DE102010036955A1

DE102010036955A1 - Reflektives optisches Element und optisches System für die EUV-Lithographie

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Publication number: DE102010036955A1
Application number: DE102010036955A
Authority: DE
Inventors: Dr. te Sligte Edwin; Geert Swinkels; Dr. Moors Johannes Hubertus Josephina; Dr. Ehm Dirk Heinrich; Rogier Verberk
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; ASML Netherlands BV
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; ASML Netherlands BV
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2012-02-16

Abstract

Insbesondere für die Verwendung mit Plasmastrahlungsquellen wird ein reflektives optisches Element, insbesondere in Form eines Kollektorspiegels (1), für die EUV-Lithographie mit einer reflektierenden Oberfläche (5), die mindestens eine Wellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich mit einer Reflektivität von 0,65 oder mehr reflektiert, wobei die reflektierende Oberfläche (5) als zu äußerst liegende Schicht eine kohlenstoffhaltige Schicht (3) aufweist, deren Dicke so bemessen ist, dass die Reflektivität für Wellenlängen größer als 100 nm geringer als die Reflektivität für die mindestens eine Wellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich ist. Bevorzugt ist die Dicke der kohlenstoffhaltigen Schicht (3) so bemessen ist, dass die Reflektivität für Wellenlängen im Bereich von 100 nm bis 190 nm geringer als 0,65 ist. Ferner wird ein optisches System mit einem solchen reflektiven optischen Element, insbesondere in Form eines Kollektorspiegels und eine Plasmastrahlungsquelle vorgeschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein reflektives optisches Element für die EUV-Lithographie mit einer reflektierenden Oberfläche, die mindestens eine Wellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich mit einer Reflektivität von 0,65 oder mehr reflektiert, auf ein optisches System mit mindestens einem Kollektorspiegel, der als solches reflektives optisches Element ausgestaltet ist, und einer Plasmastrahlungsquelle sowie auf EUV-Lithographievorrichtungen mit mindestens einem Kollektorspiegel, der als solches reflektives optisches Element ausgestaltet ist, oder einem solchen optischen System.
In EUV-Lithographievorrichtungen werden zur Lithographie von Halbleiterbauelementen reflektive optische Elemente für den extremen ultravioletten (EUV) bzw. weichen Röntgenwellenlängenbereich (z. B. Wellenlängen zwischen ca. 5 nm und 20 nm) wie etwa Photomasken oder Spiegel eingesetzt. Als Strahlungsquellen können insbesondere Plasmastrahlungsquellen, Synchrotronstrahlungsquellen oder auch Röntgenlaser (FEL) eingesetzt werden. Die emittierte Strahlung wird von Kollektorspiegeln gesammelt, um sie auf die folgenden Siegel einer EUV-Lithographievorrichtung zu lenken. Insbesondere Plasmastrahlungsquellen emittieren auch Strahlung bei Wellenlängen größer als 20 nm, insbesondere größer als 100 nm, was sich beispielsweise durch Fehlbelichtungen negativ auf den Lithographieprozess auswirken kann. Außerdem erhöht die langwelligere Strahlung die Wärmelast auf die Spiegel der Lithographievorrichtung, was zu Verformungen der Spiegel und dadurch zu Abbildungsfehlern führen kann.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein reflektives optisches Element zur Verfügung zu stellen, das insbesondere für den Einsatz in Verbindung mit Plasmastrahlungsquellen geeignet ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein reflektives optisches Element für die EUV-Lithographie mit einer reflektierenden Oberfläche, die mindestens eine Wellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich mit einer Reflektivität von 0,65 oder mehr reflektiert, wobei die reflektierende Oberfläche als zu äußerst liegende Schicht eine kohlenstoffhaltige Schicht aufweist, deren Dicke so bemessen ist, dass die Reflektivität für Wellenlängen größer als 100 nm geringer als die Reflektivität für die mindestens eine Wellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich ist.
Besonders bevorzugt ist die Dicke der kohlenstoffhaltigen Schicht so bemessen, dass die Reflektivität für Wellenlängen im Bereich von 100 nm bis 190 nm geringer als 0,65 ist.
Kohlenstoffhaltige Deckschichten, insbesondere Deckschichten aus Kohlenwasserstoffen oder Kohlenstoff, weisen den Vorteil auf, dass sie gleichzeitig zu einer effizienten Unterdrückung von Wellenlängen im Bereich von 100 nm und mehr, insbesondere von 100 bis 190 nm die Reflektivität im EUV-Wellenlängenbereich vergleichsweise wenig beeinträchtigen. Das vorgeschlagene reflektive optische Element weist neben seiner Funktion, eine oder mehr Wellenlängen in EUV-Wellenlängenbereich zu reflektieren auch die Funktion eines Spektralfilters auf, indem Wellenlängen von 100 nm oder mehr abgeschwächt werden, und erlaubt dadurch, sowohl die Wärmelast auf den im Strahlengang in einer EUV-Lithographievorrichtung folgenden Spiegeln zu reduzieren als auch den Anteil von Strahlung nicht erwünschter Wellenlänge zu reduzieren. Insbesondere, wenn das reflektive optische Element als Kollektorspiegel ausgebildet ist, kann es durch die kohlenstoffhaltige Deckschicht zusätzlich zur primären Funktion, die Strahlung der Strahlungsquelle zu kollimieren und fokussieren, die zusätzliche Funktion übernehmen, als Spektralfilter zu dienen, das den Anteil von Strahlung im Wellenlängenbereich von 100 nm oder mehr, insbesondere 100 nm bis 190 nm verringert.
Zusätzlich weisen kohlenstoffhaltige Deckschichten den Vorteil auf, die EUV-Strahlung reflektierende Oberfläche des reflektiven optischen Elements vor Beschädigung durch Sputtern durch geladenen reaktiven Teilchen, die aus der Strahlungsquelle, insbesondere Plasmastrahlungsquellen austreten können, oder durch Oxidation aufgrund von sauerstoffhaltigen Substanzen zu schützen, die in der Restgasatmosphäre im Inneren einer EUV-Lithographievorrichtung vorhanden sein können und durch die EUV-Strahlung zu Sauerstoffradikalen aufgespalten werden können. Dies trägt zu einer erhöhten Lebensdauer gegenüber einem Kollektorspiegel ohne kohlenstoffhaltige Schicht bei, deren Dicke so bemessen ist, dass die Reflektivität für Wellenlängen größer als 100 nm geringer als im EUV-Wellenlängebereich ist.
In bevorzugten Ausführungsformen ist das reflektive optische Element, insbesondere in einer Ausgestaltung als Kollektorspiegel, für Einfallswinkel zur Flächennormalen von größer 45°, bevorzugt größer 70° ausgelegt. Man spricht auch von Spiegeln für den streifenden Einfall oder Grazing-Incidence-Spiegeln. Spiegel für streifenden Einfall eignen sich insbesondere für die Verwendung in Verbindung mit Strahlungsquellen, bei denen die Strahlung in vor allem eine Richtung derart austritt, dass sie für diverse Anwendungen, u. a. die EUV-Lithographie verwendet werden kann. Für streifenden Einfall ausgelegte Kollektorspiegel werden vorteilhafterweise im Wesentlichen parallel zu dieser Richtung angeordnet, um divergierende Teilstrahlen zu einem Strahlbündel zu kollimieren.
Im Falle von reflektiven optischen Elementen für streifenden Einfall hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Dicke der kohlenstoffhaltigen Schicht zwischen 20 nm und 80 nm liegt. In diesem Dickenbereich liegen sowohl die Reflektivität für Wellenlängen größer 100 nm, insbesondere den Wellenlängenbereich zwischen 100 nm und 190 nm bei niedrigen Werten als auch die Reflektivität für den Wellenlängenbereich zwischen 5 nm bis 20 nm bei hohen Werten, so dass eine EUV-Lithographievorrichtung mit möglichst hohem Durchsatz an zu belichtenden Objekten bei guter Belichtungsqualität bereitgestellt werden kann und gleichzeitig die EUV-Strahlung reflektierende Oberfläche des Kollektorspiegels gut geschützt ist.
In anderen bevorzugten Ausführungsformen ist das reflektive optische Element, insbesondere in einer Ausgestaltung als Kollektorspiegel, für Einfallswinkel zur Flächennormalen von kleiner 45°, bevorzugt kleiner 20°, besonders bevorzugt kleiner 10° ausgelegt. Man spricht auch von Spiegeln für den normalen Einfall oder Normal-Incidence-Spiegeln. Reflektive optische Elemente für normalen Einfall eignen sich insbesondere für die Verwendung in Verbindung mit Strahlungsquellen, bei denen die Strahlung in eine Vielzahl von Richtungen derart austritt, dass sie für diverse Anwendungen, u. a. die EUV-Lithographie verwendet werden kann. Für normalen Einfall ausgelegte Kollektorspiegel werden vorteilhafterweise im Wesentlichen um die Strahlungsquelle herum angeordnet, um divergierende Teilstrahlen zu einem Strahlbündel zu kollimieren.
Im Falle von reflektiven optischen Elementen für normalen Einfall hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Dicke der kohlenstoffhaltigen Schicht zwischen 1 nm und 20 nm liegt. In diesem Dickenbereich liegen sowohl die Reflektivität für Wellenlängen größer 100 nm, insbesondere den Wellenlängenbereich zwischen 100 nm und 190 nm bei niedrigen Werten als auch die Reflektivität für den Wellenlängenbereich zwischen 5 nm bis 20 nm bei hohen Werten, so dass eine EUV-Lithographievorrichtung mit möglichst hohem Durchsatz an zu belichtenden Objekten bei gute Belichtungsqualität bereitgestellt werden kann und gleichzeitig die EUV-Strahlung reflektierende Oberfläche des reflektiven optischen Elements gut geschützt ist.
Besonders bevorzugt ist das reflektive optische Element als Kollektorspiegel ausgebildet.
Die Aufgabe wird außerdem durch ein optisches System für eine EUV-Lithographievorrichtung mit mindestens einem Kollektorspiegel, der als reflektives optisches Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgestaltet ist, und mit einer Plasma-Strahlungsquelle gelöst.
Es hat sich herausgestellt, dass ein derartiges optisches System verglichen mit optischen Systemen, die beispielsweise mit Synchrotronstrahlung oder FEL-Strahlung arbeiten, relativ kostengünstig und mobil einsetzbar sind und gleichzeitig einer EUV-Lithographievorrichtung eine bereits teilweise aufbereitete Strahlung zur Verfügung stellen können. Denn über den oder die Kollektorspiegel mit einer kohlenstoffhaltigen Schicht, deren Dicke so bemessen ist, dass die Reflektivität für Wellenlängen größer 100 nm, insbesondere den Wellenlängenbereich zwischen 100 nm und 190 nm bei niedrigen Werten als auch die Reflektivität für den Wellenlängenbereich zwischen 5 nm bis 20 nm bei hohen Werten liegt, ist bereits ein wesentlicher Anteil der unerwünschten aus dem Strahlengang entfernt, ohne die Intensität der Strahlung im EUV-Wellenlängenbereich zu sehr zu beeinträchtigen. Dies erhöht sowohl die Abbildungsqualität als auch den Durchsatz im Rahmen der EUV-Lithographie. Zusätzlich weisen der oder die so ausgestatteten Kollektorspiegel eine hohe Lebensdauer auf.
In bevorzugten Ausführungsformen ist der mindestens eine Kollektorspiegel für Einfallswinkel zur Flächennormalem von größer 45° ausgelegt und ist die Plasma-Strahlungsquelle als Entladungsplasma-Strahlungsquelle ausgebildet. Bei einer Entladungsplasma-Strahlungsquelle, oft auch DPP(discharge produced plasma)-Quelle genannt, wird zwischen entgegengesetzt geladenen Elektroden eine so starke Spannung angelegt, dass Gas, das zwischen die Elektroden eingeleitet wird, zu einem Plasma angeregt wird und u. a. Strahlung im EUV-Wellenlängenbereich und insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 100 nm und 190 nm emittiert. Bei üblichen Entladungsplasma-Strahlungsquellen steht vor allem die Strahlung in Richtung der Fortsetzung der Plasmagaszuleitung für weitere Nutzung zur Verfügung. Diese lässt sich besonders gut durch ebenfalls in diese Richtung orientierte Kollektorspiegel für streifenden Einfall bündeln.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist der mindestens eine Kollektorspiegel für Einfallswinkel zur Flächennormalem von kleiner 45° ausgelegt und ist die Plasma-Strahlungsquelle als Laserplasma-Strahlungsquelle ausgebildet. Bei einer Laserplasma-Strahlungsquelle, oft auch LPP(laser produced plasma)-Quelle genannt, wird ein Gas oder ein Materialtröpfchen mit einem Laser so stark angeregt, dass ein Plasma entsteht und u. a. Strahlung im EUV-Wellenlängenbereich und insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 100 nm und 190 nm emittiert. Bei üblichen Laserplasma-Strahlungsquellen steht Strahlung in im wesentlichen allen Richtungen für weitere Nutzung zur Verfügung. Diese lässt sich besonders gut durch einen schalenförmig um das Plasma herum angeordneten Kollektorspiegel für normalen Einfall bündeln.
Vorteilhafterweise weist das optische System eine Gaszuleitung mit regulierbarem Ventil aufweist, um kohlenstoffhaltiges Gas in definierter Konzentration in das optische System einzuleiten. Auf diese Weise kann ein Partialdruck des kohlenstoffhaltigen Gases im optischen System eingestellt werden, bei dem sich ein dynamisches Gleichgewicht zwischen Aufwachsen einer kohlenstoffhaltigen Schicht auf der EUV-Strahlung reflektierenden Oberfläche des Kollektorspiegels und Abtragen dieser Schicht unter Einfluss von beispielsweise sputternden Teilchen und Oxidation einstellt. Auf diese Weise kann die Dicke der kohlenstoffhaltigen Schicht über lange Zeit konstant gehalten werden, so dass die Doppelfunktionalität des Kollektorspiegels als kollimierendes Element und Spektralfilter möglichst lange aufrecht erhalten werden kann. Über einen entsprechend eingestellten Partialdruck kann im übrigen zu Beginn des Betriebs einer EUV-Lithographievorrichtung mit einem solchen optischen System eine kohlenstoffhaltige Schicht auf einen Kollektorspiegel ohne solche Schicht aufgewachsen werden.
Bevorzugt weist das optische System einen Reflektivitätsmonitor auf, der über eine Steuerung mit dem regulierbaren Ventil wirkverbindbar ist. Über den Reflektivitätsmonitor kann die Reflektivität des oder der Kollektorspiegel überwacht werden und darüber auf die aktuelle Dicke der kohlenstoffhaltigen Deckschicht zurückgeschlossen werden. Je nach Reflektivität bzw. Dicke kann über das regulierbare Ventil der Partialdruck nachgeregelt werden, um die Dicke der kohlenstoffhaltigen Deckschicht entsprechend zu verringern oder zu erhöhen. Insbesondere können auf diese Weise Schwankungen in der Intensität der vom der Plasmastrahlungsquelle emittierten Strahlung kompensiert werden.
Ferner wird die Erfindung durch eine EUV-Lithographievorrichtung mit mindestens einem Kollektorspiegel, der als reflektives optisches Element wie zuvor beschrieben ausgestaltet ist bzw. durch eine EUV-Lithographievorrichtung mit einem optischen System wie zuvor beschrieben gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dazu zeigen
1 schematisch eine Ausführungsform einer EUV-Lithographievorrichtung;
2a, b schematisch zwei Varianten eines optischen Systems;
3a, b schematisch zwei weitere Varianten eines optischen Systems;
4 schematisch den Aufbau einer ersten Variante eines Kollektorspiegels;
5a, b schematisch den Aufbau zweier weiterer Varianten eines Kollektorspiegels;
6 die Abhängigkeit der Reflektivität eines ersten Kollektorspiegels von der Dicke einer Kohlenstoffschutzschicht für verschiedene Wellenlängen;
6 die Abhängigkeit der Reflektivität eines zweiten Kollektorspiegels von der Dicke einer Kohlenstoffschutzschicht für verschiedene Wellenlängen;
8 die Abhängigkeit der Reflektivität eines ersten Kollektorspiegels von der Wellenlänge für verschiedene Dicken einer Kohlenstoffschutzschicht; und
9 die Abhängigkeit der Reflektivität eines zweiten Kollektorspiegels von der Wellenlänge für verschiedene Dicken einer Kohlenstoffschutzschicht.
In 1 ist schematisch eine EUV-Lithographievorrichtung 100 dargestellt. Wesentliche Komponenten sind das Strahlformungssystem 110, das Beleuchtungssystem 120, die Photomaske 130 und das Projektionssystem 140.
Als Strahlungsquelle 111 kann beispielsweise eine Plasmastrahlungquelle 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. Kollektorspiegel sind häufig gekrümmt ausgebildete reflektive optische Elemente, um einen fokussierenden bzw. kollimierenden Effekt zu erreichen. Je nach Wahl der Strahlungsquelle und Ausgestaltung des Kollektorspiegels bzw. von im Strahlengang folgenden optischen Elementen kann auf einen Monochromator auch verzichtet werden.
Der im Strahlformungssystem 110 in Hinblick auf Wellenlänge und räumliche Verteilung aufbereitete Betriebsstrahl wird dann in das Beleuchtungssystem 120 eingeführt. In Varianten der EUV-Lithographivorrichtung 100 kann das Strahlformungssystem 110 auch im Beleuchtungssystem 120 integriert sein. Im in 1 dargestellten Beispiel weist das Beleuchtungssystem 120 zwei Spiegel 121, 122 auf. Die Spiegel 121, 122 leiten den Strahl auf die Photomaske 130, die die Struktur aufweist, die auf den Wafer 150 abgebildet werden soll. 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. 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. Alle Spiegel wie auch die Photomaske können mit einer kohlenstoffhaltigen Schicht ausgestattet sein, deren Dicke so bemessen ist, dass die Reflektivität für Wellenlängen größer als 100 nm geringer als ihre Reflektivität im EUV-Wellenlängenbereich ist.
In den 2a, b sind schematisch beispielhaft zwei Varianten von optischen Systemen 200 dargestellt, die eine Entladungsplasma-Strahlungsquelle 210 und Kollektorspiegel 212 aufweisen, die für den streifenden Einfall, d. h. für Einfallswinkel zur Flächennormalen von größer 45°, bevorzugt größer 70° ausgelegt sind.
In der in 2a dargestellten Variante weist die Entladungsplasma-Strahlungsquelle 210 eine Gaszuleitung 206 und Elektroden 208 auf. Im hier dargestellten Beispiels dient die Gaszuleitung 206 zusätzlich als Gegenelektrode zu den Elektroden 208 und ist eine Spannung zwischen der Gaszuleitung 206 und den Elektroden 208 angelegt, so dass in dem von der Gaszuleitung 206 in die Vakuumkammer 202 des optischen Systems 200 eingeleiteten Gas ein Plasma 210 gezündet wird. Das Plasma 210 emittiert Strahlung, von der stellvertretend die Strahlen 214, 216, 218, 220 dargestellt sind. Aufgrund der durch die Notwendigkeit einer Gaszuleitung 206 und von Elektroden 208 bedingten Geometrie der Entladungsplasma-Strahlungsquelle 210 ist lediglich die in Richtung der Fortsetzung der Gaszuleitung 206 emittierte Strahlung 214, 216, 218, 220 verwendbar. Um diese zu bündeln, sind im Wesentlichen parallel zu dieser Richtung im vorliegenden Beispiel zwei Kollektorspiegel 212 für den streifenden Einfall angeordnet, an denen die Strahlen 214, 216, 218, 220 reflektiert werden. Dabei liegt die Reflektivität für Wellenlängen größer 100 nm unterhalb der Reflektivität im EUV-Wellenlängenbereich, für die die Spiegel ausgelegt sind, aufgrund einer kohlenstoffhaltigen Deckschicht auf den Kollektorspiegeln 212, auf die weiter unten genauer eingegangen wird.
Auf die Dicke der kohlenstoffhaltigen Deckschicht kann gezielt darüber Einfluss genommen werden, dass über die Gaszuleitung 222 mit hier nicht dargestelltem regulierbaren Ventil kohlenstoffhaltiges Gas zugeführt werden kann. Dieses kohlenstoffhaltige Gas kann von der EUV-Strahlung in Kohlenwasserstoff-Fragmente oder sogar Kohlenstoff aufgespalten werden, die sich auf der Oberfläche der Kollektorspiegel niederschlagen, so dass eine kohlenstoffhaltige Schicht aufwächst. Zu dem Kohlenstoffwachstum können auch ohnehin vorhandene kohlenstoffhaltige Gase in der Restgasatmosphäre beitragen. Um das Kohlenstoffwachstum gezielt zu beeinflussen, können beliebige Kohlenwasserstoffverbindungen zugefügt werden. So kann man beispielsweise durch Einleiten von Kohlenwasserstoffen mit einer Masse größer 100 amu mit einem Partialdruck im Bereich von 4,22·10^–8 mbar ein Aufwachsen mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 nm pro Stunde erreichen. Bevorzugt sind eher Kohlenwasserstoffe mit einer Masse von kleiner 100 amu, da sie sich präziser eindosieren lassen. Dies kann aber den benötigten Partialdruck für das Aufwachsen von ca. 1 nm pro Stunde auf Bereiche um 2,88·10^–5 mbar ansteigen lassen.
Über den Sensor 224 kann die Reflektivität der Kollektorspiegel 212 überwacht werden. Der Sensor 224 ist mit einer nicht dargestellten Steuerung für das regulierbare Ventil der Gaszuleitung 222 verbunden. Je nachdem ob sich aus der Überwachung der Reflektivität eine zu hohe oder zu geringe Dicke der kohlenstoffhaltigen Deckschicht der Kollektorspiegel 212 schließen lässt, kann über die Gaszuleitung 222 weniger oder mehr kohlenstoffhaltiges Gas zugeführt werden. Der Sensor 224 kann beispielsweise als Photonendetektor ausgestaltet sein.
Die in 2b dargestellte Variante unterscheidet sich insbesondere in der Ausgestaltung der Entladungsplasma-Strahlungsquelle 210. Um die Gaszuleitung 206 herum sind Elektroden 208a angeordnet. Als Gegenelektrode 208b dient ein Gitter, dass dazu vorgesehen ist, Teilchen abzufangen, die aus den Elektroden 208a austreten könnten und zu Sputterschäden auf der reflektierenden Oberfläche der Kollektorspiegel 212 führen könnten. Die Kollektorspiegel 212 im hier dargestellten Beispiel sind als gekrümmte Fläche ausgeführt, so dass sie nicht nur eine kollimierenden, sondern auch fokussierende Wirkung haben.
In den 3a, b sind schematisch beispielhaft zwei Varianten von optischen Systemen 300 dargestellt, die eine Laserplasma-Strahlungsquelle 310 und Kollektorspiegel 312 aufweisen, die für den normalen Einfall, d. h. für Einfallswinkel zur Flächennormalen von kleiner 45°, bevorzugt kleiner 20°, besonders bevorzugt kleiner 10° ausgelegt sind.
In der in 3a dargestellten Variante weist die Laserplasma-Strahlungsquelle 310 eine Materialzuleitung 306 auf, aus der beispielsweise Metallpartikel austreten, die von einem Laserstrahl 308 aufgeschmolzen und zu einem Plasma 310 angeregt werden. Das Plasma 310 emittiert Strahlung, von der stellvertretend die Strahlen 314, 316, 318, 320 dargestellt sind. Aufgrund der Geometrie der Laserplasma-Strahlungsquelle 210, bei der das Plasma 310 relativ entfernt von apparativen Elementen der Laserplasma-Strahlungsquelle 310 wie etwa Gaszuleitung 306 oder nicht dargestellte Laserquelle entfernt ist, kann quasi die über den vollen Raumwinkel emittierte Strahlung genutzt werden. Um diese bündeln, ist schalenförmig um das Plasma 312 ein für den normalen Einfall ausgelegter Kollektorspiegel 312 angeordnet, an dem die Strahlen 314, 316, 318, 320 reflektiert werden. Dabei liegt die Reflektivität für Wellenlängen größer 100 nm unterhalb der Reflektivität im EUV-Wellenlängenbereich, für die die Spiegel ausgelegt sind, aufgrund einer kohlenstoffhaltigen Deckschicht auf den Kollektorspiegeln 212, auf die weiter unten genauer eingegangen wird.
Wie in den in 2a, b dargestellten Beispielen weist auch das in der 3a dargestellte Beispiel für eine optisches System 300 eine Gaszuleitung 322 zur Einleitung von kohlenstoffhaltigem Gas in die Vakuumkammer 302 des optischen Systems 300 und einen Sensor 324 zur Überwachung der Reflektivität der Kollektorspiegel 312 auf.
In 3b ist eine komplexere Variante einer Kollektorspiegelanordnung in Verbindung mit einer Laserplasma-Strahlungsquelle schematisch dargestellt. Um ein Plasma 330 ist schalenförmig ein Kollektor 332 für normalen Einfall angeordnet, der beispielsweise einen Strahl 336a in die entgegengesetzte Richtung als Strahl 336b reflektiert. Zusätzlich sind zweimal jeweils drei gestaffelt angeordnete Kollektorspiegel 334a, b, c vorgesehen, um die in Richtung im wesentlichen parallel zu den Kollektorspiegeln 334a, b, c emittierten oder reflektierten Strahlen 338a, 336b in diese Richtung durch Reflexion beispielsweise als Strahlen 336c, 338b weiterzuleiten. Bei den Kollektorspiegeln 334a, b, c, spricht man auch von genesteten Kollektorspiegeln. Im Übrigen lassen sich auch Kollektorspiegel für den streifenden Einfall oder Kombinationen aus Kollektorspiegeln für den streifenden Einfall und Kollektorspiegeln für den normalen Einfall gestaffelt zueinander anordnen, insbesondere in genesteter Art und Weise.
Es sei darauf hingewiesen, dass die optischen Systeme neben der Plasmastrahlungsquelle und dem oder den Kollektoren auch weitere optische Elemente wie weitere Spektralfilter oder Spiegel, die die EUV-Strahlung auf eine Photomaske leiten, aufweisen kann. Ferner können sie auch Elemente zum Schutz vor aus der Plasmaquelle stammenden Verunreinigungen, insbesondere Debris, wie beispielsweise sogenannte Foiltraps aufweisen.
In 4 ist schematisch der Aufbau eines Kollektorspiegels 1 dargestellt, der in dem hier dargestellten Beispiel für normalen Einfall ausgelegt ist. Dazu weist er auf einem Substrat 2 ein Viellagensystem 4 auf. Das Viellagensystem 4 besteht im Wesentlichen aus sich vielfach wiederholenden Perioden 40. Die wesentlichen Lagen 41, 42 einer Periode 40, die insbesondere durch die vielfache Wiederholung der Perioden 40 zu hinreichend hoher Reflexion bei einer Arbeitswellenlänge führen, sind die so genannten Absorberlagen 41 aus Material mit einem niedrigeren Realteil des Brechungsindex und die so genannten Spacerlagen 42 aus einem Material mit einem höheren Realteil des Brechungsindex. Dadurch wird gewissermaßen ein Kristall simuliert, wobei die Absorberlagen 41 den Netzebenen innerhalb des Kristalls entsprechen, die einen durch die jeweiligen Spacerlagen 42 definierten Abstand zueinander haben und an denen Reflexion von einfallender EUV- bzw. weicher Röntgenstrahlung stattfindet. Die Dicken der Lagen werden derart gewählt, dass bei einer bestimmten Arbeitswellenlänge die an jeder Absorberlage 41 reflektierte Strahlung sich konstruktiv überlagert, um somit eine hohe Reflektivität des Kollektorspiegels zu erreichen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Dicken der einzelnen Lagen 41, 42 wie auch der sich wiederholenden Stapel 40 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 nicht optimierten Viellagensystemen ist. Bei Strahlung dieser Wellenlänge wird der Kollektorspiegel 1 z. B. bei der EUV-Lithographie eingesetzt, weshalb diese Wellenlänge, für die der Kollektorspiegel 1 optimiert wurde, auch Arbeitswellenlänge genannt wird. Ferner können auch hier nicht dargestellte Zwischenlagen vorgesehen sein, die als Diffusionsbarrieren zwischen den Absorber- und Spacerlagen die thermodynamische und thermische Stabilität des Viellagensystems 4 erhöhen.
Außerdem wurde in den hier dargestellten Beispielen auf das Viellagensystem 4 zusätzlich eine kohlenstoffhaltige Schutzschicht 3 zum Schutz der durch das Viellagensystem 4 gebildeten EUV-Strahlung reflektierenden Oberfläche vor äußeren Einflüssen wie Oxidation oder Sputtereffekten aufgebracht, die zusätzlich die Funktion eines Spektralfilters übernimmt. Die Dicke der kohlenstoffhaltigen Schutzschicht 3 ist so gewählt, dass die Reflektivität für Wellenlängen im Bereich von 100 nm bis 190 nm geringer als 0,65 ist. Besonders bewährt haben sich Dicken im Bereich von 1 nm und 20 nm, um sowohl eine niedrigen Reflektivität für Wellenlängen größer 100 nm, insbesondere im Bereich von 100 nm bis 190 nm als auch eine möglichst gute Reflektivität für die EUV-Strahlung zu gewährleisten, für die das Viellagensystem ausgelegt ist.
Der mögliche Aufbau eines Kollektorspiegels 1, der für streifenden Einfall ausgelegt ist, ist in zwei Varianten in den 5a, b schematisch dargestellt. In der in 5a dargestellten Variante ist auf einem Substrat 2 eine einzelne Reflexionsschicht 5 vorgesehen, die üblicherweise aus einem Metall ist und auf der zu ihrem Schutz und als Spektralfilter gegen Wellenlängen größer 100 nm, insbesondere im Bereich von 100 nm bis 190 nm eine kohlenstoffhaltige Schicht 3 vorgesehen ist, so dass in diesem Wellenlängenbereich die Reflektivität unter 0,65 liegt. In der in 5b dargestellten Variante wird die EUV-Strahlung reflektierende Oberfläche durch jeweils zwei Lagen 51, 52 gebildet, die alternierend angeordnet sind, so dass die an den jeweiligen Lagengrenzflächen reflektierten EUV-Strahlen konstruktiv interferieren können. Wellenlängen größer als 100 nm dringen nicht hinreichend in die Lagen ein, um ebenfalls konstruktiv interferieren zu können, wodurch der Spektralfiltereffekt der kohlenstoffhaltigen Schicht 3 etwas verstärkt werden kann.
In den 6 und 7 ist die Abhängigkeit der Reflektivität von der Dicke einer Kohlenstoffschicht auf der EUV-Strahlung reflektierenden Oberfläche für verschiedene Wellenlängen dargestellt.
In 6 handelt es sich um einen Kollektorspiegel der für streifenden Einfalls ausgebildet ist und in diesem Beispiel auf einem Quarzglassubstrat eine erste Lage aus 3 nm Chrom aufweist, die dazu dient, dass die darüber angeordnete Lage aus 30 nm Ruthenium besser auf dem Substrat haftet. Auf der Rutheniumlage befindet sich eine Kohlenstoffschicht. Gemessen wurde bei einem Einfallswinkel von 75° zur Flächennormalen des Kollektorspiegels und bei Wellenlängen von 13,5 nm im EUV-Wellenlängenbereich sowie bei 100 nm, 110 nm, 120 nm, 140 nm und 190 nm. Bei bevorzugten Dicken der Kohlenstoffschicht zwischen 20 nm und 80 nm liegt die Reflektivität sowohl für die Wellenlängen von 100 nm, 110 nm, 120 nm, 140 nm und 190 nm unterhalb von 0,65 als auch gleichzeitig für 13,5 nm über 0,7. Insbesondere für die Wellenlängen 100 nm, 110 nm und 120 nm liegt die Reflektivität sogar deutlich unter 0,5. Je nach Anforderungen der im Strahlengang in einer EUV-Lithographie dem Kollektorspiegel folgenden Spiegel kann man mit Kohlenstoffschichtdicken eher im Bereich von 20 nm bis 30 nm oder bis 40 nm arbeiten, wenn es etwas mehr auf eine maximale EUV-Reflektivität und etwas weniger auf die Spektralfilterfunktion für den Bereich zwischen 140 nm und 190 nm ankommt, oder auch im Dickenbereich zwischen 40 nm bis 80 nm, wenn es mehr auf eine besonders effiziente Verminderung des Anteils der Wellenlängenbereich bei insbesondere 140 nm bis 190 nm ankommt.
In 7 handelt es sich um einen Kollektorspiegel der für normalen Einfall ausgebildet ist und in diesem Beispiel auf einem Quarzglassubstrat ein Viellagensystem aus 50 Perioden aus alternierend angeordneten Molybdänlagen als Absorberlagen und Siliziumlagen als Spacerlagen aufweist, wobei eine Periode eine Dicke von etwa 7 nm hat. Das Dickenverhältnis von Molybdänlage zu Siliziumlage innerhalb einer Periode ist für eine maximale Reflektivität bei 13,5 nm optimiert. Das Viellagensystem schließt mit einer 1,5 nm dicken Schutzschicht aus Ruthenium ab. Auf der Rutheniumlage befindet sich eine Kohlenstoffschicht. Gemessen wurde bei einem Einfallswinkel von 5° zur Flächennormalen des Kollektorspiegels und bei Wellenlängen von 13,5 nm im EUV-Wellenlängenbereich sowie bei 100 nm, 110 nm, 120 nm, 140 nm und 190 nm. Bei bevorzugten Dicken der Kohlenstoffschicht zwischen 1 nm und 20 nm liegt die Reflektivität für die Wellenlängen von 100 nm, 110 nm, 120 nm, 140 nm und 190 nm nicht nur unterhalb von 0,65, sondern sogar unter 0,5, während gleichzeitig die Reflektivität für 13,5 nm über 0,7 liegt. Insbesondere für die Wellenlängen 100 nm, 110 nm 120 nm und 140 nm liegt die Reflektivität sogar deutlich unter 0,3. Je nach Anforderungen der im Strahlengang in einer EUV-Lithographie dem Kollektorspiegel folgenden Spiegel kann man mit Kohlenstoffschichtdicken eher im Bereich von 1 nm bis 5 nm arbeiten, wenn es etwas mehr auf eine maximale EUV-Reflektivität und etwas weniger auf die Spektralfilterfunktion für den Bereich zwischen 140 nm und 190 nm ankommt, oder auch im Dickenbereich zwischen 5 nm bis 20 nm, wenn es mehr auf eine besonders effiziente Verminderung des Anteils der Wellenlängenbereich bei insbesondere 140 nm bis 190 nm ankommt.
In den 8 und 9 ist für die beiden beschriebenen Kollektorspiegel auch die Abhängigkeit der Reflektivität von der Wellenlänge im Vergleich mit und ohne Kohlenstoffschicht dargestellt. In 8 ist der Reflektivitätsverlauf für den Kollektorspiegel für normalen Einfall dargestellt, der bereits in Verbindung mit 7 näher untersucht wurde. Mit A ist der Verlauf für den Kollektorspiegel mit einer 5 nm dicken Kohlenstoffschicht bezeichnet, mit B der Verlauf für den Kollektorspiegel ohne Kohlenstoffschicht. Insbesondere im Wellenlängenbereich 100 nm bis 140 nm ist der Filtereffekt aufgrund der Kohlenstoffschicht besonders ausgeprägt. In 9 ist der Reflektivitätsverlauf für den Kollektorspiegel für streifenden Einfall dargestellt, der bereits in Verbindung mit 6 näher untersucht wurde. Mit A ist der Verlauf für den Kollektorspiegel mit einer 25 nm dicken Kohlenstoffschicht bezeichnet, mit B der Verlauf für den Kollektorspiegel ohne Kohlenstoffschicht. Insbesondere für Wellenlängen größer 120 nm, bis über 200 nm hinaus, ist der Filtereffekt aufgrund der Kohlenstoffschicht besonders ausgeprägt.
Die hier vorgestellten Kollektorspiegel wie auch die damit ausgerüsteten optischen Systeme und EUV-Lithographievorrichtungen, zeichnen sich dadurch aus, dass sie mittels einer zusätzlichen kohlenstoffhaltigen Schicht auf ihrer Oberfläche ausgewählter Dicke den Anteil reflektierter Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 100 nm und 190 nm deutlich reduzieren ohne die Reflektivität bei der als Arbeitswellenlänge für die Lithographie EUV-Wellenlängen zu stark zu beeinträchtigen. Dadurch sind sie besonders gut geeignet für Plasmastrahlungsquellen, die sowohl im EUV-Wellenlängenbereich als auch im Wellenlängenbereich zwischen 100 nm und 190 nm Strahlung emittieren. Zusätzlich schützt die kohlenstoffhaltigen Schicht die Kollektorspiegel vor äußeren Einflüssen wie Oxidation und Sputtereffekte.
Bezugszeichenliste

1: Kollektorspiegel
2: Substrat
3: Schutzschicht
4: Viellagensystem
40: Periode
41: Absorberlage
42: Spacerlage
5: Reflexionsschicht
51: Schicht
52: Reflexionsschicht
100: EUV-Lithographievorrichtung
110: Strahlformungssystem
111: Strahlungsquelle
112: Kollektorspiegel
113: Monochromator
120: Beleuchtungssystem
121, 122: Spiegel
130: Photomaske
140: Projektionssystem
141, 142: Spiegel
150: Wafer
200: optisches System
202: Vakuumkammer
204: Strahlungsquelle
206: Gaszuleitung
208, 208a, 208b: Elektrode
210: Plasma
212: Kollektorspiegel
214, 216, 218, 220: Strahl
222: Gaszuleitung
224: Sensor
300: optisches System
302: Vakuumkammer
304: Strahlungsquelle
306: Materialzuleitung
308: Laser
310: Plasma
312: Kollektorspiegel
314, 316, 318, 320: Strahl
322: Gaszuleitung
324: Sensor
330: Plasma
332: Kollektorspiegel
334a, 334b, 334c: Kollektorspiegel
336a, 336b, 336c: Strahl
338a, 338b: Strahl

Claims

Reflektives optisches Element für die EUV-Lithographie mit einer reflektierenden Oberfläche (5), die mindestens eine Wellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich mit einer Reflektivität von 0,65 oder mehr reflektiert, wobei die reflektierende Oberfläche (5) als zu äußerst liegende Schicht eine kohlenstoffhaltige Schicht (3) aufweist, deren Dicke so bemessen ist, dass die Reflektivität für Wellenlängen größer als 100 nm geringer als die Reflektivität für die mindestens eine Wellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich ist.
Reflektives optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der kohlenstoffhaltigen Schicht (3) so bemessen ist, dass die Reflektivität für Wellenlängen im Bereich von 100 nm bis 190 nm geringer als 0,65 ist.
Reflektives optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es (212) für Einfallswinkel zur Flächennormalen von größer 45° ausgelegt ist.
Reflektives optisches Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der kohlenstoffhaltigen Schicht (3) zwischen 20 nm und 80 nm liegt.
Reflektives optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es (312) für Einfallswinkel zur Flächennormalen von kleiner 45° ausgelegt ist.
Reflektives optisches Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (3) der kohlenstoffhaltigen Schicht zwischen 1 nm und 20 nm liegt.
Reflektives optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es als Kollektorspiegel ausgebildet ist.
Optisches System (110, 120) für eine EUV-Lithographievorrichtung mit mindestens einem Kollektorspiegel (212, 312), der als reflektives optisches Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgestaltet ist, und einer Plasma-Strahlungsquelle (204, 304).
Optisches System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kollektorspiegel (212) für Einfallswinkel zur Flächennormalen von größer 45° ausgelegt ist und die Plasma-Strahlungsquelle als Entladungsplasma-Strahlungsquelle (204) ausgebildet ist.
Optisches System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kollektorspiegel (312) für Einfallswinkel zur Flächennormalen von kleiner 45° ausgelegt ist und die Plasma-Strahlungsquelle als Laserplasma-Strahlungsquelle (304) ausgebildet ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Gaszuleitung (222, 322) mit regulierbarem Ventil aufweist.
Optisches System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Reflektivitätsmonitor (224, 324) aufweist, der über eine Steuerung mit dem regulierbaren Ventil wirkverbindbar ist.
EUV-Lithographievorrichtung (100) mit mindestens einem Kollektorspiegel (212, 312), der als reflektives optisches Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgestaltet ist.
EUV-Lithographievorrichtung (100) mit einem optischen System (110, 120, 200, 300) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12.