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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung
für eine Mikrospiegelanordnung, wobei eine reflektierende
Beschichtung an einem Spiegelsubstrat innerhalb der reflektierenden
Oberfläche gebildet ist.
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Mikrospiegelanordnungen
weisen eine Mehrzahl von Mikrospiegeln auf, die in einer flächigen,
in der Regel matrixförmigen Anordnung nebeneinander angeordnet
sind und unabhängig voneinander bewegt werden können.
Typischer Weise ist die optische Oberfläche eines einzelnen
Mikrospiegels relativ zu einer allen Mikrospiegeln gemeinsamen Ebene
beweglich, insbesondere verkippbar gelagert. Zur Erzeugung der Bewegung
bzw. Verkippung können unter dem Mikrospiegel Elektroden
angebracht sein, die das Spiegelsubstrat elektrostatisch anziehen.
Durch die Verkippung der einzelnen Mikrospiegel können
diese die einfallende Strahlung gezielt in unterschiedliche Raumrichtungen
reflektieren und so z. B. zur Pupillenformung in Beleuchtungssystemen
für die Mikrolithographie eingesetzt werden.
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Aus
der Anmeldung
WO 98/09
289 A1 ist eine Mikrospiegelanordnung mit mindestens einen
Mikrospiegel mit einer reflektierenden Beschichtung bekannt, wobei
die reflektierende Beschichtung bezüglich einer Nutzwellenlänge
der Mikrospiegelanordnung im Hinblick auf die Reflektivität
optimiert ist. Eine solche Mikrospiegelanordnung ist ebenso aus
US 2004/0190 281 A1 bekannt.
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Es
ist darüber hinaus bekannt, dass die Mikrospiegelanordnungen
mit reflektierenden Beschichtungen versehen werden können,
um die Reflektivität einer solchen Mikrospiegelanordnung
bei einer Nutzwellenlänge gegenüber der natürlichen
Reflektivität des Substratmaterials der Mikrospiegelanordnung
zu erhöhen. In der Regel bestehen solche Beschichtungen
für Mikrospiegelanordnungen aus dielektrisch verstärkten
Metallschichten, siehe
US 7307775 ,
US 6816302 ,
US 6778315 ,
US 6891655 ,
WO 2006000445 ,
US 5572543 und
US 6746886 .
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Nachteilig
an diesen Schichten ist jedoch, dass diese Beschichtungen unter
intensiver Bestrahlung degradieren und mit der Zeit sogenannte „Hillock's”,
dies sind kleine Erhöhungen auf der Oberfläche
mit in der Regel kreisförmigem Querschnitt, sowie eine
erhöhte Rauheit aufweisen, welche zu erhöhtem
Streulicht dieser Schichten führt. Des Weiteren ist an
diesen Schichten nachteilig, dass sie nicht gleichzeitig für
Licht einer anderen Wellenlänge geeignet sind, welches
unter großen Einfallswinkeln zur Normalen der Spiegelfläche
einfällt. Solches Licht mit einer Messwellenlänge,
welche von der Nutzwellenlänge abweicht, wird zu Kalibrierzwecken
für Mikrospiegelanordnungen in einem Beleuchtungssystem
für die Mikrolithographie benötigt.
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Da
bautechnisch bedingt die reflektierenden Oberflächen der
Mikrospiegel in der Regel nicht unmittelbar benachbart zueinander
angeordnet werden können, trifft die auf die Mikrospiegelanordnung
einfallende Strahlung nicht nur die reflektierenden Oberflächen
der einzelnen Mikrospiegel, sondern auch Bereiche, in denen keine
Reflexion der Strahlung gewünscht ist. Der außerhalb
der reflektierenden Oberflächen der einfallenden Strahlung
ausgesetzte Bereich der Mikrospiegelanordnung sollte möglichst
wenig Strahlung reflektieren bzw. zurückstreuen, da diese
beispielsweise bei Verwendung der Mikrospiegelanordnung zur Pupillenformung unmittelbar
in den Bereich der Pupille als Störlicht reflektiert wird.
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Aus
der
US 6,891,655 B2 sind
eine Mikrospiegelanordnung und ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt
geworden, bei denen die Beständigkeit eines Mikrospiegels
für Strahlung im UV-Wellenlängenbereich durch
Aufbringen einer strahlungsbeständigen Schicht erhöht
werden soll. Es wird weiterhin vorgeschlagen, auf die Rückseite
des Mikrospiegels und/oder an einem unbeweglichen Substrat, an dem
der Mikrospiegel gelagert ist, eine Anti-Reflexbeschichtung aufzubringen.
Als Materialien für die Schichten der Anti-Reflexbeschichtung
werden unter anderem Magnesium-Fluorid und Calcium-Fluorid vorgeschlagen.
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Zur
Reduzierung der Reflektivität der Mikrospiegelanordnung
außerhalb der optischen Oberflächen kann auch
eine die einfallende Strahlung auffangende Blende vorgesehen sein.
Nachteilig an dieser Lösung ist aber deren geringe mechanische
Stabilität, sowie die ggf. nicht ausreichende Genauigkeit
bei deren Befestigung bzw. Justage.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Mikrospiegelanordnung und ein Verfahren
zur Herstellung einer Beschichtung anzugeben, wobei die Beschichtung
unter intensiver Bestrahlung von Licht der Nutzwellenlänge nicht
degradiert und gleichzeitig für Licht einer anderen Wellenlänge
als der Nutzwellenlänge geeignet ist.
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Gegenstand der Erfindung
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Ein
Aspekt der Erfindung ist realisiert in einem Verfahren der eingangs
genannten Art, umfassend: Beschichten eines Spiegelsubstrats mit
einer Anti-Reflexbeschichtung, sowie Strukturieren der Anti-Reflexbeschichtung
unter Aufbringen einer durch Bestrahlung strukturierbaren Materialschicht
auf die Anti-Reflexbeschichtung und/oder auf das Spiegelsubstrat.
Vorteilhaft besteht das Spiegelsubstrat hierbei aus Silizium.
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Erfindungsgemäß wird
vorgeschlagen, die Anti-Reflexbeschichtung mit Hilfe eines lithographischen Verfahrens
zu strukturieren, d. h. durch Aufbringen einer strahlungsempfindlichen
Materialschicht, die durch Bestrahlung strukturiert werden kann.
Hierbei kann die Materialschicht auf die Anti-Reflexbeschichtung
aufgebracht werden oder direkt auf das Spiegelsubstrat, wobei sie
in ersterem Fall als Ätzmaske und in letzterem Fall als
Opferschicht oder Ätzstopp dient. In jedem Fall wird die
strahlungsempfindliche Materialschicht nach bzw. bei der Strukturierung
der Anti-Reflexbeschichtung entfernt, so dass die Anti-Reflexbeschichtung
zunächst flächig aufgetragen und nachfolgend gezielt
in den Bereichen abgetragen werden kann, in denen keine Anti-Reflexbeschichtung
gewünscht ist.
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In
einer Variante wird das Spiegelsubstrat mit wenigstens einer absorbierenden
Schicht aus einem nicht-metallischen Material beschichtet, das bei
einer Wellenlänge im UV-Bereich, insbesondere bei 193 nm, einen
Absorptionskoeffizienten von 0,1 oder mehr, bevorzugt von 0,2 oder
mehr, insbesondere von 0,4 oder mehr aufweist, so dass die Zahl
der Schichten und damit die Zahl der Beschichtungsvorgänge
gegenüber einer Anti-Reflexbeschichtung aus einem üblichen,
aus transparenten Materialien bestehenden Mehrfachschicht-System
deutlich reduziert werden kann.
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In
einer weiteren Variante wird als Material der absorbierenden Schicht
eine Verbindung gewählt, die ausgewählt ist aus
der Gruppe umfassend: Silizium-Oxide (SixOy), Al2O3,
TiO2, Ta2O3, SiN, YF3, Silizium-Nitride (SixNy) und Silizium-Oxid-Nitride
(SiNxOy). Diese
Verbindungen weisen alle bei der Nutzwellenlänge von 193 nm
hohe Absorptionswerte auf.
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In
einer weiteren Variante wird auf die absorbierende Schicht mindestens
eine weitere Schicht mit einem niedrigeren Brechungsindex als dem
Brechungsindex der absorbierenden Schicht aufgebracht, um die Strahlung
in die absorbierende Schicht einzukoppeln, d. h. die absorbierende
Schicht zu entspiegeln. Es versteht sich, dass auf die weitere Schicht
auch eine Schicht mit höherem Brechungsindex folgen kann.
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Eine
Variante des Verfahrens umfasst das Aufbringen einer reflektierenden
Beschichtung auf die Anti-Reflexbeschichtung und/oder auf das Spiegelsubstrat
zur Erzeugung mindestens einer reflektierenden Oberfläche
an einem Mikrospiegel. Die reflektierende Beschichtung besteht hierbei
aus einem erfindungsgemäßen, reflektierenden Mehrfachschicht-System,
welches ein erstes und eine zweites Schichtteilsystem umfasst, wobei
das erste Schichtteilsystem aus alternierenden hoch- bzw. niedrig
brechenden, transparenten Schichten besteht.
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Bei
einer weiteren Variante wird die reflektierende Beschichtung zunächst
flächig aufgebracht und nachfolgend selektiv außerhalb
der reflektierenden Oberfläche von der Anti-Reflexbeschichtung
entfernt, wobei auch in diesem Fall eine strahlungsempfindliche,
strukturierbare Materialschicht im Bereich der reflektierenden Oberfläche
als Ätzmaske auf die reflektierende Beschichtung und/oder
außerhalb der reflektierenden Oberfläche als Opferschicht
bzw. als Ätzstopp auf die Anti-Reflexbeschichtung aufgebracht
werden kann.
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In
einer weiteren Variante wird die Schichtspannung der Anti-Reflexbeschichtung
so auf die Schichtspannung der reflektierenden Beschichtung abgestimmt,
dass die beiden Schichtspannungen sich im Wesentlichen kompensieren,
d. h. eine z. B. negative Schichtspannung der Anti-Reflexbeschichtung
kann durch eine betragsmäßig im Wesentlichen gleich
große positive Schichtspannung der reflektierenden Beschichtung
ausgeglichen werden und umgekehrt. Unter einer Kompensation „im
Wesentlichen” wird verstanden, dass die Abweichung des
Absolutbetrags der Schichtspannungen bei ca. 20% oder weniger liegt.
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In
einer Variante wird die Anti-Reflexbeschichtung zunächst
flächig auf das Spiegelsubstrat aufgebracht und nachfolgend
selektiv im Bereich der reflektierenden Oberfläche von
dem Spiegelsubstrat entfernt. Auf diese Weise kann die reflektierende
Beschichtung im Bereich der reflektierenden Oberfläche
direkt auf das Spiegelsubstrat aufgebracht werden, so dass das Spiegelsubstrat,
das von sich aus (z. B. im Falle von Silizium) bereits eine hohe
Reflektivität für die einfallende Strahlung aufweist,
nur noch durch eine geringe Anzahl von reflektierenden Schichten
ergänzt werden muss, um die gewünschte hohe Reflektivität
für die einfallende Strahlung im Bereich der reflektierenden
Oberfläche zu erhalten.
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In
einer weiteren Variante wird mindestens eine, bevorzugt jede Schicht
der Anti-Reflexbeschichtung durch plasmaunterstützte chemische
Gasphasenabscheidung aufgebracht. Insbesondere bei ausschließlicher Verwendung
von Silizium-Verbindungen als Materialien für die Schichten
der Anti-Reflexbeschichtung kann die Anti-Reflexbeschichtung in
einer Beschichtungsanlage in einem einzigen Beschichtungsvorgang
aufgebracht werden, indem die Reaktivgasanteile geeignet variiert
werden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand
der Figuren, 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.
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Figuren
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Ausführungsbeispiele
sind in den schematischen Figuren dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt:
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1a eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Mikrospiegelanordnung in einer Draufsicht,
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1b die
Mikrospiegelanordnung von 1a in
einer Schnittdarstellung nach dem Beschichten und vor dem Strukturieren
der Anti-Reflexbeschichtung mittels einer strahlungsempfindlichen,
strukturierten Materialschicht, sowie
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1c die
Mikrospiegelanordnung von 1b nach
dem Strukturieren der Anti-Reflexbeschichtung und nach dem Entfernen
der strahlungsempfindlichen Materialschicht,
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2a–c
eine schematische Darstellung einer ersten Variante der Beschichtung
der Mikrospiegelanordnung von 1a mit
einer Anti-Reflexbeschichtung und einer reflektierenden Beschichtung,
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3a–c
eine schematische Darstellung einer zweiten Variante der Beschichtung
der Mikrospiegelanordnung von 1a,
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4a–c
eine schematische Darstellung einer dritten Variante der Beschichtung
der Mikrospiegelanordnung von 1a,
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5 eine
Darstellung der Reflektivität einer ersten Variante der
Anti-Reflexbeschichtung in Abhängigkeit vom Einfallswinkel,
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6 eine
Darstellung der Reflektivität einer zweiten Variante der
Anti-Reflexbeschichtung in Abhängigkeit vom Einfallswinkel
und von der Dicke einer auf dem Spiegelsubstrat gebildeten Siliziumoxidschicht,
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7 eine
Darstellung der Reflektivität eines zweiten Ausführungsbeispiels
zur zweiten Variante der Anti-Reflexbeschichtung in Abhängigkeit
von der Wellenlänge,
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8 eine
schematische Darstellung des Schichtaufbaus eines Ausführungsbeispiels
zu der Beschichtung der Mikrospiegelanordnung von 1a,
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9 eine
Darstellung der Reflektivität des Ausführungsbeispiels
von 8 in Abhängigkeit von der Nutzwellenlänge,
und
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10 eine
Darstellung der Reflektivität des Ausführungsbeispiels
von 8 in Abhängigkeit von der Messwellenlänge.
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In 1a ist
schematisch eine Mikrospiegelanordnung 1 gezeigt, die ein
plattenförmiges Spiegelsubstrat 2 aufweist, an
dem eine Mehrzahl von Mikrospiegeln 3 zwischen als Scharnieren
dienenden Teilbereichen 4 des Spiegelsubstrats 2 mit
verringerter Dicke an säulenförmigen Stützstrukturen 5 beweglich
gelagert ist. Unterhalb des Spiegelsubstrats 2 sind im
Bereich jedes Mikrospiegels 3 mehrere, typischer weise
drei (nicht gezeigte) Elektroden angebracht, durch die sich die
Mikrospiegel 3 gegenüber einer jeweiligen, gestrichelt
angedeuteten Achse verkippen lassen, die im Bereich der Stützstrukturen 5 durch
das Spiegelsubstrat 2 verläuft. Es versteht sich,
dass die Mikrospiegel 3 auch um zwei z. B. zueinander senkrechte
Achsen verkippt werden können, wenn die Anordnung bzw.
Formgebung der Scharniere 4 geeignet modifiziert wird,
z. B. wenn diese in den Eckbereichen der Mikrospiegel 3 angeordnet
werden.
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Um
die in 1a gezeigte Mikrospiegelanordnung 1 zu
erhalten, wird auf das noch unstrukturierte, plane Spiegelsubstrat 2 eine
Anti-Reflexbeschichtung 7 sowie eine reflektierende Beschichtung 8 aufgebracht, wie
nachfolgend anhand der 2a–c, 3a–c
und 4a–c näher erläutert
wird, welche unterschiedliche Varianten des Beschichtungsvorgangs
zeigen.
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In 2a ist
eine Beschichtungs-Variante dargestellt, bei der auf das Spiegelsubstrat 2 die
Anti-Reflexbeschichtung 7 und auf diese die reflektierende
Beschichtung 8 flächig aufgebracht ist. Auf die
reflektierende Beschichtung 8 ist eine strahlungsempfindliche
Materialschicht 9 aufgebracht, im Folgenden auch Resist genannt,
die in einem vorausgehenden Schritt durch Bestrahlung bzw. Belichtung
und anschließendes Entwickeln strukturiert und nachfolgend
in den unbelichteten Bereichen entfernt wurde. Die Materialschicht 9 kann hierbei
aus den in der Mikrolithographie üblichen Resist-Materialien
bestehen, welche selektiv abgetragen werden können, so
dass die reflektierende Beschichtung 8 beim teilweisen
Abtrag der Materialschicht 9 intakt bleibt.
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Wie
ebenfalls in 2a gezeigt ist, wird nachfolgend
die reflektierende Beschichtung 8 selektiv in den Bereichen
durch einen Ätzprozess abgetragen, an denen keine strukturierte
Materialschicht 9 vorhanden ist. Der Ätzangriff
ist hierbei durch gestrichelte Pfeile 10 angedeutet und
kann mittels trockenem oder nassem Ätzen auf bekannte Weise
durchgeführt werden. Durch das Ätzen erfolgt ein
vollständiger Abtrag der reflektierenden Beschichtung 8 in
den nicht durch den Resist 9 geschützten Bereichen,
wie in 2b dargestellt ist, d. h. der
Resist 9 dient als Ätzmaske für die Strukturierung
der reflektierenden Beschichtung 8. In 2c wird das
Ergebnis der Beschichtung dargestellt, nachdem der Resist 9 von
der reflektierenden Beschichtung 8 entfernt wurde, wodurch
eine reflektierende Oberfläche 11 mit der gewünschten
Geometrie an der reflektierenden Beschichtung 8 gebildet
wird.
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Der
in 3a–c dargestellte Beschichtungsprozess
unterscheidet sich von dem der 2a–c
gezeigten dadurch, dass vor dem Aufbringen der reflektierenden Beschichtung 8 auf
die Anti-Reflexbeschichtung 7 zunächst der Resist 9 aufgebracht
und strukturiert wird, vgl. 3a. Der
Resist 9 dient hierbei als Opferschicht und kann wie in 3b durch
Pfeile 12 angedeutet ist, mittels geeigneter, ebenfalls
bekannter Verfahren von der Anti-Reflexbeschichtung 7 abgehoben
werden, nachdem auf diese die reflektierende Beschichtung 8 aufgebracht
wurde. Wie in 3c gezeigt, bleibt auf diese
Weise ebenfalls nur der gewünschte Bereich der reflektierenden
Beschichtung 8 mit der reflektierenden Oberfläche 11 auf
der Anti-Reflexbeschichtung 7 zurück.
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4a–c
zeigen schließlich eine Variante des Verfahrens, bei denen
die Beschichtungsschritte der 2a–c
und 3a–c kombiniert werden. Ausgangspunkt
ist hierbei die in 3b dargestellte Situation, bei der
auf den strukturierten Resist 9 die reflektierende Beschichtung 8 aufgebracht
wurde. In diesem Fall wurde aber ein Resist-Material gewählt,
das nicht als Opferschicht, sondern als Ätzstopp für
die darunter liegende Anti-Reflexbeschichtung 7 dient.
Wie in 4b dargestellt, wird auf den
Teilbereich der reflektierenden Beschichtung 8, welcher
unmittelbar auf die Anti-Reflexbeschichtung 7 aufgebracht
wurde, eine weitere Resist-Schicht 9a als Ätzstopp
aufgebracht und strukturiert, so dass der nicht von der Resist-Schicht 9a bedeckte Teil
der reflektierenden Beschichtung 9 in einem nachfolgenden Ätzschritt
abgetragen werden kann, wie in 4b durch
Pfeile 10 dargestellt ist, wobei das Ätzen an
dem Resist 9 gestoppt wird. Nach dem Abtragen des Resists 9 und
der Resist-Schicht 9a wird ebenfalls die reflektierende
Oberfläche 11 mit der gewünschten Form
auf der Anti-Reflexbeschichtung 7 erhalten, wie in 4c gezeigt
ist.
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Die
beiden in 3a–c und 4a–c
gezeigten Varianten bieten sich an, wenn die reflektierende Beschichtung 8 nicht
selektiv bezüglich der Anti-Reflexbeschichtung 7 geätzt
werden kann. Bei den oben beschriebenen Beschichtungsvarianten können
die einzelnen Schichten jeweils durch übliche Dünnschicht-Beschichtungsverfahren,
z. B. durch plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung
(PECVD), durch thermisches Verdampfen oder durch Sputtern aufgebracht
werden.
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Neben
den in 2a–c bis 4a–c
gezeigten Beschichtungsvarianten ist es auch möglich, zunächst die
Anti-Reflexbeschichtung 7 zu strukturieren und in den Bereichen
gezielt abzutragen, in denen die reflektierende Beschichtung 8 bzw.
die optische Oberfläche 11 gebildet werden soll.
Auf diese Weise kann die reflektierende Beschichtung 8 unmittelbar
auf das Spiegelsubstrat 2 aufgebracht werden, so dass dessen
hohe Reflektivität beim Design der reflektiven Beschichtung
berücksichtigt und genutzt werden kann.
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In
jedem Fall wird nachfolgend auf das Substrat 3 eine weitere
Resistschicht 9b flächig aufgebracht, die in den
als Scharniere dienenden Teilbereichen 4 strukturiert ist,
wie in 1b dargestellt, in der auf die Darstellung
Anti-Reflexbeschichtung sowie die reflektierenden Beschichtung der
besseren Übersicht halber verzichtet wurde. Die in 1b gezeigte
Darstellung folgt hierbei der in 1a gezeigten
Schnittlinie vor der Strukturierung des Substrats 2. In
einem nachfolgenden Ätzschritt werden in den Teilbereichen 4 Durchbrüche gebildet,
wie in 1c gezeigt ist, in der die Mikrospiegelanordnung 1 entlang
der Schnittlinie von 1a im Endzustand nach dem Entfernen
der Resistschicht 9b dargestellt ist.
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In 1c ist
außerdem der Aufbau der Anti-Reflexbeschichtung 7 genauer
gezeigt: Diese weist eine erste, absorbierende Schicht 7a auf,
auf die eine weitere Schicht 7b aufgebracht ist, die zum
Einkoppeln der auf die Anti-Reflexbeschichtung 7 auftreffenden,
(nicht gezeigten) Strahlung in die absorbierende Schicht 7a dient
und deren Brechungsindex geringer ist als derjenige der absorbierenden
Schicht 7a. Auf das erste Schichtenpaar 7a, 7b folgen
noch zwei weitere, identische Schichtenpaare 7a, 7b.
Die absorbierende Schicht 7a besteht im vorliegenden Fall
aus Silizium-Nitrid (SiN), welches in Abhängigkeit von
der gewählten Prozessführung einen Realteil des
Brechungsindex n zwischen ca. 2,20 und 2,65 und einen Imaginärteil
k (Absorptionskoeffizienten) zwischen 0,17 und 0,7 bei einer Wellenlänge
von 193 nm aufweist. Die weitere Schicht 7b besteht hierbei
aus SiO2, das einen Brechungsindex n zwischen
1,56 und 1,70 und einen Absorptionskoeffizienten k zwischen 0,0002
und 0,015 aufweist.
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Wie
aus 1c ebenfalls zu ersehen ist, wird ca. 50% der
Fläche der Mikrospiegelanordnung 1 zur gezielten
Umlenkung der einfallenden Strahlung an den reflektierenden Oberflächen 11 verwendet.
Außerhalb der reflektierenden Oberflächen 11 trifft
noch ca. 1% der gesamten Intensität der einfallenden Strahlung
auf, von denen maximal 10% reflektiert werden dürfen, wenn
die Mikrospiegelanordnung 1 zur Pupillenformung verwendet
werden soll, da in diesem Fall die nicht gezielt reflektierte Strahlung
direkt in die Pupille gelangt. Da das Spiegelsubstrat 2 aus
Silizium eine Reflektivität von ca. 65% aufweist, muss
eine Anti-Reflexbeschichtung 7 so ausgelegt sein, dass
die Reflektivität um ca. 55–60% reduziert wird.
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Ein
typisches Schichtdesign (6-Schichter) für die Anti-Reflexbeschichtung
7,
das eine Reflektivität R von weniger als 10% auch bei hohen
Inzidenzwinkeln α von 50° und darüber
aufweist, ist in
5 gezeigt, wobei die Schichtdicken
gegeben sind durch: Si (2,9 H 1,95 L) 3 (physikalische Dicke jeweils
in Nanometern) und für die einzelnen Schichten folgende
Daten zu Grunde gelegt wurden:
| | | n | k |
| Silizium-Substrat: | | 0,88 | 2,78 |
| SiN: | H | 2,5 | 0,3 |
| SiO2: | L | 1,56 | 0,0002 |
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Es
versteht sich, dass durch Anpassung der Dicken der Schichten 7a, 7b bzw.
der Anzahl der verwendeten Schichten die Reflektivität
geeignet anpassen, insbesondere weiter verringern lässt,
wobei für die Entspiegelung des nicht transparenten Siliziums
die vergleichsweise hohe Absorption (Absorptionskoeffizient größer
0,1) von Silizium-Nitrid als absorbierendem Schichtmaterial günstig
ist. Es versteht sich, dass auch andere Schichtmaterialien für
die Anti-Reflexbeschichtung 7 in Frage kommen, z. B. Silizium-Nitride
anderer Zusammensetzung (SixNy)
bzw. Silizium-Oxid-Nitride (SiOxNy), wobei die Anzahl und Reihenfolge der
aufgebrachten Schichten von der zu erzielenden Reflektivität
und dem Inzidenzwinkelbereich abhängig ist, unter dem die Strahlung
auf die Mikrospiegelanordnung 1 einfällt.
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Bei
der ausschließlichen Verwendung der oben erwähnten,
Silizium enthaltenden Materialien für die Schichten der
Anti-Reflexbeschichtung 7 können alle Schichten
in derselben Beschichtungsanlage aufgebracht werden, indem die Reaktivgasanteile
in der Anlage geeignet eingestellt werden. Es versteht sich, dass auch
Schichten aus anderen Materialien, mit denen sich die gewünschte
Reflektivität erzielen lässt, in der Anti-Reflexbeschichtung
Verwendung finden können. Insbesondere können
als absorbierende Schichten ggf. auch Metalle wie Aluminium, Chrom
oder Titan eingesetzt werden. Auch für die weitere Schicht 7b können
andere Materialien als Siliziumoxid (SiO2)
verwendet werden, die für die einfallende Strahlung im
Wesentlichen transparent sind und einen Brechungsindex aufweisen,
der unter dem Brechungsindex der absorbierenden Schicht 7a liegt.
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Bei
dem im Zusammenhang mit 5 beschriebenen Beispiel für
eine Anti-Reflexbeschichtung ist die Schichtdicke der absorbierenden
Schicht 7a nicht groß genug, um die einfallende
Strahlung vollständig zu absorbieren. Demzufolge muss das
Spiegelsubstrat 2 bei der Berechnung des Schichtdesigns
berücksichtigt werden. In der Regel bildet sich jedoch
an der Oberfläche des Spiegelsubstrats eine dünne
Schicht aus Siliziumoxid (maximal 7 nm) aus, wobei die Dicke ortsabhängig
sein kann und auch in Abhängigkeit vom Herstellungsprozess
des Spiegelsubstrats variiert. Da die Dicke der Oxidschicht in der
Regel bei der Berechnung des Designs nicht genau bekannt ist, ist
es schwierig, ein Design mit den gewünschten Eigenschaften
zu erzeugen. Daher ist es vorteilhaft, die reflektierende Schicht 7a der
Anti-Reflexbeschichtung mit einer solchen Dicke zu versehen, dass
die einfallende Strahlung nicht oder nur in geringem Umfang bis
zum Spiegelsubstrat 2 bzw. zu der oxidischen Schicht gelangt,
so dass diese für die Wirkung der Entspiegelung unerheblich
bleibt. Je nach Zielwert für die Restreflexion liegt bei
Silizium-Nitrid als absorbierender Schicht die hierfür
benötigte Dicke zwischen einigen 10 nm und über
100 nm. Die benötigte Dicke hängt vom Absorptionskoeffizienten
und damit auch vom Herstellungsprozess der Silizium-Nitrid-Schicht
ab.
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6 zeigt
ein Beispiel für die Reflektivität R eines Schichtdesigns
(2-Schichters) mit einer Reflexion von ca. ≤ 1% bei senkrechtem
Einfall und einer Wellenlänge von 193 nm. Das Design weist
folgende physikalische Schichtdicken auf: (Si-Substrat) (0 bis 7
nm N) (97.9 nm H) (28.5 nm L)
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Für
die einzelnen Schichten wurden folgende Daten zu Grunde gelegt:
| Brechzahl | n | k |
| Substrat
Si | 0,88 | 2,78 |
| N Nat.
SiO2 | 1,56 | 0,0002 |
| H PECVD
SiN | 2,38 | 0,44 |
| L PECVD
SiO2 | 1,66 | 0,0005 |
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Die
in 6 dargestellten Reflektivitätskurven 10a bis 10e wurden
hierbei für folgende Dicken der Siliziumoxidschicht im
Bereich zwischen 0 nm und 7 nm ermittelt: Kurve 10a: 0
nm, 10b: 1 nm, 10c: 3 nm, 10d: 5 nm, 10e:
7 nm. Wie deutlich zu erkennen ist, nimmt die Reflektivität
R mit zunehmender Schichtdicke der nativen SiO2-Schicht
ab, die Dicke der absorbierenden Schicht 7a von ca. 100
nm ist aber ausreichend, um bei allen betrachteten Fällen
eine Reflektivität R zu erreichen, die bei senkrechtem
Einfall im Bereich um ca. 1% und darunter liegt. Bei diesem Design
ist abweichend von dem in 1c dargestellten
Fall somit ein einziges Schichtenpaar 7a, 7b ausreichend,
um die gewünschte Reflektivität R zu erzielen.
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Zusätzlich
zur Entspiegelung bei einer einzelnen Wellenlänge, z. B.
bei 193 nm, ist es auch möglich, eine Entspiegelung über
einen Wellenlängenbereich z. B. zwischen 185 nm und 230
nm zu realisieren. In diesem Fall muss das optische Design bzw.
müssen die Schichtdicken der Schichten 7a, 7b und
ggf. weiterer Schichten entsprechend angepasst werden Für
die Optimierung der Schichtdicken bei bekannten Brechzahlen der
verwendeten Schichtmaterialien werden typischerweise handelsübliche
Schichtdesignprogramme verwendet. Vorteile einer Breitband-Entspiegelung
sind höhere Fertigungstoleranzen und die Abdeckung eines
breiteren Bereiches der Einfallswinkel für eine ausgewählte
Wellenlänge.
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Bei
der in 1c dargestellten Konfiguration,
bei der die reflektierende Beschichtung 8 auf die Anti-Reflexbeschichtung 7 aufgebracht
ist, ist es möglich, die Schichtspannung der Anti-Reflexbeschichtung
so auf die Schichtspannung der reflektierenden Beschichtung abzustimmen,
dass die beiden Schichtspannungen sich im Wesentlichen kompensieren,
d. h. eine resultierende positive Schichtspannung der einen Beschichtung kann
durch eine betragsmäßig im Wesentlichen gleich
große (Abweichung maximal ca. 20%) negative Schichtspannung
der anderen Beschichtung kompensiert werden. Hierbei kann ausgenutzt
werden, dass die Schichtspannungen der einzelnen Schichten, insbesondere
der absorbierenden Schicht 7a (z. B. aus SiN) in Abhängigkeit
vom gewählten Beschichtungsverfahren bzw. der gewählten
Beschichtungsparameter variiert, so dass die Schichtspannung der
Anti-Reflexbeschichtung geeignet angepasst werden kann.
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7 zeigt
die Reflektivität eines zweiten Ausführungsbeispiels
zur zweiten Variante der Anti-Reflexbeschichtung 7 gemäß 6 in
Abhängigkeit von der Wellenlänge. Die Reflektion
dieser Anti-Reflexbeschichtung 7 liegt bei der Nutzwellenlänge
von 193 nm bei senkrechtem Einfall des Nutzlichtes der Mikrospiegelanordnung
unter 1%. Das Design weist folgende physikalische Schichtdicken
auf: (Si-Substrat) (90.2 nm H) (85.8 nm L).
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Für
die einzelnen Schichten wurden hierbei die Daten gemäß den
Ausführungsbeispielen zu 6 zu Grunde
gelegt, wobei die Beschichtung des Ausführungsbeispiels
zu 7 direkt auf dem Si-Spiegelsubstrat aufgebracht
ist und nicht durch eine SiO2-Schicht von
diesem getrennt ist. Die absorbierende Schicht 7a besteht
somit aus SiN und die weitere Schicht 7b, welche zum Einkoppeln
der auf die Anti-Reflexbeschichtung 7 auftreffenden Strahlung
aufgebracht ist, besteht aus SiO2.
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Es
ist anhand von 7 zu erkennen, dass die zugehörige
Anti-Reflexbeschichtung 7 in der Lage ist, bis zu einer
Nutzwellenlänge von 212 nm dafür zu sorgen, dass
die Reflektivität der Bereiche außerhalb der reflektiven
Oberflächen 11 einer Mikrospiegelanordnung unter
10% bleibt.
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8 ist
eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus eines Ausführungsbeispiels
zu der Beschichtung eines Mikrospiegels 3 der Mikrospiegelanordnung
von 1a, welches neben der Anti-Reflexbeschichtung 7 mit
den Schichten 7a und 7b auf einem Substrat 2 auch
die reflektierende Beschichtung 8 mit umfasst. Die reflektierende
Beschichtung 8 besteht hierbei aus zwei Schichtteilsysteme,
wobei das erste Schichtteilsystem Schichten 8a, 8b aus
einer periodischen Abfolge alternierender hoch und niedrig brechender Schichten
aus einem nicht-metallischen Material aufweist und bezüglich
der Nutzwellenlänge von 193 nm im Hinblick auf die Reflektivität
optimiert ist. Das zweite Schichtteilsystem besteht aus den hoch
und niedrig brechenden Schichten 8c, 8d und ist
bezüglich der Messwellenlänge von 633 nm im Hinblick
auf die Reflektivität optimiert. Das konkrete Schichtdesign
für dieses Ausführungsbeispiel lässt
sich wie folgt angeben:
(Si-Substrat) (4,288 SiN)(2,783 SiO2) 2×(1,796 TiO2 4,170
MgF2) (1,796 TiO2)
9×(1 MgF2 1 LaF3).
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Dabei
beziehen sich die Zahlenangaben auf die Einheit Quarter Wave Optical
Thickness (QWOT), also auf ein Viertel der Wellenlänge,
bei der Nutzwellenlänge von 193 nm bei nahezu senkrechtem
Einfall. Das Ausführungsbeispiel zu 8 umfasst
somit eine Anti-Reflexbeschichtung 7 gemäß 7,
ein zweites reflektierendes Schichtteilsystem aus zwei Perioden
von Schichten 8c aus TiO2 und Schichten 8d aus
MgF2 für die Wellenlänge
633 nm, eine Trennschicht 8t aus TiO2 und
ein erstes Schichtteilsystem aus 9 Perioden von Schichten 8b aus
MgF2 und 8a aus LaF3 für
die Wellenlänge 193 nm. Statt einer Trennschicht aus TiO2 zwischen dem ersten und dem zweiten Schichtteilsystem
hätten hierbei auch Schichten aus den Materialien ZrO2, Ta2O5,
HfO2, Si, Ge, ZnS, CuInSe2 oder
CuInS2 gewählt werden können.
Die Trennschicht dient dazu, die Reflektionseigenschaften des ersten
Schichtteilsystems von dem darunter liegenden Schichtteilsystem
zu entkoppeln, indem es dafür sorgt, dass möglichst
wenig Licht der Nutzwellenlänge die Trennschicht zu dem
darunterliegenden Schichtteilsystem passiert. Ferner kann eine zusätzliche
Haftvermittlungsschicht zwischen der Anti-Reflexbeschichtung 7 und
dem Substrat 2 und/oder zwischen der Anti-Reflexbeschichtung 7 und
der reflektierenden Beschichtung 8 beim Ausführungsbeispiel
zu 8 vorgesehen werden.
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Die
Reflektionseigenschaften dieses Ausführungsbeispiels außerhalb
der reflektierenden Oberfläche 11 wurden schon
anhand der 7 diskutiert. Die Reflektionseigenschaften
innerhalb der reflektierenden Oberfläche 11 eines
Mikrospiegels 3 mit einer Beschichtung gemäß dem
Ausführungsbeispiel zu 8 werden
nachfolgend anhand der 9 und 10 diskutiert.
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9 zeigt
eine Darstellung der Reflektivität des Ausführungsbeispiels
von 8 in Abhängigkeit von der Wellenlänge
in der Umgebung der Nutzwellenlänge von 193 nm. Es ist
anhand 8 zu erkennen, dass das Ausführungsbeispiel
zu 8 eine Reflektivität von über
95% bei der Nutzwellenlänge von 193 nm bei einem Einfallswinkel
von 10° gegenüber der Normalen der reflektierenden
Oberfläche 11 des Mikrospiegels 3 aufweist.
Ferner ist zu erkennen, dass die Reflektivität bei einer
Nutzwellenlänge zwischen 185 nm und 205 nm bei einem Einfallswinkel
von 10° dieses Ausführungsbeispiels über
85% beträgt.
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10 zeigt
eine Darstellung der Reflektivität des Ausführungsbeispiels
von 8 in Abhängigkeit von der Wellenlänge
in der Umgebung der Messwellenlänge von 633 nm der Mikrospiegelanordnung.
Es ist anhand von 10 zu erkennen, dass das Ausführungsbeispiel
zu 8 eine Reflektivität von über
90% bei der Messwellenlänge von 633 nm bei einem Einfallswinkel
von 45° gegenüber der Normalen der reflektierenden
Oberfläche 11 des Mikrospiegels 3 aufweist.
Darüber hinaus ist zu erkennen, dass die Reflektivität
dieses Ausführungsbeispiels gleichzeitig zu der Reflektivität
bei der Nutzwellenlänge, welche in 9 dargestellt
ist, bei einer Messwellenlänge zwischen 500 nm und 800
nm und bei einem Einfallswinkel von 45° mehr als 80% beträgt.
Somit ist die reflektierende Beschichtung 8, insbesondere
das zweite Schichtteilsystem derart ausgelegt, dass eine Reflektivität
von mehr als 65%, insbesondere von mehr als 80% bei einer von der
Nutzwellenlänge abweichenden Messwellenlänge unter
einem Einfallswinkel zur Normalen der reflektierenden Oberfläche 11 resultiert,
wobei der Einfallswinkel um mehr als 15°, insbesondere
um mehr als 20° von einem Einfallswinkel des Nutzlichtes
abweicht und wobei die Einfallswinkel des Nutzlichtes durch die
beabsichtigte Nutzung der Mikrospiegelanordnung vorgegeben sind.
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Es
versteht sich, dass die Anti-Reflexbeschichtung nicht zwingend auf
der Oberseite des Spiegelsubstrats
2 aufgebracht werden
muss, sondern dass bei geeigneter Geometrie der Mikrospiegelanordnung
auch eine Anbringung der Anti-Reflexbeschichtung an der Rückseite
des Spiegelsubstrats
2 oder an einem darunter liegenden
Substrat, das ggf. ebenfalls aus Silizium besteht, aufgebracht werden
kann, wie in der eingangs zitierten
US 6,891,655 B2 dargestellt ist, welche bezüglich
dieses Aspekts durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht
wird.
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Die
oben beschriebene Mikrospiegelanordnung eignet sich insbesondere
zur Pupillenformung in Beleuchtungssystemen für die Mikrolithographie,
die bei einer Wellenlänge von 193 nm betrieben werden.
Ferner können auch mehrere Mikrospiegelanordnungen parallel
oder nacheinander in solchen Beleuchtungssystemen betrieben werden.
Es versteht sich, dass die oben beschriebenen Konzepte mit geeigneten
Abwandlungen auch bei anderen Wellenlängen, wie z. B. 248
nm, Verwendung finden können. Ferner kann die oben beschriebene
Mikrospiegelanordnung auch in anderen optischen Anlagen bzw. auf
anderen Gebieten der Optik als der Mikrolithographie gewinnbringend
eingesetzt werden. Wesentlich ist hierbei, dass die Anti-Reflexbeschichtung
durch die Fotolithographie strukturiert werden kann, weshalb bei
der Strukturierung nur geringe Toleranzen auftreten und die Anti-Reflexbeschichtung
nahezu die gesamte Fläche außerhalb der reflektierenden Oberflächen
bedecken kann, so dass der „Rahmen” der einzelnen
Mikrospiegel im Wesentlichen vollständig mit ihr beschichtet
werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 98/09289
A1 [0003]
- - US 2004/0190281 A1 [0003]
- - US 7307775 [0004]
- - US 6816302 [0004]
- - US 6778315 [0004]
- - US 6891655 [0004]
- - WO 2006000445 [0004]
- - US 5572543 [0004]
- - US 6746886 [0004]
- - US 6891655 B2 [0007, 0062]
