DE102021200747A1 - Verfahren zum Bilden einer Schicht, optisches Element und optisches System - Google Patents

Verfahren zum Bilden einer Schicht, optisches Element und optisches System Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden mindestens einer Schicht (3) auf einem Substrat (2), umfassend: Abscheiden mindestens eines Beschichtungsmaterials (9) auf dem Substrat (2) zum Bilden der Schicht (3), sowie Erzeugen eines Plasmas (12) zur Unterstützung des Abscheidens des Beschichtungsmaterials (9). Das Plasma (12) wird aus einer Gasmischung (14) gebildet, die ein erstes Gas (G) und ein zweites Gas (H) enthält, wobei das zweite Gas (H) eine Ionisierungsenergie aufweist, die kleiner ist als eine Ionisierungsenergie des ersten Gases (G). Die Erfindung betrifft auch ein optisches Element, umfassend: ein Substrat (2), bevorzugt aus einem fluoridischen Material, insbesondere aus einem Metallfluorid, wobei das Substrat (2) eine Beschichtung aufweist, die mindestens eine Schicht (3) umfasst, die gemäß weiter oben beschriebenen Verfahren gebildet wurde. Die Erfindung betrifft auch ein optisches System, insbesondere für den DUV-Wellenlängenbereich, das mindestens ein solches optisches Element aufweist.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden mindestens einer Schicht auf einem Substrat, umfassend: Abscheiden mindestens eines Beschichtungsmaterials auf dem Substrat zum Bilden der Schicht, sowie Erzeugen eines Plasmas zur Unterstützung des Abscheidens des Beschichtungsmaterials. Die Erfindung betrifft auch ein optisches Element, welches ein Substrat, bevorzugt aus einem fluoridischen Material, insbesondere aus einem Metallfluorid, sowie eine Beschichtung mit mindestens einer Schicht aufweist, die gemäß dem oben beschriebenen Verfahren gebildet ist. Die Erfindung betrifft auch ein optisches System, insbesondere für den DUV-Wellenlängenbereich (bei Wellenlängen von weniger als 250 nm), das mindestens ein solches optisches Element umfasst.
  • Im Sinne dieser Anmeldung wird unter dem Begriff „Abscheiden auf dem Substrat“ nicht zwingend eine Abscheidung des Beschichtungsmaterials unmittelbar auf dem Substrat verstanden. Unter dem „Abscheiden auf dem Substrat“ wird vielmehr auch eine Abscheidung des Beschichtungsmaterials auf eine oder mehrere bereits auf das Substrat aufgebrachte Schichten verstanden.
  • Für hochbelastete optische Elemente im DUV/VUV-Wellenlängenbereich bei Wellenlängen von weniger als 250 nm, vor allem für die Mikrolithografie und Inspektionssysteme in der Halbleiterindustrie, werden im Allgemeinen Fluoride als Substratmaterial verwendet, insbesondere Flussspat (CaF2) und Magnesiumfluorid (MgF2). Unter Bestrahlung mit hohen Intensitäten treten bereits nach ca. 106 Pulsen erste Schädigungen an der Oberfläche des CaF2-Materials auf, vgl. [1]. Durch die Wechselwirkung mit der DUV/VUV-Strahlung tritt im Volumen eines solchen optischen Elements lokale Fluorverarmung, resultierend in der Bildung von Ca-Metallkolloiden auf, welche selbst als Keime für massive Degradation dienen. Noch schneller tritt Fluorverarmung an der Oberfläche auf, an der die freiwerdenden Fluoratome in die Umgebung entweichen können.
  • Beispielsweise wurde an der Außenseite eines aus CaF2 bestehenden Laserkammer-Fensters eines Excimerlasers bei einer Laserenergiedichte von mehr als 20 mJ/cm2 eine Degradation in Form eines weißen, pulverartigen Beschlags beobachtet. Auf der Innenseite des Laserkammer-Fensters, die im Kontakt zum fluorhaltigen Lasergas stand, trat hingegen keine Schädigung auf, was Rückschlüsse auf Fluor als entscheidende Substanz liefert, um das Auftreten des pulverartigen Beschlags und damit die Degradation zu verhindern. Zur Vorbeugung der Fluorverarmung ist bereits eine sehr niedrige Konzentration von Fluor im Lasergasgemisch ausreichend, die z.B. in der Größenordnung von 0,1 Vol.-% bis 0,2 Vol.-% liegen kann.
  • Eine Versiegelung durch hochdichte, in fluorhaltiger Atmosphäre gesputterte ( US20050023131A1 , JP2003193231A1 ), reaktiv abgeschiedene (JPH11172421A1) oder nachbehandelte ( US20040006249A1 ,
    JPH11140617A1, JP2004347860A1 ) Metallfluoridschichten stellen eine aussichtsreiche Option dar, um die Strahlungsbeständigkeit von fluoridischen Optikkomponenten zu erhöhen.
  • Es wurde jedoch beobachtet, dass insbesondere bei Metallfluoridbeschichtungen der Erfolg der Versiegelung nur klein ist, wohingegen der erforderliche technologische Aufwand groß ist, da der Einsatz von gegen Fluorgas resistenten Anlagenbauteilen aufwändig und teuer ist. Weiterhin weisen auf diese Weise hergestellte Schichten hohe optische Verluste auf, die durch die Bildung von Farbzentren in fluoridischen Materialien aufgrund einer Wechselwirkung mit einem Plasma bei Plasma-Ionenunterstützter Deposition („Plasma-ion-assisted deposition“, PIAD) bzw. durch Kontamination mit Produkten der Reaktion von Fluor mit Komponenten und Wänden der Beschichtungsanlage verursacht werden [2].
  • Zur Verbesserung der Strahlungsbeständigkeit führt auch eine Versiegelung von optischen Elementen (beispielweise der Außenseite eines Laserkammer-Fensters) mit Oxiden Al2O3 bzw. SiO2 oder fluoriertem SiO2 ( DE10350114B4 , DE102006004835A1 , EP1614199B1 , US20030021015A1 , US20040202225A1 , US6466365B1 , US6833949B2 , US6872479B2 ), jedoch bleiben Fluoride in diesem Fall unverdichtet. Um Schädigungen von Fluoriden durch hochenergetische Teilchen zu vermeiden, wurde in der EP3111257 B1 eine unverdichtete, oxidische Zwischenschicht vorgeschlagen.
  • Für die Funktion von Optikkomponenten in optischen Systemen müssen Oberflächen in der Regel vergütet (beispielsweise verspiegelt oder entspiegelt) werden. Die Entspiegelung bzw. die Verspiegelung erfolgt grundsätzlich durch das Aufbringen von Interferenzschichten, wobei zwei Materialien mit einer möglichst hohen und einer möglichst niederen Brechzahl benötigt werden. Da bei Hochleistungsanwendungen im Wellenlängenbereich < 200 nm aufgrund von hoher Absorption nur wenige oxidische Materialien geeignet sind, wie beispielweise SiO2 oder Al2O3, wird bevorzugt eine Kombination aus abwechselnden fluoridischen und oxidischen Schichten verwendet ( US9933711 B2 , US10642167 B2 ). Um durch Feuchteaufnahme verursachte spektrale Verschiebungen zu vermeiden, wird angestrebt, eine möglichst hohe Verdichtung sowohl bei den oxidischen als auch bei den fluoridischen Schichten zu erreichen. Dabei kann es zu erhöhten optischen Verlusten auf Grund von Beschädigungen bei der Abscheidung der Schichten kommen, die nach Möglichkeit jedoch vermieden werden sollten.
  • Die Packungsdichte (nachfolgend auch: Verdichtungsgrad) des Beschichtungsmaterials in einer optischen Beschichtung ist auch für die Lebensdauer der optischen Beschichtung relevant. Je höher der Verdichtungsgrad bzw. je geringer die Porosität der Beschichtung ist, umso besser ist in der Regel die chemische, mechanische, Umwelt- und Laserstabilität. Zudem skaliert der Brechungsindex eines abgeschiedenen Beschichtungsmaterials mit dem Verdichtungsgrad. Der Verdichtungsgrad kann erhöht werden, wenn das Substrat während der Beschichtung aufgeheizt wird, beispielsweise auf Temperaturen oberhalb von ca. 200°C. Die Durchführung einer Beschichtung bei hohen Temperaturen ist jedoch nicht immer möglich bzw. deren Wirkung ist oft nicht ausreichend.
  • Ein bekanntes Verfahren zur Verdichtung von Schichten ist die Ionen- bzw. die Plasma-Ionen-Unterstützung (PIAD), vgl. beispielsweise die DE102005017742A1 . Dort wird der Begriff „Wirkenergie pro Molekül (EPM)“ eingeführt. Dieser Begriff bezieht sich auf den beim Schichtwachstum wirksamen, auf die angebotene Beschichtungsrate normierten Energieeintrag des lonenstrahls. Die Energie pro Molekül EPM ist definiert als der Quotient aus dem Produkt aus der Anzahl Ni der Ionen pro Zeiteinheit und der Energie Ei der Ionen durch die Anzahl NM der auftreffenden Beschichtungsmoleküle pro Zeiteinheit, d.h. es gilt: EPM = ( N i E i ) /N M .
    Figure DE102021200747A1_0001
  • Da die Ionenenergie Ei möglichst niedrig gehalten werden muss, damit die Schädigungen durch hochenergetische Ionen gering bleiben, soll zur Erhöhung des Verdichtungsgrades die EPM erhöht werden (vgl. [3]). Es ist demzufolge hilfreich, die Ionenstromdichte bzw. die Anzahl der Ionen Ni pro Zeiteinheit zu erhöhen (vgl. [4]) und/oder die Beschichtungsrate, d.h. die Anzahl NM der auftreffenden Beschichtungsmoleküle pro Zeiteinheit, zu reduzieren. Ein weiterer Aspekt, der zu berücksichtigen ist, ist die Tatsache, dass der Verdichtungsgrad über einen breiten Bereich der Aufdampfwinkel konstant bleiben muss, damit die Schicht homogen wächst.
  • Wie in der DE 10 2005 017 742 A1 beschrieben ist, sind bei den meisten Plasmaquellen die Ionenenergie und die lonenstromdichte direkt gekoppelt, so dass die Verringerung der Ionenenergie zur Minderung der Ionenstromdichte und damit zu einer starken Minderung der den Verdichtungsgrad erhöhenden Effekte führt. In der DE 10 2005 017 742 A1 wird daher vorgeschlagen, für die PIAD eine Hochfrequenz-Plasmaquelle zu verwenden, wie sie in der WO 01/163981 beschrieben ist. Bei der dort beschriebenen Hochfrequenz-Plasmaquelle, die ein Hochfrequenz-Anpassnetzwerk mit einem primären Schaltkreis und einem sekundären Schaltkreis aufweist, sollen die Wirklonenstrahldichte und die Wirk-Ionenenergie unabhängig voneinander einstellbar sein, so dass eine optimale Kombination aus Wirk-Ionenenergie und Wirkenergie pro Molekül eingestellt werden kann. Die in der WO 01/63981 beschriebene Plasmaquelle ist jedoch aufwändig in ihrer Herstellung.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein vereinfachtes Verfahren zum Bilden mindestens einer Schicht einer (optisch wirksamen) Beschichtung bereitzustellen, bei dem das Beschichtungsmaterial mit hohem Verdichtungsgrad und geringer Absorption und Kontamination abgeschieden werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Element mit einer Beschichtung mit mindestens einer solchen Schicht sowie ein optisches System mit mindestens einem solchen optischen Element bereitzustellen.
  • Gegenstand der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem das Plasma aus einer Gasmischung gebildet wird, die ein erstes Gas und ein zweites Gas enthält, wobei das zweite Gas eine Ionisierungsenergie aufweist, die kleiner ist als eine Ionisierungsenergie des ersten Gases. Unter dem Begriff „Ionisierungsenergie“ wird in der vorliegenden Anmeldung die 1. Ionisierungsenergie eines jeweiligen chemischen Elements bzw. einer jeweiligen Verbindung verstanden.
  • Die Erfinder haben erkannt, dass die Ladungsträgerdichte und somit die lonenstromdichte bei gleicher Ionenenergie erhöht werden kann, wenn bei der Bildung des Plasmas die Penning-Ionisation bzw. der Penning-Effekt genutzt wird (vgl. [5]). Bei der Penning-Ionisation handelt es sich um eine spezielle Form der Chemoionisation, d.h. einer Übertragung der Anregungsenergie bei Teilchenzusammenstößen: Treten in einem Gasgemisch angeregte Atome einer Teilchensorte G auf, deren Anregungsenergie größer ist als die (erste) Ionisierungsenergie einer zweiten Teilchensorte M, dann kann beim Zusammenstoß die Anregungsenergie von G auf M derart übertragen werden, dass M ionisiert wird: G* + M → MG* → M+ + e- + G (2)
  • Es ist hierbei nicht zwingend erforderlich, dass die Zwischenstufe zerfällt, d.h. es sind auch Ionisationen der folgenden Art möglich: G* + M → MG* → MG+ + e- (3)
  • Durch die Penning-Ionisation bzw. durch die Verwendung eines geeigneten Gasgemischs kann somit gemäß Gleichung (1) die Wirk-Energie pro Molekül EPM erhöht werden, ohne dass die Wirk-Ionenenergie Ei hierbei zunimmt. Auf diese Weise kann das Beschichtungsmaterial mit einer hohen Packungsdichte bzw. mit einem hohen Verdichtungsgrad aufgebracht werden, ohne dass eine Schädigung der Beschichtung durch hochenergetische Ionen zu befürchten ist.
  • Bei einer Variante des Verfahrens ist das erste Gas der Gasmischung ein Edelgas. Edelgase weisen generell vergleichsweise große lonisierungsenergien auf. Daher ist es günstig, wenn das erste Gas des Gasgemischs ein Edelgas ist. Zudem werden zur Bildung eines Plasmas in einer Plasmaquelle in der Regel inerte Gase, z.B. Edelgase, verwendet.
  • Bei einer Weiterbildung ist das zweite Gas der Gasmischung ein zweites Edelgas. Die Edelgase He, Ne, Ar, Kr, Xe weisen jeweils unterschiedliche (erste) lonisierungsenergien auf, wobei die Ionisierungsenergie mit zunehmender Ordnungszahl abnimmt, d.h. He weist die größte und Xe die niedrigste Ionisierungsenergie auf.
  • Bei einer Weiterbildung dieser Variante ist das Edelgas Ar und das weitere Edelgas ist ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Kr und Xe. Plasmaquellen, die zur Erzeugung eines Plasmas für die Plasma-Ionen-Unterstützung dienen, werden häufig mit Ar als Plasmagas betrieben. In Abhängigkeit von der Art der Plasmaquelle kann es daher günstig sein, wenn es sich bei dem Edelgas um Ar handelt, da die Plasmaquelle ggf. für den Betrieb mit Ar ausgelegt bzw. optimiert ist.
  • Bei einer alternativen Weiterbildung dieser Variante ist das Edelgas Kr und das weitere Edelgas ist Xe. In dem Artikel [6] wurde festgestellt, dass der Verdichtungsgrad bei der Abscheidung des Beschichtungsmaterials primär durch den Impulsübertrag und nicht durch die Ionenenergie beeinflusst wird. Daher führt die Verwendung von schwereren Edelgasionen zu einer höheren Wirkung hinsichtlich der Verdichtung als die Verwendung von leichteren Edelgasionen (Kr > Ar > Ne). Für die Verdichtung kann es daher günstig sein, wenn das Gasgemisch schwere Edelgase bzw. Edelgas-Ionen enthält.
  • Bei einer weiteren alternativen Weiterbildung ist das Edelgas Ne und das weitere Edelgas ist ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Ar, Kr und Xe. Das Edelgas Neon weist im Vergleich zu Ar, Kr, und Xe eine vergleichsweise große erste Ionisierungsenergie auf, was für die Penning-Ionisation günstig ist, da ein vergleichsweise großer Energieübertrag möglich ist. Durch die Mischung mit schwereren Edelgasen wie Kr oder Xe kann auch bei der Verwendung des vergleichsweise leichten Edelgases Neon ein vergleichsweise großer Impulsübertrag auf das Beschichtungsmaterial und somit eine hohe Verdichtung des Beschichtungsmaterials erreicht werden.
  • Bei einer weiteren Variante ist das zweite Gas ein reaktives Gas. Auch eine Gasmischung aus einem Edelgas und einem reaktiven Gas, das eine kleinere Ionisierungsenergie aufweist als das Edelgas, kann für die Unterstützung der Abscheidung des Beschichtungsmaterials günstig sein. Bei dem reaktiven Gas kann es sich beispielsweise um ein fluorhaltiges Gas handeln, aber auch andere reaktive Gase, z.B. Sauerstoff oder Ozon, können verwendet werden.
  • Bei der Gasmischung kann es sich beispielsweise um eine Mischung aus Krypton (Ionisationsenergie 14 eV) und NF3 (Ionisationsenergie 13 eV) oder Xenon (Ionisationsenergie 12.1 eV) und Tetrafluorethylen C2F4 (Ionisationsenergie10.1 eV) handeln. Auch andere Gasmischungen, die ein Edelgas als erstes Gas und ein reaktives Gas als zweites Gas enthalten, sind grundsätzlich möglich, sofern die Ionisierungsenergie des reaktiven Gases geringer ist als die Ionisierungsenergie des Edelgases. Die Ionisierungsenergien einer Vielzahl von chemischen Elementen bzw. Verbindungen sind beispielsweise unter Lias, S.G. & Liebman, J.F. Ion Energetics Data. NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69. 165-220 (2009) oder unter „https://www.cup.unimuenchen.de/ph/aks/wanner/newhome/upioads/Main/Ionisierungsenergien_Ta belle.pdf“ abrufbar.
  • Das zweite Gas ist in der Gasmischung aus dem ersten Gas und dem zweiten Gas typischerweise mit einem Anteil von weniger als 10 Vol.-%, von weniger als 1 Vol.-% oder von weniger als 0,1 Vol.-% enthalten. Es versteht sich, dass in der Gasmischung grundsätzlich mehr als zwei Gase, insbesondere mehr als zwei Edelgase, enthalten sein können.
  • Bei einer weiteren Variante weist die Gasmischung ein drittes Gas auf bzw. der Gasmischung wird ein drittes Gas beigemischt. Das dritte Gas ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe umfassend: O2, N2 und fluorhaltige Gase. Das dritte, z.B. fluorhaltige Gas kann dazu dienen, die Abscheidung des Beschichtungsmaterials in einer fluoridischen Atmosphäre durchzuführen. Bei dem fluorhaltigen Gas kann es sich beispielsweise um ein Gas handeln, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: F2, CF4, SF6, Xenonfluoride, beispielsweise XeF2, XeF4, XeF6, NF3, HF, BF3, CH3F, C2F4.
  • Bei einer Weiterbildung ist der Gasmischung das dritte Gas mit einem Anteil von weniger als 2 Vol.-%, bevorzugt von weniger als 1 Vol.-%, besonders bevorzugt von weniger als 0,01 Vol.-%, ganz besonders bevorzugt von weniger als 0,001 Vol.-%, insbesondere von weniger als 0,001 Vol.-% beigemischt. In der Regel ist es günstig, wenn der Gasmischung nur ein geringer Anteil des dritten Gases beigemischt wird.
  • Die Erzeugung des Plasmas erfolgt in einer Plasmaquelle. Einer herkömmlichen Plasmaquelle wird für die Erzeugung des Plasmas in der Regel nur ein Gas, beispielsweise ein Edelgas, zugeführt. Im Inneren der Plasmaquelle ist typischerweise ein lonisierungsraum gebildet, in dem das zugeführte Gas ionisiert und ein Plasma gebildet wird. Um aus der weiter oben beschriebenen Gasmischung ein Plasma zu erzeugen, welches die Abscheidung unterstützt, bestehen verschiedene Möglichkeiten:
    • Bei einer Variante wird/werden das erste Gas und das zweite Gas und/oder das Gasgemisch über mindestens einen Gaseinlass in eine Plasmaquelle eingebracht, in der das Plasma erzeugt wird. Es ist möglich, das Gasgemisch zu bilden, bevor dieses über einen Gaseinlass der Plasmaquelle bzw. dem Ionisierungsraum zugeführt wird. Für den Fall, dass die Plasmaquelle zwei oder mehr Gaseinlässe aufweist, kann einem ersten Gaseinlass das erste Gas und einem zweiten Gaseinlass das zweite Gas zugeführt werden. In diesem Fall bildet sich die Gasmischung erst innerhalb der Plasmaquelle. Eine Plasmaquelle, die zwei Gaseinlässe zur Zuführung von Gasen aufweist, ist beispielsweise in dem Artikel [7] beschrieben.
  • Bei einer alternativen Variante wird zur Bildung des Gasgemischs das erste Gas über einen Gaseinlass in eine Plasmaquelle eingebracht, in der das Plasma erzeugt wird, und das zweite Gas wird in eine Vakuumkammer eingebracht, in der das Substrat angeordnet ist, oder umgekehrt, d.h. das zweite Gas wird über den Gaseinlass in die Plasmaquelle eingebracht und das erste Gas wird in die Vakuumkammer eingebracht.
  • In diesem Fall wird das Gasgemisch erst außerhalb der Plasmaquelle in der Vakuumkammer gebildet, in der die Beschichtung mit dem Beschichtungsmaterial stattfindet. Es ist günstig, wenn die Zuführung des ersten/zweiten Gases in die Vakuumkammer in der Nähe der Plasmaquelle, genauer gesagt in der Nähe einer Austrittsöffnung der Plasmaquelle, erfolgt. Zu diesem Zweck kann beispielsweise eine Gasdusche dienen, die in unmittelbarer Nähe zur Austrittsöffnung der Plasmaquelle angeordnet ist, wie dies in dem Artikel [7] beschrieben ist. Dies Zuführung des zweiten Gases außerhalb der Plasmaquelle ist insbesondere für den Fall günstig, dass es sich bei dem zweiten Gas um ein reaktives Gas handelt, da der Einlass bzw. die Zuführung des zweiten Gases in die Plasmaquelle zu einer Degradation der Kathode oder von anderen Komponenten der Plasmaquelle führen kann.
  • Bei einer weiteren Variante liegt eine Beschichtungsrate bzw. Aufdampfrate bei der Abscheidung des Beschichtungsmaterials bei weniger als 10-10 m/s. Wie weiter oben in Zusammenhang mit Gleichung (1) beschrieben wurde, kann durch die Reduzierung der Beschichtungsrate bzw. der Anzahl NM der auftreffenden Beschichtungsmoleküle pro Zeiteinheit die Energie pro Molekül EPM erhöht werden. Die Beschichtungsrate sollte allerdings nicht zu klein gewählt werden, da ansonsten ggf. in der Vakuumkammer vorhandene Restgase in das abgeschiedene Beschichtungsmaterial eingebracht werden. Eine kleine Beschichtungsrate ermöglicht es auch, bei der Abscheidung einen Verdichtungsgrad zu erzeugen, der im Wesentlichen konstant ist, d.h. der nicht bzw. nur geringfügig vom Aufdampfwinkel abhängig ist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform liegt eine Wirk-Ionenenergie von in dem Plasma enthaltenen Ionen bei weniger als 100 eV, bevorzugt zwischen 45 eV und 100 eV. Für die Definition der Wirk-Ionenenergie sei auf die DE 10 2005 017 742 A1 verwiesen, welche durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. Eine Wirk-Ionenenergie in der oben angegebenen Größenordnung hat sich als günstig für die Abscheidung von dichten Schichten erwiesen, wie sich beispielsweise auch aus 1 des Artikels [3] ergibt. Werden größere Ionenenergien als 100 eV bei der Abscheidung verwendet, nimmt in der Regel die Schädigung der Beschichtung durch hochenergetische Ionen zu. Ist die Wirk-Ionenenergie zu gering, nimmt der Verdichtungsrad ab.
  • Bei einer weiteren Variante ist das Substrat ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: flouridische Materialien, bevorzugt Metallfluoride, insbesondere Erdalkali-Metallfluoride. Wie weiter oben beschrieben wurde, werden für Anwendungen im DUV-Wellenlängenbereich bei Wellenlängen von weniger als 250 nm oder 200 nm als Substrate von transmittierenden optischen Elementen häufig Metallfluoride, insbesondere Erdalkali-Fluoride, verwendet, beispielsweise Flussspat (CaF2) oder Magnesiumfluorid (MgF2), da diese Materialien bei Wellenlängen von weniger als 250 nm transparent sind. Es versteht sich, dass das weiter oben beschriebene Verfahren grundsätzlich auch auf andere Substrate angewendet werden kann, z.B. auf Substrate aus Quarzglas (SiO2).
  • Das Abscheiden des Beschichtungsmaterials kann beispielsweise mit Hilfe eines PVD(„Physical Vapour Deposition“)-Verfahrens erfolgen. Beispielsweise kann das Abscheiden des Beschichtungsmaterials durch thermisches Verdampfen, insbesondere durch Elektronenstrahl-Verdampfen, erfolgen. Andere Verfahren zur Abscheidung eines Beschichtungsmaterials, z.B. Sputtern, können ebenfalls verwendet werden. Grundsätzlich können bei dem hier beschriebenen Verfahren alle Abscheidungsverfahren angewendet werden, bei denen eine Plasma-Ionen-Unterstützung möglich bzw. sinnvoll ist. Die Temperatur bei der Abscheidung sollte allerdings in der Regel nicht zu groß gewählt werden und in der Regel ca. 200°C nicht überschreiten.
  • Bei dem Beschichtungsmaterial kann es sich beispielsweise um ein oxidisches Material, z.B. um SiO2, oder um ein fluoridisches Material, z.B. um MgF2, handeln. Es versteht sich, dass auch andere Materialien zur Bildung einer Schicht der Beschichtung verwendet werden können.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein optisches Element, umfassend: ein Substrat, bevorzugt aus einem fluoridischen Material, insbesondere aus einem Metallfluorid, wobei das Substrat eine Beschichtung aufweist, die mindestens eine Schicht umfasst, die gemäß dem weiter oben beschriebenen Verfahren gebildet ist. Bei dem Material des Substrats kann es sich beispielsweise um Quarzglas (SiO2) handeln. Für den Fall, dass das Substrat aus einem fluorisichen Material gebildet ist, kann es sich bei dem Material beispielsweise um CaF2 oder um MgF2 handeln. Das Substrat kann in Form einer Planplatte ausgebildet sein, es kann sich aber auch um ein Substrat handeln, welches eine Krümmung aufweist. Entsprechend kann auch die Oberfläche des Substrats, auf welche die Schicht bzw. die Beschichtung aufgebracht ist, plan oder gekrümmt ausgebildet sein.
  • Die Beschichtung kann eine oder mehrere Schichten aufweisen, die beispielsweise ein oxidisches Material oder ein fluoridisches Material enthalten können. Es ist nicht zwingend erforderlich, dass alle Schichten der Beschichtung gemäß dem weiter oben beschriebenen Verfahren mit Hilfe von Plasma-Ionen-Unterstützung auf das Substrat aufgebracht werden. Es ist vielmehr möglich, dass einzelne Schichten nicht verdichtet werden sollen, wie dies in der weiter oben zitierten EP3111257 B1 beschrieben ist. In der Regel ist es jedoch vorteilhaft, wenn alle Schichten der Beschichtung mit Hilfe des weiter oben beschriebenen Verfahrens aufgebracht wurden, um eine möglichst hohe Verdichtung zu erreichen.
  • Die Beschichtung kann beispielsweise als Interferenz-Schichtstapel ausgebildet sein und zwei Materialien mit einer möglichst hohen und einer möglichst niedrigen Brechzahl aufweisen. Die Beschichtung kann beispielsweise zur Verspiegelung oder zur Entspiegelung des optischen Elements dienen. Bevorzugt wird hierbei eine Kombination aus alternierenden fluoridischen und oxidischen Schichten verwendet, wie dies in beispielsweise in der US9933711 B2 bzw. in der US10642167 B2 beschrieben ist. Als Beschichtungsmaterialen kommen neben oxidischen oder fluoridischen Materialien aber auch andere Materialien in Frage, beispielsweise Oxyfluoride.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein optisches System, insbesondere für den DUV-Wellenlängenbereich, d.h. für Wellenlängen von weniger als 250 nm. Das optische System weist mindestens ein optisches Element auf, das wie weiter oben beschrieben ausgebildet ist. Bei dem optischen System kann es sich beispielsweise um eine DUV-Lithographieanlage oder um ein Inspektionssystem beispielsweise zur Inspektion einer Maske oder eines Wafers handeln, aber auch um einen Laser, beispielsweise um einen Excimer-Laser.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
    • 1 eine schematische Darstellung einer Beschichtungsanlage zur Beschichtung von Substraten,
    • 2 eine schematische Darstellung der ersten Ionisierungsenergie einer Mehrzahl von chemischen Elementen in Abhängigkeit von der Ordnungszahl,
    • 3 schematische Darstellungen eines Verdichtungsgrads als Funktion der Ionenenergie, der Beschichtungsrate und des Aufdampfwinkels,
    • 4 eine schematische Darstellung eines Beispiels eines optischen Elements, das eine Beschichtung aufweist, die mit der Beschichtungsanlage von 1 aufgebracht wurde, sowie
    • 5 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer DUV-Lithographieanlage, die das optische Element von 4 aufweist.
  • In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
  • In 1 ist schematisch eine Beschichtungsanlage 1 zum Bilden bzw. zum Abscheiden von Schichten - im gezeigten Beispiel einer Schicht 3 - auf einem Substrat 2 dargestellt. Die Beschichtungsanlage 1 weist einen hochvakuumdichten Rezipienten 4 auf, der eine Vakuumkammer 5 umschließt. Eine Turbomolekularpumpe 6 dient zur Evakuierung der Vakuumkammer 5. In der Vakuumkammer 5 ist eine Halteeinrichtung 7 angeordnet, an der eine Mehrzahl von Substraten angebracht werden kann, von denen in 1 lediglich ein einziges Substrat 2 dargestellt ist. Die Halteeinrichtung 7 ist in der Art eines Planetensystems ausgebildet und weist eine Hauptachse auf, um welche die Substrate bei der Beschichtung gedreht werden, wie in 1 durch einen Pfeil angedeutet ist. Das bzw. ein jeweiliges Substrat 2 dreht sich zusätzlich während der Beschichtung um seine eigene Symmetrieachse, wie in 1 ebenfalls durch einen Pfeil angedeutet ist. Bei dem Substrat 2 handelt es sich im gezeigten Beispiel um eine planparallele Platte, auf die eine Antireflex-Beschichtung aufgebracht werden soll. Das Substrat 2 ist im gezeigten Beispiel aus Kalziumfluorid (CaF2) gebildet, kann aber auch aus einem anderen Material gebildet sein. Bei dem Material des Substrats 2 kann es sich beispielsweise um ein anderes fluoridisches Material, z.B. um ein Metallfluorid, insbesondere um ein Erdalkalimetall-Fluorid, handeln.
  • Innerhalb der Vakuumkammer 5 ist ein Elektronenstrahl-Verdampfer 8 angeordnet, in den ein Beschichtungsmaterial 9 eingebracht ist. Der Elektronenstrahl-Verdampfer 8 erzeugt während der Abscheidung einen Verdampfungskegel 10, in dem das zu beschichtende Substrat 2 angeordnet ist, so dass das Beschichtungsmaterial 9 an einer dem Elektronenstrahl-Verdampfer 8 zugewandten, zu beschichtenden Oberfläche des Substrats 2 abgeschieden werden kann. Bei dem Beschichtungsmaterial 9 handelt es sich im gezeigten Beispiel um SiO2, es kann sich aber auch um ein anderes z.B. oxidisches oder fluoridisches Material oder um ein Oxyfluorid handeln.
  • Innerhalb der Vakuumkammer 5 ist auch eine Plasmaquelle 11 angeordnet, die zur Erzeugung eines Plasmas 12 dient, das in Form eines Plasmastrahls auf die zu beschichtende Oberfläche des Substrats 2 ausgerichtet ist. Bei der Plasmaquelle 11 handelt es sich um eine Gleichspannungs-Plasmaquelle, wie sie im Detail in dem Artikel [7] beschrieben ist. Die Plasmaquelle 11 weist eine stabförmige Kathode 13a auf, die von einer ringförmigen Anode 13b umgeben ist. Zwischen der Kathode13a und der Anode 13b wird zur Erzeugung des Plasmas 12 ein elektrisches Feld erzeugt, um in einem lonisierungsraum der Plasmaquelle 11 ein Gas, genauer gesagt ein Gasgemisch 14, zu ionisieren und auf diese Weise das Plasma 12 zu erzeugen. Eine nicht gezeigte Spule umgibt die Anode 13b an ihrer Außenseite und erzeugt ein axiales Magnetfeld in dem lonisierungsraum.
  • Wie in 1 ebenfalls zu erkennen ist, wird das Gasgemisch 14 der Plasmaquelle 11 über einen Gaseinlass 15 zugeführt, der im gezeigten Beispiel am Boden des lonisierungsraums des Plasmaquelle 11 angeordnet ist. Es versteht sich, dass der Gaseinlass 15 auch an anderer Stelle an der Plasmaquelle 11 positioniert sein kann, um der Plasmaquelle 11 das Gasgemisch 14 zuzuführen.
  • Wie in 1 ebenfalls zu erkennen ist, wird das Gasgemisch 14 in einer Mischeinrichtung 16 gebildet, die sich außerhalb der Vakuumkammer 5 befindet. Die Mischeinrichtung 16 weist eine Ventilanordnung auf, um ein erstes Gas G, das sich in einem ersten Gasreservoir befindet, mit einem zweiten Gas H zu mischen, das sich in einem zweiten Gasreservoir befindet. Mit Hilfe der Ventilanordnung kann ggf. das Mischungsverhältnis der beiden Gase G, H eingestellt werden, dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Für die hier beschriebene Anwendung ist es in der Regel ausreichend, wenn das zweite Gas H mit einem Anteil von weniger als 10 Vol.-%, von weniger als 1 Vol.-% oder von weniger als 0,1 Vol.-% in dem Gasgemisch 14 enthalten ist.
  • Das Gasgemisch 14 wird der Plasmaquelle 11 zugeführt, um eine Chemoionisation, d.h. eine Übertragung von Anregungsenergie bei Teilchenzusammenstößen zwischen Molekülen bzw. Atomen des ersten Gases G und Molekülen bzw. Atomen des zweiten Gases H zu erzeugen. Für die nachfolgenden Betrachtungen wird davon ausgegangen, dass das zweite Gas H der Gasmischung 14 eine (erste) Ionisierungsenergie aufweist, die kleiner ist als eine (erste) Ionisierungsenergie des ersten Gases G. In diesem Fall kann die Penning-Ionistation beispielsweise gemäß der weiter oben angegebenen Gleichungen (2) und (3) stattfinden, d.h. es kann bei einem Zusammenstoß die Anregungsenergie des ersten Gases G derart auf das zweite Gas M übertragen werden, dass das zweite Gas M ionisiert wird, oder die beiden Gase G, M können zusammen eine ionisierte Spezies, z.B. von der Form GM+, bilden.
  • Bei dem in 1 dargestellten Beispiel wird der Gasmischung 14, welche die beiden Gase G, H aufweist, ein drittes Gas K beigemischt. Die Beimischung des dritten Gases K kann in der Mischeinrichtung 16 erfolgen, es ist aber auch möglich, der Gasmischung 14 das dritte Gas K über einen weiteren Gaseinlass 15a der Plasmaquelle 11 zuzuführen, wie dies in 1 dargestellt ist. Bei dem weiteren Gaseinlass 15a handelt es sich um eine so genannte Gasdusche, welche das dritte Gas K in die Nähe einer Auslassöffnung der Plasmaquelle 11 verbringt und dort austreten lässt. Die Gasmischung 14 aus den beiden Gasen G, H und dem dritten Gas K bildet sich daher am Austritt der Plasmaquelle 11 bzw. am Austritt des lonisierungsraums.
  • Bei dem dritten Gas K handelt es sich im gezeigten Beispiel um ein fluoridisches Gas, es kann sich aber auch um eine andere Art von Gas handeln, beispielsweise um O2 oder um N2. Im vorliegenden Fall liegt der Anteil des dritten Gases K an dem Gasgemisch 14 bei weniger als 0,001 Vol.-%. Der Anteil des dritten Gases K kann aber auch größer sein und z.B. bei weniger als 1 Vol.-% oder weniger als 2 Vol.-% liegen.
  • Bei dem fluoridischen Gas kann es sich beispielsweise um ein Gas handeln, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: F2, CF4, SF6, Xenonfluoride, beispielsweise XeF2, XeF4, XeF6 NF3, HF, BF3 , CH3F, C2F4. Das dritte, fluoridische Gas K dient im vorliegenden Fall der Erzeugung einer fluorhaltigen Atmosphäre in der Vakuumkammer 5. Auch eine Fluorierung des Beschichtungsmaterials 9 mit Hilfe des fluoridischen Gases K bei der Abscheidung auf das Substrat 2 ist möglich, beispielsweise um fluoriertes SiO2 abzuscheiden. Es versteht sich, dass das dritte, fluoridische Gas K auch zur Fluorierung von anderen Beschichtungsmaterialien 9 dienen kann.
  • Alternativ zur Zuführung des Gasgemischs 14 über den (ersten) Gaseinlass 15 ist es möglich, das erste Gas G über den ersten Gaseinlass 15 und das zweite Gas H über einen zweiten (nicht bildlich dargestellten) Gaseinlass der Plasmaquelle 11 bzw. dem Ionisierungsraum zuzuführen. In diesem Fall wird das Gasgemisch 14 erst in der Plasmaquelle 11, genauer gesagt in dem Ionisierungsraum, gebildet.
  • Alternativ kann das erste Gas G z.B. über den ersten Gaseinlass 15 in die Plasmaquelle 11 bzw. in den Ionisierungsraum eingebracht werden und das zweite Gas H wird in die Vakuumkammer 5 außerhalb der Plasmaquelle 11 eingebracht. In diesem Fall kann beispielsweise das zweite Gas H über den weiteren Gaseinlass 15a, der eine Gasdusche bildet, in der Nähe der Austrittsöffnung der Plasmaquelle 11 zugeführt werden, wie dies weiter oben in Zusammenhang mit dem dritten Gas K beschrieben wurde. Grundsätzlich kann das zweite Gas H aber auch an anderer Stelle in die Vakuumkammer 5 eingebracht werden, um die Gasmischung 14 zu bilden. Es versteht sich, dass die Rolle des ersten Gases G und des zweiten Gases H auch vertauscht werden kann.
  • Die Zuführung des zweiten Gases H über den weiteren Gaseinlass 15a ist insbesondere günstig, wenn es sich bei dem ersten Gas G um ein Edelgas und bei dem zweiten Gas H um ein reaktives Gas handelt, z.B. um Sauerstoff, um Ozon oder um ein fluorhaltiges Gas: Die Zuführung eines reaktiven Gases in den Ionisierungsraum der Plasmaquelle 11 hätte ggf. eine Beschädigung der dort angeordneten Bauteile zur Folge. Durch eine Zuführung des zweiten Gases H über den weiteren Gaseinlass 15a, der z.B. ringförmig ausgebildet sein und radiale Einlassöffnungen aufweisen kann, kann eine solche Beschädigung vermieden werden. Bei der Gasmischung 14 kann es sich beispielsweise um eine Mischung aus Krypton (Ionisationsenergie 14 eV) und NF3 (Ionisationsenergie 13 eV) oder Xenon (Ionisationsenergie 12.1 eV) und Tetrafluorethylen C2F4 (Ionisationsenergie10.1 eV) handeln, es ist aber auch die Verwendung von anderen Arten von Gasmischungen 14 möglich.
  • Bei dem ersten Gas G und bei dem zweiten Gas M kann es sich auch um Edelgase handeln, für die in 2 die (erste) Ionisierungsenergie E+ (in eV) in Abhängigkeit von der Ordnungszahl N dargestellt ist. Für die erste Ionisierungsenergie E+ der Edelgase ergibt sich nachfolgende Ordnung (von der größten zur kleinsten Ionisierungsenergie): He, Ne, Ar, Kr, Xe.
  • Für die Wahl der beiden Edelgase G, H des Gasgemischs 14 bestehen verschiedene Möglichkeiten: Beispielsweise kann es sich bei dem ersten Gas G um Ar und bei dem zweiten Gas H um Kr oder um Xe handeln. Die Verwendung eines Gasgemischs 14, die Ar enthält, ist günstig, da die in 1 gezeigte Plasmaquelle 11 für den Betrieb mit Ar ausgelegt ist. Insbesondere ein Gasgemisch aus Ar und Kr hat sich als günstig erwiesen.
  • Alternativ ist es möglich, dass das erste Gas G des Gasgemischs 14 Ne ist und das zweite Gas H des Gasgemischs 14 ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Ar, Kr und Xe. Für den Fall, dass es sich bei dem zweiten Gas H um Ar handelt, ergibt sich das klassische Beispiel für die Penning-Ionisation (E+(Ne) = 16,5 eV, E+(Ar) = 15,8 eV, d.h. E+(Ne) > E+(Ar)): Ne* + Ar → Ar+ + e- + Ne (4)
  • Alternativ kann das Gasgemisch 14 als erstes Edelgas G Krypton und als zweites Edelgas H Xenon enthalten. Dies ist günstig, da der Verdichtungsgrad der Schicht 3 primär durch den Impulsübertrag der in dem Plasma 12 enthaltenen Ionen H+ und nicht durch die Ionenenergie beeinflusst wird. Daher führt die Verwendung von schwereren Edelgasen in dem Gasgemisch 14 in der Regel zu einer stärkeren Verdichtung als dies bei leichteren Edelgasen der Fall ist.
  • Wie dies in 3 zu erkennen ist, hängt der Verdichtungsrad D (in willkürlichen Einheiten) auch von weiteren Parametern ab, beispielsweise von der Ionenenergie E, der Aufdampf- bzw. Beschichtungsrate R und vom Aufdampfwinkel β (vgl. 1). Die vier in 3 gezeigten Diagramme unterscheiden sich durch die Ionenenergie E, die von links nach rechts (E1 bis E4) zunimmt. In den in 3 dargestellten Diagrammen ist der Verdichtungsgrad jeweils für vier von links nach rechts zunehmende Beschichtungsraten R1 bis R4 dargestellt. Für eine jeweilige Beschichtungsrate R1 bis R4 ist die Abhängigkeit des Verdichtungsgrads vom Aufdampfwinkel β dargestellt. Wie in 3 zu erkennen ist, nimmt der Verdichtungsgrad ausgehend von einem minimalen Aufdampfwinkel βmin bis zu einem maximalen Aufdampfwinkel βmax bei den meisten Darstellungen ab.
  • Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die Beschichtungsrate R bei der Abscheidung des Beschichtungsmaterials 9 bei weniger als 10-10 m/s liegt. Dies ist einerseits günstig, weil die Energie pro Molekül EPM mit abnehmender Beschichtungsrate R zunimmt, wie anhand von Gleichung (1) zu erkennen ist. Dies ist ebenfalls günstig, weil bei kleinen Beschichtungsraten R der Verdichtungsgrad im Wesentlichen konstant bzw. unabhängig vom Aufdampfwinkel ist. Die Beschichtungsrate R sollte aber nicht zu klein gewählt werden, um zu vermeiden, dass ggf. in der Vakuumkammer 5 vorhandene Restgase in das abgeschiedene Beschichtungsmaterial 9 eingebracht werden.
  • Wie sich beispielsweise aus 1 des Artikels [3] ergibt, ist es für den Verdichtungsgrad günstig, wenn die Wirk-Ionenenergie E bei weniger als ca. 100 eV liegt. Günstige Werte für die Wirk-Ionenenergie E der in dem Plasma 12 enthaltenen Ionen H+ liegen in einem Intervall zwischen ca. 60 eV und ca. 100 eV.
  • 4 zeigt ein optisches Element 17, auf das in der Beschichtungsanlage 1 von 1 auf die weiter oben beschriebene Weise alle Schichten 3 einer Beschichtung 18 aufgebracht wurden. Das optische Element 17 ist bei dem in 4 gezeigten Beispiel auf die in der weiter oben zitierten US9933711 B2 bzw. US10642167 B2 beschriebene Weise ausgebildet. Es versteht sich aber, dass das optische Element 17 bzw. die Beschichtung 18 auch auf andere Weise ausgebildet sein können.
  • Das optische Element 17 weist ein Substrat 2 aus CaF2 auf. Auf das Substrat 2 ist eine erste Schicht 3a aus einer niedrigbrechenden Fluoridverbindung aufgebracht. Die erste Schicht 3a kann unmittelbar auf das Substrat 2 aufgebracht sein, es ist aber auch möglich, dass zwischen dem Substrat 2 und der ersten Schicht 3a eine Haftvermittlerschicht oder eine andere Art von funktioneller Schicht aufgebracht ist. Die Beschichtung 18 weist zudem ein Schichtsystem 19 auf, das zwischen der ersten Schicht 3a und einer letzten Schicht 3d der Beschichtung 18 angeordnet ist. Bei der letzten Schicht 3d handelt es sich im gezeigten Beispiel um eine oxidhaltige Verbindung.
  • Das Schichtsystem 19 weist bei dem in 4 gezeigten Beispiel zwei Paare von alternierenden Schichten 3b, 3c auf, die jeweils eine Fluoridverbindung und eine oxidhaltige Verbindung aufweisen. Die der ersten Schicht 3a benachbarte Schicht 3b des Schichtsystems 19 weist eine oxidhaltige Verbindung auf, die auf die Schicht 3b aufgebrachte Schicht 3c weist eine Fluoridverbindung auf. Die gesamte Beschichtung 18 besteht daher aus einer alternierenden Abfolge von jeweils drei fluoridischen und oxidischen Schichten 3a-d. Bei dem Material der oxidischen Schichten 3b, 3d kann es sich beispielsweise um SiO2, ... handeln, bei dem Material der fluoridischen Schichten 3a, 3c kann es sich beispielsweise um AlF3, MgF2, ... handeln. Alternativ zu dem in 4 dargestellten optischen Element 17 kann die Beschichtung 18 auch eine ungerade Anzahl von Schichten aufweisen. In diesem Fall kann es sich bei der ersten Schicht und bei der letzten Schicht beispielsweise um oxidische Schichten handeln, so dass eine alternierende Abfolge von oxidischen Schichten und fluoridischen Schichten innerhalb der Beschichtung 18 beibehalten werden kann.
  • Die in 4 gezeigte Beschichtung 18 dient als Entspiegelungs-Beschichtung zur Vermeidung der Reflexion von DUV-Strahlung an der Oberfläche des Substrats 2, auf welche die Beschichtung 18 aufgebracht ist. Es versteht sich, dass das Substrat 2 auch auf der gegenüberliegenden Seite eine entsprechende Beschichtung 18 aufweisen kann. Das Substrat 2 kann auch aus einem anderen als einem fluoridischen Material gebildet sein, beispielsweise aus Quarzglas (SiO2).
  • In 5 ist schematisch ein optisches System 21 in Form einer DUV-Lithographieanlage bei Wellenlängen von weniger als 250 nm, insbesondere für Wellenlängen im Bereich zwischen 100 nm und 200 nm bzw. 190 nm, dargestellt. Die DUV-Lithographieanlage 21 weist als wesentliche Bestandteile zwei optische Systeme in Form eines Beleuchtungssystems 22 und eines Projektionssystems 23 auf. Für die Durchführung eines Belichtungsprozesses weist die DUV-Lithographieanlage 21 eine Strahlungsquelle 24 auf, bei der es sich beispielsweise um einen Excimer-Laser handeln kann, der Strahlung 25 bei einer Wellenlänge im DUV-Wellenlängenbereich von beispielsweise 193 nm, 157 nm oder 126 nm emittiert und der integrale Bestandteil der DUV-Lithographieanlage 21 sein kann.
  • Die von der Strahlungsquelle 24 emittierte Strahlung 25 wird mit Hilfe des Beleuchtungssystems 22 so aufbereitet, dass damit eine Maske 26, auch Retikel genannt, ausgeleuchtet werden kann. Bei dem in 5 dargestellten Beispiel weist das Beleuchtungssystem 22 sowohl transmittierende als auch reflektierende optische Elemente auf. Stellvertretend sind in 5 ein transmittierendes optisches Element 27, welches die Strahlung 25 bündelt, sowie ein reflektives optisches Element 28 dargestellt, welches die Strahlung 25 beispielsweise umlenkt. In bekannter Weise können in dem Beleuchtungssystem 22 verschiedenste transmittierende, reflektierende oder sonstige optische Elemente in beliebiger, auch komplexerer Weise miteinander kombiniert werden.
  • Die Maske 26 weist auf ihrer Oberfläche eine Struktur auf, die auf ein zu belichtendes optisches Element 29, beispielsweise einen Wafer, im Rahmen der Produktion von Halbleiterbauelementen, mithilfe des Projektionssystems 23 übertragen wird. Im gezeigten Beispiel ist die Maske 26 als transmittierendes optisches Element ausgebildet. In alternativen Ausführungen kann die Maske 26 auch als reflektierendes optisches Element ausgebildet sein. Das Projektionssystem 22 weist im dargestellten Beispiel mindestens ein transmittierendes optisches Element auf. Im gezeigten Beispiel sind stellvertretend zwei transmittierende optische Elemente 30, 31 dargestellt, die beispielsweise dazu dienen, die Strukturen auf der Maske 26 auf die für die Belichtung des Wafers 29 gewünschte Größe zu verkleinern. Auch bei dem Projektionssystem 23 können u.a. reflektierende optische Elemente vorgesehen sein und beliebige optische Elemente können in bekannter Weise beliebig miteinander kombiniert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass auch optische Anordnungen ohne transmissive optische Elemente für die DUV-Lithographie eingesetzt werden können.
  • Bei dem in 4 dargestellten optischen Element 17 kann es sich beispielsweise um ein transmittierendes optisches Element 27 des Beleuchtungssystems 22, um die Maske 26 oder um ein transmittierendes optisches Element 30, 31 des Projektionssystems 23 der DUV-Lithographieanlage 21 handeln.
  • Alternativ zu dem in 5 dargestellten optischen System 21 in Form der DUV-Lithographieanlage kann auch ein anderes optisches System, insbesondere für den DUV-Wellenlängenbereich, mindestens ein optisches Element 17 aufweisen, wie es in 4 dargestellt ist. Bei dem optischen System 21 kann es sich beispielsweise um ein Wafer-Inspektionssystem oder um ein Masken-Inspektionssystem handeln. Auch der Excimer-Laser 24 kann ein optisches Element 17 aufweisen, welches ein Substrat 2 mit einer auf die weiter oben beschriebene Weise aufgebrachten Beschichtung 18 umfasst. Bei dem optischen Element 17 kann es sich beispielsweise um ein Austrittsfenster einer Laserkammer handeln.
  • Zusammenfassend können auf die weiter oben beschriebene Weise Schichten 3, 3a-d bzw. eine Beschichtung 18 auf einem Substrat 2 eines optischen Elements 17 abgeschieden werden, die einen hohen Verdichtungsgrad und damit einhergehend eine hohe Lebensdauer bzw. Strahlungsresistenz des optischen Elements 17 auch bei der Bestrahlung mit hohen Strahlungsintensitäten gewährleistet.
  • Referenzen:
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    • [3] R. Kaneriya, R.R. Willey, K. Patel, „Improved Magnesium Fluoride Process by Ion-Assisted Deposition“, Proc. Soc. Vac. Coat. 53 (2010) 313-319.
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  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (17)

  1. Verfahren zum Bilden mindestens einer Schicht (3) auf einem Substrat (2), umfassend: Abscheiden mindestens eines Beschichtungsmaterials (9) auf dem Substrat (2) zum Bilden der Schicht (3), sowie Erzeugen eines Plasmas (12) zur Unterstützung des Abscheidens des Beschichtungsmaterials (9), dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma (12) aus einer Gasmischung (14) gebildet wird, die ein erstes Gas (G) und ein zweites Gas (H) enthält, wobei das zweite Gas (H) eine Ionisierungsenergie aufweist, die kleiner ist als eine Ionisierungsenergie des ersten Gases (G).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erste Gas (G) ein Edelgas ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das zweite Gas (H) ein weiteres Edelgas ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Edelgas Ar und das weitere Edelgas ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Kr und Xe.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Edelgas Kr ist und das weitere Edelgas Xe ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Edelgas Ne ist und das weitere Edelgas ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Ar, Kr und Xe.
  7. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das zweite Gas (H) ein reaktives Gas ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Gasmischung (14) ein drittes Gas (K) beigemischt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das dritte Gas (K) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: O2, N2, O3, N2O, H2O2 und fluorhaltige Gase.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem der Gasmischung (14) das dritte Gas (K) mit einem Anteil von weniger als 2 Vol.-%, bevorzugt von weniger als 1 Vol.-%, besonders bevorzugt von weniger als 0,1 Vol.-%, ganz besonders bevorzugt von weniger als 0,01 Vol.-%, insbesondere von weniger als 0,001 Vol.-% beigemischt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste Gas (G) und das zweite Gas (H) und/oder das Gasgemisch (14) über mindestens einen Gaseinlass (15) in eine Plasmaquelle (11) eingebracht wird, in der das Plasma (12) erzeugt wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Bildung des Gasgemischs (14) das erste Gas (G) über einen Gaseinlass (15) in eine Plasmaquelle (11) eingebracht wird, in der das Plasma (12) erzeugt wird, und bei dem das zweite Gas (H) in eine Vakuumkammer (5) eingebracht wird, in der das Substrat (2) angeordnet ist, oder umgekehrt.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Beschichtungsrate (R) bei der Abscheidung des Beschichtungsmaterials (9) bei weniger als 10-10 m/s liegt.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Wirk-Ionenenergie (Ei) von in dem Plasma (12) enthaltenen Ionen (H+) bei weniger als 100 eV, bevorzugt zwischen 45 eV und 100 eV, liegt.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Substrat (2) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: flouridische Materialien, bevorzugt Metallfluoride, insbesondere Erdalkali-Metallfluoride.
  16. Optisches Element (17), umfassend: ein Substrat (2), bevorzugt aus einem fluoridischen Material, insbesondere aus einem Metallfluorid, wobei das Substrat (2) eine Beschichtung (18) aufweist, die mindestens eine Schicht (3) umfasst, die gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche gebildet ist.
  17. Optisches System (21), insbesondere für den DUV-Wellenlängenbereich, umfassend: mindestens ein optisches Element (17) nach Anspruch 16.
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