DE102017206118A1

DE102017206118A1 - Reflective optical element and optical system

Info

Publication number: DE102017206118A1
Application number: DE102017206118.9A
Authority: DE
Inventors: Frederik Bijkerk; Andrey E. Yakshin; Andrey Zameshin
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2017-04-10
Publication date: 2018-04-19

Abstract

Bei reflektiven optischem Elementen für den Wellenlängenbereich von 5 nm bis 20 nm für einen Einfallswinkel größer 0° und eine Winkelbandbreite von mindestens 8,5°, die ein Viellagensystem auf einem Substrat aufweisen, wobei das Viellagensystem erste und zweite Lagen aus jeweils Materialien mit unterschiedlichem Realteil des Brechungsindex bei einer Wellenlänge zwischen 5 nm und 20 nm mit maximaler Peakreflektivität aufweist, wird zur Erhöhung Winkelbandbreite vorgeschlagen, dass die Wellenlänge maximaler Peakreflektivität nicht mehr als 5% über einer Wellenlänge liegt, bei der das Material mit höherem Realteil des Brechungsindex eine Absorptionskante aufweist. Bevorzugt werden solche reflektiven optischen Elemente in einem optischen System mit einer schmalbandigen Strahlungsquelle kombiniert.

In the case of reflective optical elements for the wavelength range of 5 nm to 20 nm for an incident angle greater than 0 ° and an angular bandwidth of at least 8.5 °, which have a multilayer system on a substrate, wherein the multilayer system comprises first and second layers of respectively different real-part materials of the refractive index at a wavelength between 5 nm and 20 nm with maximum peak reflectivity, it is proposed to increase the angular bandwidth that the maximum peak reflectivity wavelength is not more than 5% above a wavelength at which the higher refractive index real material has an absorption edge. Such reflective optical elements are preferably combined in an optical system with a narrow-band radiation source.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein reflektives optisches Element für den Wellenlängenbereich von 5 nm bis 20 nm für einen Einfallswinkel größer 0° und eine Winkelbandbreite von mindestens 8,5°, das ein Viellagensystem auf einem Substrat aufweist, wobei das Viellagensystem erste und zweite Lagen aus jeweils Materialien mit unterschiedlichem Realteil des Brechungsindex bei einer Wellenlänge zwischen 5 nm und 20 nm mit maximaler Peakreflektivität aufweist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein optisches System mit einem solchen reflektiven optischen Element.The present invention relates to a reflective optical element for the wavelength range of 5 nm to 20 nm for an angle of incidence greater than 0 ° and an angular bandwidth of at least 8.5 °, comprising a multilayer system on a substrate, the multilayer system comprising first and second layers each of materials having different real part of the refractive index at a wavelength between 5 nm and 20 nm with maximum peak reflectivity. Furthermore, the invention relates to an optical system with such a reflective optical element.

In EUV-Lithographievorrichtungen werden zur Lithographie von Halbleiterbauelementen reflektive optische Elemente für den extrem ultravioletten (EUV-)Wellenlängenbereich (z.B. Wellenlängen zwischen ca. 5 nm und 20 nm) wie etwa Photomasken oder Spiegel auf der Basis von Viellagensystemen eingesetzt. Da EUV-Lithographievorrichtungen in der Regel mehrere reflektive optische Elemente aufweisen, sollten diese eine möglichst hohe Reflektivität aufweisen, um eine hinreichend hohe Gesamtreflektivität sicherzustellen.In EUV lithography devices, for the lithography of semiconductor devices, reflective optical elements for the extreme ultraviolet (EUV) wavelength range (e.g., wavelengths between about 5 nm and 20 nm) such as photomasks or mirrors based on multilayer systems are employed. Since EUV lithography devices generally have a plurality of reflective optical elements, they should have the highest possible reflectivity in order to ensure a sufficiently high overall reflectivity.

Reflektive optische Elemente für den EUV-Wellenlängenbereich weisen in der Regel Viellagensysteme als reflektive Beschichtung auf. Dabei handelt es sich um alternierend aufgebrachte Lagen eines Materials mit höherem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge (auch Spacer genannt) und eines Materials mit niedrigerem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge (auch Absorber genannt), wobei ein Absorber-Spacer-Paar einen Stapel bzw. eine Periode bildet. Dadurch wird in gewisser Weise ein Kristall simuliert, dessen Netzebenen den Absorberlagen entsprechen, an denen Bragg-Reflexion stattfindet. Idealerweise stimmt die Arbeitswellenlänge mit der Wellenlänge maximaler Peakreflektivität überein. Bei einem bestimmten Einfallswinkel kann die Wellenlänge mit maximaler Peakreflektivität insbesondere über die Dicke des Stapels bzw. der Periode eingestellt werden. Die Dicken der einzelnen Lagen wie auch der sich wiederholenden Stapel können über das gesamte Viellagensystem konstant sein oder auch variieren, je nach dem, welches Reflexionsprofil erreicht werden soll.Reflective optical elements for the EUV wavelength range generally have multilayer systems as a reflective coating. These are alternately applied layers of a material with a higher real part of the refractive index at the working wavelength (also called spacers) and a material with a lower real part of the refractive index at the operating wavelength (also called absorber), wherein an absorber-spacer pair a stack or makes a period. This somehow simulates a crystal whose lattice planes correspond to the absorber layers at which Bragg reflection occurs. Ideally, the working wavelength is the same as the wavelength of maximum peak reflectivity. At a certain angle of incidence, the wavelength can be adjusted with maximum peak reflectivity, in particular over the thickness of the stack or the period. The thicknesses of the individual layers as well as the repeating stack can be constant over the entire multi-layer system or even vary, depending on which reflection profile is to be achieved.

Die höchsten Reflektivitäten kann man bei Viellagensystemen bei normalem Einfall erreichen. Bei verschiedenen Anwendungen der reflektiven optischen Element, wie etwa optischen Systemen für EUV-Lithographievorrichtungen oder für Masken-oder Waferinspektionssystemen, ist es aus Platzgründen oft nicht möglich, immer einen möglichst normalen Strahlungseinfall bei möglichst geringer Winkelbandbreite einzuhalten. Ferner kann bei ansonsten festen Parametern wie u.a. der Wellenlänge eine möglichst hohe numerische Apertur angestrebt werden, um die Auflösung zu erhöhen.The highest reflectivities can be achieved in multilayer systems with normal incidence. In various applications of the reflective optical element, such as optical systems for EUV lithography devices or for mask or wafer inspection systems, it is often not possible due to space constraints to always maintain a normal radiation incidence possible with the smallest possible angular bandwidth. Furthermore, with otherwise fixed parameters such as u.a. the wavelength of the highest possible numerical aperture are sought in order to increase the resolution.

Aus der EP 1 675 164 A1 ist es bekannt, die spektrale Bandbreite beispielsweise zu vergrößern, indem man zwei Viellagensysteme miteinander kombiniert, vorzugsweise ein Ruthenium-Silizium-Viellagensystem, das insbesondere bei einer Wellenlänge von 13,5 nm eine größere spektrale Bandbreite, aber auch höhere Absorption aufweist, mit einem weiter vom Substrat entfernten Molybdän-Silizium-Viellagensystem, das eine höhere maximale Reflektivität bei geringerer Absorption aufweist. In weiteren Ausführungen wird zwischen den beiden Viellagensystemen eine zusätzliche Lage vorgesehen, um eine Bandbreitenvergrößerung zu erhalten. In noch weiteren Ausführungen werden teilweise zwei Absorber mit einem Spacer kombiniert, die Lagenabfolgen variiert und die Dicken der Lagen. Als bekannt vorausgesetzt wird, das Reflexionsprofil zu verbreitern, indem die Stapeldicke über die Viellagendicke variiert wird (sogenannte tiefengradierte Viellagensysteme). Ferner ist aus dieser Schrift bekannt, dass die Winkelbandbreite proportional zu spektralen Bandbreite ist, wobei eine erhöhte Bandbreite jeweils mit einer reduzierten maximalen Reflektivität einhergeht.From the EP 1 675 164 A1 It is known, for example, to increase the spectral bandwidth by combining two multi-layer systems, preferably a ruthenium-silicon multilayer system, which has a greater spectral bandwidth but also higher absorption, in particular at a wavelength of 13.5 nm, with one further away from the substrate molybdenum-silicon multilayer system having a higher maximum reflectivity with less absorption. In further embodiments, an additional layer is provided between the two multi-layer systems in order to obtain a bandwidth increase. In still further embodiments, two absorbers are sometimes combined with a spacer, the sequence of layers varies and the thicknesses of the layers. It is known to broaden the reflection profile by varying the stack thickness over the multilayer thickness (so-called deep graded multi-layer systems). Furthermore, it is known from this document that the angular bandwidth is proportional to the spectral bandwidth, wherein an increased bandwidth is associated with a reduced maximum reflectivity.

Außerdem ist aus R.Stuik et al., J. Vac. Sci. Technol. B 17(6), Nov/Dec 1999, S.2998ff . bekannt, dass man für einzelne Spiegel ein Erhöhung der Peakreflektivität erreichen kann, indem die Wellenlänge, bei der die maximale Peakreflektivität erreicht wird, zu einer Wellenlängen hin verschoben wird, bei der das Spacermaterial eine Absorptionskante aufweist. Allerdings sinkt dabei die spektrale Bandbreite signifikant, so dass die für tatsächliche Anwendungen wichtige integrierte Reflektivität zu diesen Wellenlängen hin zu stark abnimmt.Besides, it is off R. Stuik et al., J. Vac. Sci. Technol. B 17 (6), Nov / Dec 1999, p.2998ff , It is known that for individual mirrors, an increase in peak reflectivity can be achieved by shifting the wavelength at which the maximum peak reflectivity is reached to a wavelength at which the spacer material has an absorption edge. However, the spectral bandwidth decreases significantly, so that the integrated reflectivity, which is important for actual applications, decreases too much towards these wavelengths.

Es ist ein Aufgabe der vorliegenden Erfindung, reflektive optische Elemente zur Verfügung zu stellen, die insbesondere bei Einfallswinkeln von größer 0° zur Flächennormalen und Einfallswinkelbandbreiten von mindestens 8,5° gute Reflektivitäten aufweisen.It is an object of the present invention to provide reflective optical elements which have good reflectivities, in particular at angles of incidence of greater than 0 ° to the surface normal and incident angle bandwidths of at least 8.5 °.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein reflektives optisches Element für den Wellenlängenbereich von 5 nm bis 20 nm für einen Einfallswinkel größer 0° zur Flächennormalen gemessen und eine Winkelbandbreite von mindestens 8,5°, das ein Viellagensystem auf einem Substrat aufweist, wobei das Viellagensystem erste und zweite Lagen aus jeweils Materialien mit unterschiedlichem Realteil des Brechungsindex bei einer Wellenlänge zwischen 5 nm und 20 nm mit maximaler Peakreflektivität aufweist und wobei die Wellenlänge maximaler Peakreflektivität nicht mehr als 5%, bevorzugt nicht mehr als 3%, bevorzugt nicht mehr als 2% über einer Wellenlänge liegt, bei der das Material mit höherem Realteil des Brechungsindex eine Absorptionskante aufweist. Die Winkelbandbreiten werden im Folgenden immer von 0° ab betrachtet, da die Reflektivitätsverteilung symmetrisch zu 0° zur Flächennormalen ist.This object is achieved by a reflective optical element for the wavelength range of 5 nm to 20 nm measured for an incident angle greater than 0 ° to the surface normal and an angular bandwidth of at least 8.5 °, which has a multilayer system on a substrate, wherein the multi-layer system first and second layers of respective materials with different real part of the refractive index at a wavelength between 5 nm and 20 nm with maximum peak reflectivity and wherein the wavelength of maximum peak reflectivity not more than 5%, preferably not more than 3%, preferably not more than 2% above a wavelength where the higher refractive index real material has an absorption edge. The angular bandwidths are always considered below from 0 °, since the reflectivity distribution is symmetrical to 0 ° to the surface normal.

Es hat sich überraschender Weise herausgestellt, dass bei reflektiven optischen Elementen für den Wellenlängenbereich von 5 nm bis 20 nm auf der Basis von Viellagensystemen und insbesondere für einen Einfallswinkel größer 0° bei Auslegung für eine Wellenlänge leicht größer als der Wellenlänge einer Absorptionskante des Materials mit höherem Realteil des Brechungsindex, auch Spacermaterial genannt, zwar die Peakreflektivität, also die maximale Reflektivität eines reflektiven optischen Elements in Abhängigkeit von der Wellenlängen für einen festen Einfallswinkel oder in Abhängigkeit vom Einfallswinkel für eine feste Wellenlänge, zunimmt und die spektrale Bandbreite abnimmt, entgegen der Erwartung die Winkelbandbreite aber nicht gleichermaßen abnimmt. Somit lässt sich durch das Auslegen von Viellagensystemen für kleinere Wellenlängen als bisher eine Erhöhung der integrierten Reflektivität über größere Einfallswinkelbandbreiten erhalten.It has surprisingly been found that in reflective optical elements for the wavelength range of 5 nm to 20 nm on the basis of multilayer systems and in particular for an incident angle greater than 0 ° when designed for a wavelength slightly greater than the wavelength of an absorption edge of the material with higher Real part of the refractive index, also called spacer material, although the peak reflectivity, ie the maximum reflectivity of a reflective optical element as a function of the wavelengths for a fixed angle of incidence or as a function of the angle of incidence for a fixed wavelength, increases and the spectral bandwidth decreases, contrary to expectation Angular bandwidth but not equally decreases. Thus, by laying out multilayer systems for smaller wavelengths than before, an increase in the integrated reflectivity over larger incident angle bandwidths can be obtained.

In bevorzugten Ausführungsformen ist das reflektive optische Element für einen Einfallswinkel aus dem Einfallswinkelbereich von 2° bis 16° und/oder für eine Winkelbandbreite aus dem Winkelbandbreitenbereich von 10,5° bis 19° ausgelegt. Somit eignen sich die hier vorgeschlagenen reflektiven optischen Element gut für optische Systeme geeignet, die räumlich eingeschränkt sind, so dass Einfallswinkel von deutlich größer als 0° auftreten können, oder für optische Systeme, die optische Eigenschaften aufweisen, die zu einem Auftreten von größeren Einfallswinkelbandbreiten führen bzw. höhere numerische Aperturen aufweisen.In preferred embodiments, the reflective optical element is designed for an angle of incidence from the incident angle range of 2 ° to 16 ° and / or for an angular bandwidth from the angular bandwidth range of 10.5 ° to 19 °. Thus, the reflective optical elements proposed herein are well suited for optical systems that are spatially limited so that incidence angles significantly greater than 0 ° may occur, or for optical systems that have optical properties that result in larger incidence angle bandwidths or higher numerical apertures.

Vorteilhafterweise weist das reflektive optische Element als Material mit höherem Realteil des Brechungsindex eines oder mehrere der Gruppe aus Silizium und Beryllium auf. Bei diesen Spacermaterialien ist in Absorptionskantennähe die Anomalie einer Winkelbandbreite, die nicht im gleichen Maße wie die spektrale Bandbreite abnimmt, besonders deutlich messbar.Advantageously, the reflective optical element comprises, as a material having a higher real part of the refractive index, one or more of the group of silicon and beryllium. In the case of these spacer materials, the anomaly of an angular bandwidth, which does not decrease to the same extent as the spectral bandwidth, is particularly clearly measurable near the absorption edge.

Bevorzugt weist es als Material mit niedrigerem Realteil des Brechungsindex eines oder mehrere der Gruppe aus Ruthenium, Molybdän, Niob, Palladium, Zirkonium, Scandium und Barium auf. Diese Absorbermaterialien unterscheiden sich in Bezug auf ihren komplexen Brechungsindex bei Wellenlängen im Bereich von 5 nm bis 20 nm besonderes stark von üblichen Spacermaterialien und insbesondere von den zuvor genannten. Ihre Kombination als alternierend angeordnete Lagen mit insbesondere den bevorzugten Spacermaterialien in einem Viellagensystem kann zu besonders hoher Peakreflektivität und/oder integrierter Reflektivität führen.It preferably has as a lower refractive index material one or more of ruthenium, molybdenum, niobium, palladium, zirconium, scandium and barium. With regard to their complex refractive index at wavelengths in the range from 5 nm to 20 nm, these absorber materials differ particularly strongly from conventional spacer materials and in particular from the aforementioned. Their combination as alternatingly arranged layers with in particular the preferred spacer materials in a multilayer system can lead to particularly high peak reflectivity and / or integrated reflectivity.

In bevorzugten Ausführungsformen weist das reflektive optische Element eine über die Halbwertsbreite integrierte Winkelbandbreite von mindestens 5,4°, bevorzugt mindestens 7° auf, um auch in Kombination mit weiteren optischen Elementen einen hohen Strahlungsdurchsatz zur Verfügung stellen zu können. Zur Bestimmung der integrierten Winkelbandbreite wird im vorliegenden Zusammenhang die Fläche unter einer Reflektivitätskurve in Abhängigkeit von Einfallswinkel bei einer festen Wellenlänge berücksichtigt wird, die innerhalb der Halbwertsbreite gerechnet ab 0° dieser Reflektivitätskurve liegt. Die Reflektivitätskurve ist symmetrisch um den Winkel 0° zur Flächennormalen.In preferred embodiments, the reflective optical element has an integrated over the half-width width angle bandwidth of at least 5.4 °, preferably at least 7 ° in order to provide a high radiation throughput also in combination with other optical elements. In order to determine the integrated angular bandwidth, in the present context the area under a reflectivity curve is taken into account as a function of the angle of incidence at a fixed wavelength, which is within the half-width calculated from 0 ° of this reflectivity curve. The reflectivity curve is symmetrical about the angle 0 ° to the surface normal.

Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein optisches System für den Wellenlängenbereich von 5 nm bis 20 nm mit mindesten einem reflektiven optischen Element wie zuvor beschrieben. Da derartige reflektive optische Elemente insbesondere für große Einfallswinkelbandbreiten und auch für Einfallswinkel größer 0° zur Flächennormalen geeignet sind, kann ein solches optische System recht kompakt ausgelegt werden bzw. mit einer höheren numerischen Apertur konzipiert werden und eignet sich beispielsweise zur Anwendung in EUV-Lithographievorrichtungen oder Wafer- oder Maskeninspektionssystemen.Further, the object is achieved by an optical system for the wavelength range of 5 nm to 20 nm with at least one reflective optical element as described above. Since such reflective optical elements are suitable in particular for large incident angle bandwidths and also for angles of incidence greater than 0 ° to the surface normal, such an optical system can be designed quite compact or can be designed with a higher numerical aperture and is suitable, for example, for use in EUV lithography devices or Wafer or mask inspection systems.

Bevorzugt weist das optische System mehr als nur ein reflektives optisches Element wie vorgeschlagen auf, besonders bevorzugt sind alle reflektiven optischen Element wie vorgeschlagen ausgelegt. Derartige optische Systeme können besonders platzsparend ausgelegt werden und besonders gut in Hinblick auf eine maximale Gesamtreflektivität bzw. maximalen Strahlungsdurchsatz optimiert werden.Preferably, the optical system has more than just one reflective optical element as proposed, particularly preferably all reflective optical elements are designed as proposed. Such optical systems can be designed to save space and are particularly well optimized in terms of maximum overall reflectivity and maximum radiation throughput.

In bevorzugten Ausführungsformen weist das optische System eine schmalbandige Strahlungsquelle, also mit möglichst schmaler spektraler Bandbreite auf. In Kombination mit mindestens einem reflektiven optischen Element wie zuvor beschrieben kann die Intensität der Strahlungsquelle besonders gut genutzt werden und das optische System einen guten Strahlungsdurchsatz erlauben.In preferred embodiments, the optical system has a narrow-band radiation source, that is to say with the widest possible spectral bandwidth. In combination with at least one reflective optical element as described above, the intensity of the radiation source can be used particularly well and the optical system can allow a good radiation throughput.

Vorteilhafterweise weist die schmalbandige Strahlungsquelle um die Wellenlänge maximaler Peakreflektivität des mindestens einen reflektiven optischen Elements eine Wellenlängenbandbreite auf, die höchstens so breit ist wie die des mindestens einen reflektiven optischen Elements. Dadurch kann die Strahlungsintensität der Strahlungsquelle vollständig genutzt werden und ein besonders hoher Strahlungsdurchsatz erreicht werden.Advantageously, the narrow-band radiation source has a wavelength bandwidth around the wavelength of maximum peak reflectivity of the at least one reflective optical element which is at most as wide as that of the at least one reflective optical element. As a result, the radiation intensity of the radiation source can be fully utilized and a particularly high radiation throughput can be achieved.

Bevorzugt ist die Strahlungsquelle als Freie-Elektronenlaser, Synchrotronstrahlungsquelle oder als laserinduzierte Plasmaquelle auf der Basis von Zinn, Xenon, Krypton, Lithium, Silizium, Terbium, Gadolinium, Aluminium oder Magnesium ausgebildet. Der Freie-Elektronenlaser ist als durchstimmbare schmalbandige und hochintensive Quelle für eine beliebige Wellenlänge im Bereich von 5 nm bis 20 nm auslegbar und ist als Strahlungsquelle besonders bevorzugt. Synchrotronstrahlung kann in sehr hoher Intensität bereitgestellt werden und die spektrale Bandbreite mit Hilfe von Monochromatoren eingestellt werden. Zinn, Xenon, Krypton, Lithium, Silizium, Terbium, Gadolinium, Aluminium oder Magnesium weisen in diesem Wellenlängenbereich besonders schmale und intensive Emissionslinien auf. The radiation source is preferably designed as a free-electron laser, synchrotron radiation source or as a laser-induced plasma source based on tin, xenon, krypton, lithium, silicon, terbium, gadolinium, aluminum or magnesium. The free-electron laser can be interpreted as a tunable narrowband and high-intensity source for any wavelength in the range of 5 nm to 20 nm and is particularly preferred as the radiation source. Synchrotron radiation can be provided in very high intensity and the spectral bandwidth can be adjusted with the help of monochromators. Tin, xenon, krypton, lithium, silicon, terbium, gadolinium, aluminum or magnesium have particularly narrow and intense emission lines in this wavelength range.

Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Dazu zeigen

1 schematisch eine Ausführungsform einer EUV-Lithographievorrichtung mit optischen Systemen;
2 schematisch eine Ausführungsform eines reflektiven optischen Elements mit Viellagensystem;
3 die Reflektivität in Abhängigkeit vom Einfallswinkel für zwei reflektive optische Elemente mit einem Molybdän-Silizium-Viellagensystem, die für einen Einfallswinkel von 5° ausgelegt sind, wobei das eine Element eine maximale Peakreflektivität bei 12,6 nm und das andere Element bei 13,5 nm hat;
4 die Winkelbandbreite in Abhängigkeit von der Wellenlänge der maximalen Peakreflektivität für reflektive optische Elemente mit Molybdän-Silizium-Viellagensystemen, die für verschiedene Einfallswinkel ausgelegt sind;
5 die über die Halbwertsbreite integrierte Winkelbandbreite in Abhängigkeit von der Wellenlänge der maximalen Peakreflektivität für reflektive optische Elemente mit Molybdän-Silizium-Viellagensystemen, die für verschiedene Einfallswinkel ausgelegt sind;
6 die Reflektivität in Abhängigkeit vom Einfallswinkel für zwei reflektive optische Elemente mit einem Ruthenium-Silizium-Viellagensystem, die für einen Einfallswinkel von 5° ausgelegt sind, wobei das eine Element eine maximale Peakreflektivität bei 12,6 nm und das andere Element bei 13,5 nm hat;
7 die normierte Reflektivität in Abhängigkeit vom Einfallswinkel für zwei reflektive optische Elemente mit einem Ruthenium-Silizium-Viellagensystem, die für einen Einfallswinkel von 10° ausgelegt sind, wobei das eine Element eine maximale Peakreflektivität bei 12,6 nm und das andere Element bei 13,5 nm hat, im Vergleich mit zwei ebensolchen reflektiven optischen Elementen, die für einen Einfallswinkel von 0° ausgelegt sind;
8 die Winkelbandbreite in Abhängigkeit von der Wellenlänge der maximalen Peakreflektivität für reflektive optische Elemente mit Ruthenium-Silizium-Viellagensystemen, die für verschiedene Einfallswinkel ausgelegt sind; und
9 die über die Halbwertsbreite integrierte Winkelbandbreite in Abhängigkeit von der Wellenlänge der maximalen Peakreflektivität für reflektive optische Elemente mit Ruthenium-Silizium-Viellagensystemen, die für verschiedene Einfallswinkel ausgelegt sind.

The present invention will be explained in more detail with reference to preferred embodiments. Show this

1 schematically an embodiment of an EUV lithography device with optical systems;
2 schematically an embodiment of a reflective optical element with multilayer system;
3 the reflectivity versus angle of incidence for two molybdenum-silicon multilayer reflective optical elements designed for an angle of incidence of 5 °, one element having a maximum peak reflectivity at 12.6 nm and the other element at 13.5 nm Has;
4 the angular bandwidth as a function of the wavelength of the maximum peak reflectivity for reflective optical elements with molybdenum-silicon multilayer systems, which are designed for different angles of incidence;
5 the half-width integrated angle bandwidth as a function of the wavelength of the maximum peak reflectivity for reflective optical elements with molybdenum-silicon multilayer systems, which are designed for different angles of incidence;
6 the reflectivity as a function of the angle of incidence for two reflective optical elements with a ruthenium-silicon multilayer system designed for an angle of incidence of 5 °, one element having a maximum peak reflectivity at 12.6 nm and the other element at 13.5 nm Has;
7 the normalized reflectivity as a function of angle of incidence for two reflective optical elements with a ruthenium-silicon multilayer system designed for an angle of incidence of 10 °, one element having a maximum peak reflectivity at 12.6 nm and the other element at 13.5 nm has, compared to two such reflective optical elements, designed for an angle of incidence of 0 °;
8th the angular bandwidth as a function of the wavelength of the maximum peak reflectivity for reflective optical elements with ruthenium-silicon multilayer systems, which are designed for different angles of incidence; and
9 the integrated over the half width width angle bandwidth as a function of the wavelength of the maximum peak reflectivity for reflective optical elements with ruthenium-silicon multilayer systems, which are designed for different angles of incidence.

In 1 ist schematisch eine EUV-Lithographievorrichtung 10 dargestellt. Wesentliche Komponenten sind das Beleuchtungssystem 14, die Photomaske 17 und das Projektionssystem 20. Die EUV-Lithographievorrichtung 10 wird unter Vakuumbedingungen betrieben, damit die EUV-Strahlung in ihrem Inneren möglichst wenig absorbiert wird.In 1 schematically is an EUV lithography device 10 shown. Essential components are the lighting system 14 , the photomask 17 and the projection system 20 , The EUV lithography device 10 is operated under vacuum conditions so that the EUV radiation is absorbed as little as possible in its interior.

Als bevorzugt schmalbandinge Strahlungsquelle 12 kann beispielsweise eine laserinduzierte Plasmaquelle auf der Basis von Zinn, Xenon, Krypton, Lithium, Silizium, Terbium, Gadolinium, Aluminium oder Magnesium oder auch ein Freie-Elektronenlaser oder ein Synchrotron dienen. Im hier dargestellten Beispiel handelt es sich um eine laserinduzierte Plasmaquelle. Die emittierte Strahlung im Wellenlängenbereich von etwa 5 nm bis 20 nm wird zunächst vom Kollektorspiegel 13 gebündelt. Im hier dargestellten Beispiel sind die Strahlungsquelle 12 und der Kollektorspiegel 13 in das Beleuchtungssystem 14 integriert. In Varianten können auch nur der Kollektorspiegel 13 oder weder der Kollektorspiegel 13 noch die Strahlungsquelle 12 in das Beleuchtungssystem 14 integriert sein. Im in 1 dargestellten Beispiel weist das Beleuchtungssystem 14 im Strahlengang hinter dem Kollektorspiegel 13 zwei Spiegel 15, 16 auf, auf die der Strahl vom Kollektorspiegel 13 geleitet wird. Die Spiegel 15, 16 leiten ihrerseits den Strahl auf die Photomaske 17, die die Struktur aufweist, die auf den Wafer 21 abgebildet werden soll. Bei der Photomaske 17 handelt es sich ebenfalls um ein reflektives optisches Element für den EUV-Wellenlängenbereich, das je nach Herstellungsprozess ausgewechselt wird. Mit Hilfe des Projektionssystems 20 wird der von der Photomaske 17 reflektierte Strahl auf den Wafer 21 projiziert und dadurch die Struktur der Photomaske 17 auf ihn abgebildet. Das Projektionssystem 20 weist im dargestellten Beispiel zwei Spiegel 18, 19 auf. Es sei darauf hingewiesen, dass sowohl das Projektionssystem 20 als auch das Beleuchtungssystem 14 jeweils nur einen oder auch drei, vier, fünf und mehr Spiegel aufweisen können.As preferred narrow-band radiation source 12 For example, a laser-induced plasma source based on tin, xenon, krypton, lithium, silicon, terbium, gadolinium, aluminum or magnesium or else a free-electron laser or a synchrotron can serve. The example shown here is a laser-induced plasma source. The emitted radiation in the wavelength range of about 5 nm to 20 nm is first from the collector mirror 13 bundled. In the example shown here are the radiation source 12 and the collector mirror 13 in the lighting system 14 integrated. In variants, only the collector mirror can 13 or neither the collector mirror 13 still the radiation source 12 in the lighting system 14 be integrated. Im in 1 illustrated example, the lighting system 14 in the beam path behind the collector mirror 13 two mirrors 15 . 16 on which the beam from the collector mirror 13 is directed. The mirror 15 . 16 in turn direct the beam onto the photomask 17 that has the structure on the wafer 21 should be displayed. At the photomask 17 it is also a reflective optical element for the EUV wavelength range, which is replaced depending on the manufacturing process. With the help of the projection system 20 becomes that of the photomask 17 reflected beam on the wafer 21 projects and thereby the structure of the photomask 17 pictured on him. The projection system 20 In the example shown, there are two mirrors 18 . 19 on. It should be noted that both the projection system 20 as well as the lighting system 14 each may have only one or even three, four, five or more mirrors.

Sowohl der Kollektorspiegel 13 als auch die Spiegel 15, 16, 18, 19 sowie die Photomaske 17 können als reflektives optisches Element für den Wellenlängenbereich von 5 nm bis 20 nm für einen Einfallswinkel größer 0° und eine Winkelbandbreite von mindestens 8,5° ausgebildet sein, das ein Viellagensystem auf einem Substrat aufweist, wobei das Viellagensystem erste und zweite Lagen aus jeweils Materialien mit unterschiedlichem Realteil des Brechungsindex bei einer Wellenlänge zwischen 5 nm und 20 nm mit maximaler Peakreflektivität aufweist und wobei die Wellenlänge maximaler Peakreflektivität nicht mehr als 5%, bevorzugt nicht mehr als 3%, besonders bevorzugt nicht mehr als 2% über einer Wellenlänge liegt, bei der das Material mit höherem Realteil des Brechungsindex eine Absorptionskante aufweist. Mindestens eines, bevorzugt mehr als eines, besonders bevorzugt alle reflektiven optischen Elemente 13, 15 bis 19 sind derartig ausgelegt. Einen besonders hohen Strahlungsdurchsatz haben die entsprechenden optischen Systeme 14 und 20 außerdem, wenn die schmalbandige Strahlungsquelle um die Wellenlänge maximaler Peakreflektivität des mindestens einen reflektiven optischen Elements eine Wellenlängenbandbreite aufweist, die höchstens so breit ist wie die des mindestens einen reflektiven optischen Elements. Both the collector mirror 13 as well as the mirrors 15 . 16 . 18 . 19 as well as the photomask 17 may be formed as a reflective optical element for the wavelength range of 5nm to 20nm for an incident angle greater than 0 ° and an angular bandwidth of at least 8.5 ° having a multilayer system on a substrate, the multilayer system comprising first and second layers of respective materials with different real part of the refractive index at a wavelength between 5 nm and 20 nm with maximum peak reflectivity and wherein the wavelength of maximum peak reflectivity is not more than 5%, preferably not more than 3%, more preferably not more than 2% over a wavelength the material with higher real part of the refractive index has an absorption edge. At least one, preferably more than one, particularly preferably all reflective optical elements 13 . 15 to 19 are designed in this way. The corresponding optical systems have a particularly high radiation throughput 14 and 20 in addition, when the narrow-band radiation source has a wavelength bandwidth around the maximum peak reflectivity wavelength of the at least one reflective optical element which is at most as wide as that of the at least one reflective optical element.

Analog gilt das in Verbindung mit 1 Erläuterte auch für andere Anwendungen als die EUV-Lithographie, beispielsweise die Inspektion von Masken oder Wafern oder für terrestrische oder extraterrestrische Spektroskopie.Analog applies in conjunction with 1 Also explained for applications other than EUV lithography, such as masks or wafers, or for terrestrial or extraterrestrial spectroscopy.

Ein reflektives optisches Element wie vorgeschlagen soll anhand der 2 schematisch und exemplarisch erläutert werden. Das reflektive optische Element 50 weist ein Viellagensystem 54 auf einem Substrat 51 auf. Typische Substratmaterialien für reflektive optische Elemente für die EUV-Lithographie sind beispielsweise Silizium, Siliziumkarbid, siliziuminfiltriertes Siliziumkarbid, Quarzglas, titandotiertes Quarzglas und Glaskeramik. Ferner kann das Substrat auch aus Metall, etwa aus Kupfer, Aluminium, einer Kupferlegierung, einer Aluminiumlegierung oder einer Kupfer-Aluminium-Legierung sein.A reflective optical element as proposed is intended to be based on the 2 will be explained schematically and exemplarily. The reflective optical element 50 has a multilayer system 54 on a substrate 51 on. Typical substrate materials for reflective optical elements for EUV lithography are, for example, silicon, silicon carbide, silicon-infiltrated silicon carbide, quartz glass, titanium-doped quartz glass and glass-ceramic. Further, the substrate may also be made of metal, such as copper, aluminum, a copper alloy, an aluminum alloy or a copper-aluminum alloy.

Bei dem Viellagensystem 54 handelt es sich um alternierend aufgebrachte Lagen eines Materials mit höherem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge, bei der beispielsweise die lithographische Belichtung durchgeführt wird, (auch Spacer 56 genannt) und eines Materials mit niedrigerem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge (auch Absorber 57 genannt), wobei ein Absorber-Spacer-Paar einen Stapel 55 bildet. Dadurch wird in gewisser Weise ein Kristall simuliert, dessen Netzebenen den Absorberlagen entsprechen, an denen Bragg-Reflexion stattfindet. Üblicherweise werden reflektive optische Elemente etwa für optische Systeme für beispielsweise eine EUV-Lithographievorrichtung, ein Inspektionssystem für Wafer oder Maske oder eine andere optische Anwendung derart ausgelegt, dass die jeweilige Wellenlänge maximaler Peakreflektivität mit der Arbeitswellenlänge des Lithographie- oder Inspektionsprozesses oder sonstigen Anwendungen des optischen Systems im Wesentlichen übereinstimmt.In the multi-day system 54 are alternately applied layers of a material with a higher real part of the refractive index at the operating wavelength at which, for example, the lithographic exposure is carried out (also Spacer 56 called) and a material with a lower real part of the refractive index at the operating wavelength (also absorber 57 called), wherein an absorber-spacer pair a stack 55 forms. This somehow simulates a crystal whose lattice planes correspond to the absorber layers at which Bragg reflection occurs. Typically, reflective optical elements such as for optical systems for, for example, an EUV lithography device, inspection system for wafer or mask or other optical application are designed such that the respective wavelength maximum peak reflectivity with the operating wavelength of the lithography or inspection process or other applications of the optical system essentially coincides.

Die Dicken der einzelnen Lagen 56, 57 wie auch der sich wiederholenden Stapel 55 können über das gesamte Viellagensystem 54 konstant sein oder auch über die Fläche oder die Gesamtdicke des Viellagensystems 54 variieren, je nach dem, welches spektrale oder winkelabhängige Reflexionsprofil bzw. welche maximale Reflektivität bei der Arbeitswellenlänge erreicht werden soll. Das Reflexionsprofil kann auch gezielt beeinflusst werden, indem die Grundstruktur aus Absorber 57 und Spacer 56 um weitere mehr und weniger absorbierende Materialien zu ergänzt wird, um die mögliche maximale Reflektivität bei der jeweiligen Arbeitswellenlänge zu erhöhen. Dazu können in manchen Stapeln Absorber und/oder SpacerMaterialien gegeneinander ausgetauscht werden oder die Stapel aus mehr als einem Absorber- und/oder Spacermaterial aufgebaut werden. Ferner können auch zusätzliche Lagen als Diffusionsbarrieren zwischen am Übergang von Spacer- zu Absorberlagen 56, 57 und/oder am Übergang von Absorber- zu Spacerlage 57, 56 vorgesehen werden. Mithilfe von Diffusionsbarrieren kann bekanntermaßen die Reflektivität, auch über längere Zeiträume oder unter Wärmeeinwirkung, reeller Viellagensysteme erhöht werden. Außerdem kann optional auf dem Viellagensystem 54 eine Schutzschicht 43 vorgesehen sein, die auch mehrlagig ausgelegt sein kann.The thicknesses of the individual layers 56 . 57 as well as the repeating stack 55 can over the entire multi-day system 54 be constant or over the area or the total thickness of the multi-layer system 54 vary, depending on which spectral or angle-dependent reflection profile or which maximum reflectivity is to be achieved at the operating wavelength. The reflection profile can also be selectively influenced by the basic structure of absorber 57 and spacers 56 to supplement more more and less absorbent materials to increase the maximum possible reflectivity at the respective operating wavelength. For this purpose, absorbers and / or spacer materials can be exchanged for one another in some stacks or the stacks can be constructed from more than one absorber and / or spacer material. In addition, additional layers can also act as diffusion barriers between at the transition from spacer to absorber layers 56 . 57 and / or at the transition from absorber to spacer layer 57 . 56 be provided. With the help of diffusion barriers it is known to increase the reflectivity, even over longer periods of time or under the influence of heat, on real multi-layer systems. Also, optional on the multilayer system 54 a protective layer 43 be provided, which can also be designed multi-layered.

Eine beispielsweise für eine Arbeitswellenlänge von 13,4 nm übliche Materialkombination ist Molybdän als Absorber- und Silizium als Spacermaterial. Dabei hat bei herkömmlichen reflektiven optischen Elementen ein Stapel 55 oft eine Dicke von ca. 6,7 nm, also der halben Arbeitswellenlänge, wobei die Spacerlage 56 meist dicker ist als die Absorberlage 57. Typischerweise weisen sie um die fünfzig Stapel auf. Bewährte Materialien für Diffusionsbarrieren sind beispielsweise u.a. Bor, Borkarbid, Kohlenstoff.An example of a working wavelength of 13.4 nm usual material combination is molybdenum as absorber and silicon as a spacer material. It has a stack in conventional reflective optical elements 55 often a thickness of about 6.7 nm, that is half the working wavelength, the spacer layer 56 usually thicker than the absorber layer 57 , Typically, they are around fifty piles. Well-proven materials for diffusion barriers include, for example, boron, boron carbide, carbon.

Die hier vorgeschlagenen reflektiven optischen Elemente sind insbesondere über die Wahl der Stapeldicke für Wellenlängen maximaler Peakreflektivität und damit vorzugsweise auch für eine Arbeitswellenlänge bei einer Wellenlänge ausgelegt, die nicht mehr als 5% über einer Wellenlänge liegt, bei der das Spacermaterial eine Absorptionskante aufweist. Als Spacermaterial sind beispielsweise eines oder mehrere der Gruppe aus Silizium, Beryllium, Bor und Borkarbid geeignet. Silizium hat etwa eine Absorptionskante bei ca. 12,4 nm und Beryllium bei ca. 11,1 nm. Als Absorbermaterialien sind beispielsweise eines oder mehrere der Gruppe aus Ruthenium, Molybdän, Niob, Palladium, Zirkonium, Scandium und Barium geeignet. Viellagensysteme mit besonders hohen Reflektivitäten kann man erhalten, wenn eines der genannten Spacermaterialien mit einem der genannten Absorbermaterialien kombiniert.The reflective optical elements proposed here are designed, in particular, via the choice of the stack thickness for wavelengths of maximum peak reflectivity and thus preferably also for a working wavelength at a wavelength which is not more than 5% above a wavelength at which the spacer material has an absorption edge. As a spacer material for example, one or more of the group of silicon, beryllium, boron and boron carbide suitable. Silicon has about an absorption edge at about 12.4 nm and beryllium at about 11.1 nm. As absorber materials, for example, one or more of the group of ruthenium, molybdenum, niobium, palladium, zirconium, scandium and barium are suitable. Multi-layer systems with particularly high reflectivities can be obtained if one of the mentioned spacer materials is combined with one of the abovementioned absorber materials.

Im Folgenden sollen exemplarisch reflektive optische Elemente mit Viellagensystemen auf der Basis von Silizium als Spacermaterial und Molybdän oder Ruthenium als Absorbermaterial näher untersucht werden, die für eine Wellenlänge maximaler Peakreflektivität von 12,6 nm ausgelegt sind. Sie weisen für diese Wellenlänge Stapeldicken um 6,3 nm auf, wobei die Spacerlage meist dicker ist als die Absorberlage und wobei um die 60 Stapel pro Vielllagensystem vorgesehen sind.In the following, exemplary reflective optical elements with multilayer systems based on silicon as spacer material and molybdenum or ruthenium as absorber material are to be examined in more detail, which are designed for a wavelength of maximum peak reflectivity of 12.6 nm. They have for this wavelength stacking thicknesses of 6.3 nm, the spacer layer is usually thicker than the absorber layer and are provided by the 60 stacks per multi-layer system.

In 3 ist die Reflektivität R in Prozent in Abhängigkeit vom Einfallswinkel θ₀ in Grad zur Flächennormalen für zwei reflektive optische Elemente mit einem Molybdän-Silizium-Viellagensystem aufgetragen, die für einen Einfallswinkel von 5° ausgelegt sind, wobei das eine Element eine maximale Peakreflektivität bei 12,6 nm und das andere Element wie aus dem Stand der Technik bekannt bei 13,5 nm hat. Die Reflektivitätskurve für 12,6 nm ist durchgezogen eingezeichnet, die für 13,5 nm gestrichelt. Wie zu erwarten war, ist die maximale Peakreflektivität bei 12,6 nm größer als bei 13,5 nm. Überraschend ist aber, dass auch die Halbwertsbreite der winkelabhängigen Reflektivität bei 12,6 nm um ca. 0,4° größer ist als bei 13,5 nm.In 3 the reflectivity R is plotted in percent as a function of the angle of incidence θ ₀ in degrees to the surface normal for two molybdenum-silicon multilayer reflective optical elements designed for an incident angle of 5 °, the one element having a maximum peak reflectivity at 12; 6 nm and the other element as known in the art at 13.5 nm. The reflectivity curve for 12.6 nm is shown in solid line, which is dashed for 13.5 nm. As expected, the maximum peak reflectivity at 12.6 nm is greater than at 13.5 nm. Surprisingly, however, the half-width of the angle-dependent reflectivity at 12.6 nm is about 0.4 ° greater than at 13 , 5 nm.

In 4 ist für reflektive optische Elemente mit einem Molybdän-Silizium-Viellagensystem die Winkelbandbreite beim halben Wert der jeweils maximalen Peakreflektivität in Abhängigkeit von der Wellenlänge maximaler Peakreflektivität aufgetragen und zwar für reflektive optische Elemente, die für unterschiedliche Einfallswinkel zur Flächennormalen ausgelegt sind, nämlich für 2,5° (dicke durchgezogene Linie), 5° (dünne durchgezogene Linie), 10° (gestrichelte Linie) und 12° (punktierte Linie). Vergleicht man die Winkelbandbreite bei beispielsweise in der EUV-Lithographie üblichen 13,5 nm mit der Winkelbandbreite bei 12,6 nm kann man bei einem reflektiven optischen Element für einen Einfallswinkel von 2,5° eine Steigerung um über 2,5% von 10,65° auf 10,92°, für einen Einfallswinkel von 5° um ca. 2,3% von 11,52° auf 11,78°, für einen Einfallswinkel von 10° von knapp ca. 1,4% von 14,45° auf 14,65° und für einen Einfallswinkel von 12° von über 1% von 15,91° auf 16,09° erreichen.In 4 For reflective optical elements with a molybdenum-silicon multilayer system, the angular bandwidth is plotted at half the value of the respective maximum peak reflectivity as a function of the wavelength of maximum peak reflectivity for reflective optical elements that are designed for different angles of incidence to the surface normal, namely 2.5 ° (thick solid line), 5 ° (thin solid line), 10 ° (dashed line) and 12 ° (dotted line). If one compares the angular bandwidth at 13.5 nm, which is customary in EUV lithography, for example, with the angular bandwidth at 12.6 nm, it is possible to increase by more than 2.5% of 10 in the case of a reflective optical element for an angle of incidence of 2.5 °. 65 ° to 10.92 °, for an angle of incidence of 5 ° by about 2.3% from 11.52 ° to 11.78 °, for an angle of incidence of 10 ° of just under 1.4% of 14.45 ° to 14.65 ° and for an angle of incidence of 12 ° of over 1% of 15.91 ° to 16.09 °.

In 5 ist für die reflektiven optischen Elemente aus 4 die jeweilige über die Halbwertsbreite integrierte Reflektivität in Grad in Abhängigkeit von der Wellenlänge maximaler Peakreflektivität für reflektive optische Elemente, die wie in 4 für 2,5° (punktierte Linie), 5° (dünne durchgezogene Linie), 10° (gestrichelte Linie) und 12° (dicke durchgezogene Linie) ausgelegt sind. Bei der Berechnung wurde die Fläche unter den jeweiligen Reflektivitätskurven berücksichtigt, die über dem Wert der jeweiligen halben maximalen Peakreflektivität liegt. Die integrierte Winkelbandbreite liegt ab Wellenlängen von 13,0 nm zu kleineren Wellenlängen hin bereits für reflektive optische Elemente, die für Einfallswinkel von 2,5° optimiert sind, bei 7,59°. Bei reflektiven optischen Elementen, die für Einfallswinkel von 5° optimiert sind, liegt die integrierte Winkelbandbreite bei 13,0 nm bereits bei 8,24°, für Einfallswinkel von 10° bei 10,20° und für Einfallswinkel von 12° bei 10,76°. Bei einer Wellenlänge maximaler Peakreflektivität von 12,6 nm liegt die integrierte Winkelbandbreite bei für einen Einfallswinkel von 2,5° optimierten reflektiven optischen Elementen bei 7,80°, für 5° optimiert bei 8,48°, für 10° optimiert bei 10,44° und für 12° optimiert bei 11,01°.In 5 is made for the reflective optical elements 4 the respective reflectivity in degrees as a function of the wavelength of maximum peak reflectivity integrated over the half width for reflective optical elements which, as in FIG 4 for 2.5 ° (dotted line), 5 ° (thin solid line), 10 ° (dashed line) and 12 ° (thick solid line) are designed. In the calculation, the area under the respective reflectivity curves was taken into account, which is above the value of the respective half maximum peak reflectivity. The integrated angular bandwidth is already at wavelengths of 13.0 nm to smaller wavelengths for reflective optical elements, which are optimized for angles of incidence of 2.5 °, at 7.59 °. For reflective optical elements optimized for angles of incidence of 5 °, the integrated angular bandwidth at 13.0 nm is already at 8.24 °, for incident angles of 10 ° at 10.20 ° and for angles of incidence of 12 ° at 10.76 °. At a maximum peak reflectivity wavelength of 12.6 nm, the integrated angular bandwidth at 7.80 ° optimized for an incident angle of 2.5 °, optimized at 5.48 ° for 5 °, optimized for 10 ° at 10, 44 ° and optimized for 12 ° at 11.01 °.

In 6 ist analog zu 3 die Reflektivität in Abhängigkeit vom Einfallswinkel für zwei reflektive optische Elemente aufgetragen, die für einen Einfallswinkel von 5° ausgelegt sind, wobei das eine Element eine maximale Peakreflektivität bei 12,6 nm und das andere Element bei 13,5 nm hat, allerdings für Viellagensysteme auf der Grundlage von Ruthenium als Absorbermaterial und Silizium als Spacermaterial. Der Zuwachs nicht nur bei der maximalen Peakreflektivität, sondern auch bei der Halbwertsbreite der winkelabhängigen Reflektivität von 13,5 nm zu 12,6 nm ist ausgeprägter als bei reflektiven optischen Elementen auf der Basis von Molybdän-Silizium-Viellagensystemen. Der Halbwertsbreitenwert ist bei 12,6 nm um fast ca. 1° größer als bei 13,5 nm.In 6 is analogous to 3 the reflectivity versus angle of incidence is plotted for two reflective optical elements designed for an incidence angle of 5 °, with one element having a maximum peak reflectivity at 12.6 nm and the other element at 13.5 nm, but for multilayer systems the basis of ruthenium as absorber material and silicon as spacer material. The increase not only in the maximum peak reflectivity, but also in the half-width of the angle-dependent reflectivity of 13.5 nm to 12.6 nm is more pronounced than in the case of reflective optical elements based on molybdenum-silicon multilayer systems. The half-width value at 12.6 nm is almost 1 ° larger than at 13.5 nm.

In 7 ist die normierte Reflektivität in Prozent in Abhängigkeit vom Einfallswinkel in Grad zur Flächennormalen für zwei reflektive optische Elemente mit einem Ruthenium-Silizium-Viellagensystem aufgetragen, die für einen Einfallswinkel von 10° (dicke Linien) ausgelegt sind, wobei das eine Element eine maximale Peakreflektivität bei 12,6 nm (durchgezogene Linien) und das andere Element bei 13,5 nm (gestrichelte Linien) hat, im Vergleich mit zwei ebensolchen reflektiven optischen Elementen, die für einen Einfallswinkel von 0° (dünne Linien) ausgelegt sind. Die Reflektivitätswerte sind in dieser Figur normiert, um den Zuwachs an Winkelbandbreite durch das Verschieben der Wellenlänge maximaler Peakreflektivität beim Auslegen des Viellagensystems eines reflektiven optischen Elements zu verdeutlichen, der bei über etwa 1° liegt, während ein Abnehmen wie bei der spektralen Bandbreite zu erwarten wäre.In 7 For example, the normalized reflectance in percent versus angle of incidence in degrees to the surface normal for two reflective optical elements with a ruthenium-silicon multilayer system are plotted for an angle of incidence of 10 ° (thick lines), with one element providing maximum peak reflectivity 12.6 nm (solid lines) and the other element at 13.5 nm (dashed lines) compared to two such reflective optical elements designed for an angle of incidence of 0 ° (thin lines). The reflectivity values are normalized in this figure to illustrate the increase in angular bandwidth by shifting the wavelength of maximum peak reflectivity when laying out the multilayer system of a reflective optical element that is above about 1 °, whereas a decrease would be expected as in the spectral bandwidth ,

In 8 ist analog zu 4 die Winkelbandbreite in Abhängigkeit von der Wellenlänge der maximalen Peakreflektivität für reflektive optische Elemente mit Ruthenium-Silizium-Viellagensystemen aufgetragen, die für verschiedene Einfallswinkel ausgelegt sind. Die reflektiven optischen Elemente sind für unterschiedliche Einfallswinkel zur Flächennormalen ausgelegt, nämlich für 2,5° (dünne durchgezogene Linie), 5° (dünne gestrichelte Linie), 10° (dicke durchgezogene Linie), 12° (dicke gestrichelte Linie) und 15° (punktierte Linie). Ab ca. 13,0 nm fängt die Winkelbandbreite zu geringeren Wellenlängen hin deutlich an zu steigen. Vergleicht man die Winkelbandbreite bei beispielsweise in der EUV-Lithographie in üblichen 13,5 nm mit der Winkelbandbreite bei 12,6 nm kann man bei einem reflektiven optischen Element für einen Einfallswinkel von 2,5° eine Steigerung um über 6% von 10,06° auf 10,67°, für einen Einfallswinkel von 5° um über 5% von 10,97° auf 11,53°, für einen Einfallswinkel von 10° von über 3% von 14,06° auf 14,50°, für einen Einfallswinkel von 12° von knapp 3% von 15,59° auf 16,01° und für einen Einfallswinkel von 15° von knapp 2% von 18,08° auf 18,43°erreichen.In 8th is analogous to 4 the angular bandwidth as a function of the wavelength of maximum peak reflectivity for ruthenium-silicon reflective optical elements Planned multi-layer systems, which are designed for different angles of incidence. The reflective optical elements are designed for different angles of incidence to the surface normal, namely 2.5 ° (thin solid line), 5 ° (thin dashed line), 10 ° (thick solid line), 12 ° (thick dashed line) and 15 ° (dotted line). From about 13.0 nm, the angular bandwidth begins to increase significantly towards lower wavelengths. If one compares the angular bandwidth in, for example, EUV lithography in the usual 13.5 nm with the angular bandwidth at 12.6 nm, it is possible to increase by more than 6% from 10.06 in the case of a reflective optical element for an angle of incidence of 2.5 ° ° to 10.67 °, for an angle of incidence of 5 ° by more than 5% from 10.97 ° to 11.53 °, for an angle of incidence of 10 ° of more than 3% of 14.06 ° to 14.50 °, for reach an angle of incidence of 12 ° of just under 3% from 15.59 ° to 16.01 ° and for an angle of incidence of 15 ° of just under 2% from 18.08 ° to 18.43 °.

In 9 ist analog zu 5 für die reflektiven optischen Elemente aus 8 die jeweilige integrierte Reflektivität in Grad in Abhängigkeit von der Wellenlänge maximaler Peakreflektivität für reflektive optische Elemente, die wie in 8 2,5° (dünne durchgezogene Linie), 5° (dünne gestrichelte Linie), 10° (dicke durchgezogene Linie), 12° (dicke gestrichelte Linie) und 15° (punktierte Linie) ausgelegt sind. Bei der Berechnung wurde die Fläche unter den jeweiligen Reflektivitätskurven berücksichtigt, die von 0° ab gerechnet über dem Wert der jeweiligen halben maximalen Peakreflektivität liegt. Die integrierte Winkelbandbreite liegt ab Wellenlängen von 13,0 nm zu kleineren Wellenlängen hin bereits für reflektive optische Elemente, die für Einfallswinkel von 2,5° optimiert sind, bei 7,02°. Bei reflektiven optischen Elementen, die für Einfallswinkel von 5° optimiert sind, liegt die integrierte Winkelbandbreite bei 13,0 nm bereits bei 7,71°, für Einfallswinkel von 10° bei 9,77°, für Einfallswinkel von 12° bei 10,59° und für Einfallswinkel von 15° bei 11,28°. Bei einer Wellenlänge maximaler Peakreflektivität von 12,6 nm liegt die integrierte Winkelbandbreite bei für einen Einfallswinkel von 2,5° optimierten reflektiven optischen Elementen bei 7,53°, für 5° optimiert bei 8,21°, für 10° optimiert bei 10,31°, für 12° optimiert bei 11,17° und für 15° optimiert bei 11,88°.In 9 is analogous to 5 for the reflective optical elements 8th the respective integrated reflectivity in degrees as a function of the wavelength of maximum peak reflectivity for reflective optical elements, as in 8th 2.5 ° (thin solid line), 5 ° (thin dashed line), 10 ° (thick solid line), 12 ° (thick dashed line) and 15 ° (dotted line) are designed. In the calculation, the area under the respective reflectivity curves was taken, which is calculated from 0 ° above the value of the respective half maximum peak reflectivity. The integrated angular bandwidth is already at wavelengths of 13.0 nm to smaller wavelengths for reflective optical elements, which are optimized for angles of incidence of 2.5 °, at 7.02 °. For reflective optical elements optimized for angles of incidence of 5 °, the integrated angular bandwidth at 13.0 nm is already at 7.71 °, for incident angles of 10 ° at 9.77 °, for angles of incidence of 12 ° at 10.59 ° and for angles of incidence of 15 ° at 11.28 °. At a maximum peak reflectivity wavelength of 12.6 nm, the integrated angular bandwidth is 7.53 ° for 2.5 ° optimized reflection optical elements, optimized for 8.2 ° at 8.21 °, optimized for 10 ° at 10, 31 °, optimized for 12 ° at 11.17 ° and optimized for 15 ° at 11.88 °.

Es sei darauf hingewiesen, das auch bei reflektiven optischen Elementen mit Viellagensystemen auf der Basis anderer Absorber-Spacer-Kombinationen vergleichbare Ergebnisse festgestellt werden konnten, insbesondere bei Beryllium, Bor und Borkarbid als Ersatz für Silizium als Spacermaterial und/oder Lanthan, Niob, Palladium, Zirkonium, Scandium, Thorium, Uran und Barium als Ersatz für Molybdän oder Ruthenium als Absorbermaterial. Ferner sei darauf hingewiesen, dass zusätzlich zur Wahl der Wellenlänge maximaler Peakreflektivität näher an der Wellenlänge einer Absorptionskante des jeweiligen Spacermaterials auch beliebige bekannte Maßnahmen durchgeführt werden können, wie sie etwa aus der eingangs genannten EP 1 675 164 A1 oder allgemein bekannt sind, um weitere Erhöhungen der über den Winkel integrierten Reflektivität für Einfallswinkel größer 0° zu erreichen.It should be pointed out that comparable results could also be found in reflective optical elements with multilayer systems based on other absorber-spacer combinations, in particular with beryllium, boron and boron carbide as replacement for silicon as spacer material and / or lanthanum, niobium, palladium, Zirconium, scandium, thorium, uranium and barium as a substitute for molybdenum or ruthenium as an absorber material. It should also be noted that in addition to the choice of the wavelength of maximum peak reflectivity closer to the wavelength of an absorption edge of the respective spacer material, it is also possible to carry out any known measures, such as those mentioned at the outset EP 1 675 164 A1 or are generally known in order to achieve further increases in the angle-integrated reflectivity for angles of incidence greater than 0 °.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1675164 A1 [0005, 0037]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

R. Stuik et al., J. Vac. Sci. Technol. B 17 (6), Nov / Dec 1999, p. 2998ff [0006]

Claims

Reflective optical element for the wavelength range of 5 nm to 20 nm for an angle of incidence greater than 0 ° and an angular bandwidth of at least 8.5 °, having a multilayer system on a substrate, wherein the multilayer system of first and second layers of materials with different real part of Refractive index at a wavelength between 5 nm and 20 nm with maximum peak reflectivity, characterized in that the wavelength of maximum peak reflectivity is not more than 5% above a wavelength at which the material with higher real part of the refractive index (56) has an absorption edge.

Reflective optical element after Claim 1 , characterized in that it is designed for an angle of incidence from the incident angle range of 2 ° to 16 °.

Reflective optical element after Claim 1 or 2 , characterized in that it is designed for an angular bandwidth from the angular bandwidth range of 10.5 ° to 19 °.

Reflective optical element according to one of Claims 1 to 3 characterized in that it comprises one or more of the group of silicon and beryllium as higher refractive index material (56) material.

Reflective optical element according to one of Claims 1 to 4 characterized in that it comprises as a lower refractive index material (57) one or more of ruthenium, molybdenum, niobium, palladium, zirconium, scandium and barium.

Reflective optical element according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that it has an integrated over the half width width angle bandwidth of at least 5.4 °.

Optical system for the wavelength range of 5 nm to 20 nm with at least one reflective optical element (50, 13, 15-19) according to one of Claims 1 to 6 ,

Optical system after Claim 7 , characterized in that it comprises only reflective optical elements (50, 13, 15-19) according to one of the Claims 1 to 5 having.

Optical system after Claim 7 or 8th , characterized in that it comprises a narrow-band radiation source (12).

Optical system after Claim 9 , characterized in that the narrow-band radiation source (12) has a wavelength bandwidth around the wavelength of maximum peak reflectivity of the at least one reflective optical element (50, 13, 15-19) which is at most as wide as that of the at least one reflective optical element (50 , 13, 15-19).

Optical system after Claim 9 or 10 , characterized in that the radiation source (12) is designed as a free-electron laser, synchrotron radiation source or as a laser-induced plasma source based on tin, xenon, krypton, lithium, silicon, terbium, gadolinium, aluminum or magnesium.