WO2017220077A1 - Vorrichtung mit einem infrarotdetektor und einem vorgelagerten schutzfenster - Google Patents

Vorrichtung mit einem infrarotdetektor und einem vorgelagerten schutzfenster Download PDF

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WO2017220077A1
WO2017220077A1 PCT/DE2017/100510 DE2017100510W WO2017220077A1 WO 2017220077 A1 WO2017220077 A1 WO 2017220077A1 DE 2017100510 W DE2017100510 W DE 2017100510W WO 2017220077 A1 WO2017220077 A1 WO 2017220077A1
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radiation
infrared
infrared detector
absorption layer
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PCT/DE2017/100510
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Guido Hergenhan
Svent-Simon Beyertt
Chris Schild
Hans-Georg Meyer
Ernst Kessler
Gabriel Zieger
Jürgen Kunert
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Jenoptik Optical Systems Gmbh
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    • H01L31/02164—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors for shielding light, e.g. light blocking layers, cold shields for infrared detectors

Definitions

  • the invention relates to a device with an infrared detector and an upstream protective window for measuring radiation power of infrared radiation in the mid-infrared wavelength range, as is known generically from WO 2010/146183 A1.
  • the additional electromagnetic radiation is ionizing radiation (photon energy> 5eV).
  • the additional electromagnetic radiation has locally high power densities (so-called hot spots).
  • the additional particle radiation (electron, ion, alpha particles, 7) is ionizing.
  • the detector is thus very complicated, large and inflexible in handling.
  • the most common infrared detectors are based on the fact that the infrared radiation to be measured in an absorption layer is converted into a warm flow and the warm flow is determined by determining the temperature increase with respect to a reference or ambient temperature via a thermal resistance. Examples include thermocouples, thermopile, bolometer.
  • Pulsed ionizing electromagnetic radiation or pulsed ionizing particle radiation releases electrons from the surface.
  • the surface of the infrared detector must be made electrically conductive and electrically contacted with a compensation potential.
  • External electromagnetic interference pulses can be capacitively or inductively coupled into the electrical detector signal and thus interfere with the signal of the infrared detector.
  • the detector must be integrated into a Faraday cage and its surface, as described above, made electrically conductive and connected to a compensation potential.
  • the infrared detector must be designed so that the radiation-absorbing element is not damaged by these "hot spots", which makes the infrared detector typically less sensitive and slower, the measurement so inaccurate and the measuring time longer.
  • Measures are known from the prior art with which the interference radiation is spectrally separated from the infrared radiation in order to avoid the falsification of the measurement signal.
  • the spectral separation can for example be done by placing a window in front of the infrared detector, which only transmits the radiation in the desired mid-infrared wavelength range and impinges on the infrared detector.
  • the superimposed interfering radiation is either reflected at the window and / or absorbed in the window.
  • the decisive advantage of the combination of an infrared detector with an upstream protective window is that it can be avoided by a suitable design of the protective window that interfering radiation ever reaches the infrared detector, and thus optimally designed for the measured power and dynamic range and short response time can be optimized.
  • the protective window In the event that the superimposed interfering radiation is absorbed in the protective window, the protective window must be designed in its properties and its mounting so that a potential heating of the protective window is kept so low that the emitted from the protective window infrared heat radiation negligible compared to detecting infrared radiation. This can be achieved, for example, by virtue of the fact that the protective window itself consists of a thermally highly conductive material, such as silicon, germanium or diamond, and is coupled to a heat sink with good thermal conductivity outside the radiation area.
  • WO 2010/146183 A1 discloses a housing for an infrared device, for.
  • the housing consisting of a substrate, a cover and a spacer frame, forms a cavity in which the infrared detector, preferably hermetically sealed, is arranged.
  • the cover is in the context of the present invention in the reception area of the infrared detector is a protective window. It is made of a transparent material for infrared radiation, for. As silicon or germanium. Silicon and germanium belong to the semiconductor materials. The manufacturing costs of semiconductor materials increase in proportion to the required purity, which is why practically, even if the highest transparency is achieved here, used at least slightly contaminated material, which is thus at least slightly doped.
  • the peculiarity of the protective window here is that one or both of its surface sides have an antireflection structure, whereby the transparency for infrared radiation is increased.
  • the one-sided or two-sided antireflection coating also ensures that the transmittance of the infrared radiation due to interference effects on the protective window has the least possible dependence on the angle of incidence or on the wavelength of the light.
  • a disadvantage of the protective windows described in the aforementioned documents is that the pulsed ionizing radiation superposing the infrared signal leads to a temporary charging of the protective window and an electric field which accompanies this superimposes the electrical detector signal as a disturbance.
  • US Pat. No. 8,575,550 B2 proposes housing an infrared detector with an external protective window for electromagnetic shielding to the outside in a protective housing made of electrically conductive material which eliminates the protective window.
  • the protective window provides no protection against electromagnetic interference, as described above, as it represents an opening in a Faraday cage in which the sensor is embedded.
  • the invention has for its object to find an infrared detector with an upstream protective window, which avoids the incidence of interference better.
  • the object of the invention is achieved for a device according to claim 1.
  • the device is used in an exposure machine.
  • the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment with the aid of a drawing.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a first embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a second embodiment of a device according to the invention.
  • 3a shows a diagram for the dependence of the transmission and the electrical resistance of the resistivity for a protective window made of silicon and with concrete length dimensions and
  • Fig. 3b shows a protective window withJ. 3b.
  • a device according to the invention contains any infrared detector 1 known from the prior art with an absorption layer 2 and a protective window 3 arranged upstream of it, which is connected to a compensation potential 5 via at least one electrical conductor 4.
  • the protective window 3 is similar to such known from the prior art protective windows made of a material which is transparent to a to be detected by the infrared detector 1 infrared radiation IR having a wavelength within a range of 3 to 50 ⁇ , which is also referred to as a medium infrared wavelength range ,
  • the protective window 3 may be coated or patterned on its side facing the infrared detector 1 and facing away, in order to increase the transparency for the relevant infrared radiation IR or to reflect interfering radiation.
  • the protective window 3 is made of a doped semiconductor material having a resistivity p between 0.1 ohm * cm and 100 ohm * cm. It thus has a sufficiently good electrical conductivity, at a high transmission T for infrared radiation IR.
  • Preferred semiconductor materials for this purpose are silicon, germanium, gallium arsenide or zinc sulfide.
  • FIG. 3 a shows a diagram from which the selection of silicon with a suitable electrical resistivity p, which is indirectly proportional to the concentration K of the doping, can be deduced. It was assumed for this purpose of a protective window 3, which has a length d, as shown in Fig.
  • the electrical resistance R results from the cross section of the protective window 3 (length I x width b), the distance from the center MP of the protective window 3 (1/2) and the electrical resistivity p, which decreases with increasing concentration K of the doping.
  • the specific electrical resistance p 100 ohm * cm an electrical resistance R of about 0.1 ohms.
  • the diagram only roughly depicts the relationships, as they are known from the textbook Materials and Construction Element of Electrical Engineering - Semiconductor by Prof. Dr. med. Hanno Schaumburg, BG Teubner Stuttgart 1991, pp 322-323 and 362-363 are apparent.
  • the silicon with the concentration K of its doping independent of the electrical resistance R and thus of the electrical resistivity p so that it has a high transmission T a silicon with a concentration K of Doping selected in which the electrical resistivity p is between 0.1 and 100 ohm * cm.
  • there is a high transmission T which, in particular for silicon towards the lower limit of the selected range, can be improved by a reduction in the thickness d.
  • the protective window 3 has at least one locally limited region B in which the semiconductor material has a higher concentration of K doping an electrical resistance R of less than 0.1 Ohm * cm.
  • the protective window 3 is connected to at least one electrical conductor 4, which communicates with the compensation potential 5 in connection to dissipate generated by interference in the protective window 3 charges.
  • electrical conductors or also called protective potential equalization conductors
  • any electrically conductive connection is to be understood here. This can be, for example, a solder or a so-called conductive adhesive or a solder, a conductive adhesive or a clamp in conjunction with a metal core in the broadest sense.
  • compensating potential 5 is meant to be any connected to the ground potential body, which may also be a housing of the device.
  • the locally limited area B covers either a first side 3.1 facing the infrared detector 1 or a second side 3.2 of the protective window 3 facing away from the infrared detector 1 completely or partially.
  • Fig. 1 an embodiment is shown in which the localized area B extends completely over the second side 3.2 and into a depth in the protective window 3, which is smaller than the thickness d of the protective window 3.
  • the depth is smaller than 1/10 of the thickness d, so that the transmission T of the protective window 3 from the localized area B, which has a lower transmission T than the protective window 3 outside the localized area B, remains at least almost unaffected.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment in which the locally limited region B extends only partially over the first side 3.1.
  • the protective window 3 advantageously has a larger circumference than the circumference of the absorption layer 2 is large, so that the protective window 3 at least one adjoining the peripheral edge region U is formed by the no infrared radiation IR on the
  • Absorption layer 2 impinges.
  • the at least one locally limited area B is formed in the at least one edge area U.
  • Absorption layer 2 impinges, completely unaffected, which is why here the depth of the localized area B is of no importance for the transmission T.
  • a device according to the invention is used in an EUV exposure machine. Based on this application, its effect will be described below by way of example.
  • a target material is here by means of a pulsed high-power infrared laser, z. B. a CO 2 laser with a wavelength of about 10.6 ⁇ , very strongly heated, so that the resulting plasma emits a significant proportion of radiation in the EUV range (extreme ultraviolet wavelength of about 13.5 nm).
  • the EUV radiation is an example of additional electromagnetic, ionizing radiation.
  • the protective window 3 not only absorbs the EUV radiation, but in particular prevents the effect of absorption of the EUV radiation on the infrared detector 1. The effect may be an additional thermal radiation emanating from the protective window 3 and, in particular, its electrical charge, as a result of which an electrical interference source would arise.
  • a portion of the infrared laser radiation is reflected at the plasma, so that overlap the infrared laser radiation and the EUV radiation, thereby inevitably in addition to the infrared radiation to be detected, for.
  • EUV radiation is highly ionizing due to its high quantum energy and is almost completely absorbed in the protective window 3.
  • electrically conductive z. B. is made of a correspondingly doped silicon and is electrically conductively coupled to a compensation potential 5, a temporary charge of the protective window 3 and thus the emergence of a disturbing electric field around the protective window 3 is prevented.
  • a decisive advantage of a device according to the invention is that in the design or configuration of the infrared detector 1, the possibility of exposure to interfering radiation can be disregarded, so that the infrared detector 1 can be designed so that the dynamic range adapted to the maximum incident infrared radiation IR and thus ensures the highest possible accuracy.

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Abstract

Vorrichtung mit einem Infrarotdetektor (1) mit einer Absorptionsschicht (2) und einem vorgelagerten, nicht mit der Absorptionsschicht (2) in Kontakt stehenden Schutzfenster (3), das für eine zu detektierende Infrarotstrahlung (IR) innerhalb des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereiches transmittierend und für diese Infrarotstrahlung (IR) überlagernde Störstrahlungen reflektierend und/ oder absorbierend ist, wobei das Schutzfenster (3) aus einem dotierten Halbleitermaterial besteht und wenigstens einen lokal begrenzten Bereich (B) mit einer höheren Konzentration (K) der Dotierung aufweist, über den das Schutzfenster (3) mit wenigstens einem elektrischen Leiter (4) verbunden ist, um durch die Störstrahlung generierte Ladungen abzuführen.

Description

Vorrichtung mit einem Infrarotdetektor und einem vorgelagerten Schutzfenster
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Infrarotdetektor und einem vorgelagerten Schutzfenster zur Messung von Strahlungsleistung einer Infrarotstrahlung im mittleren Infrarot-Wellenlängenbereich, wie sie gattungsgemäß aus der WO 2010/146183 A1 bekannt ist.
Ein besonderer Umstand für die Messung der Infrarotstrahlungsleistung im mittleren Infrarot-Wellenlängenbereich (3...50 μιη) ist dadurch gegeben, dass die zu messende Infrarotstrahlung von zusätzlicher elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung überlagert sein kann, die mindestens eine oder eine Kombination der folgenden Eigenschaften aufweist:
• Die zusätzliche elektromagnetische Strahlung ist eine ionisierende Strahlung (Photonenenergie > 5eV).
• Die zusätzliche elektromagnetische Strahlung besitzt lokal hohe Leistungsdichten (sogenannte Hot Spots).
• Die zusätzliche elektromagnetische Strahlung tritt in Form von elektromagnetischen Störimpulsen auf.
• Die zusätzliche Teilchenstrahlung (Elektronen-, Ionen-, Alpha-Teilchen, ...) ist ionisierend.
Für die Messung von Strahlungsleistung im mittleren Infrarot-Wellenlängenbereich sind aus dem Stand der Technik mehrere Detektor-Prinzipien bekannt.
Die Ausnutzung des inneren photoelektrischen Effekts, bei dem die Photonen die Bandlücke zwischen Valenz- und Leitungsband überwinden müssen, ist im mittleren Infrarotbereich nur sehr eingeschränkt nutzbar, da hierfür nur sehr spezielle Halbleitermaterialien, wie Cadmiumtellurid, in Frage kommen und das Halbleitermaterial sowie das Gehäuse auf sehr niedrige Temperaturen gekühlt werden müssen, um das Infrarotsignal vom thermischen Rauschen zu separieren. Der Detektor wird dadurch sehr kompliziert, groß und unflexibel in der Handhabung. Die gebräuchlichsten Infrarotdetektoren basieren darauf, dass die zu messende Infrarotstrahlung in einer Absorptionsschicht in einen Warmefluss umgewandelt wird und der Warmefluss durch die Bestimmung der Temperaturerhöhung gegenüber einer Referenz- oder Umgebungstemperatur über einen Wärmewiderstand bestimmt wird. Beispiele dafür sind Thermoelemente, Thermosäulen, Bolometer. Nachteilig ist an diesem Messprinzip, dass nicht nur die gewünschte Infrarotstrahlung sondern auch, wie einleitend erläutert, die Infrarotstrahlung überlagernde Störstrahlung in Form von elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung zumindest teilweise absorbiert wird, wodurch das erwünschte Messsignal, verursacht von der Infrarotstrahlung, auf verschiedene Art und Weise verfälscht wird.
Ursachen und Wirkungen der Störstrahlungen sind wie folgt:
• Es wird eine höhere Strahlungsleistung gemessen als die Infrarotleistung.
• Gepulste ionisierende elektromagnetische Strahlung oder gepulste ionisierende Teilchenstrahlung löst Elektronen aus der Oberfläche. Zur Vermeidung der temporären Aufladung der Detektoroberfläche, welche zur direkten Störung des elektrischen Signals führen kann, muss die Oberfläche des Infrarotdetektors elektrisch leitfähig gestaltet werden und mit einem Ausgleichspotential elektrisch kontaktiert werden.
• Externe elektromagnetische Störimpulse (ausgesendet von Motoren, Blitzen, Lasern hoher Leistung, Antennen, Spulen etc.) können kapazitiv oder induktiv in das elektrische Detektorsignal eingekoppelt werden und so das Signal des Infrarotdetektors störend überlagern. Um dies zu verhindern, muss der Detektor in einen Faraday'schen Käfig integriert und seine Oberfläche, wie oben beschrieben, elektrisch leitfähig gestaltet und mit einem Ausgleichspotential verbunden werden.
• Beim zusätzlichen Auftreffen elektromagnetischer Strahlung hoher lokaler Leistungsdichte muss auch bei geringem Leistungsanteil der Infrarotdetektor so ausgelegt werden, dass das Strahlungsabsorbierende Element durch diese„Hot Spots" nicht beschädigt wird. Dadurch wird der Infrarotdetektor typischerweise unempfindlicher und langsamer, die Messung also ungenauer und die Messzeit länger.
Aus dem Stand der Technik sind Maßnahmen bekannt, mit denen zur Vermeidung der Verfälschung des Messsignals die Störstrahlung von der Infrarotstrahlung spektral separiert wird. Die spektrale Separierung kann beispielsweise dadurch geschehen, dass vor dem Infrarotdetektor ein Fenster angeordnet wird, welches lediglich die Strahlung im gewünschten mittleren Infrarot-Wellenlängenbereich transmittieren und auf den Infrarotdetektor auftreffen lässt. Die überlagernde Störstrahlung wird entweder am Fenster reflektiert und/oder im Fenster absorbiert.
Der entscheidende Vorteil der Kombination eines Infrarotdetektors mit einem vorgelagerten Schutzfenster besteht darin, dass durch eine geeignete Auslegung des Schutzfensters vermieden werden kann, dass Störstrahlung überhaupt auf den Infrarotdetektor gelangt, und dieser somit optimal auf den zu messenden Leistungs- und Dynamikbereich ausgelegt und auf kurze Ansprechzeit optimiert werden kann.
Im Falle dessen, dass die überlagernde Störstrahlung im Schutzfenster absorbiert wird, muss das Schutzfenster in seinen Eigenschaften und seiner Montage so ausgelegt werden, dass eine potentielle Erwärmung des Schutzfensters so gering gehalten wird, dass die vom Schutzfenster abgegebene Infrarot-Wärmestrahlung vernachlässigbar klein gegenüber der zu detektierenden Infrarotstrahlung ist. Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das Schutzfenster selbst aus einem thermisch sehr gut leitfähigen Material, wie Silizium, Germanium oder Diamant, besteht und außerhalb des Strahlungsbereichs gut wärmeleitend an eine Wärmesenke angekoppelt ist.
Aus der vorgenannten WO 2010/146183 A1 ist ein Gehäuse für ein Infrarotgerät, z. B. einen Infrarotdetektor, offenbart. Das Gehäuse, bestehend aus einem Substrat, einer Abdeckung und einem Abstandsrahmen, bildet eine Kavität, in der der Infrarotdetektor, bevorzugt hermetisch abgedichtet, angeordnet ist. Die Abdeckung stellt im Sinne der vorliegenden Erfindung im Empfangsbereich des Infrarotdetektors ein Schutzfenster dar. Es ist aus einem für Infrarotstrahlung transparenten Material, z. B. Silizium oder Germanium. Silizium und Germanium gehören zu den Halbleitermaterialien. Die Herstellkosten von Halbleitermaterialen steigen proportional zur geforderten Reinheit, weshalb man praktisch, auch wenn hier die höchste Transparenz erreicht wird, wenigstens geringfügig verunreinigtes Material verwendet, was somit wenigstens geringfügig dotiert ist. Die Besonderheit des Schutzfensters besteht hier darin, dass eine oder beide seiner Oberflächenseiten eine Antireflexstruktur aufweisen, womit die Transparenz für Infrarotstrahlung erhöht wird. Die einseitige oder beidseitige Antireflexbeschichtung sorgt auch dafür, dass der Transmissionsgrad der Infrarotstrahlung aufgrund von Interferenzeffekten am Schutzfenster eine möglichst geringe Abhängigkeit vom Einfallswinkel oder von der Wellenlänge des Lichts aufweist.
Ähnliche Lösungen, bei denen die Intensität und das Wellenlängenspektrum einer auf einen Infrarotdetektor auftreffenden Strahlung durch ein vorgelagertes Schutzfenster beeinflusst wird, sind aus der US 7 875 944 B2, der WO 02/054499 A2 und der US 8 847 162 B2 bekannt.
Nachteilig an den in den vorgenannten Schriften beschriebenen Schutzfenstern ist, dass die das Infrarotsignal überlagernde gepulste ionisierende Strahlung zu einer temporären Aufladung des Schutzfensters führt und ein damit einhergehendes elektrisches Feld das elektrische Detektorsignal als Störung überlagert.
In der US 8 575 550 B2 wird vorgeschlagen, einen Infrarotdetektor mit einem vorgelagerten Schutzfenster zur elektromagnetischen Abschirmung nach außen in einem Schutzgehäuse aus elektrisch leitfähigem Material einzuhausen, welches das Schutzfenster ausspart. Auch hier bietet das Schutzfenster keinen Schutz gegen elektromagnetische Störimpulse, wie oben beschrieben, da es eine Öffnung in einem Faraday'schen Käfig darstellt, in dem der Sensor eingebettet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Infrarotdetektor mit einem vorgeordneten Schutzfenster zu finden, welches den Einfall von Störstrahlung besser vermeidet.
Die Aufgabe der Erfindung wird für eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen sind den Unteransprüchen 2 bis 6 zu entnehmen.
Vorzugsweise wird die Vorrichtung in einer Belichtungsmaschine verwendet. Nachfolgend soll anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme einer Zeichnung die Erfindung näher erläutert werden.
Hierzu zeigt:
Fig. 1 eine Prinzipskizze für eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine Prinzipskizze für eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 3a ein Diagramm für die Abhängigkeit der Transmission und des elektrischen Widerstandes vom spezifischen Widerstand für ein Schutzfenster aus Silizium und mit konkreten Längenmaßen und
Fig. 3b ein Schutzfenster mit Längenmaßangaben.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wie in Fig. 1 gezeigt, enthält einen beliebigen aus dem Stand der Technik bekannten Infrarotdetektor 1 mit einer Absorptionsschicht 2 und ein diesem vorgelagertes Schutzfenster 3, das über wenigstens einen elektrischen Leiter 4 mit einem Ausgleichspotential 5 verbunden ist. Das Schutzfenster 3 ist gleich derartigen aus dem Stand der Technik bekannten Schutzfenstern aus einem Material, welches für eine durch den Infrarotdetektor 1 zu detektierende Infrarotstrahlung IR mit einer Wellenlänge innerhalb eines Bereiches von 3 bis 50 μιη, der auch als mittlerer Infrarotwellenlängenbereich bezeichnet wird, transparent ist. Das Schutzfenster 3 kann auf seiner dem Infrarotdetektor 1 zugewandten und abgewandten Seite beschichtet oder strukturiert sein, um die Transparenz für die betreffende Infrarotstrahlung IR zu erhöhen oder Störstrahlung zu reflektieren.
Das Schutzfenster 3 ist aus einem dotierten Halbleitermaterial mit einem spezifischen elektrischen Widerstand p zwischen 0,1 Ohm*cm und 100 Ohm*cm hergestellt. Es weist damit eine hinreichend gute elektrische Leitfähigkeit auf, bei einer hohen Transmission T für Infrarotstrahlung IR. Bevorzugte Halbleitermaterialien sind hierfür Silizium, Germanium, Galliumarsenid oder Zinksulfid ist. In Fig. 3a ist ein Diagramm gezeigt, aus dem sich die Auswahl von Silizium mit einem geeigneten spezifischen elektrischen Widerstand p, der indirekt proportional zur Konzentration K der Dotierung ist, ableiten lässt. Es wurde hierfür von einem Schutzfenster 3 ausgegangen, das als Längenmaße, wie in Fig. 3b angetragen, eine Dicke d von 0,5 mm, eine Breite b von 20 mm und eine Länge I von 40 mm aufweist. Der elektrische Widerstand R ergibt sich aus dem Querschnitt des Schutzfensters 3 (Länge I x Breite b), dem Abstand von dem Mittelpunkt MP des Schutzfensters 3 (1/2) und dem spezifischen elektrischen Widerstand p, der mit zunehmender Konzentration K der Dotierung abnimmt. Für die konkret genannte Dimensionierung der betreffenden Längenmaße ergibt sich z.B. für den spezifischen elektrischen Widerstand p von 100 Ohm*cm ein elektrischer Widerstand R von ca. 0,1 Ohm. Das Diagramm stellt die Zusammenhänge nur grob dar, wie sie aus dem Fachbuch Werkstoffe und Bauelemante der Elektrotechnik - Halbleiter von Prof. Dr. Hanno Schaumburg, B.G. Teubner Stuttgart 1991 , S. 322-323 und 362-363 zu entnehmen sind.
Während man für gattungsgleiche Vorrichtungen und einem Schutzfenster aus Silizium das Silizium mit der Konzentration K seiner Dotierung unabhängig vom elektrischen Widerstand R und damit vom spezifischen elektrischen Widerstand p so auswählt, dass es eine hohe Transmission T aufweist, wird erfindungsgemäß ein Silizium mit einer Konzentration K der Dotierung ausgewählt, bei der der spezifische elektrische Widerstand p zwischen 0,1 und 100 Ohm*cm liegt. In diesem ausgewählten Bereich ist der elektrische Widerstand R für das konkret dimensionierte Schutzfenster 3 und Schutzfenstern 3 mit hierzu abweichenden, aber typischen Längenmaßen, kleiner 0,5 Ohm. Trotzdem ist eine hohe Transmission T gegeben, die insbesondere für Silizium zur unteren Grenze des ausgewählten Bereiches hin, durch eine Verringerung der Dicke d verbessert werden kann.
Um einen niederohmigen Kontakt zu dem wenigstens einen elektrischen Leiter 4 herzustellen, besitzt das Schutzfenster 3 wenigstens einen lokal begrenzten Bereich B, in dem das Halbleitermaterial durch eine höhere Konzentration K der Dotierung einen elektrischen Widerstand R kleiner 0,1 Ohm*cm aufweist. Über diesen wenigstens einen lokal begrenzten Bereich B ist das Schutzfenster 3 mit wenigstens einem elektrischen Leiter 4 verbunden, der mit dem Ausgleichspotential 5 in Verbindung steht, um durch Störstrahlung im Schutzfenster 3 generierte Ladungen abzuführen. Als elektrische Leiter, oder auch Schutzpotentialausgleichsleiter genannt, soll hier jegliche elektrisch leitfähige Verbindung verstanden werden. Das kann z.B. für sich allein ein Lot oder ein sogenannter Leitkleber sein oder ein Lot, ein Leitkleber oder eine Klemme in Verbindung mit einer Metallader im weitesten Sinne.
Als Ausgleichspotential 5 soll ein beliebiger mit dem Erdpotential verbundener Körper verstanden sein, welches auch ein Gehäuse der Vorrichtung sein kann.
Der lokal begrenzte Bereich B deckt entweder eine erste, dem Infrarotdetektor 1 zugewandten Seite 3.1 oder eine zweite, dem Infrarotdetektor 1 abgewandte Seite 3.2 des Schutzfensters 3 vollständig oder partiell ab.
Hierzu ist in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem sich der lokal begrenzte Bereich B vollständig über die zweite Seite 3.2 und in eine Tiefe in das Schutzfenster 3 erstreckt, die kleiner der Dicke d des Schutzfensters 3 ist. Die Tiefe ist insbesondere kleiner 1 /10 der Dicke d, sodass die Transmission T des Schutzfensters 3 von dem lokal begrenzten Bereich B, der eine geringere Transmission T als das Schutzfenster 3 außerhalb des lokal begrenzten Bereiches B aufweist, wenigstens nahezu unbeeinflusst bleibt.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem sich der lokal begrenzte Bereich B nur partiell über die erste Seite 3.1 erstreckt. Das Schutzfenster 3 weist vorteilhaft einen größeren Umfang auf, als der Umfang der Absorptionsschicht 2 groß ist, sodass am Schutzfenster 3 wenigstens ein an dessen Umfang angrenzender Randbereich U gebildet ist, durch den keine Infrarotstrahlung IR auf die
Absorptionsschicht 2 auftrifft. Der wenigstens eine lokal begrenzte Bereich B ist in dem wenigstens einen Randbereich U gebildet. Vorteilhaft bleibt dadurch die Transmission T des Schutzfensters 3 in dem Bereich, durch den die Infrarotstrahlung IR auf die
Absorptionsschicht 2 auftrifft, völlig unbeeinflusst, weshalb hier auch die Tiefe des lokal begrenzten Bereiches B ohne Bedeutung für die Transmission T ist. Vorteilhaft wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer EUV-Belichtungsmaschine verwendet. Anhand dieser Anwendung wird nachfolgend beispielhaft deren Wirkung beschrieben.
Ein Targetmaterial wird hier mittels eines gepulsten Hochleistungs-Infrarotlasers, z. B. eines CO2-Lasers mit einer Wellenlänge von ca. 10,6 μιη, sehr stark erhitzt, so dass das entstehende Plasma einen signifikanten Strahlungsanteil im EUV-Bereich (extreme Ultraviolett-Wellenlänge von etwa 13,5 nm) ausstrahlt. Die EUV-Strahlung ist hier ein Beispiel für eine zusätzliche elektromagnetische, ionisierende Strahlung. Das Schutzfenster 3 absorbiert nicht nur die EUV-Strahlung, sondern verhindert insbesondere die Auswirkung der Absorption der EUV-Strahlung auf den Infrarotdetektor 1 . Die Auswirkung kann eine zusätzliche vom Schutzfenster 3 ausgehende Wärmestrahlung und insbesondere dessen elektrische Aufladung sein, wodurch eine elektrische Störquelle entstehen würde.
Ein Teil der Infrarot-Laserstrahlung wird an dem Plasma reflektiert, so dass sich die Infrarot-Laserstrahlung und die EUV-Strahlung überlagern, wodurch zwangsläufig neben der zu detektierenden Infrarotstrahlung, z. B. der CO2-Laserstrahlung, auch EUV-Strahlung auf das dem Infrarotdetektor 1 vorgelagerte Schutzfenster 3 auftrifft. EUV-Strahlung ist aufgrund ihrer hohen Quantenenergie stark ionisierend und wird in dem Schutzfenster 3 nahezu vollständig absorbiert. Indem das Schutzfenster 3 elektrisch leitfähig z. B. aus einem entsprechend dotierten Silizium gefertigt ist und elektrisch leitend an ein Ausgleichspotential 5 angekoppelt ist, wird eine temporäre Aufladung des Schutzfensters 3 und damit die Entstehung eines störenden elektrischen Feldes um das Schutzfenster 3 verhindert.
Ein entscheidender Vorteil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass bei der Auslegung bzw. Konfiguration des Infrarotdetektors 1 die Möglichkeit einer Beaufschlagung durch Störstrahlung außer Betracht bleiben kann, so dass der Infrarotdetektor 1 so ausgelegt werden kann, dass der Dynamikbereich an die maximal auftreffende Infrarotstrahlung IR angepasst ist und damit höchstmögliche Genauigkeit gewährleistet. Bezugszeichenliste:
1 Infrarotdetektor
2 Absorptionsschicht
3 Schutzfenster
3.1 erste Seite
3.2 zweite Seite
4 elektrischer Leiter
5 Ausgleichspotential
B lokal begrenzter Bereich
U Randbereich
IR Infrarotstrahlung
R elektrischer Widerstand
p spezifischer elektrischer Widerstand
T Transmission
K Konzentration der Dotierung
I Länge des Schutzfensters b Breite des Schutzfensters d Dicke des Schutzfensters
MP Mittelpunkt des Schutzfensters

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung mit einem Infrarotdetektor (1 ) mit einer Absorptionsschicht (2) und einem vorgelagerten, nicht mit der Absorptionsschicht (2) in Kontakt stehenden Schutzfenster (3), das eine Dicke (d), eine dem Infrarotdetektor (1 ) zugewandte erste Seite (3.1 ) und eine dem Infrarotdetektor (1 ) abgewandte zweite Seite (3.2) aufweist, wobei das Schutzfenster (3) für eine zu detektierende Infrarotstrahlung (IR) innerhalb des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereiches von 3 bis 50 μιη transmittierend und für eine diese Infrarotstrahlung (IR) überlagernde Störstrahlung reflektierend und/ oder absorbierend ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzfenster (3) aus einem dotierten Halbleitermaterial mit einem spezifischen elektrischen Widerstand (p) zwischen 0,1 Ohm*cm und 100 Ohm*cm besteht, wobei das Schutzfenster (3) wenigstens einen lokal begrenzten Bereich (B) aufweist, in dem das Halbleitermaterial durch eine höhere Konzentration (K) der Dotierung einen spezifischen elektrischen Widerstand (p) kleiner 0,1 Ohm*cm aufweist und das Schutzfenster (3) über den wenigstens einen lokal begrenzten Bereich (B) mit einem elektrischen Leiter (4) verbunden ist, der mit einem Ausgleichspotential (5) in Verbindung steht, um durch die Störstrahlung im Schutzfenster ( 3) generierte Ladungen abzuführen.
2. Vorrichtung mit einem Infrarotdetektor (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial Silizium, Germanium, Galliumarsenid oder Zinksulfid ist.
3. Vorrichtung mit einem Infrarotdetektor (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der lokal begrenzte Bereich (B) die erste Seite (3.1 ) oder die zweite Seite (3.2) des Schutzfensters (3) vollständig abdeckt und sich in eine Tiefe in das Schutzfenster (3) erstreckt, die kleiner der Dicke (d) des Schutzfensters (3) ist.
4. Vorrichtung mit einem Infrarotdetektor (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe kleiner 1/10 der Dicke (d) ist, sodass eine Transmission (T) des Schutzfensters (3) von dem lokal begrenzten Bereich (B) wenigstens nahezu unbeeinflusst bleibt.
5. Vorrichtung mit einem Infrarotdetektor (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der lokal begrenzte Bereich (B) die erste Seite (3.1 ) oder die zweite Seite (3.2) des Schutzfensters (3) partiell abdeckt.
6. Vorrichtung mit einem Infrarotdetektor (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzfenster (3) einen größeren Umfang aufweist, als der Umfang der Absorptionsschicht (2) groß ist, sodass am Schutzfenster (3) wenigstens ein an dessen Umfang angrenzender Randbereich (U) gebildet ist, durch den keine Infrarotstrahlung (IR) auf die Absorptionsschicht (2) auftrifft und der wenigstens einen lokal begrenzten Bereich (B) aufweist, in dem wenigstens ein Randbereich (U) gebildet ist.
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