MPa auf. Geklebte Verbindungen weisen bei keramischen Klebstoffen, die für den Betrieb im hochreinen Vakuum besonders gut geeignet sind, eine Zugfestigkeit zwischen 5 MPa und 10 MPa auf.
6 zeigt in schematischer Form ein erfindungsgemäßes EUV-Modul 200 mit einer gefügten Haltekomponente 160. Diese Haltekomponente 160 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als eine Sensoraufnahme ausgebildet. Die Haltekomponente 160 kann durch Löten, insbesondere mit Hartlot und/oder durch Kleben, insbesondere mit keramischen Klebstoffen, an das metallische Lot 114 in ausgehärtetem Zustand des EUV-Moduls 200 gefügt werden. Zwischen dem EUV-Modul 200 und der Haltekomponente 160 entsteht ein gefügter Bereich 150 mit der oben genannten Zug-Festigkeit. An der Haltekomponente 160 ist ein Sensor 170 angeordnet. In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel sind an dem EUV-Modul 200 eine Mehrzahl von Haltekomponenten 160 mit einer Mehrzahl von Sensoren 170 angebracht.
7 zeigt in schematischer Form einen erfindungswesentlichen Ausschnitt aus einem EUV-Lithographiesystem 500. Das EUV-Modul 200 ist durch eine mechanische Entkopplung 204 von einem Kraftrahmen 300 getrennt. Das EUV-Modul 200 trägt über eine Haltekomponente 160 einen Sensor 170. Der Kraftrahmen 300 trägt ein optisches Bauteil 302, insbesondere einen Spiegel. Zudem sind an dem Kraftrahmen 300 auch die (in der Figur nicht gezeigten) Aktoren zum Aktuieren der optischen Bauteile 302 befestigt. In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel sind an dem EUV-Modul 200 über eine Mehrzahl von Haltekomponenten 160 eine Mehrzahl von Sensoren 170 angebracht. Deshalb wird das EUV-Modul 200 auch Sensorrahmen, Sensorframe, Messrahmen oder Messnormal genannt. Auch der Kraftrahmen 300 kann eine Mehrzahl von optischen Bauteilen 302 tragen. Der Kraftrahmen 300 ist von der festen Welt 400 über eine mechanische Entkopplung 304 getrennt. Entscheidend hierbei ist die Trennung des EUV-Moduls (Messrahmen) 200 von dem Kraftrahmen 300. Durch diese Trennung ist ein störungsfreies Sensieren der Position der optischen Bauteile 302 im Raum durch die Sensoren 170 des Sensorframes 200 möglich. Dabei kann die jeweilige Spiegelposition relativ zu diesem Sensorrahmen 200 mittels eines Positionssensors 170 gemessen und mittels eines Reglers (in der Figur nicht gezeigt) über einen Aktuator (in der Figur nicht gezeigt) auf den gewünschten Wert eingestellt werden. Details hierzu sind in der DE 10 2011 077 315 A1 offenbart.
In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel weist das EUV-Lithographiesystem 500 eine Mehrzahl an EUV-Modulen 200 auf. Jedes EUV-Modul 200 kann dann zum Sensieren der Position verschiedener Gruppen von optischen Bauteilen 302 ausgelegt sein. Die mehreren EUV-Module 200 eines EUV-Lithographiesystems 500 sind mechanisch vollständig voneinander entkoppelt.
8 zeigt schematisch ein EUV-Lithographiesystem 500 in seiner Gesamtheit, welches ein Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 504 und ein Projektionssystem 506 umfasst. Das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 504 und das Projektionssystem 506 sind jeweils in einem Vakuum-Gehäuse vorgesehen, wobei jedes Vakuum-Gehäuse mit Hilfe einer nicht näher dargestellten Evakuierungsvorrichtung evakuiert wird. Die Vakuum-Gehäuse sind von einem nicht näher dargestellten Maschinenraum umgeben, in welchem die Antriebsvorrichtungen zum mechanischen Verfahren bzw. Einstellen der optischen Elemente vorgesehen sind. Ferner können auch elektrische Steuerungen und dergleichen in diesem Maschinenraum vorgesehen sein.
Das EUV-Lithographiesystem 500 weist eine EUV-Lichtquelle 502 auf. Als EUV-Lichtquelle 502 kann beispielsweise eine Plasmaquelle oder ein Synchrotron vorgesehen sein, welche Strahlung 516 im EUV-Bereich aussenden. Im Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 504 wird die EUV-Strahlung 516 gebündelt und die gewünschte Betriebswellenlänge aus der EUV-Strahlung 516 herausgefiltert. Die von der EUV-Lichtquelle 502 erzeugte EUV-Strahlung 516 weist eine relativ niedrige Transmissivität durch Luft auf, weshalb die Strahlführungsräume im Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 504 und im Projektionssystem 506 evakuiert sind.
Das in 8 dargestellte Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 504 weist fünf Spiegel 610, 612, 614, 616, 618 auf. Nach dem Durchgang durch das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 504 wird die EUV-Strahlung 516 auf die Photomaske (Engl.: reticle) 510 geleitet. Die Photomaske 510 ist ebenfalls als reflektives optisches Element ausgebildet und kann außerhalb der Systeme 504, 506 angeordnet sein. Weiter kann die EUV-Strahlung 516 mittels eines Spiegels 636 auf die Photomaske 510 gelenkt werden. Die Photomaske 510 weist eine Struktur auf, welche mittels des Projektionssystems 506 verkleinert auf einen Wafer 514 oder dergleichen abgebildet wird.
Das Projektionssystem 104 weist sechs Spiegel M1–M6 zur Abbildung der Photomaske 510 auf den Wafer 514 auf. Dabei können einzelne Spiegel M1–M6 des Projektionssystems 506 symmetrisch zur optischen Achse 624 des Projektions-systems 506 angeordnet sein. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Spiegel des EUV-Lithographiesystems 500 nicht auf die dargestellte Anzahl beschränkt ist. Es können auch mehr oder weniger Spiegel vorgesehen sein. Des Weiteren sind die Spiegel M1–M6 i.d.R. an ihrer Vorderseite zur Strahlformung gekrümmt.
Das Projektionssystem 500 weist ferner eine Anzahl von Sensoren 170, insbesondere von Positionssensorvorrichtungen, zur Ermittlung einer Position eines der Spiegel M1–M6, auf.
Unter der bespielhaften Annahme, dass das Projektionssystem 506 sechs Spiegel M1–M6 (N1 = 6) aufweist, von denen fünf Spiegel aktuierbar sind (N2 = 5) und jedem der aktuierbaren Spiegel sechs Positionssensorvorrichtungen 170 (N4 = 6) zuzuordnen sind, ergibt sich eine Anzahl N3 der Positionssensorvorrichtungen 170 in dem Projektionssystem 506 von 30 (N3 = N4·N2 = 6·5 = 30).
Ohne Einschränkung der Allgemeinheit und aus Gründen der vereinfachten Darstellung zeigt 8 nur eine Positionssensorvorrichtung 170.
Die Positionssensorvorrichtung 170 ist mit einer nicht gezeigten Auswertevorrichtung gekoppelt. Die Auswertevorrichtung ist eingerichtet, die Position eines aktuierbaren Spiegels der Spiegel M1–M6 mittels des Ausgangssignals der Positionssensorvorrichtung 170 zu ermitteln. Die Auswertevorrichtung kann – wie die Positionssensorvorrichtung 170 – in dem Vakuum-Gehäuse 520 des Projektionssystems 506 angeordnet sein. In diesem Fall ist die Auswertevorrichtung beispielsweise in der Signalverarbeitungseinheit integriert. Alternativ kann die Auswertevorrichtung auch extern zu dem Vakuum-Gehäuse 520 des Projektionssystems 506 angeordnet sein.
Zumindest ein (nicht in 8 gezeigtes) EUV-Modul 200 gemäß einem der vorstehend genannten Ausführungsbeispiele ist in dem Projektionssystem 506 angeordnet.
Bezugszeichenliste

100: Substrat
101: Substratoberfläche
102: Pore im Substratvolumen
104: angeschliffene Pore an der Substratoberfläche 101
106: oberflächlicher Riss
108: freies Silizium
110: schwach gebundener Bereich an der Substratoberfläche 101
112: Nickel-Phosphor-Legierung
114: metallisches Lot
115: weitere metallische Schicht
116: Stoffschluss im Bereich der Übergangszone
120: erstes EUV-Submodul
130: zweites EUV-Submodul
140: gefügter Bereich zwischen erstem 120 und zweitem 130 EUV-Submodul
150: gefügter Bereich zwischen EUV-Modul 200 und Haltekomponente 160
160: Haltekomponente
170: Sensor, insbesondere Positionssensorvorrichtung
200: EUV-Modul, Messrahmen, Messnormal, Sensor Frame, Sensorrahmen
204: mechanische Entkopplung von EUV-Modul 200 und Kraftrahmen 300
300: Kraftrahmen, Force Frame, Tragrahmen
302: optisches Bauteil, z.B. Spiegel
304: mechanische Entkopplung von Kraftrahmen 300 und fester Welt 400
400: feste Welt
500: EUV-Lithographiesystem
502: EUV-Lichtquelle
504: Strahlformungs- und Beleuchtungssystem
506: Projektionssystem
510: Photomaske, Retikel
514: Wafer
516: EUV-Strahlung
520: Vakuum-Gehäuse
610, 612, 614, 616, 618: Spiegel im Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 504
624: optische Achse des Projektionssystem 506
636: Spiegel (bei streifendem Einfall)
M1, M2, M3, M4, M5: Spiegel im Projektionssystem 506

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19734211 A1 [0004]
DE 102011077315 A1 [0042]

Claims

Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche (101) eines zum Einsatz in einem EUV-Lithographiesystem vorgesehenen EUV-Submoduls (120, 130) aus einem keramischen Material (100), aufweisend: – vollflächiges Aufbringen eines metallischen Lotes (114) auf die Oberfläche (101); – thermische Behandlung zur Erzeugung eines Stoffschlusses (116) zwischen dem keramischen Material (100) und dem metallischen Lot (114).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das metallische Lot (114) durch Siebdruck, Sprühen, Tauchen oder Streichen aufgebracht wird.
Verfahren zum Herstellen eines EUV-Moduls (200), aufweisend: – Bereitstellen mindestens zweier jeweils gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 beschichteter EUV-Submodule (120, 130); – Fügen der bereitgestellten EUV-Submodule (120, 130).
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die bereitgestellten EUV-Submodule (120, 130) durch Löten, insbesondere mit Hartlot, und/oder durch Kleben, insbesondere mit keramischen Klebstoffen, gefügt werden.
EUV-Submodul, zum Einsatz in einem EUV-Lithographiesystem vorgesehenes, – mit einem keramischen Körper (100) und – mit einem den keramischen Körper (100) vollflächig abdeckenden metallischem Lot (114), wobei zwischen dem keramischen Körper (100) und dem metallischem Lot (114) ein Stoffschluss (116) besteht.
EUV-Submodul nach Anspruch 5, aufweisend eine Dicke des metallischen Lotes (114) zwischen 5 µm und 300 µm, vorzugsweise zwischen 20 µm und 200 µm.
EUV-Submodul nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Material des keramische Körpers (100) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Aluminiumoxid (Al₂O₃), Siliziumcarbid (SiC) und Silizium-infiltriertes Siliziumcarbid (Si:SiC).
EUV-Submodul nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei als metallisches Lot (114) ein reaktives metallisches Lot, insbesondere ein Silber-Kupfer-Eutektikum mit Beigaben ausgewählt aus der Gruppe umfassend Titan (Ti), Mangan (Mn), Zirkonium (Zr) und Hafnium(Hf), aufgebracht ist.
EUV-Submodul nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei als metallisches Lot (114) ein nicht-reaktives metallisches Lot, insbesondere eine Wolfram-Paste, aufgebracht ist.
EUV-Submodul nach einem der Ansprüche 5 bis 9, aufweisend mindestens eine das metallische Lot (114) zumindest bereichsweise bedeckende weitere metallische Schicht (117), wobei das Material der weiteren metallischen Schicht (117) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Nickel, Nickel-Phosphor-Legierungen (NiP), Kupfer und Gold.
EUV-Modul (200) aufweisend mindestens zwei aneinander gefügte EUV-Submodule (120, 130) nach einem der Ansprüche 5 bis 10.
EUV-Modul (200) nach Anspruch 11, wobei die EUV-Submodule (120, 130) durch Lot, insbesondere durch Hartlot und/oder durch Klebstoffe, insbesondere durch keramische Klebstoffe, gefügt sind.
Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 4, wobei mindestens eine Haltekomponente (160), insbesondere mindestens eine Sensoraufnahme, mit dem EUV-Submodul (120, 130) oder mit dem EUV-Modul (200) gefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Haltekomponente (160) durch Löten, insbesondere mit Hartlot und/oder durch Kleben, insbesondere mit keramischen Klebstoffen, gefügt wird.
EUV-Lithographiesystem (500), aufweisend mindestens ein als Messrahmen oder als Messnormal fungierendes, zum Tragen mindestens eines Sensors (170) ausgebildetes EUV-Modul (200) nach Anspruch 11 oder 12 und mindestens einen Kraftrahmen (300) zum Tragen mindestens einer optischen Komponente (302), deren Position mittels des Sensors (170) bestimmbar ist.