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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein optisches Element zur Reflexion von EUV-Strahlung, umfassend: ein Substrat, sowie eine auf das Substrat aufgebrachte Beschichtung zur Reflexion der EUV-Strahlung, die eine aus Ru gebildete Deckschicht aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein EUV-Lithographiesystem mit mindestens einem solchen optischen Element.
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Optische Elemente zur Reflexion von EUV-Strahlung werden beispielsweise in EUV-Lithographiesystemen in einer Vakuum-Umgebung betrieben, in der durch die EUV-Strahlung ein Restgas angeregt und ein Plasma erzeugt wird. Es ist bekannt, Beschichtungen von optischen Elementen zur Reflexion von EUV-Strahlung, d.h. von Strahlung bei Wellenlängen zwischen ca. 5 nm und ca. 30 nm, mit Hilfe einer Deckschicht vor Einflüssen aus einer solchen Umgebung zu schützen. Die Deckschicht, genauer gesagt die dem Substrat abgewandte Oberfläche der Deckschicht, bildet hierbei die Grenzfläche der Beschichtung gegenüber der Umgebung.
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Es hat sich gezeigt, dass trotz der Verwendung einer Deckschicht bei Mehrlagen-Beschichtungen, die eine Mehrzahl von alternierenden Schichten aus Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes aufweisen, z.B. alternierende Schichten aus Mo und Si, während des Betriebes in einem EUV-Lithographiesystem eine Degradation auftreten kann. Eine solche Degradation ist unter anderem auf eine Oxidation aufgrund der Eindiffusion von Sauerstoff in die unter der Deckschicht angeordneten Schichten der Mehrlagen-Beschichtung, z.B. in eine unter der Deckschicht angeordnete Mo-Schicht, zurückzuführen. Die Eindiffusion von Sauerstoff in die Schichten der Mehrlagen-Beschichtung wird durch im Restgas vorhandenen Stickstoff begünstigt.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Element und ein EUV-Lithographiesystem bereitzustellen, bei denen das Eindiffundieren von Sauerstoff in die unter der Deckschicht befindlichen Schichten reduziert wird.
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Gegenstand der Erfindung
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein optisches Element der eingangs genannten Art, bei dem die Deckschicht auf eine Barriereschicht aufgebracht ist, die aus Mo2N gebildet ist.
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Sowohl experimentelle Daten als auch Simulationen weisen darauf hin, dass im Falle von Ru-Deckschichten, die auf eine Mo-Schicht aufgebracht sind, im Betrieb des optischen Elements in einem EUV-Lithographiesystem Mo mit eindiffundierendem N zu Mo2N reagiert. Die Reaktion von Molybdän mit Stickstoff ist dabei kinetisch gegenüber der Oxidation begünstigt. Eine weitere Oxidation einer Schicht, in der Mo2N gebildet wurde, wird daher wesentlich verlangsamt.
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Eine teilweise Umwandlung von metallischem Mo der Mo-Schicht zu Mo2N während des Betriebs des optischen Elements ist aufgrund der damit verbundenen schwer kontrollierbaren negativen Einflüsse auf den Schichtaufbau und der damit einhergehenden Verluste der Reflektivität des optischen Elements unerwünscht.
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Die hier vorgeschlagene Lösung basierend auf einer dediziert eingebrachten Mo2N-Barriereschicht erlaubt ein angepasstes Design der Deckschicht und eine Optimierung der EUV-Reflektivität des optischen Elements. Mo2N hat eine wesentlich geringere Diffusionskonstante für Sauerstoff als eine Schicht aus metallischem Mo und wirkt daher als effektive Barriere zur Verhinderung der Eindiffusion von Sauerstoff in die darunterliegenden Schichten der Mehrlagen-Beschichtung. Eine Degradation der (obersten) Schichten der Mehrlagen-Beschichtung aufgrund von Oxidation wird somit effektiv verlangsamt.
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Bei einer Ausführungsform weist die Beschichtung zwischen der Barriereschicht und dem Substrat eine Mehrlagen-Beschichtung mit einer Mehrzahl von alternierenden Schichten aus unterschiedlichen Schichtmaterialien auf. Eine solche Mehrlagen-Beschichtung besteht in der Regel aus alternierenden Schichten aus Materialien mit hohem und niedrigem Brechungsindex, deren Schichtdicken so aufeinander abgestimmt sind, dass die Beschichtung ihre optische Funktion erfüllt und eine hohe Reflektivität bei einer vorgegebenen Betriebswellenläge gewährleistet ist.
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Bei einer Weiterbildung sind die alternierenden Schichten aus Molybdän und Silizium gebildet. Diese Schichtmaterialien werden üblicherweise verwendet, um bei einer Betriebswellenlänge von ca. 13,5 nm eine möglichst große Reflektivität zu erzeugen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Barriereschicht auf eine Schicht aus Silizium oder auf eine weitere Barriereschicht aufgebracht. Die Barriereschicht kann direkt auf eine Schicht aus Silizium aufgebracht werden oder auf eine weitere Barriereschicht, z.B. aus Borcarbid (B4C), welche die Eindiffusion von Mo in Si (oder umgekehrt) verhindern soll, vgl. die Dissertation „Diffusion phenomena in chemically stabilized multilayer structures", Saskia Bruijn, PhD thesis, University of Twente, 2011. In dieser Dissertation werden auch Beschädigungs-Mechanismen von MoN-Schichten beschrieben, vgl. auch den Artikel „Damage mechanisms of MoN/SiN multilayer optics for next-generation pulsed XUV light sources", R. Sobierajsksi et al., Optics Express 193, 16, 2011.
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Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Deckschicht aus Ru eine Dicke von nicht mehr als 2 nm auf. Da Ru eine vergleichsweise große Absorption für EUV-Strahlung aufweist, sollte die Dicke der Ru-Deckschicht nicht zu groß gewählt werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Barriereschicht aus Mo2N eine Dicke von nicht mehr als 3 nm auf. Auch die Dicke der Barriereschicht aus Mo2N sollte nicht zu groß gewählt werden, um eine Reduzierung der Reflektivität des optischen Elements aufgrund der Barriereschicht zu verhindern. Bei Simulationen hat sich herausgestellt, dass sich mit einer Beschichtung mit einem Schichtdesign, das eine Deckschicht aus Ru aufweist, die auf eine Barriereschicht aus Mo2N aufgebracht ist, eine ähnliche Reflektivität für EUV-Strahlung erzielen lässt wie für den Fall, dass die Deckschicht aus Ru auf eine Schicht aus Mo aufgebracht ist.
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Die Mo2N-Barriereschicht kann wie die übrigen Schichten der Beschichtung durch Abscheidung aus der Gasphase aufgebracht werden. Gegebenenfalls kann zur Erzeugung der Mo2N-Barriereschicht eine Synthese mittels einer temperatur-gesteuerten Reaktion von MoO3 mit NH3 erfolgen, wie dies in dem Artikel „XPS and XRD studies of fresh and suflided Mo2N“, Zhaobin Wei et al., Applied Surface Science, Vol. 135, Issues 1-4, 1998, Seiten 107-114, beschrieben ist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein EUV-Lithographiesystem, umfassend: mindestens ein optisches Element, wie es weiter oben beschrieben ist. Bei dem EUV-Lithographiesystem kann es sich um eine EUV-Lithographieanlage zur Belichtung eines Wafers oder um eine andere optische Anordnung handeln, die EUV-Strahlung verwendet, beispielsweise um ein EUV-Inspektionssystem, z.B. zur Inspektion von in der EUV-Lithographie verwendeten Masken, Wafern oder dergleichen.
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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.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
- 1 eine schematische Darstellung eines optischen Elements in Form eines EUV-Spiegels mit einer Beschichtung, die eine Deckschicht aus Mo und eine Barriereschicht aus Mo2N aufweist,
- 2 eine schematische Darstellung der Dichte von mehreren Schichtmaterialen nach der Reaktion mit Sauerstoff bzw. mit Stickstoff,
- 3a,b schematische Darstellungen der Reflektivität einer Beschichtung mit einer Deckschicht aus Ru, die auf eine Mo-Schicht bzw. auf eine Mo2N-Barriereschicht aufgebracht ist.
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In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
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1 zeigt schematisch den Aufbau eines optischen Elements 1, welches ein Substrat 2 sowie eine auf dem Substrat 2 gebildete Beschichtung 3 zur Reflexion von EUV-Strahlung 4 aufweist. Die Beschichtung 3 weist als oberste Schicht eine Deckschicht 6 auf, die aus Ruthenium gebildet ist. Die Deckschicht 6 ist auf eine Barriereschicht 7 aufgebracht, die aus Mo2N gebildet ist.
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Die Beschichtung 3 weist zwischen der Barriereschicht 7 und dem Substrat 2 eine Mehrlagen-Beschichtung mit einer Mehrzahl von alternierenden Schichten 8a, 8b aus unterschiedlichen Schichtmaterialien auf, bei denen es sich im gezeigten Beispiel um Schichten 8a aus Mo und Schichten 8b aus Si handelt. Das optische Element 1 ist Teil eines nicht bildlich dargestellten EUV-Lithographiesystems in Form einer EUV-Lithographieanlage zur Belichtung eines Wafers. Das Substrat 2 kann beispielsweise aus einem so genannten Nulldurchgangsmaterial gebildet sein, welches bei einer so genannten Nulldurchgangstemperatur eine minimale relative Längenänderung aufweist. Das Nulldurchgangsmaterial kann beispielsweise aus titandotiertem Quarzglas oder aus einer Glaskeramik gebildet sein.
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Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist die Mo2N-Barriereschicht 7 auf die oberste Si-Schicht 8a aufgebracht. Alternativ ist es möglich, dass die Mo2N-Barriereschicht 7 auf eine Schicht aus einem anderen Material, z.B. auf eine weitere Barriereschicht, z.B. eine Barriereschicht aus Borcarbid (B4C), aufgebracht ist. Die Mo2N-Barriereschicht 7 weist gegenüber einer Mo-Schicht eine wesentlich geringere Diffusionskonstante für Sauerstoff auf und verlangsamt daher das Eindringen von Sauerstoff in die darunter liegenden Schichten 8a, 8b. Durch die Mo2N-Barriereschicht kann zudem eine unkontrollierte Veränderung der Zusammensetzung der Mo-Schicht durch Reaktionen von Mo mit in der Umgebung der Beschichtung 3 vorhandenem Restgas, insbesondere mit O und mit N, verhindert werden, wie sie während des Betriebs des optischen Elements 1 in einer Restgas-Umgebung, in der ein Plasma gebildet wird, ansonsten in der Regel auftritt, wie nachfolgend beschrieben wird:
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2 zeigt die (simulierte) Dichte mehrerer Schichtmaterialien in Dickenrichtung x (x = 0: Oberseite der Deckschicht 6) der Beschichtung 3 von 1 für den Fall, dass die Ru-Deckschicht 6 nicht auf die Mo2N-Barriereschicht 7, sondern auf eine Mo-Schicht aufgebracht ist, und eine Reaktion des Mo-Materials mit N bzw. mit O erfolgt ist. Die Ru-Deckschicht 6 erstreckt sich in 2 von x = 0 nm bis x = 2 nm, die Mo-Schicht erstreckt sich von x = 2 nm bis x = 4 nm. Die Mo-Schicht ist aufgrund des eindiffundierten O und N grenzflächennah zu MoO3 oxidiert, wie durch die abfallende gestrichelte Kurve angedeutet ist, die bei x = 2 nm beginnt. Grenzflächenfern ist das Mo-Material zu Mo2N reagiert, wie durch die ansteigende gestrichelte Kurve angedeutet ist, die ebenfalls bei x = 2 nm beginnt. Wie anhand von 2 zu erkennen ist, verändert sich die Zusammensetzung der Mo-Schicht abhängig von den Bestrahlungsbedingungen bzw. von der thermischen Umgebung unkontrolliert, was den Schichtaufbau der Beschichtung 3 ungewollt verändert und zu einem Verlust an Reflektivität des optischen Elements 1 führt.
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Durch die dedizierte Verwendung der Mo2N-Barriereschicht 7 wird die Oxidation von metallischem Mo verhindert bzw. stark verlangsamt. Auf diese Weise kann das Design der Deckschicht 6 bzw. der Mo2N-Barriereschicht 7 so angepasst werden, dass die Reflektivität R des optischen Elements 1 optimiert ist. 3a zeigt die (simulierte) Reflektivität R des optischen Elements 1 von 1 für eine Beschichtung 3 aus Ru (1,50 nm) / Mo2N (2,59 nm) / B4C (1,00 nm) /a-Si... 3b zeigt zum Vergleich die Reflektivität R eines optischen Elements 1 mit einer Beschichtung 3 aus Ru (1,50 nm) / Mo (2,79 nm) / B4C (1,00 nm) / a-Si..., d.h. eine Beschichtung 3 mit einer Ru-Deckschicht 6, die auf eine Mo-Schicht aufgebracht ist. Wie sich durch einen Vergleich von 3a mit 3b ergibt, ist die erzielbare Reflektivität R bei beiden Schichtdesigns bei der Betriebswellenlänge von 13,5 nm nahezu identisch.
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Um eine möglichst große Reflektivität R bei der Betriebswellenlänge von 13,5 nm zu erzielen, hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Deckschicht 6 eine Dicke von nicht mehr als 2 nm aufweist und wenn die Mo2N-Schicht 7 eine Dicke von 3 nm nicht überschreitet. Auf diese Weise kann einerseits die Degradation von Schichten 8a, 8b der Mehrlagen-Beschichtung durch die Eindiffusion von Sauerstoff wirksam verhindert werden und andererseits ist gewährleistet, dass die Beschichtung 3 eine hohe Reflektivität R aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Diffusion phenomena in chemically stabilized multilayer structures“, Saskia Bruijn, PhD thesis, University of Twente, 2011 [0011]
- „Damage mechanisms of MoN/SiN multilayer optics for next-generation pulsed XUV light sources“, R. Sobierajsksi et al., Optics Express 193, 16, 2011 [0011]
- Zhaobin Wei et al., Applied Surface Science, Vol. 135, Issues 1-4, 1998, Seiten 107-114 [0014]
