Bezugnahme auf verwandte Anmeldung

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 102021 203505.1 vom 09. April 2021, deren gesamter Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.

Flintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden, insbesondere zum physikalischen Gasphasenabscheiden, mindestens einer Schicht aus einem ionisch gebundenen Festkörper auf einem Substrat, umfassend die Schritte: Überführen eines Beschichtungsmaterials in die Gasphase und Abscheiden des in die Gasphase überführten Beschichtungsmaterials auf dem Substrat. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Abscheidung mindestens einer Schicht aus einem ionisch gebundenen Festkörper, umfassend: eine Beschichtungskammer mit einer Flalterung für ein Substrat, sowie eine Beschichtungsquelle, die ausgebildet ist, ein Beschichtungsmaterial in die Gasphase zu überführen und innerhalb der Beschichtungskammer als Schicht auf dem Substrat abzuscheiden. Die Erfindung auch ein optisches Element zur Reflexion und/oder Transmission von Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich, sowie eine optische Anordnung für den VUV-Wellenlängenbereich, die mindestens ein solches optisches Element aufweist.

Von einer ionischen Bindung spricht man ab einer Elektronegativitäts-Differenz von 1,7. Beispiele für ionisch gebundene Festkörper sind Oxide und Fluoride, einschließlich der Alkalihalogenide und Erdalkalihalogenide. Das Überführen eines Beschichtungsmaterials in die Gasphase und das Abscheiden des in die Gasphase überführten Beschichtungsmaterials auf einem Substrat sind die charakteristischen Merkmale der physikalischen Gasphasenabscheidung. Entsprechende Verfahren umfassen das thermische Verdampfen und das Elektronenstrahlverdampfen, jeweils mit oder ohne Plasmaunterstützung, die Sputterdeposition, das lonenstrahlsputtern und das Lichtbogenverdampfen.

Unter dem VUV-Wellenlängenbereich wird in dieser Anmeldung der Wellenlängenbereich elektromagnetischer Strahlung zwischen 115 nm und 190 nm verstanden. Der VUV-Wellenlängenbereich ist insbesondere für die Mikrolithographie von Bedeutung. So wird Strahlung im VUV- Wellenlängenbereich z.B. in Projektionsbelichtungsanlagen und Wafer- oder Masken-Inspektionsanlagen eingesetzt.

In solchen Anlagen kommen häufig optische Elemente zum Einsatz, die einen ionisch gebundenen Festkörper in Form mindestens einer Fluoridschicht oder eines Fluoridsubstrats aufweisen. Hochreflektierende optische Elemente für den VUV-Wellenlängenbereich weisen beispielsweise typischerweise eine Fluoridschicht auf, um eine darunterliegende Metallschicht, an der die Strahlung reflektiert wird, vor Oxidation zu schützen. Schichtstapel aus unterschiedlichen Fluoriden oder Fluoriden und Oxiden können außerdem zur Verspiegelung oder Entspiegelung von optischen Elementen verwendet werden. Wegen der hohen Absorption der meisten Oxide im VUV-Wellenlängenbereich ist man hier allerdings in der Regel auf wenige Materialien, beispielsweise auf S1O2, beschränkt. Transmissive optische Elemente für den VUV- Wellenlängenbereich, wie beispielsweise Laserkammerfenster von Excimer- Lasern, basieren häufig ebenfalls auf einem Fluoridsubstrat.

Hohe Strahlungsintensitäten wie sie in Wafer- oder Masken-Inspektionsanlagen und Projektionsbelichtungsanlagen benötigt werden, führen jedoch zu einer Degradation der Fluoride und der optischen Elemente im Allgemeinen, was deren Lebensdauer verkürzt. Dieser Degradation kann über hochdichte Fluoridschichten entgegengewirkt werden. Beispielsweise können die Außenseiten von Laserkammerfenstern durch Abscheidung von hochdichten Fluoridschichten versiegelt werden.

Hochdichte Schichten aus ionisch gebundenen Festkörpern, z.B. Fluoridschichten, können über plasmagestützte Abscheidungsverfahren hergestellt werden, z.B. durch Sputterdeposition, beispielsweise durch lonenstrahlsputtern (IBS, „ion beam sputtering“) oder durch plasma-ionen- unterstützte Deposition (PIAD) oder plasmaunterstützte Atomlagenabscheidung (PEALD). Scheidet man allerdings ionisch gebundene Festkörper, einschließlich Oxide und Fluoride, plasmagestützt ab, so führt der lonenbeschuss auch dazu, dass vermehrt Kristalldefekte, z.B. in Form von Farbzentren, erzeugt werden, was zu einer höheren Extinktion, beispielsweise im Vergleich zu rein thermisch abgeschiedenen Schichten, führt. Zudem emittiert ein Plasma ebenfalls UVA/UV-Strahlung. Der kurzwellige Anteil dieser Strahlung kann ebenfalls Kristalldefekte über Ein-Photonen-Prozesse erzeugen, was sich nachteilig auf die optische Performance und/oder die Bestrahlungsstabilität der abgeschiedenen Schichten auswirkt.

In der Literatur ist beschrieben, dass ein nachträgliches Bestrahlen mit UV-Licht die optische Performance von plasma-(ionen-)gestützt abgeschiedenen Fluoriden im DUV-Wellenlängenbereich verbessern kann. Beispielsweise ist in dem Artikel „Plasma-assisted deposition of metal fluoride coatings and modeling the extinction coefficient of as-deposited single layers”, M. Bischoff et al. , Appl. Opt. 50, 232-238 (2010) die Nachbehandlung von Metallfluoridschichten mit UV-Strahlung beschrieben, die mittels plasmaunterstützter Elektronenstrahlabscheidung abgeschieden wurden. In dem Artikel wurde gezeigt, dass durch diese Nachbehandlung die zunächst schlechte Transmission von LaF3-, MgF2- und AIF3-Schichten im DUV- Wellenlängenbereich signifikant erhöht werden kann. Bei dieser nachträglichen Bestrahlung werden Farbzentren gebleicht und vermutlich ungesättigte Bindungen (oberflächlich) nachoxidiert.

Während diese Vorgehensweise bei Oxiden im Allgemeinen und bei Fluoriden für den Einsatz im DUV-Wellenlängenbereich (d.h. bei Wellenlängen größer als 190 nm) praktikabel ist, scheidet sie für Fluoride im VUV-Wellenlängenbereich in der Regel aus. Im letzteren Fall führt eine Oxidation zum Verlust der optischen Performance.

In der US 7798096 B2 ist die Verwendung von UV-Licht zur Unterstützung der Abscheidung von High-k-Dielektrika mittels chemischer Gasphasenabscheidung oder Atom lagenabscheidung beschrieben. Das UV- Licht wird dabei dazu genutzt, das Prozessgas anzuregen oder zu ionisieren und darüber Oberflächenreaktionen während der Abscheidung zu initiieren oder zu verstärken.

Die DE 102018221 190 A1 offenbart die Nanostrukturierung eines Substrats zur Transmission von Strahlung im FUVA/UV-Wellenlängenbereich durch das Einbringen eines Energieeintrags, z.B. durch Bestrahlung mit UV/VUV- Strahlung. Das Substrat ist dabei kristallin, beispielsweise handelt es sich bei dem Substrat um einen MgF2-Einkristall. Durch die Bestrahlung kann die Oberfläche des MgF2-Einkristalls so reorganisiert werden, dass eine Antireflexwirkung auftritt.

Aus der DE102020210195.7 ist ein Verfahren zum Betrieb einer optischen Anordnung für die Mikrolithographie bekannt, die ein optisches Element mit einer Fluoridbeschichtung oder aus einem Fluoridsubstrat aufweist. Das optische Element wird dabei zur Ausheilung von Fehlstellen des Fluorids im Betrieb mit UV-Licht mit Wellenlängen bestrahlt, die größer sind als die Wellenlänge von Arbeitslicht der optischen Anordnung, die kleiner oder gleich 300 nm ist. Die DE102020208044.5 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements, beispielsweise eines Spiegels, Fensters oder Strahlteilers, für den VUV-Wellenlängenbereich mit einer Beschichtung mit einer Fluorfänger- Schicht, die auf eine Fluoridschicht aufgebracht sein kann. Zweck der Fluorfängerschicht ist es, die Degradation der Fluoridschicht zu unterbinden, womit eine höhere Lebensdauer des optischen Elements einhergeht. Der zugrundeliegende Mechanismus ist eine signifikante Reduktion der Mobilität interstitieller Fluoratome durch sogenannte Fluorfänger in der Fluorfängerschicht.

Die DE102021200490.3 beschreibt das Bestrahlen einer Metallfluoridschicht mit Strahlung bei mindestens einer Wellenlänge von weniger als 300 nm. Die Metallfluoridschicht ist auf einer Metallschicht eines reflektierenden optischen Elements für den Einsatz im VUV-Wellenlängenbereich aufgebracht. Das Bestrahlen erfolgt nach dem Aufbringen der Beschichtung. Durch das Bestrahlen wird eine Passivierung der Metallfluoridschicht erzielt, die einer Degradation der Metallschicht entgegenwirkt.

Die DE 102005017742 A1 offenbart ein Verfahren zur Beschichtung eines Substrates durch plasmaunterstütztes Abscheiden eines Beschichtungsmaterials, beispielsweise eines Fluoridmaterials. Das Plasma enthält Ionen, deren Wirk-Ionenenergie relativ klein ist, während die Wirkenergie pro Molekül relativ groß ist, was zu einer geringen Absorption und Kontamination einer abgeschiedenen Schicht bei gleichzeitig hoher Packungsdichte führen soll.

Aus der US2013/0122252 A1 ist ein Verfahren zum lonenstrahlsputtern von Metallfluoridschichten in Gegenwart von dissoziiertem Fluorgas bekannt.

Die JP11172421 A und die JP2003193231 A2 beschreiben weitere Varianten der physikalischen Gasphasenabscheidung von Fluoridschichten. Aus der US 2004/0006249 A1 ist eine Fluoridisierung als Nachbehandlung von Fluoridschichten bekannt.

Aufgabe der Erfindung

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abscheiden von Schichten aus einem ionisch gebundenen Festkörper sowie ein optisches Element und eine optische Anordnung mit einem solchen optischen Element bereitzustellen, die eine hohe optische Performance aufweisen.

Gegenstand der Erfindung

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem die mindestens eine Schicht während des Abscheidens mit UV/VIS-Licht bestrahlt wird.

Durch die Bestrahlung der Schicht(en) mit regenerativem UV/VIS-Licht während des Abscheidens kann erreicht werden, dass beim Abscheiden entstehende Kristalldefekte instantan ausgeheilt werden, was im Vergleich zum Abscheiden ohne die Bestrahlung mit UV/VIS-Licht einen niedrigeren Extinktionskoeffizienten der abgeschiedenen Schicht(en) zur Folge hat. Im Ergebnis erhält man eine höhere Transmission und eine längere Lebensdauer der abgeschiedenen Schichten und der damit beschichteten Substrate bzw. optischen Elemente, was insbesondere bei den hohen Strahlungsintensitäten in der Mikrolithographie von zentraler Bedeutung ist.

Im Gegensatz dazu hat eine nachträgliche Behandlung von Kristalldefekten den Nachteil, dass eine Reoxidierung oder Refluorisierung im Allgemeinen nur oberflächlich stattfinden kann. Eine Volumenschädigung, die während des Beschichtungsprozesses aufgetreten ist, ist jedoch in der Regel nicht regenerierbar. Im Sinne dieser Anmeldung wird unter UV-Licht elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen 100 nm und 380 nm verstanden. Im Sinne dieser Anmeldung wird unter VIS-Licht Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen 380 nm und 830 nm verstanden. Im Sinne dieser Anmeldung wird unter UVA/IS-Licht Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen 100 nm und 380 nm (UV-Licht) und/oder zwischen 380 nm und 830 nm (VIS-Licht) verstanden. Der UV/VIS- Wellenlängenbereich kann weiter eingeschränkt werden und beispielsweise zwischen 170 nm und 730 nm liegen. Die Bestrahlung mit UVA/IS-Licht erfolgt in der Regel nicht im gesamten UV/VIS-Wellenlängenbereich, sondern in einem oder in mehreren ausgewählten Spektralbereichen. Ein jeweiliger Spektralbereich kann ggf. nur eine einzige Wellenlänge umfassen, beispielsweise wenn das UV/VIS-Licht von einer Laserquelle erzeugt wird, z.B. von einem Excimerlaser (s.u.).

In einer Variante des Verfahrens weist das UV/VIS-Licht einen ersten Spektralbereich zur Ausheilung mindestens eines Kristalldefekts des ionisch gebundenen Festkörpers auf, der mit einem Absorptionsbereich des mindestens einen Kristalldefekts zumindest teilweise überlappt, wobei der erste Spektralbereich bevorzugt eine Absorptionsenergie des Kristalldefekts umfasst, wobei besonders bevorzugt eine mittlere Energie des ersten Spektralbereichs um nicht mehr als 0,5eV, insbesondere um nicht mehr als 0,25eV, von der Absorptionsenergie des Kristalldefekts abweicht.

Unter der Absorptionsenergie des Kristalldefekts wird diejenige Energie bzw. Wellenlänge verstanden, bei welcher der Absorptionskoeffizient des Kristalldefekts in dem ionisch gebundenen Festkörpermaterial ein Maximum aufweist. Unter dem Absorptionsbereich des Kristalldefekts wird ein Bereich verstanden, in dem der Absorptionskoeffizient größer ist als die Hälfte des Werts am Maximum (FWFIM) des Absorptionskoeffizienten. Nachfolgend werden beispielhaft die Absorptionsenergien von Kristalldefekten von drei für die vorliegenden Anwendungen relevanten Fluoriden angegeben: MgF2: 260 nm (4,77 eV), AIF ₃ : 190 nm (6,53 eV), 170 nm (7,29 eV), LaF ₃ : 459 nm (2,7 eV), 564 nm (2,2 eV), 729 nm (1 ,7 eV).

In einer Weiterbildung dieser Variante bildet der Kristalldefekt ein Farbzentrum, insbesondere ein F-Zentrum. Farbzentren sind Kristalldefekte, die u.a. sichtbares Licht absorbieren. F-Zentren sind besonders einfache Farbzentren. Bei einem F-Zentrum ist die Leerstelle eines Anions mit einem Elektron besetzt. Andere Farbzentren sind beispielsweise M-Zentren und R-Zentren, die jeweils aus Gruppen von F-Zentren zusammengesetzt sind. Durch die Bestrahlung mit dem UVA/IS-Licht werden während des Abscheidens Elektronen aus den Kristalldefekten entfernt und die Gitterplätze damit attraktiv für neu ankommende Atome und/oder Anionen, wie beispielsweise F- oder 0 ² \

Dadurch wird einer Tiefenschädigung der Schicht instantan entgegengewirkt.

In einer weiteren Variante dieses Verfahrens wird der erste Spektralbereich ausgehend von einer Beziehung zwischen der Absorptionsenergie des mindestens einen Kristalldefekts und des Anionen-Kationen Abstands des ionisch gebundenen Festkörpers gewählt. Ein Beispiel für eine entsprechende Beziehung ist die Mollwo-Ivey-Regel (vgl. den Artikel „Über die Absorptionsspektra photochemisch verfärbter Alkalihalogenid-Kristalle“, E. Mollwo, Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen, 97- 100 (1931) und den Artikel „Ab initio perspective on the Mollwo-Ivey relation for F centers in alkali halides“, P. Tiwald et al. , Phys Rev B 92 (2015) 144107).

Die Mollwo-Ivey-Regel wurde ursprünglich für F-Zentren in Alkalihalogeniden aufgestellt und besagt, dass sich die Absorptionsenergie, E _ahs , des Kristalldefekts aus der Gitterkonstante, a, über ein einfaches Potenzgesetz mit einem Exponenten, n, und einer Konstante, C, ergibt: E _abs = Ca ⁿ .

Obwohl diese Regel nur für kubische Systeme formuliert wurde, lässt sie sich in gewissen Grenzen auf ionisch gebundene Festkörper mit komplexerer Kristallstruktur verallgemeinern und erlaubt damit eine Vorhersage des Spektralbereichs, in dem die Bestrahlung mit UV/VIS-Licht zur Ausheilung des Kristalldefekts erfolgen sollte. Im Zuge einer solchen Verallgemeinerung sind der Exponent n und die Konstante C anzupassen.

In einer weiteren Variante dieses Verfahrens weist der erste Spektralbereich eine mittlere Energie auf, die um nicht mehr als 1 eV, bevorzugt um nicht mehr als 1,5 eV größer ist als die Absorptionsenergie des mindestens einen Kristalldefekts. Wenn die Energie des UVA/IS-Lichts signifikant größer, typischerweise mindestens 1 eV oder 1 ,5 eV größer, ist als die Absorptionsenergie des Kristalldefekts, kommt es vermehrt zur Erzeugung zusätzlicher Kristalldefekte und/oder zur Defektkonversion. Es ist daher vorteilhaft, die Energie des ersten Spektralbereichs des UVA/IS-Lichts nach oben zu begrenzen. Eine Begrenzung der Energie bzw. der Bandbreite des ersten Spektralbereichs nach unten ist nicht zwingend notwendig, eine zu kleine Energie des bei der Bestrahlung verwendeten UV/VIS-Lichts ermöglicht aber in der Regel keine Ausheilung des Kristalldefekts und sollte daher vermieden werden.

In einer weiteren Variante dieses Verfahrens weist das UV/VIS-Licht einen zweiten Spektralbereich zur Mobilisierung von Atomen an der Oberfläche des ionisch gebundenen Festkörpers auf, der in einem Energiebereich zwischen 75% und 100%, bevorzugt zwischen 80% und 95% einer Bandlücken-Energie des ionisch gebundenen Festkörpers liegt.

Durch hochenergetisches Licht nahe der Bandkante des ionisch gebundenen Festkörpers können Oberflächenatome beziehungsweise Atome mobilisiert werden, ohne dass diese desorbiert werden, wie dies beispielsweise in der eingangs zitierten DE 102018221 190 A1 beschrieben ist. Das Bestrahlen mit UV/VIS-Licht nahe der Bandkante hat damit potenziell die gleiche Wirkung wie eine Erhöhung der Temperatur während der Beschichtung, deren Einfluss auf das Schichtwachstum beispielsweise in sogenannten Struktur-Zonen-Modellen beschrieben wird. Aufgrund der erhöhten Oberflächenmobilität der Atome können potenziell Ehrlich-Schwöbel-Barrieren einfacher überwunden und damit größere Körner und weniger Korngrenzen erzielt werden, was zu einem niedrigeren Extinktionskoeffizienten führt.

In einer weiteren Variante dieses Verfahrens wird oder ist die mittlere Energie des ersten Spektralbereichs und/oder des zweiten Spektralbereichs des UVA/IS-Lichts bis auf weniger als 0,5eV, bevorzugt weniger als 0,25eV eingestellt und/oder eine Bandbreite des ersten Spektralbereichs und/oder des zweiten Spektralbereichs des UVA/IS-Lichts wird oder ist auf weniger als 1 ,5eV, bevorzugt auf weniger als 0,75eV eingeschränkt.

Für die Bestrahlung mit UV/VIS-Licht in dem ersten und/oder zweiten Spektralbereich können Lichtquellen verwendet werden, die nicht durchstimmbar sind, beispielsweise Laserquellen, z.B. Excimerlaser, aber auch VUV-LEDs. In diesem Fall werden die Lichtquelle(n) so ausgewählt, dass diese die oben beschriebenen Bedingungen an die mittlere Energie und an die Bandbreite erfüllen. Alternativ können eine oder mehrere durchstimmbare Lichtquellen für die Bestrahlung mit dem UV/VIS-Licht verwendet werden. In diesem Fall kann die mittlere Energie eingestellt und/oder die Bandbreite geeignet eingeschränkt werden. Unter der mittleren Energie eines Spektralbereichs wird im Sinne dieser Anmeldung die Zentralwellenlänge des Spektralbereichs verstanden. Unter der Bandbreite eines Spektralbereichs wird im Sinne dieser Anmeldung die Flalbwertsbreite (engl. „Full Width Half Maximum“) verstanden. Grundsätzlich ist es auch möglich, für die Bestrahlung mit UV/VIS-Licht eine einzige breitbandige Lichtquelle zu verwenden und mit Hilfe von geeigneten Wellenlängenfiltern die gewünschten Spektralbereiche zu erzeugen.

In einer weiteren Variante dieses Verfahrens liegt ein Verhältnis zwischen der Intensität des UV/VIS-Lichts in dem ersten Spektralbereich und der Intensität des UV/VIS-Lichts in dem zweiten Spektralbereich bei mehr als 3 : 1 , bevorzugt bei mehr als 6 : 1. Die Intensität des UV/VIS-Lichts im ersten Spektralbereich muss so eingestellt sein, dass die Rate mit der die Kristalldefekte ausheilen größer ist als die Generationsrate mit der neue Kristalldefekte entstehen. Die Generationsrate setzt sich bei der ionenunterstützten Abscheidung aus der Defektbildung durch lonenbeschuss und der Defektbildung durch VUV- getriebene Ein-Photonen-Prozesse zusammen. Wenn UV/VIS-Licht im zweiten Spektralbereich nahe der Bandkante des ionisch gebundenen Festkörpers, beispielsweise des Fluorids oder Oxids, zur Bestrahlung eingesetzt wird, ist es vorteilhaft, die Intensität im ersten Spektralbereich entsprechend zu erhöhen.

In einer weiteren Variante dieses Verfahrens ist der ionisch gebundene Festkörper ein Oxid oder ein Fluorid. Ein für den VUV-Wellenlängenbereich geeignetes Oxid ist beispielsweise S1O2. Geeignete Fluoride sind beispielsweise Magnesiumfluorid, Aluminiumfluorid, Natriumfluorid, Lithiumfluorid, Chiolith, Kryolith, Erbiumfluorid, Neodymfluorid,

Gadoliniumfluorid, Dysprosiumfluorid, Samariumfluorid, Holmiumfluorid, Hafniumfluorid, Lanthanfluorid, Europiumfluorid, Lutetiumfluorid, Ceriumfluorid, Bariumfluorid, oder Yttriumfluorid. Diese Fluoride weisen im VUV- Wellenlängenbereich eine geringe Absorption und eine vergleichsweise große Strahlungsresistenz auf. Für die Abscheidung einer Mehrlagenbeschichtung, die zwei oder mehr unterschiedliche Fluoride aufweist, auf einem Substrat ist es in der Regel erforderlich, bei der Abscheidung jeder einzelnen Lage eine Bestrahlung mit einer spezifischen Lichtquelle bzw. einem spezifischen ersten und/oder zweiten Spektralbereich durchzuführen, der an das jeweils abzuscheidende Material angepasst ist. In einer weiteren Variante dieses Verfahrens erfolgt das Abscheiden plasmaunterstützt und/oder ionenunterstützt. Wie weiter oben beschrieben wurde, können plasmaunterstützte und/oder ionenunterstützte Verfahren für die Abscheidung einer Schicht aus einem ionisch gebundenen Festkörper mit hoher Dichte eingesetzt werden. Entsprechende Verfahren sind beispielweise die Sputterdeposition, das Lichtbogenverdampfen, lonenstrahlsputtern und die plasmaunterstüzte Atomlagenabscheidung (ALD). Das Plasma emittiert aber im Allgemeinen ebenfalls Strahlung im UVA/UV-Bereich. Der kurzwellige Anteil dieser Strahlung kann Kristalldefekte über Ein-Photonen-Prozesse erzeugen, was sich nachteilig auf die optische Performance und/oder Stabilität beziehungsweise Bestrahlstabilität der Schichten auswirkt. Im Allgemeinen können spektrale Bereiche der vom Plasma emittierten Strahlung aber auch selbst regenerierend wirken, was bei einer Feinabstimmung der Intensitäten der beiden oben genannten Spektralbereiche zu berücksichtigen ist.

Kristalldefekte, die während der plasmaunterstützten und/oder ionenunterstützten Beschichtung entstehen, können durch die Bestrahlung mit dem UV/VIS-Licht instantan regeneriert werden. Durch die Kombination der Plasmaunterstützung und/oder lonenunterstützung mit der Bestrahlung mit dem UV/VIS-Licht können somit Schichten hoher Dichte und mit gleichzeitig niedrigem Extinktionskoeffizienten abgeschieden werden.

In einer weiteren Variante dieses Verfahrens erfolgt das Abscheiden in Gegenwart mindestens eines Reaktivgases. Das Abscheiden wird typischerweise in einem Innenraum einer Beschichtungskammer durchgeführt, der das Reaktivgas über einen Gaseinlass zugeführt wird.

In einer Weiterbildung dieser Variante ist das mindestens eine Reaktivgas ausgewählt aus der Gruppe umfassend: F2, O2, NF3, XeF2, SFÖ, CF4, NH3. Bevorzugt enthält das Reaktivgas F ₂ und/oder O _2. Insbesondere bei plasma- oder ionengestützten Prozessen dient das Reaktivgas dazu, die Stöchiometrie der abgeschiedenen Schicht zu erhalten.

In einer weiteren Variante dieses Verfahrens erfolgt das Abscheiden bei einem Druck im Bereich zwischen 10 ⁶ mbar und 10 ² mbar. Das Abscheiden wird in der Beschichtungskammer in der Regel unter Vakuum-Bedingungen durchgeführt. Der (Gesamt-)Druck beim Abscheiden wird in der Regel vom Sputtergas bzw. vom zu ionisierenden (Prozess-)Gas bestimmt. Bei diesem Gas handelt es sich im Allgemeinen um ein Edelgas, häufig um Ar. Für den Fall, dass bei der Abscheidung ein Reaktivgas verwendet wird, wird dieses nur in so geringen Mengen zudosiert, dass der Unterstöchiometrie (präferentielles Sputtern von leichten Elementen, z.B. 0 oder F) entgegengewirkt wird.

Die oben genannte Aufgabe wird gemäß einem weiteren Aspekt auch gelöst durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, die eine oder mehrere UVA/IS-Lichtquellen zur Bestrahlung der Schicht mit UVA/IS-Licht während des Abscheidens umfasst. Bezüglich der mit der Vorrichtung und ihrer im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen erzielten Vorteile sei auf die obigen Ausführungen in Bezug auf das Verfahren und seine Varianten verwiesen. Bei der UVA/IS-Lichtquelle kann es sich um eine Lichtquelle handeln, die zur Emission von UV-Licht (UV-Lichtquelle) oder zur Emission von VIS-Licht (VIS- Lichtquelle) ausgebildet ist. Es ist auch möglich, dass die Lichtquelle sowohl zur Emission von UV-Licht als auch von VIS-Licht ausgebildet ist.

In einer Ausführungsform ist mindestens eine der einen oder mehreren UVA/IS- Lichtquellen spektral durchstimmbar. Durchstimmbare UV/VIS-Lichtquellen sind für die vorliegende Anwendung besonders gut geeignet, da ihr Spektrum an verschiedene Kristalldefekte und verschiedene Materialien leicht angepasst werden kann. Insbesondere kann ihr Spektrum so eingestellt werden, dass es weder zu einer Defektkonversion kommt, noch neue Kristalldefekte gebildet werden. Geeignete durchstimmbare UV/VIS-Lichtquellen sind zum Beispiel breitbandige Lichtquellen, die eine nachgelagerte Wellenlängenselektion ermöglichen. Für UV-Licht kann es sich beispielsweise um eine D2- Gasentladungslampe mit nachgeschalteter Wellenlängenselektion handeln. Auch eine Plasma-Lichtquelle kann zu diesem Zweck verwendet werden.

In einer weiteren Ausführungsform ist die eine oder mindestens eine der mehreren UVA/IS-Lichtquellen ausgebildet, UVA/IS-Licht in einem ersten Spektralbereich zur Ausheilung mindestens eines Kristalldefekts des ionisch gebundenen Festkörpers zu emittieren, wobei der erste Spektralbereich mit dem Absorptionsbereich des mindestens einen Kristalldefekts zumindest teilweise überlappt, und wobei der erste Spektralbereich bevorzugt eine Absorptionsenergie des Kristalldefekts umfasst. Die (mindestens eine) UV/VIS- Lichtquelle kann ausgebildet sein, die Zentralwellenlänge und/oder die Bandbreite des emittierten UVA/IS-Lichts zu verändern, es kann sich aber auch um eine UVA/IS-Lichtquelle handeln, bei der die Zentralwellenlänge und die Bandbreite fest vorgegeben sind.

In einer weiteren Ausführungsform ist die eine oder mindestens eine der mehreren UVA/IS-Lichtquellen ausgebildet, UV/VIS-Licht in einem zweiten Spektralbereich zur Mobilisierung von Atomen an der Oberfläche des ionisch gebundenen Festkörpers zu emittieren, der in einem Energiebereich zwischen 75% und 100%, bevorzugt zwischen 80% und 95% einer Bandlücken-Energie des ionisch gebundenen Festkörpers liegt.

Im einfachsten Fall ist eine erste UV/VIS-Lichtquelle ausgebildet, Licht im ersten Spektralbereich zu emittieren und eine zweite UV/VIS-Lichtquelle ist ausgebildet, UV/VIS-Licht im zweiten Spektralbereich zu emittieren. Die Bestrahlung in dem ersten und in dem zweiten Spektralbereich erfolgt in der Regel synchron, d.h. beide UV/VIS-Lichtquellen emittieren gleichzeitig das UV/VIS-Licht in dem jeweiligen Spektralbereich. In einerweiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Plasmaquelle und/oder eine lonenquelle, um eine plasmaunterstützte und/oder ionenunterstützte Abscheidung zu ermöglichen.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Zuführungs- Einrichtung zur Zuführung von mindestens einem Reaktivgas in die Beschichtungskammer auf. Das mindestens eine zugeführte Reaktivgas kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend: F ₂ , O ₂ , NF3, XeF ₂ , SF ₆ , CF , NHS.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein optisches Element zur Reflexion und/oder zur Transmission von Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich, umfassend ein Substrat, das mit mindestens einer Schicht aus einem ionisch gebundenen Festkörper beschichtet ist, wobei die mindestens eine Schicht nach dem weiter oben beschriebenen Verfahren und/oder mittels der weiter oben beschriebenen Vorrichtung abgeschieden wurde. Das optische Element kann ein transmittierendes optisches Element sein, beispielsweise das Laserkammerfenster eines Excimer-Lasers. In diesem Fall ist die Außenseite des Laserkammerfensters in der Regel mit einer hochdichten Fluoridschicht beschichtet. Das optische Element kann aber auch ein reflektierendes optisches Element sein, beispielsweise ein Spiegel, der zur Ablenkung oder Fokussierung von Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich dient, oder ein Strahlteiler, der sowohl zur Transmission als auch zur Reflexion von Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich dient.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine optische Anordnung für den VUV- Wellenlängenbereich, insbesondere eine VUV-Lithographieanlage oder ein Wafer-Inspektionssystem, umfassend mindestens ein optisches Element wie oben beschrieben. Bei der optischen Anordnung kann es sich beispielsweise um ein (VUV-)Lithographiesystem, um ein Wafer- oder Masken inspektionssystem, um ein Lasersystem, etc. handeln. 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.

Zeichnung

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

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Abscheidung von Schichten auf einem Substrat, die zwei UV-Lichtquellen zur Emission von UV-Licht in zwei Spektralbereichen umfasst,

Fig. 2 das Absorptionsspektrum von MgF2 einschließlich eines

Absorptionsbereichs eines F-Zentrums, die beiden Spektralbereiche des UV-Lichts von Fig. 1 sowie das Emissionsspektrum eines Ar-Plasmas,

Fig. 3 die Abhängigkeit der Absorptionsenergie von Kristalldefekten vom Anionen-Kationen-Abstand für unterschiedliche Fluoride,

Fig. 4a, b den Effekt der Bestrahlung mit UVA/IS-Licht auf Kristalldefekte in Fluoriden in Abhängigkeit von der Absorptionsenergie der Kristalldefekte und der Energie des UVA/IS-Lichts,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung für den VUV-Wellenlängenbereich in Form einer VUV-Lithographieanlage, Fig. 6 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung für den VUV-Wellenlängenbereich in Form eines Wafer- Inspektionssystems, sowie

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines optischen Elements in Form eines Laserkammerfensters.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Abscheidung von einer oder von mehreren Schichten 2 auf einem Substrat 3. Die Vorrichtung 1 umfasst zu diesem Zweck eine Beschichtungskammer 4 in Form einer Vakuumkammer, in der eine Halterung 5 (Manipulator) für das Substrat 3 in der Art eines Drehtellers angebracht ist. An die Halterung 5 kann ein elektrisches Potential (Bias) angelegt werden, beispielsweise um Ionen aus einem Plasma in Richtung auf das Substrat 3 zu beschleunigen. Eine Vakuumpumpe 6 dient zur Erzeugung eines Vakuums in einem Innenraum der Beschichtungskammer 4.

Die Vorrichtung 1 weist eine Beschichtungsquelle 7 auf, die ausgebildet ist, ein Beschichtungsmaterial 8 in die Gasphase zu überführen und innerhalb der Beschichtungskammer 4 als Schicht 2 auf dem Substrat 3 abzuscheiden. Bei dem Beschichtungsmaterial 8 handelt es sich im gezeigten Beispiel um einen ionisch gebundenen Festkörper in Form eines Fluorids, genauer gesagt um Magnesiumfluorid. Es kann sich bei dem Beschichtungsmaterial 8 aber auch um einen anderen ionisch gebundenen Festkörper handeln, z.B. um ein Oxid. Um das Beschichtungsmaterial 8 in die Gasphase überzuführen, kann die Beschichtungsquelle 7 auf unterschiedliche Weise ausgebildet sein, beispielsweise als thermischer Evaporator, als Sputterquelle oder als Elektronenstrahlverdampfer. Es ist auch möglich, dass die Vorrichtung 1 zwei oder mehr Beschichtungsquellen 7 aufweist, um eine oder mehrere Schichten 2 auf dem Substrat 3 abzuscheiden. Die Abscheidung der Schicht 2 auf dem Substrat 3 (oder auf einer bereits auf dem Substrat 3 aufgebrachten weiteren Schicht) kann ohne Plasma- und/oder lonenunterstützung erfolgen. Zur Erzeugung einer Schicht 2 mit einer hohen Dichte ist es jedoch günstig, wenn die Abscheidung der Schicht 2 ionenunterstützt und/oder plasmaunterstützt erfolgt. Die Vorrichtung 1 weist bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel für die plasmaunterstützte Abscheidung eine Plasmaquelle 9 auf, die zur Erzeugung eines Argon-Plasmas ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich zu einer oder mehreren Plasmaquelle(n) 9 kann die Vorrichtung 1 auch eine oder mehrere lonenquelle(n) aufweisen, auf deren Darstellung in Fig. 1 verzichtet wurde.

Um bei der plasmaunterstützten oder plasma-ionen-unterstützten Abscheidung die Stöchiometrie der abgeschiedenen Schicht 2 zu erhalten, ist es erforderlich, die Abscheidung in Gegenwart mindestens eines Reaktivgases R durchzuführen. Für die Zuführung des mindestens einen Reaktivgases R in die Beschichtungskammer 4 weist die Vorrichtung 1 eine Zuführungs-Einrichtung 10 auf. Die Zuführungs-Einrichtung 10 umfasst neben einem Gas-Einlass in der Beschichtungskammer 4 eine Ventilanordnung, die eine gesteuerte Zuführung des Reaktivgases R aus einem Gasreservoir in die Beschichtungskammer 4 ermöglicht. Bei dem zugeführten Reaktivgas R kann es sich beispielsweise um ein Gas handeln, welches F2 und/oder O2 enthält, z.B. um XeF2, NF3, SF _Ö oder um CF ₄ , aber auch um eine andere Art von reaktivem Gas, beispielsweise um NH _3.

Die Zuführungs-Einrichtung 10 weist auch eine weitere Ventilanordnung auf, die zur gesteuerten Zuführung eines Inertgases I aus einem weiteren Gasreservoir in die Beschichtungskammer 4 dient. Bei dem Inertgas I kann es sich beispielsweise um ein Edelgas handeln, z.B. um Argon, das unter anderem zum Belüften der Beschichtungskammer 4 vor dem Öffnen oder zum Einstellen des Drucks p in dem Innenraum der Beschichtungskammer 4 dienen kann. Der Druck p in dem Innenraum der Beschichtungskammer 4 liegt bei der Abscheidung in der Regel zwischen ca. 10 ⁶ mbar und ca. 10 ² mbar. Der Druck p wird im Wesentlichen vom Partialdruck des in die Beschichtungskammer 4 eingelassenen Inertgases I und/oder Reaktivgases R bestimmt.

Ein erhöhter Fluor-Partialdruck ist insbesondere günstig, wenn die Schicht 2 während der Abscheidung mit UV-Licht 11a, 11b bestrahlt wird, das von einer ersten und zweiten UV-Lichtquelle 12a, 12b der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung 1 erzeugt wird. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel ist die erste UV-Lichtquelle 12a ausgebildet, UV-Licht 11a in einem ersten Spektralbereich 13a zu emittieren, der zur Ausheilung von Kristalldefekten während des Abscheidens dient. Die zweite UV-Lichtquelle 12b ist ausgebildet, UV-Licht 11b in einem zweiten Spektralbereich 13b zu emittieren, der zur Mobilisierung von Atomen an der Oberfläche 2a des ionisch gebundenen Festkörpers bzw. der Schicht 2 dient. Die beiden Spektralbereiche 13a, 13b sind in Fig. 2 dargestellt und werden weiter unten in Zusammenhang mit Fig. 2 näher beschrieben.

Abweichend von der Darstellung von Fig. 1 kann die Vorrichtung 1 eine einzige UV-Lichtquelle aufweisen, die UV-Licht 11a, 11b sowohl in dem ersten Spektralbereich 13a als auch in dem zweiten Spektralbereich 13b emittiert. Die Vorrichtung kann auch nur die erste UV-Lichtquelle 12a aufweisen, die UV-Licht 11a in dem ersten Spektralbereich 13a emittiert, oder nur die zweite UV- Lichtquelle 12b, die UV-Licht 11b in dem zweiten Spektralbereich 13b emittiert. Die Vorrichtung 1 kann auch mehr als zwei UV-Lichtquellen aufweisen.

Im gezeigten Beispiel sind sowohl die erste UV-Lichtquelle 12a als auch die zweite UV-Lichtquelle 12b zur Emission von UV-Licht 11a, 11b in einem fest vorgegebenen ersten bzw. zweiten Spektralbereich 13a, 13b ausgebildet. Es ist aber auch möglich, dass die erste und/oder die zweite UV-Lichtquelle 12a, 12b durchstimmbar sind, um den ersten und/oder den zweiten Spektralbereich 13a, 13b einstellen bzw. durchstimmen zu können. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel handelt es sich bei der ersten UV-Lichtquelle 12a um einen Nd:YAG Laser mit einer Wellenlänge von 266 nm und bei der zweiten UV-Lichtquelle 12b um eine D2 Lampe.

Alternativ kann eine oder es können beide Lichtquellen 12a, 12b zur Erzeugung von Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich (VIS-Licht) ausgebildet sein. In diesem Fall können die Lichtquellen 12a, 12b zur Emission von VIS-Licht in einem vorgegebenen ersten bzw. zweiten Spektralbereich 13a, 13b ausgebildet sein oder die Lichtquellen 12a, 12b können durchstimmbar ausgebildet sein. Auch kann eine einzige VIS-Lichtquelle zur Erzeugung von VIS-Licht sowohl in dem ersten Spektralbereich 13a als auch in dem zweiten Spektralbereich 13b ausgebildet sein. Es können auch eine oder mehrere UV-Lichtquellen und eine oder mehrere VIS-Lichtquellen vorgesehen sein.

Wie in Fig. 1 ebenfalls zu erkennen ist, sind die beiden UV-Lichtquellen 12a,

12b durch transmittierende optische Elemente 14a, 14b vor dem Innenraum der Beschichtungskammer 4 geschützt. Bei den transmittierenden optischen Elementen 14a, 14b handelt es sich im gezeigten Beispiel um Linsen, z.B. aus MgF2 oder aus CaF2, die dazu dienen, das UV-Licht 11a, 11b auf der abgeschiedenen Schicht 2 bzw. auf dem Substrat 3 zu fokussieren bzw. auszurichten. Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, schneiden sich die optischen Achsen der beiden UV-Lichtquellen 12a, 12b an einer gemeinsamen Position Z im Zentrum des Substrats 3. Die Beschichtungsquelle 7 und die Plasmaquelle 9 sind ebenfalls auf diese gemeinsame Position Z ausgerichtet. An Stelle der transmittierenden optischen Elemente 14a, 14b in Form der Linsen können auch Fenster, d.h. planparallele Platten, verwendet werden, um die UV- Lichtquellen 12a, 12b von dem Innenraum der Beschichtungskammer 4 zu schützen. Generell sollte das gesamte Substrat 3 möglichst homogen mit dem UV-Licht 11a, 11b ausgeleuchtet werden. Fig. 2 zeigt ein Absorptionsspektrum eines ionisch gebundenen Festkörpers in Form von MgF2 in Abhängigkeit von der Energie bzw. von der Wellenlänge. Auf der Ordinatenachse ist der Absorptionskoeffizient in willkürlichen Einheiten und logarithmischer Darstellung aufgetragen. In Fig. 2 sind auf der rechten Seite sowohl das Absorptionsspektrum eines MgF2-Einkristalls als auch das Absorptionsspektrum einer dünnen MgF2-Schicht dargestellt. Detailliert werden diese Absorptionsspektren in dem Artikel „Vacuum ultraviolet loss in magnesium fluoride films”, 0. R. Wood II et al. , Appl. Opt. 23, 3644 (1984) diskutiert, der durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.

In Fig. 2 ebenfalls zu erkennen ist ein Absorptionsbereich 16 eines Kristalldefekts in Form eines Farbzentrums 15, genauer gesagt eines F- Zentrums, des abgeschiedenen MgF2-Materials. Das Farbzentrum 15 weist eine Absorptionsenergie E _a bs auf, bei welcher der Absorptionskoeffizient des F- Zentrums 15 maximal ist. Die Wellenlänge, die der Absorptionsenergie E _abs entspricht, liegt im gezeigten Beispiel bei ca. 260 nm bzw. bei ca. 4,77 eV. In Fig. 2 ebenfalls dargestellt ist ein Absorptionsbereich 16 des F-Zentrums 15, der durch einen Abfall auf die Hälfte vom maximalen Wert des Absorptionskoeffizienten (FWFIM) bei der Absorptionsenergie E _abs des F- Zentrums 15 definiert ist. Im Fig. 2 gezeigten Beispiel liegt der Absorptionsbereich 16 des Farbzentrums 15 zwischen ca. 4,3 eV und ca. 5,25 eV.

Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, weist der erste Spektralbereich 13a eine mittlere Energie EMI von ca. 4,66 eV auf, die einer Wellenlänge von ca. 266 nm entspricht. Diese mittlere Energie EMI entspricht der Zentralwellenlänge der ersten UV-Lichtquelle 12a, die in der Mitte der Bandbreite 17 des ersten Spektralbereichs 13a liegt. Die Bandbreite 17 des ersten Spektralbereichs 13a liegt im gezeigten Beispiel bei ca. 0,5 eV. Der erste Spektralbereich 13a, der zur Ausheilung des F-Zentrums 15 dient, überlappt somit mit dem Absorptionsbereich 16 des F-Zentrums 15, genauer gesagt liegt der erste Spektralbereich 13a vollständig innerhalb des Absorptionsbereichs 16 des F-Zentrums 15. Der erste Spektralbereich 13a umfasst daher auch die Absorptionsenergie E _a bs des F-Zentrums 15.

Die mittlere Energie EMI des ersten Spektralbereichs 13a weicht von der Absorptionsenergie Ea _b s nur um 0,11 eV ab. Dies ist günstig, um das F-Zentrum 15 während der Abscheidung der Schicht 2 instantan ausheilen zu können.

Auch die Bandbreite 16 des ersten Spektralbereichs 13a sollte für die Ausheilung des F-Zentrums 15 möglichst schmal sein und auf weniger als 1 ,5 eV, bevorzugt auf weniger als 0,75 eV eingestellt werden oder einstellbar sein. Dies ist im vorliegenden Beispiel der Fall, da die Bandbreite (FWFIM) des ersten Spektralbereichs 13a bei weniger als ca. 0,5 eV liegt.

Die Auswahl des ersten Spektralbereichs 13a, insbesondere der mittleren Energie EMI des ersten Spektralbereichs 13a, sowie ggf. von dessen Bandbreite 17, hängt von der Absorptionsenergie Ea _b s einen jeweiligen Kristalldefekts 15 des abgeschiedenen Materials in Form des ionisch gebundenen Festkörpers ab. Statt eines F-Zentrums 15 kann es sich dabei auch um ein anderes Farbzentrum oder einen anderen Kristalldefekt handeln, der optisch adressierbar bzw. ausheilbar ist.

Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit der Absorptionsenergie Ea _b s von Kristalldefekten vom Anionen-Kationen-Abstand a für unterschiedliche Fluoride. Gezeigt sind

Die F-Zentren 15 von Fluoriden mit kubischer Kristallstruktur folgen in sehr guter Näherung der Mollwo-Ivey-Regel, also der Beziehung

E _abs = Ca ^~n (1 ) mit C « 0.26 (mit a in Einheit nm) und n « 1.8. Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, ergibt sich für MgF2 gemäß dieser Regel beispielsweise die weiter oben angegebene Absorptionsenergie E _a bs von ca. 4,77 eV.

Für komplexere Kristallstrukturen und/oder andere Farbzentren ergeben sich Abweichungen von dieser Regel, die allerdings in relativ guter Näherung weiterverwendet werden kann. Eine genauere Beschreibung erhält man, wenn man die Konstante C und den Exponenten n im Potenzgesetz (1 ) beispielsweise über einen Fit an den betrachteten Fall anpasst.

Anhand der mittels einer solchen Beziehung näherungsweise aus dem Anionen-Kationen-Abstand a bestimmten Absorptionsenergie Ea _b s des Kristalldefekts 15 ergibt sich eine geeignete Wahl des ersten Spektralbereichs 13a des UVA/IS-Lichts 11a. Die mittlere Energie EMI des UVA/IS-Lichts 11a, das zum Regenerieren beziehungsweise Bleichen der Kristalldefekte 15 benötigt wird, kann also aus der Kristall Struktur der abzuscheidenden Materialien abgeschätzt werden. Dies ist günstig, da eine zu große Abweichung der mittleren Energie EMI des ersten Spektralbereichs 13a von der Absorptionsenergie Ea _b s im schlimmsten Fall nicht zur Ausheilung der Kristalldefekte 15, sondern zur Bildung neuer Kristalldefekte 15 führen kann, wie nachfolgend anhand von Fig. 4a, b beschrieben wird.

In Fig. 4a ist der Effekt der Bestrahlung mit UVA/IS-Licht 11a auf Kristalldefekte 15a-c in Fluoriden in einem Streudiagramm dargestellt. Die Abszisse entspricht der (mittleren) Energie EMI des UVA/IS-Lichts, die Ordinate der Absorptionsenergie Ea _b s des Kristalldefekts. Die drei unterschiedlichen Symbole stehen dabei für Kristalldefekte 15a, die durch die Bestrahlung ausheilen, für Kristalldefekte 15b, die durch die Bestrahlung nicht ausheilen und für durch die Bestrahlung zusätzlich erzeugte Kristalldefekte 15c. Die insgesamt dreiundsiebzig dargestellten Datenpunkte stammen aus einer Literaturrecherche. Fig. 4b zeigt ein Fig. 4a entsprechendes Flistogramm. Die Abszisse entspricht dabei der Differenz D = E _a bs - EMI zwischen der Absorptionsenergie E _a bs des Kristalldefekts 15 und der mittleren Energie EMI des eingestrahlten UV/VIS- Lichts 11a. Die Ordinate entspricht der Anzahl der entsprechenden Kristalldefekte 15a-c. Für die ausheilbaren Kristalldefekte 15a, die nicht- ausheilbaren Kristalldefekte 15b und die zusätzlich erzeugten Kristalldefekte 15c ergeben sich drei Häufigkeitsverteilungen, die sich durch Normalverteilungen approximieren lassen. Die Mittelwerte der Normalverteilungen sind 0,2 eV (ausheilbare Kristalldefekte 15a), 1 ,4 eV (nicht- ausheilbare Kristalldefekte 15b) und -1 ,1 eV (zusätzlich erzeugte Kristalldefekte 15c); die Halbwertsbreiten sind 1 ,6 eV (ausheilbare Kristalldefekte 15a), 1 ,4 eV (nicht-ausheilbare Kristalldefekte 15b) und 3,3 eV (zusätzlich erzeugte Kristalldefekte 15c).

Aus Fig. 4a und Fig. 4b geht hervor, dass es vermehrt zur Erzeugung zusätzlicher Kristalldefekte 15c kommt, wenn die mittlere Energie EMI des UVA/IS-Lichts 11a signifikant größer, typischerweise mindestens 1 eV oder 1 ,5 eV größer, ist als die Absorptionsenergie E _ab s des Kristalldefekts 15. Es ist daher vorteilhaft, das Spektrum der Energie des ersten Spektralbereichs 13a des UVA/IS-Lichts 11a und insbesondere die mittlere Energie EMI nach oben zu begrenzen. Konkret sollte die mittlere Energie EMI um nicht mehr als 1 eV, bevorzugt um nicht mehr als 1 ,5 eV größer sein als die Absorptionsenergie E _ab s des Kristalldefekts 15, der ausgeheilt werden soll. Aus Fig. 4a und Fig. 4b geht außerdem hervor, dass keine Ausheilung möglich ist, wenn die (mittlere) Energie EMI des bei der Bestrahlung verwendeten UV/VIS-Lichts 11a deutlich kleiner ist als die Absorptionsenergie E _ab s des jeweiligen Kristalldefekts 15.

Wie weiter oben beschreiben, ist in Fig. 2 auf der rechten Seite der Absorptionskoeffizient im Bereich des Leitungsbands von MgF2 mit einer Bandlücken-Energie EG bzw. einer Bandkante des Leitungsbands dargestellt. Hierbei ist mit einer durchgezogenen Linie der Verlauf des Absorptionskoeffizient in einem einkristallinen MgF2-Material dargestellt und gestrichelt der Absorptionskoeffizient einer dünnen Schicht 2 aus MgF2- Material, wie sie mit Hilfe der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung 1 abgeschieden wird. Im Fall einer dünnen Schicht aus MgF2 läuft der Absorptionskoeffizient zu kleineren Energien hin exponentiell in einem so genannten Urbach-Tail 18 aus. Unterhalb der Bandlücken-Energie EG, die bei ca. 12,3 eV liegt, werden exzitonische Zustände angeregt, z.B. der 1s-Exzitonen-Zustand, bei dem der Absorptionskoeffizient maximal ist.

Wie in Fig. 2 ebenfalls zu erkennen ist, wird bei der Abscheidung UV-Licht 11b in einem zweiten Spektralbereich 13b auf die Schicht 2 bzw. auf das abgeschiedene Material der Schicht 2 eingestrahlt. Der zweite Spektralbereich 13b liegt typischerweise in einem Energiebereich zwischen 75% und 100% der Bandlücken-Energie EG von MgF2. Im gezeigten Beispiel liegt der zweite Spektralbereich 13b zwischen 9.84 eV und 11.8 eV, d.h. in einem Energiebereich zwischen 80% und 95% der Bandlücken-Energie EG des abgeschiedenen MgF2-Materials. Die Bandbreite 19 des zweiten Spektralbereichs 13b liegt somit bei ca. 1,96 eV, die mittlere Energie E _M 2 des zweiten Spektralbereichs 13b liegt bei ca. 10,82 eV. Die Einstrahlung von UV- Licht 11b in dem zweiten Spektralbereich 13b an bzw. knapp unterhalb der Bandkanten-Energie EG dient zur Mobilisierung von Atomen an der Oberfläche 2a der Schicht 2 des MgF2-Materials.

Die Bestrahlung mit UV-Licht 11b in dem zweiten Spektralbereich 13b während des Abscheidens führt typischerweise ebenfalls zu einem geringeren Extinktionskoeffizienten der abgeschiedenen Schicht 2. Ein möglicher Mechanismus hierbei ist die einfachere Überwindung von Ehrlich-Schwöbel- Barrieren durch die mobilisierten Atome, die es ermöglicht, größere Körner und weniger Korngrenzen bei der Abscheidung zu erzeugen, was zu einem niedrigeren Extinktionskoeffizienten führt. Eine Intensität h des UV-Lichts 11a im ersten Spektralbereich 13a muss so eingestellt sein, dass die Rate, mit der die Kristalldefekte 15 ausheilen, größer ist als die Generationsrate, mit der neue Kristalldefekte 15 entstehen. Die Generationsrate der Defektbildung hängt auch mit VUV-getriebenen Ein- Photonen-Prozessen zusammen. Wenn UV-Licht 11b im zweiten Spektralbereich 13b nahe der Bandkanten-Energie EG des ionisch gebundenen Festkörpers zur Bestrahlung eingesetzt wird, ist es vorteilhaft, die von der ersten UV-Lichtquelle 12a emittierte Intensität h im ersten Spektralbereich 13a relativ zu einer Intensität I2 der von der zweiten UV-Lichtquelle 12b in dem zweiten Spektralbereich 13b emittierten Intensität I2 zu erhöhen. Das Verhältnis zwischen der Intensität h des UV-Lichts 11a in dem ersten Spektralbereich 12a und der Intensität I2 des UV-Lichts 11b in dem zweiten Spektralbereich 13b liegt vorteilhafter Weise bei mehr als 3 : 1 , insbesondere bei mehr als 6 : 1.

Wie weiter oben ausgeführt, kann zur Abscheidung von Schichten 2 hoher Dichte ein ionengestützter Prozess und/oder ein plasmagestützter Prozess eingesetzt werden. Bei der ionenunterstützten Abscheidung werden Kristalldefekte 15 auch durch den lonenbeschuss erzeugt. Diese Kristalldefekte 15 sollen im Wesentlichen durch das UV-Licht 11a ausgeheilt werden, dass in dem ersten Spektralbereich 13a auf die Schicht 2 eingestrahlt wird. Bei einem plasmagestützten Prozess ist zu berücksichtigen, dass das Plasma ebenfalls Strahlung im UVA/UV-Wellenlängenbereich emittiert. In Fig. 2 ist exemplarisch das Emissionsspektrum 20 eines Plasmas für einen Argon-basierten RF- gepumpten „cylindrical dielectric barrier discharge“ Prozess gezeigt, das dem Artikel „VUV emission from a cylindrical dielectric barrier discharge in Ar and in Ar/N2 and Ar/air mixtures”, N. Masoud et al. , J. Phys. D 38, 1674-1683 (2005) entnommen ist. Die Strahlung eines solchen Plasmas, das von der in Fig. 1 dargestellten Plasmaquelle 9 erzeugt wird, kann ebenfalls über Ein-Photonen- Prozesse Kristalldefekte 15 in der abzuscheidenden Schicht 2 verursachen. So überlappt das in Fig. 2 gezeigte Emissionsspektrum 20 mit dem Urbach-Tail 18 der dünnen MgF2-Schicht 2. Teile der von dem Plasma emittierten Strahlung können aber auch regenerierend wirken.

Auf die weiter oben beschriebene Weise können eine oder mehrere Schichten 2 auf das Substrat 3 abgeschieden werden, die einen niedrigen Extinktionskoeffizienten und ggf. eine hohe Dichte aufweisen. Die abgeschiedenen Schichten 2 können unterschiedliche Funktionen erfüllen, beispielsweise eine Schutzfunktion für das Substrat 3 oder für darunter liegende Schichten, eine reflektierende oder eine antireflektierende Funktion, etc. Das mit einer oder mehreren Schichten 2 beschichtete Substrat 3 kann ein optisches Element bilden, das zur Transmission und/oder zur Reflexion von Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich ausgebildet ist. Ein solches transmittierendes und/oder reflektierendes optisches Element kann in unterschiedlichen optischen Anordnungen für den VUV-Wellenlängenbereich eingesetzt werden. Bei dem reflektierenden optischen Element kann es sich beispielsweise um einen Spiegel handeln, bei einem transmittierenden und reflektierenden optischen Element kann es sich um einen Strahlteiler handeln, etc.

Fig. 5 zeigt eine optische Anordnung für den VUV-Wellenlängenbereich in Form einer VUV-Lithographieanlage 21. Die VUV-Lithographieanlage 21 umfasst zwei optische Systeme, nämlich ein Beleuchtungssystem 22 und ein Projektionssystem 23. Die VUV-Lithographieanlage 21 weist außerdem eine Strahlungsquelle 24 auf, bei der es sich beispielsweise um einen Excimer-Laser handeln 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 wird. In dem gezeigten Beispiel weist das Beleuchtungssystem 22 ein Gehäuse 32 auf, in dem sowohl transmittierende als auch reflektierende optische Elemente angeordnet sind. Stellvertretend sind ein transmittierendes optisches Element 27, welches die Strahlung 25 bündelt, sowie ein reflektierendes optisches Element 28, welches die Strahlung umlenkt, dargestellt.

Die Maske 26 weist auf ihrer Oberfläche eine Struktur auf, die auf ein zu belichtendes optisches Element 29, beispielsweise einen Wafer, zur Herstellung 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.

Sowohl im Beleuchtungssystem 22 als auch im Projektionssystem 23 können verschiedenste transmittierende, reflektierende oder sonstige optische Elemente in beliebiger, auch komplexerer Weise miteinander kombiniert werden. Auch optische Anordnungen ohne transmissive optische Elemente können für die VUV-Lithographie eingesetzt werden.

Fig. 6 zeigt eine optische Anordnung für den VUV-Wellenlängenbereich in Form eines Wafer-Inspektionssystems 41 , es kann sich aber auch um ein Masken inspektionssystem handeln. Das Wafer-Inspektionssystem 41 weist ein optisches System 42 mit einer Strahlungsquelle 54 auf, deren Strahlung 55 mittels des optischen Systems 42 auf einen Wafer 49 gelenkt wird. Zu diesem Zweck wird die Strahlung 55 von einem konkaven Spiegel 46 auf den Wafer 49 reflektiert. Bei einem Masken-Inspektionssystem könnte man anstelle des Wafers 49 eine zu untersuchende Maske anordnen. Die vom Wafer 49 reflektierte, gebeugte und/oder gebrochene Strahlung wird von einem ebenfalls zu dem optischen System 42 gehörigen weiteren konkaven Spiegel 48 über ein transmittierendes optisches Element 47 auf einen Detektor 50 zur weiteren Auswertung geleitet. Das Wafer-Inspektionssystem 41 weist außerdem ein Gehäuse 52 auf, in dem die beiden Spiegel 46, 48 sowie das transmissive optische Element 47 angeordnet sind. Bei der Strahlungsquelle 54 kann es sich beispielsweise um genau eine Strahlungsquelle oder um eine Zusammenstellung von mehreren einzelnen Strahlungsquellen handeln, um ein im Wesentlichen kontinuierliches Strahlungsspektrum zur Verfügung zu stellen. In Abwandlungen kann auch eine oder es können mehrere schmalbandige Strahlungsquellen 54 eingesetzt werden.

Mindestens eines der optischen Elemente 27, 28, 30, 31 der in Fig. 5 gezeigten VUV-Lithographieanlage 21 und mindestens eines der optischen Elemente 46, 47, 48 des in Fig. 6 gezeigten Wafer-Inspektionssystems 41 sind dabei wie weiter oben beschrieben ausgebildet. Sie sind also mit mindestens einer Schicht 2 aus einem ionisch gebundenen Festkörper, beispielsweise einem Fluorid oder einem Oxid, beschichtet, wobei die mindestens eine Schicht 2 nach dem weiter oben beschriebenen Verfahren und/oder mittels der weiter oben beschriebenen Vorrichtung 1 abgeschieden wurde.

Fig. 7 zeigt ein optisches Element zur Transmission von Strahlung im VUV- Wellenlängenbereich in Form eines Laserkammerfensters 60 einer Laserkammer 61 eines Excimer-Lasers 62. Der vom Excimer-Laser 62 emittierte Laserstrahl tritt durch das Laserkammerfenster 60 nach außen. Die Außenseite des Laserkammerfensters 60 ist mit einer Schicht 2 aus einem ionisch gebundenen Festkörper, beispielsweise einer Fluoridschicht, beschichtet, die nach dem weiter oben beschriebenen Verfahren und/oder mittels der weiter oben beschriebenen Vorrichtung 1 abgeschieden wurde. Die Schicht 2 wurde während des Abscheidens mit UVA/IS-Licht 11a, 11b bestrahlt und weist daher gleichzeitig eine hohe Dichte und einen niedrigen Extinktionskoeffizienten auf. Eine Versiegelung mit einer solchen Schicht 2 wirkt einer Degradation des Laserkammerfensters 60 entgegen und verlängert damit dessen Lebensdauer.