-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks bei der Herstellung eines optischen Elements, insbesondere für die Mikrolithographie.
-
Stand der Technik
-
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
-
In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet. Typische für EUV ausgelegte Projektionsobjektive, wie z.B. aus
US 7,538,856 B2 bekannt, können beispielsweise eine bildseitige numerische Apertur (NA) im Bereich von NA = 0.2 bis 0.3 aufweisen und bilden ein (z.B. ringsegmentförmiges) Objektfeld in die Bildebene bzw. Waferebene ab.
-
Im Hinblick auf die aufgrund der begrenzten Reflektivitäten der einzelnen Spiegelflächen in solchen Systemen auftretenden Transmissionsverluste ist grundsätzlich eine Minimierung der Anzahl der im jeweiligen optischen System eingesetzten Spiegel wünschenswert. Des Weiteren geht die Erhöhung des Auflösungsvermögens u.a. durch Steigerung der numerischen Apertur mit einer fortwährenden Vergrößerung der Spiegelflächen einher. Dies führt in der Praxis zu anspruchsvollen Herausforderungen u.a. hinsichtlich der Anordnung der Spiegel im jeweils zur Verfügung stehenden Bauraum des optischen Systems bzw. des Projektionsobjektivs.
-
Um die Spiegel in der jeweils gewünschten Endspezifikation herzustellen, ist die Durchführung einer Mehrzahl von Bearbeitungsprozessen (z.B. Schleif-, Läpp- oder Polierprozessen) erforderlich. Ein in der Praxis auftretendes Problem ist, dass hierbei das Bearbeitungswerkzeug bei einem oder mehreren dieser Prozesse (typischerweise bei Läpp- oder Polierprozessen) aus fertigungstechnischen Gründen zeitweise über einen sich an die jeweils aktuell bearbeitete Werkstückoberfläche anschließenden Überlaufabschnitt geführt werden muss, mit anderen Worten also das Werkstück bzw. Spiegelsubstrat in der betreffenden Phase des Fertigungsprozesses im Vergleich zur endgültigen Geometrie beim Einbau in das jeweilige optische System bzw. Projektionsobjektiv größere Abmessungen bzw. überstehende Bereiche aufweisen muss.
-
Um dann das fertige optische Element bzw. den Spiegel unter Beachtung der Anforderungen hinsichtlich Bauraum und optischem Strahlengang im optischen System einsetzen zu können, müssen die betreffenden Überlaufabschnitte bzw. Überstandsbereiche wieder entfernt werden, was typischerweise unter Anwendung zerspanender Verfahren (z.B. Abschleifen) erfolgt. Da aber in diesem Stadium die optische Wirkfläche des gefertigten optischen Elements bereits im gewünschten Endzustand (d.h. in „Endspezifikation“) vorliegt, erfordert diese Entfernung zum einen Schutz- sowie Reinigungsmaßnahmen und hat zum anderen - aufgrund des unmittelbar angrenzend an die optische Nutz- bzw. Wirkfläche erfolgenden Abschleifens des Überlaufs - unerwünschte Deformationen der optischen Nutzfläche zur Folge, was wiederum zu einem zusätzlichen Korrekturaufwand und einem Ausfallrisiko des betreffenden optischen Elements führt.
-
Die vorstehend beschriebenen Probleme können sich insbesondere in Szenarien als gravierend erweisen, bei denen (in sogenannten „randscharfen Designs“) der jeweilige Nutzbereich bzw. die optische Wirkfläche bis auf Abstände von wenigen Millimetern oder sogar unterhalb eines Millimeters an den Rand des jeweiligen optischen Elements geführt werden müssen. Dabei können etwa bei herkömmlichen Verfahren zwischen der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche und dem jeweiligen Überlaufabschnitt vorhandene (Polier-) Spalte zu Bearbeitungs- bzw. Polierfehlern führen, welche sich signifikant (z.B. um größenordnungsmäßig 10mm) in den jeweiligen optisch genutzten Bereich hinein erstrecken.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks bei der Herstellung eines optischen Elements bereitzustellen, welche eine möglichst störungsfreie Fertigung unter Vermeidung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks bei der Herstellung eines optischen Elements, insbesondere für die Mikrolithographie, umfasst wenigstens einen Bearbeitungsprozess, bei welchem eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück und einem Werkzeug erfolgt, während der das Werkzeug zeitweise über einen über die zu bearbeitende Werkstückoberfläche hinausragenden Überlaufabschnitt geführt wird, wobei der Überlaufabschnitt dadurch gebildet wird, dass ein an die zu bearbeitende Werkstückoberfläche angrenzender Bereich mit einem in flüssigem Zustand befindlichen Füllstoff gefüllt wird, wobei dieser Füllstoff vor Durchführung des Bearbeitungsprozesses an dem Werkstück ausgehärtet wird.
-
Dabei wird unter dem Begriff „Überlaufabschnitt“ ein für die Erzeugung der optischen Fläche des optischen Elements benötigter Bereich verstanden, der zu dem Zweck vorgesehen ist, dass ein Bearbeitungswerkzeug (typischerweise zum Läppen oder Polieren) bei der Bearbeitung temporär über den Rand der optischen Fläche hinausfahren kann, der jedoch im Endzustand des optischen Elements bei dessen Montage im optischen System nicht mehr vorhanden bzw. zu diesem Zeitpunkt wieder entfernt worden ist.
-
Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, zur Erzeugung eines für bestimmte Bearbeitungsprozesse (typischerweise Läpp- und/oder Polierprozesse) benötigten Überlaufabschnitts ein geeignetes Füllmaterial in zunächst flüssigem Zustand dem an die zu bearbeitende Werkstückoberfläche angrenzenden Bereich zuzuführen und dann in einer geeigneten, vom jeweils verwendeten Füllmaterial abhängigen Weise auszuhärten. Die erfindungsgemäße Heranführung bzw. Fixierung des Füllstoffs hat zum einen zur Folge, dass ein im Wesentlichen nahtloser Übergang zu der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche geschaffen und etwaige, mit herkömmlichen Polierspalten einhergehende Bearbeitungsfehler vermieden werden können.
-
Des Weiteren hat das erfindungsgemäße Konzept in vorteilhafter Weise zur Folge, dass der verwendete Füllstoff nach Abschluss des betreffenden (den Überlaufabschnitt erfordernden) Bearbeitungsprozesses ohne Erfordernis von Abschleifprozessen und damit einhergehenden Spannungseinträgen, Kontaminationen oder Beschädigungen in vom jeweiligen Füllmaterial abhängiger Weise (z.B. durch Erwärmung oder Zufuhr eines Lösungsmittels) wieder rückstandsfrei entfernt werden kann (in dem z.B. der hierzu erneut verflüssigte Füllstoff einfach aus dem betreffenden Bereich wieder „herausfließt“).
-
Insgesamt wird somit durch das erfindungsgemäße Verfahren auch bei sogenannten randscharfen Designs eine im Wesentlichen störungsfreie Durchführung der besagten Läpp- und/oder Polierprozesse bei in fertigungstechnischer Hinsicht vergleichsweise geringem Aufwand ermöglicht.
-
Gemäß einer Ausführungsform wird der Füllstoff nach Durchführung des Bearbeitungsprozesses entfernt.
-
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Entfernen des Füllstoffs unter Erwärmung und/oder Zufuhr eines Lösungsmittels.
-
Gemäß einer Ausführungsform wird der Füllstoff aus der Gruppe ausgewählt, welche niedrigschmelzende Gläser, UV-härtende Klebstoffe und glasartige Polymere enthält.
-
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der an die zu bearbeitende Werkstückoberfläche angrenzende Bereich einen zur Ermöglichung des Lichtdurchtritts durch das optische Element in dem Werkstück vorgesehenen Durchbruch.
-
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der an die zu bearbeitende Werkstückoberfläche angrenzende Bereich einen Randbereich des Werkstücks.
-
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Füllen des an die zu bearbeitende Werkstückoberfläche angrenzenden Bereichs mit dem Füllstoff derart, dass ein spaltfreier Übergang zwischen Werkstück und Füllstoff bzw. Überlaufabschnitt erzeugt wird.
-
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt nach dem Aushärten des Füllstoffs eine Nachkonturierungs-Bearbeitung zur Eliminierung eines Höhenversatzes zwischen Werkstück und Füllstoff bzw. Überlaufabschnitt.
-
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Bearbeitungsprozess einen Läpp- und/oder Polierprozess.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element ein Spiegel.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30nm, insbesondere von weniger als 15nm, ausgelegt.
-
Die Erfindung betrifft weiter ein optisches Element, insbesondere für die Mikrolithographie, welches unter Anwendung eines Verfahrens mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen hergestellt ist, ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere eine Beleuchtungseinrichtung oder ein Projektionsobjektiv, sowie eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage.
-
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
-
Figurenliste
-
Es zeigen:
- 1-2 schematische Darstellungen zur Erläuterung möglicher Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 3 ein Flussdiagramm zur Erläuterung einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
- 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Bei der Herstellung eines optischen Elements in Form eines Spiegels oder einer Linse wird typischerweise eine Schicht oder ein Schichtsystem (welches etwa im Falle eines Spiegels z.B. ein Reflexionsschichtsystem aus Molybdän- und Siliziumschichten aufweisen kann) auf ein Substrat aufgebracht. Die Bearbeitung des Substrats bzw. Werkstücks erfolgt mit einem geeigneten Material abtragenden (ggf. auch Material hinzufügenden) Werkzeug, welches im Weiteren auch kurz als „Werkzeug“ bezeichnet wird. Nicht nur das Substrat, sondern auch die Schicht selbst kann so bearbeitet werden. Das Substrat kann z.B. aus Silizium (Si) oder Titandioxid (TiO2)-dotiertem Quarzglas hergestellt sein, wobei beispielhaft die unter den Markenbezeichnungen ULE® (der Firma Corning Inc.) oder Zerodur® (der Firma Schott AG) vertriebenen Materialien verwendbar sind. In weiteren Ausführungsformen kann das Substrat auch aus Aluminium (Al), Siliziumkarbid (SiC) oder einem anderen keramischen Material hergestellt sein.
-
Im Weiteren wird ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks bzw. Spiegelsubstrats bei der Herstellung eines optischen Elements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen von 1 und 2 sowie das in 3 dargestellte Flussdiagramm erläutert.
-
Gemäß 3 erfolgt in einem ersten Schritt S310 die Bereitstellung eines Werkstücks bzw. Spiegelsubstrats sowie dessen Bearbeitung bis zur gewünschten Endgeometrie (z.B. durch geeignete Schleifprozesse). Beispiele für ein hierbei erzeugtes Werkstück sind lediglich schematisch in 1a-1b sowie 2 dargestellt und mit „110“ bzw. „210“ bezeichnet. Ebenfalls schematisch in 1a-1b bzw. 2 dargestellt und mit „120“ bzw. „220“ bezeichnet ist ein Füllstoff, welcher einem an die weiter zu bearbeitende Werkstückoberfläche angrenzenden Bereich zugeführt wird. Der betreffende, erfindungsgemäß mit dem Füllstoff 120 bzw. 220 gefüllte Bereich liegt im Ausführungsbeispiel von 1a-b innerhalb eines Durchbruchs, durch welchen eine den Lichtdurchtritt ermöglichende Spiegelöffnung gebildet wird, und im Ausführungsbeispiel von 2 in einem an die weiter zu bearbeitende Werkstückoberfläche angrenzenden Randbereich.
-
Die Heranführung des im flüssigen Zustand befindlichen Füllstoffs 120 bzw. 220 kann hierbei jeweils unter Verwendung einer (Gieß-)Form bzw. Schalung geeigneter Geometrie erfolgen, welches hierzu vorübergehend an dem Werkstück angeordnet und ggf. fixiert wird. Im Falle der Ausführungsform von 1a-1b ist lediglich der Durchbruch zur Werkstückrückseite hin vorübergehend (d.h. bis zum Aushärten des Füllstoffs) abzudichten.
-
Bei dem erfindungsgemäß verwendeten Füllstoff 120 bzw. 220 kann es sich beispielsweise um ein niedrigschmelzendes Glas handeln, wobei typische Schmelzpunkte z.B. im Bereich von 500°C - 600°C und somit weit unterhalb des Schmelzpunkts typischer Spiegelsubstratmaterialien wie z.B. ULE® oder Zerodur® liegen können). In weiteren Ausführungsformen kann es sich bei dem Füllstoff 120 bzw. 220 auch um einen UV-härtenden Klebstoff handeln. Glasartige Polymere (z.B. PMMA) können ebenfalls als Füllstoff 120 bzw. 220 eingesetzt werden.
-
Im nächsten Schritt S330 erfolgt gemäß 3 ein Aushärten des Füllstoffs 120 bzw. 220, was je nach verwendeten Füllstoffmaterial ein Abkühlen (bei Verwendung eines niedrigschmelzenden Glases) und/oder eine UV-Bestrahlung (z.B. bei Verwendung eines UV-härtenden Klebstoffs) umfassen kann. Anschließend erfolgt gemäß Schritt S340 ein Überschleifen des Werkstücks 110 bzw. 210 inklusive des ausgehärteten Füllstoffs 120 bzw. 220, wobei insbesondere ein gegebenenfalls nach Aushärten verbliebener Meniskus im Bereich des Füllstoffs 120 bzw. 220 entfernt und ein nahtloser Übergang zwischen zu bearbeitender Werkstückoberfläche und Füllstoff 120 bzw. 220 erzeugt werden kann.
-
Im Anschluss hieran erfolgt im Schritt S350 gemäß 3 die Durchführung der eigentlichen, einen Überlaufabschnitt erfordernden Bearbeitung, wobei es sich um ein sogenanntes zonales Bearbeitungsverfahren ((mit einem Werkzeuggröße wesentlich unterhalb der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche), insbesondere um eine Läpp-, Polier- und/oder Feinkorrekturbearbeitung handeln kann. Während dieser Bearbeitung verbleibt der Füllstoff in dem jeweiligen Durchbruch- bzw. Ansatzbereich und bildet einen nahtlosen Übergang zu der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche, so dass keine Störung durch Polierspalte oder dergleichen erfolgt.
-
Anschließend wird im Schritt S360 der nicht mehr benötigte Füllstoff in vom jeweiligen Füllstoffmaterial abhängiger Weise wieder entfernt, was z.B. im Falle der Verwendung niedrigschmelzender Gläser durch erneutes Erhitzen über die jeweilige Schmelztemperatur oder im Falle der Verwendung UV-härtender Klebstoffe durch Einsatz geeigneter Lösungsmittel wie z.B. Aceton erfolgen kann. Das Erhitzen kann in beliebiger geeigneter Weise z.B. durch vorübergehende Anbringung von Heizkontakten, Heizwiderständen etc. erfolgen.
-
4 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage, wobei die vorliegende Erfindung bei der Herstellung eines beliebigen optischen Elements der Projektionsbelichtungsanlage eingesetzt werden kann. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Realisierung bei der Herstellung optischer Elemente für den Betrieb im EUV beschränkt, sondern auch bei der Herstellung optischer Elemente für andere Arbeitswellenlängen (z.B. im VUV-Bereich bzw. bei Wellenlängen kleiner als 250nm) realisierbar.
-
Gemäß 4 weist eine Beleuchtungseinrichtung in einer für EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 400 einen Feldfacettenspiegel 403 und einen Pupillenfacettenspiegel 404 auf. Auf den Feldfacettenspiegel 403 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche eine Plasmalichtquelle 401 und einen Kollektorspiegel 402 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 404 sind ein erster Teleskopspiegel 405 und ein zweiter Teleskopspiegel 406 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 407 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene eines sechs Spiegel 451-456 umfassenden Projektionsobjektivs lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektive strukturtragende Maske 421 auf einem Maskentisch 420 angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 461 auf einem Wafertisch 460 befindet.
-
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
