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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Spiegels, vorzugsweise für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, insbesondere für eine EUV (extrem ultraviolett)-Projektionsbelichtungsanlage.
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STAND DER TECHNIK
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Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie werden zur Herstellung von mikrostrukturierten oder nanostrukturierten Bauteilen der Mikroelektronik oder der Mikrosystemtechnik eingesetzt. Die Verwendung von Licht, also allgemein elektromagnetischer Strahlung, mit Wellenlängen im Bereich des extrem ultravioletten (EUV) Wellenlängenspektrums, d. h. Wellenlängen von 5 nm bis 30 nm, ermöglicht in entsprechenden Projektionsbelichtungsanlagen die Abbildung von kleinsten Strukturen auf Wafer mit einer sehr hohen Auflösung.
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Derartige EUV-Projektionsbelichtungsanlagen sind reflektive Systeme, bei denen als optische Komponenten eine Vielzahl von Spiegeln und Spiegelelementen eingesetzt werden, die als Bragg-Reflektoren ausgebildet sein können. Bragg-Reflektoren weisen eine Vielzahl von dünnen Spiegelschichten auf, die alternierend aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind und in ihrer Dicke so angepasst sind, dass eine hohe Reflektivität erzielt wird. Beispielsweise können die alternierenden Schichten aus Molybdän und Silizium gebildet sein.
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Die Spiegelschichten müssen zum Schutz vor Oxidation oder sonstigen Reaktionen mit Bestandteilen der Umgebung mit sogenannten Capping Layers (Deckschichten) versehen werden, die einen Kontakt der Spiegelschichten mit Sauerstoff oder Wasserstoff und kohlenstoffhaltigen Molekülen und eine Penetration derartiger Stoffe durch die Deckschicht verhindern sollen.
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Hierzu ist es beispielsweise aus der
US 8,501,373 B2 bekannt oxidhaltige Deckschichten aufzubringen, die beispielsweise Aluminiumoxid, Hafniumoxid, Zirkonoxid, Tantaloxid, Yttrium stabilisiertes Zirkonoxid und dergleichen umfassen können. Die Aufbringung der Oxidschichten kann durch Zerstäuben (Sputtern) der Oxide, reaktives Sputtern entsprechender Metalle in Sauerstoffatmosphäre oder nicht-reaktives Sputtern entsprechender Metalle mit nachfolgender Oxidation der abgeschiedenen Metallschichten erfolgen.
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Allerdings weisen die so erhaltenen Deckschichten noch Nachteile auf, da beim reaktiven Sputtern in einer sauerstoffhaltigen Umgebung das zu schützende Spiegelhalbzeug und insbesondere die Spiegelschichten (EUV-Multischichten) bereits durch Oxidation geschädigt werden können. Beim nicht-reaktiven Sputtern zur Abscheidung einer Metallschicht mit anschließender Oxidation beziehungsweise zur Zerstäubung und Abscheidung von Oxiden besteht das Problem darin, dass die abgeschiedenen Schichten strukturelle Defekte, wie beispielsweise Leerstellen, Pinholes und dergleichen aufweisen, so dass die Schutzwirkung eingeschränkt ist.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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AUFGBE DER ERFINDUNG
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Es ist somit Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Spiegeln bzw. von Spiegelelementen, insbesondere für die EUV-Mikrolithographie bereitzustellen, bei welchem die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können und insbesondere Deckschichten für hochreflektierende EUV-Multischichten hergestellt werden können, die sowohl bei der Herstellung als auch nach der Herstellung im Einsatz einen effektiven Schutz der darunter befindlichen Komponenten des Spiegels bzw. Spiegelelements ermöglicht.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, durch Kombination zweier unterschiedlicher Aufbringungsverfahren eine Deckschicht auf einem Spiegel bzw. Spiegelelement aufzubringen, die sowohl den Schutz des Spiegelhalbzeugs und der darauf bereits angeordneten Spiegelschichten während der Herstellung ermöglicht als auch nachfolgend beim Einsatz des Spiegels einen optimalen Schutz bereitstellt. Entsprechend wird vorgeschlagen eine oxidische Deckschicht aus mindestens zwei Teilschichten bereitzustellen, wobei eine erste Teilschicht zunächst als Nicht-Oxidschicht abgeschieden wird, die anschließend oxidiert wird, und wobei eine zweite Teilschicht auf der ersten Teilschicht mittels reaktivem Zerstäuben (Sputtern) abgeschieden wird. Dadurch können die Vorteile der unterschiedlichen Aufbringungsverfahren in geschickter Weise kombiniert werden, um so die Vorteile von beiden Verfahren zu nutzen.
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Durch die Abscheidung einer ersten Teilschicht über eine Nicht-Oxidschicht, die zunächst auf dem Spiegelhalbzeug mit den bereits vorhandenen Spiegelschichten aufgebracht und anschließend oxidiert wird, wird erreicht, dass während des Abscheideprozesses keine ungewollte Beeinträchtigung der darunter liegende Komponenten des Spiegels, also der EUV-Multischichten, durch Oxidation bewirkt wird. Da Sauerstoff in jeglicher Form, also sowohl als Oxid als auch als elementarer Stoff oder in molekularer Form so weit wie möglich bei der Abscheidung der Nicht-Oxidschicht vermieden werden kann, können die empfindlichen Werkstoffe des Spiegelsubstrats beziehungsweise der darauf bereits befindlichen Spiegelschichten nicht durch Sauerstoff angegriffen werden kann. Stattdessen wird auf dem halbfertigen Spiegelhalbzeug lediglich eine metallische Schicht abgeschieden, die keine Beeinträchtigung des Spiegelhalbzeugs mit sich bringt. Die anschließende Oxidation der Nicht-Oxidschicht, also der abgeschiedenen Metallschicht, kann so dosiert werden, dass ebenfalls eine Beschädigung darunter liegender Bereiche des Spiegels bzw. der Spiegelschichten vermieden werden kann.
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Die durch die Art der Aufbringung möglicherweise vorhandenen Nachteile bezüglich der strukturellen Gestaltung (Fehlstellen) der ersten oxidischen Teilschicht wird durch die nachfolgende Abscheidung einer zweiten Teilschicht auf der ersten Teilschicht beseitigt, da die zweite oxidische Teilschicht auf der ersten oxidischen Teilschicht mittels reaktivem Zerstäuben (Sputtern) abgeschieden wird, was die Ausbildung einer Oxidschicht mit geringer Fehlstellenkonzentration ermöglicht.
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Entsprechend ergibt sich ein Spiegel oder Spiegelelement mit einer schützenden Deckschicht in Form einer Oxidschicht, bei der die innere erste Teilschicht substratschonend aufgebracht wird, während die äußere zweite Teilschicht mit besonders guten Eigenschaften hinsichtlich einer Verhinderung der Penetration von Fremdstoffen erzeugt wird.
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Die Nicht-Oxidschicht, also beispielsweise eine metallische Schicht, kann ebenfalls durch Sputtern (Zerstäuben) abgeschieden werden, wobei der Sauerstoffpartialdruck während der Abscheidung der Nicht-Oxidschicht kleiner oder gleich 10–3 mbar, vorzugsweise kleiner oder gleich 10–6 mbar eingestellt werden kann, um eine Oxidation der unterhalb der abzuscheidenden Nicht-Oxidschicht liegenden Bereiche des halbfertigen Spiegels bzw. Spiegelelements zu vermeiden.
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Die Nicht-Oxidschicht kann aus Niob, Titan, Hafnium oder Zirkon gebildet sein oder diese Elemente umfassen.
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Die Nicht-Oxidschicht und/oder die zweite Teilschicht der Oxidschicht können jeweils mit einer Dicke im Bereich von 0,2 nm bis 5 nm, vorzugsweise im Bereich von 0,5 nm bis 3 nm abgeschieden werden.
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Die Oxidschicht kann insbesondere Nioboxid, Titanoxid, Hafniumoxid oder Zirkonoxid umfassen.
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Die schützende Deckschicht kann auch zwei oder mehr Oxidschichten umfassen, insbesondere Schichten aus unterschiedlichen Oxiden, also mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung. Allerdings können auch zwei oder mehr Oxidschichten gleicher chemischer Zusammensetzung mit entsprechenden Teilschichten der unterschiedlichen Aufbringung vorgesehen sein, d.h. eine wiederholte Aufbringung von erster und zweiter Teilschicht.
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Die Deckschicht kann zwischen Oxidschicht und dem Stapel von alternierenden Spiegelschichten (EUV-Multischichten) eine Barriereschicht aufweisen. Die Barriereschicht kann durch Borkarbid, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Molybdän, Ruthenium oder Zirkonnitrid gebildet sein.
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Auch die Barriereschicht kann durch reaktives Zerstäuben oder Zerstäuben der jeweiligen stöchiometrischen Verbindung abgeschieden werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
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1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäß hergestellten Spiegel;
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2 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäß hergestellten Spiegels; und in
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3 eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage, in der ein Spiegel aus den 1 oder 2 eingesetzt werden kann.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele deutlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
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In der 1 ist ein Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß hergestellten Spiegelelements mit einem Spiegelsubstrat 1 und einer Vielzahl von Spiegelschichten 2 (Stapel von Spiegelschichten gemeinsam mit 2 bezeichnet), die einen sogenannten Bragg-Reflektor bilden, gezeigt. Die Spiegelschichten 2 bestehen hierbei aus alternierend angeordneten Schichten mit unterschiedlichem Realteil des Brechungsindex, beispielsweise aus Molybdän und Silizium, die in ihrer Dicke so aufeinander abgestimmt sind, dass einfallendes Licht, wie beispielsweise EUV-Licht einer Projektionsbelichtungsanlage reflektiert wird. Neben Molybdän und Silizium können auch alternierende Schichten aus anderen Werkstoffen eingesetzt werden.
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Auf der vom Substrat 1 entfernten Oberseite der Spiegelschichten 2 ist an der Oberfläche eine Deckschicht 3 ausgebildet, die zwei Teilschichten 5, 6 einer Oxidschicht und eine Barriereschicht 4 umfasst. Die Oxidschicht 5, 6 kann Nioboxid, Zirkonoxid, Titanoxid oder Hafniumoxid umfassen und die Barriereschicht 4 kann aus Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Borkarbid, Molybdän, Ruthenium oder Zirkonnitrid gebildet sein.
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Gemäß der Erfindung ist die Oxidschicht 5, 6 aus zwei Teilschichten 5, 6 gebildet, die sich dadurch unterscheiden, dass sie unterschiedlich aufgebracht worden sind. Die Teilschichten 5, 6 unterscheiden sich jedoch nicht in ihrer chemischen Zusammensetzung und können beispielsweise in dem Ausführungsbeispiel der 1 durch Zirkonoxid gebildet sein, während die Barriereschicht 4 aus Zirkonnitrid gebildet sein kann.
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Die Deckschicht 3 des Ausführungsbeispiels der 1 kann so hergestellt werden, dass zunächst durch reaktives Zerstäuben (Sputtern) eine Zirkonnitrd-Barriereschicht 4 in einer Dicke zwischen 0,5 und 5 nm auf den Spiegelschichten 2 abgeschieden wird.
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Nach der Herstellung der Barriereschicht 4 kann eine Zirkonmetallschicht ebenfalls durch Zerstäuben (Sputtern) abgeschieden werden, wobei jedoch der Sauerstoffpartialdruck niedrig gehalten wird, um eine Oxidation zu vermeiden. Beispielsweise kann der Sauerstoffpartialdruck während des Sputterns im Bereich von 1,0 × 10–6 bis 1,0 × 10–3 mbar oder darunter liegen. Die Zirkonschicht kann mit einer Dicke zwischen 0,5 nm und 3 nm abgeschieden werden. Nach dem Abscheiden der Zirkonmetallschicht kann die Zirkonmetallschicht in Sauerstoffatmosphäre oxidiert werden, so dass sich eine Zirkonoxidschicht 5 ausbildet. Je nach Dicke und struktureller Beschaffenheit der ursprünglich abgeschiedenen Zirkonmetallschicht kann eine untere, substratnahe Teilschicht einen geringeren Oxidationsgrad aufweisen als eine weiter vom Substrat entfernte Teilschicht, da die substratnahe Teilschicht für den zugeführten Sauerstoff weniger zugänglich ist.
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Nach der Herstellung der Zirkonoxidschicht 5 kann eine weitere Zirkonoxidschicht 6 durch reaktives Sputtern von Zirkon in einer sauerstoffhaltigen Umgebung abgeschieden werden. Die Zirkonoxidschicht 6 kann wiederum in einer Dicke zwischen 0,5 nm und 3 nm abgeschieden werden.
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Durch die zweistufige Abscheidung der Oxidschicht 5, 6 in den beiden Teilschichten 5, 6 mit unterschiedlichen Abscheideverfahren wird vermieden, dass die Barriereschicht 4 oder die Spiegelschichten 2 bei der Abscheidung negativ beeinflusst werden. Durch das Abscheiden einer Metallschicht und das anschließende Oxidieren der Metallschicht anstelle des reaktiven Abscheidens eines Oxids kann der Sauerstoffangriff der darunterliegenden Schichten, nämlich der Barriereschicht 4 und der Spiegelschichten 2 vermieden oder zumindest begrenzt werden. Die nachfolgende Abscheidung der Teilschicht 6 durch reaktives Zerstäuben mit direkter Abscheidung eines Oxids führt zu einer dichten und fehlstellenarmen Oxidschicht, die einen guten Schutz des Spiegelelements vor Umgebungseinflüssen bewirkt.
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Die 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß abgeschiedenen Deckschicht 3 auf einem Spiegelsubstrat 1 mit einer Vielzahl von Spiegelschichten 2.
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Die Deckschicht 3 des Ausführungsbeispiels der 2 weist lediglich die beiden Teiloxidschichten 5, 6 auf, während auf eine Barriereschicht 4 verzichtet worden ist. Entsprechend wird die Zirkonoxidschicht 5 unmittelbar an den Spiegelschichten 2 des Spiegelelements ausgebildet, wobei durch das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem zunächst eine Metallschicht abgeschieden wird, die anschließend oxidiert wird, und erst abschließend eine reaktiv abgeschiedene Oxidschicht, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus TiO2 besteht, aufgebracht wird, auch vermieden wird, dass der Stapel aus Spiegelschichten durch Oxidation beschädigt oder beeinträchtigt wird.
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Die 3 zeigt eine rein schematische Darstellung einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage, in welcher ein Spiegel 26 oder 27 mit einem Bragg-Reflektor nach Aufbringen einer erfindungsgemäßen Deckschicht eingesetzt werden kann. Die EUV-Projektionsbelichtungsanlage 20 umfasst eine Lichtquelle 21, in der die EUV-Strahlung erzeugt wird, ein Beleuchtungsmodul 22, in dem die EUV-Strahlung zur homogenen Beleuchtung eines Retikels 25 aufbereitet wird, sowie ein Projektionsobjektiv 23, mit dem die vom Retikel 25 reflektierte Strahlung auf einen Wafer 24 abgebildet wird, um die in dem Retikel 25 vorliegenden Strukturen verkleinert auf den Wafer 24 abzubilden. Ein Spiegel 26, 27, welcher gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Deckschicht versehen ist, kann sowohl im Beleuchtungsmodul 22 als auch im Projektionsobjektiv 23 Verwendung finden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern es können Abweichungen in der Form vorgenommen werden, dass einzelne Merkmale weggelassen oder auch andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden, solange der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird. Die vorliegende Offenbarung schließt sämtliche Kombinationen aller vorgestellter Einzelmerkmale mit ein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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