DE102012202850A1

DE102012202850A1 - Verfahren zum Optimieren eines Schutzlagensystems für ein optisches Element, optisches Element und optisches System für die EUV-Lithographie

Info

Publication number: DE102012202850A1
Application number: DE102012202850A
Authority: DE
Inventors: Dirk Heinrich Ehm; Arnoldus Jan Storm; Tina Graber; Jeroen Huijbregtse; Edwin Te Sligte; Hermanus Hendricus Petrus Theodorus
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; ASML Netherlands BV
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; ASML Netherlands BV
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2013-08-29
Also published as: WO2013124224A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Optimieren eines Schutzlagensystems (59) für ein EUV-Strahlung (6) reflektierendes Mehrlagensystem (51) eines optischen Elements (50), umfassend die Schritte: Auswählen eines Materials für eine oberste Lage (57) des Schutzlagensystems (59) aus einer Gruppe von chemischen Verbindungen umfassend: Oxide, Karbide, Nitride, Silikate und Boride, wobei das Auswählen des Materials für die oberste Lage (57) in Abhängigkeit von einer Bildungsenthalpie der jeweiligen chemischen Verbindung erfolgt. Die Erfindung betrifft auch ein optisches Element (50), umfassend: ein EUV-Strahlung (6) reflektierendes Mehrlagensystem (51), sowie ein Schutzlagensystem (59) mit einer obersten Lage (57) aus einem Material, welches ausgewählt ist aus einer Gruppe von chemischen Verbindungen umfassend: Oxide, Karbide, Nitride, Silikate und Boride, wobei das Schutzlagensystem (59) entweder aus der obersten Lage (57) mit einer Dicke (d) zwischen 5 nm und 15 nm besteht oder das Schutzlagensystem (59) mindestens eine weitere Lage (58) unter der obersten Lage (57) aufweist, deren Dicke (d2) größer ist als die Dicke (d1) der obersten Lage (57).

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Optimieren eines Schutzlagensystems für ein EUV-Strahlung reflektierendes Mehrlagensystem eines optischen Elements. Die Erfindung betrifft auch ein optisches Element mit einem EUV-Strahlung reflektierenden Mehrlagensystem und mit einem Schutzlagensystem, sowie ein optisches System für die EUV-Lithographie mit mindestens einem solchen optischen Element.
In EUV-Lithographieanlagen werden zur Herstellung von Halbleiterbauelementen reflektive optische Elemente für den extremen ultravioletten (EUV)-Wellenlängenbereich (bei Wellenlängen zwischen ca. 5 nm und ca. 20 nm) wie etwa Photomasken oder Spiegel auf der Basis von reflektierenden Mehrlagensystemen eingesetzt. Da EUV-Lithographieanlagen in der Regel mehrere reflektive optische Elemente aufweisen, müssen diese eine möglichst hohe Reflektivität aufweisen, um eine hinreichend hohe Gesamt-Reflektivität sicherzustellen. Die Reflektivität und die Lebensdauer der reflektiven optischen Elemente kann durch Kontamination der optisch genutzten reflektiven Fläche (Grenzfläche zur Umgebung) der reflektiven optischen Elemente, die aufgrund der kurzwelligen Bestrahlung zusammen mit Restgasen in der Betriebsatmosphäre entsteht, reduziert werden. Da üblicherweise in einer EUV-Lithographieanlage mehrere reflektive optische Elemente hintereinander angeordnet sind, wirken sich auch schon geringere Kontaminationen auf jedem einzelnen reflektiven optischen Element in größerem Maße auf die Gesamt-Reflektivität aus.
Kontamination kann beispielsweise aufgrund von Feuchtigkeitsrückständen auftreten. Dabei werden Wassermoleküle durch die EUV-Strahlung aufgespalten und die resultierenden Sauerstoffradikale oxidieren die optisch aktiven Flächen der reflektiven optischen Elemente. Eine weitere Kontaminationsquelle sind Polymere, die beispielsweise aus den in EUV-Lithographieanlagen verwendeten Vakuumpumpen stammen können oder von Rückständen von Photolacken, die auf den zu strukturierenden Halbleitersubstraten verwendet werden, und die unter Einfluss der Betriebsstrahlung zu Kohlenstoffkontaminationen auf den reflektiven optischen Elementen führen. Während oxidative Kontaminationen in der Regel irreversibel sind, lassen sich insbesondere Kohlenstoffkontaminationen u. a. durch Behandlung mit reaktivem Wasserstoff entfernen, indem der reaktive Wasserstoff mit den kohlenstoffhaltigen Rückständen zu flüchtigen Verbindungen reagiert. Bei reaktivem Wasserstoff kann es sich um Wasserstoffradikale oder auch ionisierte Wasserstoffatome oder -moleküle handeln. Wenn die in der EUV-Lithographieanlage vorgesehene Lichtquelle EUV-Strahlung auf Grundlage eines Zinn-Plasmas erzeugt, treten in der Umgebung der Lichtquelle, Zinn-, sowie ggf. Zink- oder Indium-Verbindungen (bzw. allgemein Metall(hydrid)-Verbindungen) auf, die sich an der optisch genutzten Oberfläche anlagern können. Da diese Substanzen in der Regel eine hohe Absorption für EUV-Strahlung aufweisen, führen Ablagerungen dieser Substanzen an den optisch genutzten Oberflächen zu einem hohen Verlust an Reflektivität, weshalb diese Substanzen mit Hilfe von geeigneten Reinigungsmethoden entfernt werden sollten.
Zum Schutz des reflektierenden Mehrlagensystems vor Degradation ist es bekannt, auf das Mehrlagensystem ein Schutzlagensystem aufzubringen. Unter Degradation werden Kontaminationseffekte wie z. B. das Aufwachsen einer Kohlenstoff-Schicht, Oxidation, Metall-Depositionen etc. verstanden, aber auch die Delamination von einzelnen Lagen, das Abätzen bzw. Sputtern von Lagen, etc. Insbesondere ist beobachtet worden, dass es unter dem Einfluss von reaktivem Wasserstoff, der zur Reinigung verwendet wird, oder der aufgrund der Wechselwirkung der EUV-Strahlung mit in der Restatmosphäre vorhandenem Wasserstoff entstehen kann, zum Ablösen von einzelnen Lagen, insbesondere dicht an der Oberfläche des Mehrlagensystems kommen kann.
Aus der US 2011/0228237 A1 ist es bekannt, zum Schutz des reflektierenden Mehrlagensystems ein Schutzlagensystem mit mindestens zwei Lagen vorzusehen, von denen eine Lage ein Material aufweist, welches ausgewählt ist aus der Gruppe SiO₂, Y₂O₃ und ZrO₂ und eine weitere Lage ein Material aufweist, welches ausgewählt ist aus einer Gruppe, welche Siliziumoxid (mit unterschiedlichen stöchiometrischen Verhältnissen), Y und ZrO umfasst.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Optimieren eines Schutzlagensystems für ein EUV-Strahlung reflektierendes Mehrlagensystem eines optischen Elements, ein zugehöriges optisches Element sowie ein EUV-Lithographiesystem mit mindestens einem solchen optischen Element bereitzustellen.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Optimieren eines Schutzlagensystems für ein EUV-Strahlung reflektierendes Mehrlagensystem eines optischen Elements, umfassend die Schritte: Auswählen eines Materials für eine oberste Lage des Schutzlagensystems aus einer Gruppe von chemischen Verbindungen umfassend: Oxide, Karbide, Nitride, Silikate und Ronde, wobei das Auswählen des Materials für die oberste Lage in Abhängigkeit von einer Bildungsenthalpie der jeweiligen chemischen Verbindung erfolgt.
Die Erfinder haben erkannt, dass die Stabilität eines Schutzlagensystems wesentlich davon abhängt, ob die oberste Lage des Schutzlagensystems inert gegenüber Reaktionen mit ggf. in der Umgebung des optischen Elements vorhandenen kontaminierenden Stoffen und ggf. reaktivem Wasserstoff sowie gegenüber einer Oxidation durch in dem Restgas vorhandenen Sauerstoff oder Wasser ist. Die chemische Stabilität der für die oberste Lage verwendeten Verbindung hängt hierbei wesentlich von der Stärke der (kovalenten) Bindungen des jeweiligen Oxids, Karbids, Nitrids, Silikats bzw. Borids ab, deren Bindungsstärke durch die Bildungsenthalpie gemessen werden kann. Um die Bildungsenthalpie von Verbindungen mit einer unterschiedlichen Atomanzahl miteinander vergleichen zu können, wird die Bildungsenthalpie vorzugsweise normiert, indem der Wert der Bildungsenthalpie durch die Anzahl der Atome der jeweiligen Verbindung geteilt wird. Auf diese Weise kann eine Materialauswahl für die oberste Lage erfolgen, z. B. indem die jeweiligen Materialien nach der (normierten) Bildungsenthalpie geordnet werden, wobei Materialien mit einer größeren (negativen) Bildungsenthalpie, d. h. mit einer festeren kovalenten Bindung, als Material für die oberste Lage günstiger bewertet werden als Materialien mit einer geringeren Bildungsenthalpie. Es versteht sich, dass für die Materialauswahl neben der Bildungsenthalpie auch weitere Eigenschaften der oben genannten Verbindungen berücksichtigt werden können, wie weiter unten dargestellt wird.
Bei einer Variante des Verfahrens umfasst die Gruppe, aus welcher das Material ausgewählt wird, Oxide, Karbide, Nitride, Silikate und Boride der folgenden chemischen Elemente: Y, Ce, Zr, Nb, Si, Ti, V, Mo, Mn, Al, W, Cr, La, Co, Ru, B, Hf, U, Be. Bei der Materialauswahl kann auch ein Vergleich der Bildungsenthalpie einer jeweiligen Verbindung eines der oben genannten chemischen Elemente mit einem zugehörigen Oxid bzw. Hydrid erfolgen, das ggf. durch eine chemische Reaktion der Verbindung mit dem Restgas bzw. mit kontaminierenden Substanzen gebildet werden kann. Die Bildungsenthalpie der jeweiligen Verbindung (bzw. der Betrag der Bildungsenthalpie) sollte größer sein als diejenige der jeweiligen Oxid- bzw. Hydrid-Verbindung, um sicherzustellen, dass die oberste Lage des Schutzlagensystems in der Vakuum-Umgebung chemisch inert ist.
Bei einer Variante des Verfahrens umfasst die Gruppe folgende chemische Verbindungen: Y₂O₃, Ce₂O₃, ZrO₂, CeO₂, Nb₂O₅, NbO₂, NbO, SiO₂, Ti₃O₅, V₃O₅, Ti₂O₃, MoO₂, MnO₂, TiO₂, V₂O₅, V₂O₃, V₂O₃, MoSi₂, Mn₂O₃, WO₃, Cr₃O₄, TiO, Mn₃O₄, MoO₃, La₂O₃, Cr₂O₃, MnO, WO₂, CrO₂, VO, AlN, Co₃O₄, Si₃N₄, RuO₂, BN, SiC, RuO₄. Typischer Weise lassen sich Verbindungen der oben genannten Elemente mit Hilfe von herkömmlichen Beschichtungsverfahren (z. B. Abscheidung aus der Gasphase („chemical vapor deposition”, CVD, „physical vapor deposition”, PVD, Sputtern, etc.) auf das reflektierende Mehrlagensystem aufbringen.
Insbesondere wenn das optischen Element in dem EUV-Lithographiesystem in der Nähe der Strahlquelle angeordnet ist (z. B. bei einem Kollektorspiegel) können ggf. nur solche Materialien in die Auswahl einbezogen werden, die keine intermetallischen Verbindungen mit Zinn eingehen. Bei der Materialauswahl für ein solches optisches Element können z. B. RuO₂ bzw. RuO₄ nicht berücksichtigt werden, da diese Verbindungen eine Affinität zu Zinn aufweisen. Auch kann bei der Materialauswahl berücksichtigt werden, ob die jeweilige Verbindung eine Reaktion mit Wasserstoff eingeht, z. B. ein leicht flüchtiges Hydrid bildet, Metallhydride absorbiert oder durch ein ggf. vorhandenes Wasserstoff-Plasma abgeätzt wird. Ein solches Abätzen ist z. B. bei Si₃N₄, bei BN und bei SiC beobachtet wurden, weshalb diese Verbindungen in der Regel von der Auswahl ausgeschlossen werden sollten bzw. nur in besonders gelagerten Fällen, z. B. wenn keine Reinigung erforderlich ist, als Materialien für die oberste Lage des Schutzlagensystems verwendet werden sollten. Bei bestimmten Materialien, z. B. bei Ce₂O₃ oder bei CeO₂, ist eine Änderung des Oxidationszustands bei der Bestrahlung mit intensiver EUV-Strahlung beobachtet worden. Diese Materialien sowie ZrO₂ weisen eine hohe Leitfähigkeit für Sauerstoff-Ionen auf, was ggf. die Oxidation von unter der obersten Lage befindlichen weiteren Lagen begünstigt und einen (in der Regel ungünstigen) Einfluss auf deren Reflexionseigenschaften haben kann. Daher können diese Materialien ggf. ebenfalls von der Auswahl ausgeschlossen werden. Diese Materialien eigen sich aber für unter der obersten Lage befindliche weitere Lagen des Schutzlagensystems, da diese nicht direkt mit Sauerstoff-Ionen aus der Umgebung in Berührung kommen.
In einer weiteren Variante umfasst das Verfahren zusätzlich: Wählen einer Dicke mindestens einer Lage des Schutzlagensystems in Abhängigkeit von einer Eindringtiefe von reaktivem Wasserstoff in die mindestens eine Lage. Die Eindringtiefe von reaktivem Wasserstoff, insbesondere von ionisierten Wasserstoff-Atomen bzw. Wasserstoff-Radikalen, hängt von der kinetischen Energie der jeweiligen Ionen ab, welche in einer EUV-Lithographieanlage bei ca. 100 eV oder darüber liegen kann. Die Eindringtiefe von Wasserstoff-Ionen mit diesen kinetischen Energien in das Schutzlagensystem bzw. in das reflektive Mehrlagensystem ist materialabhängig und liegt typischer Weise in der Größenordnung von ca. 10 nm bis ca. 15 nm. Dringen die Wasserstoffionen in das unter dem Schutzlagensystem befindliche Mehrlagensystem ein, kann dies zur Blasenbildung und damit zur Ablösung von einzelnen Lagen des Mehrlagensystems führen. Es wird vermutet, dass der eingelagerte Wasserstoff beispielsweise in Siliziumlagen zur Entstehung von Silanverbindungen führt, welche eine ggf. lokal begrenzte Blasenbildung bzw. Schichtablösung zur Folge haben können.
Durch eine geeignete Wahl der Dicke(n) sowie des Materials der Lage(n) des Schutzlagensystems kann das Eindringen von Wasserstoff in das darunter liegende Mehrlagensystem verhindert bzw. stark reduziert werden. Um zu erreichen, dass die maximale Reflektivität des optischen Elements noch hinreichend für den Einsatz in der EUV-Lithographie ist, sollte die Gesamtdicke des Schutzlagensystems in der Regel einen Wert von 25 nm nicht überschreiten, wobei eine möglichst geringe Dicke bei gleichzeitig hoher Stoppwirkung für Wasserstoff-Ionen anzustreben ist. Auch Materialien, die eine hohe Diffusivität für Wasserstoff aufweisen, können als Barrierelagen dienen, da sich der Wasserstoff nicht in dem jeweiligen Material einlagert.
Das Schutzlagensystem kann eine einzige (oberste) Lage aufweisen, deren Dicke so gewählt werden sollte, dass das darunter liegende Mehrlagensystem vor eindringendem Wasserstoff geschützt wird. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn das Material der obersten Lage ausgewählt wird aus der Gruppe umfassend: NbO₂, NbO, TiO₂, BN, TiO, MoSi₂, Ti₃O₅, Si₃N₄ und die oberste (d. h. die einzige) Schutzschichtlage eine Dicke zwischen 8 nm und 12 nm, bevorzugt zwischen 8 nm und 10 nm aufweist. Bei den oben genannten Materialien ist eine verhältnismäßig geringe Dicke ausreichend, um das Eindringen von Wasserstoff-Ionen zu verhindern. Bei der Verwendung von Y₂O₃, Ce₂O₃, ZrO₂, La₂O₃, CeO₂, SiO₂, Nb₂O₅, V₂O₅, oder ZrN als Material für die oberste bzw. einzige Lage des Schutzlagensystems wird zur Verhinderung des Eindringens von Wasserstoff typsicher Weise eine größere Dicke benötigt, welche z. B. im Bereich zwischen 10 nm und 18 nm, bevorzugt zwischen ca. 12 nm und ca. 15 nm liegen kann. Die Eindringtiefe der Wasserstoff-Ionen in das jeweilige Material kann hierbei experimentell oder mit Simulationsrechnungen z. B. auf Grundlage der Monte-Carlo-Methode erfolgen (z. B. durch so genannte „Stopping and Range of Ions in Matter”, SRIM-Simulationen).
In einer weiteren Variante wird das Material der obersten Lage des Schutzlagensystems anhand der Reflektivität und/oder der dickenabhängigen Änderung der Reflektivität der obersten Lage bei der von dem Mehrlagensystem zu reflektierenden Wellenlänge ausgewählt. Zum Erreichen eine möglichst großen Reflektivität des optischen Elements ist es insbesondere bei einlagigen Schutzlagensystemen günstig, für die oberste Lage ein Material mit einer hohen Reflektivität bzw. einer geringen Absorption bei der zu reflektierenden Wellenlänge auszuwählen. Zusätzlich oder alternativ kann es günstig sein, wenn bei der Materialauswahl die Änderung der Reflektivität bei einer (ggf. infinitesimalen) Dickenänderung berücksichtigt wird, damit sich ggf. auftretende Dickenunterschiede nicht ungünstig auf das Verhalten der Reflektivität des optischen Elements auswirken können. Die Reflektivität bzw. deren Änderung kann ggf. gemeinsam mit der Enthalpie zur Bestimmung einer Gütezahl zur Bewertung der Eignung eines jeweiligen Materials als oberste Lage des Schutzlagensystems herangezogen werden.
Alternativ zur den weiter oben beschriebenen Varianten, bei denen das Schutzlagensystem nur eine einzige Lage aufweist, kann das Schutzlagensystem auch mindestens eine weitere Lage unter der obersten Lage aufweisen, deren Dicke größer gewählt wird als die Dicke der obersten Lage. Ein solches zumindest zweilagiges Schutzlagensystem hat sich als besonders günstig erwiesen, um die Anforderungen an das Schutzlagensystem zu optimieren: Für die oberste Lage kann ein Material gewählt werden, welches inert bzw. resistent gegenüber allen Degradationsprozessen an der Grenzfläche zur Vakuum-Umgebung ist. Das Material der mindestens einen darunter liegenden Lage wird so gewählt, dass dieses eine gute Stopp- bzw. Barrierewirkung für hochenergetische Wasserstoff-Ionen bei gleichzeitig guter Transmission für EUV-Strahlung bei der zu reflektierenden Wellenlänge aufweist. Die Dicke der obersten Lage, die erforderlich ist, um die weitere(n) Lage(n) vor Degradation zu schützen, ist hierbei in der Regel geringer als die Dicke der weitere(n) Lage(n), welche benötigt wird, um die eindringenden Wasserstoff-Ionen zu stoppen.
Bei einer Variante wird für die oberste Lage eine Dicke von nicht mehr als 5 nm, bevorzugt von nicht mehr als 2 nm (und typischer Weise größer als 1 nm) gewählt. Eine solche Dicke ist in der Regel ausreichend, um die darunter liegende(n) weitere(n) Lage(n) vor Degradation zu schützen. Insbesondere können für die oberste Lage auch besonders inerte Materialien verwendet werden, die aufgrund ihrer hohen Absorption für EUV-Strahlung typischer Weise nicht in der EUV-Lithographie verwendet werden, z. B. Wolframoxid (W₂O₃, WO₂ bzw. WO₃), Wolframcarbid (WC), Titancarbid (TiC) und Aluminiumoxid (Al₂O₃). Für die weitere Lage (oder die weiteren Lagen) wird typischer Weise eine (Gesamt-)Dicke von mehr als 5 nm, insbesondere von mehr als 10 nm (und typischer Weise nicht größer als 15 nm) gewählt. Diese Dicken sind (gemeinsam mit der obersten Lage) in der Regel ausreichend, um das darunter liegende Mehrlagensystem vor dem Eindringen von WasserstoffIonen zu schützen.
Bei einer weiteren Variante umfasst das Verfahren: Auswählen des Materials der mindestens einen weiteren Lage in Abhängigkeit von der Reflektivität des mit dem Schutzlagensystem versehenen optischen Elements für die von dem Mehrlagensystem zu reflektierende Wellenlänge. Das Material der mindestens einen weiteren Lage wird hierbei bevorzugt so gewählt, dass die Reflektivität bei der zu reflektierenden Wellenlänge möglichst groß ist. Es hat sich gezeigt, dass es Materialkombinationen für ein Schutzlagensystem mit zwei (oder mehr) Lagen gibt, bei denen die Reflektivität des optischen Elements gegenüber einem Schutzlagensystem mit einer einzigen Lage (und vergleichbarer Dicke) deutlich erhöht werden kann. Obgleich die Reflektivität des optischen Elements auch von dem darunter liegenden Mehrlagensystem bzw. von dessen Optimierung abhängig ist, ist es typischer Weise günstig, wenn das Material der mindestens einen weiteren Lage einen geringeren Absorptionskoeffizienten (d. h. einen geringeren Betrag des Imaginärteils des Brechungsindex) für die EUV-Strahlung aufweist als die oberste Lage. Es versteht sich, dass trotz der vergleichsweise geringen Dicke der obersten Lage eines zwei- oder mehrlagigen Schutzlagensystems auch das Material der obersten Lage ggf. in Abhängigkeit von der jeweiligen erzielbaren Reflektivität bzw. Absorption der obersten Lage für EUV-Strahlung bei der zu reflektierenden Wellenlänge ausgewählt werden kann.
Das auf die oben beschriebene Weise optimierte Schutzlagensystem kann mittels eines herkömmlichen Beschichtungsprozesses auf das darunter liegende reflektierende Mehrlagensystem aufgebracht werden, welches ebenfalls mittels eines herkömmlichen Beschichtungsverfahrens auf ein geeignetes, darunter liegendes Substrat aufgebracht werden kann.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist verwirklicht in einem optischen Element, umfassend: ein EUV-Strahlung reflektierendes Mehrlagensystem, sowie ein auf das reflektierende Mehrlagensystem aufgebrachtes Schutzlagensystem mit einer obersten Lage aus einem Material, welches ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Oxide, Karbide, Nitride, Silikate und Boride, wobei das Schutzlagensystem entweder aus der obersten Lage mit einer Dicke zwischen 5 nm und 15 nm besteht, oder das Schutzlagensystem mindestens eine weitere Lage unter der obersten Lage aufweist, deren Dicke größer ist als die Dicke der obersten Lage.
Wie weiter oben dargestellt wurde, kann das Schutzlagensystem entweder aus einer Lage bestehen, deren Dicke so gewählt ist, dass das Eindringen von Wasserstoff-Ionen in das darunter liegende Mehrlagensystem verhindert werden kann, oder es kann ein Schutzlagensystem mit mindestens zwei Lagen vorgesehen werden, von denen die oberste als Degradationsschutz dient und eine vergleichsweise geringe Dicke aufweist und die weitere(n) Lage(n) im Wesentlichen zum Stoppen von Wasserstoff-Ionen verwendet werden.
Bei einer Ausführungsform ist das Material der obersten Lage ausgewählt aus Oxiden, Karbiden, Nitriden, Silikaten und Boriden der folgenden chemischen Elemente: Y, Ce, Zr, Nb, Si, Ti, V, Mo, Mn, Al, W, Cr, La, Co, Ru, B, Hf, U, Be. Insbesondere Oxide und Nitride mehrerer der oben angegebenen Elemente haben sich gegenüber reaktivem Wasserstoff (sowie gegenüber Zinnablagerungen) als weitgehend resistent erwiesen.
Das Material der obersten Lage kann insbesondere ausgewählt werden aus der Gruppe umfassend: Y₂O₃, Ce₂O₃, ZrO₂, CeO₂, Nb₂O₅, NbO₂, NbO, SiO₂, Ti₃O₅, V₃O₅, Ti₂O₃, MoO₂, MnO₂, TiO₂, V₂O₅, Al₂O₃, V₂O₃, MoSi₂, Mn₂O₃, WO₃, Cr₃O₄, TiO, Mn₃O₄, MoO₃, La₂O₃, Cr₂O₃, MnO, WO₂, CrO₂, VO, AlN, Co₃O₄, Si₃N₄, RuO₂, BN, SiC und RuO₄, wobei sich in dieser Gruppe insbesondere Y₂O₃, Ce₂O₃, ZrO₂, CeO₂, Nb₂O₅ und NbO aufgrund ihrer Materialeigenschaften als besonders günstige Materialien für die oberste Lage des Schutzlagensystems herausgestellt haben. Einige chemische Verbindungen aus der obigen Liste können aufgrund von bekannten Nachteilen für die oberste Lage nicht bzw. nur unter bestimmten Bedingungen verwendet werden. Dies gilt beispielsweise für Si₃N₄, BN und SiC, bei denen ein Abätzen durch ein Wasserstoff-Plasma beobachtet wurde, so dass diese nicht verwendet werden sollten, sofern eine Wasserstoff-Reinigung durchgeführt werden soll.
Bei einer Ausführungsform, bei welcher das Schutzlagensystem nur aus der obersten Lage besteht, ist das Material der obersten Lage ausgewählt aus der Gruppe umfassend: NbO₂, NbO, TiO₂, BN, TiO, MoSi₂, Ti₃O₅, Si₃N₄ und weist eine Dicke zwischen 8 nm und 12 nm, bevorzugt zwischen 8 nm und 10 nm auf. Alternativ kann das Material der obersten (einzigen) Lage des Schutzlagensystems auch ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend: Y₂O₃, Ce₂O₃, ZrO₂, La₂O₃, CeO₂, SiO₂, Nb₂O₅, V₂O₅, ZrN und weist in diesem Fall eine Dicke zwischen ca. 10 nm und ca. 18 nm, bevorzugt zwischen 12 nm und 15 nm auf.
In einer weiteren, alternativen Ausführungsform weist die oberste Lage eine Dicke von nicht mehr als 5 nm, bevorzugt von nicht mehr als 2 nm (und in der Regel von mehr als ca. 1 nm) auf und die Dicke der weiteren Lage (oder die Gesamt-Dicke der weiteren Lagen) ist größer als 5 nm, insbesondere größer als 10 nm (und typischer Weise nicht größer als 15 nm). Wie weiter oben dargestellt wurde, kann auf diese Weise ein Schutzlagensystem mit einer hohen Reflexion für EUV-Strahlung erhalten werden, welches das Eindringen von Wasserstoff-Ionen in das darunter liegende Mehrlagensystem wirksam verhindert.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Material der mindestens einen weiteren Lage eine geringere Absorption für EUV-Strahlung bei der von dem Mehrlagensystem zu reflektierenden Wellenlänge auf als die oberste Lage. Dies ist günstig, um die Reflektivität des optischen Elements für EUV-Strahlung bei der Arbeitswellenlänge zu erhöhen.
Um eine hohe Reflektivität bei der Arbeitswellenlänge zu erzeugen, weist das Mehrlagensystem typischer Weise alternierend angeordnete Lagen eines Materials mit einem geringeren Realteil des Brechungsindex im EUV-Wellenlängenbereich und eines Materials mit einem höheren Realteil des Brechungsindex im EUV-Wellenlängenbereich auf. Um in einem Wellenlängenbereich um 12,5 nm bis 14,5 nm eine hohe Reflektivität zu erreichen, wird typischer Weise Silizium als Material mit dem höheren Realteil des Brechungsindex und Molybdän als das Material mit dem niedrigeren Realteil des Brechungsindex verwendet. Wie weiter oben dargestellt wurde, hat sich herausgestellt, dass insbesondere Lagen aus reinem Silizium besonders stark von eindringendem reaktivem Wasserstoff angegriffen werden, selbst wenn darüber weitere Lagen aus anderem Material angeordnet sind. Durch das hier vorgeschlagene Schutzlagensystem werden auch Siliziumlagen gut vor hochenergetischem reaktiven Wasserstoff geschützt.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Material der mindestens einen weiteren Lage ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Y, Ce, Zr, Nb, Si, Ti, V, Mo, Mn, Al, W, Cr, La, Co, Ru, B, Hf, U, Be sowie deren Oxide, Karbide, Nitride, Silikate und Boride. Als Materialien für die weiteren Lagen haben sich insbesondere Materialien als günstig erwiesen, die einerseits eine gute Stoppwirkung für Wasserstoff-Ionen aufweisen und andererseits eine ausreichende Transmission für EUV-Strahlung besitzen. Es versteht sich, dass die Überlegungen, die für die Auswahl des Materials der obersten Lage des Schutzlagensystems relevant sind (insbesondere im Hinblick auf ausreichende Stabilität bzw. geringe Neigung zur Degradation) für die weiteren Lagen nicht bzw. nur in eingeschränkter Weise gelten und dass daher ggf. auch andere als die weiter oben im aufgeführten Materialien bzw. Verbindungen zur Verwendung in der bzw. den weiteren Lagen in Frage kommen.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Material der mindestens einen weiteren Lage ausgewählt aus der Gruppe umfassend: B₄C, Si₃N₄, Mo, Ru, Zr, Si. Diese Materialien haben sich für die Verwendung als weitere Lagen des Schutzlagensystems als besonders günstig erwiesen.
In einer bevorzugten weiteren Ausführungsform weist die oberste Lage des Schutzlagensystems eine Dicke von 2 nm oder weniger, insbesondere von ca. 1,5 nm oder weniger auf und das Material der obersten Lage ist ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Wolframoxid (W₂O₃, WO₂ und WO₃), Wolframcarbid (WC), Titancarbid (TiC) und Aluminiumoxid (Al₂O₃). Diese Materialien sind besonders inert, weisen aber eine hohe Absorption für EUV-Strahlung auf. Aufgrund der geringen Dicke der obersten Lage können diese Materialien bei dem hier vorgeschlagenen Schutzlagensystem dennoch zum Einsatz kommen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das reflektive optische Element als Kollektorspiegel ausgebildet. Kollektorspiegel werden in der EUV-Lithographie oft als erster Spiegel in Strahlrichtung hinter der Strahlungsquelle, insbesondere einer Plasma-Strahlungsquelle, eingesetzt, um die von der Strahlungsquelle in verschiedene Richtungen emittierte Strahlung zu sammeln und gebündelt zum nächstfolgenden Spiegel zu reflektieren. Wegen der hohen Strahlungsintensität in der Umgebung der Strahlungsquelle kann dort mit besonders hoher Wahrscheinlichkeit in der Restgasatmosphäre vorhandener molekularer Wasserstoff in atomaren Wasserstoff mit hoher kinetischer Energie umgewandelt werden, so dass gerade Kollektorspiegel besonders gefährdet sind, Ablösungserscheinungen an den oberen Lagen ihres Mehrlagensystems aufgrund von eindringendem reaktiven Wasserstoff zu zeigen.
Insbesondere wenn die Plasma-Strahlungsquelle auf Basis von Zinnplasma betrieben wird, können sich an der Grenzfläche der obersten Lage des Schutzlagensystems zum Vakuum ggf. Zinnverunreinigungen ablagern, was auch durch eine geeignete Auswahl eines Materials für die oberste Lage ggf. nicht vollständig verhindert werden kann. Es ist in der Regel jedoch ausreichend, wenn das Material der obersten Lage gegenüber den bei einer Reinigung der Oberfläche von Zinn verwendeten Substanzen (typischer Weise Reinigungsgasen) inert ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein optisches System für die EUV-Lithographie mit mindestens einem optischen Element wie oben beschrieben. Bei dem optischen System kann es sich um eine EUV-Lithographieanlage zur Belichtung eines Wafers oder um eine anderes optisches System handeln, welches EUV-Strahlung verwendet, beispielsweise um ein System zur Vermessung von in der EUV-Lithographie verwendeten Masken.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
1 eine schematische Darstellung einer EUV-Lithographieanlage,
2a, b schematische Darstellungen eines optischen Elements für die EUV-Lithographieanlage von 1, welches ein Schutzlagensystem mit einer bzw. mit zwei Lagen aufweist,
3 eine Tabelle mit einer Vielzahl von Materialien sowie mit einer diesen zugeordneten Gütezahl zur Bewertung von deren Eignung als oberste Lage des Schutzlagensystems,
4 ein Balkendiagramm der Gütezahlen der Materialien aus der Tabelle von 3,
5a, b eine schematische Darstellung der Reflektivität eines optischen Elements mit einem Schutzlagensystem mit einer einzigen Lage in Abhängigkeit von der Dicke der Lage für unterschiedliche Materialien,
6a, b Darstellungen analog 5a, b für ein Schutzlagensystem mit einer ersten Lage aus Y₂O₃ (6a) bzw. aus V₂O₅ (6b) und einer zweiten Lage aus einer Gruppe von weiteren Materialien,
7a, b Darstellungen der Eindringtiefe von Wasserstoff-Ionen in eine einzelne Lage eines Schutzlagensystems aus Ce₂O₃ bzw. aus MoSi₂, sowie
8a–h eine Mehrzahl von Darstellungen der Eindringtiefe analog 7a, b für Schutzlagensysteme mit einer obersten Lage aus Y₂O₃ und einer weiteren Lage aus einer Gruppe von weiteren Materialien.
In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
In 1 ist schematisch ein optisches System für die EUV-Lithographie in Form einer Projektionsbelichtungsanlage 1 gezeigt. Die Projektionsbelichtungsanlage 1 weist ein Strahlerzeugungssystem 2, ein Beleuchtungssystem 3 und einem Projektionssystem 4 auf, die in separaten Vakuum-Gehäusen untergebracht und aufeinander folgend in einem von einer EUV-Lichtquelle 5 des Strahlformungssystems 2 ausgehenden Strahlengang 6 angeordnet sind. Als EUV-Lichtquelle 5 kann beispielsweise eine Plasmaquelle oder ein Synchrotron dienen. Die aus der Lichtquelle 5 austretende Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen ca. 5 nm und ca. 20 nm wird zunächst in einem Kollektorspiegel 7 gebündelt und die gewünschte Betriebswellenlänge λ_B, die im vorliegenden Beispiel bei ca. 13,5 nm liegt, mittels eines (nicht gezeigten) Monochromators herausgefiltert.
Die im Strahlerzeugungssystem 2 im Hinblick auf Wellenlänge und räumliche Verteilung behandelte Strahlung wird in das Beleuchtungssystem 3 eingeführt, welches im vorliegenden Beispiel ein erstes und zweites reflektives optisches Element 9, 10 aufweist. Die beiden reflektiven optischen Elemente 9, 10 leiten die Strahlung auf eine Photomaske 11 als weiterem reflektiven optischen Element, welches eine Struktur aufweist, die mittels des Projektionssystems 4 in verkleinertem Maßstab auf einen Wafer 12 abgebildet wird. Hierzu sind im Projektionssystem 4 ein drittes und viertes reflektives optisches Element 13, 14 vorgesehen. Es sei darauf hingewiesen, dass sowohl das Beleuchtungssystem 3 als auch das Projektionssystem 4 jeweils nur eines oder auch drei, vier, fünf oder mehr reflektive optische Elemente aufweisen kann.
Nachfolgend wird anhand von 2a, b beispielhaft die Struktur von zwei optischen Elementen 50 dargestellt, wie sie an einem oder mehreren der optischen Elemente 7, 9, 10, 11, 13, 14 der Projektionsbelichtungsanlage 1 von 1 realisiert sein kann. Die optischen Elemente 50 weisen jeweils ein Substrat 52 auf, das aus einem Substratmaterial mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten, z. B. aus Zerodur^®, ULE^® oder Clearceram^® besteht.
Bei den in 2a, b dargestellten reflektiven optischen Elementen 50 ist auf das Substrat 52 ein Mehrlagensystem 51 aufgebracht. Das Mehrlagensystem 51 weist alternierend aufgebrachte Lagen eines Materials mit höherem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge λ_B (auch Spacer 55 genannt) und eines Materials mit niedrigerem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge λ_B (auch Absorber 54 genannt) auf, wobei ein Absorber-Spacer-Paar einen Stapel 53 bildet. Durch diesen Aufbau des Mehrlagensystems 51 wird in gewisser Weise ein Kristall simuliert, dessen Netzebenen den Absorberlagen entsprechen, an denen Bragg-Reflexion stattfindet. Die Dicken der einzelnen Lagen 54, 55 wie auch der sich wiederholenden Stapel 53 können über das gesamte Mehrlagensystem 51 konstant sein oder auch variieren, je nachdem, welches spektrale oder winkelabhängige Reflexionsprofil erreicht werden soll. Das Reflexionsprofil kann auch gezielt beeinflusst werden, indem die Grundstruktur aus Absorber 54 und Spacer 55 um weitere mehr und weniger absorbierende Materialien zu ergänzt wird, um die mögliche maximale Reflektivität bei der jeweiligen Arbeitswellenlänge λ_B zu erhöhen. Dazu können in manchen Stapeln 53 Absorber und/oder Spacer-Materialien gegeneinander ausgetauscht werden oder die Stapel aus mehr als einem Absorber- und/oder Spacermaterial aufgebaut werden. Die Absorber- und Spacer-Materialien können über alle Stapel 53 konstante oder auch variierende Dicken aufweisen, um die Reflektivität zu optimieren. Ferner können auch zusätzliche Lagen beispielsweise als Diffusionsbarrieren zwischen Spacer- und Absorberlagen 55, 54 vorgesehen werden.
Im vorliegenden Beispiel, bei dem das optische Element 50 für eine Arbeitswellenlänge λ_B von 13,5 nm optimiert wurde, d. h. bei einem optischen Element 50, welches bei im Wesentlichen normalem Strahlungseinfall bei einer Wellenlänge von 13,5 nm die maximale Reflektivität aufweist, weisen die Stapel 53 des Mehrlagensystems 51 alternierenden Silizium- und Molybdänlagen auf. Dabei entsprechen die Siliziumlagen den Lagen 55 mit höherem Realteil des Brechungsindex bei 13,5 nm und die Molybdänlagen den Lagen 54 mit niedrigerem Realteil des Brechungsindex bei 13,5 nm. Andere Materialkombinationen wie z. B. Molybdän und Beryllium, Ruthenium und Beryllium oder Lanthan und B₄C sind ebenfalls möglich. Im vorliegenden Beispiel weist das Mehrlagensystem 51 als oberste Lage 54 eine Molybdänlage auf.
Die reflektiven optischen Elemente 50 von 2a, b weisen jeweils eine optische Oberfläche 56 auf, welche die Grenzfläche zur Vakuum-Umgebung bildet. Die optischen Elemente 50 werden in der Projektionsbelichtungsanlage 1 unter Vakuum-Bedingungen in einer Restgasatmosphäre betrieben, in der typischer Weise ein geringer Anteil Sauerstoff, ein Anteil an reaktivem Wasserstoff sowie ggf. ein Zinn-Anteil vorhanden ist. Zinnverbindungen (bzw. allgemein Metallhydridverbindungen) können insbesondere auftreten, wenn die Lichtquelle 5 EUV-Strahlung auf Grundlage eines Zinn-Plasmas erzeugt.
Um die optischen Elemente 50 vor diesen und ggf. weiteren kontaminierenden Stoffen zu schützen, ist bei dem in 2a gezeigten Beispiel auf das Mehrlagensystem 51 ein Schutzlagensystem 59 aufgebracht, welches aus einer einzigen (und damit obersten) Lage 57 (mit Dicke d) gebildet ist. Das in 2b gezeigte Beispiel eines optischen Elements 50 unterscheidet sich von dem in 2a gezeigten lediglich darin, dass das Schutzlagensystem 59 zwei Lagen 57, 58 aufweist. Die oberste Lage 57 (mit Dicke d1) weist hierbei eine zur Umgebung bzw. zum Vakuum hin gerichtete Oberfläche 56 auf, die untere Lage 58 (mit Dicke d2) ist benachbart zur obersten Lage 54 des Mehrlagensystems 51 angeordnet. Es sei darauf hingewiesen, dass das Schutzlagensystem 59 auch mehr als zwei Lagen, zum Beispiel drei, vier, fünf oder mehr Lagen aufweisen kann. Es sei auch darauf hingewiesen, dass zwischen den Lagen des Schutzlagensystems 59 ggf. zusätzliche (dünne) Lagen angeordnet sein können, die einer Vermischung von zwei benachbarten Lagen 57, 58 entgegenwirken, indem sie beispielsweise die Funktion einer Diffusionsbarriere übernehmen.
Je nach Wahl des Materials der obersten Lage 57 und der Anzahl und Art der weiteren Lage(n) 58 kann die oberste, an das Schutzlagensystem 59 angrenzende Lage des Mehrlagensystems 51 eine Spacerlage 55 oder eine Absorberlage 54 sein. Bevorzugt grenzt an eine oberste Absorberlage 54 eine Schutzlage 58 mit höherem Realteil des Brechungsindex und an eine oberste Spacerlage 55 eine Schutzlage 58 mit einem niedrigerem Realteil des Brechungsindex bei der Wellenlänge, für die das Mehrlagensystem 51 ausgelegt ist, um eine möglichst hohe Reflektivität zu erhalten. Von Vorteil ist ferner, wenn die an das Schutzlagensystem 59 angrenzende oberste Lage des Mehrlagensystems 51 eine Absorberlage ist, um die oberste Spacerlage des Mehrlagensystems zusätzlich vor reaktivem Wasserstoff zu schützen, insbesondere bei Spacerlagen 55 aus Silizium.
An ein Material, welches für die oberste Lage 57 des Schutzlagensystems 59 verwendet wird, sind mehrere Anforderungen zu stellen: Das Material sollte einerseits chemisch stabil sein und möglichst keine Reaktionen mit reaktivem Wasserstoff eingehen und sich andererseits für die Beschichtung mittels eines herkömmlichen Beschichtungsverfahrens eigenen. Auch ist es günstig, wenn das Material der obersten Lage 57 eine gute Stopp- bzw. Barrierewirkung für Wasserstoff-Ionen besitzt und – insbesondere bei optischen Elementen 50, die in der Nähe der Strahlungsquelle 5 angeordnet sind – eine hohe Resistenz gegenüber einem Zinn-Sputter-Prozess aufweist.
Um aus einer Vielzahl von Materialien, welche grundsätzlich für das Aufbringen als dünne Schichten bzw. Lagen mittels herkömmlicher Beschichtungsverfahren in Frage kommen, geeignete Materialien auszuwählen, wurden eine Vielzahl dieser Materialien hinsichtlich ihrer Eignung als oberste Lage 57 anhand eines Bewertungsschemas bewertet, welches nachfolgend anhand der in 3 gezeigten Tabelle näher beschrieben wird. Bei den in der Tabelle von 3 aufgeführten Materialien handelt es sich um chemische Verbindungen in Form von Oxiden, Karbiden, Nitriden, Silikaten und Boriden der chemischen Elemente Y, Ce, Zr, Nb, Si, Ti, V, Mo, Mn, Al, W, Cr, La, Co, Ru, B, Hf, U, Be. Obgleich in der Tabelle von 3 bereits eine Vielzahl von Verbindungen dieser chemischen Elemente untersucht wurde, versteht es sich, dass die in der Tabelle gegebene Auswahl nicht abschließend ist und dass es weitere chemische Verbindungen gibt, die ggf. ebenfalls als Materialien für die oberste Lage 57 des Schutzlagensystems 59 in Frage kommen.
Zu einem jeweils in der ersten Spalte der Tabelle angegebenen Material wird für eine Dicke von 10 nm (vgl. zweite Spalte) in der dritten Spalte die maximale Reflektivität R (in %) dieses Materials bzw. des optischen Elements 50 angegeben, wenn dieses Material als (einlagiges) Schutzlagensystem 51 auf das Mehrlagensystem 59 aufgebracht ist. Die vierte Spalte gibt die relative Änderung der Reflektivität R bei einer Dickenänderung DR/R an, d. h. der Änderung der Reflektivität R bei einer Dicke d von 10 nm verglichen mit einer Dicke d von 0 nm (d. h. ohne Schutzlagensystem). Die fünfte Spalte gibt die Rangordnung der in der Tabelle aufgeführten Materialien bezüglich der Dickenänderung DR/R an. Die Rangordnung gibt die Eignung des jeweiligen Materials als oberste Lage 57 des Schutzlagensystems 59 bezüglich der Dickenänderung DR/R im Vergleich zu den weiteren in der Tabelle aufgeführten Materialien an. Die Eignung eines jeweiligen Materials nimmt zu, je geringer die Änderung der Reflektivität ausfällt.
In der sechsten Spalte der Tabelle ist die Bildungsenthalpie (in kJ/mol) zur Bildung eines Festkörpers der jeweiligen Verbindung bei Standard- bzw. Normbedingungen (d. h. bei einer Temperatur von 298,15 K und einem Druck von 1013 mbar) angegeben, wobei die Bildungsenthalpie auf die Anzahl von Atomen der jeweiligen Verbindung normiert ist. Dies bedeutet z. B. bei NbO₂ als Verbindung, welches drei Atome und eine Bildungsenthalpie von ca. –796 kJ/mol aufweist, dass der normierte Wert, der in die Tabelle eingetragen ist, bei –796 kJ/mol/3 = –265 kJ/mol liegt. Die siebte Spalte der Tabelle gibt die Rangfolge der aufgeführten Materialien in Bezug auf die Bildungsenthalpie an, wobei Materialien mit (im Absolutwert) größerer Bildungsenthalpie aufgrund der festeren Bindung eine größere Eignung als oberste Lage 57 des Schutzlagensystems 51 aufweisen als Materialien mit geringerer Bildungsenthalpie.
Die achte Spalte der Tabelle stellt eine Bewertung bezüglich der Eindringtiefe von reaktivem Wasserstoff auf einer Bewertungsskala bzw. einem Bewertungsfaktor von 1 bis 3 Punkten dar, wobei eine niedrige Eindringtiefe mit einem Punkt und eine hohe Eindringtiefe mit drei Punkten bewertet wird.
Die neunte Spalte der Tabelle gibt die Summe der Ränge des jeweiligen Materials bei der Bewertung der Änderung der Reflektivität (fünfte Spalte) bzw. bei der Bewertung der Enthalpie (siebte Spalte) an. In der zehnten Spalte sind Anmerkungen angegeben, welche sich auf bekannte Nachteile der jeweiligen Materialien beziehen, z. B. ob ein bestimmtes Material hygroskopisch ist oder leicht abgeätzt werden kann. Die Bewertung berücksichtigt solche Nachteile mit einem Faktor von 0,3, während Materialien, bei denen keine solchen Nachteile bekannt sind, mit einem Faktor von 1,0 bewertet werden (elfte Spalte). Auch eine Zinn-Affinität wirkt sich im vorliegenden Beispiel negativ auf den jeweiligen Faktor in der zehnten Spalte aus. Allerdings kann die Zinn-Affinität ggf. bei weit von der Strahlungsquelle 5 entfernten optischen Elementen eine untergeordnete Rolle spielen, so dass der Faktor in der elften Spalte ggf. geeignet angepasst werden sollte.
Die zwölfte und letzte Spalte gibt schließlich eine Gesamt-Bewertungskennzahl (Gütezahl) für ein jeweiliges Material an, welche im vorliegenden Beispiel wie folgt berechnet wird: Der Wert für die Enthalpie (sechste Spalte) multipliziert mit der Bewertungskennzahl für die Eindringtiefe (achte Spalte), multipliziert mit der Bewertungskennzahl für bekannte Nachteile (elfte Spalte), dividiert durch den Wert für die Änderung der Reflektivität (vierte Spalte). Verdeutlicht am Beispiel von Y₂O₃, welches die höchste Gütezahl aufweist, ergibt sich: (–381,06 [kJ/mol]/–14,34) × 3 × 1 = 79,7.
Die in der zwölften Spalte der Tabelle von 3 aufgeführten Gütezahlen sind in einer Rangfolge geordnet in 4 in einem Balkendiagramm dargestellt, wobei die Gütezahl in einer logarithmischen Skala aufgetragen ist. Hierbei zeigt sich, dass die höchsten Gütezahlen von den Materialien Y₂O₃, Ce₂O₃, ZrO₂, CeO₂, Nb₂O₂ und NbO erreicht werden, so dass diese Materialien sich aufgrund der oben beschriebenen Bewertungsmethode als besonders günstige Materialien für die oberste Lage 57 des Schutzlagensystems 59 herausgestellt haben. Es versteht sich, dass das oben beschriebene Bewertungsschema auch modifiziert werden kann, z. B. indem die in den einzelnen Spalten der Tabelle von 3 enthaltenen Resultate mit einer anderen Gewichtung in die Gütezahl eingehen, wodurch die in 4 gezeigte Rangfolge sich ggf. verändert. Grundsätzlich gilt aber, dass Materialien, die bei dem oben beschriebenen Bewertungsverfahren eine vergleichsweise hohe Gütezahl erhalten, diese auch bei (geringfügigen) Modifikationen des Bewertungsschemas beibehalten, so dass dem oben beschriebenen Verfahren eine hohe Aussagekraft über die Eignung von Materialien für die oberste Lage 57 des Schutzlagensystems 59 zukommt.
Wie weiter oben dargestellt wurde, spielt für die Auswahl eines geeigneten Materials für die oberste Lage 57 des Schutzlagensystems 59 auch die Reflektivität bzw. die Transmission des jeweiligen Materials für die zu reflektierende EUV-Strahlung bzw. deren Änderung eine Rolle. 5a, b zeigen jeweils die Reflektivität R (in %) eines optischen Elements, welches ein einlagiges Schutzlagensystem 59 aufweist, in Abhängigkeit von der Dicke d der Lage 57 für unterschiedliche Materialien bis zu einer maximalen Dicke von 10 nm (5a) bzw. bis zu einer maximalen Dicke von 15 nm (5b), woraus sich die in der dritten Spalte der Tabelle von 3 angegebenen Werte für die Reflektivität für die Arbeitswellenlänge λ_B bei einer Dicke d von 10 nm ergeben. Die in der vierten Spalte angegebene Änderung der Dicke DR/R entspricht der relativen Änderung der Reflektivität bei 10 nm Dicke verglichen mit 0 nm Dicke des Schutzlagensystems 59. Näherungsweise entspricht diese Änderung dR/R der Steigung der jeweiligen Reflektivitätskurve bei einer Dicke d des Schutzlagensystems 59 von 10 nm.
Neben der Auswahl eines Materials für die oberste Lage 57 ist für die Optimierung des Schutzlagensystems 59 auch die Festlegung einer Dicke d der obersten Lage (und ggf. von darunter liegenden weiteren Lagen 58) erforderlich. Um das unter dem Schutzlagensystem 59 befindliche Mehrlagensystem 51 wirksam vor Wasserstoff-Ionen zu schützen und eine Blasenbildung zu verhindern, sollte das Schutzlagensystem 59 eine ausreichende Gesamtdicke aufweisen. Diese Dicke sollte allerdings nicht zu groß (typischer Weise nicht größer als ca. 25 nm) gewählt werden, um einen zu starken Verlust der Reflektivität des optischen Elements 50 zu verhindern.
Die Eindringtiefe von Wasserstoff-Ionen mit Energien im Bereich von ca. 100 eV und darüber ist materialabhängig und liegt bei den meisten hier untersuchten Materialien im Bereich zwischen ca. 10 nm und ca. 15 nm. Die Eindringtiefe unterschiedlicher Materialien wurde mit Hilfe von Computersimulationen untersucht, wobei sich herausgestellt hat, dass bei einem einlagigen Schutzlagensystem 59 für die Materialien Y₂O₃, Ce₂O₃, ZrO₂, La₂O₃, CeO₂, SiO₂, Nb₂O₅, V₂O₅, und ZrN eine Dicke von ca. 15 nm ausreichend ist, um das Eindringen von Wasserstoff-Ionen in das darunter liegenden Mehrlagensystem 51 nahezu vollständig zu verhindern. Beispielhaft ist ein Resultat einer solchen Simulation für Ce₂O₃ in 7a dargestellt. Es hat sich daher als günstig herausgestellt, wenn ein einlagiges Schutzlagensystem 59 unter Verwendung der oben genannten Materialien eine Dicke d zwischen ca. 10 nm und ca. 18 nm aufweist, bevorzugt zwischen ca. 12 nm und ca. 15 nm.
Entsprechende Simulationen für eine zweite Gruppe von Materialien, nämlich NbO₂, NbO, TiO₂, BN, TiO, MoSi₂, Ti₃O₅, Si₃N₄ haben ergeben, dass bei diesen Materialien eine geringere Dicke d von typischer Weise maximal ca. 10 nm ausreichend ist, um das Eindringen von Wasserstoff-Ionen in das Mehrlagensystem 51 wirksam zu verhindern. Das Ergebnis einer solchen Simulation ist bespielhaft für MoSi₂ in 7b dargestellt. Der Vergleich von 7a und 7b zeigt deutlich, dass bei MoSi₂ in einem Bereich der Eindringtiefe zwischen ca. 10 nm und ca. 15 nm (entsprechend 100 und 150 Angström) praktisch keine Wasserstoff-Ionen eindringen, während dies bei Ce₂O₃ nicht der Fall ist. Entsprechend ist es bei der zweiten Gruppe von Materialien günstig, wenn das einlagige Schutzlagensystem 59 bzw. die Lage 57 eine Dicke d zwischen ca. 8 nm und ca. 12 nm aufweist, bevorzugt zwischen ca. 8 nm und ca. 10 nm.
An Stelle eines einlagigen Schutzlagensystems 59, wie es in 5a gezeigt ist, kann auch ein mehrlagiges, z. B. ein zweilagiges Schutzlagensystem 59 verwendet werden, wie es in 5b dargestellt ist. Hierbei kann das Material der ersten Lage 57 auf die oben beschriebene Weise gewählt werden, um dem Schutzlagensystem 59 eine Resistenz gegenüber allen Degradationsprozessen an der Grenzfläche 56 zur Vakuum-Umgebung zu liefern. Das Material der mindestens einen darunter liegenden Lage 58 kann so gewählt werden, dass dieses eine hohe Transmission für EUV-Strahlung bei der Arbeitswellenlänge λ_B aufweist (sowie eine gute Stopp- bzw. Barriere-Wirkung für hochenergetische Wasserstoff-Ionen, um die Dicke der weiteren Lage 58 möglichst gering zu halten). Das Material, welches für die mindestens eine weitere Lage 58 verwendet wird, kann hierbei insbesondere einen geringeren Absorptionskoeffizienten bei der Arbeitswellenlänge λ_B aufweisen als das Material der obersten Lage 57, wodurch die Reflektivität eines zweilagigen Schutzlagensystems 59 gegenüber einem einlagigen Schutzlagensystem 59 mit vergleichbarer Dicke gesteigert werden kann.
Typischer Weise ist bei einem mehrlagigen Schutzlagensystem 59 die Dicke d1 der obersten Lage, die erforderlich ist, um die weitere(n) Lage(n) 58 vor Degradation zu schützen, geringer als die (Gesamt-)Dicke der weitere(n) Lage(n) 58, die erforderlich ist, um die in das Schutzlagensystem 59 eindringenden Wasserstoff-Ionen wirksam zu stoppen. Insbesondere kann die Dicke d₁ der obersten Lage 57 bei nicht mehr als 5 nm, ggf. bei nicht mehr als 2 nm liegen, wobei die oberste Lage 57 typischer Weise eine Dicke d₁ Von ca. 1 nm nicht unterschreiten sollte. Die darunter liegende Lage 58 weist bei einem zweilagigen Schutzlagensystem 59 eine Dicke d₂ von typischer Weise mehr als ca. 5 nm (und in der Regel einer maximale Dicke d₂ von ca. 15 nm auf). Es versteht sich, dass bei drei- oder mehrlagigen Schutzlagensystemen 59 die Dicke d₂ auf mehrere der weiteren Lagen 58 aufgeteilt werden kann.
Da das Material der weiteren Lage 58 nicht unmittelbar mit der Vakuum-Umgebung bzw. der Grenzfläche 56 in Kontakt kommt, ist die Anzahl an Materialien, die für die mindestens eine weitere Lage 58 verwendet werden können, typischer Weise größer als für die oberste Lage 58. Das Material der weiteren Lage 58 kann beispielsweise ausgewählt werden aus der Gruppe umfassend: Y, Ce, Zr, Nb, Si, Ti, V, Mo, Mn, Al, W, Cr, La, Co, Ru, B, Hf, U, Be sowie deren Oxide, Karbide, Nitride, Silikate und Boride.
Für die Verwendung einer obersten Lage 57 aus Y₂O₃, d. h. desjenigen Materials, welches sich bei dem oben in Zusammenhang mit 3 und 4 beschriebenen Auswahlverfahren als besonders vorteilhaft herausgestellt hat, wurden die Eindringtiefe bei einem einlagigen Schutzlagensystem (8a) sowie bei zweilagigen Schutzlagensystemen 59 mit einer zweiten Lage aus B₄C (8b), Si₃N₄ (8c), Mo (8d), Ru (8e), Pt (8f), Zr (8g) sowie Si (8h) untersucht, wobei der Übergang zwischen der obersten Lage 57 und der weiteren Lage 58 in 8b–h bei einer Eindringtiefe von 2 nm erfolgte, d. h. die Dicke d₁ der obersten Lage 57 aus Y₂O₃ betrug 2 nm. Ein Vergleich mit dem einlagigen Schutzlagensystem 59 von 8a bzw. von 7a, b zeigt, dass sich zweilagige Schutzlagensysteme 59 bezüglich der Eindringtiefe von Wasserstoff-Ionen grundsätzlich ähnlich verhalten wie einlagige Schutzlagensysteme 59 mit vergleichbarer Dicke.
Durch geeignete Wahl eines Materials für die weitere Lage 58 kann daher eine Optimierung bzw. Erhöhung der Reflektivität des zweilagigen Schutzlagensystems 59 gegenüber einem einlagigen Schutzlagensystem 59 erfolgen. 6a zeigt diesbezüglich die Reflektivität des optischen Elements 50 bei der Verwendung der in 8b–h gezeigten Materialien für die zweite Lage 58 mit einer Dicke d₂ zwischen 6 nm und 9 nm. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Verwendung einer zweiten Lage aus Silizium bei den untersuchten Materialien die größte Reflektivität für das Schutzlagensystem 59 liefert. Mit Ausnahme der Verwendung von Ruthenium oder Platin als zweite Lage 58 ist bei allen hier untersuchten Materialien bei einem zweilagigen Schutzlagensystem 59 die Reflektivität gegenüber einem einlagigen Schutzlagensystem 59 aus Y₂O₃ erhöht, d. h. eine zweilagiges Schutzlagensystem 59 mit einer obersten Lage 57 aus Y₂O₃ mit einer Dicke d₁ von 2 nm und einer zweiten Lage 58 mit einer Dicke d₂ von ca. 7–8 nm aus Si, Zr, B₄C, Mo oder Si₃N₄ weist eine größere Reflektivität auf als ein einlagiges Schutzlagensystem 59 mit einer Lage 57 aus Y₂O₃.
Wie anhand von 6b zu erkennen ist, verändert sich diese Situation nur unwesentlich, wenn als Material für die oberste Lage 57 V₂O₅ verwendet wird, obwohl dieses Material eine deutlich größere Absorption für EUV-Strahlung bei der Arbeitswellenlänge λ_B als Y₂O₅ aufweist. In diesem Fall ist mit Ausnahme von Platin bei allen untersuchten Materialien Si, Zr, B₄C, Mo, Si₃N₄ und Ru die Reflektivität eines zweilagigen Schutzlagensystems 59 höher als bei der Verwendung einer einzigen Lage 57 aus V₂O₅. Auch zeigt sich, dass aufgrund der vergleichsweise geringen Dicke der obersten Lage 57 deren Einfluss auf die Reflektivität R des optischen Elements 50 eher gering ist.
Daher können für die oberste Lage 57, insbesondere wenn diese eine Dicke d₁ von ca. 2 nm oder weniger aufweist, auch besonders inerte Materialien verwendet werden, die aufgrund ihrer hohen Absorption für EUV-Strahlung in der Regeln nicht in der EUV-Lithographie zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann ein zwei- oder mehrlagiges Schutzlagensystem 59 für ein optisches Element 50 verwendet werden, dessen oberste Lage 57 aus Wolframoxid (W₂O₃, WO₂ bzw. WO₃), Wolframcarbid (WC), Titancarbid (TiC), Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder aus anderen besonders inerten Materialien gebildet ist.
Zusammenfassend kann auf die oben beschriebene Weise ein optimiertes Schutzlagensystem für optische Elemente bereitgestellt werden, die in optischen Systemen für die EUV-Lithographie, insbesondere in der Gegenwart von reaktivem Wasserstoff und/oder Zinn bzw. Zinnverbindungen eingesetzt werden können. Es sei darauf hingewiesen, dass typischer Weise eine Änderung der Stöchiometrie der oben beschriebenen chemischen Verbindungen, d. h. eine geringfügige Änderung des Anteils der einzelnen Atome an der jeweiligen Verbindung die oben beschriebenen Resultate – wenn überhaupt – nur geringfügig beeinflusst.
Auch sei darauf hingewiesen, dass bei dem oben beschriebenen Auswahlprozess diejenigen Materialien ausgeschlossen bzw. niedriger bewertet wurden, die eine hohe Affinität für Zinn-Ablagerungen haben. Wird ein Schutzlagensystem für ein optisches Element optimiert, welches weit von der Strahlquelle entfernt angeordnet ist, so dass die Zinnkonzentration in der Umgebung gering ist bzw. nahezu kein Zinn vorhanden ist, kann sich für diejenigen Materialien, die beim obigen Auswahlprozess aufgrund der Zinn-Affinität eine geringe Gütezahl erhalten haben, diese Bewertung ändern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2011/0228237 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Optimieren eines Schutzlagensystems (59) für ein EUV-Strahlung (6) reflektierendes Mehrlagensystem (51) eines optischen Elements (50), umfassend die Schritte: Auswählen eines Materials für eine oberste Lage (57) des Schutzlagensystems (59) aus einer Gruppe von chemischen Verbindungen umfassend: Oxide, Karbide, Nitride, Silikate und Boride, wobei das Auswählen des Materials für die oberste Lage (57) in Abhängigkeit von einer Bildungsenthalpie der jeweiligen chemischen Verbindung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Gruppe Oxide, Karbide, Nitride, Silikate und Boride der folgenden chemischen Elemente umfasst: Y, Ce, Zr, Nb, Si, Ti, V, Mo, Mn, Al, W, Cr, La, Co, Ru, B, Hf, U, Be.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Gruppe folgende chemische Verbindungen umfasst: Y₂O₃, Ce₂O₃, ZrO₂, CeO₂, Nb₂O₅, NbO₂, NbO, SiO₂, Ti₃O₅, V₃O₅, Ti₂O₃, MoO₂, MnO₂, TiO₂, V₂O₅, Al₂O₃, V₂O₃, MoSi₂, Mn₂O₃, WO₃, Cr₃O₄, TiO, Mn₃O₄, MoO₃, La₂O₃, Cr₂O₃, MnO, WO₂, CrO₂, VO, AlN, Co₃O₄, Si₃N₄, RuO₂, BN, SiC, RuO₄.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: Wählen einer Dicke (d, d₁, d₂) mindestens einer Lage (57, 58) des Schutzlagensystems (59) in Abhängigkeit von einer Eindringtiefe von reaktivem Wasserstoff in die mindestens eine Lage (57, 58).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Schutzlagensystem (59) aus der obersten Lage (57) besteht, welche eine Dicke (d) zwischen 8 nm und 12 nm aufweist, wobei das Material der obersten Lage (57) ausgewählt wird aus der Gruppe umfassend: NbO₂, NbO, TiO₂, BN, TiO, MoSi₂, Ti₃O₅, Si₃N₄.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Schutzlagensystem (59) aus der obersten Lage (57) besteht, welche eine Dicke (d) zwischen 10 nm und 18 nm aufweist, wobei das Material der obersten Lage (57) ausgewählt wird aus der Gruppe umfassend: Y₂O₃, Ce₂O₃, ZrO₂, La₂O₃, CeO₂, SiO₂, Nb₂O₅, V₂O₅, ZrN.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Material der obersten Lage (57) des Schutzlagensystems (59) anhand der Reflektivität (R) und/oder der dickenabhängigen Reflektivitätsänderung (DR/R) der obersten Lage (57) bei der von dem Mehrlagensystem (51) zu reflektierenden Wellenlänge (λ_B) ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 7, bei dem das Schutzlagensystem (50) mindestens eine weitere Lage (58) unter der obersten Lage (57) aufweist, deren Dicke (d2) größer gewählt wird als die Dicke (d1) der obersten Lage (57).
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem für die oberste Lage (57) eine Dicke (d1) von nicht mehr als 5 nm, bevorzugt von nicht mehr als 2 nm gewählt wird, und bei dem für die mindestens eine weitere Lage (58) eine Dicke (d2) von mehr als 5 nm gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, weiter umfassend: Auswählen des Materials der mindestens einen weiteren Lage (58) in Abhängigkeit von der Reflektivität (R) des mit dem Schutzlagensystem (50) versehenen optischen Elements (50) für die von dem Mehrlagensystem (51) zu reflektierende Wellenlänge (λ_B).
Optisches Element (50), umfassend: ein EUV-Strahlung (6) reflektierendes Mehrlagensystem (51), sowie ein Schutzlagensystem (59) mit einer obersten Lage (57) aus einem Material, welches ausgewählt ist aus einer Gruppe von chemischen Verbindungen umfassend: Oxide, Karbide, Nitride, Silikate und Boride, wobei das Schutzlagensystem (59) entweder aus der obersten Lage (57) mit einer Dicke (d) zwischen 5 nm und 15 nm besteht, oder das Schutzlagensystem (59) mindestens eine weitere Lage (58) unter der obersten Lage (57) aufweist, deren Dicke (d₂) größer ist als die Dicke (d₁) der obersten Lage (57).
Optisches Element nach Anspruch 11, bei dem das Material der obersten Lage (57) ausgewählt ist aus den Oxiden, Karbiden, Nitriden, Silikaten und Boriden der folgenden chemischen Elemente: Y, Ce, Zr, Nb, Si, Ti, V, Mo, Mn, Al, W, Cr, La, Co, Ru, B, Hf, U, Be.
Optisches Element nach Anspruch 12, bei dem das Material der obersten Lage (57) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Y₂O₃, Ce₂O₃, ZrO₂, CeO₂, Nb₂O₂ und NbO.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem das Schutzlagensystem (59) aus der obersten Lage (57) besteht, welche eine Dicke (d) zwischen 8 nm und 12 nm aufweist und das Material der obersten Lage (57) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: NbO₂, NbO, TiO₂, BN, TiO, MOSi₂, Ti₃O₅, Si₃N₄.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem das Schutzlagensystem (59) aus der obersten Lage (57) besteht, welche eine Dicke (d) zwischen 10 nm und 18 nm aufweist und das Material der obersten Lage (57) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Y₂O₃, Ce₂O₃, ZrO₂, L₂O₃, CeO₂, SiO₂, Nb₂O₅, V₂O₅, ZrN.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem die oberste Lage (57) eine Dicke (d₁) von nicht mehr als 5 nm, bevorzugt von nicht mehr als 2 nm, aufweist und die Dicke (d2) der weiteren Lage (58) oder der weiteren Lagen größer als 5 nm ist.
Optisches Element nach Anspruch 16, bei dem das Material der mindestens einen weiteren Lage (58) einen geringeren Absorptionskoeffizienten für EUV-Strahlung bei der von dem Mehrlagensystem (51) zu reflektierenden Wellenlänge (λ_B) aufweist als die oberste Lage (57).
Optisches Element nach einem der Ansprüche 16 oder 17, bei dem das Material der mindestens einen weiteren Lage (58) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Y, Ce, Zr, Nb, Si, Ti, V, Mo, Mn, Al, W, Cr, La, Co, Ru, B, Hf, U, Be sowie deren Oxide, Karbide, Nitride, Silikate und Boride.
Optisches Element nach Anspruch 18, bei dem das Material der mindestens einen weiteren Lage (58) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: B₄C, Si₃N₄, Mo, Ru, Zr, Si.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei dem die oberste Lage (57) eine Dicke (d₁) von 2 nm oder weniger aufweist und das Material der obersten Lage (57) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Wolframoxid, Wolframcarbid, Titancarbid und Aluminiumoxid.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 11 bis 20, welches als Kollektorspiegel (7) ausgebildet ist.
Optisches System (1) für die EUV-Lithographie, umfassend: mindestens ein optisches Element (7, 9, 10, 11, 13, 14, 50) nach einem der Ansprüche 11 bis 21.