DE4324325B4

DE4324325B4 - Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes, optisches Bauelement, Verwendung desselben und Vakuumbehandlungsanlage zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE4324325B4
Application number: DE4324325A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr. Rudigier; Johannes Edlinger
Original assignee: Unaxis Balzers AG
Current assignee: Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon
Priority date: 1992-07-21
Filing date: 1993-07-20
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2013-07-21
Also published as: JP3626217B2; GB9314993D0; FR2694131B1; NL195025C; FR2694131A1; GB2271087B; GB2271087A; JPH06279059A; NL9301283A; US5667700A; DE4324325A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes, insbesondere eines optischen Bauelementes, bestehend aus einem Trägersubstrat und darauf einem Schichtsystem mit mindestens einer dielektrischen Schicht, die an mindestens einem Bereich gegenüber mindestens einem zweiten Bereich in ihrer Dicke gestuft ist, dadurch gekennzeichnet,
– dass als dielektrische Schicht eine aus der Gattung MeO_x aufgebracht wird, wobei
Me ein Metall ist, dessen Atommasse mindestens 44 beträgt,
x so gewählt wird, dass der Absorptionskoeffizient k_λ des Schichtmaterials bei Licht der Wellenlänge λ = 308 nm k308≤ 0,01ist,
– und dass die dielektrische Schicht durch Ätzen mittels eines aktivierten Gases zur Bildung der Dickenstufung abgebaut wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes, insbesondere eines optischen Bauelementes, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Sie betrifft weiter ein optisches Bauelement nach dem Oberbegriff von Anspruch 31 und dessen Verwendung, sowie eine Vakuumbehandlungsanlage zur Herstellung eines optischen Bauelementes nach dem Oberbegriff von Anspruch 43.

Es wird verwiesen auf den Stand der Technik gemäß:

EP 0 463 319 A1 (IBM)
EP 0 265 658 B1 (IBM)
WO 9 101 514 A1 (RAYCHEM)
EP 0 026 337 A1 (IBM)
EP 0 049 799 A1 (DAI NIPPON INSATSU)
THIN SOLID FILMS. Bd. 203, Nr. 2, 30. August 1991, Lausanne CH Seiten 227–250
LEHAN ET AL 'Optical and microstructural properties of hafnium dioxide thin films', siehe Tabelle VI.

Obwohl das erwähnte Verfahren und damit auch die erfindungsgemäße Vakuumbehandlungsanlage sich für die Herstellung einer weiten Palette von Bauelementen eignen, welche aus einem Trägersubstrat sowie mindestens einer dielektrischen Schicht bestehen, die an mindestens einer Stelle auf eine vorgebbare Dicke abzutragen ist, entspringt der Komplex der vorliegenden Erfindung im wesentlichen den Bedürfnissen der Halbleiter-Herstellungstechnologie.

Das Strukturieren von dielektrischen Schichten, ebenso wie von metallischen, ist nämlich in der Halbleitertechnologie ein wesentlicher Prozessschritt. Für den Abtrag derartiger dielektrischer Schichten werden dabei verschiedene Methoden eingesetzt, die z.B. in EP 0 265 658 B1 angegeben sind.

Eine erste Methode, bekannt als "lift-off-Technik", besteht darin, einen Fotolack auf das Substrat aufzubringen und mit dem gewünschten Muster zu belichten, zu entwickeln und zu reinigen. Je nachdem, ob es sich um einen Positiv- oder Negativlack handelt, bleiben die unbelichteten oder die belichteten Stellen des Lackes stehen. Auf das so behandelte Substrat wird ein Schichtsystem aufgebracht und anschließend der unter den Schichten liegende Lack mit Lösungsmitteln gelöst. Damit wird das Schichtsystem an den Bereichen des Substrates, an welchen der Lack verblieben ist, entfernt. Dabei ist wesentlich, dass das Schichtsystem den Lack vor allem an den Bereichskanten nicht gegen außen dicht abschließt, um den Lösungsmittelzutritt nicht zu verunmöglichen.

Eine weitere Methode besteht darin, auf das Substrat vorerst das Schichtsystem aufzubringen. Darnach wird der Fotolack aufgebracht, belichtet mit dem erwünschten Muster, und entwickelt. Das Schichtsystem wird dadurch an denjenigen Stellen freigelegt, wo es teilweise oder bis hinunter auf das Substrat entfernt werden soll. Letzteres erfolgt durch Beschuß mittels Edelgas-Ionen bei typischen Energiewerten von 1000 eV und einer typischen Ionenstromdichte von ca. 1 mA/cm². Dadurch wird das Schichtmaterial weggeätzt und ebenfalls der Lack. Da die Ätzrate des Lackes im allgemeinen höher ist als diejenige des Schichtsystems, muss im allgemeinen ein dicker Lack aufgebracht werden. Dies, um zu verhindern, dass der Lack weggeätzt ist, bevor die nicht lackbedeckten Stellen auf die erwünschte Tiefe abgetragen sind.

Dieses Verfahren wird auch "ion milling" genannt und ist in dem Sinne nicht selektiv, als dass die Ätzraten für Schichtmaterialien gleichen Typs, wie beispielsweise von Metalloxiden, nicht wesentlich verschieden sind. Ein Vorteil dieses ion milling-Verfahrens besteht mithin darin, dass es kein materialspezifisches Verfahren ist.

Ein drittes Verfahren ist das reaktive Ätzen (RE, reactive etching). Ausgehend von einem Schichtsystem mit Maske, z.B. aus Fotolack, wie beim ion milling, wird selektiv, je nach abzutragendem Schichtmaterial, ein Gas aktiviert, in dem Sinne, dass daraus reaktive Teilchen erzeugt werden, welche das durch die Maske an bestimmten Stellen freigegebene Schichtmaterial in flüchtige Reaktionsprodukte umwandeln, welche in der Folge abgepumpt werden. Dadurch wird das Schichtsystem entfernt oder abgetragen. Durch geeignete Wahl des aktivierten Gases, im folgenden Reaktivgas genannt, kann erreicht werden, dass nur ein bestimmtes Material selektiv geätzt wird, wodurch eine hohe Selektivität erzielt wird. Dank der hohen Selektivität gegenüber dem Maskenmaterial, beispielsweise dem Fotolack, kann dieses nur dünn aufgebracht werden. Die Ätzraten, welche beim reaktiven Ätzen erzielt werden, können um Dekaden größer sein als die beim ion milling erzielten Ätzraten, womit letzterwähnte Verfahren im allgemeinen wirtschaftlich vorteilhafter sind als ion milling-Verfahren.

Die Aktivierung des Reaktivgases kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen, sei dies unmittelbar auf der abzutragenden Oberfläche durch Laserstrahlbeschuss, sei dies, räumlich verteilt, durch Laserstrahleinwirkung, die Einwirkung von Mikrowellenenergie oder von Ionen- bzw. Elektronenstrahlen. Im weiteren kann die Reaktivgasaktivierung in einer Glimmentladung erfolgen, wodurch reaktive Gas-Ionen gebildet werden.

Während das reaktive Ätzen durch lokale Lasereinwirkung unter Umständen zu hoher thermischer Belastung des Schichtsystems führen kann, weisen diejenigen Verfahren, bei denen über der abzutragenden Schichtoberfläche eine homogene Dichteverteilung reaktiver Gasspezies erreicht wird, wie insbesondere mittels einer Glimmentladung, gegenüber dem ion milling-Verfahren den weiteren wesentlichen Vorteil auf, dass die Kantenprofile der abgeätzten Oberflächenbereiche besser kontrolliert werden können, in dem Sinne, als sich dabei praktisch ideale vertikale Strukturstufenschritte einstellen lassen.

Aus US 4 684 436 ist es bekannt, ein Muster mittels eines Laserablationsprozesses auf die Oberfläche eines Werkstückes aufzubringen, indem ein Laserstrahl mittels einer Maske mit örtlich unterschiedlichem Schichtsystem in seiner Intensität moduliert wird. Die Maske umfasst ein dielektrisches Schichtsystem, woran Bereiche zum Erzielen unterschiedlicher Energietransmissionswerte durch das oben genannte ion milling-Verfahren mehr oder weniger tief weggeätzt werden bzw. selektiv eine Anzahl der vorgesehenen Schichten weggeätzt wird. Bezüglich der Schichtstapelstrukturen einer derartigen Maske, welche Strukturen sich, wie erkenntlich werden wird, auch nach dem erfindungsgemäßen Vorgehen realisieren lassen, wird der Offenbarungsgehalt dieser Schrift durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung integriert.

In WO 91/01514 A1 wird eine ähnliche Laserablationsvorrichtung beschrieben, wobei jedoch eine Maske mit einer Chrommetallschicht zu räumlichen Modulation des Laserstrahls verwendet wird.

Aus US 4 923 772 ist es weiter bekannt, für den Einsatz von Exzimerlasern für Laserablationsprozesse, beispielsweise auf einer Lichtwellenlänge von 248 nm arbeitend und wobei für den Ablationsprozess Energiedichten > 100 mJ/cm² notwendig sind, hochreflektierende dielektrische Schichten, die beständig sind in Bezug auf hohe Strahlenergieflüsse (laser damage threshold), als Maskenschichtsystem einzusetzen. Die Maske wird mit einem Mehrschichtenstapel gebildet, abwechselnd mit Schichten hochbrechenden und niedrigbrechenden Materials. Als hochbrechendes Material wird vorgeschlagen, Hafniumoxid, Scandiumoxid, Aluminiumoxid oder Thalliumfluorid einzusetzen. Der Oberflächenabtrag am Maskenschichtstapel könne dabei durch ein ion milling-Verfahren, durch Glimmentladungsätzen oder reaktives Ionenätzen realisiert werden, wobei aber die Glimmentladung (Plasma) oder reaktives Ionenätzen langsamer und schwieriger sei bei dielektrischen Schichten, aufgrund der Tatsache, dass das hochbrechende Material dazu neige, nicht reaktiv zu sein. Deshalb werden gemäß dieser Schrift die vorgeschlagenen hochbrechenden Schichten durch ion milling oder durch lift off-Technik strukturiert.

DE 4023511 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vakuumbehandlung, insbesondere zum Plasmaätzen, wobei einer Plasmabehandlungskammer, in der sich das Werkstück befindet, ein Reaktionsgas über eine Lochplatte in der Kammerwandung zugeführt wird. Maßnahmen zur Beeinflussung, insbesondere Vergleichmäßigung, der Gasverteilung in unmittelbarer Nähe des zu behandelnden Werkstückes sind nicht vorgesehen. EP 0 428 358 A2 beschreibt eine Vorrichtung zum Magnetron-Sputtern für das Aufbringen dielektrischer Schichten auf einem Substrat. Dabei wird einer das abzusputternde Target enthaltenden Kammer ein Reaktivgas durch in der Kammerwandung, und damit im Randbereich des Targets, angeordnete Zuleitungen zugeführt. Auch hier sind Maßnahmen zur Beeinflussung der Gasverteilung in unmittelbarer Nähe des zu beschichtenden Substrats nicht vorgesehen.

Die vorliegende Erfindung setzt sich zum Ziel, ein Verfahren eingangs genannter Art zu schaffen, welches kostengünstig ist, indem eine hohe Ätzrate und hohe Selektivität gegenüber einem Maskierungsmaterial, wie z.B. Fotolack und/oder Chrom, erzielt wird und dadurch dünne Lackschichten, typischerweise von 500 nm, eingesetzt werden können, auch für hohe abzutragende Dicken der dielektrischen Schicht. Dabei soll weiter die thermische Belastung des Maskierungsmaterials, insbesondere des Fotolackes und/oder Cr, gering bleiben. Im weiteren soll eine gute Stufenprofilkontrolle möglich sein, in dem Sinne, dass im wesentlichen vertikale Stufenwände erzielbar sein sollen.

Dies wird mit dem Verfahren nach dem Wortlaut von Anspruch 1 erreicht.

Entgegen den Ausführungen in der US-A-4 923 772 wurde gefunden, dass sich die erfindungsgemäß ausgenützten dielektrischen Schichten ausgezeichnet für reaktives Ätzen eignen und zudem Materialien sind, die auch im UV-Bereich hochbrechend sind. Dadurch, dass erfindungsgemäß solche dielektrische Schichten reaktiv geätzt werden können, wird für diese Materialien ein Profilierungsverfahren mit hoher Selektivität und Ätzrate realisiert, wodurch die oben diskutierten Vorteile des reaktiven Ätzens, und insbesondere beim reaktiven Ionenätzen, die hohe Beherrschbarkeit der Stufenwinkelbildung realisiert wird.

Aus der US-PS-4 440 841 ist es zwar bekannt, Ta₂O₃ reaktiv zu ätzen, d.h. TaO_1,5, wobei aber trotz der Wahl von Tantal als Me die Wahl von x nicht die für die Anwendbarkeit für UV-Licht im Wellenlängenbereich λ ≤ 308 nm notwendig kleine Absorption erzielt wird, nämlich k₃₀₈ < 0,01 oder gar, gemäß Anspruch 2, entsprechend k308 ≤ 0,003. Es soll an dieser Stelle betont sein, dass, obwohl die MeO-Schichten, die erfindungsgemäß geätzt werden, mit ihrem Verhalten im UV-Bereich spezifiziert werden, dies nicht heißt, dass sie nur im UV-Bereich einsetzbar sein sollen, z.B. aufgrund ihrer chemischen Resistenz sollen die beschriebenen und beanspruchten Schichten bzw. Schichtstapel auch in anderen Spektralbereichen, insbesondere im sichtbaren, eingesetzt werden.

Ebenso ist in "Fabrication of mosaic color filters by dry-etching dielectric Stacks", B.J. Curtis et al., J.Vac.Sci. Technol. A 4(1), (1986), S. 70, ein reaktiver Ätzprozess für SiO₂/TiO₂ dielektrische Schichtsysteme beschrieben. Die Masse von Ti ist kleiner als diejenige der Metalle in den Dielektrika gemäß vorliegender Erfindung, und im weiteren kann TiO₂ für UV-Anwendungen im oben genannten Spektralbereich bzw. bereits für λ ≤ 350 nm nicht eingesetzt werden.

Dem Wortlaut von Anspruch 3 folgend, wird in einer bevorzugten Variante beim erfindungsgemaßen Verfahren die Schicht aus Ta₂O₅ oder HfO₂, und dem Wortlaut von Anspruch 4 folgend, aus Y₂O₃ erstellt. Im weiteren wird für viele Anwendungszwecke, wie beispielsweise für die Herstellung von Masken der in der US-PS-4 684 436 dargestellten Art, gemäß Wortlaut von Anspruch 5, ein Schichtstapel aufgebracht, bestehend aus z.B. mindestens zwei dielektrischen Schichten aus im UV-Bereich bei Wellenlängen λ ≤ 351 nm, insbesondere bei Wellenlängen λ ≤ 308 nm, hochbrechendem Material, und Schichten eines in diesem Spektralbereich niedrigbrechenden Materials, wie beispielsweise von SiO₂-Schichten.

Im weiteren wird bevorzugterweise als zu aktivierendes Gas ein Gas mit Chloranteil, vorzugsweise mindestens mit CHClF, eingesetzt, wobei dieses in gewissen Fällen weiter He und/oder CHF₃ und/oder H₂ enthält.

Wird im weiteren, gemäß Wortlaut von Anspruch 9, die mindestens eine Schicht hochbrechenden Materials, d.h. die MeO_x-Schicht, vor ihrem Abbau mit einer Schicht niedrigbrechenden Materials, insbesondere von SiO₂, mindestens teilweise abgedeckt, so ergibt sich die höchst vorteilhafte Möglichkeit, die erwähnte hochbrechende Schicht gleichzeitig als Ätz-Stopp-Schicht einzusetzen, indem die Schicht niedrigbrechenden Materials mit einem anderen Gas, im wesentlichen ohne Chloranteil, reaktiv geätzt wird, so dass die MeO_x-Schicht nicht geätzt wird oder nur in einem verschwindenden Ausmaße.

Obwohl die Aktivierung des Reaktivgases nach dem Wortlaut von Anspruch 17 generell mittels geladener Partikel, wie mittels Elektronen und/oder Ionen, wie beispielsweise aus einer Kaufman-Quelle, und/oder photonen- bzw. laserunterstützt, erfolgen kann, wird bevorzugterweise, nach dem Wortlaut von Anspruch 20, die Aktivierung des Gases in einer Glimmentladung in einer Vakuumkammer vorgenommen.

Im weiteren wird bevorzugterweise der Gaseinlass gekühlt, womit, zusätzlich zur Kühlung der Trägerfläche für das hergestellte Bauelement, erreicht wird, dass ein Maskierungsmaterial, z.B. ein Lack, nicht unzulässig erwärmt wird, was nachträglich eine bessere Ablösung der Maskenschicht von den nicht abgetragenen Oberflächenbereichen der dielektrischen Schicht ermöglicht.

Um den Ätzprozess im richtigen Zeitpunkt abzubrechen, sei dies, wenn das Schichtsystem mit der mindestens einen dielektrischen Schicht bis auf das Substrat abgetragen ist, oder sei dies, wenn an einem Mehrschichtsystem die Abtragung bis zu einer vorgegebenen verbleibenden Schichtsystemdicke erfolgt ist, können alle bekannten Verfahren eingesetzt werden, insbesondere können ein oder mehrere Ätz-Stopp-Schichten direkt auf dem Substrat, oder zwischen den Schichten des Mehrschichtsystems eingebaut werden, Beispielsweise aus Al₂O₃, wie aber erfindungsgemäß erkannt wurde, insbesondere eine Y₂O₃-Schicht, die wesentlich weniger geätzt wird als eine Al₂O₃-Schicht.

In diesem Zusammenhang wurde erkannt, gemäß den Ansprüchen 24, 26 und 27, dass mit der Verwendung einer Oberfläche eines mit Erdalkali-Ionen dotierten oder versehenen Materials ein markantes, orangefarbenes Leuchten beim Erreichen dieser Oberfläche durch das reaktive Ionenätzen mittels der Glimmentladung entsteht, was höchst einfach als Abschaltkriterium für den Ätzprozess ausgenützt werden kann. Ein so eingesetztes Glas weist weiter gegenüber den Schichtmaterialien eine deutlich niedrigere Ätzrate auf und wirkt somit automatisch als sog. Ätz-Stopp-Schicht. Dadurch wird ein unzulässig tiefes Hineinätzen in das Glassubstrat verhindert.

Im weiteren können für die Überwachung des Ätzprozess-Fortschreitens auch die bekannten Reflexionsverfahren eingesetzt werden, wozu auf die diesbezüglichen Ausführungen in der US-PS-4 923 772 verwiesen sei, welche diesbezüglich als integrierter Bestandteil der vorliegenden Beschreibung erklärt wird.

Gemäß Wortlaut von Anspruch 29 wird erfindungsgemäß weiter vorgeschlagen, mindestens einen Lichtstrahl von der nicht dem Abtrag ausgesetzten Seite des Bauelementes durch das Substrat gegen die Schicht zu richten und aus Änderungen des reflektierten Strahls auf die verbleibende Schichtdicke zu schließen. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass die homogene Gaseindüsung behandlungsseitig des Bauteiles nicht für das Eindringen des Lichtstrahls und Auskoppeln des reflektierten Strahls beeinträchtigt werden muss und dass zudem Licht-Ein- und -Auskopplungsöffnungen, gegebenenfalls mit Lichtleitern, dem Abtragprozess nicht ausgesetzt sind, indem sie durch das Bauteil selbst geschützt bleiben.

Ein erfindungsgemäßes optisches Bauelement zeichnet sich im weiteren nach dem Wortlaut des kennzeichnenden Teils von Anspruch 31 aus.

Die mindestens eine Schicht am Bauelement absorbiert im UV-Bereich λ ≤ 308 nm praktisch keine Lichtenergie, womit sich dieses Bauelement ausgezeichnet für den Einsatz mit UV-Lasern eignet. Im weiteren kann die Dickenstufung ideal senkrecht zu den jeweiligen Schichtflächen sein, was durch den Einsatz des reaktiven Ionenätzverfahrens realisierbar ist.

Im weiteren wird die Verwendung des optischen Bauelements in einem optischen Abbildungssystem nach dem Wortlaut von Anspruch 38 vorgeschlagen.

Dem Wortlaut von Anspruch 40 bis 42 folgend, wird dabei als Laserquelle eine Quelle mit einer Strahlenergiedichte von über 100 mJ/cm² eingesetzt, vorzugsweise von über 200 mJ/cm², dabei vorzugsweise gar von über 300 mJ/cm². Dies wird aufgrund des eingesetzten Schichtmaterials MeO_x möglich, wobei aufgrund der durch das erfindungsgemäß eingesetzte reaktive Ionenätzen erzielten präzisen Dickenstufung das optische Abbildungssystem höchst präzis die Energie des Laserstrahls örtlich moduliert.

Eine Vakuumbehandlungsanlage zur Herstellung des genannten Bauelementes bzw. zur Ausführung mindestens des Ätzschrittes des Herstellungsverfahrens zeichnet sich nach dem Wortlaut von Anspruch 43 aus.

Bevorzugte Ausführungsvarianten dieser Anlage sind in den Ansprüchen 44 bis 54 spezifiziert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert.

Es zeigen:

1 schematisch ein erfindungsgemäß zu bearbeitendes Schichtsystem mit Ätzmaske und Ätz-Stopp-Schicht am Substrat;

2 ein Schichtsystem, analog zu demjenigen von 1, mit eingebetteter Ätz-Stopp-Schicht, beispielsweise um das Schichtsystem auf unterschiedliche Tiefen gestaffelt zu ätzen;

3 schematisch ein erfindungsgemäßes optisches Bauelement, tiefengestaffelt geätzt, mit verbleibenden, noch zu entfernenden Ätzmas kenpartien;

4 schematisch ein erfindungsgemäßes optisches Abbildungssystem;

5 schematisch ein erfindungsgemäß hergestelltes Schichtsystem, bei welchem eine der MeO_x-Schichten selbst als Ätz-Stopp-Schicht eingesetzt wird;

6 schematisch eine erfindungsgemäße Vakuumbehandlungsanlage;

7a ein an der Anlage gemäß 6 bevorzugterweise eingesetztes, an sich erfindungsgemäßes Ätztiefen- bzw. Schichtdicken-Detektionssystem, schematisch dargestellt, und

7b das System gemäß 7a, bei welchem gesendeter und reflektierter Lichtstrahl in der Werkstückträger-Elektrode durch den gleichen Lichtleitkanal geführt werden.

In 1 ist auf einem Substrat 1 ein Schichtsystem 3 dargestellt. Das Schichtsystem 3 umfasst mindestens eine hochbrechende dielektrische Schicht 3H, ist aber für die meisten Anwendungsfälle als Schichtstapel aufgebaut, mit mindestens auch einer niedrigbrechenden Schicht 3L. Die Minimalkonfiguration ist Substrat 1 und eine hochbrechende Schicht 3H.

Erfindungsgemäß ist die hochbrechende Schicht 3H aus einer dielektrischen Verbindung MeO_x aufgebaut, wobei

– Me ein Metall mindestens der Maße 44 ist,
– x so gewählt wird, dass der Absorptionskoeffizient des Schichtmaterials bei Licht von λ = 308 nm zu k308 ≤ 0,01,bevorzugterweise gar zu k308 ≤ 0,003,wird.

Dadurch wird die Schicht 3H auch für UV-Licht einsetzbar, wobei der kleine Absorptionskoeffizient sicherstellt, dass auch bei UV-Wellenlängen ≤ 308 nm hohe Leistungen transmittiert werden können, ohne dass die Zerstörungsschwelle des dielektrischen Materials erreicht wird.

Als niedrigbrechende Schicht 3L wird vorzugsweise eine SiO₂-Schicht eingesetzt.

Bei 7 ist eine in bekannter Art und Weise gebildete Ätzmaske dargestellt, auf der obersten Schicht 3H oder 3L aufliegend, die z.B. eine Fotolackschicht 7a und/oder eine Metallschicht 7b aus Cr, Al oder auch aus Fe₂O₃ umfassen kann. Die Maske 7 wurde auf bekannte Art und Weise, Entwickeln des Fotolackes, Ätzen der Metallschicht oder dergleichen, gebildet.

Bei 11 ist weiter gestrichelt eine Ätz-Stopp-Schicht eingetragen, insbesondere aus Y₂O₃, welche beim noch zu beschreibenden Ätzen der freigesetzten Bereiche 3a verhindern soll, dass das Substrat 1 angeätzt wird. Dies aufgrund der selektiven Wirkung des Reaktivätzens, bei welchem an der Struktur gemäß 1 nur die das Schichtsystem 3 bildenden Schichtmaterialien geätzt werden. Eine Ätz-Stopp-Schicht analog der Schicht 11 kann überall dort im Schichtsystem eingebaut werden, wo der Ätzvorgang ab- oder unterbrochen werden soll.

In weitaus bevorzugter Weise wird als hochbrechendes Schichtmaterial der Schichten 3H Ta₂O₅ oder HfO₂ eingesetzt. Diese Schichtmaterialien eignen sich ausgezeichnet für den erwähnten Einsatz im UV-Lichtbereich, lassen sich aber selbstverständlich auch bei längerwelligem Licht einsetzen.

Soll der dielektrische Schichtstapel 3 nicht bis auf das Substrat 1 durch den reaktiven Ätzprozess abgetragen werden, so wird, wie in 2 dargestellt ist, zwischen einem oberen Teil des Schichtsystems 3o und einem unteren, 3u, eine etch-Stoppschicht 11, wie insbesondere aus Y₂O₃, eingeführt. Entsprechend werden dann, wenn der dielektrische Schichtstapel auf unterschiedliche Niveaus abgetragen werden soll, mehrere Ätz-Stopp-Schichten 11 eingelegt und, wie bekannt, nach Erreichen der ersten Ätz-Stopp-Schicht, durch Wiederauftrag einer Ätzmaske, wie aus Fotolack und deren Entwicklung, an der Ätz-Stopp-Schicht von der neuerlich aufgetragenen Maskenschicht freigelassene Bereiche gebildet, sei dies durch entsprechendes Ätzen oder mittels einer Nasstechnik, worauf dann der darunterliegende dielektrische Schichtstapel 3 weitergeätzt wird, bis gegebenenfalls zum Erreichen einer weiteren Ätz-Stopp-Schicht etc.

Gegebenenfalls kann die in 1 bzw. 2 eingetragene Metallschicht 7b entfallen und die Maskierung lediglich mittels der Fotolackschicht 7a vorgenommen werden. Weiter kann auch nach Entwickeln der Lackschicht 7a, Wegätzen der Metallschicht 7b, z.B. aus Cr, die verbleibende Lackschicht entfernt werden und nur die verbleibende Metallschicht als Ätzmaske verwendet werden.

In 3 ist beispielsweise ein erfindungsgemäßes optisches Bauelement dargestellt, an welchem das dielektrische Schichtsystem 3 auf zwei Niveaus lokal abgetragen wurde, wobei der Fotolack 71 bis 73 sowie die Ätz-Stopp-Schichten 11₁ und 11₂ als letztes noch zu entfernen sind. Ein erfindungsgemäßes optisches Bauelement umfasst in seiner Minimalstruktur einen Träger 1 sowie eine Schicht 3H gemäß 1 und kann mit weiteren Schichten beliebig und auf bekannte Art und Weise weitergebildet sein.

Aufgrund der geringen Absorption des erfindungsgemäß eingesetzten, hochbrechenden Materials, insbesondere aus Ta₂O₅ oder HfO₂, werden optische Bauelemente realisierbar mit hochpräzisen Strukturierungskanten, die sich ausgezeichnet eignen, zusammen mit UV-Lasern, Exzimer-Lasern hoher Energie, eingesetzt zu werden, wie beispielsweise für die Laserablationstechnik bei der Materialbearbeitung, insbesondere bei der Halbleiterproduktion. Dabei werden Leistungsdichten ein setzbar über 100 mJ/cm², bevorzugterweise über 200 mJ/cm² oder gar über 300 mJ/cm².

Ein erfindungsgemäßes optisches Abbildungssystem ist in 4 schematisch dargestellt und umfasst einen Exzimer-Laser 15, in dessen Strahlengang ein erfindungsgemäßes optisches Bauelement 17 als Maske eingesetzt ist, derart, dass ein durch Laserablation zu strukturierendes Werkstück 19 aufgrund der maskenbedingten, lokal unterschiedlichen Laserenergietransmission, wie schematisch dargestellt, strukturiert wird.

In 5 ist ein Schichtsystem dargestellt, mit einer Ätzmaske 7, darunter einer Schicht 3L niedrigbrechenden Materials und einer weiteren Schicht 3H hochbrechenden Materials. Die letzterwähnte besteht aus dem spezifizierten Material MeO_x. Die Schicht niedrigbrechenden Materials ihrerseits besteht vorzugsweise aus SiO₂. Am schematisch dargestellten Ätzprofil (a) ist das Ätzen der Schicht 3L entsprechend der Maske 7 dargestellt. Dieses reaktive Ätzen erfolgt mit einem Reaktivgas G, das, wie sich heute abzeichnet, vorzugsweise mindestens im wesentlichen kein Chlor enthält, sondern bevorzugterweise Fluor. Mittels des einen Reaktivgases kann die Schicht 3H nicht oder nur unwesentlich geätzt werden, womit diese Schicht als Ätz-Stopp-Schicht für den Ätzprozess der Schicht 3L wirkt.

Im Falle eines reaktiven Ätzprozesses wird trotz Erreichens der Oberfläche der Schicht 3H mit dem vorzugsweise fluorhaltigen Reaktivgas weitergeätzt, bis die Schicht 3L entsprechend der Maske 7 von der Oberfläche der Schicht 3H völlig weggeätzt ist. Nun kann der Bearbeitungsvorgang abgeschlossen sein, wenn nämlich nicht beabsichtigt ist, die Schicht 3H ebenfalls zu ätzen, oder es wird das Reaktivgas geändert, indem nun ein anderes, vorzugsweise chlorhaltiges Gas eingesetzt wird, wie mit G(Cl) schematisch angedeutet. Möglicherweise können auch die Prozessparameter geändert werden.

In 6 ist schematisch eine erfindungsgemäße Vakuumbehandlungsanlage dargestellt, ausgelegt zur Durchführung des im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführenden Ätzprozesses. Wie erwähnt wurde, kann die Strukturierung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens grundsätzlich mit verschiedenen Reaktivätzprozessen durchgeführt werden. Bevorzugterweise wird aber reaktives Ionenätzen mit Hilfe einer Glimmentladung eingesetzt. Hierzu weist die Anlage gemäß 6 in einem Vakuumrezipienten 20 eine über ein Leitungssystem 22 wassergekühlte Werkstückträger-Elektrode 24 auf. Die Werkstückträger-Elektrode 24 für das Werkstück 25 ist bezüglich der Wandung des Rezipienten 20, wie schematisch bei 26 dargestellt, elektrisch isoliert montiert. Zentrisch unter der Werkstückträger-Elektrode 24 ist der mit einer Turbomolekularpumpe 28 verbundene Saugstutzen 30 angeordnet, dessen Pumpquerschnitt mittels einer Irisblende 32 und über eine Verstelleinheit 34 hierfür verstellt werden kann.

Der Werkstückträger-Elektrode 24 gegenüberliegend ist eine über ein Leitungssystem 36 vorzugsweise wasser gekühlte Gegenelektrode 37 vorgesehen. An ihrer dem Werkstück 26 gegenüberliegenden Fläche sind, regelmäßig verteilt, Gasauslassöffnungen 40 vorgesehen, welche mit einem Gasverteilsystem 38 und einer Gaszuführleitung 42 kommunizieren. Letztere ist über Durchfluss-Regelorgane 44 mit ein oder mehreren Gasvorräten 46 verbunden. Mit den Stellgliedern 44 wird die jeweilige Durchflussmenge bzw. die Reaktivgas-Zusammensetzung gestellt bzw. geregelt. Aus Gründen der Sauberkeit ist es durchaus möglich, die Anlagekonfiguration vertikal oder mit Werkstückträger-Elektrode obenliegend auszubilden.

Wie erwähnt wurde, wird oder werden die hochbrechenden Schichten des Schichtstapels gemäß den 1 bis 3 bevorzugterweise mit einem chlorhaltigen Gas als Reaktivgas geätzt. Damit umfassen die Vorräte 46, wie mit dem Vorrat 46a dargestellt, ein chlorhaltiges Gas, bevorzugterweise CHClF₂, gegebenenfalls zusätzlich He bzw. CHF₃ bzw. H₂. Dieser Vorrat 46a kann im weiteren eine Kombination aus den Gasen Cl₂, H₂, F₂ oder CF₄ umfassen, welches Kombinationsgas auch aus mehreren Gasvorräten gemischt der Behandlungskammer zugeführt werden kann. Die niedrigbrechenden Schichten, insbesondere aus SiO₂, am Schichtstapel gemäß den 1 bis 3 sind auch mittels eines Reaktivgases ätzbar, das im wesentlichen kein Chlor enthält, sondern beispielsweise und vorzugsweise fluorhaltig ist.

Mithin wird mit einem zweiten Gasvorrat 46b gemäß 6 bevorzugterweise das letzterwähnte, nicht chlorhaltige, sondern fluorhaltige Gas bereitgestellt. Damit kann, wie noch erläutert werden wird und gemäß 5, jeweils eine Schicht niedrigbrechenden Materials mit dem fluorhaltigen Gas aus dem Vorrat 46b geätzt werden, nach deren Abätzen, bis auf die nächstuntere, hochbrechende Schicht, letztere dann durch Zuführen eines anderen, vorzugsweise eines chlorhaltigen Gases in den Prozessraum P geätzt werden.

Am dargestellten Beispiel wird die Werkstückträger-Elektrode 24 mittels eines Hf-Generators 48 über ein Entkopplungsnetzwerk 50 gespiesen, bezogen auf Maße, worauf beispielsweise auch der Rezipient 20 geschaltet ist. Zur bias-Legung der Werkstückträger-Elektrode kann dem Hf-Signal durch eine Gleichspannungsquelle 52, wiederum über ein Entkopplungsnetzwerk 54, zusätzlich ein einstellbarer DC-Wert zugespiesen werden.

Selbstverständlich kann die elektrische Beschaltung in bekannter Art und Weise auch anders vorgenommen werden, indem das Wechselsignal zwischen Werkstückträger-Elektrode 24 und Elektrode 37 geschaltet wird und der Rezipient 20 von den Elektrodenpotentialen unabhängig schwebend oder auf ein Bezugspotential gelegt wird. Unabhängig davon kann die Werkstückträger-Elektrode weiterhin auf DC-bias gelegt sein.

Wie erläutert worden ist, ist es beim erfindungsgemäß eingesetzten reaktiven Ätzprozess wesentlich zu detektieren, wann der Abtrag des auf dem Substrat 1 gemäß den 1 bis 3 aufgebrachten Schichtstapels ein vorgegebenes Maß erreicht hat. Hierzu ist, wie in 6 schematisch dargestellt, eine Detektoreinheit 56 vorgesehen, die in einer der noch zu beschreibenden Arten das Erreichen einer vorgegebenen Abtragtiefe detektiert und über eine Auswerteeinheit 58 steuernd auf den Ätzprozess eingreift, sei dies, wie dargestellt, auf den Hf-Generator 48 und/oder auf die Durchfluss-Stellglieder 44 für das Reaktivgas bzw. die Reaktivgase.

Insbesondere ist es damit möglich, nach dem Ätzen der niedrigbrechenden Schichten mit dem einen Gas, vorzugsweise mit nicht chlor-, sondern bevorzugterweise fluorhaltigem Gas aus dem Vorrat 46b das Reaktivgas zu ändern, vorzugsweise durch Zuführen mindestens eines Chloranteiles bzw. des erwähnten chlorhaltigen Gases und, wie mit 5 erläutert wurde, die hochbrechende Schicht aus MeO_x zu ätzen. Generell geben die heutigen Resultate dazu Anlass zu vermuten, dass mit einiger Wahrscheinlichkeit die erwähnte Selektivität durch geeignete Wahl des Cl₂/F-Gehaltes sowie gegebenenfalls weiterer Gasanteile erreicht wird.

Werden, wie anhand der 1 bis 3 beschrieben wurde, Ätz-Stopp-Schichten 11 im erfindungsgemäß reaktiv ionengeätzten Schichtstapel vorgesehen, so detektiert die Detektoreinheit 56 beispielsweise eine sich dabei ändernde Prozessstrahlung. In diesem Zusammenhang wurde gefunden, dass, wenn als Substratmaterial ein Glas mit Erdalkali-Ionen eingesetzt wird, sich dann, wenn der Ätzprozess das Substrat erreicht, Licht mit einem hierfür signifikanten Spektralanteil erzeugt wird, nämlich oranges Licht, so dass bei Verwendung eines solchen Substrates letzteres gleichzeitig als Ätz-Stopp- Schicht, deren Erreichen leicht detektierbar ist, eingesetzt werden kann.

Generell können nun weiter am Schichtsystem Schichtoberflächen vorgesehen werden, welche Erdalkali-Ionen-dotiert sind, um in der erwähnten Art und Weise, anhand des sich bei Erreichen dieser Oberfläche durch den Ätzprozess signifikant ändernden Glimmentladungs-Lichtspektrums, zu detektieren, wann diese Oberfläche erreicht ist. Die Dotierung der erwähnten Oberfläche mit Erdalkali-Ionen erfolgt selbstverständlich in Abhängigkeit davon, ob eine solche Dotierung für den späteren Einsatz des erfindungsgemäß hergestellten Bauelementes toleriert werden kann oder nicht. So kann eine Erdalkali-Ionen-Dotierung, sei dies des Substrates, wie des Substratglases, oder einer Stapelschicht, insbesondere einer niedrigbrechenden, wie einer SiO₂-Schicht, dazu führen, dass das fertiggestellte optische Bauelement nicht mehr optimal UV-tauglich ist. Da aber, wie bereits erwähnt wurde, die optischen Bauelemente mit der erfindungsgemäß bearbeiteten MeO_x-Schicht keinesfalls nur für den UV-Einsatz geeignet sind, sondern durchaus auch im sichtbaren Lichtbereich vorteilhaft eingesetzt werden können, ist die erwähnte Dotierung in vielen Fällen unbedenklich.

Es sei daran erinnert, dass die erwähnten MeO_x Materialien, wie insbesondere HfO₂, chemisch außerordentlich stabil sind und, beispielsweise durch Ionenplattieren hergestellt, einen äußerst niedrigen Streulichtanteil aufweisen, so dass sich der Einsatz dieser Schichten auch bei optischen Bauelementen oft aufdrängt, die im sichtbaren Lichtbereich eingesetzt werden sollen.

Bei der Verwendung eines Substratmaterials aus Glas mit Erdalkali-Ionen, z.B. Natrium-Ionen, hat sich weiter ergeben, dass die Ätzrate dieses Substrates wesentlich geringer ist als diejenige der erfindungsgemäß eingesetzten dielektrischen Schichten MeO_x bzw. der bevorzugterweise eingesetzten niedrigbrechenden Schichten, wie aus SiO₂, so dass zusätzlich bei Einsatz eines solchen Substratmaterials gewährleistet ist, dass die Substratoberfläche, vor Unterbrechung des Ätzprozesses bei Detektion des kennzeichnenden Glimmentladungs-Lichtspektralanteils, nur wenig ansgeätzt wird.

Zur Überwachung des Ätzprozesses bezüglich der verbleibenden Schicht bzw. Schichtstapeldicke können auch andere bekannte Verfahren eingesetzt werden, wie beispielsweise bekannte Reflexionsmessungen eines Laserstrahls, der beispielsweise durch die Elektrode 37 auf das geätzte Bauelement geführt wird und dessen Reflexion ausgewertet wird.

Im weiteren können auch Methoden, wie Plasmaemissions-Spektroskopie oder Massenspektroskopie der abgepumpten Gase zur Prozesssteuerung herangezogen werden.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Prozessführung ist schematisch und, ausgehend von der Darstellung von 6, in den 7a und 7b dargestellt. Dieses Verfahren bzw. eine entsprechend aufgebaute Vakuumbe handlungsanlage werden für sich und losgelöst vom Komplex der Strukturätzung dielektrischer Schichten als erfinderisch betrachtet. Dabei wird, bezogen auf 6, durch die Werkstückträger-Elektrode 24 hindurch der Strahl 60 einer Lichtquelle, vorzugsweise einer Laserlichtquelle 62, durchgeleitet und auf das im Spektralbereich des Lichtstrahls 60 transmittierende Bauelement 64 gerichtet, dessen Oberfläche dem Abtragprozess unterworfen ist oder generell bearbeitet, also z.B. auch beschichtet wird. Der vom Bauelement 64 reflektierte Strahl 66 oder die durch die mehreren Schichten reflektierten Strahlen 66 werden, beispielsweise über Lichtleiter, einer Auswerteeinheit 68 zugeführt. Änderungen der Strahlreflexion am Bauelement 64 werden als Maß dafür ausgewertet, welche Schichten bis dahin durch den Ätzprozess abgetragen worden sind oder welche Schichtdicken aufgebracht worden sind, z.B. mittels eines plasmaunterstützten CVD-Prozesses.

Wie in 7b dargestellt, kann diese Technik auch so ausgeführt werden, dass, mittels eines semipermeablen Spiegelelementes 70, der Strahl senkrecht gegen das Bauelement 64 gerichtet wird und über den semipermeablen Spiegel 70 der reflektierte Strahl 66 der Auswerteeinheit 68 zugeführt wird, welche auf die Reaktivgas-Stellglieder und/oder den Hf-Generator 48 gemäß 6 wirkt, im Rahmen des erfindungsgemäßen Ätzprozesses. Dabei muss betont werden, dass je nach Ätzprozess bei Erreichen einer vorgegebenen Ätztiefe, bei welcher auf ein geändertes Schichtmaterial gestossen wird, dies nach Detektion an der Einheit 68 auch lediglich zu einer Änderung des Reaktivgasgemi sches ausgenützt werden kann, wie erwähnt wurde und sich heute mit einiger Wahrscheinlichkeit abzeichnet, durch Wechsel von chlorhaltigem auf fluorhaltiges Gas und umgekehrt bzw. durch Wechsel zwischen anderen Gasen.

Es werden nachfolgend Beispiele des erfindungsgemässen Verfahrens sowie erfindungsgemäßer Bauelemente dargestellt.
Dabei bedeuten:

– L: Schicht niedrigbrechenden Materials,
– H: Schicht hochbrechenden Materials,
– optische Dicke = (Brechungsindex)·(physikalische Dicke x),
– x: physikalische Dicke.

Der Durchmesser der Werkstückträger-Elektrode 24 gemäß 5 beträgt 25 cm, der Abstand d zwischen Werkstückträger-Elektrode und Gegenelektrode 37 ist jeweils unter den Ätzparametern angegeben.
Beispiel 1
Ta₂O₅/SiO₂ Stack-(Stapel)-Spiegel, zentriert für 308 nm:

Ätzparameter:

Reaktivgas:	CHClF₂, He
Gasfluss:	CHClF₂ : 50 sccm He : 50 sccm
Gasdruck:	p = 1,8 × 10^–3 mbar
Rf-Leistung:	300 W
Frequenz:	13,56 MHz
Elektrodenabstand:	d = 5 cm
Ätzzeit bis Substrat:	τ = 657 sec

gemittelte Ätzrate:	1,08 nm/sec
DC-Bias:	0 V
Bemerkung:	inkl. Ätzen der Cr-Maske

Beispiel 2
HfO₂/SiO₂ Stack-(Stapel)-Spiegel zentriert für 248 nm:
Ätzparameter:

Reaktivgas: CHClF₂

Gasfluss: 50 sccm

Gasdruck: p = 7 × 10^–3 mbar

Rf-Leistung: 300 W (13,56 MHz)

Elektrodenabstand:	d = 5 cm
Ätzzeit:	τ = 1098 sec
Ätzzeit:	0,555 nm/sec
DC-Bias:	0 V

mit 1 μm AZ 1350 Fotolackmaske

Beispiel 3
Einzelschicht Ta₂O₅ Ätzparameter:

Reaktivgas: CHClF₂

Gasfluss: 50 sccm

Gasdruck: p = 1,2 × 10^–2 mbar

Rf-Leistung: 500 W 813,56 MHz)

DC-Bias: 0 V

Elektrodenabstand: d = 5 cm

Ätzrate: 0,95 nm/sec
Beispiel 4
Einzelschicht HfO₂ Ätzparameter:

Reaktivgas: CHClF₂

Gasfluss: 50 sccm

Gasdruck: 1,1 × 10^–2 mbar

Rf-Leistung: 300 W (813,56 MHz)

DC-Bias: 0 V

Elektrodenabstand: d = 5 cm

Ätzrate: 0,39 nm/sec
Beispiel 5

Einzelschicht Y₂O₃ (als Ätz-Stopp-Schicht!) Ätzparameter:

Reaktivgas:	CHClF₂, He
Gasflüsse:	CHClF₂ : 50 sccm He : 69 sccm
Druck:	1,2·10^–2 mbar
Rf-Leistung:	300 W (13,56 MHz)
DC-Bias:	–80 V
Elektrodenabstand:	d = 5 cm
Ätzrate:	0,06 nm/sec

Beispiel 6

Einzelschicht, als niedrigbrechende in Stapel: Al₂O₃ Ätzparameter:

Reaktivgas:	CHClF₂, He
Gasflüsse:	CHClF₂ : 50 sccm He : 69 sccm
Druck:	1,2·10^–2 mbar
Rf-Leistung:	500 W (13,56 MHz)
DC-Bias:	–97 V
Elektrodenabstand:	d = 5 cm
Ätzrate:	0,41 nm/sec

Es muss betont werden, dass anstelle des bevorzugten reaktiven Ionenätzens mittels Glimmentladung sich prinzipiell auch andere reaktive Ätzverfahren, wie beispielsweise "chemically assisted ion beam etching", eignen. Dabei werden Argon-Ionen aus einer Kaufman-Ionenquelle auf das strukturzuätzende Bauelement geschossen, welches gleichzeitig vorzugsweise mit CHClF₂ besprüht wird.
Im weiteren können mit der gleichen Anordnung gemäß 6, wie bereits erwähnt wurde, die L-Schichten, insbesonderre aus SiO₂ mit einem anderen Gas, z.B. mit SF₆, geätzt werden, d.h. einem Gas ohne Chloranteil, wobei dann die H-Schichten als Ätz-Stopp-Schichten wirken.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes, insbesondere eines optischen Bauelementes, bestehend aus einem Trägersubstrat und darauf einem Schichtsystem mit mindestens einer dielektrischen Schicht, die an mindestens einem Bereich gegenüber mindestens einem zweiten Bereich in ihrer Dicke gestuft ist, dadurch gekennzeichnet, – dass als dielektrische Schicht eine aus der Gattung MeO_x aufgebracht wird, wobei Me ein Metall ist, dessen Atommasse mindestens 44 beträgt, x so gewählt wird, dass der Absorptionskoeffizient k_λ des Schichtmaterials bei Licht der Wellenlänge λ = 308 nm k308≤ 0,01ist, – und dass die dielektrische Schicht durch Ätzen mittels eines aktivierten Gases zur Bildung der Dickenstufung abgebaut wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass k₃₀₈ ≤ 0,003 ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine dielektrische Schicht aus Ta₂O₅ oder aus HfO₂ aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine dielektrische Schicht aus Y₂O₃ aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die eine dielektrische Schicht oder mehrere der dielektrischen Schichten als Teil eines Schichtstapels auf dem Substrat aufgebracht werden und der Stapel gestuft zur Bildung einer oder mehrerer Dickenabstufungen abgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als aktiviertes Gas ein Gas eingesetzt wird, welches Chlor enthält.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas CHClF₂ enthält.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas entweder CHClF₂ und zusätzlich mindestens eines der Gase H₂, H_e und CHF₃, oder Cl₂ und zusätzlich mindestens eines der Gase H₂, F₂, CF₄, SF₆, enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht vor ihrem Abbau mit einer Schicht niedrigerbrechenden Materials, mindestens teilweise abgedeckt wird und diese mit einem aktivierten Gas geätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als niedrigerbrechendes Material SiO₂ gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das aktivierte Gas, mittels welchem die Schicht niedrigerbrechenden Materials geätzt wird, keinen für die MeO_x Schicht ätzwirksamen Chloranteil hat.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das aktivierte Gas, mittels welchem die Schicht niedrigerbrechenden Materials geätzt wird, einen Fluoranteil hat und die MeO_x Schicht nicht ätzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass über der dielektrischen Schicht weitere Schichten vorgesehen werden und diese mit einem aktivierten Gas geätzt werden derart, dass die mindestens eine MeO_x-Schicht für diesen Ätzvorgang als Ätz-Stopp-Schicht wirkt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das aktivierte Gas, mittels welchem die weiteren Schichten geätzt werden, keinen für die MeO_x Schicht ätzwirksamen Chloranteil aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine aktivierte Gas homogen verteilt über den abzutragenden Oberflächenbereich eingedüst wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das zu aktivierende Gas senkrecht zu den abzutragenden Oberflächenbereichen eingedüst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung des mindestens einen Gases mittels geladener Partikel, wie Elektronen oder, insbesondere Ionen, erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Ätzvorgang photonenunterstützt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Ätzvorgang laserunterstützt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung des mindestens einen Gases in einer Glimmentladung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Glimmentladung zwischen einer Bauelementträger-Elektrode und einer Gegenelektrode unterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das zu aktivierende Gas im wesentlichen in Richtung der Entladung dem zu behandelnden Bauelement zugedüst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gaseinlass für das mindestens eine zu aktivierende Gas gekühlt, insbesondere wassergekühlt, wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass unter der dielektrischen Schicht mindestens eine niedrigerbrechende Schicht vorgesehen wird, welche so dotiert ist, dass beim Ätzprozess der dielektrischen Schicht das Erreichen dieser niedrigerbrechenden Schicht durch eine dann eintretende Änderung der emittierten Lichtstrahlung detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die niedrigerbrechende Schicht aus SiO₂ besteht.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierung mit Erdalkali-lonen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägersubstrat ein Glas mit Erdalkali-Ionen eingesetzt wird.
Verfahren nach Ansprach 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine unmittelbar auf dem Trägersubstrat abgelegte Schicht mittels aktiviertem Gas glimmentladungsunterstützt geätzt wird und durch Änderung der emittierten Lichtstrahlung detektiert wird, wenn der Ätzprozess die Glasoberfläche erreicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lichtstrahl mit einem Spektralbereich, in welchem das Bauelement lichttransmittierend ist, von der nicht abgetragenen Seite des Bauelementes her auf letzteres gerichtet wird und aus Änderungen der Strahlreflexion auf die verbleibende Beschichtungsdicke des Substrates geschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass als Bauelement eine Maske für UV-Laserablation in der Halbleitertechnik hergestellt wird.
Optisches Bauelement, aufgebaut aus einem Trägersubstrat und darüber mindestens einer dielektrischen Schicht mit mindestens zwei in ihrer Dicke gestuften Bereichen, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht aus einem Material der Gattung MeO_x besteht und – Me ein Metall mindestens der Atommasse 44 ist, – x so gewählt ist, dass das Schichtmaterial für Licht der Wellenlänge λ = 308 nm einen Absorptionskoeffizienten k_λ k308 ≤ 0,01aufweist und die Dickenstufung durch Ätzen mittels aktiviertem Gas erstellt ist.
Optisches Bauelement nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass k₃₀₈ ≤ 0,003 ist.
Optisches Bauelement nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine dielektrische Schicht aus Ta₂O₅ oder aus HfO₂ besteht.
Optisches Bauelement nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine dielektrische Schicht aus Y₂O₃ besteht.
Optisches Bauelement nach einem der Ansprüche 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine dielektrische Schicht Teil eines auf dem Substrat aufgebrachten Schichtstapels ist, in welchem außer der dielektrischen Schicht mindestens eine Schicht aus niedrigerbrechendem Material vorgesehen ist.
Optisches Bauelement nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schicht aus niedrigerbrechendem Material im wesentlichen aus SiO₂ oder Al₂O₃ besteht.
Optisches Bauelement nach einem der Ansprüche 31 bis 36, das als Maske für Laserablation ausgebildet ist.
Verwendung eines optischen Bauelementes nach einem der Ansprüche 31 bis 37 als Maske zur Modulation eines UV-Laserstrahls in einem optischen Abbildungssystem.
Verwendung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass der UV-Laserstrahl von einem Exzimer-Laser erzeugt wird.
Verwendung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laserstrahl erzeugt wird, der eine Strahlenergiedichte von über 100 mJ/cm² hat.
Verwendung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laserstrahl erzeugt wird, dessen Strahlenergiedichte über 200 mJ/cm² beträgt.
Verwendung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laserstrahl erzeugt wird, dessen Strahlenergiedichte über 300 mJ/cm² beträgt.
Vakuumbehandlungsanlage zur Herstellung eines optischen Bauelementes nach einem der Ansprüche 31 bis 37 oder zur Ausführung mindestens des Ätzschrittes des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 30, mit – einem Vakuumrezipienten (20), in welchem – eine Substratträgerelektrode (24) – und dieser gegenüberliegend eine Gegenelektrode (37) angeordnet sind, und mit – einem Wechselspannungsgenerator (48), der mit der Substratträgerelektrode (24) und der Gegenelektrode (37) wirkverbunden ist, wobei die Gegenelektrode (37) an ihrer der Substratträgerelektrode (24) gegenüberliegenden Fläche verteilte Gasauslassöffnungen (40) für ein Reaktivgas aufweist, das den gegen die Substratträgerelektrode (24) gerichteten Gasauslassöffnungen (40) über ein Gasverteilsystem (38) und eine Gaszuführleitung (42) zugeführt wird, und wobei die Gaszuführleitung (42) mit einem Gasvorrat (46a) verbunden ist, der ein chlorhaltiges Gas enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführleitung (42) über mindestens ein Durchfluss-Stellglied (44) mit dem Gasvorrat (46a) des chlorhaltigen Gases und mit einem weiterem Gasvorrat (46b) eines nicht chlorhaltigen Gases verbunden ist.
Vakuumbehandlungsanlage nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasauslassöffnungen (40) an der Gegenelektrode (37) regelmäßig über die Fläche verteilt angeordnet sind.
Vakuumbehandlungsanlage nach Anspruch 43 oder 44, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode (37) gekühlt ist.
Vakuumbehandlungsanlage nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode (37) wassergekühlt ist.
Vakuumbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 43 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass an der Substratträgerelektrode (24) ein oder mehrere Lichtführungskanäle vorgesehen sind zum Durchleiten eines von einer Lichtquelle (62) ausgehenden Lichtstrahls (60) durch die Substratträger-Elektrode (24) zu einem von dieser getragenen Bauelement und zum Durchleiten eines an dem Bauelement reflektierten Lichtstrahls (66) durch die Substratträger-Elektrode (24) zu einer Auswerteeinheit (68).
Vakuumbehandlungsanlage nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Lichtführungskanäle einen Lichtleiter aufweist.
Vakuumbehandlungsanlage nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass zum Durchleiten des auf das Bauelement gerichteten und des vom Bauelement reflektierten Lichtstrahls ein und derselbe Lichtführungskanal vorgesehen ist, welcher durch die Substratträgerelektrode (24) senkrecht zu deren das Bauelement tragenden Trägeroberfläche verläuft.
Vakuumbehandlungsanlage nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass das chlorhaltige Gas CHClF₂ ist.
Vakuumbehandlungsanlage nach Anspruch 43 oder 50, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Gasvorrat (46b) des nicht chlorhaltigen Gases He und/oder CHF₃ und/oder H₂ enthält.
Vakuumbehandlungsanlage nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass eine Detektoranordnung vorgesehen ist, die für unterschiedliche, dem Ätzprozess ausgesetzte Oberflächen des Bauelements unterschiedliche Signale abgibt, und dass eine Auswerteeinheit für die Signale das die Gaszuführleitung (42) mit den Gasvorräten (46a, 46b) verbindende mindestens eine Durchfluss-Stellglied (44) steuert.
Vakuumbehandlungsanlage nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit die Zusammensetzung des den Gasauslassöffnungen (42) zugeführten Gases steuert.
Vakuumbehandlungsanlage nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit auf den, Wechselspannungsgenerator einwirkt.