DE10113064B4

DE10113064B4 - Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung von UV-Strahlung, insbesondere von EUV-Strahlung

Info

Publication number: DE10113064B4
Application number: DE10113064A
Authority: DE
Inventors: Boris N. Dr. Chichkov; André Dr. Egbert
Original assignee: LZH Laser Zentrum Hannover eV
Current assignee: LZH Laser Zentrum Hannover eV
Priority date: 2001-03-15
Filing date: 2001-03-15
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2021-03-16
Also published as: US20030189176A1; WO2002076156A1; EP1285560A1; DE10113064A1

Abstract

Verfahren zur Erzeugung von W-Strahlung, insbesondere von EW-Strahlung,
bei dem Laserpulse zur Erzeugung eines Plasmas verwendet werden, das W-Strahlung, insbesondere EW-Strahlung emittiert,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Laserpulse auf fotoelektrische Wandlermittel (4) gerichtet werden, die unter Einwirkung der Laserpulse Pulse elektrisch geladener Teilchen (6) erzeugen und
daß die elektrisch geladenen Teilchen (6) in einem elektrischen Feld beschleunigt und auf ein Target (10) gerichtet werden, derart, daß das Target (10) unter Einwirkung der elektrisch geladenen Teilchen (6) ein W-Strahlung, insbesondere EW-Strahlung emittierendes Plasma erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art und eine Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 14 genannten Art zur Erzeugung von UV-Strahlung, insbesondere von EUV-Strahlung, wie beispielweise aus der Veröffentlichung von C. W. Gwyn et. al.: "Exstreme ultraviolet Lithography" in "J. Vac Sci Technol. B" B 16(6), Nov./Dec. 1998, pp. 3142–3149 bekannt.

Bei der Herstellung integrierter Schaltungen werden in großem Umfang Verfahren zur optischen Projektions-Lithographie eingesetzt, um auf die Oberfläche von Halbleiter-Wafern Muster abzubilden, die die integrierten Schaltungen definieren. Hierbei sind die Abmessungen der projizierten Muster vor allem von der Wellenlänge der zur Projektion verwendeten Strahlung abhängig,. wobei sich umso feinere Muster abbilden lassen, je kürzer die Wellenlänge der verwendeten Strahlung ist.

Als Alternative zu optischen Projektionsverfahren ist in der US 5 023 462 A eine Einrichtung zur Projektion von Fotoelektronen beschrieben. Die Einrichtung weist eine strukturierte Maske auf, die bei Beleuchtung Fotoelektronen emittiert. Die Fotoelektronen werden von einem elektrischen Feld beschleunigt, das zwischen der Maske und einer Beschleunigungselektrode herrscht, wonach die Fotoelektronen auf ein zu strukturierendes Objekt auftreffen. Die Einrichtung dient insbesondere zur Strukturierung von Halbleitermaterial bei der Herstellung von integrierten Schaltungen.

Um gegenüber den bekannten Verfahren zur optischen Projektions-Lithographie eine weitergehende Miniaturisierung von Halbleiterschaltungen zu erreichen, ist es bekannt, bei der Lithographie EUV (Extreme Ultraviolet)-Strahlung mit einer Wellenlänge von 11 bis 14 nm zu verwenden.

Durch die Veröffentlichungen "EUV Lithography – The Successor to Optical Lithography?", Intel Technology Journal Q3'98, und "Extreme Ultraviolet Lithography", J. Vac. Sci Technol. B 16 (6), Nov./Dec. 1998, sind Verfahren zur Erzeugung von EUV-Strahlung bekannt, bei denen Laserpulse zur Erzeugung eines Plasmas verwendet werden, das EUV-Strahlung emittiert. Bei den bekannten Verfahren werden Laserpulse mit hoher Repetitionsrate auf ein Target gerichtet, das beispielsweise aus Xenon besteht, wobei bei Bestrahlung des Target ein Plasma entsteht, das die EUV-Strahlung emittiert. Die auf diese Weise erzeugte EUV-Strahlung kann dann beispielsweise in der EUV-Lithographie bei der Herstellung von Halbleiterschaltungen verwendet werden.

Beispielsweise aus der DE 199 49 978 A1 ist eine Elektronenstoßionenquelle bekannt, welche die Erzeugung hochgeladener Ionen erlaubt, die elektromagnetische Strahlung emittieren. Die elektromagnetische Strahlung enthält spektrale Anteile im Frequenzbereich von EUV Strahlung.

Schließlich ist in der US 5 654 998 A eine durch Laserstrahlen angeregte Röntgenquelle offenbart. Bei der bekannten Röntgenquelle werden Pulszüge von Laserstrahlen auf ein Target fokussiert. Dabei wird aus dem Target ein Plasma verdampft, das Röntgenstrahlung emittiert.

Ein Nachteil der bekannten Verfahren besteht dar in, daß die Laserpulse eine hohe Energie aufweisen müssen, damit in der gewünschten Weise ein EW-Strahlung emittierendes Plasma erzeugt wird. Die bei den bekannten Verfahren erforderlichen Laser hoher Leistung sind daher aufwendig und teuer, so daß ein wirtschaftlicher Einsatz in der Massenproduktion von Halbleiterschaltungen nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erzeugung von W-Strahlung, insbesondere EUV-Strahlung anzugeben, bei dem bzw. bei der die Erzeugung von W-Strahlung, insbesondere EUV-Strahlung mit einfachen Mitteln und damit kostengünstig möglich ist.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 1 angegebene Lehre und hinsichtlich der Einrichtung durch die im Anspruch 14 angegebene Lehre gelöst.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß ein wirtschaftlicher Einsatz von Lasern bei der Erzeugung eines EW-Strahlung emittierenden Plasmas nur dann möglich ist, wenn einfache und kostengünstige Laser verwendet werden, daß die Leistung solcher Laser zur Erzeugung des Plasmas jedoch nicht ausreichend ist. Hier von ausgehend liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, die Laserpulse nicht unmittelbar auf das Target zu richten, sondern die Energie der Laserpulse zuvor so zu verstärken, daß in der gewünschten Weise ein EW-Strahlung emittierendes Plasma erzeugbar ist. Zur Erhöhung der Energie der Laserpulse sieht die erfindungsgemäße Lehre vor, daß die Laserpulse auf fotoelektrische Wandlermittel gerichtet werden, die unter Einwirkung der Laserpulse Pulse elektrisch geladener Teilchen erzeugen. Diese elektrisch geladenen Teilchen können dann in einfacher Weise in einem elektrischen Feld soweit beschleunigt werden, daß bei einem darauffolgenden Auftreffen der Teilchen auf das Target eine ausreichende Energie zur Verfügung steht, um ein EW-Strahlung emittierendes Plasma zu erzeugen.

Die Erhöhung der Energie der Teilchen ist hierbei nur durch die Stärke des elektrischen Feldes begrenzt, so daß sich bei entsprechender Wahl der Feldstärke des Feldes die Energie der Teilchen ohne weiteres so weit erhöhen läßt, daß beim darauffolgenden Auftreffen auf das Target ein EUV-Strahlung emittierendes Plasma erzeugt wird.

Bei entsprechender Wahl der Feldstärke des elektrischen Feldes können somit Laser mit relativ geringer Leistung, die einfach und kostengünstig sind, verwendet werden, so daß die erfindungsgemäße Lehre einen wirtschaftlichen Einsatz von Lasern bei der Erzeugung von EW-Strahlung ermöglicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist überall dort einsetzbar, wo W-Strahlung, insbesondere EUV-Strahlung, erforderlich ist. Besonders gut ist das erfindungsgemäße Verfahren für einen Einsatz in der EUV-Lithographie geeignet.

Grundsätzlich können beliebige elektrisch geladene Teilchen verwendet werden. Zweckmäßigerweise sind die elektrisch geladenen Teilchen Elektronen, wobei die fotoelektrischen Wandlermittel gemäß einer Weiterbildung wenigstens eine Fotokathode aufweisen, die bei Bestrahlung mit Laserpulsen Pulse von Elektronen emittiert. Derartige Fotokathoden sind kostengünstig, so daß das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dieser Weiterbildung besonders einfach und damit kostengünstig durchführbar ist.

Zur Erhöhung der Energie der Elektronen ist es bei der vorgenannten Ausführungsform zweckmäßig, daß zur Beschleunigung der Elektronen eine Anode verwendet wird, an die eine Hochspannung angelegt wird. Das Maß der Erhöhung der Energie der Elektronen bis zum Auftreffen auf das Target ist hierbei lediglich von dem Wert der angelegten Hochspannung abhängig.

Bei der vorgenannten Ausführungsform ist die Anode zweckmäßigerweise im wesentlichen ringförmig ausgebildet, so daß die Elektronen durch die Öffnung in der Anode hindurchtreten und hierbei beschleunigt werden. Dies ermöglicht es in besonders einfacher Weise, die Elektronen auf das in Strahlrichtung des Elektronenstrahles hinter der Anode angeordnete Target zu richten.

Um die Energie der elektrisch geladenen Teilchen auf einen räumlich begrenzten Teil des Targets zu konzentrieren, ist es zweckmäßig, daß die elektrisch geladenen Teilchen auf das Target fokussiert werden.

Eine Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, daß die elektrisch geladenen Teilchen mittels wenigstens einer elektromagnetischen Optik fokussiert werden. Derartige elektromagnetische Optiken sind einfach und damit kostengünstig realisierbar, so daß das erfindungsgemäße Verfahren einfach und damit kostengünstig durchführbar ist.

Das Target kann durch ein beliebiges, bei Bestrahlung mit elektrisch geladenen Teilchen UV-Strahlung, insbesondere EUV-Strahlung emittierendes Target gebildet sein. Zweckmäßigerweise weist das Target Flüssigkeitströpfchen auf, wobei die Flüssigkeit gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform Xenon oder Wasser ist. Bei den vorgenannten Ausführungsformen treten keinerlei Verunreinigungen (Debris) auf, die bei einem aus einem Festkörper bestehenden Target auftreten könnten.

Gemäß einer anderen Weiterbildung ist das Target ein Clustertarget.

Zweckmäßigerweise wird das Plasma in einem Vakuum erzeugt.

Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß Laserpulse mit einer hohen Repetitionsrate von wenigstens etwa 1.000 Hz verwendet werden.

Eine andere Weiterbildung sieht vor, daß das Target ein hoch repetierendes Target ist.

Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den Unteransprüchen 15 bis 23 angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt ist.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung 2 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung von EUV-Strahlung. Die Einrichtung 2 weist einen in der Zeichnung nicht dargestellten Laser auf, der Laserpulse mit einer Repetitionsrate von wenigstens etwa 1.000 Hz erzeugt und auf fotoelektrische Wandlermittel in Form einer Fotokathode 4 richtet. Unter der Einwirkung der Laser pulse werden aus der Fotokathode 4 Pulse von Elektronen freigesetzt, die sich in Form eines Elektronenstrahles 6 zu einer ringförmig ausgebildeten Anode 8 bewegen. Zur Beschleunigung der Elektronen ist an die Anode 8 eine Hochspannung angelegt. In dem zwischen der Fotokathode 4 und der Anode 8 gebildeten elektrischen Feld werden die Elektronen entsprechend der angelegten Hochspannung beschleunigt, so daß sich ihre Energie stark erhöht. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Hochspannung so gewählt, daß die Energie der Elektronenpulse nach der Beschleunigung in dem elektrischen Feld um einen Faktor von 10³ höher ist als die Energie der von dem Laser erzeugten Laserpulse.
In Strahlrichtung des Elektronenstrahles 6 hinter der Anode 8 sind in der Zeichnung nicht dargestellte Mittel zur Fokussierung des Elektronenstrahles 6 vorgesehen, die beispielsweise durch eine elektromagnetische Optik gebildet sein können. Die elektromagnetische Optik fokussiert den Elektronenstrahl 6 auf ein Target, das bei diesem Ausführungsbeispiel durch ein aus Xenon-Tröpfchen 10 bestehendes hochrepetierendes Mikro-Tröpfchentarget gebildet ist.
Beim Auftreffen der Elektronen auf die Xenon-Tröpfchen 10 wird ein hoch geladenes Plasma erzeugt, das EW-Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 11 bis 14 nm erzeugt.
Aufgrund der Beschleunigung der Elektronen in dem elektrischen Feld und der damit verbundenen Erhöhung ihrer kinetischen Energie steht zur Bestrahlung der Xenon-Tröpfchen 10 auch dann eine hohe Leistung zur Verfügung, wenn der Laser, der die Fotokathode 4 bestrahlt, eine relativ geringe Leistung aufweist. Die erfindungsgemäße Einrichtung 2 weist hinsichtlich der Erzeugung des Elektronenstrahls zur Bestrahlung der Xenon-Tröpfchen eine hohe Stabilität auf, ist kompakt im Aufbau und einfach und damit kostengünstig herstellbar.

Claims

Verfahren zur Erzeugung von W-Strahlung, insbesondere von EW-Strahlung, bei dem Laserpulse zur Erzeugung eines Plasmas verwendet werden, das W-Strahlung, insbesondere EW-Strahlung emittiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserpulse auf fotoelektrische Wandlermittel (4) gerichtet werden, die unter Einwirkung der Laserpulse Pulse elektrisch geladener Teilchen (6) erzeugen und daß die elektrisch geladenen Teilchen (6) in einem elektrischen Feld beschleunigt und auf ein Target (10) gerichtet werden, derart, daß das Target (10) unter Einwirkung der elektrisch geladenen Teilchen (6) ein W-Strahlung, insbesondere EW-Strahlung emittierendes Plasma erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch geladenen Teilchen Elektronen sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als fotoelektrische Wandlermittel wenigstens eine Fotokathode verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschleunigung der Elektronen eine Anode verwendet wird, an die eine Hochspannung angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine im wesentlichen ringförmige Anode verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch geladenen Teilchen auf das Target fokussiert werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch geladenen Teilchen mittels wenigstens einer elektromagnetischen Optik auf das Target fokussiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Target Tröpfchen einer Flüssigkeit aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Wasser oder Xenon ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Target ein Clustertarget ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma im Vakuum erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserpulse eine hohe Repetitionsrate von wenigstens etwa 1.000 Hz aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Target ein hochrepetierendes Target ist.
Einrichtung zur Erzeugung von UV-Strahlung, insbesondere von EUV-Strahlung, mit einem Laser, der Laserpulse zur Erzeugung eines Plasmas erzeugt, das UV-Strahlung, insbesondere EW-Strahlung emittiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser die Laserpulse auf fotoelektrische Wandlermittel (4) richtet, die unter Einwirkung der Laserpulse Pulse elektrisch geladener Teilchen (6) erzeugen und daß Mittel zur Erzeugung eines elektrischen Feldes vorgesehen sind, das die elektrisch geladenen Teilchen (6) beschleunigt und auf ein Target (10) richtet, derart, daß das Teilchen (6) unter Einwirkung der elektrisch geladenen Teilchen (6) ein UV-Strahlung, insbesondere EUV Strahlung emittierendes Plasma erzeugt.
Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch geladenen Teilchen Elektronen sind.
Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrischen Wandlermittel wenigstens eine Fotokathode (4) aufweisen.
Einrichtung nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung eines elektrischen Feldes eine Anode (8) aufweisen, an die eine Hochspannung angelegt ist.
Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (8) ringförmig ausgebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Mittel zur Fokussierung der elektrisch geladenen Teilchen auf das Target.
Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Fokussierung der elektrisch geladenen Teilchen wenigstens eine elektromagnetische Optik aufweisen.
Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Target Tröpfchen (10) einer Flüssigkeit aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Wasser oder Xenon ist.
Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Target ein Clustertarget ist.
Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung des Plasmas in einem Vakuum erfolgt.
Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser Laserpulse mit einer hohen Repetitionsrate von wenigstensetwa 1.000 Hz erzeugt.
Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Target ein hochrepetierendes Target ist.