DE102020213307A1 - Binary intensity mask for the EUV spectral range - Google Patents
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Abstract
Eine binäre Intensitätsmaske (100) zur Verwendung in einer mit EUV-Strahlung arbeitenden EUV-Anlage umfasst ein Substrat (110) und eine auf das Substrat aufgebrachte Maskenstruktur (140), die Absorbermaterial enthält. Die Maskenstruktur (140) weist eine strukturierte Schichtanordnung auf, die eine erste Schicht (151) aus einem ersten Schichtmaterial und eine zweite Schicht (152) aus einem zweiten Schichtmaterial umfasst, wobei das erste Schichtmaterial bei der Wellenlänge λ der EUV-Strahlung einen Realteil des Brechungsindex, n1, größer als 1 und das zweite Schichtmaterial einen Realteil des Brechungsindex, n2, kleiner als 1 aufweist.A binary intensity mask (100) for use in an EUV system working with EUV radiation comprises a substrate (110) and a mask structure (140) applied to the substrate and containing absorber material. The mask structure (140) has a structured layer arrangement comprising a first layer (151) made of a first layer material and a second layer (152) made of a second layer material, the first layer material at the wavelength λ of the EUV radiation a real part of the index of refraction, n1, greater than 1 and the second layer material has a real part of the index of refraction, n2, less than 1.
Description
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIKFIELD OF APPLICATION AND PRIOR ART
Die Erfindung betrifft eine binäre Intensitätsmaske zur Verwendung in einer mit extremer Ultraviolettstrahlung (EUV) arbeitenden EUV-Anlage und ein Verfahren zur Herstellung der binären Intensitätsmaske. Es werden unterschiedliche Verwendungsmöglichkeiten einer solchen binären Maske beschrieben.The invention relates to a binary intensity mask for use in an EUV system working with extreme ultraviolet radiation (EUV) and to a method for producing the binary intensity mask. Different possible uses of such a binary mask are described.
Zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen, wie z.B. Masken für die Mikrolithographie, werden unter anderem photolithographische Verfahren und Projektionsbelichtungssysteme verwendet, bei denen das zur erzeugende Strukturmuster mit Hilfe einer Maske (auch Lithographiemaske oder Retikel genannt) auf eine mit einer lichtempfindlichen Schicht beschichteten Funktionsschicht in verkleinerndem Maßstab projiziert und nach Entwicklung der photoempfindlichen Schicht mittels eines Ätzverfahrens in die Funktionsschicht übertragen wird.To produce semiconductor components and other finely structured components, such as masks for microlithography, photolithographic processes and projection exposure systems are used, among other things, in which the structure pattern to be generated is applied to a functional layer coated with a light-sensitive layer using a mask (also called a lithography mask or reticle). projected on a reduced scale and, after developing the photosensitive layer, transferred to the functional layer by means of an etching process.
Um immer feinere Strukturen erzeugen zu können, wurden in den letzten Jahren optische Systeme entwickelt, die bei moderaten numerischen Aperturen arbeiten und hohe Auflösungsvermögen im Wesentlichen durch die kurze Wellenlänge der verwendeten elektromagnetischen Strahlung aus dem extremen Ultraviolettbereich (EUV) erzielen, insbesondere mit Arbeitswellenlängen im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm, beispielsweise bei Arbeitswellenlängen um 13.5 nm.In order to be able to produce finer and finer structures, optical systems have been developed in recent years that work with moderate numerical apertures and achieve high resolving power essentially through the short wavelength of the electromagnetic radiation used from the extreme ultraviolet range (EUV), especially with working wavelengths in the range between 5 nm and 30 nm, for example at working wavelengths around 13.5 nm.
Strahlung aus dem extrem Ultraviolettbereich (EUV-Strahlung) kann nicht mit Hilfe refraktiver optischer Elemente fokussiert oder geführt werden, da die kurzen Wellenlängen von den bekannten, bei höheren Wellenlängen transparenten optischen Materialien absorbiert werden. Daher werden für die EUV-Lithographie Spiegelsysteme eingesetzt.Radiation from the extreme ultraviolet range (EUV radiation) cannot be focused or guided using refractive optical elements since the short wavelengths are absorbed by the known optical materials which are transparent at longer wavelengths. Therefore, mirror systems are used for EUV lithography.
Eine binäre Intensitätsmaske der in dieser Anmeldung betrachteten Art weist eine aus Strukturelementen aufgebaute, lateral strukturierte Maskenstruktur mit Absorbermaterial auf. Die Maskenstruktur soll die auf ein Strukturelement der Maskenstruktur auftreffende EUV-Strahlung möglichst stark absorbieren, während Anteile der EUV-Strahlung, die auf strukturelement-freie Bereiche neben Strukturelementen der Maskenstruktur auf die Maske fallen, nicht durch die Maskenstruktur absorbiert werden. Die von der Maskenstruktur abgedeckten Bereiche sollen somit relativ undurchsichtig für die EUV-Strahlung sein.A binary intensity mask of the type considered in this application has a laterally structured mask structure made up of structural elements and having absorber material. The mask structure should absorb the EUV radiation striking a structural element of the mask structure as strongly as possible, while portions of the EUV radiation that fall on the mask in structural element-free areas next to structural elements of the mask structure are not absorbed by the mask structure. The areas covered by the mask structure should therefore be relatively opaque to the EUV radiation.
Die bekannten EUV-Lithographiesysteme arbeiten mit reflektiven Masken. Reflketive Masken für den produktiven Betrieb (also Lithograhiemasken z.B. für die Herstellung von strukturierten Halbleiterbauelementen) tragen eine Maskenstruktur, die im Wesentlichen einer vergrößerten Struktur der in einem Belichtungsschritt zu erzeugenden Struktur der gewünschten Funktionsschicht entspricht.The known EUV lithography systems work with reflective masks. Reflective masks for productive operation (i.e. lithography masks, e.g. for the production of structured semiconductor components) have a mask structure that essentially corresponds to an enlarged structure of the structure of the desired functional layer to be produced in an exposure step.
Eine reflektive binäre Intensitätsmaske zur Verwendung in einer mit EUV-Strahlung arbeitenden EUV-Anlage umfasst ein Substrat, eine auf das Substrat aufgebrachte, für die EUV-Strahlung reflektiv wirkende Mehrlagen-Schichtanordnung sowie eine auf die Mehrlagen-Schichtanordnung aufgebrachte Maskenstruktur, die wenigstens ein Absorbermaterial enthält. Solche binäre Intensitätsmasken werden in der englischsprachigen Literatur auch als „binary intensity mask“ (BIM) bezeichnet. Das Substrat besteht meist aus einem Material mit sehr geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Die reflektierende Mehrlagen-Schichtanordnung (multilayer) kann z.B. eine Vielzahl von alternierenden Schichten aus Silizium (Si) bzw. Molybdän (Mo) aufweisen, die für die EUV-Strahlung der Arbeitswellenlänge hochreflektiv wirkt. Als Absorbermaterial wird häufig Tantal (Ta) oder Tantalnitrid (TaN) verwendet.A reflective binary intensity mask for use in an EUV system working with EUV radiation comprises a substrate, a multi-layer arrangement applied to the substrate and having a reflective effect for the EUV radiation, and a mask structure applied to the multi-layer arrangement, the at least one absorber material contains. Such binary intensity masks are also referred to as "binary intensity mask" (BIM) in the English-language literature. The substrate usually consists of a material with a very low coefficient of thermal expansion. The reflective multilayer arrangement (multilayer) can, for example, have a large number of alternating layers made of silicon (Si) or molybdenum (Mo), which have a highly reflective effect on the EUV radiation of the working wavelength. Tantalum (Ta) or tantalum nitride (TaN) is often used as the absorber material.
Die
Die Patentschrift
Die Patentschrift
Der Fachartikel „Ni-Al Alloys as Alternative EUV Mask Absorber“ von Vu Luong et al. in: Appl. Sci. 2018, 8, 521; doi:10.3390/app8040521 beschreibt systematische Verfahren zum Evaluieren potentieller Absorbermaterialien für binäre Intensitätsmasken für EUV-Lithographiemasken mit dem Ziel, sogenannte Masken 3D-Effekte (M3D effects) zu minimieren, die sich aus der dreidimensionalen Struktur der EUV-Masken ergeben. Ein Ansatz besteht darin, Materialien mit relativ großem Extinktionskoeffizienten zu verwenden, bei denen gleichzeitig der Realteil des Brechungsindex nahe beim Wert 1 liegt. Die Eigenschaften von Ni-Al-Legierungen mit geeignetem Eigenschaftsprofil werden im Detail vorgestellt.The technical article "Ni-Al Alloys as Alternative EUV Mask Absorber" by Vu Luong et al. in: Appl. science 2018, 8, 521; doi:10.3390/app8040521 describes systematic methods for evaluating potential absorber materials for binary intensity masks for EUV lithography masks with the aim of minimizing so-called mask 3D effects (M3D effects) that result from the three-dimensional structure of the EUV masks. One approach consists in using materials with a relatively large extinction coefficient, in which at the same time the real part of the refractive index is close to the
Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, dass selbst bei Beachtung aller aus dem Stand der Technik bekannten Empfehlungen zur Optimierung der Auslegung von binären EUV-Maske Intensitätsmaske für den EUV-Bereich in der reflektierten EUV-Strahlung im Vergleich zur eingestrahlten EUV-Strahlung Wellenfrontverformungen auftreten können, die zu Abbildungsfehlern führen können.Investigations by the inventors have shown that even if all recommendations known from the prior art for optimizing the design of binary EUV mask intensity mask for the EUV range are observed, wavefront deformations can occur in the reflected EUV radiation compared to the irradiated EUV radiation, which can lead to imaging errors.
AUFGABE UND LÖSUNGTASK AND SOLUTION
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine binäre Intensitätsmaske gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bereitzustellen, die mit etablierten Herstellungsverfahren in hoher Qualität herstellbar ist und bei ihrer Nutzung keine substantiellen Wellenfrontdeformationen verursacht. Es ist eine weitere Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Intensitätsmaske bereitzustellen und Verwendungsmöglichkeiten aufzuzeigen.It is an object of the invention to provide a binary intensity mask according to the preamble of
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung eine EUV-Maske mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung der binären Maske mit den Merkmalen von Anspruch 17 bereitgestellt. Weiterhin wird eine Verwendung einer solchen Intensitätsmaske als Messmaske in einem Messverfahren sowie ein entsprechendes Messverfahren und eine Messvorrichtung bereitgestellt.To solve this problem, the invention provides an EUV mask with the features of
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.Advantageous developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated into the description by reference.
Gemäß einer Formulierung stellt die Erfindung eine binäre Maske zur Verwendung in einer mit EUV-Strahlung arbeitenden EUV-Anlage bereit. Die binäre Maske, die auch als binäre EUV-Maske bezeichnet werden kann, umfasst ein Substrat, das vorzugsweise aus einem Material mit sehr geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten besteht. Weiterhin weist die Maske eine auf das Substrat aufgebrachte Maskenstruktur auf, die Absorbermaterial enthält. Die Maskenstruktur kann unmittelbar oder unter Zwischenschaltung wenigstens einer Zwischenschicht auf das Substrat aufgebracht sein. Die Maskenstruktur soll auf die EUV-Strahlung absorbierend wirken, so dass die Maske als binäre Maske ausgelegt ist, bei welcher diejenigen Anteile der EUV-Strahlung, die auf die Maskenstruktur fallen, möglichst gut absorbiert werden sollen, während diejenigen Anteile, die zwischen den Strukturelementen der Maskenstruktur auf freiliegende Bereiche ohne Absorbermaterial fallen, nicht oder möglichst wenig durch die Maskenstruktur absorbiert werden. Solche Masken werden in dieser Anmeldung auch als binäre Intensitätsmasken bezeichnet.According to one formulation, the invention provides a binary mask for use in an EUV system using EUV radiation. The binary mask, which can also be referred to as a binary EUV mask, includes a substrate that is preferably made of a material with a very low coefficient of thermal expansion. Furthermore, the mask has a mask structure which is applied to the substrate and contains absorber material. The mask structure can be applied to the substrate directly or with the interposition of at least one intermediate layer. The mask structure should have an absorbing effect on the EUV radiation, so that the mask is designed as a binary mask in which those parts of the EUV radiation that fall on the mask structure should be absorbed as well as possible, while those parts that fall between the structural elements of the mask structure falling on uncovered areas without absorber material are not absorbed by the mask structure, or are absorbed as little as possible. Such masks are also referred to as binary intensity masks in this application.
Die Maskenstruktur weist eine strukturierte Schichtanordnung auf, die (wenigstens) eine erste Schicht aus einem ersten Schichtmaterial und (wenigstens) eine zweite Schicht aus einem zweiten Schichtmaterial umfasst. Das erste Schichtmaterial hat bei der Wellenlänge der EUV-Strahlung einen Realteil des Brechungsindex, n1, der größer als 1 ist, während das zweite Schichtmaterial einen Realteil des Brechungsindex, n2, hat, der kleiner als 1 ist.The mask structure has a structured layer arrangement that includes (at least) a first layer made of a first layer material and (at least) a second layer made of a second layer material. The first layer material has a real part of the index of refraction, n1, that is greater than 1 at the wavelength of the EUV radiation, while the second layer material has a real part of the index of refraction, n2, that is less than 1.
Durch den mehrschichtigen Aufbau der absorbierenden Maskenstruktur kann bei geeigneter Auslegung der einzelnen Schichten eine Optimierung der Phasenverzögerung der Wellen beim Durchgang durch die Maskenstruktur bezüglich einer Referenzwelle erreicht werden, die die gleiche Strecke durch Vakuum läuft. Aufgrund des mehrschichtigen Aufbaus ist es für die Optimierung der Phasenverzögerung nicht nötig, ein einziges Material zu finden, welches gleichzeitig gute Extinktionseigenschaften und ausreichend geringe Phasenverzögerung aufweist. Vielmehr ist es möglich, aufgrund des Schichtaufbaus der Maskenstruktur einzelne, jeweils relativ prozesssicher zu fertigende Schichten so zu kombinieren, dass sich ihre Wirkungen auf die Phasenverzögerung der hindurchtretenden EUV-Strahlung wenigstens teilweise kompensieren. Bei Bedarf können die Verhältnisse gegebenenfalls so eingestellt werden, dass sich zwischen der durch die Maskenstruktur hindurchgetretenen und der nicht durch die Maskenstruktur hindurchgetretenen Strahlung keine Phasenverzögerung (Phasenverzögerung null) ergibt. Dies ist jedoch in der Regel nicht unbedingt notwendig, solange die Phasenverzögerungen ausreichend klein bleiben, so dass auch geringfügige Phasenverzögerungen ungleich null vorteilhaft sein können.With a suitable design of the individual layers, the multilayer construction of the absorbing mask structure can optimize the phase delay of the waves when passing through the mask structure with respect to a reference wave that travels the same distance through a vacuum. Due to the multi-layer structure, it is not necessary to find a single material for optimizing the phase retardation, which at the same time has good extinction properties and sufficiently low phase retardation. Rather, it is possible, due to the layered structure of the mask structure, to combine individual layers that are each to be produced in a relatively reliable process in such a way that their effects on the phase delay of the EUV radiation passing through are at least partially compensated for. If necessary, the ratios can be set such that there is no phase delay (zero phase delay) between the radiation that has passed through the mask structure and the radiation that has not passed through the mask structure. However, this is usually not absolutely necessary as long as the phase delays remain sufficiently small, so that too small non-zero phase delays can be beneficial.
Ein der Erfindung zugrunde liegender Grundgedanke besteht darin, die mehreren Schichten der Maskenstruktur hinsichtlich ihrer Schichtdicken und der Brechzahlen ihrer Schichtmaterialien so aufeinander abzustimmen, dass eine gezielte Optimierung der Phasenverzögerung möglich ist. Vorzugsweise werden die Schichtdicken unter Berücksichtigung der Arbeitswellenlänge λ so ausgelegt, dass die erste Schicht eine erste Schichtdicke d1 und die zweite Schicht eine zweite Schichtdicke d2 aufweist, wobei die folgende Bedingung gilt:
Dabei ist n1 der Realteil des Brechungsindex des ersten Schichtmaterials, während n2 der Realteil des Brechungsindex des zweiten Schichtmaterials ist.Here n1 is the real part of the refractive index of the first layer material, while n2 is the real part of the refractive index of the second layer material.
Das Produkt aus der Schichtdicke d und dem entsprechendem Brechungsindex n des Schichtmaterials bestimmt die optische Weglänge der Strahlung durch die Schicht. Die Bedingung gibt also an, dass sich die optischen Weglängen durch die einzelnen Schichten der Maskenstruktur insgesamt so verhalten sollen, dass sie etwa der optischen Weglänge der gleichen EUV-Strahlung durch Vakuum entsprechen. Abweichungen von ± 10 % der Arbeitswellenlänge λ können in häufig toleriert werden. Wird also diese obere Grenze der Abweichung nicht wesentlich überschritten, so sind in der Regel eventuelle Rest-Phasenverzögerungen für den Prozess tolerierbar. Gegebenenfalls kann die Abweichung auch kleiner sein, beispielsweise maximal ± 5 % oder ± 2 %. Dann sind auch die Rest-Phasenverzögerungen kleiner.The product of the layer thickness d and the corresponding refractive index n of the layer material determines the optical path length of the radiation through the layer. The condition therefore states that the optical path lengths through the individual layers of the mask structure should behave overall in such a way that they approximately correspond to the optical path length of the same EUV radiation through a vacuum. Deviations of ± 10% of the working wavelength λ can often be tolerated. So if this upper limit of the deviation is not significantly exceeded, any residual phase delays for the process are generally tolerable. If necessary, the deviation can also be smaller, for example a maximum of ±5% or ±2%. Then the residual phase delays are also smaller.
Auch aus der obigen Bedingung ist ersichtlich, dass sowohl ein Schichtmaterial mit Brechungsindex n > 1 als auch ein Schichtmaterial mit Brechungsindex n < 1 verwendet werden muss, damit sich die verschiedenen Phasenverzögerungen in den einzelnen Schichten wenigstens teilweise kompensieren können.It can also be seen from the above condition that both a layer material with a refractive index n>1 and a layer material with a refractive index n<1 must be used so that the different phase delays in the individual layers can be at least partially compensated for.
Bei manchen Ausführungsformen weist die Maskenstruktur genau eine erste Schicht aus einem ersten Schichtmaterial und genau eine zweite Schicht aus einem zweiten Schichtmaterial auf, so dass die Maskenstruktur genau zwei Schichten umfasst. Dadurch kann die Herstellung besonders einfach sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Maskenstruktur zwei oder mehr erste Schichten (d.h. Schichten aus einem ersten Schichtmaterial mit n1 >1) und/oder zwei oder mehr zweite Schichten (d.h. Schichten aus einem zweiten Schichtmaterial mit n2<1) aufweist. Eine solche Maskenstruktur weist drei oder mehr Einzelschichten auf, z.B. vier, fünf oder sechs. Dann sind die Schichtdicken der einzelnen Schichten unter Berücksichtigung des Realteils des Brechungsindex der Schichtmaterialien so aufeinander abzustimmen, dass insgesamt die angestrebte Phasenkompensation bewirkt wird. Schichtanordnungen mit mehr als zwei Einzelschichten können z.B. günstig sein, um negative Auswirkungen von Schichtspannungen wenigstens teilweise zu kompensieren.In some embodiments, the mask structure has exactly one first layer made of a first layer material and exactly one second layer made of a second layer material, so that the mask structure comprises exactly two layers. As a result, production can be particularly simple. However, it is also possible for the mask structure to have two or more first layers (i.e. layers made of a first layer material with n1>1) and/or two or more second layers (i.e. layers made of a second layer material with n2<1). Such a mask structure has three or more individual layers, e.g. four, five or six. The layer thicknesses of the individual layers are then to be matched to one another, taking into account the real part of the refractive index of the layer materials, in such a way that the desired phase compensation is effected overall. Layer arrangements with more than two individual layers can, for example, be beneficial in order to at least partially compensate for the negative effects of layer stresses.
Bei mehr als zwei Schichten lautet die allgemeine Formel für verschwindende Phasenverzögerung:
Besonders günstig sind Ausführungsformen, bei denen das erste Schichtmaterial bei der Wellenlänge der EUV-Strahlung einen Realteil des Brechungsindex, n1, von mehr als 1,002 aufweist. Bei relativ großen Abweichungen vom Wert 1 nach oben können die zur Kompensation der umgekehrt wirkenden anderen Schicht erforderlichen Schichtdicken relativ gering gehalten werden.Embodiments are particularly favorable in which the first layer material has a real part of the refractive index, n1, of more than 1.002 at the wavelength of the EUV radiation. In the case of relatively large upward deviations from the
Um gleichzeitig sicherzustellen, dass die Maskenstruktur ausreichend stark absorbiert, ist bei bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen, dass das erste Schichtmaterial und das zweite Schichtmaterial bei der Wellenlänge der EUV-Strahlung jeweils einen Extinktionskoeffizienten k von mehr als 0,02 aufweisen. Damit können die erforderlichen Schichtdicken so gering gehalten werden, dass eventuelle Abschattungseffekte, die durch zu große Schichtdicken der Maskenstruktur verursacht werden könnten, begrenzt werden können.In order to ensure at the same time that the mask structure absorbs sufficiently strongly, it is provided in preferred embodiments that the first layer material and the second layer material each have an extinction coefficient k of more than 0.02 at the wavelength of the EUV radiation. The required layer thicknesses can thus be kept so small that any shadowing effects that could be caused by excessive layer thicknesses of the mask structure can be limited.
Um eine ausreichend starke Kompensation der gegenläufigen Phasenverzögerungen zu erreichen, ist es meist vorteilhaft, wenn die erste Schicht eine erste Schichtdicke und die zweite Schicht eine zweite Schichtdicke aufweist, die kleiner als die erste Schichtdicke ist. Damit können zum Aufbau der zweiten Schicht viele unterschiedliche zweite Schichtmaterialien verwendet werden, deren Realteil des Brechungsindex (n2) deutlich kleiner als 1 ist, beispielsweise kleiner als 0,99 oder kleiner als 0,98.In order to achieve sufficiently strong compensation for the opposite phase delays, it is usually advantageous if the first layer has a first layer thickness and the second layer has a second layer thickness that is smaller than the first layer thickness. Many different second layer materials can thus be used to construct the second layer, the real part of the refractive index (n2) of which is significantly less than 1, for example less than 0.99 or less than 0.98.
Bei bevorzugten Ausführungsformen wird zur Erzeugung der ersten Schicht ein erstes Schichtmaterial verwendet, das im Wesentlichen aus Aluminium (AI) besteht. Bei einem Schichtmaterial, das im Wesentlichen aus Aluminium besteht, ist das Element Aluminium das für den Realteil des Brechungsindex bestimmende Element. Das erste Schichtmaterial kann überwiegend (d.h. zum einem Anteil von 90 at% oder mehr) oder fast ausschließlich aus Aluminium bestehen, so dass außer Aluminium eventuell nur Restverunreinigung und/oder stabilisierende Legierungskomponenten enthalten sein können. Es kann Reinaluminium zur Bildung der ersten Schicht verwendet werden.In preferred embodiments, a first layer material that essentially consists of aluminum (Al) is used to produce the first layer. In a layered material consisting essentially of aluminum, the element aluminum is the element that determines the real part of the refractive index. The first shift The material can consist predominantly (ie for a proportion of 90 at% or more) or almost exclusively of aluminium, so that apart from aluminium, only residual impurities and/or stabilizing alloy components can possibly be present. Pure aluminum can be used to form the first layer.
Es ist möglich, eine erste Schicht, die im Wesentlichen aus Aluminium besteht, mit einer zweiten Schicht aus einem zweiten Schichtmaterial zu kombinieren, welches kein Aluminium enthält und beispielsweise im Hinblick auf möglichst hohen Extinktionskoeffizienten ausgewählt wird, z.B. Tantal (Ta), Nickel (Ni), Tellur (Te), Kupfer (Cu) oder Kobalt (Co).It is possible to combine a first layer consisting essentially of aluminum with a second layer of a second layer material which does not contain aluminum and is selected, for example, with a view to the highest possible extinction coefficient, e.g. tantalum (Ta), nickel (Ni ), tellurium (Te), copper (Cu) or cobalt (Co).
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist dagegen vorgesehen, dass sowohl das erste Schichtmaterial als auch das zweite Schichtmaterial Aluminium enthält. Damit kann sich an der Grenzfläche zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht aufgrund ähnlicher chemischer und/oder struktureller Eigenschaften eine besonders gute Schichthaftung zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht ergeben.In preferred embodiments, on the other hand, it is provided that both the first layer material and the second layer material contain aluminum. This can result in a particularly good layer adhesion between the first layer and the second layer at the interface between the first layer and the second layer due to similar chemical and/or structural properties.
Bei manchen Ausführungsformen besteht die erste Schicht im Wesentlichen aus Aluminium und die zweite Schicht im Wesentlichen aus Aluminiumnitrid (AIN) oder Aluminiumoxid (Al2O3).In some embodiments, the first layer consists essentially of aluminum and the second layer consists essentially of aluminum nitride (AlN) or aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
Im Hinblick auf die angestrebte Kompensation von Phasenverzögerungen kann die Abfolge der ersten und zweiten Schicht in der Schichtanordnung der Maskenstruktur beliebig gewählt werden. So ist es beispielsweise möglich, die zweite Schicht zwischen der ersten Schicht und dem Substrat anzuordnen. Bei vielen Ausführungsformen ist dagegen die erste Schicht zwischen dem Substrat und der zweiten Schicht angeordnet. Durch diese Anordnung kann die zweite Schicht als Schutzschicht für die erste Schicht dienen.With regard to the desired compensation of phase delays, the sequence of the first and second layers in the layer arrangement of the mask structure can be selected as desired. For example, it is possible to arrange the second layer between the first layer and the substrate. In contrast, in many embodiments the first layer is arranged between the substrate and the second layer. With this arrangement, the second layer can serve as a protective layer for the first layer.
Binäre EUV-Intensitätsmasken mit einer mehrschichtigen, phasenoptimierten Maskenstruktur der in dieser Anmeldung beschriebenen Art können für unterschiedliche Anwendungen in unterschiedlicher Ausgestaltung vorteilhaft sein.Binary EUV intensity masks with a multilayer, phase-optimized mask structure of the type described in this application can be advantageous for different applications in different configurations.
Gemäß einer Weiterbildung ist die binäre Intensitätsmaske als reflektive binäre Intensitätsmaske ausgebildet, also als Intensitätsmaske, die in Reflexion genutzt wird (binäre Reflexionsmaske). Eine reflektive binäre Intensitätsmaske zur Verwendung in einer mit EUV-Strahlung arbeitenden EUV-Anlage umfasst ein Substrat, eine auf das Substrat aufgebrachte, für die EUV-Strahlung reflektiv wirkende Mehrlagen-Schichtanordnung sowie eine auf die Mehrlagen-Schichtanordnung aufgebrachte Maskenstruktur, die Absorbermaterial enthält. Bei dieser Variante ist somit zwischen dem Substrat und der (phasenoptimierten) Maskenstruktur eine reflektiv wirkende Mehrlagen-Schichtanordnung angeordnet.According to one development, the binary intensity mask is designed as a reflective binary intensity mask, ie as an intensity mask that is used in reflection (binary reflection mask). A reflective binary intensity mask for use in an EUV system working with EUV radiation comprises a substrate, a multi-layer arrangement applied to the substrate and having a reflective effect for the EUV radiation, and a mask structure which contains absorber material and is applied to the multi-layer arrangement. In this variant, a reflective multi-layer arrangement is therefore arranged between the substrate and the (phase-optimized) mask structure.
Im Hinblick auf die Langzeitstabilität der optischen Eigenschaften kann es vorteilhaft sein, wenn die für die EUV-Strahlung reflektiv wirkende Mehrlagen-Schichtanordnung eine Deckschicht aus einem oxidationsbeständigen Schichtmaterial aufweist, wobei die Maskenstruktur auf der Deckschicht aufgebracht ist. Die Mehrlagen-Schichtanordnung kann also von einer dünnen Schutzschicht (capping layer) nach oben abgeschlossen sein. Die Deckschicht kann beispielsweise aus Ruthenium (Ru) oder anderen Schichtmaterialien vergleichbarer Eigenschaften bestehen. Die Deckschicht kann dann als Unterlage für die erste Schicht oder die zweite Schicht der Maskenstruktur dienen.With regard to the long-term stability of the optical properties, it can be advantageous if the multi-layer arrangement that acts reflectively for the EUV radiation has a cover layer made of an oxidation-resistant layer material, with the mask structure being applied to the cover layer. The multi-layer arrangement can therefore be closed at the top by a thin protective layer (capping layer). The cover layer can consist, for example, of ruthenium (Ru) or other layer materials with comparable properties. The cover layer can then serve as a base for the first layer or the second layer of the mask structure.
Ein Anwendungsgebiet für eine reflektive binäre Intensitätsmaske ist die Nutzung als Lithographiemaske in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage. In diesem Fall entspricht die Maskenstruktur im Wesentlichen einer vergrößerten Struktur der in einem Belichtungsschritt zu erzeugenden Struktur einer Funktionsschicht eines zu strukturierenden Halbleiters oder dergleichen.One area of application for a reflective binary intensity mask is its use as a lithography mask in an EUV projection exposure system. In this case, the mask structure essentially corresponds to an enlarged structure of the structure to be produced in an exposure step of a functional layer of a semiconductor or the like to be structured.
Die Erfinder haben erkannt, dass binäre EUV-Intensitätsmasken der in dieser Anmeldung beschrieben Art auch im Bereich der Messtechnik erhebliche Vorteile bringen können.The inventors have recognized that binary EUV intensity masks of the type described in this application can also bring significant advantages in the field of measurement technology.
Für Messoperationen zum Vermessen der Abbildungsqualität von EUV-Projektionssystemen mittels EUV-Strahlung werden häufig reflektive binäre Intensitätsmasken verwendet, die dann meist als Messmasken oder Messretikel bezeichnet werden. Die Maskenstruktur ist in diesem Fall als eine Messstruktur ausgebildet, mit der die zum Vermessen genutzte EUV-Strahlung räumlich strukturiert werden kann (vgl. z.B.
Messmasken können im Wechsel mit Lithographiemasken in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage (z.B. Scanner) oder in nur für Messzwecke eingerichteten Messmaschinen verwendet werden.Measurement masks can be used alternately with lithography masks in an EUV projection exposure system (e.g. scanner) or in measuring machines set up only for measuring purposes.
Zum Vermessen der Abbildungsqualität von EUV-Projektionssystemen werden in manchen Messverfahren in der Objektebene des zu vermessenden optischen Abbildungssystems reflektive binäre Intensitätsmasken (Messmasken) verwendet, wohingegen in der Bildebene teiltransparente binäre Intensitätsmasken (auch als binäre Transmissionsmaske bezeichnet) verwendet werden. Bei vielen Messverfahren, z.B. bei der Shearing-Interferometrie, ist eine solche binäre Transmissionsmaske im Strahlweg vor einem Sensor angeordnet, weshalb eine für Messzwecke vorgesehene binäre Transmissionsmaske in dieser Anmeldung auch als Sensormaske bezeichnet wird. Die Maskenstruktur kann z.B. als ein für EUV-Strahlung beugend wirkendes Beugungsgitter ausgebildet sein. Das Substrat sollte für die verwendete EUV-Strahlung ausreichend transparent sein, was durch geeignete Materialwahl (z.B. SiNx) und/oder durch geringe Dicke erreicht werden kann. Das Substrat kann z.B. eine dünne Membran sein, deren Dicke vorzugsweise weniger als 1 µm und/oder weniger als 500 nm und/oder weniger als 200 nm betragen kann, um eine ausreichende Durchlässigkeit für EUV-Strahlung zu erlauben.To measure the imaging quality of EUV projection systems are in some Measurement methods in the object plane of the optical imaging system to be measured use reflective binary intensity masks (measurement masks), whereas partially transparent binary intensity masks (also referred to as binary transmission masks) are used in the image plane. In many measurement methods, eg in shearing interferometry, such a binary transmission mask is arranged in the beam path in front of a sensor, which is why a binary transmission mask provided for measurement purposes is also referred to as a sensor mask in this application. The mask structure can be embodied, for example, as a diffraction grating that acts to diffract EUV radiation. The substrate should be sufficiently transparent for the EUV radiation used, which can be achieved by a suitable choice of material (eg SiN x ) and/or by a small thickness. The substrate can be a thin membrane, for example, the thickness of which can preferably be less than 1 μm and/or less than 500 nm and/or less than 200 nm in order to allow sufficient permeability for EUV radiation.
Im Vergleich zu einer reflektiven binären Intensitätsmaske fehlt die für die EUV-Strahlung reflektiv wirkende Mehrlagen-Schichtanordnung. Die Maskenstruktur kann unmittelbar auf die Substratoberfläche aufgebracht werden. Gegebenenfalls kann eine EUV-transparente Zwischenschicht zwischen dem Substrat und der Maskenstruktur angeordnet sein, die z.B. reflexionsmindernde Eigenschaften (Antireflex-Eigenschaft) und/oder die Schichthaftung verbessernde Eigenschaften haben kann.In comparison to a reflective binary intensity mask, the multi-layer arrangement that acts reflectively for the EUV radiation is missing. The mask structure can be applied directly to the substrate surface. If necessary, an EUV-transparent intermediate layer can be arranged between the substrate and the mask structure, which can have properties that reduce reflection (anti-reflection property) and/or properties that improve layer adhesion, for example.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer binären Maske zur Verwendung in einer mit EUV-Strahlung arbeitenden EUV-Anlage. Das Verfahren umfasst den Schritt des Bereitstellens eines Substrats sowie den Schritt des Erzeugens einer Absorbermaterial enthaltenden Maskenstruktur auf dem Substrat.The invention also relates to a method for producing a binary mask for use in an EUV system working with EUV radiation. The method comprises the step of providing a substrate and the step of producing a mask structure containing absorber material on the substrate.
Beim Erzeugen der Maskenstruktur wird eine Schichtanordnung mit einer ersten Schicht aus einem ersten Schichtmaterial und einer zweiten Schicht aus einem zweiten Schichtmaterial erzeugt. Diese Schichtanordnung wird anschließend durch ein geeignetes Strukturierungsverfahren strukturiert, um zwischen den Strukturelementen der gewünschten Maskenstruktur die möglichst nicht absorbierenden Bereiche freizulegen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Schichtmaterial ein Schichtmaterial verwendet wird, das bei der Wellenlänge der EUV-Strahlung einen Realteil des Brechungsindex, n1, größer als 1 hat, während für die zweite Schicht ein zweites Schichtmaterial verwendet wird, das einen Realteil des Brechungsindex, n2, kleiner als 1 aufweist.When producing the mask structure, a layer arrangement is produced with a first layer made of a first layer material and a second layer made of a second layer material. This layer arrangement is then structured using a suitable structuring method in order to uncover the areas between the structural elements of the desired mask structure that are as non-absorbent as possible. The method is characterized in that a layer material is used as the first layer material which has a real part of the refractive index, n1, greater than 1 at the wavelength of the EUV radiation, while a second layer material is used for the second layer which has a real part of the Index of refraction, n2, less than 1.
Wenn eine reflektive binäre Intensitätsmaske hergestellt werden soll, erfolgt ein Beschichten des Substrats mit einer für die EUV-Strahlung reflektiv wirkenden Mehrlagen-Schichtanordnung, bevor die Maskenstruktur auf der reflektiv wirkenden Mehrlagen-Schichtanordnung erzeugt wird. Die Maskenstruktur ist danach auf der reflektiv wirkenden Mehrlagen-Schichtanordnung angeordnet.If a reflective binary intensity mask is to be produced, the substrate is coated with a multi-layer arrangement having a reflective effect for the EUV radiation before the mask structure is produced on the multi-layer arrangement having a reflective effect. The mask structure is then arranged on the reflective multi-layer arrangement.
Zur Herstellung der einzelnen Schichten und der Schichtabfolgen können zahlreiche übliche Beschichtungsverfahren einzeln oder in Kombination genutzt werden, beispielsweise ein Verdampferverfahren (Physical Vapor Depositoin, PVD), ein Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung (Chemical Vapour Deposition, CVD) oder ein Sputterverfahren.Numerous conventional coating methods can be used individually or in combination to produce the individual layers and the layer sequences, for example an evaporator method (physical vapor deposition, PVD), a method of chemical vapor deposition (chemical vapor deposition, CVD) or a sputtering method.
Vorzugsweise wird zur Erzeugung der ersten Schicht ein erstes Schichtmaterial verwendet, das im Wesentlichen aus Aluminium besteht.A first layer material, which consists essentially of aluminum, is preferably used to produce the first layer.
Die zweite Schicht kann durch jedes geeignete Beschichtungsverfahren aufgebracht werden, entweder bevor die erste Schicht aufgebracht wird oder nachdem die erste Schicht aufgebracht wurde.The second layer can be applied by any suitable coating method, either before the first layer is applied or after the first layer is applied.
Bei einer Variante wird zunächst die erste Schicht aufgebracht, die im Wesentlichen aus Aluminium besteht, und die zweite Schicht wird auf der ersten Schicht durch Oberflächen-Reaktion des Aluminiums der ersten Schicht mit Sauerstoff oder Stickstoff erzeugt, wobei sich eine auf der ersten Schicht haftende zweite Schicht als Reaktionsschicht aus Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid bildet. Eine durch Oxidieren einer Aluminiumschicht oder durch Nitrieren einer Aluminiumschicht erzeugte zweite Schicht mit Ionenbindung zwischen Aluminiumionen und Sauerstoff- oder Stickstoffionen schafft eine besonders gut haftende Verbindung zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht, wobei beide Schichten Aluminium als wichtigen eigenschaftsbestimmenden Bestandteil enthalten.In a variant, the first layer is first deposited, essentially consisting of aluminum, and the second layer is produced on the first layer by surface reaction of the aluminum of the first layer with oxygen or nitrogen, a second layer adhering to the first layer Layer forms as a reaction layer of aluminum oxide or aluminum nitride. A second layer produced by oxidizing an aluminum layer or by nitriding an aluminum layer with ionic bonding between aluminum ions and oxygen or nitrogen ions creates a particularly good adhesive bond between the first layer and the second layer, both layers containing aluminum as an important property-determining component.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer binären Intensitätsmaske der in dieser Anmeldung beschriebenen Art in einem Verfahren zum Vermessen eines optischen Abbildungssystems, das zur Abbildung eines in einer Objektebene des Abbildungssystems angeordneten Musters in eine Bildebene des Abbildungssystems vorgesehen ist. Eine binäre Intensitätsmaske kann als Reflexionsmaske (reflektive Messmaske) ausgelegt sein, die zur Durchführung einer Messoperation im Bereich der Objektebene angeordnet und mit EUV-Strahlung bestrahlt wird. Alternativ oder zusätzlich kann eine binäre Intensitätsmaske in Form einer binären Transmissionsmaske verwendet werden, die zur Durchführung einer Messoperation im Bereich der Bildebene angeordnet und mit EUV-Strahlung durchstrahlt wird, die nach Wechselwirkung mit einer Reflexionsmaske durch das Abbildungssystem zur Transmissionsmaske gelangt.The invention also relates to the use of a binary intensity mask of the type described in this application in a method for measuring an optical imaging system which is provided for imaging a pattern arranged in an object plane of the imaging system into an image plane of the imaging system. A binary intensity mask can be designed as a reflection mask (reflective measuring mask), which is arranged in the area of the object plane and irradiated with EUV radiation in order to carry out a measuring operation. As an alternative or in addition, a binary intensity mask in the form of a binary transmission mask can be used, which is arranged in the area of the image plane to carry out a measurement operation and is exposed to EUV radiation is radiated, which, after interacting with a reflection mask, passes through the imaging system to the transmission mask.
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Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.
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1 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine reflektive binäre Intensitätsmaske gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
2 zeigt ein Diagramm, das den Verlauf der optischen Weglängendifferenz im Vergleich zur optischen Weglängendifferenz durch Vakuum bei Propagation von EUV-Strahlung durch eine AIN/AI-Maskenstruktur repräsentiert; -
3 zeigt ein Simulationsergebnis für einen Vergleich einer konventionellen Referenz-Maske und einer phasenoptimierten AI/AIN-Maske des Ausführungsbeispiels in Form von Zernike-Spektren der Wellenfront dargestellt; -
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage, bei der in der Objektebene eine reflektive Lithographiemaske gemäß einem Ausführungsbeispiel angeordnet ist; -
5 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Maskenstruktur der reflektiven Lithographiemaske; -
6 zeigt schematisch Komponenten eines mit Messmasken ausgestatteten Messsystems, welches zur Vermessung der Abbildungsqualität eines EUV-Projektionsobjektivs verwendet wird; -
7 zeigt in Draufsicht die Maskenstruktur einer objektseitig anzuordnenden reflektiven Messmaske; -
8 zeigt in Draufsicht die Maskenstruktur einer bildseitig anzuordnenden binären Transmissionsmaske; -
9 zeigt einen schematischen Schnitt durch einen Teil der bildseitigen Messmaske von8 .
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1 shows a schematic section through a reflective binary intensity mask according to an embodiment; -
2 shows a diagram that represents the course of the optical path length difference compared to the optical path length difference through a vacuum when propagating EUV radiation through an AIN/AI mask structure; -
3 shows a simulation result for a comparison of a conventional reference mask and a phase-optimized AI/AIN mask of the exemplary embodiment in the form of Zernike spectra of the wavefront; -
4 shows a schematic representation of a microlithography projection exposure system in which a reflective lithography mask according to an exemplary embodiment is arranged in the object plane; -
5 shows a schematic plan view of the mask structure of the reflective lithography mask; -
6 shows schematically components of a measuring system equipped with measuring masks, which is used to measure the imaging quality of an EUV projection lens; -
7 shows a plan view of the mask structure of a reflective measurement mask to be arranged on the object side; -
8th shows a plan view of the mask structure of a binary transmission mask to be arranged on the image side; -
9 shows a schematic section through part of the image-side measurement mask from FIG8th .
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS
Nachfolgend werden verschiedene Aspekte von binären EUV-Intensitätsmasken beschrieben, die in EUV-Anlagen verwendet werden können, z.B. als Lithographiemaske oder als Messmaske. Eine EUV-Anlage ist eine Anlage, die mit EUV-Strahlung bzw. mit einer Arbeitswellenlänge aus dem EUV-Bereich arbeitet. Aufbau und Struktur der Masken sowie ihre Herstellung und Verwendungsmöglichkeiten werden anhand von Ausführungsbeispielen exemplarisch erläutert. Die Ausführungsbeispiele sind für eine Wellenlänge von λ≈ 13,5 nm ausgelegt.Various aspects of binary EUV intensity masks that can be used in EUV systems, e.g. as a lithography mask or as a measurement mask, are described below. An EUV system is a system that works with EUV radiation or with a working wavelength from the EUV range. The design and structure of the masks, as well as their production and possible uses, are explained using exemplary embodiments. The exemplary embodiments are designed for a wavelength of λ≈13.5 nm.
Zur Beschreibung der optischen Eigenschaften eines Materials bei Wechselwirkung mit Licht wird im Allgemeinen der komplexe Brechungsindex ñ verwendet, der sich gemäß ñ = n + ik als Summe des Realteils des Brechungsindex, n, und dem mit i multiplizierten Extinktionskoeffizienten k beschreiben lässt, wobei das Produkt ik den Imaginärteil des Brechungsindex bildet. Der Realteil des Brechungsindex beschreibt die Phasengeschwindigkeit v von Licht, wenn es durch ein Material läuft, verglichen mit der Lichtgeschwindigkeit c im Vakuum, gemäß v = c / n. Licht verlangsamt sich, wenn es in ein Material mit höherem Realteil des Brechungsindex eintritt. Da die Frequenz der Lichtwellen konstant bleibt, verkürzt sich die Wellenlänge λ. Der Extinktionskoeffizient k beschreibt den Verlust der Wellenenergie an das Material, also die Abschwächung. Die Beziehung mit dem Absorptionskoeffizienten α ist bei der Wellenlänge λ durch die Beziehung α = 4πk/λ gegeben. Licht verliert in einem absorbierenden Material an Intensität nach dem Lambert-Beer'schen Gesetz I(x) = I0e-iαx, wobei x die Weglänge im Material und I0 die ursprüngliche Intensität ist. Somit bezieht sich der Extinktionskoeffizient k darauf, wie schnell Licht in einem Material verschwindet bzw. wie stark es absorbiert wird.To describe the optical properties of a material when interacting with light, the complex index of refraction ñ is generally used, which can be described according to ñ = n + ik as the sum of the real part of the refractive index, n, and the extinction coefficient k multiplied by i, where the product ik forms the imaginary part of the refractive index. The real part of the index of refraction describes the phase velocity v of light as it travels through a material compared to the speed of light c in vacuum, according to v = c/n. Light slows down when entering a material with higher real part of the index of refraction. Since the frequency of the light waves remains constant, the wavelength λ is shortened. The extinction coefficient k describes the loss of wave energy to the material, i.e. the attenuation. The relationship with the absorption coefficient α is given at wavelength λ by the relationship α = 4πk/λ. Light loses intensity in an absorbing material according to Lambert-Beer's law I(x) = I 0 e -iαx , where x is the path length in the material and I 0 is the original intensity. Thus, the extinction coefficient k refers to how quickly light disappears in a material or how strongly it is absorbed.
Realteil und Imaginärteil des komplexen Brechungsindex eines Materials werden in der Literatur im Bereich des sichtbaren Lichts vorwiegend in der n-k-Schreibweise bezeichnet. Im EUV- und Röntgenbereich wird aufgrund der geringen Abweichung der Realteile der Brechungsindizes vom Wert 1 die δ-β-Schreibweise bevorzugt. Dabei gelten die Relationen n = 1 - δ und k = β.In the literature in the visible light range, the real and imaginary parts of the complex refractive index of a material are mainly denoted in the n-k notation. In the EUV and X-ray range, the δ-β notation is preferred due to the small deviation of the real parts of the refractive indices from the
Zunächst wird ein Beispiel einer für EUV-Strahlung reflektierend wirkenden binären EUV-Intensitätsmaske beschrieben, also eine binäre Reflexionsmaske für EUV. Die binäre EUV-Intensitätsmaske wird nachfolgend aus Gründen der Vereinfachung gelegentlich auch einfach als „Maske“ bezeichnet.First, an example of a binary EUV intensity mask that has a reflective effect for EUV radiation, ie a binary reflection mask for EUV, is described. For the sake of simplicity, the binary EUV intensity mask is occasionally referred to below simply as a "mask".
Das Substrat 110 hat eine mit optischer Qualität glatt bearbeitete ebene Substratoberfläche 112. Auf dieser ist ein optisch funktionelles Schichtsystem mit vielen Schichten unterschiedlicher Schichtmaterialien aufgebracht.The
Das Schichtsystem umfasst eine für die EUV-Strahlung reflektiv wirkende Mehrlagen-Schichtanordnung 120, die unmittelbar oder unter Zwischenlage einer oder mehrerer weiterer Schichten (z.B. zur Haftvermittlung) auf das Substrat 110 aufgebracht ist. Die Mehrlagen-Schichtanordnung (multilayer) 120 weist viele Schichtpaare mit abwechselnd niedrigbrechendem und hochbrechendem Schichtmaterial auf. Die Schichtpaare können z.B. mit den Schichtmaterial-Kombinationen Molybdän/Silizium (Mo/Si) oder Ruthenium/Silizium (Ru/Si) aufgebaut sein. Ein Schichtpaar umfasst jeweils eine Schicht aus einem relativ hoch brechenden Schichtmaterial und eine Schicht aus einem relativ dazu niedrig brechenden Schichtmaterial. Solche Schichtpaare werden auch als „Doppelschicht“ oder „Bilayer“ bezeichnet. Ein Schichtpaar kann zusätzlich zu den beiden Schichten aus relativ hoch brechendem bzw. relativ niedrig brechendem Schichtmaterial noch eine oder mehrere weitere Schichten aufweisen, beispielsweise eine zwischengeschaltete Barriereschicht zur Reduzierung der Interdiffusion zwischen benachbarten Schichten. Eine Mehrlagen-Schichtanordnung mit vielen Schichtpaaren wirkt nach Art eines „Distributed Bragg Reflectors“. Dabei wird durch die Schichtanordnung ein Kristall simuliert, dessen zur Bragg-Reflexion führenden Netzebenen durch die Schichten des Materials mit dem niedrigeren Realteil des Brechungsindex gebildet werden. Die optimale Periodendicke der Schichtpaare wird für eine vorgegebene Wellenlänge sowie für einen vorgegebenen Inzidenzwinkel bzw. Inzidenzwinkelbereich durch die Bragg-Gleichung bestimmt und liegt im Beispielsfall zwischen 1 nm und 10 nm.The layer system comprises a
An der dem Substrat 110 abgewandten Strahlungseintrittsseite weist die Mehrlagen-Schichtanordnung 120 eine Deckschicht 125 (capping layer) aus einem oxidationsbeständigen Schichtmaterial auf, im Beispielsfall wird Ruthenium (Ru) verwendet. Die Deckschicht 125 kann viele Funktionen erfüllen, zum Beispiel als Oxidationsschutz, als Schutz vor Degeneration und/oder einfach weil darauf Partikel weniger haften und sich dadurch die Oberfläche besser reinigen lässt.On the radiation entry side facing away from the
Auf die Mehrlagen-Schichtanordnung 120, genauer gesagt auf die Deckschicht 125, ist eine lateral strukturierte Maskenstruktur 140 aufgebracht, die Absorbermaterial enthält. Der Begriff „Absorbermaterial“ bezeichnet hierbei Material, der dessen Extinktionskoeffizienten k für die EUV-Wellenlänge ausreichend hoch ist, um bei nicht so großer Schichtdicke einen substantiellen Teil der auftreffenden EUV-Strahlung zu absorbieren Dadurch wirkt die Maske als binäre Intensitätsmaske, bei der diejenigen Anteile der EUV-Strahlung, die auf die Maskenstruktur 140 fallen, zu einem erheblichen Anteil absorbiert werden, während diejenigen Anteile, die abseits von Strukturelementen der Maskenstruktur auf die freiliegenden Bereiche der reflektierenden Mehrlagen-Schichtanordnung fallen, möglichst wenig absorbiert und überwiegend reflektiert werden.A laterally structured
Die
Beim Ausführungsbeispiel besteht die erste Schicht 151 im Wesentlichen aus Aluminium (AI) und hat eine erste Schichtdicke d1 von ca. 66.1 nm (Nanometer). Die unmittelbar darauf aufgebrachte zweite Schicht 152 besteht im Wesentlichen aus Aluminiumnitrit (AIN) und hat eine zweite Schichtdicke d2 von ca. 10 nm.In the exemplary embodiment, the
Bei der Herstellung der Intensitätsmaske wird zunächst das Substrat 110 mit der reflektierenden Mehrlagen-Schichtanordnung 120 inklusive der Deckschicht 125 beschichtet. Danach wird die das Absorbermaterial enthaltene Maskenstruktur auf der Mehrlagen-Schichtanordnung erzeugt. Dazu wird zunächst eine flächig ausgedehnte erste Schicht (aus Aluminium) zum Beispiel durch ein PVD-Verfahren oder durch Sputtern aufgebracht. Danach wird die darauf liegende zweite Schicht zum Beispiel durch ein PVD-Verfahren oder durch Sputtern erzeugt.In the manufacture of the intensity mask, the
Anschließend wird die Schichtanordnung strukturiert, indem diejenigen Bereiche, die nicht zur Maskenstruktur 140 gehören sollen, mit einer geeigneten Materialabtragtechnik (z.B. mittels Elektronenstrahllithographie) beseitigt werden, so dass die Oberfläche der reflektiven Mehrlagen-Schichtanordnung 120 zwischen den Strukturelementen der Maskenstruktur frei liegt und die Strukturelemente mit möglichst scharf definierten Flanken erhalten bleiben.The layer arrangement is then structured by removing those areas that are not intended to belong to the
Das erste Schichtmaterial (hier Aluminium) und das zweite Schichtmaterial (hier Aluminiumnitrid) sind so ausgewählt und deren Schichtdicken so ausgelegt, dass sich die Auswirkungen der beiden Schichten bei hindurchtretender EUV-Strahlung hinsichtlich der dadurch verursachten Phasenverzögerung wenigstens teilweise kompensieren, so dass die Maskenstruktur insgesamt einen relativ geringen phasenverschiebenden Einfluss auf die durchtretende EUV-Strahlung hat.The first layer material (in this case aluminum) and the second layer material (in this case aluminum nitride) are selected and their layer thicknesses are designed in such a way that the effects of the two layers when EUV radiation passes through are at least partially compensated in terms of the phase delay caused thereby, so that the mask structure as a whole has a relatively small phase-shifting influence on the EUV radiation passing through.
Der Realteil des Brechungsindex des ersten Schichtmaterial (Parameter n1) ist bei der Design-Wellenlänge λ größer als 1 und liegt nach Literaturangaben in der Größenordnung von ca. n1 = 1,003. Der Realteil des Brechungsindex des darauf aufgebrachten zweiten Schichtmaterials (Parameter n2) ist dagegen kleiner als 1 und beträgt nach Literaturangaben etwa n2 = 0.981.The real part of the refractive index of the first layer material (parameter n1) is greater than 1 at the design wavelength λ and, according to literature, is in the order of approx. n1=1.003. In contrast, the real part of the refractive index of the second layer material applied thereon (parameter n2) is less than 1 and, according to literature data, is approximately n2=0.981.
Im Beispielsfall sind die Schichtdicken d1 und d2 der ersten Schicht 151 bzw. der zweiten Schicht 152 und die Realteile der Brechungsindizes der beiden Schichtmaterialen so aufeinander abgestimmt, dass die Bedingung
Zur Veranschaulichung zeigt
Die Position 0 entspricht der Strahlungseintrittsseite, also der freien Oberfläche der zweiten Schicht 152. Die zweilagige Maskenstruktur endet auf der Position bei ca. 76 Nanometer dort, wo die Deckschicht beginnt. Das Diagramm zeigt also den Verlauf der optischen Weglängendifferenz im Vergleich zur optischen Weglängendifferenz durch Vakuum bei Propagation durch den AIN/AI-Absorber von oben nach unten.The
Es ist erkennbar, dass die in die zweite Schicht eindringende EUV-Strahlung zunächst gegenüber der durch Vakuum verlaufenden Referenzwelle eine zunehmend negativ werdende optische Weglängendifferenz OPD, also eine Phasenverzögerung, aufbaut, die am Übergang zur darunter liegenden Aluminium-Schicht (erste Schicht) den Extremwert (ca. - 0,19 Nanometer) erreicht. Dies ist die Folge davon, dass der Realteil des Brechungsindex von Aluminiumnitrid (AIN) etwas kleiner als 1 ist. Beim nachfolgenden Durchdringen der Aluminium-Schicht (erste Schicht) wird dann diese optische Weglängendifferenz immer weiter abgebaut, bis sie an der Unterseite der ersten Schicht 151 wieder ausgeglichen ist. Wird die eingedrungene EUV-Strahlung dann an der darunter liegenden Mehrlagen-Schichtanordnung 120 reflektiert, so passiert auf dem Rückweg von unten nach oben durch den Absorber im Prinzip das gleiche, wobei sich zunächst eine positive optische Weglängendifferenz aufbaut, die dann beim Durchlaufen der dünneren AIN-Schicht wieder ausgeglichen bzw. kompensiert wird.It can be seen that the EUV radiation penetrating the second layer initially builds up an increasingly negative optical path length difference OPD, i.e. a phase delay, compared to the reference wave passing through the vacuum, which reaches its extreme value at the transition to the aluminum layer below (first layer). (approx. - 0.19 nanometers). This is because the real part of the refractive index of aluminum nitride (AIN) is slightly less than 1. During the subsequent penetration of the aluminum layer (first layer), this optical path length difference is then reduced further and further until it is compensated for again on the underside of the
Einige Vorteile derartiger reflektierender Masken werden nachfolgend erläutert. Die Erfinder haben rigorose Simulationsrechnungen durchgeführt, in denen die physikalischen Vorgänge bei der Wechselwirkung von EUV-Strahlung mit einer EUV-Maske und insbesondere mit Maskenstrukturen untersucht wurden. Sie Simulationsrechnungen ergaben, dass ein wesentlicher Beitrag der reflektiven Maske zur Wellenfrontverformung dadurch entsteht, dass der Anteil W1 der eintretenden EUV-Welle, der durch die absorbierenden Maskenstruktur (auch als Absorberstruktur bezeichnet) läuft, nicht vollständig absorbiert wird und nach Rückreflektion und nochmaligem Durchlaufen durch das Absorbermaterial beim Wiederaustritt eines Phasen-Offsets (Phasenversatz, Phasenverschiebung) gegenüber demjenigen Anteil W2 der EUV-Welle besitzt, der an der Absorberstruktur vorbei durch das Vakuum zur reflektiven MehrlagenBeschichtung lief und von dieser reflektiert wurde. Dies wird anhand des folgenden Diagramms näher veranschaulicht.Some advantages of such reflective masks are explained below. The inventors carried out rigorous simulation calculations in which the physical processes in the interaction of EUV radiation with an EUV mask and in particular with mask structures were examined. The simulation calculations showed that a significant contribution of the reflective mask to the wavefront deformation arises from the fact that the part W1 of the incoming EUV wave that runs through the absorbing mask structure (also known as absorber structure) is not completely absorbed and after back reflection and through it again the absorber material has a phase offset (phase shift, phase shift) when exiting again compared to that part W2 of the EUV wave that ran past the absorber structure through the vacuum to the reflective multilayer coating and was reflected by it. This is illustrated in more detail using the diagram below.
In
Im Diagramm von
In der Simulation wurde angenommen, dass das vermessene optische Abbildungssystem (Projektionsobjektiv für EUV-Lithographie) aberrationsfrei ist, so dass, wenn auch die Messtechnik perfekt wäre, alle Amplituden im Diagramm gleich 0 sein müssten. Die durch die Balken repräsentierten Ausschläge nach oben und unten zeigen also direkt die Messfehler, die hauptsächlich durch die eingangs erwähnten 3D-Maskeneffekte entstehen. Es ist gut erkennbar, dass sich durch die Verwendung einer phasenoptimierten reflektierten Maske deutliche Verbesserungen ergeben. Dies gilt insbesondere in den Zernikes mit den größten Amplituden, zum Beispiel Z9, Z16 und Z17.In the simulation, it was assumed that the measured optical imaging system (projection lens for EUV lithography) is free of aberrations, so that even if the measurement technology were perfect, all amplitudes in the diagram would have to be 0. The upward and downward deflections represented by the bars thus directly show the measurement errors, which are mainly caused by the 3D mask effects mentioned at the beginning. It is easy to see that significant improvements result from the use of a phase-optimized reflected mask. This is especially true in the Zernikes with the largest amplitudes, for example Z9, Z16 and Z17.
Anhand der
Das Projektionsobjektiv 430 ist ein optisches Abbildungssystem, das dazu ausgelegt ist, das in seiner Objektebene 431 angeordnete Muster in eine zur Objektebene optisch konjugierte Bildebene 432 abzubilden. Die Strahlung trifft nach Durchlaufen des Projektionsobjektivs im Bereich der Bildebene 432 auf die Oberfläche eines Substrats 450 in Form eines Halbleiterwafers, der von einem Substrathalter 460 getragen wird.The
Das Projektionsobjektiv 130 definiert eine Referenzachse 433. Zu dieser Referenzachse ist das Objektfeld 435 in Y-Richtung zentriert. Die optischen Elemente des Abbildungssystems können zu dieser Referenzachse dezentriert sein.The projection lens 130 defines a reference axis 433. The
Im Beispielsfall ist die Strahlungsquelle 410 eine EUV-Strahlungsquelle, die Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen ca. 5 nm und ca. 30 nm, insbesondere zwischen ca. 10 nm und ca. 20 nm erzeugt. Die Strahlungsquelle kann insbesondere so ausgelegt sein, dass die Hauptwellenlänge im Bereich von ca. 13.5 nm liegt. Auch andere Wellenlängen aus dem EUV-Bereich (z.B. im Bereich von ca. 6,9 nm) sind möglich.In the example, the
Das Beleuchtungssystem 420 umfasst optische Komponenten, die so ausgelegt und angeordnet sind, dass Beleuchtungsstrahlung mit einem möglichst homogenen Intensitätsprofil und definierter Strahlwinkelverteilung erzeugt wird. Im Beispielsfall sind alle zur Strahlführung und/oder Strahlformung vorgesehenen optischen Komponenten des Beleuchtungssystems rein reflektive Komponenten (Spiegelkomponenten).The
Die Beleuchtungsstrahlung wird von der reflektiven Maske 500 in Richtung des Projektionsobjektivs 430 reflektiert und hinsichtlich Winkelverteilung und/oder Intensitätsverteilung modifiziert. Diejenige Strahlung, die durch das Projektionsobjektiv hindurch zum Substrat gelangt, bildet den Abbildungsstrahlengang, von dem an der Objektseite des Projektionsobjektivs 430 (zwischen Maske und Projektionsobjektiv) schematisch zwei Strahlen 441 und auf der Bildseite (zwischen Projektionsobjektiv und Substrat) zwei auf einen Bildpunkt konvergierende Strahlen 442 dargestellt sind. Der Winkel, den die aufeinander zu laufenden Strahlen 442 an der Bildseite des Projektionsobjektivs bilden, steht in Zusammenhang mit der bildseitigen numerischen Apertur NA des Projektionsobjektivs. Diese kann z, B. bei 0.1 oder darüber oder 0.2 oder darüber oder 0.3 oder darüber oder 0.4 oder darüber liegen.The illumination radiation is reflected by the
Das Projektionsobjektiv ist dazu ausgelegt, das Muster aus dem Bereich des Objektfeldes 435 des Projektionsobjektivs in einem verkleinernden Maßstab in das Bildfeld 438 des Projektionsobjektivs zu übertragen. Das Projektionsobjektiv 430 verkleinert um einen Faktor 4, auch andere Verkleinerungsmaßstäbe, beispielsweise 5-fache Verkleinerung, 6-fache Verkleinerung oder 8-fache Verkleinerung oder auch weniger starke Verkleinerungen, beispielsweise. 2-fache Verkleinerung, sind möglich.The projection objective is designed to transfer the pattern from the region of the
Ausführungsformen von Projektionsobjektiven für die EUV-Mikrolithographie haben typischerweise mindestens drei oder mindestens vier Spiegel. Häufig sind genau sechs Spiegel vorteilhaft (vgl.
Zur Erleichterung der Beschreibung der Projektionsbelichtungsanlage ist in
Die Projektionsbelichtungsanlage 400 ist vom Scannertyp. Die Maske 500 und das Substrat 450 werden beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage parallel zur y-Richtung in gegenläufige Richtungen bewegt, so dass zeitlich nacheinander unterschiedliche Bereiche des der binären reflektiven Maske 500 auf den sich bewegenden Wafer übertragen werden. Es sind auch Ausführungsformen vom Steppertyp möglich.The
Dadurch, dass die reflektive Maske 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut ist, können die eingangs erwähnten unerwünschten Wellenfrontdeformationen auf geringem Niveau gehalten werden.Due to the fact that the
Anhand der
In der Bildebene 632 ist eine binäre Transmissionsmaske 800 gemäß einem Ausführungsbeispiel angeordnet.
Die Maskenstruktur der objektseitig anzuordnenden reflektiven Messmaske 700 und die Maskenstruktur der bildseitig anzuordnenden Transmissionsmaske 800 sind derart aneinander angepasst, dass bei einer Abbildung der Maskenstruktur der objektseitigen Messmaske 700 auf die bildseitige Messmaske 800 mithilfe des Projektionsobjektivs 630 ein Interferenzmuster entsteht. Dieses kann von einem Detektor 650 zur ortsauflösenden Erfassung des Interferenzmusters erfasst werden. Der Detektor ist im Beispielsfall unterhalb der Transmissionsmaske 800 angeordnet, so dass nur Messstrahlung zum Detektor gelangt, welche durch die Transmissionsmaske 800 hindurch transmittiert und mithilfe von deren Maskenstruktur beeinflusst wird.The mask structure of the
Die Maskenstruktur der objektseitig anzuordnenden reflektiven Messmaske 700 ist im Beispielsfall ein einfaches Liniengitter mit einer Periodizitätslänge P1, die einem Vielfachen der Messwellenlänge der EUV-Strahlung entspricht. Die Periodizitätslänge kann beispielsweise in der Größenordnung von 1 µm oder darüber liegen, beispielsweise bei 2 µm oder mehr. Die absorbierend wirkenden, geradlinigen Strukturelemente der Maskenstruktur haben jeweils einen zweischichtigen Aufbau, wobei das Schichtmaterial einer Schicht einen Realteil des Brechungsindex kleiner als 1 und der anderen Schicht einen Realteil des Brechungsindex größer als 1 aufweist. Die Schichtstruktur der reflektiven Messmaske 700 ist auf einer EUVreflektierenden Mehrschichtanordnung an der dem Projektionsobjektiv zuzuwendenden Seite eines relativ dicken, verwindungssteifen Substrats angebracht.In the example, the mask structure of the
Die bildseitig anzuordnende Messmaske 800 ist als binäre Transmissionsmaske ausgelegt.
Im Messbetrieb wird EUV-Strahlung nach Durchtritt durch das Projektionsobjektiv von der Strahlungseintrittsseite auf die binäre Transmissionsmaske 800 treffen. Diejenigen Anteile W2, die durch die Löcher in der Maskenstruktur hindurch auf die Membran treffen, treten durch diese mit einer geringen Absorption hindurch in Richtung Detektor. Diejenigen Anteile W1, die auf die absorbierend wirkenden Strukturelemente der Maskenstruktur fallen, würden im Idealfall vollständig absorbiert. Nach den Beobachtungen der Erfinder wird jedoch in der Regel ein gewisser Anteil der Strahlungsintensität durch die absorbierende Zweischichtstruktur und das Substrat 810 hindurch in Richtung des Detektors durch die Transmissionsmaske hindurchtreten. Aufgrund der mehrschichtigen Struktur der Strukturelemente tritt jedoch die bereits oben beschriebene Phasenkompensation ein, die bewirkt, dass der Phasenversatz, der beim Durchtritt durch die eine Schicht erzeugt wird, beim Durchtritt durch die andere Schicht wieder kompensiert wird, so dass diejenigen Anteile W1 der EUV-Strahlung, die nach Absorption durch die Transmissionsmaske hindurchtreten, im Wesentlichen dieselbe Phase haben wie diejenigen Anteile W2, die ohne Wechselwirkung mit der Maskenstruktur nur beim Durchtritt durch das Substrat 810 absorbiert wurden. Dadurch können Beeinträchtigungen der Messgenauigkeit, die ansonsten durch eventuelle Phasenunterschiede verursacht werden könnten, vermieden oder auf einem akzeptabel niedrigen Niveau gehalten werden.In the measurement mode, after passing through the projection objective, EUV radiation will impinge on the
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