DE10011547C2 - Thermisch stabiles Schichtsystem zur Reflexion von Strahlung im extremen ultravioletten Spektralbereich (EUV) - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schichtsystem nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Optische Bauelemente für die Reflexion von Strahlung im extrem ultravioletten Spektralbereich (EUV: 10 nm . . . 100 nm) können durch Dünnschichtsysteme reali­ siert werden, die im allgemeinen aus etwa 40-60 auf einem Substrat übereinanderliegenden Dünnschichtpaa­ ren bestehen. Eine geringere Anzahl von Paaren führt zu einem niedrigeren Reflexionswert, während eine hö­ here Anzahl aufgrund der Absorption der Strahlung keine weitere Steigerung des Reflexionswertes ergibt. Ein beispielhafter Wert für die Dicke eines Schicht­ paares liegt bei 6,8 nm.

Die Schichtsysteme werden hauptsächlich durch PVD- Verfahren hergestellt, wobei sowohl Sputter-, Elek­ tronenstrahl-Verdampfungs- als auch Laser-Ablations- Verfahren eingesetzt werden können. CVD-Verfahren wurden ebenfalls erfolgreich zur Herstellung derarti­ ger Schichtsysteme angewendet.

Ein Dünnschichtpaar besteht im allgemeinen aus zwei Materialien mit unterschiedlichen optischen Konstan­ ten, wobei das eine Material eine möglichst geringe Absorption ("Spacer"), das andere Material dagegen eine große Absorption ("Absorber") aufweisen sollten. Die Auswahl der Dünnschichtmaterialien ist vor allem von der Arbeitswellenlänge des zu realisierenden op­ tischen Bauelementes abhängig (E. Spiller: Low-loss reflection coatings using absorbing materials, Appl. Phys. Lett., 20, S. 365-367, 1972). So sind auf Sili­ zium basierende Dünnschichtsysteme für einen Wellen­ längenbereich jenseits der Si-L-Absorptionskante von 12,4 nm bis ca. 35 nm anwendbar. Für diesen Wellen­ längenbereich hat sich weiterhin seit über 10 Jahren Molybdän als "Absorber" etabliert, so daß weltweit derzeit fast ausschließlich Mo/Si-Schichtsysteme in diesem Spektralbereich zur Anwendung gelangen (Spil­ ler, SoftX-Ray Optics, SPIE Optical Engenieering Press, Bellingham, 1994).

Eine wichtige Charakteristik von im allgemeinen als Spiegel verwendeten Schichtsystemen für den EUV- Spektralbereich ist die maximale Reflexion. Der welt­ weit höchst gemessene Reflexionswert liegt derzeit bei R_Mo/Si = 68,7% bei 13,4 nm (C. Montcalm, J. A. Folta, S. P. Vernon: Pathways to high reflectance Mo/Si multilayer coatings for extreme-untraviolet li­ thography, 4. International Conference on The Physics of X-Ray Multilayer Structures, 1.-5. März 1998, Breckenridge, Colorado, USA).

Dies entspricht etwa 90% der theoretisch erreichba­ ren Reflexion R_theor, die in Abhängigkeit von dem zu­ grundeliegenden Modell 76,7% bei 13,4 nm beträgt.

Für viele Anwendungen von EUV-Spielgeln ist neben der Reflexion auch eine möglichst hohe Stabilität der Schichtsysteme gegenüber thermischer Belastung erfor­ derlich. Da Mo/Si-Schichtsysteme oberhalb einer Tem­ peratur von ca. 300°C aufgrund von Interdiffusions- und Kristallisationseffekten an den Molybdän-Sili­ zium-Schichtgrenzflächen degradiert werden, wie es bspw. in der US 5 319 695 beschrieben wird, sind Sy­ steme dieser Materialpaarung nur bis zu einer maxima­ len Arbeitstemperatur von 300°C einsetzbar. Bei hohen Photonenenergien oder durch äußere thermische Bela­ stung werden die Schichtsysteme in der Praxis jedoch sehr oft höheren Temperaturen ausgesetzt. Besonders gilt dies beispielsweise für Kollektorspiegel in un­ mittelbarer Nähe der EUV-Strahlungsquelle. Es wurden bisher zwei Wege verfolgt, Mo/Si-Schichtsysteme auch bei Temperaturen oberhalb 300°C anzuwenden, nämlich:

• 1. intensive Substratkühlung und
• 2. Nutzung von ultradünnen Kohlenstoff-Barriere­ schichten zwischen Molybdän und Silizium zur Vermeidung von Interdiffusions- und Kristalli­ sationseffekten an der Molybdän-Silizium-Grenz­ fläche (H. Takenaka, T. Kawumara: Thermal sta­ bility of Soft X-Ray Mirrors, J. of Electr. Spectr. and Relat. Phen., 80, S. 381-384, 1996)

Während eine Substratkühlung einen erhöhten apparati­ ven Gesamtaufwand erfordert, weisen Mo/Si-Schichtsysteme mit ultradünnen Kohlenstoff-Barriereschichten eine um ca. 5% verringerte theoretisch erreichbare maximale Reflexion im Vergleich zu reinen Mo/Si- Schichtsystemen auf.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein thermisch stabiles Schichtssystem zur Reflexion von Strahlung im extremen ultravioletten Spektralbe­ reich anzugeben, bei dem der Reflexionswert möglichst hoch ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Merkmal. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungs­ gemäßen Schichtsystems ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Dadurch, daß die Barriereschicht aus Molybdäncarbid (Mo₂C) besteht, wird ein Schichtsystem erhalten, des­ sen Degradation infolge thermischer Belastung erst bei einer Temperatur oberhalb 500°C beginnt, wobei die durch die Mo₂C-Barriereschicht bedingte Herabset­ zung des theoretisch erreichbaren Reflexionswertes bei einer Dicke der Barriereschicht von 0,6 nm nur etwa 1% beträgt.

Zur Herstellung von Mo/Mo₂C/Si/Mo₂C-Schicht-Systemen werden vorteilhaft PVD-Verfahren angewendet, wobei jeweils zwischen Mobybdän und Silizium eine etwa 0,6 nm dicke Mo₂C-Barriereschicht abgeschieden wird. Die Gesamtdicke einer Molybdän- und einer Siliziumschicht beträgt vorzugsweise etwa 6,8 nm. Jedoch sind die Dicke der Einzelschichten sowie das Design des herzu­ stellenden Mo/Mo₂C/Si/Mo₂C-Schichtsystems abhängig von den Anforderungen, die die jeweils bestimmungsge­ mäße Anwendung an das Schichtsystem stellt. Die Tech­ nologie zur Herstellung der Mo/Mo₂C/Si/Mo₂C-Schicht­ systeme wird vom Beschichtungsprozeß bestimmt.

Zur Beurteilung der thermischen Stabilität eines Mo/­ Mo₂C/Si/Mo₂C-Schichtsystems wurden mehrere Mo/Mo₂C/Si/Mo₂C-Spiegel für eine Arbeitswellenlänge von 13,3 nm realisiert. Die Herstellung dieser Spie­ gel erfolgte mit der DC-Magnetron-Sputter-Techno­ logie. Der Beschichtungsprozeß war durch folgende Pa­ rameter charakterisiert:

• - Anzahl der Mo/Mo₂C/Si/Mo₂C-Schichten: 50
• - Substrat: Si-(111)-Wafer
• - Arbeitsgas: Argon
• - Arbeitsdruck: 0,266 Pa
• - Sputterleistung Molybdän: 150 W
• - Sputterleistung Silizium: 200 W
• - Sputterleistung Molybdäncarbid: 200 W
• - Sputterrate Molybdän: 0,55 nm/s
• - Sputterrate Silizium: 0,50 nm/s
• - Sputterrate Molybdäncarbid: 0,6 nm/s
• - Substratvorspannung: 100 V

Die bei diesem Schichtsystem maximal gemessene Refle­ xion betrug R = 59,9%. Die so hergestellten Mo/Mo₂C/Si/Mo₂C-Spiegel wurden nach dem Beschich­ tungsprozeß unter Vakuumbedingungen schrittweise bis zu einer Temperatur von 700°C erhitzt. In Auswertung dieser Versuche ergab sich eine thermische Stabilität des Mo/Mo₂C/Si/Mo₂C-Schichtsystems bis zu einer Tem­ peratur von 500°C.

Claims (5)

1. Thermisch stabiles Schichtsystem zur Reflexion von Strahlung im extremen ultravioletten Spek­ tralbereich (EUV), bestehend aus einer Vielzahl von auf einem Substrat übereinanderliegenden Dünnschichtpaaren jeweils aus einer Molybdän- und einer Siliziumschicht, wobei zwischen je­ weils zwei benachbarten unterschiedlichen Mate­ rialschichten eine Barriereschicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriereschicht aus Molybdäncarbid (Mo₂C) besteht.

2. Schichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Dünnschichtpaare im Be­ reich 40-60 liegt.

3. Schichtsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Molybdän- und die Siliziumschichten der Dünnschichtpaare jeweils eine Gesamtdicke von etwa 6,8 nm aufweisen.

4. Schichtsystem nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriereschicht eine Dicke von etwa 0,6 nm aufweist.

5. Schichtsystem nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten durch PVD-Verfahren aufge­ bracht sind.