WO2023194355A1 - Reflektives optisches element für eine wellenlänge im extrem ultravioletten wellenlängenbereich - Google Patents

Reflektives optisches element für eine wellenlänge im extrem ultravioletten wellenlängenbereich Download PDF

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WO2023194355A1
WO2023194355A1 PCT/EP2023/058785 EP2023058785W WO2023194355A1 WO 2023194355 A1 WO2023194355 A1 WO 2023194355A1 EP 2023058785 W EP2023058785 W EP 2023058785W WO 2023194355 A1 WO2023194355 A1 WO 2023194355A1
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reflective optical
optical element
wavelength
layer
refractive index
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PCT/EP2023/058785
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English (en)
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Inventor
Alexandra Pazidis
Original Assignee
Carl Zeiss Smt Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors
    • G02B5/0891—Ultraviolet [UV] mirrors

Definitions

  • Reflective optical element for a wavelength in the extreme ultraviolet wavelength range
  • the present invention relates to a reflective optical element for a wavelength in the extreme ultraviolet wavelength range, comprising a substrate and a reflective coating designed as a multilayer system, the multilayer system comprising layers of at least two different materials with different real parts of the refractive index at a wavelength in the extreme ultraviolet wavelength range which are arranged alternately, and on which a standing wave of an electric field is formed when a wavelength in the extreme ultraviolet wavelength range is reflected, the multilayer system having a further material in at least one layer at a point of extreme field intensity of the standing wave, which in the at least one layer at a point of extreme field intensity of one of the at least two different base materials at least partially replaces.
  • the invention further relates to an optical system with such a reflective optical element.
  • the present application claims the priority of German patent application 102022 203 495.3 dated April 7, 2022, to which full reference is made.
  • EUV lithography devices In EUV lithography devices, mirrors for the extreme ultraviolet (EU V) wavelength range (e.g. wavelengths between approximately 5 nm and 20 nm), such as photomasks or mirrors based on multilayer systems, are used for the lithography of semiconductor components. Since EUV lithography devices generally have several reflective optical elements, they must have the highest possible reflectivity in order to ensure a sufficiently high overall reflectivity.
  • EU V extreme ultraviolet
  • Reflective optical elements with multilayer systems have been established, particularly for applications in EUV lithography, which are optimized for a wavelength of approximately 13.5 nm at quasi-normal incidence and are based on alternately arranged layers of molybdenum and silicon. Both materials have, on the one hand, a low absorption at these wavelengths, i.e. a small imaginary part of the refractive index, and on the other hand, a sufficiently large difference in the real part of the refractive index to provide good maximum reflectivity. There are also material pairings with a higher difference in the real part. However, one or both points Materials have a higher absorption at the respective wavelength, so that multilayer systems based on them have a lower maximum reflectivity.
  • a reflective optical element for a wavelength in the extreme ultraviolet wavelength range comprising a substrate and a reflective coating designed as a multi-layer system, the multi-layer system having layers made of at least two different base materials with different real parts of the refractive index at a wavelength in the extreme ultraviolet wavelength range , which are arranged alternately, and on which a standing wave of an electric field is formed when a wavelength in the extreme ultraviolet wavelength range is reflected, the multi-layer system having at least one layer at a point of extremal field intensity of the standing wave, which in the at least a layer at a point of extreme field intensity of one of the at least two different base materials at least partially replaced, and wherein the reflective optical element at at least one point of minimum field intensity has as a further material a material which has a greater absorption at the reflected wavelength than the at least partially replaced one .
  • the inventor has recognized that reflectivity gains can be achieved if, when designing a multi-layer system as a reflective coating for a reflective optical element, the course of the standing wave that forms during reflection within the multi-layer system is taken into account.
  • the maximum reflectivity can be increased at quasi-normal radiation incidence.
  • the maximum reflectivity can be increased at quasi-normal radiation incidence.
  • the further material has a greater difference in the real part of the refractive index to the real part of the refractive index of the at least one base material that is not at least partially replaced than the at least partially replaced base material. In this way, material combinations can be achieved in places in which the gain in maximum reflectivity exceeds any absorption losses.
  • the reflective optical element has, as an additional additional material, a material at at least one point of maximum field intensity that has a lower absorption at the reflected wavelength than the base material that is at least partially replaced thereby.
  • the additional material preferably has a smaller difference between the real part of the refractive index and the real part of the refractive index of the at least one base material that is not at least partially replaced by it than the base material that is at least partially replaced by it. This also makes it possible to achieve material combinations in places where the gain in maximum reflectivity exceeds any absorption losses.
  • the multilayer system has molybdenum and silicon as at least two different materials with different real parts of the refractive index.
  • Such multilayer systems have a high maximum reflectivity, particularly at wavelengths around approximately 13.5 nm, and have become particularly established in the field of EUV lithography.
  • the reflective optical element in its multi-layer system serving as a reflective coating serves as a further material of one or more of the group consisting of palladium, rhodium, ruthenium, technetium, niobium, lanthanum, barium, cerium , presodymium, rubidium and strontium.
  • Palladium, rhodium, ruthenium and technetium are particularly suitable for at least partially replacing molybdenum in a location at a location with particularly low field intensity, and lanthanum, barium, cerium and presodymium for at least partially replacing silicon in such a location.
  • Niobium is particularly suitable for at least partially replacing molybdenum in a location with particularly high field intensity, and rubidium and strontium to at least partially replace silicon in such a situation.
  • optical system that has a reflective optical element as described above.
  • Such optical systems are particularly suitable for use in EUV lithography devices, but also in devices for the optical inspection of wafers and masks as well as mirrors.
  • Figure 1 is a schematic representation of a device for EUV
  • Figure 2 is a schematic representation of a conventional reflective optical element
  • Figure 3a shows a schematic representation of another conventional reflective optical element with a standing wave that forms
  • Figure 3b is reflected in the reflective optical element
  • Figure 4 is a schematic representation of a first reflective optical
  • Figure 5 is a schematic representation of a second reflective optical
  • Figure 6 is a schematic representation of a third reflective optical
  • Figure 7 is a schematic representation of a fourth reflective optical
  • Figure 8 is a schematic representation of a fifth reflective optical
  • Figure 9 is a schematic representation of a sixth reflective optical
  • An EUV lithography device 10 is shown schematically as an example in FIG. Essential components are the illumination system 14, the photomask 17 and the projection system 20.
  • the EUV lithography device 10 is operated under vacuum conditions so that the EUV radiation is absorbed as little as possible inside.
  • a plasma source or a synchrotron can serve as the radiation source 12.
  • the example shown here is a laser-powered plasma source.
  • the emitted radiation in the wavelength range from approximately 5 nm to 20 nm is first bundled by the collector mirror 13.
  • the operating beam 11 is then introduced onto the reflective optical elements in the lighting system 14 following the beam path.
  • the lighting system 14 has two further mirrors 15, 16.
  • the mirrors 15, 16 direct the beam onto the photomask 17, which has the structure that is to be imaged onto the wafer 21.
  • the photomask 17 is also a reflective optical element for the EUV wavelength range, which can be replaced depending on the manufacturing process.
  • the projection system 20 With the help of the projection system 20, the beam reflected by the photomask 17 is projected onto the wafer 21 and the structure of the photomask is thereby imaged onto it.
  • the projection system 20 has two mirrors 18, 19. It should be noted that both the projection system 20 and the lighting system 14 can each have only one or three, four, five or more mirrors.
  • Each of the mirrors 13, 15, 16, 18, 19 shown here as well as the mask 17 for use in the extreme ultraviolet wavelength range can have a substrate and a reflective coating designed as a multi-layer system, the multi-layer system comprising layers of at least two different base materials with different real parts of the refractive index at a wavelength in the extreme ultraviolet wavelength range, which are arranged alternately, and on which a standing wave of an electric field is formed when a wavelength in the extreme ultraviolet wavelength range is reflected, the multilayer system in at least one layer at a point of extreme field intensity of the standing wave has another material.
  • the further material in the at least one layer at a point of extreme field intensity at least partially replaces one of the at least two different base materials, wherein the reflective optical element at at least one point of minimum field intensity has a material as a further material which has a greater absorption in the reflected wavelength than that which is at least partially replaced.
  • Such reflective optical elements can also be used in wafer or mask inspection systems.
  • the multi-layer system 54 is layers of a base material with a higher real part of the refractive index at the working wavelength at which, for example, the lithographic exposure is carried out, which are alternately applied to a substrate 51 (also called spacer 57) and a base material with a lower real part of the refractive index the working wavelength (also called absorber 56), with an absorber-spacer pair forming a stack 55.
  • a substrate 51 also called spacer 57
  • absorber 56 also called absorber-spacer pair
  • reflective optical elements for an EUV lithography device or an optical system are designed such that the respective wavelength of maximum reflectivity essentially corresponds to the working wavelength of the lithography process or other applications of the optical system.
  • the thicknesses of the individual layers 56, 57 as well as the repeating stacks 55 can be constant over the entire multi-layer system 54 or can vary over the area or the total thickness of the multi-layer system 54, depending on which spectral or angle-dependent reflection profile or which maximum reflectivity at the working wavelength should be achieved.
  • additional layers can also be provided as diffusion barriers between spacer and absorber layers 56, 57.
  • a protective layer 53 can be provided on the multi-layer system 54, which can also be designed in multiple layers.
  • Typical substrate materials for reflective optical elements for EUV lithography are silicon, silicon carbide, silicon-infiltrated silicon carbide, fused silica, titanium-doped fused silica, glass and glass ceramic.
  • a layer can additionally be provided between the multi-layer system 54 and substrate 51, which is made of a material that has a high absorption for radiation in the EUV wavelength range, which is used during operation of the reflective optical element 50 in order to protect the substrate 51 to protect against radiation damage, for example unwanted compaction.
  • the substrate can also be made of copper, aluminum, a copper alloy, an aluminum alloy or a copper-aluminum alloy.
  • One or more layers or layer systems can also be arranged between the substrate 51 and the multilayer system 54, which take on functions other than optical, for example the compensation or reduction of layer stresses induced in the multilayer system 54 forming a reflective coating.
  • an adhesion promoter layer can also be provided between the substrate 51 and the multi-layer system 54.
  • FIG. 3a shows a reflective optical element 50 as described above, which has a multi-layer system 54 on a substrate 51, which in the present example closes to the vacuum 52 without a protective layer.
  • the multi-layer system 54 has fifty-four layers of alternating molybdenum as the absorber layer 56 and silicon as the spacer layer 57.
  • the standing wave 60 that forms upon reflection is plotted as a field intensity in percent over the thickness d in nm of the reflective optical element 50 .
  • This standing wave has various extremes, in particular minima 61 and maxima 62. The absorption of the irradiated radiation is highest at the maxima 62. Towards the substrate 51 the maxima become smaller and smaller.
  • the multi-layer system 54 shown here as an example is optimized for incident radiation with a wavelength of 13.6 nm and has a maximum reflectivity of 72 at quasi-normal incidence. 35% up.
  • some variants of the multi-layer system 54 shown in Figure 3a are shown as examples, which, together with the substrate 51 carrying them, form reflective optical elements 50 according to the invention. All of these variants, like the initial multilayer system 54 shown in FIG. 3, are optimized in the usual way for a wavelength of 13.6 nm.
  • the molybdenum was completely replaced by rhodium in the five absorber layers 157 closest to the substrate.
  • the remaining absorber layers 57 are made of molybdenum, as in the starting system shown in FIG. 3, as are all the spacer layers 56 made of silicon.
  • rhodium has a larger imaginary part than molybdenum at 13.6 nm, it has a larger difference in the real part of the refractive index than that of silicon.
  • This first variant has a maximum reflectivity of 73.4% at quasi-normal incidence.
  • the molybdenum could be replaced with palladium, ruthenium or technetium instead of rhodium. Even if the molybdenum is replaced by the highly absorbent palladium, a maximum reflectivity of 73.18% is still achieved.
  • molybdenum was replaced not by one, but by two other materials in absorber layers 157, 257 close to the substrate.
  • the molybdenum in the six absorber layers 157 closest to the substrate was replaced by rhodium and in the six absorber layers 257 that followed in the direction away from the substrate by the slightly less absorbent ruthenium, which, however, also has a slightly lower refractive index difference to silicon than rhodium.
  • the spacer layers 46 are all made of silicon. This modification achieves a maximum reflectivity of 73.68% at quasi-normal incidence at 13.6 nm.
  • rhodium and ruthenium instead of rhodium and ruthenium, one could also use palladium and rhodium or ruthenium or technetium or rhodium and technetium or ruthenium and technetium in the layers mentioned in order to achieve an increase in reflectivity compared to the original system consisting only of molybdenum and silicon.
  • FIG. 6 Another variant, which is based on the variant shown in Figure 5, is shown in Figure 6.
  • the twelve spacer layers 156a, b closest to the substrate have also been modified in this variant.
  • the silicon has only been partially replaced by lanthanum in the present example, namely on the side facing the vacuum, so that the partial layers 156a are made of silicon and the partial layers 156b are made of lanthanum.
  • the remaining Sapcer layers 56 are made entirely of silicon.
  • Lanthanum has a higher absorption than silicon at 13.6 nm as well as a higher refractive index difference to Moblydene and its mentioned substitutes.
  • the multilayer system shown in Figure 6 achieves a maximum reflectivity of 73.73% with quasi-normal incidence of radiation with a wavelength of 13.6 nm.
  • barium, cerium and presodymium are also suitable for completely or partially replacing silicon in layers with particularly low field intensity.
  • the variant shown in Figure 7 was further developed.
  • the molybdenum was partially replaced by ruthenium, in each case on the side facing away from the vacuum, so that the absorber partial layer 357a is made of ruthenium and the absorber partial layer 357b is made of molybdenum.
  • the molybdenum can also be replaced by palladium, rhodium or technetium on the side of the respective layer facing away from the vacuum.
  • the variant shown in Figure 8 is also a further development of the variant shown in Figure 6.
  • molybdenum instead of replacing molybdenum with a higher-absorbing material in the five absorber layers 457 closest to the vacuum, it was replaced here with the less absorbent niobium, which also has a lower refractive index difference than silicon at 13.6 nm.
  • only partial replacement can take place on the vacuum-facing side of the respective layers, where field intensity maxima are located, so that the respective material absorption is particularly important.
  • This variant also has an increase in reflectivity compared to the variant shown in Figure 6.
  • the spacer sublayer 256a is made of rubidium and the spacer sublayer 257b is made of silicon.
  • the spacer partial layers 256a are located in an area of maximum field intensity of the standing wave, where the absorption of the material located there has a particularly strong effect.
  • silicon By providing a less strongly absorbing material than silicon, the effect of the lower absorption of the incident radiation outweighs the effect of the lower refractive index difference, so that a gain in reflectivity with quasi-normal incidence of radiation with a wavelength of 13.6 nm results in a maximum reflectivity of 76 .2% can be achieved.
  • silicon in spacer layers close to vacuum, silicon can be completely or partially replaced by rubidium or strontium.
  • absorber and / or spacer layers can be used in the substrate-near or vacuum-near area of the respective multi-layer system be modified.
  • the creation of new interfaces with only partial material replacement within layers can contribute to an increase in roughness, which in turn can reduce reflectivity.
  • the coating processes can be selected with regard to the lowest possible roughness or additional smoothing processes can be carried out.
  • not only one or two, but also three or four or more different materials can be used to replace the original absorber or spacer material.
  • additional layers can be provided that act as a diffusion barrier. They can be arranged between two layers of base materials, but also between a layer of a base material and another material or between two layers of other materials.
  • the layers made of base or other materials can also be partial layers.
  • the barrier layers can be made of, for example, carbon, boron carbide, silicon nitride, silicon carbide or a composition with at least one of these materials.
  • Optical systems that have at least one reflective optical element according to the invention have an increased light output.
  • the reflective optical elements provided in the respective optical system are equipped with a multi-layer system proposed here as a reflective coating. They are particularly suitable as optical systems for EUV lithography devices but also for other applications such as mask or wafer inspection devices.
  • the optical system has eight reflective optical elements according to the invention, each of which has an increase in reflection of 2% compared to a conventional reflective optical element, a total relative increase in light output of 24% is achieved.

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Abstract

Es wird ein reflektives optisches Element für eine Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich, aufweisend ein Substrat und eine als Viellagensystem ausgebildete reflektierende Beschichtung, wobei das Viellagensystem Lagen aus mindestens zwei verschiedene Basismaterialien (56, 57) mit unterschiedlichem Realteil des Brechungsindex bei einer Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich aufweist, die alternierend angeordnet sind, und an dem sich bei Reflexion einer Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich sich eine stehende Welle eines elektrischen Feldes ausbildet, wobei das Viellagensystem mindestens in einer Lage (157) an einer Stelle extremaler Feldintensität der stehenden Welle ein weiteres Material aufweist, das in der mindestens einen Lage (157) an einer Stelle extremaler Feldintensität eines der mindestens zwei verschiedenen Basismaterialien zumindest teilweise ersetzt, vorgeschlagen, bei dem das reflektive optische Element an mindestens einer Stelle minimaler Feldintensität als weiteres Material ein Material aufweist, das eine größere Absorption bei der reflektierten Wellenlänge aufweist als das zumindest teilweise ersetzte. Es weist eine höhere Reflektivität auf als ein entsprechendes reflektives optisches Element ohne weiteres Material an einer Stelle extremaler Feldintensität.

Description

Reflektives optisches Element für eine Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein reflektives optisches Element für eine Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich, aufweisend ein Substrat und eine als Viellagensystem ausgebildete reflektierende Beschichtung, wobei das Viellagensystem Lagen aus mindestens zwei verschiedene Materialien mit unterschiedlichem Realteil des Brechungsindex bei einer Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich aufweist, die alternierend angeordnet sind, und an dem sich bei Reflexion einer Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich sich eine stehende Welle eines elektrischen Feldes ausbildet, wobei das Viellagensystem in mindestens einer Lage an einer Stelle extremaler Feldintensität der stehenden Welle ein weiteres Material aufweist, das in der mindestens einen Lage an einer Stelle extremaler Feldintensität eines der mindestens zwei verschiedenen Basismaterialien zumindest teilweise ersetzt. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein optisches System mit einem solchen reflektiven optischen Element. Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102022 203 495.3 vom 7. April 2022 in Anspruch, auf die vollumfänglich Bezug genommen wird.
In EUV-Lithographievorrichtungen werden zur Lithographie von Halbleiterbauelementen Spiegel für den extrem ultravioletten (EU V-) Wellenlängenbereich (z.B. Wellenlängen zwischen ca. 5 nm und 20 nm) wie etwa Photomasken oder Spiegel auf der Basis von Viellagensystemen eingesetzt. Da EUV-Lithographievorrichtungen in der Regel mehrere reflektive optische Elemente aufweisen, müssen diese eine möglichst hohe Reflektivität aufweisen, um eine hinreichend hohe Gesamtreflektivität sicherzustellen.
Insbesondere für Anwendungen in der EUV-Lithographie haben sich reflektive optischen Elemente mit Viellagensystemen etabliert, die für eine Wellenlänge von ca. 13,5 nm bei quasinormalem Einfall optimiert sind und auf alternierend angeordneten Lagen aus Molybdän und Silizium beruhen. Beide Materialien weisen einerseits bei dieser Wellenlängen eine niedrige Absorption, also einen kleinen Imaginärteil des Brechungsindex auf und andererseits eine hinreichend große Differenz des Realteils des Brechungsindex, um eine gute maximale Reflektivität zur Verfügung zu stellen. Zwar gibt es auch Materialpaarungen mit höherer Differenz des Realteils. Allerdings weist eines oder beide Materialien bei der jeweiligen Wellenlänge eine höhere Absorption auf, so dass darauf basierende Viellagensysteme eine geringere maximale Reflektivität auf.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein reflektives optisches Element vorzuschlagen, das eine höhere Reflektivität aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein reflektives optisches Element für eine Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich, aufweisend ein Substrat und eine als Viellagensystem ausgebildete reflektierende Beschichtung, wobei das Viellagensystem Lagen aus mindestens zwei verschiedene Basismaterialien mit unterschiedlichem Realteil des Brechungsindex bei einer Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich aufweist, die alternierend angeordnet sind, und an dem sich bei Reflexion einer Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich sich eine stehende Welle eines elektrischen Feldes ausbildet, wobei das Viellagensystem mindestens eine Lage an einer Stelle extremaler Feldintensität der stehenden Welle ein weiteres Material aufweist, das in der mindestens einen Lage an einer Stelle extremaler Feldintensität eines der mindestens zwei verschiedenen Basismaterialien zumindest teilweise ersetzt, und wobei das reflektive optische Element an mindestens einer Stelle minimaler Feldintensität als weiteres Material ein Material aufweist, das eine größere Absorption bei der reflektierten Wellenlänge aufweist als das zumindest teilweise ersetzte.
Die Erfinderin hat erkannt, dass sich Reflektivitätsgewinne erreichen lassen, wenn bei der Auslegung eines Viellagensystems als reflektierender Beschichtung für ein reflektives optisches Element der Verlauf der sich bei Reflexion ausbildenden stehenden Welle innerhalb des Viellagensystems berücksichtigt wird. Indem in einer oder mehr Lagen, die sich an besonderen Stellen der stehenden Welle befinden, insbesondere bei besonders hoher oder besonders niedriger Intensität, Material vorgesehen wird, das sich von den mindestens zwei verschiedenen Basismaterialien unterscheidet, auf denen das Viellagensystem beruht und die einen unterschiedlichem Realteil des Brechungsindex bei einer Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich aufweisen, lässt sich die maximale Reflektivität bei quasinormalem Strahlungseinfall erhöhen. Insbesondere für den Einsatz in optischen Systemen, in denen mehrere reflektive optische Elemente im Strahlengang hintereinander geschaltet sind, können bereits kleine Reflektivitätsgewinne an einzelnen reflektiven optischen Elementen von Vorteil sein, da sich ihr Effekt multipliziert. Durch das vollständige Ersetzen des ursprünglich vorgesehenen Basismaterials kann der zusätzliche Aufwand beim Aufbringen des Viellagensystems auf ein Substrat möglichst gering gehalten werden. Durch das nur teilweise Ersetzen kann durch feinere Abstimmung auf den Verlauf der stehenden Welle der Reflektivitätsgewinn zusätzlich vergrößert werden.
Bevorzugt weist das weitere Material eine größere Differenz des Realteils des Brechungsindex zum Realteil des Brechungsindex des mindestens einen nicht zumindest teilweise ersetzten Basismaterials auf als das zumindest teilweise ersetzte Basismaterial. Dadurch können stellenweise Materialkombinationen erreicht werden, bei denen der Gewinn an maximaler Reflektivität etwaige Absorptionsverluste übersteigt.
In bevorzugten Ausführungsformen weist das reflektive optische Element an mindestens einer Stelle maximaler Feldintensität als zusätzliches weiteres Material ein Material auf, das eine geringere Absorption bei der reflektierten Wellenlänge aufweist als das dadurch zumindest teilweise ersetzte Basismaterial. In diesem Fall weist bevorzugt das zusätzliche weitere Material eine geringere Differenz des Realteils des Brechungsindex zum Realteil des Brechungsindex des mindestens einen dadurch nicht zumindest teilweise ersetzten Basismaterials auf als das zumindest teilweise dadurch ersetzte Basismaterial. Auch dadurch können stellenweise Materialkombinationen erreicht werden, bei denen der Gewinn an maximaler Reflektivität etwaige Absorptionsverluste übersteigt.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen weist das Viellagensystem als mindestens zwei verschiedene Materialien mit unterschiedlichem Realteil des Brechungsindex Molybdän und Silizium auf. Derartige Viellagensysteme weisen insbesondere bei Wellenlängen um ca. 13,5 nm ein hohe maximale Reflektivität auf und haben sich insbesondere auf dem Gebiet der EUV-Lithographie etabliert.
Vor allem in diesem Fall hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das reflektive optische Element in seinem als reflektierende Beschichtung dienenden Viellagensystem als weiteres Material eines oder mehrere der Gruppe bestehend aus Palladium, Rhodium, Ruthenium, Technetium, Niob, Lanthan, Barium, Cer, Präsodym, Rubidium und Strontium aufweist. Palladium, Rhodium, Ruthenium und Technetium eignen sich besonders, um Molybdän in einer Lage an einer Stelle mit besonders geringer Feldintensität zumindest teilweise zu ersetzen, und Lanthan, Barium, Cer und Präsodym, um in einer solchen Lage Silizium zumindest teilweise zu ersetzen. Niob eignet sich besonders, um Molybdän in einer Lage an einer Stelle mit besonders hoher Feldintensität zumindest teilweise zu ersetzen, und Rubidium und Strontium, um in einer solchen Lage Silizium zumindest teilweise zu ersetzen.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein optisches System, das ein reflektives optisches Element wie zuvor beschrieben aufweist. Derartige optische Systeme eignen sich insbesondere für den Einsatz in EUV-Lithographievorrichtungen, aber auch in Vorrichtungen für die optische Inspektion von Wafern und Masken sowie Spiegeln.
Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Dazu zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für die EUV-
Lithographie;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen reflektiven optischen Elements;
Figur 3a eine schematische Darstellung eines weiteren herkömmlichen reflektiven optischen Elements mit sich ausbildender stehender Welle;
Figur 3b eine sich bei Reflexion and dem reflektiven optischen Element aus
Figur 3a ausbildende stehende Welle;
Figur 4 eine schematische Darstellung eines ersten reflektiven optischen
Elements;
Figur 5 eine schematische Darstellung eines zweiten reflektiven optischen
Elements;
Figur 6 eine schematische Darstellung eines dritten reflektiven optischen
Elements;
Figur 7 eine schematische Darstellung eines vierten reflektiven optischen
Elements; Figur 8 eine schematische Darstellung eines fünften reflektiven optischen
Elements; und
Figur 9 eine schematische Darstellung eines sechsten reflektiven optischen
Elements.
In Figur 1 ist schematisch eine EUV-Lithographievorrichtung 10 beispielhaft dargestellt. Wesentliche Komponenten sind das Beleuchtungssystem 14, die Photomaske 17 und das Projektionssystem 20. Die EUV-Lithographievorrichtung 10 wird unter Vakuumbedingungen betrieben, damit die EUV-Strahlung in ihrem Inneren möglichst wenig absorbiert wird.
Als Strahlungsquelle 12 kann beispielsweise eine Plasmaquelle oder auch ein Synchrotron dienen. Im hier dargestellten Beispiel handelt es sich um eine laserbetriebene Plasmaquelle. Die emittierte Strahlung im Wellenlängenbereich von etwa 5 nm bis 20 nm wird zunächst vom Kollektorspiegel 13 gebündelt. Der Betriebsstrahl 11 wird dann auf die im Strahlengang folgenden reflektiven optischen Elemente im Beleuchtungssystem 14 eingeführt. Im in Figur 1 dargestellten Beispiel weist das Beleuchtungssystem 14 zwei weitere Spiegel 15, 16 auf. Die Spiegel 15, 16 leiten den Strahl auf die Photomaske 17, die die Struktur aufweist, die auf den Wafer 21 abgebildet werden soll. Bei der Photomaske 17 handelt es sich ebenfalls um ein reflektives optisches Element für den EUV- Wellenlängenbereich, das je nach Herstellungsprozess ausgewechselt werden kann. Mit Hilfe des Projektionssystems 20 wird der von der Photomaske 17 reflektierte Strahl auf den Wafer 21 projiziert und dadurch die Struktur der Photomaske auf ihn abgebildet. Das Projektionssystem 20 weist im dargestellten Beispiel zwei Spiegel 18, 19 auf. Es sei darauf hingewiesen, dass sowohl das Projektionssystem 20 als auch das Beleuchtungssystem 14 jeweils nur einen oder auch drei, vier, fünf und mehr Spiegel aufweisen können.
Jeder der hier dargestellten Spiegel 13, 15, 16, 18, 19 wie auch die Maske 17 für die Verwendung im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich kann ein Substrat und eine als Viellagensystem ausgebildete reflektierende Beschichtung aufweisen, wobei das Viellagensystem Lagen aus mindestens zwei verschiedenen Basismaterialien mit unterschiedlichem Realteil des Brechungsindex bei einer Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich aufweist, die alternierend angeordnet sind, und an dem sich bei Reflexion einer Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich eine stehende Welle eines elektrischen Feldes ausbildet, wobei das Viellagensystem in mindestens einer Lage an einer Stelle extremaler Feldintensität der stehenden Welle ein weiteres Material aufweist. Insbesondere ersetzt das weitere Material in der mindestens einen Lage an einer Stelle extremaler Feldintensität eines der mindestens zwei verschiedenen Basismaterialien zumindest teilweise, wobei das das reflektive optische Element an mindestens einer Stelle minimaler Feldintensität als weiteres Material ein Material aufweist, das eine größere Absorption bei der reflektierten Wellenlänge aufweist als das zumindest teilweise ersetzte.
Derartige reflektive optische Elemente können auch in Wafer- oder Maskeninspektionssystemen eingesetzt werden.
In Figur 2 ist schematisch der Aufbau eines EUV-Spiegels 50 dargestellt, dessen reflektive Beschichtung auf einem Viellagensystem 54 basiert. Bei dem Viellagensystem 54 handelt es sich um auf ein Substrat 51 alternierend aufgebrachte Lagen eines Basismaterials mit höherem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge, bei der beispielsweise die lithographische Belichtung durchgeführt wird, (auch Spacer 57 genannt) und eines Basismaterials mit niedrigerem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge (auch Absorber 56 genannt), wobei ein Absorber-Spacer-Paar einen Stapel 55 bildet. Dadurch wird in gewisser Weise ein Kristall simuliert, dessen Netzebenen den Absorberlagen entsprechen, an denen Bragg-Reflexion stattfindet. Üblicherweise werden reflektive optische Elemente für eine EUV-Lithographievorrichtung oder ein optisches System derart ausgelegt, dass die jeweilige Wellenlänge maximaler Reflektivität mit der Arbeitswellenlänge des Lithographieprozesses oder sonstigen Anwendungen des optischen Systems im Wesentlichen übereinstimmt.
Die Dicken der einzelnen Lagen 56, 57 wie auch der sich wiederholenden Stapel 55 können über das gesamte Viellagensystem 54 konstant sein oder auch über die Fläche oder die Gesamtdicke des Viellagensystems 54 variieren, je nach dem, welches spektrale oder winkelabhängige Reflexionsprofil bzw. welche maximale Reflektivität bei der Arbeitswellenlänge erreicht werden soll. Ferner können auch zusätzliche Lagen als Diffusionsbarrieren zwischen Spacer- und Absorberlagen 56, 57 vorgesehen werden. Außerdem kann auf dem Viellagensystem 54 eine Schutzschicht 53 vorgesehen sein, die auch mehrlagig ausgelegt sein kann. Typische Substratmaterialien für reflektive optische Elemente für die EUV-Lithographie sind Silizium, Siliziumkarbid, siliziuminfiltriertes Siliziumkarbid, Quarzglas, titandotiertes Quarzglas, Glas und Glaskeramik. Insbesondere bei derartigen Substratmaterialien kann zusätzlich eine Schicht zwischen Viellagensystem 54 und Substrat 51 vorgesehen sein, die aus einem Material ist, das eine hohe Absorption für Strahlung im EUV-Wellenlängenbereich aufweist, die im Betrieb des reflektiven optischen Elements 50 eingesetzt wird, um das Substrat 51 vor Strahlenschäden, beispielsweise eine ungewollte Kompaktierung zu schützen. Ferner kann das Substrat auch aus Kupfer, Aluminium, einer Kupferlegierung, einer Aluminiumlegierung oder einer Kupfer-Aluminium-Legierung sein. Zwischen Substrat 51 und Viellagenssytem 54 können auch ein oder mehrere Schichten oder Schichtsysteme angeordnet sein, die andere als optische Funktionen übernehmen, beispielsweise den Ausgleich oder die Reduzierung von im eine reflektierende Beschichtung bildenden Viellagensystem 54 induzierten Schichtspannungen. Ferner kann zwischen dem Substrat 51 und dem Viellagensystem 54 auch eine Haftvermittlerschicht vorgesehen sein.
In Figur 3a ist ein reflektives optisches Element 50 wie zuvor beschrieben dargestellt, das auf einem Substrat 51 ein Viellagensytem 54 aufweist, das im vorliegenden Beispiel zum Vakuum 52 hin ohne Schutzschicht abschließt. Im vorliegenden Beispiel weist das Viellagensystem 54 vierundfünfzig Lagen aus abwechselnd Molybdän als Absorberlage 56 und Silizium als Spacerlage 57. Außerdem ist in Figur 3b die sich bei Reflexion ausbildende stehende Welle 60 als Feldintensität in Prozent über die Dicke d in nm des reflektiven optischen Elements 50 aufgetragen. Diese stehende Welle weist diverse Extrema auf, insbesondere Minima 61 und Maxima 62. An den Maxima 62 ist die Absorption der eingestrahlten Strahlung am höchsten. Zum Substrat 51 hin werden die Maxima immer kleiner. Dadurch ergibt sich im substratnahen Bereich ein Bereich vergleichsweise geringer Absorption. Außerdem befinden sich Minima jeweils am Übergang von Molybdän- zu Siliziumlage und zwar in Richtung vom Vakuum 52 zum Substrat 51. Das hier beispielhaft dargestellte Viellagensystem 54 ist für einfallende Strahlung einer Wellenlänge von 13.6 nm optimiert und weist bei quasinormalem Einfall eine maximale Reflektivität von 72,35% auf.
In den folgenden Figuren 4 bis 9 sind beispielhaft einige erfindungsgemäß modifizierte Varianten des in Figur 3a dargestellten Viellagensystems 54 dargestellt, die zusammen mit dem sie tragenden Substrat 51 erfindungsgemäße reflektive optische Elemente 50 bilden. Alle diese Varianten sind wie das in Figur 3 dargestellte Ausgangsviellagensystem 54 für eine Wellenlänge von 13,6 nm auf übliche Weise optimiert. In der ersten in Figur 4 dargestellten Variante wurden in den fünf substratnächsten Absorberlagen 157 das Molybdän ganz durch Rhodium ersetzt. Die übrigen Absorberlagen 57 sind wie im in Figur 3 dargestellten Ausgangssystem aus Molybdän, wie auch alle Spacerlagen 56 aus Silizium sind. Rhodium hat zwar einen größeren Imaginärteil als Molybdän bei 13,6 nm, aber eine größere Differenz des Realteil des Brechungsindex zu dem von Silizium. Indem Rhodium nur in Lagen an Stellen mit sehr niedriger Feldintensität der stehenden Welle Molybdän ersetzt, überwiegt der Effekt der höheren Brechzahldifferenz den Effekt der höheren Absorption, so dass in der Summe eine höhere Reflektivität erreicht werden kann. Diese erste Variante weist bei quasinormalem Einfall eine maximale Reflektivität von 73,4% auf. Alternativ könnte das Molybdän statt durch Rhodium auch durch Palladium, Ruthenium oder Technetium ersetzt werden. Selbst bei Ersetzen des Molybdäns durch das hochabsorbierende Palladium wird noch eine maximale Reflektivität von 73,18% erreicht.
In der in Figur 5 dargestellten Variante wurden in substratnahen Absorberlagen 157, 257 Molybdän nicht durch ein, sondern durch zwei weitere Materialien ersetzt. Im hier dargestellten Beispiel wurde das Molybdän in den sechs substratnächsten Absorberlagen 157 durch Rhodium und in den darauf in substratabgewandter Richtung folgenden sechs Absorberlagen 257 durch das etwas weniger absorbierende Ruthenium, das allerdings auch eine etwas geringere Brechzahldifferenz zu Silizium aufweist als Rhodium. Die Spacerlagen 46 sind alle aus Silizium. Durch diese Modifikation wird eine maximale Reflektivität von 73,68% bei quasinormalem Einfall bei 13,6 nm erreicht. Ebenso könnte man in den genannten Lagen statt Rhodium und Ruthenium auch Palladium und Rhodium oder Ruthenium oder Technetium bzw. Rhodium und Technetium bzw. Ruthenium und Technetium einsetzten, um einen Reflektivitätsgewinn gegenüber dem Ausgangssystem aus nur Molybdän und Silizium zu erreichen.
Eine weitere Variante, die auf der in Figur 5 dargestellten Variante beruht, ist in Figur 6 dargestellt. Zusätzlich zu den in Figur 5 dargestellten Modifikationen sind in dieser Variante auch die zwölf substratnächsten Spacerlagen 156a, b modifiziert worden. Bei diesen Spacerlagen ist das Silizium nur teilweise und zwar auf der zum Vakuum zeigenden Seite durch im vorliegenden Beispiel Lanthan ersetzt worden, so dass die Teillagen 156a aus Silizium und die Teillagen 156b aus Lanthan sind. Die übrigen Sapcerlagen 56 sind ganz aus Silizium. Lanthan weist bei 13,6 nm eine höhere Absorption als Silizium auf sowie eine höhere Brechzahldifferenz zu Moblydän sowie dessen genannten Substituten. Indem Lanthan nur in Lagen an Stellen mit sehr niedriger Feldintensität der stehenden Welle Silizium ersetzt und auch dort im Bereich von Minima, überwiegt der Effekt der höheren Brechzahldifferenz den Effekt der höheren Absorption, so dass in der Summe eine höhere Reflektivität erreicht werden kann. Das in Figur 6 dargestellte Viellagensystem erreicht bei quasinormalem Einfall von Strahlung einer Wellenlänge von 13,6 nm eine maximale Reflektivität von 73,73%. Anstelle von Lanthan sind auch Barium, Cer und Präsodym geeignet, um Silizium in Lagen mit besonders geringer Feldintensität ganz oder teilweise zu ersetzen.
In der in Figur 7 dargestellten Variante wurde die in Figur 6 dargestellte Variante weiterentwickelt. Zusätzlich zu den bereits besprochenen Modifikationen wurde in den fünf am nächsten zum Vakuum liegenden Absorberlagen 357a, b das Molybdän teilweise durch Ruthenium ersetzt und zwar jeweils auf der vakuumabgewandten Seite, so dass die Absorberteillage 357a aus Ruthenium und die Absorberteillage 357b aus Molybdän ist. Auf der vakuumabgewandeten Seite dieser Absorberlagen befindet sich jeweils ein Minimum der stehenden Welle, so dass die höhere Absorption des Ruthenium dort weniger ins Gewicht fällt als die größere Brechzahldifferenz zum Silizium. Auf diese Weise kann bei quasinormalem Einfall und 13,6 nm eine maximale Reflektivität von 74,2% erreicht werden. Alternativ könne das Molybdän auch durch Palladium, Rhodium oder Technetium auf der vakuumabgewandten Seite der jeweiligen Lage ersetzt werden.
Auch die in Figur 8 dargestellte Variante ist eine Weiterentwicklung der in Figur 6 dargestellten Variante. Anstatt in den fünf vakuumnächsten Absorberlagen 457 Molybdän durch ein höherabsorbierendes Material zu ersetzen, wurde es hier durch das weniger absorbierende Niob ersetzt, das außerdem bei 13,6 nm eine geringere Brechzahldifferenz zu Silizium aufweist. Alternativ kann auch eine nur teilweise Ersetzung auf der vakuumzugewandten Seite der jeweiligen Lagen erfolgen, wo sich jeweils Feldintensitätsmaxima befinden, so dass die jeweilige Materialabsorption besonders stark ins Gewicht fällt. Auch diese Variante weist gegenüber der in Figur 6 dargestellten Variante einen Reflektivitätsgewinn auf.
Die in Figur 9 dargestellte Variante basiert auf der in Figur 7 dargestellten Variante.
Zusätzlich zu den in Zusammenhang mit Figur 7 erläuterten Modifikationen, wurden in den sechs vakuumnächsten Spacerlagen 256a, b Silizium auf der vakuumabgewandten Seite der jeweiligen Lage durch Rubidium ersetzt. Dadurch besteht die Spacerteillage 256a aus Rubidium und die Spacerteillage 257b aus Silizium. Die Spacerteillagen 256a befinden sich in einem Bereich maximaler Feldintensität der stehenden Welle, wo sich die Absorption des dort befindlichen Materials besonders stark auswirkt. Indem dort ein weniger stark absorbierendes Material als Silizium vorgesehen wird, überwiegt der Effekt der geringeren Absorption der einfallenden Strahlung den Effekt der geringeren Brechzahldifferenz, so dass sich ein Reflektivitätsgewinn bei quasinormalem Einfall von Strahlung einer Wellenlänge von 13,6 nm auf eine maximale Reflektivität von 76,2% erreichen lässt. Alternativ kann in vakuumnahen Spacerlagen Silizium durch Rubidium oder Strontium ganz oder teilweise ersetzt werden.
In weiteren Abwandlungen können auch jeweils nur ein, zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, zwölf, dreizehn, vierzehn, fünfzehn oder mehr Absorber- und/oder Spacerlagen im substratnahen oder vakuumnahen Bereich des jeweiligen Viellagensystems modifiziert werden. Dabei wird vorteilhafterweise berücksichtigt, wieviele Lagen das jeweilige Viellagensystem insgesamt aufweist. Außerdem sollte auch berücksichtigt werden, dass die Schaffung neuer Grenzfllächen bei nur teilweisen Materialersatz innerhalb von Lagen zu einer Erhöhung der Rauheit beitragen kann, was seinerseits die Reflektivität reduzieren kann. Ggf. können bei der Herstellung der entsprechenden reflektiven optischen Elemente die Beschichtungsverfahren in Hinblick auf eine möglichst geringe Rauheit ausgewählt werden oder zusätzlich Glättungsverfahren ausgeführt werden. Außerdem können nicht nur ein oder zwei, sondern auch drei oder vier oder mehr verschiedene Materialien zum Ersatz des ursprünglichen Absorber- oder Spacermaterial eingesetzt werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass in den hier dargestellten Viellagensystemen zusätzliche Lagen vorgesehen sein können, die als Diffusionsbarriere wirken. Sie können zwischen zwei Lagen aus Basismaterialien, aber auch zwischen einer Lage aus einem Basismaterial und einem weiteren Material oder zwischen zwei Lagen aus weiteren Materialien angeordnet sein. Bei den Lagen aus Basis- oder weiteren Materialien kann es sich auch um Teillagen handeln. Insbesondere, wenn wie in den hier detaillierter erläuterten Beispielen die Basismaterialien Molybdän und Silizium sind, können die Barrierelagen z.B. aus Kohlenstoff, borkarbid, Siliziumnitrid, Siliziumkarbid oder aus einer Zusammensetzung mit mindestens einem dieser Materialien sein. Optische Systeme, die mindestens ein erfindungsgemäßes reflektives optisches Element aufweisen, haben eine gesteigerte Lichtausbeute. Bevorzugt sind möglichst viele oder sogar alle im jeweiligen optischen System vorgesehene reflektiven optischen Element mit einem hier vorgeschlagenen Viellagensystem als reflektierende Beschichtung ausgestattet. Sie eignen sich insbesondere als optische Systeme für EUV-Lithographievorrichtungen aber ebenso für andere Anwendungen wie etwa Masken- oder Waferinspektionsvorrichtungen. Weist das optische System beispielsweise acht erfindungsgemäße reflektive optische Element auf, die jedes eine Reflexionserhöhung um 2% gegenüber einem herkömmlichen reflektiven optischen Element aufweisen, so erreicht man insgesamt eine relative Steigerung der Lichtausbeute um 24%.
Bezugszeichen
10 EUV-Lithographievorrichtung
11 Betriebsstrahl
12 EUV-Strahlungsguelle
13 Kollektorspiegel
14 Beleuchtungssystem
15 erster Spiegel
16 zweiter Spiegel
17 Maske
18 dritter Spiegel
19 vierter Spiegel
20 Projektionssystem
21 Wafer
50 reflektives optisches Element
51 Substrat
52 Vakuum
53 Schutzlage
54 Viellagensystem
55 Lagenpaar
56 Spacer
57 Absorber
60 Feldintensität
61 minimale Feldintensität
62 maximale Feldintensität 156a,b Spacer 157 Absorber 256a, b Spacer 257 Absorber 357a, b Absorber 457 Absorber

Claims

Patentansprüche
1. Reflektives optisches Element für eine Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich, aufweisend ein Substrat und eine als Viellagensystem ausgebildete reflektierende Beschichtung, wobei das Viellagensystem Lagen aus mindestens zwei verschiedene Basismaterialien mit unterschiedlichem Realteil des Brechungsindex bei einer Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich aufweist, die alternierend angeordnet sind, und an dem sich bei Reflexion einer Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich sich eine stehende Welle eines elektrischen Feldes ausbildet, wobei das Viellagensystem (54) in mindestens einer Lage (156a, b, 157, 256a, b, 257, 357a, b, 457) an einer Stelle (61 , 62) extremaler Feldintensität der stehenden Welle (60) ein weiteres Material aufweist, das in der mindestens einen Lage (156a,b, 256a, b, 357a, b) an einer Stelle extremaler Feldintensität eines der mindestens zwei verschiedenen Basismaterialien zumindest teilweise ersetzt, dadurch gekennzeichnet, dass das reflektive optische Element an mindestens einer Stelle (61) minimaler Feldintensität als weiteres Material ein Material aufweist, das eine größere Absorption bei der reflektierten Wellenlänge aufweist als das zumindest teilweise ersetzte.
2. Reflektives optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Material eine größere Differenz des Realteils des Brechungsindex zum Realteil des Brechungsindex des mindestens einen nicht zumindest teilweise ersetzten Basismaterials aufweist als das zumindest teilweise ersetzte Basismaterial.
3. Reflektives optisches Element nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es an mindestens einer Stelle (62) maximaler Feldintensität als zusätzliches weiteres Material ein Material aufweist, das eine geringere Absorption bei der reflektierten Wellenlänge aufweist als das dadurch zumindest teilweise ersetzte Basismaterial.
4. Reflektives optisches Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche weitere Material eine geringere Differenz des Realteils des Brechungsindex zum Realteil des Brechungsindex des mindestens einen dadurch nicht zumindest teilweise ersetzten Basismaterials aufweist als das zumindest teilweise dadurch ersetzte Basismaterial.
5. Reflektives optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Viellagensystem (54) als mindestens zwei verschiedene Basismaterialien mit unterschiedlichem Realteil des Brechungsindex Molybdän und Silizium aufweist.
6. Reflektives optisches Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es als weiteres Material eines oder mehrere der Gruppe bestehend aus Palladium, Rhodium, Ruthenium, Technetium, Niob, Lanthan, Barium, Cer, Präsodym, Rubidium und Strontium aufweist.
7. Optisches System, aufweisend ein reflektives optisches Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.
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