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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Polieren einer Schicht aus amorphem Silizium, ein Substrat für einen EUV-Spiegel mit einer Schicht aus amorphem Silizium, sowie einen EUV-Spiegel mit einer reflektierenden Beschichtung, die auf einer Schicht aus amorphem Silizium aufgebracht ist.
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Reflektive optische Elemente für EUV-Anwendungen weisen eine für EUV-Strahlung reflektierende Beschichtung auf. Sie benötigen auf Grund der geringen Wellenlänge von ca. λ = 13,5 nm, bei denen sie betrieben werden, eine hohe Glattheit der Oberfläche, auf welche die reflektierende Beschichtung aufgebracht wird. Es ist bekannt, auf ein Substrat für einen EUV-Spiegel aus einem Material, welches sich schlecht polieren lässt, z. B. auf ein metallisches Substrat, eine Schicht aus amorphem Silizium aufzubringen, beispielsweise durch Dampfabscheidung aus der Gasphase, um auf der Oberfläche dieser Schicht die reflektierende Beschichtung aufzubringen.
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Für EUV-Anwendungen ist es erforderlich, die amorphe Siliziumschicht mit einer hohen Oberflächengüte bzw. mit einer hohen Glattheit herzustellen. Allerdings kann aufgrund der geringen mechanischen Belastbarkeit der Schicht sowie der nach der Beschichtung vorhandenen hohen Oberflächenrauhigkeit der Schicht mittels eines herkömmlichen Glättungsprozesses typischer Weise nicht die erforderliche Glattheit der Oberfläche erreicht werden.
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Insbesondere ist der Polierspalt zwischen der Oberfläche und dem Polierwerkzeug bei der Herstellung der hier geforderten hohen Oberflächengüte notwendiger Weise sehr klein, was zu hohen Reibungs-Kräften führt, die zu Defekten und einer Erhöhung der Rauhigkeit der Oberfläche führen. Beispielsweise kann es bei der Verwendung eines Polierwerkzeugs in Form einer Polierschale mit einer Trägerschicht aus Pech durch die hohen Kräfte schon nach kurzer Polierzeit zu erheblichen Schäden kommen.
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Aus der
EP 0 878 838 B1 ist es bekannt, zum chemisch-mechanischen Polieren eine Schicht aus Halbleitermaterial, beispielsweise aus amorphem Silizium, mit Hilfe eines Gewebes abzureiben, welches mit einer abrasiven Zusammensetzung getränkt ist. Das Abrasivmittel umfasst eine wässrige Suspension kolloidalen Siliziumdioxids, bei der einzelne Partikel des kolloidalen Siliziums nicht durch Siloxanbindungen aneinander gebunden sind, und wobei der pH-Wert zwischen 6 und 8 liegt.
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Aufgabe der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Polieren einer Schicht aus amorphem Silizium bereitzustellen, mit dem eine sehr geringe Oberflächenrauhigkeit der polierten Schicht erhalten werden kann.
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Gegenstand der Erfindung
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Polieren einer Schicht aus amorphem Silizium, umfassend: Polieren der Schicht mit einem Polierwerkzeug unter Verwendung einer Polierflüssigkeit, die eine wässrige kolloidale Suspension enthält, der zur verbesserten Benetzung der Oberfläche der zu polierenden Schicht einen hydrophiler Zusatz beigemischt ist.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die hohen Kräfte zwischen dem Polierwerkzeug und der Oberfläche der amorphen Siliziumschicht dadurch zu reduzieren, dass der Polierflüssigkeit ein hydrophiler Zusatz beigemischt ist, d. h. ein Zusatz, welcher OH-Gruppen enthält. Der hydrophile Zusatz führt zu einer Verringerung der Hydrophobie der Oberfläche der Schicht aus amorphem Silizium und somit zu einem verbesserten Benetzungsverhalten des Poliermittels auf der Oberfläche des amorphem Siliziummaterials.
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In einer Variante ist der hydrophile Zusatz ausgewählt aus der Gruppe Alkohole, insbesondere Glykole, z. B. Polyethylenglykol. Alkohole lösen sich vollständig in Wasser und führen in der Regel nicht zu einer Kristallisation der kolloidalen Suspension. Glykole bleiben bei geeignet gewählter Molekülgröße (d. h. bei nicht zu langkettigen Molekülen) in Lösung und verdampfen nicht. Bei der Verwendung anderer, flüchtiger Alkohole, z. B. von Isopropanol, ist darauf zu achten, dass das Polieren hinreichend schnell erfolgt, damit der alkoholische Zusatz nicht während des Polierens verdampft.
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Als kolloidalen Bestandteil enthält die Polierflüssigkeit typischer Weise Siliziumdioxid. Die verwendeten Siliziumdioxid-Partikel weisen in der Regel geringe mittlere Korngrößen bzw. Durchmesser von ca. 50 nm oder darunter auf. Das Verhältnis von Siliziumdioxid-Partikeln zu Wasser liegt bei der Suspension typischer Weise im Bereich von ca. 1:10. Es versteht sich, dass gegebenenfalls auch andere Materialien als kolloidale Bestandteile der Suspension in Frage kommen, die Silizium enthalten und daher ebenfalls eine chemisch-mechanische Feinpolitur ermöglichen.
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In einer Variante wird vor dem Polieren der Schicht eine Vorpolitur vorgenommen, bei welcher die Schicht um mindestens eine Dicke von 0,5 μm abgetragen wird. Die Vorpolitur kann mittels eines herkömmlichen Poliermittels erfolgen, beispielsweise mit Hilfe einer Poliersuspension auf Wasserbasis mit Cer-Oxid-Teilchen, deren mittlere Teilchengrößen im Mikrometerbereich liegen.
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Bei einer weiteren Variante weist der hydrophile Zusatz einem Volumenanteil von weniger als 30% an der Polierflüssigkeit auf. Die Konzentration des (flüssigen) Zusatzes sollte typischer Weise bei weniger als 30% bzw. 25% liegen, um Ablagerungen am Polierwerkzeug und/oder an der zu polierenden Oberfläche zu vermeiden.
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In einer weiteren Variante wird das Polieren durchgeführt, bis mindestens ein Abtrag der Schicht von 0,05 μm erreicht wird. Ein solcher Abtrag unter Verwendung der feinkörnigen kolloidalen Suspension mit dem hydrophilen Zusatz ermöglicht es, die gewünschte hohe Glattheit der Oberfläche der Schicht zu erhalten.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Substrat für einen EUV-Spiegel, umfassend: eine Schicht aus amorphem Silizium, deren Oberfläche im Ortsfrequenzbereich zwischen 0,01 μm und 1000 μm eine Rauhigkeit von weniger als 30 nm rms, bevorzugt von weniger als 1 nm rms, insbesondere von weniger als 200 pm rms aufweist. Oberflächen aus amorphem Silizium mit einer solchen Oberflächenrauhigkeit erfüllen die Spezifikation für die Oberflächengüte von Substraten, auf die eine für EUV-Strahlung reflektierende Beschichtung aufgebracht wird. Als Substratmaterialien, auf welche die Schicht aus amorphem Silizium aufgebracht wird, werden typischer Weise Materialien verwendet, welche sich nur schwer polieren lassen, z. B. metallische Materialien.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen EUV-Spiegel, umfassend: ein Substrat mit einer Schicht aus amorphem Silizium, deren Oberfläche im Ortsfrequenzbereich zwischen 0,01 μm und 1000 μm eine Rauhigkeit von weniger als 30 nm rms, bevorzugt von weniger als 1 nm rms, insbesondere von weniger als 200 pm rms aufweist, sowie eine auf die Schicht aufgebrachte, EUV-Strahlung reflektierende Beschichtung. Die für einen EUV-Spiegel benötigte geringe Oberflächenrauhigkeit der Schicht aus amorphem Silizium kann mittels des oben beschriebenen Verfahrens erreicht werden. Als Substrat wird in der Regel ein metallisches Material verwendet und die reflektierende Beschichtung weist in der Regel eine Mehrzahl (ca. 50) Schichtpaare aus unterschiedlichen Materialien, z. B. Silizium und Molybdän auf.
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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 zeigen:
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1a, b schematische Darstellungen eines Polierwerkzeugs, sowie
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2a, b schematische Darstellungen von zwei Prozessschritten zur Glättung bzw.
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zum Polieren einer Schicht aus amorphem Silizium, sowie
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3 eine schematische Darstellung eines EUV-Spiegels mit einer solchen Schicht.
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In 1a, b ist schematisch ein Polierwerkzeug 1 dargestellt, welches im vorliegenden Beispiel eine Vollschale 2 (Polierschale) aufweist, die in ihrer Form an eine zu polierende Oberfläche angepasst ist. Im vorliegenden Beispiel wurde die zu polierende Oberfläche als plane Fläche angenommen, es versteht sich aber, dass die zu polierende Oberfläche auch eine andere, z. B. sphärische Form aufweisen kann. Auf die Vollschale 2 ist eine Trägerschicht 4 aus Pech aufgebracht.
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Das Material der Trägerschicht 4 weist als Schnitte 5 bezeichnete, geradlinige Kanäle auf, welche die Trägerschicht 4 in Facetten 6 unterteilen, wie in 1b zu erkennen ist, welche die Trägerschicht 4 in einer Aufsicht zeigt. Die Zahl und Anordnung der Schnitte 5 auf der Trägerschicht 4 hängt von der Oberflächengeometrie der zu polierenden Oberfläche ab.
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Nachfolgend wird anhand von 2a, b ein Verfahren zum Polieren einer Schicht 7 aus amorphem Silizium mittels des Polierwerkzeugs 1 von 1a, b beschrieben. Die Schicht 7 weist eine Dicke von typischer Weise mehr als 2 μm auf und wurde mittels chemischer Dampfabscheidung auf ein Substrat 8 aufgebracht. Das Substrat 8 besteht im vorliegenden Fall aus einem metallischen Material.
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Bei dem in 2a gezeigten Verfahrensschritt wird zwischen die zu polierende Oberfläche 7a der Schicht 7 und das Polierwerkzeug 1 ein Poliermittel P1 eingebracht, welches im vorliegenden Fall aus einer wässrigen Suspension besteht, die Ceroxid-Partikel mit Korngrößen um ca. 1 μm enthält. Zum Polieren wird das Substrat 8 mittels eines nicht gezeigten Antriebs in Rotation versetzt. Das Polierwerkzeug 1 wird bei der Rotationsbewegung des Substrats 8 geschleppt mitgenommen und bewegt sich hierbei auf der Oberfläche 7a der Schicht 7 hin und her (wie durch einen Doppelpfeil angedeutet ist). Dieser Vorgang wird so lange durchgeführt, bis eine Dicke von typischer Weise ca. 0,5 μm der Schicht 7 abgetragen ist. Es versteht sich, dass alternativ auch das Polierwerkzeug 1 über einen Drehantrieb angetrieben werden kann, wobei in diesem Fall das Substrat 8 mit der zu polierenden Schicht 7 geschleppt mitgenommen wird.
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Nach der Vorpolitur der Schicht 7 erfolgt eine Feinpolitur, bei der wie in 2b gezeigt ein (Fein-)Poliermittel P2 in den Spalt zwischen dem Polierwerkzeug 1 und der Oberfläche 7a eingebracht wird. Bei dem Poliermittel P2 handelt es sich ebenfalls um eine wässrige kolloidale Suspension, die im vorliegenden Beispiel als kolloidalen Bestandteil Siliziumdioxid-Partikel mit mittleren Korngrößen im Bereich von ca. 50 nm oder weniger aufweist. Die Verdünnung der SiO2-Partikel mit Wasser erfolgt im Verhältnis von etwa 1:10.
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Im vorliegenden Beispiel wurde der kolloidalen Suspension als Zusatz Z Glykol, genauer gesagt Polyethylenglykol 300 beigemischt, und zwar mit einem Volumenanteil von ca. 25%. Günstige Werte für den Volumenanteil des verwendeten Glykol-Zusatzes liegen typischer Weise im Bereich zwischen ca. 5 vol.% und 30 vol.%. Da Glykol hydrophile Eigenschaften (OH-Gruppen) aufweist, kann durch den Glykol-Zusatz Z die Benetzung der Oberfläche 7a der Schicht 7 aus amorphem Silizium erhöht werden, so dass die Kräfte, welche zwischen der Oberfläche 7a und dem Polierwerkzeug 1 wirken, deutlich reduziert werden und es zu keinen nennenswerten Defekten an der Oberfläche 7a der Schicht 7 bzw. an der Trägerschicht 4 des Polierwerkzeugs 1 kommt.
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Das Polieren der Schicht 7 wird typsicher Weise so lange durchgeführt, bis ein Abtrag von ca. 0,05 μm oder mehr erfolgt ist. Bei der Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens kann die Rauhigkeit der Oberfläche 7a deutlich reduziert werden, und zwar auf rms-Werte, die in dem für die vorliegende Anwendung besonders relevanten Ortsfrequenzbereich zwischen 0,01 μm und 1000 μm bei weniger als 30 nm rms, weniger als 1 nm rms, ja sogar bei weniger als 200 pm rms liegen können.
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Nach der Durchführung des oben beschriebenen wurde die Oberfläche
7a der Schicht
7 aus amorphem Silizium vermessen. Hierbei wurden folgende Rauhigkeitswerte erhalten:
| 10 μm–100 μm | 50 pm |
| 1 μm–10 μm | 61 pm |
| 0,1 μm–1 μm | 92 pm |
| 0,01 μm–0,1 μm | 76 pm |
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Hieraus ergibt sich ein rms-Wert von (50·50 + 61·61 + 92·92 + 76·76)1/2 pm = ca. 143 pm im Ortsfrequenzbereich zwischen 0,01 μm und 1000 μm. Eine Oberfläche 7a mit einer derart geringen Oberflächenrauhigkeit eignet sich zum Aufbringen einer reflektierenden Beschichtung 9 zur Herstellung eines EUV-Spiegels 10, wie er in 3 dargestellt ist.
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Die typischer Weise durch Dampfabscheidung aufgebrachte reflektierende Beschichtung 9 weist eine Mehrzahl von alternierenden Schichten 9a, 9b auf, die beispielsweise aus Silizium und Molybdän bestehen können, wobei die Schichtdicken und die Anzahl der Schichten so gewählt sind, dass sich bei einer Betriebswellenlänge des EUV-Spiegels 10 im EUV-Bereich (zwischen ca. 5 nm und 20 nm), typischer Weise bei ca. 13,5 nm, eine möglichst große Reflexion für einfallende EUV-Strahlung 11 einstellt. Das mit der Schicht 7 aus amorphem Silizium beschichtete Substrat 9 bildet somit einen EUV-Spiegel 10, der in einer (nicht gezeigten) EUV-Lithographieanlage verwendet werden kann.
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Zwar wurde das Politur-Verfahren weiter oben im Zusammenhang mit einer Schicht aus amorphem Silizium beschrieben, es versteht sich aber, dass dieses Verfahren gegebenenfalls auch an anderen Halbleitermaterialien durchgeführt werden kann, z. B. an polykristallinem Silizium oder an epitaktischem monokristallinen Silizium, sofern die Benetzung der Schichtoberfläche durch das Poliermittel unzureichend ist. Auch können bei dem Verfahren gegebenenfalls andere Polierwerkzeuge als die im Zusammenhang mit 2a, b beschriebene Vollschale 2 verwendet werden, beispielsweise Gewebe oder dergleichen. Auch können als Zusätze für das Poliermittel P2 ggf. an Stelle von Glykolen auch andere hydrophile Flüssigkeiten dienen, welche vollständig wasserlöslich sind und welche keine Kristallisation der kolloidalen Suspension hervorrufen, beispielsweise andere Alkohole, z. B. Isopropanol.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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