WO2004079753A2 - Reflektives optisches element und euv-lithographiegerät - Google Patents

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    • G21K1/062—Devices having a multilayer structure

Definitions

  • Reflective optical element and EUV lithography device Reflective optical element and EUV lithography device
  • the invention relates to a reflective optical element for the EUV and soft X-ray wavelength range, which has a multilayer system and a cover layer system, the side of the multilayer system facing the cover layer system ending with an absorber layer. Furthermore, the invention relates to an EUV lithography device with a generic reflective optical element.
  • Multilayers are made up of periodic repetitions, in the simplest case a period consisting of two layers.
  • One layer material should consist of a so-called spacer material, while the other layer material should consist of a so-called absorber material.
  • Spacer material has a real part of the refractive index close to 1
  • absorber material has a real part of the refractive index significantly unequal to 1.
  • the period thickness and the thicknesses of the individual layers are selected as a function of the operating wavelength, so that the reflectivity is generally maximized at this operating wavelength.
  • EUV lithography devices are used in the manufacture of semiconductor components, such as. B. integrated circuits. Lithography devices, which are operated in the extreme ultraviolet wavelength range, predominantly have as an optical reflective element
  • EUV lithography devices have a vacuum or a residual gas atmosphere inside. However, it cannot be completely prevented that there are also hydrocarbons and / or other carbon compounds inside the device. These carbon compounds are broken down by the extreme ultraviolet radiation or by secondary electrons, which leads to a carbon-containing contamination film being deposited on the optical elements. This contamination with carbon compounds leads to significant reflection losses of the optical functional surfaces, which can have a significant impact on the economy of the EUV lithography process. This effect is reinforced by the fact that typical EUV lithography devices have eight or more reflective optical elements. Their transmission is proportional to the product of the reflectivities of the individual optical reflective elements.
  • Multilayer systems with different silicon cover layer thicknesses ranging from 2 to 7 nm were measured.
  • Conventional Mo / Si multilayer systems have a silicon cover layer of 4.3 nm, which serves as protection against contamination, but oxidizes very quickly. During the measurements it turned out that with a silicon cover layer of 3nm a reflectivity plateau results depending on the radiation dose. It is therefore recommended to use silicon cover layers with a thickness of 3 nm instead of 4.3 nm silicon cover layers. Because with the same tolerance in the loss of reflectivity, a longer operating time can be achieved with a 3 nm thick silicon cover layer.
  • the object of the present invention is to provide a reflective optical element for the EUV and soft X-ray wavelength range which has the longest possible service life. Furthermore, the object of the invention is to provide an EUV lithography device with the shortest possible service life.
  • reflective optical elements for the EUV and soft X-ray wavelength range with a long service life are obtained if they are provided with a top layer system which has one or more layers of materials with a certain refractive index and in which the total thickness of the top layer system is selected according to certain criteria.
  • the one or more layers of the cover layer system should have a refractive index at operating wavelengths between 12.5 nm and 15 nm, the real part of which is between 0.90 and 1.03, preferably between 0.95 and 1.02 and the imaginary part between 0 and 0.025, particularly preferably is between 0 and 0.015.
  • the covering layer system layers therefore have the optical properties of a spacer or lie between those of a spacer and an absorber.
  • the choice of a material with an imaginary part that is as small as possible and a real part as close as possible to 1, depending on the thickness of the cover layer system, between two thicknesses di and d 2 leads to a plateau-shaped reflectivity curve.
  • the reflective optical element comprising the multilayer system and the top layer system is insensitive to fluctuations in the top layer system thickness in a certain range.
  • the reflective optical element has a cover layer system with a thickness of less than d 2 .
  • the reflective optical elements according to the invention have the advantage that their relative insensitivity to fluctuations in the thickness of the cover layer system is also expressed in insensitivity to the growth of a contamination layer. Without a significant change in reflectivity, much thicker carbon layers can be tolerated than with conventional reflective optical elements. This also expresses itself positively in the homogeneity of the image, since fluctuations in thickness over the entire area are also negligible.
  • the materials, the layer structure of the cover layer system and the individual layer thicknesses are selected such that a plateau in the reflectivity forms between two thicknesses di and d 2 as a function of the thickness of the cover layer system.
  • the concrete thickness of the cover layer system is then advantageously chosen so that it is as small as possible, but still lies within the reflectivity plateau. In practice, it should be noted that a minimum layer thickness must always be maintained for each layer so that a closed layer can be produced.
  • a standing wave field is formed on reflection on the reflective optical element, the minimum of which at a cover layer system thickness d1 is a fraction of the operating wavelength away in a vacuum. If the layer thickness of the top layer system is now increased, the minimum of the standing wave field approaches the surface. Then the value of the standing wave field on the surface increases until the maximum is reached.
  • the formation of the reflectivity plateau as a function of the thickness of the cover layer system therefore arises because, with increasing layer thickness, the additional absorption, that is to say the resulting reduction in reflectivity, is compensated for by the fact that, from a certain layer thickness, increases in reflectivity arise due to increasingly constructive interference.
  • a preferred embodiment is therefore characterized in that the thickness d1 of the cover layer system is such that a standing wave which forms when reflected at the operating wavelength ⁇ e has a minimum of 0.1 ⁇ s or less at a distance from the surface of the reflective optical element.
  • the minimum is in a vacuum.
  • the surface migrates through the minimum until the thickness d 2 is reached. This corresponds to a distance from surface to minimum of a maximum of 0.2 ⁇ ⁇ , the minimum being within the reflective optical element.
  • essentially constant reflectivity curve is to be understood in such a way that all fluctuations in reflectivity in a region that does not restrict the functionality of the reflective optical element are regarded as constant.
  • a reflectivity drop of 1% of the maximum reflectivity in the cover layer thickness range between di and d 2 is regarded as harmless and as a constant reflectivity curve in the sense of this invention.
  • the reflectivity curve depending on the cover layer thickness between di and d 2
  • the concrete thickness of the cover layer system is advantageously chosen as d dw. This ensures that the thickness of the cover layer corresponds to a reflectivity that is in the in the sense of this invention constant reflectivity range. This makes the reflective optical element insensitive to an increase in the thickness of the cover layer due to contamination, for example.
  • the thickness of the cover layer system is equal to di.
  • the advantageous properties of the reflective optical elements according to the invention have a particularly positive effect when they are used in an EUV lithography device. Especially when several reflective optical elements are connected in series, the more uniform reflectivity and also more uniform field illumination have a particularly positive effect over longer periods of time. It has been shown that even with increasing contamination, the wavefront errors in the complex optical systems of EUV lithography devices can be kept low.
  • a major advantage is that, due to the longer life of the reflective optical elements, fewer cleaning cycles have to be carried out on the EUV lithography device. This not only reduces the service life, but also significantly reduces the risk of degeneration of the layer homogeneity, the roughening of the surface or the partial destruction of the top cover layer if the cleaning is too intensive.
  • the cleaning processes can be controlled in such a way that the contamination layer is not completely removed from the outset, but a minimal contamination layer always remains on the top layer. This protects the reflective optical element from being destroyed by excessive cleaning.
  • the thickness of the contamination layer can be measured in a conventional manner during the growth or during the cleaning with a suitable in-situ monitoring system.
  • the cover layer system consists of one or more materials from the group Ce, Be, SiO, SiC, SiO a , Si 3 N 4 , C, Y, MoSi 2 , B, Y 2 0 3 , MoS 2l B4C, BfSI, Ru x Si y , Zr, Nb, iv ⁇ oG, Zr0 2 , Ru ⁇ Mo y , R ⁇ o, Rh ⁇ Si y .
  • the Si0 2 should preferably be amorphous or polycrystalline.
  • the cover layer system ends up towards the vacuum with a layer made of a material in which the growth of carbon-containing substances is suppressed. It has been found that certain materials have a low affinity for carbon-containing substances, in other words, in which carbon-containing layers have a low probability of adhering or show a low adsorption rate. With these materials, the growth of carbon-containing substances is drastically reduced or suppressed. It has been found that such materials can be used as a protective layer for reflective optical elements for the EUV and soft X-ray wavelength range, without showing any significant negative effects on the optical behavior of the reflective optical element. The materials Zr0 2 ⁇ Y 2 0 3 and silicon oxide in different stoichiometric ratios are particularly preferred.
  • the silicon oxide can be amorphous or polycrystalline, possibly also crystalline.
  • the cover layer system ends towards the vacuum with a layer made of a material which is inert against energy input, that is against irradiation with EUV photons or against external electrical fields. This reduces the likelihood of spontaneous electron emission, which in turn could split the residual gases into reactive fission products. This additionally reduces the contamination build-up on the top layer system.
  • B. by the surface has the lowest possible roughness and / or by using materials that have a large band gap between the valence band and conduction band.
  • the materials Nb, BN, B 4 C, Y, amorphous carbon, Si3N, SiC and silicon oxide in various stoichiometric ratios are particularly preferred.
  • the silicon oxide can be amorphous or polycrystalline, possibly also crystalline.
  • 3 shows the reflectivity of a first reflective optical element as a function of the contamination layer thickness and 4a, b the dependence of the wavefront error on the contamination layer thickness for a six-mirror system for EUV lithography and
  • a three-layer top layer system is applied to a Mo / Si multilayer system consisting of 50 pairs of 2.76 nm molybdenum and 4.14 nm amorphous silicon (a-SiO 2 ) on a substrate made of amorphous silicon dioxide.
  • a-SiO 2 amorphous silicon
  • this top layer system borders on the top molybdenum layer of the multilayer system.
  • the top layer system closes with a 1 nm thick amorphous silicon dioxide layer.
  • the choice of materials and their thicknesses is based on the criteria according to the invention. In particular, the materials are also selected such that they suppress carbon growth (Y 2 0 3 , a-Si0 2 ) or are inert to energy input (Y, a-Si0 2 ).
  • FIGS. 2a and 2b show the standing wave field that is formed for a cover layer system thickness of 3.7 nm (FIG. 2a) and for a cover layer system thickness of 6.68 nm (FIG. 2b).
  • Sections ac corresponding to the covering layer system made of amorphous Si0 2 (a), Y 2 0 3 (b) and Y (c) and sections d, e corresponding to the multilayer system made of molybdenum (d) and amorphous silicon (e).
  • FIGS. 4a and b show the wavefront error as a function of the carbon thickness. Although the wavefront varies periodically with the grown carbon thickness, the absolute value of the wavefront error does not exceed a value for any carbon thickness that would significantly impair the imaging quality of the lithography system.
  • a cover layer system made of a 2.0nm thick cerium layer, which connects to the top molybdenum layer of the multilayer system, and a 1.5 nm thick silicon dioxide layer.
  • the minimum of a standing wave resulting from reflection on the uncontaminated reflective optical element at operating wavelength ⁇ s is 0.05 ⁇ from its surface in a vacuum.

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Abstract

Es wird ein reflektives optisches Element sowie ein ein solches enthaltendes EUV-Lithographiegerät vorgeschlagen, das eine geringe Neigung zu Kontaminationen zeigt. Erfindungsgemäss weist das reflektive optische Element ein Deckschichtsystem aus einer oder mehreren Schichten auf. Die optischen Eigenschaften des Deckschichtsystems liegen zwischen denen eines Spacers und eines Absorbers bzw. entsprechen denen eines Spacers. Die Wahl eines Materials mit einem möglichst kleinen Imaginärteil und einem Realteil möglichst nahe 1 beim Brechungsindex führt in Abhängigkeit von der Deckschichtsystemdicke zwischen zwei Dicken di und d2 zu einem plateauförmigen Reflektivitätsverlauf. Die Dicke des Deckschichtsystems wird kleiner d2 gewählt.

Description

Reflektives optisches Element und EUV-Lithographiegerät
Elfδseh oifeuirog
Die Erfindung betrifft ein reflektives optisches Element für den EUV- und weichen Röntgenwellenlängenbereich, das ein Multilayersystem und ein Deckschichtsystem aufweist, wobei die dem Deckschichtsystem zugewandte Seite des Multilayersystems mit einer Absorberschicht endet. Ferner betrifft die Erfindung ein EUV- Lithographiegerät mit einem gattungsgemäßen reflektiven optischen Element.
Multilayer sind aus periodischen Wiederholungen aufgebaut, wobei eine Periode im einfachsten Fall aus zwei Schichten besteht. Das eine Schichtmaterial sollte aus einem so genannten Spacermaterial bestehen, während das andere Schichtmaterial aus einem so genannten Absorbermaterial bestehen sollte. Spacermaterial weist einen Realteil des Brechungsindex nahe 1 auf, Absorbermaterial weist einen Realteil des Brechungsindex signifikant ungleich 1 auf. Die Periodendicke sowie die Dicken der einzelnen Schichten werden in Abhängigkeit der Betriebswellenlänge gewählt, so dass bei dieser Betriebswellenlänge in der Regel die Reflektivität maximiert wird.
Je nach Anforderung an das reflektive optische Element in Bezug auf das Reflektionsprofil sind diverse Ausgestaltungen des Multilayersystems denkbar. Bandbreite und Reflektivität lassen sich beispielsweise dadurch einstellen, dass man mehr als nur zwei Materialien in einer Periode vorsieht oder von der Konstanz der Schichtdicke oder auch der Konstanz der Dickenverhältnisse abweicht (so genannte Depth-Graded Multilayers). EUV-Lithographiegeräte werden bei der Herstellung von Halbleiterbauteilen, wie z. B. integrierten Schaltkreisen verwendet. Lithographiegeräte, die im extremen ultravioletten Wellenlängenbereich betrieben werden, weisen als optisches reflektives Element vorwiegend
Multilayersysteme aus beispielswe se Molybdän und Silizium auf. EUV- Lithographiegeräte weisen zwar in hrem Inneren ein Vakuum oder eine Restgasatmosphäre auf. Es lässt s ch aber nicht völlig verhindern, dass sich auch Kohlenwasserstoffe und/oder sonstige Kohlenstoffverbindungen innerhalb des Gerätes befinden. Diese Kohlenstoffverbindungen werden durch die extreme ultraviolette Strahlung bzw. durch Sekundärelektronen aufgespalten, was dazu führt, dass sich ein kohlenstoffhaltiger Kontaminationsfilm auf den optischen Elementen niederschlägt. Diese Kontamination mit Kohlenstoffverbindungen führen zu deutlichen Reflektionsverlusten der optischen Funktionsflächen, was einen erheblichen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit der EUV-Lithographieverfahren haben kann. Dieser Effekt wird dadurch verstärkt, dass typische EUV-Lithographiegeräte acht oder mehr reflektive optische Elemente aufweisen. Deren Transmission ist proportional zum Produkt der Reflektivitäten der einzelnen optischen reflektiven Elemente.
Die Kontaminationen führen nicht nur zu Reflektivitätsverlusten, sondern auch zu Abbildungsfehlern, die im schlimmsten Fall eine Abbildung unmöglich machen. Beim Betrieb eines EUV- Lithographiegerätes bzw. beim Einsatz reflektiver optischer Elemente müssen also Reinigungszyklen vorgesehen werden. Diese erhöhen signifikant die Betriebskosten. Die Reinigungszyklen vergrößern aber nicht nur die Standzeiten, sondern bergen das Risiko der Verschlechterung der Schichtdickenhomogenität des reflektiven optischen Elements bzw. das Risiko der Erhöhung der Oberflächenrauhigkeit, was zu weiteren Reflektivitätsverlusten führt. Ein Ansatz, die Kontamination bei Mo/Si-Multilayerspiegeln zu kontrollieren, findet sich in M. Malinowski et al, Proceedings of SPIE Vol. 4688 (2002), Seiten 442 - 453. Ein Multilayersystem aus 40 Paaren Molybdän und Silizium einer Paardicke von 7nm und einem F~ = ( Mc/^wo + s mit dMo Dicke der Molybdänschicht, dsi Dicke der Sili∑iumschicht) von ungefähr 0,4 wurde auf der obersten Molybdänschicht mit einer zusätzlichen Siliziumschicht versehen. Es wurden Multilayersysteme mit unterschiedlichen Siliziumdeckschichtdicken vermessen, die von 2 bis 7nm reichten. Herkömmliche Mo/Si-Multilayersysfeme weisen eine Siliziumdeckschicht von 4,3nm auf, die zwar als Kontaminationsschutz dient, aber sehr schnell oxidiert. Bei den Messungen stellte sich heraus, dass sich bei einer Siliziumdeckschicht von 3nm in Abhängigkeit von der Strahlungsdosis ein Reflektivitätsplateau ergibt. Es wird daher empfohlen, statt Siliziumdeckschichten einer Dicke von 4,3nm Siliziumdeckschichten einer Dicke von 3nm einzusetzen. Denn bei gleicher Toleranz im Reflektivitätsverlust lässt sich mit einer 3nm dicken Siliziumdeckschicht eine längere Betriebszeit erreichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein reflektives optisches Element für den EUV- und weichen Röntgenwellenlängenbereich bereitzustellen, das eine möglichst hohe Lebensdauer aufweist. Ferner besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein EUV-Lithographiegerät mit möglichst geringen Standzeiten bereitzustellen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein reflektives optisches Element gemäß Anspruch 1 sowie durch ein EUV-Lithographiegerät gemäß Anspruch 13.
Es hat sich herausgestellt, dass reflektive optische Elemente für den EUV- und weichen Röntgenwellenlängenbereich mit hoher Lebenszeit erhalten werden, wenn sie mit einem Deckschichtsystem versehen werden, das eine oder mehrere Schichten von Materialien mit einem bestimmten Brechungsindex aufweist, und bei denen die Gesamtdicke des Deckschichtsystems nach bestimmten Kriterien ausgewählt wird. Die eine oder mehr Schichten des Deckschichtsystems sollten bei Betriebswellenlängen zwischen 12,5nm und 15nm einen Brechungsindex aufweisen, dessen Realteil zwischen 0,90 und 1 ,03, vorzugsweise zwischen 0,95 und 1 ,02 und dessen Imaginärteil zwischen 0 und 0,025, besonders bevorzugt zwischen 0 und 0,015 liegt. Verglichen mit den Schichten des darunter liegenden Multilayersystem haben die Deckschichtsysfemschichten also die optischen Eigenschaften eines Spacers bzw. liegen zwischen denen eines Spacers und eines Absorbers. Die Wahl eines Materials mit einem möglichst kleinen Imaginärteil und einem Realteil möglichst nahe bei 1 führt in Abhängigkeit von der Deckschichtsystemdicke zwischen zwei Dicken di und d2 zu einem plateauförmigen Reflektivitätsverlauf. Dies bedeutet, dass bei diesen ausgewählten Materialien das reflektive optische Element aus Multilayersystem und Deckschichtsystem in einem gewissen Bereich unempfindlich gegenüber Schwankungen der Deckschichtsystemdicke ist. Erfindungsgemäß weist das reflektive optische Element ein Deckschichtsystem einer Dicke kleiner d2 auf.
Die erfindungsgemäßen reflektiven optischen Elemente weisen den Vorteil auf, dass deren relative Unempfindlichkeit gegen Dickenschwankungen des Deckschichtsystems sich auch in einer Unempfindlichkeit gegenüber dem Aufwachsen einer Kontaminationsschicht äußert. Ohne deutliche Reflektivitätsänderung können viel dickere Kohlenstoffschichten als bei herkömmlichen reflektiven optischen Elementen toleriert werden. Dies äußert sich ebenfalls positiv in der Homogenität der Abbildung, da auch Dickenschwankungen über die gesamte Fläche vernachlässigbar werden. Insgesamt wählt man bei gegebener Betriebswellenlänge die Materialien, den Schichtaufbau des Deckschichtsystems und die einzelnen Schichtdicken so, dass sich zwischen zwei Dicken di und d2 ein Plateau in der Reflektivität als Funktion der Dicke des Deckschichtsystems ausbildet. Die konkrete Dicke des Deckschichtsystems wählt man dann vorteilhafterweise so, dass sie möglichst klein ist, aber noch innerhalb des Reflektivitätsplateaus liegt. In der Praxis ist dabei zu beachten, dass für jede Schicht immer eine Mindestschichtdicke eingehalten werden muss, damit eine geschlossene Schicht hergestellt werden kann.
Es hat sich gezeigt, dass sich bei Reflexion an dem reflektiven optischen Element ein stehendes Wellenfeld ausbildet, dessen Minimum bei einer Deckschichtsystemdicke d1 einen Bruchteil der Betriebswellenlänge entfernt im Vakuum liegt. Wird nun die Schichtdicke des Deckschichtsystems erhöht, nähert sich das Minimum des stehenden Wellenfeldes der Oberfläche. Danach steigt der Wert des stehenden Wellenfeldes an der Oberfläche an bis auch das Maximum erreicht wird. Die Ausbildung des Reflektivitätsplateaus in Abhängigkeit der Dicke des Deckschichtsystems ergibt sich also deshalb, weil mit zunehmender Schichtdicke die zusätzlich entstehende Absorption, das heißt die resultierende Verminderung der Reflektivität, dadurch kompensiert wird, dass ab einer gewissen Schichtdicke Reflektivitätszuwächse durch zunehmend konstruktive Interferenz entstehen.
Als zusätzlicher Effekt kommt hinzu, dass in der Nähe des Minimums eines stehenden Wellenfeldes weniger Photoelektronen emitiert werden. Da auch die Photoelektronen die Kohlenwasserstoffe aus der Restgasatmosphäre in Kohlenstoff oder kohlenstoffhaltige Einzelteile zerlegen, hat dies zur Folge, dass die Kontamination merkbar langsamer aufwächst.
Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich daher dadurch aus, dass die Dicke d1 des Deckschichtsystems derart ist, dass eine sich bei Reflexion bei Betriebswellenlänge λe ausbildende stehende Welle ein Minimum in einem Abstand von der Oberfläche des reflektiven optischen Elements von 0,1 λs oder weniger aufweist. Das Minimum liegt dabei im Vakuum. Bei zunehmender Dichte wandert die Oberfläche sozusagen durch das Minimum hindurch bis die Dicke d2 erreicht ist. Dies entspricht einem Abstand Oberfläche zu Minimum von maximal 0,2 λß , wobei sich das Minimum innerhalb des reflektiven optischen Elementes befindet.
Die Spezifikation des im Wesentlichen konstanten Reflektivitätsverlaufs ist dahingehend zu verstehen, dass alle Reflektivitätsschwankungen in einem Bereich, der die Funktionsfähigkeit des reflektiven optischen Elementes nicht einschränkt, als konstant angesehen werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein Reflektivitätsabfall von 1 % der maximalen Reflektivität im Deckschichtdickenbereich zwischen di und d2 als unschädlich und als im Sinne dieser Erfindung konstanter Reflektivitätsverlauf angesehen.
Es ist davon auszugehen, dass der Reflektivitätsverlauf in Abhängigkeit der Deckschichtdicke zwischen di und d2 mindestens einen • Wendepunkt an der Deckschichtdicke dw durchläuft. Denn durch die teilweise Kompensation des Reflektivitätsverlustes im Deckschichtdickenbereich zwischen di und d2 verändert sich die Steigung des Reflektivitätsverlaufes in diesem Deckschichtdickenbereich. Vorteilhafterweise wird die konkrete Dicke des Deckschichtsystems als ≤ dw gewählt. Dadurch ist gewährleistet, dass die Dicke der Deckschicht einer Reflektivität entspricht, die sich im im Sinne dieser Erfindung konstanten Reflektivitätsbereich befindet. Dadurch wird das reflektive optische Element unempfindlich gegen eine Zunahme der Deckschichtdicke durch beispielsweise Kontamination.
In einer besonders bevorzugten Ausführung ist die Dicke des Deckschichtsystems gleich di.
Die vorteilhaften Eigenschaffen der erfindungsgemäßen reflektiven optischen Elemente wirken sich insbesondere positiv aus, wenn sie in einem EUV-Lithographiegerät verwendet werden. Vor allem beim Hintereinanderschalten von mehreren reflektiven optischen Elementen wirken sich die gleichmäßigere Reflektivität und auch gleichmäßigere Feldausleuchtung über längere Zeiträume besonders positiv aus. Es hat sich gezeigt, dass auch bei zunehmender Kontamination die Wellenfrontfehler in der komplexen optischen Systemen von EUV- Lithographiegeräten gering gehalten werden können. Ein großer Vorteil besteht darin, dass wegen der längeren Lebenszeit der reflektiven optischen Elemente weniger Reinigungszyklen am EUV- Lithographiegerät werden müssen. Dadurch werden nicht nur die Standzeiten reduziert, sondern auch das Risiko der Degeneration der Schichthomogenität, der Aufrauhung der Oberfläche bzw. des teilweisen Zerstörung der obersten Deckschicht bei zu starkem Reinigen werden signifikant verringert. Insbesondere können bei den erfindungsgemäßen reflektiven optischen Elementen die Reinigungsprozesse derart gesteuert werden, dass von vornherein die Kontaminationsschicht nicht komplett abgetragen wird, sondern immer eine minimale Kontaminationsschicht auf der obersten Schicht verbleibt. Diese schützt das reflektive optische Element vor einer Zerstörung durch zu starkes Reinigen. Die Dicke der Kontamiationsschicht kann dabei auf herkömmliche Art und Weise während des Aufwachsens bzw. während des Reinigens mit einem geeigneten In-situ-Überwachungssystemen gemessen werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das Deckschichtsystem aus einem oder mehreren Materialien der Gruppe Ce, Be, SiO, SiC, SiOa, Si3N4, C, Y, MoSi2, B, Y203, MoS2l B4C, BfSI, RuxSiy, Zr, Nb, ivϊoG, Zr02, RuκMoy, R Λo , RhκSiy besteht. Das Si02 sollte dabei vorzugsweise amorph oder polykristallin vorliegen.
Die besten Ergebnisse sind mit einem Multilayersystem erreicht worden, das aus Mo/Si-Schichten besteht und das auf der dem Deckschichtsystem zugewandten Seite mit der Molybdänschicht endet. Je nach Betriebswellenlänge, Multilayersystem und Anforderung an das reflektive optische Element kann es von Vorteil sein, wenn das Deckschichtsystem aus genau zwei oder genau drei Schichten besteht.
In einer bevorzugten Ausführungsform endet das Deckschichtsystem zum Vakuum hin mit einer Schicht aus einem Material, bei dem das Aufwachsen von kohlenstoffhaltigen Stoffen unterdrückt ist. Es wurde festgestellt, dass gewisse Materialien eine geringe Affinität zu kohlenstoffhaltigen Stoffen aufweisen, mit anderen Worten, bei denen kohlenstoffhaltige Schichten nur mit einer geringen Wahrscheinlichkeit haften bleiben bzw. eine geringe Adsorbtionsrate zeigen. Bei diesen Materialien ist also das Aufwachsen von kohlenstoffhaltigen Stoffen drastisch verringert bzw. unterdrückt. Es hat sich herausgestellt, dass derartige Materialien als Schutzschicht für reflektive optische Elemente für den EUV- und weiche Röntgenwellenlängenbereich eingesetzt werden können, ohne signifikante negative Auswirkungen auf das optische Verhalten des reflektiven optischen Elements zu zeigen. Besonders bevorzugt werden dabei die Materialien Zr02ι Y203 und Siliziumoxid in verschiedenen stöchiometrischen Verhältnissen. Das Siliziumoxid kann amorph oder polykristallin, eventuell auch kristallin vorliegen. In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform endet das Deckschichtsystem zum Vakuum hin mit einer Schicht aus einem Material, das gegen Energieeintrag inert ist, das heißt gegen Bestrahlung mit EUV-Photonen oder gegenüber extern elektrischen Feldern. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit spontaner Elektronenemission, die ihrerseits die Resfgase in reaktive Spaltprodukfe aufspalten könnten. Somit wird zusätzlich die Konfaminationsablagerung auf dem Deckschichtsystem verringert. Einfluss nehmen auf die Inertie gegen externe elektromagnetische Felder kann man z. B., indem die Oberfläche eine möglichst geringe Rauhigkeit aufweist und/oder indem iViaterialien verwendet werden, die eine große Bandlücke zwischen Valenzband und Leitungsband aufweisen. Besonders bevorzugt sind dabei die Materialien Nb, BN, B4C, Y, amorpher Kohlenstoff, Si3N , SiC sowie Siliziumoxid in verschiedenen stöchiometrischen Verhältnissen. Das Siliziumoxid kann amorph oder polykristallin, eventuell auch kristallin vorliegen.
Die Erfindung soll anhand einiger Beispiele und der Figuren näher erläutert werden. Dazu zeigen
Fig.1 die Reflektivität eines Multiiayers mit Deckschichtsystem in Abhängigkeit der Dicke des Deckschichtsystems;
Fig. 2a, b die Lage des stehenden Wellenfeldes bei unterschiedlichen Deckschichtsystemdicken;
Fig.3 die Reflektivität eines ersten reflektiven optischen Elements in Abhängigkeit der Kontaminationsschichtdicke und Fig. 4a, b die Abhängigkeit des Wellenfrontfehlers von der Kontaminationsschichtdicke für ein Sechsspiegelsystem für die EUV-Lithographie und
Fig. 5 die Reflektivität eines zweiten reflektiven optischen Elementes in Abhängigkeit der Kontaminationsschichtdicke.
Beispiel 1:
Auf einem auf einem Substrat aus amorphem Siliziumdioxid befindlichen Mo/Si-Multilayersystem aus 50 Paaren aus 2,76nm Molybdän und 4,14nm amorphem Silizium (a-Si02)wird ein dreischichtiges Deckschichtsystem aufgebracht. Dieses Deckschichtsystem grenzt mit einer 1 ,2nm dicken Y-Schicht an die oberste Molybdänschicht des Multilayersystems. Auf der Y-Schicht befindet sich eine 1 ,5nm Y203-Schicht. Zum Vakuum hin schließt das Deckschichtsystem mit einer 1nm dicken amorphen Siliziumdioxidschicht auf. Die Wahl der Materialien und deren Dicken erfolgt dabei nach den erfindungsgemäßen Kriterien. Insbesondere werden die Materialien auch dahingehend gewählt, dass sie Kohlenstoffwachstum unterdrücken (Y203, a-Si02) bzw. gegen Energieeintrag inert sind (Y, a-Si02).
Unter Vernachlässigung der Interface- und Oberflächenrauhigkeit erhält man bei einem Einfallswinkel von 0° mit der Oberflächennormalen bei einer Betriebswellenlänge von 13,5nm eine Reflektivität von 70,2%. In Figur 1 ist die Reflektivität des gesamten reflektiven optischen Elements bei diesen Bedingungen in Abhängigkeif der Deckschichtsyslemdicke gezeigt, wobei aber die Dicken von 1 ,2nm für Y und 1 ,5nm für Y203 konstant gehalten werden. Es bildet sich ein deutliches Reflektivitätsplateau zwischen einer Dicke d1 = 3,7nm und einer Dicke d2 = 6,68nm des Deckschichtsystems, bzw. eine a-Si02-Schicht von 1nm und 2,98 nm aus. Entsprechend wurde die Dicke der Siliziumdioxidschicht mit 1 ,0nm gewählt
In den Figuren 2a und 2b wird das sich ausbildende stehende Wellenfeld für eine Deckschichtsystemdicke von 3,7nm (Figur 2a) und für eine Deckschichtsystemdicke von 6,68nm dargestellt (Figur 2b). Abschnitte a-c entsprechend dem Deckschichtsysfem aus amorphem Si02 (a), Y203 (b) und Y (c) und Abschnitte d, e entsprechend dem Multilayersystem aus Molybdän (d) und amorphem Silizium (e). Es ist deutlich zu sehen, dass bei zunehmender Dicke des Deckschichtsystems die Oberfläche des reflektiven optischen Elements sich in der Nähe des Minimums bestehenden Wellenfeldes befindet, sie sozusagen durch das Minimum hindurchwandert. Dies würde für eine geringe durch Sekundärelektronen verursachte Kontamination sprechen.
In Figur 3 ist die Abhängigkeit der Reflektivität des reflektiven optischen Elements mit dem Deckschichtsystem aus Y, Y203 und a-Si02 in Abhängigkeit von der aufgewachsenen Kontaminationsschicht aufgezeichnet. Wählt man einen Toleranzbereich für die Reflektivitätsschwankung von 1 %, kann eine bis zu 4nm dicke Kohlenstoffschicht ohne signifikante Reflektivitätsänderung toleriert werden. Die Betriebszeit ist daher um ein Vielfaches höher als bei herkömmlichen reflektiven optischen Elementen.
In Figuren 4a und b sind diese positiven Ergebnisse auch anhand eines EUV-Lithographiegerätes mit sechs erfindungsgemäßen reflektiven optischen Elementen (S1-S6) als Spiegel dargestellt. Der getestete Spiegelaufbau ist in Figur 4a dargestellt. In Figur 4b ist der Wellenfrontfehler in Abhängigkeit von der Kohlenstoffdicke dargestellt. Zwar variiert die Wellenfront periodisch mit der aufgewachsenen Kohlenstoffdicke, der Absolutwert des Wellenfrontfehlers übersteigt aber für keine Kohlenstoffdicke einen Wert, der die Abbildungsqualität des Lithographiesysfems signifikant beeinträchtigen würde.
Wegen der Unempfindlichkeit des hier diskutierten reflektiven optischen Elements gegenüber dem Aufwachsen einer Kohlenstoffkontaminationsschichi, bietet es sich hier an, bei dem Reinigen des reflektiven optischen Elements bzw. beim Reinigen der gesamten EUV-Lithographievorrichtung, die Kontaminationsschicht nur bis auf eine Schicht von 0,5nm zu entfernen. Dadurch wird einerseits gewährleistet, dass das gereinigte optische Element wieder eine lange Lebensdauer aufweist. Es wird aber auch dafür gesorgt, dass das Risiko der Degeneration der Schichthomogenität bzw. der Aufrauung der Oberfläche oder des teilweisen Zerstörens der obersten Schicht bei zu starkem Reinigen verringert wird.
Beispiel 2:
Auf einem auf einem amorphen Siliziumdioxidsubstrat befindlichen Multilayersystem aus 50 Mo/Si-Paaren, die für eine Betriebswellenlänge von 13,5nm optimiert sind, befindet sich ein Deckschichtsystem aus einer 2,0nm dicken Cerschicht, die sich an die oberste Molybdänschicht des Multilayersystems anschließt, und eine 1 ,5nm dicke Siliziumdioxidschicht. Das Minimum einer bei Reflexion am unkontaminierten reflektiven optischen Element bei Betriebswellenlänge λs entstehenden stehenden Welle liegt 0,05 λβ von dessen Oberfläche im Vakuum. Bei einer maximalen Reflektivität von 70,9% bei einer Betriebswellenlänge von 13,5nm und einem tolerierten Reflektivitätsabfall von 1 % kann eine Kohlenstoffkontaminationsschicht eine Dicke von bis zu 3,5nm toleriert werden (siehe Fig. 5). Auch dieses reflektive optische Element eignet sich für die Verwendung in einem EUV-Lithographiegerät.

Claims

Patentansprüche
1. Reflektives optisches Element für den EUV- und weichen Röntgenwellenlängenbereich, das ein Multilayersystem und ein Deckschichtsystem aufweist, wobei die dem Deckschichtsystem zugewandte Seife des Multilayersystem mit einer Absorberschicht endet, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckschichtsystem mindestens eine Schicht eines Materials mit einem Brechungsinde^ aufweist, dessen Realteil bei einer Betriebswellenlänge zwischen 12,5 nm und 15 nm zwischen 0,90 und 1,03 liegt und dessen Imaginärteil bei einer Betriebswellenlänge von 12,5 nm bis 15 nm zwischen 0 und 0,025 liegt, so dass der Reflektivitätsverlauf in Abhängigkeit von der Dicke des Deckschichtsystems zunächst abfällt, bis eine Dicke d1 erreicht ist, zwischen der Dicke d1 und einer weiteren Dicke d2, d2>d1 die Reflektivität im Wesentlichen konstant bleibt und bei einer Dicke > d2 die Reflektivität weiter abfällt, und die Dicke des Deckschichtsystems kleiner d2 ist.
2. Reflektives optisches Element nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Imaginärteil zwischen 0 und 0,015 und der Realteil zwischen 0,95 und 1 ,02 liegt.
3. Reflektives optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckschichtsystem aus einem oder mehreren Materialien der Gruppe Ce, Be, SiO, SiC, Si02, Si3N4, C, Y, MoSi2, B, Y203, MoS2, B4C, BN, RuxSiy, Zr, Nb, MoC, Zr02, RuxMoy, RhxMoy, RhxSiy besteht.
4. Reflektives optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurc gekennzeichnet, dass es sich bei dem Multilayersystem um ein System aus Molybdän- und Siliziumschichten handelt, das auf der dem Deckschichtsystem zugewandten Seite mit einer Molybdänschicht endet.
5. Reflektives optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, a urch g kenn efetaΦS, dass das Deckschichtsystem zum Vakuum hin mit einer Schicht aus einem Material endet, bei dem das Kohlensfoffwachsfum unterdrückt ist.
6. Reflektives optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckschichtsystem zum Vakuum hin mit einer Schicht aus einem Material endet, das gegen Energieeintrag inert ist.
7. Reflektives optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckschichtsystem aus zwei Schichten besteht.
8. Reflektives optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckschichtsystem aus drei Schichten besteht.
9. Reflektives optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke d1 des Deckschichtsystems derart ist, dass eine sich bei Reflexion bei Betriebswellenlänge λe ausbildende stehende Welle ein Minimum in einem Abstand von der Oberfläche des reflektiven optischen Elements von 0,1 λB oder weniger aufweist.
10. Reflektives optisches Element nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektivitätsverlauf in Abhängigkeit von der Dicke des Deckschichtsystems im Rahmen eines Reflektivitätsabfalls von 1 % der maximalen Reflektivität im Deckschichtdickenbereich zwischen di und d2 konstant ist.
11. Reflektives optisches Element nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekemzeietaeϊ, dass der Reflektivitätsverlauf in Abhängigkeif der Deckschichtdicke zwischen d1 und d2 mindestens einen Wendepunkt an der Deckschichtdicke dw durchläuft und die Dicke des Deckschichtsystems kleiner dw ist.
12. Reflektives optisches Element nach Anspruch 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Deckschichtsystems gleich di ist.
13. EUV-Lithographiegerät mit mindestens einem reflektierenden optischen Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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