DE102018221406A1 - Diffraktives optisches Element sowie Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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Jochen Hetzler
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Carl Zeiss SMT GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein diffraktives optisches Element, insbesondere ein Computer-generiertes Hologramm (CGH), sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein diffraktives optisches Element zur Verwendung in einer interferometrischen Prüfanordnung zum Prüfen eines optischen Elements für die Mikrolithographie ein Substrat (110, 210) aus einem Substratmaterial und diffraktive Strukturen (120, 220) auf, welche sich über dem Substrat (110, 210) befinden, wobei die diffraktiven Strukturen (110, 210) aus einem vom Substratmaterial verschiedenen Material gebildet sind.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein diffraktives optisches Element, insbesondere ein Computer-generiertes Hologramm (CGH), sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Das diffraktive optische Element kann insbesondere zur Verwendung in einer interferometrischen Prüfanordnung zum Prüfen eines optischen Elements für die Mikrolithographie, z.B. eines optischen Elements einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, ausgelegt sein.
  • Stand der Technik
  • Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
  • In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet. Typische für EUV ausgelegte Projektionsobjektive, wie z.B. aus US 2016/0085061 A1 bekannt, können beispielsweise eine bildseitige numerische Apertur (NA) im Bereich von NA = 0.55 aufweisen und bilden ein (z.B. ringsegmentförmiges) Objektfeld in die Bildebene bzw. Waferebene ab. Mit der Erhöhung der bildseitigen numerischen Apertur (NA) geht typischerweise eine Vergrößerung der erforderlichen Spiegelflächen der in der Projektionsbelichtungsanlage eingesetzten Spiegel einher. Dies hat wiederum zur Folge, dass neben der Fertigung auch die Prüfung der Oberflächenform der Spiegel eine anspruchsvolle Herausforderung darstellt. Hierbei kommen zur hochgenauen Prüfung der Spiegel insbesondere interferometrische Messverfahren unter Verwendung Computer-generierter Hologramme (CGH) zum Einsatz.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus einer interferometrischen Prüfanordnung zur Prüfung eines Spiegels.
  • Gemäß 3 tritt die von einer (nicht dargestellten) Lichtquelle erzeugte und aus der Austrittsfläche eines Lichtwellenleiters 301 austretende Beleuchtungsstrahlung als Eingangswelle 305 mit einer sphärischen Wellenfront aus, durchläuft einen Strahlteiler 310 und trifft anschließend auf ein komplex kodiertes CGH 320. Das CGH 320 erzeugt in Transmission im Beispiel gemäß seiner komplexen Kodierung aus der Eingangswelle 305 insgesamt vier Ausgangswellen, von denen eine Ausgangswelle als Prüfwelle auf die Oberfläche des Testobjekts in Form eines Spiegels 340 mit einer an die Sollform der Oberfläche dieses Spiegels 340 angepassten Wellenfront auftrifft. Des Weiteren erzeugt das CGH 320 aus der Eingangswelle 305 in Transmission drei weitere Ausgangswellen, von denen jede auf jeweils ein weiteres reflektives optisches Element 331, 332 bzw. 333 trifft. Mit „335“ ist ein Shutter bezeichnet. Das CGH 320 dient auch zur Überlagerung der vom Testobjekt bzw. Spiegel 340 reflektierten Prüfwelle sowie der von den Elementen 331-333 reflektierten Referenzwellen, welche als konvergente Strahlen wieder auf den Strahlteiler 310 treffen und von diesem in Richtung einer als CCD-Kamera ausgelegten Interferometerkamera 360 reflektiert werden, wobei sie ein Okular 350 durchlaufen. Die Interferometerkamera 360 erfasst ein durch die interferierenden Wellen erzeugtes Interferogramm, aus welchem über eine (nicht dargestellte) Auswerteeinrichtung die tatsächliche Form der optischen Oberfläche des Testobjekts 340 bestimmt wird.
  • Bei der Herstellung diffraktiver optischer Elemente wie der vorstehend genannten CGHs ist es insbesondere bekannt, die entsprechenden diffraktiven Strukturen in einem Lithographieprozess unter Anwendung geeigneter Ätzprozesse unmittelbar in das Substratmaterial des betreffenden Elements zu ätzen. Je nach Arbeitswellenlängenbereich und dementsprechend eingesetztem Substratmaterial gestalten sich die erforderlichen Ätzprozesse - insbesondere bei vergleichsweise niedriger Brechzahl des Substratmaterials und demzufolge vergleichsweise großen Stufenhöhen der diffraktiven Strukturen - aufwendig und komplex. Lediglich beispielhaft können diese Stufenhöhen etwa bei Quarzglas (SiO2) und typischen, in einer interferometrischen Prüfanordnung eingesetzten Arbeitswellenlängen im Bereich von ca. (500-600)nm in der Größenordnung von 500nm liegen.
  • Die Herstellung der jeweiligen diffraktiven optischen Elemente bzw. CGHs insbesondere für die vorstehend beschriebene Anwendung in einer interferometrischen Prüfanordnung zur Prüfung der in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage eingesetzten Spiegel stellt dabei auch insoweit eine anspruchsvolle Herausforderung dar, als in gegenwärtigen und künftigen Messanordnungen eine Reproduzierbarkeit in der Größenordnung von 0.1nm über einen Zeitraum von 1 Jahr (entsprechend der maximal zulässigen Änderung des Messergebnisses bei identischem Prüfling) gefordert sein kann. Hierbei tritt in der Praxis je nach bei der Herstellung verwendetem Substratmaterial u.a. das Problem einer unzureichenden thermischen Stabilität der diffraktiven Strukturen infolge thermisch induzierter Deformationen auf. Dies gilt ebenfalls z.B. für die Verwendung von Quarzglas (SiO2) als Substratmaterial für Arbeitswellenlängen im DUV- bis IR-Bereich (ca. 200nm-1200nm).
  • Ein weiteres in der Praxis auftretendes Problem ist, dass bei dem bei der interferometrischen Messung eingesetzten CGH Änderungen des geometrischen Profils der Strukturen durch unterkontrollierte Zufuhr von Kontaminationen mit z.B. Kohlenwasserstoffen hervorgerufen werden können. Die Kenntnis des geometrischen Profils des CGH sowie die Vorhersage etwaiger Änderungen dieses Profils sind jedoch erforderlich, um bei Feststellung einer Phasenabweichung in dem interferometrischen Messaufbau eindeutig unterscheiden zu können, ob diese Phasenabweichung auf vorhandene Fehler auf dem CGH oder auf der zu messenden Fläche zurückzuführen ist.
  • 4 zeigt zur Veranschaulichung in lediglich schematischer und stark vereinfachter Darstellung ein CGH 420 mit einer auf einer Gitterstruktur 421 befindlichen Kontaminationsschicht 422. Die in 4 angedeutete homogene Flächenkontamination führt auch im Falle einer weitgehenden Übereinstimmung der Brechzahlen von Kontaminationsschicht 422 einerseits und Gitterstruktur 421 bzw. CGH-Substrat andererseits zu einer Änderung des optisch wirksamen Profils infolge effektiver Verschmälerung der in der Gitterstruktur 421 befindlichen Täler. Infolgedessen treten Änderungen des geometrischen Profils des CGH 420 bzw. der jeweils erzeugten (Referenz-)Phase und damit Fehlerbeiträge bei der Spiegelcharakterisierung auf.
  • Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf DE 10 2015 209 490 A1 verwiesen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein diffraktives optisches Element, insbesondere ein Computer-generiertes Hologramm (CGH), sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen, welche bei möglichst einfacher Fertigung eine hohe Messgenauigkeit in einer interferometrischen Prüfanordnung unter zumindest teilweiser Vermeidung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird durch das diffraktive optische Element bzw. das Verfahren gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
  • Gemäß einem Aspekt weist ein diffraktives optisches Element zur Verwendung in einer interferometrischen Prüfanordnung zum Prüfen eines optischen Elements für die Mikrolithographie auf:
    • - ein Substrat aus einem Substratmaterial; und
    • - diffraktive Strukturen, welche sich über dem Substrat befinden;
    • - wobei die diffraktiven Strukturen aus einem vom Substratmaterial verschiedenen, kristallinen Material gebildet sind.
  • Dabei ist die Formulierung, wonach sich die diffraktiven Strukturen über dem Substrat befinden, so zu verstehen, dass in Ausführungsformen der Erfindung auch wenigstens eine Zwischenschicht (z.B. eine Ätzstoppschicht, eine Antireflexschicht oder eine andere Funktionsschicht) zwischen dem Substrat und den diffraktiven Strukturen vorhanden sein kann.
  • Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, bei der Herstellung eines diffraktiven optischen Elements bzw. CGHs die diffraktiven Strukturen aus einem vom Substratmaterial verschiedenen Material zu bilden, wodurch - neben einem im Herstellungsprozess möglichen Verzicht auf eine Ätzstoppschicht - je nach Arbeitswellenlängenbereich bzw. Substratmaterial durch Auswahl eines Materials für die diffraktiven Strukturen mit vergleichsweise hoher Brechzahl eine signifikante Reduzierung der in den durchzuführenden Ätzprozessen erforderlichen, zu realisierenden Stufenhöhen erreicht werden kann. Infolgedessen kann im Ergebnis die Komplexität der durchzuführenden Ätzprozesse wesentlich reduziert werden. Bei entsprechend hoher Brechzahl des Materials der diffraktiven Strukturen ist aufgrund der insoweit geringeren erforderlichen Schichtdicke der Ätzprozess einfacher durchführbar. Des Weiteren kann gegebenenfalls das Substrat selbst als Ätzstopp dienen und somit auf eine zusätzliche Ätzstoppschicht verzichtet werden.
  • Ein weiterer erfindungsgemäß erzielter Vorteil betrifft die mögliche Ausgestaltung des Substrats des betreffenden diffraktiven optischen Elements bzw. CGHs mit größerer thermischer Stabilität bzw. unter zumindest weitgehender Vermeidung von im Betrieb auftretenden thermisch induzierten Deformationen, indem nämlich als Substratmaterial hierzu besonders geeignete Materialien wie Titandioxid (TiO2)-dotiertes Quarzglas mit bei Arbeitswellenlänge im Wesentlichen verschwindender Wärmeausdehnung eingesetzt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist somit das Substratmaterial Titandioxid (TiO2) -dotiertes Quarzglas auf, wobei beispielhaft das unter der Markenbezeichnung ULE® (der Firma Corning Inc.) vertriebene Material verwendbar ist. Des Weiteren ist auch das unter der Markenbezeichnung Zerodur® (der Firma Schott AG) vertriebene Glaskeramikmaterial verwendbar.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch ein diffraktives optisches Element, insbesondere zur Verwendung in einer interferometrischen Prüfanordnung zum Prüfen eines optischen Elements für die Mikrolithographie, mit
    • - einem Substrat aus einem Substratmaterial, wobei das Substratmaterial Titandioxid (TiO2)-dotiertes Quarzglas aufweist; und
    • - diffraktiven Strukturen, welche sich über dem Substrat befinden;
    • - wobei die diffraktiven Strukturen aus einem vom Substratmaterial verschiedenen Material gebildet sind.
  • Zugleich kann für das durch entsprechende Ätzprozesse zu strukturierende, vom Substratmaterial verschiedene Material der diffraktiven Strukturen ein besonderes geeignetes Material wie z.B. kristallines Silizium verwendet werden, welches zusätzlich zu einer - wie beschrieben im Hinblick auf die Reduzierung erforderlicher Stufenhöhen vorteilhaften - hohen Brechzahl auch eine besonders gute Bearbeitbarkeit in verfügbaren und gut kontrollierbaren Bearbeitungsprozessen erlaubt.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind somit die diffraktiven Strukturen aus kristallinem Silizium, Galliumarsenid (GaAs), Saphir (Al2O3) oder Indiumphosphid (InP) gebildet.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt weist ein diffraktives optisches Element zur Verwendung in einer interferometrischen Prüfanordnung zum Prüfen eines optischen Elements für die Mikrolithographie auf:
    • - ein Substrat aus einem Substratmaterial; und
    • - diffraktive Strukturen, welche sich über dem Substrat befinden;
    • - wobei die diffraktiven Strukturen aus einem vom Substratmaterial verschiedenen Material gebildet sind, wobei dieses Material aus der Gruppe ausgewählt ist, welche Siliziumnitrat, Hafniumoxid (HfO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkonoxid (ZrO2), Titanoxid (TiO2), Tantaloxid (Ta2O3) und amorphes Silizium enthält.
  • Generell ist der Einsatz eines dielektrischen Materials im Hinblick auf die Erzielung möglichst großer Homogenität sowie geringer Absorption vorteilhaft.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das diffraktive optische Element ferner eine Schutz-Abdeckschicht zum Schutz der diffraktiven Strukturen vor Kontaminations-Anlagerung auf, wobei diese Schutz-Abdeckschicht durch ein zwischen den diffraktiven Strukturen vorhandene Zwischenräume auffüllendes Füllmaterial gebildet ist. Dabei sollte ein hinreichend hoher optischer Kontrast zwischen dem Füllmaterial der Schutz-Abdeckschicht und dem Material der diffraktiven Strukturen gegeben sein. Gemäß einer Ausführungsform beträgt hierzu die Brechzahldifferenz zwischen der Brechzahl des Materials der diffraktiven Strukturen und der Brechzahl des Füllmaterials bei einer Arbeitswellenlänge des diffraktiven optischen Elements wenigstens 0.2.
  • Hierbei beinhaltet die Erfindung das weitere Konzept, bei der Herstellung eines diffraktiven optischen Elements in einem zusätzlichen Schritt zwischen den erzeugten diffraktiven Strukturen vorhandene Zwischenräume mit einem Füllmaterial aufzufüllen und auf diese Weise - wie im Weiteren näher erläutert - nachteilige Effekte von im praktischen Einsatz auftretenden, gegebenenfalls unvermeidlichen Kontaminationen zumindest zu verringern oder vollständig zu eliminieren. Dabei wird in Ausführungsformen der Erfindung durch das Füllmaterial eine Schutz-Abdeckschicht zum Schutz der diffraktiven Strukturen vor Kontaminations-Anlagerungen gebildet. Diese Schutz-Abdeckschicht kann wiederum durch anschließendes teilweises Abtragen des Füllmaterials (z.B. durch chemisch-mechanisches Polieren, CMP) bearbeitet werden, wodurch im Ergebnis eine plane Oberfläche realisiert werden kann.
  • Das Vorhandensein des Füllmaterials bzw. der hierdurch gebildeten Schutz-Abdeckschicht hat in dem erfindungsgemäßen diffraktiven optischen Element zunächst zur Folge, dass die diffraktiven Strukturen selbst durch auftretende Kontaminationen nicht mehr modifiziert bzw. keinen zeitlichen Änderungen mehr unterworfen werden, so dass z.B. eine einmalig durchgeführte Kalibrierung des fertig hergestellten diffraktiven optischen Elements dauerhaft Gültigkeit behält. Da gegebenenfalls im Betrieb des diffraktiven optischen Elements bzw. des jeweiligen optischen Systems auftretende Kontaminationen sich nicht mehr direkt an den diffraktiven Strukturen anlagern bzw. in Zwischenräume einbringen können, führen solche Kontaminationen typischerweise lediglich zu einer Kontaminationsschicht von im Wesentlichen gleichmäßiger Dicke, welche wiederum i.d.R. von vernachlässigbarem Einfluss auf die optischen Eigenschaften des diffraktiven optischen Elements bzw. die z.B. in einer entsprechenden, das diffraktive optische Element verwendenden Prüfungsanordnung ist. Durch die Schutz-Abdeckschicht wird somit effektiv zum einen ein Schutz der diffraktiven Strukturen vor direkter Anlagerung von Kontaminationen und zum anderen infolgedessen auch ein Schutz vor signifikanten zeitlichen Änderungen der optischen Eigenschaften des diffraktiven optischen Elements bzw. der gegebenenfalls in einer dieses Element einsetzenden Prüfanordnung erhaltenen (Mess-)Ergebnisse erzielt.
  • Darüber hinaus hat die vorstehend beschriebene Ausgestaltung mit einer durch ein zusätzliches Füllmaterial gebildeten Schutz-Abdeckschicht den weiteren Vorteil, dass auch eine gegebenenfalls gebotene Reinigung bzw. Beseitigung auftretender Kontaminationen in besonders einfacher Weise durchführbar ist. Da nämlich die diffraktiven Strukturen selbst innerhalb des Füllmaterials bzw. der Schutz-Abdeckschicht „vergraben“ sind, ist gewährleistet, dass z.B. keine Rückstände eingesetzter Reinigungsflüssigkeiten zwischen den diffraktiven Strukturen verbleiben können und auch keine reinigungsbedingte Modifikation oder Beschädigung der diffraktiven Strukturen auftritt. Insbesondere kann nach der vorstehend beschriebenen Erzeugung einer planen Oberfläche der Schutz-Abdeckschicht z.B. durch chemisch-mechanisches Polieren die Reinigung von einer gegebenenfalls vorhandenen Kontaminationsschicht besonders einfach, wirksam und ohne Rückstände durchgeführt werden.
  • Der vorstehend beschriebene Aspekt ist auch unabhängig von dem zuvor erläuterten Konzept der Ausgestaltung der diffraktiven Strukturen aus vom Substratmaterial verschiedenen Material vorteilhaft. Die Offenbarung betrifft daher auch ein Verfahren zur Herstellung eines diffraktiven optischen Elements, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
    • - Bereitstellen eines Substrats aus einem Substratmaterial;
    • - Erzeugen von diffraktiven Strukturen über dem Substrat; und
    • - Auffüllen von zwischen den diffraktiven Strukturen vorhandenen Zwischenräumen mit einem Füllmaterial, wobei die Brechzahldifferenz zwischen der Brechzahl des Materials der diffraktiven Strukturen und der Brechzahl des Füllmaterials bei einer Arbeitswellenlänge des diffraktiven optischen Elements wenigstens 0.2 beträgt.
  • Des Weiteren betrifft die Offenbarung auch ein diffraktives optisches Element, insbesondere zur Verwendung in einer interferometrischen Prüfanordnung zum Prüfen eines optischen Elements für die Mikrolithographie, mit
    • - einem Substrat aus einem Substratmaterial;
    • - diffraktiven Strukturen, welche sich über dem Substrat befinden; und
    • - einer Schutz-Abdeckschicht zum Schutz der diffraktiven Strukturen vor Kontaminations-Anlagerung, wobei diese Schutz-Abdeckschicht durch ein zwischen den diffraktiven Strukturen vorhandene Zwischenräume auffüllendes Füllmaterial gebildet ist, wobei die Brechzahldifferenz zwischen der Brechzahl des Materials der diffraktiven Strukturen und der Brechzahl des Füllmaterials bei einer Arbeitswellenlänge des diffraktiven optischen Elements wenigstens 0.2 beträgt.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Füllmaterial aus der Gruppe ausgewählt, welche Hafniumoxid (HfO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Titanoxid (TiO2), Siliziumnitrid und amorphes Silizium enthält. Das Aufbringen des Füllmaterials bzw. der hierdurch gebildeten Schutz-Abdeckschicht kann je nach Material insbesondere über Atomlagenabscheidung (ALD= „atomic layer deposition“), plasmaunterstützte Atomlagenabscheidung (PE-ALD= „plasma enhanced atomic layer deposition“), chemische Gasphasenabscheidung (CVD = „chemical vapour deposition“) oder plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PE-CVD = „plasma enhanced chemical vapour deposition“) erfolgen.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das diffraktive optische Element ferner eine Antireflexschicht über dem Füllmaterial auf. Über eine solche Antireflexschicht, bei dem die „vergrabene“ Anordnung der diffraktiven Strukturen in dem erfindungsgemäßen Aufbau ausgenutzt wird, kann die Transmission des diffraktiven optischen Elements gesteigert werden. Die Antireflexschicht kann zusätzlich auch auf der Rückseite des diffraktiven optischen Elements aufgebracht werden, so dass dann im Ergebnis der Einsatz des diffraktiven optischen Elements im jeweiligen optischen System ohne Einführung unerwünschter, einen Lichtverlust bewirkender Grenzflächen bzw. „interfaces“ erfolgen kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das diffraktive optische Element ein Computer-generiertes Hologramm (CGH).
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das diffraktive optische Element dazu ausgelegt, zusätzlich zu einer Prüfwelle eine Referenzwelle zur interferometrischen Überlagerung mit der Prüfwelle nach Reflexion der Referenzwelle an einem Referenzspiegel zu erzeugen.
  • Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines diffraktiven optischen Elements zur Verwendung in einer interferometrischen Prüfanordnung zum Prüfen eines optischen Elements für die Mikrolithographie mit den Schritten:
    • - Bereitstellen eines Substrats aus einem Substratmaterial; und
    • - Erzeugen von diffraktiven Strukturen über dem Substrat, wobei die diffraktiven Strukturen aus einem vom Substratmaterial verschiedenen, kristallinen Material gebildet werden.
  • Die Erfindung betrifft weiter auch eine interferometrische Prüfanordnung zum Prüfen eines optischen Elements, insbesondere eines optischen Elements einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei die Prüfanordnung ein Computer-generiertes Hologramm (CGH) aufweist und wobei eine Prüfung zumindest einer Teilfläche des optischen Elements durch interferometrische Überlagerung einer von diesem Computer-generierten Hologramm auf das optische Element gelenkten Prüfwelle und einer Referenzwelle durchführbar ist, wobei das Computer-generierte Hologramm (CGH) ein diffraktives optisches Element mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen ist.
  • 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.
  • Figurenliste
  • Es zeigen:
    • 1a-1g schematische Darstellungen zur Erläuterung der Herstellung eines diffraktiven optischen Elements in einer Ausführungsform der Erfindung;
    • 2a-2c schematische Darstellungen zur Erläuterung der Herstellung eines diffraktiven optischen Elements in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
    • 3 eine schematische Darstellung eines möglichen Aufbaus einer interferometrischen Prüfanordnung;
    • 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines bei Einsatz eines CGHs in einer interferometrischen Prüfanordnung auftretenden möglichen Problems; und
    • 5 eine schematische Darstellung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 5 zeigt zunächst eine schematische Darstellung einer beispielhaften für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage, welche mit einem erfindungsgemäßen Verfahren prüfbare Spiegel aufweist.
  • Gemäß 5 weist eine Beleuchtungseinrichtung in einer für EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 510 einen Feldfacettenspiegel 503 und einen Pupillenfacettenspiegel 504 auf. Auf den Feldfacettenspiegel 503 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche eine Plasmalichtquelle 501 und einen Kollektorspiegel 502 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 504 sind ein erster Teleskopspiegel 505 und ein zweiter Teleskopspiegel 506 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 507 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene eines sechs Spiegel 521-526 umfassenden Projektionsobjektivs lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektive strukturtragende Maske 531 auf einem Maskentisch 530 angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 541 auf einem Wafertisch 540 befindet.
  • Bei dem in einer interferometrischen Prüfanordnung (z.B. mit dem anhand von 3 bereits beschriebenen Aufbau) und unter Verwendung eines erfindungsgemäßen CGHs geprüften optischen Element kann es sich z.B. um einen beliebigen Spiegel der Projektionsbelichtungsanlage 510 handeln.
  • Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Realisierung bei der Prüfung optischer Elemente im EUV-Bereich beschränkt, sondern auch bei für andere optische Elemente (z.B. ausgelegt für den DUV-Bereich bei Wellenlängen von ca. 193nm oder auch für den sichtbaren Wellenlängenbereich) vorteilhaft anwendbar.
  • Im Weiteren werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die schematischen Abbildungen in 1a-1g sowie 2a-2c beschrieben.
  • Diesen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass bei der Herstellung eines diffraktiven optischen Elements bzw. CGHs die über einem Substrat erzeugten diffraktiven Strukturen aus einem vom Substratmaterial verschiedenen Material gebildet werden. Hierdurch kann im Ergebnis bei geeigneter Materialauswahl zum einen eine Reduzierung der erforderlichen Stufenhöhen in den diffraktiven Strukturen und somit eine signifikante Reduzierung der Komplexität durchzuführender Ätzprozesse und zum anderen (etwa im Vergleich zur herkömmlichen Herstellung sowohl der diffraktiven Strukturen als auch des Substratmaterials aus Quarzglas) auch eine erhöhte thermische Stabilität bzw. geringere Sensitivität gegenüber thermisch induzierten Deformationen erzielt werden.
  • Dabei unterscheiden sich die Ausführungsformen von 1a-1g einerseits und 2a-2c andererseits dadurch, dass gemäß 2a-2c noch in einem zusätzlichen Schritt die zwischen den erzeugten diffraktiven Strukturen vorhandenen Zwischenräume mit einem Füllmaterial aufgefüllt werden, wobei durch dieses Füllmaterial eine Schutz-Abdeckschicht zum Schutz der diffraktiven Strukturen vor Kontaminations-Anlagerungen gebildet wird.
  • Unter Bezugnahme zunächst auf 1a-1g ist mit „110“ ein Substrat, mit „116“ eine letztlich das Material für die diffraktiven Strukturen bereitstellende Schicht, mit „117“ eine im Laufe des Lithographieprozesses gemäß 1e geätzte Schicht und mit „118“ eine gemäß 1d lithographisch strukturierte Resistschicht bezeichnet.
  • Im Ausführungsbeispiel (jedoch ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) handelt es sich bei dem das Substrat 110 ausbildenden Substratmaterial um Titandioxid(TiO2)-dotiertes Quarzglas, insbesondere ULE® oder Zerodur®, und bei dem Material der letztlich die diffraktiven Strukturen bereitstellenden Schicht 116 um kristallines Silizium. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die spezifische Wahl dieser Materialien beschränkt, wobei in weiteren Ausführungsformen die Schicht 116 bzw. die hieraus gebildeten diffraktiven Strukturen 120 auch ein anderes Material, z.B. Siliziumnitrat, Hafniumoxid (HfO2) oder amorphes Silizium aufweisen können. Ferner kann als Substratmaterial - gegebenenfalls unter Verzicht auf die vorstehend beschriebenen zusätzlichen Vorteile einer erhöhten thermischen Stabilität - auch (undotiertes) Quarzglas (SiO2) gewählt werden.
  • Wie ferner aus 1a-1g ersichtlich ist, erfolgt im Ausführungsbeispiel die Aufbringung der Schicht 116 unmittelbar auf dem Substrat 110, wobei erfindungsgemäß ausgenutzt wird, dass bei der erfindungsgemäßen Materialauswahl das Substrat 110 selbst als Ätzstopp dienen und somit auf eine zusätzliche Ätzstoppschicht verzichtet werden kann.
  • Im Falle einer beispielhaften, etwa in der Prüfanordnung von 3 eingesetzten Arbeitswellenlänge von 532nm beträgt die Brechzahl von kristallinem Silizium etwa n= 4.15 bei zugleich geringer Absorption (wobei der Absorptionsindex bzw. Imaginärteil des Brechungsindex k etwa 0.05 beträgt). Infolgedessen und aufgrund des etwa relativ zu einem Substratmaterial wie ULE® resultierenden hohen optischen Kontrast liegen die hinsichtlich der diffraktiven Strukturen 120 durch Ätzprozesse zu erzeugenden Stufen-höhen größenordnungsmäßig unterhalb von 100nm und können somit erfindungsgemäß - etwa im Vergleich zu einem unmittelbaren Ätzen diffraktiver Strukturen in ein Quarzglas (SiO2)-Substrat bei typischen Stufenhöhen von größenordnungsmäßig 500nm - signifikant um etwa einen Faktor 5 reduziert werden.
  • Zugleich kann durch die im Ausführungsbeispiel getroffene Wahl von ULE® als Substratmaterial erreicht werden, dass unerwünschte thermisch induzierte Deformationen im Betrieb eliminiert oder zumindest signifikant reduziert werden. Gemäß einem weiteren Aspekt wird aufgrund dieses hohen optischen Kontrasts ein im Weiteren unter Bezugnahme auf 2a-2c noch detaillierter beschriebenes „Vergraben“ der diffraktiven Strukturen in einem zusätzlichen Füllmaterial mit dem Ziel eines Schutzes der diffraktiven Strukturen vor Kontaminations-Anlagerungen besonders vorteilhaft realisierbar, da der grundsätzlich mit einem solchen Vergraben der diffraktiven Strukturen in einem Füllmaterial gegebenenfalls einhergehende Kontrastverlust kompensiert werden kann.
  • Gemäß 2a-2c (in welcher im Vergleich zu 1a-1g analoge Komponenten mit um „100“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind) werden die zwischen den diffraktiven Strukturen verbleibenden Zwischenräume mit einem zusätzlichen Füllmaterial 230 (welches sich von dem die eigentlichen diffraktiven Strukturen 220 bildenden Material unterscheidet) aufgefüllt, wodurch im Ergebnis eine Schutz-Abdeckschicht zum Schutz besagter diffraktiver Strukturen 220 (und zur Vermeidung einer späteren kontaminationsbedingten Modifikation von deren optischen Eigenschaften) ausgebildet wird.
  • Dabei erfolgt gemäß 2a die Auffüllung der Zwischenräume zwischen den diffraktiven Strukturen 220 durch ein zusätzliches (vom Material der diffraktiven Strukturen 220 verschiedenes) Füllmaterial 230, sowie gegebenenfalls ein teilweises Abtragen dieses Füllmaterials 230 z.B. durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) gemäß 2b. Wie in 2b angedeutet erfolgt hierbei das Abtragen des Füllmaterials 230 nicht notwendigerweise bis hinab zu den diffraktiven Strukturen 220, sondern vorzugsweise derart, dass die diffraktiven Strukturen 220 insgesamt in dem Füllmaterial 230 „vergraben“ bleiben (wobei die über die diffraktiven Strukturen 220 hinausragende Dicke des Füllmaterials 230 größenordnungsmäßig z.B. wenige Nanometer betragen kann).
  • Im konkreten Ausführungsbeispiel kann es sich bei dem Füllmaterial 230 z.B. um Hafniumoxid (HfO2) handeln, welches z.B. mit Atomlagenabscheidung (ALD = „atomic layer deposition“) aufgebracht werden kann. In weiteren Ausführungsformen kann als Füllmaterial 230 auch ein anderes Material wie z.B. Siliziumnitrid (SiN) verwendet werden, wobei in diesem Falle die Auftragung z.B. durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD = „chemical vapour deposition“) erfolgen kann. Weitere Materialien wie amorphes Silizium können ebenfalls als Füllmaterial verwendet werden.
  • Tabelle 1 zeigt lediglich beispielhaft (und ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) für eine Arbeitswellenlänge von λ=532nm Brechzahlwerte von im Rahmen der Erfindung einsetzbaren Materialien. Tabelle 1:
    Material Brechzahl bei λ=532nm
    SiO2 1.46
    HfO2 2.12
    ZrO2 2.17
    Al2O3 1.77
    Si3N4 2.00
    TiO2 2.45
    Ta2O5 1.90
  • Dabei kann lediglich beispielhaft das in Tabelle 1 angegebene SiO2 als Material der diffraktiven Strukturen und eines der übrigen Materialien von Tabelle 1 als Füllmaterial eingesetzt werden oder umgekehrt, wobei sich für die Brechzahldifferenz zwischen der Brechzahl des Materials der diffraktiven Strukturen und der Brechzahl des Füllmaterials Werte im Bereich von etwa 0.3 bis etwa 1 ergeben. Bei Ausgestaltung der diffraktiven Strukturen aus kristallinem Silizium (mit einem Wert der Brechzahl von etwa 4.15 bei λ=532nm) wird relativ zu SiO2 als Füllmaterial eine Brechzahldifferenz von etwa 2.7 erzielt.
  • Gemäß 2c erfolgt in einem zusätzlichen, grundsätzlich optionalen Schritt die Aufbringung einer Antireflexschicht 240 zuoberst des Füllmaterials 230, wodurch die Gesamttransmission des fertigen diffraktiven optischen Elements gesteigert werden kann. Darüber hinaus kann eine (nicht dargestellte) Antireflexschicht auch auf der „Rückseite“ (d.h. der den diffraktiven Strukturen 220 abgewandten Seite des Substrats 210) angeordnet 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
    • US 2016/0085061 A1 [0003]
    • DE 102015209490 A1 [0010]

Claims (22)

  1. Diffraktives optisches Element zur Verwendung in einer interferometrischen Prüfanordnung zum Prüfen eines optischen Elements für die Mikrolithographie, mit • einem Substrat (110, 210) aus einem Substratmaterial; und • diffraktiven Strukturen (120, 220), welche sich über dem Substrat (110, 210) befinden; • wobei die diffraktiven Strukturen (110, 210) aus einem vom Substratmaterial verschiedenen, kristallinen Material gebildet sind.
  2. Diffraktives optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktiven Strukturen (120, 220) aus Silizium, Galliumarsenid (GaAs), Saphir (Al2O3) oder Indiumphosphid (InP) gebildet sind.
  3. Diffraktives optisches Element zur Verwendung in einer interferometrischen Prüfanordnung zum Prüfen eines optischen Elements für die Mikrolithographie, mit • einem Substrat (110, 210) aus einem Substratmaterial; und • diffraktiven Strukturen (120, 220), welche sich über dem Substrat (110, 210) befinden; • wobei die diffraktiven Strukturen (110, 210) aus einem vom Substratmaterial verschiedenen Material gebildet sind, wobei dieses Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die Siliziumnitrat, Hafniumoxid (HfO2) , Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkonoxid (ZrO2), Titanoxid (TiO2), Tantaloxid (Ta2O3) und amorphes Silizium enthält.
  4. Diffraktives optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Substratmaterial Titandioxid (TiO2)-dotiertes Quarzglas aufweist.
  5. Diffraktives optisches Element, insbesondere zur Verwendung in einer interferometrischen Prüfanordnung zum Prüfen eines optischen Elements für die Mikrolithographie, mit • einem Substrat (110, 210) aus einem Substratmaterial, wobei das Substratmaterial Titandioxid (TiO2)-dotiertes Quarzglas aufweist; und • diffraktiven Strukturen (120, 220), welche sich über dem Substrat (110, 210) befinden; • wobei die diffraktiven Strukturen (110, 210) aus einem vom Substratmaterial verschiedenen Material gebildet sind.
  6. Diffraktives optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ferner eine Schutz-Abdeckschicht zum Schutz der diffraktiven Strukturen (210) vor Kontaminations-Anlagerung aufweist, wobei diese Schutz-Abdeckschicht durch ein zwischen den diffraktiven Strukturen (210) vorhandene Zwischenräume auffüllendes Füllmaterial (230) gebildet ist.
  7. Diffraktives optisches Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brechzahldifferenz zwischen der Brechzahl des Materials der diffraktiven Strukturen (220) und der Brechzahl des Füllmaterials (230) bei einer Arbeitswellenlänge des diffraktiven optischen Elements wenigstens 0.2 beträgt.
  8. Diffraktives optisches Element nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (230) aus der Gruppe ausgewählt wird, welche Hafniumoxid (HfO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Titanoxid (TiO2), Siliziumnitrid und amorphes Silizium enthält.
  9. Diffraktives optisches Element nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ferner eine Antireflexschicht (240) über dem Füllmaterial (230) aufweist.
  10. Diffraktives optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Computer-generiertes Hologramm (CGH) ist.
  11. Diffraktives optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses dazu ausgelegt ist, zusätzlich zu einer Prüfwelle eine Referenzwelle zur interferometrischen Überlagerung mit der Prüfwelle nach Reflexion der Referenzwelle an einem Referenzspiegel zu erzeugen.
  12. Verwendung eines diffraktiven optischen Elements nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Prüfen eines optischen Elements für die Mikrolithographie.
  13. Verfahren zur Herstellung eines diffraktiven optischen Elements zur Verwendung in einer interferometrischen Prüfanordnung zum Prüfen eines optischen Elements für die Mikrolithographie, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) Bereitstellen eines Substrats (110, 210) aus einem Substratmaterial; und b) Erzeugen von diffraktiven Strukturen (120, 220) über dem Substrat (110, 210), wobei die diffraktiven Strukturen (110, 210) aus einem vom Substratmaterial verschiedenen, kristallinen Material gebildet werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktiven Strukturen (120, 220) aus Silizium, Galliumarsenid (GaAs), Saphir (Al2O3) oder Indiumphosphid (InP), gebildet werden.
  15. Verfahren zur Herstellung eines diffraktiven optischen Elements zur Verwendung in einer interferometrischen Prüfanordnung zum Prüfen eines optischen Elements für die Mikrolithographie, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) Bereitstellen eines Substrats (110, 210) aus einem Substratmaterial; und b) Erzeugen von diffraktiven Strukturen (120, 220) über dem Substrat (110, 210), wobei die diffraktiven Strukturen (110, 210) aus einem vom Substratmaterial verschiedenen Material gebildet werden, wobei dieses Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die Siliziumnitrat, Hafniumoxid (HfO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkonoxid (ZrO2), Titanoxid (TiO2), Tantaloxid (Ta2O3) und amorphes Silizium enthält.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Substratmaterial aus Titandioxid (TiO2)-dotiertem Quarzglas gebildet wird.
  17. Verfahren zur Herstellung eines diffraktiven optischen Elements, insbesondere zur Verwendung in einer interferometrischen Prüfanordnung zum Prüfen eines optischen Elements für die Mikrolithographie, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: - Bereitstellen eines Substrats (110, 210) aus einem Substratmaterial, wobei das Substratmaterial aus Titandioxid (TiO2)-dotiertem Quarzglas gebildet wird; und - Erzeugen von diffraktiven Strukturen (120, 220) über dem Substrat (110, 210), wobei die diffraktiven Strukturen (110, 210) aus einem vom Substratmaterial verschiedenen Material gebildet werden.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass dieses weiter den Schritt aufweist: Auffüllen von zwischen den diffraktiven Strukturen (220) vorhandenen Zwischenräumen mit einem Füllmaterial (230).
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Füllmaterial (230) eine Schutz-Abdeckschicht zum Schutz der diffraktiven Strukturen (220) vor Kontaminations-Anlagerung gebildet wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Brechzahldifferenz zwischen der Brechzahl des Materials der diffraktiven Strukturen (220) und der Brechzahl des Füllmaterials (230) bei einer Arbeitswellenlänge des diffraktiven optischen Elements wenigstens 0.2 beträgt.
  21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass dieses weiter den Schritt aufweist: Bearbeiten der Oberfläche dieser Schutz-Abdeckschicht durch teilweises Abtragen des Füllmaterials (130, 230).
  22. Interferometrische Prüfanordnung zum Prüfen eines optischen Elements für die Mikrolithographie, wobei die Prüfanordnung ein Computer-generiertes Hologramm (CGH) aufweist und wobei eine Prüfung zumindest einer Teilfläche des optischen Elements durch interferometrische Überlagerung einer von diesem Computer-generierten Hologramm auf das optische Element gelenkten Prüfwelle und einer Referenzwelle durchführbar ist, wobei das Computer-generierte Hologramm (CGH) ein diffraktives optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ist.
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