DE102009045170A1

DE102009045170A1 - Reflektives optisches Element und Verfahren zum Betrieb einer EUV-Lithographievorrichtung

Info

Publication number: DE102009045170A1
Application number: DE102009045170A
Authority: DE
Inventors: Dirk Heinrich Ehm; Axel Dochnahl; Gisela Von Blanckenhagen
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-04-07
Also published as: EP2483746A1; KR20120058587A; US20120250144A1; JP5349697B2; WO2011039061A1; CN102576196A; KR101383464B1; JP2013506308A

Abstract

Um den negativen Einfluss von Kontamination aus Siliziumdioxid, Kohlenwasserstoffen und/oder Metallen innerhalb einer EUV-Lithographievorrichtung auf die Reflektivität zu verringern, wird ein reflektives optisches Element (50) für den extremen ultravioletten Wellenlängenbereich mit einer reflektiven Fläche (59) vorgeschlagen, bei dem die Viellagenbeschichtung der reflektiven Fläche (59) eine oberste Lage (56) aus einem Fluorid aufweist. Die genannten Kontaminationen, die sich während des Betriebs der EUV-Lithographievorrichtung auf dem reflektiven optischen Element (50) ablagern, werden durch Zugabe von mindestens einem der im Folgenden genannten Stoffe: atomaren Wasserstoff, molekularen Wasserstoff, perfluorierte Alkane wie z.B. Tetrafluormethan, Sauerstoff, Stickstoff und/oder Helium in flüchtige Verbindungen überführt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein reflektives optisches Element für den extremen ultravioletten (EUV) Wellenlängenbereich mit einer reflektiven Fläche. Außerdem bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Betrieb einer EUV-Lithographievorrichtung mit einem reflektiven optischen Element mit reflektiver Fläche. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine EUV-Lithographievorrichtung mit einem reflektiven optischen Element, auf ein Beleuchtungssystem, insbesondere für eine EUV-Lithographievorrichtung, mit einem reflektiven optischen Element und auf ein Projektionssystem, insbesondere für eine EUV-Lithographievorrichtung, mit einem reflektiven optischen Element.
Hintergrund und Stand der Technik
In EUV-Lithographievorrichtungen werden zur lithographischen Abbildung von Halbleiterbauelementen reflektive optische Elemente für den extremen ultravioletten (EUV) Wellenlängenbereich (z. B. Wellenlängen zwischen ca. 5 nm und 20 nm) in Form von Photomasken oder Multilayerspiegeln eingesetzt. Da EUV-Lithographievorrichtungen in der Regel mehrere reflektive optische Elemente aufweisen, müssen diese eine möglichst hohe Reflektivität aufweisen, um eine hinreichend hohe Gesamtreflektivität sicherzustellen. Die Reflektivität und die Lebensdauer der reflektiven optischen Elemente kann durch Kontamination der optisch genutzten reflektiven Fläche der reflektiven optischen Elemente, die aufgrund der kurzwelligen Bestrahlung zusammen mit Restgasen in der Betriebsatmosphäre entsteht, reduziert werden. Da üblicherweise in einer EUV-Lithographievorrichtung mehrere reflektive optische Elemente hintereinander angeordnet sind, wirken sich auch schon geringere Kontaminationen auf jedem einzelnen reflektiven optischen Element in größerem Maße auf die Gesamtreflektivität aus.
Kontamination kann beispielsweise aufgrund von Feuchtigkeitsrückständen auftreten. Dabei werden Wassermoleküle durch die EUV-Strahlung aufgespalten und die resultierenden Sauerstoffradikalen oxidieren die optisch aktiven Flächen der reflektiven optischen Elemente. Eine optisch aktive Fläche ist hierbei definiert als der optisch genutzte Bereich der Oberfläche des optischen Elements.
Eine weitere Kontaminationsquelle sind Polymere insbesondere Kohlenwasserstoffe, die beispielsweise aus den in der Vakuumumgebung verwendeten Materialien oder aus den in EUV-Lithographievorrichtungen verwendeten Vakuumpumpen stammen können oder von Rückständen von Photolacken, die auf den zu strukturierenden Halbleitersubstraten verwendet werden, und die unter Einfluss der Betriebsstrahlung zu Kohlenstoffkontaminationen auf den reflektiven optischen Elementen führen. Diese Kontaminationsarten versucht man einerseits durch gezieltes Einstellen der Restgasatmosphäre innerhalb der EUV-Lithographievorrichtungen und andererseits durch Schutzschichten auf den optisch aktiven Flächen der reflektiven optischen Elemente zu beherrschen.
Oxidative Kontaminationen und Kohlenstoffkontaminationen lassen sich in der Regel u. a. durch Behandlung mit atomarem Wasserstoff entfernen, indem der atomare Wasserstoff die oxidativen Verunreinigungen reduziert oder mit den kohlenstoffhaltigen Rückständen zu flüchtigen Verbindungen reagiert. Atomarer Wasserstoff kann sich unter Einfluss der Betriebsstrahlung innerhalb der EUV-Lithographievorrichtung durch Spalten von molekularem Wasserstoff bilden. Bevorzugt werden allerdings Reinigungseinheiten eingesetzt, bei denen z. B. an einer Glühwendel molekularer Wasserstoff in atomaren Wasserstoff aufgespalten wird. Denn sie erlauben es, die Menge an atomaren Wasserstoff zu steuern und den atomaren Wasserstoff möglichst nah an den zu reinigenden optisch aktiven Flächen der reflektiven optischen Elemente in die EUV-Lithographievorrichtung einzubringen.
Es hat sich allerdings herausgestellt, dass auch die Reinigungseinheiten zu Kontaminationen insbesondere durch Metalle führen können, die überwiegend aus den Reinigungseinheiten selbst stammen oder in chemischer Reaktion mit dem atomaren Wasserstoff aus Materialien bzw. Komponenten innerhalb von EUV-Lithographievorrichtungen insbesondere als flüchtige Metallhydride herausgelöst werden.
Ferner hat sich herausgestellt, dass Kontaminationen in Form von Silizium-Verbindungen unter Wechselwirkung mit EUV-Strahlung zu Kontaminationslagen aus Siliziumdioxid (SiO₂) auf den optisch aktiven Flächen der reflektiven optischen Elementen führen, die aufgrund ihrer guten Haftung auf einer obersten Lage der optisch aktiven Fläche aus zum Beispiel Ruthenium nicht mittels atomaren Wasserstoffs oder anderer Reinigungsverfahren gereinigt werden können und zu einer merklichen Reduktion der Reflektivität der optisch aktiven Flächen führen. Eine mögliche Quelle dieser Silizium-Verbindungen im Restgas einer EUV-Lithographievorrichtung stellt der Photolack (Resist) auf dem zu belichtenden Halbleitersubstrat (Wafer) dar, aus dem unter anderem Siloxane herausgelöst werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen zur Beherrschung von Kontamination durch Siliziumdioxid-, Kohlenwasserstoff- und/oder durch Metall-Abscheidung aufzuzeigen, wie sie z. B. durch Wechselwirkung der Bestandteile des Restgases einer Lithographievorrichtung mit EUV-Strahlung und/oder durch die Reinigung mit atomarem Wasserstoff verursacht werden.
Diese Aufgabe wird durch ein reflektives optisches Element für den extremen ultravioletten Wellenlängenbereich mit einer reflektiven Fläche gelöst, bei dem die reflektive Fläche eine Viellagenbeschichtung umfassend eine oberste Lage aus einem Fluorid aufweist.
Es hat sich herausgestellt, dass es sich bei den metallischen Kontaminanten, die z. B. von Wasserstoffreinigungseinheiten herrühren können, unter anderem um Zink, Zinn, Indium, Tellur, Antimon, Bismut, Blei, Arsen, Selen, Germanium, Silber, Cadmium, Quecksilber, Schwefel, Gold, Kupfer, Wolfram oder deren Legierungen handelt. Ferner hat sich herausgestellt, dass der Einfluss der Kontamination auf die Reflektivität durch diese Metalle geringer ist, wenn das dieser Kontamination ausgesetzte reflektive optische Element eine oberste Lage aus einem Fluorid aufweist. Denn einerseits wirkt eine solche Lage als Schutz der darunter liegenden reflektiven Fläche des optischen Elements gegen andere Kontaminationsarten, wie etwa oxidative Kontamination oder Kohlenstoffkontamination. Andererseits führt die oberste Lage aus einem Fluorid dazu, dass beim Betrieb metallische Kontaminationen weniger stark auf der obersten Lage haften. Dies hat den Vorteil, dass sich die metallischen Kontaminationen einfacher von der Oberfläche beispielsweise mittels Reinigungsgasen entfernen lassen. Darüber hinaus hat sich heraus gestellt, dass dies gleichermaßen für Kontaminationslagen aus Siliziumdioxid gilt, die sich aufgrund der geringen Haftung auf Fluoridschichten auch relativ einfach mittels Reinigungsgasen entfernen lassen.
In einer Ausführungsform weist die Viellagenbeschichtung des reflektiven optischen Elements unterhalb der obersten Lage eine Barrierenlage auf, welche die Interdiffussion bzw. Mischung der obersten Lage mit den darunter sich befindlichen Schichten unterbindet. Eine solche Barrierenlage besteht bevorzugt aus mindestens einem Material, welches ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Silizium-Nitride (Si_xN_y), Silizium-Oxide (Si_xO_y), Bornitrid (BN), Kohlenstoff und Karbide, insbesondere Borkarbid (B₄C).
In einer weiteren Ausführungsform weist die Viellagenbeschichtung des reflektiven optischen Elements unterhalb der obersten Lage eine Zwischenlage auf, welche das reflektive optische Element insbesondere bei einer geringen Dicke der obersten Lage aus einem Fluorid gegen die Umwelteinflüsse schützt. Eine solche Zwischenlage besteht bevorzugt aus mindestens einem Material, welches ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Molybdän, Ruthenium, Edelmetalle (Gold, Silber, Platin), Silizium, Silizium-Oxide, Silizium-Nitride, Borkarbid, Bornitrid, Kohlenstoffverbindungen und Kombinationen hiervon.
In einer anderen Ausführungsform weist die Barrierenlage oder die Zwischenlage unterhalb der obersten Lage aus einem Fluorid eine Dicke im Bereich von 0,1 nm bis 5 nm auf. Hierdurch kann einerseits ein ausreichender Schutz des reflektiven optischen Elements erreicht werden und andererseits die durch die zusätzlichen Lagen entstehenden Reflektivitätsverluste auf ein Mindestmaß reduziert werden.
In einer Ausführungsform umfasst die Viellagenbeschichtung des reflektiven optischen Elements ein Multilayersystem, welches auf alternierenden Silizium- und Molybdänlagen oder auf alternierenden Silizium- und Rutheniumlagen basiert. Ein solches reflektives optisches Element lässt sich insbesondere bei einer Wellenlänge von etwa 13,5 nm dahingehend optimieren, dass es besonders hohe Reflektivitätswerte aufweist. Dabei wird im Rahmen dieser Erfindung auch ein Multilayersystem, dessen alternierende Lagen durch Barrierenlagen zur Verhinderung der Interdiffussion der alternierenden Lagen getrennt sind, als ein Multilayersystem aus alternierenden Lagen verstanden, ohne dass hierzu explizite Angaben zu den Barrierenlagen oder deren Materialzusammensetzung notwendig sind.
In einer weiteren Ausführungsform weist die oberste Lage aus einem Fluorid eine Dicke im Bereich von 0,1 nm bis 2,5 nm auf. Hierdurch kann einerseits ausreichend die Haftung der Kontaminationen auf der obersten Lage, insbesondere für Kontaminationen aus Siliziumdioxid reduziert werden und andererseits die durch die oberste Lage aus einem Fluorid entstehenden Reflektivitätsverluste auf ein Mindestmaß reduziert werden. Ferner kann hierdurch eine oberste Lage hergestellt werden, die gegenüber den Umwelteinflüssen oder gegenüber den Reinigungsmaßnahmen ausreichend langzeitstabil ist.
In einer Ausführungsform umfasst das Fluorid der obersten Lage ein Metallfluorid. Solche Metallfluoride lassen sich einfach durch thermisches Verdampfen oder durch Elektronenstrahlverdampfen auf reflektiven optischen Elementen aufwachsen.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Metallfluorid ausgewählt aus einer Gruppe umfassend: Lanthanfluorid (LaF₃), Magnesiumfluorid (MgF₂), Aluminiumfluorid (AlF₃), Kryolith (Na₃AlF₆) und Chiolith (Na₅Al₃F₁₄). Hinsichtlich dieser Metallfluoride liegen ausreichende Erfahrungen zum Beschichtungsverhalten vor, so dass eine ausreichende Prozesssicherheit für die Produktion entsprechender reflektiver optischer Elemente gegeben ist. Zum Beispiel ist bekannt, dass Magnesiumfluorid und Lanthanfluoride bevorzugt polykristallin, hingegen Aluminiumfluorid und Chiolith eher amorph aufwachsen. Somit lassen sich je nach Verwendung oder Mischung der Metallfluoride durch die Beschichtungs-Prozessparameter bestimmte Oberflächeneigenschaften, wie zum Beispiel die Mikrorauhigkeit einstellen.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer EUV-Lithographievorrichtung mit einem reflektiven optischen Element mit reflektiver Fläche, mit den Schritten:

– Bereitstellen mindestens eines reflektiven optischen Elements mit einer reflektiven Fläche mit einer obersten Lage aus einem Fluorid und
– Zugabe mindestens eines Reinigungsgases, welches ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend atomaren Wasserstoff, molekularen Wasserstoff (H₂), perfluorierte Alkane wie z. B Tetrafluormethan (CF₄), Sauerstoff, Stickstoff, Argon, Krypton und Helium.

Dabei werden die Metallkontaminationen mit Hilfe von atomarem Wasserstoff, der mit den genannten Metallen zu flüchtigen Hydriden reagiert, von der obersten Lage aus einem Fluorid entfernt. Ebenso werden Kontaminationen von Kohlenwasserstoffen von der obersten Lage aus einem Fluorid durch den atomaren Wasserstoff entfernt. Der atomare Wasserstoff kann hierbei aus molekularem Wasserstoff an der reflektiven Fläche unter Wechselwirkung mit EUV-Strahlung gebildet werden oder kann bereits als atomarer Wasserstoff der obersten Lage zugeführt werden. Entsprechend kann zum Beispiel Sauerstoff an der reflektierenden Fläche durch EUV–Strahlung zerlegt werden und ist somit analog über oxidative Prozesse für die Entfernung von Kontaminationen aus Kohlenwasserstoffen von der obersten Lage verwendbar.
Kontaminationslagen aus Siliziumdioxid können durch Reaktionen mit den Reinigungsgasen wie z. B. perfluorierte Alkane, Sauerstoff, Stickstoff, Argon, Krypton und/oder Helium entfernt werden. Dabei kann im Falle von Helium auch ein Plasma zur Reinigung an der reflektierenden Fläche gezündet werden. Ebenso ist eine Plasmareinigung im Falle der Reinigungsgase Argon, Sauerstoff, Stickstoff, Krypton, Wasserstoff oder deren Gemische durchführbar.
Es hat sich herausgestellt, dass sich die genannten Kontaminationen dann besonders einfach mittels Reinigungsgasen von einer reflektiven Fläche entfernen lassen, wenn die reflektive Fläche eine oberste Lage aus einem Fluorid aufweist. Insbesondere lassen sich Kontaminationslagen aus Siliziumdioxid von einer reflektiven Fläche mit einer obersten Lage aus einem Fluorid mittels der Reinigungsgase entfernen, welche sich zum Beispiel von einer reflektiven Fläche mit einer obersten Lage aus Ruthenium mittels der Reinigungsgase nicht entfernen lassen. Durch die Entfernung der Kontaminationen können die durch die Kontaminationen hervorgerufenen Reflektivitätsverluste somit rückgängig gemacht werden.
In einer Ausführungsform wird die Zuführung des Reinigungsgases oder der Reinigungsgase derart eingestellt, dass sich die Lagendicke der obersten Lage aus einem Fluorid mit der Zeit nicht verändert, so dass die reflektierende Fläche dauerhaft gegenüber der Umgebung geschützt ist.
In einer anderen Ausführungsform wird das Reinigungsgas möglichst homogen über die reflektive Fläche zugegeben, um die reflektive Fläche gleichmäßig zu reinigen und um damit unterschiedliche Reflektivitätswerte über die reflektive Fläche zu vermeiden. Unterschiedliche Reflektivitätswerte über die reflektive Fläche führen zu Abbildungsfehlern der Lithographievorrichtung.
Im Übrigen wird die Aufgabe der Erfindung durch eine EUV-Lithographievorrichtung mit mindestens einem erfindungsgemäßen reflektiven optischen Element gellst.
Darüber hinaus wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Beleuchtungssystem bzw. durch ein Projektionssystem mit mindestens einem erfindungsgemäßen reflektiven optischen Element gelöst.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dazu zeigen
1 schematisch eine Ausführungsform einer EUV-Lithographievorrichtung mit einem Beleuchtungssystem und einem Projektionssystem;
2a–c schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsformen von reflektiven optischen Elementen;
3, 4, 5 Reflektivitätswerte verschiedener Ausführungsformen von reflektiven optischen Elementen aufgetragen gegenüber der Wellenlänge; und
6a, 6b Flussdiagramm zu zwei Ausführungsformen des Verfahrens zum Betrieb einer EUV-Lithographievorrichtung.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
In 1 ist schematisch eine EUV-Lithographievorrichtung 10 dargestellt. Wesentliche Komponenten sind das Strahlformungssystem 11, das Beleuchtungssystem 14, die Photomaske 17 und das Projektionssystem 20. Die EUV-Lithographievorrichtung 10 wird unter Vakuumbedingungen betrieben, damit die EUV-Strahlung in ihrem Inneren möglichst wenig absorbiert wird.
Das Strahlformungssystem 11 umfasst eine Strahlungsquelle 12, einen Kollimator 13b und einen Monochromator 13a. Als Strahlungsquelle 12 kann beispielsweise eine Plasmaquelle oder auch ein Synchrotron dienen. Die austretende Strahlung im Wellenlängenbereich von etwa 5 nm bis 20 nm wird zunächst im Kollimator 13b gebündelt. Außerdem wird mit Hilfe eines Monochromators 13a die gewünschte Betriebswellenlänge herausgefiltert. Im genannten Wellenlängenbereich sind der Kollimator 13b und der Monochromator 13a üblicherweise als reflektive optische Elemente ausgebildet. Bei den Kollimatoren wird zwischen sogenannten normal-incidence und sogenannten gracing-incidence Kollimatoren unterschieden, wobei die reflektiven optischen Elemente des normal-incidence Kollimators zur Sicherstellung einer hohen Reflektivität bei nahezu senkrechtem Lichteinfall auf Multilayerbeschichtungen angewiesen sind. Gracing-incidence Kollimatoren, welche bei streifendem Lichteinfall arbeiten, sind häufig schalenförmig ausgebildete reflektive optische Elemente, um einen fokussierenden bzw. kollimierenden Effekt zu erreichen. An den konkaven Fläche der Schalen dieser Kollimatoren findet die Reflexion der Strahlung unter streifendem Lichteinfall statt, wobei zur Reflexion häufig kein Multilayersystem auf der konkaven Fläche verwendet wird, da ein möglichst breiter Wellenlängenbereich reflektiert werden soll. Das Herausfiltern eines schmalen Wellenlängenbandes durch Reflexion geschieht daher am Monochromator, oft mit Hilfe einer Gitterstruktur oder eines Multilayersystems.
Der im Strahlformungssystem 11 in Hinblick auf Wellenlänge und räumliche Verteilung aufbereitete Betriebsstrahl wird dann in das Beleuchtungssystem 14 eingeführt. Im in 1 dargestellten Beispiel weist das Beleuchtungssystem 14 zwei Spiegel 15, 16 auf. Die Spiegel 15, 16 leiten den Strahl auf die Photomaske 17, die die Struktur aufweist, die auf den Wafer 21 abgebildet werden soll. Bei der Photomaske 17 handelt es sich ebenfalls um ein reflektives optisches Element für den EUV- und weichen Wellenlängenbereich, das je nach Herstellungsprozess ausgewechselt wird. Mit Hilfe des Projektionssystems 20 wird der von der Photomaske 17 reflektierte Strahl auf den Wafer 21 projiziert und dadurch die Struktur der Photomaske auf ihn abgebildet. Das Projektionssystem 20 weist im dargestellten Beispiel zwei Spiegel 18, 19 auf. Es sei darauf hingewiesen, dass sowohl das Projektionssystem 20 als auch das Beleuchtungssystem 14 jeweils nur einen oder auch drei, vier, fünf und mehr Spiegel aufweisen können.
Um im hier dargestellten Beispiel die im Strahlengang jeweils ersten Spiegel 15, 18 des Beleuchtungssystems 14 bzw. Projektionssystems 20 von Kontamination zu reinigen, sind Reinigungsköpfe 22, 23 vorgesehen. Da jeweils auf dem im Strahlengang ersten Spiegel eines Moduls die höchste Strahlungslast trifft, ist dort insbesondere bei kohlenstoffhaltiger Kontamination mit der stärksten Kontamination zu rechnen. Alternativ kann auch an jedem Spiegel ein Reinigungskopf vorgesehen sein. Entsprechend ist bei den dem Wafer 21 nahe gelegenen Spiegeln mit erhöhter Kontamination von Silizium-Verbindungen, wie zum Beispiel von Siloxanen zu rechnen, die sich unter EUV-Strahlung als Siliziumdioxid Kontaminationen auf den reflektiven Flächen abscheiden. Dementsprechend können bei diesen Spiegeln ähnliche Reinigungsköpfe vorgesehen werden, wobei bei diesen Reinigungsköpfen ein anderes Reinigungsgas oder eine andere Mischung von Reinigungsgasen aufgrund der anderen Gefährdungslage eingesetzt wird.
Die Reinigungsköpfe 22, 23 weisen zum Beispiel eine Zufuhr für molekularen Wasserstoff auf sowie zum Beispiel eine Glühwendel, an der der molekulare Wasserstoff vorbeigeführt wird, damit er durch die hohe Temperatur der glühenden Glühwendel in atomaren Wasserstoff aufgespalten wird. Der so entstandene atomare Wasserstoff wird in der Nähe des zu reinigenden Spiegels 15, 18 in die Restgasatmosphäre der EUV-Lithographievorrichtung 10 gegeben und zwar vorzugsweise direkt auf die Spiegeloberfläche des zu reinigenden Spiegels, damit er kohlenstoffhaltige Kontaminationen auf den Spiegeln 15, 18 in flüchtige Kohlenwasserstoffverbindungen umsetzt. Atomarer Wasserstoff kann auch durch Wechselwirkung der im Betrieb der EUV-Lithographievorrichtung verwendeten EUV-Strahlung oder durch sie generierte Ionen mit in der Restgasatmosphäre enthaltenem molekularem Wasserstoff entstehen. Ferner kann der atomare Wasserstoff auch außerhalb der EUV-Lithographievorrichtung erzeugt und anschließend über die Reinigungsköpfe 22, 23 auf die reflektiven Flächen geleitet werden.
Entsprechend können auch mittels ähnlicher Reinigungsköpfe andere Reinigungsgase homogen auf die reflektierenden Flächen geleitet werden und durch eine Glühwendel, durch EUV–Strahlung oder durch Plasma-Anregung für den Reinigungsprozess aktiviert werden.
Bei Betrieb der Reinigungsköpfe 22, 23 können Metalle, insbesondere Zink, Zinn, Indium, Tellur, Antimon, Bismut, Blei, Arsen, Selen, Germanium, Silber, Cadmium, Quecksilber, Schwefel, Gold, Kupfer, Wolfram oder deren Legierungen, in die Restgasatomsphäre austreten bzw. werden von den entstandenen Wasserstoffradikalen oder anderen hochenergetischen Partikeln aus Komponenten innerhalb der EUV-Lithographievorrichtung 10 wie etwa das Gehäuse der Reinigungsköpfe 22, 23, den Spiegelhaltern, den Spiegelsubstraten, Kontaktierungen etc. herausgesputtert. In wesentlichem Umfang werden sie durch den vorhandenen atomaren Wasserstoff durch chemische Prozesse, z. B. in Form von volatilen Hydriden herausgelöst. So stammen beispielsweise Zink oder Wolfram oft aus den Reinigungsköpfen selbst, während Zinn und Indium z. B. aus Kontaktierungen wie etwa Lötverbindungen stammen können. Diese Metalle können sich wiederum auf den optisch aktiven Flächen der reflektiven optischen Elemente ablagern und dadurch deren Reflektivität der Größe nach und in Bezug auf die Homogenität über den ausgestrahlten Bereich beeinträchtigen, was zu Transmissionsverlusten und zu Abbildungsfehlern im Beleuchtungssystem und im Projektionssystem führt.
Um den negativen Einfluss der genannten Kontaminationen auf die Reflektivität zu begrenzen werden reflektive optische Elemente in der EUV-Lithographievorrichtung 10 verwendet, die auf ihrer reflektiven Fläche eine oberste Lage aus einem Fluorid aufweisen.
In den 2a–b ist schematisch die Struktur beispielhafter Ausführungsformen solcher reflektiver optischer Elemente 50 dargestellt. Bei den dargestellten Beispielen handelt es sich um reflektive optische Elemente, die auf einem Multilayersystem 51 basieren. Hierbei handelt es sich um alternierend aufgebrachte Lagen eines Materials mit höherem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge (auch Spacer 55 genannt) und eines Materials mit niedrigerem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge (auch Absorber 54 genannte), wobei ein Absorber-Spacer-Paar einen Stapel 53 bildet. Dabei handelt es sich bei den Begriffen höherer Realteil und niedriger Realteil des Brechungsindex um relative Begriffe bezogen auf das jeweilige Partnermaterial innerhalb eines Absorber-Spacer-Paares. Durch die Abfolge von Absorber-Spacer-Paaren wird in gewisser Weise ein Kristall simuliert, dessen Netzebenen den Absorberlagen entsprechen, an denen Bragg-Reflexion stattfindet. Die Dicken der einzelnen Lagen 54, 55 wie auch der sich wiederholenden Stapel 53 können über das gesamte Multilayersystem 51 konstant sein oder auch variieren, je nach dem, welches Reflexionsprofil erreicht werden soll. Das Reflexionsprofil kann auch gezielt beeinflusst werden, indem die Grundstruktur aus Absorber 54 und Spacer 55 um weitere mehr und weniger absorbierende Materialien ergänzt wird, um die mögliche maximale Reflektivität bei der jeweiligen Arbeitswellenlänge zu erhöhen. Dazu können in manchen Stapeln Absorber und/oder Spacer-Materialien gegeneinander ausgetauscht werden oder die Stapel aus mehr als einem Absorber- und/oder Spacermaterial aufgebaut werden. Die Absorber- und Spacermaterialien können über alle Stapel konstante oder auch variierende Dicken aufweisen, um die Reflektivität zu optimieren.
Das Multilayersystem 51 ist auf einem Substrat 52 aufgebracht und ist ein Bestandteil der Viellagenbeschichtung der reflektiven Fläche 59. Als Substratmaterialien werden bevorzugt Materialien mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten gewählt. Geeignet sind beispielsweise Glaskeramiken. Allerdings können sie unter EUV-Bestrahlung oder insbesondere unter Einfluss von zur Reinigung der optischen Oberfläche verwendetem atomarem Wasserstoff ebenfalls eine Kontaminationsquelle sein.
Auf der reflektiven Fläche 59 ist als Schutzschicht 56 eine oberste Lage aus einem Fluorid aufgebracht. Die oberste Lage 56 wird vorzugsweise bei der Herstellung des reflektiven optischen Elements 50 aufgebracht. Dadurch wird sichergestellt, dass die oberste Lage 56 die komplette reflektive Fläche 59 oder zumindest den bei Benutzung ausgestrahlten Bereich der reflektiven Fläche 59 zusammenhängend bedeckt, um Inhomogenitäten über die Fläche zu vermeiden. Außerdem kann gezielt eine bestimmte Dicke der obersten Lage 56 eingestellt werden, die bereits eine Schutzwirkung ausübt, ohne die Reflektivität zu sehr zu beeinträchtigen. Besonders geeignet zur Herstellung solcher reflektiven optischen Elemente sind Verfahren, die thermisches Verdampfen, Elektronenstrahlen, Magnetronsputtern oder Ionenstrahlsputtern nutzen.
In 2a ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die oberste Lage aus einem Fluorid unmittelbar auf der abschließenden Lage des Multilayersystems 51, im vorliegenden Beispiel eine Spacerlage 55 aufgebracht ist. Allerdings kann es bei manchen Materialkombinationen vorkommen, dass es an der Grenzschicht zwischen der obersten Lage 59 und der darunter liegenden abschließenden Lage des Multilayersystems 51 zu Diffusion oder chemischen Reaktionen kommt, die den Aufbau und die Dicken in diesem Bereich des Multilayersystem derart verändern, dass dadurch die Reflektivität verschlechtert wird, insbesondere die Reflektivität über die Lebensdauer des reflektiven optischen Elements 50 abnimmt. Um dem entgegenzuwirken, ist in der in 2b dargestellten Ausführungsform eine zusätzliche Lage 57 als Diffusionsbarriere und/oder Schutz vor chemischen Reaktionen vorgesehen. Solche Barrierelagen können im Übrigen auch innerhalb des Multilayersystems 51 zwischen einzelnen Lagen oder Stapel vorgesehen sein, damit die Reflektivität mit der Zeit nicht aufgrund von Strukturveränderungen abnimmt. Als Materialien solcher Diffusionsbarrieren kommen insbesondere Kohlenstoff, Borkarbid, Karbide im allgemeinen, Silizium-Nitride oder Silizium-Oxide in Frage.
Bei der in 2c dargestellten Variante handelt um eine Ausführungsform, bei der zwischen der obersten Lage aus einem Fluorid eine Zwischenlage 58 aus einem Material vorgesehen ist, wie es üblicherweise für reflektive optische Elemente auf Multilayerbasis als Schutzschicht verwendet wird. Dies hat den Vorteil, dass bei einer sehr dünnen Fluoridschicht das darunter liegenden Multilayersystem trotzdem noch dauerhaft bei einer Veränderung oder Abnutzung der Fluoridschicht geschützt ist. Beispielsweise bei der Verwendung von Molybdän als Absorber und Silizium als Spacer ist insbesondere eine Siliziumoberfläche gefährdet, da das Silizium durch den atomaren Wasserstoff in Silane umgesetzt werden kann. Als Materialien solcher Schutzschichten kommen insbesondere Molybdän, Ruthenium, Edelmetalle wie Gold, Silber oder Platin, Silizium, Silizium-Oxide, Silizium-Nitride, Borkarbid, Bornitrid oder Kohlenstoffverbindungen in Frage.
Bei geeigneter Wahl des Materials für die Zwischenlage 58 lässt sich außerdem die Reflektivität etwas erhöhen. Im dargestellten Beispiel ist zwischen der Zwischenlage 58 und dem Multilayersystem 51 außerdem eine Barrierelage 57 gegen Diffusion und/oder chemischen Reaktionen vorgesehen.
Die 3, 4 und 5 zeigen Reflektivitätswerte in der Einheit [%] aufgetragen über die Wellenlänge in der Einheit [nm] für drei unterschiedliche Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Spiegels mit jeweils einer obersten Lage 56 aus MgF₂ mit einer Dicke von 2 nm entsprechend den 2a und 2c. Dabei unterscheiden sich die drei Ausführungsformen der 3, 4 und 5 lediglich in den Lagen zwischen dem Multilayersystem 51 und der obersten Lage 56 aus MgF₂.
Das Multilayersystem 51 zu den 3, 4 und 5 besteht aus 50 Perioden alternierender Silizium- und Molybdänlagen, wobei eine Siliziumlage 3,78 nm und eine Molybdänlage 2,37 nm dick ist und wobei die Silizium- und Molybdänlagen voneinander durch Borkarbidlagen als Diffusionsbarrieren mit einer Dicke von jeweils 0,4 nm getrennt sind. Das Multilayersystem 51 zu den 3, 4 und 5 ist dabei auf einer dünnen Quarzschicht mit einer Dicke von 4 nm aufgebracht, welche als Polierschicht auf dem Substrat 52 zur Verbesserung der Oberflächenrauhigkeit dient. Alternativ kann auch auf diese Polierschicht aus Quarz entsprechend den 2a und 2c, bei denen das Multilayersystem 51 direkt auf dem Substrat 52 aufgebracht ist, verzichtet werden. Aufgrund der Polierschicht aus Quarz beginnt das Multilayersystem 51 zu den 3, 4 und 5 mit einer Siliziumlage als Spacerlage 55 oberhalb des Substrates und endet mit einer Borkarbidlage als Diffusionsbarriere auf einer Molybdänlage als Absorberlage 54.
Auf diesem Multilayersystem 51 ist entsprechend dem Ausführungsbeispiel zu 3 in der hier angegebenen Reihenfolge eine Spacerlage 55 aus Silizium mit 1,4 nm, eine Absorberlage 54 aus Molybdän mit 2 nm, eine Zwischenlage 58 aus Ruthenium mit 1,5 nm und eine abschließende oberste Lage 56 aus MgF2 mit 2 nm Dicke aufgebracht. Dementsprechend stellt das Ausführungsbeispiel zu 3 eine Variante eines Ausführungsbeispiels gemäß 2c zur obersten Lage 56 aus einem Fluorid auf einer Zwischenlage 58 als Schutzschicht dar. Das Ausführungsbeispiel zu 3 bietet eine maximale Reflektivität von 63% bei einer Wellenlänge von 13,6 nm. Darüber hinaus liegen die Reflektivitätswerte in 3 für Wellenlängen zwischen 13,5 nm und 13,7 nm bei über 60%.
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel zu 4 ist auf dem Multilayersystem 51 eine Spacerlage aus Silizium mit 3,5 nm und eine abschließende oberste Lage 56 aus MgF2 mit 2 nm Dicke aufgebracht. Dementsprechend stellt das Ausführungsbeispiel zu 4 eine Variante eines Ausführungsbeispiels gemäß 2a zur obersten Lage 56 aus einem Fluorid auf einer Spacerlage 55 dar. Das Ausführungsbeispiel zu 4 bietet eine maximale Reflektivität von 72% bei einer Wellenlänge von 13,6 nm. Darüber hinaus liegen die Reflektivitätswerte in 4 für Wellenlängen zwischen etwa 13,3 nm und 13,7 nm bei über 60%.
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel zu 5 ist auf dem Multilayersystem 51 eine Spacerlage aus Silizium mit 1,7 nm, eine Absorberlage 54 aus Molybdän mit 2 nm, und eine abschließende oberste Lage 56 aus MgF2 mit 2 nm Dicke aufgebracht. Dementsprechend stellt das Ausführungsbeispiel zu 5 eine Variante eines Ausführungsbeispiels zur obersten Lage 56 aus einem Fluorid auf einer Absorberlage 54 dar. Das Ausführungsbeispiel zu 5 bietet eine maximale Reflektivität von 68% bei einer Wellenlänge von 13,6 nm. Darüber hinaus liegen die Reflektivitätswerte in 5 für Wellenlängen zwischen 13,4 nm und 13,7 nm bei über 60%.
Die Verwendung der hier erläuterten reflektiven optischen Elemente in einer EUV-Lithographievorrichtung wird in Zusammenhang mit den 6a und 6b näher erläutert, die schematisch zwei Ausführungsformen von Verfahren zum Betrieb von EUV-Lithographievorrichtungen mit solchen reflektiven optischen Elementen darstellen.
In einem ersten Schritt 101, 111 wird zunächst mindestens ein reflektives optisches Element mit einer obersten Lage aus einem Fluorid in einer Lithographievorrichtung bereitgestellt.
In einem weiteren Schritt 103, 113 wird ein Reinigungsgas zugegeben, etwa mit Hilfe einer Reinigungseinheit zum Beispiel im Form eines Reinigungskopfes. Dabei wird darauf geachtet, dass das Reinigungsgas möglichst homogen über die reflektive Fläche zugegeben wird, damit bei der Reaktion der Kontaminationen mit dem Reinigungsgas zu flüchtigen Verbindungen wie z. B. Hydriden möglichst keine Inhomogenitäten auf der obersten Lage aus einem Fluorid entstehen.
In einem dritten Schritt 105 wird in der Ausführungsform gemäß 6a das Reinigungsgas an der Oberfläche der reflektiven Fläche durch Zuführung von Energie in Form von EUV–Strahlung derart aktiviert, dass es mit den Kontaminationen auf der reflektiven Fläche reagieren kann. Diese Art der Aktivierung ist zum Beispiel für die Reinigungsgase molekularer Wasserstoff und Sauerstoff denkbar. Atomarer Wasserstoff kann hingegen, wie weiter oben im Zusammenhang mit den Reinigungsköpfen 22 und 23 bereits erläutert, entweder über eine Glühwendel in den Reinigungsköpfen oder anderweitig außerhalb der Lithographievorrichtung erzeugt werden.
In der Ausführungsform gemäß 6b wird dieser dritte Schritt 115 zur Aktivierung des Reinigungsgases an der reflektiven Fläche durch Zündung eines Plasmas realisiert. Dabei ist bei der Auslegung der Elektroden für die Einspeisung der hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung zum Betreiben des Plasmas darauf zu achten, dass das Plasma möglichst gleichförmig über die reflektive Fläche verteilt ist. Dies kann zum Beispiel durch ein entsprechendes Elektrodendesign realisiert werden.
Diese Form der Aktivierung ist insbesondere für das Reinigungsgas Helium von Vorteil, da sich hiermit Kontaminationen von Siliziumdioxid sehr schnell von einer obersten Lage aus einem Fluorid des reflektiven optischen Elements entfernen lassen.
In einem vierten Schritt 107, 117 wird die Zugabe des Reinigungsgases 103, 113 und die Zuführung von Energie zur Aktivierung des Reinigungsgases 105, 115 derart reguliert, dass einerseits die Kontaminationen auf der reflektiven Fläche bis zu einem gewünschten Reinigungsgrad von der reflektiven Fläche entfernt werden und andererseits die oberste Lage der reflektiven Fläche nur soweit durch die Reinigung selbst angegriffen wird, dass eine gewünschte Langzeitstabilität des reflektiven optischen Elements auch bei sich wiederholenden Reinigungszyklen gewährleistet ist.
Eine weitere Möglichkeit des Betriebs eine EUV-Lithographievorrichtung besteht darin, während des normalen Belichtungsbetriebs das Reinigungsgas von Zeit zu Zeit zuzugeben, z. B. wenn die Reflektivität unter einen vorbestimmten Schwellenwert sinkt.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Reinigungsgaszugabe derart einzustellen, dass sich ungefähr eine Monolage als Kontaminationlage auf der obersten Lage aus einem Fluorid ausbildet, welche die oberste Lage aus einem Fluorid schützt.
Bezugszeichenliste

10: EUV-Lithographievorrichtung
11: Strahlformungssystem
12: EUV-Strahlungsquelle
13a: Monochromator
13b: Kollimator
14: Beleuchtungssystem
15: erster Spiegel
16: zweiter Spiegel
17: Maske
18: dritter Spiegel
19: vierter Spiegel
20: Projektionssystem
21: Wafer
22: Reinigungskopf
23: Reinigungskopf
50: reflektives optisches Element
51: Multilayersystem
52: Substrat
53: Lagenpaar
54: Absorber
55: Spacer
56: Schutzlage
57: Barrierenlage
58: Zwischenlage
59: reflektive Fläche
101–107: Verfahrensschritte
111–117: Verfahrensschritte

Claims

Reflektives optisches Element für den extremen ultravioletten Wellenlängenbereich mit einer reflektiven Fläche, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektive Fläche (59) eine Viellagenbeschichtung umfassend eine oberste Lage (56) aus einem Fluorid aufweist.
Reflektives optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Viellagenbeschichtung unterhalb der obersten Lage (56) eine Zwischenlage (58) aus mindestens einem Material aufweist, welches ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Molybdän, Ruthenium, Edelmetalle, Silizium, Silizium-Oxide, Silizium-Nitride, Borkarbid, Bornitrid, Kohlenstoffverbindungen und Kombinationen hiervon.
Reflektives optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Viellagenbeschichtung unterhalb der obersten Lage (56) eine Barrierenlage (57) aus mindestens einem Material aufweist, welches ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Silizium-Nitride, Silizium-Oxide, Bornitrid, Kohlenstoff und Karbide, insbesondere Borkarbid.
Reflektives optisches Element nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (58) oder die Barrierenlage (57) unterhalb der obersten Lage (56) eine Dicke im Bereich von ca. 0,1 nm bis 5 nm aufweist.
Reflektives optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Viellagenbeschichtung der reflektive Fläche (59) ein Multilayersystem (51) umfasst, wobei das Multilayersystem (51) auf alternierenden Silizium- und Molybdänlagen (55, 54) oder alternierenden Silizium- und Rutheniumlagen (55, 54) basiert.
Reflektives optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die oberste Lage (56) eine Dicke im Bereich von ca. 0,1 nm bis 2,5 nm aufweist.
Reflektives optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluorid der obersten Lage (56) ein Metallfluorid umfasst.
Reflektives optisches Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallfluorid ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Lanthanfluorid, Magnesiumfluorid, Aluminiumfluorid, Kryolith und Chiolith.
Verfahren zum Betrieb einer EUV-Lithographievorrichtung mit einem reflektiven optischen Element mit reflektiver Fläche, mit den Schritten: – Bereitstellen mindestens eines reflektiven optischen Elements mit einer reflektiven Fläche nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und – Zugabe mindestens eines Reinigungsgases, welches ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend atomaren Wasserstoff, molekularen Wasserstoff, perfluorierte Alkane, Sauerstoff, Stickstoff, Argon, Krypton und Helium.
Verfahren zum Betrieb einer EUV-Lithographievorrichtung nach Anspruch 9 umfassend den weiteren Schritt – Zuführung von Energie zur Aktivierung des Reinigungsgases in Form von Strahlung im extremen ultravioletten Wellenlängenbereich und/oder durch Zündung eines Plasmas.
Verfahren nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsgaszugabe derart eingestellt wird, dass die Lagendicke der obersten Lage (56) aus einem Fluorid des reflektiven optischen Elements im Wesentlichen konstant bleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsgas möglichst homogen über die reflektive Fläche zugegeben wird.
EUV-Lithographievorrichtung mit einem reflektiven optischen Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Beleuchtungssystem, insbesondere für eine EUV-Lithographievorrichtung, mit einem reflektiven optischen Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Projektionssystem, insbesondere für eine EUV-Lithographievorrichtung, mit einem reflektiven optischen Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8.