WO2019170414A1 - Optisches element, sowie verfahren zur korrektur der wellenfrontwirkung eines optischen elements - Google Patents

Optisches element, sowie verfahren zur korrektur der wellenfrontwirkung eines optischen elements Download PDF

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Toralf Gruner
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Definitions

  • the invention relates to an optical element for use in an optical system, in particular in an optical system of a microlithographic projection exposure apparatus or a mask inspection system, and to a method for correcting the wavefront effect of an optical element.
  • Microlithography is used to fabricate microstructured devices such as integrated circuits or LCDs.
  • the microlithography process is carried out in a so-called projection exposure apparatus, which has an illumination device and a projection objective.
  • Mask inspection equipment is used to inspect reticles for microlithographic projection exposure equipment.
  • reflec- tive optical elements are used as optical components for the imaging process due to the lack of availability of suitable light-transmissive refractive materials.
  • An optical element according to the invention for use in an optical system, in particular in an optical system of a microlithographic projection exposure apparatus or a mask inspection apparatus, has:
  • a manipulator for manipulating the layer stress in this correction layer such that a wavefront aberration present in the optical system can be at least partially corrected by this manipulation
  • the manipulator has a radiation source for the spatially resolved irradiation of the correction layer with electromagnetic radiation
  • the invention is based in particular on the concept of producing a desired wavefront correction by deliberately exploiting or suitably manipulating the layer stress occurring in an optical element in a correction layer in order to obtain the deformation associated with a change in the layer stress the optical effect surface to adjust the wavefront effect of the optical element in the desired manner.
  • the invention thus differs from conventional approaches in particular by the fact that in an optical element (such as a mirror or a lens) layer voltage is not regarded as a parasitic effect or as to be minimized interference parameter, but deliberately exploited to set a desired wavefront effect and manipulated in a targeted manner.
  • an optical element such as a mirror or a lens
  • layer voltage is not regarded as a parasitic effect or as to be minimized interference parameter, but deliberately exploited to set a desired wavefront effect and manipulated in a targeted manner.
  • a corresponding model can be used which describes the dependence of the wavefront effect on the local distribution of the said layer stress, based on this model then a corresponding local distribution of the layer stress to achieve a desired wave front effect or a change in the pass of the relevant optical element (ie, the deviation from a predetermined desired shape of the surface) can be calculated.
  • the manipulation of the layer stress is achieved by a change in the layer structure in this correction layer.
  • This change in the layer structure can be at least partially irreversible, in particular.
  • the invention differs from conventional approaches in particular in that a structural change of the correction layer in question (in the sense of a permanent change in the structure or the crystal structure) is deliberately and not just a temporary change, e.g. in the form of a thermal expansion is brought about.
  • the effect according to the invention thus differs in particular from (bimetallic) effects which are brought about by differences in the thermal expansion coefficient between a substrate material and a layer or a layer system located thereon.
  • At least 50% of the change in the passes of the relevant optical element is preferably due to the change in the layer stress by means of the structural change of the relevant correction layer.
  • a layer stress change of at least 10%, in particular by at least 20% is generated in the correction layer.
  • comparatively high gradients can be generated in the layer tension change.
  • Physical effects suitable for manipulating the layer stress include, for example, the manipulation of the grain size via recrystallization or grain growth, the lateral variation of the density, e.g. by relaxation at grain boundaries or shrinkage of voids, the variation of the proportion of a phase e.g. by phase transformations or precipitation, effects of foreign atoms or absorbed atoms (for example noble gases, hydrogen, water vapor, etc.) and of vacancies and the manipulation of energy and flux of charged particles in sputtering processes carried out for the film formation.
  • the correction layer manipulated with regard to the layer stress according to the invention is an auxiliary layer provided in addition to a respective optically effective layer system of the optical element.
  • a respective optically effective layer system of the optical element is associated with the modification of the layer voltage according to the invention.
  • the modification of the layer voltage according to the invention does not directly result in an undesired change in certain properties of the optically active layer system (for example a reflection layer system of a mirror), such as e.g. its lifetime, the stability of the interfaces present in said layer system or other optical properties is associated.
  • At least one correction layer accessible for example from the side of the optically active surface of the optical element is used for manipulating or correcting the layer stress in an optical element.
  • the manipulation of the layer stress may be an irreversible change of the correction layer or its layer structure act, so that after complete production of the optical element according to the invention a one-time (subsequent) treatment for the purpose of corresponding change of the passes can be carried out via manipulation of the layer tension.
  • a plurality of layers or layer regions that are themselves irreversibly manipulatable in their own way in the layer stress can also be provided in the optical element.
  • a (functional) layer which is present in any case in the optical system to achieve a specific effect can also be used as a correction layer and manipulated in a targeted manner with regard to the layer stress.
  • the manipulator present according to the invention for manipulating the layer stress has a radiation source for spatially resolved irradiation of the correction layer with electromagnetic radiation.
  • a radiation source for spatially resolved irradiation of the correction layer with electromagnetic radiation By means of this spatially resolved irradiation, it is possible to produce a plurality of regions spaced apart from one another and each modified in their structure in the same way.
  • the invention includes the further concept of realizing the manipulation of the layer stress with the aim of wavefront correction by generating spatially resolved, locally limited structural changes within the respective correction layer, by electromagnetic radiation irradiating the relevant layer material, eg in each case its crystalline structure, density etc. is changed.
  • the fact that the structurally changed areas in question coincide with one another in their structural change results in the realization of a "digital" configuration over the corrector layer in question, the manipulation of the layer voltage finally achieved by said structural change or irradiation as a function of the distance between the structurally changed areas concerned.
  • This has the advantage that, after a corresponding prior calibration, as will be described in more detail below, it can be predicted which distance or which digital configuration is or should be generated, a desired layer voltage distribution or an accompanying wavefront correction to achieve.
  • influencing the layer voltage in an optical element for targeted wavefront correction can also be realized in other ways (for example by electrical, magnetic or thermal effects or energy inputs).
  • the above-described generation of respectively locally limited, structurally changed regions within the layer has the further advantage that, given a sufficiently small size of the individual localized regions (which may be on the order of 1 pm, for example), the correction layer is in the other regions is not undesirably affected in their respective layer properties.
  • the optical element is a mirror.
  • the optical element is designed for a working wavelength of less than 30 nm, in particular less than 15 nm.
  • the invention further relates to a method for correcting the wavefront effect of an optical element having the features described above, the method comprising the following steps:
  • the steps of determining a given wavefront effect and manipulating in an iterative process are performed repeatedly.
  • the model is determined using the finite element method.
  • the calculation of the passes change resulting from a particular layer stress variation may be e.g. carried out by FE methods known in the art.
  • FE methods known in the art.
  • the publications D. Yin et al. “Numerical Modeling of Multilayered Coatings - Latest Developments and Applications” Manufacturing Rev. 2014, 1, 8 Published by EDP Sciences, 2014 DOI: 10.1051 / mfreview / 2014008 and Xianchao Cheng: "Thermal stress issues in thin film coatings of X -ray optics under high heat load "Physics, University of Grenoble, 2014, [NNT: 2014GRENY028].
  • a calibration in order to set up the model, can be carried out in advance in which the change in the fit resulting from a specific layer stress change or the corresponding change in the wave front effect is determined experimentally for specific values. If necessary, such an experimental determination can also be carried out for an integral interpolation point and supplemented by a suitable interpolation.
  • the invention further relates to an optical system of a microlithographic projection exposure apparatus, in particular an illumination device or a projection objective, as well as to a microlithographic projection exposure apparatus having at least one optical element with the features described above. Further embodiments of the invention are described in the description and the dependent claims.
  • Figures 1 are schematic representations for explaining
  • FIG. 3 shows a flow chart for explaining the possible sequence of a method according to the invention.
  • Figure 4 is a schematic representation of the possible structure of a designed for operation in EUV microlithographic projection exposure apparatus.
  • a layer in an optical element such as a mirror insofar as Correction layer is used to achieve a desired Passekorrektur or wave front effect, as in this layer, a targeted shift stress change is caused by manipulation of the relevant layer structure.
  • this correction layer can be an additional auxiliary layer introduced specifically for the described purpose into the relevant optical element.
  • a (functional) layer which is present anyway in the layer structure can additionally be used as a correction layer in the sense of the invention.
  • the mirror substrate 11 has any suitable mirror substrate material, such as ULE ® and is according to the invention, such as tet in Fig. 1 schematically angedeu-, facing away from that of the optical effective surface 10a (back) side of the mirror 10 forth irradiated with electromagnetic radiation 5.
  • the wavelength of this electromagnetic radiation 5 is suitably selected so that the mirror substrate material is sufficiently transparent for this radiation, and may be in the exemplary embodiment (using ULE ® as a mirror substrate material), for example 300 nm.
  • the correction layer 12 is made of a layer material which is chosen such that the said electromagnetic radiation 5 results in a manipulation of the layer stress via a structural change within the structure or the crystal structure of the correction layer 12.
  • recrystallization takes place at different temperatures in almost all metallic materials (eg, silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), cobalt (Co).).
  • metallic materials eg, silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), cobalt (Co).
  • binary and ternary alloys such as germanium-tellurium-antimony (Ge-Te-Sb), indium-antimony can be used as suitable phase-transformation materials -Tellur (In-Sb-Te), Palladium-silicon (Pd-Si) or silver tellurium (Ag-Te) to call.
  • suitable materials for example on EP 0 217 293 A1, EP 0 307 750 A1 and US 4,876,667.
  • the above-described loading of the correction layer 12 with electromagnetic radiation 5 can be carried out in a spatially resolved manner in such a way that regions 12a, 12b, 12c, which are spaced apart from one another and are structurally modified in each case in the same way.
  • the layer voltage change produced in this case can be set in the desired manner over the distance between these regions 12a, 12b, 12c,... (which may be, for example, one or more pm in the order of magnitude).
  • the described layer voltage change in turn leads to a deformation of the optical active surface of the mirror 10 (as indicated in regions 14 and 15) and thus to a specifically adjustable modification of the passes or the wavefront effect.
  • the regions modified in their structure may have any suitable geometry (and, for example, as regions 12a, 12b, 12c,... Substantially cylindrical geometry according to FIG. 2a or as regions 22a, 22b , 22c, ... be designed with a substantially conical geometry according to FIG. 2b).
  • FIG. 2 c shows, in a merely schematic representation, a view of the respective distribution of regions modified in its structure in plan view from the direction of the substrate.
  • Fig. 3 shows a flow chart for explaining the possible sequence of a method according to the invention for correcting the wavefront effect of an optical element, such as e.g. of the mirror 10 of FIGS. 1 and 2.
  • step S31 is used to denote first the step of introducing a correction layer according to the invention into the relevant optical element during the positioning of the optical element.
  • step S32 takes place Then, a measurement of the existing actual pass of the relevant optical element or of the mirror 10 is performed.
  • step S33 a check is made as to whether the deviation of this actual pass from a predefined desired pass falls short of a predetermined threshold value (ie " Tolerance "is located). If this is not the case according to the query in step S33, a suitable layer voltage change is determined in step S34, based on which the previously determined pass deviation can be corrected or the corresponding wavefront effect can be achieved.
  • a suitable model which describes the dependence of the wavefront effect on the local distribution of the layer stress of the correction layer can be used.
  • the relevant model can in turn be determined using the finite element method or determined experimentally, with a corresponding calibration carried out experimentally in the latter case.
  • the change in the fit or the corresponding change in the wavefront effect resulting from a specific layer voltage change can be determined experimentally for specific values, wherein an experimental determination can also be made only for a few sample points in conjunction with a suitable interpolation.
  • step S35 e.g. in the manner described with reference to FIG. 1, the corresponding targeted (local or global) change of the layer stress, whereupon it is checked again to return to step S33, if the actual passport is now in tolerance, and then optionally a re-implementation Steps S34 and S35 takes place.
  • the iteration described above is carried out until the optical element or the mirror 10 with its actual pass is within the tolerance band around the desired pass (S36).
  • a manipulation of the layer stress in the correction layer can also be effected in another suitable manner, by causing locally or globally energetic entries, for example by thermal, electrical, magnetic or other effects in the correction layer.
  • 4 shows a schematic illustration of an exemplary projection exposure system designed for operation in the EUV, which may have an optical element or wavefront correction element according to the invention.
  • a lighting device in a projection exposure apparatus 40 designed for EUV has a field facet mirror 43 and a pupil facet mirror 44.
  • a light source unit which for example only comprises a plasma light source 41 and a collector mirror 42, is directed.
  • a free-electron laser (FEL) is used as the light source.
  • FEL free-electron laser
  • a first telescope mirror 45 and a second telescope mirror 46 are arranged in the light path after the pupil facet mirror 44.
  • a deflecting mirror 47 which directs the radiation incident on it onto an object field in the object plane of a projection objective comprising six mirrors 61-66, is arranged downstream of the light path.
  • a reflective structure-carrying mask 51 is arranged on a mask table 50, which is imaged with the aid of the projection lens into an image plane in which a photosensitive layer (photoresist) coated substrate 71 is located on a wafer table 70.

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  • Optics & Photonics (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Element zur Verwendung in einem optischen System, insbesondere in einem optischen System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage oder einer Maskeninspektionsanlage, sowie ein Verfahren zur Korrektur der Wellenfrontwirkung eines optischen Elements. Ein erfindungsgemäßes optisches Element weist wenigstens eine Korrekturschicht (12, 22) und einen Manipulator zur Manipulation der Schichtspannung in dieser Korrekturschicht derart auf, dass eine in dem optischen System vorhandene Wellenfrontaberration durch diese Manipulation wenigstens teilweise korrigierbar ist, wobei der Manipulator eine Strahlungsquelle zur ortsaufgelösten Bestrahlung der Korrekturschicht (12, 22) mit elektromagnetischer Strahlung (5) aufweist, und wobei durch diese ortsaufgelöste Bestrahlung eine Mehrzahl von zueinander beabstandeten, in ihrer Struktur jeweils in gleicher weise modifizierten Bereichen (12a, 12b, 12c,...; 22a, 22b, 22c,... ) in der Korrekturschicht (12, 22) erzeugbar ist.

Description

Optisches Element sowie Verfahren zur Korrektur
der Wellenfrontwirkunq eines optischen Elements
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Deutschen Patent- anmeldung DE 10 2018 203 241.6, angemeldet am 5. März 2018. Der Inhalt dieser DE-Anmeldung wird durch Bezugnahme („incorporation by reference“) mit in den vorliegenden Anmeldungstext aufgenommen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein optisches Element zur Verwendung in einem opti- schen System, insbesondere in einem optischen System einer mikrolitho- graphischen Projektionsbelichtungsanlage oder einer Maskeninspektionsanla- ge, sowie ein Verfahren zur Korrektur der Wellenfrontwirkung eines optischen Elements.
Stand der Technik
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCDs, angewendet. Der Mikro- lithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) proji- ziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Sub- strats zu übertragen.
Maskeninspektionsanlagen werden zur Inspektion von Retikeln für mikrolitho- graphische Projektionsbelichtungsanlagen verwendet.
In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven oder Inspektions- Objektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien reflektive optische Elemente als optische Komponenten für den Abbildungs- prozess verwendet.
Dabei ist es u.a. bekannt, auf einem reflektiven optischen Element eine Wellenfrontkorrekturschicht vorzusehen, deren Dickenprofil nachträglich ein- gestellt wird, um eine im Betrieb des optischen Systems auftretende Wellen- frontaberration zu korrigieren. Des Weiteren ist es z.B. bekannt, als zusätz- liches optisches Wellenfrontkorrekturelement ein in Transmission betriebenes Folienelement einzusetzen, welches über ein variierendes Schichtdickenprofil eine gewünschte Wellenfrontkorrektur bewirkt.
Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf US 6,844,272 B2, DE 10 2011 090 192 A1 , US 9,063,277 B2, DE 10 2005 044 716 A1 , DE 10 2015 200 328 A1 , DE 10 2014 224 569 A1 , US 8,508,854 B2, DE 38 32 126 A1 , US 4,876,667 und EP 0 217 293 B1 verwiesen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Element zur Verwendung in einem optischen System, insbesondere in einem optischen System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage oder einer Maskeninspektionsanlage, sowie ein Verfahren zur Korrektur der Wellenfront- wirkung eines optischen Elements bereitzustellen, welche die Erzielung einer möglichst präzise einstellbaren Wellenfrontkorrekturwirkung mit vergleichs- weise geringem konstruktiven Aufwand ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch das optische Element gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 bzw. das Verfahren gemäß den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 9 gelöst.
Ein erfindungsgemäßes optisches Element zur Verwendung in einem opti- schen System, insbesondere in einem optischen System einer mikrolitho- graphischen Projektionsbelichtungsanlage oder einer Maskeninspektions- anlage, weist auf:
- wenigstens eine Korrekturschicht; und
- einen Manipulator zur Manipulation der Schichtspannung in dieser Korrek- turschicht derart, dass eine in dem optischen System vorhandene Wellen- frontaberration durch diese Manipulation wenigstens teilweise korrigierbar ist;
- wobei der Manipulator eine Strahlungsquelle zur ortsaufgelösten Bestrah- lung der Korrekturschicht mit elektromagnetischer Strahlung aufweist; und
- wobei durch diese ortsaufgelöste Bestrahlung eine Mehrzahl von zueinan- der beabstandeten, in ihrer Struktur jeweils in gleicher weise modifizierten Bereichen in der Korrekturschicht erzeugbar ist.
Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, eine gewünschte Wellenfrontkorrektur dadurch zu erzeugen, dass die in einem optischen Element in einer Korrekturschicht auftretende Schichtspannung gezielt ausge- nutzt bzw. in geeigneter Weise manipuliert wird, um über die mit einer Ände- rung der Schichtspannung einhergehende Deformation der optischen Wirk- fläche die Wellenfrontwirkung des optischen Elements in der gewünschten Weise einzustellen.
Die Erfindung unterscheidet sich somit von herkömmlichen Ansätzen insbe- sondere dadurch, dass die in einem optischen Element (wie z.B. einem Spiegel oder einer Linse) auftretende Schichtspannung nicht etwa als parasitärer Effekt bzw. als zu minimierender Störparameter angesehen, sondern bewusst zur Einstellung einer gewünschten Wellenfrontwirkung ausgenutzt und in gezielter Weise manipuliert wird. Dabei kann insbesondere, wie im Weiteren noch näher erläutert, ein entsprechendes Modell zugrundegelegt werden, welches die Ab- hängigkeit der Wellenfrontwirkung von der örtlichen Verteilung der besagten Schichtspannung beschreibt, wobei auf Basis dieses Modells dann eine ent- sprechende örtliche Verteilung der Schichtspannung zur Erzielung einer ge- wünschten Wellenfrontwirkung bzw. einer Änderung der Passe des betreffen- den optischen Elements (d.h. die Abweichung von einer vorgegebenen Soll- form der Oberfläche) berechnet werden kann.
In Ausführungsformen der Erfindung wird die Manipulation der Schichtspan- nung durch eine Änderung der Schichtstruktur in dieser Korrekturschicht er- zielt. Diese Änderung der Schichtstruktur kann insbesondere zumindest teil- weise irreversibel sein.
Demnach unterscheidet sich die Erfindung von herkömmlichen Ansätzen ins- besondere dadurch, dass bewusst eine strukturelle Veränderung der betref- fenden Korrekturschicht (im Sinne einer permanenten Änderung im Gefüge bzw. der Kristallstruktur) und nicht etwa nur eine temporäre Änderung z.B. in Form einer thermischen Ausdehnung herbeigeführt wird. Der erfindungs- gemäße Effekt unterscheidet sich damit insbesondere von (Bimetall-)Effekten, die durch Unterschiede im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen einem Substratmaterial und einer darauf befindlichen Schicht oder einem Schichtsystem bewirkt werden.
Im Unterschied von derartigen herkömmlichen Ansätzen erfolgt gemäß der Erfindung vorzugsweise zu wenigstens 50% eine Änderung der Passe des betreffenden optischen Elements durch die Änderung der Schichtspannung im Wege der strukturellen Veränderung der betreffenden Korrekturschicht. Gemäß einer Ausführungsform wird bei der Manipulation der Schichtspannung über eine laterale Distanz von 10mm, insbesondere über eine laterale Distanz von 1 mm, in der Korrekturschicht eine Schichtspannungsänderung von wenigstens 10%, insbesondere um wenigstens 20%, erzeugt. Erfindungs- gemäß können dabei in der Schichtspannungsänderung vergleichsweise hohe Gradienten erzeugt werden.
Zur Manipulation der Schichtspannung geeignete physikalische Effekte umfas- sen beispielsweise die Manipulation der Korngröße über Rekristallisation bzw. Kornwachstum, die laterale Variation der Dichte z.B. durch Entspannung an Korngrenzen bzw. Schrumpfen von Hohlräumen, die Variation des Anteils einer Phase z.B. durch Phasentransformationen oder Präzipitation, Effekte von Fremdatomen bzw. absorbierten Atomen (z.B. Edelgasen, Wasserstoff, Wasserdampf etc.) und von Leerstellen bzw. Versetzungen sowie die Mani- pulation von Energie und Fluss geladener Teilchen in zur Schichterzeugung durchgeführten Sputterprozessen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die erfindungsgemäß hinsichtlich der Schichtspannung manipulierte Korrekturschicht eine zusätzlich zu einem jewei- ligen optisch wirksamen Schichtsystem des optischen Elements vorgesehene Hilfsschicht. Eine derartige Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die erfindungs- gemäße Modifikation der Schichtspannung nicht unmittelbar mit einer uner- wünschten Änderung bestimmter Eigenschaften des optisch wirksamen Schichtsystems (z.B. eines Reflexionsschichtsystems eines Spiegels) wie z.B. dessen Lebensdauer, der Stabilität der in besagtem Schichtsystem vorhande- nen Grenzflächen oder weiterer optischer Eigenschaften einhergeht.
Erfindungsgemäß wird somit insbesondere wenigstens eine z.B. von der der optisch wirksamen Fläche des optischen Elements abgewandten Seite (z.B. einer Spiegelrückseite) her zugängliche Korrekturschicht zur Manipulation bzw. Nachkorrektur der Schichtspannung in einem optischen Element genutzt. Dabei kann es sich insbesondere bei der Manipulation der Schichtspannung um eine irreversible Änderung der Korrekturschicht bzw. deren Schichtstruktur handeln, so dass nach kompletter Fertigung des erfindungsgemäßen optischen Elements eine einmalige (Nach-) Behandlung zwecks entsprechender Ände- rung der Passe über Manipulation der Schichtspannung durchgeführt werden kann. In weiteren Ausführungsformen können in dem optischen Element auch mehrere, ihrerseits entsprechend einmalig in der Schichtspannung irreversibel manipulierbare Schichten oder Schichtbereiche vorgesehen sein.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf das Vorhandensein einer solchen zusätz- lichen Hilfsschicht beschränkt. So kann in weiteren Ausführungsformen auch eine im optischen System ohnehin zur Erzielung einer bestimmten Wirkung vorhandene (Funktions-) Schicht als Korrekturschicht genutzt und hinsichtlich der Schichtspannung in gezielter Weise manipuliert werden.
Gemäß der Erfindung weist der erfindungsgemäß zur Manipulation der Schichtspannung vorhandene Manipulator eine Strahlungsquelle zur ortsauf- gelösten Bestrahlung der Korrekturschicht mit elektromagnetischer Strahlung auf. Dabei ist durch diese ortsaufgelöste Bestrahlung eine Mehrzahl von zu- einander beabstandeten, in ihrer Struktur jeweils in gleicher Weise modifizier- ten Bereichen erzeugbar.
Gemäß diesem Ansatz beinhaltet die Erfindung das weitere Konzept, die mit dem Ziel der Wellenfrontkorrektur erfolgende Manipulation der Schichtspan- nung dadurch zu realisieren, dass ortsaufgelöst lokal begrenzte Strukturverän- derungen innerhalb der betreffenden Korrekturschicht erzeugt werden, indem durch elektromagnetische Strahlung das betreffende Schichtmaterial jeweils z.B. in seiner kristallinen Struktur, Dichte etc. verändert wird. Dadurch, dass die betreffenden, strukturell veränderten Bereiche in ihrer Strukturveränderung untereinander übereinstimmen, wird im Ergebnis eine„digitale“ Konfiguration über die betreffende Korrekturschicht hinweg realisiert, wobei wiederum die letztlich durch besagte Strukturveränderung bzw. Bestrahlung erzielte Manipu- lation der Schichtspannung als Funktion des Abstandes zwischen den betref- fenden strukturell veränderten Bereichen beschrieben werden kann. Dies hat wiederum den Vorteil, dass nach entsprechender, vorheriger Kalibrie- rung wie im Weiteren noch näher beschrieben vorhergesagt werden kann, welcher Abstand bzw. welche digitale Konfiguration gerade geeignet ist bzw. erzeugt werden sollte, um eine gewünschte Schichtspannungsverteilung bzw. eine damit einhergehende Wellenfrontkorrektur zu erzielen.
Eine Beeinflussung der Schichtspannung in einem optischen Element zur ge- zielten Wellenfrontkorrektur kann grundsätzlich auch in anderer Weise (z.B. durch elektrische, magnetische oder thermische Effekte bzw. Energieeinträge) realisiert werden.
Die vorstehend beschriebene Erzeugung von jeweils lokal begrenzten, struktu- rell veränderten Bereichen innerhalb der Schicht hat den weiteren Vorteil, dass bei hinreichend geringer Größe der einzelnen lokal begrenzten Bereiche (welche z.B. in der Größenordnung von 1 pm liegen kann) die Korrekturschicht in den übrigen Bereichen in ihren jeweiligen Schichteigenschaften nicht in unerwünschter Weise beeinflusst wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element ein Spiegel.
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element für eine Arbeits- wellenlänge von weniger als 30 nm, insbesondere weniger als 15 nm, aus- gelegt.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Korrektur der Wellenfrontwirkung eines optischen Elements mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- Ermitteln einer gegebenen Wellenfrontwirkung des optischen Elements;
- Manipulieren, in Abhängigkeit vom Ergebnis dieser Ermittlung, der Wellen- frontwirkung auf Basis eines Modells, welches die Abhängigkeit der Wellenfrontwirkung von der örtlichen Verteilung der Schichtspannung der Korrekturschicht beschreibt. Gemäß einer Ausführungsform werden die Schritte des Ermittelns einer gege- benen Wellenfrontwirkung und des Manipulierens in einen iterativen Prozess wiederholt durchgeführt.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Modell unter Anwendung der Finite- Elemente-Methode ermittelt. Somit kann die Berechnung der aus einer bestimmten Schichtspannungsänderung resultierenden Passeänderung z.B. über im Stand der Technik bekannte FE-Methoden erfolgen. Flierzu wird beispielhaft auf die Publikationen D. Yin et al. :„Numerical Modelling of Multi- layered Coatings - Latest Developments and Applications" Manufacturing Rev. 2014, 1 , 8 Published by EDP Sciences, 2014 DOI: 10.1051 /mfreview/2014008 und Xianchao Cheng: „Thermal stress issues in thin film coatings of X-ray optics under high heat load“ Physics, Universite de Grenoble, 2014, [NNT: 2014GRENY028] verwiesen.
In weiteren Ausführungsformen kann zur Aufstellung des Modells vorab eine Kalibrierung durchgeführt werden, bei welcher die aus einer bestimmten Schichtspannungsänderung resultierende Passeänderung bzw. die entspre- chende Änderung der Wellenfrontwirkung experimentell für bestimmte Werte ermittelt wird. Eine solche experimentelle Bestimmung kann ggf. auch für ein i- ge Stützstellen durchgeführt und durch eine geeignete Interpolation ergänzt werden.
Zu weiteren bevorzugten Ausgestaltungen und Vorteilen des Verfahrens wird auf die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungs- gemäßen optischen Element Bezug genommen.
Die Erfindung betrifft weiter ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere eine Beleuchtungseinrichtung oder ein Projektionsobjektiv, sowie auch eine mikrolithographische Projekti- onsbelichtungsanlage mit wenigstens einem optischen Element mit den vor- stehend beschriebenen Merkmalen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
Figuren 1 schematische Darstellungen zur Erläuterung von
und 2a-c Aufbau und Wirkungsweise eines optischen Elements
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Figur 3 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des möglichen Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Figur 4 eine schematische Darstellung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Weiteren wird zunächst der mögliche Aufbau eines erfindungsgemäßen optischen Elements unter Bezugnahme auf die in Fig. 1 gezeigte schematische Darstellung beschrieben.
Den im Weiterem beschriebenen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass eine Schicht in einem optischen Element wie z.B. einem Spiegel insofern als Korrekturschicht zur Erzielung einer gewünschten Passekorrektur bzw. Wellen- frontwirkung genutzt wird, als in dieser Schicht eine gezielte Schichtspan- nungsänderung durch Manipulation der betreffenden Schichtstruktur herbei- geführt wird. Grundsätzlich kann es sich bei dieser Korrekturschicht um eine eigens zu dem beschriebenen Zweck in das betreffende optische Element ein- gebrachte zusätzliche Hilfsschicht handeln. In weiteren Ausführungsformen kann jedoch auch eine ohnehin im Schichtaufbau vorhandene (Funktions-) Schicht zusätzlich im Sinne der Erfindung als Korrekturschicht genutzt werden.
Fig. 1 zeigt in lediglich schematischer Darstellung den prinzipiellen möglichen Aufbau eines EUV-Spiegels mit einem Spiegelsubstrat 11 sowie einem Refle- xionsschichtsystem 13, wobei erfindungsgemäß zwischen Spiegelsubstrat 11 und Reflexionsschichtsystem 13 eine Korrekturschicht 12 ausgebildet ist. Das Spiegelsubstrat 11 weist ein beliebiges geeignetes Spiegelsubstratmaterial wie z.B. ULE® auf und wird erfindungsgemäß, wie in Fig. 1 schematisch angedeu- tet, von der der optischen Wirkfläche 10a abgewandten (Rück-) Seite des Spiegels 10 her mit elektromagnetischer Strahlung 5 bestrahlt. Die Wellen- länge dieser elektromagnetischen Strahlung 5 ist in geeigneter Weise derart gewählt, dass das Spiegelsubstratmaterial für diese Strahlung hinreichend transparent ist und kann im Ausführungsbeispiel (bei Verwendung von ULE® als Spiegelsubstratmaterial) z.B. 300nm betragen.
Die Korrekturschicht 12 ist aus einem Schichtmaterial hergestellt, welches der- art gewählt ist, dass die besagte elektromagnetische Strahlung 5 über eine strukturelle Änderung innerhalb des Gefüges bzw. der Kristallstruktur der Kor- rekturschicht 12 eine Manipulation der Schichtspannung zur Folge hat. Grund- sätzlich findet eine Rekristallisation bei unterschiedlichen Temperaturen in na- hezu allen metallischen Werksoffen (z.B. Silber (Ag), Kupfer (Cu), Aluminium (AI), Nickel (Ni), Kobalt (Co) statt. Dabei kann ein Kurzpulslasertempern hilf- reich sein, um auch bei hochschmelzenden Metallen wie z.B. Molybdän (Mo) den gewünschten Effekt zu erzielen. Als geeignete Phasentransformations- materialien sind weiter beispielweise binäre und ternäre Legierungen wie z.B. Germanium-Tellur-Antimon (Ge-Te-Sb), Indium-Antimon-Tellur (In-Sb-Te), Palladium-Silizium (Pd-Si) oder Silber-Tellur (Ag-Te) zu nennen. In diesem Zusammenhang wird zu geeigneten Materialien beispielhaft auf EP 0 217 293 A1 , EP 0 307 750 A1 und US 4,876,667 verwiesen.
Wie in Fig. 1 angedeutet ist, kann die vorstehend beschriebene Beaufschla- gung der Korrekturschicht 12 mit elektromagnetischer Strahlung 5 ortsauf- gelöst derart erfolgen, dass zueinander beabstandete, in ihrer Struktur jeweils in gleicher Weise modifizierte Bereiche 12a, 12b, 12c, ... erzeugt werden, wobei die hierbei erzeugte Schichtspannungsänderung über den Abstand zwischen diesen Bereichen 12a, 12b, 12c, ... (welcher größenordnungsmäßig z.B. ein oder mehrere pm betragen kann) gezielt in gewünschter Weise einge- stellt werden kann.
Die beschriebene Schichtspannungsänderung führt wiederum zu einer Defor- mation der optischen Wirkfläche des Spiegels 10 (wie in Bereichen 14 und 15 angedeutet) und damit zu einer gezielt einstellbaren Modifikation der Passe bzw. der Wellenfrontwirkung.
Wie in Fig. 2a und Fig. 2b angedeutet können die in ihrer Struktur modifizierten Bereiche eine beliebige geeignete Geometrie aufweisen (und z.B. als Bereiche 12a, 12b, 12c, ... im Wesentlichen zylindrische Geometrie gemäß Fig. 2a oder als Bereiche 22a, 22b, 22c, ... mit im Wesentlichen konischer Geometrie ge- mäß Fig. 2b ausgestaltet sein). Fig. 2c zeigt in lediglich schematischer Darstel- lung eine Ansicht auf die betreffende Verteilung von in ihrer Struktur modifizier- ten Bereichen in Draufsicht aus Richtung des Substrats.
Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung des möglichen Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Korrektur der Wellenfrontwirkung eines optischen Elements wie z.B. des Spiegels 10 aus Fig. 1 und 2.
Mit„S31“ ist zunächst der während der Fierstellung des optischen Elements durchgeführte Schritt des Einbringens einer erfindungsgemäßen Korrektur- schicht in das betreffende optische Element bezeichnet. Im Schritt S32 erfolgt sodann eine Messung der vorhandenen Ist-Passe des betreffenden optischen Elements bzw. des Spiegels 10. Im Schritt S33 erfolgt eine Überprüfung, ob die Abweichung dieser Ist-Passe von einer vorgegebenen Soll-Passe einen vorbe- stimmten Schwellenwert unterschreitet (sich also noch„in Toleranz“ befindet). Sofern dies gemäß Abfrage im Schritt S33 nicht der Fall ist, wird im Schritt S34 eine geeignete Schichtspannungsänderung ermittelt, anhand der die zuvor be- stimmte Passeabweichung korrigiert bzw. die entsprechende Wellenfront- wirkung erzielt werden kann. Hierzu kann ein geeignetes Modell, welches die Abhängigkeit der Wellenfrontwirkung von der örtlichen Verteilung der Schichtspannung der Korrekturschicht beschreibt, herangezogen werden. Das betreffende Modell kann wiederum unter Anwendung der Finite-Elemente- Methode ermittelt oder auch experimentell bestimmt werden, wobei im letzte- ren Falle eine entsprechende Kalibrierung experimentell durchgeführt wird. Bei einer solchen Kalibrierung kann die aus einer bestimmten Schichtspannungs- änderung resultierende Passeänderung bzw. die entsprechende Änderung der Wellenfrontwirkung experimentell für bestimmte Werte ermittelt werden, wobei auch eine experimentelle Ermittlung lediglich für wenige Stützstellen in Verbin- dung mit einer geeigneten Interpolation erfolgen kann.
Im anschließenden Schritt S35 erfolgt z.B. in der anhand von Fig. 1 beschrie- benen Weise die entsprechende gezielte (lokale oder globale) Änderung der Schichtspannung, woraufhin unter Rückkehr zu Schritt S33 erneut überprüft wird, ob die Ist-Passe nunmehr in Toleranz ist, und wobei dann gegebenenfalls eine erneute Durchführung der Schritte S34 und S35 erfolgt. Die vorstehend beschriebene Iteration wird solange durchgeführt, bis sich das optische Element bzw. der Spiegel 10 mit seiner Ist-Passe im Toleranzband um die Soll- Passe befindet (S36).
Eine Manipulation der Schichtspannung in der Korrekturschicht kann grund- sätzlich auch in anderer geeigneter Weise erfolgen, indem lokal oder global energetische Einträge z.B. durch thermische, elektrische, magnetische oder andere Effekte in der Korrekturschicht bewirkt werden. Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage, welche ein erfindungs- gemäßes optisches Element bzw. Wellenfrontkorrekturelement aufweisen kann.
Gemäß Fig. 4 weist eine Beleuchtungseinrichtung in einer für EUV ausgeleg- ten Projektionsbelichtungsanlage 40 einen Feldfacettenspiegel 43 und einen Pupillenfacettenspiegel 44 auf. Auf den Feldfacettenspiegel 43 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche lediglich beispielhaft eine Plasmalichtquelle 41 und einen Kollektorspiegel 42 umfasst, gelenkt. In weiteren Ausführungs- formen kann auch z.B. ein Freie-Elektronen-Laser (FEL) als Lichtquelle ver- wendet werden. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 44 sind ein ers- ter Teleskopspiegel 45 und ein zweiter Teleskopspiegel 46 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 47 angeordnet, der die auf ihn tref- fende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene eines sechs Spiegel 61- 66 umfassenden Projektionsobjektivs lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektive strukturtragende Maske 51 auf einem Maskentisch 50 angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in wel- cher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 71 auf einem Wafertisch 70 befindet.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alterna- tive Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsfor- men von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalen- te beschränkt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Optisches Element zur Verwendung in einem optischen System, insbe- sondere in einem optischen System einer mikrolithographischen Projekti- onsbelichtungsanlage oder einer Maskeninspektionsanlage, mit:
• wenigstens einer Korrekturschicht (12, 22); und
• einem Manipulator zur Manipulation der Schichtspannung in dieser Korrekturschicht derart, dass eine in dem optischen System vorhan- dene Wellenfrontaberration durch diese Manipulation wenigstens teilweise korrigierbar ist;
• wobei der Manipulator eine Strahlungsquelle zur ortsaufgelösten Be- strahlung der Korrekturschicht (12, 22) mit elektromagnetischer Strahlung (5) aufweist; und
• wobei durch diese ortsaufgelöste Bestrahlung eine Mehrzahl von zu- einander beabstandeten, in ihrer Struktur jeweils in gleicher Weise modifizierten Bereichen (12a, 12b, 12c, ... ; 22a, 22b, 22c, ... ) in der Korrekturschicht (12, 22) erzeugbar ist.
2. Optisches Element nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Manipulation der Schichtspannung durch eine Änderung der Schichtstruk- tur in dieser Korrekturschicht (12, 22) erzielt wird.
3. Optisches Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese Änderung der Schichtstruktur zumindest teilweise irreversibel ist.
4. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass bei der Manipulation der Schichtspannung über eine latera- le Distanz von 10mm, insbesondere über eine laterale Distanz von 1 mm, in der Korrekturschicht (12, 22) eine Schichtspannungsänderung von we n gstens 10%, insbesondere um wenigstens 20%, erzeugt wird.
5. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein optisch wirksames Schichtsystem auf- weist, wobei die Korrekturschicht eine zusätzlich zu diesem Schichtsystem vorgesehene Hilfsschicht ist.
6. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen den Bereichen (12a, 12b, 12c, ... ; 22a, 22b, 22c, ... ) vorhandener Abstand über die Strahlungsquelle einstellbar ist.
7. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Spiegel ist.
8. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30 nm, insbesondere weniger als 15 nm, ausgelegt ist.
9. Verfahren zur Korrektur der Wellenfrontwirkung eines optischen Elements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren folgen- de Schritte aufweist:
a) Ermitteln einer gegebenen Wellenfrontwirkung des optischen Elements;
b) Manipulieren, in Abhängigkeit vom Ergebnis dieser Ermittlung, der Wellenfrontwirkung auf Basis eines Modells, welches die Abhängig- keit der Wellenfrontwirkung von der örtlichen Verteilung der Schicht- spannung der Korrekturschicht beschreibt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Ermittelns einer gegebenen Wellenfrontwirkung und des Manipulie- rens in einem iterativen Prozess wiederholt durchgeführt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die- ses Modell unter Anwendung der Finite-Elemente-Methode ermittelt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufstellung dieses Modells vorab eine Kalibrierung durchgeführt wird, bei welcher die aus einer bestimmten Schichtspannungsänderung resultie- rende Passeänderung bzw. die entsprechende Änderung der Wellen- frontwirkung experimentell für bestimmte Werte ermittelt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass diese expe- rimentelle Bestimmung für eine Mehrzahl von Stützstellen erfolgt, wobei zwischen diesen Stützstellen eine Interpolation durchgeführt wird.
14. Optisches System einer mikrolithographischen Projektions- belichtungsanlage (40), insbesondere Beleuchtungseinrichtung oder Projektionsobjektiv, mit wenigstens einem optischen Element, welches gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.
15. Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage (10) mit einer Beleuch- tungseinrichtung und einem Projektionsobjektiv, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsbelichtungsanlage (40) ein optisches Element auf- weist, welches gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.
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