DE60205062T2

DE60205062T2 - Strahlungsquelle für extremes Ultraviolett mit hoher Ausgangsleistung

Info

Publication number: DE60205062T2
Application number: DE60205062T
Authority: DE
Inventors: Rocco A. Orsini
Original assignee: University of Central Florida Research Foundation Inc UCFRF
Current assignee: University of Central Florida Research Foundation Inc UCFRF
Priority date: 2001-05-03
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2022-04-27
Also published as: JP2003043196A; DE60205062D1; US6633048B2; EP1255163B1; EP1255163A2; EP1255163A3; US20020162975A1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Quelle für Extrem-Ultraviolett- (EUV-) Lithographie und insbesondere eine EUV-Quelle, die einen relativ zur ersten Sammeloptik außeraxial oder asymmetrisch positionierten Eingangslaserstrahl nutzt, um den Bruchteil der erzeugten EUV-Strahlung zu verbessern.
Erläuterung der verwandten Technik
Integrierte Mikroelektronikschaltungen werden typischerweise durch einen dem Fachmann hinreichend bekannten Photolithographie-Prozess auf einem Substrat gestaltet, wobei die Schaltungselemente durch einen durch eine Maske hindurchgehenden Lichtstrahl definiert werden. Mit zunehmender Entwicklung des Stands der Technik des Photolithographie-Prozesses und der Architektur integrierter Schaltungen werden die Schaltungselemente kleiner und näher zueinander beabstandet. Da die Schaltungselemente kleiner werden, ist der Einsatz von Photolithographie-Lichtquellen erforderlich, die Lichtstrahlen mit kürzeren Wellenlängen und höheren Frequenzen erzeugen. Mit anderen Worten nimmt die Auflösung des Photolithographie-Prozesses zu, während die Wellenlänge der Lichtquelle abnimmt, um die Definition kleinerer integrierter Schaltungselemente zu erlauben. Der gegenwärtige Trend bei Photolithographie-Lichtquellen ist die Entwicklung eines Systems, das Licht in den extremen Ultraviolett- (EUV-) oder weichen Röntgenwellenlängen (13,4 nm) erzeugt.
Zum Erzeugen von EUV-Strahlung sind im Stand der Technik unterschiedliche Vorrichtungen bekannt. Eine der am weitesten verbreiteten EUV-Strahlungsquellen ist eine Laserplasma-Gaskondensationsquelle, die Gas, typischerweise Xenon, als ein Laserplasma-Target-Material verwendet. Andere Gase wie z. B. Krypton und Kombinationen von Gasen sind für das Laser-Target-Material ebenfalls bekannt. Das Gas wird durch eine Düse gepresst, und während das Gas expandiert, kondensiert es und verwandelt sich in einen Flüssigkeitssprühnebel. Der Flüssigkeitssprühnebel wird durch einen Hochleistungs-Laserstrahl, typischerweise von einem Nd:YAG-Laser, beleuchtet, der die Flüssigkeitströpfchen erhitzt, um ein die EUV-Strahlung ausstrahlendes Hochtemperaturplasma zu erzeugen. Das US-Patent Nr. 5,577,092 von KUBIAK offenbart eine EUV-Strahlungsquelle dieses Typs.
1 ist eine Draufsicht einer bekannten EUV-Strahlungsquelle 10 mit einer Düse 12 und einer Laserstrahlquelle 14. Ein Gas 16 strömt durch einen Halsabschnitt 18 der Düse 12 aus einer Gasquelle (nicht dargestellt). Das Gas wird durch einen verengten Kehlenabschnitt beschleunigt und durch einen Auslasskollimator der Düse 12 als Sprühstrahl 26 aus Flüssigkeitströpfen ausgetrieben. Ein Laserstrahl 30 von der Quelle 14 wird durch eine Fokussieroptik 32 auf die Flüssigkeitströpfen fokussiert. Die Hitze vom Laserstrahl 30 erzeugt ein Plasma 34, das eine EUV-Strahlung 36 ausstrahlt. Die Düse 12 ist so ausgelegt, dass sie der Hitze und den harten Bedingungen des Plasmaerzeugungsprozesses standhält. Die EUV-Strahlung 36 wird von der Sammeloptik 38 gesammelt und auf die Schaltung (nicht dargestellt) gerichtet, die gestaltet wird. Die Sammeloptik 38 kann jede zu den Zwecken des Sammelns und Richtens der Strahlung 36 geeignete Form aufweisen. Bei dieser Ausführung geht der Laserstrahl 30 durch eine Öffnung 40 in der Sammeloptik 38 hindurch.
Es ist gezeigt worden, dass die Erzeugung eines ausreichend große Flüssigkeitströpfen aufweisenden Strahls zur Erzielung der gewünschten Effizienz der Umwandlung der Laserstrahlung in EUV-Strahlung schwierig ist. Weil die Flüssigkeitströpfchen einen zu kleinen Durchmesser und daher eine unzureichende Masse haben, verursacht der Laserstrahl 30 Aufbrechen einiger der Tröpfchen, bevor sie auf eine ausreichende Temperatur zur Erzeugung der EUV-Strahlung 36 erhitzt sind. Typische Durchmesser von durch eine Gaskondensation-EUV-Quelle erzeugten Tröpfchen haben die Größenordnung von 0,33 Mikrometer. Zur Erzeugung der EUV-Strahlung wären jedoch Tröpfchengrößen von ungefähr 1 Mikrometer Durchmesser wünschenswert. Außerdem erzeugt der zur Maximierung des Kondensationsprozesses erforderliche hohe Expansionsgrad einen diffusen Flüssigkeitsstrahl, und er ist mit der optischen Anforderung einer kleinen Plasmagröße unvereinbar.
Zur Lösung des Problems, ausreichend große Flüssigkeitströpfchen als Plasma-Target zu erhalten, offenbart das US-Patent Nr. 6,324,256 von McGregor eine Laserplasma-Lichtquelle für extremes Ultraviolett für ein Photolithographie-System, das einen Flüssigkeitssprühnebel als Target-Material zur Erzeugung des Laserplasmas nutzt. Bei dieser Ausführung presst die EUV-Quelle eine Flüssigkeit, vorzugsweise Xenon, durch die Düse, statt ein Gas durch die Düse zu pressen. Die Geometrie der Düse und der Druck der durch die Düse hindurchgehenden Flüssigkeit zerstäuben die Flüssigkeit, um einen dichten Sprühnebel aus Flüssigkeitströpfchen zu bilden. Weil die Tröpfchen aus einer Flüssigkeit gebildet werden, sind sie größer und der Erzeugung der EUV-Strahlung förderlicher.
Quellen für auf durch Laser erzeugtem Plasma basierender EUV-Lithographie nutzen gegenwärtig Laserstrahlen, die zur Achse der ersten Sammeloptik symmetrisch sind. Die das Target-Material für den Laserstrahl liefernde Apparatur einschließlich der Düse, des Diffusors usw. ist in der Nähe des Brennpunkts der ersten Sammeloptik positioniert, weil sich der Plasmaerzeugungsbereich in dieser Position befinden muss. Die Düse ist orthogonal zum Laserstrahl positioniert. In dieser Position verdeckt die Apparatur die vom Mittelabschnitt der Optik reflektierte EUV-Strahlung. Dies rührt daher, dass die aus dem Plasma erzeugte EUV-Strahlung eine Winkelverteilung aufweist, die in der Richtung des einfallenden Laserstrahls eine starke Spitze aufweist und in Winkeln orthogonal zum Laserstrahl nahezu auf null abnimmt. Folglich kann die Zone der stärksten EUV-Beleuchtung an der Sammeloptik nicht auf nachfolgende Optiken reflektieren, was zu einer wesentlichen Verringerung des Bruchteils der nutzbaren EUV-Strahlung führt.
2 ist eine schematische Draufsicht einer bekannten EUV-Strahlungsquelle 50 aus einem anderen Winkel als der in 1 gezeigten Quelle 10, die dieses Problem veranschaulicht. Bei diesem Beispiel sind eine Düse und zugehörige Target-Erzeugungsapparatur 52 relativ zu einem Plasmapunkt 54 positioniert dargestellt. Der Target-Laserstrahl 56 geht durch eine Öffnung 58 in der Sammeloptik 60 hindurch, wo die Achse des Lasterstrahls relativ zur Form der Optik 60 symmetrisch ist. Die Sammeloptik 60 ist im Allgemeinen tellerförmig und hat eine für die hierin beschriebenen Zwecke geeignete Reflexionsflächenform. Bei dieser Konfiguration bewirkt die Winkelverteilung 62 der erzeugten EUV-Strahlung, dass sich die stärkste EUV-Strahlung zur Sammeloptik 60 hin in einer Richtung direkt entgegengesetzt zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 56 ausbreitet. Folglich wird die von der Optik 60 reflektierte stärkere EUV-Strahlung zur Target-Erzeugungsapparatur 52 zurück gerichtet, und die schwächere EUV-Strahlung wird an den Kanten der Sammeloptik 60 reflektiert. So blockiert die Target-Erzeugungsapparatur 52 einen Großteil der starken EUV-Strahlung, was zu einem wesentlichen Verlust dieser Strahlung führt.
Die JP 2000 098100 A , 7. April 2000, Nikon Corp. in den japanischen Patentzusammenfassungen Band 2000, Nr. 7, 29. September 2000, betrifft eine einen weichen parallelen Röntgenstrahlenfluss bildende Apparatur, die eine achsensymmetrische Intensitätsverteilung aufweist und große Mengen Licht erzeugt. Diese Anmeldung beschreibt eine Anordnung, bei der aus einer in einem Unterdruckgefäß angeordneten Düse Wassertröpfchen als Targets ausgestoßen werden. Gepulstes Laserlicht wird kondensiert und auf die ausgestoßenen Tröpfchen gestrahlt, um Plasma zu bilden. Der aus Plasma erzeugte weiche Röntgenstrahl wird durch einen Rotationsparaboloidspiegel aus einem Vielfachschichtfilm mit einem Brennpunkt in der Erzeugungsposition eines Plasmas reflektiert und in einen parallelen Fluss umgewandelt. In der Mitte des Rotorparabolspiegels aus einem Vielfachschichtfilm ist ein Loch ausgeformt, und die Ausstrahlung von gepulstem Laserlicht erfolgt durch dieses Loch. Die Intensitätsverteilung des aus dem Plasma erzeugten weichen Röntgenstrahls wird bezüglich der optischen Achse des Pulslaserlichts nahezu symmetrisch, und die Lichtachse stimmt mit der Symmetrieachse des Rotationsparaboloidspiegels aus einem Vielfachschichtfilm überein, so dass der nach dem Reflektieren der Rotationsparaboloidspiegels aus einem Vielfachschichtfilm gebildete parallele Fluss eine nahezu achsensymmetrische Intensitätsverteilung aufweist.
Erforderlich ist eine Änderung der Auslegung der bekannten EUV-Quelle, die keinen wesentlichen Teil der erzeugten EUV-Strahlung verdeckt, um den Bruchteil der nutzbaren EUV-Strahlung zu erhöhen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb die Bereitstellung einer solchen Quelle.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung wird eine EUV-Quelle offenbart, die den Laserstrahl relativ zur ersten Sammeloptik außeraxial verlaufend an den Plasmaerzeugungsbereich liefert. Insbesondere die erste Sammeloptik hat eine Öffnung für den Laserstrahl an einer solchen Stelle, dass der Laserstrahl in einem relativ zur Sammeloptik außeraxial verlaufenden Winkel auf den Plasmaerzeugungsbereich gerichtet wird. Folglich wird die stärkste EUV-Strahlung nicht durch die Target-Erzeugungsapparatur blockiert. Bei einer Ausführungsform ist die Sammeloptik ein Abschnitt eines Tellers, wobei die Richtung des Laserstrahls bewirkt, dass die stärkste EUV-Strahlung von den äußeren Kanten der Optik reflektiert wird. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Sammeloptik ein vollständiger Teller mit zwei Öffnungen für zwei separate Laserstrahlen zur Erzeugung von EUV-Strahlung, die in eine solche Richtung gesandt wird, dass sie ebenfalls an den äußeren Kanten der Optik reflektiert wird.
Zusätzliche Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung erschließen sich dem Fachmann anhand der folgenden Besprechung und der beiliegenden Zeichnungen und Ansprüche.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht einer bekannten Laserplasma-Gaskondensationslichtquelle für extremes Ultraviolett;
2 ist eine schematische Draufsicht einer bekannten EUV-Quelle, bei der der Eingangslaserstrahl relativ zur ersten Sammeloptik symmetrisch verläuft;
3 ist eine schematische Draufsicht einer EUV-Quelle, bei der ein einzelner Eingangslaserstrahl relativ zur ersten Sammeloptik gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung außeraxial bereitgestellt wird; und
4 ist eine schematische Draufsicht einer EUV-Quelle, bei der zwei Eingangslaserstrahlen relativ zur ersten Sammeloptik gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung außeraxial bereitgestellt werden.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die folgende Besprechung der bevorzugten Ausführungsformen, die auf eine Quelle für EUV-Lithographie gerichtet sind, bei der ein Eingangslaserstrahl relativ zur ersten Sammeloptik außeraxial geliefert wird, ist nur beispielhafter Art und soll in keiner Hinsicht die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Verwendungszwecke einschränken.
3 ist eine Draufsicht einer EUV-Quelle 66, die in einem Winkel ähnlich dem der in 2 gezeigten Quelle 50 gezeigt ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist eine Target-Erzeugungsapparatur 68 in ihrer gewöhnlichen Position relativ zu einem Plasmapunkt 70 positioniert. Die Sammeloptik 60 war jedoch durch eine erste nur teilweise tellerförmige Sammeloptik 72 ersetzt worden, die in einer anderen Position relativ zur Apparatur 68 als die Sammeloptik 60 positioniert ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Sammeloptik 72 ungefähr halb so groß wie die Sammeloptik 60 und über der Target-Apparatur 68 positioniert. Diese Sammeloptik 72 weist eine Öffnung 74 auf, durch die ein Target-Laserstrahl 76 zum Plasmapunkt 70 hindurchgeht. Der Eingangslaserstrahl 76 ist relativ zur Sammeloptik 72 außeraxial oder asymmetrisch positioniert. Weil sich die Sammeloptik 72 in dieser Position befindet, ist die Winkelverteilung 78 der auf die Sammeloptik 72 gerichteten erzeugten EUV-Strahlung so, dass die starke EUV-Strahlung von den oberen Kanten der Optik 72 reflektiert und nicht von der Target-Apparatur 68 verdeckt wird, wie dargestellt.
Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform ist die Sammeloptik 72 ungefähr halb so groß wie die in 2 gezeigte Sammeloptik 60. Deshalb wird ein Teil der erzeugten EUV-Strahlung nicht wie normalerweise beim herkömmlichen System von der Sammeloptik 72 reflektiert. 4 ist eine schematische Draufsicht einer EUV-Quelle 82 einschließlich einer Target-Apparatur 84 und eines Plasmapunkts 86 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform hat die erste Sammeloptik 88 die gleiche Form wie die Sammeloptik 60, aber sie weist zwei Öffnungen 90 und 92 für zwei separate Eingangslaserstrahlen 94 bzw. 96 auf. Im Grunde entspricht sie der in 3 dargestellten Ausführungsform, nur verdoppelt, so dass starke EUV-Strahlung über und unter der Target-Apparatur 84 bereitgestellt wird. Insbesondere wird die Winkelverteilung 98 der EUV-Strahlung vom Strahl 94 entlang der Linie des Eingangslaserstrahls 94 gerichtet und von der Optik 88 unter der Target-Apparatur 84 reflektiert und die Winkelverteilung 100 der EUV-Strahlung vom Strahl 96 wird entlang der Linie des Eingangslaserstrahls 96 gerichtet und über der Target-Apparatur 84 reflektiert. Deshalb stellt die in 4 dargestellte Ausführungsform mehr EUV-Strahlung bereit als die EUV-Quelle 50.
Die obige Erläuterung beschreibt nur beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann erkennt ohne weiteres, dass verschiedene Änderungen, Modifikationen und Variationen darin vorgenommen werden können, ohne vom in den folgenden Ansprüchen definierten Gültigkeitsbereich der Erfindung abzuweichen.

Claims

Laserplasma-Strahlungsquelle (66, 82) für extremes Ultraviolett (EUV) aufweisend: eine Düse (86, 84), die Target-Material in eine Plamaerzeugungszone sprüht; und eine Sammeloptik (72, 88), die relativ zur Plamaerzeugungszone angeordnet ist, wobei die Sammeloptik (72, 88) mindestens eine Öffnung (74, 90, 92) enthält, durch die ein Laserstrahl (76, 94, 96) hindurchgeht, um auf dem Target-Material aufzutreffen und ein Plasma zu erzeugen, wobei die Öffnung (74, 90, 92) an einer relativ zur Sammeloptik (72, 88) asymmetrischen Stelle angeordnet ist, so dass der Laserstrahl (76, 94, 96) relativ zur Sammeloptik (72, 88) außeraxial gerichtet wird, und der größte Anteil der stärksten EUV-Strahlung vom Plasma, die von der Sammeloptik (72, 88) reflektiert wird, nicht von der Düse (68, 84) verdeckt wird.
Quelle (66, 82) nach Anspruch 1, bei der die Sammeloptik (72, 88) tellerförmig ist.
Quelle (66, 82) nach Anspruch 1, bei der die Sammeloptik (72, 88) ein Abschnitt einer Tellerform ist.
Quelle (66, 82) nach einem der vorigen Ansprüche, bei der die Öffnung (74, 90, 92) so angeordnet ist, dass die Winkelverteilung der erzeugten EUV-Strahlung bewirkt, dass der größte Anteil der stärksten EUV-Strahlung zu einer Kante der Sammeloptik (72, 88) gerichtet wird.
Quelle (66) nach einem der vorigen Ansprüche, bei der die Sammeloptik (72) eine einzige Öffnung (74) enthält.
Quelle (82) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Sammeloptik (88) zwei getrennte Öffnungen (90, 92) enthält, von denen eine jede einen eigenen Laserstrahl (94, 96) empfängt.
Quelle (66, 82) nach einem der vorigen Ansprüche, ferner eine Target-Erzeugungsapparatur (68, 84) aufweisend, in der die Düse (68, 84) untergebracht ist; wobei die Sammeloptik (72, 88) eine Form hat, die zumindest ein Abschnitt eines Tellers ist, die Plasmaerzeugungszone sich im Brennpunkt der Sammeloptik (72, 88) befindet und die Target-Erzeugungsapparatur (68, 84) in der Nähe des Brennpunktes der Sammeloptik (72, 88) angeordnet ist; und wobei die Sammeloptik (72, 88) bewirkt, dass der größte Anteil der stärksten EUV-Strahlung vom Plasma, die von der Sammeloptik (72, 88) reflektiert wird, nicht von der Target-Erzeugungsapparatur (68, 84) verdeckt wird.
Quelle (66, 82) nach Anspruch 7, bei der die Sammeloptik (72, 88) bewirkt, dass der größte Anteil der stärksten EUV-Strahlung zu einer Kante der Sammeloptik (72, 88) gerichtet wird.
Quelle (66, 82) nach Anspruch 8, bei der die Sammeloptik (88) zwei getrennte Öffnungen (90, 92) enthält, von denen eine jede einen eigenen Laserstrahl (94, 96) empfängt.
Verfahren zum Erzeugen von extremer Ultraviolett-(EUV)-strahlung, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bereitstellen einer Target-Erzeugungsapparatur (68, 84), die eine Düse (68, 84) enthält; Sprühen des Target-Materials aus der Düse (68, 84) in eine Plasmaerzeugungszone; Richten mindestens eines Laserstrahls (76, 94, 96) auf die Plasmaerzeugungszone, um das Target-Material zu erhitzen und die EUV-Strahlung zu erzeugen; und Reflektieren der erzeugten EUV-Strahlung von der Sammeloptik (72, 88), wobei der Schritt des Richtens des Laserstrahls (76, 94, 96) das Richten des Laserstrahls (76, 94, 96) durch eine Öffnung (74, 90, 92) in der Sammeloptik (72, 88) enthält, so dass der Laserstrahl (76, 94, 96) relativ zur Sammeloptik (72, 88) außeraxial verläuft und der größte Anteil der stärksten EUV-Strahlung nicht von der Target-Erzeugungsapparatur (68, 84) verdeckt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Schritt des Richtens des Laserstrahls (76, 94, 96) das Richten des Laserstrahls (76, 94, 96) durch eine Öffnung (74, 90, 92) in der Sammeloptik (72, 88) enthält, so dass der Laserstrahl (76, 94, 96) relativ zur Sammeloptik (72, 88) außeraxial verläuft und der größte Anteil der stärksten EUV-Strahlung von einer Kante der Sammeloptik (72, 88) reflektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem der Schritt des Richtens des Laserstrahls (94, 96) das Richten zweier getrennter Laserstrahlen (94, 96) durch zwei getrennte Öffnungen (90, 92) in der Sammeloptik (88) enthält, wobei beide Laserstrahlen (94, 96) relativ zur Sammeloptik (88) außeraxial verlaufen.