DE10109242C1 - Schmalbandiger Spektralfilter und seine Verwendung - Google Patents

Abstract

Um die Strahlenbelastung optischer Elemente beim Einsatz von extrem ultravioletten Licht zu verringern, soll ein optischer Filter 10 bereitgestellt werden, der einfach im Aufbau ist und ein Wellenlängenband bestimmter Breite vorselektiert. Dies wird durch einen optischen Filter 10 erreicht, der aus mindestens einer zwischen zwei Siliziumschichten 2 angeordnete Zirkoniumschicht 1 besteht, erreicht. Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität und der Lebensdauer und zur weiteren Einengung der spektralen Charakteristik können sich noch jeweils zwei Ruthenium- oder Rhodiumschichten an die Siliziumschichten anschließen. Derartige Filter 10 werden insbesondere in Beleuchtungssystemen und Projektionsbelichtungsanlagen für extrem ultraviolettes Licht verwendet, die der Halbleiterlithographie dienen.

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Filter für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich und seine Verwendung.

Extrem ultraviolettes Licht (EUV-Licht) wird in Zukunft verstärkt in der Großserienlithographie zur Herstellung von Halbleiterstrukturen und -bauteilen mit Struktur­ größen unterhalb 70 nm verwendet werden. Dazu wird ins­ besondere Strahlung einer Wellenlänge um 13 nm verwen­ det werden. Für den Betrieb entsprechender Produktions­ systeme werden schmalbandige Spektralfilter mit ausrei­ chender Lebensdauer benötigt werden. Sie sind notwen­ dig, da alle bisher bekannten Quellen extrem ultravio­ letten Lichts einen sehr geringen Wirkungsgrad haben, der sich zum einen in einer hohen Wärmelast und Debris äußert und zum anderen in einem großen unerwünschten Strahlungsanteil außerhalb des für die Lithographie mit extrem ultraviolettem Licht benötigten Strahlungsban­ des. Unter Debris wird dabei jegliches Material, z. B. Keramiken oder Metalle verstanden, das durch den hohen Energieeintrag zur Erzeugung des extrem ultravioletten Lichtes fein zerstäubt wird und sich auf den optischen Elementen und beispielsweise in der Lithographiekammer als Schicht niederschlägt. Durch Verwendung eines Fil­ ters als Abtrennung zwischen der Strahlungsquelle und der Lithographievorrichtung kann der Debris aus der Li­ thographievorrichtung herausgehalten werden. Es muß le­ diglich das Filter ausgewechselt werden, wenn sich so­ viel Debris auf dem Filter abgelagert hat, dass die Transmission nicht mehr hinreichend ist.

Optische Filter für den infraroten, den sichtbaren und auch den ultravioletten Wellenlängenbereich sind seit langem bekannt. In der Regel werden dazu transparente Substrate mit einer Schicht versehen, die einen wellenlängenabhängigen Transmissionsgrad aufweist, d. h. bei der die Transmission beginnend bei einer bestimmten Wellenlänge steil ansteigt bzw. steil abfällt. Schich­ ten mit solchen Transmissionskanten werden vielfältig als optische Tiefpaßfilterschichten verwendet, da sie nur Licht ab einer bestimmten Wellenlänge oder inner­ halb eines bestimmten Wellenlängenbereiches hindurch­ lassen.

Gerade für den ultravioletten Wellenlängenbereich sind diverse Filter bekannt, die beispielsweise in Sonnen­ brillen oder in Sonnenbänken Verwendung finden.

So ist z. B. aus der EP 0 267 655 A2 ein Filter aus Kunststofffolie mit UV-absorbierenden Pigmenten be­ kannt, die bei 320 bis 400 nm transparent ist und bei 290 bis 320 nm absorbiert, so dass nur die relativ un­ schädliche UVA-Strahlung durchgelassen wird.

Aus der US 5,182,670 ist ein Schmalbandfilter für ul­ traviolettes Licht bekannt, das aus mindestens zwei Al_XGa_(1-X)N-Schichten mit unterschiedlichem Aluminium­ gehalt und beliebiger Dicke besteht. Durch die Varia­ tion des Aluminiumgehaltes ändert sich die Bandlücke dieses Halbleiters und damit die Wellenlänge des trans­ mittierten Lichtes im Bereich von 270 bis 365 nm. Durch die Kombination von mindestens zwei Schichten können beliebige Transmissionen bzw. Reflexionen eingestellt werden.

Bei dem Tiefpaßfilter für den UV-Bereich, der in der US 5,978,134 beschrieben wird, wird die Plasmonenfrequenz von Metall als Grenzfrequenz für die Reflexion genutzt. Dazu werden vor allen Dingen Erdalkali- oder Alkalime­ talle eingesetzt. Zusätzlich kann auf dem Tiefpaßfilter ein Interferenzsystem aus MgO oder Al₂O₃ und MgF₂ oder auch Al₂O₃ und SiO₂ aufgebracht sein.

Die DE 44 10 275 A1 offenbart ein Dünnschichtbandpaß­ filter für den ultravioletten Wellenlängenbereich, der bei 320 bis 430 nm transparent ist. Die Filterkante wird durch eine Absorptionskante des Materials einer Dünnschicht realisiert und deren spektrale Lage durch Einstellung der Zusammensetzung des Materials der Dünn­ schicht festgelegt. Dabei ergibt eine Komponente des Materials eine Absorptionskante oberhalb der gewünsch­ ten spektralen Lage und die andere Komponente eine Ab­ sorptionskante unterhalb der gewünschten spektralen Lage. Bevorzugte Materialien sind Oxide, Fluoride, Sul­ fide und Oxinitride von Metallen, insbesondere Ta₂O₅, Nb₂O₅, TaO_XN_Y, HfO_XN_Y, ZrO_XN_Y, TiO₂ und ZnS. Ganz be­ sonders bevorzugt werden Nb₂O₅/Ta₂O₅ Einzelschichten einer Dicke zwischen 53,8 nm und 85 nm auf 53 bis 138 nm dicken SiO₂-Schichten. Diese Schichtsysteme weisen Wiederholfaktoren zwischen 1 und 5 auf, um zusätzlich Interferenzeffekte ausnützen zu können.

Im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich wird mit reflektierenden Viellagensystemen, insbesondere aus Mo­ lybdän- und Siliziumlagen gearbeitet. Diese haben den Nachteil, dass sie in ihrer Herstellung sehr aufwendig und kostenintensiv sind. Daher müssen solche Spiegel zur Verminderung der Strahlungslast und damit der Erhö­ hung der Lebensdauer gegen unerwünschte spektrale An­ teile geschützt werden. Verschärft wird diese Anforde­ rung dadurch, dass die Spiegel Strahlung mit Photonen­ energien < 10 eV mit unerwünscht hoher Effizienz reflek­ tieren. Außerdem führt auch die Verunreinigung durch Debris in kürzester Zeit dazu, dass der Spiegel nicht mehr einsetzbar ist. Dadurch werden sehr hohe Kosten und Stillstandzeiten verursacht, die bei einem Einsatz der EUV-Lithographie für die Massenproduktion nicht tragbar sind.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen optischen Filter bereitzustellen, der einfach im Aufbau ist und bei Einsatz in EUV-Strahlungsquellen vor weite­ ren optischen Elementen, wie beispielsweise Spiegeln, ein Wellenlängenband bestimmter Breite vorselektiert. Ferner ist es Aufgabe, Einsatzbereiche für einen derar­ tigen Filter aufzuzeigen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen optischen Filter für den extremen ultravioletten Wellenlängenbereich, der sich dadurch auszeichnet, dass er mindestens aus einer zwischen zwei Siliziumschichten angeordneten Zirkoniumschicht besteht, wobei die Siliziumschichten dicker als die Zirkoniumschicht sind. Außerdem wird die Aufgabe durch Verwendungen gemäß Anspruch 18 und An­ spruch 19 gelöst.

Zur Erreichung einer maximalen Transmission im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich, insbesondere in ei­ nem Energieband um 92 eV und maximaler Absorption au­ ßerhalb dieses Bandes werden die Filtereigenschaften der Materialien Zirkonium und Silizium kombiniert, die beide eine Absorptionskante in der Umgebung von 92 eV aufweisen. Durch die Verwendung von Zirkonium im Filter wird erreicht, dass die Transmission zu kleineren Photonenenergien stark abnimmt. Die Siliziumschichten sind dicker als die Zirkoniumschicht, damit die Photo­ nen zu höheren Energien hin in vergleichbarem Maße wie zu niedrigen Energien hin absorbiert werden. Da außer­ dem das Zirkonium zwischen zwei Siliziumschichten ange­ ordnet ist, wird die Oxidation des Zirkoniums wirksam verhindert, was zu einer höheren Lebensdauer des Fil­ ters führt.

Bemerkenswert ist, dass eine relativ schmale spektrale Charakteristik des optischen Filters erreicht wird, ob­ wohl nur die Absorptionseffekte der Filterschichten ge­ nutzt werden. Üblicherweise behilft man sich gerade auch im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit Beugungsgittern (Diffraktion) oder Viellagenspiegeln (Reflektion) aus beispielsweise Silizium und Molybdän. Durch die Verwendung von Silizium im Filter wird er­ reicht, dass die Transmission dagegen zu höheren Photo­ nenenergien stark abnimmt.

Bisher ist Zirkonium primär als Konstruktionsrohstoff in der chemischen Industrie oder als Legierungsbestand­ teil in Stahl und Nichteisenmetallen bekannt. Gemäß der US 6,013,399 ist unter anderem Zirkonium als reflektive Schicht Bestandteil einer Maske für die EUV-Lithogra­ phie. Firmeninterner Stand der Technik war bisher, dass der Einsatz von Zirkonium in transmittierenden opti­ schen Elementen für den EUV-Bereich einerseits an der schnellen Oxidation des Zirkoniums sowie an der benö­ tigten geringen Dicke scheitern muß. In einem optischen Kontext ist eher ZrO₂ als Dielektrikum in Interferenz­ systemen (s. DE 44 10 275 A1) oder Zirkoniumphosphat beispielsweise in Phosphoreszenzschirmen für Röntgen­ strahlung, wie beispielsweise in der EP 0 860 492 A1 beschrieben, bekannt. ZrO₂ wird auch als Schutzschicht gegen die Oxidation von Substraten eingesetzt (s. z. B. EP 0 588 038 B1).

Nach der Filterung der Eingangsstrahlung, z. B. der Strahlung einer Synchrotronstrahlungsquelle durch den erfindungsgemäßen Filter steht schmalbandige Strahlung mit hoher Intensität zur Verfügung. Zugunsten höherer Intensität ist die Bandbreite zwar höher als der Band­ paß der nachfolgend angeordneten optischen Elemente, wie z. B. Mo/Si-Spiegel, es findet aber bereits eine Einengung auf den extrem ultravioletten Spektralbereich statt. Insbesondere sind die Anteile im Sichtbaren (VIS), im Ultravioletten (UV) und Tiefultravioletten (DUV) auf nahe Null reduziert.

Der erfindungsgemäße Filter kann auch als Schutz vor Debris eingesetzt werden. Dazu sollte der erfindungsge­ mäße Filter z. B. als Abschluß der EUV-Strahlungsquelle angeordnet werden, so dass jeglicher Debris aufgehalten wird und verhindert wird, dass der Debris sich auf den nachfolgenden optischen Elementen ablagert.

Speziell läßt sich der erfindungsgemäße Filter in Be­ leuchtungssystemen oder auch Projektionsbelichtungsan­ lagen für EUV-Licht, insbesondere zur Lithographie für die Halbleiterbauteilproduktion einsetzen. Dabei kann es sich um herkömmliche Systeme, aber auch um neuartige Systeme handeln wie sie z. B. für das Belichtungssystem in der DE 199 48 240.3 oder z. B. für das Projektions­ system in der DE 101 00 265.3 beschrieben sind. Der optische Filter wird vorteilhafterweise an Positionen mit geringem Strahlquerschnitt aber außerhalb von Strahltaillen und Brennpunkten angeordnet. Vorzugsweise dient er neben der spektralen Einengung des Strahls zur vakuumtechnischen Trennung der EUV-Quelle und der Be­ leuchtungsoptik oder auch der Projektionsoptik und des resistbeschichteten Wafers.

Da der erfindungsgemäße Filter aus leicht verfügbaren und relativ preiswerten Materialien besteht und ohne großen Aufwand mit üblichen Beschichtungstechniken her­ gestellt werden kann, da keine besonderen Fertigungsto­ leranzen einzuhalten sind, ist er für die Anwendung in der Großserienlithographie geeignet.

Vorteilhafterweise hält man bei der Wahl der Schicht­ dicken des Zirkoniums und des Siliziums folgende Bezie­ hung ein:

dSi = dZr.e^k.dZr

mit dSi Siliziumschichtdicke (in nm)
dZr Zirkoniumschichtdicke (in nm)
und 0,006 < k < 0,06.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die mindes­ tens drei Schichten selbsttragend. Es hat sich heraus­ gestellt, dass bei den meisten Dicken- zu Breitenverhältnissen der erfindungsgemäßen optischen Filter durch die mindestens drei Schichten eine hinreichende mecha­ nische Stabilität erhält, so dass maximale Abmessungen in der Filterebene, z. B. Durchmesser zwischen 1 cm und 4 cm möglich sind. Für besondere Anwendungen hat es sich aber als vorteilhaft erwiesen, wenn die mindestens drei Schichten auf einer Stützstruktur aufgebracht sind. Dies ist insbesondere wichtig, wenn das Filter außergewöhnlichen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist oder Filter mit z. B. großen Durchmessern bzw. Brei­ ten/Längen verlangt werden, bei denen die Erhöhung der Schichtdicken bei vergleichbarer mechanischer Stabili­ tät zu einer höheren Transmissionsverminderung führen würde als durch eine Stützstruktur verursacht wird. Be­ sonders bewährt haben sich als Stützstrukturen netzför­ mige Strukturen aus Nickel. Bei Filtern mit Stützstruk­ tur können maximale Abmessungen in der Ebene zwischen 8 cm und 14 cm erreicht werden.

Die für die Anwendung in der EUV-Lithographie besten Ergebnisse sowohl hinsichtlich des Transmissionsverlau­ fes als auch der mechanischen Stabilität wurden mit Si­ liziumschichten einer Dicke zwischen 50 und 100 nm, be­ vorzugt 70 und 90 nm sowie einer Zirkoniumschichtdicke zwischen 10 bis 40 nm, bevorzugt 20 und 30 nm erreicht.

Für Strahlungsquellen ausgesprochen hoher Brillianz, wie z. B. Synchrotrons, kann es aber auch notwendig sein, Filter einzusetzen, deren Zirkoniumschicht eine Dicke von einigen 100 nm und deren Siliziumschichten Dicken von mehreren 100 nm aufweisen.

Es kann von Vorteil sein, wenn der optische Filter auf mindestens einer Seite mindestens eine weitere Schicht aufweist, die Schutzfunktion hat, ohne wesentlichen Einfluß auf die Transmission des optischen Filters zu haben. Diese Schutzschichten können sich z. B. durch Ab­ lagerungen von insbesondere Kohlenstoff und Sauerstoff aus der Atmosphäre bilden, wobei der Sauerstoff in der Regel die Filteroberflächen oxidiert und die Lebensdau­ er des optischen Filters verlängern. Die Schutzschich­ ten können auch gezielt auf dem optischen Filter aufge­ bracht sein. Dabei sind Schichtdicken zwischen 1 nm und 100 nm zu empfehlen. Es besteht die Möglichkeit, alle bekannten Methoden der Vermeidung von Kontamination von Siliziumschichten auch an dem optischen Filter anzuwen­ den. Dadurch wären Lebensdauer von < 10 000 h zu erwar­ ten.

Besonders bevorzugt werden optische Filter, die auf mindestens einer Seite des Filters eine Ruthenium­ schicht oder eine Rhodiumschicht aufweisen. Vorteilhaf­ terweise weisen diese Schichten eine Dicke zwischen 1 nm bis 50 nm, vorzugsweise 1 bis 20 nm, auf. Durch diese Schutzschichten wird nicht nur die mechanische Stabilität des Filters erhöht, sondern auch die Lebens­ dauer des Filters bei Bestrahlung mit insbesondere ex­ trem ultravioletter Strahlung erhöht, da insbesondere die Oxidation durch Sauerstoff unterbunden wird. Sowohl die Ruthenium- als auch die Rhodiumschichten wirken sich außerdem auf die spektrale Charakteristik des Fil­ ters aus, indem durch sie der spektrale Bereich zwi­ schen ca. 50 eV und 80 eV unterdrückt wird. Dies führt zu einer schmaleren spektralen Charakteristik des Fil­ ters. Allerdings verschlechtert sich die Transmission des Filters.

Es hat sich auch als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Filter auf mindestens einer Seite eine Schutz­ schicht aus Kohlenstoff aufweist. Vorzugsweise hat sie eine Dicke zwischen 1 nm und 50 nm. Sie kann gezielt während der Herstellung des optischen Filters bei­ spielsweise als äußerste Schicht aufgebracht werden. Auch die mindestens eine Kohlenstoffschicht erhöht sowohl die mechanische Stabilität als auch die Lebens­ dauer des Filters und verhindert die Oxidation der Fil­ teroberflächen durch Sauerstoff aus der Atmosphäre.

Ob der Filter nur auf einer oder auf beiden Seiten eine Ruthenium-, Rhodium- oder Kohlenstoffschicht aufweist, entscheidet sich danach, in welcher Umgebung der Filter eingesetzt wird und welchen Einflüssen die jeweilige Seite ausgesetzt ist.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, zwischen der Ru­ thenium- oder Rhodiumschicht und der Siliziumschicht eine Schicht aus Siliziumkarbid (SiC), Bornitrid (BN), Borcarbonitrid (BCN) oder Borkarbid (B₄C) als Diffu­ sionsbarriere vorzusehen. Durch Unterdrückung der Dif­ fusion zwischen Ruthenium bzw. Rhodium und Silizium wird die Lebensdauer des optischen Filters zusätzlich erhöht. Da die vorgeschlagenen Diffusionsbarrieren- Materialien im extrem ultravioletten Wellenlängenbe­ reich nicht nennenswert absorbieren, ist ihre Wirkung auf die spektrale Charakteristik des Filters vernach­ lässigbar. Vorzugsweise weisen die Diffusionsbarrieren eine Dicke zwischen 1 bis 50 nm, vorzugsweise 1 bis 10 nm auf. Dadurch wird auch die mechanische Stabilität des Filters weiter erhöht.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dazu zeigen

Fig. 1a, b die spektralen Charakteristika der Einzel­ schichten und der daraus zusammengesetzten Filter;

Fig. 2a die spektralen Charakteristika eines Filters ohne Stützstruktur und mit Stützstruktur;

Fig. 2b die spektrale Charakteristik eines Filters mit Rutheniumbeschichtung;

Fig. 3a, b die Wirkung verschiedener Filter bei Anord­ nung an einer Synchrotronstrahlungsquelle;

Fig. 4a, b den Aufbau verschiedener Filter; und

Fig. 5 ein optisches System mit Filter.

Es wurde ein erster Testfilter hergestellt, der aus ei­ ner 28,6 nm dicken Zirkoniumschicht besteht, die zwi­ schen einer 81,5 nm und einer 82,1 nm dicken Silizium­ schicht angeordnet ist. Beim Kontakt mit der Atmosphäre lagern sich auf beiden Filterseiten ca. 1,5 nm dicke Sauerstoffschichten sowie 0,5 nm dicke Kohlenstoff­ schichten ab, wobei der Sauerstoff mit dem Silizium zu Siliziumoxid reagiert. Da die Zirkoniumschicht von den Siliziumschichten eingeschlossen ist, wird sie von dem abgelagerten Sauerstoff nicht oxidiert. Der Filter hat einen Durchmesser von 5 mm und ist mechanisch so sta­ bil, dass mehrere Transporte per Post und die mehrfache Handhabung in verschiedenen Laboren schadlos überstan­ den wurden.

Es wurde auch ein zweiter Testfilter hergestellt, der zusätzlich zu den Silizium- und Zirkoniumschichten des ersten Testfilters auf den Außenseiten beider Silizium­ schichten jeweils eine Rutheniumschicht einer Dicke von 2,5 nm aufweist. Bei Kontakt mit der Atmosphäre lagern sich wegen der geringen Oxidation von Ruthenium auf beiden Seiten lediglich Kohlenstoffschichten einer Dicke von etwa 0,5 nm ab.

Da Untersuchungen gezeigt haben, dass die optischen Ei­ genschaften von Rhodium und Ruthenium im extrem ultra­ violetten Wellenlängenbereich, insbesondere um 92 eV sehr ähnlich sind, wurde stellvertretend ein Testfilter mit Rutheniumschichten gewählt. Die diesbezüglichen Ausführungen gelten auch für Filter mit Rhodium­ schichten.

In Fig. 1a ist die spektrale Charakteristik der Ein­ zelmaterialien Silizium, Zirkonium, Sauerstoff und Koh­ lenstoff in den oben angegebenen Dicken gezeigt. Außer­ dem ist die spektrale Charakteristik des sich daraus ergebenden Filters dargestellt. Wie in Fig. 1 zu er­ kennen ist, nimmt die Transmission von Zirkonium ab ca. 70 eV zu kleineren Photonenenergien hin stark ab. Die Transmission von Silizium nimmt dagegen von 92 eV zu höheren Photonenenergien hin stark ab. Die Transmission der Sauerstoffschicht ist in dem relevanten Bereich um 92 eV (entspricht 13 nm) annähernd konstant. Dass der Sauerstoff das Silizium oxidiert, hat auf die Transmis­ sion keinen Einfluss; es kommt lediglich auf die Anzahl der vorhandenen Atome an. Die Transmission der Kohlen­ stoffschicht ist in erster Näherung konstant gleich 1. Der spektrale Einfluß sowohl der dünnen, natürlichen Sauerstoff- als auch Kohlenstoffschicht ist also sehr gering. Diese Schichten wirken sich aber positiv auf die Lebensdauer des optischen Filters sowohl an der At­ mosphäre als auch im Vakuum unter EUV-Bestrahlung aus. Der Filter führt dazu, dass für das Energieband um 92 eV eine Transmission von mehr als 60% vorhanden ist. Unterhalb von 50 eV und oberhalb von 100 eV liegt die Transmission deutlich unter 10%. Erst oberhalb von 250 eV steigt die Transmission wieder auf über 10% an. Da aber keine der heute bekannten Quellen, die für die Verwendung als Lichtquelle für die EUV-Lithographie in Frage kommen, in diesem Energiebereich nennenswerte Flüsse aufweist, ist dies von untergeordneter Bedeu­ tung.

In Fig. 1b ist statt der spektralen Charakteristik von Sauerstoff die von Ruthenium aufgetragen und außerdem die spektrale Charakteristik des sich daraus ergebenden Filters. Wegen der geringen Oxidation des Rutheniums bildet sich auf der Filteroberfläche nur eine Kohlen­ stoffschicht. Um den Preis einer reduzierten Transmis­ sion, die im Maximum etwa 55% beträgt, erhält man eine schmälere spektrale Charakteristik. Die Transmission im Bereich zwischen 50 eV und 80 eV ist gegenüber dem er­ sten Testfilter deutlich reduziert.

In Fig. 2a sind die spektralen Charakteristika für Filter ohne Stützstruktur und Filter mit Stützstruktur dargestellt. Dabei werden auch die theoretisch berech­ neten Werte mit experimentell gemessenen Werten vergli­ chen. Bei der Stützstruktur handelt es sich um eine netzförmige Stützstruktur aus Nickel, deren Netzweite 70 Linien/Zoll entspricht. Die Erhöhung der mechani­ schen Stabilität, die durch die netzförmige Stützstruk­ tur erreicht wird, geht mit einem Verlust von 20% der Transmission gegen über Filtern ohne Stützstruktur ein­ her.

Zum Vergleich ist in Fig. 2b die spektrale Charakteri­ stik eines Filters mit Rutheniumbeschichtung zur Ver­ meidung der Oxidation an der Oberfläche dargestellt.

In Fig. 3a ist zum einen die spektrale Charakteristik der Strahlung eines Dipolmagneten an der Elektronen­ speicherringanlage BESSY II sowie die spektrale Charak­ teristik der Strahlung des Dipolmagneten nach Reflexion an einem Rhodium-beschichteten Spiegel unter einem Ab­ lenkwinkel von 10° dargestellt. Die aufgetragene Inten­ sität wurde auf die maximale Intensität der Strahlung des Dipolmagneten nach Reflexion an dem Rhodium-be­ schichteten Spiegel normiert. Ordnet man hinter einem Dipolmagneten und einem Rhodiumspiegel einen wie oben beschriebenen Filter an, erhält man ein Intensitätsma­ ximum bei ca. 92 eV mit einer Halbwertsbreite von ca. 25 eV. In Fig. 3b ist statt der spektralen Charakteri­ stik des ersten Testfilters die spektrale Charakteris­ tik des zweiten Testfilters dargestellt. Die Halbwärtsbreite beträgt in diesem Falle nur noch ca. 20 eV. Die Strahlung hinter den Testfiltern eignet sich sehr gut als Eingangsstrahlung für die optischen Elemente eines EUT-Lithographiesystems.

Bei einem Lebensdauertest führte eine EUV-Bestrahlung mit 1 W/cm² über 8 Stunden in einem Vakuum von 10^-8 mbar bei beiden Filtern zu keiner meßbaren Veränderung. Bei Lagerung in der Atmosphäre war über zwei Monate keine Veränderung der Transmissionseigenschaften fest­ stellbar.

In Fig. 4a ist der schematische Aufbau eines Filters 10 im Einsatz dargestellt. Auf beiden Seiten einer 10 bis 40 nm dicken Zirkoniumschicht 1 sind 50 bis 100 nm dicke Siliziumschichten 2 angeordnet. Auf beiden Seiten haben sich 1 bis 2 nm dicke Sauerstoffschichten 4 und 0,5 bis 1,5 nm dicke Kohlenstoffschichten 5 abgelagert, die auf das Transmissionsverhalten des Filters 10 kei­ nen entscheidenden Einfluß haben. Zur mechanischen Sta­ bilisierung ist das Gesamtsystem auf einem Nickelnetz 3 angeordnet.

In Fig. 4b ist der Aufbau eines weiteren Filters 10 im Ansatz dargestellt. Die Zirkoniumschicht 1 und die bei­ den Siliziumschichten 2 weisen auf beiden Seiten des Filters 10 jeweils eine 1 bis 50 nm (vorzugsweise 1 bis 20 nm) dicke Rutheniumschicht 6 auf, auf die sich an der Atmosphäre 0,5 bis 1,5 nm dicke Kohlenstoffschich­ ten 5 ablagern. Fakultativ können zwischen den Ruthe­ niumschichten 6 und den Siliziumschichten 2 Diffusions­ barrieren aus Siliziumkarbid, Bornitrid, Borcarbonitrid oder Borkarbid einer Dicke zwischen 1 bis 50 nm (vor­ zugsweise 1 bis 10 nm) vorgesehen werden. Durch die Ru­ theniumschichten 6 werden nicht nur die mechanische Stabilität und die Lebensdauer erhöht, sondern auch die spektrale Charakteristik des Filters 10 verschmälert.

Zur mechanischen Stabilisierung ist das Gesamtsystem auf einem Nickelnetz 3 angeordnet.

Statt einer Rutheniumschicht 6 könnte während des Her­ stellungsprozesses auch direkt auf die Siliziumschich­ ten 2 eine Kohlenstoffschicht 6 einer Dicke zwischen 1 nm und 50 nm aufgebracht werden, auf die sich ggf. an der Atmosphäre eine weitere Kohlenstoffschicht 5 ver­ nachlässigbarer Dicke ablagern würde.

Aktuelle Experimente haben ergeben, dass der Einbau des beschriebenen Filters in den Stahlengang einer Synchro­ tron-Strahlungsquelle zu einer Erhöhung der Lebensdauer dahinter angeordneter Viellagenspiegel bis zu einem Faktor 5 führt.

Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ist es also gelun­ gen, ein schmalbandiges Spektralfilter insbesondere für EUV-Anwendungen bereitzustellen, das sowohl über eine geeignete spektrale Charakteristik als auch über eine hohe Lebensdauer unter Betriebsbedingungen sowie an der Atmosphäre als auch eine hohe mechanische Stabilität verfügt. Außerdem eignet es sich als Schutz vor Debris für nachfolgende optische Elemente. Wegen seiner her­ ausragenden Eigenschaften und seiner Wirtschaftlichkeit eignet es sich insbesondere auch für den Einsatz in der Großserienlithographie mit extrem ultraviolettem Licht.

Die Fig. 5 zeigt eine Projektionsbelichtungsanlage 1 mit einer Lichtquelle 8, einem Beleuchtungssystem 2, das sich aus den optischen Elementen 6a-f zusammen­ setzt, einem Retikel 4, einem Projektionsobjektiv 3, das sich aus den optischen Elementen 7a-7f zusammen­ setzt, und einen Wafer 5. Das Beleuchtungssystem 2 ist genauer in der DE 101 22 265.3 beschrieben. Das Projek­ tionsobjektiv ist in der DE 199 48 240.3 näher be­ schrieben. Als Lichtquelle 8 wird eine Laser-Plasma­ quelle bzw. eine Pinch-Plasmaquelle verwendet. Das Licht der Lichtquelle 8 wird von einer Kollektorein­ heit, die Ellipsoidspiegel 6a ausgestaltet ist, auf eine sekundäre Lichtquelle 8a abgebildet. Danach pas­ siert das Licht einen reflektiven Wabenkondensor aus den Spiegeln 6d und 6c. Die nachfolgende Feldlinse mit den Spiegeln 6d, 6e und 6f beleuchtet das Retikel 4 mit einem Ringfeld und paßt die Austrittspupille des Be­ leuchtungssystems an die Eintrittspupille des Projek­ tionsobjektives 3 an. Das Projektionsobjektiv 3 bildet den beleuchteten Teil des Retikels 4 auf dem Wafer 5, einem mit einer lichtempfindlichen Schicht, auch Resist genannt versehenen Substrat, ab. Dazu wird der Licht­ strahl an den Spiegel 7a bis 7f reflektiert. Das Pro­ jektionsobjektiv 3 weist dabei eine Zwischenabbildung 8b auf. Die optische Achse des Projektionsobjektivs 3 ist durch die strichpunktierte Linie angedeutet.

Mit 9a bis d sind Positionen eingezeichnet, an denen das erfindungsgemäße Filter, angedeutet durch einen Strich mit zwei Querbalken, angeordnet werden kann. Diese Positionen sind lediglich als Beispiele zu ver­ stehen. Sinnvollerweise sind die Filter an Stellen an­ geordnet, an denen der Strahlquerschnitt relativ gering ist, aber außerhalb von Strahltaillen und Brennpunkten. Der Filter kann wie z. B. an der Stelle 9a als vakuum­ technische Trennung zwischen der Strahlquelle und der Optik dienen. Er kann auch, wie beispielsweise an der Stelle 9d als vakuumtechnische Trennung zwischen der Optik und dem resistbeschichteten Wafer 5 dienen. Durch die mit A und B bezeichneten Pfeile sind die Abmessun­ gen der Projektionsbelichtungsanlage 1 angedeutet. A beträgt einen Meter, B beträgt knapp 1,50 m. Die opti­ schen Elemente haben Durchmesser von ca. 30 cm. Üb­ licherweise wird man nur einen Filter im Strahlengang anordnen. Bei Filtern mit sehr guter Transmission wird man auch in Erwägung ziehen, zwei oder mehr Filter im Strahlengang anzuordnen.

In der EUV-Projektionslithographie ist es besonders vorteilhaft, nach der Quelleinheit Mittel zur spektra­ len Einengung der verwendeten EUV-Strahlung einzuset­ zen. Diese Mittel können Absorptionsfilter wie der zu­ vor beschriebene Zirkonium-Silizium-Filter oder eine Kombination aus Beugungsgitter und einer Strahlfalle sein. Denkbar sind auch alle anderen Elemente, mit de­ nen das Wellenlängenspektrum der Quellstrahlung auf den Nutzbereich um 92 eV eingeengt wird. Die Mittel zur spektralen Einengung sollten den Spektralbereich unter 50 eV und über 100 eV herausfiltern, bzw. die Transmis­ sion in diesen Wellenlängenbereichen vorzugsweise auf kleiner 10% der maximalen Intensität reduzieren. Durch den Zirkonium-Silizium-Filter werden insbesondere die UV- und DUV-Strahlung nahezu vollständig herausgefil­ tert. Photoinduzierte Effekte, wie beispielsweise Pho­ tochemie im UV- und DUV-Wellenlängenbereich werden dra­ stisch unterdrückt. Dies ist notwendig, da EUV-Quel­ len, wie Plasma-Quellen oder Synchrotron-Quellen neben der Strahlung innerhalb des für EUV-Lithographie benö­ tigten Spektralbereiches auch Anteile im sichtbaren Spektralbereich sowie im UV und DUV aufweisen. Durch die spektrale Einengung lassen sich Kontaminationsef­ fekte auf den Spiegeloberflächen der nachfolgenden Ele­ mente der Projektionsbelichtungsanlage durch photoindu­ zierte Prozesse deutlich reduzieren.

Claims (19)

1. Optischer Filter, insbesondere für den extremen ultravioletten Wellenlängenbereich, dadurch ge­ kennzeichnet, dass er mindestens aus einer zwi­ schen zwei Siliziumschichten (2) angeordneten Zirkoniumschicht (1) besteht, wobei die Silizium­ schichten (2) dicker als die Zirkoniumschicht (1) sind.

2. Optischer Filter, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Zirkoniumschicht in nm dZr 5 nm < dZr < 100 nm beträgt und die Dicke der Siliziumschicht in nm dSi = dZre^k.dZr mit 0,006 < k < 0,06 ist.

3. Optischer Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliziumschichten (2) eine Dicke zwischen 50 nm und 100 nm aufweisen und die Zirkoniumschicht (1) eine Dicke zwischen 10 nm und 40 nm aufweist.

4. Optischer Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliziumschichten (2) eine Dicke zwischen 70 nm und 90 nm aufweisen und die Zirkoniumschicht (1) eine Dicke zwischen 20 nm und 30 nm aufweist.

5. Optischer Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens drei Schichten (1, 2) selbsttragend sind.

6. Optischer Filter nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, dass er in der Filterebene eine maximale Abmessung zwischen 1 cm und 4 cm aufweist.

7. Optischer Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens drei Schichten (1, 2) auf einer Stützstruktur (3) aufge­ bracht sind.

8. Optischer Filter nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass es sich bei der Stützstruktur (3) um ein Nickelnetz handelt.

9. Optischer Filter nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass er in der Filter­ ebene eine maximale Abmessung zwischen 8 cm und 14 cm aufweist.

10. Optischer Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf mindestens einer Seite des Filters mindestens eine weitere Schicht (4, 5) mit Schutzfunktion befindet.

11. Optischer Filter nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, dass er auf mindestens einer Seite eine Rutheniumschicht (6) aufweist.

12. Optischer Filter nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, dass er auf mindestens einer Seite eine Rhodiumschicht (6) aufweist.

13. Optischer Filter nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ruthenium- bzw. Rhodium­ schicht (6) eine Dicke zwischen 1 nm und 20 nm aufweist.

14. Optischer Filter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass er auf mindestens einer Seite eine Kohlenstoffschicht (6) aufweist.

15. Optischer Filter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffschicht (6) eine Dicke zwischen 1 nm und 50 nm aufweist.

16. Optischer Filter nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass er zwischen der Ruthenium- oder Rhodiumschicht (6) und der Sili­ ziumschicht (2) als Diffusionsbarriere eine Schicht aus Siliziumkarbid, Bornitrid, Borcarbo­ nitrid oder Borkarbid aufweist.

17. Optischer Filter nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Schicht aus Siliziumkarbid, Bornitrid, Borcarbonitrid oder Borkarbid eine Dic­ ke zwischen 1 nm und 50 nm aufweist.

18. Verwendung eines optischen Filters nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in einem Beleuchtungssystem für extrem ultraviolettes Licht.

19. Verwendung eines optischen Filters nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in einer Projektionsbelich­ tungsanlage für extrem ultraviolettes Licht.