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Die Erfindung betrifft ein reflektives optisches Element für ein optisches System, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage oder für eine Maskeninspektionsanlage.
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Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD’s, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
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Maskeninspektionsanlagen werden zur Inspektion von Retikeln für mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlagen verwendet.
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In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven oder Inspektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien reflektive optische Elemente als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet.
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Um im Betrieb einer Projektionsbelichtungsanlage u.a. einen Reflexionsverlust der reflektiven optischen Komponenten durch in das jeweilige optische System eindringende Kontaminanten zu vermeiden, ist es bekannt, die unmittelbare Umgebung der betreffenden reflektiven optischen Komponenten mit einer Atmosphäre aus z.B. Wasserstoff (als „Spülgas“) zu beaufschlagen, welches das Eindringen unerwünschter Kontaminanten in das optische System in die unmittelbare Umgebung dieser reflektiven optischen Komponenten verhindert.
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Dabei kann jedoch in der Praxis das Problem auftreten, dass dieser (ionische oder atomare) Wasserstoff in das Vielfachschichtsystem (insbesondere ein auf dem Substrat der reflektiven optischen Komponenten vorhandenes Reflexionsschichtsystem, welches z.B. eine alternierenden Folge aus Molybdän (Mo)und Silizium(Si)-Schichten aufweisen kann) eindringen kann, wo der Wasserstoff z.B. mit dem Silizium unter Bildung von flüchtigem Siliziumhydrid (Silan) reagiert oder zu molekularem Wasserstoff rekombiniert. Diese Prozesse führen zur Anreicherung von Gasphasen innerhalb des Reflexionsschichtsystems und gehen daher mit einer Volumenvergrößerung und einem „Aufblähen der Schicht“ einher, was schließlich zu einer Schichtablösung infolge eines „Abplatzens“ von Schichten des Reflexionsschichtsystems und somit zu einem Reflektivitätsverlust oder sogar einer Zerstörung des reflektiven optischen Elements führen kann.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein reflektives optisches Element, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage oder für eine Maskeninspektionsanlage, bereitzustellen, wobei eine Beeinträchtigung der Reflexionseigenschaften bzw. Zerstörung des reflektiven optischen Elements durch im Betrieb des optischen Systems akkumulierten Wasserstoff möglichst weitgehend vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird durch das reflektive optische Element gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
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Ein erfindungsgemäßes reflektives optisches Element für ein optisches System, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage oder für eine Maskeninspektionsanlage, wobei das reflektive optische Element eine optische Wirkfläche aufweist, weist auf:
- – ein Substrat,
- – ein Reflexionsschichtsystem, und
- – eine Deckschicht, welche auf der der optischen Wirkfläche zugewandten Seite des Reflexionsschichtsystems angeordnet ist,
- – wobei die Deckschicht eine durch Korngrenzen gebildete Defektstruktur aufweist, welche ein Eindringen von Fremdatomen in das Reflexionsschichtsystem im Vergleich zu einem analogen Aufbau ohne die Defektstruktur um wenigstens 10% verringert.
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Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, den eingangs beschriebenen Vorgang einer Degradation des Reflexionsschichtsystems durch vergleichsweise aggressive Gase wie Wasserstoff dadurch zu verhindern, dass in einer durch Korngrenzen gebildeten Defektstruktur hinreichend viele Defektstellen bereitgestellt werden, an welchen sich z.B. der Wasserstoff bevorzugt anlagert mit der Folge, dass ein tieferes Eindringen in das reflektive optische Element in den Bereich des Reflexionsschichtsystems verhindert oder zumindest signifikant reduziert wird.
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Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass an innerhalb einer polykristallinen Schicht vorhandenen 2D/3D-Defekten (in Form von z.B. Korngrenzen und Schraubversetzungen) in die betreffende Schicht eindringender Wasserstoff aufgrund von Fangmechanismen an einem weiteren Vordringen in tieferliegende Schichten gehindert werden kann. Der an den betreffenden Defekten eingefangene Wasserstoff kann zudem entlang der Defekte bzw. Korngrenzen diffundieren und auf diese Weise wieder an die (Vakuum-)Umgebung abgegeben werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Deckschicht wenigstens eine Schicht aus einem polykristallinen Material auf. Hierbei kann es sich insbesondere um genau eine polykristalline Schicht handeln, womit eine mit einem mehrschichtigen Aufbau verbundene Erhöhung der Komplexität des Herstellungsverfahrens vermieden werden kann.
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Des Weiteren weist die Deckschicht vorzugsweise eine Dicke von wenigstens 1 nm auf, wobei die Dicke insbesondere im Bereich von 1 nm bis 40 nm, weiter insbesondere im Bereich von 1 nm bis 10 nm liegen kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das reflektive optische Element für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30 nm, insbesondere weniger als 15 nm, ausgelegt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Anwendungen im EUV-Bereich beschränkt, sondern auch z.B. im DUV-Bereich, z.B. bei Arbeitswellenlängen kleiner als 200 nm, insbesondere kleiner als 160 nm, anwendbar.
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Die Erfindung betrifft weiter auch ein Verfahren zum Herstellen eines reflektiven optischen Elements für ein optisches System, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, wobei das reflektive optische Element eine optische Wirkfläche, ein Reflexionsschichtsystem sowie eine Deckschicht aufweist, welche auf der der optischen Wirkfläche zugewandten Seite des Reflexionsschichtsystems angeordnet ist, wobei in der Deckschicht eine durch Korngrenzen gebildete Defektstruktur ausgebildet wird, welche ein Eindringen von Fremdatomen im Vergleich zu einem analogen Aufbau ohne die Defektstruktur um wenigstens 10% verringert.
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In Ausführungsformen der Erfindung wird die Deckschicht zum Ausbilden der Defektstruktur einer Nachbehandlung unterzogen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Deckschicht bei dieser Nachbehandlung (wie im Weiteren noch näher erläutert) zumindest bereichsweise aufgeheizt werden.
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Zu weiteren Vorteilen und bevorzugten Ausgestaltungen des Verfahrens wird auf die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen reflektiven optischen Element Bezug genommen.
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Die Erfindung betrifft weiter ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere eine Kollektoreinheit (z.B. einer EUV-Lichtquelle), eine Beleuchtungseinrichtung oder ein Projektionsobjektiv, sowie auch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit wenigstens einem reflektiven optischen Element mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1–3 schematische Darstellungen zur Erläuterung des Aufbaus eines reflektiven optischen Elements gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung; und
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4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
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1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen reflektiven optischen Elements 100 (z.B. eines Spiegels einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage) gemäß einer Ausführungsform.
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Das reflektive optische Element 100 umfasst gemäß 1 zunächst ein Spiegelsubstrat 101. Ein geeignetes Spiegelsubstratmaterial ist z.B. Titandioxid(TiO2)-dotiertes Quarzglas, wobei lediglich beispielhaft (und ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) die unter den Markenbezeichnungen ULE® oder Zerodur® vertriebenen Materialien bekannt sind. In weiteren Ausführungsformen können auch metallische Spiegelsubstratmaterialien verwendet werden.
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Des Weiteren weist das reflektive optische Element 100 in grundsätzlich für sich bekannter Weise ein Reflexionsschichtsystem 110 auf, welcher in der dargestellten Ausführungsform lediglich beispielhaft einen Molybdän-Silizium(Mo-Si)-Schichtstapel (sowie ggf. weitere Funktionsschichten wie Diffusionssperrschichten etc.) umfasst. Ohne dass die Erfindung auf konkrete Ausgestaltungen dieses Reflexionsschichtsystems 110 beschränkt wäre, kann ein lediglich beispielhafter geeigneter Aufbau etwa 50 Lagen bzw. Schichtpaketen eines Schichtsystems aus Molybdän(Mo)-Schichten mit einer Schichtdicke von jeweils 2.8nm und Silizium (Si)-Schichten mit einer Schichtdicke von jeweils 4.2nm umfassen.
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In weiteren Ausführungsformen kann es sich bei dem Reflexionsschichtsystem 110 auch um eine Einzelschicht (beispielsweise aus Ruthenium (Ru) mit einer Dicke von z.B. 30 nm) handeln.
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Gemäß 1 ist auf dem Reflexionsschichtsystem 110 eine Deckschicht 120 angeordnet. Die Deckschicht 120 kann (ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) eine typische Dicke im Bereich von 4 oder mehr Monolagen aufweisen. Geeignete Materialien der Deckschicht 120 sind insbesondere Oxide, Nitride oder Boride, jeweils z.B. auf Basis von Titan (Ti), Niob (Nb), Zirkon (Zr), Yttrium (Y) oder Silizium (Si). Die Deckschicht 120 kann z.B. mit Magnetron-Sputtern, Elektronenstrahlverdampfung oder Atomlagenabscheidung (ALD) aufgebracht werden.
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Die Deckschicht 120 wird unter geeigneter Wahl der Depositionsparameter so ausgebildet, dass sich im Ergebnis eine zum Einfangen bzw. zur Anlagerung von Wasserstoffatomen besonders wirksame Defektstruktur insbesondere durch die in der Deckschicht vorhandenen Korngrenzen ergibt.
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Ein relevanter Verfahrensparameter hierbei ist insbesondere das Ion-Atom-Verhältnis R, welcher das Verhältnis zwischen dem am Substrat anliegenden Fluss aus positiven Ionen zu dem Fluss aus Atomen des zerstäubten Materials während der Abscheidung bezeichnet. Dieses Ion-Atom-Verhältnis R ist bei ionenstrahlassistierten Prozessen (IBAD = „Ion Beam Assisted Deposition“) direkt über die verwendete Ionenenergie einstellbar und kann bei Magnetron-Sputter-Prozessen über eine geeignete Wahl von Parametern wie Druck, Depositionszeit oder Vorspannung eingestellt werden. Hierzu wird im Einzelnen auf die Publikationen
Ji et al.: „Effect of ion bombardment on in-plane texture, surface morphology, and microstructure of vapor deposited Nb thin films", J. Appl. Phys. 81 (1997),
N. Sonnenberg et al.: "Preparation of biaxially aligned cubic zirconia films on pyrex glass substrates using ion beam assisted deposition", J. Appl. Phys., 74 (1993) und
S. Mahieua et al.: "Biaxially aligned titanium nitride thin films deposited by reactive unbalanced magnetron sputtering", Surface & Coatings Technology 200 (2006) verwiesen.
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2 zeigt eine lediglich schematische Darstellung, wobei im Vergleich zu 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „100“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. Die Deckschicht 220 weist gemäß 2 eine polykristalline Struktur auf, wobei entsprechende 2D/3D-Defekte zwischen einzelnen kristallinen Bereichen bzw. Strukturen 221, 222, 223 ausgebildet sind.
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3 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform einer Deckschicht 320, welche sowohl kristalline Strukturen 321, 322, 323 als auch eine amorphe Struktur 325 aufweist.
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In Ausführungsformen der Erfindung kann die Deckschicht auch Kombinationen aus unterschiedlichen Materialien in einer Mehrzahl von Schichten aufweisen.
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Des Weiteren kann in Ausführungsformen der Erfindung die Einstellung von Größe und Anzahl von Korngrenzen innerhalb der Defektstruktur auch dadurch erfolgen, dass die betreffende Deckschicht einer sogenannten Postkristallisation durch kurzzeitiges Aufheizen (z.B. auf eine Temperatur von 2.000°C) unterzogen wird.
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Hierdurch kann z.B. unter Anwendung des sogenannten FLA-Verfahrens (= „Flash Lamp Annealing“ = Blitzlampentemperung) ein zielgerichtetes Aufheizen einer Schichtoberfläche für eine vergleichsweise kurze Zeitdauer im Bereich von Mikrosekunden bis Millisekunden durchgeführt werden, um insbesondere eine zunächst amorphe Schicht in eine kristalline bzw. polykristalline Schicht umzuwandeln. Hierzu wird lediglich beispielhaft auf die Publikation K. Ohdaira et al.: „Explosive crystallization of amorphous silicon films by flash lamp annealing", J. Appl. Phys. 106 (2009) verwiesen. Verwandte Techniken wie z.B. das sogenannte „Rapid Thermal Annealing“ (= schnelle thermische Bearbeitung) oder das „Eximer Laser Annealing“ (= Excimer Laser Temperung) sind ebenfalls einsetzbar.
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In weiteren Ausführungsformen kann das unterhalb der Deckschicht befindliche Material (d.h. die auf der der optischen Wirkfläche abgewandten Seite der Deckschicht befindliche, angrenzende Schicht) durch geeignete Auswahl und/oder Behandlung so ausgestaltet werden, dass sich innerhalb der Deckschicht eine für die Anlagerung von Sauerstoff geeignete bzw. optimale Korngrenzenanzahl und -größe ergibt, um ein möglichst effektives Einfangen von Wasserstoffatomen zu erreichen. Hierzu wird auf die Publikation
K. Toko et al.: "Influence of Substrate on Crystal Orientation of Large-Grained Si Thin Films Formed by Metal-Induced Crystallization", International Journal of Photoenergy 2015 (2015) verwiesen.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage, welche ein erfindungsgemäßes reflektives optisches Element aufweisen kann. Hierbei kann es sich bei dem reflektiven optischen Element insbesondere um einen der vorhandenen EUV-Spiegel handeln.
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Gemäß 4 weist eine Beleuchtungseinrichtung in einer für EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 10 einen Feldfacettenspiegel 3 und einen Pupillenfacettenspiegel 4 auf. Auf den Feldfacettenspiegel 3 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche eine Plasmalichtquelle 1 und einen Kollektorspiegel 2 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 4 sind ein erster Teleskopspiegel 5 und ein zweiter Teleskopspiegel 6 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 7 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene eines sechs Spiegel 21–26 umfassenden Projektionsobjektivs lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektive strukturtragende Maske 31 auf einem Maskentisch 30 angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 41 auf einem Wafertisch 40 befindet.
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Grundsätzlich kann ein beliebiger Spiegel des in 4 gezeigten Aufbaus (z.B. der Kollektorspiegel 2 oder der Pupillenfacettenspiegel 4) als ein erfindungsgemäßes reflektives optisches Element ausgestaltet, also mit einer Defektstruktur z.B. gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen versehen werden. In einer weiteren beispielhaften Anwendung kann auch ein reflektives optisches Element einer zur Inspektion von Retikeln für mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlagen eingesetzten Maskeninspektionsanlage als ein erfindungsgemäßes reflektives optisches Element ausgestaltet werden.
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Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Hadj-Mohamed Benia et al.: „Electron trapping in misfit dislocations of MgO thin films“, Phys. Rev.81, 241415 R (2010) und McKenna: “Electronic and Chemical Properties of a Surface Terminated Screw Dislocation in MgO”, J. Am. Chem. Soc. 135 (2013) [0007]
- Ji et al.: „Effect of ion bombardment on in-plane texture, surface morphology, and microstructure of vapor deposited Nb thin films“, J. Appl. Phys. 81 (1997) [0032]
- N. Sonnenberg et al.: “Preparation of biaxially aligned cubic zirconia films on pyrex glass substrates using ion beam assisted deposition”, J. Appl. Phys., 74 (1993) [0032]
- S. Mahieua et al.: “Biaxially aligned titanium nitride thin films deposited by reactive unbalanced magnetron sputtering”, Surface & Coatings Technology 200 (2006) [0032]
- K. Ohdaira et al.: „Explosive crystallization of amorphous silicon films by flash lamp annealing“, J. Appl. Phys. 106 (2009) [0037]
- K. Toko et al.: “Influence of Substrate on Crystal Orientation of Large-Grained Si Thin Films Formed by Metal-Induced Crystallization”, International Journal of Photoenergy 2015 (2015) [0038]
