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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Mikrospiegelanordnung, umfassend: mindestens
einen Mikrospiegel mit einer reflektierenden Oberfläche,
die an einem bevorzugt aus Silizium bestehenden Spiegelsubstrat
gebildet ist, sowie eine Anti-Reflexbeschichtung, die an dem Spiegelsubstrat
außerhalb der reflektierenden Oberfläche gebildet
ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer
Anti-Reflexbeschichtung für eine Mikrospiegelanordnung.
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Mikrospiegelanordnungen
weisen eine Mehrzahl von Mikrospiegeln auf, die in einer flächigen,
in der Regel matrixförmigen Anordnung nebeneinander angeordnet
sind und unabhängig voneinander bewegt werden können.
Typischer Weise ist die optische Oberfläche eines einzelnen
Mikrospiegels relativ zu einer allen Mikrospiegeln gemeinsamen Ebene
beweglich, insbesondere verkippbar gelagert. Zur Erzeugung der Bewegung
bzw. Verkippung können unter dem Mikrospiegel Elektroden
angebracht sein, die das Spiegelsubstrat elektrostatisch anziehen.
Durch die Verkippung der einzelnen Mikrospiegel können
diese die einfallende Strahlung gezielt in unterschiedliche Raumrichtungen
reflektieren und so z. B. zur Pupillenformung in Beleuchtungssystemen
für die Mikrolithographie eingesetzt werden.
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Da
bautechnisch bedingt die reflektierenden Oberflächen der
Mikrospiegel in der Regel nicht unmittelbar benachbart zueinander
angeordnet werden können, trifft die auf die Mikrospiegelanordnung
einfallende Strahlung nicht nur die reflektierenden Oberflächen
der einzelnen Mikrospiegel, sondern auch Bereiche, in denen keine
Reflexion der Strahlung gewünscht ist. Der außerhalb
der reflektierenden Oberflächen der einfallenden Strahlung
ausgesetzte Bereich der Mikrospiegelanordnung sollte möglichst
wenig Strahlung reflektieren bzw. zurückstreuen, da diese
beispielsweise bei Verwendung der Mikrospiegelanordnung zur Pupillenformung unmittelbar
in den Bereich der Pupille reflektiert wird.
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Aus
der
US 6,891,255 B2 sind
eine Mikrospiegelanordnung und ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt
geworden, bei denen die Beständigkeit eines Mikrospiegels
für Strahlung im UV-Wellenlängenbereich durch
Aufbringen einer strahlungsbeständigen Schicht erhöht
werden soll. Es wird weiterhin vorgeschlagen, auf die Rückseite
des Mikrospiegels und/oder an einem unbeweglichen Substrat, an dem
der Mikrospiegel gelagert ist, eine Anti-Reflexbeschichtung aufzubringen.
Als Materialien für die Schichten der Anti-Reflexbeschichtung
werden unter anderem Magnesium-Fluorid und Calcium-Fluorid vorgeschlagen.
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Zur
Reduzierung der Reflektivität der Mikrospiegelanordnung
außerhalb der optischen Oberflächen kann auch
eine die einfallende Strahlung auffangende Blende vorgesehen sein.
Nachteilig an dieser Lösung ist aber deren geringe mechanische
Stabilität, sowie die ggf. nicht ausreichende Genauigkeit
bei deren Befestigung bzw. Justage.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Mikrospiegelanordnung und ein Verfahren
zur Herstellung einer Anti-Reflexbeschichtung anzugeben, welche
eine deutliche Reduzierung der Reflektivität für
die außerhalb der reflektierenden Oberflächen
einfallende Strahlung und ggf. eine verringerte Deformation des
beschichteten Spiegelsubstrats ermöglichen.
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Gegenstand der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass die bevorzugt strukturierte Anti-Reflexbeschichtung wenigstens
eine absorbierende Schicht aus einem bevorzugt nicht-metallischen
Material aufweist, das bei einer Wellenlänge im UV-Bereich,
insbesondere bei 193 nm, einen Absorptionskoeffizienten von 0,1 oder
mehr, bevorzugt von 0,2 oder mehr, insbesondere von 0,4 oder mehr
aufweist.
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Die
Anti-Reflexbeschichtung ist typischer Weise benachbart zu den reflektierenden
Oberflächen auf dem Spiegelsubstrat angeordnet und sollte
möglichst die gesamte Fläche außerhalb
der reflektierenden Oberflächen bedecken, was in der Regel
nur erreicht werden kann, wenn die Anti-Reflexbeschichtung strukturiert wird,
wobei die Toleranzen bei der Strukturierung der Anti-Reflexbeschichtung
so gering wie möglich ausfallen sollten. Als Verfahren
zur Strukturierung der Anti-Reflexbeschichtung mit niedrigen Toleranzen
ist die Fotolithographie besonders gut geeignet.
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Bei
der Strukturierung werden Teile des Materials der Anti-Reflexbeschichtung
abgetragen, was bei Verwendung von metallischen Materialien, insbesondere
von Schwermetallen, zu einer erhöhten Belastung der Umwelt
führen kann, weshalb in der Regel nicht-metallische Materialien
für die Anti-Reflexbeschichtung verwendet werden sollten.
Es versteht sich, dass ggf. dennoch auf metallische Materialien,
z. B. Aluminium, Chrom oder Titan zurückgegriffen werden
kann, wenn deren Entsorgung sichergestellt ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform ist das Material der
absorbierenden Schicht eine Silizium-Stickstoff-Verbindung, die
bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Silizium-Nitride
(Si
xN
y) und Silizium-Oxid-Nitride
(SiN
xO
y). Hierbei
handelt es sich um Materialien, die in standardisierten Prozessen als
dünne Schichten aufgebracht werden können, und
zwar insbesondere durch plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung
(Plasma-Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD)). Weiterhin
kann bei Verwendung dieser Materialien die Schichtspannung eingestellt
und zur Kompensation der Schichtspannung einer auf der AR-Beschichtung
aufgebrachten Hochreflektierenden(HR)-Beschichtung eingesetzt werden
(siehe unten). Auch sind diese Schichtmaterialien weitgehend selektiv
zum Silizium-Substrat ätzbar, d. h. es tritt beim Abätzen,
insbesondere beim nasschemischen Abätzen, in der Regel
eine vernachlässigbare Dickenänderung des Siliziums
auf. Der Absorptionskoeffizient (Imaginärteil des Brechungsindex)
der oben beschriebenen Materialien kann in Abhängigkeit
von der Art der Auftragung variieren und z. B. bei SiN für
eine Wellenlänge von 193 nm in einem Bereich zwischen 0,17
und 0,3 oder auch höher, bis ca. 0,7 liegen, vgl. für
Details hierzu die
US
6 319 568 B1 , welche bezüglich dieses Aspekts
durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist auf die
absorbierende Schicht mindestens eine weitere Schicht mit einem
niedrigeren Brechungsindex als dem Brechungsindex der absorbierenden
Schicht aufgebracht. Die weitere Schicht dient zur Vermeidung bzw.
Verringerung von Reflexionen bei der Einkopplung der einfallenden
Strahlung in die absorbierende Schicht und besteht aus einem gegenüber
der einfallenden Strahlung transparenten Material, das einen vergleichsweise
niedrigen Absorptionskoeffizienten aufweist, der z. B. bei weniger
als 0,001 liegen kann. Es versteht sich, dass auch transparente
Schichten mit höheren Absorptionskoeffizienten, z. B. 0,015
oder darüber, verwendet werden können. Auch kann
die Anti-Reflexbeschichtung eine Mehrzahl von übereinander
angeordneten Schichtpaaren aufweisen, die jeweils aus einer absorbierenden
und einer transparenten Schicht bestehen.
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Bevorzugt
besteht die weitere Schicht aus einer Silizium-Sauerstoff-Verbindung,
insbesondere aus Siliziumdioxid (SiO2).
Dieses Material weist bei einer Wellenlänge von 193 nm
einen Absorptionskoeffizienten von ca. 0,0002 oder mehr auf, der
ebenfalls in Abhängigkeit von den Beschichtungsbedingungen
variieren kann.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform bestehen alle
Schichten der Anti-Reflexbeschichtung aus nicht-metallischen Materialen,
insbesondere aus Silizium-Verbindungen. In diesem Fall lässt
sich die gesamte Anti-Reflexbeschichtung durch geeignete Wahl der
Reaktivgasanteile in einer einzigen Beschichtungsanlage aufbringen.
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In
einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform
ist die Dicke der wenigstens einen absorbierenden Schicht so gewählt,
dass die auf die absorbierende Schicht auftreffende Strahlung weitgehend
absorbiert wird. Die Erfinder haben erkannt, dass bei Verwendung
eines Spiegelsubstrats aus Silizium sich an der Oberfläche
des Spiegelsubstrats eine dünne Schicht aus Siliziumoxid
(SiO2) ausbilden kann, deren Dicke typischer
Weise zwischen ca. 0 nm und ca. 7 nm variiert. Diese Siliziumoxid-Schicht
sollte bei der Berechnung des Schichtdesigns der Anti-Reflexbeschichtung
mit berücksichtigt werden, was aber wegen ihrer variablen
Dicke in der Regel nur schwer möglich ist. Daher wird vorgeschlagen,
die Dicke der absorbierenden Schicht so groß zu wählen,
dass nahezu keine Strahlung auf das Spiegelsubstrat bzw. die Siliziumoxid-Schicht
mehr auftrifft. Auf diese Weise ist die Berechnung des Designs von
der Siliziumoxid-Schicht unabhängig und es bestehen definierte
Bedingungen für die Berechnung der Schichtdicken der auf
die absorbierende Schicht folgenden weiteren Schichten.
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Bevorzugt
liegt die Dicke der wenigstens einen absorbierenden Schicht zwischen
40 nm und 100 nm, insbesondere zwischen 60 nm und 80 nm. Bei den
für die Mikrospiegelanordnung verwendeten Leistungsdichten
und den für die absorbierende Schicht typischer Weise verwendeten
Silizium-Stickstoff-Verbindungen genügt eine absorbierende
Schicht mit einer solchen Dicke in der Regel, die einfallende Strahlung
weitgehend zu absorbieren.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Anti-Reflexbeschichtung
bei einer Wellenlänge von 193 nm unter senkrechtem Einfall
eine Reflektivität von 5% oder weniger, bevorzugt von 3%
oder weniger, insbesondere von 1% oder weniger auf. Dies ist eine
deutliche Reduzierung der Reflektivität gegenüber
einem Spiegelsubstrat z. B. aus Silizium, das bei einer Wellenlänge
von 193 nm eine Reflektivität von ca. 65% aufweist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die
Anti-Reflexbeschichtung unter senkrechtem Einfall in einem Wellenlängenbereich
zwischen 185 nm und 210 nm, insbesondere bis 230 nm, eine Reflektivität
von 10% oder weniger, bevorzugt von 5% oder weniger auf. Eine solche
breitbandige Entspiegelung kann erreicht werden, indem die Dicken
der absorbierenden Schicht und der weiteren Schichten geeignet aufeinander
abgestimmt werden Für die Optimierung der Schichtdicken
bei bekannten Brechzahlen der verwendeten Schichtmaterialien können
konventionelle Schichtdesignprogramme verwendet werden. Vorteile
einer Breitbandentspiegelung sind höhere Fertigungstoleranzen
und die Abdeckung eines breiteren Bereiches der Einfallswinkel für
eine ausgewählte Wellenlänge.
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Bevorzugt
ist die reflektierende Oberfläche an einer reflektierenden
Beschichtung gebildet, die insbesondere auf die Anti-Reflexbeschichtung
und/oder auf das Spiegelsubstrat aufgebracht ist. Die reflektierende Beschichtung
besteht hierbei typischer Weise aus einem Mehrfachschichtsystem
aus mehreren transparenten Einzelschichten und kann insbesondere
auf die Anti-Reflexbeschichtung zunächst flächig
aufgebracht und nachfolgend durch lithographische Verfahren strukturiert
werden, indem die reflektierende Beschichtung in vorgegebenen Bereichen
gezielt bis zur Anti-Reflexbeschichtung abgetragen wird. Alternativ
oder zusätzlich ist es möglich, die reflektierende
Beschichtung zumindest teilweise direkt auf das Spiegelsubstrat
aufzubringen, z. B. wenn die Anti-Reflexbeschichtung bereits so
strukturiert ist, dass in den Bereichen, in denen die optischen Oberflächen
gebildet werden sollen, keine Anti-Reflexbeschichtung vorhanden
ist.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Schichtspannung
der Anti-Reflexbeschichtung so auf die Schichtspannung der reflektierenden
Beschichtung abgestimmt, dass sich die Schichtspannungen von Anti-Reflexbeschichtung
und reflektierender Beschichtung weitgehend kompensieren. Dies ist
günstig, da in diesem Fall auch sehr dünne Substrate
(z. B. mit einer Dicke von ca. 30 μm) nicht oder nur unwesentlich
durch die Schichtspannung der reflektierenden Beschichtung deformiert
werden können.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst die
Mikrospiegelanordnung eine Stützstruktur, an welcher der
mindestens eine Mikrospiegel beweglich gelagert ist. Die bewegliche
Lagerung des in der Regel plattenförmigen Mikrospiegels
an der in der Regel säulenförmigen Stützstruktur
kann z. B. über ein Scharnier oder über eine Feder
erfolgen. Die Auslenkung des Mikrospiegels erfolgt hierbei typischer
Weise durch elektrostatische Anziehung des Spiegelsubstrats mit
Hilfe von unter dem Mikrospiegel angeordneten Elektroden.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist realisiert in einem Verfahren
der eingangs genannten Art, umfassend: Beschichten eines Spiegelsubstrats
insbesondere aus Silizium mit der Anti-Reflexbeschichtung, sowie Strukturieren
der Anti-Reflexbeschichtung unter Aufbringen einer durch Bestrahlung
strukturierbaren Materialschicht auf die Anti-Reflexbeschichtung
und/oder auf das Spiegelsubstrat.
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Erfindungsgemäß wird
vorgeschlagen, die Anti-Reflexbeschichtung mit Hilfe eines lithographischen Verfahrens
zu strukturieren, d. h. durch Aufbringen einer strahlungsempfindlichen
Materialschicht, die durch Bestrahlung strukturiert werden kann.
Hierbei kann die Materialschicht auf die Anti-Reflexbeschichtung
aufgebracht werden oder direkt auf das Spiegelsubstrat, wobei sie
in ersterem Fall als Ätzmaske und in letzterem Fall als
Opferschicht oder Ätzstopp dient. In jedem Fall wird die
strahlungsempfindliche Materialschicht nach bzw. bei der Strukturierung
der Anti-Reflexbeschichtung entfernt, so dass die Anti-Reflexbeschichtung
zunächst flächig aufgetragen und nachfolgend gezielt
in den Bereichen abgetragen werden kann, in denen keine Anti-Reflexbeschichtung
gewünscht ist.
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In
einer bevorzugten Variante wird das Spiegelsubstrat mit wenigstens
einer absorbierenden Schicht aus einem bevorzugt nicht-metallischen
Material beschichtet, das bei einer Wellenlänge im UV-Bereich,
insbesondere bei 193 nm, einen Absorptionskoeffizienten von 0,1
oder mehr, bevorzugt von 0,2 oder mehr, insbesondere von 0,4 oder
mehr aufweist, so dass die Zahl der Schichten und damit die Zahl
der Beschichtungsvorgänge gegenüber einer Anti-Reflexbeschichtung
aus einem üblichen, aus transparenten Materialien bestehenden
Mehrfachschicht-System deutlich reduziert werden kann.
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In
einer weiteren vorteilhaften Variante wird als Material der absorbierenden
Schicht eine Silizium-Stickstoff-Verbindung gewählt, insbesondere
ein Silizium-Nitrid (SixNy)
oder ein Silizium-Oxid-Nitrid (SiNx
Oy), die jeweils die gewünschte hohe
Absorption bei 193 nm aufweisen.
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Bevorzugt
wird auf die absorbierende Schicht mindestens eine weitere Schicht
mit einem niedrigeren Brechungsindex als dem Brechungsindex der
absorbierenden Schicht aufgebracht, um die Strahlung in die absorbierende
Schicht einzukoppeln, d. h. die absorbierende Schicht zu entspiegeln.
Es versteht sich, dass auf die weitere Schicht auch eine Schicht
mit höherem Brechungsindex folgen kann bzw. ein übliches
Schichtsystem mit mehreren transparenten Schichten aus alternierenden
hoch- und niedrigbrechenden Materialien auf die absorbierende Schicht
aufgebracht werden kann.
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Eine
bevorzugte Variante des Verfahrens umfasst das Aufbringen einer
reflektierenden Beschichtung auf die Anti-Reflexbeschichtung und/oder
auf das Spiegelsubstrat zur Erzeugung mindestens einer reflektierenden
Oberfläche an einem Mikrospiegel. Die reflektierende Beschichtung
kann hierbei aus einem herkömmlichen reflektierenden Mehrfachschicht-System
mit alternierenden hoch- bzw. niedrig brechenden, transparenten
Schichten bestehen.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Variante wird die reflektierende Beschichtung
zunächst flächig aufgebracht und nachfolgend selektiv
außerhalb der reflektierenden Oberfläche von der
Anti-Reflexbeschichtung entfernt, wobei auch in diesem Fall eine
strahlungsempfindliche, strukturierbare Materialschicht im Bereich
der reflektierenden Oberfläche als Ätzmaske auf
die reflektierende Beschichtung und/oder außerhalb der
reflektierenden Oberfläche als Opferschicht bzw. als Ätzstopp
auf die Anti-Reflexbeschichtung aufgebracht werden kann.
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In
einer weiteren vorteilhaften Variante wird die Schichtspannung der
Anti-Reflexbeschichtung so auf die Schichtspannung der reflektierenden
Beschichtung abgestimmt, dass die beiden Schichtspannungen sich im
Wesentlichen kompensieren, d. h. eine z. B. negative Schichtspannung
der Anti-Reflexbeschichtung kann durch eine betragsmäßig
im Wesentlichen gleich große positive Schichtspannung der
reflektierenden Beschichtung ausgeglichen werden und umgekehrt.
Unter einer Kompensation „im Wesentlichen” wird
verstanden, dass die Abweichung des Absolutbetrags der Schichtspannungen
bei ca. 10% oder weniger liegt.
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In
einer besonders vorteilhaften Variante wird die Anti-Reflexbeschichtung
zunächst flächig auf das Spiegelsubstrat aufgebracht
und nachfolgend selektiv im Bereich der reflektierenden Oberfläche
von dem Spiegelsubstrat entfernt. Auf diese Weise kann die reflektierende
Beschichtung im Bereich der reflektierenden Oberfläche
direkt auf das Spiegelsubstrat aufgebracht werden, so dass das Spiegelsubstrat,
das von sich aus (z. B. im Falle von Silizium) bereits eine hohe
Reflektivität für die einfallende Strahlung aufweist,
nur noch durch eine geringe Anzahl von reflektierenden Schichten
ergänzt werden muss, um die gewünschte hohe Reflektivität
für die einfallende Strahlung im Bereich der reflektierenden
Oberfläche zu erhalten.
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In
einer besonders vorteilhaften Variante wird mindestens eine, bevorzugt
jede Schicht der Anti-Reflexbeschichtung durch plasmaunterstützte
chemische Gasphasenabscheidung aufgebracht. Insbesondere bei ausschließlicher
Verwendung von Silizium-Verbindungen als Materialien für
die Schichten der Anti-Reflexbeschichtung kann die Anti-Reflexbeschichtung
in einer Beschichtungsanlage in einem einzigen Beschichtungsvorgang
aufgebracht werden, indem die Reaktivgasanteile geeignet variiert
werden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand
der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten
zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale
können je einzeln für sich oder zu mehreren in
beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht
sein.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt:
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1a eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Mikrospiegelanordnung in einer Draufsicht,
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1b die
Mikrospiegelanordnung von 1a in
einer Schnittdarstellung nach dem Beschichten und vor dem Strukturieren
der Anti-Reflexbeschichtung mittels einer strahlungsempfindlichen,
strukturierten Materialschicht, sowie
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1c die
Mikrospiegelanordnung von 1b nach
dem Strukturieren der Anti-Reflexbeschichtung und nach dem Entfernen
der strahlungsempfindlichen Materialschicht,
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2a–c
eine schematische Darstellung einer ersten Variante der Beschichtung
der Mikrospiegelanordnung von 1a mit
einer Anti-Reflexbeschichtung und einer reflektierenden Beschichtung,
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3a–c
eine schematische Darstellung einer zweiten Variante der Beschichtung
der Mikrospiegelanordnung von 1a,
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4a–c
eine schematische Darstellung einer dritten Variante der Beschichtung
der Mikrospiegelanordnung von 1a,
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5 eine
Darstellung der Reflektivität einer ersten Variante der
Anti-Reflexbeschichtung in Abhängigkeit vom Einfallswinkel,
und
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6 eine
Darstellung der Reflektivität einer zweiten Variante der
Anti-Reflexbeschichtung in Abhängigkeit vom Einfallswinkel
und von der Dicke einer auf dem Spiegelsubstrat gebildeten Siliziumoxidschicht.
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In 1a ist
schematisch eine Mikrospiegelanordnung 1 gezeigt, die ein
plattenförmiges Spiegelsubstrat 2 aufweist, an
dem eine Mehrzahl von Mikrospiegeln 3 zwischen als Scharnieren
dienenden Teilbereichen 4 des Spiegelsubstrats 2 mit
verringerter Dicke an säulenförmigen Stützstrukturen 5 beweglich
gelagert ist. Unterhalb des Spiegelsubstrats 2 sind im
Bereich jedes Mikrospiegels 3 mehrere, typischer weise
drei (nicht gezeigte) Elektroden angebracht, durch die sich die
Mikrospiegel 3 gegenüber einer jeweiligen, gestrichelt
angedeuteten Achse verkippen lassen, die im Bereich der Stützstrukturen 5 durch
das Spiegelsubstrat 2 verläuft. Es versteht sich,
dass die Mikrospiegel 3 auch um zwei z. B. zueinander senkrechte
Achsen verkippt werden können, wenn die Anordnung bzw.
Formgebung der Scharniere 4 geeignet modifiziert wird,
z. B. wenn diese in den Eckbereichen der Mikrospiegel 3 angeordnet
werden.
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Um
die in 1a gezeigte Mikrospiegelanordnung 1 zu
erhalten, wird auf das noch unstrukturierte, plane Spiegelsubstrat 2 eine
Anti-Reflexbeschichtung 7 sowie eine reflektierende Beschichtung 8 aufgebracht, wie
nachfolgend anhand der 2a–c, 3a–c
und 4a–c näher erläutert
wird, welche unterschiedliche Varianten des Beschichtungsvorgangs
zeigen.
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In 2a ist
eine Beschichtungs-Variante dargestellt, bei der auf das Spiegelsubstrat 2 die
Anti-Reflexbeschichtung 7 und auf diese die reflektierende
Beschichtung 8 flächig aufgebracht ist. Auf die
reflektierende Beschichtung 8 ist eine strahlungsempfindliche
Materialschicht 9 aufgebracht, im Folgenden auch Resist genannt,
die in einem vorausgehenden Schritt durch Bestrahlung bzw. Belichtung
und anschließendes Entwickeln strukturiert und nachfolgend
in den unbelichteten Bereichen entfernt wurde. Die Materialschicht 9 kann hierbei
aus den in der Mikrolithographie üblichen Resist-Materialien
bestehen, welche selektiv abgetragen werden können, so
dass die reflektierende Beschichtung 8 beim teilweisen
Abtrag der Materialschicht 9 intakt bleibt.
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Wie
ebenfalls in 2a gezeigt ist, wird nachfolgend
die reflektierende Beschichtung 8 selektiv in den Bereichen
durch einen Ätzprozess abgetragen, an denen keine strukturierte
Materialschicht 9 vorhanden ist. Der Ätzangriff
ist hierbei durch gestrichelte Pfeile 10 angedeutet und
kann mittels trockenem oder nassem Ätzen auf bekannte Weise
durchgeführt werden. Durch das Ätzen erfolgt ein
vollständiger Abtrag der reflektierenden Beschichtung 8 in
den nicht durch den Resist 9 geschützten Bereichen,
wie in 2b dargestellt ist, d. h. der
Resist 9 dient als Ätzmaske für die Strukturierung
der reflektierenden Beschichtung 8. In 2c wird das
Ergebnis der Beschichtung dargestellt, nachdem der Resist 9 von
der reflektierenden Beschichtung 8 entfernt wurde, wodurch
eine reflektierende Oberfläche 11 mit der gewünschten
Geometrie an der reflektierenden Beschichtung 8 gebildet
wird.
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Der
in 3a–c dargestellte Beschichtungsprozess
unterscheidet sich von dem der 2a–c
gezeigten dadurch, dass vor dem Aufbringen der reflektierenden Beschichtung 8 auf
die Anti-Reflexbeschichtung 7 zunächst der Resist 9 aufgebracht
und strukturiert wird, vgl. 3a. Der
Resist 9 dient hierbei als Opferschicht und kann wie in 3b durch
Pfeile 12 angedeutet ist, mittels geeigneter, ebenfalls
bekannter Verfahren von der Anti-Reflexbeschichtung 7 abgehoben
werden, nachdem auf diese die reflektierende Beschichtung 8 aufgebracht
wurde. Wie in 3c gezeigt, bleibt auf diese
Weise ebenfalls nur der gewünschte Bereich der reflektierenden
Beschichtung 8 mit der reflektierenden Oberfläche 11 auf
der Anti-Reflexbeschichtung 7 zurück.
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4a–c
zeigen schließlich eine Variante des Verfahrens, bei denen
die Beschichtungsschritte der 2a–c
und 3a–c kombiniert werden. Ausgangspunkt
ist hierbei die in 3b dargestellte Situation, bei der
auf den strukturierten Resist 9 die reflektierende Beschichtung 8 aufgebracht
wurde. In diesem Fall wurde aber ein Resist-Material gewählt,
das nicht als Opferschicht, sondern als Ätzstopp für
die darunter liegende Anti-Reflexbeschichtung 7 dient.
Wie in 4b dargestellt, wird auf den Teilbereich
der reflektierenden Beschichtung 8, welcher unmittelbar
auf die Anti-Reflexbeschichtung 7 aufgebracht wurde, eine
weitere Resist-Schicht 9a als Ätzstopp aufgebracht
und strukturiert, so dass der nicht von der Resist-Schicht 9a bedeckte Teil
der reflektierenden Beschichtung 9 in einem nachfolgenden Ätzschritt
abgetragen werden kann, wie in 4b durch
Pfeile 10 dargestellt ist, wobei das Ätzen an
dem Resist 9 gestoppt wird. Nach dem Abtragen des Resists 9 und
der Resist-Schicht 9a wird ebenfalls die reflektierende
Oberfläche 11 mit der gewünschten Form
auf der Anti-Reflexbeschichtung 7 erhalten, wie in 4c gezeigt
ist.
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Die
beiden in 3a–c und 4a–c
gezeigten Varianten bieten sich an, wenn die reflektierende Beschichtung 8 nicht
selektiv bezüglich der Anti-Reflexbeschichtung 7 geätzt
werden kann. Bei den oben beschriebenen Beschichtungsvarianten können
die einzelnen Schichten jeweils durch übliche Dünnschicht-Beschichtungsverfahren,
z. B. durch plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung
(PECVD), durch thermisches Verdampfen oder durch Sputtern aufgebracht
werden.
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Neben
den in 2a–c bis 4a–c
gezeigten Beschichtungsvarianten ist es auch möglich, zunächst die
Anti-Reflexbeschichtung 7 zu strukturieren und in den Bereichen
gezielt abzutragen, in denen die reflektierende Beschichtung 8 bzw.
die optische Oberfläche 11 gebildet werden soll.
Auf diese Weise kann die reflektierende Beschichtung 8 unmittelbar
auf das Spiegelsubstrat 2 aufgebracht werden, so dass dessen
hohe Reflektivität beim Design der reflektiven Beschichtung
berücksichtigt und genutzt werden kann.
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In
jedem Fall wird nachfolgend auf das Substrat 2 eine weitere
Resistschicht 9b flächig aufgebracht, die in den
als Scharniere dienenden Teilbereichen 4 strukturiert ist,
wie in 1b dargestellt, in der auf die Darstellung
Anti-Reflexbeschichtung sowie die reflektierenden Beschichtung der
besseren Übersicht halber verzichtet wurde. Die in 1b gezeigte
Darstellung folgt hierbei der in 1a gezeigten
Schnittlinie vor der Strukturierung des Substrats 2. In
einem nachfolgenden Ätzschritt werden in den Teilbereichen 4 Durchbrüche gebildet,
wie in 1c gezeigt ist, in der die Mikrospiegelanordnung 1 entlang
der Schnittlinie von 1a im Endzustand nach dem Entfernen
der Resistschicht 9b dargestellt ist.
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In 1c ist
außerdem der Aufbau der Anti-Reflexbeschichtung 7 genauer
gezeigt: Diese weist eine erste, absorbierende Schicht 7a auf,
auf die eine weitere Schicht 7b aufgebracht ist, die zum
Einkoppeln der auf die Anti-Reflexbeschichtung 7 auftreffenden,
(nicht gezeigten) Strahlung in die absorbierende Schicht 7a dient
und deren Brechungsindex geringer ist als derjenige der absorbierenden
Schicht 7a. Auf das erste Schichtenpaar 7a, 7b folgen
noch zwei weitere, identische Schichtenpaare 7a, 7b.
Die absorbierende Schicht 7a besteht im vorliegenden Fall
aus Silizium-Nitrid (SiN), welches in Abhängigkeit von
der gewählten Prozessführung einen Realteil des
Brechungsindex n zwischen ca. 2,20 und 2,65 und einen Imaginärteil
k (Absorptionskoeffizienten) zwischen 0,17 und 0,7 bei einer Wellenlänge
von 193 nm aufweist. Die weitere Schicht 7b besteht hierbei
aus SiO2, das einen Brechungsindex n zwischen
1,56 und 1,70 und einen Absorptionskoeffizienten k zwischen 0,0002
und 0,015 aufweist.
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Wie
aus 1c ebenfalls zu ersehen ist, wird ca. 50% der
Fläche der Mikrospiegelanordnung 1 zur gezielten
Umlenkung der einfallenden Strahlung an den reflektierenden Oberflächen 11 verwendet.
Außerhalb der reflektierenden Oberflächen 11 trifft
noch ca. 1% der gesamten Intensität der einfallenden Strahlung
auf, von denen maximal 10% reflektiert werden dürfen, wenn
die Mikrospiegelanordnung 1 zur Pupillenformung verwendet
werden soll, da in diesem Fall die nicht gezielt reflektierte Strahlung
direkt in die Pupille gelangt. Da das Spiegelsubstrat 2 aus
Silizium eine Reflektivität von ca. 65% aufweist, muss
eine Anti-Reflexbeschichtung 7 so ausgelegt sein, dass
die Reflektivität um ca. 55–60% reduziert wird.
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Ein
typisches Schichtdesign (6-Schichter) für die Anti-Reflexbeschichtung
7,
das eine Reflektivität R von weniger als 10% auch bei hohen
Inzidenzwinkeln α von 50° und darüber
aufweist, ist in
5 gezeigt, wobei die Schichtdicken
gegeben sind durch: Si (2,9 H 1,95 L) 3 (physikalische Dicke jeweils
in Nanometern) und für die einzelnen Schichten folgende
Daten zu Grunde gelegt wurden:
| | n | k |
Silizium-Substrat: | | 0,88 | 2,78 |
SiN: | H | 2,5 | 0,3 |
SiO2: | L | 1,56 | 0,0002 |
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Es
versteht sich, dass durch Anpassung der Dicken der Schichten 7a, 7b bzw.
der Anzahl der verwendeten Schichten die Reflektivität
geeignet anpassen, insbesondere weiter verringern lässt,
wobei für die Entspiegelung des nicht transparenten Siliziums
die vergleichsweise hohe Absorption (Absorptionskoeffizient größer
0,1) von Silizium-Nitrid als absorbierendem Schichtmaterial günstig
ist. Es versteht sich, dass auch andere Schichtmaterialien für
die Anti-Reflexbeschichtung 7 in Frage kommen, z. B. Silizium-Nitride
anderer Zusammensetzung (SixNy)
bzw. Silizium-Oxid-Nitride (SiOxNy), wobei die Anzahl und Reihenfolge der
aufgebrachten Schichten von der zu erzielenden Reflektivität
und dem Inzidenzwinkelbereich abhängig ist, unter dem die Strahlung
auf die Mikrospiegelanordnung 1 einfällt.
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Bei
der ausschließlichen Verwendung der oben erwähnten,
Silizium enthaltenden Materialien für die Schichten der
Anti-Reflexbeschichtung 7 können alle Schichten
in derselben Beschichtungsanlage aufgebracht werden, indem die Reaktivgasanteile
in der Anlage geeignet eingestellt werden. Es versteht sich, dass auch
Schichten aus anderen Materialien, mit denen sich die gewünschte
Reflektivität erzielen lässt, in der Anti-Reflexbeschichtung
Verwendung finden können. Insbesondere können
als absorbierende Schichten ggf. auch Metalle wie Aluminium, Chrom
oder Titan eingesetzt werden. Auch für die weitere Schicht 7b können
andere Materialien als Siliziumoxid (SiO2)
verwendet werden, die für die einfallende Strahlung im
Wesentlichen transparent sind und einen Brechungsindex aufweisen,
der unter dem Brechungsindex der absorbierenden Schicht 7a liegt.
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Bei
dem im Zusammenhang mit 5 beschriebenen Beispiel für
eine Anti-Reflexbeschichtung ist die Schichtdicke der absorbierenden
Schicht 7a nicht groß genug, um die einfallende
Strahlung vollständig zu absorbieren. Demzufolge muss das
Spiegelsubstrat 2 bei der Berechnung des Schichtdesigns
berücksichtigt werden. In der Regel bildet sich jedoch
an der Oberfläche des Spiegelsubstrats eine dünne
Schicht aus Siliziumoxid (maximal 7 nm) aus, wobei die Dicke ortsabhängig
sein kann und auch in Abhängigkeit vom Herstellungsprozess
des Spiegelsubstrats variiert. Da die Dicke der Oxidschicht in der
Regel bei der Berechnung des Designs nicht genau bekannt ist, ist
es schwierig, ein Design mit den gewünschten Eigenschaften
zu erzeugen. Daher ist es vorteilhaft, die reflektierende Schicht 7a der
Anti-Reflexbeschichtung mit einer solchen Dicke zu versehen, dass
die einfallende Strahlung nicht oder nur in geringem Umfang bis
zum Spiegelsubstrat 2 bzw. zu der oxidischen Schicht gelangt,
so dass diese für die Wirkung der Entspiegelung unerheblich
bleibt. Je nach Zielwert für die Restreflexion liegt bei
Silizium-Nitrid als absorbierender Schicht die hierfür
benötigte Dicke zwischen einigen 10 nm und über
100 nm. Die benötigte Dicke hängt vom Absorptionskoeffizienten
und damit auch vom Herstellungsprozess der Silizium-Nitrid-Schicht
ab.
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6 zeigt
ein Beispiel für die Reflektivität R eines Schichtdesigns
(2-Schichters) mit einer Reflexion von ca. ≤ 1% bei senkrechtem
Einfall und einer Wellenlänge von 193 nm. Das Design weist
folgende physikalische Schichtdichen auf: (Si-Substrat) (0 bis 7
nm N) (97.9 nm H) (28.5 nm L)
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Für
die einzelnen Schichten wurden folgende Daten zu Grunde gelegt:
Brechzahl | n | k |
Substrat
Si | 0,88 | 2,78 |
N Nat.
SiO2 | 1,56 | 0,0002 |
H PECVD
SiN | 2,38 | 0,44 |
L PECVD
SiO2 | 1,66 | 0,0005 |
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Die
in 6 dargestellten Reflektivitätskurven 10a bis 10e wurden
hierbei für folgende Dicken der Siliziumoxidschicht im
Bereich zwischen 0 nm und 7 nm ermittelt: Kurve 10a: 0
nm, 10b: 1 nm, 10c: 3 nm, 10d: 5 nm, 10e:
7 nm. Wie deutlich zu erkennen ist, nimmt die Reflektivität
R mit zunehmender Schichtdicke der nativen SiO2-Schicht
ab, die Dicke der absorbierenden Schicht 7a von ca. 100
nm ist aber ausreichend, um bei allen betrachteten Fällen
eine Reflektivität R zu erreichen, die bei senkrechtem
Einfall im Bereich um ca. 1% und darunter liegt. Bei diesem Design
ist abweichend von dem in 1c dargestellten
Fall somit ein einziges Schichtenpaar 7a, 7b ausreichend,
um die gewünschte Reflektivität R zu erzielen.
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Zusätzlich
zur Entspiegelung bei einer einzelnen Wellenlänge, z. B.
bei 193 nm, ist es auch möglich, eine Entspiegelung über
einen Wellenlängenbereich z. B. zwischen 185 nm und 230
nm zu realisieren. In diesem Fall muss das optische Design bzw.
müssen die Schichtdicken der Schichten 7a, 7b und
ggf. weiterer Schichten entsprechend angepasst werden Für
die Optimierung der Schichtdicken bei bekannten Brechzahlen der
verwendeten Schichtmaterialien werden typischerweise handelsübliche
Schichtdesignprogramme verwendet. Vorteile einer Breitband-Entspiegelung
sind höhere Fertigungstoleranzen und die Abdeckung eines
breiteren Bereiches der Einfallswinkel für eine ausgewählte
Wellenlänge.
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Bei
der in 1c dargestellten Konfiguration,
bei der die reflektierende Beschichtung 8 auf die Anti-Reflexbeschichtung 7 aufgebracht
ist, ist es möglich, die Schichtspannung der Anti-Reflexbeschichtung
so auf die Schichtspannung der reflektierenden Beschichtung abzustimmen,
dass die beiden Schichtspannungen sich im Wesentlichen kompensieren,
d. h. eine resultierende positive Schichtspannung der einen Beschichtung kann
durch eine betragsmäßig im Wesentlichen gleich
große (Abweichung maximal ca. 10%) negative Schichtspannung
der anderen Beschichtung kompensiert werden. Hierbei kann ausgenutzt
werden, dass die Schichtspannungen der einzelnen Schichten, insbesondere
der absorbierenden Schicht 7a (z. B. aus SiN) in Abhängigkeit
vom gewählten Beschichtungsverfahren bzw. der gewählten
Beschichtungsparameter variiert, so dass die Schichtspannung der
Anti-Reflexbeschichtung geeignet angepasst werden kann. Typische
Schichtspannungen liegen idealerweise im Bereich ±40 MPa
aber auch bis 400 MPa ist möglich.
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Es
versteht sich, dass die Anti-Reflexbeschichtung nicht zwingend auf
der Oberseite des Spiegelsubstrats
2 aufgebracht werden
muss, sondern dass bei geeigneter Geometrie der Mikrospiegelanordnung
auch eine Anbringung der Anti-Reflexbeschichtung an der Rückseite
des Spiegelsubstrats
2 oder an einem darunter liegenden
Substrat, das ggf. ebenfalls aus Silizium besteht, aufgebracht werden
kann, wie in der eingangs zitierten
US 6,891,255 B2 dargestellt ist, welche bezüglich
dieses Aspekts durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht
wird.
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Die
oben beschriebene Mikrospiegelanordnung eignet sich insbesondere
zur Pupillenformung in Beleuchtungssystemen für die Mikrolithographie,
die bei einer Wellenlänge von 193 nm betrieben werden.
Es versteht sich, dass die oben beschriebenen Konzepte mit geeigneten
Abwandlungen auch bei anderen Wellenlängen Verwendung finden
können. Ferner kann die oben beschriebene Mikrospiegelanordnung
auch in anderen optischen Anlagen bzw. auf anderen Gebieten der
Optik als der Mikrolithographie gewinnbringend eingesetzt werden.
Wesentlich ist hierbei, dass die Anti-Reflexbeschichtung durch die
Fotolithographie strukturiert werden kann, weshalb bei der Strukturierung
nur geringe Toleranzen auftreten und die Anti-Reflexbeschichtung
nahezu die gesamte Fläche außerhalb der reflektierenden
Oberflächen bedecken kann, so dass der „Rahmen” der
einzelnen Mikrospiegel im Wesentlichen vollständig mit
ihr beschichtet werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6891255
B2 [0004, 0061]
- - US 6319568 B1 [0010]