DE102015204478B4

DE102015204478B4 - Verfahren zum Glätten einer Oberfläche und optisches Element

Info

Publication number: DE102015204478B4
Application number: DE102015204478.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Weiser; Hendrik Paetzelt; Frank Frost; Georg Böhm; Thomas Arnold; Axel Schindler
Original assignee: Thomas Arnold; Georg Böhm; Hendrik Paetzelt
Current assignee: TRIONPLAS TECHNOLOGIES GMBH, DE
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2019-01-03
Anticipated expiration: 2035-03-13
Also published as: DE102015204478A1

Abstract

Verfahren zum Glätten einer Oberfläche, umfassend: Plasmachemisches Ätzen der Oberfläche (2) durch Bewegen eines Plasmastrahls (7) und der Oberfläche (2) relativ zueinander, sowie nachfolgendes Teilchenstrahlbearbeiten der Oberfläche (2) durch Bewegen eines Teilchenstrahls und der Oberfläche (2) relativ zueinander.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Glätten einer Oberfläche, insbesondere einer optischen Oberfläche. Die Erfindung kann beispielsweise zur Glätten einer optischen Oberfläche an einem optisches Element verwendet werden, welches ein Substrat sowie eine optische Oberfläche aufweist, wobei auf die optische Oberfläche eine für EUV-Strahlung reflektierende Beschichtung aufgebracht ist.
Optische Elemente für Mikrolithographieanlagen benötigen auf Grund der geringen verwendeten Wellenlängen im UV- oder EUV-Bereich, bei denen sie betrieben werden, eine hohe Glattheit ihrer optischen Oberflächen. Insbesondere bei Spiegelelementen für EUV-Lithographieanlagen, die typischer Weise bei Wellenlängen von ca. 13,5 nm betrieben werden, sind die Anforderungen an die Oberflächentoleranzen extrem hoch. Dies betrifft sowohl die Form (Passe), d.h. niedrige Ortswellenlängen zwischen ca. 1 mm und 50 mm, den mittelfrequenten Bereich, d.h. bei Ortswellenlängen zwischen ca. 1 µm und 2000 µm (medium spatial frequency range, MSFR), sowie den hochfrequenten Bereich (high spatial frequency range, HSFR) bei Ortswellenlängen zwischen ca. 0,02 µm und 1 µm. Eine geringe Rauheit der optischen Oberfläche im ersten Bereich ist hierbei für eine gute Abbildungsqualität erforderlich, eine geringe Rauheit im zweiten Bereich steigert den Kontrast bzw. verringert die Streulichtbildung, und eine geringe Rauheit im dritten Bereich trägt zu einer hohen Reflektivität bzw. Transmission bei, d.h. zu einer hohen Intensität der an dem optischen Element reflektierten bzw. von diesem transmittierten Strahlung.
In der DE 10 2012 100 544 A1 ist ein Verfahren zur Glättung und/oder Strukturierung von Oberflächen eines Werkstücks bekannt geworden, bei dem die Oberfläche mit mindestens einem energiereichen Strahl bestrahlt wird, wobei die zu bearbeitende Oberfläche sich relativ zu dem mindestens einen Strahl bewegt. Die Relativbewegung zwischen der zu bearbeitenden Oberfläche und dem mindestens einen energiereichen Strahl wird während der Bestrahlung mehrmals geändert, wobei zumindest zum Teil die Änderung nach dem Zufallsprinzip erfolgt. Durch das Verfahren soll sich die Mikrorauheit der geglätteten Oberfläche insbesondere im Ortswellenlängenbereich < 3 µm auf Werte der quadratischen Rauheit (rms) im Sub-Nanometerbereich absenken lassen. Das in der DE 10 2012 100 544 A1 beschriebene Verfahren wird typischer Weise an polierten optischen Oberflächen angewendet, d.h. an Oberflächen, die eine geringe Rauheit aufweisen.
Bei optischen Oberflächen, d.h. bei optisch genutzten Oberflächen von optischen Elementen, aber auch bei anderen Oberflächen, ist ggf. nicht die gesamte Oberfläche einer (chemo-)mechanischen Politur zugänglich. Dies betrifft insbesondere Teilbereiche wie z.B. Stufen oder Ränder der Oberfläche an denen keine ausreichende Kontaktfläche für den Angriff eines mechanischen Polierwerkzeugs zur Verfügung steht. Derartige Teilbereiche sind in der Regel nicht vollständig auspoliert und weisen daher eine vergleichsweise große Rauheit auf. Auch vorstrukturierte Oberflächen jedweder Art, beispielsweise (ggf. laserstrukturierte) Mikrooptiken, sollten typischer Weise mechanisch nicht poliert werden.
Aufgabe der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Glätten bereitzustellen, welches es ermöglicht, aus einer Oberfläche mit einer verhältnismäßig hohen Rauheit auf effektive Weise eine Oberfläche mit einer sehr geringen Rauheit herzustellen.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Glätten einer Oberfläche, beispielsweise einer optischen Oberfläche, umfassend: Plasmachemisches Ätzen der Oberfläche durch Bewegen eines Plasmastrahls und der Oberfläche relativ zueinander, sowie nachfolgendes Teilchenstrahlbearbeiten der Oberfläche durch Bewegen eines Teilchenstrahls und der Oberfläche relativ zueinander.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, eine typischer Weise vergleichsweise raue Oberfläche in einem zweistufigen Glättungsverfahren zu glätten, wobei in einem ersten Glättungsschritt ein plasmachemisches Ätzen der optischen Oberfläche erfolgt und in einem zweiten Glättungsschritt eine Teilchenstrahlbehandlung, beispielsweise eine Ionenstrahlbehandlung, erfolgt. Die beiden Glättungsschritte führen hierbei typischer Weise zu einer Glättung in ein- und demselben Ortswellenlängenbereich, d.h. durch beide Glättungsschritte wird die Rauheit der Oberfläche in ein- und demselben Ortswellenlängenbereich verringert.
Der erste Glättungsschritt, d.h. das plasmachemische Ätzen, kann beispielsweise auf eine Weise erfolgen, wie sie in der DE 103 28 250 A1 beschrieben ist, welche durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. In der DE 103 28 250 A1 ist ein deterministisches, plasmachemisches Ätzverfahren zur Glättung von Oberflächen oder Oberflächenschichten von Isolatoren und Halbleitern mit Hilfe eines mikrowelleninduzierten Plasmastrahls beschrieben, bei dem a) das zur Erzeugung des Plasmastrahls verwendete Gas oder Gasgemisch Wasserstoff (z.B. H₂O, NH₃) aber keine halogenhaltigen Verbindungen enthält, b) der Plasmastrahl bei einem Druck ≥ 0,01 bar erzeugt wird, c) der Plasmastrahl mit der Werkstückoberfläche in Kontakt gebracht wird, und d) der Plasmastrahl und die Werkstückoberfläche relativ zueinander mit wechselnder oder konstanter Geschwindigkeit computer-gesteuert bewegt werden.
Das beim hier beschriebenen Glättungsverfahren verwendete plasmachemische Ätzverfahren wird typischer Weise bei Drücken des Plasmastrahls zwischen ca. 0,01 bar und ca. 1 bar durchgeführt, wobei dem zur Erzeugung des Plasmastrahls verwendeten Gas oder Gasgemisch Wasserstoff beigefügt sein kann, aber nicht zwingend beigefügt sein muss. In der Regel enthält das für die Erzeugung des Plasmastrahls verwendete Gas keine halogenhaltigen Verbindungen.
Bei der Anwendung eines plasmachemischen Ätzverfahrens, welches beispielsweise wie in der DE 103 28 250 A1 beschrieben erfolgen kann, auf Oberflächen mit einer vergleichsweise großen Rauheit ist die nach der Durchführung des Verfahrens verbleibende Rest-Rauheit in der Regel nicht ausreichend für deren bestimmungsgemäße Verwendung z.B. in der EUV-Lithographie.
Durch die nachfolgende Bearbeitung mit Hilfe des Teilchenstrahls kann die Rauheit der Oberfläche weiter reduziert werden. Die Art der Teilchen des Teilchenstrahls (Elektronen, Ionen) und insbesondere die Energie des Teilchenstrahls wird hierbei typischer Weise so gewählt, dass die Rauheit der Oberfläche sich in demselben Ortsfrequenzbereich reduziert wie bei dem plasmachemischen Ätzverfahren. Dieser Ortswellenlängenbereich kann beispielsweise bei weniger als 30 µm oder bei weniger als 10 µm liegen. Bei dem Teilchenstrahl kann es sich um einen lonenstrahl handeln, wobei bevorzugt Ionen eines Inertgases, beispielsweise eines Edelgases, z.B. ArgonIonen, verwendet werden.
Bei einer vorteilhaften Variante des Verfahrens wird die Relativbewegung beim Bewegen des Teilchenstrahls und der Oberfläche mehrmals verändert, wobei zumindest ein Teil der Veränderung nach dem Zufallsprinzip (d.h. zufallsgesteuert) erfolgt. Bei dieser Variante des Verfahrens erfolgt eine statistische Mittelung bei der Bearbeitung mit dem Teilchenstrahl, wodurch die (quadratische) Rauheit in einem gegebenen Ortswellenlängenbereich typischer Weise auf weniger als 1,0 nm rms abgesenkt werden kann. Die Veränderung der Relativbewegung nach dem Zufallsprinzip kann beispielsweise mit Hilfe eines Zufallsgenerators erfolgen.
Die Kombination der Teilchenstrahlbearbeitung mit dem vorausgehenden plasmachemischen Ätzen ist bei der Veränderung der Relativbewegung besonders vorteilhaft, da beim plasmachemischen Ätzen ein Aufschmelzen der Oberfläche erfolgt, so dass eine statistisch strukturierte Oberfläche erzeugt wird. Durch das vorausgehende plasmachemische Ätzen kann die Rauheit der Oberfläche beim Teilchenstrahlbearbeiten daher stärker reduziert werden als für den Fall, dass eine Oberfläche, die eine vergleichbare Rauheit aufweist und die nicht plasmachemisch behandelt wurde, mit dem Teilchenstrahl bearbeitet wird.
Bei einer Weiterbildung umfasst die Veränderung der Relativbewegung beim Bewegen des Teilchenstrahls und der Oberfläche relativ zueinander eine Veränderung der Bewegungsrichtung der Relativbewegung nach dem Zufallsprinzip (d.h. zufallsgesteuert). Da sich bei der Relativbewegung zwischen dem Teilchenstrahl und der Oberfläche entweder der Teilchenstrahl oder die Oberfläche oder beide relativ zu einem ortsfesten Bezugssystem bewegen können, kann die zufallsgesteuerte Änderung der Bewegungsrichtung sowohl die Bewegung des Teilchenstrahls als auch der zu glättenden Oberfläche betreffen. Die zufallsgesteuerte Änderung der Relativbewegung kann hierbei zusätzlich zu einer geplanten, deterministischen Änderung der Relativbewegung erfolgen. Beispielsweise kann der Teilchenstrahl mäanderförmig über die zu glättende Oberfläche geführt werden, wobei sich an den Wendepunkten die Relativbewegung zwischen dem Teilchenstrahl und der zu glättenden Oberfläche die Bewegungsrichtung ändert. Es versteht sich, dass auch andere Möglichkeiten bestehen, um die Bewegungsrichtung der Relativbewegung zu verändern, beispielsweis wie dies in der eingangs genannten DE 10 2012 100 544 A1 beschrieben ist, welche durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.
Auch beim vorausgehenden plasmachemischen Ätzen kann ggf. die Relativbewegung beim Bewegen des Plasmastrahls und der Oberfläche mehrmals verändert werden, wobei zumindest ein Teil der Änderung nach dem Zufallsprinzip erfolgt. Diese Veränderung der Relativbewegung kann ebenfalls eine Veränderung der Bewegungsrichtung der Relativbewegung nach dem Zufallsprinzip umfassen. Da beim plasmachemischen Ätzen typischer Weise ein teilweises Aufschmelzen der Oberfläche erfolgt, die eine statistisch strukturierte Oberfläche erzeugt, kann durch eine zufällige Veränderung der Relativbewegung typischer Weise gegenüber einer deterministischen Relativbewegung nur ein geringer Vorteil erzielt werden.
Bei einer weiteren Variante weist die Oberfläche vor dem plasmachemischen Ätzen bei Ortswellenlängen von weniger als 10 µm, insbesondere bei Ortswellenlängen von weniger als 30 µm eine (quadratische) Rauheit R_q von mehr als 200 nm rms auf. Die Rauheit R_q der Oberfläche vor der Plasmabehandlung kann beispielsweise zwischen ca. 200 nm rms und ca. 500 nm rms bei einer Ortswellenlänge von 10 µm bzw. bei Ortswellenlängen < 10 µm liegen. Wie weiter oben beschrieben wurde, können mit Hilfe des plasmachemischen Ätzens auch Oberflächen geglättet werden, die eine verhältnismäßig große Rauheit aufweisen.
Bei einer weiteren Variante handelt es sich bei der zu glättenden Oberfläche um eine optische Oberfläche, beispielsweise um eine geläppte Oberfläche, eine feingeschliffene Oberfläche oder um eine vorstrukturierte Oberfläche. Geläppte Oberflächen weisen beispielsweise bei einer Ortswellenlänge von 10 µm eine typische quadratische Rauheit zwischen ca. 300 nm rms und ca. 500 nm rms auf. Feingeschliffene Oberflächen weisen typischer Weise bei einer Ortswellenlänge von 10 µm eine typische quadratische Rauheit zwischen ca. 500 nm rms und ca. 3000 nm rms auf. Wie weiter oben dargestellt wurde, ist das hier beschriebene Verfahren unabhängig von der Geometrie der zu glättenden optischen Oberfläche, so dass auch optische Oberflächen geglättet werden können, die vorstrukturiert sind, beispielsweise Mikrooptiken oder dergleichen.
In einer weiteren Variante ist die Oberfläche eine optische Oberfläche und die optische Oberfläche weist nach dem plasmachemischen Ätzen eine (quadratische) Rauheit R_q zwischen 1 nm rms und 3 nm rms bei Ortswellenlängen von10 µm oder weniger, insbesondere bei einer Ortswellenlänge von 30 µm oder weniger auf. Insbesondere wenn die Oberfläche nicht ohne weiteres mittels eines chemo-mechanischen Polierverfahrens behandelt werden kann, z.B. weil diese Stufen und/oder Ränder aufweist, oder diese geläppt, feingeschliffen oder vorstrukturiert ist, weist die Oberfläche nach dem Bearbeiten eine (Mikro-)Rauheit auf, die im oben angegebenen Wertebereich liegt.
Bei einer weiteren Variante weist die optische Oberfläche nach dem Teilchenstrahlbearbeiten eine Rauheit R_q von weniger als 1,0 nm rms, bevorzugt von weniger als 0,8 nm rms, besonders bevorzugt von weniger als 0,5 nm rms, insbesondere von weniger als 0,2 nm rms bei Ortswellenlängen von weniger als 10 µm, insbesondere bei einer Ortswellenlänge von 10 µm, bevorzugt bei Ortswellenlängen < 30 µm auf. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann bei dem Verfahren die Rauheit R_q der Oberfläche auf deutlich weniger als 1,0 nm rms gesenkt werden.
Bei einer Variante wird als Teilchenstrahl ein lonenstrahl verwendet, bevorzugt mit einer Energie zwischen 50 eV und 2000 eV, insbesondere mit einer Energie zwischen 100 eV und 1000 eV. Es hat sich gezeigt, dass Ionen mit Energien in dem angegebenen Wertebereich für die Glättung von optischen Materialien, die für die EUV-Lithographie eingesetzt werden können, besonders gut geeignet sind. Insbesondere führt die Verwendung von Ionen mit Energien in dem oben genannten Wertebereich dazu, dass die Glättung bei Ortswellenlängen von weniger als ca. 30 µm oder von weniger als ca. 10 µm erfolgt, in dem auch die Glättung aufgrund des plasmachemischen Ätzens erfolgt. Beim herkömmlichen lonenstrahlbearbeiten werden typischer Weise Ionen verwendet, deren Energie in einem ähnlichen Wertebereich liegt, wie oben beschrieben, der eine Korrektur mit größeren Ortswellenlängen durch lokalen Abtrag bewirkt, um mit Hilfe die lonenstrahlbearbeitung längerwellige Fehlerstrukturen zu korrigieren.
Bei einer weiteren Variante ist die zu glättende Oberfläche aus einem Material gebildet, welches ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Quarzglas, TiO₂-dotiertes Quarzglas, Si, oder Legierungen aus Si und C, beispielsweise SiC, SiSiC und CSiC. Bei Quarzglas und TiO₂-dotiertem Quarzglas handelt es sich um optische Materialien, die zur Herstellung von optischen Elementen verwendet werden, beispielsweise für die Herstellung von Linsen oder von Spiegeln. TiO₂-dotiertes Quarzglas, beispielsweise in Form von ULE®, wird als Substrat-Material für die Herstellung von optischen Elementen für die EUV-Lithographie verwendet, da es sich bei diesem Material um ein so genanntes Nullausdehnungsmaterial handelt, welches nur eine geringe Abhängigkeit des thermischen Ausdehnungskoeffizienten von der Temperatur hat. Legierungen aus Si und C, beispielsweise SiC, SiSiC oder CSiC, können als Leichtgewichtstrukturen beispielsweise an bzw. als Komponenten für die Halterung von Wafern (z.B. Wafer-Stage, Wafer-Chuck, ...) verwendet werden. Es versteht sich, dass die oben genannten Materialien sowie ggf. weitere Materialien, aus denen die zu glättende Oberfläche gebildet ist, für den plasmachemischen Ätzprozess geeignet sein müssen, da diese beim plasmachemischen Ätzen nicht degradieren bzw. zerstört werden dürfen.
Das Verfahren kann beispielsweise zur Glättung einer optischen Oberfläche für die EUV-Lithographie eingesetzt werden, insbesondere an einem oder an mehreren Teilbereichen einer optischen Oberfläche, die für ein chemomechanisches Polierwerkzeug nicht zugänglich sind, beispielsweise an den Rändern einer optischen Oberfläche oder an Stufen, die an einer solchen optischen Oberfläche gebildet sind. Durch das weiter oben beschriebene Verfahren können die hohen Anforderungen an die Rauheit einer optischen Oberfläche, die für die EUV-Lithographie eingesetzt wird, eingehalten werden.
Mit Hilfe des weiter oben beschriebenen Verfahrens kann ein reflektives optisches Element der eingangs genannten Art bereitgestellt werden, bei dem die optische Oberfläche eine (quadratische) Rauheit R_q von weniger als 1,0 nm rms bei Ortswellenlängen von weniger als 10 µm, insbesondere bei einer Ortswellenlänge von 10 µm, bevorzugt bei Ortswellenlängen < 30 µm, aufweist. Mit Hilfe des weiter oben beschriebenen Verfahrens kann die (quadratische) Rauheit von optischen Oberflächen so weit gesteigert werden, dass diese im sub-Nanometer rms Bereich liegt, beispielsweise bei weniger als 0,8 nm rms, bevorzugt bei weniger als 0,5 nm rms, insbesondere bei weniger als 0,2 nm rms bei Ortswellenlängen von weniger als 10 µm, insbesondere bei einer Ortswellenlänge von 10 µm, bevorzugt bei Ortswellenlängen < 30 µm.
Das Substrat des reflektiven optischen Elements kann aus TiO₂-dotiertem Quarzglas, insbesondere aus ULE®, gebildet sein.
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.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen

1a eine schematische Darstellung einer optischen Oberfläche, an der ein plasmachemischer Ätzprozess durchgeführt wird,
1b eine schematische Darstellung eines auf den plasmachemischen Ätzprozess folgenden lonenstrahlbearbeitens der optischen Oberfläche,
2 eine schematische Darstellung eines reflektiven optischen Elements mit einer optischen Oberfläche, die auf die in 1a und 1b beschriebene Weise geglättet wurde, sowie
3a,b schematische Darstellungen eines Details der optischen Oberfläche nach dem plasmachemischen Ätzprozess von 1a bzw. nach der lonenstrahlbearbeitung von 1b.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
In 1a ist ein Substrat 1 aus TiO₂-dotiertem Quarzglas, genauer gesagt aus ULE® gezeigt, welches eine konkav gekrümmte optische Oberfläche 2 aufweist. Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei der optischen Oberfläche 2 um eine geläppte Oberfläche, die eine (quadratische) Rauheit R_q zwischen 300 nm rms und 500 nm rms in einem Ortswellenlängenbereich zwischen 1 µm und 100 µm, genauer gesagt bei einer Ortswellenlänge von 10 µm, aufweist.
Das Substrat 1 ist auf eine rotierende Bewegungseinheit 3 montiert, die ihrerseits an einer Lineareinheit 4 angebracht ist, die in X-Richtung sowie in Y-Richtung (horizontal) beweglich ist, und die entlang eines Auflagetisches 5 verschoben werden kann. Eine Strahlerzeugungseinheit 6 (MPT, „microwave plasma torch“) erzeugt einen mikrowelleninduzierten Plasmastrahl 7, der auf die optische Oberfläche 2 ausgerichtet ist. Die Strahlerzeugungseinheit 6 ist an einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Verkippungseinheit 8 befestigt, die zusätzlich auch in vertikaler Richtung (Z-Richtung) bewegbar ist. Als Plasmastrahl 7 wird beispielsweise ein Ar und/oder He /O₂/H₂-Plasmastrahl verwendet.
Während des plasmachemischen Ätzens (PACE, „plasma assisted chemical etching“) werden der Plasmastrahl 7 und die optische Oberfläche 2 relativ zueinander bewegt, indem das Substrat 1 mit Hilfe der rotierenden Bewegungseinheit 3 um eine zentrale Achse 9 gedreht wird. Gleichzeitig wird das Substrat 1 mit ausreichender Winkelgeschwindigkeit gedreht und die Lineareinheit 4 wird mit einem vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil entlang des Auflagetisches 5 verschoben. Der Abstand und die Neigung der Strahlerzeugungseinheit 6 zur Oberfläche 2 können durch eine synchronisierte Bewegung der Verkippungseinheit 8, ggf. inklusive einer vertikalen Bewegung der Verkippungseinheit 8, konstant gehalten werden, sofern dies gewünscht ist. Die Parameter beim plasmachemischen Ätzen können analog zur DE 103 28 250 A1 gewählt werden, beispielsweise kann der Plasmastrahl 7 bei einem Druck von mehr als 0,01 mbar, typischer Weise zwischen 0,01 mbar und 1 bar erzeugt werden. Für die Koordinierung der Relativbewegung zwischen der optischen Oberfläche 2 bzw. dem Substrat 1 und dem Plasmastrahl 7 kann eine elektronische Steuereinrichtung verwendet werden.
Durch das in 1a gezeigte plasmachemische Ätzen kann eine geläppte Oberfläche 2 erzeugt werden, von der ein Teilbereich mit einer lateralen Ausdehnung von 10 µm × 10 µm in 3a dargestellt ist. Die bei dem in 3a gezeigten, Ortswellenlängen λ von < 10 µm entsprechenden Oberflächenbereich vorliegende (quadratische) Rauheit R_q liegt bei 1,40 nm rms. Diese Rauheit R_q bzw. eine Rauheit R_q zwischen ca. 1 nm und ca. 3 nm rms bei Ortswellenlängen λ von < 10 µm ist für den Einsatz des Substrats 1 bzw. der optischen Oberfläche 2 in der EUV-Lithographie jedoch typischer Weise nicht ausreichend.
1b zeigt eine auf das in 1a gezeigte plasmachemische Ätzen folgende Teilchenstrahlbearbeitung der optischen Oberfläche 2, bei welcher das Substrat 1 wie in 1a auf einer rotatorischen Bewegungseinheit 3 angeordnet ist, die selbst auf einer Lineareinheit 4 angebracht ist, welche entlang eines Auflagetisches 5 in X-Richtung und in Y-Richtung bewegbar ist. Alternativ kann das Substrat 1 bei der Bearbeitung auf andere Weise gelagert werden, beispielsweise exzentrisch auf einem Drehteller, wie dies in der DE 10 2012 100 544 A1 beschrieben ist.
Bei der Teilchenstrahlbearbeitung handelt es sich im gezeigten Beispiel um eine Ionenstrahlbearbeitung, bei welcher ein Ionenstrahl 11 auf die optische Oberfläche 2 ausgerichtet wird. Der Ionenstrahl 11 wird in einer Ionenstrahlerzeugungseinrichtung 10 aus Edelgasionen, beispielsweise aus Ar⁺-Ionen, erzeugt. Die Ionenstrahlerzeugungseinrichtung 10 ist an einer Verkippungseinheit 8 angebracht, die zusätzlich in vertikaler Richtung verschiebbar ist. Bei der lonenstrahlbearbeitung wird der lonenstrahl 11 mit einer Ionen-Energie zwischen 50 eV und 2000 eV, bevorzugt zwischen 100 eV und 1000 eV, auf die optische Oberfläche 2 ausgerichtet, um eine Veränderung der Rauheit R_q der optischen Oberfläche 2 zu bewirken. Hierbei kann durch den Ionenstrahl 11 Material von der optischen Oberfläche 2 abgetragen werden.
Eine Relativbewegung zwischen dem Plasmastrahl 7 und der optischen Oberfläche 2 erfolgt bei dem in 1a gezeigten Beispiel, indem das Substrat 1 mit Hilfe der rotierenden Bewegungseinheit 3 um eine zentrale Achse 9 gedreht wird, wobei gleichzeitig die Lineareinheit 4 mit einem vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil entlang des Auflagetisches 5 in X-Richtung sowie ggf. in Y-Richtung verschoben wird. Bei dem in 1b gezeigten Beispiel kann der Einfallswinkel β des Ionenstrahls 11 auf die optische Oberfläche 2 variiert werden, indem die Ausrichtung des lonenstrahls 11 mit Hilfe der Verkippungseinheit 8 verändert wird. Zusätzlich kann die Ionenstrahlerzeugungseinrichtung 10 in vertikaler Richtung (und ggf. in horizontaler Richtung) verschoben werden.
Bei der Relativbewegung zwischen dem Plasmastrahl 7 und dem Substrat 1 bzw. der optischen Oberfläche 2 kann der Plasmastrahl 7 entlang einer mäanderförmigen Bewegungsbahn über die optische Oberfläche 2 geführt werden. Bei dem in 1b gezeigten Beispiel kann die Relativbewegung beim Bewegen des lonenstrahls 11 und der optischen Oberfläche 2 mehrmals verändert werden, wobei zumindest ein Teil der Änderung nach dem Zufallsprinzip erfolgt. Beispielsweise kann beim Bewegen des Ionenstrahls 11 und der Oberfläche 2 relativ zueinander mehrmals eine zufällige Veränderung der Bewegungsrichtung R der Relativbewegung erfolgen. Bei dem in 1b gezeigten Beispiel kann zu diesem Zweck der Einfallswinkel β zwischen der zentralen Achse 9 und dem lonenstrahl 11 zufallsgesteuert verändert werden. Die Änderung der Bewegungsrichtung R bzw. des Einfallswinkels β kann hierbei beispielsweise derart mit der Bewegung der Oberfläche 2 synchronisiert werden, dass eine zufällige Richtungsumkehr des lonenstrahls 11 auf der optischen Oberfläche 2 jeweils nur nach dem vollständigen mäanderförmigen Überstreichen der gesamten Oberfläche 2 durch den lonenstrahl 11 erfolgt.
Die zufällige Richtungsänderung kann in diesem Fall zwischen einem letzten Teilstück einer ersten mäanderförmigen Bewegungsbahn und einem ersten Teilstück einer zweiten, nachfolgenden mäanderförmigen Bewegungsbahn erfolgen. Hierbei kann die Orientierung bzw. der Winkel zwischen der ersten und zweiten mäanderförmigen Bewegungsbahn nach dem Zufallsprinzip verändert werden, beispielsweise wie dies in der DE 10 2012 100 544 A1 im Detail dargestellt ist. Bezüglich weiterer Möglichkeiten zur zufallsgesteuerten Veränderung der Relativbewegung, insbesondere zur zufallsgesteuerten Veränderung der Bewegungsrichtung R zwischen der optischen Oberfläche 2 und dem lonenstrahl 11 sei ebenfalls auf die DE 10 2012 544 A1 verwiesen.
Die optische Oberfläche 2 weist in einem in 3b gezeigten Teilbereich mit einer lateralen Ausdehnung von 10 µm × 10 µm nach dem Bearbeiten mit dem lonenstrahl 11 bei Ortswellenlängen λ von < 10 µm eine (quadratische) Rauheit R_q von ca. 0,18 nm rms auf. Eine solche optische Oberfläche 2, die bei Ortswellenlängen von weniger als 10 µm, ggf. sogar bis hin zu höheren Ortswellenlängen λ von < 30 µm, eine Rauheit R_q von weniger als 1,0 nm rms, bevorzugt von weniger von 0,5 nm rms, insbesondere von weniger als 0,2 nm rms aufweist, ist für Anwendungen in der EUV-Lithographie geeignet. Eine solche optische Oberfläche 2 bzw. ein zugehöriges Substrat 1 kann für die Herstellung eines reflektierenden optischen Elements 15 für die EUV-Lithographie verwendet werden. Längerwellige Fehlerstrukturen an der optischen Oberfläche 2 können ggf. ebenfalls durch Ionenstrahlbearbeiten korrigiert werden, wobei zu diesem Zweck ggf. Ionen-Energien genutzt werden können, die eine ähnliche Größenordnung wie die weiter oben angegebenen Werte aufweisen.
2 zeigt ein solches optisches Element 15, bei dem auf die optische Oberfläche 2, die wie weiter oben beschrieben ausgebildet ist und die eine Rauheit R_q von weniger als 1,0 nm rms bei Ortswellenlängen von < 10 µm aufweist, eine für EUV-Strahlung 19 reflektierende Beschichtung 16 aufgebracht ist. Die reflektierende Beschichtung 16 weist eine Mehrzahl von Einzelschichten 17, 18 auf, die im gezeigten Beispiel aus Schichtpaaren aus zwei Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes bestehen. Wird EUV-Strahlung 19 bei einer Nutzwellenlänge von ca. 13,5 nm verwendet, so bestehen die Einzelschichten 17, 18 üblicherweise aus Molybdän und Silizium. In Abhängigkeit von der verwendeten Nutzwellenlänge sind andere Materialkombinationen wie z.B. Molybdän und Beryllium, Ruthenium und Beryllium oder Lanthan und B₄C ebenfalls möglich.
Zusätzlich zu den Einzelschichten 17, 18 weist die reflektive Beschichtung 16 in der Regel Zwischenschichten zur Verhinderung von Diffusion (so genannte Barriere-Schichten) sowie mindestens eine Deckschicht auf, welche die gesamte reflektierende Beschichtung 16 vor Oxidation bzw. vor Korrosion schützt. Das in 2 gezeigte reflektive optische Element 15 kann beispielsweise in einer EUV-Lithographieanlage verwendet werden, welche dazu dient, ein strukturiertes Objekt (Maske) abzubilden, um ein Bild des strukturierten Objekts auf einem lichtempfindlichen Substrat (Wafer) zu erzeugen.
Das weiter oben beschriebene Verfahren ist nicht auf die Glättung von optischen Oberflächen 2 für die EUV-Lithographie beschränkt, es kann vielmehr auch zur Glättung von anderen optischen Oberflächen 2 verwendet werden, beispielsweise von optischen Oberflächen, welche (mechanisch, mittels Laser oder chemisch) vorstrukturiert sind, beispielsweise zur Glättung der Oberflächen von Mikrooptiken, die z.B. mittels eines Lasers strukturiert sind. Die Glättung kann nicht nur an einer optischen Oberfläche 2 aus TiO₂-dotiertem Quarzglas, sondern beispielsweise auch an einer optischen Oberfläche 2 aus herkömmlichem (synthetischen) Quarzglas erfolgen. An Stelle einer geläppten Oberfläche kann das Verfahren beispielsweise auch an einer feingeschliffenen Oberfläche durchgeführt werden. Da das hier beschriebene Verfahren ohne ein mechanisches Polierwerkzeug auskommt, ist dieses unabhängig von der Geometrie der zu glättenden Oberfläche 2. Daher können auch Teilbereiche von optischen Oberflächen geglättet werden, die einer (chemo-)mechanischen Politur nicht zugänglich sind, beispielsweise Stufen oder Ränder von optischen Oberflächen 2.
Es versteht sich, dass auch nicht optisch genutzte Oberflächen auf die weiter oben beschriebene Weise geglättet werden können. Die Glättung kann beispielsweise an den Oberflächen von Materialien wie Si oder Legierungen aus Si und C erfolgen, beispielsweise SiC, SiSiC oder CSiC. Derartige Materialien können beispielsweise bei Leichtgewichtstrukturen eingesetzt werden, die mechanisch nicht belastet werden dürfen, was durch das hier beschriebene Verfahren vermieden wird.

Claims

Verfahren zum Glätten einer Oberfläche, umfassend: Plasmachemisches Ätzen der Oberfläche (2) durch Bewegen eines Plasmastrahls (7) und der Oberfläche (2) relativ zueinander, sowie nachfolgendes Teilchenstrahlbearbeiten der Oberfläche (2) durch Bewegen eines Teilchenstrahls und der Oberfläche (2) relativ zueinander.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Relativbewegung beim Bewegen des Teilchenstrahls und der Oberfläche (2) mehrmals verändert wird, wobei zumindest ein Teil der Veränderung nach dem Zufallsprinzip erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Veränderung der Relativbewegung beim Bewegen des Teilchenstrahls und der Oberfläche (2) relativ zueinander eine Veränderung der Bewegungsrichtung (R) der Relativbewegung nach dem Zufallsprinzip umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Oberfläche (2) vor dem plasmachemischen Ätzen bei Ortswellenlängen (λ) von weniger als 10 µm eine Rauheit R_q von mehr als 200 nm rms aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zu glättende Oberfläche eine optische Oberfläche (2) ist.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die zu glättende optische Oberfläche (2) eine geläppte Oberfläche, eine feingeschliffene Oberfläche oder eine vorstrukturierte Oberfläche ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem die optische Oberfläche (2) nach dem plasmachemischen Ätzen eine Rauheit R_q zwischen 1 nm rms und 3 nm rms bei Ortswellenlängen (λ) von weniger als 10 µm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die optische Oberfläche (2) nach dem Teilchenstrahlbearbeiten eine Rauheit R_q von weniger als 1 nm rms bei Ortswellenlängen (λ) von weniger als 10 µm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Teilchenstrahl ein lonenstrahl (11) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem ein lonenstrahl (11) mit einer Energie zwischen 50 und 2000 eV verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zu glättende Oberfläche (2) aus einem Material gebildet ist, welches ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Quarzglas, TiO₂-dotiertes Quarzglas, Si, oder Legierungen aus Si und C, SiC, SiSiC und CSiC.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches zur Glättung einer optischen Oberfläche (2) für die EUV-Lithographie eingesetzt wird.