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Die Erfindung betrifft eine Vielschichtstruktur, einen EUV-Spiegel, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Vielschichtstruktur.
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Für extreme ultraviolette Strahlung (EUV) werden in der optischen Lithografie Spiegel mit einer Vielschichtstruktur eingesetzt, welche zu einer verbesserten Reflektivität führen. Die Reflektivität wird dadurch verbessert, dass die auf den Spiegel aufgebrachte Vielschichtstruktur bei der Reflexion von EUV-Strahlung zu einer konstruktiven Interferenz der reflektierten Strahlung führt. Dies wird dadurch erreicht, dass abwechselnd angeordnete Lagen eines Materials mit einem geringeren Realteil des Brechungsindex im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich und eines Materials mit einem höheren Realteil des Brechungsindex im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich angeordnet sind. Hierzu wird beispielsweise eine Vielschichtstruktur von abwechselnd Molybdän-(Mo) und Silizium-Schichten (Si), kurz Mo/Si, auf den Spiegel aufgebracht. Zwischen den Mo- und Si-Schichten bildet sich jeweils durch Material-Diffusion eine Verbindungsschicht aus Molybdänsilizid aus. Diese Verbindungsschicht führt zu einer Verringerung der Reflektivität.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, eine derartige Material-Diffusion zwischen den Mo- und Si-Schichten durch eine geeignete Zwischenschicht, einer Diffusionsbarriere, zu verringern, vgl.
DE 10 2004 062 289 A1 . Damit wird auch die Ausbildung der Verbindungsschicht zwischen den Mo- und Si-Schichten verringert, und die Reflektivität der Vielschichtstruktur und damit die Reflektivität des Spiegels kann verbessert werden.
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Es ist bekannt, als Diffusionsbarriere Borkarbid (B
4C) zu verwenden, welches die Material-Diffusion und somit die Entstehung der Verbindungsschicht verringern soll, vgl.
Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 41 (2002), Seite 4074–4081 und
DE 10 2004 062 289 A1 .
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Im Vergleich zu Materialien wie MoSi, MoB, oder SiC weist B4C eine geringere chemische Stabilität auf. Je negativer die Enthalpie desto stabiler die Verbindung. Die Verwendung einer dieser Materialien als Diffusionsbarriere kann dazu führen, dass durch den Abbau des Materials neue Verbindungsschichten entstehen können. Dabei gehen die genannten Materialien der Diffusionsbarriere neue Verbindungen mit den benachbarten Mo- und Si-Schichten ein. Dieser Prozess erfolgt bereits während der Abscheidung der Schichten auf das Substrat des EUV-Spiegels, und findet seine Fortsetzung bei der Erhitzung der Strukturen über eine bestimmte Temperatur, welche im Betrieb durch die EUV-Strahlung erreicht werden kann. Dies kann insbesondere bei der Verwendung der Spiegel innerhalb eines EUV-Beleuchtungssystems auftreten, da hier die Temperaturen besonders hoch sind.
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Bei der optischen Lithografie, insbesondere bei der EUV-Lithografie, ist es erforderlich, dass die abbildende Optik zu möglichst wenig Lichtverlust führt. Eine bestmögliche Reflektivität der EUV-Spiegel ist daher notwendig.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vielschichtstruktur für EUV-Spiegel bereitzustellen, welche eine im Vergleich zum bekannten Stand der Technik verbesserte Diffusionsbarriere aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Vielschichtstruktur für EUV-Spiegel umfasst
- – erste Schichten,
- – zweite Schichten,
- – wobei jeweils abwechselnd eine der ersten Schichten und eine der zweiten Schichten übereinander angeordnet sind,
- – Zwischenschichten, welche jeweils zwischen einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht angeordnet sind,
wobei
- – wenigstens eine der Zwischenschichten Phosphor aufweist.
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Die Verwendung von Phosphor in der Zwischenschicht hat den Vorteil, dass die Diffusion von Material zwischen den jeweils ersten- und zweiten Schichten verringert wird, und somit die Reflektivität von Strahlung an dieser Vielschichtstruktur verbessert wird. Der Grund liegt darin, dass Phosphor eine hohe chemische Reaktionsfähigkeit aufweist und daher stabile Verbindungen mit beispielsweise Mo und Si bilden kann.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die ersten Schichten einen anderen Realteil des Brechungsindex im EUV-Bereich als die zweiten Schichten auf. Dadurch kann, bei geeigneter Schichtdicke und Materialauswahl ein Bragg-Reflektor in Abhängigkeit von der eingestrahlten Wellenlänge aufgebaut werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Zwischenschicht als Diffusionsbarriere ausgebildet. Diese verringert bzw. verhindert vorteilhaft eine Diffusion von Material zwischen den jeweils ersten- und zweiten Schichten.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Zwischenschichten eine der Materialkombinationen MoP, MoP2, BP, SiP, SiP2 auf. Die Materialkombinationen setzen sich aus den Materialien mit einem geringeren Realteil bzw. mit einem höheren Realteil des Brechungsindex im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich und dem zusätzlichem Phosphor zusammen, welche sich entsprechend einfach ausbilden. Die Zwischenschichten innerhalb einer Vielschichtstruktur, welche auch als Diffusionsbarrieren bekannt sind, können jeweils aus einer unterschiedlichen Materialkombination aus der genannten Auswahl ausgebildet sein. Die Zwischenschichten können auch alle aus der gleichen Materialkombination ausgebildet sein. Obgleich die Zwischenschichten mit steigender Dicke zur Verringerung der Diffusion zwischen den jeweils ersten und zweiten Schichten führen, erfolgt damit auch eine Verringerung der Reflexion.
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Die Vielschichtstruktur wirkt in ihrer Gesamtheit als Reflexionsschicht. Eine Optimierung ihrer Reflektivität erfolgt somit auch durch die geeignete Wahl der Materialkombination und der Dicke jeder Zwischenschicht. Entsprechend ist es vorteilhaft in der jeweiligen Anordnung, alle Zwischenschichten aus dem gleichen Material oder aus unterschiedlichen Materialkombinationen auszubilden.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein EUV-Spiegel vorgeschlagen, der eine erfindungsgemäße Vielschichtstruktur umfasst, welche auf einem Substrat aufgebracht ist. Entsprechend weist der EUV-Spiegel eine verbesserte Reflektivität auf.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vielschichtstruktur mit folgenden Verfahrensschritten vorgeschlagen:
- a) Bereitstellung wenigstens einer ersten Schicht,
- b) Bereitstellung wenigstens einer Zwischenschicht, welche auf der wenigstens ersten Schicht angeordnet wird,
- c) Bereitstellung wenigstens einer zweiten Schicht, welche auf der wenigstens einen Zwischenschicht angeordnet wird.
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Bei dem Verfahren zur Herstellung der Vielschichtstruktur für den extrem ultravioletten Bereich werden abwechselnde Schichten von Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes mit einem abschließend aufgebrachten Schutzschichtsystem bereitgestellt. Diese Schichten werden direkt auf die im Beschichtungsprozess jeweils äußerste Schicht des Mehrschichtsystems aufgebracht.
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Insbesondere die Zwischenschichten können mittels Ionenstrahlunterstützung aufgebracht oder abgeschieden werden.
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Der Schichtaufbau der Vielschichtstruktur kann durch Abscheidung oder durch Passivierung von Teilen der Mo- und Si-Schichten, welche an die Zwischenschichten angrenzen, erfolgen. Dabei erfolgt die Passivierung bevorzugt durch Behandlung der Schichten mit PH3 als Reaktant.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden in Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
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Darin zeigen schematisch:
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1 Enthalpien verschiedener Verbindungen;
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2 Vielschichtstruktur mit Diffusionsbarriere;
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3a Reflektivität vs Schichtdicke der Diffusionsbarriere bei Si/Mo/Barriere;
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3b Reflektivität vs Schichtdicke bei Si/Barriere/Mo; und
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4 EUV-Spiegel mit Vielschichtstruktur.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
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1 zeigt eine Tabelle mit Enthalpiewerten von verschiedenen Verbindungen. Dabei weist eine größere negative Enthalpie auf eine größere thermodynamische Stabilität hin. Die Enthalpiewerte zeigen einerseits, dass die Verbindungen, welche B4C enthalten eine geringere chemische Stabilität aufweisen als beispielsweise MoSi, MoB oder SiC.
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Die Enthalpiewerte zeigen andererseits, dass die Verbindungen, welche Phosphor enthalten stabiler sind als beispielsweise B4C. Der Grund liegt darin, dass Phosphor eine hohe chemische Reaktionsfähigkeit aufweist und daher stabile Verbindungen mit beispielsweise Mo und Si bilden kann.
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2 zeigt eine Vielschichtstruktur 1 mit ersten Schichten 2, 6, 10, zweiten Schichten 4, 8 und Zwischenschichten 3, 5, 7, 9, welche als Diffusionsbarriere ausgebildet sind. Die ersten Schichten 2, 6, 10 und die zweiten Schichten 4, 8 sind abwechselnd übereinander angeordnet. Die Materialien der ersten Schichten 2, 6, 10 und der zweiten Schichten 4, 8 weisen unterschiedliche Realteile der Brechungsindizes auf. Die ersten Schichten 2, 6, 10 weisen bevorzugt Mo auf, und die zweiten Schichten 4, 8 Si. Es ist aber genauso denkbar, dass die ersten Schichten 2, 6, 10 Si, und die zweiten Schichten 4, 8 Mo aufweisen. Der Realteil des Brechungsindex von Si ist dabei größer als der Realteil von Mo. Die Diffusion von Material, z.B. Mo und Si, zwischen den ersten – 2, 6, 10 und zweiten – 4, 8 Schichten führt zur teilweisen Durchmischung der Schichten, und damit zur Verschlechterung der Reflektivität der gesamten Vielschichtstruktur 1. Dies erfolgt aufgrund einer Verringerung des optischen Kontrastes, welcher durch den Unterschied der Realteile der jeweiligen Brechungsindizes definiert ist. Daher wird jeweils eine Zwischenschicht 3, 5, 7, 9 zwischen einer ersten Schicht 2, 6, 10 und einer zweiten Schicht angeordnet 4, 8. Die Zwischenschichten 3, 5, 7, 9 wirken als Diffusionsbarriere und weisen erfindungsgemäß jeweils Phosphor auf.
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Die Verwendung von Phosphor in der jeweiligen Zwischenschicht 3, 5, 7, 9 hat den Vorteil, dass die Diffusion von Material, also von Atomen und/oder Molekülen, zwischen der ersten Schicht 2, 6, 10 und der dazu benachbart angeordneten zweiten Schicht 4, 8 verringert wird, und die Reflektivität von Strahlung an der Vielschichtstruktur 1 insgesamt verbessert wird. Phosphor weist im Vergleich zu anderen Materialien eine höhere chemische Reaktionsfähigkeit auf und bildet stabile Verbindungen mit Mo und Si. Dies verhindert die Bildung von weiteren Zwischenschichten.
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Der Schichtaufbau der Vielschichtstruktur 1 kann durch Abscheidung oder durch Passivierung von Teilen der Mo- und Si-Schichten, welche an die Phosphor-Zwischenschichten 3, 5, 7, 9 angrenzen erfolgen. Die Passivierung kann z.B. durch Behandlung der Schichten mit PH3 erfolgen.
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3a zeigt ein Diagramm von berechneten Reflektivitäten in Abhängigkeit der Schichtdicke der Zwischenschicht bzw. Diffusionsbarriere 3, 5, 7, 9 für verschiedene Materialien für einen Si/Mo/Barriere-Schichtaufbau. Die genannten Schichten werden auf ein Substrat 11, wie in 4 gezeigt ist, aufgebracht. Im vorliegenden Beispiel wird, ausgehend von dem Substrat 11, zunächst die Diffusionsbarriere 3, 5, 7, 9 und dann die Schichtfolge Mo-Si der Vielschichtstruktur 1 aufgebracht. Die Schichtfolge ist entsprechend Substrat 11 – Diffusionsbarriere 3, 5, 7, 9 – Mo-Si. Die weiteren Schichten wiederholen sich gemäß der Vielschichtstruktur 1. Zwischen dem Substrat 11 und der Diffusionsbarriere 3, 5, 7, 9 können weitere Schichten aufgebracht sein, welche hier nicht dargestellt sind. Die verwendeten Materialkombinationen für die Berechnung waren B4C, MoP, BP, SiP, SiP2 als Diffusionsbarriere 3, 5, 7, 9. Die Reflektivität der Materialien nimmt über den dargestellten Dickenbereich 0–10 Angstrom (0–1 nm) in der Reihenfolge MoP, BP, SiP2, SiP zu. Die Reflektivitätsverläufe der einzelnen Materialkombinationen zeigen, dass die Reflektivität jeweils mit abnehmender Dicke der Diffusionsbarriere 3, 5, 7, 9 zunimmt. Eine dünnere Diffusionsbarriere 3, 5, 7, 9 führt also zu einer höheren Reflektivität. Für die untersuchten Anordnungen würde eine möglichst dünne SiP-Schicht zu einer bestmöglichen Reflexion führen. Gleichzeitig ist es erforderlich, dass die Diffusionsbarriere 3, 5, 7, 9 eine ausreichende Dicke aufweist, um überhaupt als Diffusionsbarriere 3, 5, 7, 9 wirken zu können. Diese gegenläufigen Abhängigkeiten führen zu einer optimalen Dicke der Diffusionsbarriere 3, 5, 7, 9. Diese kann je nach Materialkombination zwischen 0,3 und 1 nm liegen. Der Einfluss der Dicke auf die Reflektivität der Vielschichtstruktur 1 wird durch die Verwendung von Phosphor in der Zwischenschicht 3, 5, 7, 9 verringert, da Phosphor im EUV-Bereich der elektromagnetischen Strahlung, also im Bereich bei 13,5 nm, ähnliche optische Eigenschaften wie Silizium aufweist. Dies betrifft insbesondere den Brechungsindex; dabei sowohl dessen Realteil als auch den Imaginärteil.
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3b zeigt ein analoges Diagramm zu 3a für einen Si/Barriere/Mo Schichtaufbau. Dies beschreibt einen Aufbau, bei dem die Barriere auf Si aufgebaut ist. Im vorliegenden Beispiel wird, ausgehend von dem Substrat 11, zunächst eine Si- und anschließend eine Mo-Schicht der Vielschichtstruktur 1 aufgebracht und dann die Diffusionsbarriere 3, 5, 7, 9 entsprechend. Die Schichtfolge ist entsprechend Substrat 11 – Si-Mo-Diffusionsbarriere 3, 5, 7, 9. Die weiteren Schichten wiederholen sich gemäß der Vielschichtstruktur 1. Auch hier nimmt für alle untersuchten Materialien die Reflektivität mit abnehmender Dicke zu. Die Reflektivität der Materialien nimmt über den dargestellten Dickenbereich 0–1 nm in der Reihenfolge B4C, BP, SiP2, MoP, SiP zu. Wie in der Anordnung aus 3a würde bei der Anordnung aus 3b eine möglichst dünne SiP-Schicht zu einer optimalen Reflexion führen.
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Ausgehend von den Diagrammen aus den 3a und 3b können Diffusionsbarrieren 3, 5, 7, 9 mit optimierter Dicke abgeschieden werden. Dabei ist weiterhin zu beachten, dass die Abscheidung der Diffusionsbarriere auf Mo zu einer anderen optimalen Schichtdicke führt als die Abscheidung auf Si.
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4 zeigt einen EUV-Spiegel 10 mit einer erfindungsgemäßen Vielschichtstruktur 1. Die Vielschichtstruktur 1 ist auf einem Substrat 11 eines EUV-Spiegels 10 angeordnet.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung der Vielschichtstruktur mit folgenden Verfahrensschritten vorgeschlagen.
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Bei dem Verfahren zur Herstellung der Vielschichtstruktur für den extrem ultravioletten Bereich werden abwechselnde Schichten von Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes mit einem Schutzschichtsystem bereitgestellt. Diese Schichten werden direkt auf die im Beschichtungsprozess jeweils äußerste Schicht des Mehrschichtsystems aufgebracht.
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Dabei werden Zwischenschichten 3, 5, 7, 9 bereitgestellt, welche auf ersten Schichten 2, 6, 10 angeordnet sind. Weiterhin werden zweite Schichten 4, 8 bereitgestellt, welche auf den Zwischenschichten 3, 5, 7, 9 angeordnet sind.
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Der Schichtaufbau der Vielschichtstruktur 1 kann durch Abscheidung oder durch Passivierung von Teilen der ersten – 2, 6, 10 und zweiten-Schichten 4, 8 Mo – und Si-Schichten, welche an die Zwischenschichten 3, 5, 7, 9 angrenzen erfolgen. Die Passivierung kann z.B. durch Behandlung der ersten- und zweiten Schichten 2, 6, 10, 4, 8 mit Ionenstrahlunterstützung unter Zuführung von PH3 erfolgen.
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Prozessparameter wie Ionenenergie, Ionenkonzentration, sowie das Mischungsverhältnis Edelgas-Partialdruck zu PH3-Partialdruck, letzteres um ein stabiles Plasma aufrechtzuerhalten, werden in der Praxis entsprechend optimiert.
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Die Vielschichtstruktur 1 eignet sich besonders für EUV-Spiegel 10 für die EUV-Lithografie.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004062289 A1 [0003, 0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 41 (2002), Seite 4074–4081 [0004]
