DE102011080052A1

DE102011080052A1 - Spiegel, optisches System mit Spiegel und Verfahren zur Herstellung eines Spiegels

Info

Publication number: DE102011080052A1
Application number: DE102011080052A
Authority: DE
Inventors: Oliver Dier
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2013-01-31
Also published as: WO2013014182A1

Abstract

Ein Spiegel hat ein Substrat (112), das aus einem Substratmaterial besteht, welches eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von weniger als 10 W/(m·K) hat, und eine auf dem Substrat aufgebrachten Reflexionsbeschichtung (116), die für Vakuum-Ultraviolett-Strahlung oder Strahlung aus dem extremen Ultraviolettbereich reflektierend wirkt. Zwischen dem Substrat (112) und der Reflexionsbeschichtung (116) ist eine Wärmeverteilungs-Zwischenschicht (120, 220) angeordnet, die aus einem Schichtmaterial besteht, das eine spezifische Wärmeleitfähigkeit aufweist, die mindestens 10 mal so groß ist wie die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Substratmaterials.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf einen Spiegel gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, auf ein optisches System mit einem Spiegel gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 15 sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines Spiegels gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 18. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Mikrolithographie bei Arbeitswellenlängen aus dem Bereich der Vakuum-Ultraviolett-Strahlung (VUV)-Strahlung oder der extremen Ultraviolett-Strahlung (EUV).
Beschreibung des Standes der Technik
Zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen werden heutzutage überwiegend mikrolithographische Projektionsbelichtungsverfahren eingesetzt. Dabei werden Masken (Retikel) oder andere Mustererzeugungseinrichtungen verwendet, die das Muster einer abzubildenden Struktur tragen oder bilden, z.B. ein Linienmuster einer Schicht (Layer) eines Halbleiterbauelementes. Das Muster wird in einer Projektionsbelichtungsanlage zwischen einem Beleuchtungssystem und einem Projektionsobjektiv im Bereich der Objektfläche des Projektionsobjektivs positioniert und mit einer vom Beleuchtungssystem bereitgestellten Beleuchtungsstrahlung beleuchtet. Die durch das Muster veränderte Strahlung läuft als Projektionsstrahlung durch das Projektionsobjektiv, welches das Muster auf das zu belichtende, mit einer strahlungsempfindlichen Schicht beschichtete Substrat abbildet.
Das Muster wird mit Hilfe eines Beleuchtungssystems beleuchtet, welches aus der Strahlung einer primären Strahlungsquelle eine auf das Muster gerichtete Beleuchtungsstrahlung formt, die durch bestimmte Beleuchtungsparameter gekennzeichnet ist und innerhalb eines Beleuchtungsfeldes definierter Form und Größe auf das Muster auftrifft. Innerhalb des Beleuchtungsfeldes sollte eine vorgegebene örtliche Intensitätsverteilung vorliegen, die normalerweise möglichst gleichmäßig (uniform) sein soll.
In der Regel werden je nach Art der abzubildenden Strukturen unterschiedliche Beleuchtungsmodi (sogenannte Beleuchtungssettings) verwendet, die durch unterschiedliche örtliche Intensitätsverteilungen der Beleuchtungsstrahlung in einer Pupillenfläche des Beleuchtungssystems charakterisiert werden können. Hierdurch kann im Beleuchtungsfeld eine bestimmte Beleuchtungswinkelverteilung bzw. eine bestimmte Verteilung der auftreffenden Intensität im Winkelraum vorgegeben werden.
Um immer feinere Strukturen erzeugen zu können, werden unterschiedliche Ansätze verfolgt. Beispielsweise kann das Auflösungsvermögen eines Projektionsobjektivs dadurch erhöht werden, dass die bildseitige numerische Apertur (NA) des Projektionsobjektives vergrößert wird. Ein anderer Ansatz besteht darin, mit kürzeren Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung zu arbeiten.
Für Anwendungen im Bereich der Mikrolithographie werden inzwischen häufig optische Systeme genutzt, die mit Vakuum-Ultraviolett-Strahlung (VUV-Strahlung), insbesondere bei ca. 193 nm Arbeitswellenlänge, oder mit Strahlung aus dem extremen Ultraviolettbereich (EUV) arbeiten.
Wird versucht, die Auflösung durch Steigerung der numerischen Apertur zu verbessern, so können sich Probleme dadurch ergeben, dass mit steigender numerischer Apertur die erzielbare Schärfentiefe (depth of focus, DOF) abnimmt. Dies ist nachteilig, weil beispielsweise aus Gründen der erzielbaren Ebenheit der zu strukturierenden Substrate und mechanischer Toleranzen eine Schärfentiefe in der Größenordnung von mindestens 0.1 µm wünschenswert ist.
Unter anderem aus diesem Grund wurden optische Systeme entwickelt, die bei moderaten numerischen Aperturen arbeiten und die Vergrößerung des Auflösungsvermögens im Wesentlichen durch die kurze Wellenlänge der verwendeten elektromagnetischen Strahlung aus dem extremen Ultraviolettbereich (EUV) erzielen, insbesondere mit Arbeitswellenlängen im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der EUV-Lithographie mit Arbeitswellenlängen um 13.5 nm kann beispielsweise bei bildseitigen numerischen Aperturen von NA = 0.3 theoretisch eine Auflösung in der Größenordnung von 0.03 µm bei typischen Schärfentiefen in der Größenordnung von ca. 0.15 µm erreicht werden.
Strahlung aus dem extrem Ultraviolettbereich kann nicht mit Hilfe refraktiver optischer Elemente fokussiert oder geführt werden, da die kurzen Wellenlängen von den bekannten, bei höheren Wellenlängen transparenten optischen Materialien absorbiert werden. Daher werden für die EUV-Lithographie Spiegelsysteme eingesetzt. Ein für Strahlung aus dem EUV-Bereich reflektierend wirkender Spiegel (EUV-Spiegel) hat typischerweise ein Substrat, auf dem eine für Strahlung aus dem extremen Ultraviolettbereich (EUV) reflektierend wirkende Mehrlagen-Schichtanordnung (multilayer) aufgebracht ist, die viele Schichtpaare mit abwechselnd niedrigbrechendem und hochbrechendem Schichtmaterial aufweist. Schichtpaare für EUV-Spiegel werden häufig mit den Schichtmaterial-Kombinationen Molybdän/Silizium (Mo/Si) oder Ruthenium/Silizium (Ru/Si) aufgebaut.
EUV-Spiegel mit mehrlagigen Reflexionsbeschichtungen erreichen typischerweise maximale Reflexionsgrade um 70%. Ein Anteil der nicht reflektierten Strahlungsintensität der einfallenden Strahlung wird in den Schichtmaterialien unter Erzeugung von Wärme absorbiert. Durch die Absorption von Strahlung ergibt sich eine lokale Erwärmung in den bestrahlten Bereichen. Als Folge der Erwärmung kann es aufgrund thermischer Ausdehnung der Reflexionsbeschichtung und ggf. der daran angrenzenden Bereiche des Substrats zu Deformationen der Spiegeloberfläche kommen. Diese thermisch induzierten Deformationen können sich bei Verwendung der EUV-Spiegel in einem Abbildungssystem als Abbildungsfehler bemerkbar machen. Diese sind in der Regel nicht oder nur mit großem apparativen Aufwand vollständig kompensierbar. In Abhängigkeit von der räumlichen Verteilung der Bestrahlungsintensität auf der Spiegeloberfläche können sehr unterschiedliche Abbildungsfehler induziert werden. Die thermisch induzierten Deformationen sind in der Regel reversibel, so dass die Spiegeloberfläche nach Ausschalten der Beleuchtung in ihre Ausgangsform zurückkehrt.
Eine lokale Temperaturerhöhung an einer Spiegelfläche kann ggf. auch zu nicht reversiblen Fehlern im Bereich der Spiegeloberfläche führen, z.B. zu einer erhöhten Schichtkompaktierung in der Reflexionsbeschichtung. Die optische Leistungsfähigkeit des optischen Systems kann daher über die Lebensdauer des optischen Systems bzw. in Abhängigkeit von der akkumulierten Bestrahlungsdosis leiden.
Es sind bereits zahlreiche Vorschläge zur Vermeidung oder Verminderung von thermisch induzierten Fehlern in optischen Systemen mit EUV-Spiegeln gemacht worden.
Ein Ansatz zur Begrenzung von thermisch induzierten Störungen in optischen Systemen besteht darin, bei der Herstellung der optischen Elemente Materialien mit äußerst geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu verwenden, so dass durch thermische Ausdehnung bedingte Störungen von Beginn auf ein tolerierbares Maß reduziert werden. Bekannt ist es beispielsweise, als Substratmaterial für Spiegel bestimmte Glaskeramiken zu verwenden. Eine zur Herstellung von Spiegelsubstraten für Mikrolithographie-Systeme geeignete Glaskeramik wird unter der Markenbezeichnung ZERODUR^® (Schott AG) vertrieben. Für diese Glaskeramiken werden für den Temperaturbereich zwischen 0°C und 50°C thermische Ausdehnungskoeffizienten von 0 + 0.10·10^–6K^–1 angegeben. Eine andere geeignete Glaskeramik mit im Wesentlichen gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wird unter der Markenbezeichnung CLEARCERAM^® (Ohara, Inc.) vertrieben. Noch niedrigere thermische Ausdehnungskoeffizienten werden bei bestimmten Titan-Silikatgläsern erreicht, die auch als „Ultra Low Expansion Glass“ bekannt sind. Für ein solches Titan-Silikatglas, das von Corning, Inc., unter der Markenbezeichnung ULE^® vertrieben wird, wird für den Temperaturbereich zwischen 5°C und 35°C ein mittlerer thermischer Ausdehnungskoeffizient von 0 + 30·10^–9K^–1 angegeben.
In der europäischen Patentanmeldung EP 0 955 565 A2 werden EUV-Spiegel zur Verwendung in einem Beleuchtungssystem oder einem Projektionsobjektiv einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage beschrieben, bei denen das Substrat des EUV-Spiegels aus einem metallischen Substratmaterial besteht, beispielsweise aus Aluminium, Kupfer, Beryllium, Silber, Gold oder einer Legierung mit einem oder mehreren dieser Elemente. Auf die Vorderseite des Substrats ist ein dünner Film aus einem amorphen Material aufgebracht, dessen vom Substrat abgewandte Vorderseite durch Polieren geglättet wird und somit als Auflagefläche für die darauf aufgebrachte Reflexionsbeschichtung dienen kann. Durch Verwendung eines metallischen Substratmaterials mit hoher Wärmeleitfähigkeit soll erreicht werden, dass die Wärme, die sich bei Bestrahlung der Spiegeloberfläche im Bereich der Reflexionsbeschichtung entwickelt, schnell und effizient zur gekühlten Rückseite des Spiegelsubstrats abgeführt werden kann. Fehler aufgrund thermischer Deformationen im Bereich der Spiegeloberfläche sollen dadurch vermieden werden.
Aus der Patentanmeldung US 2002/0074115 A1 (entsprechend DE 100 50 125 ) ist eine Vorrichtung zum Temperaturausgleich für thermisch belastete Körper aus Materialien niedriger spezifischer Wärmeleitfähigkeit bekannt, wobei ein thermisch belasteter Körper beispielsweise ein Spiegelträger für ein optisches System sein kann. Bei der Vorrichtung ist eine Wärmeverteilungseinrichtung mit einem oder mehreren Wärmeverteilungskörpern so an Oberflächen des thermisch belasteten Körpers adapiert, dass zwischen dem thermisch belasteten Körper und einem Wärmeverteilungskörper ein Spalt verbleibt, der zum Zweck der thermischen Kopplung von thermisch belasteten Körper und Wärmeverteilungskörper bei gleichzeitiger mechanischer Entkopplung mit einem Fluid ausgefüllt ist. Dadurch soll eine Trennung zwischen einer mechanischen Kopplung und einer thermischen Kopplung gegenüber dem thermisch belasteten Körper erreicht werden. Als Wärmeverteilungskörper werden beispielsweise massive Festkörper auf Kupfer, Aluminium oder Silber vorgeschlagen, als Kopplungsfluid beispielsweise Wasser oder Quecksilber oder bei Raumtemperatur flüssige Metalllegierungen.
Aus der internationalen Patentanmeldung WO 2010/020337 A1 ist ein reflektives Retikel für die EUV-Lithographie bekannt, welches thermisch induzierte Musterverzerrungen vermindern oder vermeiden soll. Das reflektive Retikel hat eine als Trägerschicht für das Muster dienende optische Schicht aus einem Material mit äußerst geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Bei einer Ausführungsform wird ein Ultra Low Expansion Glas (ULE-Glas) verwendet. Das Substrat des Retikels besteht dagegen aus einem Substratmaterial, dessen thermische Leitfähigkeit wesentlich größer als die thermische Leitfähigkeit der optischen Schicht ist. Bei einem Ausführungsbeispiel besteht das Substrat aus Cordierite, einem Keramikmaterial, welches bei den für die Verwendung von EUV-Spiegeln typischen Temperaturen einen praktisch verschwindenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten, jedoch gegenüber anderen herkömmlichen Materialien mit sehr geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten eine etwa zweimal höhere thermische Leitfähigkeit (ca. 3.0 W/(m·K) bei 25°C) besitzt. Zwischen dem Substrat und der optischen Schicht ist eine leitfähige Schicht angeordnet, die mit der Substratoberfläche und/oder einer zugewandten Fläche der optischen Schicht in Kontakt steht und bei einem Ausführungsbeispiel aus Aluminium besteht.
Zur Verminderung von thermisch induzierten Fehlern bei Linsen oder Spiegeln ist auch schon vorgeschlagen worden, eine inhomogene Aufheizung der optischen Komponente aufgrund inhomogener Bestrahlung zu kompensieren, indem weniger stark bestrahlte Bereiche aufgeheizt und/oder stärker aufgeheizte Bereiche gekühlt werden, so dass sich eine Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung ergibt (z.B. EP 0 678 768 B1 ).
AUFGABE UND LÖSUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Spiegel bereitzustellen, der z.B. in einem optischen System einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage eingesetzt werden kann und bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen und über die gesamte Lebensdauer der Projektionsbelichtungsanlage hinweg eine hohe Stabilität der Reflexionseigenschaften bietet. Es ist eine weitere Aufgabe, einen Spiegel bereitzustellen, der relativ unempfindlich gegenüber negativen Einflüssen einer inhomogenen Bestrahlungsbelastung ist.
Zur Lösung dieser Aufgaben stellt die Erfindung einen Spiegel mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Weiterhin wird ein optisches System mit den Merkmalen von Anspruch 15 bereitgestellt. Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen eines Spiegels mit den Merkmalen von Anspruch 18 bereitgestellt.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Bei einem Spiegel mit einem derartigen Aufbau wird die Wärme, die bei der Bestrahlung in der Reflexionsbeschichtung entsteht, zu einem überwiegenden Anteil nicht durch das mit relativ geringer spezifischer Wärmeleitfähigkeit ausgestattete Substratmaterial abgeleitet, sondern über die im Vergleich zum Substrat wesentlich besser wärmeleitungsfähige Wärmeverteilungs-Zwischenschicht. Ein überwiegender Anteil der Wärmeabfuhr erfolgt daher nicht senkrecht zur Reflexionsbeschichtung durch das Substrat hindurch in Richtung von dessen Rückseite, sondern parallel zur Reflexionsbeschichtung durch die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht hindurch in lateraler Richtung in einem Bereich zwischen der Reflexionsbeschichtung und dem Substrat. Der Wärmefluss folgt dabei zu einem erheblichen Anteil dem lateralen Temperaturgradienten innerhalb der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht, so dass Wärme aus lokal aufgeheizten Bereichen heraus seitlich (lateral) in relativ dazu kühlere Bereiche umverteilt wird, die sich ggf. aufgrund der zugeführten Wärmeenergie leicht erwärmen können.
Die laterale Umverteilung von Wärmeenergie wirkt effektiv in Richtung einer Vergleichmäßigung bzw. Homogenisierung der thermischen Belastung der Spiegeloberfläche bei lokal konzentrierter Bestrahlung. Die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht wirkt somit als Homogenisierungsschicht. Dabei ist es nicht notwendig, dass eine vollständig homogene (gleichmäßige) Temperaturverteilung tatsächlich erreicht wird. Wichtig ist vor allem ein Abbau bzw. eine Verringerung von lateralen Temperaturgradienten bzw. eine Verringerung der Temperaturinhomogenität.
Durch die laterale Umverteilung von Wärmeenergie innerhalb der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht wird erreicht, dass eine im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage häufig gewünschte inhomogene Bestrahlungsintensitätsverteilung an der Spiegeloberfläche nicht zu der gleichen oder einer entsprechenden inhomogenen Temperaturverteilung im Substratmaterial und den damit verbundenen thermisch induzierten Deformationen der Spiegeloberfläche führt. Vielmehr wird durch die laterale Umverteilung von Wärmeenergie eine teilweise Entkopplung des Wärmeeintrags in das Substratmaterial von der örtlichen Verteilung der Wärmeerzeugung in der Reflexionsbeschichtung erreicht. Die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht verteilt die durch Strahlung eingetragene Wärme im Bereich zwischen der Reflexionsbeschichtung und dem Spiegelsubstrat und vergleichmäßigt bzw. homogenisiert dadurch sowohl die Temperaturverteilung im Substrat als auch die Temperaturverteilung in der Reflexionsbeschichtung.
Die Reflexionsbeschichtung befindet sich auf der dem Substrat abgewandten Seite der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht und damit auf der Lichteintrittseite des Spiegels. Die Reflexionsbeschichtung, die vorzugsweise aus mehreren Einzelschichten aufgebaut ist, ist vorzugsweise so ausgelegt, dass praktisch keine Intensität oder nur ein verschwindend geringer Anteil der einfallenden Strahlung bis zum Substrat gelangt. Die einfallende Strahlung wird daher durch die Reflexionsbeschichtung überwiegend (z.B. zu mehr als 40% oder mehr als 60%) reflektiert und ggf. zu einem Teil absorbiert. Der Transmissionsgrad der Reflexionsbeschichtung bei der Arbeitswellenlänge ist typischerweise deutlich geringer als der Reflexionsgrad. Die Reflexionsbeschichtung hat für den Arbeitswellenlängenbereich des Spiegels einen relativ hohen Reflexionsgrad, der normalerweise mehr als 40% oder mehr als 60% beträgt. Bei Reflexionsbeschichtungen, die für Vakuum-Ultraviolett-Strahlung ausgelegt sind, werden typischerweise Reflexionsgrade von mehr als 90% oder sogar mehr als 95% erreicht. Bei Reflexionsbeschichtungen, die für Strahlung aus dem extremen Ultraviolettbereich reflektierend wirken, sind die erreichbaren maximalen Reflexionsgrade in der Regel geringer und liegen typischerweise bei höchstens 70%.
Der Spiegel hat ein Substrat aus einem Substratmaterial mit schlechter Wärmeleitfähigkeit. Eine „schlechte Wärmeleitfähigkeit“ im Sinne dieser Anmeldung ist insbesondere dann gegeben, wenn das Substratmaterial eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von weniger als 10 W/(m·K) hat. Bei vielen Substratmaterialien, die aufgrund geringer thermischer Ausdehnung und/oder aus anderen Gründen attraktiv sein können, ist die Wärmeleitfähigkeit noch deutlich geringer. Insbesondere kann die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Substratmaterial bei ca. 3 W/(m·K) oder darunter liegen.
Um eine Wärmeumverteilung weitgehend auf den Bereich der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht zu konzentrieren, kann es daher günstig sein, Substratmaterialien mit sehr geringer Wärmeleitfähigkeit zu verwenden. Bei manchen Ausführungsformen hat das Substratmaterial eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von weniger als 2 W(m·K) oder weniger als 1.5 W(m·K). Insbesondere können die eingangs erwähnten Titan-Silikat-Gläser (z.B. ULE^® mit ca. 1.31 W/(m·K) bei 25°C) oder Glaskeramiken (z.B. ZERODUR^® (mit ca. 1.46 W/(m·K) oder CLEARCERAM^® mit ca. 1.51 W/(m·K)) oder vergleichbare Substratmaterialien verwendet werden.
In der Regel ist es vorteilhaft, wenn das Wärmeleitungsverhältnis WLV zwischen der spezifischen Wärmeleitungsfähigkeit des Schichtmaterials und der spezifischen Wärmeleitungsfähigkeit des Substratmaterials möglichst groß ist. Bei manchen Ausführungsformen gilt WLV > 50 oder WLV > 70 oder sogar WLV > 100. Hierdurch wird ein starker Homogenisierungseffekt begünstigt.
Eine Voraussetzung für eine effektive laterale Umverteilung von Wärmeenergie durch die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht ist eine möglichst hohe spezifische Wärmeleitfähigkeit des Schichtmaterials der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht, das in dieser Anmeldung auch als Zwischenschichtmaterial bezeichnet wird. In der Regel ist es vorteilhaft, wenn das Zwischenschichtmaterial eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von mehr als 50 W/(m·K) oder mehr als 100 W/(m·K) oder mehr als 200 W/(m·K) oder mehr als 500 W/(m·K) aufweist.
Das Zwischenschichtmaterial kann beispielsweise ein Metall bzw. eine Metalllegierung sein. Aufgrund ihrer hohen spezifischen Wärmeleitfähigkeit kommen beispielsweise Aluminium oder Kupfer oder Silber oder Legierungen mit einem dieser Materialien als Hauptbestandteil in Frage, ggf. auch Nickel oder andere Metalle.
Bei manchen Ausführungsformen ist das Zwischenschichtmaterial ein nicht-metallisches Material. Beispielsweise ist die Verwendung von kristallinen Halbleitermaterialien als Zwischenschichtmaterial möglich. So kann die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht beispielsweise ausschließlich oder überwiegend aus kristallinem Silizium oder kristallinem Germanium bestehen.
Kristalline Halbleitermaterialien werden hier u. a. aus folgenden Gründen als vorteilhaft angesehen. In Metallen geschieht der Wärmetransport vor allem durch Elektronen. Im Wiedemann-Frantzschen Gesetz ist die elektrische und thermische Leitfähigkeit in Metallen über die Lorentzzahl miteinander verbunden. In kristallinen Isolatoren oder Halbleitern dagegen ist der Wärmetransport durch Gitterschwingungen (Phononen) dominiert. Je ungestörter das Gitter schwingen kann (also keine Störstellen, Verunreinigungen, Legierungen o.ä.), desto besser ist die Wärmeleitung. Vollständig oder überwiegend kristalline Strukturen können somit gegenüber ebenfalls möglichen, teilweise oder vollständig amorphen Strukturen im Vorteil sein.
Bei manchen Ausführungsformen besteht das Zwischenschichtmaterial, d. h. das Schichtmaterial der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht, im Wesentlichen aus Kohlenstoff. Abhängig von den Hybridisierungsverhältnissen gehen die Materialeigenschaften dieses Schichtmaterials fließend von denen des Graphits zu denen des Diamants über. Vorzugsweise wird diamantähnlicher Kohlenstoff (diamond like carbon, DLC) als Zwischenschichtmaterial verwendet. Eine Kohlenstoffschicht kann eine Wärmeleitfähigkeit von 500 W/(m·K) oder mehr, oder sogar 800 W/(m·K) oder mehr oder sogar 1000 W/(m·K) oder mehr haben, so dass prinzipiell eine sehr effiziente Wärmeumverteilung möglich ist.
Auch hier ist die Struktur des Zwischenschichtmaterials auf atomarer Ebene von Bedeutung. Bestimmte Gitterformen bevorzugen aufgrund ihrer Symmetrie den Wärmetransport: So ist bei Diamant aufgrund der rein kubischen Kristallgeometrie und den gleichlangen tetraedischen Bindungen (sp³) die Phononenausbreitung über sehr weite Bereiche ungestört, hieraus resultiert die gute Wärmeleitfähigkeit. Je amorpher die Schicht ist, desto geringer wird die Wärmeleitfähigkeit. Deswegen ist die Wärmeleitfähigkeit von DLC variabel und schwankt je nach Herstellungsmethode. Bestimmt werden die diamantähnlichen Eigenschaften von DLC am Prozentsatz von sp³-Hybridisierungen, welche die Diamant-Kristallstruktur ausmachen. Ein hoher Anteil von sp3-Hybridisierungen wird als günstig angesehen.
Eine Schicht, die im Wesentlichen aus diamantähnlichem Kohlenstoff (diamond like carbon, DLC) besteht, wird in dieser Anmeldung auch vereinfacht als „DLC-Schicht“ bezeichnet.
Um bei allen Betriebsbedingungen ein ausreichend starken Wärmefluss innerhalb der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht zu ermöglichen, sollte die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht in der Regel eine Schichtdicke von wenigstens 1 µm aufweisen. Bei Schichtdicken deutlich darunter ist eine effektive Wärmeverteilung in der Regel nur unvollkommen möglich. Häufig sind Schichtdicken von 10 µm oder mehr vorteilhaft.
Die Fähigkeit der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht zur effektiven Umverteilung von Wärmeenergie kann auch durch das Wärmeleitungsprodukt WLP angegeben werden, das für die Zwecke dieser Anmeldung definiert ist als das Produkt aus der spezifischen Wärmeleitfähigkeit des Zwischenschichtmaterials (in [W/(m·K)]) und der Schichtdicke der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht (in [m]). Vorzugsweise beträgt das Wärmeleitungsprodukt WLP der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht mindestens 1·10^–3 W/K, insbesondere kann das Wärmeleitungsprodukt größer als 1·10^–2 W/K oder sogar größer als 1·10^–1 W/K sein.
Während es im Hinblick auf Maximierung der Wärmeverteilungseffizienz wünschenswert sein kann, möglichst große Schichtdicken der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht zu haben, ist andererseits auch zu beachten, dass nachteilige Effekte aufgrund thermischer Ausdehnung der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht mit zunehmender Schichtdicke zunehmen können. Daher ist es in der Regel günstig, wenn die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht eine Schichtdicke von höchstens 500 µm hat, wobei vorzugsweise die Schichtdicke weniger als 200 µm beträgt. Werden diese Obergrenzen der Schichtdicke deutlich überschritten, so ergeben sich in der Regel kaum noch Vorteile hinsichtlich der Wärmeverteilung, während stattdessen eventuelle Probleme aufgrund thermischer Ausdehnung zunehmen können.
Bei bevorzugten Ausführungsformen liegt die Schichtdicke der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht zwischen ca. 20 µm und ca. 100 µm. Dadurch ist ein guter Kompromiss zwischen effizienter Wärmeverteilung und geringer absoluter thermischer Ausdehnung erzielbar.
Da Reflexionsbeschichtungen im EUV-Bereich oder VUV-Bereich häufig totale Schichtdicken in der Größenordnung bis maximal 1 µm haben, beträgt ein Schichtdickenverhältnis zwischen der Schichtdicke der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht und der totalen Schichtdicke der direkt oder mit Zwischenschicht darauf aufgebrachten Reflexionsbeschichtung bei EUV-Spiegeln und VUV-Spiegeln in der Regel mindestens 10 oder mindestens 50.
Die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht kann unmittelbar in Kontakt mit der darauf aufgebrachten Reflexionsbeschichtung stehen, wodurch ein besonders guter Wärmeleitungskontakt möglich ist. Eine erste (substratnächste) Schicht der Reflexionsbeschichtung kann daher unmittelbar auf die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht aufgebracht sein oder werden.
Sofern die freie Oberfläche der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht nach deren Erzeugung etwa aufgrund einer die Spezifikation überschreitenden Oberflächenrauhigkeit nicht unmittelbar beschichtet werden sollte, kann die Oberfläche der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht vor dem Aufbringen einer folgenden Schicht durch Polieren oder einen anderen glättenden Materialbearbeitungsprozess bearbeitet werden, um eine ausreichend niedrige Oberflächenrauheit zu erzeugen. Es ist auch möglich, die Oberflächenrauheit der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht durch einen glättenden Beschichtungsprozess zu reduzieren, indem eine Glättungsschicht zwischen Wärmeverteilungs-Zwischenschicht und Reflexionsbeschichtung erzeugt wird.
Bei anderen Ausführungsformen wird vor dem Aufbringen der Reflexionsbeschichtung noch eine Polierschicht auf die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht aufgebracht, die aus einem Polierschichtmaterial besteht, welches mittels Polieren mit einer optisch glatten Oberfläche versehen werden kann. Bei manchen Ausführungsformen wird hierzu eine Schicht aus amorphen Silizium aufgebracht, das sich durch Polieren mit etablierten Bearbeitungsprozesse mit hoher Oberflächengüte, insbesondere mit geringer Oberflächenrauhigkeit, bearbeiten lässt. Anschließend kann die Reflexionsbeschichtung aufgetragen werden.
Die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht kann unmittelbar auf eine entsprechend bearbeitete Vorderfläche des Substrats aufgebracht werden, so dass das Zwischenschichtmaterial unmittelbar in Kontakt mit dem Substratmaterial steht. Bei anderen Ausführungsformen ist zwischen der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht und dem Substrat (mindestens) eine weitere Zwischenschicht angeordnet, deren Schichteigenschaften beispielsweise so ausgelegt sein können, dass sich eine verbesserte Haftfestigkeit zwischen Substrat und Wärmeverteilungs-Zwischenschicht ergibt. Abhängig vom Substratmaterial kann das Schichtmaterial der weiteren Zwischenschicht auch so gewählt sein, dass sich eine Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Wärmeverteilungs-Zwischenschicht und Substrat ergibt. Bei manchen Ausführungsformen ist die weitere Zwischenschicht eine Haftvermittlungszwischenschicht, wobei beispielsweise Hexamethyldisiloxan (HDMSO), Titan oder Chrom als Material für die weitere Zwischenschicht vorgesehen sein kann.
Bei manchen Ausführungsformen hat ein Spiegel nur eine einzige Wärmeverteilungs-Zwischenschicht zwischen Substrat und Reflexionsbeschichtung. Das kann unter anderem aus Gründen einfacher Herstellung günstig sein. Es ist jedoch auch möglich, zwei oder mehr Wärmeverteilungs-Zwischenschichten vorzusehen, zwischen denen sich weitere Schichten aus schlechter oder besser wärmeleitfähigen Schichtmaterialien befinden können. Dadurch kann ggf. senkrecht zur Schichtausdehnung ein Profil mit variierender Wärmeleitfähigkeit geschaffen werden. Solche Schichtstrukturen können z.B. auch günstig sein, um Schichtspannungen in der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht gering zu halten.
Gemäß einer anderen Formulierung betrifft die Erfindung einen Spiegel mit einem Substrat, das aus einem Substratmaterial besteht, und einer auf dem Substrat aufgebrachten Reflexionsbeschichtung, die für Vakuum-Ultraviolett-Strahlung oder Strahlung aus dem extremen Ultraviolettbereich reflektierend wirkt, wobei der Spiegel gekennzeichnet ist durch eine zwischen dem Substrat und der Reflexionsbeschichtung angeordnete Wärmeverteilungs-Zwischenschicht, die eine Schichtdicke aufweist und aus einem Schichtmaterial besteht, das eine spezifische Wärmeleitfähigkeit hat, wobei ein Wärmeleitungsprodukt der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht definiert ist als das Produkt aus der spezifischen Wärmeleitfähigkeit des Schichtmaterials und der Schichtdicke der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht und wobei das Wärmeleitungsprodukt der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht mindestens 1·10^–3 W/K beträgt.
Das Wärmeleitungsprodukt kann sogar größer als 1·10^–2 W/K, insbesondere größer als 1·10^–1 W/K sein.
Insbesondere in Verbindung mit schlecht wärmeleitfähigen Substraten (mit einer spezifischen Wärmeleitfähigkeit von weniger als 10 W/(m·K)) können sich erhebliche praktische Vorteile ergeben. Eine substantielle Wärmeumverteilung ist auch bei Substratmaterialien mit höherer Wärmeleitfähigkeit möglich, deren spezifische Wärmeleitfähigkeit gleich oder größer als 10 W/(m·K) ist.
Die Erfindung betrifft auch ein optisches System für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichungsanlage mit mindestens einem Spiegel der in dieser Anmeldung beschriebenen Art. Das optische System hat in der Regel ein oder mehrere weitere optische Elemente. Bei Systemen, die bei Arbeitswellenlängen aus dem VUV-Bereich arbeiten, können die weiteren optischen Elemente Linsen und/oder Spiegel sein. Bei Systemen für die EUV-Lithographie sind normalerweise ein oder mehrere weitere Spiegel und keine Linsen vorgesehen. Bei dem optischen System kann es sich beispielsweise um ein Projektionsobjektiv einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage handeln. Durch Verwendung mindestens eines Spiegels gemäß dieser Offenbarung können thermisch induzierte Abbildungsfehler, die z.B. auf Deformationen der Wellenfront zurückgehen, im Vergleich zu herkömmlichen Systemen erheblich reduziert werden. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens ein Spiegel der in dieser Anmeldung beschriebenen Art in einem Beleuchtungssystem einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage genutzt werden.
Die Erfindung betrifft auch Verfahren zur Herstellung eines Spiegels. Dabei wird ein Substrat aus einem Substratmaterial verwendet, das eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von weniger als 10 W/(m·K) aufweist. Eine Vorderfläche des Substrats wird zur Erzeugung einer Oberfläche mit vorgegebener Oberflächenform bearbeitet. Der Begriff „Oberflächenform“ bezieht sich hierbei sowohl auf die Makroform (z.B. konkav, konvex, plan, nicht-rotationssymmetrisch (Freiformfläche), Welligkeit etc. als auch auf die Mikroform (z.B. charakterisiert durch Werte zur Oberflächenrauhigkeit etc.). Weiterhin wird eine Reflexionsbeschichtung erzeugt, wobei die Reflexionsbeschichtung für Vakuum-Ultraviolett-Strahlung oder Strahlung aus dem extremen Ultraviolettbereich reflektierend wirkt. Beim fertigen Spiegel wird die Reflexionsbeschichtung von dem Substrat getragen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Bearbeiten der Vorderfläche des Substrats und vor der Erzeugung der Reflexionsbeschichtung eine Wärmeverteilungs-Zwischenschicht erzeugt wird, die aus einem Schichtmaterial besteht, das eine spezifische Wärmeleitfähigkeit aufweist, die mindestens 10 mal so groß ist wie die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Substratmaterials.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können. Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt in schematischer Schnittdarstellung eine Ausführungsform eines für EUV-Strahlung reflektierend wirkenden Spiegels gemäß der Erfindung;
2 zeigt eine schematische Detaildarstellung des beleuchteten Bereichs A aus 1;
3 zeigt ein schematisches laterales Temperaturprofil im Bereich des beleuchteten Bereichs A aus 2;
4 bis 8 zeigen vereinfachte Simulationen zur räumlichen Temperaturverteilung in einem Substratquerschnitt entlang einer Schnittachse, die im Zentrum eines beleuchteten Bereichs beginnt und am Rande des Substrats endet;
9 zeigt ein vergleichendes Diagramm, in welchem die Temperaturen an ausgewählten Punkten des Spiegels in Abhängigkeit von der Schichtdicke der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht dargestellt sind;
10 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einem Projektionsobjektiv, das einen Spiegel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält; und
11 zeigt in schematischer Schnittdarstellung eine Ausführungsform eines für VUV-Strahlung reflektierend wirkenden Spiegels gemäß der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER
AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform eines EUV-Spiegels 100. Der Begriff „EUV-Spiegel“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Spiegel dafür ausgelegt ist, im Wellenlängenbereich von extremer Ultraviolettstrahlung (EUV-Strahlung) einen möglichst hohen Reflexionsgrad zu haben. 2 zeigt eine schematische Detaildarstellung des beleuchteten Bereichs A aus 1.
Der im Folgenden auch einfach als Spiegel 100 bezeichnete EUV-Spiegel 100 ist als Vorderflächenspiegel ausgelegt und hat ein Substrat 112, dessen konkav gekrümmte Vorderfläche 114 als eine mit optischer Qualität bearbeitete optische Fläche ausgebildet ist. Der Spiegel 100 ist zum Einbau in ein optisches System einer EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage vorgesehen und weist an seiner Vorderfläche 114 eine Reflexionsbeschichtung 116 in Form einer Multilayer-Schichtanordnung auf, die für EUV-Strahlung mit einer Nutzwellenlänge im Bereich von 5 bis 15 nm einen hohen Reflexionsgrad besitzt. Die Reflexionsbeschichtung kann beispielsweise mit Molybdän/Silizium-Wechselschichten aufgebaut sein. Sie kann gleichmäßige oder lokal variierende Schichtdicken haben.
Im Allgemeinen hat eine im EUV-Bereich reflektierende Reflexionsbeschichtung eine Mehrlagen-Schichtanordnung mit einer Vielzahl von Schichtpaaren (bilayers), die jeweils alternierend aufgebrachte Schichten eines Schichtmaterials mit höherem Realteil des Brechungsindex (auch „Spacer“ genannt) und eines Schichtmaterials mit relativ dazu niedrigerem Realteil des Brechungsindex (auch „Absorber“ genannt) aufweisen. Im Beispielsfall sind relativ dünne Schichten mit Molybdän (Mo) als Absorbermaterial abwechselnd mit relativ dazu dickeren Schichten mit Silizium (Si) als Spacermaterial aufgebracht. Ein Schichtpaar kann auch mindestens eine weitere Schicht enthalten, insbesondere eine zwischengeschaltete Barriereschicht, die z.B. aus C, B₄C, Si_xN_y, SiC oder einer Zusammensetzung mit einem dieser Materialien bestehen kann und Interdiffusion an der Grenzfläche unterbinden soll. Dadurch können dauerhaft scharf definierte Grenzflächen auch unter Strahlungsbelastung gewährleistet werden. An der substratfernen Oberfläche des Schichtstapels kann noch eine Deckschicht (cap layer) zum Schutz der darunter liegenden Schichten aufgebracht. Die Deckschicht kann z.B. aus Ruthenium, Rhodium, Gold, Palladium, Silizium, Titan oder Molybdän sowie ggf. deren Oxide, Nitride oder Karbide (z.B. SiO₂, Si_xN_y, SiC) bestehen oder eines dieser Materialien enthalten. Die freie Oberfläche der Deckschicht bildet die Strahleintrittfläche. Möglich sind auch nicht-periodische Reflexionsbeschichtungen.
Beispiele geeigneter EUV-Reflexionsbeschichtungen sind z.B. in dem Patent US 6,011,646 zu finden, dessen Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht wird.
Die EUV-Strahlung 130 fällt im Betrieb von der dem Substrat 112 abgewandten Seite auf die Reflexionsbeschichtung und wird dabei an der beschichteten Vorderfläche reflektiert. Die mehrlagige Reflexionsbeschichtung wirkt dabei als Bragg-Reflektor.
Der Spiegel 100 ist beispielhaft als Konkav-Spiegel mit positiver Brechkraft ausgeführt. Er kann jedoch auch als Konvex-Spiegel mit negativer Brechkraft oder als Plan-Spiegel ohne Brechkraft ausgeführt sein. Die optische Fläche kann als sphärische oder asphärische rotationssymmetrische Fläche gestaltet sein, ggf. aber auch als nichtrotationssymmetrische (rotationsasymmetrische) Freiformfläche. Der Durchmesser des Spiegels ist an die jeweilige Anwendung angepasst. In einem Projektionsobjektiv für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage beträgt der Durchmesser typischerweise zwischen 100 mm und 500 mm, auch größere oder kleinere Durchmesser sind möglich.
Das Substrat 112 besteht aus einem Substratmaterial mit einem extrem geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der im Bereich um Raumtemperatur (bei 20°C) weniger als 0.1·10^–6 K^–1 beträgt, wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient vorzugsweise noch mindestens eine halbe Größenordnung niedriger liegt, z.B. bei maximal 5·10^–8 K^–1. Derartige Werkstoffe werden gelegentlich auch als Ultra-Low-Expansion-Werkstoffe bezeichnet.
Beim Ausführungsbeispiel besteht das Substrat 112 im Wesentlichen aus einem Titan-Silikatglas ((SiO₂-TiO₂)-Glas) mit einem hohen Anteil von mindestens 90 Gew. % SiO₂ und einem überwiegend aus Titanoxid (TiO₂) bestehenden Restanteil (z.B. ca. 7 Gew. %). Geeignete Glaswerkstoffe sind z.B. unter der Marke ULE^®-Glas (Corning, Inc) erhältlich. Für den Temperaturbereich zwischen 5°C und 35°C wird ein mittlerer thermischer Ausdehnungskoeffizient von 0 + 30·10^–9K^–1 angegeben. Auch die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Substratmaterials ist mit ca. 1.31 W/(m·K) bei 25°C sehr gering.
Bei einer nicht bildlich dargestellten Ausführungsform ist das Substratmaterial des Substrats eine Glaskeramik, die in einer Glasmatrix verteilte, kristalline Phasenanteile enthält. Durch Kombination der thermischen Charakteristika der unterschiedlichen Phasen können extrem geringe thermische Ausdehnungskoeffizienten erzielt werden, die in einigen Temperaturbereichen sogar null oder leicht negativ werden können.
Zwischen dem Substrat 112 und der die Reflexionsbeschichtung 116 bildenden Mehrlagen-Schichtanordnung ist eine einzelne Wärmeverteilungs-Zwischenschicht 120 angeordnet, die aus einem Schichtmaterial (Zwischenschichtmaterial) besteht, dessen spezifische Wärmeleitfähigkeit mindestens eine Größenordnung, d. h. mindestens um den Faktor 10) größer ist als die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Substratmaterials.
Im Beispielsfall ist die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht ohne Zwischenschaltung einer weiteren Zwischenschicht direkt auf die Vorderfläche 114 des Substrats 112 aufgebracht, so dass ein großflächiger Berührungskontakt zwischen der substratnahen ersten Grenzfläche 122 der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht und der Vorderfläche 114 besteht. Weiterhin steht die substratferne zweite Grenzfläche 124 der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht unmittelbar in Berührungskontakt mit der substratnächsten Einzelschicht der Reflexionsbeschichtung 116, die somit ohne Zwischenschaltung einer weiteren Schicht direkt auf die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht aufgebracht ist.
Die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht besteht im Wesentlichen aus diamantähnlichem Kohlenstoff (diamond like carbon, DLC), weshalb sie auch einfach als „DLC-Schicht“ bezeichnet werden kann. In diesem Material liegen die Kohlenstoffatome im Wesentlichen ohne Fernordnung vor. Abhängig vom sp²:sp³-Hybridisierungsverhältnis liegen die Materialeigenschaften zwischen denen des Graphits und denen des Diamants. Sowohl die thermische Ausdehnung als auch die Wärmeleitfähigkeit von DLC-Schichten hängt stark vom Verhältnis zwischen der sp³-(Diamant) zu sp²-(Graphit)-Hybridisierung ab. Da der thermische Ausdehnungskoeffizient von Diamant bei ca. 1.2·10^–6 1/K und derjenige von Graphit je nach Ausrichtung zwischen ca. 0.5 und 6·10^–6 1/K liegt, liegt der thermische Ausdehnungskoeffizient der DLC-Schicht in erster Näherung in der Größenordnung von 1·10^–6 1/K.
Eine Besonderheit dieses Schichtmaterials ist die extrem hohe spezifische Wärmeleitfähigkeit, die deutlich größer ist als diejenige von gut leitfähigen Metallen und die im Beispielsfall in der Größenordnung von bis zu ca. 1000 W/(m·K) liegen kann, ggf. auch darüber. Die spezifische Wärmeleitfähigkeit der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht übertrifft also die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Substratmaterials (ca. 1.31 W/(m·K)) und auch diejenige der Reflexionsbeschichtung 116 (ca. 0.1 W/(m·K) bis ca. 2.5 W/(m·K) je nach Grundlage der Abschätzung) um mehrere Größenordnungen.
Die senkrecht zur Flächennormalen der Substrat-Vorderfläche 114 (in z-Richtung) gemessene Schichtdicke der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht ist so bemessen, dass die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht in der Lage ist, größere Wärmemengen in Lateralrichtung, d. h. in alle Richtungen senkrecht zur Schichtnormalen, zu transportieren. Im Beispielsfall von EUV-Spiegeln haben sich hierfür Schichtdicken im Bereich zwischen ca. 20 µm und ca. 100 µm als geeignet herausgestellt. Die optimale Schichtdicke ist in erster Linie abhängig von der in der diamantartigen Zwischenschicht erzielbaren Wärmeleitfähigkeit, die wiederum vom Schichtabscheidungsprozess abhängt.
Die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht ist demnach gekennzeichnet durch ein Wärmeleitungsprodukt WLP in der Größenordnung von 0.02 bis 0.1 W/K.
Durch die Zwischenschaltung einer sehr gut wärmeleitfähigen Wärmeverteilungs-Zwischenschicht zwischen der relativ schlecht wärmeleitfähigen Reflexionsbeschichtung 116 und dem ebenfalls sehr schlecht wärmeleitfähigen Substratmaterial ist es möglich, das Substratmaterial in erheblichem Umfang von betriebsabhängig auftretenden inhomogenen Temperaturverteilungen im Bereich der Reflexionsbeschichtung 116 zu entkoppeln. Dadurch kann erreicht werden, dass eine räumlich inhomogene Bestrahlung, die je nach Beleuchtungssetting des optischen Systems durchaus gewünscht sein kann, nicht oder nur in tolerierbarem Ausmaß zu einer inhomogenen Aufheizung des Substrats und damit verbundenen thermisch induzierten Deformationen des Spiegels nahe der Spiegelfläche führt. Dies wird anhand der 2 bis 9 näher erläutert. Auch die Lebensdauer der Reflexionsbeschichtung kann ggf. verlängert werden, indem nachteilige thermisch induzierte Schichtveränderungen, wie z.B. Kompaktierung, reduziert werden.
Im Beispielsfall von 1 wird die den Spiegel 100 enthaltende Projektionsbelichtungsanlage mit einem Dipol-Beleuchtungssetting betrieben. Der Spiegel ist in der Nähe einer Pupillenfläche des Projektionsobjektivs angeordnet. Ein erheblicher Anteil der durch das optische System laufenden Strahlung ist dadurch im Wesentlichen auf zwei diametral zur optischen Achse 113 gegenüberliegende und mit Abstand außerhalb der optischen Achse liegenden Bereiche A und B konzentriert. Dort ist die Beleuchtungsintensität im Vergleich zu umliegenden Bereichen besonders hoch.
Die lokal konzentrierte Bestrahlung der Reflexionsbeschichtung 116 im Bereich A führt aufgrund von Absorptionsvorgängen innerhalb der Schichtmaterialien der Reflexionsbeschichtung zu einer lokalen Aufheizung des Bereichs der lokalen Bestrahlung im Vergleich zu den daneben liegenden, nicht oder weniger intensiv bestrahlten Bereichen. Wird für das Zentrum des bestrahlten Bereichs A die x-Koordinate x = 0 gewählt, so ergibt sich schematisch der in 3 gezeigte laterale Temperaturverlauf mit einem lokalen Maximum im Zentrum des Bereichs A. Eine solche lokale Temperaturerhöhung würde in Abwesenheit einer Wärmeverteilungs-Zwischenschicht zu einer lokalen Aufheizung des Substratmaterials unterhalb des bestrahlten Bereichs führen, wodurch wiederum abhängig vom thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Substratmaterials eine mehr oder wenige starke Deformation verursacht würde. Auch wenn, wie in diesem Fall, ein Substratmaterial mit sehr geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten gewählt wird, können die thermisch induzierten Deformationen störend wirken.
Durch die Zwischenschaltung einer sehr gut wärmeleitfähigen Wärmeverteilungs-Zwischenschicht kann das Substratmaterial weitgehend von der räumlich inhomogenen Wärmeerzeugung im Bereich der Reflexionsbeschichtung entkoppelt werden. In 2 ist hierzu mit Hilfe von Wärmestrompfeilen schematisch angedeutet, dass ein Großteil der erzeugten Wärme durch die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht hindurch parallel zur Schichtausdehnung bzw. senkrecht zur z-Richtung lateral nach außen abgeleitet wird (Wärmestrompfeile W1, W2) und nur ein wesentlich geringerer Anteil (Wärmestrompfeile W3, W4) noch in das Substrat gelangen kann. Dementsprechend ist das Substratmaterial thermisch weitgehend von der Reflexionsbeschichtung entkoppelt.
Die thermisch homogenisierende Wirkung der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht ist in erster Linie abhängig von der spezifischen Wärmeleitfähigkeit des Zwischenschichtmaterials und deren Schichtdicke. Zur quantitativen Demonstration der Homogenisierungswirkung wurden Simulationen durchgeführt, deren Ergebnisse in den 4 bis 8 dargestellt und in 9 nochmals zusammengefasst sind.
Die 4 bis 8 zeigen jeweils die vereinfachten Simulationen zur Temperaturverteilung in einem Substratquerschnitt entlang einer Schnittachse, die im Zentrum eines beleuchteten Bereichs (beispielsweise des beleuchteten Bereichs A) beginnt (x = 0 mm) und am Rande des Substrats (x = 50 mm) endet. An der Ordinate ist die Tiefenkoordinate z [mm] aufgetragen, die in der Normalenrichtung der Spiegeloberfläche bzw. der Schichtausdehnung verläuft. Bei z = 0 mm befindet sich die Grenzfläche zwischen der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht 120 und der Reflexionsbeschichtung 116, also die dem Substrat zugewandte Grenzfläche der Reflexionsbeschichtung 116. Für die Simulationen hat die Reflexionsbeschichtung eine Dicke von 1 µm und wird zwischen x = 0 mm und x = 10 mm homogen mit Wärme bea ufschlagt.
Zwischen der Reflexionsbeschichtung und dem Substrat wurden Wärmeverteilungs-Zwischenschichten unterschiedlicher Schichtdicke (0 µm, 1 µm, 10 µm, 50 µm und 100 µm) simuliert. Aufgrund der geringen Schichtdicken der beiden Schichten (Wärmeverteilungs-Zwischenschicht und Reflexionsbeschichtung) im Vergleich zum Substrat sind sie in den Figuren nicht als separate Elemente erkennbar. Die Geometrie der Anordnung und die Leistungsdichten der eingestrahlten Beleuchtung bzw. die Wärmeerzeugung wurden aus typischen Szenarien der thermischen Spiegelbelastung in einem EUV-Projektionsobjektiv entnommen. Da die negative x-Achse den gleichen Temperaturverlauf zeigt, wurden diese redundanten Punkte nicht dargestellt.
Aus simulatorischen Gründen wurde bei z = –20 mm eine flächige Wärmesenke mit einer konstanten Temperatur T = 300 K angenommen. Bei allen Simulationen befand sich die kälteste Stelle T₄ in der Nähe der Wärmesenke am äußeren Rand des betrachteten Bereichs, also an einem Ort größten Abstands zum Bereich des Wärmeeintrags. Direkt im Zentrum des Bestrahlungsflecks befindet sich an der freien Oberfläche der Punkt x = 0 mm mit der höchsten Temperatur T₁. Am Rand des beleuchteten Bereichs bei x = 10 mm herrscht jeweils die Temperatur T₂, während am Rand des dargestellten Substratbereichs (x = 50 mm) an der Oberfläche die Temperatur T₃ herrscht. Die Linien innerhalb der Diagramme stellen jeweils Isothermallinien (Isothermen), also Linien gleicher Temperatur T bezogen auf die Temperatur T₄ an der kältesten Stelle dar.
Schon ein erster qualitativer Vergleich der Figuren zeigt, dass die Wärme mit steigender Schichtdicke der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht räumlich weiter auf dem Spiegel und im Substrat verteilt wird und damit sowohl absolut als auch relativ die Temperaturen im beleuchteten Bereich sinken.
Während sich beispielsweise ohne Wärmeverteilungs-Zwischenschicht (4) im Zentrum des beleuchteten Bereichs Temperaturüberhöhungen im Vergleich zur kältesten Stelle bis zu ca. 55 K ergeben, beträgt die entsprechende Überhöhung bei 10 µm Schichtdicke (6) nur noch ca. 35 K und bei 100 µm Schichtdicke (8) nur noch wenig über 20 K. An der räumlichen Dichte der Isothermallinien ist unmittelbar zu erkennen, dass die Temperaturgradienten innerhalb des Substrats mit zunehmender Schichtdicke der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht immer geringer werden.
9 zeigt ein vergleichendes Diagramm, in welchem die Temperaturen T (in [K]) an den ausgewählten Punkten mit Temperaturen T₁ bis T₄ in Abhängigkeit von der Schichtdicke d [µm] der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht (x-Achse) dargestellt sind. Wie erwähnt, befindet sich direkt im Zentrum des Bestrahlungsflecks der Punkt x = 0 mm mit der höchsten Temperatur T₁. An diesem Ort ist die Abnahme der Temperatur mit steigender Schichtdicke der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht am stärksten. Am Rand des beleuchteten Bereichs (Punkt x = 10 mm, Temperatur T₂) ist ebenfalls noch eine Abnahme der Temperatur erkennbar, wobei sowohl das Ausmaß der absoluten Temperaturen als auch das Ausmaß der Abnahme etwas geringer sind als im Zentrum des Beleuchtungsflecks. Am Rande des dargestellten Bereichs (x = 50 mm, T₃) steigt die Temperatur aufgrund der homogenisierenden Wirkung durch die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht von 324 K auf ca. 326.5 K leicht an. Besonders dieser leichte Temperaturanstieg zeigt, dass durch die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht Wärme von dem besonders stark aufgeheizten Bereich umverteilt wird zu weniger stark aufgeheizten Bereichen, so dass sich eine Homogenisierungswirkung ergibt. Die kälteste Stelle T₄ in der Nähe der Wärmesenke behält konstant ihre Temperatur 324 K.
Die beispielhaft dargestellten Ergebnisse können für andere Leistungsdichten qualitativ übertragen werden. Um den Einfluss einer erhöhten Leistungsdichte am Ort der Wärmeerzeugung zu berücksichtigen, wird beispielsweise jeweils die Differenz zwischen dem wärmsten und dem kältesten Punkt gebildet und diese für eine Simulation mit 100 µm und ohne Wärmeverteilungs-Zwischenschicht ins Verhältnis gesetzt. Die Differenz zwischen T₁ und T₄ ohne die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht beträgt ca. 9.4 K, während bei Anwesenheit einer 100 µm dicken Wärmeverteilungs-Zwischenschicht die Differenz nur noch 4.0 K beträgt und damit nur noch knapp 43% der ursprünglichen Temperatur.
Wird nun die Leistungsdichte erhöht, skalieren diese relativen Temperaturhübe weitgehend linear. Bei einer Erhöhung der Leistungsdichte um den Faktor 5 wird die Temperaturdifferenz beispielsweise in Abwesenheit einer Wärmeverteilungs-Zwischenschicht auf 47 K steigen, während mit 100 µm DLC-Schicht die Differenz ebenfalls den 43%igen Wert von 20 K erreichen würde.
Im Gegensatz zu verschiedenen Heizszenarien, bei denen zur Homogenisierung der Temperaturverteilung immer mehr Heizleistung eingebracht werden muss und damit die Absoluttemperaturen immer weiter ansteigen, bleibt bei Verwendung einer Homogenisierungsschicht bzw. Wärmeverteilungs-Zwischenschicht die relative Temperaturverteilung bei gegebener Dicke der Homogenisierungsschicht gleich. Hierdurch ist der Anstieg der Absoluttemperaturen sehr viel schwächer ausgeprägt als bei Heizszenarien.
Bei Verwendung einer Wärmeverteilungs-Zwischenschicht kann somit die relative thermische Ausdehnung des Substratmaterials im Vergleich zu konventionellen Systemen ohne Wärmeverteilungs-Zwischenschicht erheblich reduziert werden. Weiterhin kann auch die Lebensdauer der Reflexionsbeschichtung erhöht werden, da die lokale thermische Belastung der Reflexionsbeschichtung im Beispielsfall beinah halbiert wird.
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines EUV-Spiegels mit Wärmeverteilungs-Zwischenschicht wird zunächst die Vorderfläche 114 des Substrats 112 auf optische Qualität poliert, wobei beispielsweise eine Rauhtiefe von weniger als ca. 10 nm erzeugt wird. Danach wird unmittelbar auf die polierte Vorderfläche 114 die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht mit einem geeigneten Beschichtungsverfahren aufgebracht. Bei den Ausführungsbeispielen wird die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht mittels plasmagestützter chemischer Gasphasenabscheidung (plasmaenhanced chemical vapor deposition, PECVD) aufgebracht. Gute Schichtqualitäten lassen sich z.B. bei Wachstumsraten zwischen ca. 1 µm/h und 2 µm/h erreichen.
Bei den üblicherweise angestrebten Schichtdicken der DLC-Schicht im Bereich zwischen 10 µm und 100 µm oder darüber ist in der Regel die freie Oberfläche der DLC-Schicht nach Abschluss der Beschichtung nicht unmittelbar zum Auftragen der Reflexionsbeschichtung geeignet, da hier in der Regel hohe Anforderungen an die Deformation und die Passe der zu beschichtenden Fläche zu erfüllen sind. Daher wird bei bevorzugten Ausführungsformen nach der Abscheidung der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht eine als Unterlage für die Reflexionsbeschichtung geeignete Fläche erzeugt, die die Form- und Passetoleranzen erfüllt. Hierzu kann unmittelbar die freie Oberfläche der DLC-Schicht durch einen Polierschritt bearbeitet werden, um die Oberflächenrauheit zu reduzieren und die Form herzustellen. Da eine Politur des sehr harten Schichtmaterials aufwendig ist, ist bei manchen Ausführungsformen vorgesehen, vor der Abscheidung der Reflexionsbeschichtung noch eine Polierschicht aus einem polierfähigen Schichtmaterial, beispielsweise amorphem Silizium aufzubringen. Deren Oberfläche wird dann poliert, bevor die erste Schicht der Reflexionsbeschichtung 116 aufgebracht wird.
Für die Herstellung der als Reflexionsbeschichtung dienenden Mehrlagen-Schichtanordnung können alle konventionellen Herstellungsverfahren verwendet werden.
Obwohl die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht, wie im Beispielsfall, direkt auf die mit optischer Qualität bearbeitete Vorderfläche 114 des Substrats aufgebracht werden kann, ist es bei anderen Ausführungsformen vorgesehen, zwischen die Substratoberfläche und die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht noch eine weitere Zwischenschicht einzubringen. Es kann sich beispielsweise um eine Haftvermittlungs-Zwischenschicht handeln, durch die die Haftung zwischen Substrat und Wärmeverteilungs-Zwischenschicht verbessert wird. Die weitere Zwischenschicht kann auch so ausgelegt sein, dass sie als Stresskompensationsschicht dienen kann.
Abhängig von den Materialkombinationen ist es jedoch in vielen Fällen auch möglich, dass Funktionalitäten wie Stresskompensation oder Schutz des Substrats vor EUV-Strahlung auch durch die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht realisiert werden können. Dadurch ist die Herstellung eines solchen EUV-Spiegels in relativ wenigen Arbeitsschritten möglich. Zudem wird die Anzahl notwendiger Grenzflächen innerhalb des Schichtaufbaus gering gehalten, was für die Lebensdauer des gesamten Schichtsystems insgesamt vorteilhaft sein k ann.
Ein EUV-Spiegel mit Wärmeverteilungs-Zwischenschicht bringt besondere Vorteile, wenn die Gefahr besteht, dass durch hohen lokalen Leistungseintrag und schlechte Wärmeleitfähigkeit des Substrats die Performance der gesamten Schichtanordnung oder des mit EUV-Spiegels ausgestatteten optischen Systems leiden könnte.
10 zeigt optischen Komponenten einer EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage 1000 zur Belichtung eines im Bereich einer Bildebene 1060 eines Projektionsobjektivs 1030 angeordneten strahlungsempfindlichen Substrats mit mindestens einem Bild eines im Bereich einer Objektebene 1020 des Projektionsobjektivs angeordneten Musters einer reflektiven Mustererzeugungseinrichtung oder Maske.
Die Anlage wird mit der Strahlung einer primären Strahlungsquelle 1014 betrieben. Ein Beleuchtungssystem 1010 dient zum Empfang der Strahlung der primären Strahlungsquelle und zur Formung von auf das Muster gerichteter Beleuchtungsstrahlung. Das Projektionsobjektiv 1030 dient zur Abbildung der Struktur des Musters auf ein lichtempfindliches Substrat.
Die primäre Strahlungsquelle 1014 kann unter anderem eine Laser-Plasma-Quelle oder eine Gasentladungsquelle oder eine Synchrotronbasierte Strahlungsquelle sein. Solche Strahlungsquellen erzeugen eine Strahlung 1020 im EUV-Bereich, insbesondere mit Wellenlängen zwischen 5 nm und 15 nm. Damit das Beleuchtungssystem und das Projektionsobjektiv in diesen Wellenlängenbereich arbeiten können, sind sie mit für EUV-Strahlung reflektiven Komponenten aufgebaut.
Die von der Strahlungsquelle 1014 ausgehende Strahlung 1020 wird mittels eines Kollektors 1015 gesammelt und in das Beleuchtungssystem 1010 geleitet. Das Beleuchtungssystem umfasst eine Mischeinheit 1012, eine Teleskopoptik 1016 und einen feldformenden Spiegel 1018. Das Beleuchtungssystem formt die Strahlung und leuchtet damit ein Beleuchtungsfeld aus, das in der Objektebene 1020 des Projektionsobjektivs 1030 oder in dessen Nähe liegt. Form und Größe des Beleuchtungsfeldes bestimmen dabei Form und Größe des effektiv genutzten Objektfeldes in der Objektebene 1020.
In der Objektebene 1020 ist bei Betrieb der Anlage ein reflektives Retikel oder eine andere reflektive Mustererzeugungseinrichtung angeordnet. Das Projektionsobjektiv 1030 weist hier sechs Spiegel M1 bis M6 auf und bildet das Muster der Mustererzeugungseinrichtung in die Bildebene ab, in der ein zu belichtendes Substrat, z.B. ein Halbleiterwafer angeordnet ist.
Die Mischeinheit 1012 besteht im Wesentlichen aus zwei Facettenspiegeln 1070, 1080. Der erste Facettenspiegel 1070 ist in einer Ebene des Beleuchtungssystems angeordnet, die zur Objektebene 1020 optisch konjugiert ist. Er wird daher auch als Feldfacettenspiegel bezeichnet. Der zweite Facettenspiegel 1080 ist in einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems angeordnet, die zu einer Pupillenebene des Projektionsobjektivs optisch konjugiert ist. Er wird daher auch als Pupillenfacettenspiegel bezeichnet.
Mit Hilfe des Pupillenfacettenspiegels 1080 und der im Strahlengang nachgeschalteten abbildenden optischen Baugruppe, die die Teleskopoptik 1016 und den mit streifenden Einfall (grazing incidence) betriebenen feldformenden Spiegel 1018 umfasst, werden die einzelnen spiegelnden Facetten (Einzelspiegel) des ersten Facettenspiegels 1070 in das Objektfeld abgebildet.
Die räumliche (örtliche) Beleuchtungsintensitätsverteilung am Feldfacettenspiegel 1070 bestimmt die örtliche Beleuchtungsintensitätsverteilung im Objektfeld. Die räumliche (örtliche) Beleuchtungsintensitätsverteilung am Pupillenfacettenspiegel 1080 bestimmt die Beleuchtungswinkelintensitätsverteilung im Objektfeld.
EUV-Projektionsbelichtungsanlagen mit ähnlichem Grundaufbau sind z.B. aus der WO 2009/100856 A1 oder WO 2010/049020 A1 bekannt, deren Offenbarung durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht wird.
Einzelne Spiegel der Mikrolithograpie-Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere mindestens ein Spiegel des Beleuchtungssystems 1010 und/oder mindestens ein Spiegel des Projektionsobjektivs 1030, sind als thermisch selbstkompensierende EUV-Spiegel gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung ausgeführt.
Thermisch kritische Komponenten sind insbesondere die Spiegel des Projektionsobjektivs 1030, welche aufgrund der Erwärmung durch die EUV-Strahlung ihre Form zwar nur in geringem Ausmaß verändern, wodurch jedoch die Abbildung des Objektes in die Bildebene 1060 empfindlich gestört werden kann. Um wärmeinduzierte Deformationen der Spiegel zu minimieren, haben alle Spiegel M1 bis M6 ein Spiegelsubstrat aus einem Titan-Silikatglas mit einem thermische Ausdehnungskoeffizienten von wenigen 10^–9 K^–1 (d. h. wenigen parts per billion pro Kelvin). Insbesondere kann ein Material verwendet werden, für das für den Temperaturbereich zwischen 5°C und 35°C ein mittlerer thermischer Ausdehnungskoeffizient von 0 + 30·10^–9K^–1 angegeben wird.
Die Erwärmung der Spiegel des Projektionsobjektives 1030 hängt zum einen von ihrer Reihenfolge im Strahlengang ab. So nimmt die integrale Leistung der auftreffenden EUV-Strahlung von Spiegel zu Spiegel aufgrund der Absorption in den Viellagen-Beschichtungen ab. Zum anderen hängt die Erwärmung aber auch vom Durchmesser des Spiegels ab. Handelt es sich um einen kleinen Spiegel, so trifft die integrale Lichtleistung auf eine kleinere Fläche als bei einem großen Spiegel, so dass kleinere Spiegel stärker erwärmt werden. Dies ist insbesondere beim in Strahldurchlaufrichtung dritten Spiegel M3 und fünften Spiegel M5 der Fall.
Des Weiteren erfolgt die Erwärmung der Spiegel nicht immer homogen über die Spiegelfläche. So wird insbesondere der in Strahldurchlaufrichtung zweite Spiegel M2 des Projektionsobjektives 1030, der in der Pupillenebene angeordnet ist, je nach sogenanntem Beleuchtungssetting in der Regel eine inhomogene Ausleuchtung aufweisen. Das Beleuchtungssetting legt das Winkelspektrum fest, mit dem ein abzubildendes Objekt innerhalb des Objektfeldes vom Beleuchtungssystem 1010 beleuchtet wird. Anders ausgedrückt: das Beleuchtungssetting beschreibt die örtliche Intensitätsverteilung der Ausleuchtung der Eintrittspupille des Projektionsobjektivs. Es kann sich dabei beispielsweise um ein konventionelles Beleuchtungssetting (entsprechend einem achszentrierten kreisrunden Beleuchtungsbereich in der Eintrittspupille), ein annulares, ein Dipol- ein Quadrupol- oder ein anderes Multipol-Beleuchtungssetting handeln.
Bei einem Dipol-Beleuchtungssetting ist die Ausleuchtung einer Pupillenebene durch zwei diametral gegenüberliegende, außerhalb der Referenzachse des optischen Systems liegende Intensitätsmaxima charakterisiert. Damit wird der in der Pupillenebene angeordnete Spiegel M2 durch Absorption in der Mehrlagen-Reflexionsbeschichtung hauptsächlich in zwei diametral gegenüberliegenden Bereichen erwärmt (vgl. 1). Hierdurch kann sich eine astigmatische Deformation der Spiegeloberfläche ergeben, bei der die Orientierung der Verbindungslinie der besonders warmen Zonen von der Orientierung des Dipols abhängt. Die Wärmeverteilung kann daher im Wesentlichen eine 2-zählige Drehsymmetrie aufweisen.
Um die Auswirkungen der ungleichförmigen Erwärmung aus die Abbildungsqualität so gering wie möglich zu halten, kann ein EUV-Spiegel gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung verwendet werden. Beispielsweise kann der zweite Spiegel M2 zwischen dem Substrat 112 und der Mehrlagen-Reflexionsbeschichtung 116 eine sehr gut wärmeleitende Wärmeverteilungs-Zwischenschicht 120 aus diamantähnlichem Kohlenstoff (DLC) aufweisen, die automatisch eine laterale Wärmeumverteilung bewirkt.
Dadurch werden Temperaturgradienten im Bereich der Spiegeloberfläche in Richtung einer Temperaturhomogenisierung automatisch abgebaut bzw. verringert, so dass die laterale Umverteilung von Wärmeenergie zu einer Reduzierung von thermisch bedingten Aberrationen führt.
Stellt sich nach einem Wechsel des Beleuchtungssettings eine andere oder anders orientierte inhomogene Wärmebelastung der Spiegeloberfläche ein, so passt sich der EUV-Spiegel selbsttätig (automatisch) an die neue Intensitätsverteilung an und kompensiert durch laterale Umverteilung der Wärmeenergie einen erheblichen Teil der Inhomogenität.
11 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Ausführungsform eines VUV-Spiegels 200. Der Begriff „VUV-Spiegel“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Spiegel dafür ausgelegt ist, im Wellenlängenbereich der Vakuum-Ultraviolettstrahlung (VUV-Strahlung) einen möglichst hohen Reflexionsgrad zu haben.
Der VUV-Spiegel 200 ist als dielektrisch verstärkter Vorderflächenspiegel ausgelegt und hat ein Substrat 212 aus einem Glaswerkstoff oder einer Glaskeramik. Die Vorderfläche 214 des Substrats ist als eine mit optischer Qualität bearbeitete optische Fläche ausgebildet. Der Spiegel 200 ist zum Einbau in ein optisches System einer VUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage (z.B. Projektionsobjektiv) vorgesehen und weist an seiner Vorderfläche 214 eine Reflexionsbeschichtung 216 in Form einer Multilayer-Schichtanordnung auf, die für VUV-Strahlung mit einer Nutzwellenlänge im Bereich von 193 nm einen hohen Reflexionsgrad von mehr als 95% besitzt.
Die Reflexionsbeschichtung 216 besteht im Wesentlichen aus einer optisch dichten Aluminium-Schicht 217 mit einer Schichtdicke von ca. 150 nm sowie einem darauf aufgebrachten dielektrischen Interferenzschichtsystem 219 mit drei Schichten aus abwechselnd niedrig brechendem und hochbrechenden dielektrischen Material, z.B. Fluoridmaterialien und/oder Oxidmaterialien. Deren optische Schichtdicken können im Bereich um 20% bis 30% der Arbeitswellenlänge liegen.
Beispiele geeigneter VUV-Reflexionsbeschichtungen sind z.B. in dem Patent US 6,809,871 B2 zu finden, dessen Offenbarungsgehalt insoweit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht wird.
Zwischen dem Substrat 212 und der die Reflexionsbeschichtung 216 ist eine einzelne Wärmeverteilungs-Zwischenschicht 220 angeordnet, die aus einem Schichtmaterial (Zwischenschichtmaterial) besteht, dessen spezifische Wärmeleitfähigkeit mindestens eine Größenordnung, d. h. mindestens um den Faktor 10) größer ist als die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Substratmaterials.
Im Beispielsfall ist die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht ohne Zwischenschaltung einer weiteren Zwischenschicht direkt auf die Vorderfläche 214 des Substrats 212 aufgebracht, so dass ein großflächiger Berührungskontakt zwischen der substratnahen ersten Grenzfläche 222 der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht und der Vorderfläche 114 besteht. Weiterhin steht die substratferne zweite Grenzfläche 224 der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht unmittelbar in Berührungskontakt mit der substratnächsten Einzelschicht der Reflexionsbeschichtung 116, die hier durch die Aluminiumschicht 217 gebildet wird.
Die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht hat eine Schichtdicke, die mindestens 10 mal so groß ist wie die Schichtdicke der zur Reflexionsbeschichtung gehörenden Aluminiumschicht 217 und besteht im Wesentlichen aus diamantähnlichem Kohlenstoff (diamond like carbon, DLC), dessen spezifische Wärmeleitfähigkeit mehrfach größer ist als diejenige von Aluminium.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0955565 A2 [0014]
US 2002/0074115 A1 [0015]
DE 10050125 [0015]
WO 2010/020337 A1 [0016]
EP 0678768 B1 [0017]
US 6011646 [0061]
WO 2009/100856 A1 [0102]
WO 2010/049020 A1 [0102]
US 6809871 B2 [0114]

Claims

Spiegel (100, 200) mit: einem Substrat (112, 212), das aus einem Substratmaterial besteht, welches eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von weniger als 10 W/(m·K) hat und einer auf dem Substrat aufgebrachten Reflexionsbeschichtung (116, 216), die für Vakuum-Ultraviolett-Strahlung oder Strahlung aus dem extremen Ultraviolettbereich reflektierend wirkt, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Substrat (112, 212) und der Reflexionsbeschichtung (116, 216) angeordnete Wärmeverteilungs-Zwischenschicht (120, 220) aus einem Schichtmaterial, das eine spezifische Wärmeleitfähigkeit aufweist, die mindestens 10 mal so groß ist wie die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Substratmaterials.
Spiegel nach Anspruch 1, worin ein Wärmeleitungsverhältnis WLV zwischen der spezifischen Wärmeleitfähigkeit des Schichtmaterials und der spezifischen Wärmeleitfähigkeit des Substratmaterials größer als 50 ist.
Spiegel nach Anspruch 1 oder 2, worin das Schichtmaterial der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht (120, 220) eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von mehr als 50 W/(m·K) aufweist, wobei die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Schichtmaterial vorzugsweise größer als 500 W/(m·K) ist.
Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Schichtmaterial der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht (120, 220) im Wesentlichen aus Kohlenstoff besteht, insbesondere im Wesentlichen aus diamantähnlichem Kohlenstoff.
Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht (120, 220) eine Schichtdicke von mindestens 1 µm aufweist, wobei die Schichtdicke vorzugsweise mindestens 10 µm beträgt.
Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht (120) eine Schichtdicke von weniger als 500 µm, insbesondere von weniger als 200 µm aufweist.
Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht (120, 220) eine Schichtdicke zwischen 10 µm und 100 µm aufweist.
Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin ein Wärmeleitungsprodukt der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht (120, 220) definiert ist als das Produkt aus der spezifischen Wärmeleitfähigkeit des Schichtmaterials und der Schichtdicke der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht, wobei das Wärmeleitungsprodukt der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht mindestens 1·10^–3 W/K beträgt, wobei das Wärmeleitungsprodukt insbesondere größer als 1·10^–2 W/K ist.
Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin zwischen der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht und der Reflexionsbeschichtung eine Polierschicht angeordnet ist, die aus einem Polierschichtmaterial besteht, welches mittels Polieren mit einer optisch glatten Oberfläche versehen werden kann.
Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin zwischen der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht und dem Substrat eine weitere Zwischenschicht angeordnet ist.
Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Reflexionsbeschichtung (116) eine für Strahlung aus den extremen Ultraviolettbereich (EUV) reflektierend wirkende Mehrlagen-Schichtanordnung aufweist, die eine Vielzahl von Schichtpaaren mit abwechselnden Schichten aus einem hoch brechenden Schichtmaterial und einem niedrig brechenden Schichtmaterial umfasst.
Spiegel (100, 200) mit: einem Substrat (112, 212), das aus einem Substratmaterial besteht, und einer auf dem Substrat aufgebrachten Reflexionsbeschichtung (116, 216), die für Vakuum-Ultraviolett-Strahlung oder Strahlung aus dem extremen Ultraviolettbereich reflektierend wirkt, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Substrat (112, 212) und der Reflexionsbeschichtung (116, 216) angeordnete Wärmeverteilungs-Zwischenschicht (120, 220), die eine Schichtdicke aufweist und aus einem Schichtmaterial besteht, das eine spezifische Wärmeleitfähigkeit hat, wobei ein Wärmeleitungsprodukt der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht (120, 220) definiert ist als das Produkt aus der spezifischen Wärmeleitfähigkeit des Schichtmaterials und der Schichtdicke der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht und wobei das Wärmeleitungsprodukt der Wärmeverteilungs-Zwischenschicht mindestens 1·10^–3 W/K beträgt.
Spiegel nach Anspruch 12, worin das Wärmeleitungsprodukt größer als 1·10^–2 W/K, insbesondere größer als 1·10^–1 W/K ist.
Spiegel nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch die Merkmale des Kennzeichens von mindestens einem der Ansprüche 2 bis 2 bis 7 oder 9 bis 11.
Optisches System einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit mindestens einem Spiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
Optisches System nach Anspruch 15, worin das optische System ein Projektionsobjektiv (1030) der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage ist.
Optisches System nach Anspruch 16, worin der Spiegel (M2) im Bereich einer Pupillenebene des Projektionsobjektivs (1030) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Spiegels mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Substrats, das aus einem Substratmaterial besteht, welches eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von weniger als 10 W/(m·K) aufweist; Bearbeiten einer Vorderfläche des Substrats zur Erzeugung einer Oberfläche mit vorgegebener Oberflächenform; und Erzeugen einer Reflexionsbeschichtung, wobei die Reflexionsbeschichtung für Vakuum-Ultraviolett-Strahlung oder Strahlung aus dem extremen Ultraviolettbereich reflektierend wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Bearbeiten der Vorderfläche des Substrats und vor der Erzeugung der Reflexionsbeschichtung eine Wärmeverteilungs-Zwischenschicht erzeugt wird, die aus einem Schichtmaterial besteht, das eine spezifische Wärmeleitfähigkeit aufweist, die mindestens 10 mal so groß ist wie die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Substratmaterials.
Verfahren nach Anspruch 18, worin die Wärmeverteilungs-Zwischenschicht unmittelbar auf die Vorderfläche des Substrats aufgebracht wird.