DE10155711A1

DE10155711A1 - Spiegel für den EUV-Spektralbereich

Info

Publication number: DE10155711A1
Application number: DE10155711A
Authority: DE
Inventors: Torsten Feigl; Norbert Kaiser; Thomas Kuhlmann; Sergey Yulin
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2003-05-22
Anticipated expiration: 2021-11-10
Also published as: DE10155711B4

Abstract

Es wird ein Multilayer-Spiegel mit einer auf ein Substrat aufgebrachten Schichtanordnung, die eine Abfolge von Einzelschichten aufweist, vorgeschlagen. Die Schichtanordnung umfaßt eine Mehrzahl von Schichtteilsystemen, die jeweils eine periodische Abfolge von mindestens zwei eine Periode bildenden Einzelschichten unterschiedlicher Materialien aufweisen. Die Anzahl der Perioden und die Dicke der Perioden der einzelnen Teilsysteme nimmt von dem Substrat zur Oberfläche hin ab.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiegel für den EUV- Spektralbereich nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Das Hauptanwendungsfeld von Spiegeln im EUV-Spektralbereich (Extrem UV) um 13 nm mit einem Mehrschichtaufbau ist derzeit die Entwicklung der nächsten Generation von Lithografiesystemen für die Halbleiterindustrie. Der Schwerpunkt der Forschung zur Herstellung von Multilayer (Mehrschicht)-Spiegeln war in den vergangenen Jahren die Erzielung einer möglichst großen Reflektivität R der Spiegel, da die geplanten Abbildungssysteme aus bis zu 9 Spiegeln bestehen sollen und die Reflektivität des Gesamtsystems daher zur Größe R⁹ proportional ist.
Neue Anwendung von EUV-Strahlung im Bereich der Materialforschung, der Röntgen-Astronomie, der Forschung mit Synchrotronstrahlung oder die Entwicklung von Röntgenmikroskopen stellen weitere Anforderung an die Multilayer-Spiegel. Insbesondere der Einsatz von Plasma-Quellen wird Anwendungen von EUV-Strahlung im Labor ermöglichen, die bisher nur mit Synchrotronstrahlung zugänglich waren.
Zur optimalen Nutzen dieser Plasma-Quellen sind Spiegel geeignet, die sowohl im Winkel- als auch im Wellenlängenbereich breitbandig reflektieren, da diese Quellen räumlich homogen und über einen breiten Wellenlängenbereich emittieren. Die volle Halbwertsbreite der Reflexion eines für maximale Reflektivität bei 13 nm optimierten Mo/Si Multilayer-Spiegels beträgt allerdings nur 0,5 nm und im Winkelbereich bei Einfallswinkeln über 10° tritt ein steiler Einbruch der Reflektivität auf.

Zur Erzielung einer breitbandigeren Reflexion als mit herkömmlichen Multilayer-Spiegeln sind in der Literatur (Z. Wang, A. G. Michette, J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2 (2000), Seiten 452-457 und A. G. Michette, Z. Wang, Optics Communications 177 (2000), Seiten 47-55) Schichtdesigns bekannt, die aus einer mit einem Simulationsprogramm optimierten stochastischen Abfolge von Einzelschichten bestehen. Im harten Röntgenbereich sind Schichtdesigns für Breitbandspiegel bekannt, bei denen die Periode des Multilayers von Schicht zu Schicht nach einer dafür optimierten Funktion variiert wird (V. V. Protopov, V. A. Kalnov, Optics Communications 158 (1998), Seiten 127-140).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spiegel im EUV-Spektralbereich mit einer auf ein Substrat aufgebrachten Schichtanordnung zu schaffen, der eine hohe Reflektivität über einen Winkelbereich und/oder über einen relativ großen Wellenlängenbereich aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.

Dadurch, daß die Schichtanordnung des Spiegels eine Mehrzahl von Schichtteilsystemen umfaßt, die jeweils eine periodische Abfolge von mindestens zwei eine Periode bildenden Einzelschichten unterschiedlicher Materialien aufweisen, wobei die Anzahl der Perioden und die Dicke der Perioden der einzelnen Teilsysteme von dem Substrat zur Oberfläche hin abnehmen, werden einerseits die Peakwellenlängen des Reflexionsmaximums des jeweiligen Teilsystems vom Substrat zur Oberfläche hin zu kürzeren Wellenlängen verschoben, wodurch die Überlagerung der Reflexion der Teilsysteme einen breiten Reflexionspeak des Gesamtsystems erzeugt, und andererseits können alle Teilsysteme in etwa gleich zur Reflektivität des Gesamtsystems beitragen. Es läßt sich eine nahezu konstante Reflektivität über einen großen Wellenlängen- bzw. Winkelbereich erreichen.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich. Besonders vorteilhaft ist, wenn drei Teilsysteme mit einer periodischen Abfolge von zwei Schichten als Periode gewählt werden, da dann nur drei Sätze von Prozeßparametern benötigt und optimiert werden müssen, die zu einer einfacheren Herstellung des Spiegels führen.

Wenn die Dicke einer Einzelschicht der Periode für alle Teilsysteme gleich gewählt wird, wird die Herstellung weiterhin vereinfacht, da nur die Beschichtungsparameter nur einer der Einzelschichten zur exakten Einstellung der Periodendicken variiert werden müssen, was zu einer zusätzlichen Vereinfachung der Optimierung führt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Schichtaufbau des erfindungsgemäßen Spiegels,
Fig. 2 eine CuK_α-Röntgenreflexionskurve des Schichtaufbaus des erfindungsgemäßen Spiegels in Abhängigkeit vom Einfallswinkel,
Fig. 3 die an einem Reflektometer gemessene Reflektivität in Abhängigkeit vom Einfallswinkel des erfindungsgemäßen Spiegels, und
Fig. 4 die an einem Reflektometer gemessene Reflektivität in Abhängigkeit von der Wellenlänge des erfindungsgemäßen Spiegels.
In Fig. 1 ist der Schichtaufbau eines EUV-Breitbandspiegels dargestellt, der aus drei Multilayerteilsystemen 1, 2, 3 besteht, die übereinander angeordnet sind. Jedes Teilsystem 1, 2, 3 weist eine Abfolge von Perioden 4 auf, wobei im Ausführungsbeispiel eine Periode 4 aus zwei übereinander angeordneten Einzelschichten unterschiedlichen Materials 5, 6 besteht. Die Teilsysteme 1, 2, 3 sind auf einem Substrat 7 stapelweise angeordnet, wobei vorzugsweise die oberste Schicht 6 des Teilsystems 3 mit einer Deckschicht 8 abgedeckt ist, die beispielsweise aus Silizium besteht.
Jede Periode 4 eines Teilsystems 1, 2, 3 hat eine bestimmte Dicke d_i, die sich aus der Dicke der Einzelschichten 5, 6 mit den Materialien A und B zusammensetzt zu d_i = d_A,i+ d_B,i. Weiterhin weist jedes Teilsystem 1, 2, 3 eine Mehrzahl von Perioden 4 auf, wobei die Anzahl der Perioden 4 der einzelnen Teilsysteme 1, 2, 3 mit N₁, N₂, N₃ bezeichnet ist. Dabei verringert sich die Anzahl N der Perioden 4 der einzelnen Teilsysteme 1, 2, 3 von der Seite des Substrats 7 zur Oberfläche des Spiegels bzw. zur Deckschicht 8 hin, d. h. N₁> N₂> N₃. Die Dicke der Perioden 4 der einzelnen Teilsysteme 1, 2, 3 verringern sich ebenfalls von der Seite des Substrats 7 zur Oberfläche des Spiegels bzw. zur Deckschicht 8 hin, d. h. d₁ > d₂ > d₃. Diese periodische Abfolge mit abnehmender Anzahl an Perioden und abnehmender Dicke der Perioden vom Substrat 7 zur Deckschicht 8 ist ein wesentlichen Merkmal der Erfindung.
Die Verringerung der Dicke der Perioden 4 der Teilsysteme 1, 2, 3 bewirkt eine Verschiebung der Peakwellenlänge des Reflexionsmaximums des Teilsystems zu kürzeren Wellenlängen hin. Die Überlagerung der Reflexion aller drei Teilsysteme erzeugt dadurch einen breiten Reflexionspeak des Gesamtsystems. Durch die gleichzeitige Verringerung der Anzahl der Perioden 4 der Teilsysteme 1, 2, 3 läßt sich bei einer geeigneten Wahl von N₁, N₂ und N₃, die von der Absorbtion der Materialien abhängt, erreichen, daß alle Teilsysteme in etwa gleich zur Reflektivität des Gesamtsystems beitragen. Damit wird der Effekt ausgeglichen, daß die unteren Schichten eines Multilayer-Spiegels aufgrund der Absorption in den oberen Schichten weniger zur Reflektivität des Gesamtsystems beitragen als die oberen Schichten. So läßt sich eine nahezu konstante Reflektivität über einen größeren Wellenlängen- bzw. Winkelbereich erreichen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind nur drei Teilsysteme mit jeweils Perioden von zwei Einzelschichten des Materials A und B. Es ist durchaus möglich, daß mehrere Teilsysteme und/oder mehrere Einzelschichten vorgesehen werden, unter anderem kann eine Zwischenschicht zwischen den Schichten 5 und 6 vorgesehen sein, die eine Interdiffusion verhindert. Das dargestellte Ausführungsbeispiel mit den drei Teilsystemen 1, 2, 3 mit der periodischen Abfolge von Einzelschichten, d. h. mit einer Periode von zwei Einzelschichten hat aber den Vorteil, daß der Spiegel sehr viel leichter herstellbar ist, da nur drei Sätze von Prozeßparameter benötigt und optimiert werden müssen. Eine weitere Vereinfachung der Optimierung ist dann gegeben, wenn die Dicke einer Einzelschicht 5 oder 6 einer Periode 4 für alle Teilsysteme 1, 2, 3 konstant ist.

Beispiel

Mit dem zuvor beschriebenen Schichtaufbau wurde ein Breitbandspiegel der Materialkombination Molybdän/Silizium (Mo/Si) für einen Einfallswinkelbereich von 0°-20° realisiert. Das Schichtsystem, wie oben beschrieben, aus drei Teilsystemen, wobei das erste Teilsystem 1 dreißig Perioden mit einer 3,8 nm Einzelschicht aus Silizium und einer 3,42 nm Einzelschicht aus Molybdän aufweist und auf das als Silizium-Wafer ausgebildete Substrat 7 aufgebracht ist. Das zweite Teilsystem 2 besteht aus fünfzehn Perioden 4, wobei jede Periode eine 3,8 nm Siliziumschicht und eine 3,1 nm Molybdänschicht umfaßt. Das dritte Teilsystem 3 weist fünf Perioden mit einer jeweils einer 3,8 nm Siliziumschicht und einer 2,3 nm Molybdänschicht auf. Auch das dritte Teilsystem ist eine Siliziumdeckschicht 8 mit einer Dicke von 3,8 nm aufgebracht.
Wie schon oben beschrieben, wurden in diesem Beispiel die Dicken der Siliziumschichten in den drei Teilsystemen 1, 2, 3 gleich gewählt, was zu der zusätzlichen Vereinfachung der Optimierung führt, da nur noch die Beschichtungsparameter der Molybdänschicht zur exakten Einstellung der Dicken der Perioden variiert werden müssen. Der beschriebene Schichtaufbau wurde mit DC-Magnetronsputtern hergestellt. Für Messungen zur Optimierung der Periode des Multilayer-Spiegels wird in der Regel die Methode der Röntgenreflexion unter streifendem Einfall verwendet. Die drei verschiedenen Perioden 4 der Teilsysteme 1, 2, 3 sind aus einer Messung der Cu K_α-Reflexion eindeutig bestimmbar und damit die Parameter des Beschichtungsprozesses sehr leicht optimierbar. Eine solche Röntgenreflexionskurve ist in Fig. 2 dargestellt, wobei aus der Kurve eine Mehrzahl von Peaks zu erkennen ist, die eindeutig den drei Teilsystemen 1, 2, 3 zugeordnet werden können. Dies ist durch die Zahlen an den Peaks der Reflexionskurve über dem Einfallswinkel angedeutet. Aus den Positionen der Peaks, d. h. aus ihren Abständen zueinander kann die Dicke der Perioden der Teilsysteme bestimmt werden. Abweichungen zum Schichtdesign sind somit leicht feststellbar und durch eine Anpassung der Beschichtungsparameter korrigierbar. In den Fig. 3 und 4 ist die gemessene Reflektivität des beschriebenen Breitbandspiegels in Abhängigkeit vom Einfallswinkel und von der Wellenlänge dargestellt. Die Messung wurde am Reflektometer der PTB am Synchrotron Bessy II in Berlin durchgeführt. Wie erkennbar, wurde eine Reflektivität R > 30% über den Winkelbereich von 0° bis 20° Einfallswinkel bei einer Wellenlänge λ = 13 nm erreicht. Die volle Halbwertsbreite der wellenlängenabhängigen Reflexion beträgt mehr als 1 nm und wurde somit gegenüber einem herkömmlichen Multilayer-Spiegel verdoppelt.

Claims

1. Spiegel für den EUV-Spektralbereich mit einer auf ein Substrat aufgebrachten Schichtanordnung, die eine Abfolge von Einzelschichten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtanordnung eine Mehrzahl von Schichtteilsystemen (1, 2, 3) umfaßt, die jeweils eine periodische Abfolge von mindestens zwei eine Periode (4) bildenden Einzelschichten unterschiedlicher Materialien aufweisen, wobei die Anzahl (N_i) der Perioden (4) und die Dicke (d_i) der Perioden (4) der einzelnen Teilsysteme (1, 2, 3) von dem Substrat (7) zur Oberfläche (8) hin abnehmen.

2. Spiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Teilsysteme (1, 2, 3) mit Perioden (4) aus zwei Einzelschichten (5, 6) unterschiedlicher Materialien auf dem Substrat (7) angeordnet sind.

3. Spiegel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl (N_i) der Perioden (4) jedes Teilsystems (1, 2, 3) so gewählt wird, daß alle Teilsysteme etwa gleich zur Reflektivität des Spiegels beitragen.

4. Spiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche des entfernt zum Substrat (7) liegenden Teilsystems (3) eine Deckschicht (8) vorgesehen ist.

5. Spiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien der die Periode (4) bildenden mindestens zwei Einzelschichten Molybdän und Silizium sind.

6. Spiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke einer der mindestens zwei die Periode (4) bildenden Einzelschichten (5, 6) der einzelnen Teilsysteme (1, 2, 3) konstant ist und die andere von dem Substrat (7) zur Oberfläche oder gegebenenfalls Deckschicht (8) abnimmt.

7. Spiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektivität R bei einem Einfallswinkelbereich zwischen 0° und 20° bei einer Wellenlänge von 13 nm größer als 30% beträgt.