DE102013212467A1

DE102013212467A1 - Entfernbare beschichtung eines optischen elements

Info

Publication number: DE102013212467A1
Application number: DE201310212467
Authority: DE
Inventors: Boris Bittner; Norbert Wabra; Sonja Schneider; Ricarda Schneider; Hendrik Wagner; Christian Wald; Walter Pauls; Holger Schmidt
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2014-04-24

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Element insbesondere für eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem Grundkörper (9) und mindestens einer optisch wirksamen Fläche (1), an welcher eine Beschichtung vorgesehen ist, wobei zwischen Grundkörper und Beschichtung eine Ablöseschicht (6) vorgesehen ist, die so ausgebildet ist, dass in einem bestimmten Temperaturbereich die Eigenschaften der Ablöseschicht die Abtrennung der Beschichtung vom Grundkörper in der Ablöseschicht oder einer Grenzschicht davon ermöglichen, sowie ein Verfahren zur Reparatur und/oder Aufbereitung von optischen Elementen, das die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellung eines optischen Elements mit einem Grundkörper und mindestens einer optisch wirksamen Fläche, an welcher eine Beschichtung vorgesehen ist, wobei zwischen Grundkörper und Beschichtung eine Ablöseschicht vorgesehen ist; Einstellung einer vorbestimmten Temperatur für das optische Element, bei welcher die Ablöseschicht ihre Eigenschaften so verändert, dass die Haftfestigkeit der Beschichtung verringert wird; Abtrennen der Beschichtung vom Grundkörper im Bereich der Ablöseschicht oder an einer Grenzfläche der Ablöseschicht.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Element, insbesondere für eine Projektionsbelichtungsanlage, mit einem Grundkörper und mindestens einer optisch wirksamen Fläche, an welcher eine Beschichtung vorgesehen ist, sowie ein Verfahren zur Reparatur und/oder Aufbereitung von derartigen optischen Elementen.
STAND DER TECHNIK
Zur Herstellung von nano- oder mikrostrukturierten Bauteilen der Elektrotechnik oder der Mikrosystemtechnik werden mikrolithographische Verfahren eingesetzt, bei welchen die zu erzeugenden Strukturen über eine Projektionsbelichtungsanlage auf einem geeigneten Substrat abgebildet werden. Durch die fortschreitende Miniaturisierung der abzubildenden Strukturen kommen Projektionsbelichtungsanlagen zum Einsatz, die mit Licht mit immer kleineren Wellenlängen arbeiten, wie beispielsweise EUV-Projektionsbelichtungsanlagen, die mit Arbeitslicht im Wellenlängenspektrum des extrem ultravioletten (EUV) Lichts zwischen ca. 5 nm und 30 nm arbeiten.
Bei derartigen Projektionsbelichtungsanlagen kommen als optische Elemente Spiegel zum Einsatz, die aufwändige und komplexe Beschichtungen in Form von Stapeln aus dünnen Reflexionsschichten aufweisen. Durch die Strahlungsbelastung während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage können derartige Beschichtungen degradieren und sich insbesondere in ihren optischen Eigenschaften verändern, sodass eine Erneuerung der Beschichtung erforderlich ist. Zudem können Beschichtungen durch Kratzer, lokale Fehlstellen und dergleichen beschädigt werden, sodass auch hier eine Erneuerung der Beschichtung erforderlich wird.
Gemäß dem Stand der Technik kann versucht werden, durch Abtragen der Beschichtung, beispielsweise mittels Ionenstrahlbearbeitung, und Überbeschichten des so vorbereiteten Spiegels beschädigte Spiegel zu reparieren. Allerdings entstehen Schwierigkeiten beim Abtragen von Schichtstapeln, beispielsweise durch Ionenstrahlbearbeitung, da durch die verschiedenen Materialien unterschiedliche Abtragsraten zu beobachten sind und somit der Abtrag der Beschichtung schwer kontrollierbar ist. So bleibt häufig als einzige Möglichkeit nur, den Spiegel komplett zu ersetzen, was jedoch aufwändig und teuer ist.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und entsprechende optische Elemente bereitzustellen, die eine einfache und effektive Reparatur von optischen Elementen mit Beschichtungen ermöglichen.
TECHNISCHE LÖSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein optisches Element mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Reparatur und/oder Aufbereitung von optischen Elementen mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung schlägt vor, zwischen dem Grundkörper eines optischen Elements und der Beschichtung eine Ablöseschicht vorzusehen, die es ermöglicht, die Beschichtung von einem Grundkörper bei Bedarf zu entfernen. Dazu wird die Ablöseschicht so ausgebildet, dass die Ablöseschicht in einem bestimmten Temperaturbereich Eigenschaften aufweist, die die Abtrennung der darüber liegenden Beschichtungen vom Grundkörper ermöglicht.
Hierzu kann die Ablöseschicht aus einem Material gebildet sein, welches im vorbestimmten Temperaturbereich einen Festigkeitsabfall unter einen bestimmten Schwellwert aufweist, sodass durch die verringerte Festigkeit ein Ablösen der darüber liegenden Beschichtung möglich wird.
Das Material der Ablöseschicht kann so gewählt werden, dass es in einem vorbestimmten Temperaturbereich, der für die Ablösung bzw. Abtrennung der Beschichtung von dem Grundkörper des optischen Elements vorgesehen ist, eine Phasenumwandlung durchläuft.
Die Phasenumwandlung kann von fest nach flüssig oder von fest nach gasförmig stattfinden. Durch die Phasenumwandlung wird eine deutliche Veränderung der Haftung bewirkt, sodass über der Ablöseschicht liegende Schichten einfach abgetrennt, insbesondere abgeschert bzw. abgezogen werden können.
Der vorbestimmte Temperaturbereich, in dem die Ablöseschicht die Abtrennung der Beschichtung vom Grundkörper ermöglicht, kann so gewählt werden, dass sie unterhalb einer für die Beschichtung und/oder den Grundkörper zulässigen Maximaltemperatur und oberhalb einer für das optische Element üblichen und/oder zulässigen Betriebstemperatur liegt. Damit wird einerseits gewährleistet, dass das optische Element während des Betriebs in einem stabilen Zustand vorliegt und dass beim Abtrennen der Beschichtung weder der Grundkörper des optischen Elements, der weiter verwendet werden soll, zerstört wird noch die Ablösung oder Abtrennung durch Auflösung der Beschichtung erschwert wird.
Zwischen Ablöseschicht und Beschichtung bzw. zwischen Ablöseschicht und Grundkörper können weitere Schichten, wie Diffusionsbarrieren und/oder Haftvermittlerschichten und/oder Spannungsvermittlungsschichten vorgesehen sein.
Die Ablöseschicht kann durch jedes geeignete Verfahren, mit dem die Ablöseschicht in einer gleichmäßigen und definierten Weise auf dem Grundkörper des optischen Elements abgeschieden werden kann, aufgebracht werden. Die Ablöseschicht kann zur Vermeidung von Temperatureinflüssen auf das optische Element in einer vollständigen und gleichmäßigen Schicht auf dem Grundkörper aufgebracht werden und insbesondere aus einem Material gebildet werden, welches unter den Betriebsbedingungen des optischen Elements wenig Einfluss auf die Eigenschaften des optischen Elements nimmt, wie beispielsweise durch thermische Ausdehnung.
Beim Abtrennen der Beschichtung vom Grundkörper des optischen Elements wird das gesamte optische Element oder lediglich die Ablöseschicht auf die vorbestimmte Temperatur gebracht, in der die Ablöseschicht ihre Eigenschaften so verändert, dass die Haftfestigkeit der Beschichtung verringert wird. Die Einstellung der Temperatur kann durch Aufheizen mit entsprechend geeigneten Heizquellen, wie Strahlungs- oder Kontaktheizquelle erfolgen. Insbesondere können Infrarotstrahler, Heizplatten oder elektrische Widerstandsheizungen zum Einsatz kommen. Auch eine direkte elektrische Heizung durch Stromleitung durch die Ablöseschicht ist denkbar.
Nach der Einstellung der vorbestimmten Temperatur wird die Beschichtung oberhalb der Ablöseschicht entfernt, indem sie beispielsweise durch ein entsprechend geeignetes Greifwerkzeug ergriffen und vom Grundkörper abgelöst wird, beispielsweise durch Abstreifen, tangentiales Abziehen oder dergleichen.
Um eine definierte Krafteinwirkung zum Abziehen oder Abtrennen der Beschichtung auf die Beschichtung ausüben zu können, können Klebstoffe und/oder Beschichtungsstoffe zur Verbindung mit einem entsprechenden Werkzeug eingesetzt werden, die zur Erleichterung des Abtrennens bzw. Abziehens auf der optischen Fläche der Beschichtung angeordnet werden können.
Nach dem Abtrennen der Beschichtung kann die Ablöseschicht vollständig entfernt werden, und zwar durch verschiedene geeignete Maßnahmen, wie Spülen mit flüssigen oder gasförmigen Medien, mechanisches Abstreifen, Verdampfen oder sonstige thermische Entfernung der Rückstände der Ablöseschicht.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUR
Die beigefügte Figur zeigt in einer rein schematischen Weise eine teilweise Schnittansicht durch ein optisches Element gemäß der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele deutlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
Die beigefügte Figur zeigt eine rein schematische Darstellung eines Aufbaus eines Oberflächenbereichs eines erfindungsgemäßen optischen Elements. Bei der Darstellung der Figur handelt es sich um ein Spiegelelement, wie es beispielsweise in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, insbesondere einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage, eingesetzt werden kann. Somit kann der Spiegel ein Kollektorspiegel, ein Spiegel des Beleuchtungssystems oder ein Spiegel des Projektionsobjektives sein.
Ein entsprechender Spiegel weist einen Grundkörper 9 auf, der beispielsweise aus einem Material mit geringer Wärmeausdehnung gebildet ist, wie beispielsweise aus dem Material ULE (eingetragene Marke der Firma Corning) oder Zerodur (Marke der Schott AG).
Das optische Element weist eine optische Fläche 1 auf, die beispielsweise zur Reflexion des Arbeitslichts einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage eingesetzt wird. Hierzu ist auf dem Grundkörper 9 eine Beschichtung 2 in Form eines Stapels dünner Reflexionsschichten vorgesehen, der aus einer Vielzahl von dünnen Schichten zusammengesetzt sein kann, wobei die Schichten beispielsweise alternierend aus zwei Materialien gebildet sein können. Ein Beispiel sind Molybdän- und Siliziumschichten, die abwechselnd in einem derartigen Beschichtungsstapel vorgesehen sein können.
Zwischen der Beschichtung 2, die die optisch funktionale Beschichtung darstellt, und dem Grundkörper 9 ist eine Ablöseschicht 6 gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet, die eine Abtrennung der Beschichtung 2 von dem Grundkörper 9 ermöglicht, falls die Beschichtung 2 ausgetauscht werden muss.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zusätzliche Schichten vorgesehen, die jedoch unter Umständen weggelassen werden können. In gleicher Weise können oberhalb oder unterhalb der Beschichtung 2 oder als Bestandteil der Beschichtung 2 weitere Schichten vorgesehen sein, die hier nicht dargestellt sind.
Beispielsweise kann auch eine Cap-Layer, besispielsweise aus Ru, Rh, Si₃N₄, oder eine Strahlungsschutzschicht (NiSi) vorhanden sein.
Als zusätzliche Schichten können eine Diffusionsbarriere 8 sowie eine Haftvermittlerschicht 7 zwischen der Ablöseschicht 6 und dem Grundkörper 9 sowie eine Haftvermittlerschicht 5 und eine Diffusionsbarriere 4 zwischen der Ablöseschicht 6 und der Beschichtung 2 vorgesehen sein. Zusätzlich kann zwischen der Ablöseschicht 6 und der Beschichtung 2 eine Spannungsvermittlungsschicht 3 vorgesehen sein, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwischen der Diffusionsbarriere 4 und dem Schichtstapel der Beschichtung 2 angeordnet ist.
Selbstverständlich können die verschiedenen Teilschichten, wie Haftvermittlerschichten 7, 5 und Diffusionsbarrieren 4, 8 sowie Spannungsvermittlungsschicht 3 auch in anderer Reihenfolge vorgesehen werden oder teilweise weggelassen werden.
Sobald die Beschichtung 2 von dem Grundkörper 9 abgetrennt werden soll, wird das optische Element insgesamt oder speziell die Ablöseschicht auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht, die es ermöglicht, die Beschichtung 2 von dem Grundkörper 9 abzutrennen, indem eine Trennung innerhalb der Ablöseschicht 6 oder an einer Grenzfläche der Ablöseschicht 6, also der Grenzfläche zur Haftvermittlerschicht 5 oder zur Haftvermittlerschicht 7 erfolgt.
Nach einem Ausführungsbeispiel kann die Ablöseschicht 6 auf eine Temperatur gebracht werden, in der die Ablöseschicht 6 von einem festen in einen flüssigen Zustand übergeht, sodass die darüber liegenden Schichten und insbesondere die Beschichtung 2 durch ein Reinigungstuch abgewischt oder mit einem entsprechenden Greifwerkzeug abgezogen werden können. Die Abziehrichtung kann insbesondere tangential zur Oberfläche erfolgen, da üblicherweise Scherkräfte leichter zu einem Ablösen führen, als Zugkräfte, die gegen Adhäsionskräfte wirken müssen. Zum leichteren Greifen der abzulösenden Beschichtung kann die optische Fläche 1 mit Klebestreifen, sonstigen Klebemitteln oder einer Beschichtung versehen werden.
Die Ablöseschicht 6 kann auch verdampft werden, sodass dadurch eine Abtrennung der darüber liegenden Schichten erfolgt.
Nach dem Ablösen der Beschichtung 2 und eventuell zwischen der Ablöseschicht 6 und der Beschichtung 2 liegender Schichten, wie Spannungsvermittlungsschicht 3, Diffusionsbarriere 4 und Haftvermittlerschicht 5, wird der Rest der Ablöseschicht 6 vollständig entfernt, beispielsweise durch eine geeignete Spülung im flüssigen oder gasförmigen Medium oder durch thermische Behandlung, bei der entsprechende Rückstände verdampft werden können. Darüber hinaus können auch mechanische oder nasschemische Verfahren zur Entfernung der Ablöseschicht 6 eingesetzt werden.
Danach kann sich eine Oberflächenbehandlung der verbliebenen Schichten oder des Grundkörpers 9, beispielsweise durch Ionenstrahlbearbeitung und eine erneute Beschichtung anschließen.
Als Ablöseschicht kann das sogenannte Fieldssche Metall, das z. B. ca. 51 Gew.-% Indium, 32,5 Gew.-% Bismut und 16,5 Gew.-% Zinn umfasst, eingesetzt werden, wobei dessen Schmelztemperatur bei 62°C liegt. Als weitere Alternative kann beispielsweise Roses Metall Verwendung finden, das 50 Gew.-% Bismut, 25 Gew.-% Blei und 25 Gew.-% Zinn umfasst und eine Schmelztemperatur bei 98°C aufweist. Bei derartigen Ablöseschichten kann beispielsweise Borkarbid als Diffusionsbarriere gegenüber einem Grundkörper aus ULE oder Zerodur eingesetzt werden.
Die oben genannten Materialien für die Ablöseschicht 6 können insbesondere bei Spiegeln in Projektionssystemen eingesetzt werden, da die Schmelztemperaturen der genannten Legierungen oberhalb der Betriebstemperatur eines Spiegels im Projektionssystem liegen, aber deutlich unterhalb der entsprechenden Schmelztemperaturen der Spiegelbeschichtung 2. Für Spiegel, die im Beleuchtungssystem einer Projektionsbelichtungsanlage oder als Kollektor eingesetzt werden, können die Betriebstemperaturen deutlich höher liegen, sodass dort als Ablöseschicht beispielsweise Messinglote oder andere Lote, insbesondere Hartlote, eingesetzt werden können, deren Schmelztemperatur im Bereich von 800°C bis 1.000°C liegt. Je nach Anwendungsfall können somit die entsprechenden Materialien für die Ablöseschicht bestimmt werden.
Die Ablöseschicht, die vorzugsweise über die gesamte oder einen Teil der optische wirksamen Fläche angeordnet wird, kann mit einer Dicke im Bereich von wenigen Nanometern bis zu einigen Mikrometern aufgebracht werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen optischen Elemente ist somit eine einfache Möglichkeit gegeben, eine Reparatur an einem optischen Element durchzuführen, indem eine entsprechende Beschichtung erneuert wird.
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 der Merkmale verwirklicht werden können, solange der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird. Die vorliegende Offenbarung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein.

Claims

Optisches Element, insbesondere für eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem Grundkörper (9) und mindestens einer optisch wirksamen Fläche (1), an welcher eine Beschichtung (2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Grundkörper und Beschichtung eine Ablöseschicht (6) vorgesehen ist, die so ausgebildet ist, dass in einem bestimmten Temperaturbereich die Eigenschaften der Ablöseschicht die Abtrennung der Beschichtung vom Grundkörper in der Ablöseschicht oder einer Grenzschicht davon ermöglichen.
Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablöseschicht (6) aus einem Material gebildet ist, welches im vorbestimmten Temperaturbereich einen Festigkeitsabfall unter einen bestimmten Schwellwert aufweist und/oder eine Phasenumwandlung durchläuft.
Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablöseschicht (6) aus einem Material gebildet ist, welches im vorbestimmten Temperaturbereich eine Phasenumwandlung von fest nach flüssig und/oder gasförmig durchläuft.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Temperaturbereich unterhalb einer für die Beschichtung und/oder den Grundkörper zulässigen Maximaltemperatur und oberhalb einer für das optische Element üblichen und/oder zulässigen Betriebstemperatur liegt.
Optisches Element nach einem der ovhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablöseschicht eine chemische Zusammensetzung von 51 Gew.-% Indium, 32,5 Gew.-% Bismut und 16,5 Gew.-% Zinn oder 50 Gew.-% Bismut, 25 Gew.-% Blei und 25 Gew.-% Zinn aufweist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Ablöseschicht (6) und Beschichtung (2) und/oder zwischen Ablöseschicht (6) und Grundkörper (9) eine Diffusionsbarriere (4, 8) und/oder Haftvermittlerschicht (5, 7) angeordnet ist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element ein Spiegel ist und die Beschichtung (2) aus einem Stapel dünner Reflexionsschichten gebildet ist.
Optisches Element nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Ablöseschicht oder Diffusionsbarriere und Beschichtung eine Spannungsvermittlungsschicht (3) angeordnet ist.
Verfahren zur Reparatur und/oder Aufbereitung von optischen Elementen, insbesondere von optischen Elementen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellung eines optischen Elements mit einem Grundkörper (9) und mindestens einer optisch wirksamen Fläche (1), an welcher eine Beschichtung (2) vorgesehen ist, wobei zwischen Grundkörper und Beschichtung eine Ablöseschicht vorgesehen ist; Einstellung einer vorbestimmten Temperatur für das optische Element, bei welcher die Ablöseschicht ihre Eigenschaften so verändert, dass die Haftfestigkeit der Beschichtung verringert wird; Abtrennen der Beschichtung vom Grundkörper im Bereich der Ablöseschicht oder an einer Grenzfläche der Ablöseschicht.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der vorbestimmten Temperatur durch Aufheizen, insbesondere mittels Kontakt- oder Strahlungsheizung, vorzugsweise durch eine Heizplatte, einen Infrarotstrahler oder durch elektrische Widerstandsheizung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung zum Abtrennen mit einem Greifwerkzeug ergriffen wird und/oder mit einem Klebstoff und/oder Beschichtungsstoff zur Bildung einer Adhäsionsschicht versehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablöseschicht nach Abtrennung der Beschichtung vollständig entfernt wird.