極紫外光刻的光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)及處理這種光學(xué)元件的方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】極紫外光刻的光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)及處理這種光學(xué)元件的 方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求于2013年3月15日提交的德國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 102013102670. 2的優(yōu)先 權(quán)，該德國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的全部公開(kāi)內(nèi)容被認(rèn)為是本申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容的一部分，并通過(guò)引入并 入本申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件，包括：基板、施加到基板的EUV輻射反射式多層系統(tǒng)以 及施加到多層系統(tǒng)并具有至少第一和第二層的保護(hù)層系統(tǒng)，其中，第一層布置成比第二層 更接近多層系統(tǒng)。第一層可尤其布置成鄰近多層系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及一種EUV光刻的光學(xué) 系統(tǒng)和一種處理EUV光刻的光學(xué)元件的方法，EUV光刻的光學(xué)系統(tǒng)包括至少一個(gè)這種光學(xué) 元件。
【背景技術(shù)】
[0004] 在EUV光刻設(shè)備中，用于極紫外（EUV)波長(zhǎng)范圍（處于約5nm和約20nm之間的 波長(zhǎng)）的反射光學(xué)元件（比如光掩?；蚧诜瓷涠鄬酉到y(tǒng)的反射鏡）用于生產(chǎn)半導(dǎo)體部 件。由于EUV光刻設(shè)備一般具有多個(gè)反射光學(xué)元件，反射光學(xué)元件必須具有最高的可能反 射率，以保證足夠高的總反射率。反射光學(xué)元件的反射率和壽命會(huì)因反射光學(xué)元件的光學(xué) 使用表面的污染而降低，所述污染因短波輻射與工作氣氛中的殘余氣體而產(chǎn)生。由于多個(gè) 反射光學(xué)元件通常在EUV光刻設(shè)備中布置成一個(gè)位于另一個(gè)后方，所以即使對(duì)每個(gè)單獨(dú)反 射光學(xué)元件的比較小的污染也會(huì)在比較大的程度上影響總反射率。
[0005]例如，污染可因水分殘留而產(chǎn)生。在該情況下，水分子被EUV輻射離解，得到的自 由氧原子團(tuán)使反射光學(xué)元件的光學(xué)作用表面氧化。污染的另一來(lái)源是聚合物，其可源自例 如用在EUV光刻設(shè)備中的真空栗，或者源自用于要圖案化的半導(dǎo)體基板上的光刻膠殘留 物，并在工作輻射的影響下對(duì)反射光學(xué)元件導(dǎo)致碳污染。盡管氧化污染物通常是不可逆的， 但碳污染尤其可以通過(guò)使活性氫與含碳?xì)埩粑锓磻?yīng)而形成揮發(fā)性化合物來(lái)處理活性氫而 得以消除?；钚詺淇梢允菤湓訄F(tuán)或離子化氫原子或分子。
[0006] 如果設(shè)置在EUV光刻設(shè)備中的光源基于錫等離子體產(chǎn)生EUV輻射，那么在光源附 近產(chǎn)生錫和必要時(shí)的鋅或銦化合物（或一般金屬（氫化物）化合物），并且這些化合物可粘 附到例如集光反射鏡的光學(xué)使用表面。由于這些物質(zhì)一般對(duì)EUV輻射具有高吸收率，所以 這些物質(zhì)在光學(xué)使用表面上的沉積物導(dǎo)致反射率的高損失，為此，應(yīng)借助合適的清潔方法 移除這些物質(zhì)，例如，借助活性（原子）氫或借助氫等離子體。氫還可用于保護(hù)布置在光源 區(qū)域中的光學(xué)表面免受錫離子的濺射或蝕刻。在該情況下，氫等離子體通常同樣由于存在 的EUV輻射以及氫與離子和電子的相互作用而產(chǎn)生。因此，光源附近的光學(xué)元件或其反射 多層系統(tǒng)還應(yīng)當(dāng)關(guān)于退化是穩(wěn)定的，如果它們永久暴露于氫等離子體的話。
[0007] 為了保護(hù)反射多層系統(tǒng)免受退化的影響，已知將保護(hù)層系統(tǒng)施加到多層系統(tǒng)。退 化理解為意味著污染影響，比如碳層、氧化物和金屬沉積物的生長(zhǎng)等，還有單獨(dú)層的脫離、 層的蝕刻掉或?yàn)R射等。特別地，已觀察到，在用于清潔或因EUV輻射與存在于殘留氣氛中的 氫相互作用而出現(xiàn)的活性氫的影響下，尤其接近多層系統(tǒng)的表面會(huì)發(fā)生單獨(dú)層的脫離。
[0008] US2011/0228237Al公開(kāi)了為了保護(hù)反射多層系統(tǒng)的目的，提供一種保護(hù)層系 統(tǒng)，其包括至少兩層，一層包括從SiO2,Y203andZrO2的組中選擇的材料，另一層包括從包含 氧化硅（具有不同化學(xué)計(jì)量比）、Y和ZrO的組中選擇的材料。
[0009] DE10 2011 076OilAl公開(kāi)了一種用于反射EUV輻射的光學(xué)元件，包括具有由 碳化硅或釕構(gòu)成的最頂層的保護(hù)層系統(tǒng)，其中，保護(hù)層系統(tǒng)具有介于5nm和25nm之間的厚 度。至少兩個(gè)交替布置層可布置在最頂層下方，至少兩個(gè)交替布置層首先具有碳或釕，其次 具有碳化物或硼化物或來(lái)自碳化硅、氮化硅、碳化硼或碳的組的材料。借助保護(hù)層系統(tǒng)，布 置在下方的多層系統(tǒng)意在尤其免受具有幾百電子伏特的動(dòng)能的活性氫的影響，否則，活性 氫可穿入多層涂層中，并在那兒導(dǎo)致最頂層的脫離，尤其是硅層的脫離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 發(fā)明目的
[0011] 本發(fā)明的目的是提供一種EUV光刻的光學(xué)元件和一種包括所述光學(xué)元件的光學(xué) 系統(tǒng)，所述光學(xué)元件可在存在活性氫時(shí)使用。本發(fā)明的目的還是指定一種處理光學(xué)元件的 方法，其使得能夠在存在活性氫時(shí)永久操作所述光學(xué)元件。
[0012] 發(fā)明主題
[0013] 該目的通過(guò)一種光學(xué)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)，該光學(xué)元件包括EUV輻射反射式多層系統(tǒng)和保 護(hù)層系統(tǒng)，所述保護(hù)層系統(tǒng)施加到多層系統(tǒng)且具有至少第一和第二層，其中，更接近多層系 統(tǒng)的第一層對(duì)于氫具有比遠(yuǎn)離多層系統(tǒng)的第二層更低的溶度。
[0014] 通過(guò)具有足夠厚度的保護(hù)層系統(tǒng)，可有效地保護(hù)多層系統(tǒng)的各層，并可防止層 脫離。特別地，這涉及純硅層，由于在那兒出現(xiàn)硅烷化合物和/或活性（原子/離子） 氫的復(fù)合，純硅層通常在很大程度上受到穿透活性氫的侵犯，從而導(dǎo)致與其相關(guān)的起泡 (blistering)和層脫離。
[0015] 本發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，為了保證暴露于活性氫的光學(xué)元件的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，僅通過(guò)具有 足夠厚度的保護(hù)層系統(tǒng)保護(hù)多層系統(tǒng)免受活性氫的影響是不夠的，因?yàn)楸Ｗo(hù)層系統(tǒng)的永久 暴露于活性氫的各層或材料還可經(jīng)受起泡或?qū)用撾x。更確切地，如果氫影響足夠高，那么任 何材料都會(huì)呈現(xiàn)起泡或?qū)用撾x。發(fā)生起泡的頻率取決于使用的材料，其中，與材料對(duì)于氫具 有高溶度的情況相比，在材料對(duì)于氫具有低溶度的情況下，起泡通常更頻繁地發(fā)生。
[0016] 因此，提出使用具有第一層和第二層的保護(hù)層系統(tǒng)，第一層和第二層對(duì)于氫具有 不同的溶度。布置為遠(yuǎn)離多層系統(tǒng)并由此更接近形成與環(huán)境的界面的光學(xué)表面的第二層在 增加的程度上暴露于活性氫，因此對(duì)于氫具有比較高的溶度，由此，由于形成氫化物，例如 起泡的可能性較低。相比之下，更接近多層系統(tǒng)并可尤其鄰接其最頂層的第一層對(duì)于氫具 有比較低的溶度，由此起泡的可能性較高。另一方面，對(duì)于氫具有低溶度的材料是比對(duì)于氫 具有較高溶度的材料更好的氫阻擋物，結(jié)果，氫到多層系統(tǒng)中的擴(kuò)散減少。
[0017] 使用對(duì)于氫具有高溶度的第二層使得可吸收從光學(xué)表面（與真空的界面）擴(kuò)散進(jìn) 或由于高動(dòng)能而注入保護(hù)層系統(tǒng)的材料中的氫原子。通過(guò)第二層吸收氫保護(hù)了具有起泡的 更高可能性的第一層。第一層充當(dāng)氫阻擋物，用于顯著地減少或防止氫到下面的多層系統(tǒng) 的進(jìn)一步擴(kuò)散。如此，即使在EUV光刻設(shè)備的光源的許多例如20-70千兆脈沖之后，仍可提 供在存在活性氫時(shí)穩(wěn)定的保護(hù)層系統(tǒng)。
[0018] 在一個(gè)實(shí)施例中，第一層的溶度S1適用下列內(nèi)容：ln(sD〈3,優(yōu)選地In(S1Xl,和 /或第二層的溶度S2適用下列內(nèi)容：ln(s2)>5,優(yōu)選地ln(s2)>7。溶度s(或s2)對(duì)于氫 在大氣壓力下限定，并表示由100克氫吸收材料占據(jù)的（分子）氫體積（以立方厘米為單 位）。對(duì)于該限定的細(xì)節(jié)，參考R.H.Fowler等人的文章"ATheoreticalFormulaforthe SolubilityofHydrogeninMetals"Proc.R.Soc.LondA160,page37etseq. (1937), 該文章的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本申請(qǐng)的內(nèi)容中。應(yīng)指出，溶度s是取決于溫度的，例如從 所引文章的圖1中明白的。在此指示的值涉及以下適用的溫度（單位為開(kāi)）：10000/16= 625K(參見(jiàn)圖1)，即約350°C或更小的溫度。
[0019] 在一個(gè)實(shí)施例中，第一層由非結(jié)晶或單晶材料形成。為了使第一層可有效地滿足 其作為擴(kuò)散阻擋物的功能，已證明有利的是，所述層由（緊湊的）非結(jié)晶或單晶材料形成， 其優(yōu)選地不具有孔（pore)和內(nèi)晶界（internalgrainboundaries)。存在孔和存在晶界 (比如在多晶材料中發(fā)生的）會(huì)損壞第一層的長(zhǎng)期耐久性，因?yàn)槠鹋輹?huì)以增加的程度在孔 中和/或晶界處發(fā)生。
[0020] 在另一實(shí)施例中，第一層由從包括Mo、Ru、Ir、Ni、Fe、Co、Cu的組中選擇的材料形 成。對(duì)于這些材料，已知它們對(duì)于（分子）氫具有低溶度，使得這些材料可有效地防止氫擴(kuò) 散至反射多層系統(tǒng)。不必說(shuō)，其它材料還可用于第一層，尤其是對(duì)于氫具有（甚至）更低擴(kuò) 散系數(shù)或?qū)τ诜肿託渚哂猩踔粮腿芏鹊膶印?br>[0021] 在另一實(shí)施例中，第一層的厚度介于0? 3nm和IOnm之間、優(yōu)選介于0? 3nm和2nm 之間。第一層位于所示區(qū)間內(nèi)的厚度通常使得可一方面有效地防止氫擴(kuò)散進(jìn)多層系統(tǒng)中， 另一方面不會(huì)使光學(xué)元件的反射率減少得太多。
[0022] 在另一實(shí)施例中，第二層由多晶和/或開(kāi)孔材料形成，然而，必要時(shí)，第二層還可 由具有閉孔的材料形成。多晶材料具有附著氫的晶界，使得對(duì)于氫的溶度可以相對(duì)于例如