反射光學元件和用于極紫外光刻的光學系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】為了減少活性氫對尤其位于EUV光刻裝置內(nèi)的反射光學元件的壽命的不利影響，提出了用于極紫外和軟X射線波長區(qū)域的反射光學元件(50)，其包含具有多層系統(tǒng)(51)的反射表面，在該情況下，反射表面(60)包含具有由碳化硅或釕構成的最上層(56)的保護層系統(tǒng)(59)，保護層系統(tǒng)(59)具有在5nm和25nm之間的厚度。
【專利說明】反射光學元件和用于極紫外光刻的光學系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有反射表面的、用于極紫外和軟X射線波長區(qū)域的反射光學元件。而且，本發(fā)明涉及一種具有這種反射光學元件的用于EUV光刻的光學系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]對于半導體部件的光刻，在EUV光刻裝置中，使用用于極紫外(EUV)和軟X射線(SX)波長區(qū)域(例如在大約5nm至20nm之間的波長)的反射光學元件，比如基于多層系統(tǒng)的光掩?；蚍瓷溏R。由于EUV光刻裝置通常具有多個反射光學元件，所以反射光學元件必須具有盡可能高的反射率，以確保足夠高的總反射率。反射光學元件的光學使用的反射表面的污染會減少反射光學元件的反射率和使用壽命，該污染是由工作環(huán)境中的短波輻射以及殘留氣體造成的。由于多個反射光學元件通常一個接著一個地布置在EUV光刻裝置中，甚至每個單獨反射光學元件上的相對小數(shù)量的污染也在相對較大的程度上影響總反射率。
[0003]例如，由于潮濕殘留物，可出現(xiàn)污染。在該情況下，EUV和/或SX輻射使水分子離解，得到反射光學元件的自由氧基氧化光學作用表面(optical active surface)。另一污染源是聚合物，其可來源于例如EUV光刻裝置中使用的真空泵，或者來源于用在待圖案化的半導體基板上的光刻膠的殘留物，該光刻膠在工作輻射的影響下導致反射光學元件上的碳污染。盡管氧化污染通常不可逆，但仍可尤其通過用活性氫的處理(通過使活性氫與含碳殘留物作用形成揮發(fā)性化合物)等來去除碳污染。活性氫可以是氫原子團或者電離氫原子或分子。
[0004]然而，已發(fā)現(xiàn)，在用于清潔的活性氫的影響下，或者由于EUV和/或SX輻射與殘留氣氛(residual atmosphere)中存在的氫的相互作用，單獨層,尤其是正好位于多層系統(tǒng)表面的單獨層可變?yōu)槊撾x的。例如硅層中的氫被認為起了作用，以形成硅烷化合物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此本發(fā)明的目的是提供一種反射光學元件，其在即使存在活性氫的情況下也可用于EUV光刻。
[0006]該目的通過用于極紫外和軟X射線波長區(qū)域的反射光學元件而實現(xiàn)，該反射光學元件包含具有多層系統(tǒng)的反射表面，在該情況下，反射表面具有保護層系統(tǒng)，保護層系統(tǒng)具有由碳化硅或釕構成的最上層，保護層系統(tǒng)具有在5nm和25nm之間的厚度。
[0007]已發(fā)現(xiàn)，提供這種保護層系統(tǒng)尤其保護布置在保護層系統(tǒng)下方的多層系統(tǒng)免受具有幾百電子伏特動能的活性氫的影響，否則具有幾百電子伏特動能的活性氫會穿入多層系統(tǒng)中幾納米，并在那里導致最上層的脫離(detachment)。最上層的含義是鄰近真空或反射光學元件的周圍環(huán)境(surroundings)的層。特別地，認為該高能氫在保護層系統(tǒng)中減速。特別地，從5nm厚的保護層系統(tǒng)開始，穿入位于下方的多層系統(tǒng)的最上層的高能活性氫的數(shù)量減少，使得即使在長期用在EUV光刻設備中時，也很少會僅觀察到多層系統(tǒng)最上層的脫離。[0008]保護層系統(tǒng)越厚，對活性氫的防范越好，這是因為具有甚至可僅為幾個電子伏特的動能的低能活性氫的遠到多層系統(tǒng)最上層中的擴散另外變得困難。同時，應記住，相應反射光學元件的最大反射率仍足夠用于EUV光刻，所以大于25nm層厚的保護層是相當不利的。
[0009]已證明碳化硅和釕特別適合作為保護層系統(tǒng)的最上層，S卩，作為隔離周圍環(huán)境或真空的層，這是因為已證明它們對于活性氫是惰性的。此外，已發(fā)現(xiàn)，在碳化硅的情況下，特別是錫和錫化合物以及金屬氫化物化合物的沉積的可能性通常特別低，在基于錫等離子體的EUV輻射源的周圍環(huán)境中使用反射光學元件的情況下，這是特別有利的，因為會出現(xiàn)較少的反射表面的錫雜質(zhì)。此外，已證明在最上層由碳化硅構成以及最上層由釕構成的兩種情況下，特別地，除了用等離子體輻射源的EUV和SX輻射之外，發(fā)射的在300nm與IOOnm之間的波長區(qū)域中的輻射與不具有這里提出的保護層系統(tǒng)的常規(guī)反射光學元件的情況中相t匕，得到更有效地抑制。特別地，這對于在EUV光刻中使用反射光學元件是有利的，其中，紫外波長區(qū)域中的該輻射會另外導致涂覆有光刻膠的晶片的不恰當曝光，這是因為常規(guī)光刻膠不僅與EUV反應，而且與UV輻射反應。
[0010]在優(yōu)選實施例中，保護層系統(tǒng)包括由碳化硅或釕構成的厚度在5nm和25nm之間的最上層。對于保護層系統(tǒng)由單層構成的情況，特別優(yōu)選的是，最上層具有Ilnm和19nm之間的厚度，以確保對活性氫的特別有效的防范和良好的反射率?？梢蕴貏e簡單地制造僅具有最上層作為保護層系統(tǒng)的反射光學元件。
[0011]在另一優(yōu)選的實施例中，在最上層下方，保護層系統(tǒng)具有至少兩個交替布置層，至少兩個交替布置層一方面由鑰或釕構成，另一方面由碳、碳化物或氮化物構成，優(yōu)選地由來自碳化硅、氮化硅、碳化硼和碳的組的材料構成。交替布置在此的含義是相同材料的兩個層并非直接布置成彼此鄰近。對于保護層系統(tǒng)由多層構成的情況，特別優(yōu)選地，保護層系統(tǒng)具有IOnm和22nm之間的總厚度，以確保對活性氫的特別有效的防范及良好的反射率。具有上述材料的多層保護層系統(tǒng)的優(yōu)點在于以下事實:與單層保護層系統(tǒng)相比，反射率的損失較小。在特別簡單的變型中，保護層系統(tǒng)在最上層和多層系統(tǒng)之間僅具有一個附加層。在最上層由碳化硅構成的情況下，附加層由鑰或釕構成。在最上層由釕構成的情況下，附加層是碳、碳化物(優(yōu)選地是碳化硅或碳化硼)或氮化物(優(yōu)選為氮化硅)。在另一簡單變型中，保護層系統(tǒng)在最上層和多層系統(tǒng)之間正好具有兩個附加層。
[0012]在特別優(yōu)選的實施例中，在由碳化硅構成的最上層下方，保護層系統(tǒng)具有至少兩個交替布置層，至少兩個交替布置層由鑰和碳化硅構成。在該情況下，保護層系統(tǒng)特別優(yōu)選地具有Ilnm和22nm之間的總厚度?？梢砸钥山邮艿暮馁M(effort)制造具有這種僅由兩種材料構成的保護層系統(tǒng)的反射光學元件。同時，可以在最低可能地損失最大反射率的同時實現(xiàn)特別是對高能活性氫的最佳防范。此外，該反射光學元件特別適合用在具有金屬等離子體輻射源(特別是錫等離子體輻射源)的EUV光刻中，這是因為反射表面被錫或錫化合物或金屬氫化物的污染的可能性特別低，此外，紫外波長區(qū)域中的輻射被特別有效地抑制。
[0013]多層系統(tǒng)有利地具有在極紫外和軟X射線波長區(qū)域中具有較小折射率實部的材料和在極紫外和軟X射線波長區(qū)域中具有較高折射率實部的材料的交替布置層，具有較高折射率實部的材料是硅。已發(fā)現(xiàn)，特別地，由純硅構成的層受到穿入的活性氫的特別強烈的攻擊，即使在由另一種材料構成的另外的層布置在該層上方時也如此。特別地，通過在此提出的保護層系統(tǒng)還有效地保護硅層免受高能活性氫的影響。在具有硅作為具有較高折射率實部的材料的多層系統(tǒng)中，具有較低折射率實部的材料有利地是鑰，以尤其在大約12.5nm至14.5nm波長區(qū)域中獲得高反射率。
[0014]在特別優(yōu)選的實施例中，反射光學元件被設計成聚光鏡。聚光鏡在EUV光刻中常常用作位于輻射源(特別是等離子體輻射源)的光束方向下游的第一反射鏡，以在各方向上聚集由輻射源發(fā)出的輻射，并將輻射以聚焦的方式反射至隨后的反射鏡。由于輻射源的周圍環(huán)境中的高輻射強度，殘留氣體中出現(xiàn)的分子氫在此以特別高的可能性轉變?yōu)榫哂懈邉幽艿脑託?，從而尤其使聚光鏡正好暴露于基于穿入的活性氫而在多層系統(tǒng)的上層呈現(xiàn)的脫離現(xiàn)象的風險。如果聚光鏡是用于極紫外和軟X射線波長區(qū)域的、包含具有多層系統(tǒng)的反射表面的反射光學元件，反射表面具有保護層系統(tǒng)，保護層系統(tǒng)具有由碳化硅或釕構成的最上層，保護層系統(tǒng)具有5nm和25nm之間的厚度，則可減少這些脫離現(xiàn)象的發(fā)生，并獲得足夠的反射率。
[0015]該目的另外通過用于EUV光刻的光學系統(tǒng)來實現(xiàn)，該光學系統(tǒng)具有至少一個如上所述的反射光學元件。
[0016]從屬權利要求中存在有利的改進。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]參考優(yōu)選的示例性實施例，將更詳細地說明本發(fā)明，其中:
[0018]圖1是具有照明系統(tǒng)的EUV光刻裝置的實施例的示意圖，該照明系統(tǒng)包含具有保護層系統(tǒng)的聚光鏡；
[0019]圖2a_c是反射光學元件的各實施例的示意圖；以及
[0020]圖3示出對于反射光學元件的各實施例，多層系統(tǒng)中氫濃度與最大反射率的比較。
【具體實施方式】
[0021]圖1是EUV光刻裝置10的示意圖。主要部件是照明系統(tǒng)14、光掩模17和投射系統(tǒng)20。EUV光刻裝置10在真空條件下工作，使得EUV輻射在EUV光刻裝置內(nèi)部被盡可能少地吸收。
[0022]舉例來說，輻射源12可以是等離子體源或同步加速器。在此所示示例中，輻射源是等離子體源。從大約5nm至20nm的波長區(qū)域內(nèi)的發(fā)射輻射首先被聚光鏡13聚焦。然后，工作光束被引入照明系統(tǒng)14。在圖1所示示例中，照明系統(tǒng)14具有兩個反射鏡15、16。反射鏡15、16將光束引導到光掩模17上，光掩模具有待成像在晶片21上的結構。光掩模17也是用于EUV和軟X射線波長區(qū)域的反射光學元件，根據(jù)制造工藝更換所述元件。投射系統(tǒng)20用于將由光掩模17反射的光束投射在晶片21上,從而在晶片21上使光掩模的結構成像。在所示示例中，投射系統(tǒng)20具有兩個反射鏡18、19。應指出，投射系統(tǒng)20和照明系統(tǒng)4可分別具有僅一個或者三個、四個、五個和更多反射鏡。
[0023]此外，對于在照明系統(tǒng)14的殘留氣體氣氛中，尤其在輻射源12的周圍環(huán)境中出現(xiàn)可通過輻射分為高能活性氫的分子氫或者來源于對反射鏡13、15或16的清潔并侵襲聚光鏡13的多層系統(tǒng)的上層的氫的情況，為了延長聚光鏡13的壽命,聚光鏡13配備有保護層系統(tǒng)，其具有由碳化硅或釕構成的最上方反射鏡，保護層系統(tǒng)具有5nm和25nm之間的厚度。結果，聚光鏡13不僅被保護免受高能活性氫的影響，而且在等離子體輻射源12以錫等離子體為基礎運行時被保護免受錫沉積物的影響。此外，聚光鏡13具有在很大程度上抑制由輻射源12發(fā)出的紫外輻射的優(yōu)點。因此，聚光鏡還具有光譜濾波器的功能。應指出，作為聚光鏡的替代或附加，EUV光刻裝置10或其光學系統(tǒng)14、20的任何其它期望的反射鏡也可配備有下面更詳細描述的保護層系統(tǒng)。
[0024]圖2a_b是具有保護層系統(tǒng)59的反射光學元件50的示例性實施例的結構的示意圖。所示示例是基于多層系統(tǒng)51的反射光學元件。在此所涉及的是在工作波長(針對該波長，例如執(zhí)行光刻曝光)具有較高折射率實部的材料(還稱為間隔體55)以及在工作波長具有較低折射率實部的材料(還稱為吸收體54)的交替施加的層，吸收體-間隔體對形成層堆53。因此在一定程度上模仿晶體，晶體的晶格平面對應于發(fā)生布拉格反射(Braggreflection)的吸收體層。單獨層54、55的厚度及重復層堆53的厚度在整個多層系統(tǒng)51上是恒定的，或者可以變化，這取決于要獲得取決于光譜還是取決于角度的反射分布。還可通過用另外的或多或少能吸收的材料補充吸收體54和間隔體55的基本結構來有意地影響反射分布，以增加針對相應工作波長的最大可能反射率。為此，在一些層堆中，可彼此交換吸收體和/或間隔體，或者從多于一個的吸收體和/或間隔體材料構造層堆。吸收體和間隔體材料可具有在所有層堆上恒定或變化的厚度，以最優(yōu)化反射率。此外，還可在間隔體和吸收體層55、54之間提供附加層作為擴散阻擋層。
[0025]多層系統(tǒng)51被施加到基板52，并形成反射表面60。具有低熱膨脹系數(shù)的材料優(yōu)選地被選擇作為基板材料。
[0026]在圖2a所示反射光學元件50的實施例中，保護層系統(tǒng)包括厚度在5nm和25nm之間的由碳化硅或釕構成的最上層。在優(yōu)選的變型中，最上層具有在Ilmii和19nm之間的厚度。
[0027]在另一實施例中，保護層系統(tǒng)具有位于最上層下方的交替布置層，交替布置層一方面由鑰或釕構成，另一方面由碳、碳化物或氮化物構成，優(yōu)選地由來自碳化硅、氮化硅、碳化硼和碳的組的材料構成。有利地，在這些情況下，保護層系統(tǒng)具有在IOnm和22nm之間的厚度。圖2b和2c中以示例的方式示出兩個變型。在圖2b所示變型中，由鑰或釕構成的另外的層57布置在保護層系統(tǒng)的最上層56下方,對于最上層56由碳化娃構成的情況,僅提供釕，在最上層下方且在多層系統(tǒng)51上方有由碳化硅、氮化硅、碳化硼或碳構成的另外的層58。在最上層56由碳化硅構成的情況下，附加層58有利地也由碳化硅構成，以保持制造費用盡可能低。制造具有反射表面(具有多層系統(tǒng))的反射光學元件的所有已知和當前的方法適于作為制造方法。應指出，對于最上層56由釕構成的情況，有利地，首先在最上層下方布置由碳化硅、氮化硅、碳化硼或碳構成，或者由其它氮化物或碳化物構成的層58，在其下方朝向多層系統(tǒng)51布置由鑰或釕構成的層57，以獲得得到的反射光學元件的較高反射率。
[0028]圖2c所示變型與圖2b所示變型的不同之處在于以下嘗試:不只提供了兩個，而是提供了四個分別由鑰或釕，或者碳化硅、氮化硅、碳化硼或碳構成的另外的層57和58，以同時改進對高能活性氫的防范，并與不具有保護層系統(tǒng)的相當光學元件相比減少最大反射率損失。當然，在另外的變型中，還可以在保護層系統(tǒng)59中提供奇數(shù)個附加層57、58。此外，在最上層56下方可提供不僅一個、兩個、三個、四個、五個，而且六個、七個、八個、九個或更多個附加層57、58。
[0029]應指出，例如，可在保護層系統(tǒng)59的這些層之間布置附加層，其通過接管擴散阻擋層的功能來阻礙兩個相鄰層56、57、58的混合。
[0030]依賴于選擇的最上層56的類型以及另外的層57、58的數(shù)量和類型，多層系統(tǒng)51的鄰近保護層系統(tǒng)59的最上層可以是間隔體層55或吸收體層54。優(yōu)選地，保護層系統(tǒng)的具有較高折射率實部的層58或57鄰近最上吸收體層54，相對于設計的多層系統(tǒng)51的波長具有較低折射率實部的層57或58鄰近最上間隔體層55，以便獲得盡可能高的反射率。還有利的是，多層系統(tǒng)的鄰近保護層系統(tǒng)的最上層是吸收體層，以另外保護多層系統(tǒng)的最上間隔體層免受活性氫的影響，特別是在間隔體層由硅構成的情況下。
[0031]在特別優(yōu)選的實施例中，在由碳化硅構成的最上層下方，保護層系統(tǒng)具有由鑰和碳化硅構成的交替布置層，保護層系統(tǒng)有利地具有Unm和22nm之間的厚度。
[0032]針對高能活性氫的侵入及具有各種保護層系統(tǒng)的多個特定實施例在EUV和/或SX波長區(qū)域中的反射率，精確地研究該具有各種保護層系統(tǒng)的多個特定實施例。反射光學元件具有基于交替硅和鑰層的多層系統(tǒng)，其優(yōu)化用于13.5nm的工作波長，即，在13.5nm，反射光學元件在基本正入射的情況下具有最大反射率。在該情況下，硅層對應于在13.5nm具有較高折射率實部的層，鑰層對應于在13.5nm具有較低折射率實部的層。在當前示例中，多層系統(tǒng)具有充當最上層的鑰層。
[0033]單獨實施例所達到的最大反射率為僅具有多層系統(tǒng)而不具有保護層系統(tǒng)的反射光學元件的最大反射率的標準下的。此外，當相應反射光學元件暴露于具有500eV動能的氫時，研究多層系統(tǒng)的相應最上硅層中的氫濃度。
[0034]圖3中，通過用于相對最大反射率為I且最上硅層中的氫濃度為每立方厘米500000個粒子的三角形示出不具有保護層系統(tǒng)的反射光學元件的結果，所述結果為每平方厘米I個粒子的表面劑量的標準下的。
[0035]第一步是研究具有位于鑰硅多層系統(tǒng)上的由釕構成的單層保護層系統(tǒng)的兩個反射光學元件。在該情況下，一個元件具有由釕構成的厚度為IOnm的最上層，而另一個元件具有由釕構成的厚度為13nm的最上層。相應的結果在圖3中由正方形表示。對于IOnm厚的釕層，在多層系統(tǒng)的最上硅層中，在每平方厘米I個粒子的表面劑量的標準下為每立方厘米內(nèi)有100000個氫粒子。然而,最大反射率僅為不具有由釕構成的最上層的最大反射率的79%。對于13nm厚的釕層，粒子濃度公認地進一步降低至在每平方厘米I個粒子的表面劑量的標準下為每立方厘米內(nèi)僅有40000個。然而，最大反射率也僅為不具有保護層系統(tǒng)的反射率的72%。
[0036]如果借助具有12nm厚碳化娃層的兀件和具有19nm厚碳化娃層的兀件測試具有由碳化硅構成的單層保護層系統(tǒng)的反射光學元件，則可以獲得相當?shù)偷臍錆舛纫约懊黠@較高的最大反射率。結果在圖3中由十字表示。對于具有位于鑰-硅多層系統(tǒng)上的由12nm碳化硅構成的最上層的反射光學元件，結果是多層系統(tǒng)的最上硅層中的氫濃度為在每平方厘米I個粒子的表面劑量的標準下為每立方厘米有100000個粒子，并且相對最大反射率為91%，而對于19nm厚的碳化硅，結果是氫濃度為在每平方厘米I個粒子的表面劑量的標準下為每立方厘米有20000個粒子，，并且相對最大反射率為86%。[0037]此外，研究具有多層保護層系統(tǒng)的反射光學元件。在具有4nm的厚度的碳化硅的最上層下方，第一元件具有厚度為3nm的由鑰構成的另外的層(對應于圖2b中的層57)，在該層下方有厚度為4nm的由碳化硅構成的另外的層(對應于圖2b中的層58)。在厚度為4nm的由碳化硅構成的最上層下方，第二元件交替地具有厚度為3nm的由鑰構成的兩個另外的層(對應于圖2c中的層57)，在兩個另外的層的各自下方有厚度為4nm的由碳化硅構成的兩個另外的層(對應于圖2b中的層58)。在兩種情況下，鑰-硅多層系統(tǒng)同樣都位于這些層的下方?？偣簿哂袃蓚€碳化硅層的元件的結果及總共具有三個碳化硅層的元件的結果在圖3中由圓表示。對于具有兩個碳化硅層的元件，在多層系統(tǒng)的最上硅層中的氫濃度在每平方厘米I個粒子的表面劑量的標準下為每立方厘米100000個的情況下，達到94%的相對最大反射率，而對于具有三個碳化硅層的元件，在仍為91%的相對最大反射率的情況下，可以達到在每平方厘米I個粒子的表面劑量的標準下每立方厘米10000的氫濃度。
【權利要求】
1.一種用于極紫外和軟X射線波長區(qū)域的反射光學元件，包含具有多層系統(tǒng)的反射表面，其中，所述反射表面(60)具有保護層系統(tǒng)(59)，所述保護層系統(tǒng)具有由碳化硅或釕構成的最上層(56)，所述保護層系統(tǒng)(59)具有在5nm和25nm之間的厚度。
2.如權利要求1所述的反射光學元件，其中，所述保護層系統(tǒng)(59)包括由碳化硅或釕構成的厚度在5nm和25nm之間的最上層(56)。
3.如權利要求2所述的反射光學元件，其中，所述最上層(56)具有在Ilnm和19nm之間的厚度。
4.如權利要求1所述的反射光學元件，其中，在所述最上層(56)下方，所述保護層系統(tǒng)(59)具有至少兩個交替布置層(57、58)，所述至少兩個交替布置層一方面由鑰或釕構成，另一方面由碳、碳化物或氮化物構成。
5.如權利要求4所述的反射光學元件，其中，所述反射光學元件具有至少兩個交替布置層(57、58)，所述至少兩個交替布置層一方面由鑰或釕構成，另一方面由來自碳化硅、氮化硅、碳化硼和碳的組的材料構成。
6.如權利要求4或5所述的反射光學元件，其中，所述保護層系統(tǒng)(59)具有在IOnm和22nm之間的厚度。
7.如權利要求1所述的反射光學元件，其中，在所述最上層(56)下方，由碳化硅構成的所述保護層系統(tǒng)(59)具有由鑰和碳化硅構成的至少兩個交替布置層(57、58)。
8.如權利要求7所述的反射光學元件，其中，所述保護層系統(tǒng)(59)具有在Ilnm和22nm之間的厚度。
9.如權利要求1至8中任一項所述的反射光學元件，其中，所述多層系統(tǒng)(51)具有在極紫外和軟X射線波長區(qū)域中具有較低折射率實部的材料和在極紫外和軟X射線波長區(qū)域中具有較高折射率實部的材料的交替布置層(54、55)，具有較高折射率實部的所述材料是硅。
10.如權利要求9所述的反射光學元件，其中，具有較低折射率實部的所述材料是鑰。
11.如權利要求1至10中任一項所述的反射光學元件，其中，所述反射光學元件被設計成聚光鏡(13)。
12.—種用于EUV光刻的光學系統(tǒng)，具有至少一個如權利要求1至11中任一項所述的反射光學元件。
【文檔編號】G02B5/08GK103547945SQ201280024078
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年5月15日 優(yōu)先權日:2011年5月18日
【發(fā)明者】D.H.埃姆, P.休伯, S.米蘭德, G.馮布蘭肯哈根 申請人:卡爾蔡司Smt有限責任公司