DE102021206788A1

DE102021206788A1 - Verfahren zum Abscheiden einer Schicht, optisches Element und optische Anordnung für den DUV-Wellenlängenbereich

Info

Publication number: DE102021206788A1
Application number: DE102021206788.3A
Authority: DE
Inventors: Stephan Six
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2021-06-30
Filing date: 2021-06-30
Publication date: 2023-01-05
Also published as: US20240167145A1; WO2023274680A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden mindestens einer Schicht (2) einer Strahlung im DUV-Wellenlängenbereich reflektierenden oder antireflektierenden Beschichtung auf eine zu beschichtende Oberfläche (3a) eines Substrats (3) für ein optisches Element für den DUV-Wellenlängenbereich, umfassend: Überführen eines Beschichtungsmaterials (M) in die Gasphase in einer Beschichtungsquelle (4`), Bewegen des Substrats (3) relativ zur Beschichtungsquelle (4`) entlang einer vorgegebenen Bewegungsbahn (5), wobei das Substrat (3) bei der Bewegung entlang der Bewegungsbahn (5) um eine Spinachse (7) rotiert und wobei zwischen der Beschichtungsquelle (4`) und der zu beschichtenden Oberfläche (3a) ein Abdeckungselement (6) angeordnet ist, das die zu beschichtende Oberfläche (3a) bei der Bewegung des Substrats (5) entlang der Bewegungsbahn (5) zumindest teilweise abdeckt. Das Verfahren umfasst das Variieren einer Beschichtungsrate (RB) und/oder einer Rotationsgeschwindigkeit (ω(t)) der Spinachse (7) des Substrats (3) während der Bewegung des Substrats (3) entlang der Bewegungsbahn (5). Die Erfindung betrifft auch ein optisches Element für den DUV-Wellenlängenbereich, umfassend: ein Substrat (3), sowie eine auf das Substrat (3) aufgebrachte reflektierende oder antireflektierende Beschichtung, die mindestens eine durch das weiter oben beschriebene Verfahren abgeschiedene Schicht (2) aufweist, sowie eine optische Anordnung mit mindestens einem solchen optischen Element.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden mindestens einer Schicht einer Strahlung im DUV-Wellenlängenbereich reflektierenden oder antireflektierenden Beschichtung auf eine zu beschichtende Oberfläche eines Substrats für ein optisches Element für den DUV-Wellenlängenbereich, umfassend: Überführen eines Beschichtungsmaterials in die Gasphase mittels einer Beschichtungsquelle, Bewegen des Substrats relativ zur Beschichtungsquelle entlang einer vorgegebenen Bewegungsbahn, wobei das Substrat bei der Bewegung entlang der Bewegungsbahn um eine Spinachse rotiert und wobei zwischen der Beschichtungsquelle und der zu beschichtenden Oberfläche ein Abdeckungselement angeordnet ist, das die zu beschichtende Oberfläche bei der Bewegung entlang der Bewegungsbahn zumindest teilweise abdeckt. Die Erfindung betrifft auch ein optisches Element für den DUV-Wellenlängenbereich, das ein Substrat sowie eine auf das Substrat aufgebrachte reflektierende oder antireflektierende Beschichtung aufweist, die mindestens eine durch das weiter oben beschriebene Verfahren abgeschiedene Schicht aufweist. Die Erfindung betrifft auch eine optische Anordnung, die mindestens ein solches optisches Element enthält.
Unter dem DUV-Wellenlängenbereich wird in dieser Anmeldung der Wellenlängenbereich elektromagnetischer Strahlung zwischen 150 nm und 400 nm verstanden. Der DUV-Wellenlängenbereich ist insbesondere für die Mikrolithographie von Bedeutung. So wird Strahlung im DUV-Wellenlängenbereich z.B. in Projektionsbelichtungsanlagen und Wafer- oder Masken-Inspektionsanlagen eingesetzt. Dort können sowohl transmittierende optische Elemente, z.B. in Form von Linsen oder von Planplatten, als auch reflektierende optische Elemente, z.B. in Form von Spiegeln oder dergleichen, zum Einsatz kommen. Derartige optische Elemente können beispielsweise in Projektionssysteme oder in Beleuchtungssysteme von DUV-Lithographieanlagen integriert sein.
Bei der Abscheidung von antireflektierenden Beschichtungen auf die Substrate von transmittierenden optischen Elementen für den DUV-Wellenlängenbereich sowie bei der Abscheidung von hochreflektierenden Beschichtungen auf die Substrate von reflektierenden optischen Elementen für den DUV-Wellenlängenbereich werden die zu beschichtenden Substrate auf einer Planetenbahn um eine Beschichtungsquelle bewegt, bei der es sich typischerweise um eine thermische Verdampferquelle handelt. Bei einer solchen Planetenbewegung rotiert das Substrat um eine Spinachse, die sich wiederum entlang einer vorgegebenen Bewegungsbahn in Form einer Kreisbahn um die Verdampferquelle bewegt. Die Drehbewegung der Spinachse und die Drehbewegung des Substrats um die Verdampferquelle sind bei der Planetenbewegung miteinander gekoppelt; beide Bewegungen erfolgen in der Regel mit konstanter Drehgeschwindigkeit. Die Verdampfungsrate des Beschichtungsmaterials wird während der Abscheidung ebenfalls möglichst konstant gehalten. Grundsätzlich ist es möglich, die Substratgeschwindigkeit auch bei einer Planetenbewegung des Substrats zu variieren, der zu diesem Zweck erforderliche bautechnische Aufwand ist jedoch erheblich (vgl. die DE 198 11 873 A1 ).
Mit Hilfe von Abdeckungselementen (sog. Verteilerblenden), die zwischen der Bewegungsbahn des Substrats und der Verdampferquelle positioniert werden, kann ein gewünschter Schichtdickenverlauf in radialer Richtung zur Spinachse auf einer rotationssymmetrischen Oberfläche des Substrats erzeugt werden. Weist das Substrat jedoch eine zur Spinachse nicht-rotationssymmetrische Oberfläche auf, erhält man einen Schichtdickenverlauf, der entlang der (Teil-)Kreise um die Spinachse in azimutaler Richtung variiert. Um diesen Effekt auszugleichen oder um beliebige Schichtdickenverläufe für eine optimale Entspiegelung bzw. Verspiegelung bei nicht-radialsymmetrischen Lichteinfallswinkelverläufen in dem jeweiligen optischen System, in dem das optische Element verwendet wird, zu erzeugen, ist eine Ausnutzung weiterer Freiheitsgrade erforderlich. Die Erzeugung von beliebigen zweidimensionalen Verläufen der Schichtdicke einer abgeschiedenen Schicht wird als Freiformbeschichtung bezeichnet.
In der Literatur, z.B. in der WO 03/093529 A2 oder in der JP 2006-183093 A2 , werden Verfahren zur Freiformbeschichtung beschrieben, die speziell ausgebildete Verdampferquellen bzw. Abdeckungselemente mit Löchern bzw. Waben zur Schichtdickenkorrektur verwenden, um die Herstellung eines gewünschten 2-dimensionalen Schichtdickenverlaufs zu ermöglichen. Problematisch für die optische Performance sind bei einem solchen Vorgehen vor allem die hohen lokalen Schichtdickenvariationen, die sich aus dem Schattenwurf des Abdeckungselements gegenüber der Quelle mit dem Beschichtungsmaterial ergeben. Durch eine zusätzliche, insbesondere periodische Bewegung des Abdeckungselements gegenüber der Spinachse, wie er in der US 2004/0052942 A1 beschrieben ist, lässt sich dieser Effekt zwar stark verringern, der technische Aufwand und die Störanfälligkeit dieses Verfahrens sind jedoch sehr hoch. Weitere Beispiele für Loch- bzw. Wabenmasken sind in der US 5,993,904 und in der DE 102 39 163 A1 beschrieben.
Ein weiterer Nachteil bei den weiter oben beschriebenen Loch- bzw. Wabenmasken besteht darin, dass für eine Annäherung an einen gewünschten Schichtdickenverlauf mit einem Trial-and-Error-Verfahren jeweils eine korrigierte Maske angefertigt werden muss. Zudem sind der Verwendung von Waben- oder Lochmasken insbesondere bei der Beschichtung von großen Substraten mit einem Durchmesser von z.B. über 100 mm durch die mechanische Stabilität Grenzen gesetzt (Durchbiegung, Vibrationen während der Bewegung, etc.). Auch werden hohe Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit der Loch- bzw. Wabenöffnungen gestellt (ca. 5 µm Genauigkeit des Öffnungsdurchmessers für 0,5% Schichtdickengenauigkeit). Eine kontinuierliche Verengung der Öffnungen durch die Beschichtung der Maske sowie die hohen Fertigungskosten und Fertigungsdauern bei der Herstellung der Masken sind weitere Nachteile dieser Technologie. Weiterhin wird die Maskenoberfläche beschichtet, was zu einer Verkleinerung der Lochdurchmesser und damit zu einer Veränderung des erzeugten Schichtdickenverlaufs mit zunehmender Verwendungsdauer der Maske führt. Durch Schichtspannungen kann es auch zu einer zunehmenden Verbiegung der Masken kommen, was eine Überarbeitung oder Neufertigung der Masken notwendig macht.
Aus der DE 10 2012 215 359 A1 ist ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten für optische Elemente mit einer Freiformbeschichtung bekannt geworden, bei dem ein Substrat um eine Spinachse rotiert und zwischen einer zu beschichtenden Fläche des rotierenden Substrats und einer Quelle mit Beschichtungsmaterial ein Abschirmungselement mit einer Außenkontur angeordnet ist, wobei die von der Außenkontur eingeschlossene Fläche die zu beschichtende Fläche zumindest teilweise abdeckt und wobei die Auftreffrate von Beschichtungsmaterial auf der zu beschichtenden Fläche auf einem Bogenelement der zu beschichtenden Fläche bezogen auf die Spinachse für unterschiedliche Drehwinkel des Substrats um die Drehachse variabel eingestellt wird und die Spinachse in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Substrats um die Spinachse relativ zur Quelle verschoben wird.
Bei dem in der DE 10 2012 215 359 A1 beschriebenen Verfahren überquert das Substrat, das um die Spinachse rotiert, bei der Verschiebung typischerweise die Quelle, genauer gesagt eine starre Öffnung der Quelle, in der sich das Beschichtungsmaterial befindet. Durch die Vorgabe des Bewegungsprofils, d.h. der Bahnkurve und der Geschwindigkeit an einer jeweiligen Position entlang der Bahnkurve lässt sich ein gewünschter Verlauf der Schichtdicke der abgeschiedenen Schicht einstellen, der rotationssymmetrisch zur Spinachse ist, sofern auch die zu beschichtende Oberfläche des Substrats rotationssymmetrisch zur Spinachse ist. In azimutaler Richtung zur Spinachse ist die Schichtdicke in diesem Fall konstant.
Für den Fall, dass ein nicht-rotationssymmetrischer Verlauf der Schichtdicke der abgeschiedenen Schicht oder eine nicht-rotationssymmetrische zu beschichtende Oberfläche des Substrats mit einem beliebigen Schichtdickenverlauf versehen werden soll, erfordert dies eine variable Einstellung der Auftreffrate des Beschichtungsmaterials auf die zu beschichtende Oberfläche in Abhängigkeit vom Drehwinkel um die Spinachse. Wie in der DE 10 2012 215 359 A1 beschrieben ist, kann zu diesem Zweck beispielsweise die Winkelgeschwindigkeit des Substrats bei der Rotation um die Spinachse zeitlich variabel eingestellt werden oder es kann die Rate, mit der die Quelle das Beschichtungsmaterial abgibt, in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Substrats um die Spinachse variabel eingestellt werden.
Das in der DE 10 2012 215 359 A1 beschriebene Verfahren wird insbesondere zur Freiformbeschichtung von optischen Elementen für die EUV-Lithographie verwendet. Als Quelle für das Beschichtungsmaterial wird dort das Target einer nicht-reaktiven DC-Magnetron-Sputteranlage verwendet. Die Sputterrate kann in diesem Fall durch die an die Magnetron-Sputteranlage angelegte Gleichspannung variabel eingestellt werden. Die Durchführung eines nicht-reaktiven DC-Sputterprozesses ist bei der Abscheidung von Schichten von reflektierenden oder antireflektierenden Beschichtungen für optische Elemente für den DUV-Wellenlängenbereich nicht möglich, da dort andere Beschichtungsmaterialien verwendet werden als dies bei der Beschichtung von optischen Elementen für die EUV-Lithographie der Fall ist.
In der US 2011/0223346 A1 sind eine Sputter-Beschichtungsanlage und ein Verfahren zum Magnetron-Sputtern beschrieben. Das Substrat wird bei dem Verfahren in einem Substrat-Halter drehbar gehalten. Die Beschichtungsanlage weist eine Steuerungseinrichtung auf, um die Rotationsgeschwindigkeit des Substrats in Abhängigkeit von einer Dreh-Position des Substrats anzupassen, die von einer Positions-Detektionseinrichtung detektiert wird.
Aufgabe der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Abscheiden mindestens einer Schicht bereitzustellen, das eine Freiformbeschichtung eines Substrats eines optischen Elements für den DUV-Wellenlängenbereich ermöglicht.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, weiter umfassend: Variieren einer Beschichtungsrate und/oder einer Rotationsgeschwindigkeit der Spinachse des Substrats während der Bewegung entlang der Bewegungsbahn.
Unter der Beschichtungsrate wird im Sinne dieser Anmeldung die Rate verstanden, mit der die Beschichtungsquelle das Beschichtungsmaterial abgibt bzw. in die Gasphase überführt. Von der Beschichtungsrate zu unterscheiden ist die Auftreffrate, mit der das in die Gasphase überführte Beschichtungsmaterial auf dem Substrat auftrifft. Die Auftreffrate verändert sich für jeden Substratpunkt während eines Beschichtungsprozesses mit einem bewegten Substrat permanent - auch wenn die Beschichtungsrate konstant ist - und ergibt in der Summe über den gesamten Beschichtungsprozess die jeweilige lokale Schichtdicke.
Wie weiter oben beschrieben wurde, wird bei der Beschichtung von Substraten für optische Elemente für den DUV-Wellenlängenbereich die Beschichtungsrate möglichst konstant gehalten. Aufgrund der Planetenbewegung, bei welcher die Drehung um die Spinachse des Substrats an die Drehung des Substrats um die Quelle des Beschichtungsmaterials gekoppelt ist, ist bei herkömmlichen Beschichtungsverfahren von optischen Elementen für den DUV-Wellenlängenbereich eine Variation der Rotationsgeschwindigkeit um die Spinachse typischerweise nicht ohne einer Veränderung der Bahngeschwindigkeit möglich.
Der Erfinder hat erkannt, dass das in der DE 10 2021 215 359 A1 beschriebene Verfahren auch zum Abscheiden von Schichten aus Beschichtungsmaterialien angewendet werden kann, die für antireflektierende oder reflektierende Beschichtungen für optische Elemente für den DUV-Wellenlängenbereich verwendet werden. Durch den zusätzlichen Freiheitsgrad, der durch die kontrollierte Variation der Beschichtungsrate bzw. der Rotationsgeschwindigkeit um die Spinachse erhalten wird, können beliebige nicht-rotationssymmetrische Dickenverläufe bei der Abscheidung der Schicht erzeugt werden.
Bei einer Variante handelt es sich bei dem Beschichtungsmaterial, das auf der zu beschichtenden Oberfläche abgeschieden wird, um ein oxidisches Beschichtungsmaterial oder um ein fluoridisches Beschichtungsmaterial. Bei den Beschichtungsmaterialien, die für (hoch-)reflektierende Beschichtungen oder antireflektierende Beschichtungen von optischen Elementen für den DUV-Wellenlängenbereich verwendet werden, handelt es sich typischerweise um Oxide, z.B. um SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, HfO₂, oder um Fluoride, z.B. um MgF₂ oder um LaF₂. Bei der Abscheidung derartiger Schichten kann das in der DE 10 2021 215 359 A1 beschriebene nicht-reaktive DC-Magnetron-Sputtern nicht eingesetzt werden.
Bei einer Variante des Verfahrens bildet das Beschichtungsmaterial ein elektrisch isolierendes, bevorzugt keramisches Sputter-Target. In diesem Fall erfolgt die Überführung des Beschichtungsmaterials in die Gasphase mit Hilfe eines gepulsten Sputter-Verfahrens oder eines Hochfrequenz-Sputterverfahrens an elektrisch isolierenden, in der Regel keramischen Sputter-Targets, z.B. in Form von oxidischen Sputter-Targets aus SiO₂, Al₂O₃, HfO₂ oder TiO₂. Das in der Beschichtungsquelle in die Gasphase überführte Beschichtungsmaterial wird in diesem Fall auf der zu beschichtenden Oberfläche abgeschieden, ohne dass dieses mit Bestandteilen einer Gasatmosphäre in der Beschichtungsanlage reagiert, in der das Substrat und die Beschichtungsquelle angeordnet sind.
Bei einer alternativen Variante bildet das Beschichtungsmaterial ein elektrisch leitfähiges, bevorzugt metallisches Sputter-Target und die Abscheidung der mindestens einen Schicht wird (typischerweise durch Ionenstrahl-Sputtern) in einer Sauerstoff-Gasatmosphäre oder in einer Fluor-Gasatmosphäre durchgeführt. In diesem Fall erfolgt die Abscheidung typischerweise durch einen reaktiven DC-Sputter-Prozess. Herrscht in der Beschichtungsanlage eine Sauerstoff-Gasatmosphäre, wird das elektrisch leitende Beschichtungsmaterial, das in der Beschichtungsquelle in die Gasphase überführt wird, in der Sauerstoff-Gasatmosphäre oxidiert, bevor dieses an der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats abgeschieden wird. Bei dem in der Beschichtungsquelle angeordneten Beschichtungsmaterial kann es sich in diesem Fall beispielsweise um ein elektrisch leitfähiges Si-Target zur Abscheidung einer Schicht aus SiO₂, um ein Al-Target zur Abscheidung einer Schicht aus Al₂O₃, um ein Hf-Target zum Abscheiden einer Schicht aus HfO₂ oder um ein Ti-Target zum Abscheiden einer Schicht aus TiO₂ handeln. Für die Herstellung von im UV-Wellenlängenbereich absorptionsfreien Schichten aus MgF₂, AlF₃ oder LaF₃ kann ein Magnetron- oder lonenstrahl-Sputterverfahren unter Verwendung eines Mg-Targets, eines Al-Targets oder eines La-Targets durchgeführt werden, wobei in der Beschichtungsanlage eine Fluor-Gasatmosphäre herrscht.
Bei der hier beschriebenen Variante des Verfahrens, bei der die Abscheidung mit Hilfe eines reaktiven DC-Sputterverfahrens an einem elektrisch leitfähigen Sputter-Target durchgeführt wird, kann die Variation der Beschichtungsrate durch eine Variation der für den Sputterprozess verwendeten Gleichspannung und somit der Abtragsrate des Sputter-Targets erfolgen, wie dies bei dem weiter oben beschriebenen nicht-reaktiven DC-Sputterprozess zum Freiformbeschichten von optischen Elementen für den EUV-Wellenlängenbereich der Fall ist. Auch bei gepulsten oder HF-Sputterverfahren ist in der Regel eine kontrollierte Variation der Beschichtungsrate durch die Variation von Parametern der Sputter-Beschichtungsquelle wie der Periodendauer beim gepulsten Sputtern, der Hochfrequenz beim HF-Sputtern, etc. möglich.
Bei einer alternativen Variante wird das Beschichtungsmaterial in einer Beschichtungsquelle durch thermisches Verdampfen in die Gasphase übergeführt. Bei dieser Variante wird ein thermischer Verdampfungsprozess zur Abscheidung der mindestens einen Schicht durchgeführt, bei dem sich die Beschichtungsrate typischerweise nicht ohne weiteres kontrolliert verändern lässt, da das Rauschen der Verdampfungsrate sowie die Trägheit der Verdampfungsrate bei Änderungen der Verdampfungsleistung um ein Vielfaches höher sind als dies bei der Abtragsrate eines Target-Materials bei einem Sputter-Prozess der Fall ist.
Daher ist es bei der Verwendung einer Beschichtungsquelle in Form einer thermischen Verdampferquelle, z.B. eines Elektronenstrahlverdampfers oder einer elektrischen Widerstandsheizung, in der Regel günstig, zur Erzeugung einer Freiformbeschichtung eine kontrollierte, von der Position des Substrats in Bezug auf das Abdeckungselement abhängige Variation der Rotationsgeschwindigkeit der Spinachse des Substrats vorzunehmen. Zudem sollte die Verdampfungsrate, die in diesem Fall der Beschichtungsrate entspricht, möglichst stabil gehalten werden.
Bei einer Variante weicht die Beschichtungsrate bei der Bewegung entlang der Bewegungsbahn um nicht mehr als +/- 10% von einer mittleren Beschichtungsrate ab. Wie weiter oben beschreiben wurde, sollte die Verdampfungsrate des Beschichtungsmaterials, die in diesem Fall der Beschichtungsrate entspricht, möglichst konstant gehalten werden. Dies kann erreicht werden, indem die Leistung bzw. die Energie eines für die thermische Verdampfung verwendeten Elektronenstrahls präzise eingestellt oder ggf. geregelt wird und indem die Umgebungsbedingungen in der Beschichtungsanlage möglichst konstant gehalten werden. Unter der mittleren Beschichtungsrate wird diejenige Beschichtungsrate verstanden, die sich bei der Bewegung des Substrats entlang der gesamten Bewegungsbahn im (arithmetischen) Mittel einstellt. Die mittlere Verdampfungsrate der Verdampferquelle kann beispielsweise mit Hilfe eines oder mehrerer Sensoren bestimmt und danach geregelt werden.
Die kontrollierte Variation der Rotationsgeschwindigkeit des Substrats um die Spinachse kann abhängig von der Bahnposition entlang der Bahnkurve bzw. der Bewegungsbahn zwischen dem Substrat und der Beschichtungsquelle mit Abdeckungselement und unabhängig von der Bahngeschwindigkeit der Substratbewegung über die Beschichtungsquelle erfolgen. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist bei herkömmlichen Beschichtungsanlagen zur Beschichtung von optischen Elementen für den DUV-Wellenlängenbereich mit zentralem Planetenantrieb wegen des festen Verhältnisses von Planeten- und Spinachsen-Umdrehungszahl eine derartige kontrollierte Variation der Rotationsgeschwindigkeit des Substrats um die Spinachse ohne grundlegende Modifikationen nicht möglich.
Bei einer weiteren Variante weichen mittlere Beschichtungsraten in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen mit einer Zeitdauer, die um einen Faktor 50 bis 500 kleiner ist als eine Periodendauer der Rotation des Substrats um die Spinachse, um nicht mehr als 10% voneinander ab. Die mittlere Beschichtungsrate ist hierbei wie weiter oben beschrieben als das arithmetische Mittel definiert, das auf ein jeweiliges Zeitintervall bezogen ist. Die mittlere Beschichtungsrate sollte in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen, deren Zeitdauer dem 50ten bis 500ten Teil der Dauer einer vollständigen Substratrotation um die Spinachse entsprechen, nicht zu stark schwanken. Beispielsweise liegt für den Fall, dass das Substrat in 5 Sekunden einmal vollständig um die Spinachse rotiert, die Zeitdauer der Zeitintervalle zwischen 100 ms und 10 ms. Geringe Abweichungen der mittleren Beschichtungsrate in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen auf dieser Zeitskala sind auf statistische Schwankungen der Beschichtungsrate zurückzuführen. Für den Fall, dass die mittlere Beschichtungsrate in aufeinander folgenden Zeitintervallen mit der oben angegebenen Zeitdauer signifikant abweicht, liegt eine systematische Drift der Verdampfungs- bzw. Beschichtungsrate vor, die den am Ende des Beschichtungsprozess resultierenden Schichtdickenverlauf unerwünscht beeinflusst. Um die oben genannte Bedingung zu erfüllen, kann die Periodendauer der Rotation des Substrats um die Spinachse geeignet vorgegeben oder - für den Fall, dass die Beschichtungsrate überwacht wird - während des Beschichtungsprozesses geeignet angepasst werden.
Generell wird die Rotationsgeschwindigkeit des Substrats um die Spinachse derart in Abhängigkeit von der Substratposition entlang seiner Bahnkurve und der Substratdrehstellung um die Spinachse geändert, dass über den Gesamtprozess hinweg sich die gewünschte Schichtdickenverteilung auf der Substratoberfläche ergibt. Dies kann systematisch mit Hilfe eines Algorithmus durchgeführt werden, der auf einer Berechnung der zu erwartenden Schichtdicke für jede Bahnposition und Drehstellung des Substrats aufbaut.
Bei einer weiteren Variante weist die Verdampferquelle eine Abdeckung auf, die zur Variation der Beschichtungsrate zwischen einer ersten, das Beschichtungsmaterial abschattenden Stellung und einer zweiten, das Beschichtungsmaterial nicht abschattenden Stellung bewegt wird. Bei dieser Variante wird die (effektive) Beschichtungsrate kontrolliert variiert, indem das Beschichtungsquelle mit Hilfe der Abdeckung kontrolliert intermittierend ab- und wieder aufgedeckt wird. Die Abdeckung überdeckt in der ersten Stellung die Beschichtungsquelle in der Regel vollständig, so dass in der ersten Stellung kein Beschichtungsmaterial von der Beschichtungsquelle zu der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats gelangt. In der zweiten Stellung gibt die Abdeckung die Beschichtungsquelle frei, so dass das in die Gasphase übergeführte Beschichtungsmaterial zu der zu beschichtenden Oberfläche gelangen kann. Die Abdeckung kann schnell zwischen den beiden Stellungen hin- und her bewegt werden, beispielsweise indem diese schnell um eine Drehachse oder dergleichen gedreht wird. Die Abdeckung erfüllt somit die Funktion eines Zerhackers und ermöglicht eine kontrollierte Variation der Beschichtungsrate, wenn bei dem Verfahren eine Beschichtungsquelle in Form eines thermischen Verdampfers verwendet wird. Grundsätzlich könnte eine solche Abdeckung auch bei einer Beschichtungsquelle in Form einer Sputter-Quelle verwendet werden, dort ist es aber in der Regel möglich, die Beschichtungsrate auch ohne eine solche Abdeckung kontrolliert einzustellen, wie dies weiter oben beschrieben wurde.
Bei einer weiteren Variante umfasst das Verfahren: Vermessen eines (Ist-)Schichtdickenverlaufs der abgeschiedenen Schicht, Bestimmen einer Abweichung zwischen dem gemessenen Schichtdickenverlauf und einem Soll-Schichtdickenverlauf, sowie Anpassen einer Vorgabe für die Variation der Beschichtungsrate und/oder die Variation der Rotationsgeschwindigkeit bei der Bewegung des Substrats entlang der Bewegungsbahn in Abhängigkeit von der Abweichung des gemessenen Schichtdickenverlaufs von dem Soll-Schichtdickenverlauf.
Neben dem zusätzlichen Freiheitsgrad zur Erzeugung beliebiger nicht-rotationssymmetrischer Dickenverläufe der abgeschiedenen Schicht eröffnet die Freiformbeschichtung unter Verwendung der Variation der Beschichtungsrate und/oder der Rotationsgeschwindigkeit auch die Möglichkeit, sich einem gewünschten Schichtdickenverlauf mit Hilfe eines Trial-and-Error-Verfahrens anzunähern. Zu diesem Zweck werden die drei Schritte der weiter oben beschriebenen Variante, d.h. das Vermessen, das Bestimmen der Abweichung vom Soll-Schichtdickenverlauf und die Anpassung der Vorgabe der Variation der Beschichtungsrate bzw. der Rotationsgeschwindigkeit in der Regel mehrmals wiederholt, wobei mit der angepassten Vorgabe jeweils eine neue Schicht einer (Versuchs-)Beschichtung abgeschieden wird. Durch die ggf. mehrmalige Anpassung der Vorgabe(n) kann iterativ der gewünschte Soll-Schichtdickenverlauf angenähert werden, soweit die Prozessstabilität dies zulässt.
Im Gegensatz dazu ist es bei der Erzeugung einer Freiformbeschichtung unter Verwendung einer Loch- bzw. Wabenmaske in der Regel erforderlich, für jeden Abscheidungsprozess einer Schicht einer (Versuchs-)Beschichtung während des Trial-and-Error-Verfahrens eine neue, optimierte Maske anzufertigen. Für die Optimierung der Freiformbeschichtung ist bei dem weiter oben beschriebenen Verfahren hingegen nur eine steuerungstechnische Umprogrammierung der Vorgabe für die Variation der Beschichtungsrate und/oder der Rotationsgeschwindigkeit der Spinachse in Abhängigkeit von der Position des Substrats entlang der Bewegungsbahn erforderlich, was gegenüber der Anfertigung einer neuen Maske Zeit und Kosten einspart.
Zudem ist bei dem hier beschriebenen Verfahren eine Annäherung an einen beliebigen Soll-Schichtdickenverlauf so weit möglich, wie es die jeweilige Prozessstabilität zulässt, während sich bei der Verwendung neuer, optimierter Masken für die Abschattung des Substrats noch Fertigungstoleranzen in der Maskenform und der Maskenoptimierung in der Beschichtungsanlage zusätzlich limitierend auf eine Annäherung an einen gewünschten Schichtdickenverlauf auswirken.
Bei einer weiteren Variante wird das Substrat bei der Bewegung relativ zur Beschichtungsquelle entlang einer geradlinigen Bewegungsbahn verschoben. Typischerweise wird das Substrat bei der Verschiebung entlang der geradlinigen Bewegungsbahn über die Beschichtungsquelle geführt, d.h. das Substrat ist an einer Position entlang der geradlinigen Bewegungsbahn direkt oberhalb der Beschichtungsquelle angeordnet, um die Freiformbeschichtung auf die zu beschichtende Oberfläche des Substrats aufzubringen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein optisches Element für den DUV-Wellenlängenbereich, umfassend: ein Substrat, sowie eine auf das Substrat aufgebrachte reflektierende oder antireflektierende Beschichtung, die mindestens eine durch das Verfahren weiter oben beschriebene abgeschiedene Schicht aufweist.
Die (hoch-)reflektierende Beschichtung oder die antireflektierende Beschichtung kann nur eine einzige Schicht aufweisen, die beispielsweise aus einem fluoridischen Material gebildet ist, es ist aber auch möglich, dass die Beschichtung zwei oder mehr Schichten aufweist. Für den Fall, dass es sich um oxidische oder fluoridische Schichten handelt, sind diese typischerweise mit Hilfe des weiter oben beschriebenen Verfahrens aufgebracht. Falls die Beschichtung funktionelle Schichten und/oder eine Deckschicht aufweist, kann diese ebenfalls mit Hilfe des weiter oben beschriebenen Verfahrens aufgebracht werden. Es ist aber auch möglich, dass eine solche (dünne) Schicht auf andere Weise aufgebracht wird, beispielsweise durch Atomlagenabscheidung.
Bei dem optischen Element für den DUV-Wellenlängenbereich kann es sich beispielsweise um eine Linse, einen Spiegel, etc. handeln, deren zu beschichtende Oberfläche mit Hilfe der Beschichtung eine Verspiegelung oder eine Entspiegelung erhalten. Bei dem Material des Substrats kann es sich um Glas, z.B. um Quarzglas, handeln, bei dem Material des Substrats kann es sich aber auch um ein anderes Material, beispielsweise um einen ionischen Kristall, z.B. um einen CaF₂-Kristall, handeln.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine optischen Anordnung für den DUV-Wellenlängenbereich, die mindestens ein optisches Element für den DUV-Wellenlängenbereich aufweist, das wie weiter oben beschrieben ausgebildet ist. Bei der optischen Anordnung kann es sich beispielsweise um eine Projektionsbelichtungsanlage oder um eine Wafer- oder Masken-Inspektionsanlagen handeln. Wie weiter oben beschrieben wurde, können in einer derartigen optischen Anordnung sowohl transmittierende optische Elemente, z.B. in Form von Linsen oder von Planplatten, als auch reflektierende optische Elemente, z.B. in Form von Spiegeln oder dergleichen, zum Einsatz kommen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt

1a,b schematische Darstellungen einer Beschichtungsanlage mit einer Beschichtungsquelle in Form einer Sputter-Quelle zum Abscheiden einer Schicht auf eine Oberfläche eines Substrats in zwei Winkelstellungen des Substrats in Bezug auf eine Spinachse,
2a,b eine schematische Darstellung analog 1a,b, mit einer Beschichtungsquelle in Form eines thermischen Verdampfers, der zur Variation der Beschichtungsrate eine Abdeckung aufweist,
3 eine schematische Darstellung eines Trial-and-Error-Verfahrens zur Optimierung einer Vorgabe der Beschichtungsrate und/oder der Rotationsgeschwindigkeit der Rotation des Substrats um die Spinachse,
4 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung für den DUV-Wellenlängenbereich in Form einer DUV-Lithographieanlage, sowie
5 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung für den DUV-Wellenlängenbereich in Form eines Wafer-Inspektionssystems.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
1a,b zeigen eine Beschichtungsanlage 1 während des Abscheidens einer Schicht 2 auf ein Substrat 3. Die Beschichtungsanlage 1 weist eine Beschichtungsquelle 4 auf, die in 1a,b in Form eines kleinen Quadrats dargestellt ist. Bei der Beschichtungsquelle 4 handelt es sich im gezeigten Beispiel um eine Sputter-Quelle, die ein Beschichtungsmaterial M in Form eines Sputter-Targets aufweist. Das Beschichtungsmaterial M in Form des Sputter-Targets wird in der Beschichtungsquelle 4 in die Gasphase überführt, indem das Sputter-Target mit energiereichen Ionen beschossen wird. Das in die Gasphase überführte Beschichtungsmaterial M gelangt von der Beschichtungsquelle 4 zu einer zu beschichtenden Oberfläche 3a des Substrats 3 und wird auf der zu beschichtenden Oberfläche 3a in Form einer Schicht 2 abgeschieden.
Das Substrat 3 wird während des Abscheidens der Schicht 2 in der Beschichtungsanlage 1 mit Hilfe einer nicht bildlich dargestellten Bewegungseinrichtung entlang einer vorgegebenen, im gezeigten Beispiel geradlinigen Bewegungsbahn 5 verschoben, wobei die zu beschichtende Oberfläche 3a bei der Bewegung entlang der Bewegungsbahn 5 teilweise von einem Abdeckungselement 6 in Form einer Blende abgedeckt bzw. abgeschattet wird. Der Effekt der Abschattung durch das Abdeckungselement 6 ist in 1a,b durch zwei Pfeile angedeutet, die zwei Trajektorien des Beschichtungsmaterials M symbolisieren, von den die erste an dem Abdeckungselement 6 und die zweite an der zu beschichtenden Oberfläche 3a endet.
An dem in 1a,b dargestellten linken Ende der Bewegungsbahn 5 des Substrats 3 existiert aufgrund des Abdeckungselements 6 keine direkte Sichtlinie zwischen der Beschichtungsquelle 4 und der zu beschichtenden Oberfläche 3a mehr. An dem in 1a,b dargestellten rechten Ende der Bewegungsbahn 5 wird die gesamte zu beschichtende Oberfläche 3a nicht mehr von dem Abdeckungselement 6 abgeschattet. Das Substrat 3 wird bei der Abscheidung der Schicht 2 vom linken Ende der geradlinigen Bewegungsbahn 5 zum rechten Ende der der geradlinigen Bewegungsbahn 5 verschoben und überquert hierbei die Beschichtungsquelle 4, genauer gesagt eine Öffnung der Beschichtungsquelle 4, aus der das Beschichtungsmaterial M austritt. Die Translationsbewegung des Substrats 3 erfolgt mit einer TranslationsGeschwindigkeit v(t), die bei der Bewegung entlang der Bewegungsbahn 5 konstant gehalten oder variiert werden kann.
Zusätzlich zu der Translationsbewegung der Substrats 3 relativ zur Beschichtungsquelle 4 entlang der geradlinigen Bewegungsbahn 5 rotiert das Substrat 3 bei der Bewegung entlang der Bewegungsbahn 5 auch um eine Spinachse 7 des Substrats 3. Im gezeigten Beispiel, bei dem die zu beschichtende Oberfläche 3a des Substrats 3 rotationssymmetrisch zur Spinachse 7 ist, kann bei einer Rotation des Substrats 3 mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit ω(t) während der gesamten Bewegung des Substrats 3 entlang der Bewegungsbahn 5 ein rotationssymmetrischer Schichtdickenverlauf der auf die zu beschichtende Oberfläche 3a aufgebrachten Schicht 2 erzeugt werden. Für den Fall, dass auch eine Beschichtungsrate R_B des aus der Beschichtungsquelle 4 austretenden Beschichtungsmaterials M konstant gehalten wird, ist die Dicke bzw. der Schichtdickenverlauf d(r,φ) der Schicht 2 in azimutaler Richtung entlang der zu beschichtenden Oberfläche 3a konstant, d.h. die Dicke d(r, φ) hängt nicht vom Azimutalwinkel φ sondern nur vom Abstand r zur Spinachse 7 ab.
1a zeigt eine Momentaufnahme des Abscheidungsprozesses zu einem ersten Zeitpunkt t₁, 1b zeigt eine Momentaufnahme des Abscheidungsprozesses zu einem zweiten, späteren Zeitpunkt t₂. Zwischen den beiden in 1a und in 1b gezeigten Zeitpunkten t₁, t₂ wurde das Substrat 3 um 180° um die Spinachse 7 gedreht, so dass ein erster und zweiter Punkt P1, P2 an der zu beschichtenden Oberfläche 3a, die denselben radialen Abstand zur Spinachse 7 aufweisen und die einander diametral gegenüberliegen, vertauscht sind.
Wie in 1b zu erkennen ist, ist die Dicke d(r, φ) der abgeschiedenen Schicht 2 am Punkt P1 größer als am Punkt P2, d.h. die aufgebrachte Schicht 2 weist eine nicht-rotationssymmetrische Schichtdickenverteilung d(r, φ) auf. Eine solche nicht-rotationssymmetrische Schichtdickenverteilung d(r, φ) kann erzeugt werden, indem die Rotationsgeschwindigkeit ω(1) des Substrats 3 um die Spinachse 7 und/oder die Beschichtungsrate R_B bei der Bewegung des Substrats 3 entlang der geradlinigen Bewegungsbahn variiert werden. Beispielsweise kann zu diesem Zweck die Rotationsgeschwindigkeit ω(t₂) zum zweiten Zeitpunkt t₂ kleiner gewählt werden als die Rotationsgeschwindigkeit ω(t₁) zum ersten Zeitpunkt t₁, so dass mehr Beschichtungsmaterial M an dem ersten Punkt P1 der zu beschichtenden Oberfläche 3a abgeschieden wird und entsprechend die lokale Dicke der Schicht 2 an dem ersten Punkt P1 zunimmt, wie dies in 1b angedeutet ist.
Alternativ oder zusätzlich kann die Beschichtungsrate R_B(t) bei der Bewegung entlang der Bewegungsbahn 5 variiert werden, beispielsweise kann die Beschichtungsrate R_B(t₁) zu dem ersten Zeitpunkt t₁ kleiner gewählt werden als die Beschichtungsrate R_B(t₂) zu dem zweiten Zeitpunkt t₂, wodurch ebenfalls die Dicke der Schicht 2 an dem ersten Punkt P1 der zu beschichtenden Oberfläche 3a gegenüber der Dicke der Schicht 2 an dem zweiten Punkt P2 zunimmt, wie dies in 1b angedeutet ist.
Bei dem Beschichtungsmaterial M, das auf die zu beschichtende Oberfläche 3a des Substrats 3 aufgebracht wird, handelt es sich bei dem in 1a,b gezeigten Beispiel um ein oxidisches oder um ein fluoridisches Material. Oxide bzw. Fluoride werden es für die Herstellung von reflektierenden oder antireflektierenden Beschichtungen für optische Elemente zum Betrieb bei Wellenlängen im DUV-Wellenlängenbereich verwendet, wie sie weiter unten in Zusammenhang mit 4 und 5 beschrieben werden.
Um ein solches oxidisches oder fluoridisches Material auf der zu beschichtenden Oberfläche 3a des Substrats 3 abzuscheiden, wird bei dem in 1a gezeigten Beispiel ein reaktives DC-Sputterverfahren in einer Sauerstoff-Gasatmosphäre 8 (oder alternativ in einer Fluor-Gasatmosphäre) in der Beschichtungsanlage 1 durchgeführt. Bei dem Beschichtungsmaterial M handelt es sich in diesem Fall um ein elektrisch leitfähiges Sputter-Target, z.B. um Si, Al, Hf oder um Ti. Das Material des Sputter-Targets wird in der Regel mit Hilfe von Edelgas-Ionen, die durch ein an dem Sputter-Target angelegtes elektrisches Potential aus einem Plasma heraus auf die Targetoberfläche beschleunigt werden, abgetragen und in die Gasphase überführt. Das aus der Beschichtungsquelle 4 austretende, gasförmige Beschichtungsmaterial M reagiert in diesem Fall mit dem Sauerstoff in der Sauerstoff-Gasatmosphäre 8 und bildet ein entsprechendes oxidisches Material, z.B. SiO₂, Al₂O₃, HfO₂ oder TiO₂, das sich auf der zu beschichtenden Oberfläche 3a des Substrats 3 abscheidet. Für die Abscheidung von Schichten 2 aus im DUV-Wellenlängenbereich im Wesentlichen absorptionsfreien fluoridischen Materialien wie MgF₂ oder LaF₃ werden die entsprechenden Sputter-Targets aus Mg oder La als Beschichtungsmaterial M in der Beschichtungsquelle 4 bereitgestellt und in der weiter oben beschriebenen Fluor-Gasatmosphäre 8 in der Beschichtungsanlage 1 in das entsprechende fluoridische Material MgF₂, LaF₂ überführt, das sich auf der zu beschichtenden Oberfläche 3a abscheidet.
Alternativ zur Verwendung von elektrisch leitfähigen Sputter-Targets können in der Beschichtungsquelle 1 elektrisch isolierende Sputter-Targets als Beschichtungsmaterial M verwendet werden. In diesem Fall ist die Beschichtungsquelle 4 ausgebildet, ein gepulstes Sputter-Verfahren, ein Hochfrequenz-Sputterverfahren oder ein lonenstrahl-Sputterverfahren, wobei der Ionenstrahl durch eine eigene nicht bildlich dargestellte Ionenstrahlquelle erzeugt wird, durchzuführen. Bei dem Beschichtungsmaterial M kann es sich beispielsweise um keramische Sputter-Targets z.B. in Form von SiO₂, Al₂O₃, HfO₂ oder TiO₂ handeln.
2a,b zeigt eine Beschichtungsanlage 1, die analog zu der in 1 a,b dargestellten Beschichtungsanlage 1 ausgebildet ist. Die in 2a,b gezeigte Beschichtungsanlage 1 unterscheidet sich von der in 1a,b gezeigten Beschichtungsanlage 1 im Wesentlichen dadurch, dass es sich bei der Beschichtungsquelle 4' um eine thermische Verdampferquelle handelt und nicht wie in 1a,b um eine Sputter-Quelle 4.
Bei der Beschichtungsquelle 4' in Form der thermischen Verdampferquelle wird das Beschichtungsmaterial M durch thermisches Verdampfen in die Gasphase übergeführt. Die Beschichtungsquelle 4` kann zu diesem Zweck beispielsweise einen Elektronenstrahl-Verdampfer oder eine elektrische Widerstandsheizung aufweisen. Bei thermischen Verdampfungsprozessen ist eine kontrollierte Variation der Beschichtungsrate R_B stark limitiert, da das thermische Rauschen der Verdampfungsrate und die Trägheit der Verdampfungsrate bei Änderungen der Verdampfungsleistung um ein Vielfaches höher ist als dies bei der Abtragsrate des Sputter-Targets von Sputter-Prozessen der Fall ist.
Zum Erzeugen einer Freiformbeschichtung mit einer in azimutaler Richtung φ variierenden Schichtdicke d(r, φ) der abgeschiedenen Schicht 2 ist es daher grundsätzlich günstig, wenn die Beschichtungsrate R_B bzw. die Verdampfungsrate der Beschichtungsquelle 4 möglichst konstant gehalten wird und zur Erzeugung einer Schicht 2 mit einem nicht-rotationssymmetrischen Dickenprofil d(r φ) die Rotationsgeschwindigkeit ω(t) des Substrats 3 während der Bewegung des Substrats 3 entlang der geradlinigen Bewegungsbahn 5 variiert wird.
Unter einer im Wesentlichen konstanten Beschichtungsrate R_B wird verstanden, dass die Beschichtungsrate R_B(t) bei der Bewegung des Substrats 3 entlang der Bewegungsbahn 5 um nicht mehr als 10% von einer mittleren Beschichtungsrate R_B,M bei der Bewegung des Substrats 3 entlang der Bewegungsbahn 5 abweicht, d.h. es gilt: 0,9 R_B,M < R_B(t) < 1,1 R_B,M . Die mittlere Beschichtungsrate R_B,M kann mittels eines oder mehrerer ortsfester Sensoren bestimmt und geregelt werden.
Zusätzlich ist es günstig, wenn mittlere Beschichtungsraten R_B,M in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen mit einer Zeitdauer τ, die um einen Faktor 50 bis 500 kleiner ist als eine Periodendauer T der Rotation des Substrats 3 um die Spinachse 7, um nicht mehr als 10% voneinander abweichen. Die typische Dauer für eine Umdrehung des Substrats 3 liegt bei 1s bis 10s, so dass die statistischen Schwankungen der Verdampfungs- bzw. Beschichtungsrate R_B sich in 10ms bis 100ms Zeitintervallen bezüglich ihrer Mittelwerte, d.h. der mittleren Beschichtungsrate R_B,M, nicht signifikant voneinander unterscheiden sollten, da ansonsten eine systematische Drift der Verdampfungs- bzw. Beschichtungsrate R_B vorliegt, die den am Ende des Beschichtungsprozess resultierenden Schichtdickenverlauf unerwünscht beeinflusst. Eine ungewünschte Beeinflussung kann typischerweise vermieden werden, wenn die mittlere Beschichtungsrate R_B,M in jeweils zwei aufeinanderfolgenden Zeitintervallen mit der oben angegebenen Zeitdauer um nicht mehr als 10% voneinander abweicht. Um die oben genannte Bedingung zu erfüllen, kann die Periodendauer T der Rotation des Substrats 3 geeignet vorgegeben oder ggf. während des Beschichtungsprozesses eingestellt werden. Die mittlere Beschichtungsrate R_B,M bzw. deren Schwankung kann beispielsweise mit Hilfe der weiter oben beschriebenen Sensoren gemessen werden.
Um trotz der weiter oben beschriebenen Problematik der nicht ausreichend kontrollierbaren Verdampfungsrate die Beschichtungsrate R_B, d.h. die Rate, mit der die Beschichtungsquelle 4' das Beschichtungsmaterial M abgibt, kontrolliert zu verändern, weist die in 2a,b gezeigte Beschichtungsquelle 4' eine Abdeckung 9 auf. Die in 2a,b gezeigte Abdeckung 9 kann zur Variation der Beschichtungsrate R_B zwischen einer ersten, in 2a dargestellten Stellung S1, in der die Abdeckung 9 die Öffnung der Beschichtungsquelle 4' und somit das in der Beschichtungsquelle 4' befindliche Beschichtungsmaterial M vollständig abschattet, so dass dieses nicht mehr zu der zu beschichtenden Oberfläche 3a gelangen kann, und einer in 2b dargestellten zweiten Stellung S2 bewegt werden, in der die Abdeckung 9 das Beschichtungsmaterial M nicht abschattet, so dass dieses ungehindert aus der Beschichtungsquelle 4' austreten und zu der zu beschichtenden Oberfläche 3a bzw. zu dem Abdeckungselemente 6 gelangen kann, welches die zu beschichtende Oberfläche 3a teilweise abschattet.
Bei dem in 2a,b gezeigten Beispiel wird die Abdeckung 9 schnell um eine Drehachse gedreht, die seitlich neben der Beschichtungsquelle 4' angeordnet ist, es ist aber auch möglich, die Abdeckung 9 auf andere Weise schnell zwischen der ersten Stellung S1 und der zweiten Stellung S2 hin- und her zu bewegen. Anders als dies in 2a dargestellt ist, kann die Abdeckung 9 ggf. die Beschichtungsquelle 4' in der ersten Stellung S1 nicht vollständig abdecken bzw. abschatten, so dass ein Teil des in die Gasphase übergeführten Beschichtungsmaterials M auch in der ersten Stellung S1 zur zu beschichtenden Oberfläche 3a gelangen kann.
Mit Hilfe der Abdeckung 9 lässt sich die Beschichtungsrate R_B der Beschichtungsquelle 4' in Form des thermischen Verdampfers kontrolliert variieren, so dass auch in diesem Fall durch die Variation der Beschichtungsrate R_B eine zusätzlicher, gut kontrollierbarer Freiheitsgrad bei der Abscheidung besteht, der eine Freiformbeschichtung, d.h. eine Beschichtung mit einem beliebigen, nicht-rotationssymmetrischen Dickenverlauf d(r, φ) der abgeschiedenen Schicht 2 ermöglicht.
Ein weiterer Vorteil einer Freiformbeschichtung, die auf die weiter oben beschriebene Weise, d.h. durch eine kontrollierte Variation der Beschichtungsrate R_B und/oder der Rotationsgeschwindigkeit w(t) der Rotation des Substrats 3 um die Spinachse 7, durchgeführt wird, besteht darin, dass dies eine zeit- und kostensparende Möglichkeit darstellt, um einen Soll-Schichtdickenverlauf ds(r, φ) der abgeschiedenen Schicht 2 mit Hilfe eines Trial-and-Error-Verfahrens anzunähern, wie dies nachfolgend anhand von 3 illustriert wird.
Bei dem Trial-and-Error-Verfahren wird in einem ersten Schritt als VersuchsBeschichtung eine Schicht 2 auf das Substrat 3 aufgebracht, wie dies weiter oben in Zusammenhang mit 1a,b und mit 2a,b beschrieben ist. Beim Abscheiden der Schicht 2 wird eine Variation der Beschichtungsrate R_B(t) und/oder der Rotationsgeschwindigkeit ω(1) um die Spinachse 7 bei der Bewegung des Substrats 3 entlang der Bahnkurve 5 vorgegeben, welche eine Soll-Schichtdickenverteilung ds(r, φ) der abgeschiedenen Schicht 2 erzeugen soll, bei der es sich typischerweise um eine Freiformbeschichtung handelt.
In einem nachfolgenden Schritt wird der (Ist-)Schichtdickenverlauf d(r,φ) der abgeschiedenen Schicht 2 vermessen. Die Vermessung des Schichtdickenverlaufs d(r,φ) der Schicht 2 kann beispielsweise durch ein interferometrisches Messverfahren oder auf andere Weise erfolgen. In einem nachfolgenden Schritt wird eine Abweichung Δd(r, φ) von dem vorgegeben Soll-Schichtdickenverlauf d_s(r,φ) bestimmt. Bei der Abweichung Δd(r, φ) kann es sich beispielsweise um die Differenz zwischen dem gemessenen (Ist-)Schichtdickenverlauf d(r, φ) und dem Soll-Schichtdickenverlauf d_s(r,φ) der abgeschiedenen Schicht 2 handeln, d.h. Δd(r, φ) = d(r, φ) - d_s(r,φ).
In Abhängigkeit von der gemessenen Abweichung Δd(r, φ) wird in einem nachfolgenden Schritt eine neue, verbesserte Vorgabe für den zeitlichen Verlauf der Variation der Beschichtungsrate R_B(t) und/oder der Variation der Rotationsgeschwindigkeit ω(t) bei der Bewegung des Substrats 3 entlang der Bewegungsbahn 5 berechnet. Der neue zeitliche Verlauf der Variation der Beschichtungsrate R_B(t) bzw. der Variation der Rotationsgeschwindigkeit ω(t) des Substrats 3 wird in der Beschichtungsanlage 1 programmiert bzw. in der in diese integrierten Steuerung als neue Vorgabe hinterlegt. Die weiter oben beschriebenen Schritte können ein- oder mehrmals an weiteren Versuchsbeschichtungen wiederholt werden, bei der ein- oder mehrmals eine Schicht 2 auf dasselbe Substrat 3 (nach dem Entfernen der Schicht 2) oder auf ein identisch geformtes Substrat 3 aufgebracht wird, bis die Ist-Schichtdickenverteilung d(r, φ) so weit an die Soll-Schichtdickenverteilung ds(r,ep) angepasst ist, wie die Prozessstabilität dies zulässt.
Im Gegensatz dazu ist es bei einer Freiformbeschichtung, die auf einer optimierten Form einer Loch- oder Waben-Maske beruht, erforderlich, für jede Versuchsbeschichtung zunächst eine optimierte Form der Abschattungsmaske zu berechnen und nachfolgend eine solche Abschattungsmaske zu fertigen und zu positionieren, was eine hohe Fertigungsdauer, hohen Fertigungskosten und hohen Fertigungstoleranzen zur Folge hat (vgl. 3). Bei der Verwendung neuer, optimierter Masken für die Abschattung des Substrats 1 wirken sich Fertigungstoleranzen in der Maskenform und der Maskenoptimierung in der Beschichtungsanlage 1 zusätzlich limitierend auf eine Annäherung an den Soll-Schichtdickenverlauf ds(r, φ) aus.
Wie weiter oben beschrieben wurde, bildet die abgeschiedene Schicht 2 einen Teil einer reflektierenden oder antireflektierenden Beschichtung B für den DUV-Wellenlängenbereich oder die abgeschiedene Schicht 2 bildet selbst eine solche reflektierende oder antireflektierende Beschichtung B. Für den Fall, dass die Beschichtung B mehrere Schichten 2 aufweist, dienen diese typischerweise zur Verstärkung der reflektierenden oder antireflektierenden Wirkung auf der Grundlage von Interferenzeffekten. Das mit der Beschichtung B beschichtete Substrat 3 bildet ein optisches Element, das in optischen Anordnungen für den DUV-Wellenlängenbereich eingesetzt werden kann. Bei diesen optischen Anordnungen kann es sich beispielsweise bei den nachfolgend in 4 und in 5 beschriebenen optischen Anordnungen handeln.
4 zeigt eine optische Anordnung für den DUV-Wellenlängenbereich in Form einer DUV-Lithographieanlage 21. Die DUV-Lithographieanlage 21 umfasst zwei optische Systeme, nämlich ein Beleuchtungssystem 22 und ein Projektionssystem 23. Die DUV-Lithographieanlage 21 weist außerdem eine Strahlungsquelle 24 auf, bei der es sich beispielsweise um einen Excimer-Laser handeln kann.
Die von der Strahlungsquelle 24 emittierte Strahlung 25 wird mit Hilfe des Beleuchtungssystems 22 so aufbereitet, dass damit eine Maske 26, auch Retikel genannt, ausgeleuchtet wird. In dem gezeigten Beispiel weist das Beleuchtungssystem 22 ein Gehäuse 32 auf, in dem sowohl transmittierende als auch reflektierende optische Elemente angeordnet sind. Stellvertretend sind ein transmittierendes optisches Element 27, welches die Strahlung 25 bündelt, sowie ein reflektierendes optisches Element 28, welches die Strahlung umlenkt, dargestellt.
Die Maske 26 weist auf ihrer Oberfläche eine Struktur auf, die auf ein zu belichtendes optisches Element 29, beispielsweise einen Wafer, zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, mithilfe des Projektionssystems 23 übertragen wird. Im gezeigten Beispiel ist die Maske 26 als transmittierendes optisches Element ausgebildet. In alternativen Ausführungen kann die Maske 26 auch als reflektierendes optisches Element ausgebildet sein.
Das Projektionssystem 22 weist im dargestellten Beispiel mindestens ein transmittierendes optisches Element auf. Im gezeigten Beispiel sind stellvertretend zwei transmittierende optische Elemente 30, 31 dargestellt, die beispielsweise dazu dienen, die Strukturen auf der Maske 26 auf die für die Belichtung des Wafers 29 gewünschte Größe zu verkleinern.
Sowohl im Beleuchtungssystem 22 als auch im Projektionssystem 23 können verschiedenste transmittierende, reflektierende oder sonstige optische Elemente in beliebiger, auch komplexerer Weise miteinander kombiniert werden. Auch optische Anordnungen ohne transmissive optische Elemente können für die DUV-Lithographie eingesetzt werden.
5 zeigt eine optische Anordnung für den DUV-Wellenlängenbereich in Form eines Wafer-Inspektionssystems 41, es kann sich aber auch um ein Masken-Inspektionssystem handeln. Das Wafer-Inspektionssystem 41 weist ein optisches System 42 mit einer Strahlungsquelle 54 auf, deren Strahlung 55 mittels des optischen Systems 42 auf einen Wafer 49 gelenkt wird. Zu diesem Zweck wird die Strahlung 55 von einem konkaven Spiegel 46 auf den Wafer 49 reflektiert. Bei einem Masken-Inspektionssystem könnte man anstelle des Wafers 49 eine zu untersuchende Maske anordnen. Die vom Wafer 49 reflektierte, gebeugte und/oder gebrochene Strahlung wird von einem ebenfalls zu dem optischen System 42 gehörigen weiteren konkaven Spiegel 48 über ein transmittierendes optisches Element 47 auf einen Detektor 50 zur weiteren Auswertung geleitet. Das Wafer-Inspektionssystem 41 weist außerdem ein Gehäuse 52 auf, in dem die beiden Spiegel 46, 48 sowie das transmissive optische Element 47 angeordnet sind. Bei der Strahlungsquelle 54 kann es sich beispielsweise um genau eine Strahlungsquelle oder um eine Zusammenstellung von mehreren einzelnen Strahlungsquellen handeln, um ein im Wesentlichen kontinuierliches Strahlungsspektrum zur Verfügung zu stellen. In Abwandlungen kann auch eine oder es können mehrere schmalbandige Strahlungsquellen 54 eingesetzt werden.
Mindestens eines der optischen Elemente 27, 28, 30, 31 der in 5 gezeigten DUV-Lithographieanlage 21 und mindestens eines der optischen Elemente 46, 47, 48 des in 6 gezeigten Wafer-Inspektionssystems 41 sind dabei wie weiter oben beschrieben ausgebildet. Deren Beschichtungen B weisen also mindestens eine Schicht 2, beispielsweise ein Fluorid oder ein Oxid, auf, die mit Hilfe des weiter oben beschriebenen Verfahrens abgeschieden wurde.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19811873 A1 [0003]
WO 03093529 A2 [0005]
JP 2006183093 A2 [0005]
US 20040052942 A1 [0005]
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DE 102021215359 A1 [0016, 0017]

Claims

Verfahren zum Abscheiden mindestens einer Schicht (2) einer Strahlung im DUV-Wellenlängenbereich reflektierenden oder antireflektierenden Beschichtung (B) auf eine zu beschichtende Oberfläche (3a) eines Substrats (3) für ein optisches Element (27, 28, 30, 31; 46, 47, 48) für den DUV-Wellenlängenbereich, umfassend: Überführen eines Beschichtungsmaterials (M) in die Gasphase in einer Beschichtungsquelle (4, 4`), Bewegen des Substrats (3) relativ zur Beschichtungsquelle (4, 4`) entlang einer vorgegebenen Bewegungsbahn (5), wobei das Substrat (3) bei der Bewegung entlang der Bewegungsbahn (5) um eine Spinachse (7) rotiert und wobei zwischen der Beschichtungsquelle (4, 4`) und der zu beschichtenden Oberfläche (3a) ein Abdeckungselement (6) angeordnet ist, das die zu beschichtende Oberfläche (3a) bei der Bewegung des Substrats (5) entlang der Bewegungsbahn (5) zumindest teilweise abdeckt, gekennzeichnet durch Variieren einer Beschichtungsrate (R_B) und/oder einer Rotationsgeschwindigkeit (ω(t)) der Spinachse (7) des Substrats (3) während der Bewegung des Substrats (3) entlang der Bewegungsbahn (5).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Beschichtungsmaterial (M), das auf der zu beschichtenden Oberfläche (3a) abgeschieden wird, ein oxidisches Beschichtungsmaterial oder ein fluoridisches Beschichtungsmaterial ist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Beschichtungsmaterial (M) in der Beschichtungsquelle (4) ein elektrisch isolierendes, bevorzugt keramisches Sputter-Target bildet.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Beschichtungsmaterial (M) in der Beschichtungsquelle (4) ein elektrisch leitfähiges, bevorzugt metallisches Sputter-Target bildet und bei dem die Abscheidung der Schicht (3) in einer Sauerstoff-Gasatmosphäre (8) oder in einer Fluor-Gasatmosphäre durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Beschichtungsmaterial (M) in der Beschichtungsquelle (4`) durch thermisches Verdampfen in die Gasphase übergeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Beschichtungsrate (R_B) bei der Bewegung des Substrats (3) entlang der Bewegungsbahn (5) um nicht mehr als 10% von einer mittleren Beschichtungsrate (R_B,M) abweicht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mittlere Beschichtungsraten (R_B,M) in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen mit einer Zeitdauer (τ), die um einen Faktor 50 bis 500 kleiner ist als eine Periodendauer (T) der Rotation des Substrats (3) um die Spinachse (7), um nicht mehr als 10% voneinander abweichen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die Beschichtungsquelle (4`) eine Abdeckung (9) aufweist, die zur Variation der Beschichtungsrate (R_B) zwischen einer ersten, das Beschichtungsmaterial (M) abschattenden Stellung (S1) und einer zweiten, das Beschichtungsmaterial (M) nicht abschattenden Stellung (S2) bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: Vermessen eines Schichtdickenverlaufs (d(r,cp)) der abgeschiedenen Schicht (2), Bestimmen einer Abweichung (Δd(r,φ)) zwischen dem gemessenen Schichtdickenverlauf (d(r,cp)) und einem Soll-Schichtdickenverlauf (d_s(r,φ)), Anpassen einer Vorgabe für die Variation der Beschichtungsrate (R_B(t)) und/oder die Variation der Rotationsgeschwindigkeit (ω(t)) bei der Bewegung des Substrats (3) entlang der Bewegungsbahn (5) in Abhängigkeit von der Abweichung des gemessenen Schichtdickenverlaufs (d(r,φ))) von dem Soll-Schichtdickenverlauf (d_s(r,φ)),).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Substrat (3) bei der Bewegung relativ zur Beschichtungsquelle (4, 4`) entlang einer geradlinigen Bewegungsbahn (5) verschoben wird.
Optisches Element (27, 28, 30, 31; 46, 47, 48) für den DUV-Wellenlängenbereich, umfassend: ein Substrat (3), sowie eine auf das Substrat (3) aufgebrachte reflektierende oder antireflektierende Beschichtung (B), die mindestens eine durch das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche abgeschiedene Schicht (2) aufweist.
Optische Anordnung (21, 41) für den DUV-Wellenlängenbereich, umfassend: mindestens ein optisches Element (27, 28, 30, 31; 46, 47, 48) nach Anspruch 11.