DE102021105773A1

DE102021105773A1 - Verfahren zum Herstellen eines diffraktiven optischen Elements

Info

Publication number: DE102021105773A1
Application number: DE102021105773.6A
Authority: DE
Inventors: Jan SCHMITT; Erik Loopstra
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; ASML Netherlands BV
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; ASML Netherlands BV
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2021-03-10
Publication date: 2021-09-30
Also published as: DE102020108192A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines diffraktiven optischen Elements (110, 320) mit einem Bereitstellen eines Substrats (104), wobei das Substrat (104) eine Basisschicht (100) und mindestens eine auf der Basisschicht (100) angeordnete Zusatzschicht (102) aufweist, wobei die Zusatzschicht (102) aus einem vorgebbaren Schichtmaterial gebildet ist, sowie einem Erzeugen von diffraktiven Strukturen (108) in mindestens in einer Zusatzschicht (102) des Substrats (108) durch abschnittsweise chemische Veränderung des Schichtmaterials. Die chemische Veränderung erfolgt derart, dass die Brechzahl des chemisch veränderten Schichtmaterials sich von der Brechzahl des chemisch unveränderten Schichtmaterials unterscheidet. Weiterhin betrifft die Erfindung ein diffraktives optisches Element (110, 320).

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines diffraktiven optischen Elements, sowie ein diffraktives optisches Element. Insbesondere ist das diffraktive optische Element zur Verwendung in einer interferometrischen Prüfanordnung konfiguriert, welche zum Prüfen eines optischen Elements für die Mikrolithographie eingesetzt wird.
In der Mikrolithographie werden Strukturen einer Maske auf eine fotosensitive Schicht eines Substrats abgebildet und bei einer anschließenden Bearbeitung entsprechende Materialstrukturen auf dem Substrat erzeugt, wie beispielsweise elektronische Bauelemente oder integrierte Schaltkreise. Der Bedarf an immer kleineren Strukturen führt zu immer höheren Anforderungen an die Abbildungsqualität und somit an die in der Mikrolithographie verwendeten optischen Elemente. So werden etwa bei der Mikrolithographie im extrem ultravioletten (EUV-) Spektralbereich vorwiegend Spiegel als optische Elemente für ein Beleuchtungssystem zum Beleuchten der Maske und für ein Projektionsobjektiv zum Abbilden der Maske auf ein Substrat verwendet. Der EUV-Wellenlängenbereich erstreckt sich auf Wellenlängen unterhalb von 100 nm und betrifft insbesondere Wellenlängen von ungefähr 13,5 nm oder 6,8 nm. Zur Vermeidung von Abbildungsfehlern sollte bei der EUV-Mikrolithographie die Position und Oberflächenform der verwendeten Spiegel möglichst bis in den Subnanometerbereich hinein bekannt sein.
Zur hochgenauen Vermessung optischer Oberflächen bis in den Subnanometerbereich sind interferometrische Messvorrichtungen und Verfahren bekannt, bei denen ein diffraktives optisches Element zur Erzeugung einer Prüfwelle eingesetzt wird. Dazu kann das diffraktive optische Element derart ausgebildet sein, dass es aus einer Eingangswelle eine Prüfwelle mit einer an die Sollform der optischen Oberfläche angepassten Wellenfront erzeugt. Entspricht die zu vermessende optische Oberfläche der Sollform, trifft eine solche Prüfwelle an jedem Punkt senkrecht auf die Oberfläche auf und wird in sich zurückreflektiert. Nach einer Rücktransformation der reflektierten Prüfwelle durch das diffraktive optische Element erfolgt eine Überlagerung mit einer Referenzwelle. Eine Abweichung von der Sollform führt zu einem Interferenzbild, mit dem sich die Form der zu vermessenden Oberfläche sehr genau bestimmen lässt.
Es sind weiterhin Messverfahren bekannt, bei denen das diffraktive optische Element ein computergeneriertes Hologramm (CGH) umfasst. Die zum Erzeugen der Prüfwelle mit vorgegebener Wellenfront erforderlichen diffraktiven Strukturen können zum Beispiel durch eine rechnergestützte Simulation der Messvorrichtung zusammen mit der Solloberfläche bestimmt und anschließend als CGH hergestellt werden. Dabei kann auch ein sogenanntes komplex kodiertes CGH mit mehreren unterschiedlichen in einer Ebene überlagerten diffraktiven Strukturen verwendet werden. Ein solches komplex kodiertes CGH erzeugt aus einer Eingangswelle mehrere Ausgangswellen mit unterschiedlicher Ausbreitungsrichtung und Wellenfront.
Üblicherweise sind die diffraktiven Strukturen eines CGHs als Phasengitter mit abwechselnd angeordneten Stegen und Furchen an der Oberfläche eines Substrats ausgebildet. Während eine Eingangswelle im Bereich eines Stegs bereits in das Substrat eingetreten ist, erfolgt dieses bei Furchen erst später. Hieraus resultiert eine örtliche Phasenverschiebung, welche wiederum eine Beugung der Eingangswelle bewirkt.
Ein Problem bei einem solchen diffraktiven Element ist eine mögliche Kontamination der Oberfläche mit Fremdstoffen. Beispielsweise können sich Kohlenwasserstoffe in einer dünnen Schicht auf den diffraktiven Strukturen ablagern. In 2 ist zur Veranschaulichung ein herkömmliches CGH 210 schematisch und stark vereinfacht im Querschnitt dargestellt. Das CGH enthält eine Gitterstruktur 212, auf die sich eine Kontaminationsschicht 214 niedergeschlagen hat. Die Kontaminationsschicht 214 führt zu einer veränderten Geometrie der diffraktiven Strukturen. Furchen 216 der Gitterstruktur 212 werden schmaler, während Stege 218 breiter werden. Auch bei einem Kontaminationsmaterial mit annähernd gleicher Brechzahl wie die Gitterstruktur 212 und einer homogenen Flächenkontamination führt dieser Umstand zu veränderten Beugungseigenschaften des CGHs 210. Bei einer Verwendung des CGH 210 in einer interferometrischen Prüfvorrichtung für optische Elemente werden daher durch eine Kontamination Messfehler induziert. Da die Kontamination üblicherweise mit der Zeit zunimmt, kommt es ferner zu einer zeitlichen Änderung der Messfehler. Eine geforderte Reproduzierbarkeit von Messungen mit einer Messgenauigkeit im Subnanometerbereich über einen Zeitraum von mehreren Monaten oder ein Jahr kann daher oft nicht erreicht werden.
Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines diffraktiven optischen Elements sowie ein diffraktives optisches Element bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere bei einer Verwendung des diffraktiven optischen Elements in einer interferometrischen Prüfanordnung eine Messgenauigkeit erhöht wird.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einem Verfahren zum Herstellen eines diffraktiven optischen Elements. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Substrats, wobei das Substrat eine Basisschicht und mindestens eine auf der Basisschicht angeordnete Zusatzschicht aufweist, wobei die Zusatzschicht aus einem vorgebbaren Schichtmaterial gebildet ist, und ein Erzeugen von diffraktiven Strukturen in der mindestens einen Zusatzschicht des Substrats durch abschnittsweise chemische Veränderung des Schichtmaterials. Dabei erfolgt die chemische Veränderung derart, dass die Brechzahl des chemisch veränderten Schichtmaterials sich von der Brechzahl des chemisch unveränderten Schichtmaterials unterscheidet. Insbesondere erfolgt die chemische Veränderung derart, dass die Brechzahl des chemisch veränderten Schichtmaterials sich von der Brechzahl des chemisch unveränderten Schichtmaterials, insbesondere für Licht einer vorgebbaren Wellenlänge, um mindestens 0,2 unterscheidet. Die Basisschicht ist aus einem vorgebbaren Material gebildet. Die vorgebbare Wellenlänge kann insbesondere eine Arbeitswellenlänge einer interferometrischen Prüfanordung sein, welche zum Prüfen eines optischen Elements für die Mikrolithographie konfiguriert ist und in welcher das diffraktive optische Element zum Einsatz kommt.
Das diffraktive optische Element kann insbesondere ein CGH oder ein komplex kodiertes CGH darstellen oder umfassen. Anstelle einer Herstellung von Furchen, Tälern oder Ausnehmungen durch ein Abtragen von Material nach herkömmlichen Verfahren erfolgt gemäß der Erfindung eine chemische Veränderung des Materials in Abschnitten einer Schicht des Substrats. Die Abschnitte können beispielsweise den Bereichen von Furchen oder Stegen eines herkömmlich hergestellten diffraktiven Elements entsprechen. Mit anderen Worten können die Abschnitte linienförmig ausgebildet und gitterartig nebeneinander angeordnet sein. Durch die insbesondere um mindestens 0,2 unterschiedliche Brechzahl des chemisch veränderten Materials gegenüber der Brechzahl des unveränderten Schichtmaterials wird ebenfalls ein Phasengitter realisiert.
Die Erfindung basiert somit auf dem Prinzip, bei einer Herstellung eines diffraktiven optischen Elements nicht Leerräume zwischen gitterartig angeordneten Stegen zu erzeugen, sondern durch partielle chemische Veränderung Abschnitte oder Gitterlinien aus Materialien mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften zu erschaffen. Dabei unterscheiden sich die jeweiligen Brechzahlen der Materialien bei einer Arbeitswelle des diffraktiven optischen Elements in einer interferometrischen Prüfanordnung vorzugsweise um mindestens 0,2, insbesondere um mindestens 0,5 oder mindestens 1,0. Eine Kontaminationsschicht führt nun nicht mehr zu einer geometrischen Veränderung der diffraktiven Strukturen aus chemisch verändertem und unverändertem Material. Daher sind die diffraktiven Strukturen insbesondere keiner zeitlichen Änderung durch ein Anwachsen der Kontaminationsschicht unterworfen. Eine durchgeführte Kalibrierung des diffraktiven optischen Elements ist für einen langen Zeitraum gültig.
Eine Kontaminationsschicht lagert sich nun auf die Oberfläche des Substrats bzw. der Schicht mit den Abschnitten von chemisch verändertem Material ab, ohne eine Modifikation der Gittergeometrie zu verursachen. Auf diese Weise werden Messfehler durch eine Kontamination des diffraktiven optischen Elements bei einem Einsatz in einer interferometrischen Prüfanordnung für optische Elemente der Mikrolithographie deutlich reduziert oder vollständig eliminiert. Da sich kontaminierendes Material nicht mehr in Furchen bzw. Ausnehmungen ablagern kann, ist ferner eine Reinigung des diffraktiven optischen Elements von Kontaminationen deutlich einfacher und ohne eine unerwünschte Änderung oder Beschädigung der diffraktiven Strukturen möglich. Auch Rückstände von Reinigungsmittel in den diffraktiven Strukturen nach einer Reinigung und dadurch verursachte Messfehler können nicht mehr auftreten.
Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung umfasst die chemische Veränderung des Schichtmaterials eine Oxidation des Schichtmaterials. Dazu kann eine Zuführung eines geeigneten Oxidationsmittels, wie zum Beispiel Sauerstoff oder Wasserdampf, erfolgen. Insbesondere erfolgt eine Zufuhr eines Oxidationsmittels für eine chemische Veränderung zu festgelegten Abschnitten der Zusatzschicht. Ferner ist auch eine Zufuhr von Ausgangsstoffen möglich, welche erst bei den zu oxidierenden Abschnitten der Zusatzschicht durch chemische Reaktion ein Oxidationsmittel bilden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung umfasst die chemische Veränderung des Schichtmaterials ein Aufwachsen von Siliziumoxid. Insbesondere erfolgt ein Aufwachsen von Siliziumdioxid. Dabei kann das Schichtmaterial nach einer Ausführungsform gebundenes Silizium enthalten. Ein Aufwachsen von Siliziumoxid erfolgt beispielsweise als Reaktion des Schichtmaterials mit einem zugeführten Reaktionsmittel, wie etwa einem Oxidationsmittel. Alternativ ist auch eine Zufuhr einer Siliziumverbindung und eines oder mehrerer Reaktionspartner zu chemisch zu verändernden Abschnitten der Zusatzschicht möglich. Mittels einer chemischen Reaktion der zugeführten Reaktionsstoffe erfolgt dann ein Aufwachsen von Siliziumoxid.
Vorzugsweise wird nach einer erfinderischen Ausführungsform das Siliziumoxid thermisch aufgewachsen. Beispielsweise erfolgt das thermische Aufwachsen bei einer Temperatur zwischen 800 °C und 1200 °C, insbesondere bei einer Temperatur von über 1100 °C. Dabei kann eine Diffusion eines Oxidationsmittels in die Zusatzschicht des Substrats erfolgen. Als Oxidationsmittel werden zum Beispiel Sauerstoff oder Wasserdampf zugeführt. Nach alternativen Ausführungsformen erfolgt eine Zufuhr von Reaktionsstoffen, aus denen durch eine chemische Reaktion ein Oxidationsmittel entsteht. Zugeführte Reaktionsstoffe sind zum Beispiel Wasserstoff und Sauerstoff, Trichloressigsäure und Sauerstoff oder Chlorwasserstoff und Sauerstoff.
Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung wird vor der abschnittsweisen chemischen Veränderung des Schichtmaterials eine Hartmaske auf der Zusatzschicht erzeugt. Insbesondere enthält die Hartmaske nach einer Ausführungsform Siliziumnitrid. Eine Hartmaske ist im Unterschied zu Masken aus Fotolack, Polymeren oder anderen organischen Stoffen wesentlich widerstandfähiger gegenüber Sauerstoff, Fluor, Chlor oder Plasmaätzen. Die Hartmaske ist vorzugsweise derart konfiguriert und auf der Zusatzschicht angeordnet, dass chemisch zu verändernde Abschnitte der Zusatzschicht für eine chemische Reaktion mit einem zugeführten Bearbeitungsstoff, etwa einem Oxidationsmittel, frei zugänglich sind, während andere Abschnitte durch die Hartmaske geschützt sind. Bei diesen findet somit keine chemische Reaktion statt. Zum Erzeugen der Hartmaske kann zunächst ein Erzeugen einer weiteren Maske für die Hartmaske erfolgen. Nach einer chemischen Veränderung von Abschnitten des Schichtmaterials kann eine Entfernung der Hartmaske durchgeführt werden. Bei einer Ausführungsform erfolgt anschließend ein Entfernen von Unebenheiten an der Schichtoberfläche, beispielsweise durch ein geeignet konfiguriertes Polieren der Oberfläche.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist das Schichtmaterial der Zusatzschicht vor der chemischen Veränderung reines Silizium auf. Insbesondere ist das reine Silizium ein kristallines, polykristallines oder amorphes Silizium. Das reine Silizium wird beispielsweise mittels einer physikalischen Gasphasenabscheidung, wie etwa Elektronenstrahlverdampfen, Molekularstrahlepitaxie oder Sputtern, oder einer chemischen Gasphasenabscheidung, wie etwa einer plasmaunterstützten Gasphasenabscheidung, in der Zusatzschicht oder als Zusatzschicht angeordnet.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Basisschicht aus einem vorgebbaren Material gebildet, wobei das Material der Basisschicht durch die abschnittsweise chemische Veränderung des Schichtmaterials nicht verändert, insbesondere nicht chemisch verändert, wird. Die Basisschicht ist bei einer Ausführungsform als Träger der Zusatzschicht konfiguriert. Die Zusatzschicht ist somit auf einer Oberfläche der Basisschicht angeordnet.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform stimmt das chemisch veränderte Schichtmaterial der Zusatzschicht mit dem Material der Basisschicht überein. Sowohl das chemisch veränderte Schichtmaterial als auch das Material der Basisschicht weisen somit im Wesentlichen gleiche optische Eigenschaften auf. Vorzugsweise enthalten das Schichtmaterial nach der chemischen Veränderung und die Basisschicht Siliziumoxid oder bestehen zumindest weitestgehend aus Siliziumoxid. Das Siliziumoxid umfasst Siliziumdioxid (SiO₂), ein Suboxid wie beispielsweise SiO oder Si₂Os, Silizium oder ein Gemisch aus einigen oder allen dieser Substanzen.
Ferner ist nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform das diffraktive optische Element zur Verwendung in einer interferometrischen Prüfanordnung zum Prüfen eines optischen Elements für die Mikrolithographie konfiguriert. Insbesondere kann das Verfahren zur Herstellung eines diffraktiven optischen Elements konfiguriert sein, welches ein computergeneriertes Hologramm (CGH) oder ein komplex kodiertes CGH umfasst. Weiterhin kann das Verfahren zur Herstellung eines diffraktiven optischen Elements oder CGHs konfiguriert sein, welches aus einer Eingangswelle eine Prüfwelle mit einer an die Sollform einer Oberfläche angepassten Wellenfront erzeugt. Mit einem solchen diffraktiven optischen Element lässt sich die optische Oberfläche eines optischen Elements für Mikrolithographie hochgenau bestimmen oder überprüfen.
Die vorgenannte Aufgabe kann weiterhin beispielsweise gelöst werden mit einem diffraktiven optischen Element, welches mit einem der oben beschriebenen Verfahren hergestellt wird. Insbesondere kann das diffraktive optische Element zur Verwendung in einer interferometrischen Prüfanordnung zum Prüfen eines optischen Elements für die Mikrolithographie konfiguriert sein. Nach einer erfinderischen Ausführungsform umfasst das diffraktive optische Element gitterartige diffraktive Strukturen in einer Zusatzschicht über einer Basisschicht. Vorzugsweise weisen die diffraktiven Strukturen in der Zusatzschicht im Wesentlichen das gleiche Material und somit die gleichen optischen Eigenschaften wie die Basisschicht auf, während Zwischenräume zwischen den diffraktiven Strukturen in der Zusatzschicht ein anderes Material enthalten und somit andere optische Eigenschaften aufweisen. Nach einer Ausführungsform gemäß der Erfindung enthalten die Basisschicht und die gitterartigen diffraktiven Strukturen in der Zusatzschicht auf der Basisschicht Siliziumoxid, insbesondere Siliziumdioxid, oder bestehen im Wesentlichen daraus. Im Gegensatz dazu enthalten bei dieser Ausführungsform Zwischenräume zwischen den diffraktiven Strukturen in der Zusatzschicht reines Silizium oder bestehen im Wesentlichen daraus.
Bei einer erfinderischen Ausführungsform umfasst das diffraktive optische Element ein CGH oder ein komplex kodiertes CGH. Weiterhin kann das diffraktive optische Element bzw. das CGH derart konfiguriert sein, dass aus einer Eingangswelle eine Prüfwelle mit einer an die Sollform einer Oberfläche angepassten Wellenfront erzeugt wird. Ferner umfasst das diffraktive optische Element nach einer Ausführung ein komplex kodiertes CGH, welches aus einer Eingangswelle neben einer Prüfwelle auch ein Referenzwelle, eine Kalibrierwelle oder beides mit gegenüber der Prüfwelle jeweils unterschiedlicher Ausbreitungsrichtung und Wellenfront erzeugt.
Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße diffraktive optische Element übertragen werden. Diese und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in der Figurenbeschreibung und den Ansprüchen erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmeldung beansprucht wird.
Figurenliste
Die vorstehenden, sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt:

1a - 1f ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für ein diffraktives optisches Element in einer schematischen Veranschaulichung,
2 ein herkömmliches CGH mit einer Kontaminationsschicht in einer schematischen Veranschaulichung, sowie
3 eine exemplarische interferometrische Prüfanordnung zum Prüfen eines optischen Elements für die Mikrolithographie in einer schematischen Veranschaulichung.

Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungsformen oder Ausführungsvarianten sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.
Zur Erleichterung der Beschreibung ist in einigen Zeichnungen ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In 1 verläuft die y-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein, die x-Richtung nach rechts und die z-Richtung nach oben.
In 1a - 1f wird ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines diffraktiven optischen Elements 110 schematisch in einer Seitenansicht bzw. einem Querschnitt dargestellt. Insbesondere kann das diffraktive optische Element 110 ein CGH oder ein komplex kodiertes CGH enthalten oder als solches ausgebildet sein. Ein CGH weist gitterartig angeordnete Linienstrukturen als diffraktive Strukturen auf, welche eine Eingangswelle in eine Ausgangswelle mit vorgegebener Wellenfront und Ausbreitungsrichtung transformiert. Ein Ermitteln der für eine bestimmte Wellenfront erforderlichen diffraktiven Strukturen erfolgt computergestützt, beispielsweise durch eine Simulation oder eine Lichtstrahlverfolgung (engl. Ray Tracing). Bei einem komplex kodierten CGH werden mindestens zwei computergenerierte diffraktive Strukturen einander überlagernd in einer Ebene angeordnet. Aus einer Eingangswelle erzeugt ein komplex kodiertes CGH daher zwei oder mehr Ausgangswellen mit unterschiedlicher Ausbreitungsrichtung und Wellenfront.
Gemäß 1a wird zur Herstellung eines diffraktiven optischen Elements 110, insbesondere eines CGHs, zunächst in einem Schritt des Verfahrens ein Substrat 104 mit einer Basisschicht 100 bereitgestellt. Die Basisschicht 100 ist aus einem vorgebbaren Material gebildet, insbesondere enthält die Basisschicht 100 im Wesentlichen Siliziumdioxid. Beispielsweise wird eine Quarzglasplatte als Substrat bzw. Basisschicht verwendet. In alternativen Ausführungen kann das Substrat 104 aber zusätzlich zur Basisschicht 100 weitere Schichten, wie etwa eine Trägerschicht, enthalten. Auch kann die Basisschicht neben Siliziumdioxid andere Siliziumoxide, zum Beispiel SiO oder Si₂Os, oder andere Zusatzstoffe enthalten.
Wie in 1b dargestellt, wird als nächster Schritt eine aus dem vorgebbaren Schichtmaterial gebildete Zusatzschicht 102 aus einem vorgebbaren Schichtmaterial, im vorliegenden Fall aus reinem Silizium, auf die Basisschicht 100 aufgebracht oder darauf angeordnet. Die Zusatzschicht 102 enthält insbesondere kristallines Silizium. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Zusatzschicht 102 zusätzlich oder alternativ polykristallines Silizium, amorphes Silizium oder eine Mischung aus diesen Stoffen enthalten. Ein Auftragen der Siliziumschicht erfolgt mit einem herkömmlichen, dem Fachmann bekannten Verfahren. Dazu kann beispielsweise eine geeignete physikalische Gasphasenabscheidung, etwa Elektronenstrahlverdampfen, Molekularstrahlepitaxie oder Sputtern, oder eine geeignete chemische oder plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung durchgeführt werden. Die Basisschicht 100 und die Zusatzschicht 102, insbesondere die Siliziumschicht, bilden zusammen das Substrat 104. Dieses Substrat 104 wird im Folgenden weiterverarbeitet.
Nach 1c erfolgt nun eine Erzeugung einer Hartmaske 106 auf der Zusatzschicht 102. Dabei wird das Material der Hartmaske 106 zunächst als eine geschlossene Schicht auf der Zusatzschicht 102 abgelagert. Die Hartmaske 106 enthält im Wesentlichen Siliziumnitrid (Si₃N₄). Alternativ kann die Hartmaske auch eine keramische Verbindung, z.B. ein Tantalnitrid oder Titannitrid, amorpher Kohlenstoff, Siliziumdioxid oder eine beliebige Kombination aus diesen Stoffen enthalten. Eine wesentliche Eigenschaft der Hartmaske 106 ist deren Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen. Vor einer Beschichtung der Zusatzschicht 102 mit dem Material für die Hartmaske 106 kann nach einem Ausführungsbeispiel eine Erzeugung einer Pufferschicht erfolgen, beispielsweise einer sehr dünnen Beschichtung mit Siliziumdioxid.
In 1d ist schematisch dargestellt, dass mittels Entfernen von zuvor festgelegten Abschnitten aus der geschlossenen Schicht des Hartmaskenmaterials die eigentliche Hartmaske 106 erzeugt wird. Dazu kann zum Beispiel mit einem herkömmlichen Verfahren eine weitere Maske aus Fotolack auf dem Hartmaskenmaterial aufgetragen, mit einem entsprechenden Muster belichtet und anschließend entwickelt werden. Mit Hilfe eines anschließenden Ätzverfahrens wird bei den nach dem Entwickeln nicht mehr geschützten Abschnitten das Material der Hartmaske 106 bis auf die darunterliegende Zusatzschicht 102 abgetragen. Hierfür können dem Fachmann bekannte Verfahren, wie zum Beispiel ein Trockenätzverfahren oder ein nass-chemisches Ätzverfahren, verwendet werden. Die auf diese Weise freigelegten Abschnitte 107 der Zusatzschicht 102 sind für zugeführte Reaktionsstoffe zugänglich, wodurch eine abschnittsweise chemische Veränderung der Zusatzschicht 102 erfolgt. Das Muster der freigelegten Abschnitte 107 bzw. der Hartmaske 106 entspricht dabei den zu erzeugenden diffraktiven Strukturen.
1e veranschaulicht den darauffolgend durchgeführten Schritt eines thermischen Aufwachsens von Siliziumdioxid mit Hilfe einer dem Fachmann bekannten thermischen Oxidation von Silizium bei hohen Temperaturen. Eine solche Oxidation von Silizium ist zum Beispiel aus dem LOCOS-Prozess (Lokale Oxidation von Silizium) bekannt. Ein Oxidationsmittel wird bei einer Temperatur zwischen 800°C und 1200 °C, insbesondere bei einer Temperatur von über 1100 °C zugeführt. Dabei kommt es zu einer Oxidation von nicht durch die Hartmaske 106 geschützten Abschnitten 107 der Zusatzschicht 102. Durch eine Diffusion des Oxidationsmittels in die Zusatzschicht 102 hinein erfolgt eine Oxidation des Siliziums bis zur Basisschicht 100. Das Material der Basisschicht 100 wird durch die abschnittsweise chemische Veränderung des Schichtmaterials der Zusatzschicht 102 nicht verändert. Das Material der Basisschicht 100 ist also von der chemischen Veränderung des Schichtmaterials nicht betroffen.
Mit der abschnittsweisen chemischen Veränderung entstehen Siliziumdioxid-Strukturen 108, welche mehr Raum als reines Silizium einnehmen und sich daher bis in den Bereich der Hartmaske 106 hinein erstrecken. Als Oxidationsmittel werden zum Beispiel Sauerstoff oder Wasserdampf zugeführt. Nach alternativen Ausführungsbeispielen erfolgt eine Zufuhr von Reaktionsstoffen, aus denen durch eine chemische Reaktion ein Oxidationsmittel entsteht. Zugeführte Reaktionsstoffe können zum Beispiel Wasserstoff und Sauerstoff, Trichloressigsäure und Sauerstoff oder Chlorwasserstoff und Sauerstoff sein. Die Brechzahl des chemisch veränderten Schichtmaterials (Siliziumdioxid) unterscheidet sich von der Brechzahl des chemisch unveränderten Schichtmaterials (Silizium).
Gemäß 1f erfolgt abschließend eine Entfernung der Hartmaske 106 und ein Polieren der Oberfläche zur Beseitigung von überstehenden Bereichen der Siliziumdioxid-Strukturen 108. Dabei kann für die Entfernung der Hartmaske 106 wiederum ein dem Fachmann bekanntes und geeignetes Trockenätzverfahren oder nass-chemisches Ätzverfahren durchgeführt werden. Das Polieren der Oberfläche kann beispielsweise durch ein herkömmliches chemisch-mechanisches Polieren erfolgen.
Ein auf diese Weise hergestelltes diffraktives optisches Element 110 weist eine glatte ebene Oberfläche 112 auf. Das Material der Basisschicht 100 und das chemisch veränderte Schichtmaterial der Zusatzschicht 102 stimmen überein. Mit anderen Worten: Die Basisschicht 100 und die darauf angeordneten und sich entlang eines Abschnitts der Oberfläche 112 erstreckenden Siliziumdioxid-Strukturen 108 als diffraktive Strukturen enthalten im Wesentlichen das gleiche Material, nämlich nach diesem Ausführungsbeispiel Siliziumdioxid. Somit weisen diese Bereiche des diffraktiven optischen Elements 110 die gleichen optischen Eigenschaften auf. Insbesondere beträgt die Brechzahl von Siliziumdioxid für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 633 nm etwa 1,5. Zwischen den Siliziumdioxid-Strukturen 108 befinden sich bei der Oberfläche 112 chemisch unveränderte Abschnitte der Zusatzschicht 102. Einkristallines Silizium hat eine Brechzahl von ungefähr 3,4 für Strahlung bzw. Licht mit einer Wellenlänge von 633 nm, welche typischerweise eine Arbeitswellenlänge einer nachstehend unter Bezugnahme auf 3 beschriebenen interferometrischen Prüfanordnung 300 darstellt. Die Brechzahlen unterscheiden sich somit bei dieser Wellenlänge um etwa 1,9.
Die entsprechend der Struktur eines CGHs gitterartig angeordneten Siliziumdioxid-Strukturen 108 und dazwischen liegende Bereiche mit reinem Silizium 102 führen auf Grund der unterschiedlichen Brechzahl zu einer vorausberechneten Beugung einer Eingangswelle in eine oder mehrere Ausgangswellen mit vorgegebener Wellenfront. Im Gegensatz zu herkömmlichen CGHs weist das diffraktive optische Element 110 eine glatte Oberfläche 112 auf. Diffraktive Eigenschaften des optischen Elements 110 bleiben daher auch bei einer Ablagerung einer Kontaminationsschicht auf der Oberfläche 112 über einen langen Zeitraum weitestgehend unverändert.
In 3 wird ein Ausführungsbeispiel einer interferometrischen Prüfanordnung 300 zum Prüfen eines optischen Elements 340 schematisch dargestellt. Die Prüfanordnung 300 ist zur interferometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche des optischen Elements 340 ausgebildet. Mit der Prüfanordnung 300 lässt sich insbesondere eine Abweichung der tatsächlichen Form der Oberfläche von einer Sollform bestimmen. Als optisches Element 340 kann beispielsweise ein Spiegel für die EUV-Mikrolithographie mit einer optischen Oberfläche zur Reflexion von EUV-Strahlung mit einer Wellenlänge von kleiner als 100 nm, insbesondere eine Wellenlänge von etwa 13,5 nm oder etwa 6,8 nm vermessen werden.
Die Prüfanordnung 300 enthält eine Lichtquelle zum Bereitstellen einer ausreichend kohärenten Beleuchtungsstrahlung als Eingangswelle 305 mit beispielsweise einer Arbeitswellenlänge von etwa 633 nm. Die Eingangswelle weist eine sphärische Wellenfront auf. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Lichtquelle einen Lichtwellenleiter 301. Von einer Austrittsfläche des Lichtwellenleiters 301 kommend, durchläuft die Eingangswelle 305 zunächst einen Strahlenteiler 310 und trifft dann auf ein als komplex kodiertes CGH ausgebildetes diffraktives optisches Element 320. Das diffraktive optische Element 320 ist nach einem der oben beschriebenen Verfahren hergestellt worden. In Transmission erzeugt das diffraktive optische Element 320 aus der Eingangswelle 305 durch Beugung eine Prüfwelle 322, eine Referenzwelle 324 und zwei Kalibrierwellen 326, 328.
Dazu umfasst das diffraktive optische Element 320 vier in einer Ebene sich überlagernd angeordnete diffraktiven Strukturen. Eine der diffraktiven Strukturen ist zur Erzeugung der Prüfwelle 322 mit einer zumindest teilweise an eine Sollform einer Oberfläche des zu prüfenden optischen Elements 340 angepassten Wellenfront konfiguriert. Eine zweite diffraktive Struktur erzeugt die Referenzwelle 324 mit einer ebenen Wellenfront. Zwei weitere diffraktive Strukturen dienen zur Erzeugung einer ersten Kalibrierwelle 326 mit ebener Wellenfront und einer zweiten Kalibrierwelle 328 mit sphärischer Wellenfront aus der Eingangswelle 305. Sowohl die ebene Kalibrierwelle 326 als auch die sphärische Kalibrierwelle 328 weisen jeweils eine von allen anderen Wellen abweichende Ausbreitungsrichtung auf.
Die Prüfwelle 322 breitet sich in Richtung des optischen Elements 340 aus und wird von dessen Oberfläche zum diffraktiven optischen Element 320 zurück reflektiert. Beim erneuten Durchlaufen des diffraktiven optischen Elements 320 erfolgt durch Beugung eine Rücktransformation der reflektierten Prüfwelle 322, deren Wellenfront anschließend durch Abweichungen der Oberfläche des zu prüfenden optischen Elements 340 von der Sollform entsprechende Abweichungen von einer sphärischen Wellenfront aufweist.
Entsprechend wird die Referenzwelle 324 mit ebener Wellenfront von einem als Planspiegel ausgebildeten reflektiven optischen Element 331 in sich zurückreflektiert. Die reflektierte Referenzwelle 324 durchläuft wiederum das diffraktive optische Element 320 und wird erneut gebeugt. Dabei erfolgt eine Rücktransformation der reflektierten Referenzwelle 324, welche anschließend wieder eine sphärische Wellenfront aufweist.
Das komplex kodierte CGH des diffraktiven optischen Elements 320 dient somit auch zur Überlagerung der reflektierten Prüfwelle 322 mit der reflektierten Referenzwelle 324. Beide Wellen 322, 324 treffen als konvergente Strahlen auf den Strahlenteiler 310 und werden von diesem teilweise in Richtung einer Interferometerkamera 360 reflektiert. Nach Durchlaufen eines Okulars 350 treffen beide Wellen 322, 324 schließlich auf eine Erfassungsebene der Interferometerkamera 360. Die Erfassungsebene kann beispielsweise als CCD-Sensor ausgebildet sein und erfasst ein durch die interferierenden Wellen erzeugtes Interferogramm.
Aus dem erfassten Interferogramm bestimmt eine in 3 nicht dargestellte Auswerteeinrichtung der Prüfanordnung 300 die tatsächliche Form der optischen Oberfläche des optischen Elements 340. Dazu verfügt die Auswertungseinrichtung über eine geeignete Datenverarbeitungseinheit und verwendet entsprechende, dem Fachmann bekannte Berechnungsverfahren. Die Auswertungseinheit berücksichtigt bei der Bestimmung der Oberflächenform insbesondere ein Ergebnis einer Kalibrierung des diffraktiven optischen Elements 320.
Im Strahlengang der ebenen Kalibrierwelle 326 ist als nächstes optisches Element nach dem diffraktiven optischen Element 320 ein planer Kalibrierspiegel 332 angeordnet. Der plane Kalibrierspiegel 332 reflektiert die ebene Kalibrierwelle 326 in sich zurück. Weiterhin ist im Strahlengang der sphärischen Kalibrierwelle 328 als nächstes optisches Element ein sphärischer Kalibrierspiegel 333 angeordnet. Der sphärische Kalibrierspiegel 333 ist derart ausgebildet, dass er die sphärische Kalibrierwelle 328 in sich zurückreflektiert.
Im Strahlengang der ebenen Kalibrierwelle 326 und der sphärischen Kalibrierwelle 328 ist weiterhin eine Verschlussvorrichtung 335 vorgesehen, welche wahlweise entweder die ebene Kalibrierwelle 326 oder die sphärische Kalibrierwelle 328 passieren lässt. Dazu enthält die Verschlussvorrichtung 335 beispielsweise geeignet ausgebildete Shutter. Auf diese Weise kann bei einer Kalibrierung schnell zwischen der ebenen Kalibrierwelle 326 und der sphärischen Kalibrierwelle 328 gewechselt werden. Mit Hilfe der Kalibrierwellen 326, 328 erfolgt insbesondere eine hochgenaue Kalibrierung des diffraktiven optischen Elements 320 und des reflektiven Elements 331 vor einer eigentlichen Vermessung der Oberfläche des zu prüfenden optischen Elements 340.
Die dargestellte interferometrische Prüfanordnung 300 ermöglicht eine sehr genaue Vermessung der Oberfläche des optischen Elements 340 bis in den Subnanometerbereich hinein. Eine solche Genauigkeit ist beispielsweis bei einer Vermessung oder Prüfung von Spiegeln für die Mikrolithographie im EUV-Spektralbereich erforderlich. Die Verwendung eines erfindungsgemäßen diffraktiven optischen Elements als komplex kodiertes CGH reduziert dabei Messfehler durch eine Kontamination der Oberfläche des CGHs. Für einen langen Zeitraum ändern sich die diffraktiven Eigenschaften des CGHs durch eine Kontamination nur sehr geringfügig. Somit wird eine Reproduzierbarkeit von Messungen auch nach Monaten gewährleistet.
Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele, Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen, insoweit sie in den Rahmen der Erfindung gemäß der Definition in den beigefügten Ansprüchen fallen, sowie Äquivalente vom Schutz der Ansprüche abgedeckt sein.
Bezugszeichenliste

100: Basisschicht
102: Zusatzschicht
104: Substrat
106: Hartmaske
107: freigelegte Abschnitte
108: Siliziumdioxid-Struktur
110: diffraktives optisches Element
112: ebene Oberfläche
210: computergeneriertes Hologramm (CGH) nach dem Stand der Technik
212: Gitterstruktur
214: Kontaminationsschicht
216: Furchen
218: Stege
300: interferometrische Prüfanordnung
301: Lichtwellenleiter
305: Eingangswelle
310: Strahlenteiler
320: diffraktives optisches Element
322: Prüfwelle
324: Referenzwelle
326: ebene Kalibrierwelle
328: sphärische Kalibrierwelle
331: reflektierendes optisches Element
332: planer Kalibrierspiegel
333: sphärischer Kalibrierspiegel
335: Verschlussvorrichtung
340: zu prüfendes optisches Element
350: Okular
360: Interferometerkamera

Claims

Verfahren zum Herstellen eines diffraktiven optischen Elements (110, 320), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: - Bereitstellen eines Substrats (104), wobei das Substrat (104) eine Basisschicht (100) und mindestens eine auf der Basisschicht (100) angeordnete Zusatzschicht (102) aufweist, wobei die Zusatzschicht (102) aus einem vorgebbaren Schichtmaterial gebildet ist, sowie - Erzeugen von diffraktiven Strukturen (108) in der mindestens einen Zusatzschicht (102) des Substrats durch abschnittsweise chemische Veränderung des Schichtmaterials derart, dass die Brechzahl des chemisch veränderten Schichtmaterials sich von der Brechzahl des chemisch unveränderten Schichtmaterials unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die chemische Veränderung des Schichtmaterials derart erfolgt, dass die Brechzahl des chemisch veränderten Schichtmaterials sich von der Brechzahl des chemisch unveränderten Schichtmaterials um mindestens 0,2 unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die chemische Veränderung des Schichtmaterials eine Oxidation des Schichtmaterials umfasst.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die chemische Veränderung des Schichtmaterials ein Aufwachsen von Siliziumoxid (108) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Siliziumoxid (108) thermisch aufgewachsen wird.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem vor der abschnittsweisen chemischen Veränderung des Schichtmaterials eine Hartmaske (106) auf der Zusatzschicht (102) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem das Schichtmaterial der Zusatzschicht (102) vor der chemischen Veränderung reines Silizium aufweist.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die Basisschicht (100) aus einem vorgebbaren Material gebildet ist, wobei das Material der Basisschicht durch die abschnittsweise chemische Veränderung des Schichtmaterials nicht verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das chemisch veränderte Schichtmaterial (102) der Zusatzschicht (102) mit dem Material der Basisschicht (100) übereinstimmt.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem das diffraktive optische Element (110, 320) zur Verwendung in einer interferometrischen Prüfanordnung (300) zum Prüfen eines optischen Elements (340) für die Mikrolithographie konfiguriert ist.
Diffraktives optisches Element (110, 320), insbesondere zur Verwendung in einer interferometrischen Prüfanordnung (300) zum Prüfen eines optischen Elements (340) für die Mikrolithographie, hergestellt mit dem Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche.