DE102013200294A1

DE102013200294A1 - EUV-Spiegel und optisches System mit EUV-Spiegel

Info

Publication number: DE102013200294A1
Application number: DE102013200294.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schicketanz; Hans-Jochen Paul; Christoph Zaczek
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2014-07-17
Also published as: JP6351625B2; EP2943961B1; WO2014108256A1; CN104919537A; TW201447918A; CN104919537B; TWI674588B; US20160195648A1; JP2016504631A; KR20150104160A; KR102119439B1; EP2943961A1; US9915876B2

Abstract

Ein EUV-Spiegel umfasst ein Substrat und eine auf dem Substrat aufgebrachte Mehrlagen-Schichtanordnung, die für Strahlung einer Wellenlänge λ aus dem extremen Ultraviolettbereich (EUV) reflektierend wirkt und eine Vielzahl von Schichtpaaren mit abwechselnden Schichten aus einem hoch brechenden Schichtmaterial und einem niedrig brechenden Schichtmaterial umfasst. Die Mehrlagen-Schichtanordnung umfasst: eine periodische erste Schichtgruppe (LG1) mit einer ersten Anzahl N1 > 1 von ersten Schichtpaaren, die in der Nähe einer Strahlungseintrittsseite der Mehrlagen-Schichtanordnung angeordnet sind und eine erste Periodendicke P1 aufweisen; eine periodische zweite Schichtgruppe (LG2) mit einer zweiten Anzahl N2 > 1 von zweiten Schichtpaaren, die zwischen der ersten Schichtgruppe und dem Substrat angeordnet sind und eine zweite Periodendicke P2 aufweisen; und eine dritte Schichtgruppe (LG3) mit einer dritten Anzahl N3 von dritten Schichtpaaren, die zwischen der ersten Schichtgruppe und der zweiten Schichtgruppe angeordnet sind. Die erste Anzahl N1 ist größer als die zweite Anzahl N2. Die dritte Schichtgruppe weist eine mittlere dritte Periodendicke P3 auf, die um eine Periodendickendifferenz ΔP von einer mittleren Periodendicke PM = (P1 + P2)/2 abweicht, wobei die Periodendickendifferenz ΔP im Wesentlichen dem Quotienten aus der optischen Schichtdicke (Δ/4) einer Viertelwellenlängenschicht und dem Produkt aus der dritten Anzahl N3 mit cos(AOIM) entspricht, wobei AOIM der mittlere Inzidenzwinkel ist, für den die Mehrlagen-Schichtanordnung ausgelegt ist.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf einen EUV-Spiegel gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und auf ein optisches System mit einem EUV-Spiegel gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 18 Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die EUV-Mikrolithographie. Andere Anwendungsgebiete liegen in der EUV-Mikroskopie und der EUV-Maskenmetrologie.
Stand der Technik
Zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen, z.B. Masken für die Mikrolithographie, werden heutzutage überwiegend mikrolithographische Projektionsbelichtungsverfahren eingesetzt. Dabei werden Masken (Retikel) oder andere Mustererzeugungseinrichtungen verwendet, die das Muster einer abzubildenden Struktur tragen oder bilden, z.B. ein Linienmuster einer Schicht (Layer) eines Halbleiterbauelementes. Das Muster wird in einer Projektionsbelichtungsanlage zwischen einem Beleuchtungssystem und einem Projektionsobjektiv im Bereich der Objektebene des Projektionsobjektivs positioniert und mit einer vom Beleuchtungssystem bereitgestellten Beleuchtungsstrahlung beleuchtet. Die durch das Muster veränderte Strahlung läuft als Projektionsstrahlung durch das Projektionsobjektiv, welches das Muster auf das zu belichtende, mit einer strahlungsempfindlichen Schicht beschichtete Substrat abbildet, dessen Oberfläche in der zur Objektebene optisch konjugierten Bildebene des Projektionsobjektivs liegt.
Um immer feinere Strukturen erzeugen zu können, wurden in den letzten Jahren optische Systeme entwickelt, die bei moderaten numerischen Aperturen arbeiten und hohe Auflösungsvermögen im Wesentlichen durch die kurze Wellenlänge der verwendeten elektromagnetischen Strahlung aus dem extremen Ultraviolettbereich (EUV) erzielen, insbesondere mit Arbeitswellenlängen im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der EUV-Lithographie mit Arbeitswellenlängen um 13.5 nm kann beispielsweise bei bildseitigen numerischen Aperturen von NA = 0.3 theoretisch eine Auflösung in der Größenordnung von 0.03 μm bei typischen Schärfentiefen in der Größenordnung von ca. 0.15 μm erreicht werden.
Strahlung aus dem extrem Ultraviolettbereich kann nicht mit Hilfe refraktiver optischer Elemente fokussiert oder geführt werden, da die kurzen Wellenlängen von den bekannten, bei höheren Wellenlängen transparenten optischen Materialien absorbiert werden. Daher werden für die EUV-Lithographie Spiegelsysteme eingesetzt. Eine Klasse von EUV-Spiegeln arbeitet bei relativ hohen Inzidenzwinkeln der einfallenden Strahlung, also bei streifendem Einfall (grazing incidence) nach dem Prinzip der Totalreflexion. Für senkrechten oder nahezu senkrechten Strahlungseinfall werden Mehrlagenspiegel (Multilayer-Spiegel) genutzt. Ein solcher für Strahlung aus dem EUV-Bereich reflektierend wirkender Spiegel (EUV-Spiegel) hat ein Substrat, auf dem eine für Strahlung aus dem extremen Ulraviolettbereich (EUV) reflektierend wirkende Mehrlagen-Schichtanordnung (multilayer) aufgebracht ist, die viele Schichtpaare mit abwechselnd niedrigbrechendem und hochbrechendem Schichtmaterial aufweist. Schichtpaare für EUV-Spiegel werden häufig mit den Schichtmaterial-Kombinationen Molybdän/Silizium (Mo/Si) oder Ruthenium/Silizium (Ru/Si) aufgebaut.
Es ist bekannt, dass die Reflektivität bzw. das Reflexionsvermögen von Multilayer-Spiegeln stark vom Inzidenzwinkel und von der Wellenlänge der auftreffenden EUV-Strahlung abhängt. Ein hoher Maximalwert der Reflektivität kann erreicht werden, wenn die Mehrlagen-Schichtanordnung im Wesentlichen aus einer periodischen Schichtenfolge mit Vielzahl identischer Schichtpaare besteht. Dann ergibt sich jedoch sowohl bei der Abhängigkeit der Reflektivität vom Inzidenzwinkel als auch bei der Abhängigkeit der Reflektivität von der Wellenlänge eine relativ geringe Halbwertsbreite (full width at half maximum, FWHM) der Reflektivitätskurve. Aus dem Stand der Technik sind Beispiele zur Inzidenzwinkelabhängigkeit und Wellenlängenabhängigkeit der Reflektivität konventioneller Multilayer-Spiegel.
In optischen Systemen für den EUV-Bereich mit relativ hoher numerischer Aperatur, beispielsweise in Projektionsobjektiven für die EUV-Mikrolithographie, können jedoch an gewissen Positionen im Strahlengang relativ hohe Inzidenzwinkelvariationen auftreten. Hierfür werden EUV-Spiegel benötigt, deren Reflexionsvermögen über den jeweils auftretenden Inzidenzwinkelbereich nur wenig variiert. Es sind schon zahlreiche Vorschläge zum Aufbau solcher im Inzidenzwinkelbereich breitbandigen Multilayer-Spiegel gemacht worden.
In dem Artikel „EUV multilayer mirrors with tailored spectral reflectivity" von T. Kuhlmann, S. Yulin, T. Feigl und M. Kaiser in: Proceedings of SPIE Vol. 4782 (2002) Seiten 196 bis 203 wird ein besonderer Schichtaufbau von breitbandig wirkenden EUV-Spiegeln beschrieben. Die Mehrlagen-Schichtanordnung umfasst eine Mehrzahl von Schichtgruppen, die jeweils eine periodische Abfolge von mindestens zwei eine Periode bildenden Einzelschichten unterschiedlicher Materialien aufweisen. Die Anzahl der Perioden und die Dicke der Perioden der einzelnen Schichtgruppen nehmen vom Substrat zur Oberfläche hin ab. Ein Ausführungsbeispiel hat drei unterschiedliche Schichtgruppen. Durch diesen Schichtaufbau soll erreicht werden, dass einerseits die Peak-Wellenlängen der Reflexionsmaxima der jeweiligen Schichtgruppen vom Substrat zur Oberfläche hin zu kürzeren Wellenlängen verschoben werden, so dass durch die Überlagerung der Reflexion der einzelnen Schichtgruppen ein breiterer Reflexionspeak des Gesamtsystems erzeugt wird. Andererseits können alle Schichtgruppen in etwa gleich zur Reflektivität des Gesamtsystems beitragen. Auf diese Weise lässt sich eine nahezu konstante Reflektivität über einen großen Wellenlängenbereich bzw. Winkelbereich erreichen.
In dem Artikel „Broadband multilayer mirrors for optimum use of soft x-ray source output" von Z. Wang und A. G. Michette in: J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2 (2000) Seiten 452–457 sowie in dem Artikel "Optimisation of depth-graded multilayer designs for EUV and X-ray optics" von Z. Wang und A. G. Michette in: Procedings of SPIE Vol. 4145 (2001) Seiten 243–253 sind Beispiele für breitbandig wirkende EUV-Spiegel angegeben, bei denen die Breitbandigkeit dadurch erreicht wird, dass die Schichtdicken der Einzelschichten der Mehrlagenbeschichtung in Tiefenrichtung der Mehrlagen-Schichtanordnung als Ergebnis eines Optimierungsprozesses individuell variieren. Derartige Mehrlagen-Schichtanordnungen mit einer mit einem Simulationsprogramm optimierten stochastischen Abfolge einzelner Schichten werden auch als „depthgraded multilayers“ bezeichnet. Die Herstellung derartiger Mehrlagen-Schichtanordnungen kann schwierig sein, da Schichten mit vielen unter- schiedlichen Schichtdicken aufeinanderfolgend in einem Beschichtungsprozess erzeugt werden müssen.
Aus dem Stand der Technik sind breitbandige EUV-Spiegel für senkrechten oder nahezu senkrechten Strahlungseinfall bekannt, die eine Mehrlagen-Schichtanordnung mit unterschiedlichen Gruppen von Schichtenpaaren aufweisen. Eine oberflächennahe Schichtgruppe (surface layer film group) ist an der Strahlungseintrittsseite der Mehrlagen-Schichtanordnung angeordnet. Gegenüber der Strahlungseintrittsseite folgt eine zusätzliche Schicht (additional layer). Darauf folgt in Richtung des Substrats eine tiefer liegende Gruppe von Schichtpaaren (deep layer film group). Dabei ist die Reflektivität der oberflächennahen Schichtgruppe höher als die Reflektivität der substratnahen tieferen Schichtgruppe und die reflektierte Strahlung wird aufgrund der Anwesenheit der zusätzlichen Schicht so phasenverschoben, dass ein Reflektivitätsmaximalwert (reflectivity peak value) der gesamten Mehrlagen-Schichtanordnung geringer ist und die Reflektivität um die Peak-Wellenlänge höher ist als in Abwesenheit der zusätzlichen Schicht. Die optische Schichtdicke der zusätzlichen Schicht soll etwa ein Viertel der Wellenlänge der EUV-Strahlung (d.h. λ/4) bzw. die Hälfte der Periodendicke der Mehrlagen-Schichtanordnung oder diesem Wert zuzüglich einem ganzzahligen Vielfachen der Periodendicke entsprechen. Bei einem Ausführungsbeispiel besteht die zusätzliche Schicht aus Silizium und ist direkt benachbart zu einer Silizium-Schicht eines Molybdän/Silizium-Schichtpaares angeordnet, so dass sich innerhalb der Mehrlagen-Schichtanordnung eine Silizium-Schicht mit einer Schichtdicke befindet, die mindestens der Hälfte der Wellenlänge, d.h. mindestens λ/2, entspricht.
AUFGABE UND LÖSUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen EUV-Spiegel gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bereitzustellen, der über einen großen Inzidenzwinkelbereich eine nur geringe Variation des Reflexionsvermögens aufweist und der weiterhin mit hoher Präzision hergestellt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung einen EUV-Spiegel mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Weiterhin wird ein optisches System mit einem EUV-Spiegel mit den Merkmalen von Anspruch 18 bereitgestellt.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Die erste und die zweite Schichtgruppe haben jeweils zwei oder mehr direkt aneinander angrenzende bzw. direkt benachbarte Schichtpaare, die jeweils durch eine zugehörige Periodendicke P1, P2 charakterisiert werden können. Die dritte Schichtgruppe kann aus einem einzigen Schichtpaar oder aus mehreren Schichtpaaren, jeweils mit zugehöriger Periodendicke P3, bestehen.
Ein Schichtpaar umfasst jeweils eine Schicht aus einem relativ hoch brechenden Schichtmaterial und eine Schicht aus einem relativ dazu niedrig brechenden Schichtmaterial. Solche Schichtpaare werden auch als „Doppelschicht“ oder „Bilayer“ bezeichnet. Die Periodendicke ist im Wesentlichen gegeben durch
Dabei ist k die Anzahl der Schichten in einem Schichtpaar, n_i ist die Brechzahl des jeweiligen Schichtmaterials und d_i die geometrische Schichtdicke. Ein Schichtpaar kann zusätzlich zu den beiden Schichten aus relativ hoch brechendem bzw. relativ niedrig brechendem Schichtaterial noch eine oder mehrere weitere Schichten aufweisen, beispielsweise eine zwischengeschaltete Barriereschicht zur Reduzierung der Interdiffusion zwischen benachbarten Schichten.
Eine Mehrlagen-Schichtanordnung mit vielen Schichtpaaren wirkt nach Art eines „Distributed Bragg Reflectors“. Dabei wird durch die Schichtanordnung ein Kristall simuliert, dessen zur Bragg-Reflexion führenden Netzebenen durch die Schichten des Materials mit dem niedrigeren Realteil des Brechungsindex gebildet werden. Die optimale Periodendicke der Schichtpaare wird für eine vorgegebene Wellenlänge sowie für einen vorgegebenen Inzidenzwinkel bzw. Inzidenzwinkelbbereich durch die Bragg-Gleichung bestimmt und liegt in der Regel zwischen 1 nm und 10 nm.
Der Begriff "periodische Schichtgruppe" bezeichnet in dieser Anmeldung eine Schichtgruppe, die zwei oder mehr direkt benachbarte Schichtpaare aufweist, deren Periodendicken nominell identisch oder derart ähnlich sind, dass die Periodendicke um maximal 10% schwankt.
Der Begriff „streng periodische Schichtgruppe“ bezeichnet eine periodische Schichtgruppe, bei der zusätzlich die verschiedenen Einzelschichtdicken in einer Periode für alle Perioden gleich sind.
Jede streng periodische Schichtgruppe ist auch eine periodische Schichtgruppe, während nicht jede periodische Schichtgruppe eine streng periodische Schichtgruppe sein muss.
Bei einem streng periodischen Aufbau einer Schichtgruppe sind in der Regel bei der Herstellung jeweils nur relativ wenig unterschiedliche Schichtdicken für die Schichtmaterialien zu erzeugen, wodurch die Herstellung im Vergleich zu periodisch, aber nicht streng periodisch aufgebauten Schichtanordnungen vereinfacht wird.
Die periodische erste Schichtgruppe ist in der Nähe der Strahlungseintrittsseite der mehrlagigen Schichtanordnung angeordnet. Eine substratferne Schicht der ersten Schichtgruppe kann an die Umgebung angrenzen. Es ist jedoch auch möglich, dass an der von der Substratseite abgewandten Seite der ersten Schichtgruppe noch eine Deckschicht („Cap Layer“) aufgebracht ist, die durch eine einzige Schicht oder eine Kombination von zwei oder mehr Schichten gebildet sein kann.
Insbesondere kann die erste Schichtgruppe auch streng periodisch sein. Die periodische zweite Schichtgruppe ist zwischen der ersten Schichtgruppe und dem Substrat angeordnet, liegt also näher beim Substrat. Die zweite Schichtgruppe kann unmittelbar auf die Substratoberfläche aufgebracht sein. Zwischen der Substratoberfläche und der zweiten Schichtgruppe können eine oder mehrere weitere Schichten angeordnet sein, die beispielsweise dazu dienen können, Schichtspannungen auszugleichen.
Insbesondere kann die zweite Schichtgruppe auch streng periodisch sein.
Vorzugsweise sind sowohl die erste Schichtgruppe als auch die zweite Schichtgruppe streng periodisch. Dies ist aber nicht zwingend.
Die erste Anzahl N1 von Schichtpaaren der ersten Schichtgruppe ist größer als die zweite Anzahl N2 von Schichtpaaren der zweiten Schichtgruppe. Weiterhin liegt die erste Schichtgruppe näher an der Strahlungseintrittsseite als die zweite Schichtgruppe. Dies trägt dazu bei, dass die Reflektivität der oberflächennahen ersten Schichtgruppe höher ist als die Reflektivität der substratnäheren zweiten Schichtgruppe.
Zwischen der ersten Schichtgruppe und der zweiten Schichtgruppe ist eine dritte Schichtgruppe angeordnet Eine wesentliche Funktion der dritten Schichtgruppe besteht darin, eine Phasenverschiebung zwischen den innerhalb der ersten Schichtgruppe reflektierten Teilstrahlen und den innerhalb der zweiten Schichtgruppe reflektierten Teilstrahlen in der Weise zu erzeugen, dass der Maximalwert der Reflektivität der gesamten mehrlagigen Schichtanordnung im betrachteten Inzidenzwinkelbereich geringer ist als die Reflektivität einer Schichtanordnung, die nur die erste Schichtgruppe und die zweite Schichtgruppe ohne zwischengeschaltete dritte Schichtgruppe erzeugen würde. Gleichzeitig wird erreicht, dass die Reflektivitätskurve im Bereich um das Reflektivitätsmaximum im betrachteten Inzidenzwinkelbereich eine größere Halbwertsbreite aufweist als bei der gleichen Schichtanordnung ohne die dritte Schichtgruppe. Für eine gegebene Arbeitswellenlänge ergibt sich somit im betrachteten Inzidenzwinkelbereich eine Reduzierung der Variation der Reflektivität in Abhängigkeit vom Inzidenzwinkel, so dass ein solcher EUV-Spiegel über einen größeren Inzidenzwinkelbereich brauchbarere Reflektivitätswerte hat als ein entsprechender EUV-Spiegel ohne die dritte Schichtgruppe.
Die dritte Schichtgruppe weist eine dritte Periodendicke P3 auf, die um eine Periodendickendifferenz ΔP von einer mittleren Periodendicke P_M = (P1 + P2)/2 abweicht. Es gilt somit: P3 = P_M ± ΔP. Die Periodendickendifferenz ΔP entspricht im Wesentlichen dem Quotienten aus der optischen Schichtdicke (λ/4) einer Viertelwellenlängenschicht für die entsprechende Wellenlänge λ und der dritten Anzahl N3 der Schichtpaare der dritten Schichtgruppe. Die optische Schichtdicke ergibt sich dabei als Produkt aus der geometrischen Schichtdicke und der Brechzahl des jeweiligen Schichtmaterials, welche im EUV-Wellenlängenbereich in der Nähe vom Wert 1 liegt.
Der Begriff "dritte Periodendicke P3" bezeichnet hierbei bei dritten Schichtgruppen mit mehreren Schichtpaaren den Mittelwert der Periodendicken innerhalb der dritten Schichtgruppe. Wenn diese konstant sind, ist P3 identisch mit der Periodendicke jedes der dritten Schichtpaare. Die Periodendicken der dritten Schichtpaare können jedoch auch variieren.
Auch in der ersten und der zweiten Schichtgruppe können die Periodendicken leicht variieren, jedoch in der Regel in deutlich geringerem Ausmaß als in der dritten Schichtgruppe. Insoweit bezeichnen die Begriffe "erste Periodendicke" bzw. "zweite Periodendicke" jeweils einen Mittelwert der Periodendicken der jeweiligen Schichtgruppe.
Die dritte Schichtgruppe kann in ihrer Wirkung annähernd so beschrieben werden, dass es sich um eine zwischen die erste Schichtgruppe und die zweite Schichtgruppe zwischengeschaltete Viertelwellenlängenschicht handelt, deren Gesamtschichtdicke jedoch auf mehrere Schichten der dritten Schichtgruppe verteilt ist. Die Schichtdicken aller Schichten der dritten Schichtgruppe sind dabei kleiner als die mittlere Periodendicke P_M. Somit kann erreicht werden, dass die dritte Schichtgruppe zwar als phasenschiebende Schichtgruppe wirkt, dass gleichzeitig aber keine Einzelschichten vorliegen, deren Schichtdicke in der Nähe von λ/(2·cos(AOI_M)) oder darüber liegt. Durch den Verzicht auf Schichtdicken im Bereich von λ/(2·cos(AOI_M)) oder darüber kann die Fertigung der Mehrlagen-Schichtanordnung vereinfacht werden. Nach den Beobachtungen der Erfinder kann sich das Aufwachsverhalten über die Dicke einer Schicht verändern. Beispielsweise kann es bei der Erzeugung von relativ dicken Einzelschichten zu Kristallisationseffekten in dem Schichtmaterial der sich aufbauenden Schicht kommen, wodurch es schwierig werden kann, eine bestimmte gewünschte Schichtdicke mit der erforderlichen Genauigkeit während des Herstellungsprozesses zu erzeugen. Große Schichtdicken können außerdem zu erhöhter Schichtrauheit und zu veränderten Brechzahlen führen. Bei Verzicht auf relativ große Schichtdicken von Einzelschichten können diese Probleme vermieden werden.
Vorzugsweise beträgt eine maximale Einzelschichtdicke in der dritten Schichtgruppe weniger als 0.9·λ/(2·cos(AOI_M)), insbesondere weniger als 0.85·λ/(2·cos(AOI_M)) oder weniger als 0.8·λ/(2·cos(AOI_M)).
Insbesondere kann es in Hinblick auf die Fertigbarkeit von Vorteil sein, die maximale Schichtdicke sogar kleiner als die maximalen Schichtdicken in der ersten und zweiten Schichtgruppe zu wählen. Das vermeidet dicke Schichten komplett.
Die Periodendickendifferenz ΔP soll im Wesentlichen dem Quotienten aus der optischen Schichtdicke einer λ/4-Schicht (Viertelwellenlängenschicht, quarter wave layer) und der dritten Anzahl N3 entsprechen. Vorzugsweise kann für die Periodendickendifferenz die Bedingung ΔP = x·(λ/(N3 cos(AOI_M))) gelten, wobei 0.2 ≤ x ≤ 0.35 gilt. Der Parameter AOI_M entspricht dabei dem mittleren Inzidenzwinkel, für den die Mehrlagen-Schichtanordnung ausgelegt ist. Es hat sich als besonders günstig herausgestellt, wenn der Parameter x im Bereich zwischen 0.25 und 0.35 liegt.
Die phasenschiebene dritte Schichtgruppe soll keinen substantiellen Beitrag zur Gesamtreflektivität liefern. Sie dient im Wesentlichen nur der Phasenverschiebung zwischen der ersten und der zweiten Schichtgruppe. Die Schichtdicken in der dritten Schichtgruppe sind so gewählt, dass sie für die Wellenlänge bzw. für den Inzidenzwinkelbereich als Reflektor nicht bzw. nicht gut geeignet sind. Daher ist die Reflektivität der dritten Schichtgruppe gering. Die dritte Anzahl N3 sollte nicht zu groß sein, da mit wachsendem N3 der Beitrag der dritten Schichtgruppe zur Absorption steigt.
Es ist möglich, dass die dritte Schichtgruppe nur aus einem einzigen Schichtpaar besteht, so dass N3 = 1 gilt. Vorzugsweise liegt die dritte Anzahl N3 im Bereich von 2 bis 5, insbesondere bei 2 oder 3. Dann kann die gewünschte Phasenverschiebung erzielt werden, ohne unnötig viel Absorption in der dritten Schichtgruppe zu verursachen.
Wenn die dritte Schichtgruppe zwei oder mehr Schichtpaare aufweist, dann kann es vorteilhaft sein, wenn die dritte Schichtgruppe einen periodischen Schichtaufbau mit im Wesentlichen gleichen dritten Periodendicke hat, so dass es sich um eine periodische dritte Schichtgruppe handelt. Insbesondere kann es von Vorteil sein wenn die dritte Schichtgruppe sogar streng periodisch ist. Dies vereinfacht die Fertigung.
Die erste Schichtgruppe und/oder die zweite Schichtgruppe können um ein Vielfaches mehr Schichtpaare als die dritte Schichtgruppe aufweisen. Vorzugsweise liegt die erste Anzahl N1 von Schichtpaaren der ersten Schichtgruppe bei 10 oder mehr, insbesondere bei 15 oder mehr oder bei 20 oder mehr. Dadurch kann erreicht werden, dass die oberflächennahe erste Schichtgruppe besonders stark zur Gesamtreflektivität beiträgt.
Das neuartige Schichtdesign bietet für die Ausgestaltung der Schichtdicken der dritten Schichtgruppe viele Designfreiheitsgrade. Insbesondere erlaubt das Konzept, dass kritische Schichtdicken vermieden werden können. Als „kritische Schichtdicken“ werden hier solche Schichtdicken bezeichnet, die sich in Abhängigkeit vom Schichtmaterial und vom Herstellungsprozess besonders schwierig herstellen lassen. Bei manchen Schichtmaterialien kann es beispielsweise zu Kristallisationseffekten kommen, wenn die Schichtdicke einen gewissen Wert übersteigt, so dass Schichtdickenwerte oberhalb desjenigen Wertes, bei dem die Kristallisation auftritt, nur schwierig mit der erforderlichen Genauigkeit erzeugt werden können. Solche Probleme sind bei Auswahl entsprechend dünner Schichtdicken vermeidbar. Bei manchen Ausführungsformen hat die dritte Schichtgruppe eine dritte Periodendicke P3, die um die Periodendickendifferenz ΔP kleiner als die mittlere Periodendicke P_M ist. Eine solche Variante kann beispielsweise gewählt werden, wenn zum Aufbau der dritten Schichtgruppe ein stark absorbierendes Schichtmaterial verwendet soll. Es gibt jedoch auch Ausführungsformen, bei denen die dritte Schichtgruppe eine dritte Periodendicke P3 aufweist, die um die Periodendickendifferenz ΔP größer als die mittlere Periodendicke P_M ist.
Bei manchen Ausführungsformen ist eine einzige phasenschiebende Schichtgruppe (dritte Schichtgruppe) mit relativ dünnen Einzelschichten vorgesehen. Es kann jedoch für eine weitere Homogenisierung der Inzidenzwinkelabhängigkeit der Reflektivität günstig sein, wenn mindestens eine weitere phasenschiebene Schichtgruppe vorgesehen wird. Bei manchen Ausführungsformen gibt es eine vierte Schichtgruppe mit einer vierten Anzahl N4 von vierten Schichtpaaren, die zwischen der dritten Schichtgruppe und dem Substrat angeordnet sind, wobei mindestens ein zweites Schichtpaar der zweiten Schichtgruppe zwischen der dritten Schichtgruppe und der vierten Schichtgruppe angeordnet ist. Die vierte Schichtgruppe sollte eine vierte Periodendicke P4 aufweisen, für die sinngemäß die gleichen Bedingungen gelten wie für die dritte Periodendicke P3. Insbesondere gilt somit P4 = P_M ± ΔP, wobei vorzugsweise ΔP = x·(λ/(N4 cos(AOI_M))) mit 0.2 ≤ x ≤ 0.35 gilt.
Die vierte Schichtgruppe kann als weitere phasenschiebene Schichtgruppe verstanden werden, die mit Abstand von der dritten Schichtgruppe innerhalb der substratnahen zweiten Schichtgruppe noch eingefügt ist.
Der Schichtaufbau der vierten Schichtgruppe kann identisch zum Schichtaufbau der dritten Schichtgruppe sein oder davon abweichen.
Es ist möglich, dass die vierte Schichtgruppe nur aus einem einzigen Schichtpaar besteht, so dass N4 = 1. Die vierte Anzahl N4 sollte vorzugsweise im Bereich von 2 bis 5, insbesondere bei 2 oder 3 liegen, so dass auch die vierte Schichtgruppe als phasenschiebende Schichtgruppe wirkt, ohne stark zu absorbieren.
Die vierte Schichtgruppe kann einen periodischen Schichtaufbau haben, insbesondere einen streng periodischen Schichtaufbau.
Die erste und die zweite Schichtgruppe können unter Verwendung unterschiedlicher Schichtmaterial-Kombination aufgebaut werden und unterschiedliche Periodendicken aufweisen, so dass P1 ≠ P2 möglich ist. Eine besondere einfache Fertigung ergibt sich dann, wenn die erste Periodendicke P1 gleich der zweiten Periodendicke P2 ist, so dass die mittlere Periodendicke gleich der ersten Periodendicke oder der zweiten Periodendicke ist. Eine derartige Mehrlagen-Schichtanordnung kann als sogenannter „Monostack“ mit eingefügter dritter Schichtgruppe und gegebenenfalls zusätzlich noch eingefügter vierter Schichtgruppe beschrieben werden.
Eine weitere Vereinfachung der Fertigung unter Beibehaltung der vorteilhaften optischen Eigenschaften ergibt sich bei manchen Ausführungsformen dadurch, dass eine Schichtdicke des relativ hoch brechenden Schichtmaterials oder des relativ niedrig brechenden Schichtmaterials in allen Schichtpaaren der ersten Schichtgruppe, der zweiten Schichtgruppe und der dritten Schichtgruppe im Wesentlichen gleich ist. Bei Vorhandensein einer vierten Schichtgruppe kann dies auch für die vierte Schichtgruppe gelten. Hierdurch ergeben sich fertigungstechnische Vorteile, da für eines der Schichtmaterialien eines Schichtpaares nicht unterschiedliche Schichtdicken „getroffen“ werden müssen. Es kann also so sein, dass eines der Schichtmaterialien der Schichtpaare in allen Schichtgruppen die gleiche Schichtdicke aufweist. Es muss dann gegebenenfalls nur die Schichtdicke des anderen Schichtmaterials zur Erzeugung der dritten Schichtgruppe und/oder der vierten Schichtgruppe variiert werden.
Bei vielen Ausführungsformen sind die Schichtpaare einer Schichtgruppe streng periodisch aufgebaut. Bei einer periodischen Schichtgruppe, die nicht streng periodisch ist, bezeichnet man das Verhältnis zwischen der Schichtdicke des stärker absorbierenden Schichtmaterials (Mo bei Mo/Si-Schichtpaaren) und der Periodendicke des Schichtpaares mit dem Parameter Γ. Im Fall einer streng periodischen Schichtgruppe ist der Wert von Γ in den Schichtpaaren einer Schichtgruppe konstant. Diese Bedingung kann für eine der Schichtgruppen, für mehrere der Schichtgruppen oder für alle Schichtgruppen einer Mehrlagen-Schichtanordnung gelten. Dadurch wird die Fertigung einfach, da nur wenige Schichtdicken "getroffen" werden müssen.
Es gibt auch Ausführungsformen, bei denen das Verhältnis Γ zwischen der Schichtdicke des stärker absorbierenden Schichtmaterials (Absorber) und der Periodendicke der Schichtpaare innerhalb mindestens einer der Schichtgruppen variiert. Dabei wird vorzugsweise eine stochastische Variation vermieden, indem der Wert von Γ innerhalb einer Schichtgruppe kontinuierlich variiert. Der Wert von Γ kann z.B. von der Substratseite einer Schichtgruppe zu der der Strahlungseintrittsseite näher liegenden Seite von Schichtpaar zu Schichtpaar zunehmen oder abnehmen.
Diese Bedingungen können für eine der Schichtgruppen, für mehrere der Schichtgruppen oder für alle Schichtgruppen einer Mehrlagen-Schichtanordnung gelten. Hierdurch ergeben sich weitere Design-Freiheitsgrade.
Die Erfindung betrifft auch ein optisches System mit mindestens einem EUV-Spiegel der oben oder nachfolgend näher beschriebenen Art.
Bei dem optischen System kann es sich z.B. um ein Projektionsobjektiv oder um ein Beleuchtungssystem für eine mit EUV-Strahlung arbeitende Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage handeln. Der EUV-Spiegel kann eine ebene Spiegelfläche oder eine konvex oder konkav gekrümmte Spiegelfläche haben. In einem Projektionsobjektiv kann z.B. der Spiegel, an dem das größte Inzidenzwinkelintervall auftritt, wie hier beschrieben aufgebaut sein, ggf auch mehrere oder alle EUV-Spiegel. Der EUV-Spiegel kann ein einachsig oder mehrachsig verkippbarer Einzelspiegel eines steuerbaren Multi-Mirror-Arrays (MMA) sein, an dem je nach Kippstellung unterschiedliche Inzidenzwinkelintervalle auftreten können. Hier kann eine breitbandige Wirkung besonders vorteilhaft sein. Ein Multi-Mirror-Array kann mehrere EUV-Spiegel der hier beschriebenen Art aufweisen. EUV-Spiegel können auch bei anderen optischen Systemen verwendet werden, z.B. im Bereich der Mikroskopie.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt einen schematischen Vertikalschnitt durch die Schichtstruktur einer Mehrlagen-Schichtanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 zeigt ein Schichtdickendiagramm des ersten Ausführungsbeispiels;
3 zeigt ein Schichtdickendiagramm eines Referenzspiegels, dessen Mehrlagen-Schichtanordnung als reiner Mo/Si-Monostack ausgebildet ist;
4 zeigt ein Vergleichsdiagramm zur Inzidenzwinkelabhängigkeit der Reflektivität eines Mo/Si-Monostacks (MS) und des ersten Ausführungsbeispiels;
5 zeigt ein Schichtdickendiagramm des zweiten Ausführungsbeispiels;
6 zeigt ein Schichtdickendiagramm des dritten Ausführungsbeispiels;
7 zeigt ein Schichtdickendiagramm des vierten Ausführungsbeispiels;
8 zeigt ein Schichtdickendiagramm des fünften Ausführungsbeispiels;
9 zeigt die Inzidenzwinkelabhängigkeit der Reflektivität des zweiten bis fünften Ausführungsbeispiels;
10 zeigt ein Schichtdickendiagramm des sechsten Ausführungsbeispiels;
11 zeigt die Inzidenzwinkelabhängigkeit der Reflektivitäten des sechsten Ausführungsbeispiels („6“) und des ersten Ausführungsbeispiels („1“);
12 zeigt ein Schichtdickendiagramm des siebten Ausführungsbeispiels;
13 zeigt die Inzidenzwinkelabhängigkeit der Reflektivitäten des siebten Ausführungsbeispiels („7“) und des ersten Ausführungsbeispiels („1“);
14 zeigt ein Schichtdickendiagramm des achten Ausführungsbeispiels;
15 zeigt die Inzidenzwinkelabhängigkeit der Reflektivität des achten Ausführungsbeispiels;
16 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Periodendicken innerhalb des achten Ausführungsbeispiels;
17 zeigt ein Schichtdickendiagramm des neunten Ausführungsbeispiels;
18 zeigt die Inzidenzwinkelabhängigkeit der Reflektivität des neunten Ausführungsbeispiels; und
19 zeigt Komponenten einer EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
DETALLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Aspekte der Erfindung am Beispiel von mehreren Ausführungsbeispielen von EUV-Spiegeln erläutert, die für eine EUV-Arbeitswellenlänge von λ = 13.5 nm und für Inzidenzwinkel aus dem Intervall 10° ≤ AOI ≤ 17.5° ausgelegt sind, also für einen mittleren Inzidenzwinkel AOI_M = 13.75°. Der Inzidenzwinkel (Angle of Incidence, AOI) bezeichnet hierbei den Winkel, den ein auf die Spiegeloberfläche auftreffender Strahl mit der Oberflächennormalen N des Spiegels am Auftreffpunkt einschließt. Inzidenzwinkelintervalle dieser Art können beispielsweise in optischen Systemen für die EUV-Mikrolithographie auftreten, welche mit hoher numerischer Apertur arbeiten.
Bei derartigen Inzidenzwinkeln werden bekanntlich Mehrlagenspiegel (Multilayer-Spiegel) mit einer für die EUV-Strahlung reflektierend wirkenden Mehrlagen-Schichtanordnung (Multilayer) genutzt, die viele Schichtpaare (Bilayer) enthalten, welche alternierend aufgebrachte Schichten eines Schichtmaterials mit höherem Realteil des Brechungsindex (auch „Spacer“ genannt) und eines Schichtmaterials mit relativ dazu niedrigerem Realteil des Brechungsindex (auch „Absorber“ genannt) aufweisen. Schichtpaare können z.B. mit den Schichtmaterial-Kombinationen Molybdän/Silizium (Mo/Si) und/oder Ruthenium/Silizium (Ru/Si) aufgebaut sein. Dabei bildet Silizium jeweils das Spacer-Material, während Mo bzw. Ru als Absorbermaterial dienen. Ein Schichtpaar kann mindestens eine weitere Schicht enthalten, insbesondere eine zwischengeschaltete Barriereschicht, die z.B. aus C, B₄C, Si_xN_y, SiC oder aus einer Zusammensetzung mit einem dieser Materialien bestehen kann und Interdiffusion an der Grenzfläche unterbinden soll.
Die nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiele sollen zur Veranschaulichung einiger Grundprinzipien dienen. Als Schichtmaterialien kommen jeweils Molybdän (Mo) und Silizium (Si) zum Einsatz, wodurch sich eine übersichtliche Darstellung ergibt. Die Grundprinzipien können auch bei anderen Wellenlängen, anderen Inzidenzwinkelintervallen und/oder anderen Schichtmaterial-Kombinationen genutzt werden. Die Grundprinzipien wirken außerdem unabhängig vom Einsatz von Barriereschichten und/oder Schutzschichten, die zusätzlich in einem Schichtstapel vorgesehen sein können.
1 zeigt einen schematischen Vertikalschnitt durch die Schichtstruktur einer Mehrlagen-Schichtanordnung ML gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
2 zeigt ein zugehöriges Schichtdickendiagramm, wobei auf der Abszisse die Schichtnummer LN der einzelnen Schichten und auf der Ordinate deren geometrische Schichtdicke d in [nm] angegeben sind. Die punktförmigen Symbole stehen für Einzelschichten aus Molybdän, während die Dreieckssymbole für Einzelschichten aus Silizium stehen. Das nicht dargestellte Substrat befindet sich an der linken Seite, so dass die Einzelschicht mit der Schichtnummer 1 direkt an das Substrat angrenzt. Die Strahlungseintrittsseite liegt entsprechend rechts bei der höchsten Schichtnummer. Diese Darstellungsweise gilt für alle Schichtdickendiagramme dieser Anmeldung.
3 zeigt ein Schichtdickendiagramm eines zu Vergleichszwecken herangezogenen Referenzspiegels REF, dessen Mehrlagen-Schichtanordnung als reiner Mo/Si-Monostack ausgebildet ist. Der Begriff „Monostack“ steht hier für eine Mehrlagen-Schichtanordnung, bei der alle aufeinanderfolgenden Schichtpaare die gleichen Schichtmaterial-Kombination und die gleichen Einzelschichtdicken haben.
Der EUV-Spiegel aus 1 hat ein Substrat SUB, das eine mit optischer Präzision bearbeitete Substratoberfläche hat, auf der eine Mehrlagen-Schichtanordnung ML aufgebracht ist, die im Folgenden auch als „Multilayer“ bezeichnet wird. Die Mehrlagen-Schichtanordnung besteht im Beispiel aus 52 Einzelschichten, wobei Molybdänschichten (schraffiert) und Siliziumschichten (ohne Schraffur) abwechseln. Dadurch werden 26 Mo/Si-Schichtpaare gebildet, die auch als Mo/Si-Bilayer bezeichnet werden.
Die Einzelschichten bzw. Schichtpaare können in drei übereinander angeordnete jeweils periodische Schichtgruppen unterschiedlicher Funktion unterteilt werden. An der Strahlungseintrittsseite befindet sich eine periodische erste Schichtgruppe LG1 mit einer ersten Anzahl N1 = 20 von Mo/Si-Schichtpaaren, die auch als erste Schichtpaare bezeichnet werden. Unmittelbar angrenzend an das Substrat SUB befindet sich eine periodische zweite Schichtgruppe LG2 mit einer zweiten Anzahl N2 = 4 direkt benachbarter Mo/Si-Schichtpaare, die auch als zweite Schichtpaare bezeichnet werden. Die erste Periodendicke P1 der Schichtpaare der eintrittsseitigen ersten Schichtgruppe und die zweite Periodendicke P2 der zweiten Schichtpaare der zweiten Schichtgruppe LG2 sind jeweils gleich. Als „Periodendicke“ wird hier die Summe der optischen Schichtdicken der Einzelschichten eines Schichtpaares bezeichnet, wobei die optische Schichtdicke jeweils das Produkt der geometrischen Schichtdicke d und der Brechzahl des jeweiligen Schichtmaterials ist.
Die zwischen der ersten Schichtgruppe LG1 und der zweiten Schichtgruppe LG2 angeordnete dritte Schichtgruppe LG3 hat ebenfalls einen periodischen Schichtaufbau, jedoch mit nur N3 = 2 Mo/Si-Schichtpaaren (dritte Schichtpaare). Die dritte Schichtgruppe LG3 hat eine dritte Periodendicke P3, die signifikant von den Periodendicken der ersten und der dritten Schichtgruppe abweicht. Die dritte Periodendicke ist im Beispielsfall deutlich kleiner als die erste oder die zweite Periodendicke. Dies wird dadurch verursacht, dass die beiden Si-Schichten (Schichtnummern 10 und 12) eine wesentlich geringere Schichtdicke haben als die Si-Schichten der ersten und der zweiten Schichtgruppe.
Der Unterschied in der Periodendicke zwischen dem Mittelwert P_M = (P1 + P2/2) der Periodendicken der ersten und der zweiten Schichtgruppe und der Periodendicke der dritten Schichtgruppe wird als Periodendickendifferenz ΔP bezeichnet, die im Beispielsfall negatives Vorzeichen hat (P3 = P_M – ΔP). Die Periodendickendifferenz ΔP soll im Wesentlichen dem Quotienten aus der optischen Schichtdicke einer λ/4-Schicht und der dritten Anzahl N3 entsprechen. Dann führt die dritte Schichtgruppe insgesamt die Schichtdicke einer Viertelwellenlängenschicht zwischen der ersten und der zweiten Schichtgruppe ein, wobei diese Schichtdicke jedoch auf mehrere Einzelschichten verteilt ist.
Im Beispiel gilt: P1 = P2 = P_M = 6.69 nm; P3 = 5.17 nm = P_M – 1.79 nm; N3 = 2. Damit gilt x = 1.79 nm·cos(AOI_M)/λ·N3 = 0.248.
Die dritte Schichtgruppe hat nur zwei Schichtpaare mit der vom übrigen Schichtstapel abweichenden Periodendicke P3. Der Beitrag der dritten Schichtgruppe zur Reflektivität des gesamten Multilayers ist im Vergleich zum Beitrag der oberflächennahen ersten Schichtgruppe LG sehr gering und auch wesentlich geringer als der Beitrag der substratnahen zweiten Schichtgruppe LG2. Die dritte Schichtgruppe wirkt aufgrund der abweichenden Periodendicke für die Wellenlänge und den Inzidenzwinkelbereich kaum reflektierend und absorbiert aufgrund der geringen Schichtenzahl nur wenig Strahlung. Ein wichtiger Effekt der dritten Schichtgruppe LG3 besteht darin, dass durch die dritte Schichtgruppe eine Phasenverschiebung zwischen den Phasen der innerhalb der zweiten Schichtgruppe reflektierten Teilstrahlen und der innerhalb der ersten Schichtgruppe reflektierten Teilstrahlen erzeugt wird.
Der Effekt dieser durch die dritte Schichtgruppe LG3 erzeugten Phasenverschiebung wird anhand von 4 erläutert. 4 zeigt ein Vergleichsdiagramm, bei dem der Reflexionskoeffizient R [%] eines EUV-Spiegels als Funktion des Inzidenzwinkels AOI dargestellt ist. Die gestrichelte Kurve mit einem maximalen Reflexionskoeffizient von ca. 68 % bei AOI ≈ 15° zeigt die Inzidenzwinkelabhängigkeit der Reflektivität des reinen Monostacks aus 3. Die durchgezogene Linie zeigt den entsprechenden Reflektivitätsverlauf beim ersten Ausführungsbeispiel (2), welches eine phasenschiebene dritte Schichtgruppe zwischen der eintrittsseitigen ersten Schichtgruppe und der substratseitigen zweiten Schichtgruppe enthält. Es ist unmittelbar erkennbar, dass die Maximalreflektivität beim reinen Monostack mit 68 % deutlich höher liegt als die beim gleichen Inzidenzwinkel auftretende Reflektivität beim ersten Ausführungsbeispiel. Jedoch ist die Variation der Reflektivität über den Inzidenzwinkelbereich beim ersten Ausführungsbeispiel deutlich geringer als bei dem reinen Monostack. Während bei dem Referenzsystem das Reflexionsvermögen zwischen ca. 60 % (bei 10°) und ca. 68 % (bei ca. 15°), also um um ca. 8 %-Punkte, variiert, variiert das Reflexionsvermögen im gleichen Inzidenzwinkelintervall bei dem Ausführungsbeispiel nur um ca. 2 %-Punkte, und zwar zwischen ca. 54 % (bei ca. 17°) und 56 % (bei ca. 11°). Es ist ersichtlich, dass die durch die dritte Schichtgruppe erzeugte Phasenverschiebung zu einer deutlichen Homogenisierung der Inzidenzwinkelabhängigkeit der Reflektivität in dem ausgewählten Inzidenzwinkelbereich führt, für den die Mehrlagen-Schichtanordnung ausgelegt ist.
In 5 ist das Schichtdickendiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels gezeigt. Die Mehrlagen-Schichtanordnung ist mit Mo/Si-Schichtpaaren aufgebaut, die in vier Schichtgruppen unterteilt werden können. Die an die Strahlungseintrittsseite angrenzende erste Schichtgruppe LG1 hat N1 = 21 Mo/Si-Schichtpaare mit Periodendicke P1. Zur Substratseite hin schließt sich eine dritte Schichtgruppe LG3 mit zwei Schichtpaaren (N2 = 2) an, bei denen jeweils die Si-Schicht eine wesentlich geringere Schichtdicke hat als die Si-Schichten der ersten Schichtgruppe. Dadurch ergibt sich für die dritte Schichtgruppe eine Periodendicke P3 < P1. Zwischen der dritten Schichtgruppe LG3 und dem Substrat befindet sich eine zweite Schichtgruppe LG2 mit 11 Mo/Si-Schichtpaaren, deren Periodendicke P2 gleich der Periodendicke P1 der Schichtpaare der ersten Schichtgruppe LG1 ist. Im Bereich der zweiten Schichtgruppe LG2 ist mit Abstand vom Substrat noch eine vierte Schichtgruppe LG4 mit zwei direkt benachbarten Mo/Si-Schichtpaaren (Schicht-Nrn. 7–10) eingefügt, so dass N4 = 2. Die vierte Schichtgruppe unterteilt die zweite Schichtgruppe LG2 in zwei Untergruppen. Eine erste Untergruppe LG2-1 mit drei Mo/Si-Schichtpaaren grenzt direkt an das Substrat an, während eine zweite Untergruppe LG2-2 mit acht Schichtpaaren zwischen der dritten Schichtgruppe und der vierten Schichtgruppe angeordnet ist.
Die dritte Schichtgruppe LG3 und die vierte Schichtgruppe LG4 haben jeweils eine wesentlich geringere Periodendicke P3 bzw. P4 als die erste Schichtgruppe LG1 bzw. die zweite Schichtgruppe LG2. Es gelten näherungsweise die Bedingungen: P3 = P_M – ΔP mit ΔP ≈ (λ/4)/cos(AOI_M)N3) und P4 = P_M – ΔP mit ΔP ≈ (λ/4)/cos(AOI_M)N4)
Die dritte Schichtgruppe LG3 führt eine Phasenverschiebung zwischen den von der zweiten Schichtgruppe LG2 und den von der ersten Schichtgruppe LG1 reflektierten Teilstrahlen ein. Die vierte Schichtgruppe LG4 führt eine entsprechende Phasenverschiebung zwischen denjenigen Teilstrahlen herbei, die einerseits von der substratnäheren ersten Untergruppe LG2-1 und andererseits von der substratferneren zweiten Untergruppe LG2-2 der zweiten Schichtgruppe reflektiert werden. Die dritte und die vierte Schichtgruppe bilden zwei unabhängig voneinander wirksame phasenschiebene Schichtgruppen, die an unterschiedlichen Stellen mit Abstand zueinander im Schichtstapel angeordnet sind.
Der erzielte Reflektivitätsverlauf im Inzidenzwinkelbereich zwischen 10° und 17.5° ist in 9 durch Reflektivitätskurve „2“ gezeigt. Die Reflektivität variiert zwischen einem Maximalwert R_MAX = 56.2 % und einem Minimalwert R_MIN = 55.4 %, also um weniger als 1 %-Punkt. Mit Hilfe einer zweiten phasenschiebenden Schichtgruppe kann also eine Homogenisierung der Abhängigkeit der Reflektivität vom Inzidenzwinkel erreicht werden. Gleichzeitig ist keine der Si-Einzelschichten dicker als die Si-Einzelschichten in der ersten oder zweiten Schichtgruppe, so dass insbesondere Schichtdicken einzelner Schichten in der Nähe von λ/(2·cos(AOI_M)) (entsprechend ca. 6.7 nm) oder darüber vermieden werden.
Es sind zahlreiche weitere Varianten möglich. Auch beim dritten Ausführungsbeispiel in 6 sind zwei mit Abstand zueinander angeordnete phasenschiebende Schichtgruppen in eine Mehrlagen-Schichtanordnung eingefügt, die ansonsten aus Mo/Si-Schichtpaaren einheitlicher Periodendicke (P1 = P2) besteht. Die Mehrlagen-Schichtanordnung hat eine eintrittsseitige erste Schichtgruppe LG1 mit N1 = 20 Schichtpaaren und eine substratseitige zweite Schichtgruppe LG2 mit N2 = 10 Schichtpaaren. Zwischen der ersten und der zweiten Schichtgruppe ist eine dritte Schichtgruppe LG3 mit N3 = 2 Schichtpaaren eingefügt (Schicht-Nrn. 25–28). Innerhalb der zweiten Schichtgruppe ist eine vierte Schichtgruppe LG4 mit zwei Schichtpaaren (Schicht-Nrn. 7–10) eingefügt, welche die zweite Schichtgruppe in eine substratseitige erste Untergruppe LG2-1 mit drei Schichtpaaren und eine zwischen der vierten Schichtgruppe und der dritten Schichtgruppe liegende zweite Untergruppe LG2-2 mit sieben Schichtpaaren unterteilt.
Wie beim Ausführungsbeispiel von 5 hat die vierte Schichtgruppe LG4 eine vierte Periodendicke P4, die kleiner ist als die Periodendicke der Schichtpaare der zweiten Schichtgruppe und der ersten Schichtgruppe. Die dritte Schichtgruppe LG3 hat dagegen eine Periodendicke P3, die um eine Periodendickendifferenz ΔP größer ist als die Periodendicken P1 der ersten bzw. P2 der zweiten Schichtgruppe. Gleichzeitig wird durch den mehrschichtig periodischen Aufbau der dritten Schichtgruppe LG3 sichergestellt, dass keine der Einzelschichten der dritten Schichtgruppe eine Schichtdicke in der Größenordnung von λ/(2·cos(AOI_M)) oder darüber hat. Die beiden Si-Einzelschichten der dritten Schichtgruppe haben jeweils eine geometrische Schichtdicke d ≈ 5.7 nm. Damit liegt die optische Schichtdicke dieser Einzelschichten um mindestens 10 % unterhalb der Schichtdicke einer λ/(2·cos(AOI_M))-Schicht.
Anhand der Reflektivitätskurve „3“ in 9 ist erkennbar, dass die Reflektivität dieser Mehrlagen-Schichtanordnung im gewählten Inzidenzwinkelbereich zwischen einem Maximalwert von ca. 55.7 % bei AOI = 13° und einem Minimalwert von ca. 54.4 % bei AOI = 17.5° variiert, also um weniger als 1.5 %-Punkte.
In 7 ist das Schichtdickendiagramm eines vierten Ausführungsbeispiels gezeigt. Die Bezeichnung der einzelnen Schichtgruppen entspricht derjenigen bei den anderen Ausführungsbeispielen. Die eintrittsseitige erste Schichtgruppe LG1 hat N1 = 20 Schichtpaare, während die substratseitige zweite Schichtgruppe LG2 insgesamt N2 = 10 Schichtpaare hat, welche in zwei Untergruppen (substratseitige Untergruppe LG2-1 und substratfernere Untergruppe LG2-2) unterteilt ist. Zwischen der ersten Schichtgruppe LG1 und der zweiten Schichtgruppe LG2 befindet sich die dritte Schichtgruppe LG3, während eine vierte Schichtgruppe LG4 die zweite Schichtgruppe in die zwei genannten Untergruppen unterteilt.
Die dritte und die vierte Schichtgruppe LG3 bzw. LG4 bestehen jeweils aus zwei direkt benachbarten Mo/Si-Schichtpaaren (N2 = 2, N4 = 2), wobei die Schichtdicken der Mo-Schichten jeweils der Schichtdicke der Mo-Schichten in der ersten und der dritten Schichtgruppe entspricht, während die Schichtdicken der Si-Schichten jeweils größer sind als die Schichtdicken der Si-Schichten der ersten und der zweiten Schichtgruppe. Daraus ergibt sich, dass die dritte Periodendicke P3 bzw. die vierte Periodendicke P4 jeweils um eine Periodendickendifferenz ΔP größer ist als die mittlere Periodendicke der ersten und der zweiten Schichtgruppe. Sowohl die dritte Schichtgruppe LG3 als auch die vierte Schichtgruppe LG4 wirken optisch als phasenschiebende Schichtgruppe, ohne einen substantiellen Beitrag zur Reflektivität zu liefern. Die Schichtdicken der Si-Schichten der dritten und der vierten Schichtgruppe sind zwar größer als diejenigen in der ersten und der zweiten Schichtgruppe, liegen jedoch deutlich (mehr als 10%) unterhalb der Schichtdicke einer λ/(2·cos(AOI_M))-Schicht. Sie sind dadurch fertigungstechnisch gut beherrschbar.
Die homogenisierende Wirkung auf die Inzidenzwinkelabhängigkeit der Reflektivität wird anhand der Kurve „4“ in 9 deutlich. Die Reflektivität variiert zwischen einem Maximalwert R_MAX von ca. 55.5 % bei 13.5° und einem Minimalwert R_MIN von ca. 54.0 % bei ca. 16.8°, also um weniger als 2 %-Punkte.
In 8 ist das Schichtdickendiagramm eines fünften Ausführungsbeispiels gezeigt. Die einzelnen Schichtgruppen (erste bis vierte Schichtgruppe) tragen die gleichen Bezeichnungen wie beim zweiten und dritten Ausführungsbeispiel. Es gilt: N1 = 20, N2 = 10, N3 = 3, N4 = 3). Alle Einzelschichten aus Molybdän haben in allen Schichtgruppen im Wesentlichen die gleiche Schichtdicke. Die Schichtdicke der Si-Schicht ist in der ersten und der zweiten Schichtgruppe jeweils die gleiche, so dass auch P1 = P2 gilt. In der dritten Schichtgruppe LG3, die zwischen der ersten Schichtgruppe und der zweiten Schichtgruppe angeordnet ist, sind die Si-Einzelschichten dicker als in der ersten und der zweiten Schichtgruppe, so dass sich eine dritte Periodendicke P3 ergibt, die um eine Periodendickendifferenz ΔP größer als die mittlere Periodendicke P_M = P1 = P2 ist, wobei die Periodendickendifferenz ΔP im Wesentlichen dem Quotienten aus der optischen Schichtdicke (λ/4) einer Viertelwellenlängenschicht und der dritten Anzahl N3 entspricht. In der vierten Schichtgruppe LG4 sind die Si-Einzelschichten dagegen dünner als in der ersten und der zweiten Schichtgruppe, wodurch die vierte Periodendicke P4 um eine Periodendickendifferenz ΔP kleiner als die mittlere Periodendicke ist, wobei die Periodendickendifferenz ΔP im Wesentlichen dem Quotienten aus der optischen Schichtdicke (λ/4) einer Viertelwellenlängenschicht und der vierten Anzahl N4 entspricht. Auch hier besteht die wesentliche optische Funktion der zweiten und der dritten Schichtgruppe darin, eine Phasenverschiebung zwischen denjenigen Teilstrahlen herbeizuführen, die in den substratseitigen Schichten bzw. den substratfernen Schichten zur jeweiligen phasenschiebenden Schichtgruppe reflektiert werden. Wie die Kurve „5“ in 9 zeigt, ergibt sich im gesamten Inzidenzwinkelbereich um den mittleren Inzidenzwinkel AOI_M ≈ 13.3° eine geringe Reflektivitätsvariation zwischen einem Maximalwert von ca. 55.8 % (bei 10°) und 54.8 % bei ca. 16.3° Inzidenzwinkel.
Wie die Reflektivitätskurven R = f(AOI) in den 4 und 9 zeigen, gilt für alle Ausführungsbeispiele, dass die Abhängigkeit der Reflektivität R vom Inzidenzwinkel AOI in einem Inzidenzwinkelbereich von ca. ±3.5° um einen mittleren Inzidenzwinkel (bei ca. 13.3°) relativ gering ist. Für alle Beispiele gilt für die relative Variation ΔR = (R_MAX – R_MIN)/R_MAX) der Reflektivität die Bedingung ΔR < 3 %, insbesondere ΔR < 2 %.
Bei allen hier beispielhaft gezeigten Ausführungsbeispielen haben die Einzelschichten aus Molybdän in allen Schichtgruppen im Wesentlichen die gleiche Schichtdicke, so dass nur die Schichtdicken der Si-Einzelschichten variiert werden. Die einheitliche Schichtdicke für ein Schichtmaterial innerhalb der Schichtpaare vereinfacht die Fertigung, ist jedoch grundsätzlich nicht zwingend. Es ist auch möglich, dass die Schichtdicken beider Schichtmaterialien der Schichtpaare innerhalb der Schichtgruppen oder von Schichtgruppe zu Schichtgruppe in einem Bereich außerhalb der Fertigungstoleranzen variieren.
Bei allen Ausführungsbeispielen führen die dritte Schichtgruppe bzw. die dritte und die vierte Schichtgruppe jeweils eine geänderte Schichtdicke zwischen den benachbarten Schichtgruppen ein, die Änderung entsprechend der Schichtdicke einer λ/4-Schicht, wobei die Gesamtschichtdicke dieser λ/4-Schicht jedoch auf mehrere Einzelschichten der dritten bzw. der vierten Schichtgruppe verteilt wird. Hierdurch werden problematisch große Schichtdicken von Einzelschichten vermieden.
Bei den bisher gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Schichtdicke der Mo-Schichten jeweils in allen Schichtgruppen konstant, während die Schichtdicke der Si-Schichten variiert. Es ist auch möglich, dass die Schichtdicken der Mo-Schichten variiert und die Schichtdicken der Si-Schichten im Wesentlichen konstant sind oder dass sowohl die Schichtdicken der Mo-Schichten als auch der Si-Schichten innerhalb der Schichtgruppen oder zwischen einzelnen Schichtgruppen variieren. Im Rahmen der neuartigen Schichtdesigns besteht also eine große Gestaltungsfreiheit bezüglich der Schichtdicken, so dass für jedes Schichtmaterial eine optimale Schichtdicke gefunden und erzeugt werden kann.
Bei den bisher gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Schichtdicke des stärker absorbierenden Schichtmaterials (Mo im Falle von Mo/Si) jeweils innerhalb einer Schichtgruppe (erste, zweitem dritte und ggf. vierte Schichtgruppe) konstant. Dies bringt u.a. fertigungstechnische Vorteile, ist jedoch nicht zwingend. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele erläutert, bei denen das Verhältnis Г zwischen der Schichtdicke des stärker absorbierenden Schichtmaterials (Mo) und der Periodendicke der Schichtpaare einer Schichtgruppe innerhalb einer Schichtgruppe signifikant variiert.
10 zeigt hierzu das Schichtdickendiagramm eines sechsten Ausführungsbeispiels. 11 zeigt einen Vergleich der Inzidenzwinkelabhängigkeit der Reflektivität des sechsten Ausführungsbeispiels (gestrichelte Kurve „6“) zu den entsprechenden Werten des ersten Ausführungsbeispiels („1“) aus 2. In der an das Substrat angrenzenden zweiten Schichtgruppe LG2 nimmt die Mo-Schichtdicke vom Substrat zur Strahlungseintrittsseite hin von ca. 4.5 nm auf ca. 3.7 nm ab, während gleichzeitig die Si-Schichtdicke in entsprechendem Ausmaß zunimmt, so dass die Periodendicke P2 aller Schichtpaare der zweiten Schichtgruppe im Wesentlichen konstant bleibt. Die anschließende dritte Schichtgruppe LG3 hat N3 = 2 Schichtpaare, in denen die Mo-Schichtdicke deutlich größer ist als die Si-Schichtdicke. Der Г-Wert ist hier jedoch konstant. Innerhalb der eintrittsseitigen ersten Schichtgruppe LG1 variieren die Mo-Schichtdicke und die Si-Schichtdicke ebenfalls kontinuierlich, indem die Mo-Schichtdicke zunächst etwas zunimmt und dann über mit mehr als 15 Schichtpaare kontinuierlich abnimmt, je näher die Schichtpaare an der Strahlungseintrittsseite liegen. Die Si-Schichtdicke zeigt einen komplementären Verlauf, so dass in der ersten Schichtgruppe LG1 die Periodendicke P1 konstant ist. Der Schichtdickenverlauf in der ersten Schichtgruppe LG1 berücksichtigt u.a., dass es vorteilhaft sein kann, die Schichtdicken des stärker absorbierenden Mo an der Strahlungseintrittsseite im Vergleich zum schwächer absorbierenden Si möglichst gering zu halten.
Der in 11 gezeigte Reflektivitätsverlauf zeigt, dass im Inzidenzwinkelintervall zwischen ca. 10 ° und 17.5 ° die Reflektivität zwischen einem Maximalwert von 56.4 % und einem Minimalwert von 54 % um weniger als 3 Prozentpunkte variiert. Die absolute Reflektivitäten liegen etwas oberhalb der Werte des ersten Ausführungsbeispiels.
12 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel, welches belegt, dass die phasenschiebende Wirkung der zwischengeschalteten dritten Schichtgruppe LG3 auf beide Schichtmaterialien (Mo und Si) aufgeteilt werden kann. Bei den bisherigen Ausführungsbeispielen wurde zur Erzeugung der dritten Schichtgruppe ausgehend von den benachbarten Schichtgruppen immer nur die Schichtdicke eines der Schichtmaterialien verändert. Es ist auch möglich, dass die Schichtdicken beider Schichtmaterialien innerhalb der dritten Schichtgruppe von den entsprechenden Schichtdicken in den benachbarten ersten und zweiten Schichtgruppen abweichen.
In diesem siebten Ausführungsbeispiel ist zwischen der substratnahen zweiten Schichtgruppe LG2 und der eintrittsseitigen ersten Schichtgruppe LG1 eine aus zwei Schichtpaaren bestehende dritte Schichtgruppe LG3 mit zwei Mo/Si-Schichtpaaren zwischengeschaltet. Die Schichtdicke der Mo-Schichten und der Si-Schichten innerhalb der dritten Schichtgruppe sind geringer als die Schichtdicken der entsprechenden Schichtmaterialien in der ersten Schichtgruppe bzw. der zweiten Schichtgruppe. 13 zeigt das zugehörige Reflektivitätsdiagramm, worin die zum siebten Ausführungsbeispiel gehörende Reflektivitätskurve „7“ gestrichelt und zum Vergleich die zum ersten Ausführungsbeispiel gehörende Reflektivitätskurve („1“) durchgezogen dargestellt ist. Bei ähnlichem allgemeinen Verlauf liegen die Reflektivitäten des siebten Ausführungsbeispiels um ca. 0.2 bis 0.3 Prozentpunkte oberhalb des Vergleichsbeispiels, die Variation der Reflektivität innerhalb des betrachteten Inzidenzwinkelintervalls liegt bei ca. 2 Prozentpunkten.
Anhand der 14 (Schichtdickendiagramm), 15 (Inzidenzwinkelabhängigkeit der Reflektivität) und 16 (Periodendickendiagramm) werden Eigenschaften eines achten Ausführungsbeispiels erläutert. Diese Mehrlagen-Schichtanordnung ist für λ = 13.5 nm und ein Inzidenzwinkelbereich von ca. 5.6° bis ca. 19° ausgelegt. Ein Schichtpaar hat in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich zu den Einzelschichten aus Si und Mo noch zwischengeschaltete Barriereschichten aus Borkarbid (je 0.4 nm B₄C), um die Interdiffusion zwischen Mo und Si zu reduzieren. Ein „Schichtpaar“ besteht hier somit aus vier Einzelschichten Si, B₄C, Mo, B₄C.
Zwischen dem Substrat und der substratnahen zweiten Schichtgruppe LG2 liegen zwei Einzelschichten, die keine Periode bilden und eine Zwischenschicht zwischen dem Substrat und der Mehrlagen-Schichtanordnung bilden. Auf der Strahlungseintrittsseite ist eine mehrlagige Deckschicht (cap layer) mit Einzelschichten aus Ruthenium (Ru), Molybdän (Mo) und Silizium (Si) vorgesehen. Die eintrittsseitigen vier Einzelschichten werden hier ebenfalls nicht weiter betrachtet.
Die Mehrlagen-Schichtanordnung hat eine strahlungsseitige erste Schichtgruppe LG1 mit N1 = 19 Mo/Si-Schichtpaaren, eine substratnahe zweite Schichtgruppe LG2 mit N2 = 10 Mo/Si-Schichtpaaren, eine zwischen der ersten Schichtgruppe und der zweiten Schichtgruppe angeordnete dritte Schichtgruppe LG3 mit N3 = 6 Mo/Si-Schichtpaaren und eine vierte Schichtgruppe LG4, die ebenfalls N4 = 6 Mo/Si-Schichtpaare aufweist.
Die vierte Schichtgruppe ist innerhalb der zweiten Schichtgruppe zwischen der dritten Schichtgruppe und dem Substrat so eingefügt ist, dass eine substratseitige erste Untergruppe LG2-1 der zweiten Schichtgruppe drei Schichtpaare hat und zwischen der dritten und der vierten Schichtgruppe eine zweite Untergruppe LG2-2 mit sieben Schichtpaaren der zweiten Schichtgruppe liegt.
Innerhalb der ersten Schichtgruppe LG1 nimmt die Schichtdicke des stärker absorbierenden Mo von der dritten Schichtgruppe zur Strahlungseintrittsseite kontinuierlich ab, während die Si-Schichtdicken in komplementärer Weise zur Strahlungseintrittsseite hin zunehmen. Es ergibt sich innerhalb der ersten Schichtgruppe eine konstante Periodendicke P1 mit einem von der dritten Schichtgruppe zur Strahlungseintrittsseite hin kontinuierlich abnehmenden Г-Wert.
In der zweiten Schichtgruppe LG2 variiert der Г-Wert ebenfalls von Schichtgruppe zu Schichtgruppe, wobei der Г-Wert nahe der vierten Schichtgruppe LG4 den geringsten Wert hat und die Mo-Schichtdicke ausgehend von der vierten Schichtgruppe jeweils in beide Richtungen kontinuierlich zunimmt. Die Schichtdicken von Si verlaufen komplementär, so dass auch für die zweite Schichtgruppe LG2 eine konstante Periodendicke P2 bei allen Schichtgruppe vorliegt. Besonderheiten der Schichtdickenverläufe in der dritten und der vierten Schichtgruppe werden im Zusammenhang mit 16 näher erläutert.
15 zeigt den Reflektivitätsverlauf des achten Ausführungsbeispiels als Funktion des Inzidenzwinkels und belegt, dass im Inzidenzwinkelbereich zwischen ca. 7 ° und ca. 18.5 ° die Reflektivität um weniger als 2 Prozentpunkte variiert.
Zur Veranschaulichung der Periodendicken der einzelnen Schichtgruppen zeigt 16 auf der Abszisse die Nummern PN der aufeinanderfolgenden Schichtpaare, und auf der Ordinate die Werte für eine normierte Periodendicke P_NORM, die dadurch errechnet wird, dass die tatsächliche Periodendicken mit dem Faktor cos(AOI_M)/λ multipliziert werden. Der mittlere Inzidenzwinkel AOI_M beträgt hier 12.3 °, die Wellenlänge 13.5 nm.
Es ist ersichtlich, dass die Periodendicken P1 in der ersten Schichtgruppe und die Periodendicken P2 der Schichtpaare der zweiten Schichtgruppe L2 jeweils nahe bei P_NORM= 0.5 liegen. Es ist auch ersichtlich, dass die nominierten Periodendicken innerhalb der dritten Schichtgruppe LG3 und innerhalb der vierten Schichtgruppe LG4 von Schichtpaar zu Schichtpaar variieren. Der Mittelwert der Periodendicken innerhalb der dritten und der vierten Schichtgruppe erfüllt jedoch die Bedingung P3 = P_M ± ΔP mit ΔP = x·(λ/(N3 cos(AOI_M))) gelten, wobei x = 0.29 gilt. Jede der beiden eingefügten Schichtgruppen (dritte Schichtgruppe bzw. vierte Schichtgruppe) beinhaltet somit eine „zusätzliche λ/4-Schicht“, deren Gesamtschichtdicke auf mehrere Schichten der dritten Schichtgruppe bzw. der vierten Schichtgruppe verteilt ist. Wie in den anderen Ausführungsbeispielen sind die Schichtdicken aller Schichten innerhalb der dritten Schichtgruppe und der vierten Schichtgruppe jeweils kleiner als λ/(2·cos(AOI_M)), so dass die eingangs erwähnten, bei zu dicken Einzelschichten eventuell auftretenden Fertigungsprobleme vermieden werden können.
Bei den bisher bildlich dargestellten Ausführungsbeispielen hat die phasenschiebende dritte Schichtgruppe jeweils mehrere Schichtpaare. Dies ist jedoch nicht zwingend. Anhand der 17 und 18 wird ein neuntes Ausführungsbeispiel erläutert, bei dem nur eine einzige phasenschiebende Schichtgruppe (dritte Schichtgruppe) vorhanden ist, wobei die dritte Schichtgruppe nur ein einziges Schichtpaar hat, so dass N3 = 1 gilt. 17 zeigt das zugehörige Schichtdickendiagramm. 18 zeigt einen Vergleich der Inzidenzwinkelabhängigkeit der Reflektivität dieses Ausführungsbeispiels (gestrichelte Kurve „9“) zu den entsprechenden Werten des ersten Ausführungsbeispiels („1“) aus 2.
An der Strahlungseintrittsseite befindet sich eine periodische erste Schichtgruppe LG1 mit einer ersten Anzahl N1 = 21 von Mo/Si-Schichtpaaren (erste Schichtpaare). Unmittelbar angrenzend an das Substrat befindet sich eine zweite Schichtgruppe LG2 in einer zweiten Anzahl N2 = 5 direkt benachbarter Mo/Si-Schichtpaare (zweite Schichtpaare). Die Periodendicken P1 bzw. P2 der ersten bzw. zweiten Schichtgruppe sind gleich.
Zwischen der ersten Schichtgruppe LG1 und der zweiten Schichtgruppe LG2 ist eine dritte Schichtgruppe LG3 angeordnet, die nur ein einziges Mo/Si-Schichtpaar hat (Schichtnummern 11 und 12). Die dritte Schichtgruppe hat eine Periodendicke P3, die deutlich geringer ist als die Periodendicken P1, P2 der anderen beiden Schichtgruppen. Im Beispielsfall gilt: P1 = P2 = P_M = 6.96nm; P3 = 3.52nm = P_M – 3.44, so dass ΔP = 3.44nm gilt. Gemäß der Beziehung ΔP = x·(λ/(N3 cos(AOI_M))) ergibt sich x = 3.44·cos(AOI_M)/λ·N3 = 0.247.
Gemäß der Formel ΔP = x·(λ/(N3 cos(AOI_M))) hängt ΔP von N3 ab. Im Beispielsfall ist N3 = 1. Somit wäre eine Möglichkeit, eine dritte Schichtgruppe als Einzelschicht mit einer Schichtdicke von λ/(2·cos(AOI_M)) auszulegen. Die dritte Schichtgruppe ist jedoch keine Einzelschicht, sondern eine Schichtgruppe mit mindestens zwei Einzelschichten, nämlich einer Schicht aus hoch brechendem Material und einer Schicht aus niedrig brechendem Material. Ein phasenschiebender Effekt, der den Effekt einer Einzelschicht mit einer Schichtdicke λ/(2·cos(AOI_M)) ähnelt, wird hier erzielt, indem das erforderliche zusätzliche Schichtmaterial auf beide Einzelschichten des Schichtpaares verteilt wird. Der phasenschiebende Effekt kann beispielsweise erreicht werden, wenn mit Einzelschichtdicken von ca. (λ/4 + λ/8)/(cos(AOI_M)) gearbeitet wird. Es können auch dünnere Einzelschichtdicken vorgesehen sein, insbesondere (λ/4λ/8)/(cos(AOI_M)) (siehe auch die Beziehung P3 = P_M ± ΔP).
Im Beispielsfall hat die Si-Schicht eine Schichtdicke von ca. 2.6 nm, während die Mo-Schicht eine Schichtdicke von ca. 1nm hat.
Die Reflektivitätskurve des neunten Ausführungsbeispiels zeigt, dass die Reflektivität im gezeigten Inzidenzwinkelintervall zwischen einem Maximalwert von ca. 56.4% bei ca. 11° Inzidenzwinkel und einem Minimalwert ca. 54.6% bei 17.5° Inzidenzwinkel variiert, also nur um 2 Prozentpunkte. Dies ist nur geringfügig mehr als beim Referenzsystem (Kurve „1“).
Soweit in dieser Anmeldung konkrete Werte (für geometrische oder optische) Schichtdicken oder Verhältnisse von Schichtdicken angegeben sind, beziehen sich diese Angaben auf nominelle Schichtdicken zur Festlegung eines Basis-Designs der Mehrlagen-Schichtanordnung. Im Rahmen einer Reoptimierung solcher Basis-Designs können Design-Toleranzen zu geringfügigen Abweichungen von den nominellen Schichtdicken führen. Design-Toleranzen liegen bei den Ausführungsbeispielen in der Regel im Bereich von ±15 % oder ±20 % der nominellen Schichtdicken. Es sollen auch solche Mehrlagen-Schichtanordnungen umfasst sein, bei denen die Schichtdicken der Einzelschichten und die Periodendicken der einzelnen Schichtgruppen im Rahmen der Design-Toleranzen von den entsprechenden nominellen Werten des Basis-Designs abweichen. Entsprechende Design-Toleranzen sind auch bei der Periodendickendifferenz ΔP möglich.
Zusätzlich können am fertigen Produkt, dem EUV-Spiegel, noch Fertigungstoleranzen zu einer leichten Variation der Schichtdicken führen. Fertigungstoleranzen sollten pro Einzelschicht in der Regel im Bereich von 5 oder maximal 10 % der absoluten Schichtdicke der Einzelschicht liegen.
EUV-Spiegel der in dieser Anmeldung beschriebenen Art können in unterschiedlichen optischen Systemen genutzt werden, z.B. im Bereich der EUV-Mikrolithographie.
19 zeigt beispielhaft optische Komponenten einer EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage WSC gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage dient zur Belichtung eines im Bereich einer Bildebene IS eines Projektionsobjektivs PO angeordneten strahlungsempfindlichen Substrats W mit mindestens einem Bild eines im Bereich einer Objektebene OS des Projektionsobjektivs angeordneten Musters einer reflektiven Mustererzeugungseinrichtung oder Maske M.
Zur Erleichterung der Beschreibung ist ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. Die Projektionsbelichtungsanlage WSC ist vom Scannertyp. Die Maske M und das Substrat werden beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage in der y-Richtung synchron bewegt und dadurch gescannt.
Die Anlage wird mit der Strahlung einer primären Strahlungsquelle RS betrieben. Ein Beleuchtungssystem ILL dient zum Empfang der Strahlung der primären Strahlungsquelle und zur Formung von auf das Muster gerichteter Beleuchtungsstrahlung. Das Projektionsobjektiv PO dient zur Abbildung der Struktur des Musters auf ein lichtempfindliches Substrat.
Die primäre Strahlungsquelle RS kann unter anderem eine Laser- Plasma-Quelle oder eine Gasentladungsquelle oder eine Synchrotronbasierte Strahlungsquelle sein. Solche Strahlungsquellen erzeugen eine Strahlung RAD im EUV-Bereich, insbesondere mit Wellenlängen zwischen 5 nm und 15 nm. Damit das Beleuchtungssystem und das Projektionsobjektiv in diesen Wellenlängenbereich arbeiten können, sind sie mit für EUV-Strahlung reflektiven Komponenten aufgebaut.
Die von der Strahlungsquelle RS ausgehende Strahlung RAD wird mittels eines Kollektors COL gesammelt und in das Beleuchtungssystem ILL geleitet. Das Beleuchtungssystem umfasst eine Mischeinheit MIX, eine Teleskopoptik TEL und einen feldformenden Spiegel FFM. Das Beleuchtungssystem formt die Strahlung und leuchtet damit ein Beleuchtungsfeld aus, das in der Objektebene OS des Projektionsobjektivs PO oder in dessen Nähe liegt. Form und Größe des Beleuchtungsfeldes bestimmen dabei Form und Größe des effektiv genutzten Objektfeldes OF in der Objektebene OS.
In der Objektebene OS ist bei Betrieb der Anlage ein reflektives Retikel oder eine andere reflektive Mustererzeugungseinrichtung angeordnet.
Die Mischeinheit MIX besteht im Wesentlichen aus zwei Facettenspiegeln FAC1, FAC2. Der erste Facettenspiegel FAC1 ist in einer Ebene des Beleuchtungssystems angeordnet, die zur Objektebene OS optisch konjugiert ist. Er wird daher auch als Feldfacettenspiegel bezeichnet. Der zweite Facettenspiegel FAC2 ist in einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems angeordnet, die zu einer Pupillenebene des Projektionsobjektivs optisch konjugiert ist. Er wird daher auch als Pupillenfacettenspiegel bezeichnet.
Mit Hilfe des Pupillenfacettenspiegels FAC2 und der im Strahlengang nachgeschalteten abbildenden optischen Baugruppe, die die Teleskopoptik TEL und den mit streifenden Einfall (grazing incidence) betriebenen feldformenden Spiegel FFM umfasst, werden die einzelnen spiegelnden Facetten (Einzelspiegel) des ersten Facettenspiegels FAC1 in das Objektfeld abgebildet.
Die räumliche (örtliche) Beleuchtungsintensitätsverteilung am Feldfacettenspiegel FAC1 bestimmt die örtliche Beleuchtungsintensitätsverteilung im Objektfeld. Die räumliche (örtliche) Beleuchtungsintensitätsverteilung am Pupillenfacettenspiegel FAC2 bestimmt die Beleuchtungswinkelintensitätsverteilung im Objektfeld.
Das Projektionsobjektiv PO dient zur verkleinernden Abbildung des in der Objektebene OS des Projektionsobjektivs angeordneten Musters in die zur Objektebene optisch konjugierte und parallel zu dieser liegende Bildebene IS. Diese Abbildung erfolgt mittels elektromagnetischer Strahlung aus dem extremen Ultraviolettbereich (EUV) um eine Arbeitswellenlänge λ, die im Beispielsfall bei 13.5 nm liegt.
Das Projektionsobjektiv hat sechs Spiegel M1 bis M6 mit Spiegelflächen, die in einem Projektionsstrahlengang PR zwischen der Objektebene OS und der Bildebene IS derart angeordnet sind, dass ein in der Objektebene bzw. im Objektfeld OF angeordnetes Muster mittels der Spiegel M1 bis M6 in die Bildebene bzw. das Bildfeld IF abbildbar ist.
Die für Strahlung aus dem EUV-Bereich reflektierend wirkenden Spiegel (EUV-Spiegel) M1 bis M6 haben jeweils ein Substrat, auf dem eine für Strahlung aus dem extremen Ultraviolettbereich reflektierend wirkende Mehrlagen-Schichtanordnung (multilayer) aufgebracht ist, die viele Schichtpaare mit abwechselnd relativ niedrigbrechendem und relativ hochbrechendem Schichtmaterial aufweist.
Die Spiegel M1 bis M6 haben jeweils gekrümmte Spiegelflächen, so dass jeder der Spiegel zur Abbildung beiträgt. Die vom Objektfeld OF kommenden Strahlen des Projektionsstrahlengangs fallen zunächst auf den leicht konvex gewölbten ersten Spiegel M1, der die Strahlen zum leicht konkav gewölbten zweiten Spiegel M2 reflektiert. Dieser reflektiert die Strahlen zum konvexen dritten Spiegel M3, welcher die Strahlen seitlich zum Konkavspiegel M4 umlenkt. Dieser reflektiert die Strahlen auf den geometrisch in der Nähe der Bildebene angeordneten fünften Spiegel M5, der eine leicht konvex gewölbte Spiegelfläche hat und die Strahlen zum großen Konkavspiegel M6 reflektiert, welcher der letzte Spiegel vor der Bildebene ist und die Strahlen in Richtung des Bildfeldes IF fokussiert.
Das Projektionsobjektiv besteht aus zwei Teilobjektiven. Dabei bilden die ersten vier Spiegel M1 bis M4 ein erstes Teilobjektiv, welches im Strahlweg zwischen dem vierten Spiegel M4 und dem fünften Spiegel M5 ein Zwischenbild IMI erzeugt. Das Zwischenbild liegt in einer Zwischenbildebene, die zur Objektebene und zur Bildebene optisch konjugiert ist. Geometrisch ist das Zwischenbild neben dem sechsten Spiegel M6 angeordnet. Das zweite Teilobjektiv, das aus dem fünften und dem sechsten Spiegel besteht, bildet das Zwischenbild verkleinert auf die Bildebene ab.
Projektionsbelichtungsanlagen und Projektionsobjektive mit diesem oder ähnlichem Aufbau sind beispielsweise im Patent US 7,977,651 B2 gezeigt. Die Offenbarung dieses Patents wird durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.
Mindestens einer der Spiegel M1 bis M6 kann einen Schichtaufbau gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweisen. Insbesondere an dem fünften Spiegel M5, an dem das größte Inzidenzwinkelintervall auftritt, kann eine im Winkelraum breitbandig wirkende reflektive Beschichtung günstig sein. Es können auch mehrere oder alle Spiegel M1 bis M6 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgelegt sein.
Im Beleuchtungssystem ILL können mit Ausnahme des mit streifendem Strahlungseinfall betriebenen feldformenden Spiegels FFM alle Spiegel von Mehrlagen-Breitband-Beschichtungen der hier vorgeschlagenen Art profitieren. Dies gilt insbesondere auch für die mehrachsig verkippbaren Einzelspiegel der Facettenspiegel FAC1 und FAC1, die aufgrund der Verkippbarkeit unter unterschiedlichen Inzidenzwinkelintervallbereichen betrieben werden können.
In Tabelle A sind für alle bildlich dargestellten Ausführungsbeispiele (B) mit Ausnahme von 14 die geometrischen Schichtdicken d [nm] der einzelnen Schichten von der substratnächsten Schicht (LN = 1) bis zur eintrittsseitigen letzten Schicht (höchste Schicht-Nr. bzw. höchster LN-Wert) angegeben. Tabelle A
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7977651 B2 [0136]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„EUV multilayer mirrors with tailored spectral reflectivity” von T. Kuhlmann, S. Yulin, T. Feigl und M. Kaiser in: Proceedings of SPIE Vol. 4782 (2002) Seiten 196 bis 203 [0007]
„Broadband multilayer mirrors for optimum use of soft x-ray source output” von Z. Wang und A. G. Michette in: J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2 (2000) Seiten 452–457 [0008]
“Optimisation of depth-graded multilayer designs for EUV and X-ray optics“ von Z. Wang und A. G. Michette in: Procedings of SPIE Vol. 4145 (2001) Seiten 243–253 [0008]

Claims

EUV-Spiegel umfassend: ein Substrat und eine auf dem Substrat aufgebrachte Mehrlagen-Schichtanordnung, die für Strahlung einer Wellenlänge λ aus dem extremen Ultraviolettbereich (EUV) reflektierend wirkt und eine Vielzahl von Schichtpaaren mit abwechselnden Schichten aus einem hoch brechenden Schichtmaterial und einem niedrig brechenden Schichtmaterial umfasst, wobei die Mehrlagen-Schichtanordnung aufweist: eine periodische erste Schichtgruppe (LG1) mit einer ersten Anzahl N1 > 1 von ersten Schichtpaaren, die in der Nähe einer Strahlungseintrittsseite der Mehrlagen-Schichtanordnung angeordnet sind und eine erste Periodendicke P1 aufweisen; eine periodische zweite Schichtgruppe (LG2) mit einer zweiten Anzahl N2 > 1 von zweiten Schichtpaaren, die zwischen der ersten Schichtgruppe und dem Substrat angeordnet sind und eine zweite Periodendicke P2 aufweisen; und eine dritte Schichtgruppe (LG3) mit einer dritten Anzahl N3 von dritten Schichtpaaren, die zwischen der ersten Schichtgruppe und der zweiten Schichtgruppe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anzahl N1 größer als die zweite Anzahl N2 ist; und die dritte Schichtgruppe eine mittlere dritte Periodendicke P3 aufweist, die um eine Periodendickendifferenz ΔP von einer mittleren Periodendicke P_M = (P1 + P2)/2 abweicht, wobei die Periodendickendifferenz ΔP im Wesentlichen dem Quotienten aus der optischen Schichtdicke (λ/4) einer Viertelwellenlängenschicht und dem Produkt aus der dritten Anzahl N3 mit cos(AOI_M) entspricht, wobei AOI_M der mittlere Inzidenzwinkel ist, für den die Mehrlagen-Schichtanordnung ausgelegt ist.
EUV-Spiegel nach Anspruch 1, worin die dritte Schichtgruppe keine Einzelschicht aufweist, deren Schichtdicke in der Nähe von λ/(2·cos(AOI_M)) oder darüber liegt, wobei vorzugsweise eine maximale Einzelschichtdicke der dritten Schichtgruppe weniger als 0.9·λ/(2·cos(AOI_M)) beträgt.
EUV-Spiegel nach Anspruch 1 oder 2, worin für die Periodendickendifferenz ΔP die Bedingung ΔP = x·(λ/(N3 cos(AOI_M))) gilt, wobei die Bedingung 0.2 ≤ x ≤ 0.35, insbesondere 0.25 ≤ x ≤ 0.35 gilt.
EUV-Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die dritte Anzahl N3 im Bereich von 2 bis 5 liegt.
EUV-Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die dritte Schichtgruppe zwei oder mehr Schichtpaare aufweist und einen periodischen Schichtaufbau mit im Wesentlichen gleichen dritten Periodendicken hat, wobei die dritte Schichtgruppe vorzugsweise einen streng periodischen Schichtaufbau aufweist.
EUV-Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die dritte Schichtgruppe (LG3) eine dritte Periodendicke P3 aufweist, die um eine Periodendickendifferenz ΔP kleiner als die erste Periodendicke und/oder die zweiten Periodendicke ist oder worin die dritte Schichtgruppe eine dritte Periodendicke P3 aufweist, die um eine Periodendickendifferenz ΔP größer als die erste Periodendicke und/oder die zweiten Periodendicke ist.
EUV-Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit einer vierten Schichtgruppe (LG4), die eine vierten Anzahl N4 von vierten Schichtpaaren und eine vierte Periodendicke P4 aufweist, die um eine Periodendickendifferenz ΔP von der mittleren Periodendicke P_M abweicht, wobei die Periodendickendifferenz ΔP im Wesentlichen dem Quotienten aus der optischen Schichtdicke (λ/4) einer Viertelwellenlängenschicht und dem Produkt der vierten Anzahl N4 mit cos(AOI_M) entspricht, wobei die vierte Schichtgruppe zwischen der dritten Schichtgruppe und dem Substrat angeordnet ist und mindestens ein zweites Schichtpaar der zweiten Schichtgruppe zwischen der dritten Schichtgruppe und der vierten Schichtgruppe angeordnet ist.
EUV-Spiegel nach Anspruch 7, worin die vierte Anzahl N4 im Bereich von 2 bis 5 liegt.
EUV-Spiegel nach Anspruch 7 oder 8, worin die vierte Schichtgruppe (LG4) zwei oder mehr Schichtpaare aufweist und einen periodischen Schichtaufbau mit im Wesentlichen gleichen vierten Periodendicken hat, wobei die vierte Schichtgruppe vorzugsweise einen streng periodischen Schichtaufbau aufweist.
EUV-Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die erste Schichtgruppe (LG1) streng periodisch ist und/oder worin die zweite Schichtgruppe (LG2) streng periodisch ist.
EUV-Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die erste Periodendicke P1 gleich der zweiten Periodendicke P2 ist.
EUV-Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin N1 > 10 gilt, insbesondere N1 > 15.
EUV-Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin eine Schichtdicke des relativ hoch brechenden Schichtmaterial oder des relativ hoch brechenden Schichtmaterial in allen Schichtpaaren der ersten, zweiten und dritten Schichtgruppe gleich ist.
EUV-Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin eines der Schichtmaterialien der Schichtpaare in allen Schichtgruppen die gleiche Schichtdicke aufweist.
EUV-Spiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin ein Verhältnis Γ zwischen der Schichtdicke des stärker absorbierenden Schichtmaterials und der Periodendicke der Schichtpaare innerhalb mindestens einer der Schichtgruppen variiert.
EUV-Spiegel nach Anspruch 15, worin der Wert von Γ innerhalb einer Schichtgruppe kontinuierlich variiert.
EUV-Spiegel nach Anspruch 15 oder 16, worin der Wert von Γ von der Substratseite einer Schichtgruppe zu der der Strahlungseintrittsseite näher liegenden Seite der Schichtgruppe von Schichtpaar zu Schichtpaar zunimmt oder abnimmt.
Optisches System mit mindestens einem EUV-Spiegel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17
Optisches System nach Anspruch 18, worin das optische System ein Projektionsobjektiv (PO) oder ein Beleuchtungssystem (ILL) für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage (WSC) ist.