DE10011548C2 - Verfahren zur Herstellung eines thermisch stabilen Schichtsystems zur Reflexion von Strahlung im extremen ultravioletten Spektralbereich (EUV) - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Optische Bauelemente für die Reflexion von Strahlung im extrem ultravioletten Spektralbereich (EUV: 10 nm . . . 100 nm) können durch Dünnschichtsysteme reali­ siert werden, die im allgemeinen aus etwa 40-60 auf einem Substrat übereinanderliegenden Dünnschichtpaa­ ren bestehen. Eine geringere Anzahl von Paaren führt zu einem niedrigeren Reflexionswert, während eine hö­ here Anzahl aufgrund der Absorption der Strahlung keine weitere Steigerung des Reflexionswertes ergibt. Ein beispielhafter Wert für die Dicke eines Schicht­ paares liegt bei 6,8 nm.

Die Schichtsysteme werden hauptsächlich durch PVD- Verfahren hergestellt, wobei sowohl Sputter-, Elek­ tronenstrahl-Verdampfungs- als auch Laser-Ablations- Verfahren eingesetzt werden können. CVD-Verfahren wurden ebenfalls erfolgreich zur Herstellung derarti­ ger Schichtsysteme angewendet.

Ein Dünnschichtpaar besteht im allgemeinen aus zwei Materialien mit unterschiedlichen optischen Konstan­ ten, wobei das eine Material eine möglichst geringe Absorption ("Spacer"), das andere Material dagegen eine große Absorption ("Absorber") aufweisen sollten. Die Auswahl der Dünnschichtmaterialien ist vor allem von der Arbeitswellenlänge des zu realisierenden op­ tischen Bauelementes abhängig (E. Spiller: Low-loss reflection coatings using absorbing materials, Appl. Phys. Lett., 20, S. 365-367, 1972). So sind auf Sili­ zium basierende Dünnschichtsysteme für einen Wellen­ längenbereich jenseits der Si-L-Absorptionskante von 12,4 nm bis ca. 35 nm anwendbar. Für diesen Wellen­ längenbereich hat sich weiterhin seit über 10 Jahren Molybdän als "Absorber" etabliert, so daß weltweit derzeit fast ausschließlich Mo/Si-Schichtsysteme in diesem Spektralbereich zur Anwendung gelangen (Spil­ ler, SoftX-Ray Optics, SPIE Optical Engenieering Press, Bellingham, 1994).

Eine wichtige Charakteristik von im allgemeinen als Spiegel verwendeten Schichtsystemen für den EUV- Spektralbereich ist die maximale Reflexion. Der welt­ weit höchst gemessene Reflexionswert liegt derzeit bei Mo/Si = 68,7% bei 13,4 nm. (C. Montcalm, J. A. Folta, S. P. Vernon: Pathways to high reflectance Mo/Si multilayer coatings for extreme-untraviolet li­ thography, 4. International Conference on The Physics of X-Ray Multilayer Structures, 1.-5. März 1998, Breckenridge, Colorado, USA).

Dies entspricht etwa 90% der theoretisch erreichba­ ren Reflexion Rtheor, die in Abhängigkeit von dem zu­ grundeliegenden Modell 76,7% bei 13,4 nm, beträgt.

Für viele Anwendungen von EUV-Spiegeln ist neben der Reflexion auch eine möglichst hohe Stabilität der Schichtsysteme gegenüber thermischer Belastung erfor­ derlich. Da Mo/Si-Schichtsysteme oberhalb einer Tem­ peratur von ca. 300°C aufgrund von Interdiffusions- und Kristallisationseffekten an den Molybdän-Silizi­ um-Schichtgrenzflächen degradiert werden, wie es bspw. in der US 5 319 695 beschrieben wird, sind Systeme dieser Materialpaarung nur bis zu einer maxi­ malen Arbeitstemperatur von 300°C einsetzbar. Bei ho­ hen Photonenenergien oder durch äußere thermische Be­ lastung werden die Schichtsysteme in der Praxis je­ doch sehr oft höheren Temperaturen ausgesetzt. Beson­ ders gilt dies beispielsweise für Kollektorspiegel in unmittelbarer Nähe der EUV-Strahlungsquelle. Es wur­ den bisher zwei Wege verfolgt, Mo/Si-Schichtsysteme auch bei Temperaturen oberhalb 300°C anzuwen­ den, nämlich:

• 1. intensive Substratkühlung und
• 2. Nutzung von ultradünnen Kohlenstoff-Barriereschichten zwischen Molybdän und Silizium zur Vermeidung von Interdiffusions- und Kristalli­ sationseffekten an der Molybdän-Silizium-Grenz­ fläche (H. Takenaka, T. Kawumara: Thermal sta­ bility of Soft X-Ray Mirrors, J. of Electr. Spectr. and Relat. Phen., 80, S. 381-384, 1996)

Während eine Substratkühlung einen erhöhten apparati­ ven Gesamtaufwand erfordert, weisen Mo/Si-Schicht­ systeme mit ultradünnen Kohlenstoff-Barriereschichten eine um ca. 5% verringerte theoretisch erreichbare maximale Reflexion im Vergleich zu reinen Mo/Si- Schichtsystemen auf.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines thermisch stabilen Schichtsystems zur Reflexion von Strahlung im extremen ultravioletten Spektralbe­ reich anzugeben, bei dem der Reflexionswert des Schichtsystems möglichst hoch ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Un­ teransprüchen.

Dadurch, daß eine Barriereschicht aus MolybdänSilizid (MoSi₂) aufgebracht wird, wird ein Schichtsystem erhalten, dessen Degradation infolge thermischer Belastung erst bei einer Temperatur oberhalb 500°C beginnt, wobei die durch die MoSi₂-Barriereschicht bedingte Herab­ setzung des theoretisch erreichbaren Reflexionswertes bei einer Dicke der Barriereschicht von 0,7 nm nur etwa 2,5% beträgt.

Zur Herstellung von MoSi₂/Si/MoSi₂-Schichtsystemen werden vorteilhaft PVD-Verfahren angewendet, wobei jeweils zwischen Molybdän und Silizium eine etwa 0,7 nm dicke MoSi₂-Barriereschicht abgeschieden wird. Die Gesamtdicke einer Molybdän- und einer Siliziumschicht beträgt vorzugsweise etwa 6,8 nm. Jedoch sind die Dicke der Einzelschichten sowie das Design des herzu­ stellenden Mo/MoSi₂/Si/MoSi₂-Schichtsystems abhängig von den Anforderungen, die die jeweils bestimmungsge­ mäße Anwendung an das Schichtsystem stellt. Die Tech­ nologie zur Herstellung der Mo/MoSi₂/Si/MoSi₂- Schichtsysteme wird vom Beschichtungsprozeß bestimmt.

Zur Beurteilung der thermischen Stabilität eines Mo/MoSi₂/Si/MoSi₂-Schichtsystems wurden mehrere Mo/MoSi₂/Si/MoSi₂-Spiegel für eine Arbeitswellenlänge von 13,3 nm realisiert. Die Herstellung dieser Spie­ gel erfolgte mit der DC-Magnetron-Sputter-Technolo­ gie.

Der Beschichtungsprozeß war durch folgende Parameter charakterisiert:

• - Anzahl der Mo/MoSi₂/Si/MoSi₂-Schichten: 50
• - Substrat: Si-(111)-Wafer
• - Arbeitsgas: Argon
• - Arbeitsdruck: 0,266 Pa
• - Sputterleistung Molybdän: 150 W
• - Sputterleistung Silizium: 200 W
• - Sputterleistung Molybdän­ silicid: 200 W
• - Sputterrate Molybdän: 0,55 nm/s
• - Sputterrate Silizium: 0,50 nm/s
• - Sputterrate Molybdänsilicid: 0,6 nm/s
• - Substratvorspannung: 100 V

Die bei diesem Schichtsystem maximal gemessene Refle­ xion betrug R = 59,4%. Die so hergestellten Mo/MoSi₂/Si/MoSi₂-Spiegel wurden nach dem Beschich­ tungsprozeß unter Vakuumbedingungen schrittweise bis zu einer Temperatur von 700°C erhitzt. In Auswertung dieser Versuche ergab sich eine thermische Stabilität des /MoSi₂/Si/MoSi₂-Schichtsystems bis zu einer Tem­ peratur von 500°C.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung eines thermisch stabilen Schichtsystems zur Reflexion von Strahlung im extremen ultravioletten Spektralbereich, bei dem durch aufeinanderfolgende Beschichtungsschritte

• - eine Vielzahl von Dünnschichtpaaren, die jeweils aus einer Molybdän- und einer Siliziumschicht gebildet werden, übereinander auf ein Substrat aufgebracht werden und
• - jeweils zwischen den benachbarten Schichten aus den beiden genannten Materialien eine Schicht aus Molybdänsilizid MoSi₂ aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem 40 bis 60 Dünnschichtpaare aus jeweils einer Molybdän- und einer Siliziumschicht aufgebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die einzelnen Dünnschichtpaare jeweils in einer Gesamtdicke von etwa 6,8 nm aufgebracht werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, bei dem die Schicht aus Molybdänsilizid in einer Dicke von etwa 0,7 nm aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schichten durch PVD-Verfahren aufgebracht werden.