RU2523445C2 - Method of generating directed extreme ultraviolet (euv) radiation for high-resolution projection lithography and directed euv source for realising said method - Google Patents
Method of generating directed extreme ultraviolet (euv) radiation for high-resolution projection lithography and directed euv source for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2523445C2 RU2523445C2 RU2012131070/07A RU2012131070A RU2523445C2 RU 2523445 C2 RU2523445 C2 RU 2523445C2 RU 2012131070/07 A RU2012131070/07 A RU 2012131070/07A RU 2012131070 A RU2012131070 A RU 2012131070A RU 2523445 C2 RU2523445 C2 RU 2523445C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- radiation
- ray mirror
- euv
- directed
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Предлагаемое изобретение относится к способам получения направленного (сформированного) мягкого рентгеновского излучения или, что то же самое, экстремального ультрафиолетового излучения (ЭУФ) с длиной волны 13,5 нм или 6,7 нм, или иной другой, лежащей в диапазоне 3-30 нм, применяемым в настоящее время или в ближайшей перспективе в проекционной литографии высокого разрешения.The present invention relates to methods for producing directional (formed) soft X-ray radiation or, equivalently, extreme ultraviolet radiation (EUV) with a wavelength of 13.5 nm or 6.7 nm, or another, lying in the range of 3-30 nm currently used or in the near future in projection lithography high resolution.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Интенсивные исследования, направленные на поиск способов получения сформированного ЭУФ излучения (длина волны 13,5 нм ±1%), применяемого в настоящее время в проекционной литографии высокого разрешения, привели к созданию целой серии источников различных типов, конкурирующих между собой. На сегодняшний день наибольшей эффективности достигли способы, использующие для генерации ЭУФ излучения линейчатое излучение многозарядных ионов олова, поскольку более ста линий излучения ионов олова с зарядом от +6 до +11 попадают в указанный диапазон длин волн. Для эффективного формирования направленного ЭУФ излучения используют многослойные рентгеновские зеркала нормального падения, в фокальную область которых помещают плазму, содержащую ионы олова с необходимым зарядом. При этом размер плазмы, испускающей экстремальное ультрафиолетовое излучение, должен быть минимальным (именно размер плазмы в основном и определяет качество формирования используемого в проекционной литографии ЭУФ излучения). Известные способы получения сформированного ЭУФ излучения отличаются методами получения плазмы, содержащей многозарядные ионы олова: это разряды, создаваемые мощными лазерами, различными типами пинчей и т.д. (см., например, EUV Sources for Lithography. Vivek Bakshi. SPIE. 2006; Lithography. Edited by Michael Wang. InTech. 2010; патент RU 2365068 МПК H05G 2/00 (2006.01), публ. 20.08.2009; патент RU 2278483 МПК H05G 2/00 (2006.01), публ. 20.06.2006, пат. США US 6973164 МПК7 G21K 5/00, H05G 2/00, публ. 06.12.2005). Основным недостатком известных способов-аналогов является их недостаточная эффективность, что обусловлено трудностями получения высоких температур электронов в квазиравновесных условиях разрядов указанных типов.Intensive research aimed at finding ways to obtain the generated EUV radiation (wavelength 13.5 nm ± 1%), which is currently used in high-resolution projection lithography, has led to the creation of a whole series of sources of various types that compete with each other. To date, the methods that use the linear radiation of multiply charged tin ions to achieve EUV radiation have achieved the greatest efficiency, since more than a hundred lines of radiation of tin ions with a charge from +6 to +11 fall into the specified wavelength range. For the effective formation of directed EUV radiation, multilayer X-ray mirrors of normal incidence are used, in the focal region of which a plasma containing tin ions with the necessary charge is placed. In this case, the size of the plasma emitting extreme ultraviolet radiation should be minimal (it is the size of the plasma that mainly determines the quality of formation of the radiation used in projection lithography of EUV). Known methods for producing the formed EUV radiation differ in the methods for producing a plasma containing multiply charged tin ions: these are discharges created by high-power lasers, various types of pinches, etc. (see, for example, EUV Sources for Lithography. Vivek Bakshi. SPIE. 2006; Lithography. Edited by Michael Wang. InTech. 2010; patent RU 2365068 IPC
Наиболее эффективным из известных способов получения направленного экстремального ультрафиолетового излучения для проекционной литографии высокого разрешения и наиболее близким по технической сущности является способ, использующий для генерации экстремального ультрафиолетового излучения импульсное излучение СО2 лазера, которое при низких давлениях остаточного газа (в глубоком вакууме) фокусируется на специально сформированный поток капель олова с размерами меньше 1 мм (Пат. США US 7067832 МПК H05G 2/00, G01J 1/00 (2006.01) «Extreme Ultraviolet Light Source», публ. 27.06.2006). В способе-прототипе момент влета очередной капли в фокус оптической лазерной системы синхронизируют с моментом включения короткого лазерного импульса. Параметры взаимодействия (интенсивность и длительность импульса излучения, размеры капель) подбирают так, чтобы образовалось облако многократно ионизованной плазмы, причем кратность ионизации была оптимальной для генерации ЭУФ в заданном диапазоне, таким образом, получают «точечный» с характерными размерами 50-100 мкм, быстро (со скоростью 106 м/с) расширяющийся источник ЭУФ излучения. Излучающую ЭУФ область - фокус оптической системы CO2 лазера совмещают с фокусом первого (например, параболического) рентгеновского зеркала системы рентгеновской оптики, обеспечивая тем самым спектральную фильтрацию и формирование направленного излучения в виде параллельного или сходящегося в промежуточный фокус пучка излучения.The most effective of the known methods for producing directional extreme ultraviolet radiation for high-resolution projection lithography and the closest in technical essence is a method that uses pulsed CO 2 laser radiation to generate extreme ultraviolet radiation, which focuses on a specially designed low-pressure residual gas (in a deep vacuum) formed stream of tin droplets with dimensions less than 1 mm (US Pat. US 7067832 IPC
Основными недостатками способа-прототипа являются: относительно низкий ресурс работы, обусловленный загрязнением элементов оптической системы не полностью испарившимися каплями олова, распылением поверхности зеркал быстрыми ионами, образующимися в плазме, и высокое содержание, по мощности до 80%, рассеянного излучения CO2 лазера. Это рассеянное излучение поглощается в элементах оптической схемы, что приводит к значительному увеличению радиационной нагрузки на элементы, требует дополнительных средств его подавления и снижает энергетическую эффективность литографической установки.The main disadvantages of the prototype method are: a relatively low service life due to contamination of the elements of the optical system by incompletely evaporated tin droplets, spraying of the surface of the mirrors by the fast ions generated in the plasma, and a high content of up to 80% of the scattered radiation of the CO 2 laser. This scattered radiation is absorbed in the elements of the optical system, which leads to a significant increase in the radiation load on the elements, requires additional means of suppressing it, and reduces the energy efficiency of the lithographic installation.
Для реализации известных способов получения сформированного ЭУФ излучения в настоящее время известны различные конструкции источников ЭУФ излучения, которые обладают теми же упомянутыми недостатками, что и способы, лежащие в их основе. Наиболее эффективным среди них является реализующий упомянутый способ прототип известный источник ЭУФ излучения низкого давления для проекционной литографии высокого разрешения, который содержит генератор нейтральных капель олова с размерами примерно 100 мкм, мощный импульсный СO2 лазер, излучение которого поглощается в каплях олова и образующейся плазме, и рентгеновское зеркало для формирования направленного излучения в виде параллельного или сходящегося пучка (Пат. США US 7067832 МПК H05G 2/00, G01J 1/00 (2006.01) «Extreme Ultraviolet Light Source», публ. 27.06.2006), который выбран в качестве прототипа предлагаемого источника ЭУФ излучения. Рентгеновское зеркало, в фокусе которого происходит очень быстрый нагрев капель олова и образование излучающей ЭУФ плазмы ограниченного размера (размер излучающей области определяется скоростью разлета материала капли и составляет примерно 100 мкм), содержащей многозарядные ионы, формирует направленное ЭУФ излучение, пригодное для литографии высокого разрешения.To implement the known methods for producing the generated EUV radiation, various designs of EUV radiation sources are known at the present time, which have the same mentioned disadvantages as the methods underlying them. The most effective among them is the prototype that implements the aforementioned method, a well-known source of low-pressure EUV radiation for high-resolution projection lithography, which contains a generator of neutral tin droplets with dimensions of about 100 μm, a powerful pulsed CO 2 laser whose radiation is absorbed in tin droplets and the resulting plasma, X-ray mirror for the formation of directional radiation in the form of a parallel or converging beam (US Pat. US 7067832 IPC
Основной недостаток источника ЭУФ излучения прототипа связан с тем, что для образования многократно ионизованной плазмы малых размеров, испускающей ЭУФ излучение в требуемом диапазоне, в источнике-прототипе необходимо использовать короткие импульсы мощного излучения CO2 лазера с длиной волны 10,6 мкм, что приводит к образованию капель неиспарившегося олова, потоков быстрых ионов и электронов, которые долетают до рабочей поверхности рентгеновского зеркала, выводя его из строя. Этот уже отмечавшийся недостаток известных источников ЭУФ излучения обусловлен самим принципом их действия, на котором они основаны, поэтому представляется основным препятствием на пути их широкого использования. Другим существенным недостатком источника-прототипа является необходимость использования импульсно-периодического режима работы, что вынуждает применять сложные дорогостоящие источники питания и вызывает технологические проблемы, связанные с импульсно-периодическими нагрузками на элементы конструкции.The main disadvantage of the source of EUV radiation of the prototype is that for the formation of multiply ionized small plasma emitting EUV radiation in the required range, it is necessary to use short pulses of powerful radiation of a CO 2 laser with a wavelength of 10.6 μm in the prototype source, which leads to the formation of droplets of non-evaporated tin, streams of fast ions and electrons, which reach the working surface of the x-ray mirror, putting it out of order. This already noted drawback of the known sources of EUV radiation is due to the very principle of their action, on which they are based, therefore it seems to be the main obstacle to their widespread use. Another significant drawback of the prototype source is the need to use a pulse-periodic mode of operation, which forces the use of complex, expensive power sources and causes technological problems associated with pulse-periodic loads on structural elements.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения направленного экстремального ультрафиолетового излучения для проекционной литографии высокого разрешения и устройства для его реализации, обеспечивающих повышение эффективности и ресурса работы источников ЭУФ излучения.The objective of the invention is to develop a method for producing extreme directional ultraviolet radiation for projection lithography high resolution and devices for its implementation, providing increased efficiency and service life of sources of EUV radiation.
Технический результат в части способа в предлагаемом изобретении достигается за счет того, что разработанный способ, как и способ-прототип, основан на использовании линейчатого излучения многозарядных ионов в заданном диапазоне ЭУФ, для создания и возбуждения которых применяют плазму ограниченного размера, нагрев электронов в которой осуществляют мощным электромагнитным излучением, а формирование направленного ЭУФ излучения производят с помощью рентгеновского зеркала нормального падения, в фокусе которого помещают упомянутую плазму ограниченного размера.The technical result in terms of the method in the present invention is achieved due to the fact that the developed method, as well as the prototype method, is based on the use of linear radiation of multiply charged ions in a given EUV range, to create and excite which a limited-size plasma is used, the electrons are heated in which powerful electromagnetic radiation, and the formation of directional EUV radiation is performed using a normal incidence X-ray mirror, in the focus of which is placed the aforementioned plasma a limited size.
Новым в разработанном способе является то, что плазму предварительно формируют сторонним узконаправленным инжектором, после чего нагрев электронов плазмы производят в магнитном поле в условиях электронно-циклотронного резонанса мощным электромагнитным излучением миллиметрового или субмиллиметрового диапазона длин волн в непрерывном режиме, а для формирования плазмы ограниченного размера используют упомянутое магнитное поле и ограничивающее поперечные размеры плазмы отверстие на оси симметрии рентгеновского зеркала, при этом рабочую сторону рентгеновского зеркала изолируют от потоков плазмы, нейтральных капель материала катода и энергичных частиц.New in the developed method is that the plasma is preliminarily formed by an external narrowly directed injector, after which the plasma electrons are heated in a magnetic field under electron-cyclotron resonance conditions by powerful electromagnetic radiation of the millimeter or submillimeter wavelength range in a continuous mode, and for the formation of a limited-sized plasma the mentioned magnetic field and the hole limiting the transverse dimensions of the plasma on the axis of symmetry of the x-ray mirror, while The outer side of the X-ray mirror is isolated from plasma flows, neutral drops of cathode material, and energetic particles.
Технический результат в части устройства в предлагаемом изобретении достигается за счет того, что конструкция разработанного источника направленного ЭУФ излучения низкого давления для проекционной литографии высокого разрешения на основе плазмы ограниченных размеров с многозарядными ионами, так же как и устройство-прототип, содержит генератор электромагнитного излучения, обеспечивающий нагрев плазмы, образование и возбуждение упомянутых многозарядных ионов, линии излучения которых лежат в заданном диапазоне ЭУФ, и рентгеновское зеркало, формирующее направленное ЭУФ излучение в виде параллельного или сходящегося пучка.The technical result in terms of the device in the present invention is achieved due to the fact that the design of the developed source of directed EUV radiation of low pressure for projection lithography of high resolution based on limited-sized plasma with multiply charged ions, like the prototype device, contains an electromagnetic radiation generator that provides plasma heating, the formation and excitation of the aforementioned multiply charged ions, the emission lines of which lie in a given EUV range, and x-ray A mirror that forms a directional EUV radiation in the form of a parallel or converging beam.
Новым в разработанном источнике направленного экстремального ультрафиолетового излучения низкого давления для проекционной литографии высокого разрешения является то, что в него введен инжектор узконаправленного потока плазмы в магнитную ловушку, на выходе которой установлено упомянутое рентгеновское зеркало, отверстие на оси симметрии которого уменьшает поперечный размер потока плазмы, при этом рентгеновское зеркало развернуто рабочей стороной от инжектора плазмы, за фокальной областью рентгеновского зеркала расположен уловитель плазмы, а конфигурация магнитного поля магнитной ловушки, размеры уловителя плазмы и отверстия на оси рентгеновского зеркала подобраны таким образом, чтобы обеспечить изоляцию рабочей стороны рентгеновского зеркала от потоков заряженных и нейтральных частиц, генератор же электромагнитного излучения миллиметрового или субмиллиметрового диапазона длин волн для нагрева электронов плазмы снабжен вогнутыми зеркалами, направляющими электромагнитное излучение со стороны инжектора на поток плазмы в магнитной ловушке в область электронно-циклотронного резонанса.A new source in the developed source of low-pressure extreme ultraviolet radiation for high-resolution projection lithography is the injection of a narrow-directional plasma flow injector into the magnetic trap, at the output of which the mentioned X-ray mirror is installed, the hole on the axis of symmetry of which reduces the transverse size of the plasma flow, This X-ray mirror is deployed by the working side of the plasma injector, behind the focal region of the X-ray mirror is located plasma, and the configuration of the magnetic field of the magnetic trap, the dimensions of the plasma trap and the holes on the axis of the x-ray mirror are selected so as to insulate the working side of the x-ray mirror from the flows of charged and neutral particles, the generator of electromagnetic radiation of the millimeter or submillimeter wavelength range for heating electrons the plasma is equipped with concave mirrors directing electromagnetic radiation from the side of the injector to the plasma flow in a magnetic trap into the electric region but cyclotron resonance.
В первом частном случае реализации разработанного источника направленного ЭУФ излучения для проекционной литографии высокого разрешения целесообразно на выходе магнитной ловушки перед многослойным рентгеновским зеркалом ввести ограничивающую диафрагму, уменьшающую поперечный размер плазмы.In the first particular case of the implementation of the developed source of directed EUV radiation for high-resolution projection lithography, it is advisable to introduce a limiting diaphragm in front of the multilayer X-ray mirror at the output of the magnetic trap, which reduces the transverse size of the plasma.
Во втором частном случае реализации разработанного источника направленного ЭУФ излучения целесообразно ввести в него входную диафрагму, расположенную на входе магнитной ловушки и образующую совместно с ограничивающей диафрагмой многомодовый резонатор, использование которого обеспечивает многопроходовое поглощение электромагнитного излучения в области электронно-циклотронного резонанса, улучшая согласование электромагнитного излучения с плазмой.In the second particular case of the implementation of the developed source of directed EUV radiation, it is advisable to introduce an input diaphragm located at the entrance of the magnetic trap and forming, together with the limiting diaphragm, a multimode resonator, the use of which provides multi-pass absorption of electromagnetic radiation in the region of electron-cyclotron resonance, improving the coordination of electromagnetic radiation with plasma.
В третьем частном случае реализации разработанного источника целесообразно в качестве ограничивающей диафрагмы и стенки резонатора использовать многослойное рентгеновское зеркало, обратная сторона которого изготовлена таким образом, что может служить стенкой резонатора, а отверстие на оси ограничивает поперечный размер плазмы.In the third particular case of the implementation of the developed source, it is advisable to use a multilayer X-ray mirror as the limiting diaphragm and cavity wall, the reverse side of which is made in such a way that it can serve as the cavity wall, and the hole on the axis limits the transverse plasma size.
Авторы разработанного изобретения для решения поставленной задачи предлагают использовать, в отличие от прототипа, узконаправленный непрерывный поток плазмы, содержащей ионы металла (например, ионы олова для генерации излучения с длиной волны 13,5 нм, ионы тербия или гадолиния для генерации излучения с длиной волны 6,7 нм) с поперечными размерами меньше мм, который инжектируют в магнитную ловушку, например, простой осесимметричный пробкотрон, вдоль магнитного поля. При этом магнитное поле обеспечивает поперечное удержание плазмы по всей длине источника, которую затем направляют в уловитель плазмы. Сущность изобретения заключается также в том, что в определенную область потока плазмы в магнитной ловушке направляют мощное электромагнитное излучение миллиметрового или субмиллиметрового диапазона длин волн в непрерывном режиме работы. В этой выбранной области пространства в условиях электронно-циклотронного резонанса осуществляют нагрев электронов плазмы. В выбранной области электронно-циклотронного резонанса частота электромагнитного излучения равна частоте вращения электронов в магнитном поле, что обеспечивает эффективную (на уровне 70-80%) резонансную передачу энергии электромагнитного излучения в энергию электронов плазмы (см., например, монографию «Электродинамика плазмы» под ред. А.И.Ахиезера, М., изд. «Наука», 1974 г. и цитированную там литературу), что существенно выше, чем в прототипе, и обеспечивает более высокую эффективность работы предлагаемого источника ЭУФ излучения по сравнению с прототипом.The authors of the developed invention to solve this problem propose to use, in contrast to the prototype, a narrowly directed continuous plasma stream containing metal ions (for example, tin ions to generate radiation with a wavelength of 13.5 nm, terbium or gadolinium ions to generate radiation with a wavelength of 6 , 7 nm) with transverse dimensions less than mm, which is injected into a magnetic trap, for example, a simple axisymmetric mirror cell along a magnetic field. In this case, the magnetic field provides transverse plasma confinement along the entire length of the source, which is then sent to the plasma trap. The invention also consists in the fact that powerful electromagnetic radiation of a millimeter or submillimeter wavelength range in a continuous mode of operation is directed to a specific region of the plasma flow in a magnetic trap. In this selected region of space under conditions of electron-cyclotron resonance, plasma electrons are heated. In the selected region of electron-cyclotron resonance, the frequency of electromagnetic radiation is equal to the frequency of rotation of electrons in a magnetic field, which provides an effective (at the level of 70-80%) resonant transfer of electromagnetic radiation energy to the energy of plasma electrons (see, for example, the monograph “Plasma Electrodynamics” under Edited by A.I. Akhiezer, M., publishing house "Science", 1974 and the literature cited there), which is significantly higher than in the prototype, and provides higher efficiency of the proposed source of EUV radiation by comparison the prototype.
В предлагаемом источнике ЭУФ излучения длина свободного пробега электронов при используемых параметрах плазмы превышает длину магнитной ловушки так, что по мере распространения потока плазмы (за время пролета плазмы вдоль магнитной ловушки) нагреваемые СВЧ излучением электроны плазмы производят дополнительную ее ионизацию, в результате образуются многозарядные ионы, линии излучения которых лежат в нужной (требуемой) спектральной области экстремального ультрафиолета. Необходимую степень ионизации обеспечивают за счет подбора параметра удержания nT (здесь n - плотность плазмы, Т - время нахождения ионов в магнитной ловушке, определяемое длиной ловушки и направленной скоростью движения ионов Т=L/v, длина магнитной ловушки ~1 см, скорость потока плазмы ~106 см/с), который поддерживают достаточно высоким (на уровне 109) (см., например, Geller R. Electron cyclotron resonance ion sources and ECR plasmas. Institute of Physics. Bristol. 1996), что осуществляют за счет увеличения плотности плазмы до 1014 см-3. Для поддержания температуры электронов на высоком уровне, достаточном для ионизации и возбуждения многозарядных ионов, используют, как уже отмечалось, мощное электромагнитное излучение миллиметрового или субмиллиметрового диапазона длин волн. Согласование электромагнитного излучения с плотной замагниченной плазмой осуществляют в условиях электронно-циклотронного резонанса (ЭЦР), причем ввод СВЧ излучения в область ЭЦР должен осуществляться под малым углом к магнитным силовым линиям со стороны сильного магнитного поля. Именно такие условия ввода при плотности плазмы меньше критической обеспечивают заметное поглощение плазмой электромагнитного излучения в первой зоне ЭЦР (см., например, монографию В.Л.Гинзбурга «Распространение электромагнитных волн в плазме», изд. «Физматгиз», М., 1960, и цитированную там литературу). Для поддержания плазмы с плотностью 1014 см-3 в разработанных способе и устройстве предлагается использовать электромагнитное излучение с частотой на уровне сотен гигагерц (миллиметровый или субмиллиметровый диапазон длин волн). Как установлено авторами, соответствующая циклотронному резонансу для этой частоты электромагнитного излучения напряженность магнитного поля в магнитной ловушке заведомо обеспечивает удержание плазмы в поперечном направлении в широком диапазоне параметров плазмы, т.е. обеспечивает локализацию плазмы вблизи оси магнитной ловушки. За счет подбора размеров элементов конструкции источника, мощности микроволнового нагрева, плотности плазмы обеспечивают требуемые для генерации ЭУФ излучения в заданном диапазоне (например, в диапазоне 13,5 нм ±1%) условия. Действительно, по мере движения ионов в магнитной ловушке повышается заряд ионов и соответственно спектр излучения плазмы смещается в область экстремального ультрафиолета. Таким образом, при определенных условиях можно обеспечить необходимый заряд ионов и соответственно максимум излучения плазмы в необходимом диапазоне ЭУФ на некотором расстоянии от начала магнитной ловушки. Причем поперечный размер излучающей в необходимом спектральном диапазоне области регулируют, изменяя размеры отверстий в инжекторе плазмы и на оси многослойного рентгеновского зеркала и поддерживая их на уровне долей миллиметра. По оценкам авторов продольный размер излучающей области, определяемый сечением возбуждения многозарядных ионов в плазме, при выбранных параметрах плазмы также может быть меньше миллиметра. Таким образом, обеспечивают размер излучающей экстремальный ультрафиолет области меньше миллиметра, т.е. получают почти точечный источник ЭУФ излучения. Формирование направленного ЭУФ излучения в предлагаемом источнике осуществляют с помощью традиционной рентгеновской оптики нормального падения на основе многослойных брегговских зеркал (с формой параболоида или эллипсоида вращения, или иной геометрической формы, в том числе состоящих из отдельных сегментов), обеспечивающих фильтрацию и формирование рентгеновского излучения (например, в виде параллельного или сходящегося в промежуточный фокус пучка рентгеновского излучения), причем конструкция разработанного устройства позволяет обеспечить достаточно большой телесный угол сбора ЭУФ излучения. За областью излучения - за фокальной областью рентгеновского зеркала располагают компактный уловитель (коллектор) плазмы, который обеспечивает поглощение потока плазмы и его утилизацию, кроме того, геометрические размеры и конструкции рентгеновского зеркала и уловителя плазмы обеспечивают перехват и утилизацию капель материала катода, образующихся в инжекторе. Таким образом, разработанная конструкция источника направленного ЭУФ излучения позволяет исключить или существенно уменьшить потоки плазмы, нейтральных капель и энергичных частиц (электронов и ионов) на рабочую поверхность рентгеновского зеркала и, как следствие, повысить ресурс работы разработанного источника ЭУФ излучения.In the proposed source of EUV radiation, the mean free path of electrons at the used plasma parameters exceeds the length of the magnetic trap so that as the plasma stream propagates (during the passage of the plasma along the magnetic trap), the plasma electrons heated by microwave radiation additionally ionize it, resulting in the formation of multiply charged ions, the emission lines of which lie in the desired (required) spectral region of the extreme ultraviolet. The required degree of ionization is ensured by selecting the confinement parameter nT (here n is the plasma density, T is the residence time of the ions in the magnetic trap, determined by the length of the trap and the directed ion velocity T = L / v, the length of the magnetic trap is ~ 1 cm, and the plasma flow velocity ~ 10 6 cm / s), which is maintained high enough (at the level of 10 9 ) (see, for example, Geller R. Electron cyclotron resonance ion sources and ECR plasmas. Institute of Physics. Bristol. 1996), which is carried out by increasing plasma density up to 10 14 cm -3 . To maintain the electron temperature at a high level sufficient for ionization and excitation of multiply charged ions, as already noted, powerful electromagnetic radiation of the millimeter or submillimeter wavelength range is used. The coordination of electromagnetic radiation with a dense magnetized plasma is carried out under conditions of electron-cyclotron resonance (ECR), and the introduction of microwave radiation into the ECR region should be carried out at a small angle to the magnetic field lines from the side of a strong magnetic field. It is these input conditions at a plasma density less than critical that provide a noticeable absorption of electromagnetic radiation by the plasma in the first ECR zone (see, for example, the monograph by V. L. Ginzburg “Propagation of electromagnetic waves in a plasma”, published by Fizmatgiz, Moscow, 1960, and the literature cited there). To maintain a plasma with a density of 10 14 cm -3 in the developed method and device it is proposed to use electromagnetic radiation with a frequency of hundreds gigahertz (millimeter or submillimeter wavelength range). As established by the authors, the magnetic field strength in a magnetic trap corresponding to the cyclotron resonance for this frequency of electromagnetic radiation obviously ensures plasma confinement in the transverse direction over a wide range of plasma parameters, i.e. provides localization of the plasma near the axis of the magnetic trap. By selecting the dimensions of the source structure, microwave heating power, and plasma density, the conditions required for the generation of EUV radiation are provided (for example, in the range of 13.5 nm ± 1%). Indeed, as ions move in a magnetic trap, the ion charge increases and, accordingly, the radiation spectrum of the plasma shifts to the region of extreme ultraviolet radiation. Thus, under certain conditions, it is possible to provide the necessary ion charge and, accordingly, the maximum radiation of the plasma in the required EUV range at a certain distance from the start of the magnetic trap. Moreover, the transverse size of the region emitting in the necessary spectral range is controlled by changing the size of the holes in the plasma injector and on the axis of the multilayer X-ray mirror and maintaining them at the level of fractions of a millimeter. According to the authors, the longitudinal size of the emitting region, which is determined by the excitation cross section of multiply charged ions in the plasma, can also be less than a millimeter for the selected plasma parameters. Thus, they ensure that the size of the region emitting extreme ultraviolet is less than a millimeter, i.e. receive an almost point source of EUV radiation. The formation of the directed EUV radiation in the proposed source is carried out using traditional x-ray optics of normal incidence based on multilayer Bragg mirrors (with the shape of a paraboloid or an ellipsoid of revolution, or other geometric shape, including those consisting of separate segments) that provide filtering and formation of x-ray radiation (for example , in the form of a parallel or convergent beam of x-ray radiation), and the design of the developed device allows careless sufficiently large solid angle collecting EUV radiation. Behind the radiation region - behind the focal region of the X-ray mirror, there is a compact plasma trap (collector), which provides absorption of the plasma stream and its disposal, in addition, the geometric dimensions and designs of the X-ray mirror and plasma trap ensure the interception and disposal of drops of cathode material formed in the injector. Thus, the developed design of the source of directed EUV radiation allows one to exclude or significantly reduce the flows of plasma, neutral droplets and energetic particles (electrons and ions) onto the working surface of the X-ray mirror and, as a result, increase the operating life of the developed source of EUV radiation.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого источника направленного ЭУФ излучения для проекционной литографии высокого разрешения в общем случае реализации в соответствии с п.2 формулы.Figure 1 presents a block diagram of the proposed source of directional EUV radiation for projection lithography high resolution in the General case, the implementation in accordance with
На фиг.2 представлена блок-схема предлагаемого источника направленного ЭУФ излучения для проекционной литографии высокого разрешения в первом частном случае реализации в соответствии с п.3 формулы.Figure 2 presents a block diagram of the proposed source of directional EUV radiation for projection lithography high resolution in the first particular case of implementation in accordance with
На фиг.3 представлена блок-схема предлагаемого источника направленного ЭУФ излучения для проекционной литографии высокого разрешения во втором частном случае реализации в соответствии с п.4 формулы.Figure 3 presents a block diagram of the proposed source of directional EUV radiation for projection lithography high resolution in the second particular case of implementation in accordance with paragraph 4 of the formula.
На фиг.4 представлена блок-схема предлагаемого источника направленного ЭУФ излучения для проекционной литографии высокого разрешения в третьем частном случае реализации в соответствии с п.5 формулы.Figure 4 presents a block diagram of the proposed source of directional EUV radiation for projection lithography high resolution in the third particular case of implementation in accordance with
Варианты осуществления изобретенияEmbodiments of the invention
Источник направленного ЭУФ излучения для проекционной литографии высокого разрешения в общем случае реализации, представленный на фиг.1, содержит инжектор 1 с катодом 2 узконаправленного потока плазмы 3 в магнитную ловушку 4, на выходе которой установлено рентгеновское зеркало 11, развернутое рабочей стороной в сторону от инжектора 1. Отверстие 16 на оси симметрии зеркала 11 ограничивает поперечный размер потока плазмы 3. За фокальной областью 12 рентгеновского зеркала 11 расположен компактный уловитель плазмы 15, обеспечивающий поглощение потока плазмы 3. Распределение силовых линий 5 магнитного поля магнитной ловушки 4, размеры уловителя плазмы 15 и отверстия 16 на оси рентгеновского зеркала 11 подобраны таким образом, чтобы обеспечить изоляцию элементов рентгеновской оптики (прежде всего рабочей стороны рентгеновского зеркала 11) от потоков заряженных и нейтральных частиц. Генератор 6 электромагнитного излучения 7 миллиметрового или субмиллиметрового диапазона длин волн для нагрева электронов потока плазмы 3 снабжен вогнутыми зеркалами 8, направляющими электромагнитное излучение 7 со стороны инжектора 1 на поток плазмы 3 в магнитной ловушке 4 в область электронно-циклотронного резонанса 9.The source of directed EUV radiation for high-resolution projection lithography in the general implementation case, shown in FIG. 1, comprises an injector 1 with a
Инжектор 1 плазмы может быть выполнен, например, на основе вакуумно-дугового разряда с катодом 2 из олова. Магнитная ловушка 4 может быть выполнена, например, в виде простого осесимметричного пробкотрона, формируемого двумя катушками, распределение силовых линий 5 магнитного поля которого показано на фиг.1, при этом инжектор 1 плазмы установлен в начале магнитной ловушки 4 в области максимальной напряженности магнитного поля.The plasma injector 1 can be performed, for example, on the basis of a vacuum arc discharge with a
Для формирования в фокусе 12 рентгеновского зеркала 11 плазмы с ограниченными поперечными размерами отверстие 16 на оси рентгеновского зеркала выполнено с диаметром 0,1-0,3 мм. В качестве генератора 6 мощного электромагнитного излучения миллиметрового или субмиллиметрового диапазона длин волн может быть использован, например, гиротрон. Осесимметричное рентгеновское зеркало 11 может быть выполнено в виде многослойного резонансного зеркала брэгговского типа нормального падения с формой параболоида или эллипсоида вращения, или другой формы, с отверстием 16 на оси симметрии. Длина магнитной ловушки 4 и положение рентгеновского зеркала 11 выбраны таким образом, чтобы оптимальный заряд ионов и соответственно максимум излучения плазмы в диапазоне, например 13,5 нм (Δλ=±1%), располагался в фокусе 12 зеркала 11. Рентгеновское зеркало 11 обеспечивает спектральную фильтрацию и формирование направленного ЭУФ излучения в виде параллельного или сходящегося в промежуточный фокус пучка. Причем размеры и расположение упомянутых элементов источника обеспечивают большой телесный угол сбора 14 экстремального ультрафиолетового излучения - до 6 стерадиан.In order to form a plasma with limited transverse dimensions at the
Источник направленного ЭУФ излучения для проекционной литографии высокого разрешения в первом частном случае реализации в соответствии с п.3 формулы представлен на фиг.2. По сравнению с источником на фиг.1 он дополнен ограничивающей диафрагмой 10, уменьшающей поперечный размер потока плазмы 3. Ограничивающая диафрагма 10 установлена на выходе магнитной ловушки 4 перед рентгеновским зеркалом 11.A source of directional EUV radiation for projection lithography of high resolution in the first particular case of implementation in accordance with
Источник направленного ЭУФ излучения во втором частном случае реализации в соответствии с п.4 формулы представлен на фиг.3. По сравнению с источником на фиг.2 он дополнен входной диафрагмой 17, расположенной на входе магнитной ловушки 4 и образующей совместно с ограничивающей диафрагмой 10 многомодовый резонатор, использование которого обеспечивает многопроходовое поглощение электромагнитного излучения 7 в области электронно-циклотронного резонанса 9.The source of the directed EUV radiation in the second particular case of implementation in accordance with paragraph 4 of the formula is presented in figure 3. Compared to the source in FIG. 2, it is supplemented with an
Источник направленного ЭУФ излучения в третьем частном случае реализации в соответствии с п.5 формулы представлен на фиг.4. По сравнению с конструкцией на фиг.3 в данной конструкции в качестве ограничивающей диафрагмы, служащей стенкой резонатора, использовано многослойное рентгеновское зеркало 11, обратная сторона которого изготовлена таким образом, что может служить стенкой резонатора, а отверстие 16 на оси симметрии зеркала 11 ограничивает поперечный размер потока плазмы 3.The source of the directed EUV radiation in the third particular case of implementation in accordance with
Разработанный способ направленного ЭУФ излучения для проекционной литографии высокого разрешения с помощью разработанного источника направленного ЭУФ излучения по п.2 формулы реализуют следующим образом (см. фиг.1).The developed method of directional EUV radiation for projection lithography of high resolution using the developed source of directional EUV radiation according to
С помощью стороннего инжектора 1 плазмы предварительно формируют узконаправленный (поперечные размеры плазмы меньше миллиметра) поток плазмы 3, содержащей, например, ионы олова, который инжектируют в магнитную ловушку 4, магнитное поле 5 которой обеспечивает поперечное удержание плазмы 3 вдоль оси магнитной ловушки по всей ее длине. После чего на поток плазмы 3 в магнитной ловушке 4 направляют мощное электромагнитное излучение 7 миллиметрового или субмиллиметрового диапазона в непрерывном режиме от генератора 6, при этом с помощью вогнутых зеркал 8 излучение 7 направляют в плазму под малыми углами к линиям 5 магнитного поля со стороны инжектора 1 в область электронно-циклотронного резонанса 9, обеспечивая тем самым эффективный нагрев электронов потока плазмы 3. Эти высокоэнергичные электроны, в свою очередь, производят дополнительную ионизацию плазмы, в результате чего образуются многозарядные ионы, например многозарядные ионы олова. По мере движения ионов плазмы 3 вдоль оси магнитной ловушки 4 повышается заряд ионов и соответственно спектр излучения плазмы смещается в нужную область экстремального ультрафиолета. Поскольку длина магнитной ловушки 4 и соответственно месторасположение рентгеновского зеркала 11 подобраны таким образом, чтобы максимум излучения плазмы 3 в требуемом диапазоне ЭУФ приходился на то место, где расположен фокус 12 рабочей стороны рентгеновского зеркала 11 с отверстием 16 на оси, то с помощью зеркала 11 эффективно формируют направленное ЭУФ излучение 13 требуемого диапазона длин волн. Поперечный размер излучающей в необходимом спектральном диапазоне области плазмы 3 регулируют, изменяя размер выходного отверстия в инжекторе 1 плазмы и отверстия 16 на оси рентгеновского зеркала 11. С помощью уловителя 15 плазмы, расположенного за фокальной областью 12 рентгеновского зеркала 11, обеспечивают поглощение потока плазмы 3 и его утилизацию, кроме того, за счет выбора геометрических размеров, конструкции и расположения рентгеновского зеркала 11 и уловителя 15 плазмы обеспечивают перехват и утилизацию капель материала катода 2, образующихся в инжекторе 1. Таким образом, разработанные способ получения направленного ЭУФ излучения и конструкция источника направленного ЭУФ излучения позволяют исключить или существенно уменьшить потоки плазмы, нейтральных капель и энергичных частиц (электронов и ионов) на рабочую поверхность рентгеновского зеркала, то есть позволяют решить поставленную задачу.Using a third-party plasma injector 1, a narrowly directed plasma transverse dimension less than a millimeter is preliminarily formed, which contains, for example, tin ions, which are injected into a magnetic trap 4, whose
Особенностью реализации разработанного способа получения направленного ЭУФ излучения с помощью разработанного источника направленного ЭУФ излучения по п.3 формулы является использование ограничивающей диафрагмы 10, уменьшающей поперечный размер плазмы и расположенной на выходе магнитной ловушки 4 перед рентгеновским зеркалом 11 (см. фиг.2). Ограничивающая диафрагма 10 ограничивает поперечные размеры плазмы до 0,1-0,3 мм и преграждает путь каплям металла, вылетевшим из катода 2 вакуумно-дугового инжектора 1, защищая тем самым дорогостоящую рентгеновскую оптику.A feature of the implementation of the developed method for producing directed EUV radiation using the developed source of directed EUV radiation according to
Особенностью реализации разработанного способа получения направленного ЭУФ излучения с помощью разработанного источника направленного ЭУФ излучения по п.4 формулы является использование входной диафрагмы 17 (см. фиг.3), расположенной на входе магнитной ловушки 4 и образующей совместно с ограничивающей диафрагмой 10 многомодовый резонатор. Использование многомодового резонатора из диафрагм 10 и 17 обеспечивает многопроходовое поглощение электромагнитного излучения 7 миллиметрового или субмиллиметрового диапазона длин волн в области электронно-циклотронного резонанса 9, что позволяет улучшить согласование микроволнового излучения с плазмой 3 и повысить тем самым полный кпд источника направленного ЭУФ излучения.A feature of the implementation of the developed method for producing directional EUV radiation using the developed source of directional EUV radiation according to claim 4 is the use of an input diaphragm 17 (see Fig. 3) located at the input of the magnetic trap 4 and forming a multimode resonator together with the limiting
Особенностью реализации разработанного способа получения направленного ЭУФ излучения с помощью разработанного источника направленного ЭУФ излучения по п.5 формулы является использование в качестве ограничивающей диафрагмы, служащей стенкой резонатора, рентгеновского зеркала 11, обратная сторона которого изготовлена таким образом, что может служить стенкой резонатора, а отверстие 16 на оси симметрии зеркала 11 ограничивает поперечный размер потока плазмы. Такая конструкция удешевляет изготовление источника ЭУФ излучения.A feature of the implementation of the developed method for producing directed EUV radiation using the developed source of directed EUV radiation according to
Таким образом, отличительной особенностью разработанного изобретения по сравнению с прототипом и аналогами является использование для создания и нагрева плазмы 3 двух различных устройств: инжектора 1 узконаправленного потока плазмы и генератора 6 электромагнитного излучения миллиметрового или субмиллиметрового диапазона длин волн, что позволяет обеспечить пространственное разделение области нагрева (область электронно-циклотронного резонанса 9) электронов плазмы и области плазмы, где происходит излучение экстремального ультрафиолетового излучения (это область, где за счет дополнительной ионизации образовались ионы со степенью ионизации, необходимой для излучения экстремального ультрафиолета), что, в свою очередь, позволяет, как уже отмечалось выше, за счет использования магнитной изоляции, отверстия, уменьшающего поперечный размер плазмы, и уловителя плазмы обеспечить защиту рентгеновской оптики (в том числе рабочей стороны рентгеновского зеркала) от потоков плазмы, нейтральных капель и энергичных частиц и тем самым повысить ресурс работы источника направленного ЭУФ излучения.Thus, a distinctive feature of the developed invention in comparison with the prototype and analogues is the use of two different devices for creating and heating plasma 3: injector 1 of a narrowly directed plasma stream and
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012131070/07A RU2523445C2 (en) | 2012-07-19 | 2012-07-19 | Method of generating directed extreme ultraviolet (euv) radiation for high-resolution projection lithography and directed euv source for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012131070/07A RU2523445C2 (en) | 2012-07-19 | 2012-07-19 | Method of generating directed extreme ultraviolet (euv) radiation for high-resolution projection lithography and directed euv source for realising said method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012131070A RU2012131070A (en) | 2014-01-27 |
| RU2523445C2 true RU2523445C2 (en) | 2014-07-20 |
Family
ID=49956942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012131070/07A RU2523445C2 (en) | 2012-07-19 | 2012-07-19 | Method of generating directed extreme ultraviolet (euv) radiation for high-resolution projection lithography and directed euv source for realising said method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2523445C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2808771C1 (en) * | 2023-06-23 | 2023-12-05 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук" (ИПФ РАН) | POWERFUL SOURCE OF TARGETED EXTREME ULTRAVIOLET RADIATION WITH WAVELENGTH OF 9-12 nm FOR HIGH-RESOLUTION PROJECTION LITHOGRAPHY |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7067832B2 (en) * | 2002-04-05 | 2006-06-27 | Gigaphoton, Inc. | Extreme ultraviolet light source |
| RU2278743C1 (en) * | 2004-12-28 | 2006-06-27 | ГНУ "Всероссийский научно-исследовательский институт крахмалопродуктов" | Centrifugal disk sprayer with hydrodynamic and hydrostatic spraying |
| RU2365068C1 (en) * | 2008-03-26 | 2009-08-20 | Владимир Михайлович Борисов | Method of reception of short-wave radiation from vacuum discharge plasma |
-
2012
- 2012-07-19 RU RU2012131070/07A patent/RU2523445C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7067832B2 (en) * | 2002-04-05 | 2006-06-27 | Gigaphoton, Inc. | Extreme ultraviolet light source |
| RU2278743C1 (en) * | 2004-12-28 | 2006-06-27 | ГНУ "Всероссийский научно-исследовательский институт крахмалопродуктов" | Centrifugal disk sprayer with hydrodynamic and hydrostatic spraying |
| RU2365068C1 (en) * | 2008-03-26 | 2009-08-20 | Владимир Михайлович Борисов | Method of reception of short-wave radiation from vacuum discharge plasma |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2808771C1 (en) * | 2023-06-23 | 2023-12-05 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук" (ИПФ РАН) | POWERFUL SOURCE OF TARGETED EXTREME ULTRAVIOLET RADIATION WITH WAVELENGTH OF 9-12 nm FOR HIGH-RESOLUTION PROJECTION LITHOGRAPHY |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012131070A (en) | 2014-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5448775B2 (en) | Extreme ultraviolet light source device | |
| JP4937643B2 (en) | Extreme ultraviolet light source device | |
| JP5454881B2 (en) | Extreme ultraviolet light source device and method for generating extreme ultraviolet light | |
| US8907567B2 (en) | Plasma light source and plasma light generation method | |
| Ter-Avetisyan et al. | Quasimonoenergetic deuteron bursts produced by ultraintense laser pulses | |
| US6421421B1 (en) | Extreme ultraviolet based on colliding neutral beams | |
| JPH10319195A (en) | Plasma focus high-energy photon source | |
| CN110232982A (en) | Target for EUV light source | |
| TWI412300B (en) | Method and device for generating in particular euv radiation and/or soft x-ray radiation | |
| US20110089834A1 (en) | Z-pinch plasma generator and plasma target | |
| Okada et al. | Energetic proton acceleration and bunch generation by ultraintense laser pulses on the surface of thin plasma targets | |
| RU2523445C2 (en) | Method of generating directed extreme ultraviolet (euv) radiation for high-resolution projection lithography and directed euv source for realising said method | |
| JP2010205651A (en) | Plasma generation method, and extreme ultraviolet light source device using the same | |
| RU2674256C1 (en) | Target for carrying out a nuclear fusion reaction and a method for the use thereof | |
| RU2707272C1 (en) | Powerful neutron source using a nuclear synthesis reaction, which proceeds during bombardment of a neutron-forming gas target by accelerated deuterium ions | |
| RU2633726C1 (en) | DEVICE FOR RECEIVING DIRECTIONAL EXTREME ULTRAVIOLET RADIATION WITH WAVELENGTH OF 11,2 nm ±1% FOR HIGH-RESOLUTION PROJECTIVE LITHOGRAPHY | |
| RU168754U1 (en) | Device for compressing the space of interaction between charged particle beams and electromagnetic radiation | |
| Balakin et al. | Controlling directivity pattern and intensity of THz radiation during its generation in a gas-clatter jet | |
| Gus’ kov et al. | Influence of angles of incidence of laser radiation on the generation of fast ions | |
| KR101628168B1 (en) | Laser induced neutron generator with a tubular type target | |
| Kuzovnikov et al. | Electron kinetics in a discharge plasma produced by a focused microwave beam in free space | |
| Murphy et al. | Hydrodynamic explosion of xenon clusters driven by intense XUV light from high harmonic generation | |
| Dorchies et al. | Multi-keV picosecond x-ray source development from ultra-intense kHz laser-cluster interaction | |
| Sakai et al. | Dynamics of the spectral behaviour of an ultrashort laser pulse in an argon-gas-filled capillary discharge-preformed plasma channel | |
| DONALDUMSTADTER et al. | SOURCE |