EUV/XUV Beschichtungen

Schichten und Schichtsysteme für den extrem ultravioletten Spektralbereich

Neue Anwendungsbereiche von Optiken für kurze Wellenlängen

Die Optikentwicklung fokussiert sich seit einigen Jahren zunehmend auf Optikkomponenten für immer kürzere Wellenlängen. Begründet ist dieser Trend zum einen in der Forderung nach Erhöhung des Auflösungsvermögens optischer Systeme und zum anderen in der Verfügbarkeit leistungsfähiger Strahlquellen im extrem ultravioletten (EUV) und weichen Röntgenbereich.

Herausragende Anwendungen von EUV- und Röntgenoptiken sind neben der EUV-Lithographie (λ = 13,5 nm) auch Anwendungen in der Astronomie, Beamline-Optiken für Synchrotrons, Optiken für Röntgenlaser und zukünftig XFELs. Darüber hinaus besteht auch großes Potenzial für die Mikroskopie im sogenannten Wasserfenster (λ = 2,4 nm ... 4,4 nm). In diesem Spektralbereich sind viele biologische Proben transparent und somit besonders gut zugänglich für Untersuchungen. Die extrem kurzen Wellenlängen ermöglichen bisher nie dagewesene Auflösungen und damit völlig neuartige Untersuchungsmetoden in Biologie und Medizin. Reflexionswerte von 5.2 % bei 2,48 nm und 20 % bei 3,1 nm wurden durch Vielschichtsysteme auf Basis von Chrom, Vanadium und Scandium erreicht.

 

Unser Leistungangebot auf dem Gebiet der EUV/XUV-Beschichtungen

Wir bieten Kunden aus Industrie und Forschung ein umfassendes Leistungsspektrum an, das vom Design optischer Schichtsysteme über die Entwicklung von Beschichtungsprozessen für unterschiedliche Anwendungen bis hin zur Charakterisierung von EUV-Bauteilen reicht.

 

Hohe Ansprüche bei Beschichtungen für den EUV-Spektralbereich

Für optische Komponenten bei extrem kurzen Wellenlängen sind spezielle Beschichtungen unerlässlich. Die kurzen Wellenlängen stellen extreme Anforderungen an Schichtmaterialien, Dickenpräzision, Zusammensetzung, Reinheit, Rauheit, Morphologie sowie deren Wechselwirkung mit den umgebenden Medien. Folglich müssen EUV/XUV-Beschichtungen mit höchster Präzision hergestellt werden, um die nötige Qualität zu erreichen. Darüber hinaus müssen die gewünschten Eigenschaften auch unter rauen Umgebungsbedingungen wie z. B. hohen Temperaturen stabil sein.

 

 

Hauseigene EUV-Entwicklungen seit 1997

 

Bereits im Jahr 1997 begann das Fraunhofer IOF mit dem Design, der Herstellung und der Charakterisierung von Mehrschichtsystemen für den EUV-Spektralbereich unter besonderer Berücksichtigung der EUV-Lithographie (EUVL) bei einer Wellenlänge von 13,5 nm. In den vergangenen zwei Jahrzehnten hat sich das Fraunhofer IOF als zuverlässiger Partner für verschiedene industrielle Anbieter von EUVL-Anlagen etabliert.

 

Zwei Forscher tragen gemeinsam einen Kollektorspiegel in den Händen.
© Fraunhofer IOF
Am Fraunhofer IOF hergestellter 660 mm Kollektorspiegel für die Extrem-Ultraviolett-Lithographie (EUVL).

Maßgeschneiderte Lösungen

Neben der Verbesserung der Reflexionseigenschaften bei einer Wellenlänge von 13,5 nm wurden am Fraunhofer IOF zahlreiche FuE-Projekte für verschiedene Industriepartner erfolgreich durchgeführt:

  • Thermisch stabile EUV-Beschichtungen (T > 500 °C) mit R > 60 % @ 13,5 nm,
  • Breitband- und Schmalbandspiegel für den Spektralbereich 10...100 nm,
  • Hochreflektierende Schichtsysteme für den Spektralbereich von 2,5 nm bis 100 nm,
  • Entwicklung der Beschichtungstechnologien zur Reduzierung von Schichtspannungen,
  • Konstruktion von Abscheidungswerkzeugen für seitlich abgestufte Mehrschichtbeschichtungen,
  • Deckschichten für EUVL (mit erhöhter Lebensdauer der Optik),
  • Reinigungsstrategien der kontaminierten EUV-Optik,
  • Rauheits- und Defektkartierung von EUV-Komponenten vor und nach der Beschichtung,
  • Modellierung der Rauhigkeitsentwicklung und virtuelle Beschichtung von EUV-Beschichtungen,
  • Instrument für EUV-Streuungs- und Reflexionsmessungen basierend auf der BIP-Quelle des Labors

 

Forscher sitzt an der Charakterisierungsanlage im Labor und misst die Beschichtungen eines EUV-Spiegels.
© Fraunhofer IOF
Charakterisierung eines EUV-Kollektorspiegels mit dem vielseitigen System ALBATROSS am Fraunhofer IOF.

Mehr Informationen über EUV-Spiegel

 

EUV-Breitbandspiegel

Periodische Multilayer-Spiegel für den EUV-Spektralbereich reflektieren nur in einem eingeschränkten Wellenlängen- und Winkelbereich (typisch für 13,5 nm: FWHM = 0,5 nm bzw. FWHM = 10°). Neue Schichtdesigns erlauben eine Vervielfachung des nutzbaren Bereichs. Die Anwendungen von EUV-Breitbandspiegeln sind vielfältig und reichen von der Beschichtung von High-NA Optiken für die EUV Lithografie über bis zur Maximierung der integralen Reflektivität bei Verwendung breitbandiger EUV-Quellen bis zu Optiken für Attosekundenpulse.

Unser Angebot

- Design, Fertigung und Charakterisierung von Breitbandspiegeln für den EUV-Spektralbereich nach kundenspezifischen Anforderungen
- Optimierung auf Wellenlängenbereiche
- Optimierung auf Winkelbereiche
- Beschichtung verschiedener Substratmaterialien (z. B. Quarzglas, Silizium, ULETM, Zerodur®)
- Beschichtung verschiedener Substratgeometrien (z. B. eben, sphärisch, asphärisch)  

 

EUV-Schmalbandspiegel

Herkömmliche Multilayer-Spiegel für den EUV-Spektralbereich reflektieren in einem schmalen Wellenlängenbereich (typisch für 13,5 nm: FWHM = 0,5 nm bzw. FWHM = 10°) und sind daher als Monochromatoren verwendbar, allerdings nur mit geringer Auflösung. Am Fraunhofer IOF wurden neue Schichtdesigns entwickelt, mit denen die Auflösung um ein Vielfaches verbessert wird. Die Anwendungen von EUV-Schmalbandspiegeln sind vielfältig und reichen von Monochromatoren für breitbandige EUV-Quellen bis zur Separation höherer Harmonischer im EUV-Spektralbereich.

Unser Angebot

- Design, Fertigung und Charakterisierung von Schmalbandspiegeln für den EUV-Spektralbereich nach kundenspezifischen Anforderungen
- Optimierung der Bandbreite für verschiedene Wellenlängen und Einfallswinkel
- Beschichtung verschiedener Substratmaterialien (z. B. Quarzglas, Silizium, ULETM, Zerodur®)
- Beschichtung verschiedener Substratgeometrien (z. B. eben, sphärisch, asphärisch)

 

Unsere Infrastruktur und apparative Ausstattung

Für unsere Arbeiten nutzen wir einen breiten Pool an Design-, Beschichtungs-, und Charakterisierungsverfahren (vollständige Übersicht). Im Zentrum steht dabei die Beschichtungsanlage Nessy 3 zur Schichtherstellung mittels Magnetron-Sputtern.

 

 

Zukunftstechnologien im Auftrag der Wirtschaft und Wissenschaft

 

Während EUV-Beschichtungen inzwischen den Weg in die kommerzielle Fertigung gefunden haben und ein Schlüsselelement der Lithographiesysteme neuester Generation darstellen, arbeiten wir an weiteren Verbesserungen und dem Verschieben der Grenzen zu immer kürzeren Wellenlängen, besserer Performance und erschließen so neue Anwendungsfelder.

Als anwendungsorientierte Forschungseinrichtung arbeiten wir gemeinsam mit Projektpartnern aus Wissenschaft und Industrie daran, neue Technologien und Anwendungen im extrem ultravioletten Spektralbereich des Lichts möglich zu machen. Wir entwickeln an die Bedürfnisse unserer Kunden angepasste Optiken, deren Schichtsysteme unter den außergewöhnlichen Anforderungen der Wellenlängen im EUV und Soft-Röntgen-Bereich hervorragende Ergebnisse liefern.  

 

Beschichtungsanlage Nessy im Labor des Fraunhofer IOF.
© Fraunhofer IOF
Beschichtungsanlage Nessy im Fraunhofer IOF für EUV-Schichten hergestellt mittels Magnetron-Sputtern.

Unsere Forschungsstärke

 

Forschungsberichte

Die Forschungsstärke unserer Expertinnen und Experten zeigt sich u. a. in den Beiträgen des Fraunhofer IOF Jahresberichts. In diesem werden jährlich ausgewählte Forschungsergebnissen aus dem vorherigen Jahr (Archiv Jahresberichte) veröffentlicht. Hier finden Sie die Beiträge zu den Entwicklungen rund um Beschichtungen für den extrem ultravioletten Spektralbereich aus den vergangenen Jahren:

  • Beitrag über den Deutschen Zukunftspreis für die EUV-Lithographie »Dreimal Deutscher Zukunftspreis« (Jahresbericht 2020, Seite 6-9)
  • »Erste Schritte zu einer neuen Generation der EUV-Lithographie« (Jahresbericht 2016, Seite 74-75)
  • »Hochreflektierende XUV-Multilayer-Spiegel« (Jahresbericht 2015, Seite 68-69)

 

Exzellente wissenschaftliche Publikationen und Patente

Eine Vielzahl wissenschaftlicher Ergebnisse wird von unseren Forscherinnen und Forschern in Fachzeitschriften publiziert und verschiedenste Entwicklungen wurden bereits erfolgreich patentiert. Zu unseren patentrechtlich geschützten Verfahren bieten wir angepasste Lizenzen an.

Eine Auflistung von Fachbeiträgen sowie Patenten zur EUV- und XUV-Beschichtungen finden Sie nachfolgend:

Auswahl an wissenschaftlichen Publikationen

Auswahl an Patenten

 

Deutscher
Zukunftspreis

Der Bundespräsident zeichnete das Experten-Team um Dr. Peter Kürz, ZEISS Sparte Semiconductor Manufacturing Technology, Dr. Michael Kösters, TRUMPF Lasersystems for Semiconductor Manufacturing, und Dr. Sergiy Yulin, Fraunhofer IOF, mit dem Deutschen Zukunftspreis 2020 aus.

Sie sind an der Entwicklung und industriellen Serienreife der EUV-Technologie beteiligt. Die durch über 2.000 Patente abgesicherte Zukunftstechnologie, die Basis für die Digitalisierung ist, ermöglicht Anwendungen wie Autonomes Fahren, 5G, Künstliche Intelligenz und weitere Innovationen.

Haben wir Ihr Interesse geweckt?

 

Dann kontaktieren Sie uns.

Wir entwickeln maßgeschneiderte Lösungen für photonische Fragestellungen aus der Industrie und Wissenschaft.

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Stellen Sie uns Ihre Fragen.
Wir helfen gern weiter.

Bei Fragen zur Zusammenarbeit mit uns, finden Sie unter folgendem Link weitere Infos:

 

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Dann sprechen Sie uns trotzdem an.

Wir entwickeln auch neue Beschichtungen, angepasst an die Anforderungen unserer Kunden.

Funktionelle Oberflächen und Schichten

Erhalten Sie einen Überblick über das gesamte Leistungsangebot unserer wissenschaftlichen Fachabteilung »Funktionelle Oberflächen und Schichten« am Fraunhofer IOF.

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