DE102015225510A1 - Spiegelelement, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage - Google Patents

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Martin Hermann
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spiegelelement, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage. Gemäß einem Aspekt weist ein Spiegelelement ein Substrat (111, 112, 113, 114, 115, 211, 212, 213, 311a–311m, 411, 412, 413) und einen Schichtstapel (121, 122, 123, 124, 125, 221, 222, 223, 321a–321m, 421, 422, 423) auf dem Substrat auf, wobei der Schichtstapel zumindest ein Reflexionsschichtsystem aufweist, wobei eine Krümmung des Spiegelelements auf Basis einer für eine vorgegebene Betriebstemperatur gewünschten Soll-Krümmung durch eine von dem Schichtstapel ausgeübte, nicht verschwindende Biegekraft erzeugt wird, und wobei die erzeugte Krümmung über ein Temperaturintervall (ΔT) von wenigstens 10K um nicht mehr als 10% variiert.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Spiegelelement, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage.
  • Stand der Technik
  • Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD’s, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
  • In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet.
  • In der Beleuchtungseinrichtung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage ist insbesondere der Einsatz von Facettenspiegeln in Form von Feldfacettenspiegeln und Pupillenfacettenspiegeln als bündelführende Komponenten z.B. aus DE 10 2008 009 600 A1 bekannt. Derartige Facettenspiegel sind aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln oder Spiegelfacetten aufgebaut, welche jeweils zum Zwecke der Justage oder auch zur Realisierung bestimmter Beleuchtungswinkelverteilungen über Festkörpergelenke kippbar ausgelegt sein können. Diese Spiegelfacetten können wiederum ihrerseits eine Mehrzahl von Mikrospiegeln umfassen.
  • Des Weiteren ist auch in einer Beleuchtungseinrichtung einer für den Betrieb bei Wellenlängen im VUV-Bereich ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage zur Einstellung definierter Beleuchtungssettings (d.h. Intensitätsverteilungen in einer Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung) der Einsatz von Spiegelanordnungen, z.B. aus WO 2005/026843 A2 , bekannt, welche eine Vielzahl unabhängig voneinander einstellbarer Spiegelelemente umfassen.
  • In der Praxis besteht ein Bedarf, bei der Herstellung von Spiegelelementen deren Brechkraft jeweils möglichst exakt einzustellen, wobei es sich je nach Anwendung um eine Brechkraft von Null (entsprechend einem planen Spiegelelement) oder auch um eine von Null verschiedene Brechkraft handeln kann. Ein hierzu bekannter Ansatz besteht darin, bei der Fertigung des jeweiligen Spiegelelements die während der Aufbringung eines Schichtstapels einschließlich des Reflexionsschichtsystems auf ein Substrat erzeugte mechanische Spannung und die hierdurch von dem Schichtstapel auf das Substrat ausgeübte Biegekraft gezielt zur Erzeugung einer gewünschten Soll-Krümmung des Spiegelelements – und damit einer gewünschten endlichen Brechkraft des Spiegelelements – zu nutzen (wobei das Substrat vor dem Ausbilden des Schichtstapels eine von der gewünschten Soll-Krümmung des Spiegelelements abweichende Krümmung besitzt).
  • Ein in der Praxis auftretendes Problem ist, dass die Spiegelelemente Temperaturänderungen (sowohl während der Inbetriebnahme als auch im weiteren laufenden Betrieb des jeweiligen optischen Systems) ausgesetzt sind, welche bei unterschiedlicher thermischer Ausdehnung des Schichtstapels einerseits und des Substrats andererseits (d.h. infolge des sogenannten Bimetalleffekts) eine unerwünschte Änderung der Krümmung bzw. Brechkraft des jeweiligen Spiegelelements und damit ggf. eine Verschlechterung der optischen Eigenschaften des das Spiegelelement aufweisenden optischen Systems zur Folge haben.
  • Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf WO 2015/114043 A1 , DE 10 2010 028 488 A1 und DE 10 2006 057 567 A1 verwiesen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Spiegelelement, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, bereitzustellen, bei welchem bei im Betrieb auftretenden Temperaturänderungen thermisch induzierte Änderungen der Brechkraft des Spiegelelements zumindest reduziert werden.
  • Diese Aufgabe wird durch das Spiegelelement gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein erfindungsgemäßes Spiegelelement, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, auf:
    • – ein Substrat; und
    • – einen Schichtstapel auf dem Substrat, wobei der Schichtstapel zumindest ein Reflexionsschichtsystem aufweist;
    • – wobei eine Krümmung des Spiegelelements auf Basis einer für eine vorgegebene Betriebstemperatur gewünschten Soll-Krümmung durch eine von dem Schichtstapel ausgeübte, nicht verschwindende Biegekraft erzeugt wird; und
    • – wobei die erzeugte Krümmung über ein Temperaturintervall ΔT von wenigstens 10K um nicht mehr als 10% variiert.
  • Gemäß diesem Aspekt geht die Erfindung zunächst von dem Prinzip aus, die während der Aufbringung eines Schichtstapels einschließlich des Reflexionsschichtsystems auf ein Substrat erzeugte mechanische Spannung und die hierdurch von dem Schichtstapel auf das Substrat ausgeübte Biegekraft gezielt zur Erzeugung einer gewünschten Soll-Krümmung bzw. Brechkraft des Spiegelelements zu nutzen (wobei das Substrat vor dem Ausbilden des Schichtstapels eine von der gewünschten Soll-Krümmung des Spiegelelements abweichende Krümmung besitzt). Der Erfindung liegt nun das Konzept zugrunde, das (Gesamt-)System aus Substrat und Schichtstapel so auszugestalten, dass sich auch bei einer zumindest innerhalb eines begrenzten Temperaturintervalls erfolgenden Temperaturänderung keine signifikante Variation der Krümmung des Spiegelelements und damit keine signifikante Variation von dessen Brechkraft mehr ergibt, mit anderen Worten also zumindest über einen begrenzten Temperaturbereich hinweg ein unerwünschter Bimetalleffekt weitgehend vermieden wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform variiert die erzeugte Krümmung über ein Temperaturintervall (ΔT) von wenigstens 10K um nicht mehr als 1%, insbesondere um nicht mehr als 0.1%.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das Spiegelelement eine Kompensationsschicht auf, welche eine mit einer innerhalb des Temperaturintervalls erfolgenden Temperaturänderung einhergehende Variation der von dem Schichtstapel ausgeübten Biegekraft in ihrem Einfluss auf die Krümmung des Spiegelelements wenigstens teilweise kompensiert. Gemäß diesem Ansatz erfolgt die erfindungsgemäße Kompensation des Bimetalleffekts somit dadurch, dass zu diesem Zweck eine zusätzliche Schicht vorgesehen wird, welche – je nach konkreter Platzierung dieser zusätzlichen Schicht im Gesamtaufbau relativ zu Substrat und Schichtstapel – gerade die im Vergleich zur zusätzlich durch Temperaturänderung induzierten Biegekraft des Schichtstapels gleich große oder entgegengesetzt gleich große Biegekraft auf das Substrat ausübt, so dass im Idealfall eine thermisch induzierte Änderung der Biegekraft des Schichtstapels kompensiert wird und keine thermisch induzierte Änderung der Krümmung bzw. Brechkraft im Gesamtsystem bzw. Spiegelelement mehr auftritt.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das Spiegelelement eine Ausgleichsschicht auf, welche eine Übertragung mechanischer Spannungen zwischen dem Schichtstapel und dem Substrat im Vergleich zu einem analogen Aufbau ohne die Ausgleichsschicht reduziert. Gemäß diesem Ansatz erfolgt die erfindungsgemäße Kompensation des Bimetalleffekts somit dadurch, dass eine mechanische Entkopplung zwischen Schichtstapel und Substrat über eine „weiche“ Ausgleichsschicht bereitgestellt wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Spiegelelement derart ausgebildet, dass ein mittlerer thermischer Ausdehnungskoeffizient des Substrats einen ersten Wert besitzt und ein mittlerer thermischer Ausdehnungskoeffizient des Schichtstapels einen zweiten Wert besitzt, wobei der erste Wert und der zweite Wert bis auf ±10%, insbesondere bis auf ±3%, weiter insbesondere bis auf ±1%, jeweils bezogen auf größeren der beiden Werte, übereinstimmen.
  • Gemäß diesem Ansatz erfolgt die erfindungsgemäße Kompensation des Bimetalleffekts somit durch Anpassung der Ausgestaltung des Substrats im Hinblick auf das im Substrat eingesetzte Material bzw. die im Substrat eingesetzten Materialien an die Ausgestaltung des Schichtstapels hinsichtlich des jeweiligen mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Substrat aus wenigstens zwei unterschiedlichen Materialien hergestellt.
  • Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung des eingangs beschriebenen Prinzips, eine vom Schichtstapel auf das Substrat ausgeübte Biegekraft gezielt zur Erzeugung einer gewünschten Soll-Krümmung bzw. Brechkraft des Spiegelelements zu nutzen (wobei das Substrat vor dem Ausbilden des Schichtstapels eine von der gewünschten Soll-Krümmung des Spiegelelements abweichende Krümmung besitzt), beschränkt. Vielmehr ist die Erfindung auch auf Spiegelelemente anwendbar, bei welchen das Substrat von vorneherein im Wesentlichen mit einer gewünschten Soll-Krümmung gefertigt wird, wobei in diesem Fall eine vom Schichtstapel auf das Substrat ausgeübte Biegekraft (etwa wegen einer vergleichsweise großen Substratdicke) nur sehr gering ist. Auch in solchen Anwendungsfällen – zu denen etwa die eingangs genannten Spiegelelemente von Facettenspiegeln wie z.B. Feld- oder Pupillenfacettenspiegeln gehören können – kann nämlich der (erfindungsgemäß zu kompensierende) Effekt einer unterschiedlichen thermischen Ausdehnung von Schichtstapel und Substrat bzw. einer hierdurch bewirkten unerwünschte Änderung der Krümmung bzw. Brechkraft des Spiegelelements noch gravierend genug sein, um eine signifikante Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften im Betrieb z.B. einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage hervorzurufen.
  • Die Erfindung betrifft somit weiter auch ein Spiegelelement, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, mit:
    • – einem Substrat;
    • – einem Schichtstapel auf dem Substrat, wobei der Schichtstapel zumindest ein Reflexionsschichtsystem aufweist; und
    • – einer Ausgleichsschicht, welche eine Übertragung mechanischer Spannungen zwischen dem Schichtstapel und dem Substrat im Vergleich zu einem analogen Aufbau ohne die Ausgleichsschicht reduziert.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das Spiegelelement eine zusätzliche spannungsinduzierende Schicht auf. Diese zusätzliche spannungsinduzierende Schicht kann gezielt derart ausgestaltet werden, dass im Ergebnis eine gewünschte mechanische Spannung bzw. eine gewünschte, vom Schichtstapel auf das Substrat ausgeübte Biegekraft erreicht wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Spiegelelement ein Spiegelelement einer aus einer Mehrzahl von Spiegelelementen zusammengesetzten Spiegelanordnung. Diese Spiegelelemente können insbesondere unabhängig voneinander verkippbar sein.
  • Die Erfindung ist grundsätzlich nicht auf bestimmte Abmessungen der jeweiligen Spiegelelemente beschränkt. So kann es sich bei den Spiegelelementen etwa um sogenannte MEMS-Bauteile handeln, deren Abmessungen lediglich beispielhaft im Bereich von 50µm Dicke und 1mm Kantenlänge liegen können, oder auch um vergleichsweise makroskopische Spiegelelemente etwa eines Facettenspiegels mit z.B. einigen Millimetern (mm) Dicke und z.B. 100mm Kantenlänge.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Spiegelanordnung ein Facettenspiegel, insbesondere ein Feldfacettenspiegel oder ein Pupillenfacettenspiegel.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Spiegelelement für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30 nm, insbesondere weniger als 15 nm, ausgelegt. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, so dass in weiteren Anwendungen das Spiegelelement auch für eine Wellenlänge im VUV-Bereich, insbesondere eine Wellenlänge von weniger als 200nm, ausgelegt sein kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Spiegelelement ein Spiegelelement einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern auch z.B. in Messaufbauten, die insbesondere für den Betrieb im EUV ausgelegt sein können, realisierbar.
  • Die Erfindung betrifft weiter ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere eine Beleuchtungseinrichtung oder ein Projektionsobjektiv, sowie eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigen:
  • 1–5 schematische Darstellungen zur Erläuterung möglicher Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Spiegelelements; und
  • 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Weiteren werden zunächst unter Bezugnahme auf 1–5 mögliche Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Spiegelelements beschrieben.
  • Bei den hergestellten Spiegelelementen kann es sich (ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) z.B. um Spiegelelemente oder Mikrospiegel einer Spiegelanordnung in Form eines Feldfacettenspiegels handeln, wobei die einzelnen Spiegelelemente identische oder auch voneinander verschiedene Krümmungen bzw. Brechkraft aufweisen können.
  • In sämtlichen Ausführungsformen ist jeweils ein Schichtstapel, welcher ein Reflexionsschichtsystem (z.B. als Vielfachschichtsystem aus Molybdän- und Siliziumschichten) aufweist, auf einem Substrat aufgebracht. Bei dem Spiegelsubstratmaterial kann es sich z.B. um Silizium (Si) oder um Titandioxid(TiO2)-dotiertes Quarzglas handeln, wobei beispielhaft die unter den Markenbezeichnungen ULE® (der Firma Corning Inc.) oder Zerodur® (der Firma Schott AG) vertriebenen Materialien verwendbar sind. In weiteren Ausführungsformen kann das Spiegelsubstratmaterial auch Germanium (Ge), Diamant, Galliumarsenid (GaAs), Galliumnitrid (GaN), Galliumantimonid (GaSb), Galliumphosphid (GaP), Al2O3, Indiumphosphid (InP), Indiumarsenid (InAs), Indiumantimonid (InSb), Kalziumfluorid (CaF2), Zinkoxid (ZnO) oder Siliziumkarbid (SiC) aufweisen. Optional können noch weitere Funktionsschichten, wie beispielsweise eine Deckschicht („Cap-Layer“), eine Substratschutzschicht etc. in für sich bekannter Weise vorgesehen sein.
  • Dabei kann jeweils bei der Ausbildung des das Reflexionsschichtsystem umfassenden Schichtstapels auf dem Substrat eine von Null verschiedene Biegekraft des Schichtstapels durch geeignete Einstellung der Beschichtungsparameter und/oder der Parameter einer Nachbehandlung und der hierdurch erzeugten mechanischen Spannung ausgeübt werden. Die Einstellung der mechanischen Spannung bei Ausbildung des jeweiligen Schichtstapels kann hierbei in für sich bekannter Weise dadurch erfolgen, dass insbesondere im Reflexionsschichtsystem Materialien und Dickenverhältnisse (z.B. das Verhältnis aus Absorberlagendicke zur Gesamtdicke einer Periode, wobei dieses Dickenverhältnis auch als Γ bezeichnet wird) in gewünschter Weise eingestellt werden. Die Vorgehensweise bei der Einstellung einer mechanischen Spannung ist dem Fachmann z.B. aus DE 10 2008 042 212 A1 bekannt. Des Weiteren kann die Einstellung der mechanischen Spannung bei Aufbringung des jeweiligen Schichtstapels auch durch Sauerstoffdotierung bzw. Zugabe von Sauerstoff beim Beschichten erfolgen, wie es dem Fachmann aus DE 10 2011 003 357 A1 bekannt ist.
  • Diese während der Ausbildung des das Reflexionsschichtsystem umfassenden Schichtstapels auf dem Substrat erzeugte mechanische Spannung führt dazu, dass die Krümmung des Substrats im Vergleich zur ursprünglichen Krümmung, welche im Zustand vor der Beschichtung vorgelegen hat, verändert wird. Die besagte ursprüngliche Krümmung des Substrats im Zustand vor der Beschichtung kann entweder Null betragen (d.h. das Substrat ist vor der Beschichtung plan), oder die ursprüngliche Krümmung kann einer noch nicht der gewünschten Soll-Krümmung des fertigen Spiegelelements entsprechenden endlichen Krümmung (z.B. einer konvexen Krümmung) entsprechen. Gemäß 5a kann z.B. eine Mehrzahl von Spiegelelementen gleicher Krümmung bzw. Brechkraft dadurch hergestellt werden, dass im Ausgangszustand plane (Spiegel-)Substrate 511, 512, ... jeweils mit einem ein Reflexionsschichtsystem umfassenden Schichtstapel 521, 522, ... unter Einstellung jeweils identischer Beschichtungsparameter beschichtet werden, wobei während dieser Beschichtung die erzeugte mechanische Spannung und die hieraus resultierende Biegekraft auf das jeweilige Substrat 511, 522, ... derart gewählt werden, dass sich im jeweils fertigen Spiegelelement die gewünschte (für die einzelnen Spiegelelemente jeweils identische) Krümmung einstellt. Gemäß 5b können die jeweiligen Substrate 513, 514, ... auch im Ausgangszustand (vor der Beschichtung) eine endliche Krümmung aufweisen, die noch nicht der letztlich gewünschten Krümmung entspricht, wobei diese Substratkrümmung dann durch die bei Aufbringung des Schichtstapels erzeugte mechanische Spannung bzw. ausgeübte Biegekraft verändert wird. Konkret wird im Beispiel von 5b eine im Ausgangszustand vor der Beschichtung konvexe Krümmung der Substrate 513, 514, ... auf Null gebracht, also letztendlich eine plane Geometrie der fertigen Spiegelelemente erzeugt.
  • Im Weiteren werden nun unter Bezugnahme auf 1a–e mögliche Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Spiegelelements erläutert, bei welchen die erfindungsgemäße Kompensation des „Bimetalleffekts“, d.h. die Kompensation einer mit einer Temperaturänderung einhergehenden Variation der von dem Schichtstapel ausgeübten Biegekraft in ihrem Einfluss auf die Krümmung des Spiegelelements, durch geeignete Anpassung der Ausgestaltung des Substrats an die Ausgestaltung des Schichtstapels insbesondere hinsichtlich des jeweils vorliegenden mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten erzielt wird.
  • Konkret erfolgt gemäß 1a–e in einem Spiegelelement 110a–110e die Auslegung des Substrats im Hinblick auf das im Substrat eingesetzte Material bzw. die eingesetzten Materialien derart, dass der mittlere thermische Ausdehnungskoeffizient des Substrats in seinem Wert mit dem mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Schichtstapels im Wesentlichen (vorzugsweise auf ±3% bezogen auf den größeren der beiden Werte) übereinstimmt.
  • Indem die hierbei getroffenen erfindungsgemäßen Maßnahmen hinsichtlich der angestrebten Übereinstimmung der mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Schichtstapel einerseits und Substrat andererseits auf Seiten des Substrats getroffen werden, wird der Umstand ausgenutzt, dass Materialauswahl sowie Aufbau auf Seiten des Substrats – anders als beim Schichtstapel bzw. Reflexionsschichtsystem – nicht durch die gewünschte optische Wirkung des Spiegelelements vorgegeben sind, so dass auf Seiten des Substrats somit ein vergleichsweise großer Gestaltungsspielraum besteht.
  • Wie in 1a–e jeweils schematisch angedeutet, kann die vorstehend beschriebene Anpassung des Substrats (in 1a–e jeweils mit 111, 112, 113, 114 bzw. 115 bezeichnet) an den Schichtstapel (in 1a–e jeweils mit 121, 122, 123, 124 bzw. 125 bezeichnet) dadurch erfolgen, dass das Substratmaterial bereits bei homogener Ausgestaltung des Substrats den geeigneten, mit dem Wert im Schichtstapel im Wesentlichen übereinstimmenden mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt (1a) oder dass diese Übereinstimmung auf Seiten des Substrats durch Dotierung (1b), Schichten (1c) oder Säulen (1d) eines weiteren Materials mit abweichendem thermischen Ausdehnungskoeffizienten erreicht wird. 1e zeigt in schematischer Darstellung eine weitere mögliche Ausführungsform, in welcher die auf Seiten des Substrats 115 gewählte Mischung unterschiedlicher Substratmaterialien auf eine Mehrzahl von Schichten verteilt ist, so dass sich im Ergebnis ein Gradient im thermischen Ausdehnungskoeffizienten ergibt.
  • Falls beispielsweise der Schichtstapel 122 in 1b einen mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 5·10–6K–1 aufweist, kann die gewünschte Übereinstimmung des auf Seiten des Substrats 112 vorhandenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten dadurch erreicht werden, dass das Substrat 112 als Legierung aus Silizium (Si) und Germanium (Ge) ausgestaltet wird. Berücksichtigt man die entsprechenden Werte des thermischen Ausdehnungskoeffizienten für Silizium (α = 2.6·10–6K–1) und Germanium (α = 5.9·10–6K–1), so ergibt sich für das Ausführungsbeispiel ein optimaler Silizium(Si)-Anteil von 27%. In erster Näherung gilt dies auch für die Ausführungsbeispiele gemäß 1c und 1d.
  • Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt beinhaltet die Erfindung somit das Konzept, bei vorgegebenem Wert des thermischen Ausdehnungskoeffizienten für den Schichtstapel den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats (als „freier“ Parameter“) entsprechend zu wählen, um im Ergebnis den erwünschten Kompensationseffekt zu erzielen.
  • Unter Bezugnahme auf 2–4 werden im Folgenden weitere mögliche Ausführungsbeispiele beschrieben, bei welchen die erfindungsgemäße Kompensation des Bimetalleffekts nicht allein durch entsprechende Anpassung des Substrats bzw. Substratmaterials, sondern durch Einsatz einer oder mehrerer zusätzlicher Schichten erreicht wird.
  • Gemäß 2a–c ist zunächst wiederum das Substrat mit 211, 212 bzw. 213 bezeichnet, und der Schichtstapel (welcher ein Reflexionsschichtsystem sowie gegebenenfalls weitere Funktionsschichten umfasst) ist mit 221, 222 bzw. 223 bezeichnet. Den Ausführungsbeispielen von 2a–c ist gemeinsam, dass das jeweilige Spiegelelement eine Kompensationsschicht 231, 232 bzw. 233 aufweist, welche dazu dient, die mit einer Temperaturänderung einhergehende Variation der von dem Schichtstapel 221, 222 bzw. 223 ausgeübten Biegekraft in ihrem Einfluss auf die Krümmung des jeweiligen Spiegelelements 210a, 210b bzw. 210c wenigstens teilweise zu kompensieren.
  • Dabei ist gemäß 2a die Kompensationsschicht 231 zwischen Substrat 211 und Schichtstapel 221 angeordnet. In diesem Falle ist die Kompensationsschicht 231 derart ausgestaltet, dass die mit einer Temperaturänderung innerhalb eines Temperaturintervalls von z.B. wenigstens 10K einhergehende Variation der durch die Kompensationsschicht 231 ausgeübten Biegekraft gerade entgegengesetzt gleich ist zu der durch diese Temperaturänderung thermisch induzierten Änderung der Biegekraft seitens des Schichtstapels 221. Mit anderen Worten gilt die Beziehung: (αSubstrat – αSchichtstapel)·tf1 = –(αSubstrat – αKompensationsschicht)·tf2 (1) wobei tf1 und tf2 jeweils die Dicken von Schichtstapel 221 bzw. Kompensationsschicht 231 bezeichnen und wobei jeweils eine Übereinstimmung der Biaxial-Module bzw. Poissonzahlen von Substrat 211, Schichtstapel 221 und Kompensationsschicht 231 angenommen wurde.
  • Beispielsweise kann bei einem mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf Seiten des Schichtstapels 221 von α = 5·10–6K–1 bei einer Dicke des Schichtstapels 221 von 500 nm und bei einem Substrat 211 aus Silizium (Si) mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten α = 2.6·10–6K–1 die Kompensationsschicht 231 aus Siliziumdioxid (SiO2) mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 0.55·10–6K–1 hergestellt sein, wobei in diesem Falle die Dicke der Kompensationsschicht 231 einen optimalen Wert von 585nm aufweist.
  • Gemäß diesem Aspekt beinhaltet die Erfindung somit das Konzept, ausgehend von vorgegebenen Werten für den thermischen Ausdehnungskoeffizienten α des Substrats bzw. des Schichtstapels sowie für die Dicke des Schichtstapels die entsprechenden Parameter der Kompensationsschicht entsprechend passend zu wählen, um im Ergebnis den erwünschten Kompensationseffekt zu erzielen. Mit anderen Worten wird es durch Einführung der Kompensationsschicht ermöglicht, unter Beibehaltung der vorgegebenen Parameter in Gleichung (1), nämlich αSubstrat, αSchichtstapel und tf1, den erwünschten Kompensationseffekt durch gezielte Ausgestaltung der Kompensationsschicht (hinsichtlich Material und Dicke) zu erreichen.
  • Gemäß 2b kann die Kompensationsschicht 232 auch auf der dem Schichtstapel 222 abgewandten Seite des Substrats 212 angeordnet sein. In diesem Falle ist vorzugsweise die durch die oben beschriebene Temperaturänderung innerhalb eines bestimmten Temperaturintervalls thermisch induzierte Biegekraft der Kompensationsschicht 232 idealerweise in Betrag und Vorzeichen gleich zu der durch den Schichtstapel 222 ausgeübten Biegekraft, d.h. es gilt (αSubstrat – αSchichtstapel)·tf1 = (αSubstrat – αKompensationsschicht)·tf2 (2)
  • Im Falle einer zu 2b entsprechenden Ausgestaltung von Substrat 212 und Schichtstapel 222 kann dies durch eine Kompensationsschicht 232 aus Aluminium (Al) mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 23·10–6K–1 bei einer optimalen Dicke der Kompensationsschicht 232 von 59nm erreicht werden.
  • Gemäß 2c kann die Kompensationsschicht 233 ferner auch innerhalb des Substrats 213 (d.h. weder auf dessen Ober- noch Unterseite) angeordnet sein.
  • In weiteren, in 3a–3m schematisch dargestellten Ausführungsformen kann eine zusätzliche spannungsinduzierende Schicht vorgesehen sein, welche gezielt derart ausgestaltet wird, dass im Ergebnis eine gewünschte mechanische Spannung bzw. eine gewünschte, vom Schichtstapel auf das Substrat ausgeübte Biegekraft erreicht wird. Dabei sind in 3a–3m das Substrat jeweils mit 311a, 311b, ..., der Schichtstapel jeweils mit 321a, 321b, ... und die ggf. zusätzlich vorhandene Kompensationsschicht jeweils mit 351b, 351c, ... bezeichnet.
  • Während gemäß 3a, 3h und 3k jeweils davon ausgegangen ist, dass die betreffende Anpassung der insgesamt erzielten mechanischen Spannung bzw. der durch den Schichtstapel 321a, 321h bzw. 321k ausgeübten Biegekraft durch die Kompensationsschicht 331a, 331h bzw. 331k selbst erreicht wird, ist in den übrigen Ausführungsformen gemäß 3b–g, 3i–j und 3l–m jeweils eine zusätzliche spannungsinduzierende Schicht 351b, 351c, ... vorgesehen, wobei die sich ausgehend von den zuvor anhand von 2a–c beschriebenen Ausführungsformen ergebenden Varianten im Einzelnen schematisch aufgeführt sind.
  • 4a zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die erfindungsgemäße Kompensation des Bimetalleffekts dadurch erreicht wird, dass eine Ausgleichsschicht 441 vorhanden ist, welche eine Übertragung mechanischer Spannungen zwischen Substrat 411 und Schichtstapel 421 reduziert (so dass die Ausgleichsschicht 441 insoweit eine mechanische Entkopplung zwischen Substrat 411 und Schichtstapel 421 bewirkt).
  • 4b und 4c zeigen weitere Ausführungsbeispiele, in denen analog zu 3a–m eine zusätzliche spannungsinduzierende Schicht 452 bzw. 453 vorgesehen ist.
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die vorliegende Erfindung realisierbar ist.
  • Gemäß 6 weist eine Beleuchtungseinrichtung in einer für EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 600 einen Feldfacettenspiegel 603 und einen Pupillenfacettenspiegel 604 auf. Auf den Feldfacettenspiegel 603 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche eine Plasmalichtquelle 601 und einen Kollektorspiegel 602 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 604 sind ein erster Teleskopspiegel 605 und ein zweiter Teleskopspiegel 606 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 607 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene eines sechs Spiegel 651–656 umfassenden Projektionsobjektivs lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektive strukturtragende Maske 621 auf einem Maskentisch 620 angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 661 auf einem Wafertisch 660 befindet.
  • Ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre, ist das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere vorteilhaft auf die Fertigung des Feldfacettenspiegels 603 oder des Pupillenfacettenspiegels 604 aus 6 anwendbar, weiter insbesondere dann, wenn die einzelnen Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 603 bzw. die einzelnen Pupillenfacetten des Pupillenfacettenspiegels 604 ihrerseits aus einzelnen Spiegelelementen bzw. Mikrospiegeln zusammengesetzt sind.
  • Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (15)

  1. Spiegelelement, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, mit: • einem Substrat (111, 112, 113, 114, 115, 211, 212, 213, 311a–311m, 411, 412, 413); und • einem Schichtstapel (121, 122, 123, 124, 125, 221, 222, 223, 321a–321m, 421, 422, 423) auf dem Substrat, wobei der Schichtstapel zumindest ein Reflexionsschichtsystem aufweist; • wobei eine Krümmung des Spiegelelements auf Basis einer für eine vorgegebene Betriebstemperatur gewünschten Soll-Krümmung durch eine von dem Schichtstapel ausgeübte, nicht verschwindende Biegekraft erzeugt wird; und • wobei die erzeugte Krümmung über ein Temperaturintervall (ΔT) von wenigstens 10K um nicht mehr als 10% variiert.
  2. Spiegelelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugte Krümmung über ein Temperaturintervall (ΔT) von wenigstens 10K um nicht mehr als 1%, insbesondere um nicht mehr als 0.1%, variiert.
  3. Spiegelelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Kompensationsschicht (231, 232, 233, 331a, 331b, ...) aufweist, welche eine mit einer innerhalb des Temperaturintervalls (ΔT) erfolgenden Temperaturänderung einhergehende Variation der von dem Schichtstapel (221, 222, 223, 321a, 321b, ...) ausgeübten Biegekraft in ihrem Einfluss auf die Krümmung des Spiegelelements wenigstens teilweise kompensiert.
  4. Spiegelelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Ausgleichsschicht (441, 442, 443) aufweist, welche eine Übertragung mechanischer Spannungen zwischen dem Schichtstapel (421, 422, 423) und dem Substrat (411, 412, 413) im Vergleich zu einem analogen Aufbau ohne die Ausgleichsschicht (441, 442, 443) reduziert.
  5. Spiegelelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mittlerer thermischer Ausdehnungskoeffizient des Substrats (111, 112, 113, 114, 115) einen ersten Wert besitzt und ein mittlerer thermischer Ausdehnungskoeffizient des Schichtstapels (121, 122, 123, 124, 125) einen zweiten Wert besitzt, wobei der erste Wert und der zweite Wert bis auf ±10%, insbesondere bis auf ±3%, weiter insbesondere bis auf ±1%, bezogen auf größeren der beiden Werte, übereinstimmen.
  6. Spiegelelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (112, 113, 114, 115) aus wenigstens zwei unterschiedlichen Materialien hergestellt ist.
  7. Spiegelelement, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, mit: • einem Substrat (411, 412, 413); • einem Schichtstapel (421, 422, 423) auf dem Substrat (411, 412, 413), wobei der Schichtstapel zumindest ein Reflexionsschichtsystem aufweist; und • einer Ausgleichsschicht (441, 442, 443), welche eine Übertragung mechanischer Spannungen zwischen dem Schichtstapel (421, 422, 423) und dem Substrat (411, 412, 413) im Vergleich zu einem analogen Aufbau ohne die Ausgleichsschicht (441, 442, 443) reduziert.
  8. Spiegelelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelelement eine zusätzliche spannungsinduzierende Schicht (351b, 351c, ...; 452, 453) aufweist.
  9. Spiegelelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelelement ein Spiegelelement einer aus einer Mehrzahl von Spiegelelementen zusammengesetzten Spiegelanordnung ist.
  10. Spiegelelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese Spiegelelemente unabhängig voneinander verkippbar sind.
  11. Spiegelelement nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelanordnung ein Facettenspiegel, insbesondere ein Feldfacettenspiegel oder ein Pupillenfacettenspiegel, ist.
  12. Spiegelelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelelement für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30 nm, insbesondere weniger als 15 nm, ausgelegt ist.
  13. Spiegelelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelelement ein Spiegelelement einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage ist.
  14. Optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere Beleuchtungseinrichtung oder Projektionsobjektiv, mit wenigstens einem Spiegelelement nach Anspruch 13.
  15. Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungseinrichtung und einem Projektionsobjektiv, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsbelichtungsanlage ein Spiegelelement nach Anspruch 13 aufweist.
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