DE102016201445A1

DE102016201445A1 - Spiegel, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102016201445A1
Application number: DE102016201445.5A
Authority: DE
Inventors: Peter Huber; Kerstin Hild
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2016-02-01
Filing date: 2016-02-01
Publication date: 2017-02-09

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spiegel, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage. Ein erfindungsgemäßer Spiegel weist eine optische Wirkfläche, ein Spiegelsubstrat (105, 305, 505), ein Reflexionsschichtsystem zur Reflexion von auf die optische Wirkfläche auftreffender elektromagnetischer Strahlung, wenigstens eine erste piezoelektrische Schicht (110, 310, 510), welche zwischen Spiegelsubstrat und Reflexionsschichtsystem angeordnet und mit einem elektrischen Feld zur Erzeugung einer lokal variablen Deformation beaufschlagbar ist, und eine Kompensationsschicht auf, welche eine durch eine in der ersten piezoelektrischen Schicht induzierte, parallel zur optischen Wirkfläche gerichtete mechanische Schichtspannung hervorgerufene Deformationswirkung der ersten piezoelektrischen Schicht auf die optische Wirkfläche wenigstens teilweise kompensiert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Spiegel, 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. einen 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.
Ein in der Praxis auftretendes Problem ist, dass solche Spiegel insbesondere infolge der Absorption der elektromagnetischen (z.B. von einer EUV-Lichtquelle emittierten) Strahlung eine Erwärmung und eine damit einhergehende thermische Ausdehnung bzw. Deformation erfahren, welche wiederum eine Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des optischen Systems zur Folge haben kann. Eine weitere Ursache für im Betrieb einer Projektionsbelichtungsanlage auftretende Aberrationen stellen z.B. Variationen der Gravitationskraft in Abhängigkeit vom Aufstellungsort bzw. der geographischen Lage des Systems dar.
Zur wenigstens teilweisen Kompensation der vorstehend beschriebenen Probleme sowie auch generell zur Erhöhung der Bildlagegenauigkeit und Bildqualität (sowohl entlang der optischen Achse bzw. in Lichtausbreitungsrichtung als auch in lateraler Richtung bzw. senkrecht zur optischen Achse oder Lichtausbreitungsrichtung) ist es insbesondere bekannt, einen oder mehrere Spiegel im optischen System als adaptiven Spiegel mit einer Aktuatorschicht aus einem piezoelektrischen Material auszugestalten, wobei über diese piezoelektrische Schicht hinweg ein elektrisches Feld mit lokal unterschiedlicher Stärke durch Anlegen einer elektrischen Spannung an beiderseitig zur piezoelektrischen Schicht angeordnete Elektroden erzeugt wird. Bei lokaler Verformung der piezoelektrischen Schicht verformt sich auch das Reflexionsschichtsystem des adaptiven Spiegels, so dass durch geeignete Ansteuerung der Elektroden (ggf. auch zeitlich veränderliche) Abbildungsfehler wenigstens teilweise kompensiert werden können. Die Verformung des Reflexionsschichtsystem kann auch generell eingesetzt werden, um den mikrolithographischen Abbildungsprozess weiter zu optimieren.
7 zeigt in schematischer Darstellung einen beispielhaften Aufbau eines herkömmlichen adaptiven Spiegels 30. Der Spiegel 30 mit optischer Wirkfläche 31 weist zwischen einem Spiegelsubstrat 32 und einem Reflexionsschichtsystem 41 (z.B. als Vielfachschichtsystem aus Molybdän- und Siliziumschichten) eine piezoelektrische Schicht 36 auf, welche aus einem piezoelektrischen Material wie z.B. Blei-Zirkonat-Titanat (Pb(Zr, Ti)O₃) hergestellt ist. Bei dem Spiegelsubstratmaterial kann es sich z.B. um Zerodur^® (der Firma Schott AG) oder um Titandioxid(TiO₂)-dotiertes Quarzglas handeln, wobei beispielhaft das unter der Markenbezeichnung ULE^® (der Firma Corning Inc.) vertriebene Material verwendbar ist. Die piezoelektrische Schicht 36 ist zwischen einer ersten Elektrode 34, welche auf einer auf dem Spiegelsubstrat 32 vorgesehenen Haftschicht 33 z.B. aus TiO₂ aufgebracht ist, und einer zweiten strukturierten Elektrode 38 angeordnet, wobei sich zwischen den Elektroden 34 und 38 und der piezoelektrischen Schicht 36 jeweils eine Haftschicht 35 bzw. 37 z.B. aus LaNiO₃ befindet. Des Weiteren befindet sich auf der der strukturierten Elektrode 38 zugewandten Unterseite des Reflexionsschichtsystems 41 eine optionale Abschirmschicht 40, welche z.B. ebenso wie die Elektroden 34, 38 aus Platin (Pt) hergestellt sein kann. Ferner befindet sich zwischen der piezoelektrischen Schicht 36 und der Abschirmschicht 40 eine SiO₂-Schicht 39.
Durch Anlegen einer lokal variierenden elektrischen Spannung kann eine örtlich variierende Auslenkung der piezoelektrischen Schicht 36 erzeugt werden, welche wiederum in eine Deformation des Reflexionsschichtsystems 41 und damit in eine Wellenfrontänderung für auf die optische Wirkfläche 31 auftreffendes Licht übersetzt wird und zur Aberrationskorrektur eingesetzt werden kann.
Wenngleich das vorstehend beschriebene Prinzip eines adaptiven Spiegels bis zu einem gewissen Grad eine effiziente Aberrationskorrektur im Zuge der Deformation bzw. Aktuierung des Spiegels ermöglicht, tritt in der Praxis insbesondere bei Erfordernis größerer Aktuierungen bzw. Deformationen das Problem auf, dass mit der gewünschten Ausdehnung der piezoelektrischen Schicht senkrecht zur optischen Wirkfläche des Spiegels auch eine laterale (d.h. parallel zur optischen Wirkfläche erfolgende) Ausdehnung der piezoelektrischen Schicht einhergeht. Eine solche laterale Ausdehnung kann ebenfalls zu einer Deformation des Spiegelsubstrats bzw. des Spiegels führen, was insgesamt die kontrollierte Einstellung etwa zur Erzielung einer gewünschten Aberrationskorrektur erschwert.
Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf DE 10 2011 005 940 A1 verwiesen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Spiegel, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, bereitzustellen, welcher eine Deformation bzw. Aktuierung über die z.B. zur Aberrationskorrektur erforderlichen Verfahrwege unter Vermeidung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch den Spiegel gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
Ein erfindungsgemäßer Spiegel, wobei der Spiegel eine optische Wirkfläche aufweist, weist auf:

– ein Spiegelsubstrat;
– ein Reflexionsschichtsystem zur Reflexion von auf die optische Wirkfläche auftreffender elektromagnetischer Strahlung;
– wenigstens eine erste piezoelektrische Schicht, welche zwischen Spiegelsubstrat und Reflexionsschichtsystem angeordnet und mit einem elektrischen Feld zur Erzeugung einer lokal variablen Deformation beaufschlagbar ist; und
– eine Kompensationsschicht, welche eine durch eine in der ersten piezoelektrischen Schicht induzierte, parallel zur optischen Wirkfläche gerichtete mechanische Schichtspannung hervorgerufene Deformationswirkung der ersten piezoelektrischen Schicht auf die optische Wirkfläche wenigstens teilweise kompensiert.

Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, zusätzlich zu einer ersten piezoelektrischen Schicht, deren Aufgabe insbesondere die Bereitstellung einer Spiegeldeformation in zur optischen Wirkfläche senkrechter Richtung ist, eine Kompensationsschicht vorzusehen, deren Aufgabe in der Kompensation einer in der piezoelektrischen Schicht hervorgerufenen, in lateraler Richtung wirkenden mechanischen Schichtspannung besteht und die damit letztendlich bewirkt, dass die Spiegeldeformation zumindest zum weitaus überwiegenden Teil nur noch in zur optischen Wirkfläche senkrechter Richtung erfolgt.
Zu der erfindungsgemäßen Kompensationsschicht werden im Weiteren unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben, denen das Prinzip gemeinsam ist, dass die Kompensationsschicht gerade einen in entgegengesetzter Richtung zu besagter mechanischer Schichtspannung der piezoelektrischen Schicht wirkenden Effekt hervorruft, so dass im Ergebnis im Wesentlichen nur noch die jeweils gewünschte Deformation bzw. Dickenänderung senkrecht zur optischen Wirkfläche des Spiegels übrigbleibt und insbesondere ein Deformationsbeitrag von der in lateraler Richtung in der piezoelektrischen Schicht erzeugten mechanischen Schichtspannung kompensiert wird. Grundsätzlich resultiert die besagte mechanische Schichtspannung innerhalb der piezoelektrischen Schicht daher, dass aufgrund deren Fixierung innerhalb des gesamten Schichtaufbaus und insbesondere am (typischerweise um viele Größenordnungen dickeren) Spiegelsubstrat eine ungehinderte Ausdehnung in lateraler (d.h. zur optischen Wirkfläche des Spiegels paralleler) Richtung nicht stattfinden kann, die piezoelektrische Schicht also aufgrund ihrer mechanischen Anbindung insbesondere an das wesentlich dickere Substrat gezwungen ist, ihre laterale Dimension bzw. Abmessung zumindest weitgehend – jedoch unter Erzeugung einer mechanischen Schichtspannung – beizubehalten.
Die erfindungsgemäße, ebenfalls in den gesamten Schichtaufbau und damit an das Spiegelsubstrat mechanisch angebundene Kompensationsschicht ist nun gerade so ausgestaltet, dass sie bei Beaufschlagung der piezoelektrischen Schicht mit elektrischer Spannung gerade einen hinsichtlich der vorstehend beschriebenen mechanischen Schichtspannung und des von dieser Schichtspannung ausgehenden Deformationsbeitrags gegenläufigen Effekt bewirkt, so dass sich der Einfluss der in der piezoelektrischen Schicht hervorgerufenen mechanischen Schichtspannung und der Einfluss der in der Kompensationsschicht erzeugten Schichtspannung auf die letztendlich stattfindende Deformation des Spiegels und insbesondere dessen optischer Wirkfläche im Idealfall gerade gegenseitig aufheben.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Kompensationsschicht eine zweite piezoelektrische Schicht, wobei die erste piezoelektrische Schicht und die zweite piezoelektrische Schicht aus voneinander verschiedenen Materialien hergestellt sind.
Gemäß einer Ausführungsform sind die erste piezoelektrische Schicht und die zweite piezoelektrische Schicht jeweils unabhängig voneinander mit einem elektrischen Feld beaufschlagbar. Gemäß einer Ausführungsform unterscheiden sich das Material der ersten piezoelektrischen Schicht und das Material der zweiten piezoelektrischen Schicht im Wert des Elastizitätsmoduls um wenigstens 40%, insbesondere um wenigstens 60%, weiter insbesondere um wenigstens 80%, jeweils bezogen auf den größeren Wert des Elastizitätsmoduls.
Gemäß einer Ausführungsform unterscheiden sich die erste piezoelektrische Schicht und die zweite piezoelektrische Schicht in der Schichtdicke um wenigstens 40%, insbesondere um wenigstens 60%, weiter insbesondere um wenigstens 80%, jeweils bezogen auf den größeren Wert der Schichtdicke.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Kompensationsschicht eine auf eine vorgebbare Temperatur aufheizbare Heizschicht.
Gemäß einer Ausführungsform ist diese Heizschicht zur Aufheizung mit einem elektrischen Strom beaufschlagbar.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Heizschicht aus einem metallischen Material hergestellt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Kompensationsschicht aus einem magnetostriktiven Material hergestellt.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Kompensationsschicht eine Heusler-Legierung auf.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Kompensationsschicht eine poröse Schicht.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Spiegel für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 250 nm, insbesondere weniger als 200 nm, ausgelegt. Gemäß einer Ausführungsform ist der Spiegel für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30 nm, insbesondere weniger als 15 nm, ausgelegt.
Bei dem Spiegel kann es sich insbesondere um einen Spiegel für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage handeln. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. In weiteren Anwendungen kann ein erfindungsgemäßer Spiegel auch in einem beliebigen anderen optischen System (z.B. in einer Anlage zur Maskenmetrologie) eingesetzt bzw. verwendet werden.
Die Erfindung betrifft weiter ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere eine Beleuchtungseinrichtung oder ein Projektionsobjektiv, mit wenigstens einem Spiegel mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen, sowie auch 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 und 2a–c schematische Darstellungen zur Erläuterung des Aufbaus eines adaptiven Spiegels gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
3 und 4a–c schematische Darstellungen zur Erläuterung des Aufbaus eines adaptiven Spiegels gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
5a–b schematische Darstellungen zur Erläuterung des Aufbaus eines adaptiven Spiegels gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung;
6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage; und
7 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus eines herkömmlichen adaptiven Spiegels.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Weiteren wird zunächst das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip anhand einer ersten Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen in 1 und 2a–c beschrieben.
Gemäß 1 weist ein erfindungsgemäßer Spiegel in einer ersten Ausführungsform insbesondere ein Spiegelsubstrat 105 und eine erste piezoelektrische Schicht 110 auf, welche über Elektroden 101, 102 mit einer elektrischen Spannung beaufschlagbar ist, um eine (je nach Ausgestaltung bzw. Anordnung der Elektroden gegebenenfalls lokal variable) Deformation des Spiegels zu erzeugen.
Dabei ist in 1 und 2a–c der Einfachheit halber und zur Konzentration auf das erfindungsgemäße Prinzip auf die Darstellung der übrigen (Funktions-)Schichten des Spiegels, welche z.B. analog zu dem anhand von 7 beschriebenen herkömmlichen Aufbau vorhanden sind, verzichtet worden. Insbesondere ist in 1 und 2a–c ebenso wie auch in den folgenden Darstellungen von 3 bis 5a–b auf die Darstellung des Reflexionsschichtsystems sowie weiterer Funktionsschichten verzichtet worden, so dass außer der piezoelektrischen Schicht, den jeweils erforderlichen Elektroden und dem Substrat nur noch die (im Folgenden erläuterte) erfindungsgemäße Kompensationsschicht selbst dargestellt ist.
Den im Weiteren beschriebenen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass im Schichtaufbau jeweils eine Kompensationsschicht vorgesehen ist, welche die Aufgabe hat, einen Deformationsbeitrag, welcher von einer in lateraler (d.h. zur optischen Wirkfläche parallelen Richtung in der piezoelektrischen Schicht erzeugten mechanischen Schichtspannung hervorgerufen wird, zu kompensieren.
Gemäß 1 und 2a–c ist diese Kompensationsschicht in dem ersten Ausführungsbeispiel als eine zusätzlich zur ersten piezoelektrischen Schicht 110 vorgesehene zweite piezoelektrische Schicht 120 aus einem vom Material der ersten piezoelektrischen Schicht 110 verschiedenen Material ausgestaltet, wobei gemäß 1 die beiden piezoelektrischen Schichten 110, 120 über Elektroden 101, 102 bzw. 103 unabhängig voneinander mit elektrischer Spannung beaufschlagbar sind. Die Materialien der ersten piezoelektrischen Schicht 110 und der zweiten piezoelektrischen Schicht 120 sind vorzugsweise so gewählt, dass sie sich im Wert des Elastizitätsmoduls signifikant (z.B. um wenigstens 40%, insbesondere um wenigstens 60%, weiter insbesondere um wenigstens 80%) unterscheiden, wobei vorzugsweise der Wert des Elastizitätsmoduls des Materials der zweiten piezoelektrischen Schicht 120 wesentlich größer als derjenige des Materials der ersten piezoelektrischen Schicht 110 (die zweite piezoelektrische Schicht 120 also wesentlich härter) ist.
Des Weiteren ist in dem anhand von 1 und 2a–c beschriebenen Ausführungsbeispiel die Dicke der zweiten piezoelektrischen Schicht 120 wesentlich geringer (z.B. um wenigstens 40%, insbesondere um wenigstens 60%, weiter insbesondere um wenigstens 80%) als die Dicke der ersten piezoelektrischen Schicht 110.
Ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre, kann z.B. die Dicke der ersten piezoelektrischen Schicht 110 1 µm betragen. Die Dicke der zweiten piezoelektrischen Schicht 120 kann lediglich beispielhaft bei 100 nm liegen.
Zur Erläuterung des Funktionsprinzips wird zunächst in einem Gedankenexperiment gemäß 2a–b eine ungehinderte Deformierbarkeit der ersten und der zweiten piezoelektrischen Schicht 110, 120 angenommen, d.h. es bleibt zunächst die – in der Realität vorhandene – feste mechanische Anbindung der beiden piezoelektrischen Schichten 110, 120 an das Substrat 105 außer Acht.
Das Anlegen von im Vorzeichen entgegengesetzten elektrischen Spannungen an die piezoelektrischen Schichten 110, 120 führt dann im Gedankenexperiment gemäß 2b dazu, dass sich z.B. die erste piezoelektrische Schicht 110 in z-Richtung ausdehnt und lateral (d.h. in der x-y-Ebene) zusammenzieht, wohingegen bei der zweiten piezoelektrischen Schicht 120 gerade der umgekehrte Effekt eintreten würde (in den Abbildungen stellen jeweils die gestrichelten Linien den Zustand ohne anliegende elektrische Spannung, d.h. vor der Deformation, dar).
Berücksichtigt man hingegen die feste mechanische Anbindung der beiden piezoelektrischen Schichten 110, 120 an das (typischerweise um Größenordnungen dickere) Substrat 105, so verhindert diese feste mechanische Anbindung die jeweilige Deformation in lateraler Richtung mit der Folge, dass sich der in 2c schematisch dargestellte Zustand ergibt, wobei nun jeweils eine mechanische Schichtspannung in der ersten und in der zweiten piezoelektrischen Schicht 110, 120 entsteht.
Bei betragsmäßig gleich großen, zueinander entgegengesetzten elektrischen Spannungen an den beiden piezoelektrischen Schichten 110, 120 kann nun bei entsprechender Wahl der jeweiligen Dicken der beiden piezoelektrischen Schichten 110, 120 erreicht werden, dass sich unter Berücksichtigung der ebenfalls unterschiedlichen Werte des Elastizitätsmoduls der jeweiligen Materialien die in der ersten und in der zweiten piezoelektrischen Schicht 110, 120 erzeugten mechanischen Schichtspannungen gerade gegenseitig in ihrer Deformationswirkung aufheben.
Zugleich ergibt sich jedoch aufgrund der unterschiedlichen Dicken der beiden piezoelektrischen Schichten 110, 120 in z-Richtung eine endliche Dickenänderung, wobei diese Dickenänderung je nach Ausgestaltung der Elektroden bzw. Beschaffenheit der angelegten elektrischen Spannungen lokal unterschiedlich oder auch konstant sein kann. Im Ergebnis kann somit die erwünschte Deformation des Spiegels in z-Richtung bzw. senkrecht zur optischen Wirkfläche ohne unerwünschte, die kontrollierte Einstellung der Deformation erschwerende Beiträge aufgrund der in lateraler Richtung erzeugten Schichtspannung in der piezoelektrischen Schicht 110 erreicht werden.
In einem weiteren, zu demjenigen von 1 und 2a–c analogen Ausführungsbeispiel können die jeweiligen Schichtdicken der beiden piezoelektrischen Schichten 110, 120 auch identisch gewählt werden, wobei in diesem Falle betragsmäßig unterschiedliche elektrische Spannungen (mit weiterhin entgegengesetztem Vorzeichen) an die beiden piezoelektrischen Schichten 110, 120 angelegt werden. Bei geeigneter Wahl des Verhältnisses der Spannungsbeträge kann auch hier erreicht werden, dass sich unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Werte des Elastizitätsmoduls der jeweiligen Materialien die in der ersten und in der zweiten piezoelektrischen Schicht 110, 120 erzeugten mechanischen Schichtspannungen gerade gegenseitig in ihrer Deformationswirkung aufheben, wobei aber wiederum in z-Richtung eine endliche Dickenänderung verbleibt. Diese Dickenänderung kann dann in gewünschter Weise durch Änderung der absoluten Werte der an die beiden piezoelektrischen Schichten 110, 120 angelegten elektrischen Spannungen (bei konstant gehaltenem Verhältnis der Spannungsbeträge) variabel eingestellt werden.

Tab. 1 gibt lediglich beispielhaft mögliche Werte für die jeweiligen Parameter der ersten bzw. zweiten piezoelektrischen Schicht 110, 120 an, wobei entsprechende Materialien von der Firma PI Ceramic GmbH (DE) angeboten werden. Tabelle 1:

Bezeichnung Piezomaterial	PIC255	PIC300
Position in Fig. 2b	oben	unten
Nachgiebigkeitskonstante S33	20.70	11.80
Piezoelektrische Ladungskonstante d	400.00	155.00
Poissonzahl/Querkontraktion	0.34	0.34


Schichtdicke [nm]	100.00	100.00
anliegende Spannung [V]	100.00	–147.11
anliegendes elektrisches Feld in z-Richtung [V/nm]	1.00	–1.47
Ausdehung senkrecht zu Oberfläche bei anliegender Spannung [willkürliche Einheiten]	400.00	–228.02
Zugehörige Querkontration (parallel zu Oberfläche) [willk. Einh.]	–136.00	77.53
Schichtspannung nach "Zurückschieben" [willk. Einh.]	–6.57	6.57
Linienspannung parallel zu Oberfläche [willk. Einh.]	–657.00	657.00

Gesamtlinienspannung parallel zu Oberfläche [willk. Einh.]	0.00
Gesamtdehnung senkrecht zu Oberfläche [willk. Einh.]	171.98

Im Folgenden soll ein Ausführungsbeispiel angegeben werden basierend auf den zwei Materialien aus Tab. 1 mit unterschiedlicher mechanischer Härte (bzw. Nachgiebigkeitskonstante S33). Als Poissonzahl wurde 0.34 angesetzt. Bei einer angelegten Spannung von 100V bzw. –147.11V und einer Schichtdicke von jeweils 100nm stellt sich ein elektrisches Feld in der piezoelektrischen Schicht von 1V/nm bzw. –1.4711 V/nm ein. Die Ausdehnung in z-Richtung im Zustand ohne mechanische Spannung gemäß 2b errechnet sich aus S = d·E zu 400 bzw. 155 (in willkürlichen Einheiten). Die mechanische Spannung beträgt in diesem Gedankenexperiment Null. Die Ausdehnung parallel zur Oberfläche wird durch die Poissonzahl bestimmt: Dehnung_parallel = Dehnung_senkrecht·Poissonzahl. Man erhält –136 und 77.53 (in willkürlichen Einheiten). Werden die Schichten auf ihre ursprüngliche laterale Ausdehnung zurückgeschoben (Gedankenexperiment gemäß 2c), so bestimmt die Nachgiebigkeitskonstante, welche Schichtspannung sich bei diesem Schritt in den Schichten einstellt: Schichtspannung_parallel = Querkontraktion·Nachgiebigkeitskonstante (–6.57 und +6.57 in willkürlichen Einheiten). Diese Schichtspannung multipliziert mit der Schichtdicke liefert die Linienspannung, die letztendlich die Verbiegung des Substrats bedingt. Man erhält Werte von –657 und +657 in willkürlichen Einheiten und somit in der Summe 0, also eine verschwindende Linienspannung (d.h. es wirkt keine Kraft auf das Substrat parallel zur Oberfläche). Die resultierende Ausdehnung senkrecht zur Oberfläche ist die Summe der Einzelausdehnungen senkrecht zur Oberfläche, und diese verschwindet nicht, sondern ergibt sich zu 171.98 in willkürlichen Einheiten.
Im Weiteren wird unter Bezugnahme auf 3 und 4a–c der mögliche Aufbau eines Spiegels gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erläutert. Dabei sind analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „200“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet.
Im Unterschied zur zuvor anhand von 1 und 2a–c beschriebenen Ausführungsform ist bei dem Spiegel mit dem in 3 und 4a–c angedeuteten Aufbau die erfindungsgemäße Kompensationsschicht 320 als Heizschicht ausgestaltet, welche auf eine vorgebbare Temperatur aufheizbar ist. Im Ausführungsbeispiel ist die Heizschicht 320 aus einem metallischen Material wie z.B. Kupfer (Cu), Eisen (Fe), Aluminium (Al) oder Chrom (Cr) oder einem beliebigen anderen geeigneten Material mit möglichst hoher thermischer Ausdehnung hergestellt und zur Aufheizung über in 3 angedeutete Elektroden 303, 304 mit einem elektrischen Strom beaufschlagbar.
Auch in den schematischen Darstellungen von 3 und 4a–c wurde, um lediglich das Funktionsprinzip zu erläutern, auf die Darstellung weiterer Schichten oder Schichtsysteme, insbesondere des Reflexionsschichtsystems sowie etwaiger weiterer Funktionsschichten, verzichtet. Solche Schichten können jedoch wiederum in beliebiger geeigneter Anordnung, z.B. gemäß dem in 7 gezeigten herkömmlichen Schichtaufbau, vorgesehen sein.
Zur Erläuterung des Funktionsprinzips des Spiegels mit dem in 3 angedeuteten Aufbau wird zunächst wieder in einem Gedankenexperiment gemäß 4a–b die feste mechanische Anbindung der piezoelektrischen Schicht 310 und der Heizschicht 320 an das Substrat 305 außer Acht gelassen. Mit anderen Worten wird zunächst in Abweichung von der Realität angenommen, dass sich ausgehend von dem in 4a angedeuteten Zustand sowohl die piezoelektrische Schicht 310 als auch die Heizschicht 320 bei Beaufschlagung mit elektrischem Strom ungehindert deformieren. Während sich die piezoelektrische Schicht 310 analog zur Ausführungsform von 1 und 2a–c in z-Richtung ausdehnt und in lateraler Richtung (d.h. in der x-y-Ebene) zusammenzieht, dehnt sich die Heizschicht 320 bei Aufheizen auf eine höhere Temperatur sowohl in z-Richtung als auch lateral aus.
Berücksichtigt man nun jedoch analog zur zuvor anhand von 1 und 2a–c beschriebenen Ausführungsform die feste mechanische Anbindung sowohl der piezoelektrischen Schicht 310 als auch der Heizschicht 320 an das Substrat 305, so verhindert diese mechanische Anbindung wiederum jeweils eine ungehinderte Deformation in lateraler Richtung mit der Folge, dass sich der in 4c schematisch angedeutete Zustand ergibt, wobei wiederum eine mechanische Schichtspannung sowohl in der piezoelektrischen Schicht 310 als auch in der Heizschicht 320 entsteht.
Ein Vergleich zwischen 4c und 4b zeigt, dass hierbei die mechanische Schichtspannung bzw. die Wirkung des Substrats 305 für die piezoelektrische Schicht 310 und die Heizschicht 320 in zueinander entgegengesetzter Richtung erfolgt, so dass bei geeigneter Einstellung der jeweiligen Parameter (Temperatur der Heizschicht 320, elektrische Spannung an der piezoelektrischen Schicht 310 sowie Dicken von piezoelektrischen Schicht 310 und Heizschicht 320) eine gegenseitige Kompensation der besagten mechanischen Schichtspannungen erfolgt. In z-Richtung ergibt sich jedoch sowohl für die piezoelektrische Schicht 310 als auch für die Heizschicht 320 infolge der jeweils angelegten elektrischen Spannungen eine Ausdehnung und somit eine insgesamt resultierende, endliche Dickenänderung, wobei diese wiederum je nach Ausgestaltung der Elektroden lokal unterschiedlich oder auch konstant sein kann. Im Ergebnis kann auch hier die erwünschte Deformation des Spiegels in z-Richtung bzw. senkrecht zur optischen Wirkfläche ohne unerwünschte Beiträge aufgrund der in lateraler Richtung erzeugten Schichtspannung in der piezoelektrischen Schicht 310 erreicht werden.
In weiteren Ausführungsformen kann anstelle des anhand von 3 und 4a–c beschriebenen Aufheizens der Kompensationsschicht 320 zur Erzielung einer thermischen Deformation auch analog ein Kühlen der Kompensationsschicht 320 über geeignete Kühlelemente erfolgen.
In weiteren Ausführungsformen kann es sich bei dem Material der Kompensationsschicht 320 auch um eine Heusler-Legierung handeln, welche einen durch Anlegen eines geeigneten Temperaturfeldes induzierten Phasenübergang, welcher ebenfalls mit einer Deformation einhergeht, durchläuft. Die Heusler-Legierung kann insbesondere aus der Gruppe ausgewählt sein, welche Nickel-Mangan-Gallium und Nickel-Titan enthält.
Die mit dem Phasenübergang zwischen einer Martensit-Phase und einer Austenit-Phase in der Heusler-Legierung einhergehende Deformation der Kompensationsschicht würde ohne Berücksichtigung der festen Anbindung an das Substrat 305 analog zur vorstehend beschriebenen Ausdehnung der Heizschicht 320 sowohl in lateraler Richtung als auch parallel zur z-Richtung erfolgen. Bei Berücksichtigung der festen mechanischen Anbindung an das Substrat 305 ergibt sich somit ebenfalls in analoger Weise eine mechanische Schichtspannung, welche bei entsprechender Auslegung die innerhalb der piezoelektrischen Schicht 310 bei deren Beaufschlagung mit elektrischer Spannung erzeugte mechanische Schichtspannung kompensieren kann. Im Unterschied zur Deformation der Heizschicht 320 bleibt jedoch die mit dem Phasenübergang der Heusler-Legierung einhergehende Deformation nach Abschalten des Temperaturfeldes erhalten (d.h. der Deformationszustand bleibt „eingefroren“).
In Ausführungsformen kann das vorstehend beschriebene Aufheizen auch lokal variabel (d.h. unter Anlegen eines entsprechenden Temperaturfeldes) erfolgen.
In einer weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsform kann die Kompensationsschicht auch aus einem magnetostriktiven Material hergestellt sein, wobei in diesem Falle zur Erzeugung einer Deformation bzw. mechanischen Schichtspannung der betreffenden Kompensationsschicht – bei ansonsten analogem Funktionsprinzip – anstelle des elektrischen Feldes ein magnetisches Feld angelegt wird.

Im Weiteren wird ein entsprechendes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf Tabelle 2 erläutert. Tabelle 2:

Bezeichnung Material	PZT	Ni
Position in Fig. 2b	oben	unten

Magnetostriktionskonstante		0.00005
E-Modul [kN/mm²]		205
E-Modul [kN/mm²]	704
Schichtdicke [nm]	100	11077
Poissonzahl	0.2	0.31

relative Längenänderung durch Magnetisierung senkrecht zu Oberfläche		0.00005
relative Längenänderung durch Magnetisierung parallel zu Oberfläche		0.0000155
Schichtspannung durch Zurückschieben (analog Fig. 2c) [kN/mm²]		0.0031775
Linienspannung durch Zurückschieben [kN/mm²·nm]		35.1971675

piezoelektrische Konstante d [1/(V/m)]	5·10–10

Spannung an PZT-Schicht [V]	0.5
E-Feld in Schicht [V/m]	5000000
relative Verformung dadurch senkrecht zu Oberfläche nach Fig. 2b	0.0025
relative Verformung parallel zu Oberfläche	–0.0005
Schichtspannung durch "Zurückschieben" analog Fig. 2c [kN/mm²]	–0.352
Linienspannung durch "Zurückschieben" [kN/mm²·nm]	–35.2

Als piezoelektrische Schicht wird in diesem Ausführungsbeispiel Blei-Zirkon-Titanat (PZT) angesetzt. Die Schichtdicke beträgt 100nm, bei einer angelegten Spannung von 0.5V erwartet man eine relative Verformung von 0.0025 senkrecht zur Oberfläche. Bei einem Querkontraktionsfaktor von 0.2 bedeutet diess eine Deformation um –0.0005 (relativ) parallel zur Oberfläche. Beim „Zurückschieben“ analog 2c entsteht dabei eine Linienspannung von –35.2 [kN/mm²·nm]. Als magnetostriktives Material wird im Ausführungsbeispiel Nickel (Ni) (mit einer Magnetostriktionskonstante lambda_parallel von 50·10^–6) verwendet. Bei voller Magnetisierung erwartet man eine relative Längenänderung von 0.00005 senkrecht zur Oberfläche (Magnetfeld steht auch senkrecht zur Oberfläche). Parallel zur Oberfläche bedeutet dies eine relative Längenänderung von 0.0000155. Wenn diese „zurückgeschoben“ wird, entsteht eine Schichtspannung von 0.0031775 [kN/mm²]. Bei einer Schichtdicke von 11077 nm führt dies zu einer Linienspannung von 35.2 [kN/mm²·nm]. Da das Vorzeichen der Linienspannung gegensätzlich ist, verschwindet die resultierende mechanische Spannung parallel zur Oberfläche. Senkrecht zur Oberfläche verbleibt eine Dickenänderung von 0.25nm.
Im Weiteren werden unter Bezugnahme auf 5a–b weitere mögliche Ausführungsformen eines Spiegels gemäß der Erfindung beschrieben. Hierbei sind wiederum zu 3 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „200“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet.
In der Ausführungsform von 5a ist die Kompensationsschicht als poröse Schicht 520 ausgestaltet, welche zur Einlagerung eines beliebigen flüssigen oder gasförmigen Fluids (z.B. Wasser) in der Lage ist, wobei eine solche Einlagerung von z.B. Wasser mit einer Änderung der mechanischen Schichtspannung (im Sinne einer Druckverspannung) einhergeht. Eine Beaufschlagung der porösen Schicht 520 mit einem elektrischen Strom über die Elektroden 503, 504 hat nun zur Folge, dass das betreffende Fluid (z.B. Wasser) wieder aus der porösen Schicht 520 ausgetrieben wird, was wiederum mit einer Änderung der mechanischen Schichtspannung (im Sinne einer Zugverspannung) einhergeht.
Diese Zugverspannung kann wiederum bei geeigneter Auslegung gerade eine Druckverspannung, welche mit der Beaufschlagung der piezoelektrischen Schicht 510 mit elektrischem Strom infolge deren fester mechanischer Anbindung an das Substrat 505 einhergeht, kompensieren, so dass im Ergebnis auch hier ein unerwünschter Beitrag der in der piezoelektrischen Schicht 510 in lateraler Richtung erzeugten mechanischen Schichtspannung zur Deformation des Spiegels in z-Richtung bzw. senkrecht zur optischen Wirkfläche reduziert oder vermieden werden kann.
Gemäß 5b kann zur Aufnahme des wie vorstehend beschrieben ausgetriebenen Fluids (z.B. Wasser) auch eine Reservoirschicht 530 zwischen der porösen Schicht 520 und dem Substrat 505 vorgesehen sein.
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.
Grundsätzlich kann/können bei Realisierung der vorliegenden Erfindung ein beliebiger oder mehrere beliebige Spiegel des Projektionsobjektivs oder auch der Beleuchtungseinrichtung in der erfindungsgemäßen Weise ausgestaltet sein.
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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Zitierte Patentliteratur

DE 102011005940 A1 [0009]

Claims

Spiegel, wobei der Spiegel eine optische Wirkfläche aufweist, mit • einem Spiegelsubstrat (105, 305, 505); • einem Reflexionsschichtsystem zur Reflexion von auf die optische Wirkfläche auftreffender elektromagnetischer Strahlung; • wenigstens einer ersten piezoelektrischen Schicht (110, 310, 510), welche zwischen Spiegelsubstrat (105, 305, 505) und Reflexionsschichtsystem angeordnet und mit einem elektrischen Feld zur Erzeugung einer lokal variablen Deformation beaufschlagbar ist; und • einer Kompensationsschicht, welche eine durch eine in der ersten piezoelektrischen Schicht (110, 310, 510) induzierte, parallel zur optischen Wirkfläche gerichtete mechanische Schichtspannung hervorgerufene Deformationswirkung der ersten piezoelektrischen Schicht (110, 310, 510) auf die optische Wirkfläche wenigstens teilweise kompensiert.
Spiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsschicht eine zweite piezoelektrische Schicht (120) ist, wobei die erste piezoelektrische Schicht (110) und die zweite piezoelektrische Schicht (120) aus voneinander verschiedenen Materialien hergestellt sind.
Spiegel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste piezoelektrische Schicht (110) und die zweite piezoelektrische Schicht (120) jeweils unabhängig voneinander mit einem elektrischen Feld beaufschlagbar sind.
Spiegel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Material der ersten piezoelektrischen Schicht (110) und das Material der zweiten piezoelektrischen Schicht (120) im Wert des Elastizitätsmoduls um wenigstens 40%, insbesondere um wenigstens 60%, weiter insbesondere um wenigstens 80%, jeweils bezogen auf den größeren Wert des Elastizitätsmoduls, unterscheiden.
Spiegel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste piezoelektrische Schicht (110) und die zweite piezoelektrische Schicht (120) sich in der Schichtdicke um wenigstens 40%, insbesondere um wenigstens 60%, weiter insbesondere um wenigstens 80%, jeweils bezogen auf den größeren Wert der Schichtdicke, unterscheiden.
Spiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsschicht eine auf eine vorgebbare Temperatur aufheizbare Heizschicht (320) ist.
Spiegel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese Heizschicht (320) zur Aufheizung mit einem elektrischen Strom beaufschlagbar ist.
Spiegel nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese Heizschicht (320) aus einem metallischen Material hergestellt ist.
Spiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsschicht aus einem magnetostriktiven Material hergestellt ist.
Spiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsschicht eine Heusler-Legierung aufweist.
Spiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsschicht eine poröse Schicht (520) ist.
Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 250 nm, insbesondere weniger als 200 nm, ausgelegt ist.
Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30 nm, insbesondere weniger als 15 nm, ausgelegt ist.
Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Spiegel für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage ist.
Optisches System, insbesondere Beleuchtungseinrichtung oder Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System einen Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage (600) mit einer Beleuchtungseinrichtung und einem Projektionsobjektiv, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsbelichtungsanlage einen Spiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist.