DE102021202483A1

DE102021202483A1 - Verfahren zur Herstellung eines reflektiven optischen Elements für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich sowie reflektives optisches Element

Info

Publication number: DE102021202483A1
Application number: DE102021202483.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schicketanz
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2021-03-15
Filing date: 2021-03-15
Publication date: 2022-09-15
Also published as: KR20230154997A; EP4308981A1; WO2022194647A1; US20230417961A1; TW202239019A; CN116981966A

Abstract

Zur Herstellung eines reflektiven optischen Elements für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit einem Viellagensystem auf einem Substrat, wobei das Viellagensystem Lagen aus mindestens zwei verschiedenen Materialien mit unterschiedlichem Realteil des Brechungsindex bei einer Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich aufweist, die abwechselnd angeordnet sind, wobei eine Lage eines der mindestens zwei Materialien mit der oder den zwischen ihr und der in zunehmender Entfernung vom Substrat nächstgelegenen Lagen gleichen Materials angeordneten Lage oder Lagen einen Stapel bildet, wird vorgeschlagen, dass mindestens eine Lage während oder nach ihrer Abscheidung geglättet wird, so dass bei dem resultierenden reflektiven optischen Element die Rauheit über alle Lagen weniger stark ansteigt als bei einem entsprechenden reflektiven optischen Element aus ungeglätteten Lagen, und mehr als 50 Stapel aufgebracht werden. Besonders bevorzugt werden die Lagendicken derart gewählt, dass bei mindestens einem Stapel die Dicke der Lage eines der mindestens zwei Materialien um mehr als 10% von der Dicke der Lagen dieses Materials in dem oder den angrenzenden Stapeln abweicht. Auf diese Weise hergestellte reflektive optische Elemente weisen eine erhöhte Reflektivität auf.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines reflektiven optischen Elements für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit einem Viellagensystem auf einem Substrat, wobei das Viellagensystem Lagen aus mindestens zwei verschiedenen Materialien mit unterschiedlichem Realteil des Brechungsindex bei einer Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich aufweist, die abwechselnd angeordnet sind, wobei eine Lage eines der mindestens zwei Materialien mit der oder den zwischen ihr und der in zunehmender Entfernung vom Substrat nächstgelegenen Lage gleichen Materials angeordneten Lage oder Lagen einen Stapel bildet, sowie auf ein durch dieses Verfahren hergestelltes reflektives optisches 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, müssen diese eine möglichst hohe Reflektivität aufweisen, um eine hinreichend hohe Gesamtreflektivität sicherzustellen.
Aus A.Kloidt et al., „Smoothing of interfaces in ultrahin Mo/Si multilayers by ion bombardment“, Thin Solid Films, 228 (1993) 154-157 ist bekannt, dass das ionengestützte Polieren von Lagen eines periodischen Viellagensystems im weichen Röntgenwellenlängenbereich, d.h. zwischen 0,1 nm bis 5 nm, nach ihrem jeweiligen Aufbringen zu einer Reflektivitätserhöhung führen kann. Dazu wurden Viellagensysteme aus Molybdän und Silizium aus 22 Perioden einer Dicke von 2,6 nm untersucht.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein reflektives optisches Element mit guter Reflektivität zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines reflektiven optischen Elements für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit einem Viellagensystem auf einem Substrat, wobei das Viellagensystem Lagen aus mindestens zwei verschiedenen Materialien mit unterschiedlichem Realteil des Brechungsindex bei einer Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich aufweist, die abwechselnd angeordnet sind, wobei eine Lage eines der mindestens zwei Materialien mit der oder den zwischen ihr und der in zunehmender Entfernung vom Substrat nächstgelegenen Lage gleichen Materials angeordneten Lage oder Lagen einen Stapel bildet, wobei mindestens eine Lage während oder nach ihrer Abscheidung geglättet wird, so dass bei dem resultierenden reflektiven optischen Element die Rauheit über alle Lagen weniger stark ansteigt als bei einem entsprechenden reflektiven optischen Element aus ungeglätteten Lagen, und mehr als 50 Stapel aufgebracht werden.
Es hat sich herausgestellt, dass durch die Glättung mindestens einer Lage und dem Vorsehen von mehr als 50 Stapeln eine Reflektivitätserhöhung gegenüber einem entsprechenden reflektiven optischen Element aus ungeglätteten Lagen mit bis zu 50 Stapeln eine Reflektivitätssteigerung erreicht werden kann. Die einzelnen Lagen können durch physikalische, chemische oder physikalisch-chemische Abscheidung aufgebracht werden.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen werden die Lagendicken derart gewählt, dass bei mindestens einem Stapel die Dicke mindestens einer Lage eines der mindestens zwei Materialien um mehr als 10% von der Dicke der Lage dieses Materials in dem oder den angrenzenden Stapeln abweicht. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass die erzielbare Reflektivitätssteigerung gegenüber reflektiven optischen Elementen mit entsprechenden Viellagensystemen aus rauen Lagen um ungefähr eine Größenordnung höher liegen kann als bei reflektiven optischen Element aus Lagen, deren Dicken von Stapel zu Stapel über das gesamte Viellagensystem im Rahmen der Fertigungstoleranze konstant sind.
Vorteilhafterweise wird in jedem Stapel mindestens eine Lage geglättet, um eine erhöhte Reflektivitätsteigerung zu erhalten. Bevorzugt wird sogar jede einzelne Lage geglättet, um in Verbindung mit einer Stapelanzahl von mehr als 50 Stapeln eine besonders hohe Reflektivitätssteigerung erhalten zu können.
Es hat sich im Hinblick auf eine gute Reflektivtätssteigerung im Vergleich mit reflektiven optischen reflektiven optischen Element aus ungeglätteten Lagen mit bis zu 50 Stapeln von Vorteil erwiesen, wenn 55 bis 70 Stapel, bevorzugt 60 bis 70 Stapel aufgebracht werden.
Vorteilhafterweise wird zum Glätten mindestens einer Lage eine ionengestützte Glättung, eine reaktive ionengestützte Glättung, eine plasmagestützte Glättung, eine reaktive plasmagestützte Glättung, eine Bias-Plasma-gestützte Glättung, eine Glättung mittels Magnetronzerstäubung mit gepulstem Gleichstrom oder eine Atomlagenglättung durchgeführt. Die Glättung kann sowohl vor als auch während als auch nach dem Abscheiden der mindestens einen Lage durchgeführt werden. Unabhängig davon, zu welchem Zeitpunkt die Glättung durchgeführt wird, sind beliebige Verfahren einsetzbar wie u.a. beispielsweise ionengestützte Glättung (s.a. US 6,441,963 B2 ; A. Kloidt et al. (1993), „Smoothing of interfaces in ultrathin Mo/Si multilayers by ion bombardment“, Thin Solid Films 228 (1-2), 154 bis157; E. Chason et al. (1993), „Kinetics of Surface Roughening and Smoothing During Ion Sputtering“, MRS Proceedings, 317, 91), plasmagestützte Glättung (s.a. DE 10 2015 119 325 A1 ), reaktive ionengestützte Glättung (s.a. Ping, Study of chemically assisted ion beam etching of GaN using HCl gas, Appl. Phys. Lett. 67 (9) 1995 1250), reaktive plasmagestützte Glättung (s.a. US 6,858,537 B2 ), Plasmaimmersionsglättung (s.a. US 9,190,239 B2 ), Bias-Plasmagestützte Glättung (s.a. S. Gerke et al. (2015), „Bias-plasma Assisted RF Magnetron Sputter Deposition of Hydrogen-Iess Amorphous Silicon“, Energy Procedia 84, 105 bis 109), Glättung mittels Magnetronzerstäubung mit gepulstem Gleichstrom (s.a. Y. Pei (2009), „Growth of nanocomposite films: From dynamic roughening to dynamic smoothening“, Acta Materialia, 57, 5156-5164), Atomlagenglättung (s.a. US 8,846146 B2 ; Keren J. Kanarik, Samantha Tan, and Richard A. Gottscho, Atomic Layer Etching: Rethinking the Art of Etch, The Journal of Physical Chemistry Letters 2018 9 (16), 4814-4821, DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b00997).
In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein reflektives optisches Element, hergestellt nach einem Verfahren wie zuvor beschrieben.
Es hat sich herausgestellt, dass ein derart hergestelltes reflektives optisches Element für den EUV-Wellenlängenbereich gegenüber einem entsprechenden reflektiven optischen Element aus ungeglätteten Lagen mit bis zu 50 Stapeln eine höhere Reflektivität aufweisen kann.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen weist das reflektive optische Element bei mindestens einem Stapel mindestens eine Lage eines der mindestens zwei Materialien auf, deren Dicke um mehr als 10% von der Dicke der Lage dieses Materials in dem oder den angrenzenden Stapeln abweicht. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass die erzielbare Reflektivitätssteigerung verglichen mit entsprechenden reflektiven optischen Element aus Lagen, deren Dicken von Stapel zu Stapel über das gesamte Viellagensystem im Rahmen der Fertigungstoleranzen konstant sind, gegenüber reflektiven optischen Elementen mit entsprechenden Viellagensystemen aus rauen Lagen um ungefähr eine Größenordnung höher liegen kann.
Vorteilhafterweise weist das reflektive optische Element zwei Stapel auf, bei denen die Dicke der Lage eines der mindestens zwei Materialien um mehr als 10% von der Dicke der Lage dieses Materials in den jeweils angrenzenden Stapeln abweicht. Die hat den Vorteil, bei guter mittlerer Reflektivität mit nur geringen Änderungen der Beschichtungsparameter während des Beschichtungsvorgangs herstellbar zu sein.
Bevorzugt weisen mindestens die Hälfte aller Stapel des reflektiven optischen Elements mindestens eine Dicke einer Lage eines der mindestens zwei Materialien auf, die von der Dicke der Lage des entsprechenden Materials in dem oder den jeweils angrenzenden Stapel um mehr als 10% abweicht. Somit lassen sich möglichst flexibel reflektive optische Elemente für die verschiedensten Anforderungen, insbesondere optischer Art bereitstellen.
Vorteilhafterweise weisen die Lagen des Viellagensystems des reflektiven optischen Elements eine konstante oder in vom Substrat abgewandter Richtung eine abnehmende Rauheit auf. Damit können besonders gute Reflektivitätssteigerungen gegenüber reflektiven optischen Elementen mit Viellagensystemen aus ungeglätteten Lagen und mit Stapelanzahlen bis 50 erreichen. Alternativ weisen die Lagen des Viellagensystems des reflektiven optischen Systems in vom Substrat abgewandter Richtung eine ansteigende Rauheit auf, wobei der Anstieg der Rauheit geringer ist als bei einem entsprechenden reflektiven optischen Element aus ungeglätteten Lagen. Dies erlaubt, die Anforderungen an das Glätten einzelner Lagen etwas zu reduzieren und den Aufwand für den Beschichtungsprozess dadurch reduzieren zu können und trotzdem eine Reflektivitätssteigerung feststellen zu können. Der Anstieg kann u.a. linear, quadratisch oder exponentiell sein.
In bevorzugten Ausführungsformen weist das reflektive optische Element eine Rauheit von nicht mehr als 0,2 nm auf. Bei Rauheiten von 0,2 nm oder darunter kann das reflektive optische Element eine signifikante Reflektivitätssteigerung gegenüber reflektiven optischen Elementen mit höherer Rauheit und einer Stapelanzahl von 50 und weniger aufweisen.
Besonders bevorzugt für insbesondere den Einsatz in der EUV-Lithographie oder in Wafer- oder Maskeninspektionssystemen weist das reflektive optische Element als mindestens zwei Materialien unterschiedlichen Realteils des Brechungsindex bei einer Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich Molybdän und Silizium auf.
Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Dazu zeigen

1 eine schematisch Darstellung einer ersten Ausführungsform eines reflektiven optischen Elements;
2 die Rauheit in Abhängigkeit der Lagennummer für eine erste Vergleichsform und eine zweiten Ausführungsform eines reflektiven optischen Elements;
3 die Lagendicken von Varianten der ersten Vergleichsform und die zweite Ausführungsform eines reflektiven optischen Elements in Abhängigkeit der Anzahl der Bilagen;
4 die Reflektivität von Varianten der ersten Vergleichsform und der zweiten Ausführungsform eines reflektiven optischen Elements in Abhängigkeit der Anzahl der Bilagen;
5 die relative Reflektivitätsänderung normiert auf die jeweilige Variante der ersten Vergleichsform und der zweiten Ausführungsform mit 50 Bilagen;
6 die Rauheit in Abhängigkeit der Lagennummer für eine zweite Vergleichsform und eine dritten Ausführungsform eines reflektiven optischen Elements;
7 die relative Reflektivitätsänderung normiert auf die jeweilige Variante der zweiten Vergleichsform und der dritten Ausführungsform mit 50 Bilagen;
8 die Rauheit in Abhängigkeit der Lagennummer für eine dritte Vergleichsform und eine vierten Ausführungsform eines reflektiven optischen Elements;
9 die relative Reflektivitätsänderung normiert auf die jeweilige Variante der dritten Vergleichsform und der vierten Ausführungsform mit 50 Bilagen;
10 die Lagendicken einer vierten Vergleichsform und einer fünften Ausführungsform eines reflektiven optischen Elements in Abhängigkeit der Lagennummer;
11 die mittlere Reflektivität der vierten Vergleichsform und der fünften Ausführungsform eines reflektiven optischen Elements in Abhängigkeit vom Einfallswinkel;
12 die Breitbandigkeit von Varianten der fünften Ausführungsform eines reflektiven optischen Elements in Abhängigkeit der Anzahl von Bilagen;
13 die relative Reflektivitätsänderung normiert auf die jeweilige Variante der vierten Vergleichsform und der fünften Ausführungsform mit 50 Bilagen;
14 die Lagendicken einer fünften Vergleichsform und einer sechsten Ausführungsform eines reflektiven optischen Elements in Abhängigkeit der Lagennummer;
15 die mittlere Reflektivität der fünften Vergleichsform und der sechsten Ausführungsform eines reflektiven optischen Elements in Abhängigkeit vom Einfallswinkel;
16 die Breitbandigkeit von Varianten der sechsten Ausführungsform eines reflektiven optischen Elements in Abhängigkeit der Anzahl von Bilagen;
17 die relative Reflektivitätsänderung normiert auf die jeweilige Variante der fünften Vergleichsform und der sechsten Ausführungsform mit 50 Bilagen.

Eine hier vorgeschlagene Möglichkeit, reflektive optische Elemente für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit einem Viellagensystem auf einem Substrat herzustellen, bei dem das Viellagensystem Lagen aus mindestens zwei verschiedenen Materialien mit unterschiedlichem Realteil des Brechungsindex bei einer Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich aufweist, die abwechselnd angeordnet sind, wobei eine Lage eines der mindestens zwei Materialien mit der oder den zwischen ihr und der in zunehmender Entfernung vom Substrat nächstgelegenen Lagen gleichen Materials angeordneten Lage oder Lagen einen Stapel bildet, weist die folgenden Aspekte auf:

- Mindestens eine Lage wird während oder nach ihrer Abscheidung geglättet, so dass bei dem resultierenden reflektiven optischen Element die Rauheit über alle Lagen weniger stark ansteigt als bei einem entsprechenden reflektiven optischen Element aus ungeglätteten Lagen.
- Es werden mehr als 50 Stapel, bevorzugt 55 bis 70 Stapel aufgebracht. In ganz besonders bevorzugten Ausführungsformen werden die Lagendicken derart gewählt, dass bei mindestens einem Stapel die Dicke der Lage eines der mindestens zwei Materialien um mehr als 10% von der Dicke der Lagen dieses Materials in dem oder den angrenzenden Stapeln abweicht.

In 1 ist schematisch der Aufbau eines derart hergestellten reflektiven optischen Elements 50 dargestellt, das auf einem Substrat 59 eine reflektierende Beschichtung in Form eines Viellagensystems 54 aufweist, die im vorliegenden Beispiel auf ein Substrat 51 alternierend aufgebrachte Lagen eines Materials mit höherem Realteil des Brechungsindex bei der Arbeitswellenlänge, bei der beispielsweise eine 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 für eine EUV-Lithographievorrichtung oder ein optisches System derart ausgelegt, dass die jeweilige Wellenlänge maximaler Reflektivität mit der Arbeitswellenlänge des Lithographieprozesses oder sonstiger Anwendungen wie etwa Wafer- oder Maskeninspektionssysteme im Wesentlichen übereinstimmt.
Die Dicken der einzelnen Lagen 56, 57 wie auch der sich wiederholenden Stapel 55 können im einfachsten Fall 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. Wenn die Lagendicken über das gesamte Viellagensystem 54 im Wesentlichen, d.h. im Rahmen der Fertigungstoleranzen, konstant sind, spricht man auch von einer Periode 55 anstelle von einem Stapel 55. In bevorzugten hier diskutierten Beispielen werden die Lagendicken derart gewählt, dass bei mindestens einem Stapel 55' die Dicke der Lage eines der mindestens zwei Materialien um mehr als 10% von der Dicke der Lagen dieses Materials in dem oder den angrenzenden Stapeln 55 abweicht. Im in 1 dargestellten Beispiel sind bis auf einen Stapel 55' alle Stapel 55 als Periode aus zwei Lagen 56, 57, die über die gesamte Dicke des Viellagensystems 54 jeweils eine konstante Dicke aufweisen. Solche periodischen Stapel können auch als Bilagen bezeichnet werden. In Abwandlungen können in einem Stapel mehr als nur zwei Lagen mit jeweils unterschiedlichem Material mit unterschiedlichem komplexen Brechungsindex bei einer festen Wellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich vorgesehen sein. Der in 1 dargestellte von dieser Periodizität abweichende Stapel 55' weist eine deutlich dickere Spacerlage 56' als in den angrenzenden Stapeln 55 auf. In Varianten kann die Spacerlage auch dünner als in den angrenzenden Stapeln gewählt werden oder die Absorberlage kann eine Dickenabweichung von mehr als 10% verglichen mit den Absorberlagen in den angrenzenden Stapeln aufweisen. Ebenso können sowohl die Spacer- als auch die Absorberlage oder ggf. weitere Lagen abweichende Dicken aufweisen. Im in 1 dargestellten Beispiel ist der einfachste Fall dargestellt, dass in nur einem Stapel von der Periodizität der übrigen Stapel abgewichen wird. In weiteren Varianten kann dies in mehr als einem bis zu allen Stapeln der Fall sein. In letzterem Fall liegt ein völlig aperiodisches Viellagensystem vor. Die reflektiven optischen Elemente weisen durch ihre Viellagensysteme mit reduzierter Periodizität eine erhöhte Breitbandigkeit auf. Das heißt, dass sie bei einer festen Wellenlänge der einfallenden Strahlung im EUV-Wellenlängenbereich über einen festen Winkelbereich eine höhere mittlere Reflektivität aufweisen als entsprechende schmalbandigerer reflektive optische Elemente. Bei einem festen Einfallswinkel weisen sie über einen festen Wellenlängenbereich ebenso eine höhere mittlere Reflektivität auf als entsprechende schmalbandigere reflektive optische Elemente.
Das Reflexionsprofil kann auch zusätzlich 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 Spacer-Materialien gegeneinander ausgetauscht werden oder die Stapel aus mehr als einem Absorber- und/oder Spacermaterial aufgebaut werden. Ferner können auch zusätzliche Lagen als Diffusionsbarrieren zwischen Spacer- und Absorberlagen 56, 57 vorgesehen werden. Eine beispielsweise für eine Arbeitswellenlänge von 13,5 nm übliche Materialkombination ist Molybdän als Absorber- und Silizium als Spacermaterial. Dabei hat ein Periode 55 oft eine Dicke von ca. 6,7 nm, wobei die Spacerlage 56 meist dicker ist als die Absorberlage 57. Weitere übliche Materialkombinationen sind u.a. Ruthenium/Silizium oder Molybdän/Beryllium. Ggf. vorhandene Diffusionsbarrieren zum Schutz vor Interdiffusion können z.B. aus Kohlenstoff, Borkarbid, Siliziumnitrid, Siliziumkarbid oder aus einer Zusammensetzung mit einer dieser Materialien bestehen. Außerdem kann auf dem Viellagensystem 54 eine Schutzschicht 53 vorgesehen sein, die auch mehrlagig ausgelegt sein kann, um das das Viellagensystem 54 vor Kontamination oder Beschädigung zu schützen.
Typische Substratmaterialien für reflektive optische Elemente für die EUV-Lithographie sind Silizium, Siliziumkarbid, silizium infiltriertes Siliziumkarbid, Quarzglas, titandotiertes Quarzglas, Glas und Glaskeramik. Insbesondere bei derartigen Substratmaterialien kann zusätzlich eine Schicht zwischen Viellagensystem 54 und Substrat 59 vorgesehen sein, die aus einem Material ist, das eine hohe Absorption für Strahlung im EUV-Wellenlängenbereich aufweist, die im Betrieb des reflektiven optischen Elements 50 eingesetzt wird, um das Substrat 59 vor Strahlenschäden, beispielsweise eine ungewollte Kompaktierung zu schützen. Ferner kann das Substrat auch aus Kupfer, Aluminium, einer Kupferlegierung, einer Aluminiumlegierung oder einer Kupfer-Aluminium-Legierung sein.
In dem in 1 beispielhaft dargestellten reflektiven optischen Element 50 ist mindestens eine der Lagen 56, 56', 57 während und/oder nach ihrem Aufbringen geglättet worden. Aufgebracht werden die Lagen durch beliebige bekannte physikalische, chemische oder physikalisch-chemische Abscheidungsverfahren wie u.a. Magnetronsputtern, ionenstrahlgestütztes Sputtern, Elektronenstrahlverdampfen und gepulste-Laser-Beschichtung (auch PLD(pulsed laser deposition)-Verfahren). Bevorzugt ist in jedem Stapel 55, 55' mindestens eine Lage geglättet. Besonders bevorzugt ist jede einzelne Lage geglättet. Die Glättung kann sowohl vor als auch während als auch nach dem Abscheiden der mindestens einen Lage durchgeführt werden, zu welchem Zeitpunkt die Glättung durchgeführt wird, sind beliebige Verfahren einsetzbar wie u.a. beispielsweise ionengestützte Glättung, plasmagestützte Glättung, reaktive ionengestützte Glättung, reaktive plasmagestützte Glättung, Plasmaimmersionsglättung, Bias-Plasma-gestützte Glättung, Glättung mittels Magnetronzerstäubung mit gepulstem Gleichstrom, Atomlagenglättung. In Varianten können beispielsweise die Lagen des Viellagensystems eine konstante oder in vom Substrat abgewandter Richtung eine abnehmende Rauheit aufweisen. In weiteren Varianten können etwa die Lagen des Viellagensystems eine in vom Substrat abgewandter Richtung eine linear ansteigende Rauheit aufweisen, wobei der Anstieg der Rauheit geringer ist als bei einem entsprechenden reflektiven optischen Element aus ungeglätteten Lagen. In noch weiteren Varianten können z.B. die Lagen des Viellagensystems eine in vom Substrat abgewandter Richtung eine quadratisch ansteigende Rauheit aufweisen, wobei der Anstieg der Rauheit geringer ist als bei einem entsprechenden reflektiven optischen Element aus ungeglätteten Lagen.
Im Folgenden sollen beispielhaft einige Ausführungsformen mit unterschiedlichen Rauheitsverläufen zunächst anhand von einigen reflektiven optischen Elementen mit rein periodischer Struktur erläutert werden, die also nur aus Bilagen aufgebaut sind. In den hier exemplarisch diskutierten Beispielen handelt es sich um reflektive optische Elemente, die für eine Wellenlänge von 13,5 nm, wie sie etwa in der EUV-Lithographie eingesetzt wird, und für quasi-normalen Einfall, also einen Einfallswinkel von ungefähr 0° zur Flächennormale optimiert sind. Auf einem Substrat aus Silizium weisen sie Bilagen aus Silizium als Spacerlage und Molybdän als Absorberlage auf, wobei alle Bilagen des jeweiligen reflektiven optischen Elements im Rahmen der Fertigungsgenauigkeit identisch sind.
Im in 2 dargestellten Beispiel handelt es sich zum einen um reflektive optische Vergleichselemente, bei denen die Rauheit an deren Oberfläche mit zunehmender Lagenanzahl bzw. Bilagenanzahl vom Substrat aus gezählt linear zunimmt (gestrichelte Linie). Die Rauheit steigt dabei von 0,10 nm auf der noch unbeschichteten Substratoberfläche auf einen Wert von fast 0,40 nm, wenn auf dem Substrat ein Viellagensystem aus 70 Bilagen aufgebracht ist. Bei der Rauheit handelt es sich um die quadratische Rauheit (englisch rms-roughness oder root-mean-squared roughness) bei der der quadratische Mittelwert der Abweichung von der Mittellinie, also dem Idealverlauf der Oberfläche, ermittelt wird. Der dafür relevante Ortsfrequenzbereich ist 10 nm bis 100 µm. Im Vergleich zu diesen rauen reflektiven optischen Elemente werden entsprechende reflektive optische Elemente betrachtet, bei denen im hier dargestellten Beispiel alle Lagen des Viellagensystems geglättet sind und zwar derart, dass die quadratische Rauheit in Abhängigkeit von der Anzahl der aufgebrachten Lagen konstant bleibt (durchgezogene Linie).
Konkret miteinander verglichen werden hier reflektive optische Element mit jeweils 40 bis 70 Bilagen, deren jeweilige Lagendicken für maximale Reflektivität optimiert wurden. Die entsprechenden Lagendicken sind in 3 aufgetragen. Mit steigenden Bilagenanzahl steigt die Spacerdicke, also hier die Dicke der Siliziumlage leicht an und sinkt entsprechend die Absorberdicke, also hier die Dicke der Molybdänlage. Dies ist sowohl für die reflektiven optischen Vergleichselemente mit ungeglätteten Lagen wie für die mit geglätteten Lagen der Fall, wobei sich die Lagendicken für beide Fälle quasi nicht unterscheiden. Auch die übrigen hier illustrierten Beispiel weisen Viellagensystem basierend auf Molybdän und Silizium auf.
In 4 ist die Reflektivität in Prozent bei einer Wellenlänge von 13,5 nm und einem Einfallswinkel bzw. Inzidenzwinkel von quasi 0° in Abhängigkeit der Anzahl der Bilagen des jeweiligen reflektiven optischen Elements und zwar mit durchgezogener Linie für die reflektiven optischen Elemente mit geglätteten Lagen und gestrichelter Linie für die mit ungeglätteten Lagen. Bei den reflektiven optischen Elementen mit rauen, ungeglätteten Lagen hat die Reflektivität bei ca. 50 Bilagen ihr Maximum und sinkt bei höherer Bilagenanzahl wieder. Bei den reflektiven optischen Elementen mit geglätteten Lagen hingegen lässt sich überraschenderweise nicht nur eine proportionale Reflektivitätssteigerung feststellen , die zu einer Verschiebung der Reflektivitätskurve bei gleichem Verlauf durch die Glättung feststellen. Es kommt insbesondere bei über 50 Bilagen zu einem überproportionalen Reflektivitätsgewinn. Um diesen Effekt deutlicher zu erkennen, sind in 5 die beiden Reflektivitätsverläufe aus 4 auf die Reflektivität des jeweiligen reflektiven optischen Elements mit 50 Bilagen normiert aufgetragen. Bei 70 Bilagen lässt sich durch die Glättung der einzelnen Lagen des Viellagensystems bei der Beschichtung des Substrats eine Reflektivitätssteigerung von über 0,3% erreichen.
Entsprechend wurden auch reflektive optische Elemente untersucht mit geglätteten Lagen einer linear ansteigenden Rauheit aber mit geringerer Steigung als bei den soeben erläuterten reflektiven optischen Vergleichselementen mit rauen Lagen. Beide Rauheitsverläufe (gestrichelt für reflektive optische Elemente mit ungeglätteten Lagen, durchgezogen für reflektive optische Elemente mit geglätteten Lagen) in Abhängigkeit von der Lagennummer bzw. Lagenanzahl sind in 6 dargestellt. Wie in 6, wie auch bereits in 4, zu erkennen ist, steigt die Rauheit bei den hier dargestellten reflektiven optischen Vergleichslementen mit ungeglätteten Lagen (gestrichelte Linie) von 0,10 nm auf der noch unbeschichteten Substratoberfläche auf einen Wert von fast 0,40 nm, wenn auf dem Substrat ein Viellagensystem aus 70 Bilagen aufgebracht wird.
Bei den reflektiven optischen Elementen mit geglätteten Lagen (durchgezogene Linie) steigt die Rauheit auf bis auf 0,15 nm bei 70 Bilagen. In 7 sind die dazugehörigen Reflektvitäten in Prozent in Abhängigkeit von der Anzahl der Bilagen und normiert auf die Reflektivität des reflektiven optischen Elements mit 50 ungeglätteten Lagen. Dabei handelt es sich wieder um die Reflektivität bei einer Wellenlänge von 13,5 nm bei einem Einfallswinkel von quasi Null.
Außerdem wurden auch reflektive optische Elemente mit über die Anzahl der Lagen quadratisch ansteigender Rauheit untersucht, sowohl für reflektive optische Vergleichselemente mit Viellagensystemen aus rauen Lagen als auch für reflektive optische Elemente mit Viellagensstemen aus geglätteten Lagen. Wie in 8 zu erkennen ist, in der diese beiden Rauheitsverläufe dargestellt sind, steigt die Rauheit bei den hier betrachteten reflektiven optischen Elementen mit ungeglätteten Lagen (gestrichelte Linie) von 0,10 nm auf der noch unbeschichteten Substratoberfläche auf einen Wert von fast 0,40 nm, wenn auf dem Substrat ein Viellagensystem aus 70 Bilagen aufgebracht wird. Bei den reflektiven optischen Elementen mit geglätteten Lagen (durchgezogene Linie) steigt die Rauheit auf bis auf 0,20 nm bei 70 Bilagen. In 9 sind die dazugehörigen Reflektvitäten in Prozent in Abhängigkeit von der Anzahl der Bilagen und normiert auf die Reflektivität des jeweiligen reflektiven optischen Elements mit 50 Lagen. Auch hier handelt es sich um die Reflektivität bei einer Wellenlänge von 13,5 nm bei einem Einfallswinkel von quasi Null.
Wie aus den 7 und 9 zu erkennen ist, lässt sich auch bei den reflektiven optischen Elementen mit geglätteten Lagen mit ansteigender Rauheit durch die Glättung der Lagen beim Aufbringen des Viellagensystems auf das jeweilige Substrat auch über 50 Bilagen hinaus ein überproportionaler Reflektivitätsgewinn gegenüber den entsprechenden reflektiven optischen Elementen mit ungeglätteten Lagen erreichen, und zwar unabhängig von der Art der Rauheitszunahme. In beiden hier exemplarisch untersuchten Fällen lässt sich durch die Glättung der einzelnen Lagen des Viellagensystems bei der Beschichtung des Substrats eine Reflektivitätssteigerung von knapp 0,2% erreichen. Insbesondere im Bereich von 55 bis 70 Stapeln lässt sich durch das Glätten der Lagen des jeweiligen Viellagensystems ein signifikanter überproportionaler Reflektivitätsgewinn verglichen mit dem entsprechenden Viellagensystem aus ungeglätteten Lagen erreichen.
Neben den soeben diskutierten schmalbandigen reflektiven optischen Elementen mit periodischen Viellagensystemen wurden auch breitbandige reflektive optische Elemente mit aperiodischen Viellagensystemen untersucht, also mit Viellagensystemen, die in mindestens einem Stapel von einer sonst eingehaltenen Periodizität abweichen.
In den nachfolgend dargestellten Beispielen handelt es sich dabei um reflektive optische Elemente, bei denen die Lagen des Viellagensystems eine in vom Substrat abgewandter Richtung eine quadratisch ansteigende Rauheit aufweisen, wobei der Anstieg der Rauheit geringer ist als bei einem entsprechenden reflektiven optischen Element aus ungeglätteten Lagen, wie bei den zuletzt diskutierten schmalbandigen optischen Elementen (siehe auch 8).
Bei den in den 10 bis 13 illustrierten Beispielen handelt es um reflektive optische Elemente, in deren Viellagensysteme die Periodizität nur punktuell gebrochen wird. Sowohl die Varianten mit geglätteten Lagen als auch mit ungeglätteten Lagen weisen zwei Stapel auf, bei denen die Dicke der Lage eines der mindestens zwei Materialien um mehr als 10% von der Dicke der Lage dieses Materials in den jeweils angrenzenden Stapeln abweicht. Für die hier dargestellten Beispiele sind die Lagendicken in Abhängigkeit von der Lagennummer in 10 dargestellt, und zwar exemplarisch für die Ausführungen mit jeweils 70 Bilagen mit Molybdän als Absorber und Silizium als Spacer. Dabei geben die Kreuze die Lagendicken der Vergleichselemente mit rauem Viellagensystem an und die Punkte die Lagendicken der reflektiven optischen Elemente mit geglättetem Viellagensystem an. In der hier untersuchten Variante sind in zwei Stapeln die Spacerlagen jeweils dicker als in dem periodischen Grunddesign gewählt worden. Für den in 10 exemplarisch dargestellten Fall von jeweils 70 Bilagen weisen im geglätteten Fall die abweichenden Spacerlagen eine Dicke von 4,84 nm bzw. 8,12 nm statt 4,18 nm auf, im rauen Fall eine Dicke von 5,20 nm bzw. 7,79 nm statt 3,89 nm. Die bei einer Wellenlänge von 13,5 nm über einen Winkelbereich von 15° bis 20° resultierende Reflektivität in Prozent in Abhängigkeit vom Einfallswinkel ist in 11 dargestellt.
Hier nicht dargestellt wurden auch entsprechende reflektive optische Elemente mit 50, 55, 60 und 65 Lagen untersucht. Deren Breitbandigkeit δ, die definiert ist als Quotient aus Differenz zwischen maximaler und minimaler Reflektivität einerseits und über den gesamten Winkelbereich arithmetisch gemittelte Reflektivität, genannt mittlere Reflektivität andererseits ist in 12 dargestellt. Je kleiner δ ist, desto breitbandiger ist das Viellagensystem. Die mittlere Reflektivität wird gemeinhin als Maß für die Reflexion eines breitbandigen reflektiven optischen Elements herangezogen. Da die Breitbandigkeit δ für reflektive optische Elemente mit Viellagensystemen mit 50 bis 70 Lagen um den Wert 6% schwanken, können die entsprechenden reflektiven optischen Elemente sowohl mit rauen (Kreuze) als auch mit geglätteten Lagen (Punkte) als vergleichbar angesehen werden. Zum Vergleich sei darauf hingewiesen, dass bei den in Verbindung mit den 8 und 9 diskutierten schmalbandigen reflektiven optischen Elementen der entsprechende Wert δ mit 12% ungefähr doppelt so hoch ist.
In 13 ist in Abhängigkeit von der Bilagenanzahl die relative Änderung der mittleren Reflektivität dieser reflektiven optischen Elemente bezogen auf die mittlere Reflektivität des jeweiligen reflektiven optischen Elements mit einem Viellagensystem aus 50 Bilagen dargestellt. Durch die Glättung der Lagen bei der Herstellung des jeweiligen optischen Elements eine überproportionale Erhöhung der mittleren Reflektivität um bis zu 2,5% erreicht.
Zusätzlich wurden auch breitbandige reflektive optische Elemente mit quadratischem Anstieg der Rauheit untersucht, bei denen mindestens die Hälfte aller Stapel mindestens eine Dicke einer Lage eines der mindestens zwei Materialien aufweisen, die von der Dicke der Lage des entsprechenden Materials in dem oder den jeweils angrenzenden Stapel um mehr als 10% abweicht. In den im folgenden betrachteten Beispielen konnten die Lagendicken komplett frei gewählt werden. Man hatte also im Gegensatz zu den im Zusammenhang mit den 11 bis 13 betrachteten Beispielen eine maximale Anzahl von Freiheitsgraden bei der Lagendickenwahl. Exemplarisch sind in 14 die Lagendicken in Abhängigkeit der Lagennummer für die jeweiligen Ausführungen mit 70 Bilagen dargestellt. Die Kreuze stehen für die Lagendicken des reflektiven optischen Elements mit rauen Lagen und die Punkte für die Lagendicken des reflektiven optischen Elements mit geglätteten Lagen. Bei deutlich mehr als der Hälfte aller Stapel weist mindestens eine Lage eines der mindestens zwei Materialien eine Dicke auf, die von der Dicke der Lage des entsprechenden Materials in dem oder den jeweils angrenzenden Stapel um mehr als 10% abweicht. Die bei einer Wellenlänge von 13,5 nm über einen Winkelbereich von 15° bis 20° resultierende Reflektivität in Prozent in Abhängigkeit vom Einfallswinkel ist in 15 dargestellt. Untersucht wurden auch die entsprechenden reflektiven optischen Elemente mit 50, 55, 60 und 65 Bilagen. Die Breitbandigkeit δ für 50 bis 70 Bilagen ist in 16 mit Punkten für die reflektiven optischen Elemente mit geglätteten Lagen und mit Kreuzen für die reflektiven optischen Elemente mit ungeglätteten Lagen in Abhängigkeit von der Anzahl der Bilagen aufgetragen. Die Werte liegen im wesentlichen knapp über 6% und weichen nur wenig voneinander ab, so dass man diese verschiedenen reflektiven optischen Elemente als vergleichbar betrachten kann.
In 17 ist in Abhängigkeit von der Bilagenanzahl die relative Änderung der mittleren Reflektivität dieser reflektiven optischen Elemente bezogen auf die mittlere Reflektivität des reflektiven optischen Elements mit einem Viellagensystem aus 50 jeweils geglätteten und ungeglätteten Bilagen dargestellt. Durch die Glättung der Lagen bei der Herstellung des jeweiligen optischen Elements eine überproportionale Erhöhung der mittleren Reflektivität um bis zu 1,4% erreicht.
Überraschenderweise lässt sich also bei breitbandigen reflektiven optischen Elementen bei hohen Stapelanzahlen von insbesondere 55 bis 70 Stapeln, bevorzugt 60 bis 70 Stapeln durch die Glättung von Lagen, bevorzugt allen Lagen beim Aufbringen des jeweiligen Viellagensystem eine überproportionale Erhöhung der mittleren Reflektivität erreichen, die um ungefähr eine Größenordnung höher liegt als bei schmalbandigen reflektiven optischen Elementen, die auf rein periodischen Viellagensystemen beruhen.
Vergleichbare Ergebnis wurden auch bei breitbandigen reflektiven optischen Elementen erreicht, bei denen das Viellagensystem mit weniger Freiheitsgraden als bei den zuletzt genannten Beispielen aus den 14 bis 17 ermittelt sowie bei breitbandigen reflektiven optischen Elementen, bei denen die Lagen des Viellagensystems eine konstante oder in vom Substrat abgewandter Richtung eine abnehmende Rauheit aufweisen oder die Lagen des Viellagensystems eine in vom Substrat abgewandter Richtung eine linear ansteigende Rauheit aufweisen, wobei der Anstieg der Rauheit geringer ist als bei einem entsprechenden reflektiven optischen Element aus ungeglätteten Lagen.
Reflektivitätssteigerungen durch Lagenglättung und Erhöhung der Lagenanzahl wurden außerdem bei reflektiven optischen Elementen mit Viellagensystemen beobachtet, die auf Ruthenium/Silizium oder auf Molybdän/Beryllium beruhen. Der Effekt ließ sich im übrigen unabhängig davon nachweisen, ob zusätzlich Lagen vorgesehen waren, um eine Interdiffusion zwischen Absorber- und Spacerlagen zu verringern oder als Schutz auf der dem Vakuum zugewandten Seite des jeweiligen Viellagensystems.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6441963 B2 [0010]
DE 102015119325 A1 [0010]
US 6858537 B2 [0010]
US 9190239 B2 [0010]
US 8846146 B2 [0010]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines reflektiven optischen Elements für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit einem Viellagensystem auf einem Substrat, wobei das Viellagensystem Lagen aus mindestens zwei verschiedenen Materialien mit unterschiedlichem Realteil des Brechungsindex bei einer Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich aufweist, die abwechselnd angeordnet sind, wobei eine Lage eines der mindestens zwei Materialien mit der oder den zwischen ihr und der in zunehmender Entfernung vom Substrat nächstgelegenen Lagen gleichen Materials angeordneten Lage oder Lagen einen Stapel bildet, wobei: - mindestens eine Lage während oder nach ihrer Abscheidung geglättet wird, so dass bei dem resultierenden reflektiven optischen Element die Rauheit über alle Lagen weniger stark ansteigt als bei einem entsprechenden reflektiven optischen Element aus ungeglätteten Lagen, und - mehr als 50 Stapel aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagendicken derart gewählt werden, dass bei mindestens einem Stapel die Dicke mindestens einer Lage eines der mindestens zwei Materialien um mehr als 10% von der Dicke der Lage dieses Materials in dem oder den angrenzenden Stapeln abweicht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Stapel mindestens eine Lage geglättet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede einzelne Lage geglättet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass 55 bis 70 Stapel aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Glätten mindestens einer Lage eine ionengestützte Glättung, eine reaktive ionengestützte Glättung, eine plasmagestützte Glättung, eine reaktive plasmagestützte Glättung, eine Bias-Plasma-gestützte Glättung, eine Glättung mittels Magnetronzerstäubung mit gepulstem Gleichstrom oder eine Atomlagenglättung durchgeführt wird.
Reflektives optisches Element, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.
Reflektives optisches Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei Stapel aufweist, bei denen die Dicke der Lage eines der mindestens zwei Materialien um mehr als 10% von der Dicke der Lage dieses Materials in den jeweils angrenzenden Stapeln abweicht.
Reflektives optisches Element nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Hälfte aller Stapel mindestens eine Dicke einer Lage eines der mindestens zwei Materialien aufweisen, die von der Dicke der Lage des entsprechenden Materials in dem oder den jeweils angrenzenden Stapel um mehr als 10% abweicht.
Reflektives optisches Element nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen des Viellagensystems eine konstante oder in vom Substrat abgewandter Richtung eine abnehmende Rauheit aufweisen.
Reflektives optisches Element nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Rauheit von nicht mehr als 0,2 nm aufweist.
Reflektives optisches Element nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es als mindestens zwei Materialien unterschiedlichen Realteils des Brechungsindex bei einer Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich Molybdän und Silizium aufweist.