DE102005016591B4

DE102005016591B4 - Transmissionsfilter für den EUV-Spektralbereich

Info

Publication number: DE102005016591B4
Application number: DE102005016591A
Authority: DE
Inventors: Igor Dr. Kozhevnikov; Norbert Dr. Kaiser; Sergiy Dr. Yulin; Torsten Dr. Feigl
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2005-04-11
Filing date: 2005-04-11
Publication date: 2009-11-26
Anticipated expiration: 2025-04-12
Also published as: DE102005016591A1

Abstract

Transmissionsfilter für den EUV-Spektralbereich, das als Interferenzfilter ausgebildet ist, mit einer periodischen Schichtenfolge (3) aus einer Vielzahl von Schichtpaaren (4) aus jeweils einer ersten Schicht (1) der Dicke d₁ und einer zweiten Schicht (2) der Dicke d₂, die aus verschiedenen Materialen bestehen, wobei die erste Schicht (1) eine höhere Absorption als die zweite Schicht (2) aufweist, wobei für das Schichtdickenverhältnis Γ = d₁/(d₁ + d₂) gilt: 0,05 ≤ Γ ≤ 0,25,und wobei die optische Dicke d_opt eines Schichtpaars (4) in etwa der Hälfte der Wellenlänge des Transmissionsmaximums entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Transmissionsfilter für den extremen ultravioletten (EUV) Spektralbereich.
Unter EUV-Strahlung wird im Rahmen dieser Anmeldung Strahlung im Wellenlängenbereich von 5 nm bis 40 nm verstanden. Innerhalb des EUV-Spektralbereichs ist der Wellenlängenbereich von etwa 12,5 nm bis 14 nm von besonderer Bedeutung, da in der Halbleiterindustrie die Anwendung von EUV-Strahlung in diesem Wellenlängenbereich in Lithographieverfahren zur Belichtung kleinster Strukturen vorgesehen ist.
Eine Strahlungsquelle zur Erzeugung extrem ultravioletter Strahlung ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 102 51 435 B3 bekannt. Bei der in dieser Druckschrift beschriebenen EUV-Strahlungsquelle, bei der die EUV-Strahlung mittels einem laserinduzierten Plasma erzeugt wird, ist eine Strahlungsdiagnoseeinheit und eine Energiemonitoreinheit zur Analyse der Strahlungscharakteristik der aus dem Plasma emittierten Strahlung vorgesehen, um insbesondere die Betriebsparameter der Strahlungsquelle in Abhängigkeit von den Diagnosedaten zu beeinflussen. Insbesondere ist vorgesehen, die Strahlungsanteile im gewünschten EUV-Spektralbereich (in-band) und außerhalb des gewünschten EUV-Bereichs (out-off-band) zu messen und zu analysieren, wobei durch einen Vergleich der Intensitätswerte von einzelnen Spektralintervallen untereinander die Beschaffenheit des Plasmas analysierbar ist und Einstellgrößen für die Plasmaerzeugungseinheit ableitbar sind.
Zur spektralen Analyse der Strahlung einer EUV-Strahlungsquelle ist beispielsweise aus der zuvor zitierten Druckschrift bekannt, einen Detektor zu verwenden, der mit einem Filter zur Einschränkung des gemessenen Wellenlängenbereiches versehen ist.
Als Filter wird im EUV-Spektralbereich herkömmlicherweise ein Multilager-Spiegel, beispielsweise ein Mo/Si-Multilager-Spiegel, oder eine Kombination von mehreren Multilager-Spiegeln verwendet, wobei ausgenutzt wird, dass ein Multilager-Spiegel EUV-Strahlung nur in einem vergleichsweise schmalen Wellenlängenbereich, der beispielsweise eine volle Halbwertsbreite von etwa 0,5 nm aufweist, reflektiert und somit als wellenlängenselektives Element geeignet ist. Die Verwendung eines Multilager-Spiegels oder sogar mehrerer Multilager-Spiegel zur Filterung von EUV-Strahlung hat jedoch den Nachteil, dass durch die Anordnung eines Spiegels oder mehrerer Spiegel zwischen der Strahlungsquelle und dem Detektor der Strahlengang vergleichsweise kompliziert wird. Insbesondere kann in diesem Fall das Eintrittsfenster des Detektors nicht direkt an die Strahlungsquelle herangeführt werden. Weiterhin ist die Justage der Spiegel aufgrund ihrer im Winkelbereich sehr schmalbandigen Reflexion vergleichsweise aufwendig.
Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen reflektierenden Filtern aus Multilager-Spiegeln weisen die bisher bekannten Transmissionsfilter für den EUV-Spektralbereich eine vergleichsweise breitbandige Transmissionscharakteristik auf. Transmissionsfilter für den EUV-Spektralbereich sind beispielsweise aus der Druckschrift F. R. Powell, P. W. Vedder, J. F. Lindblom, S. F. Powell, „Thin film filter performance for extreme ultraviolet and x-rag applications”, Optical Engeneering Vol. 29 No. 6 (1990), 614–624 bekannt und bestehen aus einer Anordnung aus 1 bis 4 Metall- oder Kunststofffolien, wobei die Funktion des Filters auf der geringen Absorption der verwendeten Materialien im EUV-Spektralbereich und der hohen Absorption in benachbarten Wellenlängenbereichen, beispielsweise im Bereich der UV-Strahlung oder im sichtbaren Licht, beruht. Derartige Filter, beispielsweise aus Zirkonium, werden daher in der Regel zur Unterdrückung von UV-Strahlung oder sichtbarem Licht eingesetzt, wegen der vergleichsweise breitbandigen Transmission aber nicht zur spektralen Analyse von EUV-Strahlung mit hoher Auflösung.
Ein weiteres Transmissionsfilter für den EUV-Spektralbereich ist aus der Druckschrift DE 101 09 242 C1 bekannt. Darin wird ein Filter offenbart, das eine zwischen zwei Siliziumschichten angeordnete Zirkoniumschicht enthält. Bei diesem Filter werden die Absorptionseigenschaften von Silizium und Zirkonium genutzt, um ein Transmissionsmaximum bei 92 eV, was einer Wellenlänge von 13,5 nm entspricht, mit einer Halbwertsbreite von etwa 20–25 eV, also in einem Wellenlängenbereich mit einer Breite von etwa 2 nm bis 3 nm um das Transmissionsmaximum, zu erzielen. Die spektrale Bandbreite eines derartigen Filters ist aber wesentlich größer als die eines Mo/Si-Multilayer-Spiegels, so dass ein derartiges Filter nicht zur Charakterisierung der Ausgangsleistung einer EUV-Strahlungsquelle in einem Wellenlängenbereich mit einer Breite von etwa 0,5 nm oder weniger geeignet ist.
Die spektrale Charakterisierung der Strahlung einer EUV-Strahlungsquelle könnte durch ein schmalbandiges Transmissionsfilter für den EUV-Spektralbereich, das insbesondere direkt auf ein Eingangsfenster des Detektors aufgebracht werden könnte, wesentlich vereinfacht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Transmissionsfilter für den EUV-Spektralbereich anzugeben, das sich insbesondere durch eine vergleichsweise schmalbandige Transmissionskurve, vorzugsweise mit einer vollen Halbwertsbreite von weniger als 0,5 nm, auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch ein Transmissionsfilter für den EUV-Spektralbereich mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein Transmissionsfilter für den EUV-Spektralbereich gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist als Interferenzfilter ausgebildet und enthält eine periodische Schichtenfolge aus einer Vielzahl von Schichtpaaren aus jeweils einer ersten Schicht der Dicke d₁ und einer zweiten Schicht der Dicke d₂, die aus verschiedenen Materialien bestehen, wobei die erste Schicht eine höhere Absorption als die zweite Schicht aufweist, wobei für das Schichtdickenverhältnis Γ = d₁/(d₁ + d₂) gilt: 0,05 ≤ Γ ≤ 0,25,und wobei die optische Dicke d_opt eines Schichtpaars in etwa der Hälfte der Wellenlänge des Transmissionsmaximums entspricht.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Transmissionsfiltern für den EUV-Spektralbereich, deren Filterwirkung auf der Absorption eines oder mehrerer Materialien beruht, ist das Transmissionsfilter gemäß der Erfindung ein Interferenzfilter, dessen Wirkung auf der Interferenz der einfallenden EUV-Strahlung in der Schichtenfolge aus der Vielzahl von Schichtpaaren beruht. Das Transmissionsfilter hat insbesondere den Vorteil, das eine im Vergleich zu absorbierenden Filtern vergleichsweise geringe Halbwertsbreite des Transmissionsmaximums erzielt wird.
Bei der ersten Ausführungsform eines Transmissionsfilters gemäß der Erfindung ist die Schichtenfolge eine periodische Schichtenfolge. Jedes Schichtpaar der periodischen Schichtenfolge umfasst jeweils eine erste Schicht mit der Dicke d₁ und eine zweite Schicht mit der Dicke d₂, wobei die Periodendicke d = d₁ + d₂ sowie die Dicken der Einzelschichten d₁ und d₂ innerhalb der Schichtenfolge konstant sind.
Das Material, aus dem die erste Schicht der periodischen Schichtenfolge besteht, weist vorzugsweise eine hohe Absorption im EUV-Spektralbereich, insbesondere bei der Wellenlänge des Transmissionsmaximums des Filters, auf. Weiterhin ist die Absorption des Materials, aus dem die erste Schicht besteht, größer als die Absorption des Materials, aus dem die zweite Schicht besteht. Besonders bevorzugt ist die Absorption des ersten Materials, beispielsweise bei der Wellenlänge 13,5 nm, größer als die Absorption des Materials Molybdän bei dieser Wellenlänge. Die zuvor genannten Aussagen über die Absorption des Materials der ersten Schicht beziehungsweise der zweiten Schicht beziehen sich insbesondere auf die Wellenlänge, bei der das Transmissionsfilter sein Transmissionsmaximum aufweist. Das Transmissionsmaximum des Transmissionsfilters kann insbesondere in dem für die EUV-Lithographie relevanten Wellenlängenbereich von 12,5 nm bis 14 nm liegen.
Die jeweils erste Schicht der Schichtpaare der periodischen Schichtenfolge ist bevorzugt eine Schicht aus einem Metall oder einer Metallverbindung, die bevorzugt zumindest eines der Metalle W, Au, Ag, Ni, Ta, Re, Os, Ir oder Pt enthält.
Alternativ oder zusätzlich kann auch eines der Metalle Co, Fe, Cu, Zn, Bi, Cd, Cr, In, Sn, Sb in der ersten Schicht enthalten sein.
Die jeweils zweite Schicht der Schichtpaare der periodischen Schichtenfolge weist vorteilhaft eine geringe Absorption im EUV-Spektralbereich auf. Vorzugsweise ist sie eine Siliziumschicht.
Die bevorzugten Materialien der Schichtenfolge weisen vorteilhaft eine hohe Reinheit auf. Im Rahmen der Erfindung ist es aber nicht ausgeschlossen, dass in den Schichten Fremdmaterialien nachweisbar sind, die beispielsweise als Verunreinigungen während eines zur Herstellung der Schichtenfolge verwendeten Beschichtungsprozesses in die Schichten eingebracht werden können.
Die Dicke d₁ der ersten Schicht beträgt vorzugsweise jeweils zwischen einschließlich 0,5 nm und einschließlich 2 nm. Die Dicke d₂ der zweiten Schicht beträgt vorzugsweise jeweils zwischen einschließlich 4,5 nm und einschließlich 7,5 nm.
Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist die Schichtenfolge eine aperiodische Schichtenfolge aus einer Vielzahl von Schichtpaaren aus jeweils einer ersten Schicht, die eine Molybdänschicht ist, und einer zweiten Schicht, die eine Siliziumschicht ist, wobei das Transmissionsfilter ein Transmissionsmaximum im Wellenlängenbereich zwischen 12,5 nm und 15 nm mit einer vollen Halbwertsbreite von 0,5 nm oder weniger aufweist.
Unter einer aperiodischen Schichtenfolge ist eine Schichtenfolge zu verstehen, bei der die Dicken d₁ der ersten Schicht und d₂ der zweiten Schicht sowie die Periodendicke d = d₁ + d₂ innerhalb der Schichtenfolge variieren.
Die Berechnung der Dicken d₁ und d₂ innerhalb der aperiodischen Schichtenfolge erfolgt nach einem Berechnungsverfahren, das vom Prinzip her für das Design von Röntgenspiegeln aus der Druckschrift I. V. Kozhevnikov, I. N. Bukreeva, E. Ziegler, „Design of X-ray-supermirrors”. Nucl. Intr. Methods A, 460 (2001), 424–443, bekannt ist. Ein ähnliches Berechnungsverfahren wird in der Druckschrift T. Kuhlmann, S. Yulin, T. Feigl, N. Kaiser, „EUV multilayer mirrors with tailored spectral reflectivity”, Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 4688 (2002), 509 zur Berechnung eines breitbandigen EUV-Spiegels angegeben. Aus diesen Druckschriften ist bekannt, die Dicke der Schichtpaare innerhalb eines Multilager-Spiegels für den EUV- oder Röntgenbereich zu variieren, um anstelle eines vergleichsweise schmalen Reflexionsmaximums eine breitbandige Reflexion zu erzielen. Mittels eines Optimierungs-Algorithmus werden dabei die Dicken aller Einzelschichten ausgehend von einem Start-Design für die Schichtenfolge, das beispielsweise eine periodische Schichtenfolge sein kann, variiert, um mit zunehmender Anzahl der Optimierungsschritte die Übereinstimmung der simulierten Reflexion der Schichtenfolge mit den optimierten Dicken mit einer Zielfunktion, die den gewünschten Verlauf der Reflexion darstellt, zu verbessern.
Ein derartiges Berechnungsverfahren wird bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung dazu verwendet, die Dicken der Einzelschichten der aperiodischen Schichtenfolge derart zu optimieren, dass das Transmissionsfilter ein schmales Transmissionsmaximum im EUV-Spektralbereich aufweist. Dieser Ausführungsform der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass durch eine aperiodische Schichtenfolge nicht nur eine Verbreiterung des spektralen Verlaufs eines optischen Parameters, wie zum Beispiel eine breitbandige Reflexion im Fall der zuvor genannten Druckschriften, sondern insbesondere auch eine sehr schmalbandige Transmission erzielt werden kann.
Ein Transmissionsfilter gemäß der Erfindung ist vorzugsweise ein Bandpassfilter. Vorzugsweise weist das Transmissionsfilter ein Transmissionsmaximum im Wellenlängenbereich zwischen 12,5 nm und 15 nm auf. Somit ist ein Transmissionsfilter gemäß der Erfindung insbesondere zur spektralen Filterung der Strahlung einer EUV-Strahlungsquelle, die für Anwendungen in der EUV-Lithographie vorgesehen ist, geeignet.
Die volle Halbwertsbreite des Transmissionsmaximums beträgt vorteilhaft 0,5 nm oder weniger, besonders bevorzugt sogar 0,3 nm oder weniger. Die Halbwertsbreite ist also vorteilhaft wesentlich geringer als die Halbwertsbreite, die mit einem herkömmlichen Absorptionsfilter erreicht werden kann.
Die Anzahl der Schichtpaare des EUV-Transmissionsfilters beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich 10 und einschließlich 100, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 40 und einschließlich 70. Die Halbwertsbreite des Transmissionsmaximums des Transmissionsfilters kann durch eine Erhöhung der Anzahl der Schichtpaare vorteilhaft verringert werden. Andererseits nimmt die Transmission des Transmissionsfilters mit zunehmender Anzahl der Schichtpaare ab, so dass sich die optimale Anzahl der Schichtpaare abhängig von der Anwendung des Filters aus einem Kompromiss zwischen der erforderlichen Wellenlängenauflösung und der erforderlichen Transmission ergibt.
Die Dicke der Schichtpaare des Transmissionsfilters beträgt vorteilhaft zwischen 6 nm und 17 nm, besonders bevorzugt zwischen 6,5 nm und 7,5 nm.
Das Transmissionsfilter ist vorzugsweise auf ein für EUV-Strahlung transparentes Substrat aufgebracht. Vorteilhaft handelt es sich dabei um ein Substrat aus Zirkonium. Weiterhin kann das Transmissionsfilter auch auf die Oberfläche eines herkömmlichen Transmissionsfilters aufgebracht sein.
Insbesondere kann das Transmissionsfilter auf ein aus den in der Beschreibungseinleitung zitierten Druckschriften bekanntes herkömmliches Transmissionsfilter für EUV-Strahlung oder eines der darin genannten transparenten Substrate aufgebracht sein.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Transmissionsfilter auf das Eintrittsfenster eines Detektors für EUV-Strahlung aufgebracht.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den 1 bis 13 näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Ausführungsbeispiel eines Transmissionsfilters gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 eine grafische Darstellung der Transmission in Abhängigkeit von der Wellenlänge eines Ausführungsbeispiels eines Transmissionsfilters gemäß der Erfindung,
3 eine grafische Darstellung des Verlaufs des Betrags der elektrischen Feldstärke bei einem Ausführungsbeispiel eines Transmissionsfilters gemäß der Erfindung,
4 eine grafische Darstellung des Verlaufs des Betrags der elektrischen Feldstärke bei einem herkömmlichen Mo/Si-Multilayer-Spiegel,
5 eine grafische Darstellung des Verlaufs der Reflexion und der Transmission bei einem herkömmlichen Mo/Si-Multilayer-Spiegel im Wellenlängenbereich zwischen 12 und 15 nm,
6 eine grafische Darstellung der Transmission in Abhängigkeit von der Wellenlänge für vier Ausführungsbeispiele eines Transmissionsfilters gemäß der Erfindung,
7 eine grafische Darstellung der Transmission in Abhängigkeit von der Wellenlänge für vier weitere Ausführungsbeispiele eines Transmissionsfilters gemäß der Erfindung,
8 eine grafische Darstellung der Transmission in Abhängigkeit von der Wellenlänge für zwei weitere Ausführungsbeispiele eines Transmissionsfilters gemäß der Erfindung,
9 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Ausführungsbeispiel eines Transmissionsfilters gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung,
10 eine grafische Darstellung der Verteilung der Schichtdicken innerhalb eines Ausführungsbeispiels eines Transmissionsfilters gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung,
11 eine grafische Darstellung des Verlaufs der Transmission in Abhängigkeit von der Wellenlänge für das in 10 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Transmissionsfilters gemäß der Erfindung,
12 eine grafische Darstellung einer Transmissionskurve eines Ausführungsbeispiels eines Transmissionsfilters gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zu einem Ausführungsbeispiel eines Transmissionsfilters gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung,
13 eine grafische Darstellung der Reflexion einer Anordnung aus elf herkömmlichen Mo/Si-Multilager-Spiegeln.
Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das in der 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Transmissionsfilters für den EUV-Spektralbereich gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung enthält eine Schichtenfolge 3, die eine Vielzahl von Schichtpaaren 4 aus jeweils einer ersten Schicht 1 und einer zweiten Schicht 2 umfasst. Die Schichtenfolge 3 ist bei der ersten Ausführungsform der Erfindung eine periodische Schichtenfolge, bei der die Periodendicke d eines Schichtpaars 4, die gleich der Summe der Dicke d₁ der ersten Schicht und der Dicke d₂ der zweiten Schicht ist, innerhalb der Schichtenfolge 3 nicht variiert. Die Periodendicke d der Schichtpaare 4 beträgt vorzugsweise zwischen 6,5 nm und 7,5 nm. Wie im folgenden noch näher erläutert wird, entspricht die Periodendicke d eines Schichtpaars 4 in etwa der Hälfte der Wellenlänge, bei der das Transmissionsfilter ein Transmissionsmaximum aufweist.
Zur Vereinfachung der Darstellung ist in der 1 eine Schichtenfolge mit nur fünf Schichtpaaren 4 dargestellt. Die bevorzugte Anzahl der Schichtpaare 4 beträgt bei einem Transmissionsfilter gemäß der Erfindung zwischen einschließlich 10 und einschließlich 100, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 40 und einschließlich 70.
Die erste Schicht 1 der Schichtpaare 4 weist vorteilhaft einen hohen Absorptionskoeffizienten, insbesondere bei der Transmissionswellenlänge des Filters auf. Bevorzugt ist die erste Schicht 1 aus einem Metall oder einer Metallverbindung gebildet. Besonders geeignete Materialien für die erste Schicht sind die Metalle Wolfram, Gold, Silber oder Nickel oder Verbindungen davon.
Die zweite Schicht 2 der Schichtpaare 4 weist bei der Transmissionswellenlänge des Filters vorteilhaft eine möglichst geringe Absorption auf. Ein besonders geeignetes Material für die zweite Schicht 2 ist insbesondere Silizium.
Die erste Schicht 1 weist mit Vorteil eine geringere Dicke als die zweite Schicht 2 auf. Bevorzugt beträgt die Dicke der ersten Schicht 1 zwischen einschließlich 0,5 nm und einschließlich 2 nm. Die Dicke der zweiten Schicht 2 beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich 4,5 nm und einschließlich 7,5 nm. Besonders bevorzugt gilt für das Schichtdickenverhältnis Γ = d₁/(d₁ + d₂): 0,05 ≤ Γ ≤ 0,25.
Die Schichtenfolge 3 des Transmissionsfilters ist vorzugsweise auf ein für EUV-Strahlung transparentes Substrat 5 aufgebracht. Das Substrat 5 ist beispielsweise ein Substrat aus Zirkonium. Alternativ kann das Substrat 5 auch aus einem anderen bei der Transmissionswellenlänge des Filters transparenten Material ausgebildet sein. Weiterhin kann auch ein bekanntes EUV-Transmissionsfilter als Substrat für ein Transmissionsfilter gemäß der Erfindung verwendet werden.
Das Substrat 5 des Transmissionsfilters kann insbesondere das Eintrittsfenster eines Detektors für EUV-Strahlung, beispielsweise ein aus Zirkonium gebildetes Eintrittsfenster, sein.
Auf die Schichtenfolge 3 ist vorzugsweise eine Deckschicht 6 aufgebracht, die nicht aus einem der Materialien der ersten Schicht 1 oder der zweiten Schicht 2 der Schichtpaare 4 besteht, um die Schichtenfolge 3 insbesondere vor Oxidation und/oder Kontamination zu schützen. Besonders geeignete Materialien für die Deckschicht 6 sind Nitride, Carbide, Phosphide oder Oxide, ferner auch Ruthenium, Rhodium, Scandium und Zirkonium.
2 zeigt eine grafische Darstellung der Transmission T in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ für ein Ausführungsbeispiel eines Transmissionsfilters gemäß der Erfindung. Die Einheit der y-Achse ist derart gewählt, dass der Maximalwert der Transmission T ist auf den Wert 1 normiert ist. Eine derart normierte Darstellung wird, wenn nicht anders angegeben, auch bei allen in den folgenden Figuren enthaltenen graphischen Darstellungen verwendet. Das Transmissionsfilter enthält eine periodische Schichtenfolge 3 mit 100 Schichtpaaren 4, die jeweils eine erste Schicht 1 aus Nickel und eine zweite Schicht 2 aus Silizium umfassen. Die Periodendicke d der periodischen Schichtenfolge 3 beträgt 6,79 nm und das Schichtdickenverhältnis beträgt Γ = 0,2. Das Transmissionsfilter weist ein schmales Transmissionsmaximum bei der Wellenlänge λ = 13,5 nm auf.
Die Wirkungsweise des Transmissionsfilters gemäß der Erfindung wird im folgenden anhand der 3 näher erläutert. Dargestellt ist die räumliche Verteilung des Betragsquadrats der elektrischen Feldstärke |E|² in einem oberflächennahen Bereich der Schichtenfolge 3 in Abhängigkeit von einer senkrecht zu Schichtenfolge verlaufenden Ortskoordinate z, deren Nullpunkt an der Oberfläche der Schichtenfolge ist. Die Schichtenfolge 3 ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine periodische Schichtenfolge aus ersten Schichten 1 aus Nickel und zweiten Schichten 2 aus Silizium.
Die schmalbandige Transmission des Filters ergibt sich daraus, dass die Minima der elektrischen Feldstärke bei der Transmissionswellenlänge in einem zentralen Bereich der hochabsorbierenden ersten Schichten 1, die bei diesem Ausführungsbeispiel Nickelschichten sind, auftreten. Bei der Transmissionswellenlänge tritt daher eine resonante Verminderung der Absorption auf. Die optische Dicke eines Schichtpaars 4 der Schichtenfolge d_opt = n₁d₁ + n₂d₂ ist in etwa gleich der Hälfte der Wellenlänge λ des Transmissionsmaximums, wobei n₁ der Brechungsindex des Materials der ersten Schicht 1 und n₂ der Brechungsindex des Materials der zweiten Schicht 2 ist. Für Wellenlängen außerhalb des Transmissionsmaximums ist diese Bedingung nicht erfüllt, so dass auch innerhalb der hochabsorbierenden Schichten aus dem ersten Material 1 hohe Feldstärkewerte auftreten. Die Transmission bei Wellenlängen außerhalb des Transmissionsmaximums ist daher aufgrund der Absorption nur gering.
In 4 ist zum Vergleich der Verlauf des Betragsquadrats der elektrischen Feldstärke |E|² in der Nähe der Oberfläche eines herkömmlichen Mo/Si-Multilayer-Spiegels dargestellt. Obwohl auch bei dem Mo/Si-Multilayer-Spiegel gemäß dem Stand der Technik die optische Periodendicke mit der Hälfte der Wellenlänge übereinstimmt, sind die Minima der elektrischen Feldstärke nicht in einem zentralen Bereich der Mo-Schichten positioniert, die eine größere Absorption als die Siliziumschichten aufweisen, so dass bei einer derartigen herkömmlichen periodischen Schichtenfolge keine resonante Verminderung der Absorption zu beobachten ist. Vielmehr weist der Mo/Si-Multilayer-Spiegel bei der Wellenlänge, die doppelt so groß ist wie die optische Periodendicke der Schichtenfolge, eine resonant verstärkte Reflexion auf.
Dies wird in 5 verdeutlicht, in der die Reflexion R und die Transmission T für einen herkömmlichen Mo/Si-Multilayer-Spiegel mit dem Schichtdickenverhältnis Γ = 0,35 als Funktion der Wellenlänge λ in einem Bereich von 12 nm bis 15 nm grafisch dargestellt ist. Die Reflexion R weist bei der Resonanzwellenlänge, die in diesem Fall etwa 13,5 nm beträgt, ein Maximum auf, während die Transmission T in diesem Bereich vernachlässigbar gering ist. Da eine Transmission T sowohl im Wellenlängenbereich oberhalb als auch unterhalb der Resonanzwellenlänge auftritt, ist ein schmalbandiges Transmissionsfilter mit einer derartigen herkömmlichen periodischen Schichtenfolge nicht zu realisieren.
In 6 ist die Transmission T von vier Ausführungsbeispielen eines Transmissionsfilters gemäß der Erfindung in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ dargestellt, die sich in dem Material der ersten Schicht 1 der Schichtpaare 4 voneinander unterscheiden. Dargestellt ist der Verlauf der Transmission für Transmissionsfilter mit einer ersten Schicht aus Wolfram (Kurve 7), einer ersten Schicht 1 aus Gold (Kurve 8), einer ersten Schicht 1 aus Silber (Kurve 9) und einer ersten Schicht aus Nickel (Kurve 10). Bei allen in der 6 dargestellten Ausführungsbeispielen ist die zweite Schicht 2 der Schichtpaare 4 der Schichtenfolgen 3 jeweils eine Siliziumschicht. Das Schichtdickenverhältnis Γ wurde bei den vier Ausführungsbeispielen jeweils derart gewählt, dass die Transmission im Transmissionsmaximum bei einer Wellenlänge von 13,5 nm etwa 1% beträgt. Die Anzahl der Schichtpaare der Schichtenfolgen 3 beträgt jeweils 70. Die Transmissionskurven 7, 8, 9, 10 verdeutlichen, dass Wolfram, Silber, Gold und Nickel geeignete Materialien für die erste Schicht 1 der Schichtpaare 4 sind, mit denen ein vergleichsweise schmalbandiges Transmissionsmaximum mit einer Halbwertsbreite von etwa 0,25 nm, insbesondere bei einer Wellenlänge von λ = 13,5 nm, erzielt werden kann.
Besonders gering ist die Halbwertsbreite des Transmissionsmaximums bei den Transmissionsfiltern, bei denen die erste Schicht 1 Silber oder Nickel enthält. Alternativ zu den zuvor genannten Metallen sind auch andere Metalle geeignet, die eine vergleichsweise hohe Absorption aufweisen, insbesondere eine höhere Absorption als das Metall Molybdän, das beispielsweise zur Herstellung von Multilager-Spiegeln für den EUV-Spektralbereich verwendet wird.
In 7 wird der Einfluss der Anzahl der Schichtpaare 4 auf die Form des Transmissionsprofils anhand von drei Ausführungsbeispielen eines Transmissionsfilters gemäß der Erfindung mit einer unterschiedlichen Anzahl von Schichtpaaren verdeutlicht. Es handelt sich um drei Ausführungsbeispiele von Transmissionsfiltern, die jeweils eine Schichtenfolge 3 mit Schichtpaaren 4 aus jeweils einer Nickelschicht 1 und einer Siliziumschicht 2 enthalten, wobei das Schichtdickenverhältnis Γ = 0,2 beträgt. Dargestellt ist der Verlauf der Transmission jeweils für ein Transmissionsfilter mit 40 Schichtpaaren (Kurve 11), 70 Schichtpaaren (Kurve 12) und 100 Schichtpaaren (Kurve 13) in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ. Die Transmissionsmaxima der Kurven 11, 12, 13 wurden jeweils auf den Wert 1 normiert, um den Einfluss der Anzahl der Schichtpaare auf den qualitativen Verlauf des Transmissionsprofils, insbesondere auf die Halbwertsbreite, zu verdeutlichen. Mit zunehmender Anzahl der Schichtpaare nimmt die Halbwertsbreite der Transmissionskurve vorteilhaft ab. Allerdings bewirkt die mit der zunehmenden Anzahl von Schichtpaaren ansteigende Absorption, dass die maximale Transmission des Transmissionsfilters mit zunehmender Anzahl der Schichtpaare abnimmt. Beispielsweise beträgt die maximale Transmission T = 5,7% für 40 Schichtpaare, T = 1% für 70 Schichtpaare und T = 0,17% für 100 Schichtpaare.
In der 8 wird der Einfluss von Grenzflächenbreiten auf die Transmission anhand von zwei Ausführungsbeispielen von Transmissionsfiltern gemäß der Erfindung, die jeweils 70 Schichtpaare aus einer Wolframschicht und einer Siliziumschicht umfassen, verdeutlicht. Kurve 14 stellt den Verlauf der Transmission in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ ohne Berücksichtigung von Grenzflächeneffekten zwischen den Wolframschichten und Siliziumschichten dar. Kurve 15 stellt den Verlauf der Transmission T unter der Annahme, dass sich an den Grenzflächen zwischen den Wolframschichten und den Siliziumschichten jeweils eine 0,8 nm dicke Wolframsilizid-Schicht ausbildet, dar. Derartige Zwischenschichten aus einer Verbindung der Materialien, aus denen die Schichtpaare gebildet sind, können sich möglicherweise bereits bei der Herstellung der Schichtenfolge und/oder durch Interdiffusion an den Grenzflächen, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, ausbilden. Der Einfluss derartiger Zwischenschichten auf die Transmission eines Transmissionsfilters gemäß der Erfindung ist, wie 8 verdeutlicht, vergleichsweise gering. Beispielsweise ist bei der Kurve 15 nur eine geringfügige Verbreiterung des Transmissionsprofils im Vergleich zu Kurve 14, bei der derartige Grenzflächeneffekte nicht berücksichtigt wurden, festzustellen.
Ein Ausführungsbeispiel eines Transmissionsfilters gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist in 9 dargestellt. Das Transmissionsfilter umfasst eine alternierende Schichtenfolge 16, die eine Vielzahl von Schichtpaaren 4 aus jeweils einer ersten Schicht 1 und einer zweiten Schicht 2 umfasst. Im Gegensatz zu der zuvor im Zusammenhang mit der 1 beschriebenen ersten Ausführungsform der Erfindung ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung die Schichtenfolge 16 nicht periodisch, sondern aperiodisch. Dies bedeutet, dass Dicke d der Schichtpaare 4 sowie die Dicken der ersten Schicht d₁ und der zweiten Schicht d₂ innerhalb der Schichtenfolge 16 variieren.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Substrats 5 und der optionalen Deckschicht 6 wurden zuvor im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform der Erfindung erläutert und werden daher an dieser Stelle nicht nochmals beschrieben.
Die aperiodische Schichtenfolge 16 enthält vorzugsweise Schichtpaare 4, bei denen die erste Schicht 1 jeweils eine Molybdänschicht ist. Die zweite Schicht 2 ist bevorzugt jeweils eine Siliziumschicht.
Die Berechnung der Dicken d₁ und d₂ innerhalb der aperiodischen Schichtenfolge erfolgt nach dem zuvor angegebenen Berechnungsverfahren. Insbesondere ist eine derartige Berechnung der Dicken der aperiodische Schichtenfolge vorgesehen, dass das Transmissionsmaximum eine Halbwertsbreite von 0,5 nm oder weniger, vorzugsweise sogar 0,3 nm oder weniger aufweist. Die Wellenlänge des Transmissionsmaximums beträgt vorzugsweise zwischen 12,5 nm und 15 nm.
Ein Beispiel für die Verteilung der Dicken der ersten Schichten 1, der zweiten Schichten 2 sowie der Dicken der Schichtpaare 4 bei einem Ausführungsbeispiel einer aperiodischen Schichtenfolge 16 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist in 10 dargestellt. Aufgetragen ist die Dicke d₁ der ersten Schichten 1 (Kurve 18), die Dicke d₂ der zweiten Schichten 2 (Kurve 19) und die Gesamtdicke d der jeweiligen Schichtpaare 4 (Kurve 17), wobei die auf der x-Achse aufgetragene Zahl n die Nummer des Schichtpaars 4 ausgehend vom Substrat 5 bezeichnet. Die Anzahl der Schichtpaare 4 beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel 85. Im allgemeinen beträgt die bevorzugte Anzahl der Schichtpaare 4 bei dieser Ausführungsform der Erfindung wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung zwischen einschließlich 10 und einschließlich 100, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 40 und einschließlich 70.
Ein Beispiel für den Verlauf der Transmission T in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ bei einem Ausführungsbeispiel eines Transmissionsfilters gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist in der 11 dargestellt. Die gepunktet dargestellte Kurve 20 stellt einen gewünschten Verlauf der Transmission in Abhängigkeit von der Wellenlänge, die sogenannte Zielfunktion, dar. Diese Zielfunktion wurde zur Optimierung der Dicken der Einzelschichten bei dem zuvor in Zusammenhang mit der 10 diskutierten Ausführungsbeispiel herangezogen. Die Kurve 21 stellt die Transmission T für die in 10 dargestellte optimierte Dickenverteilung dar. Die gute Übereinstimmung zwischen der Zielfunktion 20 und der berechneten Transmission 21 des Transmissionsfilters bestätigt, dass überraschenderweise auch eine aperiodische Schichtenfolge geeignet ist, ein im Vergleich zu herkömmlichen Transmissionsfiltern für den EUV-Spektralbereich vergleichsweise schmales Transmissionsmaximum zu erzielen.
In der 12 ist die zuvor in der 11 gezeigte Transmissionskurve 21 eines Transmissionsfilters gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zu einer Transmissionskurve 22 eines Transmissionsfilters gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, das eine periodische Schichtenfolge aus Nickelschichten und Siliziumschichten enthält, dargestellt. Der Vergleich der beiden Transmissionskurven zeigt, dass sowohl mit der periodischen Schichtenfolge gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung als auch mit der aperiodischen Schichtenfolge gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung vorteilhafte Transmissionsprofile mit geringer Halbwertsbreite, die in beiden Fällen weniger als 0,3 nm beträgt, erzielt werden können.
Die periodische Schichtenfolge hat den Vorteil, dass bei der Herstellung für die jeweils erste Schicht und die zweite Schicht innerhalb eines Schichtpaars der Schichtenfolge jeweils die gleichen Beschichtungsparameter verwendet werden können, wodurch sich der Herstellungsaufwand im Vergleich zu einer aperiodischen Schichtenfolge erheblich vereinfacht.
Die aperiodische Schichtenfolge hat dagegen den Vorteil, dass durch entsprechende Auswahl einer Zielfunktion, an die das tatsächliche Transmissionsprofil der aperiodischen Schichtenfolge durch ein Berechnungsverfahren angepasst wird, auch Verläufe der Transmissionskurve erzeugt werden können, die mittels einer periodischen Schichtenfolge nicht ohne weiteres realisierbar sind. Beispielsweise kann ein Transmissionsfilter mit einer aperiodischen Schichtenfolge auch ein rechteckförmiges Transmissionsprofil aufweisen.
Ein EUV-Transmissionsfilter gemäß der Erfindung kann insbesondere dazu verwendet werden, die Strahlungsleistung einer EUV-Strahlungsquelle in einem schmalen Wellenlängenbereich, der in etwa dem spektralen Durchlassbereich des optischen Systems in einer EUV-Lithographieanlage entspricht, zu untersuchen. In derartigen EUV-Lithographieanlagen ist beispielsweise die Verwendung eines optischen Systems aus elf Mo/Si-Multilayer-Spiegeln vorgesehen, die jeweils in einem schmalen Wellenlängenbereich um 13,5 nm reflektieren. Die Gesamtreflexion eines derartigen optischen Systems ist demnach durch R¹¹ gegeben, wobei R die Reflexion eines Einzelspiegels ist. Der qualitative Verlauf der Gesamtreflexion eines derartigen optischen Systems ist in der 13 dargestellt. Die Reflexionskurve weist eine Halbwertsbreite von etwa 0,25 nm um eine zentrale Wellenlänge von etwa 13,5 nm auf. Da der spektrale Verlauf der Gesamtreflexion R¹¹ eines derartigen optischen Systems mit dem spektralen Verlauf der Transmission eines Transmissionsfilters gemäß der Erfindung vergleichsweise gut übereinstimmt, ist ein Transmissionsfilter gemäß der Erfindung insbesondere dazu geeignet, den Anteil der von einer EUV-Strahlungsquelle emittierten Strahlung zu bestimmen, der dem Durchlassbereich des optischen Systems einer EUV-Lithographieanlage entspricht.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Transmissionsfilter für den EUV-Spektralbereich, das als Interferenzfilter ausgebildet ist, mit einer periodischen Schichtenfolge (3) aus einer Vielzahl von Schichtpaaren (4) aus jeweils einer ersten Schicht (1) der Dicke d₁ und einer zweiten Schicht (2) der Dicke d₂, die aus verschiedenen Materialen bestehen, wobei die erste Schicht (1) eine höhere Absorption als die zweite Schicht (2) aufweist, wobei für das Schichtdickenverhältnis Γ = d₁/(d₁ + d₂) gilt: 0,05 ≤ Γ ≤ 0,25,und wobei die optische Dicke d_opt eines Schichtpaars (4) in etwa der Hälfte der Wellenlänge des Transmissionsmaximums entspricht.
Transmissionsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (1) aus einem Metall oder einer Metallverbindung besteht.
Transmissionsfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (1) zumindest eines der Metalle W, Au, Ag, Ni, Ta, Re, Os, Ir, Pt, Co, Fe, Cu, Zn, Bi, Cd, Cr, In, Sn, oder Sb enthält.
Transmissionsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (2) eine Siliziumschicht ist.
Transmissionsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der ersten Schicht (1) jeweils zwischen einschließlich 0,5 nm und einschließlich 2 nm beträgt.
Transmissionsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der zweiten Schicht (2) jeweils zwischen einschließlich 4,5 nm und einschließlich 7,5 nm beträgt.
Transmissionsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Transmissionsmaximum im Wellenlängenbereich zwischen 12,5 nm und 15 nm aufweist.
Transmissionsfilter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Transmissionsmaximum eine volle Halbwertsbreite von 0,5 nm oder weniger, vorzugsweise 0,3 nm oder weniger, aufweist.
Transmissionsfilter für den EUV-Spektralbereich, das als Interferenzfilter ausgebildet ist, mit einer aperiodischen Schichtenfolge (16) aus einer Vielzahl von Schichtpaaren (4) aus jeweils einer ersten Schicht (1), die eine Molybdänschicht ist, und einer zweiten Schicht (2), die eine Siliziumschicht ist, wobei das Transmissionsfilter ein Transmissionsmaximum im Wellenlängenbereich zwischen 12,5 nm und 15 nm mit einer vollen Halbwertsbreite von 0,5 nm oder weniger aufweist.
Transmissionsfilter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schichtpaare (4) zwischen 3 nm und 17 nm beträgt.
Transmissionsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Schichtpaare (4) zwischen einschließlich 10 und einschließlich 100 beträgt.
Transmissionsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Transmissionsfilter auf ein für EUV-Strahlung transparentes Substrat (5) aufgebracht ist.
Transmissionsfilter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (5) Zirkonium enthält.
Transmissionsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Transmissionsfilter auf das Eintrittsfenster eines Detektors für EUV-Strahlung aufgebracht ist.