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Technisches Anwendungsgebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kollektoranordnung für EUV- und/oder weiche Röntgenstrahlung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Dichte und heiße Plasmen sind als intensive Emitter von extremer Ultraviolett-(EUV) und weicher Röntgenstrahlung bekannt. Die Plasmen werden meist durch eine elektrische Entladung oder durch Aufheizung von Materie mit einem intensiven Laserpuls erzeugt. Für die Nutzung der emittierten Strahlung, bspw. in Systemen zur Erzeugung von Nanostrukturen oder in der Messtechnik, muss das weitgehend isotrop abgestrahlte kurzwellige Licht mit geeigneten Kollektoren aufgesammelt und in ein angeschlossenes optisches System für die jeweilige Anwendung eingekoppelt werden. Eine beispielhafte Anwendung ist die EUV-Lithographie, bei der die Plasmaemission um 13,5 nm eines Zinnplasmas in einem Scanner zur Belichtung von Wafern genutzt wird.
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Die Sammlung der vom Plasma emittierten EUV-und/oder weichen Röntgenstrahlung erfordert spezielle Spiegel, die in diesem Wellenlängenbereich reflektieren. Derzeit werden hierfür zwei unterschiedliche Spiegeltypen eingesetzt. Einer dieser Spiegeltypen ist der Multilayerspiegel, bei dem die Reflexion bei kleinen Einfallswinkeln, d. h. annähernd senkrechtem Einfall der Strahlung auf die Spiegelfläche, durch Interferenzen in den Mehrfachschichten der Spiegelfläche hervorgerufen wird. Beim zweiten Spiegeltyp, dem sog. Grazing-Incidence-Spiegel, wird die Reflexion durch Ausnutzung des Grenzwinkels der Totalreflexion an optisch dichteren Medien ausgenutzt. Der Einfallswinkel der Strahlung auf die Spiegelfläche muss dabei sehr groß gewählt werden. Derartige Kollektorspiegel sind in der Regel schalenartig aufgebaut, um einen größeren Raumwinkel der Strahlungsemission für die Reflexion zu erfassen.
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Der mit derartigen Spiegeln in Kollektoranordnungen erfasste Raumwinkel beträgt heute maximal ca. 5 sr, d. h. der halbe Öffnungswinkel des erfassten Strahlkegels liegt um 80°. Insbesondere bei nahezu punktförmigen mit Laserpulsen erzeugten Plasmen, die lediglich einen Durchmesser von einigen 100 μm aufweisen, wird ein großer Teil der in einen Raumwinkel von 4π sr emittierten Strahlung nicht genutzt.
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Stand der Technik
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Aus
M. Schmidt et al., „Modular LPP Source", Seiten 590/591 des Buches „EUV Sources for Lithography", Vivek Bakshi ed., ISBN 0-8194-5845-7 (2005), ist eine Kollektoranordnung mit zwei beidseitig der Plasmaquelle angeordneten Spiegeln bekannt, mit der der nutzbare Raumwinkel der emittierten Strahlung vergrößert werden kann. Der erste Spiegel, ein sog. Grazing-Incidence-Spiegel, fokussiert dabei einen ersten Anteil der von der Plasmaquelle emittierten Strahlung in eine vorgegebene Richtung. Der zweite Spiegel, ein Multilayerspiegel, reflektiert einen zweiten Anteil der von der Plasmaquelle emittierten Strahlung durch das Plasma hindurch so auf den ersten Spiegel, dass er vom ersten Spiegel ebenfalls in die vorgegebene Richtung fokussiert wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kollektoranordnung für EUV- und/oder weiche Röntgenstrahlung anzugeben, mit der von der Plasmaquelle emittierte Strahlung eines gegenüber dem Stand der Technik vergrößerten Raumwinkels gesammelt und genutzt werden kann.
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Darstellung der Erfindung
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Die Aufgabe wird mit der Kollektoranordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Kollektoranordnung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen.
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Die vorgeschlagene Kollektoranordnung weist einen ersten und einen zweiten weiche Röntgen- und/oder EUV-Strahlung reflektierenden Spiegel auf, die auf gegenüberliegenden Seiten der Plasmaquelle angeordnet sind. Der erste Spiegel fokussiert hierbei einen ersten Anteil der von der Plasmaquelle emittierten Strahlung in eine vorgegebene Richtung oder lenkt die Strahlung in diese Richtung um, in der die gesammelte Strahlung weiter verwendet werden soll. Der zweite Spiegel reflektiert einen zweiten Anteil der von der Plasmaquelle emittierten Strahlung so auf den ersten Spiegel, dass er vom ersten Spiegel ebenfalls in die vorgegebene Richtung fokussiert und/oder umgelenkt wird. Die vorgeschlagene Kollektoranordnung zeichnet sich dadurch aus, dass beide Spiegel als Multilayerspiegel ausgebildet sind.
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Durch die Ausgestaltung der beiden Spiegel als Multilayerspiegel und die entsprechende Anordnung und Ausgestaltung dieser Spiegel kann der Raumwinkelbereich der erfassten EUV- und/oder weichen Röntgenstrahlung gegenüber der oben beschriebenen Anordnung des Standes der Technik vergrößert werden, da keine systembedingte Begrenzung des Erfassungswinkels durch einen Grazing-Incidence-Spiegel vorliegt. Die bei der vorgeschlagenen Kollektoranordnung einsetzbaren Multilayerspiegel können vielmehr mit ausreichend großem Durchmesser ausgebildet oder geeignet angeordnet werden, um den Raumwinkelbereich entsprechend zu vergrößern. Damit lässt sich die von der Plasmaquelle in der Regel isotrop emittierte Strahlung effizienter nutzen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorgeschlagenen Kollektoranordnung weist der zweite Spiegel eine zentrale Durchlassöffnung auf, durch die hindurch der erste Spiegel die Strahlung auf einen Fokusbereich fokussiert, der in Ausbreitungsrichtung der fokussierten Strahlung hinter dem zweiten Spiegel liegt. Der erste Spiegel ist somit auf der dem Fokusbereich gegenüberliegenden Seite der Plasmaquelle angeordnet, der zweite Spiegel zwischen der Plasmaquelle und diesem Fokusbereich.
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Vorzugsweise ist der erste Multilayerspiegel als Rotationsellipsoid und der zweite Multilayerspiegel als sphärischer Spiegel ausgebildet, in dessen Brennpunkt die Plasmaquelle liegt.
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In einer weiteren Ausgestaltung stellt der erste Multilayerspiegel ebenfalls wiederum einen Ausschnitt aus einem Ellipsoiden dar, jedoch außerhalb der beiden Brennpunkte des Ellipsoiden. Dieser Multilayerspiegel ist daher in dieser Ausgestaltung nicht auf der durch die Plasmaquelle und den Fokusbereich verlaufenden Achse angeordnet. Der zweite Multilayerspiegel kann hierbei wiederum als sphärischer Spiegel ausgebildet sein, in dessen Brennpunkt die Plasmaquelle liegt.
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Eine dritte Ausgestaltung der vorgeschlagenen Kollektoranordnung nutzt einen ersten Spiegel mit Spiegelfläche, bei der die von der Plasmaquelle emittierte Strahlung unabhängig vom Auftreffort immer unter dem gleichen Winkel auf die Spiegelfläche auftrifft. Ein derartiger Spiegel ist auch unter dem Begriff Spiralspiegel bekannt und bietet aufgrund des jeweils identischen Auftreffwinkels der Strahlung eine besonders eine besonders einfache Fertigungsmöglichkeit der Multilayerschichten. Abweichungen vom identischen Auftreffwinkel sind zulässig und sinnvoll wenn die Intensitätsverteilung der reflektierten Strahlung modelliert werden soll. Vorzugsweise ist hierbei ein dritter Spiegel in Ausbreitungsrichtung der umgelenkten Strahlung hinter dem ersten Spiegel angeordnet, durch den die vom ersten Spiegel umgelenkte Strahlung dann auf einen gewünschten Fokusbereich fokussiert wird. Der erste Spiegel und dritte Spiegel sind dabei bevorzugt jeweils ringförmig um eine durch die Plasmaquelle und den Fokusbereich verlaufende Symmetrieachse der Kollektoranordnung ausgebildet.
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Die einzelnen Spiegel können bei der vorgeschlagenen Kollektoranordnung jeweils aus einem einzelnen Spiegelkörper oder auch aus mehreren kleineren Spiegelsegmenten gebildet sein, die entsprechend nebeneinander angeordnet oder aneinandergesetzt sind. Dies führt zwar zu einem geringen Verlust an Raumwinkel, beinhaltet jedoch erhebliche Vorteile bei der Fertigung und den Kosten für den jeweiligen Spiegel, insbesondere bei großen Spiegeln.
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In einer Ausgestaltung der vorgeschlagenen Kollektoranordnung reflektiert der zweite Spiegel den auftreffenden zweiten Anteil der von der Plasmaquelle emittierten Strahlung in die Plasmaquelle zurück, so dass diese rückreflektierte Strahlung dann auf dem gleichen Strahlweg wie die von der Plasmaquelle in Richtung des ersten Spiegels emittierte Strahlung auf den ersten Spiegel trifft und entsprechend gesammelt und umgelenkt und/oder fokussiert wird. Bei einem optisch dünnen Plasma wird die vom zweiten Spiegel in die Plasmaquelle zurück reflektierte Strahlung dabei nahezu ohne Absorption durch das Plasma auf den ersten Spiegel geleitet. Sollte ein größerer Anteil der Strahlung in dem emittierenden Plasma absorbiert werden, führt dies zu einer zusätzlichen Aufheizung und Anregung von Strahlung, so dass über diesen Umweg dann dennoch zusätzliche Strahlung auf den ersten Spiegel trifft und durch diesen gesammelt wird.
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Die Anforderungen an den Fokusbereich der vorgeschlagenen Kollektoranordnung, der als Zwischenfokus für die jeweilige Anwendung dient, sind in der Regel nur gering. Die fokussierte Strahlung im Zwischenfokus muss dabei nicht idealerweise einer Abbildung der Strahlung aus der Plasmaquelle entsprechen. Dadurch kann der zweite Spiegel auch von der idealen, vorzugsweise sphärischen Geometrie abweichen oder seinen Brennpunkt nicht in der Plasmaquelle haben, so dass der zweite Anteil der von der Plasmaquelle emittierten Strahlung nicht in die Plasmaquelle zurück reflektiert sondern an der Plasmaquelle vorbei auf den ersten Spiegel gerichtet werden kann. Dadurch kann gegebenenfalls die Absorption eines höheren Anteils dieser vom zweiten Spiegel reflektierten Strahlung durch das Plasma vermieden werden. Die vom zweiten Spiegel reflektierte Strahlung kann dabei bspw. auf einen Bereich fokussiert werden, der seitlich neben der Plasmaquelle liegt, so dass diese Strahlung dennoch auf annähernd den gleichen Wegen wie die Strahlung des ersten Strahlungsanteils den ersten Spiegel erreicht und von diesem noch in den Fokusbereich fokussiert wird. Dies ergibt zwar keinen idealen Zwischenfokus, sondern insgesamt einen größeren Fokusbereich, der jedoch für zahlreiche Anwendungen zur Nutzung der Strahlung ausreicht, wie bereits weiter oben angedeutet wurde.
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Die vorgeschlagene Kollektoranordnung kann prinzipiell bei allen Plasmaquellen eingesetzt werden, mit denen EUV-Strahlung und/oder weiche Röntgenstrahlung erzeugt wird und gesammelt werden soll. Dies betrifft vor allem die sogenannten Entladungsplasmen und die über Laserpulse erzeugten Plasmen. Vorzugsweise wird die vorgeschlagene Kollektoranordnung in einem mittels Laserpulsen generierten Plasma eingesetzt, bspw. bei einem System, bei dem mit den Laserpulsen durch Verdampfen von Zinn eine Entladung zur Erzeugung des Plasmas gezündet wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorgeschlagene Kollektoranordnung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines ersten beispielhaften Aufbaus der vorgeschlagenen Kollektoranordnung;
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2 jeweils eine Draufsicht auf den ersten Spiegel und den zweiten Spiegel der Kollektoranordnung;
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3 eine schematische Darstellung eines Aufbaus des zweiten Spiegels aus einzelnen Spiegelsegmenten;
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4 eine schematische Darstellung eines zweiten beispielhaften Aufbaus der vorgeschlagenen Kollektoranordnung; und
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5 eine schematische Darstellung eines dritten beispielhaften Aufbaus der vorgeschlagenen Kollektoranordnung.
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Wege zur Ausführung der Erfindung
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Bei der vorgeschlagenen Kollektoranordnung sammelt der erste Spiegel in bekannter Weise das Licht in einem bestimmten Raumwinkel auf und lenkt oder fokussiert es über einen Zwischenfokus in das optische System der Anwendung. Unter dem Begriff „Licht” wird hierbei die zu sammelnde EUV- oder weiche Röntgenstrahlung verstanden. Der zweite Spiegel sammelt Licht aus einem dem ersten Spiegel abgewandten Halbraum und fokussiert es in das Plasma zurück oder seitlich knapp neben das Plasma, so dass es auf diesem Wege ebenfalls auf den ersten Spiegel trifft.
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1 zeigt hierzu ein Beispiel, bei dem die Spiegelfläche des ersten Spiegels 1, eines Multilayerspiegels, die Form eines Rotationsellipsoiden aufweist. Das von der nahezu punktförmigen Plasmaquelle 3 in Richtung des ersten Spiegels 1 emittierte Licht 4 wird von dem ersten Spiegel 1 auf den Zwischenfokus 7 fokussiert. Auf der dem ersten Spiegel 1 gegenüber liegenden Seite der Plasmaquelle 3 ist der zweite Spiegel 2 angeordnet, der ebenfalls als Multilayerspiegel ausgebildet ist. Der zweite Spiegel 2 ist so ausgebildet und angeordnet, dass er einen Anteil des in Richtung dieses zweiten Halbraums von der Plasmaquelle 3 emittierten Lichtes 5 wieder zurück in die Plasmaquelle 3 fokussiert, so dass dieses Licht auf dem weiteren Strahlweg schließlich ebenfalls auf den ersten Spiegel 1 trifft und durch diesen auf den Zwischenfokus 7 fokussiert wird. Das fokussierte Licht 6 ist in 1 ebenfalls angedeutet. Der zweite Spiegel 2 ist hierzu ringförmig mit einer zentralen Öffnung 8 ausgebildet, wie dies schematisch in der Draufsicht aus Richtung der Plasmaquelle 3 auf diesen Spiegel 2 in der 2 angedeutet ist. 2 zeigt in Draufsicht aus Richtung der Plasmaquelle 3 auch den ersten Spiegel 1. Der zweite Spiegel 2 hat in diesem Beispiel eine sphärische Oberfläche bzw. Spiegelfläche.
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Der Raumwinkelgewinn durch die mit dem zweiten Spiegel 2 zusätzlich aufgesammelten Anteile des emittierten Lichtes gegenüber einer Anordnung mit nur dem ersten Spiegel 1 entspricht in etwa einem Faktor 1,4. Dabei wird für den ersten Spiegel 1 ein Raumwinkel von 5 sr angenommen. Der zweite Spiegel 2 erfasst in diesem Beispiel einen Raumwinkel von 3,4 sr. Unter Berücksichtigung eines endlichen Reflexionsgrades für die kurzwellige Strahlung und Verluste für gegebenenfalls zwischen der Plasmaquelle 3 und den Spiegeln angeordnete Systeme zur Debrismitigation (z. B. Verlust von 60%) beträgt dann der Gewinn (5 sr + 3,5 sr × 60%)/5 sr = 1,42.
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Die Ausbildung des zweiten Spiegels 2 als Multilayerspiegel ermöglicht einerseits einen hohen Reflexionsgrad für die kurzwellige Strahlung bei nahe senkrechtem Einfall und andererseits auch den Einsatz einer sog. Folienfalle (engl.: foiltrap) zum Schutz des Spiegels, da sich bei dem zweiten Spiegel 2 die Strahlwege nicht kreuzen. Derartige Folienfallen zur Debrismitigation sind aus dem Stand der Technik bekannt. Folienfallen bestehen in der Regel aus einer Anordnung von radial ausgerichteten Lamellen in Kombination mit der Zuführung eines Puffergases, wie bspw. Argon, um damit unerwünschte, von der Plasmaquelle emittierte Partikel abzufangen.
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3 zeigt eine schematische Darstellung des zweiten Spiegels 2 in Draufsicht, bei dem dieser Spiegel aus mehreren kleineren Spiegelsegmenten 9 zusammengesetzt ist. Dies verringert den Aufwand und somit die Kosten der Fertigung für diesen Spiegel, der einen größeren Durchmesser als der erste Spiegel aufweist. In der EUV-Lithographie beträgt der typische Durchmesser des ersten Spiegels bspw. 600 mm.
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4 zeigt ein weiteres Beispiel einer möglichen Ausgestaltung der vorgeschlagenen Kollektoranordnung. Der erste Multilayer-Spiegel 1 ist hier auf einem um die Plasmaquelle 3 gedachten Rotationsellipsoiden 10 außerhalb der durch die beiden Brennpunkte des Ellipsoiden 10 verlaufenden Achse angeordnet. Die Spiegelfläche des ersten Spiegels 1 stellt einen Ausschnitt aus diesem Ellipsoiden 10 dar. Die Plasmaquelle 3 liegt in einem der Brennpunkte des Ellipsoiden 10. Der zweite Multilayerspiegel 2 ist als sphärischer Spiegel ausgebildet und so angeordnet, dass er das von der Plasmaquelle 3 auftreffende Licht 5 in den Sammelkegel des ersten Spiegels 1 reflektiert, der die einfallende Licht auf den Zwischenfokus 7 fokussiert. Vorteil dieser Anordnung ist wiederum die Möglichkeit der Nutzung von Folienfallen für beide Spiegel.
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5 zeigt schließlich noch ein drittes Beispiel der vorgeschlagenen Kollektoranordnung. Bei dieser Anordnung weist der erste Multilayerspiegel 1 eine Spiegelfläche auf, durch die die von der Plasmaquelle 3 emittierte Strahlung unabhängig vom Auftreffort immer unter dem gleichen Winkel auf die Spiegelfläche auftrifft (in der Figur nicht erkennbar). Die am ersten Spiegel 1 reflektierte Strahlung wird dann durch einen dritten Spiegel 1' auf den Zwischenfokus 7 fokussiert. Erster und dritter Spiegel 1, 1' sind in diesem Beispiel ringförmig um die Symmetrieachse der Anordnung ausgebildet, die durch die Plasmaquelle 3 und den Zwischenfokus 7 verläuft. Der zweite Multilayerspiegel 2 ist wiederum als sphärischer Spiegel ausgebildet und so angeordnet, dass er das von der Plasmaquelle 3 auftreffende Licht 5 in den Sammelkegel des ersten Spiegels 1 reflektiert. Da der in einem kleinen Winkelbereich um die Symmetrieachse von der Plasmaquelle 3 emittierte Strahlanteil in diesem Beispiel nicht genutzt wird, kann auch der zweite Spiegel 2 entsprechend ringförmig um die Symmetrieachse ausgebildet sein, wie dies in 5 erkennbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erster Spiegel
- 1
- dritter Spiegel
- 2
- zweiter Spiegel
- 3
- Plasmaquelle
- 4
- in Richtung des ersten Spiegels emittiertes Licht
- 5
- in Richtung des zweiten Spiegels emittiertes Licht
- 6
- umgelenktes bzw. fokussiertes Licht
- 7
- Zwischenfokus
- 8
- Durchgangsöffnung
- 9
- Spiegelsegmente
- 10
- Ellipsoid
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- M. Schmidt et al., „Modular LPP Source”, Seiten 590/591 des Buches „EUV Sources for Lithography”, Vivek Bakshi ed., ISBN 0-8194-5845-7 (2005) [0005]
