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1. Gebiet
der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft allgemein eine Laserplasma-Extremultraviolett
(EUV)-Lichtquelle
und im Besonderen eine Laserplasma-Extremultraviolett-Lichtquelle,
die synchronisierte Laserpulse und eine Targettröpfchen-Zuführrate bereitstellt, so dass Puffertröpfchen zwischen
aufeinanderfolgenden Targettröpfchen
bereitgestellt werden.
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2. Diskussion
des verwandten Standes der Technik
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Mikroelektronische
integrierte Schaltkreise werden typischerweise mittels eines Fotolithographieprozesses
auf einem Substrat bemustert, was dem Fachmann gut bekannt ist,
wobei die Schaltungselemente durch einen Lichtstrahl definiert werden,
der durch eine Maske läuft
oder von einer solchen reflektiert wird. Während sich der neuste Stand der
Technik des Fotolithographieprozesses und der Architekturintegrierte
Schaltungen weiterentwickelt, werden die Schaltungselemente kleiner
und enger beabstandet. Wenn die Schaltungselemente kleiner werden,
ist es notwendig, fotolithographische Lichtquellen zu verwenden,
die Lichtstrahlen mit kürzeren Wellenlängen und
höheren
Frequenzen erzeugen. In anderen Worten erhöht sich die Auflösung des
Fotolithographieprozesses, wenn sich die Wellenlänge der Lichtquelle verringert,
um es zu erlauben, kleinere Elemente integrierter Schaltungen zu
definieren. Die Fotolithographie-Lichtquellen nach dem aktuellen
Stand der Technik erzeugen Licht bei Wellenlängen im extremen Ultraviolett
(EUV) oder bei weichen Röntgenstrahlen
(13 bis 14 nm).
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In
Microelectronic Engineering, Elsevier Publishers BV., Amsterdam,
NL – ISS
0167-9317, Band 46,
Nr. 1–4,
Seiten 453–455,
beschreiben Rymell L.; Maimqvist L.; Berglund M.; Hertz H. M. Flüssigstrahltarget-Laserplasmaquellen
für die
EUV- und Röntgen-Lithographie.
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US
6,324,256-B, betitelt "Liquid
Sprays as a Target for a Laser-Plasma Extreme Ultraviolet Light Source", und auf den Rechtsnachfolger
dieser Anmeldung übertragen,
offenbart eine Laserplasma-EUV-Strahlungsquelle für ein Photolithographiesystem,
das eine Flüssigkeit
als das Targetmaterial, typischerweise Xenon, zum Erzeugen des Laserplasmas
verwendet. Ein Xenon-Targetmaterial stellt die gewünschten
EUV-Wellenlängen
bereit, und das sich ergebende verdampfte Xenongas ist chemisch
inert und einfach aus dem Vakuumsystem der Quelle abpumpbar. Andere
Flüssigkeiten
und Gase, wie beispielsweise Krypton und Argon, und Kombinationen von
Flüssigkeiten
und Gasen, sind ebenfalls als Lasertargetmaterial verfügbar, um
eine EUV-Strahlung zu erzeugen.
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Die
EUV-Strahlungsquelle verwendet eine Quellendüse, welche einen Strom von
Targettröpfchen
in einer Vakuumumgebung erzeugt. Der Tröpfchenstrom wird dadurch erzeugt,
dass es einem flüssigen
Targetmaterial (typischerweise Xenon) ermöglicht wird, durch eine Öffnung (50
bis 100 μm
Durchmesser) zu fließen,
und durch Stören
des Flusses durch Spannungspulse von einer Anregungsquelle, wie
beispielsweise einem piezoelektrischen Wandler, die an einer Düsenzuführröhre befestigt
ist. Typischerweise werden die Tröpfchen bei einer Rate erzeugt,
welche durch die Rayleigh'sche
Instabilitäts-Abrissfrequenz
(10 bis 100 kHz) eines kontinuierlichen Flussstroms definiert ist.
Die Tröpfchen
werden von der Düse
ausgegeben, wo sie verdampfen und einfrieren. Die Größe der Öffnung ist
so festgesetzt, dass dann, wenn die Tröpfchen gefrieren und verkleinert
werden, sie am Ionisationsbereich von einer Größe sind, bei der eine Ionisation
mittels eines Hochintensitäts-Laserpulses eine
signifikante EUV-Strahlung erzeugen wird, und zwar ohne es Stücken gefrorenen
Xenons zu ermöglichen,
der Ionisation zu entkommen und möglicherweise empfindliche optische
Komponenten zu schädigen.
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Um
die Anforderungen an die EUV-Leistungs- und -Dosierungs-Steuerung
für die
nächste Generation
kommerzieller Halbleiter zu erfüllen,
welche unter Verwendung der EUV-Fotolithographie hergestellt werden,
muss die Laserstrahlquelle mit einer hohen Rate gepulst sein, typischerweise
5 bis 20 kHz. Es wird daher notwendig, hochdichte Tröpfchentargets
mit einer schnellen Wiederherstellung des Tröpfchenstroms zwischen den Laserpulsen
bereitzustellen bzw. zu liefern, so dass alle Laserpulse mit Targettröpfchen unter
optimalen Bedingungen wechselwirken. Dies benötigt einen Tröpfchenerzeuger,
welcher Tröpfchen
innerhalb von 100 μs
jedes Laserpulses erzeugt.
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Wenn
die Laserquelle bei diesen Frequenzen für einen flüssigen Tröpfchenstrom betrieben wird,
welcher bei der Rayleigh-Frequenz für eine Öffnung der gewünschten
Größe erzeugt
wird, werden eng beabstandete Tröpfchen
erzeugt, wobei der Abstand zwischen den Tröpfchen ungefähr neunmal dem
Tröpfchenradius
entspricht. Aufgrund dieser Nähe
beeinträchtigt
ein Targettröpfchen,
das aktuell ionisiert wird, folgende Tröpfchen im Strom negativ. Daher
werden die folgenden Tröpfchen
beschädigt oder
zerstört,
bevor sie vom Laserstrahl ionisiert werden.
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Ein
Ansatz, um zu verhindern, dass folgende Targettröpfchen durch eine Ionisation
eines vorhergehenden Targettröpfchens
beeinträchtigt
werden, wäre
es, dass die Laserpulse jedes Tröpfchen
unmittelbar dann treffen, wenn es aus der Düsenöffnung austritt. Jedoch würde dies
zu einer Plasmabildung sehr nahe der Düsenöffnung führen, was zu einer übergroßen Hitzelast
führen
würde und
eine plasmainduzierte Erodierung der Düsenöffnung bewirken würde.
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Ein
anderer Ansatz wäre
es, den piezoelektrischen Wandler bei Frequenzen zu aktivieren,
die nicht der natürlichen
Rayleigh'schen Abrissfrequenz des
Targetmaterials entsprechen. In anderen Worten kann die Frequenz
der Tröpfchenbildung
von der Rayleigh-Frequenz weg angepasst bzw. verstellt werden, und
der Tröpfchenabstand
kann verändert werden.
Dies wird eine gewisse Verstellung der Tröpfchenfrequenz ermöglichen,
um mit der Laserpulsfrequenz übereinzustimmen.
Jedoch beeinträchtigt
ein Betreiben des Wandlers bei einer Frequenz, die nicht der Rayleigh-Abrissfrequenz
entspricht, die Fähigkeit
negativ, einen konsistenten Strom von Tröpfchen zu erzeugen. Weil Xenon
bei Raumtemperatur und -druck ein Gas ist, wird Xenongas auf beispielsweise –100°C gekühlt, um
es zu verflüssigen. Tröpfchen-nach-Bedarf-Generatoren
sind schwierig zu steuern, um Tröpfchen
der richtigen Größe zur richtigen
Zeit bereitzustellen, und zwar aufgrund der Oberflächenspannungseigenschaften
flüssigen
Xenons.
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Ein
weiterer Ansatz wäre
es, die Größe der Düsenöffnung zu
erhöhen,
so dass die Tröpfchen
bei der Rayleigh-Abrissfrequenz weniger häufig erzeugt werden. Jedoch
führt dies
zu Tröpfchen,
die für
den Laserionisationsprozess zu groß sind, was möglicherweise
eine Komponentenbeschädigung
erzeugt, die sich aus nicht-ionisiertem gefrorenem Xenon ergibt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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In Übereinstimmung
mit den Lehren der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Bereitstellen von Targettröpfchen
für eine
Laserplasma-EUV-Strahlungsquelle nach Anspruch 1 offenbart, welches
die Targettröpfchen-Zuführrate steuert, so
dass vorgesehene Targettröpfchen
durch die Ionisation vorhergehender Tröpfchen nicht beeinträchtigt werden.
Die Quellendüse
weist eine Öffnung
einer vorbestimmten Größe auf,
welches es den Tröpfchen gewünschter
Größe ermöglicht,
bei einer Rate ausgegeben zu werden, welche durch die natürliche Rayleigh-Instabilitätsabrissfrequenz
des Targetmaterials festgesetzt wird, wie sie durch einen piezoelektrischen
Wandler erzeugt wird. Die Rate der Tröpfchenerzeugung wird durch
diese Faktoren im Zusammenhang mit der Pulsfrequenz des Anregungslasers
bestimmt, so dass Puffertröpfchen
zwischen den Targettröpfchen
zugeführt
werden. Die Puffertröpfchen
dienen dazu, die von dem ionisierten Targettröpfchen erzeugte Strahlung zu
absorbieren, so dass das nächste
Targettröpfchen
nicht beeinträchtigt
wird.
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Zusätzliche
Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden
aus der folgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen klar, welche zusammen
mit den beiliegenden Zeichnungen aufgenommen werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Draufsicht auf eine Laserplasma-Extremultraviolett-Strahlungsquelle;
und
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2 ist
eine Querschnittsansicht einer Düse
für eine
Laserplasma-Extremultraviolett-Strahlungsquelle,
welche Puffertröpfchen
bereitstellt.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
folgende Diskussion der Ausführungsformen
der Erfindung, die auf eine Düse
für eine EUV-Strahlungsquelle
gerichtet sind, ist lediglich beispielhafter Art und keineswegs
dazu vorgesehen, die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Verwendungen
zu beschränken.
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1 ist
eine Draufsicht auf eine EUV-Strahlungsquelle 10 einschließlich einer
Düse 12 und
einer Laserstrahlungsquelle 14. Eine Flüssigkeit 16, wie beispielsweise
Xenon, fließt
durch die Düse 12 von einer
geeigneten Quelle (nicht gezeigt). Die Flüssigkeit 16 wird unter
Druck durch eine Austrittsöffnung 20 der
Düse 12 gezwungen,
wo sie in einen Strom 26 flüssiger Tröpfchen 22 ausgebildet
wird, die auf einen Zielort 34 gerichtet werden. Ein piezoelektrischer Wandler 24,
der an der Düse 12 positioniert
ist, stört den
Fluss der Flüssigkeit 16,
um die Tröpfchen 22 zu erzeugen.
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Ein
Laserstrahl 30 von der Quelle 14 wird durch eine
Fokussieroptik 32 auf die Tröpfchen 22 am Zielort 34 fokussiert,
wo die Quelle 14 relativ zur Rate der Tröpfchen 22 gepulst
ist, wenn sie den Zielort 34 erreichen. Die Energie des
Laserstrahls 30 ionisiert die Tröpfchen 22 und erzeugt
ein Plasma, das EUV-Strahlung 36 erzeugt. Die Düse 12 ist
so ausgelegt, dass sie der Hitze und der Beanspruchung des Plasmaerzeugungsablaufs
Stand hält.
Die EUV-Strahlung 36 wird durch eine Sammeloptik 38 gesammelt
und wird auf die zu bemusternde Schaltung (nicht gezeigt) gerichtet.
Die Sammeloptik 38 kann jede für die Zwecke des Sammelns und
Richtens der Strahlung 36 geeignete Form aufweisen. Bei dieser
Ausführung
breitet sich der Laserstrahl 30 durch eine Öffnung 40 in
der Sammeloptik 38 aus. Der Plasmaerzeugungsprozess wird
in einem Vakuum durchgeführt.
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2 ist
eine Querschnittsansicht einer Düse 50,
die dazu geeignet ist, die Düse 12 in
der oben diskutierten Quelle 10 erfindungsgemäß zu ersetzen.
Die Düse 50 empfängt ein
flüssiges
Targetmaterial 52, wie beispielsweise flüssiges Xenon,
an einem Ende und gibt Tröpfchen 54 des
Materials 52 durch eine speziell konfigurierte Öffnung 56 an
einem gegenüber
liegenden Ende aus. Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung stellt ein piezoelektrischer Wandler 58,
der sich in Kontakt mit der Düse 50 befindet,
Vibrationspulse bei einer Rate bereit, die der natürlichen
Rayleigh-Abrissfrequenz des Materials 52 zugeordnet ist,
wie sie durch den Durchmesser der Öffnung 56 bestimmt
ist. Dies stellt eine Tröpfchenzuführung mit
kontinuierlichem Fluss bereit, und zwar im Gegensatz zu einem Tröpfchen-nach-Bedarf-System, bei
dem der Abstand zwischen den Tröpfchen 54 streng
kontrolliert wird. In anderen Ausführungsformen kann der piezoelektrische
Wandler 58 bei Frequenzen gepulst werden, die nicht der
natürlichen
Rayleigh-Abrissfrequenz entsprechen, um den Abstand zwischen den
Tröpfchen 54 zu
verändern.
Zusätzlich
können
außer
dem Wandler 58 andere Anregungsvorrichtungen verwendet
werden, so wie es von dem Fachmann verstanden würde.
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Der
Strom von Tröpfchen 54 wird
von der Düse 50 bei
einer Rate ausgegeben, die der Pulsfrequenz des piezoelektrischen
Wandlers 58 entspricht, was den Abstand zwischen den Tröpfchen 54 festsetzt.
Die Tröpfchen 54 laufen
einen vorbestimmten Abstand zu einem Zielgebiet, wo ein Targettröpfchen 66 durch
einen Laserstrahl 68, wie beispielsweise von der Laserquelle 14,
ionisiert wird. Der Abstand zwischen der Düse 50 und dem Zielgebiet
wird so ausgesucht, dass die Tröpfchen 54 durch
Verdampfung im Vakuum auf eine gewünschte Größe einfrieren, und ist einen
gewünschten
Abstand entfernt von der Düse 50,
so dass der Laserionisationsprozess die Düse 50 nicht beschädigt.
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Erfindungsgemäß sind die
Pulsrate des piezoelektrischen Wandlers 58, die Größe der Öffnung 56 und
die Pulsrate der Laserquelle 14 aufeinander abgestimmt,
so dass eine vorbestimmte Zahl von Puffertröpfchen 70 zwischen
dem aktuellen Targettröpfchen 66 und
einem nächsten
Targettröpfchen 72 gebildet
wird. In diesem Beispiel gibt es drei Puffertröpfchen 70 zwischen
den Targettröpfchen 66 und 72, jedoch
ist dies lediglich ein nicht beschränkendes Beispiel für eine bestimmte
Laserpulsfrequenz.
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In
einem Beispiel benötigt
das EUV-Licht für die
Fotolithographie, dass die Laserpulsenergie ca. 0,75 J beträgt. Diese
Energie wird von einem Xenon-Targettröpfchen mit 100 μm Durchmesser,
wie beispielsweise dem Tröpfchen 66,
am Zielort absorbiert. Das Tröpfchen 66 wird
schnell ionisiert, um ein Plasma zu bilden, das die absorbierte
Energie in Form kinetischer Energie von Ionen, neutralen Atomen
und Teilchen als auch Breitbandstrahlung abstrahlt, welche den infraroten
bis EUV-Spektralbereich abdeckt. Unter der Annahme, dass die Energie isotrop
abgestrahlt wird, beträgt
der geometrische Anteil, der vom nächsten Tröpfchen 70 im Strom
abgefangen wird (r/2R)2, wobei r der Tröpfchenradius und
R der Abstand zwischen Tröpfchen
ist. Für
einen spontanen Rayleigh-Abriss in Tröpfchen beträgt r ungefähr 1,9-mal dem Radius der Düsenöffnung 20, und
R beträgt
ungefähr
neunmal dem Öffnungsradius.
Daraus folgt, dass (r/2R)2 = 0,011.
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Das
erste Tröpfchen 70 nach
dem aktuellen Targettröpfchen 66 absorbiert
1,1% der anfänglichen Laserpulsenergie
oder 8,3 mJ. Die Masse einer flüssigen
Xenonkugel mit Durchmesser 100 μm
beträgt 1,6 μg, und die
Verdampfungswärme
beträgt
97 J/g oder 0,16 mJ. Die absorbierte Energie bewirkt, dass das erste
Tröpfchen 70 nach
dem aktuellen Targettröpfchen 66 verdampft
wird, und 8,3 bis 0,16 mJ werden von diesem Tröpfchen abgestrahlt. Wiederum unter
der Annahme isotroper Strahlung wird das zweite Tröpfchen 70 nach
dem aktuellen Targettröpfchen 66 1,1%
dieser Energie aufnehmen, was 0,09 mJ entspricht, die von dem zweiten
Tröpfchen 70 nach
dem aktuellen Targettröpfchen 66 absorbiert werden.
Diese absorbierte Energie ist geringer als diejenige, die benötigt würde, um
das Tröpfchen
zu verdampfen (0,16 mJ), so dass dieses Tröpfchen eine minimale Störung erfahren
wird. Daher dienen das zweite und das dritte Tröpfchen 70 als Puffertröpfchen,
welche die überflüssige Plasmaenergie absorbieren
und folgende Targettröpfchen
schützen. Die
folgenden Tröpfchen
werden von dem vorhergehenden Laserpuls nicht beeinträchtigt sein,
so dass der Tröpfchenstrom
wieder hergestellt wird, bis der nächste Laserpuls das nächste Targettröpfchen 72 trifft.
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In
einem Beispiel könnte
eine Tröpfchenfrequenz
von 15 kHz mit einer Laserpulsrate von 5 kHz verwendet werden, was
zwei Puffertröpfchen 70 zwischen
aufeinander folgenden Targettröpfchen
bereitstellt. Falls mehr Puffertröpfchen 70 benötigt werden, kann
die piezoelektrische Antriebspulsrate auf 20 kHz erhöht werden
mit einer zugehörigen
Erhöhung in
der Flüssigkeitsgeschwindigkeit
durch Bereitstellen von drei Puffertröpfchen 70 zwischen
den Targettröpfchen 66.
Diese Diskussion nimmt an, dass die Tröpfchen 54 in eine
Vakuumumgebung ausgegeben werden. In diesem Fall werden die Tröpfchen 54 schnell
beginnen zu verdampfen, und ihre Oberflächentemperatur wird abnehmen,
was zu einem Einfrieren führt.
Dieser Phasenwechsel kann mit der Tröpfchenerzeugung wechselwirken,
insbesondere, falls das Einfrieren in der Öffnung geschieht. Falls es benötigt wird,
die Tröpfchen 54 in
einem flüssigen
Zustand zu halten, können
Modifikationen an der Quelle 50 durchgeführt werden,
um einen Zwischendruck bereitzustellen, wie beispielsweise durch
ein Trägergas,
um zu verhindern, dass die Tröpfchen 54 einfrieren,
oder um die Einfrierrate zu steuern.
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Die
obige Diskussion offenbart und beschreibt lediglich beispielhafte
Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann wird schnell aus einer solchen
Diskussion und aus den beiliegenden Zeichnungen und Ansprüchen erkennen,
dass verschiedene Änderungen,
Modifikationen und Variationen daran durchgeführt werden können, ohne
vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert
ist.