DE102021200490A1 - Method for forming a protective layer, optical element and optical arrangement - Google Patents

Method for forming a protective layer, optical element and optical arrangement Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden einer Schutzschicht (6) an einem reflektierenden optischen Element (1) für den VUV-Wellenlängenbereich, wobei das reflektierende optische Element (1) ein Substrat (2) aufweist, an dem eine Metallschicht (3) gebildet ist, an deren dem Substrat (2) abgewandter Seite eine Metallfluoridschicht (4) aufgebracht ist, das Verfahren umfassend: Bilden der Schutzschicht (6) an der Metallfluoridschicht (4) durch Bestrahlen der Metallfluoridschicht (4) mit Strahlung (5) bei mindestens einer Wellenlänge (λ) von weniger als 300 nm, bevorzugt von weniger als 200 nm, wobei das Bestrahlen in einer Umgebung mit einem Wasser-Gehalt (CH2O) von weniger als 0,5 ppmV, bevorzugt von weniger als 0,3 ppmV, durchgeführt wird. Die Erfindung betrifft auch ein reflektierendes optisches Element (1), an dem eine solche Schutzschicht (6) gebildet ist, sowie eine optische Anordnung, die mindestens ein solches reflektierendes optisches Element (1) aufweist.The invention relates to a method for forming a protective layer (6) on a reflective optical element (1) for the VUV wavelength range, the reflective optical element (1) having a substrate (2) on which a metal layer (3) is formed , on whose side facing away from the substrate (2) a metal fluoride layer (4) is applied, the method comprising: forming the protective layer (6) on the metal fluoride layer (4) by irradiating the metal fluoride layer (4) with radiation (5) at at least one wavelength (λ) of less than 300 nm, preferably less than 200 nm, the irradiation being carried out in an environment with a water content (CH2O) of less than 0.5 ppmV, preferably less than 0.3 ppmV. The invention also relates to a reflective optical element (1) on which such a protective layer (6) is formed, and to an optical arrangement which has at least one such reflective optical element (1).

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden einer Schutzschicht an einem reflektierenden optischen Element für den VUV-Wellenlängenbereich, wobei das reflektierende optische Element ein Substrat aufweist, an dem eine Metallschicht gebildet ist, an deren dem Substrat abgewandter Seite eine Metallfluoridschicht aufgebracht ist. Die Erfindung betrifft auch ein solches reflektierendes optisches Element sowie eine optische Anordnung, die mindestens ein solches reflektierendes optisches Element aufweist.The invention relates to a method for forming a protective layer on a reflective optical element for the VUV wavelength range, the reflective optical element having a substrate on which a metal layer is formed, on whose side facing away from the substrate a metal fluoride layer is applied. The invention also relates to such a reflective optical element and to an optical arrangement which has at least one such reflective optical element.

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). In diesem Wellenlängenbereich ist es häufig nicht möglich, ausschließlich mit transmissiven optischen Elementen zu arbeiten, vielmehr ist es in der Regel erforderlich, auch auf reflektierende optische Elemente zurückzugreifen. Bewährt haben sich hierbei reflektierende optische Elemente, die ein Substrat und eine Metallschicht bzw. eine metallische Oberfläche aufweisen, die häufig aus Aluminium besteht oder Aluminium enthält. Auf die Metallschicht kann eine darüber liegende Metallfluoridschicht aufgebracht werden, die als Schutzschicht zum Schutz der Metallschicht vor Oxidation dienen soll.In the context of this application, the VUV wavelength range is understood to mean a wavelength range between 100 nm and 200 nm (VUV wavelength range according to DIN 5031 Part 7). In this wavelength range it is often not possible to work exclusively with transmissive optical elements; rather, it is usually necessary to use reflective optical elements as well. Reflective optical elements which have a substrate and a metal layer or a metallic surface, which often consists of aluminum or contains aluminum, have proven useful. An overlying metal fluoride layer, which is intended to serve as a protective layer to protect the metal layer from oxidation, can be applied to the metal layer.

Trotz des Aufbringens von Schutzschichten in Form von Metallfluoriden hat sich gezeigt, dass bei hohen Strahlungsintensitäten wie sie in der Lithographie und insbesondere bei der Inspektion von Masken und Wafern vorkommen, bereits innerhalb von wenigen Tagen oder ggf. von Stunden eine starke Degradation des reflektierenden optischen Elements erfolgt, die mit einem hohen Reflektivitätsverlust einhergeht. Bei der Degradation der Metallschicht wird typischerweise das Material der Metallschicht, z.B. Al, in ein Metalloxid umgewandelt, z.B. in Al2O3, was einen deutlichen Reflexionsverlust zur Folge hat.Despite the application of protective layers in the form of metal fluorides, it has been shown that with high radiation intensities such as occur in lithography and especially when inspecting masks and wafers, severe degradation of the reflective optical element already occurs within a few days or possibly hours occurs, which is associated with a high loss of reflectivity. When the metal layer is degraded, the material of the metal layer, for example Al, is typically converted into a metal oxide, for example Al 2 O 3 , which results in a significant loss of reflection.

In der DE 10 2018 211 499 A1 ist ein reflektierendes optisches Element für den VUV-Wellenlängenbereich beschrieben, das wie weiter oben beschrieben ausgebildet ist. Auf die mindestens eine Metallfluoridlage ist mindestens eine Oxidlage aufgebracht, um die darunter liegenden Schichten, insbesondere die Metallschicht, zu schützen und auf diese Weise die Lebensdauer des reflektierenden optischen Elements insbesondere bei der Bestrahlung mit hoher Leistungsdichte zu erhöhen. In der DE 10 2018 211 499 A1 ist beschrieben, dass die Metallfluoridlage und die Metalloxidlage bevorzugt mittels Atomlagenabscheidung auf dem Substrat abgeschieden werden. Auch die Aufbringung einer Oxidlage, z.B. einer Lage aus SiO2, mittels plasmaunterstützter Abscheidung ist dort als vorteilhaft beschrieben.In the DE 10 2018 211 499 A1 describes a reflective optical element for the VUV wavelength range, which is designed as described above. At least one oxide layer is applied to the at least one metal fluoride layer in order to protect the underlying layers, in particular the metal layer, and in this way to increase the service life of the reflective optical element, in particular when irradiated with high power density. In the DE 10 2018 211 499 A1 it is described that the metal fluoride layer and the metal oxide layer are preferably deposited on the substrate by means of atomic layer deposition. The application of an oxide layer, for example a layer made of SiO 2 , by means of plasma-assisted deposition is described there as being advantageous.

Beim Aufbringen einer zusätzlichen Schutzschicht in Form einer Oxidlage besteht jedoch das Problem, dass die meisten Oxide bei Wellenlängen von weniger als 160 nm eine hohe Absorption aufweisen und daher zu großen Reflektivitäts-Verlusten führen können. In der DE 10 2018 211 499 A1 wird vorgeschlagen, den Verlust von Reflektivität zu verringern, indem eine sich bei der Reflexion ausbildende stehende Welle des elektrischen Feldes im Bereich der mindestens einen Oxidlage ein Minimum aufweist.When applying an additional protective layer in the form of an oxide layer, however, there is the problem that most oxides have a high absorption at wavelengths of less than 160 nm and can therefore lead to large losses in reflectivity. In the DE 10 2018 211 499 A1 it is proposed to reduce the loss of reflectivity in that a standing wave of the electric field that forms during the reflection has a minimum in the region of the at least one oxide layer.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Erzeugen einer Schutzschicht, ein reflektierendes optisches Element und eine optische Anordnung mit einem solchen optischen Element bereitzustellen, die eine Verlängerung der Lebensdauer des optischen Elements ermöglichen.The object of the invention is to provide a method for producing a protective layer, a reflective optical element and an optical arrangement with such an optical element, which make it possible to extend the service life of the optical element.

Gegenstand der ErfindungSubject of the invention

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, umfassend: Bilden der Schutzschicht an der Metallfluoridschicht durch Bestrahlen der Metallfluoridschicht mit Strahlung bei mindestens einer Wellenlänge von weniger als 300 nm, bevorzugt von weniger als 200 nm, wobei das Bestrahlen in einer Umgebung mit einem Wasser-Gehalt von weniger als 0,5 ppmV, bevorzugt von weniger als 0,3 ppmV, besonders bevorzugt von weniger als 0,1 ppmV, außerordentlich bevorzugt von weniger als 0,03 ppmV, insbesondere von weniger als 0,01 ppmV, durchgeführt wird.According to a first aspect, this object is achieved by a method of the type mentioned at the beginning, comprising: forming the protective layer on the metal fluoride layer by irradiating the metal fluoride layer with radiation at at least one wavelength of less than 300 nm, preferably less than 200 nm, the irradiation in an environment with a water content of less than 0.5 ppmV, preferably less than 0.3 ppmV, particularly preferably less than 0.1 ppmV, extraordinarily preferably less than 0.03 ppmV, in particular less than 0 , 01 ppmV.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, durch Bestrahlen der Metallfluoridschicht eine Schutzschicht (Passivierungsschicht) an dem optischen Element, genauer gesagt an der Oberseite der Metallfluoridschicht, auszubilden, welche die Lebensdauer des optischen Elements erhöht. Auf diese Weise kann auf das Aufbringen einer weiteren Schutzschicht in Form einer Oxidschicht verzichtet werden, wie dies in der DE 10 2018 211 499 A1 vorgeschlagen wird.According to the invention, it is proposed, by irradiating the metal fluoride layer, to form a protective layer (passivation layer) on the optical element, more precisely on the top of the metal fluoride layer, which increases the service life of the optical element. In this way, it is possible to dispense with the application of a further protective layer in the form of an oxide layer, as shown in FIG DE 10 2018 211 499 A1 is suggested.

Die Erfinder haben herausgefunden, dass bei der Bestrahlung mit Strahlung im UV-Wellenlängenbereich von weniger als ca. 300 nm, insbesondere von weniger als ca. 200 nm, und in der Regel bei Wellenlängen von mindestens ca. 115 nm, in trockener Atmosphäre, d.h. bei einem Wasser-Gehalt von weniger als ca. 0,3 ppmV (entsprechend einem Wasser-Partialdruck von weniger als 3 × 10-4 mbar) ggf. von weniger als 0,5 ppmV (entsprechend einem Wasser-Partialdruck von weniger als 5 × 10-4 mbar) die Metallfluoridschicht - auch bei einer Variation der experimentellen Bedingungen - auf vergleichsweise kurzen Zeitskalen in einen vergleichbaren Endzustand übergeht. Die Erfinder haben zu diesem Zweck u.a. die Zeitdauer der Bestrahlung, die Bestrahlungsdosis, die Bestrahlungsintensität, den Ausgangszustand des optischen Elements (unterschiedliche Beschichtungs-Batches), den Bestrahlungsaufbau und die Wellenlänge der für die Bestrahlung verwendeten Strahlung variiert. Hierbei wurde ein jeweils vergleichbarer Endzustand nach der Bestrahlung beobachtet.The inventors have found that when irradiated with radiation in the UV wavelength range of less than approx. 300 nm, in particular less than approx. 200 nm, and generally at wavelengths of at least approx. 115 nm, in a dry atmosphere, ie with a water content of less than approx. 0.3 ppmV (corresponding to a water partial pressure of less than 3 × 10 -4 mbar) possibly less than 0.5 ppmV (corresponding to a Water partial pressure of less than 5 × 10 -4 mbar) the metal fluoride layer changes to a comparable final state on a comparatively short time scale, even if the experimental conditions are varied. For this purpose, the inventors varied the duration of the irradiation, the irradiation dose, the irradiation intensity, the initial state of the optical element (different coating batches), the radiation structure and the wavelength of the radiation used for the irradiation. In each case, a comparable final state was observed after the irradiation.

Bei den Experimenten hat sich gezeigt, dass der Wasser-Gehalt in der Umgebung des reflektierenden optischen Elements während der Bestrahlung einen kritischen Parameter für das Auftreten des Passivierungseffekts darstellt: Wird ein bestimmter Grenzwert des Wasser-Gehalts überschritten, der beispielsweise bei ca. 0,4 - 0,5 ppmV liegt, tritt der Passivierungseffekt nicht auf und die Metallschicht degradiert unter Bildung eines Metalloxids.The experiments have shown that the water content in the vicinity of the reflective optical element during the irradiation is a critical parameter for the occurrence of the passivation effect: If a certain limit value for the water content is exceeded, for example around 0.4 - 0.5 ppmV, the passivation effect does not occur and the metal layer degrades with the formation of a metal oxide.

Durch die Bestrahlung wird die Metallfluoridschicht bzw. deren Material passiviert, genauer gesagt wird ein oberflächennaher Volumenbereich der Metallfluoridschicht an ihrer der Umgebung zugewandten Oberfläche in die passivierende (typischerweise oxidische) Schutzschicht umgewandelt. Die bei der Bestrahlung gebildete Schutzschicht erstreckt sich daher typischerweise nicht über die gesamte Dicke der Metallfluoridschicht. Die Schutzschicht weist in der Regel weniger als die 50%, weniger als 40 %, weniger als 30 % oder weniger als 10 % der Dicke der Metallfluoridschicht auf. Die passivierende Schutzschicht weist (potentiell) eine hohe Dichte auf, wie weiter unten näher beschrieben wird.The metal fluoride layer or its material is passivated by the irradiation; The protective layer formed during the irradiation therefore typically does not extend over the entire thickness of the metal fluoride layer. The protective layer generally has less than 50%, less than 40%, less than 30% or less than 10% of the thickness of the metal fluoride layer. The passivating protective layer has (potentially) a high density, as will be described in more detail below.

Es hat sich experimentell gezeigt, dass der oben beschriebene Passivierungseffekt auf kurzen Zeitskalen abläuft und die Rate für nachfolgende (schnell ablaufende) Degradation bzw. für die nachfolgende Reduzierung der Reflektivität bei der erneuten und/oder länger andauernden Bestrahlung des reflektierenden optischen Elements mit UV-Strahlung signifikant reduziert.It has been experimentally shown that the passivation effect described above takes place on short time scales and the rate for subsequent (rapidly occurring) degradation or for the subsequent reduction in reflectivity when the reflective optical element is irradiated again and / or for longer periods of time with UV radiation significantly reduced.

Nachfolgend wird versucht, eine Erklärung für die experimentellen Beobachtungen zu geben. Es versteht sich, dass diese Erklärung nicht zwingend korrekt sein muss, d.h. es ist nicht auszuschließen, dass es für die experimentellen Beobachtungen eine andere Erklärung gibt.In the following an attempt is made to give an explanation for the experimental observations. It goes without saying that this explanation does not necessarily have to be correct, i.e. it cannot be ruled out that there is another explanation for the experimental observations.

Die Bildung der passivierenden Schutzschicht beinhaltet vermutlich die folgenden Schritte:

  1. 1. Absorption von Strahlung im UV- bzw. VUV-Wellenlängenbereich mit Energien nahe der Bandkante des Metallfluorids und damit die Anregung von Elektronen ins Leitungsband und/oder Exzitonenzuständen und/oder Defektzuständen nahe der Bandkante,
  2. 2. Relaxation der zuvor angeregten Elektronen unter Abgabe der Energiedifferenz an das ionische Gitter des Metallfluorids (Farbzentren),
  3. 3. In Konsequenz dieses Mechanismus, Fluorfehlstellengeneration und Bildung von interstitiellem (ungebundenen) Fluor,
  4. 4. Diffusion von Fluoratomen und Verlust von Fluor über die der Umgebung zugewandte Oberfläche der Metallfluoridschicht, sowie
  5. 5. Oxidation des Metallatoms der Metallfluoridschicht.
The formation of the passivating protective layer presumably involves the following steps:
  1. 1. Absorption of radiation in the UV or VUV wavelength range with energies near the band edge of the metal fluoride and thus the excitation of electrons into the conduction band and / or exciton states and / or defect states near the band edge,
  2. 2. Relaxation of the previously excited electrons, releasing the energy difference to the ionic lattice of the metal fluoride (color centers),
  3. 3. As a consequence of this mechanism, generation of fluorine vacancies and formation of interstitial (unbound) fluorine,
  4. 4. Diffusion of fluorine atoms and loss of fluorine over the surface of the metal fluoride layer facing the surroundings, as well
  5. 5. Oxidation of the metal atom of the metal fluoride layer.

Es ist weiterhin zu vermuten, dass atomarer Massentransport an der Oberfläche einen wesentlichen Beitrag zu diesem Passivierungseffekt liefert. Umlagerungen bzw. ein Massentransport an einer freiliegenden Oberfläche an Substraten in Form von Metallfluorid-Einkristallen, z.B. MgF2, CaF2, LiF, durch Einbringen eines Energieeintrags, z.B. durch UV-Bestrahlung, sind beispielsweise in der PCT/EP2019/083632 beschrieben, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. Dort ist auch angegeben, dass ein geringer Wasser-Gehalt von weniger als 10 ppmV bzw. von weniger als 1 ppmV in der Umgebung des Substrats bzw. der freiliegenden Oberfläche zu einer hohen Umlagerungsrate und somit zu einer effizienten Nanostrukturierung beiträgt. Eine solche morphologische Oberflächenänderung wurde in AFM(„Atomic Force Microscopy“)-Messungen auch bei den hier beschriebenen reflektierenden optischen Elementen beobachtet.It can also be assumed that atomic mass transport on the surface makes a significant contribution to this passivation effect. Rearrangements or mass transport on an exposed surface on substrates in the form of metal fluoride single crystals, for example MgF 2 , CaF 2 , LiF, by introducing an energy input, for example by UV irradiation, are for example in the PCT / EP2019 / 083632 which is incorporated by reference in its entirety into the content of this application. It is also stated there that a low water content of less than 10 ppmV or less than 1 ppmV in the vicinity of the substrate or the exposed surface contributes to a high rearrangement rate and thus to efficient nanostructuring. Such a morphological surface change was also observed in AFM (“Atomic Force Microscopy”) measurements for the reflective optical elements described here.

Der atomare Massentransport könnte dazu beitragen, die intrinsische Porosität der Metallfluoridschicht (Korngrenzen, Selbstabschattungseffekte während der Beschichtung, ...) oberflächennah zu versiegeln und damit Sauerstofftransportkanäle zur darunterliegenden Grenzfläche zwischen der Metallfluoridschicht und der Metallschicht zu unterbinden.The atomic mass transport could help to seal the intrinsic porosity of the metal fluoride layer (grain boundaries, self-shadowing effects during the coating, ...) close to the surface and thus prevent oxygen transport channels to the underlying interface between the metal fluoride layer and the metal layer.

Unter der Annahme der Richtigkeit der oben beschriebenen physikalischen Prozesse zur Ausbildung der Schutzschicht impliziert dies, dass die Schutzschicht in ihrer Dicke selbstlimitiert ist. Hierfür gibt es zwei unabhängige Argumentationspfade:

  1. 1. Ab einer kritischen Dicke wirkt die Schutzschicht als Diffusionsbarriere für das interstitiell diffundierende Fluor und/oder Sauerstoff.
  2. 2. Zur Generation von Farbzentren im Metallfluorid und/oder an der Grenzfläche und/oder an der der Umgebung zugewandten Oberfläche ist Strahlung hinreichend hoher Energie nötig. Oxide haben signifikant kleinere Bandlücken, so dass mit wachsender Oxid-Schichtdicke zunehmend solche Photonen absorbiert werden, die potenziell zur Bildung von Farbzentren notwendig sind.
Assuming the correctness of the physical processes described above for forming the protective layer, this implies that the protective layer is self-limited in its thickness. There are two independent arguments for this:
  1. 1. Above a critical thickness, the protective layer acts as a diffusion barrier for the interstitially diffusing fluorine and / or oxygen.
  2. 2. To generate color centers in the metal fluoride and / or at the interface and / or Radiation of sufficiently high energy is required on the surface facing the environment. Oxides have significantly smaller band gaps, so that with increasing oxide layer thickness, more and more photons are absorbed that are potentially necessary for the formation of color centers.

In beiden Fällen ist die Schutzschicht selbstlimitiert (mit evtl. logarithmischer Dynamik) und in ihrer Stärke nur so dick, dass sie der grundlegenden Ursache der Degradation entgegenwirkt, d.h. der Farbzentren-Generation bzw. der Fluor- und/oder Sauerstoff-Diffusionslänge. Damit bietet der hier beschriebene Mechanismus die Möglichkeit, funktionale Schutzschichten zu realisieren, die unterhalb der Koaleszenz-Dicken von aufgedampften/gesputterten Schutzschichten aus Metalloxiden liegen. Der Einfluss einer solchen Schutzschicht auf die optische Performance bei VUV-Wellenlängen zwischen ca. 115 nm und ca. 190 nm ist entsprechend geringer.In both cases, the protective layer is self-limited (with possibly logarithmic dynamics) and its thickness is only so thick that it counteracts the fundamental cause of the degradation, i.e. the generation of color centers or the fluorine and / or oxygen diffusion length. The mechanism described here offers the possibility of realizing functional protective layers that are below the coalescence thicknesses of vapor-deposited / sputtered protective layers made of metal oxides. The influence of such a protective layer on the optical performance at VUV wavelengths between approx. 115 nm and approx. 190 nm is correspondingly less.

Das Bestrahlen der Metallfluoridschicht des optischen Elements erfolgt nach dem Aufbringen der Beschichtung, typischerweise in einer eigens zu diesem Zweck vorgesehenen Bestrahlungseinrichtung. Die Bestrahlung kann ggf. auch in einer optischen Anordnung erfolgen, in die das reflektierende optische Element eingebaut ist, um im Betrieb der optischen Anordnung seine vorgesehene Funktion zu erfüllen. Bei der optischen Anordnung kann es sich beispielsweise um eine Vorrichtung zur Inspektion von Wafern oder von Masken bzw. um eine Lithographieanlage handeln. In diesem Fall erfolgt die Bestrahlung typischerweise vor der Inbetriebnahme der optischen Anordnung.The metal fluoride layer of the optical element is irradiated after the coating has been applied, typically in an irradiation device provided specifically for this purpose. The irradiation can optionally also take place in an optical arrangement in which the reflective optical element is installed in order to fulfill its intended function when the optical arrangement is in operation. The optical arrangement can be, for example, a device for inspecting wafers or masks or a lithography system. In this case, the irradiation typically takes place before the optical arrangement is put into operation.

Bei einer Variante des Verfahrens wird das Bestrahlen in einer Umgebung mit einem Sauerstoff-Gehalt von weniger als 0,1 ppmV durchgeführt. Für die Erzeugung des Passivierungseffekts hat es sich als günstig erwiesen, wenn nicht nur der Wasser-Gehalt sondern auch der Sauerstoff-Gehalt in der Umgebung des reflektierenden optischen Elements bei der Bestrahlung möglichst gering ist.In a variant of the method, the irradiation is carried out in an environment with an oxygen content of less than 0.1 ppmV. For the generation of the passivation effect, it has proven to be advantageous if not only the water content but also the oxygen content in the vicinity of the reflective optical element is as low as possible during the irradiation.

Bei einer weiteren Variante wird das Bestrahlen der Metallfluoridschicht mit einer Bestrahlungsstärke von mindestens 50 mW/cm2, bevorzugt von mindestens 100 mW/cm2, insbesondere von mindestens 200 mW/cm2 durchgeführt. Die Zeitdauer der Bestrahlung und die Bestrahlungsstärke sind miteinander korreliert, wobei eine größere Bestrahlungsstärke die Zeitdauer reduziert, die benötigt wird, bis sich die passivierende (potentiell selbstlimitierende) Schutzschicht ausbildet.In a further variant, the metal fluoride layer is irradiated with an irradiance of at least 50 mW / cm 2 , preferably of at least 100 mW / cm 2 , in particular of at least 200 mW / cm 2 . The duration of the irradiation and the irradiance are correlated with one another, with a greater irradiance reducing the time that is required until the passivating (potentially self-limiting) protective layer is formed.

Bei einer weiteren Variante wird das Bestrahlen der Metallfluoridschicht über eine Zeitdauer von mindestens einem Tag durchgeführt. Wie weiter oben beschrieben wurde, läuft die Bildung der passivierenden Schutzschicht auf vergleichsweise kurzen Zeitskalen ab, die in der Größenordnung von Tagen liegt. Bei einer Bestrahlungsstärke von ca. 100 mW/cm2 oder darüber liegt die Zeitdauer bis zur Bildung einer die Degradation der Metallschicht wirksam verhindernden Schutzschicht typischerweise bei weniger als ca. 2 Tagen, bei einer Bestrahlungsstärke von ca. 400 mW/cm2 bei ca. 1,5 Tagen, etc.In a further variant, the metal fluoride layer is irradiated for a period of at least one day. As described above, the formation of the passivating protective layer takes place on comparatively short time scales, which are in the order of magnitude of days. With an irradiance of approx. 100 mW / cm 2 or more, the time until a protective layer is formed, which effectively prevents the degradation of the metal layer, is typically less than approx. 2 days, with an irradiance of approx. 400 mW / cm 2 approx. 1.5 days, etc.

Für die Bestrahlung bei den oben angegebenen Bestrahlungsstärken werden als Bestrahlungsquellen typischerweise UV-Lampen (Excimer-Lampen) verwendet, die Strahlung bei einer vorgegebenen Wellenlänge emittieren. Es ist aber auch möglich, für die Bestrahlung eine breitbandige UV-Strahlungsquelle, z.B. in Form einer Gasentladungslampe, beispielsweise einer Deuterium(D2)-Gasentladungslampe, zu verwenden.For the irradiation at the radiation intensities specified above, UV lamps (excimer lamps) which emit radiation at a predetermined wavelength are typically used as radiation sources. However, it is also possible to use a broadband UV radiation source for the irradiation, for example in the form of a gas discharge lamp, for example a deuterium (D 2 ) gas discharge lamp.

Bei einer weiteren Variante wird die Strahlung beim Bestrahlen auf die Oberfläche der Metallfluoridschicht fokussiert. Die Strahlung wird in der Regel auf einen Spot bzw. einen Fokus mit einer vergleichsweise geringen Spot-Größe fokussiert. Um die gesamte Oberfläche der Metallfluoridschicht zu bestrahlen, wird der Spot relativ zur Oberfläche der Metallfluoridschicht bewegt, typischerweise wird die Oberfläche der Metallfluoridschicht scannend mit dem Spot abgefahren. Durch die Fokussierung können die weiter oben beschriebenen Bestrahlungsstärken erreicht werden, ohne dass zu diesem Zweck eine Bestrahlungsquelle mit einer sehr hohen Leistung bzw. eine vergleichsweise lange Bestrahlungsdauer erforderlich ist.In a further variant, the radiation is focused on the surface of the metal fluoride layer during the irradiation. The radiation is usually focused on a spot or a focus with a comparatively small spot size. In order to irradiate the entire surface of the metal fluoride layer, the spot is moved relative to the surface of the metal fluoride layer, typically the surface of the metal fluoride layer is scanned with the spot. By focusing, the above-described irradiance levels can be achieved without the need for an irradiation source with a very high power or a comparatively long irradiation time for this purpose.

Bei einer weiteren Variante wird während der Bestrahlung eine Umgebung des optischen Elements mit einem für die Strahlung transparenten Spülgas gespült. Bei dieser Variante wird das reflektierende optische Element bei der Bestrahlung typischerweise in eine Umgebung bzw. in eine Atmosphäre eingebracht, in welcher (im Wesentlichen) Atmosphärendruck (ca. 1 bar) herrscht. Dies ist günstig, da sich gezeigt hat, dass bei einer Bestrahlung im Vakuum bei einem Gesamt-Druck von weniger als ca. 4 × 10-7 mbar keine passivierende Schutzschicht gebildet wird.In a further variant, an area surrounding the optical element is flushed with a flushing gas that is transparent to the radiation during the irradiation. In this variant, during the irradiation, the reflective optical element is typically introduced into an environment or into an atmosphere in which (essentially) atmospheric pressure (approx. 1 bar) prevails. This is favorable because it has been shown that no passivating protective layer is formed in the case of irradiation in a vacuum at a total pressure of less than approx. 4 × 10 -7 mbar.

In der Umgebung des optischen Elements ist ein transparentes Spülgas eingebracht bzw. der Umgebung wird ein Spülgas zugeführt, um Kontaminationen der Oberfläche der Metallfluoridschicht bei der Bestrahlung zu vermeiden. Bei dem Spülgas handelt es sich bevorzugt um ein Edelgas, z.B. aus der Gruppe He, Ne, Ar, Kr, Xe und deren Gemische, um eine andere Art von Inertgas, z.B. um Stickstoff, oder um Formiergas, d.h. typischerweise um eine Mischung aus Stickstoff oder einem Edelgas, z.B. Argon, und Wasserstoff. Eine Trocknung des zugeführten Spülgases ist günstig, um den oben angegebenen Wert für den Wasser-Gehalt in der Umgebung nicht zu überschreiten.A transparent flushing gas is introduced in the vicinity of the optical element or a flushing gas is supplied to the environment in order to avoid contamination of the surface of the metal fluoride layer during the irradiation. The purge gas is preferably a noble gas, for example from the group He, Ne, Ar, Kr, Xe and mixtures thereof, another type of inert gas, for example nitrogen, or forming gas, ie typically a mixture of nitrogen or a noble gas such as argon and hydrogen. A drying of the supplied Purge gas is beneficial in order not to exceed the value given above for the water content in the environment.

Bei einer weiteren Variante wird der Wasser-Gehalt in der Umgebung des reflektierenden optischen Elements während der Bestrahlung bestimmt und eingestellt bzw. kontrolliert. Grundsätzlich ist es ausreichend, wenn der Wasser-Gehalt in der Umgebung des reflektierenden optischen Elements unter einem kritischen Grenzwert liegt, der gemäß der vorliegenden experimentellen Daten bei ca. 300 ppbV bzw. 0,3 ppmV liegt. Experimentell wurde nachgewiesen, dass bei einem Wasser-Gehalt von mehr als ca. 0,4 oder 0,5 ppmV der oben beschriebene Passivierungs-Effekt nicht auftritt, was eine Oxidation der Metallschicht zur Folge hat. Mit Hilfe von präzisen Sensoren kann der Wasser-Gehalt in der Umgebung des reflektierenden optischen Elements bestimmt und ggf. eingestellt bzw. geregelt werden, indem die Menge des zugeführten Spülgases und/oder die Trocknung des Spülgases geeignet beeinflusst wird, um zu verhindern, dass der Wasser-Gehalt über den Grenzwert ansteigt. Für die Regelung des Wasser-Gehalts in der Umgebung des optischen Elements kann eine Steuerungs- bzw. Regelungseinrichtung vorgesehen sein.In a further variant, the water content in the vicinity of the reflective optical element is determined and adjusted or controlled during the irradiation. In principle, it is sufficient if the water content in the vicinity of the reflective optical element is below a critical limit value which, according to the experimental data available, is approx. 300 ppbV or 0.3 ppmV. Experiments have shown that the passivation effect described above does not occur at a water content of more than approx. 0.4 or 0.5 ppmV, which results in oxidation of the metal layer. With the help of precise sensors, the water content in the vicinity of the reflective optical element can be determined and, if necessary, adjusted or regulated by appropriately influencing the amount of flushing gas supplied and / or the drying of the flushing gas in order to prevent the Water content rises above the limit value. A control or regulating device can be provided for regulating the water content in the vicinity of the optical element.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein reflektierendes optisches Element der eingangs genannten Art, bei dem an der Metallfluoridschicht eine Schutzschicht gebildet ist, die gemäß dem weiter oben beschriebenen Verfahren gebildet bzw. hergestellt ist. Wie weiter oben in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben ist, verhindert bzw. verlangsamt die Schutzschicht eine Degradation der Metallschicht des optischen Elements und erhöht somit dessen Lebensdauer.Another aspect of the invention relates to a reflective optical element of the type mentioned at the outset, in which a protective layer is formed on the metal fluoride layer, which is formed or produced according to the method described above. As described above in connection with the method, the protective layer prevents or slows down degradation of the metal layer of the optical element and thus increases its service life.

Bei einer Ausführungsform weist die Metallfluoridschicht mindestens ein Material auf, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Magnesiumfluorid, Aluminiumfluorid, Natriumfluorid, Lithiumfluorid, Chiolith, Kryolith, Erbiumfluorid, Neodymfluorid, Gadoliniumfluorid, Dysprosiumfluorid, Samariumfluorid, Holmiumfluorid, Hafniumfluorid, Lanthanfluorid, Europiumfluorid, Lutetiumfluorid, Ceriumfluorid, Bariumfluorid, Yttriumfluorid. Diese Fluoride weisen im VUV-Wellenlängenbereich eine geringe Absorption und eine vergleichsweise große Strahlungsresistenz auf.In one embodiment, the metal fluoride layer has at least one material selected from the group comprising: magnesium fluoride, aluminum fluoride, sodium fluoride, lithium fluoride, chiolite, cryolite, erbium fluoride, neodymium fluoride, gadolinium fluoride, dysprosium fluoride, samarium fluoride, holmium fluoride, lutium fluoride, hafnantium fluoride , Cerium fluoride, barium fluoride, yttrium fluoride. In the VUV wavelength range, these fluorides have a low absorption and a comparatively high radiation resistance.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Metallschicht mindestens ein Material aufweist, welches ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Aluminium, Rhodium, Ruthenium, Palladium, Osmium, Iridium, Platin, Magnesium, Germanium oder eine Kombination davon. Die Metallschicht kann auch aus einer Legierung der genannten Materialien gebildet sein. Beispielsweise kann es sich um eine Aluminium-Silizium-Legierung, eine Aluminium-Mangan-Legierung, eine Aluminium-Silizium-Mangan-Legierung, etc. handeln. Die genannten Materialien weisen eine hinreichend gute Reflektivität im VUV-Wellenlängenbereich auf. Die Metallschicht kann eine eigene Schicht bilden, die auf das Substrat aufgebracht ist, es ist aber auch möglich, dass die Metallschicht von der Oberfläche eines metallischen Substrats gebildet wird, die in diesem Fall typischerweise poliert wird.In a further embodiment, the metal layer has at least one material which is selected from the group comprising: aluminum, rhodium, ruthenium, palladium, osmium, iridium, platinum, magnesium, germanium or a combination thereof. The metal layer can also be formed from an alloy of the materials mentioned. For example, it can be an aluminum-silicon alloy, an aluminum-manganese alloy, an aluminum-silicon-manganese alloy, etc. The materials mentioned have a sufficiently good reflectivity in the VUV wavelength range. The metal layer can form its own layer, which is applied to the substrate, but it is also possible that the metal layer is formed from the surface of a metallic substrate, which in this case is typically polished.

Bei dem Substrat kann es sich um (synthetisches) Quarzglas, insbesondere um titandotiertes Quarzglas, um Kalziumfluorid, Magnesiumfluorid, eine Keramik, eine Glaskeramik, Silizium, Siliziumcarbid, Silizium-Siliziumkarbid-Verbundwerkstoff, Aluminium, Kupfer, um eine Aluminium-Kupferlegierung, etc. handeln. Die genannten Metalle können durch Polieren ihrer Oberfläche direkt zur Reflexion von Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich eingesetzt werden, ohne dass zu diesem Zweck eine separate Metallschicht erforderlich wäre.The substrate can be (synthetic) quartz glass, in particular titanium-doped quartz glass, calcium fluoride, magnesium fluoride, a ceramic, a glass ceramic, silicon, silicon carbide, silicon-silicon carbide composite material, aluminum, copper, an aluminum-copper alloy, etc. Act. By polishing their surface, the metals mentioned can be used directly to reflect radiation in the VUV wavelength range without a separate metal layer being required for this purpose.

Auf dem Substrat können zusätzlich zu der Metallschicht und der Metallfluoridschicht weitere Schichten aufgebracht sein. Beispielweise kann zwischen der Metallschicht und dem Substrat eine Funktionalschicht gebildet sein, die z.B. als Haftvermittlerschicht oder als Polierschicht dient. Auch kann auf die Metallschicht ein dielektrisches Schichtsystem aufgebracht sein, das mindestens ein Material mit einem niedrigen Brechungsindex und mindestens ein Material mit einem höheren Brechungsindex im VUV-Wellenlängenbereich bzw. bei der Betriebswellenlänge aufweist, um die Reflektivität des reflektierenden optischen Elements zu erhöhen.In addition to the metal layer and the metal fluoride layer, further layers can be applied to the substrate. For example, a functional layer can be formed between the metal layer and the substrate, which serves, for example, as an adhesion promoter layer or as a polishing layer. A dielectric layer system can also be applied to the metal layer, which has at least one material with a low refractive index and at least one material with a higher refractive index in the VUV wavelength range or at the operating wavelength in order to increase the reflectivity of the reflective optical element.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine optische Anordnung für den VUV-Wellenlängenbereich, insbesondere eine VUV-Lithographieanlage oder ein Wafer-Inspektionssystem, umfassend: einen Innenraum, wobei in dem Innenraum mindestens ein reflektierendes optisches Element zur Reflexion von Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich angeordnet ist, das wie weiter oben beschrieben ausgebildet ist. Die bei der vorhergehenden Bestrahlung gebildete Schutzschicht an dem reflektierenden optischen Element erhöht dessen Lebensdauer, genauer gesagt ist die Abnahme der Reflektivität des reflektierenden optischen Elements mit zunehmender Zeitdauer des Betriebs der optischen Anordnung deutlich geringer als ohne die vorhergehende Bestrahlung. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann die Bestrahlung zur Bildung der Schutzschicht in der optischen Anordnung selbst oder in einer zu diesem Zweck vorgesehenen Bestrahlungseinrichtung erfolgen.Another aspect of the invention relates to an optical arrangement for the VUV wavelength range, in particular a VUV lithography system or a wafer inspection system, comprising: an interior, with at least one reflective optical element for reflecting radiation in the VUV wavelength range being arranged in the interior , which is designed as described above. The protective layer formed on the reflective optical element during the previous irradiation increases its service life; more precisely, the decrease in the reflectivity of the reflective optical element with increasing duration of the operation of the optical arrangement is significantly less than without the previous irradiation. As has been described above, the irradiation for forming the protective layer can take place in the optical arrangement itself or in an irradiation device provided for this purpose.

Bei einer Ausführungsform liegt der Wasser-Gehalt in dem Innenraum bei weniger als 0,5 ppmV, bevorzugt bei weniger als 0,3 ppmV, besonders bevorzugt von weniger als 0,1 ppmV, außerordentlich bevorzugt von weniger als 0,03 ppmV, insbesondere von weniger als 0,01 ppmV. Eine Konzentration von Wasser, die kleiner ist als die angegebenen Werte ist in der Regel ausreichend, um die Passivierung zu fördern und zu verhindern, dass die Schutzschicht degradiert. Auch der Gehalt an Sauerstoff in dem Innenraum sollte nicht zu groß sein und bei weniger als ca. 1 ppmV, bevorzugt bei weniger als 0,3 ppmV, besonders bevorzugt bei weniger als 0,05 ppmV liegen.In one embodiment, the water content in the interior is less than 0.5 ppmV, preferably less than 0.3 ppmV, in particular preferably less than 0.1 ppmV, extremely preferably less than 0.03 ppmV, in particular less than 0.01 ppmV. A concentration of water that is less than the specified values is usually sufficient to promote passivation and prevent the protective layer from degrading. The oxygen content in the interior should also not be too great and should be less than approx. 1 ppmV, preferably less than 0.3 ppmV, particularly preferably less than 0.05 ppmV.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die optische Anordnung mindestens einen Wasser-Sensor zur Bestimmung des Wasser-Gehalts in dem Innenraum. Die Bestimmung des Wasser-Gehalts mit Hilfe eines geeigneten Wasser-Sensors ermöglicht es, den Wasser-Gehalt in dem Innenraum einzustellen bzw. zu regeln: Wird von dem Wasser-Sensor ein Anstieg des Wasser-Gehalts detektiert, können Maßnahmen getroffen werden, die einem weiteren Anstieg des Wasser-Gehalts entgegenwirken. Beispielsweise kann in diesem Fall die Trocknung eines ggf. in den Innenraum zugeführten Spülgases (s.u.) verbessert werden.In a further embodiment, the optical arrangement comprises at least one water sensor for determining the water content in the interior. The determination of the water content with the help of a suitable water sensor makes it possible to set or regulate the water content in the interior: If the water sensor detects an increase in the water content, measures can be taken that counteract any further increase in the water content. For example, in this case the drying of a purge gas (see below) that may be fed into the interior can be improved.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die optische Anordnung zur Zuführung mindestens eines Spülgases in den Innenraum, insbesondere über mindestens einen Gaseinlass, ausgebildet. Wie bei der Bestrahlung des reflektierenden optischen Elements zur Bildung der Schutzschicht ist es auch im Betrieb der optischen Anordnung günstig, die Oberfläche des reflektierenden optischen Elements mit Hilfe eines Spülgases vor Kontaminationen zu schützen. Der Gesamtdruck in dem Innenraum liegt in der Regel ungefähr bei Atmosphärendruck, d.h. in dem Innenraum wird typischerweise kein Vakuum erzeugt. Bei dem Spülgas kann es sich insbesondere um eines oder mehrere der weiter oben in Zusammenhang mit der Bestrahlung des optischen Elements genannten Spülgase handeln.In a further embodiment, the optical arrangement is designed to supply at least one flushing gas into the interior, in particular via at least one gas inlet. As with the irradiation of the reflective optical element to form the protective layer, it is also advantageous when the optical arrangement is in operation to protect the surface of the reflective optical element from contamination with the aid of a flushing gas. The total pressure in the interior is usually around atmospheric pressure, i.e. typically no vacuum is generated in the interior. The flushing gas can in particular be one or more of the flushing gases mentioned above in connection with the irradiation of the optical element.

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.Further features and advantages of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawing, which show details essential to the invention, and from the claims. The individual features can be implemented individually or collectively in any combination in a variant of the invention.

FigurenlisteFigure list

Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt

  • 1a,b schematische Darstellungen der Bestrahlung eines reflektierenden optischen Elements zur Bildung einer passivierenden Schutzschicht,
  • 2a-d schematische Darstellungen der Reflektivität des optischen Elements von 1a,b vor bzw. nach der Bestrahlung mit unterschiedlichen Bestrahlungsparametern,
  • 3a-d schematische Darstellungen der Reflektivität bzw. des Verlusts an Reflektivität während der Bestrahlung,
  • 4a,b schematische Darstellungen der Reflektivität vor und nach der Bestrahlung bei zwei unterschiedlichen Werten des Wasser-Gehalts in der Umgebung des optischen Elements,
  • 5 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung für den VUV-Wellenlängenbereich in Form einer VUV-Lithographieanlage, sowie
  • 6 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung für den VUV-Wellenlängenbereich in Form eines Wafer-Inspektionssystems.
Exemplary embodiments are shown in the schematic drawing and are explained in the following description. It shows
  • 1a, b schematic representations of the irradiation of a reflective optical element to form a passivating protective layer,
  • 2a-d schematic representations of the reflectivity of the optical element of FIG 1a, b before and after irradiation with different irradiation parameters,
  • 3a-d schematic representations of the reflectivity or the loss of reflectivity during irradiation,
  • 4a, b schematic representations of the reflectivity before and after the irradiation with two different values of the water content in the vicinity of the optical element,
  • 5 a schematic representation of an optical arrangement for the VUV wavelength range in the form of a VUV lithography system, and
  • 6th a schematic representation of an optical arrangement for the VUV wavelength range in the form of a wafer inspection system.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.In the following description of the drawings, identical reference symbols are used for identical or functionally identical components.

1a,b zeigen stark schematisch ein reflektierendes optischen Element 1, das ein Substrat 2 aufweist, an dem eine Metallschicht 3 gebildet ist. Auf die Metallschicht 3 ist an einer dem Substrat 2 abgewandten Seite eine Metallfluoridschicht 4 aufgebracht. Das Aufbringen der Metallfluoridschicht 4 ist in einem herkömmlichen Beschichtungsverfahren (durch Verdampfen) erfolgt. Die Metallfluoridschicht 4 dient zum Schutz der darunter liegenden Metallschicht 3 vor Oxidation. Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem Material der Metallschicht 3 um Aluminium, beim Material der Metallfluoridschicht 4 um Magnesiumfluorid (MgF2). 1a, b show highly schematically a reflective optical element 1 that is a substrate 2 has on which a metal layer 3 is formed. On the metal layer 3 is on one of the substrate 2 facing away from a metal fluoride layer 4th upset. The application of the metal fluoride layer 4th is done in a conventional coating process (by evaporation). The metal fluoride layer 4th serves to protect the underlying metal layer 3 from oxidation. In the example shown, it is the material of the metal layer 3 around aluminum, in the case of the material of the metal fluoride layer 4th around magnesium fluoride (MgF 2 ).

Das in 1a gezeigte optische Element 1 weist ein Substrat 2 auf, das aus Aluminium besteht. Bei der Metallschicht 3 handelt es sich um die polierte Oberfläche des Aluminium-Substrats 2. Bei dem in 1b gezeigten optischen Element 1 ist das Substrat 2 aus Quarzglas gebildet, auf das die Metallschicht 3 aus Aluminium in einem herkömmlichen Beschichtungsverfahren aufgebracht ist. Es versteht sich, dass das Substrat 2 auch aus einem anderen metallischen oder nicht metallischen Material, z.B. aus einer Glaskeramik, einer Keramik, ... gebildet sein kann.This in 1a shown optical element 1 has a substrate 2 made of aluminum. With the metal layer 3 it is the polished surface of the aluminum substrate 2 . The in 1b shown optical element 1 is the substrate 2 Formed from quartz glass on which the metal layer 3 made of aluminum is applied in a conventional coating process. It goes without saying that the substrate 2 can also be formed from another metallic or non-metallic material, for example from a glass ceramic, a ceramic, ...

Es hat sich gezeigt, dass das Vorhandensein der Metallfluoridschicht 4 alleine nicht ausreichend ist, um das optische Element 1 vor Degradation zu schützen, wenn das reflektierende optische Element 1 im Betrieb mit hohen Leistungen bzw. Bestrahlungsstärken bestrahlt wird: Trotz des Vorhandenseins der Metallfluoridschicht 4 wird das Al-Material der Metallschicht 3 in einem vergleichsweise kurzen Zeitraum von mehreren Stunden oder Tagen zu Al2O3 oxidiert, was einen signifikante Verringerung der Reflektivität des reflektierenden optischen Elements 1 zur Folge hat. Ist der Verlust der Reflektivität zu groß, ist ein Austausch des reflektierenden optischen Elements erforderlich.It has been shown that the presence of the metal fluoride layer 4th alone is not sufficient to the optical element 1 protect from degradation when the reflective optical element 1 is irradiated during operation with high powers or irradiation strengths: Despite the presence of the metal fluoride layer 4th becomes the Al material of the metal layer 3 in a comparatively oxidizes to Al 2 O 3 for a short period of time of several hours or days, resulting in a significant reduction in the reflectivity of the reflective optical element 1 has the consequence. If the loss of reflectivity is too great, the reflective optical element must be replaced.

Um die Lebensdauer des reflektierenden optischen Elements 1 zu erhöhen, wird in einem nachfolgend beschriebenen Verfahren eine selbstpassivierende Schutzschicht 6 an der Metallfluoridschicht 4 gebildet. Zu diesem Zweck wird das reflektierende optische Element 1 mit Strahlung 5 bei mindestens einer Wellenlänge λ von weniger als 300 nm, typischerweise von weniger als 200 nm, bestrahlt. Die Bestrahlung kann insbesondere bei einer oder bei mehreren Wellenlängen λ erfolgen, die zwischen 115 nm und 200 nm liegen.To the life of the reflective optical element 1 a self-passivating protective layer is used in a method described below 6th on the metal fluoride layer 4th educated. For this purpose, the reflective optical element 1 with radiation 5 irradiated at at least one wavelength λ of less than 300 nm, typically less than 200 nm. The irradiation can take place in particular at one or more wavelengths λ which are between 115 nm and 200 nm.

Wie in 1b zu erkennen ist, erfolgt die Bestrahlung in einer eigens zu diesem Zweck vorgesehenen Bestrahlungseinrichtung 7. Die Bestrahlungseinrichtung 7 weist eine Bestrahlungskammer 8 auf, in deren Innenraum 11 das reflektierende optische Element 1 für die Bestrahlung eingebracht ist. In den Innenraum 11 kann mit Hilfe eines Gaseinlasses 9 ein für die Strahlung 5 transparentes Spülgas in Form von Stickstoff N2 eingebracht werden. Es versteht sich, dass alternativ oder zusätzlich zu Stickstoff auch andere Spülgase in den Innenraum 11 eingebracht werden können, beispielsweise Edelgase, z.B. aus der Gruppe He, Ne, Ar, Kr, Xe und deren Gemische, andere Arten von Inertgas oder ein Formiergas, typischerweise eine Mischung aus Stickstoff oder einem Edelgas, z.B. Argon, und Wasserstoff. Eine Trocknung des zugeführten Spülgases N2 ist günstig, um einen vorgegebenen Wasser-Gehalt CH2O in dem Innenraum 11, welcher die Umgebung des reflektierenden optischen Elements 1 bildet, nicht zu überschreiten.As in 1b can be seen, the irradiation takes place in an irradiation device specially provided for this purpose 7th . The irradiation facility 7th has an irradiation chamber 8th on, in their interior 11th the reflective optical element 1 is introduced for the irradiation. In the interior 11th can with the help of a gas inlet 9 one for radiation 5 transparent purging gas in the form of nitrogen N 2 can be introduced. It goes without saying that, as an alternative or in addition to nitrogen, other purge gases can also enter the interior 11th can be introduced, for example noble gases, for example from the group He, Ne, Ar, Kr, Xe and mixtures thereof, other types of inert gas or a forming gas, typically a mixture of nitrogen or a noble gas, for example argon, and hydrogen. Drying the supplied purge gas N 2 is beneficial in order to achieve a predetermined water content C H2O in the interior 11th which is the vicinity of the reflective optical element 1 forms not to exceed.

In Experimenten hat sich gezeigt, dass die Bildung der passivierenden Schutzschicht 6 an der Metallfluoridschicht 4 nur erfolgt, wenn der Wasser-Gehalt CH2O, der während der Bestrahlung in der Umgebung des reflektierenden optischen Elements 1 herrscht, unterhalb eines Grenzwerts liegt. Bei den durchgeführten Experimenten hat sich herausgestellt, dass dieser kritische Grenzwert des Wasser-Gehalts CH2O zwischen ca. 10 ppbV und ca. 300 ppbV, ggf. bis 500 ppbV liegt. Bei dem in 1b gezeigten Beispiel wird die Bestrahlung des reflektierenden optischen Elements 1 daher bei einem Wert des Wasser-Gehalts CH2O von weniger als ca. 0,1 ppmV durchgeführt.Experiments have shown that the formation of the passivating protective layer 6th on the metal fluoride layer 4th only occurs if the water content is C H2O , which during the irradiation in the vicinity of the reflective optical element 1 prevails, is below a limit value. The experiments carried out showed that this critical limit value for the water content C H2O is between approx. 10 ppbV and approx. 300 ppbV, possibly up to 500 ppbV. The in 1b The example shown is the irradiation of the reflective optical element 1 therefore carried out at a value of the water content C H2O of less than approx. 0.1 ppmV.

Grundsätzlich ist es günstig, wenn der Wasser-Gehalt CH2O in dem Innenraum 11 mittels eines geeigneten Wasser-Sensors 10 überwacht wird, der eine ausreichende Empfindlichkeit für einen derart geringen Wasser-Gehalt CH2O aufweist. Eine Einstellung bzw. Regelung des Wasser-Gehalts CH2O ist grundsätzlich möglich, aber nicht zwingend erforderlich, sofern sichergestellt wird, dass der oben angegebene kritische Grenzwert nicht überschritten wird. Um den Grenzwert nicht zu überschreiten, kann beispielsweise eine Trocknung des Spülgases N2 erfolgen oder die pro Zeiteinheit zugeführte Menge des Spülgases N2 kann geeignet gewählt oder ggf. verändert werden.In principle, it is beneficial if the water content in the interior is C H2O 11th using a suitable water sensor 10 is monitored, which has sufficient sensitivity for such a low water content C H2O . Setting or regulating the water content C H2O is basically possible, but not absolutely necessary, provided that it is ensured that the above-mentioned critical limit value is not exceeded. In order not to exceed the limit value, the flushing gas N 2 can be dried, for example, or the amount of the flushing gas N 2 supplied per unit of time can be suitably selected or, if necessary, changed.

Für die Bildung der Schutzschicht 6 hat es sich als günstig erwiesen, wenn auch der Sauerstoff-Gehalt CO2 in dem Innenraum 11 einen vergleichsweise niedrigen Wert von weniger als ca. 0,1 ppmV aufweist.For the formation of the protective layer 6th it has proven to be beneficial, albeit the oxygen content CO2 in the interior 11th has a comparatively low value of less than about 0.1 ppmV.

Experimentell hat sich gezeigt, dass unter den angegebenen Bedingungen für den Wasser-Gehalt CH2O sowie für den Sauerstoff-Gehalt CO2 in dem Innenraum 11 das reflektierende optische Element 1 bzw. die passivierende Schutzschicht 6 auch bei der Variation von mehreren bei der Bestrahlung verwendeten Parametern nach der Bestrahlung einen stabilen Endzustand aufweisen. Der stabile Endzustand wird auf einer kurzen Zeitskala der Zeitdauer der Bestrahlung in der Größenordnung von typischerweise einem oder mehreren Tagen erreicht.Experimentally it has been shown that under the specified conditions for the water content C H2O and for the oxygen content C O2 in the interior 11th the reflective optical element 1 or the passivating protective layer 6th have a stable end state even with the variation of several parameters used in the irradiation after the irradiation. The final stable state is reached on a short time scale of the duration of irradiation, on the order of typically one or more days.

Für die Bestrahlung wird bei dem in 1b gezeigten Beispiel eine Bestrahlungsquelle 12 in Form einer UV-Bestrahlungslampe verwendet. Bei der Bestrahlung des optischen Elements 1, genauer gesagt der Oberfläche 4a der Metallfluoridschicht 4, wird die Strahlung 5 der Bestrahlungsquelle 12 auf einen Fokus-Spot fokussiert. Um an der gesamten Metallfluoridschicht 4 die fluoridische Schutzschicht 6 zu erzeugen, wird die Bestrahlungsquelle 12 relativ zur Oberfläche 4a der Metallfluoridschicht 4 verschoben, wie in 1b angedeutet ist, in der bereits ein Teil der Schutzschicht 6 rechts von dem Fokus-Spot bzw. von der Bestrahlungsquelle 12 gebildet wurde, während dies links von dem Fokus-Spot nicht der Fall ist.For irradiation, the in 1b The example shown is an irradiation source 12th used in the form of a UV irradiation lamp. When the optical element is irradiated 1 , more precisely the surface 4a the metal fluoride layer 4th , becomes the radiation 5 the radiation source 12th focused on a focus spot. To on the entire metal fluoride layer 4th the fluoridic protective layer 6th to generate becomes the irradiation source 12th relative to the surface 4a the metal fluoride layer 4th moved as in 1b is indicated in which already part of the protective layer 6th to the right of the focus spot or of the irradiation source 12th while this is not the case to the left of the focus spot.

Die Schutzschicht 6 wird auf den beobachteten Zeitskalen im Wesentlichen nur im Bereich des jeweiligen Fokus-Spots gebildet, da aufgrund der Fokussierung die Dosis (und auch die Bestrahlungsstärke) an dem Fokus-Spot deutlich größer ist als in der Umgebung des Fokus-Spots. Sofern auch ohne eine Fokussierung - eine nicht zu große Bestrahlungsdauer vorausgesetzt - eine ausreichende Bestrahlungs-Dosis zur Bildung der Schutzschicht 6 erzeugt werden kann, kann auf die Fokussierung der Strahlung 5 ggf. verzichtet werden. Die Bildung der Schutzschicht 6 hängt u.a. auch davon ab, ob eine mono- oder eine polychromatische Bestrahlungsquelle 12 verwendet wird: Im Falle einer polychromatischen Bestrahlungsquelle 12 können unterschiedliche Wellenlängenbänder potentiell eine unterschiedliche Wirkung auf die Metallfluoridschicht 4 haben.The protective layer 6th is formed on the observed time scales essentially only in the area of the respective focus spot, since due to the focusing the dose (and also the irradiance) at the focus spot is significantly greater than in the vicinity of the focus spot. Provided that the irradiation time is not too long, a sufficient irradiation dose to form the protective layer is provided even without focusing 6th can be generated can be due to the focusing of the radiation 5 may be waived. The formation of the protective layer 6th also depends, among other things, on whether a monochromatic or a polychromatic radiation source 12th is used: In the case of a polychromatic radiation source 12th can be different Wavelength bands potentially have a different effect on the metal fluoride layer 4th to have.

2a-d zeigen die Reflektivität R des reflektierenden optischen Elements 1 von 1 b in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ vor und nach der Bestrahlung jeweils bei einem Wasser-Gehalt CH2O von weniger als 0,1 ppmV und einem Sauerstoff-Gehalt CO2 von weniger als 0,1 ppmV in der Umgebung 11 des optischen Elements 1. Die in 2a-d dargestellte Reflektivität R bezieht sich jeweils auf einen Einfallswinkel der an dem optischen Element 1 reflektierten Strahlung von ca. 10° zur Flächennormalen. In 2a-d wird die Reflektivität R jeweils vor der Bestrahlung sowie nach der Bestrahlung in bzw. außerhalb des Fokus-Spots dargestellt, der von der Bestrahlungsquelle 12 erzeugt wird. 2a-d show the reflectivity R of the reflective optical element 1 from 1 b Depending on the wavelength λ before and after the irradiation, in each case with a water content C H2O of less than 0.1 ppmV and an oxygen content C O2 of less than 0.1 ppmV in the surrounding area 11th of the optical element 1 . In the 2a-d The reflectivity R shown relates in each case to an angle of incidence on the optical element 1 reflected radiation of approx. 10 ° to the surface normal. In 2a-d the reflectivity R is shown in each case before the irradiation and after the irradiation in or outside the focus spot that of the irradiation source 12th is produced.

Bei dem in 2a gezeigten Beispiel erfolgte die Bestrahlung über einen Zeitraum von sechs Tagen mit einer Bestrahlungsquelle 12 in Form einer einzelnen UV-Bestrahlungslampe. Bei dem in 2b gezeigten Beispiel wurde die Bestrahlungsdauer variiert und beträgt zwei Tage bzw. vier Tage. Bei dem in 2c gezeigten Beispiel erfolgte die Bestrahlung mit einer Bestrahlungsdauer von 1,5 Tagen und mit einer Bestrahlungsquelle 12, welche vier UV-Bestrahlungslampen umfasst, d.h. die Bestrahlungsstärke wurde vervierfacht. Bei dem in 2d gezeigten Beispiel lag die Bestrahlungsdauer bei fünf Tagen und es wurde eine Bestrahlungsquelle 12 mit einer UV-Bestrahlungslampe verwendet.The in 2a In the example shown, the irradiation was carried out over a period of six days with an irradiation source 12th in the form of a single UV irradiation lamp. The in 2 B In the example shown, the duration of irradiation was varied and is two days or four days. The in 2c In the example shown, the irradiation was carried out with an irradiation time of 1.5 days and with an irradiation source 12th , which includes four UV radiation lamps, ie the irradiance has been quadrupled. The in 2d In the example shown, the irradiation time was five days and it became an irradiation source 12th used with a UV irradiation lamp.

Wie durch einen Vergleich der bei unterschiedlichen Bestrahlungsparametern erhaltenen Reflektivitätsverläufe in dem Spot nach der Bestrahlung erkennbar ist, ist der Endzustand der Reflektivität R bei allen in 2a-d gezeigten Beispielen vergleichbar, obwohl zum Teil unterschiedliche Bestrahlungsaufbauten und/oder Bestrahlungsparameter verwendet wurden: In allen gezeigten Beispielen hat die Reflektivität R des optischen Elements 1 nach der Bestrahlung bei Wellenlängen im VUV-Wellenlängenbereich zwischen ca. 100 nm und ca. 200 nm abgenommen. Wie nachfolgend anhand von 3a,b beschrieben wird, führt diese Abnahme der Reflektivität R bei der Bildung der Schutzschicht 6 aber dazu, dass die Verringerung der Reflektivität R bei der Weiterbestrahlung des optischen Elements 1 nach der Bildung der Schutzschicht 6, z.B. im Betrieb des optischen Elements 1 in einer optischen Anordnung, deutlich geringer ausfällt als ohne eine solche Bestrahlung.As can be seen from a comparison of the reflectivity profiles obtained with different irradiation parameters in the spot after the irradiation, the final state of the reflectivity R is in all in 2a-d Examples shown are comparable, although in some cases different irradiation structures and / or irradiation parameters were used: In all of the examples shown, the reflectivity R of the optical element 1 decreased after irradiation at wavelengths in the VUV wavelength range between approx. 100 nm and approx. 200 nm. As below based on 3a, b is described, this decrease in reflectivity R results in the formation of the protective layer 6th but also that the reduction in reflectivity R when the optical element continues to be irradiated 1 after the formation of the protective layer 6th , for example during operation of the optical element 1 in an optical arrangement, turns out to be significantly lower than without such irradiation.

3a zeigt die Reflektivität R des optischen Elements 1 von 1b bei der Bestrahlung mit einer Wellenlänge λ von 160 nm mit einer Bestrahlungsquelle 12 in Form einer UV-Bestrahlungslampe, die eine Bestrahlungsstärke von 100 W/cm2 auf der Oberfläche 4a der Metallfluoridschicht 4 erzeugt, bei unterschiedlichen Zeitdauern der Bestrahlung (2 Tage, 4 Tage, 6 Tage, 13,5 Tage, 19,5 Tage). 3b zeigt den Reflektivitätsverlust ΔR in Abhängigkeit von der Zeitdauer t der Bestrahlung für eine Wellenlänge von 134 nm und von 150 nm. 3a shows the reflectivity R of the optical element 1 from 1b when irradiated with a wavelength λ of 160 nm with an irradiation source 12th in the form of a UV irradiation lamp with an irradiance of 100 W / cm 2 on the surface 4a the metal fluoride layer 4th generated, with different durations of irradiation ( 2 Days, 4 days, 6 days, 13.5 days, 19.5 days). 3b shows the reflectivity loss ΔR as a function of the duration t of the irradiation for a wavelength of 134 nm and 150 nm.

4a,b zeigen analoge Darstellungen für die Bestrahlung mit einer Strahlungsquelle 12 mit vier UV-Bestrahlungslampen, die Strahlung 5 bei einer Wellenlänge von 120 nm erzeugen und die eine Bestrahlungsstärke von 400 mW/cm2 in dem Fokus-Spot erzeugen. 4a, b show analogous representations for irradiation with a radiation source 12th with four UV radiation lamps, the radiation 5 at a wavelength of 120 nm and generate an irradiance of 400 mW / cm 2 in the focus spot.

Wie anhand des zeitlichen Verlaufs in 3b und 3d zu erkennen ist, ist der Reflektivitätsverlust ΔR bei der Bestrahlung des optischen Elements 1 zunächst vergleichsweise groß, nimmt aber nach einer Zeitdauer von wenigen Tagen signifikant ab, wenn sich die passivierende Schutzschicht 6 gebildet hat. Bis zur vollständigen Ausbildung der Schutzschicht 6 beträgt die Rate des Reflektivitätsverlusts ΔR / t bei dem in 3b gezeigten Beispiel 11,1 % / d, nach der Ausbildung der Schutzschicht 6 liegt die Rate des Reflektivitätsverlusts ΔR / t bei weniger als ca. 0,3 % / d. Entsprechendes gilt für das in 3d dargestellte Beispiel, bei dem ebenfalls die Rate des Reflektivitätsverlusts ΔR / t nach der Bildung der Schutzschicht 6 signifikant abnimmt.As based on the chronological sequence in 3b and 3d can be seen is the reflectivity loss ΔR when the optical element is irradiated 1 initially comparatively large, but decreases significantly after a period of a few days when the passivating protective layer 6th has formed. Until the protective layer has been completely formed 6th is the rate of reflectivity loss ΔR / t at the in 3b Example shown 11.1% / d, after the formation of the protective layer 6th the rate of reflectivity loss ΔR / t is less than about 0.3% / d. The same applies to the in 3d Example shown, in which also the rate of reflectivity loss ΔR / t after the formation of the protective layer 6th significantly decreases.

Die Zeitdauer, die erforderlich ist, bis sich die Schutzschicht 6 gebildet hat, liegt typischerweise in der Größenordnung von einem Tag oder darüber und ist abhängig von der Bestrahlungsstärke der Oberfläche 4a der Metallfluoridschicht 4 bei der Bestrahlung mittels der Bestrahlungsquelle 12. Typischerweise wird die Bestrahlung mit einer Bestrahlungsstärke von mindestens 50 mW/cm2 durchgeführt, damit die Zeitdauer bis zur Ausbildung der Schutzschicht 6 nicht zu groß ist.The amount of time it takes for the protective layer to develop 6th is typically on the order of a day or more and depends on the irradiance of the surface 4a the metal fluoride layer 4th during irradiation by means of the irradiation source 12th . The irradiation is typically carried out with an irradiance of at least 50 mW / cm 2 , so that the time until the protective layer is formed 6th is not too big.

4a,b illustrieren nochmals die Relevanz des Wasser-Gehalts CH2O in der Umgebung des reflektierenden optischen Elements 1 für die Bildung der passivierenden Schutzschicht 6: Bei dem in 4a gezeigten Beispiel wird die Bestrahlung mit einem Wasser-Gehalt CH2O von weniger als 0,1 ppmV in der Umgebung 11 des optischen Elements 1 durchgeführt. Die Reflektivität R zeigt des optischen Elements 1 zeigt hierbei eine ähnliche Abhängigkeit von der Wellenlänge λ wie in 2a-d. 4a, b again illustrate the relevance of the water content C H2O in the vicinity of the reflective optical element 1 for the formation of the passivating protective layer 6th : At the in 4a The example shown is irradiation with a water content C H2O of less than 0.1 ppmV in the environment 11th of the optical element 1 accomplished. The reflectivity R shows the optical element 1 shows a similar dependence on the wavelength λ as in 2a-d .

Bei dem in 4b gezeigten Beispiel wird die Bestrahlung bei einem Wasser-Gehalt CH2O in der Umgebung des reflektierenden optischen Elements 1 von ca. 0,4 ppmV unter ansonsten identischen Bestrahlungsparametern vorgenommen. Wie in 4b zu erkennen ist, nimmt sowohl bei einem Wasser-Gehalt CH2O zwischen ca. 0,3 und 0,5 ppmV als auch bei einem Wasser-Gehalt CH2O zwischen ca. 0,5 und 1,0 ppmV die Reflektivität R im VUV-Wellenlängenbereich signifikant ab. Ein reflektierendes optisches Element 1 mit der in 4b gezeigten Reflektivität R im VUV-Wellenlängenbereich ist für nahezu alle Anwendungen in diesem Wellenlängenbereich unbrauchbar.The in 4b The example shown is the irradiation with a water content of C H2O in the vicinity of the reflective optical element 1 of approx. 0.4 ppmV under otherwise identical irradiation parameters. As in 4b can be seen, both with a water content C H2O between approx. 0.3 and 0.5 ppmV and with a water content C H2O between approx. 0.5 and 1.0 ppmV, the reflectivity R in the VUV- Wavelength range significantly. A reflective optical element 1 with the in 4b The reflectivity R shown in the VUV wavelength range is unusable for almost all applications in this wavelength range.

Erfolgt die Bestrahlung jedoch auf die in Zusammenhang mit 4a beschriebene Weise, reduziert die selbstlimitierende Schutzschicht 6 die Degradation bzw. die Rate des Reflektivitätsverlusts ΔR / t des optischen Elements 1 bei der Weiterbestrahlung signifikant, wie dies anhand von 3b und von 3d beschrieben wurde. Die Lebensdauer des reflektierenden optischen Elements 1 mit einer solchen Schutzschicht 6 bei der Bestrahlung in einer optischen Anordnung kann daher signifikant erhöht werden. Aufgrund der vergleichsweise geringen Dicke der Schutzschicht 6 ist der auf die Schutzschicht 6 zurückzuführende Reflektivitätsverlust ΔR des optischen Elements 1 vergleichsweise gering.However, if the irradiation is carried out in connection with 4a described way, reduces the self-limiting protective layer 6th the degradation or the rate of the loss of reflectivity ΔR / t of the optical element 1 significant during further irradiation, as demonstrated by 3b and from 3d has been described. The lifetime of the reflective optical element 1 with such a protective layer 6th when irradiated in an optical arrangement can therefore be increased significantly. Due to the comparatively small thickness of the protective layer 6th is the one on the protective layer 6th attributable reflectivity loss ΔR of the optical element 1 comparatively low.

Die weiter oben beschriebenen Experimente wurden an einer Metallfluoridschicht 4 durgeführt, die aus Magnesiumfluorid (MgF2) gebildet war, die auf eine Metallschicht 3 aus Aluminium aufgebracht war. An Stelle von Magnesiumfluorid kann die Metallfluoridschicht 4 aber auch aus anderen Metallfluoriden gebildet sein, beispielsweise aus Aluminiumfluorid, Natriumfluorid, Lithiumfluorid, Chiolith, Kryolith, Erbiumfluorid, Neodymfluorid, Gadoliniumfluorid, Dysprosiumfluorid, Samariumfluorid, Holmiumfluorid, Hafniumfluorid, Lanthanfluorid, Europiumfluorid, Lutetiumfluorid, Ceriumfluorid, Bariumfluorid oder Yttriumfluorid. Auch die Metallschicht 3 muss nicht zwingend aus Aluminium gebildet sein, vielmehr kann diese beispielsweise ein Material aufweisen, welches ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Rhodium, Ruthenium, Palladium, Osmium, Iridium, Platin, Magnesium, Germanium oder eine Kombination davon.The experiments described above were carried out on a metal fluoride layer 4th performed, which was formed from magnesium fluoride (MgF 2 ), which was applied to a metal layer 3 was applied from aluminum. Instead of magnesium fluoride, the metal fluoride layer 4th but also be formed from other metal fluorides, for example from aluminum fluoride, sodium fluoride, lithium fluoride, chiolite, cryolite, erbium fluoride, neodymium fluoride, gadolinium fluoride, dysprosium fluoride, samarium fluoride, holmium fluoride, hafnium fluoride, ytetium fluoride or lutetium fluoride, europium fluoride, lanthanium fluoride, europium fluoride. Also the metal layer 3 does not necessarily have to be formed from aluminum, but can for example have a material which is selected from the group comprising: rhodium, ruthenium, palladium, osmium, iridium, platinum, magnesium, germanium or a combination thereof.

Nachfolgend werden anhand von 5 und 6 zwei optische Anordnungen beschrieben, in denen das weiter oben beschriebene reflektierende optische Element 1, welches die Schutzschicht 6 aufweist, betrieben werden kann.In the following, using 5 and 6th two optical arrangements are described in which the reflective optical element described above 1 which is the protective layer 6th has, can be operated.

In 5 ist schematisch eine optische Anordnung 21 in Form einer VUV-Lithographieanlage, insbesondere für Wellenlängen im Bereich zwischen 100 nm und 200 nm bzw. 190 nm, dargestellt. Die VUV-Lithographieanlage 21 weist als wesentliche Bestandteile zwei optische Systeme in Form eines Beleuchtungssystems 22 und eines Projektionssystems 23 auf. Für die Durchführung eines Belichtungsprozesses weist die VUV-Lithographieanlage 21 eine Strahlungsquelle 24 auf, bei der es sich beispielsweise um einen Excimer-Laser handeln kann, der Strahlung 25 bei einer Wellenlänge im VUV-Wellenlängenbereich von beispielsweise 193 nm, 157 nm oder 126 nm emittiert und der integraler Bestandteil der VUV-Lithographieanlage 21 sein kann.In 5 Figure 3 is a schematic of an optical arrangement 21 in the form of a VUV lithography system, in particular for wavelengths in the range between 100 nm and 200 nm or 190 nm. The VUV lithography system 21 has as essential components two optical systems in the form of a lighting system 22nd and a projection system 23 on. To carry out an exposure process, the VUV lithography system 21 a radiation source 24 on, which can be, for example, an excimer laser, the radiation 25th emitted at a wavelength in the VUV wavelength range of, for example, 193 nm, 157 nm or 126 nm and is an integral part of the VUV lithography system 21 can be.

Die von der Strahlungsquelle 24 emittierte Strahlung 25 wird mit Hilfe des Beleuchtungssystems 22 so aufbereitet, dass damit eine Maske 26, auch Retikel genannt, ausgeleuchtet werden kann. Bei dem in 5 dargestellten Beispiel weist das Beleuchtungssystem 22 sowohl transmittierende als auch reflektierende optische Elemente auf. Stellvertretend sind in 5 ein transmittierendes optisches Element 27, welches die Strahlung 25 bündelt, sowie ein reflektives optisches Element 28 dargestellt, welches die Strahlung 25 beispielsweise umlenkt. In bekannter Weise können in dem Beleuchtungssystem 22 verschiedenste transmittierende, reflektierende oder sonstige optische Elemente in beliebiger, auch komplexerer Weise miteinander kombiniert werden.The one from the radiation source 24 emitted radiation 25th is made with the help of the lighting system 22nd prepared in such a way that it becomes a mask 26th , also called reticle, can be illuminated. The in 5 shown example has the lighting system 22nd both transmitting and reflecting optical elements. Representative are in 5 a transmitting optical element 27 the radiation 25th bundles, as well as a reflective optical element 28 shown which the radiation 25th for example deflects. In a known manner, in the lighting system 22nd A wide variety of transmitting, reflecting or other optical elements can be combined with one another in any desired, even more complex manner.

Die Maske 26 weist auf ihrer Oberfläche eine Struktur auf, die auf ein zu belichtendes optisches Element 29, beispielsweise einen Wafer, im Rahmen der Produktion von Halbleiterbauelementen, mithilfe des Projektionssystems 23 übertragen wird. Im gezeigten Beispiel ist die Maske 26 als transmittierendes optisches Element ausgebildet. In alternativen Ausführungen kann die Maske 26 auch als reflektierendes optisches Element ausgebildet sein. Das Projektionssystem 22 weist im dargestellten Beispiel mindestens ein transmittierendes optisches Element auf. Im gezeigten Beispiel sind stellvertretend zwei transmittierende optische Elemente 30, 31 dargestellt, die beispielsweise dazu dienen, die Strukturen auf der Maske 26 auf die für die Belichtung des Wafers 29 gewünschte Größe zu verkleinern. Auch bei dem Projektionssystem 23 können u.a. reflektierende 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.The mask 26th has a structure on its surface that points to an optical element to be exposed 29 , for example a wafer, as part of the production of semiconductor components, using the projection system 23 is transmitted. In the example shown is the mask 26th designed as a transmitting optical element. In alternative designs, the mask 26th can also be designed as a reflective optical element. The projection system 22nd has at least one transmitting optical element in the example shown. In the example shown, two transmitting optical elements are representative 30th , 31 shown, which are used, for example, the structures on the mask 26th on the one for the exposure of the wafer 29 to reduce the desired size. Even with the projection system 23 reflective optical elements can be provided and any optical elements can be combined with one another in a known manner. It should be pointed out that optical arrangements without transmissive optical elements can also be used for VUV lithography.

In 6 ist schematisch eine beispielhafte Ausführung einer optischen Anordnung in Form eines Wafer-Inspektionssystems 41 dargestellt. Die nachstehenden Erläuterungen gelten analog auch für Inspektionssysteme zur Inspektion von Masken.In 6th is a schematic of an exemplary embodiment of an optical arrangement in the form of a wafer inspection system 41 shown. The following explanations also apply analogously to inspection systems for inspecting masks.

Das Wafer-Inspektionssystem 41 weist ein optisches System 42 mit einer Strahlungsquelle 54 auf, deren Strahlung 55 mittels des optischen Systems 42 auf einen Wafer 49 gelenkt wird. Zu diesem Zweck wird die Strahlung 55 von einem konkaven Spiegel 46 auf den Wafer 49 reflektiert. Bei einem Masken-Inspektionssystem könnte man anstelle des Wafers 49 eine zu untersuchende Maske anordnen. Die vom Wafer 49 reflektierte, gebeugte und/oder gebrochene Strahlung wird von einem ebenfalls zu dem optischen System 42 gehörigen weiteren konkaven Spiegel 48 über ein transmittierendes optisches Element 47 auf einen Detektor 50 zur weiteren Auswertung geleitet. Bei der Strahlungsquelle 54 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 54 eingesetzt werden. Bevorzugt liegt die Wellenlänge bzw. das Wellenlängenband der von der Strahlungsquelle 54 erzeugten Strahlung 55 im Bereich zwischen 100 nm und 200 nm, besonders bevorzugt zwischen 110 nm und 190 nm.The wafer inspection system 41 exhibits an optical system 42 with a radiation source 54 on whose radiation 55 by means of the optical system 42 on a wafer 49 is steered. To this end, radiation is used 55 from a concave mirror 46 on the wafer 49 reflected. With a mask inspection system, instead of the wafer, 49 place a mask to be examined. The one from the wafer 49 reflected, diffracted and / or refracted radiation also becomes the optical system 42 associated concave mirror 48 via a transmitting optical element 47 on a detector 50 forwarded for further evaluation. At the radiation source 54 it can be, for example, precisely one radiation source or a combination of several individual radiation sources in order to provide an essentially continuous radiation spectrum. In modifications, one or more narrow-band radiation sources can also be used 54 can be used. The wavelength or the wavelength band is preferably that of the radiation source 54 generated radiation 55 in the range between 100 nm and 200 nm, particularly preferably between 110 nm and 190 nm.

Bei dem in 5 gezeigten Beispiel weist das Beleuchtungssystem 22 ein Gehäuse 32 auf, in dem ein Innenraum 33 gebildet ist, in dem das transmissive optische Element 27 sowie das reflektierende optische Element 28 in Form des Spiegels angeordnet sind. Entsprechend weist auch das optische System 42 des Wafer-Inspektionssystems 41 von 6 ein Gehäuse 52 auf, in dem ein Innenraum 53 gebildet ist, in dem die beiden Spiegel 46, 48 sowie das transmissive optische Element 47 angeordnet sind.The in 5 The example shown has the lighting system 22nd a housing 32 on in which an interior space 33 is formed in which the transmissive optical element 27 as well as the reflective optical element 28 are arranged in the form of the mirror. The optical system also exhibits accordingly 42 of the wafer inspection system 41 from 6th a housing 52 on in which an interior space 53 is formed in which the two mirrors 46 , 48 as well as the transmissive optical element 47 are arranged.

Bei der Bestrahlung der jeweiligen reflektierenden optischen Elemente 28, 46, 48 mit der Strahlung 25, 55 der Strahlungsquelle 24, 54, die typischerweise eine hohe Intensität aufweist, kann es zu der weiter oben beschriebenen Degradation und einem damit einhergehenden Verlust der Reflektivität R kommen, auch wenn die reflektierenden optischen Elemente 28, 46, 48 wie weiter oben beschrieben eine passivierende Schutzschicht 6 aufweisen. Um dies zu vermeiden, weist der jeweilige Innenraum 33, 53 einen Wasser-Gehalt CH2O von weniger als ca. 0,5 ppmV, üblicherweise von weniger als 0,3 ppmV, auf. Zur Bestimmung des Wasser-Gehalts CH2O ist in dem jeweiligen Innenraum 33, 53 ein Wasser-Sensor 10 angeordnet. Um einer Oxidation entgegenzuwirken, sollte auch der Sauerstoff-Gehalt CO2 in dem jeweiligen Innenraum 33, 53 möglichst gering sein und bei nicht mehr als ca. 1 ppmV liegen. Der Sauerstoff-Gehalt CO2 in dem jeweiligen Innenraum 33, 53 kann mittels eines nicht bildlich dargestellten Sauerstoff-Sensors bestimmt werden.When the respective reflective optical elements are irradiated 28 , 46 , 48 with the radiation 25th , 55 the radiation source 24 , 54 , which typically has a high intensity, the degradation described above and an associated loss of reflectivity R can occur, even if the reflective optical elements 28 , 46 , 48 a passivating protective layer as described above 6th exhibit. To avoid this, the respective interior 33 , 53 a water content C H2O of less than approx. 0.5 ppmV, usually less than 0.3 ppmV. To determine the water content C H2O is in the respective interior 33 , 53 a water sensor 10 arranged. In order to counteract oxidation, the oxygen content C O2 in the respective interior should also be 33 , 53 be as low as possible and not exceed approx. 1 ppmV. The oxygen content C O2 in the respective interior 33 , 53 can be determined by means of an oxygen sensor (not shown).

Für die Einstellung bzw. Regelung des Wasser-Gehalts CH2O bzw. des Sauerstoff-Gehalts CO2 in dem jeweiligen Innenraum 33, 53 kann eine Steuerungs- bzw. Regelungseinrichtung dienen. Zur Einstellung des Wasser-Gehalts CH2O kann die Steuerungs- bzw. Regelungseinrichtung beispielsweise den Trocknungsgrad des zugeführten Spülgases (s.u.) beeinflussen. Eine Bestimmung bzw. Einstellung des Wasser-Gehalts CH2O in dem Innenraum 33, 53 ist aber nicht zwingend erforderlich, sofern sichergestellt ist, dass die oben beschriebenen Werte für den Wasser-Gehalt CH2O nicht überschritten werden.For setting or regulating the water content C H2O or the oxygen content C O2 in the respective interior 33 , 53 a control or regulating device can be used. To set the water content C H2O , the control or regulating device can, for example, influence the degree of dryness of the purge gas supplied (see below). A determination or setting of the water content C H2O in the interior 33 , 53 but is not absolutely necessary, provided it is ensured that the values described above for the water content C H2O are not exceeded.

Um die reflektierenden optischen Elemente 28, 46, 48 vor kontaminierenden Stoffen zu schützen, weisen die optischen Anordnungen 21, 41 jeweils einen Gaseinlass 34, 54 auf, über den ein Spülgas, bei dem es sich im gezeigten Beispiel um Argon handelt, in den Innenraum 33, 53 eingelassen wird. Um die weiter oben beschriebenen Werte für den Wasser-Gehalt CH2O nicht zu überschreiten, kann es erforderlich sein, das Spülgas vor der Zuführung in den jeweiligen Innenraum 33, 53 zu trocknen (s.o.). Der Gesamtdruck in dem jeweiligen Innenraum 33, 53 liegt typischerweise in der Größenordnung von Atmosphärendruck.Around the reflective optical elements 28 , 46 , 48 To protect against contaminating substances, show the optical arrangements 21 , 41 one gas inlet each 34 , 54 on, through which a purge gas, which is argon in the example shown, into the interior 33 , 53 is admitted. In order not to exceed the values described above for the water content C H2O , it may be necessary to remove the flushing gas before it is fed into the respective interior 33 , 53 to dry (see above). The total pressure in the respective interior 33 , 53 is typically on the order of atmospheric pressure.

Zusammenfassend kann auf die weiter oben beschriebene Weise eine Selbstpassivierung der Metallfluoridschicht 4 erreicht werden, die eine signifikante Verlängerung der Lebensdauer der jeweiligen reflektierenden optischen Elemente 1, 26, 46, 48 zur Folge hat.In summary, a self-passivation of the metal fluoride layer can be carried out in the manner described above 4th can be achieved which significantly extends the service life of the respective reflective optical elements 1 , 26th , 46 , 48 has the consequence.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102018211499 A1 [0004, 0005, 0008]DE 102018211499 A1 [0004, 0005, 0008]
  • EP 2019/083632 PCT [0015]EP 2019/083632 PCT [0015]

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Verfahren zum Bilden einer Schutzschicht (6) an einem reflektierenden optischen Element (1, 28, 46, 48) für den VUV-Wellenlängenbereich, wobei das reflektierende optische Element (1) ein Substrat (2) aufweist, an dem eine Metallschicht (3) gebildet ist, an deren dem Substrat (2) abgewandter Seite eine Metallfluoridschicht (4) aufgebracht ist, das Verfahren umfassend: Bilden der Schutzschicht (6) an der Metallfluoridschicht (4) durch Bestrahlen der Metallfluoridschicht (4) mit Strahlung (5) bei mindestens einer Wellenlänge (λ) von weniger als 300 nm, bevorzugt von weniger als 200 nm, wobei das Bestrahlen in einer Umgebung mit einem Wasser-Gehalt (CH2O) von weniger als 0,5 ppmV, bevorzugt von weniger als 0,3 ppmV durchgeführt wird.Method for forming a protective layer (6) on a reflective optical element (1, 28, 46, 48) for the VUV wavelength range, the reflective optical element (1) having a substrate (2) on which a metal layer (3) is formed, on the side facing away from the substrate (2) a metal fluoride layer (4) is applied, the method comprising: forming the protective layer (6) on the metal fluoride layer (4) by irradiating the metal fluoride layer (4) with radiation (5) at least a wavelength (λ) of less than 300 nm, preferably of less than 200 nm, the irradiation being carried out in an environment with a water content (C H2O ) of less than 0.5 ppmV, preferably less than 0.3 ppmV will. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Bestrahlen in einer Umgebung mit einem Sauerstoff-Gehalt (CO2) von weniger als 0,1 ppmV durchgeführt wird.Procedure according to Claim 1 , in which the irradiation is carried out in an environment with an oxygen content (C O2 ) of less than 0.1 ppmV. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Bestrahlen der Metallfluoridschicht (4) mit einer Bestrahlungsstärke von mindestens 50 mW/cm2 durchgeführt wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , in which the irradiation of the metal fluoride layer (4) is carried out with an irradiance of at least 50 mW / cm 2 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Bestrahlen der Metallfluoridschicht (4) über eine Zeitdauer von mindestens einem Tag durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, in which the irradiation of the metal fluoride layer (4) is carried out over a period of at least one day. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Strahlung (5) beim Bestrahlen auf eine Oberfläche (4a) der Metallfluoridschicht (4) fokussiert wird.Method according to one of the preceding claims, in which the radiation (5) during irradiation is focused on a surface (4a) of the metal fluoride layer (4). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem während der Bestrahlung eine Umgebung (11) des optischen Elements (1) mit einem für die Strahlung (5) transparenten Spülgas gespült wird.Method according to one of the preceding claims, in which, during the irradiation, an area (11) of the optical element (1) is flushed with a flushing gas that is transparent to the radiation (5). Verfahren nach Anspruch 6, bei dem es sich bei dem für die Strahlung (5) transparenten Gas um ein Edelgas aus der Gruppe He, Ne, Ar, Kr, Xe und deren Gemische, um eine andere Art von Inertgas, insbesondere um Stickstoff, oder um ein Formiergas, d.h. um eine Mischung aus Stickstoff oder einem Edelgas und Wasserstoff, handelt.Procedure according to Claim 6 in which the gas transparent to radiation (5) is a noble gas from the group He, Ne, Ar, Kr, Xe and mixtures thereof, another type of inert gas, in particular nitrogen, or a forming gas, ie a mixture of nitrogen or a noble gas and hydrogen. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wasser-Gehalt (CH2O) in der Umgebung des reflektierenden optischen Elements (1) während der Bestrahlung eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims, in which the water content (C H2O ) in the vicinity of the reflective optical element (1) is set during the irradiation. Optisches Element (1) zur Reflexion von Strahlung (5) im VUV-Wellenlängenbereich, umfassend: ein Substrat (2), an dem eine Metallschicht (3) gebildet ist, wobei an einer dem Substrat (2) abgewandten Seite der Metallschicht (3) eine Metallfluoridschicht (4) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Metallfluoridschicht (4) eine Schutzschicht (6) gebildet ist, die gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche gebildet ist.Optical element (1) for reflecting radiation (5) in the VUV wavelength range, comprising: a substrate (2) on which a metal layer (3) is formed, wherein on a side of the metal layer (3) facing away from the substrate (2) a metal fluoride layer (4) is applied, characterized in that a protective layer (6) is formed on the metal fluoride layer (4), which protective layer is formed according to a method according to one of the preceding claims. Optisches Element nach Anspruch 9, bei dem die Metallfluoridschicht (4) mindestens ein Material aufweist, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Magnesiumfluorid, Aluminiumfluorid, Natriumfluorid, Lithiumfluorid, Chiolith, Kryolith, Erbiumfluorid, Neodymfluorid, Gadoliniumfluorid, Dysprosiumfluorid, Samariumfluorid, Holmiumfluorid, Hafniumfluorid, Lanthanfluorid, Europiumfluorid, Lutetiumfluorid, Ceriumfluorid, Bariumfluorid, Yttriumfluorid.Optical element according to Claim 9 wherein the metal fluoride layer (4) has at least one material selected from the group comprising: magnesium fluoride, aluminum fluoride, sodium fluoride, lithium fluoride, chiolite, cryolite, erbium fluoride, neodymium fluoride, gadolinium fluoride, dysprosium fluoride, samarium fluoride, holmium fluoride, haafnium fluoride , Lutetium fluoride, cerium fluoride, barium fluoride, yttrium fluoride. Optisches Element nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die Metallschicht (3) mindestens ein Material aufweist, welches ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Aluminium, Rhodium, Ruthenium, Palladium, Osmium, Iridium, Platin, Magnesium, Germanium oder eine Kombination davon.Optical element according to Claim 9 or 10 in which the metal layer (3) has at least one material selected from the group comprising: aluminum, rhodium, ruthenium, palladium, osmium, iridium, platinum, magnesium, germanium or a combination thereof. Optische Anordnung für den VUV-Wellenlängenbereich, insbesondere VUV-Lithographieanlage (21) oder Wafer-Inspektionssystem (41), umfassend: einen Innenraum (33, 53), wobei in dem Innenraum (33, 53) mindestens ein reflektierendes optisches Element (28, 46, 48) zur Reflexion von Strahlung (25, 55) im VUV-Wellenlängenbereich angeordnet ist, das gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11 ausgebildet ist.Optical arrangement for the VUV wavelength range, in particular VUV lithography system (21) or wafer inspection system (41), comprising: an interior (33, 53), wherein in the interior (33, 53) at least one reflective optical element (28, 46, 48) is arranged for reflecting radiation (25, 55) in the VUV wavelength range, which according to one of the Claims 9 until 11th is trained. Optische Anordnung nach Anspruch 12, bei welcher der Innenraum (33, 53) ein Wasser-Gehalt (CH2O) von weniger als 0,5 ppmV, bevorzugt von weniger als 0,3 ppmV aufweist.Optical arrangement according to Claim 12 , in which the interior (33, 53) has a water content (C H2O ) of less than 0.5 ppmV, preferably less than 0.3 ppmV. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, weiter umfassend: einen Wasser-Sensor (10) zur Messung des Wasser-Gehalts (CH2O) in dem Innenraum (33, 53).Optical arrangement according to one of the Claims 12 or 13th , further comprising: a water sensor (10) for measuring the water content (C H2O ) in the interior space (33, 53). Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, welche zur Zuführung mindestens eines Spülgases in den Innenraum (33, 53), insbesondere über einen Gaseinlass (34, 54), ausgebildet ist.Optical arrangement according to one of the Claims 12 until 14th which is designed to supply at least one flushing gas into the interior space (33, 53), in particular via a gas inlet (34, 54).
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