DE10360540B4 - Reflective layer sequence with barrier layers and their use - Google Patents

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Abstract

Schichtenfolge zur Reflexion von Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 35 nm und 50 nm, die auf einem Substrat (1) aufgewachsen ist und eine Mehrzahl alternierender Scandiumschichten (3) und Siliziumschichten (2) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass an Schichtübergängen, an denen in Wachstumsrichtung eine Siliziumschicht auf eine Scandiumschicht folgt, jeweils eine Barrierenschicht (4) enthalten ist und an Schichtübergängen, an denen in Wachstumsrichtung eine Scandiumschicht (3) auf eine Siliziumschicht (2) folgt, jeweils keine Barrierenschicht enthalten ist.layer sequence for the reflection of radiation with a wavelength between 35 nm and 50 nm, which is grown on a substrate (1) and a plurality of alternating Scandium layers (3) and silicon layers (2) contains, characterized characterized in that at layer transitions, at those in the growth direction, a silicon layer on a scandium layer follows, in each case a barrier layer (4) is included and at layer transitions, at those in the growth direction, a scandium layer (3) on a silicon layer (2) follows, in each case no barrier layer is contained.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Schichtenfolge zur Reflexion von Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 35 nm und 50 nm sowie deren Verwendung.The The invention relates to a layer sequence for the reflection of radiation with one wavelength between 35 nm and 50 nm and their use.

Reflektierende optische Bauelemente für die Nutzung im extremen ultravioletten Spektralbereich (EUV), der den Wellenlängenbereich von etwa 10 nm bis etwa 50 nm umfasst, können durch Dünnschichtsysteme realisiert werden, die eine in der Regel periodische Schichtenfolge aus einer Vielzahl von Dünnschichtpaaren enthalten. Ein Dünnschichtpaar enthält im allgemeinen zwei Schichten aus verschiedenen Materialien, die in dem zur Verwendung des Bauelements vorgesehenen Wellenlängenbereich einen möglichst großen Unterschied in ihren optischen Konstanten aufweisen sollten. Zumindest eines dieser Materialien sollte bei der vorgesehenen Wellenlänge eine möglichst geringe Absorption aufweisen. Die Auswahl der Materialien für die Schichtenfolge ist daher vor allem von der Wellenlänge, bei der das optische Bauelement verwendet werden soll, abhängig. Im EUV-Spektralbereich gibt es daher für jeweils einen bestimmten, meist nur wenige Nanometer breiten Wellenlängenbereich eine optimale Materialpaarung, welche aufgrund des optischen Kontrastes der Schichtmaterialien eine hohe Reflexion garantiert.reflective optical components for the use in the extreme ultraviolet spectral range (EUV), the the wavelength range from about 10 nm to about 50 nm can be achieved by thin film systems be realized, which is a usually periodic layer sequence from a variety of thin-film pairs contain. A thin film pair contains In general, two layers of different materials, the in the wavelength range provided for use of the device one possible huge Should have difference in their optical constants. At least one of these materials should be at the intended wavelength preferably have low absorption. The selection of materials for the layer sequence is therefore mainly of the wavelength at which the optical component should be used depending. in the EUV spectral range is therefore available for a particular, usually only a few nanometers wide wavelength range optimal material pairing, which due to the optical contrast of the layer materials guarantees a high reflection.

Da im Wellenlängenbereich von etwa 35 nm bis etwa 50 nm zwischen den Materialien Scandium und Silizium ein guter optischer Kontrast besteht, ist diese Materialpaarung besonders zur Herstellung von reflektierenden Schichtenfolgen für diesen Wellenlängenbereich geeignet.There in the wavelength range from about 35 nm to about 50 nm between the scandium and the materials Silicon is a good optical contrast, this material pairing is particularly for producing reflective layer sequences for this Wavelength range suitable.

Beispielsweise wurde für reflektierende Schichtenfolgen aus dieser Materialpaarung in der Druckschrift Y. A. Uspenskii, V. E. Levashov, A. V. Vinogradov, A. I. Fedorenko, V. V. Kondratenko, Y. P. Pershin, E. N. Zubarev, V. Y. Fedotov, „Highreflectivity multilayer mirrors for a vacuum-ultraviolet interval of 35–50nm", Optics Letters 23, No. 10, 771–773 (1998) eine Reflexion von R = 54% bei einer Wellenlänge von 36,5 nm veröffentlicht.For example was for reflective layer sequences from this material pairing in the document Y. A. Uspensky, V.E. Levashov, A.V. Vinogradov, A.I. Fedorenko, V. V. Kondratenko, Y. P. Pershin, E.N. Zubarev, V.Y. Fedotov, "High Reflectivity multilayer mirrors for a vacuum-ultraviolet interval of 35-50nm ", Optics Letters 23, no. 10, 771-773 (1998) a reflection of R = 54% at a wavelength of 36.5 nm published.

Andererseits ist aber die Neigung der Materialien Scandium und Silizium zur Bildung von ScSi-Verbindungen, insbesondere Sc3Si5, und zu Interdiffusionsprozessen an den Grenzflächen bekannt, beispielsweise aus der Druckschrift A. I. Fedorenko, Y. P. Pershin, O. V. Poltseva, V. A. Sevryukova, D. L. Voronov, E. N. Zubarev, Structure of Sc/Si multilayer mirrors in asdeposited state and after annealing, J. X-Ray Science and Techn. 9, 35–41, (2001). Insbesondere bei erhöhten Temperaturen besteht daher die Gefahr einer Degradation derartiger Schichtenfolgen, durch die die Reflexion der Schichtenfolgen vermindert wird. Weiterhin ist aus der genannten Druckschrift bekannt, dass die Degradation einer periodischen Scandium-Silizium-Schichtenfolge eine Abnahme der Dicke der Schichtpaare, die auch als Periodendicke bezeichnet wird, bewirkt. Durch diese Abnahme der Periodendicke erfolgt eine Verschiebung des Reflexionsmaximums zu einer kürzeren Wellenlänge.On the other hand, however, the tendency of the materials scandium and silicon to form ScSi compounds, in particular Sc 3 Si 5 , and to Interdiffusionsprozessen at the interfaces known, for example from the document AI Fedorenko, YP Pershin, OV Poltseva, VA Sevryukova, DL Voronov, EN Zubarev, Structure of Sc / Si Multilayer mirrors in Asdeposited State and After Annealing, J. X-Ray Science and Techn. 9, 35-41, (2001). Therefore, especially at elevated temperatures, there is the danger of a degradation of such layer sequences, by which the reflection of the layer sequences is reduced. Furthermore, it is known from the cited document that the degradation of a periodic scandium-silicon layer sequence causes a decrease in the thickness of the layer pairs, which is also referred to as the period thickness. As a result of this decrease in the period thickness, the reflection maximum is shifted to a shorter wavelength.

Um eine derartige Degradation zu vermindern, wird in der Druckschrift A. V. Vinogradov, Y. P. Pershin, E. N. Zubarev, D. L. Voronov, A. V. Penkov, V. V. Kondratenko, Y. A. Uspenskii, I. A. Artioukov, J. F. Seely, „Structure, thermal stability and reflectivity of Sc/Si and Sc/W/Si/W multilayer x-ray mirrors", Proc. SPIE 4505, 230–235 (2001) vorgeschlagen, Barriereschichten aus Wolfram an allen Grenzflächen zwischen den Siliziumschichten und Scandiumschichten einzufügen. In der Veröffentlichung wird darauf hingewiesen, dass derartige Barriereschichten aus Wolfram zwar die thermische Stabilität der Schichtenfolge erhöhen, aber die Maximalreflexion auf etwa R = 24% reduziert wird.Around to reduce such degradation, is in the document A.V. Vinogradov, Y.P. Pershin, E.N. Zubarev, D.L. Voronov, A. V. Penkov, V. V. Kondratenko, Y. A. Uspensky, I. A. Artioukov, J. F. Seely, "Structure, thermal stability and reflectivity of Sc / Si and Sc / W / Si / W multilayer x-ray mirrors ", Proc. SPIE 4505, 230-235 (2001) proposed barrier layers of tungsten at all interfaces between to insert the silicon layers and scandium layers. In the publication It should be noted that such barrier layers of tungsten although the thermal stability increase the layer sequence, but the maximum reflection is reduced to about R = 24%.

Oftmals besteht jedoch ein Bedarf für Spiegel, die sich neben thermischer Stabilität auch durch eine hohe Reflexion auszeichnen. Dies gilt insbesondere für Anwendungen, bei denen eine mehrfache Reflexion an verschiedenen Spiegeln erfolgt, da die Reflexion des gesamten optischen Systems in diesem Fall exponentiell mit der Anzahl der Spiegel abnimmt. Bei einer Anordnung aus mehreren Spiegeln hat deshalb bereits eine geringfügige Verbesserung der Reflexion eines Einzelspiegels einen erheblichen Einfluss auf die Gesamtreflexion des optischen Systems.often there is a need for Mirrors, in addition to thermal stability, also by a high reflection distinguished. This is especially true for applications where one multiple reflection takes place at different mirrors, as the reflection of the entire optical system in this case exponentially with the Number of mirrors decreases. In an arrangement of several mirrors has therefore already a minor one Improving the reflection of a single mirror has a significant impact on the total reflection of the optical system.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schichtenfolge zur Reflexion von Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 35 nm und 50 nm anzugeben, die sich durch eine verbesserte thermische Stabilität bei einer zumindest nur geringfügigen Verminderung oder sogar einer Erhöhung der Reflexion im Vergleich zu einer Schichtenfolge ohne Barriereschichten auszeichnet.Of the Invention is based on the object, a layer sequence for reflection of radiation with one wavelength between 35 nm and 50 nm, which is characterized by an improved thermal stability at least only a minor one Reduction or even an increase in reflection compared distinguishes to a layer sequence without barrier layers.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schichtenfolge nach Anspruch 1 beziehungsweise eine Schichtenfolge nach Anspruch 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.These The object is achieved by a Layer sequence according to claim 1 or a layer sequence solved according to claim 4. advantageous Embodiments and developments of the invention are the subject the dependent Claims.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung enthält eine Schichtenfolge zur Reflexion von Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 35 nm und 50 nm, die auf einem Substrat aufgewachsen ist, eine Mehrzahl alternierender Scandiumschichten und Siliziumschichten, wobei an Schichtübergängen, an denen in Wachstumsrichtung eine Siliziumschicht auf eine Scandiumschicht folgt, jeweils eine Barriereschicht enthalten ist, während an den Schichtübergängen, an denen in Wachstumsrichtung eine Scandiumschicht auf eine Siliziumschicht folgt, keine Barriereschichten enthalten sind.According to a first embodiment of the invention, a layer sequence for the reflection of radiation with a wavelength between 35 nm and 50 nm, which has grown on a substrate, a plurality of alternating scandium layers and silicon layers, wherein at layer junctions, in which in the growth direction, a silicon layer on a scandium layer follows, in each case a barrier layer is included, while at the Schichtüber courses, in which a scandium layer follows a silicon layer in the growth direction, no barrier layers are included.

Mit den Barriereschichten wird die Bildung von ScSi-Verbindungen sowie die Interdiffusion an den Grenzflächen zwischen den Scandiumschichten und den Siliziumschichten vorteilhaft vermindert. Die thermische Stabilität sowie die Langzeit- und Strahlungsstabilität der Schichtenfolge werden dadurch verbessert.With The barrier layers are formed by the formation of ScSi compounds and interdiffusion at the interfaces between the scandium layers and the silicon layers advantageous reduced. The thermal stability as well as the long-term and radiation stability of the layer sequence will be improved.

Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung sind die Barriereschichten nur an den Schichtübergängen, an denen in Wachstumsrichtung eine Siliziumschicht auf eine Scandiumschicht folgt, enthalten. Ein Vorteil dieser Ausführung besteht darin, dass elektromagnetische Strahlung, die an einem durch die Schichtenfolge ausgebildeten Interferenzschichtsystem reflektiert wird, innerhalb dieses Interferenzschichtsystems eine stehende elektromagnetische Welle ausbildet, deren Knoten an den Schichtübergängen angeordnet sind, an denen in Wachstumsrichtung eine Siliziumschicht auf eine Scandiumschicht folgt. Die Barriereschichten sind daher bei dieser Ausführungsform der Erfindung in Bereichen des Interferenzschichtsystems angeordnet, an denen die elektrische Feldstärke der stehenden Welle gering ist. Die Absorption innerhalb der Barriereschichten ist daher vorteilhaft gering.at the first embodiment According to the invention, the barrier layers are only at the layer transitions those in the growth direction, a silicon layer on a scandium layer follows, included. An advantage of this design is that electromagnetic Radiation on an interference layer system formed by the layer sequence is reflected within this interference layer system one forms a stationary electromagnetic wave whose nodes are connected to the Layer transitions arranged are at which in the growth direction, a silicon layer on a Scandium layer follows. The barrier layers are therefore at this embodiment of the invention arranged in areas of the interference layer system, where the electric field strength the standing wave is low. The absorption within the barrier layers is therefore advantageously low.

Die Barriereschichten sind bevorzugt Chromschichten. Das Material Chrom hat den Vorteil, dass es weder mit Scandium noch mit Silizium Verbindungen eingeht. Ferner hat sich herausgestellt, dass die Barriereschichten aus Chrom mit den benachbarten Silizium- beziehungsweise Scandiumschichten verhältnismäßig glatte Grenzflächen ausbilden, wodurch die Reflexion der Schichtenfolge verbessert wird.The Barrier layers are preferably chrome layers. The material chrome has the advantage of having neither scandium nor silicon compounds received. Furthermore, it has been found that the barrier layers made of chromium with the adjacent silicon or scandium layers relatively smooth interfaces form, whereby the reflection of the layer sequence is improved.

Vorzugsweise ist die Reflexion R der Schichtenfolge bei zumindest einer Wellenlänge zwischen 35 nm und 50 nm größer als R = 0,50.Preferably is the reflection R of the layer sequence at at least one wavelength between 35 nm and 50 nm larger than R = 0.50.

Die angegebenen Materialien der Schichtenfolge und der Barriereschichten weisen bevorzugt eine hohe Reinheit auf. Im Rahmen der Erfindung ist es aber nicht ausgeschlossen, dass in den Schichten Fremdmaterialien nachweisbar sind, die beispielsweise als Verunreinigungen während eines zur Herstellung der Schichtenfolge verwendeten Beschichtungsprozesses in die Schichten eingebracht werden können.The specified materials of the layer sequence and the barrier layers preferably have a high purity. Within the scope of the invention But it is not excluded that in the layers foreign materials detectable, for example, as impurities during a coating process used to make the layer sequence can be introduced into the layers.

In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Barriereschichten aus Chrom auch an den Schichtübergängen, an denen in Wachstumsrichtung eine Scandiumschicht auf eine Siliziumschicht folgt, vorgesehen. Die thermische Stabilität der Schichtenfolge wird dadurch im Vergleich zur ersten Ausführungsform der Erfindung weiter verbessert.In a second preferred embodiment In the invention, barrier layers of chromium are also present at the layer transitions those in the growth direction, a scandium layer on a silicon layer follows, provided. The thermal stability of the layer sequence is characterized in comparison to the first embodiment the invention further improved.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind auch Barriereschichten aus Chrom an Schichtübergängen enthalten, die mit den Bäuchen eines elektrischen Feldes der stehenden elektromagnetischen Welle, die sich bei der Reflexion von Strahlung innerhalb der Schichtenfolge ausbildet, zusammenfallen. Eine zumindest geringfügige Verringerung der Reflexion der Schichtenfolge im Vergleich zu einer Schichtenfolge ohne Barriereschichten lässt sich dabei aufgrund der Absorption der Chromschichten nicht ausschließen, jedoch überwiegen die Vorteile dieser Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zu der ersten Ausführungsform der Erfindung, wenn eine erhöhte thermische Stabilität erzielt werden soll.at this embodiment The invention also includes barrier layers of chromium at layer transitions, the ones with the bellies an electric field of the standing electromagnetic wave, reflected in the reflection of radiation within the layer sequence trains, coincides. An at least slight reduction the reflection of the layer sequence in comparison to a layer sequence without barrier layers However, due to the absorption of the chromium layers not exclude, but outweigh the advantages of this embodiment the invention in comparison with the first embodiment of the invention, when a increased thermal stability should be achieved.

Die Dicke der Barriereschichten beträgt vorteilhaft zwischen 0,5 nm und 2 nm. Barriereschichten mit derartigen Dicken sind geeignet, die Interdiffusion bzw. die Bildung von ScS-Verbindungen an den Grenzflächen effektiv zu verhindern. Andererseits sind sie aber noch ausreichend dünn, so dass die Absorption innerhalb dieser Barriereschichten nur gering ist.The Thickness of the barrier layers is advantageously between 0.5 nm and 2 nm. Barrier layers with such Thicknesses are suitable, the interdiffusion or the formation of ScS compounds at the interfaces effectively to prevent. On the other hand, they are still sufficiently thin, so that the absorption within these barrier layers is only slight.

Die Schichtenfolge enthält bevorzugt zwischen einschließlich 5 und einschließlich 30 Schichtpaaren. Unter einem Schichtpaar wird dabei eine Siliziumschicht und eine ihr benachbarte Scandiumschicht einschließlich der angrenzenden Barriereschicht oder -schichten verstanden. Eine weitere Erhöhung der Anzahl der Schichtpaare würde sich aufgrund der begrenzten Eindringtiefe der Strahlung in diesem Spektralbereich nur geringfügig auf die Reflexion der Schichtenfolge auswirken.The Layer sequence contains preferably between inclusive 5 and inclusive 30 pairs of layers. Under a pair of layers while a silicon layer and an adjacent scandium layer including the adjacent barrier layer or layers understood. Another increase the number of layer pairs would due to the limited penetration depth of the radiation in this Spectral range only slightly affect the reflection of the layer sequence.

Bevorzugt ist eine Deckschicht auf die Schichtenfolge aufgebracht, die sich in ihrem Material und/oder ihrer Dicke von den Schichten der Schichtenfolge unterscheidet. Beispielsweise kann eine Deckschicht aufgebracht sein, die nicht aus Scandium oder Silizium besteht. Bevorzugt weisen die Siliziumschichten der Schichtenfolge eine Dicke dSi auf, und eine Deckschicht aus Silizium ist auf die Schichtenfolge aufgebracht, für deren Dicke d gilt: 0,5 dSi ≤ d ≤ 0,9 dSi. Die Reflexion der Schichtenfolge wir dadurch vorteilhaft erhöht.Preferably, a cover layer is applied to the layer sequence, which differs in its material and / or thickness from the layers of the layer sequence. For example, a cover layer may be applied, which does not consist of scandium or silicon. The silicon layers of the layer sequence preferably have a thickness d Si , and a cover layer of silicon is applied to the layer sequence, for the thickness d of which: 0.5 d Si ≦ d ≦ 0.9 d Si . The reflection of the layer sequence is thereby advantageously increased.

Eine Verbesserung der Reflexion der Schichtenfolge ist auch dadurch möglich, dass die Schichtenfolge auf ein Substrat aufgebracht ist, das eine Oberflächenrauheit von weniger als 0,2 nm aufweist. Unter der Oberflächenrauheit wird dabei die beispielsweise aus Kurvenanpassungen an mit Cu Kα-Strahlung gemessene Röntgenreflexionskurven bestimmbare rms-Rauheit der Oberfläche verstanden.A Improvement of the reflection of the layer sequence is also possible because of the layer sequence is applied to a substrate having a surface roughness of less than 0.2 nm. Under the surface roughness is doing the example of curve adjustments on with Cu Kα radiation Measured X-ray reflection curves determinable rms roughness of the surface Understood.

Die Schichtenfolge kann zum Beispiel auf ein ebenes Substrat aufgebracht sein, insbesondere auf ein Halbleitersubstrat wie beispielsweise einen Siliziumwafer. Ferner ist es möglich, dass die Schichtenfolge auf eine gekrümmte Oberfläche eines Substrats aufgebracht ist. Insbesondere kann die Oberfläche des Substrats auch eine asphärische Krümmung, beispielsweise eine parabolische Krümmung zur Erzeugung eines weitgehend parallelen Strahls aus einer nahezu punktförmigen Strahlungsquelle sein.The Layer sequence can be applied to a planar substrate, for example be, especially on a semiconductor substrate such as a silicon wafer. Furthermore, it is possible that the layer sequence on a curved surface a substrate is applied. In particular, the surface of the Substrate also an aspherical Curvature, for example a parabolic curvature for producing a substantially parallel beam from a nearly punctate Be radiation source.

Eine reflektierende Schichtenfolge gemäß der Erfindung kann zum Beispiel für Bauelemente zur Strahlführung und/oder Strahlformung einer Strahlungsquelle mit einer Wellenlänge zwischen 35 nm und 50 nm verwendet werden, insbesondere für ebene Spiegel zur Strahlumlenkung oder für gekrümmte Spiegel zur Kollimation oder Fokussierung der Strahlung. Aufgrund der Möglichkeit zur Erzeugung einer spektral sehr engen Reflexion, die eine volle Halbwertsbreite von beispielsweise nur etwa 5 nm aufweisen kann, ist eine Schichtenfolge gemäß der Erfindung insbesondere auch für die Anwendung in Spektrometern geeignet.A Reflective layer sequence according to the invention can, for example for components for beam guidance and / or beam forming a radiation source having a wavelength between 35 nm and 50 nm are used, in particular for plane mirror for beam deflection or for curved mirror for collimation or focusing of the radiation. Because of the possibility to produce a spectrally very narrow reflection, which is a full Having a half width of, for example, only about 5 nm, is a layer sequence according to the invention especially for the application in spectrometers suitable.

Besonders geeignet ist eine Schichtenfolge gemäß der Erfindung für die Verwendung bei Temperaturen zwischen 50°C und 150°C, während eine gleichartige Schichtenfolge ohne Barriereschichten in diesem Temperaturbereich bereits reflexionsmindernde Degradationserscheinungen aufweist.Especially suitable is a layer sequence according to the invention for use at temperatures between 50 ° C and 150 ° C, while a similar layer sequence without barrier layers in this Temperature range already reflection-reducing degradation phenomena having.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den 1 bis 4 näher erläutert.The invention will be described below with reference to embodiments in connection with 1 to 4 explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Ausführungsbeispiel einer Schichtenfolge zur Reflexion von Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 35 nm und 50 nm gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, 1 a schematic representation of a cross section through an embodiment of a layer sequence for the reflection of radiation having a wavelength between 35 nm and 50 nm according to the first embodiment of the invention,

2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Ausführungsbeispiel einer Schichtenfolge zur Reflexion von Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 35 nm und 50 nm gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung, 2 a schematic representation of a cross section through an embodiment of a layer sequence for the reflection of radiation having a wavelength between 35 nm and 50 nm according to the second embodiment of the invention,

3 eine Darstellung von temperaturabhängigen Messungen einer normierten Periodendicke H/H0 von zwei Schichtenfolgen gemäß der Erfindung im Vergleich zu einer weiteren Schichtenfolge und 3 a representation of temperature-dependent measurements of a normalized period thickness H / H 0 of two layer sequences according to the invention in comparison to a further layer sequence and

4 gemessene Reflexionskurven von zwei Schichtenfolgen gemäß der Erfindung im Vergleich zu zwei weiteren Schichtenfolgen. 4 measured reflection curves of two layer sequences according to the invention in comparison to two further layer sequences.

Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Same or equivalent elements are in the figures with the same Provided with reference numerals.

Bei dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine alternierende Schichtenfolge aus Siliziumschichten 2 und Scandiumschichten 3 auf einem Substrat 1 aufgebracht, wobei jeweils eine Siliziumschicht 2 und eine benachbarte Scandiumschicht 3 ein Schichtpaar bilden. Zur Vereinfachung der Darstellung sind nur vier Schichtpaare dargestellt. Eine bevorzugte Anzahl der Schichtpaare beträgt zwischen einschließlich 5 und einschließlich 30.At the in 1 illustrated first embodiment of the invention is an alternating layer sequence of silicon layers 2 and scandium layers 3 on a substrate 1 applied, each with a silicon layer 2 and an adjacent scandium layer 3 form a layer pair. To simplify the illustration, only four pairs of layers are shown. A preferred number of layer pairs is between 5 and 30 inclusive.

Innerhalb der Schichtenfolge ist an den Schichtübergängen, an denen in Wachstumsrichtung eine Siliziumschicht 2 auf eine Scandiumschicht 3 folgt, eine Barriereschicht 4 aus Chrom eingefügt. Die Dicke der Barriereschichten aus Chrom beträgt bevorzugt 0,5 nm bis 2 nm. Die Barriereschichten 4 verhindern die Interdiffusion zwischen den Scandiumschichten 3 und den ihnen in Wachstumsrichtung nachfolgenden Siliziumschichten 2. Durch die eingefügten Barriereschichten 4 wird sowohl die Reflexion der Schichtenfolge für Strahlung im Bereich von 35 bis 50 nm vorteilhaft erhöht, als auch die thermische Stabilität der Schichtenfolge bei gegenüber Raumtemperatur erhöhten Temperaturen, insbesondere im Temperaturbereich von 50°C bis 150°C, verbessert.Within the layer sequence is at the layer transitions at which in the growth direction, a silicon layer 2 on a scandium layer 3 follows, a barrier layer 4 made of chrome. The thickness of the barrier layers of chromium is preferably 0.5 nm to 2 nm. The barrier layers 4 prevent the interdiffusion between the scandium layers 3 and the silicon layers following them in the growth direction 2 , Through the inserted barrier layers 4 Both the reflection of the layer sequence for radiation in the range of 35 to 50 nm is advantageously increased, as well as the thermal stability of the layer sequence at elevated temperatures relative to room temperature, in particular in the temperature range of 50 ° C to 150 ° C, improved.

Die Schichtenfolge kann beispielsweise eine periodische Schichtenfolge sein, in der die Dicke der Siliziumschichten 2 und der Scandiumschichten 3 sowie der Barriereschichten 4 innerhalb der Schichtenfolge nicht variiert. Mit einer derartigen periodischen Schichtenfolge läßt sich eine hohe Reflexion in einem engen Spektralbereich um eine vorgegebene Wellenlänge λ erzielen. Die Schichtenfolge kann im Rahmen der Erfindung aber auch eine aperiodische Schichtenfolge sein, innerhalb der die Dicken der Siliziumschichten 2 und der Scandiumschichten 3 variieren. Mit einer derartigen aperiodischen Schichtenfolge ist es möglich, eine hohe Reflexion der Schichtenfolge in einem vergleichsweise breiten Wellenlänge- beziehungsweise Einfallswinkelbereich zu erzielen, wobei die maximale Reflexion bei einer vorgegebenen Wellenlänge allerdings geringer ist als bei einer periodischen Schichtenfolge.The layer sequence can be, for example, a periodic layer sequence in which the thickness of the silicon layers 2 and the scandium layers 3 as well as the barrier layers 4 within the layer sequence does not vary. With such a periodic layer sequence, a high reflection in a narrow spectral range can be achieved by a predetermined wavelength λ. Within the scope of the invention, however, the layer sequence may also be an aperiodic layer sequence within which the thicknesses of the silicon layers 2 and the scandium layers 3 vary. With such an aperiodic layer sequence, it is possible to achieve a high reflection of the layer sequence in a comparatively broad wavelength or incident angle range, the maximum reflection at a given wavelength, however, being lower than in the case of a periodic layer sequence.

Das Substrat 1 kann beispielsweise ein Halbleitersubstrat, insbesondere ein Siliziumwafer, oder ein Substrat aus einem Glas oder einer Glaskeramik, insbesondere einer Glaskeramik mit einem geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, sein. Vorteilhaft weist das Substrat 1 eine Oberflächenrauheit von weniger als 0,2 nm auf.The substrate 1 For example, it may be a semiconductor substrate, in particular a silicon wafer, or a substrate made of a glass or a glass ceramic, in particular a glass ceramic with a low coefficient of thermal expansion. Advantageously, the substrate 1 a surface roughness of less than 0.2 nm.

Das Aufbringen der Schichtenfolge auf eine Substrat 1 erfolgt bevorzugt mittels Sputtern, insbesondere mittels DC-Magnetronsputtern. Beispielsweise kann Argon mit einem Druck von 1,33·10–3 mbar als Arbeitsgas verwendet werden. Bei einem Abstand von etwa 50 mm zwischen den Sputtertargets und dem Substrat 1 kann eine Wachstumsrate von 0,5 nm/s bis 0,7 nm/s erzielt werden. Im Rahmen der Erfindung sind aber auch andere Beschichtungsverfahren denkbar, insbesondere Elektronenstrahlverdampfung, Plasma-Innengeschützte Verdampfung (PIAD – Plasma Ion Assisted Deposition) oder Laser-Ablation.The application of the layer sequence on a substrate 1 is preferably carried out by sputtering, esp especially by means of DC magnetron sputtering. For example, argon can be used at a pressure of 1.33 × 10 -3 mbar as working gas. At a distance of about 50 mm between the sputtering targets and the substrate 1 For example, a growth rate of 0.5 nm / s to 0.7 nm / s can be achieved. In the context of the invention, however, other coating methods are also conceivable, in particular electron beam evaporation, plasma ion-protected evaporation (PIAD) or laser ablation.

Die Schichtenfolge kann an der dem Substrat 1 gegenüberliegenden Oberfläche mit einer Deckschicht 5 versehen sein, die nicht aus Silizium oder Scandium besteht. Durch die Auswahl eines gegen Oxidation verhältnismäßig unempfindlichen Materials für die Deckschicht 5, inbesondere einer Kohlenstoffverbindung wie B4C oder Mo2C, lässt sich die thermische Stabilität der Schichtenfolge weiter erhöhen.The layer sequence can be attached to the substrate 1 opposite surface with a cover layer 5 be provided, which does not consist of silicon or scandium. By selecting a relatively insensitive to oxidation material for the cover layer 5 , in particular a carbon compound such as B 4 C or Mo 2 C, the thermal stability of the layer sequence can be further increased.

Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Schichtenfolge gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung entspricht im wesentlichen dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, wobei die Schichtenfolge aber zusätzlich Barriereschichten 6 aus Chrom an den Schichtübergängen enthält, an denen in Wachstumsrichtung eine Scandiumschicht 3 auf eine Siliziumschicht 2 folgt.This in 2 illustrated embodiment of a layer sequence according to the second embodiment of the invention substantially corresponds to the in 1 illustrated embodiment, wherein the layer sequence but additionally barrier layers 6 of chromium at the layer transitions, at which in the growth direction a scandium layer 3 on a silicon layer 2 follows.

Der Einfluss der Barriereschichten 4, 6 auf die thermische Stabilität zweier Schichtenfolgen gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zu einer Schichtenfolge ohne Barriereschichten wird in 3 verdeutlicht.The influence of the barrier layers 4 . 6 on the thermal stability of two layer sequences according to the first and the second embodiment of the invention in comparison to a layer sequence without barrier layers is in 3 clarified.

Eine Schichtenfolge ohne Barriereschichten (Kurve 7), eine Schichtenfolge mit Barriereschichten 4 an Schichtübergängen, an denen in Wachstumsrichtung eine Siliziumschicht auf eine Scandiumschicht folgt (Kurve 8), und eine Schichtenfolge mit Barriereschichten 4, 6 an allen Schichtübergängen der Schichtenfolge (Kurve 9) wurden durch eine temperaturabhängige Messung der Periodendicke H miteinander verglichen. Unter der Periodendicke H wird dabei die Gesamtdicke eines Schichtpaars aus einer Siliziumschicht 2 und einer Scandiumschicht 3 einschließlich der Barriereschicht 4 bei der ersten Ausführungsform der Erfindung (Kurve 8) beziehungsweise einschließlich der zwei Barriereschichten 4, 6 bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung (Kurve 9) verstanden. Die Periodendicke H betrug bei den drei verglichenen Schichtenfolgen bei Raumtemperatur jeweils etwa 24 nm.A layer sequence without barrier layers (curve 7 ), a layer sequence with barrier layers 4 at layer transitions at which a silicon layer follows a scandium layer in the growth direction (curve 8th ), and a layer sequence with barrier layers 4 . 6 at all layer transitions of the layer sequence (curve 9 ) were compared by a temperature-dependent measurement of the period thickness H with each other. In this case, the total thickness of a layer pair of a silicon layer is called the period thickness H 2 and a scandium layer 3 including the barrier layer 4 in the first embodiment of the invention (curve 8th ) or including the two barrier layers 4 . 6 in the second embodiment of the invention (curve 9 ) Understood. The period thickness H was in the case of the three compared layer sequences at room temperature in each case about 24 nm.

Die Periodendicken H der Schichtenfolgen wurden nach einem jeweils einstündigen Tempern im Vakuum bei Temperaturen von 100°C, 150°C, 200°C und 250°C gemessen. Da sich die Periodendicke H bei der Bildung von SiSc-Verbindungen an den Grenzflächen verringert, ist eine Abnahme der Periodendicke H ein Maß für die Degradation der Schichtsysteme. Die Kurven 7, 8, 9 stellen die Temperaturabhängigkeit der auf den jeweiligen Ausgangswert H0 normierten Periodendicke H für die drei Schichtenfolgen dar. Die verbesserte Temperaturstabilität der Schichtenfolgen mit Barriereschichten 4, 6 zeigt sich beispielsweise bei den bei der Temperatur 150°C ermittelten Messwerten dadurch, dass bei der Schichtenfolge ohne Barriereschicht (Kurve 7) bereits eine Abnahme der Periodendicke H um etwa 3% sichtbar ist. Die Schichtenfolge gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung (Kurve 8) weist dagegen einen geringeren Rückgang der Periodendicke H auf, und die Schichtenfolge gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung (Kurve 9) zeigt bei dieser Temperatur noch eine nahezu unveränderte Periodendicke H.The period thicknesses H of the layer sequences were measured after a one-hour annealing in vacuo at temperatures of 100 ° C, 150 ° C, 200 ° C and 250 ° C. Since the period thickness H decreases in the formation of SiSc compounds at the interfaces, a decrease in the period thickness H is a measure of the degradation of the layer systems. The curves 7 . 8th . 9 represent the temperature dependence of the normalized to the respective output value H 0 period thickness H for the three layer sequences. The improved temperature stability of the layer sequences with barrier layers 4 . 6 shows, for example, in the case of the measured values determined at the temperature of 150 ° C., in the case of the layer sequence without a barrier layer (curve 7 ) already a decrease in the period thickness H by about 3% is visible. The layer sequence according to the first embodiment of the invention (curve 8th ) has a smaller decrease in the period thickness H, and the layer sequence according to the second embodiment of the invention (curve 9 ) shows at this temperature still a virtually unchanged period thickness H.

In 4 ist der Einfluß der Barriereschichten 4, 6 auf die Reflexion von zwei Schichtenfolgen gemäß der Erfindung (Kurven 10, 12) im Vergleich zu zwei weiteren Schichtenfolgen (Kurven 11, 13) dargestellt. Die reflektierenden Schichtenfolgen wurden jeweils für eine maximale Reflexion bei einer Wellenlänge λ von etwa 45 nm optimiert und weisen eine Periodendicke von etwa 24,5 nm auf. Die Kurve 10 stellt den Reflexionsverlauf einer Schichtenfolge gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung dar. Durch das Einfügen der Barriereschichten 4 an den Schichtübergängen, an denen in Wachstumsrichtung eine Siliziumschicht 2 auf eine Scandiumschicht 3 folgt, konnte die Reflexion gegenüber einer Schichtenfolge ohne Barriereschichten, deren Reflexionsverlauf in Kurve 11 dargestellt ist, erhöht werden.In 4 is the influence of the barrier layers 4 . 6 on the reflection of two layer sequences according to the invention (curves 10 . 12 ) compared to two further layer sequences (curves 11 . 13 ). The reflective layer sequences were each optimized for maximum reflection at a wavelength λ of about 45 nm and have a period thickness of about 24.5 nm. The curve 10 illustrates the reflection course of a layer sequence according to the first embodiment of the invention. By inserting the barrier layers 4 at the layer transitions at which in the growth direction a silicon layer 2 on a scandium layer 3 follows, the reflection could be compared to a layer sequence without barrier layers, whose reflection curve in curve 11 is shown increased.

Eine Schichtenfolge gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung mit Barriereschichten an allen Schichtübergängen zwischen Siliziumschichten und Scandiumschichten, deren Reflexionsverlauf in der Kurve 12 dargestellt ist, weist eine geringere maximale Reflexion auf. Die Verwendung einer derartigen Schichtenfolge ist trotz der etwas geringeren Reflexion sinnvoll, wenn die Umgebungstemperatur der Anwendung eine erhöhte thermische Stabilität der Schichtenfolge erforderlich macht.A layer sequence according to the second embodiment of the invention with barrier layers at all layer transitions between silicon layers and scandium layers, their reflection curve in the curve 12 is shown, has a lower maximum reflection. Despite the somewhat lower reflection, the use of such a layer sequence makes sense if the ambient temperature of the application requires increased thermal stability of the layer sequence.

Weiterhin ist in 4 der Reflexionsverlauf einer weiteren Schichtenfolge (Kurve 13) dargestellt, bei der im Gegensatz zur ersten Ausführungsform der Erfindung Barriereschichten ausschließlich an den Schichtübergängen eingefügt sind, an denen in Wachstumsrichtung eine Siliziumschicht auf eine Scandiumschicht folgt. Die im Vergleich zu den anderen dargestellten Kurven 10, 11, 12 deutlich geringe Maximalreflexion verdeutlicht, dass ein Einfügen der Barriereschichten an ausschließlich diesen Schichtübergängen nicht sinnvoll ist.Furthermore, in 4 the reflection course of another layer sequence (curve 13 ), in which, in contrast to the first embodiment of the invention, barrier layers are inserted exclusively at the layer transitions at which a silicon layer follows a scandium layer in the direction of growth. The curves compared to the other ones 10 . 11 . 12 clearly low maximum reflection makes it clear that inserting the barrier layers on only these layer transitions is not meaningful.

Claims (12)

Schichtenfolge zur Reflexion von Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 35 nm und 50 nm, die auf einem Substrat (1) aufgewachsen ist und eine Mehrzahl alternierender Scandiumschichten (3) und Siliziumschichten (2) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass an Schichtübergängen, an denen in Wachstumsrichtung eine Siliziumschicht auf eine Scandiumschicht folgt, jeweils eine Barrierenschicht (4) enthalten ist und an Schichtübergängen, an denen in Wachstumsrichtung eine Scandiumschicht (3) auf eine Siliziumschicht (2) folgt, jeweils keine Barrierenschicht enthalten ist.Layer sequence for the reflection of radiation having a wavelength between 35 nm and 50 nm, which is deposited on a substrate ( 1 ) and a plurality of alternating scandium layers ( 3 ) and silicon layers ( 2 ), characterized in that at layer transitions at which a silicon layer follows a scandium layer in the growth direction, in each case one barrier layer ( 4 ) and at layer transitions at which in the growth direction a scandium layer ( 3 ) on a silicon layer ( 2 ), no barrier layer is included in each case. Schichtenfolge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Barrierenschichten (4) Chromschichten sind.Layer sequence according to claim 1, characterized in that the barrier layers ( 4 ) Chrome layers are. Schichtenfolge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtenfolge bei zumindest einer Wellenlänge zwischen 35 nm und 50 nm eine Reflexion R > 0,50 aufweist.Layer sequence according to claim 1 or 2, characterized that the layer sequence at least one wavelength between 35 nm and 50 nm a reflection R> 0.50 having. Schichtenfolge zur Reflexion von Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 35 nm und 50 nm, die auf einem Substrat (1) aufgewachsen ist und eine Mehrzahl alternierender Scandiumschichten (3) und Siliziumschichten (2) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl an Schichtübergängen, bei denen in Wachstumsrichtung eine Siliziumschicht (2) auf eine Scandiumschicht (3) folgt, als auch an Schichtübergängen, an denen in Wachstumsrichtung eine Scandiumschicht (3) auf eine Siliziumschicht (2) folgt, jeweils eine Barrierenschicht (4, 6) aus Chrom enthalten ist.Layer sequence for the reflection of radiation having a wavelength between 35 nm and 50 nm, which is deposited on a substrate ( 1 ) and a plurality of alternating scandium layers ( 3 ) and silicon layers ( 2 ), characterized in that both at layer transitions, in which in the growth direction a silicon layer ( 2 ) on a scandium layer ( 3 ), as well as at layer transitions at which a scandium layer ( 3 ) on a silicon layer ( 2 ), one barrier layer each ( 4 . 6 ) is contained in chromium. Schichtenfolge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Barrierenschichten (4, 6) zwischen 0,5 nm und 2 nm beträgt.Layer sequence according to one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the barrier layers ( 4 . 6 ) is between 0.5 nm and 2 nm. Schichtenfolge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Deckschicht (5) auf die Schichtenfolge aufgebracht ist, die nicht aus Silizium oder Scandium besteht.Layer sequence according to one of the preceding claims, characterized in that a cover layer ( 5 ) is applied to the layer sequence that does not consist of silicon or scandium. Schichtenfolge nach einem Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliziumschichten (2) der Schichtenfolge eine Dicke dSi aufweisen und eine Deckschicht (5) aus Silizium auf die Schichtenfolge aufgebracht ist, für deren Dicke d gilt: 0,5 dSi ≤ d ≤ 0,9 dSi.Layer sequence according to one of claims 1 to 5, characterized in that the silicon layers ( 2 ) of the layer sequence have a thickness d Si and a cover layer ( 5 ) of silicon is applied to the layer sequence, for whose thickness d: 0.5 d Si ≤ d ≤ 0.9 d Si . Schichtenfolge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Scandiumschicht (3) und eine ihr benachbarte Siliziumschicht (2) ein Schichtpaar bilden und die Anzahl der Schichtpaare zwischen einschließlich 5 und einschließlich 30 beträgt.Layer sequence according to one of the preceding claims, characterized in that in each case a scandium layer ( 3 ) and an adjacent silicon layer ( 2 ) form a layer pair and the number of layer pairs is between 5 and 30 inclusive. Schichtenfolge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) eine Oberflächenrauheit von weniger als 0,2 nm aufweist.Layer sequence according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate ( 1 ) has a surface roughness of less than 0.2 nm. Schichtenfolge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtenfolge auf eine gekrümmte Oberfläche des Substrats (1) aufgebracht ist.Layer sequence according to one of the preceding claims, characterized in that the layer sequence on a curved surface of the substrate ( 1 ) is applied. Schichtenfolge nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Substrats (1) asphärisch gekrümmt ist.Layer sequence according to claim 10, characterized in that the surface of the substrate ( 1 ) is curved aspherically. Verwendung einer Schichtenfolge nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Reflexion von Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 35 nm und 50 nm bei einer Temperatur zwischen 50°C und 150°C.Use of a layer sequence according to one of claims 1 to 11 for the reflection of radiation with a wavelength between 35 nm and 50 nm at a temperature between 50 ° C and 150 ° C.
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