DE102007004440B4

DE102007004440B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von extrem ultravioletter Strahlung mittels einer elektrisch betriebenen Gasentladung

Info

Publication number: DE102007004440B4
Application number: DE102007004440A
Authority: DE
Inventors: Guido Dr. Hergenhan; Christian Dr. Ziener; Mike Möritz
Original assignee: Xtreme Technologies GmbH
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2007-01-25
Filing date: 2007-01-25
Publication date: 2011-05-12
Anticipated expiration: 2027-01-26
Also published as: JP2008204940A; US7812542B2; US20080180029A1; NL2001209A1; JP4876059B2; NL2001209C2; DE102007004440A1

Abstract

Vorrichtung zur Erzeugung von extrem ultravioletter Strahlung mittels einer elektrisch betriebenen Gasentladung, enthaltend
eine Entladungskammer, die einen Entladungsbereich für eine Gasentladung zur Ausbildung eines die Strahlung abgebenden Plasmas aufweist,
eine erste und eine zweite scheibenförmige Elektrode, wobei mindestens eine der Elektroden drehbar gelagert ist und einen mit einer metallischen Schmelze zu bedeckenden Randbereich aufweist,
eine Energiestrahlquelle zur Bereitstellung eines Vorionisationsstrahls und
einen mit den Elektroden verbundenen Entladungsschaltkreis zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen, dadurch gekennzeichnet, dass
der zu bedeckende Randbereich mindestens einen entlang des Elektrodenrandes auf der Elektrodenoberfläche geschlossen umlaufenden und für die metallische Schmelze benetzend ausgebildeten Aufnahmebereich (3) aufweist, auf den eine Beschichtungsdüse (4, 14, 21) zum regenerativen Auftragen der metallischen Schmelze gerichtet ist, die ein mit einer Ventilregeleinrichtung (10) verbundenes Absperrventil (11) aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von extrem ultravioletter Strahlung mittels einer elektrisch betriebenen Gasentladung, enthaltend

– eine Entladungskammer, die einen Entladungsbereich für eine Gasentladung zur Ausbildung eines die Strahlung abgebenden Plasmas aufweist,
– eine erste und eine zweite scheibenförmige Elektrode, wobei mindestens eine der Elektroden drehbar gelagert ist und einen mit einer metallischen Schmelze zu bedeckenden Randbereich aufweist,
– eine Energiestrahlquelle zur Bereitstellung eines Vorionisationsstrahls und
– einen mit den Elektroden verbundenen Entladungsschaltkreis zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Erzeugung von extrem ultravioletter Strahlung mittels einer elektrisch betriebenen Gasentladung zur Ausbildung eines die Strahlung abgebenden Plasmas aus vorionisiertem Emittermaterial, bei dem mindestens eine drehbar gelagerte scheibenförmige Elektrode eines für die Gasentladung vorgesehenen Elektrodenpaares im Randbereich mit einer metallischen Schmelze beschichtet wird.
Untersuchungen an einer Vielzahl von Elektrodenformen für Gasentladungsquellen, wie z. B. z-Pinch-, Hohlkathoden- oder Plasmafokuselektroden haben gezeigt, dass die Lebensdauer von derartig ausgebildeten Elektroden für die EUV-Projektionslithographie nicht ausreichend ist.
Dagegen haben sich so genannte Drehelektroden als viel versprechende Lösung zur deutlichen Steigerung der Lebensdauer von Gasentladungsquellen herausgestellt. Vorteile bestehen darin, dass diese insbesondere scheibenförmig ausgebildeten Elektroden zum einen besser gekühlt werden können. Zum anderen kann die Limitation der Lebensdauer aufgrund der unvermeidbaren Elektrodenerosion mittels einer ständig erneuerten Elektrodenoberfläche aufgehoben werden.
Eine vorbekannte Vorrichtung gemäß der WO 2005/025280 A2 nutzt rotierende Elektroden, die zur regenerativen Aufbringung einer Metallschmelze in einen Behälter mit der Metallschmelze, wie z. B. Zinn, eintauchen. Das auf die Elektrodenoberfläche aufgetragene Metall wird an der Stelle, an der die beiden Elektroden am engsten benachbart sind, mittels Laserstrahlung verdampft, wonach der Dampf durch eine Gasentladung zu einem Plasma gezündet wird. Die Kühlung der Elektroden erfolgt über die Metallbäder.
Ferner ist auch in der WO 2005/101924 A1 eine Vorrichtung zur Erzeugung von EUV-Strahlung mittels rotierender Elektroden beschrieben, bei der das an einer der Elektroden verdampfte Targetmaterial kontinuierlich erneuert wird, indem beide Elektroden in ein Bad aus niedrigschmelzendem Zinn eintauchen, um dort ständig mit Targetmaterial benetzt und außerdem gekühlt zu werden.
Übereinstimmend weisen die aus der WO 2005/025280 A2 und der WO 2005/101924 A1 bekannten Lösungen folgende Nachteile auf.
Bedingt durch das Eintauchverfahren ist die Rotationsgeschwindigkeit der Elektroden beschränkt und für die geforderte Leistungsspezifikation einer EUV-Quelle nicht ausreichend. Durch eine zu geringe Rotationsgeschwindigkeit werden unverbrauchte Elektrodenabschnitte zu langsam in den Entladungsbereich nachgeführt, was zu Instabilitäten der Plasmaerzeugung führt. Die Rotationsgeschwindigkeit sollte derart ausgelegt sein, dass sich die Elektroden zwischen zwei aufeinander folgenden Entladungsimpulsen um einen Betrag weiterdrehen, der größer als der Radius des Einflussbereiches des jeweils vorhergehenden Entladungsimpulses auf die Elektrodenoberfläche ist.
Aufgrund der kurzen Verweildauer der Elektroden in der Metallschmelze reicht eine Kühlung der Elektroden über die Schmelze für die geforderten hohen Leistungsspezifikationen nicht aus. Eine zusätzliche Kühlung der Elektroden, indem diese beispielsweise von Wasser durchströmt werden, würde die Elektrodenoberfläche allerdings in längeren Pausen des zur Strahlungserzeugung vorgesehenen Impulsbetriebes, wie sie bei Belichtungsprozessen in der Halbleiterfertigung vorkommen, unter die Schmelztemperatur des über die Schmelzbäder aufzubringenden Metalls sinken lassen, was zu einem starken und unkontrollierten Anwachsen der Metallschicht auf den Elektroden führen würde. Eine schnelle Ab- und Zuschaltung der zusätzlichen Kühlung würde zu einem Temperaturgefälle zwischen der Elektrodenoberfläche und dem Elektrodeninneren führen. Da sich dieses Temperaturgefälle beim Abschalten der zusätzlichen Kühlung ausgleicht, kann eine unzulässig hohe Erwärmung des Kühlmittels auftreten, so dass gegebenenfalls hervorgerufene Gasblasen eine thermisch isolierende Schicht bilden, die eine effektive Kühlung verhindert.
Ferner lässt sich die Schichtdicke des aufgetragenen Materials nur schwer einstellen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die Schichtdickeneinstellung zu verbessern und insbesondere ein unkontrolliertes Anwachsen der auf die Drehelektroden aufzubringenden Metallschicht in Pausen des zur Strahlungserzeugung vorgesehenen Impulsbetriebes zu vermeiden, wenn diese zur effektiven Kühlung z. B. flüssigkeitsdurchströmt sind. Hierbei soll die Rotationsgeschwindigkeit der Drehelektroden insbesondere soweit erhöht werden können, dass sich bei Repetitionsfrequenzen von mehreren Kilohertz stets ein frisch beschichteter Oberflächenbereich der Elektroden im Entladungsbereich befindet.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Erzeugung von extrem ultravioletter Strahlung mittels einer elektrisch betriebenen Gasentladung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der zu bedeckende Randbereich mindestens einen entlang des Elektrodenrandes auf der Elektrodenoberfläche geschlossen umlaufenden und für die metallische Schmelze benetzend ausgebildeten Aufnahmebereich aufweist, auf den eine Beschichtungsdüse zum regenerativen Auftragen der metallischen Schmelze gerichtet ist, die ein mit einer Ventilregeleinrichtung verbundenes Absperrventil aufweist.
Besonders zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Ventilregeleinrichtung ist bevorzugt mit einer Temperaturmesseinrichtung zur Messung der Elektrodenoberflächentemperatur verbunden.
Die scheibenförmigen Elektroden sind mit einer permanent arbeitenden Kühleinrichtung ausgestattet. Ein zur Anwendung kommendes Kühlmittel kann eine Arbeitstemperatur unterhalb der Schmelztemperatur eines für die metallische Schmelze vorgesehenen Materials aufweisen. Zur Kühlung können z. B. flüssigkeitsdurchflossene Kühlkanäle in den scheibenförmigen Elektroden vorgesehen sein, die auch eine Temperaturregelung aufweisen können.
Die Beschichtungsdüse kann in einem zu dem Entladungsbereich gegenüber liegenden und für die Aufbringung der metallischen Schmelze vorgesehenen Elektrodenbereich auf die Elektrodenoberfläche gerichtet sein.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die Elektroden als Kreisscheiben ausgebildet, mit gegenseitigem Abstand starr miteinander verbunden und um eine gemeinsame, mit deren mittleren Symmetrieachsen zusammenfallende Rotationsachse drehbar gelagert sind, wobei jede der Elektroden auf einander zugewandten Elektrodenoberflächen den mindestens einen, für die metallische Schmelze benetzend ausgebildeten Aufnahmebereich enthält, auf den eine Beschichtungsdüse gerichtet ist.
Zur Vermeidung von elektrischen Kurzschlüssen ist es von Vorteil, wenn in dem für die Aufbringung der metallischen Schmelze vorgesehenen Elektrodenbereich ein scheibenförmiger Isolationskörper vorgesehen ist, der in den Zwischenraum zwischen den beiden Elektroden eintaucht. Die auf die Elektrodenoberflächen der beiden Elektroden gerichteten Beschichtungsdüsen können bei dieser Ausführung von entgegengesetzten Seiten durch den scheibenförmigen Isolationskörper hindurchgeführt sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann besonders vorteilhaft dadurch weitergebildet werden, dass die Beschichtungsdüse aus zwei übereinander liegenden mikrostrukturierten Platten besteht, wobei eine erste Platte in einem Abschnitt von einer Lochstruktur durchbrochen ist, zu der gegenüberliegend die zweite Platte mit einer gegen die Lochstruktur biegsamen Membran ausgestattet ist. Auf die biegsame Membran ist ein Verschlusselement für die Lochstruktur aufgebracht, das durch ein an der biegsamen Membran angreifendes Stellmittel an die Lochstruktur andrückbar ist, wodurch der Fluss der metallischen Schmelze unterbrochen werden kann. Dementsprechend bewirkt eine Bewegung weg von der Lochstruktur einen erneuten Fluss der metallischen Schmelze.
Beide Platten schließen einen Kanal ein, in den die Lochstruktur mündet und der als Düsenaustritt aus der ersten Platte herausgeführt ist.
Die Lochstruktur kann auch als Filter für größere Partikel dienen, um ein Verstopfen der Beschichtungsdüse vermeiden zu können, indem die Lochstruktur Lochdurchmesser aufweist, die kleiner als der Durchmesser des Düsenaustrittes sind. Ferner kann die Beschichtungsdüse durch einen oberflächlich auf mindestens einer der Platten aufgebrachten stromdurchflossenen Widerstand beheizbar ausgebildet sein.
Für das Zünden des Plasmas ist eine Vorionisation des Emittermaterials von Vorteil, insbesondere das Verdampfen eines zwischen die Elektroden injizierten Tropfens aus vorteilhaftem Emittermaterial.
Dafür ist auf den Entladungsbereich einerseits eine Injektionseinrichtung gerichtet, die eine Folge von Einzelvolumina eines der Strahlungserzeugung dienenden Emittermaterials mit einer der Frequenz der Gasentladung entsprechenden Folgefrequenz und einer Mengenbegrenzung des Einzelvolumens bereitstellt, wodurch das mit Abstand zu den Elektroden in den Entladungsbereich injizierte Emittermaterial nach der Entladung vollständig in der Gasphase vorliegt.
Andererseits ist der von der Energiestrahlquelle bereitgestellte Vorionisationsstrahl synchron zur Frequenz der Gasentladung auf einen beabstandet zu den Elektroden vorgesehenen Ort der Plasmaerzeugung im Entladungsbereich gerichtet, zu dem die Einzelvolumina gelangen, um von dem Vorionisationsstrahl nacheinander ionisiert zu werden.
Alternativ kann die Zündung des Plasmas auch dadurch initiiert werden, dass die regenerativ aufgetragene metallische Schmelze zur Strahlungserzeugung dienendes Emittermaterial ist, auf das der von der Energiestrahlquelle bereitgestellte Vorionisationsstrahl synchron zur Frequenz der Gasentladung im Entladungsbereich gerichtet ist.
Durch den Entladungsvorgang, bei dem ein im EUV-Bereich strahlendes Plasma entsteht, wird im Einflussbereich des Plasmas ein Teil der aufgetragenen Schicht auf der Elektrodenoberfläche verdampft oder als Schmelze ausgetrieben. Das sind pro Puls einige 10^–7 bis einige 10^–6 Gramm. Dieser Masseverlust wird durch die ständige Zufuhr der metallischen Schmelze kompensiert, so dass auch unter Entladungsbedingungen mit Repetitionsfrequenzen von mehreren Kilohertz eine konstante Schutzschicht auf der Elektrodenoberfläche verbleibt.
Besonders vorteilhaft wirkt sich das erfindungsgemäße Aufbringen der metallischen Schmelze auch deshalb aus, weil durch eine horizontale Anordnung der beiden Drehelektroden diese besonders niederinduktiv an den Entladungsschaltkreis kontaktiert werden können.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht deshalb vor, dass die Elektroden in elektrischem Kontakt zu koaxial zur Rotationsachse ausgerichteten Kontaktelementen stehen, die in elektrisch voneinander getrennte und mit einem Entladungsschaltkreis der Hochspannungsversorgung in Verbindung stehende ringförmig ausgebildete, elektrisch getrennte Schmelzbäder metallischer Schmelzen eintauchen.
In einer anderen Ausgestaltung kann die elektrische Kontaktierung auch über die Beschichtungsdüse und den Fluidstrahl erfolgen.
Die oben stehende Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Erzeugung von extrem ultravioletter Strahlung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die regenerative Beschichtung des Randbereiches während der Rotation in Abhängigkeit von der Elektrodenoberflächentemperatur gesteuert ist.
Gemäß dem Verfahren wird die Beschichtung beim Abfallen unter eine Grenztemperatur, die oberhalb der Schmelztemperatur eines für die metallische Schmelze vorgesehenen Materials liegt, unterbrochen und beim Anstieg der Temperatur über die Grenztemperatur fortgesetzt.
Besonders vorteilhaft werden die Elektroden während der Beschichtung mit einem Kühlmittel gekühlt, das eine Arbeitstemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des für die metallische Schmelze vorgesehenen Materials aufweist. Ferner kann die Kühlung geregelt sein.
Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
1 das erfindungsgemäße Prinzip des Aufbringens einer definierten dünnen Schicht einer metallischen Schmelze entlang einer Spur auf einer rotierenden Elektrodenoberfläche
2 eine Anordnung zum Aufbringen einer metallischen Schmelze auf gegenüberliegende, flüssigkeitsgekühlte Elektrodenoberflächen zweier starr miteinander verbundener und um eine gemeinsame Achse drehbar gelagerter Elektroden
3 den Isothermenverlauf innerhalb einer Elektrode während des Impulsbetriebes
4 den Isothermenverlauf innerhalb einer Elektrode während einer Pause des Impulsbetriebes
5 den zeitlichen Temperaturverlauf auf der Elektrodenoberfläche in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Strahlungsquelle
6 eine Schnittdarstellung einer Anordnung einer steuerbaren Beschichtungsdüse zwischen zwei Elektroden
7 eine perspektivische Darstellung einer Beschichtungsdüse
8 eine erste Ausführung einer Strahlungsquelle mit einer erfindungsgemäßen Drehelektroden-Anordnung
9 eine zweite Ausführung einer Strahlungsquelle mit einer erfindungsgemäßen Drehelektroden-Anordnung
In der zur Prinzipdarstellung dienenden 1 ist eine scheibenförmige Elektrode 1 starr mit einer drehbaren Welle 2 derart verbunden, dass die mittlere Symmetrieachse der Elektrode mit der Rotationsachse R-R zusammenfällt. Eine umlaufende Randspur auf der Elektrodenoberfläche dient als Aufnahmebereich 3 für eine metallische Schmelze, wie z. B. Zinn oder eine Zinnlegierung und ist für dieses Material benetzend ausgebildet. Benetzend wirkende Oberflächen für die Randspur können beispielsweise aus Kupfer, Chrom, Nickel oder Gold beschaffen sein. Aber auch Baustahl, wärmebehandeltes Molybdän oder andere elektrisch leitfähige Materialien sind geeignet.
Der Rest der Elektrodenoberfläche oder wenigstens ein an den Aufnahmebereich angrenzender Teil der Elektrodenoberfläche sollte für das aufzubringende Material nicht benetzend sein, da ein Aufbringen der metallischen Schmelze hier nicht gewünscht ist. Geeignete nicht benetzende Oberflächen können beispielsweise aus PTFE, Edelstahl, Glas oder Keramik bestehen.
Eine auf den Aufnahmebereich 3 gerichtete Beschichtungsdüse 4 eines nicht dargestellten Fluidgenerators ist vorgesehen, um die metallische Schmelze während der Rotation der Elektrode 1 als Fluidstrahl 5 regenerativ auf den Aufnahmebereich 3 aufzutragen. Da das aufgetragene flüssige Metall durch die Fliehkraft zum Elektrodenrand getrieben wird, ist es erforderlich, einen Spritzschutz 6 vorzusehen, um zu verhindern, dass sich ablösendes flüssiges Metall unkontrolliert und unbegrenzt ausbreitet.
Ein als Vorionisationsstrahl 7 dienender Energiestrahl, wie z. B. ein Laserstrahl, wird in einem Entladungsbereich 8 auf einen injizierten Tropfen aus vorteilhaftem Emittermaterial gerichtet, um diesen zu verdampfen.
Das Einstellen einer definierten Schichtdicke für das aufzubringende Material in einem Bereich zwischen 1 μm und 20 μm erfordert eine Elektrodenoberflächentemperatur oberhalb der Schmelztemperatur des aufzubringenden Materials. Eine Temperaturmesseinrichtung 9, beispielsweise ein Pyrometer, übernimmt die Messung der Elektrodenoberflächentemperatur. Eine mit der Temperaturmesseinrichtung 9 verbundene Ventilregeleinrichtung 10 sorgt über ein Absperrventil 11 dafür, dass die Materialzufuhr und damit die regenerative Beschichtung des Aufnahmebereiches 3 bei einer Grenztemperatur, die noch oberhalb der Schmelztemperatur des aufzubringenden Materials liegt, unterbrochen wird. Steigt die Elektrodenoberflächentemperatur dagegen wieder über die Grenztemperatur, wird ausgehend von der Ventilregeleinrichtung 10 das Absperrventil 11 in der Materialzuführung wieder geöffnet und der Beschichtungsprozess fortgeführt.
Bei der in 2 gezeigten Ausführung sind eine erste und eine zweite scheibenförmige Elektrode 1, 12 mit gegenseitigem Abstand starr mit der drehbar gelagerten Welle 2 derart verbunden, dass die mittleren Symmetrieachsen der Elektroden 1, 12 mit der Rotationsachse (R-R) der Welle 2 zusammenfallen. Jede der Elektroden 1, 12 enthält auf einander zugewandten Elektrodenoberflächen einen als Randspur ausgebildeten und für die metallische Schmelze benetzend wirkenden Aufnahmebereich 3, 13, auf den eine Beschichtungsdüse 4, 14 gerichtet ist. Die Aufnahmebereiche 3, 13 sind auf den Elektrodenoberflächen derart angeordnet, dass sie sich gegenüberliegen.
Zur Vermeidung von elektrischen Kurzschlüssen zwischen den Elektroden 1, 12 über die Fluidstrahlen 5, 15 der metallischen Schmelze ist ein scheibenförmiger Isolationskörper 16, insbesondere eine elektrisch isolierende Keramikplatte vorgesehen, die in einem für die Aufbringung der metallischen Schmelze vorgesehenen Elektrodenbereich in den Zwischenraum zwischen den beiden Elektroden 1, 12 eintaucht. Wie 2 verdeutlicht, sind die beiden Beschichtungsdüsen 4, 14 von entgegengesetzten Seiten durch die elektrisch isolierende Keramikplatte hindurchgeführt, wobei die eine Beschichtungsdüse 4 in und die andere Beschichtungsdüse 14 entgegen der Schwerkraftrichtung wirkt.
Die scheibenförmigen Elektroden 1, 12 sind von Kühlkanälen 17, 18 durchzogen, die von einer Kühlflüssigkeit durchflossen werden. Da eine derartige Kühlung relativ träge und somit nicht schnell regelbar ist, kann es auch in relativ kurzen Pausen des Impulsbetriebes dazu kommen, dass die Temperatur der Elektrodenoberfläche unter die Schmelztemperatur des aufzubringenden Materials fällt. Deshalb wird, wie anhand 1 beschrieben, die Materialzufuhr in Abhängigkeit von der Elektrodenoberflächentemperatur geregelt und insbesondere bei Unterschreitung einer Grenztemperatur über Absperrventile 11, 19 unterbrochen.
Der in 3 gezeigte Verlauf der Isothermen 20 widerspiegelt einen starken Temperaturgradienten, der sich zwischen Elektrodenoberfläche und den Kühlkanälen bei einem mit maximaler Leistung andauernden Impulsbetrieb einstellt. Bei einer vorliegenden Temperatur der Elektrodenoberfläche z. B. um 500°C, bei der das auf den Randbereich aufgebrachte Material flüssig ist und einer Kühlwassertemperatur z. B. um 80°C findet die regenerative Rotationsbeschichtung statt.
Dagegen ist der Temperaturgradient während einer Pause des Impulsbetriebes abgeflacht, die Temperatur der Elektrodenoberfläche liegt mit ca. 120°C unterhalb der Schmelztemperatur des Beschichtungsmaterials. Die Temperatur des Kühlwasser ist bis auf ca. 40°C abgesunken. Die Rotationsbeschichtung ist erfindungsgemäß unterbrochen (4).
Den zeitlichen Temperaturverlauf auf der Elektrodenoberfläche während der Zeitdauer t_impuls des zur gepulsten Strahlungserzeugung dienenden Impulsbetriebes und während einer Zeitdauer t_pause, in welcher der Impulsbetrieb eingestellt ist und somit keine Strahlung erzeugt wird, verdeutlicht 5. Übersteigt die Temperatur nach einem starken Temperaturanstieg zu Beginn des Impulsbetriebes eine oberhalb der Schmelztemperatur T_schmelz des aufzubringenden Materials liegende Grenztemperatur T_grenz, wird die Rotationsbeschichtung für einen Zeitraum t_besch zugeschaltet. Abhängig von der Länge des Impulsbetriebes kann sich eine Gleichgewichtstemperatur T_gleich einstellen, bis die Temperatur nach Beendigung des Impulsbetriebes und damit der gepulsten Strahlungserzeugung abfällt. Die Rotationsbeschichtung erfolgt noch so lange, bis die Grenztemperatur T_grenz unterschritten wird. Dadurch baut sich eine Opferschicht auf, die zu Beginn des nächsten Impulsbetriebes verbraucht werden kann, so lange die Elektrodentemperatur noch unter der Grenztemperatur T_grenz für die Rotationsbeschichtung bleibt und die Beschichtungsdüsen 4, 14 abgeschaltet sind.
Eine die Beschichtungsaufgabe nach 2 erfüllende Beschichtungsdüse muss eine flache Bauform besitzen, um in dem Spalt zwischen den scheibenförmigen Elektroden eintauchen zu können. Außerdem muss eine solche Beschichtungsdüse beheizbar sein, um zu gewährleisten, dass die metallische Schmelze flüssig bleibt.
Eine in Silizium-Schicht-Technologie gefertigte Beschichtungsdüse 21 gemäß 6, die integriert ein Absperrventil enthält, besteht aus zwei, bevorzugt anodisch gebondeten Siliziumplatten 22, 23 und ist durch Halteelemente 24, 25 in ihrer Position zum Randbereich einer Elektrode, hier der Elektrode 12, ausgerichtet. Die Siliziumplatten 22, 23 sind durch etablierte Verfahren der Siliziumstrukturierung entsprechend ihrer auszuübenden Düsenfunktion als Mikrostrukturbauelemente ausgebildet, wobei in die hier oben liegende Siliziumplatte 22 Durchbrüche in Form einer Lochstruktur 26 mit Lochdurchmessern eingearbeitet sind, die bevorzugt kleiner als der Durchmesser eines Düsenaustrittes 27 sind. Zu dem Düsenaustritt 27 ist ein in die Siliziumplatte 22 eingearbeiteter Kanal 28 geführt, der mit einer Ausnehmung 29 in der anderen Siliziumplatte 23 in Verbindung steht, in das die Lochstruktur 26 mündet. Die Lochstruktur 26 kann vorteilhaft einen Filter für größere Partikel bilden, so dass ein Verstopfen der Düsenstruktur vermieden werden kann.
In die hier unten liegende Siliziumplatte 23 ist eine gegenüberliegend zu der Lochstruktur 26 angeordnete biegsame Membran 30 mit einem stempelartigen Verschlusselement 31 eingearbeitet, das durch Verbiegen der Membran 30 gegen die Lochstruktur 26 bewegbar ist. Mittels eines, in dem Halteelement 25 untergebrachten Stellmittels 32 kann das Verschlusselement 31 somit gegen die Lochstruktur 26 gedrückt werden, um die Zufuhr von flüssigem Beschichtungsmaterial 33, für das in dem Halteelement 24 ein Zufuhrkanal 34 eingearbeitet ist, im Bedarfsfall zu unterbrechen (gestrichelte Darstellung). Wird die Kraft des Stellmittels 32 zurückgenommen, löst sich das Verschlusselement 31 von der Lochstruktur 26, so dass das Beschichtungsmaterial 33 wieder fließen kann.
Vorteilhaft wird durch die Integration des Absperrventils in die Beschichtungsdüse das Todvolumen derart minimiert, dass ein Nachlaufen von Beschichtungsmaterial oder eine Verzögerung beim Einschalten weitgehend vermieden werden kann, was insbesondere für schnelle Schaltzyklen von Bedeutung ist.
Schließlich kann die Beschichtungsdüse 21 durch einen oberflächlich aufgebrachten stromdurchflossenen Widerstand 35 beheizbar ausgebildet sein (7), damit die metallische Schmelze innerhalb der Beschichtungsdüse 21 nicht erstarrt. Die Strom-Spannungs-Charakteristik des schichtförmigen Widerstandes 35 kann gleichzeitig als Temperaturmesssignal für eine Temperaturregelung der Beschichtungsdüse 21 verwendet werden.
Die in 8 dargestellte Strahlungsquelle enthält in einer mittels Vakuumpumpen 36, 37 evakuierbaren Entladungskammer 38 eine Drehelektroden-Anordnung gemäß 2. Elektrische Zuleitungen zu den Elektroden 1, 12 erfolgen bevorzugt über ringförmig ausgebildete, elektrisch getrennte Schmelzbäder 39, 40 metallischer Schmelzen, wie z. B. Zinn oder andere niedrigschmelzende metallische Bäder wie z. B. Gallium, in welche die Elektroden 1, 12 über Kontaktelemente 41, 42 eintauchen. Die Kontaktelemente 41, 42 bestehen entweder aus einer Vielzahl von Einzelkontakten (Kontaktelemente 41), die entlang eines Kreisringes auf der einen Elektrode 12 angeordnet und durch Öffnungen 43 in der anderen Elektrode 1 elektrisch isoliert hindurchgeführt sind oder sie sind als geschlossener Zylinderring (Kontaktelement 42) ausgebildet. Geeignete Teilabdeckungen der Schmelzbäder 39, 40 in Form von nach innen umgeschlagenen Außenwänden 44, 45 verhindern ein Austreten der nach außen gedrückten metallischen Schmelzen aus den Behältnissen für die Schmelzbäder 39, 40.
Da eine solche Anordnung horizontal gelegte scheibenförmige Elektroden 1, 12 bzw. eine vertikal gerichtete Rotationsachse R-R verlangt, ist eine Technologie zum Aufbringen einer metallischen Schmelze, wie sie die Erfindung vorsieht, von besonderem Vorteil, da die metallische Schmelze, anders als bisher bekannt, entgegen der Schwerkraft auf die Elektroden 1, 12 aufgetragen werden kann.
Die erfindungsgemäße Drehelektroden-Anordnung erlaubt eine verschleißfreie und vor allem niederinduktive Zuführung von Stromimpulsen auf die Elektroden 1, 12, wofür ferner aus der Entladungskammer 38 heraus über elektrische Vakuumdurchführungen 46 bis 47 eine elektrische Verbindung der Schmelzbäder 39, 40 zu Kondensatorelementen 48, 49 besteht. Die Kondensatorelemente 48, 49 sind Teil eines Entladungsschaltkreises, der durch die Erzeugung von Hochspannungsimpulsen mit einer Wiederholrate zwischen 1 Hz und 20 kHz und einer ausreichenden Impulsgröße dafür sorgt, dass in dem, mit einem Entladungsgas gefüllten Entladungsbereich 8, eine Entladung gezündet und eine hohe Stromdichte erzeugt wird, die vorionisiertes Emittermaterial aufheizt, so dass Strahlung einer gewünschten Wellenlänge (EUV-Strahlung) von einem entstehenden Plasma 50 abgegeben wird.
Die emittierte Strahlung gelangt nach dem Durchlaufen einer Debrisschutzeinrichtung 51 auf eine Kollektoroptik 52, welche die Strahlung auf eine Strahlaustrittsöffnung 53 in der Entladungskammer 38 richtet. Durch Abbildung des Plasmas 50 mittels der Kollektoroptik 52 wird ein in oder in der Nähe der Strahlaustrittsöffnung 53 lokalisierter Zwischenfokus ZF generiert, der als Schnittstelle zu einer Belichtungsoptik in einer Halbleiterbelichtungsanlage dient, für welche die bevorzugt für den EUV-Wellenlängenbereich ausgebildete Strahlungsquelle vorgesehen sein kann.
Die Zündung des Plasmas 50 kann besonders vorteilhaft durch Verdampfen eines zwischen die Elektroden 1, 12 injizierten Tropfens aus vorteilhaftem Emittermaterial initiiert werden. Ein solches vorteilhaftes Emittermaterial kann dabei Xenon, Zinn, eine Zinnlegierung, eine Zinnlösung oder Lithium sein. Zur Vorionisation des Emittermaterials dient, wie in 1 bereits gezeigt, bevorzugt der Vorionisationsstrahl 7, der im Entladungsbereich 8 synchron zur Frequenz der Gasentladung auf einen injizierten Tropfen gerichtet wird. Deshalb ist bei einer weiteren Ausführung gemäß 9 vorgesehen, dass das Emittermaterial in Form von Einzelvolumina 54 in den Entladungsbereich 8 eingebracht wird, insbesondere an einen beabstandet zu den Elektroden 1, 12 vorgesehenen Ort im Entladungsbereich 8, an dem die Plasmaerzeugung erfolgt. Bevorzugt werden die Einzelvolumina 54 als kontinuierlicher Tropfenstrom in dichter, d. h. in fester oder flüssiger Form durch eine auf den Entladungsbereich 8 gerichtete Injektionseinrichtung 55 mit einer der Frequenz der Gasentladung entsprechenden Folgefrequenz bereitgestellt. Der von einer Energiestrahlquelle 56 bereitgestellte gepulste Vorionisationsstrahl 7, bevorzugt ein Laserstrahl einer Laserstrahlungsquelle, ist synchron zur Frequenz der Gasentladung auf den Ort der Plasmaerzeugung im Entladungsbereich 8 gerichtet, um einen der tropfenförmigen Einzelvolumina 54 zu verdampfen.
Besteht die regenerativ auf die Elektroden 1, 12 aufgebrachte metallische Schmelze aus Emittermaterial, kann der Energiestrahl 7 zur Vorionisation des Emittermaterials synchron zur Frequenz der Gasentladung auch darauf gerichtet sein und zwar entweder nur auf eine Elektrode 1 oder 12 oder gleichzeitig auf beide Elektroden 1, 12 oder wechselseitig auf die eine und die andere Elektrode 1 oder 12.

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung von extrem ultravioletter Strahlung mittels einer elektrisch betriebenen Gasentladung, enthaltend eine Entladungskammer, die einen Entladungsbereich für eine Gasentladung zur Ausbildung eines die Strahlung abgebenden Plasmas aufweist, eine erste und eine zweite scheibenförmige Elektrode, wobei mindestens eine der Elektroden drehbar gelagert ist und einen mit einer metallischen Schmelze zu bedeckenden Randbereich aufweist, eine Energiestrahlquelle zur Bereitstellung eines Vorionisationsstrahls und einen mit den Elektroden verbundenen Entladungsschaltkreis zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen, dadurch gekennzeichnet, dass der zu bedeckende Randbereich mindestens einen entlang des Elektrodenrandes auf der Elektrodenoberfläche geschlossen umlaufenden und für die metallische Schmelze benetzend ausgebildeten Aufnahmebereich (3) aufweist, auf den eine Beschichtungsdüse (4, 14, 21) zum regenerativen Auftragen der metallischen Schmelze gerichtet ist, die ein mit einer Ventilregeleinrichtung (10) verbundenes Absperrventil (11) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilregeleinrichtung (10) mit einer Temperaturmesseinrichtung (9) zur Messung der Elektrodenoberflächentemperatur verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die scheibenförmigen Elektroden (1, 12) mit einer permanent arbeitenden Kühleinrichtung ausgestattet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Anwendung kommendes Kühlmittel eine Arbeitstemperatur unterhalb der Schmelztemperatur eines für die metallische Schmelze vorgesehenen Materials aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung mit einer Temperaturregelung ausgestattet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die scheibenförmigen Elektroden (1, 12) von flüssigkeitsdurchflossenen Kühlkanälen (17, 18) durchzogen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsdüse (4, 14) in einem zu dem Entladungsbereich (8) gegenüber liegenden und für die Aufbringung der metallischen Schmelze vorgesehenen Elektrodenbereich auf die Elektrodenoberfläche gerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (1, 12) als Kreisscheiben ausgebildet, mit gegenseitigem Abstand starr miteinander verbunden und um eine gemeinsame, mit deren mittleren Symmetrieachsen zusammenfallende Rotationsachse (R-R) drehbar gelagert sind, wobei jede der Elektroden (1, 12) auf einander zugewandten Elektrodenoberflächen den mindestens einen, für die metallische Schmelze benetzend ausgebildeten Aufnahmebereich (3) enthält, auf den eine Beschichtungsdüse (4, 14) gerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem für die Aufbringung der metallischen Schmelze vorgesehenen Elektrodenbereich ein scheibenförmiger Isolationskörper (16) vorgesehen ist, der zur Vermeidung von elektrischen Kurzschlüssen in den Zwischenraum zwischen den beiden Elektroden (1, 12) eintaucht.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Elektrodenoberflächen der beiden Elektroden (1, 12) gerichteten Beschichtungsdüsen (4, 14) von entgegengesetzten Seiten durch den scheibenförmigen Isolationskörper (16) hindurchgeführt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsdüse (4, 14, 21) aus zwei übereinander liegenden mikrostrukturierten Platten (22, 23) besteht, wobei eine erste Platte (22) in einem Abschnitt von einer Lochstruktur (26) durchbrochen ist, zu der gegenüberliegend die zweite Platte (23) eine gegen die Lochstruktur (26) biegsame Membran (30) mit einem Verschlusselement (31) für die Lochstruktur (26) aufweist, das durch ein an der biegsamen Membran (30) angreifendes Stellmittel (32) an die Lochstruktur (26) andrückbar ist, und dass beide Platten (22, 23) einen Kanal (28) einschließen, in den die Lochstruktur (26) mündet und der als Düsenaustritt (27) aus der ersten Platte (22) herausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochstruktur (26) Lochdurchmesser aufweist, die kleiner als der Durchmesser des Düsenaustrittes (27) sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsdüse (21) durch einen oberflächlich auf mindestens einer der Platten (22, 23) aufgebrachten stromdurchflossenen Widerstand (35) beheizbar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (1, 12) in elektrischem Kontakt zu koaxial zur Rotationsachse (R-R) ausgerichteten Kontaktelementen (41, 42) stehen, die in elektrisch voneinander getrennte und mit einem Entladungsschaltkreis der Hochspannungsversorgung in Verbindung stehende ringförmig ausgebildete, elektrisch getrennte Schmelzbäder (39, 40) metallischer Schmelzen eintauchen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontaktierung der Elektroden (1, 12) über die Beschichtungsdüse (4, 14) und einen von der Beschichtungsdüse (4, 14) abgegebenen Fluidstrahl (5, 15) erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als benetzende Mittel für den Aufnahmebereich (3) Kupfer, Chrom, Nickel oder Gold vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein an den Aufnahmebereich (3) angrenzender Teil der Elektrodenoberfläche als für die metallische Schmelze nicht benetzend ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der an den Aufnahmebereich (3) angrenzende Teil der Elektrodenoberfläche aus PTFE, Edelstahl, Glas oder Keramik besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Entladungsbereich (8) eine Injektionseinrichtung (55) gerichtet ist, die eine Folge von Einzelvolumina (54) eines der Strahlungserzeugung dienenden Emittermaterials mit einer der Frequenz der Gasentladung entsprechenden Folgefrequenz und einer Mengenbegrenzung des Einzelvolumens bereitstellt, wodurch das mit Abstand zu den Elektroden (1, 12) in den Entladungsbereich (8) injizierte Emittermaterial nach der Entladung vollständig in der Gasphase vorliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Energiestrahlquelle (55) bereitgestellte Vorionisationsstrahl (7) synchron zur Frequenz der Gasentladung auf einen beabstandet zu den Elektroden (1, 12) vorgesehenen Ort der Plasmaerzeugung im Entladungsbereich (8) gerichtet ist, zu dem die Einzelvolumina (54) gelangen, um von dem Vorionisationsstrahl (7) nacheinander ionisiert zu werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die regenerativ aufgetragene metallische Schmelze zur Strahlungserzeugung dienendes Emittermaterial ist, auf das der von der Energiestrahlquelle (55) bereitgestellte Vorionisationsstrahl (7) synchron zur Frequenz der Gasentladung im Entladungsbereich (8) gerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorionisationsstrahl (7) gleichzeitig auf das regenerativ aufgetragene Emittermaterial der ersten und der zweiten Elektrode (1, 12) gerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass als Emittermaterial Xenon, Zinn, Zinnlegierungen, Zinnlösungen oder Lithium vorgesehen sind.
Verfahren zur Erzeugung von extrem ultravioletter Strahlung mittels einer elektrisch betriebenen Gasentladung zur Ausbildung eines die Strahlung abgebenden Plasmas aus vorionisiertem Emittermaterial, bei dem mindestens eine drehbar gelagerte scheibenförmige Elektrode eines für die Gasentladung vorgesehenen Elektrodenpaares im Randbereich mit einer metallischen Schmelze regenerativ beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die regenerative Beschichtung des Randbereiches während der Rotation in Abhängigkeit von der Elektrodenoberflächentemperatur gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung beim Abfallen unter eine Grenztemperatur, die oberhalb der Schmelztemperatur eines für die metallische Schmelze vorgesehenen Materials liegt, unterbrochen und beim Anstieg der Temperatur über die Grenztemperatur fortgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden während der Beschichtung mit einem Kühlmittel gekühlt werden, das eine Arbeitstemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des für die metallische Schmelze vorgesehenen Materials aufweist.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung geregelt ist.