DE60015593T2

DE60015593T2 - Verfahren zur erzeugung einer extrem-ultraviolett-strahlungsquelle und deren anwendung in der lithographie

Info

Publication number: DE60015593T2
Application number: DE60015593T
Authority: DE
Inventors: Danièle BABONNEAU; Remy Marmoret; Laurence Bonnet
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1999-11-15
Filing date: 2000-11-14
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2020-11-15
Also published as: FR2801113A1; EP1230828B1; TW473822B; CN100373993C; DE60015593D1; KR20020052204A; FR2801113B1; CN1390435A; RU2249926C2; JP2003515109A; AU1712301A; KR100745704B1; US6927405B1; ATE281753T1; EP1230828A1; WO2001037618A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Erzeugungsverfahren und eine Quelle einer extrem-ultravioletten Strahlung, das heißt einer Strahlung in dem extrem-ultravioletten Band, die man auch "EUV-Strahlung" nennt.
Es handelt sich um eine Strahlung, deren Wellenlänge in einem Bereich enthalten ist, der von 8 nm bis 25 nm geht.
Die vorliegende Erfindung hat zahlreiche Anwendungen, insbesondere in der Werkstoffkunde, in der Mikroskopie und insbesondere in der Lithographie.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Lithographievorrichtung mit der erfindungemäßen EUV-Strahlungsquelle.
Die Verwendung einer solchen Strahlungsquelle ermöglicht, die Teilung beim Ätzen der Integrierten Schaltungen zu verkleinern und folglich Integrierte Schaltungen mit einem sehr hohen Integrationsgrad herzustellen.
STAND DER TECHNIK
Wie man weiß, dient eine Lithographievorrichtung der Bestrahlung eines Musterteils gemäß einem bestimmten Muster ("pattern"). Dieses Musterteil umfasst generell ein Halbleitersubstrat, auf dem eine Fotoresistschicht abgeschieden ist ("photoresistive layer"), die dazu bestimmt ist, gemäß dem bestimmten Muster belichtet bzw. bestrahlt zu werden.
Eine Lithographievorrichtung umfasst:

– eine Belichtungsstrahlungsquelle,
– eine Maske, auf der das Bestrahlungsmuster mit einem Vergrößerungsfaktor von wenigstens gleich vier reproduziert wird,
– ein Musterteilträger, und
– optische Einrichtungen, die den Transport der Strahlung zwischen einerseits der Quelle und der Maske und andererseits der Maske und dem Musterteil ermöglichen.

Man kenn hauptsächlich zwei Techniken zur Realisierung einer intensiven EUV-Strahlung. Sie beruhen alle beide auf dem Sammeln der dank dem mikroskopischen Spontanemissionsverfahren erzeugten Photonen durch ein heißes und wenig dichtes Plasma, das durch einen Laser erzeugt wird.
Die erste Technik benutzt einen durch einen YAG-Laser mit einer Leistung von ungefähr 1 kW angeregten Xenon-Strahl. Wenn die Gasart und die Entspannungs- bzw. Ausdehnungsbedingungen im Vakuum richtig gewählt werden, entstehen in dem Strahl auf natürliche Weise – durch die Wechselwirkung mehrerer Körper – Aggregate ("clusters"). Dies sind Makropartikel, die bis zu einer Million Atome enthalten können und eine ausreichend hohe Dichte besitzen (ungefähr ein Zehntel der Dichte des Festkörpers), um den Laserstrahl zu absorbieren und derart die Atome des Umgebungsgases aufzuheizen, die dann – durch Fluoreszenz – Photonen emittieren können.
Die so erzeugte EUV-Strahlung – oder weiche Röntgenstrahlung – wird durch geeignete optische Einrichtungen gesammelt und dann mit Hilfe mehrerer optischer Zwischeneinrichtungen räumlich geformt, um schließlich die Maske zu bestrahlen. Die verwendeten optischen Zwischeneinrichtungen sind Multischichten-Spiegel, die eine hohe aber schmale Reflektionsfähigkeitsspitze (2 bis 5 % der Bandbreite in Abhängigkeit von den betreffenden Multischichten) in der Nähe der gesuchten EUV-Wellenlänge aufweisen, zum Beispiel 13,4 nm bei abwechselnd Mo- und Si-Schichten und 11,2 nm bei abwechselnd Mo- und Be-Schichten.
Die zweite Technik benutzt die Korona eines Plasmas mit hoher Atomnummer, erzeugt durch die Wechselwirkung zwischen einem von einem KrF-Laser stammenden Laserstrahl, dessen Intensität ungefähr 10¹² W/cm² beträgt, und einem sehr dicken (wenigstens 20 μm) Festkörper-Target.
Dies wird schematisch durch die 1 dargestellt, welche dieses Festkörper-Target 2 zeigt, wobei der Laserstrahl 6 durch geeignete optische Fokussiereinrichtungen 8 auf eine Fläche 4 dieses Targets fokussiert wird. Man sieht in der 1 auch die EUV-Strahlung 10, erzeugt durch Wechselwirkung des fokussierten Laserstrahls und des Materials des Targets. Diese Strahlung wird durch die Fläche 4 – "Vorderseite" genannt – abgestrahlt und durch geeignete optische Sammeleinrichtungen 12 gewonnen.
In dem dargestellten Beispiel stehen die optischen Sammeleinrichtungen 12 der Vorderseite 4 gegenüber. Sie umfassen eine Öffnung 14, die den Durchgang des fokussierten Laserstrahls ermöglichen und sammeln die EUV-Strahlung 10, um sie in Richtung anderer optischer Einrichtungen (nicht dargestellt) zu senden, welche diese EUV-Strahlung nutzen. Das für diese Art von Quelle am besten geeignete Material scheint das Rhenium zu sein, für eine Emission von ungefähr 13,4 nm. Der mit diesem Material erzielte Konversionsgrad (Verhältnis zwischen der abgestrahlten Energie und der eintreffenden Energie) kann in einer Bandbreite von ungefähr 2 % um diese Wellenlänge von 13,4 nm herum sogar 0,85 % erreichen.
Jedoch reicht die Energie einer solchen EUV-Strahlungsquelle nicht aus, denn die Laserenergie beträgt in dem Fall der genannten Versuche bzw. Untersuchungen nur ungefähr ein bis mehrere Joule.
Vor allem aber ist die Effizienz des Photonensammelns gering (in der Größenordnung von 10 %), was bewirkt, dass der Wirkungsgrad der auf den Laser übertragenen Energie der nützlichen Photonen insgesamt zu niedrig ist. Zudem ist die Ausdehnung des Targets groß, so dass spezifische Vorrichtungen konzipiert werden müssen, um die durch das Target bei der Wechselwirkung des Laserstrahls und des Targets emittierten Partikel von den optischen Sammeleinrichtungen zu entfernen.
Die oben erwähnten Schwierigkeiten resultieren aus der Art des angewendeten physikalischen Verfahrens, nämlich der Emission eines heißen und wenig dichten Mediums durch Fluoreszenz. Wenn man nämlich ein Elektron im Innern eines Atoms oder eines Multiladungs-Ions (ion multichargé) durch ein Verfahren anregt, das entweder ein Photon (Radiationsmechanismus) oder ein Elektron (Kollisionsmechanismus) einsetzt, befindet sich dieses Atom oder dieses Ion in einem angeregten Zustand, der nicht stabil ist. Es kann sich dann abregen, indem es ein oder mehrere Photonen emittiert.
Um ein Photon mit einer genauen Wellenlänge zu erhalten, genügt es also, ein entsprechendes Multiladungs-Ion zu erzeugen, in dessen Innern Energieübergänge existieren, die der Energie des gesuchten Photons entsprechen. Festzustellen ist, dass das Photon, wenn es durch Spontanemission emittiert wird, keine bevorzugte Richtung besitzt, die Strahlungsemission also isotrop ist.
Eine der zur Erzeugung einer großen Anzahl Multiladungs-Ionen am besten geeigneten Techniken benutzt die Wechselwirkung eines Leistungslaserstrahls und eines sehr dichten Mediums. Wenn nämlich ein Leistungslaserstrahl mit einem festen (oder nahezu festen) Target wechselwirkt, breitet sich die mit dem Laserstrahl verbundene elektromagnetische Welle in dem Medium bis zu einer sogenannten Unterbrechungs- bzw. Freisetzungsdichte (densité de coupure) aus (die umgekehrt proportional zu λ² ist, wo λ die Wellenlänge des Lasers ist) und überträgt ihre Energie auf dieses Medium, auf dem Umweg über mehrere mikroskopische Prozesse.
Die gebundenen Elektronen können dann aus den Atomen herausgerissen werden, durch das durch den Laser erzeugte Feld beschleunigt werden und eine kinetische Energie erreichen, die ausreicht, um ihrerseits weitere gebundene Elektronen herauszureißen. Die Temperatur des Mediums nimmt schnell zu, bis sie extreme Werte erreicht (mehrere hunderttausend, ja sogar mehrere Millionen Grad), und es können mikroskopische Prozesse stattfinden, die zu der Emission von Photonen führen. Unter der Wirkung des Laserfelds verwandelt sich das Medium nämlich in Plasma, gebildet durch Multiladungs-Ionen, Elektronen und Photonen.
Mit Ausnahme von speziellen Bedingungen der Dichte, der Temperatur und/oder des Strahlungsfelds sind die oben erwähnten Spezies untereinander nicht im Gleichgewicht. Man beobachtet dies insbesondere in der Korona eines Plasmas, die der Entspannungs- bzw. Ausdehnungszone entspricht, wo die elektromagnetische Welle des Lasers sich ausbreitet und stark mit dem Medium wechselwirkt. Diese Korona ist durch eine geringe Materialdichte (unter 0,001 mal der Dichte des Festkörpers) und eine hohe Temperatur gekennzeichnet. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein in der Korona emittiertes Photon dort reabsorbiert wird, ist extrem niedrig: diese Korona wird als optisch dünn bezeichnet.
Die emittierten Photonen verlassen das Plasma und können dann zu verschiedenen Zwecken benutzt werden, zum Beispiel für eine Diagnostik der thermodynamischen Bedingungen des Mediums durch Spektroskopie oder für eine Lithographie.
In der Folge werden die Nachteile der bekannten EUV-Strahlungsquellen beschrieben.
Diese Quellen haben ein Effizienzproblem: es begegnen sich sehr unterschiedliche thermodynamische Bedingungen (Dichte, Temperatur, Anzahl freier Elektronen) in der Korona eines durch einen Laser erzeugten Plasmas sowohl zeitlich als auch räumlich.
Das charakteristische Strahlungsemissionsspektrum einer Korona um ungefähr 10 nm ist sehr komplex und umfasst zahlreiche Emissionslinien, die von atomarer Emission oder unterschiedlichen Ladungszuständen stammen. Wenn man eine Linie mit einer schmalen Bandbreite (von ungefähr 2 %) sehr genau wählt, stellt man fest, dass ein großer Teil der durch das Plasma in Form von Strahlung emittierten Energie sich außerhalb dieser Bandbreite befindet und folglich verloren geht.
Die Effizienz (Verhältnis der erzeugten und genutzten EUV-Energie zur benutzten Laserenergie) ist folglich stark reduziert. Zudem wird auf isotrope Weise eine "parasitäre" Strahlung emittiert, insbesondere in dem Sammelraumwinkel der nützlichen Photonen und folglich in Richtung der optischen Sammeleinrichtungen dieser Photonen.
Was das Sammeln der EUV-Strahlung betrifft, wobei die Photonenemission durch heißen Strahl isotrop ist, so müssen entsprechende optische Sammeleinrichtungen vorgesehen werden. Im Allgemeinen verwendet man einen regenschirmförmigen optischen Kollektor, der sich aus elementaren optischen Kollektoren zusammensetzt (im Allgemeinen sechs an der Zahl). Damit sein Raumwinkel maximal ist, muss dieser Kollektoren eine große Oberfläche haben und muss so nahe wie möglich bei dem die EUV-Strahlung emittierenden Plasma angeordnet werden.
Dies ist in materieller Hinsicht sehr schwierig (insbesondere im Falle einer Benutzung von Xenon-Aggregaten, wegen des Vorhandenseins einer Düse und eines Rückgewinnungssystems des Xenons). Dies verursacht auch Probleme bezüglich der Lebensdauer des Kollektors und der Realisierung dieses Letzteren. Es empfiehlt sich also, diesen Kollektor von der Strahlungsquelle zu entfernen, was zur Folge hat, dass sich der Sammelwinkel verkleinert (es sei denn, der Kollektor ist gigantisch, was sich aber aus Kostengründen verbietet). Daraus resultiert folglich ein Effizienzverlust.
Dieselben Probleme stellen sich im Falle der Verwendung eines Festkörper-Targets, dessen Vorderseite die EUV-Strahlung emittiert. Zudem besitzt in diesem Fall die Korona des durch den Laser erzeugten Plasmas selbst bei einer mäßigen Laserbestrahlung eine sehr hohe Ausdehnungsgeschwindigkeit (über 10⁶ cm/s). Materialteilchen könnten daher die verschiedenen verwendeten Optiken verunreinigen und beschädigen, was zu einer Reduzierung der Reflexionseigenschaften dieser Optiken und folglich der Photonenzahl führt, welche die Fotoresistschicht erreichen, die man belichten bzw. bestrahlen will. Man muss dann spezifische Einrichtungen konzipieren, die diese Teilchen oder Partikel eliminieren.
Zudem muss man im Falle einer Fluoreszenzemission eines heißen und nicht sehr dichten Plasmas ohne bevorzugte Richtung zwischen dem Kollektor und der Maske spezifische optische Einrichtungen einfügen, um das Bestrahlungsfeld räumlich in Form zu bringen. Diese spezifischen optischen Einrchtungen werden durch Multischichtspiegel gebildet und führen folglich zu einem Photonenverlust. Sie sind auch ein zusätzlicher Kostenfaktor und ihre optische Ausrichtung ist schwierig.
Eine EUV-Strahlungsquelle mit einem dicken Festkörper-Target, das die EUV-Strahlung auf seiner Vorderseite emittiert, wo der fokussierte Laserstrahl auftrifft, weist also diverse Nachteile auf, nämlich die Emission von Partikeln bzw. Teilchen und die isotrope Emission einer EUV-Strahlung mit folglich einer großen Winkeldivergenz. Daraus resultiert insbesondere, dass eine Lithographievorrichtung mit einer solchen Quelle nicht sehr effizient ist.
Die folgenden Dokumente offenbaren bekannte Techniken bezüglich der Emission von Röntgen- oder EUV-Strahlung:

– H. Hirose et al., Prog. Crystal Growth and Charact., Vol. 33, 1996, Seiten 277–280, das eine Röntgenstrahlungsquelle mit einer Röntgenstrahlungsemission durch die Rückseite eines Targets offenbart;
– S.J. Haney et al., Applied Optics, Vol. 32, Nr. 34, 1993, Seiten 6934 bis 6937, das ein schnelles Fördersystem eines streifenförmigen Targets zur Erzeugung von weicher Röntgenstrahlung für die Lithographie offenbart;
– US 5 293 396 A (T. Tomie), das einen Plasmagenerator für einen EUV-Laser offenbart;
– K. Eidman et al., Applied Physics Letters, Vol. 49, Nr. 7, 1986, Seiten 377 und 378, das Röntgenstrahlungsspektren offenbart, absolut gemessen und von einem Plasma stammend, das mit Targets verschiedener Elemente erzeugt wurde;
– EP 0 474 011 A (Shimadzu Corporation), das ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung offenbart.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung, definiert in den Patentansprüchen 1 und 2, hat die Aufgabe, die obigen Nachteile zu beseitigen, indem sie eine Quelle für anisotrope EUV-Strahlung vorschlägt. Diese EUV-Strahlung (zum Beispiel bestimmt für den Einsatz in einer Lithographievorrichtung) wird durch die Rückseite eines geeigneten Festkörper-Targets emittiert, auf dessen Vorderseite der Laserstrahl fokussiert ist.
Eine solche anisotrope Quelle ermöglicht, den nützlichen Teil des EUV-Strahlenbündels zu erhöhen und die optischen Sammeleinrichtungen dieser Strahlung zu vereinfachen.
Genaugenommen hat die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung von extrem-ultravioletter Strahlung zum Gegenstand, wobei man bei diesem Verfahren wenigstens ein Festkörper-Target mit einer ersten und einer zweiten Fläche bzw. Seite benutzt und dieses Target fähig ist, durch Wechselwirkung mit einem Laserstrahl eine extrem-ultraviolette Strahlung zu emittieren, wenn man diesen Laserstrahl auf die erste Fläche des Targets fokussiert, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass das Target ein Material enthält, das fähig ist, durch Wechselwirkung mit dem Laserstrahl die extrem-ultraviolette Strahlung zu emittieren, und dadurch, dass die Dicke des Targets in einem Intervall enthalten ist, das von ungefähr 0,05 μm bis ungefähr 5 μm geht, das Target fähig ist, einen Teil der extrem-ultravioletten Strahlung anisotrop von einer zweiten Fläche dieses Targets abzustrahlen, und dadurch, dass man diesen Teil der elektromagnetischen Strahlung des extrem-ultravioletten Bands sammelt und hinsichtlich einer Nutzung dieses Teils überträgt.
Die Erfindung hat auch eine Quelle extrem-ultravioletter Strahlung zum Gegenstand, wobei diese Quelle wenigstens ein Festkörper-Target mit einer ersten und einer zweiten Fläche bzw. Seite benutzt und dieses Target fähig ist, durch Wechselwirkung mit einem auf die erste Fläche des Targets fokussierten Laserstrahl eine extrem-ultraviolette Strahlung zu emittieren, wobei diese Quelle dadurch gekennzeichnet ist, dass das Target ein Material enthält, das fähig ist, durch Wechselwirkung mit dem Laserstrahl die extremultraviolette Strahlung zu emittieren, und dadurch, dass die Dicke des Targets in einem Intervall enthalten ist, das von ungefähr 0,05 μm bis ungefähr 5 μm geht, das Target fähig ist, einen Teil der extrem-ultravioletten Strahlung anisotrop von einer zweiten Fläche dieses Targets abzustrahlen, und dadurch, dass man diesen Teil der elektromagnetischen Strahlung des extrem-ultravioletten Bands sammelt und hinsichtlich einer Nutzung dieses Teils überträgt.
Vorzugsweise ist die Atomnummer des in dem Target enthaltenen Material in den Atomnummern von 28 bis 92 enthalten.
Nach einer speziellen Ausführungsart der erfindungsgemäßen Quelle umfasst diese Quelle eine Vielzahl von Targets, die fest miteinander verbunden sind, wobei die Quelle außerdem Einrichtungen zum Verschieben dieser Vielzahl von Targets umfasst, so dass die Targets den Laserstrahl sukzessiv empfangen.
Die Quelle kann außerdem Trägereinrichtungen umfassen, an denen die Targets befestigt sind und die fähig sind, den Laserstrahl in Richtung dieser Targets durchzulassen, wobei die Verschiebungseinrichtungen zum Verschieben dieser Trägereinrichtungen und folglich der Targets vorgesehen sind.
Diese Trägereinrichtungen können fähig sein, die durch die den Laserstrahl empfangende erste Fläche jedes Targets emittierten Strahlen zu absorbieren und diese Strahlen wieder abzustrahlen in Richtung dieses Targets.
Nach einer ersten speziellen Realisierungsart der erfindungsgemäßen Quelle umfassen die Trägereinrichtungen gegenüber bzw. vor jedem Target eine Öffnung, wobei diese Öffnung abgegrenzt wird durch zwei im Wesentlichen zueinander parallele und zu diesem Target senkrechte Wände.
Nach einer zweiten speziellen Realisierungsart umfassen die Trägereinrichtungen gegenüber bzw. vor jedem Target eine Öffnung, wobei diese Öffnung abgegrenzt wird durch zwei Wände, die sich in Richtung Target voneinander entfernen.
Nach einer speziellen Realisierungsart der Erfindung umfasst die Quelle außerdem zusätzliche feste Einrichtungen, die den Laserstrahl in Richtung des Targets durchlassen, die durch die erste Fläche bzw. Seite dieses Targets emittierten Strahlen absorbieren und diese Strahlen wieder abzustrahlen in Richtung dieses Targets.
Die vorliegende Erfindung hat auch eine Lithographie-Vorrichtung zum Gegenstand, umfassend:

– einen Träger eines Musterteils, das gemäß einem festgelegten Muster bestrahlt werden soll,
– eine efindungsgemäße Quelle extrem-ultravioletter Strahlung,
– eine Maske, die das festgelegte Muster in einer vergrößerten Form umfasst,
– optische Einrichtungen zum Sammeln und zum Übertragen des Teils der extremultravioletten Strahlung, der von der von dem Laserstrahl der Quelle bestrahlten zweiten Fläche des Targets stammt, wobei die Maske folglich fähig ist, ein Bild des Musters in vergrößerter Form zu liefern, und
– optische Einrichtungen zum Reduzieren dieses Bilds und zum Projizieren des reduzierten Bilds auf das Musterteil.

Das Musterteil kann ein Halbleitersubstrat umfassen, auf dem eine Fotoresistschicht abgeschieden ist, die gemäß dem festgelegten Muster bestrahlt werden soll.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird besser verständlich durch die Lektüre der Beschreibung von nur der Erläuterung dienenden und keinesfalls einschränkenden Realisierungsbeispielen, wobei Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen:
die 1 ist eine schematische Ansicht einer bekannten, schon beschriebenen EUV-Strahlungsquelle,
die 2 ist eine schematische Ansicht einer speziellen Realisierungsart der erfindungsgegenständlichen Lithographie-Vorrichtung mit einer erfindungsgemäßen EUV-Strahlungsquelle,
die 3 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Streifens, der eine System von Targets bildet, die in der Erfindung verwendbar sind,
die 4 und 5 sind schematische und partielle perspektivische Ansichten von erfindungsgemäßen EUV-Strahlungsquellen, und
die 6 ist eine schematische und partielle perspektivische Ansicht einer anderen erfindungsgemäßen EUV-Strahlungsquelle.
DETAILLIERTE DARSTELLUNG SPEZIELLER REALISIERUNGSARTEN
Ein durch Wechselwirkung eines Festkörper-Targets und eines Laserstrahls erzeugtes Plasma umfasst mehrere Zonen. Natürlich gibt es die Wechselwirkungszone, die man "Korona" nennt, aber es gibt auch noch, nacheinander und vereinfacht:

– eine "Leitungszone", in die der Laserstrahl nicht eindringt und dessen Entwicklung durch die thermischen, elektronischen und radiativen Leitungen gesteuert wird, wobei ein Teil der durch die Ionen der Korona emittierten Photonen in Richtung des kalten und dichten Teils des Targets emittiert werden; und
– die Absorptions- und Reemissionszone, wo die Photonen hoher Energie, die von der Korona oder der Leitungszone stammen, durch die dichte und kalte Materie absorbiert werden und so zu der Erwärmung dieser Materie und folglich zur Emission von Photonen niedrigerer Energie beitragen.

Diese Letzteren bilden eine radiative Welle, die in diesem Medium eine bevorzugte Ausbreitungsrichtung besitzt, längs des Temperaturgradienten, und die, wenn das Target nicht zu dick ist, auf dessen Rückseite austreten kann, wobei diese Rückseite derjenigen, auf der die Wechselwirkung mit dem Laserstrahl stattfindet, geometrisch entgegengesetzt ist. Die Konversionseffizienz auf der Rückseite (Verhältnis zwischen der alle Wellenlängen umfassenden radiativen Energie und der eintreffenden Energie) kann ungefähr 30 % betragen.
Diese Emission auf der Rückseite des Targets ist durch eine Spektralverteilung gekennzeichnet, die sich sehr von derjenigen der Vorderseite unterscheidet, denn die Temperatur- und Dichtebedingungen der für die Photonenemission verantwortlichen Zonen sind sehr verschieden. Die emittierte Strahlung besitzt natürlich eine winkelige Verteilung, sogar mit einem vollkommen ebenen Target: diese Strahlung ist nicht isotrop.
Zudem ist die charakteristische Entspannungs- bzw. Ausdehnungsgeschwindigkeit der Rückseite um mehrere Größenordnungen kleiner als die der Vorderseite, wobei der größere Teil der Energie Strahlungsform hat.
Man benutzt also in der vorliegenden Erfindung die durch die Rückseite eines Festkörper-Targets von entsprechender Dicke emittierte EUV-Strahlung, auf dessen Vorderseite man den Laserstrahl fokussiert. Auf diese Weise erhält man eine anisotrope EUV-Strahlung und man reduziert die Materialabfallteilchen bzw. -produkte auf ein Minimum.
Um die EUV-Strahlung zu erzeugen, enthält das Target vorzugsweise ein Material, dessen Atomnummer Z so ist, dass 28 ≤ Z ≤ 92.
Man kann man diesem Material andere Materialen beimischen oder zuordnen, die ebenfalls fähig sind, durch Wechselwirkung mit dem Laserstrahl eine EUV-Strahlung zu erzeugen, welche die guten spektralen Eigenschaften besitzt.
Außerdem kann man ihm ein oder mehrere andere Materialien mit niedrigen Atomnummern zuordnen, die dazu bestimmt sind, eine Störstrahlung zu filtern.
Die Dicke des Targets, welches das die EUV-Strahlung enthaltende Material enthält, auch aktives Element genannt, beträgt vorzugsweise zwischen 0,1 μm und 5 μm. Vorzugsweise optimiert man das Target, um auf der Rückseite eine effiziente Emission zu erhalten, ohne dass die Ausdehnung des Materials zu groß ist.
Man passt auch die Charakteristika des Lasers (insbesondere die Dauer und die zeitabhängige Form der durch ihn gelieferten Lichtimpulse, die Wellenlänge und die Intensität) an, um die thermischen Bedingungen zu realisieren, die in dem Target erforderlich sind für eine optimale EUV-Konversion auf der Rückseite in dem Bereich der erwünschten Wellenlängen, der zum Beispiel von 10 nm bis 20 nm geht.
In der 2 ist schematisch eine spezielle Realisierungsart der erfindungsgemäßen EUV-Strahlungsquelle bei einer speziellen Lithographie-Anwendung dargestellt.
In dieser 2 sieht man also schematisch eine Lithographie-Vorrichtung mit einem Träger 16 eines Halbleitersubstrats 18, zum Beispiel eines Siliciumsubstrats, auf dem eine Schicht 20 aus Fotoresist abgeschieden ist, die gemäß einem bestimmten Muster bestrahlt bzw. belichtet werden soll.
Außer der erfindungsgemäßen EUV-Strahlungsquelle umfasst die Vorrichtung:

– eine Maske 24, die das Muster in einer vergrößerten Form umfasst,
– optische Einrichtungen 26 zum Sammeln und Übertragen des Teils der EUV-Strahlung zur Maske 24, den die Rückseite des Festkörper-Targets 28 liefert, das die Quelle umfasst, wobei die Maske 24 ein Bild dieses Musters in vergrößerter Form liefert, und
– optische Einrichtungen 29 zur Reduzierung dieses Bilds und zur Projizierung des reduzierten Bilds auf die Fotoresistschicht 20.

Das Target ist zum Beispiel aus einem Material wie Silber, Kupfer, Samarium oder Rhenium und ist von geringer Dicke (zum Beispiel ungefähr 1 μm).
Um die EUV-Strahlung zur Belichtung der Fotoresistschicht zu erzeugen, fokussiert man einen gepulsten Strahl 34, emittiert durch einen Pulslaser 35, auf eine erste Fläche bzw. Seite 30 des Targets, "Vorderseite" genannt. Das Target 28 emittiert dann aus seiner der Vorderseite 30 entgegengesetzten Rückseite 37 eine anisotrope EUV-Strahlung 36.
Präzisiert sei, dass die Quelle 22, der Kollektor 26, die Maske 24, die optischen Einrichtungen 29 und der das Substrat 20 tragende Träger 16 sich in einem Behälter (nicht dargestellt) befinden, in dem ein niedriger Druck herrscht. Der Laserstrahl tritt in dieses Behälter durch ein entsprechendes Fenster (nicht dargestellt) ein.
In dem Beispiel der 2 werden die optischen Sammeleinrichtungen 26 gebildet durch einen optischen Kollektor, welcher der Rückseite 37 des Targets 28 gegenübersteht, vorgesehen, die durch diese Rückseite anisotrop emittierte EUV-Strahlung zu sammeln, diese Strahlung zu formen und in Richtung Maske 24 zu lenken.
In der Vorrichtung der 2 ist es also nicht notwendig, zusätzliche Einrichtungen zwischen dem Kollektor 26 und der Maske 34 vorzusehen, was gleichbedeutend ist mit einer Vereinfachung der optischen Einrichtungen der Lithographie-Vorrichtung.
Man sieht, dass das Target von geringer Dicke 28 mit seiner Vorderseite 30 an einem Träger 38 befestigt ist, der eine Öffnung 40 aufweist, die der fokussierte Laserstrahl 34 durchquert, um diese Vorderseite zu erreichen.
Da in der Praxis ein Laserpuls das Target von geringer Dicke lokal zerstört, kann man den Laserstrahl nicht zweimal auf dieselbe Stelle des Targets lenken. Daher versieht man den Träger 38 mit Verschiebungseinrichtungen (in der 2 nicht dargestellt), die ermöglichen, dem fokussierten Laserstrahl nacheinander verschiedene Zonen des Targets auszusetzen.
Dies ist schematisch in der 3 dargestellt, in der man ein Festkörper-Target 42 von geringer Dicke (zum Beispiel 1 μm) in Form eines an einem biegsamen Träger 44 befestigten Streifens sieht, der zum Beispiel aus Kunststoff ist und eine Längsöffnung 46 aufweist, um den fokussierten Laserstrahl 34 durchzulassen.
Das Target-Träger-System bildet einen biegsamen Verbundstreifen, der von einer ersten Spule 48 abgewickelt und auf eine zweite Spule 50 aufgewickelt wird, die durch nicht dargestellte Einrichtungen in Drehung versetzt werden kann, was ermöglicht, das Target dem fokussierten Laserstrahl gegenüber zu verschieben, dessen Pulse sukzessive verschiedene Zonen des Targets erreichen. Man kann das Ganze dann so betrachten, als habe man mehrere miteinander verbundene Targets.
Bei einer Variante (nicht dargestellt) kann man wieder einen biegsamen Kunststoffstreifen als Target-Träger verwenden und an diesem Träger mehrere Targets mit gleichmäßigen Abständen befestigen, wobei dann in dem Träger gegenüber jedem Target eine Öffnung vorgesehen ist, um den fokussierten Laserstrahl durchzulassen.
Vorzugsweise verwendet man anstatt eine Kunststoffstreifens als Target-Träger einen Streifen 52 (4) zum Beispiel aus Kupfer, Silber, Samarium oder Rhenium, der die Strahlung oder Strahlungen absorbieren kann, die durch die Vorderseite des Targets 42 durch das Auftreffen des fokussierten Strahls 34 emittiert werden, und diese Strahlung oder Strahlungen wieder zu emittieren in Richtung dieses Targets (das mit dem Streifen 52 beweglich ist). Dieser Streifen 52 hat zum Beispiel eine Dicke von ungefähr 5 μm bis 10 μm.
Die Längsöffnung, die den Durchgang des Laserstrahls 34, der auf das Target fokussiert ist, ermöglicht, kann durch zwei Wände 54 und 56 abgegrenzt sein, die im Wesentlichen parallel zueinander und im Wesentlichen senkrecht zu dem Target sind, wie dargestellt in der 4.
Jedoch, um die Absorption der Strahlung (oder Strahlungen), die durch die Vorderseite des Targets emittiert wird (werden), und ihre Reeemission in Richtung Target zu verbessern, ist es vorzuziehen, wenn die beiden Wände 55 und 57 sich in Richtung Target voneinander entfernen, wie dargestellt in der 5.
Bei einem anderen, in der 6 schematisch dargestellten Beispiel ist das Target 42 an einem beweglichen Träger 44 von der Art dessen befestigt, der mit Bezug auf die 3 beschrieben wurde. Zudem umfasst die EUV-Strahlungsquelle in dem Beispiel der 6 ein in Bezug auf den fokussierten Laserstrahl 34 festes Teil 58, angeordnet gegenüber der Vorderseite des Targets.
Dieses Teil umfasst eine Öffnung für den Durchgang des Laserstrahls, den man auf diese Vorderseite des Targets fokussiert, wobei diese Öffnung sich in Richtung Target erweitert, das heißt zwei Wände 60 und 62 umfasst, die in Bezug auf dieses Target geneigt sind und sich in Richtung Target voneinander entfernen.
Die Strahlung oder Strahlungen 64, emittiert durch die Vorderseite des Targets 42, werden dann von diesen Wänden 60 und 62 absorbiert und wieder emittiert in Richtung des Vorderseite des Targets.
Die durch die Rückseite des Targets emittierte EUV-Strahlung 36 ist folglich intensiver.
Gewiss kennt man durch einen Artikel von H. Hirose et al., Prog. Crystal Growth and Charact., Vol. 33, 1996, Seiten 277–280, eine Röntgenstrahlenquelle, die eine Röntgenstrahlenemission durch die Rückseite eines Targets umfasst, das durch eine Aluminiumfolie gebildet wird, deren Dicke 7 μm beträgt und der Vorderseite durch einen Laserstrahl mit einer Leistungsdichte von 3 × 10¹³ W/cm² bestrahlt wird.
Aber man kann feststellen, dass das Verfahren und die Quelle der vorliegenden Erfindung ein Target von geringer Dicke verwenden, enthalten in dem Intervall zwischen ungefähr 0,05 μm und ungefähr 5 μm, wobei dieses Target vorzugsweise aus einem Material ist, dessen Atomnummer Z sehr viel höher ist als die des Aluminium, da Z vorzugsweise gleich 28 ist oder höher (und niedriger als oder gleich 92).
Präzisiert sei, dass das bevorzugte Material für das erfindungsgemäße Target Zinn ist, dessen Z 50 beträgt.
Zudem kann man in der Erfindung ein Target von sehr geringer Dicke verwenden, niedriger als oder gleich 1 μm, ausgebildet auf einen Substrat aus Kunststoff (zum Beispiel einem Substrat aus CH₂ (Polyethylen) von 1 μm Dicke), wobei die Rückseite dieses Targets (vorzugsweise aus Zinn), welche die benutzte EUV-Strahlung emittiert, auf diesem Substrat ruht. Es ist auch möglich, auf der Vorderseite dieses Targets eine Goldschicht bilden, deren Dicke kleiner als 100 nm (das heißt 1000 Angström) ist.
Zurückkehrend zu dem weiter oben erwähnten Artikel genügt es, festzustellen, dass das Aluminiumtarget mit 7 μm Dicke nicht vorgesehen werden kann für eine Emission auf seiner Rückseite, wenn man seine Vorderseite mit einer Laserstrahlung bestrahlt, deren maximale Leistungsdichte 3 × 10¹³ W/cm² beträgt, wie erwähnt in diesem Artikel, und dies insbesondere auf dem Gebiet der Mikrolithographie, wo die oben betrachtete maximale Leistungsdichte zum Beispiel ungefähr 10¹² W/cm² beträgt.
Es empfiehlt sich auch, folgendes zu beachten:
Wenn die Laser-Wechselwirkung mit einem Material stattfindet, dessen Atomnummer Z niedrig ist, zum Beispiel mit Aluminium (Z=13), kann die Übertragung der Laserenergie, absorbiert in der Korona (auf der Seite, wo der Laser wechselwirkt, das heißt der Vorderseite), in Richtung der dichten und kalten Zonen (das heißt in Richtung Rückseite) durch elektronische thermische Leitung erfolgen. Selbst in dem Fall, wo das Target relativ dick ist, wie das in dem weiter oben erwähnten Artikel, ist die Realisierung einer anisotropen Emission ganz und gar nicht garantiert.
Hingegen ist es im Falle eines Materials mit hohem Z die radiative Leitung, welche für die Konditionierung des Innern und der Rückseite des Targets sorgt. Die Anisotropie, die den Vorteil der vorliegenden Erfindung bildet, ist direkt verbunden mit dem Abfluss dieser radiativen Welle auf der Rückseite, also mit der Wahl einer Dicke, deren optimierter Wert in der Folge angegeben wird.
Die charakteristischen Profile der Temperatur und der elektronischen Dichte in dem Laser-bestrahlten Target sind übrigens sehr unterschiedlich, in Abhängigkeit davon, ob das Material eine niedrige oder hohe Atomnummer hat und ebenfalls in Abhängigkeit von der Dicke des benutzten Targets.
Ein analytisches Modell ermöglicht, die optimale Dicke E₀ zu finden, die ermöglicht, den Röntgenkonversionsgrad auf der Rückseite zu optimieren. E₀ ist verknüpft mit der Atomnummer Z des Materials des Targets, mit der atomaren Masse A dieses Materials, mit der Temperatur T (in K) in dem Medium (selbst verknüpft mit dem absorbierten Laserfluss φ_a, ausgedrückt in W/cm²), mit der Wellenlänge λ des Lasers (in μm), mit der Impulsdauer Dt (in Sekunden) und mit der massenbezogenen Dichte p (g/cm³) durch die folgende Formel: E0 (in cm) = 26,22(A/Z)0,5 × T0,5 × Dt/αmit α = ρ × λ2 × [1 + 0,946(A/Z)0,5].
Die Temperatur (in K) ist proportional zu φ_a ^2/3 und zu λ^4/3.
Bei einer niedrigen verfügbaren Laserenergie (unter 1J), die im Allgemeinen im Rahmen der Anwendungen der Erfindung in der Lithographie notwendig ist, denn für eine ausreichende Statistik bezüglich des Fotoresists sind ein sehr hoher Arbeitstakt (über 1 kHz) (zum Erreichen der Belichtungsschwelle) und eine bestimmte Größe der Emissionszone (vorgegeben durch eine optimale Kopplung mit dem verwendeten optischen System) erforderlich (zum Beispiel mit einem Durchmesser um 300 μm), ist der auf das Target fallende Laserstrahl schwach. Im Nanosekundenbetrieb überschreitet er 10¹² W/cm² mit 1,06 μm nicht. Zudem ist es gegenwärtig praktisch nicht vorstellbar, Laser mit diesen Arbeitstakten herzustellen, die auf einer Pulsfolge von 100 ps beruhen.
Unter diesen Bedingungen liefert das obige Modell als Milieutemperatur, die erreicht werden kann, wenn alle Energie absorbiert wird, einen Wert von 30 eV.
Unter diesen Bedingungen beträgt die optimale Dicke des Aluminiums, die den Röntgenkonversionsgrad auf der Rückseite optimiert, 0,15 μm, was sehr weit entfernt ist von den Bedingungen, die in dem weiter oben erwähnten Artikel angegeben werden. Zudem weist die durch die Rückseite des Targets emittierte Strahlung bei einem Material mit niedriger Atomnummer wie dem Aluminium a priori keine Winkelbesonderheiten auf: sie ist im Wesentlichen isotrop; Vorder- und Rückseite können folglich als äquivalent bezeichnet werden.
Im Falle von Gold findet man – wieder unter denselben Bedingungen – weniger als 0,1 μm.
Zurückkehrend zu dem weiter oben angegebenen Beispiel eines Targets aus Zinn, ausgebildet auf einen Substrat aus CH₂ (Polyethylen), sei Folgendes präzisiert: das Polyethylen, das man auf der Rückseite einer dünnen Zinnfolie anbringen kann, und das Gold, das man auf der Vorderseite dieser Folie anbringen kann, dienen alle beide der Begrenzung der Ausdehnung des Emissionsmaterials, gebildet durch das Zinn, vor dessen Erwärmung durch die radiative Welle, so dass die Photonen besser in die entsprechende Zone des Targets eindringen können. Das Polyethylen auf der Rückseite, das leicht erwärmt wird, ist transparent für die Strahlung, begrenzt auch die Entspannung bzw. Ausdehnung und folglich ein wenig die Emission bzw. das Ausschleudern von Materialteilchen.

Claims

Verfahren zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung in dem extrem-ultravioletten Band, wobei man bei diesem Verfahren wenigstens ein Festkörper-Target (28, 42) mit einer ersten und einer zweiten Fläche benutzt und dieses Target fähig ist, durch Wechselwirkung mit einem Laserstrahl (34) eine elektromagnetische Strahlung in dem extrem-ultravioletten Band abzustrahlen, wenn man diesen Laserstrahl auf die erste Fläche (30) des Targets fokussiert, und dieses Verfahren dabei dadurch gekennzeichnet ist, dass das Target (28, 42) ein Material enthält, das fähig ist, die elektromagnetische Strahlung in dem extrem-ultravioletten Band durch Wechselwirkung mit dem Laserstrahl abzustrahlen, und dadurch, dass die Dicke des Targets in einem Intervall enthalten ist, das von ungefähr 0,05 μm bis ungefähr 5 μm geht, das Target fähig ist, einen Teil (36) der elektromagnetischen Strahlung in dem extrem-ultravioletten Band in anisotroper Weise von seiner zweiten Fläche (37) abzustrahlen, und dadurch, dass man diesen Teil der elektromagnetischen Strahlung des extrem-ultravioletten Bands sammelt und hinsichtlich einer Nutzung überträgt.
Quelle für elektromagnetische Strahlung in dem extrem-ultravioletten Band, wobei diese Quelle wenigstens ein Festkörper-Target (28, 42) mit einer ersten und einer zweiten Fläche umfasst und dieses Target fähig ist, durch Wechselwirkung mit einem auf die erste Fläche (30) des Targets fokussierten Laserstrahl (34) eine elektromagnetische Strahlung in dem extrem-ultravioletten Band abzustrahlen, und diese Quelle dabei dadurch gekennzeichnet ist, dass das Target (28, 42) ein Material enthält, das fähig ist, die elektromagnetische Strahlung in dem extrem-ultravioletten Band durch Wechselwirkung mit dem Laserstrahl abzustrahlen, und dadurch, dass die Dicke des Targets in einem Intervall enthalten ist, das von ungefähr 0,05 μm bis ungefähr 5 μm geht, das Target fähig ist, einen Teil (36) der elektromagnetischen Strahlung in dem extrem-ultravioletten Band in anisotroper Weise von seiner zweiten Fläche (37) abzustrahlen, wobei dieser Teil der elektromagnetischen Strahlung des extrem-ultravioletten Bands gesammelt und hinsichtlich einer Nutzung übertragen wird.
Quelle nach Anspruch 2, bei der die Atomnummer des in dem Target enthaltenen Materials zu der Gruppe der Atomnummern gehört, die von 28 bis 92 geht.
Quelle nach einem der Ansprüche 2 und 3, eine Vielzahl von Targets (42) umfassend, die miteinander verbunden sind, wobei die Quelle außerdem Einrichtungen (48, 50) zur Verschiebung dieser Vielzahl von Targets umfasst, so dass diese Targets den Laserstrahl (34) nacheinander empfangen.
Quelle nach Anspruch 4, außerdem eine Vielzahl Trägereinrichtungen (38, 44, 52) umfassend, an denen die Targets (42) befestigt sind und die so konzipiert sind, dass sie den Laserstrahl in Richtung dieser Targets durchlassen, wobei die Verschiebungseinrichtungen (48, 50) dazu dienen, diese Trägereinrichtungen und folglich diese Targets zu verschieben.
Quelle nach Anspruch 5, bei der die Trägereinrichtungen (52) fähig sind, Strahlen zu absorbieren, die durch die den Laserstrahl empfangende erste Fläche jedes Targets abgestrahlt werden, und diese Strahlen in Richtung dieses Targets wieder abzustrahlen.
Quelle nach einem der Ansprüche 5 und 6, bei der die Trägereinrichtungen vor jedem Target eine Öffnung (40, 46) umfassen, wobei diese Öffnung abgegrenzt wird durch zwei Wände (54, 56), die im Wesentlichen parallel zueinander und senkrecht zu diesem Target sind.
Quelle nach einem der Ansprüche 5 und 6, bei der die Trägereinrichtungen vor jedem Target eine durch zwei Wände (55, 57) abgegrenzte Öffnung umfassen, wobei diese Öffnung sich in Richtung Target erweitert.
Quelle nach einem der Ansprüche 2 bis 5, außerdem zusätzliche feste Einrichtungen (58) umfassend, die fähig sind, den Laserstrahl (34) in Richtung Target durchzulassen, durch die erste Fläche dieses Targets abgestrahlte Strahlen zu absorbieren und diese Strahlen wieder abzustrahlen in Richtung dieses Targets.
Lithografie-Vorrichtung, umfassend: – einen Träger (16), der dazu dient, ein Musterteil zu tragen, das gemäß einem festgelegten Muster bestrahlt werden soll, – eine Quelle (22) für elektromagnetische Strahlung in dem extrem-ultravioletten Band nach einem der Ansprüche 2 bis 9, – eine Maske (24), die das festgelegte Muster in einer vergrößerten Form umfasst, – optische Einrichtungen (26) zum Sammeln und zum Übertragen des Teils der elektromagnetischen Strahlung des extrem-ultravioletten Bands, der von der von dem Laserstrahl der Quelle bestrahlten zweiten Fläche des Targets stammt, wobei die Maske infolgedessen fähig ist, ein Bild des Musters in vergrößerter Form zu liefern, und – optische Einrichtungen (29) zum Reduzieren dieses Bilds und zum Projizieren des reduzierten Bilds auf das Musterteil.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei dem das Musterteil ein Halbleitersubstrat (18) umfasst, auf dem eine Fotoresistschicht (20) abgeschieden ist, die dazu bestimmt ist, gemäß dem festgelegten Muster bestrahlt zu werden.