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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten für optische Elemente mit einer Freiformbeschichtung.
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Unter einer Freiformbeschichtung wird hier eine Beschichtung verstanden, deren Schichtdickenprofil entlang einer Oberfläche des optischen Elements keine radiale Symmetrie aufweist oder deren Schichtdicke entlang der Oberfläche eines optischen Freiformelements nahezu beliebig ist. Freiformbeschichtungen können Spiegelsymmetrie aufweisen.
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Insbesondere reflektive optische Elemente für die Lithographie im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich zwischen 5 nm und 20 nm (EUV) weisen wünschenswerterweise immer häufiger auch Freiformbeschichtungen auf, um die immer komplexeren Anforderungen an die Abbildungseigenschaften der optischen Systeme der EUV-Lithographievorrichtungen erfüllen zu können und insbesondere potentielle Abbildungsfehler korrigieren zu können.
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Das Beschichten wird bevorzugt mit Methoden der physikalischen Gasphasenabscheidung (auch PVD: physical enhanced vapor deposition genannt) durchgeführt, wie beispielsweise Elektronenstrahlverdampfen, Sputterdeposition o.a.. Besonders bewährt hat sich u.a. das Magnetron-Sputtern. Üblicherweise rotiert das Substrat, auf das eine Beschichtung mit optischer Funktion aufgebracht werden soll, um eine Spinachse mit konstanter Drehgeschwindigkeit bei konstanter Sputterrate des Targets mit Beschichtungsmaterial. Zusätzlich kann die Spinachse relativ zu einer festen Öffnung zwischen Target und zu beschichtender Substratfläche ein vordefiniertes Bewegungsprofil abfahren. Auf diese Weise lassen sich insbesondere radial-symmetrische Schichtdickenverläufe auf radialsymmetrischen Flächen, deren Symmetrieachse mit der Spinachse zusammenfällt, herstellen. Beliebige Dickenverteilungen, insbesondere Freiformbeschichtungen, lassen sich auf diese Weise nicht erzeugen.
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Die
DE 102 39 163 A1 offenbart ein Verfahren zur Ausbildung von Gradientenschichten auf Substraten. Um die lokale Dicke der ausgebildeten Schicht einzustellen, wird eine Durchbrechungen aufweisende Maske verwendet. Die lokale Dicke wird durch lokal angepasste Verhältnisse freier Querschnitte und dazwischen liegenden Stegflächen pro Flächeneinheit und/oder Einhaltung von bestimmten Abständen zwischen Maske und Substrat eingestellt. Dabei wird die Maske mit konstanter Dicke oszillierend entlang mindestens einer Achse relativ zum Substrat in einer Ebene bewegt.
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Die
US 5,993,904 A offenbart ein Verfahren zum Abscheiden von Schichten auf einem Substrat, bei dem die Dickenverteilung über die Substratfläche mittels einer dreidimensionalen Maske kontrolliert wird. Die Maske weist dazu unterschiedliche lange Kanäle auf, die sich von der einen zur anderen Seite der Maske erstrecken. Die Länge der Kanäle ist umgekehrt proportional zur Durchlassrate des Beschichtungsmaterials.
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Aus der
DE 198 11 873 A1 ist ein Verfahren zum Variieren der Substratdrehgeschwindigkeit während eines Sputterprozesses zum Verbessern der Filmgleichmäßigkeit eines Dünnfilms bekannt. Dazu wird das Substrat um eine erste Achse, die sich durch das Substrat erstreckt, sowie um eine Mittelachse in einem vorbestimmten Abstand von der ersten Achse verdreht.
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Die
US 2011/0223346 A1 beschreibt ein Sputterverfahren, bei dem ein magnetischer Film gebildet wird, indem das Substrat aus einer schrägen Richtung beschichtet wird, während das Substrat in der Beschichtungsebene rotiert wird.
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Um gezielt möglichst beliebige Freiformbeschichtungen herstellen zu können, ist aus der
WO 02/48423 A2 ein Maskenhalter für eine Maske, d.h. für eine Öffnungen aufweisende Abschirmung, bekannt, der im Rahmen der Maskenabmessungen eine beliebige Relativbewegung von Maske zu Substrat bzw. zu Target insbesondere in der Ebene zwischen Substrat und Target erlaubt. Durch die Relativbewegung lassen sich u.a. durch die Maske hervorgerufene, unerwünschte Abschattungseffekte unterdrücken. Allerdings kann sich mit zunehmender Beschichtungsdauer die Wirkung der Maske verändern, da sich Beschichtungsmaterial auch am Rand der Maskenöffnungen ablagern kann, was zu einem Verengen der Öffnungen führt.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Möglichkeit des Beschichtens von Substraten für optische Elemente insbesondere für die EUV-Lithographie mit Freiformbeschichtungen aufzuzeigen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten für optische Komponenten mit einer Freiformbeschichtung, bei dem
- • ein Substrat um eine Spinachse rotiert,
- • zwischen einer zu beschichtenden Fläche des rotierenden Substrats und einer Quelle mit Beschichtungsmaterial ein Abschirmungselement mit einer Außenkontur angeordnet wird,
- • wobei die von der Außenkontur eingeschlossene Fläche die zu beschichtende Fläche zumindest teilweise abdeckt
- • und die Spinachse in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Substrats um die Spinachse relativ zur Quelle verschoben wird,
- • wobei der Drehwinkel des Substrats durch die Rotation des Substrats um die Spinachse zu zwei verschiedenen Zeitpunkten t1 und t2 entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass
- • die Rate, mit der die Quelle Beschichtungsmaterial abgibt, in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Substrats zeitlich variabel eingestellt wird,
- • wodurch die Auftreffrate von Beschichtungsmaterial auf der zu beschichtenden Fläche auf einem Bogenelement der zu beschichtenden Fläche bezogen auf die Spinachse für unterschiedliche Drehwinkel des Substrats um die Spinachse variabel eingestellt wird.
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Es hat sich herausgestellt, dass bei gemeinsamer Durchführung von Substratrotation und - translation in Gegenwart einer teilweisen Abschirmung der zu beschichtenden Fläche des Substrats und einer oder mehrerer Maßnahmen zum Einstellen einer variablen Auftreffrate von Beschichtungsmaterials in Abhängigkeit von der Substratrotation das Herstellen von quasi beliebigen Freiformbeschichtungen möglich ist. Bevorzugt handelt es sich bei der Substrattranslation um gradlinige oder kreisförmige Bewegungen. Ein bedeutender Vorteil besteht darin, dass auf diese Weise auch größere Substrate, bei denen mit konventioneller Maskentechnologie keine hinreichende Genauigkeit mehr gewährleistet werden kann, mit einer Freiformbeschichtung versehen werden können. Durch das Ausnutzen der Wechselwirkung zwischen der Abschattwirkung des Abschirmelements und der mehrdimensionalen Substratbewegung lässt sich der Schichtdickenverlauf auf dem Substrat gezielt beeinflussen. Bei variabler Auftreffrate pro Bogenelement lässt sich eine nahezu beliebige Freiformbeschichtung auf einem Substrat aufbringen.
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Die Rate, mit der die Quelle Beschichtungsmaterial abgibt, wird in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Substrats um die Spinachse variabel eingestellt. Somit kann erreicht werden, dass bei manchen Drehwinkeln des Substrats weniger Beschichtungsmaterial auf dem im jeweiligen Moment nicht abgeschirmten Abschnitt der zu beschichtenden Fläche auftrifft als bei anderen Drehwinkeln und umgekehrt. Auch auf diese Weise können im Rahmen der jeweiligen Beschichtungsmaterialquelle Schichtdicken in azimutaler Richtung moduliert werden sowie in radialer Richtung aufgrund der lateralen Verschiebung der Spinachse.
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In einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird die Winkelgeschwindigkeit der Rotation des Substrats um die Spinachse zeitlich variabel eingestellt. Bei den Winkelbereichen auf der zu beschichtenden Substratoberfläche, bei denen das Substrat schneller rotiert, während diese Winkelbereiche nicht durch das Abschirmungselement gegenüber der Quelle mit Beschichtungsmaterial abgedeckt werden, kann weniger Material bei Durchlaufen des entsprechenden nicht abgeschatteten Bogenelements auftreffen, während auf den Winkelbereichen, bei denen das Substrat langsamer rotiert, während diese Winkelbereiche nicht abgedeckt werden, mehr Material auftreffen kann. In Kombination mit der Abschirmung und der Verschiebung der Spinachse in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Substrats relativ zur Quelle können so auf einfache Weise Schichtdickenverläufe erzeugt werden, die weder eine radiale noch eine azimutale Symmetrie aufweisen.
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Besonders bevorzugt ist sowohl die Substratrotation nicht konstant und wird auch die Spinachse synchronisiert mit der Substratrotation relativ zur Quelle mit Beschichtungsmaterial lateral bewegt bzw. ggf. auch der Abstand zur Quelle verändert. Auf diese Weise können auch komplexere Freiformbeschichtungen mit hoher Reproduzierbarkeit hergestellt werden.
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Vorteilhafterweise wird der Winkel zwischen Spinachse und der Richtung, in die sie verschoben wird, zeitlich variabel eingestellt, wobei diese Richtung durch den Geschwindigkeitsvektor v(t) definiert wird. Dies führt zu einer Veränderung des Abstands einzelner Bereiche der zu beschichtenden Substratoberfläche zur Quelle mit Beschichtungsmaterial sowie der durch das Abschirmungselement abgedeckten Bereiche, was eine lokale Änderung der Auftreffrate zur Folge hat. Es sei darauf hingewiesen, dass in Ausführungsformen, bei denen der Winkel zwischen Spinachse und der Richtung, in die sie verschoben wird, konstant bleibt, dieser Winkel beliebig in Abhängigkeit von der erwünschten Schichtdickenverteilung gewählt werden kann.
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Vorteilhafterweise wird das Abschirmungselement in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Substrats um die Spinachse relativ zur Spinachse verschoben und/oder wird das Abschirmungselement um eine Achse rotiert, wobei die Achse keine Rotationssymmetrieachse der Abschirmung ist, um die Auftreffrate des Beschichtungsmaterial auf verschiedenen Bogenelementen der zu beschichtenden Substratfläche bezogen auf die Spinachse synchron mit der Substratrotation um die Spinachse zu verändern und so möglichst symmetriefreie Schichtdickenverläufe zu erzeugen. Bevorzugt wird dabei das Abschirmungselement mit variabler Winkelgeschwindigkeit rotiert, die abhängig vom Drehwinkel des Substrats um die Spinachse ist, wodurch sich insbesondere radialsymmetrische Anteile im Schichtdickenverlauf vermeiden lassen können.
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Um insbesondere azimutalsymmetrische Anteile im Schichtdickenverlauf vermeiden zu können, werden bevorzugt die Spinachse des Substrats und die Rotationsachse des Abschirmungselements in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Substrats um die Spinachse relativ zur Quelle verschoben.
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Insbesondere bei komplexeren Freiformbeschichtungen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, mehr als ein Abschirmungselement zwischen der Quelle mit Beschichtungsmaterial und der zu beschichtenden Fläche anzuordnen, wobei die von ihren Außenkonturen eingefassten Flächen unterschiedliche Teilflächen der zu beschichtenden Fläche abdecken.
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Vorteilhafterweise wird als das eine Abschirmungselement oder als mindestens eines der mehr als ein Abschirmungselemente ein Abschirmungselement mit einer Transmissionsrate für das Beschichtungsmaterial von größer Null eingesetzt. Unter der Transmissionsrate wird das Verhältnis der Menge von Beschichtungsmaterial, das mit Abschirmungselement auf dem von dessen Außenkontur abgedeckten Flächenbereich während der Abdeckung auftrifft, zur Menge, die auf demselben Flächenbereich auftrifft, wenn dieser nicht vom Abschirmungselement abgedeckt wird. Eine Transmissionsrate von größer Null erlaubt eine feinere Abstufung der Schichtdicken über die zu beschichtende Fläche. Beispielsweise können dafür mit Öffnungen versehene Masken eingesetzt werden. Über die Anzahl, Anordnung und Größe der Öffnungen kann gezielt Einfluss auf das Transmissionsverhalten einer Maske genommen werden.
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In bevorzugten Ausführungsformen werden mindestens zwei Abschirmungselemente eingesetzt, von denen mindestens eins rotiert oder von denen mindestens eins verschoben wird, um besonders gezielt auf die Auftreffraten auf jedes einzelne Bogenelement der zu beschichtenden Fläche Einfluss nehmen zu können. Besonders bevorzugt wird dabei sowohl mindestens ein Abschirmungselement rotiert und mindestens ein Abschirmungselement, vorzugsweise, aber nicht zwingend das andere Abschirmungselement relativ zur zu beschichtenden Fläche verschoben.
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Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Winkelgeschwindigkeit der Rotation des Substrats und/oder die Verschiebung der Spinachse relativ zur Quelle mit Beschichtungsmaterial und/oder die Verschiebung des oder mindestens eines der Abschirmungselemente und/oder die Winkelgeschwindigkeit des oder mindestens eines der Abschirmungselemente mit einer extern vorgegebenen Taktung synchronisiert werden.
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Dadurch kann die Steuerung der einzelnen Komponenten vereinfacht werden und insbesondere leichter sichergestellt werden, dass ihre Bewegungen bzw. die Rate, mit der die Quelle Beschichtungsmaterial abgibt, mit hinreichender Genauigkeit mit der Rotation des Substrats um die Spinachse synchronisiert sind. Insbesondere ist es von Vorteil, über die externe Taktung die notwendige Synchronisation der Verschiebung der Spinachse in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Substrats um die Spinachse vorzunehmen. Je nachdem über welche Maßnahmen die Auftreffrate von Beschichtungsmaterial pro Bogenelement bezogen auf die Spinachse und für unterschiedliche Drehwinkel, auch Azimutalwinkel genannt, erreicht wird, wird vorteilhafterweise auch die Emissionsrate der Quelle, die Bewegung des mindestens einen Abschirmungselements, die zeitliche Variation Spinachsenrotation und/oder des Spinachsenwinkels über die externe Taktung mit der Verschiebung der Spinachse synchronisiert.
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Besonders vorteilhaft ist es, einen oder mehrere der zuvor genannten Verfahrensschritte miteinander zu kombinieren, um mit vertretbarem Aufwand die Bewegungsgleichungen bzw. die Beschichtungsparameter in Bezug auf Winkelgeschwindigkeiten, Translationsgeschwindikeiten, Sputter-Raten, Ausdehnung und Positionieren von Abschirmelementen mit oder ohne Öffnungen etc. zu bestimmen.
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Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Dazu zeigen
- 1a,b eine Anordnung zur Durchführung des Beschichtungsverfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform zu zwei verschiedenen Zeitpunkten;
- 2 schematisch die Lage von Abschirmelement und zu beschichtender Fläche zueinander bei der Anordnung gemäß 1a,b;
- 3a,b eine Anordnung zur Durchführung des Beschichtungsverfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform zu zwei verschiedenen Zeitpunkten;
- 4a,b eine Anordnung zur Durchführung des Beschichtungsverfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform zu zwei verschiedenen Zeitpunkten;
- 5a,b eine Anordnung zur Durchführung des Beschichtungsverfahrens gemäß einer vierten Ausführungsform zu zwei verschiedenen Zeitpunkten;
- 6 schematisch die Lage von Abschirmelement und zu beschichtender Fläche zueinander bei der Anordnung gemäß 5a,b;
- 7a,b eine Anordnung zur Durchführung des Beschichtungsverfahrens gemäß einer fünften Ausführungsform zu zwei verschiedenen Zeitpunkten;
- 8 schematisch die Lage von Abschirmelement und zu beschichtender Fläche zueinander bei der Anordnung gemäß 7a,b;
- 9a,b eine Anordnung zur Durchführung des Beschichtungsverfahrens gemäß einer sechsten Ausführungsform zu zwei verschiedenen Zeitpunkten, und
- 10a-e ein exemplarisches Beispiel für das Herstellen einer Freiformbeschichtung.
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In den 1a,b ist eine Anordnung zur Durchführung des Beschichtungsverfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform zu zwei verschiedenen Zeitpunkten t1, t2 dargestellt. In dem hier dargestellten Beispiel rotiert ein Substrat 10 um eine Spinachse 12 mit einer Winkelgeschwindigkeit ω(t). Zwischen Substrat 10 und Quelle 16 für Beschichtungsmaterial, z.B. das Target einer Magnetron-Sputteranlage, ist eine Abschirmung 18 angeordnet, die die zu beschichtende Fläche des Substrats 10 teilweise vor Beschichtungsmaterial abschirmt. Mittels der Pfeile sind symbolisch zwei Trajektorien von der Quelle 16 zum Substrat 10 von Beschichtungsmaterial dargestellt.
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Dies ist schematisch in 2 detaillerter dargestellt. Die Abschirmung 18 weist eine Außenkontur 20 auf, die eine Fläche 22 einschließt. Relativ zur zu beschichtenden Fläche 14 des Substrats 10 - im hier dargestellten Beispiel die gesamte der Beschichtungsmaterialquelle zugewandte Seite des Substrats 10 - ist die Abschirmung 18 derart angeordnet, dass sie einen Teil der zu beschichtenden Fläche 14 überdeckt.
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Im in den 1a,b dargestellten Beispiel ist die Winkelgeschwindigkeit der Substratrotation um die Spinachse 12 nicht konstant, sondern ist ω(t1) ungleich ω(t2), wobei in diesen und den folgenden Figuren t1 und t2 so gewählt sind, dass die jeweiligen Drehwinkel sich um 180° unterscheiden. Bei im vorliegenden Beispiel konstanter Sputterrate wird durch die mit der zeitlich variablen Winkelgeschwindigkeit ω = ω(t) der Rotation des Substrats 10 um die Spinachse 12 die Auftreffrate von Beschichtungsmaterial auf der zu beschichtenden Fläche auf einem Bogenelement der zu beschichtenden Fläche bezogen auf die Spinachse 12 für unterschiedliche Drehwinkel des Substrats 10 um die Spinachse 12 und integriert über ein endliches Zeitintervall variabel eingestellt. Im hier dargestellten Beispiel ist in einem Zeitintervall um t1 herum die Winkelgeschwindigkeit ω höher als um t2 herum, so dass in dem Zeitintervall um t1 herum insgesamt weniger Material auf der zu beschichtenden Fläche des Substrats auftrifft, als um t2 herum. In Kombination mit der Abschirmung können so auf einfache Weise Schichtdickenverläufe erzeugt werden, die weder eine radiale noch eine azimutale Symmetrie aufweisen.
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In der in den 1a,b dargestellten Ausführungsform sowie den folgenden Ausführungsformen wird zusätzlich die Spinachse 12 in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Substrats 10 um die Spinachse 12 relativ zur Quelle 16 mit einer Geschwindigkeit v(t) verschoben. Um eine besonders genaue und stabile Synchronisierung zwischen Winkelgeschwindigkeit der Substratrotation um die Spinachse 12 und das Bewegungsprofil der Spinachse 12 relativ zur Beschichtungsmaterialquelle 16 zu erreichen, werden beide Vorgänge bevorzugt über einen Pulsgeber mit einer externen Taktung synchronisiert. Die Kombination aus variabler Winkelgeschwindigkeit und Bewegungsprofil mit unterschiedlichen Translationsgeschwindigkeiten erlaubt die Erzeugung nahezu beliebiger zweidimensionaler Schichtdickenverläufe unabhängig von der Substratgröße, die beispielsweise bei Durchmessern von 200 mm und deutlich darüber liegen kann.
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Bei der Wahl der Abstände zwischen Quelle 16 und Substrat 10 ist vorteilhafterweise darauf zu achten, dass die Abstände hinreichend groß sind, so dass kein unerwünschtes Material aus dem Bereich der Quelle 16 auf dem Substrat 10 auftrifft, und dass die Abstände hinreichend gering sind, so dass die Streuung von Beschichtungsmaterial an der Restgasatmosphäre vernachlässigbar bleibt.
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Vorteilhafterweise wird die Bahnbewegung der Spinachse 12 umso langsamer eingestellt, je geringer die maximal mögliche Winkelbeschleunigung der Substratrotation ist. Je nach Beschichtungsanlage müssen bei besonders langsamen Translationsbewegungen zusätzliche Maßnahmen zur Reduzierung der Auftreffrate von Beschichtungsmaterial auf der zu beschichtenden Fläche ergriffen werden. Diverse einzeln für sich wie auch miteinander bzw. mit dem Ansatz entsprechend dem Beispiel gemäß 1a,b kombinierbare Maßnahmen werden im folgenden beschrieben werden.
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In der in den 3a,b dargestellten Ausführungsform wird die Rate, mit der die Quelle 16 Beschichtungsmaterial abgibt, in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Substrats 10 um die Spinachse 12 variabel eingestellt. Im hier dargestellten Beispiel ist die Sputterate zur Zeit t1 geringer als zur Zeit t2, was durch die dickeren Pfeile in 3b angedeutet ist. Das Abschirmelement 18 ist erneut so angeordnet, dass die von ihrer Außenkontur eingeschlossene Fläche die zu beschichtende Fläche des Substrats 10 teilweise überdeckt.
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Eine weitere Ausführungsform ist in den 4a,b dargestellt. Dort wird das Abschirmungselement18 in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Substrats 10 um die Spinachse 12 relativ zur Spinachse 12 verschoben, um die Auftreffrate von Beschichtungsmaterial auf der zu beschichtenden Fläche auf einem Bogenelement der zu beschichtenden Fläche bezogen auf die Spinachse 12 für unterschiedliche Drehwinkel des Substrats 10 um die Spinachse 12 variabel einzustellen. Zur Zeit t1 ist das Abschirmungselement 18 derart positioniert, dass es einen größeren Teil der zu beschichtenden Fläche abschirmt, während es zur Zeit t2 derart positioniert ist, dass es einen geringeren Teil der zu beschichtenden Fläche abschirmt.
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Bei der in den 5a,b dargestellten Ausführungsform ist zusätzlich zum Abschirmungselement 18 ein zweites Abschirmungselement 26 vorgesehen, das um eine Achse 24 rotiert wird, wobei die Achse 24 keine Rotationssymmetrieachse des Abschirmungselement 26 ist. Im vorliegenden Beispiel geht die Rotationsachse 24 durch das Abschirmungselement 26 hindurch. Sie kann aber auch am Rand oder außerhalb des Abschirmungselements 26 angeordnet sein.
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Wie in 6 detaillierter dargestellt, weist auch das Abschirmungselement 26 eine Außenkontur 28 auf. Die davon eingeschlossene Fläche 30 deckt eine andere Teilfläche der zu beschichtenden Fläche 14 des Substrats 10 auf die von der Außenkontur 20 eingeschlossene Fläche 22 des Abschirmungselement 18 ab, wobei in anderen Varianten diese Teilflächen auch überlappen können. Es sei darauf hingewiesen, dass auch drei, vier, fünf, sechs oder mehr Abschirmungselemente eingesetzt werden können, je nach gewünschter Freiformbeschichtung und je nach Abmessungen der verwendeten Beschichtungsanlage.
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In der einfachsten Variante nicht nur der Ausführungsformen gemäß 3a,b und 4a,b, sondern auch gemäß 5a,b und auch der noch folgenden Ausführungsform gemäß 7a,b ist die Winkelgeschwindigkeit der Substratrotation um die Spinachse 12 konstant. Im in den 5a,b dargestellten Beispiel ist die Rotation des Abschirmungselements 26 derart mit der Substratrotation synchronisiert, dass zur Zeit t1 weniger Beschichtungsmaterial auf die zu beschichtende Fläche auftrifft als zu Zeit t2. Dadurch wird insbesondere der azimutale Schichtdickenverlauf moduliert, um die jeweils gewünschte Freiformbeschichtung zu erhalten. Dabei kann die Winkelgeschwindigkeit des Abschirmungselements 26 variabel sein.
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In einer weiteren hier nicht dargestellten Variante werden sowohl die Spinachse 12 des Substrats 10 als auch die Rotationsachse 24 des Abschirmungselements 26 in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Substrats 10 um die Spinachse 12 relativ zur Quelle 16 von Beschichtungsmaterial verschoben, wodurch besondere komplexe Freiformbeschichtungen hergestellt werden können.
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Die in den 7a,b dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in den 5a,b dargestellten Ausführungsform dahingehend, dass zusätzlich zur Rotation des Abschirmungselements 26 das Abschirmungselement 18 wie bereits in Verbindung mit den 4a,b beschrieben translatiert wird, um den Effekt der azimutalen Modulation des Schichtdickenverlaufs zu verstärken. Um noch gezielter auf die azimutale Modulation Einfluss nehmen zu können, weist das Abschirmungselement 26 Öffnungen 32 in der von der Außenkontur 28 eingeschlossenen Fläche 30 auf, wie in 8 dargestellt ist, womit dieses Abschirmungselement 26 eine Transmissionrate von größer Null für das Beschichtungsmaterial aufweist.
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Vorteilhafterweise werden die Winkelgeschwindigkeit der Rotation des Substrats 10 und/oder die Verschiebung der Spinachse 12 relativ zur Quelle 16 mit Beschichtungsmaterial und/oder die Verschiebung des oder mindestens eines der Abschirmelemente 18, 26 und/oder die Winkelgeschwindigkeit des oder mindestens eines der Abschirmungselemente 18, 26 mit einer extern vorgegebenen Taktung synchronisiert, um eine möglichst präzise und auch über längerer Beschichtungsdauern genaue Synchronisierung gewährleisten zu können. Bevorzugt wird dazu ein Pulsgeber eingesetzt. Bevorzugt werden alle Parameter wie Substratrotation und -translation sowie Auftreffrate pro Bogenelement und Zeitintervall derart synchronisiert, dass sie nach einer Substratrotation von 360° wieder die gleichen Werte wie bei 0° aufweisen.
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In den bisher dargestellten Beispielen wurde die Spinachse 12 senkrecht zu ihrer Orientierung bewegt. Die Bewegungsrichtung, d.h. die Richtung, in die die Spinachse 12 verschoben wird, wird dabei durch die Richtung des Geschwindigkeitsvektors v(t) definiert. Der Winkel zwischen Geschwindigkeitsvektor v(t) und Spinachse 12 betrug in den bisher dargestellten Beispielen ca. 90°. Selbstverständlich kann die Orientierung der Spinachse 12 auch um einen beliebigen Winkel zur Bewegungsrichtung geneigt sein, um auf diese Weise zusätzlich gezielt Einfluss auf den radialen Schichtdickenverlauf und andere vom Aufdampfwinkel abhängige Schichteigenschaften zu nehmen. Der Winkel kann konstant sein oder - wie in den 9a und 9b für unterschiedliche Zeitpunkte t1 und t2 dargestellt - zeitlich variabel sein. Dies führt zu einer Veränderung des Abstands einzelner Bereiche der zu beschichtenden Substratoberfläche zur Quelle mit Beschichtungsmaterial sowie der durch das Abschirmungselement abgedeckten Bereiche, was eine lokale Änderung der Auftreffrate zur Folge hat. Es sei darauf hingewiesen, dass alles zuvor genannte auch für den Winkel zwischen Spinachse 12 und Substrat 10 bzw. dessen Oberfläche gilt.
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Anhand der 10a-e soll exemplarisch veranschaulicht werden, wie die genannten Parameter zusammenwirken und zu einer Freiformbeschichtung führen können. In 10a ist die translatorische Geschwindigkeit v eines mit Geschwindigkeit ω rotierenden Substrats 10 mit zu beschichtender Fläche 14 (siehe 10b) für unterschiedliche Positionen im Abstand d der Spinachse von einem ortsfesten Bezugspunkt, beispielsweise der Mitte MA der Öffnung 34 des Abschirmungselements 18' dargestellt. Im vorliegenden Beispiel liegt die Spinachse senkrecht durch die Mitte MS der zu beschichtenden Fläche 14 des Substrats 10. Das Abschirmungselement 18' ist hier exemplarisch als Rechteckblende ausgeführt, womit es einen Transmissionsrate größer Null aufweist. Mit zunehmendem Abstand d der Spinachse vom Bezugspunkt MA nimmt im vorliegenden Beispiel die Geschwindigkeit v kontinuierlich ab. Ab einem Abstand größer als dB bleibt die Geschwindigkeit im wesentlichen konstant.
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In 10c sind die mit den entsprechenden Abständen vom Bezugspunkt korrelierten Winkelgeschwindigkeiten ω des Substrats über eine vollständige Rotation um 360° für die Abstände d0, dA und dB dargestellt, wobei die Verläufe des Azimutwinkels bei verschiedenen Abständen jeweils auf den Wert des entsprechenden Azimutwinkels zu Beginn einer vollen Umdrehung, d.h. bei 0°, normiert sind. Im vorliegenden Beispiel sind die Winkelgeschwindigkeiten derart eingestellt, dass sie mit zunehmendem Abstand des Substrats, genauer der Spinachse des Substrats vom Bezugspunkt mit zunehmender Amplitude periodisch schwanken. Durch die periodische Schwankung wird proportional zur Amplitude mehr oder weniger Einfluss auf die Auftreffrate pro Bogenelement und Zeitintervall genommen.
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Betrachtet man die resultierenden normierten Schichtdicken SD für verschiedene radiale Abstände r von der Spinachse auf dem Substrat 10, ergibt sich für zunehmende Abstände r eine zunehmende Streuung der normierten Schichtdicken SD für verschiedene Azimuthwinkel, wie in 10d dargestellt. Für den radialen Abstand r1 sind die normierten Schichtdicken SD in 10e über die Azimutwinkel aufgelöst. Die Punkte bzw. die Kurve D entspricht dabei den Werten, die man bei konstanter Substratbewegung und konstanter Rate, mit der die Quelle Beschichtungsmaterial abgibt, erhält. Die Punkte bzw. die Kurve C entspricht hingegen der gewünschten Schichtdickenverteilung, die sich im hier dargestellten Beispiel durch Optimieren der Geschwindigkeitsverläufe für sowohl Rotation als auch Translation des Substrats erreichen lässt. Die Modulation an sich der Schichtdicken über den Azimutwinkel wird in dem vorliegenden Beispiel durch eine entsprechende Freiformoberfläche bedingt. Durch die Optimierung der hier beschriebenen Beschichtungsparameter werden im vorliegenden Beispiel absolute Dicke, Phase und Amplitude der Schichtdickenmodulation gezielt beeinflusst. Bevorzugt geht man dazu iterativ vor, indem man als Startwert von einem bekannten, vorteilhafterweise gemessenen Schichtdickenverlauf ausgeht, der mit bekannten, bevorzugt möglichst einfachen, z.B. konstanten zeitlichen Verläufen der Translations- und Rotationsgeschwindigkeiten erhalten werden kann.
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In einer Variante kann auch anstelle der Rotationsgeschwindigkeit der Verlauf die Rate, mit der die Quelle Beschichtungsmaterial abgibt, variiert werden. Bei entsprechender Synchronisation können die Rate und die Rotationsgeschwindigkeit des Substrats als reziproke Größen betrachtet werden und die gleichen Algorithmen zur Bestimmung der Bewegungs- und/oder Ratenparameter für die gewünschte Freiformbeschichtung eingesetzt werden. In weiteren Varianten können auch neben der Translationsgeschwindigkeit sowohl Rotationsgeschwindigkeit als auch Quellenrate betrachtet werden sowie auch Relativbewegungen zwischen nicht nur Substrat und Quelle, sondern auch einem oder mehreren Abschirmelementen und dem Substrat berücksichtigt werden.
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Es sei darauf hingewiesen, dass auch beliebige andere, hier nicht explizit genannte Kombinationen der vorgenannten Maßnahmen zur variablen Einstellung der Auftreffrate von Beschichtungsmaterial auf einem Bogenelement der zu beschichtenden Fläche 14 bezogen auf die Spinachse 12 für unterschiedliche Drehwinkel des Substrats 10 um die Spinachse 12 sinnvoll für das Beschichten von Substraten für optische Elemente insbesondere für die EUV-Lithographie mit einer Freiformbeschichtung eingesetzt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Substrat
- 12
- Spinachse
- 14
- zu beschichtende Fläche
- 16
- Quelle mit Beschichtungsmaterial
- 18
- Abschirmungselement
- 20
- Außenkontur
- 22
- von Außenkontur eingeschlossene Fläche
- 24
- Rotationsachse
- 26
- zweite Abschirmung
- 28
- zweite Außenkontur
- 30
- von zweiter Außenkontur eingeschlossene Fläche
- 32
- Öffnung
- 34
- Öffnung
