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Technisches Anwendungsgebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von extremer Ultraviolett- und/oder weicher Röntgenstrahlung, bei dem ein Targetmaterial durch Bestrahlung mit energetischer Strahlung und/oder durch eine Hochstromentladung in einen Plasmazustand versetzt wird, in dem angeregte Elemente des Targetmaterials die extreme Ultraviolett- und/oder weiche Röntgenstrahlung emittieren.
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Plasmabasierte Strahlungsquellen erlauben den Aufbau relativ kompakter und kostengünstiger Systeme für Anwendungen im Spektralbereich der weichen Röntgenstrahlung und des extremen Ultraviolett (EUV). Solche Plasmen werden entweder durch die Bestrahlung eines Targets mit intensiver gepulster Laserstrahlung oder in einer gepulsten Hochstromgasentladung erzeugt. Dabei wird das Targetmaterial so weit aufgeheizt, dass es zur Emission charakteristischer kurzwelliger Strahlung angeregt wird.
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Derartige Strahlungsquellen finden insbesondere Anwendung in der Halbleiterlithographie zur Produktion leistungsstarker Prozessoren und Speicherelemente. Bei der sog. EUV-Lithographie wird derzeit mit Strahlung einer Wellenlänge von 13,5 nm gearbeitet. Als Strahlungsquelle wird hierzu ein Plasma auf Basis von Zinn verwendet. Hochangeregte Zinnionen weisen eine Vielzahl von intensiven atomaren Übergängen um eine Wellenlänge von 13,5 nm auf. Leistungsstarke, auf Zinn basierende Strahlungsquellen sind sowohl als laserinduzierte als auch als entladungsbasierte Strahlungsquellen bekannt. Aufgrund des hohen Materialumsatzes und der Forderung nach einem regenerativen Target wird in beiden Fällen mit flüssigem Zinn gearbeitet, beispielsweise durch Injektion als Tropfen in eine Vakuumkammer und Beschuss mit einem gepulsten Laser oder in Form der Benetzung von rotierenden Rädern als Elektroden einer Gasentladung, wie dies bspw. aus der
WO 2005/025280 A2 bekannt ist. Bei der Gasentladung wird in der Regel durch Beschuss der Zinn-behafteten Elektrode mit einem Laser ein Teil des Zinns verdampft. Dieser Dampf führt dann zu einem elektrischen Kurzschluss zwischen den Elektroden und ermöglicht einen hohen Strompuls, der das verdampfte Zinn aufheizt und zur Emission der kurzwelligen Strahlung anregt. Die Verwendung von flüssigem Zinn führt zwar zu technischen Herausforderungen aufgrund der thermischen Belastung der beteiligten Komponenten sowie hinsichtlich des Transports über elektromagnetische Pumpen und der Korrosion der umgebenden Materialien, die aber heute weitgehend gelöst sind.
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Als mögliche Nachfolgetechnologie wird die Reduktion der Wellenlänge von 13,5 nm auf eine Wellenlänge um etwa 6–7 nm diskutiert, da aufgrund dieser geringeren Wellenlänge die Erzeugung noch kleinerer Strukturen bei der Lithographie möglich sein sollte. Die Verwendung von Zinnplasmen als Strahlungsquelle ist hierfür aufgrund der geringen Effizienz der Emission von Zinn in diesem Wellenlängenbereich jedoch nicht möglich. Eine iso-elektronische Fortsetzung der intensiven Übergänge von Zinn bei 13,5 nm zu einer Wellenlänge um 6–7 nm führt auf die Verwendung von hochionisierten Gadolinium- oder Terbium-Ionen. Mit diesen Materialien konnten auch bereits Plamen erzeugt werden, die eine effiziente Emission im Wellenlängenbereich von 6–7 nm aufweisen. Allerdings steigt bei einem Übergang von flüssigem Zinn zu flüssigem Gadolinium bzw. Terbium der technische Aufwand erheblich, da diese Materialien einen wesentlich höheren Schmelzpunkt als Zinn aufweisen. Zinn hat einen Schmelzpunkt von etwa 230° C, Gadolinium einen Schmelzpunkt von ca. 1310° C und Terbium einen Schmelzpunkt von ca. 1350° C.
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Stand der Technik
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In der
US 2011/0043777 A1 wird ein Verfahren zur Erzeugung extremer Ultraviolett-Strahlung auf Basis von Gadolinium (Gd) und Terbium (Tb) beschrieben, bei dem die obige Problematik der hohen Schmelztemperaturen dieser Materialien umgangen wird. Hierzu wird vorgeschlagen, als Targetmaterial eine Legierung mit diesen Materialien zu wählen, die einen niedrigeren Schmelzpunkt als Gd bzw. Tb aufweist. Der Anteil von Gd bzw. Tb an dieser Legierung liegt dabei vorzugsweise im Bereich zwischen 60 und 90% (bezogen auf das Atomgewicht). Allerdings liegen die herabgesetzten Schmelzpunkte dieser Targetmaterialien noch immer in einem Bereich von über 600–ca. 900° C.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Erzeugung von extremer Ultraviolett- und/oder weicher Röntgenstrahlung mit einem flüssigen Targetmaterial anzugeben, das sich für die Erzeugung von Strahlung im Wellenlängenbereich um 6–7 nm eignet und einen geringeren technischen Aufwand erfordert.
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Darstellung der Erfindung
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Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen.
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird in bekannter Weise ein Targetmaterial durch Bestrahlung mit energetischer Strahlung und/oder durch eine Hochstromentladung in einen Plasmazustand versetzt, in dem angeregte Elemente des Targetmaterials die extreme Ultraviolett- und/oder weiche Röntgenstrahlung emittieren. Geeignete Techniken hierfür sind in der Beschreibungseinleitung beschrieben und auch unter den Begriffen LPP (Laser Produced Plasma) oder DPP (Discharge Produced Plasma) bekannt. Das vorgeschlagene Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass als emittierende Elemente wenigstens Aluminium (Al) oder Magnesium (Mg) in einer Legierung eingesetzt werden, die einen Schmelzpunkt von ≤ 600° C aufweist. Das eingesetzte Targetmaterial enthält somit eine Legierung von Al oder Mg mit einem entsprechend niedrigen Schmelzpunkt.
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Hierbei wurde erkannt, dass diese beiden Elemente in dem interessierenden Plasmatemperaturbereich ausreichend effiziente Übergänge bei Wellenlängen um 6–7 nm aufweisen, die für die Erzeugung der Strahlung genutzt werden können, und gleichzeitig geeignete Legierungen mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt bilden können. Die Schmelztemperatur von reinem Aluminium und reinem Magnesium liegt bei ca. 650° C. Eine Mg/Al-Legierung oder eine Zn/Al-Legierung weist demgegenüber bereits einen Schmelzpunkt von < 500° C auf.
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Durch diese Wahl des Targetmaterials wird der technische Aufwand zur Bereitstellung des Targetmaterials in flüssiger Form für die Erzeugung von EUV-Strahlung im Wellenlängenbereich um 6–7 nm in einer plasmabasierten Strahlungsquelle gegenüber der Verwendung eines auf Gd oder Tb basierenden Plasmas nochmals reduziert. Das vorgeschlagene Targetmaterial weist einen Schmelzpunkt von ≤ 600° C auf und lässt sich damit einfacher handhaben.
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Das eingesetzte Targetmaterial kann auch noch andere Elemente enthalten, die in dem beabsichtigten Wellenlängenbereich emittieren. So wird vorzugsweise ein Targetmaterial eingesetzt, bei dem die Legierung auch Gb und/oder Tb mit einem Anteil von ≤ 10 Atomprozent enthält. Da diese Elemente ebenfalls in dem beabsichtigten Wellenlängenbereich emittieren, kann damit die Lichtleistung der Strahlungsquelle nochmals erhöht werden. Gleichzeitig sind Legierungen von Al oder Mg mit einem geringen Anteil an Gd oder Tb bekannt, die einen Schmelzpunkt unterhalb von 600° C aufweisen. So hat bspw. eine Mg62Gd38-Legierung eine Schmelztemperatur von ca. 550° C und eine Mg60Tb40-Legierung eine Schmelztemperatur von ebenfalls ca. 550° C. Die Zahlenwerte in den Verbindungen stellen dabei Gewichtsprozente dar.
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Legierungen mit drei oder mehr Phasen ermöglichen noch niedrigere Schmelztemperaturen unterhalb von 550° C. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird hierbei ein Targetmaterial eingesetzt, bei dem die Legierung neben Mg auch wenigstens ein Übergangsmetall sowie wenigstens ein Metall der seltenen Erden enthält. Ein besonders vorteilhaftes Targetmaterial stellt die Legierung Mg65Cu25Gd10 dar, die eine Schmelztemperatur von lediglich 486° C aufweist und in dem beabsichtigten Wellenlängenbereich effizient Strahlung emittiert.
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Das Targetmaterial wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren vorzugsweise in flüssiger Form dem Ort der Plasmaerzeugung zugeführt. In einer Ausgestaltung wird das Targetmaterial hierbei zunächst aufgeschmolzen und dann als Schmelze zum Ort der Plasmaerzeugung transportiert. Dies kann bspw. bei einem laserinduzierten Plasma in Tröpfchenform oder als Flüssigkeitsstrahl (Jettarget) erfolgen. Bei Nutzung in einem Gasentladungsplasma kann dies durch Benetzung der Metallelektroden mit der Schmelze oder ebenfalls in Strahlform (Jet-Elektroden) erfolgen. Dies ist selbstverständlich keine abschließende Aufzählung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Das vorgeschlagene Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung von EUV- und/oder weicher Röntgenstrahlung gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren.
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Wege zur Ausführung der Erfindung
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird EUV-Strahlung im Wellenlängenbereich von 6–7 nm erzeugt, indem ein Targetmaterial durch Bestrahlung mit energetischer Strahlung und/oder durch eine Hochstromentladung in einen Plasmazustand versetzt wird, in dem angeregte Elemente des Targetmaterials die extreme Ultraviolett- und/oder weiche Röntgenstrahlung emittieren. Hierzu sind bereits Techniken wie LPP oder DPP bekannt.
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Im vorliegenden Beispiel wird lediglich eine dieser Techniken anhand einer beispielhaften Vorrichtung kurz erläutert, ohne das vorgeschlagene Verfahren auf diese Technik einzuschränken. Das Beispiel betrifft die Erzeugung des Plasmas in einer Hochstromentladung. Das Targetmaterial wird dabei in flüssiger Form dem Ort der Plasmaerzeugung zwischen zwei sich drehenden Elektrodenrädern 1, 2 zugeführt. Die Zuführung erfolgt in flüssiger Form. Hierzu tauchen die beiden Elektrodenräder 1, 2 in zwei Bäder 3, 4 mit dem geschmolzenen Targetmaterial ein. Durch die Drehung der beiden Elektrodenräder 1, 2 werden deren Randflächen mit flüssigem Targetmaterial benetzt, das dadurch an den Ort der Plasmaerzeugung, dem kleinsten Abstand zwischen den beiden Elektrodenrädern, transportiert wird. Zwischen den beiden Elektrodenrädern 1, 2 wird über eine Kondensatorbank 5 eine hohe elektrische Spannung aufrechterhalten. Mit einem gepulsten Laser 6 wird jeweils ein Teil des flüssigen Targetmaterials an der Randfläche eines der Elektrodenräder 1 verdampft. Durch den Dampf wird kurzzeitig ein Kurzschluss zwischen den beiden Elektrodenrädern 1, 2 erzeugt, der zur Entladung und der damit verbundenen Erzeugung eines Plasmas 7 im Spalt zwischen den beiden Elektrodenrädern 1, 2 führt. In diesem Plasma 7 emittieren dann die angeregten Elemente des Targetmaterials die gewünschte Strahlung.
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Im vorliegenden Beispiel wird als Targetmaterial eine Legierung aus Mg65Cu25Gd10 eingesetzt, die eine Schmelztemperatur von lediglich 486° C aufweist. Weitere Beispiele sind Mg51Ni11Cu13Zn4Y5Ag7Gd9 mit einem Schmelzpunkt von 580° C, Mg60Ni9Cu9Zn5Y6Ag5Gd6 mit einem Schmelzpunkt von 490° C oder Mg65Ni7,5Cu7,5Zn5Y5Ag5Gd4 mit einem Schmelzpunkt von 446° C. Derartige Targetmaterialien lassen sich relativ leicht in geschmolzener Form in entsprechenden Bädern vorhalten oder auch entsprechend in Tröpfchen- oder Strahlform dem Ort der Plasmaerzeugung zuführen. Hier sind dann die gleichen Techniken möglich, wie sie für die Erzeugung von Zinnbasierten Plasmen bereits bekannt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrodenrad
- 2
- Elektrodenrad
- 3
- Bad mit flüssigem Targetmaterial
- 4
- Bad mit flüssigem Targetmaterial
- 5
- Kondensatorbank
- 6
- gepulster Laser
- 7
- Plasma
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2005/025280 A2 [0003]
- US 2011/0043777 A1 [0005]
