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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks bei der Herstellung eines optischen Elements für ein optisches System für die Mikrolithographie.
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Stand der Technik
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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.
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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.
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Ein in der Praxis auftretendes Problem ist, dass diese für den Betrieb im EUV ausgelegten reflektiven optischen Elemente insbesondere infolge der Absorption der von der 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. Angesichts der hohen Präzisionsanforderungen an die Abbildungseigenschaften stellt somit die Fertigung der reflektiven optischen Elemente eine anspruchsvolle Herausforderung dar. Hierbei ist es insbesondere bekannt, Spiegelsubstratmaterialien mit sehr geringem thermischem Ausdehnungskoeffizienten einzusetzen, wobei z.B. das unter der Markenbezeichnung ULE® (der Firma Corning Inc.) vertriebene, Titandioxid(TiO2)-dotierte Quarzglas verwendbar ist. Dieses Material weist einen Aufbau aus einer Mehrzahl von Schichten unterschiedlicher Titandioxid(TiO2)-Konzentrationen auf.
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Hierbei tritt nun in der Praxis das weitere Problem auf, dass ein im Zuge der Formgebung des Substrats erfolgendes Herausschneiden einer gewünschten Geometrie (z.B. einer Sphäre) aus dem wie vorstehend beschrieben geschichteten Rohmaterial dazu führt, dass an der jeweils freigelegten Oberfläche Bereiche aus unterschiedlichen Schichten des besagten schichtförmigen Aufbaus vorliegen mit der Folge, dass die jeweils nachfolgenden, zur weiteren Modifikation der Oberfläche bis zur gewünschten Endspezifikation durchgeführten Verfahrensschritte auf jeweils unterschiedliche Schichten bzw. Materialzusammensetzungen wirken. Da aber bei diversen Bearbeitungsverfahren (wie z.B. Polieren) die tatsächlich erzielte Formveränderung von der betreffenden Materialzusammensetzung des bearbeiteten Materials abhängt, kann dieser Umstand zu der Erzeugung unerwünschter, typischerweise streifenförmiger Muster in der letztendlich erzeugten bzw. freigelegten Oberflächenform führen, was wiederum eine Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften des hergestellten optischen Elements (z.B. der Wellenfrontwirkung oder der Streulichteigenschaften) zur Folge haben kann.
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Dieses Problem kann sich insbesondere dann als besonders gravierend erweisen, wenn die betreffenden streifenförmigen Muster eine vergleichsweise hohe Ortsfrequenz besitzen, so dass eine deterministische Korrektur z.B. in Form einer iterativen Durchführung einzelner Bearbeitungsschritte nicht mehr möglich ist. Dies kann lediglich beispielhaft der Fall sein, wenn die betreffenden Streifenmuster in lateraler Richtung auf der jeweiligen Oberfläche Abstände zwischen den einzelnen streifenförmigen Strukturen von größenordnungsmäßig weniger als 1mm aufweisen.
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Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf
US 2002/0043080 A1 verwiesen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks bei der Herstellung eines optischen Elements für ein optisches System für die Mikrolithographie bereitzustellen, welches eine hochgenaue Fertigung auch bei Vorhandensein von Bereichen unterschiedlicher Materialzusammensetzung im Werkstück ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks bei der Herstellung eines optischen Elements für ein optisches System für die Mikrolithographie, wobei eine Oberfläche des Werkstücks bei der Bearbeitung modifiziert wird und wobei diese Oberfläche Bereiche unterschiedlicher Materialzusammensetzung aufweist, weist auf:
- – ein erstes Bearbeitungsverfahren, wobei eine Abweichung einer durch dieses erste Bearbeitungsverfahren erzeugten Oberflächenmodifikation von einer Soll-Modifikation entlang der Bereiche unterschiedlicher Materialzusammensetzung auf der Oberfläche variiert; und
- – ein zweites Bearbeitungsverfahren, welches die Variation der Abweichung der durch das erste Bearbeitungsverfahren erzeugten Oberflächenmodifikation von der Soll-Modifikation entlang der Bereiche unterschiedlicher Materialzusammensetzung wenigstens teilweise kompensiert.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Werkstück aus einer Mehrzahl von Schichten unterschiedlicher Materialzusammensetzung aufgebaut.
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Gemäß einer Ausführungsform ist jeder der Bereiche unterschiedlicher Materialzusammensetzung an der Oberfläche jeweils einer dieser Schichten zugeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform besitzen die Bereiche unterschiedlicher Materialzusammensetzung an der Oberfläche eine im Wesentlichen streifenförmige Geometrie. Ein so gebildetes Streifenmuster kann z.B. Längsstreifen, konzentrische Streifen, ellipsenförmige Streifen oder in beliebiger anderer Weise angeordnete Streifen umfassen.
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Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, die eingangs beschriebene, mit der Einwirkung einer die Oberflächenform modifizierenden Bearbeitung auf Bereiche unterschiedlicher Materialzusammensetzung einhergehende Ausbildung streifenförmiger Muster dadurch zu reduzieren oder zu eliminieren, dass Bearbeitungsverfahren miteinander kombiniert werden, welche sich hinsichtlich der Ausbildung der besagten streifenförmigen Muster wenigstens teilweise gegenseitig kompensieren.
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Mit anderen Worten wird ein Bearbeitungsverfahren, welches in ersten Bereichen einer ersten Materialzusammensetzung für die gleiche Sollabtragrate einen größeren tatsächlichen Materialabtrag als in zweiten Bereichen einer zweiten Materialzusammensetzung bewirkt, mit einem (zeitlich davor oder danach durchgeführten) weiteren Bearbeitungsverfahren kombiniert, bei welchem der betreffende Effekt gerade gegenläufig ist (d.h. das weitere Bearbeitungsverfahren erzeugt den vergleichsweise größeren Materialabtrag in den zweiten Bereichen relativ zum Materialabtrag in den ersten Bereichen).
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Die vorstehend beschriebene, hinsichtlich der Streifenausbildung zueinander gegenläufige bzw. invertierte Ausgestaltung miteinander kombinierter Bearbeitungsverfahren ermöglicht es wiederum, bei geeigneter Abstimmung der beiderseitigen Anzahl von Verfahrensschritten (gegebenenfalls durch wiederholtes Durchführen z.B. des zweiten Bearbeitungsverfahrens bis zur möglichst vollständigen Kompensation des vom ersten Bearbeitungsverfahren erzeugten Streifenmusters) im Ergebnis eine idealerweise von unerwünschten Streifenmustern im Wesentlichen freie und damit der angestrebten Endspezifikation möglichst nahekommende Geometrie des betreffenden Substrats bzw. optischen Elements zu erzielen.
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Bei den erfindungsgemäß zum Einsatz kommenden Bearbeitungsverfahren kann es sich um materialabtragende Bearbeitungsverfahren wie z.B. Polierverfahren oder Ionenstrahlbearbeitungsverfahren (IBF = „Ion Beam Figuring“), materialhinzufügende Verfahren (z.B. CVD) oder auch um in anderer Weise (z.B. durch Kompaktierung) die Oberflächenform modifizierende Bearbeitungsverfahren handeln.
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Gemäß einer Ausführungsform werden die Bereiche unterschiedlicher Materialzusammensetzung an der Oberfläche durch eine materialabtragende Bearbeitung ausgebildet, bei welcher unterschiedlichen Schichten zugeordnete Bereiche freigelegt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst diese materialabtragende Bearbeitung ein Schleifverfahren.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine durch das erste Bearbeitungsverfahren erzeugte Oberflächenmodifikation für eine erste Materialzusammensetzung größer als für eine zweite Materialzusammensetzung, wobei eine durch das zweite Bearbeitungsverfahren erzeugte Oberflächenmodifikation für die zweite Materialzusammensetzung größer ist als für die erste Materialzusammensetzung.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Werkstück eine durch eine zweite Materialkomponente dotierte erste Materialkomponente auf, wobei sich die Bereiche unterschiedlicher Materialzusammensetzung in der Konzentration der zweiten Materialkomponente voneinander unterscheiden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite Materialkomponente Titandioxid (TiO2).
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Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Materialkomponente Quarzglas (SiO2).
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Werkstück ein Substrat, insbesondere ein Spiegelsubstrat, auf.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element ein Spiegel.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30nm, insbesondere von weniger als 15nm, ausgelegt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Realisierung bei der Herstellung optischer Elemente für den Betrieb im EUV beschränkt, sondern auch bei der Herstellung optischer Elemente für andere Arbeitswellenlängen (z.B. im VUV-Bereich bzw. bei Wellenlängen kleiner als 250nm) realisierbar.
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Die Erfindung betrifft weiter ein optisches Element, insbesondere für die Mikrolithographie, welches unter Anwendung eines Verfahrens mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen hergestellt ist, ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere eine Beleuchtungseinrichtung oder ein Projektionsobjektiv, sowie eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigen:
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1 ein Diagramm zur Erläuterung eines der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Prinzips;
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2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Problems; und
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3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bei der Herstellung eines optischen Elements in Form eines Spiegels oder einer Linse wird typischerweise eine Schicht oder ein Schichtsystem (welches etwa im Falle eines Spiegels z.B. ein Reflexionsschichtsystem aus Molybdän(Mo)- und Silizium(Si)-Schichten oder auch eine Einzelschicht aus Ruthenium (Ru) aufweisen kann) auf ein Substrat aufgebracht. Die Bearbeitung des Substrats bzw. Werkstücks erfolgt durch eine Mehrzahl unterschiedlicher Bearbeitungsverfahren, wobei ggf. nicht nur das unbeschichtete Substrat, sondern auch das bereits beschichtete (z.B. ein Reflexionsschichtsystem aufweisende) Substrat selbst bearbeitet werden kann.
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Im Weiteren wird unter Bezugnahme auf das Diagramm in 1 der mögliche Ablauf eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Hierbei wird beispielsweise davon ausgegangen, dass ein erfindungsgemäß zu bearbeitendes Spiegelsubstratmaterial einen binären Schichtaufbau aus einer Mehrzahl planparalleler Schichten aus Titandioxid(TiO2)-dotiertem Quarzglas (SiO2) mit zwei unterschiedlichen, alternierend aufeinanderfolgenden TiO2-Konzentrationen aufweist. Beispielhaft ist das unter der Markenbezeichnung ULE® (der Firma Corning Inc.) vertriebene Material verwendbar. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, so dass auch die Bearbeitung von Schichtaufbauten anderer Schichtabfolge und/oder Zusammensetzung von der vorliegenden Erfindung umfasst sein sollen.
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Aus dem betreffenden Rohmaterial wird zunächst in einem Schleifverfahren eine gewünschte (z.B. sphärische) Oberflächenform herausgeschnitten. 2 zeigt in lediglich schematischer Darstellung ein sich ergebendes Streifenmuster („Striae“) aus konzentrischen, in der Breite variierenden Ringen, welche die Bereiche jeweils gleicher Materialzusammensetzung auf der erzeugten Oberfläche repräsentieren.
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Während der besagte Schleifprozess noch im Wesentlichen unabhängig von der jeweiligen Titandioxid(TiO2)-Konzentration in den besagten Bereichen hinsichtlich des erzielten Materialabtrags stattfindet, ist dies für weitere, zur Herstellung der gewünschten Endspezifikation des jeweiligen optischen Elements durchgeführte Bearbeitungsverfahren im Allgemeinen nicht mehr gegeben. Vielmehr hat die Existenz des vorstehend anhand von 1 beschriebenen Streifenmusters gegebenenfalls die Folge, dass die Vorgabe eines konstanten Sollabtrags für ein bestimmtes Bearbeitungsverfahren nicht etwa zu einem konstanten tatsächlich erzielten Materialabtrag führt, sondern zu einem abhängig von dem jeweils bearbeiteten Bereich bzw. der Titandioxid(TiO2)-Konzentration abhängigen Materialabtrag mit der Folge, dass sich ohne weitere Maßnahmen wiederum eine streifenförmige Abfolge unterschiedlich starker Materialabträge (d.h. eine entsprechend dem Streifenmuster alternierende Abfolge höherer oder geringerer Abträge) ergibt.
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Wenngleich im Weiteren zur einfacheren Erläuterung lediglich auf materialabtragende Bearbeitungen Bezug genommen wird, gelten die Ausführungen analog für materialhinzufügende oder die Oberflächenform in anderer Weise manipulierende Bearbeitungsverfahren.
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1 zeigt zur Erläuterung eines konkreten Ausführungsbeispiels ein Diagramm, in welchem die anhand zweier unterschiedlicher Bearbeitungsverfahren jeweils erzielte Topografie der Substratoberfläche in Abhängigkeit von der jeweiligen Lateralposition auf der Substratoberfläche aufgetragen ist.
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Im Ausführungsbeispiel handelt es sich lediglich beispielhaft bei dem ersten Verfahren („Verfahren 1“) um ein Polierverfahren, und bei dem zweiten Verfahren („Verfahren 2“) um ein Ionenstrahlbearbeitungsverfahren (IBF).
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Wie aus 1 ersichtlich ist, führt der vorstehend beschriebene Effekt (d.h. die Variation des tatsächlich erzielten Materialabtrags auch bei vermeintlich konstantem Sollabtrag aufgrund der gemäß 2 vorhandenen, unterschiedlichen Materialzusammensetzungen) zu einer alternierenden Abfolge von „Bergen“ und „Tälern“ (d.h. von vergleichsweise größeren und vergleichsweise geringeren, tatsächlich erzielten Materialabträgen). Zur Kompensation dieses unerwünschten Musters in der erzeugten Oberflächentopografie wird erfindungsgemäß nun das „Verfahren 2“ (d.h. im Beispiel die Ionenstrahlbearbeitung) derart ausgestaltet bzw. abgestimmt, dass der Effekt der unterschiedlichen Materialzusammensetzungen entlang der Substratoberfläche gerade gegenläufig zu „Verfahren 1“ ist. Im Beispiel der Ionenstrahlbearbeitung können etwa Verfahrensparameter wie die Art der verwendeten Ionen oder die Ionendepositionsrate variiert werden.
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Mit anderen Worten wird in denjenigen Bereichen des Streifenmusters, in welchen „Verfahren 1“ den vergleichsweise höheren Materialabtrag bewirkt, bei „Verfahren 2“ gerade der relativ geringere Materialabtrag erzielt, und umgekehrt. Die in 1 angedeutete, wiederholte Durchführung von „Verfahren 2“ führt somit bis zu einem bestimmten Grad (im Beispiel nach dreimaliger Durchführung von „Verfahren 2“) zu einer zunehmenden Kompensation im Sinne einer zunehmenden Eliminierung des unerwünschten Effekts.
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Wie aus 1 ersichtlich ist der durch „Verfahren 2“ für eine möglichst vollständige Kompensation absolut zu leistende Materialabtrag in Abhängigkeit von der Lateralposition bzw. über die Substratoberfläche hinweg unterschiedlich groß. Lediglich beispielhaft kann an einer ersten Lateralposition (von z.B. –20mm) bereits eine viermalige Durchführung von „Verfahren 2“ zur nahezu vollständigen Kompensation ausreichend sein, wohingegen an einer zweiten Lateralposition (von z.B. –10mm) beispielsweise eine sechsmalige Durchführung von „Verfahren 2“ für die gewünschte vollständige Kompensation notwendig wäre. Um diesem, an sich unerwünschten Aspekt Rechnung zu tragen, kann durch geeignete Ausgestaltung des jeweils anderen Verfahrens (im Beispiel „Verfahren 1“) ein entsprechender Vorhalt erzeugt werden derart, dass in denjenigen Bereichen bzw. Lateralpositionen mit einem höheren Wert des für eine Kompensation durch „Verfahren 2“ zu leistenden Abtrags auch die bereits mit „Verfahren 1“ erzeugte Abweichung von der idealen Profilhöhe entsprechend größer ist.
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Mit anderen Worten kann für den Fall, dass zur erfindungsgemäßen Kompensation das „Verfahren 2“ an einer Lateralposition (x2, y2) einen Abtrag von 10nm, bei einer anderen Lateralposition von (x1, y1) jedoch von nur 8nm leisten muss, das „Verfahren 1“ so abgestimmt werden, dass die nach Durchführung von „Verfahren 1“ verbleibende Abweichung von der idealen Profilhöhe in der Lateralposition (x2, y2) ihrerseits 10nm, in der Lateralposition (x1, y1) jedoch nur 8nm beträgt. Im Ergebnis kann auf diese Weise auch die in 1 noch ersichtliche Variation der Amplitude nach wiederholter Durchführung von „Verfahren 2“ über die gesamte Substratoberfläche reduziert bzw. eliminiert werden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage, wobei die vorliegende Erfindung bei der Herstellung eines beliebigen optischen Elements der Projektionsbelichtungsanlage eingesetzt werden kann. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Realisierung bei der Herstellung optischer Elemente für den Betrieb im EUV beschränkt, sondern auch bei der Herstellung optischer Elemente für andere Arbeitswellenlängen (z.B. im VUV-Bereich bzw. bei Wellenlängen kleiner als 250nm) realisierbar.
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Gemäß 3 weist eine Beleuchtungseinrichtung in einer für EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 300 einen Feldfacettenspiegel 303 und einen Pupillenfacettenspiegel 304 auf. Auf den Feldfacettenspiegel 303 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche eine Plasmalichtquelle 301 und einen Kollektorspiegel 302 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 304 sind ein erster Teleskopspiegel 305 und ein zweiter Teleskopspiegel 306 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 307 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene eines sechs Spiegel 351–356 umfassenden Projektionsobjektivs lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektive strukturtragende Maske 321 auf einem Maskentisch 320 angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 361 auf einem Wafertisch 360 befindet.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2002/0043080 A1 [0007]
