DE10127225A1 - Ultraviolettlicht-Abschwächungsfilter - Google Patents

Abstract

Ein Abschwächungsfilter zur definierten Abschwächung der Lichtintensität von transmittiertem kurzwelligem Ultraviolettlicht, insbesondere für Wellenlängen von weniger als 200 nm, gemäß einer vorgebbaren räumlichen Verteilung der Lichtdurchlässigkeit hat ein beispielsweise aus kristallinem Calciumfluorid bestehendes Substrat, bei dem auf mindestens einer Oberfläche eine Filterschicht mit einem in vorgegebenen Wellenbereich absorbierenden, dielektrischen Material aufgebracht ist. Die Filterschicht besteht für Arbeitswellenlängen um 193 nm im wesentlichen aus Tantalpentoxid. Filter dieser Art sind kostengünstig mit hoher Gutausbeute herstellbar, zeichnet sich durch hohe Laserbeständigkeit aus und können mit einfach aufgebauten Antireflexbeschichtungen wirksam entspiegelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abschwächungsfilter zur definierten Abschwä­ chung der Lichtintensität von transmittiertem Ultraviolettlicht aus einem vorgegebenen Wellenlängenbereich gemäß einer vorgebbaren räumlichen Verteilung der Lichtdurchlässigkeit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Abschwächungsfilter dieser Art haben ein i. d. R. plattenförmiges Substrat, das aus einem für das Ultraviolettlichtlicht hinreichend transparenten Mate­ rial besteht, sowie mindestens eine auf einer Oberfläche des Substrats aufgebrachte Filterschicht, die die gewünschte räumliche Verteilung der Transmission bewirkt. Solche Abschwächungsfilter werden beispielsweise zur Konstanthaltung der Bestrahlungsenergie in Dauerbestrahlungsversu­ chen mit Laserlicht verwendet, bei denen die Laserbeständigkeit bestimm­ ter Proben, beispielsweise von Quarzglasproben, quantitativ erfasst wer­ den soll. Abschwächungsfilter können auch zur definierten Änderung der Strahlungsenergie auf verschiedene Sollwerte bei der Bestrahlung von Proben, in kalorimetrischen Absorptionsmessungen oder bei anderen Ver­ fahren zur Einstellung oder Regelung der Bestrahlungsenergie verwendet werden.

Eine Anwendung, bei der es besonders auf die exakte Einhaltung einer vorgegebenen Verteilung mit räumlich variierender Lichtdurchlässigkeit an­ kommt, ist bei der mikrolithographischen Herstellung von Halbleiterbau­ elementen oder anderen feinstrukturierten Bauteilen gegeben. Hierzu wer­ den bekanntlich Waferstepper oder Waferscanner eingesetzt, bei denen u. a. die Forderung besteht, in der Bildebene eines Projektionsobjektives die Abweichungen der Beleuchtungsintensität von einer Gleichverteilung so gering wie möglich zu halten. Spezifikationen mit Abweichungen von weniger als ± 2% sind hier üblich. Diese Spezifikation wird bei gegebenem Beleuchtungssystem und gegebenem Projektionsobjektiv häufig nicht di­ rekt erreicht. Zur Beseitigung einer nicht tolerierbaren Ungleichverteilung wird ein zusätzliches Abschwächungsfilter mit geeignet vorgegebenem Transmissionsprofil und vorzugsweise geringem Reflexionsgrad unmittel­ bar vor der Objektebene (Retikelebene) der Belichtungsanlage eingefügt, das Intensitätsunterschiede ausgleicht.

Bei den hier genannten Anwendungen sollen die Filter über den Anwen­ dungszeitraum keine merkliche Degradation der optischen Eigenschaften aufweisen. Diese Forderung ist schwieriger zu erfüllen, je kürzer und damit energiereicher die verwendete Wellenlänge ist. Beispielsweise wird bei den letztgenannten Transmissionsfiltern zum Intensitätsausgleich bei Projek­ tionsbelichtungsanlagen für die Lithographiewellenlängen 436 nm, 365 nm und 248 nm Platin als absorbierendes Material für die Filterschicht verwen­ det. Platin weist jedoch beispielsweise bei 193 nm oder darunter eine nicht tolerierbare Degradation der Transmission auf. Bei den oben genannten Dauerbestrahlversuchen werden bei Wellenlängen von 248 nm oder darun­ ter feste Graufilter z. B. mit absorbierenden Aluminiumschichten zur Licht­ abschwächung bei schnell zu erledigenden Strahlprofilmessungen ver­ wendet. Aluminiumschichten eignen sich jedoch nicht für den Dauerein­ satz, da das Schichtmaterial bereits nach wenigen Minuten oxidiert.

Für Bestrahlungsversuche längerer Dauer sind Kantenfilter bestehend aus dielektrischen Schichten bekannt, die so dimensioniert sind, dass sich die verwendete Laserwellenlänge genau auf deren spektraler "Kante" befindet. Durch Änderung des Einfallswinkels über ein Verkippen des Substrats rela­ tiv zum Laserstrahl kann die effektive Weglänge der Strahlung im Schicht­ paket und damit die Transmission gezielt verändert werden. Nachteilig ist hier, dass wegen des hohen spektralen Gradienten im Bereich der Kante die Transmission des Filters sehr empfindlich auf kleinste Veränderungen des Schichtsystems reagiert. So kann es nach gewisser Zeit zu lokalen Verstimmungen des Schichtsystems (z. B. spektraler Drift der Kante auf Grund von Temperaturänderungen oder Wasseraufnahme der Schichten, Aufwachsen von Verunreinigungen) kommen, so dass sich ein Strahlprofil einbrennt und der Filter nicht mehr als örtlich homogener Abschwächer geeignet ist. Derartige Schichten, deren Wirkung über Verkippung einge­ stellt wird, sind für die Anwendung als Transmissionsprofilfilter in Retikel­ nähe einer Projektionsbelichtungsanlage nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen dauerhaft laserbeständi­ gen Abschwächungsfilter für Ultraviolettwellenlängen von weniger als ca. 200 nm zu schaffen. Insbesondere soll der Abschwächungsfilter einfach und kostengünstig herstellbar sein und bei Bedarf wirksam entspiegelt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung einen Abschwächungsfil­ ter mit den Merkmalen von Anspruch 1 vor. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.

Ein erfindungsgemäßer Abschwächungsfilter der eingangs erwähnten Art zeichnet sich dadurch aus, dass die Filterschicht mindestens eine Schicht aus einem in dem vorgegebenen Wellenlängenbereich absorbierenden, dielektrischen Material aufweist. Dabei wird ein wesentlicher Anteil der Fil­ terwirkung durch Absorption der Strahlung innerhalb der Filterschicht er­ zielt. Das absorbierende dielektrische Material ist so ausgewählt, dass es bei der vorgegebenen Nutzwellenlänge einen so hohen Wirkungsquer­ schnitt hat, dass sich eine gegebenenfalls geforderte Dynamik der Trans­ mission im wesentlichen über die Schichtdicke des absorbierenden die­ lektrischen Materials einstellen lässt. Die transmissionsmindernde Wirkung durch Reflexion ist demgegenüber gering bis vernachlässigbar, was insbe­ sondere für Anwendungen, bei denen Vermeidung von Falschlicht und/oder hohe integrale Transmissionsgrade der Filter angestrebt werden, sehr vorteilhaft ist.

Um über eine prozesstechnisch gut kontrollierbare Einstellung der Schicht­ dicke bzw. eines Schichtdickenverlaufes eine gewünschte Transmissions­ charakteristik einstellen zu können, hat es sich als vorteilhaft herausge­ stellt, wenn das dielektrische Material im vorgegebenen Wellenlängenbe­ reich einen Absorptionskoeffizienten k von mehr als 0,5 aufweist, wobei Absorptionskoeffizienten k < 1 bevorzugt sind.

Im Hinblick auf die gewünschte Laserbeständigkeit ist bei bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen, dass das dielektrische Material der Filter­ schicht ein Metalloxid aufweist oder im wesentlichen aus einem Metalloxid besteht. Für Laserwellenlängen im Bereich von ca. 193 nm haben sich Fil­ terschichten auf Basis von Tantalpentoxid (Ta₂O₅) besonders bewährt. Gegebenenfalls kann auch Hafniumoxid (HfO₂) als Schichtmaterial ver­ wendet werden. Für kürzere Wellenlängen, beispielsweise um ca. 157 nm, kann auch Aluminiumoxid (Al₂O₃) geeignet sein. Auch Mischungen mehre­ rer dielektrischer Materialien sind möglich.

Die Verwendung von Tantaloxid oder Tantalpentoxid in optischen Filtern, insbesondere in Interfereferenzfiltern, ist an sich bekannt. Jedoch wurde Tantaloxid bisher vorwiegend in Antireflexbeschichtungen für den sichtba­ ren Wellenlängenbereich alleine oder gemischt mit anderen Stoffen ver­ wendet (siehe z. B. DE 690 21 420 C2 oder DE 30 09 533 C2). Häufig wird Tantaloxid auch in Beschichtungen verwendet, die eine hohe Transmission im sichtbaren und eine hohe Reflexion im Infrarotbereich haben sollen (siehe z. B. DE 38 25 671 und DE 692 08 712). Bei diesen Anwendungen ist die Absorption von Tantaloxid vernachlässigbar.

Die Verwendung eines stark absorbierenden, dielektrischen Materials, wie Tantalpentoxid, für die Filterschicht macht es möglich, dass mit maximalen Schichtdicken von ca. 10 nm, 5 nm oder darunter das gesamte Spektrum gewünschter Transmissionen von nahezu vollständiger Transmission (ge­ ringe Schichtdicke oder Substratbereiche ohne Filterschicht) bis zu starker Abschwächung der auftreffenden Strahlung um ein oder mehrere Prozent abdeckbar ist.

Geringe Schichtdicken der Filterschicht, beispielsweise von maximal 1 nm bis 2 nm, bieten als weiteren Vorteil, dass sich derartige Filterschichten mit einfach aufgebauten Antireflexschichten wirksam entspiegeln lassen. Ins­ besondere ist eine homogene Entspiegelung, d. h. eine Entspiegelung mit einer über die gesamte Filterfläche nahezu gleichmäßigen Entspiege­ lungswirkung durch eine Antireflexschicht mit weitgehend gleichförmiger Dicke möglich, da örtliche Dickegradienten der absorbierenden Schicht in der Regel so klein sind, dass dies nur einen vernachlässigbaren Einfluß auf die lokalen Inzidenzwinkel auf der Beschichtungsoberfläche hat. Diese liegen dadurch in der Größenordnung der Inzidenzwinkel auf der Substrat­ oberfläche, welche in der Regel weniger als 20° betragen. Die Inzi­ denzwinkel auf Beschichtungsoberfläche und Substratoberfläche sind also weitgehend identisch, auch bei relativ kleinen Absorptionskoeffizienten k des Schichtmaterials. Eine wirksame Entspiegelungsschicht muß also nicht breitbandig über einen großen Inzidenzwinkelbereich wirken. Entspre­ chend können die bevorzugten dünnen Filterschichten mit relativ einfach aufgebauten Antireflexschichten wirksam entspiegelt werden.

Eine dielektrische Antireflexbeschichtung hat vorzugsweise eine einzige Antireflexschicht oder ein einziges Wechselschichtpaket mit einer Schicht aus einem hochbrechenden und einer weiteren Schicht aus einem niedrig­ brechenden dielektrischen Material.

Bei einigen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass an der der Filter­ schicht abgewandten Oberfläche des Substrats eine Antireflexbe­ schichtung angebracht ist. Diese kann ebenfalls ein- oder mehrlagig sein. Die weitgehende Entspiegelung sowohl der Lichteintrittsseite als auch der Lichtaustrittsseite des Abschwächungsfilters erlaubt einen möglichst gering (integralen) Intensitätsverlust. Dies ist besonders wichtig bei den eingangs erwähnten Abschwächungsfiltern zur Beeinflussung der Beleuchtungsin­ tensitätsverteilung bei Projektionsobjektiven, da hohe Beleuchtungsintensi­ täten einen hohen Waferdurchsatz und damit eine kostengünstige Halblei­ terchipfertigung erlauben.

Die vorstehenden und weiteren Merkmale gehen außer aus den Ansprü­ chen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf an­ deren Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähi­ ge Ausführungen darstellen können. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Bereich einer Ausführungs­ form eines erfindungsgemäßen Abschwächungsfilters zusammen mit einem zugehörigen schematischen Dia­ gramm der relativen Transmission des Abschwächungs­ filters als Funktion des Ortes;

Fig. 2 ein Diagramm mit Werten für die relative Transmission T_rel und die absolute Transmission T_abs als Funktion des radialen Ortes bei einer Ausführungsform eines Ab­ schwächungsfilters mit rotationssymmetrischer Trans­ missionscharakteristik;

Fig. 3 ein Vergleichsdiagramm für die Dicken d_T einer Filter­ schicht aus Tantalpentoxid und d_H für eine Filterschicht aus Hafniumdioxid (HfO₂), die erforderlich sind, um die in Fig. 2 gezeigte Transmissionscharakteristik zu erzielen, sowie dazugehörige vorderseitige Reflexionsgrade R_H für Hafniumdioxid und R_T für Tantalpentoxid, jeweils bei Filterschichten ohne Entspiegelungsschicht;

Fig. 4 berechnete, erforderliche Profile der Absoluttransmission T_abs von Filterschichten aus Tantalpentoxid und Hafni­ umdioxid bei einer Entspiegelung der Filterschichten mit einer Entspiegelungsschicht homogener Dicke; und

Fig. 5 eine dem Diagramm in Fig. 3 entsprechende Darstellung von Dicken und Reflexionsgraden für Filterschichten aus Tantalpentoxid und Hafniumdioxid, wobei auf der jeweili­ gen Filterschicht eine optimierte Antireflexbeschichtung homogener Dicke vorgesehen ist.

In Fig. 1 ist im oberen Teil ein senkrechter, schematischer Schnitt durch einen Ausschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ab­ schwächungsfilters 1 gezeigt. Er dient zur definierten Abschwächung der Lichtintensität von Ultraviolettlicht 2 gemäß einer vorgebbaren räumlichen Verteilung der Lichtdurchlässigkeit und ist für eine Arbeitswellenlänge von ca. 193 nm ausgelegt. Der Filter hat ein Substrat 3 in Form einer dünnen, planparallelen Platte z. B. aus kristallinem Calciumfluorid oder Quarz, das bei der Arbeitswellenlänge praktisch keine Absorption aufweist. Auf der ebenen, eintrittsseitigen Oberfläche 4 des Substrats ist eine absorbierende Filterschicht 5 aufgedampft, die als Verlaufsschicht mit einer über die Fil­ terfläche lokal variierenden Schichtdicke mit kontinuierlicher Schichtdi­ ckenänderung ausgebildet ist. Dabei kann die Schichtdicke bereichsweise bis auf den Wert 0 abfallen, so dass, wie im gezeigten Beispiel, auch von der Filterschicht nicht bedeckte Bereiche 6 vorhanden sein können. Abwei­ chend von der schematischen Darstellung in der Zeichnungsfigur kann die Schichtdickenverteilung bzw. das Transmissionsprofil z. B. rotationssym­ metrisch sein.

Die Filterschicht ist mit einer maximalen Schichtdicke von weniger als 2 nm sehr dünn, so dass auch in Bereichen von Schichtdickegradienten die ein­ trittsseitige Oberfläche 6 der Filterschicht in Bezug auf das eintreffende Licht 2 nur geringfügig verkippt ist. Typischerweise liegt der maximale lnzi­ denzwinkel des auf die Schicht 5 fallenden Lichts, d. h. der Winkel 8 zwi­ schen der lokalen Oberflächennormalen 9 und der Einfallsrichtung 10 des Ultraviolettlichts 2, im Bereich der Inzidenzwinkel auf die Substratoberflä­ che 4, in der Regel also unterhalb von 10° bis 20°.

Die Filterschicht 5 besteht im wesentlichen aus einem gegenüber dem verwendeten Ultraviolettlicht stabilen, absorbierenden dielektrischen Mate­ rial, bei der gezeigten Ausführungsform aus Tantalpentoxid (Ta₂O₅). Die­ ses Material hat sich als im Bereich der Arbeitswellenlänge äußerst lang­ zeitstabiles Dielektrikum herausgestellt, ist bei der bevorzugten Beschich­ tung mittels PVD (Physikal Vapor Deposition) sehr gut handhabbar und hat für die vorliegende Anwendung sehr günstige optische Eigenschaften. Das gegenüber dem Substratmaterial Calciumfluorid (Brechungsindex n = 1,55) hochbrechende Material (Brechungsindex n = 1,95) hat einen hohen Ab­ sorptionskoeffizienten k = 1,16, was dazu führt, dass dieses Metalloxid bei der Arbeitswellenlänge einen hohen Wirkungsquerschnitt der Absorption für das verwendet UV-Licht 2 hat. Dadurch ist über geeignete Variation der Schichtdicke der Filterschicht 5 jede gewünschte Dynamik der Transmissi­ on von maximaler Transmission (in Bereichen 6 ohne Filterschicht) bis zu teilweiser oder vollständiger Blockierung des auftreffenden Lichtes 2 er­ zielbar. Bei der hier betrachteten Anwendung sind jedoch nur relativ gerin­ ge lokale Schwankungen der relativen Transmission (Verhältnis zwischen tatsächlichem lokalen Transmissionsgrad und vollständiger Transmission) im Bereich weniger Prozent vorgesehen. Beispielsweise ist für relative Transmissionen zwischen ca. 0,87 und 1 eine Schichtdickenvariation zwi­ schen ca. 1,5 nm und 0 nm erforderlich.

Ein besonderer Vorteil erfindungsgemäßer Abschwächungsfilter besteht darin, dass aufgrund der sehr geringen Schichtdicken der Filterschicht 5 eine homogene, d. h. über den gesamten Filterquerschnitt gleichmäßig wirksame Entspiegelung der Filter besonders einfach möglich ist. Eine Entspiegelung des Abschwächungsfilters ist i. d. R. zur Vermeidung von Falschlicht und Intensitätsverlust erforderlich. Dies ist beispielsweise bei den eingangs erwähnten Ausgleichsfiltern der Fall, mit denen Abweichun­ gen der Beleuchtungsintensität bei mikrolithographischen Projektionsanla­ gen von einer Gleichverteilung minimiert werden sollen. Dort sind Filter mit geeignetem, vorgebbarem Transmissionsprofil aber geringem Reflexions­ grad erforderlich, um gleichzeitig Falschlicht und eine globale Verminde­ rung der Beleuchtungsintensität und eine damit verbundene Verlangsa­ mung von Belichtungsprozessen zu vermeiden.

Zur eintrittsseitigen Entspiegelung des Abschwächungsfilters ist auf der eintrittsseitigen Oberfläche 6 der Filterschicht 5 eine zweilagige, dielektri­ sche Antireflexbeschichtung 15 ebenfalls durch Vakuumverdampfen auf­ gebracht. Sie besteht aus einem Wechselschichtpaket mit einer auf der Filterschicht 5 aufgebrachten Schicht 16 aus hochbrechendem, dielektri­ schen Material und einer darauf aufgebrachten Schicht 17 aus relativ dazu niedrig brechendem dielektrischem Material. Im Beispiel wird als niederbre­ chendes Material Magnesiumfluorid (MgF₂) mit einem Brechnungsindex n = 1,4 und als hochbrechendes Material Aluminiumoxid (Al₂O₃) mit einem Brechungsindex n = 1,69 verwendet. Die Schichten 16, 17 der Antireflexbe­ schichtung 15 haben über den gesamten Querschnitt der Filterfläche im wesentlichen gleichförmige Schichtdicken von ca. 32 nm (MgF₂) bzw. ca. 60 nm (Al₂O₃) und sind dadurch besonders einfach auf einem weitgehend ebenen Substrat aufzubringen. Neben der optischen Wirkung als Entspie­ gelungsschicht können sie auch als Schutzschicht für die darunter liegen­ de, sehr dünne Filterschicht 5 gegen schädliche Umwelteinflüsse dienen. Die Antireflexbeschichtung 15 bewirkt trotz des einfachen Aufbaus aus nur zwei Schichten 16, 17 und einer damit verbundenen Schmalbandigkeit be­ züglich Inzidenzwinkelvariationen eine über die gesamte Filterfläche gleichmäßig starke Reflexionsminderung bzw. Transmissionserhöhung, da aufgrund der sehr geringen Schichtdicken der Filterschicht 5 und der damit verbundenen flachen Oberflächengradienten der Außenfläche 6 der Filter­ schicht nur kleine Inzidenzwinkel 8 auftreten.

Es wäre auch möglich, für jeden Ort der Filterschicht, d. h. für jede lokale Schichtdicke, die Schichtdicken einer viellagigen Antireflexbeschichtung mit mehr als zwei Einzelschichten zu bestimmen. Im allgemeinen Fall wür­ den sich jedoch dadurch über den Ort variierenden Schichtdicken der Ein­ zelschichten ergeben, die zudem im allgemeinen für jede Einzelschicht ei­ nen anderen Verlauf haben würden. Es müsste also zusätzlich zu dem Ortsprofil der absorbierenden Filterschicht eine der Anzahl der Einzel­ schichten entsprechende Anzahl von Schichtprofilen berechnet und her­ gestellt werden. Eine solche Entspiegelung ist nur mit großem technischem Aufwand realisierbar. Die bevorzugte Zweilagenschicht mit konstanter Schichtdicke ist demgegenüber leicht zu fertigen.

Die hier erläuterten Entspiegelungen auf der Vorderseite 7 der Filterschicht wirken sich im wesentlichen auf die vorderseitige Reflexion (Reflexions­ grad R in Fig. 1) aus. Durch geeignete ein- oder mehrlagige Schichten zwi­ schen Substrat 3 und der Filterschicht 5 ist auch eine hinreichende Ent­ spiegelung der rückseitigen Reflexion (Reflexionsgrad R' in Fig. 1) mög­ lich.

Zur weiteren, gleichmäßig über die gesamte Filterfläche wirkenden Ver­ besserung der Transmission des Abschwächungsfilters ist auch auf der aus­ trittsseitigen Oberfläche 20 des Substrats 3 eine zweilagige Antireflexbe­ schichtung 21 aufgedampft, die bei anderen Ausführungsformen auch ent­ fallen kann. Die Antireflexschicht 21 hat im wesentlichen den gleichen Auf­ bau wie die Antireflexschicht 15 mit einer substratseitigen Schicht 22 aus Aluminiumoxid und einer außenliegenden Schicht 23 aus Magnesiumfluo­ rid. Die Beschichtung 21 kann auch aus mehr als zwei Einzelschichten be­ stehen.

Im folgenden wird anhand von Ausführungsbeispielen für Abschwächungs­ filter mit rotationssymmetrischen Transmissionsprofilen ein Vergleich zwi­ schen verschieden gut geeigneten, dielektrischen Filterschichtmaterialien sowie ein Vergleich zwischen entspiegelten und nicht entspiegelten Filter­ schichten erläutert. Alle dargestellten Werte für Transmissionsgrade T, Re­ flexionsgrade R und Schichtdicken d sind für eine Arbeitswellenlänge von 193 nm berechnet. Dabei wurde ein senkrechter Lichteinfall (Einfallswinkel 0°) angenommen und die Wirkung der nicht mit einer absorbierenden Schicht belegten zweiten Seite wurde vernachlässigt. Als Substratmaterial wurde Quarzglas angenommen, das bei der Arbeitswellenlänge einen Bre­ chungsindex n = 1,55 und einen verschwindenden Absorptionskoeffizienten k hat.

In Fig. 1 ist ein vorgegebenes, rotationssymmetrisches Sollprofil der relati­ ven Transmission T_rel (durchgezogene Linie) und der entsprechenden, er­ forderlichen absoluten Transmission T_abs (gestrichelte Linie) bei Beschich­ tung ohne Entspiegelung gezeigt, wobei sich die Absoluttransmission aus dem Produkt der relativen Transmission und der unbeschichteten Trans­ mission (0,9535) berechnet. Der beispielhaft gezeigte Transmissionshub (Differenz zwischen Minimal- und Maximalwert) von ca. 40% ist relativ hoch. Die "Graufilter" für die Optiken der lithographischen Chipherstellung haben in der Regel einen deutlich geringeren "Hub", z. B. bis maximal 15%. Sie ermöglichen dadurch eine noch bessere "einfache Entspiege­ lung" als in den hier erläuterten Beispielen.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen eine Gegenüberstellung der optischen Eigen­ schaften von Abschwächungsfiltern, bei denen die Filterschicht im einen Fall auf Tantalpentoxid (Index T) und im anderen Fall aus Hafniumdioxid (Index H) besteht. Für Tantalpentoxid wird ein reeller Brechungsindex n = 1,95 und ein Absorptionskoeffizient k = 1,16 zugrundegelegt, für das hö­ her brechende Hafniumdioxid ein reeller Brechungsindex n = 2,3 und ein deutlich geringerer Absorptionskoeffizient k = 0,25. Der Vergleich zeigt, dass eine einfache Entspiegelung mit einer Antireflexbeschichtung kon­ stanter Schichtdicke für das stärker absorbierende Material (Tantalpento­ xid) deutlich einfacher und wirksamer ist als für das ebenfalls bei 193 nm als Filtermaterial verwendbare Hafniumdioxid.

Fig. 3 zeigt die für die Erzielung des in Fig. 2 gezeigten Transmissionspro­ fils erforderlichen Schichtdicken d_H und d_T und die entsprechenden vorder­ seitigen Reflexionsgrade R_H bzw. R_T. Es ist unmittelbar erkennbar, dass bei dem stärker absorbierenden Tantalpentoxid geringere Schichtdicken ausreichen, um vergleichsweise höhere Effektivität der Reflexminderung zu erzielen.

Fig. 4 zeigt die erforderlichen Profile der Absoluttransmission für Hafnium­ dioxid (gestrichelte Linie) und Tantalpentoxid (durchgezogene Linie) zur Erreichung des in Fig. 2 gezeigten Transmissionsprofiles für den Fall, dass auf der dielektrischen Filterschicht jeweils eine "einfache" Antireflexbe­ schichtung, d. h. eine zweilagige Antireflexbeschichtung konstanter Ge­ samtschichtdicke und konstanter Schichtdicke der Einzelschichten, aufge­ bracht ist. In beiden Fällen wurde die Entspiegelung für die Vermeidung von Falschlicht optimiert, d. h. es wurde eine möglichst örtlich homogene Entspiegelung eingestellt. Es ist zu erkennen, dass bei Verwendung von Tantalpentoxid im gesamten Dickenbereich eine bessere Transmission er­ zielbar ist als mit Hafniumdioxid. Letzteres Material führt insbesondere deshalb zu einem Intensitätsverlust, da die optimierte Entspiegelung bei verschwindender Schichtdicke der dielektrischen, absorbierenden Filter­ schicht schlechter wird.

Fig. 5 zeigt analog zu Fig. 3 Schichtdicken und die jeweils dadurch erziel­ baren Reflexionsgrade einer Filterschicht mit Tantalpentoxid und mit Haf­ niumdioxid. Im Unterschied zu Fig. 3 ist hier jedoch auf der Filterschicht eine "einfache" Entspiegelung, d. h. eine zweilagige Antireflexbeschichtung homogener Dicke, auf die Filterschicht aufgebracht. Der Vergleich zwi­ schen Fig. 3 und Fig. 5 zeigt zunächst, dass die Schichtdicken d_T und d_H für Tantalpentoxid und Hafniumdioxid zur Erzielung des gleichen Trans­ missionsprofils deutlich größer sind als bei unbeschichteter Filterschicht (Fig. 3). Dies ist dadurch erklärbar, dass eine Entspiegelung einer absor­ bierenden Schicht die Transmission erhöht und dies durch höhere Schicht­ dicken der absorbierenden Schicht kompensiert werden muß, um auf die vorgegebene Gesamttransmission zu gelangen. Weiterhin ist erkennbar, dass bei moderaten Schichtdicken der Tantalpentoxidschicht zwischen 0 nm und 7 nm der Reflexionsgrad mit Entspiegelung (R_T) des Filters über den gesamten Schichtdickenbereich deutlich unterhalb 2% gehalten wer­ den kann und bei Schichtdicken um ca. 3 nm eine fast vollständige Re­ flexminderung erzielbar ist. Bei Verwendung von Hafniumdioxid dagegen sind niedrige Reflexionsgrade um ca. 2% insbesondere bei Schichtdicken oberhalb von ca. 10 nm erzielbar. Im Bereich niedriger Schichtdicken kann der Reflexionsgrad der "entspiegelten" Filterschicht (R_H) sogar den Refle­ xionsgrad R₀ der unbeschichteten Seite übersteigen. Die Antireflexbe­ schichtung besteht in beiden Fällen aus einer Magnesiumfluorid/Alumini­ umoxid-Wechselschicht mit Schichtdicken aus ca. 30 nm und ca. 60 nm, im Falle von Tantalpentoxid bzw. ca. 51 nm und ca. 36 nm im Falle von Hafni­ umoxid.

Der Vergleich zeigt, dass Hafniumdioxid zwar als absorbierendes Dielektri­ kum für die Filterschicht 5 bei 193 nm grundsätzlich geeignet ist. Günstiger sind jedoch Materialien mit höherem Absorptionskoeffizienten, beispiels­ weise Tantalpentoxid mit k = 1,16, da deutlich geringere Schichtdicken ver­ wendbar sind und die dünnen Filterschichten mit "einfachen" Antireflexbe­ schichtungen sehr wirksam entspiegelt werden können.

Die Erfindung wurde hier anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, je­ doch sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Varianten möglich. Bei­ spielsweise kann vorgesehen sein, dass das vorgegebene Transmissions­ profil nicht über eine vorzugsweise kontinuierlich variierende Schichtdicke der Filterschicht 5 erzeugt wird, sondern dadurch, dass die Filterschicht durch eine Rasteranordnung optisch dichter, beispielsweise kreisrunder Beschichtungszonen aufgebaut ist, deren Durchmesser und/oder Abstand so bemessen ist, dass sich für jeden Oberflächenbereich des Filters der für diesen Bereich gewünschte Transmissionsgrad ergibt (digitaler Filter). Das Substrat 3 kann aus jedem geeigneten, bei der Arbeitswellenlänge hinrei­ chend transparenten Material bestehen. Für Arbeitswellenlängen um 193 nm sind daher statt Calciumfluorid auch Magnesiumfluorid oder synthe­ tisches Quarzglas möglich. Für niedrige Wellenlängen, beispielsweise um 157 nm, können ebenfalls Calciumfluorid oder Magnesiumfluorid, gegebe­ nenfalls auch Bariumfluorid als Substratmaterial verwendet werden. Als dielektrisches, absorbierendes Material für die Filterschicht 5 kann jedes Material geeignet sein, das bei der gewünschten Arbeitswellenlänge aus­ reichend starke Absorption aufweist, was idealerweise Absorptionskoeffi­ zienten k < 1 voraussetzt, um die Lichtabschwächung mit relativ geringen Schichtdicken zu erzielen. So kann beispielsweise für 157 nm Aluminium­ oxid als Filterschichtmaterial verwendet werden.

Claims (13)

1. Abschwächungsfilter zur definierten Abschwächung der Lichtintensi­ tät von transmittiertem Ultraviolettlicht aus einem vorgegebenen Wel­ lenlängenbereich gemäß einer vorgebbaren räumlichen Verteilung der Lichtdurchlässigkeit, der Abschwächungsfilter mit einem Substrat (3) aus einem lichtdurchlässigen Material und mindestens einer auf einer Oberfläche (4) des Substrats aufgebrachten Filterschicht (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschicht mindestens eine Schicht aus einem im vorgegebenen Wellenlängenbereich absorbie­ renden, dielektrischen Material aufweist.

2. Abschwächungsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Material der Filterschicht (5) im vorgegebenen Wellenlängenbereich einen Absorptionskoeffizienten k größer 0,5 aufweist, wobei der Absorptionskoeffizient vorzugsweise größer als 1 ist.

3. Abschwächungsfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das dielektrische Material der Filterschicht (5) mindes­ tens ein Metalloxid aufweist.

4. Abschwächungsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Material Tantaloxid aufweist, wobei es vorzugsweise im wesentlichen aus Tantaloxid be­ steht.

5. Abschwächungsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschicht (5) eine über die Flä­ che des Abschwächungsfilters variierende Schichtdicke aufweist, wobei die Schichtdicke vorzugsweise kontinuierlich variiert.

6. Abschwächungsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschicht (5) eine maximale Schichtdicke von weniger als 10 nm hat, wobei die maximale Schichtdicke vorzugsweise weniger als 5 nm, insbesondere weniger als ca. 2 nm beträgt.

7. Abschwächungsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Filterschicht (5) eine dielektri­ sche Antireflexbeschichtung (15) angeordnet ist.

8. Abschwächungsfilter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antireflexbeschichtung (15) über die gesamte Filterfläche ei­ ne im wesentlichen gleichförmige Schichtdicke hat, wobei vorzugs­ weise die Antireflexbeschichtung (15) mehrere Einzelschichten (16, 17) aufweist, die jeweils eine im wesentlichen gleichförmige Schicht­ dicke haben.

9. Abschwächungsfilter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Antireflexbeschichtung (15) ein Wechselschicht­ paket mit einer Schicht (16) aus hochbrechendem dielektrischen Ma­ terial und einer Schicht (17) aus niedrig brechendem dielektrischen Material aufweist, wobei vorzugsweise eine Schicht (16) aus hoch­ brechendem dielektrischen Material direkt auf die Filterschicht (5) aufgebracht ist.

10. Abschwächungsfilter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als niedrigbrechendes dielektrisches Material Magnesiumfluorid (MgF₂) verwendet wird und/oder dass als hochbrechendes dielektri­ sches Material Aluminiumoxid (Al₂O₃) verwendet wird.

11. Abschwächungsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Filterschicht (5) abge­ wandten Oberfläche (20) des Substrats eine Antireflexbeschichtung (21) aufgebracht ist.

12. Abschwächungsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Substrat (3) und der Filterschicht (5) eine Antireflexschicht angeordnet ist.

13. Abschwächungsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es für Ultraviolettlicht aus einem Wel­ lenlängenbereich von weniger als ca. 200 nm ausgelegt ist, insbe­ sondere für ca. 193 nm.