Light scattering of optical components at 193 nm and 13.5 nm

Schröder, Sven GND

Die aktuellen Entwicklungen auf dem Gebiet der Halbleiterlithographie ziehen enorme Herausforderungen an optische Komponenten für 193 nm und 13,5 nm nach sich. Insbesondere Streulicht an optischen Oberflächen, Schichtsystemen und in Bulkmaterialien stellt einen kritischen Faktor dar. Hauptgegenstand dieser Arbeit war die Entwicklung eines Messinstrumentariums, das sowohl effektive Systeme zur sensitiven Streulichtmessung bei 193 nm und 13,5 nm als auch deren Verknüpfung mit theoretischen Analysewerkzeugen umfasste, um die relevanten Streulichtmechanismen bei beiden Wellenlängen zu untersuchen. Ein System zur Messung des totalen Streulichts (TS) und des winkelaufgelösten Streulichts (ARS) bei 193 nm wird beschrieben. Das TS-System weist eine Sensitivität von besser als 10{}^{-6} auf. Das ARS-System ermöglicht Messungen bei beliebigen Einfalls- und Streuwinkeln mit einem Dynamikbereich von mehr als 12 Größenordnungen. Für Untersuchungen bei 13,5 nm wurde ein System für winkelaufgelöste Streulicht- und Reflexionsmessungen mit einem Dynamikbereich von 6 Größenordnungen entwickelt. Es konnte gezeigt werden, dass existierende Theorien zur Beschreibung von rauheitsinduziertem Streulicht im sichtbaren und im Röntgen-Spektralbereich gültig bei 193 nm und 13,5 nm sind und Grenzflächenrauheit die wesentliche Streulichtursache sowohl bei DUV- als auch bei EUV-Schichtsystemen ist. Eine neuartige Methode zur Charakterisierung von Vielschichtsystemen durch Kombination von Streulicht- und Rauheitsmessungen wurde vorgestellt. Dabei werden die relevanten strukturellen Eigenschaften durch zwei anschauliche Parameter beschrieben: Der Skalierungsexponent \beta beschreibt die Rauheitsentwicklung im Schichtsystem und \delta beschreibt Schichtdickenabweichungen.

The recent developments in semiconductor lithography place challenging demands on optical components for 193 nm and 13.5 nm. In particular light scattering from optical surfaces, thin film coatings, and bulk materials becomes crucially important. This thesis concentrates on the development of a complete methodology, comprising effective instruments for sensitive scattering measurements at 193 nm and 13.5 nm as well as the link to theoretical modeling and analysis tools in order to investigate the relevant scattering mechanisms at both wavelengths. A system for total scattering (TS) and angle resolved scattering (ARS) measurements at 193 nm is described. The TS set-up exhibits a sensitivity of better than 10{}^{-6}. The set-up for ARS enables measurements at arbitrary angles of incidence and scattering with a dynamic range of 12 orders of magnitude. For investigations at 13.5 nm, an instrument for angle resolved scatter and reflectance measurements has been developed. The dynamic range exceeds 6 orders of magnitude. Existing theories for roughness-induced scattering in the visible and X-ray spectral ranges proved to be valid at both 193 nm and 13.5 nm, and interface roughness was found to be the main source of scattering for both DUV and EUV coatings. A novel procedure for the characterization of multilayer coatings which combines scattering and roughness measurement and modeling was presented. The relevant structural properties are expressed by two descriptive parameters. The scaling exponent \beta describes the roughness evolution in the multilayer, and \delta describes optical layer thickness deviations.

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Schröder, Sven: Light scattering of optical components at 193 nm and 13.5 nm. 2009.

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