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Projektionsbelichtungssystem für EUV-Lithographie und Verfahren zum Betreiben des Projektionsbelichtungssystems
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Die Erfindung betrifft ein Projektionsbelichtungssystem für EUV-Lithographie. Die Erfindung betrifft ferner ein transmittives Retikel und eine Retikelanordnung für ein solches Projektionsbelichtungssystem.
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Zur Herstellung von Halbleiterbauelementen werden unter anderem photolithographische Verfahren verwendet, bei denen das zur erzeugende Strukturmuster mit Hilfe einer Maske (Retikel) auf eine mit einer lichtempfindlichen Schicht beschichteten Funktionsschicht in verkleinerndem Maßstab projiziert und nach Entwicklung der photoempfindlichen Schicht mittels eines Ätzverfahrens in die Funktionsschicht übertragen wird. Die Herstellung immer feinerer Strukturen macht es erforderlich, für den Lithographieprozess Licht mit immer kleineren Wellenlängen einzusetzen. Aktuelle Lithographie-Verfahren arbeiten daher mit elektromagnetischer Strahlung bis in den Bereich des extrem ultravioletten Lichts (EUV). Da die EUV-Strahlung von den meisten bekannten Materialien stark absorbiert wird, werden bei der EUV-Lithographie für die Projektionsbelichtungssysteme in der Regel reflektive Komponenten verwendet. Hierzu werden speziell ausgebildete Spiegelsysteme benötigt, welche die Strahlung in geeigneter Weise auf das Retikel lenken und anschließend auf einen gewünschten Bereich eines Halbleiterwafers projizieren. Die bekannten EUV-Lithographiesysteme arbeiten dabei mit reflektiven Retikeln, welche entweder in Form einer reflektierenden Trägerschicht mit einer darauf angeordneten strukturierten Absorberschicht oder in Form einer absorbierenden Trägerschicht mit einer darauf angeordneten strukturierten Reflektionsschicht ausgebildet sind. Bei den reflektiven Retikeln mit reflektiver Trägerschicht und strukturierter Absorberschicht kommt es aufgrund der notwendigen räumlichen Trennung des Ein- und Abstrahlkegels mit zunehmender numerischer Apertur (NA) und somit kleineren abzubildenden Strukturen zu unerwünschten Abschattungseffekten der Strahlung durch die auf der Trägerschicht angeordneten Absorptions- oder Absorberstrukturen, welche für eine ausreichende Absorption eine Mindestdicke aufweisen müssen. Durch diesen sogenannten Manhattan-Effekt wird der Anteil der am Wafer ankommenden EUV-Strahlung deutlich reduziert. Darüber hinaus kann die Abbildungsqualität durch weitere mit der Abschattung zusammenhängende optische Effekte weiter beeinträchtigt werden.
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Die Verwendung eines reflektiven Retikels bringt jedoch auch weitere Probleme mit sich. So führt jegliche Verschiebung des reflektiven Retikels innerhalb der optischen Anordnung des Belichtungsprojektionssystems zu fehlerhaften Abbildungen auf dem belichteten Wafer. Daher müssen Bewegungen des reflektiven Retikels entlang seiner Flächennormalen stetig durch aufwändige Nachführung der abbildenden Optik bzw. des Wafers ausgeglichen werden.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die EUV-Lithographie zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch ein Projektionsbelichtungssystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch ein transmittives Retikel gemäß Anspruch 11 sowie durch eine Retikelanordnung gemäß Anspruch 15 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Dabei ist ein Projektionsbelichtungssystem für EUV-Lithographie vorgesehen, welches eine Beleuchtungseinrichtung zum Erzeugen einer EUV-Strahlung mit definierten Eigenschaften, eine im Strahlengang der Beleuchtungseinrichtung angeordnete Retikelstage zum Halten eines Transmissionsretikels und eine der Retikelstage optisch nachgeschaltete Projektionsoptik zum Projizieren der durch das Transmissionsretikel transmittierten EUV-Strahlung auf eine Waferstage aufweist. Bei der Verwendung eines transmittiven Retikels kann eine im Wesentlichen senkrechte Transmission der EUV-Strahlung durch das Retikel erreicht werden, wodurch wiederum die Abschattungseffekte, welche durch die auf der Retikelträgerschicht angeordneten Absorberstrukturen verursacht werden, so weit wie möglich reduziert werden können. Somit kann die damit verbundenen Abbildungsfehler vermieden bzw. die Abbildungsqualität verbessert werden
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Projektionsbelichtungssystem ferner eine im Bereich der Retikelstage angeordnete Scanneinrichtung zum Abscannen des Retikels umfasst, wobei die Scanneinrichtung einen ersten Scannspiegel zum Lenken der von der Beleuchtungseinrichtung erzeugten EUV-Strahlung auf das in der Retikelstage angeordnete Transmissionsretikel umfasst. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Scanneinrichtung ferner einen zweiten Scannspiegel zum Einkoppeln der durch das Transmissionsretikel transmittierten EUV-Strahlung in die Projektionsoptik. Dabei ist die Scanneinrichtung ausgebildet, das in der Retikelstage angeordnete Transmissionretikel durch kombinierte Translations- und Kippbewegungen der Scannspiegel scannend abzutasten. Die Scanneinrichtung erlaubt das Abtasten des Transmissionsretikels mit dem EUV-Strahl, ohne die Bewegung des Transmissionsretikels. Durch die so mögliche statische Anordnung des Transmissionsretikels werden dynamische Effekte, wie z. B. Schwingungen, parallel zur Flächennormalen des Retikels (Out-Of-Plane-Schwingungen), welche typischerweise bei entprechender mechanischer Anregung des Retikels auftreten können, so weit wie möglich reduziert. Hierdurch wiederum kann die Abbildungsqualität des Belichtungsprojektionssystems verbessert werden, da die reduzierte Out-Of-Plane-Bewegung des Retikels insbesondere bei nicht telezentrischen Objektiven zu geringeren Abbildungsfehlern führt. Ferner können Retikel mit geringerer Dicke eingesetzt werden, was wiederum zu einer Erhöhung der am Wafer zur Verfügung stehenden Lichtintensität führt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Scanneinrichtung ferner einen zwischen dem ersten Scannspiegel und der Retikelstage angeordneten ersten Umlenkspiegel umfasst, welcher ausgebildet ist, die vom ersten Scannspiegel reflektierten EUV-Strahlung mit einer kombinierten Translations- und Kippbewegung in einen im Wesentlichen senkrechten Winkel auf das in der Retikelstage angeordnete Transmissionsretikel zu lenken. Ferner ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Scanneinrichtung einen zwischen der Retikelstage und dem zweiten Scannspiegel angeordneten zweiten Umlenkspiegel umfasst, welcher ausgebildet ist, die durch das in der Retikelstage angeordneten Transmissionsretikel in einem im Wesentlichen senkrechten Winkel transmittierten EUV-Strahlung mit kombinierten Translations- und Kippbewegungen auf den zweiten Scannspiegel zu lenken. Mit Hilfe dieser Umlenkspiegel kann eine im Wesentlichen senkrechte Durchstrahlung des Transmissionsretikels in jeder Scannposition erreicht werden. Hierdurch wiederum werden Abschattungseffekte reduziert und damit die Abbildungsqualität des Projektionsbelichtungssystems verbessert.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die kombinierte Translations- und Kippbewegungen der Spiegel der Scanneinrichtung derart aufeinander abgestimmt sind, dass sich für jede Scannposition der Spiegel im Wesentlichen die gleiche optische Wegstrecke für die EUV-Strahlung von der Retikelstage zur Projektionsoptik ergibt. Hiermit wird eine Variation der optischen Wegstrecke verhindert, welche einer Bewegung des Transmissionsretikels entlang der optischen Achse gleichkommt. Damit können Abbildungsfehler reduziert und die Abbildungsqualität verbessert werden.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Projektionsobjektiv wenigstens eingangsseitig telezentrisch ausgebildet ist. Hierdurch wird die Abbildungsqualität des Projektionsbelichtungssystems verbessert, da die eingangsseitige Telezentrizität des Projektionsobjektivs eine reduzierte Sensitivität gegenüber Positionsänderungen des Transmissionsretikels entlang der optischen Achse bedingt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Projektionsbelichtungssystem eine Vakuumkammer mit einer die Beleuchtungseinrichtung aufnehmenden ersten Teilkammer und einer das Projektionsobjektiv aufnehmenden zweiten Teilkammer sowie wenigstens ein zwischen der Belichtungseinrichtung und der Retikelstage und/oder zwischen dem Projektionsobjektiv und der Retikelstage einfahrbares Schott zum Trennen der beiden Teilkammern umfasst. Mit Hilfe dieser Schotts können die beiden Teilkammern unabhängig voneinander belüftet und evakuiert werden, was beispielsweise das Belassen des Retikels im Ultrahochvakuum bei gleichzeitiger Belüftung einer der beiden Teilkammern ermöglicht. Ferner kann mit Hilfe eines solchen Schotts auch die Entnahme des Retikels vereinfacht werden, da hierzu nur ein Teil der Vakuumkammer 110 belüftet werden muss. Die Retikelentnahme kann ferner durch ein auf der dem ersten Schott gegenüber liegenden Seite der Retikelstage angeordnetes zweites Schott vereinfacht werden. Mithilfe der beiden Schotts kann der die Retikelstage aufnehmende mittlere Abschnitt der Vakuumkammer von den beiden Teilkammern abgeschottet werden, so dass lediglich die Belüftung bzw. das Evakuieren des mittleren Vakuumkammerabschnitts notwendig ist.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Projektionsbelichtungssystem ferner eine Dämpfungseinrichtung zum Dämpfen von Schwingungsbewegungen des in der Retikelstage angeordneten Transmissionsretikels umfasst. Die Dämpfungseinrichtung ist dabei ausgebildet, die Schwingungsbewegungen des Transmissionsretikels durch Anblasen des Transmissionsretikels mit einem geeigneten Gas bzw. mittels aktiver akustischer oder mechanischer Dämpfung zu reduzieren. Mit Hilfe einer solchen Dämpfungseinrichtung können Out-Of-Plane-Bewegungen des Transmissionsretikels und damit verbundene Abbildungsfehler reduziert werden. Ferner kann eine solche Dämpfungseinrichtung das Berühren des Transmissionsretikels mit weiteren Komponenten des Projektionsbelichtungssystemsverhindert werden. So kann insbesondere bei Transmissionsretikeln, welche mit einem Pellikel geschützt sind, durch Zuführen des geeigneten Gases in den durch das Transmissionsretikel und das Retikel gebildeten Zwischenraum ein Überdruck in diesen Zwischenraum erzeugt werden, welcher die beiden Komponenten auseinanderdrückt. Ferner wird durch den Überdruck die Kontaminierungsgefahr für die empfindliche Maskenstrukturen reduziert.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Projektionsobjektiv einen Eingangsspiegel umfasst, dessen Inzidenzwinkelspektrum bzw. Inzidenzwinkelverteilung spiegel- und/oder rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Aufgrund des symmetrischen Inzidenzwinkelspektrums können für den Eingangsspiegel des Projektionsobjektivs schmalbandigere Reflexionsschichten verwendet werden. Hierdurch werden unerwünschte optische Effekte reduziert, welche mit breitbandigen Reflexionsschichten einhergehen.
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Ferner ist ein Transmissionsretikel für ein EW-Lithographie-Projektionsbelichtungssystem umfassend eine Trägerschicht aus einem Silizium-, Germanium-, Molybdän-, Niob- und/oder Zirkoniummaterial und eine auf der Trägerschicht angeordnete strukturierte Absorberschicht vorgesehen. Eine aus den genannten Materialien gebildete Trägerschicht lässt sich mit einer besonders geringen Schichtdicke (z. B. 25 nm Siliziumschicht) herstellen, welche eine ausreichende Transparenz für das verwendete EUV-Licht aufweist. Gleichzeitig weisen Trägerfolien aus den genannten Materialien eine ausreichende Stabilität auf, um den mechanischen Belastungen während der Handhabung und Verwendung des Transmissionsretikels zu widerstehen.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Trägerschicht einen Schichtstapel aus Silizium- und Germaniumschichten umfasst, welche jeweils durch eine Schicht aus Zirkoniumsilizit voneinander getrennt sind. Eine solche Trägerschicht weist eine besonders hohe Transparenz für EUV-Licht auf. Hingegen wird mithilfe einer solchen Übergangsschicht eine Anpassung der Kristallstrukturen der beiden Schichten und damit verbunden die mechanische Stabilität der Trägerschicht verbessert.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Absorberschicht aus einem Nickel- und/oder Tantalnitrid enthaltenden Material gebildet ist. Diese Materialien weisen für das verwendete EUV-Licht relativ gute Absorptionsqualitäten auf. Ferner können die genannten Materialien aufgrund ihrer relativ hohen Schmelztemperaturen die in EUV-Projektionsbelichtungssystemen in der Absorberschicht auftretenden hohen Temperaturen (z. B. T > 500°C) unbeschadet aushalten.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Trägerschicht wenigstens einseitig mit einer Schutzschicht versehen ist, welche Ruthenium, Rhodium, Kohlenstoff, Iridium und/oder Siliziumnitrid enthält. Mit Hilfe einer solchen Schutzschicht lässt sich die empfindliche Trägerschicht gegen verschiedene Einflüsse, wie z. B. Oxidation, schützen. Damit kann die hohe Transmission der Trägerschicht für das EUV-Licht über eine lange Zeit gewährleistet werden. Ferner verursachen diese Materialen in den verwendeten geringen Schichtdicken keine relevante Abschwächung der EUV-Strahlung.
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Ferner ist eine Retikelanordnung umfassend ein Transmissionsretikel und wenigstens ein vor dem Transmissionsretikel angeordnetes Pellikel aus einem silizium-, germanium- und/oder zirkoniumhaltigen Material vorgesehen. Ein solches Pellikel verhindert die Verschmutzung des Retikels. Da bei den in der EUV-Lithographie verwendeten kurzen Wellenlängen bereits geringste Kontaminationen des Retikels zu Abbildungsfehlern führen können, kann mit Hilfe des Pellikels eine gleichbleibende Abbildungsqualität des Transmissionsretikels sichergestellt werden. Da aufgrund der relativ geringen Dicke (z. B. 50–150 nm) des Transmissionsretikels eine Reinigung kaum durchführbar ist, kann mit Hilfe des Pellikels die Lebensdauer eines EUV-Tranmsissionsretikels deutlich verlängert werden.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Transmissionsretikel und das Pellikel von einer gemeinsamen Rahmenstruktur eingefasst sind, welche wenigstens eine Zuführöffnung zum Zuführen eines Gases in den Zwischenraum zwischen Transmissionsretikel und Pellikel umfasst. Eine solche Anordnung erlaubt es, das Retikel und das Pellikel mithilfe eines in dem Zwischenraum durch die Gaszufuhr erzeugten Überdrucks mechanisch zu stabilisieren. Ferner kann mithilfe des Gases eine Kühlung des Retikels bzw. der Absorberschicht erreicht werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:
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1 beispielhaft ein reflektives Retikel für EUV-Lithographie zur Verdeutlichung des durch schrägen Lichteinfall verursachten Manhattan-Effekt;
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2 ein weiteres reflektives Retikel mit kleineren Strukturen zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen Strukturgröße und Manhattan-Effekt;
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3 ein Transmissionsretikel für die EUV-Lithographie mit einer transparenten Trägerschicht und darauf angeordneten Absorberstrukturen;
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4 ein weiteres transmittives Retikel, mit einer in Form eines Schichtstapels aufgebauten Trägerschicht;
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5 schematisch ein für die Verwendung eines Transmissionsretikels ausgebildetes Projektionsbelichtungssystem für EUV-Lithographie;
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6 schematisch den Querschnitt durch eine Retikelanordnung mit einem Retikel, einem Pellikel und einem die beiden Strukturen umfassenden Rahmen mit einer Zuführöffnung für ein geeignetes Gas;
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7 schematisch den Aufbau eines Projektionsbelichtungssystems umfassend eine optische Scanneinrichtung zum scannenden Abtasten des Transmissionsretikels;
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8 eine Detaildarstellung der Scanneinrichtung aus 7 zur Verdeutlichung der geometrischen Zusammenhänge;
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9 ein Ausführungsbeispiel für ein EUV-Transmissionsretikel mit speziell angepassten Absorptionsstrukturen;
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10 eine Modifikation des Projektionsbelichtungssystems aus 7 mit zusätzlichen Umlenkspiegeln zum Sicherstellen des im Wesentlichen senkrechten Strahlengangs im Bereich der Retikelstage;
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11 beispielhaft einen Ausschnitt eines Projektionsobjektivs mit zwei Spiegeln; und
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12 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Projektionsbelichtungssystems mit zwei mittels einfahrbaren Schottvorrichtungen voneinander trennbaren Teilkammern.
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Bei EUV-Lithographie mittels reflektiver Retikel kommt es aufgrund der notwendigen Trennung zwischen Einstrahl- und Abstrahlrichtung zu einem schrägen Lichteinfall auf die Retikeloberfläche. Die 1 zeigt beispielhaft die Reflektion von EUV-Strahlung 400 an einem reflektiven Retikel 300. Das Retikel 300 umfasst dabei eine im EUV-Bereich reflektierende Trägerschicht 310 sowie eine auf dieser Trägerschicht 310 angeordnete strukturierte Absorberschicht 320. Aufgrund der für eine ausreichende Absorption der EUV-Strahlung 400 notwendigen Mindestschichtdicke 321 der Absorberschicht 320 kommt es beim schrägen Lichteinfall zu Abschirmungseffekten durch die Absorberstrukturen. Durch diesen sogenannten Manhattan-Effekt wird der Anteil der effektiv reflektierenden Oberfläche der Trägerschicht 310 und damit verbunden der Anteil der nutzbar reflektierten EUV-Strahlung 400 reduziert. Dabei erhöht sich der Abschattungseffekt mit zunehmender Dicke 321 der Absorberschicht 320.
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Wie die 2 zeigt, hängt der Abschattungseffekt jedoch auch von den Abständen der in der Absorberschicht 320 ausgebildeten Strukturen ab. So nimmt der reflektierte und damit nutzbare Anteil der EUV-Strahlung 400 mit abnehmenden Strukturenweiten deutlich ab.
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Um die Abschattungseffekte zu verringern, verwendet das hier vorgeschlagene Projektionsbelichtungssystem ein transmittives Retikel bzw. Transmissionsretikel 200, welches eine für EUV-Licht transparente Trägerschicht 210 und eine auf der Trägerschicht 210 angeordnete strukturierte Absorberschicht 220 umfasst. Wie in der 3 gezeigt ist, erlaubt die nahezu senkrechte Durchstrahlung des Transmissionsretikels 200 eine abschattungsfreie bzw. nahezu abschattungsfreie Abbildung der in der Absorberschicht 320 erzeugten Strukturen. Als Material für die Trägerschicht 310 wird vorzugsweise Silizium, Germanium, Zirkonium, Molybdän, Niob oder eine Kombination dieser Elemente, wie z. B. Zr/ZrSi2 oder Mo/NbSi2, verwendet. Um eine ausreichende Transmission der EUV-Strahlung 400 durch das Retikel 200 sicherzustellen, wird eine Trägerschicht 210 mit einer möglichst geringen Schichtdicke 212 verwendet. So kann beispielsweise als Trägerschicht 210 eine etwa 50 nm oder etwa 100 nm dicke Siliziumschicht verwendet werden, welche einen Transmissionsverlust von 8% oder etwa 16% aufweist. Als Absorbermaterial kann beispielsweise Tantalnitrid (TaN) mit einer Schichtdicke von ca. 45 nm verwendet werden, welche eine ausreichende EUV-Absorption ermöglicht. Grundsätzlich kann als Absorber jedes geeignete Material verwendet werden, sofern es in der gewünschten Schichtdicke eine ausreichend hohe Absorption der EUV-Strahlung 400 ermöglicht, Ultrahochvakuum (UHV)-tauglich, gut strukturierbar und temperaturstabil ist. Da die Absorberbereiche des Retikels aufgrund der höheren Absorption der EUV-Strahlung 400 und gleichzeitig einer durch das Ultrahochvakuum reduzierten Wärmeabfuhr deutlich warmer werden als die transmittierenden Bereiche, kommen als Absorber insbesondere temperaturbeständige Materialien, wie z. B. Nickel (Schmelztemperatur über 1.400°C) oder andere Metalle in Frage.
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Um die empfindliche Oberfläche der transmittierenden bzw. transparenten Bereiche des Retikels 200 zu schützen, kann die Trägerschicht 210 ein- oder beidseitig mittels einer dünnen Schutzschicht (cap-layer) 230 ausgestattet werden. Als Material für diese Schutzschicht 130 eignet sich beispielsweise Ruthenium, Rhodium, Kohlenstoff, Iridium oder Siliziumnitrid (Si3N4).
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Zur Gewährleistung einer ausreichenden Transmissionsfähigkeit bzw. Transparenz für die verwendete EUV-Strahlung 400 und gleichzeitig möglichst hoher Stabilität des folienartigen Retikels kann die Trägerschicht 210 auch mehrschichtig aufgebaut werden. Die 4 zeigt dabei ein Transmissionsretikel 200 mit einer in Form eines Schichtstapels 211 aus verschiedenen Materialien aufgebauten Trägerschicht 210. Der Schichtstapel 211 kann dabei aus dünnen Silizium- und Germaniumschichten aufgebaut sein, welche jeweils durch eine Zirkoniumsilizid (ZrSi2)-Schicht voneinander getrennt sein können.
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Die 5 zeigt schematisch den Aufbau eines ein transmittives Retikel 200 verwendenden EUV-Projektionsbelichtungssystems 100. Das Projektionsbelichtungssystem 100 umfasst dabei eine Beleuchtungseinrichtung 120 zum Erzeugen einer definierten EUV-Strahlung 400, eine der Belichtungseinrichtung 120 optisch nachgeschaltete Retikelstage 130 zur Aufnahme eines Transmissionsretikels 200 und ein der Retikelstage 130 optisch nachgeschaltetes Projektionsobjektiv 140, welches das durch die in der Retikelstage 130 angeordnete Transmissionsretikel 200 transmittierte EUV-Strahlung 400 auf einen in einer Waferstage 150 angeordneten Wafer 700 verkleinernd abbildet. Wie in der 5 gezeigt ist, wird das Transmissionsretikel 200 in dieser Anordnung im Wesentlichen senkrecht durchstrahlt.
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Es ist vorteilhaft die im Zusammenhang mit dem transmittiven Projektionsbelichtungssystem 100 verwendeten Transmissionsretikel 200 möglichst dünn und mit einem möglichst großen Durchmesser auszubilden, um eine ausreichende Transmission zu gewährleisten und gleichzeitig möglichst viele Strukturen in einem Belichtungsprozess abbilden zu können. allerdings können die Transmissionsretikel 200 aufgrund ihres folienartigen Aufbaus relativ empfindlich auf jegliche Beschleunigung reagieren. Insbesondere können jeweils Schwingungen des Retikels 200 in Form mikroskopischer orts- und zeitabhängigen Verlagerungen der Objektebene 202 angeregt werden. Zur Dämpfung dieser Schwingungen kann das Projektionsbelichtungssystem 100 mit einer Dämpfungseinrichtung 170 ausgestattet sein, welche der Bewegungen des Retikels 200 aktiv entgegenwirkt. Beispielsweise können solche Schwingungen durch gleichmäßiges oder gepulstes Anpusten des Transmissionsretikels 200 reduziert werden. Ferner können Schwingungsbewegungen des Transmissionsretikels 200 mittels Aktuatoren, welche außerhalb des optisch genutzten Retikelbereichs angeordnet sind, unter Ausnutzung des Superpositionsprinzips reduziert bzw. kompensiert werden. Die Aktuierung kann beispielsweise mechanisch oder akustisch erfolgen.
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Die in der 5 in Form eines Funktionsblocks dargestellte Dämpfungseinrichtung 170 kann dabei sowohl als Teil der Retikelstage 130 als auch in Form einer separaten Einrichtung ausgebildet sein.
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Zur besseren Handhabung ist das folienartige Transmissionsretikel 200 in einer Rahmenstruktur 520 eingespannt. Um die empfindliche Retikelfolie 200 zu schützen, kann ein Pellikel 510 verwendet werden, welches vor dem Retikel 200 vorzugsweise auf der die Absorberstrukturen tragenden Retikelseite angeordnet wird. Die 6 zeigt eine Retikelanordnung 500 umfassend die Rahmenstruktur 520, das in der Rahmenstruktur eingefasste folienartige Transmissionsretikel 200 sowie das in einem geringen Abstand zum Retikel 200 angeordnete und ebenfalls in der Rahmenstruktur 520 eingefasste Pellikel 510. Dieser Abstand beträgt vorzugsweise zwischen 1 nm und 10 nm. Das Retikel 200 und das Pellikel 510 sind dabei so zueinander angeordnet, dass die auf der Trägerschicht 210 des Pellikels 510 befindlichen Absorberstrukturen 220 sich in dem durch die beiden Folien 200, 510 geschützten Zwischenraum 530 befinden.
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Da sowohl das Retikel 200 als auch das Pellikel 510 in Form dünner Folien ausgebildet sind (Retikeldicke beispielsweise 70 bis 120 nm, Pellikeldicke beispielsweise 20 nm), reagieren sie typischerweise sehr empfindlich auf Erschütterungen der Retikelanordnung 500. Durch die dabei in der beiden Folien 200, 510 induzierten Schwingungen besteht dabei grundsätzlich die Gefahr, dass die beiden Folien 200, 510 einander berühren. Um dies zu verhindern, kann bei der Retikelanordnung 500 ein geeignetes Gas in den Zwischenraum 530 zwischen den beiden Folien 510, 200 zugeführt werden. Durch den dabei erzeugten leichten Überdruck werden die Folien 200, 510 konvex nach außen gedrückt und somit die Gefahr eines Zusammenstoßens reduziert. Als Gas eignet sich beispielsweise Wasserstoff (H2), welcher beispielsweise durch eine geeignete Zuführöffnung 521 in der Rahmenstruktur 520 zugeführt wird. Der Überdruck verhindert dabei auch wirkungsvoll die Verschmutzung bzw. Kontamination des Zwischenraums 530 durch unerwünschte Substanzen.
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In dem Fall, dass kein Pellikel 510 verwendet wird, kann eine Stabilisierung der Retikelfolie 200 durch ein direktes Anblasen des Retikels 200 mittels einer Gasströmung erfolgen. Hierfür eignet sich beispielsweise Wasserstoff (H2) mit einem geringen Druck von wenigen Pascal (z. B. etwa 5 Pa oder etwa 10 Pa). Durch die Gasströmung 600 kann die Bewegung der dünnen Retikelfolie 200 entlang der optischen Achse reduziert und damit eine höhere Abbildungsqualität erreicht werden.
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In beiden Fällen kann mithilfe der Gasströmung 600 auch eine Kühlung des folienartigen Transmissionsretikels 200 erreicht werden.
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Eine Stabilisierung der Retikelfolie 200 kann jedoch auch durch eine aktive Dämpfung erfolgen, welche auf die Retikelfolie 200 mechanisch oder akustisch einwirkt.
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Neben einer aktiven Schwingungsdämpfung kann der Problematik, welche sich bei der Abbildung der Maskenstrukturen auf dem Wafer mit der Retikelverschiebung entlang der optischen Achse ergibt, durch Verwendung eines eingangsseitig telezentrisch aufgebauten Projektionsobjektivs 140 begegnet werden. Durch die Telezentrie des Projektionsobjektivs 140 wirken sich Verschiebungen des Retikels 200 entlang der optischen Achse verglichen mit einem reflektiven Retikel nur in einem vernachlässigbaren Ausmaß auf die Abbildungsqualität auf der Waferebene aus. So können beispielsweise auch Lagefehler des Retikels 200 in der Retikelstage 130 ausgeglichen werden.
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Um Schwingungen des folienartigen Transmissionsretikels 200 und die damit verbundenen optischen und mechanischen Probleme zu vermieden, kann es sinnvoll sein, das Retikel 200 in der Retikelstage 130 ortsfest bzw. unbeweglich anzuordnen und durch Verwendung einer speziellen Scanneinrichtung scannend abzutasten. Eine solche Scanneinrichtung 160 zum Abscannen des Retikels 200 kann beispielsweise mithilfe eines oder mehrerer beweglichen Spiegel realisiert werden, welche die EUV-Strahlung 400 scannend über das Transmissionsretikel 200 führen. Die 7 zeigt hierzu beispielhaft den prinzipiellen Aufbau einer solchen Scanneinrichtung 160. Die Scanneinrichtung 160 umfasst dabei zwei synchron zueinander bewegliche Scannspiegel 161, 162, welche jeweils durch eine kombinierte Translations- und Kippbewegung eine Abtastung des ruhenden Transmissionsretikels 200 vornehmen. Dabei lenkt der zwischen der Beleuchtungseinrichtung 120 und dem Retikel 200 angeordnete und entlang einer freien Bahnkurve bewegbare erste Scannspiegel 161 die von der Belichtungseinrichtung 120 erzeugten EUV-Strahlung 400 auf eine bestimmte Stelle des Transmissionsretikels 200. Hingegen lenkt der zwischen der Retikelstage 130 und dem Projektionsobjektiv 140 angeordnete und ebenfalls entlang einer freien Bahnkurve bewegbare zweite Scannspiegel 162 die durch das Retikel 200 transmittierten EUV-Strahlung 400 auf die Eintrittspupille des Projektionsobjektivs 140.
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Zur Verdeutlichung des Scannvorgangs ist in der 7 die Position der Scannspiegel 161, 162 beispielhaft für zwei verschiedene Zeitpunkte dargestellt, wobei die Bezugszeichen 161 und 162 die Scannspiegel bzw. Position der Scannspiegel zu einem ersten Zeitpunkt und die Bezugszeichen 161' und 162' die Scannspiegel bzw. Position der Scannspiegel zu einem zweiten Zeitpunkt bezeichnen. Dabei befindet sich der erste Scannspiegel zum ersten Zeitpunkt auf Höhe der Unterkante des Retikels 200 und lenkt die von der Belichtungseinrichtung 120 ausgestrahlten EUV-Strahlung 400 in Richtung des zweiten Scannspiegels 162, welcher sich zu diesem Zeitpunkt in etwa auf 2/3-Höhe des Retikels 200 befindet. Das Retikel 200 wird in dieser Position in etwa auf 1/3 seiner Höhe durchstrahlt.
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Nach einer Translation des ersten Scannspiegels in Richtung der Belichtungseinrichtung 120 und einer leichten Verkippung im Uhrzeigersinn, wird die EUV-Strahlung 400 der Beleuchtungseinrichtung 120 vom ersten Scannspiegel 161' nunmehr auf einen oberen Abschnitt im Bereich des Retikels 200 gerichtet, wobei das Retikel 200 in dieser Scannposition nahezu senkrecht durchstrahlt wird. Der zu diesem Zeitpunkt ebenfalls nach oben gewanderte und im Uhrzeigersinn verkippte zweite Scannspiegel 162' lenkt die das Retikel 200 nahezu senkrecht transmittierten EUV-Strahlung 400' wieder in Richtung der Projektionsoptik 140. Die Bewegung der Scannspiegel 161, 162 erfolgt dabei auf freien Bahnkurven, welche im vorliegenden Fall auf den optischen Achsen der Belichtungseinrichtung 120 bzw. des Projektionsobjektivs 140 liegen. Um eine hohe Abbildungsqualität sicherzustellen, ist es notwendig, dass die optische Wegstrecke, welche die EUV-Strahlung 400 nach Transmission des Retikels bis zur Eintrittspupille des Projektionsobjektivs 140 zurücklegt, sich mit der Scannposition bzw. Stellung der Scannspiegel 161, 162 nicht verändert. Dabei muss die Position der Scannspiegel 161, 162 in einem bestimmten Verhältnis zu dem Winkel α stehen, unter welchem die EUV-Strahlung 400 das Retikel 200 transmittiert. Die genauen geometrischen Verhältnisse ergeben sich aus der 8, welche eine Detaildarstellung der optischen Anordnung aus 7 darstellt. Dabei entspricht α dem Transmissionswinkel durch das Retikel 200, h(α) der Retikeldurchtrittshöhe, d dem Abstand des zweiten Scannspiegels 162 vom Retikel 200, l1 der optischen Teilstrecke vom Retikel 200 bis zum zweiten Scannspiegel 161, l2 der optischen Teilstrecke vom zweiten Scannspiegel 162 bis zu einem Punkt A, welcher durch die Retikeldurchtrittshöhe h(α) bestimmt wird und OPL der optischen Weglänge bzw. Wegstrecke der EUV-Lichtstrahlung 400 vom Retikel 200 bis zum Punkt B, welcher sich auf Höhe der Unterkante des Retikels 200 befindet.
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Aus der 8 lässt sich entnehmen, dass die optische Weglänge OPL sich aus der Summe der Strecken l1, l2 und der Durchtrittshöhe h(α), welche dem Abstand der Punkte A und B entspricht, zusammensetzt.
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Für die optische Weglänge OPL ergibt sich somit: OPL = d / cosα + d·sinα / cosα + h(α) (*) oder OPL – h(α) / d = 1 + sinα / cosα
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Wie man aus dieser Umformung ersehen kann, umfasst die Wertemenge von
f(x) = 1 + sinx / cosx(x ∊ [– π / 2, π / 2]) alle positiven reellen Zahlen
und somit ist die Gleichung (*) für h(α) < OPL lösbar. Eine Lösung der Gleichung
OPL = d / cosα + d·sinα / cosα + h(α) lässt sich beispielsweise mittels quadratischer Ergänzung vermöge der Substitution k = sinα,
cosα = √1–n² ermitteln.
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Bei der hier beispielhaft gezeigten Scanneinrichtung 160 variiert der Durchtrittswinkel α der EUV-Strahlung 400 durch das Retikel 200 je nach Position der Scannspiegel 161, 162. Um einer sich hieraus möglicherweise ergebenden Einbuße der Abbildungsqualität zu begegnen, kann diese Winkeländerung bereits bei der Herstellung der Absorberstrukturen auf dem Retikel 200 berücksichtigt werden. Dies kann einerseits durch Anpassung der Breite und Position der abzubildenden Absorberstrukturen auf der Trägerschicht 210 erfolgen. Alternativ hierzu können die Absorberstrukturen unter Verwendung eines speziellen Herstellungsverfahrens mit von der jeweiligen Position auf dem Retikel 200 abhängigen Flankenwinkeln erzeugt werden. Ein solches Transmissionsretikel 200 ist beispielsweise in der 9 gezeigt.
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Alternativ hierzu kann durch Verwendung zusätzlicher optischer Elemente, wie z. B. zusätzlicher Umlenkspiegel, ein im Wesentlichen senkrechter Durchtritt der EUV-Strahlung 400 durch das Retikel sichergestellt werden. Hierzu zeigt die 10 beispielhaft ein Projektionsbelichtungssystem 100 mit einer modifizierten Scanneinrichtung 160. Die Scanneinrichtung 160 weist zusätzliche Umlenkspiegel 163, 164 auf, welche sich jeweils zwischen dem Retikel 200 und einem Scannspiegel 161, 162 befinden. Dabei dient der erste Umlenkspiegel 163 dazu, die vom ersten Scannspiegel 161 reflektierten EUV-Strahlung 400 unter einem senkrechten bzw. im Wesentlichen senkrechten Winkel auf das Retikel 200 zu lenken. Analog hierzu lenkt der zweite Umlenkspiegel 164 die das Retikel 200 senkrecht passierende EUV-Strahlung 400 auf den zweiten Scannspiegel 162. Die beiden Umlenkspiegel 163, 164 werden dabei je nach Scannposition in jeweils kombinierten Translations- und Kippbewegungen entlang freier Bahnkurven verstellt. Dies erfolgt sinnvollerweise synchron zu den Translations- und Kippbewegungen der Scannspiegel 161, 162. Um die Bedingung der konstanten optischen Wegstrecke der EUV-Strahlung 400 vom Retikel 200 bis zum Projektionsobjektiv 140 einzuhalten, muss bei der Berechnung der optischen Weglänge OPL der Umweg über den zweiten Umlenkspiegel 164 mitberücksichtigt werden.
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Alternativ zur Verwendung zusätzlicher Umlenkspiegel lässt sich eine im Wesentlichen senkrechte Transmission der EUV-Strahlung 400 durch das Retikel 200 gegebenenfalls auch durch eine synchron zu der Translation der beiden Scannspiegel 161, 162 erfolgende Kippbewegung des Retikels 200 erreichen.
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Im Unterschied zu einem für ein reflektives Retikel ausgebildeten Projektionsbelichtungssystem kann das hier vorgeschlagene, speziell für ein Transmissionsretikel ausgebildete Projektionsbelichtungssystem ein eingangsseitig telezentrisch ausgebildetes Projektionsobjektiv aufweisen. Hierdurch ergeben sich viele Vorteile, da die Abbildungsqualität eines solchen Projektionsobjektivs relativ unempfindlich ist gegenüber Verschiebungen des Retikels entlang der optischen Achse. Ein weiterer Vorteil des hier vorgestellten EUV-Projektionsbelichtungssystem 100 ist, dass die Verwendung eines transmittiven Retikels 200 eine Spiegel- oder sogar rotationssymmetrische Verteilung des Inzidenzwinkels in der Strecke vom Retikel 200 zum in Lichtrichtung ersten Spiegel 141 (Eingangsspiegel) des Projektionsobjektivs 140 erreicht werden kann. Hierzu zeigt die 11 beispielhaft ein EUV-Projektionsbelichtungssystem 100 mit einem im Wesentlichen senkrecht durchstrahlten Transmissionsretikel 200 und einem dem Retikel 200 optisch nachgeschalteten Projektionsobjektiv 140 mit einem ersten als Eingangsspiegel dienenden Spiegel 141 und einem zweiten Spiegel 142, wobei die Spiegel hier lediglich beispielhaft dargestellt sind. Die im Bereich des Retikels 200 fokussierte EUV-Strahlung 400 tritt in die Projektionseinrichtung 140 in Form eines Strahlkegels 410 ein, wobei hier nur der Hauptstrahl 411 und die beiden Randstrahlen 412, 413 dargestellt sind. Aufgrund der symmetrischen Strahlführung vom Retikel 200 zum Projektionsobjektiv 140 ergibt sich für beliebige zur Retikelebene 202 parallele Ebenen 420, 430 entlang des Hauptstrahls 411 der EUV-Strahlung 400 sowie für den Eingangsspiegel 141 eine symmetrische Inzidenzwinkelverteilung. Symmetrisch heißt in diesem Fall spiegelsymmetrisch oder sogar rotationssymmetrisch. Aufgrund des insgesamt kleineren Inzidenzwinkelspektrums können für den ersten Spiegel 141 im Vergleich zu einem Projektionsbelichtungssystem ohne ein entsprechendes spiegel- oder rotationssymmetrisches Winkelspektrum schmalbandigere Reflexionsschichten verwendet werden.
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Das Inzidenzwinkelspektrum auf dem ersten Spiegel 141 hängt grundsätzlich von der Numerischen Apertur (NA) des abbildenden Systems ab. Bei reflektiven Systemen ist das Winkelspektrum bei gleicher Numerischer Apertur aufgrund des schrägen Lichteinfalls am Retikel größer als bei einer nahezu senkrechten Transmission durch ein transmittives Retikel.
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Durch die schmalwandigere Ausgestaltung der reflektiven Schichten des ersten Spiegels 141 können unerwünschte Effekte, wie geringe Transmission, Absorption und Kontrastverlust, verringert werden.
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Das transmittive Projektionsbelichtungssystem 100 erlaubt ferner eine Trennung des Belichtungssystems 120 von dem Projektionsobjektiv 140 mittels im Bereich der Retikel-Stage einfahrbaren Schotts. Hierzu zeigt die 12 beispielhaft ein transmittives Projektionsbelichtungssystem 100 für EUV-Lithographie mit einer aus zwei Teilkammern 111, 112 gebildeten Vakuumkammer 110. Die erste Teilkammer 111 enthält das Belichtungssystem 120, während in der zweiten Teilkammer 112 das Projektionsobjektiv 140 sowie gegebenenfalls auch die Waferstage 150 untergebracht sind. Die beiden Teilkammern 111, 112 können über zwei beidseitig der Waferstage 130 angeordnete einfahrbare Schotts 113, 114 voneinander abgeschottet werden. Dies ermöglicht einerseits eine Teilbelüftung des Systems, d. h. der ersten oder der zweiten Teilkammer 111, 112. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn aufgrund von Wartungsarbeiten das Belichtungssystem belüftet wird. In diesem Fall wird eine mögliche Kontamination des Projektionssystems verhindert. Ferner erlauben die Schotts 113, 114 eine Entnahme bzw. einen Wechsel des Transmissionsretikels 200, ohne die Notwendigkeit der Belüftung der beiden Teilkammern 111, 112. Wie in der 12 ferner dargestellt ist, verfügen beide Teilkammern 111, 112 über separate Vakuumpumpen 116, 117.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können hieraus beispielsweise durch Kombination der Merkmale verschiedener Ausführungsformen auch andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.