DE2939204C2

DE2939204C2 -

Info

Publication number: DE2939204C2
Application number: DE2939204A
Authority: DE
Inventors: Mitsuharu Yokohama Kanagawa Jp Sawamura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1978-09-27
Filing date: 1979-09-27
Publication date: 1990-06-28
Also published as: DE2939204A1; JPS5545061A; US4320936A; JPS6038681B2

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrschichtigen Reflexbelag auf einem Substrat für eine Reflexion im UV-Bereich nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher mehrschichtiger Reflexbelag ist aus der DE-AS 11 35 199 bekannt. Bei dem bekannten Reflexbelag ist eine Gruppe alternierend stark und schwach brechender Dünnschich ten vorgesehen. Für die schwach brechende Dünnschicht wird Siliciumoxid verwendet, während als stark brechende Dünn schichten Titanoxid und Zirkonoxid verwendet werden. Bei der vorliegenden Erfindung geht es um die Schaffung eines mehrschichtigen Reflexbelags, der Strahlung im fernen UV- Bereich reflektiert und Strahlung anderer Wellenlängenbe reiche passieren läßt.

Interessant sind derartige Reflexbeläge bei der Herstellung von integrierten Gross-Schaltkreisen. Zur Ausbildung von Mustern wird mit Hilfe von punktweiser Belichtung gearbei tet, wozu Strahlung mit Wellenlängen aus dem fernen UV- Bereich (200 nm) eingesetzt wird.

Zur Bearbeitung von Photoresistmaterial wird ein Spiegel- Beleuchtungs-System verwendet, welches mit einer Xenon-Queck silber-Lampe als Lichtquelle arbeitet. Für dieses Beleuch tungssystem ist der Spiegel durch Abscheiden von Aluminium und Magnesiumfluorid aus der Dampfphase hergestellt worden. Da der Spiegel jedoch ein hohes Reflexionsvermögen für Licht mit einer Wellenlänge oberhalb von 200 nm aufweist, kommt es in dem Silicium-Wafer zu unzulässigen Temperaturanstie gen, mit denen eine Verringerung der Genauigkeit bei der Ausbildung der Muster einhergeht.

Aus der US-PS 38 53 386 ist ein hochreflektierender Belag bekannt, der aus abwechselnden Schichten aus TiO, Si₂O₃ und anschließend aus ZrO₂ besteht. Dieser Belag wird vornehm lich für Laserspiegel eingesetzt, ist also speziell für einen schmalbandigen Reflexionsbereich ausgelegt. Es geht nicht um spezielle Probleme, wie sie bei Reflexbelägen für Wellenlängen im UV-Bereich auftreten.

Aus der US-PS 37 59 604 ist eine Interferenzfilteranordnung bekannt, die in einem gewissen Wellenlängenbereich reflektiert. Spe ziell geht es um das Problem der Welligkeit der Transmission im Durchlässigkeitsbereich des Interferenzfilters, so daß sich keine speziellen Hinweise entnehmen lassen für etwaige Probleme bei UV-Reflektoren. Aus der US-Z: "Applied Optics" Vol. 15, Nr. 10, Oktober 1976, S. 2333 bis 2338 und aus der US-Z: "Applied Optics", Vol. 16, Nr. 2, Februar 1977, S. 439 bis 444 sind UV-Reflektoren mit absorbierenden Schich ten bekannt. In der erstgenannten Druckschrift ist eine Struktur aus sich abwechselnden Al-Schichten und MgF₂-Schich ten bekannt. Die zweitgenannte Druckschrift zeigt eine Struk tur mit sich abwechselnden Schichten aus Hafniumoxid und Si liciumoxid. Bei beiden Strukturen ergibt sich ein abträgli cher Einfluß der Absorption der dielektrischen mit hohem Brechungsindex.

Es gibt mehrschichtige Reflexbeläge mit sich abwechselnden Schichten aus stark und schwach brechendem Material, wobei das stark brechende Material zum Beispiel Thoriumoxid ist. Dieses absorbiert im fernen UV-Bereich nahezu keine Strah lung und verursacht deshalb keine Abnahme des Reflexionsver mögens. Allerdings ist Thorium radioaktiv, so daß seine An wendung Schwierigkeiten aufwirft. Deshalb strebt man an, den Einsatz von Thorium weitestgehend zu vermeiden.

Ferner ist zur Erzielung eines hohen Reflexionsvermögens für Strahlung mit Wellenlängen im fernen UV-Bereich vorgeschla gen worden, nicht-absorbierende, mittelstark brechende Stoffe (ThF₄, Al₂O₃, BaF₂) anstelle des genannten stark brechenden Dielektrikums zu verwenden. Bei einer solchen Struktur mit alternierenden Schichten aus mittelstark brechendem und schwach brechendem Material kann jedoch ein zufriedenstel lendes hohes Reflexionsvermögen nur dann erreicht werden, wenn mindestens 20 bis 30 Schichten vorgesehen werden. Der artige Strukturen sind jedoch nur mit hohem Aufwand zu reali sieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen mehrschichtigen Reflex belag der eingangs genannten Art zu schaffen, der wirksam Strahlung mit Wellenlängen im fernen UV-Bereich, hauptsäch lich von 200 bis 250 nm, reflektiert, Strahlung anderer Wellenlängenbereich hingegen passieren läßt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Er findung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Außer dem geforderten Reflexionsvermögen zeichnet sich der erfindungsgemäße Reflexbelag durch eine große Bandbreite und durch eine Verschiebung des Reflexions-Maximums zu kür zeren Wellenlängen hin aus. Der erfindungsgemäße Reflexbe lag läßt sich mit relativ geringem Aufwand herstellen. Er findungsgemäß ist vorgesehen, stark brechende dielektrische Schichten, die im UV-Bereich absorbieren, ferner mittelstark brechende dielektrische Schichten, die im UV-Bereich nicht absorbieren, sowie schwach brechende dielektrische Schich ten, die im UV-Bereich ebenfalls nicht absorbieren, in ei ner bestimmten Weise auf einem Substrat anzuordnen, nämlich als erstes eine Gruppe dielektrischer Schichten, die alter nierend stark und schwach brechend sind, gefolgt von einer zweiten Gruppe dielektrischer Schichten, die alternierend mittelstark und schwach brechend sind.

Die erste Schichtengruppe ist vorgesehen, um eine befriedi gende Halbwertbreite des Reflexionsbandes im fernen UV-Be reich zu gewährleisten. Um die nachteiligen Auswirkungen der Absorption an der stark brechenden Schicht möglichst gering zu halten, wird vorteilhaft mit einer stark brechen den Schicht als erster Schicht auf dem Substrat begonnen.

Die unterste Schicht der zweiten Gruppe, die auf der ersten Schichtengruppe aufliegt, kann schwach oder mittelstark brechend sein. Sofern jedoch die oberste Schicht der ersten Schichtengruppe schwach brechend ist, sollte die unterste Schicht der zweiten Schichtengruppe mittelstark brechend sein. Die oberste Schicht der zweiten Schichtengruppe kann mittelstark brechend oder schwach brechend sein.

Im vorliegenden Zusammenhang bezeichnen die Angaben "stark brechend" einen Brechungsindex von nicht kleiner als 1,9, "schwach brechend" einen Brechungsindex von nicht größer als 1,5 und "mittelstark brechend" einen Brechungsindex zwischen 1,5 und 1,9.

Beispielhafte stark brechende Dielektrika sind ZrO₂, TiO₂, CeO₂ und ZnS, die im UV-Bereich Licht absorbieren. Beispiel hafte mittelstark brechende Dielektrika, die im UV-Bereich nicht absorbieren, sind Al₂C₃, BaF₂, MgO und SiO. Beispiel hafte schwach brechende Dielektrika ohne Lichtabsorption im UV-Bereich sind SiO₂, MgF₂, Na₃AlF₆ und CaF₂.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen im einzelnen mit Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 17 erläutert; es zeigt

Fig. 1 Kennlinien von mehrschichtigen UV-Belägen, die jeweils alternierend Schichten aus mittelstark brechendem Dielektrikum und schwach brechendem Di elektrikum aufweisen;

Fig. 2 Kennlinien für eine einschichtige Zirkonium oxidschicht in Abhängigkeit von der Schichtdicke;

Fig. 3 eine andere Kennlinie einer einschichtigen Zirkoniumoxidschicht;

Fig. 4 bis 7 Kennlinien verschiedener mehrschichtiger Beläge aus alternierenden Zirkoniumoxidschichten (als stark brechendem Material) und Magnesiumfluorid schichten (als schwach brechendem Material) in Ab hängigkeit von der Wellenlänge;

Fig. 8 für die gleiche Art von mehrschichtigem Belag eine von der Schichtdicke abhängige Kennlinie;

Fig. 9 für die gleiche Art von mehrschichtigem Belag eine von der Wellenlänge abhängige Kennlinie;

Fig. 10 und 11 von der Wellenlänge abhängige Kenn linien von erfindungsgemäßen mehrschichtigen UV-Belägen;

Fig. 12A-B, 13A-B und 14A-B Auswirkungen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 15A und B Ausbildung eines erfindungsgemäßen mehrschichtigen UV-Belags und dessen Wellenlängen- Kennlinie; und

Fig. 16 und 17 in schematischer Darstellung eine bei der Halbleiterfertigung verwendete Druckvorrichtung, die mit einem erfindungsgemäßen mehrschichtigen Belag versehen ist.

Mit Fig. 1 sind die Durchlässigkeits-Kennlinien 11 und 12 von mehrschichtigen Belägen wiedergegeben, deren Reflexions band im UV-Bereich liegt. Die mehrschichtigen Beläge weisen alternierend Schichten aus schwach brechendem Material und Schichten aus mittelstark brechendem Material auf. In Fig. 1 ist der Durchlässigkeitsfaktor T längs der Ordinate, sowie die Wellenlänge längs der Abszisse aufgetragen. Als mittel stark brechendes Dielektrikum dient Aluminiumoxid; als schwach brechendes Material dient Magnesiumfluorid; und als Substrat dient geschmolzener Quarz. In Fig. 1 bezieht sich die Kennlinie 11 auf einen solchen aus elf Schichten bestehenden Belag; die Kennlinie 12 betrifft einen solchen aus 21 Schichten be stehenden Belag. Der Lichteinfall erfolgte in jedem Falle senkrecht zur Belagoberfläche. Die Ausbildung der einzelnen Beläge ist nachfolgend kurz in Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

Kennlinie 11: Substrat (geschmolzener Quarz) - (M, L)⁵M - Luft
Kennlinie 12: Substrat (geschmolzener Quarz) - (M, L)¹⁰M - Luft

In dieser Tabelle bezeichnet M eine Schicht aus Aluminium oxid und L eine Schicht aus Magnesiumfluorid. Die optische Schichtdicke der entsprechenden Schichten (M, L) ist λ₀/4, wobei λ₀ die Grundwellenlänge ist, die in diesem Falle λ₀=230 nm beträgt.

Experimentell ist festgestellt worden, daß die Dispersions formel

angewandt wird.

Wie aus Fig. 1 ohne weiteres ersichtlich ist, beträgt für den aus elf Schichten bestehenden mehrschichtigen Belag aus mittelstark und schwach brechenden Schichten der Reflexions faktor lediglich 70%. Durch Steigerung der Anzahl der Schich ten bis auf 21 kann der Reflexionsfaktor bis auf einen Wert von mehr als 90% gesteigert werden. Die Halbwertsbreite ist jedoch eng und beträgt lediglich ungefähr 30 nm. Mit einer solch schmalen Halbwertsbreite ist es unmöglich, im Fernen-UV-Bereich ein zufriedenstellendes Reflexionsband zu erhalten.

Um im Rahmen dieser Erfindung das Reflexionsband zu ver breitern, ist vorgesehen, ein hoch brechendes Dielektrikum vorzusehen, das Licht/Strahlung im Fernen-UV-Bereich absor biert; hierbei handelt es sich um einen sehr bedeutsamen, erfinderischen Gesichtspunkt.

Um ein besseres Verständis der Erfindung zu gewährleisten, werden nachfolgend die charakteristischen Eigenschaften sol cher Dielektrika angegeben, die im Fernen-UV-Bereich absor bieren. Zum Zwecke der Erläuterung wird Zirkoniumoxid heran gezogen, das als ein beispielhaftes, stark brechendes Di elektrikum für die Anwendung in der vorliegenden Erfindung dient.

Mit Fig. 2 ist die Korrelationskurve zwischen den optischen Eigenschaften und der Schichtdicke einer einschichtigen Zirkoni umoxidschicht bei einer Wellenlänge von 230 nm angegeben. Hierbei sind längs der Ordinate der Reflexionsfaktor R und der Durchlässigkeitsfaktor T aufgetragen; längs der Abszisse ist die Schichtdicke d aufgetragen. Dargestellt ist die Änderung des Reflexionsfaktors R, des Durchlässigkeits faktors T und des Absorptionsfaktors A in Abhängigkeit von der geometrischen Schichtdicke d.

Mit Fig. 3 ist eine Korrelationskurve zwischen den optischen Eigenschaften (Reflektionsfaktor R, Durchlässigkeitsfaktor T und Absorptionsfaktor A) und der Wellenlänge λ der gleichen Zirkoniumoxidschicht dargestellt, deren Schichtdicke bei 25 nm festgehalten ist. Wiederum sind R, T und A längs der Ordinate aufgetragen und die Wellenlänge λ längs der Abszisse. Die Brechungsindices von Zirkoniumoxid n-ik für verschiedene Werte der Wellenlänge λ sind nachfolgend in Tabelle 2 angegeben; k ist der Absorptionskoeffizient.

Tabelle 2

Ersichtlich ist der Brechungsindex n-ik von Zirkonium oxid von der Wellenlänge abhängig, wie das oben in Tabelle 2 angegeben ist.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Absorptionsfaktor all mählich mit einer Zunahme der Schichtdicke d ansteigt, und daß, sofern die Schichtdicke d ausreichend groß ist, der Durchlässigkeitsfaktor T den Wert 0 annimmt und der Reflexions faktor R einen Wert von angenähert 20,5% erreicht, was lediglich der Reflexion an der Grenzfläche zwischen Belag und Luft entspricht. Sofern die Grundwellenlänge mit 230 nm betrachtet wird, betragen bei einer geometrischen Schichtdicke von 22 nm (22,0×2,64=58) der Absorptions faktor 12% und der Reflexionsfaktor 37%, was 1/4 der Wel lenlängen-Schichtdicke (57,5 nm) entspricht, wie das aus Fig. 2 ersichtlich ist.

Aus Fig. 3 kann abgelesen werden, daß bei Wellenlängen kleiner als 250 nm der Absorptionskoeffizient k allmählich ansteigt, ferner der Absorptionsfaktor A mit einer Abnahme der Wellenlänge allmählich ansteigt und daß schließlich der Absorptionsfaktor A bei einer Wellenlänge nahe 200 nm einen Wert von 40% übersteigt.

Nachfolgend soll der Fall einer Kombination von stark brechendem Dielektrikum und schwach brechendem Dielektrikum betrachtet werden. Mit den Fig. 4 bis 7 sind die entsprechen den Änderungen des Reflexionsfaktors, des Durchlässigkeits faktors und des Absorptionsfaktors angegeben, die bei einer Zunahme der entsprechenden Schichten in diesem Falle auftreten; hierbei dient als stark brechendes Dielektrikum Zirkonium oxid und als schwach brechendes Dielektrikum Magnesiumfluorid. Fig. 4 zeigt die entsprechende Kennlinie für einen aus drei Schichten bestehenden mehrschichtigen Belag; Fig. 5 die entsprechende Kennlinie für einen aus fünf Schichten bestehen den mehrschichtigen Belag; Fig. 6 die entsprechende Kenn linie für einen solchen aus sieben Schichten bestehenden mehrschichtigen Belag; und schließlich die Fig. 7 die entsprechende Kennlinie für einen solchen aus elf Schichten bestehenden mehrschichtigen Belag; Einzelheiten sind nach folgend in Tabelle 3 aufgeführt. In jedem Falle bestand das Substrat aus geschmolzenem Quarz; der Lichteinfall er folgte senkrecht zur Belagsoberfläche (Einfallswinkel 0°).

Tabelle 3

Kennlinie 41 (Fig. 4) Substrat (Quarz) - (HL)H - Luft
Kennlinie 51 (Fig. 5) Substrat (Quarz) - (HL)²H - Luft
Kennlinie 61 (Fig. 6) Substrat (Quarz) - (HL)³H - Luft
Kennlinie 71 (Fig. 7) Substrat (Quarz) - (HL)⁵H - Luft

In dieser Tabelle stehen H für eine Schicht aus Zirkonium oxid, L für eine Schicht aus Magnesiumfluorid. Für beide Schichten (H und L) wurde bei einer Wellenlänge von 230 nm jeweils eine optische Schichtdicke von 60 nm gemessen.

Betrachtet man die Fig. 4 bis 7 unter besonderer Berück sichtigung der Wellenlänge von 230 nm, so stellt man fest, daß der Reflexionsfaktor R allmählich mit einer Zunahme der Anzahl alternierender Schichten ansteigt (66% für den dreischichtigen Belag, 78% für den fünfschichtigen Belag, 82% für den siebenschichtigen Belag und 83% für den elfschichtigen Belag); der Absorptionsfaktor A jedoch nahezu unverändert bleibt (mit Werten von 15%, 16%, 16% und 17% für die oben angegebenen Beläge).

Für eine weitere Untersuchung wurde ein mehrschichtiger Belag mit elf alternierenden Schichten der Anordnung nach Fig. 7 bereitgestellt; hierbei wurden unterschiedliche Schichtdicken im Bereich von 0 bis 100 nm vorgesehen, wobei sämtliche elf Schichten die gleiche Schichtdicke aufwiesen. Mit Fig. 8 sind die Änderungen des Reflexionsfaktors, des Durchlässigkeitsfaktors und des Absorptionsfaktors dieses Belags in Abhängigkeit von der Änderung der optischen Schicht dicke bei der Wellenlänge 230 nm dargestellt.

Betrachtet man Fig. 8 und geht davon aus, daß die Wellen länge 230 nm eine Grundwellenlänge darstellt, so hat der Reflexionsfaktor R seinen Höchstwert bei einer Schichtdicke nahe 1/4 der Grundwellenlänge, d. h. bei 57,5 nm. Ferner ist ersichtlich, daß der Absorptionsfaktor A zuerst allmählich mit einer Zunahme der Schichtdicke ansteigt, dann jedoch wieder abnimmt, wenn die Schichtdicke einen Wert von 1/4 der Grundwellenlänge erreicht; nachdem die Schichtdicke den Wert von 1/4 Wellenlänge überschritten hat, beginnt der Ab sorptionsfaktor A allmählich wieder mit einer Zunahme der Schichtdicke anzusteigen.

Aus diesen Ergebnissen wird geschlossen, daß sogar dann, wenn hoch brechende und absorbierende Dielektrika-Schichten ver wendet werden, der Reflexionsfaktor durch eine Zunahme der Anzahl der Schichten gesteigert werden kann, wie mit den Fig. 4 bis 6 dargelegt ist; daß ferner der Absorptionsfaktor veränderlich ist und dessen Änderungen nicht nur von der Schichtdicke, sondern auch vom Reflektionsfaktor R abhängen, was mit Fig. 8 dargelegt ist. Jedoch folgt aus den Kenn linien der Fig. 6 und 7, daß der Höchstwert des Reflexions faktors bei einer vorgegebenen Wellenlänge zu diesem Zeit punkt durch den Wert des Absorptionskoeffizienten k begrenzt ist. Bei einer Wellenlänge von 230 nm erreicht der Reflek tionsfaktor nahezu seinen oberen Grenzwert, sofern der mehr schichtige Belag aus sieben Schichten besteht. Durch eine Erhöhung der Anzahl der Schichten von sieben auf elf kann nahezu keine weitere Steigung des Reflektionsfaktors er zielt werden.

Die Fig. 9 gibt die Kennlinie eines mehrschichtigen Belags wieder, der aus der gleichen fünfschichtigen Anordnung nach Fig. 5 besteht, sofern die optische Schichtdicke der ent sprechenden Schichten bei 50 nm und die Wellenlänge bei 230 nm gehalten werden.

Aus Fig. 9 folgt, daß der Reflektionsfaktor des mehrschichti gen Belags seinen Höchstwert, nämlich 72%, bei einer Wellen länge von 210 nm hat. Auch durch eine Steigerung der Schich tenanzahl läßt sich keine weitere Erhöhung des Reflexions faktors R erreichen. Folglich gilt für den Fall, daß Zir koniumoxid als stark brechendes Dielektrikum mit Lichtab sorption im UV-Bereich und Magnesiumfluorid als schwach brechendes Dielektrikum ohne Lichtabsorption im UV-Bereich verwendet werden, um die alternierenden Schichten des mehr schichtigen Belags zu bilden, daß die Anzahl der wirksamen Schichten eines mehrschichtigen Belags, welcher einen ref lektierenden Spiegel darstellt, für eine bestimmte Wellen länge, d. h., die Grundwellenlänge, umso kleiner wird, je größer der Absorptionskoeffizient k wird. Für den Fernen- UV-Bereich von 200 bis 250 nm beträgt die Anzahl der wirk samen Schichten fünf oder sieben.

Um den Reflexionsfaktor R weiter zu steigern, wird erfin dungsgemäß vorgeschlagen, zusätzlich alternierende Schichten aus einem mittelstark brechenden Dielektrikum ohne Lichtab sorption im UV-Bereich und aus schwach brechendem Dielektri kum auf den oben genannten alternierenden Schichten aus stark brechenden und schwach brechenden Dielektrika vorzu sehen. Diese besondere, im Rahmen dieser Erfindung vorgesehene Kombination von Schichten gewährleistet einen besonderen Effekt, der nachfolgend beschrieben ist.

Mit Fig. 10 ist die Kennlinie einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Belags dargestellt. Diese Ausführungsform weist elf Schichten auf einem Quarzsubstrat auf. Die Anord nung der Schichten ist die nachstehend angegebene, wobei die Schichten-Nr. vom Substrat aus gezählt ist:

Schichten 1, 3 und 5 stark brechendes Dielektrikum (Zirkoniumoxid);
Schichten 7, 9 und 11 mittelstark brechendes Dielektrikum (Aluminiumoxid); und
Schichten 2, 4, 6, 8 und 10 schwach brechendes Dielektrium (Magnesiumfluorid).

Die einzelnen Schichten hatten die gleiche optische Schicht dicke von 60 nm bei der Wellenlänge 230 nm. Die obige Anord nung entspricht der fünfschichtigen Anordnung nach Fig. 5, sofern zusätzlich sechs Schichten aus alternierend Alu miniumoxid und Magnesiumfluorid vorgesehen werden.

Ein Vergleich der Kennlinie nach Fig. 10 mit der Kennlinie nach Fig. 5 zeigt ohne weiteres, daß der Reflexionsfaktor R durch Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung verbessert werden kann. Ferner zeigt ein Vergleich der Kennlinie nach Fig. 10 mit der Kennlinie nach Fig. 1 (21 Schichten) daß durch Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung die Halb wertsbreite um einen großen Betrag verbreitert werden kann.

Für eine weitere Untersuchung ist ein erfindungsgemäßer mehrschichtiger Belag der Anordnung nach Fig. 10 bereit gestellt worden, wobei jedoch abweichend eine optische Schicht dicke von 50 nm für Strahlung einer Wellenlänge von 230 nm vorgesehen wurde.

Mit Fig. 11 ist die Kennlinie dieses mehrschichtigen Belags dargestellt. Ein Vergleich der Kennlinie aus Fig. 9 mit der Kennlinie aus Fig. 11 zeigt die bemerkenswerte Verbesse rung des Reflexionsfaktors R bei der Wellenlänge 210 nm.

Erfindungsgemäß sind die Schichten aus stark brechendem Dielektrikum, die im UV-Bereich absorbieren, an der Seite des Substrates angeordnet, woraus ein besonderer Vorteil der Erfindung resultiert. Die Bedeutung dieses Merkmals wird nachfolgend mit Bezugnahme auf die Fig. 12 bis 14 erläutert.

Mit den Fig. 12A, 13A und 14A sind drei verschiedene Anord nungen mehrschichtiger Beläge dargestellt; Gemeinsamkeiten bestehen darin, daß jeder Belag elf Schichten aufweist, von denen drei Schichten (H) aus stark brechendem Dielektrikum (Zrikoniumoxid), fünf Schichten (M) aus mittelstark brechendem Dielektrikum (Alunimiumoxid) und sieben Schichten (L) aus schwach brechendem Dielektrikum (Magnesiumfluorid) bestehen. Diese drei Anordnungen unterscheiden sich voneinander in der Stellung der stark brechenden Schichten (H).

Bei der Anordnung nach Fig. 12A sind sämtliche drei stark brechenden Schichten H an der Seite des Mediums angebracht, durch welche das Licht in den mehrschichtigen Belag eintritt. Im Falle der Anordnung nach Fig. 13A sind die drei stark brechenden Schichten H voneinander getrennt angeordnet, nämlich in der Weise, daß eine Schicht H an der Seite des Substrates, die zweite Schicht H im Mittelabschnitt des Belags und die dritte Schicht H an der Seite des Mediums angeordnet ist. Bei der Anordnung nach Fig. 14A (welche erfindungsgemäß vorgesehen ist) befinden sich sämtliche drei stark brechenden Schichten H an der Seite des Substrates. In allen drei Fällen besteht das Substrat aus geschmolzenem Quarz; für sämtliche Einzelschichten (H, M, L) beträgt die optische Schichtdicke für Strahlung der Wellenlänge 230 nm 57,5 nm.

Mit Fig. 12B ist die dem Belag nach Fig. 12A entsprechende Kennlinie, mit Fig. 13B die dem Belag nach Fig. 13A ent sprechende Kennlinie und mit Fig. 14B die dem Belag nach Fig. 14A entsprechende Kennlinie dargestellt. Aus einem Vergleich dieser Kennlinien ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Anordnung nach Fig. 14A, wo alle drei stark brechenden, Strahlung absorbierenden Schichten H an der Seite des Substrates angeordnet sind, bei oder nahe der Grundwellen länge 230 nm den größten Reflexionsfaktor R und ferner den kleinsten Absorptionsfaktor A aufweisen. Dies belegt den Vorteil der erfindungsgemäß vorgesehenen Anordnung der Schichten aus stark brechendem Dielektrikum an der Seite des bzw. benachbart zu dem Substrat.

Die Fig. 15 zeigt eine Ausführungsform eines mehrschichtigen Belags für die Anwendung im UV-Bereich. Dieser mehrschichtige UV-Belag weist einen besonders hohen Reflexionsfaktor für Licht/Strahlung im Wellenlängenbereich von 200 bis 250 nm sowie einen besonders hohen Durchlässigkeitsfaktor im Be reich von 250 nm bis zum IR-Bereich auf.

Die Anordnung der einzelnen Schichten des mehrschichtigen Belags ist mit Fig. 15A dargestellt; die Wellenlängen-Kenn linie dieses Belags ist aus Fig. 15B ersichtlich. Wie mit Fig. 15A dargestellt, besteht dieser mehrschichtige Belag aus 15 Einzelschichten, nämlich aus drei Zirkoniumoxidschich ten (H), aus fünf Aluminiumoxidschichten (M) und aus sieben Magnesiumfluoridschichten (L). Die Benennung der Schichten erfolgt mit der ersten Schicht an der Seite des Substrates (Quarz); diese erste Schicht hat eine optische Schichtdicke von 40 nm; die zweite bis sechste Schicht haben jeweils eine optische Schichtdicke von 50 nm; die siebte bis fünfzehnte Schicht haben jeweils eine optische Schichtdicke von 65 nm. Die optischen Schichtdicken sind unter der Bedingung berechnet worden, daß die einfallende Strahlung eine Wellenlänge von 480 nm hat. Die mit Fig. 15B wiedergegebene Kennlinie wurde unter einem Einfallswinkel von 36° erhalten. Obwohl dies in Fig. 15B nicht angegeben ist, weist dieser mehrschichtige Belag einen Durchlässigkeitsfaktor von über 90% auf, selbst für Licht mit einer Wellenlänge länger als 500 nm.

Verglichen mit einem mehrschichtigen Belag aus lediglich alternierenden Aluminiumoxid- und Magnesiumfluoridschichten (vgl. Fig. 1) weist der mehrschichtige Belag nach Fig. 15 ungefähr eine doppelt so breite Halbwertsbreite auf und er möglicht einen größeren Reflexionsfaktor bei einer geringe ren Anzahl von Schichten. Daher kann dieser erfindungsgemäße mehrschichtige Belag einfach hergestellt werden.

Die Fig. 16 zeigt in schematischer Darstellung eine Aus führungsform einer mit UV-Strahlung arbeitenden Druckvor richtung für die Halbleiterfertigung, bei welcher der er findungsgemäße mehrschichtige Belag benutzt wird. Zunächst soll das innerhalb der gestrichelten Linie L₁ der Fig. 16 dargestellte optische System zur Erzeugung des Beleuchtungs lichtes für den Druckvorgang erläutert werden. Eine Super- Quecksilberhochdrucklampe 15 und ein sphärischer Spiegel 14 sind so angeordnet, daß sie ein Bild der punktförmigen Lichtquelle parallel zum Lichtpunkt der Quecksilberlampe erzeugen. 16 ist ein netzförmiger (web-like) sphärischer Spiegel mit telezentrischem Strahlengang und 17 ist ein Spiegel, auf welchem der erfindungsgemäße mehrschichtige Belag aufgebracht ist. Der Spiegel 17 reflektiert hauptsäch lich ein Strahlenbündel aus fernem UV-Licht, um damit ein Photoresistmaterial zu belichten. Die Spaltplatte S₁ weist eine bogenförmige Öffnung auf, so daß auf der Fläche der Spaltplatte S₁ ein bogenförmiges Bild der Lichtquelle erzeugt wird. Durch Änderung der Länge der Öffnung in radialer Rich tung sowie längs des Bogens kann die Länge des auf einer Maske erzeugten bogenförmigen Bildes der Lichtquelle sowohl in radialer wie in bogenförmiger Richtung eingestellt werden, wie das nachstehend erläutert wird.

Zum Zeitpunkt der Ausrichtung von Maske und Halbleiter scheibe wird in die Fläche der Spaltplatte S₁ ein Drucklicht- Schneidfilter F eingesetzt. 18 bezeichnet einen üblichen Spiegel. Der erfindungsgemäße mehrschichtige Belag kann nicht nur auf dem oben bezeichneten Spiegel 17, sondern alternativ auf diesem Spiegel 18 aufgebracht sein. Der auf der Einfalls seite netzförmige (web-like) Spiegel 19 mit telezentrischem Strahlengang wandelt die Öffnung der Spaltplatte S₁ in ein punktförmiges Bild um. 20 bezeichnet einen Halbspiegel, und SH einen Verschluß. Der Verschluß SH befindet sich in der Ebene, in welcher das Punktbild der Spaltplatte S₁ erzeugt wird und, sofern die Beleuchtung der Maske beendet werden soll, wird der Verschluß in die Stellung des Punktbildes gebracht. Ein Schirm VS ist in einer Ebene vorgesehen, die mit der Lage, in welcher das Punktbild relativ zu dem Halb spiegel erzeugt wird, konjugiert ist. Daher werden auf dem Schirm VS gleichzeitig zwei Lichtflecke abgebildet, von wel chen der eine ein Bild der wahren Lichtquelle darstellt und der andere ein Abbild des vom sphärischen Spiegel 14 erzeugten Bildes der Lichtquelle ist.

21 bezeichnet einen Spiegel und 22 bezeichnet einen netz förmigen (web-like), sphärischen Spiegel mit telezentrischem Strahlengang für den Lichtaustritt. Der sphärische Spiegel 22 erzeugt auf der Maske M ein bogenförmiges Bild des punkt förmigen Bildes, das vorher auf dem sphärischen Spiegel 19 erzeugt worden ist. Die Spaltplatte S₂ weist eine bogen förmige Öffnung auf, welche die Öffnungszahl des auf die Maske M auftreffenden Strahlenbündels steuern soll.

Die gestrichelte Linie L₂ der Fig. 16 umschließt das optische System zur Überwachung von Maske und Halbleiterscheibe. In der dargestellten Lage kann die Überwachung durch das System durchgeführt werden. Während des Druckvorganges wird dieses Überwachungssystem L₂ in eine Stellung außerhalb des Licht pfades für den Druckvorgang gebracht.

Ein Muster einer Maske M wird mittels eines reflektierenden optischen Systems, zu welchem ebene Spiegel 23, 24, ein Konkavspiegel 25 und ein Konvexspiegel 26 gehören, auf eine Halbleiterscheibe W projiziert. Die beiden Krümmungsmittel punkte des Konkavspiegels 25 und des Konvexspiegels 26 liegen in einem Punkt 0 auf der optischen Achse 27. Die ebenen Spie gel 23 und 24 sind lediglich vorgesehen, um den Lichtpfad abzulenken und haben keine Auswirkung auf das Abbildungs vermögen. Sofern man daher die Anwesenheit dieser ebenen Spiegel unberücksichtigt lassen würde, dann würde ein Objekt punkt, der in der Höhe H bezüglich des Punktes 0 liegt, bei H′ symmetrisch zu H relativ zur optischen Achse ohne jegliche Aberration und bei einer Vergrößerung 1 : 1 abgebildet werden. Da jedoch der Bereich, in dem keine Aberration auftritt, le diglich auf H und dessen Umgebung beschränkt ist, wird ein Bogen mit Radius H verwendet. Wegen der Spiegel 23 und 24 entsprechen die Stellung von H der Maske M bzw. die Stel lung von H′ der Halbleiterscheibe W. Durch gleichzeitige parallele Verschiebung der Maske M und der Halbleiterscheibe W in Richtung der X-Achse in der Zeichenebene bei gleich zeitiger Beleuchtung der Maske M in Form eines Bogens durch das Beleuchtungssystem 28 wird das Muster der Maske M auf die gesamte Fläche der Halbleiterscheibe W aufgedruckt.

29 bezeichnet eine Beleuchtungslichtquelle für Überwachungs zwecke, welche die Oberfläche der Maske M durch die Linsen 30 und 31 beleuchtet. Der Halbspiegel 33, der Spiegel 34 und die polarisierende Platte 32 sind so angeordnet, daß der Lichtweg auf die Maske M zu abgelenkt wird und das Beleuch tungslicht gegenüber der Maskenoberfläche M um 45° gegenüber der X-Achse polarisiert ist. Das senkrecht von der Rückseite der Maske M reflektierte Licht passiert den Spiegel 34, die Linse 31 und den Halbspiegel 33 und trifft dann auf die pola risierende Platte 35. Um einen Durchtritt des auftreffenden Lichtes durch die polarisierende Platte zu verhindern, wird die letztere von einer Rotationseinrichtung gedreht. In der dargestellten Ausführungsform weist die Rotationseinrichtung einen drehbaren Halter 36 auf, welcher die polarisierende Platte 35 hält, ferner ein Befestigungsglied 37 und einen Knopf 38. Zu dem Halter 36 gehört eine zylindrische Ober fläche, welche längs einer in dem Befestigungsglied vorge sehenen Führung geführt ist und mit dem Knopf 38 gedreht werden kann.

Die oben bezeichneten Spiegel 23 und 24 sind als Phasen differenz erzeugende Spiegel ausgebildet, welche zwischen sich eine Phasendifferenz von 3/4 f erzeugen. Deshalb wird das durch die Maske hindurchgetretene, linear polarisierte Licht in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt, bevor es die Halbleiterscheibe W erreicht. Das von der Halbleiter scheibe reflektierte Strahlenbündel geht zu der Maske M zu rück und passiert dabei das reflektierende optische System (24, 25, 26, 23). Zu diesem Zeitpunkt erzeugen jedoch die Phasendifferenz-Spiegel 23, 24 wiederum die vorgegebene Phasendifferenz des Strahlenbündels, so daß das Strahlen bündel in ein linear polarisiertes Bündel umgewandelt wird, bevor es in die Maske M eintritt. Die Polarisationsebene die ses Strahlenbündels schneidet jedoch die Polarisationsebene des von der Lichtquelle kommenden und auf die Maske auftreffen den Strahlenbündels senkrecht. Das von der Halbleiterscheibe W reflektierte Licht beleuchtet ebenfalls die Maske M und wird von dem Muster auf der Maske M gestreut. Dieses Streu licht hat den gleichen Polarisationszustand, wie das von der Halbleiterscheibe W reflektierte Licht. Daher tritt das von der Halbleiterscheibe W reflektierte Licht und das von der Maske M (die durch das gleiche reflektierte Licht be leuchtet ist) gestreute Licht durch den Spiegel 34, die Linse 31, den Halbspiegel 33 und die polarisierende Platte 35 hindurch. Anschließend erreicht dieses Licht über die Spiegel 39 und 40 das Okular 41. Durch das Okular 41 kann die Bedienungsperson sowohl die Halbleiterscheibe W wie die Maske M überwachen. Die Maskenoberfläche und die Halbleiterscheibenoberfläche befinden sich in konjugierter Beziehung zueinander. Daher ist es durch Entfernung der linear polarisierten Komponente des von der Rückseite der Maske M reflektierten Lichtes möglich, gleichzeitig ein klares und scharfes Bild von sowohl der Halbleiterscheiben oberfläche wie der Maskenoberfläche zu erhalten. Da diese Bilder durch direkt an der Maskenoberfläche reflektiertes Licht erzeugt werden, sind sie kontrastreich und frei von hellen Lichtflecken und dgl., so daß durch Überwachung die ser Bilder eine genaue Ausrichtung von Maske und Halbleiter scheibe erreicht werden kann.

Eine weitere Ausführungsform einer Druckvorrichtung für die Halbleiterfertigung, bei welcher ein erfindungsgemäßer mehr schichtiger Belag eingesetzt werden kann, ist mit Fig. 17 dargestellt. Einzelheiten des zu Fig. 17 gehörenden optischen Systems sind in der US-Patentschrift 39 88 066 beschrieben und sollen hier nicht im einzelnen angegeben werden.

Bei der Einrichtung nach Fig. 17 richtet ein elliptischer Spiegel 43 das von der Xenon-Quecksilber-Lampe 44 ausge gangene Strahlenbündel auf einen Spiegel 45. Dieser Spiegel 45 stellt einen kalten Spiegel dar, auf welchem ein erfin dungsgemäßer, mehrschichtiger Belag aufgebracht ist. Dieser kalte Spiegel reflektiert hauptsächlich Licht/Strahlung mit Wellenlängen im fernen UV-Bereich und läßt Strahlung anderer Wellenlängenbereiche passieren. Das vom kalten Spiegel reflek tierte UV-Licht tritt in eine Fliegenaugen-Linsenan ordnung ein, nachdem es von der Kollimatorlinse 46 parallel ausgerichtet worden ist. Das aus der Fliegenaugen-Linsenan ordnung austretende Strahlenbündel wird von einem Spiegel 48 auf eine Kondensorlinse 49 reflektiert, welche dieses Licht auf die Oberfläche einer Photomaske 50 konzentriert. Nach dem Durchtritt durch die Photomaske 50 trifft das Strahlen bündel auf eine Photoresistschicht 51 auf, um diese zu be lichten. Die Photoresistschicht 51 befindet sich auf einer Halbleiterscheibe 52, die in einem vorgegebenen Abstand zur Maske 50 angeordnet ist.

In der dargestellten Druckvorrichtung kann der erfindungs gemäße, mehrschichtige Belag auf irgendeinem der Spiegel zwischen der Lichtquelle 44 und der Photoresistschicht 51 angeordnet sein. Beispielsweise kann dieser Belag anstelle des Spiegels 45 auf der Oberfläche des Spiegels 48 ange ordnet sein.

Claims

1. Mehrschichtiger Reflexbelag auf einem Substrat für eine Reflexion im UV-Bereich mit

- einer auf dem Substrat angeordneten ersten Gruppe alternierend stark und schwach brechender dielektrischer Dünnschichten eines Brechungsindex n größer oder gleich 1,9 bzw. eines Brechungs index n kleiner oder gleich 1,5, von denen die stark brechenden Dünnschichten im UV-Bereich absorbierend sind, und
- einer auf der ersten Dünnschichtgruppe angeordneten zweiten Gruppe alternierend unterschiedlich brechender dielektrischer Dünnschichten, von denen die einen Dünnschichten je schwach brechend mit einem Brechungsindex n kleiner oder gleich 1,5 sind,

wobei die schwach brechenden Dünnschichten in dem UV-Bereich nichtabsorbierend sind, dadurch gekennzeichnet, daß für eine hohe Reflexion im Bereich zwischen im wesentlichen 200 bis 250 Nanometer die je anderen Dünnschichten der zweiten Dünnschichtgruppe mittelstark brechend mit einem Brechungs index n zwischen 1,5 und 1,9 sind sowie in dem UV-Bereich nichtabsorbierend sind.

2. Mehrschichtiger Reflexbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dünnschichtgruppe auf dem Substrat mit einer stark brechenden Dünnschicht beginnt.

3. Mehrschichtiger Reflexbelag nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Dünnschichtgruppe auf der ersten Dünnschichtgruppe mit einer mittelstark brechenden Dünnschicht beginnt.

4. Mehrschichtiger Reflexbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Dünnschichtgruppe auf ihrer freien Seite mit einer mittelstark brechenden Dünnschicht endigt.

5. Mehrschichtiger Reflexbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die je anderen Dünnschichten der zweiten Dünnschichtgruppe aus der Gruppe Al₂O₃, BaF₂, MgO und SiO und die schwach bre chenden Dünnschichten aus der Gruppe SiO₂, MgF₂, Na₃AlF₆ und CaF₆, und die stark brechenden Dünnschichten aus der Gruppe ZrO₂, TiO₂, CeO₂ und ZnS ausgewählt sind.