Röntgenoptische Komponenten sind insbesondere im Bereich der Röntgenlithographie von besonderem Interesse. Insbesondere gilt dies für die Lithographie mit weichen Röntgenstrahlen, die sogenannten EUV-Lithographien im Wellenlängenbereich 10-30 nm. Als optische Komponenten finden im Bereich der Röntgenstrahlen Spiegel mit einer möglichst hohen Reflektivität im Röntgenbereich Verwendung. Derartige Röntgenspiegel können nahe dem senkrechten Einfall betrieben werden oder im streifenden Einfall, als sogenannte normal oder grazing incidence-Spiegel.

Röntgenspiegel, umfassen ein Substrat und darauf aufgebaut ein Vielfachschichtsystem, sogenannte"Distributed Bragg Reflectors" (DBR), nachfolgend auch kurz Multilayer genannt. Sie erlauben die Realisierung von Spiegeln mit hoher Reflektivität im Röntgenbereich bei nicht streifendem Einfall, d. h. im normal incidence Betrieb.

Röntgenspiegel, die nahe dem senkrechtem Einfall (normal incidence) betrieben werden, werden den mit einfacheren Schichten belegten Spiegeln mit streifendem Einfall (grazing incidence) immer dann vorgezogen, wenn hohe Abbildungsgüte durch geringe Aberrationen, d. h. vorzugsweise in abbildenden Systemen, z. B.

Projektionsoptiken für EUV-Lithographie-Systeme, gefordert sind.

Um die Reflektivität von grazing incidence Spiegeln zu erhöhen, können auch die Substrate dieser Spiegel mit einem Vielfachschichtsystem versehen werden.

Betreffend Projektionsoptiken für die EUV-Lithographie und die dort verwandten röntgenoptischen Komponenten wird auf die DE 199 23 609 A1 sowie die US- Anmeldung Serial-No. 09/322,813, eingereicht beim US-Patentamt am 28. 05.1999 mit dem Titel"Reduction objective for extreme ultraviolet lithography"verwiesen9 deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen wird.

Als auf das Substrat aufbauende Vielfachschichtsysteme können Schichtsysteme, umfassend Mo/Si, Mo/Be, MoRu/Be-Schichtstapeln mit 40 bis 100 Schichtpaaren verwendet werden. Derartige Systeme führen im EUV-Bereich AR = 10 bis 30 nm zu Spitzenreflektivitäten im Bereich von 70 bis 80 %. Je nach Wellenlänge des zu reflektierenden Lichtes können auch Schichtsysteme aus anderen Materialien zum Einsatz gelangen.

Die hohe Reflektivität der Schichtstapel wird durch phasengerechte Überlagerung und konstruktive Interferenz der an den einzelnen Schichten reflektierten Teilwellenfronten erreicht. Die Schichtdicken müssen dabei typischerweise im Bereich kleiner 0,1 nm kontrolliert werden.

Notwendige Voraussetzungen für das Erreichen hoher Reflektivität sind hinreichend geringe Schicht-und Substratrauheiten im high spatial frequency roughness- (HSFR)-Bereich. Dieser Ortsfrequenzbereich führt je nach Sichtweise zu Lichtverlust durch Streuung außerhalb des Bildfeldes der Optik bzw. durch Störung der mikroskopisch phasenrichtigen Überlagerung der Teilwellenzüge. Der relevante Ortsfrequenzbereich ist nach unten hin durch das Kriterium Streuung außerhalb des Bildfeldes begrenzt und liegt anwendungsabhängig typischerweise bei EUV-Wellenlängen im Bereich einiger um. Zu hohen Ortsfrequenzen hin wird i. a. keine Grenze spezifiziert. Ein sinnvoller Grenzwert liegt beispielsweise im Bereich der halben Wellenlänge des einfallenden Lichtes, da noch höhere Ortsfrequenzen von den einfallenden Photonen nicht mehr gesehen werden. Die HSFR wird üblicherweise mit Atomic Force-Mikroskopen (AFM) vermessen, die die notwendige laterale Auflösung besitzen.

Betreffend die Definition HSFR, MSFR, Feinpasse, die in nachfolgender Anmeldung verwandt wird, wird auf U. Dinger, F. Eisert, H. Lasser, M. Mayer, A. Seifert, G. Seitz, S. Stacklies, F. J. Stiegei, M. Weiser, Mirror Substrates for EUV-lithography : progress in metrology and optical fabrication technology, Proc. SPIE Vol. 4146,2000 verwiesen, dessen Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird.

Der Feinpassebereich gemäß obiger Publikation reicht vom optischen freien Durchmesser, d. h. der Apertur des Spiegels bis auf 1 mm Rauhheitswellenlänge.

MSFR umfasst dieRauheitswellenlängen von 1mm bis 1, urn. Der HSFR-Bereich umfasst Rauheitswellenlängen von 1 um bis 10 nm.

Auch andere röntgenoptische Komponenten können einen Aufbau erfordern, der sich durch eine hohe Reflektivität und eine geringe Wärmeausdehnung auszeichnet. Nur beispielhalber sei eine Retikelmaske für ein EUV- Projektionsbelichtungssystem, ein Spiegel mit Rasterelementen, ein sogenannter optischer Integrator oder ein Kollektorspiegel eines EUV-Beleuchtungssystems erwähnt. Betreffend Beleuchtungssysteme für die EUV-Lithographie und die dort eingesetzten Komponenten wird auf die DE 199 03 807 A1 sowie die US- Anmeldung Serial-No. 09/305,017, eingereicht beim US-Patentamt am 04.05. 1999 mit dem Titel"Illumination system particularly for EUV-Lithography"verwiesen, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird.

Als Substratmaterialien für die darauf aufbauenden Vielfachschichtsysteme werden derzeit kristallines Silizium, amorphe und teilkristalline Gläser, wie die Glaskeramik ZERODURO von Schott-Glas, Mainz verwendet.

Im Bereich der high spatial frequency roughness (HSFR) kann ein ausreichender Wert von beispielsweise 0,1 nm rms mit klassischem Superpolierverfahren sowohl auf Silizium als auch auf ZERODURO und amorphen Gläsern erreicht werden. Da diese Verfahren zumindest auf Asphären i. a. die Feinpasse, d. h. Fehler im niedrigen Ortsfrequenzbereich und im mid spatial frequency roughness (MSFR)- Bereich die langwelligen MSFR-Anteile wieder verschlechtern, muß dem Superpolierprozeß in der Regel ein rauheitserhaltender Feinkorrekturprozeß nachgeschaltet werden.

Passe und auch die langwelligen MSFR-Anteile (mm-Wellen) können mit Strahlbearbeitungsverfahren, z. B. dem IBF (ion beam figuring) in Spezifikation gebracht werden. Der Vorteil dieser Verfahren ist, daß deren Werkzeuge sich insbesondere bei den typischerweise asphärischen Oberflächen formtreu anschmiegen können. Diese Strahlbearbeitungsverfahren beruhen auf Sputterprozessen. Die globalen und lokalen Sputterraten hängen dabei von den physikalischen und chemischen Bindungsverhältnissen im zu bearbeitenden Festkörper ab.

Während in einkristallinem Silizium der zusätzliche Energieeintrag durch die einfallenden lonen zu einer Oberflächenumorientierung mit dem Resultat verbesserter Rauhheiten führt, wird im amorphen Glas eine leichte Verschlechterung der HSFR von ca. 0,06 nach 0, 15 nm rms, in der teilkristallinen Glaskeramik, wie beispielsweise ZERODURO mit einer Kristallitgröße größer 50 nm dagegen eine dramatische Verschlechterung von 0,1 nach 0,4 nm rms beobachtet.

Glaskeramiken mit einer Kristallitgröße der Hochquarz-Mischkristalle ? 80 nm und einem mittleren thermischen Längsausdehnungskoeffizienten C1204C 700OC < 0, 5-10- 6/K sind aus der DE 199 07 038 A1 bekannt geworden.

Hitzebeständige Keramiken mit einer mittleren Oberflächenrauheit < 0,03 pm zeigt die JP-A-04-367538. Hier sind jedoch keine Angaben zur mittleren thermischen Ausdehnung gemacht. Desweiteren sind keine Angabe gemacht, in welchem Ortsfrequenzbereich diese Rauheitswerte erreicht werden.

Das einkristalline Silizium ist zwar unter dem Gesichtspunkt der Rauhigkeitsanforderungen an das Substratmaterial ein geeigneter Träger, weist jedoch eine mechanische Anisotropie auf und erlaubt aufgrund der Einkristallität nur geringe Spiegelgrößen. Der Nachteil eines gegenüber Gläsern höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten a läßt sich zwar durch die deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit und eine geeignete Kühlung teilweise kompensieren. Dies ist jedoch technisch sehr aufwendig. Silizium als Substrat kommt daher derzeit lediglich bei sehr hohen thermischen Lasten beispielsweise in Beleuchtungssystemen zum Einsatz.

Bei Verwendung von amorphen Gläsern mit geringer Wärmeausdehnung beispielsweise Gläsern wie in der US 2, 326, 059 beschrieben sind zwar Wärmeausdehnung und die Rauheit im HSFR-Bereich unproblematisch, eine ausreichende Passe und MSFR-Werte können aber nicht erreicht werden, da die lamellenartige Schlierenstruktur von amorphem Glas mit verschwindend geringer Wärmeausdehnung sich nachteilig in diesen Frequenzbereichen auswirkt. So führen diese ca. 0,1 mm dicken Schichten auf moderat gekrümmten Spiegeloberflächen zu nicht korrigierbaren Oberflächemodulationen im mm- Bereich mit Amplituden von einigen Nanometern, weit außerhalb für die EUVL- Lithographie notwendigen Werten. Dieser Effekt wird auch bei ionenstrahlbasierten Fertigungsprozessen beobachtet.

Die teilkristalline Glaskeramik Zerodur0 mit Kristallitgrößen größer 50 nm weist zwar den gewünschten niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, nach dem abschließenden Strahlbearbeitungsverfahren jedoch zu große Rauheitswerte im HSFR-Bereich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Substratmaterial für röntgenoptische Komponenten anzugeben, das einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizient wie beispielsweise Gläser aufweist, andererseits aber eine ausreichende Oberflächengüte, der röntgenoptischen Komponenten nach den notwendigen Oberflächenbearbeitungsschritten gewährleistet.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Glaskeramik als Substratmaterial für röntgenoptische Komponenten mit einem amorphen und einem kristallinen Gasanteil gelöst. Die Glaskeramik weist einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, die Größe der Mikrokristallite ist < 4AR, bevorzugt < 2AR, besonders bevorzugt AR, insbesondere bevorzugt < 2/3 AR, insbesondere < AR/2, wobei AR die mittlere Wellenlänge der einfallenden Röntgenstrahlung bezeichnet. Das erfindungsgemäße Substratmaterial verfügt nach einer Oberflächenbearbeitung, insbesondere einem ion beam figuring (IBF) noch über eine ausreichende Rauheit im HSFR-Bereich.

Die Erfinder haben überraschenderweise festgestellt, daß bestimmte Glaskeramikmaterialien sämtliche Anforderungen betreffend Wärmeausdehnung und Oberflächeneigenschaften erfüllen. Derartige Materialien sind in nachfolgender Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1 : Glaskeramiken und Rauhigkeit Glaskeramik Krist-HSFR vor HSFR nach Größe Strahl-Strahl- bearbeitung bearbeitung CLEARCERAM Z 0 38 nm 0, 13 nrr 0,24 nm (Fa. Ohara) KERÅLITEe 35 nm 0, 10 nm 0,23 nm (Fa. Eurökera) Die Materialien weisen eine Kristallitgröße von 35 nm (KERALITE @ der Firma Eurokera) bzw. 38 nm (CLEARCERAM Z @ der Firma Ohara) auf. Die HSFR, d. h. die Rauheit im Rauheitswellenlängenbereich von 1, um bis 10 nm beträgt vor der Strahlbearbeitung 0,13 nm und nach der Strahlbearbeitung 0, 24 nm (CLEARCERAM Z @) bzw. 0,10 rim vor der Strahlbearbeitung und 0,23 nm nach der Strahlbearbeitung (KERALITE @). Betreffend die Zusammensetzung von CLEARCERAM Z @ der Fa. Ohara wird auf die US 5,591, 682 verwiesen, betreffend die Zusammensetzung von KERALITE @ der Firma Eurokera auf die US 5,070, 045, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird.

Ein normal incidence Röntgenspiegel mit einem erfindungsgemäßen Substratmaterial für die EUV-Lithographie zeichnet sich durch eine gute Feinpasse, d. h. Fehler im niedrigen Ortsfrequenzbereich, aus. Hierunter versteht man typischerweise Strukturgrößen zwischen einem Zehntel der durch die einzelnen Bildpunkten zugeordneten Bündelquerschnitten bis zum freien Durchmesser des Spiegels, d. h. die Fehler liegen in der Größenordnung Millimeter bis mehrere Dezimeter. Derartige Fehler führen zu Aberrationen und reduzieren die Abbildungstreue bzw. beschränken die Auflösungsgrenze des Systems. Mit den erfindungsgemäßen Komponenten können in Feinpasse-Werte im Bereich ÄR/50 bis AR/1 00 rms ; im EUV-Bereich, d. h. bei Wellenlängen von 10-30 nm, entspricht dies 0, 1-0, 2 nm rms für 10 nm Wellenlänge und 0,3-0, 6 nm rms für 30 nm Wellenlänge., erreicht werden.

Ferner zeichnen sie sich durch geringe Rauhheiten im mittleren Ortsfrequenzbereich (MSFR) aus. Diese Ortswellenlängen führen zu Streulicht innerhalb des Bildfeldes (Flare) und damit zu Kontrastverlusten in einer abbildenden Optik. Die Fehler im MSFR-Bereich lassen sich aus den Formeln für TIS (total integrated scatter) abschätzen. Mit der Erfindung können bei EUVL- Anwendungen Fehler im Bereich 0,1 bis 0,2 nm rms erreicht werden.

Die normal incidence Röntgenspiegel sind auch durch eine geringe Wärmeausdehnung gekennzeichnet. Dies ist für EDV-Anwendungen wichtig, da ca. 30 % des einfallenden Lichtes von den Multilayerspiegeln absorbiert und in Wärme umgewandelt wird. Damit die Oberflächenform im Betrieb unter diesen thermischen Lasten stabil bleibt, wird bei abbildenden Optiken ein Material mit möglichst geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten benötigt. Geringe Ausdehnungskoeffizienten kommen auch der erreichbaren Formgenauigkeit in wärmeerzeugenden Bearbeitungsprozessen entgegen.

Die Rauhigkeit der röntgenoptischen Komponente im High Spatial Frequency <BR> <BR> Roughness (HSFR) -Bereich ist < AR/30 rms, bevorzugt < ÄR/50 rms, insbesondere bevorzugt < ÄR/100 rms, gleichzeitig liegt der Fehler im niedrigen Ortsfrequenzbereich, das ist der Feinpassebereich, im Bereich AR/50-AR/100 rms und die Rauhigkeit im mittleren Ortsfrequenzbereich (MSFR) liegt gleichzeitig im Bereich ÄR/50-ÄR/1 00 rms. Bei einer EUV-Wellenlänge von 13 nm entspricht dies einer Rauhigkeit von 0,26 nm bis 0,13 nm. Der Vorteil des erfindungemäßen Substartmaterials liegt also darin, dass die Rauheitswerte in den verrschiedenen Frequenzbereichen (Feinpasse, MSFR, HSFR) im Bereich 0,26 nm bis 0,13 nm für ElJV-Wellenlängen liegen.

In einer ersten Ausführungsform ist die die röntgenoptische Komponente eine in Reflektion betriebene Retikelmaske für die EUV-Lithographie umfassend ein erfindungsgemäßes Substratmaterial.

In einer alternativen Ausführungsform ist die röntgenoptische Komponente ein normal incidence Spiegel, wobei der Spiegel ein Substrat, umfassend eine Glaskeramik sowie ein Mehrschichtsystem mit einer Vielzahl von Schichten mit hoher Reflektivität im Röntgenbereich bei nicht-streifendem Einfall aufweist.

Bevorzugt umfaßt das auf das Substrat aufbauende Mehrschichtsystem des normal incidence Spiegels 40 bis 200 Schichtpaare, bestehend aus einem der nachfolgenden Materialien : Mo/Si, Mo/Bi, MoRu/Be.

Neben der Glaskeramik stellt die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung einer röntgenoptischen Komponente für Röntgenstrahlen der Wellenlänge AR zur Verfügung, umfassend folgende Schritte : die Oberfläche der röntgenoptischen Komponente wird superpoliert bis eine High Spatial Frequency Roughness (HSFR) < AR/50 rms, bevorzugt < AR/100 rms erreicht wird, anschließend wird die Oberfläche mit einem Strahlbearbeitungsverfahren weiterbearbeitet, bis der Fehler im niedrigen Ortsfrequenzbereich AR/50-AR/'P 00 rms und der Fehler im mittleren Ortsfrequenzbereich (MSFR) im Bereich AR/50-AR/100 rms liegt. Die erfindungsgemäßen Materialien zeichnen sich dadurch aus dass die HSFR nach der Strahlbearbeitung sich nicht wesentlich verschlechtert, sondern auch nach Abschluß dieses Bearbeitungsschrittes noch eine HSFR < ÄR/50 rms, bevorzugt < AR/1 00 rms erreicht wird.

Das Superpolieren von Proben ist dem Fachmann hinlänglich bekannt und superpolierte Proben können käuflich erworben werden Betreffend die Strahlbearbeitungsmethode des ion-beam-figurings (IBF), d. h. der lonenstrahlbearbeitung wird auf L.. Allen und H. W. Romig,"Demonstration of ion beam figuring process"in SPIE Vol. 1333 (1990) 22 ; S. R. Wilson, D. W. Reicher, J. R. McNell,"Surface figuring using neutral ion beams", Advances in Fabrication and Meterology for Optics and large Optics, SPIE, Vol. 966, Seiten 74-81, August 1988 sowie L. N. Allen und R.. E. Keim,"An ion figuring system for large optic fabrication", Current developments in Optical Engineering and Comercial Optics, SPíE, Vol. 1168, Seiten 33-50, August 1989 verwiesen, wobei der Offenbarungsgehalt dieser Schrift vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird.

Bei der Oberflächenbearbeitung mit ion beam figuring (IBF) wird ein Ar +-Strahl im Vakuum mittels eines 5-Achsenbewegungssystems kontrolliert über die Oberfläche des zu bearbeitenden Substrates geführt. Basierend auf einem z. B. mittels eines Interferometers gewonnen Oberflächenfehlerprofils wird die Verweilzeit des Bearbeitungsstrahis ortsabhängig und computergesteuert variiert.

Die Abtragungsrate des Strahles ist dabei proportional zur Verweilzeit. Dadurch wird der Bearbeitungsprozeß definiert, der innerhalb der angegebenen Grenzen rasch konvergiert. Einzelheiten zu diesemVerfahren können der oben angegebenen Publikation entnommen werden.

Bei der erfindungsgemäßen Glaskeramiksubstratmaterialien sind Mikrokristallite mit negativer Wärmeausdehnung in amorphes Material mit positiver Wärmeausdehnung eingebettet. Während der Kristallisationsphase wird das stöchibmetrische Verhältnis von Kristall-zu Glasphase so eingestellt, daß für einen bestimmten Temperaturbereich, beispielsweise 0 bis 50° C, eine verschwindende Wärmeausdehnung resultierte Die Größe der Kristalite ist dabei ein freier Parameter. Die Erfinder haben erkannt, daß es für die Erzielung einer verschwindenden Wärmeausdehnung in erster Näherung irrelevant ist, ob viele kleine oder wenige große Kristallite eingebettet sind, solange das Volumenverhältnis KristalliVGlas konstant bleibte Die erfindungsgemäßen Substratmaterialien weisen Kristallitgrößen in der Größenördnung der Wellenlänge des einfallenden Lichtes, bevorzugt unter der halben Wellenlänge, auf.

Die Erfinder haben erkannt, daß die durch lonenbeschuß induziierten Rauheitsamplituden bzw. Degradationen mit der Kristallitgröße skalieren. Auf EUV-Spiegeln wird somit mit den erfindungsgemäßen Substratmaterialien nach der Oberflächenbearbeitung, insbesondere der Strahlbearbeitung eine tolerable Degradation erreicht, die um einen Faktor 3 bis 4 mal geringer ist als beispielsweise bei Glaskeramiken mit Mikrokristalliten in der Größenordnung von 50 nm.

Die erfindungsgemäßen Substratmaterialien weisen nach der Oberflächenbearbeitung Rauheiten in allen Ortsfrequenzen (HSFR, MSFR, Feinpasse) in einem Bereich auf, die durch die Röntgenphotonen nicht mehr wahrgenommen werden. Diese können daher nicht mehr zur Reflektivitätsminderung beitragen.