-
Technisches Anwendungsgebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von extremer Ultraviolett- und/oder weicher Röntgenstrahlung, bei dem ein flüssiges Targetmaterial, das Gadolinium und/oder Terbium enthält, durch Bestrahlung mit energetischer Strahlung und/oder durch eine Hochstromentladung in einen Plasmazustand versetzt wird, in dem Gadolinium- und/oder Terbium-Ionen die extreme Ultraviolett- und/oder weiche Röntgenstrahlung emittieren.
-
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.
-
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 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.
-
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 Plasmen 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.
-
Stand der Technik
-
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. Der technische Aufwand für die Zuführung dieser Targetmaterialien in flüssiger Form ist daher noch immer sehr hoch.
-
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.
-
Darstellung der Erfindung
-
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.
-
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird in bekannter Weise ein Targetmaterial, das Gadolinium und/oder Terbium enthält, durch Bestrahlung mit energetischer Strahlung und/oder durch eine Hochstromentladung in einen Plasmazustand versetzt, in dem angeregte Gadolinium- und/oder Terbium-Ionen 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 das Gadolinium und/oder Terbium oder eine das Gadolinium und/oder Terbium enthaltende Verbindung in Form von Partikeln in einer Trägerflüssigkeit bereitgestellt werden, die als Targetmaterial zugeführt wird und das Gadolinium und/oder Terbium in einer niedrigen Konzentration von ≤ 20 Gew.% enthält.
-
Hierbei wurde erkannt, dass die atomaren Konstanten der für eine Emission im Wellenlängenbereich um 6–7 nm interessierenden Übergänge von Gadolinium bzw. Terbium Werte annehmen, die bei typischen Teilchendichten der in diesem Wellenlängenbereich emittierenden Plasmen zu einer Reabsorption der Strahlung im Plasma führen. Die Konzentration dieser Elemente (Gd, Tb) im Targetmaterial kann somit reduziert werden, ohne Verluste bei der Emission in diesem Wellenlängenbereich hinnehmen zu müssen. Dies ermöglicht dann die Zuführung von Gadolinium und/oder Terbium in Form von Partikeln in einer Flüssigkeit, in der vorliegenden Patentanmeldung auch als Trägerflüssigkeit für die Partikel bezeichnet, mit entsprechend niedriger Konzentration. Die Partikel können dabei sowohl reines Gadolinium und/oder Terbium als auch Verbindungen von Gadolinium und/oder Terbium mit anderen Elementen enthalten.
-
Die Bestandteile der Trägerflüssigkeit werden dabei vorzugsweise so gewählt, dass die Strahlungsverluste über die charakteristische Emission dieser Bestandteile möglichst niedrig sind oder dass sie die Emission im gewünschten Wellenlängenbereich zusätzlich unterstützen. Dies gilt auch für weitere Materialien, die der Trägerflüssigkeit oder den Partikeln ggf. zugesetzt werden. Hierbei sollte bei einer Plasmatemperatur, die für die gewünschte Emission der Gadolinium- und/oder Terbium-Ionen ideal ist, keine oder nur eine möglichst geringe Emission in unerwünschten Spektralbereichen auftreten. Die ideale Plasmatemperatur kann auf Basis der atomaren Daten von Gadolinium bzw. Terbium zu etwa 50–100 eV abgeschätzt werden. In der Regel erfüllen Elemente mit niedriger Kernladungszahl Z die obigen Voraussetzungen und sind damit als Komponenten für die Trägerflüssigkeit geeignet, bspw. Sauerstoff, Wasserstoff, Kohlenstoff oder Stickstoff.
-
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 liegt in der Regel – je nach Wahl der Trägerflüssigkeit – bereits bei Raumtemperatur in flüssiger Form vor, so dass sich der technische Aufwand für die Zuführung in flüssiger Form gegenüber dem Stand der Technik erheblich verringert.
-
Das eingesetzte Targetmaterial kann auch noch andere Elemente in der Trägerflüssigkeit, den Gadolinium und/oder Terbium enthaltenden Partikeln oder in weiteren Partikeln enthalten, die in dem beabsichtigten Wellenlängenbereich emittieren. Beispiele sind Aluminium, Magnesium oder Zink oder auch Verbindungen oder Legierungen dieser Elemente mit Gadolinium und/oder Terbium und/oder anderen Elementen. Dadurch kann die Lichtleistung der Strahlungsquelle nochmals erhöht werden.
-
Das Targetmaterial wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren in flüssiger Form dem Ort der Plasmaerzeugung zugeführt. 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 dem flüssigen Targetmaterial oder ebenfalls in Strahlform (Jet-Elektroden) erfolgen. Dies ist selbstverständlich keine abschließende Aufzählung.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Das vorgeschlagene Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung von EUV- und/oder weicher Röntgenstrahlung gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren.
-
Wege zur Ausführung der Erfindung
-
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird EUV-Strahlung im Wellenlängenbereich von 6–7 nm erzeugt, indem ein flüssiges 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.
-
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 mit einem Laser (LPP). Das Targetmaterial befindet sich dabei in dem Reservoir 1. Aus diesem Reservoir wird das Material über die Düse 2 in eine Vakuumkammer injiziert. Je nach Ausführung der Düse kann der durch die Düse erzeugte Strahl 3 entweder in Tröpfchenform, wie in diesem Ausführungsbeispiel gewählt, austreten oder als zusammenhängender Flüssigkeitsstrahl. Auch eine Injektion in Form von Spray ist möglich. Über eine Fokussieroptik 4 wird ein, in der Regel gepulster Laserstrahl 5 auf das Target, hier ein Tröpfchen, fokussiert. In bekannter Weise wird durch die Laserstrahlung ein Plasma 6 generiert. In diesem Plasma 6 emittieren dann die angeregten Elemente des Targetmaterials die gewünschte Strahlung.
-
Im vorliegenden Beispiel wird als Targetmaterial eine Suspension aus GdO2-Nanopartikeln in Wasser eingesetzt. Die Nanopartikel haben dabei einen Durchmesser im Bereich einiger 10 nm. Mit einer derartigen Suspension sind Anteile des Gadoliniums am Targetmaterial bzw. an der Trägerflüssigkeit von bspw. bis zu 20 Gewichtsprozent erhältlich.
-
Die beim vorgeschlagenen Verfahren eingesetzten Targetmaterialien lassen sich relativ leicht in entsprechenden Behältnissen 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.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Reservoir mit Suspension
- 2
- Düse
- 3
- Tröpfchenstrahl
- 4
- Fokussieroptik
- 5
- Laserstrahl
- 6
- Plasma
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2005/025280 A2 [0003]
- US 2011/0043777 A1 [0005]
