DE102015223983A1

DE102015223983A1 - Verfahren zum Polieren einer optischen Oberfläche und optisches Element

Info

Publication number: DE102015223983A1
Application number: DE102015223983.7A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Hofmann; Robert Fichtl; Franz-Josef Stickel; Manfred Matena; Marc Saitner
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2017-06-08
Also published as: CN108369299A; JP7053925B2; JP2021119393A; JP2019505829A; WO2017093020A1; CN108369299B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Polieren einer optischen Oberfläche (2) mittels eines Polierwerkzeugs (6), umfassend: Polieren der optischen Oberfläche (2), die als Freiformfläche ausgebildet ist, durch Bewegen einer Polierfläche (7) des Polierwerkzeugs (6) über die optische Oberfläche (2) sowie über einen seitlich an die optische Oberfläche (2) angrenzenden Flächenbereich (3), wobei die Geometrie des Flächenbereichs (3) derart auf das Polierwerkzeug (6), insbesondere auf die Geometrie der Polierfläche (7) des Polierwerkzeugs (6), abgestimmt ist, dass an jedem Ort (P) des Flächenbereichs (3) ein Schwellwert eines Polierkriteriums nicht überschritten wird, wobei das Polierkriterium ein Maß für einen Polierfehler an der optischen Oberfläche (2) darstellt, der durch Bewegen des Polierwerkzeugs (6) über den an die optische Oberfläche (2) angrenzenden Flächenbereich (3) erzeugt wird. Die Erfindung betrifft auch ein optisches Element, umfassend: ein Substrat (1) mit einer optischen Oberfläche (2), die als Freiformfläche ausgebildet ist, sowie einen seitlich an die optische Oberfläche (2) angrenzenden Flächenbereich (3), wobei der seitlich an die optische Oberfläche (2) angrenzende Flächenbereich (3) an jedem Ort (P) einen Schwellwert eines Polierkriteriums in Form eines lokalen Astigmatismus nicht überschreitet.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Polieren einer optischen Oberfläche mittels eines Polierwerkzeugs sowie ein optisches Element.
Aus der US 7118449 B1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements bekannt geworden, welches eine optische Oberfläche aufweist, die sich in die Nähe eines Randes eines Substrats erstreckt. Zur Herstellung des optischen Elements wird zunächst ein Substrat bereitgestellt, das eine Haupt-Oberfläche aufweist, die sich über den Rand der optischen Oberfläche hinaus erstreckt. Das Substrat wird auch in dem Bereich poliert, in dem sich die Haupt-Oberfläche über die optische Oberfläche hinaus erstreckt. Nach dem Polieren wird Substrat-Material entfernt, das einen Teil der Oberfläche enthält, die sich über die optische Oberfläche hinaus erstreckt.
Generell wird zur Herstellung hochgenauer optischer Oberflächen typischer Weise nicht nur die optische Oberfläche selbst, d.h. der Nutzbereich, sondern auch ein so genannter Überlaufbereich, d.h. ein Flächenbereich, der an die optische Oberfläche angrenzt, bei der Politur der optischen Oberfläche zumindest teilweise mitpoliert. Der Grund für diese Vorgehensweise liegt darin, dass es zur Politur der optischen Oberfläche in einem Randbereich aufgrund der Größe des verwendeten Polierwerkzeugs typischer Weise erforderlich ist, dass das Politurwerkzeug zumindest teilweise auch in den Überlaufbereich hinein bewegt wird, um auch den Randbereich der optischen Oberfläche mit der gewünschten Genauigkeit polieren zu können.
Selbst wenn der Mittelpunkt des verwendeten Polierwerkzeugs sich schon deutlich außerhalb der optischen Oberfläche befindet, ragt typischer Weise ein Teil des Polierwerkzeugs in die optische Oberfläche hinein und trägt somit auch zum Abtrag an der optischen Oberfläche bei. Die Geometrie des Überlaufbereichs hat somit einen Einfluss auf die Qualität der Politur der optischen Oberfläche. Ist der Überlaufbereich für die Politur geometrisch ungeeignet, entstehen Polierfehler bzw. Oberflächenfehler bei der Politur der optischen Oberfläche. Ein solcher Polier- bzw. Oberflächenfehler, nachfolgend auch als Poliersignatur bezeichnet, führt im Allgemeinen zu einem deutlich steigenden Korrekturaufwand an der optischen Oberfläche. Ist der Polierfehler in nachfolgenden Korrektur-Prozessen nicht korrigierbar, kann die optische Oberfläche nicht in der Spezifikation hergestellt werden, was bedeutet, dass die optische Oberfläche für die gewünschte Anwendung unbrauchbar ist.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Polieren einer optischen Oberfläche sowie ein optisches Element mit verringerten Polierfehlern bereitzustellen.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Polieren einer optischen Oberfläche mittels eines Polierwerkzeugs, umfassend: Polieren der optischen Oberfläche, die als Freiformfläche ausgebildet ist, durch Bewegen einer Polierfläche des Polierwerkzeugs über die optische Oberfläche sowie über einen seitlich an die optische Oberfläche angrenzenden Flächenbereich, der typischer Weise ebenfalls als Freiformfläche ausgebildet ist, wobei die Geometrie des Flächenbereichs derart auf das Polierwerkzeug, insbesondere auf die Geometrie (bzw. den Durchmesser) der Polierfläche des Polierwerkzeugs, abgestimmt ist, dass an jedem Ort des Flächenbereichs ein Schwellwert eines Polierkriteriums nicht überschritten wird, wobei das Polierkriterium ein Maß für einen Polierfehler an der optischen Oberfläche darstellt, der durch Bewegen des Polierwerkzeugs über den an die optische Oberfläche angrenzenden Flächenbereich erzeugt wird.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Geometrie des an die optische Oberfläche angrenzenden Flächenbereichs derart auszulegen bzw. diese derart an das zum Polieren verwendete Polierwerkzeug anzupassen, dass ein Polierfehler an der optischen Oberfläche, der durch das Bewegen des Polierwerkzeugs über den angrenzenden Flächenbereich erzeugt wird, möglichst klein ist bzw. unter einem Schwellwert liegt, so dass eine optische Oberfläche hergestellt werden kann, welche die Spezifikation hinsichtlich der Oberflächenqualität bezüglich der Form und der Rauigkeit erfüllt. Dies ist gewährleistet, wenn an jedem Ort des an die optische Oberfläche angrenzenden Flächenbereichs das Polierkriterium erfüllt ist, d.h. wenn an jedem Ort das (typischer Weise ortsabhängig veränderliche) Polierkriterium einen Schwellwert nicht überschreitet, da in diesem Fall der Polierfehler in nachfolgenden Korrektur-Prozessen korrigiert werden kann, so dass eine optische Oberfläche herstellbar ist, welche die gewünschte Spezifikation erfüllt.
Sowohl bei der optischen Oberfläche als auch bei dem Flächenbereich handelt es sich typischer Weise um Freiformflächen, d.h. um Flächen, die von einer sphärischen und einer planen Oberflächenform abweichen. Bei den Freiformflächen kann es sich beispielsweise um so genannte asphärische Flächen handeln, die eine radiale Symmetrie um eine zentrale Achse aufweisen, aber auch um Freiformflächen, deren Geometrie keine (radiale) Symmetrie aufweist, d.h. die nicht rotationssymmetrisch sind. Eine Freiformfläche kann einen umlaufenden Rand aufweisen, der kreisförmig ist, es ist aber auch möglich, dass die Freiformfläche einen von einer Kreisform abweichenden umlaufenden Rand aufweist.
Eine Freiformfläche weist typischer Weise an mindestens zwei, in der Regel an einer Mehrzahl von Orten jeweils eine minimale Krümmung auf, die sich von einer maximalen Krümmung an dem jeweiligen Ort unterscheidet. Typischer Weise unterscheiden sich sowohl die maximale Krümmung als auch die minimale Krümmung der Freiformfläche an mindestens zwei Orten voneinander.
Bei einer Variante des Verfahrens führt die Polierfläche des Polierwerkzeugs beim Bewegen über die optische Oberfläche und über den angrenzenden Flächenbereich eine Drehbewegung um eine Drehachse aus. Die Drehachse ist typischer Weise an jedem Ort im Wesentlichen senkrecht zur optischen Oberfläche bzw. zu dem Flächenbereich ausgerichtet. Das Polierwerkzeug wird bei der (Hin- und Her-)Bewegung über die optische Oberfläche und gegen die optische Oberfläche angedrückt. Gleiches gilt, wenn das Polierwerkzeug zumindest teilweise in den angrenzenden Flächenbereich hinein bewegt wird. Die Geschwindigkeit der Drehbewegung kann in Abhängigkeit vom Ort an der optischen Oberfläche bzw. an dem angrenzenden Flächenbereich variieren oder ggf. während des gesamten Poliervorgangs konstant sein.
Bei der Politur mit einem Polierwerkzeug ist die Geometrie der Polierfläche von entscheidender Bedeutung. Die Polierfläche ist diejenige Fläche des Polierwerkzeugs, welche mit der optischen Oberfläche bzw. mit dem angrenzenden Flächenbereich in Kontakt kommt. Die Polierfläche muss sich auch während der Rotation des Polierwerkzeugs an die zu polierende Oberflächengeometrie anpassen können. Aus Sicht des Polierwerkzeugs weicht die zu polierende Oberfläche von der in der Regel planen Polierfläche ab, was im Folgenden als (lokale) Deformation bzw. als (lokale) Abweichung bezeichnet wird. Diese lokale Deformation bzw. Abweichung führt zu einem lokal unterschiedlichen Abtragsverhalten unter dem Polierwerkzeug. Dies führt nicht nur zu einem unterschiedlichen Abtragsverhalten innerhalb der Polierfläche, sondern auch zu einem unterschiedlichen Abtragsverhalten auf der gesamten zu polierenden Oberfläche.
Durch die lokale Deformation/Abweichung der optischen Oberfläche von der Polierfläche ist es nicht möglich, einen konstanten Material-Abtrag an der optischen Oberfläche (dem Nutzbereich) vorzunehmen, wie dies typischerweise nach dem Schleifen der Fall ist, um Tiefenschädigungen zu entfernen und die optische Fläche durchzupolieren. Das Resultat beim Versuch eines konstanten Material-Abtrags an einer zu polierenden Oberfläche ist ein auch als Poliersignatur bezeichneter Polierfehler, der im Wesentlichen von der Geometrie der zu polierenden Fläche abhängt. Diese Poliersignatur kann steile Gradienten bzw. hochfrequente Anteile aufweisen, was ein Problem für nachfolgende Korrektur-Prozesse darstellt, die es ermöglichen sollen, eine Oberfläche mit einer genau vorgegebenen Spezifikation herzustellen.
Um die Geometrie einer zu polierenden Oberfläche bezüglich ihrer Polierbarkeit zu bewerten, wird deshalb vorgeschlagen, ein Polierkriterium auf geometrischer Basis einzuführen: Zu diesem Zweck wird die weiter oben beschriebene Deformation bzw. Abweichung der zu polierenden Oberfläche von einer beispielsweise ebenen Polierfläche des Polierwerkzeugs an einem beliebigen Ort der zu polierenden Oberfläche bestimmt. Die Abweichung bzw. Deformation zwischen der Polierfläche des Polierwerkzeugs und der optischen Oberfläche wird an jedem Ort in ein orthogonales Polynomsystem, beispielsweise in Zernike-Polynome, zerlegt, wobei typischer Weise nur die niedrigsten Koeffizienten der Zerlegung als Maß für die Polierbarkeit herangezogen werden. Zernike-Koeffizienten sind jeweils unterschiedlichen Anteilen der Abweichung bzw. unterschiedlichen Wellenfrontfehlern zugeordnet; so bezeichnet z.B. der Zernike-Koeffizient Z4 einen Fokusanteil der Abweichung, während die Zernike-Koeffizienten Z5/Z6 einen lokalen Astigmatismus bzw. astigmatischen Anteil der Abweichung bezeichnen.
Bei einer vorteilhaften Variante des Verfahrens wird ein lokaler Astigmatismus an einem jeweiligen Ort des Oberflächenbereichs als Polierkriterium gewählt. Es hat sich als günstig erwiesen, als Maß für die Polierbarkeit einer Oberfläche lediglich den astigmatischen Anteil der Abweichung zu verwenden. Der Fokusanteil Z4 gibt zwar ebenfalls an, wie stark sich die Polierfläche verbiegen muss, während einer Umdrehung muss sich die Polierfläche bzw. das Polierwerkzeug aber nicht anpassen. Die Deformation bzw. Abweichung im Fokusanteil Z4 ist deshalb als statische Deformation anzusehen. Der astigmatische Anteil Z5/6 der Deformation gibt dagegen an, wie sich das Polierwerkzeug bei einer Umdrehung dynamisch anpassen muss. Der astigmatische Anteil Z5/6 wird als ‚lokaler Astigmatismus' bezeichnet. Kann das Polierwerkzeug bzw. die Polierfläche sich während einer Umdrehung nicht mehr dynamisch anpassen, sind starke lokale Polierfehler zu erwarten.
Wie weiter oben beschrieben wurde, könnte man noch höhere Terme bzw. Zernike-Koeffizienten für das Polierkriterium heranziehen; es hat sich aber gezeigt, dass der astigmatische Anteil für typische Flächen, beispielsweise für Freiformflächen, wie sie bei optischen Elementen verwendet werden, in der Regel ein ausreichendes Kriterium für die Bewertung einer Oberfläche bezüglich ihrer Polierbarkeit darstellt.
Wie weiter oben beschrieben wurde, ist die Geometrie des an die optische Oberfläche angrenzenden Flächenbereichs so gewählt, dass der lokale Astigmatismus an keinem Ort des Flächenbereichs den Schwellwert überschreitet, der einen Maximalwert für den lokalen Astigmatismus darstellt. Die Vorgabe für den Schwellwert, der nicht überschritten werden darf, hängt von einer Vielzahl von Parametern ab, beispielsweise der Drehzahl des Polierwerkzeugs, dem Flächeninhalt der Polierfläche des Polierwerkzeugs, dem beim Polieren zu erzielenden Polierabtrag sowie vom Korrekturvermögen der auf das Polieren folgenden Korrektur-Prozesse. Für die Festlegung des Schwellwerts anhand dieser Parameter ist ein umfangreiches Prozessverständnis erforderlich, das typischer Weise in der Praxis nicht unmittelbar zugänglich ist. Der Schwellwert für das Polierkriterium in Form des lokalen Astigmatismus wird daher typischer Weise durch einen Abgleich mit den Polierfehlern von bereits hergestellten bzw. bereits polierten optischen Oberflächen festgelegt.
Es versteht sich, dass der Schwellwert des Polierkriteriums in der Regel nicht nur in dem Flächenbereich nicht überschritten werden darf, der an die optische Oberfläche angrenzt, sondern auch an der optischen Oberfläche selbst. Die optische Oberfläche selbst ist typischer Weise hinreichend glatt, d.h. diese weist keine steilen Anstiege oder Abfälle (Gradienten) auf, so dass diese in der Regel das Polierkriterium erfüllt.
Bei einer Weiterbildung wird der lokale Astigmatismus Δz an einem jeweiligen Ort des Flächenbereichs bestimmt bzw. genähert durch: Δz = (k_max – k_min)/8D², (1) wobei D den Durchmesser der Polierfläche des Polierwerkzeugs bezeichnet, und wobei k_min eine minimale lokale Krümmung und k_max eine maximale lokale Krümmung an einem jeweiligen Ort des Flächenbereichs bezeichnen. Wie aus der Differentialgeometrie bekannt ist, können jedem Ort bzw. Punkt einer Fläche zwei Hauptkrümmungen k_Min, k_Max zugeordnet werden, welche die Kehrwerte des minimalen bzw. maximalen Krümmungsradius an dem jeweiligen Ort darstellen, d.h. es gilt: k_Min = 1/R_Max, k_Max = 1/R_Min. Diese Beziehung ist auch für den Fall mathematisch korrekt, dass die beiden Hauptkrümmungen k_Min, k_Max negative Werte annehmen. Der lokale Astigmatismus hat die Einheit einer Länge und hängt gemäß der obigen Definition vom Durchmesser der typischer Weise drehsymmetrischen Polierfläche des Polierwerkzeugs ab.
Da die Berechnung des lokalen Astigmatismus auf die weiter oben beschriebene Weise, d.h. unter Verwendung einer Zerlegung nach Zernike-Polynomen an jedem Ort des Flächenbereichs, vergleichsweise aufwändig ist, wird bei dieser Weiterbildung der lokale Astigmatismus gemäß Gleichung (1) näherungsweise berechnet. Die weiter oben betrachtete Deformation bzw. Abweichung einer Oberfläche von der Polierfläche setzt sich in guter Näherung zusammen aus der mittleren Krümmung (1/2 (k_Min + k_Max)) der Oberfläche an dem jeweiligen Ort, die dem Fokusanteil Z4 entspricht, sowie der Krümmungsdifferenz (k_Max – k_Min), die näherungsweise dem lokalen Astigmatismus Z5/6 entspricht. Da die Krümmungen k_Min, k_Max aus den Ableitungen der (bekannten) Parametrisierung der Oberfläche berechnet werden, kann man aus der Geometrie der Oberfläche lediglich unter Berücksichtigung des Durchmessers der Polierfläche direkt den lokalen Astigmatismus der Oberfläche, im vorliegenden Fall des an die optische Oberfläche angrenzenden Flächenbereichs, berechnen.
Bei einer Weiterbildung bildet die Polierfläche des Polierwerkzeugs eine plane Fläche. In der Regel werden zum Polieren Polierwerkzeuge verwendet, deren Polierflächen plan ausgebildet sind. Wird die Polierfläche um eine Achse gedreht, weist die Polierfläche typischer Weise eine kreisförmige Geometrie auf, um bei der Drehbewegung keine Unwuchten zu erzeugen. Ist die Polierfläche plan ausgebildet, vereinfacht dies zudem die Berechnung der Deformation bzw. der Abweichung der zu polierenden Oberfläche von der Polierfläche.
Für die Realisierung eines Flächenbereichs, der das Polierkriterium erfüllt, bestehen verschiedene Möglichkeiten:
Bei einer Variante werden die Geometrie der optischen Oberfläche und die Geometrie des seitlich benachbarten Flächenbereichs anhand einer analytischen Flächenbeschreibung sowohl der optischen Oberfläche als auch des seitlich angrenzenden Flächenbereichs bestimmt.
Da die optische Oberfläche zur Reflexion oder zur Transmission von Strahlung verwendet wird, wird deren Geometrie typischer Weise für das optische Design durch eine analytische Beschreibung beispielsweise in Form von polynomischen Gleichungen bzw. Polynomzügen/Polynomflächen beschrieben. Im einfachsten Fall kann für die Bestimmung der Geometrie des Flächenbereichs die analytische Flächenbeschreibung der optischen Oberfläche verwendet werden, d.h. die analytische Beschreibung der optischen Oberfläche wird auf Koordinaten des angrenzenden Flächenbereichs ausgedehnt. Wird die polynomische Beschreibung der Geometrie der optischen Oberfläche auf den an die optische Oberfläche angrenzenden Flächenbereich ausgedehnt, so kommt es aufgrund der mathematischen Eigenschaften der polynomischen Gleichungen in der Regel zu steilen Anstiegen oder Abfällen in diesem Flächenbereich, so dass die polynomische Beschreibung der Geometrie der optischen Oberfläche typischer Weise nicht auf den angrenzenden Flächenbereich ausgedehnt werden kann, ohne in diesem Flächenbereich das Polierkriterium zu verletzen. Wird das Polierkriterium bei der Erweiterung der analytischen Flächenbeschreibung der optischen Oberfläche auf den benachbarten Flächenbereich nicht erfüllt, ist es erforderlich, für diesen Flächenbereich eine andere Lösung zu wählen.
Bei einer Weiterbildung wird der Schwellwert des Polierkriteriums des seitlich angrenzenden Flächenbereichs bei der Bestimmung der (Ziel-)Geometrie der optischen Oberfläche berücksichtigt. In diesem Fall wird die Erfüllung des Polierkriteriums in dem Flächenbereich als zusätzliche Randbedingung in die Auslegung des Designs bzw. der (Ziel-)Geometrie der optischen Oberfläche übernommen. Da durch zusätzliche Randbedingungen die Zahl der Freiheitsgrade bei der Festlegung der Ziel-Geometrie der optischen Oberfläche eingeschränkt wird, ist es in diesem Fall typischer Weise erforderlich, zusätzliche Freiheitsgrade zu schaffen, um die optische Performance der optischen Oberfläche nicht zu verringern. Eine Möglichkeit zur Einführung zusätzlicher Freiheitsgrade stellt die Benutzung eines Polynoms höherer Ordnung für die analytische Flächenbeschreibung dar. Mit einem solchen Polynom können ggf. steile Anstiege in dem an die optische Oberfläche angrenzenden Flächenbereich unterdrückt werden, um das Polierkriterium zu erfüllen, ohne dass es zu einer Verschlechterung der Eigenschaften der optischen Oberfläche kommt.
Bei einer weiteren Variante wird die Geometrie des Flächenbereichs ohne eine analytische Flächenbeschreibung des Flächenbereichs bestimmt. Grundsätzlich ist es möglich, den an die optische Oberfläche angrenzenden Flächenbereich frei zu gestalten. Zum Beispiel ist es möglich, die äußere Berandung des Flächenbereichs vorzugeben und mit einem Auffüllalgorithmus den Flächenbereich aufzufüllen. Auf diese Weise kann man ungünstige Anstiege unterdrücken und den Flächenbereich nach Wunsch optimal bezüglich des Polierkriteriums auslegen. Eher ungünstig bei dieser Methode ist, dass aufgrund des Fehlens einer analytischen Flächenbeschreibung auf Punktewolken oder ähnliche Flächenbeschreibungen zurückgegriffen werden muss.
Bei einer weiteren Variante umfasst das Verfahren zusätzlich in einem dem Polieren vorausgehenden Schritt: Mechanisches Bearbeiten eines Substrats zum Herstellen der zu polierenden optischen Oberfläche und des seitlich benachbarten Flächenbereichs. Vor dem Polieren wird die optische Oberfläche, d.h. der Bereich des Substrats, der optisch genutzt werden soll, durch mechanisches Vor-Bearbeiten, z.B. durch Fräsen oder Schleifen, ggf. unter Verwendung von losen Schleifkörnern, bearbeitet bzw. geformt. Gleiches gilt für den an die optische Oberfläche angrenzenden Flächenbereich, der ebenfalls mechanisch vorbearbeitet wird. An dem Flächenbereich, der an die optische Oberfläche angrenzt, wird durch das mechanische Bearbeiten eine Geometrie erzeugt, die bei einer vorgegebenen Größe bzw. einem vorgegebenen Durchmesser der Polierfläche des Polierwerkzeugs den Schwellwert des Polierkriteriums nicht überschreitet.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens wird beim mechanischen Bearbeiten des Substrats und beim Polieren eine optische Oberfläche mit einer Ersatz-Geometrie hergestellt, die von einer Ziel-Geometrie der optischen Oberfläche abweicht, wobei die Ziel-Geometrie der optischen Oberfläche aus der Ersatz-Geometrie in einem auf das Polieren folgenden Korrektur-Prozess hergestellt wird. Diese Weiterbildung beschreibt den Fall, dass bei einer durch das optische Design vorgegebenen Ziel-Geometrie der optischen Oberfläche für den an die optische Oberfläche angrenzenden Flächenbereich, der beispielsweise durch analytische Funktionen bzw. Polynome beschrieben wird, keine Geometrie gefunden wird, die das Polierkriterium erfüllt. In diesem Fall kann nach einer Ersatz-Geometrie gesucht werden. Diese Ersatz-Geometrie soll in dem Flächenbereich, der an die optische Oberfläche angrenzt, das Polierkriterium erfüllen, darf aber an der optischen Oberfläche von der durch das optische Design festgelegten Ziel-Geometrie nach weiteren Kriterien abweichen. Bei der Herstellung der optischen Oberfläche und des Flächenbereichs durch mechanisches Bearbeiten, d.h. bei der Formgebung, wird zunächst durch Schleifen und das oben beschriebene Polieren die Ersatz-Geometrie erzeugt, die an der optischen Oberfläche von der durch das optische Design vorgegebenen Ziel-Geometrie abweicht. In einem oder mehreren auf das Polieren folgenden Korrektur-Prozessen wird (unter anderem) die Abweichung zwischen der Ersatz-Geometrie, d.h. der beim mechanischen Bearbeiten und nachfolgenden Polieren erzeugten Geometrie der optischen Oberfläche an die Ziel-Geometrie der optischen Oberfläche angepasst, so dass am Ende die Ziel-Geometrie an der optischen Oberfläche entsteht.
Bei einer weiteren Weiterbildung wird der Schwellwert des Polierkriteriums so gewählt, dass der Polierfehler an der optischen Oberfläche in mindestens einem nachfolgenden Korrektur-Prozess korrigierbar ist. Wie weiter oben beschrieben wurde, hängt die Vorgabe für den Schwellwert nicht nur von Parametern ab, welche die Politur bzw. das Politurwerkzeug betreffen, sondern auch vom Korrekturvermögen der auf das Polieren folgenden Korrektur-Prozesse. Der Schwellwert des Polierkriteriums sollte so gewählt werden, dass durch einen oder ggf. mehrere nachfolgende Korrektur-Prozesse die optische Oberfläche mit der gewünschten Spezifikation hergestellt werden kann.
Bei einer Weiterbildung ist der nachfolgende Korrektur-Prozess ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Ionenstrahlbearbeiten und magnetorheologisches Polieren. Ionenstrahlbearbeiten stellt ein Korrekturverfahren dar, bei dem die optische Oberfläche lokal mit Ionen bzw. mit einem Ionenstrahl beschossen wird, um einen Materialabtrag an der optischen Oberfläche zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Korrektur-Prozess in Form des so genannten magnetorheologischen Polierens durchgeführt werden. Bei diesem Korrektur-Prozess dient eine magnetorheologische Flüssigkeit als Werkzeug. Die Flüssigkeit wird z.B. auf ein rotierendes Rad aufgebracht und in einem Magnetfeld verfestigt, so dass beim Kontakt mit einer zu bearbeitenden Oberfläche ein Materialabtrag erzeugt wird. Es versteht sich, dass neben den beiden oben beschriebenen Korrektur-Prozessen nach dem Polieren auch andere Korrektur-Prozesse zum Einsatz kommen können, die Korrekturen bei kleinen Ortswellenlängen ermöglichen und typischer Weise keine bzw. nur eine geringfügige Verschlechterung der Oberflächenqualität im mittleren und hohen Ortswellenlängenbereich zur Folge haben. Die Oberflächenqualität im mittleren und hohen Ortswellenlängenbereich wird typischer Weise durch das Polieren sowie durch die mechanische Vor-Bearbeitung der optischen Oberfläche erzeugt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein optisches Element, umfassend:
ein Substrat mit einer optischen Oberfläche, die als Freiformfläche ausgebildet ist, sowie einen seitlich an die optische Oberfläche angrenzenden Flächenbereich, wobei der seitlich an die optische Oberfläche angrenzende Flächenbereich an jedem Ort einen Schwellwert Δz_S eines Polierkriteriums in Form eines lokalen Astigmatismus nicht überschreitet, der gegeben ist durch Δz_S = (k_max – k_min)/8D², (1‘) wobei k_min eine minimale lokale Krümmung und k_max eine maximale lokale Krümmung an einem jeweiligen Ort des Flächenbereichs bezeichnen, und wobei für D² = 2500 mm², bevorzugt D² = 900 mm², insbesondere D² = 100 mm² gilt.
Wie weiter oben beschrieben wurde, hängt der lokale Astigmatismus, der durch die Gleichung (1) genähert wird, neben den Hauptkrümmungen an einem jeweiligen Ort des Flächenbereichs nur vom Durchmesser der Polierfläche des verwendeten Polierwerkzeugs ab. Die Polierfläche des Polierwerkzeugs kann jedoch nicht beliebig groß gewählt werden, so dass der Wert D auf einen maximalen Wert begrenzt ist und wodurch auch der Schwellwert Δz_S des lokalen Astigmatismus auf einen vom Durchmesser des Polierwerkzeugs unabhängigen maximalen Wert begrenzt wird.
Bei einer Ausführungsform geht die optische Oberfläche stetig in den an die optische Oberfläche angrenzenden Flächenbereich über. Für das Polieren der optischen Oberfläche ist es günstig, wenn der Flächenbereich stetig, d.h. ohne einen Knick, an den Rand der optischen Oberfläche angrenzt.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die optische Oberfläche eine Rauigkeit von weniger als 1 nm rms in einem Ortswellenlängenbereich zwischen 1 mm und einer maximalen Erstreckung der optischen Oberfläche auf. Unter einer maximalen Erstreckung der Oberfläche wird im Sinne dieser Anmeldung die maximale Länge einer Geraden verstanden, die zwei Punkte entlang des Randes der optischen Oberfläche verbindet. Bei einer optischen Oberfläche mit einem kreisförmigen Rand stellt die maximale Erstreckung den Durchmesser der optischen Oberfläche dar, bei einer optischen Oberfläche mit einem Rand bzw. einer Randkontur in Form einer Ellipse stellt die maximale Erstreckung die Länge der Hauptachse, d.h. des größten Durchmessers der Ellipse dar, etc. Durch das mechanische Vor-Bearbeiten, das Polieren sowie ggf. erfolgende nachfolgende Korrektur-Prozesse kann an der optischen Oberfläche sowohl bei kleinen, mittleren als auch bei großen Ortswellenlängen eine gewünschte Qualität bzw. Oberflächenrauigkeit erzeugt werden.
Bei einer Ausführungsform erstreckt sich der Flächenbereich von der optischen Oberfläche um nicht mehr als eine Distanz von 50 mm nach außen. Der Flächenbereich an dem Substrat, in dem das Polierkriterium erfüllt werden muss, erstreckt sich von der optischen Oberfläche typischer Weise nicht weiter nach außen als der Durchmesser der Polierfläche des verwendeten Polierwerkzeugs. Bei größeren Entfernungen von der optischen Oberfläche ragt das Polierwerkzeug mit seiner Polierfläche nicht mehr in die optische Oberfläche hinein, so dass auch steile Anstiege der Geometrie eines weiter außen liegenden Flächenbereichs typischer Weise keinen Einfluss auf den Polierfehler mehr haben.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das optische Element zumindest an der optischen Oberfläche eine reflektierende Beschichtung, insbesondere eine für EUV-Strahlung reflektierende Beschichtung, auf. Bei dem optischen Element handelt es sich in diesem Fall typischer Weise um einen Spiegel, insbesondere um einen EUV-Spiegel. In der Regel wird lediglich die optische Oberfläche, nicht aber der angrenzende Flächenbereich mit einer reflektierenden Beschichtung versehen. Gegebenenfalls kann das Substrat aber auch in dem angrenzenden Flächenbereich ganz oder teilweise eine reflektierende Beschichtung aufweisen. Bei der optischen Oberfläche handelt es sich um denjenigen Teil der Oberfläche des Substrats, der im Strahlengang einer optischen Anordnung angeordnet ist und an dem Nutz-Strahlung der optischen Anordnung gerichtet reflektiert wird. Bei der optischen Anordnung kann es sich beispielsweise um eine Lithographieanlage, insbesondere um eine EUV-Lithographieanlage, handeln, das optische Element kann aber auch in anderen optischen Anordnungen vorteilhaft verwendet werden.
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.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
1a eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine optische Oberfläche und auf einen an diese angrenzenden Flächenbereich,
1b,c schematische Darstellungen eines Polierwerkzeugs, welches beim Polieren über die optische Oberfläche und den an diese angrenzenden Flächenbereich bewegt wird,
1d eine schematische Darstellung eines auf das Polieren folgenden Korrektur-Prozesses in Form einer Ionenstrahlbearbeitung der optischen Oberfläche,
2 eine schematische Darstellung eines optischen Elements in Form eines EUV-Spiegels, sowie
3a, b schematische Darstellungen einer lokalen Abweichung der Substratoberfläche von einer planen Fläche sowie eines lokalen Astigmatismus entlang eines Schnitts durch das Substrat gemäß 1a–d.
In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
In 1a–d ist schematisch ein Substrat 1 gezeigt, an dessen Oberseite eine optische Oberfläche 2, d.h. ein Nutzbereich, sowie ein seitlich an die optische Oberfläche 2 angrenzender Flächenbereich 3 (Überlaufbereich) gebildet sind. Die optische Oberfläche 2 weist einen ellipsenförmigen Rand 4 auf, der von dem angrenzenden Flächenbereich 3 ringförmig umgeben ist. Der an die optische Oberfläche 2 angrenzende Flächenbereich 3 erstreckt sich bis zum äußeren, ebenfalls ellipsenförmigen Rand 5 des Substrats 1. Bei dem Substrat 1 handelt es sich im gezeigten Beispiel um ein so genanntes Nullausdehnungs-Material, beispielsweise um Zerodur^® oder um ULE^®, d.h. um ein Substrat 1, welches für einen EUV-Spiegel verwendet werden kann. Die Verwendung eines Substrats 1 in Form eines anderen Materials, z.B. in Form von Quarzglas, ist ebenfalls möglich.
Sowohl die optische Oberfläche 2, d.h. der optisch genutzte Bereich des Substrats 1, als auch der angrenzende Flächenbereich 3 bilden jeweils eine Freiformfläche, d.h. eine nicht-radialsymmetrische und im gezeigten Beispiel auch nicht spiegelsymmetrisch zu einer der Achsen eines xyz-Koordinatensystems verlaufende Fläche. Die Geometrie der optischen Oberfläche 2 ist so gewählt, dass diese nach dem Polieren sowie nach weiteren Korrektur-Prozessen eine optische Spezifikation einhält, d.h. lediglich innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs von einer Ziel-Geometrie abweicht, die durch das optische Design einer optischen Anordnung vorgegeben ist, in dessen Strahlengang die optische Oberfläche 2 angeordnet ist. Auch der an die optische Oberfläche 2 angrenzende Flächenbereich 3, der sich stetig, d.h. ohne einen Übergang in Form eines Knicks, an den Rand 4 der optischen Oberfläche 2 anschließt, ist als Freiformfläche ausgebildet. Die Geometrie des Flächenbereichs 3 ist so gewählt, dass an jedem Ort P des Flächenbereichs ein Polierkriterium eingehalten wird, das weiter unten näher beschrieben wird.
In 1b und 1c ist ein Polierprozess der optischen Oberfläche 2 mittels eines Polierwerkzeugs 6 gezeigt. Das Polierwerkzeug 6 weist eine kreisförmige, plane Polierfläche 7 auf, an der das Polierwerkzeug 6 gegen die Oberseite des Substrats 1 angedrückt wird. Beim Polieren wird das Polierwerkzeug 6 in eine Drehbewegung um eine zentrisch an der Polierfläche 7 angreifende Drehachse 8 versetzt und das Polierwerkzeug 6, genauer gesagt die Polierfläche 7, wird über die optische Oberfläche 2 bewegt (vgl. 1b), wobei es sich bei der Bewegung typischer Weise um eine Hin- und Her-Bewegung handelt.
Um die optische Oberfläche 2 auch an ihrem Rand polieren zu können, ist es erforderlich, das Polierwerkzeug 6 zumindest teilweise auch in den angrenzenden Flächenbereich 3 zu bewegen, wie dies in 1c dargestellt ist. Typischer Weise ist es erforderlich, das Polierwerkzeug 6 so weit in den Flächenbereich 3 hinein zu bewegen, bis die Polierfläche 7 nur noch gegen den Flächenbereich 3, aber nicht mehr gegen die optische Oberfläche 2 angedrückt wird. Wie in 1c zu erkennen ist, wird bei der Bewegung des Polierwerkzeugs 6 in den an die optische Oberfläche 2 angrenzenden Flächenbereich 3 ein Teil der ebenen Polierfläche 7 auch gegen die optische Oberfläche 2 angedrückt. Die Geometrie des an die optische Oberfläche 2 angrenzenden Flächenbereichs 3 beeinflusst somit, auf welche Weise beim Polieren das Material des Substrats 1 an der optischen Oberfläche 2 abgetragen wird. Die Abtragsleistung des Polierwerkzeugs 6 kann somit durch eine ungünstig gewählte Geometrie des an die optische Oberfläche 2 angrenzenden Flächenbereichs 3 ungünstig beeinflusst werden, so dass dessen Geometrie geeignet gewählt werden muss, um einen Oberflächenfehler bzw. Polierfehler an der optischen Oberfläche 2 zu minimieren, der durch das Bewegen des Polierwerkzeugs 6 in den an die optische Oberfläche 2 angrenzenden Flächenbereich 3 hinein hervorgerufen wird.
Zu diesem Zweck ist die Geometrie des Flächenbereichs 3 auf die Geometrie des Polierwerkzeugs 6, genauer gesagt auf den Durchmesser D der Polierfläche 7 derart abgestimmt, dass an jedem Ort P des Flächenbereichs 3 ein Schwellwert Δz_s des Polierkriteriums Δz nicht überschritten wird. Bei dem Polierkriterium Δz handelt es sich um ein Maß für den Polierfehler, der durch die Bewegung des Polierwerkzeugs 6 über den Flächenbereich 3 an dem jeweiligen Ort P an der optischen Oberfläche 2 verursacht wird. Der Polierfehler an der optischen Oberfläche 2 bzw. allgemein an einer Oberfläche ergibt sich aus der Abweichung der Oberfläche von der im gezeigten Beispiel ebenen Geometrie der Polierfläche 7, wobei die Abweichung an einem jeweiligen Ort P vom Durchmesser D der Polierfläche 7 abhängig ist.
3a zeigt einen Schnitt durch das Substrat 1 entlang eines in 1a durch eine gestrichelte Gerade dargestellten, in Y-Richtung verlaufenden Schnitts. In 3a zu sehen sind in der Mitte der Bereich der optischen Fläche 2 und rechts und links davon der angrenzende Flächenbereich 3. In 3b sind die zugehörigen Werte für den lokalen Astigmatismus aufgetragen, wie im Folgenden beschrieben wird. Zerlegt man die Abweichung A der Polierfläche 7 von der optischen Fläche 2 an einem jeweiligen Ort P in ein orthogonales Polynomsystem in Form von Zernike-Polynomen und betrachtet nur Terme niedriger Ordnung, d.h. einen Fokusterm Z4 und den Astigmatismus Z5/6, so erkennt man, dass der Fokusterm Z4 lediglich einen statischen Anteil der Abweichung A bei der Drehung der Polierfläche 7 um ihre Drehachse 8 darstellt, der für das Auftreten eines Polierfehlers keine bzw. nur eine untergeordnete Bedeutung hat. Anders ist dies beim (lokalen) Astigmatismus Z5/6, da dieser einen dynamischen Anteil der Abweichung A darstellt, der angibt, wie stark sich die Polierfläche 7 bzw. das Polierwerkzeug 6 bei einer Umdrehung dynamisch an einem jeweiligen Ort P an die zu polierende optische Oberfläche 2 bzw. an den angrenzenden Flächenbereich 3 anpassen muss.
Der lokale Astigmatismus Z5/6 stellt somit ein geeignetes Polierkriterium dar, d.h. ein Maß für einen an der optischen Oberfläche 2 hervorgerufenen Polierfehler, wenn das Polierwerkzeug 6 sich an einem jeweiligen Ort P des an die optische Oberfläche 2 angrenzenden Flächenbereichs 3 befindet. 3b zeigt den lokalen Astigmatismus Δz in Abhängigkeit vom Ort P sowohl an der optischen Oberfläche 2 als auch in dem angrenzenden Flächenbereich 3. In 3b ist ebenfalls ein Schwellwert Δz_S für den lokalen Astigmatismus Δz dargestellt, der nicht überschritten werden sollte, um zu gewährleisten, dass die optische Oberfläche 2 mit der gewünschten Spezifikation hergestellt werden kann.
Wie in 3b zu erkennen ist, wird der Schwellwert Δz_S in einem Abschnitt des Flächenbereichs 3 überschritten, der sich im gezeigten Beispiel auf der linken Seite des Schnitts durch die optische Oberfläche 2 in Y-Richtung befindet, während die optische Oberfläche 2 selbst an jedem Ort P einen lokalen Astigmatismus Δz aufweist, der unterhalb des Schwellwerts Δz_S liegt. Bei dem in 3b gezeigten Beispiel ist der Flächenbereich 3 somit nicht derart an das Polierwerkzeug 6, genauer gesagt an den Durchmesser D der Polierfläche 7 angepasst, dass ausreichend kleine Polierfehler an der optischen Oberfläche 2 erzeugt werden. Es ist daher erforderlich, die Geometrie des Flächenbereichs 3 geeignet zu verändern, so dass diese das Polierkriterium erfüllt.
An Stelle der weiter oben beschriebenen Berechnung des lokalen Astigmatismus Δz unter Verwendung einer Zerlegung in ein orthogonales Polynomsystem kann der lokale Astigmatismus Δz an einem jeweiligen Ort P näherungsweise durch folgende Formel berechnet werden: Δz = (k_max – k_min)/8D², wobei D den Durchmesser der Polierfläche 7 des Polierwerkzeugs 6 bezeichnet, und wobei k_min eine minimale lokale Krümmung und k_max eine maximale lokale Krümmung an einem jeweiligen Ort P des Flächenbereichs 3 bezeichnen. Die minimale bzw. maximale Krümmung k_Min, k_Max stellen hierbei die Kehrwerte des maximalen bzw. des minimalen Krümmungsradius an dem jeweiligen Ort P dar, d.h. es gilt: k_Min = 1/R_Max, k_Max = 1/R_Min.
Um anders als in 3b gezeigt ist einen Flächenbereich 3 zu erzeugen, der das Polierkriterium erfüllt, bestehen verschiedene Möglichkeiten:
Beispielsweise kann eine analytische Flächenbeschreibung z (x, y) der optischen Oberfläche 2 z.B. in Form von Polynomen bzw. von polynomischen Gleichungen, auf den an die optische Oberfläche 2 angrenzenden Flächenbereich 3 erweitert werden: Im einfachsten Fall wird die analytische Flächenbeschreibung z (x, y) der optischen Oberfläche 2 auch für den angrenzenden Flächenbereich 3 verwendet. Dies setzt aber voraus, dass die analytische Flächenbeschreibung z (x, y) der Geometrie der optischen Oberfläche 2 keine zu starken Anstiege oder Abfälle in dem an die optische Oberfläche 2 angrenzenden Flächenbereich 3 aufweist. Durch die Optimierung der Flächenbeschreibung z (x, y) für die optischen Oberfläche 2 neigt diese außerhalb der optischen Oberfläche 2 in der Regel zu eher ungünstigen Bedingungen für die Politur, so dass ggf. eine andere Lösung gewählt werden muss, um in dem Flächenbereich 3 das Polierkriterium zu erfüllen.
Beispielweise kann bei der Bestimmung der Geometrie der optischen Oberfläche 2, die in Abhängigkeit vom optischen Design erfolgt, als zusätzliche Bedingung der Schwellwert Δz_s des Polierkriteriums Δz des seitlich angrenzenden Flächenbereichs 3 berücksichtigt werden. Da die zusätzliche Bedingung eine Einschränkung der verfügbaren Freiheitsgrade darstellt, ist es ggf. erforderlich, für die analytische Flächenbeschreibung z (x, y) der optischen Oberfläche 2 sowie des angrenzenden Flächenbereichs 3 ein Polynom höherer Ordnung zu verwenden, um einerseits in dem Flächenbereich 3 das Polierkriterium einhalten zu können und andererseits die optische Performance der optischen Oberfläche 2 durch die Einführung der zusätzlichen Bedingung nicht zu verschlechtern.
Alternativ ist es möglich, die Geometrie des Flächenbereichs 3 ohne eine analytische Flächenbeschreibung zu bestimmen, beispielsweise indem der Flächenbereich 3 zwischen dem äußeren Rand 4 der optischen Oberfläche 2 und dem äußeren Rand 5 des Substrats 1 mit einem Auffüllalgorithmus aufgefüllt wird, um ungünstige Anstiege bzw. Gradienten zu unterdrücken und den Flächenbereich nach Wunsch optimal für die Erfüllung des Polierkriteriums auszulegen, so dass der Schwellwert Δz_s des Polierkriteriums Δz in Form des lokalen Astigmatismus an keiner Stelle des Flächenbereichs 3 überschritten wird.
Eine weitere Möglichkeit zur Einhaltung des Polierkriteriums in dem Flächenbereich 3 besteht darin, für die optische Oberfläche 2 eine Ersatzgeometrie zu verwenden. Dies ist insbesondere in dem Fall sinnvoll, wenn durch eine analytische Flächenbeschreibung z (x, y) sich das Polierkriterium in dem Flächenbereich 3 nicht erfüllen lässt. In diesem Fall kann ausgehend von einer analytischen Flächenbeschreibung z (x, y) des Flächenbereichs 3, bei der das Polierkriterium nicht erfüllt wird, nach einer Ersatz-Geometrie für die optische Oberfläche 2 und den angrenzenden Flächenbereich 3 gesucht werden, die das Polierkriterium in dem Flächenbereich 3 erfüllt, aber von einer Ziel-Geometrie der optischen Oberfläche 2, welche durch das optische Design vorgegeben wird, nach bestimmten Kriterien, beispielsweise einem maximal vorgegebenen Gradienten, abweicht.
In diesem Fall wird das Substrat 1 durch mechanisches Bearbeiten vor dem Polieren, z.B. durch Schleifen, sowie beim Polieren derart bearbeitet, dass die optische Oberfläche 2 mit einer von der Ziel-Geometrie der optischen Oberfläche 2 abweichenden Ersatz-Geometrie hergestellt wird. Beim mechanischen Bearbeiten bzw. bei der Formgebung und beim Polieren des Substrats 1 wird auch der an die optische Oberfläche 2 angrenzende Flächenbereich 3 mit einer solchen Geometrie hergestellt, dass dieser das Polierkriterium erfüllt, d.h. der Flächenbereich 3 überschreitet an keinem Ort P den Schwellwert Δz_s des Polierkriteriums in Form des lokalen Astigmatismus Δz.
Um die optische Oberfläche 2 mit der vorgegebenen Ziel-Geometrie zu erzeugen, wird die optische Oberfläche 2, welche die Ersatz-Geometrie aufweist, nach dem Polieren in einem Korrektur-Prozess nachbearbeitet, wie dies beispielhaft in 1d dargestellt ist. Bei dem Korrektur-Prozess handelt es sich im gezeigten Beispiel um eine Ionenstrahlbearbeitung, bei der eine bewegliche, gesteuerte Ionenstrahlkanone 9 einen Ionenstrahl auf die optische Oberfläche 2 ausrichtet, um lokal, d.h. an jedem Ort P der optischen Oberfläche 2, einen Materialabtrag zu erzeugen, um die Ersatz-Geometrie der optischen Oberfläche 2 an die Ziel-Geometrie anzupassen, die durch das optische Design vorgegeben ist.
Es versteht sich, dass der in 1d dargestellte Korrektur-Prozess oder andere Korrektur- bzw. Nachbearbeitungsprozesse, beispielsweise das so genannte magnetorheologische Polieren, typischer Weise auch durchgeführt werden, wenn die optische Oberfläche 2 beim Schleifen und Polieren nicht in Form einer Ersatz-Geometrie hergestellt wird, sondern wenn beim Polieren direkt versucht wird, die Ziel-Geometrie der optischen Oberfläche 2 zu erzeugen. Derartige Korrektur-Prozesse sind in der Regel erforderlich, da durch das Polieren die optische Oberfläche 2 nur bei mittleren und großen Ortswellenlängen an die gewünschte Ziel-Geometrie angenähert wird, während durch nachfolgende Korrektur-Prozesse wie Ionenstrahlbearbeiten die optische Oberfläche 2 auch bei kleinen Ortswellenlängen an die Ziel-Geometrie angepasst werden kann, um auf diese Weise eine optische Oberfläche 2 zu erzeugen, die in allen Ortswellenlängenbereichen die Spezifikation erfüllt.
Der Schwellwert Δz_s des Polierkriteriums Δz wird so gewählt, dass der Polierfehler an der optischen Oberfläche 2 in nachfolgenden Korrektur-Prozessen zumindest so weit korrigiert werden kann, dass die optische Oberfläche 2 die Ziel-Geometrie mit der gewünschten Genauigkeit bzw. Toleranz annähert. Ein geeigneter Schwellwert Δz_s kann durch einen Abgleich mit Polierfehlern von bereits hergestellten bzw. bereits polierten optischen Oberflächen festgelegt werden.
Die optische Oberfläche 2 kann beispielsweise nach dem in 1d gezeigten Ionenstrahlbearbeiten eine Rauigkeit R von weniger als 1 nm rms in einem Ortswellenlängenbereich zwischen 1 mm und einer maximalen Erstreckung L der optischen Oberfläche 2 aufweisen, wobei die maximale Erstreckung L wie in 1a gezeigt die Länge L der Hauptachse, d.h. des größten Durchmessers des elliptisch geformten Randes 4 der optischen Oberfläche 2 darstellt.
Auf eine solche optische Oberfläche 2, welche die Ziel-Geometrie bzw. die Spezifikation für die Form und die Rauigkeit R erfüllt, kann zur Herstellung eines EUV-Spiegels 10 eine reflektierende Beschichtung 11 aufgebracht werden, wie dies in 2 dargestellt ist. Die Beschichtung 11 ist im gezeigten Beispiel ausgelegt, EUV-Strahlung 13 im EUV-Wellenlängenbereich zwischen ca. 5 nm und ca. 30 nm zu reflektieren und weist zu diesem Zweck bei einer Wellenlänge von 13,5 nm, welche der Nutz-Wellenlänge des EUV-Spiegels 10 entspricht, ein Maximum der Reflektivität auf. Die reflektierende Beschichtung 11 weist im gezeigten Beispiel alternierende Schichten 12a, 12b aus Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes auf. Im gezeigten Beispiel bestehen die ersten Schichten 12a aus Silizium (mit höherem Brechungsindex) und die zweiten Schichten 12b aus Molybdän (mit niedrigerem Brechungsindex). Andere Materialkombinationen wie z.B. Molybdän und Beryllium, Ruthenium und Beryllium oder Lanthan und B₄C sind – abhängig von der Nutz-Wellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich – ebenfalls möglich.
Der Flächenbereich 3, der bei dem optischen Element 10 an die optische Oberfläche 2 angrenzt, auf der die reflektierende Beschichtung 11 aufgebracht ist, überschreitet an jedem Ort P den Schwellwert Δz_S des lokalen Astigmatismus Δz nicht, d.h. es gilt an jedem Ort P: Δz ≤ Δz_S mit Δz_S = (k_max – k_min)/8D², wobei k_Min und k_Max wie weiter oben beschrieben definiert sind und wobei für D² gilt: D² = 2500 mm², bevorzugt D² = 900 mm², insbesondere D² = 100 mm². Es versteht sich, dass die Polierbarkeit mit abnehmendem Schwellwert Δz_S zunimmt, allerdings ist eine Geometrie des Flächenbereichs 3, welche den Schwellwert Δz_S an allen Orten P nicht überschreitet, umso schwieriger zu finden, je kleiner der Schwellwert Δz_S gewählt wird.
Es versteht sich, dass der an die optische Oberfläche 2 angrenzende Flächenbereich 3, der das Polierkriterium erfüllt, sich typischer Weise um nicht mehr als eine Distanz d von der optischen Oberfläche 2 nach außen erstreckt, die dem Durchmesser D der Polierfläche 7 des Polierwerkzeugs 6 entspricht. Wird das Polierwerkzeug 6 weiter von der optischen Oberfläche 2 weg bewegt, ist die Polierfläche 7 von der optischen Oberfläche 2 seitlich beabstandet, so dass das Polieren in diesem Bereich keinen Einfluss mehr auf den Polierfehler an der optischen Oberfläche 2 hat. Es versteht sich, dass anders als in 1a–d dargestellt der äußere Rand des Flächenbereichs 3 nicht zwingend mit dem äußeren Rand 5 des Substrats 1 übereinstimmen muss, sondern dass sich das Substrat 1 ggf. über den äußeren Rand des Flächenbereichs 3 weiter nach außen erstrecken kann, wobei in dem weiter außen liegenden Bereich das Polierkriterium nicht mehr erfüllt werden muss.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7118449 B1 [0002]

Claims

Verfahren zum Polieren einer optischen Oberfläche (2) mittels eines Polierwerkzeugs (6), umfassend: Polieren der optischen Oberfläche (2), die als Freiformfläche ausgebildet ist, durch Bewegen einer Polierfläche (7) des Polierwerkzeugs (6) über die optische Oberfläche (2) sowie über einen seitlich an die optische Oberfläche (2) angrenzenden Flächenbereich (3), wobei die Geometrie des Flächenbereichs (3) derart auf das Polierwerkzeug (6), insbesondere auf die Geometrie der Polierfläche (7) des Polierwerkzeugs (6), abgestimmt ist, dass an jedem Ort (P) des Flächenbereichs (3) ein Schwellwert (Δz_s) eines Polierkriteriums (Δz) nicht überschritten wird, wobei das Polierkriterium (Δz) ein Maß für einen Polierfehler an der optischen Oberfläche (2) darstellt, der durch Bewegen des Polierwerkzeugs (6) über den an die optische Oberfläche (2) angrenzenden Flächenbereich (3) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Polierfläche (7) des Polierwerkzeugs (6) beim Bewegen über die optische Oberfläche (2) und über den Flächenbereich (3) eine Drehbewegung um eine Drehachse (8) ausführt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein lokaler Astigmatismus (Δz) an einem jeweiligen Ort (P) des Flächenbereichs (3) als Polierkriterium gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der lokale Astigmatismus Δz an einem jeweiligen Ort (P) des Flächenbereichs (3) bestimmt wird durch: Δz = (k_max – k_min)/8D², wobei D den Durchmesser der Polierfläche (7) des Polierwerkzeugs (6) bezeichnet, und wobei k_min eine minimale lokale Krümmung und k_max eine maximale lokale Krümmung an einem jeweiligen Ort (P) des Flächenbereichs (3) bezeichnen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Polierfläche (7) des Polierwerkzeugs (6) eine plane Fläche bildet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Geometrie der optischen Oberfläche (2) und die Geometrie des seitlich benachbarten Flächenbereichs (3) anhand einer analytischen Flächenbeschreibung (z (x, y)) sowohl der optischen Oberfläche (2) als auch des seitlich angrenzenden Flächenbereichs (3) bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Schwellwert (Δz_s) des Polierkriteriums (Δz) des seitlich angrenzenden Flächenbereichs (3) bei der Bestimmung der Geometrie der optischen Oberfläche (2) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Geometrie des Flächenbereichs (3) ohne eine analytische Flächenbeschreibung des Flächenbereichs (3) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend in einem dem Polieren vorausgehenden Schritt: Mechanisches Bearbeiten eines Substrats (1) zum Herstellen der zu polierenden optischen Oberfläche (2) und des seitlich angrenzenden Flächenbereichs (3).
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem beim mechanischen Bearbeiten und Polieren des Substrats (1) eine optische Oberfläche (2) mit einer Ersatz-Geometrie hergestellt wird, die von einer Ziel-Geometrie der optischen Oberfläche (2) abweicht, wobei die Ziel-Geometrie der optischen Oberfläche (2) aus der Ersatz-Geometrie in einem auf das Polieren folgenden Korrektur-Prozess hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schwellwert (Δz_s) des Polierkriteriums (Δz) so gewählt wird, dass der Polierfehler an der optischen Oberfläche (2) in mindestens einem nachfolgenden Korrektur-Prozess korrigierbar ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der nachfolgende Korrektur-Prozess ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Ionenstrahlbearbeiten und magnetorheologisches Polieren.
Optisches Element (10), umfassend: ein Substrat (1) mit einer optischen Oberfläche (2), die als Freiformfläche ausgebildet ist, sowie einen seitlich an die optische Oberfläche (2) angrenzenden Flächenbereich (3), wobei der seitlich an die optische Oberfläche (2) angrenzende Flächenbereich (3) an jedem Ort (P) einen Schwellwert Δz_s eines Polierkriteriums in Form eines lokalen Astigmatismus (Δz) nicht überschreitet, wobei der Schwellwert gegeben ist durch Δz_S = (k_max – k_min)/8D² wobei k_min eine minimale lokale Krümmung und k_max eine maximale lokale Krümmung an einem jeweiligen Ort (P) des Flächenbereichs (3) bezeichnen, und wobei für D² = 2500 mm², bevorzugt D² = 900 mm², insbesondere D² = 100 mm² gilt.
Optisches Element nach Anspruch 13, bei dem die optische Oberfläche (2) stetig in den an die optische Oberfläche (2) angrenzenden Flächenbereich (3) übergeht.
Optisches Element nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die optische Oberfläche (2) eine Rauigkeit (R) von weniger als 1 nm rms in einem Ortswellenlängenbereich zwischen 1 mm und einer maximalen Erstreckung (L) der optischen Oberfläche (2) aufweist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem der Flächenbereich (3) sich von der optischen Oberfläche (2) um nicht mehr als eine Distanz (d) von 50 mm nach außen erstreckt.
Optisches Element (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, welches zumindest an der optischen Oberfläche (2) eine reflektierende Beschichtung, insbesondere eine für EUV-Strahlung (13) reflektierende Beschichtung (11) aufweist.