Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks bei der Herstellung eines optischen Elements

Hintergrund der Erfindung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks bei der Herstellung eines optischen Elements, insbesondere für die Mikrolithographie. Zudem betrifft die Erfindung strukturierte Polierbeläge zum Polieren eines Werkstücks.

Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCDs, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine

Beleuchtungseinrichtung und ein Proj ektionsobj ekti v aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des

Projektionsobjektiv auf ein mit einer 1 ichtempfindl i chen Schicht (=Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.

In für den DUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. 193 nra bzw. 248 nm, werden vorzugsweise Linsen als optische Elemente für den

Abbildungsprozess verwendet.

In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Elemente für den Abbildungsprozess verwendet.

Im Hinblick auf die aufgrund der begrenzten Reflektivitäten der einzelnen Spiegelflächen in solchen Systemen auftretenden Transmissionsverluste ist grundsätzlich eine Minimierung der Anzahl der im jeweiligen optischen System eingesetzten Spiegel wünschenswert. Dies führt in der Praxis zu anspruchsvollen fertigungstechnischen Herausforderungen, wozu neben der mit Ansätzen zur Steigerung der numerischen Apertur einhergehenden Vergrößerung der Spiegelflächen auch die Fertigung von Freiformflächen ohne Rotationssymmetrie zählt. Bei der Herstellung eines optischen Elements, wie Linse oder Spiegel, entscheidet nach der Formgebung durch Schleifprozesse die Geometrie der Oberfläche des optischen Elements über die nachfolgenden Bearbeitungsverfahren. Handelt es sich bei der Geometrie der Oberfläche des Werkstücks beispielsweise um

Plan flächen, Sphären oder um beliebige andere Flächen, deren Abweichung von den eben genannten Flächen klein ist, können flächige B earbeitungsverfahren (z.B. Synchro-SPEED oder Hebelpolitur) zur Politur eingesetzt werden. Flächige Bearbeitungsverfahren bezeichnen in diesem Zusammenhang Verfahren, bei denen die Größe des Werkzeugs in etwa der Größe des Werkstücks entspricht oder bei denen das Werkzeug deutlich größer als das Werkstück ist. Handelt es sich hingegen um Flächen, die stark von den eben genannten Flächen abweichen, also die oben genannten„Freiform-Flächen", müssen in den dem Schleifen nachfolgenden Verfahrensschritten sog. ..zonale Verfahren" eingesetzt werden. Bei zonalen Verfahren ist das Werkzeug deutlich kleiner als das Werkstück.

Bei der zonalen Bearbeitung wird der Materialabtrag durch periodische Bewegungen des Werkzeugs realisiert. Dabei kann sich das Werkzeug um sein Zentrum drehen

(Rotationswerkzeug). Alternativ kann das Werkzeug bei fester Orientierung bzw. Ausrichtung zur Oberfläche des Werkstücks um eine außerhalb seines Zentrums angreifende Drehachse gedreht werden (Exzenterwerkzeug). Beispielsweise durch Variation des Drucks des

Werkzeugs auf die Oberfläche des Werkstücks, sowie durch Variation der Drehzahl des Werkzeugs kann die Abtragsrate variiert werden.

Nach der Formgebung durch Schleifprozesse werden die o.g. Verfahren zur Herstellung der durchpolierten Fläche genutzt. Dabei werden die von den Schleifprozessen hinterlassenen sogenannten„Tiefenschäden" beseitigt, so dass die durchpolierte Oberfläche des Werkstücks einen Poliergrad von p3 oder besser (DIN-ISO 101 10) aufweist und die Oberfläche des optischen Elementes somit glänzt. Daneben reduzieren minimierte„Feinstrukturen" der durchpolierten Fläche Aufwände bei nachfolgenden Bearbeitungen. Unter ..Tiefenschäden'' werden hierbei nach dem Schlei fprozess vorhandene und der

Oberfläche des bearbeiteten Werkstücks ein raues Erscheinungsbild gebende Risse verstanden, welche sich typischerweise über eine Tiefe von 20 μιη bis 100 μηι in das Material hinein erstrecken. Die Breite solcher Tiefenschäden kann größenordnungsmäßig z.B. 10 μιη betragen. Die Beseitigung der Tiefenschäden erfolgt über eine materialabtragende

Bearbeitung und geschieht im Polierprozess.

Unter„Feinstrukturen" werden in diesem Dokument hingegen Strukturen verstanden, welche mit einer lateralen Ausdehnung von beispielsweise 1 mm bis 5 mm und einer Tiefe von beispielsweise 10 nm bis 30 nm nicht unmittelbar visuell bzw. mit bloßem Auge

wahrnehmbar sind und ein spiegelndes Erscheinungsbild der Oberfläche des Werkstücks nicht beeinträchtigen, jedoch interferometrisch nachweisbar sind. Bei der Reduktion von Feinstrukturen spielt neben der Beschaffenheit und Steifigkeit des Polierbelags beispielsweise die Werkzeuggröße eine wichtige Rolle. Je größer die

Ausdehnung des Werkzeugs im Vergleich zur lateralen Ausdehnung der Feinstrukturen ist, desto effizienter lassen sich Feinstrukturen reduzieren. Allerdings kann eine Vergrößerung des Werkzeugs eine stabile und gleichmäßige Poliermittelzufuhr zwischen

Werkzeugoberfläche und Werkstückoberfläche und damit eine„gute Schmierung"

erschweren. Daneben kann das Werkzeug selbst aufgrund seiner Bewegung und der Struktur des Polierbelags Feinstrukturen erzeugen.

Um Feinstrukturen in Frei form flächen mittels zonaler Bearbeitungsverfahren zu beseitigen, ist ein hoher Aufwand nötig.

Um mit der kommenden Generation von Lithographieobjektiven für EUVL noch kleinere Strukturen abbilden zu können, sind optische Elemente mit hohen Deformationen (PV der Abweichung der bestpassenden Sphäre > Ι ΟΟμιη) notwendig. Gleichzeitig sind die optischen Flächen der kommenden Generation von Lithographieobj ekti ven für EUVL deutlicher größer.

Bei der kommenden Generation von Lithographieobjektiven für EUVL ist nach den

Schleifprozessen sowie den sich optional daran anschließenden zonalen Läppprozessen eine zonale Politur zur Herstellung der sog. durchpolierten Oberfläche notwendig. Flächige Verfahren können hierbei nicht eingesetzt werden.

Bei der Durchpolitur sind je nach Eingangszustand der geschliffenen oder geläppten Fläche Abträge von etwa 10 μπι bis etwa 30 μηι notwendig, um die Tiefenschäden zu beseitigen. Um bei den größer werdenden optischen Flächen die Bearbeitungszeiten zu begrenzen, sind zonale Polierprozesse mit Abtragsraten >lmm ³ /min bei Werkzeugausdehnungen im Bereich zwischen etwa 20 mm und 40 mm notwendig. Gleichzeitig muss der Prozess konstante Abtragsraten sicherstellen. Dies kann u.a. durch eine stabile Poliermittelzufuhr zwischen Werkzeugobertläche und Werkstückoberfläche und durch eine damit verbundene„gute Schmierung" erreicht werden.

Bisher werden die notwendigen hohen Abtragsraten durch eine Erhöhung von Druck und Drehzahl des Werkzeuges erreicht. Je nach verwendetem Polierbelag führt jedoch die Erhöhung von Druck und Drehzahl zu deutlichen Variationen der Abtragsrate während des Bearbeitungszeitraums. Dies schränkt die Einsatzzeit des Werkzeuges ein und erhöht damit die Anzahl der Werkzeugwechsel während des Bearbeitungszeitraums.

Daraus folgen weitere Einschränkungen bei der Bearbeitung: Soll während einer

Teilbearbeitung, d.h. während eines Durchlaufs, bei dem die gesamte optische Fläche des Werkstücks vom Werkzeug einmal überstrichen wird, kein Werkzeugwechsel durchgeführt werden, müssen bei sinkender Einsatzzeit Parameter wie der Bahnabstand und/oder die Vorschubgeschwindigkeit erhöht werden. Eine Vergrößerung Bahnabstandes vergrößert auch den Abstand zwischen Bahnspuren. Eine Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit vergrößert den Abstand zwischen„Vorschubspuren", die aufgrund der periodischen Bewegung des Werkzeuges entstehen, da bei Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit auch die Strecke zunimmt, die das Werkzeug nach einer Umdrehung zurücklegt. In beiden Fällen führen die geänderten Parameter zu einer Erhöhung der lateralen Ausdehnung der unerwünschten Feinstrukturen. Dadurch wird deren Reduktion in nachfolgenden Bearbeitungen erschwert. Angesichts der oben beschriebenen Probleme beim Bearbeiten der optischen Oberflächen von Werkstücken stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das über einen möglichst langen Zeitraum eine möglichst konstante Abtragsrate erlaubt. Eine weitere Aufgabe ist es, Polierbeläge für die Werkzeuge zur Verfügung zu stellen, die eine konstante Abtragsrate erlauben und gleichzeitig möglichst wenig ..eigene Feinstrukturen" in die optische Oberfläche des Werkstücks einprägen, die in nachfolgenden Bearbeitungen wieder entfernt werden müssten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum zonalen Polieren eines Werkstücks gelöst, bei dem ein Polierwerkzeug einen strukturierten Polierbelag, dessen Strukturierung an die Bewegung des Polierwerkzeugs angepasst ist, in Material abtragender Weise über eine zu polierende Oberfläche des Werkstücks führt. Die an die Bewegung des Werkzeugs angepasste Struktur des Polierbelags soll eine stabile Poliermittelzufuhr zwischen Werkzeugoberfläche und Werkstückoberfläche und eine damit verbundene ..gute

Schmierung" ermöglichen.

In einer Ausführungsform führt ein ..Rotationswerkzeug" als Polierwerkzeug den

strukturierten Polierbelag in einer rotierenden Bewegung über die zu polierende Oberfläche des Werkstücks. Die Beträge der Relativgeschwindigkeiten zwischen Werkzeug und

Werkstück wachsen proportional zum Abstand zum Werkzeugzentrum. Durch eine erfindungsgemäße primäre und sekundäre Strukturierung kann während der Einsatzzeit des Werkzeugs eine im Vergleich zum nicht strukturierten Polierbelag konstante Abtragsrate erreicht werden. Die verschiedenen Varianten und die Vorteile der zugehörigen

Strukturierung des Polierbelags werden später beschrieben.

In einer Ausfuhrungsform führt ein ..Exzenterwerkzeug" als Polierwerkzeug den

strukturierten Polierbelag in einer exzentrischen Bewegung über die zu polierende Oberfläche des Werkstücks. Der Polierbelag erfährt hierbei keine Eigenrotation. Dadurch sind die Beträge der Relativgeschwindigkeiten zwischen Werkzeug und Werkstück aller Punkte unter dem Werkzeug gleich. Die effektive Werkzeugfläche, also die Fläche, auf der Material abgetragen wird, wenn das Werkzeug nicht über das Werkstück geführt wird, setzt sich aus der Größe des Exzenters und der Größe des Polierbelags zusammen. Die Größe und die Drehzahl des Exzenters liefern die Relativgeschwindigkeit. Beim Exzenterwerkzeug reicht ein einfaches Schachbrettmuster auf dem Polierbelag aus, um im Vergleich zum nicht strukturierten Polierbelag eine während der Einsatzzeit des Werkzeugs konstante Abtragsrate sicherzustellen. Schon diese einfache Struktur verbessert die Schmierung zwischen Werkzeug und Werkstück. Gleichzeitig wird das gleichmäßige Schachbrettmuster durch die

Exzenterbewegung verwischt und so die Feinstrukturerzeugung durch den Polierbelag selbst minimiert.

Im Fall des Exzenterwerkzeugs ist die effektive Werkzeugfläche größer als die Fläche des Polierbelags, während im Fall des Rotationswerkzeugs beide Flächen gleich groß sind.

Dadurch benötigen - bei gleicher Fläche des Polierbelags - Exzenterwerkzeuge einen größeren Polierüberlauf als Rotationswerkzeuge. Der Polierüberlauf bezeichnet dabei eine zusätzliche Fläche, die quasi ringförmig die eigentlich zu bearbeitende optische Fläche einschließt. Diese zusätzliche Fläche muss das (zonale) Werkzeug neben der eigentlich zu bearbeitenden optischen Fläche ..überstreichen", damit auf dieser eine vollständige

Überdeckung sichergestellt ist.

Erfindungsgemäß wird die eingangs genannte Aufgabe auch durch ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements, insbesondere für die Mikrolithographie, gelöst, wobei das Verfahren folgende aufeinander folgende Verfahrensschritte aufweist. Nach dem

Bereitstellen eines Werkstücks erfolgt ein Schleifen einer Oberfläche des Werkstücks.

Anschließend erfolgt optional das zonale Läppen dieser Oberfläche. Danach erfolgt das zonale Polieren der Oberfläche gemäß dem oben beschriebenen Rotations- und/oder

Exzenter- Verfahren. Anschließend erfolgt ein Korrigieren und Glätten der Oberfläche.

In einer Ausfuhrungsform erfolgt das zonale Läppen und/oder das zonale Polieren der Oberfläche des Werkstücks mit einem Werkzeug, dessen wirksame Fläche weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 10%, der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstückes beträgt.

Der Erfindung liegt auch das Konzept zugrunde, bei der Bearbeitung von Freiform flächen eine effiziente Beseitigung von Tiefenschäden sowie Feinstrukturen dadurch zu erzielen, dass in einem zweistufigen Prozess eine sog. zonale Läppbearbeitung mit einer zonalen

Polierbearbeitung kombiniert wird. Der Umstand, dass in diesem zweistufigen Prozess, der sich an die Schleifbearbeitung des Werkstücks anschließt, vor einer Polierbearbeitung zunächst zusätzlich eine Läppbearbeitung durchgeführt wird, kann einen signifikanten Geschwindigkeitsvorteil zur Folge haben, da die Läppbearbeitung eine im Vergleich zu einem reinen Polierprozess wesentlich (z.B. um eine Größenordnung) höhere Abtragsrate aufweist.

Hierbei wird bei der Erfindung bewusst in Kauf genommen, dass während der zwar i.d.R. nur partiellen, dafür jedoch vergleichsweise schnellen Reduktion der nach dem Schleifprozess vorhandenen Tiefenschäden auch während des Läppprozesses Tiefenschäden neu eingeführt werden.

Die insgesamt nach dem Läppprozess vorhandenen Tiefenschäden (d.h. sowohl die während des Läppprozesses nur partiell beseitigten als auch die, wie vorstehend beschrieben, neu hinzugekommenen Tiefenschäden) werden jedoch dann in der anschließenden zweiten Prozesssrufe, d.h. der zonalen Polierbearbeitung, entfernt. Im Ergebnis kann so die durchpolierte und von den o.g. unerwünschten Strukturen befreite Oberfläche mit erheblich reduziertem Zeitaufwand erzeugt werden. Wenngleich die Erfindung insbesondere bei der Bearbeitung von Frei fonn flächen vorteilhaft einsetzbar ist, ist die Offenbarung nicht hierauf beschränkt. So kann in weiteren

Ausfuhrungsformen eine Anwendung des erfindungsgem äßen Verfahrens auf die

Bearbeitung beliebiger Werkstückgeometrien erfolgen. Des Weiteren ist die Erfindung nicht etwa auf die Bearbeitung eines Spiegelsubstrates als Werkstück beschränkt, sondern auch bei der Herstellung beliebiger optischer Elemente (einschließlich transm i tti erender Element wie Linsen) einsetzbar.

Erfindungsgemäß wird die eingangs genannte Aufgabe auch durch einen Polierbelag zum zonalen Polieren einer Oberfläche eines Werkstücks, wobei der Polierbelag mindestens eine an die Bewegung des Werkzeugs angepasste Struktur aufweist, gelöst. Die Strukturierung des Polierbelags zielt auf eine im Vergleich zum Polierbelag ohne Struktur gleichmäßige

Verteilung des Poliermittels unter dem Polierbelag. Damit kann eine vergleichsweise konstante Abtragsrate erreicht werden.

In einer Ausführungsform wird ein Polierbelag beansprucht, wobei beim Einsatz eines Rotationswerkzeugs als Polierwerkzeug eine primäre Strukturierung des Polierbelags eine Spiralform mit mehreren Spiral armen aufweist. Diese Spiral form soll während der

Rotationsbewegung den Transport des Poliermittels vom Rand zum Zentrum und so eine im Vergleich zum unstrukturierten Polierbelag gleichmäßigere Verteilung des Poliermittels unter dem Polierbelag ermöglichen. Um eine gewisse Asymmetrie der Strukturierung zu erreichen, die bezüglich der Vermeidung von unerwünschten Feinstrukturen, die durch das Werkzeug selbst verursacht werden, vorteilhaft sein kann, können die Spiralanne voneinander abweichende Öffnungswinkel aufweisen.

In einer Ausführungsform wird ein Polierbelag beansprucht, der neben der o.g. primären Strukturierung eine sekundäre Strukturierung aufweist. Die sekundäre Strukturierung weist symmetrische, insbesondere rotationssymmetrische Kanäle auf. Diese Kanäle sind z.B.

konzentrisch um das Drehzentrum angeordnet und zielen insbesondere auf eine gleichmäßigere Poliermittelverteilung zwischen den primären Strukturen. Damit ist eine im Vergleich zum unstrukturierten Belag sowie zum Belag mit Primärstruktur konstante

Abtragsrate möglich. Durch die symmetrische sekundäre Struktur in Kombination mit der Rotationsbewegung des Werkzeugs können jedoch ungewollte Feinstrukturen in die optische Fläche eingebracht werden.

In einer Ausführungsform wird ein Polierbelag beansprucht, dessen sekundäre Strukturierung asymmetrisch angeordnete Kanäle aufweist. Die Unregelmäßigkeit führt zur Minimierung der Strukturen, die durch das Rotationswerkzeug selbst eingebracht werden. ..Chaotische" Kanäle sollen sicherstellen, dass möglichst wenige Strukturen vom Polierbelag auf die zu polierende Oberfläche des Werkstücks übertragen werden.

In einer Ausführungsform wird ein Polierbelag für den Einsatz bei einem Exzenterwerkzeug als Polierwerkzeug beansprucht, wobei die Strukturierung des Polierbelags regelmäßig und/oder symmetrisch ist. Dieses Zusammenwirken von exzentrischer Bewegung des

Polierbelags und symmetrischer Strukturierung des Polierbelags ist besonders vorteilhaft, da beim zonalen Polieren eine gleichmäßige Abtragsrate erreicht wird, ohne dass aufgrund der Struktur selbst nennenswerte Feinstrukturen in die Oberfläche des Werkstücks eingebracht werden.

Für den Einsatz bei einem Exzenterwerkzeug ist in einer Ausführungsform die regelmäßige und/oder symmetrische Strukturierung des Polierbelags als Schachbrettmuster realisiert. Das Schachbrettmuster kann besonders einfach hergestellt werden und weist die oben genannten Vorteile auf.

In einer Ausführungsform weist die regelmäßige und/oder symmetrische Strukturierung Kanäle und Stege auf. Die Kanäle dürfen nicht zu flach sein, damit auch während des Poliervorgangs, bei dem der Belag zusammengedrückt wird und die Tiefe der Kanäle durch den Verschleiß des Belags abnimmt, eine stabile Poliermittelzufuhr ermöglicht werden kann. Vorteilhafter Weise beträgt deshalb die Tiefe der Kanäle mindestens etwa 100 μιη und vorzugsweise etwa 500 μηι.

Als Material für die Polierbeläge kommt eine Vielzahl von Stoffen in Frage, wie z. B.

Polyurethan sowie gewobene oder ungewobene, mit einem Bindemittel verbundene synthetische Fasern, beispielsweise Polyesterfasern. Einfache Strukturen können in die Polierbeläge gestanzt oder geschnitten werden. Komplexe Strukturen in den Polierbelägen, die beispielsweise für Rotationswerkzeuge vorteilhaft/notwendig sind, können durch

Strukturierungswerkzeuge, wie z.B. durch Laser, erzeugt werden.

Erfindungsgemäß wird die eingangs genannte Aufgabe auch durch ein optisches Element gelöst, das ein Werkstück aufweist, dessen Werkstückoberfläche durch Schleifen, optionales zonales Läppen und zonales Polieren bearbeitet wurde. Das optische Element kann als Licht transmittierende Linse ausgebildet sein. Ebenso kann das optische Element als Licht reflektierender Spiegel ausgebildet sein, der aus einem nach dem vorgenannten Verfahren bearbeiteten Werkstück und einem auf dessen Oberfläche angeordneten

Reflexionsschichtsystem, das ausgebildet ist, EUV-Strahlung zu reflektieren, besteht. Ebenso kann das optische Element als Licht reflektierender Spiegel ausgebildet sein, der ausgebildet ist UV-Licht, insbesondere Licht mit einer Wellenlänge von etwa 193 nm oder etwa 248 nm, zu reflektieren.

Erfindungsgemäß wird die eingangs genannte Aufgabe auch durch eine Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungseinrichtung und einem

Projektionsobjektiv gelöst, wobei die Projektionsbelichtungsanlage mindestens ein optisches Element mit den vorgenannten Eigenschaften aufweist.

Erfindungsgemäß wird die eingangs genannte Aufgabe auch durch ein zonales

Polierverfahren gelöst, bei dem die Abtragsrate über die Zeit näherungsweise konstant ist. Dies ist vorteilhaft, da dann der Polierbelag vergleichsweise lange einsetzbar bleibt.

Kurze Beschreibung der Figuren

Verschiedene Ausführungsbei spiele werden im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente

untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und zum besseren Verständnis übertrieben groß oder verkleinert dargestellt sein. Figur 1 a zeigt eine schematische Darstellung eines Rotationswerkzeuges

Figur lb zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen zonalen Bearbeitung beim Einsatz eines Rotationswerkzeuges

Figur 1 c zeigt eine schematische Darstellung eines Rotationswerkzeuges in Betrieb

Figur 2a zeigt eine schematische Darstellung eines Exzenterwerkzeuges

Figur 2b zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen zonalen Bearbeitung beim Einsatz eines Exzenterwerkzeuges

Figur 3a zeigt einen Polierbelag ohne Strukturierung aus dem Stand der Technik

Figur 3b zeigt einen Polierbelag mit Strukturierung gemäß der Erfindung

Figur 3c zeigt einen Polierbelag mit primärer und sekundärer Strukturierung gemäß der Erfindung

Figur 3d zeigt die Abtragsraten für die Polierbelags gemäß Figur 3a, 3b und 3c

Figur 4 zeigt einen Polierbelag mit primärer und sekundärer Strukturierung gemäß der Erfindung

Figur 5a zeigt einen Polierbelag mit Strukturierung gemäß der Erfindung

Figur 5b zeigt die detaillierte Struktur beim Polierbelag aus Figur 5a

Figur 5c zeigt die Abtragsrate für den Polierbelag aus Figur 5a im Vergleich zu einem

Polierbelag ohne Strukturierung

Figur 6 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens

Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung eines optischen Elements

Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage

Figur 9 zeigt eine schematische Darstellung eines Aufbaus einer für den Betrieb im DUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Figur la zeigt eine schematische Darstellung eines Rotationswerkzeuges 100. Der

Werkzeugträger 106, der einen in der Figur 1 a nicht gezeigten Polierbelag trägt, rotiert um die Drehachse 104. Ein Poliermittel wird über eine Poliermittelzufuhr 102, die aus außerhalb des Werkzeuges fixierten Schläuchen besteht, auf die zu polierende Fläche geleitet.

Figur lb zeigt eine schematische Darstellung 120 der erfindungsgemäßen zonalen

Bearbeitung beim Einsatz eines Rotationswerkzeuges . Die erfindungsgemäße

Polierbearbeitung wird als„zonale" Werkstückbearbeitungen durchgeführt. Hierbei ist jeweils die Werkzeuggröße wesentlich kleiner als die Werkstückgröße, wobei typischerweise die Fläche des Werkzeugs weniger als 10% der zu polierenden Oberfläche 1 14 des Werkstücks 140 einnehmen kann. Zur vollständigen Überdeckung der zonal bearbeiteten Oberfläche 114 des Werkstücks 140 ist ein Überlaufabschnitt 1 10 erforderlich, welcher vom

Rotationswerkzeug 100 zusätzlich benötigt wird und dessen Fläche das Rotationswerkzeug 100 zusätzlich zur eigentlich zu polierenden Oberfläche 1 14 überstreichen muss. Die wirksame Fläche 1 12 des Rotationswerkzeugs 100, also die Fläche, auf der Material abgetragen wird, wenn das Werkzeug nicht über das Werkstück geführt wird ist schematisch in Figur lb dargestellt. Die Form des Polierbelags ist vorliegend als kreisförmig dargestellt, kann aber auch andere Formen, wie zum Beispiel eine rechteckige, quadratische oder unregelmäßige Form haben.

Figur l c zeigt eine schematische Darstellung eines Rotationswerkzeuges 100 im Betrieb. Die zu polierende Oberfläche 1 14 des Werkstücks 140 ist als Freiform fläche ausgebildet. Ein Werkzeugträger 136 trägt einen Polierbelag 130. Zwischen der zu polierenden Oberfläche 1 14 und dem Polierbelag 130 befindet sich ein Poliermittel 132. Die Ansicht in Figur lc gilt für alle in der vorliegenden Patentanmeldung gezeigten zonalen Werkzeuge.

Figur 2a zeigt eine schematische Darstellung eines Exzenterwerkzeuges 200. Bei der

Exzenterbewegung behält das Werkzeug seine Orientierung bzw. seine Ausrichtung zur Werkstückoberfläche bei. Der Werkzeugträger 206 bewegt sich um die Drehachse 204. Das Poliermittel wird über eine Poliermittelzufuhr 202, die aus außerhalb des Werkzeuges fixierten Schläuchen besteht, auf die zu polierende Fläche geleitet.

Figur 2b zeigt eine schematische Darstellung 220 der erfindungsgemäßen zonalen

Bearbeitung beim Einsatz eines Exzenterwerkzeuges 200. Hierbei ist jeweils die

Werkzeuggröße wesentlich kleiner als die Werkstückgröße, wobei typischerweise die Fläche des Werkzeugs weniger als 10% der zu polierenden Oberfläche 214 des Werkstücks 140 einnehmen kann. Zur vollständigen Überdeckung der zonal bearbeiteten Oberfläche 214 des Werkstücks 140 ist ein Überlaufabschnitt 210 erforderlich, welcher vom Exzenterwerkzeug 200 zusätzlich benötigt wird und dessen Fläche das Exzenterwerkzeug 100 zusätzlich zur eigentlich zu polierenden Oberfläche 214 überstreichen muss. Wegen der exzentrischen Bewegung ist - bei gleicher Fläche des Polierbelags - im Fall des Exzenterwerkzeugs 200 ein größerer Überlaufabschnitt 210 notwendig als im Fall des Rotationswerkzeugs 100. Die wirksame Fläche 212 des Exzenterwerkzeugs 200, bzw. Fläche, auf der Material abgetragen wird, wenn das Werkzeug nicht über das Werkstück geführt wird, ist schematisch in Figur 2b dargestellt. Die grafische Darstellung des Exzenterwerkzeuges im Betrieb entspricht der Darstellung des Rotationswerkzeuges im Betrieb wie es in Figur l c gezeigt ist. Auf eine separate Darstellung wurde deshalb verzichtet. Figur 3a zeigt einen Polierbelag 312 ohne Strukturierung aus dem Stand der Technik. Das Rotationswerkzeug 100, dessen Polierbelag 312 nicht strukturiert ist, weist eine während der Bearbeitung deutlich variierende Abtragsrate (siehe Figur 3d) sowie angetrocknete

Poliermittelreste 316 auf, die nach der Bearbeitung auf dem Polierbelag 312 sichtbar sind. Diese Effekte, die auf eine durch die schnelle Rotation des Rotationswerkzeugs 100 um die Drehachse 318 verursachte unzureichende Poliermittelversorgung des Werkzeugzentrums zurückgeführt werden, können durch eine geeignete Strukturierung des Polierbelags reduziert werden.

Figur 3b zeigt einen Polierbelag 322 mit einer erfindungsgemäßen Strukturierung in

Spiralform 320. Die Spirale ist dabei so ausgelegt, dass bei der Drehbewegung in

Drehrichtung 14 (=gegen den Uhrzeigersinn) des Rotationswerkzeugs 100 das Poliermittel 132 ins Zentrum 318 des Polierbelags 322„gedrückt" wird. Eine Antrocknung des

Poliermittels 132 kann dadurch reduziert werden. Die Öffnungswinkel 317, 319 der

Spiralarme weichen voneinander ab, um eine gewisse Asymmetrie zu erzeugen. Diese Asymmetrie soll die vom Polierbelag 322 selbst eingebrachten Feinstrukturen auf der polierten Oberfläche 1 14, 214 des Werkstücks 140 reduzieren.

Figur 3c zeigt einen Polierbelag 332 mit einer primären Strukturierung in Spiralform 320 und einer sekundären Strukturierung in Form von rotationssymmetrischen (um die Drehachse 318) Kanälen 334. Diese Kanäle 334 sollen zu einer verbesserten Poliermittelzufuhr zwischen den Spiralarmen 320 führen.

Figur 3d zeigt die Abtragsraten für Rotationswerkzeuge 100 mit Polierbelägen gemäß Figur 3a, 3b und 3c. Die Abtragsrate 31 1 bei Einsatz eines Rotationswerkzeuges 100 mit einem Polierbelag ohne Strukturierung 3 12 variiert stark. Die Abtragsrate 321 bei Einsatz eines Rotationswerkzeuges 100 mit einem Polierbelag mit einer Strukturierung in Spiralform 320 variiert immer noch stark. Die Abtragsrate 331 über die Zeit bei Einsatz eines

Rotationswerkzeuges 100 mit einem Polierbelag 332 mit primärer Strukturierung in

Spiralform 320 und sekundärer Strukturierung in Form von rotationsymmetrischen Kanälen 334 ist im Wesentlichen konstant. Jedoch kann durch die rotationsymmetrischen Kanäle 334 eine unerwünschte Feinstruktur eingebracht werden, die in nachfolgenden Schritten wieder entfernt werden müsste. Um diesen ..Umweg" zu vermeiden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen und wie in Figur 4 schematisch dargestellt, einen Polierbelag 412 mit primärer Strukturierung in Spiralform 420 und sekundärer Strukturierung in Form von asymmetrisch angeordneten Kanälen 422 einzusetzen. Die Vermeidung von Periodizitäten und Symmetrien in der Strukturierung des Polierbelags 412 dient dazu, die durch das Rotationswerkzeug 100 selbst verursachte Feinstruktur zu minimieren. Mit nochmals anderen Worten: ..chaotische" angeordnete Kanäle sollen die Ausbildung von Feinstrukturen minimieren, die vom

Polierbelag 412 auf die Oberfläche 1 14, 214 des Werkstücks 140 übertragen werden.

Figur 5a zeigt einen Polierbelag 12 mit einer regelmäßigen und symmetrischen

Strukturierung 521 gemäß der Erfindung für ein Exzenterwerkzeug 200. Die Strukturierung 521 weist Kanäle 522 und Stege 524 auf. Im vorliegenden Beispiel ist ein S chachbrettmuster gezeigt. Die Form des Polierbelags 512 ist vorliegend als kreisförmig dargestellt, kann aber auch andere Formen, wie zum Beispiel eine rechteckige, quadratische oder unregelmäßige Form haben. Figur 5b zeigt die detaillierte Struktur 521 beim Polierbelag 512 aus Figur 5a. Die Stege 524 weisen eine Breite dl von etwa 1 mm bis etwa 5 mm, die Kanäle 522 eine Breite d2 von etwa 0,3 mm bis etwa 1 mm und eine Tiefe d3 von wenigstens etwa 100 μηι und vorzugsweise etwa 500 μηι auf. Damit soll sichergestellt werden, dass das Poliermittel 132 während des Poliervorganges gleichmäßig unter dem Polierbelag 512 verteilt bleibt.

Figur 5c zeigt die Abtragsrate 51 1 für ein Exzenterwerkzeug 200 mit dem Polierbelag 512 aus Figur 5a im Vergleich zur Abtragsrate 510 für ein Exzenterwerkzeu g 200 mit einem

Polierbelag ohne Strukturierung 312. Die Variation der Abtragsrate 511 beim Einsatz eines Exzenterwerkzeugs mit einem Polierbelag mit regelmäßiger und symmetrischer

Strukturierung (Schachbrettmuster) 512 ist deutlich reduziert. Das Exzenterwerkzeug 200 mit dem erfindungsgemäßen Polierbelag 512 kann im Vergleich zum Polierbelag ohne

Strukturierung 312 länger in Betrieb sein. Des Weiteren wird ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks 140 bzw. eines (Spiegel-) Substrats 140 bei der Herstellung eines optischen Elements 150 unter Bezugnahme auf das in Figur 6 dargestellte Flussdiagramm erläutert.

Gemäß Figur 6 erfolgt in einem ersten Schritt 610 zunächst die Bereitstellung eines

Werkstückrohlings 140 aus dem Rohmaterial bzw. (Spiegel-) Substratmaterial. Dieser Werkstückrohling 140 wird in einem anschließenden Schritt 620 zur Konturierung des optischen Elements 150 z.B. durch Schleifen bearbeitet, wobei die gewünschte Kontur des Spiegelsubstrates 140 bzw. des optischen Elements 150 erzeugt wird. Anschließend erfolgt zur erfindungsgemäßen Herstellung der durchpolierten Oberfläche 1 14, 214 des Werkstücks 140 ein zweistufiger Prozess, in welchem eine optionale zonale

Läppbearbeitung (Schritt 630) mit einer zonalen Polierbearbeitung (Schritt 640) kombiniert wird. Hierbei wird zunächst die Oberfläche 1 14, 214 des Werkstücks 140, bei welcher es sich um eine Freiform fläche ohne Rotationssymmetrie oder anderweitige Symmetrieachsen handeln kann, mit einem Läppwerkzeug zonal bearbeitet. Der Läppabtrag kann beispielsweise 15 μιη betragen, wobei die Abtragsrate um einen Faktor zehn größer gewählt werden kann, als in dem nachfolgenden Polierschritt 640. Dies hat einen wesentlichen

Geschwindigkeitsvorteil bei der Herstellung der durchpolierten Fläche zur Folge. Durch den zonalen Läppprozess wird bewusst die vorübergehende Erzeugung zusätzlicher Tiefenschäden in Kauf genommen. Geht man etwa im obigen Beispiel eines Läppabtrages von 15 μιη davon aus, dass ursprünglich als Resultat des vorangegangenen Schleifprozesses im Werkstück Tiefenschäden mit einer Tiefe von etwa 30 μηι vorhanden sind, so ergeben sich als Zwischenergebnis nach dem zonalen Läppprozess zum einen eine partielle Reduzierung dieser bereits vorhandenen Tiefenschäden auf z.B. etwa 15 μιη sowie zusätzlich weitere

Tiefenschäden mit einer Tiefe von ebenfalls z.B. etwa 15 μιη. Beide Arten von Tiefenschäden (d.h. sowohl die ursprünglich bereits als Ergebnis des Schleifprozesses 620 vorhandenen, als auch die infolge des Läppprozesses 630 hinzugekommenen) können dann jedoch in dem anschließenden zonalen Polierprozess 640 effizient beseitigt werden.

Beim zonalen Polieren 640 führt ein Polierwerkzeug 100, 200 einen strukturierten Polierbelag 322, 332, 412, 512, dessen Strukturierung an die Bewegung des Polierwerkzeuges 100, 200 angepasst ist, in Material abtragender Weise über eine zu polierende Oberfläche 1 14, 214 des Werkstücks 140. Bei einem Rotationswerkzeug 100 als Polierwerkzeug wird der strukturierte Polierbelag 322, 332, 412 in einer rotierenden Bewegung über die zu polierende Oberfläche 1 14 des

Werkstücks 140 geführt.

Bei einem Exzenterwerkzeug 200 als Polierwerkzeug wird der strukturierte Polierbelag 512 in einer exzentrischen Bewegung über die zu polierende Oberfläche 214 des Werkstücks 140 geführt.

Sowohl die optionale Läppbearbeitung (Schritt 630) als auch die nachfolgende

Polierbearbeitung (Schritt 640) werden als„zonale"' Werkstückbearbeitungen durchgeführt. Hierbei ist die Werkzeuggröße wesentlich kleiner als die Werkstückgröße, wobei

typisch erweise die Fläche des Werkzeugs weniger als 10% der Werkstückoberfläche einnehmen kann. Des Weiteren ist wie in den Figuren lb und 2b dargestellt, zur vollständigen Überdeckung der zonal bearbeiteten Fläche des Werkstücks ein Überlaufabschnitt 1 10, 210 erforderlich, welcher zusätzlich benötigt wird und dessen Fläche das Werkzeug 100, 200 zusätzlich zur eigentlich zu polierenden Oberfläche 1 14, 214 überstreichen muss.

In einem abschließenden Schritt 650 erfolgt ein Korrigieren und Glätten der Oberfläche 1 14, 214 des Werkstücks 140 bzw. des optischen Elements 150. Damit wird die geforderte Endspezifikation des optischen Elements 150 hergestellt. Dieser Schritt 650 kann neben Polituren z.B. auch Ionenstrahlbearbeitungen (IBF) umfassen.

Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung eines optischen Elements 150. Das optische Element 150 ist im vorliegenden Beispiel ein Spiegel. Auf der durchpolierten Oberfläche 1 14 des Werkstücks 140, auch als Substrat bezeichnet, ist eine Schicht oder ein Schichtsystem 1 15 (welches etwa im Falle eines Spiegels z.B. ein Reflexionsschichtsystem aus Molybdän- und Siliziumschichten aufweisen kann) aufgebracht. Die Bearbeitung des Substrats 140 erfolgt mit einem geeigneten Material abtragenden (ggf. auch Material hinzufügenden) Werkzeug, welches in dem vorliegenden Text kurz als„Werkzeug" bezeichnet wird. Nicht nur das

Substrat 140, sondern auch die Schicht 1 15 selbst kann so bearbeitet werden. Das Werkstück 140 kann z.B. aus Silizium (Si) oder Titandioxid (Ti02)-dotiertem Quarzglas hergestellt sein, wobei beispielhaft die unter den Markenbezeichnungen ULE (der Firma Corning Inc.) oder Zerodur (der Firma Schott AG) vertriebenen Materialien verwendbar sind.

Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei die vorliegende Erfindung bei der Herstellung eines beliebigen optischen Elements der

Projektionsbelichtungsanlage eingesetzt werden kann. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Realisierung bei der Herstellung optischer Elemente für den Betrieb im EUV beschränkt, sondern auch bei der Herstellung optischer Elemente (einschließlich transmittierender Elemente wie z.B. Linsen) für andere Arbeitswellenlängen (z.B. im DUV-Bereich bzw. bei Wellenlängen kleiner als 250 nm) realisierbar. Gemäß Figur 8 weist eine B el euchtu ngseinri chtung in einer für EUV ausgelegten

Projektionsbelichtungsanlage 700 einen Feldfacettenspiegel 703 und einen

Pupillenfacettenspiegel 704 auf. Auf den Feldfacettenspiegel 703 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche eine Plasmalichtquelle 701 und einen Kollektorspiegel 702 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupi 11 enfacettenspi egel 704 sind ein erster

Teleskopspiegel 705 und ein zweiter Teleskopspiegel 706 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 707 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene eines sechs Spiegel 751 -756 umfassenden Proj ektionsobj ekti vs lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektierende strukturtragende Maske 721 auf einem Maskentisch 720 angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 761 auf einem Wafertisch 760 befindet.

Fig. 9 zeigt eine schematische Ansicht einer DUV-Lithographieanlage 800, welche ein Strahlform ungs- und Beleuchtungssystem 802 und ein Projektionssystem 804 umfasst. Dabei steht DUV für ..tiefes Ultraviolett'" (Engl.: deep ultraviolet, DUV) und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 30 und 250 nm.

Die DUV-Lithographieanlage 800 weist eine DUV-Lichtquelle 806 auf. Als DUV-Lichtquelle 806 kann beispielsweise ein ArF-Excimerlaser vorgesehen sein, welcher Strahlung 808 im DUV-Bereich bei beispielsweise 193 nm emittiert.

Das in Fig. 9 dargestellte Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 802 leitet die DUV- Strahlung 808 auf eine Photomaske 820. Die Photomaske 820 ist als transmissives optisches Element ausgebildet und kann außerhalb der Systeme 802, 804 angeordnet sein. Die

Photomaske 820 weist eine Struktur auf, welche mittels des Projektionssystems 804 verkleinert auf einen Wafer 824 oder dergleichen abgebildet wird.

Das Projektionssystem 804 weist mehrere Linsen 828 und/oder Spiegel 830 zur Abbildung der Photomaske 820 auf den Wafer 824 auf. Dabei können einzelne Linsen 828 und/oder Spiegel 830 des Projektionssystems 804 symmetrisch zur optischen Achse 826 des

Projektionssystems 804 angeordnet sein. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Linsen und Spiegel der DUV-Lithographieanlage 800 nicht auf die dargestellte Anzahl beschränkt ist. Es können auch mehr oder weniger Linsen und/oder Spiegel vorgesehen sein. Des Weiteren sind die Spiegel in der Regel an ihrer Vorderseite zur Strahlformung gekrümmt.

Ein Luftspalt zwischen der letzten Linse 828 und dem Wafer 824 kann durch ein flüssiges Medium 832 ersetzt sein, welches einen Brechungsindex > 1 aufweist. Das flüssige Medium 832 kann beispielsweise hochreines Wasser sein. Ein solcher Aufbau wird auch als

Immersionslithographie bezeichnet und weist eine erhöhte photolithographische Auflösung auf.

Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungs form en beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative

Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.

Bezugszeichenliste

100 Rotationswerkzeug

102 Poliermittelzufuhr

104 Drehachse

106 Werkzeugträger mit Polierbelag beim Rotationswerkzeug

1 10 Uberlaufabschnitt bei Einsatz eines Rotationswerkzeuges

1 12 Wirksame Fläche des Rotationswerkzeug bzw. Fläche, auf der Material abgetragen wird, wenn das Werkzeug nicht über das Werkstück geführt wird

1 14 zu polierende Oberfläche (z.B. Frei form fläche) des Werkstücks

1 15 Reflexionsschichtsystem (z.B. MoSi-Layer)

120 Darstellung des Polierverfahrens bei zonaler Bearbeitung durch das Rotationswerkzeug 130 Polierbelag

132 Poliermittel

136 Werkzeugträger

140 Werkstück=(Spiegel-)Substrat

150 optisches Element^ (Spiegel-)Substrat 140 mit Reflexionsschichtsystem 1 15 oder Linse 200 Exzenterwerkzeug

202 Poliermittelzufuhr

204 Drehachse

206 Werkzeugträger mit Polierbelag beim Exzenterwerkzeug

210 Uberlaufabschnitt bei Einsatz eines Exzenterwerkzeuges

212 Wirksame Fläche des Exzenterwerkzeugs bzw. Fläche, auf der Material abgetragen wird, wenn das Werkzeug nicht über das Werkstück geführt wird

214 zu polierende Oberfläche (z.B. Freiform fläche) des Werkstücks

220 Darstellung des Polierverfahrens bei zonaler Bearbeitung durch Exzenterwerkzeug

31 1 Abtragsrate über die Zeit bei Einsatz eines Rotationswerkzeuges mit Polierbelag ohne Strukturierung

312 Polierbelag ohne Strukturierung

314 Drehrichtung

316 angetrocknete Poliermittelreste auf dem Polierbelag

317 erster Öffnungswinkel der Spiral arme

318 Drehachse=Zentrum des Polierbelags

319 zweiter Öffnungswinkel der Spiralarme 320 primäre Strukturierung in Spiralform

321 Abtragsrate bei Einsatz eines Rotationswerkzeuges mit Polierbelag mit Strukturierung in Spiralform

322 Polierbelag mit Strukturierung in Spiralform

331 Abtragsrate bei Einsatz eines Rotationswerkzeuges mit Polierbelag mit primärer Strukturierung in Spiralform und sekundärer Strukturierung in Form von

rotationsymmetrischen Kanälen

332 Polierbelag mit primärer Strukturierung in Spiralform und sekundärer Strukturierung in

Form von rotationssymmetrischen Kanälen

334 rotationssymmetrische Kanäle

412 Polierbelag mit primärer Strukturierung in Spiralform und sekundärer Strukturierung in

Form von asymmetrisch angeordneten Kanälen

414 Drehrichtung

418 Drehachse

420 primäre Strukturierung in Spiralform

422 sekundäre Strukturierung in Form von asymmetrisch angeordneten Kanälen

510 Abtragsrate bei Einsatz eines Exzenterwerkzeugs mit Polierbelag ohne Strukturierung

51 1 Abtragsrate bei Einsatz eines Exzenterwerkzeugs mit Polierbelag mit regelmäßiger und symmetrischer Strukturierung (Schachbrettmuster)

512 Polierbelag mit regelmäßiger und symmetrischer Strukturierung (Schachbrettmuster)

521 Strukturierung

522 Kanäle

524 Stege

dl Breite der Stege

d2 Breite der Kanäle

d3 Tiefe der Kanäle

610, 620, 630, 640, 650 sind die Teilschritte des Verfahrens zur Bearbeitung eines

Werkstückes bei der Herstellung eines optischen Elementes

700 EUV-Projektionsbelichtungsanlage

701 bis 760 Teile der EUV-Projektionsbelichtungsanlage

800 DUV-Projektionsbelichtungsanlage

802 bis 832 Teile der DUV-Projektionsbelichtungsanlage