WO2015075214A1 - Reflektives optisches element, sowie optisches system einer mikrolithographischen projektionsbelichtungsanlage - Google Patents

Reflektives optisches element, sowie optisches system einer mikrolithographischen projektionsbelichtungsanlage Download PDF

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WO2015075214A1
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optical element
reflective optical
layer
reflectivity
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Hartmut Enkisch
Hans-Jochen Paul
Thomas Schicketanz
Oliver Dier
Jörn Weber
Christian GRASSE
Ralf Winter
Sebastian Strobel
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Carl Zeiss Smt Gmbh
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    • G21K1/06—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diffraction, refraction or reflection, e.g. monochromators
    • G21K1/062—Devices having a multilayer structure

Definitions

  • the present invention relates to a reflective optical element and to an optical system of a microlithographic projection exposure apparatus.
  • Microlithography is used to fabricate microstructured devices, such as integrated circuits or LCDs.
  • the microlithography process is carried out in a so-called projection exposure apparatus which has an illumination device and a projection objective.
  • a substrate eg a silicon wafer
  • photosensitive layer photoresist
  • Useful Refractive Materials Mirrors are used as optical components for the imaging process.
  • Such EUV mirrors have a substrate and a multilayer system arranged on this substrate for the reflection of the electromagnetic radiation impinging on the optical active surface. It is desirable to have the highest possible reflectivity of the individual reflective optical elements in order to ensure a sufficiently high overall reflectivity.
  • the number and thicknesses of the individual sub-stacks ie the "period lengths" of the individual periods
  • the number and thicknesses of the individual sub-stacks are optimized, in the simplest case they can be periodic multi-layer systems, ie multi-layer systems with essentially identical sub-stacks, in which the number of periods is so is greatly reduced, that the reflectivity curve has the desired width, but the reflectivity still varies greatly with the angle of incidence and the wavelength.
  • the multi-layer system can also have two sections, in which the respective total stack thickness and the layer thickness ratio within the stack are different. Furthermore, these two sections may also have different numbers of stacks. In variants, three or more sections of different total stack thickness and layer thickness ratios may also be provided.
  • Another approach is that the boundary conditions for the thicknesses of the individual layers are completely eliminated. This leads to a completely stochastic or aperiodically called multi-layer system. In this way, most flexible multi-layer systems can be designed whose reflectivity varies as little as possible with the angle of incidence and the wavelength.
  • a feature of such stochastic multilayer systems is that numerous layer thickness sequences can result in very similar reflectivity curves both as a function of the wavelength and as a function of the angle of incidence.
  • the lateral course of the individual layer thicknesses is essential, which is also called profile.
  • X-ray diffraction can be used, the reflectivity being measured as a function of the angle of incidence.
  • the copper K a X-ray wave line is suitable.
  • a reflective optical element according to the invention has a substrate and a multilayer system arranged on this substrate,
  • the multi-layer system comprises a plurality of sub-stacks each comprising a first layer of a first material and at least one second layer of a second material, wherein the first material and the second material differ in the value of the real part of the refractive index at an operating wavelength of the reflective optical element wherein each of said sub-stacks has a sub-stack thickness and a layer thickness ratio, wherein the layer thickness ratio is defined as the quotient of the thickness of the respective first layer and the sub-stack thickness;
  • the partial stack thickness and the layer thickness ratio are the mean square the deviation from the respective average is at least 10% smaller than in a second section of the multi-layer system;
  • the invention is based in particular on the concept, by suitable design of the multilayer system, of achieving a high bandwidth of reflectivity over the wavelength or incident angle and at the same time providing sufficiently pronounced peaks, for example in X-ray diffractometry or Cu-K a - To achieve diffractometry with the result that an effective control and optimization of the lateral layer thickness profile is feasible.
  • the invention is further based on the concept, in the construction of the multilayer system, of a first section or a first group of sub-stacks with comparatively greater deviation (of a periodicity with respect to partial stack thickness and layer thickness ratio) with a second section or a second group of partial stacks with comparatively smaller deviation from the periodicity to combine with the result that still sufficiently broad bandwidth of the reflective optical element (achieved by the second section) in the associated Cu-K a -Diffraktogramm, as explained in more detail, still discrete peaks (achieved by the first section ) are recognizable.
  • the mean square deviation from the respective mean value is at least 20%, in particular at least 30%, more particularly at least 50% smaller than in the second section of FIG multilayer system.
  • the second section is arranged closer to the substrate than the first section.
  • the upper (ie further from the substrate) portion of the layer structure still contains "the periodicity" needed to obtain sufficiently precise evaluable Cu-K a diffractograms, while the lower (ie, closer to the substrate.
  • the upper part of the layer structure unambiguously identifiable structures or structures can still be found in the Cu-K a diffractogram, because of the upper part of the layer structure Peaks present.
  • the invention is not limited to the positioning of the relatively periodic portion of the layer structure on the side remote from the substrate. Rather, it is basically also possible to provide the comparatively periodic portion of the layer structure closer to the substrate and instead the relatively aperiodic portion of the layer structure required for the sufficient broadband of the reflectivity curve away from the substrate.
  • the structures or peaks obtained in the Cu-K a -diffractogram are weaker, they are nevertheless still clearly identifiable and thus still lead to an improvement in the evaluability of the layer thickness profiles in the Cu-K a diffractogram in comparison to a perfectly aperiodic layer structure on the one hand and to an improved broadbandity of the reflectivity curve in the diffractogram in comparison to a perfectly periodic layer structure on the other.
  • the first portion and the second portion together form the entire multi-layer system.
  • the invention is not limited thereto, so that also embodiments in which at least one further section of the multi-layer system, which may have larger or smaller deviations from the periodicity in comparison to the first or second section, should be included in the invention.
  • the wavelength dependence of the reflectivity R of the reflective optical element in a wavelength range of ⁇ 0.5 ⁇ at least two local extrema, which differ in reflectivity by at least 0.1%, based on the larger value of each other.
  • This refinement is based on the further finding that the reflection curve determined for a multilayer system according to the invention can then be used advantageously as a function of the reflectivity of the wavelength or the angle of incidence for optimizing the individual parameters of the layer sequence, if this reflection curve is not a "perfect plateau" a plurality of local extrema (maxima or minima) in the manner of a superimposed, weak oscillation.
  • these local extrema differ in reflectivity by at most 5%, relative to the larger value, of each other.
  • the optical system eg the microlithographic projection exposure apparatus
  • the optical system is typically operated with a certain spectral distribution and thus different wavelengths and thus also a certain averaging of the intensities obtained for different wavelengths takes place.
  • the local extrema (maxima and minima) suitable for characterizing or optimizing the multilayer system are compensated again in the reflection curve during operation of the optical system due to the averaging effect, so that, as a result, no undesired impairment of the imaging result takes place.
  • the invention described above with regard to the local extrema contained in the reflectivity curve is also advantageous, independently of the previously discussed embodiment of the multilayer system, from at least two sections differing greatly from the periodicity.
  • the invention therefore also relates to a reflective optical element having a substrate and a multilayer system arranged on this substrate,
  • the multilayer system comprises a plurality of sub-stacks each of a first layer of a first material and at least a second layer of a second material, wherein the first material and the second material in the value of the real part of the refractive index at an operating wavelength of the reflective differ from each other in optical element;
  • PV value ( ⁇ r ⁇ r ⁇ V ⁇ abs, where R max rrf is the maximum reflectivity value in this wavelength interval ⁇ , R ⁇ rel the minimum reflectivity value in this wavelength interval ⁇ and R ⁇ abs denote the absolute maximum reflectivity value, and
  • these two local extrema differ in reflectivity by at least 0.5%, based on the larger value, of each other. According to one embodiment, these local extremes differ in reflectivity by at most 2.5%, more particularly by at most 1%, in each case based on the larger value, from one another.
  • the first material is selected from the group consisting of molybdenum, ruthenium, and / or rhodium.
  • the second material may be in particular silicon. Reflective optical elements with a multilayer system on one of these combinations of materials is particularly suitable for use at wavelengths between 12.5 nm and 15 nm.
  • the reflective optical element is designed for a working length of less than 30 nm, in particular less than 15 nm.
  • the invention further relates to an optical system of a microlithographic projection exposure apparatus which has a reflective optical element with the features described above, and to a microlithographic projection exposure apparatus.
  • D i + i or the layer thickness ratios ⁇ ,, r i + i of two successive stacks S ,, Si + i differ by less than 10%, is greater than in the one or other sections.
  • the revelation of the knowledge comes from that reflective optical elements having any stochastic multilayer systems not easily for the Cu-K "- diffraction are suitable because they may have only a few and blurred peaks partially. Suggested are reflective optical elements with a class of stochastic multilayer systems that have sufficiently many and sharp peaks to allow lateral slice thickness optimization using X-ray diffractometry.
  • the lateral layer thickness profile can be easily controlled during the production of the reflective optical elements.
  • the periodicity which promotes the formation of peaks can now be approximated by the fact that in at least one section either the total thicknesses of the individual stacks do not differ very greatly from one another or the thickness ratios deviate only slightly from one another.
  • the thicknesses D i , D i + i or the layer thickness ratios ⁇ i , r i + i of two successive stacks S i, S in the one section are chosen so that the probability can be considered that they deviate from each other by less than 1% ,
  • sections in which the deviation for all stacks is less than 1% can be considered as periodic.
  • the section is more likely to deviate less from the periodicity than either the or each other section (s) of the multilayer system, either in terms of stack thickness or thickness ratio within the stacks of the section; farther from the substrate than the one or more portions) are less likely. This can ensure that the existing peaks are particularly sharp.
  • the thicknesses D 1 and the layer thickness ratios ⁇ are selected such that for all stacks S, this portion
  • the stack thicknesses are substantially constant and the layer thickness ratios within the stack tend to decrease as the distance to the substrate increases, it is possible to provide reflective optical elements which are suitable for even with high local angle of arrival bandwidths and slightly wider wavelength ranges uniformly well reflect and on the other hand have a sufficient number of sufficiently pronounced peaks to characterize the lateral course of the layer thicknesses by means of X-ray iffractometry.
  • FIGS. 5a-c are diagrams of layer thickness profiles for a multilayer system with two sections of differently pronounced aperiodicity
  • FIG. 6 shows a diffractogram measured for the multilayer system from FIG. 4;
  • Figure 8 is a diagram with a reflectivity curve R vs. ⁇ for explaining a further aspect of the present invention
  • Figure 9 is a measured for a purely periodic multi-layer system
  • FIG. 1 schematically shows a microlithographic projection exposure apparatus 10 designed for operation in the EUV.
  • Essential components are a lighting system 14, a mask 17 and a projection objective 20.
  • the microlithographic projection exposure apparatus 10 is operated to minimize absorption losses of the EUV radiation under vacuum conditions.
  • the radiation source 12 a plasma source is used in the example shown.
  • a synchrotron can also be used as a radiation source.
  • the emitted radiation in the wavelength range of about 5 nm to 20 nm is first bundled by a collector mirror 13 and then introduced into the illumination system 14.
  • the illumination system 14 has two mirrors 15, 16.
  • the mirrors 15, 16 direct the beam onto the mask 17, which has the structure to be imaged on the wafer 21.
  • the mask 17 is also a reflective optical element for the EUV and soft X-ray wavelength range, which is replaced depending on the manufacturing process. With the aid of the projection system 20, the beam reflected by the mask 17 is projected onto the wafer 21, thereby imaging the structure of the mask onto it.
  • the projection system 20 has two mirrors 18, 19. Both the projection system 20 and the illumination system 14 may each have only one or even three, four, five or more mirrors.
  • FIG. 2 schematically illustrates an exemplary basic structure of a reflective optical element 50 which is based on a multilayer system 51.
  • the Multi-layer system 51 has alternating layers of a material with a comparatively higher real part of the refractive index at the working wavelength (also called “spacer”) and a material with a comparatively lower real part of the refractive index at the operating wavelength (also called “absorber”), wherein an absorber spacer Pair forms a partial stack 53. This simulates a crystal whose lattice planes correspond to the absorber layers at which Bragg reflection takes place.
  • the thicknesses of the individual layers 54, 55 as well as the repeating partial stacks 53 can be constant over the entire multi-layer system 51 or even vary, depending on which spectral or angle-dependent reflection profile is to be achieved.
  • the reflection profile can also be influenced in a targeted manner by supplementing the basic structure of absorber and spacer with more more and less absorbing materials in order to increase the maximum reflectivity possible at the respective operating wavelength.
  • absorber and / or spacer material can be interchanged in some sub-stacks, or the sub-stacks can be built up from more than one absorber and / or spacer material or have additional layers of other materials.
  • the absorber and spacer materials can have constant or varying thicknesses over all sub-stacks in order to optimize the reflectivity.
  • additional layers may also be provided, for example, as diffusion barriers between spacer and absorber layers.
  • the multi-layer system 51 is applied to a substrate 52 and forms a reflective surface 60.
  • substrate materials materials with a low thermal expansion coefficient are preferably selected.
  • a protective layer 56 may be provided which covers the reflective optical element 50 i.a. protects against contamina- tion.
  • One of these reflective optical elements (dotted line in Fig. 3a) comprises a standard multilayer system having the structure shown in Figs. 10a-c.
  • This is a purely periodic multi-layer system with 40 molybdenum-silicon partial stacks or periods.
  • both the partial stack thickness D and the layer thickness ratio ⁇ are constant within a sub-stack over the entire multi-layer system in the vertical layer structure.
  • 10a-c depending on the number or index of the sub-stack, the thickness d of the respective (molybdenum or silicon) individual layers (FIG. 10a) and the sub-stack thickness D (FIG. 10b) are shown in FIG. and the layer thickness ratio ⁇ (Fig. 10c) is plotted.
  • the sheet thickness ratio ⁇ is defined herein as the quotient of the thickness of the low refractive index layer (e.g., molybdenum) and the partial stack thickness (i.e., the layer thickness ratio ⁇ is 0.5 for identical thicknesses of molybdenum layer and silicon layer).
  • Layer here is understood to mean a single layer (with uniform or homogeneous optical properties) Each low-index (eg molybdenum) layer together with a high-index (eg silicon) layer forms a partial stack, the total thickness of these two layers being the partial stack thickness equivalent.
  • the element according to FIG. 10a-c has a comparatively high maximum reflectivity of about 65% at a wavelength of 13.7 nm and an incident angle of 10 ° to the surface normal, the reflectivity curve according to FIG. 3a being used for this purely periodic layer structure is comparatively narrowband.
  • 9 shows the associated Cu-K a diffractogram for the purely periodic layer structure with the layer thickness profile illustrated in FIGS. 10a-c, in which the thickness d of the (molybdenum or silicon) individual layers (FIG. and the partial stack thickness D (FIG. 10b) and the layer thickness ratio ⁇ (FIG. 10c) are constant over the entire layer structure. Accordingly, in the Cu-K a diffractogram, the corresponding peaks are comparatively narrow.
  • FIG. 4a-c shows the construction of a multilayer system which, as a conventional broadband multilayer system, consists of two sections of different types Periodicity is built.
  • the partial stack thickness D has a constant, relatively small value in a first or "upper” section and a constant, relatively large value in a second or “lower” section (from the part stack with the number 13).
  • the first section which is arranged further from the substrate, comprises 12 partial stacks or periods of a partial stack thickness D of approximately 6.4 nm and a layer thickness ratio ⁇ of approximately 0.45.
  • the second section is arranged on the substrate, which in turn comprises 10 partial stacks or periods with a partial stack thickness D of approximately 7.0 nm and a layer thickness ratio ⁇ of approximately 0.5.
  • the Cu-K a diffractogram of this reflective optical element is shown in Fig. 6.
  • a multilayer system is proposed according to the invention, which is indeed aperiodic or stochastic in itself, but has at least one section which deviates comparatively little from the periodicity.
  • Fig. 5a-c for a reflective optical element according to the invention, depending on the number or index of the sub-stack, the thickness d of the respective (molybdenum or silicon) individual layers (FIG. 5a) and the sub-stack thickness D (FIG. Fig. 5b) and the layer thickness ratio ⁇ (Fig. 5c) applied.
  • Fig. 5a-c is a multi-layer system of two different sections. On a substrate, a completely stochastic section of the multi-layer system is initially applied, comprising twenty-five sub-stacks (indexed "18" to "42").
  • a comparatively "periodic" section which comprises seventeen stacks and in which the partial stack thicknesses D, adjacent partial stacks fluctuate by less than 10%, while the layer thickness ratio ⁇ or the proportion of molybdenum on the respective partial stack tends to increase towards the substrate.
  • the structure of the multi-layer system according to FIGS. 5 a - c leads to a particularly broad-band reflectivity profile in which the half-width lies at about 1 .1 nm of the wavelength.
  • the multilayer system of this reflective optical element according to Figures 5a-c has the advantage that according to Figure 7, the associated Cu-K a -diffractogram (eg at a wavelength of 0.154 nm) is also sufficient has sharp peaks.
  • the structure of the multilayer system according to the invention makes it possible to provide reflective optical elements which allow for a high bandwidth of reflectivity over the wavelength or incident angle and nevertheless exhibit sufficiently pronounced peaks in the diffractogram, with the result that a control and optionally Optimization of the lateral layer thickness curve can be carried out by X-ray diffractometry.
  • the reflection curve determined for a multilayer system according to the invention can then be used advantageously as an effect of the reflectivity on the wavelength or the angle of incidence for optimizing the individual parameters of the layer sequence, if this reflection curve does not have a "perfect plateau". but a plurality of local extrema (maxima or minima) in the manner of a superimposed, weak oscillation.
  • the reflection curve shown only by way of example in FIG. 8 (in which, analogously to FIG. 3 a, the reflectivity for unpolarized light or after averaging has been plotted over all polarization states) has, for example, three local maxima and two local minima with those shown in Table 1 plotted reflectivity values.
  • the respective reflectivity values for the above-described local extrema (maxima and minima) also advantageously do not differ too much, so that it is possible to exploit the fact that the optical system (eg the microlithographic projection exposure apparatus) typically has one certain spectral distribution and thus different wavelengths is operated and thus also a certain averaging of the intensities obtained for different wavelengths takes place.
  • the local extrema (maxima and minima) suitable for characterizing or optimizing the multilayer system are compensated again in the reflection curve during operation of the optical system due to the averaging effect, so that, as a result, no undesired impairment of the imaging result takes place.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein reflektives optisches Element sowie ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Ein reflektives optisches Element weist ein Substrat (52) und ein auf diesem Substrat angeordnetes Viellagensystem (51) auf, wobei das Viellagensystem (51) eine Mehrzahl von Teilstapeln aus jeweils einer ersten Lage (54) eines ersten Materials und wenigstens einer zweiten Lage (55) eines zweiten Materials aufweist, wobei sich das erste Material und das zweite Material im Wert des Realteils des Brechungsindex bei einer Arbeitswellenlänge des reflektiven optischen Elements (50) voneinander unterscheiden, wobei jeder dieser Teilstapel (53) eine Teilstapeldicke (Di) und ein Lagendickenverhältnis (Γi) aufweist, wobei das Lagendickenverhältnis (Γi) als Quotient der Dicke der jeweiligen ersten Lage (54) und der Teilstapeldicke (Di) definiert ist, wobei in einem ersten Abschnitt des Viellagensystems (51) für wenigstens eine der beiden Größen Teilstapeldicke (Di) und Lagendickenverhältnis (Γi) die mittlere quadratische Abweichung vom jeweiligen Mittelwert um wenigstens 10% kleiner ist als in einem zweiten Abschnitt des Viellagensystems (51); und wobei das reflektive optische Element (50) eine Reflektivität (R) aufweist, deren Wellenlängenabhängigkeit in einem Wellenlängenintervall von Δλ = 0.5nm einen PV-Wert kleiner als 0.25 besitzt, wobei der PV-Wert definiert ist als PV = (Rmax_rel - Rmin_rel)/Rmax_abs, wobei Rmax_rel den maximalen Reflektivitätswert in diesem Wellenlängenintervall Δλ, Rmin_rel den minimalen Reflektivitätswert in diesem Wellenlängenintervall Δλ und Rmax_abs den absolut maximalen Reflektivitätswert bezeichnen.

Description

Reflektives optisches Element, sowie
optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Deutschen Patentanmeldung DE 10 2013 223 895.9, angemeldet am 22. November 2013. Der Inhalt dieser DE- Anmeldung wird durch Bezugnahme („incorporation by reference") mit in den vorliegenden Anmeldungstext aufgenommen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein reflektives optisches Element sowie ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Stand der Technik
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispiels- weise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Silizi- umwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurch- lässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungs- prozess verwendet. Solche EUV-Spiegel weisen ein Substrat und ein auf diesem Substrat angeordnetes Viellagensystem zur Reflexion der auf die optische Wirkfläche auftreffenden elektromagnetischen Strahlung auf. Wünschenswert ist eine möglichst hohe Reflektivität der einzelnen reflektiven optischen Elemente, um eine hinreichend hohe Gesamtreflektivität sicherzustellen.
Um in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage einen möglichst hohen Strahlungsdurchsatz zu gewährleisten, wird angestrebt, bei hohen lokalen Einfallswin- kelbandbreiten sämtliche Strahlen des lokalen Strahlenbündels an den einzelnen reflektiven optischen Elementen möglichst gleichmäßig gut zu reflektieren. Dazu werden Anzahl und Dicken der einzelnen Teilstapel (d.h. die „Periodenlängen" der einzelnen Perioden) des Viellagensystems optimiert. Im einfachsten Fall kann es sich um periodische Viellagensysteme handeln, also Viellagensysteme mit im Wesentlichen identi- sehen Teilstapeln, bei denen die Anzahl der Perioden so weit reduziert wird, dass die Reflektivitätskurve die gewünschte Breite aufweist, wobei jedoch die Reflektivität noch stark mit dem Einfallswinkel und der Wellenlänge variiert.
In einem weiteren Schritt kann das Viellagensystem auch zwei Abschnitte aufweisen, bei denen die jeweilige Stapelgesamtdicke und das Lagendickenverhältnis innerhalb der Stapel unterschiedlich sind. Ferner können diese beiden Abschnitte auch unterschiedliche Stapelanzahlen aufweisen. In Varianten können auch drei oder mehr Abschnitte unterschiedlicher Stapelgesamtdicke und Lagendickenverhältnisse vorgesehen sein. Ein weiterer Ansatz besteht darin, dass die Randbedingungen für die Dicken der einzelnen Lagen völlig aufgehoben werden. Dies führt zu einem völlig stochastischen bzw. aperiodisch genannten Viellagensystem. Auf diese Weise lassen sich am flexibelsten Viellagensysteme entwerfen, deren Reflektivität möglichst wenig mit dem Einfallswinkel und der Wellenlänge variiert. Ein Merkmal solcher stochastischer Viellagensysteme ist, dass zahlreiche Lagendickenabfolgen sehr ähnliche Reflektivitätskurven so- wohl in Abhängigkeit von der Wellenlänge als auch in Abhängigkeit vom Einfallswinkel zur Folge haben können.
Für die Leistungsfähigkeit und die optischen Eigenschaften eines reflektiven optischen Elementes, das zusammen mit weiteren reflektiven optischen Elementen in einer mikro- lithographischen Projektionsbelichtungsanlage genutzt wird, ist zusätzlich zum vertikalen Aufbau des Viellagensystems auch der laterale Verlauf der einzelnen Lagendicken wesentlich, der auch Profil genannt wird. Zur Kontrolle des lateralen Verlaufs während der Herstellung eines reflektiven optischen Elementes kann beispielsweise Röntgen- beugung eingesetzt werden, wobei die Reflektivität in Abhängigkeit vom Einfallswinkel gemessen wird. Für reflektive optische Elemente für den EUV-Wellenlängenbereich bietet sich dabei die Kupfer-Ka-Röntgenwellenlinie an. Eine besonders genaue Charakterisierung des lateralen Verlaufs der Lagendicken ist möglich, wenn das Diffraktogramm hinreichend scharfe Peaks in ausreichender Anzahl aufweist.
Zum Stand der Technik wird beispielhaft auf US 2010/0239822 A1 verwiesen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein reflektives optisches Element bereitzustellen, welches eine weitere Verbesserung der Reflexionseigenschaften insbesondere auch vergleichsweise breiten Einfallswinkelspektren ermöglicht. Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Ein erfindungsgemäßes reflektives optisches Element weist ein Substrat und ein auf diesem Substrat angeordnetes Viellagensystem auf,
- wobei das Viellagensystem eine Mehrzahl von Teilstapeln aus jeweils einer ersten Lage eines ersten Materials und wenigstens einer zweiten Lage eines zweiten Materials aufweist, wobei sich das erste Material und das zweite Material im Wert des Realteils des Brechungsindex bei einer Arbeitswellenlänge des reflektiven optischen Elements voneinander unterscheiden, wobei jeder dieser Teilstapel eine Teilstapeldicke und ein Lagendickenverhältnis aufweist, wobei das Lagendickenverhältnis als Quotient der Dicke der jeweiligen ersten Lage und der Teilstapeldicke definiert ist;
- wobei in einem ersten Abschnitt des Viellagensystems für wenigstens eine der beiden Größen Teilstapeldicke und Lagendickenverhältnis die mittlere quadrati- sehe Abweichung vom jeweiligen Mittelwert um wenigstens 10% kleiner ist als in einem zweiten Abschnitt des Viellagensystems; und
- wobei das reflektive optische Element eine Reflektivität R aufweist, deren Wellenlängenabhängigkeit in einem Wellenlängenintervall von Δλ=0.5ηηΊ einen PV-Wert kleiner als 0.25 besitzt, wobei der PV-Wert definiert ist als PV=
( ^ rei - ^ rei V ^ abs , wobei Rmax rrf den maximalen Reflektivitätswert in diesem Wellenlängenintervall Δλ, R^ rel den minimalen Reflektivitätswert in diesem Wellenlängenintervall Δλ und R^ abs den absolut maximalen Reflektivitätswert bezeichnen.
Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, durch geeignete Ausgestaltung des Viellagensystems zum einen eine hohe Bandbreite der Reflektivität über die Wellenlänge bzw. über den Einfallswinkel zu erreichen und zugleich noch hinreichend viele, ausgeprägte Peaks etwa bei der Röntgen-Diffraktometrie bzw. Cu-Ka- Diffraktometrie zu erzielen mit der Folge, dass eine effektive Kontrolle und Optimierung des lateralen Lagendickenverlaufes durchführbar ist.
Der Erfindung liegt weiter das Konzept zugrunde, im Aufbau des Vielfachschichtsystems einen ersten Abschnitt bzw. eine erste Gruppe von Teilstapeln mit vergleichsweise größerer Abweichung (von einer Periodizität hinsichtlich Teilstapeldicke und Lagen- dickenverhältnis) mit einem zweiten Abschnitt bzw. einer zweiten Gruppe von Teilstapeln mit vergleichsweise kleinerer Abweichung von der Periodizität zu kombinieren mit der Folge, dass bei noch hinreichender Breitbandigkeit des reflektiven optischen Elements (erzielt durch den zweiten Abschnitt) im zugehörigen Cu-Ka-Diffraktogramm, wie noch detaillierter erläutert, noch diskrete Peaks (erzielt durch den ersten Abschnitt) erkennbar sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist in dem ersten Abschnitt des Viellagensystems für wenigstens eine der beiden Größen Teilstapeldicke und Lagendickenverhältnis die mittlere quadratische Abweichung vom jeweiligen Mittelwert um wenigstens 20%, insbesondere um wenigstens 30%, weiter insbesondere um wenigstens 50% kleiner als in dem zweiten Abschnitt des Viellagensystems. Gemäß einer Ausführungsform besitzt die Wellenlängenabhängigkeit der Reflektivität R in einem Wellenlängenintervall von Δλ=0.5ηηΊ einen PV-Wert kleiner als 0.20, insbesondere kleiner als 0.18, weiter insbesondere kleiner als 0.15.
Gemäß einer Ausführungsform ist der zweite Abschnitt näher am Substrat angeordnet als der erste Abschnitt.
In Ausführungsformen der Erfindung enthält somit der obere (d.h. weiter vom Substrat entfernte) Teil des Schichtaufbaus noch„diejenige Periodizität", welche benötigt wird, um noch hinreichend präzise auswertbare Cu-Ka-Diffraktogramme zu erhalten, während der untere (d.h. näher am Substrat liegende) Teil des Schichtaufbaus für die Aperiodizi- tät sorgt, welche benötigt wird, um noch eine hinreichende Breitbandigkeit der Reflekti- vitätskurve zu erreichen. Mit anderen Worten sind aufgrund des oberen Teils des Schichtaufbaus noch im Cu-Ka-Diffraktogramm eindeutig identifizierbare Strukturen bzw. Peaks vorhanden.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Positionierung des vergleichsweise periodischen Anteils des Schichtaufbaus auf der vom Substrat entfernten Seite beschränkt. Vielmehr ist es grundsätzlich auch möglich, den vergleichsweise periodischen Anteil des Schichtaufbaus näher am Substrat und stattdessen den für die hinreichende Breitbandigkeit der Reflektivitätskurve benötigten, vergleichsweise aperiodischen Anteil des Schichtaufbaus entfernt vom Substrat vorzusehen. Wenngleich in diesem Falle die im Cu-Ka-Diffraktogramm erhaltenen Strukturen bzw. Peaks schwächer ausgeprägt sind, sind sie gleichwohl noch eindeutig identifizierbar und führen somit immer noch zu einer Verbesserung der Auswertbarkeit der Schichtdickenverläufe im Cu-Ka-Diffraktogramm im Vergleich zu einem perfekt aperiodischen Schichtaufbau einerseits und zu einer verbesserten Breitbandigkeit der Reflektivitätskurve im Diffraktogramm im Vergleich zu einem perfekt periodischen Schichtaufbau andererseits.
Gemäß einer Ausführungsform bilden der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt gemeinsam das gesamte Viellagensystem. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, so dass auch Ausgestaltungen, bei denen wenigstens ein weiterer Abschnitt des Viellagensystems, der im Vergleich zu dem ersten bzw. zweiten Abschnitt größere oder kleinere Abweichungen von der Periodizität aufweisen kann, von der Erfindung umfasst sein sollen. Gemäß einer Ausführungsform weist die Wellenlängenabhängigkeit der Reflektivität R des reflektiven optischen Elements in einem Wellenlängenbereich von Δλ=0.5ηηΊ wenigstens zwei lokale Extrema auf, welche sich in der Reflektivität um wenigstens 0.1 %, bezogen auf den größeren Wert, voneinander unterscheiden. Dieser Ausgestaltung liegt die weitere Erkenntnis zugrunde, dass die für ein erfindungsgemäßes Viellagensystem ermittelte Reflexionskurve als Abhängigkeit der Reflektivität von der Wellenlänge oder dem Einfallswinkel dann vorteilhaft für eine Optimierung der einzelnen Parameter der Schichtfolge genutzt werden kann, wenn diese Reflexionskurve kein„perfektes Plateau", sondern eine Mehrzahl lokaler Extrema (Maxima oder Minima) nach Art einer überlagerten, schwachen Oszillation aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform unterscheiden sich diese lokalen Extrema in der Reflektivität um höchstens 5%, bezogen auf den größeren Wert, voneinander. Hierdurch wird weiter der Umstand ausgenutzt, dass das optische System (z.B. die mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage) typischerweise mit einer gewissen spektralen Verteilung und somit unterschiedlichen Wellenlängen betrieben wird und somit auch eine gewisse Mittelung der für unterschiedliche Wellenlängen erhaltenen Intensitäten stattfindet. Mit anderen Worten werden die zur Charakterisierung bzw. Op- timierung des Viellagensystems geeigneten, lokalen Extrema (Maxima sowie Minima) in der Reflexionskurve im Betrieb des optischen Systems aufgrund des besagten Mittelungseffektes wieder ausgeglichen, so dass im Ergebnis keine unerwünschte Beeinträchtigung des Abbildungsergebnisses stattfindet. Die vorstehend beschriebene Ausgestaltung hinsichtlich der in der Reflektivitätskurve enthaltenen lokalen Extrema ist auch unabhängig von der zuvor diskutierten Ausgestaltung des Viellagensystems aus wenigstens zwei unterschiedlich stark von der Periodizität abweichenden Abschnitten vorteilhaft. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung daher auch ein reflektives optisches Element mit einem Substrat und einem auf diesem Substrat angeordneten Viellagensystem,
- wobei das Viellagensystem eine Mehrzahl von Teilstapeln aus jeweils einer ers- ten Lage eines ersten Materials und wenigstens einer zweiten Lage eines zweiten Materials aufweist, wobei sich das erste Material und das zweite Material im Wert des Realteils des Brechungsindex bei einer Arbeitswellenlänge des reflek- tiven optischen Elements voneinander unterscheiden;
- das reflektive optische Element eine Reflektivität R aufweist, deren Wellen- längenabhängigkeit in einem Wellenlängenintervall von Δλ=0.5ηηΊ einen PV-
Wert kleiner als 0.25 besitzt, wobei der PV-Wert definiert ist als PV= ( ^ rei - ^ rei V ^ abs , wobei Rmax rrf den maximalen Reflektivitätswert in diesem Wellenlängenintervall Δλ, R^ rel den minimalen Reflektivitätswert in diesem Wellenlängenintervall Δλ und R^ abs den absolut maximalen Reflektivitätswert bezeichnen; und
- wobei die Wellenlängenabhängigkeit der Reflektivität R des reflektiven optischen Elements in einem Wellenlängenbereich von Δλ=0.5ηηΊ wenigstens zwei lokale Extrema aufweist, welche sich in der Reflektivität um wenigstens 0.1 % und um höchstens 5%, jeweils bezogen auf den größeren Wert, voneinander unterschei- den.
Gemäß einer Ausführungsform unterscheiden sich diese beiden lokalen Extrema in der Reflektivität um wenigstens 0.5%, bezogen auf den größeren Wert, voneinander. Gemäß einer Ausführungsform unterscheiden sich diese lokalen Extrema in der Reflektivität um höchstens 2.5%, weiter insbesondere um höchstens 1 %, jeweils bezogen auf den größeren Wert, voneinander.
Gemäß einer Ausführungsform ist das erste Material aus der Gruppe ausgewählt, wel- che Molybdän, Ruthenium und/oder Rhodium enthält. Das zweite Material kann insbesondere Silizium sein. Reflektive optische Elemente mit einem Viellagensystem, das auf einer dieser Materialkombinationen beruht, sind insbesondere geeignet für den Einsatz bei Wellenlängen zwischen 12.5 nm und 15 nm.
Gemäß einer Ausführungsform ist das reflektive optische Element für eine Arbeits- weilenlänge von weniger als 30nm, insbesondere weniger als 15nm, ausgelegt.
Die Erfindung betrifft weiter ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welches ein reflektives optisches Element mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen aufweist, sowie eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage.
Gemäß einem weiteren Ansatz betrifft die Offenbarung auch ein reflektives optisches Element für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit einem Viellagensystem auf einem Substrat, wobei das Viellagensystem Lagen aus mindestens zwei verschie- denen Materialien aufweist, die sich durch einen unterschiedlichen Realteil des Brechungsindex bei einer Wellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich unterscheiden, wobei Lagen mit höherem und niedrigerem Realteil des Brechungsindex abwechselnd angeordnet sind und eine Lage eines bestimmten Materials zusammen mit den zwischen ihr und der oder den in zunehmender Entfernung vom Substrat nächstgelegenen Lage gleichen Materials angeordneten Lagen einen Stapel bildet, wobei das Viellagensystem N Stapel aufweist und jeder Stapel S, mit i = 1 bis N eine Gesamtdicke D, und ein Lagendickenverhältnis Γ, der Lagen des Stapels i aufweist, bei welchem reflektiven optischen Element die Werte der Gesamtdicke D, und des Lagendickenverhältnis Γ, stochastisch verteilt sind und das Viellagensystem mindestens zwei Abschnitte auf- weist, wobei in einem Abschnitt die Wahrscheinlichkeit, dass entweder die Dicken D,,
Di+i oder die Lagendickenverhältnisse Γ,, ri+i zweier aufeinanderfolgender Stapel S,, Si+i um weniger als 10% voneinander abweichen, größer ist als in dem oder den anderen Abschnitten. Hierbei geht die Offenbarung von der Erkenntnis aus, dass reflektive optische Elemente mit beliebigen stochastischen Viellagensystemen nicht ohne Weiteres für die Cu-K«- Diffraktometrie geeignet sind, da sie teilweise nur wenige und unscharfe Peaks aufweisen können. Vorgeschlagen werden reflektive optische Elemente mit einer Klasse von stochastischen Viellagensystemen, die hinreichend viele und scharfe Peaks aufweisen, um eine laterale Schichtdickenoptimierung mit Hilfe der Röntgen-Diffraktometrie zu erlauben. Indem mindestens ein Abschnitt im Viellagensystem vorgesehen wird, dessen Stapel nicht zu stark von der Periodizität abweichen, wird bei diesen reflektiven opti- sehen Elementen für die Diffraktometrie beispielsweise mit Kupfer-Ka-Linien eine gewisse Anzahl von hinreichend scharfen Peaks zur Verfügung gestellt, so dass sich der laterale Lagendickenverlauf bei der Herstellung der reflektiven optischen Elemente gut kontrollieren lässt. Die das Ausbilden von Peaks fördernde Periodizität kann nun dadurch angenähert werden, dass in mindestens einem Abschnitt entweder die Ge- samtdicken der einzelnen Stapel nicht sehr stark voneinander abweichen oder die Dickenverhältnisse nur wenig voneinander abweichen.
Bevorzugt werden die Dicken D,, Di+i oder die Lagendickenverhältnisse Γ,, ri+i zweier aufeinanderfolgender Stapel S,, S in dem einen Abschnitt so gewählt, dass die Wahr- scheinlichkeit betrachtet werden kann, dass sie weniger als 1 % voneinander abweichen. Dabei können Abschnitte, in denen die Abweichung für alle Stapel geringer als 1 % ist, als periodisch betrachtet werden. In bevorzugten Ausführungsformen ist der Abschnitt mit einer größeren Wahrscheinlichkeit, dass entweder in Bezug auf die Stapeldicke oder in Bezug auf das Dickenverhältnis innerhalb der Stapel des Abschnittes weni- ger von der Periodizität abgewichen wird als in dem oder den weiteren Abschnitt(en) des Viellagensystems, weiter vom Substrat entfernt angeordnet als der oder die Abschnitte) mit geringerer Wahrscheinlichkeit. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die vorhandenen Peaks besonders scharf sind. Vorzugsweise werden genau zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten im Viellagensystem vorgesehen, was den Aufwand beim Design des Viellagensystems und der Herstellung der reflektiven optischen Elemente reduziert. In bevorzugten Ausführungsformen sind in dem Abschnitt mit höherer Wahrscheinlichkeit, weniger von der Periodizität abzuweichen, die Dicken D, und die Lagendickenverhältnisse Γ, derart gewählt, dass für alle Stapel S, dieses Abschnitts | (Dj-Di+i )/Dj | < 0.1 gilt und Γ, mit zunehmendem Abstand zum Sub- strat eher abnimmt als zunimmt. Durch das Einhalten der zusätzlichen Randbedingungen für diesen Abschnitt, dass die Stapeldicken im Wesentlichen konstant sind und die Lagendickenverhältnisse innerhalb der Stapel mit zunehmendem Abstand zum Substrat tendenziell abnehmen, lassen sich reflektive optische Elemente bereitstellen, die zum einen auch bei hohen lokalen Einfallswinkelbandbreiten und über etwas breitere Wellenlängenbereiche gleichmäßig gut reflektieren und zum anderen eine hinreichende Anzahl ausreichend ausgeprägter Peaks zur Charakterisierung des lateralen Verlaufes der Lagendicken mittels Röntgend iffraktometrie aufweisen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen darge- stellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN eine schematische Darstellung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage; eine schematische Darstellung eines reflektiven optischen Elements;
Diagramm zur Erläuterung des Reflektivitätsverlaufs R vs. λ für reflektive optische Elemente mit unterschiedlichen Viellagensystemen;
Diagramme von Schichtdickenverläufen für ein Viellagensystem mit zwei unterschiedlichen periodischen Abschnitten;
Figur 5a-c Diagramme von Schichtdickenverläufen für ein Viellagensystem mit zwei Abschnitten unterschiedlich ausgeprägter Aperiodizität;
Figur 6 ein für das Viellagensystem aus Figur 4 gemessenes Diffraktogramm;
Figur 7 ein für das Viellagensystem aus Figur 5 gemessenes Cu-K«-
Diffraktogramm; Figur 8 ein Diagramm mit einer Reflektivitätskurve R vs. λ zur Erläuterung eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung;
Figur 9 ein für ein rein periodisches Viellagensystem gemessenes
Diffraktogramm; und
Figur 10a-c Diagramme von Schichtdickenverläufen für das Viellagensystem aus
Figur 9.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
In Fig. 1 ist schematisch eine für den Betrieb im EUV ausgelegte mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage 10 dargestellt. Wesentliche Komponenten sind ein Be- leuchtungssystem 14, eine Maske 17 und ein Projektionsobjektiv 20. Die mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage 10 wird zur Minimierung von Absorptionsverlusten der EUV-Strahlung unter Vakuumbedingungen betrieben. Als Strahlungsquelle 12 wird im dargestellten Beispiel eine Plasmaquelle verwendet. In Weiteren kann auch ein Synchrotron als Strahlungsquelle verwendet werden. Die emittierte Strahlung im Wel- lenlängenbereich von etwa 5 nm bis 20 nm wird zunächst von einem Kollektorspiegel 13 gebündelt und dann in das Beleuchtungssystem 14 eingeführt. Im in Fig. 1 dargestellten Beispiel weist das Beleuchtungssystem 14 zwei Spiegel 15, 16 auf. Die Spiegel 15, 16 leiten den Strahl auf die Maske 17, die die Struktur aufweist, die auf den Wafer 21 abgebildet werden soll. Bei der Maske 17 handelt es sich ebenfalls um ein reflekti- ves optisches Element für den EUV- und weichen Röntgenwellenlängenbereich, das je nach Herstellungsprozess ausgewechselt wird. Mit Hilfe des Projektionssystems 20 wird der von der Maske 17 reflektierte Strahl auf den Wafer 21 projiziert und dadurch die Struktur der Maske auf ihn abgebildet. Das Projektionssystem 20 weist im dargestellten Beispiel zwei Spiegel 18, 19 auf. Sowohl das Projektionssystem 20 als auch das Beleuchtungssystem 14 können jeweils nur einen oder auch drei, vier, fünf und mehr Spiegel aufweisen.
In Fig. 2 ist schematisch eine beispielhafte, prinzipielle Struktur eines reflektiven optischen Elements 50 dargestellt, welches auf einem Viellagensystem 51 basiert. Das Viellagensystem 51 weist alternierend Lagen eines Materials mit vergleichsweise höherem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge (auch„Spacer" genannt) und eines Materials mit vergleichsweise niedrigerem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge (auch„Absorber" genannt) auf, wobei ein Absorber-Spacer-Paar einen Teilstapel 53 bildet. Hierdurch wird ein Kristall simuliert, dessen Netzebenen den Absorberlagen entsprechen, an denen Bragg-Reflexion stattfindet. Die Dicken der einzelnen Lagen 54, 55 wie auch der sich wiederholenden Teilstapel 53 können über das gesamte Viellagensystem 51 konstant sein oder auch variieren, je nachdem, welches spektrale oder winkelabhängige Reflexionsprofil erreicht werden soll. Das Reflexions- profil kann auch gezielt beeinflusst werden, indem die Grundstruktur aus Absorber und Spacer um weitere mehr und weniger absorbierende Materialien ergänzt wird, um die mögliche maximale Reflektivität bei der jeweiligen Arbeitswellenlänge zu erhöhen. Dazu können in manchen Teilstapeln Absorber- und/oder Spacermaterial vertauscht werden, oder die Teilstapel können aus mehr als einem Absorber- und/oder Spacermaterial auf- gebaut werden oder zusätzliche Lagen aus weiteren Materialien aufweisen. Die Absorber- und Spacermaterialien können über alle Teilstapel konstante oder auch variierende Dicken aufweisen, um die Reflektivität zu optimieren. Ferner können auch zusätzliche Lagen beispielsweise als Diffusionsbarrieren zwischen Spacer- und Absorberlagen vorgesehen werden.
Das Viellagensystem 51 ist auf einem Substrat 52 aufgebracht und bildet eine reflektive Fläche 60. Als Substratmaterialien werden bevorzugt Materialien mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten gewählt. Auf dem Viellagensystem 51 kann eine Schutzschicht 56 vorgesehen sein, die das reflektive optische Element 50 u.a. vor Kontamina- tion schützt.
Im Weiteren wird das erfindungsgemäße Konzept unter Bezugnahme auf Fig. 3-7 näher erläutert. In Fig. 3a ist die Reflektivität für drei im Weiteren näher erläuterte reflektive optische
Elemente mit unterschiedlichen Viellagensystemen in Abhängigkeit von der Wellenlänge für einen Einfallswinkel von 10° zur Oberflächennormalen dargestellt, wobei diese Viellagensysteme jeweils auf Molybdän (Mo) als Absorbermaterial und Silizium (Si) als Spacermaterial basieren. Alternativ oder zusätzlich zu Molybdän als Absorbermaterial können z.B. auch Ruthenium (Ru) und/oder Rhodium (Rh) verwendet werden.
Eines dieser reflektiven optischen Elemente (gepunktete Linie in Fig. 3a) weist ein Standardviellagensystem mit dem in Fig. 10a-c dargestellten Aufbau auf. Hierbei handelt es sich um ein rein periodisches Viellagensystem mit 40 Molybdän-Silizium- Teilstapeln bzw. -Perioden. Bei diesem Viellagensystem sind sowohl die Teilstapeldicke D als auch das Lagendickenverhältnis Γ innerhalb eines Teilstapels über das gesamte Viellagensystem im vertikalen Schichtaufbau konstant. In Fig. 10a-c sind, in Abhängig- keit von der Nummer bzw. dem Index des Teilstapels, die Dicke d der jeweiligen (Molybdän- bzw. Silizium-) Einzelschichten (Fig. 10a) sowie die Teilstapeldicke D (Fig. 10b) und das Lagendickenverhältnis Γ (Fig. 10c) aufgetragen. Das Lagendickenverhältnis Γ ist hier definiert als der Quotient aus der Dicke der niedrigbrechenden Schicht (z.B. Molybdän) und der Teilstapeldicke (d.h. das Lagendickenverhältnis Γ hat bei identischen Dicken von Molybdän-Schicht und Silizium-Schicht den Wert 0.5). Unter„Lage" wird hier eine Einzelschicht (mit einheitlichen bzw. homogenen optischen Eigenschaften) verstanden. Jede niedrigbrechende (z.B. Molybdän-)Schicht bildet gemeinsam mit einer hochbrechenden (z.B. Silizium-)Schicht jeweils einen Teilstapel, wobei die Gesamtdicke dieser beiden Schichten der Teilstapeldicke entspricht.
Das Element gemäß Fig. 10a-c besitzt bei einer Wellenlänge von 13.7 nm und einem Einfallswinkel von 10° zur Flächennormalen eine vergleichsweise hohe maximale Re- flektivität von ca. 65%, wobei für diesen rein periodischen Schichtaufbau die Reflektivi- tätskurve gemäß Fig. 3a vergleichsweise schmalbandig ist. Fig. 9 zeigt das zugehörige Cu-Ka-Diffraktogramm für den rein periodischen Schichtaufbau mit dem in Fig. 10a-c dargestellten Schichtdickenverlauf, in welchem die Dicke d der (Molybdän- bzw. Silizi- um-)Einzelschichten (Fig. 10a) sowie die Teilstapeldicke D (Fig. 10b) und das Schichtdickenverhältnis Γ (Fig. 10c) über den gesamten Schichtaufbau konstant sind. Im Cu- Ka-Diffraktogramm sind demzufolge die entsprechenden Peaks vergleichsweise schmal.
Fig. 4a-c zeigt zum Vergleich den Aufbau eines Vielfachschichtsystems, welches als herkömmliches Breitbandviellagensystem aus zwei Abschnitten unterschiedlicher Periodizität aufgebaut ist. Bei diesen besitzt die Teilstapeldicke D in einem ersten bzw. „oberen" Abschnitt einen konstanten, relativ kleinen Wert und in einem zweiten bzw. „unteren" Abschnitt (ab dem Teilstapel mit der Nummer 13) einen konstanten, relativ großen Wert. Der erste Abschnitt, der weiter vom Substrat entfernt angeordnet ist, um- fasst 12 Teilstapel bzw. Perioden einer Teilstapeldicke D von etwa 6.4 nm und einem Lagendickenverhältnis Γ von ungefähr 0.45. Darunter ist auf dem Substrat der zweite Abschnitt angeordnet, der seinerseits 10 Teilstapel bzw. Perioden umfasst mit einer Teilstapeldicke D von etwa 7.0 nm und einem Lagendickenverhältnis Γ von ungefähr 0.5. Diese zweiteilige Struktur des Viellagensystems führt gemäß Fig. 3a zu einer Reflektivitätskurve (gestrichelte Kurve), die im Vergleich zum Standardviellagensystem eine geringere maximale Reflektivität von unter 55% aufweist, wobei die Halbwertsbreite (FWHM =„füll width half maximum") der Kurve etwa 0.9 nm (im Vergleich zum Wert 0.6 nm bei dem Standardviellagensystem von Fig. 9-10) beträgt. In Fig. 6 ist das Cu-Ka-Diffraktogramm dieses reflektiven optischen Elements dargestellt. Der o.g. Aufbau führt dazu, dass über einen Einfallswinkelbereich von 0° bis 6° auch bei dem reflektiven optischen Element mit zweiteiligem periodischen Viellagensys- tem noch eine Vielzahl von scharfen Peaks existieren, welche für eine Kontrolle und Optimierung des lateralen Lagendickenverlaufes des Viellagensystems bei der Herstel- lung verwendet werden können.
Um eine Reflektivitätskurve mit noch geringerer Abhängigkeit von der Wellenlänge bzw. vom Einfallswinkel zu erhalten, wird erfindungsgemäß ein Viellagensystem vorgeschlagen, welches zwar an sich aperiodisch bzw. stochastisch ist, aber mindestens einen Abschnitt aufweist, der vergleichsweise wenig von der Periodizität abweicht.
In Fig. 5a-c sind für ein erfindungsgemäßes reflektives optisches Element, in Abhängigkeit von der Nummer bzw. dem Index des Teilstapels, die Dicke d der jeweiligen (Molybdän- bzw. Silizium-)Einzelschichten (Fig. 5a) sowie die Teilstapeldicke D (Fig. 5b) und das Lagendickenverhältnis Γ (Fig. 5c) aufgetragen. Im Beispiel von Fig. 5a-c handelt es sich um ein Viellagensystem aus zwei verschiedenen Abschnitten. Auf einem Substrat ist zunächst ein völlig stochastischer Abschnitt des Viellagensystems aufgebracht, der fünfundzwanzig Teilstapel umfasst (mit dem Index„18" bis„42"). Darüber ist ein vergleichsweise„periodischer" Abschnitt angeordnet, der siebzehn Stapel um- fasst und bei dem die Teilstapeldicken D, benachbarter Teilstapel um weniger als 10% schwanken, während das Lagendickenverhältnis Γ bzw. der Anteil an Molybdän am jeweiligen Teilstapel zum Substrat hin tendenziell zunimmt.
Wie aus der Reflektivitätskurve in Fig. 3a ersichtlich, führt die Struktur des Viellagensys- tems gemäß Fig. 5a-c zu einem besonders breitbandigen Reflektivitätsprofil, bei dem die Halbwertsbreite bei etwa 1 .1 nm der Wellenlänge liegt. Zugleich hat das Viellagen- system dieses reflektiven optischen Elementes gemäß Fig. 5a-c den Vorteil, dass ge- mäß Fig. 7 das zugehörige Cu-Ka-Diffraktogramm (z. B. bei einer Wellenlänge von 0.154 nm) ebenfalls noch mehrere hinreichend scharfe Peaks aufweist. Über einen Einfallswinkelbereich von 0° bis 6° finden sich eine Vielzahl von auch stärker ausgeprägten Peaks, von denen im hier dargestellten Beispiel vier, durch eine senkrechte Linie gekennzeichnete Peaks ausgewählt wurden, um mit ihrer Hilfe den lateralen Lagen- dickenverlauf zu kontrollieren bzw. optimieren.
Der Umstand, dass im Ausführungsbeispiel von Fig. 5 in einem ersten Abschnitt des Viellagensystems (im„oberen" Bereich der Schichtfolge) die Teilstapeldicke D noch annähernd konstant ist (etwa bis zum Teilstapel bzw. der Periode mit der Nummer 18), führt dazu, dass - aufgrund eines noch vorhandenen, annähernd periodischen Anteils - im zugehörigen Cu-Ka-Diffraktogramm von Fig. 7 noch diskrete Peaks erkennbar sind (im Gegensatz zu einem„perfekt aperiodischen" Schichtaufbau, wo solche Peaks nicht mehr identifizierbar wären). Von den beiden Peaks im Cu-Ka-Diffraktogramm von Fig. 6 verbleibt bei dem erfindungsgemäßen reflektiven optischen Element gemäß Fig. 7 nur noch jeweils der Peak des oberen Abschnitts des Vielfachschichtsystems mit noch annähernd konstanter Teilstapeldicke, da für das zugehörige reflektive optische Element mit den Schichtdickenverläufen gemäß Fig. 5 der untere Anteil des Schichtstapels vergleichsweise stochastisch aufgebaut ist. In Fig. 3b ist ausgehend von den Werten aus Fig. 3a die Auftragung derart vorgenommen, dass der relative PV-Wert für die unterschiedlichen Reflektivitätskurven ablesbar ist. Dieser relative PV-Wert ist hier definiert als Ρν=(^3Χ ΓΒΐ )Ι^χ _abs , wobei
Rmax rrf den maximalen Reflektivitätswert in diesem Wellenlängenintervall, Rmm rel den minimalen Reflektivitätswert in diesem Wellenlängenintervall und R^ abs den absolut maximalen Reflektivitätswert bezeichnen. Vorzugsweise weist das reflektive optische Element 50 eine Reflektivität R auf, deren Wellenlängenabhängigkeit in einem Wellenlängenintervall von Δλ=0.5ηηΊ einen PV-Wert kleiner als 0.25 besitzt.
Der erfindungsgemäße Aufbau des Viellagensystems ermöglichst es, reflektive optische Elemente bereitzustellen, die zum einen eine hohe Bandbreite der Reflektivität über die Wellenlänge bzw. über den Einfallswinkel erlauben und dennoch hinreichend viele, ausgeprägte Peaks im Diffraktogramm zeigen mit der Folge, dass sich eine Kontrolle und gegebenenfalls Optimierung des lateralen Lagendickenverlaufes über Röntgen- Diffraktometrie durchführen lässt.
Im Weiteren wird unter Bezugnahme auf Fig. 8 ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung erläutert. Diesem Aspekt liegt die weitere Erkenntnis zugrunde, dass die für ein erfindungsgemäßes Viellagensystem ermittelte Reflexionskurve als Abhängigkeit der Reflektivität von der Wellenlänge oder dem Einfallswinkel dann vorteilhaft für eine Optimierung der einzelnen Parameter der Schichtfolge genutzt werden kann, wenn diese Reflexionskurve kein„perfektes Plateau" aufweist, sondern eine Mehrzahl lokaler Extrema (Maxima oder Minima) nach Art einer überlagerten, schwachen Oszillation.
Die hierzu in Fig. 8 lediglich beispielhaft gezeigte Reflexionskurve (in welcher analog zu Fig. 3a die Reflektivität für unpolarisiertes Licht bzw. nach Mittelung über sämtliche Po- larisationszustände aufgetragen ist) weist als Beispiel drei lokale Maxima sowie zwei lokale Minima mit den in Tabelle 1 aufgetragenen Reflektivitätswerten auf.
Tabelle 1 :
Figure imgf000018_0001
Vorteilhaft für eine Auswertung zwecks Optimierung der einzelnen Parameter des Viellagensystems ist nun, wenn in der Reflektivitätskurve nebeneinanderliegende Extrema (d.h. ein Minimum und ein Maximum) sich in der Reflektivität um wenigstens 0.1 %, vorzugsweise um wenigstens 0.5%, jeweils bezogen auf den größeren Wert, voneinander unterscheiden. Im Beispiel von Fig. 8 bzw. Tabelle 1 beträgt z.B. der Unterschied zwischen den lokalen Extrema Nr. 3 und 4 (52,689-51 ,451 )/52, 689 = 2,35%, wodurch eine Charakterisierung bzw. Optimierung der Schichtparameter ermöglicht wird.
Des Weiteren unterscheiden sich in vorteilhafter Weise die betreffenden Reflektivitäts- werte für die vorstehend beschriebenen lokalen Extrema (Maxima sowie Minima) auch nicht zu stark, wodurch der Umstand ausgenutzt werden kann, dass das optische Sys- tem (z.B. die mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage) typischerweise mit einer gewissen spektralen Verteilung und somit unterschiedlichen Wellenlängen betrieben wird und somit auch eine gewisse Mittelung der für unterschiedliche Wellenlängen erhaltenen Intensitäten stattfindet. Mit anderen Worten werden die zur Charakterisierung bzw. Optimierung des Viellagensystems geeigneten, lokalen Extrema (Maxima sowie Minima) in der Reflexionskurve im Betrieb des optischen Systems aufgrund des besagten Mittelungseffektes wieder ausgeglichen, so dass im Ergebnis keine unerwünschte Beeinträchtigung des Abbildungsergebnisses stattfindet.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit um- fasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentan- sprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.

Claims

Patentansprüche
Reflektives optisches Element, mit einem Substrat (52) und einem auf diesem Substrat angeordneten Viellagensystem (51 ),
• wobei das Viellagensystem (51 ) eine Mehrzahl von Teilstapeln aus jeweils einer ersten Lage (54) eines ersten Materials und wenigstens einer zweiten Lage (55) eines zweiten Materials aufweist, wobei sich das erste Material und das zweite Material im Wert des Realteils des Brechungsindex bei einer Arbeitswellenlänge des reflektiven optischen Elements (50) voneinander unterscheiden, wobei jeder dieser Teilstapel (53) eine Teilstapeldicke (D,) und ein Lagendickenverhältnis (Γ,) aufweist, wobei das Lagendickenverhältnis (Γ,) als Quotient der Dicke der jeweiligen ersten Lage (54) und der Teilstapeldicke (D,) definiert ist;
• wobei in einem ersten Abschnitt des Viellagensystems (51 ) für wenigstens eine der beiden Größen Teilstapeldicke (D,) und Lagendickenverhältnis (Γί) die mittlere quadratische Abweichung vom jeweiligen Mittelwert um wenigstens 10% kleiner ist als in einem zweiten Abschnitt des Viellagensystems (51 ); und
• wobei das reflektive optische Element (50) eine Reflektivität R aufweist, deren Wellenlängenabhängigkeit in einem Wellenlängenintervall von Δλ=0.5ηηΊ einen PV-Wert kleiner als 0.25 besitzt, wobei der PV- Wert definiert ist als PV={R^ rel -Rmm rel )IR^ abs , wobei Rmax rrf den maximalen Reflektivitätswert in diesem Wellenlängenintervall Δλ, Rmm den minimalen Reflektivitätswert in diesem Wellenlängenintervall Δλ und R^ abs den absolut maximalen Reflektivitätswert bezeichnen.
Reflektives optisches Element nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Abschnitt des Viellagensystems (51 ) für wenigstens eine der beiden Größen Teilstapeldicke (D) und Lagendickenverhältnis (Γ) die mittlere quadratische Abweichung vom jeweiligen Mittelwert um wenigstens 20%, insbesondere um wenigstens 30%, weiter insbesondere um wenigstens 50%, kleiner ist als in dem zweiten Abschnitt des Viellagensystems (51 ).
Reflektives optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlängenabhängigkeit der Reflektivität R in einem Wellenlängenintervall von Δλ=0.5ηηΊ einen PV-Wert kleiner als 0.20, insbesondere kleiner als 0.18, weiter insbesondere kleiner als 0.15, besitzt.
Reflektives optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt näher am Substrat (52) angeordnet ist als der erste Abschnitt.
Reflektives optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt gemeinsam das gesamte Viellagensystem (51 ) bilden.
Reflektives optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlängenabhängigkeit der Reflektivität R des reflektiven optischen Elements (50) in einem Wellenlängenbereich von Δλ=0.5ηηΊ wenigstens zwei lokale Extrema aufweist, welche sich in der Reflektivität um wenigstens 0.1 %, bezogen auf den größeren Wert, voneinander unterscheiden.
Reflektives optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese lokalen Extrema sich in der Reflektivität um höchstens 5%, bezogen auf den größeren Wert, voneinander unterscheiden.
Reflektives optisches Element, mit einem Substrat (52) und einem auf diesem Substrat angeordneten Viellagensystem (51 ),
• wobei das Viellagensystem (51 ) eine Mehrzahl von Teilstapeln aus jeweils einer ersten Lage (54) eines ersten Materials und wenigstens einer zweiten Lage (55) eines zweiten Materials aufweist, wobei sich das erste Material und das zweite Material im Wert des Realteils des Brechungsindex bei einer Arbeitswellenlänge des reflektiven optischen Elements (50) voneinander unterscheiden;
• wobei das reflektive optische Element (50) eine Reflektivität R aufweist, deren Wellenlängenabhängigkeit in einem Wellenlängenintervall von Δλ=0.5ηηΊ einen PV-Wert kleiner als 0.25 besitzt, wobei der PV- Wert definiert ist als PV={R^ rel -Rmm rel )IR^ abs , wobei Rmax rrf den maximalen Reflektivitätswert in diesem Wellenlängenintervall Δλ, Rmm den minimalen Reflektivitätswert in diesem Wellenlängenintervall Δλ und R^ abs den absolut maximalen Reflektivitätswert bezeichnen; und
• wobei die Wellenlängenabhängigkeit der Reflektivität R des reflektiven optischen Elements (50) in einem Wellenlängenbereich von Δλ=0.5ηηΊ wenigstens zwei lokale Extrema aufweist, welche sich in der Reflektivität um wenigstens 0.1 % und um höchstens 5%, jeweils bezogen auf den größeren Wert, voneinander unterscheiden.
Reflektives optisches Element nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese beiden lokalen Extrema sich in der Reflektivität um wenigstens 0.5%, bezogen auf den größeren Wert, voneinander unterscheiden.
Reflektives optisches Element nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese lokalen Extrema sich in der Reflektivität um höchstens 2.5%, weiter insbesondere um höchstens 1 %, jeweils bezogen auf den größeren Wert, voneinander unterscheiden.
Reflektives optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material aus der Gruppe ausgewählt ist, welche Molybdän (Mo), Ruthenium (Ru) und Rhodium (Rh) enthält.
12. Reflektives optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material Silizium (Si) ist.
13. Reflektives optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30nm, insbesondere weniger als 15nm, ausgelegt ist.
14. Optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein reflektives optisches Element gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
15. Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein optisches System gemäß Anspruch 14 aufweist.
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