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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Elemente, die beim Betrieb
von Excimerlaser-Lithographiesystemen bei Wellenlängen unterhalb
250 nm verwendet werden, und insbesondere auf beschichteten Komponenten,
beispielsweise Gitter und Spiegel, welche in derartigen Systemen
verwendet werden.
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Hintergrund
der Erfindung
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Präzisionsbeugungsgitter
werden seit etwa 1882 hergestellt und werden H. A. Rowland der John Hopkins
Universität
zugeschrieben. Eine Präzisions-Linienziehmaschine
wird verwendet, um sehr feine parallele Linien in ein Glas- oder
Silicasubstrat zu schreiben. Die Methode wird seit Jahrzehnten gut
beherrscht. Es gibt Vorteile bei der Benutzung von Beugungsgittern
bei Reflexionsanwendungen, aber für den Fall von Substratmaterialien
geringen Reflexionsvermögens,
wie z.B. Silica, erfordern effiziente Gitter, dass ein hochreflektierender
Film über
den Linien vakuumabgeschieden wird. Aluminium ist das bevorzugte
Metall zur Vakuumabscheidung über
dem linierten Substrat. Alternativerweise kann Aluminium auf ein
Glas- oder Silicasubstrat vakuumabgeschieden werden. Die Linien
können
dann direkt in den Aluminiumfilm geschnitten werden. Jedoch bilden frisch
abgeschiedene Aluminiumfilme schnell eine Oxidschicht an ihrer Oberfläche. Die
Oxidschicht absorbiert leicht Ultraviolettstrahlung, insbesondere
bei Wellenlängen
von weniger als 200 nm. Daher wird für eine Ultraviolett-Anwendung
eine dünne
Schutzüberzugsschicht, üblicherweise
MgF2, unmittelbar über dem Aluminiumfilm abgeschieden,
um das Aluminium vor der Oxidation zu bewahren. Die optimalen Schichtdicken,
die Abscheidungstechniken und die Prozessparameter für die Aluminiumabscheidung
sowie für
die Schutzüberzugsabscheidungen
sind den Fachleuten wohl bekannt (siehe G. Hass, J. Opt. Soc. Am.,
Band 39 (1949), S. 179; R. Madden, Physics of Thin Films, Band 1,
(Academic Press, New York, 1963); und Canfiled et al., Applied Optics,
Band 14 (1975), S. 2639-44). Techniken zum Abscheiden zusätzlicher
dielektrischer Filme zum Erhöhen
der Reflektivität
von Aluminium sind ebenfalls wohl bekannt und werden allgemein angewendet
(siehe J. Hass, ibid. und J. Phys. Radium, Band 11 (1950), 5.394).
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Hochleistungs-Excimerlaser,
wie z.B. KrF-, ArF- und F2-Laser, welche
bei 248 nm, 193 nm bzw. 157 nm arbeiten, sind ausgewählte Lichtquellen
für mikrolithographische
Anwendungen. Obwohl die Ausgabe solcher Laser theoretisch bei einer
einzelnen Wellenlänge
liegt, ist tatsächlich
die Laserausgabe nicht hinreichend monochromatisch und muss spektral
reduziert oder "verengt" werden. Beugungsgitter,
unter anderen Komponenten, sind Schlüsselelemente zum Verengen des
durch den Laser emittierten Spektrums. Das Gitter bewirkt die Verengung durch
Rückreflexion
von nur einem engen Bereich von Wellenlängen in die Resonanzkavität des Lasers.
Die Lichtenergie in diesem engen Wellenlängenbereich resoniert innerhalb
des Resonators und wird durch einen teilreflektierenden Spiegel
am anderen Ende des Resonators emittiert. Typischerweise wird ein
Hauptgitter zuerst hergestellt, und dann wird das Hauptgitter zur
Bildung von zusätzlichen
Gittern repliziert. Jedes der replizierten Gitter kann dann als Hauptgitter
zum Bilden zusätzlicher
Replika verwendet werden. Das Beugungsgitter, sei es ein Hauptgitter
oder eine Replik eines Hauptgitters, muss hochreflektierend sein.
Ein hohes Reflexionsvermögen
wird im Allgemeinen unter Verwendung eines Aluminiumsubstrats und/oder
einer Hochqualitäts-Filmabscheidung
von Aluminium auf einem Gittersubstrat erreicht.
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Der
momentane Stand der Technik der Gitterherstellung einschließlich der
Verfahren zum Erhalten erhöhten
Reflexionsvermögens
unter Verwendung von Dünnfilmabscheidungen
ist in den US-Patenten Nr. 5,999,318 (das '318-Patent), 6,511,703 (das '703-Patent) und 6,529,321
(das '321-Patent) beschrieben.
Obwohl die Gitter und Verfahren zu ihrer Herstellung, welche in
den vorstehenden Patenten beschrieben sind, sich bis heute als nützlich erwiesen
haben, hat die Industrie die Durchschnittsleistung, welche von Excimerlasern
geliefert wird, erhöht.
Beispielsweise sind mit der Benutzung von Hochleistungslasern mit
Spitzenenergiedichten (Fluenz) von > 50 mJ/cm2 mit
Pulslängen
im 10-Nanosekunden-("ns"-)Bereich, die Pulsraten
um einen Faktor 10 auf 2 kHz und 4 kHz angestiegen, und ein Betrieb
bei Wellenlängen
unterhalb 250 nm ist üblich geworden.
Als Resultat der Verwendung solcher Hochleistungslaser hat sich
die Lebensdauer der Laserelemente (gemessen an der Pulsanzahl),
wie z.B. von Spiegeln und Beugungsgittern, verschlechtert. Daraus
resultierend ist die Betriebsdauer von Laserlithographiesystemen
reduziert.
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Gitter
sind wahrscheinlich die verwundbarsten Komponenten des Excimerlasersystems.
Gitterausfälle
verursachen einen Stillstand des Lithographiewerkzeuges und ein
Ersetzen des gesamten Moduls, welches das Gitter enthält. Da Lithographiewerkzeuge
sehr teuer sind, die Kosten liegen im Bereich von etwa $3 Mio. bis
$10 Mio., erwarten die Eigentümer
derartiger Werkzeuge, dass sie vierundzwanzig Stunden am Tag und
sieben Tage in der Woche arbeiten. Unerwartete und/oder häufige Stillstände zur
Wartung sind sehr kostenträchtig
und stören ihre
Produktion. Obwohl das Ersatzmodul mit dem Gitter teuer ist, sind
die Kosten des Moduls gering im Vergleich zu den Kosten verlorener
Produktion resultierend aus dem Ausfall des Werkzeuges. Daraus resultierend
sind höhere
Lebensdauern für
Laserkomponenten, wie z.B. Gitter und Spiegel, essentiell sowohl
für die
mikro lithographische Industrie als auch für die Hersteller von Excimerlasersystemen,
welche von der Industrie verwendet werden.
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Ein
Gitterausfall wird im Allgemeinen durch ein geringes Reflexionsvermögen der
Aluminiumbeschichtung verursacht, welche wiederum durch Oxidbildung
auf der Aluminiumbeschichtung verursacht wird. Angesichts der Systemausfälle, die
auftreten können,
wenn die derzeit bekannten Gitter bei Hochleistungs-Excimerlasersystemen
verwendet werden, und den hohen, mit solchen Ausfällen verbundenen Kosten
gibt es ein Bedürfnis
nach verbesserten Gittern mit höherer
Lebensdauer, welche in solchen Hochleistungs-Excimerlasern verwendet
werden können.
Die vorliegende Erfindung liefert eine Lösung für dieses Problem durch Schaffen
verbesserter Gitter mit höheren
Lebensdauern.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Bei
einer Ausführungsform
richtet sich die Erfindung auf lithographische Elemente, beispielsweise
Beugungsgitter und Spiegel mit einem hochreinen Aluminiumfilm oder
einer hochreinen Aluminiumschicht abgeschieden auf der Oberfläche des
Elements im Ultrahochvakuum von ca. 10-6 mbar
oder besser gemäß den im
Stand der Technik bekannten Prozessen. Darauf folgend wird ein extrem
dichter Film oder eine extrem dichte Schicht oder eine Kombination
von Filmen oder Schichten dielektrischen Materials oder Materialien
auf der Oberseite der Aluminiumschicht abgeschieden. Beispiele derartiger
dielektrischer Materialien beinhalten Al2O3, SiO2, fluoriniertes
Siliciumdioxid (hier F-SiO2) und ähnliche,
den Fachleuten bekannte dielektrische Materialien.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
richtet sich die Erfindung auf extrem dichte dielektrische Filme,
welche unter Verwendung eines verbesserten Plasmaprozesses abgeschieden
werden, in dem die dielektrischen Materialien aus einer Elektronenkanonenquelle
abgeschieden werden, während
sie gleichzeitig mit einem energiereichen Ionenplasma mit einem
inerten Gas oder einer Mischung von inerten Gasen vermischt mit
Sauerstoff bombardiert werden.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
richtet sich die Erfindung auf Excimerlaserelemente, die mit extrem
dichten Filmen dielektrischer Materialien beschichtet sind.
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Bei
noch einer weiteren Ausführungsform richtet
sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen von Laserlithographieelementen
mit höherer Lebensdauer,
wobei das Verfahren unter anderen Schritten die Schritte des Abscheidens
einer Aluminiumschicht auf einer Substratoberfläche und Beschichtens der Schicht
mit einer oder einer Mehrzahl von Schichten eines dielektrischen
Materials aufweist, wobei die Abscheidung des dielektrischen Materials
ausgeführt
wird durch Abscheiden des dielektrischen Materials oder der Materialien
aus einer Elektronenkanonenquelle unter gleichzeitiger Bombardierung
der abgeschiedenen Materialien mit einem energiereichen Ionenplasma
mit einem inerten Gas oder einer Mischung von inerten Gasen vermischt
mit Sauerstoff.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 illustriert
die Geometrie der Abscheidung, welche in Zusammenhang mit der Erfindung verwendet
wird.
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht
der Beleuchtungsoberfläche
mit einer darauf befindlichen Beschichtung.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Obwohl
die Technik der Herstellung von linierten Beugungsgittern bekannt
ist, sind die Kosten der Herstellung derartiger linierter bzw. geritzter
Gitter (z.B. Hauptgitter) sehr hoch.
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Daraus
resultierend wurden Techniken zur Replizierung der Hauptgitter entwickelt;
beispielsweise wie beschrieben im US-Patent Nr. 5,999,318. Im Bestreben,
die Effizienz zu erhöhen,
wurden dielektrische Verbesserungen in den US-Patenten Nr. 6,529,321
und 6,511,703 vorgeschlagen. In diesen Patenten wurde behauptet,
dass Beschichtungen von MgF2, SiO2 und Al2O3 entweder als Einzelschichten oder als Kombinationen
von Schichten das Reflexionsvermögen
erhöhen
und den darunter liegenden Aluminiumfilm (Schicht) vor der Oxidation
schützen, falls
der Aluminiumfilm in einem Vakuum von unterhalb von 10-6 Torr
abgeschieden worden ist. Gemäß den Ansprüchen ist
ein solches Vakuum erforderlich zum Einfangen von Sauerstoff bei
der Abscheidung, Sauerstoff, der möglicherweise das Aluminium
oxidieren wird. Es gab einige Diskussionen um solche "dichte" Abscheidungen. Diese
Patente stellen die momentane Technologie vor der vorliegenden Erfindung
dar. Obwohl diese Technologie in der Vergangenheit funktioniert
hat, scheitert sie, wenn die leistungsstarken Excimerlaser, die
gegenwärtig
verfügbar
sind und die bei 1 kHz und darüber
und bei 193 nm und kürzeren
Wellenlängen
arbeiten, mit den in den vorstehenden Patenten beschriebenen Elementen
verwendet werden.
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Gemäß der Forschung
der Erfinder der vorliegenden Erfindung sind die Schutzbeschichtungen, die
gemäß der vorstehenden '318, '321 und '703 abgeschieden
worden sind, tatsächlich
ziemlich porös. (Die
Abscheidung von Schutzbeschichtungen wird ebenfalls im US-Patent
Nr. 5,466,365 von Maier et al. und US-Patent Nr. 6,833,949 von Maier et al.
beschrieben, wobei eine Beschichtung von F-SiO2 auf optischen
Lithographieelementen abgeschieden wird, die vorzugsweise aus Calciumfluorid
hergestellt sind.) Obwohl die Filmdichte durch Substratheizung auf
etwa -300°C
verbessert werden konnte, ist dies in der Tat mit replizierten Gittern
aufgrund der verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten des Silicasubstrats,
Epoxy oder anderer Bindungsmaterialien und der Aluminium-Replikaschicht
nicht möglich.
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Zusätzlich dienen
die Ausgaseigenschaften der Bindungsmaterialien der Kontamination
des Vakuums. Bei der von den vorliegenden Erfindern durchgeführten Forschung
wurde herausgefunden, dass das Reflexionsvermögen des Aluminiumfilms tatsächlich durch
Oxidbildung verschlechtert wird. Jedoch ist die Quelle nicht bei
der Abscheidung eingefangener Sauerstoff, sondern die Durchdringung von
Restsauerstoff und/oder Wasserdampf durch verschiedene poröse Überzugsschichten,
welche gemäß dem '318-, '321- und '703-Patent abgeschieden sind.
Diese Durchdringungen blieben bei den vorhergehenden Patenten unerkannt.
Wir haben herausgefunden, dass sogar in einer gut gespülten trockenen Stickstoffumgebung
einige wenige Teile pro Million ("ppm")
an Sauerstoff und/oder Wasserdampf durch diese porösen Überzügen zum
Aluminiumfilm vordringen werden. Weiterhin wird die Oxidbildung
initiiert und durch hohe elektrische Feldstärken gefördert, welche in modernen Excimerquellen
(beispielsweise KrF-, ArF- und F2-Excimerlaser)
vorliegen, die bei Pulsenergien von etwa 5 mJ/cm2 und
darüber
arbeiten, und für
Wiederholungsrate von 1 kHz und darüber. Unter diesen Umständen beginnt
sich die Gittereffizienz gemäß der Pulsanzahl
zu verschlechtern. D.h., die Verschlechterung erhöht sich,
wenn die Pulsanzahl steigt. Wir haben herausgefunden, dass, wenn
gemäß der vorliegenden
Erfindung abgeschiedene Schutzüberzüge auf Elementoberflächen abgeschieden
werden, unsere Prozesse für
derartige Beschichtungen höhere
Lebensdauern (Pulsanzahlen) mit minimaler Verschlechterung der Gittereffizienz hervorgebracht
haben.
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Der
Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung liegt in replizierten Gittern,
wie im '318-, '321- und '703-Patent beschrieben.
Die Hauptgitter und Replikagitter können auf irgendeinem geeigneten Substrat
hergestellt werden, beispielsweise Substraten aus Silicium, Aluminium,
Silica(glas) und glaskeramischen bzw. keramischen Materialien. Die
replizierte Oberfläche
ist ziemlich delikat und darf physikalisch nicht be rührt werden.
Zusätzlich
kann die replizierte Oberfläche
durch Restlösemittel
aus dem Replikationsprozess kontaminiert sein. Zur Verhinderung
solch einer Kontamination und der resultierenden Delaminierung jeglicher
Beschichtung, die als Resultat der Gegenwart der Kontamination auftreten kann,
kann ein Reinigungsschritt, wie z.B. im Ultraviolett-Ozon-Plasma,
unmittelbar vor dem Laden eines Substrats in eine Vakuumkammer durchgeführt werden.
Zusätzlich
kann ein Niederspannungs-Ionenplasma-Reinigungsschritt
innerhalb der Vakuumkammer unmittelbar vor der Abscheidung des Beschichtungsmaterials
durchgeführt
werden. Obwohl diese Reinigungsschritte, welche den Fachleuten bekannt sind,
wünschenswert
sind, haben wir herausgefunden, dass sie nicht notwendig zum Erhalten
von Beschichtungen mit erhöhten
Lebensdauern für
replizierte Beugungsgitter sind, solange das Substrat für das replizierte
Gitter in die Beschichtungskammer unkontaminiert aus dem Replikaprozess
und der darauf folgenden Behandlung geliefert wird.
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Bei
einem Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein repliziertes Gitter in der Vakuumkammer derart montiert,
dass die Blaze-Seite ungefähr
parallel zur Kammerbasisplatte ist und dass eine Filmabscheidung
bei ungefähr
normalem Einfall bezüglich
der interessanten Oberfläche
erfolgt, wie in 1 und 2 gezeigt.
In 1, die die Abscheidungskammergeometrie illustriert,
sind ein Tiegel 22 mit einem Beschichtungs-Precursor-Material 26 und eine
Oberfläche 30,
die zu beschichten ist, in einer Vakuumkammer (Wände nicht gezeigt) zusammen mit
einer Plasmaionenquelle 20 installiert. (Eine Explosionsansicht 30' der Oberfläche 30 zum
Illustrieren des Gitters und der Blaze-Richtung gegeben durch den
Pfeil 32 ist rechts des breiten schwarzen Pfeils gezeigt.)
Verdampfendes Material 24 vom Tiegel 20 wird auf
der Oberfläche 30 abgeschieden, während die
Oberfläche 30 und
das abgeschiedene Material kontinuierlich mit energiereichen Ionen
bombardiert werden, die durch eine Plasmaquelle 20 erzeugt
werden. 2 ist eine vergrößerte Ansicht
der Substratblazefläche 30", auf die eine
optionale Haftschicht 50 platziert worden ist, welche mit
dem Substrat und der Aluminiumschicht 60 verbunden ist.
Die dielektrische Barriereschicht 70 ist auf der Oberseite der
Aluminiumschicht 60 gezeigt. Für die Fälle, in denen der abzuscheidende
Film Aluminium ist und bei denen die Adhäsion beispielsweise Aluminium
auf Glas ist, würde
eine dünne
Verbindungsschicht aus Chrom, Nickel oder einer Legierung von Nickel
und Chrom zunächst
auf dem Glas (Silica) abgeschieden werden. Im Fall der replizierten
Gitter, in dem die Abscheidung nicht Aluminium-auf-Glas ist, sondern
Aluminium-auf-Aluminium, ist die Notwendigkeit solcher Verbindungsschichten
nicht vorhanden. Die Verwendung einer metallischen Verbindungsschicht
ist im US-Patent Nr. 4,223,974 von J. D. Masso beschrieben.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung ist keine Substratheizung erforderlich, und wenn
das replizierte Gitter in der Vakuumkammer montiert ist, wird ein
Vakuum von einem Grad von zumindest 9 x 10-6 mbar
oder besser appliziert. Wenn dieser Vakuumgrad erreicht ist, kann
der Abscheidungsprozess gemäß der vorliegenden
Erfindung beginnen. Optional kann ein Niederspannungs-Ionenplasma-Reinigungsschritt
an diesem Punkt verwendet werden, obwohl zufrieden stellende Resultate
ohne Plasmareinigung erzielt worden sind. Ein Film aus Aluminium
hoher Reinheit (99,999% oder besser) wird abgeschieden, und zwar
entweder unter Verwendung von einer Elektronenkanone oder von Widerstandsquellen,
auf das unbeheizte Replika unter einem Hochvakuum (9 x 10-6 mbar oder besser) und bei einer schnellen
Abscheidungsrate von mehr als 15 nm/s. Vorzugsweise verläuft die
Elektrodenkanonenabscheidung bei einer Rate von etwa 25 nm/s. Da
geschmolzenes Aluminium chemisch aggressiv ist, sind das exzellente Vakuum,
wie hier spezifiziert, und schnelle Abscheidungsraten zum Minimieren
der Kontaminierung aus der Restatmosphäre innerhalb der Kammer notwendig.
Die Dicke des abgeschiedenen Films wird ausgewählt hinsichtlich des optimalen
Reflexionsvermögens
für die
betreffenden Wellenlängen
(kleiner als 200 nm). Typischerweise hat der abgeschiedene Aluminiumfilm
eine Dicke im Bereich von 70 bis 95 nm, vorzugsweise beträgt die Dicke
ungefähr
85 nm.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung wird der abgeschiedene Film, Aluminium im obigen
Beispiel, vor einer Oxidation durch Abscheidung eines dielektrischen
Films geschützt.
Dielektrische Filme aus Siliciumdioxid (SiO2),
Aluminiumoxid (Al2O3)
und insbesondere fluoriniertem Siliciumoxid (F-SiO2)
werden sehr nahe bei Festkörperdichte
aus einer Elektrodenkanonenquelle abgeschieden. Diese Abscheidung
findet bei gleichzeitiger Bombardierung des abgeschiedenen Films
mit energiereichem Ionenplasma statt, geschaffen durch eine kommerzielle
Ionenquelle, und zusammengesetzt aus einem inerten Gas gemischt
mit Sauerstoff. Das inerte Gas kann Ar, Xe, He oder Kr oder eine
Mischung davon sein, wobei Ar das bevorzugte inerte Gas ist. Ein
Impulstransfer von den energiereichen Ionen erzielt eine dichte
Abscheidung, während
die energiereichen Sauerstoffionen eine vollständige Stöchiometrie der Abscheidung
fördern.
Einzelne Filme können
zum Schutz oder Kombinationen von Filmen sowohl zum Schutz als auch zur
Verbesserung des Reflexionsvermögens
verwendet werden. Die Dicke und Anordnung der Schichten wird zur
Maximierung des Reflexionsvermögens
gewählt
und ergibt sich direkt aus der Dünnfilmtheorie, wie
in den Referenzen erläutert.
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Die
dichten Abscheidungen gemäß der vorliegenden
Erfindung sind der Schlüssel
für längere Lebensdauern
für replizierte
Gitter, die in modernen Hochenergie-, Hochimpulsraten-Excimerlasersystemen
arbeiten. Die Filme gemäß der Erfindung
verhindern, dass Restsauerstoff und/oder Wasserdampf, die im Spülgas existieren,
den Schutzüberzug
durchdringen und den Aluminiumfilm oxidieren.
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Die
dielektrischen Filme werden aus reinen Ausgangsmaterialien (99,9%
oder besser) hergestellt. Im Fall von fluoriniertem Silica liegen
die Fluordotiergrade zwischen 0,5 Gew.-% und 4,5 Gew.-%. Abscheidungsraten
auf dem Substrat liegen zwischen 0,05 nm/s und 0,6 nm/s, wobei die
bevorzugte Rate bei 0,15 ± 0,5
nm/s liegt. Der Kammerdruck während
der Abscheidung liegt zwischen 7 x 10-5 mbar
und 4 x 10-4 mbar, aber typischerweise bei
etwa 2,5 x 10-4 mbar. Solch ein Druck kommt
von dem inerten Gas plus Sauerstoff, welche in die Ionenquelle gesprüht werden
müssen.
Die Bombardierungsionen erreichen den Abscheidungsfilm mit Ionenenergien zwischen
80 eV und 150 eV, aber typischerweise ungefähr 110 eV. Dies ist mehr als
ausreichend zum Überwinden
der Oberflächenenergien
von ∼ 5
eV zum abscheiden von Molekülen
und schafft somit kompakte dichte Filme. Zusätzlich ist das Verhältnis der
ankommenden Moleküle
zu ankommenden Ionen für
Filmdichte und Filmstöchiometrie
wichtig. Die exakten Details müssen
sorgfältig
erarbeitet werden gemäß dem abzuscheidenden
Material, der Kammergeometrie, den Abscheidungsarten, den Gasflüssen und
weiteren Parametern, welche für
die Ionenquelle ausgewählt
werden. Diese Details werden von und innerhalb der Möglichkeiten
der Fachleute verstanden werden, wenn sie die hierin offenbarte
Lehre benutzen. Die Dicke der abgeschiedenen dielektrischen Filme
liegt im Bereich von 20 bis 150 nm, vorzugsweise im Bereich von
40 bis 80 nm, und hängt etwas
von der interessanten Wellenlänge
und der Phasenänderung
bei der Reflexion an der Aluminium-Überzug-Grenzfläche ab.
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Als
ein Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird ein Gitter durch im Stand der Technik bekannte Verfahren hergestellt
und repliziert. Das replizierte Gitter wird in die Vakuumkammer
gesetzt, wie in 1 gezeigt. Die Kammer wird auf
einen Druck von 9 x 10-6 mbar oder besser
evakuiert. Keine Substratheizung ist notwendig. Unter Verwendung
einer Elektronen kanone oder einer Widerstandsquelle zur Verdampfung
des Aluminiums wird dann das replizierte Gitter mit einem Aluminiumfilm
mit einer Dicke im Bereich 70 bis 95 nm bei einer Aluminiumabscheidungsrate
im Bereich 10 bis 40 nm/s, vorzugsweise bei einer Rate im Bereich
von 15 bis 30 nm/s, und höchst
vorzugsweise bei einer Abscheidungsrate von 25 nm/s ± 2 nm/s
beschichtet. Die Elektronenkanone ist die bevorzugte Quelle für die Aluminiumverdampfung.
Nach der Aluminisierung werden eine dielektrische Schicht/dielektrische
Schichten abgeschieden, und zwar vorzugsweise in derselben Kammer
ohne Unterbrechung des Vakuums. Der Druck in der Abscheidungskammer,
die in 1 illustriert und hierin beschrieben ist, steigt
auf den Bereich 7 x 10-5 mbar bis 4 x 10-4 mbar als natürliche Konsequenz der Erwärmung der
Plasmaquelle, und von den Gasen, die zum Betrieb eingesprüht werden
müssen.
Die Abscheidung wird vorzugsweise bei einem Druck von 2,5 x 10-4 mbar ± 1,0 x 10-4 mbar
ausgeführt.
Das bevorzugte Verfahren für
die Verdampfung des dielektrischen Films ist Elektronenkanonenschmelzen,
vorzugsweise bei Abscheidungsraten zwischen 0,05 nm/s und 0,6 nm/s,
wobei die bevorzugte Rate 0,15 ± 0,5 nm/s ist. Zum Erreichen
einer dichten Abscheidung, d.h. zum Erzielen von Filmen, welche
Sauerstoff- und Feuchtigkeitsdurchdringung zum Aluminiumfilm verhindern,
ist eine Plasmabombardierung während
der Abscheidung der dielektrischen Filme notwendig, und das ist
die Crux der Erfindung.
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Wie
in 1 illustriert, wird das dielektrische Material 26 aus
dem Tiegel 26 durch Heizen des Materials in dem Tiegel
durch Bombardierung mit einem fokussierten Elektronenstrahl verdampft.
Solche Verdampfungsverfahren sind im Stand der Technik gut verstanden.
Gleichzeitig mit der Abscheidung des dielektrischen Materials wird
das Material, das auf der aluminisierten Oberfläche abgeschieden wird, mit
einem hochenergetischen Ionenplasma bombardiert, das durch eine
Plasma- Ionenquelle
erzeugt wird. Die hochenergetischen Ionen haben eine Energie im
Bereich von 80 bis 150 eV, vorzugsweise etwa 110 eV. Die Ionen sind
eine Mischung aus inertem Gas und Sauerstoff. Das bevorzugte inerte
Gas ist Argon. Die in die Kammer gesprühten Gase werden in Standard-Kubikzentimeter
pro Minute der Strömung
(SCCM) gemessen. Die Einsprühung
für das
Inertgas liegt im Bereich 5 bis 15 SCCM, vorzugsweise 9 ± 3 SCCM,
während
die Sauerstoffeinsprührate
im Bereich 2 bis 14 SCCM, vorzugsweise 5 ± 3 SCCM liegt.
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Zum
Verhindern einer Oxidation des Aluminiumfilms durch das Ionenplasma
beim Abscheiden der dielektrischen Materialien wird die Abscheidung der
ersten Schicht anfänglich
unter Verwendung eines inerten Gases, wie z.B. Argon, als die Quelle
für die
Bombardierungsionen ausgeführt.
Wenn eine Dicke von 4 bis 8 nm des dielektrischen Materials auf der
Aluminiumoberfläche
abgeschieden worden ist, wird Sauerstoff in die Plasmaquelle eingespeist,
und die Bombardierung des dielektrischen Materials wird unter Verwendung
einer Kombination von Argonionen (oder anderen inerten Gasionen)
und Sauerstoffionen fortgeführt,
bis die gewünschte
Dicke des dielektrischen Materials abgeschieden worden ist. Das resultierende
lithographische Element, beispielsweise ein Gitter oder Spiegel,
umfasst somit ein Substrat für
einen Spiegel oder ein Substrat mit einem aufgeätzten Gitter, eine Schicht
von Aluminium über
dem Substrat, eine erste Schicht des dielektrischen Materials, die
mit inerten Gasionen nur während
der ersten 4 bis 8 nm ihrer Gesamtdicke bombardiert worden ist.
Folgende Schichten des dielektrischen Materials, welche mit einer
Kombination von inerten Gasionen und Sauerstoffionen während der
Abscheidung der gesamten Dicke bombardiert worden sind, können hinzugefügt werden.
Der Sauerstoff wird, bis zu einem Zeitpunkt nicht zugelassen, an
dem die gewünschte
Dicke der ersten Schicht erreicht worden ist, um die Bildung einer
Schicht aus Aluminiumoxid auf der Oberfläche des hochreaktiven Aluminiums, das
abgeschieden worden ist, zu verhindern. Wie oben erwähnt, dient
die Bombardierung der dielektrischen Schicht während der Abscheidung dem Verdichten
der Schicht, das resultierende abgeschiedene Material erreicht die
theoretische Festkörperdichte.
Eine Bombardierung mit einer Kombination von inertem Gas und Sauerstoff
wird verwendet, um die Bildung von Sauerstofflunkern in der abgeschiedenen dielektrischen
Materialstruktur zu verhindern.
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Somit
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung, wenn eine oder eine Vielzahl von Schichten eines dielektrischen
Materials auf der Oberseite der Aluminiumschicht abgeschieden wird,
wenn eine dielektrische Schicht aufgebracht ist oder wenn die erste einer
Vielzahl von dielektrischen Schichten aufgebracht ist, die eine
oder die erste dielektrische Schicht als ein erster und ein zweiter
Teil angewendet, wobei der erste Teil auf die Oberseite des Aluminiumfilms
angewendet wird und der zweite Teil auf die Oberseite des ersten
Teils angewendet wird, und während
der Abscheidung des ersten Teils wird der erste Teil einer Bombardierung
durch energetische inerte Gasionen ausgesetzt, und während der
Abscheidung des zweiten Teils wird der zweite Teil einer Bombardierung
durch eine Kombination von energetischen inerten Gasionen und energetischen
Sauerstoffionen ausgesetzt. Die Dicke des ersten Teils der dielektrischen
Schicht liegt im Bereich von 4 bis 8 nm, die Dicke des zweiten Teils
liegt im Bereich von 12 bis 146 nm, und die totale Dicke der dielektrischen Schicht
liegt im Bereich von 20 bis 150 nm. Falls mehr als eine dielektrische
Schicht aufgebracht wird, dann können
die zweite und folgende (d.h. dritte, vierte, ...) Schicht als einzelner
Teil aufgebracht werden, begleitet von einer Bombardierung durch
eine Kombination energetischer inerten Gasionen und energetischen
Sauerstoffionen während
ihrer Abscheidung.
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Wie
zuvor erwähnt,
können
die dielektrischen Beschichtungsmaterialien irgendwelche dielektrischen
Materialien sein, die im Stand der Technik bekannt sind, wobei die
bevorzugten Materialien SiO2, Al2O3 und F-SiO2 sind. Wenn das dielektrische Material F-Sio2 ist, liegt der Fluorgehalt des Materials im
Bereich 0,05 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 2 Gew.-%. Die Dicke
des abgeschiedenen Beschichtungsmaterials liegt im Bereich 20 bis
120 nm, generell im Bereich 30 bis 80 nm. Schichtdicken und eine Sequenz
von Schichten im Design werden vom Designer derart ausgewählt, dass
sie zur besonderen Anwendung und Wellenlänge passen. Schichten können Vielfache
von Viertelwellendicke sein, wobei die optische Dicke als der optische
Brechungsindex mal der physikalischen Dicke einer Schicht definiert
ist, aber dies ist keine Notwendigkeit. Die benachbart zum Aluminium
vorgesehene Schicht wird im Allgemeinen in ihrer Dicke eingestellt,
um der Phasenänderung
bei der Reflexion vom Aluminiumfilm Rechnung zu tragen. Diese Design-Verfahren
sind in den Referenzen erklärt
und sind Dünnfilm-Designern wohl
bekannt.
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Das
Substrat kann ein beliebiges Substrat geeignet zum Herstellen lithographischer
Elemente, insbesondere reflektierender oder teilreflektierender lithographischer
Elemente sein. Beispiele derartiger Substratmaterialien umfassen
Silicium, Aluminium, Silica(glas) und glaskeramische bzw. keramische Materialien.
Vorzugsweise haben die Substratmaterialien einen geringen thermischen
Ausdehnungskoffizienten, nämlich
geringer als 1, 5 x 10-6°/cm.
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Obwohl
die Erfindung hinsichtlich einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen
beschrieben worden ist, werden die Fachleute, an die sich die Offenbarung
richtet, verstehen, dass andere Ausführungsformen entworfen werden
können,
ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend
sollte der Schutzumfang nur durch die angehängten Patentansprüche begrenzt
sein.