DE102017202642A1

DE102017202642A1 - Optisches Element, EUV-Lithographiesystem damit und Beschichtungsverfahren

Info

Publication number: DE102017202642A1
Application number: DE102017202642.1A
Authority: DE
Inventors: Jonas Metz; Heiko Siekmann; Andreas Schmehl; Christof Jalics
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2018-03-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Element (3) zur Reflexion von Strahlung, insbesondere von EUV-Strahlung (4), umfassend: ein Substrat (100), sowie eine auf das Substrat (100) aufgebrachte, die EUV-Strahlung (4) reflektierende Beschichtung (118). Bei dem optischen Element (3) ist auf eine Oberfläche (101) des Substrats (100), an der die reflektierende Beschichtung (118) gebildet ist, eine Metallisierungsschicht (114) aus einem metallischen Lot aufgebracht. Zwischen dem Material des Substrats (100) und dem metallischen Lot der Metallisierungsschicht (114) besteht ein Stoffschluss und das Substrat (100) ist bevorzugt zumindest im Bereich der Oberfläche (101) aus einem keramischen oder glaskeramischen Material gebildet. Die Erfindung betrifft auch ein EUV-Lithographiesystem mit mindestens einem solchen optischen Element (3) sowie ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats (100) eines optischen Elements (3) zur Reflexion von EUV-Strahlung (4).

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein optisches Element zur Reflexion von Strahlung, insbesondere zur Reflexion von EUV-Strahlung, umfassend: ein Substrat, sowie eine auf das Substrat aufgebrachte, die Strahlung, insbesondere die EUV-Strahlung, reflektierende Beschichtung, ein EUV-Lithographiesystem mit mindestens einem solchen optischen Element sowie ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats eines optischen Elements, das zur Reflexion von EUV-Strahlung ausgebildet ist.
Unter einem EUV-Lithographiesystem wird im Sinne dieser Anmeldung ein optisches System bzw. eine optische Anordnung für die EUV-Lithographie verstanden, d.h. ein optisches System, welches auf dem Gebiet der EUV-Lithographie eingesetzt werden kann. Neben einer EUV-Lithographieanlage, welche zur Herstellung von Halbleiterbauelementen dient, kann es sich bei dem optischen System beispielsweise um ein Inspektionssystem zur Inspektion einer in einer EUV-Lithographieanlage verwendeten Photomaske (im Folgenden auch Retikel genannt), zur Inspektion eines zu strukturierenden Halbleitersubstrats (im Folgenden auch Wafer genannt) oder um ein Metrologiesystem handeln, welches zur Vermessung einer EUV-Lithographieanlage oder von Teilen davon, beispielsweise zur Vermessung eines Projektionssystems, eingesetzt wird.
Unter EUV-Strahlung wird Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen ca. 5 nm und ca. 30 nm, beispielsweise bei 13,5 nm, verstanden. Da EUV-Strahlung von den meisten bekannten Materialien stark absorbiert wird, wird die EUV-Strahlung typischer Weise mit Hilfe von reflektierenden optischen Elementen durch das EUV-Lithographiesystem geführt.
Obwohl in der vorliegenden Anmeldung im Wesentlichen die Anwendung eines optischen Elements für die EUV-Lithographie beschrieben wird, d.h. ein optisches Element, bei dem die reflektierende Beschichtung für die Reflexion von EUV-Strahlung ausgelegt ist, versteht es sich, dass das optische Element bzw. die reflektierende Beschichtung auch zur Reflexion von Strahlung bei anderen Wellenlängen als im EUV-Wellenlängenbereich, beispielsweise im UV-Wellenlängenbereich, im sichtbaren oder im infraroten Wellenlängenbereich ausgebildet sein kann.
Als Substrate für reflektierende optische Elemente für die EUV-Lithographie werden im Projektionssystem von EUV-Lithographieanlagen typischer Weise so genannte Nullausdehnungsmaterialien eingesetzt, beispielsweise Zerodur^® oder ULE^®, die einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Bei optischen Elementen, die im Beleuchtungssystem oder in der Nähe der EUV-Strahlungsquelle angeordnet sind, sind die Anforderungen an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Substrat-Materialien in der Regel geringer, so dass dort auch Materialien verwendet werden können, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient größer ist, wie dies beispielsweise bei Quarzglas der Fall ist.
Es ist bekannt, in EUV-Lithographiesystemen Bauteile z.B. zur Aufnahme von Sensoren oder zur Aufnahme eines Wafers ganz oder teilweise aus modernen technischen Keramiken herzustellen. Derartige keramische Materialien weisen u.a. eine niedrige Wärmeausdehnung und eine gute Wärmeleitfähigkeit sowie ein geringes Gewicht im Vergleich zu z.B. metallischen Materialien auf. Die Herstellung von Struktur-Bauteilen aus derartigen keramischen Materialien erfolgt in der Regel aus gesinterten Grünkörpern, die durch anschließendes Brennen bei Temperaturen von z.B. ca. 1600°C verfestigt werden. Die auf diese Weise hergestellten Keramik-Bauteile sind vergleichsweise geschlossen porig und weisen eine relative hohe Dichte auf. Derartige Bauteile sind jedoch im unbehandelten Zustand nicht in EUV-Lithographiesystemen einsetzbar, da diese eine große Rauheit sowie ggf. Poren oder Risse an ihren Oberflächen aufweisen. Auch eine durch Schleifen oder Sandstrahlen nachbehandelte Oberfläche eines solchen keramischen Bauteils führt nur zu geringen Festigkeiten, die eine Partikelkontamination im EUV-Lithographiesystem zur Folge haben können.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Element zur Reflexion von Strahlung, insbesondere von EUV-Strahlung, ein EUV-Lithographiesystem mit mindestens einem solchen optischen Element sowie ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats eines solchen optischen Elements anzugeben, bei denen poröse Materialien, insbesondere keramische Materialien, als Substrate verwendet werden können.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein optisches Element der eingangs genannten Art, bei dem auf eine Oberfläche des Substrats, typischer Weise zumindest in dem Bereich, in dem die reflektierende Beschichtung aufgebracht ist, eine Metallisierungsschicht aus einem metallischen Lot aufgebracht ist, und bei dem zwischen dem Material des Substrats und dem metallischen Lot der Metallisierungsschicht ein Stoffschluss besteht, wobei das Substrat zumindest im Bereich der Oberfläche bevorzugt aus einem keramischen Material oder einem glaskeramischen Material (d.h. einer Glaskeramik, z.B. Zerodur^®) gebildet ist.
Unter einer Metallisierung bzw. einer Metallisierungsschicht wird eine Schicht aus metallischem Lot verstanden, das nach dem thermischen Behandeln erkaltet bzw. ausgehärtet ist. Eine solche Metallisierungsschicht ist stoffschlüssig mit dem Material des Substrats verbunden, wie weiter unten näher beschrieben wird:
Metallische Schichten werden typischer Weise entweder durch Löten, durch galvanisches Beschichten, durch „Physical Vapor Deposition“, PVD, oder durch „Chemical Vapor Deposition“, CVD, auf ein keramisches Material aufgebracht. Das erstgenannte Verfahren (Löten) unterscheidet sich von den anderen Verfahren darin, dass dieses eine stoffschlüssige Verbindung zum Material des Substrats erzeugt, während die anderen nur eine formschlüssige Verbindung erzeugen. Andererseits ist auch die Zielsetzung beim Löten grundsätzlich unterschiedlich: Zielsetzung des Lötens ist typischer Weise das Fügen zweier (oder mehrerer) Bauteile. Durch Erhitzen eines metallischen Lotes werden hierbei zug- und scherfeste Verbindungen der Bauteile erzielt. Im Gegensatz dazu wird bei den anderen Beschichtungsverfahren (und ggf. anschließender Überbeschichtung) nur die Keramikoberfläche durch eine metallische Oberfläche „ersetzt“, d.h. hier ist in der Regel nur ein Bauteil beteiligt und nicht mehrere, wie dies beim Löten der Fall ist. Da die metallische Schicht andere physikalische und chemische Eigenschaften aufweist als das keramische Material, können auf beschichteten Oberflächen andere Bearbeitungstechniken angewendet werden als bei keramischen Oberflächen.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, auf die Oberfläche des Substrats typischer Weise zumindest in dem Bereich, in dem die reflektierende Beschichtung aufgebracht wird, vollflächig eine Metallisierungsschicht aufzubringen. Die Metallisierungsschicht kann insbesondere vollflächig auf die gesamte Oberfläche des Substrats aufgebracht werden, an dem die reflektierende Beschichtung aufgebracht wird. Zusätzlich kann die Metallisierungsschicht auch an anderen Oberflächen des Substrats, beispielsweise am umlaufenden Rand des Substrats, aufgebracht werden, um das Material des Substrats zu versiegeln und damit vakuumtauglich zu machen.
Eine durch Löten erzeugte Metallisierungsschicht hat gegenüber einer durch Galvanisierung aufgebrachten Schicht den Vorteil, dass diese – bei gleicher Größe der Kontaktfläche zwischen den Schichten – eine sehr viel größere Haftfestigkeit aufweist als eine galvanische Schicht. Der Grund dafür ist, dass beim Lötprozess das Metall sehr viel tiefer in das keramische Material diffundiert als bei der Galvanisierung. Dies vergrößert einerseits die effektiv nutzbare Oberfläche, an der die Haftung stattfindet, und andererseits bilden sich interatomare Bindungen aus, was ebenfalls vorteilhaft ist. Bei reaktiven Loten kommen zudem chemische Reaktionen des Lotes mit dem Substratmaterial hinzu, die ebenfalls den Stoffschluss herbeiführen.
Im Stand der Technik wurde wiederholt die Verwendung von metallischen Loten zum Verbinden von keramischen Teilen miteinander beschrieben. Beispielsweise ist aus der DE 197 34 211 A1 ein Verfahren bekannt geworden, bei dem zwei Keramiken oder eine Keramik mit einem Metall verlötet werden. Bei dem Verfahren wird eine Oberfläche einer Keramik mit einem metallischen Material beschichtet und die beschichtete Oberfläche wird mit der Oberfläche einer weiteren, in gleicher Weise beschichteten Keramik oder mit der Oberfläche eines Metalls verlötet. Die Verwendung einer metallisierten Oberfläche für optische Zwecke bzw. als optische Fläche, insbesondere zum Aufbringen einer reflektierenden Beschichtung, ist dort jedoch nicht beschrieben.
Bei einer Ausführungsform ist das keramische Material des Substrats ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Aluminiumoxid (Al₂O₃), Siliziumcarbid (SiC) und Silizium-infiltriertes Siliziumcarbid (Si:SiC). Ein Vorteil der genannten Materialien besteht in dem im Vergleich zu z.B. metallischen Werkstoffen geringen Gewicht. Es versteht sich, dass das Substrat auch andere keramische Materialien oder ggf. Gemische aus mehreren keramischen Materialien aufweisen kann. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann es sich bei dem Material des Substrats auch um eine Glaskeramik handeln.
Bei einer weiteren Ausführungsform liegt die Dicke der Metallisierungsschicht, d.h. des metallischen Lots im ausgehärteten Zustand, zwischen 5 µm und 300 µm, bevorzugt zwischen 10 µm und 200 µm.
Bei einer Ausführungsform ist das metallische Lot der Metallisierungsschicht ein reaktives metallisches Lot, welches ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Titan (Ti), Mangan (Mn), Zirkonium (Zr), Hafnium (Hf), Silber (Ag), Kupfer (Cu), Silizium (Si), Chrom (Cr), Indium (In) sowie deren Gemische bzw. Legierungen. Die thermische Behandlung erfolgt in diesem Fall typischer Weise bei Temperaturen zwischen ca. 700°C und ca. 900°C, vorzugsweise während einer Zeitdauer zwischen 5 min und 10 min. Der thermischen Behandlung kann eine Trocknungsphase bei Temperaturen von z.B. 100°C bis 120°C während einer Zeitdauer von 5 min bis 10 min vorgeschaltet sein.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist das metallische Lot ein nicht-reaktives metallisches Lot. Die thermische Behandlung erfolgt in diesem Fall typischer Weise bei einer Temperatur zwischen ca. 1000°C und ca. 1500°C vorzugsweise während einer Zeitdauer von 30 min bis 60 min. Eine derart hohe Temperatur ist notwendig, da in diesem Fall keine chemische Reaktion des Lots stattfindet, sondern die Atome des Lots, in das keramische Material des Substrats und die Substratatome in das Gefüge des Lotes eindiffundieren müssen. Der thermischen Behandlung kann eine Trocknungsphase bei einer Temperatur von 100°C während einer Zeitdauer von 10 min bis 15 min vorgeschaltet sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist zwischen der reflektierenden Beschichtung und der Metallisierungsschicht mindestens eine weitere metallische Schicht aufgebracht. Die metallische Schicht ist typischer Weise direkt auf die Metallisierungsschicht aufgebracht. Zwischen der Metallisierungsschicht und der weiteren metallischen Schicht entsteht in diesem Fall eine stabile metallische Bindung.
Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist das Material der weiteren metallischen Schicht ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Nickel (Ni), Nickel-Phosphor-Legierungen, Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Silber (Ag) und Gold (Au). Insbesondere wenn das metallische Lot aus einem vergleichsweise schwer zu bearbeitenden Material, z.B. einem Hartlot auf Silber-Basis, gebildet ist, hat es sich als günstig erwiesen, eine weitere metallische Schicht aus einem Material auf die Metallisierungsschicht aufzubringen, das leichter nachbearbeitet werden kann. Auf diese Weise wird die Erzeugung einer gewünschten Oberflächenform der weiteren metallischen Schicht erleichtert, auf welche die reflektierende Beschichtung aufgebracht werden soll.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die reflektierende Beschichtung eine Mehrlagen-Beschichtung zur Reflexion von unter normalem Einfall auf das reflektierende optische Element auftreffende EUV-Strahlung auf. Eine solche Mehrlagen-Beschichtung weist typischer Weise alternierende Einzelschichten aus einem ersten Material und einem zweiten Material mit unterschiedlichen Brechungsindizes auf. Unter normalem Einfall von EUV-Strahlung wird typischer Weise ein Einfall von EUV-Strahlung unter einem Einfallswinkel von typischer Weise weniger als ca. 45° zur Flächennormalen der Oberfläche des reflektierenden optischen Elements verstanden. Die reflektierende Mehrlagen-Beschichtung ist typischer Weise für die Reflexion von EUV-Strahlung bei einer vorgegebenen Wellenlänge optimiert, die in der Regel der Nutzwellenlänge des EUV-Lithographiesystems entspricht, in dem das optische Element eingesetzt wird.
Soll EUV-Strahlung bei einer Nutzwellenlänge im Bereich von ca. 13,5 nm an dem optischen Element reflektiert werden, so bestehen die Einzelschichten der Mehrlagen-Beschichtung üblicherweise aus Molybdän und Silizium. In Abhängigkeit von der verwendeten Nutzwellenlänge sind andere Materialkombinationen wie z.B. Molybdän und Beryllium, Ruthenium und Beryllium oder Lanthan und B₄C ebenfalls möglich. Zusätzlich zu den Einzelschichten weist die reflektierende Beschichtung in der Regel Zwischenschichten zur Verhinderung von Diffusion (so genannte Barriere-Schichten) sowie eine Deckschicht („capping layer“) auf.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist die reflektierende Beschichtung zur Reflexion von unter streifendem Einfall auf das reflektierende optische Element auftreffende EUV-Strahlung ausgebildet. Unter streifendem Einfall von EUV-Strahlung wird typischer Weise ein Einfall von EUV-Strahlung unter einem Einfallswinkel von typischer Weise mehr als ca. 60° zur Flächennormalen der Oberfläche des reflektierenden optischen Elements verstanden. Eine reflektierende Beschichtung, die für streifenden Einfall ausgebildet ist, weist typischer Weise ein Maximum der Reflektivität bei mindestens einem Einfallswinkel auf, der größer als 60° ist. Eine derartige reflektierende Beschichtung ist typischer Weise aus mindestens einem Material gebildet, das eine geringe Brechzahl und eine geringe Absorption für die unter streifendem Einfall auftreffende EUV-Strahlung aufweist. Die reflektierende Beschichtung kann ebenfalls ein metallisches Material enthalten bzw. aus einem metallischen Material gebildet sein, beispielsweise aus Mo, Ru oder Nb.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein EUV-Lithographiesystem, welches mindestens ein optisches Element umfasst, wie es weiter oben beschrieben ist. Bei dem EUV-Lithographiesystem kann es sich beispielsweise um eine EUV-Lithographieanlage handeln, die zur Herstellung von Halbleiterbauelementen dient. Das mindestens eine optische Element, das wie weiter oben beschrieben ausgebildet ist, ist im Strahlengang der EUV-Strahlung angeordnet, um diese zu reflektieren sowie um deren Strahlengang zu formen.
Soll das weiter oben beschriebene optische Element an Stelle der Reflexion von Strahlung bei EUV-Wellenlängen zur Reflexion von Strahlung bei anderen Wellenlängen, beispielsweise bei Wellenlängen im UV-, im sichtbaren oder im IR-Wellenlängenbereich dienen, kann an Stelle der für EUV-Strahlung reflektiven Beschichtung eine für den entsprechenden Wellenlängenbereich reflektierende Beschichtung verwendet werden. Gegebenenfalls kann in diesem Fall, aber auch bei der Reflexion von EUV-Strahlung, vollständig auf die reflektierende Beschichtung verzichtet werden, d.h. die Metallisierungsschicht bildet selbst eine reflektierende Beschichtung bzw. deren Oberfläche kann als optische Fläche genutzt werden
Entsprechend kann für den Fall, dass auf die Metallisierungsschicht eine weitere metallische Schicht aufgebracht wird, die Oberfläche der weiteren metallischen Schicht als reflektierende Oberfläche dienen. Es versteht sich, dass auch in diesem Fall die jeweiligen Oberflächen poliert bzw. geglättet werden müssen. Ohne einen solchen Polierschritt ist die Oberfläche der Metallisierungsschicht bzw. der metallischen Schicht typsicher Weise matt. Beispielsweise kann die Oberfläche der Metallisierungsschicht und/oder die Oberfläche der weiteren metallischen Schicht auf eine Oberflächenrauheit bzw. Mikrorauheit von weniger als ca. 1,0 nm rms oder weniger als 0,5 nm rms bei Ortswellenlängen von weniger als 10 µm poliert werden. Alternativ oder zusätzlich kann durch Polieren, Glätten oder anderen mechanischen Spanprozessen (Drehen, Fräsen, Schleifen etc.) auch die Formtreue der Oberfläche bei Ortswellenlängen zwischen 1 mm bis 1 m optimiert werden, wobei idealer Weise in dem genannten Ortswellenlägenbereich eine Genauigkeit zwischen 1 µm PV („Peakt-to-Valley“) und 100 µm PV erreicht wird.
Bei einer Ausführungsform bildet das optische Element einen Kollektorspiegel zur Bündelung der EUV-Strahlung, typischer Weise zur Bündelung der EUV-Strahlung, die von einer im Wesentlichen punktförmigen Lichtquelle ausgeht. Bei dem Kollektorspiegel handelt es sich typischer Weise um einen Spiegel, der zumindest teilweise in der Art eines (oder mehrerer) Ellipsoide und/oder eines (oder mehrerer) Paraboloide und/oder eines (oder mehrerer) Hyperboloide ausgebildet ist, d.h. die reflektierende Oberfläche und in der Regel auch das Substrat weisen zumindest abschnittsweise eine Geometrie in der Art eines Ellipsoids, Paraboloids und/oder Hyperboloids auf. Abhängig von der Art der Ausgestaltung des Kollektorspiegels kann dieser unter normalem Einfall oder unter streifendem Einfall betrieben werden; entsprechend weist dieser entweder eine für normalen Einfall optimierte reflektierende Beschichtung oder eine für streifenden Einfall optimierte reflektierende Beschichtung auf. Es versteht sich, dass auch andere reflektierende optische Elemente, insbesondere Spiegel, einer EUV-Lithographieanlage auf die weiter oben beschriebene Weise ausgebildet sein können. Diese reflektierenden optischen Elemente können im Strahlerzeugungssystem, im Beleuchtungssystem und/oder im Projektionssystem einer solchen EUV-Lithographieanlage angeordnet sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung auf ein Substrat eines optischen Elements zur Reflexion von Strahlung, insbesondere von EUV-Strahlung, umfassend: Aufbringen eines metallischen Lots auf eine Oberfläche eines Substrats zur Bildung einer Metallisierungsschicht an der Oberfläche des Substrats, wobei das Substrat bevorzugt zumindest im Bereich der Oberfläche aus einem keramischen oder glaskeramischen Material gebildet ist, thermisches Behandeln (Tempern) des metallischen Lots der Metallisierungsschicht zur Erzeugung eines Stoffschlusses zwischen dem metallischen Lot der Metallisierungsschicht und dem Material des Substrats, sowie Aufbringen einer Strahlung, insbesondere EUV-Strahlung, reflektierenden Beschichtung auf die Metallisierungsschicht.
Für die thermische Behandlung wird das metallische Lot typischer Weise auf eine Temperatur von mindestens ca. 700°C (bei Verwendung eines reaktiven Lots) oder auf eine Temperatur von mehr als 1000°C (bei der Verwendung eines nicht-reaktiven Lots) erhitzt und während einer Zeitdauer, die zumindest mehrere Minuten dauert, auf dieser Temperatur gehalten.
Bei einer Variante wird das metallische Lot der Metallisierungsschicht aufgebracht durch ein Verfahren, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Siebdrucken, Sprühen, Tauchen und Streichen. Die Art der Aufbringung des metallischen Lots wird u.a. abhängig vom Typ des verwendeten metallischen Lots gewählt.
Bei einer weiteren Variante umfasst das Verfahren: Aufbringen mindestens einer weiteren metallischen Schicht auf die Metallisierungsschicht vor dem Aufbringen der reflektierenden Beschichtung. Bei dem Material der weiteren metallischen Schicht kann es sich beispielsweise um Aluminium, Nickel, Nickel-Phosphor-Legierungen, Kupfer, Silber oder Gold handeln. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann die Oberfläche der weiteren metallischen Schicht leichter nachbearbeitet werden als die Oberfläche der Metallisierungsschicht, wenn die weitere metallische Schicht aus einem leichter bearbeitbaren Material gebildet ist als die Metallisierungsschicht.
Bei einer weiteren Variante erfolgt das Aufbringen der mindestens einen weiteren metallischen Schicht durch ein Verfahren, welches ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Physical Vapor Deposition (PVD), Chemical Vapor Deposition (CVD) und Galvanisieren. Typischer Weise wird die reflektierende Beschichtung durch Abscheiden des Beschichtungsmaterials aus der Gasphase aufgebracht. Wird die metallische Schicht ebenfalls mittels eines solchen Verfahrens aufgebracht, kann diese in der Regel in ein- und derselben Beschichtungsanlage aufgebracht werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
1 eine schematische Darstellung einer EUV-Lithographieanlage,
2 eine schematische Darstellung eines optischen Elements für die EUV-Lithographieanlage von 1, welches für streifenden Einfall ausgelegt ist,
3 eine schematische Darstellung eines optischen Elements für die EUV-Lithographieanlage von 1, welches für normalen Einfall ausgelegt ist, sowie
4 eine schematische Darstellung eines Kollektorspiegels der EUV-Lithographieanlage von 1.
In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt stark schematisch ein EUV-Lithographiesystem in Form einer EUV-Lithographieanlage 1. Die EUV-Lithographieanlage 1 weist eine EUV-Lichtquelle 2 zur Erzeugung von EUV-Strahlung auf, die in einem EUV-Wellenlängenbereich unter 50 nm, insbesondere zwischen ca. 5 nm und ca. 15 nm, eine hohe Energiedichte aufweist. Die EUV-Lichtquelle 2 kann beispielsweise in Form einer Plasma-Lichtquelle zur Erzeugung eines laserinduzierten Plasmas oder als Synchrotron-Strahlungsquelle ausgebildet sein. Insbesondere im ersteren Fall kann wie in 1 gezeigt ein Kollektorspiegel 3 verwendet werden, um die EUV-Strahlung der EUV-Lichtquelle 2 zu einem Beleuchtungsstrahl 4 zu bündeln und auf diese Weise die Energiedichte weiter zu erhöhen. Der Beleuchtungsstrahl 4 dient zur Beleuchtung eines strukturierten Objekts M mittels eines Beleuchtungssystems 10, welches im vorliegenden Beispiel fünf reflektierende optische Elemente 12 bis 16 (Spiegel) aufweist.
Bei dem strukturierten Objekt M kann es sich beispielsweise um eine reflektive Maske handeln, die reflektierende und nicht reflektierende oder zumindest weniger stark reflektierende Bereiche zur Erzeugung mindestens einer Struktur an dem Objekt M aufweist. Alternativ kann es sich bei dem strukturierten Objekt M um eine Mehrzahl von Mikrospiegeln handeln, welche in einer ein- oder mehrdimensionalen Anordnung angeordnet sind und welche gegebenenfalls um mindestens eine Achse bewegbar sind, um den Einfallswinkel der EUV-Strahlung 4 auf den jeweiligen Spiegel einzustellen.
Das strukturierte Objekt M reflektiert einen Teil des Beleuchtungsstrahls 4 und formt einen Projektionsstrahlengang 5, der die Information über die Struktur des strukturierten Objekts M trägt und der in ein Projektionsobjektiv 20 eingestrahlt wird, welches eine Abbildung des strukturierten Objekts M bzw. eines jeweiligen Teilbereichs davon auf einem Substrat W erzeugt. Das Substrat W, beispielsweise ein Wafer, weist ein Halbleitermaterial, z.B. Silizium, auf und ist auf einer Halterung angeordnet, welche auch als Wafer-Stage WS bezeichnet wird.
Im vorliegenden Beispiel weist das Projektionsobjektiv 20 sechs reflektive optische Elemente 21 bis 26 (Spiegel) auf, um ein Bild der an dem strukturierten Objekt M vorhandenen Struktur auf dem Wafer W zu erzeugen. Typischer Weise liegt die Zahl der Spiegel in einem Projektionsobjektiv 20 zwischen vier und acht, gegebenenfalls können aber auch nur zwei Spiegel verwendet werden.
Um eine hohe Abbildungsqualität bei der Abbildung eines jeweiligen Objektpunktes OP des strukturierten Objekts M auf einen jeweiligen Bildpunkt IP auf dem Wafer W zu erreichen, sind höchste Anforderungen an die Oberflächenform der Spiegel 21 bis 26 zu stellen und auch die Position bzw. die Ausrichtung der Spiegel 21 bis 26 zueinander bzw. relativ zum Objekt M und zum Substrat W erfordert eine Präzision im Nanometer-Bereich.
2 zeigt das für streifenden Einfall der EUV-Strahlung 4 ausgebildete letzte optische Element 16 des Beleuchtungssystems 10 in einer Detaildarstellung. Das optische Element 16 weist ein Substrat 100 aus einem keramischen oder ggf. einem glaskeramischen Material auf. Keramiken weisen typischerweise eine vergleichsweise geringe Dichte auf, so dass das optische Element 16 mit dem Substrat 100 nur ein vergleichsweise geringes Gewicht aufweist. Ein weiterer Vorteil ist die typischerweise gut thermische Leitfähigkeit sowie der geringe thermische Wärmeausdehnungskoeffizient von Keramiken. Das Substrat 100 kann beispielsweise aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), Siliziumcarbid (SiC) oder Silizium-infiltriertem Siliziumcarbid (Si:SiC) gebildet sein.
Die oben genannten keramischen Materialien des Substrats 100 sind porös, d.h. diese weisen Poren 102, 104 auf. Während die im Volumen des Substrats 100 gebildeten Poren 102 unkritisch sind, führen angeschliffene Poren 104, die an der Oberfläche 101 des Substrats 100 gebildet sind, sowie oberflächliche Risse 106 zu einer Erhöhung der Rauheit der Oberfläche 101 des Substrats 100. In 2 ist auch freies Substratmaterial 108 an der Oberfläche 101 des Substrats 100 sowie ein schwach gebundener Bereich 110 in der Nähe der Oberfläche 101 des Substrats 100 dargestellt. Der schwach gebundene Bereich 110 sowie das freie Substratmaterial 108 können sich ggf. von dem Substrat 100 ablösen und als frei bewegliche Partikel die Funktion der EUV-Lithographieanlage 1 beeinträchtigen.
Um Kontaminationen der Vakuum-Umgebung der EUV-Lithographieanlage 1 durch die Ablösung von Partikeln von der Oberfläche 101 des Substrats 100 zu vermeiden sowie um eine Glättung der Oberfläche 101 zu bewirken, ist auf die Oberfläche 101 des Substrats 100 ein metallisches Lot aufgebracht. Das Aufbringen des metallischen Lots kann beispielsweise durch Siebdruck, Sprühen, Tauchen oder Streichen erfolgen. Nach dem Aufbringen erfolgt eine thermische Behandlung des metallischen Lots, um nach dem Erkalten des Lots eine Metallisierungsschicht 114 ausmetallischem Lot zu bilden, die stoffschlüssig mit dem keramischen Material des Substrats 100 verbunden ist. Wie in 2 gezeigt ist, besteht der Stoffschluss in einer Übergangszone 116 zwischen der Metallisierungsschicht 114, d.h. dem metallischen Lot in ausgehärtetem Zustand, und dem keramischen Material des Substrats 100.
Nach dem Aushärten wird typischer Weise ein Glättungsschritt durchgeführt, bei dem die Oberfläche der Metallisierungsschicht 114 mechanisch und/oder chemisch und/oder elektro-chemisch in Form gebracht und/oder geglättet wird. Der Glättungsschritt kann auch andere Methoden, beispielsweise das so genannte „liquid overcoating“, bei dem eine Schicht flüssig aufgebracht und in der Regel durch Strahlung ausgehärtet wird, oder das Ionenstrahlbearbeiten („ion beam figuring“) umfassen. Hierbei kann die Oberfläche der Metallisierungsschicht 114 beispielsweise auf eine Oberflächenrauheit von weniger als ca. 1,0 nm rms oder von weniger als 0,5 nm rms bei Ortswellenlängen von weniger als 10 µm gebracht werden. Alternativ oder zusätzlich zur Mikrorauigkeit sollte auch die Formtreue der Oberfläche bei Ortswellenlängen zwischen 1 mm bis 1 m optimiert werden, wobei idealer Weise eine Genauigkeit zwischen 1 µm PV („Peakt-to-Valley“) und 100 µm PV erreicht wird.
Zur Herstellung des optischen Elements 16 wird nachfolgend eine EUV-Strahlung 4 reflektierende Beschichtung 118 auf die Metallisierungsschicht 114 aufgebracht. Die reflektierende Beschichtung 118 ist im gezeigten Beispiel zur Reflexion von unter streifendem Einfall auftreffender EUV-Strahlung 4 ausgelegt, d.h. für EUV-Strahlung 4, die unter Einfallswinkeln α von mehr als ca. 60° zur Flächennormalen 120 auf das optische Element 16 auftrifft. Im gezeigten Beispiel ist die reflektierende Beschichtung 118 aus einer einzelnen Schicht 122 aus Ruthenium gebildet, das durch Abscheidung aus der Gasphase (PVD, CVD) auf die Metallisierungsschicht 114 aufgebracht wurde. Auch andere Materialien, die für die unter streifendem Einfall auftreffende EUV-Strahlung 4 eine geringe Brechzahl und Absorption aufweisen, beispielsweise Mo oder Nb, aber auch metallische Verbindungen, insbesondere Boride, können als Schichten 122 der reflektierenden Beschichtung 118 verwendet werden.
Als metallisches Lot zur Bildung der Metallisierungsschicht 114 können zwei Stoffgruppen verwendet werden: Zum einen kann ein reaktives metallisches Lot, z.B. aus Titan (Ti), Mangan (Mn), Zirkonium (Zr),Hafnium (Hf), Silber (Ag), Kupfer (Cu), etc. zum Einsatz kommen. Die thermische Behandlung erfolgt in diesem Fall typischer Weise bei Temperaturen zwischen ca. 700°C bis ca. 900°C während eines Zeitraums zwischen ca. 5 min und ca. 10 min. Zum anderen kann als metallisches Lot 114 ein nicht-reaktives metallisches Lot, das beispielsweise Wolfram enthält, zum Einsatz kommen. Die thermische Behandlung erfolgt hierbei bei Temperaturen zwischen ca. 1000°C und ca. 1500°C während eines Zeitraums von beispielsweise zwischen ca. 30 min und ca. 60 min.
Die Metallisierungsschicht 114 bzw. das metallische Lot im ausgehärteten Zustand versiegelt die Oberfläche 101 des keramischen Substrates 100 und bindet damit freies Substratmaterial 108 und schwach gebundene Bereiche 110 des Substrates 100. Die Dicke D der Metallisierungsschicht 114 beträgt typischer Weise zwischen ca. 5 µm und ca. 300 µm. Schon eine Dicke D von 5 µm ist ausreichend, um dem Substrat 100 an seiner Oberfläche 101 die Eigenschaften eines Metalls zu verleihen. Eine größere Dicke D der Metallisierungsschicht 114 ist günstig, da diese vor dem Aufbringen der reflektierenden Beschichtung 118 nachbearbeitet, typischer Weise poliert und hierbei typischer Weise ein Teil des metallischen Lots der Metallisierungsschicht 114 wieder abgetragen wird.
Die Metallisierungsschicht 114 kann sich anders als in 2 dargestellt ist auch entlang der umlaufenden Seitenfläche des Substrats 100 sowie ggf. an dessen der reflektierenden Beschichtung 118 abgewandter Rückseite erstrecken, um das Substrat 100 zu versiegeln bzw. um dieses vakuumtauglich zu machen. Typischer Weise sollte zumindest der Teilbereich des Substrats 100, welcher der Vakuum-Umgebung der EUV-Lithographieanlage 1 ausgesetzt ist, mit der Metallisierungsschicht 114 versiegelt werden.
3 zeigt das dritte optische Element 14 des Beleuchtungssystems 10, welches zur Reflexion von EUV-Strahlung 4 ausgebildet ist, die unter normalem Einfall, d.h. bei Einfallswinkeln α von typischer Weise weniger als ca. 45° zur Flächennormalen 120, auf das optische Element 14 auftrifft. Die reflektierende Beschichtung 118 ist in diesem Fall als Mehrlagen-Beschichtung ausgebildet und weist eine Mehrzahl von alternierenden Einzelschichten 124, 126 auf, die aus Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex gebildet sind. Bei den Materialien handelt es sich im gezeigten Beispiel, bei dem die EUV-Strahlung 4 eine Nutzwellenlänge von 13,5 nm aufweist, um Molybdän und Silizium. In Abhängigkeit von der verwendeten Nutzwellenlänge sind andere Materialkombinationen wie z.B. Molybdän und Beryllium, Ruthenium und Beryllium oder Lanthan und B₄C ebenfalls möglich.
Neben der Ausgestaltung der reflektierenden Beschichtung 118 unterscheidet sich das in 3 gezeigte optische Element 14 von dem in 2 gezeigten optischen Element 16 auch dadurch, dass auf die Metallisierungsschicht 114 eine weitere metallische Schicht 128 aufgebracht ist. Im gezeigten Beispiel ist die weitere metallische Schicht 128 vollflächig auf die Metallisierungsschicht 114 aufgebracht, diese kann aber ggf. nur in einem Teilbereich auf die Metallisierungsschicht 114 aufgebracht werden, beispielsweise in einem Teilbereich, in dem die reflektierende Beschichtung 118 auf die weitere metallische Schicht 128 aufgebracht ist. Die weitere metallische Schicht 128 besteht im gezeigten Beispiel aus Nickel (Ni) und kann beispielsweise durch einen galvanischen Prozess, durch Physical Vapor Deposition (PVD) oder durch Chemical Vapor Deposition (CVD), auf die Metallisierungsschicht 114 aufgebracht werden.
Die weitere metallische Schicht 128 geht im ausgehärteten bzw. erkalteten Zustand eine stabile Verbindung mit dem metallischen Lot der Metallisierungsschicht 114 ein. Das Aufbringen einer weiteren metallischen Schicht 128 ist insbesondere bei einer Metallisierungsschicht 114 aus einem Hartlot günstig, da diese leichter zu bearbeiten ist als die Metallisierungsschicht 114, wodurch die Erzeugung einer Oberfläche mit einer möglichst geringen Rauheit und einer vorgegebenen Oberflächenform für das nachfolgende Aufbringen der reflektierenden Beschichtung 118 vereinfacht wird. Die weitere metallische Schicht 128 wird typischer Weise nachbearbeitet bzw. poliert, um die weiter oben beschriebene Rauigkeit von z.B. weniger als 1,0 nm rms bzw. weniger als 0,5 nm rms bei Ortswellenlängen von weniger als ca. 10 µm zu erzeugen. An Stelle von Nickel können auch andere metallische Materialien für die weitere metallische Schicht 118 verwendet werden, die eine gute Verbindung mit dem metallischen Lot der Metallisierungsschicht 114 eingehen, beispielsweise Nickel-Phosphor-Legierungen, Aluminium, Kupfer (Cu), Silber (Ag) oder Gold (Au).
4 zeigt den Kollektorspiegel 3 der EUV-Lithographieanlage 1 von 1 in einer Detaildarstellung. Der Kollektorspiegel 3 dient zur Bündelung der von der EUV-Lichtquelle 2 ausgehenden EUV-Strahlung 4 und weist zu diesem Zweck eine im Wesentlichen in der Art eines Ellipsoids geformte Geometrie auf, d.h. sowohl das Substrat 100, welches aus einem keramischen Material besteht, als auch die auf dieses aufgebrachte Metallisierungsschicht 114 und die reflektierende Beschichtung 118, die als Mehrlagen-Beschichtung für unter normalem Einfall einfallende EUV-Strahlung 4 ausgebildet ist, weisen eine Krümmung in der Art eines Ellipsoids auf. Es versteht sich, dass auch bei den weiter oben in Zusammenhang mit 2 und 3 gezeigten reflektierenden optischen Elementen 14, 16 die Oberfläche 101 des Substrats 100 typischer Weise eine Krümmung aufweist, auf deren Darstellung in 2 und 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet wurde.
Es versteht sich, dass auch bei den in 2 und 4 gezeigten Beispielen mindestens eine weitere metallische Schicht 128 auf die Metallisierungsschicht 114 aufgebracht werden kann. Selbstverständlich kann die Geometrie der einzelnen reflektierenden optischen Elemente 3, 14, 16 von der in 2 bis 4 dargestellten Geometrie abweichen. Zusätzlich oder alternativ zu den in 2 bis 4 beschriebenen optischen Elementen 3, 14, 16 können auch andere der in 1 dargestellten optischen Elemente 12, 13, 15 des Beleuchtungssystems 10 sowie ggf. eines oder mehrere der optischen Elemente 21 bis 26 des Projektionssystems 20 auf die weiter oben beschriebene Weise ausgebildet sein.
Gegebenenfalls kann die reflektierende Beschichtung 118 weitere funktionale Schichten aufweisen, die beispielsweise als Barriere-Schichten zur Verhinderung der Diffusion von Schichtmaterialien an der Grenzfläche zwischen benachbarten Schichten dienen oder eine Deckschicht, die zum Schutz der reflektierenden Beschichtung 118 vor Kontaminationen aus der Umgebung dient. Auch können zwischen der reflektierenden Beschichtung 118 und der Metallisierungsschicht 104 bzw. der weiteren metallischen Schicht 128 eine oder mehrere funktionale Schichten angebracht sein, beispielsweise eine Polierschicht oder eine so genannte „substrate protection layer“ (SPL) zum Schutz des Substrats 100 vor Schädigung durch die EUV-Strahlung 4. Auf die Darstellung solcher funktioneller Schichten wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
Es versteht sich, dass die weiter oben beschriebenen optischen Elemente auch in anderen optischen Systemen für den EUV-Wellenlängenbereich, z.B. in Inspektionssystemen für EUV-Masken oder in Synchrotron-Strahlungsquellen vorteilhaft eingesetzt werden können. Sofern die optischen Elemente bei anderen Wellenlängen betrieben werden, kann die für EUV-Strahlung reflektierende Beschichtung 118 durch eine für den jeweiligen Nutzwellenlängenbereich reflektierende Beschichtung ersetzt werden. Gegebenenfalls kann auf die reflektierende Beschichtung 118 vollständig verzichtet werden und die Metallisierungsschicht 114 bzw. deren Oberfläche kann selbst als reflektierende Beschichtung dienen bzw. diese kann als optische Fläche genutzt werden, sofern diese geeignet poliert wird. Wird die Metallisierungsschicht 114 mit einer weiteren metallischen Schicht 128 überbeschichtet, kann auch die weitere metallische Schicht 128, genauer gesagt deren Oberfläche, ggf. direkt als optische Fläche zur Reflexion von Strahlung genutzt werden, ohne dass zu diesem Zweck eine reflektierende Beschichtung erforderlich ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19734211 A1 [0012]

Claims

Optisches Element (3, 14, 16) zur Reflexion von Strahlung, insbesondere von EUV-Strahlung (4), umfassend: ein Substrat (100), sowie eine auf das Substrat (100) aufgebrachte, die Strahlung, insbesondere die EUV-Strahlung (4), reflektierende Beschichtung (118), dadurch gekennzeichnet, dass auf eine Oberfläche (101) des Substrats (100), an der die reflektierende Beschichtung (118) gebildet ist, eine Metallisierungsschicht (114) aus einem metallischen Lot aufgebracht ist, und dass zwischen dem Material des Substrats (100) und dem metallischen Lot der Metallisierungsschicht (114) ein Stoffschluss besteht, wobei das Substrat (100) zumindest im Bereich der Oberfläche (101) bevorzugt aus einem keramischen oder glaskeramischen Material gebildet ist.
Optisches Element nach Anspruch 1, bei dem das keramische Material des Substrats (100) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Al₂O₃, SiC und Si:SiC.
Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Dicke (D) der Metallisierungsschicht (114) zwischen 5 µm und 300 µm, bevorzugt zwischen 20 µm und 200 µm liegt.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das metallische Lot der Metallisierungsschicht (114) ein reaktives metallisches Lot ist welches ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Ti, Mn, Zr, Ag, Cu, Hf, Si, Cr, In.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das metallische Lot der Metallisierungsschicht (114) ein nicht-reaktives metallisches Lot ist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen der reflektierenden Beschichtung (118) und der Metallisierungsschicht (114) mindestens eine weitere metallische Schicht (128) aufgebracht ist.
Optisches Element nach Anspruch 6, bei dem das Material der weiteren metallischen Schicht (128) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Aluminium, Nickel, Nickel-Phosphor-Legierungen, Cu, Ag und Au.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die reflektierende Beschichtung eine Mehrlagen-Beschichtung (118) zur Reflexion von unter normalem Einfall auf das reflektierende optische Element (3, 14) auftreffende EUV-Strahlung (4) umfasst, wobei die Mehrlagen-Beschichtung (118) alternierende Einzelschichten (124, 126) aus einem ersten Material und einem zweiten Material mit unterschiedlichen Brechungsindizes aufweist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die reflektierende Beschichtung (118) zur Reflexion von unter streifendem Einfall auf das reflektierende optische Element (16) auftreffende EUV-Strahlung (4) ausgebildet ist.
EUV-Lithographiesystem (1), umfassend: mindestens ein optisches Element (3, 14, 16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
EUV-Lithographiesystem nach Anspruch 10, bei dem das optische Element einen Kollektorspiegel (3) zur Bündelung der EUV-Strahlung (4) bildet.
Verfahren zum Beschichten eines Substrats (100) eines optischen Elements (3, 14, 16) zur Reflexion von Strahlung, insbesondere von EUV-Strahlung (4), umfassend: Aufbringen eines metallischen Lots auf eine Oberfläche (101) eines Substrats (100) aus einem bevorzugt keramischen oder glaskeramischen Material zur Bildung einer Metallisierungsschicht (114) an der Oberfläche (101) des Substrats (100), Thermisches Behandeln des metallischen Lots der Metallisierungsschicht (114) zur Erzeugung eines Stoffschlusses zwischen dem metallischen Lot der Metallisierungsschicht (114) und dem Material des Substrats (100), sowie
Aufbringen einer Strahlung, insbesondere EUV-Strahlung (4), reflektierenden Beschichtung (118) auf die Metallisierungsschicht (114).
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das metallische Lot der Metallisierungsschicht (114) aufgebracht wird durch ein Verfahren, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Siebdrucken, Sprühen, Tauchen und Streichen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, weiter umfassend: Aufbringen mindestens einer weiteren metallischen Schicht (128) auf die Metallisierungsschicht (114) vor dem Aufbringen der reflektierenden Beschichtung (118).
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem das Aufbringen der mindestens einen weiteren metallischen Schicht (128) durch ein Verfahren erfolgt, welches ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Physical Vapor Deposition, Chemical Vapor Deposition und Galvanisieren.