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Priorität
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Diese Anmeldung beansprucht gemäß 35 U. S. C. § 119 die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung mit der Seriennummer 61/412059, die am 10. November 2010 eingereicht wurde, deren Inhalt in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme geltend gemacht wird und hierin enthalten ist.
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Gebiet
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Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Beschaffenheit der Reinheit eines optischen Bauelements bevor eine Beschichtung auf der Oberfläche aufgebracht wird. Das Verfahren ist insbesondere für optische Bauteile und Bauelemente anwendbar, die für Verwendungen in den DTV-(tiefen Ultraviolett – deep ultraviolet) und EUV-(extremen Ultraviolett – extreme ultraviolet) Wellenlängenbereichen vorgesehen sind.
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Hintergrund
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Für optische Bauelemente, die in den DUV- und EUV-Wellenlängenbereichen verwendet werden, und insbesondere für beschichtete optische Bauelemente, die in DUV-Excimerlaser verwendet werden, werden das Leistungsvermögen und die Lebensdauer der Bauelemente durch eine Verunreinigung in der Grenzschicht zwischen dem Bauelementsubstrat und der Dünnfilmbeschichtung negativ beeinflusst. Diese Verunreinigung kann aufgrund des Herstellungsprozesses, den Lagerbedingungen oder der Handhabung der Bauelemente vor einer Dünnfilm-Beschichtung auftreten. Im Stand der Technik, während die Optik unter Verwendung von bewährten Verfahren verarbeitet und gereinigt wird, wurden trotzdem schwankende Ergebnisse der Lebensdauer von der Optik beobachtet. Ein derzeit vorgeschlagenes Verfahren zum Sortieren einer Optik für die Verunreinigung ist, eine beschichtete Optik mit einem 193 nm Excimer-Strahl zu bestrahlen und die resultierende Fluoreszenz zu bewerten. Dieses Verfahren ist nicht optimal, weil die Oberfläche beschichtet worden ist bevor die Messtechnik erfolgt. Eine Anschaffung der Excimer-Laser ist ebenfalls sehr kostspielig und sie sind aufwändig zu bedienen. Obwohl ein Excimer-Laser den ersten Test durchführen kann, ist es wahrscheinlich, dass die Optik mit der Zeit wahrscheinlich früher als erwartet ausfallen kann, falls eine Verunreinigung auf der Oberfläche der Optik vor einer Beschichtung verblieben ist. Infolgedessen ist es wünschenswert, dass ein alternatives Verfahren zum Bewerten einer Optik gefunden wird, das eine größere Aussagewahrscheinlichkeit bietet, dass eine Optik-Lebensdauer durch eine Verunreinigung, die zwischen der Oberfläche der Optik und irgendeiner auf der Oberfläche der Optik aufgebrachten Beschichtung liegt, nicht verringert wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Anmeldung kombiniert ein Reinigungsverfahren mit einer Verunreinigungs-Messtechnik unter Verwendung eines Spektrometers, um ein Verfahren bereitzustellen, das die Beschaffenheit der Reinheit der Bauelementoberfläche vor einem Beschichten des Bauelements bestimmen wird.
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Gemäß der Anmeldung wird ein Ultraviolett-Ozon(”UVO”) Reinigungsverfahren verwendet, um eine Oberfläche der Optik vor der Dünnfilm-Beschichtung zu reinigen. In einer Ausführungsform wird die Oberfläche der Optik durch Bestrahlung, in einer Umgebung mit einer sauberen, trockenen Luft (clean dry air – CDA), mit einem durch eine Quecksilber-Bogenlampe emittierten Licht gereinigt. Die kurzen Wellenlängen der Quecksilber-Bogenlampe brechen die Bindungen von organischen Verunreinigungen, die auf der Oberfläche der Optik vorhanden sein können und sie regen die O-O molekularen Sauerstoffbindungen an und/oder brechen diese, um atomaren Sauerstoff zu bilden, der hochreaktiv ist. Der somit gebildete atomare Sauerstoff, oder jegliches Ozon, das ebenfalls gebildet werden kann, reagiert mit den angeregten/gebrochenen organischen Bindungen, um organische Verunreinigungen von der Oberfläche zu reinigen. Organische Materialien sind jene, die einen Anlass für die Mehrheit der Verunreinigungsprobleme in dem Beschichtungsverfahren und den zugehörigen Lebensdauerproblemen der Optik geben, wobei die Quelle zurückbleibende menschliche Hautöle, Reinigungsmittel-Reste, Silikonöle und weitere organische Substanzen sein können, die während der Erstellung der Optik verwendet worden sind oder während der Handhabung, der Lagerung etc. aufgebracht worden sind. Normalerweise enthalten die organischen Verunreinigungen C, H und O, wiederum N und Halogene, im Allgemeinen können F oder Cl ebenfalls vorhanden sein. Falls zum Beispiel in nicht einschränkender Weise Kohlenwasserstoffe (nur C und H) die einzigen Verunreinigungen auf der Optikoberfläche sind, werden die Reaktionsprodukte der angeregten/gebrochenen Kohlenwasserstoffbindungen und des atomaren Sauerstoffs oder Ozons zu CO2, CO und H2O, von denen alle leicht von der Oberfläche der Optik ablösbar sind. In Situationen, wo in den organischen Materialien ebenfalls N, F oder Cl vorhanden ist, sind beispielhafte flüchtige Verbindungen, die gebildet werden können, N2, HCl, HF, F2 und COF2 zusätzlich zu CO2, CO und H2O.
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Wenn angenommen wird, dass die Optikoberfläche gründlich gereinigt worden ist, wird eine spektroskopische Messtechnik verwendet, die die Fluoreszenz von Verunreinigungen, insbesondere organischen Verunreinigungen durch die Verwendung von ultravioletten Licht messen kann, um die Optik zu bewerten. Wenn das Fluoreszenz-Signal mit dem Bulk-Bauelement-Signal übereinstimmt, kann die Oberfläche als gereinigt angesehen werden. Falls das Fluoreszenz-Signal nicht mit dem Signal des Bulk-Bauelements übereinstimmt, dann wird der UVO-Reinigungsschritt wiederholt. Als Ergebnis dieser Messtechnik kann bestimmt werden, wann eine Optikoberfläche ausreichend sauber ist und für eine Dünnschicht-Beschichtung vorbereitet ist.
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Somit ist die Anmeldung in einer Ausführungsform auf eine Messtechnik gerichtet, die eine Kombination eines UVO-Reinigungsverfahrens mit einem Spektrometer darstellt, um die Beschaffenheit der Reinheit der Bauelementoberfläche zu bestimmen, wobei die Reinheit der Oberfläche durch eine Analyse der Fluoreszenz von der Bauelement-(Optik-)Oberfläche bestimmt wird.
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Es ist klar ersichtlich, dass sowohl die vorhergehende Zusammenfassung als auch die folgende ausführliche Beschreibung beispielhaft für die Erfindung sind und dazu vorgesehen sind, um eine Übersicht oder eine Grundstruktur für ein Verständnis der Natur und der Eigenschaften der Erfindung, wie sie in dieser Beschreibung beansprucht ist, bereitzustellen. Die beigefügten Zeichnungen sind dazu vorgesehen, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu liefern und sind enthalten in und bilden einen Teil dieser Beschreibung. Die Zeichnungen stellen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, um die Grundsätze und Funktion der Erfindung zu erläutern.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Das Folgende stellt eine Beschreibung der Figuren in den beigefügten Zeichnungen dar. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht und bestimmte Merkmale und bestimmte Ansichten der Figuren können im Interesse der Klarheit und einer knappen Darstellung im Maßstab übertrieben oder stark schematisiert dargestellt sein.
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1 zeigt eine schematische Darstellung, die den Verfahrensablauf der vorliegenden Anmeldung darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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1 zeigt eine schematische Darstellung, die den Verfahrensablauf der vorliegenden Anmeldung darstellt. Das Verfahren beginnt mit einer Optik 10, die geformt, poliert, gereinigt (zum Beispiel in nicht einschränkender Weise in einem Ultraschallbad unter Verwendung eines ein Reinigungsmittel enthaltenden Mediums) und getrocknet worden ist, und für eine UVO-Reinigung vorbereitet ist. Die durch Bezugszeichen 10 bezeichnete Optik wird somit gemäß dieser Anmeldung als die ”vorgereinigte” Optik 10 angesehen. Die vorgereinigte Optik 10 wurde dann wie durch Bezugszeichen 12 dargestellt mittels UVO gereinigt, um das zu bilden, was nachfolgend die ”gereinigte Optik 12” oder ”Optik 12” genannt wird. Nach der UVO-Reinigung wurde das Fluoreszenzspektrum der Optik 12 wie durch Bezugszeichen 14 dargestellt gemessen und mit dem Fluoreszenzspektrum einer bekannten ”sauberen” Referenz oder Standardoptik oder -Material 16, wie durch die rautenförmige Box dargestellt, die ebenfalls durch Bezugszeichen 16 bezeichnet wird, verglichen. Falls das Fluoreszenzspektrum der Optik 12 im Vergleich zu dem der Referenzoptik 16 nicht zufriedenstellend ausfällt, wird die Optik 12 als ”nicht sauber” angesehen und wurde zu dem durch Bezugszeichen 17 dargestellten UVO-Reinigungsschritt zurückgeführt. Die Schritte 12, 14 und 16 werden wiederholt bis die Optik 12 als sauber angesehen wird oder wurde aus dem Verfahren genommen, um zu bestimmen, ob es irgendeinen Grund gibt, warum sie nicht gereinigt werden kann oder ob etwas mit den Messungen nicht stimmt. Falls der Vergleich mit der Referenzoptik 16 anzeigt, dass die Optik 12 sauber ist, dann wurde die Optik 12 wie durch den Pfeil 18 angegeben dem Dünnfilm-Beschichtungsverfahren 19 zugeführt, um eine mit einer dünnen Schicht beschichtete Optik zu bilden.
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Das UVO-Verfahren ist wie oberhalb angegeben ein Oxidationsverfahren, in welchem organische Verunreinigungen von Photolacken, Harzen, menschlichen Hautölen, Reinigungsmittel-Resten, Silikonölen und weitere Quellen durch eine UV-Strahlung mit kurzen Wellenlängen bestrahlt werden, so dass sie in einen angeregten Zustand dissoziiert oder versetzt werden, wo sie mit molekularem Sauerstoff oder Ozon, die durch dieselbe UV-Strahlung mit kurzen Wellenlängen erzeugt werden, leicht reagieren.
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Atomarer Sauerstoff wird erzeugt, wenn molekularer Sauerstoff durch eine UV-Strahlung mit 184,9 nm dissoziiert wird, und Ozon wird bei einer UV-Strahlung mit 253,7 nm gebildet. Die UV-Strahlung mit 253,7 nm wird durch die meisten Kohlenwasserstoffe und ebenfalls durch Ozon absorbiert. Wenn beide UV-Wellenlängen vorhanden sind, wird kontinuierlich atomarer Sauerstoff erzeugt, Ozon wird kontinuierlich gebildet und zerstört und Kohlenwasserstoffe werden kontinuierlich angeregt und/oder Bindungen werden aufgebrochen. Als Ergebnis der Anregung und/oder des Bindungsbruchs der verunreinigten Kohlenwasserstoffe (oder zum Beispiel weitere Kohlenwasserstoff enthaltende Reste wie zum Beispiel Silikone), werden einfachere flüchtige Moleküle gebildet, welche von der Oberfläche der Optik desorbieren. Demzufolge, wenn beide UV-Wellenlängen vorhanden sind, wird Sauerstoff kontinuierlich erzeugt und Ozon wird kontinuierlich gebildet und zerstört. Durch Anordnen von ordnungsgemäß gereinigten Proben innerhalb acht Millimeter einer Ozon/atomaren Sauerstoff erzeugenden UV-Quelle, zum Beispiel die Niederdruck-Quecksilberdampf-Lampe in einem UVO-Reinigungsgerät (UVO-Cleaner®, Jelight Company, Inc., Irvine, California), können nahezu atomar saubere Oberflächen in weniger als einer Minute erzielt werden. In einer Ausführungsform wird die ordnungsgemäß vorgereinigte Optik innerhalb fünf Millimeter der Ozon/atomaren Sauerstoff erzeugenden UV-Quelle angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform wird die ordnungsgemäß vorgereinigte Optik zwei bis vier Millimeter von der Ozon/atomaren Sauerstoff erzeugenden Quelle angeordnet.
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Fluoreszenzspektrometer sind kommerziell verfügbar, zum Beispiel von Horiba Scientific, Horiba Jobin Yvon, inc., Edison New Jersey oder Ocean Optics, Dunedin, Florida. Die Kopplung des Fluoreszenz-Signals von der Oberfläche zu dem Spektrometerspalt kann erreicht werden unter Verwendung einer Linse, um die Oberfläche zu einer optischen Faseroptik abzubilden, und unter Verwendung der Faseroptik, um das Licht aus der UVO-Box heraus zu einem Remote-Spektrometer zu übertragen. In einer Ausführungsform wurde herausgefunden, dass es nützlich ist, einen oder eine Mehrzahl von Notch-Filter in den weg zwischen der Oberfläche und dem Spektrometerspalt anzuordnen, um die Emissionsspektren der UVO-Lampenquelle zu beseitigen. Wenn die Notch-Filter vorhanden sind, ist das einzige an das Spektrometer ankommende Signal das Fluoreszenz-Signal.
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Es ist erforderlich, ein Standard-Spektrum zu haben, das eine angemessen saubere Oberfläche darstellt. Dies kann durch Ausführen einer wiederholten UVO-Reinigung einer Optik erreicht werden, bis keine Änderungen in dem Fluoreszenzspektrum der Optik beobachtet werden können.
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Wenn die Messung des Fluoreszenz-Signals der Optik anzeigt, dass die Optik ordnungsgemäß gereinigt worden ist, kann die Optik dann beschichtet werden. Es kann irgendeine Beschichtung verwendet werden, wie sie normalerweise für eine Laseroptik verwendet wird. Diese umfassen in nicht einschränkender Weise hermetische Beschichtungen, Spiegelschichten (für eine reflektierende Optik), Anti-Reflex-Beschichtungen, Teilreflektor-Beschichtungen (ebenfalls als Strahlteiler bekannt) und dichroitische Beschichtungen (Beschichtungen, deren R- und Y-Werte sich mit der Wellenlänge ändern). Die Beschichtung kann durch verschiedene Verfahren gebildet werden, die zum Beispiel in nicht einschränkender Weise (1) eine herkömmliche Abscheidung (conventional deposition – ”CD”), in welcher Materialien in Gegenwart von einem Substrat, auf dem eine dünne Beschichtung abgeschieden werden soll, auf den geschmolzenen Zustand entweder durch Widerstandserwärmung oder Elektronenbeschuss erwärmet werden und das verdampfte Material von der Schmelze auf dem Substrat kondensiert; (2) Ionen-unterstützte Abscheidung (ion-assisted depostion – ”IAD”), welche der CD ähnlich ist, mit dem hinzugefügten Merkmal, dass die dünne abgeschiedene Schicht zumindest mit energetischen Ionen eines Inertgas während dem Abscheidungsverfahren bombardiert wird (sowie einiges von dem ionisierten Sauerstoff der abgeschiedenen dünnen Schicht wird eine Oxidschicht); (3) Ionenstrahlsputtern (ion beam sputtering – in welchem energetische Ionenstrahlen auf ein Targetmaterial gerichtet werden und ein Impulsübertrag sputtert das Targetmaterial auf das Substrat, wo es abgeschieden wird; und (4) Plasma-Ionen-unterstützte Abscheidung (plasma ion-assisted deposition – ”PIAD”), welche dem IAD-Verfahren ähnlich ist, mit der Ausnahme, dass ein Impuls an die abzuscheidende dünne Schicht über ein Plasma mit einer Niederspannung, aber einer hohen Stromdichte übertragen wird.
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Die hierin beschriebene Messtechnik kann bei unterschiedlichen optischen Materialien verwendet werden; zum Beispiel Silica einschließlich Quarzglas und HPFS®Silica und dotierten Silica; und kristallinen Erdalkalimetallfluoride-Materialien wie zum Beispiel aCaF2 und dotierte Erdalkalimetallfluoride.
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Demzufolge ist diese Anmeldung in einer Ausführungsform auf ein Verfahren zum Bestimmen der Reinheit einer optischen Oberfläche vor der Aufbringung einer Beschichtung auf die Oberfläche gerichtet, das Verfahren im Wesentlichen bestehend aus (a) Bereitstellen einer Optik, die geformt, poliert und vorgereinigt worden ist, die vorgereinigte Optik 10; (b) Reinigen der Oberfläche(n) der vorgereinigten Optik 10, die mit einer ausgewählten Beschichtung beschichtet werden soll, wobei das Reinigen unter Verwendung einer UVO-Reinigung für eine Zeit in dem Bereich von 1–3 Minuten ausgeführt wird, um eine UVO-gereinigte Optik 12 bereitzustellen; (c) Messen des Fluoreszenzspektrums der UVO-gereinigten Optik 12 unter Verwendung eines Fluoreszenzspektrometers und Vergleichen des gemessenen Fluoreszenzspektrums mit dem Spektrum einer Standard- oder Referenz-Optik 16, aufweisend ein akzeptables Fluoreszenzspektrum; (d) Auswählen von einem: (i) falls das gemessene Spektrum der Optik 12 akzeptabel ist, Zuführen der gereinigten Optik 12, um mit der ausgewählten Beschichtung die gereinigte(n) Oberfläche(n) zu beschichten, oder (ii) falls das gemessene Spektrum der Optik 12 nicht akzeptabel ist, wiederholen der Schritte (b) und (c), wie durch Bezugszeichen 17 angegeben, bis das gemessene Spektrum akzeptabel ist. In einer Ausgestaltung wird/werden die Oberfläche(n) der vorgereinigten Optik 10, die beschichtet werden soll/sollen, innerhalb acht Millimeter der Ozon/atomaren Sauerstoff erzeugenden UV-Quelle angeordnet, um die Optik mittels UVO zu reinigen. In einer weiteren Ausgestaltung wird/werden die Oberfläche(n) der vorgereinigten Optik 10, die beschichtet werden soll/sollen, innerhalb fünf Millimeter der Ozon/atomaren Sauerstoff erzeugenden UV-Quelle angeordnet, um die Optik mittels UVO zu reinigen. Das Fluoreszenzlicht wird von der gemessenen Optik zu dem Fluoreszenzspektrometer unter Verwendung einer Linse und einer Glasfaser übertragen. Darüber hinaus wird ein oder eine Mehrzahl von Notch-Filtern zwischen die Optik, deren Fluoreszenzspektrum gemessen wird, und dem Spalt des Fluoreszenzspektrometers angeordnet, um dadurch das Emissionsspektrum der UV-Lichtquelle zu beseitigen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Anmeldung auf ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Bauelements gerichtet, aufweisend eine Oberfläche, die im Wesentlichen frei von organischen Verunreinigungen ist, vor Bilden einer ausgewählten Beschichtung auf der Oberfläche der Optik, das Verfahren im Wesentlichen bestehend aus (a) Bereitstellen einer Optik, die geformt, poliert und vorgereinigt worden ist, die vorgereinigte Optik 10; (b) Reinigen der Oberfläche(n) der vorgereinigten Optik 10, die mit einer ausgewählten Beschichtung beschichtet werden soll, wobei das Reinigen unter Verwendung einer UVO-Reinigung für eine Zeit in dem Bereich von 1–3 Minuten ausgeführt wird, um eine UVO-gereinigte Optik 12 bereitzustellen; (c) Messen des Fluoreszenzspektrums der UVO-gereinigten Optik 12 unter Verwendung eines Fluoreszenzspektrometers und Vergleichen des gemessenen Fluoreszenzspektrums mit dem Spektrum einer Standard- oder Referenz-Optik 16, aufweisend ein akzeptables Fluoreszenzspektrum; (d) Auswählen von einem: (i) falls das gemessene Spektrum der Optik 12 akzeptabel ist, Zuführen der gereinigten Optik 12, um mit der ausgewählten Beschichtung die gereinigte(n) Oberfläche(n) zu beschichten, oder (ii) falls das gemessene Spektrum der Optik 12 nicht akzeptabel ist, Wiederholen der Schritte (b) und (c), wie durch Bezugszeichen 17 angegeben, bis das gemessene Spektrum akzeptabel ist; und (e) Beschichten der UVO-gereinigten Oberfläche der Optik 12 mit einer ausgewählten Beschichtung, um dadurch eine Optik mit einer ausgewählten Beschichtung auf der UVO-gereinigten Oberfläche bereitzustellen. Die Oberfläche(n) der vorgereinigten Optik 10, die beschichtet werden soll/sollen, wird/werden in einer Ausführungsform innerhalb acht Millimeter der Ozon/atomaren Sauerstoff erzeugenden UV-Quelle angeordnet, um die Optik mittels UVO zu reinigen. In einer weiteren Ausführungsform wird/werden die Oberfläche(n) der vorgereinigten Optik 10, die beschichtet werden soll/sollen, innerhalb fünf Millimeter der Ozon/atomaren Sauerstoff erzeugenden UV-Quelle angeordnet, um die Optik mittels UVO zu reinigen. In weiteren Ausführungsformen wird das Fluoreszenzlicht von der Optik, die gemessen wird, zu dem Fluoreszenzspektrometer unter Verwendung einer Linse und einer Glasfaser übertragen, und ein oder eine Mehrzahl von Notch-Filtern wird zwischen die Optik, deren Fluoreszenzspektrum gemessen wird, und dem Spalt des Fluoreszenzspektrometers angeordnet, um dadurch das Emissionsspektrum der UV-Lichtquelle zu beseitigen. In einer weiteren Ausführungsform wird die nach der UVO-Reinigung aufgebrachte Beschichtung aus der Gruppe ausgewählt, die aus hermetischen Beschichtungen, Spiegelschichten, Anti-Reflex-Beschichtungen, Teilreflektor-Beschichtungen und dichroitischen Beschichtungen besteht. Darüber hinaus ist die vorliegenden Anmeldung ebenfalls auf eine von dem vorherigen Verfahren resultierende Optik gereichtet.
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Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf eine begrenzte Anzahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann, der die Vorteile dieser Anmeldung nutzt, klar, dass weitere Ausführungsformen entwickelt werden können, welche nicht von dem Umfang der hierin offenbarten Erfindung abweichen. Demzufolge sollte der Umfang der Erfindung lediglich durch die beigefügten Ansprüche begrenzt werden.
