DE102023204597A1

DE102023204597A1 - Verfahren zur herstellung von optischen elementen unter berücksichtigung von materialfehlern

Info

Publication number: DE102023204597A1
Application number: DE102023204597.4A
Authority: DE
Inventors: Monika Heinrich; Toralf Gruner; Jürgen Hofmann; Eric Eva; Robert Fichtl; Marius Jakoby; Vladimir Mitev
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2023-05-17
Filing date: 2023-05-17
Publication date: 2024-04-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von optischen Elementen (7,70), insbesondere von optischen Elementen (7,70) für optische Anordnungen für die Mikrolithographie, wobei bei dem Verfahren das optische Element (7) aus einem Rohling (1) aus einem Material mit Materialfehlern (2 bis 6) gefertigt wird und der Rohling (1) so bearbeitet wird, dass mindestens eine optisch wirksame Fläche mit einer definierten Flächenform (8) ausgebildet wird, wobei zunächst der Rohling (1) auf Materialfehler (2 bis 6) untersucht wird und die Materialfehler (2 bis 6) im Rohling (1) bestimmt werden, wobei in einem ersten Teilverfahren Position und / oder Ausrichtung der Flächenform (8) im Rohling (1) so festgelegt wird, dass im Bereich der zu erzeugenden Flächenform (8) kein Materialfehler (2 bis 6) vorliegt und / oder wobei in einem zweiten Teilverfahren für eine bestimmte Position und / oder Ausrichtung der Flächenform (8) im Rohling (1) die durch die im optischen Element (7) verbleibenden Materialfehler (4 bis 6) bestimmte Veränderung der Flächenform (8) gegenüber dem optischen Element ohne Materialfehler in mindestens einem Anwendungsfall des optischen Elements (7) bestimmt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von optischen Elementen, insbesondere von optischen Elementen für optische Anordnungen für die Mikrolithographie, wie Projektionsbelichtungsanlagen, wobei bei dem Verfahren das optische Element aus einem Rohling aus einem Material mit Materialfehlern gefertigt wird und der Rohling so bearbeitet wird, dass mindestens eine optisch wirksame Fläche mit einer definierten Flächenform ausgebildet wird.
STAND DER TECHNIK
Zur Herstellung von mikrostrukturierten oder nanostrukturierten Bauteilen der Elektrotechnik oder Mikrosystemtechnik werden mikrolithographische Verfahren eingesetzt, wobei Strukturen eines Retikels oder einer Maske auf ein entsprechendes Substrat in verkleinernder Weise abgebildet werden. Hierzu dienen beispielsweise Projektionsbelichtungsanlagen, die mit Arbeitslicht im Wellenlängenspektrum des extrem ultravioletten Lichts (EUV - Licht) betrieben werden, um die erforderliche Auflösung der Mikro-bzw. Nanostrukturen zu ermöglichen.
Für derartige Projektionsbelichtungsanlage werden als optische Elemente Spiegel eingesetzt, deren Spiegelflächen hohen Anforderungen an Formgenauigkeit genügen müssen.
Da die Spiegel im Betrieb thermischen Belastungen ausgesetzt sind, etwa durch die Absorption von Licht der Betriebswellenlänge, werden Materialien mit extrem kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten eingesetzt, z.B. Zerodur® der Fa. Schott AG oder Quarz-Titandioxid-Gemische wie ultra low expansion ULE - Glas der Fa. Corning, um unerwünschte Formänderungen der Spiegelflächen zu vermeiden. Die genannten Materialien sind jedoch aufwändig herzustellen, da eine besonders gute Homogenität des Materials bereitgestellt werden soll. Gleichwohl können Blasen und / oder Poren eingeschlossen sein.
Blasen und Einschlüsse können auf zwei Wegen die optische Funktionalität des optischen Elements beeinträchtigen. Einerseits bestehen sie nicht aus dem Material mit geringer Wärmeausdehnung und werden folglich auf Temperaturänderung mit einer größeren Volumenänderung reagieren und / oder im Verbund Spannungen verursachen, welche wiederum zu einer Deformation der optischen Fläche führen können.
Darüber hinaus weisen derartige Materialfehler ein anderes Abtragsverhalten beim Herausarbeiten des optischen Elements aus einem Rohling durch materialabtragende Verfahren, wie etwa bei der Feinpolitur, im Vergleich zu ihrer Umgebung auf. Im Resultat kann ein kleiner Defekt einen erheblich größeren Passefehler, also eine unerwünschte Formabweichung, bewirken, welcher nur aufwändig wieder beseitigt werden kann.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements bereitzustellen, bei welchem die Nachteile des Standes der Technik vermieden oder zumindest verringert werden und es insbesondere vermieden wird, dass Materialfehler im Bereich der Begrenzungsflächen und insbesondere der optischen Fläche eines optischen Elements beim Herausarbeiten des optischen Elements aus einem Rohling vorhanden sind. Darüber hinaus soll das Verfahren ermöglichen, dass ein entsprechendes optisches Element mit Materialfehlern und Defekten in einer optischen Anlage, wie beispielsweise einer Projektionsbelichtungsanlage, ohne Beeinträchtigung der Abbildungsqualität betrieben werden kann. Das entsprechende Verfahren soll einfach und zuverlässig durchführbar sein.
TECHNISCHE LÖSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit dem Merkmal des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Herstellung von optischen Elementen, insbesondere von optischen Elementen für optische Anordnungen für die Mikrolithographie, vor, bei welchem das optische Element aus einem Rohling aus einem Material mit Materialfehlern, wie Poren und Einschlüssen, gefertigt wird. Dabei wird der Rohling durch materialabtragende Verfahren so bearbeitet, dass mindestens eine optisch wirksame Fläche mit einer definierten Flächenform ausgebildet wird. Zusätzlich können weitere Flächen, wie Begrenzungsflächen, des optischen Elements aus dem Rohling herausgearbeitet werden.
Hierzu wird der Rohling zunächst auf Materialfehler untersucht und die im Rohling befindlichen Materialfehler werden bestimmt. Als Verfahren können hierbei zerstörungsfreie Werkstoffprüfverfahren, wie elektromagnetische Durchstrahlungsverfahren, z.B. Röntgenverfahren, eingesetzt werden. Eine entsprechende Charakterisierung des Rohmaterials hinsichtlich enthaltener Materialfehler kann auch vom Hersteller bereitgestellt werden.
Gemäß der Erfindung wird in einem ersten Teilverfahren vor der materialabtragenden Bearbeitung des Rohlings Position und / oder Ausrichtung des herzustellenden optischen Elements bzw. von dessen Begrenzungsflächen und der optischen Fläche, d.h. einer beliebigen Flächenform, im Rohling so festgelegt, dass im Bereich der zu erzeugenden Grenzflächen des optischen Elements und insbesondere der zu erzeugenden Flächenform in Form der optischen Fläche und eventuell weiterer Begrenzungsflächen kein Materialfehler vorliegt, sodass später keine nachteilige Beeinflussung der materialabtragenden Verfahren beim Herausarbeiten des optischen Elements aus dem Rohling auftritt.
Alternativ oder zusätzlich wird in einem zweiten Teilverfahren vor der materialabtragenden Bearbeitung des Rohlings für eine bestimmte Position und / oder Ausrichtung des optischen Elements in dem zu bearbeitenden Rohling bzw. der herzustellenden Flächenform im Rohling die durch die im optischen Element verbleibenden Materialfehler bestimmte Veränderung der Flächenform gegenüber dem optischen Element ohne Materialfehler in mindestens einem Anwendungsfall des optischen Elements bestimmt. Es wird also simuliert, wie bei einer vorgesehenen Herausarbeitung des optischen Elements gemäß der Position und / oder Ausrichtung des optischen Elements, die im Rohling vorgesehen ist, die im optischen Element verbleibenden Materialfehler des Rohlings Auswirkungen auf den Betrieb des optischen Elements haben können, um bereits in einem frühen Stadium der Herstellung, also bereits vor Beginn der Materialabtragung, einschätzen zu können, ob ein entsprechend hergestelltes optisches Element den Anforderungen hinsichtlich Form und optischer Eigenschaften genügt.
In beiden Teilverfahren wird also eine Position und / oder Ausrichtung des optischen Elements im Rohling angenommen, die dann auf ihre Eignung hinsichtlich des Herausarbeitens aus dem Rohling und / oder den späteren Betrieb des optischen Elements in einer optischen Anordnung geprüft wird. Die Position stellt dabei die Anordnung des herzustellenden optischen Elements bzw. eines Referenzpunkts, wie des Schwerpunkts oder bestimmter Randpunkte, entlang von unabhängigen Raumrichtungen, wie beispielsweise den X -, Y - und Z - Achsen eines kartesischen Koordinatensystems dar. Die Ausrichtung des optischen Elements bzw. der herzustellenden Flächenform betrifft die Drehausrichtung des optischen Elements bzw. der Flächenform um die entsprechenden unabhängigen Raumrichtungen, sodass damit eine eindeutige Lage des optischen Elements bzw. der herzustellenden Flächenform im Volumen des Rohlings gegeben ist.
Die Bestimmung der Materialfehler kann die Bestimmung von Art, Größe, Form, Position und / oder Ausrichtung der Materialfehler im Rohling beinhalten.
Die Materialfehler können Poren und / oder Einschlüsse aus gegenüber dem umgebenden Material unterschiedlichem Material umfassen, wobei das Material der Einschlüsse insbesondere hinsichtlich der Dichte und / oder chemischen Zusammensetzung unterschiedlich zum umgebenden Material sein kann.
Im ersten Teilverfahren kann ein Abstandsbereich von der zu erzeugenden Flächenform festgelegt werden, innerhalb dem kein Materialfehler vorliegen darf, um die Auswirkungen der Materialfehler zu begrenzen. Der Abstand von der Flächenform, der den Abstandsbereich definiert, kann hierbei 0,2 mm, vorzugsweise 0,5 mm und bevorzugt 1 mm betragen.
Das erste Teilverfahren kann die Bestimmung der Wahrscheinlichkeit, dass im Abstandsbereich der zu erzeugenden Flächenform ein oder kein Materialfehler vorliegt, umfassen. Hierbei können mögliche Messfehler bei der Bestimmung der Materialfehler im Rohling berücksichtigt werden, wobei die Bedingung, dass kein Materialfehler vorliegt, dann erfüllt wird, wenn die Wahrscheinlichkeit, dass ein Materialfehler vorliegt, unter einem Grenzwert liegt, insbesondere kleiner als 50%, bevorzugt niedriger als 30% und besonders bevorzugt niedriger als 15% ist. Die Wahrscheinlichkeit kann analytisch oder durch eine Monte - Carlo - Simulation ermittelt werden.
Im zweiten Teilverfahren können die durch die im optischen Element verbleibenden Materialfehler verursachten Veränderungen der herzustellenden Flächenform für mehrere Anwendungsfälle des optischen Elements bestimmt bzw. simuliert werden. Man nimmt also an, dass das optische Element bzw. die herzustellende Flächenform gemäß der bestimmten Position und / oder Ausrichtung im Rohling hergestellt wird und überlegt vorab, ob ein so hergestelltes optisches Element für die Anforderungen geeignet ist, obwohl es die bekannten Materialfehler aufweist, wenn es in bestimmten Anwendungsfällen der optischen Anordnung betrieben wird. Die durch die im optischen Element verbleibenden Materialfehler verursachte bzw. simulierte Veränderung der Flächenform bei verschiedenen Anwendungsfällen kann mit der zu erwartenden Flächenform des optischen Elements ohne Materialfehler verglichen werden. Die Eignung eines entsprechend herzustellenden optischen Elements kann dann gegeben sein, wenn die Formänderung einen bestimmten Grenzwert nicht überschreitet, insbesondere die Form des fehlerbehafteten Elementes über den gesamten optisch genutzten Bereich hinweg weniger als 1 nm, bevorzugt weniger als 0,5 nm und besonders bevorzugt weniger als 0,3 nm von der Flächenform des optischen Elements ohne Materialfehler abweicht.
Im zweiten Teilverfahren kann die durch die im optischen Element verbleibenden Materialfehler verursachte Veränderung der Flächenform in mindestens einem Anwendungsfall des optischen Elements die Bestimmung der für den Anwendungsfall zugehörigen Temperaturverteilung des optischen Elements und insbesondere die Simulation des thermischen Ausdehnungsverhaltens des optischen Elements umfassen, wobei die nach Erzeugung der Flächenform bzw. Herausarbeitung des optischen Elements aus dem Rohling im optischen Element verbleibenden Materialfehler mit berücksichtigt werden.
Das zweite Teilverfahren kann auch die Bestimmung bzw. Simulation mindestens eines Abbildungsfehlers des optischen Elements durch die im optischen Element verbleibenden Materialfehler verursachte Veränderung der Flächenform im Vergleich mit dem optischen Element ohne Materialfehler in mindestens einem Anwendungsfall des optischen Elements umfassen, sodass bereits vor der materialabtragenden Bearbeitung des Rohlings abgeschätzt werden kann, ob das herzustellende optische Element die optischen Anforderungen erfüllen kann.
Hierbei kann das zweite Teilverfahren die Berücksichtigung von mindestens einem Korrekturverfahren für den bestimmten bzw. simulierten Abbildungsfehlers des optischen Elements umfassen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass kein Rohling von der Bearbeitung ausgeschlossen wird, bei dem die Herstellung des optischen Elements unter Einsatz von Korrekturmaßnahmen noch möglich ist, auch wenn die Korrekturmaßnahme erst beim Betrieb des optischen Elements eingesetzt wird.
Im Falle der Bestimmung bzw. Simulation mindestens eines Abbildungsfehlers des optischen Elements kann festgelegt werden, dass der mindestens eine Abbildungsfehler einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten darf oder dass mehrere Abbildungsfehler jeweils einen zugehörigen Grenzwert nicht überschreiten dürfen.
Bei dem Verfahren kann zunächst das erste Teilverfahren durchgeführt werden, und die im ersten Teilverfahren festgelegt Position und / oder Ausrichtung der Flächenform kann im zweiten Teilverfahren als bestimmte Position und / oder Ausrichtung der Flächenform im Rohling verwendet werden, um die Auswirkungen im Betrieb zu berücksichtigen. Allerdings können das erste und zweite Teilverfahren auch gleichzeitig mit gleichen oder unterschiedlichen Positionen und / oder Ausrichtungen der herzustellenden Flächenform im Rohling oder in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden.
Das erste und / oder zweite Teilverfahren können wiederholt mit unterschiedlichen Positionen und / oder Ausrichtungen der herzustellenden Flächenform in Rohling durchgeführt werden, um eine optimale Position und / oder Ausrichtung der Flächenform im Rohling zu finden. Allerdings kann auch bereits eine erste gefundene mögliche Position und / oder Ausrichtung der Flächenform im Rohling, die alle Bedingungen erfüllt oder bei der eine entsprechende Zielfunktion, die die Bedingungen beschreibt, ihren günstigsten Wert annimmt, verwendet werden.
Nach Auffinden der optimalen Position und / oder Ausrichtung der Flächenform im Rohling kann das optische Element mit dieser Position und / oder Ausrichtung der Flächenform im Rohling durch materialabtragende Bearbeitung hergestellt werden, also der Rohling so bearbeitet werden, dass das überschüssige Material des Rohlings bis zu der gewählten Position und / oder Ausrichtung des herzustellenden optischen Elements entfernt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in

1 einen Querschnitt durch einen Rohling zur Herstellung eines optischen Elements mit der Darstellung des herzustellenden optischen Elements und eines möglichen alternativen optischen Elements, das aus dem Rohling gefertigt werden könnte, in der Schnittdarstellung,
2 ein Diagramm, welches die Wahrscheinlichkeit eines Anschneidens eines Materialfehlers bei der Herstellung der Flächenform des herzustellenden optischen Elements entlang der Strecke x zeigt,
3 ein Diagramm, welches den Temperaturverlauf entlang der Strecke x über der optisch wirksamen Fläche bzw. der Flächenform des herzustellenden optischen Elements zeigt,
4 ein Diagramm, welches die durch den Temperaturverlauf und die Materialfehler bedingten Formabweichungen der optisch wirksamen Fläche bzw. der Flächenform des herzustellenden optischen Elements entlang der Strecke x und die Grenzwerte für zulässige Abweichungen zeigt, und in
5 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele ersichtlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
Die 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Rohling 1, der zur Herstellung eines optischen Elements 7, wie eines Spiegels, gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Der Rohling 1 kann beispielsweise für einen Spiegel 7 einer Projektionsbelichtungsanlage Verwendung finden, die mit Arbeitslicht im Wellenlängenspektrum des extrem ultravioletten Lichts (EUV - Licht) betrieben wird. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 ist der herzustellende Spiegel 7 beispielsweise als Konkavspiegel mit einer konkaven optischen Fläche bzw. Flächenform 8 ausgebildet, die aus dem Rohling 1 durch materialabtragende Verfahren, wie Fräsen, Schleifen und Polieren herausgearbeitet werden kann, wobei nicht nur eine Flächenform in Form der optischen Fläche 8 bzw. Spiegelfläche erzeugt werden kann, sondern auch weitere Begrenzungsflächen.
Der Rohling 1 kann beispielsweise aus einem Glas-Keramikmaterial mit sehr niedrigem thermischem Ausdehnungskoeffizienten, wie beispielsweise Zerodur® der Firma Schott oder ultra low expansion ULE - Material der Firma Corning aus Quarz-Titandioxid-Material gebildet sein.
Bei der Herstellung ist es kaum zu verhindern, dass Materialfehler, wie winzige Fremdkörper, sogenannte Einschlüsse, Bläschen oder Poren im Material entstehen bzw. eingebaut werden. In der 1 sind mehrere Poren 2, 4, 5 und Einschlüsse 3, 6 exemplarisch dargestellt.
Die Materialfehler, wie Poren 2, 4, 5 und Einschlüsse 3, 6 können durch entsprechende Untersuchungsverfahren, wie Röntgenverfahren und dergleichen, im Rohling 1 ermittelt werden, sodass die Position der entsprechenden Materialfehler 2 bis 6 im Volumen des Rohlings 1 und deren Ausdehnung und somit Form und Größe erfasst werden kann. Allerdings unterliegen derartige Untersuchungsverfahren auch Fehlereinflüssen, sodass die Positionsangaben und die Informationen über die Ausdehnung der Materialfehler fehlerhaft sein können. Entsprechend muss die Wahrscheinlichkeit berücksichtigt werden, dass die Materialfehler 2 bis 6 an unterschiedlichen Positionen mit unterschiedlichen Ausdehnungen vorliegen können.
Wie der 1 weiter zu entnehmen ist, liegen die Pore 2 und der Einschluss 3 außerhalb des herzustellenden optischen Elements bzw. Spiegels 7, also in dem Materialbereich, der von dem Rohling 1 entfernt wird, um das herzustellende optische Element bzw. den Spiegel 7 zu formen.
Die weiteren Poren 4, 5 und der Einschluss 6 liegen jedoch in dem Materialbereich des Rohlings 1, der den herzustellenden Spiegel 7 bildet und bei der gewählten Position und / oder Ausrichtung des Spiegels 7 in diesem verbleibt.
Wie sich ebenfalls aus der schematischen Darstellung der 1 ergibt, wird die herzustellende Spiegelfläche 8, die auch als Flächenform bezeichnet wird, in einem Bereich des Rohlings 1 ausgebildet, der frei von Poren 2, 4, 5 und Einschlüssen 3, 6 ist. Auch in einem Abstandsbereich 9, der zwischen zwei Abstandsflächen 10, die in einem Abstand zur optischen Fläche bzw. Spiegelfläche 8 angeordnet sind, liegt, sind keine Materialfehler wie Poren 2, 4, 5 und Einschlüsse 3, 6 vorhanden. Der erforderlicher Abstandsbereich 9 in dem zumindest in dem im optischen Element 7 verbleibenden Material keine Defekte liegen dürfen, kann entsprechend den Anforderungen festgelegt werden. Dieser Abstandsbereich 9 kann durch einen Abstand in der Größe von 0,2 mm, bevorzugt 0,5 mm, weiter bevorzugt 1 mm festgelegt werden.
Möglichen Messfehler bei der Charakterisierung des Materials des Rohlings 1 ergeben jedoch eine gewisse Wahrscheinlichkeit bzw. ein Risiko R, dass gleichwohl in einem bestimmten Bereich des Rohlings 1 Materialfehler 2 bis 6, wie Poren und Einschlüsse, vorliegen können. Dem kann Rechnung getragen werden, indem jeder Position eines Materialfehlers eine Verteilungsfunktion des Messfehlers überlagert wird. Dabei kann es sich etwa um eine Gaußfunktion definierter Breite σ handeln. Wird zu einem Materialfehler der Nummer i mit D_i der Durchmesser und T_i die Tiefenangabe in Z - Richtung angegeben, so beträgt das Risiko Ri(z), diesen Defekt bei einer beliebigen Bearbeitungsebene im Intervall der Breite B in der Tiefe z anzuschneiden: $R_{i} (z) = \frac{1}{\sqrt{2 π σ^{2}}} \int_{T_{i} - \frac{D_{i} + B}{2}}^{T_{i} + \frac{D_{i} + B}{2}} exp (- [\frac{{(z' - z)}^{2}}{2 σ^{2}}]) d z' = | erf (\frac{z - T_{i} + \frac{D_{i} + B}{2}}{\sqrt{2} σ}) - erf (\frac{z - T_{i} - \frac{D_{i} + B + t_{i}}{2}}{\sqrt{2} σ}) |$
Es handelt sich um die Faltung der Wahrscheinlichkeit für die tatsächliche Tiefe der Defektmitte mit dem Defektdurchmesser und der Tiefenausdehnung des Bearbeitungsbereichs. Ein Problem tritt immer dann auf, wenn Di und B überlappen.
Für mehrere Defekte ergibt sich entsprechend $R_{g e s a m t} (z) = 1 - \prod_{i} [- R_{i} (z)] .$
Dies lässt sich allgemein auf Situationen mit abweichenden Verteilungsfunktionen des Messfehlers übertragen. Wo eine analytische Behandlung nicht zum Erfolg führt, kann eine Monte-Carlo-Simulation eingesetzt werden. Dabei werden zu jeder gemessenen Materialfehlerposition in einer Anzahl von Durchläufen individuell Messfehler gemäß der z.B. empirisch ermittelten Fehlerverteilung addiert. In jedem Lauf wird bestimmt, ob der optimale Ort ausgehend von den Messwerten tatsächlich ein defektfreies Bearbeitungsintervall anzeigt.
In dem Diagramm der 2, in welchem das Risiko R, dass ein Materialfehler 2 bis 6 im Abstandsbereich 9 um die herzustellende Spiegelfläche bzw. Flächenform 8 vorliegt, über einer Strecke x entlang der herzustellenden Spiegelfläche 8 aufgetragen ist, ist dies beispielhaft rein schematisch gezeigt. Wie dem Diagramm der 2 zu entnehmen ist, korreliert das Risiko mit den durch entsprechende Untersuchungsverfahren lokalisierten Materialfehlern 2 bis 6, die im Material des Rohlings 1 identifiziert worden sind. So steigt die Wahrscheinlichkeit bzw. das Risiko R einen Materialfehler im Abstandsbereich 9 der optischen Fläche 8 anzutreffen im Bereich der bereits identifizierten Materialfehler 2 bis 6 an, wobei jedoch das Risiko R bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel unterhalb eines mit einer gestrichelten Linie dargestellten Grenzwertes verbleibt, sodass ein Herausarbeiten des Spiegels 7 aus dem Rohling 1 in der dargestellten Form möglich ist.
Sollte es jedoch zum Beispiel nicht möglich sein, den herzustellenden Spiegel 7 aus dem Rohling 1 zu fertigen, da kein geeigneter Bereich im Rohling 1 gefunden wird, der eine materialfehlerfreie Herstellung einer optischen Fläche 8 und eines darum angeordneten Abstandsbereichs 9 ermöglicht, so könnte der Rohling 1 für ein oder mehrere andere optische Elemente 70 Verwendung finden. Ein Beispiel dafür ist mit einem kleiner dimensionierten Spiegel 70 und der zugehörigen optischen Fläche 71 bzw. Flächenform gezeigt, die gestrichelt dargestellt sind.
Da in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der herzustellende Spiegel 7 aus dem Rohling 1 gefertigt werden kann, ist nunmehr zu überprüfen, ob die in dem herzustellenden optischen Element bzw. Spiegel 7 verbleibenden Materialfehler 4 bis 6 in Form von Poren 4, 5 und Einschlüssen 6 einen Betrieb des Spiegels 7 in den geforderten Spezifikationen beispielsweise in einer EUV - Projektionsbelichtungsanlage zulassen.
Zu diesem Zweck kann durch Modellierung oder durch Kalibrierungsmessungen festgestellt werden, welche ortsvariablen Temperaturänderungen im Betrieb durch das Arbeitslicht der Projektionsbelichtungsanlage auftreten. Dies ist im Diagramm der 3 dargestellt, in der der Temperaturverlauf T über die Strecke x entlang der optischen Fläche 8 dargestellt ist.
Durch die im Material des herzustellenden Spiegels verbleibenden Materialfehler 4 bis 6 kommt es bei Temperaturänderungen zu einer gegenüber der Umgebung unterschiedlichen Wärmeausdehnung der Materialfehler, sodass es zu Verformungen der optischen Fläche bzw. der Spiegelfläche 8 kommen kann. Diese Verformung V ist wiederum über eine Strecke x im Diagramm der 4 dargestellt. Darüber hinaus bezeichnen die obere und untere gestrichelte Linie Grenzwerte für mögliche Formänderungen, die beispielsweise durch geeignete Kompensationsmaßnahmen, wie Gegenmaßnahmen durch Aktuatoren, kompensiert werden können.
Die 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens im Detail anhand eines Ablaufdiagramms, wobei das Verfahren in zwei Teilverfahren 12 und 13 zur möglichen bzw. optimalen Positionierung und / oder Ausrichtung des herzustellenden optischen Elements 7 im Rohling 1 unterteilt ist, die einerseits eine an den Grenzflächen und insbesondere an der optischen Fläche materialfehlerfreie Formgebung des herzustellenden optischen Elements 7 (erstes Teilverfahren 12) ermöglichen und die Auswirkung von im optischen Element 7 verbleibenden Materialfehlern und deren Auswirkungen auf den Betrieb des optischen Elements (zweites Teilverfahren 13) berücksichtigen sollen.
Im ersten Verfahrensschritt 11 wird ein Rohling 1, aus dem ein entsprechendes optisches Element 7, wie beispielsweise ein Spiegel 7, herausgearbeitet werden soll, mit geeigneten Verfahren, wie Röntgenverfahren und dergleichen, auf Materialfehler 2 bis 6, wie Poren und Einschlüsse, untersucht und der Rohling 1 wird durch die Angabe von Positionen, Art, Form und Ausdehnung der Materialfehler 2 bis 6 charakterisiert. Alternativ kann eine entsprechende Charakterisierung des Rohlings 1 bereitgestellt werden, beispielsweise von einem Hersteller des Rohlings.
Wie das Ablaufdiagramm der 5 zeigt, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zwei Teilverfahren 12 und 13, wobei im ersten Teilverfahren 12 die Position und / oder Ausrichtung des herzustellenden optischen Elements 7 im Rohling 1 dahingehend bestimmt wird, dass vermieden wird, bei der Formgebung des herzustellenden optischen Elements 7 im Bereich der Grenzflächen und insbesondere der optischen Fläche 8 des optischen Elements 7 einen Materialfehler anzutreffen. Die Position des herzustellenden optischen Elements 7 innerhalb des Rohlings 1 umfasst dabei die Positionierung entlang dreier unabhängiger Raumachsen, wie sie beispielsweise durch das kartesische Koordinatensystem gegeben sind. Darüber hinaus kann die Ausrichtung durch entsprechende Drehung um die unabhängigen Raumachsen entsprechend verändert oder angepasst werden.
Unter Berücksichtigung möglicher Messfehler durch die Untersuchungsverfahren, mit denen die Position und Ausdehnung der Materialfehler 2 bis 6 bestimmt worden ist, wird im zweiten Verfahrensschritt 14 des ersten Teilverfahrens 12 die Wahrscheinlichkeit bzw. das Risiko bestimmt, bei einer entsprechenden Positionierung und / oder Ausrichtung des herzustellenden optischen Elements 7 innerhalb des Rohlings 1 einen Materialfehler im Bereich der Begrenzungsflächen des optischen Elements 7 und insbesondere im Bereich der optischen Fläche 8 des optischen Elements anzutreffen. Wird im dritten Verfahrensschritt 15 festgestellt, dass das Risiko unterhalb einer vorgegebenen Schwelle liegt, dann ist ein Herausarbeiten des herzustellenden optischen Elements 7 in der gewählten Position und / oder Ausrichtung des optischen Elements 7 im Rohling 1 möglich und die Bearbeitung ist gemäß dem ersten Teilverfahren im zehnten Verfahrensschritt 22 möglich. Wird jedoch im zweiten Verfahrensschritt 14 festgestellt, dass das Risiko, an der Grenzfläche des optischen Elements 7 bzw. an der optischen Fläche 8 des optischen Elements 7 einen Materialfehler 2 bis 6 anzutreffen, höher als ein vorgegebener Grenzwert ist, dann muss eine Veränderung der Position und / oder Ausrichtung des herzustellenden optischen Elements 7 im Rohling 1 vorgenommen werden. Ist dies nicht möglich, so kann der Rohling gemäß elftem Verfahrensschritt 23 nicht für die Herstellung des geplanten optischen Elements 7 verwendet werden.
Wird im ersten Teilverfahren eine Position und / oder Ausrichtung des herzustellenden optischen Elements im Rohling 1 gefunden, die vermeidet, dass im Bereich der Grenzflächen des optischen Elements 7 und insbesondere im Bereich der optischen Fläche 8 des optischen Elements 7 ein Materialfehler vorliegt, so kann diese Position und / oder Ausrichtung des optischen Elements im Rohling 1 dazu verwendet werden, anhand der Daten über die Positionen und Ausdehnung im Volumen des herzustellen optischen Elements 7 verbleibenden Materialfehler 4 bis 6 zu bestimmen, ob diese Materialfehler 4 bis 6 einen Betrieb eines derartigen optischen Elements 7 verhindern bzw. über Gebühr beeinträchtigen, da durch die Materialfehler 4 bis 6 unter Umständen Veränderungen eingebracht werden, die einen Betrieb des optischen Elements 7 innerhalb der vorgegebenen Spezifikation nicht mehr ermöglichen. Allerdings ist auch eine gleichzeitige oder umgekehrte Durchführung der Teilverfahren 12 und 13 möglich.
Entsprechend wird in einem vierten Verfahrensschritt 16 des zweiten Teilverfahrens 13 zunächst mit der Information über eine Position und / oder Ausrichtung des herzustellen optischen Elements 7 im Rohling 1 bestimmt, welche Materialfehler 3 bis 6 im optischen Element 7 zu erwarten sind.
Nachfolgend wird in einem fünften Verfahrensschritt 17 des zweiten Teilverfahrens für ein oder mehrere Temperaturverteilungen von mindestens einem Betriebslastfall beim Betrieb des optischen Elements 7 in einer optischen Anlage, wie einer Projektionsbelichtungsanlage, das thermische Ausdehnungsverhalten der Materialfehler 3 bis 6 simuliert und eine Veränderung der Oberflächenform der optischen Fläche 8 im Vergleich zu einem Referenzfall ohne Materialfehler 3 bis 6 ermittelt.
Hierzu kann eine im späteren Betrieb zu erwartende ortsvariable Temperaturänderung bestimmt werden. Diese kann durch Modellierung der beitragenden Effekte geschehen oder aber auch durch Kalibriermessungen an einem Musterteil vergleichbarer Geometrie. Bei einer Simulation kann z.B. ausgehend vom konkreten Nutzungsfall (Beleuchtungseinstellung und Retikelstruktur ergeben das Beugungsmuster) eine ortsabhängige Bestrahlintensität ermittelt werden. Abhängig vom Lichteinfallswinkel und einer Schichtzusammensetzung einer Reflexionsbeschichtung des Spiegels 7 kann dann die absorbierte Leistung berechnet werden. Aus der Wärmekapazität des Materials bestimmt sich daraus eine Temperaturänderung, deren Verlauf durch Lösung der Wärmeleitungsgleichung bestimmt werden kann. Dies kann zeitabhängig oder vereinfachend im stationären Zustand erfolgen, z.B. mittels finiter Elemente - Methoden.
Je nach Art der Materialfehler 3 bis 6 wird diese Temperaturänderung eine Volumenänderung ausgehend vom Wärmeausdehnungskoeffizienten bewirken. Wiederum z.B. durch eine Finite-Elemente-Simulation für das gesamte Element kann die resultierende Oberflächendeformation bestimmt werden.
Im sechsten Verfahrensschritte 18 wird anhand der ermittelten, zu erwartenden Änderungen der Oberflächenform der optischen Fläche 8 aufgrund der Materialfehler 3 bis 6 bei entsprechenden Temperaturbelastungen im Betrieb eine dadurch induzierte Aberration des Abbildungsverhaltens simuliert und mit zulässigen Grenzwerten verglichen. In diesem Zusammenhang können auch Korrektur - bzw. Kompensationsmaßnahmen, die zur Verringerung bzw. Beseitigung von Aberration eingesetzt werden können, berücksichtigt werden. Beispielsweise kann die Korrekturwirkung von in der optischen Anordnung des optischen Elements vorhandenen Korrekturmitteln, in der Regel Manipulatoren, die z.B. Starrkörperpositionen optischer Elemente anpassen können, berücksichtigt werden.
Anschließend kann im siebten Verfahrensschritt 19 entschieden werden, ob bei einem entsprechenden optischen Element 7 mit den vorliegenden Materialfehlern 3 bis 6 ein Betrieb einer entsprechenden optischen Anlage, wie einer Projektionsbelichtungsanlage, innerhalb der Spezifikationen möglich ist. Ist dies gegeben, so kann die entsprechende Position und / oder Ausrichtung des herzustellenden optischen Elements 7 im Rohling 1 im neunten Verfahrensschritt 21 als mögliche Position und / oder Ausrichtung des herzustellenden optischen Elements 7 im Rohling 1 definiert werden.
Anschließend könnte zur weiteren Optimierung sowohl das erste Teilverfahren 12 als auch das zweite Teilverfahren 13 erneut mit geänderter Position und / oder Ausrichtung des herzustellenden optischen Elements 7 im Rohling durchlaufen werden, um eine möglicherweise noch bessere Position und / oder Ausrichtung des herzustellenden optischen Elements 7 im Rohling 1 zu finden. Alternativ kann das optische Element 7 aus dem Rohling 1 entsprechend der ermittelten Position und / oder Ausrichtung im zehnten Verfahrensschritt 22 herausgearbeitet werden oder bei mehreren bereits ermittelten möglichen Positionen und / oder Ausrichtungen die optimale Position und / oder Ausrichtung ausgewählt werden. Durch Vergleich mit einer Spezifikation und / oder einem Budget für Aberrationen kann aus alternativen Positionen und / oder Ausrichtungen jene ausgewählt werden, welche durch entsprechende Materialfehler optisch den geringsten Schaden anrichtet.
Bei verschiedenen alternativen Positionen und / oder Ausrichtungen lässt sich eine Zielfunktion vorgeben, welche einerseits die optischen Aberrationen durch Thermaleffekte und andererseits das Restrisiko misst, doch bei der Bearbeitung einen Materialfehler anzutreffen. Beide Einflussgrößen können relativ zueinander gewichtet werden und ergeben eine beste Position und / oder Ausrichtung des optischen Elements im Rohling, die normalerweise gewählt wird. Weitere Aspekte können in solch einer Zielfunktion ebenfalls berücksichtigt werden. So kann aus den Alternativen diejenige ausgewählt werden, welche im höchsten Umfang Material bereitstellt, welches potentiell abgetragen werden kann, um Prozessabweichungen wie z.B. Kratzer, ausgleichen zu können. Ein weiterer Aspekt kann der Abstand zu Fügeebenen sein. Um eine hohe Steifigkeit zu erreichen, können mehrere Rohlinge zu einem dickeren Optikteil zusammengefügt werden. An diesen Fügeebenen treten mitunter Defekte oder potentielle Schwachstellen auf, sodass dort idealerweise keine Funktionalitäten wie z.B. Haltestrukturen liegen sollen. Entsprechend können bei der Auswahl einer geeigneten Position und / oder Ausrichtung auch ein oder mehrere geometrische Abstandseigenschaften zu Fügeebenen in einer Zielfunktion berücksichtigt werden. Je nach konkreter Ausgestaltung des Optikteils können vergleichbare Anforderungen existieren, die dem Fachmann bekannt sind und deren Integration in eine Zielfunktion zur Auswahl von Position und / oder Ausrichtung der herzustellenden Flächenform im Rohling möglich ist.
Stellt sich heraus, dass selbst im günstigsten Fall die Vorgaben verletzt werden, so muss der Einsatz des betreffenden Rohlings für dieses optische Element abgelehnt werden. Diese Information steht nach einer Simulation rechtzeitig bereit, sodass ein anderer Verwendungszweck für den Rohling gesucht werden kann und kein unnötiger Bearbeitungsaufwand in Richtung der Form jenes optischen Elements investiert wird, für welches der Rohling nicht den Qualitätsanforderungen genügt.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Insbesondere schließt die vorliegende Offenbarung sämtliche Kombinationen der in den verschiedenen Ausführungsbeispielen gezeigten Einzelmerkmale mit ein, sodass einzelne Merkmale, die nur in Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben sind, auch bei anderen Ausführungsbeispielen oder nicht explizit dargestellten Kombinationen von Einzelmerkmalen eingesetzt werden können.
BEZUGSZEICHENLISTE

1: Rohling
2: Pore
3: Einschluss
4: Pore
5: Pore
6: Einschluss
7: herzustellendes optisches Element bzw. Spiegel
8: Spiegelfläche bzw. optische Fläche oder Flächenform
9: Abstandsbereich
10: Abstandsfläche von der Flächenform
11: erster Verfahrensschritt
12: erstes Teilverfahren
13: zweites Teilverfahren
14: zweiter Verfahrensschritt
15: dritter Verfahrensschritt
16: vierter Verfahrensschritt
17: fünfter Verfahrensschritt
18: sechster Verfahrensschritt
19: siebter Verfahrensschritt
20: achter Verfahrensschritt
21: neunter Verfahrensschritt
22: zehnter Verfahrensschritt
23: elfter Verfahrensschritt
70: alternatives optisches Element
71: Flächenform bzw. optische Fläche

Claims

Verfahren zur Herstellung von optischen Elementen (7,70), insbesondere von optischen Elementen (7,70) für optische Anordnungen für die Mikrolithographie, wobei bei dem Verfahren das optische Element (7) aus einem Rohling (1) aus einem Material mit mindestens einem Materialfehler (2 bis 6) gefertigt wird und der Rohling (1) so bearbeitet wird, dass mindestens eine optisch wirksame Fläche mit einer definierten Flächenform (8) ausgebildet wird, wobei zunächst der Rohling (1) auf Materialfehler (2 bis 6) untersucht wird und die Materialfehler (2 bis 6) im Rohling (1) bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Teilverfahren Position und / oder Ausrichtung der Flächenform (8) im Rohling (1) so festgelegt wird, dass im Bereich der zu erzeugenden Flächenform (8) kein Materialfehler (2 bis 6) vorliegt und / oder dass in einem zweiten Teilverfahren für eine bestimmte Position und / oder Ausrichtung der Flächenform (8) im Rohling (1) die durch die im optischen Element (7) verbleibenden Materialfehler (4 bis 6) bestimmte Veränderung der Flächenform (8) gegenüber dem optischen Element ohne Materialfehler in mindestens einem Anwendungsfall des optischen Elements (7) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Materialfehler (2 bis 6) die Bestimmung mindestens einer Komponente der Gruppe umfasst, die Art, Größe, Form, Position und Ausrichtung der Materialfehler im Rohling (1) beinhaltet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialfehler (2 bis 6) Poren und / oder Einschlüsse aus gegenüber dem umgebenden Material unterschiedlichem Material umfassen, insbesondere unterschiedlich hinsichtlich der Dichte und / oder chemischen Zusammensetzung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position die Anordnung entlang mindestens einer unabhängigen Raumrichtung, vorzugsweise entlang aller unabhängiger Raumrichtungen und die Ausrichtung die Drehung um mindestens eine unabhängige Raumrichtung, vorzugsweise um alle unabhängigen Raumrichtungen umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Teilverfahren ein Abstandsbereich (9) von der Flächenform (8) festgelegt wird, wobei innerhalb des Abstandsbereichs (9) kein Materialfehler (2 bis 6) vorliegen darf.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand von der Flächenform (8), der den Abstandsbereich (9) definiert, 0,2 mm, vorzugsweise 0,5 mm und bevorzugt 1 mm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilverfahren die Bestimmung der Wahrscheinlichkeit, dass im Abstandsbereich (9) der zu erzeugenden Flächenform ein oder kein Materialfehler (2 bis 6) vorliegt, unter Berücksichtigung möglicher Messfehler bei der Bestimmung der Materialfehler (2 bis 6) im Rohling (1) einschließt, wobei die Bedingung, dass kein Materialfehler (2 bis 6) vorliegt, erfüllt wird, wenn die Wahrscheinlichkeit, dass ein Materialfehler (2 bis 6) vorliegt, unter einem Grenzwert liegt, insbesondere kleiner als 50%, bevorzugt niedriger als 30% und besonders bevorzugt niedriger als 15% ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahrscheinlichkeit analytisch oder durch eine Monte - Carlo - Simulation bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Teilverfahren die durch die im optischen Element (7) verbleibenden Materialfehler (4 bis 6) bestimmte Veränderung der Flächenform (8) für mehrere Anwendungsfälle des optischen Elements (7) bestimmt wird und / oder dass die durch die im optischen Element (7) verbleibenden Materialfehler (4 bis 6) bestimmte Veränderung der Flächenform (8) gegenüber dem optischen Element ohne Materialfehler einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten darf, insbesondere weniger als 1 nm, bevorzugt weniger als 0,5 nm und besonders bevorzugt weniger als 0,3 nm Abstand von der Flächenform des optischen Elements ohne Materialfehler aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Teilverfahren die durch die im optischen Element (7) verbleibenden Materialfehler (4 bis 6) bestimmte Veränderung der Flächenform (8) in mindestens einem Anwendungsfall des optischen Elements (7) die Bestimmung der für den Anwendungsfall zugehörigen Temperaturverteilung des optischen Elements und insbesondere die Simulation des thermischen Ausdehnungsverhaltens des optischen Elements (7) einschließlich der nach Erzeugung der Flächenform im optischen Element verbleibenden Materialfehler umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teilverfahren die Bestimmung mindestens eines Abbildungsfehlers des optischen Elements (7) durch die im optischen Element (7) verbleibenden Materialfehler (4 bis 6) verursachte Veränderung der Flächenform gegenüber dem optischen Element ohne Materialfehler in mindestens einem Anwendungsfall des optischen Elements (7) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teilverfahren die Berücksichtigung von mindestens einem Korrekturverfahren für den bestimmten Abbildungsfehlers des optischen Elements (7) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Abbildungsfehler einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten darf oder dass mehrere Abbildungsfehler jeweils einen zugehörigen Grenzwert nicht überschreiten dürfen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst das erste Teilverfahren durchgeführt wird und die im ersten Teilverfahren festgelegt Position und / oder Ausrichtung der Flächenform (8) im zweiten Teilverfahren als bestimmte Position und / oder Ausrichtung der Flächenform (8) im Rohling (1) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und / oder zweite Teilverfahren wiederholt mit unterschiedlichen Positionen und / oder Ausrichtungen der Flächenform (8) im Rohling (1) durchgeführt werden, um eine optimale Position und / oder Ausrichtung der Flächenform (8) im Rohling (1) zu finden, wobei insbesondere eine optimale Position und / oder Ausrichtung der Flächenform (8) im Rohling (1) die erste Position und / oder Ausrichtung der Flächenform (8) im Rohling (1) ist, die alle Bedingungen erfüllt oder bei der eine entsprechende Zielfunktion ihren günstigsten Wert annimmt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass nach Auffinden der optimalen Position und / oder Ausrichtung der Flächenform (8) im Rohling (1) das optische Element (7) mit dieser Position und / oder Ausrichtung der Flächenform (8) im Rohling (1) durch materialabtragende Bearbeitung hergestellt wird.