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Die Erfindung betrifft ein Spiegelelement für die
Reflektion von Röntgenstrahlen, insbesondere für die
Anwendung in EUVL-Belichtungssystemen für die
Halbleiterherstellung, bei der die Röntgenstrahlen unter einem
großem Einfallswinkel auf das Spiegelelement einfallen,
umfassend im wesentlichen ein Substrat, auf dem eine
Vielfachschicht aus sich abwechselnder Metall- und
Nichtmetallschicht angeordnet ist.
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Aufgrund statistischer Abschätzungen werden
Halbleiterstrukturen alle 2-3 Jahre um den Faktor ≙2 kleiner,
wodurch die Dichte der Transistoren auf den
Halbleiterstrukturen in diesen Zeitraum verdoppelt werden kann. So
ist absehbar und von der Industrie als Ziel vorgegeben,
daß die Halbleiterstrukturen im Jahre 2005 die 100 nm
Marke unterschreiten werden, vgl. bspw. National
Technology Roadmap for Semiconductors in "Soft x-ray and
extreme ultraviolet radiation", David Attwood, Cambridge
University Press 1999. Um derartig kleine Strukturen
durch lithographische Belichtungsverfahren noch
herstellen zu können, ist sichtbares Licht als Lichtquelle
nicht mehr geeignet. Statt dessen wird für zukünftige
Belichtungsverfahren der Einsatz kurzwelligeren Lichtes
notwendig, bspw. in Form sogenannter "Extreme
ultraviolet radiation (EUV)" oder weicher Röntgenstrahlung. Da
die optischen Eigenschaften von Materie stark
wellenlängenabhängig sind und diejenigen Materialien, die im
sichtbaren Bereich Licht reflektieren, dieses jedoch im
EUV-Bereich oder im Bereich weicher Röntgenstrahlung in
der Regel nicht tun, sind herkömmliche Reflektoren für
diesen Wellenlängenbereich nicht geeignet.
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Die Arbeiten auf dem EUVL-Gebiet (Extreme ultraviolet
Lithographie) konzentrierten sich in den vergangenen 1
1/2 Jahrzehnten im wesentlichen auf die Entwicklung von
Molybdän/Silizium- oder
Molybdän/Berillium-Vielfachschichten als Reflektoren für diese Zwecke, und zwar für
den Wellenlängenbereich von 11-13 nm. Theoretisch wurde
gefunden, daß derartig aufgebaute Vielfachschichten eine
in dem Wellenlängenbereich um 11-13 nm sehr hohe
Reflektivität von bis zu 70% ermöglichen sollten. Durch
weltweit große Anstrengungen in den letzten 1 S
Jahrzehnten konnten diese Reflektivitäten auch
tatsächlich experimentell fast erreicht werden, vgl. David
Attwood aaO.
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Für die Wellenbereiche um 7 nm konnte jedoch bisher
experimentell maximal nur eine Reflektivität von 20%
erreicht werden, was für die besagten lithographischen
Verfahren zur Herstellung von Halbleiterstrukturen unter
der besagten 100 nm Marke nicht ausreichend ist.
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Für den optischen Aufbau von EUVL-Belichtungssystemen
werden normalerweise typisch sechs Reflektoren
eingesetzt. Dabei ist höchste Reflektivität der einzelnen
Spiegel außerordentlich wichtig. Für sechs Reflektoren
mit jeweils 70% Einzelreflektivität ergibt sich nur
noch 0,76 = 11,8% als Transmission des gesamten
Systems. Bei nur 20% Einzelreflektivität jedes Reflektors
würde man sogar nur noch eine vernachlässigbare 0,0064%
große Transmission erhalten.
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Für die Herstellung von hochintegrierten
Halbleiterstrukturen unter Verwendung der besagten
EUVL-Belichtungssytemen werden eine Mehrzahl von Reflektoren
eingesetzt, bei denen allerhöchste Reflektivität der
einzelnen Reflektoren von höchster Wichtigkeit ist.
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Zwar werden die für diese Zwecke verwendeten besagten
Reflektoren mit Vielfachschichten aus Molybdän/Silizium
und Molybdän/Berillium in den dazugehörigen
Wellenlängenbereichen von 13-11 nm als eine akzeptable
Reflektivität aufweisend angesehen, diese Reflektivität als
solche ist aber, da sie, wie oben dargelegt, eine
Funktion der zugeordneten Wellenlängenbereichen ist,
generell unbefriedigend, da die Wahl der für die
besagten EUVL-Belichtungssysteme verwendeten Lichtquellen
im Lichte der o. g. Forderung auf Vergrößerung der Dichte
der Halbleiterstrukturen noch nicht getroffen worden ist
und die dafür notwendigen besten Lichtquellen
möglicherweise nicht in diesem Wellenlängenbereich liegen.
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Es ist also Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein
Spiegelelement für die Reflektion von Röntgenstrahlen zu
schaffen, daß für noch kürzere Wellenlängenbereiche als
sie bisher verwendet wurden, bereitzustellen, die eine
derart hohe Reflektivität bei im wesentlichen
senkrechtem Lichteinfall haben, wie sie bei wenigstens
bisher verwendeten Reflektivitäten mit Mehrfachschichten
aus Molybdän/Silizium oder Molybdän/Berillium
anzutreffen sind, bspw. einer Reflektivität höher als 70%, die
ansonsten auf an sich gleiche Weise unter Verwendung
bisher für die Ausbildung derartiger Spiegelelemente
verwendeter Verfahrenstechniken hergestellt werden
können, die sich zur Verwendung in Vorrichtungen und
Verfahren zur Herstellung hochintegrierter
Halbleiterstrukturen und dafür verwendetes Licht im
Wellenlängenbereich, insbesondere oberhalb von ungefähr 6,5 nm,
eignen und dennoch kostengünstig herstellbar sind.
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Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß
die Vielfachschicht durch wenigstens eine erste Schicht
aus einer Verbindung, die im wesentlichen Lanthan (La)
enthält und wenigstens einer zweiten Schicht einer
Verbindung, die im wesentlichen und Bor (B) enthält,
gebildet wird.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung zeigt sich
darin, daß die lösungsgemäß vorgeschlagenen
Vielfachschichten bis zu 80% Reflektivität bei einer
Wellenlänge um 7 nm zeigen. Das bedeutet bspw. für ein
Belichtungssystem mit sechs Reflektoren, daß damit eine
Transmission von 26,2% erreichbar ist, also mehr als
das Doppelte dessen der letzten bisher bekannten
Reflektoren.
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Dadurch ergeben sich neue Anwendungsperspektiven für
EUVL-Belichtungssysteme bzw. die EUV-Lithographie zur
Herstellung von noch höher integrierbaren
Halbleiterstrukturen als sie bisher möglich waren, wobei die
Fachwelt davon ausgegangen war, daß dieses ohne
weiteres gar nicht möglich sei.
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Die Verwendung von Lanthanverbindungen oder elementarem
Lanthan für die Ausbildung der Vielfachschichten in
EUV-Reflektoren war auch keineswegs naheliegend, denn
aufgrund des Umstandes, daß Lanthan einen niedrigen
Schmelzpunkt besitzt, was eine an sich unerwünschte
Diffusion ermöglicht und die Raumtemperaturstabilität
erniedrigt, sowie hochgradig reaktiv ist und daher
schlecht handhabbar ist, bspw. in Zusammenhang mit
Sauerstoff, war normalerweise für den Fachmann das
Element, was zur Ausbildung derartiger Vielfachschichten
für Reflektoren niemals heranzuziehen sei. Hinzu kommt,
was ebenfalls gegen die Verwendung von Lanthan zur
Ausbildung von Vielfachschichten für Reflektoren spricht,
daß Lanthan eine starke negative Mischungsenthalpie mit
den meisten in Frage kommenden zweiten Schichten des
Schichtpaares, hier Borcarbid (B4C), besitzt und nach
Meinung der Fachwelt auch aus diesem Grunde für
Vielfachschicht-Röntgenreflektoren nicht in Frage kommt,
vgl. C. Montcalm, P. A. Kearney, J. M. Slaughter, B. T.
Sullivan, M. Chaker, H. Pepin und C. M. Falco "Survey of
Ti-, B-, and Y-based soft x-ray-extreme ultraviolet
multilayer mirrors for the 2-to 12-nm wavelength
region", Appl. Opt. 35, pp 5134-5147, 1996.
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Eine Verbindung, die im wesentlichen Bor (B) enthält,
kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung Borcarbid (B4C) sein.
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Vorzugsweise bietet eine Mehrzahl von ersten und zweiten
Schichten die Vielfachschicht, wodurch die Reflektivität
des Spiegelelements verbessert werden kann und das.
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Spiegelelement ebenfalls als Monochromator wirkt, um
gezielt nur die gewünschte Wellenlänge des einfallenden
Röntgenlichtspektrums für die Belichtung des Wafers zu
reflektieren und den nicht gewünschten
Wellenlängenbereich zu filtern.
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Es hat sich gezeigt, daß es erfindungsgemäß
außerordentlich sinnvoll ist, die Dicke eines Schichtpaares im
Bereich von 3,3 nm auszubilden, obwohl typischerweise an
sich die Reflektivitäten dünnerer Schichten wesentlich
geringer als die Reflektivitäten dickerer Schichten
sind. Es hat sich jedoch durch Untersuchungen
herausgestellt, daß die bisher erfindungsgemäß erreichten hohen
Reflektivitäten von mehr als 80% bei dünnen Schichten
bspw. in den vorangegebenen Bereichen höher als die
Reflektivitäten bei dickeren Schichten bei
nicht-senkrechtem Einfall der Röntgenstrahlen bzw. des Lichts
schlechthin sind, was völlig unerwartet war.
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Die Spiegelelemente können plan sein, sie können aber
auch konkav und/oder konvex gewölbt sein, je nach
Anwendung der Spiegelelemente bspw. in den besagten
EUVL-Belichtungssystemen.
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die
nachfolgenden schematischen Zeichnungen anhand eines
Ausführungsbeispiels im einzelnen eingehend beschrieben.
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Darin zeigen:
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Fig. 1 in der Seitenansicht sehr schematisch ein
Spiegelelement gemäß der Erfindung,
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Fig. 2 einen typischen Strahlengang eines
EUVL-Belichtungssystem zur Herstellung hochintegrierter
Halbleiterstrukturen, bei dem das
erfindungsgemäße Spiegelelement mehrfachverwendet wird,
und
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Fig. 3 eine Darstellung der Abhängigkeit der
Reflektivität bei nahezu senkrechtem Einfall der
Röntgenstrahlen bzw. des Lichtes auf eine
erfindungsgemäße Vielfachschicht in
Abhängigkeit der Lichtwellenlängen.
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Ein Spiegelelement 10 gemäß der Erfindung ist in Fig. 1
schematisch in sehr starker Vergrößerung im Schnitt
dargestellt. Das Spiegelelement 10 besteht hier bspw.
aus vier ersten Schichten 16 1 . . . 4 und aus vier zweiten
Schichten 17 1 . . . 4. Die ersten Trennschichten 16 1 . . . 4
bestehen aus elementarem Lanthan, wobei die zweiten
Schichten 17 1 . . . n aus Borcarbid B4C bestehen. Die ersten
und zweiten Schichten 16, 17 bilden in ihrer Gesamtheit
die Vielfachschicht 15 des Spiegelelements 10. Die
Vielfachschicht 15 ist auf einem Substrat 14, das bspw. aus
Quarzglas bestehen kann, mittels bekannter
Herstellungstechniken aufgebracht. Die Vielfachschicht 15
bilden zusammen mit dem Substrat 14 das Spiegelelement
10. Die Dicke 18 einer Schichtperiode, bestehend aus
einer ersten Schicht 16 und einer zweiten Schicht 17,
liegt hier im Bereich von 3,3 nm. Die Dicke der ersten
und/oder der zweiten 16, 17 kann unterschiedlich sein,
vgl. Fig. 1, es ist aber auch möglich die Dicke der
ersten und zweiten Schicht 16, 17 identisch auszubilden.
Die Dicke der einzelnen Schichten 16, 17 kann aber auch
in Normalenrichtung des Spiegelelements 10 variieren
(nicht dargestellt).
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In Fig. 1 fällt das einfallende Licht bzw. die
einfallende Röntgenstrahlung 11 unter einem verhältnismäßig
flachem Winkel θ auf die ersten Schichten 16 auf und
wird jeweils auf der zugehörigen Oberfläche unter dem
gleichen Winkel θ reflektiert. Lediglich aus Gründen der
besseren Darstellung ist hier der Winkel θ
verhältnismäßig flach bzw. klein dargestellt. Bei den bekannten
EUVL-Belichtungssystemen, wie sie für die Herstellung
von hochintegrierten Halbleiterstrukturen verwendet
werden, liegen die Winkel θ im Bereich von nahezu 90°,
vgl. die schematische Darstellung gemäß Fig. 2, die ein
typisches EUVL-Belichtungssystem für die Herstellung
hochintegrierter Halbleiterstrukturen zeigt. In dem
EUVL-Belichtungssystem, wie es gemäß Fig. 2 dargestellt
ist, sind bspw. sechs Spiegelelemente 10, die dort als
Reflektoren für die ein die EUVL-Lithographie benutztes
Licht 11 dienen, dargestellt. Die Spiegelelemente 10
sind dort als ebene sowie konkav und konvekt gewölbte
Spiegelelemente 10 ausgebildet. Die Maske 19, mit der
später auf einem Substrat 13 auszubildenden
hochintegrierten Halbleiterstruktur wird von einer hier nicht
dargestellten Licht- bzw. Röntgenstrahlenquelle
beaufschlagt, d. h. in der Darstellung gemäß Fig. 2 von links.
Die entsprechende Abbildung der Maske wird, dem Gang der
Lichtstrahlen bzw. Röntgenstrahlen 11 folgend, auf dem
Halbleiter bzw. Wafer 13 abgebildet, nachdem es mehrfach
an den geeignet angeordneten Spiegelelementen 10
reflektiert worden ist. Aus Übersichtsgründen ist
lediglich der Lichtstrahl bzw. der Röntgenstrahl 11, 11' als
einfallender und reflektierter Strahl 11, 11' im
Strahlengang des ersten Spiegelelement 10 dargestellt. Da es
sich hier bei der Herstellung hochintegrierter
Halbleitersysteme mittels der bekannten EUVL-Belichtungssysteme
um an sich im Stand der Technik bekannte Techniken
handelt, ist ein weiteres Eingehen auf den Aufbau eines
derartigen Belichtungssystem, wie es in Fig. 2
schematisch dargestellt ist, nicht erforderlich.
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Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße
LA-B4C Vielfachschicht; wie sie auf den
erfindungsgemäßen Spiegelelement 10 angebracht ist, eine
Reflektivität von bis zu 80% bei Wellenlängen 7 nm zeigt. Bei
Verwendung von B anstelle von B4C ergeben sich sogar
Reflektivitäten von mehr als 80%. Für ein System mit
sechs Reflektoren ergibt sich somit eine Transmission
von 26,2%, also mehr als das Doppelte als bei den
besten bisher bekannten Reflektoren. Untersuchungen beim
deutschen Elektronensynchrotron DESY, Hamburg, bei dem
einfallenden Licht mit einem Wellenlängenbereich von
7 nm zur Verfügung steht, bei dem aber apperativ bedingt
lediglich ein maximaler Einfallswinkel des dortigen
Reflektometers von 75° erreichbar ist, haben bisher
schon sehr befriedigende Reflektionsergebnisse
geliefert, die die theoretisch für die Erfindung
vorhergesagte Reflektivität im Hinblick auf die erfindungsgemäß
erreichte Reflektivität bestätigen.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß anstelle elementaren
Lanthans (La) durch eine Verbindung, die im wesentlichen
Lanthan (La) enthält, die erste Schicht 16 bzw. die
ersten Schichten 16 1 . . . n bilden kann. Es ist ebenfalls
im Rahmen der Erfindung liegend, daß anstelle eines
elementaren Bors oder anstelle einer Borverbindung wie
beispielsweise Borcarbid (B4C) ebenfalls beliebige
andere geeignete Borverbindungen die zweite Schicht 17
bzw. die zweiten Schichten 17 1 . . . n bilden können.
Bezugszeichenliste
10 Spiegelelement
11 Röntgenstrahl/Licht
13 Halbleiter/Wafer
14 Substrat
15 Vielfachschicht
16 erste Schicht
17 zweite Schicht
18 Dicke/Schichtperiode
19 Maske