Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-6428
Main Title: Multimethod metrology of multilayer mirrors using EUV and X-Ray radiation
Translated Title: Multimethodenmetrologie an Mehrschichtspiegeln unter der Verwendung von EUV und Röntgenstrahlung
Author(s): Haase, Anton
Advisor(s): Richter, Mathias
Scholze, Frank
Referee(s): Eisebitt, Stefan
Richter, Mathias
Bajt, Saša
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: Multilayer mirrors for the extreme ultraviolet (EUV) spectral range are essential optical elements of next-generation lithography systems and in scientific applications, e.g. water window microscopes. Their failure so far to reach theoretically predicted peak reflectivity values significantly hinders their applicability and raises the question of the reasons behind that limited performance. This thesis introduces a combination of indirect metrological characterization techniques using EUV and X-ray radiation to enable unambiguous judgments on the structural properties and interface morphologies of those multilayer systems, providing possible answers. The approach was used to study two sets of unpolished and interface-polished Mo/Si/C multilayer systems designed to reflect EUV radiation with 13.5nm wavelength. These were fabricated with increasing molybdenum thickness from sample to sample. By examining the combination of EUV reflectivity and X-ray reflectivity (XRR), and considering experimental uncertainties, structural parameters were reconstructed and validated through the deduction of confidence intervals. By establishing a method for the analysis of EUV diffuse scattering, an observed minimum in the peak reflectance for some samples could be related to variations in layer thickness and interface roughness associated with crystallization in the molybdenum layers. Increased roughness for samples at the crystallization threshold and intermixing were identified as impeding the measured reflectance. Furthermore, the new methodology was applied to Cr/Sc multilayer mirrors for the water window spectral range having individual layer thicknesses in the sub-nanometer regime. The combination of the analysis of EUV reflectivity and of XRR based on a binary layer model was shown to be insufficient to describe this system. The model was extended to explicitly take into account gradual interface profiles and strong intermixing. It was demonstrated by structural characterization and systematic validation of the extended model parameters, based on the analysis of EUV reflectivity, resonant extreme ultraviolet reflectivity (REUV), XRR and X-ray fluorescence (XRF) experiments, that only the combination of those analytic methods yields a consistent result. Augmenting the characterization through the EUV diffuse scattering analysis explains the low reflectivity as resulting from a theoretical model that is too simplistic.
Mehrschichtspiegel für den EUV Wellenlängenbereich sind wichtige optische Komponenten für die nächste Halbleiterlithografiegeneration und kommen auch im wissenschaftlichen Bereich, beispielsweise in Mikroskopen für das Wasserfenster, zum Einsatz. Derenverminderte Reflektivität im Vergleich zu den theoretisch möglichen Werten schränkt ihre Einsatzfähigkeit ein und wirft die Frage nach den Ursachen dafür auf. In der vorliegenden Dissertation wurde eine Kombination von metrologischen indirekten Charakterisierungstechniken unter Anwendung von EUV und Röntgenstrahlung eingeführt. So wurden Rückschlüsse auf die Struktur und Grenzflächenmorphologie der Mehrschichtsysteme eindeutig möglich. Die Methodik wurde zur Untersuchung von Mo/Si/C-Mehrschichtsystemen mit polierten und unpolierten Grenzflächen eingesetzt, welche als Spiegel für EUV-Strahlung mit 13.5nm Wellenlänge dienen. Die Mehrschichtsysteme wurden mit wachsender Molybdänschichtdicke von Probe zu Probe hergestellt. Die kombinierte Analyse von EUVReflektivität und Röntgenreflektivität unter Berücksichtigung der experimentellen Unsicherheiten ermöglichte eine Bestimmung der strukturellen Modellparameter und deren Konfidenzintervalle. Die Einführung einer Methode zur Analyse diffuser EUV Streuung erlaubt ferner die Korrelation beobachteter Reflektivitätseinbrüche in bestimmten Proben mit Variationen der Schichtdicken und der Grenzflächenrauigkeit durch Kristallisation in den Molybdänschichten. Erhöhte Rauigkeit an der Kristallisationsschwelle und Durchmischung an den Grenzflächen konnten als Ursache der beeinträchtigten Reflektivität eindeutig identifiziert werden. Die hier etablierte Methodologie wurde desweiteren auf Cr/Sc-Mehrschichtspiegel für das Wasserfenster angewandt. Die Kombination von EUV- und Röntgenreflektivität basierend auf einem binären Schichtmodell stellte sich bei diesem System als unzureichende Beschreibung heraus. Daher wurde das Modell erweitert, um graduelle Grenzflächenprofile und starke Vermischung explizit zu berücksichtigen. Auf Grundlage der Strukturanalyse mittels EUV-Reflektivität, resonanter EUV-Reflektivität, Röntgenreflektivität und Röntgenfluoreszenz und anschließender Validierung konnte gezeigt werden, dass nur die Kombination all dieser analytischen Methoden ein konsistentes Ergebnis liefert. Die Erweiterung dieser Charakterisierung durch diffuse EUV-Streuung erklärt eindeutig die Ursachen für die geringe Reflektivität.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de//handle/11303/7135
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-6428
Exam Date: 30-Oct-2017
Issue Date: 2017
Date Available: 13-Nov-2017
DDC Class: DDC::500 Naturwissenschaften und Mathematik::530 Physik::530 Physik
Subject(s): multilayer
metrology
roughness
intermixing
mirrors
Mehrschichten
Metrologie
Rauigkeit
Vermischung
Spiegel
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