DE102017222690A1

DE102017222690A1 - Optisches Element mit einem Wasserstoff-Desorptionsmaterial

Info

Publication number: DE102017222690A1
Application number: DE102017222690.0A
Authority: DE
Inventors: J.M. Sturm; Olena Soroka
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2018-02-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Element (1) zur Reflexion von Strahlung, insbesondere zur Reflexion von EUV-Strahlung (2), umfassend: ein Substrat (3), sowie eine auf das Substrat (3) aufgebrachte Beschichtung (4), die eine reflektierende Beschichtung (5) umfasst. Eine oberste Schicht (8) der Beschichtung (4) enthält ein Wasserstoff-Desorptionsmaterial, das eine Desorptionstemperatur (TD) für Wasserstoff von weniger als 340 K aufweist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein optisches Element zur Reflexion von Strahlung, insbesondere zur Reflexion von EUV-Strahlung, umfassend: ein Substrat sowie eine auf das Substrat aufgebrachte Beschichtung, die eine reflektierende Beschichtung umfasst.
Durch die Anwesenheit von molekularem Wasserstoff als Spülgas in EUV-Lithographiesystemen wird unter der anregenden Wirkung von EUV-Strahlung ein Wasserstoff-Plasma niedriger Dichte bestehend aus H₃ ⁺, H₂ ⁺, H⁺ bzw. Wasserstoff-Radikalen H* (atomarer Wasserstoff) in der Nähe der Oberflächen von Spiegeln und anderen (reflektierenden) optischen Elementen erzeugt. Reflektierende Mehrlagen-Beschichtungen oder andere dünne Schichten bzw. Beschichtungen, die an ihrer Oberfläche einem Fluss von atomarem Wasserstoff und/oder von Wasserstoff-Ionen ausgesetzt sind, können Bläschen bilden, was zu einem Versagen bzw. zu einem teilweisen Ablösen der dünnen Schichten und somit zu einer Degradation des optischen Elements führen kann. Nach heutigem Verständnis des Mechanismus der Bläschenbildung führt die Aufnahme von atomarem Wasserstoff über eine bestimmte kritische Konzentration hinaus zu einer Rekombination des atomaren Wasserstoffs an Defekten oder Fehlstellen insbesondere an Grenzschichten der reflektierenden Mehrlagen-Beschichtung, was zur Bildung der mit molekularem Wasserstoff gefüllten Bläschen führt.
Eine bekannte Lösung zur Reduzierung der Bläschenbildung besteht darin, Deckschichten zu verwenden, welche die Diffusion von Wasserstoff in die Mehrlagen-Beschichtung blockieren. Ein möglicher Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass auf diese Weise die Diffusion nur verlangsamt, aber nicht vollständig gestoppt wird, so dass die Bläschenbildung dennoch auftreten kann, wenn die Schichten dauerhaft atomarem Wasserstoff ausgesetzt werden. Ein weiterer möglicher Nachteil besteht darin, dass eine solche Deckschicht in der Regel nicht dick genug ist, um energiereiche Wasserstoff-Spezies, beispielsweise Wasserstoff-Ionen, zu blockieren.
Eine andere vorgeschlagene Lösung besteht darin, die Dichte der wenigen obersten Silizium-Schichten der reflektierenden Mehrlagen-Beschichtung zu reduzieren, so dass mehr Raum für die Aufnahme von Wasserstoff vorhanden ist, bevor es zu einer Bläschenbildung kommt. Auch diese Lösung verzögert aber lediglich die Bildung von Bläschen, kann aber die Bläschenbildung insbesondere bei sehr hohen Belastungen mit Wasserstoff nicht verhindern.
Aus der US 2002/0084425 A1 ist ein Spiegel für lithographische Anwendungen, insbesondere für die EUV-Lithographie, bekannt geworden, der eine Oberfläche oder Deckschicht aufweist, die in Kombination mit einfallender Strahlung und gasförmigen molekularen Spezies wie O₂, H₂, H₂O eine kontinuierliche Reinigung von Kohlenstoff-Ablagerungen von der optischen Oberfläche bewirkt. Es ist erforderlich, dass die metallische Deckschicht oxidationsresistent und in der Lage ist, mindestens 90% der einfallenden EUV-Strahlung zu transmittieren. Das Material der metallischen Deckschicht kann ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend: Ru, Rh, Pd, Ir, Pt, Au und Kombinationen davon.
In der JP 2006080478 A ist ein optisches Element mit guten reflektierenden Eigenschaften beschrieben, welches als oberste Schicht eine Schutzschicht aufweist, die mindestens ein oxidationsresistentes Metall enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Nb, Ru, Rh, Pt, Au, Ag, Pd, Os, Ir und die mindestens ein katalytisches Metall enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Nb, Pd, Pt, Ag, Rh und Ru.
In der US 2010/0071720 A1 ist ein Verfahren zum Entfernen von Kontaminationen von einer Oberfläche einer Mehrlagen-Optik beschrieben. Die Mehrlagen-Optik kann eine Deckschicht aufweisen, die ein Material aufweist, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Rh, Pd, Ru, Mo, In, Ti, Sn, Zn, deren Oxide, Carbide, Nitride, deren Legierungen, Si₃N₄, SiC, BN, C und Kombinationen daraus.
Aus der US 9086638 B2 ist ein Sensor zum Detektieren von Kontaminationen bekannt geworden, der ein Substrat mit einer reflektierenden Mehrlagen-Beschichtung und mit einer Deckschicht aufweist. Die Deckschicht kann mindestens eines der folgenden Materialien aufweisen: Si, Ru, TiO₂, Rh, Pd, Ir, Pt, Au, SiC, C, BN, Si₃N₄, TiN.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein reflektierendes optisches Element bereitzustellen, bei dem die Degradation der Beschichtung durch die Einwirkung von Wasserstoff bzw. eines Wasserstoff-Plasmas wirksam verhindert werden kann.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein optisches Element der eingangs genannten Art, bei dem eine oberste Schicht der Beschichtung ein Wasserstoff-Desorptionsmaterial enthält, das eine Desorptionstemperatur für (molekularen) Wasserstoff von weniger als 340 K (absolute Temperatur), bevorzugt von weniger als 300 K aufweist.
Die Erfinder haben erkannt, dass bei einer Betriebstemperatur des reflektierenden optischen Elements bzw. der Oberfläche der obersten Schicht, die größer ist als die Desorptionstemperatur des Wasserstoff-Desorptionsmaterials, an der Oberfläche adsorbierte Wasserstoff-Atome schnell eine rekombinative Desorption eingehen, so dass die Konzentration von Wasserstoff an der Oberfläche einer Schicht aus einem solchen Material gering ist. Die geringe Oberflächenbedeckung mit Wasserstoff verhindert die weitere Diffusion von Wasserstoff in das reflektierende optische Element, genauer gesagt in die unter der obersten Schicht befindlichen Schichten.
Die Verwendung eines Materials mit einer Desorptionstemperatur für (molekularen) Wasserstoff, die ungefähr bei Raumtemperatur, d. h. bei ca. 300 K (absolute Temperatur) bzw. bei ca. 27°C oder darunter liegt, ist hierfür typischerweise ausreichend, da die Betriebstemperatur des reflektierenden optischen Elements in der Regel größer ist als die Raumtemperatur. Auch Materialien, die eine geringfügig größere Desorptionstemperatur von z. B. weniger als ca. 340 K aufweisen, können als Desorptionsmaterial verwendet werden. Aufgrund der effizienten rekombinativen Desorption von Wasserstoff an der Oberfläche der obersten Schicht desorbieren auch Wasserstoff-Atome, die innerhalb der Beschichtung zu der Oberfläche diffundieren, in Form von molekularem Wasserstoff. Im Falle von energiereichen Wasserstoff-Spezies, beispielsweise Wasserstoff-Ionen, die in einer gewissen Tiefe unterhalb der Oberfläche implantiert wurden, führt die Implantation zu einem Konzentrationsgradienten, der eine treibende Kraft für die Diffusion von Wasserstoff zur Oberfläche erzeugt, wo der (molekulare) Wasserstoff freigesetzt werden kann.
Bei einer Ausführungsform ist die reflektierende Beschichtung eine Mehrlagen-Beschichtung mit einer Mehrzahl von Einzelschichten und die Materialien der Einzelschichten weisen eine höhere Desorptionstemperatur für Wasserstoff auf als das Wasserstoff-Desorptionsmaterial der obersten Schicht. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Desorption von Wasserstoff an der Oberfläche gegenüber einer Rekombination des Wasserstoffs an Defekten/Fehlstellen in der Mehrlagen-Beschichtung, genauer gesagt an den Grenzflächen zwischen den Einzelschichten, bevorzugt wird, da letztere zur oben beschriebenen Bläschenbildung führen würde.
Bei einer weiteren Ausführungsform beträgt die Desorptionstemperatur des Wasserstoff-Desorptionsmaterials weniger als 200 K, d. h. die Desorptionstemperatur ist deutlich geringer als die Raumtemperatur und somit auch geringer als die Betriebstemperatur des reflektierenden optischen Elements, die typischerweise zumindest der Raumtemperatur entspricht, häufig aber größer ist als die Raumtemperatur.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Wasserstoff-Desorptionsmaterial ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Pd, Ag, Au. Diese drei Materialien weisen eine geringe Desorptionstemperatur für Wasserstoff auf: Bei Silber liegt die Desorptionstemperatur bei ungefähr 165 K. Die Desorptionstemperatur einer Au-Schicht legt in derselben Größenordnung, d. h. um ca. 170 K, vgl. „Atomic hydrogen solubility in thin gold films and its influence on hydrogen thermal desorption spectra from the surface", Stobinski et al., Appl. Surf. Sci. 62, 77 (1992), während bei einem Au-Kristall bei einer Temperatur von mehr als 78 K keine Wasserstoffabsorption stattfindet, vgl. „The temperature programmed desorption of hydrogen from platinum and platinum-gold films", Stephan et al., Surf. Sci. 47, 403 (1975). Bei Pd ist die Desorptionstemperatur ungefähr gleich der Raumtemperatur, bzw. diese ist abhängig von der Bedeckung mit Wasserstoff. Bei geringen Bedeckungen (ca. 10%–20%) liegt die Desorptionstemperatur bei ca. 330 K, bei einer vollständigen Bedeckung bei ca. 300 K. Es versteht sich, dass auch andere Materialien, die eine geringe Desorptionstemperatur für molekularen Wasserstoff aufweisen, als Wasserstoff-Desorptionsmaterialien verwendet werden können, beispielsweise bestimmte Legierungen (s. u.).
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform bildet die oberste Schicht eine geschlossene Schicht. Die Verwendung einer geschlossenen, kontinuierlichen Schicht, welche das Wasserstoff-Desorptionsmaterial aufweist, hat sich als günstig erwiesen, um die Aufnahme von molekularem und von atomarem Wasserstoff in die Beschichtung zu verhindern. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Verwendung einer geschlossenen Schicht aus dem Wasserstoff-Desorptionsmaterial nicht zwingend erforderlich ist (s. u.).
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die oberste Schicht auf eine Deckschicht aufgebracht. Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die oberste Schicht auf eine Deckschicht aufgebracht ist, welche die darunter liegende reflektierende Beschichtung bzw. deren Oberfläche geschlossen überdeckt, beispielsweise um die Materialien der reflektierenden Beschichtung vor Oxidation zu schützen. Bei dem Material der Deckschicht kann es sich beispielsweise um ein metallisches Material, z. B. um Rh, Ru, Ir, ... handeln. Das Material der Deckschicht ist grundsätzlich beliebig, sollte aber die Diffusion von Wasserstoff zu dem Wasserstoff-Desorptionsmaterial der obersten Schicht ermöglichen bzw. nicht zu stark behindern, d. h. dieses Material sollte eine möglichst große Diffusionslänge für atomaren Wasserstoff aufweisen. Bei der obersten Schicht kann es sich beispielsweise um eine dünne Schicht handeln, die ggf. nur eine Dicke von wenigen Monolagen aufweist und die geschlossen bzw. kontinuierlich auf die Deckschicht aufgebracht ist.
Bei einer Weiterbildung überdeckt die oberste Schicht die Deckschicht nicht vollständig. Zur Erzeugung des gewünschten Effekts der Freisetzung von Wasserstoff muss die oberste Schicht ggf. nicht zwingend eine geschlossene Schicht bilden. Cluster bzw. inselförmige Materialansammlungen des Wasserstoff-Desorptionsmaterials können diesen Zweck ebenfalls erfüllen, sofern diese einen ausreichend geringen Abstand voneinander aufweisen (s. u.). In diesem Fall kann die Diffusion von in der Beschichtung vorhandenem Wasserstoff zu den Clustern bzw. Inseln, an denen der Wasserstoff desorbiert wird, ebenfalls eine ausrechend effektive Desorption von Wasserstoff sicherstellen.
Bei einer Weiterbildung weist die oberste Schicht inselförmige Materialansammlungen des Wasserstoff-Desorptionsmaterials auf, deren Abstand bevorzugt kleiner ist als die Diffusionslänge von Wasserstoff in der Deckschicht. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann auch eine nicht geschlossene Schicht, die aus nicht zusammenhängenden, d. h. nicht miteinander verbundenen Materialansammlungen gebildet ist, die Funktionalität der Förderung der Wasserstoff-Desorption erfüllen. In diesem Fall ist es günstig, wenn der Abstand zwischen benachbarten inselförmigen Materialansammlungen nicht größer ist als die Diffusionslänge des Materials der darunter liegenden Deckschicht, damit die Wasserstoff-Atome durch Diffusion zu den Materialansammlungen gelangen können.
Bei einer alternativen Ausführungsform bildet die Deckschicht die oberste Schicht der Beschichtung, d. h. das Wasserstoff-Desorptionsmaterial ist Teil der Deckschicht bzw. in das Material der Deckschicht implantiert. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist die Deckschicht typischerweise aus einem Material bzw. aus Materialien gebildet, die eine vergleichsweise große Desorptionstemperatur für molekularen Wasserstoff aufweisen, d. h. eine Desorptionstemperatur, die in der Regel deutlich größer ist als die Raumtemperatur (z. B. ca. 400 K bei Ru). Durch die Hinzufügung eines Wasserstoff-Desorptionsmaterials, das eine niedrigere Desorptionstemperatur für Wasserstoff aufweist, in die Deckschicht kann die Desorption von Wasserstoff aus der Deckschicht ebenfalls angeregt werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung bildet das Wasserstoff-Desorptionsmaterial mit dem Material der Deckschicht eine Legierung. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist für das Verhalten hinsichtlich der Desorption von Wasserstoff die lokale chemische Umgebung an der Oberfläche entscheidend, so dass die Wasserstoff-Desorptionsschicht nicht notwendigerweise als kontinuierliche, geschlossene Schicht aufgebracht werden muss. Aus der Literatur (vgl. „The temperature programmed desorption of hydrogen from platinum and platinumgold films", J. J. Stephan et al., Surf. Sci. 47 (1), 403 (1975)) ist es bekannt, dass selbst eine Legierung mit einem geringen Anteil (2 Gew.-%) von Au in Pt die Gleichgewichts-Oberflächenbedeckung mit Wasserstoff bei Raumtemperatur und einem Hintergrund-Druck von 2 × 10^–3 mbar molekularem Wasserstoff um annähernd einen Faktor 10 reduziert.
Der Grund dafür, dass eine Legierung mit einem geringen Anteil an Au oder einem anderen Material mit einer niedrigen Desorptionstemperatur bereits effektiv sein kann, besteht darin, dass Wasserstoff durch das Bulk-Material oder entlang der Oberfläche des Materials der Deckschicht diffundieren kann und an den Stellen mit dem Au-Material freigesetzt werden kann, an denen die Aktivierungsenergie für die rekombinative Desorption gering ist. Der gewünschte Effekt der Wasserstoff-Desorption kann bei einem reflektierenden optischen Element für die EUV-Lithographie daher ebenfalls erreicht werden, indem ein metallisches Material der Deckschicht, beispielsweise Ru, mit einem Metall mit einer geringen Desorptionstemperatur für Wasserstoff, beispielsweise mit Au, Ag oder Pd, eine Legierung eingeht.
Im Vergleich mit einer geschlossenen Schicht aus einem Wasserstoff-Desorptionsmaterial hat dieses Vorgehen den zusätzlichen Vorteil, dass die Plätze an der Oberfläche der Deckschicht, z. B. einer Ru-Deckschicht, für die Reinigung mit Hilfe von Wasserstoff-Radikalen zur Entfernung von Kohlenstoff-Kontaminationen und zur Entfernung von oxidischen Kontaminationen freigehalten werden. Dies ist vorteilhaft, wenn diese Reinigungsprozesse durch die katalytische Wirkung des Materials der Deckschicht unterstützt werden, wie dies beispielsweise bei einer Deckschicht aus Ru der Fall ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
1a eine schematische Darstellung eines reflektierenden optischen Elements, das eine Beschichtung mit einem Wasserstoff-Desorptionsmaterial in Form einer geschlossenen obersten Schicht aufweist,
1b eine schematische Darstellung analog zu 1a, bei der das Wasserstoff-Desorptionsmaterial eine nicht geschlossene Schicht mit mehreren inselförmigen Materialansammlungen auf einer Deckschicht bildet,
1c eine schematische Darstellung analog zu 1a, b, bei der das Wasserstoff-Desorptionsmaterial mit dem Material einer Deckschicht eine Legierung bildet,
2 eine schematische Darstellung der Wasserstoff-Bedeckung einer Oberfläche einer Silber-Schicht in Abhängigkeit von der Oberflächen-Temperatur, sowie
3a–d schematische Darstellungen von vier Proben zur Bestätigung des Einflusses der Wasserstoff-Desorptionstemperatur einer obersten Schicht auf die Aufnahme und Freisetzung von Wasserstoff in einer darunter liegenden Schicht.
In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
1a–c zeigen jeweils ein optisches Element 1, das zur Reflexion von EUV-Strahlung 2 ausgebildet ist. Das reflektierende optische Element 1 weist ein Substrat 3 aus einem so genannten Nullausdehnungs-Material auf, beispielsweise aus Zerodur^® oder aus ULE^®, auf das eine Beschichtung 4 aufgebracht ist. Die Beschichtung 4 umfasst eine reflektierende Mehrlagen-Beschichtung 5, die eine Mehrzahl von alternierenden Einzelschichten 6a, 6b aufweist. Im gezeigten Beispiel weist die EUV-Strahlung 2 eine Wellenlänge von 13,5 nm auf, es versteht sich aber, dass auch andere Wellenlängen im EUV-Wellenlängenbereich zwischen ca. 5 nm und ca. 30 nm möglich sind. Bei der im gezeigten Beispiel verwendeten Wellenlänge der EUV-Strahlung 2 von 13,5 nm handelt es sich bei den Materialien der Einzelschichten 6a, b der reflektierenden Beschichtung 5 um Silizium und Molybdän, da diese eine große Reflektivität des optischen Elements 1 bei dieser Wellenlänge ermöglichen. Auf die reflektierende Beschichtung 5 ist in 1a eine geschlossene Deckschicht 7 aufgebracht, um die reflektierende Beschichtung 5 vor Oxidation zu schützen. Im gezeigten Beispiel ist die Deckschicht 7 aus einem metallischen Material gebildet.
Wie in 1a ebenfalls zu erkennen ist, ist das reflektierende optische Element 1 einem Wasserstoff-Plasma bzw. atomarem Wasserstoff (H⁺, H*, etc.) ausgesetzt. Das Wasserstoff-Plasma entsteht durch die anregende Wirkung der EUV-Strahlung 2 auf molekularen Wasserstoff H₂, der in der Umgebung des optischen Elements 1 als Spülgas verwendet wird. Bei einem herkömmlichen reflektierenden optischen Element 1 kann der atomare Wasserstoff in die reflektierende Beschichtung 5 eindringen und an Defekten oder Fehlstellen, insbesondere im Bereich der Grenzflächen zwischen den Einzelschichten 6a, 6b, zu molekularem Wasserstoff H₂ rekombinieren. Dies führt zur Bildung von wasserstoffgefüllten Bläschen bzw. Blasen, die zu einer teilweisen oder vollständigen Ablösung von Einzelschichten 6a, 6b der reflektierenden Mehrlagen-Beschichtung 5 und somit zu einer Degradation des reflektierenden optischen Elements 1 führen können.
Um die Bläschenbildung zu vermeiden oder diese möglichst weitgehend zu unterdrücken, ist bei dem in 1a gezeigten reflektierenden optischen Element 1 auf die Deckschicht 7 eine geschlossene Schicht 8 aufgebracht, die eine oberste Schicht der Beschichtung 4 bildet und deren Oberfläche 8a die Grenzfläche der Beschichtung 4 zur Umgebung darstellt. Die oberste Schicht 8 ist im gezeigten Beispiel aus einem Wasserstoff-Desorptionsmaterial gebildet, das eine Desorptionstemperatur T_D für molekularen Wasserstoff H₂ aufweist, die kleiner ist als die Raumtemperatur bzw. die unter 300 K (absolute Temperatur) liegt. Die Desorptionstemperatur T_D des Wasserstoff-Desorptionsmaterials kann insbesondere bei weniger als 200 K liegen. Bei dem Wasserstoff-Desorptionsmaterial der obersten Schicht 8 handelt es sich im gezeigten Beispiel um Silber (Ag), das eine Desorptionstemperatur T_D von ca. 165 K aufweist. Andere Wasserstoff-Desorptionsmaterialien, die im Vergleich zu Ru, Mo, oder Si eine geringe Desorptionstemperatur T_D aufweisen, sind beispielsweise Pd und Au.
Für den Fall, dass die Betriebstemperatur T_B des reflektierenden optischen Elements 1 an der Oberfläche 8a der obersten Schicht 8 größer ist als die Desorptionstemperatur T_D des Wasserstoff-Desorptionsmaterials, erfahren an der Oberfläche 8a adsorbierte Wasserstoff-Atome eine schnelle rekombinative Desorption, so dass die Bedeckung der Oberfläche 8a mit Wasserstoff gering ist, was die weitere Diffusion des Wasserstoffs in die Beschichtung 4 verhindert.
Für den Fall, dass die Betriebstemperatur T_B des reflektierenden optischen Elements 1 kleiner ist als die Desorptionstemperatur T_D sollten zumindest die Desorptionstemperaturen T_D der Materialien der Einzelschichten 6a, 6b der reflektierenden Mehrlagen-Beschichtung 5 sowie der Deckschicht 7 größer sein als die Desorptionstemperatur T_D des Wasserstoff-Desorptionsmaterials, um die Desorption des Wasserstoffs an der obersten Schicht 8 zu begünstigen.
Es hat sich gezeigt, dass für das Verhalten hinsichtlich der Desorption von Wasserstoff die lokale chemische Umgebung an der Oberfläche 8a entscheidend ist, so dass das Wasserstoff-Desorptionsmaterial nicht notwendigerweise als kontinuierliche, geschlossene Schicht 8 aufgebracht werden muss, wie dies in 1a dargestellt ist. Es kann vielmehr ausreichend sein, dass die Schicht 8 mit dem Wasserstoff-Rekombinationsmaterial die Deckschicht 7 nicht vollständig überdeckt, wie dies in 1b dargestellt ist.
Bei dem in 1 b gezeigten Beispiel weist die oberste Schicht 8 mit dem Wasserstoff-Desorptionsmaterial inselförmige Materialansammlungen 8b auf, die im gezeigten Beispiel im Wesentlichen rechteckig bzw. quaderförmig ausgebildet sind. Die Materialansammlungen 8b können regelmäßige Strukturen bilden, wie dies in 1b dargestellt ist, die Materialansammlungen (Cluster) 8b können aber auch unregelmäßig über die Oberfläche 7a der Deckschicht 7 verteilt sein. Die Materialansammlungen 8b können beispielsweise durch eine Strukturierung des Materials der obersten Schicht 8 durch einen lithographischen Prozess erzeugt werden.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn benachbarte Materialansammlungen 8b einen Abstand A voneinander aufweisen, der kleiner ist als die Diffusionslänge des Wasserstoffs in der Deckschicht 7. Die Diffusionslänge des Wasserstoffs in der Deckschicht 7 kann beispielsweise in der Größenordnung von ca. 20 nm liegen. Auf diese Weise kann der in die Deckschicht 7 eingelagerte atomare Wasserstoff durch Diffusion innerhalb des Materials der Deckschicht 7 zu den inselförmigen Materialansammlungen 8b gelangen, an denen der Wasserstoff durch rekombinative Desorption in die Umgebung des reflektierenden optischen Elements 1 freigesetzt wird.
Die Tatsache, dass für die Desorption von Wasserstoff inselförmige Materialansammlungen 8b ausreichend sind, kann auch genutzt werden, um das Wasserstoff-Desorptionsmaterial in die Deckschicht 7 zu implantieren bzw. zu integrieren, wie dies in 1c dargestellt ist. In diesem Fall bildet die Deckschicht 7 selbst die oberste Schicht 8 der Beschichtung 4. Im gezeigten Beispiel bildet das Ru-Material der Deckschicht 7 mit Au als Wasserstoff-Desorptionsmaterial eine Legierung, wobei Au einen Anteil von lediglich ca. 2 Gew.-% an der Legierung aufweist. Bereits ein derart geringer Anteil an Au oder an einem anderen Wasserstoff-Desorptionsmaterial kann effektiv sein, da der Wasserstoff durch das Bulk-Material (Ru-Material) der Deckschicht 7 diffundieren und zu den Stellen mit Au gelangen kann, an denen die Aktivierungsenergie für die rekombinative Desorption gering ist, so dass der molekulare Wasserstoff dort freigesetzt werden kann.
Im Vergleich mit der in 1a gezeigten geschlossenen Schicht 8 aus dem Wasserstoff-Desorptionsmaterial haben die in 1b, c gezeigten Beispiele den zusätzlichen Vorteil, dass ein Großteil der Oberfläche 7a der Deckschicht 7 bzw. die gesamte Oberfläche 7a der Deckschicht 7 frei liegt, so dass das Material der Deckschicht 7 an der Oberfläche 7a stattfindende Prozesse beeinflussen kann, beispielsweise indem das Material der Deckschicht 7 eine katalytische Wirkung erzeugt.
Das Wirkprinzip, dass Materialien mit einer geringen Wasserstoff-Desorptionstemperatur T_D zu einer niedrigen Wasserstoff-Oberflächenbedeckung bei normaler Betriebstemperatur des optischen Elements 1 führen, kann anhand des Gleichgewichts zwischen Wasserstoff-Adsorption und Wasserstoff-Desorption erklärt werden. Der eingehende Fluss Φ von molekularem Wasserstoff an einer Oberfläche ist durch die Hertz-Knudsen-Gleichung gegeben:
wobei p den Wasserstoff-Druck, m die Masse des Gas-Moleküls, k_B die Boltzmann-Konstante und T die Temperatur bezeichnen. Die Rate der Gas-Adsorption ist gleich dem Haft-Koeffizienten s multipliziert mit dem Fluss Φ, so dass der eingehende Fluss eine obere Grenze für die Adsorptionsrate darstellt.
Die Rate der Wasserstoff-Desorption kann durch einen aktivierten Prozess mit einer Aktivierungsenergie E_des
beschrieben werden, wobei θ die Oberflächenbedeckung mit Wasserstoff (relativ zur Anzahl der Adsorptions-Plätze an einer Oberfläche, d. h. 0 < θ < 1), v die Raten-Konstante und n die Ordnung des Desorptionsprozesses beschreiben.
Aus der Literatur (vgl. „Atomic deuterium (hydrogen) adsorption on thin silver films", Progress in Surface Science 74, 39–56 (2003), Duś, R. et al.) ist bekannt, dass Silber eine Wasserstoff-Desorptionstemperatur von ca. 165 K und eine Desorptionsenergie von 0,3 eV/Molekül aufweist. Zur Vereinfachung kann davon ausgegangen werden, dass die Ordnung n der Desorption = 1 ist und die Raten-Konstante v bei 10¹³ s^–1 liegt.
Wenn die Adsorption und die Desorption im Gleichgewicht sind, kann die Oberflächenbedeckung θ im Gleichgewicht berechnet werden, die in 2 in Abhängigkeit von der (Oberflächen-)Temperatur für einen für die vorliegende Anwendung typischen Wasserstoff-Druck von 1 × 10^–2 mbar molekularen Wasserstoff dargestellt ist. Für die Darstellung in 2 wurde von einem Haft-Koeffizienten s von 1 ausgegangen, d. h. die in 2 gezeigte Kurve stellt eine obere Abschätzung für die Oberflächenbedeckung θ dar.
Wie anhand der in 2 dargestellten Kurve zu erkennen ist, liegt die zu erwartende Oberflächenbedeckung θ bei einer (absoluten) Temperatur von 300 K nur bei 1 × 10^–4 einer Monolage, so dass nahezu kein Wasserstoff auf der Oberfläche und somit auch keine treibende Kraft für die Diffusion von Wasserstoff in die Silber-Schicht und die darunter liegenden Schichten vorhanden ist. Zusätzlich trägt die geringe Wasserstoff-Löslichkeit von Silber dazu bei, die Diffusion von Wasserstoff in das Silber-Material zu verhindern.
Als experimenteller Nachweis, dass die Wasserstoff-Desorptionstemperatur T_D das Beladen und das Freisetzen von Wasserstoff an dünnen Schichten beeinflusst, wurde ein Test der Hydrogenierung an vier Proben 10a–d durchgeführt, die schematisch in 3a–d dargestellt sind. Alle vier Proben 10a–d bestehen aus einer Schicht 12 aus Yttrium, die auf einem Si-Wafer 11 abgeschieden wurde. Auf die Yttrium-Schicht 12 wurde bei den vier Proben 10a–d jeweils eine Deckschicht 13 aus einem unterschiedlichen Material aufgebracht. Für den Fall, dass das Aussetzen der Oberfläche einer jeweiligen Deckschicht 13 mit atomarem Wasserstoff zur Diffusion von Wasserstoff durch die Deckschicht 13 führt, wird das Yttrium der Yttrium-Schicht 12 zu YH₂ oder zu YH₃ hydrogeniert, was optisch oder mit Hilfe von Röntgenspektroskopie detektiert werden kann.
Bei der in 3a gezeigten Probe 10a, bei der die Deckschicht 13 aus Ru gebildet ist, wird das Yttrium in der Y-Schicht 12 zu YH₃ hydrogeniert, wenn die Deckschicht 13, genauer gesagt deren Oberfläche 13a, atomarem Wasserstoff bei einem Wasserstoff-Hintergrunddruck bzw. Partialdruck von (molekularem) Wasserstoff (H₂) von 1 × 10^–2 mbar ausgesetzt ist. Nach der Beendigung des Aussetzens der Oberfläche 13a der Deckschicht 13 mit Wasserstoff ist die YH₃-Schicht 12 stabil. Nur wenn die Probe 10a auf eine Temperatur oberhalb der Desorptionstemperatur für H₂ von Ru aufgeheizt wird, die ca. 400 K beträgt, wird Wasserstoff freigesetzt, bis das YH₃-Material in YH₂ umgewandelt wird.
Bei der in 3b gezeigten Probe 10b wird auf die Deckschicht 13 eine oberste Schicht 14 aus Pd aufgebracht, das eine Desorptionstemperatur aufweist, die ungefähr bei Raumtemperatur liegt. Bei den gleichen Umgebungs-Bedingungen wie bei der Probe 10a von 3a wurde lediglich eine Hydrogenierung zu YH₂ beobachtet, d. h. es werden größere Wasserstoff-Partialdrücke für die Hydrogenierung zu YH₃ benötigt. Für die in 3c gezeigte Probe 10c, die eine Deckschicht 13 aus Silber (Desorptionstemperatur T_D ca. 173 K) aufweist, wurde keine signifikante Hydrogenierung beobachtet. Für bei der in 3d gezeigte Probe 10d, welche eine Deckschicht 13 aus Ta aufweist (Desorptionstemperatur T_D ca. 773 K) wurde eine Hydrogenierung bis zu YH₃ beobachtet.
Die anhand der Proben 10a–d von 3a–d gewonnenen Ergebnisse legen den Schluss nahe, dass durch die Förderung der Desorption von Wasserstoff in einer Deckschicht 13 bzw. einer obersten Schicht 14 mit einem Material mit einer geringen Desorptionstemperatur T_D für Wasserstoff das Eindringen von Wasserstoff in eine darunter liegende Schicht 12 verhindert oder zumindest deutlich reduziert werden kann. Herkömmliche Lösungen sind demgegenüber auf das Blockieren bzw. das Verhindern des Eindringens von Wasserstoff in ein jeweiliges Schichtmaterial fokussiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2002/0084425 A1 [0005]
JP 2006080478 A [0006]
US 2010/0071720 A1 [0007]
US 9086638 B2 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Atomic hydrogen solubility in thin gold films and its influence on hydrogen thermal desorption spectra from the surface”, Stobinski et al., Appl. Surf. Sci. 62, 77 (1992) [0015]
„The temperature programmed desorption of hydrogen from platinum and platinum-gold films”, Stephan et al., Surf. Sci. 47, 403 (1975) [0015]
„The temperature programmed desorption of hydrogen from platinum and platinumgold films”, J. J. Stephan et al., Surf. Sci. 47 (1), 403 (1975) [0021]
„Atomic deuterium (hydrogen) adsorption on thin silver films”, Progress in Surface Science 74, 39–56 (2003), Duś, R. et al. [0044]

Claims

Optisches Element (1) zur Reflexion von Strahlung, insbesondere zur Reflexion von EUV-Strahlung (2), umfassend: ein Substrat (3), sowie eine auf das Substrat (3) aufgebrachte Beschichtung (4), die eine reflektierende Beschichtung (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine oberste Schicht (8) der Beschichtung (4) ein Wasserstoff-Desorptionsmaterial enthält, das eine Desorptionstemperatur (T_D) für Wasserstoff von weniger als 340 K aufweist.
Optisches Element nach Anspruch 1, bei dem die reflektierende Beschichtung eine Mehrlagen-Beschichtung (5) mit einer Mehrzahl von Einzelschichten (6a, 6b) ist und bei dem die Materialien der Einzelschichten (6a, 6b) eine höhere Desorptionstemperatur (T_D) für Wasserstoff aufweisen als das Wasserstoff-Desorptionsmaterial der obersten Schicht (8).
Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Desorptionstemperatur (T_D) des Wasserstoff-Desorptionsmaterials weniger als 200 K beträgt.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Wasserstoff-Desorptionsmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Pd, Ag, Au.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die oberste Schicht (8) eine geschlossene Schicht bildet.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die oberste Schicht (8) auf eine Deckschicht (7) aufgebracht ist.
Optisches Element nach Anspruch 6, bei dem die oberste Schicht (8) die Deckschicht (7) nicht vollständig überdeckt.
Optisches Element nach Anspruch 7, bei dem die oberste Schicht (8) inselförmige Materialansammlungen (8a) des Wasserstoff-Desorptionsmaterials aufweist, deren Abstand (A) bevorzugt kleiner ist als eine Diffusionslänge von Wasserstoff in der Deckschicht (7).
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Deckschicht (7) die oberste Schicht (8) der Beschichtung (5) bildet.
Optisches Element nach Anspruch 9, bei dem das Wasserstoff-Desorptionsmaterial mit dem Material der Deckschicht (7) eine Legierung bildet.