DE102006004835B4

DE102006004835B4 - Elemente für Excimerlaser mit höherer Lebensdauer und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102006004835B4
Application number: DE102006004835.0A
Authority: DE
Inventors: Robert L. Maier
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2005-02-03
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2019-01-03
Anticipated expiration: 2026-02-03
Also published as: US7561611B2; JP2006295129A; DE102006004835A1; JP5642914B2; JP2017027077A; JP2014194550A; US20060171438A1

Abstract

Element zur Verwendung in Hochleistungs-Excimerlasern mit erhöhter Lebensdauer, wobei das Element aufweist:
ein Substrat;
einen auf der Oberfläche (30) des Substrats abgeschiedenen Aluminiumfilm (60); und
eine oder eine Mehrzahl von Schutzschichten (70) aus dielektrischem Material (26), aufgebracht auf die Oberfläche des Aluminiumfilms (60);
wobei, wenn eine dielektrische Schicht (70) aufgebracht ist oder wenn die erste einer Vielzahl von dielektrischen Schichten (70) aufgebracht ist, die eine oder die erste dielektrische Schicht (70) als ein erster und ein zweiter Teil aufgebracht ist, wobei der erste Teil auf der Oberseite des Aluminiumfilms (60) aufgebracht ist und der zweite Teil auf der Oberseite des ersten Teils aufgebracht ist; und
wobei während der Abscheidung des ersten Teils der erste Teil einer Bombardierung durch energetische inerte Gasionen ausgesetzt wird und während der Abscheidung des zweiten Teils der zweite Teil einer Bombardierung durch eine Kombination energetischer inerter Gasionen und energetischer Sauerstoffionen ausgesetzt wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Elemente, die beim Betrieb von Excimerlaser-Lithographiesystemen bei Wellenlängen unterhalb 250 nm verwendet werden, und insbesondere auf beschichtete Komponenten, beispielsweise Gitter und Spiegel, welche in derartigen Systemen verwendet werden.
Hintergrund der Erfindung
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. 2639-2644). 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), S. 394).
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.
Der momentane Stand der Technik der Gitterherstellung einschließlich der Verfahren zum Erhalten erhöhten Reflexionsvermögens unter Verwendung von Dünnfilmabscheidungen ist in den US-Patenten US 5 999 318 A (das '318-Patent), US 6 511 703 B2 (das '703-Patent) und US 6 529 321 B2 (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.
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 mikrolithographische Industrie als auch für die Hersteller von Excimerlasersystemen, welche von der Industrie verwendet werden.
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.
US 5 846 649 Aoffenbart ein Element zur Verwendung in Hochleistungs-Excimerlasern mit erhöhter Lebensdauer, wobei das Element aufweist: ein Substrat, einen auf der Oberfläche des Substrats abgeschiedenen Aluminiumfilm und eine oder eine Mehrzahl von Schutzschichten aus dielektrischem Material, aufgebracht auf die Oberfläche des Aluminiumfilms, wobei während der Abscheidung der dielektrischen Schutzschichten die dielektrischen Schutzschichten einer Bombardierung durch energetische, inerte Gasionen oder energetische Sauerstoffionen ausgesetzt sind.
WO 2006/053 705 A1 offenbart ein Element zur Verwendung in Hochleistungs-Excimerlasern mit erhöhter Lebensdauer, wobei das Element aufweist: ein Substrat, einen auf der Oberfläche des Substrats abgeschiedenen Aluminiumfilm und eine Schutzschicht aus dielektrischem Material, aufgebracht auf die Oberfläche des Aluminiumfilms, wobei während der Abscheidung der dielektrischen Schutzschicht die dielektrischen Schutzschichten einer Bombardierung durch Ionen ausgesetzt sind.
Zusammenfassung der Erfindung
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.
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.
Bei einer weiteren Ausführungsform richtet sich die Erfindung auf Excimerlaserelemente, die mit extrem dichten Filmen dielektrischer Materialien beschichtet sind.
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.
Figurenliste

1 illustriert die Geometrie der Abscheidung, welche in Zusammenhang mit der Erfindung verwendet wird.
2 ist eine vergrößerte Ansicht der Beleuchtungsoberfläche mit einer darauf befindlichen Beschichtung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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.
Daraus resultierend wurden Techniken zur Replizierung der Hauptgitter entwickelt; beispielsweise wie beschrieben im US-Patent US 5 999 318 A . Im Bestreben, die Effizienz zu erhöhen, wurden dielektrische Verbesserungen in den US-Patenten US 6 529 321 B2 und US 6 511 703 B2 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.
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 US 6 466 365 B1 von Maier et al. und US-Patent US 6 833 949 B2 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.
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 Überzüge 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.
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 berührt 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.
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 US 4 223 974 A von J. D. Masso beschrieben.
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 × 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 × 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.
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 Elektronenkanonenquelle 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.
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.
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 × 10^-5 mbar und 4 × 10^-4 mbar, aber typischerweise bei etwa 2,5 × 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.
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 × 10^-6 mbar oder besser evakuiert. Keine Substratheizung ist notwendig. Unter Verwendung einer Elektronenkanone 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 × 10^-5 mbar bis 4 × 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 × 10^-4 mbar ± 1,0 × 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.
Wie in 1 illustriert, wird das dielektrische Material 26 aus dem Tiegel 22 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 PlasmaIonenquelle 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.
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.
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.
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 An wendung 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.
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 × 10^-6°/cm.

Claims

Element zur Verwendung in Hochleistungs-Excimerlasern mit erhöhter Lebensdauer, wobei das Element aufweist: ein Substrat; einen auf der Oberfläche (30) des Substrats abgeschiedenen Aluminiumfilm (60); und eine oder eine Mehrzahl von Schutzschichten (70) aus dielektrischem Material (26), aufgebracht auf die Oberfläche des Aluminiumfilms (60); wobei, wenn eine dielektrische Schicht (70) aufgebracht ist oder wenn die erste einer Vielzahl von dielektrischen Schichten (70) aufgebracht ist, die eine oder die erste dielektrische Schicht (70) als ein erster und ein zweiter Teil aufgebracht ist, wobei der erste Teil auf der Oberseite des Aluminiumfilms (60) aufgebracht ist und der zweite Teil auf der Oberseite des ersten Teils aufgebracht ist; und wobei während der Abscheidung des ersten Teils der erste Teil einer Bombardierung durch energetische inerte Gasionen ausgesetzt wird und während der Abscheidung des zweiten Teils der zweite Teil einer Bombardierung durch eine Kombination energetischer inerter Gasionen und energetischer Sauerstoffionen ausgesetzt wird.
Element nach Anspruch 1, wobei die abgeschiedene dielektrische Schicht (70) eine Dicke im Bereich von 20-150 nm aufweist, wobei die Dicke für jede Schicht für den Fall einer Mehrzahl von dielektrischen Schichten (70) gilt.
Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil der einen dielektrischen Schicht (70) oder der ersten einer Vielzahl von abgeschiedenen dielektrischen Schichten (70) eine Dicke im Bereich von 4-8 nm aufweist, wobei der zweite Teil eine Dicke im Bereich von 12-146 nm aufweist und die Gesamtdicke des ersten und zweiten Teils im Bereich von 20-150 nm liegt.
Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Material (26) aus der Gruppe von SiO₂, Al₂O₃ und F-SiO₂ ausgewählt ist.
Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element aus der Gruppe bestehend aus einem reflektierenden oder teilreflektierenden Gitter oder Spiegel ausgewählt ist.
Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat Glas ist und dass das Element weiterhin ein bindungsmaterial zwischen dem Glas und der Aluminiumschicht (60) aufweist, wobei das Verbindungsmaterial aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Chrom und Nickel-Chrom-Legierungen ausgewählt ist.
Element zur Verwendung in einem Lithographie-Lasersystem, wobei das Element ein reflektierendes Gitter, ein teilreflektierendes Gitter, ein reflektierender Spiegel oder teilreflektierender Spiegel ist, mit: einem glasigen, glaskeramischen oder keramischen Substrat; einem auf der Oberfläche (30) des Substrats abgeschiedenen Aluminiumfilm (60); einer Verbindungsschicht (50) zwischen dem Substrat und der Aluminiumschicht (60), wobei die klebende Schicht ein Material umfasst, das aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Chrom und Nickel-Chrom-Legierungen ausgewählt ist; und einer oder einer Mehrzahl von Schutzschichten aus dielektrischem Material (26) aufgebracht auf die Oberfläche des Aluminiumfilms (60); wobei, wenn eine dielektrische Schicht (70) aufgebracht ist oder wenn die erste einer Vielzahl von dielektrischen Schichten (70) aufgebracht ist, die eine oder erste dielektrische Schicht (70) als ein erster und ein zweiter Teil aufgebracht wird, wobei der erste Teil auf die Oberfläche des Aluminiumfilms (60) aufgebracht wird und der zweite Teil auf die Oberseite des ersten Teils aufgebracht wird; und während der Abscheidung des ersten Teils der erste Teil einer Bombardierung durch energetische inerte Gasionen ausgesetzt wird; und während der Abscheidung des zweiten Teils der zweite Teil einer Bombardierung durch eine Kombination energetischer inerter Gasionen und energetischer Sauerstoffionen ausgesetzt wird; und wobei die eine dielektrische Schicht (70) oder die erste dielektrische Schicht (70) der Mehrzahl von Schichten aus der Gruppe bestehend aus SiO₂, Al₂O₃ und F-SiO₂ ausgewählt wird.
Element nach Anspruch 7, wobei die Dicke jeder dielektrischen Schicht (70) im Bereich von 20-150 nm liegt.
Element nach Anspruch 8, wobei der erste Teil der einen dielektrischen Schicht (70) oder der ersten einer Vielzahl abgeschiedener dielektrischer Schichten (70) eine Dicke im Bereich von 4-8 nm aufweist, der zweite Teil eine Dicke im Bereich von 12-146 nm aufweist und die Gesamtdicke des ersten und zweiten Teils im Bereich von 20-150 nm liegt.
Verfahren zum Abscheiden eines dichten dielektrischen Films (70) auf der Aluminiumoberfläche (60) eines optischen Elements mit einer darauf befindlichen Aluminiumbeschichtung (60), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Platzieren eines optischen Elements mit einer Aluminiumschicht (60) auf einem Substrat in eine Vakuumabscheidungskammer mit einer Quelle eines ausgewählten dielektrischen Beschichtungsmaterials (26) und einer Quelle von energetischen inerten Gasionen und energetischen Sauerstoffionen (20); Evakuieren der Kammer auf einen Druck von weniger als 9 × 10^-6 mbar; Verdampfen des dielektrischen Beschichtungsmaterials (26) für die Abscheidung auf die Aluminiumoberfläche (60) unter gleichzeitiger Bombardierung des dielektrischen Beschichtungsmaterials mit energetischen Ionen derart, dass der Druck innerhalb der Abscheidungskammer während der Beschichtung mit dem dielektrischen Material (26) im Bereich von 7 × 10^-5 mbar bis 4 × 10^-4 mbar ist; und Abscheiden des dielektrischen Materials (26) auf eine Dicke im Bereich von 20-150 nm, um dadurch ein optisches Element zu bilden, welches eine dielektrische Beschichtung (70) über einer Aluminiumschicht (60) auf einem Substrat hat; wobei das Bombardieren des dielektrischen Beschichtungsmaterials (26) eine Bombardierung mit energetischen inerten Gasionen nur während der Abscheidung der ersten 4-8 nm des dielektrischen Materials und eine Bombardierung mit einer Mischung von inerten Gasionen und Sauerstoffionen während des Restes der Abscheidung des dielektrischen Materials (26) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheiden eines dielektrischen Materials (26) auf der Oberfläche der Aluminiumschicht (60) das Abscheiden eines Materials ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SiO₂, Al₂O₃ und F-SiO₂ aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen eines optischen Elements das Bereitstellen eines optischen Elements mit einer Aluminiumschicht (60) auf einem Substrat und einer Verbindungsschicht (50) zwischen der Aluminiumschicht (60) und dem Substrat bedeutet, wobei die Verbindungsschicht (50) aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Chrom und Nickel-Chrom-Legierung ausgewählt ist.