WO2004099878A2 - Verfahren zur vermeidung von kontamination und euv-lithographievorrichtung - Google Patents

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WO2004099878A2
WO2004099878A2 PCT/EP2004/004824 EP2004004824W WO2004099878A2 WO 2004099878 A2 WO2004099878 A2 WO 2004099878A2 EP 2004004824 W EP2004004824 W EP 2004004824W WO 2004099878 A2 WO2004099878 A2 WO 2004099878A2
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reflective optical
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optical element
gas mixture
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Markus Weiss
Marco Wedowski
Bas M. Mertens
Bas T. Wolschrijn
Bart H. A. M. Van Mierlo
Norbert B. Koster
Jan Van Elp
Anton E. Duisterwinkel
Annemieke Van De Runstraat
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Carl Zeiss Smt Ag
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    • G03F7/70983—Optical system protection, e.g. pellicles or removable covers for protection of mask
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    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/06—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diffraction, refraction or reflection, e.g. monochromators

Definitions

  • the invention relates to a method for avoiding contamination of the surfaces of reflective optical elements for the soft X-ray and EUV wavelength range with a cover layer of at least one transition metal during its irradiation at operating wavelength in an evacuated closed system having a residual gas atmosphere, in which a certain residual gas atmosphere is set.
  • the invention further relates to an EUV lithography device with at least one reflective optical element for the soft X-ray to EUV wavelength range with a cover layer with at least one transition metal, which is arranged in an evacuable housing, and a method for producing electronic microcomponents.
  • Optical reflective elements for the soft X-ray to EUV wavelength range are required in particular for use in EUV lithography of semiconductor components.
  • Typical EUV lithography devices have eight or more reflective optical elements.
  • the mirrors In order to nevertheless achieve a sufficient total intensity of the working radiation, the mirrors must have the highest possible reflectivities, because the overall intensity is proportional to the product of the reflectivities of the individual mirrors.
  • This high reflectivity should be the reflective keep optical elements as long as possible throughout their life.
  • the homogeneity of the reflectivity over the surface of the reflective optical elements must be maintained over the entire service life. The reflectivity and the service life of these reflective optical elements are particularly affected by the contamination of the surface under irradiation at the operating wavelength in the form of carbon deposition and by oxidation of the surface.
  • the reflective optical elements contaminate during operation with residual gases from the vacuum atmosphere. Molecules of the residual gas are adsorbed on the surfaces of the reflective optical elements and are broken up by the high-energy photon radiation by means of the emission of photoelectrons. If hydrocarbons are present in the residual gas atmosphere, this creates a carbon layer that reduces the reflectivity of a reflective optical element by approximately 1% per nm thickness. At a hydrocarbon partial pressure of approx. 10 "9 mbar, a layer with a thickness of 1 nm is already reached after approx. 20 hours.
  • Contamination layer can be removed by a cleaning process, which typically takes up to 5 hours.
  • a cleaning process runs the risk that the surface of the reflective optical element is damaged, for example roughened or oxidized, and therefore the initial reflectivity cannot be achieved again.
  • Residual gas molecules containing oxygen can contribute to the oxidation of the surfaces. This could leave the unprotected surface of a reflective optical element can be destroyed within a few hours.
  • EP 1 065 568 A2 describes a protective layer made of, for example, ruthenium, which significantly reduces the susceptibility to oxidation.
  • the oxidation rate can be reduced to 0.03% per hour at a water partial pressure of 10 "6 mbar and an energy density of 10 mW / mm 2. This extends the service life of a reflective optical element to approx. 30 hours for the economic
  • the use of the reflective optical elements in, for example, an EUV lithography device must have lifetimes of several years.
  • the object of the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art.
  • reaction mechanism is that the oxidizing gas or gas mixture oxidizes the surface of the transition metal M to a supersaturated oxide of the form MO ⁇ O at room temperature. If EUV radiation or soft X-ray radiation is irradiated, the reducing gases or gas mixtures react with the supersaturated metal oxide MO x O to form oxidized fission products, so that the reducing gas or gas mixture does not cause contamination. The supersaturated metal oxide MO ⁇ O is reduced to a lower oxidation level, which prevents the oxidation of the transition metal. The oxidizing gas or Gas mixture oxidizes the transition metal of the lower oxidation level again to an active supersaturated oxide MO x O. In this way, a dynamic equilibrium is formed which is independent of the radiation intensity over large areas.
  • the service life of reflective optical elements is extended so much by the method according to the invention that it can be used economically in EUV lithography devices. Frequent cleaning cycles are avoided. This also reduces the risk of damage to the surface of the reflective optical element due to aggressive cleaning, which would lead to loss of reflectivity or lateral inhomogeneities in the radiation density.
  • H 2 0 and 0 2 are introduced as the gas or gas mixture containing oxygen atoms, because, in contrast to, for example, peroxides, these are not only safer but also less expensive.
  • any reducing gas or gas mixture can be used, in particular hydrogen, nitrogen, carbon monoxide and hydrocarbons.
  • Hydrocarbons are preferred in particular for occupational safety reasons. It has proven to be advantageous to use hydrocarbons which have a boiling point below 150 ° C. and a molecular weight below 120 g / mol, since larger partial pressures can be achieved with such hydrocarbons and the process can thereby be controlled more easily.
  • the surface of the respective reflective optical element is well covered. This is the liability of the molecules on the respective Surface of importance.
  • the molecules should have a molecular weight that is not too low.
  • the gas or gas mixture containing oxygen atoms should also cover the surface of the respective reflective optical element well.
  • Preferred hydrocarbons are especially e.g. Alcohols, aldehydes, ketones, ethers, esters or carboxylic acids.
  • methyl methacrylate (MMA) is introduced as the hydrocarbon.
  • An important further parameter for the efficiency of the contamination prevention according to the invention is the choice of the transition metal for the cover layer of the reflective optical element.
  • Cover layers made of ruthenium, rhodium, palladium, silver, rhenium, osmium, iridium, platinum and / or gold or their compounds, alloys or mixtures are particularly advantageous. These transition metals only oxidize on the surface, which is conducive to constant reflectivity. Ruthenium is particularly preferred, Rhodium, rhenium and iridium, which show low absorption in the EUV to soft X-ray wavelength range.
  • the ratio of the partial pressures of MMA to H 2 0 is advantageously between 1:10 and 1: 1000 and the ratio of the partial pressures of MMA to 0 2 is between 1: 1000 and 1: 100000. These pressure ratios have proven particularly useful in the case of a ruthenium top layer, which has particularly good catalytic effects.
  • the present method can also be used to gently clean the surface of reflective optical elements.
  • the partial pressure of the MMA is a maximum of 10 "7 mbar. Otherwise, carbon contamination can occur. To prevent slight oxidation, it should be at least 10 " 9 mbar.
  • the optimal choice of partial pressure depends on the specific choice of the cover layer material or the oxidizing gas or gas mixture.
  • the partial pressure should be higher for hydrocarbons of lower molar mass compared to that of oxygen and water, and should be lower for hydrocarbons of higher molar mass.
  • FIG. 6 schematic diagram of an EUV lithography device
  • FIG. 1 shows the relative loss of reflectivity per hour as a function of the energy density of the irradiation at an H 2 O partial pressure of 1.5 x 10 "6 mbar, an O 2 partial pressure of 5 x 10 " 5 mbar and an MMA partial pressure of 0.7 x 10 '8 mbar.
  • the trial ran over 50 hours. It can be clearly seen that a significant loss of reflectivity per hour can only be observed from an energy density of over 10 mW / mm 2 .
  • FIG. 4 For comparison, reference is first made to FIG. 4. The measurements there were carried out at a water vapor partial pressure of 1 x 10 "6 mbar and an oxygen partial pressure of 5 x 10 " 5 mbar. The MMA proportion was no longer measurable. These measurements ran over 60 hours. If the MMA proportion is too low, it can be determined that significant relative changes in reflectivity per hour can already be recorded from 1 mW / mm 2 . In the range between 1 and 10 mW / mm 2 , which is critical for EUV lithography applications, the service life of individual reflective optical elements can therefore be extended by up to a hundred times with the help of the present invention.
  • FIG. 5 shows the measurement results which were obtained at 10 '7 mbar water vapor partial pressure, 9.1 x 10 "9 mbar oxygen partial pressure and ⁇ 10 " 9 mbar MMA partial pressure over 80 hours.
  • the relative reflectivity loss per hour which can be determined in particular from 0.001 mW / mm 2 to approximately 1 mW / mm 2, is due to the growth of a carbon layer. This has a negative effect on the reflectivity and is effectively suppressed by the present invention.
  • a very simplified EUV lithography device 1 is shown schematically as an example in FIG. From an EUV radiation source 2, the radiation 3 strikes a photomask 4 with a ruthenium cover layer, from which the radiation 3 is imaged onto a wafer 5.
  • the photomask 4 is in an evacuable housing 6 arranged, which has two EUV beam paths 7.
  • the feed line 8a for H 2 0, the feed line 8b for 0 2 and the feed line 8c for MMA open in the area of the photomask 4.
  • Pressure regulators are not shown in order to be able to easily set the desired partial pressure ratios. It should be noted that the feed lines 8a, b, c open in the area, but not directly at the photomask 4, so that the three gases are present on the photomask surface as a homogeneous mixture.
  • FIG. It is a cover layer material made of a transition metal M, a hydrocarbon HC as a reducing gas and oxygen OX as an oxidizing gas.
  • the gaseous hydrocarbon HCg is adsorbed on the top layer surface (HCa).
  • the adsorbed hydrocarbon is excited by incident EUV radiation. Both the adsorption and the excitation are reversible processes (double arrow).
  • This supersaturated MO ⁇ O reacts with the excited adsorbed hydrocarbon to carbon monoxide or carbon dioxide CO ⁇ and oxidized hydrocarbons HCO.
  • the MO ⁇ O is reduced to MO x again.
  • the stability of the process over large radiation intensity ranges has the particular advantage that it enables a specific atmosphere to be set for the interior of an entire lithography device or an entire optical element - regardless of the radiation intensities prevailing on the individual optical elements.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung von Kontamination der Oberflächen reflektiver optischer Elemente für den weichen Röntgen- und EUV-Wellenlängenbereich mit einer Deckschicht aus mindestens einem Übergangmetall während ihrer Bestrahlung bei Betriebswellenlänge in einem evakuierten, eine Restgasatmosphäre aufweisenden geschlossenen System, bei dem eine bestimmte Restgasatmosphäre eingestellt wird. Um eine Degradation der Oberfläche durch sowohl Ablagerungen von Kohlenstoff als auch Oberflächenoxidation zu vermeiden, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass sowohl ein reduzierendes Gas oder Gasgemisch sowie ein Sauerstoffatome aufweisendes Gas oder Gasgemisch eingeleitet werden. In Verbindung mit der Deckschicht des reflektiven optischen Elementes aus einem Übergangsmetall wird eine Degradation der Oberfläche wirksam unterbunden.

Description

Verfahren zur Vermeidung von Kontamination und EUV-Lithographievorrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung von Kontamination der Oberflächen reflektiver optischer Elemente für den weichen Röntgen- und EUV-Wellenlängenbereich mit einer Deckschicht aus mindestens einem Übergangsmetall während ihrer Bestrahlung bei Betriebswellenlänge in einem evakuierten, eine Restgasatmosphäre aufweisenden geschlossenen System, bei dem eine bestimmte Restgasatmosphäre eingestellt wird.
Ferner betrifft die Erfindung eine EUV-Lithographievorrichtung mit mindestens einem reflektiven optischen Element für den weichen Röntgen- bis EUV-Wellenlängenbereich mit einer Deckschicht mit mindestens einem Übergangsmetall, das in einem evakuierbaren Gehäuse angeordnet ist sowie ein Verfahren zur Herstellung elektronischer Mikrobauteile.
Optische reflektive Elemente für den weichen Röntgen- bis EUV- Wellenlängenbereich (d.h. Wellenlängen zwischen 5 nm und 20 nm), wie zum Beispiel Photomasken oder Viellagenspiegel, werden insbesondere zum Einsatz in der EUV-Lithographie von Halbleiterbauelementen benötigt. Typische EUV-Lithographiegeräte weisen acht oder mehr reflektive optische Elemente auf. Um dennoch eine hinreichende Gesamtintensität der Arbeitsstrahlung zu erreichen, müssen die Spiegel möglichst hohe Reflektivitäten aufweisen, denn die Gesamtintensität ist proportional zum Produkt der Reflektivitäten der einzelnen Spiegel. Diese hohe Reflektivität sollten die reflektiven optischen Elemente möglichst während ihrer gesamten Lebensdauer beibehalten. Weiterhin muss die Homogenität der Reflektivität über die Oberfläche der reflektiven optischen Elemente über die gesamte Lebensdauer erhalten bleiben. Die Reflektivität und die Lebensdauer von diesen reflektiven optischen Elementen werden besonders durch die Kontamination der Oberfläche unter Bestrahlung bei Betriebswellenlänge in Form der Ablagerung von Kohlenstoff und durch Oxidation der Oberfläche beeinträchtigt.
Die reflektiven optischen Elemente kontaminieren während des Betriebs durch Restgase aus der Vakuumatmosphäre. Dabei werden Moleküle des Restgases an den Oberflächen der reflektiven optischen Elemente adsorbiert und werden durch die hochenergetische Photonenstrahlung vermittels Emission von Photoelektronen aufgebrochen. Bei dem Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen in der Restgasatmosphäre entsteht so eine Kohlenstoffschicht, die die Reflektivität eines reflektiven optischen Elementes um ca. 1 % pro nm Dicke herabsetzt. Bei einem Kohlenwasserstoffpartialdruck von ca. 10"9 mbar wird eine Schicht von 1 nm Dicke bereits nach ca. 20 Stunden erreicht. Da zum Beispiel EUV-üthographiegeräte bei einem Reflektivitätsverlust von 1 % pro reflektiven optischen Element nicht mehr den nötigen Durchsatz erlauben, muss diese Kontaminationsschicht durch einen Reinigungsprozess entfernt werden, der typischerweise bis zu 5 Stunden dauert. Außerdem birgt ein derartiger Reinigungsprozess die Gefahr, dass die Oberfläche des reflektiven optischen Elementes beschädigt wird, zum Beispiel aufgeraut oder oxidiert wird und daher die Ausgangsreflektivität nicht wieder erreicht werden kann.
Sauerstoff haltige Restgasmoleküle können zur Oxidation der Oberflächen beitragen. Dabei könnte die ungeschützte Oberfläche eines reflektiven optischen Elementes bereits innerhalb weniger Stunden zerstört werden.
Gemäß der WO 02/052061 A1 sowie der US 2001/0051124 A1 wird versucht, die Oxidation zu vermeiden, indem Kohlenwasserstoffe, speziell Alkohol, der Restgasatmosphäre beigemischt werden. Gemäß diesen Schriften wird zwar erwartet, dass sich dadurch eine selbstterminierende Kohlenstoffschicht auf der Oberfläche eines reflektiven optischen Elementes ablagert. Langzeitversuche > 100 Stunden haben aber erwiesen, dass die Kohlenstoffschicht langsam weiter wächst.
Die US 2002/0084425 A1 lehrt, dass die Kohlenstoffkontamination durch Zugabe eines Reinigungsgases entfernt werden kann. Vorgeschlagen werden als Reinigungsgas Sauerstoff, Wasserstoff und Wasser. Problematisch ist aber, dass nicht nur die Kohlenstoffkontaminationsschicht entfernt wird, sondern unter Umständen auch eine Oxidation der unter der Kontamination liegenden Oberfläche verursacht werden kann.
In der US 2001/0053414 A1 wird vorgeschlagen, durch Zugabe von insbesondere Ethanol und Wasser in einem Verhältnis 2:1 in die Restgasatmosphäre ein gleichzeitiges Reinigen und Schützen der Oberflächen zu erreichen.
In der EP 1 065 568 A2 wird eine Schutzschicht aus beispielsweise Ruthenium beschrieben, die die Oxidationseinfälligkeit deutlich reduziert. Bei einem reflektiven optischen Element mit einer derartigen Deckschicht lässt sich bei einem Wasserpartialdruck von 10"6 mbar und einer Energiedichte von 10 mW/mm2 die Oxidationsrate auf 0,03 % pro Stunde reduzieren. Dies verlängert die Lebensdauer eines reflektiven optischen Elementes auf ca. 30 Stunden. Für den wirtschaftlichen Einsatz der reflektiven optischen Elemente in beispielsweise einem EUV-Lithographiegerät müssen allerdings Lebensdauern von mehreren Jahren erreicht werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 11 und ein Verfahren nach Anspruch 14.
Erstaunlicherweise hat sich herausgestellt, daß durch die geeignete Wahl des Materials einer Deckschicht für reflektive optische Elemente sowie eines reduzierenden und eines oxidierenden Gases oder Gasgemischs ein Synergieeffekt erreicht wird, der dazu führt, daß während des Betriebes weder eine Kohlenstoffschicht aufwächst, noch die Oberfläche des reflektiven optischen Elementes oxidiert wird. Dieser Synergieeffekt beruht wahrscheinlich auf sich ergebenden Redox- Reaktionen und katalytischen Effekten an der Deckschicht auf Übergangsmetallbasis, die über weite Bereiche von der Intensität der eingestrahlten Strahlung unabhängig sind.
Ein vorstellbarer Reaktionsmechanismus besteht darin, dass bei Zimmertemperatur das oxidierende Gas oder Gasgemisch die Oberfläche des Übergangmetalls M zu einem übersättigten Oxid der Form MOχO oxidiert. Wird EUV-Strahlung oder weiche Röntgenstahlung eingestrahlt, reagieren die reduzierenden Gase oder Gasgemische mit dem übersättigten Metalloxid MOxO zu oxidierten Spaltprodukten, so dass das reduzierende Gas oder Gasgemisch keine Kontamination verursacht. Das übersättigte Metalloxid MOχO wird dabei zu einer niedrigeren Oxidationsstufe reduziert, die die Oxidation des Übergangmetalls verhindert. Das oxidierende Gas oder Gasgemisch oxidiert das Übergangsmetall der niedrigeren Oxidationsstufe wieder zu einem aktiven übersättigten Oxid MOxO. Auf diese Weise bildet sich ein dynamisches Gleichgewicht aus, das über große Bereiche von der Strahlungsintensität unabhängig ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Lebensdauer reflektiver optischer Elemente so sehr verlängert, daß ein wirtschaftlicher Einsatz in EUV-Lithographiegeräten möglich wird. Häufige Reinigungszyklen werden vermieden. Dadurch sinkt auch das Risiko einer Beschädigung der Oberfläche des reflektiven optischen Elementes durch zu aggressive Reinigung, die zu Reflektivitätsverlusten bzw. laterale Inhomogenitäten in der Strahlungsdichte führen würde.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden als Sauerstoffatome aufweisendes Gas oder Gasgemisch H20 und 02 eingeleitet, denn diese sind im Gegensatz zu z.B. Peroxiden nicht nur sicherer, sondern auch kostengünstiger.
Im Prinzip kann jedes reduzierende Gas oder Gasgemisch eingesetzt werden, insbesondere Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe. Insbesondere aus Arbeitssicherheitsgründen werden Kohlenwasserstoffe bevorzugt. Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, Kohlenwasserstoffe einzusetzen, die einen Siedepunkt unter 150°C und ein Molekulargewicht unter 120 g/mol aufweisen, denn mit solchen Kohlenwasserstoffen können größere Partialdrücke erreicht werden und dadurch das Verfahren einfacher gesteuert werden.
Bei der Wahl eines geeigneten Kohlenwasserstoffes bzw. einer geeigneten Mischung von Kohlenwasserstoffen ist entscheidend, daß die Oberfläche des jeweiligen reflektiven optischen Elementes gut bedeckt wird. Dafür ist die Haftung der Moleküle auf der jeweiligen Oberfläche von Bedeutung. Beispielsweise sollten die Moleküle eine nicht zu geringe Molmasse aufweisen.
Auch das Sauerstoffatom aufweisende Gas bzw. Gasgemisch sollte die Oberfläche des jeweiligen reflektiven optischen Elementes gut bedecken.
Im Übrigen hat das Zufügen von weiteren Gasen, wie z. B. Edelgase, keinen negativen Einfluss auf das erfindungsgemäße Verfahren.
Strukturell gesehen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der oder die Kohlenwasserstoffe Sauerstoffatome enthalten. Als vorteilhaft hat es sich auch erwiesen, wenn der oder die Kohlenwasserstoffe mindestens eine Doppelbindung aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der oder die Kohlenwasserstoffe eine oder mehrere C=0 und/oder OC=0 und C≡O-Gruppen aufweisen.
Bevorzugt werden als Kohlenwasserstoffe insbesondere z.B. Alkohole, Aldehyde, Ketone, Ether, Ester oder Karboxylsäuren. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Kohlenwasserstoff Methyl-Methacrylat (MMA) eingeleitet.
Wichtiger weiterer Parameter für die Effizienz der erfindungsgemäßen Kontaminationsvermeidung ist die Wahl des Übergangsmetalls für die Deckschicht des reflektiven optischen Elementes. Besonders vorteilhaft sind Deckschichten aus Ruthenium, Rhodium, Palladium, Silber, Rhenium, Osmium, Iridium, Platin und/oder Gold bzw. deren Verbindungen, Legierungen oder Gemische. Diese Übergangsmetalle oxidieren nämlich nur an der Oberfläche, was einer konstanten Reflektivität förderlich ist. Besonders bevorzugt sind Ruthenium, Rhodium, Rhenium und Iridium, die im EUV- bis weichen Röntgenwellenlängenbereich eine geringe Absorption zeigen.
Vorteilhafterweise liegt das Verhältnis der Partialdrücke von MMA zu H20 zwischen 1 :10 und 1 :1000 und liegt das Verhältnis der Partialdrücke von MMA zu 02 zwischen 1 :1000 und 1:100000. Diese Druckverhältnisse haben sich insbesondere bei einer Deckschicht aus Ruthenium bewährt, das besonders gute katalytische Wirkungen zeigt.
Bei geschickter Wahl der Gase und der Partialdruckverhältnisse lässt sich das vorliegende Verfahren im Übrigen auch nutzen, um eine schonende Reinigung der Oberfläche reflektiver optischer Elemente durchzuführen.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Partialdruck des MMA maximal 10"7 mbar beträgt. Ansonsten kann es doch zu einer Kohlenstoffkontamination kommen. Damit es nicht doch zu leichten Oxidationen kommt, sollte er mindestens 10"9 mbar betragen. Die optimale Wahl des Partialdruckes hängt allerdings von der konkreten Wahl des Deckschichtmaterials bzw. des oxidierenden Gases oder Gasgemisches ab.
Bei der Wahl der Partialdruckverhältnisse ist außerdem zu beachten, daß bei Kohlenwasserstoffen geringerer Molmasse der Partialdruck verglichen zu dem des Sauerstoffs und des Wassers eher höher und bei Kohlenwasserstoffen höherer Molmasse eher weniger sein sollte.
Die Erfindung soll anhand der folgenden Figuren und Beispielen näher erläutert werden. Figur 1 Reflektivitätsveriust pro Stunde in Abhängigkeit von der
Bestrahlungsenergiedichte bei einer ersten erfindungsgemäßen Umgebungsatmosphäre;
Figur 2 Reflektivitätsveriust pro Stunde in Abhängigkeit von der
Bestrahlungsenergiedichte bei einer zweiten erfindungsgemäßen Umgebungsatmosphäre;
Figur 3 Reflektivitätsveriust pro Stunde in Abhängigkeit von der
Bestrahlungsenergiedichte bei der zweiten erfindungsgemäßen Umgebungsatmosphäre bei einer anderen Bestrahlungsdauer;
Figur 4 Reflektivitätsveriust pro Stunde in Abhängigkeit von der
Bestrahlungsenergiedichte bei einer ersten nicht erfindungsgemäßen Umgebungsatmosphäre;
Figur 5 Reflektivitätsveriust pro Stunde in Abhängigkeit von der
Bestrahlungsenergiedichte bei einer zweiten nicht erfindungsgemäßen Umgebungsatmosphäre;
Figur 6 Prinzipskizze eines EUV-Lithographiegerätes;
Figur 7 Prinzipskizze des Reaktionsmechanismus.
In Figur 1 ist der relative Reflektivitätsveriust pro Stunde in Abhängigkeit der Energiedichte der Bestrahlung bei einem H20- Partialdruck von 1 ,5 x 10"6 mbar, einem 02-Partialdruck von 5 x 10"5 mbar und einem MMA-Partialdruck von 0,7 x 10'8 mbar dargestellt. Der Versuch lief über 50 Stunden. Deutlich erkennbar ist, daß ein signifikanter Reflektivitätsveriust pro Stunde erst ab einer Energiedichte von über 10 mW/mm2 zu beobachten ist. Auch bei Partialdrücken von 1 ,7 x 10"5 mbar für H20, 3,9 x 10'4 mbar für 02 und 1 ,1 x 10"8 mbar für MMA zeigt sich dieser Effekt, daß erst ab 10 mW/mm2 der relative stündliche Relativitätsverlust stark ansteigt (siehe Figur 2). Diese Versuchsreihe lief über 40 Stunden. Bei gleichen Partialdruckverhältnissen wurde eine zweite Messreihe über 71 Stunden durchgeführt. Dort ist selbst bei Energiedichten von weit über 10 mW/mm2 noch kein signifikanter stündlicher relativer Reflektivitätsveriust festzustellen (siehe Figur 3). Alle drei Messungen wurden mit reflektiven optischen Elementen mit einer Rutheniumdeckschicht bei einer Betriebswellenlänge von 13,5 nm durchgeführt.
Zum Vergleich sei zunächst auf Figur 4 hingewiesen. Die dortigen Messungen wurden bei einem Wasserdampfpartialdruck von 1 x 10"6 mbar und einem Sauerstoffpartialdruck von 5 x 10"5 mbar durchgeführt. Der MMA-Anteil war nicht mehr messbar. Diese Messungen liefen über 60 Stunden. Bei einem zu geringen MMA-Anteil lässt sich also feststellen, daß schon ab 1 mW/mm2 signifikante relative Reflektivitätsänderungen pro Stunde zu verzeichnen sind. In dem für EUV-Lithographieanwendungen kritischen Bereich zwischen 1 und 10 mW/mm2 lässt sich also mit Hilfe der vorliegenden Erfindung die Lebensdauer einzelner reflektiver optischer Elemente um ein bis zu Hundertfaches verlängern.
In Figur 5 sind zu einem weiteren Vergleich die Messergebnisse gezeigt, die bei 10'7 mbar Wasserdampfpartialdruck, 9,1 x 10"9 mbar Sauerstoffpartialdruck und < 10"9 mbar MMA-Partialdruck über 80 Stunden erhalten wurden. Der insbesondere von 0,001 mW/mm2 bis ca. 1 mW/mm2 festzustellende relative Reflektivitätsveriust pro Stunde ist auf das Aufwachsen einer Kohlenstoffschicht zurückzuführen. Dies wirkt sich negativ auf die Reflektivität aus und wird durch die vorliegende Erfindung wirkungsvoll unterdrückt.
In Figur 6 ist beispielhaft eine sehr vereinfachte EUV- Lithographievorrichtung 1 schematisch dargestellt. Von einer EUV- Strahlungsquelle 2 trifft die Strahlung 3 auf eine Photomaske 4 mit einer Rutheniumdeckschicht, von der die Strahlung 3 auf einen Wafer 5 abgebildet wird. Die Photomaske 4 ist in einem evakuierbaren Gehäuse 6 angeordnet, das zwei EUV-Strahlengänge 7 aufweist. Im Bereich der Photomaske 4 münden die Zuleitung 8a für H20, die Zuleitung 8b für 02 und die Zuleitung 8c für MMA. Nicht dargestellt sind Druckregulierer, um die gewünschten Partialdruckverhältnisse leicht einstellen zu können. Es ist zu beachten, dass die Zuleitungen 8a, b, c zwar im Bereich, aber nicht unmittelbar an der Photomaske 4 münden, damit die drei Gase an der Photomaskenoberfläche als möglichst homogene Mischung vorliegen.
In Figur 7 ist schematisch ein möglicher Reaktionsmechanismus für das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt. Dabei handelt es sich um ein Deckschichtmaterial aus einem Übergangsmetall M, einem Kohlenwasserstoff HC als reduzierendes Gas und Sauerstoff OX als oxidierendes Gas. Der gasförmige Kohlenwasserstoff HCg wird an der Deckschichtoberfläche adsorbiert (HCa). Der adsorbierte Kohlenwasserstoff wird durch einfallende EUV-Strahlung angeregt. Sowohl die Adsorption als auch die Anregung sind reversible Prozesse (Doppelpfeil). Der Sauerstoff hat währenddessen mit an der Oberfläche vorliegendem MOχ (x = 0, 1, 2) zu übersättigtem MOχO reagiert, wobei es sich bei einem der Sauerstoffatome um ein Sauerstoff radikal handelt. Dieser übersättigte MOχO reagiert mit dem angeregten adsorbierten Kohlenwasserstoff zu Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid COχ sowie oxidierten Kohlenwasserstoffen HCO. Dabei wird das MOχO wieder zu MOx reduziert.
Falls zuwenig Sauerstoff vorhanden ist, wird der Kohlenwasserstoff zu einer Kontaminationsschicht auf der Deckschichtoberfläche aufwachsen. Dies wird durch hohe Strahlungsintensität verstärkt. Falls nicht genug Kohlenwasserstoff vorhanden ist, findet eine Oxidation von MOxO zu Oχ+ι statt, die ebenfalls durch höhere Strahlungsintensität intensiviert wird. Diese Oxidation findet vermutlich auch über Reaktion mit Sekundärelektronen statt. Die Partialdrücke von Sauerstoff und Kohlenwasserstoff sollten im Hinblick auf maximal gewünschte bzw. erreichte Strahlungsintensitäten ausgelegt werden. Dann wird bei entsprechend niedrigeren Strahlungsintensitäten weder die Schwelle von zuwenig Sauerstoff noch von zuwenig Kohlenwasserstoff überschritten. Der Prozess ist dann in diesem Intensitätsbereich intensitätsunabhängig.
Die Stabilität des Prozesses über große Strahlungsintensitätsbereiche hat insbesondere den großen Vorteil, dass dadurch ermöglicht wird, für das Innere einer gesamten Lithographievorrichtung bzw. eines gesamten optischen Elementes eine bestimmte Atmosphäre einzustellen - unabhängig von den an den einzelnen optischen Elementen vorherrschenden Strahlungsintensitäten.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Vermeidung von Kontamination auf Oberflächen von reflektiven optischen Elementen für den weichen Röntgen- und EUV-Wellenlängenbereich mit einer Deckschicht aufweisend ein oder mehrere Übergangsmetalle während ihrer Bestrahlung bei Betriebswellenlänge in einem evakuierbaren, eine Restgasatmospähre aufweisenden geschlossenen System, bei dem eine bestimmte Restgasatmosphäre eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein reduzierendes Gas oder Gasgemisch sowie ein Sauerstoffatome aufweisendes Gas oder Gasgemisch eingeleitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasgemisch aus 02 und H20 eingeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als reduzierendes Gas oder Gasgemisch mindestens ein Kohlenwasserstoff eingeleitet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein sauerstoffhaltiger Kohlenwasserstoff eingeleitet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kohlenwasserstoff mit mindestens einer Doppelbindung eingeleitet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kohlenwasserstoff mit mindestens einer C=0, einer OC=0 oder einer C≡O-Gruppe eingeleitet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es an einem reflektiven optischen Element mit einer Deckschicht aus Ruthenium, Rhodium, Palladium, Silber, Rhenium, Osmium, Iridium, Platin und oder Gold bzw. aus einem Gemisch oder einer Verbindung oder einer Legierung der vorstehenden Übergangsmetalle durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Kohlenwasserstoff Methyl-Metacrylat (MMA) eingeleitet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Partialdrücke von MMA zu H20 zwischen 1:10 und 1 :1000 liegt und das Verhältnis der Partialdrücke von MMA zu 02 zwischen 1 :1000 und 1:100000 liegt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Partialdruck des MMA maximal 10'7 mbar und minimal 10'9 mbar beträgt.
11. EUV-Lithographievorrichtung (1 ) mit mindestens einem reflektiven optischen Element (4) für den weichen Röntgen- oder extremen ultravioletten Wellenlängenbereich mit einer Deckschicht aus mindestens einem Übergangsmetall in einem evakuierbaren Gehäuse (2) und mindestens zwei Zuleitungen (8a, b, c), die im Bereich des reflektiven optischen Elementes (4) münden und zur Zuleitung von einem Sauerstoffatome aufweisenden Gas oder Gasgemisch und mindestens einem reduzierenden Gas oder Gasgemisch dienen.
12. EUV-Lithographievorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass sie drei Zuleitungen (8a, b, c) für die Zuleitung von 02 und H20 und einem Kohlenwasserstoff aufweist.
13. EUV-Lithographievorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das reflektive optische Element (4) eine Deckschicht aus Ruthenium, Rhodium, Palladium, Silber, Rhenium, Osmium, Iridium, Platin und/oder Gold bzw. aus einem Gemisch oder einer Verbindung oder einer Legierung der vorstehenden Übergangsmetalle aufweist.
14. Verfahren zur Herstellung mikroelektronischer Bauteile, insbesondere Halbleiterbauelemente, unter Verwendung einer EUV-Lithographievorrichtung.
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