DE102012212199A1

DE102012212199A1 - Strukturierung von Bauteilen mittels Photonen- oder Elektronenstrahlen

Info

Publication number: DE102012212199A1
Application number: DE201210212199
Authority: DE
Inventors: Dirk Heinrich Ehm; Stefan-Wolfgang Schmidt
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2012-07-12
Publication date: 2013-06-13

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mikro- oder nanostrukturierten Bauteilen (1) oder von Bauteilen mit einer vorgegebenen Form aus Glas, Keramik oder Glaskeramik, wobei ein Rohling bereit gestellt wird, der mit Photonen und/oder Elektronen (5) so bestrahlt wird, dass entsprechend der zu erzeugenden Struktur oder vollflächig eine Materialkompaktierung (2) erfolgt, sowie eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einer Komponente, die nach diesem Verfahren hergestellt ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mikro- oder nanostrukturierten Bauteilen oder von Bauteilen mit einer vorgegebenen Form aus Glas, Keramik oder Glaskeramik sowie entsprechend hergestellte Komponenten, insbesondere für Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie.
STAND DER TECHNIK
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Bauteile, wie optische Elemente aus Quarzglas oder glaskeramischem Material mit Ionenstrahlen zu bearbeiten, um die Formgebung der entsprechenden Bauteile zu verändern. So ist beispielsweise in der DE 10 2007 058 103 A1 beschrieben, hochenergetische Ionen zur Oberflächenstrukturierung und Behandlung oberflächennaher Bereiche von optischen Elementen einzusetzen. Die Ionen werden hierbei mit Energien von 100 keV auf das Material eingestrahlt, sodass es in Bereichen unterhalb der Oberfläche zu einer Kompaktierung und einer entsprechenden Formänderung bei dem so bearbeiteten Bauteil kommt.
Darüber hinaus ist es im Stand der Technik auch bekannt, Ionen auch mit geringeren Energien einzusetzen, um beispielsweise einen Materialabtrag von der Oberfläche zu bewirken.
Allerdings erfordert die Behandlung mit Ionenstrahlen einen hohen operativen Aufwand zur Erzeugung der Ionenstrahlen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizientes Verfahren zur Formgebung von Bauteilen aus Glas, Keramik oder Gaskeramik, sowie insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von mikro- oder nanostrukturierten Bauteilen aus Glas, Keramik, oder Glaskeramik bereit zu stellen, welches einfach und zuverlässig durchführbar ist.
TECHNISCHE LÖSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass es nicht nur mit Ionenstrahlen möglich ist, Glas bzw. Keramik oder glaskeramische Bauteile in ihrer Form zu verändern, sondern dass hierzu auch hochenergetische Photonen- und/oder Elektronenstrahlen geeignet sind, da auch durch derartige Strahlen eine Kompaktierung des behandelten Materials, wie beispielsweise Quarzglas oder glaskeramischer Materialien wie Zerodur (Handelsname der Firma Schott) oder ULE (Ultra Low Expansion) (Handelsname der Firma Corning) kompaktiert werden kann. Bei einer bestimmten Strahlungsdosis wird bei derartigen Materialien beobachtet, dass der Aufbau von mechanischen Eigenspannungen in dem Material in einen Sättigungsbereich gelangt, während weiterhin eine Volumenreduzierung in Richtung der Einstrahlrichtung stattfindet. Diesen Effekt kann man ausnutzen, um Bauteile aus den entsprechenden Materialien zu formen oder die Form für einen Einsatz bei einer entsprechenden Strahlenbelastung zu festigen.
Folglich wird vorgeschlagen, Bauteile aus Glas, Keramik oder Glaskeramik mit einem Photonen- und/oder Elektronenstrahl so zu bearbeiten, dass eine Materialkompaktierung entsprechend einer zu erzeugenden Struktur oder vollflächig an einer Oberfläche erfolgt. Eine vollflächige Materialkompaktierung einer Oberfläche ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn das entsprechende Bauteil als optische Element in einer Umgebung mit entsprechender Strahlungsbelastung eingesetzt wird, da dann keine oder nur eine geringe Volumenänderung durch weitere Kompaktierung während des Betriebs zu erwarten ist.
Für die Bearbeitung der Bauteile mit Photonen- und/oder Elektronenstrahlen können Strahlen eingesetzt werden, die kollimiert sind, also aus einem Strahlenbündel mit möglichst parallelen Strahlen bestehen.
Der Durchmesser des Photonen und/oder Elektronenstrahls kann kleiner als die zu bearbeitende Oberfläche sein, sodass durch eine Relativbewegung von Photonen- und/oder Elektronenstrahlen relativ zur zu bearbeitenden Oberfläche die gesamte zu bearbeitende Oberfläche überstrichen werden kann.
Der Photonen- und/oder Elektronenstrahl kann einen Durchmesser im Bereich der kleinsten zu erzeugenden Strukturgröße, insbesondere kleiner oder gleich 10 nm aufweisen.
Mit einem entsprechenden Verfahren können verschiedenste Bauteile hergestellt oder bearbeitet werden, wie beispielsweise optische Elemente, wie Spiegel, Linsen, Streulichtelemente, Phasenschiebeelemente, Lithographiemasken und/oder nano- oder mikrostrukturierte Stempel für die Nanoprägelithographie. Die entsprechenden Bauteile können ganz durch die Strahlbearbeitung geformt werden oder die Strahlbearbeitung kann einen Teilschritt in der Formgebung darstellen. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren mit der Strahlbearbeitung auch zur Reparatur von entsprechenden Bauteilen eingesetzt werden.
Beispielsweise können lithographische Masken in Form von Phasenschiebemasken hergestellt werden, die den Vorteil aufweisen, dass bei der Beleuchtung der Maske eine Interferenz von Lichtstrahlenbündel auf Grund von erzeugten Phasenunterschiede bewirkt wird, so dass eine Verbesserung der Bildauflösung bei der Photolithographie erzielt werden kann. Hierzu können die Photomasken entweder als transparente Platten mit einer konstanten Dicke ausgebildet sein, bei denen Bereiche mit nicht transparentem Material zur Erzeugung eines Muster versehen sind. Alternativ können transmittierende Bereiche dünner oder dicker ausgebildet werden, um Phasenunterschiede bei den hindurch tretenden Lichtstrahlen zu erzeugen. Derartige Dickenunterschiede können durch das erfindungsgemäße Verfahren in entsprechenden Substraten erzeugt werden.
Darüber hinaus ist es auch möglich, Streulichtelemente, wie beispielsweise diffraktive optische Elemente oder refraktive optische Elemente, mit entsprechenden Strukturierungen der optischen Flächen zur Erzeugung von beispielsweise homogenisierten Lichtstrahlbündeln herzustellen, indem durch das erfindungsgemäßen Verfahren geeignete Oberflächenstrukturierungen erzeugt werden.
Eine weitere Anwendung ist die Herstellung von nano- oder mikrostrukturierten Stempeln für die Nanoprägelithographie, wobei die Stempel sowohl bei der thermoplastischen Nanoprägelithographie, als auch bei der Photo-Nanoprägelithographie eingesetzt werden können.
Ein weiterer Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung liegt in der Vorbereitung von optischen Flächen, die während des Einsatzes des entsprechenden Bauteils einer Strahlungsbelastung ausgesetzt sind, die vergleichbar den Photonen- oder Elektronenstrahlen des erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahren ist, sodass die Gefahr von Alterungseffekten durch entsprechende Kompaktierung besteht. Durch die Vorbehandlung gemäß dem vorliegenden Verfahren, also einer zumindest teilweisen, vorzugsweisen vollflächigen Kompaktierung der betreffenden optischen Fläche, kann eine Stabilisierung der optischen Fläche dahingehend bewirkt werden, dass während des späteren Einsatzes keine oder nur mehr eine geringfügige Alterung durch die Strahlungsbelastung auftritt.
Ein weiteres Einsatzgebiet ist dadurch gegeben, dass die beschriebene Formgebung mittels Photonen- und/oder Elektronenstrahlen auch zur Herstellung von beliebig geformten optischen Flächen eingesetzt werden kann, die beispielsweise zur Kompensation von Abbildungsfehlern in Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie eingesetzt werden können. Insbesondere können austauschbare optische Elemente einer Projektionsbelichtungsanlage mit dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitet werden, um Formänderungen der optischen Fläche zu bewirken, die Abbildungsfehlern entgegenwirkt, die durch andere optische Elemente der Projektionsbelichtungsanlage verursacht werden, die beispielsweise Alterungseffekte zeigen.
Das vorliegende Verfahren der Kompaktierung von Glas, Keramik oder glaskeramischen Bauteilen durch Bestrahlung mit Photonen und/oder Elektronen kann sowohl bei beschichteten als auch bei unbeschichteten Bauteilen erfolgen.
Für die Photonenstrahlung kann eine Strahlung aus dem Wellenlängenbereich des tief ultravioletten oder extrem ultravioletten Lichts sowie aus dem Bereich der Röntgenstrahlung, insbesondere weichen Röntgenstrahlung gewählt werden, wie sie auch bei Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie eingesetzt werden kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können insbesondere Komponenten einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage, wie entsprechende optische Elemente, aber auch dort verwendete Masken hergestellt oder repariert werden, so dass auch eine entsprechende Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit derartigen Komponenten Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
1 eine teilweise Schnittansicht durch ein erfindungsgemäß bearbeitetes Bauteil einer ersten Ausführungsform;
2 eine teilweise Querschnittansicht eines erfindungsgemäß bearbeiteten Bauteils einer zweiten Ausführungsform; und in
3 eine teilweise Schnittansicht eines erfindungsgemäß bearbeiteten Bauteils einer dritten Ausführungsform.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung anhand von Ausführungsbeispielen deutlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
Die 1 zeigt in einer rein schematischen Darstellung einen teilweisen Querschnitt durch eine Oberfläche eines strukturierten Bauteils, das gemäß der Erfindung hergestellt wird. Das Bauteil kann beispielsweise eine Lithographiemaske, ein optisches Element einer Projektionsbelichtungsanlage oder ein Stempel für die Nanoprägelithographie sein.
Wie in der 1 gezeigt ist, weist die Oberfläche des Bauteils 1 Vertiefungen 3 auf, zwischen denen Erhebungen 4 bzw. die ursprünglich vorliegenden Oberflächenbereiche angeordnet sind. Die Vertiefungen 3 werden durch Einwirken von hochenergetischen Photonen- oder Elektronenstrahlen 5 erzeugt, die bei dem Bauteil 1 aus Glas oder Glaskeramik eine Kompaktierung und somit eine Volumenänderung bewirken. Die kompaktierten Bereiche 2 sind unterhalb der Vertiefungen 3 ausgebildet.
Wie in der 1 dargestellt ist, ist der Durchmesser D des Photonen- oder Elektronenstrahls 5 so gewählt, dass er dem Durchmesser oder der Breite der Vertiefung 3 entspricht. Alternativ könnte der Durchmesser D des Strahls 5 auch kleiner gewählt werden, wobei dann zur Ausbildung der Vertiefung 3 eine entsprechende Relativbewegung des Strahls 5 zur Oberfläche des Bauteils 1 erforderlich ist.
Der Elektronen- bzw. Photonenstrahl 5 wird mit hoher Leistungsdichte auf die Oberfläche des Bauteils 1 gerichtet, um in dem Glas- oder Glaskeramikmaterial die entsprechende Kompaktierung zu bewirken.
Während bei dem Ausführungsbeispiel der 1 eine selektive Bearbeitung der Oberfläche in der Weise erfolgt, dass in den Bereichen, in denen die Vertiefungen 3 ausgebildet werden sollen, eine Bestrahlung erfolgt, wird gegenüber bei dem Ausführungsbeispiel der 2 das Bauteil 10, welches beispielsweise ein Substrat für einen Spiegel oder eine Linse ist, vollflächig in der optischen Fläche 12 kompaktiert, so dass sich über die gesamte Oberfläche eine vollständige Kompaktierungszone 11 ausbildet. Ein derartiges optisches Element ist dafür vorgesehen in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie eingesetzt zu werden, bei der die gleiche oder eine ähnliche Strahlung als Arbeitslicht eingesetzt wird, wie diejenige, die zur Kompaktierung der Oberfläche verwendet worden ist. Entsprechend sind beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage und dem Einsatz des Bauteils 10 keine oder keine nennenswerten weiteren Alterungseffekte zu befürchten, da die Kompaktierung bereits vor dem Einsatz durchgeführt worden ist. Die Behandlung des Bauteils 10 vor dem Einsatz hat den Vorteil, dass eine gleichmäßige Kompaktierung vorgenommen werden kann, während beim Betrieb einer Projektionsbelichtungsanlage eine ungleichmäßige Strahlungsbelastung vorliegen kann, die zu ungleichmäßiger Kompaktierung und somit Formänderung führen könnte.
Die 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem ein Bauteil 20 gemäß der Erfindung bearbeitet worden ist. Bei dem Bauteil 20 kann es sich beispielsweise um eine optische Linse einer Projektionsbelichtungsanlage handeln, welche austauschbar in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie aufgenommen ist. Treten beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage Alterungseffekte dadurch auf, dass andere optische Elemente der Projektionsbelichtungsanlage durch die Strahlenbelastung geschädigt werden, so kann das austauschbare optische Element in Form des Bauteils 20 aus der Projektionsbelichtungsanlage entnommen werden und die optische Oberfläche 23 des Bauteils 20 kann erfindungsgemäß so bearbeitet werden, dass eine Formänderung der optischen Oberfläche 23 vorgenommen wird, um die durch die Alterungseffekte bei den anderen optischen Elementen eingebrachten Abbildungsfehler zu kompensieren. Entsprechend weist das Bauteil 20 eine Vertiefung 22 mit einer darunter liegenden Kompaktierungszone 21 auf, die durch entsprechende Bestrahlung mit Photonen- oder Elektronen gemäß der Erfindung erzeugt worden ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen vorgenommen werden, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Die vorliegende Offenbarung umfasst sämtliche Kombinationen aller vorgestellten Einzelmerkmale.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007058103 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung von mikro- oder nanostrukturierten Bauteilen oder von Bauteilen mit einer vorgegebenen Form aus Glas, Keramik oder Glaskeramik, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohling bereit gestellt wird, der mit Photonen und/oder Elektronen (5) so bestrahlt wird, dass entsprechend der zu erzeugenden Struktur oder vollflächig eine Materialkompaktierung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Photonen- oder Elektronenstrahl (5) kollimiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Photonen- oder Elektronenstrahl (5) relativ zur zu bearbeitenden Oberfläche geführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Photonen- oder Elektronenstrahl (5) einen Durchmesser im Bereich der kleinsten Strukturgröße, insbesondere kleiner oder gleich 10 nm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass optische Elemente, Spiegel, Linsen, Streulichtelemente, Phasenschiebeelemente, Lithographie-Masken und/oder nano- oder mikro-strukturierte Stempel für die Nanoprägelithographie hergestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass optische Elemente für die Mikrolithographie zur Erzielung von Formstabilität beim Einsatz an den optischen Flächen kompaktiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass austauschbare optische Elemente einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie zur Kompensation von Alterungseffekten anderer optischer Elemente der selben Projektionsbelichtungsanlage strukturiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bearbeitete Oberfläche beschichtet oder unbeschichtet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Photonenstrahlung eine Wellenläge im Bereich des tief ultravioletten oder extrem ultravioletten Lichts aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bauteile aus Glas oder Glaskeramik mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet werden.
Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einer Komponente, die nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.