DE102022208286A1

DE102022208286A1 - Verfahren zur Herstellung eines Grundkörpers für die Halbleiterlithografie, optisches Element und Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102022208286A1
Application number: DE102022208286.9A
Authority: DE
Inventors: Eric Eva
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2022-08-09
Filing date: 2022-08-09
Publication date: 2024-02-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Herstellung eines Grundkörpers eines optischen Elementes (Mx, 117) für die Halbleiterlithografie, umfassend folgende Schritte- erstens Herstellung eines Materialgemisches, welches mindestens zwei Materialkomponenten umfasst,- zweitens Herstellung eines Zwischenkörpers aus dem Materialgemisch,- wobei das Materialgemisch mindestens eine erste Materialkomponente aus dem Material des späteren Grundkörpers umfasst- und wobei das Materialgemisch eine zweite Materialkomponente umfasst, welche zur mechanischen Stabilisierung des Zwischenkörpers dient- drittens Herstellung des Grundkörpers aus dem Zwischenkörper durch temporäres Erhitzen und mindestens teilweiser Entfernung der zweiten Materialkomponente. Weiterhin betrifft die Erfindung ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes optisches Element (Mx, 117) und eine mit dem optischen Element ausgestattete Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie (1,101).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Grundkörpers für ein optisches Element für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie und ein durch das Verfahren hergestelltes optisches Element sowie eine Projektionsbelichtungsanlage.
Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithografie zeigen im Hinblick auf ihre Abbildungsqualität ein stark temperaturabhängiges Verhalten. Sowohl nicht unmittelbar an der optischen Abbildung beteiligte Elemente, wie beispielsweise Fassungen und Halter oder Gehäuseteile als auch optische Elemente selbst, wie beispielsweise Linsen oder, im Fall der EUV-Lithografie, Spiegel, verändern bei Erwärmung oder Abkühlung ihre Ausdehnung beziehungsweise ihre Oberflächenform, was sich unmittelbar in der Qualität der mit dem System vorgenommenen Abbildung einer Lithografiemaske, zum Beispiel einer Phasenmaske, eines sogenannten Retikels, auf ein Halbleitersubstrat, einen sogenannten Wafer, niederschlägt.
Die Erwärmung der einzelnen Komponenten der Anlage im Betrieb rührt dabei von der Absorption eines Teiles derjenigen Strahlung her, welche zur Abbildung des Retikels auf den Wafer verwendet wird und auch als Nutzstrahlung bezeichnet wird. Diese Strahlung wird von einer im Folgenden als Nutzlichtquelle bezeichneten Lichtquelle erzeugt. Im Fall der EUV-Lithografie handelt es sich bei der Nutzlichtquelle um eine vergleichsweise aufwendig ausgeführte Plasmaquelle, bei welcher mittels Laserbestrahlung von Zinnpartikeln ein in den gewünschten kurzwelligen Frequenzbereichen elektromagnetische Strahlung emittierendes Plasma erzeugt wird.
Üblicherweise sind Projektionsbelichtungsanlagen auf einen stationären Zustand während des Betriebes ausgelegt, das heißt auf einen Zustand, in welchem keine wesentlichen Änderungen der Temperatur von Anlagenkomponenten über der Zeit zu erwarten sind. Diese Temperatur kann für unterschiedliche optische Elemente, abhängig von der Anordnung im optischen System, unterschiedlich sein. Zur Minimierung der weiter oben beschriebenen Deformation und zeitlichen Änderung der optischen Elemente, insbesondere von Spiegeln, wird für den Grundkörper, insbesondere von Spiegeln, ein Material mit einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet. So kann beispielsweise durch Zufügen von Titanoxid der Wärmeausdehnungskoeffizient eines Quarzglases derart eingestellt werden, dass dieser für eine bestimmte Temperatur, der sogenannten Nulldurchgangstemperatur, 0 beträgt. Der Wärmeausdehnungskoeffizient selbst ist dabei von der Temperatur abhängig, wobei dieser mit steigender Temperatur ansteigt, also bei Temperaturen unter der Nulldurchgangstemperatur negativ ist und bei Temperaturen oberhalb der Nulldurchgangstemperatur positiv ist.
Die Grundkörper für die einzelnen Spiegel werden in der Regel derart eingestellt, dass die Nulldurchgangstemperatur der im Betrieb konstanten Temperatur entspricht. Weiterhin wird versucht, die Steigung des Wärmeausdehnungskoeffizienten so flach wie möglich auszubilden, um die Auswirkung von Abweichungen von der Nulldurchgangstemperatur auf die Oberflächenform der Spiegel so gering wie möglich zu halten.
Weiterhin ist es durch die von Generation zu Generation steigende Leistung der Nutzlichtquellen notwendig, zumindest einzelne Spiegel durch im Grundkörper ausgebildete Fluidkanäle zu temperieren. Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Herstellung von Grundkörpern mit integrierten Fluidkanälen bekannt, die aber den Nachteil haben, dass sie nicht für Materialien mit einer vorbestimmten Nulldurchgangstemperatur und einer geringen Steigung des Wärmeausdehnungskoeffizienten geeignet sind oder nur sehr aufwendig umzusetzen sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, welches die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile beseitigt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes optisches Element für die Halbleiterlithographie anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und ein optisches Element mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Grundkörpers eines optischen Elementes für die Halbleiterlithografie umfasst folgende Schritte:

- erstens die Herstellung eines Materialgemisches, welches mindestens zwei Materialkomponenten umfasst.
- zweitens die Herstellung eines Zwischenkörpers aus dem Materialgemisch,
- wobei das Materialgemisch mindestens eine erste Materialkomponente aus dem Material des späteren Grundkörpers umfasst
- und wobei das Materialgemisch eine zweite Materialkomponente umfasst, welche zur mechanischen Stabilisierung des Zwischenkörpers dient.
- drittens die Herstellung des Grundkörpers aus dem Zwischenkörper durch temporäres Erhitzen und mindestens teilweiser Entfernung der zweiten Materialkomponente.

In einer Ausführungsform des Verfahrens kann die mindestens eine erste Materialkomponente ein Quarzglaspulver, insbesondere ein mit Titanoxid dotiertes Quarzglaspulver umfassen; die zweite Materialkomponente kann mindestens ein Polymer umfassen. Die erste Materialkomponente kann auch mehrere unterschiedliche Titanoxidkonzentrationen, die jeweils mit einer zweiten Materialkomponente gemischt werden, aufweisen.
Das Titanoxid bewirkt eine Reduzierung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des ersten Materials und damit des Materialgemisches, welcher im Idealfall bei der Arbeitstemperatur des optischen Elementes, also der sich im Betrieb ausbildenden mittleren Temperatur, Null betragen kann. Die Temperatur, bei welcher der temperaturabhängige Wärmeausdehnungskoeffizient Null ist, wird auch als Nulldurchgangstemperatur bezeichnet. Zur Beeinflussung der Nulldurchgangstemperatur und der Steigung des Wärmeausdehnungskoeffizienten bei sich ändernder Temperatur können verschiedene Maßnahmen angewendet werden. Dabei hängt die Höhe des Wärmeausdehnungskoeffizienten zum Großteil vom prozentualen Anteil von Titanoxid in dem überwiegend Siliziumoxid aufweisenden Material ab, wobei mit steigendem Titanoxid-Gehalt der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materialgemisches, also des Grundkörpers, sinkt, also eine Kurve des Wärmeausdehnungskoeffizienten über der Temperatur entlang der y-Achse nach unten verschoben wird. Dadurch wird gleichzeitig die Nulldurchgangstemperatur des Materialgemischs zu einer höheren Temperatur hin verschoben. Tempern des Grundkörpers bei einer Temperatur zwischen 900 °C und 1200 °C kann einerseits die Kurve des Wärmeausdehnungskoeffizienten in positive y-Richtung, also nach oben, verschieben, wodurch die Nulldurchgangstemperatur sinkt, und kann andererseits die Steigung der Kurve vorteilhaft reduzieren, so dass sich um die Nulldurchgangstemperatur herum die Änderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten bei Temperaturänderungen verringert.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann das Pulver durch Zermahlen eines Ausgangsmaterials mit den vorbestimmten physikalischen Eigenschaften des Grundkörpers hergestellt werden oder kann derart ausgebildet sein, dass es nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren den vorbestimmten physikalischen Eigenschaften des Grundkörpers entspricht.
Weiterhin kann ein Werkzeug zum Zermahlen des Ausgangsmaterials aus dem Material der ersten Materialkomponente ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass die erste Materialkomponente nicht durch Abrieb des Werkzeugs durch andere Stoffe, welche Auswirkungen auf die physikalischen Eigenschaften des Grundkörpers haben, verunreinigt werden kann.
Alternativ kann das Ausgangsmaterial berührungslos, wie beispielsweise durch ein Ultraschallverfahren, pulverisiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Pulver in einem Soot-Verfahren hergestellt werden.
Weiterhin kann ein Titanoxid-Gehalt im zermahlenen oder berührungslos hergestellten Pulver bei einer Probe von 1g weniger als 5%, bevorzugt weniger als 0,5%, besonders bevorzugt kleiner als 0,05% von einem mittleren Titanoxid-Gehalt des Grundkörpers abweichen. Dies kann beispielsweise im Vergleich zu herkömmlicher Direktabscheidung oder Sootabscheidung durch eine gute Durchmischung des Pulvers und/oder durch Mischen von unterschiedlichen Pulverchargen erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass dadurch geringere Schwankungen des Titanoxid-Gehalts über den späteren Grundkörper eingestellt werden können, als dies bei den bisherigen Herstellungsverfahren möglich ist. Dies führt zu einer vorteilhaften geringeren Schwankung des Wärmeausdehnungskoeffizienten über den Grundkörper.
Je kleiner die Abweichung, desto geringer die lokalen Inhomogenitäten in dem unter anderem von dem Titanoxid-Gehalt abhängigen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Dieser wird weiterhin durch ein während des temporären Erhitzens des Grundkörpers oder danach durchgeführten Temperverfahren und lokal durch einen mit der Korngröße variierenden Titanoxid-Gehalt und der Homogenität der Korngrößen im Materialgemisch beeinflusst. Zur Einstellung des vorbestimmten Wärmeausdehnungskoeffizienten kann also in einem ersten Schritt eine geringe Inhomogenität des Titanoxidgehalts des Pulvers eingestellt werden und in einem nachfolgenden Temperverfahren der Wärmeausdehnungskoeffizient final eingestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Soot-Verfahren zur Verbesserung des nachfolgenden Temperprozesses unter Sauerstoffmangel geführt werden, wodurch sich vermehrt Sauerstofffehlstellen in dem im Verfahren erzeugten Siliziumoxid (Si₂O) ausbilden. Durch die dadurch vermehrt auftretenden Silizium - Silizium Bindungen (Si-Si) wird ein zusätzlicher möglicher Bindungswinkel eingeführt, welcher eine bessere Entspannungsmöglichkeit bei hohen Temperaturen und somit eine bessere Temperbarkeit bewirkt.
Insbesondere kann im Soot-Verfahren mindestens ein weiterer Stoff zur Veränderung der physikalischen Eigenschaften der ersten Materialkomponente beigefügt werden, welcher eine kovalente Bindung eingeht. Hierfür eignet sich insbesondere Natrium (Na). Alternativ kann zur Erhöhung der Temperbarkeit des Grundkörpers durch eine Behandlung mit einem fluorhaltigen Gas oder Flüssigkeit mit Fluor dotiert werden.
Neben der chemischen Zusammensetzung kann die Korngröße des Pulvers eingestellt werden; sie kann insbesondere in einem Bereich von 100nm bis 500 µm liegen. Die Schwankungsbreite der Korngröße kann beispielsweise dadurch definiert werden, dass 90 % der Körner mindestens halb so groß wie der Mittelwert und höchstens doppelt so groß wie der Mittelwert aus dem vorbestimmten Bereich sind.
Weiterhin kann das Pulver zur Verringerung des OH-Gehalts auf einen OH-Gehalt von weniger als 100 ppm, bevorzugt von weniger als 30 ppm und besonders bevorzugt von weniger als 10 ppm, getrocknet werden. Ein geringer OH-Gehalt minimiert die Gefahr von innerhalb des Grundkörpers lokal unterschiedlich ausgebildeten Wärmeausdehnungskoeffizienten, welche durch die Diffusion von OH während eines nachfolgenden Sinterprozesses bewirkt wird. In diesem Fall verschlechtert sich die Temperbarkeit, wodurch sich auch, wie weiter oben erläutert die Kurve des Wärmeausdehnungskoeffizienten weniger gut anheben lässt.
In diesem Fall kann die Abweichung der Höhe des Wärmeausdehnungskoeffizienten, beziehungsweise die Lage der Kurve des Wärmeausdehnungskoeffizienten über der Temperatur im Vorfeld durch eine Reduzierung des Titanoxid-Gehalts um 0,1% bis 0,5 % kompensiert werden.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass die Nulldurchgangstemperatur über den Titanoxid-Gehalt sehr gut vorhersagbar ist und daher zeitaufwendige Temperverfahren zur Einstellung zumindest minimiert werden können.
Alternativ kann das Pulver zur Erhöhung des OH-Gehalts auf einen auf das Gewicht bezogenen OH-Gehalt von 700 - 1200 ppm angefeuchtet werden. Dadurch kann wiederum die Temperbarkeit des durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren erzeugten Grundkörpers weiter verbessert werden.
Es gilt also bei der Wahl des OH-Gehalts des Pulvers für die erste Materialkomponente ein Optimum zwischen dem Einstellen der Steigung des Wärmeausdehnungskoeffizienten über die Temperatur und der Nulldurchgangstemperatur, also dem absoluten Wärmeausdehnungskoeffizienten, beim Tempern und der Homogenität des Wärmeausdehnungskoeffizienten im Grundkörper zu finden.
Dabei kann ein zur Einstellung des Wärmeausdehnungskoeffizienten, seiner Steigung und der Nulldurchgangstemperatur benötigtes Tempern nach oder während des temporären Erhitzens des Zwischenkörpers im dritten Verfahrensschritt zur Herstellung des Grundkörpers durchgeführt werden.
Insbesondere kann beim Tempern mit Abkühlraten von 0,2 K/h bis 20K/h gearbeitet werden.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials des Grundkörpers wird durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren derart eingestellt, dass jeder Spiegel bei einer vorbestimmten Temperatur, der sogenannten Nulldurchgangstemperatur, einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Null aufweist. Weiterhin wird die Steigung des Wärmeausdehnungskoeffizienten über die Temperatur so flach wie möglich ausgebildet. Zur Beeinflussung der Nulldurchgangstemperatur und der Steigung des Wärmeausdehnungskoeffizienten können neben den bereits erläuterten noch weitere Maßnahmen angewendet werden.
Im Fall von eines mit Sauerstofffehlstellen hergestellten Pulvers ist es denkbar, den Grundkörper in Sauerstoffgas zu sintern, wobei der Sauerstoff dazu führt, dass sich die Sauerstofffehlstellen in normale Matrixbindungen in (Si-O-Si) umwandeln. Da dies bei der Sintertemperatur geschieht, ist die Matrix begrenzt fließfähig, aufgrund dessen eine Umwandlung bevorzugt an Stellen mit erhöhter lokaler Verspannung stattfinden wird, wodurch eine vorteilhafte Entspannung im Grundkörper herbeigeführt wird.
Weiterhin kann während des temporären Erhitzens ein statischer Druck auf den Zwischenkörper ausgeübt werden. Beim sogenannten Sintern wird ein vorher durch Druck oder durch das oben beschriebene Verfahren vorgeformter Zwischenkörper aus Pulver auf eine Temperatur erhitzt, welche nahe der Schmelztemperatur des Materials liegt, so dass eine Verbindung der einzelnen Körner des Pulvers durch Verschmelzen zu einem zumindest nahezu porenfreien Körper erreicht werden kann.
Bei einem weiteren mit einem statischen Druck arbeitenden Verfahren, dem sogenannten Heiß-Isostatischen-Pressen, wird ein Pulver oder Feststoff, aber auch bereits vorgeformte Zwischenkörper, unter der Kombination von einem statischen Druck, wie beispielsweise in einem Druckbehälter, und gleichzeitiger Erwärmung zu einem porenfreien Grundkörper verbunden. Damit der statische Druck nur von außen auf das Pulver oder den späteren Grundkörper einwirkt, kann im Fall eines Pulvers dieses in einen deformierbaren gasdichten Behälter gefüllt werden. Ist bereits ein Zwischenkörper vorhanden, kann dieser direkt in den Druckbehälter gelegt werden, wobei der Zwischenkörper eine gasdichte Außenschicht aufweisen muss. Es ist auch möglich, in einem an sich vollständig gesinterten Körper Restblasen zu schließen.
Weiterhin kann mindestens eine Funktionsfläche, wie beispielsweise eine optische Wirkfläche eines optischen Elements, aus dem ausgehärteten Materialgemisch des Grundkörpers mittels eines abrasiven Verfahrens nachbearbeitet werden. Der Zwischenkörper kann mindestens teilweise mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt werden.
Insbesondere kann die Titanoxidkonzentration über das Volumen des mit einem 3D-Druckverfahren hergestellten Teils des Zwischenkörpers variieren. Die Variation der Titanoxidkonzentration kann dabei durch die Verwendung von Materialgemischen mit unterschiedlichen Titanoxidkonzentrationen eingestellt werden. Abhängig vom Verfahren können dadurch die Titanoxidkonzentrationen des Materialgemischs pro Schicht, innerhalb einer Schicht oder, wie im Fall des weiter unten näher erläuterten Polyjet-Verfahrens für jeden Auftrag eines weiteren Materialgemisches, beispielsweise in Tropfenform, eingestellt werden. Dabei werden die Materialgemische pro Schicht oder pro Teilauftrag innerhalb einer Schicht gewechselt oder kontinuierlich gemischt, wodurch eine vorbestimmte Titanoxidkonzentration eingestellt werden kann.
Weiterhin kann der Zwischenkörper unter Verwendung einer Form hergestellt werden, insbesondere durch ein 3D-Druckverfahren in eine Form gedruckt werden. Dabei kann die Form bereits die genäherte Oberflächenform einer optischen Wirkfläche des zu schaffenden optischen Elementes enthalten. In diesem Fall kann sich beim Sintern an der Grenzfläche zur Form im Material des Grundkörpers eine gasundurchlässige Schicht bilden, die für einen späteren Verfahrensschritt, beispielsweise Heiß-Isostatisches Pressen, vorteilhaft ist.
Ein Grundkörper eines erfindungsgemäßen optischen Elementes, beispielsweise eines Multilayerspiegels, kann insbesondere nach einem der weiter oben beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens hergestellt sein.
Dieser kann sich dadurch auszeichnen, dass der OH-Gehalt des Materials des Grundkörpers auf das Gewicht bezogen kleiner als 100 ppm, bevorzugt kleiner als 30ppm und besonders bevorzugt kleiner als 10ppm beträgt. Daraus ergibt sich verfahrensbedingt eine Steigung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Grundkörpermaterials in einem Bereich von 1,5 ppb/K² und 2,3 ppb/K² bei 20°C.
Weiterhin kann der Titanoxid-Gehalt des Grundkörpermaterials mindestens 5% - 15%, insbesondere 6,7% - 8,5%, bezogen auf das Gewicht, betragen. Wie oben erwähnt, kann insbesondere bei einer trockenen Pulvermischung die Einstellung der Nulldurchgangstemperatur durch eine Reduzierung des Titanoxid-Gehalts bewirkt werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Grundkörper schichtweise aufgebaut sein und die Geometrie mindestens der äußeren Schichten kann mindestens bereichsweise an die Geometrie der Oberfläche des Grundkörpers angepasst sein.
Bei einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie, welche ein erfindungsgemäßes optisches Element umfasst, kann der Grundkörper des optischen Elementes schichtweise aufgebaut sein. Dabei können innerhalb des Grundkörpers Inhomogenitäten von Materialeigenschaften, wie beispielsweise dem Wärmeausdehnungskoeffizienten vorhanden sein. Die Inhomogenitäten können durch die Verteilung von Materialkomponenten im Materialgemisch und/oder das Herstellverfahren bewirkt werden. In dem Fall, dass die Inhomogenitäten in einer Ebene parallel zur optischen Wirkfläche eine Vorzugsrichtung aufweisen, wie beispielweise Effekte, welche durch ein 3D-Druckverfahren bewirkt werden, ist es vorteilhaft, wenn das optische Element derart in der Projektionsbelichtungsanlage angeordnet ist, dass die Richtung der größten Inhomogenitäten im Wesentlichen senkrecht zu einer Scanrichtung der Projektionsbelichtungsanlage verläuft. Dies hat den Vorteil, dass die durch die Inhomogenitäten verursachten Abbildungsfehler vorteilhafterweise mindestens teilweise während des Scanvorgangs herausgemittelt werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die einfache Herstellung komplexer Geometrien bei gleichzeitiger Einstellung des Wärmeausdehnungskoeffizienten und der Nulldurchgangstemperatur, wobei es verschiedene Prozessparameter gibt, die teilweise einen gegenläufigen Einfluss haben. Die weiter oben beschriebenen Kombinationsmöglichkeiten und Bereiche sind nicht abschließend.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

1 schematisch im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Projektionslithografie,
2 schematisch im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die DUV-Projektionslithografie, und
3 ein Flussdiagramm zu einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren.

Im Folgenden werden zunächst unter Bezugnahme auf die 1 exemplarisch die wesentlichen Bestandteile einer Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithografie beschrieben. Die Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der Projektionsbelichtungsanlage 1 sowie deren Bestandteile sind hierbei nicht einschränkend verstanden.
Eine Ausführung eines Beleuchtungssystems 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Bei einer alternativen Ausführung kann die Lichtquelle 3 auch als ein zum sonstigen Beleuchtungssystem separates Modul bereitgestellt sein. In diesem Fall umfasst das Beleuchtungssystem die Lichtquelle 3 nicht.
Beleuchtet wird ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7. Das Retikel 7 ist von einem Retikelhalter 8 gehalten. Der Retikelhalter 8 ist über einen Retikelverlagerungsantrieb 9 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar.
In der 1 ist zur Erläuterung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Richtung verläuft senkrecht zur Zeichenebene hinein. Die y-Richtung verläuft horizontal und die z-Richtung verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in der 1 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.
Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst eine Projektionsoptik 10. Die Projektionsoptik 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. Die Bildebene 12 verläuft parallel zur Objektebene 6. Alternativ ist auch ein von 0° verschiedener Winkel zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 12 möglich.
Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 11 in der Bildebene 12 angeordneten Wafers 13. Der Wafer 13 wird von einem Waferhalter 14 gehalten. Der Waferhalter 14 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 15 insbesondere längs der y-Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 7 über den Retikelverlagerungsantrieb 9 und andererseits des Wafers 13 über den Waferverlagerungsantrieb 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen.
Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung 16, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung, Beleuchtungsstrahlung oder Beleuchtungslicht bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um eine Plasmaquelle handeln, zum Beispiel um eine LPP-Quelle (Laser Produced Plasma, mithilfe eines Lasers erzeugtes Plasma) oder um eine DPP-Quelle (Gas Discharged Produced Plasma, mittels Gasentladung erzeugtes Plasma). Es kann sich auch um eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle handeln. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um einen Freie-Elektronen-Laser (Free-Electron-Laser, FEL) handeln.
Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 17 gebündelt. Bei dem Kollektor 17 kann es sich um einen Kollektor mit einer oder mit mehreren ellipsoidalen und/oder hyperboloiden Reflexionsflächen handeln. Die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektors 17 kann im streifenden Einfall (Grazing Incidence, GI), also mit Einfallswinkeln größer als 45° gegenüber der Normalenrichtung der Spiegeloberfläche, oder im normalen Einfall (Normal Incidence, NI), also mit Einfallwinkeln kleiner als 45°, mit der Beleuchtungsstrahlung 16 beaufschlagt werden. Der Kollektor 17 kann einerseits zur Optimierung seiner Reflektivität für die Nutzstrahlung und andererseits zur Unterdrückung von Falschlicht strukturiert und/oder beschichtet sein.
Nach dem Kollektor 17 propagiert die Beleuchtungsstrahlung 16 durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18. Die Zwischenfokusebene 18 kann eine Trennung zwischen einem Strahlungsquellenmodul, aufweisend die Strahlungsquelle 3 und den Kollektor 17, und der Beleuchtungsoptik 4 darstellen.
Die Beleuchtungsoptik 4 umfasst einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20. Bei dem Umlenkspiegel 19 kann es sich um einen planen Umlenkspiegel oder alternativ um einen Spiegel mit einer über die reine Umlenkungswirkung hinaus bündelbeeinflussenden Wirkung handeln. Alternativ oder zusätzlich kann der Umlenkspiegel 19 als Spektralfilter ausgeführt sein, der eine Nutzlichtwellenlänge der Beleuchtungsstrahlung 16 von Falschlicht einer hiervon abweichenden Wellenlänge trennt. Sofern der erste Facettenspiegel 20 in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet ist, die zur Objektebene 6 als Feldebene optisch konjugiert ist, wird dieser auch als Feldfacettenspiegel bezeichnet. Der erste Facettenspiegel 20 umfasst eine Vielzahl von einzelnen ersten Facetten 21, welche im Folgenden auch als Feldfacetten bezeichnet werden. Von diesen Facetten 21 sind in der 1 nur beispielhaft einige dargestellt.
Die ersten Facetten 21 können als makroskopische Facetten ausgeführt sein, insbesondere als rechteckige Facetten oder als Facetten mit bogenförmiger oder teilkreisförmiger Randkontur. Die ersten Facetten 21 können als plane Facetten oder alternativ als konvex oder konkav gekrümmte Facetten ausgeführt sein.
Wie beispielsweise aus der DE 10 2008 009 600 A1 bekannt ist, können die ersten Facetten 21 selbst jeweils auch aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln, insbesondere einer Vielzahl von Mikrospiegeln, zusammengesetzt sein. Der erste Facettenspiegel 20 kann insbesondere als mikroelektromechanisches System (MEMS-System) ausgebildet sein. Für Details wird auf die DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
Zwischen dem Kollektor 17 und dem Umlenkspiegel 19 verläuft die Beleuchtungsstrahlung 16 horizontal, also längs der y-Richtung.
Im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 ist dem ersten Facettenspiegel 20 nachgeordnet ein zweiter Facettenspiegel 22. Sofern der zweite Facettenspiegel 22 in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet ist, wird dieser auch als Pupillenfacettenspiegel bezeichnet. Der zweite Facettenspiegel 22 kann auch beabstandet zu einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet sein. In diesem Fall wird die Kombination aus dem ersten Facettenspiegel 20 und dem zweiten Facettenspiegel 22 auch als spekularer Reflektor bezeichnet. Spekulare Reflektoren sind bekannt aus der US 2006/0132747 A1 , der EP 1 614 008 B1 und der US 6,573,978 .
Der zweite Facettenspiegel 22 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Facetten 23. Die zweiten Facetten 23 werden im Falle eines Pupillenfacettenspiegels auch als Pupillenfacetten bezeichnet.
Bei den zweiten Facetten 23 kann es sich ebenfalls um makroskopische Facetten, die beispielsweise rund, rechteckig oder auch hexagonal berandet sein können, oder alternativ um aus Mikrospiegeln zusammengesetzte Facetten handeln. Diesbezüglich wird ebenfalls auf die DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
Die zweiten Facetten 23 können plane oder alternativ konvex oder konkav gekrümmte Reflexionsflächen aufweisen.
Die Beleuchtungsoptik 4 bildet somit ein doppelt facettiertes System. Dieses grundlegende Prinzip wird auch als Wabenkondensor (Fly's Eye Integrator) bezeichnet.
Es kann vorteilhaft sein, den zweiten Facettenspiegel 22 nicht exakt in einer Ebene, welche zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik 10 optisch konjugiert ist, anzuordnen. Insbesondere kann der Pupillenfacettenspiegel 22 gegenüber einer Pupillenebene der Projektionsoptik 10 verkippt angeordnet sein, wie es zum Beispiel in der DE 10 2017 220 586 A1 beschrieben ist.
Mit Hilfe des zweiten Facettenspiegels 22 werden die einzelnen ersten Facetten 21 in das Objektfeld 5 abgebildet. Der zweite Facettenspiegel 22 ist der letzte bündelformende oder auch tatsächlich der letzte Spiegel für die Beleuchtungsstrahlung 16 im Strahlengang vor dem Objektfeld 5.
Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung der Beleuchtungsoptik 4 kann im Strahlengang zwischen dem zweiten Facettenspiegel 22 und dem Objektfeld 5 eine Übertragungsoptik angeordnet sein, die insbesondere zur Abbildung der ersten Facetten 21 in das Objektfeld 5 beiträgt. Die Übertragungsoptik kann genau einen Spiegel, alternativ aber auch zwei oder mehr Spiegel aufweisen, welche hintereinander im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet sind. Die Übertragungsoptik kann insbesondere einen oder zwei Spiegel für senkrechten Einfall (NI-Spiegel, Normal Incidence Spiegel) und/oder einen oder zwei Spiegel für streifenden Einfall (GI-Spiegel, Gracing Incidence Spiegel) umfassen.
Die Beleuchtungsoptik 4 hat bei der Ausführung, die in der 1 gezeigt ist, nach dem Kollektor 17 genau drei Spiegel, nämlich den Umlenkspiegel 19, den Feldfacettenspiegel 20 und den Pupillenfacettenspiegel 22.
Bei einer weiteren Ausführung der Beleuchtungsoptik 4 kann der Umlenkspiegel 19 auch entfallen, so dass die Beleuchtungsoptik 4 nach dem Kollektor 17 dann genau zwei Spiegel aufweisen kann, nämlich den ersten Facettenspiegel 20 und den zweiten Facettenspiegel 22.
Die Abbildung der ersten Facetten 21 mittels der zweiten Facetten 23 beziehungsweise mit den zweiten Facetten 23 und einer Übertragungsoptik in die Objektebene 6 ist regelmäßig nur eine näherungsweise Abbildung.
Die Projektionsoptik 10 umfasst eine Mehrzahl von Spiegeln Mi, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind.
Bei dem in der 1 dargestellten Beispiel umfasst die Projektionsoptik 10 sechs Spiegel M1 bis M6. Alternativen mit vier, acht, zehn, zwölf oder einer anderen Anzahl an Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Der vorletzte Spiegel M5 und der letzte Spiegel M6 haben jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16. Bei der Projektionsoptik 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Die Projektionsoptik 10 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0,5 und die auch größer sein kann als 0,6 und die beispielsweise 0,7 oder 0,75 betragen kann.
Reflexionsflächen der Spiegel Mi können als Freiformflächen ohne Rotationssymmetrieachse ausgeführt sein. Alternativ können die Reflexionsflächen der Spiegel Mi als asphärische Flächen mit genau einer Rotationssymmetrieachse der Reflexionsflächenform gestaltet sein. Die Spiegel Mi können, genauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik 4, hoch reflektierende Beschichtungen für die Beleuchtungsstrahlung 16 aufweisen. Diese Beschichtungen können als Multilayer-Beschichtungen, insbesondere mit alternierenden Lagen aus Molybdän und Silizium, gestaltet sein.
Die Projektionsoptik 10 hat einen großen Objekt-Bildversatz in der y-Richtung zwischen einer y-Koordinate eines Zentrums des Objektfeldes 5 und einer y-Koordinate des Zentrums des Bildfeldes 11. Dieser Objekt-Bild-Versatz in der y-Richtung kann in etwa so groß sein wie ein z-Abstand zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 12.
Die Projektionsoptik 10 kann insbesondere anamorphotisch ausgebildet sein. Sie weist insbesondere unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe βx, βy in x- und y-Richtung auf. Die beiden Abbildungsmaßstäbe βx, βy der Projektionsoptik 10 liegen bevorzugt bei (βx, βy) = (+/- 0,25, +/- 0,125). Ein positiver Abbildungsmaßstab β bedeutet eine Abbildung ohne Bildumkehr. Ein negatives Vorzeichen für den Abbildungsmaßstab β bedeutet eine Abbildung mit Bildumkehr.
Die Projektionsoptik 10 führt somit in x-Richtung, das heißt in Richtung senkrecht zur Scanrichtung, zu einer Verkleinerung im Verhältnis 4:1.
Die Projektionsoptik 10 führt in y-Richtung, das heißt in Scanrichtung, zu einer Verkleinerung von 8:1.
Andere Abbildungsmaßstäbe sind ebenso möglich. Auch vorzeichengleiche und absolut gleiche Abbildungsmaßstäbe in x- und y-Richtung, zum Beispiel mit Absolutwerten von 0,125 oder von 0,25, sind möglich.
Die Anzahl von Zwischenbildebenen in der x- und in der y-Richtung im Strahlengang zwischen dem Objektfeld 5 und dem Bildfeld 11 kann gleich sein oder kann, je nach Ausführung der Projektionsoptik 10, unterschiedlich sein. Beispiele für Projektionsoptiken mit unterschiedlichen Anzahlen derartiger Zwischenbilder in x- und y-Richtung sind bekannt aus der US 2018/0074303 A1 .
Jeweils eine der Pupillenfacetten 23 ist genau einer der Feldfacetten 21 zur Ausbildung jeweils eines Beleuchtungskanals zur Ausleuchtung des Objektfeldes 5 zugeordnet. Es kann sich hierdurch insbesondere eine Beleuchtung nach dem Köhlerschen Prinzip ergeben. Das Fernfeld wird mit Hilfe der Feldfacetten 21 in eine Vielzahl an Objektfeldern 5 zerlegt. Die Feldfacetten 21 erzeugen eine Mehrzahl von Bildern des Zwischenfokus auf den diesen jeweils zugeordneten Pupillenfacetten 23.
Die Feldfacetten 21 werden jeweils von einer zugeordneten Pupillenfacette 23 einander überlagernd zur Ausleuchtung des Objektfeldes 5 auf das Retikel 7 abgebildet. Die Ausleuchtung des Objektfeldes 5 ist insbesondere möglichst homogen. Sie weist vorzugsweise einen Uniformitätsfehler von weniger als 2 % auf. Die Felduniformität kann über die Überlagerung unterschiedlicher Beleuchtungskanäle erreicht werden.
Durch eine Anordnung der Pupillenfacetten kann geometrisch die Ausleuchtung der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 definiert werden. Durch Auswahl der Beleuchtungskanäle, insbesondere der Teilmenge der Pupillenfacetten, die Licht führen, kann die Intensitätsverteilung in der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 eingestellt werden. Diese Intensitätsverteilung wird auch als Beleuchtungssetting bezeichnet.
Eine ebenfalls bevorzugte Pupillenuniformität im Bereich definiert ausgeleuchteter Abschnitte einer Beleuchtungspupille der Beleuchtungsoptik 4 kann durch eine Umverteilung der Beleuchtungskanäle erreicht werden.
Im Folgenden werden weitere Aspekte und Details der Ausleuchtung des Objektfeldes 5 sowie insbesondere der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 beschrieben.
Die Projektionsoptik 10 kann insbesondere eine homozentrische Eintrittspupille aufweisen. Diese kann zugänglich sein. Sie kann auch unzugänglich sein.
Die Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 lässt sich regelmäßig mit dem Pupillenfacettenspiegel 22 nicht exakt ausleuchten. Bei einer Abbildung der Projektionsoptik 10, welche das Zentrum des Pupillenfacettenspiegels 22 telezentrisch auf den Wafer 13 abbildet, schneiden sich die Aperturstrahlen oftmals nicht in einem einzigen Punkt. Es lässt sich jedoch eine Fläche finden, in welcher der paarweise bestimmte Abstand der Aperturstrahlen minimal wird. Diese Fläche stellt die Eintrittspupille oder eine zu ihr konjugierte Fläche im Ortsraum dar. Insbesondere zeigt diese Fläche eine endliche Krümmung.
Es kann sein, dass die Projektionsoptik 10 unterschiedliche Lagen der Eintrittspupille für den tangentialen und für den sagittalen Strahlengang aufweist. In diesem Fall sollte ein abbildendes Element, insbesondere ein optisches Bauelement der Übertragungsoptik, zwischen dem zweiten Facettenspiegel 22 und dem Retikel 7 bereitgestellt werden. Mit Hilfe dieses optischen Elements kann die unterschiedliche Lage der tangentialen Eintrittspupille und der sagittalen Eintrittspupille berücksichtigt werden.
Bei der in der 1 dargestellten Anordnung der Komponenten der Beleuchtungsoptik 4 ist der Pupillenfacettenspiegel 22 in einer zur Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 konjugierten Fläche angeordnet. Der Feldfacettenspiegel 20 ist verkippt zur Objektebene 6 angeordnet. Der erste Facettenspiegel 20 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom Umlenkspiegel 19 definiert ist.
Der erste Facettenspiegel 20 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom zweiten Facettenspiegel 22 definiert ist.
2 zeigt schematisch im Meridionalschnitt eine weitere Projektionsbelichtungsanlage 101 für die DUV-Projektionslithografie, in welcher die Erfindung eben-falls zur Anwendung kommen kann.
Der Aufbau der Projektionsbelichtungsanlage 101 und das Prinzip der Abbildung ist vergleichbar mit dem in 1 beschriebenen Aufbau und Vorgehen. Gleiche Bauteile sind mit einem um 100 gegenüber 1 erhöhten Bezugszeichen bezeichnet, die Bezugszeichen in 2 beginnen also mit 101.
Im Unterschied zu einer wie in 1 beschriebenen EUV-Projektionsbelichtungsanlage 1, können auf Grund der größeren Wellenlänge der als Nutzlicht verwendeten DUV-Strahlung 116 im Bereich von 100 nm bis 300 nm, insbesondere von 193 nm, in der DUV-Projektionsbelichtungsanlage 101 zur Abbildung beziehungsweise zur Beleuchtung refraktive, diffraktive und/oder reflexive optische Elementen 117, wie beispielsweise Linsen, Spiegeln, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen verwendet werden. Die Projektionsbelichtungsanlage 101 umfasst dabei im Wesentlichen ein Beleuchtungssystem 102, einen Retikelhalter 108 zur Aufnahme und exakten Positionierung eines mit einer Struktur versehenen Retikels 107, durch welches die späteren Strukturen auf einem Wafer 113 bestimmt werden, einen Waferhalter 114 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung eben dieses Wafers 113 und ein Projektionsobjektiv 110, mit mehreren optischen Elementen 117, die über Fassungen 118 in einem Objektivgehäuse 119 des Projektionsobjektives 110 gehalten sind.
Das Beleuchtungssystem 102 stellt eine für die Abbildung des Retikels 107 auf dem Wafer 113 benötigte DUV-Strahlung 116 bereit. Als Quelle für diese Strahlung 116 kann ein Laser, eine Plasmaquelle oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung 116 wird in dem Beleuchtungssystem 102 über optische Elemente derart geformt, dass die DUV-Strahlung 116 beim Auftreffen auf das Retikel 107 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist.
Der Aufbau der nachfolgenden Projektionsoptik 101 mit dem Objektivgehäuse 119 unterscheidet sich außer durch den zusätzlichen Einsatz von refraktiven optischen Elementen 117 wie Linsen, Prismen, Abschlussplatten prinzipiell nicht von dem in 1 beschriebenen Aufbau und wird daher nicht weiter beschrieben.
3 zeigt ein Flussdiagramm eines möglichen Herstellungsverfahrens für einen Grundkörper eines optischen Elementes für die Halbleiterlithografie, welches beispielsweise in einer der beiden in den vorangehenden Figuren beschriebenen Anlagen Verwendung finden kann.
In einem ersten Verfahrensschritt 31 wird ein Materialgemisch, welches mindestens zwei Materialkomponenten umfasst, hergestellt.
In einem zweiten Verfahrensschritt 32 wird aus dem Materialgemisch ein Zwischenkörper hergestellt, wobei das Materialgemisch mindestens eine erste Materialkomponente aus dem Material des späteren Grundkörpers umfasst und wobei das Materialgemisch eine zweite Materialkomponente umfasst, welche zur mechanischen Stabilisierung des Zwischenkörpers dient.
In einem dritten Verfahrensschritt 33 wird der Grundkörper aus dem Zwischenkörper durch temporäres Erhitzen und einer mindestens teilweisen Entfernung der zweiten Materialkomponente hergestellt.
Die erste Materialkomponente, welche ein Quarzglas, insbesondere ein mit Titanoxid dotiertes Quarzglas, umfasst, wird dem Materialgemisch als Pulver zugeführt. Dieses wird durch Zermahlen eines Ausgangsmaterials hergestellt, so dass die physikalischen Eigenschaften des Pulvers denen des späteren Grundkörpers entsprechen oder welches derart ausgebildet ist, dass nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren die vorbestimmten physikalischen Eigenschaften des Grundkörpers geschaffen werden.
Die bei dem Zermahlen des Ausgangsmaterials verwendeten Werkzeuge werden vorteilhafterweise aus dem gleichen Material wie ein Material der ersten Materialkomponente hergestellt, bzw. aus in der ersten Materialkomponente verwendeten Materialien hergestellt, wodurch eine Verunreinigung der ersten Materialkomponente durch Abrieb des Werkzeugs vermieden werden kann. Weiterhin ist auch ein berührungsloses Verfahren, wie beispielsweise ein Ultraschallverfahren, zur Pulverisierung des Ausgangsmaterials anwendbar.
Alternativ kann die erste Materialkomponente durch ein sogenanntes Soot-Verfahren hergestellt werden, bei welchem Sand zunächst mit Kohlenstoff reduziert und das entstandene Silicium anschließend mit Chlor zu Siliziumtetrachlorid umgesetzt wird. Nachfolgend wird in einer Hochtemperaturpyrolyse ein homogenes Gemisch aus dampfförmigem Siliziumtetrachlorid, Wasserstoff, Sauerstoff und einem Inertgas mit einem Brenner in einem gekühlten Verbrennungsraum verbrannt. In der Flamme entstehen zunächst tröpfchenartige Siliziumdioxid-Partikel, die sich kettenartig aneinanderlagern und so über Verzweigungen dreidimensionale Sekundärpartikel bilden. Diese lagern sich wiederum zu Tertiärpartikeln zusammen, welche als Pulver in der Kammer ausfallen.
Die im Soot-Verfahren verwendete Brennerflamme kann dabei gezielt mit Sauerstoffmangel erzeugt werden, wodurch sich vermehrt Sauerstofffehlstellen in dem im Verfahren erzeugten Siliziumoxid (Si₂O) ausbilden. Durch die dadurch vermehrt auftretenden Silizium-Silizium Bindungen (Si-Si) wird ein zusätzlicher möglicher Bindungswinkel eingeführt, welcher eine bessere Entspannungsmöglichkeit bei hohen Temperaturen und somit eine bessere Temperbarkeit bewirkt. Dies vereinfacht die Einstellung der physikalischen Eigenschaften des Grundkörpers bezüglich des Wärmeausdehnungskoeffizienten und der weiter oben bereits beschriebenen Nulldurchgangstemperatur. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials des Grundkörpers wird durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren derart eingestellt, dass jeder Spiegel bei einer vorbestimmten Temperatur, der sogenannten Nulldurchgangstemperatur, einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Null aufweist.
Weiterhin wird die Steigung des Wärmeausdehnungskoeffizienten über die Temperatur so flach wie möglich ausgebildet. Zur Beeinflussung der Nulldurchgangstemperatur und der Steigung des Wärmeausdehnungskoeffizienten können verschiedene Maßnahmen angewendet werden. Dabei hängt die Höhe des Wärmeausdehnungskoeffizienten zum Großteil vom prozentualen Anteil von Titanoxid in dem überwiegend Siliziumoxid aufweisenden Material ab, wobei mit steigendem Titanoxid-Gehalt der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materialgemisches, also des Grundkörpers, sinkt, also eine Kurve des Wärmeausdehnungskoeffizienten über der Temperatur in negative y-Richtung verschoben wird. Dadurch wird gleichzeitig die Nulldurchgangstemperatur des Materialgemischs zu einer höheren Temperatur hin verschoben. Tempern des Grundkörpers bei einer Temperatur zwischen 900 °C und 1200 °C verschiebt einerseits die Kurve des Wärmeausdehnungskoeffizienten in positive y-Richtung, also nach oben, wodurch die Nulldurchgangstemperatur sinkt, und reduziert andererseits die Steigung der Kurve vorteilhaft.
Weiterhin ist es denkbar, den Grundkörper in Sauerstoffgas zu sintern, wobei der Sauerstoff dazu führt, dass sich die Sauerstofffehlstellen in normale Matrixbindungen in (Si-O-Si) umwandeln. Da dies bei der Sintertemperatur geschieht, ist die Matrix begrenzt fließfähig, so dass eine Umwandlung bevorzugt an Stellen mit erhöhter lokaler Verspannung stattfinden wird, wodurch eine Entspannung im Grundkörper herbeigeführt wird.
Daneben ist es denkbar, bereits im Soot-Verfahren Metalle beizufügen, welche eine kovalente Bindung eingehen. Dabei eignet sich insbesondere Natrium (Na). Alternativ kann das Pulver zur Erhöhung der Temperbarkeit des Grundkörpers durch eine Behandlung mit einem fluorhaltigen Gas oder Flüssigkeit mit Fluor dotiert werden.
Alternativ kann die Flamme auch mit Sauerstoffüberschuss betrieben werden, wodurch sich Peroxid-Zentren, also Bereiche mit einer Verbindung Si-O=O-Si, ausbilden. Diese können durch Sintern in einer reduzierenden Atmosphäre, wie beispielsweise Wasserstoffatmosphäre reduziert werden, wodurch sich normale Matrixbindungen und Wasserdampf bilden, die vor Abschluss des Sinterns entkommen können, insbesondere wenn unter vermindertem Druck oder zumindest bei sehr geringem Wasser-Dampfdruck gesintert wird. Neben der Wasserstoffatmosphäre kann alternativ auch im Vakuum oder in einer Kohlenmonoxid-(CO) oder Ammoniak-(NH3) Atmosphäre gesintert werden.
Insbesondere kann das Pulver nach dem Soot-Verfahren, nach welchem das Pulver einen auf das Gewicht bezogenen OH-Gehalt von 150 - 300 ppm aufweist, durch Anfeuchten auf einen OH-Gehalt von 700 - 1200 ppm gebracht werden, wodurch wiederum die Temperbarkeit des durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren erzeugten Grundkörpers verbessert wird.
Alternativ kann das Pulver auch auf einen OH-Gehalt von weniger als 100 ppm, bevorzugt von weniger als 30 ppm und besonders bevorzugt von weniger als 10 ppm getrocknet werden. Ein geringer OH-Gehalt minimiert die Gefahr von innerhalb des Grundkörpers unterschiedlich ausgebildeten Wärmeausdehnungskoeffizienten, welche durch die Diffusion von OH während eines nachfolgenden Sinterprozesses bewirkt wird. In diesem Fall verschlechtert sich die Temperbarkeit, wodurch auch, wie weiter oben erläutert, sich die Kurve des Wärmeausdehnungskoeffizienten weniger gut anheben lässt. Die Abweichung der Höhe des Wärmeausdehnungskoeffizienten kann im Vorfeld durch eine Verringerung des Titanoxid-Gehalts um 0,1% bis 0,5 %, im Vergleich zu herkömmlich hergestellten Materialien, kompensiert werden. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass die Nulldurchgangstemperatur über den Titanoxid-Gehalt sehr gut vorhersagbar ist und daher zeitaufwendige Temperverfahren zur Einstellung der Nulldurchgangstemperatur zumindest minimiert werden können. Es gilt also bei der Wahl des OH-Gehalts des Pulvers für die erste Materialkomponente ein Optimum zwischen dem Einstellen der Steigung des Wärmeausdehnungskoeffizienten über die Temperatur und der Nulldurchgangstemperatur, also dem absoluten Wärmeausdehnungskoeffizienten, beim Tempern und der Homogenität des Wärmeausdehnungskoeffizienten im Grundkörper zu finden.
Der Zwischenkörper kann in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel aus dem Materialgemisch durch ein sogenanntes Polyjet-Verfahren, welches mit einem Tintenstrahldruckverfahren vergleichbar ist, hergestellt werden. Der Zwischenkörper wird dabei schichtweise aufgebaut, wobei die minimale Auflösung von der durch den Drucker erzeugten Schichtdicke abhängt. Die Schichtdicke wird einerseits von der Korngröße der Materialkomponenten und im Fall des Polyjet-Verfahrens von der Dosierung des flüssigen Materialgemischs bestimmt.
Die Titanoxidkonzentration des verwendeten Materialgemisches kann durch die Verwendung von mindestens zwei Druckköpfen mit jedem Auftrag neu eingestellt werden, wodurch vorteilhafterweise die Titanoxidkonzentration gezielt über das Volumen des optischen Elementes eingestellt werden kann. Dadurch können in verschiedenen Bereichen des Grundkörpers unterschiedliche Nulldurchgangstemperaturen eingestellt werden, welche aus den im Betrieb auftretenden Temperaturverteilungen im Grundkörper abgeleitet werden können.
Insbesondere können durch die nahezu beliebige Gestaltung des Körpers beim Polyjetverfahren die letzten Schichten des Zwischenkörpers so ausgebildet sein, dass diese parallel zur späteren optischen Wirkfläche ausgebildet sind.
Alternativ kann der Zwischenkörper auch durch Lasersintern im Pulverbett oder ein Stereolithografieverfahren schichtweise erzeugt werden, um nur einige Möglichkeiten zu nennen.
Bei jedem dieser Verfahren und auch bei weiteren möglichen Herstellungsverfahren, wie beispielsweise einem Spritzgussverfahren, einem herkömmlichen Gießverfahren oder einem Prägeverfahren, wird ein Materialgemisch verwendet. Dabei ist die erste Materialkomponente, welche später den Grundkörper bildet, abgesehen von für das jeweilige Verfahren spezifischen Anforderungen, wie beispielsweise die weiter oben beschriebene Feuchte und oder Titanoxid-Konzentration, identisch. Die zweite Materialkomponente, welche maßgeblich die zur Bildung des für das Verfahren notwendigen physikalischen Eigenschaften, wie flüssig oder fest und der beim Spritzgießen wichtigen Schmelztemperatur des Materialgemischs bestimmt, unterscheidet sich dagegen signifikant.
Als weitere Variation kann ein 3D-Druck auch direkt in eine als Schale ausgebildete Form ausgeführt werden. Dadurch kann beispielsweise die Form der Oberfläche des Grundkörpers, auf welcher im weiteren Verfahren die optische Wirkfläche ausgebildet wird, vorbestimmt werden. Das Drucken in oder auf eine Schale hat den Vorteil, dass sich beim Sintern an der Grenzfläche zur Schale bereits eine gasdichte Schicht bildet, welche für ein später folgendes Heiß-Isostatisches-Pressen notwendig ist.
In dem Fall, dass bei einem 3D-Druckverfahren der Aufbau der Schichten auch parallel zur späteren optischen Wirkfläche erfolgt, so kann sich neben der vertikalen Schichtung auch eine innerhalb der vertikalen Schichten gerasterte horizontale Schichtung parallel zur Spiegeloberfläche ausbilden. Dadurch werden sowohl entlang der Druckrichtung als auch senkrecht dazu Inhomogenitäten im Wärmeausdehnungskoeffizienten bewirkt. Die Richtung mit den größeren Inhomogenitäten, welche beispielsweise durch Messungen bestimmt werden kann, wird senkrecht zu der in der 1 und der 2 erläuterten Scanrichtung der Projektionsbelichtungsanlagen ausgerichtet, so dass die Wirkung auf die Abbildungsqualität durch das Scannen ausgemittelt wird.
Der Zwischenkörper wird gesintert, wodurch die zweite Materialkomponente, welche in der beschriebenen Ausführungsform als Polymer ausgebildet ist, verbrennt und sich die einzelnen Körner des Pulvers der ersten Materialkomponente zum Grundkörper verbinden. Das Verbrennen der zweiten Materialkomponente und das Verbinden der Körner des Pulvers zum Grundkörper kann alternativ auch in zwei separaten Verfahrensschritten durchgeführt werden. In einem ersten Schritt wird die zweite Materialkomponente verbrannt (Pyrolyse), wobei sich die Körner des Pulvers dabei bereits punktweise verbinden. In einem zweiten Schritt wird der Grundkörper gesintert, wobei aus den bereits verbundenen Körnern ein porenfreier Grundkörper erzeugt wird. Weiterhin kann eine Entfernung eines erstens Teils des Polymers, wie beispielsweise Polyäthylenglykol, aus dem Zwischenkörper auch durch Einlegen in eine wässrige Flüssigkeit und der weitere Teil, wie beispielsweise Polyvinylbutyral, durch ein nachfolgendes Verbrennen (Pyrolyse) realisiert werden. Das zweistufige Vorgehen bei der Entfernung der verschiedenen Materialien der zweiten Materialkomponente hat den Vorteil, dass nach dem Auslösen des Polyäthylenglykol eine offenporige Struktur entsteht, wodurch die durch Pyrolyse zu entfernende Masse geringer ist und aus tieferen Schichten entfernt werden kann, wodurch wiederum die Wandstärke des Grundkörpers vorteilhaft größer ausgebildet werden kann.
Eine nach dem Sintern vorhandene Restporosität kann durch Heiß-Isostatisches-Pressen (HIP) geschlossen werden, wobei dazu die Oberfläche des Grundkörpers gasdicht geschlossen sein muss. Dies kann durch Anströmen der Oberflächen mit einem heißen Gas, welches bevorzugt ein inertes Gas umfasst, bewirkt werden.
Alternativ kann der Zwischenkörper auch in eine geeignete wässrige Lösung getaucht werden, die nur einige Mikrometer bis 1 mm tief eindringt und danach trocknet oder reagiert, wodurch eine bei der beim Heiß-Isostatischen-Pressen verwendeten Temperatur stabile, gasdichte Oberflächenschicht gebildet wird. Anstelle der Lösung kann auch eine Schmelze eines gemischten Glases, beispielsweise eines NatriumSilikat-Glases, verwendet werden, wodurch ebenfalls eine gasdichte Oberflächenschicht gebildet werden kann. Es ist ebenso denkbar, nach dem Verbrennen der zweiten Materialkomponente durch die weiter oben beschriebenen Verfahren eine gasdichte Oberflächenschicht auf den Zwischenkörper aufzubringen und auf ein Sintern des Zwischenkörpers zu verzichten. Dies hat den Vorteil, dass die Verbindung des Pulvers der ersten Materialkomponente zu einem porenfreien Glaskörper durch den beim Heiß-Isostatischen-Pressen höheren Druck bei niedrigeren Temperaturen erreicht wird. Dadurch wird die Gefahr einer Verschiebung und/oder einer Deformation von in dem Zwischenkörper integrierten Fluidkanälen, welche teilweise Innendurchmesser von wenigen µm aufweisen können, durch den auch in den Fluidkanälen wirkenden Druck bei der Verbindung des Pulvers vorteilhaft minimiert.
Das Tempern zum Einstellen der Steigung des Wärmeübergangskoeffizienten und der Nulldurchgangstemperatur, wie weiter oben erläutert, kann auch durch vorbestimmte Abkühlraten, welche im Bereich von 0.2 K/h bis 20K/h liegen können, beim Heiß-Isostatischen-Pressen durchgeführt werden. Ein weiterer Vorteil des Heiß-Isostatischen-Pressens besteht darin, dass, je weiter die verwendete Temperatur von der Schmelztemperatur des Grundkörpermaterials entfernt ist, desto formstabiler das Material ist, wodurch die Geometrie und die Lage von im Grundkörper eingebrachten Strukturen, beispielsweise von Fluidkanälen erhalten bleibt.
Der beim Sintern und/oder beim Heiß-Isostatischen-Pressen durch das Verbinden der Körner und das Auslösen der zweiten Materialkomponente auftretende Schrumpf des Grundkörpers gegenüber dem Zwischenkörper, welcher in Abhängigkeit von dem prozentualen Anteil der ersten Materialkomponente in dem Materialgemisch in einem Bereich von 5% bis 20%, insbesondere 5% bis 10% liegt, kann vorgehalten werden. Es ist über Versuche anhand der konkreten Geometrien des Grundkörpers auch möglich, auf Basis von Inhomogenitäten im Materialgemisch oder durch das Verfahren bewirkten nichtlinearen Schrumpf zu kompensieren.
Bezugszeichenliste

1: Projektionsbelichtungsanlage
2: Beleuchtungssystem
3: Strahlungsquelle
4: Beleuchtungsoptik
5: Objektfeld
6: Objektebene
7: Retikel
8: Retikelhalter
9: Retikelverlagerungsantrieb
10: Projektionsoptik
11: Bildfeld
12: Bildebene
13: Wafer
14: Waferhalter
15: Waferverlagerungsantrieb
16: EUV-Strahlung
17: Kollektor
18: Zwischenfokusebene
19: Umlenkspiegel
20: Facettenspiegel
21: Facetten
22: Facettenspiegel
23: Facetten
31: Erster Verfahrensschritt
32: Zweiter Verfahrensschritt
33: Dritter Verfahrensschritt
101: Projektionsbelichtungsanlage
102: Beleuchtungssystem
107: Retikel
108: Retikelhalter
110: Projektionsoptik
113: Wafer
114: Waferhalter
116: DUV-Strahlung
117: optisches Element
118: Fassungen
119: Objektivgehäuse
M1-M6: Spiegel
31: Erster Verfahrensschritt
32: Zweiter Verfahrensschritt
33: Dritter Verfahrensschritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008009600 A1 [0053, 0057]
US 2006/0132747 A1 [0055]
EP 1614008 B1 [0055]
US 6573978 [0055]
DE 102017220586 A1 [0060]
US 2018/0074303 A1 [0074]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Grundkörpers eines optischen Elementes (Mx, 117) für die Halbleiterlithografie, umfassend folgende Schritte - erstens Herstellung eines Materialgemisches, welches mindestens zwei Materialkomponenten umfasst, - zweitens Herstellung eines Zwischenkörpers aus dem Materialgemisch, - wobei das Materialgemisch mindestens eine erste Materialkomponente aus dem Material des späteren Grundkörpers umfasst - und wobei das Materialgemisch eine zweite Materialkomponente umfasst, welche zur mechanischen Stabilisierung des Zwischenkörpers dient - drittens Herstellung des Grundkörpers aus dem Zwischenkörper durch temporäres Erhitzen und mindestens teilweiser Entfernung der zweiten Materialkomponente.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Materialkomponente ein Quarzglaspulver, insbesondere ein mit Titanoxid dotiertes Quarzglaspulver, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Quarzglaspulver durch Zermahlen eines Ausgangsmaterials mit den vorbestimmten physikalischen Eigenschaften des Grundkörpers hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Werkzeug zum Zermahlen des Ausgangsmaterials aus dem Material der ersten Materialkomponente ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Quarzglaspulver berührungslos hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Quarzglaspulver in einem Soot-Verfahren hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Titanoxid-Gehalt im Pulver bei einer Probe von 1g weniger als 5%, bevorzugt weniger als 0,5%, besonders bevorzugt kleiner als 0,05% von einem mittleren Titanoxid-Gehalt des Grundkörpers abweicht.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Soot-Verfahren zur Verbesserung eines nachfolgenden Temperprozesses unter Sauerstoffmangel geführt wird
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Soot-Verfahren mindestens ein weiterer Stoff zur Veränderung der Eigenschaften der ersten Materialkomponente beigefügt wird
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße des Pulvers in einem Bereich von 100nm bis 500µm liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet wird, dass das Pulver zur Verringerung des OH-Gehalts auf einen OH-Gehalt von weniger als 100 ppm, bevorzugt von weniger als 30 ppm und besonders bevorzugt von weniger als 10 ppm getrocknet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet wird, dass das Pulver zur Erhöhung des OH-Gehalts angefeuchtet wird.
Verfahren einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tempern nach oder während dem temporären Erhitzen im dritten Verfahrensschritt zur Einstellung eines Wärmeausdehnungskoeffizienten, einer Steigung und einer Nulldurchgangstemperatur des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Grundkörpermaterials verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass beim Tempern Abkühlraten von 0,2 K/h bis 20K/h angewendet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des temporären Erhitzens ein statischer Druck auf den Zwischenkörper ausgeübt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Funktionsfläche des Grundkörpers aus dem ausgehärteten Materialgemisch mittels eines abrasiven Verfahrens nachbearbeitet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Materialkomponente mindestens ein Polymer umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkörper mindestens teilweise mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Titanoxidkonzentration über das Volumen des mit einem 3D-Druckverfahren hergestellten Teils des Zwischenkörpers variiert.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkörper unter Verwendung einer Form hergestellt wird.
Optisches Element (Mx, 117) für die Halbleiterlithographie mit einem Grundkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20 hergestellt ist.
Optisches Element (Mx, 117) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der OH-Gehalt des Materials des Grundkörpers auf das Gewicht bezogen kleiner als 100 ppm, bevorzugt kleiner als 30ppm und besonders bevorzugt kleiner als 10ppm beträgt.
Optisches Element (Mx, 117) nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Titanoxid-Gehalt des Materials des Grundkörpers mindestens 5% - 15%, insbesondere 6,7% - 8,5%, bezogen auf das Gewicht, beträgt.
Optisches Element (Mx, 117) nach einem der vorangehenden Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper schichtweise aufgebaut ist und die Geometrie mindestens der äußeren Schichten mindestens bereichsweise an die Geometrie der Oberfläche des Grundkörpers angepasst ist.
Optisches Element (Mx, 117) nach einem der vorangehenden Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen Element um einen Multilayerspiegel handelt.
Projektionsbelichtungsanlage (1,101) für die Halbleiterlithographie, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein optisches Element (Mx, 117) nach einem der Ansprüche 21 bis 25 umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage (1,101) für die Halbleiterlithographie nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper des optischen Elementes (Mx, 117) schichtweise aufgebaut ist und innerhalb des Grundkörpers Inhomogenitäten von Materialeigenschaften vorhanden sind, wobei das optische Element derart in der Projektionsbelichtungsanlage (1,101) angeordnet ist, dass die Richtung der größten Inhomogenitäten im Wesentlichen senkrecht zu einer Scanrichtung der Projektionsbelichtungsanlage (1,101) verläuft.