Bezugnahme auf verwandte Anmeldung

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 102019212910.2 vom 28.08.2019 deren gesamter Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein optisches Element, umfassend: ein Substrat, ein auf das Substrat aufgebrachtes, EUV-Strahlung reflektierendes Mehrlagensystem, sowie ein auf das Mehrlagensystem aufgebrachtes Schutzlagensystem, das eine erste Lage, eine zweite Lage und eine dritte, insbesondere oberste Lage aufweist, wobei die erste Lage näher an dem Mehrlagensystem angeordnet ist als die zweite Lage und wobei die zweite Lage näher an dem Mehrlagensystem angeordnet ist als die dritte Lage. Die Erfindung betrifft auch ein EUV- Lithographiesystem, welches mindestens ein solches optisches Element aufweist.

Unter einem EUV-Lithographiesystem wird im Sinne dieser Anmeldung ein optisches System bzw. eine optische Anordnung für die EUV-Lithographie verstanden, d.h. ein optisches System, welches auf dem Gebiet der EUV- Lithographie eingesetzt werden kann. Neben einer EUV-Lithographieanlage, welche zur Herstellung von Halbleiterbauelementen dient, kann es sich bei dem optischen System beispielsweise um ein Inspektionssystem zur Inspektion einer in einer EUV-Lithographieanlage verwendeten Photomaske (im Folgenden auch Retikel genannt), zur Inspektion eines zu strukturierenden Halbleitersubstrats (im Folgenden auch Wafer genannt) oder um ein Metrologiesystem handeln, welches zur Vermessung einer EUV- Lithographieanlage oder von Teilen davon, beispielsweise zur Vermessung eines Projektionssystems, eingesetzt wird.

Unter EUV-Strahlung wird Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen ca. 5 nm und ca. 30 nm, beispielsweise bei 13,5 nm, verstanden. Da EUV- Strahlung von den meisten bekannten Materialien stark absorbiert wird, wird die EUV-Strahlung typischerWeise mit Hilfe von reflektierenden optischen Elementen durch das EUV-Lithographiesystem geführt.

Die Schichten bzw. Lagen eines reflektierenden Mehrlagensystems in Form einer Beschichtung eines reflektierenden optischen Elements (EUV-Spiegel) sind im Betrieb in einem EUV-Lithographiesystem, insbesondere in einer EUV- Lithographieanlage, harschen Bedingungen ausgesetzt: Beispielsweise werden die Lagen von EUV-Strahlung getroffen, die eine hohe Strahlungsleistung aufweist. Die EUV-Strahlung führt auch dazu, dass sich manche der EUV- Spiegel auf hohe Temperaturen von ggf. mehreren 100°C aufheizen. Auch die Restgase in einer Vakuum-Umgebung, in der die EUV-Spiegel in der Regel betrieben werden (z.B. Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Wasser, sowie weitere im Ultra-Hochvakuum vorhandene Restgase, beispielsweise Edelgase) können die Lagen des reflektierenden Mehrlagensystems in Form der Beschichtung beeinträchtigen, insbesondere wenn diese Gase durch die Wirkung der EUV-Strahlung in reaktive Spezies wie Ionen oder Radikale, beispielsweise in ein wasserstoffhaltiges Plasma, umgewandelt werden. Auch die Belüftung der Vakuum-Umgebung in einer Betriebspause sowie ungewollt auftretende Leckagen können zu Schäden an den Lagen des reflektierenden Mehrlagensystems führen. Zusätzlich können die Lagen des reflektierenden Mehrlagensystems durch im Betrieb entstehende Kohlenwasserstoffe, durch flüchtige Hydride, durch Zinn-Tropfen bzw. Zinn-Ionen, durch Reinigungsmedien, etc. kontaminiert bzw. geschädigt werden.

Zum Schutz der Lagen des reflektierenden Mehrlagensystems des optischen Elements dient ein auf das Mehrlagensystem aufgebrachtes Schutzlagensystem, das selbst eine oder mehrere Lagen aufweisen kann. Die Lagen des Schutzlagensystems können unterschiedliche Funktionen erfüllen, um typische Schadensbilder zu vermeiden, beispielsweise die Bildung von Bläschen bzw. die Ablösung von Lagen (Delamination) insbesondere durch in der Restgasatmosphäre vorhandenen bzw. zur Reinigung verwendeten reaktiven Wasserstoff. Speziell bei optischen Elementen, die in der Nähe einer EUV-Strahlungsquelle angeordnet sind, in der Zinn-Tröpfchen mit einem Laserstrahl beschossen werden, um EUV-Strahlung zu erzeugen, kann es zur Bildung einer kontaminierenden Schicht aus Sn und/oder zur Durchmischung der Lagen des Mehrlagensystems mit Sn kommen.

In der WO 2014/139694 A1 ist ein optisches Element beschrieben, bei dem das Schutzlagensystem mindestens eine erste und eine zweite Lage aufweist, wobei die erste Lage näher an dem Mehrlagensystem angeordnet ist als die zweite Lage. Die erste Lage kann eine kleinere Löslichkeit für Wasserstoff aufweisen als die zweite Lage. Das Schutzlagensystem kann eine dritte, oberste Lage aufweisen, die aus einem Material gebildet ist, das eine hohe Rekombinationsrate für Wasserstoff aufweist. Die erste Lage, die zweite Lage und/oder die dritte Lage können aus einem Metall oder aus einem Metalloxid gebildet sein. Das Material der dritten, obersten Lage kann ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend: Mo, Ru, Cu, Ni, Fe, Pd, V, Nb und deren Oxiden.

Ein optisches Element, das wie eingangs beschrieben ausgebildet ist, ist auch aus der WO 2013/124224 A1 bekannt geworden. Das optische Element weist ein Schutzlagensystem mit einer obersten Lage sowie mit mindestens einer weiteren Lage unter der obersten Lage auf, deren Dicke größer ist als die Dicke der obersten Lage. Das Material der obersten Lage ist ausgewählt aus der Gruppe von chemischen Verbindungen umfassend: Oxide, Karbide, Nitride, Silikate und Boride.

In der EP 1 065568 B1 ist eine lithographische Projektionsvorrichtung beschrieben, die einen Reflektor mit einer mehrschichtigen reflektierenden Beschichtung und mit einer Deckschicht aufweist. Die Deckschicht kann eine Dicke zwischen 0,5 nm und 10 nm aufweisen. Die Deckschicht kann zwei oder drei Lagen aus unterschiedlichen Materialien aufweisen. Die oberste Lage kann aus Ru oder Rh bestehen, die zweite Lage aus B4C, BN, diamantartigem Kohlenstoff, S13N4 oder SiC. Das Material der dritten Lage stimmt mit dem Material einer Lage der mehrlagigen reflektierenden Beschichtung überein, beispielsweise kann es sich um Mo handeln.

Ein reflektierendes optisches Element mit einem Schutzlagensystem, das zwei Lagen umfasst, ist aus der EP 1 402542 B1 bekannt geworden. Das dort beschriebene Schutzlagensystem weist eine oberste Lage aus einem Material auf, welches Oxidation und Korrosion widersteht, z.B. Ru, Zr, Rh, Pd. Die zweite Lage dient als Barriereschicht, die aus B4C oder Mo besteht und die verhindern soll, dass das Material der obersten Lage des Schutzlagensystems in die oberste Lage des die EUV-Strahlung reflektierenden Mehrlagensystems eindiffundiert.

Aus der EP 1 364231 B1 und der US 6,664,554 B2 ist es bekannt, bei einem EUV-Lithographiesystem ein selbstreinigendes optisches Element bereitzustellen, welches eine katalytische Deckschicht aus Ru bzw. Rh, Pd, Ir, Pt, Au zum Schutz einer reflektierenden Beschichtung vor Oxidation aufweist. Zwischen der Deckschicht und der Oberfläche des Spiegels kann eine metallische Schicht aus Cr, Mo oder Ti eingebracht sein. Aus der EP 1 522895 B1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt geworden, bei denen mindestens ein Spiegel mit einer dynamischen Schutzschicht versehen wird, um den Spiegel vor dem Ätzen mit Ionen zu schützen. Das Verfahren umfasst das Zuführen einer gasförmigen Substanz (nach Bedarf) in eine Kammer, die den mindestens einen Spiegel enthält. Bei dem Gas handelt es sich typischerweise um einen gasförmigen Kohlenwasserstoff (CxHy). Die Schutzwirkung der auf diese Weise abgeschiedenen Kohlenstoff-Schicht ist jedoch eingeschränkt und die Zuführung sowie die Überwachung des Spiegels sind aufwändig.

Weitere Schutzlagensysteme, die aus mehreren Lagen gebildet sind bzw. gebildet sein können, sind in der JP2006080478 A sowie in der JP4352977 B2 beschrieben.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Element und ein EUV- Lithographiesystem bereitzustellen, bei denen die Schädigung des reflektierenden Mehrlagensystems verhindert oder zumindest verlangsamt wird, so dass die Lebensdauer des optischen Elements erhöht werden kann.

Gegenstand der Erfindung

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein optisches Element der eingangs genannten Art, bei dem die zweite Lage und die dritte Lage sowie bevorzugt die erste Lage jeweils eine Dicke zwischen 0,5 nm und 5 nm aufweisen.

Die Erfinder haben erkannt, dass bei einer geeigneten Wahl der Materialien der einzelnen Lagen bzw. bei einer geeigneten Auslegung des Schutzlagensystems auch bei einer vergleichsweise geringen Dicke der einzelnen Lagen eine ausreichende Schutzwirkung und somit eine hohe Lebensdauer des optischen Elements gewährleistet werden kann. Die vergleichsweise geringe Dicke der Lagen des Schichtlagensystems führt in der Regel zu einer Verringerung der Absorption der EUV-Strahlung, die das Schutzlagensystem durchläuft, so dass die Reflektivität des reflektierenden optischen Elements erhöht wird. Es versteht sich, dass für die Lagen des Schutzlagensystems Materialien ausgewählt werden sollten, die eine nicht zu große Absorption für EUV- Strahlung aufweisen.

Bevorzugt weist das Schutzlagensystem eine (Gesamt-)Dicke von weniger als 10 nm, insbesondere von weniger als 7 nm auf. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann durch ein vergleichsweise dünnes Schutzlagensystem die Reflektivität des optischen Elements gesteigert werden. Bei einer geeigneten Wahl der Materialien und der Schichtdicken des Schutzlagensystems können trotz der geringen Dicke des Schutzlagensystems ein ausreichender Schutz und eine hohe Lebensdauer des optischen Elements erreicht werden.

Bei einerweiteren Ausführungsform ist/sind die erste Lage, die zweite Lage und/oder die dritte Lage aus einem (Metall-)Oxid oder aus einem (metallischen) Mischoxid gebildet. Bei dem Oxid bzw. Mischoxid kann es sich um ein stöchiometrisches Oxid bzw. Mischoxid oder um ein nicht stöchiometrisches Oxid bzw. Mischoxid handeln. Mischoxide sind aus mehreren Oxiden zusammengesetzt, d.h. deren Kristallgitter setzt sich aus Sauerstoff-Ionen und den Kationen mehrerer chemischer Elemente zusammen. Die Verwendung von Oxiden in den Lagen des Mehrlagensystems hat sich als günstig erwiesen, da diese eine hohe Absorption für DUV-Strahlung aufweisen, die von der EUV- Strahlungsquelle in der Regel zusätzlich zur EUV-Strahlung erzeugt wird und deren Propagation durch das EUV-Lithographiesystem unerwünscht ist.

Es ist günstig, wenn die Oxide bzw. Mischoxide möglichst defektfrei aufgebracht werden, da die Eigenschaften von Oxiden, beispielsweise deren Reduzierbarkeit, wesentlich von der Mikrostruktur bzw. vom Vorliegen von Defekten abhängig sind. Beispielhaft sei diesbezüglich auf den Artikel „Turning a Non-Reducible into a Reducible Oxide via Nanostructuring: Opposite Behaviour of Bulk Zr02 and Zr02 Nanoparticles towards H2 Adsorption“, A.R. Puigdollers et al. , Journal of Physical Chemistry C 120(28), 2016, auf den Artikel “Transformation of the Crystalline Structure of an ALD T1O2 Film on a Ru Electrode by O3 Pretreatment”, S. K. Kim et al., Electrochem. Solid-State Lett. 2006, 9(1), F5, auf den Artikel “Role of Metal/Oxide Interfaces in Enhancing the Local Oxide Reducibility”, P. Schlexer et al., Topics in Catalysis, Oktober 2018, sowie auf den Artikel “Increasing Oxide Reducibility: The Role of Metal/Oxide Interfaces in the Formation of Oxygen Vacancies”, A. R. Puigdollers et al., ACS Catal. 2017, 7, 10, 6493-6513. Für das möglichst defektfreie Aufbringen von Oxiden bzw. Mischoxiden ist eine geeignete Wahl des Beschichtungs- Prozesses, des Substrat-Materials, auf das die jeweilige Lage aufgebracht wird, sowie die Festlegung einer geeigneten Dicke der jeweils aufgebrachten Lage erforderlich.

Bei einer Weiterbildung enthält das (stöchiometrische oder nicht stöchiometrische) Oxid oder das (stöchiometrische oder nicht stöchiometrische) Mischoxid der dritten Lage mindestens eines chemisches Element, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Zr, Ti, Nb, Y, Hf, Ce, La, Ta, AI, Er, W, Cr.

Um die Degradation der Lagen des Mehrlagensystems zu verhindern bzw. um einer Reduzierung der Reflektivität entgegenzuwirken, sollte das Material der dritten Lage beständig sein gegenüber Reinigungsmedien (wässrige, saure, basische, organische Lösungsmittel und Tenside), sowie gegen reaktiven Wasserstoff (H ^* ), d.h. Wasserstoff-Ionen und/oder Wasserstoff-Radikale, die bei der Reinigung der Oberfläche des Schutzlagensystems bzw. der dritten Lage eingesetzt werden. Für den Fall, dass das optische Element in der Nähe der EUV-Strahlungsquelle angeordnet ist, sollte das Material der dritten Lage beständig gegenüber Sn sein bzw. sich nicht mit Sn mischen. Insbesondere sollten an der dritten Lage abgelagerte Sn-Kontaminationen mit reaktivem Wasserstoff (H ^* ) von der Oberfläche der dritten Lage entfernt werden können. Auch sollte das Material der dritten Lage beständig gegen Redox-Reaktionen sein, d.h. weder oxidieren noch - z.B. beim Kontakt mit Wasserstoff - reduziert werden. Die dritte Lage sollte auch keine Stoffe enthalten, die in einer Sauerstoff und/oder Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre flüchtig sind. Die Oxide bzw. Mischoxide der weiter oben beschriebenen Metalle erfüllen diese Bedingungen bzw. den Großteil dieser Bedingungen.

Bei einer Weiterbildung enthält das (stöchiometrische oder nicht stöchiometrische) Oxid oder das (stöchiometrische oder nicht stöchiometrische) Mischoxid der zweiten Lage mindestens ein chemisches Element, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: AI, Zr, Y, La.

Grundsätzlich sollte das Material der zweiten Lage beständig sein gegenüber reaktivem Wasserstoff (FT) sowie gegenüber Sn. Außerdem sollte das Material der zweiten Lage Redox-resistent sein. Für den Fall, dass es sich bei dem Material der zweiten Lage um ein Oxid oder um ein Mischoxid handelt, sollte dieses insbesondere inert gegen die Reduktion durch Wasserstoff sowie Blister-resistent sein. Auch sollte es sich bei dem Material der zweiten Lage um einen H/O-Blocker, d.h. um ein Material handeln, welches den Durchtritt von Sauerstoff sowie bevorzugt von Wasserstoff in die darunter liegenden Lagen möglichst vollständig verhindert. Auch sollte das Material der zweiten Lage eine passende Unterlage für das Wachstum der dritten Lage bilden. Die zweite Lage sollte auch keine Stoffe enthalten, die in einer Sauerstoff und/oder Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre flüchtig sind. Neben Oxiden bzw. Mischoxiden werden diese Bedingungen insbesondere von bestimmten metallischen Materialien erfüllt (s.u.).

Bei einerweiteren Weiterbildung enthält das (stöchiometrische oder nicht stöchiometrische) Oxid oder das (stöchiometrische oder nicht stöchiometrische) Mischoxid der ersten Lage mindestens eines chemisches Element, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: AI, Zr, Y. Auch bei dem Material der dritten Lage sollte es sich um einen H/O-Blocker handeln, welcher den Durchtritt von Sauerstoff sowie bevorzugt von Wasserstoff in die darunter liegenden Lagen möglichst vollständig verhindert. Grundsätzlich sollte das Material der ersten Lage auch beständig sein gegenüber reaktivem Wasserstoff (H ^* ) sowie gegenüber der Bildung von Blistern. Die erste Lage sollte auch eine Barriere zum Schutz der letzten Lage des Mehrlagensystems vor einer Mischung mit dem Material der zweiten Lage bilden. Zudem sollte das Material der ersten Lage eine passende Unterlage für das Aufwachsen der zweiten Lage bilden.

Bei einerweiteren Ausführungsform ist/sind die erste Lage und/oder die zweite Lage aus mindestens einem Metall (oder aus einer Mischung aus Metallen bzw. einer Legierung) gebildet. Im Gegensatz zur dritten Lage, die bevorzugt aus einem Oxid bzw. aus einem Mischoxid gebildet ist, können die erste Lage und die zweite Lage aus (mindestens) einem Metall gebildet sein. Die Anforderungen an die Beständigkeit gegenüber Reinigungsmedien sind bei der ersten und der zweiten Lage geringer als bei der dritten Lage.

Bei einer Weiterbildung enthält die zweite Lage ein Metall oder besteht aus einem Metall, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: AI, Zr, Y, Sc, Ti,

V, Nb, La sowie Edelmetalle, insbesondere Ru, Pd, Pt, Rh, Ir, und deren Mischungen. Bei Ru, Pd, Pt, Rh, Ir handelt es sich um Edelmetalle, genauer gesagt um Platinmetalle.

Bei einerweiteren Ausführungsform enthält die erste Lage ein Metall oder besteht aus einem Metall, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: AI, Mo, Ta, Cr und deren Mischungen. Diese Materialen erfüllen ebenfalls gut die weiter oben beschriebenen Anforderungen an das Material der ersten Lage. Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Material der ersten Lage ausgewählt aus der Gruppe umfassend: C, B4C, BN. Diese Materialien haben sich insbesondere hinsichtlich ihrer Eigenschaften als Diffusions- Barriereschichten als günstig erwiesen, um eine Eindiffusion des Materials der zweiten Lage des Schutzlagensystems in die oberste Lage des Mehrlagensystems zu verhindern.

Bei der Auswahl von geeigneten Materialien für die drei Lagen sowie ggf. weiteren Lagen (s.u.) ist eine Abstimmung im Hinblick auf ihre Eigenschaften erforderlich, insbesondere sollten die Gitterkonstanten, der thermische Ausdehnungskoeffizient („coefficient of thermal expansion“, CTE) und die freien Oberflächenenergien der Materialien der drei Lagen aufeinander abgestimmt werden. Nicht jede Kombination der weiter oben beschriebenen Materialien ist somit gleichermaßen zur Herstellung des Schutzlagensystems geeignet.

Die Lagen des Schutzlagensystems sowie die Lagen des reflektierenden Mehrlagensystems können insbesondere durch einen PVD(„physical vapour deposition“)-Beschichtungsprozess oder durch einen CVD(„chemical vapour deposition“)-Beschichtungsprozess aufgebracht werden. Bei dem PVD- Beschichtungsprozess kann es sich beispielsweise um Elektronenstrahl- Verdampfen, um Magnetron-Sputtern oder um Laserstrahl-Verdampfen („pulsed laser deposition“, PLD) handeln. Bei dem CVD-Beschichtungsprozess kann es sich beispielsweise um einen plasmaunterstützen CVD-Prozess (PE- CVD) oder um einen Atomlagenabscheidungsprozess („atomic layer deposition“, ALD)-Prozess handeln. Insbesondere die Atomlagenabscheidung ermöglicht die Abscheidung von sehr dünnen Lagen.

Bei einerweiteren Ausführungsform sind metallische Teilchen und/oder Ionen in die erste Lage, in die zweite Lage und/oder in die dritte Lage implantiert und/oder auf der ersten Lage, auf der zweiten Lage und/oder auf der dritten Lage sind bevorzugt metallische Teilchen abgelagert, die insbesondere ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend: Pd, Pt, Rh, Ir. Insbesondere zur Verhinderung der Implantation von Sn-Ionen kann es günstig sein, wenn vergleichsweise kleine Mengen von Ionen in die erste Lage, in die zweite Lage und/oder in die dritte Lage implantiert sind. Bei den Ionen kann es sich um Metall-Ionen, bevorzugt um Edelmetall-Ionen, insbesondere um Platinmetall- lonen handeln, beispielsweise um Pd, Pt, Rh sowie ggf. um Ir. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei den in die jeweilige Lage implantierten Ionen um Edelgas-Ionen, z.B. um Ar-Ionen, um Kr-Ionen oder um Xe-Ionen, handeln.

Alternativ oder zusätzlich zur Implantation von Ionen können die erste, die zweite und/oder die dritte Lage mit metallischen Teilchen, bevorzugt mit Edelmetall-Teilchen, insbesondere mit Platinmetall-Teilchen, dotiert sein. Die metallischen Teilchen, bevorzugt in Form von Edelmetall-Teilchen, insbesondere in Form von Platinmetall-Teilchen, können auch an der Oberfläche der jeweiligen Lage(n) abgelagert sein, insbesondere an der Oberfläche der dritten, obersten Lage. Wie in der DE 102015207 140 A1 beschrieben ist, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird, ermöglicht das Aufbringen von (Nano-)Teilchen auf die jeweilige Lage das Blockieren von Oberflächendefekten, mit der Folge, dass an den betreffenden Positionen keine Adsorptions- und/oder Dissoziationsprozesse und damit einhergehende Kontaminations-Ablagerungen mehr erfolgen können. Die Aufbringung bzw. die Ablagerung von Teilchen erfolgt bevorzugt lediglich vereinzelt, insbesondere in Form einzelner Atome, oder clusterweise (z.B. in Gruppen von nicht mehr als 25 Atomen).

Bei einerweiteren Ausführungsform weist das Schutzlagensystem mindestens eine weitere Lage, insbesondere eine Sub-Monolayer-Lage, auf, die eine Dicke von 0,5 nm oder weniger aufweist und die mindestens ein Metall, bevorzugt mindestens ein Edelmetall, insbesondere mindestens ein Platinmetall enthält, welches bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Pd, Pt, Rh, Ir. Das Schutzlagensystem kann die (dünne) Lage aufweisen, um die Blockadewirkung der drei übrigen Lagen für Wasserstoff und/oder für Sauerstoff zu verstärken. Bei der (dünnen) weiteren Lage kann es sich insbesondere um eine Sub-Monolayer-Lage handeln, d.h. um eine Lage, welche die darunter liegende Lage nicht vollständig mit einer Lage aus Atomen überdeckt. Das Schutzlagensystem kann auch mehr als vier Lagen, beispielsweise fünf, sechs oder mehr Lagen aufweisen. Bei den Lagen kann es sich beispielsweise um (dünne) Lagen handeln, die einer Vermischung von benachbarten Lagen entgegenwirken, indem sie die Funktion einer Diffusionsbarriere übernehmen.

Das Mehrlagensystem weist typischerweise 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) auf. Durch diesen Aufbau des Mehrlagensystems wird in gewisser Weise ein Kristall simuliert, dessen Netzebenen den Absorberlagen entsprechen, an denen Bragg-Reflexion stattfindet. Die Dicken der Spacer- Lagen und der Absorber-Lagen werden in Abhängigkeit von der Arbeitswellenlänge festgelegt.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Mehrlagensystem eine oberste Lage mit einer Dicke von mehr als 0,5 nm auf. Bei der obersten Lage handelt es sich in diesem Fall typischerweise um eine Spacer-Lage. Für den Fall, dass die Arbeitswellenlänge bei ca. 13,5 nm liegt, handelt es sich bei dem Material der Spacer-Lagen typischerweise um Silizium und bei dem Material der Absorber-Lagen um Molybdän.

Bei einerweiteren Ausführungsform ist das optische Element als Kollektorspiegel ausgebildet. Kollektorspiegel werden in der EUV-Lithographie typischerweise als erste Spiegel hinter der EUV-Strahlungsquelle, beispielsweise hinter einer Plasma-Strahlungsquelle, eingesetzt, um die von der Strahlungsquelle in verschiedene Richtungen emittierte Strahlung zu sammeln und gebündelt zum nächstfolgenden Spiegel zu reflektieren. Wegen der hohen Strahlungsintensität in der Umgebung der Strahlungsquelle kann dort mit besonders hoher Wahrscheinlichkeit in der Restgasatmosphäre vorhandener molekularer Wasserstoff in reaktiven (atomaren bzw. ionischen) Wasserstoff mit hoher kinetischer Energie umgewandelt werden, so dass gerade Kollektorspiegel besonders gefährdet sind, aufgrund von eindringendem reaktiven Wasserstoff Ablösungserscheinungen an den Lagen des Schutzlagensystems bzw. an den oberen Lagen ihres Mehrlagensystems zu zeigen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein EUV-Lithographiesystem, umfassend: mindestens ein optisches Element, wie es weiter oben beschrieben ist. Bei dem EUV-Lithographiesystem kann es sich um eine EUV- Lithographieanlage zur Belichtung eines Wafers oder um eine andere optische Anordnung handeln, die EUV-Strahlung verwendet, beispielsweise um ein EUV-lnspektionssystem, z.B. zur Inspektion von in der EUV-Lithographie verwendeten Masken, Wafern oder dergleichen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, 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.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt Fig. 1a eine schematische Darstellung eines optischen Elements in Form eines EUV-Spiegels, welches ein reflektierendes Mehrlagensystem sowie ein Schutzlagensystem mit drei Lagen aufweist,

Fig. 1b eine schematische Darstellung des optischen Elements von Fig.

1a, bei dem in die zweite Lage des Schutzlagensystems Ionen sowie metallische (Nano-)Teilchen implantiert und an der Oberseite der dritten Lage abgelagert sind,

Fig. 1c eine schematische Darstellung des optischen Elements von Fig.

1a,b, bei dem das Schutzlagensystem eine vierte Lage aus einem Edelmetall aufweist, sowie Fig. 2 eine schematische Darstellung einer EUV-Lithographieanlage.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet. Fign. 1 a-c zeigen schematisch den Aufbau eines optischen Elements 1 , welches ein Substrat 2 aufweist, das aus einem Material mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten, z.B. aus Zerodur®, ULE® oder Clearceram® besteht. Das in Fig. 1a-c gezeigte optische Element 1 ist zur Reflexion von EUV-Strahlung 4 ausgebildet, die unter normalem Einfall, d.h. bei Einfallswinkeln a von typischer Weise weniger als ca. 45° zur Flächennormalen auf das optische Element 1 auftrifft. Für die Reflexion der EUV-Strahlung 4 ist auf das Substrat 2 ein reflektierendes Mehrlagensystem 3 aufgebracht. Das Mehrlagensystem 3 weist alternierend aufgebrachte Lagen eines Materials mit höherem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge (auch Spacer 3b genannt) und eines Materials mit niedrigerem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge (auch Absorber 3a genannt) auf, wobei ein Absorber-Spacer-Paar einen Stapel bildet. Durch diesen Aufbau des Mehrlagensystems 3 wird in gewisser Weise ein Kristall simuliert, dessen Netzebenen den Absorberlagen entsprechen, an denen Bragg-Reflexion stattfindet. Um eine ausreichende Reflektivität zu gewährleisten, weist das Mehrlagensystem 3 eine Anzahl von in der Regel mehr als fünfzig alternierenden Lagen 3a, 3b auf.

Die Dicken der einzelnen Lagen 3a, 3b wie auch der sich wiederholenden Stapel können über das gesamte Mehrlagensystem 3 konstant sein oder auch variieren, je nachdem, welches spektrale oder winkelabhängige Reflexionsprofil erreicht werden soll. Das Reflexionsprofil kann auch gezielt beeinflusst werden, indem die Grundstruktur aus Absorber 3a und Spacer 3b um weitere mehr und weniger absorbierende Materialien 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. Die Absorber- und Spacer-Materialien können über alle Stapel konstante oder auch variierende Dicken aufweisen, um die Reflektivität zu optimieren. Ferner können auch zusätzliche Lagen beispielsweise als Diffusionsbarrieren zwischen Spacer- und Absorberlagen 3a, 3b vorgesehen werden.

Im vorliegenden Beispiel, bei dem das optische Element 1 für eine Arbeitswellenlänge von 13,5 nm optimiert wurde, d.h. bei einem optischen Element 1, welches bei im Wesentlichen normalem Strahlungseinfall von EUV- Strahlung 4 bei einer Wellenlänge von 13,5 nm die maximale Reflektivität aufweist, weisen die Stapel des Mehrlagensystems 3 alternierende Silizium- Lagen 3a und Molybdän-Lagen 3b auf. Dabei entsprechen die Silizium-Lagen 3b den Lagen mit höherem Realteil des Brechungsindex bei 13,5 nm und die Molybdän-Lagen 3a den Lagen mit niedrigerem Realteil des Brechungsindex bei 13,5 nm. Je nach dem genauen Wert der Arbeitswellenlänge sind andere Materialkombinationen wie z.B. Molybdän und Beryllium, Ruthenium und Beryllium oder Lanthan und B4C ebenfalls möglich.

Zum Schutz des Mehrlagensystems 3 vor Degradation ist auf das Mehrlagensystem 3 ein Schutzlagensystem 5 aufgebracht. Das Schutzlagensystem besteht bei dem in Fig. 1a gezeigten Beispiel aus einer ersten Lage 5a, einer zweiten Lage 5b und einer dritten Lage 5c. Die erste Lage 5a ist hierbei näher an dem Mehrlagensystem 3 angeordnet als die zweite Lage 5b. Die zweite Lage 5b ist näher an dem Mehrlagensystem 3 angeordnet als die dritte Lage 5c, welche die oberste Lage des Schutzlagensystems 5 bildet, an deren frei liegender Oberfläche die Grenzfläche zur Umgebung gebildet ist.

Die erste Lage 5a weist eine erste Dicke di auf, die zweite Lage 5b weist eine zweite Dicke d2 auf und die dritte Lage 5c weist eine dritte Dicke d3 auf, die jeweils in einem Intervall zwischen 0,5 nm und 5,0 nm liegen. Das Schutzlagensystem 5 weist eine Gesamt-Dicke D (hier: D = di + d2 + dß) auf, die bei weniger als 10 nm, ggf. bei weniger als 7 nm liegt.

Bei dem Material der dritten, obersten Lage 5c handelt es sich im gezeigten Beispiel um ein (stöchiometrisches oder nicht stöchiometrisches) Oxid oder um ein (stöchiometrisches oder nicht stöchiometrisches) Mischoxid, das mindestens eines chemisches Element enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Zr, Ti, Nb, Y, Hf, Ce, La, Ta, AI, Er, W, Cr.

Bei dem Material der zweiten Lage 5b kann es sich ebenfalls um ein (stöchiometrisches oder nicht stöchiometrisches) Oxid bzw. um ein (stöchiometrisches oder nicht stöchiometrisches) Mischoxid handeln, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: AI, Zr, Y, La. Alternativ zu einem Oxid oder Mischoxid kann es sich bei dem Material der zweiten Lage 5b um (mindestens) ein Metall handeln. Beispielsweise kann das Metall ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend: AI, Zr, Y, Sc, Ti, V, Nb, La und Edelmetalle, bevorzugt Platinmetalle, insbesondere Ru, Pd, Pt, Rh, Ir.

Bei dem Material der ersten Lage 5a kann es sich ebenfalls um ein (stöchiometrisches oder nicht stöchiometrisches) Oxid oder um ein (stöchiometrisches oder nicht stöchiometrisches) Mischoxid handeln. Das Oxid oder das Mischoxid enthält typischerweise mindestens ein optisches Element, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: AI, Zr, Y. Alternativ kann die erste Lage 5a (mindestens) ein Metall enthalten oder aus einem Metall bestehen. Das Metall kann insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend: AI, Mo, Ta, Cr. Das Material der ersten Lage 5a kann alternativ ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend: C, B4C, BN. Diese Materialien haben sich als Diffusions-Barrieren als günstig herausgestellt.

Die Schutzwirkung des Schutzlagensystems 5 hängt nicht nur von den Materialien ab, die für die drei Lagen 5a-5c ausgewählt werden, sondern auch davon, ob die Materialien hinsichtlich ihrer Eigenschaften gut zusammenpassen, beispielsweise was ihre Gitterkonstanten, ihren thermischen Ausdehnungskoeffizienten, ihre freien Oberflächenenergien, etc. angeht.

Nachfolgend werden zwei Beispiele für ein Schutzlagensystem 3 beschrieben, bei denen die Materialien hinsichtlich ihrer Eigenschaften aneinander angepasst sind. Beim ersten Beispiel ist die dritte Lage 5c aus TiOx gebildet und weist eine Dicke d3 von 1 ,5 nm auf, die zweite Lage 5b ist aus Ru gebildet und weist eine Dicke d2 von 2 nm auf und die erste Lage 5a ist aus AlOx gebildet und weist ebenfalls eine Dicke di von 2 nm auf. Beim zweiten Beispiel ist die dritte Lage 5c aus YOx gebildet und weist eine Dicke d3 von 2 nm auf, die zweite Lage 5b ist aus Rh gebildet und weist eine Dicke d2 von 1 ,5 nm auf und die erste Lage 5a ist aus Mo gebildet und weist eine Dicke di von 3 nm auf. Die Gesamt-Schichtdicke D des Schutzlagensystems 5 beträgt im ersten Beispiel 5,5 nm und im zweiten Beispiel 6,5 nm. Es versteht sich, dass neben den hier beschriebenen Beispielen auch andere Materialkombinationen möglich sind und auch die Dicken der drei Lagen 5a-c des Schutzlagensystems 5 von den oben angegebenen Werten abweichen können.

Fig. 1b zeigt ein optisches Element 1, bei dem in die zweite Lage 5b geringe Mengen von Ionen 6 implantiert sind, um der Implantation von Sn-Ionen, die ggf. in der Umgebung des optischen Elements 1 vorhanden sind, entgegenzuwirken. Bei den Ionen 6 kann es sich beispielsweise um Edelgas- Ionen, z.B. um Ar-Ionen, um Kr-Ionen oder um Xe-Ionen handeln. Bei den implantierten Ionen kann es sich auch um Edelmetall-Ionen handeln, beispielsweise um Pd-Ionen, Pt-Ionen, Rd-Ionen, oder ggf. um lr-lonen. Die Edelmetall-Ionen dienen als Wasserstoff- und/oder Sauerstoff-Blocker.

Zusätzlich oder alternativ zur Implantation von Ionen können auch metallische Teilchen in die zweite Lage 5b implantiert sein, beispielweise indem die zweite Lage 5b mit metallischen (Nano-)Teilchen 7, insbesondere mit Teilchen bzw. mit (Fremd-)Atomen aus einem Edelmetall, z.B. aus Pd, Pt, Rh, Ir dotiert ist. Es versteht sich, dass die Implantation von Ionen 6 bzw. von metallischen Teilchen 7 auch bei der ersten Lage 5a und bei der dritten Lage 5c erfolgen kann.

Bei dem in Fig. 1b gezeigten Beispiel sind auf die dritte, oberste Lage 5c metallische (Nano-)Teilchen 7, genauer gesagt Edelmetall-Teilchen bzw. Edelmetall-Atome, aufgebracht. Das Aufbringen von (Nano-)Teilchen 7, insbesondere in Form von Pd, Pt, Rh, Ir kann vereinzelt, insbesondere in Form einzelner Atome, erfolgen, oder auch clusterweise (z.B. in Gruppen von nicht mehr als 25 Atomen).

Das Mehrlagensystem 3 des optischen Elements 1 weist bei dem in Fig. 1b gezeigten Beispiel eine oberste Lage 3b‘ aus Silizium mit einer Dicke d von mehr als 0,5 nm auf. Die Dicke d der obersten Lage 3b‘ ist so gewählt, dass die Reflexion des Mehrlagensystems 3 maximal ist. Es versteht sich, dass alternativ die oberste Lage 3b‘ des Mehrlagensystems 3 wie in Fig. 1a ausgebildet sein kann, d.h. eine Dicke aufweisen kann, die bei weniger als 0,5 nm liegt.

Fig. 1c zeigt ein Schutzlagensystem 3, welches zwischen der ersten Lage 5a und der zweiten Lage 5b eine weitere, vierte Lage 5d aufweist, die eine Dicke d4 von nicht mehr als 0,5 nm aufweist. Die vierte Lage 5d enthält ein Metall, genauer gesagt ein Edelmetall, beispielsweise Pd, Pt, Rh und/oder Ir. Die vierte (dünne) Lage 5d bildet eine Sub-Monolayer-Lage und trägt dazu bei, Defekte zu minimieren kann daher als Barriere gegen das Eindringen von Wasserstoff und/oder von Sauerstoff in die darunter liegende erste Lage 5a dienen. Es versteht sich, das die vierte Lage 5d zur Minimierung von Defekten auch zwischen der zweiten Lage 5b und der dritten Lage 5c oder ggf. auf der dritten Lage 5c gebildet sein kann, die in diesem Fall nicht die oberste Lage des Schutzlagensystems 5 bildet. Auch kann das Schutzlagensystem 5 ggf. eine fünfte, sechste, ... Lage aufweisen, um die Anzahl von Defekten zu minimieren bzw. um eine Barriere für Wasserstoff und/oder für Sauerstoff zu bilden.

Die in Fig. 1a-c dargestellten optischen Elemente 1 können in einem EUV- Lithographiesystem in Form einer EUV-Lithographieanlage 101 eingesetzt werden, wie sie nachfolgend schematisch in Form eines so genannten Wafer- Scanners in Fig. 2 dargestellt ist.

Die EUV-Lithographieanlage 101 weist eine EUV-Lichtquelle 102 zur Erzeugung von EUV-Strahlung auf, die im EUV-Wellenlängenbereich unter 50 Nanometer, insbesondere zwischen ca. 5 Nanometer und ca. 15 Nanometer, eine hohe Energiedichte aufweist. Die EUV-Lichtquelle 102 kann beispielsweise in Form einer Plasma-Lichtquelle zur Erzeugung eines laserinduzierten Plasmas ausgebildet sein. Die in Fig. 2 gezeigte EUV- Lithographieanlage 101 ist für eine Arbeitswellenlänge der EUV-Strahlung von 13,5 nm ausgelegt, für die auch die in Fig. 1a-c dargestellten optischen Elemente 1 ausgelegt sind. Es ist jedoch auch möglich, dass die EUV- Lithographieanlage 101 für eine andere Arbeitswellenlänge des EUV- Wellenlängenbereiches, wie beispielsweise 6,8 nm, konfiguriert ist.

Die EUV-Lithographieanlage 101 weist ferner einen Kollektorspiegel 103 auf, um die EUV-Strahlung der EUV-Lichtquelle 102 zu einem Beleuchtungsstrahl 104 zu bündeln und auf diese Weise die Energiedichte weiter zu erhöhen. Der Beleuchtungsstrahl 104 dient zur Beleuchtung eines strukturierten Objekts M mittels eines Beleuchtungssystems 110, welches im vorliegenden Beispiel fünf reflektive optische Elemente 112 bis 116 (Spiegel) aufweist.

Bei dem strukturierten Objekt M kann es sich beispielsweise um eine reflektive Fotomaske handeln, die reflektierende und nicht reflektierende oder zumindest weniger stark reflektierende Bereiche zur Erzeugung mindestens einer Struktur an dem Objekt M aufweist. Alternativ kann es sich bei dem strukturierten Objekt M um eine Mehrzahl von Mikrospiegeln handeln, welche in einer ein- oder mehrdimensionalen Anordnung angeordnet sind und welche gegebenenfalls um mindestens eine Achse bewegbar sind, um den Einfallswinkel der EUV- Strahlung auf den jeweiligen Spiegel einzustellen.

Das strukturierte Objekt M reflektiert einen Teil des Beleuchtungsstrahls 104 und formt einen Projektionsstrahl 105, der die Information über die Struktur des strukturierten Objekts M trägt und der in ein Projektionsobjektiv 120 eingestrahlt wird, welches eine Abbildung des strukturierten Objekts M bzw. eines jeweiligen Teilbereichs davon auf einem Substrat W erzeugt. Das Substrat W, beispielsweise ein Wafer, weist ein Halbleitermaterial, z.B. Silizium, auf und ist auf einer Halterung angeordnet, welche auch als Wafer-Stage WS bezeichnet wird.

Im vorliegenden Beispiel weist das Projektionsobjektiv 120 sechs reflektive optische Elemente 121 bis 126 (Spiegel) auf, um ein Bild der an dem strukturierten Objekt M vorhandenen Struktur auf dem Wafer W zu erzeugen. Typischerweise liegt die Zahl der Spiegel in einem Projektionsobjektiv 120 zwischen vier und acht, gegebenenfalls können aber auch nur zwei Spiegel verwendet werden.

Die reflektierenden optischen Elemente 103, 112 bis 116 des Beleuchtungssystems 110 sowie die reflektierenden optischen Elemente 121 bis 126 des Projektionsobjektivs 120 sind während des Betriebes der EUV- Lithographieanlage 101 in einer Vakuum-Umgebung 127 angeordnet. In der Vakuum-Umgebung 127 ist eine Restgas-Atmosphäre gebildet, in der unter anderem Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff vorhanden ist.

Bei dem in Fig. 1a-c dargestellten optischen Element 1 kann es sich um eines der optischen Elemente 103, 112 bis 115 des Beleuchtungssystems 110 oder um eines der reflektierenden optischen Elemente 121 bis 126 des

Projektionsobjektivs 120 handeln, die für normalen Einfall der EUV-Strahlung 4 ausgelegt sind. Insbesondere kann es sich bei dem optischen Element 1 von Fig. 1a-c um den Kollektorspiegel 103 handeln, der im Betrieb der EUV- Lithographieanlage 101 neben reaktivem Wasserstoff auch Sn- Kontaminationen ausgesetzt ist. Durch das in Zusammenhang mit Fig. 1a-c beschriebene Schutzlagensystem 5 kann die Lebensdauer des Kollektorspiegels 103 signifikant erhöht werden, insbesondere kann dieser z.B. nach einer Reinigung wiederverwendet werden.