DE102009055119B4

DE102009055119B4 - Spiegelelement für die EUV-Lithographie und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE102009055119B4
Application number: DE102009055119.0A
Authority: DE
Inventors: Dr. Clauss Wilfried
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2017-07-13
Anticipated expiration: 2029-12-23
Also published as: US9238590B2; US8711332B2; US20120327384A1; WO2011076527A1; DE102009055119A1; US20140190212A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Spiegelelements (9 bis 14), welches eine reflektierende Beschichtung (10a) für den EUV-Wellenlängenbereich und ein Substrat (10b) aufweist, umfassend die Schritte: Vorverdichten des Substrats (10b) durch heißisostatisches Pressen, sowie Aufbringen der Beschichtung (10a) auf das vorverdichtete Substrat (10b), dadurch gekennzeichnet, dass das vorverdichtete Substrat (10b) zur weiteren Verdichtung in einem Oberflächenbereich (15), in dem die Beschichtung (10a) aufgebracht wird oder aufgebracht ist, mit Ionen (16) und/oder mit Elektronen bestrahlt wird, bis in dem Oberflächenbereich (15) eine Dichte erreicht wird, die mindestens 0,5 % höher ist als die Dichte des restlichen Substrats (10b).

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Herstellungsverfahren für Spiegelelemente sowie Spiegelelemente, welche eine reflektierende Beschichtung für den EUV-Wellenlängenbereich und ein Substrat umfassen.
Es ist bekannt, dass sich die Dichte vieler insbesondere siliziumhaltiger Materialien unter Bestrahlung mit hochenergetischer Strahlung verändert. Dieser Effekt wird in der Literatur als Kompaktierung (engl. „compaction“) bezeichnet. Insbesondere für Anwendungen in extremen Umgebungen (Reaktoren, Weltraum) wurden bereits vor langer Zeit Studien durchgeführt und diese Effekte quantitativ bestimmt (vgl. W. Primak, Nucl. Sci. Eng., 65, 141, 1978: „Radiation Behaviour of Vitruous Silica“ und R.A.B. Devine, „Macroscopic and Microscopic Effects of Radiation in Amorphous SiO₂“, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 91 (1994), 378–390).
Es hat sich gezeigt, dass die Volumen- bzw. Dichteänderung in Siliziumdioxid typischer Weise nach genügend langer Bestrahlung einen Sättigungswert in der Größenordnung von ca. 2%–3% innerhalb der von der Strahlung erreichten Eindringtiefe erreicht. Die Eindringtiefen der dort in Betracht gezogenen hochenergetischen Strahlungsarten lagen typischer Weise im Bereich von 0,5 μm bis ca. 10 μm oder darüber.
In der Mikrolithographie sind insbesondere für den VUV-Wellenlängenbereich vergleichbare Effekte ebenfalls bekannt, wegen der relativ geringen Wechselwirkung des VUV-Lichts mit dem verwendeten Optikmaterial, insbesondere Quarzglas, liegen die Volumenänderungen dort in der Regel aber im ppm-Bereich, so dass typischer Weise kein Sättigungswert erreicht wird, wobei die dort verwendeten Optikmaterialien von der Strahlung vollständig durchdrungen werden.
Aus der US 6,205,818 B1 ist ein Verfahren bekannt geworden, durch das Quarzglas (SiO₂) unempfindlich gegen Kompaktierung gemacht werden soll, die durch Langzeitbestrahlung mit UV-Laserstrahlung hervorgerufen wird. Das Verfahren sieht vor, das Quarzglas-Material vorzuverdichten, indem dieses hochenergetischer Strahlung ausgesetzt wird oder durch heißisostatisches Pressen (engl. „hot isostatic pressing“, HIP) vorbehandelt wird. Die hochenergetische Strahlung soll eine Verdichtung zwischen ca. 10 ppm und 100 ppm ermöglichen, wohingegen durch das heißisostatische Pressen eine Volumenänderung des gesamten Quarzglaskörpers zwischen ca. 0,1% bis ca. 3% erreichbar sein soll.
Da die Mikrolithographie für die weitere Auflösungssteigerung zukünftig auf den EUV-Wellenlängenbereich angewiesen sein wird und die hierbei zum Einsatz kommenden Spiegel nur etwa 70 % des einfallenden Lichtes aufgrund ihrer Beschichtung reflektieren können und infolge dessen etwa 30 % des einfallenden Lichtes absorbieren, werden als Substratmaterial für solche Spiegel in der Regel Materialien mit geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten verwendet. Solche so genannte „Low-expansion-Materialien“ sind zum Beispiel Zerodur^®, ULE^®, oder Clearceram^®. Diese Materialien besitzen in der Regel einen Gehalt von amorphem Silikatglas oberhalb von ca. 50%, im Extremfall sogar von 100%. Für die langfristige Funktionsfähigkeit einer Projektionsbelichtungsanlage muss daher sichergestellt werden, dass die in dem Substrat-Material während des Betriebs absorbierte Energie nicht zu Veränderungen des Substrates und somit zu einer Degradation der Spiegeloberfläche führt. Mit anderen Worten muss sichergestellt werden, dass keinerlei Oberflächenform- oder Rauhigkeitsveränderungen stattfinden, die zu einer nicht mehr tolerablen Zunahme der Abbildungsfehler oder des Streulichtes führen können.
In der WO 03/076352 A2 ist ein Verfahren zum Herstellen von Substraten aus Titandioxid-dotiertem Quarzglas beschrieben. Dort wird vorgeschlagen, für die Herstellung des Substrats heißisostatisches Pressen zu verwenden, um die Anzahl von Keimen in dem Quarzglasmaterial zu reduzieren.
Die US 6,205,818 B1 beschreibt ein Vorverdichten eines Substrats durch heißisostatisches Pressen oder ein Vorverdichten eines Substrats durch Bestrahlen mit einem Elektronenstrahl, um dieses für eine Langzeit-Bestrahlung im UV- und DUV-Wellenlängenbereich resistent zu machen.
Die WO 2011/020655 A1 beschreibt Substrate und Spiegel für die EUV-Lithographie, bei denen ein Oberflächenbereich des Substrats, der sich uniform unterhalb der Beschichtung von der Oberfläche des Substrats gesehen bis zu einer Tiefe von 5 µm erstreckt, eine um 2 % größere Dichte als das restliche Substrat aufweist.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Herstellungsverfahren für Spiegelelemente anzugeben, so dass die Spiegelelemente bei Langzeit-EUV-Bestrahlung keine bzw. nur eine vernachlässigbar kleine Veränderung der Oberflächenform aufweisen. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, derartige Spiegelelemente sowie eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit solchen Spiegelelementen bereitzustellen.
Gegenstand der Erfindung
Gemäß einem Aspekt wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Spiegelelements, welches eine reflektierende Beschichtung für den EUV-Wellenlängenbereich und ein Substrat aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Vorverdichten des Substrats durch heißisostatisches Pressen, sowie Aufbringen der Beschichtung auf das vorverdichtete Substrat, wobei das vorverdichtete Substrat zur weiteren Verdichtung in einem Oberflächenbereich, in dem die Beschichtung aufgebracht wird oder aufgebracht ist, insbesondere homogen mit Ionen und/oder mit Elektronen bestrahlt wird, bis in dem Oberflächenbereich eine Dichte erreicht wird, die mindestens 0,5 % höher ist als die Dichte des restlichen Substrats.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, eine Vorverdichtung eines Spiegel-Substrats eines EUV-Spiegels durch heißisostatisches Pressen vorzunehmen. Die Eindringtiefe der EUV-Strahlung, die bei der Nutzung des Spiegelelements auf diesem auftrifft, und damit das Volumen des Substrats, in dem eine Dichteveränderung durch EUV-Bestrahlung auftreten kann, ist zwar in der Regel verhältnismäßig gering (typischer Weise einige 100 nm). Der Erfinder hat herausgefunden, dass es dennoch günstig ist, das gesamte Substrat durch heißisostatisches Pressen vorzuverdichten, da eine solche Druckbehandlung bei den als Substrat verwendeten Materialien verhältnismäßig schnell und kostengünstig erfolgen kann.
Bei einer Variante wird als Substrat-Material ein dotiertes Glasmaterial oder eine Glaskeramik gewählt, die insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: ULE^®, Zerodur^® und Clearceram^®. Derartige Substratmaterialien weisen einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der z.B. bei höchstens |0,5 × 10^–7|1/K in einem Intervall von 0°C bis 50°C liegen kann. Zur Erzeugung eines solchen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten („coefficient of thermal expansion“, CTE) werden typischer Weise dotierte Glas- oder glaskeramische Materialien – z.B. wie oben erwähnt ULE^®, Clearceram^® oder Zerodur^® – verwendet. Glaskeramik-Materialien mit dem oben angegebenen, niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen in der Regel aus einer kristallinen Phase und einer Glas-Phase. Die kristalline Phase weist einen negativen Ausdehnungskoeffizienten auf, welcher durch den positiven Ausdehnungskoeffizienten der Glas-Phase gerade kompensiert werden kann. Bei Glas-Materialien mit einem niedrigen CTE handelt es sich in der Regel um dotierte Gläser, beispielsweise um TiO₂-dotiertes Quarzglas (ULE). Es versteht sich, dass alternativ auch undotiertes Glas, z.B. undotiertes Quarzglas („fused silica“), als Substratmaterial dienen kann. Die oben genannten Materialien besitzen einen Gehalt von amorphem Silikatglas von mehr als ca. 50% und sind daher für die Vorverdichtung durch heißisostatisches Pressen besonders geeignet.
Beim heißisostatischen Pressen haben sich (Ausgangs bzw. Halte)-Temperaturen zwischen ca. 1100°C und ca. 1300°C, bevorzugt zwischen 1150°C und 1250°C als besonders günstig erwiesen. Es versteht sich, dass beim heißisostatischen Pressen nicht zwingend eine einzige Temperatur gehalten werden muss, vielmehr kann z.B. von einer maximalen Temperatur ggf. eine Abkühlung in mehreren Temperaturstufen erfolgen.
Bei einer weiteren Variante wird der Druck beim heißisostatischen Pressen zwischen 20 MPa und 250 MPa, bevorzugt zwischen 50 MPa und 150 MPa gewählt. Die Verwendung dieses Druckbereichs hat sich zur Erzeugung einer hohen Vorverdichtung als besonders vorteilhaft herausgestellt.
Bei einer Variante wird die Haltezeit beim heißisostatischen Pressen zwischen 0,5 Stunden und 5 Stunden, bevorzugt zwischen 2 Stunden und 4 Stunden gewählt. Es hat sich gezeigt, dass bereits bei Verwendung von verhältnismäßig kurzen Haltezeiten eine ausreichende Vorverdichtung erzielt werden kann.
Insbesondere bei Materialien mit einem hohen Silikatglasanteil von mehr als 90 % (wie z.B. bei ULE^®) kann das heißisostatische Pressen im Wesentlichen wie in der eingangs zitierten US 6,205,818 B1 beschrieben erfolgen, welche bezüglich dieses Aspekts zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.
Das Substrat kann durch das heißisostatische Pressen um mindestens 1 %, bevorzugt um mindestens 1,5 %, insbesondere um mindestens 3 % verdichtet werden. Insbesondere wenn die Verdichtung im Bereich von ca. 2%–3% oder darüber liegt, kann der Sättigungswert der Verdichtung durch Langzeit-EUV-Bestrahlung erreicht werden, so dass das einmal vorverdichtete Substrat durch die EUV-Strahlung nicht weiter kompaktiert werden kann. Gegebenenfalls kann der Sättigungswert beim heißisostatischen Pressen jedoch nicht oder nur mit zu großen Haltezeiten erreicht werden, die z.B. im Bereich von mehreren Tagen liegen können.
Erfindungsgemäß wird daher das vorverdichtete Substrat zur weiteren Verdichtung in einem Oberflächenbereich, in dem die Beschichtung aufgebracht wird oder aufgebracht ist, insbesondere homogen mit Ionen und/oder mit Elektronen bestrahlt. Durch die Bestrahlung kann ein sich von der Substratoberfläche über eine geringe Tiefe, typischer Weise im Bereich von mehreren Mikrometern, erstreckender Oberflächenbereich zusätzlich verdichtet werden, so dass zumindest in diesem Bereich der Sättigungswert der Dichteveränderung erreicht wird. Die Vorverdichtung mit Hilfe des kostengünstigen heißisostatischen Pressens erlaubt es hierbei, die Bestrahlzeiten der Ionen- bzw. Elektronenbestrahlung wesentlich zu reduzieren und dadurch insbesondere eine ggf. durch die Ionen- bzw. Elektronenbestrahlung auftretende Passeänderung möglichst klein zu halten.
Die Bestrahlung wird günstiger Weise mit hochenergetischen Ionen, die eine Energie zwischen 0,2 MeV und 10 MeV bei einer Gesamtteilchendichte von 10¹⁴ bis 10¹⁶ Ionen pro cm² und/oder mit hochenergetischen Elektronen, die eine Dosis zwischen 10 J/mm² und 2000 J/mm² bei Energien zwischen 10 keV und 20 keV aufweisen, durchgeführt. Die Bestrahlung kann hierbei insbesondere wie in der US 61/234815 der Anmelderin beschrieben erfolgen, welche durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. Es versteht sich, dass vor und/oder nach der Bestrahlung zusätzliche Bearbeitungsschritte, insbesondere Glättungsschritte an der Oberfläche des Substrats durchgeführt werden können, z.B. wie sie in der US 61/234815 der Anmelderin beschrieben sind.
Erfindungsgemäß wird die Bestrahlung so lange durchgeführt, bis in dem Oberflächenbereich eine Dichte erreicht wird, die mindestens 0,5%, bevorzugt mindestens 1,5%, besonders bevorzugt mindestens 2% höher ist als die Dichte des restlichen Substrats. Zusammen mit der beim Vorverdichten des Substrats erzielten Dichteänderung kann in diesem Fall der Sättigungswert der Verdichtung auf besonders einfache Weise erreicht werden. Der zusätzlich verdichtete Oberflächenbereich erstreckt sich hierbei in der Regel bis zu einer Tiefe von ca. 5 μm von der Oberfläche des Substrats, wobei der genaue Wert von der Ionen- bzw. Elektronenenergie abhängig ist, welche typischer Weise so gewählt wird, dass sich der verdichtete Oberflächenbereich zumindest bis zur Eindringtiefe der EUV-Strahlung bei der Nutzung des Spiegels erstreckt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Spiegelelement, umfassend: eine reflektierende Beschichtung für den EUV-Wellenlängenbereich, sowie ein Substrat, wobei das Substrat durch heißisostatisches Pressen bevorzugt um mindestens 1 %, besonders bevorzugt um mindestens 1,5 %, insbesondere um mindestens 3 % vorverdichtet ist. Unterhalb der Beschichtung erstreckt sich ein Oberflächenbereich des Substrats, der eine um mindestens 0,5 % höhere Dichte als das restliche Substrat aufweist. Die Dichte des vorkompaktierten Substratmaterials weicht von der Dichte des Substratmaterials, wie es bei einem herkömmlichen Herstellungsprozess (ohne Vorkompaktierung) erhalten wird, deutlich nach oben ab.
Wie oben dargestellt ist das Material des Substrats typischer Weise ein dotiertes Glasmaterial oder eine Glaskeramik mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten, insbesondere ULE^®, Zerodur^®, oder Clearceram^®. Neben der geringen Wärmeausdehnung dieser Substratmaterialien haben diese den zusätzlichen Vorteil, dass sie einen hohen Anteil an Silikatglas (ca. 50% oder darüber) aufweisen. Bei diesem Material lässt sich durch heißisostatisches Pressen mit verhältnismäßig kurzen Haltezeiten eine erhebliche Vorverdichtung erreichen.
Bei einer Ausführungsform ist das Material des Substrats ULE^®, wobei eine Ausgangsdichte des Substrats vor dem Verdichten 2,21 g/cm³ beträgt. Diese Ausgangsdichte wird typischer Weise bei ULE^® erreicht, das mit einem herkömmlichen Herstellungsverfahren hergestellt wurde.
Erfindungsgemäß wird die Resistenz des Substrats gegen EUV-Bestrahlung dadurch gesteigert, dass sich unterhalb der Beschichtung ein Oberflächenbereich des Substrats erstreckt, der eine um mindestens 0,5 %, bevorzugt um mindestens 1 %, besonders bevorzugt um mindestens 1,5% höhere Dichte als das restliche Substrat aufweist und der mit Hilfe von hochenergetischer Ionen- bzw. Elektronenbestrahlung erhalten wurde. Wie oben dargestellt ist es günstig, wenn sich dieser Oberflächenbereich bis zu einer Tiefe von ca. 5 μm von der Oberfläche des Substrats aus erstreckt. Durch eine homogene Bestrahlung mit Ionen und/oder Elektronen kann eine homogene Verdichtung des Substrats in diesem Oberflächenbereich erreicht werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist realisiert in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, umfassend ein Beleuchtungssystem und ein Projektionssystem mit mindestens einem Spiegelelement für den EUV-Wellenlängenbereich wie oben beschrieben. Bei einer solchen EUV-Projektionsbelichtungsanlage verändert sich die Oberflächenform der wie oben beschrieben ausgebildeten Spiegelelemente bei der EUV-Bestrahlung während der Nutzungsdauer der Anlage nur noch geringfügig, so dass keine nennenswerten Oberflächendeformationen mehr auftreten, die zu einer Zunahme der Abbildungsfehler bzw. des Streulichtes führen könnten.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer EUV-Lithographieanlage mit einer Mehrzahl von Spiegelelementen,
2 eine schematische Darstellung einer Druckkammer für das heißisostatische Pressen zum Vorverdichten eines Spiegel-Substrats, sowie
3 eine Darstellung eines Spiegelelements für die EUV-Projektionsbelichtungsanlage von 1 mit dem Substrat von 2.
In 1 ist schematisch eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage 1 gezeigt, welche aus einem Strahlformungssystem 2, einem Beleuchtungssystem 3 und einem Projektionssystem 4 besteht, die in separaten Vakuum-Gehäusen untergebracht und aufeinander folgend in einem von einer EUV-Lichtquelle 5 des Strahlformungssystems 2 ausgehenden Strahlengang 6 angeordnet sind. Als EUV-Lichtquelle 5 kann beispielsweise eine Plasmaquelle oder ein Synchrotron dienen. Die austretende Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen ca. 5 nm und ca. 20 nm wird zunächst in einem Kollimator 7 gebündelt. Mit Hilfe eines nachfolgenden Monochromators 8 wird durch Variation des Einfallswinkels, wie durch einen Doppelpfeil angedeutet, die gewünschte Betriebswellenlänge herausgefiltert. Im genannten Wellenlängenbereich sind der Kollimator 7 und der Monochromator 8 üblicherweise als reflektive optische Elemente ausgebildet, wobei zumindest der Monochromator 8 an seiner optischen Oberfläche kein Mehrfachschichtsystem aufweist, um einen möglichst breitbandigen Wellenlängenbereich zu reflektieren.
Der im Strahlformungssystem 2 im Hinblick auf Wellenlänge und räumliche Verteilung behandelte Strahlung wird in das Beleuchtungssystem 3 eingeführt, welches ein erstes und zweites Spiegelelement 9, 10 aufweist. Die beiden Spiegelelemente 9, 10 leiten die Strahlung auf eine Photomaske 11 als weiterem Spiegelelement, welche eine Struktur aufweist, die mittels des Projektionssystems 4 in verkleinertem Maßstab auf einen Wafer 12 abgebildet wird. Hierzu sind im Projektionssystem 4 ein drittes und viertes Spiegelelement 13, 14 vorgesehen. Die Spiegelelemente 9 bis 14 sind hierbei im Strahlengang 6 der EUV-Projektionsbelichtungsanlage 1 angeordnet und damit einer Langzeit-EUV-Bestrahlung ausgesetzt.
Wie in 3 beispielhaft anhand des zweiten Spiegelelements 10 des Beleuchtungssystems 2 dargestellt, besteht dieses aus einer reflektierenden Beschichtung 10a, welche auf einem Substrat 10b aufgebracht ist. Die reflektierende Beschichtung 10a stellt ein Mehrfach-Schichtsystem dar, welches alternierende Schichten aus Molybdän und Silizium aufweist, deren Dicken derart aufeinander abgestimmt sind, dass sich bei der Betriebswellenlänge der EUV-Projektionsbelichtungsanlage 1 von ca. 13,5 nm eine möglichst hohe Reflektivität einstellt. Um Deformationen beim Aufheizen des Spiegelelements 10 zu vermeiden, besteht das Substrat 10b aus einem Material mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten, typischer Weise aus einem dotierten Glas oder einer Glaskeramik, z.B. aus ULE^®, Zerodur^®, oder Clearceram^®. Diese Materialien weisen einen Silikatanteil von mehr als ca. 50% auf, dessen Dichte sich bei der EUV-Bestrahlung des Substrats 10b vergrößert, wobei sich die Oberfläche des Spiegelelements 10 deformieren kann, was zu Abbildungsfehlern und erhöhter Streulichtbildung führen kann.
Um eine Kompaktierung des Substrats 10b bei der Langzeitbestrahlung mit dem Licht der EUV-Lichtquelle 5 zu vermeiden, wird eine Vorverdichtung des Substrats 10b durchgeführt, indem dieses in eine heißisostatische Presse 20 eingebracht wird, welche in 2 dargestellt ist. Die Presse 20 wird hierbei in einer Inertgas-Atmosphäre 20a betrieben, beispielsweise mit Argon als Inertgas. Im vorliegenden Fall wurde eine Probe des Substrats 10a über eine Dauer von ca. 4 Stunden bei einer Temperatur T von ca. 1200°C und bei einem Druck p von ca. 100 MPa gehalten, wobei sowohl das Aufheizen als auch das Abkühlen mit einer Rate von ca. 10 K/min durchgeführt wurde. Wird wie im vorliegenden Beispiel ULE^®, d.h. TiO₂-dotiertes Quarzglas, mit einem Titandioxid-Anteil von ca. 8 % als Material für das Substrat 10b verwendet, kann dieses beim heißisostatischen Pressen mit den oben angegebenen Parametern gegenüber seiner Ausgangsdichte von ca. 2,21 g/cm³ um ca. 1,5 %–2 % verdichtet werden.
Zur Überprüfung des durch das heißisostatische Pressen erhaltenen Verdichtungsgrades wurde die ULE^®-Probe einer Elektronenbestrahlung mit einer Energiedosis von ca. 3,7·10¹¹ rad ausgesetzt, um eine Langzeit-EUV-Bestrahlung zu simulieren. Die sich hierbei ergebende Passeveränderung lag bei ca. 5 nm, der Kompaktierungsgrad, der mit einer interferometrischen Messung bestimmt wurde, lag bei ca. 0,45 %. Im Vergleich dazu wurde bei einer nicht vorkompaktierten ULE^®-Probe, die einer Elektronenbestrahlung mit vergleichbarer Dosis (4,1·10¹¹ rad) ausgesetzt wurde, ein Kompaktierungsgrad von ca. 1,82 % gemessen, wobei die Passeveränderung bei ca. 20 nm lag. Durch das heißisostatische Pressen konnte somit eine Verringerung der Kompaktierung auf ein Viertel des Wertes erreicht werden, der sich bei einer nicht vorbehandelten Probe einstellt. Bei ULE^® oder bei vergleichbaren Materialien tritt die maximale Kompaktierung (Sättigungswert) unter Elektronenbestrahlung in der Regel oberhalb einer Dosis von ca. 4–6·10¹¹ rad auf.
In Siliziumdioxid – und auch in ULE^®-Glas – liegt typischer Weise der Sättigungswert der Dichteänderung nach einer Langzeit-Bestrahlung mit EUV-Strahlung ebenfalls in der Größenordnung von ca. 2%–3% innerhalb der von der Strahlung erreichten Eindringtiefe, die typischer Weise bei nicht mehr als 5 μm liegt. Dieser Sättigungswert kann durch die Vorverdichtung des Substrats 10b mit den obigen Parameterwerten ggf. noch nicht ganz erreicht werden.
Um dennoch zu verhindern, dass sich das Substrat 10b des Spiegelelements 10 bei der EUV-Bestrahlung weiter verdichtet, wird dieses in einem Oberflächenbereich 15, in dem die Beschichtung 10a aufgebracht ist, homogen mit hochenergetischen Ionen 16 bestrahlt. Die Ionen 16 weisen hierbei in der Regel eine Energie zwischen ca. 0,2 MeV und ca. 10 MeV bei einer Gesamtteilchendichte von 10¹⁴ bis 10¹⁶ Ionen pro cm² auf. Alternativ kann das Substrat 10b auch mit hochenergetischen Elektronen bestrahlt werden, wobei in diesem Fall die Dosis typischer Weise zwischen ca. 10 J/mm² und 1000 J/mm² liegt.
Die Bestrahlung mit den Ionen bzw. Elektronen wird hierbei so lange durchgeführt, bis die Dichte in dem Oberflächenbereich 15 mindestens 0,5 %, ggf. mindestens 1 % oder 1,5 % höher ist als die Dichte des restlichen Substrats 10b. Der Oberflächenbereich 15 erstreckt sich hierbei typischer Weise zumindest bis zur Eindringtiefe der EUV-Strahlung in das Substrat 10b, die im vorliegenden Fall bei ca. 5 μm liegt. Durch die Kombination des heißisostatischen Pressens mit der Bestrahlung kann somit insgesamt zumindest in dem Oberflächenbereich 15 der Sättigungswert für die Dichteänderung erreicht werden, so dass auch bei Langzeitbestrahlung mit dem Licht der EUV-Lichtquelle 5 das Substrat 10b nur noch äußerst geringfügige Oberflächendeformationen durch eine Dichteänderung des Substrats 10b erfahren kann.
Es versteht sich, dass die Bestrahlung mit Ionen und/oder Elektronen an dem Substrat 10b auch vor der Beschichtung vorgenommen werden kann sowie dass zwischen dem heißisostatischen Pressen und dem Aufbringen der Beschichtung weitere Prozessschritte, insbesondere eine Glättung der Substratoberfläche vorgenommen werden können. Für Details zur Bestrahlung des Substrats mit Ionen oder Elektronen sei nochmals auf die US 61/234815 der Anmelderin verwiesen.
Es sei nochmals ausdrücklich darauf hingewiesen, dass bei einem nicht zur Erfindung gehörigen Ausführungsbeispiel bei geeigneter Wahl der Parameter des heißisostatischen Pressens ggf. auch ausschließlich durch eine Vorverdichtung des Substrats 10b eine Dichteerhöhung von ca. 1%–3% erreicht werden kann, die je nach verwendetem Substratmaterial dem Sättigungswert der Dichteänderung entspricht, so dass auf die nachfolgende Bestrahlung mit Ionen bzw. Elektronen ggf. verzichtet werden kann. In jedem Fall können auf die oben beschriebene Weise Spiegelelemente erhalten werden, deren Dichte unter Langzeit-Bestrahlung mit EUV-Strahlung nahezu unverändert bleibt.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Spiegelelements (9 bis 14), welches eine reflektierende Beschichtung (10a) für den EUV-Wellenlängenbereich und ein Substrat (10b) aufweist, umfassend die Schritte: Vorverdichten des Substrats (10b) durch heißisostatisches Pressen, sowie Aufbringen der Beschichtung (10a) auf das vorverdichtete Substrat (10b), dadurch gekennzeichnet, dass das vorverdichtete Substrat (10b) zur weiteren Verdichtung in einem Oberflächenbereich (15), in dem die Beschichtung (10a) aufgebracht wird oder aufgebracht ist, mit Ionen (16) und/oder mit Elektronen bestrahlt wird, bis in dem Oberflächenbereich (15) eine Dichte erreicht wird, die mindestens 0,5 % höher ist als die Dichte des restlichen Substrats (10b).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Material für das Substrat (10b) ein dotiertes Glasmaterial oder eine Glaskeramik gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Temperatur (T) beim heißisostatischen Pressen zwischen 1100°C und 1300°C, gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Druck (p) beim heißisostatischen Pressen zwischen 20 MPa und 250 MPa gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Haltezeit beim heißisostatischen Pressen zwischen 0,5 Stunden und 5 Stunden gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Substrat (10b) durch das heißisostatische Pressen um mindestens 1,5 % verdichtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Ionen (16) eine Energie zwischen 0,2 MeV und 10 MeV bei einer Gesamtteilchendichte von 10¹⁴ bis 10¹⁶ Ionen pro cm² und/oder die Elektronen eine Dosis zwischen 10 J/mm² und 1000 J/mm² bei Energien zwischen 10 keV und 20 keV aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich der Oberflächenbereich (15) bis zu einer Tiefe von 5 μm von der Oberfläche des Substrats (10b) erstreckt.
Spiegelelement (9 bis 14), umfassend: eine reflektierende Beschichtung (10a) für den EUV-Wellenlängenbereich, sowie ein Substrat (10b), wobei das Substrat (10b) durch heißisostatisches Pressen vorverdichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich unterhalb der Beschichtung (10a) ein Oberflächenbereich (15) des Substrats (10b) erstreckt, der eine um mindestens 0,5 % höhere Dichte als das restliche Substrat (10b) aufweist.
Spiegelelement nach Anspruch 9, bei dem das Material des Substrats (10b) ein dotiertes Glasmaterial oder eine Glaskeramik ist.
Spiegelelement nach Anspruch 10, bei dem das Material des Substrats (10b) ein Titandioxid-dotiertes Quarzglas ist, wobei eine Ausgangsdichte des Substrats (10b) vor dem Verdichten 2,21 g/cm³ beträgt.
Spiegelelement nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem sich der Oberflächenbereich (15) bis zu einer Tiefe von 5 μm von der Oberfläche des Substrats (10b) erstreckt.
EUV-Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, umfassend ein Beleuchtungssystem (3) und ein Projektionssystem (4) mit mindestens einem Spiegelelement (9 bis 14) für den EUV-Wellenlängenbereich gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12.