DE69827604T2

DE69827604T2 - Reflektierender überzug für wiederholtes beugungsgitter

Info

Publication number: DE69827604T2
Application number: DE69827604T
Authority: DE
Inventors: G. Richard MORTON; Thomas C. Blasiak
Original assignee: Cymer Inc; Spectronic Instruments Inc
Current assignee: Cymer Inc; Spectronic Instruments Inc
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1998-01-12
Publication date: 2005-04-28
Anticipated expiration: 2018-01-13
Also published as: EP0953161B1; TW355220B; JP2920164B2; JPH10209533A; WO1998032036A1; DE69827604D1; US5999318A; EP0953161A4; AU5913698A; EP0953161A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft Beugungsgitter und betrifft insbesondere eine Technik, die zur Verlängerung der Lebensdauer eines Beugungsgitters angewendet wird.
HINTERGRUND
Beugungsgitter werden häufig in Laservorrichtungen verwendet, um lediglich einen schmalen Wellenlängenbereich von Licht, das um eine spezielle Wellenlänge herum verteilt ist, in einen Resonanzkavität der Laservorrichtung zurück zu reflektieren. Die Lichtenergie mit dieser Wellenlänge zeigt in der Kavität ein resonantes Verhalten und wird durch einen teiweise reflektierenden Spiegel an dem anderen Ende der Kavität ausgesendet. Beispiele derartiger Beugungsgitter und diverser Verfahren zur Herstellung dieser Beugungsgitter sind in den US-Patenten 5,080,465; 5,436,764 und 5,493,393 beschrieben.
Typischerweise wird zunächst ein Bezugsbeugungsgitter hergestellt. Dieses Bezugsgitter wird dann verwendet, um viele Duplikatgitter herzustellen. Jedes dieser Duplikatgitter kann dann als ein Bezugsgitter für die Herstellung anderer Duplikatgitter verwendet werden. Folglich können im Vergleich zu dem Bezugsgitter die Duplikate auf kostengünstige Weise hergestellt werden.
Wie in dem Patent '465 beschrieben ist, kann ein Bezugsgitter durch Abscheiden von Aluminium über einem Substrat, etwa einem Glassubstrat, gebildet werden. Ein interferometrisch gesteuertes Diamantwerkzeug kann dann eingesetzt werden, um sehr eng beabstandete Rillen in die Aluminiumschicht einzubringen. Der Abstand der Rillen steht mit der Wellenlänge des durch das Gitter zu reflektierenden Lichts und mit der Breite des Wellenlängenbereichs, der reflektiert werden muss, in Beziehung. In einer Ausführungsform ätzt das Diamantwerkzeug in der Größenordnung von einigen zehn bis einigen tausend Rillen pro Inch. Das Beugungsgitter kann eine Größe von 10 Quadratinch und ein Dicke von einem Inch aufweisen. Das Herstellen eines Präzisionsbezugsgitters durch physikalisches Ätzen ist daher ein äußerst zeitaufweniger und daher teurer Prozess.
Sobald ein Beugungsgitter hergestellt ist, können Duplikate des Gitters entsprechend dem folgenden Prozess hergestellt werden. Es wird ein Trennmittel, etwa wie es in dem Patent '764 beschrieben ist, auf die Oberfläche des Bezugsgitters aufgebracht. Dies wird vorzugsweise in einer Vakuumkammer durchgeführt. Eine dünne reflektierende Schicht (z. B. ein Mikrometer), etwa Aluminium wird dann auf die Trennmittelschicht physikalisch oder chemisch aufgedampft. Das Bezugsgitter wird dann aus der Vakuumkammer entnommen. Anschließend wird flüssiges Expoxid, wie es etwa in dem Patent '465 beschrieben ist, auf der Aluminiumschicht abgeschieden und es wird dann ein Glassubstrat auf das Epoxid aufgebracht. Nach dem Aushärten des Epoxids werden dann die Glasschicht, die Epoxidschicht und die Aluminiumschicht von dem Bezugsgitter abgehoben, woraus sich ein Duplikat des Bezugsgitters ergibt.
Die Anmelderin hat herausgefunden, dass, wenn das Duplikat von dem Bezugsgitter abgenommen wird, nicht sichtbare Schäden auf der dünnen Schicht aus Aluminium auf dem Duplikat entstehen.
Wenn das Duplikatbeugungsgitter als ein wellenlängenselektiver Reflektor für das Erzeugen eines Laserlichtstrahls eingesetzt wird, wird das Duplikatgitter der Einwirkung einer beträchtlichen Lichtenergie ausgesetzt. Es treten Änderungen in der Rillenform auf, wenn das Gitter einer hohen Lichtenergie über lange Zeiträume hinweg ausgesetzt ist. Dies bewirkt einen Verlust an Reflektivität in der gewünschten Beugungsordnung, wobei ein gewisser Betrag der optischen Energie in andere Beugungsordnungen aufgrund der Änderungen der Rillenwinkel in großem Maßstab und wobei ein gewisser Betrag der Energie durch Streuung aufgrund der Oberflächenverformungen der Rillenflächen auf kleinem Maßstab verloren geht.
Bis jetzt wurde angenommen, dass die Lebensdauer derartiger Duplikate nicht verlängert werden kann. Die Anmelderin hat entdeckt, dass die während des Prozesses des Duplizierens aufgebrachte Aluminiumschicht, die typischerweise ungefähr ein Mikrometer dick ist, während des nachfolgenden Ablöseschrittes in dem Duplizierprozess Kräften ausgesetzt ist, die tendenziell sehr kleine Risse in der Aluminiumschicht erzeugen. Diese Risse ermöglichen es, dass geringe Anteile ultravioletter Strahlung durch die darunter liegende Epoxidschicht dringen, wenn das Gitter in einem Excimerlaser eingesetzt wird. Das ultraviolette Licht, das das Epoxid erreicht, bewirkt eine fotochemische Zersetzung des Epoxids, wodurch Gase freigesetzt werden, die Bläschen in der darüber liegenden Aluminiumbeschichtung hervorrufen. Diese Bläschenbildung erhöht in großem Maße die Streuverluste von den reflektierenden Flächen des Gitters. Das ultraviolette Licht verursacht ferner ein großräumiges Schrumpfen des Epoxids, wodurch die ursprüngliche Rillenform verformt wird, woraus sich ein Verlust an Reflektivität in der gewünschten Beugungsordnung ergibt. Diese Effekte beschränken die Lebensdauer des Gitters beträchtlich, wodurch sich erhöhte Standzeiten in Anlagen ergeben, in denen das Gitter häufig verwendet wird.
Es besteht daher ein Bedarf für einen verbesserten Duplizierungsprozess, der die Lebensdauer der Duplikatgitter verlängern kann.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Hierin wird ein zusätzlicher Schritt für den konventionellen Herstellungsprozess für Duplikate von Beugungsgittern, die in Lasereinrichtungen verwendet werden, beschrieben, wobei die zuvor beschriebenen Probleme gelöst werden.
Die Verbesserung der Anmelderin für diesen konventionellen Prozess besteht darin, eine dünne reflektierende Schicht aus Aluminium auf der Oberfläche des Duplikats abzuscheiden, nachdem das Duplikat von der Bezugsform abgelöst und gereinigt ist. Das Beschichten wird in einer Vakuumkammer durch Sputtern oder durch Dampfabscheidung ausgeführt. Diese Schicht unterliegt keinen zerstörerischen Kräften und bleibt damit relativ undurchlässig. Eine typische Dicke der Beschichtung beträgt 100 nm. Die Aluminiumbeschichtung wird in zwei oder mehr Schichten aufgetragen, wobei Oxidschichten dazwischen angeordnet sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1–6 zeigen einen Querschnitt eines Bezugsgitters und die nachfolgenden Schritte, die zur Herstellung eines konventionellen Duplikats des Bezugsgitters angewendet werden.
7 zeigt den nachfolgenden Schritt zur Herstellung einer dünnen reflektierenden Beschichtung auf dem Duplikat, um das darunter liegende Epoxid davor zu schützen, dass Strahlung durch Risse in der ursprünglichen Aluminiumschicht hindurch tritt.
8 zeigt eine alternative Ausführungsform der Beschichtung, wobei mehrere Schichten vorgesehen sind, um die Undurchlässigkeit zu erhöhen.
9 zeigt eine alternative Ausführungsform, wobei eine MgF₂-Schicht über der Aluminiumbeschichtung vorgesehen ist, um Oxidationsschäden zu vermeiden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist eine Querschnittsansicht eines Bezugsbeugungsgitters 10, das unter Anwendung konventioneller Prozesse hergestellt wurde. In einer Ausführungsform ist das Bezugsgitter 10 einen Inch dick und ist aus einem Glassubstrat 12 und einer geätzten Aluminiumschicht 16 aufgebaut. Die Schicht 16 ist typischerweise 5 μm dick und mechanisch geätzt, um Rillen 18 zu bilden, wobei ein Diamantstift verwendet wird, wie dies in den zuvor erwähnten bekannten Patenten beschrieben ist. Die Strukturmerkmale der Rillen 18 in der Aluminiumschicht 16 sind stark übertrieben dargestellt, da mehr als 10000 Rillen pro Inch in die Aluminiumschicht 16 geätzt sein können. In einer Ausführungsform sind die Rillen 18 mit einem Abstand von 12 μm vorgesehen. Das Bezugsgitter 10 kann durch andere Prozesse hergestellt werden und kann sogar ein Duplikat einer Bezugsform sein.
2–6 zeigen die konventionellen Schritte, die zur Herstellung eines Duplikats dieses Bezugsgitters 10 angewendet werden. Das Bezugsgitter 10 ist einer Vakuumkammer angeordnet, die ähnlich zu den Kammern ist, die für eine Halbleiterscheibenbearbeitung verwendet werden. Ein Trennmittel 19, etwa Siliconöl oder ein anderes bekanntes Trennmittel wird dann auf der Aluminiumschicht 16 abgeschieden, um eine Trennschicht 20 zu bilden. Diese Trennschicht 20 ist vorzugsweise äußerst dünn, etwa in der Größenordnung der Ausdehnung einiger Moleküle (beispielsweise 1–2 nm). Die Dicke der Trennschicht 20 kann durch gut bekannte optische Verfahren, die in der konventionellen Halbleiterscheibenbearbeitung eingesetzt werden, bestimmt werden.
In 3 wird dann Aluminium 21 aufgedampft oder gesputtert auf die Trennschicht 20, um eine Aluminiumschicht 22 von ungefähr 1 μm Dicke zu bilden. Das Bezugsgitter 10 wird dann aus der Vakuumkammer herausgenommen.
Gemäß 4 wird dann eine Schicht aus flüssigem Epoxid 25 über der Aluminiumschicht 22 abgeschieden. Die Epoxidschicht 24 kann nahezu eine beliebige Dicke (beispielsweise 15 μm) aufweisen.
Wie in 5 gezeigt ist, wird dann ein Glassubstrat 26, das als zusätzliche mechanische Halterung bei Bedarf verwendet wird, über dem Epoxid 24 positioniert. Das Epoxid 24 wird dann unter Anwendung von Wärme oder anderen Verfahren ausgehärtet. In einer weiteren Ausführungsform wird epoxidbeschichtetes Harz über der Aluminiumschicht 22 angeordnet.
Nach dem Aushärten des Epoxids wird das Glassubstrat 26 vertikal von dem Bezugsgitter 10 abgenommen, um das Duplikat von dem Bezugsgitter 10 zu trennen.
Das resultierende Duplikat 28 ist in 6 gezeigt. Wie zuvor erwähnt ist, kann der Trennungsschritt in 5 häufig nicht sichtbare Risse in der Aluminiumschicht 22 hervorrufen, wie dies durch Risse 30 und 31 dargestellt ist. Nach Kenntnis der Anmelderin wurden diese Risse bisher nicht entdeckt und die Wirkungen dieser Risse auf die Lebensdauer eines Duplikats wurden nicht berücksichtigt. Wie zuvor beschrieben ist, ermöglichen es diese Risse, dass ein gewisser Anteil der ultravioletten Energie eines Lasers auf das darunter liegende Epoxid 24 trifft. Im Laufe der Zeit wird dadurch das Epoxid zersetzt und dieses schrumpft und bewirkt eine Verformung der darüber liegenden Aluminiumschicht 22. Die Untersuchung dieses Effekts durch die Anmelderin hat gezeigt, dass sich die effektive Rillengeometrie ändert und Bläschen auf den reflektierenden Flächen 32 des Gitters als Folge der Zersetzung des Epoxids nach einer großen Anzahl von Laserpulsen auftreten. Die Blasenbildung zeigt sich als ein milchiges Gebiet auf der Gitteroberfläche, das mit bloßem Auge erkennbar ist. Diese Trübung verringert die Effizienz des Gitters, so dass weniger Licht in die gewünschte Beugungsordnung reflektiert wird.
Der zusätzliche Schritt der Anmelderin ist in 7 gezeigt. Eine dünne Schicht 34 aus Aluminium 35 wird auf die Oberfläche der vorhergehenden Aluminiumschicht 22 in einer Vakuumkammer aufgesputtert oder aufgedampft. Diese dünne Aluminiumschicht 34 muss nur eine Dicke im Bereich von 100 nm aufweisen, um eine nachfolgende Beeinträchtigung der Epoxidschicht 24 aufgrund der Risse 30 und 31 in der darunter liegenden Aluminiumschicht 22 zu verhindern.
Folglich sind die Risse in der ursprünglichen Aluminiumschicht 22 nunmehr abgedeckt oder aufgefüllt. Dies verhindert, dass ultraviolettes Licht das darunter liegende Epoxid 24 beeinflusst. Da die dünne Aluminiumbeschichtung 34 als obere Schicht nach dem Abschluss des Dupliziervorganges aufgebracht wird, unterliegt sie nicht den nachfolgenden zerstörerischen Kräften und bleibt damit relativ lichtundurchlässig. Es können andere Dicken für die Aluminiumschicht 34 (beispielsweise bis zu 1 μm) angewendet werden; jedoch ist eine dünne Aluminiumschicht vorteilhaft, um die anfänglichen Eigenschaften der Flächen in dem Duplikatgitter, das in 6 gezeigt ist, beizubehalten.
Die Aluminiumbeschichtung wird in zwei oder mehreren Schichten aufgebracht, wobei Oxidschichten dazwischen liegen, um die resultierende Lichtundurchlässigkeit der Beschichtung in der erforderlichen Weise zu erhöhen. Dies ist in 8 gezeigt, wobei eine zusätzliche Oxidschicht 36 und eine zusätzlichen Aluminiumschicht 38 gezeigt sind.
9 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der eine dünne Schicht 40 aus MgF₂ unter Anwendung konventioneller Techniken über der Aluminiumschicht 34 aus 7 abgeschieden wird, um Oxidationsschäden an der Aluminiumschicht 34 zu vermeiden.
Die Anmelderin hat intensive Untersuchungen an Duplikatbeugungsmustern, die unter Anwendung des oben beschriebenen Prozesses hergestellt sind, durchgeführt und hat bestätigt, dass die Lebensdauer der Beugungsgitter mit der Aluminiumbeschichtung wesentlich länger als die von unbehandelten Beugungsgittern ist. Die Reflektivität des beschichteten Gitters über seine Lebensdauer hinweg schwankt wesentlich weniger als von unbehandelten Gittern. Der Zeitabstand für das Austauschen und die entsprechenden Betriebskosten des Lasersystems werden somit stark verringert.
Obwohl spezielle Ausführungsformen hierin gezeigt und beschrieben sind, ist es für den Fachmann offenkundig, dass Änderungen und Modifizierungen durchgeführt werden können, ohne von der Erfindung in ihrer breitesten Auslegung abzuweichen, und daher sollen die angefügten Patentansprüche alle derartigen Änderungen und Modifizierungen, die im Schutzbereich der Erfindung liegen, abdecken.

Claims

Prozess zur Herstellung eines Duplikats eines Beugungsgitters, wobei das Duplikat zum Reflektieren von ultraviolettem Licht dient, und wobei der Prozess umfasst: Bereitstellen eines Bezugsbeugungsgitters; Abscheiden einer Trennschicht über einer oberen Fläche des Bezugsbeugungsgitters; Abscheiden einer ersten Aluminiumschicht über der Trennschicht; Bereitstellen einer Haftschicht und eines Substrats über der ersten Aluminiumschicht; Entfernen der Haftschicht, des Substrats und der ersten Aluminiumschicht von dem Bezugsbeugungsgitter; Abscheiden einer zweiten Aluminiumschicht über der ersten Aluminiumschicht; Einführen einer Menge an Sauerstoff in eine Vakuumbeschichtungskammer, die das Substrat mit der Haftschicht, der ersten Aluminiumschicht und der zweiten darauf ausgebildeten Aluminiumschicht enthält, um die Ausbildung einer Schicht aus Oxid über der zweiten Aluminiumschicht zu ermöglichen; und Abscheiden einer dritten Aluminiumschicht über dem Oxid.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Haftschicht eine Epoxidschicht ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Abscheidens der zweiten Aluminiumschicht das Aufsputtern von Aluminium auf eine Oberfläche der ersten Aluminiumschicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Abscheidens der zweiten Aluminiumschicht das Aufdampfen von Aluminium auf eine Oberfläche der ersten Aluminiumschicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Abscheiden einer Schicht aus MgF₂ über der zweiten Aluminiumschicht, um Oxidationsschäden an der zweiten Aluminiumschicht zu vermeiden.
Duplikatbeugungsgitter, das von einem Bezugsbeugungsgitter abgenommen ist, mit: einer Haftschicht; einer ersten Aluminiumschicht, die an einer Oberfläche der Haftschicht festgemacht ist, wobei die erste Aluminiumschicht darin ausgebildete Flächen entsprechend den Flächen in dem Bezugsbeugungsgitter aufweist, wobei die Flächen Licht einer Wellenlänge im Ultraviolettbereich reflektieren; einer zweiten Aluminiumschicht, die über der ersten Aluminiumschicht aufgedampft ist, nachdem die erste Aluminiumschicht und die Haftschicht von dem Bezugsbeugungsgitter abgenommen sind; einer Oxidschicht über der zweiten Aluminiumschicht; und einer dritten Aluminiumschicht, die über der Oxidschicht abgeschieden ist.