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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein reflektives optisches Element für die EUV-Lithographie und ein Verfahren zum Betrieb einer EUV-Lithographievorrichtung mit einem reflektiven optischen Element.
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In EUV-Lithographievorrichtungen werden zur Lithographie von Halbleiterbauelementen reflektive optische Elemente für den extremen ultravioletten (EUV) Wellenlängenbereich (z.B. Wellenlängen zwischen ca. 5 nm und 20 nm) wie etwa Photomasken oder Spiegel auf der Basis von Viellagensystemen eingesetzt. Da EUV-Lithographievorrichtungen in der Regel mehrere reflektive optische Elemente aufweisen, müssen diese eine möglichst hohe Reflektivität aufweisen, um eine hinreichend hohe Gesamtreflektivität sicherzustellen. Da die reflektiven optischen Elemente vor Betrieb der EUV-Lithographievorrichtung der Luft ausgesetzt sind, kann es zu einer Kontamination, z.B. in Form von Oxidation, der optisch genutzten reflektiven Beschichtung der reflektiven optischen Elemente kommen. Dadurch kann die Reflektivität und die Lebensdauer der reflektiven optischen Elemente reduziert werden. Da üblicherweise in einer EUV-Lithographievorrichtung mehrere reflektive optische Elemente hintereinander angeordnet sind, wirken sich auch schon geringere Kontaminationen auf jedem einzelnen reflektiven optischen Element in größerem Maße auf die Gesamttransmission der optischen Systeme der EUV-Lithographievorrichtung aus. Oxidative Kontaminationen auf reflektiven optischen Elementen sind in der Regel irreversibel.
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Um eine Oxidation der reflektiven Beschichtung der reflektiven optischen Elemente zu vermeiden, wird im Allgemeinen ein Material für die oberste Schicht des reflektiven optischen Elements gewählt, dass sowohl an der Luft, als auch während des Betriebs in einer EUV-Lithographievorrichtung stabil ist. Durch das Aufbringen derartiger Materialien wird die Reflektivität jedoch im Vergleich zur theoretischen, maximal erreichbaren Reflektivität eines reflektiven optischen Elements mit einem reflektiven Viellagensystem ebenfalls verringert. Beispielsweise werden als Deckschicht Platin, Rhodium, Palladium, Silber, Ruthenium oder Siliziumnitrid vorgesehen.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein reflektives optisches Element für die EUV-Lithographie und ein Verfahren zum Betrieb einer EUV-Lithographievorrichtung mit einem reflektiven optischen Element zur Verfügung zu stellen, mit dem eine höhere maximale Reflektivität erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein reflektives optisches Element für die EUV-Lithographie mit einer reflektiven Beschichtung, bei dem eine erste Schutzschicht nach Einbau in eine EUV-Lithographievorrichtung von der reflektiven Beschichtung entfernbar und eine zweite entfernbare Schutzschicht in-situ vor Belüften der EUV-Lithographievorrichtung auf die reflektive Beschichtung aufbringbar ist.
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Durch die erste Schutzschicht, die vor dem Einbringen eines reflektiven optischen Elements in eine EUV-Lithographievorrichtung, z.B. bei dessen Herstellung, auf die reflektive Beschichtung des reflektiven optischen Elements aufgebracht wurde, wird verhindert, dass die reflektive Beschichtung des reflektiven optischen Elements bereits während der Handhabung beim Einbau in die EUV-Lithographievorrichtung vor deren Betrieb, d.h. solange das reflektive optische Element der umgebenden Luft ausgesetzt ist, oxidiert oder auf andere Weise kontaminiert wird und so die Reflektivität des reflektiven optischen Elements reduziert wird. Nach Einbau in die EUV-Lithographievorrichtung und Einstellen einer definierten Atmosphäre, z.B. Anlegen eines Vakuums innerhalb der EUV-Lithographievorrichtung, etwa wenn der Sauerstoffpartialdruck in der Restgasatmosphäre minimal ist, kann die reflektive Beschichtung des optischen Elements vor oder während des Betriebs der EUV-Lithographievorrichtung in-situ freigelegt werden und ermöglicht danach eine maximale Reflektivität des reflektiven optischen Elements. Eine zweite, entfernbare Schutzschicht ist in-situ auf das reflektive optische Element aufbringbar, bevor das reflektive optische Element wieder der Luft ausgesetzt wird, d.h. vor Entfernen des reflektiven optischen Elements aus der EUV-Lithographievorrichtung bzw. vor Belüften der EUV-Lithographievorrichtung, so dass auch zu diesem Zeitpunkt eine Kontamination der reflektiven Beschichtung des reflektiven optischen Elements durch die Luft verhindert wird. So kann das reflektive optische Element zu einem späteren Zeitpunkt in der gleichen oder einer weiteren EUV-Lithographievorrichtung eingesetzt werden und bietet nach dem Entfernen der zweiten Schutzschicht die gleiche, hohe Reflektivität wie nach dem Entfernen der ersten Schutzschicht.
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Vorteilhafterweise ist die erste und/oder zweite Schutzschicht durch reaktive Spezies leichter Gase entfernbar. Bei den reaktiven Spezies kann es sich beispielsweise um Ionen oder Radikale handeln. Als leichtes Gas kann u.a. Helium oder Wasserstoff eingesetzt werden.
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Besonders bevorzugt ist die erste und/oder zweite Schutzschicht durch atomaren Wasserstoff entfernbar. Der atomare Wasserstoff kann hierbei aus molekularem Wasserstoff an der reflektiven Beschichtung unter Wechselwirkung mit EUV-Strahlung gebildet werden oder kann bereits als atomarer Wasserstoff der Schutzschicht zugeführt werden. Die reflektive Beschichtung des optischen Elements wird durch den atomaren Wasserstoff nicht oder nur in geringem Ausmaß angegriffen.
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Bevorzugt ist die erste und/oder zweite Schutzschicht aus Kohlenstoff oder einer oder mehreren kohlenwasserstoffhaltigen Verbindungen. Eine derartige Schutzschicht lässt sich relativ einfach und rückstandslos entfernen, insbesondere mit atomarem Wasserstoff.
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Vorteilhafterweise weist die die erste und/oder zweite Schutzschicht eine Dicke von 5 nm oder mehr auf, insbesondere wenn sie aus Kohlenstoff oder einer oder mehreren kohlenwasserstoffhaltigen Verbindungen ist/sind, um einen guten Schutz der reflektiven Beschichtung zu erlauben.
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In vorteilhaften Ausführungsformen ist die zweite Schutzschicht in-situ durch Sputtern oder Zugabe von kohlenstoffhaltigen Gasen in die Nähe der reflektiven Beschichtung erzeugbar. Beim Sputtern gibt es mehrere Varianten, z.B. Magnetron-Sputtern, bei dem ein Niedertemperaturplasma in einem Edelgas, meist Argon, benutzt wird, um ein Targetmaterial abzutragen und auf einer Fläche abzuscheiden, oder Ionenstrahl-Sputtern, bei dem für das Abtragen und Abscheiden von Targetmaterial ein Ionenstrahl eingesetzt wird. Durch Zugabe von kohlenstoffhaltigem Gas in der Nähe der reflektiven Beschichtung wird, ggf. durch Wechselwirkung der Bestandteile des kohlenstoffhaltigen Gases mit EUV-Strahlung, auf der reflektiven Beschichtung eine kohlenstoffhaltige zweite Schutzschicht abgeschieden.
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Bevorzugt umfasst die reflektive Beschichtung ein Viellagensystem. Ein Viellagensystem basiert auf alternierenden Schichten aus einem Material, das bei der Arbeitswellenlänge einen höheren Realteil des Brechungsindex aufweist, und einem Material, das bei der Arbeitswellenlänge einen niedrigeren Realteil des Brechungsindex aufweist. Insbesondere für Wellenlängen zwischen 12,5 nm und 15 nm basiert das Viellagensystem bevorzugt auf alternierenden Silizium- und Molybdänschichten. Im Rahmen dieser Erfindung wird auch ein Viellagensystem, dessen alternierende Schichten durch Barrierenschichten zur Verhinderung der Interdiffusion der alternierenden Schichten getrennt sind, verstanden.
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Besonders bevorzugt weist die reflektive Beschichtung eine oberste Schicht aus Molybdän auf. Dadurch wird eine besonders hohe Reflektivität des reflektiven optischen Elements erreicht. Die Reflektivität eines reflektiven optischen Elements, das während des Betriebs in einer EUV-Lithographievorrichtung mit einer Molybdänschicht zum Vakuum hin abschließt, ist beispielsweise höher als ein vergleichbar aufgebautes reflektives optisches Element, dass mit einer üblichen Deckschicht zum Vakuum hin abschließt. Insbesondere bei reflektiven Beschichtungen auf Basis eines Viellagensystems trifft dies zu. Bei Handhabung an der Luft wird die gegen Oxidation empfindliche Molybdänschicht durch die Schutzschicht geschützt. Dagegen ist Molybdän deutlich unempfindlicher gegenüber atomaren Wasserstoff, mit dem die Schutzschicht bevorzugt entfernt wird, als beispielhaft Kohlenstoff oder die meisten kohlenwasserstoffhaltigen Verbindungen.
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Die oben genannte Aufgabe wird außerdem durch ein Verfahren zum Betrieb einer EUV-Lithographievorrichtung mit einem reflektiven optischen Element mit einer reflektiven Beschichtung, gelöst mit den Schritten:
- – Bereitstellen mindestens eines reflektiven optischen Elements mit einer reflektiven Beschichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6;
- – Zugabe einer reaktiven Spezies eines leichten Gases, derart dass die erste Schutzschicht entfernt wird;
- – Durchführen des lithographischen Prozesses;
- – Aufbringen der zweiten Schutzschicht; und
- – Belüften der EUV-Lithographievorrichtung.
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Auf diese Weise wird während des lithographischen Prozesses ein reflektives optisches Element mit möglichst hoher Reflektivität zu Verfügung gestellt, das ansonsten wirkungsvoll gegen Kontamination an Luft geschützt ist. Dabei wird die zweite Schutzschicht vor einem Belüften der EUV-Lithographievorrichtung auf die reflektive Beschichtung aufgebracht. Dadurch wird vermieden, dass die reflektive Beschichtung des reflektiven optischen Elements durch Kontakt mit der Luft oxidiert, wodurch die Reflektivität des reflektiven optischen Elements bei späterer, erneuter Verwendung verringert sein würde.
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Bei den reaktiven Spezies kann es sich beispielsweise um Ionen oder Radikale handeln. Als leichte Gase können u.a. Helium oder Wasserstoff verwendet werden. In bevorzugten Ausführungsformen wird zum Entfernen der ersten Schutzschicht atomarer Wasserstoff als Radikale aufweisendes Gas zugegeben. Methoden zum Entfernen von insbesondere kohlenstoffhaltiger Kontamination sind gut bekannt, insbesondere auch die verschiedenen Arten, atomaren Wasserstoff zu erzeugen und innerhalb einer EUV-Lithographievorrichtung zur Verfügung zu stellen.
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Bevorzugt wird als zweite Schutzschicht Kohlenstoff oder eine oder mehrere kohlenwasserstoffhaltige Verbindungen auf das reflektive optische Element aufgebracht. Hierbei handelt es sich um Materialien, die auf einfache Weise rückstandslos in einer EUV-Lithographievorrichtung von einem reflektiven optischen Element entfernt werden können.
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In vorteilhaften Ausführungsformen wird die zweite Schutzschicht durch Sputtern oder durch Zugabe eines kohlenwasserstoffhaltigen Gases aufgebracht. Vorteilhafterweise wird während der Zugabe von kohlenwasserstoffhaltigem Gas EUV-Strahlung eingestrahlt und/oder ein Plasma gezündet. Auf diese Weise wird das Abscheiden einer besonders kohlenstoffhaltigen Schutzschicht auf der reflektiven Beschichtung begünstigt.
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Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dazu zeigen
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1a–e eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen reflektiven optischen Elements für die EUV-Lithographie; und
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2 eine grafische Darstellung der Reflektivität von reflektiven optischen Elementen mit unterschiedlichen obersten Schichten der reflektierenden Beschichtung in Abhängigkeit von der Wellenlänge.
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In den 1a bis 1e ist schematisch ein reflektives optisches Element 10 dargestellt, das einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung entspricht und das in einer EUV-Lithographievorrichtung betrieben werden kann. Das reflektive optische Element umfasst ein Substrat 12 und eine reflektive Beschichtung 13, die hier ein Viellagensystem 14 aus alternierend aufgebrachten Schichten eines Materials mit höherem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge, bei der die lithographische Belichtung durchgeführt wird (auch Spacer genannt), und eines Materials mit niedrigerem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge (auch Absorber genannt) umfasst. Dadurch wird in gewisser Weise ein Kristall simuliert, dessen Netzebenen den Absorberlagen entsprechen, an denen Bragg-Reflexion stattfindet. Im hier dargestellten Beispiel handelt es sich um ein Molybdän-Silizium-Viellagensystem. Die zum Vakuum hin gerichtete Seite der obersten Schicht des Viellagensystems 14 bildet eine reflektive Oberfläche 24 und ist im vorliegenden Beispiel ein Molybdän-Absorberlage. Bei herkömmlichen reflektiven optischen Elementen hingegen ist eine Deckschicht aus beispielsweise Platin, Rhodium, Palladium, Silber, Ruthenium oder Siliziumnitrid auf dem Viellagensystem vorgesehen.
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In 1a ist auf der reflektiven Oberfläche 24 eine erste Schutzschicht 26 aufgebracht. Durch die erste Schutzschicht 26 ist die reflektive Oberfläche 24 vor Oxidation geschützt, während das reflektive optische Element 10 an der Luft gehandhabt wird, z.B. außerhalb der EUV-Lithographievorrichtung oder direkt nach dem Einbau vor Abpumpen der Luft aus der EUV-Lithographievorrichtung.
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Die erste Schutzschicht 26 besteht aus einem Material, das an der Luft zumindest derart stabil ist, dass die reflektive Oberfläche 24 nicht freigelegt wird. Im vorliegenden Beispiel ist die erste Schutzschicht 26 aus Kohlenstoff und lässt sich gut durch atomaren Wasserstoff entfernen.
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Das reflektive optische Element 10 aus 1a wird mit der ersten Schutzschicht 26 auf der reflektiven Oberfläche 24 in eine EUV-Lithographievorrichtung eingesetzt, beispielsweise in ein Beleuchtungssystem oder Projektionssystem der EUV-Lithographievorrichtung, welche als Vakuumkammern betrieben werden. Es können auch mehrere erfindungsgemäße reflektive optische Elemente in ein Beleuchtungs- und/oder Projektionssystem der EUV-Lithographievorrichtung eingesetzt werden. Nach einem ersten Abpumpen der Luft aus den Vakuumkammern wird Radikale aufweisendes leichtes Gas in Form von atomarem Wasserstoff zugeführt. Dies ist in 1b vereinfacht durch einen Pfeil 28 dargestellt. Die Zugabe ist dabei derart eingestellt, dass die erste Schutzschicht 26 vollständig entfernt wird, ohne die Molybdänlage anzugreifen. In 1b ist das reflektive optische Element 10 mit bereits teilweise entfernter Schutzschicht 26 gezeigt, in 1c liegt die reflektive Oberfläche 24 bereits vollständig frei und bietet nun für den Betrieb der EUV-Lithographievorrichtung eine maximale Reflektivität.
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Bevor die Vakuumkammer, in der sich das reflektive optische Element 10 befindet, wieder belüftet wird, z.B. um das reflektive optische Element 10 daraus zu entnehmen, wird eine zweite Schutzschicht 30 auf die reflektive Oberfläche 24 des reflektiven optischen Elements 10 aufgebracht. Dies erfolgt z. B. durch Sputtern oder Zugabe eines Gases, und wird hier vereinfacht durch einen Pfeil 32 dargestellt. Für das Sputtern ist eine Sputterquelle, beispielsweise aus Kohlenstoff, innerhalb der EUV-Lithographievorrichtung vorgesehen. Als Gas eignet sich z.B. ein kohlenstoffhaltiges Gas. Auf der reflektiven Oberfläche 24 des reflektiven optischen Elements 10 scheidet sich dadurch eine kohlenstoffhaltige Schutzschicht 30 in Form einer im wesentlich reinen Kohlenstoffschicht oder einer Schicht, die eine oder mehrere nicht flüchtige Kohlenwasserstoffverbindungen sowie ggf. auch Kohlenstoff aufweist. Um den Abscheidungsprozess bei Zugabe des kohlenwasserstoffhaltigen Gases zu unterstützen und den Kohlenstoffgehalt der Schutzschicht 30 zu erhöhen, kann gleichzeitig EUV-Strahlung eingestrahlt werden oder ein Plasma gezündet werden, um das Gas zu aktivieren. In 1d ist ein Teil der zweiten Schutzschicht 30 dargestellt, wodurch der Prozess des Aufbringens der Schutzschicht 30 dargestellt werden soll. In 1e ist die reflektive Oberfläche 24 vollständig von der zweiten Schutzschicht 30 bedeckt. Auf diese Weise kann sie nicht oxidieren oder andersartig kontaminiert werden, wenn Luft an das reflektive optische Element 10 gelangt.
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Die zweite Schutzschicht 30 kann nach der Handhabung an der Luft in der gleichen oder einer anderen EUV-Lithographievorrichtung wiederverwendet werden und bietet, nachdem die zweite Schutzschicht 30 analog zur ersten Schutzschicht 26 entfernt wurde, eine hohe Reflektivität. Der Vorgang des Entfernens und Aufbringens einer derartigen Schutzschicht 26, 30 auf das reflektive optische Element kann beliebig oft wiederholt werden.
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Die erste und/oder zweite Schutzschicht 26, 30 können eine Dicke von 5 nm oder mehr aufweisen, um die reflektive Oberfläche 24 gut vor ungewünschter Kontamination zu schützen.
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2 zeigt auf der Y-Achse die Reflektivität von drei reflektiven optischen Elementen in Abhängigkeit der Wellenlänge, aufgetragen in Nanometern auf der X-Achse, bei einem Einfallswinkel von 5° zur Oberflächennormalen. Die reflektiven optischen Elemente weisen identische Viellagensysteme aus alternierenden Molybdän- und Siliziumlagen auf. Sie unterscheiden sich in ihrer obersten, zum Vakuum abschließenden Schicht voneinander. Das reflektive optische Element mit der höchsten Reflektivität im Arbeitswellenlängenbereich zwischen 13,5 nm und 13,7 nm weist Molybdän als oberste Schicht auf (durchgezogene Kurve 50). Die anderen beiden reflektiven optischen Elemente weisen mit Ruthenium (Strich-Punkt-Kurve 52) bzw. Siliziumnitrid (Strich-Kurve 54) als oberste Schicht herkömmliche Deckschichten zum permanenten Kontaminationsschutz auf. Das Vorsehen einer herkömmlichen Deckschicht führt zu einem Verlust an maximaler Reflektivität um einen Faktor von etwa 0,985. Das nach der vorliegenden Erfindung Ermöglichen der Nutzung eines reflektiven optischen Elements ohne Deckschicht, sondern einer zum Vakuum abschließenden Absorberschicht des Viellagensystems der reflektierenden Beschichtung des reflektiven optischen Elements, etwa aus Molybdän bei einem Molybdän-Silizium-Viellagensystem, führt zu einem Gewinn an maximaler Reflektivität um einen Faktor von etwa 1,015. Bezogen auf eine EUV-Lithographievorrichtung, in der ein solches reflektives optisches Element als Spiegel eingesetzt ist, führt dies zu einem Gewinn an Transmission der strukturierenden Strahlung um einen Faktor von 1,015. Bei einem Einsatz von zehn solchen Spiegeln anstelle von herkömmlichen Spiegeln mit einer Deckschicht als oberster Schicht der reflektierenden Beschichtung, erhält man sogar einen Transmissionsgewinn um einen Faktor von etwa 1,163.
