DE102020208044A1

DE102020208044A1 - Optisches Element für den VUV-Wellenlängenbereich, optische Anordnung und Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements

Info

Publication number: DE102020208044A1
Application number: DE102020208044.5A
Authority: DE
Inventors: Felix Lange; Larissa Meyer
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2020-06-29
Filing date: 2020-06-29
Publication date: 2021-12-30
Also published as: KR20230029878A; EP4172695A1; US20230147463A1; WO2022002524A1; JP2023531547A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Element (7, 8) für den VUV-Wellenlängenbereich, umfassend: ein Substrat (7a, 8a), sowie eine auf das Substrat (7a, 8a) aufgebrachte Beschichtung (15). Die Beschichtung (15) weist mindestens eine Fluorfänger-Schicht (17, 17a, .., 17n) auf, die ein Fluoridmaterial (Mx+Fx-) umfasst, das mit mindestens einem bevorzugt metallischen Dotierion (Ax+) dotiert ist. Die Erfindung betrifft auch eine optische Anordnung für den VUV-Wellenlängenbereich, die mindestens ein solches optisches Element (7, 8) aufweist, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen optischen Elements (7, 8).

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein optisches Element für den VUV-Wellenlängenbereich, umfassend: ein Substrat, sowie eine auf das Substrat aufgebrachte Beschichtung. Die Erfindung betrifft auch eine optische Anordnung für den VUV-Wellenlängenbereich, beispielsweise ein Wafer-Inspektionssystem oder eine VUV-Lithographieanlage, die mindestens ein optisches Element aufweist, das wie weiter oben beschrieben ausgebildet ist, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements, umfassend: Aufbringen einer Beschichtung auf ein Substrat.
Unter dem VUV-Wellenlängenbereich wird im Sinne dieser Anmeldung ein Wellenlängenbereich zwischen 100 nm und 200 nm verstanden (VUV-Wellenlängenbereich nach DIN 5031 Teil 7).
Optische Anordnungen bzw. Systeme, die für den VUV-Wellenlängenbereich ausgelegt sind und die z.B. für die Inspektion von Wafern geeignet sind (vgl. beispielsweise die US 2016/0258878 A1 ), benötigen breitbandige, bestrahlungsstabile optische Elemente wie Spiegel, Fenster oder Strahlteiler.
Insbesondere für Wellenlängen kleiner als 160 nm ist es herausfordernd, Beschichtungen oder Schichten zu entwickeln, die bei der Bestrahlung mit hohen Leistungen eine hohe Lebensdauer aufweisen. Dies ist u.a. darauf zurückzuführen, dass bei der Bestrahlung bei diesen Wellenlängen die Energie des Lichts ausreicht, um über Ein-Photonen-Prozesse Defekte in der Schicht zu erzeugen. Die Generation von Defekten (z.B. F-Zentren) stellt den Beginn eines Degradationsprozesses in Fluoridschichten bei der Bestrahlung mit Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich dar, der beispielsweise folgende Schritte aufweisen kann:

1. Absorption von Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich mit Energien nahe der Bandkante des Fluorids und dann Anregung von Elektronen ins Leitungsband und/oder Exzitonenzustände und/oder Defektzustände nahe der Bandkante
2. Relaxation der zuvor angeregten Elektronen unter Abgabe der Energiedifferenz an das ionische Gitter (Farbzentren).
3. In Konsequenz dieses Mechanismus, Fluorfehlstellengeneration und interstitielles Fluor
4. Diffusion von Fluoratomen und Verlust von Fluor über die Oberfläche
5. Oxidation des Metallatoms des Fluorids und Verstärkung der Absorption der Schicht

Zur Verbesserung der Laserbeständigkeit von fluoridischen Materialien bzw. zur Vermeidung des oben beschriebenen Degradationsprozesses sind verschiedene Ansätze bekannt.
In der DE102019219177.0 wird vorgeschlagen, zur Vermeidung der Abnahme der Reflektivität von Spiegeln, die aus Aluminium gefertigt werden und die mit dielektrischen Materialien, z.B. mit fluoridischen Materialien wie MgF₂, geschützt werden, einen Mangin-Spiegel für den VUV-Wellenlängenbereich zu verwenden.
In der PCT/EP2019/083632 ist eine optische Anordnung in Form eines Wafer-Inspektionssystems beschrieben, das einen Gaseinlass aufweist, der zur Zuführung eines Adsorbats, insbesondere von Wasser, in den Innenraum zumindest während der Bestrahlung der Oberfläche ausgebildet bzw. konfiguriert ist. Durch die Zuführung des Adsorbats zur Oberfläche eines dort angeordneten optischen Elements soll die Degradation der Oberfläche abgemildert werden.
In der US 2010/0108958 A1 ist ein optisches Element zur Transmission von Strahlung bei Wellenlängen unterhalb von 250 nm beschrieben, dass eine verbesserte Laserbeständigkeit aufweisen soll. Das optische Element besteht aus einem Calciumfluorid-Kristall, der mit mindestens einem Material dotiert ist, das die Bildung von Ca-Kolloiden verhindern soll. Die Ca-Kolloide, die durch die Kombination von Ca mit F-Zentren entstehen, werden als die Ursache für die Reduzierung der Laserbeständigkeit des optischen Elements angesehen. F-Zentren entstehen, wenn Fluor aus dem Volumen des optischen Elements zur Oberfläche gelangt und von dort an die Umgebung abgegeben wird. Das optische Element kann eine Beschichtung mit mindestens einem Material aufweisen, das ausgewählt ist aus den Gruppen: Fluoride, Oxide und fluorinierte Oxide.
Die US 2003/0094129 A1 beschreibt ein Kristall-Material zur Verwendung in einem refraktiven Lithographiesystem bei Wellenlängen unter 160 nm, das einen Alkalimetall-Erdalkalimetall-Mischkristall, einen Erdalkalimetall-Erdalkalimetall-Mischkristall oder einen Erdalkalimetall-Lanthan-Mischkristall aufweist.
In der EP 1 394 590 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Calciumfluorid-Kristalls mit einer Natrium-Konzentration von weniger als ca. 0,2 ppm beschrieben. Ein solcher Kristall soll bei der Bestrahlung mit Laserstrahlung bei einer Wellenlänge von 193 nm eine hohe Laserbeständigkeit aufweisen.
In der WO 2008/071411 A1 ist ein optisches Element mit einem Grundkörper aus einem Metallfluorid mit einer erhöhten Laserbeständigkeit beschrieben, auf den ggf. eine Beschichtung mit mindestens einer Schicht aus einem Metallfluorid-Mischkristall aufgebracht ist. Der Metallfluorid-Mischkristall kann die Zusammensetzung (MF_n)_1-x(RF_n+m)_x aufweisen, wobei M ein chemisches Element der ersten oder zweiten Gruppe des Periodensystems, R ein Element der zweiten, dritten oder vierten Gruppe des Periodensystems bezeichnet und n und m ganzzahlig sind.
In der DE 10 2018 211 498 A1 ist eine optische Anordnung mit mindestens einem reflektiven optischen Element beschrieben, die als polierte Metall- oder Siliziumoberfläche ausgebildet ist. Die reflektive Fläche kann eine Schutzschicht aufweisen, die eine oder mehrere Lagen eines Materials aus der Gruppe aus AlF₃, LiF, NaF, MgF₂, CaF₂, LaF₃, GdF₃, HOF₃, ErF₃, Na₃AlF₆, Na₅Al₃F₁₅, ZrF₄, HfF₄, SiO₂, Al₂O₃, MgO und deren Kombinationen aufweist.
Aus der DE 10 2018 211 499 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines reflektiven optischen Elements für den VUV-Wellenlängenbereich bekannt geworden. Zur Verlängerung der Lebensdauer des reflektiven optischen Elements werden auf ein Substrat mindestens eine erste und eine zweite Lage aufgebracht, wobei eine der beiden Lagen eine Metallfluoridlage und die andere eine Oxidlage ist. Durch die Oxidlage sollen die darunter liegenden Schichten geschützt werden. In der DE 10 2018 211 499 A1 ist auch angegeben, dass Oxidlagen bei Wellenlängen von weniger als 160 nm zur großen Reflexionsverlusten führen können. Der Reflektivitätsverlust soll durch das Positionieren der Oxidlage in einem Bereich geringer Feldstärke reduziert werden.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Element, eine optische Anordnung mit mindestens einem solchen optischen Element sowie ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements anzugeben, welche bei der Bestrahlung mit Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich eine verlängerte Lebensdauer ermöglichen.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gemäß einem Aspekt gelöst durch ein optisches Element der eingangs genannten Art, bei dem die Beschichtung mindestens eine Fluorfänger-Schicht aufweist, die ein Fluoridmaterial umfasst, das mit mindestens einem bevorzugt metallischen Dotierion dotiert ist.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Lebensdauer des optischen Elements insbesondere bei der Bestrahlung mit Strahlung bei VUV-Wellenlängen von weniger als 160 nm in der Nähe der Bandkante des Fluoridmaterials dadurch zu erhöhen, dass der weiter oben beschriebene Degradationsprozess in Schritt 4 unterbrochen wird, indem die Mobilität der interstitiellen Fluoratome durch so genannte „Fluorfänger“ in der Fluorfänger-Schicht signifikant reduziert wird. Bei dem optischen Element kann es sich um ein fluoridisches funktionales optisches Element handeln oder um ein fluoridisch geschütztes optisches Element, z.B. um einen (Al-)Spiegel oder um ein fluoridisch geschütztes transmittierendes optisches Element.
Zur Erzeugung der „Fluorfänger“-Wirkung wird vorgeschlagen, das Fluoridmaterial (z.B. LaF₃) der Fluorfänger-Schicht, bei dem es sich typischerweise um einen ionischen Kristall handelt, mit einem (positiv geladenen) Dotierion (Kation, z.B. Gd³⁺) zu dotieren. Dieses Kation kann die bei der VUV-Bestrahlung durch Ein-Photonen-Prozesse erzeugten Fluoratome/Fluoridionen in der Schicht binden und damit einem Fluorverlust durch die Oberfläche entgegenwirken. Konkret bildet das Dotierion (z.B. Gd³⁺) mit dem interstitiell diffundierenden Fluor/Fluorid (vorliegend beispielsweise als H-Zentrum (F₂ ^- interstitiell) oder V_k-Zentrums-Defekt (F₂ ^- Kopplung über zwei benachbarte Gitterplätze)) einen Komplex, der die Mobilität der Fluorspezies reduziert.
Die Dotierung von Halogeniden, insbesondere von Fluoriden, ist aus photostimulierbaren Röntgenspeicherfolien („storage phosphors“) in elektronisch auslesbaren Röntgendosimetern bekannt. Bei der Bestrahlung des Materials einer solchen Röntgenspeicherfolie, z.B. BaFBr:Eu²⁺ oder CsBr:Eu²⁺, erzeugte Elektron-Löcher-Paare werden aufgrund der Dotierung lokal eingefangen, um ein latentes Bild zu erzeugen bzw. Informationen zu speichern, vgl. beispielsweise den Artikel „Photostimulable X-Ray Storage Phosphors: a Review of Present Understanding‟, H. von Seggern, Braz. Jour. Phys. 29, 254-267 (1999) oder den Artikel „Storage Phosphors for Medical Imaging", P. Leblans et al., Materials 4, 1034-1086 (2011).
Bei dem erfindungsgemäßen optischen Element wird die Dotierung genutzt, um die Diffusion von Fluoratomen zu vermeiden oder zumindest stark zu verlangsamen. Hierbei wird ausgenutzt, dass bei der Bestrahlung mit Röntgenstrahlung initial dieselben Defekte in dem jeweiligen Fluoridmaterial erzeugt werden wie bei der Bestrahlung mit Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich.
Bei einer Ausführungsform weist die Beschichtung mindestens eine Fluoridschicht auf und die Fluorfänger-Schicht ist an einer dem Substrat abgewandten Seite der Fluoridschicht aufgebracht. In diesem Fall dient die Fluorfänger-Schicht zur Verhinderung der Diffusion von Fluor aus der Fluoridschicht in die Umgebung. Es ist aber nicht zwingend erforderlich, dass die Beschichtung eine Fluoridschicht und eine darauf aufgebrachte Fluorfänger-Schicht aufweist, vielmehr kann die Beschichtung nur eine Fluofänger-Schicht (ohne eine Fluoridschicht) aufweisen, die z.B. als Schutzschicht für ein transparentes Substrat, für einen Spiegel, etc. dient.
Bei einer Ausführungsform weist das Fluoridmaterial ein bevorzugt metallisches Wirtsgitterion auf, dessen Ionenradius um nicht mehr als 20%, bevorzugt um nicht mehr als 15% von einem Ionenradius des Dotierions abweicht. In der Regel ist eine geringe Abweichung (von weniger als 15%) zwischen dem Ionenradius des Dotierions und dem Ionenradius des Kations des Fluordimaterials erforderlich, um einen stabilen Mischkristall bzw. eine stabile Schicht zu bilden (Vegard'sche Regel).
Die Abweichung des Ionenradius R_I des (metallischen) Wirtsgitterions des Fluoridmaterials vom Ionenradius R_D des Dotierions wird hierbei gemäß folgender Formel bestimmt: $(R_{I} {-R}_{D}) {/R}_{I}$
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Wirtsgitterion des Fluoridmaterials dieselbe Wertigkeit (Ionenladung) wie das Dotierion auf. Dies stellt eine hinreichende Bedingung für die Stabilität des ionischen Gitters dar, es handelt sich aber nicht um eine notwendige Bedingung: Von Röntgenspeicherfolien ist dokumentiert, dass bei einwertigen Wirtsgittern wie z.B. Li⁺F^- anderswertige (2-wertige, 3-wertige,...) metallische Dotierionen (z.B. basierend auf Mg, Ti, Ce) verwendet werden können.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Dotierion eine Elektronenkonfiguration mit mindestens einem ungepaarten Valenzelektron, bevorzugt eine Elektronenkonfiguration mit einem halbgefüllten Orbital, auf. Ungepaarte Valenzelektronen des Dotierions sind in der Regel für die Komplexbildung mit dem interstitiellen Fluor erforderlich. Weist das Dotierion ein halbgefülltes Orbital auf, d.h. weist dieses die Hälfe der Anzahl der für das jeweilige Orbital maximal möglichen Anzahl an Valenzelektronen auf, stellt dies eine chemisch besonders stabile Konfiguration dar. Auch bei der hier angegebenen Bedingung handelt es sich um eine hinreichende, aber nicht notwendige Bedingung an die Dotierionen der Fluorflängerschicht. So sind beispielsweise bei Röntgenspeicherfolien Kombinationen wie KbR:In⁺ oder RbBr:Ga⁺ dokumentiert, wobei in diesem Fall anscheinend die s-Ionen-Paare als Halogenfänger fungieren.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Fluorfänger-Schicht für Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich transparent. Bei der Bestrahlung mit Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich sollte die Fluorfänger-Schicht möglichst wenig Strahlung absorbieren, um eine Degradation zu vermeiden. Auch ist die Transparenz der Fluorfänger-Schicht in der Regel erforderlich, wenn es sich bei dem optischen Element um ein transmittierendes optisches Element handelt. Das Dotierion sollte daher so gewählt werden, dass dessen Absorption für VUV-Strahlung möglichst gering ist.
Bei einer Ausführungsform ist das Dotierion ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Gd³⁺, Eu²⁺, Mn²⁺, Fe³⁺, Ru³⁺ und Tl⁺. Diese Dotierionen erfüllen die oben formulierte Bedingung hinsichtlich der Elektronenkonfiguration und weisen eine vergleichsweise geringe Absorption für Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich auf. Auch können diese Dotierionen mit metallischen Wirtsgitterionen des Fluoridmaterials kombiniert werden, die einen geeigneten Ionenradius und ggf. dieselbe Wertigkeit aufweisen (s.u.).
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Fluoridmaterial ein Wirtsgitterion auf, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Al³⁺, La³⁺ und Y³⁺. Fluoridmaterialien mit Kationen aus der hier angegebenen (nicht abschließenden) Liste von Materialien haben sich als gut geeignet für die Bildung einer Fluorfänger-Schicht erwiesen.
Grundsätzlich gilt, dass das dotierte Fluoridmaterial der Fluorfänger-Schicht (d.h. das Material der Fluorfänger-Schicht) in der Regel folgende chemische Strukturformel aufweisen sollte (sofern kein Mischkristall vorliegt, s.u.): $M^{x+} F_{x}^{-} {:A}^{x+},$
wobei M das (in der Regel metallische) Atom des Wirtsgitterions M^x+ des Fluoridmaterials (z.B. Mg, La, ...), A das Dotieratom des Dotierions A^x+ bezeichnet (z.B. Gd, Mn, Eu, ...) und x die Wertigkeit (lonenladung) des Metallatoms M bzw. des Dotieratoms A bezeichnet.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das dotierte Fluoridmaterial der Fluorfänger-Schicht ausgewählt aus der Gruppe umfassend: RbF:Tl⁺, KF:Tl⁺, MgF2:Mn²⁺, SrF₂:Eu²⁺, BaF₂:Eu²⁺, LaF₃:Gd³⁺, YF₃:Gd³⁺, AlF₃:Fe³⁺. Diese Materialien erfüllen die oben angegebene chemische Strukturformel sowie die weiter oben genannten Bedingungen an die Ionenradien, die Wertigkeit sowie an die Elektronenkonfiguration der Dotierionen und sind daher als Fluorfänger-Schichten besonders geeignet.
Das Dotierion kann in dem dotierten Fluoridmaterial eine vergleichsweise geringe Konzentration zwischen 0,1 at. % und 2,0 at. %, oder zwischen 0,2 at. % und 1,0 at. %, aufweisen. Ein solcher Wertebereich für die Dotierkonzentration, der in der Größenordnung der Dotierkonzentration der Materialien von Röntgenspeicherfolien liegt, hat sich als günstig erwiesen.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Dotierion in einem weiteren Fluoridmaterial enthalten, das mit dem Fluoridmaterial einen Mischkristall (im Fall von metallischen Kationen eine Legierung) bildet. Zwei Fluoridmaterialien mit einer definierten Zusammensetzung bilden in diesem Fall eine sogenannte Mischkristallreihe mit der chemischen Zusammensetzung ${(M^{x+} F_{x}^{-})}_{y} {(A^{x+} F_{x}^{-})}_{1 - y}$
wobei y Werte von y = 0 bis y = 1 annehmen kann. Im Sinne dieser Anmeldung wird unter einem Mischkristall auch eine pseudobinäre Mischung von zwei Fluoriden verstanden, die Mischungslücken im Phasendiagramm aufweist.
Ein Beispiel für einen Mischkristall bzw. für eine pseudobinäre Reihe ist der Mischkristall (LaF₃)_(i-x)(GdF₃)_x mit x=0..1. Eine Fluorfänger-Schicht in Form eines Mischkristalls lässt sich auf einfache Weise (durch Co-Evaporation, s.u.) aufbringen. Bei dielektrischen Applikationen, z.B. bei Reflex- oder Antireflex-Beschichtungen, ist es in diesem Fall erforderlich, die Werte des Realteils n und des Imaginärteils k beider Fluoridmaterialien des Mischkristalls für das jeweilige Beschichtungs-Design zu berücksichtigen.
Bei einer weiteren Ausführungsform bildet die Fluorfänger-Schicht eine Deckschicht der Beschichtung oder die Fluorfänger-Schicht bildet eine Diffusionsbarriere zwischen der Fluoridschicht und einer weiteren Schicht, der Beschichtung, insbesondere einer weiteren Fluoridschicht. Im ersteren Fall bildet die Fluorfänger-Schicht die oberste Schicht der Beschichtung, d.h. diejenige Schicht, die am weitesten vom Substrat entfernt angeordnet ist. Die Fluorfänger-Schicht dient in diesem Fall dazu, zu verhindern, dass Fluor aus der darunter liegenden Fluoridschicht in die Umgebung entweichen kann. Es ist aber auch möglich, dass die Fluorfänger-Schicht zwischen der Fluoridschicht und einer weiteren Schicht, beispielsweise einer weiteren Fluoridschicht, angebracht ist und als Diffusionsbarriere zwischen den beiden umgebenden Schichten wirkt. Es versteht sich, dass ein- und dieselbe Beschichtung sowohl eine Fluorfänger-Schicht als Deckschicht der Beschichtung und mindestens eine weitere Fluorfänger-Schicht als Diffusionsbarriere aufweisen kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform bildet die Beschichtung eine (hoch- )reflektierende Beschichtung oder eine Antireflex-Beschichtung. In beiden Fällen kann die Beschichtung eine Mehrlagen-Beschichtung bilden, die eine Mehrzahl von Schicht-Paaren mit zwei Schichten mit jeweils unterschiedlichen Brechungsindizes aufweist. Die Fluorfänger-Schicht weist aufgrund der Dotierung oder ggf. aus anderen Gründen einen Brechungsindex auf, der typischerweise vom Brechungsindex der Fluoridschicht abweicht, auf die sie aufgebracht ist. Daher können die Fluorfänger-Schicht und die Fluoridschicht ein Schicht-Paar einer funktionellen Mehrlagen-Beschichtung bilden.
Die Beschichtung weist in diesem Fall typischerweise eine vorgegebene Anzahl von Schicht-Paaren mit in der Regel identischer Dicke auf, um durch Interferenzeffekte die reflektierende Wirkung bzw. die Antireflex-Wirkung der Beschichtung zu erzeugen. Bei dieser Ausführungsform erfüllt die Fluorfänger-Schicht somit eine Doppelfunktion, da diese nicht nur die Diffusion von Fluoratomen verhindert bzw. als Schutzschicht dient, sondern auch eine optische Wirkung aufweist und zur Reflexions- bzw. zur Antireflex-Wirkung der Beschichtung beiträgt.
Für den Fall, dass es sich bei der Beschichtung um eine reflektierende Beschichtung handelt, handelt es sich bei dem optischen Element typischerweise um ein reflektierendes optisches Element, z.B. um einen Spiegel. Der Spiegel bzw. die reflektierende Beschichtung kann in diesem Fall beispielsweise eine Aluminium-Schicht aufweisen, deren reflektierende Wirkung durch die Fluoridschichten bzw. die Fluorfänger-Schicht(en) in ihrer reflektierenden Wirkung verstärkt wird. Gleichzeitig dienen die Fluoridschichten bzw. die Fluorfänger-Schicht(en) auch zum Schutz der Aluminium -Schicht vor Degradation.
Für den Fall, dass die Beschichtung als Antireflex-Beschichtung ausgebildet ist, ist das optische Element typischerweise als transmissives optisches Element ausgebildet. In diesem Fall kann das optische Element beispielsweise ein bevorzugt kristallines, insbesondere ionisches Substrat aufweisen, das z.B. aus MgF₂, CaF₂, LiF, ... gebildet ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine optische Anordnung für den VUV-Wellenlängenbereich, insbesondere ein Wafer-Inspektionssystem oder eine VUV-Lithographieanlage, umfassend: mindestens ein optisches Element, das wie weiter oben beschrieben ausgebildet ist.
Bei dem optischen Element kann es sich um ein reflektierendes optisches Element für Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich handeln oder alternativ um ein transmissives optisches Element, das zum Durchtritt von Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich ausgebildet ist. Bei dem optischen Element kann es sich aber auch um einen Strahlteiler handeln, der Strahlung in Abhängigkeit von der Wellenlänge oder z.B. der Polarisation der Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich entweder transmittiert oder reflektiert.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem beim Aufbringen der Beschichtung mindestens eine Fluorfänger-Schicht aufgebracht wird, wobei die Fluorfänger-Schicht ein Fluoridmaterial aufweist, das mit mindestens einem Dotierion dotiert ist. Für das Aufbringen der Fluorfänger-Schicht, das typischerweise durch Abscheiden aus der Gasphase oder durch eine andere Art von Beschichtungsverfahren erfolgt, bestehen verschiedene Möglichkeiten.
Bevorzugt wird die Fluorfänger-Schicht durch gleichzeitiges Abscheiden des Fluoridmaterials und eines das Dotierion enthaltenden weiteren Fluoridmaterials aufgebracht. Bei dieser Variante des Verfahrens wird die Fluorfänger-Schicht durch Co-Evaporation bzw. Co-Verdampfen von zwei fluoridischen (transparenten) Materialien abgeschieden. In diesem Fall werden typischerweise zwei Verdampferquellen für die Abscheidung verwendet, von denen die eine das Fluoridmaterial des fluoridischen Kristallgitters enthält und von denen die andere ein das Dotierion enthaltendes Fluoridmaterial aufweist. Bei der Abscheidung kann in diesem Fall eine pseudobinäre Mischung aus den beiden Fluoriden gebildet werden (z.B. LaF₃ und GdF₃ zu LaF₃ : Gd³⁺, beispielsweise in der Form von (LaF₃)_1-x(GdF₃)_x, x = 0 bis 1, d.h. bei der Abscheidung wird ein Mischkristall gebildet, der keine Mischungslücken im Phasendiagramm aufweist. Für die Co-Abscheidung ist es günstig, wenn beide Fluoridmaterialien als Beschichtungsmaterial vorliegen, nicht hygroskopisch sowie in ihrer Handhabung unbedenklich sind (d.h. es liegen keine Gefahren- bzw. Sicherheitshinweise vor bzw. es existiert keine Gesundheits- bzw. Umweltgefährdung).
Bei einer alternativen Variante wird die Fluorfänger-Schicht durch Abscheiden des mit dem Dotierion dotierten Fluoridmaterials aufgebracht. In diesem Fall wird über eine geeignete Synthese das Fluoridmaterial, welches das Wirtsgitter für die Dotierung darstellt, vorab mit einem geeigneten Fluorfänger-Material bzw. mit einem geeigneten Dotierion dotiert. Das vordotierte Material der Fluorfänger-Schicht wird in diesem Fall in einem nachfolgenden Beschichtungsprozess, z.B. durch Abscheidung aus der Gasphase, stöchiometrisch auf das Substrat bzw. auf die Fluoridschicht übertragen.
Bei einer weiteren Variante weist die Beschichtung mindestens eine Fluoridschicht auf und die mindestens eine Fluorfänger-Schicht wird auf eine dem Substrat abgewandte Seite der Fluoridschicht aufgebracht. In der Regel wird die Fluorfänger-Schicht unmittelbar auf die Fluoridschicht aufgebracht, um eine Diffusion von Fluor in dazwischen liegende Schichten zu vermeiden, dies ist aber nicht zwingend erforderlich.
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.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt

1 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung für den VUV-Wellenlängenbereich in Form einer VUV-Lithographieanlage,
2 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung für den VUV-Wellenlängenbereich in Form eines Wafer-Inspektionssystems,
3a,b schematische Darstellungen eines transmittierenden optischen Elements, das eine Beschichtung mit einer Fluorfänger-Schicht als Deckschicht aufweist, und eines reflektierenden optischen Elements, das eine reflektierende Beschichtung mit einer Mehrzahl von Fluorfänger-Schichten aufweist, sowie
4a,b schematische Darstellungen eines Substrats eines optischen Elements bei Abscheidung der Fluorfänger-Schicht.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
In 1 ist schematisch eine optische Anordnung 1 in Form einer VUV-Lithographieanlage, insbesondere für Wellenlängen im Bereich zwischen 100 nm und 200 nm bzw. 160 nm, dargestellt. Die VUV-Lithographieanlage 1 weist als wesentliche Bestandteile zwei optische Systeme in Form eines Beleuchtungssystems 2 und eines Projektionssystems 3 auf. Für die Durchführung eines Belichtungsprozesses weist die VUV-Lithographieanlage 1 eine Strahlungsquelle 4 auf, bei der es sich beispielsweise um einen Excimer-Laser handeln kann, der Strahlung 5 bei einer Wellenlänge im VUV-Wellenlängenbereich von beispielsweise 193 nm, 157 nm oder 126 nm emittiert und der integraler Bestandteil der VUV-Lithographieanlage 1 sein kann.
Die von der Strahlungsquelle 4 emittierte Strahlung 5 wird mit Hilfe des Beleuchtungssystems 2 so aufbereitet, dass damit eine Maske 6, auch Retikel genannt, ausgeleuchtet werden kann. Bei dem in 1 dargestellten Beispiel weist das Beleuchtungssystem 2 sowohl transmittierende als auch reflektierende optische Elemente auf. Stellvertretend sind in 1 ein transmittierendes optisches Element 7, welches die Strahlung 5 bündelt, sowie ein reflektives optisches Element 8 dargestellt, welches die Strahlung 5 beispielsweise umlenkt. In bekannter Weise können in dem Beleuchtungssystem 2 verschiedenste transmittierende, reflektierende oder sonstige optische Elemente in beliebiger, auch komplexerer Weise miteinander kombiniert werden.
Die Maske 6 weist auf ihrer Oberfläche eine Struktur auf, die auf ein zu belichtendes optisches Element 9, beispielsweise einen Wafer, im Rahmen der Produktion von Halbleiterbauelementen, mithilfe des Projektionssystems 3 übertragen wird. Im gezeigten Beispiel ist die Maske 6 als transmittierendes optisches Element ausgebildet. In alternativen Ausführungen kann die Maske 6 auch als reflektierendes optisches Element ausgebildet sein. Das Projektionssystem 2 weist im dargestellten Beispiel mindestens ein transmittierendes optisches Element auf. Im gezeigten Beispiel sind stellvertretend zwei transmittierende optische Elemente 10, 11 dargestellt, die beispielsweise dazu dienen, die Strukturen auf der Maske 6 auf die für die Belichtung des Wafers 9 gewünschte Größe zu verkleinern. Auch bei dem Projektionssystem 3 können u.a. reflektive optische Elemente vorgesehen sein und beliebige optische Elemente können in bekannter Weise beliebig miteinander kombiniert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass auch optische Anordnungen ohne transmissive optische Elemente für die VUV-Lithographie eingesetzt werden können.
In 2 ist schematisch eine beispielhafte Ausführung einer optischen Anordnung in Form eines Wafer-Inspektionssystems 21 dargestellt. Die nachstehenden Erläuterungen gelten analog auch für Inspektionssysteme zur Inspektion von Masken.
Das Wafer-Inspektionssystem 21 weist ein optisches System 22 mit einer Strahlungsquelle 24 auf, deren Strahlung 25 mittels des optischen Systems 22 auf einen Wafer 29 gelenkt wird. Zu diesem Zweck wird die Strahlung 25 von einem konkaven Spiegel 26 auf den Wafer 29 reflektiert. Bei einem Masken-Inspektionssystem 2 könnte man anstelle des Wafers 29 eine zu untersuchende Maske anordnen. Die vom Wafer 29 reflektierte, gebeugte und/oder gebrochene Strahlung wird von einem ebenfalls zu dem optischen System 22 gehörigen weiteren konkaven Spiegel 28 über ein transmittierendes optisches Element 27 auf einen Detektor 30 zur weiteren Auswertung geleitet. Bei der Strahlungsquelle 24 kann es sich beispielsweise um genau eine Strahlungsquelle oder um eine Zusammenstellung von mehreren einzelnen Strahlungsquellen handeln, um ein im Wesentlichen kontinuierliches Strahlungsspektrum zur Verfügung zu stellen. In Abwandlungen kann auch eine oder es können mehrere schmalbandige Strahlungsquellen 24 eingesetzt werden. Bevorzugt liegt die Wellenlänge bzw. das Wellenlängenband der von der Strahlungsquelle 24 erzeugten Strahlung 25 im Bereich zwischen 100 nm und 200 nm, besonders bevorzugt zwischen 110 nm und 190 nm.
Bei dem in 1 gezeigten Beispiel weist das Beleuchtungssystem 2 ein Gehäuse 12 auf, in dem ein Innenraum 13 gebildet ist, in dem das transmissive optische Element 7 sowie das reflektierende optische Element 8 in Form des Spiegels angeordnet sind. Entsprechend weist auch das optische System 22 des Wafer-Inspektionssystems 21 von 2 ein Gehäuse 32 auf, in dem ein Innenraum 33 gebildet ist, in dem die beiden Spiegel 26, 28 sowie das transmissive optische Element 27 angeordnet sind.
Die Lithographieanlage 1 von 1 weist auch einen Gaseinlass 14 auf, der zur Zuführung eines Inertgases z.B. in Form eines Edelgases, d.h.in Form von He, Ne, Ar, Kr, Xe oder in Form von Stickstoff (N₂) in den Innenraum 13 dient. Entsprechend weist auch das Wafer-Inspektionssystem 21 von 2 einen Gaseinlass 34 auf, der zur Zuführung eines Inertgases in den Innenraum 33 des Gehäuses 32 des optischen Systems 22 dient.
3a zeigt beispielhaft das transmittierende optische Element 7 von 1 in einer Detaildarstellung. Das transmittierende optische Element 7 weist ein Substrat 7a aus einem ionischen Kristall, beispielsweise in Form von MgF₂ auf, und wird mit Strahlung 5 der Strahlungsquelle 4 bestrahlt, die typischerweise eine hohe Intensität aufweist. Zum Schutz des Substrats 7a z.B. vor einer Umlagerung bei der Bestrahlung ist auf eine Oberfläche des Substrats 7a eine Beschichtung 15 aufgebracht, die im gezeigten Beispiel eine Fluoridschicht 16 und eine auf diese aufgebrachte Fluorfänger-Schicht 17 aufweist.
Bei der Bestrahlung des optischen Elements 7 mit der Strahlung 5 im VUV-Wellenlängenbereich kann es aufgrund der hohen Strahlungsintensität zu einer Degradation der Fluoridschicht 16 kommen, bei der Fluorfehlstellen generiert werden und interstitielles Fluor gebildet wird. Um der Diffusion von Fluoratomen über die Oberfläche der Fluoridschicht 16 in die Umgebung entgegenzuwirken, ist bei dem in 3a gezeigten Beispiel auf die Fluoridschicht 16 eine Fluorfänger-Schicht 17 aufgebracht. Bei dem Material der Fluoridschicht 16 kann es sich beispielsweise um MgF₂, AlF₃, LiF, LaF₃, GdF₃, BaF₂ oder um ein anderes transparentes Fluoridmaterial handeln.
Das in 2 gezeigte transmittierende optische Element 27 weist ein Substrat 27a aus einem ionischen Kristall und eine (nicht bildlich dargestellte) Beschichtung 15 auf, die sich von der in 3a gezeigten Beschichtung 15 dadurch unterscheidet, dass diese eine Einzelschicht in Form einer Fluorfänger-Schicht 17 aufweist. Die Beschichtung 15 des transmittierenden optischen Elements 27 besteht somit aus der Fluorfänger-Schicht 17, die wie die in Zusammenhang mit 3a beschriebene Fluorfänger-Schicht 17 ausgebildet sein kann.
3b zeigt beispielhaft das reflektierende optische Element 8 von 1 in einer Detaildarstellung. Das reflektierende optische Element 8 weist ein Substrat 8a z.B. aus einem fluoridischen Material oder aus Silizium auf. Auf das Substrat 8a ist eine reflektierende Beschichtung 15 zur Reflexion der VUV-Strahlung 5 aufgebracht. Die reflektierende Beschichtung 15 umfasst eine Aluminium-Schicht 18, die benachbart zu dem Substrat 8a angeordnet ist, sowie eine Abfolge von n Schichtpaaren, die jeweils eine Fluoridschicht 16a, ..., 16n sowie eine auf die jeweilige Fluoridschicht 16a, ..., 16n aufgebrachte Fluorfänger-Schicht 17a, ..., 17n aufweisen. Es versteht sich, dass die Beschichtung nur ein einziges Schichtpaar 16a, 17a aufweisen kann (n = 1).
Mit Ausnahme der obersten Fluorfänger-Schicht 17n, welche die Deckschicht der reflektierenden Beschichtung 15 bildet, dienen die Fluorfänger-Schichten 17a, ..., 17m als Diffusionsbarrieren zwischen jeweils zwei benachbarten Fluoridschichten 16b, ..., 16n. Die Paare von Schichten 16a, 17a, ..., 16n, 17n dienen einerseits zum Schutz der Aluminium-Schicht 18 vor Oxidation und andererseits zur Erhöhung der Reflektivität der Beschichtung 15 für die Strahlung 5 im VUV-Wellenlängenbereich. Entsprechend sind die Brechungsindizes der jeweiligen Schichtpaare 16a, 17a, ..., 16n, 17n so aufeinander abgestimmt, dass sich in einem gewünschten Wellenlängenbereich innerhalb des VUV-Wellenlängenbereichs eine hohe Reflektivität einstellt. Es versteht sich, dass auch die in 2 gezeigten reflektierenden optischen Elemente 26, 28 in analoger Weise mit einer reflektierenden Beschichtung 15 versehen sind bzw. versehen werden können.
Bei dem in 3b gezeigten reflektierenden optischen Element 8 kann wie bei dem transmittierenden optischen Element 27 nur eine einzige Fluorfänger-Schicht 17 auf die Aluminium-Schicht 18 aufgebracht werden, die als Schutzschicht und als Deckschicht dient. Es ist somit nicht erforderlich, dass die Beschichtung 15 des reflektierenden optischen Elements 8 eine oder mehrere Fluoridschichten 16a, ..., 16n aufweist, wie dies in 3b dargestellt ist.
Die Schichtpaare 16a, 17a, ..., 16n, 17n können auch an dem in 3a gezeigten transmittierenden optischen Element 7 aufgebracht werden, um an Stelle einer reflektierenden Beschichtung eine Antireflex-Beschichtung zu bilden. Zu diesem Zweck werden die Schichtdicken und die Materialpaarungen der jeweiligen Schichtpaare 16a, 17a, ..., 16n, 17n geeignet angepasst. Es versteht sich, dass eine solche Antireflex-Beschichtung 15 keine Aluminium-Schicht aufweist, wie dies bei der in 3b gezeigten Darstellung der Fall ist.
Auch bei dem in 3b gezeigten reflektierenden optischen Element 8 kann ggf. auf die Aluminium-Schicht 18 verzichtet werden, d.h. die reflektierende Beschichtung 15 kann als dielektrische Mehrlagen-Beschichtung ausgebildet sein, die ausschließlich Schichtpaare aus einer Fluoridschicht 16a, ..., 16n sowie einer auf die jeweilige Fluoridschicht 16a, ..., 16n aufgebrachten Fluorfänger-Schicht 17a, ..., 17n aufweist.
An Stelle einer anti-reflektierenden Wirkung kann die Beschichtung 15 auch eine Strahlteiler-Wirkung haben, d.h. einen ersten Strahlungsanteil transmittieren und einen zweiten Strahlungsanteil reflektieren. Das (teil- )transmittierende optische Element 7, 27 bildet in diesem Fall einen Strahlteiler.
Die in 3a,b gezeigte Fluorfänger-Schicht 17, 17a-17n ist aus einem Fluoridmaterial M^x+F_x ^- als ionisches Wirtsgitter gebildet, das mit mindestens einem in der Regel metallischen Dotierion A^x+ dotiert ist. Das dotierte Fluoridmaterial der Fluorfänger-Schicht 17, 17a-17n weist typischerweise folgende chemische Strukturformel auf: $M^{x+} F_{x}^{-} {:A}^{x+},$
wobei M das (in der Regel metallische) Atom des Wirtsgitterions M^x+ des Fluoridmaterials, A das Dotieratom des Dotierions A^x+ und x die Wertigkeit (Ionenladung) des Metallatoms bzw. des Dotieratoms bezeichnen.
Geeignete Materialien für das Dotierion A^x+ zur Herstellung einer Fluorfänger-Schicht 17, die potentiell eine stabile Schicht mit Fluorfängerwirkung bildet, können anhand der nachfolgenden Kriterien ausgewählt werden:

Eine notwendige Eigenschaft für das Dotierion A^x+ besteht darin, dass dieses einen Ionenradius R_D aufweist, der dem Ionenradius R_I des (metallischen) Wirtsgitterions M^x+ des Fluoridmaterials M^x+F_x ^- ähnlich ist. Dies bedeutet, dass der Ionenradius R_I des metallischen Wirtsgitterions M^x+ um nicht mehr als 20%, insbesondere um nicht mehr als 15% vom Ionenradius R_D des Dotierions A^x+ abweichen sollte (oder umgekehrt).

Die Abweichung zwischen dem Ionenradius R_I des Wirtsgitterions M^x+ und dem Ionenradius R_D des Dotierions A^x+ wird hierbei gemäß nachfolgender Formel bestimmt: $(R_{I} {-R}_{D}) {/R}_{I}$
Eine hinreichende, aber nicht notwendige Bedingung an das Dotierion A^x+ besteht darin, dass das Wirtsgitterion M^x+ des Fluoridmaterials M^x+F_x ^- dieselbe Wertigkeit x wie das Dotierion A^x+ aufweist. Es ist günstig, aber nicht zwingend erforderlich, dass das Wirtsgitterion M^x+ und das Dotierion A^x+ dieselbe Wertigkeit, d.h. dieselbe lonenladung x, aufweisen.
Für die Fluorfänger-Schicht 17 ist es ebenfalls günstig, wenn das Dotierion A^x+ eine Elektronenkonfiguration mit mindestens einem ungepaarten Valenzelektron aufweist. Ungepaarte Valenzelektronen des Dotierions A^x+ sind in der Regel für eine Komplexbildung mit dem interstitiellen Fluor erforderlich, welche die Mobilität der Fluorspezies reduziert. Insbesondere hat sich eine Elektronenkonfiguration mit einem halbgefüllten Orbital als vorteilhaft herausgestellt: Weist das Dotierion A^x+ ein halbgefülltes Orbital auf, stellt dies eine chemisch besonders stabile Konfiguration dar.
Die Fluorfänger-Schicht 17 und auch die Fluoridschicht 16 sind in der Regel für die Strahlung 5 im VUV-Wellenlängenbereich transparent. Die Dotierionen A^x+ sollten daher kein Material enthalten, welches eine hohe Absorption im VUV-Wellenlängenbereich aufweist.

In der nachfolgenden Tabelle 1 sind geeignete Materialien für Wirtsgitterionen M^x+ sowie für Dotierionen A^x+ sowie deren Ionenradien, Koordination und Elektronenkonfiguration angegeben. Die angegebenen Werte für die Ionenradien sind aus folgender Quelle entnommen: „http://abulafia.mt.ic.ac.uk/shannon/ptable.php“. Tabelle 1

Ion	Ionenradius in Angström	Koordination	Elektronenkonfiguration
Wirtsgitterion M^x+
Li⁺	0,76	VI	[He]
Na⁺	1,02	VI	[Ne]
K⁺	1,38	VI	[Ar]
Rb⁺	1,52	VI	[Kr]
Mg²⁺	0,72	VI	[Ne]
Ca²⁺	1,00	VI	[Ar]
Sr²⁺	1,18	VI	[Kr]
Ba²⁺	1,35	VI	[Xe]
Al3⁺	0,535	VI	[Ne]
La³⁺	1,032	VI	[Xe]
Y³⁺	1,04	VI	[Kr]

Dotierion A^x+
Gd³⁺	0,938	VI	[Xe] 4f⁷
Eu²⁺	1,17	VI	[Xe] 4f⁷
Mn²⁺	0,81	VI (low spin)	[Ar] 3d⁵
Fe³⁺	0,55	VI (low spin)	[Ar] 3d⁵
Ru³⁺	0,68	VI	[Kr] 3d⁵
Tl⁺	1,5	VI	[Xe] 3d¹⁰6s¹2^p1

Im Hinblick auf die Differenz ihrer Ionenradien geeignete Paarungen von Wirtsgitterionen M^X+ bzw. Fluoridmaterialien und Dotierionen A^x+ sind in nachfolgender Tabelle 2 angegeben, in der auch mögliche Kombinationen von Fluoridmaterialien zur Herstellung einer jeweiligen Fluorfänger-Schicht 17, 17a, ..., 17n durch Co-Evaporation (s.u.) beschrieben sind: Tabelle 2

Fluorid	Dotierion	loneradiusdifferenz	Fluoridmaterialien zur Co-Evaporation
RbF	Tl⁺	0,01 %	RbF + TLF
KF	Tl⁺	-13,6 %	KF + TIF
MgF₂	Mn²⁺	-12,5 %	MgF2 + MnF2
SrF₂	Eu²⁺	0,8 %	SrF₂ + EuF₂
BaF₂	Eu²⁺	13,3 %	BaF₂ + EuF₂
LaF₃	Gd³⁺	9,1 %	LaF₃ + GdF₃
YF₃	Gd³⁺	9,8 %	YF₃ + GdF₃
AlF₃	Fe³⁺	-2,8 %	AlF₃ + FeF₃

Von den weiter oben beschriebenen Materialkombinationen haben sich insbesondere LaF₃ : Gd³⁺, MgF₂ : Mn²⁺, SrF₂ : Eu²⁺, BaF₂ : Eu²⁺, YF₃: Gd³⁺, AlF₃: Fe³⁺ als günstig herausgestellt.
Bei allen weiter oben beschriebenen Kombinationen von Materialien für eine Fluoridfänger-Schicht 17, 17a, ..., 17n ist es günstig, wenn das Dotierion A^x+ in dem dotierten Fluoridmaterial (M^x+F_x ^- : A^x+) eine Konzentration zwischen 0,1 at. % und 2,0 at. %, insbesondere zwischen 0,2 at. % und 1,0 at. %, aufweist.
Wird die Konzentration des Dotierions A^x+ weiter erhöht, bildet die Fluorfänger-Schicht 17, 17a, ..., 17n typischerweise eine pseudobinäre Mischung bzw. einen Mischkristall aus dem Fluoridmaterial M^x+F_x ^- und einem weiteren Fluoridmaterial A^x+F_x ^- mit der chemischen Zusammensetzung ${(M^{x+} F_{x}^{-})}_{y} {(A^{x+} F_{x}^{-})}_{1 - y},$
wobei y Werte von y = 0 bis y = 1 annehmen kann. Ein solcher Mischkristall kann z.B. durch Co-Evaporation gebildet werden (s.u.).
Die Herstellung der in Zusammenhang mit 3a,b beschriebenen optischen Elemente 7, 8 kann beispielsweise auf die nachfolgend in Zusammenhang mit 4a,b beschriebene Weise erfolgen. Bei der Herstellung des jeweiligen optischen Elements 7, 8 wird das jeweilige Substrat 7a, 8a in eine nicht bildlich dargestellte Beschichtungsanlage eingebracht, in der zwei Verdampfer-Quellen 19a, 19b angeordnet sind, die jeweils zum Verdampfen eines Fluoridmaterials ausgebildet sind, das sich auf dem Substrat 7a, 8a abscheidet. Das Substrat 7a, 8a wird während der Abscheidung um seine Mittelachse rotiert, wie dies in 4a,b angedeutet ist.
Bei dem in 4a gezeigten Beispiel wird in einem ersten Verdampfungsschritt die Fluoridschicht 16 auf dem Substrat 7a abgeschieden, indem die erste Verdampfer-Quelle des Material der Fluoridschicht 16, im gezeigten Beispiel LaF₃, verdampft. Bei dem in 4a gezeigten Beispiel wird das Wirtsgittermaterial, im vorliegenden Beispiel LaF₃, vorab mit dem Dotierion, z.B. Gd³⁺, dotiert und in die zweite Verdampfer-Quelle 19b eingebracht. Nachdem die Fluoridschicht 16 mit der gewünschten Dicke auf das Substrat 7a aufgebracht wurde, wird die zweite Verdampfer-Quelle 19b aktiviert, um das dotierte Material der Fluorfänger-Schicht, z.B. in Form von LaF₃: Gd³⁺ stöchiometrisch auf die Fluoridschicht 16 abzuscheiden.
Bei dem in 4b gezeigten Beispiel wird die erste Fluoridschicht 16a wie in Zusammenhang mit 4a beschrieben abgeschieden, indem die erste Verdampfer-Quelle 19a aktiviert wird. Bei dem in 4b gezeigten Beispiel weist die zweite Verdampfer-Quelle 19b ein weiteres Fluoridmaterial A^x+F^- _x auf, welches das Dotierion A^x+ enthält (im vorliegenden Beispiel: GdF₃). Das Abscheiden der ersten Fluorfänger-Schicht 17a erfolgt in diesem Fall, indem beide Verdampfer-Quellen gleichzeitig aktiviert werden (Co-Evaporation), wobei eine pseudobinäre Mischung bzw. ein Mischkristall (LaF₃)_(1-x)(GdF₃)_x mit x=0..1 aus den beiden Fluoridmaterialien der beiden Verdampfer-Quellen 19a, 19b gebildet wird. Die Co-Evaporation kann bei den in Tabelle 2 beschriebenen Materialien in analoger Weise wie in Zusammenhang mit 4a beschrieben erfolgen.
Zusammenfassend kann durch die weiter oben beschriebene Fluorfänger-Schicht(en) 17, 17a, .., 17n die Lebensdauer der jeweiligen optischen Elemente 7, 8, 26, 27, 28 erhöht werden, da die Degradation der jeweiligen Fluoridschicht(en) 16, 16a, .., 16n vermieden oder deutlich verlangsamt werden kann. Auf diese Weise kann auf den häufigen Austausch der jeweiligen optischen Elemente 7, 8, 26, 27, 28 verzichtet werden. Auf das Aufbringen von Schutzschichten aus anderen Materialien, z.B. aus oxidischen Materialien, die in der Regel bei Wellenlängen von weniger als 160 nm eine sehr hohe Absorption aufweisen, kann typischerweise ebenfalls verzichtet werden. Auch die Zuführung von Gasen, welche die optischen Elemente 7, 8, 26, 27, 28 bei der Bestrahlung potentiell schützen sollen, kann vermieden werden bzw. die Konzentrationen bzw. die Partialdrücke derartiger Gase können in der Regel deutlich reduziert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2016/0258878 A1 [0003]
DE 102019219177 [0006]
EP 2019/083632 PCT [0007]
US 2010/0108958 A1 [0008]
US 2003/0094129 A1 [0009]
EP 1394590 A1 [0010]
WO 2008/071411 A1 [0011]
DE 102018211498 A1 [0012]
DE 102018211499 A1 [0013]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 5031 [0002]
„Photostimulable X-Ray Storage Phosphors: a Review of Present Understanding‟, H. von Seggern, Braz. Jour. Phys. 29, 254-267 (1999) [0018]
Artikel „Storage Phosphors for Medical Imaging“, P. Leblans et al., Materials 4, 1034-1086 (2011) [0018]

Claims

Optisches Element (7, 8, 26, 27, 28) für den VUV-Wellenlängenbereich, umfassend: ein Substrat (7a, 8a), sowie eine auf das Substrat (7a, 8a) aufgebrachte Beschichtung (15), dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (15) mindestens eine Fluorfänger-Schicht (17, 17a, .., 17n) aufweist, die ein Fluoridmaterial (M^x+F_x ^-) umfasst, das mit mindestens einem bevorzugt metallischen Dotierion (A^x+) dotiert ist.
Optisches Element nach Anspruch 1, bei dem die Beschichtung (15) mindestens eine Fluoridschicht (16, 16a, ..., 16n) aufweist und bei dem die Fluorfänger-Schicht (17, 17a, .., 17n) an einer dem Substrat (7a, 8a) abgewandten Seite der Fluoridschicht (16, 16a, ..., 16n) aufgebracht ist.
Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Fluoridmaterial (M^x+F_x ^-) ein bevorzugt metallsiches Wirtsgitterion (M^x+) aufweist, dessen Ionenradius um nicht mehr als 20%, bevorzugt um nicht mehr als 15%, von einem Ionenradius des Dotierions (A^x+) abweicht.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Wirtsgitterion (M^x+) des Fluoridmaterials (M^x+F_x ^-) dieselbe Wertigkeit (x) wie das Dotierion (A^x+) aufweist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Dotierion (A^x+) eine Elektronenkonfiguration mit mindestens einem ungepaarten Valenzelektron, bevorzugt eine Elektronenkonfiguration mit einem halbgefüllten Orbital, aufweist.
Optische Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Fluorfänger-Schicht (17, 17a, ..., 17n) für Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich transparent ist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Dotierion (A^x+) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Gd³⁺, Eu²⁺, Mn²⁺, Fe³⁺, Ru³⁺ und Tl⁺.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Fluoridmaterial (M^x+F_x ^-) ein Wirtsgitterion (M^x+) aufweist, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Li⁺, Na⁺, K+, Rb⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Al³⁺, La³⁺ und Y³⁺.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das dotierte Fluoridmaterial (M^x+F_x ^- : A^x+) der Fluorfänger-Schicht (17, 17a, ..., 17n) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: RbF:Tl⁺, KF:Tl⁺, MgF₂:Mn²⁺, SrF₂:Eu²⁺, BaF₂:Eu²⁺, LaF₃:Gd³⁺, YF₃:Gd³⁺, AlF₃:Fe³⁺.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Dotierion (A^x+) in einem weiteren Fluoridmaterial (A^x+F_x ^-) enthalten ist, das einen Mischkristall ((M^x+F_x ^-)_y (A^x+F_x ^-)_1-y) mit dem Fluoridmaterial (M^x+F_x ^-) bildet.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Fluorfänger-Schicht (17, 17n) eine Deckschicht der Beschichtung (15) bildet oder bei dem die Fluorfänger-Schicht (17m) eine Diffusionsbarriere zwischen der Fluoridschicht (16m) und einer weiteren Schicht, insbesondere einer weiteren Fluoridschicht (16n), bildet.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Beschichtung (15) eine reflektierende Beschichtung oder eine Antireflex-Beschichtung für Strahlung (5, 25) im VUV-Wellenlängenbereich bildet.
Optische Anordnung für den VUV-Wellenlängenbereich, insbesondere Wafer-Inspektionssystem (2) oder VUV-Lithographieanlage (1), umfassend: mindestens ein optisches Element (7, 8, 26, 27, 28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements (7, 8, 26, 27, 28) für den VUV-Wellenlängenbereich, insbesondere eines optischen Elements (7, 8, 26, 27, 28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: Aufbringen einer Beschichtung (15) auf ein Substrat (7a, 8a), dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufbringen der Beschichtung (15) mindestens eine Fluorfänger-Schicht (17, 17a, ..., 17n) aufgebracht wird, wobei die Fluorfänger-Schicht (17, 17a, ..., 17n) ein Fluoridmaterial (M^x+F_x ^-) aufweist, das mit mindestens einem Dotierion (A^x+) dotiert ist.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Fluorfänger-Schicht (17, 17a, ..., 17n) durch gleichzeitiges Abscheiden des Fluoridmaterials (M^x+F_x ^-) und eines das Dotierion (A^x+) enthaltenden weiteren Fluoridmaterials (A^x+F^- _x) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Fluorfänger-Schicht (17, 17a, ..., 17n) durch Abscheiden des mit dem Dotierion (A^x+) dotierten Fluoridmaterials (M^x+F_x ^- : A^x+) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem die Beschichtung (15) mindestens eine Fluoridschicht (16, 16a, ..., 16n) aufweist und bei dem die mindestens eine Fluorfänger-Schicht (17, 17a, ..., 17n) auf eine dem Substrat (7a, 8a) abgewandte Seite der Fluoridschicht (16, 16a, ..., 16m) aufgebracht wird.