DE102016215489A1

DE102016215489A1 - Reflektives optisches Element

Info

Publication number: DE102016215489A1
Application number: DE102016215489.3A
Authority: DE
Inventors: Chris Lee; Frederik Bijkerk
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2016-08-18
Filing date: 2016-08-18
Publication date: 2016-10-27

Abstract

Um das Reflexionsspektrum eines reflektiven optischen Elements für den EUV-Wellenlängen einstellen zu können oder es zu Wellenfrontkorrekturen einsetzen zu können, wird ein reflektives optisches Element (30) mit Substrat (32a, b, c) und reflektiver Beschichtung (34a, b, c) vorgeschlagen, dass mindestens ein Yttriumhydrid aufweist. Durch Beaufschlagung mit atomarem Wasserstoff (H*) kann die stöchiometrische Zusammensetzung des mindestens einen Yttriumhydrids und damit die Dicke einer dieses enthaltenden Schicht verändern.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein reflektives optisches Element für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit einer reflektiven Beschichtung und einem Substrat. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein optisches System für die EUV-Lithographie mit einem solchen reflektiven optischen Element, eine EUV-Lithographievorrichtung mit einem solchen reflektiven optischen Element oder dem genannten optischen System, ein Verfahren zum Betrieb des optischen Systems sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen reflektiven optischen Elements.
In EUV-Lithographievorrichtungen werden zur Lithographie von Halbleiterbauelementen reflektive optische Elemente für den extrem 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.
Um die Abbildungseigenschaften von EUV-Lithographievorrichtungen zu verbessern, ist aus der WO 2012/126954 A1 , auf deren Inhalt vollumfänglich Bezug genommen wird, bekannt, bei EUV-Spiegeln eine oder mehrere piezoelektrische Schichten vorzusehen. Durch Anlegen einer Spannung an eine solche Schicht kann deren Dicke verändert werden. Eine Schichtdickenänderung kann bei reflektiven Beschichtungen auf der Basis eines Viellagensystems zur Änderungen der Wellenlänge bzw. des Einfallswinkels maximaler Reflektivität genutzt werden oder als eine Art Aktuator, um beispielsweise Wellenfrontkorrekturen durchzuführen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, alternative reflektive optische Elemente vor den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein reflektives optisches Element für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit einer reflektiven Beschichtung und einem Substrat, wobei das reflektive optischen Element mindestens ein Yttriumhydrid aufweist.
Es hat sich herausgestellt, dass es verschiedene feste Yttriumhydridverbindungen unterschiedlicher Stabilität und insbesondere unterschiedlicher Struktur gibt, so dass die Einheitszellen der einzelnen Hydride unterschiedliche Volumina aufweisen. Man kann die Hydride ineinander überführen, indem man sie unterschiedlichen Konzentrationen von Wasserstoff, insbesondere atomarem Wasserstoff aussetzt. Durch die unterschiedlichen Volumina kann durch ihr Vorhandensein in einem reflektiven optischen Element das Design von reflektiven Beschichtungen verändert werden oder auch die Position der Reflexionsebene relativ zu einem abzubildenden Objekt bzw. dessen Abbild. Vorteilhaft ist dabei, dass diese Veränderung durch die Zugabe von Wasserstoff gesteuert werden kann und man auf das Anlegen von elektrischen Feldern wie etwa beim Einsatz von piezoelektrischen Materialien verzichten kann. Denn das Anlegen von elektrischen Feldern kann zu einer verstärkten Emission oder Anziehung von Sekundärelektronen führen, was zu einer Schädigung insbesondere der reflektiven Beschichtung und damit einer kürzeren Lebensdauer des reflektiven optischen Elements führen kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das reflektive optische Element Yttriumdihydrid und/oder Yttriumtrihydrid aufweist. Bei Yttriumdihydrid handelt es sich um ein stabiles, metallisches Yttriumhydrid, während es sich bei Yttriumtrihydrid um einen eher instabilen Halbleiter handelt. Man kann die beiden Yttriumhydride durch Austausch eines Wasserstoffatoms reversibel ineinander überführen. Beide Yttriumhydride haben eine unterschiedliche Kristallstruktur, wobei das Volumen von Yttriumdihydrid durch die Aufnahme eines weiteren Wasserstoffatoms zu Yttriumtrihydrid expandiert. Ein im wesentlichen reine Yttriumtrihydridschicht hat dadurch eine um ca. 16% erhöhte Dicke verglichen mit einer entsprechenden im wesentlichen reinen Yttriumdihydridschicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine yttriumhydridhaltige Schicht zwischen dem Substrat und der reflektiven Beschichtung angeordnet. Durch Zugabe von insbesondere atomarem Wasserstoff kann bereits vorhandenes Yttriumdiydrid in Yttriumtrihydrid umgewandelt werden, was zu einer Dickenzunahme der yttriumhydridhaltigen Schicht führt. Dadurch verschiebt sich die Ebene, an der Reflexion von EUV-Strahlung stattfindet im Raum. Beim Einsatz in optischen Systemen kann dadurch auf die Abbildungseigenschaften Einfluss genommen werden.
In einer Variante kann die reflektive Beschichtung zwei Abschnitte aufweisen und zwischen diesen beiden Abschnitten eine yttriumhydridhaltige Schicht angeordnet sein. Dies führt zusätzlich dazu, dass die Strahlen, die von dem einen Abschnitt und von dem anderen Abschnitt reflektiert werden je nach Dicke der yttriumhydridhaltigen Schicht unterschiedlich miteinander interferieren. Auf diese Weise kann auf die maximale Reflektivität Einfluss genommen werden. Diese Variante kann mit einem Fabry-Pérot-Etalon verglichen werden, wobei dessen Resonatorwellenlänge durch Zugabe von Wasserstoff und damit Volumenänderung der yttriumhydridhaltigen Schicht verändert werden kann.
Die reflektive Beschichtung kann insbesondere für streifenden Einfall aus einer einzigen oder aus nur sehr wenigen Schichten aufgebaut sein. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die reflektive Beschichtung als Viellagenbeschichtung ausgebildet, die Lagen aus mindestens zwei verschiedenen Materialien mit unterschiedlichem Realteil des Brechungsindex bei einer Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich aufweist, die abwechselnd angeordnet sind, wobei mindestens eine Lage aus Material mit höherem Realteil des Brechungsindex Yttriumhydrid auf. Reflexion an Viellagenbeschichtungen basiert auf Bragg-Reflexion und führt bei normalem Einfall zu maximaler Reflektivität. Die Position der Reflexionsebenen wird durch die Position der Lagen aus Material mit niedrigerem Realteil des Brechungsindex, auch Absorber genannt, bestimmt, die von einander durch die Lagen aus Material mit höherem Realteil des Brechungsindex, auch Spacer genannt, beabstandet sind. Aus der Dicke eines Stapels aus Absorber- und Spacerlage ergibt sich bei konstantem Einfallswinkel die Wellenlänge maximaler Reflektivität bzw. bei konstanter Wellenlänge der Einfallswinkel maximaler Reflektivität. Indem durch Änderung der Yttriumhydridanteile unterschiedlichen Volumens die Stapeldicke geändert werden kann, kann auf die Parameter Einfallswinkel oder Wellenlänge maximaler Reflektivität Einfluss genommen werden. Dieser Effekt verstärkt sich, wenn möglichst viele oder sogar alle Spacerlagen yttriumhydridhaltig sind.
Besonders bevorzugt ist das reflektive optische Element segmentiert ist und weist mindestens ein Segment mindestens ein Yttriumhydrid auf. Eine Segmentierung eröffnet die Möglichkeit, durch beispielsweise Ausstattung nicht aller Segmente oder durch gezielte Beaufschlagung von mindestens einem Segment mit Wasserstoff, insbesondere atomarem Wasserstoff lokal, d.h. nur bei bestimmten Segmenten des reflektiven optischen Elements Einfluss auf Abbildungseigenschaften zu nehmen.
Es sei darauf hingewiesen, dass sich die vorgenannten Möglichkeiten yttriumhydridhaltige Schichten oder Lagen vorzusehen, miteinander kombinieren lassen.
Vorteilhafterweise weist das reflektive optische Element Heizmittel im und/oder am Substrat auf. Es hat sich herausgestellt, dass die Diffusionskonstante von Wasserstoff, insbesondere atomarem Wasserstoff temperaturabhängig ist und er bei erhöhter Temperatur tiefer und schneller in das reflektive optische Element eindiffundiert und dort mit Yttriumhydriden zu anderen Yttriumhydriden mit höherem stöchiometrischen Anteil an Wasserstoff reagieren kann. Durch lokale Anordnung von Heizmitteln kann lokal über Schichtdickenänderungen auf Abbildungseigenschaften Einfluss genommen werden.
In einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein optisches System für die EUV-Lithographie mit einem reflektiven optischen Element wie zuvor beschrieben und einer Zufuhr für atomaren Wasserstoff zu diesem reflektiven optischen Element. Bei den optischen Systemen kann es sich beispielsweise um Beleuchtungssysteme zum Ausleuchten der Strukturen auf einer Maske bzw. einem Retikel oder auch um Projektionssysteme zum Abbilden dieser Strukturen auf einen Halbleiterwafer handeln. Bei den optischen Systemen können Zufuhren von atomarem Wasserstoff bereits für die in-situ und ggf. online Reinigung der Spiegeloberflächen von beispielsweise kohlenstoffhaltiger Kontamination vorhanden sein. Diese können für das Beeinflussen von Abbildungseigenschaften mittels reversibler Umwandlung von beispielsweise Yttriumdihydrid in Yttriumtrihydrid genutzt werden. Je nach Ausführung des reflektiven optischen Elements kann auf verschiedene Eigenschaften Einfluss genommen werden. Man kann beispielsweise die Wellenlänge oder den Einfallswinkel maximaler Reflektivität anpassen, um etwa entsprechende Schwankungen an der Strahlungsquelle oder im Strahlengang zuvor angeordneten optischen Elementen zu kompensieren. Man kann beispielsweise auch das yttriumhydridhaltige reflektive optische Element oder einzelne Segmente wie mit Aktuator versehene Elemente beispielsweise zur Wellenfrontkorrektur einsetzen.
Es sei darauf hingewiesen, dass in einem optischen System auch mehrere oder alle reflektiven optischen Elemente wie hier vorgeschlagen yttriumhydridhaltig sein können.
In einem dritten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch eine EUV-Lithographievorrichtung mit einem reflektiven optischen Element oder einem optischen System wie zuvor beschrieben.
Es sei darauf hingewiesen, dass in einer EUV-Lithographievorrichutng auch mehrere oder alle reflektiven optischen Elemente wie hier vorgeschlagen yttriumhydridhaltig sein können bzw. mehr als ein optisches System wie zuvor beschrieben vorgesehen sein kann.
In einem vierten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines optischen Systems wie zuvor beschrieben, indem durch Zufuhr von atomarem Wasserstoff der Gehalt von unterschiedlichen Yttriumhydriden, bevorzugt Yttriumdihydrid bzw. Yttriumtrihydrid im reflektiven optischen Element verändert wird.
Vorteilhafterweise wird durch Verändern der Temperatur des reflektiven optischen Elements die Diffusionsrate von atomarem Wasserstoff im reflektiven optischen Element verändert.
In einem fünften Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines reflektiven optischen Elements wie zuvor beschrieben, bei dem auf ein Substrat eine reflektive Beschichtung abgeschieden wird, wobei mindestens eine Schicht aus Yttrium abgeschieden wird und zu einem späteren Zeitpunkt einer Atmosphäre aus erhöhter Konzentration an Wasserstoff ausgesetzt wird. Dies kann beispielsweise nach dem Einbau des reflektiven optischen Elements in einem optischen System oder einer EUV-Lithographievorrichtung in-situ geschehen. Da es auch bei der Umsetzung von Yttrium zu einem Yttriumhydrid, z.B. Yttriumdihydrid zu einer Volumenvergrößerung kommt, sollte dies bei der Dimensionierung der Yttriumschicht entsprechend berücksichtigt werden. Zum Abscheiden der reflektierenden Beschichtung bzw. der mindestens einen Yttriumschicht kann mit den üblichen physikalischen Abscheideverfahren aus der Gasphase (physical vapour deposition, PVD) wie beispielsweise Sputtern durchgeführt werden. Dies gilt im übrigen auch für das Herstellen reflektiver optischer Elemente mit Substrat und reflektiver Beschichtung, die mindestens ein Yttriumhydrid aufweisen. In diesem Fall wird bevorzugt Yttrium unmittelbar in einer Wasserstoff- oder wasserstoffhaltigen Atmosphäre abgeschieden.
Bevorzugt wird die mindestens eine Yttriumschicht zu einem späteren Zeitpunkt einer Atmosphäre aus erhöhter Konzentration an atomarem Wasserstoff ausgesetzt wird. Auf diese Weise kann eine besonders schnelle und vollständige Umsetzung von Yttrium zu Yttriumhydrid erreicht werden.
Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Dazu zeigen schematisch
1 eine EUV-Lithographievorrichtung mit optischen Systemen;
2 eine erste Ausführungsform eines reflektives optisches Element mit Wasserstoffzufuhr;
3 eine zweite Ausführungsform eines reflektiven optischen Elements;
4 eine dritte Ausführungsform eines reflektiven optischen Elements; und
5 eine vierte Ausführungsform eines reflektiven optischen Elements.
In 1 ist schematisch eine EUV-Lithographievorrichtung 10 dargestellt. Wesentliche Komponenten sind das Beleuchtungssystem 14, die Photomaske 17 und das Projektionssystem 20. Die EUV-Lithographievorrichtung 10 wird unter Vakuumbedingungen betrieben, damit die EUV-Strahlung in ihrem Inneren möglichst wenig absorbiert wird.
Als Strahlungsquelle 12 kann beispielsweise eine Plasmaquelle oder auch ein Synchrotron dienen. Im hier dargestellten Beispiel handelt es sich um eine Plasmaquelle. Die emittierte Strahlung im Wellenlängenbereich von etwa 5 nm bis 20 nm wird zunächst vom Kollektorspiegel 13 gebündelt. Der Betriebsstrahl wird dann in das Beleuchtungssystem 14 eingeführt. Im in 1 dargestellten Beispiel weist das Beleuchtungssystem 14 zwei Spiegel 15, 16 auf. Die Spiegel 15, 16 leiten den Strahl auf die Photomaske 17, die die Struktur aufweist, die auf den Wafer 21 abgebildet werden soll. Bei der Photomaske 17 handelt es sich ebenfalls um ein reflektives optisches Element für den EUV-Wellenlängenbereich, das je nach Herstellungsprozess ausgewechselt wird. Mit Hilfe des Projektionssystems 20 wird der von der Photomaske 17 reflektierte Strahl auf den Wafer 21 projiziert und dadurch die Struktur der Photomaske auf ihn abgebildet. Das Projektionssystem 20 weist im dargestellten Beispiel zwei Spiegel 18, 19 auf. Es sei darauf hingewiesen, dass sowohl das Projektionssystem 20 als auch das Beleuchtungssystem 14 jeweils nur einen oder auch drei, vier, fünf und mehr Spiegel aufweisen können. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die Strahlungsquelle 12 und der Kollektorspiegel 13 und/oder andere optische Elemente wie etwa Gitter oder Monochromatoren in einem separaten Strahlformungssystem zusammengefasst sein können.
Sowohl bei den Spiegeln 13, 15, 16 des Beleuchtungssystems als auch bei der Photomaske 17 wie auch bei den Spiegeln 18, 19 des Projektionssystems kann es sich um reflektive optische Elemente für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit einer reflektiven Beschichtung und einem Substrat handeln, die mindestens ein Yttriumhydrid aufweisen. Diese Elemente können schon beim Einbau in die optischen Systeme 14, 20 mindestens ein Yttriumhydrid aufweisen. Über die Zugabe von Wasserstoff, insbesondere atomarem Wasserstoff kann der Anteil an verschiedenen Yttriumhydriden verändert werden und dadurch Einfluss auf die Abmessungen des reflektiven optischen Elements genommen werden.
In bevorzugten Varianten weisen die reflektiven optischen Elemente Yttriumdihydrid und/oder Yttriumtrihydrid auf. Dabei handelt es sich bei Yttriumdihydrid um ein stabile Verbindung, die durch den Einbau weiterer Wasserstoffatome reversibel in das instabilere Yttriumtrihydrid überführt werden kann. Durch den Einbau von zusätzlichem Wasserstoff erfolgt eine Volumenvergrößerung. Wird kein Wasserstoff mehr zugeführt zerfällt, das Yttriumtrihydrid wieder zu Yttriumdihydrid, was eine Volumenreduzierung zur Folge hat.
Die reflektiven optischen Elemente können aber auch Yttrium aufweisen, das unter Beaufschlagung mit Wasserstoff, insbesondere atomarem Wasserstoff in Yttriumhydrid umgesetzt wird, dass seinerseits bei weiterer Zugabe von Wasserstoff, insbesondere atomarem Wasserstoff in Yttriumhydrid mit höherem stöchiometrischen Anteil von Wasserstoff umgewandelt wird.
Um die Zufuhr von Wasserstoff, insbesondere atomarem Wasserstoff gewährleisten zu können, sind im in 1 dargestellten Beispiel einer EUV-Lithographievorrichtung 10 diverse Wasserstoffzufuhren vorgesehen. Im Beleuchtungssystem 14 sind an den Spiegeln 13, 15 jeweils eine Wasserstoffzufuhr 22, 23 und am Spiegel 16 zwei Wasserstoffzufuhren 24, 25 vorgesehen. Ebenso ist eine Wasserstoffzufuhr 26 an der Photomaske 17 sowie im Projektionssystem 20 je eine Wasserstoffzufuhr 27, 28 an den Spiegeln 18, 19 vorgesehen. Es können an einzelnen reflektiven optischen Elementen auch mehr als eine oder zwei Wasserstoffzufuhren oder auch Wasserstoffzufuhren, die mehr als ein reflektives optisches Element mit Wasserstoff versorgen können, vorgesehen sein.
In bevorzugten Varianten werden Zufuhren genutzt, die auch für die Reinigung der Spiegeloberflächen mit atomarem Wasserstoff genutzt werden können. Die Zufuhren können molekularen Wasserstoff zur Verfügung stellen, der durch die EUV-Strahlung in Wasserstoffradikale aufgespalten wird. Die Zufuhren können auch in üblicher Weise mittels Elektronenquellen generierten atomaren Wasserstoff bzw. Wasserstoffionen zur Verfügung stellen.
In 2 ist schematisch ein Beispiel eines yttriumhydridhaltigen reflektiven optischen Elements 30 dargestellt, das segmentiert ist. Im hier dargestellten Beispiel sind exemplarisch drei Segmente aus Substratsegmenten 32a, b, c und Segmenten 34a, b, c der reflektiven Beschichtung gezeigt. Segmentierte Spiegel können beispielsweise in Beleuchtungssystemen für EUV-Lithograhpievorrichtungen vorgesehen sein, wo sie etwa als Pupillenfacettenspiegel oder Feldfacettenspiegel eingesetzt werden können.
Um lokal auf die Eigenschaften des reflektiven optischen Elements 30 Einfluss nehmen zu können und damit auch die Abbildungseigenschaften eines optischen System mit einem solchen reflektiven optischen Element beeinflussen zu können, weist mindestens ein Segment 32a, 34a, 32b, 34b, 32c, 34c mindestens ein Yttriumhydrid auf. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich um Yttriumdihydrid bzw. Yttriumtrihydrid. Durch Zufuhr von atomarem Wasserstoff H* wird der Gehalt von Yttriumdihydrid bzw. Yttriumtrihydrid im reflektiven optischen Element verändert. Indem ein konstanter H*-Fluss bei konstanter Temperatur über den Zufluss 38 zur Verfügung gestellt wird, stellt sich ein Gleichgewicht von Yttriumdihydrid zu Yttriumtrihydrid bei einem konstanten Yttriumdi- bzw. -trihydridverhältnis ein. Ein neues Gleichgewicht kann sich in weniger als einer Sekunde einstellen und so zu einer Dickenveränderung führen.
Durch Verändern der Temperatur des reflektiven optischen Elements 30 kann die Diffusionsrate von atomarem Wasserstoff H* im reflektiven optischen Element 30 verändert werden. Insbesondere steigt die Diffusionsrate bei Erhöhung der Temperatur. Dabei kann sich die Temperatur in Hinblick auf die Stabilität des reflektiven optischen Elements und weitere Komponenten innerhalb eines optischen Systems etwa im Bereich zwischen ca. 20°C und bis ca. 100°C, bevorzugt bis zu ca. 50°C bewegen. Um die Temperatur des reflektiven optischen Elements 30 zu beeinflussen, sind Heizmittel im und/oder am Substrat vorgesehen. Im in 2 dargestellten Beispiel handelt es sich um Heizmittel 36a, b, c, die in jeweils einem Substratsegment 32a, b, c vorgesehen sind. Sie können beispielsweise aus pyroelektrischem Material sein. Bei den Heizmitteln kann es sich auch um Heizdrähte oder Fluidkanäle handeln, die im oder an der Unterseite des Substrats angeordnet sein können. Insbesondere können auch Kühlmittel verwendet werden, die beispielsweise für reflektive optische Element vorgesehen sein können, die im Strahlengang sehr nah an der Strahlungsquelle angeordnet sind und einer hohen Wärmelast ausgesetzt sein können. Um die Diffusionskonstante des Wasserstoffs zu erhöhen, kann temporär die Kühlung etwas gedrosselt werden.
Bei segmentierten reflektiven optischen Elementen 30 wie beispielhaft in 2 dargestellt, kann mittels separaten Heizmitteln 36a, b, c für jedes Segment 32a, 34a, 32b, 34b, 32c, 34c einzeln das gewünschte Verhältnis von Yttriumtrihydrid zu Yttriumdihydrid eingestellt werden. Zusätzlich oder alternativ kann man durch Öffnen und Schließen von Trennklappen den H*-Fluss lokal auf gewünschte Segmente begrenzen, um lokal ein gewünschtes Verhältnis von Yttriumtrihydrid zu Yttriumdihydrid einzustellen.
Geht man von einer Schicht oder Lage aus Yttriumdihydrid aus, entspricht die Volumenzunahme durch Umwandlung in Yttriumtrihydrid einer Dickenzunahme von ungefähr 16%. Verglichen mit einer Schicht oder Lage aus Yttrium entspricht die Volumenzunahme bei Umwandlung in Yttriumtrihydrid einer Dickenzunahme von ca. 22%.
In den 3 bis 5 sind schematisch beispielhafte Varianten von yttriumhydridhaltigen reflektiven optischen Elementen dargestellt, deren reflektive Beschichtungen auf Viellagensystemen beruhen und sich somit insbesondere für normalen oder quasi-normalen Einfall eignen. Für reflektive optische Elemente, die für streifenden Einsatz eingesetzt werden sollen, wie beispielsweise oft bei Kollektorspiegeln, kann bereits eine bevorzugt metallische Schicht als reflektive Beschichtung ausreichend sein. Die folgenden Ausführungen gelten im Wesentlichen auch für reflektive optische Elemente für streifenden Einfall.
Im in 3 dargestellten Beispiel weist das reflektive optische Element 40 zwischen einem Substrat 42 und einer reflektiven Beschichtung 44 ein Schicht 50 aus Yttriumdihydrid und/oder Yttriumtrihydrid auf, deren Dicke z in Abhängigkeit vom Verhältnis von Yttriumtrihydrid zu Yttriumtrihydrid in der Schicht 50 schwankt. Bei einer im wesentlichen reinen, stabilen Yttriumdihydridschicht ist die Dicke minimal, bei einer im wesentlichen reinen, instabileren Yttriumtrihydridschicht ist die Dicke maximal. Um die Umwandlung der beiden Yttriumhydrid besser steuern zu können, ist im Substrat 42 ein Heizmittel 43 vorgesehen, um mit dessen Hilfe die Diffusionskonstante von Wasserstoff, insbesondere atomarem Wasserstoff zu beeinflussen.
Die reflektive Beschichtung 44 basiert auf einem Viellagensystem. Dabei handelt es sich im wesentlichen um alternierend aufgebrachte Lagen eines Materials mit höherem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge (auch Spacer 48 genannt), bei der beispielsweise die lithographische Belichtung durchgeführt wird, und eines Materials mit niedrigerem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge (auch Absorber 47 genannt), wobei im hier dargestellten Beispiel ein Absorber-Spacer-Paar einen Stapel 46 bildet, der bei periodischen Viellagensystemen einer Periode entspricht. Dadurch wird in gewisser Weise ein Kristall simuliert, dessen Netzebenen den Absorberlagen entsprechen, an denen Bragg-Reflexion stattfindet. Die Dicken der einzelnen Lagen 47, 48 wie auch der sich wiederholenden Stapel 46 können über das gesamte Viellagensystem 44 konstant sein oder auch variieren, je nach dem, welches spektrale oder winkelabhängige Reflexionsprofil erreicht werden soll. Das Reflexionsprofil kann auch gezielt beeinflusst werden, indem die Grundstruktur aus Absorber 47 und Spacer 48 um weitere Absorber- oder Spacer-Materialien ergänzt wird, um die mögliche maximale Reflektivität bei der jeweiligen Arbeitswellenlänge zu erhöhen. Dazu können in manchen Stapeln Absorber und/oder Spacer-Materialien gegeneinander ausgetauscht werden oder die Stapel aus mehr als einem Absorber- und/oder Spacermaterial aufgebaut werden oder zusätzliche Lagen aus weiteren Materialien aufweisen. Die Absorber- und Spacermaterialien können über alle Stapel konstante oder auch variierende Dicken aufweisen, um die Reflektivität zu optimieren. Ferner können in einzelnen oder allen Stapeln auch zusätzliche Lagen beispielsweise als Diffusionsbarrieren zwischen Spacer- und Absorberlagen 48, 47 vorgesehen werden.
Das Viellagensystem 44 ist auf einem Substrat 42 aufgebracht. Als Substratmaterialien werden bevorzugt Materialien mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten und/oder großer Formstabilität gewählt. Bei der ersten an das Substrat 42 grenzenden Lage kann es sich um eine Absorber-, eine Spacer- oder auch eine zusätzliche Lage handeln. Auf dem Viellagensystem 44 kann eine Schutzschicht vorgesehen sein, die das reflektive optische Element 40 u.a. vor Kontamination schützt.
Beispielsweise bei einer Arbeitswellenlänge, bei der der lithographische Prozess durchgeführt werden kann, von um 13,4 nm können u.a. Molybdän als Absorbermaterial und Silizium als Spacermaterial eingesetzt werden. Zum Beispiel weisen typische periodische Viellagensysteme auf der Basis von Stapeln aus Molybdän und Silizium etwa 40 bis 60 Stapel bzw. Perioden auf, die jeweils eine Dicke von ca. 6,7 nm und ein Verhältnis von Absorberdicke zu Stapeldicke (auch Gamma genannt) von ca. 0,4 aufweisen. Man kann mit ihnen bei normalem Einfall und bei einer Wellenlänge von 13,4 nm Reflektivitäten von über 70% erreichen.
Die yttriumhydridhaltige Schicht 50 kann beispielsweise als kontaktloser Aktuator, der auch ohne elektrisches Feld auskommt, zu Wellenfrontkorrekturen eingesetzt werden. Um eine Verschiebung der Wellenfront um ein Viertel der Arbeitswellenlänge bei Umwandlung in Yttriumtrihydrid zu erhalten, sollte die yttriumhaltige Schicht 50 aus Yttriumdihydrid bei einem Molybdän-Silizium-Viellagensystem für eine Arbeitswellenlänge von 13,4 nm eine Dicke von etwa 20 nm aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es, diese Ausführungsform bei segmentierten EUV-Spiegeln in optischen Systemen für die EUV-Lithographie einzusetzen, um lokale Wellenfrontkorrekturen durchführen zu können.
Eine weitere Ausführungsform eines reflektiven optischen Elements 60 ist in 4 dargestellt. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um eine Variante der anhand von 3 erläuterten Ausführungsform. Bei dem reflektiven optischen Element 60 weist die reflektive Beschichtung 64 auf dem Substrat 62 zwei Abschnitte 64a, b aus Stapeln 66 aus Absorber- und Spacerlagen 67, 68 auf. Zwischen diesen Abschnitten bzw. Teilsystemen 64a, b ist eine yttriumhydridhaltige Schicht 70 angeordnet. Zusätzlich zu der Möglichkeit der Wellenfrontkorrektur durch Verschiebung der Reflexionsebene hat man bei dieser Ausführungsform die Möglichkeit, auf die Interferenz der am Teilsystem 64a reflektierten Strahlung mit den am Teilsystem 64b reflektierten Strahlung Einfluss je nach Dicke z der yttriumhaltigen Schicht 70 zu nehmen und die Reflektivität, im Fall von segmentierten reflektiven optischen Elementen auch lokal, gezielt temporär abzuschwächen. Zur Beeinflussung der Diffusionskonstante von Wasserstoff, insbesondere atomarem Wasserstoff ist im Substrat 62 ein Heizmittel 63 vorgesehen. Die in 4 dargestellte Ausführungsform kann mit einem Fabry-Pérot-Etalon verglichen werden.
Bei der in 5 dargestellten Ausführungsform eines reflektiven optischen Elements 80 ist die reflektive Beschichtung 84 auf dem Substrat 82 als Viellagenbeschichtung ausgebildet, das Lagen aus mindestens zwei verschiedenen Materialien mit unterschiedlichem Realteil des Brechungsindex bei einer Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich aufweist, die abwechselnd angeordnet sind, wobei mindestens eine Lage 89 aus Material mit höherem Realteil des Brechungsindex Yttriumhydrid aufweist. Im in 5 dargestellten Beispiel sind alle Spacerlagen 89 im neu hergestellten Zustand aus Yttriumdihydrid. Durch das gezielte
Einstellen des Verhältnisses von Yttriumtrihydrid zu Yttriumdihydrid über die Zugabe von atomarem Wasserstoff und Ändern der Diffusionskonstante mittels des Heizmittels 83 lassen sich die Dicken der Spacerlagen 89 und damit die Dicken der Stapel 85 aus Absorberlage 87 und Spacerlage 89 variieren. Auf diese Weise lässt sich bei konstantem Einfallswinkel die Wellenlänge maximaler Reflektivität verändern bzw. bei konstanter Wellenlänge der Einfallswinkel maximaler Reflektivität.
Indem man über den Wasserstofffluss und ggf. die Temperatur des reflektiven optischen Elements 80 die Diffusion des atomaren Wasserstoff so einstellt, dass nicht alle Spacerlagen 89 aus Yttriumhydrid homogen über die Dicke des Viellagensystems mit atomarem Wasserstoff versorgt werden, sondern die Wasserstoffkonzentration mit größerer Nähe zum Substrat 82 abnimmt, variiert auch die Dicke der Stapel 85 über die Dicke des Viellagensystems. Solche Viellagensysteme werden auch "depth-graded multilayer" genannt. Bei ihnen ist verglichen mit streng periodischen Viellagensystemen das Reflexionsprofil verbreitert bei etwas reduzierter maximaler Reflektivität. Dadurch können sie beispielsweise bei breiteren Einfallswinkelbereichen noch hinreichend Reflektivität liefern.
Für eine Arbeitswellenlänge von beispielsweise 13,4 nm kann etwa als Absorbermaterial auf Molybdän zurückgegriffen werden. Da der Brechungsindex von Yttriumdihydrid und von Yttriumtrihydrid bei dieser Wellenlänge nur unwesentlich von dem von Silizium abweichen, kann im Wesentlichen der von Molybdän-Silizium-Viellagensystemen bekannte Aufbau übernommen werden. Bei der Herstellung von Molybdän-Yttriumdihydrid-Viellagensystemen, indem man beispielsweise Yttrium in einer Wasserstoffatmosphäre abscheidet, kann man vorteilhafterweise darauf achten, dass Gamma, also das Verhältnis von Molybdänlagendicke zu Stapeldicke so gewählt wird, dass die sich ergebende Schichtspannung eine leichte Druckspannung ist. Bei der Umwandlung von Yttriumdihydrid zu Yttriumtrihydrid verringert sich Gamma, so dass die sich dann ergebende Schichtspannung in einer leichten Zugspannung resultiert. Auf diese Weise hält man die reflektive Beschichtung 84 des reflektiven optischen Elements 80 möglichst spannungsfrei, was die Konstanz der Abbildungseigenschaften des reflektiven Elements 80 verbessert. In Abwandlungen der in 5 dargestellten Ausführungsform kann man als Absorbermaterial u.a. Niob, Niobkarbid oder Molybdänkarbid vorsehen.
Es sei darauf hingewiesen, dass alle drei in den 3 bis 5 dargestellten reflektiven optischen Elemente 40, 60, 80 auch segmentiert sein können. Die einzelnen Segmente können den gleichen Aufbau wie die erläuterten optischen Elemente 40, 60, 80 aufweisen.
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die erläuterten Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, um kontakt- und feldlos die Abbildungseigenschaften von reflektiven optischen Elementen oder optischen Systemen mit solchen reflektiven optischen Elementen insitu und online, d.h. während des laufenden Betriebs von u.a. EUV-Lithographieprozessen zu beeinflussen. Beispielsweise kann eine reflektives optisches Element mit einer reflektiven Viellagenbeschichtung mit yttriumhydridhaltigen Spacerlagen zusätzlich eine yttriumhydridhaltige Schicht aufweisen.
Bezugszeichenliste

10: EUV-Lithographievorrichtung
12: EUV-Strahlungsquelle
13: Kollektorspiegel
14: Beleuchtungssystem
15: erster Spiegel
16: zweiter Spiegel
17: Maske
18: dritter Spiegel
19: vierter Spiegel
20: Projektionssystem
21: Wafer
22–28: Wasserstoffzufuhr
30: reflektives optisches Element
32a, b, c: Substratsegmente
34a, b, c: Segment der reflektiven Beschichtung
36a, b, c: Heizmittel
38: Wasserstoffzufuhr
40: reflektives optisches Element
42: Substrat
43: Heizmittel
44: reflektive Beschichtung
46: Stapel
47: Absorber
48: Spacer
50: Yttriumhydridschicht
60: reflektives optisches Element
62: Substrat
63: Heizmittel
64: reflektive Beschichtung
66: Stapel
67: Absorber
68: Spacer
70: Yttriumhydridschicht
80: reflektives optisches Element
82: Substrat
83: Heizmittel
84: reflektive Beschichtung
85: Stapel
87: Absorber
89: Spacer
z: Schichtdicke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012/126954 A1 [0003]

Claims

Reflektives optisches Element für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit einer reflektiven Beschichtung und einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens ein Yttriumhydrid aufweist.
Reflektives optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es Yttriumdihydrid und/oder Yttriumtrihydrid aufweist.
Reflektives optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine yttriumhydridhaltige Schicht (50) zwischen dem Substrat (42) und der reflektiven Beschichtung (44) angeordnet ist.
Reflektives optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektive Beschichtung (64) zwei Abschnitte (64a, b) aufweist und zwischen diesen beiden Abschnitten (64a, b) eine yttriumhydridhaltige Schicht (70) angeordnet ist.
Reflektives optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektive Beschichtung (85) als Viellagenbeschichtung ausgebildet ist, das Lagen (87, 89) aus mindestens zwei verschiedenen Materialien mit unterschiedlichem Realteil des Brechungsindex bei einer Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich aufweist, die abwechselnd angeordnet sind, und dass die Lage (89) aus Material mit höherem Realteil des Brechungsindex mindestens ein Yttriumhydrid aufweist.
Reflektives optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das es segmentiert ist und mindestens ein Segment (32a, 34a, 32b, 34b, 32c, 34c) mindestens ein Yttriumhydrid aufweist.
Reflektives optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch dass es Heizmittel (36a, b, c, 43, 63, 83) im und/oder am Substrat (32a, b, c, 42, 62, 82) aufweist.
Optisches System für die EUV-Lithographie mit einem reflektiven optischen Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 und einer Zufuhr (22–28, 38) für atomaren Wasserstoff zu diesem reflektiven optischen Element.
EUV-Lithographievorrichtung mit einem reflektiven optischen Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 oder einem optischen System gemäß Anspruch 8.
Verfahren zum Betrieb eines optischen Systems gemäß Anspruch 8, indem durch Zufuhr von atomarem Wasserstoff der Gehalt von Yttriumdihydrid bzw. Yttriumtrihydrid im reflektiven optischen Element verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch Verändern der Temperatur des reflektiven optischen Elements die Diffusionsrate von atomarem Wasserstoff im reflektiven optischen Element verändert wird.
Verfahren zum Herstellen eines reflektiven optischen Elements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem auf ein Substrat eine reflektive Beschichtung abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schicht aus Yttrium abgeschieden wird und zu einem späteren Zeitpunkt einer Atmosphäre aus erhöhter Konzentration an Wasserstoff ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Yttriumschicht zu einem späteren Zeitpunkt einer Atmosphäre aus erhöhter Konzentration an atomarem Wasserstoff ausgesetzt wird.