ES2933686T3 - Espejos para litografía EUV - Google Patents

Abstract

Sustratos adecuados para espejos utilizados en longitudes de onda en el rango de longitud de onda EUV que comprenden un cuerpo base (2) hecho de un compuesto de partículas con una matriz metálica o no metálica. Además, se proporciona una capa altamente reflectante (6) sobre la capa de pulido (3) del sustrato (1) del espejo EUV (5). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Espejos para litografía EUV

La presente invención se refiere a un espejo para un aparato de exposición de proyección EUV que comprende un sustrato que comprende un cuerpo base.

Para que sea posible crear estructuras cada vez más finas utilizando métodos litográficos durante la producción de componentes semiconductores, por ejemplo, se hace uso de luz que tiene una longitud de onda cada vez más corta. Si se utiliza luz en el intervalo de longitud de onda del ultravioleta extremo (EUV), por ejemplo, a longitudes de onda de entre aproximadamente 5 nm y 20 nm, ya no es posible utilizar elementos similares a lentes en la transmisión, sino que, en cambio, los objetivos de iluminación y proyección se construyen a partir de elementos de espejo con recubrimientos altamente reflectantes que se adaptan a la longitud de onda operativa respectiva. A diferencia de los espejos en los intervalos de longitud de onda visible y ultravioleta, también es el caso, en teoría, que solo se pueden lograr reflectividades máximas de menos del 80 % por espejo. Dado que los dispositivos proyectivos EUV generalmente tienen una pluralidad de espejos, es necesario que cada uno de ellos tenga la reflectividad más alta posible para garantizar una reflectividad global suficientemente alta.

Tanto para mantener las pérdidas de intensidad como resultado de la radiación parásita lo más bajas posible como para evitar aberraciones en la imagen, los sustratos de espejo o los espejos que se producen aplicando una capa altamente reflectante al sustrato de espejo deben tener la microrrugosidad más baja posible. La rugosidad cuadrática media (RMS) se calcula a partir del valor medio de los cuadrados de la desviación de los puntos medidos sobre la superficie con respecto a un área central, que se extiende por la superficie de manera que la suma de las desviaciones con respecto al área central sea mínima. Particularmente para elementos ópticos para litografía EUV, la rugosidad en un intervalo de frecuencia espacial de 0,1 gm a 200 gm es particularmente importante para evitar influencias negativas sobre las propiedades ópticas de los elementos ópticos.

S. Guo et al., "Stress analysis at the interface between Ni-P coating and SiCp/AI substrate of space mirror", Applied surface Science, vol. 255, n.° 6 (17-10-2008), pág. 3691-3695 describen un sustrato para un espejo espacial que comprende un cuerpo base hecho de un material compuesto en partículas con partículas de carburo de silicio en una matriz de aluminio y una capa de pulido hecha de fósforo de níquel, que se puede utilizar como superficie reflectante. El sustrato está optimizado para su uso a temperaturas cercanas a 0 K.

Alan L. Geiger, "Metal Matrix Composite Foam: A new material for sandwich-construction mirrors" in J. Breakwell et al., "Advances in Optical Structure Systems", 16-19 de abril de 1990, Orlando, Florida, Proceedings SPIE, vol. 1303, pág. 546-553, describe un espejo de construcción tipo sándwich para luz infrarroja/visible. Las láminas sólidas en ambos lados de un núcleo de espuma están hechas de aleaciones de aluminio y magnesio que contienen partículas de carburo de silicio. Las superficies exteriores de las láminas están enchapadas con níquel para proporcionar una superficie reflectante suave.

Y. Zhang et al., "Large-scale fabrication of lightweight Si/SiC ceramic composite optical mirror", Materials Letters 58 (2004), pág.1204-1208 describe un espejo espacial para la luz visible hecho de un cuerpo liviano de carburo de silicio infundido con silicio. La superficie del cuerpo está pulida para mejorar la reflectividad.

El espejo de acuerdo con el documento JP 2006-190862 A también está hecho de carburo de silicio infundido con silicio.

Está destinado a ser utilizado para la fabricación de cristales líquidos por litografía con una lámpara de mercurio.

El documento US 6377655 B divulga un espejo que comprende un sustrato, una capa de pulido y una capa altamente reflectante.

Es un objeto de la presente invención proponer espejos que sean adecuados para usar en longitudes de onda en el intervalo de longitud de onda EUV.

El objeto se logra mediante un espejo para un aparato de exposición de proyección EUV, que comprende un sustrato que comprende un cuerpo base, en donde se dispone una capa de pulido sobre el cuerpo base y una capa altamente reflectante sobre la capa de pulido, y en donde el cuerpo base está hecho de un material compuesto en partículas. Los materiales compuestos en partículas también tienen una alta resistencia o estabilidad estructural. Como resultado, también son muy adecuados para su uso en sustratos de espejo para litografía EUV, en particular para aplicaciones a largo plazo. Los materiales compuestos en partículas tienen dispersoides que son insolubles en una matriz. Es preferible que los dispersoides sean de material cerámico, en particular de óxidos, carburos, nitruros y/o boruros. De manera similar a las precipitaciones en el endurecimiento por precipitación, los dispersoides forman obstáculos para los movimientos de dislocación dentro de una matriz, en particular cuando están presentes en forma finamente distribuida. Los espejos para aparatos de exposición de proyección EUV se distinguen por una alta resistencia estructural con respecto a periodos de funcionamiento prolongados incluso a temperaturas elevadas y, por lo tanto, por valores de rugosidad aproximadamente constantes durante todo el periodo de uso. En este caso, es posible lograr una vida útil de varios años.

Las capas de pulido preferidas son, entre otras, capas que han sido depositadas sin corriente externa, por ejemplo, capas de níquel-fósforo o níquel-boro. En este caso, pueden estar presentes en una fase cristalina o en una fase amorfa de rayos X. En el caso de capas de níquel-fósforo, se da preferencia a las capas que contienen más del 11 % en peso de fósforo. Las capas también pueden ser capas de aleación de níquel-fósforo que también comprenden uno o dos metales adicionales. Las capas pueden ser igualmente capas de dispersión de níquel-fósforo o de níquel-boro que, si fuera apropiado, también contienen uno o dos metales adicionales. Esto también se aplica a las capas de níquel-boro. Además, capas de cobre, capas de cristal de cuarzo, capas de silicio amorfo o cristalino, capas amorfas de carburo de silicio o también capas de óxido de indio y estaño (ITO) han demostrado ser ventajosas. Todas estas capas tienen la característica común de que se pueden pulir a rugosidades de un valor RMS de 5 angstroms o incluso bastante más bajas, en particular en el intervalo de frecuencia espacial de entre 10 nm y 1 pm. Usando los materiales de cuerpo base descritos aquí, es posible observar una estabilidad de la microrrugosidad en el intervalo de frecuencia espacial de 10 nm a 250 pm incluso bajo carga térmica y en funcionamiento a largo plazo, ya que se proponen materiales de cuerpo base que no tienen degradación superficial morfológica en estas condiciones. En particular, la microrrugosidad se obtiene en una escala de angstrom en valores RMS. En el intervalo de frecuencia espacial de 10 nm a 1 pm, los cambios en la rugosidad pueden estar en una región de menos de 2,5 angstroms; en el intervalo de frecuencia espacial de 1 pm a 250 pm, es posible lograr una fluctuación de los valores de rugosidad de menos de 3 angstroms.

Dependiendo de la combinación del material de cuerpo base y el material de la capa de pulido, puede ser ventajoso proporcionar una capa promotora de la adherencia entre el cuerpo base y la capa de pulido para lograr una buena unión entre el cuerpo base y la capa de pulido.

Es preferible que el material compuesto en partículas tenga dispersoides esferoidales. Por lo tanto, es posible reducir la tensión o la energía de distorsión en el material compuesto en partículas, lo que puede conducir a una mayor resistencia a altas temperaturas. Los dispersoides que tienen una geometría esferoidal se pueden obtener mediante procesos particulares de recocido suave. A modo de ejemplo, es posible llevar a cabo procesos de recocido suave en los que el material se mantiene durante una o dos horas a una temperatura en la que la fase básica de la matriz del material compuesto en partículas es estable, mientras que otras fases en las soluciones van simplemente a la solución. Después, la temperatura del material fluctúa repetidamente alrededor de este intervalo de temperatura y, posteriormente, el material se enfría lentamente a aproximadamente 10 °C a 20 °C por hora. Tales tratamientos térmicos pueden llevarse a cabo con las aleaciones descritas anteriormente de manera que cualquier precipitación se esferoidice, en particular en el caso de aleaciones endurecidas por precipitación.

Se ha demostrado que es particularmente ventajoso que el material compuesto en partículas tenga dispersoides de una extensión de entre 1 nm y 20 nm. De este modo es posible lograr resistencias particularmente buenas y al mismo tiempo minimizar una influencia negativa sobre los valores de microrrugosidad.

En realizaciones preferidas, el material compuesto en partículas tiene una matriz metálica, siendo particularmente preferible una matriz de cobre o una matriz de aluminio. Son ejemplos de dispersoides adecuados, en este caso, carburo de titanio, óxido de aluminio, carburo de silicio, óxido de silicio o carbono en una modificación de grafito o diamante.

En realizaciones preferidas adicionales, el material compuesto en partículas tiene una matriz cerámica, en particular una matriz de silicio o carbono. En este caso, las partículas de carburo de silicio, en particular, han demostrado ser adecuadas como dispersoides.

En conjunto, ha resultado ser ventajoso en el caso de los materiales de cuerpo base aquí descritos que el material de cuerpo base tenga una estructura de retícula cúbica centrada en las caras. Por lo tanto, es posible aumentar aún más la resistencia estructural en comparación con las estructuras cúbicas centradas en el cuerpo, por ejemplo y, por lo tanto, los materiales cúbicos centrados en las caras son particularmente adecuados para su uso durante largos periodos de tiempo y, si fuera apropiado, a temperaturas elevadas.

Es particularmente preferible que el material de cuerpo base no experimente cambios en la microestructura en el caso de cambios de temperatura de 20 °C a 150 °C durante un periodo de tiempo de 1 año. Este intervalo de temperatura incluye aquellas temperaturas que se alcanzan cuando se utilizan espejos basados en este sustrato en un aparato de exposición de proyección EUV. Dado que los materiales del cuerpo base experimentan cambios en la estructura solo a temperaturas superiores a 150 °C, es posible reducir prácticamente a cero la influencia que tiene la estructura del cuerpo base sobre los valores de rugosidad del sustrato del espejo o del espejo basado en el mismo. Los cambios en la estructura pueden implicar una variedad muy amplia de efectos, por ejemplo, el cambio de posición de las dislocaciones, oscilaciones de los átomos, casos de rugosidad, tal como el llamado efecto piel de naranja, o bien procesos de segregación.

En las realizaciones, una capa de pulido está dispuesta sobre el cuerpo base. Es ventajoso que entre el cuerpo base y la capa de pulido esté dispuesta una capa promotora de la adherencia.

Las características mencionadas anteriormente y otras características resultan evidentes no solo de las reivindicaciones sino también de la descripción y los dibujos, en donde las características individuales pueden realizarse en cada caso por sí mismas o como una pluralidad en forma de subcombinaciones en una realización de la invención y en otros campos, y pueden constituir realizaciones ventajosas e inherentemente protegibles. Sin embargo, la invención se define por las reivindicaciones.

La presente invención se explicará con más detalle con referencia a un ejemplo de realización preferido. En este sentido,

las Figuras 1a,b muestran esquemáticamente dos variantes de un sustrato en sección;

las Figuras 2a,b muestran esquemáticamente dos variantes de un espejo en sección; y

la Figura 3 muestra un diagrama de fases para un sistema binario de aluminio y cobre.

La Figura 1a muestra esquemáticamente un sustrato 1 que comprende un cuerpo base 2 y una capa de pulido 3 aplicada al mismo. El cuerpo base 2 y la capa de pulido 3 realizan diferentes funciones. Mientras que una buena estabilidad dimensional es una prioridad para el cuerpo base 2 , las buenas propiedades de mecanizado y pulido son de primordial importancia para la capa de pulido 3.

La capa de pulido se puede aplicar mediante procesos convencionales de recubrimiento al vacío, por ejemplo, procesos de pulverización catódica, evaporación por haz de electrones, epitaxia de haz molecular o recubrimiento asistido por haz de iones. Si la capa de pulido es un material metálico, por ejemplo cobre, níquel-fósforo o níquel-boro, se aplica preferentemente sin corriente externa. Las capas de pulido de níquel-fósforo o níquel-boro, en particular, también se pueden aplicar como capas de dispersión, en cuyo caso el politetrafluoroetileno puede servir como dispersante, por ejemplo.

Las capas de pulido de níquel-fósforo o níquel-boro, en particular, se aplican preferentemente con concentraciones relativamente altas de fósforo o boro, de tal manera que se presentan predominantemente o incluso completamente en forma amorfa y, por lo tanto, tienen mejores propiedades de pulido. Luego pueden endurecerse, por ejemplo, por tratamiento térmico, tratamiento con plasma o bombardeo de iones. El silicio como material de la capa de pulido también se puede depositar en forma amorfa o cristalina de una manera controlada por el proceso de recubrimiento. El silicio amorfo se puede pulir con mayor eficacia que el silicio cristalino y, si se requiere, también puede endurecerse por tratamiento térmico, tratamiento con plasma o bombardeo de iones. Las capas de pulido de silicio o dióxido de silicio también se pueden alisar mediante haces de iones. La capa de pulido también puede ser de carburo de silicio o de óxido de indio y estaño.

Los espesores preferidos de la capa de pulido 3 pueden ser de aproximadamente 5 pm a 10 pm para capas de pulido pulidas sobre una base metálica. En el caso de capas de pulido 3 no metálicas, los espesores de capa preferidos son de aproximadamente 1,5 pm a 3 pm. Utilizando procesos de pulido convencionales, las capas de pulido metálicas se pueden pulir para obtener una rugosidad cuadrática media de menos de 0,3 nm en el intervalo de frecuencia espacial de 1 pm a 200 pm y una rugosidad cuadrática media de menos de 0,25 nm en el intervalo de frecuencia espacial de 0,01 pm a 1 pm. Utilizando procesos de pulido convencionales, las capas de pulido no metálicas se pueden pulir a rugosidades cuadráticas medias de menos de 0,3 nm en todo el intervalo de frecuencia espacial de 0,01 pm a 200 pm.

La Figura 1b muestra esquemáticamente una variante del sustrato 1 que se muestra en la Figura 1a, en la que entre el cuerpo base 2 y la capa de pulido 3 está dispuesta una capa promotora de la adherencia 4. Es preferible que la capa promotora de la adherencia 4 pueda tener un espesor de hasta 1 pm, preferentemente entre 100 nm y 500 nm. A modo de ejemplo, se puede aplicar mediante procesos CVD (deposición química en fase vapor) o PVD (deposición física en fase vapor).

Tales sustratos 1 se procesan adicionalmente para formar espejos EUV 5, como se muestra esquemáticamente en la Figura 2a en una primera variante de una realización, aplicando una capa altamente reflectante 6 a la capa de pulido 3. Para uso en el caso de radiación EUV en el intervalo de longitud de onda de aproximadamente 5 nm a 20 nm y con una incidencia normal de radiación, la capa altamente reflectante 6 es particularmente preferible un sistema multicapa de capas alternas de material con una parte real diferente del índice de refracción complejo a través del cual se simula en cierta medida un cristal con planos de red en los que tiene lugar la difracción de Bragg. Se puede aplicar un sistema multicapa de capas alternas de silicio y molibdeno, por ejemplo, para uso de 13 nm a 14 nm. En particular, si la capa altamente reflectante 6 está configurada como un sistema multicapa, se aplica preferentemente mediante procesos convencionales de recubrimiento al vacío, tales como, por ejemplo, procesos de pulverización catódica, evaporación por haz de electrones, epitaxia de haz molecular o recubrimiento asistido por haz de iones. Para uso en el caso de radiación EUV en el intervalo de longitud de onda de aproximadamente 5 nm a 20 nm y con incidencia rasante de radiación, se da preferencia a los espejos con una capa superior de metal, por ejemplo de rutenio.

La Figura 2b muestra esquemáticamente otra variante del espejo 5 que se muestra en la Figura 2a, en el que una capa promotora de la adherencia 4 está dispuesta entre el cuerpo base 2 y la capa de pulido 3 del sustrato 1 del espejo 5.

En un ejemplo, el cuerpo base 2 del espejo 5 o del sustrato 1 puede estar hecho de un material compuesto en partículas. En particular, el cuerpo base 2 puede estar hecho de un material compuesto en partículas que tenga una matriz metálica. A modo de ejemplo, este último puede ser una aleación de aluminio de la serie 2000 a 7000, preferentemente una aleación de aluminio de la serie 5000 a 7000, cobre, una aleación de cobre de baja aleación o niobato de cobre. Los dispersoides preferentemente esferoidales de una extensión en el intervalo de 1 nm a 20 nm son ventajosamente carburo de titanio, óxido de titanio, óxido de aluminio, carburo de silicio, óxido de silicio, grafito o carbono tipo diamante, siendo también posible proporcionar dispersoides de diferentes materiales en la matriz. Estos materiales pueden producirse por pulvimetalurgia, por ejemplo. El cuerpo base 2 también puede estar hecho de un material compuesto en partículas que tenga una matriz cerámica. A modo de ejemplo, los materiales compuestos en partículas que tienen una matriz de silicio o carbono y los dispersoides de carburo de silicio son particularmente adecuados. Como resultado de su enlace covalente, tienen una rigidez reticular particularmente alta. Es particularmente preferible que los dispersoides se distribuyan lo más homogéneamente posible en la matriz, para que dichos dispersoides sean lo más pequeños posible y para que el material compuesto tenga las separaciones de dispersoides más pequeñas posibles.

Los sustratos del ejemplo tienen resistencias particularmente altas de 300 MPa o más, incluso a temperaturas de hasta 150 °C, y también una buena estabilidad a largo plazo. Los sustratos, que comprenden cobre en su cuerpo base, tienen además conductividades térmicas altas y, por lo tanto, pueden enfriarse fácilmente. Debido a su cuerpo base especial, los sustratos no experimentan ningún cambio en la microestructura en los intervalos de temperatura que surgen en el funcionamiento a largo plazo de los espejos en los aparatos de exposición de proyección EUV. Como resultado, los espejos EUV que tienen dicho sustrato tienen la ventaja de que los valores de rugosidad de los mismos permanecen sustancialmente constantes durante su vida útil, en particular en el intervalo de frecuencia espacial de 0,1 pm a 200 pm. Los espejos EUV descritos aquí son adecuados tanto para su uso en el sistema de iluminación, con el que se ilumina una máscara o una retícula con radiación EUV, como en el sistema de proyección, con el que se proyecta la estructura de la máscara o de la retícula sobre un objeto a exponer, por ejemplo, una oblea semiconductora, de un aparato de exposición de proyección EUV. Debido a la alta resistencia a altas temperaturas, son particularmente adecuados para espejos dispuestos más adelante en la trayectoria del haz, donde la carga térmica es mayor, por ejemplo en el sistema de iluminación. Son particularmente adecuados para su uso como facetas de espejos facetados de pupila y particularmente de espejos facetados de campo.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Un espejo para un aparato de exposición de proyección EUV, que comprende un sustrato (1) que comprende un cuerpo base, en donde se dispone una capa de pulido (3) sobre el cuerpo base (2) y una capa altamente reflectante (6) sobre la capa de pulido (3), y en donde el cuerpo base (2) está hecho de un material compuesto en partículas.

2. El espejo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que entre el cuerpo base (2) y la capa de pulido (3) está dispuesta una capa promotora de la adherencia (4).

3. El espejo de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que el material compuesto en partículas tiene dispersoides de una extensión de entre 1 nm y 20 nm.

4. El espejo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el material compuesto en partículas tiene una matriz metálica.

5. El espejo de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que el material compuesto en partículas tiene dispersoides esferoidales.

6. El espejo de acuerdo con la reivindicación 4 o 5, caracterizado por que la matriz metálica es una matriz de cobre o una matriz de aluminio.

7. El espejo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el material compuesto en partículas tiene una matriz cerámica.

8. El espejo de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que la matriz cerámica es una matriz de silicio o una matriz de carbono con dispersoides de carburo de silicio.

9. El espejo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que el material de cuerpo base (2) tiene una estructura cúbica centrada en las caras.

10. El espejo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que el material de cuerpo base (2) no experimenta cambios de microestructura ante cambios de temperatura de 20 °C a 150 °C durante un periodo de tiempo de 1 año.