DE102019212736A1 - Optisches Element zur Reflexion von EUV-Strahlung und EUV-Lithographiesystem - Google Patents

Optisches Element zur Reflexion von EUV-Strahlung und EUV-Lithographiesystem Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Element (1) zur Reflexion von EUV-Strahlung (4), umfassend: ein Substrat (2), eine auf das Substrat (2) aufgebrachte, die EUV-Strahlung (4) reflektierende Beschichtung (3), eine auf die reflektierende Beschichtung (3) aufgebrachte Deckschicht (5) zum Schutz der reflektierenden Beschichtung (3), sowie eine Zwischenschicht (6), die zwischen der reflektierenden Beschichtung (3) und der Deckschicht (5) angeordnet ist. Die Zwischenschicht (6) weist mindestens ein reaktives Material (7) auf, das mit einem durch eine Lücke (5a) in der Deckschicht (5) eindringenden aktivierenden Gas (O2) mindestens ein die Lücke (5a) versiegelndes Reaktionsprodukt (8) bildet. Die Erfindung betrifft auch ein EUV-Lithographiesystem, welches mindestens ein solches reflektierendes optisches Element (1) aufweist.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein optisches Element zur Reflexion von EUV-Strahlung, umfassend: ein Substrat, eine auf das Substrat aufgebrachte, die EUV-Strahlung reflektierende Beschichtung, eine auf die reflektierende Beschichtung aufgebrachte Deckschicht zum Schutz der reflektierenden Beschichtung, sowie eine Zwischenschicht, die zwischen der reflektierenden Beschichtung und der Deckschicht angeordnet ist. Die Erfindung betrifft auch ein EUV-Lithographiesystem, welches mindestens ein solches reflektierendes optisches Element aufweist.
  • Unter einem EUV-Lithographiesystem wird im Sinne dieser Anmeldung ein optisches System bzw. eine optische Anordnung für die EUV-Lithographie verstanden, d.h. ein optisches System, welches auf dem Gebiet der EUV-Lithographie eingesetzt werden kann. Neben einer EUV-Lithographieanlage, welche zur Herstellung von Halbleiterbauelementen dient, kann es sich bei dem optischen System beispielsweise um ein Inspektionssystem zur Inspektion einer in einer EUV-Lithographieanlage verwendeten Photomaske (im Folgenden auch Retikel genannt), zur Inspektion eines zu strukturierenden Halbleitersubstrats (im Folgenden auch Wafer genannt) oder um ein Metrologiesystem handeln, welches zur Vermessung einer EUV-Lithographieanlage oder von Teilen davon, beispielsweise zur Vermessung eines Projektionssystems, eingesetzt wird.
  • Unter EUV-Strahlung wird Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen ca. 5 nm und ca. 30 nm, beispielsweise bei 13,5 nm, verstanden. Da EUV-Strahlung von den meisten bekannten Materialien stark absorbiert wird, wird die EUV-Strahlung typischer Weise mit Hilfe von reflektierenden optischen Elementen durch das EUV-Lithographiesystem geführt.
  • Ein reflektierendes optisches Element, das wie oben beschrieben ausgebildet ist, ist aus der EP 1 402 542 B1 bekannt geworden. Dort ist die Deckschicht aus einem Material gebildet, welches Oxidation und Korrosion widersteht, z.B. Ru, Zr, Rh, Pd. Die Zwischenschicht dient als Barriereschicht, die aus B4C oder Mo besteht und die verhindern soll, dass das Material der Deckschicht in die oberste Lage der mehrlagigen reflektierenden Beschichtung eindiffundiert.
  • Die Schichten bzw. Lagen einer reflektierenden Beschichtung eines optischen Elements zur Reflexion von EUV-Strahlung (EUV-Spiegel) sind im Betrieb in einem EUV-Lithographiesystem, insbesondere in einer EUV-Lithographieanlage, harschen Bedingungen ausgesetzt: Beispielsweise werden die Lagen von EUV-Strahlung getroffen, die eine hohe Strahlungsleistung aufweist. Die EUV-Strahlung führt auch dazu, dass sich manche der EUV-Spiegel auf hohe Temperaturen von ggf. mehreren 100°C aufheizen. Auch die Restgase in einer Vakuum-Umgebung, in der die EUV-Spiegel in der Regel betrieben werden (z.B. Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Wasser, sowie weitere im Ultra-Hochvakuum übliche Restgase) können die Lagen der reflektierenden Beschichtung beeinträchtigen, insbesondere wenn diese Gase durch die Wirkung der EUV-Strahlung in reaktive Spezies wie Ionen oder Radikale, beispielsweise in ein wasserstoffhaltiges Plasma, umgewandelt werden. Auch die Belüftung der Vakuum-Umgebung in einer Betriebspause sowie ungewollt auftretende Leckagen können zu Schäden an den Lagen der reflektierenden Beschichtung führen. Zusätzlich können die Lagen der reflektierenden Beschichtung durch im Betrieb entstehende Kohlenwasserstoffe, durch flüchtige Hydride, durch Zinn-Tropfen, etc. kontaminiert bzw. geschädigt werden.
  • Aus der EP 1 364 231 B1 und der US 6,664,554 B2 ist es bekannt, bei einem EUV-Lithographiesystem ein selbstreinigendes optisches Element bereitzustellen, welches eine katalytische Deckschicht aus Ru bzw. Ru, Rh, Pd, Ir, Pt, Au zum Schutz einer reflektierenden Beschichtung vor Oxidation aufweist. Zwischen der Deckschicht und der Oberfläche des Spiegels kann eine metallische Schicht aus Cr, Mo oder Ti eingebracht sein.
  • Aus der EP 1 522 895 B1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt geworden, bei denen mindestens ein Spiegel mit einer dynamischen Schutzschicht versehen wird, um den Spiegel vor dem Ätzen mit Ionen zu schützen. Das Verfahren umfasst das Zuführen einer gasförmigen Substanz (nach Bedarf) in eine Kammer, die den mindestens einen Spiegel enthält. Bei dem Gas handelt es sich typischerweise um einen gasförmigen Kohlenwasserstoff (CXHY). Die Schutzwirkung der auf diese Weise abgeschiedenen Kohlenstoff-Schicht ist jedoch eingeschränkt und die Zuführung sowie die Überwachung des Spiegels sind aufwändig.
  • Weitere Deckschichten, die aus mehreren Lagen gebildet sind bzw. sein können, sind in der EP 1 065 568 B1 , in der DE 102012202850 A1 , in der JP2006080478 sowie in der JP4352977 B2 beschrieben.
  • Eines von mehreren möglichen Schadensbildern an einem reflektierenden optischen Element sind Schichtrisse oder Löcher in der Deckschicht, die dazu führen, dass Sauerstoff oder andere Gase aus der Umgebung zu den Lagen der reflektierenden Beschichtung gelangen können. Die Materialien der Lagen oxidieren oder reagieren auf andere Weise mit dem Gas, was erhebliche Verluste der Reflektivität des EUV-Spiegels zur Folge haben kann.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Element und ein EUV-Lithographiesystem bereitzustellen, bei denen die Schädigung der reflektierenden Beschichtung insbesondere durch Oxidation reduziert wird.
  • Gegenstand der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein optisches Element der eingangs genannten Art, bei dem die Zwischenschicht mindestens ein reaktives Material aufweist, das mit einem durch eine Lücke in der Deckschicht eindringenden aktivierenden Gas ein die Lücke versiegelndes Reaktionsprodukt bildet.
    Bei der Lücke in der Deckschicht handelt es sich in der Regel um einen Riss oder um ein Loch. Der Riss bzw. das Loch kann beispielsweise durch die weiter oben beschriebenen Degradationsmechanismen erzeugt werden. Unter dem Versiegeln der Lücke wird verstanden, dass die weitere Diffusion bzw. das Eindringen des aktivierenden Gases in die reflektierende Beschichtung verhindert oder zumindest sehr stark reduziert wird.
  • Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, das durch die Lücke eindringende aktivierende Gas dazu zu verwenden, die Lücke zu verschließen bzw. zu versiegeln, bevor das aktivierende Gas die darunter liegende reflektierende Beschichtung erreicht und diese schädigen kann. Das eigentlich schädigende aktivierende Gas wird somit dazu verwendet, um die Deckschicht zu reparieren, indem die Lücke versiegelt wird. Zu diesem Zweck ist es nicht zwingend erforderlich, dass das Reaktionsprodukt die Lücke in der Deckschicht vollständig ausfüllt, es ist vielmehr ausreichend, wenn die Zwischenschicht in dem Bereich, in dem die Lücke in der Deckschicht auftritt, die Diffusion des aktivierenden Gases in die reflektierende Beschichtung verhindert. Die Deckschicht, genauer gesagt die Kombination aus der Deckschicht und der Zwischenschicht, ermöglicht eine Selbstheilung bzw. eine Reparatur des optischen Elements zu jedem Zeitpunkt, ohne dass zu diesem Zweck die dynamische Abscheidung einer Schutzschicht erforderlich ist. Sowohl die Deckschicht als auch die Zwischenschicht können aus einer einzigen Lage oder aus mehreren Lagen gebildet sein bzw. bestehen.
  • Bei einer Ausführungsform ist das reaktive Material ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Boride, Silizide und Karbide. Metall-Boride, speziell Vanadium-Borid (VB), hat sich als geeignetes reaktives Material erwiesen, welches mit Sauerstoff als ‟aktivierendem Gas zwei flüchtige bzw. viskose Oxide (z.B. V2O5 und B2O3) bildet. Insbesondere wenn das aktivierende Gas in Form eines Plasmas vorliegt, wie dies bei einem EUV-Lithographiesystem aufgrund der Wechselwirkung mit der EUV-Strahlung in der Regel der Fall ist, kann die Oxidation bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen von weniger als 100°C ablaufen. Beispiele für eine solche Niedrigtemperatur-Plasma-Oxidation sind in dem Artikel „Scaling Requires Continuous Innovation in Thermal Processing: Low-Temperature Plasma Oxidation, W. Lerch et al., ECS Trans. 2012, Vol. 45, Issue 6, Seiten 151-161 oder in dem Artikel „Oxidation Kinetics of a Silicon Surface in a Plasma of Oxygen with Inert Gases", A.Kh. Antonenko et al., Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing, Oct. 2011, Vol. 47, Issue 5, Seiten 459-464 beschrieben, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht werden.
    Bei einer Ausführungsform ist das aktivierende Gas ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff und deren Kombinationen, beispielsweise Wasser. Im Sinne dieser Anmeldung wird unter dem aktivierenden Gas nicht nur die molekulare Form des Gases verstanden, sondern auch Ionen und/oder Radikale des Gases, wie sie im Betrieb des optischen Elements in einem EUV-Lithographiesystem in der Regel durch den Einfluss der EUV-Strahlung auftreten, die zur Plasma-Bildung führt. Das aktivierende Gas in Form von Sauerstoff, Wasserstoff, Wasser oder Stickstoff ist in der Restgas-Atmosphäre in der Umgebung des unter Vakuum-Bedingungen betriebenen reflektierenden optischen Elements in der Regel ohnehin vorhanden, d.h. es ist nicht erforderlich, dem EUV-Lithographiesystem das aktivierende Gas zusätzlich von außen zuzuführen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Zwischenschicht mindestens eine Lage aus einem (Silikat-)Glas-Material, bevorzugt aus einem Aluminosilikatglas oder aus einem Borsilikatglas, auf. Die Zwischenschicht kann aus der Lage aus dem Glas-Material bestehen, aber auch aus zwei oder mehr Lagen gebildet sein. Lagen aus Glas-Material sind in der Regel besonders glatt, vgl. den Artikel„Metal supported aluminosilicate ultra-thin films as a versatile tool for studying surface chemistry of zeolites", S. Shaikhutdinov und H.-J. Freund, ChemPhysChem, Vol. 14, Seiten 71-77 (2012) und können daher die Reflexion verbessern. Glas-Materialien in Form von Aluminosilikatgläsern können poröse Strukturen in Form von Zeolithen ausbilden, in die das aktivierende Gas, z.B. in Form von Sauerstoff, leicht eindringen kann, um das Reaktionsprodukt zu bilden. Wie in dem Artikel beschrieben wird, können auch dünne Lagen bzw. Schichten aus Silikatgläsern, die andere Metalle als Al aufweisen, beispielsweise Ti, Fe, etc., eine poröse Struktur ausbilden, welche das Eindringen von Gasen und damit die Reparatur begünstigt.
  • Bei einer Weiterbildung enthält die Lage aus dem Glas-Material mindestens ein Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Al, Ti, Si, Ba, V, B, O, N, Zr, Sc, Mn, Ge, Pd, Cr. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann das Glas-Material ein Silikatglas in Form eines Aluminosilikatglases oder eins Borsilikatglases bilden.
  • Derartige Gläser können auch andere Bestandteile, beispielsweise Ba, aufweisen. Insbesondere können Partikel, z.B. aus B oder V, in das Glas-Material bzw. in die Glas-Matrix eingebettet sein, wie weiter unten näher beschrieben ist. Es versteht sich, dass das Silikatglas-Material bzw. das Komposit-Glas auch Bestandteile aufweisen kann, die nicht in der obigen Aufzählung enthalten sind.
  • Bei einer weiteren Weiterbildung ist das reaktive Material in das Glas-Material, bevorzugt in Form von Nano-Partikeln, eingebracht. Unter Nano-Partikeln werden im Sinne dieser Anmeldung Partikel verstanden, deren mittlere Partikelgröße bzw. deren mittlerer Durchmesser bei weniger als 10 nm liegt. In diesem Fall kann es sich bei dem Glas-Material beispielsweise um ein Bor-Komposit-Glas handeln, bei dem das reaktive Material durch Bor-Partikel gebildet wird, die in die Glas-Matrix eingebettet sind. Ein solches selbstheilendes Bor-Komposit-Glas ist beispielsweise in dem Artikel „2D- and 3D Observation and Mechanism of Self-Healing in Glass-Boron Composites‟, S. Castanie et al., J. Am. Ceram. Soc. 99, 849-855 (2016) beschrieben, welcher durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. Das Bor-Komposit-Glas wird hergestellt, indem Bor-Partikel mit einer Partikel-Größe von weniger als 5 µm einem Glas-Pulver beigefügt werden, das neben SiO2 auch Al2O3, CaO und BaO enthält.
  • Wie in dem Artikel beschrieben wird, kann ein Riss in einer Lage aus einem solchen Glas-Material selbst ausheilen, indem die Bor-Partikel mit Sauerstoff als aktivierendem Gas zu geschmolzenem B2O3 reagieren, das wiederum mit der Glas-Matrix zu Borsilikat-Verbindungen reagiert, die ebenso wie das geschmolzene B2O3 dazu beitragen, dass der Riss geschlossen wird. Auch Glas-Komposit-Materialien, die andere Partikel als Bor-Partikel aufweisen, können als Glas-Materialen für die Lage der Zwischenschicht verwendet werden. Günstig für die selbstheilende Funktion ist es hierbei, wenn die das reaktive Material bildenden Partikel mit dem aktivierenden Gas, beispielsweise mit Sauerstoff, ein hochviskose oder flüchtige Verbindung eingehen, wie dies z.B. bei Vanadium-Partikeln der Fall ist. Auch Vanadiumborid-Partikel, Zn-Partikel (bilden ZnO), Bi-Partikel (bilden BiOx), Sc-, Mn-, Ge-, Pd- und/oder Cr-Partikel können zu diesem Zweck verwendet werden. Insbesondere günstig ist es, wenn das Reaktionsprodukt Brücken bzw. Bindungen in der Glas-Matrix aufbaut.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist das reaktive Material in mindestens eine weitere Lage der Zwischenschicht eingebracht bzw. die mindestens eine weitere Lage besteht aus dem reaktiven Material. In diesem Fall weist die Zwischenschicht mindestens zwei Lagen auf. Im Falle einer Zwischenschicht, die zwei Lagen aufweist, bildet die weitere Lage mit dem reaktiven Material bevorzugt die untere, der reflektierenden Beschichtung zugewandte Lage. Die Zwischenschicht kann insbesondere auch mehrere alternierende Lagen aus dem Glas-Material und aus dem reaktiven Material aufweisen.
  • Bei dem reaktiven Material der weiteren Lage kann es sich beispielsweise um Vanadiumborid (VB) handeln, welches die Selbstheilung des Glas-Materials ermöglicht, vgl. den Artikel„Self-Healing Glassy Thin Coating for High-Temperature Applications", S. Castanie et al., ACS Appl. Mater. Interfaces (2016), 8, 4208-4215, der durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. Bei der Selbstheilung reagiert das VB-Material der weiteren Lage mit Sauerstoff zu VOx und BOx, die hoch viskos sind. Diese Reaktionsprodukte können daher in die Lage aus dem Glas-Material übertreten und mit dem Glas-Material reagieren, um den Riss bzw. die Lücke zu versiegeln. Bei dem Glas-Material handelt es sich in dem zitierten Artikel um ein oxidisches Glas, das aus BaO, SiO2, Al2O3 und CaO besteht, es ist aber auch möglich, (Silikat-)Glas-Materialien mit einer anderen Zusammensetzung auf die weiter oben beschriebene Weise zu versiegeln.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Zwischenschicht eine Dicke zwischen 0,2 nm und 10 nm auf. Um zu vermeiden, dass die Reflektivität des optischen Elements durch die selbstheilende Zwischenschicht zu stark abnimmt, darf die Dicke der Zwischenschicht nicht zu groß gewählt werden. Wie in den weiter oben beschriebenen Artikeln dargestellt ist, können Lagen aus dem Glas-Material bzw. aus dem reaktiven Material mit verhältnismäßig geringen Schichtdicken von deutlich weniger als 50 nm hergestellt werden. Die Lage aus dem Glas-Material kann ggf. nur wenige Monolagen aufweisen, d.h. es handelt sich um eine ultradünne Lage.
    Bei einer weiteren Ausführungsform ist/sind die Zwischenschicht und/oder die Deckschicht aufgebracht durch ein Verfahren, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Laserstrahl-Verdampfen („pulsed laser deposition“, PLD), Atomlagenabscheidung („atomic layer deposition“, ALD), Magnetron-Sputtern und Elektronenstrahl-Verdampfen. Neben dem in den oben beschriebenen Artikeln für die Abscheidung verwendeten Laserstrahl-Verdampfen sind insbesondere auch die anderen genannten Verfahren zum Abscheiden von dünnen Schichten bzw. Lagen geeignet, um die Deckschicht und/oder die Zwischenschicht abzuscheiden bzw. herzustellen. Insbesondere die Atomlagenabscheidung ermöglicht die Abscheidung von sehr dünnen Lagen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Deckschicht mindestens ein metallisches Material, ein Oxid oder ein Nitrid auf. Diese Materialien ermöglichen in der Regel einen ausreichenden Schutz der reflektierenden Beschichtung vor Oxidation und anderen negativen Einflüssen bei vergleichsweise geringen Schichtdicken.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Material der Deckschicht ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Ru, Rh, Pd, Ir, Ta, AlOx, HfOx, ZrOx, TaOx, TiOx, NbOx, WOx, CrOx, TiN, SiN, ZrN, YOx, LaOx, CeOx und deren Kombinationen. Die aufgezählten Materialien haben sich für die Herstellung der Deckschicht als günstig erwiesen. Wie die Zwischenschicht kann auch die Deckschicht aus einer Lage oder aus zwei oder mehr Lagen aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Deckschicht eine Dicke zwischen 0,5 nm und 10 nm auf. Wie weiter oben im Zusammenhang mit der Zwischenschicht beschrieben wurde, sollte die Dicke der Deckschicht nicht zu groß gewählt werden, um eine zu großen Verlust der Reflektivität des optischen Elements beim Durchtritt durch die Deckschicht zu vermeiden. Die Dicke der Deckschicht sollte nicht zu klein gewählt werden, damit diese ihre Schutzfunktion für die reflektierende Beschichtung erfüllen kann.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform bildet die reflektierende Beschichtung eine Mehrlagen-Beschichtung zur Reflexion von unter normalem Einfall auf das reflektierende optische Element auftreffende EUV-Strahlung, wobei die Mehrlagen-Beschichtung alternierende Lagen aus einem ersten Material und einem zweiten Material mit unterschiedlichen Brechungsindizes aufweist. Unter normalem Einfall von EUV-Strahlung wird typischer Weise ein Einfall von EUV-Strahlung unter einem Einfallswinkel von typischer Weise weniger als ca. 45° zur Flächennormalen der Oberfläche des reflektierenden optischen Elements verstanden. Die reflektierende Mehrlagen-Beschichtung ist typischer Weise für die Reflexion von EUV-Strahlung bei einer vorgegebenen Wellenlänge optimiert, die in der Regel der Nutzwellenlänge des EUV-Lithographiesystems entspricht, in dem das optische Element eingesetzt wird.
  • Soll EUV-Strahlung bei einer Nutzwellenlänge im Bereich von ca. 13,5 nm an dem optischen Element reflektiert werden, so bestehen die einzelnen Lagen der Mehrlagen-Beschichtung üblicherweise aus Molybdän und Silizium. In Abhängigkeit von der verwendeten Nutzwellenlänge sind andere Materialkombinationen wie z.B. Molybdän und Beryllium, Ruthenium und Beryllium oder Lanthan und B4C ebenfalls möglich. Zusätzlich zu den alternierenden Lagen weist die reflektierende Beschichtung in der Regel Zwischenschichten zur Verhinderung von Diffusion (so genannte Barriere-Schichten) sowie ggf. weitere funktionale Schichten auf.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform ist reflektierende Beschichtung zur Reflexion von unter streifendem Einfall auf das reflektierende optische Element auftreffende EUV-Strahlung ausgebildet. Unter streifendem Einfall von EUV-Strahlung wird typischer Weise ein Einfall von EUV-Strahlung unter einem Einfallswinkel von mehr als ca. 60° zur Flächennormalen der Oberfläche des reflektierenden optischen Elements verstanden. Eine reflektierende Beschichtung, die für streifenden Einfall ausgebildet ist, weist typischer Weise ein Maximum der Reflektivität bei mindestens einem Einfallswinkel auf, der größer als 60° ist. Eine derartige reflektierende Beschichtung ist typischer Weise aus mindestens einem Material gebildet, das eine geringe Brechzahl und eine geringe Absorption für die unter streifendem Einfall auftreffende EUV-Strahlung aufweist. Die reflektierende Beschichtung kann in diesem Fall ein metallisches Material enthalten bzw. aus einem metallischen Material gebildet sein, beispielsweise aus Mo, Ru oder Nb.
  • 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. Bei dem optischen Element kann es sich beispielsweise um einen EUV-Spiegel eines Projektionssystems oder eines Beleuchtungssystems, beispielsweise um einen Kollektor-Spiegel, handeln.
  • 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.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
    • 1a-c schematische Darstellungen eines EUV-Spiegels gemäß Stand der Technik, der eine reflektierende Mehrlagen-Beschichtung und eine Deckschicht mit einem Riss aufweist,
    • 2a,b schematische Darstellungen analog zu 1a-c, bei denen zwischen der Deckschicht und der Mehrlagen-Beschichtung eine selbstheilende, den Riss versiegelnde Zwischenschicht angeordnet ist,
    • 3a,b schematische Darstellungen analog zu 2a,b mit einer reflektierenden Beschichtung in Form einer einzelnen Lage, sowie
    • 4 eine schematische Darstellung einer EUV-Lithographieanlage.
  • In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
  • 1a-c zeigen schematisch den Aufbau eines optischen Elements 1, das ein Substrat 2 sowie eine auf das Substrat 2 aufgebrachte reflektierende Mehrlagen-Beschichtung 3 zur Reflexion von EUV-Strahlung 4 aufweist. Auf die reflektierende Mehrlagen-Beschichtung 3 ist eine Deckschicht 5 aufgebracht, die eine Grenzfläche zur Umgebung des optischen Elements 1 bildet. Im gezeigten Beispiel ist die Deckschicht 5 aus Ru gebildet. Zwischen der Deckschicht 5 und der reflektierenden Mehrlagen-Beschichtung 3 ist eine Zwischenschicht 6 angeordnet, die im gezeigten Beispiel aus C besteht und die als Barriereschicht zur Verhinderung des Eindringens des Ru-Materials in die reflektierende Mehrlagen-Beschichtung 3 dient.
  • Das in 1a-c gezeigte optische Element 1 ist zur Reflexion von EUV-Strahlung 4 ausgebildet, die unter normalem Einfall, d.h. bei Einfallswinkeln α von typischer Weise weniger als ca. 45° zur Flächennormalen auf das optische Element 1 auftrifft. Die reflektierende Beschichtung 3 ist in diesem Fall als Mehrlagen-Beschichtung ausgebildet und weist eine Mehrzahl, z.B. mehr als fünfzig, alternierende Lagen 3a, 3b auf, die aus Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex gebildet sind.
  • Bei den Materialien handelt es sich im gezeigten Beispiel, bei dem die EUV-Strahlung 4 eine Nutzwellenlänge von 13,5 nm aufweist, um Silizium und Molybdän. In Abhängigkeit von der verwendeten Nutzwellenlänge sind andere Materialkombinationen wie z.B. Molybdän und Beryllium, Ruthenium und Beryllium oder Lanthan und B4C ebenfalls möglich. Das Substrat 2 ist in der Regel aus einem so genannten Nullausdehnungs-Material gebildet, welches einen sehr kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, beispielsweise aus Zerodur® oder aus titandotiertem Quarzglas (ULE®).
  • Beim Betrieb des optischen Elements 1 in einer EUV-Lithographieanlage kann es aus unterschiedlichen Gründen zur Schädigung der Deckschicht 5 kommen, die zum Auftreten einer Lücke 5a in der Deckschicht 5 führt. Wie in 1b zu erkennen ist, erstreckt sich die Lücke 5a über die gesamte Dicke D der Deckschicht 5 bis zur Zwischenschicht 6. Bei der in 1b dargestellten Lücke 5a kann es sich beispielsweise um einen Riss oder um ein Loch handeln. Durch die Lücke 5a können Gase, beispielsweise Sauerstoff O2, aus der Umgebung durch die Deckschicht 5 zu der Zwischenschicht 6 gelangen und durch diese hindurch in die reflektierende Beschichtung 3 eindiffundieren. In der reflektierenden Beschichtung 3 kann der Sauerstoff die Materialien der alternierenden Lagen 3a, 3b oxidieren. Im gezeigten Beispiel wird das Si der ersten Lagen 3a zumindest teilweise zu SiOx oxidiert und das Mo der zweiten Lagen 3b wird zumindest teilweise zu MoOx oxidiert, wie dies in 1c dargestellt ist. Die Oxidation der Materialien der Lagen 3a, 3b verändert deren optische Eigenschaften, insbesondere deren Brechungsindex, was dazu führt, dass die Reflektivität des optischen Elements 1 für die EUV-Strahlung 4 deutlich abnimmt.
  • Um eine solche Schädigung der reflektierenden Beschichtung 3 durch Oxidation zu verhindern bzw. dieser entgegenzuwirken, weist das in 2a,b gezeigten optische Element 1 eine selbstheilende Zwischenschicht 6 auf, welche die Lücke 5a bzw. den Riss versiegelt, so dass der durch die Deckschicht 6 eindringende Sauerstoff O2 nicht bis zur reflektierenden Beschichtung 3 diffundieren kann. Um dies zu erreichen, weist die Zwischenschicht 6 bei dem in 2a,b gezeigten Beispiel eine erste, obere Lage 6a aus einem Glas-Material bzw. einem Komposit-Glas, genauer gesagt aus Aluminosilikatglas, sowie eine zweite, untere Lage 6b aus Vanadiumborid (VB) auf.
  • Wie weiter oben in Zusammenhang mit 1a-c beschrieben wurde, tritt der Sauerstoff O2 in Form eines Plasmas durch die Lücke 5a in der Deckschicht 5 hindurch und trifft zunächst auf die obere Lage 6a der Zwischenschicht 6. Die obere Lage 6a ist aus einem Aluminosilikatglas gebildet, welches eine Zeolith-Struktur aufweist und porös ist. Eine derartige Lage 6a aus Aluminosilikatglas kann beispielsweise auf die in dem eingangs zitierten Artikel von S. Shaikhutdinov und H-J. Freund beschriebene Weise hergestellt werden. Die Schichtdicke der oberen Lage 6a ist typischerweise sehr gering und kann beispielsweise bei weniger als ca. 10 nm oder ggf. bei 1 nm oder darunter liegen. Insbesondere kann die obere Lage 6a nur durch eine oder ggf. durch wenige Monolagen des Aluminosilikatglases gebildet sein. An Stelle eines Aluminosilikats kann die obere Lage 6a auch aus einem Silikatglas-Material gebildet sein, bei dem AI durch ein anderes metallisches Material ersetzt ist, beispielsweise durch Ti, Zr, etc.
  • Der durch die obere Lage 6a hindurchgetretene Sauerstoff O2, der in Form eines O2-Plasmas vorliegt, trifft auf die untere Lage 6b bzw. diffundiert in diese ein. Das O2-Plasma dient als aktivierendes Gas für das Vanadiumborid-Material der unteren Lage 6b, das ein chemisch reaktives Material 7 darstellt und durch das O2-Plasma bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur von weniger als ca. 100°C zu VOx und BOx oxidiert wird. Bei VOx und BOx handelt es sich um flüssige bzw. um flüchtige Reaktionsprodukte 8, welche von der unteren Lage 6b in die obere Lage 6a und ggf. teilweise weiter in die Lücke 5a eindringen und diese versiegeln bzw. verschließen. Hierbei reagieren die Reaktionsprodukte 8 zusätzlich mit der Glas-Matrix der oberen Lage 6a, so dass diese ihre poröse Struktur verliert und die Lücke 5a in der Art eines Pfropfens abdichtet bzw. versiegelt.
  • Wie weiter oben beschrieben wurde, kann die obere Lage 6a mit einer sehr geringen Dicke abgeschieden bzw. aufgebracht werden. Gleiches gilt für die untere Lage 6b aus Vanadiumborid. Die Zwischenschicht 6 kann daher insgesamt eine sehr geringe Dicke d aufweisen, die zwischen ca. 0,2 nm und ca. 10 nm liegt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Reflektivität des optischen Elements 1 durch das Vorhandensein der Zwischenschicht 6 nur geringfügig reduziert wird.
  • Auch die Deckschicht 5 weist eine Dicke D auf, die im gezeigten Beispiel zwischen 0,5 nm und 10 nm liegt, um zu verhindern, dass die Reflektivität des optischen Elements 1 durch das Vorhandensein der Deckschicht 5 zu stark reduziert wird. Neben der Dicke D der Deckschicht 5 hängt die Abnahme der Reflektivität auch vom Material der Deckschicht 5 ab. Die Deckschicht 5 kann beispielsweise ein metallisches Material, ein Oxid oder ein Nitrid aufweisen. Zusätzlich oder alternativ zu dem oben beschriebenen Ru kann das Material der Deckschicht 5 ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend: Rh, Pd, Ir, Ta, AlOx, HfOx, ZrOx, TaOx, TiOx, NbOx, WOx,CrOx, TiN, SiN, ZrN, YOx, LaOx, CeOx und deren Kombinationen. Es versteht sich, dass anders als dies in 1a-c und in 2a,b dargestellt ist die Deckschicht 5 zwei oder mehr Lagen aufweisen kann.
  • An Stelle eines optischen Elements 1 mit einer selbstheilenden Zwischenschicht 6, welche zwei Lagen 6a, 6b aufweist, kann auch eine selbstheilende Zwischenschicht 6 verwendet werden, die nur eine einzige Lage aufweist bzw. die aus der einzigen Lage besteht, wie nachfolgend anhand von 3a,b beschrieben wird. Die in 3a,b gezeigte Zwischenschicht 6 besteht aus einem Glas-Material in Form eines Borosilikatglases bzw. eines Silikatglases, das Bor-Partikel enthält. Die Bor-Partikel weisen einen Durchmesser von typischerweise weniger als ca. 10 nm auf und sind in die Glas-Matrix eingebettet. Das Glas-Material weist neben SiO2 weitere Bestandteile auf, und zwar Al2O3, CaO und BaO. Das Glas-Material der Zwischenschicht 6 kann insbesondere der in dem eingangs zitierten Artikel in J. Am. Ceram. Soc. 99, 849-855 (2016) beschriebenen Zusammensetzung entsprechen. Es versteht sich, dass das Glas-Material zusätzlich oder alternativ auch andere Materialien, beispielsweise Ti, N, Zr und/oder V, B aufweisen kann (s.u.).
  • Die Bor-Partikel 7 bilden ein reaktives Material, das mit Sauerstoff O2 als aktivierendem Gas (vgl. 3a) reagiert und hierbei als Reaktionsprodukt 8 flüssiges Boroxid (B2O3) bildet, welches die Lücke 5a in der Deckschicht 5 versiegelt (vgl. 3b), indem sich Brücken in dem Glas-Material sowie teilweise in der Lücke 5a ausbilden, welche die Diffusion von Sauerstoff O2 in die reflektierende Beschichtung 3 begrenzen bzw. verhindern.
  • Das in 3a,b dargestellte optische Element 1 ist im Gegensatz zu dem in 2a,b dargestellten optischen Element 1 zur Reflexion von unter streifendem Einfall auftreffende EUV-Strahlung 4 ausgelegt, d.h. für EUV-Strahlung 4, die unter Einfallswinkeln α von mehr als ca. 60° zur Flächennormalen auf das optische Element 1 auftrifft. Die reflektierende Beschichtung 3 weist zu diesem Zweck eine einzige Lage aus Ruthenium auf. Anders als dies in 3a,b dargestellt ist, kann die reflektierende Beschichtung 3 zwei oder mehr Lagen aufweisen. Die Lagen(n) der reflektierenden Beschichtung 3 können an Stelle von Ruthenium auch andere Materialien enthalten bzw. aus anderen Materialien bestehen, z.B. aus Mo oder Nb. Das Substrat 2 des in 3a,b dargestellten optischen Elements 1 ist aus einem keramischen Material gebildet, beispielsweise aus Aluminiumoxid (Al2O3) oder aus Siliziumcarbid (SiC).
  • Alternativ zu den weiter oben beschriebenen Beispielen kann es sich bei dem aktivierenden Gas um Wasserstoff oder um Stickstoff bzw. um deren Kombinationen handeln, die mit einem geeigneten reaktiven Material ein Reaktionsprodukt bilden, welches die Lücke 5a in der Deckschicht 5 versiegelt und auf diese Weise die Diffusion des aktiven Gases in die darunter liegende reflektierende Beschichtung 3 möglichst vollständig verhindert. Bei dem reaktiven Material 7 kann es sich grundsätzlich um Boride, Silizide und Karbide handeln, beispielsweise um das weiter oben beschriebene Vanadiumborid. Auch Bor bzw. Bor-Partikel, Vanadium bzw. Vanadium-Partikel sowie ggf. andere Arten von Partikeln können als reaktives Material 7 dienen.
  • Bei den weiter oben beschriebenen Beispielen wurde sowohl die Zwischenschicht 6 als auch die Deckschicht 5 durch Laserstrahl-Verdampfen aufgebracht. Es ist aber auch möglich, die Deckschicht 5 und insbesondere die Zwischenschicht 6 durch ein anderes Beschichtungs-Verfahren auf das Substrat 2 bzw. auf die jeweilige darunter liegende Lage bzw. Schicht aufzubringen, beispielsweise durch Atomlagenabscheidung, Magnetron-Sputtern oder Elektronenstrahl-Verdampfen. Neben dem Laserstrahl-Verdampfen ermöglicht insbesondere die Atomlagenabscheidung die Abscheidung von sehr dünnen Lagen mit einer Dicke von wenigen Monolagen.
  • Die in 2a,b und in 3a,b dargestellten optischen Elemente 1 können in einem EUV-Lithographiesystem in Form einer EUV-Lithographieanlage 101 eingesetzt werden, wie sie nachfolgend schematisch in Form eines so genannten Wafer-Scanners in 4 dargestellt ist.
  • Die EUV-Lithographieanlage 101 weist eine EUV-Lichtquelle 102 zur Erzeugung von EUV-Strahlung auf, die im EUV-Wellenlängenbereich unter 50 Nanometer, insbesondere zwischen ca. 5 Nanometer und ca. 15 Nanometer, eine hohe Energiedichte aufweist. Die EUV-Lichtquelle 102 kann beispielsweise in Form einer Plasma-Lichtquelle zur Erzeugung eines laserinduzierten Plasmas ausgebildet sein. Die in 4 gezeigte EUV-Lithographieanlage 101 ist für eine Arbeitswellenlänge der EUV-Strahlung von 13,5 nm ausgelegt, für die auch die in 2a,b und in 3a,b dargestellten optischen Elemente 1 ausgelegt sind. Es ist jedoch auch möglich, dass die EUV-Lithographieanlage 101 für eine andere Arbeitswellenlänge des EUV-Wellenlängenbereiches, wie beispielsweise 6,8 nm, konfiguriert ist.
  • Die EUV-Lithographieanlage 101 weist ferner einen Kollektor-Spiegel 103 auf, um die EUV-Strahlung der EUV-Lichtquelle 102 zu einem Beleuchtungsstrahl 104 zu bündeln und auf diese Weise die Energiedichte weiter zu erhöhen. Der Beleuchtungsstrahl 104 dient zur Beleuchtung eines strukturierten Objekts M mittels eines Beleuchtungssystems 110, welches im vorliegenden Beispiel fünf reflektive optische Elemente 112 bis 116 (Spiegel) aufweist.
  • Bei dem strukturierten Objekt M kann es sich beispielsweise um eine reflektive Fotomaske handeln, die reflektierende und nicht reflektierende oder zumindest weniger stark reflektierende Bereiche zur Erzeugung mindestens einer Struktur an dem Objekt M aufweist. Alternativ kann es sich bei dem strukturierten Objekt M um eine Mehrzahl von Mikrospiegeln handeln, welche in einer ein- oder mehrdimensionalen Anordnung angeordnet sind und welche gegebenenfalls um mindestens eine Achse bewegbar sind, um den Einfallswinkel der EUV-Strahlung auf den jeweiligen Spiegel einzustellen.
  • Das strukturierte Objekt M reflektiert einen Teil des Beleuchtungsstrahls 104 und formt einen Projektionsstrahl 105, der die Information über die Struktur des strukturierten Objekts M trägt und der in ein Projektionsobjektiv 120 eingestrahlt wird, welches eine Abbildung des strukturierten Objekts M bzw. eines jeweiligen Teilbereichs davon auf einem Substrat W erzeugt. Das Substrat W, beispielsweise ein Wafer, weist ein Halbleitermaterial, z.B. Silizium, auf und ist auf einer Halterung angeordnet, welche auch als Wafer-Stage WS bezeichnet wird.
  • Im vorliegenden Beispiel weist das Projektionsobjektiv 120 sechs reflektive optische Elemente 121 bis 126 (Spiegel) auf, um ein Bild der an dem strukturierten Objekt M vorhandenen Struktur auf dem Wafer W zu erzeugen. Typischerweise liegt die Zahl der Spiegel in einem Projektionsobjektiv 120 zwischen vier und acht, gegebenenfalls können aber auch nur zwei Spiegel verwendet werden.
  • Die reflektierenden optischen Elemente 103, 112 bis 116 des Beleuchtungssystems 110 sowie die reflektierenden optischen Elemente 121 bis 126 des Projektionsobjektivs 120 sind während des Betriebes der EUV-Lithographieanlage 101 in einer Vakuum-Umgebung 127 angeordnet. In der Vakuum-Umgebung 127 ist eine Restgas-Atmosphäre gebildet, in der unter anderem Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff und Wasser vorhanden ist.
  • Bei dem in 2a,b dargestellten optischen Element 1 kann es sich um eines der optischen Elemente 103, 112 bis 115 des Beleuchtungssystems 110 oder um eines der reflektierenden optischen Elemente 121 bis 126 des Projektionsobjektivs 120 handeln, die für normalen Einfall der EUV-Strahlung 4 ausgelegt sind. Bei dem in 3a,b gezeigten optischen Element 1, das für streifenden Einfall der EUV-Strahlung 4 ausgelegt ist, kann es sich um das letzte optische Element 116 des Beleuchtungssystems 110 handeln. Anders als dies in 4 dargestellt ist, können weitere reflektierende optische Elemente 103, 112 bis 115 des Beleuchtungssystems 110 bzw. reflektierende optische Elemente 121 bis 126 des Projektionssystems 120 für unter streifendem Einfall auftreffende EUV-Strahlung 4 ausgebildet sein.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (15)

  1. Optisches Element (1) zur Reflexion von EUV-Strahlung (4), umfassend: ein Substrat (2), eine auf das Substrat (2) aufgebrachte, die EUV-Strahlung (4) reflektierende Beschichtung (3), eine auf die reflektierende Beschichtung (3) aufgebrachte Deckschicht (5) zum Schutz der reflektierenden Beschichtung (3), sowie eine Zwischenschicht (6), die zwischen der reflektierenden Beschichtung (3) und der Deckschicht (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (6) mindestens ein reaktives Material (7) aufweist, das mit einem durch eine Lücke (5a) in der Deckschicht (5) eindringenden aktivierenden Gas (O2) mindestens ein die Lücke (5a) versiegelndes Reaktionsprodukt (8) bildet.
  2. Optisches Element nach Anspruch 1, bei dem das reaktive Material (7) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Boride, Silizide und Karbide.
  3. Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das aktivierende Gas ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Sauerstoff (O2), Stickstoff, Wasserstoff und deren Kombinationen, insbesondere Wasser.
  4. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zwischenschicht mindestens eine Lage (6, 6a) aus einem Glas-Material, bevorzugt aus einem Aluminosilikatglas oder aus einem Borosilikatglas, aufweist.
  5. Optisches Element nach Anspruch 4, bei dem die Lage (6, 6a) mindestens ein Material enthält, welches ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Al, Ti, Si, Ba, V, B, O, N, Zr, Sc, Mn, Ge, Pd, Cr.
  6. Optisches Element nach Anspruch 4 oder 5, bei dem das reaktive Material (7) in das Glas-Material, bevorzugt in Form von Nano-Partikeln, eingebracht ist.
  7. Optisches Element nach Anspruch 4 oder 5, bei dem das reaktive Material (7) in mindestens eine weitere Lage (6b) der Zwischenschicht (6) eingebracht ist.
  8. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zwischenschicht (6) eine Dicke (d) zwischen 0,2 nm und 10 nm aufweist.
  9. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zwischenschicht (6) und/oder die Deckschicht (5) aufgebracht ist/sind durch ein Verfahren, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Laserstrahl-Verdampfen, Atomlagenabscheidung, Magnetron-Sputtern und Elektronenstrahl-Verdampfen.
  10. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Deckschicht (5) mindestens ein metallisches Material, ein Oxid oder ein Nitrid aufweist.
  11. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Material der Deckschicht (5) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Ru, Rh, Pd, Ir, Ta, AlOx, HfOx, ZrOx, TaOx, TiOx, NbOx, WOX, CrOx, TiN, SiN, ZrN, YOx, LaOx, CeOx und deren Kombinationen.
  12. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Deckschicht (5) eine Dicke (D) zwischen 0,5 nm und 10 nm aufweist.
  13. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die reflektierende Beschichtung eine Mehrlagen-Beschichtung (3) zur Reflexion von unter normalem Einfall auf das reflektierende optische Element (1) auftreffende EUV-Strahlung (4) bildet, wobei die Mehrlagen-Beschichtung (3) alternierende Lagen (3a, 3b) aus einem ersten Material und einem zweiten Material mit unterschiedlichen Brechungsindizes aufweist.
  14. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die reflektierende Beschichtung (3) zur Reflexion von unter streifendem Einfall auf das reflektierende optische Element (1) auftreffende EUV-Strahlung (4) ausgebildet ist.
  15. EUV-Lithographiesystem (101), umfassend: mindestens ein optisches Element (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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