DE102011082043A1 - Mirror for collector of extreme UV light source used in projection exposure system, has layer arrangement whose average sputtering rate with respect to particle energies of tin particle is set to specific range at specific time period - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Spiegel für den EUV-Wellenlängenbereich und einen Kollektor für eine EUV-Lichtquelle mit einem solchen Spiegel. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem solchen Kollektor.The invention relates to a mirror for the EUV wavelength range and a collector for an EUV light source with such a mirror. Moreover, the invention relates to a projection exposure apparatus for microlithography with such a collector.
Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie für den EUV-Wellenlängenbereich sind darauf angewiesen, dass die zur Belichtung bzw. Abbildung einer Maske in eine Bildebene genutzten Spiegel eine hohe Reflektivität aufweisen, da einerseits das Produkt der Reflektivitätswerte der einzelnen Spiegeln die Gesamttransmission der Projektionsbelichtungsanlage bestimmt und da andererseits EUV-Lichtquellen in ihrer Lichtleistung begrenzt sind.Microlithography projection exposure apparatuses for the EUV wavelength range rely on the fact that the mirrors used for the exposure or imaging of a mask in an image plane have a high reflectivity, since on the one hand the product of the reflectivity values of the individual mirrors determines the total transmission of the projection exposure apparatus and on the other hand EUV Light sources are limited in their light output.
Zur Erzielung einer hohen Reflektivität müssen auch Verluste aufgrund von Streulicht vermieden werden, was zu hohen Anforderungen an die Oberflächenrauhigkeit solcher Spiegel im sogenannten HSFR-Bereich führt, siehe
Darüber hinaus sind Spiegel für Kollektoren einer EUV-Lichtquelle, welche mittels Laseranregung ein Plasma zünden (sogenannte LPP-Lichtquellen), einem hohen Teilchenfluss von z. B. Zinn-Teilchen mit Energien zwischen etwa 100 eV und einigen 10 keV ausgesetzt, da bei der Laserzündung des Plasmas dieses Lichtquellentyps insbesondere die Teilchen des Targetmaterials Zinn hohe Beschleunigungen erfahren. Im Folgenden werden nur noch chemische Symbole für Materialien verwendet, so z. B. Sn für Zinn.In addition, mirrors for collectors of an EUV light source, which ignite a plasma by means of laser excitation (so-called LPP light sources), a high particle flux of z. B. exposed to tin particles with energies between about 100 eV and some 10 keV, since in the laser ignition of the plasma of this light source type in particular the particles of the target material tin undergo high accelerations. In the following, only chemical symbols for materials are used, such. B. Sn for tin.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Spiegel für den EUV-Wellenlängenbereich bereitzustellen, welcher bei hohen Teilchenflussdichten eine verlängerte Lebensdauer gewährleistet und gleichzeitig eine hohe Reflektivität aufweist.The object of the invention is therefore to provide a mirror for the EUV wavelength range, which ensures a prolonged service life at high particle flux densities and at the same time has a high reflectivity.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Spiegel für den EUV-Wellenlängenbereich bei 13,5 nm umfassend ein Substrat und eine Schichtanordnung, wobei die Schichtanordnung mindestens ein Schichtteilsystemen umfasst, welches aus einer periodischen Abfolge von mindestens zwei Perioden an Einzelschichten besteht, wobei die Perioden zwei Einzelschichten aus unterschiedlichen Materialien für eine hoch brechende Schicht und eine niedrig brechende Schicht umfassen und wobei die mittlere Sputterrate für eine Periode des Schichtteilsystems der Schichtanordnung bei Sn-Teilchen mit Teilchenenergien von 100 eV weniger als 0,024 und/oder mit Teilchenenergien von 1000 eV weniger als 0,65 und/oder mit Teilchenenergien von 10 keV weniger als 3 beträgt.This object is achieved by a mirror for the EUV wavelength range at 13.5 nm comprising a substrate and a layer arrangement, wherein the layer arrangement comprises at least one layer subsystem consisting of a periodic sequence of at least two periods of individual layers, wherein the periods are two individual layers of different materials for a high refractive index layer and a low refractive index layer, and wherein the average sputtering rate for a period of the layered subsystem of the layered arrangement is less than 0.024 and / or with particle energies of 1000 eV less than 0 for Sn particles having particle energies of 100 eV; 65 and / or with particle energies of 10 keV less than 3.
Ferner wird diese Aufgabe gelöst durch einen Spiegel für den EUV-Wellenlängenbereich bei 13,5 nm umfassend ein Substrat und eine Schichtanordnung, wobei die Schichtanordnung mindestens ein Schichtteilsystemen umfasst, welches aus einer periodischen Abfolge von mindestens zwei Perioden an Einzelschichten besteht, wobei die Perioden zwei Einzelschichten aus unterschiedlichen Materialien für eine hoch brechende Schicht und eine niedrig brechende Schicht umfassen und wobei das Schichteilsystem mindestens eine sputterhemmende Zwischenschicht enthält, deren Material und Dicke so gewählt ist, dass die mittlere Sputterrate für eine Periode des Schichtteilsystems der Schichtanordnung für Sn-Teilchen mit Teilchenenergien zwischen 100 eV und 10 keV um mindestens 10% niedriger ausfällt, als bei einer vergleichbaren Schichtanordnung deren Schichtteilsystem diese mindestens eine sputterhemmende Zwischenschicht nicht aufweist.This object is further achieved by a mirror for the EUV wavelength range at 13.5 nm comprising a substrate and a layer arrangement, wherein the layer arrangement comprises at least one layer subsystem consisting of a periodic sequence of at least two periods of individual layers, the periods being two Individual layers of different materials for a high refractive index layer and a low refractive index layer, and wherein the layered subsystem includes at least one sputter-inhibiting intermediate layer whose material and thickness is selected such that the average sputtering rate for a period of the layer subsystem of the Sn particle particle energy layer arrangement between 100 eV and 10 keV is at least 10% lower than in the case of a comparable layer arrangement whose layer subsystem does not have at least one sputter-inhibiting intermediate layer.
Unter einer mittleren Sputterrate für eine Periode wird die über eine Periode gemittelte Sputterrate verstanden, die sich aus dem Verhältnis der Anzahl der Atome einer Periode und der Anzahl der zum vollständigen Abtragen der Periode benötigten Sn-Teilchen ergibt.An average sputtering rate for a period is understood to be the sputtering rate averaged over a period, which results from the ratio of the number of atoms of a period and the number of Sn particles required for the complete removal of the period.
Eine vergleichbare Schichtanordnung weist die gleichen Materialien für die hoch und niedrig brechenden Schichten auf und weicht in der theoretischen Reflektivität bei 13,5 nm bei senkrechtem Lichteinfall um weniger als 3% ab.A comparable layer arrangement has the same materials for the high and low refractive layers and differs in the theoretical reflectivity at 13.5 nm at normal incidence by less than 3%.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich die Lebensdauer von Spiegeln bei hohen Teilchenflussdichten steigern lässt, wenn die Sputterrate des Schichtsystems erniedrigt wird. Durch den Einsatz von zum Beispiel sputterhemmenden Zwischenschichten lässt sich die Sputterrate eines Schichtsystems gegenüber einem vergleichbaren Schichtsystem ohne solche Zwischenschichten erhöhen.According to the invention, it was recognized that the lifetime of mirrors can be increased at high particle flux densities if the sputtering rate of the layer system is lowered. By using, for example, sputter-inhibiting intermediate layers, the sputtering rate of a layer system can be increased compared to a comparable layer system without such intermediate layers.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist der Spiegel bei senkrechtem Lichteinfall eine maximale theoretische Reflektivität von mehr als 65% auf. Hierdurch kann der Spiegel z. B. als Ellipsoidkollektorspiegel mit einer hohen Lichtausbeute bei einer LPP-Lichtquelle eingesetzt werden, da dieser Lichtquellentypus den Einsatz von Ellipsoidspiegeln als Kollektoren aufgrund der Bauform der Lichtquelle zulässt. In one embodiment of the invention, the mirror has a maximum theoretical reflectivity of more than 65% at normal incidence of light. As a result, the mirror z. B. can be used as ellipsoidal collector mirror with a high luminous efficiency in a LPP light source, since this light source type allows the use of ellipsoidal mirrors as collectors due to the design of the light source.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Schichtanordnung mindestens eine sputterhemmende Schicht, die gebildet ist oder als Verbindung zusammengesetzt ist aus einem Material der Gruppe: B4C, C, SiC. Solche Materialien sind in der Lage Sputterraten zu reduzieren.In a further embodiment of the invention, the layer arrangement comprises at least one sputter-inhibiting layer, which is formed or compounded from a material of the group: B 4 C, C, SiC. Such materials are capable of reducing sputtering rates.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist die sputterhemmende Zwischenschicht eine Dicke zwischen 0,4 nm und 1,5 nm, insbesondere zwischen 0,6 nm und 1,2 nm auf. Dieser Parameterbereich für die Dicke der sputterhemmenden Zwischenschicht stellt einen optimalen Kompromiss zwischen zu vermeidenden Reflektivitätsverlusten durch zu eine dicke Zwischenschicht und hinreichender Unterdrückung der Sputterrate durch eine genügend dicke Zwischenschicht dar.In another embodiment of the invention, the sputterhemmende intermediate layer has a thickness between 0.4 nm and 1.5 nm, in particular between 0.6 nm and 1.2 nm. This parameter range for the thickness of the sputter-inhibiting intermediate layer represents an optimal compromise between avoidable reflectivity losses due to a thick intermediate layer and sufficient suppression of the sputtering rate by a sufficiently thick intermediate layer.
In einer Ausführungsform weist jede Periode des Schichtteilsystems mindestens eine sputterhemmende Zwischenschicht auf, wobei die sputterhemmende Zwischenschicht durch eine etwa 1 nm dicke Schicht aus C gebildet ist. Für Kohlenstoff liegt das Optimum für eine geringe Sputterrate bei gleichzeitig hoher Reflektivität in etwa bei 1 nm für die Dicke der Zwischenschicht.In one embodiment, each period of the layer subsystem has at least one sputter-inhibiting intermediate layer, wherein the sputter-inhibiting intermediate layer is formed by an approximately 1 nm thick layer of C. For carbon, the optimum for a low sputtering rate with simultaneously high reflectivity is approximately 1 nm for the thickness of the intermediate layer.
In einer anderen Ausführungsform besteht die niedrig brechende Schicht aus Mo und/oder Nb mit einer Dicke zwischen 1,5 und 3 nm und die hoch brechende Schicht aus Si mit einer Dicke zwischen 4 und 5 nm. Solche Schichtsysteme bieten im Zusammenhang mit der sputterhemmenden Zwischenschicht eine hinreichend hohe Reflektivität und eine erfindungsgemäß niedrige Sputterrate.In another embodiment, the low refractive index layer is Mo and / or Nb having a thickness of between 1.5 and 3 nm and the high refractive index layer of Si having a thickness of between 4 and 5 nm. Such layer systems provide in connection with the sputter inhibiting intermediate layer a sufficiently high reflectivity and an inventively low sputtering rate.
In einer weitern Ausführungsform ist das Material für das Substrat ausgewählt aus der Gruppe: Al, Legierungen aus Al, kristallines Si oder SiSiC und der Spiegel weist eine Polierschicht aus NiP oder amorphem Si zur Reduktion der Oberflächenrauhigkeit des Substrates auf. Durch die Verwendung von Polierschichten ist es möglich, für das Substrat Materialien zu verwenden, welche aufgrund ihrer Oberflächenrauhigkeiten eigentlich nicht für eine Anwendung im EUV-Bereich in Frage kommen, die aber gleichzeitig einfache Bearbeitungsmöglichkeit bieten, so dass z. B. Kühlkanäle im Substratmaterial ohne großen Fertigungsaufwand vorgesehen werden können.In another embodiment, the material for the substrate is selected from the group: Al, alloys of Al, crystalline Si or SiSiC, and the mirror has a polishing layer of NiP or amorphous Si for reducing the surface roughness of the substrate. By the use of polishing layers, it is possible to use for the substrate materials which, due to their surface roughness actually not eligible for an application in the EUV area in question, but at the same time offer easy processing capability, so that z. B. cooling channels in the substrate material can be provided without much manufacturing effort.
In einer Ausführungsform weist der Spiegel mindestens eine Haftvermittlerschicht aus Zink und/oder mindestens eine strukturierbare Schicht aus NiP oder Cu auf. Die Haftvermittlerschicht ist in der Regel notwendig, damit die Polierschicht ausreichend aus dem Substrat haftet. Eine strukturierbare Schicht ist z. B. dann sinnvoll, wenn es wie bei einer LPP-Lichtquelle gilt zu verhindern, dass Licht einer anderen Wellenlänge als EUV von der Lichtquelle in das Beleuchtungssystem einer Projektionsbelichtungsanlage gelangt. Durch die strukturierbare Schicht ist es möglich, ein Gitter im Spiegel zu realisieren, welches unerwünschtes Licht aus dem gewünschten optischen Lichtweg herausbeugt.In one embodiment, the mirror has at least one adhesion promoter layer of zinc and / or at least one structurable layer of NiP or Cu. The primer layer is usually necessary for the polishing layer to adhere sufficiently to the substrate. A structurable layer is z. B. makes sense, if it applies as in an LPP light source to prevent light of a different wavelength than EUV from the light source enters the illumination system of a projection exposure system. The structurable layer makes it possible to realize a grating in the mirror, which diffracts unwanted light from the desired optical path.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Spiegels beträgt die Anzahl der Perioden des Schichtteilsystems weniger als 500, insbesondere weniger als 200, bevorzugt weniger als 100 Perioden. Eine solche Anzahl der Perioden ist für einen Kollektorspiegel notwendig, da die Perioden des Kollektorspiegels mit der Zeit durch Sn-Teilchen einer LPP-Lichtquelle sukzessive durch Sputtern abgetragen werden. Insofern ist die vorliegende Erfindung hilfreich, bei gegebener Anzahl der Perioden die Lebensdauer eines Kollektorspiegels zu erhöhen, oder umgekehrt hilfreich, bei gegebener Lebensdauer die hierfür benötigte Anzahl der Perioden auf unter 500 Perioden zu begrenzen.In a further embodiment of the mirror, the number of periods of the layer subsystem is less than 500, in particular less than 200, preferably less than 100 periods. Such a number of periods is necessary for a collector mirror because the periods of the collector mirror are successively removed by sputtering by Sn particles of an LPP light source with time. In this respect, the present invention is useful to increase the life of a collector mirror given a given number of periods, or conversely helpful to limit the required number of periods for less than 500 periods for a given life.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ferner durch einen Kollektor für eine EUV-Lichtquelle gelöst, der einen erfindungsgemäßen Spiegel für den EUV-Wellenlängenbereich umfasst. Ebenso wird die Aufgabe der Erfindung durch eine entsprechende Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem erfindungsgemäßen Kollektor oder einem erfindungsgemäßen Spiegel gelöst.The object of the present invention is further achieved by a collector for an EUV light source comprising a mirror according to the invention for the EUV wavelength range. Likewise, the object of the invention is achieved by a corresponding projection exposure apparatus for microlithography with a collector according to the invention or a mirror according to the invention.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments of the invention with reference to the figures, the essential details of the invention show, and from the claims. The individual features can be realized individually for themselves or for several in any combination in a variant of the invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to FIGS.
In diesen zeigt In these shows
In
In
Es sei darauf hingewiesen, dass in der UV- oder EUV-Lithographie verschiedenste Strahlungsquellen eingesetzt werden können, u. a. Plasmaquellen, die etwa auf Laseranregung (LPP-Quellen) oder Gasentladung (DPP-Quellen) basieren können, Synchrotronstrahlungsquellen oder freie Elektronenlaser (FEL).It should be noted that in UV or EUV lithography a variety of radiation sources can be used, u. a. Plasma sources based on laser excitation (LPP sources) or gas discharge (DPP sources), synchrotron radiation sources or free electron lasers (FEL).
Die
Bei den in der
In der
Die Dicke d einer der Perioden P ergibt sich dabei aus der
Durch eine solche sputteresistente Zwischenschicht C wird die mittlere Sputterrate für eine Periode P des Schichtteilsystems SP bei Teilchenbeschuss mit Sn-Teilchen einer LPP-Lichtquelle deutlich reduziert, wie die folgende Gegenüberstellung mit dem Stand der Technik verdeutlicht:By means of such a sputter-resistant intermediate layer C, the mean sputtering rate for a period P of the layer subsystem SP in particle bombardment with Sn particles of an LPP light source is markedly reduced, as illustrated by the following comparison with the prior art:
Stand der TechnikState of the art
Mittlere Sputterraten für eine Periode P eines [Si Mo]N-Schichtteilsystems SP (mit d_Si = 4,15 nm; d_Mo = 2,8 nm und Rmax,theor.@13,5 nm = 70,2%) bei verschiedenen Energien der Sn-Teilchen:
Allerdings wird sich dieses angegebene ideale [Si Mo]N-Schichtteilsystem SP so in der Realität nicht ausbilden, da die Mo/Si-Schichten zur Interdiffusion neigen. Ein reales [Si Mo]N-Schichtteilsystem SP lässt sich vielmehr annähernd beschreiben als ein [Si MoSi2 Mo MoSi2]N-Schichtteilsystems SP mit folgenden Schichtdicken: d_Si = 3,35 nm; d_MoSi2_on_Si = 0.8 nm; d_Mo = 2,0 nm; d_MoSi2_on_Mo = 0,8 nm. However, this specified ideal [Si Mo] N- layer subsystem SP will not be formed in reality as the Mo / Si layers tend to interdiffuse. Rather, a real [Si Mo] N layer subsystem SP can be roughly described as a [Si MoSi 2 Mo MoSi 2 ] N layer subsystem SP having the following layer thicknesses: d_Si = 3.35 nm; d_MoSi2_on_Si = 0.8 nm; d_Mo = 2.0 nm; d_MoSi2_on_Mo = 0.8 nm.
Erstes erfindungsgemäßes Schichtteilsystem SPFirst layer subsystem SP according to the invention
Mittlere Sputterraten für eine Periode eines [Si C Mo]N-Schichtteilsystems SP (mit d_Si = 4,2 nm; d_Mo = 1,7 nm; d_C = 1,0 nm und Rmax,theor.@13,5 nm = 70,2%) bei verschiedenen Energien der Sn-Teilchen:
Zweites erfindungsgemäßes Schichtteilsystem SPSecond layer subsystem SP according to the invention
Mittlere Sputterraten für eine Periode eines [Si C Nb]N-Schichtteilsystems SP (mit d_Si = 4,2 nm; d_Nb = 1,7 nm; d_C = 1,0 nm und Rmax,theor.@13,5 nm = 68%) bei verschiedenen Energien der Sn-Teilchen:
Anhand dieser Gegenüberstellung der erfindungsgemäßen Schichtteilsysteme gegenüber dem Stand der Technik ist zu erkennen, dass ein einfindungsgemäßes Schichtteilsystem SP mit N Perioden P bestehend aus einer 4,2 nm dicken Schicht aus Si, einer 1 nm dicken Schicht aus C und einer 1,7 nm dicken Schicht aus entweder Mo oder Nb eine um etwa 10–40% niedrigere mittlere Sputterrate für eine Periode aufweist, als ein vergleichbares Schichtteilsystem SP aus dem Stand der Technik, dessen Perioden aus einer 4,15 nm dicken Schicht aus Si und einer 2,8 nm dicken Schicht aus Mo bestehen. Die sputterhemmende Schicht aus C des erfindungsgemäßen Schichtteilsystems SP ist hierbei in Richtung vom Substrat zum Vakuum hin gesehen nachfolgend der Schicht aus Si aufgebracht.On the basis of this comparison of the layer subsystems according to the invention compared with the prior art, it can be seen that an inventive layer subsystem SP with N periods P consisting of a 4.2 nm thick layer of Si, a 1 nm thick layer of C and a 1.7 nm thick Layer of either Mo or Nb has a mean sputtering rate lower by about 10-40% for one period than a comparable layer subsystem SP of the prior art whose periods consist of a 4.15 nm thick layer of Si and a 2.8 nm thick layer of Mo exist. In this case, the sputter-inhibiting layer of C of the layer subsystem SP according to the invention is applied subsequently to the layer of Si in the direction from the substrate to the vacuum.
Die maximale theoretische Reflektivität bei senkrechtem Lichteinfall bei 13,5 nm des zweiten erfindungsgemäßen Schichtteilsystems SP mit der sputterhemmenden Zwischenschicht liegt bei 68% und ist somit nur um 2,2% niedriger als die Reflektivität des vergleichbaren Schichtteilsystems SP des Standes der Technik, welches die sputterhemmende Zwischenschicht nicht aufweist. Die maximale theoretische Reflektivität des ersten erfindungsgemäßen Schichtteilsystems SP ist hingegen sogar mit der des Standes der Technik identisch. Somit lassen sich erfindungsgemäße Spiegel realisieren, welche eine maximale theoretische Reflektivität von größer 65% aufweisen.The maximum theoretical reflectivity at normal incidence of light at 13.5 nm of the second inventive layer subsystem SP with the sputterhemmenden interlayer is 68% and is thus only 2.2% lower than the reflectivity of the comparable layer subsystem SP of the prior art, which the sputterhemmende Intermediate layer does not have. By contrast, the maximum theoretical reflectivity of the first layer subsystem SP according to the invention is even identical to that of the prior art. Thus, mirrors according to the invention can be realized which have a maximum theoretical reflectivity of greater than 65%.
Die Anzahl N der Perioden P des Schichtteilsystems SP kann bei dem erfindungsgemäßen Spiegel
Ferner kann zwischen den in der
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- U. Dinger et al. „Mirror substrates for EUV-lithography: Progress in metrology and optical fabrication technology” in Proc. SPIE Vol. 4146, 2000 [0003] U. Dinger et al. "Mirror substrates for EUV lithography: Progress in metrology and optical fabrication technology" in Proc. SPIE Vol. 4146, 2000 [0003]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R230 | Request for early publication | ||
R120 | Application withdrawn or ip right abandoned |
Effective date: 20130312 |