DE10155711B4 - Im EUV-Spektralbereich reflektierender Spiegel - Google Patents
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Abstract
Im
EUV-Spektralbereich reflektierender Spiegel mit einer auf ein Substrat
aufgebrachten Schichtanordnung, die eine Abfolge von Einzelschichten aufweist,
wobei die Schichtanordnung eine Mehrzahl von Schichtteilsystemen
(1, 2, 3) umfasst, die jeweils eine periodische Abfolge von mindestens
zwei eine Periode (4) bildenden Einzelschichten unterschiedlicher
Materialien aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl (Ni) der Perioden (4) und die Dicke (di) der Perioden (4) der einzelnen Teilsysteme
(1, 2, 3) von dem Substrat (7) zur Oberfläche (8) hin abnimmt und die
Anzahl (Ni) der Perioden (4) jedes Teilsystems
(1, 2, 3) so gewählt
wird, dass alle Teilsysteme etwa gleich zur Reflektivität des Spiegels
beitragen.
Description
- Die Erfindung betrifft einen im EUV-Spektralbereich reflektierenden Spiegel nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
- Das Hauptanwendungsfeld von Spiegeln im EUV-Spektralbereich (Extrem UV) um 13 nm mit einem Mehrschichtaufbau ist derzeit die Entwicklung der nächsten Generation von Lithografiesystemen für die Halbleiterindustrie. Der Schwerpunkt der Forschung zur Herstellung von Multilayer(Mehrschicht)-Spiegeln war in den vergangenen Jahren die Erzielung einer möglichst großen Reflektivität R der Spiegel, da die geplanten Abbildungssysteme aus bis zu 9 Spiegeln bestehen sollen und die Reflektivität des Gesamtsystems daher zur Größe R9 proportional ist.
- Neue Anwendung von EUV-Strahlung im Bereich der Materialforschung, der Röntgen-Astronomie, der Forschung mit Synchrotronstrahlung oder die Entwicklung von Röntgenmikroskopen stellen weitere Anforderung an die Multilayer-Spiegel. Insbesondere der Einsatz von Plasma-Quellen wird Anwendungen von EUV-Strahlung im Labor ermöglichen, die bisher nur mit Synchrotronstrahlung zugänglich waren.
- Zur optimalen Nutzen dieser Plasma-Quellen sind Spiegel geeignet, die sowohl im Winkel- als auch im Wellenlängenbereich breitbandig reflektieren, da diese Quellen räumlich homogen und über einen breiten Wellenlängenbereich emittieren. Die volle Halbwertsbreite der Reflexion eines für maximale Reflektivität bei 13 nm optimierten Mo/Si Multilayer-Spiegels beträgt allerdings nur 0,5 nm und im Winkelbereich bei Einfallswinkeln über 10° tritt ein steiler Einbruch der Reflektivität auf.
- Zur Erzielung einer breitbandigeren Reflexion als mit herkömmlichen Multilayer-Spiegeln sind in der Literatur (Z. Wang, A. G. Michette, J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2 (2000), Seiten 452–457 und A. G. Michette, Z. Wang, Optics Communications 177 (2000), Seiten 47–55) Schichtdesigns bekannt, die aus einer mit einem Simulationsprogramm optimierten stochastischen Abfolge von Einzelschichten bestehen. Im harten Röntgenbereich sind Schichtdesigns für Breitbandspiegel bekannt, bei denen die Periode des Multilayers von Schicht zu Schicht nach einer dafür optimierten Funktion variiert wird (V. V. Protopov, V. A. Kalnov, Optics Communications 158 (1998), Seiten 127–140).
- Die Druckschrift
JP 2001057328 A - Die Druckschrift
US 5 022 064 offenbart einen Multilayer-Spiegel für den Röntgenbereich. Der Multilayer-Spiegel unterteilt sich in verschiedene Bereiche, wobei jeder Bereich auf eine möglichst hohe Reflektivität einer bestimmten Wellenlänge ausgelegt ist. - Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Spiegel im EUV-Spektralbereich mit einer auf ein Substrat aufgebrachten Schichtanordnung zu schaffen, der eine hohe und nahezu konstante Reflektivität über einen großen Winkelbereich und/oder über einen relativ großen Wellenlängenbereich aufweist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.
- Dadurch, daß die Schichtanordnung des Spiegels eine Mehrzahl von Schichtteilsystemen umfaßt, die jeweils eine periodische Abfolge von mindestens zwei eine Periode bildenden Einzelschichten unterschiedlicher Materialien aufweisen, wobei die Anzahl der Perioden und die Dicke der Perioden der einzelnen Teilsysteme von dem Substrat zur Oberfläche hin abnehmen, werden einerseits die Peakwellenlängen des Reflexionsmaximums des jeweiligen Teilsystems vom Substrat zur Oberfläche hin zu kürzeren Wellenlängen verschoben, wodurch die Überlagerung der Reflexion der Teilsysteme einen breiten Reflexionspeak des Gesamtsystems erzeugt, und andererseits können alle Teilsysteme in etwa gleich zur Reflektivität des Gesamtsystems beitragen. Es läßt sich eine nahezu konstante Reflektivität über einen großen Wellenlängen- bzw. Winkelbereich erreichen.
- Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich. Besonders vorteilhaft ist, wenn drei Teilsysteme mit einer periodischen Abfolge von zwei Schichten als Periode gewählt werden, da dann nur drei Sätze von Prozeßparametern benötigt und optimiert werden müssen, die zu einer einfacheren Herstellung des Spiegels führen.
- Wenn die Dicke einer Einzelschicht der Periode für alle Teilsysteme gleich gewählt wird, wird die Herstellung weiterhin vereinfacht, da nur die Beschichtungsparameter nur einer der Einzelschichten zur exakten Einstellung der Periodendicken variiert werden müssen, was zu einer zusätzlichen Vereinfachung der Optimierung führt.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen schematischen Schichtaufbau des erfindungsgemäßen Spiegels, -
2 eine CuKα-Röntgenreflexionskurve des Schichtaufbaus des erfindungsgemäßen Spiegels in Abhängigkeit vom Einfallswinkel, -
3 die an einem Reflektometer gemessene Reflektivität in Abhängigkeit vom Einfallswinkel des erfindungsgemäßen Spiegels, und -
4 die an einem Reflektometer gemessene Reflektivität in Abhängigkeit von der Wellenlänge des erfindungsgemäßen Spiegels. - In
1 ist der Schichtaufbau eines EUV-Breitbandspiegels dargestellt, der aus drei Multilayerteilsystemen1 ,2 ,3 besteht, die übereinander angeordnet sind. Jedes Teilsystem1 ,2 ,3 weist eine Abfolge von Perioden4 auf, wobei im Ausführungsbeispiel eine Periode4 aus zwei übereinander angeordneten Einzelschichten unterschiedlichen Materials5 ,6 besteht. Die Teilsysteme1 ,2 ,3 sind auf einem Substrat7 stapelweise angeordnet, wobei vorzugsweise die oberste Schicht6 des Teilsystems3 mit einer Deckschicht8 abgedeckt ist, die beispielsweise aus Silizium besteht. - Jede Periode
4 eines Teilsystems1 ,2 ,3 hat eine bestimmte Dicke di, die sich aus der Dicke der Einzelschichten5 ,6 mit den Materialien A und B zusammensetzt zu di = dA,i + dB,i. Weiterhin weist jedes Teilsystem1 ,2 ,3 eine Mehrzahl von Perioden4 auf, wobei die Anzahl der Perioden4 der einzelnen Teilsysteme1 ,2 ,3 mit N1, N2, N3 bezeichnet ist. Dabei verringert sich die Anzahl N der Perioden4 der einzelnen Teilsysteme1 ,2 ,3 von der Seite des Substrats7 zur Oberfläche des Spiegels bzw. zur Deckschicht8 hin, d.h. N1 > N2 > N3. Die Dicke der Perioden4 der einzelnen Teilsysteme1 ,2 ,3 verringern sich ebenfalls von der Seite des Substrats7 zur Oberfläche des Spiegels bzw. zur Deckschicht8 hin, d.h. d1 > d2 > d3. Diese periodische Abfolge mit abnehmender Anzahl an Perioden und abnehmender Dicke der Perioden vom Substrat7 zur Deckschicht8 ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung. - Die Verringerung der Dicke der Perioden
4 der Teilsysteme1 ,2 ,3 bewirkt eine Verschiebung der Peakwellenlänge des Reflexionsmaximums des Teilsystems zu kürzeren Wellenlängen hin. Die Überlagerung der Reflexion aller drei Teilsysteme erzeugt dadurch einen breiten Reflexionspeak des Gesamtsystems. Durch die gleichzeitige Verringerung der Anzahl der Perioden4 der Teilsysteme1 ,2 ,3 läßt sich bei einer geeigneten Wahl von N1, N2 und N3, die von der Absorbtion der Materialien abhängt, erreichen, daß alle Teilsysteme in etwa gleich zur Reflektivität des Gesamtsystems beitragen. Damit wird der Effekt ausgeglichen, daß die unteren Schichten eines Multilayer-Spiegels aufgrund der Absorption in den oberen Schichten weniger zur Reflektivität des Gesamtsystems beitragen als die oberen Schichten. So läßt sich eine nahezu konstante Reflektivität über einen größeren Wellenlängen- bzw. Winkelbereich erreichen. - Im dargestellten Ausführungsbeispiel nach
1 sind nur drei Teilsysteme mit jeweils Perioden von zwei Einzelschichten des Materials A und B. Es ist durchaus möglich, daß mehrere Teilsysteme und/oder mehrere Einzelschichten vorgesehen werden, unter anderem kann eine Zwischenschicht zwischen den Schichten5 und6 vorgesehen sein, die eine Interdiffusion verhindert. Das dargestellte Ausführungsbeispiel mit den drei Teilsystemen1 ,2 ,3 mit der periodischen Abfolge von Einzelschichten, d.h. mit einer Periode von zwei Einzelschichten hat aber den Vorteil, daß der Spiegel sehr viel leichter herstellbar ist, da nur drei Sätze von Prozeßparametern benötigt und optimiert werden müssen. Eine weitere Vereinfachung der Optimierung ist dann gegeben, wenn die Dicke einer Einzelschicht5 oder6 einer Periode4 für alle Teilsysteme1 ,2 ,3 konstant ist. - Beispiel:
- Mit dem zuvor beschriebenen Schichtaufbau wurde ein Breitbandspiegel der Materialkombination Molybdän/Silizium (Mo/Si) für einen Einfallswinkelbereich von 0°–20° realisiert. Das Schichtsystem besteht, wie oben beschrieben, aus drei Teilsystemen, wobei das erste Teilsystem
1 dreißig Perioden mit einer 3,8 nm Einzelschicht aus Silizium und einer 3,42 nm Einzelschicht aus Molybdän aufweist und auf das als Silizium-Wafer ausgebildete Substrat7 aufgebracht ist. Das zweite Teilsystem2 besteht aus fünfzehn Perioden4 , wobei jede Periode eine 3,8 nm Siliziumschicht und eine 3,1 nm Molybdänschicht umfaßt. Das dritte Teilsystem3 weist fünf Perioden mit einer jeweils einer 3,8 nm Siliziumschicht und einer 2,3 nm Molybdänschicht auf. Auch das dritte Teilsystem ist eine Siliziumdeckschicht8 mit einer Dicke von 3,8 nm aufgebracht. - Wie schon oben beschrieben, wurden in diesem Beispiel die Dicken der Siliziumschichten in den drei Teilsystemen
1 ,2 ,3 gleich gewählt, was zu der zusätzlichen Vereinfachung der Optimierung führt, da nur noch die Beschichtungsparameter der Molybdänschicht zur exakten Einstellung der Dicken der Perioden variiert werden müssen. Der beschriebene Schichtaufbau wurde mit DC-Magnetronsputtern hergestellt. Für Messungen zur Optimierung der Periode des Multilayer-Spiegels wird in der Regel die Methode der Röntgenreflexion unter streifendem Einfall verwendet. Die drei verschiedenen Perioden4 der Teilsysteme1 ,2 ,3 sind aus einer Messung der Cu Kα-Reflexion eindeutig bestimmbar und damit die Parameter des Beschichtungsprozesses sehr leicht optimierbar. Eine solche Röntgenreflexionskurve ist in2 dargestellt, wobei aus der Kurve eine Mehrzahl von Peaks zu erkennen ist, die eindeutig den drei Teilsystemen1 ,2 ,3 zugeordnet werden können. Dies ist durch die Zahlen an den Peaks der Reflexionskurve über dem Einfallswinkel angedeutet. Aus den Positionen der Peaks, d.h. aus ihren Abständen zueinander kann die Dicke der Perioden der Teilsysteme bestimmt werden. Abweichungen zum Schichtdesign sind somit leicht feststellbar und durch eine Anpassung der Beschichtungsparameter korrigierbar. In den3 und4 ist die gemessene Reflektivität des beschriebenen Breitbandspiegels in Abhängigkeit vom Einfallswinkel und von der Wellenlänge dargestellt. Die Messung wurde am Reflektometer der PTB am Synchrotron Bessy II in Berlin durchgeführt. Wie erkennbar, wurde eine Reflektivität R > 30% über den Winkelbereich von 0° bis 20° Einfallswinkel bei einer Wellenlänge λ = 13 nm erreicht. Die volle Halbwertsbreite der wellenlängenabhängigen Reflexion beträgt mehr als 1 nm und wurde somit gegenüber einem herkömmlichen Multilayer-Spiegel verdoppelt.
Claims (6)
- Im EUV-Spektralbereich reflektierender Spiegel mit einer auf ein Substrat aufgebrachten Schichtanordnung, die eine Abfolge von Einzelschichten aufweist, wobei die Schichtanordnung eine Mehrzahl von Schichtteilsystemen (
1 ,2 ,3 ) umfasst, die jeweils eine periodische Abfolge von mindestens zwei eine Periode (4 ) bildenden Einzelschichten unterschiedlicher Materialien aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl (Ni) der Perioden (4 ) und die Dicke (di) der Perioden (4 ) der einzelnen Teilsysteme (1 ,2 ,3 ) von dem Substrat (7 ) zur Oberfläche (8 ) hin abnimmt und die Anzahl (Ni) der Perioden (4 ) jedes Teilsystems (1 ,2 ,3 ) so gewählt wird, dass alle Teilsysteme etwa gleich zur Reflektivität des Spiegels beitragen. - Spiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass drei Teilsysteme (
1 ,2 ,3 ) mit Perioden (4 ) aus zwei Einzelschichten (5 ,6 ) unterschiedlicher Materialien auf dem Substrat (7 ) angeordnet sind. - Spiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche des entfernt zum Substrat (
7 ) liegenden Teilsystems (3 ) eine Deckschicht (8 ) vorgesehen ist. - Spiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien der die Periode (
4 ) bildenden mindestens zwei Einzelschichten Molybdän und Silizium sind. - Spiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke einer der mindestens zwei die Periode (
4 ) bildenden Einzelschichten (5 ,6 ) der einzelnen Teilsysteme (1 ,2 ,3 ) konstant ist und die andere von dem Substrat (7 ) zur Oberfläche bzw. Deckschicht (8 ) hin abnimmt. - Spiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektivität R bei einem Einfallswinkelbereich zwischen 0° und 20° bei einer Wellenlänge von 13 nm größer als 30% ist.
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