WO2015062919A1 - Spiegel, insbesondere für eine mikrolithographische projektionsbelichtungsanlage - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a mirror, in particular for a microlithographic projection exposure apparatus.
  • Microlithography is used to fabricate microstructured devices such as integrated circuits or LCDs.
  • the microlithography process is carried out in a so-called projection exposure apparatus which has an illumination device and a projection objective.
  • a substrate eg a silicon wafer
  • photosensitive layer photoresist
  • mirrors are used as optical components for the imaging process because of the lack of availability of suitable light-transmissive refractive materials.
  • Such EUV mirrors have a mirror substrate and a reflection layer stack constructed from a multiplicity of layer packages for reflecting the electromagnetic radiation incident on the optical active surface.
  • a metallic diffusion barrier layer which is e.g. may be made of Ru (ruthenium), rhodium (Rh), platinum (Pt), silver (Ag) or iridium (Ir) and is sufficiently dense to allow diffusion e.g. from oxygen (O2) from the adjacent gas phase up to the reflection layer stack to prevent.
  • a mirror according to the invention has an optical active surface, a mirror substrate and a reflection layer stack for reflecting electromagnetic radiation incident on the optical active surface, wherein a metallic diffusion barrier layer is arranged on the side of the reflection layer stack facing the optical active surface, and wherein on the optical active surface - On the side facing this diffusion barrier layer, a stabilization layer is arranged, which reduces the deformation of the diffusion barrier layer upon irradiation of the optical active surface with electromagnetic radiation compared to an analog structure without this stabilization layer, this stabilization layer having a porosity, wherein for the stabilization layer the relative density is defined as the ratio of geometric density and true density, not more than 80%.
  • the dewetting effect or the deformation of the diffusion barrier layer described above is preferably reduced to such an extent that the diffusion barrier is still formed by a closed layer.
  • the invention is based in particular on the concept of additionally using a stabilization layer in combination with a metallic diffusion barrier layer, which is arranged on the side of the diffusion barrier layer facing the optical active surface of the mirror.
  • a stabilization layer under EUV irradiation the above-described effect of a contracting of the metallic diffusion barrier layer, in particular a spherical segment, due to the mechanical stabilization effect of the adjacent stabilizing layer no longer occurs.
  • This mechanical stabilization effect is due to the fact that the additional energy expenditure required for the mechanical deformation of the diffusion barrier layer as a result of the stabilization layer resting on the diffusion barrier layer and thus its undesired "dewetting" from the
  • Reflection layer stack becomes too large with the result that the diffusion barrier layer remains in its original, substantially planar shape and thus also their protective effect is maintained as a diffusion barrier. It comes in the inventive combination of the metallic
  • Diffusion barrier layer on the one hand and the stabilization layer on the other hand in so far as a division of tasks, as the metallic diffusion barrier layer due to their relatively dense structure and its impermeability in particular For oxygen atoms, in particular, the diffusion between the surrounding atmosphere and the reflection layer stack is sufficiently prevented, whereas the stabilization layer alone is responsible for the mechanical stabilization or avoidance of a morphological change of the diffusion barrier layer (in the form of the initially described "dewetting" of the reflection layer stack)
  • the last-mentioned circumstance ie, the mechanical stabilization which can only be achieved due to the stabilization layer
  • the material selection for this layer can be made solely taking into account this diffusion avoidance, without any possible fundamental tendency of the relevant material to a "spherical segment" contraction or Dewetting under EUV irradiation must be considered.
  • higher power densities of, for example, more than 20 mW per mm 2
  • reducing eg hydrogen
  • the stabilizing layer has a porosity, wherein for this stabilizing layer the relative density, which is defined as the ratio of geometrical density and true density (also referred to as “bulk density”), is not more than 80%.
  • the relative density which is defined as the ratio of geometric density and pure density, is not more than 70%.
  • the stabilization layer comprises at least one material from the group comprising silicon (Si), molybdenum (Mo), boron (B), carbon (C), ruthenium (Ru), rhodium (Rh) and nitrides.
  • the stabilization layer comprises a carbide, in particular silicon carbide (SiC) or boron carbide (B C).
  • the stabilization layer comprises a nitride, which is advantageous in view of the comparatively low absorption of N 2 .
  • the stabilization layer is formed from atoms bound in a covalent bond.
  • the stabilization layer has a thickness of not more than 4 nm, in particular not more than 2 nm.
  • the diffusion barrier layer comprises at least one material from the group comprising ruthenium (Ru), rhodium (Rh), niobium (Nb),
  • the diffusion barrier layer has a thickness in the range of 0.3 nm to 2 nm, in particular a thickness in the range of 0.3 nm to 1 .5 nm.
  • the mirror can in particular be designed for a working wavelength of less than 30 nm, in particular less than 15 nm.
  • the invention is not fundamentally limited thereto, and in other embodiments also in a working wavelengths in the VUV range (for example less than 200 nm).
  • the invention further relates to an optical system of a microlithographic projection exposure apparatus, in particular a lighting device or Projection lens, wherein the optical system comprises at least one mirror with the features described above.
  • Fig. 1 shows a schematic representation for explaining the structure of a mirror 10 according to the invention in an embodiment of the invention.
  • the mirror 10 can in particular be an EUV mirror of an optical system, in particular the projection objective or the illumination device of a microlithographic projection exposure apparatus. It should be noted that in the layer structure of the mirror 10 shown in FIG. 1, only the layers relevant to the explanation of the present invention are shown, and the mirror 10 in embodiments of the invention also comprises one or more additional layers for providing different functionalities (eg, adhesive layers, etc.) may have.
  • the mirror 10 according to FIG. 1 initially comprises a mirror substrate 11.
  • Suitable mirror substrate materials include titanium dioxide (Ti02) doped silica, and only by way of example (and without the invention being limited thereto), the materials sold under the trade designations ULE ® or Zerodur ® be used.
  • the mirror 10 has a reflective layer stack 12 in a basically known manner, which in the illustrated embodiment comprises by way of example only a molybdenum-silicon (Mo-Si) layer stack (and optionally diffusion barrier layers, etc.).
  • a merely exemplary suitable construction may comprise about 50 layers or layer packages of a layer system of molybdenum (Mo) layers with a layer thickness of 2.8 nm each and silicon (Si) layers with one layer Layer thickness of 4.2nm each include.
  • a layer 13 of ruthenium (Ru) is arranged on the reflection layer stack 12, which (without the invention being limited thereto) may have a typical thickness in the range from 0.3 nm to 2 nm.
  • this metallic diffusion barrier layer 13 were arranged as the topmost layer in the mirror 10, there would be the risk that the "dewetting" effect described above with reference to FIG. 3 would result from the adjacent reflection layer stack as a result of the EUV irradiation occurring during operation 12 occurs, so that then the substantially spherical segment contractually contracting areas of the metallic diffusion barrier layer 13 only an incomplete protection of the reflective layer stack 12 before a chemical reaction with the adjacent atmosphere would form.
  • the reflection properties of the mirror 10 and thus also the optical properties of the microlithographic projection exposure apparatus having the mirror 10 would be impaired as a result.
  • the mirror 10 according to FIG. 1 has on the side of the metallic diffusion barrier layer 13 facing the optical active surface 10a a stabilization layer 14 which in the exemplary embodiment consists of silicon carbide (SiC) with a thickness of e.g. less than 4 nm is produced.
  • this stabilization layer 14 prevents mechanical deformation of the diffusion barrier layer 13 by way of mechanical stabilization and thus the wetting effect described above with reference to FIG.
  • the dewetting effect is preferably reduced to such an extent that the diffusion barrier is still formed by a closed layer.
  • the invention is not limited to the material and layer thickness selection made in the specific exemplary embodiment. Rather, the respective two layers can also be formed from other suitable materials and with different thicknesses, wherein the material selection can be optimized with regard to the following functionalities to be provided:
  • An essential function of the diffusion barrier layer 13 is the avoidance of a chemical reaction between the layer materials of the reflection layer stack 12 on the one hand and the atmosphere surrounding the mirror 10 (eg the oxygen atoms contained therein) on the other hand, for which purpose a diffusion of, for example, oxygen atoms between the atmosphere surrounding the mirror 10 and the reflection layer stack 12 must be prevented.
  • the problem of the "dewetting process" inherent in a thin metallic diffusion barrier layer under EUV irradiation Effect is already eliminated - results as an optimal choice for the diffusion barrier layer 13 a configuration with comparatively small layer thickness, for example in the range of 0.3nm to 2nm of a metal such as ruthenium (Ru), rhodium (Rh), niobium (Nb), zirconium ( Zr), platinum (Pt), iridium (Ir) or silver (Ag).
  • a metal such as ruthenium (Ru), rhodium (Rh), niobium (Nb), zirconium ( Zr), platinum (Pt), iridium (Ir) or silver (Ag).
  • noble metals such as ruthenium
  • an embodiment of the stabilizing layer 14 is suitable as a porous layer with a comparatively low geometric density.
  • geometric density is understood to mean the density of a porous solid based on the volume including the trapped pores, and further, the "relative density” is defined as the quotient of said geometric density and the pure density (also called “bulk density”).
  • This porosity is advantageous in view of the desired minimization of absorption losses for the incident EUV radiation and, for example, by suitable adjustment of the parameters during the layer deposition during the production of the entire mirror 10, for example to a relative density of not more than 80%, in particular not more than 70%.
  • a suitable material for the stabilization layer 14 is, for example, a carbide , in particular silicon carbide (SiC) or boron carbide (B 4 C), to. 2 shows a schematic representation of an exemplary projection exposure system designed for operation in the EUV, in which the present invention can be implemented. According to FIG.
  • a lighting device in a projection exposure apparatus 500 designed for EUV has a field facet mirror 503 and a pupil facet mirror 504.
  • the light of a light source unit comprising a plasma light source 501 and a collector mirror 502 is directed.
  • a first telescope mirror 505 and a second telescope mirror 506 are arranged.
  • a deflecting mirror 507 which directs the radiation impinging on it onto an object field in the object plane of a projection objective comprising six mirrors 551-556, is arranged downstream of the light path.
  • a reflective structure-carrying mask 521 is arranged on a mask table 520, which is imaged by means of the projection lens into an image plane in which a photosensitive layer (photoresist) coated substrate 561 is located on a wafer stage 560.
  • the realization of the invention in particular in mirror positions with comparatively high surface power density of EUV radiation offers, which typically eg for the pupil facet mirror 504 within the illumination device of the projection exposure apparatus 500 (due to the focus achieved via the field facet mirror 503). Due to its placement in the starting section of the illumination device, a further possible application is also provided by the field facet mirror 503 itself.
  • the first mirrors 551 and 552 relative to the optical beam path are available.
  • the invention is not limited to the application limited to the above-mentioned mirror, so that in principle other mirrors can be configured in the manner according to the invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spiegel, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage. Ein erfindungsgemäßer Spiegel weist eine optische Wirkfläche (10a), ein Spiegelsubstrat (11) und einen Reflexionsschichtstapel (12) zur Reflexion von auf die optische Wirkfläche (10a) auftreffender elektromagnetischer Strahlung auf, wobei auf der der optischen Wirkfläche (10a) zugewandten Seite des Reflexionsschichtstapels (12) eine metallische Diffusionsbarriereschicht (13) angeordnet ist, wobei auf der der optischen Wirkfläche (10a) zugewandten Seite dieser Diffusionsbarriereschicht (13) eine Stabilisierungsschicht (14) angeordnet ist, welche bei Bestrahlung der optischen Wirkfläche (10a) mit elektromagnetischer Strahlung eine Deformation der Diffusionsbarriereschicht (13) im Vergleich zu einem analogen Aufbau ohne diese Stabilisierungsschicht (14) reduziert, wobei diese Stabilisierungsschicht (14) eine Porosität aufweist, wobei für die Stabilisierungsschicht (14) die relative Dichte, welche als Verhältnis aus geometrischer Dichte und Reindichte definiert ist, nicht mehr als 80% beträgt.

Description

Spiegel, insbesondere für eine mikrolithographische
Projektionsbelichtungsanlage
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Deutschen Patentanmeldung DE 10 2013 222 330.7, angemeldet am 04. November 2013. Der Inhalt dieser DE-Anmeldung wird durch Bezugnahme („incorporation by reference") mit in den vorliegenden Anmeldungstext aufgenommen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Spiegel, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage.
Stand der Technik
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie bei- spielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithogra- phieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen. In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet. Solche EUV-Spiegel weisen ein Spiegelsub- strat und einen aus einer Vielzahl von Schichtpaketen aufgebauten Reflexionsschichtstapel zur Reflexion der auf die optische Wirkfläche auftreffenden elektromagnetischen Strahlung auf.
Zur Vermeidung einer Schädigung der chemisch reaktiven Schichtmaterialien des Reflexionsschichtstapels durch im Betrieb auftreffende EUV-Strahlung ist es u.a. bekannt, auf dem Reflexionsschichtstapel eine metallische Diffusionsbarriereschicht aufzubringen, welche z.B. aus Ru (Ruthenium), Rhodium (Rh), Platin (Pt), Silber (Ag) oder Iridium (Ir) hergestellt sein kann und hinreichend dicht ist, um eine Diffusion z.B. von Sauerstoff (O2) aus der angrenzenden Gasphase bis hin zu dem Reflexionsschichtstapel zu unterbinden.
Dabei tritt jedoch in der Praxis das Problem auf, dass eine derartige, zur Gewährleistung einer möglichst hohen Reflektivität bzw. geringen Absorption mit vergleichsweise geringer Schichtdicke (von z.B. 1 nm bis 2nm) ausgestaltete metalli- sehe Diffusionsbarriereschicht unter EUV-Bestrahlung insofern mechanisch deformieren kann, als die betreffende metallische Diffusionsbarriereschicht im Wesentlichen kugelförmig zusammenläuft und sich hierbei von dem angrenzenden Reflexionsschichtstapel ablöst. Dieser auch als„Dewetting" (=„Entnetzung") bezeichnete Effekt ist in Fig. 3a-b lediglich schematisch dargestellt. Hierbei ist mit „32" der Reflexionsschichtstapel und mit „33" die Diffusionsbarriereschicht bezeichnet, wobei die Diffusionsbarriereschicht 33 gemäß Fig. 3b bei EUV- Bestrahlung unter Ausbildung im Wesentlichen kugelsegmentförmiger Bereiche 33a-33d zusammenläuft. Die vorstehend beschriebene„Entnetzung" hat wiederum zur Folge, dass die jeweils von der Ablösung betroffenen Bereiche des Reflexionsschichtstapels 32 nicht mehr durch die Diffusionsbarriereschicht 33 vor einer chemischen Reaktion mit der umgebenen Atmosphäre (z.B. Sauerstoffatomen) geschützt sind und eine chemische Reaktion des Reflexionsschichtstapels 32 sowie eine damit einhergehende signifikante Beeinträchtigung der Reflexionseigenschaften des Spiegels stattfinden kann. So konnte beispielsweise bereits bei einer vergleichsweise geringen Leistungsdichte von 20mW/mm2 nach einer Bestrahlungsdauer von 200h ein relativer Reflexionsverlust von größenordnungsmäßig 20% experimentell beobachtet werden.
Das vorstehend beschriebene Problem erweist sich in einer typischerweise verwendeten reduzierenden (z.B. Wasserstoff-) Atmosphäre als besonders gravie- rend, da in diesem Falle die Mobilität der an der Oberfläche der metallischen Diffusionsbarriereschicht befindlichen Atome und damit auch die Neigung zur„Ent- netzung" besonders groß ist.
Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf DE 10 2009 043 824 A1 , DE 10 201 1 083 461 A1 , JP 2006170916 A, DE 10 2004 062 289 A1 , DE 102 35 255 A1 , US 2004/0105145 A1 und EP 2 509 102 A1 verwiesen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Spiegel, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, bereitzustellen, bei dem unerwünschte strahlungsinduzierte Beeinträchtigungen der Reflexionseigenschaften besonders wirksam vermieden werden.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
Ein erfindungsgemäßer Spiegel weist eine optische Wirkfläche, ein Spiegelsub- strat und einen Reflexionsschichtstapel zur Reflexion von auf die optische Wirkfläche auftreffender elektromagnetischer Strahlung auf, wobei auf der der optischen Wirkfläche zugewandten Seite des Reflexionsschichtstapels eine metallische Diffusionsbarriereschicht angeordnet ist, und wobei auf der der optischen Wirkflä- che zugewandten Seite dieser Diffusionsbarriereschicht eine Stabilisierungsschicht angeordnet ist, welche bei Bestrahlung der optischen Wirkfläche mit elektromagnetischer Strahlung eine Deformation der Diffusionsbarriereschicht im Vergleich zu einem analogen Aufbau ohne diese Stabilisierungsschicht reduziert, wobei diese Stabilisierungsschicht eine Porosität aufweist, wobei für die Stabilisierungsschicht die relative Dichte, welche als Verhältnis aus geometrischer Dichte und Reindichte definiert ist, nicht mehr als 80% beträgt.
Dabei wird der zuvor beschriebene Entnetzungseffekt bzw. die Deformation der Diffusionsbarriereschicht vorzugsweise soweit reduziert, dass die Diffusionsbarriere noch durch eine geschlossene Schicht gebildet wird.
Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, in Kombination mit einer metallischen Diffusionsbarriereschicht zusätzlich eine Stabilisierungsschicht ein- zusetzen, welche auf der der optischen Wirkfläche des Spiegels zugewandten Seite der Diffusionsbarriereschicht angeordnet ist. Durch diese Stabilisierungsschicht wird erreicht, dass unter EUV-Bestrahlung der vorstehend beschriebene Effekt eines insbesondere kugelsegmentförmigen Zusammenziehens der metallischen Diffusionsbarriereschicht aufgrund der mechanischen Stabilisierungswir- kung der angrenzenden Stabilisierungsschicht nicht mehr auftritt.
Diese mechanische Stabilisierungswirkung ist darauf zurückzuführen, dass der infolge der auf der Diffusionsbarriereschicht aufliegenden Stabilisierungsschicht erforderliche zusätzliche Energieaufwand für die mechanische Verformung der Diffusionsbarriereschicht und damit deren unerwünschte „Entnetzung" vom
Reflexionsschichtstapel zu groß wird mit der Folge, dass die Diffusionsbarriereschicht in ihrer ursprünglichen, im wesentlichen ebenen Form verbleibt und somit auch ihre Schutzwirkung als Diffusionsbarriere aufrechterhalten bleibt. Dabei kommt es in der erfindungsgemäßen Kombination aus der metallischen
Diffusionsbarriereschicht einerseits und der Stabilisierungsschicht anderseits insofern zu einer Aufgabenteilung, als die metallische Diffusionsbarriereschicht aufgrund ihrer vergleichsweise dichten Struktur und ihrer Undurchlässigkeit insbe- sondere für Sauerstoffatome die Diffusion zwischen der umgebenden Atmosphäre sowie dem Reflexionsschichtstapel hinreichend unterbindet, wohingegen die Stabilisierungsschicht allein für die mechanische Stabilisierung bzw. Vermeidung einer morphologischen Änderung der Diffusionsbarriereschicht (in Form der ein- gangs beschriebenen „Entnetzung" von dem Reflexionsschichtstapel) zuständig ist. Der zuletzt genannte Umstand (d.h. die lediglich zu erzielende mechanische Stabilisierung aufgrund der Stabilisierungsschicht) hat insbesondere zur Folge, dass diese wie im Weiteren noch näher erläutert mit vergleichsweise geringer Dichte, insbesondere porös und somit unter Erzeugung einer nur geringen Ab- sorption ausgestaltet sein kann.
Des Weiteren kann aufgrund der im erfindungsgemäßen Schichtaufbau seitens der metallischen Diffusionsbarriereschicht allein noch bereitzustellenden Diffusionsbarrierewirkung die Materialauswahl für diese Schicht allein unter Be- rücksichtigung dieser Diffusionsvermeidung getroffen werden, ohne auf eine etwaige grundsätzliche Tendenz des betreffenden Materials zu einem „kugelseg- mentförmigen" Zusammenziehen bzw.„Dewetting" unter EUV-Bestrahlung Rücksicht nehmen zu müssen. Im Ergebnis kann so auch bei höheren Leistungsdichten (von z.B. mehr als 20 mW pro mm2) sowie auch in reduzierender (z.B. Wasserstoff-) Atmosphäre eine EUV-strahlungsbedingte Schädigung des Reflexionsschichtstapels sowie eine damit einhergehende Beeinträchtigung der Reflexionseigenschaften des Spiegels zuverlässig vermieden werden.
Gemäß der Erfindung weist die Stabilisierungsschicht eine Porosität auf, wobei für diese Stabilisierungsschicht die relative Dichte, welche als Verhältnis aus geometrischer Dichte und Reindichte (auch als„Bulkdichte" bezeichnet) definiert ist, nicht mehr als 80% beträgt.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt die relative Dichte, welche als Verhältnis aus geometrischer Dichte und Reindichte definiert ist, nicht mehr als 70%. Gemäß einer Ausführungsform weist die Stabilisierungsschicht wenigstens ein Material aus der Gruppe auf, welche Silizium (Si), Molybdän (Mo), Bor (B), Kohlenstoff (C), Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh) sowie Nitride enthält.
5 Gemäß einer Ausführungsform weist die Stabilisierungsschicht ein Carbid, insbesondere Siliziumcarbid (SiC) oder Borcarbid (B C), auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Stabilisierungsschicht ein Nitrid auf, was im Hinblick auf die vergleichsweise niedrige Absorption von N2 vorteilhaft i o ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Stabilisierungsschicht aus in einer kovalen- ten Bindung gebundenen Atomen gebildet.
15 Gemäß einer Ausführungsform weist die Stabilisierungsschicht eine Dicke von nicht mehr als 4nm, insbesondere von nicht mehr als 2nm auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Diffusionsbarriereschicht wenigstens ein Material aus der Gruppe auf, welche Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Niob (Nb),
20 Zirkon (Zr), Platin (Pt), Iridium (Ir) und Silber (Ag) enthält.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Diffusionsbarriereschicht eine Dicke im Bereich von 0.3nm bis 2nm, insbesondere eine Dicke im Bereich von 0.3nm bis 1 .5nm, auf.
25
Der Spiegel kann insbesondere für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30nm, insbesondere weniger als 15nm, ausgelegt sein. Die Erfindung ist jedoch auch hierauf nicht grundsätzlich beschränkt und in weiteren Ausführungsformen auch in einem für Arbeitswellenlängen im VUV-Bereich (z.B. kleiner als 200nm) ausgeleg-
30 ten Spiegel realisierbar.
Die Erfindung betrifft weiter ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere eine Beleuchtungseinrichtung oder Projektionsobjektiv, wobei das optische System wenigstens einen Spiegel mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen aufweist.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unter- ansprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus eines Spiegels gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; eine schematische Darstellung eines beispielhaften Aufbaus einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage; und eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines der Erfindung zugrundeliegenden Problems.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Spiegels 10 in einer Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Spiegel 10 kann es sich insbesondere um einen EUV-Spiegel eines optischen Systems, insbesondere des Projektionsobjektivs oder der Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, handeln. Es ist darauf hinzuweisen, dass in dem in Fig. 1 dargestellten Schichtaufbau des Spiegels 10 nur die im Zusammenhang der Erläuterung der vorliegenden Erfindung relevanten Schichten dargestellt sind und der Spiegel 10 in Ausführungsformen der Erfindung auch eine oder mehrere zusätzliche Schichten zur Bereitstel- lung unterschiedlicher Funktionalitäten (z.B. Haftschichten etc.) aufweisen kann.
Der Spiegel 10 umfasst gemäß Fig. 1 zunächst ein Spiegelsubstrat 1 1 . Geeignete Spiegelsubstratmaterialien sind z.B. Titandioxid (Ti02)-dotiertes Quarzglas, wobei lediglich beispielhaft (und ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) die unter den Markenbezeichnungen ULE® oder Zerodur® vertriebenen Materialien verwendbar sind.
Des Weiteren weist der Spiegel 10 in grundsätzlich für sich bekannter Weise einen Reflexionsschichtstapel 12 auf, welcher in der dargestellten Ausführungsform le- diglich beispielhaft einen Molybdän-Silizium (Mo-Si)-Schichtstapel (sowie ggf. Diffusionssperrschichten etc.) umfasst. Ohne dass die Erfindung auf konkrete Ausgestaltungen dieses Reflexionsschichtstapels 12 beschränkt wäre, kann ein lediglich beispielhafter geeigneter Aufbau etwa 50 Lagen bzw. Schichtpaketen eines Schichtsystems aus Molybdän (Mo)-Schichten mit einer Schichtdicke von jeweils 2.8nm und Silizium (Si)-Schichten mit einer Schichtdicke von jeweils 4.2nm umfassen.
Gemäß Fig. 1 ist auf dem Reflexionsschichtstapel 12 eine Schicht 13 aus Ruthenium (Ru) angeordnet, welche (ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) eine typische Dicke im Bereich von 0.3nm bis 2nm aufweisen kann.
Bei Anordnung dieser metallischen Diffusionsbarriereschicht 13 als oberste Schicht im Spiegel 10 bestünde die Gefahr, dass infolge der im Betrieb stattfindenden EUV-Bestrahlung der eingangs unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschriebe- ne Effekt der „Entnetzung" („Dewetting") von dem angrenzenden Reflexionsschichtstapel 12 auftritt, so dass dann die sich im Wesentlichen kugelsegmentför- mig zusammenziehenden Bereiche der metallischen Diffusionsbarriereschicht 13 nur noch einen unvollständigen Schutz des Reflexionsschichtstapels 12 vor einer chemischen Reaktion mit der angrenzenden Atmosphäre bilden würden. Die Reflexionseigenschaften des Spiegels 10 und damit auch die optischen Eigenschaften der den Spiegel 10 aufweisenden mikrolithografischen Projektionsbelich- tungsanlage würden hierdurch beeinträchtigt.
Zur Vermeidung der vorstehenden Nachteile weist der Spiegel 10 gemäß Fig. 1 auf der der optischen Wirkfläche 10a zugewandten Seite der metallischen Diffusionsbarriereschicht 13 eine Stabilisierungsschicht 14 auf, welche im Ausführungsbeispiel aus Siliziumcarbid (SiC) mit einer Dicke von z.B. weniger als 4 nm herge- stellt ist. Diese Stabilisierungsschicht 14 verhindert wie bereits weiter oben beschrieben im Wege der mechanischen Stabilisierung der Diffusionsbarriereschicht 13 deren mechanische Verformung und damit den zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschriebenen Entnetzungseffekt. Dabei wird der Entnetzungseffekt vorzugsweise soweit reduziert, dass die Diffusionsbarriere noch durch eine geschlos- sene Schicht gebildet wird.
Die Erfindung ist hinsichtlich der Kombination aus Diffusionsbarriereschicht 13 und Stabilisierungsschicht 14 nicht auf die im konkreten Ausführungsbeispiel getroffene Material- sowie Schichtdickenauswahl beschränkt. Vielmehr können die betref- fenden beiden Schichten auch aus anderen geeigneten Materialien und mit anderen Dicken gebildet sein, wobei die Materialauswahl im Hinblick auf folgende bereitzustellende Funktionalitäten optimiert werden kann:
Wesentliche Funktion der Diffusionsbarriereschicht 13 ist die Vermeidung einer chemischen Reaktion zwischen den Schichtmaterialien des Reflexionsschichtstapels 12 einerseits und der den Spiegel 10 umgebenden Atmosphäre (z.B. den dort enthaltenen Sauerstoffatomen) anderseits, wozu eine Diffusion von z.B. Sauerstoffatomen zwischen der den Spiegel 10 umgebenden Atmosphäre und dem Reflexionsschichtstapel 12 verhindert werden muss. Hieraus - sowie unter Be- rücksichtigung des weiteren Umstandes, dass infolge der durch die erfindungsgemäße Stabilisierungsschicht 14 erzielten mechanischen Stabilisierung der Diffusionsbarriereschicht 13 das bei einer dünnen metallischen Diffusionsbarriereschicht unter EUV-Bestrahlung an sich bestehende Problem des„Entnetzungs- effektes" bereits beseitigt ist - ergibt sich als optimale Wahl für die Diffusionsbarriereschicht 13 eine Ausgestaltung mit vergleichsweise geringer Schichtdicke z.B. im Bereich von 0.3nm bis 2nm aus einem Metall wie Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Niob (Nb), Zirkon (Zr), Platin (Pt), Iridium (Ir) oder Silber (Ag). Insbesondere geeignet sind Edelmetalle (wie z.B. Ruthenium), da diese nur zu einem geringen Anteil mit dem typischerweise in der umgebenden Atmosphäre enthaltenen Sauerstoff reagieren.
Hinsichtlich der Stabilisierungsschicht 14 kommt es hingegen bei der geeigneten Material- bzw. Schichtdickenauswahl allein auf die mechanische Stabilisierungswirkung an, wobei insbesondere aufgrund des Umstandes, dass in dem erfindungsgemäßen Aufbau durch die Diffusionsbarriereschicht 13 die Unterbindung chemischer Reaktionen zwischen den Schichtmaterialien des Reflexionsschichtstapels 12 und der den Spiegel 10 umgebenden Atmosphäre erzielt wird, auch eine Ausgestaltung der Stabilisierungsschicht 14 als poröse Schicht mit vergleichsweise geringer geometrischer Dichte geeignet ist. Hierbei wird unter „geometrischer Dichte" die Dichte eines porösen Festkörpers basierend auf dem Volumen einschließlich der eingeschlossenen Poren verstanden, wobei ferner die „relative Dichte" als der Quotient aus besagter geometrischer Dichte und der Reindichte (auch als„Bulkdichte" bezeichnet) definiert ist. Diese Porosität ist im Hinblick auf die anzustrebende Minimierung von Absorptionsverlusten für die auftreffende EUV-Strahlung von Vorteil und kann durch geeignete Einstellung der Parameter bei der Schichtabscheidung während der Fertigung des gesamten Spiegels 10 z.B. auf eine relative Dichte von maximal 80%, insbesondere maximal 70%, eingestellt werden. Im Hinblick auf die möglichst minimale Absorption der EUV-Strahlung sowie die gewünschte mechanische Starrheit der Stabilisierungsschicht 14, sowie ferner auch auf die nach Möglichkeit zu vermeidende Reaktion mit Luft oder Sauerstoff bietet sich als geeignetes Material für die Stabilisierungsschicht 14 z.B. ein Carbid, insbesondere Siliziumcarbid (SiC) oder Borcarbid (B4C), an. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die vorliegende Erfindung realisierbar ist. Gemäß Fig. 2 weist eine Beleuchtungseinrichtung in einer für EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 500 einen Feldfacettenspiegel 503 und einen Pupil- lenfacettenspiegel 504 auf. Auf den Feldfacettenspiegel 503 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche eine Plasmalichtquelle 501 und einen Kollektorspiegel 502 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 504 sind ein erster Teleskopspiegel 505 und ein zweiter Teleskopspiegel 506 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 507 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene eines sechs Spiegel 551 - 556 umfassenden Projektionsobjektivs lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektive strukturtragende Maske 521 auf einem Maskentisch 520 angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 561 auf einem Wafertisch 560 befindet.
Aufgrund der bei der Erfindung besonders wirksamen Vermeidung einer durch die EUV-Bestrahlung verursachten Schädigung bzw. Beeinflussung der Reflexionseigenschaften des erfindungsgemäß ausgestalteten Spiegels bietet sich die Realisierung der Erfindung insbesondere in Spiegelpositionen mit vergleichsweise hoher Flächenleistungsdichte der EUV-Strahlung an, was typischerweise z.B. für den Pupillenfacettenspiegel 504 innerhalb der Beleuchtungseinrichtung der Pro- jektionsbelichtungsanlage 500 (aufgrund der über den Feldfacettenspiegel 503 erzielten Fokussierung) gegeben ist. Eine weitere mögliche Anwendung bietet aufgrund seiner Platzierung im Anfangsabschnitt der Beleuchtungseinrichtung auch der Feldfacettenspiegel 503 selbst. Innerhalb des Projektionsobjektivs der Projektionsbelichtungsanlage 500 bieten sich zur Realisierung insbesondere die bezogen auf den optischen Strahlengang ersten Spiegel 551 und 552 an. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Anwendung auf die vorstehend genannten Spiegel beschränkt, so dass grundsätzlich auch andere Spiegel in der erfindungsgemäßen Weise ausgestaltet werden können.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.

Claims

Patentansprüche
Spiegel, wobei der Spiegel eine optische Wirkfläche aufweist, mit
• einem Spiegelsubstrat (1 1 ); und
• einem Reflexionsschichtstapel (12) zur Reflexion von auf die optische Wirkfläche (10a) auftreffender elektromagnetischer Strahlung;
• wobei auf der der optischen Wirkfläche (10a) zugewandten Seite des Reflexionsschichtstapels (12) eine metallische Diffusionsbarriereschicht (13) angeordnet ist;
• wobei auf der der optischen Wirkfläche (10a) zugewandten Seite dieser Diffusionsbarriereschicht (13) eine Stabilisierungsschicht (14) angeordnet ist, welche bei Bestrahlung der optischen Wirkfläche (10a) mit elektromagnetischer Strahlung eine Deformation der Diffusionsbarriereschicht (13) im Vergleich zu einem analogen Aufbau ohne diese Stabilisierungsschicht (14) reduziert; und
• wobei diese Stabilisierungsschicht (14) eine Porosität aufweist, wobei für die Stabilisierungsschicht (14) die relative Dichte, welche als Verhältnis aus geometrischer Dichte und Reindichte definiert ist, nicht mehr als 80% beträgt.
Spiegel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für die Stabilisierungsschicht (14) die relative Dichte, welche als Verhältnis aus geometrischer Dichte und Reindichte definiert ist, nicht mehr als 70% beträgt.
Spiegel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese Stabilisierungsschicht (14) wenigstens ein Material aus der Gruppe aufweist, welche Silizium (Si), Molybdän (Mo), Bor (B), Kohlenstoff (C), Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh) sowie Nitride enthält.
Spiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese Stabilisierungsschicht (14) ein Carbid, insbesondere Siliziumcarbid (SiC) oder Borcarbid (B C), aufweist.
5. Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungsschicht (14) ein Nitrid aufweist.
6. Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass die Stabilisierungsschicht (14) aus in einer kovalenten Bindung gebundenen Atomen gebildet ist.
7. Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungsschicht (14) eine Dicke von nicht mehr als 4nm, insbesondere von nicht mehr als 2nm, aufweist.
8. Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionsbarriereschicht (13) wenigstens ein Material aus der Gruppe aufweist, welche Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Niob (Nb), Zirkon (Zr), Platin (Pt), Iridium (Ir) und Silber (Ag) enthält.
9. Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionsbarriereschicht (13) eine Dicke im Bereich von 0.3nm bis 2nm, insbesondere eine Dicke im Bereich von 0.3nm bis 1 .5nm, aufweist.
10. Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (10) für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30 nm, insbesondere weniger als 15 nm, ausgelegt ist. 1 1 . Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Spiegel einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage ist.
Optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage (500), insbesondere Beleuchtungseinrichtung oder Projektionsobjektiv, mit wenigstens einem Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
13. Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage (500) mit einer Beleuch- tungseinnchtung und einem Projektionsobjektiv, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsbehchtungsanlage einen Spiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 aufweist.
PCT/EP2014/072576 2013-11-04 2014-10-21 Spiegel, insbesondere für eine mikrolithographische projektionsbelichtungsanlage WO2015062919A1 (de)

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