DE102007051295A1

DE102007051295A1 - Anordnung zur Erzeugung von EUV-Strahlung

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Publication number: DE102007051295A1
Application number: DE102007051295A
Authority: DE
Inventors: Vladimir Dr. Korobochko; Jürgen Dr. Kleinschmidt
Original assignee: Xtreme Technologies GmbH
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2007-10-22
Filing date: 2007-10-22
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2027-10-23
Also published as: NL2002003A1; JP4385079B2; JP2009105399A; US9170505B2; DE102007051295B4; US20090101850A1; NL2002003C2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von EUV-Strahlung, insbesondere für Quellenmodule in Belichtungsanlagen der EUV-Lithographie zur Halbleiterchipherstellung. Die Aufgabe, eine neue Möglichkeit zur Realisierung eines EUV-Quellenmoduls zu finden, die bei der Übertragung der Strahlung vom primären Quellort (Plasma 3) zum sekundären Quellort [Austrittsöffnung (6) des Quellenmoduls (1)/Zwischenfokusebene (62)] das Verhältnis von Aufwand zu Ergebnis deutlich verbessert, wird erfindungsgemäß gelöst, indem das Plasma (3) als Volumenstrahler zur direkten Ausleuchtung der Austrittsöffnung (6) ohne Kollektoroptik ausgebildet und die Querausdehnung (d) des Plasmas (3) größer als der Durchmesser (D) der Austrittsöffnung (6) ist, wobei das Maß der Durchmesserüberschreitung vom Abstand (L) zwischen dem Plasma (3) und der Austrittsöffnung (6) und von der nummerischen Apertur (NA) des nachfolgenden lithographischen Beleuchtungssystems abhängig sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von EUV-Strahlung, bestehend aus einer Vakuumkammer mit einer Plasmaerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Strahlung emittierenden Plasmas, einem Debrisfilter und einer Strahlungsaustrittsöffnung, die bezüglich des primär emittierenden Plasmas einen sekundären Quellort darstellt, wie er insbesondere in Belichtungsanlagen für die EUV-Lithographie zur Halbleiterchipherstellung benötigt wird.
In der Halbleiterchiptechnologie ist die EUV-Lithographie die nächste Generation von lithographischen Belichtungsmaschinen zur Erzeugung von Chipstrukturen im Bereich ≤ 32 nm. Die Qualität der lithographischen Abbildung wird durch ein Beleuchtungssystem zur homogenen Beleuchtung einer Maske (Retikel) sowie ein optisches Abbildungssystem zur Übertragung der Maskenstruktur auf den Wafer bestimmt.
Das Beleuchtungssystem enthält das eigentliche Quellenmodul 1, das üblicherweise – wie in 2 dargestellt – eine Plasmaerzeugungsanordnung 2 zur Gasionisation für das Plasmas 3, das z. B. eine Strahlung im EUV-Spektralbereich emittiert, ein Debrisfilter 4 und einen Strahlungskollektor 5 aufweist. Der Kollektor 5 bildet innerhalb des Quellenmoduls 1 den primären Quellort des Plasmas 3 in einen Zwischenfokus 61 ab, der einen sogenannten sekundären Quellort in der Zwischenfokusblende 62 am Ausgang der Vakuumkammer 11 des Quellenmoduls 1 bildet. Ab dem sekundären Quellort (Zwischenfokus 61) in Richtung eines lithographischen Beleuchtungssystems soll die Strahlung debrisfrei und spektral gefiltert sein.
Zur Fokussierung der stark divergenten Strahlung aus dem Plasma 3 werden üblicherweise Anordnungen aus rotationssymmetrischen ineinander geschachtelten Reflektoren 51 genutzt. Die Reflektoren 51 sind üblicherweise dünne Nickelbleche, die auf der Innenseite mit geeignet reflektierenden Metallschichten (z. B. Molybdän, Ruthenium, Rhodium, Palladium etc.) beschichtet sind. Alle Reflektorschalen reflektieren dabei im streifenden Einfall bei Einfallswinkeln < 15°. Insbesondere bei großen Öffnungswinkeln werden optisch vorteilhaft Kollektoren 5 auf der Basis eines Wolterdesigns verwendet (siehe 2a). Zur Fokussierung werden dabei Mehrfachreflexionen an geschachtelten mehrschaligen Reflektoren 51 genutzt, wie sie in 2a als Kombinationen aus Rotationshyperboloiden 52 und Rotationsellipsoiden 53 dargestellt sind.
Für ein produktionstaugliches Gerät zur Halbleiterlithographie sind bestimmte Spezifikationen im Zwischenfokus 61 (sekundärer Quellort, Zwischenfokusblende 62 bzw. Ausgangsöffnung des Quellenmoduls) definiert. Neben den geforderten Fernfeldintensitätsverteilungen (engl.: far field intensity distribution) aufgrund der erforderlichen gleichmäßigen Ausleuchtung in der Retikelebene ist die wohl wichtigste Forderung, dass bei vorgegebener Etendue die EUV-Strahlungsleistung im Zwischenfokus > 115 W betragen soll.
Die Etendue (der Lichtleitwert) ist für das gesamte optische System ein vorgegebener fester Wert. Für zukünftige EUV-Lithographie-Scanner werden Etenduewerte von 3,3 sr·mm² diskutiert. Dieser Wert ist vorgegeben durch spezielle im Strahlengang vorhandene Vignettierungen (durch Blenden o. ä.) und bestimmt entlang des Lichtweges, wie groß der Durchmesser des Strahlenbündels und die maximalen Winkel der Strahlen relativ zur optischen Achse sein dürfen, ohne dass irgendwelche Blenden bestimmte Strahlungsanteile abschatten. Als gute Näherung für kleine Winkel zur optischen Achse kann man ansetzen, dass das Quadrat des effektiven Durchmessers des leuchtenden Gebietes multipliziert mit dem Raumwinkel des Kollektors in Bezug auf den Quellpunkt annähernd gleich dem Quadrat des Durchmessers der Blende im Zwischenfokus multipliziert mit dem Raumwinkel der Strahlung in Richtung des Zwischenfokus ist.
Die Situation am Kollektor ist somit die Folgende:
Bei einem Raumwinkel des Kollektors zum emittierenden Plasma (primärer Quellort) von 3,14 sr (π-Kollektor, Öffnungswinkel 60°) und einem Raumwinkel der Strahlung in Richtung Zwischenfokus (sekundärer Quellort) im Bereich von 0,03 sr ... 0,2 sr (abhängig von der Vergrößerung des Kollektors) ergeben exakte Rechnungen bei einer Blendenöffnung von etwa 10 mm in der Ebene des sekundären Quellortes einen maximal zulässigen Durchmesser des emittierenden Quellgebietes < 1 ... 1,3 mm und maximale Längen in axialer Richtung von < 1 ... 1,6 mm. Für größere Dimensionen treten zusätzliche Strahlungsverluste ein, so dass erhebliche Anstrengungen auf ein räumlich streng begrenztes und sehr dichtes Plasma gerichtet werden müssen.
Bei geforderten Strahlungsleistungen von > 115 W im Zwischenfokus wird der Kollektor typischerweise mit einer Gesamtstrahlungsleistung von > 20 kW beaufschlagt. Nimmt man einen mittleren Reflexionsgrad von 50% an, so werden 50% der auf die reflektierenden Oberflächen einfallenden Strahlung im Kollektor absorbiert. Unter der Maßgabe, dass die Stirnflächen der genesteten Kollektorschalen optisch matt sind, wird an diesen Stirnflächen zusätzlich ein erheblicher Teil der Strahlung absorbiert, so dass insgesamt vom Kollektor die einfallende Strahlungsleistung hauptsächlich als Wärmeleistung dissipiert wird.
Die starke Wärmebelastung des Kollektors bewirkt Verzerrungen der Fernfeldintensitätsverteilung und somit eine Verschlechterung der Homogenität der Fernfeldintensitätsverteilungen hinter dem Zwischenfokus. Außerdem ist die Gestaltung eines gekühlten Kollektors kompliziert, da Kühlrohre im Strahlungsschatten angeordnet sein müssen, um weitere Strahlungsverluste durch Abschattung zu vermeiden.
Die Kollektorherstellung ist insgesamt sehr aufwendig und dementsprechend außerordentlich teuer. Zur Erhöhung der Lebensdauer muss die Kollektoroptik mit entsprechenden Debrisfiltern gegen schnelle Ionen aus dem Plasma und versprühtem Elektrodenmaterial geschützt werden. Da übliche Kollektoren Durchmesser von 500 mm haben, müssen die Debrisfilter ebenso groß gestaltet werden. Debrisfilter sind eine filigrane Konstruktion aus vielen speziell angeordneten Lamellen (siehe z. B. DE 102 37 901 B3 oder DE 10 2005 020 521 A1 ), deren Herstellung ebenfalls sehr teuer ist. Ein weiterer Nachteil der großen Kollektoroptiken ist die dazu nötige Vakuumkammer mit Dimensionen von etwa 1 m Durchmesser und 1,5 ... 2 m Länge. Das verursacht neben hohen Kosten vor allem lange Abpumpzeiten.
Die wesentliche Kenngröße für das gesamte Quellenmodul, das aus Plasmaerzeugungsanordnung, Debrisfilter und Kollektor besteht, ist die sog. Kollektionseffizienz. Diese gibt prozentual an, wie viel von der im Raumwinkel 2π erzeugten Strahlungsleistung hinter der Zwischenfokusblende ankommt. Momentan werden bei den so genannten α-Tool-Quellen Kollektionseffizienzen von 1,5%–3% erreicht. Diese geringe Kollektionseffizienz steht somit in keinem vernünftigen Verhältnis zum enormen konstruktiven und monetären Aufwand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zur Realisierung eines EUV-Quellenmoduls zu finden, die bei der Übertragung der Strahlung vom primären Quellort (Plasma) zum sekundären Quellort (Austrittsöffnung des Quellenmoduls/Zwischenfokusebene) das Verhältnis von Aufwand zu Ergebnis deutlich verbessert.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Anordnung zur Erzeugung von EUV-Strahlung, bei der in einer Vakuumkammer eine Plasmaerzeugungseinrichtung, die ein räumlich definiert begrenztes heißes Plasma als primären Quellort generiert, vorhanden ist, wobei die Vakuumkammer eine Austrittsöffnung zur Definition eines homogen ausgeleuchteten sekundären Quellortes für ein nachfolgenden Belichtungssystem aufweist, und zwischen dem Plasma und der Austrittsöffnung mindestens ein Debrisfilter angeordnet ist, dadurch gelöst, dass das Plasma als Volumenstrahler zur direkten Ausleuchtung der Austrittsöffnung ohne Kollektoroptik ausgebildet und die Querausdehnung des Plasmas größer als der Durchmesser der Austrittsöffnung ist, wobei das Maß der Durchmesserüberschreitung vom Abstand zwischen dem Plasma und der Austrittsöffnung und von der numerische Apertur des nachfolgenden Beleuchtungssystems abhängig sind.
Vorteilhaft weist das emittierende Plasma eine Querausdehnung von d ≈ (D + 2L·NA) auf. Das EUV-emittierende Plasma wird zweckmäßig als Gasentladungsplasma an einer Elektrodenanordnung erzeugt. Es wird dabei vorzugsweise im Gasvolumen zwischen Anode und Katode oder als Oberflächenentladung über eine Isolatoroberfläche erzeugt. In einer vorteilhaften Ausführung ist die Katode als zylinderförmige oder leicht kegelförmige Hohlkatode ausgebildet und als Anode ist eine in Richtung der Austrittsöffnung des Quellenmoduls vorgelagerte Ringelektrode vorhanden. Dabei kann zweckmäßig das nachgeordnete Debrisfilter als Anode geschaltet sein.
In einer weiteren bevorzugten Gestaltungsform wird das EUV-emittierende Plasma als Oberflächenentladung über einen Isolator erzeugt. Dabei ist die Katode als Zentralelektrode ausgebildet, um die ein rohrförmiger Isolator und die Anode im wesentlichen koaxial angeordnet sind, wobei die Entladung an der Stirnseite der Elektrodenanordnung radial entlang der Isolatoroberfläche erfolgt.
Der Isolator besteht dabei zweckmäßig aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstanten, wie z. B. Blei-Zirkonium-Titanat (PZT), Blei-Borsilikat oder Blei-Zink-Borsilikat. Ferner kann der Isolator aus einer hochisolierenden Keramik, wie Si₃N₄, Al₂O₃, AlZr, AlTi, BeO, SiC oder Saphir gefertigt sein.
In einer weiteren grundlegenden Ausführung wird das EUV-emittierende Plasma mittels einer Hochfrequenzanregung erzeugt. Dazu kann das das EUV-emittierende Plasma vorteilhaft mittels Elektronenresonanzzyklotron-Anregung (ECRH) erzeugt werden.
Die Erfindung basiert auf der grundlegenden Überlegung, dass die Kollektionseffizienz eines EUV-Quellenmoduls bei weiterer Steigerung des bereits enormen Aufwandes für Kollektor und Debrisfilter nur noch minimale Verbesserungen erfährt.
Ausgehend von den üblichen Dimensionen des intensiv emittierenden Plasmas und einer zusätzlichen EUV-Strahlung aus einem großen Emissionsvolumen mit Dimensionen im Zentimeterbereich, der EUV-Absorption im Arbeitsgas sowie den Abschattungen im Debrisfilter und im Kollektor (Kollektormontierung) kann abgeschätzt werden, dass bei Gasentladungsquellen auch bei weiteren Verbesserungen die EUV-Kollektionseffizienz deutlich unter 10% bleibt (zukünftige Produktionsliniengeräte werden auf ca. 5%–7% geschätzt).
Da außerdem für EUV-Produktionsscanner numerische Eingangsaperturen des Beleuchtungssystems von NA ≈ 0,4 zugelassen werden sollen, ist die Überlegung herangereift, das Kollektorsystem grundlegend zu vereinfachen. Wenn nämlich die Kollektionseffizienz etwa dem Verhältnis aus dem durch die Beleuchtungsoptik vorgegebenen Raumwinkel Ω pro 2π gleichkommt, ist der Einsatz eines enorm teuren Kollektors an sich überflüssig.
Bei einer zulässigen numerischen Apertur des Beleuchtungssystems von NA ≈ 0,4 ergibt sich für das obige Verhältnis Ω/2π ≈ NA²/2π ≈ 8%. Das ist durchaus mit der erreichbaren Kollektionseffizienz eines guten Kollektors vergleichbar. Die Erfindung löst deshalb das Problem des schlechten Verhältnisses von Aufwand zu Nutzen bei der Kollektionseffizienz des Quellenmoduls durch Erzeugung definiert ausgedehnter Plasmen, die einen Kollektor völlig überflüssig machen.
Mit der Erfindung ist es möglich, ein EUV-Quellenmodul zu realisieren, bei dem die geforderte Strahlungsleistung an der Austrittsöffnung des Quellenmoduls mit deutlich verringertem Aufwand erreicht wird.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:
1: einen Grundaufbau des erfindungsgemäßen EUV-Quellenmoduls,
2: den üblichen Aufbau eines EUV-Quellenmoduls gemäß dem Stand der Technik,
2a: Kollektor aus sechs genesteten Schalen (in Wolterdesign mit Zweifachreflexion),
3: eine zylinderförmige Katodenanordnung zur Erzeugung eines axial ausgedehnten optisch dünnen Entladungsplasmas,
4: eine kegelförmige Katodenanordnung ohne Kollektor im Fall eines axial ausgedehnten optisch dünnen Entladungsplasmas,
5: Elektrodenanordnung mit lateral großflächigem optisch dichten Entladungsplasma durch Oberflächengleitentladung,
6 ein Elektronenresonanzzyklotron mit Mikrowellen- und Magnetspiegelanordnung zur Erzeugung eines Plasmas.
Das EUV-Quellenmodul 1 besteht in seinem Grundaufbau – wie in 1 dargestellt – aus einer Plasmaerzeugungseinrichtung 2, die ein relativ großvolumiges Plasma 3 erzeugt, und einem Debrisfilter 4. Eine das Quellenmodul 1 umschließenden Vakuumkammer 11 weist entlang einer optischen Achse 12 eine definierte Austrittsöffnung 6 auf, die bezüglich räumlicher Lage und Ausrichtung für das nachfolgende lithographische Belichtungssystem (nicht gezeichnet) der herkömmlich spezifizierten Zwischenfokusebene 62 entspricht.
Das Quellenmodul 1 ist so aufgebaut, dass die Querausdehnung d des Plasmas 3 (Durchmesser des Plasmas 3 lateral zur optischen Achse 12) größer als der Durchmesser D der Austrittsöffnung 6 des Quellenmoduls 1 ist und dass ohne einen Kollektor 5 eine homogene, intensive Ausleuchtung der Austrittsöffnung 6 (frühere Zwischenfokusebene 62) erfolgt. Da die aus der Austrittsöffnung 6 austretende Strahlung debrisfrei sein soll, muss ausreichend Platz für das Debrisfilter 4 zur Verfügung stehen, weshalb ein bestimmter Abstand L zwischen Plasma 3 und Austrittsöffnung 6 nicht unterschritten werden kann.
Für eine homogene Ausleuchtung der Austrittsöffnung 6 muss der effektive Durchmesser d des Plasmas 3, d. h. das durch die Austrittsöffnung 6 „sichtbare" leuchtende Gebiet, größer als der Durchmesser D der Austrittsöffnung 6 sein. Das resultiert daraus, dass die durch jeden Punkt der Austrittsöffnung 6 tretenden Strahlungskegel – vorgegeben durch die numerische Apertur NA des nachfolgenden lithographischen Beleuchtungssystems (nicht gezeichnet) – lediglich einen maximalen Winkel von 2arcsin (NA) aufweisen dürfen, damit ihre Strahlungsanteile die Beleuchtungsoptik ohne zusätzliche geometrische Verluste durchlaufen können. Aus der vorgegebenen numerischen Apertur NA des nachfolgenden Beleuchtungssystems ergibt sich somit eine Bedingung für die Querausdehnung d des Plasmas 3 derart, dass der Abstand L des Plasmas 3 von der Austrittsöffnung 6 mit d ≈ D + 2L·NAin Abhängigkeit vom Plasmadurchmesser d gewählt werden kann. Ein Plasma, wie es für eine Kollektorabbildung mit Teilchenkonzentrationen von 10¹⁵ cm^–3 bei Plasmadurchmessern im Millimeterbereich gefordert wurde, kann – weil die Beschränkung auf den erfassbaren Raumwinkel eines Kollektors 5 (siehe 2a) fehlt – jetzt als Plasma 3 auf ein wesentlich größeres Volumen verteilt sein, wobei die Anzahl der Emissionszentren beibehalten wird.
Die 3, 4 und 5 zeigen jeweils Quellenmodule 1, die in unterschiedlicher räumlicher Gestaltung Gasentladungsanordnungen zur Erzeugung des strahlenden Plasmas 3 beinhalten.
In den 3 und 4 sind dafür Elektrodenanordnungen, bestehend aus Katode 21 und Anode 22, für eine Gasentladung so ausgebildet, dass sich ein langgestrecktes optisch dünnes Plasma 31 entlang der optischen Achse 12 ergibt. Die Anode 22 kann in beiden Fällen als Ringelektrode am Debrisfilter 4 angebracht werden, um den Abstand zur Austrittsöffnung 6 des Quellenmoduls 11 kurz zu gestalten. Die Austrittsöffnung 6 entspricht der Öffnung in der oben genannten Zwischenfokusebene 62 gemäß dem Stand der Technik.
Der Mittelpunkt des eigentlich leuchtenden Plasmas 3 steht in einer Entfernung L von der Austrittsöffnung 6. Jeder Punkt in der Austrittsöffnung 6 (früher definierte Zwischenfokusebene 62) empfängt von dem leuchtenden Gebiet in der Katode 21 einen Strahlungskegel (angedeutet in 1 und 5) mit Ω ~ πNA², nur die in diesem Strahlungskegeln enthaltenen Strahlungsanteile können eine sich an die Austrittsöffnung 6 anschließende Beleuchtungssystem (Eintrittsoptik) ohne Verluste passieren.
In 3 und 4 ist das strahlende optisch dünne Plasma schematisch so dargestellt, dass es den gesamten Katodenhohlraum vollständig homogen ausfüllt. Das ist jedoch in der Regel nicht der Fall, da sich neben Volumenentladungen auch optisch dünne Oberflächengleitentladungen ausbilden und genutzt werden können.
Für die homogene Ausleuchtung der Austrittsöffnung 6 (frühere Zwischenfokusebene 62) wird der effektive Durchmesser d des Plasmas 31 mit etwa D + 2L·NA (D – Durchmesser der Austrittsöffnung 6) gewählt. Wie zu 1 oben erklärt, dürfen die in jeden Punkt der Austrittsöffnung 6 tretenden Strahlungskegel lediglich den Winkel von 2arcsin (NA) aufweisen, damit sie ohne geometrische Verluste in die Beleuchtungsoptik eintreten können. Mit L ≈ 50 mm und NA ≈ 0,25 ergeben sich Plasmadurchmesser d ≈ 20–30 mm. L wird dabei so groß eingestellt, dass zwischen Entladungsanordnung und Austrittsöffnung 6 das Debrisfilter 4 (auch: DMT – Debris Mitigation Tool) positioniert werden kann.
Die z-Dimension eines optisch dünnen Plasmas 31 ist nur durch die Selbstabsorption der emittierten Strahlung (z. B. EUV: 13,5 nm) auf etwa z ≈ 1/σN (N – Zahl der Emitter pro Volumen = Plasmadichte, σ – Absorptionsquerschnitt) beschränkt. Die z-Ausdehnung der Katode 21 im Fall der Erzeugung eines optisch dünnen Plasmas 31 liegt – abhängig von der Plasmadichte N – typischerweise im Bereich 2 cm–10 cm.
Ein optisch dichtes Plasma 32, gemäß 5, ist gekennzeichnet durch eine sehr hohe Emitterdichte N. Daraus resultiert, dass die z-Ausdehnung des Plasmas klein im Vergleich zum Plasmadurchmesser ≈ D + 2L·NA ist. Sehr hohe Plasmadichten N werden mit Oberflächenentladungen auf Keramikoberflächen erzeugt. Das ist beispielhaft in 5 dargestellt. Dabei findet eine Oberflächenentladung zwischen einer zentralen Katode 21 und einer radial umschließenden Anode 22 über eine Keramikoberfläche eines rohrförmigen Isolators 23 statt. Solche Entladungen können sehr definiert ausgeführt werden und haben den Vorteil, dass sie über einen großen Druckbereich (bis einige kPa) eine hohe Emissionseffizienz für Strahlung im kurzwelligen UV (auch EUV) und Röntgenbereich aufweisen.
In allen oben beschriebenen Fällen kann wegen der vergleichsweise großen Plasmadimension die Elektrodengeometrie relativ groß gewählt werden. Das hat den Vorteil, dass die Elektroden 21 und 22 gut gekühlt werden können.
In 6 ist eine weitere Möglichkeit zur Realisierung der Erfindung gezeigt, die mittels Elektronenresonanzzyklotron- bzw. ECRH-(electron cyclotron resonance heating) erzeugte Plasmen nutzt, wie sie beispielsweise von H. Oechsner, Plasma Physics 16 (1974), 835 oder als ECR plasma von CEA – COMMISSARIAT A ['ENERGIE ATOMIQUE (FR), CEA-Grenoble, Feb. 2005 beschrieben sind.
Das ECRH, das – wie der Energieeintrag in Gase mittels Hochfrequenz- oder Mikrowellenanregung überhaupt – lange bekannt ist, hat den Vorteil, dass wegen der HF-Anregung keine Elektroden nötig sind.
Das dabei erzeugte ECRH-Plasma 33 ist aber gekennzeichnet durch vergleichsweise geringe Plasmadichte und großes Volumen. Es ist prinzipiell kein Problem, HF-angeregte optisch dünne Plasmen mit Durchmessern von ≈ 3 cm und Längen von ≈ 5 cm zu erzeugen. Ein solches leuchtendes ECRH-Plasma 33 mit einem Volumen von ≈ 50 cm³ wäre jedoch bei Verwendung herkömmlicher EUV-Anordnungen mit Kollektor 5 wegen der Etenduelimitierung (siehe Ausführungen auf Seite 2) räumlich viel zu groß.
Für das hier vorgestellte Konzept des kollektorfreien Quellenmoduls 1 sind aber Plasmadimensionen im Zentimeterbereich durchaus geeignet, wie bereits oben zu 3 und 4 im Detail ausgeführt.
Gemäß 6 wird das durch Mikrowellen in einer Mikrowellenanregungseinrichtung 24 an sich räumlich sehr ausgedehnte ECRH-Plasma 33 mittels einer Magnetspiegelanordnung 25 in Richtung der optischen Achse 12 räumlich auf etwa 2–5 cm beschränkt.
Das vorgestellte kollektorfreie Quellenmodul 1 ermöglicht also erstmals auch den Einsatz von Mikrowellen- und HF-erzeugten Plasmen 33 als Strahlungsquellen für die Halbleiterlithographie.
Für alle vorstehend beschriebenen Ausführungen des Quellenmoduls 1 gilt, dass das zwischen Plasmaerzeugungsanordnung 2 und Austrittsöffnung 6 angeordnete Debrisfilter 4 wesentlich geringere Querdimensionen von nur wenigen Zentimetern hat. Es ist damit wesentlich kleiner als die gegenwärtig in Kombination mit einem Kollektor 5 genutzten Debrisfilter 4.
Da die Abstände von Plasmaerzeugungsanordnung 2 – Debrisfilter 4 – Austrittsöffnung 6 insgesamt viel kleiner sind (typische axiale Ausdehnungen von 10–20 cm) als bei den gegenwärtig genutzten Kollektoranordnungen (> 1,5 m ... 2 m), spielt die Strahlungsabsorption durch Restgas in der Vakuumkammer 11 praktisch keine Rolle mehr. Die hierbei nötige Vakuumkammer 11 weist ebenfalls kleinere Dimensionen auf und kann somit wesentlich schneller und nachhaltiger evakuiert werden.

1: Quellenmodul
11: Vakuumkammer
12: optische Achse
2: Plasmaerzeugungsanordnung
21: Katode
22: Anode
23: Isolator (Keramik)
24: Mikrowellenanregungsanordnung
25: Magnetspiegelanordnung
3: Plasma
31: optisch dünnes (Hohlkatoden-)Plasma
32: optisch dickes (Oberflächenentladungs-)Plasma
33: ECRH-Plasma
4: Debrisfilter
5: Kollektor
51: geschachtelte Reflektoren
52: Rotationshyperboloide
53: Rotationsellipsoide
6: Austrittsöffnung (des Quellenmoduls)
61: Zwischenfokus
62: Zwischenfokusebene
d: Durchmesser des Plasmas
D: Durchmesser der Austrittsöffnung
L: Abstand
NA: numerische Apertur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10237901 B3 [0010]
- DE 102005020521 A1 [0010]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- H. Oechsner, Plasma Physics 16 (1974), 835 [0042]
- CEA – COMMISSARIAT A ['ENERGIE ATOMIQUE (FR), CEA-Grenoble, Feb. 2005 [0042]

Claims

Anordnung zur Erzeugung von EUV-Strahlung, bei der in einer Vakuumkammer eine Plasmaerzeugungseinrichtung, die ein räumlich definiert begrenztes heißes Plasma als primären Quellort generiert, vorhanden ist, wobei die Vakuumkammer eine Austrittsöffnung zur Definition eines homogen ausgeleuchteten sekundären Quellortes für ein nachfolgenden Belichtungssystem aufweist, und zwischen dem Plasma und der Austrittsöffnung mindestens ein Debrisfilter angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Plasma (3) als Volumenstrahler zur direkten Ausleuchtung der Austrittsöffnung (6) ohne Kollektoroptik (5) ausgebildet und die Querausdehnung (d) des Plasmas (3) größer als der Durchmesser (D) der Austrittsöffnung (6) ist, wobei – das Maß der Durchmesserüberschreitung vom Abstand (L) zwischen dem Plasma (3) und der Austrittsöffnung (6) und von der numerische Apertur (NA) des nachfolgenden Beleuchtungssystems abhängig sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das EUV-emittierende Plasma (3) eine Querausdehnung (d) von ≈ (D + 2L·NA) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das EUV-emittierende Plasma (3) als Gasentladungsplasma an einer Elektrodenanordnung (2) ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das EUV-emittierende Plasma (3) im Gasvolumen zwischen Anode (21) und Katode (22) erzeugt ist.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Katode (21) als zylinderförmige oder leicht kegelförmige Hohlkatode ausgebildet ist und die Anode (22) eine in Richtung der Austrittsöffnung (6) vorgelagerte Ringelektrode ist.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Debrisfilter (4) als Anode (22) geschaltet ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das EUV-emittierende Plasma (32) als Oberflächenentladung über einen Isolator (23) erzeugt ist.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Katode (21) als Zentralelektrode ausgebildet ist, um die ein rohrförmiger Isolator (23) und die Anode (22) im wesentlichen koaxial angeordnet sind, wobei die Entladung an der Stirnseite der Elektrodenanordnung radial entlang der Isolatoroberfläche erfolgt.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (23) aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstanten, wie Blei-Zirkonium-Titanat (PZT), Blei-Borsilikat oder Blei-Zink-Borsilikat, besteht.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (23) aus einer hochisolierenden Keramik, wie Si₃N₄, Al₂O₃, AlZr, AlTi, BeO, SiC oder Saphir gefertigt ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das EUV-emittierende Plasma (3) mit Hochfrequenzanregung erzeugt ist.
Anordnung nach Ansprüchen 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das EUV-emittierende Plasma (33) mittels Elektronenresonanzzyklotron-Anregung (ECRH) erzeugt ist.