DE102021205391A1

DE102021205391A1 - Verfahren zur Herstellung eines diffraktiven optischen Elements sowie diffraktives optisches Element

Info

Publication number: DE102021205391A1
Application number: DE102021205391.2A
Authority: DE
Inventors: Jan SCHMITT
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2021-05-27
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2022-06-02

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines diffraktiven optischen Elements (DOE), insbesondere in Form eines Computergenerierten Hologramms, wird an einer Oberfläche eines Substrats (SUB) eine diffraktiven Struktur (DIFF) erzeugt, die eine Vielzahl von erhabenen Stegen (ST) und Vertiefungen (VT) zwischen den Stegen aufweist. An den Flanken (FL) der erhabenen Stege (ST) werden Strukturbreitenkorrekturschichten (SK) zur Vergrößerung der effektiven Breite (BST) der erhabenen Stege (ST) relativ zu der Breite (BVT) der Vertiefungen (VT) erzeugt. Dadurch kann eine Angleichung eines Ist-Breitenverhältnisses an ein Soll-Breitenverhältnis zwischen Stegen und Vertiefungen erreicht werden.

Description

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines diffraktiven optischen Elements (DOE) zur Verwendung in einer interferometrischen Messvorrichtung sowie ein mithilfe des Verfahrens herstellbares diffraktives optisches Element.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Herstellung eines diffraktiven optischen Elements in Form eines Computergenerierten Hologramms (CGH) zur Verwendung in einer interferometrischen Messvorrichtung zur Vermessung der Oberflächenform von Spiegeln für den Einsatz in optischen Systemen für die EUV-Mikrolithographie, also der Mikrolithographie, die extreme Ultraviolettstrahlung (EUV) nutzt.
Für die Herstellung von optischen Systemen für die EUV-Mikrolithographie werden große Spiegel benötigt. Die Oberflächenform der Spiegel wird im Zuge des Herstellungsprozesses hochgenau interferometrisch vermessen. Um mithilfe eines Interferogramms hohe Messgenauigkeiten zu erreichen bzw. um auch kleinste Abweichungen zwischen Sollform und Istform erfassen zu können, ist es wichtig, eine möglichst geringe Anzahl an Interferenzstreifen zu generieren.
Spiegel für EUV-Systeme weisen häufig Freiformflächen auf, also Oberflächenformen, die deutlich von rotationssymmetrischen sphärischen oder asphärischen Oberflächenformen abweichen. Das heißt, dass man für eine interferometrische Messung eine frei geformte Eingangswelle benötigt, um ein Interferogramm mit geringer Streifenanzahl zu erreichen.
Computergenerierte Hologramme können die Funktion erfüllen, eine „einfache“, z.B. kugelförmige oder ebene Eingangswelle in eine dem Prüfling-Design folgende Freiformwelle umzuwandeln. Dabei wird die Wellenfront derart an die Sollform der Oberfläche angepasst, dass die Prüfwelle an jedem Ort senkrecht auf die Sollform auftreffen und von dieser in sich zurück reflektiert würde. Zudem können je nach Anwendung noch mehrere andere Wellenfronten aus der Eingangswelle generiert werden, z.B. zur Kalibrierung.
Die DE 10 2017 217 369 A1 beschreibt eine Messanordnung, bei der ein diffraktives optisches Element zur Erzeugung mindestens einer Kalibrierwelle ein komplex kodiertes Phasengitter mit mindestens drei unterschiedlichen Phasenfunktionen aufweist.
Die Intensität bzw. derjenige Anteil an Licht, welcher in jeder Beugungsordnung steckt, ist u.a. abhängig vom so genannten Füllgrad, der vor allem von der Breite bzw. den kritischen Dimensionen (CD, Critical Dimension) der diffraktiven Strukturen abhängt. Eine weitere Einflussgröße ist die Liniendichte, die durch den Abstand unmittelbar benachbarter, zueinander korrespondierender Strukturelemente, den sogenannten Linienabstand oder„pitch‟, quantifiziert werden kann.
Kritische Dimensionen für die Linienbreiten und Linienabstände (pitch) einer diffraktiven Struktur können z.B. in der Größenordnung von wenigen zehn Nanometern (z.B. bis hinunter in den Bereich von 100 nm oder darunter) liegen. Solche Strukturen können z.B. mittels Elektronenstrahl-Lithographie erzeugt werden.
Die Herstellung kann z.B. in einer lithographischen Prozesskette erfolgen, wie sie auch zur Herstellung phasenschiebender Lithographiemasken genutzt wird. Dabei wird zunächst das Substrat mit einer Maskierungsschicht, z.B. einer Chromschicht, und einer Fotolack-Schicht beschichtet, die anschließend mittels Elektronenstrahl-Lithographie belichtet und danach entwickelt wird. Danach erfolgt ein Strukturtransfer in die Chrommaske sowie ein Strukturtransfer in das Substrat durch reaktives lonenätzen. Anschließend wird die Chrommaske entfernt.
Es hat sich gezeigt, dass es mit zunehmend geringer werdenden Strukturgrößen am diffraktiven optischen Element immer schwieriger wird, alle optisch gewünschten Strukturen mit ausreichender Präzision zu fertigen.
AUFGABE UND LÖSUNG
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines diffraktiven optischen Elements (DOE) bereitzustellen, mit dem es möglich ist, DOEs, insbesondere in Form von CGHs, herzustellen, deren Verwendung systematisch interferometrische Messungen mit höchster Messgenauigkeit ermöglicht. Insbesondere soll die Flexibilität für die Herstellung unterschiedlich wirkender Beugungseigenschaften vergrößert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie ein diffraktives optisches Element mit den Merkmalen von Anspruch 6 bereit. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Mit dem Verfahren wird ein diffraktives optisches Element (DOE) hergestellt, bei dem es sich insbesondere um ein computergeneriertes Hologramm (CGH) handeln kann. Ein diffraktives optisches Element ist ein optisches Element zur Formung eines Lichtstrahls. Das physikalische Prinzip ist die Beugung (auch Diffraktion genannt) an einem optischen Gitter. Vorzugsweise soll sich das diffraktive optische Element dazu eignen, in einer interferometrischen Messvorrichtung zum interferometrischen Vermessen der Form einer Oberfläche eines Testobjekts verwendet zu werden.
Bei dem Verfahren wird zunächst ein Substrat für das diffraktive optische Element bereitgestellt. Bei dem Substrat kann es sich beispielsweise um eine planparallele Platte aus einem transparenten optischen Material mit geringem thermischem Ausdehnungskoeffizienten handeln, wie zum Beispiel Quarzglas (fused silica). An einer Oberfläche des Substrats wird eine diffraktive Struktur erzeugt. Die diffraktive Struktur weist eine Vielzahl von erhabenen Stegen und Vertiefungen zwischen den Stegen auf. Die Vertiefungen werden in dieser Anmeldung auch als Löcher oder Gräben bezeichnet. Die Stege können durchgehend oder abschnittsweise geradlinig verlaufen, häufig sind sie abschnittsweise oder durchgehend gekrümmt. Entsprechendes gilt für die Vertiefungen.
In dem mehrstufigen Herstellungsprozess wird zunächst eine Oberfläche des Substrats mit einer thermisch und mechanisch relativ beständigen Maskierungsschicht beschichtet, die beispielsweise aus Chrom bestehen kann. Auf die Maskierungsschicht wird eine Schicht aus einem für Elektronenstrahlen sensitiven Fotolack aufgebracht. Die Fotolackschicht wird mittels Elektronenstrahl-Lithographie belichtet, um im Fotolack eine zur diffraktiven Struktur korrespondierende Belichtungsstruktur zu erzeugen, die abwechselnd nebeneinander belichtete Bereiche und unbelichtete Bereiche aufweist. Die Fotolackschicht wird dann entwickelt, um die durch lateral strukturierte Belichtung vorgegebene Struktur sichtbar zu machen. Bei einem Positivlack werden dabei die belichteten Bereiche entfernt, so dass die darunterliegende Maskierungsschicht dort freiliegt. Die durch die entwickelte Fotolackschicht gebildete Struktur wird dann mit Hilfe eines ersten selektiven Ätzschritts in die Maskierungsschicht übertragen, so dass eine lateral strukturierte Maskierungsschicht entsteht, bei der die durch Fotolack geschützten Bereiche auf dem Substrat verbleiben, während in den dazwischenliegenden Bereichen die Substratoberfläche freiliegt. Dann wird die laterale Struktur der Maskierungsschicht durch einen zweiten selektiven Ätzschritt in das darunterliegende Substrat übertragen. In diesem Verfahrensschritt entstehen die Vertiefungen der diffraktiven Struktur neben oder zwischen erhabenen Stegen, die noch die schützende Maskierungsschicht tragen. Abschließend werden die Maskierungsschicht-Reste von den stirnseitigen Oberflächen der erhabenen Stege entfernt, so dass an den Stirnseiten der erhabenen Stege die ursprüngliche Oberfläche des Substrats wieder freiliegt.
Gemäß einer Formulierung der Erfindung umfasst das Verfahren zusätzlich zu diesen Verfahrensschritten eines herkömmlichen Herstellungsverfahrens für ein diffraktives optisches Element noch eine weitere Maßnahme, nämlich das Erzeugen von Strukturbreitenkorrekturschichten an Flanken bzw. Seitenflächen der erhabenen Stege zur Vergrößerung der effektiven Breite der erhabenen Stege relativ zu der Breite der Vertiefungen. Dadurch kann eine Angleichung eines Ist-Breitenverhältnisses an ein Soll-Breitenverhältnis erreicht werden. In anderen Worten: das angestrebte Soll-Breitenverhältnis zwischen den Breiten der Stege und den Breiten der Vertiefungen kann mit hoher Genauigkeit eingestellt werden.
Die folgenden Erläuterungen dienen dem besseren Verständnis zum Hintergrund und zur Wirkungsweise der beanspruchten Erfindung.
Nach den Beobachtungen der Erfinder kann es vorkommen, dass insbesondere bei der Übertragung der belichteten Struktur des Fotolacks in die Maskierungsschicht ein schwer kontrollierbarer lateraler Effekt auftreten kann, der dazu führt, dass die Löcher bzw. Gräben oder Vertiefungen im Vergleich zu ihrer Soll-Breite aufgeweitet werden, weil im zugehörigen selektiven Ätzschritt auch die Fotolackschicht angegriffen wird. Man kann versuchen, diesem unerwünschten Aufweitungseffekt entgegenzuwirken, indem bei der elektronenstrahllithografischen Belichtung des Fotolacks die Bereiche der Löcher bzw. Vertiefungen kleiner bzw. schmaler geschrieben werden als benötigt, so dass die danach folgende Aufweitung wenigstens teilweise kompensiert wird und die Breite der Vertiefungen in der fertigen diffraktiven Struktur nicht größer wird als ihre Soll-Breite. Dieser Ansatz wird in dieser Anmeldung als Schreibvorhalt bezeichnet.
Bei immer feiner werdenden Strukturen kann sich jedoch eine Auflösungslimitierung begrenzend bemerkbar machen, die darin besteht, dass sehr schmale Vertiefungen beim Belichtungsprozess nur schwer im Fotolackmaterial aufzulösen sind. Aufgrund der gegenläufigen Effekte der unerwünschten Aufweitung beim Ätzen der Maskierungsschicht einerseits und der Auflösungslimitierung andererseits ist es gerade bei feiner werdenden Strukturen häufig nur möglich, Vertiefungen in einen gewissen Zielbereich ihrer Breite zu fertigen. Das hat zur Folge, dass auch nur bestimmte Intensitätsverteilungen und damit Beugungseffizienzen der fertigen diffraktiven Struktur realisiert werden können. Insgesamt ergibt sich somit in manchen Fällen ein nicht ausreichendes Prozessfenster.
Bei Nutzung der beanspruchten Erfindung können diese Limitierungen herkömmlicher Verfahren aufgehoben werden und es ergeben sich größere Prozessfenster, die wiederum größere Gestaltungsspielräume für die geometrische Auslegung von diffraktiven optischen Elementen bringen. Das Verfahren ermöglicht es, die Elektronenstrahlbelichtung so auszulegen, dass beim Belichten bzw. beim „Schreiben“ der Löcher bzw. derjenigen Bereiche, in denen Löcher bzw. Vertiefungen entstehen sollen, diese zu belichtenden Bereiche nur so klein dimensioniert werden, dass eine Auflösungslimitierung sich noch nicht nachteilig bemerkbar macht. Damit kann es sein, dass insbesondere bei der Erzeugung von sehr schmalen Vertiefungen die belichteten Bereiche und daraus folgend die im Substrat erzeugten Vertiefungen systematisch größer bzw. breiter werden als es der Soll-Breite entspricht. Damit ergibt sich zunächst zwischen der erzeugten Breite der erhabenen Stege und der erzeugten Breite der Vertiefungen ein Ist-Breitenverhältnis, welches kleiner ist als das in diesem Bereich vorgesehene Soll-Breitenverhältnis, da die erhabenen Stege relativ zu den benachbarten Vertiefungen zu schmal bzw. die Vertiefungen relativ zu den benachbarten Stegen zu breit sind. Durch die Erzeugung von Strukturbreitenkorrekturschichten an den Flanken der erhabenen Stege kann deren effektive Breite auf Kosten der Breite der angrenzenden Vertiefungen vergrößert und damit dieses Missverhältnis beseitigt oder vermindert werden, so dass das Ist-Breitenverhältnis an das gewünschte Soll-Breitenverhältnis angeglichen werden kann.
Bei der Erzeugung relativ schmaler Vertiefungen wird kann der Belichtungsprozess so ausgelegt werden, dass er nicht über seine untere Auflösungsgrenze hinaus geführt wird, so dass eine trennscharfe Belichtung möglich ist. Dabei wird bewusst in Kauf genommen, dass an den zunächst gefertigten Strukturen des diffraktiven optischen Elementes ein Missverhältnis zwischen den Breiten der Stege (diese werden zu schmal) und den Breiten der benachbarten Vertiefungen entsteht, die tendenziell zu breit werden. Das Missverhältnis wird durch Erzeugen der Strukturbreitenkorrekturschichten weitgehend oder vollständig beseitigt, indem die erhabenen Stege durch die Strukturbreitenkorrekturschichten gezielt verbreitert werden, wobei in gleichem Maß die Breite einer benachbarten Vertiefung abnimmt. Durch entsprechende Steuerung des Prozesses zur Erzeugung von Strukturbreitenkorrekturschichten kann das gewünschte Soll-Breitenverhältnis mit hoher Präzision eingestellt werden.
Es ist möglich, das Verfahren so zu führen, dass auf die diffraktive Struktur eine durchgehende bzw. ununterbrochene Beschichtung aufgebracht wird, die sowohl die stirnseitigen Oberflächen der Stege und die Oberflächen der Vertiefungen als auch die dazwischenliegenden, mehr oder weniger senkrecht dazu orientierten Seitenflächen bzw. Flanken der erhabenen Stege abdeckt und am fertig hergestellten DOE verbleibt. Der Beschichtungsschritt kann so gesteuert werden, dass die Schichtdicke auf den freien Oberflächen der Stege und Vertiefungen etwa gleich ist, so dass sich die Strukturtiefe der resultierenden diffraktiven Struktur, also der Niveauunterschied zwischen der freien Oberfläche im Bereich der Vertiefungen und der freien Oberfläche im Bereich der stirnseitigen Oberflächen der Stege, nicht verändert, sondern lediglich eine Veränderung im Breitenverhältnis der Stege zu den Vertiefungen resultiert. Dadurch ist eine relativ einfache Möglichkeit zur Verminderung der beschriebenen Problematik gegeben.
Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass in der Regel Beschichtungen auch bei sorgfältiger Verfahrensführung nicht absolut gleichmäßig über die gesamte beschichtete Fläche hergestellt werden können, so dass beispielsweise die Dichte des Schichtmaterials und/oder die Schichtdicke in gewissen Grenzen variieren kann. Dies kann bei den hier angestrebten stehenden optischen Anwendungen unerwünschte Fehlerquellen erzeugen, da unterschiedlich dicke und/oder dichte Schichtbereiche auch unterschiedlich auf das hindurchtretende Licht wirken.
Unter anderem aus diesem Grund ist bei bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen, dass das diffraktive optische Element derart hergestellt wird, dass nach Abschluss des Verfahrens die stirnseitigen Oberflächen der Stege und die Oberflächen der Vertiefungen keine Beschichtung tragen, so dass die stirnseitigen Oberflächen der Stege und die Oberflächen der Vertiefungen durch freie Oberflächen des Substrats gebildet sind. Anders ausgedrückt befinden sich am fertiggestellten DOE bleibende Strukturbreitenkorrekturschichten ausschließlich an den Flanken bzw. Seitenflächen der erhabenen Stege und erzeugen dadurch den gewünschten Verbreiterungseffekt. Der überwiegende Flächenanteil der diffraktiven Struktur in Durchstrahlungsrichtung gesehen ist jedoch frei von Beschichtungsmaterial, das die optischen Eigenschaften eventuell beeinträchtigen könnte, so dass im Wesentlichen ausschließlich der gewünschte Verbreiterungseffekt der Stege genutzt wird, ohne eventuelle Nachteile durch den Einfluss von ungleichmäßigen Schichten in Kauf nehmen zu müssen.
Um zu erreichen, dass am fertigen diffraktiven optischen Element lediglich die Flanken der erhabenen Stege eine Strukturbreitenkorrekturschicht aufweisen, werden vorzugsweise zum Erzeugen der Strukturbreitenkorrekturschichten mehrere Verfahrensschritte aufeinanderfolgend ausgeführt. In einem ersten Schritt wird eine zusammenhängende Strukturbreitenkorrekturschicht erzeugt, die sowohl die stirnseitigen Oberflächen der Stege und die Böden der Vertiefungen als auch die Flanken der Stege bedeckt. Danach wird in einem zweiten Schritt das Schichtmaterial der Strukturbreitenkorrekturschicht von den stirnseitigen Oberflächen der Stege und den Böden der Vertiefungen selektiv entfernt, wobei die Strukturbreitenkorrekturschicht an den Seitenflächen der Stege beibehalten bzw. nicht entfernt wird. Der Prozess des Entfernens von Strukturbreitenkorrekturschichtmaterial ist also räumlich selektiv bzw. selektiv in Hinsicht darauf, von welchen Flächen Abschnitte der Strukturbreitenkorrekturschicht entfernt werden. Anders ausgedrückt kann das Verfahren so geführt werden, dass stirnseitige Oberflächen der Stege und die Oberflächen der Vertiefungen nur temporär bzw. vorübergehend beschichtet und danach wieder freigelegt werden, während an den Flanken eine bleibende Beschichtung (nämlich die Strukturbreitenkorrekturschicht) verbleibt.
Der Verfahrensschritt des örtlich bzw. räumlich selektiven Entfernens der Strukturbreitenkorrekturschicht wird vorzugsweise in mehreren Schritten durchgeführt. Zunächst wird die zusammenhängende Strukturbreitenkorrekturschicht mit einer zusammenhängenden Schutzschicht aus einem Schutzschichtmaterial beschichtet. Die Schutzschicht dient dem temporären Schutz der darunterliegenden Strukturbreitenkorrekturschicht. Die Schutzschicht hat den Charakter einer Opferschicht, also einer Schicht, die im Rahmen der Herstellung nur temporär aufgebracht wird, um bestimmte Zwecke zu erfüllen, und danach wieder entfernt wird, so dass sie am fertigen diffraktiven optischen Element nicht vorhanden ist. In einem nächsten Schritt wird das Material der Schutzschicht von der Strukturbreitenkorrekturschicht räumlich selektiv entfernt, nämlich an den stirnseitigen Oberflächen der Stege und an den Böden der Vertiefungen, wobei das Material der Schutzschicht an den Seitenflächen der Stege beibehalten wird bzw. verbleibt. Dieser Verfahrensschritt kann beispielsweise durch nicht-reaktives lonenätzen durchgeführt werden, also letztendlich durch einen mechanischen Materialabtrag mittels energiereicher geladener Teilchen (Ionen). Beispielsweise können Argon-Ionen zum örtlich selektiven Entfernen der Schutzschicht genutzt werden.
In einem nächsten Schritt werden die Bereiche der freigelegten Strukturbreitenkorrekturschicht an den stirnseitigen Oberflächen der Stege und den Böden der Vertiefungen selektiv entfernt, um dort das Material des Substrats wieder freizulegen. Hierfür kann zunächst ein rein reaktives Gas, z.B. Fluorplasma, in die Ätzkammer geführt werden. Dieses Gas verbindet sich mit der obersten Schicht und kann in einem Folgeschritt durch nicht reaktives lonenätzen abgetragen werden. Durch dieses schrittweise Ätzen kann eine exakt definierte Schichtdicke, etwa die der Strukturbreitenkorrekturschicht, abgetragen werden, ohne das unterliegende Material anzugreifen. Schließlich wird in einem letzten Schritt die Schutzschicht von der Strukturbreitenkorrekturschicht an den Seitenflächen der Stege entfernt, so dass dort lediglich die Strukturbreitenkorrekturschicht verbleibt. Hierfür kann je nach chemischer Natur des Schutzschichtmaterials beispielsweise ein plasmagestützter Prozess genutzt werden. Am Endprodukt befindet sich das Material der Strukturbreitenkorrekturschicht im Wesentlichen lediglich an den Seitenflächen der erhabenen Stege, während die Stirnseiten der erhabenen Stege und die Böden der Vertiefungen keine Beschichtung tragen und durch die freie Oberfläche des Substratmaterials gebildet werden.
Das Schichtmaterial für die Strukturbreitenkorrekturschicht kann nach verfahrenstechnischen und/oder nach optischen Gesichtspunkten ausgewählt werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zur Erzeugung der Strukturbreitenkorrekturschichten ein Schichtmaterial verwendet wird, welches chemisch identisch zum Substratmaterial ist. Dadurch kann erreicht werden, dass an der Grenzfläche zwischen dem Vollmaterial des Substrats und dem ggf. weniger dichten Beschichtungsmaterial keine durch Materialunterschiede bedingten Unterschiede in den optischen Eigenschaften vorliegen. Bei Ausführungsformen, bei denen das Substrat aus synthetischem Quarzglas besteht, werden vorzugsweise Strukturbreitenkorrekturschichten aus Siliziumdioxid erzeugt bzw. verwendet.
Die Erfindung betrifft auch ein diffraktives optisches Element, welches unter Anwendung des Verfahrens hergestellt ist oder hergestellt werden kann. Das (gebrauchsfertige) diffraktive optische Element ist dadurch gekennzeichnet, dass die erhabenen Stege Seitenflächen aufweisen, die eine Strukturbreitenkorrekturschicht tragen. Im Vergleich zu einer diffraktiven Struktur ohne solche Strukturbreitenkorrekturschichten ergibt sich dadurch eine Vergrößerung der effektiven Breite der erhabenen Stege relativ zu der Breite der Vertiefungen. Dadurch kann ein Soll-Breitenverhältnis zwischen den Stegbreiten und den Vertiefungsbreiten mit hoher Präzision eingestellt werden.
Vorzugsweise weist eine Strukturbreitenkorrekturschicht eine Schichtdicke auf, die klein gegen die zwischen den Seitenflächen gemessene Breite des die Strukturbreitenkorrekturschicht tragenden Stegs ist. Das Breitenverhältnis zwischen Strukturbreitenkorrekturschicht und Steg kann beispielsweise im Bereich von 1:100 bis 50:100 liegen.
Figurenliste
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.

1 zeigt schematisch eine mit einem CGH ausgestattete Messvorrichtung zum interferometrischen Vermessen eines reflektiven optischen Elements mit asphärischer Oberfläche und eine Detailvergrößerung des CGH;
2 illustriert anhand von 2A bis 2C schematisch den Einfluss von Veränderungen der Breitenverhältnisse an der diffraktiven Struktur auf deren Beugungsverhalten;
3A bis 3F zeigen schematisch verschiedene Stadien eines herkömmlichen Verfahrens zur Herstellung eines diffraktiven optischen Elements;
4 illustriert die prozesstypische Reduzierung von Stegbreiten und die laterale Vergrößerung von Vertiefungen gegenüber den Soll-Dimensionen;
5A bis 5C illustrieren anhand von REM-Aufnahmen in 5A (feine Strukturen) und 5B (gröbere Strukturen) die Auflösungslimitierung beim Schreiben schmaler Vertiefungen sowie in 5C Auswirkungen von Schreibvorhalt und Auflösungslimitierung auf das Prozessfenster;
6A bis 6J zeigen Verfahrensschritte von Herstellungsverfahren gemäß Ausführungsformen der beanspruchten Erfindung;
7 zeigt in einer zu 5C analogen Darstellung die positiven Auswirkungen von Strukturbreitenkorrekturschichten auf Lage und Größe des Prozessfensters.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Verfahren zur Herstellung eines diffraktiven optischen Elements DOE am Beispiel der Herstellung eines computergenerierten Hologramms (Abkürzung CGH) dargestellt. Dieses soll in einer interferometrischen Messvorrichtung zum interferometrischen Vermessen der Form einer Oberfläche eines Testobjekts genutzt werden.
1 zeigt hierzu schematisch eine Messvorrichtung 100 zum interferometrischen Vermessen eines Testobjekts 110 in Form eines EUV-Spiegels, der eine als Freiformfläche gestaltete Spiegeloberfläche 112 hat. Das computergenerierte Hologramm DOE wird hier genutzt, um eine auftreffende sphärische Eingangswelle EW in eine auf die Spiegeloberfläche gerichtete Prüfwelle PW umzuwandeln, deren Wellenform so gegenüber der Kugelform der Eingangswelle umgewandelt ist, dass die Prüfwelle PW an jedem Ort senkrecht auf die Sollform der Prüflingsoberfläche 112 fallen und dann von dieser in sich zurückreflektiert werden würde. Weicht die tatsächlich vorhandene Oberflächenform (Istform) von der Sollform ab, zeigt sich dies in den erzeugten Interferogrammen und kann quantitativ ausgewertet werden.
Bei diesem Verfahren ist es wichtig, dass das CGH, d.h. das diffraktive optische Element DOE, die Prüfwelle PW exakt so erzeugt, wie es für die Vermessung vorbestimmt ist. Abweichungen davon führen zu Messungenauigkeiten.
Die Form und Richtung von erzeugten Wellenfronten ist direkt abhängig von den vorkommenden pitches bzw. den Liniendichten. Die Intensität, also derjenige Anteil des Lichts, der in den einzelnen Beugungsordnungen enthalten ist, ist abhängig vom Füllgrad, also letztendlich von der Breite (den „critical dimensions“) der Strukturen. Anhand von 2A und 2C wird dies beispielhaft erläutert. 2B zeigt den Einfluss einer Pitch-Änderung bzw. Liniendichtenveränderung.
Das vergrößerte Detail in 1 zeigt einen Ausschnitt des DOE. Dieses weist ein für die Messtrahlung transparentes Substrat SUB auf, das hier aus synthetischem Quarzglas besteht. An einer Oberfläche des Substrats SUB ist eine diffraktive Struktur DIFF ausgebildet, die als Phasengitter wirkt. Die diffraktive Struktur weist eine Vielzahl von erhabenen Stegen ST und Vertiefungen VT bzw. Gräben zwischen den Stegen auf.
Die 2A bis 2C dienen zur Veranschaulichung von Effekten, die sich durch Änderungen der geometrischen Verhältnisse an der diffraktiven Struktur ergeben können. Die 2A zeigt in der oberen Teilfigur eine Draufsicht auf ein binäres Gitter mit schwarz dargestellten Gitterlinien. Der Abstand korrespondierender Strukturelemente an unmittelbar benachbarten Gitterlinien wird als Pitch P1 bezeichnet, die Linienbreite bzw. Strukturbreite als kritische Dimension CD1. Darunter ist schematisch eine Seitenansicht der von diesem Gitter erzeugten Beugungsordnungen dargestellt. In dem darunter dargestellten Intensitätsdiagramm ist anhand der Pfeillängen ersichtlich, wie sich die Intensität der Strahlung über die einzelnen Beugungsordnungen bei idealem Gitter verteilt.
In der 2B sind korrespondierende Darstellungen untereinander angegeben. Im Vergleich zu 2A ergibt sich eine Verringerung der Liniendichte bzw. eine Vergrößerung des pitch, denn der pitch P2 dieses Gitters ist größer als beim Gitter aus 2A (d.h. P2 > P1). Dadurch verringern sich die Beugungswinkel korrespondierender Beugungsordnungen.
Bei dem Gitter in 2C bleibt der Pitch P1, d.h. der Strukturabstand, gegenüber dem Gitter der 2A unverändert, jedoch ist die kritische Dimension CD, d.h. die Linienbreite, größer als die kritische Dimension CD1 des Gitters aus 2A (CD > CD1). Die Teilfigur darunter zeigt die dadurch geänderte Intensitätsverteilung in den Beugungsordnungen. Das darunter dargestellte Intensitätsdiagramm zeigt, dass sich durch die Linienverbreiterung eine Veränderung der Intensitätsverteilung ergibt, wobei im Beispielsfall die Intensität in der ungebeugt durchgehenden nullten Beugungsordnung („0“) gegenüber den Intensitäten in den ersten („+1“, „-1“) und zweiten („+2“, „-2“) Beugungsordnungen geringer geworden ist.
Es ist verständlich, dass Änderungen der Breitenverhältnisse zwischen erhabenen Stegen und Vertiefungen zu Änderung der Beugungseigenschaften führen und damit ggf. zu Messungenauigkeiten führen können, vor allem, wenn das Ausmaß der Geometrieveränderungen nicht bekannt ist.
Zur weiteren Einführung in die Problematik sind in den 3A bis 3F verschiedene Stadien bzw. Schritte eines herkömmlichen Verfahrens zur Herstellung eines diffraktiven optischen Elements DOE dargestellt. 4 veranschaulicht typischerweise auftretende Probleme, vor allem die Reduzierung von Stegbreiten und die laterale Vergrößerung von Vertiefungen gegenüber den Soll-Dimensionen.
Ausgangspunkt der Fertigung ist ein Substrat SUB aus einem optischen Material, welches für die bestimmungsgemäße Nutzwellenlänge des DOE transparent ist. Für Anwendungen im ultravioletten (UV) Spektralbereich kann die Herstellung beispielsweise mit einem Substrat aus synthetischem Quarzglas beginnen, das als planparallele Platte vorliegt. Diejenige Oberfläche SUB-O des Substrats, in welcher die diffraktive Struktur DIFF erzeugt werden soll, wird zunächst mit einer Maskierungsschicht MA beschichtet, die beispielsweise aus Chrom bestehen kann und meist auch als „Hartmaske“ bezeichnet wird. Auf die Maskierungsschicht MA wird eine Fotolackschicht FL beispielsweise durch Spin-Coating aufgebracht.
In einem nachfolgenden Belichtungsschritt (3B) wird der Fotolack FL mithilfe von Elektronenstrahlung EL räumlich selektiv belichtet. Bei Verwendung von positivem Fotolack werden dabei diejenigen Bereiche, in denen später Vertiefungen liegen sollen, belichtet, während diejenigen Bereiche, in denen erhabene Stege verbleiben sollen, nicht belichtet werden. Durch die räumlich strukturierte Elektronenstrahlbelichtung ergibt sich innerhalb der Fotolackschicht eine korrespondierende Belichtungsstruktur.
In einem Entwicklungsschritt (3C) wird der Fotolack entwickelt in der Weise, dass diejenigen Bereiche, die durch Elektronenstrahlung belichtet wurden, von der Maskierungsschicht MA entfernt werden, während die unbelichteten Bereiche auf der Oberfläche MA-O der Maskierungsschicht verbleiben.
Danach folgt die Übertragung der durch die entwickelte Fotolackschicht FL gebildeten Struktur in die Maskierungsschicht MA (siehe 3D). Dazu wird ein erster selektiver Ätzschritt durchgeführt, der idealerweise das Fotolackmaterial nicht angreift, sondern lediglich das zwischen den Fotolackbereichen freiliegende Material der Maskierungsschicht MA bis zur Substratoberfläche SUB-O beseitigt. Dadurch entsteht eine lateral strukturierte Maskierungsschicht mit Maskierungsschicht-Resten dort, wo später die erhabenen Stege verbleiben sollen.
Danach werden die Reste von Fotolack zum Beispiel nasschemisch entfernt. Darauf folgt eine Übertragung der lateralen Struktur der Maskierungsschicht in das darunterliegende Substrat SUB (vgl. 3E). Dazu wird ein zweiter selektiver Ätzschritt durchgeführt, der das Substratmaterial bis zur gewünschten Tiefe abträgt, während das Material der Maskierungsschicht idealer Weise nicht angegriffen wird und die Bereiche der Stege vor Ätzangriff schützt. Nach Abschluss dieses Verfahrensschritts werden die Reste der Maskierungsschicht von den stirnseitigen Oberflächen ST-O der Stege ST entfernt, so dass ein diffraktives optisches Element DOE entsteht, welches ausschließlich aus dem Vollmaterial des Substrats (hier synthetisches Quarzglas) besteht (3F). Die Stirnseiten ST-O der erhabenen Stege liegen dabei auf dem Niveau der ursprünglichen Oberfläche SUB-O des Substrats, die zwischenliegenden Vertiefungen sind demgegenüber zurückgesetzt. Der Niveauunterschied zwischen den Stirnseiten ST-O der Stege und den Böden VT-O der Vertiefungen wird auch als Strukturtiefe ST bezeichnet. Die erhabenen Stege ST werden in Lateralrichtung durch Seitenflächen bzw. Flanken FL begrenzt, die den Übergang von den stirnseitigen Oberflächen ST-O der Stege zu den freien Oberflächen VT-O bzw. den Böden der Vertiefungen bilden. Die Flanken können mehr oder weniger senkrecht zur Substratebene oder in spitzem Winkel zur Senkrechten orientiert sein.
Vor allem bei der Übertragung der lateralen Struktur vom Fotolack auf die darunterliegende Maskierungsschicht (vgl. 3D) entstehen meist relativ große laterale Effekte, die dazu führen, dass die lateralen Breiten der Stege ST tendenziell kleiner werden als ihre Soll-Breite, während die Vertiefungen VT tendenziell breiter als ihre Soll-Breite werden. Anhand von 4 wird dies schematisch veranschaulicht. Beim ersten selektiven Ätzschritt, der auch als Chrom-Ätz-Prozess bezeichnet wird, werden Chlor-Ionen Cl* und Sauerstoff-Ionen O* eines Plasmas PL in einem elektrischen Feld EF in Richtung des Substrats beschleunigt und greifen die freiliegenden Oberflächen an. Dabei wird jedoch nicht nur die beabsichtigte Reaktion, nämlich die selektive Beseitigung der Chrom-Schicht (Maskierungsschicht MA) in den freiliegenden Bereichen erreicht, sondern der Chrom-Ätz-Prozess greift mit seinem Sauerstoffanteil auch den Fotolack FL an, so dass unter der Einwirkung von Sauerstoff sowohl der Fotolack FL als auch die Chromschicht angegriffen werden. Dies führt zu einer Verringerung der Stegbreiten, was als reduzierte CD (CD-RED) bezeichnet wird, und erhöht die laterale Breite der Vertiefungen bzw. Gräben (Symbol BVT+).
Um die dadurch bedingten Dimensionsfehler klein zu halten, wird bei manchen Herstellungsverfahren im Schritt der Elektronenstrahlbelichtung (3B) so verfahren, dass die Bereiche der Gräben bzw. der Vertiefungen oder Löcher kleiner bzw. schmaler geschrieben werden als benötigt, so dass sie nach Abschluss der Prozesskette nicht bzw. nicht viel zu groß im Quarzsubstrat enden. Hier sind jedoch Limitierungen gegeben, da sehr kleine Löcher, d.h. Löcher mit sehr kleinen lateralen Dimensionen, schwerer im Fotolack aufzulösen sind. Dadurch ergibt sich eine Auflösungslimitierung.
Zur Veranschaulichung zeigen die 5A und 5B jeweils mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) aufgenommene Abbildungen von Schnitten durch die Schichtstruktur auf der Oberfläche des Substrats SUB. Dabei liegt die aus Chrom bestehende Maskierungsschicht MA auf der ebenen Substratoberfläche SUB-O auf, die Fotolackschicht FL ist auf die Maskierungsschicht aufgetragen. Die Bilder zeigen jeweils den am Werkstück verbleibenden Rest der Fotolackschicht nach der Entwicklung. 5B zeigt die Verhältnisse bei einer relativ großen Struktur mit ca. 160 nm Breite der Vertiefungen. Es ist erkennbar, dass auch unmittelbar auf der Maskierungsschicht MA keine Fotolackreste mehr verbleiben, so dass diese relativ grobe Strukturbreite aufgelöst werden kann. Anders sieht es bei der wesentlich kleineren Struktur in 5A aus, wo die Breite der Vertiefung bei ca. 80 nm liegt. Es ist erkennbar, dass am Boden der durch Entwicklung des Fotolacks FL freigelegten Bereiche Reste des Fotolacks auf der Chromschicht MA verbleiben. Dies führt zu einer Auflösungslimitierung.
Zur weiteren Erläuterung der Auflösungslimitierung dient das schematische Diagramm von 5C. Die horizontale Achse BVT-S repräsentiert Soll-Breite der Vertiefungen, also die angestrebte Zielgröße beim Erzeugen der Gräben (Target-Grabenbreite). Links sind die Grabenbreiten und Stegbreiten feiner (kleine CD). Nach rechts nehmen diese Dimensionen zu, so dass die Strukturen gröber sind. Die y-Achse repräsentiert den Breitenfehler ΔBVT der Vertiefungen, also die Abweichung von der Soll-Breite der Vertiefungen. Bei der x-Achse ist kein Breitenfehler vorhanden (ΔBVT=0), nach oben (ΔBVT+) sind die Gräben zu breit, nach unten (ΔBVT-) sind die Gräben zu schmal (negativer Breitenfehler).
Der in y-Richtung im Beispielsfall symmetrisch um die Soll-Breite (ΔBVT=0) liegende Bereich TOL repräsentiert den Toleranzbereich des Prozesses und gibt somit an, um wie viel die tatsächliche Ist-Breite der Vertiefungen von der Soll-Breite abweichen darf, um noch eine zufriedenstellende Performance des diffraktiven optischen Elements zu erreichen. Die hell erscheinenden Bereiche PL (performance limitation) oberhalb und unterhalb des Toleranzbereichs TOL repräsentieren diejenigen Bereiche des Breitenfehlers, in denen bereits nicht mehr akzeptable Einschränkungen der Funktionalität zu erwarten sind. Innerhalb des Toleranzbereichs ist links unten ein Teilbereich RL dargestellt, der die Auswirkungen der Auflösungsgrenze repräsentiert, also die Auflösungslimitierung (resolution limit RL).
Die dunkle gestrichelte Kurve PK1 repräsentiert die Prozesskurve eines typischen Prozesses. Aus dem zu größeren Strukturdimensionen ansteigenden Verlauf ist erkennbar, dass der Breitenfehler mit der Ziel-Grabenbreite nicht-linear ansteigt. Oberhalb eines Maximalwerts BVT_max ist keine ausreichende Performance gegeben. Unterhalb eines Minimalwerts BVT_min ist wegen der Auflösungslimitierung RL ebenfalls keine ausreichende Performance gegeben. Dadurch wird das erste Prozessfenster PW1 relativ klein.
Die zweite Prozesskurve PK2 ist zu negativen Grabenfehlern verlagert. Diese Verlagerung resultiert aus dem eingangs erwähnten Schreibvorhalt SV, wonach Strukturen für Vertiefungen kleiner bzw. schmaler geschrieben werden als es ihrer Soll-Breite entspricht. Es ist erkennbar, dass durch den Schreibvorhalt SV für gröbere Grabenbreiten erreicht werden kann, dass deren Ist-Breite im Toleranzbereich TOL liegen wird. Jedoch führt die Auflösungslimitierung RL dazu, dass ab einer bestimmten Minimalbreite BVT_min der Vertiefungen kleinere Strukturen nicht mehr zuverlässig bzw. mit ausreichender Genauigkeit erzeugt werden können. Das resultierende zweite Prozessfenster PW2 ist zwar größer als das erste Prozessfenster PW1 (ohne Schreibvorhalt) und umfasst gröbere Strukturbreiten, sehr feine Strukturen können aber wegen der Auflösungslimitierung nicht mehr erzeugt werden.
Nachfolgend werden anhand der 6A bis 6J sowie 7 bevorzugte Varianten von Herstellungsverfahren gemäß der beanspruchten Erfindung und deren positive Auswirkungen u.a. auf die Größe des Prozessfensters erläutert.
6A zeigt schematisch einen Ausschnitt eines DOE nach Abschluss der herkömmlichen Herstellungsprozedur, die anhand von 3 erläutert wurde. Die an der Oberfläche des Substrats SUB ausgebildete diffraktive Struktur DIFF hat erhabene Stege ST und dazwischen und/oder daneben liegende Vertiefungen VT, deren freie Oberflächen durchgängig durch das Substratmaterial gebildet werden. Wie oben erläutert, ist die laterale Breite BST der Stege aufgrund der Besonderheiten des Herstellungsprozesses tendenziell geringer als die Soll-Breite der Stege, während die laterale Breite BVT der Vertiefungen tendenziell größer ist als deren Soll-Breite. Die Strukturtiefe ST soll der gewünschten Strukturtiefe entsprechen.
Um das Missverhältnis der lateralen Breiten von Stegen und Vertiefungen auszugleichen, wird in einem ersten Verfahrensschritt gemäß 6B in einer Beschichtungsoperation eine zusammenhängende Strukturbreitenkorrekturschicht auf der diffraktiven Struktur erzeugt. Diese bedeckt mit mehr oder weniger gleichmäßiger Schichtdicke die stirnseitigen Oberflächen ST-O der Stege ST, die seitlich daran anschließenden Flanken FL sowie die Böden bzw. die freien Oberflächen VT-O der zwischen den Stegen liegenden Vertiefungen.
Im Beispielsfall handelt es sich bei der Strukturbreitenkorrekturschicht SK um eine Schicht aus Siliziumdioxid (SiO₂), also aus einem Schichtmaterial, das chemisch identisch zum Substratmaterial Quarzglas ist. Die Strukturbreitenkorrekturschicht SK wird bei bevorzugten Verfahrensvarianten mittels Atomlagenabscheidung aufgebracht. Die Atomlagenabscheidung (Atomic Layer Deposition, ALD) ist ein Verfahren zur Abscheidung von extrem dünnen Schichten bis hin zu atomaren Monolagen auf einem Ausgangsmaterial. Es handelt sich um ein stark verändertes chemisches Gasphasenabscheideverfahren (CVD-Verfahren) mit zwei oder mehr zyklisch durchgeführten, selbstbegrenzenden Oberflächenreaktionen. Die Strukturbreitenkorrekturschicht SK kann damit chemisch sehr rein, weitestgehend homogen und ohne innere Spannungen aufgebracht werden. Typische Schichtdicken SD können beispielsweise im Bereich von wenigen Nanometern liegen, z.B. aus dem Bereich von 1 nm bis 50 nm. Die SiO₂-Strukturbreitenkorrekturschicht verhält sich optisch im Wesentlichen so wie das aus chemisch gleichem Material bestehende Substrat, so dass neben der gewünschten optischen Wirkung kaum störende Nebenwirkungen existieren.
Der Einfluss auf das optische Verhalten des DOE besteht im Wesentlichen in einer relativen Verbreiterung der lateralen Ausdehnung der Stege gegenüber den lateralen Dimensionen der Vertiefungen. Die Stege werden im Mittel etwa um das Doppelte der Schichtdicke breiter (BSTE = BST + 2*SD), während die Vertiefungen um das Doppelte der Schichtdicke schmäler werden (BVTE = BVT - 2*SD). Damit kann das Breitenverhältnis zwischen der effektiven Breite BSTE und der effektiven Breite BVTE der Vertiefungen gesteigert und an das Soll-Breitenverhältnis angeglichen werden.
Dadurch, dass auf den Böden VTO der Vertiefungen VT und auf den Stirnseiten STO der Stege ST jeweils die gleiche Schichtdicke aufgetragen wird, bleibt demgegenüber die Strukturtiefe ST im Wesentlichen unverändert. Schon diese Maßnahme allein kann die oben erwähnten Nachteile der präferenziellen Verbreiterung der Gräben reduzieren und mindestens teilweise kompensieren.
Bevorzugte Verfahrensvarianten gehen jedoch weiter. Bei der anhand von 6A ff beschriebenen Verfahrensvariante wird durch Einführung weiterer Verfahrensschritte die Strukturbreitenkorrekturschicht SK von den stirnseitigen Oberflächen STO der Stege ST und den Böden VTO der Vertiefungen VT unter Beibehaltung der Strukturbreitenkorrekturschichten SK an den Seitenflächen bzw. Flanken FL der Stege entfernt, so dass am gebrauchsfertig vorliegenden diffraktiven optischen Element DOE im Wesentlichen nur die Flanken der Stege Strukturbreitenkorrekturschichten tragen, während die stirnseitigen Oberflächen der Stege und die Oberflächen der Vertiefungen durch freie Oberflächen des Substrats gebildet werden (vgl. 6J).
Dieses Ziel wird bei der hier beschriebenen Verfahrensvariante in mehreren Schritten erreicht, wie anhand der 6C bis 6I nun erläutert wird.
Zunächst wird die zusammenhängende Strukturbreitenkorrekturschicht SK (vgl. 6B) mit einer zusammenhängenden Schutzschicht SS aus einem rückstandsfrei wieder entfernbaren Schutzschichtmaterial beschichtet. Im Beispiel wird Kohlenstoff als Schutzschichtmaterial verwendet. Die Kohlenstoffschicht kann durch jedes geeignete Beschichtungsverfahren mit im Wesentlichen gleichmäßiger Schichtdicke aufgebracht werden, beispielsweise durch atomic layer deposition (ALD).
In einem nächsten Verfahrensschritt (6D) wird das derart zweifach beschichtete strukturierte Substrat einem Argonionenbeschuss ausgesetzt, wobei der durch Pfeile repräsentierte Argonionenstrahl AR im Wesentlichen senkrecht zur lateralen Ausdehnung des Substrats bzw. im Wesentlichen parallel zu den Flanken FL der Stege eingestrahlt wird. Dadurch wird die Abtragrate auf den senkrecht bestrahlten Flächen maximal, während an den Flanken praktisch kein Materialabtrag stattfindet. Die Energie der Ionen wird so eingestellt, dass der lonenstrahl ausreichend abrasiv für den Kohlenstoff der Schutzschicht wirkt, jedoch das darunterliegende Material der Strukturbreitenkorrekturschicht SK auf den stirnseitigen Oberflächen der Stege und Vertiefungen im Wesentlichen nicht angreift. Somit verbleibt, wie in 6E gezeigt, lediglich an den Flanken FL der Stege ST jeweils ein Teil der ursprünglichen Schutzschicht, während die anderen Teile bereits entfernt sind. Die an den Flanken verbleibenden Reste der Schutzschicht dienen zur Passivierung der Seitenflächen (sidewallpassivation) gegenüber den Einwirkungen der nachfolgenden Verfahrensschritte.
Der in 6F und 6G gezeigte nachfolgende Verfahrensschritt dient dem selektiven Entfernen der freigelegten Strukturbreitenkorrekturschicht SK an den stirnseitigen Oberflächen der Stege und den Böden der Vertiefungen. In einem ersten Teilschritt (6F) wird das mit Schichten versehene diffraktive optische Element einem Schwefelhexafluorid-Plasma (SF6-Plasma) ausgesetzt. Dabei bildet sich eine sich selbst in der Dicke auf eine Lage regulierende Fluorschicht an den freiliegenden Schichtbereichen der SiO₂-Schicht (Schutzschicht) an den Stirnseiten der Stege und den Böden der Vertiefungen. Für die Reaktion ist jedoch noch physikalische Energie nötig. Diese wird gemäß 6G mithilfe eines erneuten senkrechten Argonionenbombardements AR* (Argonionenbestrahlung, Sputtern) eingebracht, wie in 6G veranschaulicht. Dieser Prozess wird schrittweise so geführt, dass sichergestellt ist, dass durch diesen Ätzprozess die ALD-Schicht aus Siliziumdioxid /Schutzschicht SS) an den Stirnflächen der Stege und den Böden der Vertiefungen abgetragen wird, dass jedoch nicht in das Vollmaterial des Substrats SUB geätzt wird.
6H zeigt das diffraktive optische Element DOE nach Abschluss dieses selektiven reaktiven Ätzschritts. Nun befinden sich an den Seitenflächen FL der Stege auf den dort haftenden Teilen der Strukturbreitenkorrekturschicht SK noch Reste der Schutzschicht SS, während die stirnseitigen Oberflächen STO der Stege und die Böden VTO der Vertiefungen von jeglicher Beschichtung befreit sind und durch das freiliegende Material des Substrats SUB gebildet sind.
In einem abschließenden Verfahrensschritt (61) werden die Reste der Kohlenstoff-Schutzschicht SS entfernt, indem das optische Element einem Sauerstoffplasma (O*) ausgesetzt wird, so dass sich Kohlenstoff und Sauerstoff zu flüchtigem CO₂ verbinden, wodurch die Schutzschicht SS restlos entfernt wird.
Als Ergebnis verbleibt ein Endprodukt (6J) in Form eines diffraktiven optischen Elements DOE mit relativ zu den Vertiefungen effektiv verbreiterten Stegen ST. Mithilfe einer Kombination von Atomic Layer Deposition (ALD) einer Siliziumdioxidschicht, einer selektiven Sidewall-Passivation (durch die nur an den Flanken verbleibende Schutzschicht bzw. Schutzschicht aus Kohlenstoff) und nachgeschaltetes Atomic Layer-Ätzen lassen sich somit die Stegstrukturen hochgenau verbreitern, ohne die Höhe der Strukturen zu beeinflussen.
Die Stegbreitenkorrekturschichten auf den Flanken der Stege führen zu einer signifikant günstigeren Lage des effektiven Komplettprozessfensters PW-SK. Das ist schematisch aus 7 ersichtlich, die eine Darstellung analog zu 5C. Die erste Prozesskurve PK1 entspricht wie in Fig, 5C einem Prozess ohne Schreibvorhalt und Strukturbreitenkorrekturschichten.
Die mit SK bezeichneten vertikalen Pfeile repräsentieren die Einflüsse der Strukturbreitenkorrekturschichten SK. Diese führen u.a. zu einer Verlagerung der Obergrenze des Bereichs der Auflösungslimitierung RL nach unten, da nun auch schmalere Gräben bzw. Vertiefungen prozesssicher erzeugt werden können. Der Schreibvorhalt kann nun so gewählt werden, dass die Prozesskurve im Vergleich zur ersten Prozesskurve PK1 stärker abgesenkt werden kann als bisher, wodurch auch gröbere Strukturen zuverlässig im Toleranzbereich liegen. Zusätzlich können auch feinere Strukturen noch zuverlässig erzeugt werden, da die Auflösungslimitierung erst bei noch kleineren Strukturdimensionen bemerkbar wird.
Die effektive Verbreiterung der Stege durch die Strukturbreitenkorrekturschichten führt somit zu einer Verschiebung des effektiven Komplettprozessfensters PW-SK in günstigere Bereiche.
Der Gesamtprozess ist nun geeignet, diffraktive Strukturen mit der im Ergebnis richtigen Auflösung sowie mit der angestrebten CD-Performance herzustellen. Dies ist veranschaulicht durch die weitere Verlagerung der Grabenbreitendifferenzkurve nach unten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017217369 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines diffraktiven optischen Elements (DOE), insbesondere eines Computergenerierten Hologramms (CGH), zur Verwendung in einer interferometrischen Messvorrichtung (100) zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche (112) eines Testobjekts (110), worin an einer Oberfläche eines Substrats eine diffraktiven Struktur (DIFF) erzeugt wird, die eine Vielzahl von erhabenen Stegen (ST) und Vertiefungen (VT) zwischen den Stegen aufweist, umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellen des Substrats (SUB) für das diffraktive optische Element (DOE); - Beschichten einer Oberfläche (SUB-O) des Substrats mit Maskierungsschichtmaterial zur Erzeugung einer Maskierungsschicht (MA); - Beschichten der Maskierungsschicht (MA) mit Fotolack zur Erzeugung einer Fotolackschicht (FL); - Selektives Belichten der Fotolackschicht (FL) mittels Elektronenstrahl zur Erzeugung einer zur diffraktiven Struktur korrespondierenden Belichtungsstruktur mit belichteten Bereichen neben unbelichteten Bereichen; - Entwickeln der belichteten Fotolackschicht (FL) zum selektiven Freilegen von Bereichen der Maskierungsschicht (MA) durch Beseitigung belichteter oder unbelichteter Bereiche; - Übertragen der durch die entwickelte Fotolackschicht (FL) gebildeten Struktur in die Maskierungsschicht (MA) durch einen ersten selektiven Ätzschritt zum Beseitigen von freigelegten Bereichen der Maskierungsschicht zur Erzeugung einer lateral strukturierten Maskierungsschicht (MA); - Übertragen der lateralen Struktur der Maskierungsschicht (MA) in das darunterliegende Substrat (SUB) durch einen zweiten selektiven Ätzschritt zur Erzeugung von Vertiefungen (VT) der diffraktiven Struktur (DIFF); - Beseitigen von Maskierungsschicht-Resten zur Freilegung der stirnseitigen Oberflächen (ST_O) der erhabenen Stege (ST); gekennzeichnet durch: - Erzeugen von Strukturbreitenkorrekturschichten (SK) an Flanken (FL) der erhabenen Stege (ST) zur Vergrößerung der effektiven Breite (BST) der erhabenen Stege (ST) relativ zu der Breite (BVT) der Vertiefungen (VT) zur Angleichung eines Ist-Breitenverhältnisses an ein Soll-Breitenverhältnis.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive optische Element (DOE) derart hergestellt wird, dass nach Abschluss des Verfahrens stirnseitige Oberflächen (ST-O) der Stege (ST) und Oberflächen (VT-O) der Vertiefungen (VT) keine Beschichtung tragen, so dass die stirnseitigen Oberflächen der Stege und die Oberflächen der Vertiefungen durch freie Oberflächen des Substrats (SUB) gebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen der Strukturbreitenkorrekturschichten (SK) folgende Schritte umfasst: Erzeugen einer zusammenhängenden Strukturbreitenkorrekturschicht (SK), welche stirnseitige Oberflächen (ST-O) der Stege, Flanken (FL) der Stege und Oberflächen (VT-O) der Vertiefungen (VT) bedeckt; Selektives Entfernen der Strukturbreitenkorrekturschicht von den stirnseitigen Oberflächen (ST-O) der Stege und den Oberflächen (VT-O) der Vertiefungen (VT) unter Beibehaltung der Strukturbreitenkorrekturschichten (SK) an den Flanken (FL) der Stege (ST).
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum selektiven Entfernen der Strukturbreitenkorrekturschicht (SK) folgende Schritte durchgeführt werden: Beschichten der zusammenhängenden Strukturbreitenkorrekturschicht (SK) mit einer zusammenhängenden Schutzschicht (SS) aus einem Schutzschichtmaterial, insbesondere aus Kohlenstoff; Selektives Entfernen der Schutzschicht (SS) von der Strukturbreitenkorrekturschicht (SK) an den stirnseitigen Oberflächen (ST-O) der Stege (ST) und den Oberflächen (VT-O) der Vertiefungen unter Beibehaltung der Schutzschicht (SS) an den Flanken (FL) der Stege, insbesondere durch nicht-reaktives lonenätzen; Selektives Entfernen der freigelegten Strukturbreitenkorrekturschicht (SK) an den stirnseitigen Oberflächen (ST-O) der Stege (ST) und den Oberflächen (VT-O) der Vertiefungen (VT), insbesondere durch nicht reaktives lonenätzen; Entfernen der Schutzschicht (SS) von der Strukturbreitenkorrekturschicht (ST) an den Seitenflächen (FL) der Stege (ST).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Strukturbreitenkorrekturschichten (SK) ein Schichtmaterial verwendet wird, welches chemisch identisch zum Substratmaterial ist, wobei vorzugsweise das Substrat (SUB) aus synthetischem Quarzglas besteht und die Strukturbreitenkorrekturschichten (SK) aus Siliziumdioxid bestehen.
Diffraktives optisches Element (DOE), insbesondere Computergeneriertes Hologramm (CGH), zur Verwendung in einer interferometrischen Messvorrichtung (100) zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche (112) eines Testobjekts (110), mit einem aus einem transparenten Substratmaterial bestehenden Substrat, worin an einer Oberfläche eine diffraktiven Struktur (DIFF) ausgebildet ist, die eine Vielzahl von erhabenen Stegen (ST) und Vertiefungen (VT) zwischen den Stegen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dass die erhabenen Stege (ST) Seitenflächen (FL) aufweisen, die eine Strukturbreitenkorrekturschicht (SK) tragen.
Diffraktives optisches Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass stirnseitige Oberflächen (ST-O) der Stege (ST) und Oberflächen (VT-O) der Vertiefungen (VT) keine Beschichtung tragen, so dass die stirnseitigen Oberflächen (ST-O) der Stege (ST) und die Oberflächen (VT-O) der Vertiefungen (VT) durch freie Oberflächen des Substrats (SUB) gebildet sind.
Diffraktives optisches Element nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturbreitenkorrekturschicht (SK) eine Schichtdicke aufweist, die klein gegen die zwischen den Seitenflächen (FL) gemessene Breite (BST) des die Strukturbreitenkorrekturschicht (SK) tragenden Steges (ST) ist, wobei die Schichtdicke vorzugsweise im Bereich von 1 nm bis 50 nm und/oder im Bereich von 1% bis 50 % der Breite der Stege liegt.
Diffraktives optisches Element nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturbreitenkorrekturschichten (SK) aus einem Schichtmaterial bestehen, welches chemisch identisch zum Substratmaterial ist, wobei vorzugsweise das Substrat (SUB) aus synthetischem Quarzglas besteht und die Strukturbreitenkorrekturschichten (SK) aus Siliziumdioxid bestehen.