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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Substrats für ein optisches Element, insbesondere für ein reflektierendes optisches Element, sowie ein reflektierendes optisches Element, welches ein Substrat mit einer optischen Oberfläche umfasst, auf die eine reflektierende Beschichtung aufgebracht ist, wobei das Substrat insbesondere mittels des Verfahrens hergestellt ist.
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Als Substrat-Material für optischen Elemente, insbesondere für reflektierende optische Elemente in Form von Spiegeln, die eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweisen müssen, wird häufig monokristallines Silizium (m-Si) verwendet. Bei den Spiegeln, die ein solches Silizium-Substrat aufweisen, kann es sich beispielsweise um wassergekühlte Synchrotron-Optiken handeln. Das zu diesem Zweck verwendete qualitativ hochwertige monokristalline Silizium wird praktisch ausschließlich im Chzochralski-Verfahren hergestellt, da mit diesem die größte kristalline Qualität erreichbar ist. Beim Chzochralski-Verfahren wird ein zylinderförmiger, monokristalliner Kristall (Ingot) mittels eines monokristallinen Saatkristalls aus einer Siliziumschmelze gezogen. Das Chzochralski-Verfahren wird primär für die Herstellung von Silizium-Wafern für die Halbleiterindustrie eingesetzt.
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Die maximale Größe, insbesondere der maximale Durchmesser, der aus monokristallinem Silizium herstellbaren optischen Elemente werden durch die Größe und den Preis der kommerziell erhältlichen Chzochralski Si-Ingots bestimmt. Die derzeit größten kommerziell erhältlichen Ingots stammen aus der 450 mm Wafer-Entwicklung. Diese Si-Ingots limitieren die Substratgröße auf Zylinder von ca. 450 mm Durchmesser bei Längen von ca. einem Meter. Optische Elemente aus monokristallinem Silizium, welche diese Maße überschreiten, waren bisher nicht realisierbar bzw. diese würden eine sehr teure und aufwändige Neuentwicklung größerer Chzochralski Si-Ingots und der zugehörigen Anlagentechnik benötigen, was mit hohen Kosten für die Herstellung von derartigen Substraten verbunden wäre.
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Dies befeuerte die Entwicklung des so genannten Vertical-Gradient-Freeze-(VGF-)Verfahrens, bei dem es sich um eine Weiterentwicklung des Verfahrens zur Herstellung von poly- bzw. multikristallinem Silizium handelt. Beim VGF-Verfahren wird eine Mehrzahl von monokristallinen Keimplatten auf dem Boden eines Behälters angeordnet, der mit einem Ausgangsmaterial befüllt wird. Das Ausgangsmaterial wird aufgeschmolzen und erstarrt oberhalb der Keimplatten gerichtet in Form eines (quasi-)monokristallinen Materials.
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In dem Artikel „Casting Single Crystal Silicon: Novel Defect Profiles from BP Solar's Mono2™ Wafers“, N. Stoddard et al., Solid State Phenomena, Vol. 131-133, Seite 1-8, 2008 werden u.a. die bei dem weiter oben beschriebenen Herstellungs-Verfahren auftretenden Defekt-Typen untersucht.
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In der
DE 10 2012 102 597 A1 wird ein Vertical-Gradient-Freeze-Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine der Kristallachsen der Keimkristallplatten relativ zu einer vertikalen Richtung um einen vorbestimmten spitzen Verkippungswinkel verkippt ist und unmittelbar zueinander benachbarte Keimkristallplatten unterschiedlich orientiert sind. Die Keimkristallplatten und deren Ränder können dergestalt bearbeitet sein, dass diese unmittelbar und mit minimalen Verkippungen und Versetzungen aneinander gesetzt sind und den Boden eines Schmelztiegels vollständig bedecken.
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In der
DE 10 2012 203 524 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Ingots beschrieben, bei dem mindestens eine flächig ausgebildete monokristalline Keimvorgabe derart ausgebildet und/oder auf der Bodenwand eines Behälters angeordnet ist, dass eine Zwillingsbildung in einem sich an die Seitenwände des Behälters anschließenden, sich in einen Innenraum des Behälters erstreckenden Randbereich vermieden wird.
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In der
DE 10 2012 203 706 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Ingots beschrieben, bei dem eine Mehrzahl von Keimvorlagen, welche eine Kristallstruktur mit einer <110>-Richtung aufweisen, am Boden eines Behälters angeordnet werden. Mindestens zwei der Keimvorlagen sind derart angeordnet, dass sie <110>-Richtungen aufweisen, die um einen Winkel im Bereich von 0,2° bis 10° gegeneinander verkippt sind. Nach der Anordnung der Keimvorlagen in dem Behälter kann stückiges Silizium in dem Behälter angeordnet und aufgeschmolzen werden.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats für ein optisches Element bereitzustellen, mit dem sich auch großvolumige Substrate kostengünstig herstellen lassen, sowie ein reflektierendes optisches Element bereitzustellen, welches ein solches Substrat aufweist.
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Gegenstand der Erfindung
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Substrats für ein optisches Element, umfassend: Einbringen eines Ausgangsmaterials, bevorzugt eines Metalls oder eines Halbmetalls, in einen Behälter und Aufschmelzen des Ausgangsmaterials, Herstellen eines einen quasi-monokristallinen Volumenbereich aufweisenden Materialkörpers durch gerichtetes Erstarren des aufgeschmolzenen Ausgangsmaterials ausgehend von einer oder von einer Mehrzahl von monokristallinen Keimplatten, bevorzugt aus einem Metall oder aus einem Halbmetall, die im Bereich eines Bodens des Behälters angeordnet sind, sowie Herstellen des Substrats durch Bearbeiten des Materialkörpers unter Ausbildung einer optischen Oberfläche.
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Die Keimplatten, die bei dem Verfahren zur Herstellung des Materialkörpers verwendet werden, bestehen typischerweise aus einem monokristallinen Material, welches mit dem Ausgangsmaterial übereinstimmt, aus dem der Materialkörper hergestellt wird. Durch das gerichtete Erstarren des Ausgangsmaterials ausgehend von den Keimplatten kann oberhalb der Keimplatten ein monokristalliner oder quasimonokristalliner Materialkörper bzw. ein Materialkörper hergestellt werden, der einen quasi-monokristallinen Volumenbereich aufweist. Bei dem Ausgangsmaterial kann es sich beispielsweise um ein Metall oder um ein Halbmetall handeln, insbesondere um Germanium oder um Silizium. Nachfolgend wird davon ausgegangen, dass es sich bei dem Ausgangsmaterial um Silizium handelt.
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Bei dem hier beschriebenen VGF-Verfahren entsteht oberhalb der Keimplatten ein großer Volumenbereich aus (quasi-)monokristallinem Silizium. Quasimonokristallines Silizium unterscheidet sich von monokristallinem Silizium durch eine höhere Wahrscheinlichkeit an strukturellen Defekten wie z.B. Kleinstwinkelkorngrenzen und Versetzungsclustern. Zudem besteht aufgrund des Herstellungsverfahrens eine größere Wahrscheinlichkeit bzgl. des Auftretens von Fremdeinschlüssen. Da die Keimplatten in der Regel nicht bis zum seitlichen Rand des Behälters reichen, entsteht zusätzlich um den (quasi-)monokristallinen Volumenbereich herum an dem Materialkörper ein Rand bzw. Saum aus polykristallinem Silizium. Aus dem (quasi-)monokristallinen Volumenbereich des Materialkörpers sowie ggf. teilweise aus dem polykristallinen Volumenbereich kann/können eines oder mehrere Substrat(e) für optische Elemente hergestellt werden.
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Bei der Bearbeitung zur Herstellung des Substrats handelt es sich typischerweise um eine mechanische Bearbeitung, ggf. ergänzt um eine kontaktfreie Bearbeitung des Materialkörpers, beispielsweise eine Bearbeitung mittels eines lonenstrahls. Das mechanische Bearbeiten des Materialkörpers kann beispielsweise eine schneidende Bearbeitung des Materialkörpers umfassen, um das Substrat aus dem Materialkörper zu lösen. Das mechanische Bearbeiten kann auch eine Oberflächenbearbeitung, beispielsweise ein Schleifen bzw. ein Polieren der optischen Oberfläche des Substrats umfassen. Die Bearbeitung der optischen Oberfläche erfolgt, bevor eine reflektierende Beschichtung auf diese aufgebracht wird, wodurch ein reflektierendes optisches Element gebildet wird. Aufgrund der Herstellung des Substrats aus dem gerichtet erstarrten Materialkörper weist das Material des Substrats des optischen Elements zumindest im Bereich der optischen Oberfläche die weiter oben beschriebene (quasi-)monokristalline Struktur auf.
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Bei einer Variante des Verfahrens wird die optische Oberfläche beim Bearbeiten des Materialkörpers an einer der Keimplatten gebildet, die bevorzugt im Chzochralski-Verfahren hergestellt ist. In diesem Fall wird eine verhältnismäßig große monokristalline Keimplatte mechanisch bearbeitet, um die optische Oberfläche zu bilden. Die monokristalline Keimplatte wird zur Bildung der optischen Oberfläche an ihrer dem (quasi-)monokristallinen Volumenbereich des Materialkörpers abgewandten Seite bearbeitet. Die monokristalline Keimplatte wird hierbei im Wesentlichen ausschließlich für die Herstellung der optischen Oberfläche genutzt, während das restliche Substrat, d.h. der (quasi-)monokristalline Volumenbereich, sowie ggf. der seitlich über den (quasi-)monokristallinen Volumenbereich überstehende polykristalline Volumenbereich bei der Herstellung des Materialkörpers mittels des weiter oben beschriebenen Verfahrens an die Keimplatte angeschmolzen werden. Das Substrat stellt somit ein Hybrid-Bauteil aus Chzochralski-Silizium für die optische Oberfläche und (quasi-)monokristallinem Silizium und/oder polykristallinem Silizium für das restliche Substrat dar, das sich insbesondere seitlich weiter nach außen erstrecken kann als die Chzochralski-Keimplatte. Der (quasi-)monokristalline Volumenbereich und ggf. der polykristalline Volumenbereich können beispielsweise zur mechanischen Anbindung des optischen Elements bzw. des Substrats an einen Halter bzw. an eine Fassung dienen.
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Bei einer alternativen Variante wird die optische Oberfläche beim Bearbeiten des Materialkörpers an dem quasi-monokristallinen Volumenbereich des Materialkörpers gebildet. Bei einem Substrat für ein optisches Element ist die kristalline Qualität des Siliziums im Bereich der optischen Oberfläche entscheidend: Im Bereich der optischen Oberfläche ist es erforderlich, ein Höchstmaß an Defektfreiheit (z.B. keine Korngrenzen) sowie die Abwesenheit von Einschlüssen und Fremdphasen (möglichst keine Kontaminationen) zu gewährleisten. Das restliche Substratvolumen kann gegenüber diesem kritischen Bereich ggf. qualitativ deutlich abfallen.
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Es hat sich gezeigt, dass bei einer geeignet gewählten Prozessführung die erreichbaren Oberflächenqualitäten an der optischen Oberfläche des (quasi)monokristallinen Siliziums denen von im Chzochralski-Verfahren hergestellten Silizium-Substraten entsprechen. Das Substrat kann ausschließlich aus dem (quasi)monokristallinen Volumenbereich des Materialkörpers bestehen, d.h. in diesem Fall wird der polykristalline Volumenbereich des Materialkörpers bei der Herstellung des Substrats vollständig entfernt.
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Bei einer Variante wird das Substrat sowohl aus einem quasi-monokristallinen Volumenbereich des Materialkörpers als auch aus einem polykristallinen Volumenbereich des Materialkörpers gebildet. Bei dieser Variante weist das (einteilige) Substrat auch einen polykristallinen Volumenbereich auf. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist für die Nutzung des Substrats für ein optisches Element die Qualität des Siliziums vor allem in der Nähe der optischen Oberfläche relevant. Der polykristalline Volumenbereich kann insbesondere zur mechanischen Anbindung des Substrats genutzt werden.
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Bei einer weiteren Variante bildet der polykristalline Volumenbereich einen über den quasi-monokristallinen Volumenbereich an mindestens einer Seite seitlich überstehenden Randbereich des Substrats. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist der (quasi-)monokristalline Volumenbereich von einem ringförmig umlaufenden Rand umgeben, welcher oberhalb des Teilbereichs des Behälters gebildet ist, an dem keine Keimplatten im Bereich des Bodens des Behälters angeordnet sind. Für den Fall, dass nur ein einziges Substrat aus dem Materialkörper hergestellt wird, kann der polykristalline Volumenbereich sich insbesondere ringförmig um den (quasi)monokristallinen Volumenbereich herum erstrecken. Auf diese Weise können die Abmessungen des Substrats die Abmessungen des (quasi-)monokristallinen Volumenbereichs überschreiten, wobei die optische Oberfläche wie weiter oben beschrieben wurde im (quasi-)monokristallinen Volumenbereich des Ingots positioniert wird, während das restliche Substrat, im speziellen dessen mechanische Anbindungen, an dem polykristallinen Volumenbereich vorgesehen werden können.
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Bei einer weiteren Variante erstreckt sich der polykristalline Volumenbereich zumindest teilweise unter die an dem quasi-monokristallinen Volumenbereich gebildete optische Oberfläche. In der Regel ist das Teilvolumen des polykristallinen Volumenbereichs, welches unter die optische Oberfläche reicht, von der optischen Oberfläche deutlich beabstandet, d.h. dieses weist einen Abstand von in der Regel mehreren Millimetern zur optischen Oberfläche auf, um die Qualität des Silizium-Materials an der optischen Oberfläche nicht zu beeinträchtigen.
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Bei einer weiteren Variante umfasst das Bearbeiten des Materialkörpers ein Abtrennen eines die Keimplatten enthaltenden Volumenbereichs. Für den Fall, dass die optische Oberfläche an dem (quasi-)monokristallinen Volumenbereich gebildet wird, ist es typischerweise erforderlich, den die Keimplatten enthaltenden Volumenbereich von dem für die Herstellung eines Substrats genutzten Volumenbereich oberhalb der Keimplatten abzutrennen. Das Abtrennen kann beispielsweise durch eine schneidende mechanische Bearbeitung erfolgen.
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Bei einer weiteren Variante umfasst das Verfahren zusätzlich: Aufbringen einer reflektierenden Beschichtung, insbesondere zur Reflexion von EUV-Strahlung, auf die optische Oberfläche zur Herstellung eines reflektierenden optischen Elements. Die optische Oberfläche eines solchen optischen Elements, auf das die reflektierende Beschichtung aufgebracht ist, kann beispielsweise einen Durchmesser von mehr als ca. 450 mm aufweisen. Ein Substrat mit einem solchen Durchmesser ist mittels des Zonenschmelz- bzw. Chzochralski-Verfahrens nicht sinnvoll herstellbar. Das vergleichsweise kostengünstige und industriell etablierte Gradient-Freeze-Herstellungsverfahren mittels kommerziell verfügbarer Herstellungsmaschinen ermöglicht zudem eine erhöhte Kosteneffizienz gegenüber einer aufwändigen und kostenintensiven Skalierung des Chzochralski-Verfahrens zur Herstellung von Si-Ingots.
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Es versteht sich, dass an Stelle eines reflektierenden optischen Elements, beispielsweise in Form eines EUV-Spiegels, auch andere, beispielsweise transmittierende optische Bauteile, aus dem Substrat gebildet werden können. In diesem Fall kann auf das Aufbringen einer reflektierenden Beschichtung auf die optische Oberfläche verzichtet werden. Das hier beschriebene Substrat des reflektierenden optischen Elements ist einteilig ausgebildet.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein reflektierendes optisches Element der eingangs genannten Art, insbesondere zur Reflexion von EUV-Strahlung, bei dem das Substrat, das insbesondere nach einem Verfahren wie weiter oben beschrieben hergestellt ist, einen (quasi-)monokristallinen Volumenbereich aufweist. Der (quasi)monokristalline Volumenbereich bzw. ein Materialkörper, der einen solchen (quasi)monokristallinen Volumenbereich aufweist, wird typischerweise mit Hilfe des weiter oben beschriebenen Verfahrens hergestellt und das Substrat des reflektierenden optischen Elements wird durch eine in der Regel mechanische Bearbeitung aus dem Materialkörpers gebildet.
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Bei einer Ausführungsform umfasst das Substrat einen monokristallinen Volumenbereich, wobei die optische Oberfläche aus bzw. an dem monokristallinen Volumenbereich gebildet ist. Bei dieser Ausführungsform wird typischerweise eine monokristalline, beispielsweise mittels des Chzochralski-Verfahrens hergestellte Keimplatte in den Materialkörper eingeschmolzen, aus dem das Substrat gebildet wird, d.h. bei dem Substrat handelt es sich um ein Hybridbauteil.
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Bei einer alternativen Ausführungsform ist die optische Oberfläche aus bzw. an dem quasi-monokristallinen Volumenbereich gebildet. Wie weiter oben beschrieben wurde, entspricht bei einer geeigneten Prozessführung die an der optischen Oberfläche erreichbare Oberflächenqualität derjenigen von monokristallinem Silizium, wie es mit dem Chzochralski-Verfahren hergestellt wird. Der Durchmesser bzw. die Abmessungen der optischen Oberfläche können aber deutlich größer sein als dies bei der Herstellung des Substrats mittels des Chzochralski-Verfahrens der Fall ist.
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Bei einer weiteren Variante umfasst das Substrat einen polykristallinen Volumenbereich, der zumindest an einer Seite seitlich über den quasi-monokristallinen Volumenbereich übersteht. Bei dieser Ausführungsform wird auch der polykristalline Volumenbereich des weiter oben beschriebenen Materialkörpers für die Herstellung des Substrats genutzt. Beispielsweise kann das reflektierende optische Element an dem z.B. ringförmig überstehenden polykristallinen Volumenbereich an einer Fassung oder dergleichen befestigt werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich der polykristalline Volumenbereich zumindest teilweise unter die aus bzw. an dem quasi-monokristallinen Volumenbereich gebildete optische Oberfläche. Wie weiter oben beschrieben wurde, sollte das Teilvolumen des polykristallinen Volumenbereichs, welches sich unter die optische Oberfläche erstreckt, einen ausreichenden Abstand zur optischen Oberfläche aufweisen, um zu verhindern, dass der polykristalline Volumenbereich einen negativen Einfluss auf die Qualität des Substrats an der optischen Oberfläche aufweist.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Substrat aus Silizium oder aus Germanium gebildet. Insbesondere Silizium hat sich als Material für Substrate von optischen Elementen, die eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweisen, als besonders vorteilhaft herausgestellt. Es versteht sich aber, dass das weiter oben beschriebene Verfahren und somit auch das mittels des Verfahrens hergestellte Substrat bzw. optische Element auch mit anderen Metallen oder Halbmetallen durchgeführt werden kann.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
- 1 eine schematische Darstellung eines Behälters mit einer Mehrzahl von Keimplatten vor und nach dem Befüllen mit einem Ausgangsmaterial in Form eines Granulats,
- 2a,b schematische Darstellungen eines nach dem Aufschmelzen und gerichteten Erstarren des Ausgangsmaterials gebildeten Materialkörpers mit einem (quasi-)monokristallinen und einem polykristallinen Volumenbereich,
- 3a-c schematische Darstellungen von drei optischen Elementen mit Substraten, die aus dem in 2b gezeigten Materialkörper hergestellt wurden, sowie
- 4a,b eine schematische Darstellung eines Materialkörpers, der eine große Keimplatte aufweist, sowie ein aus dem Materialkörper hergestelltes Substrat für ein optisches Element.
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In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
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1a zeigt einen Behälter 1 in Form eines großen Tiegels, der im gezeigten Beispiel einen Boden 2 mit einer quadratischen Grundfläche von beispielsweise ca. 130 cm x 130 cm aufweist. An den Boden 2 schließen sich vier in vertikaler Richtung verlaufende Seitenwände 3 an, die im gezeigten Beispiel einstückig mit dem Boden 2 ausgebildet sind. Der Behälter 1 weist im gezeigten Beispiel eine Höhe von ca. 100 cm auf. Für die Herstellung eines (quasi-)monokristallinen Materialkörpers aus Silizium wird der Boden 2 des Behälters 1 im Wesentlichen flächendeckend mit monokristallinen Keimplatten 4 aus Silizium belegt, die eine Dicke von beispielsweise ca. 2-5 cm aufweisen können. Die monokristallinen Keimplatten 4 werden als Keimplatten oder Keimbretter bezeichnet, weil diese die Keime für das spätere Wachstum des quasi-monokristallinen Tochtermaterials bilden.
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Der Behälter 1 wird nachfolgend mit Ausgangsmaterial 5 in Form von polykristallinem Siliziumgranulat unterschiedlicher Körnung mit möglichst hohem Füllfaktor aufgefüllt, wie dies in 1b gezeigt ist. In einem speziellen, nicht bildlich dargestellten Ofen wird das Ausgangsmaterial 5 aufgeschmolzen und ein Temperaturgradient wird derart eingestellt, dass eine Schmelzfront 6 von oben herab bis zu einige Zentimeter in die Keimplatten 4 hereinreicht, wie dies in 1b dargestellt ist. Durch gezielte Temperaturkontrolle wird nachfolgend von den Keimplatten 4 beginnend mit einer möglichst horizontalen Erstarrungsfront das oberhalb der Schmelzfront 6 befindliche geschmolzene Ausgangsmaterial 5 kristallisiert.
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Nach dem Entfernen der Wände 3 und des Bodens 2 des Behälters 1 entsteht ein in 2a gezeigter Materialkörper 7, der auch die teilweise aufgeschmolzenen Keimplatten 4 enthält. In der Regel wird von dem Materialkörper 7 ein Volumenbereich 7b mit den teilweise aufgeschmolzenen Keimplatten 4 abgetrennt, und zwar entlang einer in 2a angedeuteten, horizontalen Schnittlinie. Nach dem Abtrennen verbleibt ein in 2b dargestellter Materialkörper 7a, der einen (quasi)monokristallinen Volumenbereich 8 und einen diesen ringförmig umgebenden polykristallinen Volumenbereich 9 aufweist. Der quasi-monokristalline Volumenbereich 8 des Materialkörpers 7a entspricht hierbei im Wesentlichen einem Volumenbereich oberhalb der in 1b gezeigten Keimplatten 4, bei dem beim Erstarren der Schmelze des Ausgangsmaterials 5 das (quasi-)monokristalline Silizium gebildet wird.
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Im Bereich eines Wandspalts R zwischen den Seitenwänden 3 des Behälters 1 und den Seitenkanten der Keimplatten 4 entsteht um den (quasi-)monokristallinen Volumenbereich 8 des Materialkörpers 7, 7a herum der polykristalline Volumenbereich 9 in Form eines Saums aus polykristallinem Silizium. Der in 2b gezeigte Materialkörper 7a kann vergleichsweise große Ausmaße von beispielsweise ca. 130 cm x 130 cm x 50 cm aufweisen, wobei der quasi-monokristalline Volumenbereich 8 einen Anteil von in der Regel mehr als ca. 90 % am Gesamtvolumen des Materialkörpers 7a bildet.
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Für die Herstellung von Substraten 10 für (reflektierende) optische Elemente 11, wie sie in 3a-c dargestellt sind, ist es erforderlich, den in 2b gezeigten Materialkörper 7a geeignet zu bearbeiten. Die Bearbeitung umfasst eine mechanische Bearbeitung, bei welcher der Materialkörper 7a in eine gewünschte dreidimensionale Form gebracht wird. Bei der mechanischen Bearbeitung erfolgt auch ein Glätten und Polieren des Substrats 10 an einer optischen Oberfläche 12, um deren Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere deren Rauigkeit, zu ändern und das Aufbringen einer reflektierenden Beschichtung 13 vorzubereiten. Um eine möglichst hohe Oberflächenqualität an der optischen Oberfläche 12 zu gewährleisten, wird die optische Oberfläche 12 typischerweise an der den Keimplatten 4 zugewandten Seite des Materialkörpers 7a gebildet. Die reflektierende Beschichtung 13 ist bei den in 3a-c gezeigten Beispielen ausgebildet, die auf die reflektierende Beschichtung 13 auftreffende EUV-Strahlung 14 zu reflektieren.
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Die reflektierende Beschichtung 13 weist im gezeigten Beispiel alternierende (nicht bildlich dargestellte) Einzelschichten aus einem hoch brechenden und einem niedrig brechenden Material auf, bei denen es sich im gezeigten Beispiel um Molybdän und Silizium handelt. Die Kombination dieser Materialien ermöglicht es, EUV-Strahlung 14 mit einer Wellenlänge von ca. 13,5 nm zu reflektieren. Andere Materialkombinationen der Einzelschichten wie z.B. Molybdän und Beryllium, Ruthenium und Beryllium oder Lanthan und B4C sind ebenfalls möglich. Das jeweilige reflektierende optische Element 11 ist zur Reflexion von EUV-Strahlung 14 ausgebildet, die auf die reflektierende Beschichtung 13 unter normalem Einfall auftrifft, d.h. unter vergleichsweise geringen Einfallswinkeln relativ zur Flächennormalen der optischen Oberfläche 12. Zur Reflexion von EUV-Strahlung 14, die unter streifendem Einfall auf die optische Oberfläche 12 trifft, kann die reflektierende Beschichtung 13 auf andere Weise ausgebildet sein und beispielsweise nur eine einzige oder ggf. zwei oder drei Einzelschichten aufweisen.
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Bei dem in 3a gezeigten reflektierenden optischen Element 11 ist das Substrat 10 ausschließlich aus dem quasi-monokristallinen Volumenbereich 8 des Materialkörpers 7a gebildet. Bei dem in 3b gezeigten Beispiel weist das Substrat 10 zusätzlich einen polykristallinen Volumenbereich 9 auf, welcher den quasi-monokristallinen Volumenbereich 8 ringförmig umgibt. Bei dem in 3c gezeigten reflektierenden optischen Element 11 verläuft der polykristalline Volumenbereich 9 teilweise unterhalb der optischen Oberfläche 12 mit der reflektierenden Beschichtung 13, genauer gesagt weist der ringförmig umlaufende polykristalline Volumenbereich 9 ein radial nach innen vorstehendes Teilvolumen auf, das sich unter die optische Oberfläche 12 erstreckt.
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Wie in 3c ebenfalls zu erkennen ist, erstreckt sich der quasi-monokristalline Volumenbereich 8 bis zu einem Abstand A von mindestens ca. 1 cm von der optischen Oberfläche 12 nach unten, d.h. der polykristalline Volumenbereich 9 ist von der optischen Oberfläche 12 ausreichend weit beabstandet, um die Qualität des Silizium-Materials an der optischen Oberfläche 12 nicht negativ zu beeinflussen. Der in 3b,c gezeigte, radial nach außen über die optische Oberfläche 12 überstehende polykristalline Volumenbereich 9 kann beispielsweise zur Anbindung bzw. zur Befestigung des Substrats 10 des reflektierenden optischen Elements 11 beispielsweise an einer Fassung oder dergleichen dienen.
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4a zeigt einen Materialkörper 7, der analog zu dem in 2a gezeigten Materialkörper 7 noch die Keimplatten 4 umfasst. Anders als bei den weiter oben in Zusammenhang mit 3a-c beschriebenen Beispielen werden bei dem in 4a und in 4b gezeigten Beispiel die Keimplatten 4 für die Herstellung des Substrats 10 nicht von dem Materialkörper 7 getrennt. Vielmehr wird bei dem in 4b gezeigten Substrat 10 eine mittlere Keimplatte, die durch das Chzochralski-Verfahren hergestellt wurde und dementsprechend einen großen Durchmesser von beispielsweise ca. 30 cm aufweist, mechanisch bearbeitet, um an deren dem quasi-monokristallinen Volumenbereich 8 abgewandten Seite die optische Oberfläche 12 zu bilden. Das in 4b gezeigte Substrat 10 weist zusätzlich zu dem quasi-monokristallinen Volumenbereich 8 einen polykristallinen Volumenbereich 9 auf, der einen umlaufenden Rand des Substrats 10 bildet.
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Der Durchmesser der optischen Oberfläche 12 des in 4b dargestellten Substrats 10 entspricht im Wesentlichen dem Durchmesser der im Chzochralski-Verfahren hergestellten Keimplatte 4, durch den quasi-monokristallinen Volumenbereich 8 sowie zusätzlich durch den polykristallinen Volumenbereich 9 kann jedoch der Durchmesser des (einteiligen) Substrats 10 gegenüber einem im Chzochralski-Verfahren hergestellten Ingot vergrößert werden. Zudem kann durch den quasi-monokristallinen Volumenbereich 8, der unter der einen monokristallinen Volumenbereich bildenden Keimplatte 4 gebildet ist, die Dicke des Substrats 10 gesteigert werden, ohne dass zu diesem Zweck monokristallines Silizium verwendet werden muss, dessen Herstellung aufwändiger und damit teurer ist als die Herstellung von quasi-monokristallinem Silizium.
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Zur Herstellung eines optischen Elements wird bei dem in 4b gezeigten Substrat 10 auf die optische Oberfläche 12 des durch die Keimplatte 4 gebildeten monokristallinen Volumenbereichs eine reflektierende Beschichtung aufgebracht, wie dies weiter oben im Zusammenhang mit 3a-c beschrieben wurde. Es versteht sich, dass auch eine reflektierende Beschichtung 13 auf die optische Oberfläche 10 aufgebracht werden kann, die für anderen Wellenlängen als für Wellenlängen im EUV-Wellenlängenbereich eine hohe Reflektivität aufweist. Es versteht sich ebenfalls, dass gegebenenfalls auf das Aufbringen einer reflektierenden Beschichtung verzichtet werden kann, wenn das Substrat 10 zur Herstellung eines beispielsweise in Transmission betriebenen optischen Elements verwendet wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012102597 A1 [0006]
- DE 102012203524 A1 [0007]
- DE 102012203706 A1 [0008]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- N. Stoddard et al., Solid State Phenomena, Vol. 131-133, Seite 1-8, 2008 [0005]
