DE102018211498A1

DE102018211498A1 - Optische Anordnung

Info

Publication number: DE102018211498A1
Application number: DE102018211498.6A
Authority: DE
Inventors: Alexandra Pazidis
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2018-07-11
Publication date: 2019-08-01

Abstract

Es wird eine optische Anordnung mit mindestens einem reflektiven optischen Element (6) mit einer reflektiven Fläche (67), insbesondere für den vakuumultravioletten Wellenlängenbereich, mit mindestens einer Elektrode (60) sowie mit mindestens einer Spannungsquelle (62) vorgeschlagen, bei dem die mindestens eine Elektrode (60) derart zur reflektiven Fläche (67) des mindestens einen reflektiven optischen Elements (6) angeordnet ist und über die Spannungsquelle (62) eine Spannung zwischen der mindestens einen Elektrode (60) und dem mindestens einen reflektiven optischen Element (6) angelegt ist, dass an der reflektiven Fläche (57) ein elektrisches Feld einer Größe von mindestens 0,1 V/nm vorliegt. Dies erhöht die Bestrahlungsstabilität

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Anordnung mit mindestens einem reflektiven optischen Element mit einer reflektiven Fläche, insbesondere für den vakuumultravioletten Wellenlängenbereich, mit mindestens einer Elektrode sowie mit mindestens einer Spannungsquelle. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Wafer- und/oder Maskeninspektion bzw. auf eine Lithographievorrichtung mit einer solchen optischen Anordnung.
Insbesondere im kurzwelligeren ultravioletten Wellenlängenbereich zwischen ca. 100 nm und 200 nm, auch vakuumultraviolette Strahlung (VUV-Strahlung) genannt, kann nicht nur mit transmissiven optischen Elementen gearbeitet werden, sondern muss oft auch auf reflektive optische Elemente zurückgegriffen werden. Besonders bewährt haben sich dabei reflektive optische Elemente, die auf einem Substrat eine metallische Schicht mit darüber liegend einer Schutzschicht oder ein hochreflektierendes Schichtsystem aufweisen. Die Schutzschicht bzw. das Schichtsystem kann ein oder mehrere Fluoride aufweisen. Derartige optische Elemente sind beispielsweise aus der US 5,850,309 bekannt. Die Schutzschicht bzw. das Schichtsystem haben u.a. die Funktion, die metallische Schicht vor Kontamination, insbesondere durch Oxidation zu schützen.
Es ist allerdings beobachtet worden, dass bei hohen Bestrahlungsintensitäten wie sie in der Lithographie und besonders auch für die Inspektion von Masken und Wafern vorkommen können, bereits innerhalb von wenigen Tagen oder sogar Stunden eine starke Degradation der reflektiven optischen Elemente stattfinden kann, die mit hohem Reflektivitätsverlust einhergeht, selbst wenn sie eine Schutzschicht aufweisen und die Bestrahlung im Vakuum stattfindet.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Anordnung vorzuschlagen, die dazu beiträgt, die Strahlungsbeständigkeit von reflektiven optischen Elementen insbesondere im kurzwelligeren ultravioletten Wellenlängenbereich zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine optische Anordnung mit mindestens einem reflektiven optischen Element mit einer reflektiven Fläche, insbesondere für den vakuumultravioletten Wellenlängenbereich, mit mindestens einer Elektrode sowie mit mindestens einer Spannungsquelle, bei der die mindestens eine Elektrode derart zur reflektiven Fläche des mindestens einen reflektiven optischen Elements angeordnet ist und über die Spannungsquelle eine Spannung zwischen der mindestens einen Elektrode und dem mindestens einen reflektiven optischen Element angelegt ist, dass an der reflektiven Fläche ein elektrisches Feld einer Größe von mindestens 0,1 V/nm vorliegt.
Es wurde beobachtet, dass durch das Vorliegen von elektrischen Feldern einer Größe von mindestens 0,1 V/nm die Degradation und insbesondere der Reflektivitätsverlust auch bei hohen Strahlungsintensitäten verzögert werden kann. Vorteilhafterweise beträgt das elektrische Feld an der reflektiven Fläche ca. 0,5 bis 3,0 V/nm, vorzugsweise in einem Bereich von ungefähr 1,0 bis 2,0 V/nm. Bei Feldern von mehr als 4 V/nm scheint der Reflektivitätsverlust nicht mehr wesentlich verzögert zu werden.
Möglicherweise werden Wasser- und Sauerstoffmoleküle, soweit in der Umgebung des reflektiven optischen Elements während der Bestrahlung durch die kurzwellige UV-Strahlung in Radikale aufgespalten. An der reflektiven Fläche, insbesondere wenn es sich dabei um eine freiliegende Aluminiumoberfläche handelt, liegen insbesondere Sauerstoff und Hydroxyl als Ionen vor und dringen in die reflektive Fläche ein, was zu deren Oxidation führt. Dieser Effekt wird vermutlich durch die Bestrahlung der reflektiven Fläche verstärkt, die zu einem erhöhten elektrischen Feld beispielsweise durch die Emission von Sekundärelektronen führen kann, das mit höherer Bestrahlungsintensität ansteigt. Beobachtet wurde, dass bei höheren Bestrahlungsintensitäten, wie etwa in der VUV-Lithographie oder insbesondere bei der Inspektion von Wafern und Masken üblich, die Ionen auch durch eine ggf. vorhandene Schutzschicht dringen. Es wird nun vermutet, dass mit Hilfe der mindestens einen Elektrode und der zwischen der Elektrode und dem reflektiven optischen Element angelegten Spannung an der reflektiven Fläche eine Art Gegenfeld entsteht, dass ein Eindringen insbesondere der Sauerstoff- und Hydroxidionen unterdrücken oder sogar ganz verhindern kann.
Bevorzugt ist die reflektive Fläche als polierte Metall- oder Siliziumoberfläche ausgebildet wie beispielsweise bei reflektiven optischen Elementen, die im wesentlichen ein Substrat aus Metall oder Silizium mit polierter Oberfläche umfassen. In weiteren bevorzugten Varianten ist die reflektive Fläche als Beschichtung auf einem Substrat ausgebildet, die eine Metall- oder Siliziumschicht aufweist. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Metall der Metalloberfläche bzw. der Metallschicht um Aluminium oder eine Aluminiumlegierung handelt. Dabei sind insbesondere Aluminium, aber auch Silizium für den Einsatz bei normalem oder quasi-normalem Einfall geeignet, während insbesondere Edel- und Platinmetalle für den Einsatz bei streifendem Einfall geeignet sind. Bei Metallen und Silizium scheint sich eine verstärkte Oxidation der reflektiven Fläche bei hoher Strahlungsintensität besonders gut durch ein gezielt an der reflektiven Fläche angelegtes elektrisches Feld von mindestens 0,1 V/nm reduzieren zu lassen.
In bevorzugten Ausführungsformen weist die reflektive Fläche eine Schutzschicht auf, insbesondere zum Schutz gegen Oxidation. Vorteilhafterweise weist dabei die Schutzschicht eine oder mehrere Lagen eines Materials aus der Gruppe aus AlF₃, LiF, NaF, MgF₂, CaF₂, LaF₃, GdF₃, HoF3, ErF₃, Na₃AlF₆, Na₅Al₃F₁₅, ZrF₄, HfF₄, SiO₂, Al₂O₃, MgO und deren Kombinationen aufweist. Diese Materialien haben nicht nur den Vorteil, dass sie gegenüber Oxidationsvorgängen relativ unempfindlich sind, sondern sie weisen bei Wellenlängen im VUV-Bereich eine relativ gute Transmission auf, so dass die Reflektivität des jeweiligen reflektiven optischen Elements nicht maßgeblich beeinträchtigt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Elektrode als zumindest teilweise zusammenhängende Beschichtung aus einem inerten Metall auf der Schutzschicht ausgebildet. Auf diese Weise lassen sich bereits mit geringeren Spannungen im Bereich von einigen kV elektrische Felder von 0,1 V/nm oder deutlich mehr erreichen, da der Abstand zwischen der mindestens einen Elektrode und dem reflektiven optischen Element minimiert werden kann. Besonders bevorzugt wird am reflektiven optischen Element die Metall- bzw. Siliziumschicht bzw. die polierte Oberfläche oder das Substrat im Bereich der polierten Oberfläche kontaktiert, so dass der Abstand zwischen der mindestens einen Elektrode und dem reflektiven optischen Element als Gegenelektrode im wesentlichen durch die Dicke der Schutzschicht begrenzt wird, die als Dielektrikum zwischen den Elektroden wirkt und zu einer zusätzlichen Feldverstärkung beitragen kann.
Vorteilhafterweise ist das inerte Metall dabei eines oder mehrere aus der Gruppe gebildet aus Gold, Silber, Ruthenium, Platin und deren Legierungen. Diese Metalle haben den Vorteil, dass sie besonders inert gegen Oxidation sind und sich beispielsweise über physikalische Abscheideverfahren besonders dünn und gleichmäßig auf eine reflektive Fläche aufbringen lassen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind das mindestens eine reflektive optische Element und die mindestens eine Elektrode in einer gasgefüllten Kammer angeordnet und ist die mindestens eine Elektrode als Spitzelektrode ausgebildet. In dieser Ausführungsform wird ausgenutzt, das mittels der mindestens einen Spitzelektrode das Gas zwischen Elektrode und reflektivem optischen Element bzw. reflektiver Fläche ionisiert werden und so als effektive Elektrode eingesetzt werden kann um den Abstand zur Gegenelektrode in Gestalt des reflektiven optischen Element zu verringern und so zu besonders hohen elektrischen Feldern an dessen reflektiver Fläche zu führen. Alternativ lässt sich mittels Elektroden auch ein Plasma zünden, um das Gas zu ionisieren, wobei dabei darauf zu achten ist, keine zu hohe Energiedichte im Plasma zu erreichen, die zu einer Schädigung der reflektiven Fläche führen könnte. Als Gas in der Kammer werden inerte Gase wie Stickstoff oder Edelgase, insbesondere Argon bevorzugt.
Vorteilhafterweise weist die Kammer einen Gaseinlass auf und ist die mindestens eine Elektrode in der Kammer am Gaseinlass angeordnet. Dadurch kann ein größeres Gasvolumen schneller ionisiert werden, was besonders von Vorteil bei großflächigen reflektiven optischen Elementen ist bzw. bei mehreren reflektiven optischen Elemente in einer Anordnung, an deren jeweiligen reflektiven Flächen elektrische Felder von mindestens 0,1 V/nm angelegt werden sollen.
Bevorzugt ist die mindestens eine Elektrode an einer Kante angrenzend an die reflektive Fläche des mindestens einen reflektiven optischen Elements angeordnet. Damit kann das aus der angelegten Spannung resultierende elektrische Feld an der reflektiven Fläche gezielter eingestellt werden, und können gleichzeitig im Bestrahlungsbetrieb Abschattungen durch die mindestens eine Elektrode vermieden werden.
Bevorzugt sind mindestens zwei Elektroden an einer Kante angrenzend an die reflektive Fläche des mindestens einen reflektiven optischen Elements angeordnet, um einfacher ein gewünschtes elektrisches Feld an der reflektiven Fläche zu erhalten.
Besonders bevorzugt sind mindestens drei Elektroden an Kanten an die reflektive Fläche und um diese herum angeordnet. Vorteilhafterweise wird durch drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder mehr Elektroden eine Art Elektrodenkranz gebildet, der im Bestrahlungsbetrieb außerhalb des Strahlengangs liegt und so ohne Reflektivitätsverluste durch Abschattungen ein besonders präzise eingestelltes elektrisches Feld an der reflektiven Oberfläche des mindestens einen reflektiven optischen Elements zu erhalten.
Vorteilhafterweise ist die mindestens eine Elektrode in Form einer Spitzelektrode aus Edelmetall, Titan, Tantal, Wolfram oder Graphit und/oder ist mit einem Edelmetall, Titan, Tantal oder Wolfram beschichtet. Diese Materialien haben sich als Spitzelektrodenmaterialien bewährt.
Ferner wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zu Wafer- und/oder Maskeninspektion bzw. durch eine Lithographievorrichtung mit einer optischen Anordnung wie hier beschrieben.
Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Dazu zeigen

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für die UV-Lithographie;
2 eine schematische Darstellung eines Waferinspektionssystems;
3 eine schematische Darstellung eines ersten reflektiven optischen Elements;
4 eine schematische Darstellung eines zweiten reflektiven optischen Elements;
5 eine schematische Darstellung eines dritten reflektiven optischen Elements;
6 eine schematische Darstellung einer ersten optischen Anordnung;
7 eine schematische Darstellung der ersten optischen Anordnung in einer weiteren Variante;
8 eine schematische Darstellung einer zweiten optischen Anordnung;
9 eine schematische Darstellung der zweiten optischen Anordnung in einer weiteren Variante; und
10 eine schematische Darstellung einer dritten optischen Anordnung.

1 zeigt eine schematische Prinzipskizze einer Vorrichtung 1 für die UV-Lithographie, insbesondere für Wellenlängen im Bereich von 100 nm bis 200 nm. Die UV-Lithographievorrichtung 1 weist als wesentliche Bestandteile insbesondere zwei optische Systeme 12, 14 auf, ein Beleuchtungssystem 12 und Projektionssystem 14. Für die Durchführung der Lithographie ist eine Strahlungsquelle 10 notwendig, besonders bevorzugt ein Excimerlaser, der beispielsweise bei 193 nm oder 157 nm emittiert und der integraler Bestandteil der UV-Lithographievorrichtung sein kann. Die von der Strahlungsquelle 10 emittierte Strahlung 11 wird mit Hilfe des Beleuchtungssystems 12 so aufbereitet, dass damit eine Maske 13, auch Retikel genannt, ausgeleuchtet werden kann. Im hier dargestellten Beispiel weist das Beleuchtungssystem 12 transmissive und reflektive optische Elemente auf. Stellvertretend sind hier das transmissive optische Element 120, das die Strahlung 11 beispielsweise bündelt, und das reflektive optische Element 121 dargestellt, dass die Strahlung beispielsweise umlenkt. In bekannter Weise können im Beleuchtungssystem 12 verschiedenste transmissive, reflektive und sonstige optische Elemente in beliebiger, auch komplexerer Weise miteinander kombiniert werden.
Die Maske 13 weist auf ihrer Oberfläche eine Struktur auf, die auf ein zu belichtendes Element 15, beispielsweise einen Wafer im Rahmen der Produktion von Halbleiterbauelementen, mithilfe des Projektionssystems 14 übertragen wird. Im vorliegenden Beispiel ist die Maske 13 als transmissives optisches Element ausgebildet. In weiteren Ausführungen kann sie auch als reflektives optisches Element ausgestaltet sein. Das Projektionssystem 14 weist im hier dargestellten Beispiel mindestens ein transmissives optisches Element auf. Im hier dargestellten Beispiel sind stellvertretend zwei transmissive optische Elemente 140, 141 dargestellt, die beispielsweise insbesondere dazu dienen, die Strukturen auf der Maske 13 auf die für die Belichtung des Wafers 15 gewünschte Größe zu verkleinern. Auch beim Projektionssystem 14 können u.a. reflektive optische Element vorgesehen sein und verschiedenste optische Elemente in bekannter Weise beliebig miteinander kombiniert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass auch optische Systeme ohne transmissive optische Elemente eingesetzt werden können.
Bei dem reflektiven optischen Element 121 handelt es sich um einen Spiegel mit einer reflektiven Fläche 1210, die eine Metallverspiegelung aufweist. Um über einen breiten Wellenlängenbereich, beispielsweise 100 nm bis 200 nm mit guter Reflektivität eingesetzt werden zu können, hat sich eine Metallschicht aus Aluminium bewährt. Weitere geeignete Metall sind insbesondere für den Einsatz bei streifendem Einfall Edelmetalle und Platinmetalle. Ferner kann es sich statt einer Metallschicht auch um eine Siliziumschicht handeln. Die Metallschicht kann offen liegen. Sie kann eine Schutzschicht aus einer dielektrischen Schicht aufweisen. Geeignet sind u.a. Metallfluoride als Schutzschichtmaterial. Eine besonders gute Transmission über den genannten weiten Wellenlängenbereich weist beispielsweise Magnesiumfluorid auf. Ferner kann auf der Metallschicht auch ein Schichtsystem vorgesehen sein, um die optischen Eigenschaften des optischen Elements 121 gezielt zu beeinflussen. Insgesamt hat es sich bewährt, wenn die Schutzschicht eine oder mehrere Lagen eines Materials aus der Gruppe aus AlF₃, LiF, NaF, MgF₂, CaF₂, LaF₃, GdF₃, HoF₃, ErF₃, Na₃AlF₆, Na₅Al₃F₁₅, ZrF₄, HfF₄, SiO₂, Al₂O₃, MgO und deren Kombinationen aufweist.
In den 3, 4 und 5 sind schematisch mögliche beispielhafte Ausführungen von optischen Elementen 3, 4, 5 dargestellt. Sie weisen jeweils eine reflektive Oberfläche 37, 47, 57 auf, die in den in den 3 und 4 dargestellten Beispielen eine Metallverspiegelung 33, 43 aufweist und die in dem in 5 dargestellten Beispiel von einer polierten Oberfläche 59 eines Substrats 51 gebildet wird. Die Metallverspiegelung 33, 43 ist jeweils auf einem Substrat 31, 41 aufgebracht. Sie kann unmittelbar auf dem Substrat 31, 41 aufgebracht sein oder es kann zwischen der Metallverspiegelung 33, 43 und dem Substrat 31, 41 eine Haftvermittlerschicht und/oder andere funktionale Schichten vorgesehen sein. Bei der in 3 dargestellten Ausführungsvariante ist zum Schutz der Metallverspiegelung 33 eine Schutzschicht 35 vorgesehen. Die Schutzschicht 35 kann mehr als eine Lage aufweisen. Bei der in 4 dargestellten Ausführungsvariante ist zur Beeinflussung der optischen Eigenschaften des optischen Elements 4 zusätzlich auf der Metallverspiegelung 43 ein Schichtsystem 49 vorgesehen, bevorzugt aus dielektrischen Materialien, insbesondere aus alternierend angeordneten Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes. Insbesondere kann damit für bestimmte Wellenlängenbereiche gezielt die Reflektivität erhöht werden. Die Schutzschicht 45 ist im in 4 dargestellten Beispiel auf dem Schichtsystem 49 angeordnet. Auch das reflektive optische Elements 5 weist im hier in 5 dargestellten Beispiel ebenfalls eine Schutzschicht 55 auf, die auf der polierten Oberfläche 59 des Substrats 51 angeordnet ist. In weiteren, nicht dargestellten Varianten kann zwischen der polierten Oberfläche und der Schutzschicht ein zusätzliches Schichtsystem zur Beeinflussung der optischen Eigenschaften des reflektiven optischen Elements 5 aufweisen bzw. kann die Schutzschicht 55 mehrlagig ausgebildet sein.
Es sei darauf hingewiesen, dass in Verbindung mit dem in 1 dargestellten Beispiel zwar nur ein reflektives optisches Element 121 für den insbesondere Vakuumultravioletten Wellenlängenbereich diskutiert wird, dass aber selbstverständlich zwei, drei, vier, fünf oder mehr derartige optische Elemente in einem optischen System für etwa die UV-Lithographie vorgesehen sein können.
Optische Elemente wie zuvor beschreiben können auch in Wafer- oder Maskeninspektionssystemen eingesetzt werden. Eine beispielhafte Ausführung eines Waferinspektionssystems 2 ist schematisch in 2 dargestellt. Die Erläuterungen gelten ebenso für Maskeninspektionssystem.
Das Waferinspektionssystem 2 weist eine Strahlungsquelle 20 auf, deren Strahlung mittels eines optischen Systems 22 auf einen Wafer 25 gelenkt wird. Dazu wird die Strahlung von einem konkaven Spiegel 220 auf den Wafer 25 reflektiert. Bei einem Maskeninspektionssystem könnte man anstelle des Wafers 25 eine zu untersuchende Maske anordnen. Die vom Wafer 25 reflektierte, gebeugte und/oder gebrochene Strahlung wird von einem ebenfalls zum optischen System 22 gehörigen konkaven Spiegel 221 auf einen Detektor 23 zur weiteren Auswertung geleitet. Beide und ggf. weitere, nicht dargestellte optische Elemente des optischen Systems 222 können wie zuvor anhand der 3, 4 oder 5 beschrieben ausgestaltet sein. Das optische System 22 umfasst neben den beiden Spiegeln 220, 221 ein Gehäuse 222 mit einer Zuleitung 261 sowie eine Ableitung 262 zum Abpumpen von Gas aus dem Gehäuse 222. Bevorzugt wird Stickstoff oder Argon als Spülgas eingesetzt. Bei der Strahlungsquelle 20 kann es sich beispielsweise um genau eine Strahlungsquelle oder eine Zusammenstellung von mehreren einzelnen Strahlungsquellen handeln, um ein im Wesentlichen kontinuierliches Strahlungsspektrum zur Verfügung zu stellen. In Abwandlungen kann auch eine oder mehrere schmalbandige Strahlungsquellen eingesetzt werden. Bevorzugt liegt die Wellenlänge oder das Wellenlängenband im Bereich zwischen 100 nm bis 200 nm, besonders bevorzugt zwischen 110 nm und 190 nm.
Während des Betriebs von beispielsweise UV-Lithographievorrichtungen 1 oder Wafer- oder Maskeninspektionssysteme 1 kann es zu einer Oxidation der reflektiven Flächen 1210, 2210, 2220 der jeweiligen reflektiven optischen Elemente 121, 220, 221 kommen. Um dem entgegenzuwirken, weisen sie optische Anordnungen mit mindestens einem reflektiven optischen Element 121, 220, 221 für den vakuumultravioletten Wellenlängenbereich mit jeweils einer reflektiven Fläche 1210, 2210, 2220, mit mindestens einer Elektrode 164, 267, 268, 269, 270 sowie mit mindestens einer in den 1 und 2 nicht dargestellten Spannungsquelle auf. Dabei sind die Elektroden 164, 267, 268, 269, 270 derart zu den reflektiven Flächen 1210, 2210, 2220 der reflektiven optischen Elemente 121, 220, 221 angeordnet und ist über die Spannungsquelle eine Spannung zwischen den Elektroden 164, 267, 268, 269, 270 und den jeweiligen reflektiven optischen Elementen 121, 220, 221 angelegt, dass an den jeweiligen reflektiven Flächen 1210, 2210, 2220 ein elektrisches Feld einer Größe von mindestens 0,1 V/nm vorliegt. Vorteilhafterweise beträgt das elektrische Feld an der reflektiven Fläche ca. 0,5 bis 3,0 V/nm, vorzugsweise in einem Bereich von ungefähr 1,0 bis 2,0 V/nm. Es wird vermutet, dass dieses elektrische ein Eindringen insbesondere von bei der Bestrahlung entstehenden Sauerstoff- und Hydroxidionen unterdrücken oder sogar ganz verhindern kann und so die Wahrscheinlichkeit einer Oxidation der reflektiven Flächen 1210, 2210, 2220 mit einhergehendem Reflektivitätsverlust reduziert.
Die Elektroden können auf verschiedene Weisen ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Elektrode 60 als zumindest teilweise zusammenhängende Beschichtung aus einem inerten Metall auf der Schutzschicht 65 eines reflektiven optischen Elements 6 ausgebildet wie beispielsweise schematisch im Schnitt in 6 dargestellt. Das reflektive Element 6 weist einen Aufbau analog zum reflektiven optischen Element 3 gemäß 3 auf. In nicht dargestellten Varianten könnte es auch zusätzlich zwischen Schutzschicht 65 und Metallverspiegelung 63 ein Schichtsystem zur gezielten Beeinflussung der optischen Eigenschaften analog zu reflektiven optischen Element 4 gemäß 4 aufweisen und auch optional keine Schutzschicht 65 aufweisen. In weiteren nicht dargestellten Varianten kann das reflektive optische Element 6 auch analog zu dem reflektiven optischen Element 5 gemäß 5 auch mit polierter Oberfläche eines Substrats aus entsprechendem Material ausgelegt sein.
Bei dem in 6 dargestellten Beispiel weist das Substrat 61 als Metallverspiegelung eine Aluminiumschicht 63 auf, die primär zu Reflexion beiträgt. Im VUV-Wellenlängenbereich kann an Aluminium eine Reflektivität von ca. 90% erreicht werden. Die Aluminiumschicht 63 weist eine Dicke von ca. 40 nm bis 140 nm auf. In weiteren Varianten kann es sich anstelle von Aluminium auch um Silizium, mit dem man im VUV-Wellenlängenbereich eine Reflektivität von ca. 60% erreichen kann, handeln oder um ein anderes Metall oder eine andere Metalllegierung. In dem in 6 dargestellten Beispiel ist auf der Aluminiumschicht 63 eine Schutzschicht 65 aus Magnesiumfluorid vorgesehen. In weiteren Varianten kann es sich anstelle von einer Magnesiumfluoridlage auch um eine oder mehrere Lagen eines Materials aus der Gruppe aus AlF₃, LiF, NaF, MgF₂, CaF₂, LaF₃, GdF₃, HoF₃, ErF₃, Na₃AlF₆, Na₅Al₃F₁₅, ZrF₄, HfF₄, SiO₂, Al₂O₃, MgO und deren Kombinationen handeln. Die Schutzschicht 65 kann eine Dicke von wenigen Nanometern bis einigen zehn Nanometern aufweisen. Darüber ist als Elektrode 60 eine inerte Metallschicht aus beispielsweise Gold, Silber, Ruthenium, Platin oder deren Legierungen aufgebracht, die ebenfalls eine Dicke von wenigen Nanometern aufweisen kann. Die Elektrode 60 kann als vollständig zusammenhängende Beschichtung die gesamte reflektive Fläche 67 bedecken. Um die Reflektivität insbesondere bei normalem oder quasinormalem Einfall nicht zu sehr zu beeinträchtigten, sie aber bevorzugt als nur teilweise zusammenhängende Beschichtung ausgestaltet, wie beispielsweise in 7 schematisch in Draufsicht dargestellt.
In 7 ist die Elektrode 70 auf der reflektiven Fläche 77 des reflektiven optischen Elements 7 beispielsweise als eine Art Gitternetz ausgebildet, so dass die reflektive Fläche 77 nur teilweise von der Elektrode 70 bedeckt ist, während an anderen Teilflächen die Schutzschicht 75 unmittelbar von der VUV-Strahlung beaufschlagt werden kann. Dadurch kann der durch das Vorhandensein der Elektrode 70 verursachte Reflektivitätsverlust im Bestrahlungsbetrieb verringert werden.
Zusätzlich zu dem reflektiven optischen Element 6 und der Elektrode 60 ist im in 6 dargestellten Beispiel eine Spannungsquelle 62 vorgesehen, die einerseits mit der Elektrode 60 und andererseits mit der Aluminiumschicht 63 als Gegenelektrode kontaktiert ist. Damit kann zwischen der Elektrode 60 und der Gegenelektrode 63 eine Spannung angelegt werden, die an der reflektiven Fläche 67 zu einem elektrischen Feld führt. Der Betrag des Feldes wird bestimmt durch den Abstand der Elektrode 60 zur Aluminiumschicht 63, also der Dicke der Schutzschicht, sowie durch die über die Spannungsquelle 62 angelegte Spannung. Die angelegte Spannung liegt je nach Dicke der Schutzschicht bevorzugt zwischen wenigen Volt bis einigen hundert bis tausend Volt. Beispielsweise für eine Schutzschichtdicke von ca. 10 nm liegt die angelegte Spannung vorteilhafterweise zwischen etwa 1 V und etwa 50 V; für eine Schutzschichtdicke von ca. 1 µm liegt die angelegt Spannung vorteilhafterweise zwischen etwa 100 V und etwa 5 kV.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die schematisch und beispielhaft in 8 dargestellt ist, ist die Elektrode 80 als Spitzelektrode ausgeführt. Auch in den Beispielen für eine Lithographievorrichtung 1 gemäß 1 und eines Inspektionssystem 2 gemäß 2 sind die Elektroden 164, 267, 268, 269, 270 als Spitzelektroden ausgeführt. In nicht dargestellten Varianten könnten die Elektroden sowohl in der Lithographievorrichtung als auch im Inspektionssystem auch als Beschichtung auf der jeweiligen reflektiven Fläche eines oder mehrerer der reflektiven optischen Elemente ausgebildet sein.
In dem Beispiel einer Lithographievorrichtung 1 gemäß 1 ist sind sowohl die Elektrode164 als auch das reflektive optische Element 121 in einer Kammer 122 angeordnet, die einen Gaseinlass 161 zum Befüllen der Kammer 122 mit einem inerten Gas wie etwa Stickstoff oder einem Edelgas, insbesondere Argon aufweist. Die Elektrode 164 ist dabei am Gaseinlass 161 angeordnet. Auch in dem Beispiels eines Inspektionssystems 2 gemäß 2 sind die Elektroden 267, 268, 269, 270 wie auch die reflektiven optischen Elemente 220, 221 in einer Kammer 222 angeordnet, die einen Gaseinlass 261 zum Befüllen der Kammer 222 mit einem inerten Gas wie etwa Stickstoff oder einem Edelgas, insbesondere Argon aufweist. Dabei sind jeweils zwei Elektroden 267, 268 bzw. 269, 270 an einer Kante angrenzend an die reflektive Fläche 2210 bzw. 2220 der reflektiven optischen Elemente 221 bzw. 220 angeordnet. Sowohl die Kammer 122 der Lithographievorrichtung 1 als auch die Kammer 222 des Inspektionssystem 2 weisen in den vorliegenden Beispielen nicht nur einen Gaseinlass 161 bzw. 261, sondern auch eine Gasauslass 162 bzw. 263 auf, um das Kammerinnere kontinuierlich mit dem Inertgas spülen zu können.
In 8 ist eine beispielhafte optische Anordnung mit reflektivem Element 8, Spannungsquelle 82 und Spitzelektrode 80 schematisch dargestellt. Das reflektive Element 8 weist einen Aufbau analog zum reflektiven optischen Element 3 gemäß 3 bzw. analog zum reflektiven optischen Element 6 gemäß 6 auf. In nicht dargestellten Varianten könnte es auch zusätzlich zwischen Schutzschicht 85 und Metallverspiegelung 83 ein Schichtsystem zur gezielten Beeinflussung der optischen Eigenschaften analog zu reflektiven optischen Element 4 gemäß 4 aufweisen. In weiteren nicht dargestellten Varianten kann das reflektive optische Element 8 auch analog zu dem reflektiven optischen Element 5 gemäß 5 auch mit polierter Oberfläche eines Substrats aus entsprechendem Material ausgelegt sein. Außerdem könnte es in weiteren Varianten ohne Schutzschicht 85 ausgebildet sein. Entsprechend dem Beispiel gemäß 6 ist auch im Beispiel gemäß 8 die Metallverspiegelung 83 aus Aluminium, könnte aber auch aus einem anderen Metall, einer Legierung oder aus Silizium sein. Ebenso ist im vorliegenden Beispiel die Schutzschicht 85 aus Magnesiumfluorid, während auch die anderen in Zusammenhang mit der Schutzschicht 65 des reflektiven optischen Elements 6 gemäß 6 genannten Materialien und ihre Kombinationen ebenso in Frage kommen. Das in 8 beispielhaft dargestellte reflektive optische Element 8 umfasst ein Substrat 81, auf das eine Aluminiumschicht 83 einer Dicke von ca. 40 nm bis 140 nm und darüber eine Schutzschicht 85 aus Magnesiumfluorid einer Dicke von wenigen Nanometern bis einigen zehn Nanometern aufweist. Die Spannungsquelle 82 ist mit der Spitzelektrode 80, die an einer Kante des reflektiven optischen Elements 8 angrenzend an dessen reflektive Fläche 87 angeordnet ist und aus einem Metall oder Halbleiter, bevorzugt aus Wolfram oder Graphit ist, sowie mit der Aluminiumschicht 83 leitend verbunden, so dass die Aluminiumschicht 83 zu einer Gegenelektrode wird und bei Anlegen einer Spannung zwischen der Elektrode 80 und der Aluminiumschicht 83 sich ein elektrisches Feld an der reflektiven Fläche 87 ausbildet, dessen Wert neben der angelegten Spannung insbesondere vom dem Abstand d zwischen der Elektrode 80 und der Aluminiumschicht 83 bestimmt wird, der bis zu ca. 1 mm betragen kann. Beispielsweise bei einem Abstand von ca. 10 µm beträgt die angelegte Spannung vorteilhafterweise zwischen etwa 5 kV und 50 kV. In Varianten kann die Elektrode 80 auch Edelmetall, Titan oder Tantal sein und/oder mit einem Edelmetall, Titan, Tantal oder Wolfram beschichtet sein.
Die Elektrode kann auch etwas entfernter angebracht werden, wenn man die in 8 beispielhaft dargestellte Anordnung in einer gasbefüllten Kammer, insbesondere mit Stickstoff oder Argon befüllt, betreibt. Dies sei anhand von 9 näher erläutert, wobei das die Anordnung mit Elektrode 90, Spannungsquelle 92 und reflektiven optischen Element 9 der in 8 dargestellten entspricht. Allerdings ist bei dem reflektiven optischen Element 9 aus Platzgründen nur die Aluminiumschicht 93 mit Magnesiumfluoridschutzschicht 95 ohne Substrat 91 dargestellt. Die neutralen Gasatome oder Gasmoleküle 94 des jeweils verwendeten Spülgases werden in der Nähe insbesondere der Spitze der Spitzelektrode 90 zu Gasionen 96 ionisiert, die sich bis an die reflektive Fläche 97 heranbewegen können und dadurch dort das Potenzial der Elektrode 90 anliegen kann. Dies hat den Vorteil, dass bei vergleichbarer angelegter Spannung der für den Betrag des elektrischen Feldes maßgebliche Abstand d deutlich verringert werden kann und damit bei gleichbleibender Spannung ein höheres elektrisches Feld an der reflektiven Fläche 97 erreicht werden kann.
Insbesondere erlaubt diese Vorgehensweise das Anbringen einer oder mehrerer Elektroden außerhalb des optischen Strahlengangs, um Abschattungen durch die Elektroden zu vermeiden. Besonders bevorzugt werden mindestens drei Elektroden an Kanten angrenzend an die reflektive Fläche und um diese herum angeordnet, um ein möglichst wohldefiniertes Feld an die reflektive Fläche zur Vermeidung des Eindringens von Sauerstoff- und/oder Hydroxidionen in die reflektive Fläche. In 10 ist beispielhaft eine Art „Elektrodenkranz“ aus im vorliegenden Beispiel acht Spitzelektroden 1011, 1012, 1013, 1014, 1015, 1016, 1017, 1018, die hier im wesentlichen äquidistant in Umfangsrichtung um den ausgeleuchteten Bereich 1055 der reflektiven Fläche 1005 des reflektiven optischen Elements 1000 angeordnet sind. In weiteren Varianten können auch die Anzahl der Elektroden wie auch ihre jeweiligen Abstände zueinander variieren.
Ferner kann die oder eine von mehreren Elektroden zu lonisationszwecken auch am Gaseinlass der Kammer, in der die betreffenden Anordnung angeordnet ist, vorgesehen sein, wie es beispielsweise in der Lithographievorrichtung 1 gemäß 1 der Fall ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass das in der Kammer befindliche Gas beispielsweise auch mittels eines Plasmas ionisiert werden kann, wobei darauf zu achten wäre, dass die Energiedichte des Plasmas so niedrig eingestellt wird, dass die reflektive Fläche nicht durch das Plasma oder zu hochenergetische Ionen beschädigt wird, was wiederum zu Reflektivitätseinbußen führen könnte.
Bezugszeichenliste

1: UV-Lithographievorrichtung
2: Waferinspektionssystem
3: reflektives optisches Element
4: reflektives optisches Element
5: reflektives optisches Element
6: reflektives optisches Element
7: reflektives optisches Element
8: reflektives optisches Element
9: reflektives optisches Element
10: Strahlungsquelle
11: Strahlung
12: Beleuchtungssystem
13: Maske
14: Projektionssystem
15: zu belichtendes Element
20: Strahlungsquelle
21: Strahlung
23: Detektor
25: Wafer
31: Substrat
33: Metallverspiegelung
35: Schutzschicht
37: reflektive Fläche
41: Substrat
43: Metallverspiegelung
45: Schutzschicht
47: reflektive Fläche
49: Schichtsystem
51: Substrat
55: Schutzschicht
57: reflektive Fläche
59: polierte Oberfläche
60: Elektrode
61: Substrat
62: Spannungsquelle
63: Metallverspiegelung
65: Schutzschicht
67: reflektive Fläche
70: Elektrode
75: Schutzschicht
77: reflektive Fläche
80: Elektrode
81: Substrat
82: Spannungsquelle
83: Metallverspiegelung
85: Schutzschicht
87: reflektive Fläche
90: Elektrode
92: Spannungsquelle
93: Metallverspiegelung
94: neutrale Gaspartikel
95: Schutzschicht
96: ionisierte Gaspartikel
97: reflektive Fläche
120: Linse
121: Spiegel
122: Gehäuse
140: Linse
141: Linse
161: Zuleitung
162: Ableitung
164: Elektrode
220: Spiegel
221: Spiegel
222: Gehäuse
261: Zuleitung
263: Ableitung
267: Elektrode
268: Elektrode
269: Elektrode
270: Elektrode
1000: optische Anordnung
1005: Schutzschicht
1007: reflektive Fläche
1011: Elektrode
1012: Elektrode
1013: Elektrode
1014: Elektrode
1015: Elektrode
1016: Elektrode
1017: Elektrode
1018: Elektrode
1055: ausgeleuchtete Fläche
1210: reflektive Fläche
2210: reflektive Fläche
2220: reflektive Fläche
d: Abstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5850309 [0002]

Claims

Optische Anordnung mit mindestens einem reflektiven optischen Element mit einer reflektiven Fläche, insbesondere für den vakuumultravioletten Wellenlängenbereich, mit mindestens einer Elektrode sowie mit mindestens einer Spannungsquelle, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektrode (60, 70, 80, 90, 164, 267, 268, 269, 270, 1011, 1012, 1013, 1014, 1015, 1016, 1017, 1018) derart zur reflektiven Fläche (37, 47, 57, 67, 77, 87, 97, 1007, 1210, 2210, 2220) des mindestens einen reflektiven optischen Elements (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 121, 220, 221) angeordnet ist und über die Spannungsquelle (62, 82, 92) eine Spannung zwischen der mindestens einen Elektrode (60, 70, 80, 90, 164, 267, 268, 269, 270, 1011, 1012, 1013, 1014, 1015, 1016, 1017, 1018) und dem mindestens einen reflektiven optischen Element (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 121, 220, 221) angelegt ist, dass an der reflektiven Fläche (37, 47, 57, 67, 77, 87, 97, 1007, 1210, 2210, 2220) ein elektrisches Feld einer Größe von mindestens 0,1 V/nm vorliegt.
Optische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektive Fläche (57) als polierte Metall- oder Siliziumoberfläche ausgebildet ist
Optische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektive Fläche (37, 47, 67, 77, 87, 97) als Beschichtung (33, 43, 63, 83, 93) auf einem Substrat (31, 41, 61, 81) ausgebildet ist, die eine Metall- oder Siliziumschicht aufweist.
Optische Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Metall der Metalloberfläche bzw. der Metallschicht um Aluminium oder eine Aluminiumlegierung handelt.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektive Fläche (37, 47, 57, 67, 77, 87, 97) eine Schutzschicht (35, 45, 55, 65, 75, 85, 95) aufweist.
Optische Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (35, 45, 55, 65, 75, 85, 95) eine oder mehrere Lagen eines Materials aus der Gruppe aus AlF₃, LiF, NaF, MgF₂, CaF₂, LaF₃, GdF₃, HoF₃, ErF₃, Na₃AlF₆, Na₅Al₃F₁₅, ZrF₄, HfF₄, SiO₂, Al₂O₃, MgO und deren Kombinationen aufweist.
Optische Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektrode (60, 70) als zumindest teilweise zusammenhängende Beschichtung aus einem inerten Metall auf der Schutzschicht ausgebildet (65, 75) ist.
Optische Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das inerte Metall eines oder mehrere aus der Gruppe gebildet aus Gold, Silber, Ruthenium, Platin und deren Legierungen ist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine reflektive optische Element (121, 220, 221) und die mindestens eine Elektrode (164, 267, 268, 269, 270) in einer gasgefüllten Kammer (122, 222) angeordnet sind und die mindestens eine Elektrode (164, 267, 268, 269, 270) als Spitzelektrode ausgebildet ist.
Optische Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (122) einen Gaseinlass (161) aufweist und die mindestens eine Elektrode (164) in der Kammer (122) am Gaseinlass (161) angeordnet ist.
Optische Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektrode (80, 90, 164, 267, 268, 269, 270, 1011, 1012, 1013, 1014, 1015, 1016, 1017, 1018) an einer Kante angrenzend an die reflektive Fläche (87, 97, 1007, 2210, 2220) des mindestens einen reflektiven optischen Elements (8, 9, 121, 220, 221) angeordnet ist.
Optische Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Elektroden (267, 268, 269, 270, 1011, 1012, 1013, 1014, 1015, 1016, 1017, 1018) an einer Kante angrenzend an die reflektive Fläche (1007, 2210, 2220) des mindestens einen reflektiven optischen Elements (220, 221) angeordnet sind.
Optische Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Elektroden (1011, 1012, 1013, 1014, 1015, 1016, 1017, 1018) an Kanten angrenzend an die reflektive Fläche (1007) und um diese herum angeordnet sind.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektrode (80, 90, 164, 267, 268, 269, 270, 1011, 1012, 1013, 1014, 1015, 1016, 1017, 1018) aus Edelmetall, Titan, Tantal, Wolfram oder Graphit ist und/oder mit einem Edelmetall, Titan, Tantal oder Wolfram beschichtet ist.
Vorrichtung zu Wafer- und/oder Maskeninspektion (2) mit einer optischen Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14.
Lithographievorrichtung (1) mit einer optischen Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14.