DE102010002727A1

DE102010002727A1 - Reflektives optisches Element

Info

Publication number: DE102010002727A1
Application number: DE201010002727
Authority: DE
Inventors: Dirk Heinrich Ehm; Arnoldus Jan Storm; Moritz Becker
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2011-09-15

Abstract

Um bei reflektiven optischen Elementen für die EUV-Lithographie über deren Lebensdauer eine möglichst konstante Reflektivität zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, auf den reflektiven Flächen der reflektiven optischen Elemente (1) eine Rutheniumoxidschicht (4) vorzusehen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein reflektives optisches Element für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit einer reflektiven Fläche. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines reflektiven optischen Elements für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit einer reflektiven Fläche sowie auf Verfahren zum Betrieb einer Lithographievorrichtung für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit einem reflektiven optischen Element mit einer reflektiven Fläche.
In EUV-Lithographievorrichtungen werden zur Lithographie von Halbleiterbauelementen reflektive optische Elemente für den weichen Röntgen- bis extremen ultravioletten (EUV) Wellenlängenbereich (z. B. Wellenlängen zwischen ca. 5 nm und 20 nm) wie etwa Photomasken oder Viellagenspiegel 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. Da üblicherweise in einer EUV-Lithographievorrichtung mehrere reflektive optische Elemente hintereinander angeordnet sind, wirken sich auch schon geringere Verschlechterungen der Reflektivität bei jedem einzelnen reflektiven optischen Element in größerem Maße auf die Gesamtreflektivität innerhalb der EUV-Lithographievorrichtung aus.
Beim Betrieb von EUV-Lithographievorrichtungen werden reflektive optische Elemente einer möglichst intensiven EUV-Strahlung ausgesetzt, um die Belichtungszeit möglichst gering zu halten. Im Inneren von EUV-Lithographievorrichtungen, insbesondere im Inneren von Beleuchtungs- und Projektionssystemen, herrschen Vakuumbedingungen. Allerdings lassen sich geringfügige Anteile von Wasser, Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen in der Restgasatmosphäre nicht ganz vermeiden. Diese Restgase können von der Strahlung in reaktive Fragmente aufgespalten werden, die zu Kontamination und Beeinträchtigung der jeweiligen obersten Lage der reflektiven Flächen der reflektiven optischen Elemente führen können. Diese reaktiven Fragmente können durch die EUV-Strahlung unmittelbar oder auch durch die durch EUV-Strahlung generierten Sekundärelektronen entstehen. Durch die Kontamination bzw. Beeinträchtigung der obersten Lage kann die tatsächliche maximale Reflektivität des jeweiligen reflektiven optischen Elementes sinken.
Um die reflektiven Flächen der reflektiven optischen Elemente zu schützen, ist bisher üblich, sie mit einer obersten Lage aus einem möglichst inerten Material zu versehen. Insbesondere in der EUV-Lithographie wird dafür oft Ruthenium verwendet.
Im Zuge der technologischen Entwicklung, bei der durch immer höhere Strahlungsintensitäten die Belichtungszeiten und damit die Durchlaufzeiten für die zu belichtenden Wafer verkürzt werden sollen, ist absehbar, dass Strahlungsintensitäten auf den einzelnen reflektiven optischen Elementen erreicht werden, bei denen selbst das bewährte Material Ruthenium nicht mehr inert genug ist und insbesondere durch Sauerstoffradikale oxidiert werden kann.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, reflektive optische Elemente für den extremen ultravioletten Wellenlängenbereich zur Verfügung zu stellen, die im tatsächlichen Einsatz über eine längere Zeit hinreichend hohe maximale Reflektivitäten gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch ein reflektives optisches Element für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit einer reflektiven Fläche gelöst, das auf der reflektiven Fläche eine oberste Lage aus Rutheniumoxid aufweist.
Es hat sich herausgestellt, dass indem bei der Auslegung des reflektiven optischen Elementes eine oberste Lage aus Rutheniumoxid vorgesehen wird, einerseits eine übermäßige zusätzliche Oxidation der obersten Lage vermieden werden kann und andererseits eine hinreichende maximale Reflektivität gewährleistet werden kann. Es sei darauf hingewiesen, dass die oberste Lage aus Ruthenium nicht vollständig aus Rutheniumoxid bestehen muss, sondern Anteile von Ruthenium oder auch Verunreinigungen aufweisen kann. Da es sich bei Lagen von reflektiven optischen Elementen für die EUV-Lithographie in der Regel um Lagen im Submikrometer- bis in den Subnanometerbereich handeln kann, lassen sich außerdem keine exakten stöchiometrischen Angaben zum Rutheniumoxid machen.
Vorzugsweise weist das reflektive optische Element unmittelbar unter der Lage aus Rutheniumoxid eine Lage aus Ruthenium oder aus Siliziumnitrid oder aus Silizium oder eine Kombination daraus auf. Alternativ kann sie auch aus Siliziumoxid, einem Nitrid, einem Karbid, aus Kohlenstoff, Molybdän oder einem Edelmetall oder einer Kombination daraus sein. Diese Lage kann dazu genutzt werden, die Reflektivität des reflektiven optischen Elementes zu erhöhen. Insbesondere kann durch Wahl der Dicke dieser zusätzlichen Lage die Phase des sich bildenden stehenden Wellenfeldes der EUV-Strahlung sowohl am Übergang vom Vakuum in die Rutheniumoxidlage als auch an der Lagengrenze zwischen Rutheniumoxidlage und darunter liegender Lage derart angepasst werden, dass die Reflektivität maximiert wird. Es ist auch möglich, mehrere dieser Lagen miteinander zu kombinieren und zwei oder mehr solcher Lagen unmittelbar unter der Lage aus Ruthenoumoxid vorzusehen.
Vorteilhafterweise weist die Rutheniumoxidlage eine Dicke von maximal 3,5 nm auf. Bei Dicken über 3,5 nm wird es sehr aufwendig, über ein gezieltes Design des reflektierten optischen Elementes eine hinreichende Reflektivität zu gewährleisten.
In bevorzugten Ausführungsformen ist unter der Rutheniumoxidlage ein Viellagensystem aus alternierenden Silizium- und Molybdänlagen angeordnet. Insbesondere für den EUV-Wellenlängenbereich weisen reflektive optische Elemente überwiegend Viellagensysteme auf, um eine Reflexion der einfallenden Strahlung zu gewährleisten. Bei dem Viellagensystem handelt es sich um alternierend aufgebrachte Lagen eines Materials mit höherem Realteil des Brechungsindex im Wellenlängenbereich der eintreffenden Strahlung (auch Spacer genannt) und eines Materials mit niedrigerem Realteil des Brechungsindex im einfallenden Wellenlängenbereich (auch Absorber genannt), wobei ein Absorber-Spacer-Paar einen Stapel bildet. Durch die Wiederholung der Stapel wird in gewisser Weise ein Kristall simuliert, dessen Netzebenen den Absorberlagen entsprechen, an denen Bragg-Reflexion stattfindet. Die Dicken der einzelnen Lagen wie auch der sich wiederholenden Stapel können für das gesamte Viellagensystem konstant sein oder auch variieren, je nach dem, welches Reflexionsprofil erreicht werden soll. Im Wellenlängenbereich zwischen 12 nm und 15 nm lassen sich besonders hohe Reflektivität mit Viellagensystemen auf der Basis von Molybdän als Absorbermaterial und Silizium als Spacermaterial erhalten.
Als vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn unter der Rutheniumoxidlage eine Ruthenium-, eine Siliziumnitrid- und eine Siliziumlage oder eine Siliziumnitrid- und eine Siliziumlage angeordnet sind und darunter ein Viellagensystem aus alternierenden Silizium- und Molybdän-Lagen. Durch Anpassung der Dicken der Siliziumnitrid- und Siliziumlage bzw. gegebenenfalls auch der Rutheniumlage unter Berücksichtigung des jeweiligen Viellagensystems aus alternierendem Silizium- und Molybdän-Lagen lassen sich reflektive optische Elemente zur Verfügung stellen, die im Bereich der jeweiligen einfallenden Wellenlänge, insbesondere im Bereich zwischen 12 und 15 nm Reflektivitäten von deutlich über 65% erreichen lassen. Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, wenn die zwischen Rutheniumoxidlage und Viellagensystem angeordnete Siliziumlage eine Dicke im Bereich von 2,2 nm bis 3,6 nm und die Siliziumnitridlage eine Dicke im Bereich von 1,2 nm bis 2,2 nm aufweist, wobei die Gesamtdicke aus Siliziumlage und Siliziumnitridlage maximal 5,5 nm beträgt, um eine hohe Reflektivität bei langer Lebensdauer des reflektiven optischen Elements zu erreichen.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines reflektiven optischen Elementes für den EUV-Wellenlängenbereich mit einer reflektiven Fläche durch Aufbringen einer obersten Lage aus Ruthenium auf der reflektiven Fläche und Beaufschlagen der reflektiven Fläche mit einem Sauerrstoffplasma oder auch Aussetzen der reflektiven Fläche ultravioletter Strahlung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre. Das Aufbringen der obersten Lage aus Ruthenium kann durch bisher übliche Beschichtungsverfahren geschehen. Das Beaufschlagen der reflektiven Fläche mit einem Sauerstoffplasma kann entweder nach der Beschichtung mit Ruthenium oder auch schon währenddessen geschehen. Führt man die Oxidation der Rutheniumlage durch Aussetzen der reflektiven Fläche ultravioletter Strahlung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre durch, wird besonders bevorzugt eine ozonhaltige Atmosphäre eingesetzt, um den Oxidationsvorgang zu beschleunigen.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer EUV-Lithographievorrichtung mit einem reflektiven optischen Element mit einer reflektiven Fläche mit einer obersten Lage aus Ruthenium, in dem eine Restgasatmosphäre mit sauerstoffhaltigem Gas eingestellt wird und die reflektive Fläche mit einer Intensität von größer 0,1 mW/mm², bevorzugt größer 1,0 mW/mm², besonders bevorzugt 10 mW/mm² oder mehr bestrahlt wird. Auf diese Weise wird der letzte Schritt zur Herstellung der hier beschriebenen reflektiven optischen Elemente in situ in der EUV-Lithographievorrichtung durchgeführt, in der das reflektive optische Element dann auch eingesetzt werden wird.
Vorzugsweise wird für die Oxidation der Rutheniumlage eine Restgasatmosphäre mit einem Partialdruck von 10^–7 mbar oder höher für Wasser eingestellt. Das Wasser wird von der EUV-Strahlung aufgespalten, so dass sich u. a. Sauerstoffradikale bilden, die bei hinreichender Strahlungsintensität eine so hohe Energie aufweisen, dass sie das Ruthenium zu Rutheniumoxid oxidieren können. Alternativ kann ein Partialdruck von 10^–9 mbar oder höher für Sauerstoff eingestellt werden.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, der Restgasatmosphäre gegebenenfalls Wasserstoff zuzugeben. Falls während des Betriebes der EUV-Lithographievorrichtung Überprüfungen ergeben, dass sich ein höherer als erwarteter Reflektivitätsverlust aufgrund von Oxidation der obersten Lage einstellt, kann dies durch die Zugabe von Wasserstoff verlangsamt oder auch gestoppt werden. Unter Umständen ist der Vorgang sogar zumindest zum Teil reversibel. Je nach Wahl der Wasserstoffpartialdrucks verglichen mit der Zusammensetzung der Restgasatmosphäre lässt sich auch ein Gleichgewicht zwischen Oxidation und Reduktion einstellen, so dass der Zustand der obersten Lage und damit der Reflektivität des reflektiven optischen Elementes im Wesentlichen konstant bleibt.
Außerdem wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betrieb einer Lithographievorrichtung für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit einem reflektiven optischen Element mit einer reflektiven Fläche mit einer obersten Lagen aus Rutheniumoxid gelöst, indem eine Restgasatmosphäre eingestellt wird, die Sauerstoff, Wasser und Wasserstoff aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dazu zeigen
1 schematisch eine Ausführungsform einer EUV-Lithographievorrichtung;
2a–g schematisch den Aufbau mehrerer Varianten eines reflektiven optischen Elements;
3 die Reflektivität verschiedener reflektiver optischer Elemente in Abhängigkeit von der Lagendicke;
4 die Reflektivität verschiedener reflektiver optischer Elemente in Abhängigkeit von der Wellenlänge;
5 ein Flussdiagramm zu einem Beispiel eines Herstellungsverfahrens;
6 ein Flussdiagramm zu einem Beispiels eines Verfahren zum Betrieb einer EUV-Lithographievorrichtung; und
7 Messergebnisse zur Abhängigkeit der Oxidation einer obersten Rutheniumlage in Abhängigkeit der eingestrahlten Intensität bei einem Wasserpartialdruck von 10^–7 mbar.
In 1 ist schematisch ein Beispiel einer EUV-Lithographievorrichtung 100 dargestellt. Wesentliche Komponenten sind das Strahlformungssystem 110, das Beleuchtungssystem 120, die Photomaske 130 und das Projektionssystem 140. In weiteren Varianten kann das Strahlformungssystem 110 ganz oder teilweise in das Beleuchtungssystem 120 integriert sein.
Als Strahlungsquelle 111 für den Wellenlängenbereich von 5 nm bis 20 nm kann beispielsweise eine Plasmaquelle oder auch ein Synchrotron dienen. Die austretende Strahlung wird zunächst in einem Kollektorspiegel 112 gebündelt. Außerdem wird mit Hilfe eines Monochromators 113 durch Variation des Einfallswinkels die gewünschte Betriebswellenlänge herausgefiltert. Im genannten Wellenlängenbereich sind der Kollektorspiegel 112 und der Monochromator 113 üblicherweise als reflektive optische Elemente ausgebildet, die, um eine Reflexion der Strahlung der Arbeitswellenlänge zu erreichen, ein Viellagensystem aus mindestens zwei alternierenden Materialien mit unterschiedlichem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge aufweisen. Kollektorspiegel sind häufig schalenförmig ausgebildete reflektive optische Elemente, um einen fokussierenden bzw. kollimierenden Effekt zu erreichen. Sowohl der Kollektorspiegel 112 als auch der Monochromator 113 können dabei als reflektive optische Elemente mit oberster Lage aus Rutheniumoxid ausgestaltet sein, wie sie später im Detail erläutert werden.
Der im Strahlformungssystem 110 in Hinblick auf Wellenlänge und räumliche Verteilung aufbereitete Betriebsstrahl wird in das Beleuchtungssystem 120 eingeführt. Im in 1 dargestellten Beispiel weist das Beleuchtungssystem 120 zwei Spiegel 121, 122 auf, die im vorliegenden Beispiel als Viellagenspiegel ausgestaltet sind. Die Spiegel 121, 122 leiten den Strahl auf die Photomaske 130, die die Struktur aufweist, die auf den Wafer 150 abgebildet werden soll. Bei der Photomaske 130 handelt es sich ebenfalls um ein reflektives optisches Element für den EUV- und weichen Wellenlängenbereich, das je nach Herstellungsprozess ausgewechselt wird. Mit Hilfe des Projektionssystems 140 wird der von der Photomaske 130 reflektierte Strahl auf den Wafer 150 projiziert und dadurch die Struktur der Photomaske auf ihn abgebildet. Das Projektionssystem 140 weist im dargestellten Beispiel zwei Spiegel 141, 142 auf, die im vorliegenden Beispiel ebenfalls als Viellagenspiegel ausgestaltet sind. Es sei darauf hingewiesen, dass sowohl das Projektionssystem 140 als auch das Beleuchtungssystem 120 ebenso jeweils nur einen oder auch drei, vier, fünf und mehr Spiegel aufweisen können.
Im in 1 dargestellten Beispiel sind alle Spiegel 121, 122, 141, 142 als reflektive optische Elemente mit oberster Lage aus Rutheniumoxid ausgestaltet, wie sie später im Detail erläutert werden. Ebenso ist möglich, nur einzelne Spiegel als reflektives optisches Element mit einer obersten Lage aus Rutheniumoxid vorzusehen. Optional kann es sich auch bei der Photomaske 130 um ein derartiges reflektives optisches Element handeln.
2a–g zeigen beispielhaft ein reflektives optisches Element 1 für den extremen ultravioletten Wellenlängenbereich, insbesondere zur Verwendung in EUV-Lithographievorrichtungen, z. B. als Spiegel des Projektions- oder Beleuchtungssystems bzw. Strahlformungssystems oder auch als Photomaske, bei dem die Reflektivität der reflektiven Flächen des reflektiven optischen Elements 1 überwiegend durch ein Viellagensystem 2 gewährleistet wird. 2a zeigt schematisch die übergeordnete Struktur des Viellagensystems 2 des reflektiven optischen Elements 1. Das Viellagensystem 2 ist im vorliegenden Beispiel durch sukzessives Beschichten eines Substrats 3 mit unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen komplexen Brechungsindizes hergestellt worden. Außerdem wurde auf das Viellagensystem 2 zusätzlich eine Schutzschicht 4 zum Schutz vor äußeren Einflüssen wie Kontamination aufgebracht, die aus mehreren unterschiedlichen Materiallagen aufgebaut sein kann.
In einer einfachsten Variante kann die Schutzschicht 4 aus einer Lage aus Rutheniumoxid bestehen. In weiteren Varianten, wie sie in den 2b bis 2f dargestellt sind, kann die Schutzschicht 4 aus einer Mehrzahl von Lagen aufgebaut sein. So kann beispielsweise unter einer obersten Lage 40 aus Rutheniumoxid noch eine Rutheniumlage 42 (siehe 2b), eine Siliziumnitridlage 43 (siehe 2c) oder eine Siliziumlage 44 (siehe 2d) angeordnet sein. Alternativ können unter der obersten Lage 40 aus Rutheniumoxid auch Lagen aus Siliziumoxid, aus einem Nitrid, aus einem Karbid, aus Kohlenstoff, Molybdän oder einem Edelmetall oder einer Kombination daraus angeordnet sein.
Insbesondere die Varianten gemäß 2c und 2d sind besonders bevorzugt, falls das unter der Schutzschicht 4 angeordnete Viellagensystem 2 auf alternierenden Lagen aus Molybdän-Silizium basiert. Die zusätzlichen Lagen 42, 43 oder 44 können in ihrer Dicke dahingehend variiert werden, dass der auf die Reflektivität negative Einfluss der Rutheniumoxidschicht 40 möglichst kompensiert wird. Im Hinblick auf einen besonders effizienten Schutz des Viellagensystems 2 sind insbesondere die Varianten gemäß 2b und gemäß 2c bevorzugt. Sowohl Ruthenium als auch Siliziumnitrid haben sich als vergleichsweise inert gegen Wechselwirkungen mit EUV-Strahlung, Sekundärelektronen oder den üblichen in der Restgasatmosphäre vorhandenen kontaminierenden Substanzen und reaktiven Fragmenten erwiesen.
Komplexere Varianten der Schutzschicht 4 sind in 2e und 2f dargestellt. In der Variante gemäß 2e sind unter der ersten Lage 40 aus Rutheniumoxid eine Siliziumnitridlage 43 und darunter eine Siliziumlage 44 angeordnet. In der Variante gemäß 2f ist zusätzlich zwischen der obersten Lage 40 aus Rutheniumoxid und der Siliziumnitridlage 43 eine Rutheniumlage 42 angeordnet. Denkbar sind auch noch komplexere Strukturen der Schutzschicht 4. Das Vorhandensein einer Mehrzahl von Lagen erlaubt einen größeren Spielraum bei der Optimierung der gesamten reflektiven Fläche, die aus dem Viellagensystem 2 gemeinsam mit der Schutzschicht 4 gebildet wird. Indem unterschiedliche Lagen mit unterschiedlichen komplexen Brechungsindizes zur Verfügung stehen, lässt sich die Phase der auftreffenden Wellen besser an das unter der Schutzschicht 4 liegende Viellagensystem 2 anpassen, so dass insgesamt eine bessere Reflektivität bei der gewünschten Wellenlänge erreicht wird. Außerdem lassen sich die chemischen Eigenschaften der einzelnen Lagenmaterialien zu einer verbesserten Schutzwirkung der Schutzschicht 4 kombinieren.
Das Viellagensystem 2 besteht im Wesentlichen aus sich vielfach wiederholenden Stapeln 20, deren Struktur beispielsweise schematisch in 2g dargestellt ist. Die wesentlichen Lagen eines Stapel 20, die insbesondere durch die vielfache Wiederholung der Stapel 20 zu hinreichend hoher Reflexion bei einer Arbeitswellenlänge, bei der der Lithographieprozess durchgeführt wird, führen, sind die so genannten Spacerlagen 22 aus Material mit einem höheren Realteil des Brechungsindex und die so genannten Absorberlagen 21 aus einem Material mit einem niedrigeren Realteil des Brechungsindex. Dadurch wird gewissermaßen ein Kristall simuliert, wobei die Absorberlagen 21 den Netzebenen innerhalb des Kristalls entsprechen, die einen durch die jeweiligen Spacerlagen 22 definierten Abstand zueinander haben und an denen Reflexion von einfallender EUV-Strahlung stattfindet.
Die Dicken der Lagen 21, 22 werden derart gewählt, dass bei einer bestimmten Arbeitswellenlänge die an jeder Absorberlage 21 reflektierte Strahlung sich konstruktiv überlagert, um somit eine hohe Reflektivität des reflektiven optischen Elements zu erreichen. Zwischen den Absorber- und Spacerlagen 21, 22 können Zwischenlagen 23, 24 vorgesehen sein, um insbesondere die Interdiffusion an den Lagengrenzflächen zu verringern.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Dicken der einzelnen Lagen 21, 22, 23, 24 wie auch der sich wiederholenden Stapel 20 über das gesamte Viellagensystem konstant sein oder auch variieren können, je nach dem, welches Reflexionsprofil erreicht werden soll. Insbesondere können Viellagensysteme für bestimmte Wellenlängen optimiert werden, bei denen die maximale Reflektivität und/oder die reflektierte Bandbreite größer als bei anderen Wellenlängen ist.
Beispielsweise arbeitet man in der EUV-Lithographie gerne bei Wellenlängen zwischen 12 nm und 15 nm. In diesem Wellenlängenbereich lassen sich besonders hohe Reflektivitäten mit Viellagensystemen auf der Basis von Molybdän als Absorbermaterial und Silizium als Spacermaterial erhalten. Zum Beispiel sind bei einer Wellenlänge von 13,5 nm theoretische Reflektivitäten im Bereich von über 75% möglich. Dabei verwendet man oft 50 bis 60 Stapel einer Dicke von ca. 7 nm und einem Verhältnis von Absorberlagendicke zu Stapeldicke von um die 0,4.
Insbesondere für die Verwendung bei Wellenlängen im Bereich von 12 bis 15 nm hat es sich herausgestellt, dass die Rutheniumoxidlagen 40 eine Dicke von maximal 3,5 nm aufweisen sollte. Bis zu dieser Dicke ist der negative Einfluss der Rutheniumoxidschicht auf die Reflektivität des reflektiven optischen Elementes so gering, dass er sich leicht durch zusätzliche Lagen kompensieren lässt. Außerdem wird schon bei geringen Lagendicken von 1 nm und darunter ein ausreichender Schutz gegen zunehmende Oxydation der Schutzschicht 4 während des Betriebes der EUV-Lithographievorrichtung erreicht. Bei der Wahl der Dicke einer unter der Rutheniumoxidlage 40 liegenden Rutheniumlage 41 wird vorzugsweise berücksichtigt, ob die Rutheniumoxidlagen 40 ex situ im Anschluss an das Beschichten der darunter liegenden Lagen aufgebracht wird oder in situ in der EUV-Lithographievorrichtung. Insbesondere wenn die Rutheniumoxidlage 40 nachträglich aufgebracht werden soll, sollte die Rutheniumlage 42 etwas dicker vorgehalten werden, als beim resultierenden reflektiven optischen Element vorgesehen, da bei der Bildung der Rutheniumoxidlage Ruthenium der Rutheniumlage 42 umgesetzt wird.
Bei der Wahl der Dicken der Siliziumnitridlage 43 und der Siliziumlage 44 ist der Spielraum größer und die Dickenwahl primär von der gewünschten Reflektivität abhängig. In 3 ist als Höhenliniengraph angegeben, welche Dicken für die Siliziumnitridlage als auch für die Siliziumlage zu welchen Reflektivitäten führen. Dabei sind im in 3 dargestellten Beispiel diese beiden Lagen auf einem Viellagensystem aus alternierenden Silizium- und Molybdän-Lagen angeordnet, das für eine Wellenlänge von 13,5 nm bei quasi normalem Einfall optimiert wurde. Die Darstellung in 3 gilt für einen Einfallswinkel von 5° gegenüber der Oberflächennormalen. Über den beiden Lagen aus Siliziumnitrid und Silizium ist außerdem eine Rutheniumoxidlage einer Dicke von 2,8 nm angeordnet. In 3 sind an den Höhenlinien die Reflektivitäten angegeben, denen sie jeweils entsprechen. Um beispielsweise eine Reflektivität von 71% zu erhalten, kann gemäß den Daten, die in 3 dargestellt sind, beispielsweise eine Dicke der Siliziumnitridlage zwischen 1,4 und 1,6 nm gewählt werden und eine Dicke der Siliziumlage von etwa 3 nm.
In 4 ist die Reflektivität in Abhängigkeit von der Wellenlänge für ein herkömmliches reflektives optisches Element (Vergleichsbeispiel) und für ein reflektives optisches Element wie hier vorgeschlagen dargestellt. Beide reflektive optische Elemente weisen eine reflektive Fläche auf, die im Wesentlichen in ihrer Funktion von einem Viellagensystem auf der Grundlage von alternierenden Molybdän- und Siliziumlagen bestimmt wird. Das Viellagensystem weist 50 Stapel einer Dicke von 6,9 nm auf, wobei die Siliziumlage im Stapel eine Dicke von 3,7 nm und die Molybdänlage eine Dicke von 1,7 nm aufweist und sich an den Grenzflächen zwischen den Molybdän- und Siliziumlagen jeweils Mischlagen aus Molybdänsilizid einer Dicke von ca. 0,7 bis 0,8 nm ausgebildet haben.
Bei dem herkömmlichen reflektiven optischen Element ist auf diesem Viellagensystem eine 1,6 nm dicke Rutheniumlage zum Schutz eines darunter liegenden Viellagensystems angeordnet. Zur Anpassung der Phase der einfallenden Strahlung und damit zur Optimierung der Reflektivität um 13,5 nm sind zwischen der Rutheniumlage und dem Viellagensystem eine Siliziumnitridlage von 1,5 nm und eine Siliziumlage von 2,9 nm angeordnet. Die Reflektivität in Abhängigkeit von der Wellenlänge ist in 4 über die dünne durchgezogene Linie dargestellt. Langzeitversuche unter EUV-Bestrahlung in sauerstoffhaltiger Restgasatmosphäre bzw. Versuche mit Strahlungsquellen, die hohe Strahlungsintensitäten im EUV-Bereich aufweisen zeigen, dass über die Lebensdauer des reflektiven optischen Elementes, das hier als Vergleichsbeispiel gewählt wurde, die Rutheniumlage vollständig zu Rutheniumoxid umgesetzt wird, die eine Lage einer Dicke von 3,3 nm bildet. Dies führt nicht nur zu einer Verschiebung der optimalen Wellenlänge von 13,5 nm zu etwa 13,65 nm, wie in 4 durch die gestrichelte dünne Linie dargestellt ist, sondern auch zu einer deutlichen Abnahme der Reflektivität von über 72% auf unter 67%.
Demgegenüber wurde bei dem reflektiven optischen Element der hier vorgeschlagenen Art bereits beim Auslegen des Schutzschichtsystems berücksichtigt, dass eine Rutheniumoxidlage zu Oberst vorhanden ist. So wurde über einer Siliziumlage von 1,7 nm und darüber einer Siliziumnitridlage von 1,5 nm eine Rutheniumlage von 1,2 nm vorgesehen, die zwar eine maximale Reflektivität von knapp 69% aufweist, die aber den großen Vorteil aufweist, dass auch bei vollständiger Umsetzung der Rutheniumlage zu einer Rutheniumoxidlage von dann 2,8 nm die maximale Reflektivität nicht merklich sinkt, sondern sich lediglich eine nur unwesentliche Verschiebung der optimalen Wellenlänge von 13,5 nm zu 13,53 nm ergibt. Es wird daher vorgeschlagen, direkt bei der Herstellung des reflektiven optischen Elementes eine Rutheniumoxidschicht als oberste Lage herzustellen oder sie in situ vor oder ganz zu Beginn der Inbetriebnahme der EUV-Lithographievorrichtung auszubilden, damit die Reflektivität über die gesamte Lebensdauer des reflektiven optischen Elements möglichst konstant bleibt.
Eine Variante der Herstellung eines reflektiven optischen Elementes der hier vorgeschlagenen Art ist aus dem Flussdiagramm aus 5 ersichtlich. In einem ersten Schritt 501 wird auf bereits hergestellte reflektive Fläche eines reflektiven optischen Elementes, beispielsweise ein Viellagensystem mit gegebenenfalls zusätzlichen Übergangslagen eine oberste Lage aus Ruthenium aufgebracht. In einem zweiten Schritt 503 wird ein sauerstoffhaltiges Plasma bereitgestellt und damit die oberste Rutheniumlage beaufschlagt. Dadurch bildet sich in einem dritten Schritt 505 aus der Rutheniumlage eine zu oberst liegende Rutheniumoxidlage. Alternativ kann man an Stelle des sauerstoffhaltigen Plasmas das reflektive optische Element mit einer obersten Rutheniumlage auch in eine sauerstoffhaltige Atmosphäre, besonders bevorzugt in eine ozonhaltige Atmosphäre einbringen und dort die reflektive Fläche ultravioletter Strahlung aussetzen. Durch die Einwirkung der ultravioletten Strahlung wird der Sauerstoff bzw. das Ozon in Sauerstoffradikale aufgespalten, die eine hinreichende Energie aufweisen, um das Ruthenium in Rutheniumoxid umzusetzen. Insbesondere bei Verwendung des sauerstoffhaltigen Plasmas, können auch die Schritte 501, das Aufbringen von Ruthenium, und der Schritt 503, das Bereitstellen eines sauerstoffhaltigen Plasmas, kombiniert werden, so dass unmittelbar Rutheniumoxid als oberste Lage auf der reflektiven Fläche aufwachsen kann.
In dem Flussdiagramm gemäß 6 ist eine andere Variante der Herstellung eines hier vorgeschlagenen reflektiven optischen Elementes dargestellt, die in Verbindung mit einem Verfahren zum Betrieb einer EUV-Lithographievorrichtung mit einem derartigen reflektiven optischen Elementes steht. In einem ersten Schritt wird wie zuvor zunächst Ruthenium auf der reflektiven Fläche eines optischen Elementes aufgebracht (Schritt 601). Anschließend wird das mit Ruthenium als oberster Lage beschichtete reflektive optische Element in einem Schritt 603 in eine EUV-Lithographievorrichtung eingebaut. Im Inneren der EUV-Lithographievorrichtung wird in der Umgebung des reflektiven optischen Elementes in einem weiteren Schritt 605 ein Partialdruck von 10^–7 mbar oder höher für Wasser oder auch ein anderes sauerstoffhaltiges Gas in der Restgasatmosphäre eingestellt. Beispielsweise kann für Sauerstoff in der Restgasatmosphäre ein Partialdruck von 10^–9 mbar oder höher eingestellt werden. Außerdem wird die Strahlungsintensität der einfallenden EUV-Strahlung auf größer, 0,1 mW/mm², bevorzugt größer 1,0 mW/mm², in besonders geeigneten Fällen auf 10 mW/mm² oder höher eingestellt (Schritt 607). Dadurch bildet sich die gewünschte Rutheniumoxidlage zum Schutz des reflektiven optischen Elementes aus. Die Änderung des relativen Rutheniumoxidanteils für reflektive optische Elemente, die als oberste Lage eine Rutheniumlage aufweisen und wie beschreiben behandelt wurden, sind in 7 dargestellt. Die reflektiven optischen Elemente wurden 12 Stunden lang in einer Restgasatmosphäre mit einem Partialdruck für Wasser von ca. 2 × 10^–7 mbar mit unterschiedlichen Strahlungsleistungen im EUV-Bereich bestrahlt. Anschließend wurden sie mittels röntgeninduzierter Photoelektronenspektroskopie auf ihren Rutheniumoxidanteil analysiert. Während bei Strahlungsleistungen bis zu etwa 10 mW/m² der Rutheniumoxidanteil bei 20% oder weniger des gesamten Rutheniumanteils lag, stieg der Rutheniumoxidanteil bei Strahlungsleistungen von leicht über 10 mW/m² auf fast 35% an.
In dem in 6 dargestellten Beispiel kann während des Betriebes der EUV-Lithographievorrichtung beispielsweise über Schwankungen in der Reflektivität an einzelnen optischen Elementen der Zustand ihrer Oberflächen überwacht werden. Bei Anzeichen von zu starker oxidativer Wirkung lässt sich in einem weiteren Schritt 609 Wasserstoff in die Restgasatmosphäre einleiten, um der oxidativen Wirkung der Sauerstoffradikale entgegenzuwirken. Dies kann beispielsweise bei zu starker Strahlungsleistung und/oder zu hohem Sauerstoffanteil in der Restgasatmosphäre kontinuierlich der Fall sein oder bei plötzlich auftretenden zu hohen Partialdrücken für sauerstoffhaltige Gase aufgrund von z. B. Lecks im Vakuumsystem punktuell von Vorteil sein. Insbesondere lässt sich durch gezielte Wasserstoffzugabe ein Gleichgewichtszustand einstellen, bei dem die Wirkungen von sauerstoffhaltigem Gas und Wasserstoff in der Restgasatmosphäre die Waage halten und dadurch die Oxidation gestoppt wird.
Bezugszeichenliste

1: reflektives optisches Element
2: Viellagensystem
3: Substrat
4: Schutzschicht
20: periodisch wiederkehrender Lagenstapel
21: Absorber
22, 22': Spacer
23: Zwischenlage
24: Zwischenlage
40: Rutheniumoxidlage
42: Rutheniumlage
43: Siliziumnitridlage
44: Siliziumlage
100: EU V-Lithographievorrichtung
110: Strahlformungssystem
111: Strahlungsquelle
112: Kollektorspiegel
113: Monochromator
120: Beleuchtungssystem
121, 122: Spiegel
130: Photomaske
140: Projektionssystem
141, 142: Spiegel
150: Wafer
501–505: Verfahrensschritte
601–609: Verfahrensschritte

Claims

Reflektives optisches Element für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit einer reflektiven Fläche, dadurch gekennzeichnet, dass es auf der reflektiven Fläche eine oberste Lage (4, 40) aus Rutheniumoxid aufweist.
Reflektives optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es unmittelbar unter der Lage aus Rutheniumoxid (40) eine Lage aus Ruthenium (42) oder Siliziumnitrid (43) oder Silizium (44) oder eine Kombination daraus aufweist.
Reflektives optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rutheniumoxidlage (40) eine Dicke von maximal 3,5 nm aufweist.
Reflektives optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass unter der Rutheniumoxidlage (40) ein Viellagensystem (2) aus alternierenden Silizium- und Molybdänlagen (22, 21) angeordnet ist.
Reflektives optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass unter der Rutheniumoxidlage (40) eine Ruthenium- (42) und eine Siliziumnitrid- (43) und eine Siliziumlage (44) oder eine Siliziumnitrid- (43) und eine Silizumlage (44) angeordnet sind und darunter ein Viellagensystem (2) aus alternierenden Silizium- und Molybdänlagen (22, 21) angeordnet ist.
Reflektives optisches Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen Rutheniumoxidlage (40) und Viellagensystem (2) angeordnete Siliziumlage (44) eine Dicke im Bereich von 2,2 nm bis 3,6 nm und die Siliziumnitridlage (43) eine Dicke im Bereich von 1,2 nm bis 2,2 nm aufweist, wobei die Gesamtdicke aus Siliziumlage (44) und Siliziumnitridlage (43) maximal 5,5 nm ist.
Verfahren zur Herstellung eines reflektiven optischen Elements für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit einer reflektiven Fläche durch Aufbringen einer obersten Lage aus Ruthenium auf der reflektiven Fläche und Beaufschlagen der reflektiven Fläche mit einem Sauerstoffplasma oder Aussetzen der reflektiven Fläche ultravioletter Strahlung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre.
Verfahren zum Betrieb einer Lithographievorrichtung für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit einem reflektiven optischen Element mit einer reflektiven Fläche mit einer obersten Lagen aus Ruthenium, indem eine Restgasatmosphäre mit sauerstoffhaltigem Gas eingestellt wird und die reflektive Fläche mit einer Leistung von 0,1 mW/mm² oder mehr bestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Restgasatmospäre mit einem Partialdruck von 10^–7 mbar oder höher für Wasser oder einem Partialdruck von 10^–9 mbar oder höher für Sauerstoff eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Restgasatmosphäre Wasserstoff zugegeben wird.
Verfahren zum Betrieb einer Lithographievorrichtung für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit einem reflektiven optischen Element mit einer reflektiven Fläche mit einer obersten Lagen aus Rutheniumoxid, indem eine Restgasatmosphäre eingestellt wird, die Sauerstoff, Wasser und Wasserstoff aufweist.