DE102010039927A1

DE102010039927A1 - Substrat für Spiegel für die EUV-Lithographie

Info

Publication number: DE102010039927A1
Application number: DE102010039927A
Authority: DE
Inventors: Claudia Ekstein; Johannes Lippert; Holger Maltor; Martin Weiser; Heiko Siekmann; Udo Dinger
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2012-03-01
Also published as: US8976927B2; US20130170056A1; CN103140801A; WO2012028613A1; JP2013541193A

Abstract

Als Substrate, die für Spiegel geeignet sind, die bei Wellenlängen im EUV-Wellenlängenbereich eingesetzt werden, werden Substrate (1) mit einem Grundkörper (2) und einer Polierschicht (3) vorgeschlagen, wobei die Polierschicht (3) eine Dicke von weniger als 10 μm und eine quadratische Rauheit von weniger als 0,5 nm aufweist. Auf der Polierschicht (3) des Substrats (1) des EUV-Spiegels (4) ist zudem eine hochreflektierende Schicht (5) vorgesehen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Substrat für einen Spiegel für die EUV-Lithographie mit einem Grundkörper und einer Polierschicht sowie auf einen Spiegel für eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage, umfassend ein solches Substrat und eine hochreflektierende Schicht auf der Polierschicht.
Um bei der Produktion von beispielsweise Halbleiterbauelementen mit lithographischen Methoden immer feinere Strukturen erzeugen zu können, wird mit immer kurzwelligerem Licht gearbeitet. Arbeitet man im extremen ultravioletten (EUV) Wellenlängenbereich, etwa bei Wellenlängen zwischen ca. 5 nm und 20 nm, lässt sich nicht mehr mit linsenartigen Elementen in Transmission arbeiten, sondern werden Beleuchtungs- und Projektionsobjektive aus Spiegelelementen mit an die jeweilige Arbeitswellenlänge angepasste hochreflektierende Beschichtungen aufgebaut. Im Gegensatz zu Spiegeln im sichtbaren und ultravioletten Wellenlängenbereich lassen sich auch theoretisch pro Spiegel nur maximale Reflektivitäten von weniger als 80% erreichen. Da EUV-Projektive in der Regel mehrere Spiegel aufweisen, müssen diese jeweils eine möglichst hohe Reflektivität aufweisen, um eine hinreichend hohe Gesamtreflektivität sicherzustellen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Spiegelsubstrate vorzuschlagen, die als Substrate für Spiegel geeignet sind, die bei Wellenlängen im EUV-Wellenlängenbereich eingesetzt werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Substrat für einen Spiegel für die EUV-Lithographie mit einem Grundkörper und einer Polierschicht, wobei die Polierschicht eine Dicke von weniger als 10 μm und eine quadratische Rauheit von weniger als 0,5 nm aufweist.
Die quadratische Rauheit, die auch RMS(root mean squared roughness)-Rauheit genannt wird, wird aus dem Mittel der Quadrate der Abweichung der Messpunkte über die Oberfläche zu einer mittleren Fläche berechnet, die so durch die Oberfläche gelegt wird, das die Summe der Abweichungen bezogen auf die mittlere Fläche minimal ist. Insbesondere für optische Elemente für die EUV-Lithographie ist die Rauheit in einem Ortsfrequenzbereich von 0,1 μm bis 200 μm von besonderer Bedeutung, um negative Einflüsse auf die optischen Eigenschaften der optischen Elemente zu vermeiden.
Insbesondere im EUV-Wellenlängenbereich hat der Anteil an Streulicht in den optischen Systemen, wie etwa Beleuchtungssystem und insbesondere Projektionssystem, von Projektionsbelichtungsanlager für lithographische Verfahren einen wesentlichen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der jeweiligen Projektionsbelichtungsanlage. Der Anteil an Streulicht kann durch die Rauheit der optischen Elemente beeinflusst werden. Indem ein Substrat zur Weiterverarbeitung zu einem Spiegel zur Verfügung gestellt wird, das einen Grundkörper und eine maximal ca. 10 μm dicke Polierschicht einer quadratischen Rauheit von maximal ca. 0,5 nm, bevorzugt 0,3 nm, besonders bevorzugt 0,2 nm aufweist, kann der resultierende Spiegel auch in der EUV-Lithographie eingesetzt werden. Denn über diese Merkmale des Substrats kann der Streulichtanteil, der an dem Spiegel entsteht, in einem Rahmen gehalten werden, der sich nicht zu störend auf den lithographischen Prozess auswirkt, und damit auch die Reflektivität des Spiegels erhöht werden. Dabei ist das vorgeschlagene Substrat insbesondere für EUV-Spiegel geeignet, die eine hochreflektierende Beschichtung aufweisen, die auf einem Viellagensystem aus alternierenden Lagen aus Material mit unterschiedlichem Realteil des komplexen Brechungsindex basieren, über die gewissermaßen ein Kristall mit Netzebenen simuliert wird, an denen Bragg-Beugung stattfindet. Mithilfe des Substrats kann die tatsächlich erreichbare Reflektivität zusätzlich gesteigert werden.
Das vorgeschlagene Substrat weist den Vorteil auf, dass einerseits für den Grundkörper ein Material gewählt werden kann, dass für den Einsatz als EUV-Spiegel beispielsweise in Hinblick auf dessen Festigkeit geeignet ist. Andererseits kann durch die Wahl eines weiteren Materials, das sich gut polieren lässt, die Oberfläche des Substrats optimiert werden. Die Polierschicht hat im wesentlichen nur Einfluss auf die Eigenschaften der Substratoberfläche, während die mechanischen Eigenschaften von dem Grundkörper bestimmt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Grundkörper aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Aluminiumlegierungen haben den Vorteil, bei geringer Dichte hohe Festigkeiten, insbesondere unter auch höherer Wärmelast aufzuweisen, wie sie in Projektionsbelichtungsanlagen für die EUV-Lithographie auftreten kann, und käuflich leicht erhältlich zu sein, so dass Substrate mit einem Grundkörper aus einer Aluminiumlegierung auch wirtschaftlich sinnvoll sein können.
Bevorzugt ist der Grundkörper aus einem Material aus der Gruppe Aluminium-Magnesium-Legierung, Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierung, Aluminium-Zink-Legierung, Aluminium-Silizium-Metall1-Metall2-Legierung, Aluminium-Kupfer-Legierung und Aluminium-Silizium hergestellt. Auch andere Aluminiumlegierungen, die andere weitere Metalle, beispielsweise Mangan, Lithium und/oder Eisen aufweisen, können als Material für den Grundkörper des Substrats geeignet sein. Insbesondere können auch mehrere Legierungen miteinander kombiniert werden.
Bevorzugt ist die Basisschicht aus einer dispersionsverstärkten Aluminiumlegierung hergestellt.
Derartige Aluminiumlegierungen zeichnen sich durch eine besonders hohe Festigkeit aus. Vorzugsweise werden als Dispersionsmittel beispielsweise Aluminiumoxid oder Siliziumoxid eingesetzt. Vorteilhafterweise können insbesondere die dispersionsverstärkten Aluminiumlegierungen pulvermetallurgisch hergestellt sein. Ferner kann der Grundkörper auch aus einer Aluminiumlegierung sein, die über Sprühkompaktierung hergestellt wurde, insbesondere bei Aluminiumlegierungen mit hohem Siliziumgehalt. Möglich ist auch die Herstellung des Grundkörpers aus quasikristallinen Aluminiumlegierungen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Polierschicht aus einem Material der Gruppe Nickel-Phosphor-Zusammensetzung, Nickel-Bor-Zusammensetzung, Kupfer hergestellt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Polierschicht aus einem Material der Gruppe Siliziumdioxid, amorphes Silizium, kristallines Silizium hergestellt. Die Materialien der ersten Gruppe werden bereits in der Metallverarbeitung, die Materialien der zweiten Gruppe bereits in der Halbleiterproduktion u. a. dort eingesetzt, wo auf besonders geringe Rauheiten polierte Oberflächen benötigt werden. Insbesondere lassen sich diese Materialien in einem Ortsfrequenzbereich von 0,1 μm bis 200 μm auf quadratische Rauheiten von 0,5 nm, bevorzugt 0,3 nm, besonders bevorzugt 0,2 nm und darunter polieren.
Vorteilhafterweise ist zwischen dem Grundkörper und der Polierschicht eine Haftvermittlerschicht angeordnet. Insbesondere bei Polierschichten auf der Basis von Silizium auf einem Grundkörper auf der Basis von Aluminium kann dadurch die Haftung der Polierschicht auf dem Grundkörper verbessert werden.
In einem weiteren Aspekt wird diese Aufgabe durch einen Spiegel für eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage gelöst, der ein Substrat wie zuvor beschrieben und eine hochreflektierende Schicht auf der Polierschicht umfasst.
Die vorstehenden und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können.
Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dazu zeigen
1a, b schematisch zwei Varianten eines Substrats im Schnitt; und
2a, b schematisch zwei Varianten eines Spiegels im Schnitt.
In 1a ist schematisch eine erste Variante einer Ausführungsform eines Substrats 1 mit einem Grundkörper 2 und einer darauf aufgebrachten Polierschicht 3 dargestellt. Der Grundkörper 2 und die Polierschicht 3 übernehmen unterschiedliche Funktionen. Während für den Grundkörper 2 eine gute Formstabilität im Vordergrund steht, ist bei der Polierschicht 3 vor allem eine gute Bearbeit- und Polierbarkeit von Bedeutung.
Die Polierschicht kann mittels üblicher Vakuumbeschichtungsverfahren wie beispielsweise Sputterverfahren, Elektronenstrahlverdampfen, Molekularstrahlepitaxie oder ionenstrahlgestütztes Beschichten aufgebracht werden. Handelt es sich bei der Polierschicht um ein metallisches Material, beispielsweise Kupfer, Nickel-Phosphor oder Nickel-Bor, wird sie bevorzugt außenstromlos aufgebracht. Insbesondere Nickel-Phosphor- oder Nickel-Bor-Polierschichten lassen sich auch als Dispersionsschichten aufbringen, wobei beispielsweise Polytetrafluorethylen als Dispersionsmittel dienen kann.
Insbesondere Nickel-Phosphor- oder Nickel-Bor-Polierschichten werden bevorzugt mit höheren Konzentrationen an Phosphor oder Bor aufgebracht, so dass sie überwiegend oder sogar vollständig amorph vorliegen und dadurch besser polierbar sind. Anschließend können sie durch beispielsweise Tempern, Plasmabehandlung oder Ionenbeschuß gehärtet werden. Auch Silizium als Polierschichtmaterial lässt sich gesteuert über das Beschichtungsverfahren amorph oder kristallin abscheiden. Amorphes Silizium lässt sich dabei besser polieren als kristallines Silizium und bei Bedarf ebenfalls durch Tempern, Plasmabehandlung oder Ionenbeschuß härten. Polierschichten aus Silizium oder Silizumdioxid können mittels Ionenstrahlen auch geglättet werden.
Bevorzugte Dicken der Polierschicht 3 können bei etwa 5 μm bis 10 μm für Polierschichten auf der Basis von beispielsweise Nickel oder Kupfer liegen. Bei Polierschichten 3 aus Silizium oder Siliziumdioxid liegen bevorzugte Schichtdicken bei etwa 1,5 μm bis 3 μm. Mit üblichen Polierverfahren lassen sich Polierschichten auf der Basis von Nickel oder Kupfer, insbesondere Nickel-Phosphor-Legierungen im Ortsfrequenzbereich von 1 μm bis 200 μm auf quadratische Rauheiten von kleiner 0,3 nm und im Ortsfrequenzbereich von 0,01 μm bis 1 μm auf quadratische Rauheiten von kleiner 0,25 nm polieren. Polierschichten aus Siliziumdioxid lassen sich mit üblichen Polierverfahren über den gesamten Ortsfrequenzbereich von 0,01 μm bis 200 μm auf quadratische Rauheiten von kleiner 0,2 nm polieren, während bei Silizium, insbesondere amorphem Silizium im Ortsfrequenzbereich von 0,01 μm bis 200 μm mit üblichen Polierverfahren quadratische Rauheiten von kleiner 0,3 nm erreicht werden.
In 1b ist schematisch eine Variante des Substrats 1 aus 1a dargestellt, bei dem zwischen dem Grundkörper 2 und der Polierschicht 3 eine Haftvermittlerschicht 4 angeordnet ist. Bevorzugt kann die Haftvermittlerschicht 4 eine Dicke von bis zu 2 mm aufweisen sowie eine quadratische Rauheit im Ortsfrequenzbereich von 0,01 μm bis 200 μm von bis zu 1 nm.
In einem ersten Ausführungsbeispiel besteht der Grundkörper 2 des Substrats 1 aus der Aluminium-Magnesium-Knetlegierung EN AW-5019 (gemäß DIN EN 573.1 und 3), einer naturharten Aluminiumlegierung. Darauf wurde stromlos eine Nickel-Phosphor-Schicht als Polierschicht abgeschieden. Sie hat eine Dicke von 5 μm und wurde über übliche Polierverfahren auf eine quadratische Rauheit von kleiner 0,3 nm poliert.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel besteht der Grundkörper 2 des Substrats 1 aus der Aluminium-Magnesium-Silizium-Knetlegierung EN AW-6082 (gemäß DIN EN 573.1 und 3), einer gut aushärtbaren Aluminiumlegierung. Darauf wurde stromlos eine Nickel-Bor-Schicht als Polierschicht abgeschieden. Sie hat eine Dicke von 6 μm und wurde über übliche Polierverfahren auf eine quadratische Rauheit von kleiner als 0,3 nm poliert.
In einem dritten Ausführungsbeispiel besteht der Grundkörper 2 des Substrats 1 aus der Aluminium-Kupfer-Knetlegierung EN AW-2024 (gemäß DIN EN 573.1 und 3), einer gut aushärtbaren Aluminiumlegierung. Darauf wurde stromlos eine Kupfer-Schicht als Polierschicht abgeschieden. Sie hat eine Dicke von 7 μm und wurde über übliche Polierverfahren auf eine quadratische Rauheit von kleiner 0,3 nm poliert.
In einem vierten Ausführungsbeispiel besteht der Grundkörper 2 des Substrats 1 aus einer dispersionsgehärteten Aluminium-Legierung mit ca. 2 Vol.-% Aluminiumoxid als Dispersionsmittel, die pulvermetallurgisch hergestellt wurde. Darauf wurde stromlos eine Nickel-Bor-Schicht als Polierschicht abgeschieden. Sie hat eine Dicke von 8 μm und wurde über übliche Polierverfahren auf eine quadratische Rauheit von kleiner 0,3 nm poliert.
In einem fünften Ausführungsbeispiel besteht der Grundkörper 2 des Substrats 1 aus einer Aluminium-Silizium-Legierung mit ca. 45 Vol.-% Silizium, die über Sprühkompaktierung hergestellt wurde. Darauf wurde mittels üblicher Vakuumbeschichtungsverfahren eine amorphe Silizium-Schicht als Polierschicht abgeschieden. Sie hat eine Dicke von 1,5 μm und wurde über übliche Polierverfahren auf eine quadratische Rauheit von kleiner 0,3 nm poliert.
In einem sechsten Ausführungsbeispiel besteht der Grundkörper 2 des Substrats 1 aus der Aluminium-Magnesium-Knetlegierung EN AW-5019 (gemäß DIN EN 573.1 und 3), einer naturharten Aluminiumlegierung. Darauf wurde mittels üblicher Vakuumbeschichtungsverfahren eine Siliziumdioxid-Schicht als Polierschicht abgeschieden. Sie hat eine Dicke von 2 μm und wurde über übliche Polierverfahren auf eine quadratische Rauheit von kleiner 0,2 nm poliert.
In einem siebten Ausführungsbeispiel besteht der Grundkörper 2 des Substrats 1 aus der Aluminium-Magnesium-Silizium-Knetlegierung EN AW-6082 (gemäß DIN EN 573.1 und 3), einer gut aushärtbaren Aluminiumlegierung. Darauf wurde mittels üblicher Vakuumbeschichtungsverfahren eine amorphe Silizium-Schicht als Polierschicht abgeschieden. Sie hat eine Dicke von 3 μm und wurde über übliche Polierverfahren auf eine quadratische Rauheit von kleiner 0,3 nm poliert.
In einem achten Ausführungsbeispiel besteht der Grundkörper 2 des Substrats 1 aus der Aluminium-Zink-Knetlegierung EN AW-7075 (gemäß DIN EN 573.1 und 3), einer hochfesten Aluminiumlegierung. Darauf wurde mittels üblicher Vakuumbeschichtungsverfahren eine kristalline Silizium-Schicht als Polierschicht abgeschieden. Sie hat eine Dicke von 2,5 μm und wurde über übliche Polierverfahren auf eine quadratische Rauheit von kleiner 0,3 nm poliert.
Derartige Substrat 1 lassen sich zu EUV-Spiegeln 5 weiterverarbeiten, wie in einer ersten Variante einer Ausführungsform schematisch in 2 dargestellt ist, indem auf die Polierschicht 3 eine hochreflektierende Schicht 6 aufgebracht wird. Besonders bevorzugt für den Einsatz bei EUV-Strahlung im Wellenlängenbereich von ca. 5 nm bis 20 nm handelt es sich bei der hochreflektierenden Schicht 6 um ein Viellagensystem aus alternierenden Lagen aus Material mit unterschiedlichem Realteil des komplexen Brechungsindex, über die gewissermaßen ein Kristall mit Netzebenen simuliert wird, an denen Bragg-Beugung stattfindet. Beispielsweise für den Einsatz bei 13 nm bis 14 nm kann ein Viellagensystem aus alternierenden Silizium- und Molybdänlagen aufgebracht sein.
In 2b ist eine weitere Variante des Spiegels 5 aus 2a schematisch dargestellt, bei der zwischen dem Grundkörper 2 und der Polierschicht 3 des Substrats 1 des Spiegels 5 eine Haftvermittlerschicht 4 angeordnet ist.
Insbesondere wenn die hochreflektierende Schicht 6 als Viellagensystem ausgestaltet ist, wird sie bevorzugt mit üblichen Vakuumbeschichtungsverfahren wie beispielsweise Sputterverfahren, Elektronenstrahlverdampfen, Molekularstrahlepitaxie oder ionenstrahlgestütztes Beschichten aufgebracht. Der Streulichtanteil der EUV-Spiegel 5, die auf der Grundlage der oben genannten Substrate 1 hergestellt wurden, konnte gegenüber Spiegeln mit herkömmlichen Substraten um mehrere Prozent gesenkt werden. Dadurch resultierte auch eine Reflektivitätssteigerung um einige Prozent. Indem man in einer Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Lithographie mehrere der hier vorgeschlagenen Spiegel 5 einsetzt, lässt sich dieser positive Effekt potenzieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 573.1 und 3 [0024]
DIN EN 573.1 und 3 [0025]
DIN EN 573.1 und 3 [0026]
DIN EN 573.1 und 3 [0029]
DIN EN 573.1 und 3 [0030]
DIN EN 573.1 und 3 [0031]

Claims

Substrat für einen Spiegel für die EUV-Lithographie mit einem Grundkörper und einer Polierschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Polierschicht (3) eine Dicke von weniger als 10 μm und eine quadratische Rauheit von weniger als 0,5 nm aufweist.
Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.
Substrat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) aus einem Material aus der Gruppe Aluminium-Magnesium-Legierung, Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierung, Aluminium-Zink-Legierung, Aluminium-Silizium-Metall1-Metall2-Legierung, Aluminium-Kupfer-Legierung und Aluminium-Silizium hergestellt ist.
Substrat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) aus einer dispersionsverstärkten Aluminiumlegierung hergestellt ist.
Substrat nach Anspruch 1 oder 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) aus einer pulvermetallurgisch hergestellten Aluminiumlegierung hergestellt ist.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Polierschicht (3) aus einem Material der Gruppe Nickel-Phosphor-Zusammensetzung, Nickel-Bor-Zusammensetzung, Kupfer hergestellt ist.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Polierschicht (3) aus einem Material der Gruppe Siliziumdioxid, amorphes Silizium, kristallines Silizium hergestellt ist.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundkörper (2) und der Polierschicht (3) eine Haftvermittlerschicht (4) angeordnet ist.
Spiegel für eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage, umfassend ein Substrat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und eine hochreflektierende Schicht (6) auf der Polierschicht (3).