DE102017213168A1

DE102017213168A1 - Verfahren zum Behandeln eines reflektiven optischen Elements für den EUV-Wellenlängenbereich, Verfahren zu dessen Herstellung sowie Vorrichtung zur Behandlung

Info

Publication number: DE102017213168A1
Application number: DE102017213168.3A
Authority: DE
Inventors: Christian GRASSE; Martin Hermann; Stephan Six; Jörn Weber; Ralf Winter; Oliver Dier; Vitaliy Shklover; Kerstin Hild; Sebastian Strobel
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2019-01-31
Also published as: US11328831B2; EP3438744A1; US20190035512A1; EP3438744B1

Abstract

Es wird ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Behandeln eines reflektiven optischen Elements (104) für den EUV-Wellenlängenbereich mit einer reflektiven Beschichtung auf einem Substrat vorgeschlagen, bei dem das reflektive optische Element (104) in einem Halter (106) mit mindestens einem Strahlungspuls einer Strahlungsquelle (102) einer Dauer zwischen 1 µs und 1 s bestrahlt wird. Bevorzugt wird dies unmittelbar nach dem Aufbringen der reflektiven Beschichtung in einer Beschichtungskammer (100) durchgeführt. Derartige reflektive optische Elemente sind insbesondere für den Einsatz in der EUV-Lithographie oder der EUV-Inspektion von beispielsweise Masken oder Wafern geeignet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Behandeln eines reflektiven optischen Elements für den EUV-Wellenlängenbereich mit einer reflektiven Beschichtung auf einem Substrat sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines reflektiven optischen Elements für den EUV-Wellenlängenbereich mit einer reflektiven Beschichtung auf einem Substrat. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Behandeln von reflektiven optischen Elementen für den EUV-Wellenlängenbereich.
In EUV-Lithographievorrichtungen werden zur Lithographie von Halbleiterbauelementen reflektive optische Elemente für den extrem ultravioletten (EUV-)Wellenlängenbereich (z.B. Wellenlängen zwischen ca. 5 nm und 20 nm) wie etwa Masken oder Spiegel auf der Basis von Viellagensystemen eingesetzt. Da EUV-Lithographievorrichtungen in der Regel mehrere reflektive optische Elemente aufweisen, sollten diese eine möglichst hohe Reflektivität aufweisen, um eine hinreichend hohe Gesamtreflektivität sicherzustellen. Außerdem werden reflektive optische Elemente für den EUV-Wellenlängenbereich in Systemen zur Inspektion von insbesondere Masken und/oder Wafern eingesetzt.
Reflektive optische Elemente für den EUV-Wellenlängenbereich weisen in der Regel Viellagensysteme als reflektive Beschichtung auf. Dabei handelt es sich um alternierend aufgebrachte Lagen eines Materials mit höherem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge (auch Spacer genannt) und eines Materials mit niedrigerem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge (auch Absorber genannt), wobei ein Absorber-Spacer-Paar einen Stapel bzw. eine Periode bildet. Dadurch wird in gewisser Weise ein Kristall simuliert, dessen Netzebenen den Absorberlagen entsprechen, an denen Bragg-Reflexion stattfindet. Idealerweise stimmt die Arbeitswellenlänge mit der Wellenlänge maximaler Peakreflektivität überein. Bei einem bestimmten Einfallswinkel kann die Wellenlänge mit maximaler Peakreflektivität insbesondere über die Dicke des Stapels bzw. der Periode eingestellt werden. Die Dicken der einzelnen Lagen wie auch der sich wiederholenden Stapel können über das gesamte Viellagensystem konstant sein oder auch variieren, je nach dem, welches Reflexionsprofil erreicht werden soll.
Bei der Betriebsaufnahme des Lithographie- oder Inspektionsprozesses erwärmen sich die reflektiven optischen Elemente durch die auftreffende Strahlung, was zu einer Verdichtung und damit Kompaktierung der einzelnen Lagen der reflektiven Beschichtung führt. Dadurch ändert sich die Wellenlänge des Reflektivitätsmaximums und die sogenannten Spiegelpasse, was zu einem Reflektivitätsverlust und Wellenfrontaberrationen führen kann. Ferner kann sich die Schichtspannung in der reflektiven Beschichtung verändern, was zu Deformationen und damit ebenfalls zu Abbildungsfehlern führen kann
Aus der DE 10 2004 002 763 A1 ist bekannt, beim Aufbringen der reflektiven Beschichtung eines reflektiven optischen Elements für den EUV-Wellenlängenbereich für jede Lage ein Übermaß vorzusehen und nach Aufbringen der obersten Lage das reflektive optische Element zu tempern. Dieser Vorgang wird bei Temperaturen zwischen ca. 55°C und ca. 115°C, bevorzugt zwischen ca. 60°C und ca. 85°C durchgeführt und kann zwischen etwa 12 Stunden und etwa 36 Stunden dauern.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein weiteres Verfahren zum Behandeln eines reflektiven optischen Elements für den EUV-Wellenlängenbereich anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Behandeln eines reflektiven optischen Elements für den EUV-Wellenlängenbereich mit einer reflektiven Beschichtung auf einem Substrat, bei dem das reflektive optische Element mit mindestens einem Strahlungspuls einer Dauer zwischen 1 µs und 1 s, bevorzugt einer Dauer zwischen 100 µs und 5 ms bestrahlt wird.
Es hat sich herausgestellt, dass mittels Bestrahlen mit extrem kurzen Pulsen von reflektiven optischen Elementen für den EUV-Wellenlängenbereich erreicht werden kann, dass ein Altern bei Inbetriebnahme beispielsweise einer EUV-Lithographievorrichtung oder einem EUV-Inspektionssystem mit solchen reflektiven optischen Elementen durch das Bestrahlen gezielt vorweggenommen werden kann und so unerwünschte Alterungsprozesse während des Lithographie- oder Inspektionsbetriebs reduziert werden können. Im Vergleich zur bisher bekannten Vorgehensweise kann das Behandeln schneller und präziser durchgeführt werden.
Unter Alterungsprozessen seien Dichteänderungen verstanden, die auf Verdichtung der einzelnen Lagen verglichen mit dem Zustand unmittelbar nach der Beschichtung beruhen können, wie auch Dichteänderungen, die auf Strukturänderungen aufgrund von Interdiffusion an den Lagengrenzen beruhen können und je nach Materialzusammensetzung zu einer Verdichtung oder Expansion führen können. Ferner seien unter Alterungsprozessen sich über die Betriebszeit ändernde Schichtspannungen in der reflektiven Beschichtung verstanden, die zu Passedeformationen führen können. Über die kurzpulsige Bestrahlung können Relaxationsprozesse ausgelöst werden, die etwa Schichtdefekte ausheilen.
Unter Bestrahlen mit mindestens einem Strahlungspuls wird verstanden, dass eine bestrahlte Flächeneinheit über jeweils eine kurze Bestrahlungsdauer zwischen 1 µs und 1 s mit Strahlung beaufschlagt wird. Dies kann u.a. durch gepulsten Betrieb einer Strahlungsquelle, Bewegen eines Strahlflecks über eine zu bestrahlende Fläche und/oder Abschatten der Strahlung erreicht werden.
Vorteilhafterweise wird der mindestens eine Strahlungspuls auf die reflektive Beschichtung gerichtet. Auf diese Weise kann der Energieeintrag durch den mindestens einen Strahlungspuls besonders effizient für die Dichteänderung der reflektiven Beschichtung und/oder für das Relaxieren von Schichtspannungen genutzt werden. Außerdem wird durch eine Bestrahlung im Kurzpulsmodus der Wärmeabfluss ins Substrat vermindert, was ermöglicht, eine makroskopische Erwärmung des Substrats zu verhindern, die ansonsten zu unerwünschten Verformungen des Substrats führen könnten.
Vorzugsweise wird bei einer Wellenlänge im Bereich zwischen 160 nm und 2000 nm, bevorzugt zwischen 200 nm und 1100 nm, besonders bevorzugt zwischen 800 nm und 1100 nm bestrahlt. Insbesondere wenn während der Bestrahlung das reflektive optische Element in einem Halter gelagert ist, kann die Wellenlängen der Strahlung so gewählt werden, dass sie von der reflektiven Beschichtung zu einem großen Teil absorbiert wird und von dem Halter überwiegend reflektiert wird. So kann eine unerwünschte Erwärmung des Halters und des Substrats vermieden werden.
Es hat sich von Vorteil erwiesen, das reflektive optische Element mit mindestens einem Strahlungspuls einer Energiedichte zwischen 0,01 J/cm² bis 15 J/cm², bevorzugt zwischen 0,05 J/cm² bis 10 J/cm², besonders bevorzugt zwischen 1 J/cm² bis 5 J/cm² zu bestrahlen. Insbesondere in Verbindung mit den zuvor angegebenen Pulsdauer, Wellenlängen und Pulsfrequenzen können auf diese Weise Energiebeträge in die reflektive Schicht eingetragen werden, die zu einem Relaxieren von Schichtspannungen und/oder einer Dichteänderung führen, ohne zu größeren Strukturveränderungen wie etwa aufgrund von Schmelzen der Lagen bzw. Zerstörung der reflektiven Beschichtung zu führen. Energiedichten zwischen ca. 0,01 J/cm² bis ca. 5 J/cm² sind besonders für Spannungsrelaxation geeignet, Energiedichten zwischen ca. 1 J/cm² bis ca 15 J/cm² besonders für Dichteänderungen, insbesondere Verdichtung der einzelnen Lagen.
In bevorzugten Ausführungsformen wird mit mindestens einer Strahlungsquelle bestrahlt, wobei die mindestens eine Strahlungsquelle und das reflektives optisches Element eine Relativbewegung zueinander ausführen. Auf diese Weise kann das Behandeln gezielter gesteuert werden, um etwa die Homogenität des Dichteänderungs- und/oder Relaxationsprozesses über die gesamte Fläche der reflektiven Beschichtung zu verbessern oder etwa vorhandene Passefehler lokal zu korrigieren. Insbesondere können auch zeitlich kontinuierlich betriebene Strahlungsquellen eingesetzt werden, um Flächeneinheiten nur kurz der behandelnden Strahlung auszusetzen.
Es hat sich dabei als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Relativbewegung als mindestens eine Linearbewegung oder mindestens eine Rotationsbewegung oder eine Überlagerung mindestens einer Linearbewegung und mindestens einer Rotationsbewegung ausgeführt wird.
Vorzugsweise wird in diesen Ausführungsformen die Strahlungsquelle in Abhängigkeit von der Relativbewegung mit variierender Leistung betrieben. Dadurch kann der Energieeintrag in die reflektive Beschichtung lokal variiert werden. Insbesondere können reflektive optische Elemente mit beliebigen Oberflächenverläufen so gezielter behandelt werden.
Vorteilhafterweise wird die Relativbewegung mit einer linearen Komponente ausgeführt, die eine Geschwindigkeit zwischen 1 bis 600 cm/s, bevorzugt 5 cm/s bis 400 cm/s, besonders bevorzugt 10 cm/s bis 200 cm/s aufweist. Dies erlaubt, auch größere reflektive optische Elemente wie etwa EUV-Spiegel mit Substratdurchmessern im Bereich von mehreren zehn Zentimetern recht schnell und doch gezielt zu behandeln, um sie künstlich zu altern. Ebenso kann bei höheren Geschwindigkeiten mit kleineren Strahlflecken gearbeitet werden.
In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines reflektiven optischen Elements für den EUV-Wellenlängenbereich mit einer reflektiven Beschichtung auf einem Substrat mit den Schritten:

- Beschichten des Substrats;
- Behandeln des beschichteten Substrats wie zuvor beschrieben.

Es hat sich herausgestellt, dass die besten Ergebnisse erreicht werden, wenn reflektive optische Elemente für den EUV-Wellenlängenbereich möglichst nicht zu lange nach dem Beschichtungsvorgang und vor dem Einbau in beispielsweise eine EUV-Lithographievorrichtung behandelt werden, um eine Dichteänderung und/oder eine Relaxation der Schichtspannung zu erreichen.
In bevorzugten Ausführungsformen wird das Beschichten des Substrats in einer Beschichtungskammer und anschließend auch das Behandeln durch Bestrahlen mit mindestens einem kurzen Strahlungspuls in dieser Beschichtungskammer ausgeführt. So können Beeinträchtigungen der reflektiven Beschichtung, die etwa zu Abbildungsfehlern oder einer Verkürzung der Lebensdauer führen könnten, zwischen beiden Schritten minimiert werden.
Vorteilhafterweise wird sowohl das Beschichten als auch das Behandeln durch Kurzpulsbestrahlung unter Vakuum oder Schutzatmosphäre durchgeführt. Insbesondere, wenn zusätzlich das Behandeln in-situ in der Beschichtungskammer durchgeführt wird, können so Oxidationseffekte an der Oberfläche der reflektiven Beschichtung vermieden werden, wie sie beispielsweise bei Vakuumunterbrechungen auftreten können.
Besonders bevorzugt wird das Behandeln unmittelbar nach dem Beschichten durchgeführt. Dadurch kann der Herstellungsaufwand insbesondere zeitlich reduziert werden und gleichzeitig ein hohe Qualität und gute Reproduzierbarkeit der derart hergestellten reflektiven optischen Elemente gewährleistet werden.
In einem weiteren Aspekt wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Behandeln von reflektiven optischen Element für den EUV-Wellenlängenbereich, die einen Halter zum Haltern eines reflektiven optischen Elements und mindestens eine Strahlungsquelle aufweist.
Eine derartige Vorrichtung ist besonders gut zur Durchführung der Behandlung auf der Basis von Kurzpulsbestrahlung von reflektiven optischen Elementen für den EUV-Wellenlängenbereich geeignet, wie sie zuvor vorgeschlagen wurde.
In bevorzugten Ausführungsformen sind der Halter und die mindestens eine Strahlungsquelle in einer Kammer angeordnet. Dies ermöglicht das Durchführen der Strahlungsbehandlung unmittelbar nach der Beschichtung des reflektiven optischen Elements und ohne Vakuumunterbrechung, so dass das Risiko einer Beeinträchtigung der reflektiven Beschichtung zum Beispiel durch Oxidation minimiert werden kann.
Vorteilhafterweise weisen der Halter und/oder die mindestens eine Strahlungsquelle mindestens einen Linearantrieb und/oder Rotationsantrieb auf. Dadurch kann ermöglicht werden, dass die mindestens eine Strahlungsquelle und das zu behandelnde, im Halter gelagerte reflektive optische Element eine Relativbewegung zueinander durchführen. Dies hat den Vorteil, dass die Behandlung gezielter gesteuert werden kann, um etwa die Homogenität des Dichteänderungs- und/oder Relaxationsprozesses über die gesamte Fläche der reflektiven Beschichtung zu verbessern oder etwa vorhandene Passefehler lokal zu korrigieren. Insbesondere können reflektive optische Elemente mit beliebigen Oberflächenverläufen so gezielter behandelt werden.
Bevorzugt ist die Strahlungsquelle als mindestens eine Blitzröhre und/oder mindestens ein Laser ausgestaltet. Diese Strahlungsquellen können gepulst mit Pulsdauern insbesondere im Mikrosekunden- bis Subsekundenbereich betrieben werden. Außerdem stehen derartige Strahlungsquellen zur Verfügung, die u.a. im Wellenlängenbereich von 160 nm bis 2000 nm emittieren und insbesondere im Bereich von 200 nm bis 1100 nm. Ferner können sie auch mit hohen Repetitionsraten betrieben und stehen für den Betrieb mit einer Energiedichte zwischen 0,01 J/cm² bis 15 J/cm² zur Verfügung. Blitzröhren beruhen auf Strahlungsemission aufgrund von Gasentladung. Besonders bevorzugt sind Blitzröhren auf der Basis von Edelgasen. Bei den Lasern sind besonders Diodenlaser und Festkörperlaser bevorzugt.
Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Dazu zeigen

1 eine schematische Ansicht einer Beschichtungskammer mit einer Vorrichtung zum Behandeln eines reflektiven optischen Elements für den EUV-Wellenlängenbereich;
2 schematisch eine erste Ausführungsform der Vorrichtung aus 1;
3a schematisch eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung aus 1 in Seitenansicht;
3b schematisch eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung aus 1 in Draufsicht;
4 schematisch eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung aus 1;
5a schematisch die Struktur eines reflektiven optischen Elements für den EUV-Wellenlängenbereich vor dem künstlichen Altern; und
5b schematisch die Struktur eines reflektiven optischen Elements für den EUV-Wellenlängenbereich nach dem künstlichen Altern.

In 1 ist eine schematische Ansicht einer Beschichtungskammer 100 mit einer Vorrichtung zum Behandeln eines reflektiven optischen Elements 104 für den EUV-Wellenlängenbereich dargestellt. Die Vorrichtung umfasst einen Halter 106, in dem das reflektive optische Element 104 gelagert ist, sowie eine Strahlungsquelle 102, die in der Beschichtungskammer 100 angeordnet sind. Im hier dargestellten Beispiel ist der Halter 106 mit einem Linearantrieb 108 versehen, mit dessen Hilfe der Halter 106 mit dem reflektiven optischen Element 104 insbesondere während Kurzpulsbestrahlung relativ zur Strahlungsquelle 102 linear bewegt werden kann, um etwa ein möglichst homogenes Behandeln der reflektiven Beschichtung des reflektiven optischen Elements 104 gewährleisten zu können.
Da Halter 106 und Strahlungsquelle 102 in der Beschichtungskammer 100 angeordnet sind, kann die Kurzpulsbehandlung unmittelbar nach dem Beschichtungsvorgang mittels der Beschichtungseinrichtung 110 durchgeführt werden. Der Beschichtungsvorgang wird bevorzugt unter Vakuum durchgeführt, insbesondere wenn es sich um physikalische Abscheidungsverfahren wie etwa Sputterverfahren oder Elektronenstrahlverdampfen handelt. In dem hier dargestellten Verfahren kann der Linearantrieb 108 dazu genutzt werden, den Halter 106 mit beschichtetem reflektiven optischen Element 104 aus einer Beschichtungsposition unterhalb der Beschichtungseinrichtung 110 in eine Alterungsposition unterhalb der Strahlungsquelle 102 zu verfahren. In anderen Varianten könnten beide Positionen auch ortsgleich sein und beispielsweise über mechanische Hilfsmittel die Strahlungsquelle 102 so positioniert werden, dass von ihr aus mindestens ein Strahlungspuls auf die zuvor aufgebrachte reflektive Beschichtung des reflektiven optischen Elements gerichtet wird, bzw. die Beschichtungseinrichtung 110 entfernt oder abgeschirmt wird. Speziell können Einrichtungen, die zum Homogenisieren des Beschichtungsvorgangs, etwa Antriebe und Maskenanordnungen, genutzt werden um auch die Strahlungsbehandlung über die Fläche der reflektiven Beschichtung zu homogenisieren. Indem auch die Behandlung mittels sehr kurzer Bestrahlungspulse ebenfalls im Vakuum durchgeführt wird, kann die Gefahr der Kontamination der reflektiven Beschichtung durch Partikel oder Oxidation reduziert werden. In weiteren Varianten kann die Bestrahlungsbehandlung auch unter Schutzatmosphäre, beispielsweise auf der Basis von Edelgas oder anderen inerten Gasen wie Stickstoff durchgeführt werden.
In 2 ist schematisch eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Behandeln mit kurzpulsiger Bestrahlung von reflektiven optischen Elementen für den EUV-Wellenlängenbereich dargestellt. Sie kann beispielsweise innerhalb einer Beschichtungskammer angeordnet sein oder für sich allein stehen. Vorzugsweise ist sie auch dann in einer Kammer angeordnet, um das Bestrahlen unter Vakuumbedingungen oder Schutzgasatmosphäre durchzuführen. Die Vorrichtung umfasst eine Strahlungsquelle 202 sowie einen Halter 206, in dem ein EUV-Spiegel 204 angeordnet ist, dessen reflektive Beschichtung 214 behandelt werden soll. Um die Behandlung durchzuführen, wird der EUV-Spiegel 204 mit mindestens einem Strahlungspuls einer Dauer zwischen 1 µs und 1 s bestrahlt, wobei der mindestens eine Strahlungspuls auf die reflektive Beschichtung 214 gerichtet wird. Während der Bestrahlung führt der Halter 206 mittels eines nicht dargestellten Rotationsantrieb eine Rotationsbewegung aus, so dass Strahlungsquelle 202 und EUV-Spiegel 204 eine Relativbewegung zueinander ausführen, die insbesondere dazu beisteuern kann, die Homogenität der Dichtungsänderung und/oder Relaxation über die gesamte Fläche der reflektiven Beschichtung 214 zu erhöhen. Beispielsweise kann die Rotationsbewegung kontinuierlich sein oder bei mehr als einem Strahlungspuls mit der Repetitionsrate synchronisiert sein, so dass bei jedem Puls die Fläche eine andere Position einnimmt. Wenn z.B. bei jedem Puls die gesamte Fläche der reflektiven Beschichtung 214, können so Intensitätsschwankungen über die Fläche herausgemittelt werden.
Bei besonders großen reflektiven optischen Elementen kann die Relativbewegung mindestens eine lineare Komponente, ggf. zusätzlich zu einer oder mehreren Rotationskomponenten aufweisen, um die gesamte Fläche der reflektiven Beschichtung möglichst homogen bestrahlen zu können. Dabei kann bei jedem Puls eine andere Teilfläche der reflektiven Beschichtung bestrahlt werden.
Im in 2 dargestellten Beispiel ist als Strahlungsquelle 202 eine Blitzröhre, bevorzugt auf der Basis von Xenon oder Krypton, eingesetzt. Wenn man sie bei Leistungsdichten von etwa 3000 W/cm² betreibt emittieren sie insbesondere ein Linienspektrum im Bereich von etwa 800 nm bis 1000 nm für Krypton-Blitzlampen oder etwa 900 nm bis 1100 nm für Xenon-Blitzlampen. Wenn man sie beispielsweise bei einer dreifachen Leistungsdichte betreibt, emittieren sie ein kontinuierliches Spektrum von etwa 160 nm bis 200 nm bis hoch zu etwa 1000 nm bis 1100 nm. Im hier dargestellten Beispiel werden sie mit Pulsdauern zwischen 100 µs und 500 µs betrieben und Energiedichten zwischen ca. 0,01 J/cm² und ca. 15 J/cm². Dies entspricht einem Energieeintrag pro Puls in die reflektive Beschichtung 214, der Temperaturen zwischen ungefähr 200°C und 1500°C entspricht. Je nach Beschaffenheit der reflektiven Beschichtung 214 und der gewünschten Kompaktierung oder Spannungsrelaxation kann mit einem, mehreren oder einer Vielzahl von Pulsen gearbeitet werden. Dabei liegen die Repetitionsraten im hier dargestellten Beispiel zwischen etwa 0,1 Hz und 1000 Hz, falls mit mehr als einem Strahlungspuls bestrahlt wird. Auch der Wellenlängenbereich wie auch die Energiedichte der Strahlung 212 werden vorteilhafterweise auf die Beschaffenheit der reflektiven Beschichtung 214 und die gewünschte Dichteänderung und/oder Relaxation abgestimmt. Bei der Wahl des Wellenlängenbereichs ist es außerdem von Vorteil, auch das Material des Halters 206 zu berücksichtigen. Da zumindest die Halterfläche 216 ebenfalls der Strahlung 212 ausgesetzt sein kann, sind Wellenlängenbereiche bevorzugt, in denen das Haltermaterial eine hohe Reflexionsrate aufweist, während die reflektive Beschichtung 214 eine hohe Absorptionsrate aufweist. Handelt es sich beispielsweise um eine reflektive Beschichtung 214 auf der Basis eine Molybdän-Silizium-Viellagensystem, wie es für reflektive optische Elemente für die EUV-Lithographie oder EUV-Inspektion sehr verbreitet ist, sowie um einen metallischen Halter, bevorzugt aus Edelstahl und besonders bevorzugt aus Aluminium, ist ein Wellenlängenbereich zwischen ca. 800 nm und 1100 nm gut geeignet.
Im in den 3a,b dargestellten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum künstlichen Altern mit Strahlungsquelle 302 und Halter 306 zur Aufnahme eines EUV-Spiegels 304, ist die Strahlungsquelle 302 als lineare Anordnung mehrerer Laser (siehe Draufsicht in 3b) ausgestaltet. Diese Laseranordnung 302 führt mittels eines nicht dargestellten Linearantriebs eine lineare Bewegung relativ zum EUV-Spiegel 304 aus. Auf diese Weise wird die zu kompaktierende reflektive Beschichtung 314 von der Laseranordnung 302 in einer Richtung überfahren. In nicht dargestellten Varianten kann es sich u.a. auch um einen oder wenige Laser handeln, deren Strahlfleck entsprechend aufgefächert wird, oder um einen Laser oder mehrere Laser, mit denen die zu bestrahlende reflektive Beschichtung über deren gesamte Fläche abgerastert wird, beispielsweise mittels zweier Linearantriebe für jeweils unterschiedliche Richtungen. Die eingesetzten Laser können eine Wellenlänge der emittierten Strahlung 312 zwischen ca. 160 nm und ca. 2000 nm aufweisen. Höhere Wellenlängen sind insbesondere in Hinblick auf metallische Halter 306 eher ungeeignet, die insbesondere über die der Laseranordnung 302 zugewandten Halterfläche 316 zu viel Wärme absorbieren würden und so makroskopische Deformationen bzw. zusätzliche Spannungen im EUV-Spiegel 304 hervorrufen könnten.
Im hier dargestellten Beispiel werden Laser eingesetzt, die eine Strahlungsfleckgröße zwischen ca. 1 mm² und ca. 1 cm² haben, bei einer Leistung von ungefähr 5 W bis ungefähr 500 W pro Laser betrieben werden und im Pulsbetrieb 1 bis 1000 Zyklen durchlaufen können, bei Repetitionsraten von etwa 0,1 Hz bis 1000 Hz. Die Laseranordnung 302 kann im vorliegenden Beispiel mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 cm/s bis 500 cm/s, bevorzugt 10 cm/s bis 200 cm/s verfahren werden. Die Geschwindigkeit wird bevorzugt an die aktuelle Strahlfleckgröße, die Flächengröße der reflektiven Beschichtung 314, die Pulslänge, die Laserleistung sowie an die Beschaffenheit der reflektiven Beschichtung 314 und den gewünschten Alterungsvorgang angepasst. Bei sehr hohen Repetitionsraten ist für die Abstimmung der einzelnen Parameter kann eine effektive Pulslänge berücksichtigt werden als Maß dafür, wie lange der Strahlungsfleck auf einer Teilfläche vergleichbarer Größe der reflektiven Beschichtung 314 verweilt. Aufgrund der gekrümmten Oberfläche des EUV-Spiegels 304 ist es außerdem von besonderem Vorteil, synchronisiert mit der Geschwindigkeit der Laseranordnung 302 sowie der relativen Position der einzelnen Laser der Anordnung relativ zur reflektiven Beschichtung 314 die Leistung der einzelnen Laser anzupassen, beispielsweise die Leistung bei geringerem Abstand zur aktuell von den Strahlflecken erfassten Fläche der reflektiven Beschichtung 314 geringer einzustellen und bei größerem Abstand größer, um eine möglichst homogene Alterung zu erreichen. Besonders bevorzugte Laserarten sind Festkörperlaser und Diodenlaser, insbesondere Oberflächenemitter wie sogenannte VCSEL (vertical cavity surface emitting laser) und VECSEL (vertical external cavity surface emitting laser).
Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Behandeln eines reflektiven optischen Elements 404 mit Halter 406 und Strahlungsquelle 402 setzt sich die Relativbewegung zwischen Strahlungsquelle 402 und reflektivem optischen Element 404 aus einer Überlagerung von Linear- und Rotationsbewegungen zusammen, die mittels nicht dargestellter Linear- und Rotationsantriebe wahlweise am Halter 406 und/oder an der Strahlungsquelle 402 ausgeführt werden können. Damit können auch reflektive optische Elemente 404 mit asymmetrischen Oberflächenverläufen wie beispielsweise einer Schräge wie im in 4 dargestellten Beispiel oder sonstigen beliebigen Freiformverläufen möglichst homogen mit Strahlung 412 beaufschlagt werden. Im Übrigen sei darauf hingewiesen, dass die geometrische Anordnung der Vorrichtung im Raum beliebig ist. So ist sie im vorliegenden Beispiels derart, dass der Halter 406 über der Strahlungsquelle 402 angeordnet ist, während in den zuvor erläuterten Beispielen die Strahlungsquellen über den jeweiligen Haltern angeordnet ist. Auch andere Anordnungen sind möglich, ggf. mit die Strahlung umlenkenden optischen Elementen, solange insbesondere die reflektive Beschichtung von der Strahlung beaufschlagt wird.
Ein reflektives optisches Element für den EUV-Wellenlängenbereich und insbesondere für die EUV-Lithographie oder EUV-Inspektion soll anhand der 5a,b schematisch und exemplarisch erläutert werden. Dabei zeigt 5a das reflektive optische Element 504 vor der Bestrahlung und 5b nach der Bestrahlung.
Das reflektive optische Element 504 weist ein Viellagensystem 524 auf einem Substrat 540 auf. Typische Substratmaterialien für reflektive optische Elemente für die EUV-Lithographie oder EUV-Inspektion sind beispielsweise Silizium, Siliziumkarbid, siliziuminfiltriertes Siliziumkarbid, Quarzglas, titandotiertes Quarzglas und Glaskeramik. Ferner kann das Substrat auch aus Metall, etwa aus Kupfer, Aluminium, einer Kupferlegierung, einer Aluminiumlegierung oder einer Kupfer-Aluminium-Legierung sein.
Bei dem Viellagensystem 504 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 541 genannt) und eines Materials mit niedrigerem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge (auch Absorber 542 genannt), wobei ein Absorber-Spacer-Paar einen Stapel 543 bildet. Dadurch wird in gewisser Weise ein Kristall simuliert, dessen Netzebenen den Absorberlagen entsprechen, an denen Bragg-Reflexion stattfindet. Üblicherweise werden reflektive optische Elemente etwa für optische Systeme für beispielsweise eine EUV-Lithographievorrichtung, ein EUV-Inspektionssystem für Wafer oder Maske oder eine andere optische Anwendung derart ausgelegt, dass die jeweilige Wellenlänge maximaler Peakreflektivität mit der Arbeitswellenlänge des Lithographie- oder Inspektionsprozesses oder sonstigen Anwendungen des optischen Systems im Wesentlichen übereinstimmt.
Die Dicken der einzelnen Lagen 541, 542 wie auch der sich wiederholenden Stapel 543 können über das gesamte Viellagensystem 504 konstant sein oder auch über die Fläche oder die Gesamtdicke des Viellagensystems 504 variieren, je nach dem, welches spektrale oder winkelabhängige Reflexionsprofil bzw. welche maximale Reflektivität bei der Arbeitswellenlänge erreicht werden soll. Das Reflexionsprofil kann auch gezielt beeinflusst werden, indem die Grundstruktur aus Absorber 542 und Spacer 541 um weitere mehr und weniger absorbierende Materialien zu ergänzt wird, um die mögliche maximale Reflektivität bei der jeweiligen Arbeitswellenlänge zu erhöhen. Dazu können in manchen Stapeln Absorber und/oder Spacer-Materialien gegeneinander ausgetauscht werden oder die Stapel aus mehr als einem Absorber- und/oder Spacermaterial aufgebaut werden. Ferner können auch zusätzliche Lagen als Diffusionsbarrieren zwischen am Übergang von Spacer- zu Absorberlagen 541, 542 und/oder am Übergang von Absorber- zu Spacerlage 542, 541 vorgesehen werden. Mithilfe von Diffusionsbarrieren kann bekanntermaßen die Reflektivität, auch über längere Zeiträume oder unter Wärmeeinwirkung, reeller Viellagensysteme erhöht werden, indem der Effekt der Dichteänderung aufgrund von Strukturänderung verringert wird. Außerdem können optional auf der dem Substrat 540 abgewandten Seite des Viellagensystems 524 eine Schutzschicht 544 vorgesehen sein, die auch mehrlagig ausgelegt sein kann, sowie zwischen dem Viellagensystem 524 und dem Substrat 540 eine Substratschutzschicht 545, die u.a. das Substrat 540 vor Strahlungsschäden schützen kann und/oder vom Viellagensystem 524 ausgeübte Schichtspannungen kompensieren kann. Auch diese Schichten 544 und 545 können von der Behandlung beeinflusst werden.
Die meisten EUV-Lithographievorrichtungen oder EUV-Inspektionssysteme sind für eine EUV-Wellenlänge von ca.13,5 nm ausgelegt. Eine beispielsweise für eine Arbeitswellenlänge von ca. 13,5 nm übliche Materialkombination ist Molybdän als Absorber- und Silizium als Spacermaterial. Dabei hat bei herkömmlichen reflektiven optischen Elementen ein Stapel 55 oft eine Dicke von idealerweise ca. 6,7 nm, also der halben Arbeitswellenlänge, wobei die Spacerlage 56 meist dicker ist als die Absorberlage 57. Typischerweise weisen sie um die fünfzig Stapel auf.
Die Dicke einer Spacerlage 541 ist mit d_S bzw. nach der Bestrahlung mit d'_S und einer Absorberlage mit d_A bzw. d'_A bezeichnet. Bei den allermeisten chemischen und/oder physikalischen Abscheidungsverfahren aus der Gasphase weisen die aufgebrachten Lagen eine Struktur auf, die eine geringere Dichte aufweist als die des entsprechenden Festkörpers aus dem jeweiligen Material, wobei die tatsächliche Dichte vom jeweiligen Beschichtungsverfahren abhängen kann. Unter der Wärmelast beim Betrieb der reflektiven optischen Elemente in einer EUV-Lithographievorrichtung oder einem EUV-Inspektionssystem findet eine Verdichtung statt, die zu einer Verringerung der Lagendicken führen kann. Mit einer Änderung der Lagen- und damit auch Stapeldicke verschiebt sich auch die Wellenlängen maximaler Reflektivität bei konstantem Einfallswinkel. Ferner kann es durch Passeveränderungen zu Wellenfrontaberrationen kommen. Indem der Alterungsprozess im Form einer Dichteänderung zumindest teilweise vorweggenommen wird, kann ein Driften der Wellenlänge maximaler Reflektivität sowie ein Auftreten von Wellenfrontaberrationen durch Dichteänderung verringert werden. Da die Wärmelast bei im Strahlengang weiter vorne angeordneten Spiegeln einer EUV-Lithographievorrichtung oder eines EUV-Inspektionssystem höher ist als bei weiter hinten angeordneten Spiegeln, kann dass entsprechend unterschiedliche Driften zu Reflektivitätseinbußen führen.
Es sei darauf hingewiesen, dass der besseren Übersichtlichkeit halber in den 5a,b mögliche Strukturänderungen aufgrund von Interdiffusion an den Lagengrenzen nicht dargestellt sind. Die Interdiffusion ist in erster Näherung proportional zur Wurzel der Zeit seit Herstellung der Beschichtung. Bei Molybdän-Silizium-Viellagensystemen würde sich an den Lagengrenzen Molybdänsilizid ausbilden, dass eine höhere Dichte als Molybdän bzw. Silizium hat. Somit lassen sich Verdichtungen in den einzelnen Lagen und Verdichtungen durch Ausbilden von Molybdänsilizid zu dem Phänomen der Kompaktierung zusammenfassen.
Außerdem kann durch eine Kurzpuls-Strahlungsbehandlung, bei der am unteren Ende der pro Puls in die reflektive Beschichtung eingetragenen Energie gearbeitet wird, primär eine Relaxation der sich beim Aufbringen einer Vielzahl von Lagen ausbildenden Schichtspannung herbeigeführt werden. Dazu kann die Strahlungsleistung so gering eingestellt werden, dass kaum bis keine Verdichtung stattfindet, aber Schichtspannungen, die aus dem Beschichtungsvorgang und den verschiedenen Lagenmaterialien resultieren, relaxieren. Damit kann eine gezielte tensile Schichtspannungsänderung erreicht werden und auf andere spannungsreduzierende Maßnahmen wie etwa zusätzliche spannungskompensierende Beschichtungen verzichtet werden, die ihrerseits zu höheren Gesamtdicken der Beschichtung und damit verbundenen Aberrationsfehlern führen.
Je nach Einstellung der Strahlungsleistung über Pulsdauer, ggf. Repetitionsrate, ausgestrahlte Fläche, Energiedichte der Strahlungsquelle und Wellenlänge bzw. Wellenlängenbereich kann man während der künstlichen Alterung eine Kompaktierung erreichen, bei der die Dicke einer kompaktierten Lage um 0,05% bis 0,5% unter der Dicke der noch unkompaktierten Lage liegt. Beim Aufbringen der Beschichtung kann bei den einzelnen Lagen ein entsprechender Vorhalt vorgesehen werden.
Insbesondere bei reflektiven optischen Elementen für den EUV-Wellenlängenbereich hat man durch die hier beschriebenen Kurzpulsbehandlung erreichen können, dass die Drift der Wellenlänge maximaler Reflektivität nach Behandlung und während eines Betriebs über mehrere Monate in einer EUV-Lithographievorrichtung oder einem EUV-Inspektionssystem auf eine Abweichung von der bei der Behandlung eingestellten Dicke auf unter 0,2% beschränkt werden kann.
Es wurde beobachtet, dass die Änderung der Schichtspannung nach einer vom Einzelfall abhängigen Anzahl von Strahlungspulsen in eine Sättigung kommt, so dass auch im späteren Langzeitbetrieb des reflektiven optischen Element beispielsweise in einer EUV-Lithographievorrichtung oder einem EUV-Inspektionssystem keine nennenswerten Änderungen der Schichtspannung mehr gemessen wurden. Die Spannung, bei der die Sättigung erreicht wird, hängt insbesondere von der eingetragenen Energiedosis ab. Bei der Kompaktierung hingegen wurde bei einer Mehrzahl von konstanten Pulsen eine Abhängigkeit von der Wurzel der Pulsanzahl beobachtet, so dass durch die Bestrahlung erreicht werden kann, dass eine Nachkompaktierung während des Langzeitbetriebs unterhalb einer festgelegten Toleranzgrenze liegt.
Reflektive optische Elemente für die EUV-Lithographie oder EUV-Inspektion mit reflektiven Beschichtungen mit einem Viellagensystem wie in Verbindung mit den 5a,b beschrieben wurden unterschiedlichen Kurzpulsstrahlungsbehandlungen ausgesetzt.
Ein erstes reflektives optisches Element wurde mit einer Xenon-Blitzlampe mit einem kontinuierlichen Spektrum zwischen 900 nm und 1100 nm mit 10 Pulsen einer Dauer von je 300 µs und einer Energiedichte von je 1,5 J/cm² bestrahlt. Damit wurde eine Kompaktierung von ca. 0,1% bezogen auf die ursprüngliche Lagendicken und eine gesättigte Spannungsrelaxation bei einer Schichtspannung von etwa 250 MPa erreicht.
Ein zweites reflektives optisches Element wurde mit einer Krypton-Blitzlampe mit einem kontinuierlichen Spektrum zwischen 800 nm und 1000 nm mit 20 Pulsen einer Dauer von je 250 µs und einer Energiedichte von je 1 J/cm² bestrahlt. Da die Fläche der reflektiven Beschichtung des zweiten reflektiven optischen Elements etwas größer war als die von der Krypton-Blitzlampe ausgeleuchteten Fläche, wurde es relativ zur Krypton-Blitzlampe bewegt, um jedes Mal eine anderen Flächenabschnitt zu bestrahlen und insgesamt eine über Gesamtfläche der reflektiven Beschichtung homogene Bestrahlung zu erreichen. Dies führte ebenfalls zu einer Kompaktierung von ca. 0,1% bezogen auf die ursprüngliche Lagendicken und eine gesättigte Spannungsrelaxation bei einer Schichtspannung von etwa 250 MPa.
Ein drittes reflektives optisches Element wurde mit einer Xenon-Blitzlampe mit einem kontinuierlichen Spektrum zwischen 900 nm und 1100 nm mit 10 Pulsen einer Dauer von je 350 µs und einer Energiedichte von je 5 J/cm² bestrahlt. Damit wurde eine Kompaktierung von ca. 1,5% bezogen auf die ursprüngliche Lagendicken und eine leichte Spannungsüberkompensation von ca. -50 MPa erreicht.
Ein viertes reflektives optisches Element wurde mit einem NdYAG-Laser bei einer Wellenlänge von 1064 nm, einer Laserleistung von 20 W und einem Strahlfleck von 1 mm² bestrahlt. Der Strahlfleck strich mit einer Geschwindigkeit von 100 cm/s über die reflektive Beschichtung und brauchte 100 Überläufe, die jeweils seitlich versetzt waren, um die gesamte Fläche der reflektiven Beschichtung abzurastern. Dies entspricht einer Leistungsdichte von 2 kW/cm² oder einer Energiedichte von 2 J/cm² für jeweils eine Dauer von 1 ms. Damit wurde eine Kompaktierung von ca. 0,2% bezogen auf die ursprüngliche Lagendicken und eine leichte Spannungsüberkompensation von ca. -100 MPa erreicht.
Ein fünftes reflektives optisches Element wurde mit einem NdYAG-Laser bei einer Wellenlänge von 1064 nm, einer Laserleistung von 50 W und einem Strahlfleck von 1 mm² bestrahlt. Der Strahlfleck strich mit einer Geschwindigkeit von 50 cm/s über die reflektive Beschichtung und brauchte 100 Überläufe, die jeweils seitlich versetzt waren, um die gesamte Fläche der reflektiven Beschichtung abzurastern. Dies entspricht einer Leistungsdichte von 6 kW/cm² oder einer Energiedichte von 3 J/cm² für jeweils eine Dauer von 2 ms. Damit wurde eine Kompaktierung von ca. 1,2% bezogen auf die ursprüngliche Lagendicken und eine leichte Spannungsüberkompensation von ca. -150 MPa erreicht.
Bezugszeichenliste

100: Beschichtungskammer
102: Strahlungsquelle
104: reflektives optisches Element
106: Halter
108: Linearantrieb
110: Beschichtungseinrichtung
202: Halogen-Blitzlampe
204: EUV-Spiegel
206: Halter
212: Strahlung
214: reflektive Beschichtung
216: Halterfläche
302: Kurzpulslaser
304: EUV-Spiegel
306: Halter
312: Strahlung
314: reflektive Beschichtung
316: Halterfläche
402: Strahlungsquelle
404: EUV-Spiegel
406: Halter
412: Strahlung
414: reflektive Beschichtung
504, 504': reflektives optisches Element
524, 524': reflektive Beschichtung
540: Substrat
541, 541': Spacer
542, 542': Absorber
543, 543': Stapel
544: Schutzschicht
545: Substratschutzschicht
d_A, d_A': Dicke
d_B, d_B': Dicke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004002763 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Behandeln eines reflektiven optischen Elements für den EUV-Wellenlängenbereich mit einer reflektiven Beschichtung auf einem Substrat, bei dem das reflektive optische Element mit mindestens einem Strahlungspuls einer Dauer zwischen 1 µs und 1 s bestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Strahlungspuls auf die reflektive Beschichtung gerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Wellenlänge im Bereich zwischen 160 nm und 2000 nm bestrahlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit mindestens einem Strahlungspuls einer Energiedichte zwischen 0,01 J/cm² bis 15 J/cm² bestrahlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit mindestens einer Strahlungsquelle bestrahlt wird, wobei die mindestens eine Strahlungsquelle und das reflektives optisches Element eine Relativbewegung zueinander ausführen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung als mindestens eine Linearbewegung oder mindestens eine Rotationsbewegung oder eine Überlagerung mindestens einer Linerarbewegung und mindestens einer Rotationsbewegung ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle in Abhängigkeit von der Relativbewegung mit variierender Leistung betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung mit einer linearen Komponente ausgeführt wird, die eine Geschwindigkeit zwischen 1 bis 600 cm/s aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines reflektiven optischen Elements für die EUV-Lithographie mit einer reflektiven Beschichtung auf einem Substrat mit den Schritten: - Beschichten des Substrats; - Behandeln des beschichteten Substrats nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Beschichten des Substrats in einer Beschichtungskammer ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das künstliche Altern in der Beschichtungskammer ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Beschichten als auch das künstliche Altern unter Vakuum oder Schutzatmosphäre durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das künstliche Altern unmittelbar nach dem Beschichten durchgeführt wird.
Vorrichtung zum Behandeln eines reflektiven optischen Elements (104, 204, 304, 404, 504, 504') für den EUV-Wellenlängenbereich, aufweisend einen Halter (106, 206, 306, 406) zum Haltern eines reflektiven optischen Elements (104, 204, 304, 404, 504, 504') und mindestens eine Strahlungsquelle (102, 202, 302, 402).
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (106, 206, 306, 406) und die mindestens eine Strahlungsquelle (102, 202, 302, 402) in einer Kammer (100) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (106, 206, 306, 406) und/oder die mindestens eine Strahlungsquelle (102, 202, 302, 402) mindestens einen Linearantrieb (108) und/oder Rotationsantrieb aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle als mindestens eine Blitzröhre und/oder mindestens einen Laser ausgestaltet ist.