DE102011077983A1

DE102011077983A1 - Verfahren zur Herstellung eines reflektiven optischen Elements für die EUV-Lithographie

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Publication number: DE102011077983A1
Application number: DE102011077983A
Authority: DE
Inventors: Alexey Kuznetzov; Michael Gleeson; Robbert W. E. van de Kruijs; Prof. Dr. Bijkerk Frederik
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2012-12-27
Also published as: KR101993940B1; WO2012175494A1; JP6235999B2; US9733580B2; EP2724346B1; EP2724346A1; CN103635974A; JP2014523118A; US20140193591A1; CN103635974B; KR20140058500A

Abstract

Zur Reduzierung der Neigung zu Blasen- und Rissbildung sowie Abplatzen in den obersten Lagen eines Viellagensystems in der Gegenwart von reaktivem Wasserstoff wird Verfahren zur Herstellung eines reflektiven optischen Elements (50) für die EUV-Lithographie, das bei einer Arbeitswellenlänge im Bereich von 5 nm bis 20 nm eine maximale Reflektivität aufweist, vorgeschlagen mit den Schritten: – Aufbringen auf ein Substrat (52) eines Viellagensystems (51) aus übereinander angeordneten Stapeln (53), wobei jeder Stapel eine Lage (54) einer Dicke dMLs aus einem Material aufweist, das bei der Arbeitswellenlänge einen höheren Realteil des Brechungsindex aufweist, und eine Lage (55) einer Dicke dMLa aus einem Material, das bei der Arbeitswellenlänge einen niedrigeren Realteil des Brechungsindex aufweist, wobei das Dickenverhältnis dMLa/(dMLa + dMLs) = ΓML ist, – Aufbringen mindestens eines weiteren Stapels (56) auf das Viellagensystem, der eine Lage (54) einer Dicke ds aus einem Material aufweist, das bei der Arbeitswellenlänge einen höheren Realteil des Brechungsindex aufweist, und eine Lage (55) einer Dicke da aus einem Material, das bei der Arbeitswellenlänge einen niedrigeren Realteil des Brechungsindex aufweist, wobei das Dickenverhältnis da/(da + ds) = Γ ist und wobei Γ ≠ ΓML ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines reflektiven optischen Elements für die EUV-Lithographie, das bei einer Arbeitswellenlänge im Bereich von 5 nm bis 20 nm eine maximale Reflektivität aufweist.
In EUV-Lithographievorrichtungen werden zur Lithographie von Halbleiterbauelementen reflektive optische Elemente für den extremen ultravioletten (EUV) 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. Die Reflektivität und die Lebensdauer der reflektiven optischen Elemente kann durch Kontamination der optisch genutzten reflektiven Fläche der reflektiven optischen Elemente, die aufgrund der kurzwelligen Bestrahlung zusammen mit Restgasen in der Betriebsatmosphäre entsteht, reduziert werden. Da üblicherweise in einer EUV-Lithographievorrichtung mehrere reflektive optische Elemente hintereinander angeordnet sind, wirken sich auch schon geringere Kontaminationen auf jedem einzelnen reflektiven optischen Element in größerem Maße auf die Gesamtreflektivität aus.
Kontamination kann beispielsweise aufgrund von Feuchtigkeitsrückständen auftreten. Dabei werden Wassermoleküle durch die EUV-Strahlung aufgespalten und die resultierenden Sauerstoffradikalen oxidieren die optisch aktiven Flächen der reflektiven optischen Elemente. Eine weitere Kontaminationsquelle sind Polymere, die beispielsweise aus den in EUV-Lithographievorrichtungen verwendeten Vakuumpumpen stammen können oder von Rückständen von Photolacken, die auf den zu strukturierenden Halbleitersubstraten verwendet werden, und die unter Einfluss der Betriebsstrahlung zu Kohlenstoffkontaminationen auf den reflektiven optischen Elementen führen. Während oxidative Kontaminationen in der Regel irreversibel sind, lassen sich insbesondere Kohlenstoffkontaminationen u.a. durch Behandlung mit reaktivem Wasserstoff entfernen, indem der reaktive Wasserstoff mit den kohlenstoffhaltigen Rückständen zu flüchtigen Verbindungen reagiert. Bei reaktivem Wasserstoff kann es sich um Wasserstoffradikale oder auch ionisierte Wasserstoffatome oder -moleküle handeln.
Es ist allerdings beobachtet worden, dass es unter dem Einfluss von reaktivem Wasserstoff, der zur Reinigung verwendet wird oder aufgrund der Wechselwirkung der EUV-Strahlung mit in der Restatmosphäre vorhandenem Wasserstoff entstehen kann, zur Blasenbildung und sogar zum Ablösen von einzelnen Lagen, insbesondere dicht an der Oberfläche des Viellagensystems kommen kann.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines reflektiven optischen Elements zur Verfügung zu stellen, das in der EUV-Lithographie auch in der Gegenwart von reaktivem Wasserstoff einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines reflektiven optischen Elements für die EUV-Lithographie, das bei einer Arbeitswellenlänge im Bereich von 5 nm bis 20 nm eine maximale Reflektivität aufweist, mit den Schritten:

– Aufbringen auf ein Substrat eines Viellagensystems aus übereinander angeordneten Stapeln, wobei jeder Stapel eine Lage einer Dicke d_MLs aus einem Material aufweist, das bei der Arbeitswellenlänge einen höheren Realteil des Brechungsindex aufweist, und eine Lage einer Dicke d_MLa aus einem Material, das bei der Arbeitswellenlänge einen niedrigeren Realteil des Brechungsindex aufweist, wobei das Dickenverhältnis d_MLa/(d_MLa + d_MLs) = Γ_ML ist,
– Aufbringen mindestens eines weiteren Stapels auf das Viellagensystem, der eine Lage einer Dicke d_s aus einem Material aufweist, das bei der Arbeitswellenlänge einen höheren Realteil des Brechungsindex aufweist, und eine Lage einer Dicke d_a aus einem Material, das bei der Arbeitswellenlänge einen niedrigeren Realteil des Brechungsindex aufweist, wobei das Dickenverhältnis d_a/(d_a + d_s) = Γ ist und wobei Γ ≠ Γ_ML ist.

Untersuchungen haben ergeben, dass sich die Blasenbildungen bzw. das Ablösen oberster Lagen am Viellagensystem insbesondere in der Gegenwart von Wasserstoff in der Restgasatmosphäre deutlich reduzieren lässt, wenn auf dem Viellagensystem, das für die Reflexion einer bestimmten Arbeitswellenlänge im Bereich von 5 nm bis 20 nm optimiert ist, mindestens ein weiterer Stapel aufgebracht wird, bei dem das Dickenverhältnis der Lagen aus höherem und niedrigerem Realteil des Brechungsindex ein anderes ist als bei dem darunterliegenden Viellagensystem. Es wird vermutet, dass diese gezielte Variation des Dickenverhältnisses dazu führt, dass im Bereich der obersten Lagen geringere Spannungen auftreten und dadurch die Neigung zum Blasenbilden bzw. Ablösen der obersten Lagen verringert wird.
In bevorzugten Ausführungsformen ist das Dickenverhältnis Γ des mindestens einen weiteren Stapels kleiner als 0,8·Γ_ML des Viellagensystems. Besonders bevorzugt ist das Dickenverhältnis Γ des mindestens einen weiteren Stapels größer 1,2 mal dem Dickenverhältnis Γ_ML im Viellagensystem. Insbesondere in der zweitgenannten Variante baut sich in dem obersten Lagen des optischen Elementes eine resultierende Zugspannung auf, was sich den Beobachtungen nach besonders positiv auf die Reduzierung der Neigung zu Blasenbildung und Ablösen der obersten Lagen auswirkt.
Es sei darauf hingewiesen, dass insbesondere bei reflektiven optischen Elementen, die unter dem Viellagensystem, das der Reflexion der Arbeitswellenlänge dient, ein weiteres Viellagensystem zur Spannungskompensation aufweisen, im Rahmen des hier vorgeschlagenen Herstellungsverfahren die Anzahl der Lagen im spannungskompensierenden Viellagensystem reduziert werden kann, da nunmehr spannungsreduzierte Lagen auch auf dem optischen wirkenden Viellagensystem am Übergang zum Vakuum vorgesehen werden. Bei der Wahl von Γ < Γ_ML kann es notwendig sein, im spannungskompensierenden Viellagensystem eine erhöhte Anzahl von Lagen vorzusehen.
Vorteilhafterweise liegt für reflektive optische Elemente für die EUV-Lithographie die Anzahl der Stapel für das optisch wirkende Viellagensystem zwischen dreißig und sechzig Stapel. Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn auf dieses Viellagensystem zwei, drei, vier oder fünf weitere Stapel mit spannungskompensierender Funktion aufgebracht werden. Da erfahrungsgemäß der Wasserstoff nur in die obersten Lagen eindringt, lässt sich schon mit einer geringen Anzahl von weiteren Stapeln ein wirksamer Schutz gegen Blasenbildung und Ablösen gewährleisten. Außerdem wird gleichzeitig eine mögliche Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften des darunterliegenden Viellagensystems auf ein Minimum beschränkt. Die tatsächliche Anzahl der weiteren Stapel kann auch unter Berücksichtigung der Energie und der Konzentration des reaktiven Wasserstoffs bestimmt werden, dem das hergestellte reflektive optische Element für die EUV-Lithographie währen des EUV-Lithographieprozesses voraussichtlich ausgesetzt sein wird.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen des Herstellungsverfahrens wird mindestens eine Lage des mindestens einen weiteren Stapels mittels Elektronenstrahlverdampfen oder ionenstrahlgestützter Beschichtung (auch IBAD ion beam assisted deposition genannt) pder Magnetronsputtern mit thermischen Partikeln (auch TPM thermal particle magnetron sputtering) aufgebracht. Bei der ionenstrahlgestützten Beschichtung wird eine Lage während ihres Aufbringesn mit einem Ionenstrahl einer Energie von weniger als 100 eV beaufschlagt, was zu einer Verdichtung dieser Lage führt. Bevorzugt wird die ionenstrahlgestüzte Beschichtung mit Elektronenstrahlverdampfen kombiniert. Beim Magnetronsputtern mit thermischen Partikeln beträgt der Abstand zwischen Target und Substrat nicht nur einige Zentimeter wie beim herkömmlichen Magnetronsputtern, sondern einige 10 cm bis ca. 1 m. Auch dieses spezielle Magnetronsputtern lässt sich ionenstrahlgestützt durchführen. Besonders bevorzugt ist es, mindestens die eine oder mehrere Lagen aus Material mit höherem Realteil des Brechungsindex in der Arbeitswellenlänge derartige aufzubringen, da beobachtet wurde, dass diese Lagen besonders anfällig für ein Aufplatzen nach Beaufschlagung mit reaktivem Wasserstoff sind. Tendenziell wird für reflektive optische Elemente, die insbesondere höherenergetischem reaktiven Wasserstoff, d.h. einer Energie von mehr als 100 eV, ausgesetzt werden sollen, bevorzugt mit reinem Elektronenstrahlverdampfen gearbeitet.
Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn bei mindestens einer Lage des mindestens einen weiteren Stapels auf die ansonsten übliche Polierung mit Ionenstrahlen zur Glättung der Lagenoberfläche verzichtet wird. Von besonders großem Vorteil ist dies, wenn es sich dabei um die Lage handelt, die mittels Elektronenstrahlverdampfen oder Magnetronsputtern mit thermischen Partikeln, ggf. ionenstrahlgestützter Beschichtung aufgebracht wurde. Aber auch bei Lagen des mindestens einen weiteren Stapels, die mit herkömmlichem Magnetronsputtern aufgebracht wurde, wurde ein positiver Effekt auf die Neigung zu Blasenbildung bzw. Ablösen beobachtet. Alternativ, wenn aufgrund der Anforderung an die Oberflächenrauheiten nicht auf ein Polieren verzichtet werden kann, lässt sich, ein positiver Effekt damit erreichen, dass zum Polieren die Energie des Ionenstrahls derart eingestellt wird, das der Ionenstrahl beim Polieren die gesamte zu polierende Lage durchdringt. Ingesamt scheinen die Beobachtungen darauf hinzuweisen, dass die einzelnen Beschichtungsprozesse danach ausgewählt werden sollten, dass die jeweilige Lage so homogen wie möglich aufgebracht wird. Beim Einsatz eines höherenergetischen Ionenstrahls zum Ionenstrahlpolieren kann der positive Effekt vermutlich auch darauf zurückgeführt werden, dass sich die polierte Lage stärker mit der darunter liegenden Lage vermischt und die sich so ausbildende Mischlage einem Abplatzen der polierten Lage entgegenwirkt.
Vorteilhafterweise werden als Material, das bei der Arbeitswellenlänge einen höheren Realteil des Brechungsindex aufweist, sowie als Material, das bei der Arbeitswellenlänge einen niedrigeren Realteil des Brechungsindex aufweist, für die Stapel des Viellagensystems die gleichen Materialien gewählt werden wie für den mindestens einen weiteren Stapel. In besonders bevorzugten Ausführungsformen wird sowohl im Viellagensystem als auch in dem mindestens einen weiteren Stapel als Material, das bei der Arbeitswellenlänge ein höheren Realteil des Brechungsindex aufweist, Silizium gewählt und als Material, das bei der Arbeitswellenlänge einen niedrigeren Realteil des Brechungsindex aufweist, Molybdän gewählt. Indem man sowohl für das Viellagensystem als auch für den weiteren Stapel die gleichen Materialkombinationen wählt, lässt sich insgesamt das Herstellungsverfahren einfacher und kostengünstiger durchführen. Die spezielle Wahl von Silizium und Molybdän bringt den Vorteil mit, dass mit dieser Materialkombination eine besonders hohe Reflektivität im Wellenlängenbereich zwischen 12,5 nm und 15 nm erreicht werden kann. Außerdem besteht eine große Erfahrung bei der Beschichtung mit diesen beiden Materialien, so dass sich bei der Herstellung einer Vielzahl von reflektiven optischen Elementen nach dem hier vorgeschlagenen Verfahren eine hohe Reproduzierbarkeit erreichen lässt. Es sei darauf hingewiesen, dass selbstverständlich im optischen Viellagensystem und im mindestens einem weiteren Stapel mit unterschiedlichen Materialien gearbeitet werden kann und außer Silizium und Molybdän alle weiteren Materialkombinationen eingesetzt werden können, von denen man weiß, dass sie zu hohen Reflektivitäten bei Arbeitswellenlängen im Bereich von 5 nm bis 20 nm eingesetzt werden können.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen werden als Material, das bei der Arbeitswellenlänge einen höheren Realteil des Brechungsindex aufweist, sowie als Material, das bei der Arbeitswellenlänge einen niedrigeren Realteil des Brechungsindex aufweist, für die Stapel des Viellagensystems andere Materialien gewählt als für den mindestens einen weiteren Stapel, um das resultierende reflektive optische Element besonders gut an die geplanten Einsatzbedingungen anpassen zu können und insbesondere Lagenmaterialien für den mindestens einen weiteren Stapel auswählen zu können, die als solche bereits eine besonders niedrige Neigung zu Blasenbildung in Gegenwart von reaktivem Wasserstoff zeigen.
Insbesondere für den Einsatz in Lithographieprozessen, wo das resultierende optische Element niedrigenergetischen Wasserstoffradikalen und -ionen ausgesetzt werden kann und/oder die Belichtung bei erhöhten Temperaturen durchgeführt werden kann, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass in den mindestens einen weiteren Stapel zwischen der Lage mit niedrigerem Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge und der Lage mit höherem Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge eine zusätzliche Lage als Diffusionsbarriere aufgebracht wird, die sich auch positiv auf die Reflektivität des reflektiven optischen Elements bei der Arbeitswellenlänge auswirken kann.
In bevorzugten Ausführungsform hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass auf dem mindestens einen weiteren Stapel eine Lage aus einem Material geringer Dichte und geringer Spannung aufgebracht wird. Diese Lage kann insbesondere Wasserstoff absorbieren, ohne die optischen Eigenschaften des Viellagensystems wesentlich zu beeinflussen und ohne größere zusätzliche Spannungen zu induzieren. Vorteilhafterweise ist diese Lage aus einem Material der Gruppe Silizium, Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Siliziumkarbid, Bor, Borkarbid, Bornitrid, Beryllium und Kohlenstoff.
In einer Variante der bevorzugten Ausführungsform wird auf den mindestens einen weiteren Stapel eine Lage aus einem Material aufgebracht, das auch gegenüber weitere Einflüsse wie oxidative Kontamination oder kohlenstoffhaltige Kontamination schützt bzw. sich durch Wasserstoffreinigung gut von der Kontamination reinigen lässt. Bevorzugte Materialien gehören der Gruppe Ruthenium, Cer, Yttrium, Molybdänsilizid, Yttriumoxid, Molybdänsulfid, Zirkonium, Niob, Molybdänkarbid, Zirkoniumoxid, Rhodium und Rhenium an. In dieser Lage kann ein Großteil des auftreffenden Wasserstoffs aufgefangen werden, sodass es nicht zu den darunterliegenden Lagen des mindestens einen weiteren Stapels oder sogar des Viellagensystems vordringt.
Besonders bevorzugt, insbesondere wenn das resultierende reflektive optische Element überwiegend höherenergetischem reaktiven Wasserstoff ausgesetzt wird, werden sowohl eine Lage aus einem Material geringerer Dichte und geringer Spannung als auch eine Schutzlage aus einem eben genannten Material auf dem mindestens einen weiteren Stapel aufgebracht.
Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dazu zeigen
1a, b eine schematische Darstellung von reflektiven optischen Elementen für die EUV-Lithographie, die nach dem hier vorgeschlagenen Verfahren hergestellt wurde; und
2a, b Flussdiagramme zu beispielhaften Varianten des hier vorgeschlagenen Verfahrens zur Herstellung von reflektiven optischen Elementen für die EUV-Lithographie.
In den 1a, b ist schematisch die Struktur beispielhafter reflektiver optischer Elemente 50 dargestellt, die gemäß dem hier vorgeschlagenen Verfahren hergestellt wurden. Bei den dargestellten Beispielen handelt es sich um reflektive optische Elemente, die auf einem Viellagensystem 51 basieren. Dabei handelt es sich um alternierend aufgebrachte Lagen eines Materials mit höherem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge, bei der beispielsweise die lithographische Belichtung durchgeführt wird (auch Spacer 54 genannt), und eines Materials mit niedrigerem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge (auch Absorber 55 genannt), wobei ein Absorber-Spacer-Paar einen Stapel 53 bildet. Dadurch wird in gewisser Weise ein Kristall simuliert, dessen Netzebenen den Absorberlagen entsprechen, an denen Bragg-Reflexion stattfindet. Jeder Stapel 53 wird unter anderem charakterisiert durch das Ladendickenverhältnis der Absorberlage d_MLa zur Spacerlagendicke d_MLs. Insbesondere kann man das Ladendickenverhältnis Γ_ML = d_MLa/(d_MLa + d_MLs) definieren. Das Viellagensystem 51 ist auf einem Substrat 52 aufgebracht. Als Substratmaterialien werden bevorzugt Materialien mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten gewählt.
Sowohl bei dem in 1a als auch bei dem in 1b dargestellten Beispiel sind auf dem Viellagensystem 51 zwei weitere Stapel 56 aufgebracht. Es sei darauf hingewiesen, dass in weiteren Ausführungsbeispielen auch nur ein weiterer Stapel 56 oder auch drei, vier oder fünf weitere Stapel 56 vorgesehen sein können. In den beiden hier dargestellten Beispielen umfasst der zusätzlich Stapel 56 jeweils eine Spacerlage 54 und eine Absorberlage 55. In den hier dargestellten Beispielen sind als Absorber- und Spacermaterial die gleichen Materialien gewählt worden wie für das darunter liegende Viellagensystem 51. In einer konkreten, besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Absorbermaterial um Molybdän und bei dem Spacermaterial um Silizium. Reflektive optische Elemente 50 für die EUV-Lithographie, die auf einem solchen Viellagensystem 51 basieren, lassen sich insbesondere für Arbeitswellenlängen in einem Bereich zwischen 12,5 nm und 15 nm auf eine besonders hohe Reflektivität optimieren.
Je nach Lage der gewünschten Arbeitswellenlänge und je nach Anforderung an die optischen Eigenschaften und die Lebensdauer können sowohl für das Viellagensystem 51 als auch für die weiteren Stapel 56 andere Absorber- und Spacermaterialien gewählt worden. Insbesondere können auch für das Viellagensystem 51 einerseits und die weiteren Stapel 56 andererseits unterschiedliche Materialien für die Spacer- und Absorberlagen ausgewählt werden. Bei der Materialwahl wie auch bei der Wahl der Anzahl der weiteren Stapel 56 wird vorteilhafterweise berücksichtigt, welcher Konzentration von reaktivem Wasserstoff das reflektive optische Element während des Lithographieprozesses voraussichtlich wie lange ausgesetzt sein wird und welche Energie dieser im Schnitt haben wird. Ferner wird vorteilhafterweise berücksichtigt, welche Reflektivitätseinbußen man eventuell durch die weiteren Stapel 56 in Kauf nehmen muss.
Es sei darauf hingewiesen, dass die weiteren Stapel weitere Lagen abgesehen von der Absorber- und der Spacerlage 54, 55 aufweisen können. Besonders bevorzugt werden an den Grenzflächen zwischen Spacer- und Absorberlagen bzw. Absorber- und Spacerlagen zusätzliche Lagen als Diffusionsbarrieren aufgebracht. Bei der Verwendung von Silizium als Spacermaterial und Molybdän als Absorbermaterial hat sich beispielsweise Borkarbid als Material für Diffusionsbarrieren als vorteilhaft erwiesen. Das Vorsehen von Diffusionsbarrieren in den weiteren Stapeln 56 hat besondere Vorteile, falls das reflektive optische Element 50 überwiegend niederenergetischen Wasserstoffatomen und -radikalen eine Energie von kleiner 100 eV ausgesetzt ist. Außerdem sind sie vorteilhaft bei reflektiven optischen Elementen, die bei Temperaturen deutlich über Zimmertemperatur betrieben werden.
Von wesentlicher Bedeutung ist, dass das Dickenverhältnis Γ = d_a/(d_a + d_s) mit d_a der Dicke der Absorberlage 55 im weiteren Stapel 56 und d_s der Dicke der Spacerlage 54 im weiteren Stapel 56 anders ist als das entsprechende Dickenverhältnis im Γ_ML im Viellagensystem 51. Falls Γ_ML im Viellagensystem und die einzelnen seiner Stapel 53 variieren sollte und/oder falls das Dickenverhältnis Γ über einzelne weitere Stapel 56 variieren sollte, ist von Bedeutung, dass alle Γ anders sind als alle Γ_ML. Vorzugsweise unterscheiden sich Γ und Γ_ML deutlich, bevorzugt ist Γ größer 1,2·Γ_ML oder kleiner 0,8·Γ_ML. In dem hier dargestellten Beispiel handelt es sich bei dem Viellagensystem 51 um ein übliches Molybdän-Siliziumsystem mit fünfzig Stapeln 53, die alle ein Γ_ML von 0,4 aufweisen bei einer Stapeldicke von 7,2 nm. Die beiden weiteren Stapel 56 hingegen weisen ein Γ von 0,6 bei ebenfalls einer Stapeldicke von 7,2 nm auf. Dies führt zu einer resultierenden Spannung von 200 MPa über die beiden weiteren Stapel 56, die Spannungen im darunterliegenden Viellagensystem 51 kompensiert. Die Spannung wird insbesondere im Bereich der obersten Stapel 53 des Viellagensystems 51 kompensiert. Dies scheint ein Grund dafür zu sein, dass unter Einwirkung von reaktivem Wasserstoff eine deutlich reduzierte Tendenz zum Blasenbilden und Ablösen einzelner Lagen, insbesondere der Siliziumlage beobachtet wurde. Es sei darauf hingewiesen, dass ansonsten zur Spannungsreduzierung über das gesamte reflektive optische Element auch noch spannungsreduzierende Lagen zwischen dem Substrat 52 und dem Viellagensystem 51 angeordnet sein können.
Das in 1b dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 1a dargestellten Ausführungsbeispiel dahingehend, dass auf den beiden weiteren Stapeln 56 noch zwei weitere zusätzliche Lagen 57 und 58 aufgebracht wurden. Bei der an der Grenzfläche zum Vakuum liegenden zusätzlichen Lage 58 handelt es sich um eine übliche Schutzlage zum Schutz gegen Kontamination, die im Idealfall auch inert gegen Wasserstoffreinigung ist und außerdem als Pufferlage gegen reaktiven Wasserstoff dient, um ein Vordringen des reaktiven Wasserstoffs bis zum Viellagensystem zu unterdrücken. Geeignete Materialien sind Ruthenium, Cer, Yttrium, Molybdänsilizid, Yttriumoxid, Molybdänsulfid, Zirkonium, Niob, Molybdänkarbid, Zirkoniumoxid, Rhodium oder Rhenium. Im hier dargestellten Beispiel wurde als Material für die Schutzlage 58 Ruthenium gewählt.
Bei der darunterliegenden Lage 57 handelt es sich um eine Lage aus einem spannungsarmen Material geringer Dichte, die Wasserstoff absorbieren kann. Sie kann, wie in dem hier dargestellten Beispiel, unterhalb der Schutzlage 58 angeordnet sein, sie kann in anderen Varianten auch oberhalb der Schutzlage 58 angeordnet sein. Geeignete Materialien sind beispielweise Silizium, Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Siliziumkarbid, Bor, Borkarbid, Bornitrid, Beryllium oder Kohlenstoff. In dem hier dargestellten Beispiel wurde Siliziumnitrid als Lagenmaterial für die Lage 57 gewählt. Durch entsprechende Wahl der Dicken der zusätzlichen Lagen 57, 58 kann nicht nur die Resistenz des reflektiven optischen Elementes 50 gegen Blasenbildungen und Ablösen einzelner oberster Lagen erhöht werden, sondern auch das reflektive optische Element 50 dahingehend optimiert werden, dass die Einbußen in der Reflektivität aufgrund der auf den Viellagensystem 51 befindlichen Stapel 56 und Lagen 57, 58 nicht zu hoch ausfallen. Das Vorsehen von zusätzlichen Lagen 57 und/oder 58 erhöht insbesondere bei höheren Flüssen reaktiven Wasserstoffs auch höherer Energie die Lebensdauer der entsprechenden reflektiven optischen Elemente 50.
Es sei darauf hin gewiesen, dass bei besonders hohen Flüssen von reaktiven Wasserstoff und/oder besonders hohen Energien des reflektiven Wasserstoffs die Lebensdauer der eingesetzten reflektiven optischen Elementes auch dadurch etwas verlängert werden kann, dass zusätzlich in die Restgasatmosphäre im Inneren der EUV-Lithographievorrichtung, in der die reflektiven optischen Elemente eingesetzt werden, Puffergas eingeführt wird, um die Energie der auf die reflektiven optischen Elemente auftreffenden Partikel schon im Vorfeld zu reduzieren.
Das in 1b dargestellte Ausführungsbeispiel kann beispielweise gemäß der in 2a dargestellten Variante des hier vorgestellten Herstellungsverfahrens hergestellt werden. Dazu wird zunächst auf ein Substrat ein Viellagensystem mit einem Lagendickenverhältnis Γ_ML auf beliebig herkömmliche Art und Weise aufgebracht (Schritt 201). Anschließend werden die zwei weiteren Stapel 56 mit einem Lagendickenverhältnis von Γ = 1,5·Γ_ML auf das Viellagensystem 51 eingebracht, wobei die Spacerlagen durch Elektronenstrahlverdampfen ohne Ionenstrahlpolieren aufgebracht werden (Schritt 203). In einer Abwandlung kann auch die Absorberlage durch Elektronenstrahlverdampfen ohne Ionenstrahlpolieren aufgebracht werden. Insbesondere bei der Verwendung von Silizium als Spacermaterial und Molybdän als Absorbermaterial lassen sich aber eine Reduzierung der Blasenbildung und des Ablösens bereits schon durch Aufbringen der Spacerlage durch Elektronenstrahlverdampfen ohne Ionenstrahlpolieren deutlich reduzieren, auch in Gegenwart höherer Flüsse höherenergetischen reaktiven Wasserstoffs. Die Absorberlage kann daher auch mit herkömmlichen Beschichtungsverfahren, die höhere Aufwachsraten als das Elektronenstrahlverdampfen aufweisen, aufgebracht werden, um das Herstellungsverfahren insgesamt effizienter zu gestalten. Ebenso wurde beobachtet, dass ein Ionenstrahlpolieren der Absorberlage insbesondere bei der Materialkombination Molybdän mit Silizium einen deutlich geringeren Einfluss auf das Blasenbilden- und Ablöseverhaltens aufweist als das Ionenstrahlpolieren bei Spacerlagen. Daher kann bei reflektiven optischen Elementen, die auch bei den zusätzlichen Lagen in dem weiteren Stapel 56 hohe Ansprüche an die Oberflächenrauheit haben, die Absorberlagen herkömmlich mit einem Ionenstrahl poliert werden.
Anschließend wurden die Lage aus Material mit geringer Dichte und Spannung 57 (Schritt 205) und die Schutzschicht 58 (Schritt 207) auf herkömmliche Art und Weise auf den beiden unteren Stapel 56 aufgebracht.
Eine andere Variante der hier vorgestellten Herstellungsverfahren kann beispielsweise für die Herstellung des reflektiven optischen Elementes wie in 1a dargestellt verwendet werden. Dieses ist in 2b schematisch in einem Flussdiagramm dargestellt. Nach einem ersten Schritt 201, in dem auf ein Substrat ein Viellagensystem 51 mit einem Lagendickenverhältnis Γ_ML aufgebracht wird, wurden die zwei weiteren Stapel 56 mit einem Lagendickenverhältnis Γ = 1,5·Γ_ML auf das Viellagensystem 51 aufgebracht, indem insbesondere jeweils die Spacerlage ionenstrahlgestützt aufgebracht wurden und anschließend mit einem hochenergetischen Ionenstrahl poliert wurden (Schritt 204). Das ionenstrahlgestützte Aufbringen hat etwas höhere Aufwachsraten als das sehr langsame Elektronenstrahlverdampfen, führt aber zu einer fast ebenso homogenen Lage wie das Elektronenstrahlverdampfen. Durch das hochenergetische Ionenstrahlpolieren, bei dem die Energie des Ionenstrahls derart eingestellt wird, das die gesamte Spacerlage vom Ionenstrahl durchdrungen wird, wird ebenfalls die Homogenität der Spacerlagenstruktur beibehalten. Außerdem kann das Polieren mit dem hochenergetischen Ionenstrahl dazu führen, dass sich an der Grenzschicht zwischen der Spacerlage und der darunterliegenden Absorberlage eine Mischlage ausbildet, die ebenso wie die möglichst hohe Homogenität der Spacerlage einer Blasenbildung und einem Ablösen oberster Lagen in Gegenwart von reaktivem Wasserstoff entgegenwirkt.
Es sei darauf hingewiesen, dass sowohl bei dem Vorgehen gemäß dem in 2a dargestellten Beispiel wie auch bei dem Vorgehen gemäß dem in 2b dargestellten Beispiel die Lagen der weiteren Stapel durch Magnetronsputtern mit thermischen Partikeln anstelle von Elektronenstrahlverdampfen aufgebracht werden können. Es sei auch darauf hingewiesen, dass sich die Maßnahmen wie Elektronenstrahlverdampfung, kein Ionenstrahlpolieren, ionengestützes Aufbringen sowie Polieren mit hochenergetischen Ionen beliebig miteinander kombinieren lassen.
Ferner sei darauf hingewiesen, dass auch die Temperatur des reflektiven optischen Elements, während es reaktivem Wasserstoff ausgesetzt wird, einen Einfluss auf die Neigung zu Blasenbildung bzw. Ablösen von Lagen haben kann. Insbesondere bei der Beaufschlagung mit reaktivem Wasserstoff einer Energie von unter 100 eV wurde eine geringerer Neigung zur Blasenbildung bzw. Ablösen von Lagen bei Temperaturen unterhalb von ca. 50°C und oberhalb von ca. 250°C beobachtet.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines reflektiven optischen Elements für die EUV-Lithographie, das bei einer Arbeitswellenlänge im Bereich von 5 nm bis 20 nm eine maximale Reflektivität aufweist, mit den Schritten: – Aufbringen auf ein Substrat eines Viellagensystems aus übereinander angeordneten Stapeln, wobei jeder Stapel eine Lage einer Dicke d_MLs aus einem Material aufweist, das bei der Arbeitswellenlänge einen höheren Realteil des Brechungsindex aufweist, und eine Lage einer Dicke d_MLa aus einem Material, das bei der Arbeitswellenlänge einen niedrigeren Realteil des Brechungsindex aufweist, wobei das Dickenverhältnis d_MLa/(d_MLa + d_MLs) = Γ_ML ist, – Aufbringen mindestens eines weiteren Stapels auf das Viellagensystem, der eine Lage einer Dicke d_s aus einem Material aufweist, das bei der Arbeitswellenlänge einen höheren Realteil des Brechungsindex aufweist, und eine Lage einer Dicke d_a aus einem Material, das bei der Arbeitswellenlänge einen niedrigeren Realteil des Brechungsindex aufweist, wobei das Dickenverhältnis d_a/(d_a + d_s) = Γ ist und wobei Γ ≠ Γ_ML ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Γ > 1,2·Γ_ML oder Γ < 0,8·Γ_ML eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für das Viellagensystem zwischen dreißig und sechzig Stapel aufgebracht werden und/oder ein, zwei, drei, vier oder fünf weitere Stapel auf dem Viellagensystem aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lage des mindestens einen weiteren Stapels mittels Elektronenstrahlverdampfen oder Magnetronsputtern mit thermischen Partikeln oder ionenstrahlgestützter Beschichtung aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lage des mindestens einen weiteren Stapels nicht ionenstrahlpoliert wird oder mit einem Ionenstrahl poliert wird, dessen Energie derart eingestellt wird, dass der Ionenstrahl die gesamte Lage durchdringt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Material, das bei der Arbeitswellenlänge einen höheren Realteil des Brechungsindex aufweist, sowohl für die Stapel des Viellagensystems als auch für den mindestens einen weiteren Stapel Silizium gewählt wird und dass als Material, das bei der Arbeitswellenlänge einen niedrigeren Realteil des Brechungsindex aufweist, sowohl für die Stapel des Viellagensystems als auch für den mindestens einen weiteren Stapel Molybdän gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Material, das bei der Arbeitswellenlänge einen höheren Realteil des Brechungsindex aufweist, sowie als Material, das bei der Arbeitswellenlänge einen niedrigeren Realteil des Brechungsindex aufweist, für die Stapel des Viellagensystems andere Materialien gewählt werden als für den mindestens einen weiteren Stapel.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im mindestens einen weiteren Stapel zwischen der Lage mit niedrigerem Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge und der Lage mit höherem Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge eine zusätzliche Lage als Diffusionsbarriere aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem mindestens einen weiteren Stapel eine Lage aus einem Material geringer Dichte und geringer Spannung aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lage aus einem Material der Gruppe Silizium, Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Siliziumkarbid, Bor, Borkarbid, Bornitrid, Beryllium, Kohlenstoff aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem mindestens einen weiteren Stapel eine weitere Lage aus einem Material der Gruppe Ruthenium, Cer, Yttrium, Molybdänsilizid, Yttriumoxid, Molybdänsulfid, Zirkonium, Niob, Molybdänkarbid, Zirkoniumoxid, Rhenium, Rhodium aufgebracht wird.