DE102022206465A1

DE102022206465A1 - Entspiegelung von optischen elementen für lithographiesysteme über einen grossen lichteinfallswinkelbereich mittels einer nanostrukturierung der oberfläche

Info

Publication number: DE102022206465A1
Application number: DE102022206465.8A
Authority: DE
Inventors: Stephan Six
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2022-06-27
Filing date: 2022-06-27
Publication date: 2023-06-29

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eine optischen Elements sowie ein entsprechendes optisches Element mit einer Antireflexionsoberfläche (1), das über der Antireflexionsoberfläche (1) verteilt periodisch angeordnete Erhebungen (3) und Vertiefungen (4) aufweist, wobei jede Erhebung (3) eine Basis (6) an einer Substratseite der Erhebung (3) und eine gegenüber liegende Spitze (5) aufweist, die durch eine Mantelfläche (8,9) verbunden sind, die jede Erhebung (3) seitlich begrenzt, wobei die Erhebungen (3) jeweils eine spitz zulaufende Form aufweisen und die Mantelfläche (8,9) eine zur Spitze (5) zunehmende Steigung gegenüber der Basis (6) aufweist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Element, wie beispielsweise eine optische Linse für eine optische Anlage für die Mikrolithographie, wobei das optische Element mit einer strukturierten Antireflexionsoberfläche zur Entspiegelung des optischen Elements versehen ist, um Reflexionsverluste zu verringern. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements mit einer entsprechenden Antireflexionsoberfläche und eine optische Anlage für die Mikrolithographie, insbesondere Projektionsbelichtungsanlage oder Maskeninspektionseinrichtung, mit einem entsprechenden optischen Element.
STAND DER TECHNIK
Bei optischen Elementen, wie optischen Linsen, kann es an der Oberfläche des optisch wirksamen genutzten Bereichs aufgrund der unterschiedlichen Medien an der Grenzfläche zur Reflexion von elektromagnetischer Strahlung kommen, die als Verlust der nutzbaren Strahlung unerwünscht ist. Entsprechend ist es bekannt für optische Elemente Grenzschichten durch Bereitstellung von Antireflexionsoberflächen zu entspiegeln, um entsprechende Reflexionsverluste zu vermeiden. Dabei soll die Antireflexionsoberfläche möglichst für elektromagnetische Strahlung bzw. Licht mit einem großen Wellenlängenspektrum und / oder in einem großen Bereich unterschiedlicher Einfallswinkel der elektromagnetischen Strahlung bzw. des Lichts wirksam sein.
Aus dem Stand der Technik ist es beispielsweise bekannt, auf optischen Elementen, wie optischen Linsen, sogenannte Antireflexionsschichten aufzubringen, die aus einer Vielzahl von abwechselnd angeordneten Teilschichten aus Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes bestehen. Allerdings können derartige sogenannte Multi - Layer - Schichten, die alternierend Teilschichten mit höherem und niedrigerem Brechungsindex aufweisen, zu Absorptionsverlusten in der Vielzahl der Schichten führen, was bei optischen Linsen zu einer lokal unterschiedlichen Linsenerwärmung beitragen kann, welche wiederum Wellenfront - Aberrationen beim durch die Linse tretenden Arbeitslicht zur Folge haben können, sodass Abbildungsfehler auftreten können. Darüber hinaus kann eine zufriedenstellende Entspiegelungswirkung bei hohen Lichteinfallswinkeln über 40° nur mit sehr vielen Teilschichten, beispielsweise mehr als 10 Teilschichten, erreicht werden, was wiederum zu einer hohen Absorption durch die Antireflexionsschicht führen kann. Eine große Anzahl von Teilschichten der Antireflexionsschicht bzw. eine dadurch bedingte große Dicke der Antireflexionsschicht kann zudem zu inneren Spannungen in der Antireflexionsschicht und deren Grenzfläche führen, was zu Schichtrissen und Schichtablösungen führen kann. Außerdem ist die Herstellung von derartigen Multi - Layer - Schichten sehr aufwändig, da komplexe Vakuumbeschichtungsverfahren mit langen Prozesszeiten und hohen Anlagekosten eingesetzt werden müssen. Bei stark gekrümmten Linsen führt zudem der notwendige Einsatz von Blendentechnologie bei der Vakuumbeschichtung zu einem hohen Aufwand, um den Schichtdickenabfall zum Linsenrand auszugleichen und über die gesamte Linsenoberfläche eine gleichbleibend hohe Entspiegelungswirkung bei der entsprechenden Arbeitslichtwellenlänge zu gewährleisten. Bei Linsen mit kleinem Durchmesser kann selbst die Verwendung von Blenden bei der Vakuumbeschichtung den Schichtdickenabfall zum Linsenrand nur noch ungenügend vermeiden.
Entsprechend ist im Stand der Technik als weitere Möglichkeit zur Entspiegelung von optischen Elementen bzw. zum Vorsehen von Antireflexionsoberflächen vorgeschlagen worden, durch eine Mikro - oder Nanostrukturierung der Oberfläche eine Antireflexionswirkung zu erzielen. Entsprechend strukturierte Oberflächen weisen eine Strukturierung in der Größenordnung der Wellenlänge der auf diese Strukturierung treffenden elektromagnetischen Strahlung oder darunter auf. Bei derartigen Oberflächenstrukturen spricht man auch von sub - lambda - Strukturen. Durch solche sub - lambda - Strukturen kann ein Gradientenübergang zwischen den Brechungsindizes der beiden die Grenzfläche bildenden Medien geschaffen werden.
Es ist bekannt, dass eine Oberflächenstruktur mit im Wesentlichen gleichmäßig periodisch angeordneten Erhebungen bzw. Vertiefungen mit einer lateralen Periodizität eine Antireflexionswirkung aufweist, wenn die periodisch angeordneten Erhebungen bzw. Vertiefungen mit einer lateralen Periode bzw. Strukturbreite vorliegen, die kleiner ist als die Wellenlänge, insbesondere kleiner ist als die halbe Wellenlänge, der auf die Oberflächenstruktur treffenden elektromagnetischen Strahlung. Ein optisches Element mit einer solchen Oberflächenstruktur kann den nutzbaren Anteil von Licht, welches in einem bestimmten Winkel auf das optische Element auftrifft, deutlich vergrößern, weil die Reflexion für Licht deutlich verringert wird. Für sichtbares Licht bewegt sich die geforderte laterale Periodizität der Erhebungen und Vertiefungen im Bereich von unter 300 nm, während bei ultraviolettem Licht die laterale Periode kleiner 120 nm sein sollte.
Bekannte Verfahren zur Erzeugung einer derartigen Antireflexionsoberfläche auf einem optischen Element sind beispielsweise die optische Lithographie, die Elektronenstrahl - oder Ionenstrahllithographie, die Interferenzlithographie oder auch Nano - Imprinting - Methoden. Auch auf Sol - Gel - Techniken beruhende Tauch - oder Sprühbeschichtungsverfahren können eingesetzt werden.
Die internationale Patentanmeldung WO 2008/116616 A1 beschreibt ein Verfahren zur Strukturierung einer Oberfläche eines optischen Elements mithilfe von kugelförmigen, mizellenartigen Polymereinheiten, die sich in einem Selbst - Organisations - Prozess in einer im Wesentlichen regelmäßigen Anordnung in einer Schicht ausbilden können, um so die Mikro - oder Nanostrukturen zu bilden. Die Polymereinheiten können zusätzlich mit einer Metallverbindung oder mit einem Metall - Cluster oder einem Metalloxid - Cluster beladen werden, wobei hierfür insbesondere Gold - oder Silberverbindungen in Betracht kommen. Die Polymereinheiten können anschließend auch entfernt werden, sodass ein periodisch, regelmäßig angeordnetes Metall - Cluster und/oder Metalloxid - Cluster auf der Oberfläche des optischen Elements zurückbleibt, um die gewünschten Mikro - oder Nanostrukturen bereitzustellen. Weiterhin ist es möglich die aufgebrachten Metall - und / oder Metalloxid - Strukturen als Ätzmaske zu verwenden, sodass eine entsprechende Mikro - oder Nanostruktur in die Oberfläche des optischen Elements geätzt werden kann.
Ein ähnliches Verfahren wie im Dokument WO 2008/116616 A1 wird auch in der internationalen Patentanmeldungsveröffentlichung WO 2013/113328 A1 beschrieben. Bei dem dort beschriebenen Verfahren werden metallische Nano - Partikel, die beispielsweise aus Gold oder Silber sind, mit einer Polymerhülle versehen und auf einer zu strukturierenden Oberfläche durch Tauch - oder Spraybeschichtung abgeschieden und getrocknet. Anschließend können die abgeschiedenen Partikel als Ätzmaske für eine Ätzstrukturierung eingesetzt werden.
Ein entsprechendes Verfahren ist in den 8a, b und c gezeigt. Die 8a zeigt einen äußeren Teilbereich einer optischen Linse, der als Linsensubstrat 2 bezeichnet wird. Auf dem Linsensubstrat 2 sind eine Vielzahl von Nanopartikeln 16 aus Gold mit einer organischen Umhüllung bzw. einer Polymer - Umhüllung abgeschieden, wobei die Nanopartikel Durchmesser von einigen 10 nm aufweisen. Die organische Umhüllung sorgt dafür, dass sich die Nanopartikel 16 in einem Selbst - Organisations - Prozess in einem gleichmäßigen Muster auf der Oberfläche anordnen. Die Nanopartikel 16 aus Gold mit organischer Umhüllung werden als Ätzmaske für einen Ätzprozess verwendet, bei dem die Nanopartikel 16 aus Gold selbst und die darunter liegenden Bereiche des Linsensubstrats 2 durch das Ätzmittel nicht angegriffen werden, wobei beispielsweise ein Plasma - Ätzprozess mit einem entsprechenden Ätzgas oder reaktives Ionenätzen eingesetzt werden kann. Allerdings sind auch flüssige Ätzmittel oder andere Ätzverfahren denkbar.
Die 8b zeigt das Ergebnis eines Ätzprozesses, wobei die Einwirkung des Ätzmittels durch die entsprechenden Pfeile dargestellt ist. Durch das Ätzen wird entweder zunächst die organische Umhüllung der Nanopartikel 16 aus Gold entfernt und anschließend das Linsensubstrat 2 geätzt oder das Entfernen der organischen Umhüllung erfolgt gleichzeitig mit dem Ätzen des Linsensubstrats 2 in den Zwischenräumen zwischen den Nanopartikeln 16, wobei das Linsensubstrat 2 beispielsweise ein Glassubstrat sein kann. Durch das Ätzen des Linsensubstrats 2 werden durch Materialabtrag Vertiefungen 4 ausgebildet, wie insbesondere auch in der 8c zu erkennen ist.
Die 8c zeigt die fertig hergestellte Antireflexionsoberfläche 1 auf dem Linsensubstrat 2 mit einer Vielzahl von gleichmäßig periodisch angeordneten Erhebungen 3 und Vertiefungen 4, die die Entspiegelung der Oberfläche bewirken. Da das Strukturierungsverfahren keine Strukturverläufe erzeugt, die größer als die Arbeitswellenlänge des verwendeten Lichts sind, generieren die Strukturen nur wenig oder kein Streulicht, welches zu Transmissions - und Kontrastverlusten führen könnte. Für Arbeitswellenlängen von 365 nm, 248 nm oder 193nm ist mit Streulicht im Bereich von unter 0.5-2% zu rechnen.
Das US Patent 7,170 , 666 B2 beschreibt ebenfalls eine nanostrukturierte Antireflexionsoberfläche und ein Herstellungsverfahren hierfür, bei welchem Nano - Partikel aus einem Metall, wie Gold, oder einem Polymer wiederum durch einen Selbst - Organisations - Prozess auf einer Oberfläche angeordnet werden und als Ätzmaske zur Erzeugung der Nanostrukturen verwendet werden.
Auch bei dem Verfahren, welches im US-Patent US 9,469 , 526 B2 beschrieben ist, werden Nano - Partikel, beispielsweise aus Gold, als Ätzmaske zur Herstellung von Nanostrukturen auf einer Oberfläche verwendet, wobei zur Herstellung von konischen Erhebungen nach dem Ätzen eine mechanische Behandlung stattfindet, um die durch das Ätzen erzeugten Strukturen zu brechen und so die konischen Erhebungen zu erzeugen.
Das Dokument WO 2008/148462 A1 beschreibt die Bildung von sogenannten sub - lambda - Strukturen bei optischen Elementen einer Proj ektionsbelichtungsanlage, die mit Arbeitslicht im Bereich des ultravioletten Lichts (UV Licht) betrieben wird, wobei zur Herstellung der sub - lambda - Strukturen ein anorganisches, nicht - metallisches Material aufgebracht wird, welches Nanostrukturen ausbildet und als Ätzmaske zur Herstellung von pyramidenartigen oder konischen sub - lambda - Strukturen in der Oberfläche des optischen Elements dient. Als alternatives Verfahren zur Herstellung von sub - lambda - Strukturen wird das anisotrope Ätzen einer Oberfläche mittels eines Plasmastrahls in einer Ätzgasatmosphäre beschrieben.
Das europäische Patent EP 2 177 934 B1 beschreibt den Einsatz von sub - lambda - Strukturen bei optischen Elementen eines Projektionsobjektivs, das mit Arbeitslicht im Wellenlängenspektrum von 155 nm bis 250 nm arbeitet.
Weitere Verfahren zur Herstellung strukturierten Antireflexionsoberflächen bei optischen Elementen sind in den Dokumenten US 7,268 , 948 B2 , US 2003/0102286 A1 und US 9,530,636 B2 beschrieben.
Obwohl damit bereits eine Vielzahl von Verfahren zur Herstellung von strukturierten Antireflexionsschicht Reflexion Oberflächen zur Verfügung stehen, besteht ein weiterer Bedarf hinsichtlich der Verbesserung entsprechender Antireflexionsschicht Oberflächen hinsichtlich des Reflexionskrauts in einem großen Wellenlängenbereich der elektromagnetischen Strahlung und/oder den Auftreffen Winkel der elektromagnetischen Strahlung. Gleichzeitig soll ein entsprechendes Herstellungsverfahren effizient durchführbar sein
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine nanostrukturierte Antireflexionsoberfläche für ein optisches Element bzw. ein entsprechendes optisches Element bereitzustellen, welches eine verbesserte Antireflexionswirkung in einem großen Wellenlängenspektrum und / oder in einem großen Bereich von Einfallswinkeln der elektromagnetischen Strahlung bereitstellt. Gleichzeitig soll ein effizientes Verfahren zur Herstellung von derartigen Antireflexionsoberflächen bei optischen Elementen bereitgestellt werden, wobei die optischen Elemente insbesondere für optische Anlagen, die in der Mikrolithographie eingesetzt werden, wie beispielsweise Projektionsbelichtungsanlage oder Maskeninspektionssystemen, verwendet werden, wobei die optischen Anlagen insbesondere im Wellenlängenspektrum des ultravioletten Lichts (UV-Licht) und vorzugsweise im Bereich des tiefen ultravioletten Wellenlängenspektrums (deep UV (DUV)) betrieben werden.
TECHNISCHE LÖSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein optisches Element mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden optischen Elements mit den Merkmalen des Anspruchs 5 sowie eine optische Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Zur Lösung der Aufgabenstellung wird ein optisches Element mit einer strukturierten Antireflexionsoberfläche vorgeschlagen, das über der Antireflexionsoberfläche verteilt periodisch angeordnete Erhebungen und Vertiefungen aufweist. Für jede Erhebung wird eine Basis an einer Substratseite der Erhebung definiert, die einer nach außen weisenden Spitze der Erhebung gegenüberliegt. Eine Mantelfläche verbindet die Basis mit der Spitze und begrenzt jede jede Erhebung seitlich.
Gemäß der Erfindung sind die Erhebungen so ausgebildet, dass sie jeweils eine spitz zulaufende Form aufweisen, also sich die Erhebung von der Basis zur Spitze verjüngt, wobei die Mantelfläche eine zur Spitze zunehmende Steigung gegenüber der Basis aufweist, also die Verjüngung in Richtung der Spitze zunimmt. Durch die zunehmende Verringerung des Volumenanteils der Erhebungen im Außenbereich der strukturierten Antireflexionsoberfläche ergibt sich eine Verringerung des Reflexionsgrades über einen weiten Wellenlängenbereich des Arbeitslichts und einen großen Einfallswinkelbereich.
Die Erhebungen einer entsprechenden Nanostruktur können eine kegel - oder pyramidenartige Form aufweisen, aber unterscheiden sich von einer exakten Kegel - oder Pyramidenform durch die ansteigende Steigung der Mantelfläche.
Die Erhebungen der strukturierten Antireflexionsoberfläche können einen Durchmesser oder ein Breite B in Abhängigkeit von einer Höhe z der Erhebung von der Basis aufweisen, die im Wesentlichen der Formel $B (z) = D \cdot \sqrt (1 - z/h)$
oder $B (z) = D \cdot {(1 - z/h)}^{1 / 4}$
entspricht, wobei h die Gesamthöhe der Erhebung von der Basis bis zur Spitze ist und D den Durchmesser oder die Breite der Basis darstellt, die durch die substratseitigen Rand der Mantelfläche aufgespannt ist.
Die Mantelfläche einer Erhebung kann in Richtung der Höhe der Erhebung, die durch einen Abstand der Basis von der Spitze definiert ist, kontinuierlich glatt oder stufen - oder terrassenartig verlaufen, wobei bei einem stufen - oder terrassenartigen Verlauf die Steigung der Mantelfläche durch die Neigung einer Einhüllenden der Stufen zur Basis bestimmt werden kann.
Die Erfindung schlägt weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements mit einer strukturierten Antireflexionsoberfläche vort, bei welchem eine Antireflexionsoberfläche mit periodisch verteilt angeordnete Erhebungen und Vertiefungen in dem optischen Element mittels Graustufen - Lithographie erstellt wird.
Die Graustufen - Lithographie kann so erfolgen, dass jede Erhebung eine spitz zulaufende Form aufweisen, wobei die Mantelfläche der Erhebung eine zur Spitze zunehmende Steigung gegenüber der Basis aufweist.
Beim Graustufen - Lithographie - Prozess kann zunächst auf die zu strukturierende Oberfläche des optischen Elements, die die Antireflexionsoberfläche aufweisen soll, ein Fotolack aufgebracht werden, der in Abhängigkeit von der Belichtungsdosis unterschiedlich stark durch Ätzen abgetragen wird. Die anschließende lithographische Beleuchtung des Fotolacks kann so erfolgen, dass die Belichtungsdosis über dem Fotolack gemäß einer gewünschten Strukturierung unterschiedlich stark ist, sodass bei einem oder mehreren nachfolgenden Ätzschritten der Fotolack unterschiedlich stark entfernt wird.
Zwischen einzelnen Ätzschritten zur Entfernung des Fotolacks können Ätzschritte zur Entfernung von Substratmaterial erfolgen.
Alternativ kann die Ätzung so erfolgen, dass gleichzeitig Fotolack und Substratmaterial abgetragen wird, wobei insbesondere Abtragsraten von Fotolack und Substratmaterial unterschiedlich sein können.
Das Verfahren kann zur Herstellung von optischen Elementen eingesetzt werden, die in optischen Anlagen für die Mikrolithographie, insbesondere Projektionsbelichtungsanlagen oder Maskeninspektionseinrichtungen, verwendet werden. Entsprechend betrifft die Erfindung auch entsprechende Anlagen mit derartigen optischen Elementen mit strukturierter Antireflexionsoberfläche.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in

1 einen teilweisen Querschnitt durch eine Antireflexionsoberfläche einer optischen Linse mit unterschiedlichen Strukturen,
2 eine teilweise Draufsicht auf die Antireflexionsoberfläche aus 1 und einen Schnitt parallel zur Oberfläche,
3 ein Diagramm, das den Verlauf des Brechungsindex bei einer Wellenlänge von 625 nm für verschiedene Antireflexionsoberflächen über der Höhe z der Antireflexionsoberfläche zeigt,
4 ein Diagramm, das den Verlauf der Reflektivität bei einem Einfallswinkel von 0° für verschiedene Antireflexionsoberflächen in Abhängigkeit von der Wellenlänge zeigt,
5 ein Diagramm, das den Verlauf der Reflektivität bei einem Einfallswinkel von 0° für verschiedene Antireflexionsoberflächen in Abhängigkeit vom Lichteinfallswinkel zeigt,
6a, b und c den Ablauf einer Graustufen - Lithographie mit separaten Ätzschritten für den Fotolack und das Linsensubstrat,
7a, b und c den Ablauf einer Graustufen - Lithographie mit gleichzeitigem Ätzen von Fotolack und Linsensubstrat, und in
8 ein Strukturierungsverfahren gemäß dem Stand der Technik.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele ersichtlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
Die 1 zeigt in einer rein schematischen Darstellung einen Querschnitt durch eine strukturierte Antireflexionsoberfläche 1 eines optischen Elements, wie einer optischen Linse. Zur Verdeutlichung der Erfindung sind in der Darstellung der 1 jedoch unterschiedliche Strukturen dargestellt, wie sie üblicherweise in einer Antireflexionsoberfläche eines optischen Elements nicht gleichzeitig nebeneinander vorliegen.
Wie der 1 zu entnehmen ist, weist die Antireflexionsoberfläche 1 mehrere periodisch nebeneinander angeordnete Erhebungen 3 und dazwischen ausgebildete Vertiefungen 4 auf. Die Erhebungen 3 weisen eine Spitze 5 in Richtung der Außenseite des optischen Elements auf sowie eine Basis 6, die gegenüberliegend der Spitze 5 am Linsensubstrat 2 der optischen Linse angeordnet ist. Der Durchmesser oder die Breite D einer Erhebung 3 an der Basis 6 entspricht der Periode, mit der die entsprechenden Erhebungen 3 wiederholt entlang der Oberfläche angeordnet sind. Bei den Erhebungen 3 kann es sich um kegelartige Erhebungen oder, wie in der 2 in einer schematischen Draufsicht mit einem parallel zu Oberfläche verlaufenden Schnitt durch die Erhebungen 3 gezeigt ist, um pyramidenartige Erhebungen 3 handeln, sodass die Basis 6 entweder kreisförmig oder quadratisch beziehungsweise rechteckig oder vieleckig ist.
Jede Erhebung 3 weist eine Höhe h auf, die sich von der Basis 6 zur Spitze 5 der Erhebung 3 erstreckt. In der 1 ist in der rechten Erhebung 3 eine Höhe z eingezeichnet, wobei sich im Schnitt durch die Erhebung 3 parallel zur Oberfläche in der Höhe z eine Querschnittsfläche 10 ergibt, die eine Breite B aufweist, die entsprechend der Form der Erhebung 3, die sich auf die Spitze 5 hin verjüngt, in ihrer Größe in Abhängigkeit von der Höhe z variiert.
Wie der 1 zu entnehmen ist, sind drei unterschiedliche Erhebungen 3 dargestellt, die verschiedene Mantelflächen 7, 8 und 9 aufweisen. Jede Mantelfläche 7, 8, 9 verbindet die Spitze 5 mit der Basis 6, wobei sich die Form der Mantelflächen 7, 8, 9 unterscheidet.
Bei der in 1 dargestellten rechten Erhebung 3 ist die Mantelfläche 7 eine Mantelfläche eines Kegels und die Steigung der Mantelfläche 7, also die Neigung der Mantelfläche 7 zur Basis 6, die durch den Winkel α gekennzeichnet ist, ist über die Höhe z konstant, sodass sich ein linearer gerader Verlauf der Mantelfläche 7 von der Basis 6 zur Spitze 5 ergibt. Die Breite B(z) der Querschnittsfläche parallel zur Linsenoberfläche in der Höhe z ergibt sich zu: $B (z) = D \cdot (1 - z/h) .$
Demgegenüber weichen die Mantelfläche 8 und 9 derart von der Mantelfläche eines Kegels ab, dass die Steigung der Mantelfläche 8, 9 in Richtung der Spitze 5 zunimmt, wie durch die gestrichelten Linien bei der mittleren Erhebung 3 in 1 dargestellt ist. Dadurch ergibt sich für die Breite B der Querschnittsfläche parallel zur Linsenoberfläche durch die Erhebungen 3 in Abhängigkeit von der Höhe z für die mittlere Erhebung 3 der 1 folgender Zusammenhang: $B (z) = D \cdot \sqrt (1 - z/h) .$
Für die linke Erhebung 3 der 1 errechnet sich die Breite der Schnittfläche zu $B (z) = D \cdot {(1 - z/h)}^{1 / 4}$
Die Nanostrukturen 3,4 auf der Substratoberfläche erzeugen eine kontinuierliche Brechungsindexabnahme vom Substratbrechungsindex n0 an der Unterseite der Strukturen bei z=0 hin zum Brechungsindex von Luft mit dem Wert 1, der an der obersten Spitze der Strukturen bei z=h erreicht wird. Der Brechungsindexverlauf in einer Höhe z wird durch das Verhältnis der Flächenanteile, die in dieser Höhe mit Substratmaterial und mit Luft gefüllt sind, bestimmt. Der Brechungsindex n in Abhängigkeit von der Höhe z der Erhebungen 3 ergibt sich dann durch: $n (z) = 1 + (n 0 - 1) \cdot B {(z)}^{2} {/D}^{2}$
Entsprechend ergibt sich für eine Antireflexionsoberfläche mit Erhebungen 3 entsprechend der in 1 rechten Erhebung 3 mit Mantelfläche 7 der Brechungsindex zu: $n (z) = 1 + (n 0 - 1) \cdot {(1 - z/h)}^{2}$
Für eine Antireflexionsoberfläche mit Erhebungen 3 entsprechend der in 1 mittleren Erhebung 3 mit Mantelfläche 8 errechnet sich der Brechungsindex zu: $n (z) = 1 + (n 0 - 1) \cdot (1 - z/h)$
Für eine Antireflexionsoberfläche mit Erhebungen 3 entsprechend der in 1 linken Erhebung 3 mit Mantelfläche 8 ergibt sich der Brechungsindex zu: $n (z) = 1 + (n 0 - 1) \cdot \sqrt (1 - z/h)$
Dies ist im Diagramm der 3 mit den Kurvenverläufen für einen quadratischen Verlauf 12, einen linearen Verlauf 13 und einer Wurzel-Verlauf 14 dargestellt. Gleichzeitig ist der Verlauf 11 des Brechungsindex für eine Multi - Layer - Antireflexionsschicht mit drei Teilschichten dargestellt.
Wie sich aus den Diagrammen der 4 und 5 ergibt, weisen nanostrukturierte Antireflexionsoberflächen 1, deren Mantelflächen 8, 9 zur Spitze hin eine zunehmende Steigung aufweisen, sowohl einen niedrigeren Reflexionsgrad über einem großen Wellenlängenbereich (Kurven 13 und 14) (4) als auch eine niedrigere Reflektivität über einem großen Einfallswinkelbereich (Kurven 13 und 14) (5) auf als Multi - Layer - Antireflexionsoberflächen (Kurvenverlauf 11) oder Nanostrukturen mit Erhebungen 3 mit Mantelflächen 7 mit konstanter Steigung (Kurvenverlauf 12).
Die 6a bis 6c zeigen die Schritte einer ersten Ausführungsform eines Graustufen - Lithographie - Prozesses entsprechender Strukturen, wie sie in 1 dargestellt und oben beschrieben sind. Die Figuren zeigen jeweils einen teilweisen Querschnitt durch einen Oberflächenbereich eines Linsensubstrat 2, auf welchem ein Fotolack 15 angeordnet ist.
Wie in 6a dargestellt ist, wird der Fotolack 15 mit unterschiedlichen Belichtungsdosen beleuchtet, wie durch die unterschiedlich dick dargestellten Pfeile gezeigt ist. Entsprechend der unterschiedlichen Belichtungsdosis über der Oberfläche des Fotolacks 15 wird der Fotolack 15 beim nachfolgenden Ätzen unterschiedlich stark entfernt. In Bereichen mit einer hohen Belichtungsdosis erfolgt eine schnelle bzw. starke Entfernung des Fotolacks 15, während in Bereichen mit einer niedrigen Belichtungsdosis der Fotolack 15 weniger stark entfernt wird. Entsprechend können bei einem ersten Ätzschritt Bereiche mit hoher Belichtungsdosis vollständig vom Fotolack 15 befreit werden, sodass beim nachfolgenden weiteren Ätzschritt, bei dem das Linsensubstrat 2 geätzt wird, ein Abtragen von Material des Linsensubstrat 2 erfolgt. Danach kann eine weitere Entfernung des Fotolacks 15 durch Ätzen vorgenommen werden, sodass weitere Bereiche des Fotolacks 15 entfernt werden, die dann wiederum Bereiche des Linsensubstrats 2 freilegen, die dann in einem weiteren Ätzschritt zur Entfernung von Linsenmaterial bearbeitet werden können. Auf diese Weise lassen sich, wie in 6c dargestellt ist, entsprechende Strukturen in der Oberfläche des Linsensubstrats 2 erzeugen, die dann entsprechende Vertiefungen 4 und Erhebungen 3 bilden.
Die 7a bis 7c zeigen eine weitere Ausführungsform eines Graustufen - Lithographie - Prozesses, bei welchem beim Ätzen gleichzeitig Fotolack 15 und Material des Linsensubstrats 2 entfernt wird. Allerdings ist die Abtragsrate des Fotolacks unterschiedlich zur Abtragsrate des Substratmaterials, sodass sich durch die unterschiedliche Belichtungsdosis, mit der der Fotolack 15 in einem ersten Schritt belichtet wird (siehe 7a) und / oder der unterschiedlichen Abtragsraten von Fotolack 15 und Material des Linsensubstrats 2 unterschiedliche Neigungen der Seitenflächen von Vertiefungen 4 bzw. Erhebungen 3 am Linsensubstrat 2 und Fotolack 15 einstellen lassen. Entsprechend können kontinuierliche Verläufe der Steigung der Mantelflächen von erzeugten Erhebungen 3 realisiert werden.
Wenn die Abtragsrate des Fotolacks 15 y₁ ist und die abstrakte Abtragsrate des Materials des Linsensubstrat 2 y₂ ist, ergibt sich für die Steigung β der Seitenflächen des Fotolacks im Bereich einer Vertiefung 4 und die Steigung α der Seitenflächen des Linsensubstrats 2: $tan α /tan β = (y_{2} \cdot cos α) / (y_{1} \cdot cos β)$
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Insbesondere schließt die vorliegende Offenbarung sämtliche Kombinationen der in den verschiedenen Ausführungsbeispielen gezeigten Einzelmerkmale mit ein, sodass einzelne Merkmale, die nur in Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben sind, auch bei anderen Ausführungsbeispielen oder nicht explizit dargestellten Kombinationen von Einzelmerkmalen eingesetzt werden können.
Bezugszeichenliste

1: Antireflexionsoberfläche
2: Linsensubstrat
3: Erhebung
4: Vertiefung
5: Spitze
6: Basis
7: Mantelfläche
8: Mantelfläche mit zunehmender Steigung
9: Mantelfläche mit zunehmender Steigung
10: Querschnittsfläche der Erhebung parallel zur Basis in Höhe z
11: Kurvenverlauf für Multi - Layer - Beschichtung
12: Kurvenverlauf für Erhebung mit Mantelfläche mit gleichbleibender Steigung (quadratischer Verlauf des Brechungsindex in Abhängigkeit von der Höhe z)
13: Kurvenverlauf für Erhebung mit Mantelfläche mit zunehmender Steigung (linearer Verlauf des Brechungsindex in Abhängigkeit von der Höhe z)
14: Kurvenverlauf für Erhebung mit Mantelfläche mit zunehmender Steigung (Wurzel - Verlauf des Brechungsindex in Abhängigkeit von der Höhe z)
15: Fotolack
16: Goldpartikel mit organischer Umhüllung bzw. Polymer - Umhüllung
17: Goldpartikel nach dem Ätzen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008/116616 A1 [0007, 0008]
WO 2013/113328 A1 [0008]
US 7170 [0012]
US 666 B2 [0012]
US 9469 [0013]
US 526 B2 [0013]
WO 2008/148462 A1 [0014]
EP 2177934 B1 [0015]
US 7268 [0016]
US 948 B2 [0016]
US 2003/0102286 A1 [0016]
US 9530636 B2 [0016]

Claims

Optisches Element mit einer Antireflexionsoberfläche, das über der Antireflexionsoberfläche (1) verteilt periodisch angeordnete Erhebungen (3) und Vertiefungen (4) aufweist, wobei jede Erhebung (3) eine Basis (6) an einer Substratseite der Erhebung (3) und eine gegenüber liegende Spitze (5) aufweist, die durch eine Mantelfläche (8,9) verbunden sind, die jede Erhebung (3) seitlich begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (3) jeweils eine spitz zulaufende Form aufweisen, wobei die Mantelfläche (8,9) eine zur Spitze (5) zunehmende Steigung gegenüber der Basis (6) aufweist.
Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (3) eine kegel - oder pyramidenartige Form aufweist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (3) einen Durchmesser oder ein Breite B in Abhängigkeit von einer Höhe z der Erhebung (3) von der Basis (6) aufweist, die im Wesentlichen der Formel $B (z) = D \cdot \sqrt (1 - z/h)$
oder $B (z) = D \cdot {(1 - z/h)}^{1 / 4}$
entspricht, wobei h die Gesamthöhe der Erhebung (3) von der Basis (6) bis zur Spitze (5) ist und D den Durchmesser oder die Breite der Basis (6) darstellt, die durch den substratseitigen Rand der Mantelfläche (8,9) aufgespannt ist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (8,9) in Richtung einer Höhe der Erhebung (3), die durch einen Abstand der Basis (6) von der Spitze (5) definiert ist, kontinuierlich glatt oder stufen - oder terrassenartig verläuft.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements mit einer Antireflexionsoberfläche (1), insbesondere zur Herstellung eines optischen Elements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem eine Antireflexionsoberfläche (1) mit periodisch verteilt angeordnete Erhebungen (3) und Vertiefungen (4) in dem optischen Element mittels Graustufen - Lithographie erstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Graustufen - Lithographie so erfolgt, dass jede Erhebung (3) eine Basis (6) an einer Substratseite der Erhebung (3) und eine gegenüber liegende Spitze (5) aufweist, die durch eine Mantelfläche (8,9) verbunden sind, die jede Erhebung (3) seitlich begrenzt, wobei die Erhebungen (3) jeweils eine spitz zulaufende Form aufweisen, sodass die Mantelfläche (8,9) eine zur Spitze zunehmende Steigung gegenüber der Basis (6) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst auf die zu strukturierende Oberfläche des optischen Elements, die die Antireflexionsoberfläche (1) bilden soll, ein Fotolack (15) aufgebracht wird, der in Abhängigkeit von der Belichtungsdosis unterschiedlich stark durch Ätzen abgetragen wird und dass anschließend die lithographische Beleuchtung des Fotolacks so erfolgt, dass die Beleuchtungsdosis über dem Fotolack (15) gemäß einer gewünschten Strukturierung unterschiedlich stark ist, sodass bei einem oder mehreren nachfolgenden Ätzschritten der Fotolack (15) unterschiedlich stark entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einzelnen Ätzschritten zur Entfernung des Fotolacks (15) Ätzschritte zur Entfernung von Substratmaterial erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzung so erfolgt, dass gleichzeitig Fotolack (15) und Substratmaterial abgetragen wird, wobei insbesondere Abtragsraten von Fotolack (15) und Substratmaterial unterschiedlich sind.
Optische Anlage für die Mikrolithographie, insbesondere Projektionsbelichtungsanlage oder Maskeninspektionseinrichtung, mit einem optischen Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4.