DE102010002727A1

DE102010002727A1 - Reflective optical element for use in extreme UV lithography device for extreme UV wavelength region, has reflective surface comprising upper ruthenium oxide layer, ruthenium layer, silicon nitride layer and silicon layer

Info

Publication number: DE102010002727A1
Application number: DE201010002727
Authority: DE
Inventors: Dirk Heinrich Ehm; Arnoldus Jan Storm; Moritz Becker
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2011-09-15

Abstract

The element (1) has a reflective surface with an upper ruthenium oxide layer (4), a ruthenium layer, silicon nitride layer and a silicon layer. Thickness of the ruthenium oxide layer is 3.5 nm, and a layer system (2) comprises molybdenum- and silicon and layers and arranged under the ruthenium oxide layer. A silicon layer is formed between the ruthenium oxide layer and the layer system, and has thickness of about 2.2 to 3.6 nm. Thickness of the silicon nitride layer is about 1.2 to 2.2 nm. Independent claims are also included for the following: (1) a method for manufacturing a reflective optical element for extreme UV wavelength region (2) a method for operating a lithography device for extreme UV wavelength region.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein reflektives optisches Element für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit einer reflektiven Fläche. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines reflektiven optischen Elements für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit einer reflektiven Fläche sowie auf Verfahren zum Betrieb einer Lithographievorrichtung für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit einem reflektiven optischen Element mit einer reflektiven Fläche.The present invention relates to a reflective ultraviolet wavelength optical element having a reflective surface. In addition, the invention relates to a method of manufacturing an ultraviolet-wavelength reflective optical element having a reflective surface, and to methods of operating an ultraviolet-wavelength lithographic device having a reflective optical element having a reflective surface.

In EUV-Lithographievorrichtungen werden zur Lithographie von Halbleiterbauelementen reflektive optische Elemente für den weichen Röntgen- bis extremen ultravioletten (EUV) Wellenlängenbereich (z. B. Wellenlängen zwischen ca. 5 nm und 20 nm) wie etwa Photomasken oder Viellagenspiegel 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. Da üblicherweise in einer EUV-Lithographievorrichtung mehrere reflektive optische Elemente hintereinander angeordnet sind, wirken sich auch schon geringere Verschlechterungen der Reflektivität bei jedem einzelnen reflektiven optischen Element in größerem Maße auf die Gesamtreflektivität innerhalb der EUV-Lithographievorrichtung aus.In EUV lithography devices, for the lithography of semiconductor devices, reflective optical elements are used for the soft X-ray to extreme ultraviolet (EUV) wavelength range (eg, wavelengths between about 5 nm and 20 nm), such as photomasks or multilayer mirrors. Since EUV lithography devices generally have a plurality of reflective optical elements, they must have the highest possible reflectivity in order to ensure a sufficiently high overall reflectivity. Since a plurality of reflective optical elements are usually arranged one after the other in an EUV lithography device, even smaller reflectivity deteriorations in each individual reflective optical element have a greater effect on the overall reflectivity within the EUV lithography device.

Beim Betrieb von EUV-Lithographievorrichtungen werden reflektive optische Elemente einer möglichst intensiven EUV-Strahlung ausgesetzt, um die Belichtungszeit möglichst gering zu halten. Im Inneren von EUV-Lithographievorrichtungen, insbesondere im Inneren von Beleuchtungs- und Projektionssystemen, herrschen Vakuumbedingungen. Allerdings lassen sich geringfügige Anteile von Wasser, Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen in der Restgasatmosphäre nicht ganz vermeiden. Diese Restgase können von der Strahlung in reaktive Fragmente aufgespalten werden, die zu Kontamination und Beeinträchtigung der jeweiligen obersten Lage der reflektiven Flächen der reflektiven optischen Elemente führen können. Diese reaktiven Fragmente können durch die EUV-Strahlung unmittelbar oder auch durch die durch EUV-Strahlung generierten Sekundärelektronen entstehen. Durch die Kontamination bzw. Beeinträchtigung der obersten Lage kann die tatsächliche maximale Reflektivität des jeweiligen reflektiven optischen Elementes sinken.When operating EUV lithography devices, reflective optical elements are exposed to as intense an EUV radiation as possible in order to minimize the exposure time. In the interior of EUV lithography devices, especially in the interior of lighting and projection systems, vacuum conditions prevail. However, minor amounts of water, oxygen and hydrocarbons in the residual gas atmosphere can not be completely avoided. These residual gases can be split by the radiation into reactive fragments, which can lead to contamination and impairment of the respective uppermost layer of the reflective surfaces of the reflective optical elements. These reactive fragments can be generated by the EUV radiation directly or by the generated by EUV radiation secondary electrons. Due to the contamination or impairment of the uppermost layer, the actual maximum reflectivity of the respective reflective optical element may decrease.

Um die reflektiven Flächen der reflektiven optischen Elemente zu schützen, ist bisher üblich, sie mit einer obersten Lage aus einem möglichst inerten Material zu versehen. Insbesondere in der EUV-Lithographie wird dafür oft Ruthenium verwendet.In order to protect the reflective surfaces of the reflective optical elements, it has hitherto been customary to provide them with an uppermost layer of the most inert material possible. Ruthenium is often used in EUV lithography in particular.

Im Zuge der technologischen Entwicklung, bei der durch immer höhere Strahlungsintensitäten die Belichtungszeiten und damit die Durchlaufzeiten für die zu belichtenden Wafer verkürzt werden sollen, ist absehbar, dass Strahlungsintensitäten auf den einzelnen reflektiven optischen Elementen erreicht werden, bei denen selbst das bewährte Material Ruthenium nicht mehr inert genug ist und insbesondere durch Sauerstoffradikale oxidiert werden kann.In the course of technological development, in which the exposure times and thus the throughput times for the wafers to be exposed are to be shortened by ever higher radiation intensities, it is foreseeable that radiation intensities will be achieved on the individual reflective optical elements, in which even the proven material ruthenium no longer is inert enough and in particular can be oxidized by oxygen radicals.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, reflektive optische Elemente für den extremen ultravioletten Wellenlängenbereich zur Verfügung zu stellen, die im tatsächlichen Einsatz über eine längere Zeit hinreichend hohe maximale Reflektivitäten gewährleisten.It is an object of the present invention to provide reflective optical elements for the extreme ultraviolet wavelength range, which ensure sufficiently high maximum reflectivities in actual use over a longer time.

Diese Aufgabe wird durch ein reflektives optisches Element für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit einer reflektiven Fläche gelöst, das auf der reflektiven Fläche eine oberste Lage aus Rutheniumoxid aufweist.This object is achieved by a reflective optical element for the extreme ultraviolet wavelength range with a reflective surface having a top layer of ruthenium oxide on the reflective surface.

Es hat sich herausgestellt, dass indem bei der Auslegung des reflektiven optischen Elementes eine oberste Lage aus Rutheniumoxid vorgesehen wird, einerseits eine übermäßige zusätzliche Oxidation der obersten Lage vermieden werden kann und andererseits eine hinreichende maximale Reflektivität gewährleistet werden kann. Es sei darauf hingewiesen, dass die oberste Lage aus Ruthenium nicht vollständig aus Rutheniumoxid bestehen muss, sondern Anteile von Ruthenium oder auch Verunreinigungen aufweisen kann. Da es sich bei Lagen von reflektiven optischen Elementen für die EUV-Lithographie in der Regel um Lagen im Submikrometer- bis in den Subnanometerbereich handeln kann, lassen sich außerdem keine exakten stöchiometrischen Angaben zum Rutheniumoxid machen.It has been found that in the design of the reflective optical element, a top layer of ruthenium oxide is provided, on the one hand, an excessive additional oxidation of the top layer can be avoided and on the other hand, a sufficient maximum reflectivity can be ensured. It should be noted that the uppermost layer of ruthenium does not have to consist entirely of ruthenium oxide, but may contain portions of ruthenium or impurities. In addition, since layers of reflective optical elements for EUV lithography can typically be submicron to subnanometer layers, no exact stoichiometric information on ruthenium oxide can be made.

Vorzugsweise weist das reflektive optische Element unmittelbar unter der Lage aus Rutheniumoxid eine Lage aus Ruthenium oder aus Siliziumnitrid oder aus Silizium oder eine Kombination daraus auf. Alternativ kann sie auch aus Siliziumoxid, einem Nitrid, einem Karbid, aus Kohlenstoff, Molybdän oder einem Edelmetall oder einer Kombination daraus sein. Diese Lage kann dazu genutzt werden, die Reflektivität des reflektiven optischen Elementes zu erhöhen. Insbesondere kann durch Wahl der Dicke dieser zusätzlichen Lage die Phase des sich bildenden stehenden Wellenfeldes der EUV-Strahlung sowohl am Übergang vom Vakuum in die Rutheniumoxidlage als auch an der Lagengrenze zwischen Rutheniumoxidlage und darunter liegender Lage derart angepasst werden, dass die Reflektivität maximiert wird. Es ist auch möglich, mehrere dieser Lagen miteinander zu kombinieren und zwei oder mehr solcher Lagen unmittelbar unter der Lage aus Ruthenoumoxid vorzusehen.Preferably, the reflective optical element immediately below the layer of ruthenium oxide has a layer of ruthenium or of silicon nitride or of silicon or a combination thereof. Alternatively, it may also be of silicon oxide, a nitride, a carbide, carbon, molybdenum or a noble metal or a combination thereof. This position can be used to increase the reflectivity of the reflective optical element. In particular, by selecting the thickness of this additional layer, the phase of the forming standing wave field of the EUV radiation can be adjusted both at the transition from the vacuum to the ruthenium oxide layer and at the position boundary between the ruthenium oxide layer and the underlying layer such that the reflectivity is maximized. It is also possible to combine several of these layers together and to provide two or more such layers immediately below the layer of ruthenium oxide.

Vorteilhafterweise weist die Rutheniumoxidlage eine Dicke von maximal 3,5 nm auf. Bei Dicken über 3,5 nm wird es sehr aufwendig, über ein gezieltes Design des reflektierten optischen Elementes eine hinreichende Reflektivität zu gewährleisten. Advantageously, the ruthenium oxide layer has a maximum thickness of 3.5 nm. At thicknesses above 3.5 nm, it is very expensive to ensure a sufficient reflectivity via a targeted design of the reflected optical element.

In bevorzugten Ausführungsformen ist unter der Rutheniumoxidlage ein Viellagensystem aus alternierenden Silizium- und Molybdänlagen angeordnet. Insbesondere für den EUV-Wellenlängenbereich weisen reflektive optische Elemente überwiegend Viellagensysteme auf, um eine Reflexion der einfallenden Strahlung zu gewährleisten. Bei dem Viellagensystem handelt es sich um alternierend aufgebrachte Lagen eines Materials mit höherem Realteil des Brechungsindex im Wellenlängenbereich der eintreffenden Strahlung (auch Spacer genannt) und eines Materials mit niedrigerem Realteil des Brechungsindex im einfallenden Wellenlängenbereich (auch Absorber genannt), wobei ein Absorber-Spacer-Paar einen Stapel bildet. Durch die Wiederholung der Stapel wird in gewisser Weise ein Kristall simuliert, dessen Netzebenen den Absorberlagen entsprechen, an denen Bragg-Reflexion stattfindet. Die Dicken der einzelnen Lagen wie auch der sich wiederholenden Stapel können für das gesamte Viellagensystem konstant sein oder auch variieren, je nach dem, welches Reflexionsprofil erreicht werden soll. Im Wellenlängenbereich zwischen 12 nm und 15 nm lassen sich besonders hohe Reflektivität mit Viellagensystemen auf der Basis von Molybdän als Absorbermaterial und Silizium als Spacermaterial erhalten.In preferred embodiments, a multilayer system of alternating silicon and molybdenum layers is arranged below the ruthenium oxide layer. In particular, for the EUV wavelength range, reflective optical elements predominantly have multilayer systems in order to ensure reflection of the incident radiation. The multilayer system is an alternatingly applied layer of a material with a higher real part of the refractive index in the wavelength range of the incoming radiation (also called spacer) and a material with a lower real part of the refractive index in the incident wavelength range (also called absorber), wherein an absorber spacer Couple forms a pile. The repetition of the stacks simulates in some way a crystal whose lattice planes correspond to the absorber layers at which Bragg reflection takes place. The thicknesses of the individual layers as well as the repeating stack can be constant for the entire multi-layer system or even vary, depending on which reflection profile is to be achieved. In the wavelength range between 12 nm and 15 nm, particularly high reflectivity can be obtained with multilayer systems based on molybdenum as absorber material and silicon as spacer material.

Als vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn unter der Rutheniumoxidlage eine Ruthenium-, eine Siliziumnitrid- und eine Siliziumlage oder eine Siliziumnitrid- und eine Siliziumlage angeordnet sind und darunter ein Viellagensystem aus alternierenden Silizium- und Molybdän-Lagen. Durch Anpassung der Dicken der Siliziumnitrid- und Siliziumlage bzw. gegebenenfalls auch der Rutheniumlage unter Berücksichtigung des jeweiligen Viellagensystems aus alternierendem Silizium- und Molybdän-Lagen lassen sich reflektive optische Elemente zur Verfügung stellen, die im Bereich der jeweiligen einfallenden Wellenlänge, insbesondere im Bereich zwischen 12 und 15 nm Reflektivitäten von deutlich über 65% erreichen lassen. Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, wenn die zwischen Rutheniumoxidlage und Viellagensystem angeordnete Siliziumlage eine Dicke im Bereich von 2,2 nm bis 3,6 nm und die Siliziumnitridlage eine Dicke im Bereich von 1,2 nm bis 2,2 nm aufweist, wobei die Gesamtdicke aus Siliziumlage und Siliziumnitridlage maximal 5,5 nm beträgt, um eine hohe Reflektivität bei langer Lebensdauer des reflektiven optischen Elements zu erreichen.It has proven advantageous if a ruthenium, a silicon nitride and a silicon layer or a silicon nitride layer and a silicon layer are arranged below the ruthenium oxide layer, and below this a multilayer system consisting of alternating silicon and molybdenum layers. By adapting the thicknesses of the silicon nitride and silicon layer or optionally also the ruthenium layer, taking into account the respective multilayer system of alternating silicon and molybdenum layers, it is possible to provide reflective optical elements which are in the range of the respective incident wavelength, in particular in the range between 12 and 15 nm reflectivities of well over 65% can be achieved. It has proven to be particularly advantageous if the silicon layer arranged between the ruthenium oxide layer and the multilayer system has a thickness in the range from 2.2 nm to 3.6 nm and the silicon nitride layer has a thickness in the range from 1.2 nm to 2.2 nm, wherein the total thickness of silicon layer and silicon nitride layer is a maximum of 5.5 nm in order to achieve a high reflectivity with long life of the reflective optical element.

Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines reflektiven optischen Elementes für den EUV-Wellenlängenbereich mit einer reflektiven Fläche durch Aufbringen einer obersten Lage aus Ruthenium auf der reflektiven Fläche und Beaufschlagen der reflektiven Fläche mit einem Sauerrstoffplasma oder auch Aussetzen der reflektiven Fläche ultravioletter Strahlung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre. Das Aufbringen der obersten Lage aus Ruthenium kann durch bisher übliche Beschichtungsverfahren geschehen. Das Beaufschlagen der reflektiven Fläche mit einem Sauerstoffplasma kann entweder nach der Beschichtung mit Ruthenium oder auch schon währenddessen geschehen. Führt man die Oxidation der Rutheniumlage durch Aussetzen der reflektiven Fläche ultravioletter Strahlung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre durch, wird besonders bevorzugt eine ozonhaltige Atmosphäre eingesetzt, um den Oxidationsvorgang zu beschleunigen.Furthermore, the object is achieved by a method for producing a reflective optical element for the EUV wavelength range with a reflective surface by applying an uppermost layer of ruthenium on the reflective surface and applying the Sauerstoffrasma plasma or even exposing the reflective surface of ultraviolet radiation in an oxygen-containing atmosphere. The application of the top layer of ruthenium can be done by hitherto conventional coating methods. The exposure of the reflective surface to an oxygen plasma can be done either after the coating with ruthenium or even during it. If the oxidation of the ruthenium layer is carried out by exposing the reflective surface to ultraviolet radiation in an oxygen-containing atmosphere, an ozone-containing atmosphere is particularly preferably used in order to accelerate the oxidation process.

Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer EUV-Lithographievorrichtung mit einem reflektiven optischen Element mit einer reflektiven Fläche mit einer obersten Lage aus Ruthenium, in dem eine Restgasatmosphäre mit sauerstoffhaltigem Gas eingestellt wird und die reflektive Fläche mit einer Intensität von größer 0,1 mW/mm², bevorzugt größer 1,0 mW/mm², besonders bevorzugt 10 mW/mm² oder mehr bestrahlt wird. Auf diese Weise wird der letzte Schritt zur Herstellung der hier beschriebenen reflektiven optischen Elemente in situ in der EUV-Lithographievorrichtung durchgeführt, in der das reflektive optische Element dann auch eingesetzt werden wird.Furthermore, the object is achieved by a method for operating an EUV lithography device with a reflective optical element having a reflective surface with a topmost layer of ruthenium, in which a residual gas atmosphere is adjusted with oxygen-containing gas and the reflective surface with an intensity greater than 0, 1 mW / mm ² , preferably greater than 1.0 mW / mm ² , particularly preferably 10 mW / mm ² or more is irradiated. In this way, the final step in the fabrication of the reflective optical elements described herein is performed in situ in the EUV lithography apparatus in which the reflective optical element will then also be used.

Vorzugsweise wird für die Oxidation der Rutheniumlage eine Restgasatmosphäre mit einem Partialdruck von 10^–7 mbar oder höher für Wasser eingestellt. Das Wasser wird von der EUV-Strahlung aufgespalten, so dass sich u. a. Sauerstoffradikale bilden, die bei hinreichender Strahlungsintensität eine so hohe Energie aufweisen, dass sie das Ruthenium zu Rutheniumoxid oxidieren können. Alternativ kann ein Partialdruck von 10^–9 mbar oder höher für Sauerstoff eingestellt werden.Preferably, a residual gas atmosphere with a partial pressure of 10 ^-7 mbar or higher for water is set for the oxidation of the ruthenium layer. The water is split by the EUV radiation, so that, among other things oxygen radicals form, which have sufficient radiation intensity so high energy that they can oxidize the ruthenium to ruthenium oxide. Alternatively, a partial pressure of 10 ^-9 mbar or higher for oxygen can be set.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, der Restgasatmosphäre gegebenenfalls Wasserstoff zuzugeben. Falls während des Betriebes der EUV-Lithographievorrichtung Überprüfungen ergeben, dass sich ein höherer als erwarteter Reflektivitätsverlust aufgrund von Oxidation der obersten Lage einstellt, kann dies durch die Zugabe von Wasserstoff verlangsamt oder auch gestoppt werden. Unter Umständen ist der Vorgang sogar zumindest zum Teil reversibel. Je nach Wahl der Wasserstoffpartialdrucks verglichen mit der Zusammensetzung der Restgasatmosphäre lässt sich auch ein Gleichgewicht zwischen Oxidation und Reduktion einstellen, so dass der Zustand der obersten Lage und damit der Reflektivität des reflektiven optischen Elementes im Wesentlichen konstant bleibt.It has proven to be advantageous to optionally add hydrogen to the residual gas atmosphere. If during operation of the EUV lithography device checks reveal that a higher than expected reflectivity loss due to oxidation of the uppermost layer is established, this can be slowed or stopped by the addition of hydrogen. Under certain circumstances, the process is even at least partially reversible. Depending on the choice of hydrogen partial pressure compared with the composition of the residual gas atmosphere, it is also possible to set a balance between oxidation and reduction, so that the state of the uppermost layer and thus the reflectivity of the reflective optical element remains substantially constant.

Außerdem wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betrieb einer Lithographievorrichtung für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit einem reflektiven optischen Element mit einer reflektiven Fläche mit einer obersten Lagen aus Rutheniumoxid gelöst, indem eine Restgasatmosphäre eingestellt wird, die Sauerstoff, Wasser und Wasserstoff aufweist.In addition, the object is achieved by a method of operating an ultraviolet wavelength lithography apparatus having a reflective optical element having a reflective surface with a topmost layer of ruthenium oxide by adjusting a residual gas atmosphere comprising oxygen, water and hydrogen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.Advantageous embodiments can be found in the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dazu zeigenThe present invention will be explained in more detail with reference to a preferred embodiment. Show this

1 schematisch eine Ausführungsform einer EUV-Lithographievorrichtung; 1 schematically an embodiment of an EUV lithography device;

2a–g schematisch den Aufbau mehrerer Varianten eines reflektiven optischen Elements; 2a -G schematically the structure of several variants of a reflective optical element;

3 die Reflektivität verschiedener reflektiver optischer Elemente in Abhängigkeit von der Lagendicke; 3 the reflectivity of various reflective optical elements as a function of the layer thickness;

4 die Reflektivität verschiedener reflektiver optischer Elemente in Abhängigkeit von der Wellenlänge; 4 the reflectivity of different reflective optical elements as a function of the wavelength;

5 ein Flussdiagramm zu einem Beispiel eines Herstellungsverfahrens; 5 a flowchart for an example of a manufacturing process;

6 ein Flussdiagramm zu einem Beispiels eines Verfahren zum Betrieb einer EUV-Lithographievorrichtung; und 6 a flowchart for an example of a method for operating an EUV lithography device; and

7 Messergebnisse zur Abhängigkeit der Oxidation einer obersten Rutheniumlage in Abhängigkeit der eingestrahlten Intensität bei einem Wasserpartialdruck von 10^–7 mbar. 7 Measurement results on the dependence of the oxidation of an uppermost ruthenium layer as a function of the irradiated intensity at a water ^partial pressure of 10 ^-7 mbar.

In 1 ist schematisch ein Beispiel einer EUV-Lithographievorrichtung 100 dargestellt. Wesentliche Komponenten sind das Strahlformungssystem 110, das Beleuchtungssystem 120, die Photomaske 130 und das Projektionssystem 140. In weiteren Varianten kann das Strahlformungssystem 110 ganz oder teilweise in das Beleuchtungssystem 120 integriert sein.In 1 is a schematic example of an EUV lithography device 100 shown. Essential components are the beam-forming system 110 , the lighting system 120 , the photomask 130 and the projection system 140 , In other variants, the beam-forming system 110 wholly or partly in the lighting system 120 be integrated.

Als Strahlungsquelle 111 für den Wellenlängenbereich von 5 nm bis 20 nm kann beispielsweise eine Plasmaquelle oder auch ein Synchrotron dienen. Die austretende Strahlung wird zunächst in einem Kollektorspiegel 112 gebündelt. Außerdem wird mit Hilfe eines Monochromators 113 durch Variation des Einfallswinkels die gewünschte Betriebswellenlänge herausgefiltert. Im genannten Wellenlängenbereich sind der Kollektorspiegel 112 und der Monochromator 113 üblicherweise als reflektive optische Elemente ausgebildet, die, um eine Reflexion der Strahlung der Arbeitswellenlänge zu erreichen, ein Viellagensystem aus mindestens zwei alternierenden Materialien mit unterschiedlichem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge aufweisen. Kollektorspiegel sind häufig schalenförmig ausgebildete reflektive optische Elemente, um einen fokussierenden bzw. kollimierenden Effekt zu erreichen. Sowohl der Kollektorspiegel 112 als auch der Monochromator 113 können dabei als reflektive optische Elemente mit oberster Lage aus Rutheniumoxid ausgestaltet sein, wie sie später im Detail erläutert werden.As a radiation source 111 For example, a plasma source or a synchrotron can serve for the wavelength range from 5 nm to 20 nm. The emerging radiation is first in a collector mirror 112 bundled. Also, with the help of a monochromator 113 filtered out by varying the angle of incidence, the desired operating wavelength. In the aforementioned wavelength range are the collector mirror 112 and the monochromator 113 Usually formed as reflective optical elements, which, in order to achieve a reflection of the radiation of the operating wavelength, a multilayer system of at least two alternating materials with different real part of the refractive index at the operating wavelength. Collector mirrors are often cup-shaped reflective optical elements to achieve a focusing or collimating effect. Both the collector mirror 112 as well as the monochromator 113 can be designed as reflective optical elements with uppermost layer of ruthenium oxide, as will be explained in detail later.

Der im Strahlformungssystem 110 in Hinblick auf Wellenlänge und räumliche Verteilung aufbereitete Betriebsstrahl wird in das Beleuchtungssystem 120 eingeführt. Im in 1 dargestellten Beispiel weist das Beleuchtungssystem 120 zwei Spiegel 121, 122 auf, die im vorliegenden Beispiel als Viellagenspiegel ausgestaltet sind. Die Spiegel 121, 122 leiten den Strahl auf die Photomaske 130, die die Struktur aufweist, die auf den Wafer 150 abgebildet werden soll. Bei der Photomaske 130 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 140 wird der von der Photomaske 130 reflektierte Strahl auf den Wafer 150 projiziert und dadurch die Struktur der Photomaske auf ihn abgebildet. Das Projektionssystem 140 weist im dargestellten Beispiel zwei Spiegel 141, 142 auf, die im vorliegenden Beispiel ebenfalls als Viellagenspiegel ausgestaltet sind. Es sei darauf hingewiesen, dass sowohl das Projektionssystem 140 als auch das Beleuchtungssystem 120 ebenso jeweils nur einen oder auch drei, vier, fünf und mehr Spiegel aufweisen können.The in the beam-forming system 110 In terms of wavelength and spatial distribution processed operating beam is in the lighting system 120 introduced. Im in 1 illustrated example, the lighting system 120 two mirrors 121 . 122 on, which are configured in the present example as a multi-level mirror. The mirror 121 . 122 direct the beam onto the photomask 130 that has the structure on the wafer 150 should be displayed. At the photomask 130 It is also a reflective optical element for the EUV and soft wavelengths, which is changed according to the manufacturing process. With the help of the projection system 140 becomes that of the photomask 130 reflected beam on the wafer 150 projected and thereby imaged the structure of the photomask on him. The projection system 140 In the example shown, there are two mirrors 141 . 142 on, which are also configured in the present example as a multi-level mirror. It should be noted that both the projection system 140 as well as the lighting system 120 also each may have only one or even three, four, five or more mirrors.

Im in 1 dargestellten Beispiel sind alle Spiegel 121, 122, 141, 142 als reflektive optische Elemente mit oberster Lage aus Rutheniumoxid ausgestaltet, wie sie später im Detail erläutert werden. Ebenso ist möglich, nur einzelne Spiegel als reflektives optisches Element mit einer obersten Lage aus Rutheniumoxid vorzusehen. Optional kann es sich auch bei der Photomaske 130 um ein derartiges reflektives optisches Element handeln.Im in 1 example shown are all mirrors 121 . 122 . 141 . 142 designed as reflective optical elements with uppermost layer of ruthenium oxide, as will be explained in detail later. It is also possible to provide only individual mirrors as a reflective optical element with a top layer of ruthenium oxide. Optionally, it can also be the photomask 130 to act such a reflective optical element.

2a–g zeigen beispielhaft ein reflektives optisches Element 1 für den extremen ultravioletten Wellenlängenbereich, insbesondere zur Verwendung in EUV-Lithographievorrichtungen, z. B. als Spiegel des Projektions- oder Beleuchtungssystems bzw. Strahlformungssystems oder auch als Photomaske, bei dem die Reflektivität der reflektiven Flächen des reflektiven optischen Elements 1 überwiegend durch ein Viellagensystem 2 gewährleistet wird. 2a zeigt schematisch die übergeordnete Struktur des Viellagensystems 2 des reflektiven optischen Elements 1. Das Viellagensystem 2 ist im vorliegenden Beispiel durch sukzessives Beschichten eines Substrats 3 mit unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen komplexen Brechungsindizes hergestellt worden. Außerdem wurde auf das Viellagensystem 2 zusätzlich eine Schutzschicht 4 zum Schutz vor äußeren Einflüssen wie Kontamination aufgebracht, die aus mehreren unterschiedlichen Materiallagen aufgebaut sein kann. 2a -G show by way of example a reflective optical element 1 for the extreme ultraviolet wavelength range, in particular for use in EUV lithography devices, e.g. As a mirror of the projection or illumination system or beam shaping system or as a photomask, in which the reflectivity of the reflective surfaces of the reflective optical element 1 mainly by a multi-day system 2 is guaranteed. 2a schematically shows the parent structure of the multi-layer system 2 of the reflective optical element 1 , The multi-day system 2 is in the present example by successively coating a substrate 3 made with different materials with different complex refractive indices. In addition, on the multi-day system 2 in addition a protective layer 4 applied for protection against external influences such as contamination, which may be composed of several different layers of material.

In einer einfachsten Variante kann die Schutzschicht 4 aus einer Lage aus Rutheniumoxid bestehen. In weiteren Varianten, wie sie in den 2b bis 2f dargestellt sind, kann die Schutzschicht 4 aus einer Mehrzahl von Lagen aufgebaut sein. So kann beispielsweise unter einer obersten Lage 40 aus Rutheniumoxid noch eine Rutheniumlage 42 (siehe 2b), eine Siliziumnitridlage 43 (siehe 2c) oder eine Siliziumlage 44 (siehe 2d) angeordnet sein. Alternativ können unter der obersten Lage 40 aus Rutheniumoxid auch Lagen aus Siliziumoxid, aus einem Nitrid, aus einem Karbid, aus Kohlenstoff, Molybdän oder einem Edelmetall oder einer Kombination daraus angeordnet sein.In a simplest variant, the protective layer can 4 consist of a layer of ruthenium oxide. In other variants, as in the 2 B to 2f can be shown, the protective layer 4 be constructed of a plurality of layers. For example, under a top layer 40 ruthenium oxide still a ruthenium layer 42 (please refer 2 B ), a silicon nitride layer 43 (please refer 2c ) or a silicon layer 44 (please refer 2d ) can be arranged. Alternatively, below the topmost location 40 layers of silicon oxide, of a nitride, of a carbide, of carbon, molybdenum or a noble metal or a combination thereof can also be arranged from ruthenium oxide.

Insbesondere die Varianten gemäß 2c und 2d sind besonders bevorzugt, falls das unter der Schutzschicht 4 angeordnete Viellagensystem 2 auf alternierenden Lagen aus Molybdän-Silizium basiert. Die zusätzlichen Lagen 42, 43 oder 44 können in ihrer Dicke dahingehend variiert werden, dass der auf die Reflektivität negative Einfluss der Rutheniumoxidschicht 40 möglichst kompensiert wird. Im Hinblick auf einen besonders effizienten Schutz des Viellagensystems 2 sind insbesondere die Varianten gemäß 2b und gemäß 2c bevorzugt. Sowohl Ruthenium als auch Siliziumnitrid haben sich als vergleichsweise inert gegen Wechselwirkungen mit EUV-Strahlung, Sekundärelektronen oder den üblichen in der Restgasatmosphäre vorhandenen kontaminierenden Substanzen und reaktiven Fragmenten erwiesen.In particular, the variants according to 2c and 2d are particularly preferred, if that under the protective layer 4 arranged multi-day system 2 based on alternating layers of molybdenum-silicon. The additional layers 42 . 43 or 44 can be varied in their thickness to that effect on the reflectivity negative influence of the ruthenium oxide layer 40 is compensated as possible. With regard to a particularly efficient protection of the multi-material system 2 In particular, the variants are according to 2 B and according to 2c prefers. Both ruthenium and silicon nitride have proven to be relatively inert to interactions with EUV radiation, secondary electrons, or the usual contaminants and reactive fragments present in the residual gas atmosphere.

Komplexere Varianten der Schutzschicht 4 sind in 2e und 2f dargestellt. In der Variante gemäß 2e sind unter der ersten Lage 40 aus Rutheniumoxid eine Siliziumnitridlage 43 und darunter eine Siliziumlage 44 angeordnet. In der Variante gemäß 2f ist zusätzlich zwischen der obersten Lage 40 aus Rutheniumoxid und der Siliziumnitridlage 43 eine Rutheniumlage 42 angeordnet. Denkbar sind auch noch komplexere Strukturen der Schutzschicht 4. Das Vorhandensein einer Mehrzahl von Lagen erlaubt einen größeren Spielraum bei der Optimierung der gesamten reflektiven Fläche, die aus dem Viellagensystem 2 gemeinsam mit der Schutzschicht 4 gebildet wird. Indem unterschiedliche Lagen mit unterschiedlichen komplexen Brechungsindizes zur Verfügung stehen, lässt sich die Phase der auftreffenden Wellen besser an das unter der Schutzschicht 4 liegende Viellagensystem 2 anpassen, so dass insgesamt eine bessere Reflektivität bei der gewünschten Wellenlänge erreicht wird. Außerdem lassen sich die chemischen Eigenschaften der einzelnen Lagenmaterialien zu einer verbesserten Schutzwirkung der Schutzschicht 4 kombinieren.More complex variants of the protective layer 4 are in 2e and 2f shown. In the variant according to 2e are under the first location 40 made of ruthenium oxide a silicon nitride layer 43 and below that a silicon layer 44 arranged. In the variant according to 2f is in addition between the topmost location 40 from ruthenium oxide and the silicon nitride layer 43 a ruthenium layer 42 arranged. Also conceivable are even more complex structures of the protective layer 4 , The presence of a plurality of layers allows for greater latitude in optimizing the entire reflective surface resulting from the multilayer system 2 together with the protective layer 4 is formed. By providing different layers with different complex indices of refraction, the phase of the incident waves is better adhered to that under the protective layer 4 lying multi-day system 2 adjust so that overall better reflectivity at the desired wavelength is achieved. In addition, the chemical properties of the individual layer materials can be improved protection of the protective layer 4 combine.

Das Viellagensystem 2 besteht im Wesentlichen aus sich vielfach wiederholenden Stapeln 20, deren Struktur beispielsweise schematisch in 2g dargestellt ist. Die wesentlichen Lagen eines Stapel 20, die insbesondere durch die vielfache Wiederholung der Stapel 20 zu hinreichend hoher Reflexion bei einer Arbeitswellenlänge, bei der der Lithographieprozess durchgeführt wird, führen, sind die so genannten Spacerlagen 22 aus Material mit einem höheren Realteil des Brechungsindex und die so genannten Absorberlagen 21 aus einem Material mit einem niedrigeren Realteil des Brechungsindex. Dadurch wird gewissermaßen ein Kristall simuliert, wobei die Absorberlagen 21 den Netzebenen innerhalb des Kristalls entsprechen, die einen durch die jeweiligen Spacerlagen 22 definierten Abstand zueinander haben und an denen Reflexion von einfallender EUV-Strahlung stattfindet.The multi-day system 2 consists essentially of repetitive stacking 20 whose structure, for example, schematically in 2g is shown. The essential layers of a pile 20 , in particular through the multiple repetition of the pile 20 lead to sufficiently high reflection at a working wavelength at which the lithographic process is performed, are the so-called Spacerlagen 22 made of material with a higher real part of the refractive index and the so-called absorber layers 21 made of a material with a lower real part of the refractive index. As a result, a crystal is simulated, the absorber layers 21 correspond to the lattice planes within the crystal, the one through the respective Spacerlagen 22 have defined distance to each other and where reflection of incidental EUV radiation takes place.

Die Dicken der Lagen 21, 22 werden derart gewählt, dass bei einer bestimmten Arbeitswellenlänge die an jeder Absorberlage 21 reflektierte Strahlung sich konstruktiv überlagert, um somit eine hohe Reflektivität des reflektiven optischen Elements zu erreichen. Zwischen den Absorber- und Spacerlagen 21, 22 können Zwischenlagen 23, 24 vorgesehen sein, um insbesondere die Interdiffusion an den Lagengrenzflächen zu verringern.The thicknesses of the layers 21 . 22 are chosen such that at a certain operating wavelength at each absorber layer 21 reflected radiation superimposed constructively so as to achieve a high reflectivity of the reflective optical element. Between the absorber and spacer layers 21 . 22 can be liners 23 . 24 be provided in particular to reduce the interdiffusion at the ply interfaces.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Dicken der einzelnen Lagen 21, 22, 23, 24 wie auch der sich wiederholenden Stapel 20 über das gesamte Viellagensystem konstant sein oder auch variieren können, je nach dem, welches Reflexionsprofil erreicht werden soll. Insbesondere können Viellagensysteme für bestimmte Wellenlängen optimiert werden, bei denen die maximale Reflektivität und/oder die reflektierte Bandbreite größer als bei anderen Wellenlängen ist.It should be noted that the thicknesses of the individual layers 21 . 22 . 23 . 24 as well as the repeating stack 20 be constant over the entire multi-layer system or even vary, depending on which reflection profile is to be achieved. In particular, multi-layer systems for certain wavelengths can be optimized in which the maximum reflectivity and / or the reflected bandwidth is greater than at other wavelengths.

Beispielsweise arbeitet man in der EUV-Lithographie gerne bei Wellenlängen zwischen 12 nm und 15 nm. In diesem Wellenlängenbereich lassen sich besonders hohe Reflektivitäten mit Viellagensystemen auf der Basis von Molybdän als Absorbermaterial und Silizium als Spacermaterial erhalten. Zum Beispiel sind bei einer Wellenlänge von 13,5 nm theoretische Reflektivitäten im Bereich von über 75% möglich. Dabei verwendet man oft 50 bis 60 Stapel einer Dicke von ca. 7 nm und einem Verhältnis von Absorberlagendicke zu Stapeldicke von um die 0,4.For example, one works in EUV lithography at wavelengths between 12 nm and 15 nm. In this wavelength range, particularly high reflectivities can be obtained with multilayer systems based on molybdenum as the absorber material and silicon as the spacer material. For example, at a wavelength of 13.5 nm theoretical reflectivities in the range of over 75% are possible. You often use 50 to 60 stacks a thickness of about 7 nm and a ratio of absorber layer thickness to stack thickness of about 0.4.

Insbesondere für die Verwendung bei Wellenlängen im Bereich von 12 bis 15 nm hat es sich herausgestellt, dass die Rutheniumoxidlagen 40 eine Dicke von maximal 3,5 nm aufweisen sollte. Bis zu dieser Dicke ist der negative Einfluss der Rutheniumoxidschicht auf die Reflektivität des reflektiven optischen Elementes so gering, dass er sich leicht durch zusätzliche Lagen kompensieren lässt. Außerdem wird schon bei geringen Lagendicken von 1 nm und darunter ein ausreichender Schutz gegen zunehmende Oxydation der Schutzschicht 4 während des Betriebes der EUV-Lithographievorrichtung erreicht. Bei der Wahl der Dicke einer unter der Rutheniumoxidlage 40 liegenden Rutheniumlage 41 wird vorzugsweise berücksichtigt, ob die Rutheniumoxidlagen 40 ex situ im Anschluss an das Beschichten der darunter liegenden Lagen aufgebracht wird oder in situ in der EUV-Lithographievorrichtung. Insbesondere wenn die Rutheniumoxidlage 40 nachträglich aufgebracht werden soll, sollte die Rutheniumlage 42 etwas dicker vorgehalten werden, als beim resultierenden reflektiven optischen Element vorgesehen, da bei der Bildung der Rutheniumoxidlage Ruthenium der Rutheniumlage 42 umgesetzt wird.In particular, for use at wavelengths in the range of 12 to 15 nm, it has been found that the Rutheniumoxidlagen 40 should have a maximum thickness of 3.5 nm. Up to this thickness, the negative influence of the ruthenium oxide layer on the reflectivity of the reflective optical element is so small that it can be easily compensated by additional layers. In addition, even at low layer thicknesses of 1 nm and below sufficient protection against increasing oxidation of the protective layer 4 achieved during operation of the EUV lithography device. When choosing the thickness of one under the Rutheniumoxidlage 40 lying Rutheniumlage 41 is preferably taken into account whether the Rutheniumoxidlagen 40 applied ex situ following coating of the underlying layers or in situ in the EUV lithography apparatus. In particular, when the Rutheniumoxidlage 40 should be applied later, should the ruthenium 42 be held somewhat thicker than provided in the resulting reflective optical element, since in the formation of the ruthenium oxide ruthenium ruthenium layer 42 is implemented.

Bei der Wahl der Dicken der Siliziumnitridlage 43 und der Siliziumlage 44 ist der Spielraum größer und die Dickenwahl primär von der gewünschten Reflektivität abhängig. In 3 ist als Höhenliniengraph angegeben, welche Dicken für die Siliziumnitridlage als auch für die Siliziumlage zu welchen Reflektivitäten führen. Dabei sind im in 3 dargestellten Beispiel diese beiden Lagen auf einem Viellagensystem aus alternierenden Silizium- und Molybdän-Lagen angeordnet, das für eine Wellenlänge von 13,5 nm bei quasi normalem Einfall optimiert wurde. Die Darstellung in 3 gilt für einen Einfallswinkel von 5° gegenüber der Oberflächennormalen. Über den beiden Lagen aus Siliziumnitrid und Silizium ist außerdem eine Rutheniumoxidlage einer Dicke von 2,8 nm angeordnet. In 3 sind an den Höhenlinien die Reflektivitäten angegeben, denen sie jeweils entsprechen. Um beispielsweise eine Reflektivität von 71% zu erhalten, kann gemäß den Daten, die in 3 dargestellt sind, beispielsweise eine Dicke der Siliziumnitridlage zwischen 1,4 und 1,6 nm gewählt werden und eine Dicke der Siliziumlage von etwa 3 nm.When choosing the thicknesses of the silicon nitride layer 43 and the silicon layer 44 the scope is greater and the choice of thickness depends primarily on the desired reflectivity. In 3 is given as a contour line graph, which thicknesses for the silicon nitride layer as well as for the silicon layer lead to which reflectivities. Here are in in 3 illustrated example, these two layers arranged on a multi-layer system of alternating silicon and molybdenum layers, which was optimized for a wavelength of 13.5 nm with quasi-normal incidence. The representation in 3 applies to an angle of incidence of 5 ° with respect to the surface normal. Above the two layers of silicon nitride and silicon, a ruthenium oxide layer of a thickness of 2.8 nm is also arranged. In 3 the reflectivities are given at the contour lines to which they respectively correspond. For example, to obtain a reflectivity of 71%, according to the data shown in FIG 3 are shown, for example, a thickness of the silicon nitride layer between 1.4 and 1.6 nm are selected and a thickness of the silicon layer of about 3 nm.

In 4 ist die Reflektivität in Abhängigkeit von der Wellenlänge für ein herkömmliches reflektives optisches Element (Vergleichsbeispiel) und für ein reflektives optisches Element wie hier vorgeschlagen dargestellt. Beide reflektive optische Elemente weisen eine reflektive Fläche auf, die im Wesentlichen in ihrer Funktion von einem Viellagensystem auf der Grundlage von alternierenden Molybdän- und Siliziumlagen bestimmt wird. Das Viellagensystem weist 50 Stapel einer Dicke von 6,9 nm auf, wobei die Siliziumlage im Stapel eine Dicke von 3,7 nm und die Molybdänlage eine Dicke von 1,7 nm aufweist und sich an den Grenzflächen zwischen den Molybdän- und Siliziumlagen jeweils Mischlagen aus Molybdänsilizid einer Dicke von ca. 0,7 bis 0,8 nm ausgebildet haben.In 4 is the reflectance versus wavelength for a conventional reflective optical element (comparative example) and for a reflective optical element as proposed herein. Both reflective optical elements have a reflective surface, which is essentially determined in its function by a multi-layer system based on alternating molybdenum and silicon layers. The multilayer system has 50 stacks with a thickness of 6.9 nm, with the silicon layer in the stack having a thickness of 3.7 nm and the molybdenum layer having a thickness of 1.7 nm and being mixed layers at the interfaces between the molybdenum and silicon layers formed from molybdenum silicide of a thickness of about 0.7 to 0.8 nm.

Bei dem herkömmlichen reflektiven optischen Element ist auf diesem Viellagensystem eine 1,6 nm dicke Rutheniumlage zum Schutz eines darunter liegenden Viellagensystems angeordnet. Zur Anpassung der Phase der einfallenden Strahlung und damit zur Optimierung der Reflektivität um 13,5 nm sind zwischen der Rutheniumlage und dem Viellagensystem eine Siliziumnitridlage von 1,5 nm und eine Siliziumlage von 2,9 nm angeordnet. Die Reflektivität in Abhängigkeit von der Wellenlänge ist in 4 über die dünne durchgezogene Linie dargestellt. Langzeitversuche unter EUV-Bestrahlung in sauerstoffhaltiger Restgasatmosphäre bzw. Versuche mit Strahlungsquellen, die hohe Strahlungsintensitäten im EUV-Bereich aufweisen zeigen, dass über die Lebensdauer des reflektiven optischen Elementes, das hier als Vergleichsbeispiel gewählt wurde, die Rutheniumlage vollständig zu Rutheniumoxid umgesetzt wird, die eine Lage einer Dicke von 3,3 nm bildet. Dies führt nicht nur zu einer Verschiebung der optimalen Wellenlänge von 13,5 nm zu etwa 13,65 nm, wie in 4 durch die gestrichelte dünne Linie dargestellt ist, sondern auch zu einer deutlichen Abnahme der Reflektivität von über 72% auf unter 67%.In the conventional reflective optical element, a 1.6 nm thick ruthenium layer for protecting an underlying multi-layer system is disposed on this multilayer system. In order to adapt the phase of the incident radiation and thus to optimize the reflectivity by 13.5 nm, a silicon nitride layer of 1.5 nm and a silicon layer of 2.9 nm are arranged between the ruthenium layer and the multilayer system. The reflectivity as a function of the wavelength is in 4 represented by the thin solid line. Long-term tests under EUV irradiation in oxygen-containing residual gas atmosphere or experiments with radiation sources that have high radiation intensities in the EUV range show that over the life of the reflective optical element, which has been chosen as a comparative example, the ruthenium is completely converted to ruthenium, the one Layer of thickness of 3.3 nm forms. This not only results in a shift of the optimal wavelength from 13.5 nm to about 13.65 nm, as in 4 shown by the dashed thin line, but also to a significant decrease in reflectivity of over 72% to less than 67%.

Demgegenüber wurde bei dem reflektiven optischen Element der hier vorgeschlagenen Art bereits beim Auslegen des Schutzschichtsystems berücksichtigt, dass eine Rutheniumoxidlage zu Oberst vorhanden ist. So wurde über einer Siliziumlage von 1,7 nm und darüber einer Siliziumnitridlage von 1,5 nm eine Rutheniumlage von 1,2 nm vorgesehen, die zwar eine maximale Reflektivität von knapp 69% aufweist, die aber den großen Vorteil aufweist, dass auch bei vollständiger Umsetzung der Rutheniumlage zu einer Rutheniumoxidlage von dann 2,8 nm die maximale Reflektivität nicht merklich sinkt, sondern sich lediglich eine nur unwesentliche Verschiebung der optimalen Wellenlänge von 13,5 nm zu 13,53 nm ergibt. Es wird daher vorgeschlagen, direkt bei der Herstellung des reflektiven optischen Elementes eine Rutheniumoxidschicht als oberste Lage herzustellen oder sie in situ vor oder ganz zu Beginn der Inbetriebnahme der EUV-Lithographievorrichtung auszubilden, damit die Reflektivität über die gesamte Lebensdauer des reflektiven optischen Elements möglichst konstant bleibt.In contrast, in the reflective optical element of the type proposed here, it has already been taken into account when designing the protective layer system that a ruthenium oxide layer is present to Colonel. Thus, over a silicon layer of 1.7 nm and above a silicon nitride layer of 1.5 nm, a ruthenium layer of 1.2 nm was provided which, although having a maximum reflectivity of almost 69%, but has the great advantage that even at full Reacting the ruthenium layer to a Rutheniumoxidlage then 2.8 nm, the maximum reflectivity does not decrease significantly, but only an insignificant shift of the optimum wavelength of 13.5 nm to 13.53 nm results. It is therefore proposed to produce a ruthenium oxide layer as the uppermost layer directly in the production of the reflective optical element or to form it in situ before or at the very beginning of the commissioning of the EUV lithography device so that the reflectivity remains as constant as possible over the entire life of the reflective optical element ,

Eine Variante der Herstellung eines reflektiven optischen Elementes der hier vorgeschlagenen Art ist aus dem Flussdiagramm aus 5 ersichtlich. In einem ersten Schritt 501 wird auf bereits hergestellte reflektive Fläche eines reflektiven optischen Elementes, beispielsweise ein Viellagensystem mit gegebenenfalls zusätzlichen Übergangslagen eine oberste Lage aus Ruthenium aufgebracht. In einem zweiten Schritt 503 wird ein sauerstoffhaltiges Plasma bereitgestellt und damit die oberste Rutheniumlage beaufschlagt. Dadurch bildet sich in einem dritten Schritt 505 aus der Rutheniumlage eine zu oberst liegende Rutheniumoxidlage. Alternativ kann man an Stelle des sauerstoffhaltigen Plasmas das reflektive optische Element mit einer obersten Rutheniumlage auch in eine sauerstoffhaltige Atmosphäre, besonders bevorzugt in eine ozonhaltige Atmosphäre einbringen und dort die reflektive Fläche ultravioletter Strahlung aussetzen. Durch die Einwirkung der ultravioletten Strahlung wird der Sauerstoff bzw. das Ozon in Sauerstoffradikale aufgespalten, die eine hinreichende Energie aufweisen, um das Ruthenium in Rutheniumoxid umzusetzen. Insbesondere bei Verwendung des sauerstoffhaltigen Plasmas, können auch die Schritte 501, das Aufbringen von Ruthenium, und der Schritt 503, das Bereitstellen eines sauerstoffhaltigen Plasmas, kombiniert werden, so dass unmittelbar Rutheniumoxid als oberste Lage auf der reflektiven Fläche aufwachsen kann.A variant of the production of a reflective optical element of the type proposed here is shown in the flowchart 5 seen. In a first step 501 will be on already produced reflective surface of a reflective optical element, for example, a multi-layer system with optionally additional transitional layers applied a top layer of ruthenium. In a second step 503 an oxygen-containing plasma is provided and thus applied to the uppermost ruthenium layer. This forms in a third step 505 from the ruthenium layer an uppermost Rutheniumoxidlage. Alternatively, instead of the oxygen-containing plasma, the reflective optical element having a topmost ruthenium layer can also be introduced into an oxygen-containing atmosphere, more preferably into an ozone-containing atmosphere, and there expose the reflective surface to ultraviolet radiation. As a result of the action of the ultraviolet radiation, the oxygen or ozone is split into oxygen radicals which have sufficient energy to convert the ruthenium to ruthenium oxide. In particular, when using the oxygen-containing plasma, and the steps 501 , the application of ruthenium, and the step 503 , Providing an oxygen-containing plasma, are combined so that immediately ruthenium oxide can grow as the top layer on the reflective surface.

In dem Flussdiagramm gemäß 6 ist eine andere Variante der Herstellung eines hier vorgeschlagenen reflektiven optischen Elementes dargestellt, die in Verbindung mit einem Verfahren zum Betrieb einer EUV-Lithographievorrichtung mit einem derartigen reflektiven optischen Elementes steht. In einem ersten Schritt wird wie zuvor zunächst Ruthenium auf der reflektiven Fläche eines optischen Elementes aufgebracht (Schritt 601). Anschließend wird das mit Ruthenium als oberster Lage beschichtete reflektive optische Element in einem Schritt 603 in eine EUV-Lithographievorrichtung eingebaut. Im Inneren der EUV-Lithographievorrichtung wird in der Umgebung des reflektiven optischen Elementes in einem weiteren Schritt 605 ein Partialdruck von 10^–7 mbar oder höher für Wasser oder auch ein anderes sauerstoffhaltiges Gas in der Restgasatmosphäre eingestellt. Beispielsweise kann für Sauerstoff in der Restgasatmosphäre ein Partialdruck von 10^–9 mbar oder höher eingestellt werden. Außerdem wird die Strahlungsintensität der einfallenden EUV-Strahlung auf größer, 0,1 mW/mm², bevorzugt größer 1,0 mW/mm², in besonders geeigneten Fällen auf 10 mW/mm² oder höher eingestellt (Schritt 607). Dadurch bildet sich die gewünschte Rutheniumoxidlage zum Schutz des reflektiven optischen Elementes aus. Die Änderung des relativen Rutheniumoxidanteils für reflektive optische Elemente, die als oberste Lage eine Rutheniumlage aufweisen und wie beschreiben behandelt wurden, sind in 7 dargestellt. Die reflektiven optischen Elemente wurden 12 Stunden lang in einer Restgasatmosphäre mit einem Partialdruck für Wasser von ca. 2 × 10^–7 mbar mit unterschiedlichen Strahlungsleistungen im EUV-Bereich bestrahlt. Anschließend wurden sie mittels röntgeninduzierter Photoelektronenspektroskopie auf ihren Rutheniumoxidanteil analysiert. Während bei Strahlungsleistungen bis zu etwa 10 mW/m² der Rutheniumoxidanteil bei 20% oder weniger des gesamten Rutheniumanteils lag, stieg der Rutheniumoxidanteil bei Strahlungsleistungen von leicht über 10 mW/m² auf fast 35% an.In the flowchart according to 6 another embodiment of the production of a proposed here reflective optical element is shown, which is in connection with a method for operating an EUV lithography device having such a reflective optical element. In a first step, as before, ruthenium is first applied to the reflective surface of an optical element (step 601 ). Subsequently, the reflective optical element coated with ruthenium as the uppermost layer becomes one step 603 built into an EUV lithography device. In the interior of the EUV lithography device is in the vicinity of the reflective optical element in a further step 605 set a partial pressure of 10 ^-7 mbar or higher for water or other oxygen-containing gas in the residual gas atmosphere. For example, a partial pressure of 10 ^-9 mbar or higher can be set for oxygen in the residual gas atmosphere. In addition, the radiation intensity of the incident EUV radiation is set to greater than 0.1 mW / mm ² , preferably greater than 1.0 mW / mm ² , in particularly suitable cases to 10 mW / mm ² or higher (step 607 ). As a result, the desired Rutheniumoxidlage forms to protect the reflective optical element. The change in the relative content of ruthenium oxide for reflective optical elements having a ruthenium layer as the uppermost layer and being treated as described are shown in FIG 7 shown. The reflective optical elements were irradiated for 12 hours in a residual gas atmosphere with a partial pressure for water of about 2 × 10 ^-7 mbar with different radiant powers in the EUV range. Subsequently, they were analyzed for their ruthenium oxide content by X-ray-induced photoelectron spectroscopy. While at radiation powers of up to about 10 mW / m ^2, the ruthenium oxide content was 20% or less of the total ruthenium content, the ruthenium oxide content increased from slightly above 10 mW / m ² to almost 35% at radiation powers.

In dem in 6 dargestellten Beispiel kann während des Betriebes der EUV-Lithographievorrichtung beispielsweise über Schwankungen in der Reflektivität an einzelnen optischen Elementen der Zustand ihrer Oberflächen überwacht werden. Bei Anzeichen von zu starker oxidativer Wirkung lässt sich in einem weiteren Schritt 609 Wasserstoff in die Restgasatmosphäre einleiten, um der oxidativen Wirkung der Sauerstoffradikale entgegenzuwirken. Dies kann beispielsweise bei zu starker Strahlungsleistung und/oder zu hohem Sauerstoffanteil in der Restgasatmosphäre kontinuierlich der Fall sein oder bei plötzlich auftretenden zu hohen Partialdrücken für sauerstoffhaltige Gase aufgrund von z. B. Lecks im Vakuumsystem punktuell von Vorteil sein. Insbesondere lässt sich durch gezielte Wasserstoffzugabe ein Gleichgewichtszustand einstellen, bei dem die Wirkungen von sauerstoffhaltigem Gas und Wasserstoff in der Restgasatmosphäre die Waage halten und dadurch die Oxidation gestoppt wird.In the in 6 For example, during operation of the EUV lithography apparatus, the state of its surfaces can be monitored, for example via fluctuations in the reflectivity on individual optical elements. If there is evidence of excessive oxidative effect, then in a further step 609 Introduce hydrogen into the residual gas atmosphere to counteract the oxidative effect of the oxygen radicals. This can for example be the case continuously too strong radiation power and / or high proportion of oxygen in the residual gas atmosphere or suddenly occurring at high partial pressures for oxygen-containing gases due to z. B. leaks in the vacuum system at times be beneficial. In particular, an equilibrium state can be set by targeted addition of hydrogen, in which the effects of oxygen-containing gas and hydrogen in the residual gas atmosphere balance and thus the oxidation is stopped.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: reflektives optisches Elementreflective optical element
22: ViellagensystemMultilayer system
33: Substratsubstratum
44: Schutzschichtprotective layer
2020: periodisch wiederkehrender Lagenstapelperiodically recurring stack of layers
2121: Absorberabsorber
22, 22'22, 22 ': Spacerspacer
2323: Zwischenlageliner
2424: Zwischenlageliner
4040: RutheniumoxidlageRutheniumoxidlage
4242: RutheniumlageRutheniumlage
4343: Siliziumnitridlagesilicon nitride layer
4444: Siliziumlagesilicon layer
100100: EU V-LithographievorrichtungEU V lithography device
110110: StrahlformungssystemBeam shaping system
111111: Strahlungsquelleradiation source
112112: Kollektorspiegelcollector mirror
113113: Monochromatormonochromator
120120: Beleuchtungssystemlighting system
121, 122121, 122: Spiegelmirror
130130: Photomaskephotomask
140140: Projektionssystemprojection system
141, 142141, 142: Spiegelmirror
150150: Waferwafer
501–505501-505: Verfahrensschrittesteps
601–609601-609: Verfahrensschrittesteps

Claims

Reflective optical element for the extreme ultraviolet wavelength range with a reflective surface, characterized in that it has an uppermost layer (15) on the reflective surface ( 4 . 40 ) of ruthenium oxide.

Reflective optical element according to claim 1, characterized in that it is directly under the layer of ruthenium oxide ( 40 ) a layer of ruthenium ( 42 ) or silicon nitride ( 43 ) or silicon ( 44 ) or a combination thereof.

Reflective optical element according to claim 1 or 2, characterized in that the ruthenium oxide layer ( 40 ) has a maximum thickness of 3.5 nm.

Reflective optical element according to one of claims 1 to 3, characterized in that below the ruthenium oxide layer ( 40 ) a multilayer system ( 2 ) of alternating silicon and molybdenum layers ( 22 . 21 ) is arranged.

Reflective optical element according to one of claims 1 to 4, characterized in that below the ruthenium oxide layer ( 40 ) a ruthenium ( 42 ) and a silicon nitride ( 43 ) and a silicon layer ( 44 ) or a silicon nitride ( 43 ) and a Silizumlage ( 44 ) and including a multilayer system ( 2 ) of alternating silicon and molybdenum layers ( 22 . 21 ) is arranged.

Reflective optical element according to claim 5, characterized in that between ruthenium oxide layer ( 40 ) and multilayer system ( 2 ) arranged silicon layer ( 44 ) has a thickness in the range of 2.2 nm to 3.6 nm and the silicon nitride layer ( 43 ) has a thickness in the range of 1.2 nm to 2.2 nm, wherein the total thickness of silicon layer ( 44 ) and silicon nitride layer ( 43 ) is maximum 5.5 nm.

A method of producing an ultraviolet wavelength reflective optical element having a reflective surface by depositing a topmost layer of ruthenium on the reflective surface and exposing the reflective surface to an oxygen plasma or exposing the reflective surface to ultraviolet radiation in an oxygen-containing atmosphere.

A method of operating an ultraviolet wavelength lithography apparatus having a reflective optical element having a reflective surface with a topmost layer of ruthenium by adjusting a residual gas atmosphere with oxygen-containing gas and the reflective surface at a power of 0.1 mW / mm ² or more is irradiated.

A method according to claim 8, characterized in that a Restgasatmospäre is set at a partial pressure of 10 ^-7 mbar or higher for water or a partial pressure of 10 ^-9 mbar or higher for oxygen.

A method according to claim 8 or 9, characterized in that the residual gas atmosphere, hydrogen is added.

A method of operating an ultraviolet wavelength lithography apparatus comprising a reflective optical element having a reflective surface having a top layer of ruthenium oxide by adjusting a residual gas atmosphere comprising oxygen, water and hydrogen.