DE102009047712A1

DE102009047712A1 - EUV-Lichtquelle für eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102009047712A1
Application number: DE102009047712A
Authority: DE
Inventors: Damian Fiolka
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2011-06-16
Also published as: WO2011069881A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine EUV-Lichtquelle für eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Eine EUV-Lichtquelle weist eine Strahlungsquelleneinheit (105), wenigstens eine Targetquelle (135) zur Zuführung von Targetmaterial (132) in den Strahlengang der Strahlungsquelleneinheit (105) derart, dass dieses Targetmaterial an wenigstens einer Plasmazündungsposition (130) durch von der Strahlungsquelleneinheit (105) erzeugte Strahlung (106) in einen Plasmazustand unter Emission von EUV-Strahlung (138) anregbar ist, einen einen Kollektorspiegel (110) ausbildenden primären Spiegel, welcher vom Targetmaterial (132) emittierte EUV-Strahlung (138) wenigstens teilweise derart reflektiert, dass die reflektierte EUV-Strahlung (138) in die Beleuchtungseinrichtung eintritt, und einen sekundären Spiegel (120), welcher ein von der Strahlungsquelleneinheit (105) erzeugtes Strahlenbündel (106) reflektiert und auf die Plasmazündungsposition (130) fokussiert, auf, wobei das am sekundären Spiegel (120) reflektierte Strahlenbündel nach der Reflexion an dem sekundären Spiegel (120) eine numerische Apertur aufweist, die größer ist als die numerische Apertur dieses Strahlenbündels vor der Reflexion am sekundären Spiegel (120).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine EUV-Lichtquelle für eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Stand der Technik
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z. B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d. h. bei Wellenlängen von z. B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet. Die Erzeugung des EUV-Lichtes erfolgt mittels einer auf eine Plasma-Anregung basierenden EUV-Lichtquelle, zu der 3 einen beispielhaften herkömmlichen Aufbau zeigt.
Diese EUV-Lichtquelle weist zunächst einen CO₂-Laser (in 3 nicht dargestellt) zur Erzeugung von Infrarotstrahlung 306 mit einer Wellenlänge von λ≈ 10.6 μm auf, welche über eine Fokussieroptik (in 3 nicht dargestellt) fokussiert wird, durch eine in einem als Ellipsoid ausgebildeten Kollektorspiegel 310 vorhandene Öffnung 311 hindurch tritt und auf ein mittels einer Targetquelle 335 erzeugtes und einer Plasmazündungsposition 330 zugeführtes Targetmaterial 332 (im Beispiel Zinntröpfchen) gelenkt wird.
Die Infrarotstrahlung 306 heizt das in der Plasmazündungsposition 330 befindliche Targetmaterial 332 derart auf, dass dieses in einen Plasmazustand übergeht und EUV-Strahlung abgibt. Der von der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage genutzte Spektralbereich kann beispielsweise λ≈ 13.6 ± 0.5 nm betragen. Diese EUV-Strahlung wird über den Kollektorspiegel 310 auf einen Zwischenfokus IF (= ”Intermediate Focus”) fokussiert und tritt durch diesen Zwischenfokus IF in eine nachfolgende Beleuchtungseinrichtung ein, deren Umrandung 340 lediglich angedeutet ist und die für den Lichteintritt eine freie Öffnung 341 aufweist. Eine Lichtfalle 320 dient zur Verhinderung des direkten (d. h. ohne vorherige Reflexion am Kollektorspiegel 310 erfolgenden) Durchtritts der Infrarotstrahlung 306 in die Beleuchtungseinrichtung.
Dabei tritt nun das Problem auf, dass die auf das Targetmaterial 332 (im Beispiel Zinntröpfchen) auftreffende Infrarotstrahlung 306 von diesem teilweise reflektiert wird. Diese Reflexion tritt bereits im „kalten” Zustand (d. h. vor Übergang in den Plasmazustand) auf, wobei der Reflexionsgrad beim Übergang in den Plasmazustand noch zunimmt. In der schematischen Darstellung von 4 ist der Anteil der vom Targetmaterial 332 in der Plasmazündungsposition 330 reflektierten Infrarotstrahlung mit „307” bezeichnet. Wie ebenfalls schematisch angedeutet, dringt außerdem ein Teil der auf das Targetmaterial 332 auftreffenden Infrarotstrahlung in das Targetmaterial 332 ein. Die vom Targetmaterial 332 emittierte Strahlung ist mit „308” bezeichnet und umfasst neben der Infrarotstrahlung sowie der erwünschten EUV-Strahlung auch weitere Wellenlängen z. B. im VUV-Bereich (ca. 100 nm).
Wie nun aus 4 in Verbindung mit 3 ersichtlich, reflektiert das Targetmaterial 332 die Infrarotstrahlung 306 an seiner Oberfläche gerade in diejenige Richtung, in welcher im Aufbau von 3 der Kollektorspiegel 310 angeordnet ist. Durch den Kollektorspiegel 310 wird nun, neben der gewünschten EUV-Strahlung, auch die vom in der Plasmazündungsposition 330 befindlichen Targetmaterial 332 reflektierte Infrarotstrahlung (in 4 mit „307” bezeichnet) gesammelt und in dem Zwischenfokus (IF) zusammengeführt, von dem aus die Infrarotstrahlung ebenfalls in die nachfolgende Beleuchtungseinrichtung eintritt.
Der Eintritt dieser Infrarotstrahlung in die Beleuchtungseinrichtung führt nun in der Praxis zu dem Problem, dass aufgrund der hohen Laserleistungen, welche u. a. wegen der begrenzten Konversionseffizienz des Targetmaterials 332 bzw. Plasmatröpfchens benötigt werden (größenordnungsmäßig werden z. B. etwa 1–10 der insgesamt eingesetzten Laserleistung zum Aufheizen verwendet) die durch die Infrarotstrahlung erzeugte Leistung im Zwischenfokus IF hoch (z. B. im Bereich von 4.000 Watt) ist und zum einen signifikante Wärmebelastungen und gegebenenfalls Verformungen der optischen Elemente und somit das Erfordernis einer entsprechend effektiven Wärmeabführung durch Kühlvorrichtungen zur Folge haben kann. Zum anderen wird über die EUV-Spiegel zusätzlich zu dem eigentlichen EUV-Beleuchtungslicht auch die Infrarotstrahlung zu dem mit dem Photoresist beschichteten Wafer gelenkt, wo die Infrarotstrahlung zu einem Aufheizen des Photoresists und damit zu einem störenden Untergrund bis hin zu einer Zerstörung des Photoresists führen kann.
Aus WO 2004/092693 A2 ist u. a. eine EUV-Lichtquelle bekannt, in welcher gemäß einer Ausführungsform zusätzlich zu einem elliptischen Kollektorspiegel ein sekundärer Spiegel vorgesehen ist, welcher auf ein an der für das Zünden des Plasmas vorgesehenen Position befindliches Target-Tröpfchen fokussierte Lichtstrahlen, die von dem Target-Tröpfchen in einer vom elliptischen Kollektorspiegel abgewandten Richtung emittiert werden, zurück durch den Fokus des elliptischen Kollektorspiegels auf den elliptischen Kollektorspiegel reflektiert, von wo aus diese Lichtstrahlen ebenfalls auf den Zwischenfokus (IF) gelenkt werden:
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine EUV-Lichtquelle für eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, welche eine Reduzierung der Belastung der Beleuchtungseinrichtung mit Strahlung einer unerwünschten Wellenlänge ermöglicht.
Eine erfindungsgemäße EUV-Lichtquelle für eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage weist auf:

– eine Strahlungsquelleneinheit,
– wenigstens eine Targetquelle zur Zuführung von Targetmaterial in den Strahlengang der Strahlungsquelleneinheit derart, dass dieses Targetmaterial an wenigstens einer Plasmazündungsposition durch von der Strahlungsquelleneinheit erzeugte Strahlung in einen Plasmazustand unter Emission von EUV-Strahlung anregbar ist;
– einen einen Kollektorspiegel ausbildenden primären Spiegel, welcher vom Targetmaterial emittierte EUV-Strahlung wenigstens teilweise derart reflektiert, dass die reflektierte EUV-Strahlung in die Beleuchtungseinrichtung eintritt; und
– einen sekundären Spiegel, welcher ein von der Strahlungsquelleneinheit erzeugtes Strahlenbündel reflektiert und auf die Plasmazündungsposition fokussiert;
– wobei das am sekundären Spiegel reflektierte Strahlenbündel nach Reflexion an dem sekundären Spiegel eine numerische Apertur aufweist, die größer ist als die numerische Apertur dieses Strahlenbündels vor Reflexion am sekundären Spiegel.

Dabei ist die numerische Apertur des Strahlenbündels in üblicher Weise definiert als NA = n·sin(θ) (d. h. als das Produkt aus der Brechzahl des optischen. Mediums und dem Sinus des Öffnungswinkels), entspricht also unter Vakuumbedingungen dem Sinus des Öffnungswinkels des Strahlenbündels.
Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, die von der Strahlungsquelleneinheit erzeugte und zur Plasma-Anregung verwendete Strahlung auf dem Weg zur Plasmazündungsposition zunächst nicht – oder zumindest nicht signifikant – zu fokussieren, sondern als im Wesentlichen nicht fokussiertes, paralleles Strahlenbündel zumindest überwiegend an einem in der Plasmazündungsposition befindlichen Targetmaterial vorbei zu lenken, mit der Folge, dass eine Fokussierung auf das in der Plasmazündungsposition befindliche Targetmaterial erst nach Reflexion an dem weiteren, sekundären Spiegel auftritt.
Mit anderen Worten dient der gemäß der Erfindung eingesetzte sekundäre Spiegel nicht etwa zur Reflexion von bereits von einem in der Plasmazündungsposition befindlichen Targetmaterial emittierter(Sekundär-)Strahlung, sondern vielmehr zur Reflexion der Primärstrahlung, die noch gar nicht auf die Plasmazündungsposition fokussiert wurde, sondern das in der Plasmazündungsposition befindliche Targetmaterial unbeeinflusst passiert hat.
Die in solcher Weise nach Reflexion an dem sekundären Spiegel auf die Plasmazündungsposition fokussierte Strahlung trifft demzufolge auf das in der Plasmazündungsposition befindliche Targetmaterial im Vergleich zu dem eingangs beschriebenen herkömmlichen Aufbau von einer anderen, insbesondere entgegengesetzten Richtung auf und wird an dem Targetmaterial somit auch – soweit sie nicht absorbiert und in EUV-Strahlung umgewandelt wird – wiederum in anderer Richtung reflektiert, und zwar in solcher Weise, dass sie jedenfalls weit überwiegend nicht mehr auf den (primären) Kollektorspiegel treffen und von diesem fokussiert über den Zwischenfokus in die Beleuchtungseinrichtung gelangen kann.
Mit anderen Worten dient das erfindungsgemäße Prinzip, die von der Strahlungsquelleneinheit erzeugte Infrarotstrahlung erst von einem sekundären Spiegel aus auf das in der Plasmazündungsposition befindliche Targetmaterial zu fokussieren, dazu, das in der Plasmazündungsposition befindliche Targetmaterial von einer im Vergleich zur herkömmlichen Anordnung von 3 entgegengesetzten Seite aus aufzuheizen. Infolgedessen verläuft der Strahlengang etwaiger, nach Fokussierung durch den sekundären Spiegel noch am Targetmaterial in der Plasmazündungsposition reflektierter Strahlung überwiegend so, dass diese am Targetmaterial reflektierte Strahlung überhaupt nicht mehr auf den Kollektorspiegel trifft und demzufolge erst gar nicht vom Kollektorspiegel gesammelt und in die Beleuchtungseinrichtung eingespeist werden kann.
Gemäß einem weiteren Ansatz betrifft die Erfindung eine EUV-Lichtquelle für eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit

– einer Strahlungsquelleneinheit;
– wenigstens einer Targetquelle zur Zuführung von Targetmaterial in den Strahlengang der Strahlungsquelleneinheit derart, dass dieses Targetmaterial an wenigstens einer Plasmazündungsposition durch von der Strahlungsquelleneinheit erzeugte Strahlung in einen Plasmazustand unter Emission von EUV-Strahlung anregbar ist;
– einem einen Kollektorspiegel ausbildenden primären Spiegel, welcher vom Targetmaterial emittierte EUV-Strahlung wenigstens teilweise derart reflektiert, dass die reflektierte EUV-Strahlung in die Beleuchtungseinrichtung eintritt; und
– einem sekundären Spiegel, welcher ein von der Strahlungsquelleneinheit erzeugtes Strahlenbündel reflektiert und auf die Plasmazündungsposition fokussiert;
– wobei der Strahlengang dieses Strahlenbündels so verläuft, dass eine Fokussierung auf das in der Plasmazündungsposition befindliche Targetmaterial erst infolge der Reflexion an dem sekundären Spiegel erfolgt.

Gemäß einer Ausführungsform ist der sekundäre Spiegel ein Ellipsoidspiegel. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, sondern es kann je nach der speziellen Anordnung auch ein anderer Spiegel eingesetzt werden. Insbesondere kann gemäß einer Ausführungsform als sekundärer Spiegel auch ein Planspiegel verwendet werden, in welchem Falle das von der Strahlungsquelleneinheit erzeugte Strahlenbündel zunächst bzw. vor Reflexion am sekundären Spiegel nur leicht fokussiert sein muss, wobei der sekundäre Spiegel lediglich noch eine Umlenkung vornimmt, ohne zusätzliche Brechkraft einzuführen.
Was die in der Beleuchtungseinrichtung wie eingangs erläutert unerwünschte Infrarotstrahlung betrifft, so kann infolge der erfindungsgemäßen Anordnung im Idealfall nur noch solche Infrarotstrahlung vom in der Plasmazündungsposition befindlichen Targetmaterial auf den Kollektorspiegel gelangen, welche von den Targetmaterial emittiert wird. Insoweit macht sich die Erfindung aber weiter die Erkenntnis zunutze, dass der vom im Plasmazustand befindlichen Targetmaterial im Infrarotbereich emittierte Strahlungsanteil verhältnismäßig gering im Vergleich zu dem durch das Plasmatröpfchen direkt reflektierten Anteil im Infrarotbereich ist.
Der geringe Anteil des vom Targetmaterial im Infrarotbereich emittierten Strahlungsanteil im Verhältnis zu dem durch das Targetmaterial direkt reflektierten Anteil im Infrarotbereich beruht zum einen auf der begrenzten Konversionseffizienz des im Plasmazustand befindlichen Targetmaterials, die dazu führt, dass nur ein vergleichsweise geringer Strahlungsanteil in Plasma-Wärme umgewandelt wird. Eine weitere Ursache bzw. Abschwächung des emittierten Strahlungsanteils resultiert aus der spektralen Verteilung: Das im Plasmazustand befindliche Targetmaterial stellt gewissermaßen einen schwarzen Strahler dar, welcher eine Vielzahl von Wellenlängen eines Wellenlängenspektrums emittiert, das beispielsweise außer Infrarotstrahlung auch Wellenlängen im VUV-Bereich (von ca. 100 nm) umfasst, so dass sich die Gesamtenergie der emittierten Strahlung dementsprechend auf diese Wellenlängen verteilt.
Aus den vorstehenden Gründen ist der Anteil an hinsichtlich der Beeinträchtigung des Lithographieprozesses wie eingangs erläutert besonders problematischer Infrarotstrahlung in dem vor dem Plasmatröpfchen emittierten (und somit z. T. doch zum Kollektor gelangenden) Strahlungsanteil wesentlich geringer als in dem (vollständig im Infrarotbereich bzw. bei der Wellenlänge des auf das Plasmatröpfchen treffenden Lichts) liegenden reflektierten Strahlungsanteil.
Gemäß der Erfindung wird somit eine unerwünschte Einspeisung von Laserstrahlung, die zur Anregung des Plasmas in der EUV-Lichtquelle dient, in die Beleuchtungseinrichtung reduziert oder sogar vollständig vermieden. Infolgedessen wird in der Beleuchtungseinrichtung auch kein Filter für die Wellenlänge der zur Plasma-Anregung dienenden Strahlung benötigt, wodurch der konstruktive Aufwand und die Kosten der Beleuchtungseinrichtung reduziert werden können. Insoweit aber noch weiterhin ein Filter für die zur Plasma-Anregung dienende Wellenlänge (also im vorstehenden Beispiel λ≈ 10.6 μm) eingesetzt werden sollte, um etwaige doch noch vom Targetmaterial zum Kollektorspiegel gelangende Reststrahlung dieser Wellenlänge (etwa wie vorstehend erläutert infolge von Emission solcher Strahlung durch das Targetmaterial) in der Beleuchtungseinrichtung herauszufiltern, so kann ein solches Wellenlängenfilter jedenfalls eine geringere Leistungsdichte aufweisen.
Gemäß einem weiteren Ansatz betrifft die Erfindung somit auch eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei die Beleuchtungseinrichtung zum Betrieb mit EUV-Strahlung ausgelegt ist, welche durch Anregung von Targetmaterial in einen Plasmazustand mit von einer Strahlungsquelleneinheit erzeugter Strahlung erzeugt wird, wobei die Beleuchtungseinrichtung für die Wellenlänge der von der Strahlungsquelleneinheit erzeugten Strahlung keinen Filter aufweist.
Etwaige weitere, nicht im Infrarotbereich liegende Wellenlängen in dem vom Targetmaterial emittierten Strahlungsanteil können zwar ebenfalls gegebenenfalls zum Kollektorspiegel gelangen, sind jedoch weniger problematisch als die Infrarotstrahlung, da hierfür geeignete Filtervorrichtungen bzw. Kompensationsmethoden (z. B. in Form von AR-Schichten) zur Verfügung stehen.
Gemäß einer Ausführungsform wird die vom Targetmaterial emittierte EUV-Strahlung von dem Kollektorspiegel wenigstens teilweise auf einen Zwischenfokus fokussiert, wobei der sekundäre Spiegel geometrisch zwischen der Plasmazündungsposition und dem Zwischenfokus angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Strahlungsquelleneinheit eine Infrarotstrahlungsquelle, insbesondere einen CO₂-Laser, auf.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Targetquelle zur Zuführung von Targetmaterial in Tröpfchenform, insbesondere zur Zuführung von Zinn-Tröpfchen, in den Strahlengang der Strahlungsquelleneinheit ausgelegt.
Gemäß einer Ausführungsform weist ein Target-Tröpfchen des Targetmaterials in der Zündungsposition einen Durchmesser aufweist, welcher weniger als 1/100, insbesondere weniger als 1/120, weiter insbesondere weniger als 1/150, des Durchmessers eines von der Strahlungsquelleneinheit unmittelbar auf die Plasmazündungsposition treffenden Strahlenbündels ist. Aus diese Weise ist gewährleistet, dass ein signifikanter bzw. weitaus überwiegender Anteil des von der Strahlungsquelleneinheit unmittelbar (d. h. ohne vorherige Reflexion) auf die Plasmazündungsposition treffenden Strahlenbündels das dort befindliche Target-Tröpfchen im Wesentlichen ungehindert passiert, so dass dieser Strahlungsanteil erst an dem sekundären Spiegel reflektiert wird.
Gemäß einer Ausführungsform weist der sekundäre Spiegel eine Kühlung auf, um insbesondere den durch auftreffende Infrarotstrahlung erzeugten Wärmeabtrag effektiv abzuführen.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Kollektorspiegel auf seiner reflektierenden Fläche eine absorbierende Beschichtung und/oder eine beugende Struktur auf, um insbesondere Strahlungsanteile im VUV- und DUV-Bereich zu reduzieren, welche auch in dem erfindungsgemäßen Aufbau nach wie vor von dem in den Plasmazustand angeregten Targetmaterial emittiert werden und über Fokussierung an dem Kollektorspiegel bis zu dem Zwischenfokus und in die Beleuchtungseinrichtung gelangen können.
Die absorbierende Beschichtung bzw. die beugende Struktur können insbesondere zur Absorption von Strahlung ausgelegt sein, deren Wellenlänge mehr als 150 nm, insbesondere mehr als 100 nm, beträgt.
Gemäß weiterer Ausführungsformen werden Maßnahmen getroffen, um zu verhindern, dass die von der Strahlungsquelleneinheit her kommende Strahlung direkt auf das Targetmaterial auftrifft, um Reflexe an dem Targetmaterial, die dann hin zum Kollektorspiegel und somit auch über den Zwischenfokus in die Beleuchtungseinrichtung gelangen können, zu vermeiden (also zu erreichen, dass die besagte Strahlung wie gewünscht erst nach Reflexion an dem zusätzlichen Spiegel auf das Targetmaterial auftrifft). Hierzu kann etwa eine Abschirmung bzw. eine Blende vorgesehen sein, welche von der Strahlungsquelleneinheit direkt in Richtung der Plasmazündungsposition gelenkte Strahlung von einem in der Plasmazündungsposition befindlichen Targetmaterial wenigstens teilweise abschirmt. Des Weiteren kann auch von der Strahlungsquelleneinheit in Richtung der Plasmazündungsposition gelenkte Strahlung derart aufgeteilt werden, dass diese an einem in der Plasmazündungsposition befindlichen Targetmaterial vorbei gelenkt wird.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf derartige Maßnahmen beschränkt, d. h. es ist im Sinne der Erfindung auch erlaubt, dass Infrarotstrahlung von der Strahlungsquelle unmittelbar auf das Targetmaterial trifft, solange nur ein signifikanter Anteil dieser Strahlung an dem Targetmaterial vorbeigelenkt wird und auf den sekundären Spiegel trifft.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer EUV-Lichtquelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2a–b einen vergrößerten Ausschnitt (2a) bzw. eine Vorderansicht eines Details der EUV-Lichtquelle von 1;
2c eine schematische Detailansicht zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer herkömmlichen EUV-Lichtquelle; und
4 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Verhaltens eines in der Plasmazündungsposition befindlichen Target-Tröpfchens in dem Aufbau von 3.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Gemäß 1 weist eine erfindungsgemäße EUV-Lichtquelle 100 eine Strahlungsquelleneinheit 105 auf, welche in demdargestellten Ausführungsbeispiel als CO₂-Laser zur Erzeugung von Infrarotstrahlung 106 mit einer Wellenlänge λ≈ 10.6 μm ausgebildet ist. Diese Infrarotstrahlung 106 dient zum Aufheizen von Targetmaterial 132, welches von einer Targetquelle 135 erzeugt und einer Plasmazündungsposition 130 zugeführt wird, in der wie in 2b angedeutet eine Anregung des jeweils dort befindlichen Targetmaterials 132 in einen Plasmazustand erfolgt, in welchem u. a. die erwünschte EUV-Strahlung (im Beispiel mit einer Wellenlänge λ≈ 13.6 nm ± 0.5 nm) emittiert wird.
Die Targetquelle 135 ist in dem Ausführungsbeispiel zur Zuführung von Targetmaterial 132 in Tröpfchenform, genauer zur Zuführung von Zinn(Sn)-Tröpfchen, in den Strahlengang der Strahlungsquelleneinheit 105 ausgelegt, wobei die Targetquelle 135 mit den von dem CO₂-Laser erzeugten Laserpulsen synchronisiert ist. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, so dass das Targetmaterial 132 in anderen Ausführungsformen auch z. B. als durchgehender Targetstrahl und/oder aus anderem Targetmaterial von der Targetquelle 105 erzeugt und der Plasmazündungsposition 130 zugeführt werden kann.
Die EUV-Lichtquelle 100 weist ferner einen als Ellipsoidspiegel ausgebildeten Kollektorspiegel 110 auf, welcher eine Öffnung 111 für den Durchtritt der von der Strahlungsquelleneinheit 105 kommenden Strahlung 106 aufweist. In einem der Brennpunkte des durch den Kollektorspiegel 110 gebildeten Ellipsoids ist die Plasmazündungsposition 130 angeordnet, wohingegen der andere Brennpunkt des Kollektorspiegels 110 einem Zwischenfokus 140 entspricht. Von diesem Zwischenfokus 140 aus tritt die hierher gelangende Strahlung in eine nachfolgende Beleuchtungseinrichtung ein, deren Umrandung 140 in 1 angedeutet ist und die für den Lichteintritt eine Öffnung 141 aufweist.
Die Abmessungen des Kollektorspiegels 110 können je nach den konkreten Designgegebenheiten geeignet gewählt werden, wobei Werte der Krümmung des Kollektorspiegels 110 lediglich beispielhaft im Bereich von 300 mm bis 400 mm liegen können, während der Durchmesser des Kollektorspiegels 110 beispielsweise 600 mm bis 800 mm betragen kann. Die Öffnung 111 im Kollektorspiegel 110 kann z. B. einen Durchmesser im Bereich von 50 mm bis 100 mm aufweisen.
Wie in 2a ebenfalls angedeutet ist, wird die von der Strahlungsquelleneinheit 105 bzw. dem CO₂-Laser erzeugte Infrarotstrahlung 106 aus Richtung der Strahlungsquelleneinheit 105 nicht etwa bereits fokussiert, sondern vielmehr als paralleles Strahlenbündel der Plasmazündungsposition 130 zugeführt. Dies hat u. a. zur Folge, dass zumindest der weit überwiegende Anteil der Infrarotstrahlung 106 ein in der Plasmazündungsposition 130 befindliches Target-Tröpfchen (welches beispielsweise einen Durchmesser von einigen 100 μm aufweisen kann) zunächst passiert, ohne dass diese Infrarotstrahlung 106 (wie etwa in dem herkömmlichen, anhand von 3 beschriebenen Aufbau) von dem Target-Tröpfchen reflektiert werden kann.
An einer Position, die geometrisch zwischen der Plasmazündungsposition 130 und dem Zwischenfokus IF liegt, weist die EUV-Lichtquelle 100 nun einen weiteren, sekundären Spiegel 120 auf. Die Krümmung des sekundären Spiegels 120 hängt vom Abstand zum Plasma bzw. zu dem in der Plasmazündungsposition befindlichen Targetmaterial ab und entspricht in etwa diesem Abstand. Der zusätzliche, sekundäre Spiegel 120 reflektiert, wie in 2 angedeutet, die von der Strahlungsquelleneinheit 105 erzeugte, auftreffende Infrarotstrahlung 106 und fokussiert diese zurück auf die Plasmazündungsposition 130. Das hierdurch bewirkte Aufheizen des in der Plasmazündungsposition 130 befindlichen Targetmaterials 132 bewirkt einen Übergang in den Plasmazustand, in welchem die erwünschte EUV-Strahlung (mit einer Wellenlänge λ≈ 13.6 nm) emittiert wird. Diese EUV-Strahlung (in 2a mit „138” bezeichnet) trifft auf den Kollektorspiegel 110 und wird von diesem über den Zwischenfokus (IF) in die Beleuchtungseinrichtung eingekoppelt.
Was hingegen denjenigen Anteil an Infrarotstrahlung 106 betrifft, der nicht in Wärmeenergie zum Aufheizen des Targetmaterials 132 umgewandelt sondern vom im Plasmazustand befindlichen Targetmaterial reflektiert wird, so trifft diese reflektierte Infrarotstrahlung (in dem vergrößerten Ausschnitt von 2a mit „137” bezeichnet) anders als in dem herkömmlichen Aufbau von 3 nicht mehr auf den Kollektorspiegel 110 und kann demzufolge auch nicht mehr vom Kollektorspiegel 110 gesammelt und in die Beleuchtungseinrichtung eingespeist werden.
Etwaige nicht im Infrarotbereich liegende Wellenlängen in der vom Targetmaterial emittierten Strahlung (z. B. Wellenlängen im VUV-Bereich oder im DUV-Bereich) können gegebenenfalls zum Kollektorspiegel 110 gelangen, sind jedoch weniger problematisch als die Infrarotstrahlung, da geeignete Filtervorrichtungen zur Verfügung stehen. Beispielsweise kann gemäß einer in 2c lediglich schematisch angedeuteten Ausführungsform der Kollektorspiegel 110 auf seiner reflektierenden Fläche eine absorbierende Beschichtung zur Absorption von Strahlung mit einer Wellenlänge von wenigstens 100 nm und/oder eine beugende Struktur 112 zur Beugung von Strahlung mit einer Wellenlänge von wenigstens 100 nm aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Strahlungsquelleneinheit 105 auch so relativ zu der in 1 gezeigten, in Bezug auf die Systemachse symmetrischen Position versetzt angeordnet werden, um auf diese Weise einen erhöhten Strahlungsanteil an dem Targetmaterial 132 vorbei hin zu dem sekundären Spiegel 120 zu lenken und das Ausmaß unmittelbarer Reflexe der Infrarotstrahlung 106 an dem Targetmaterial weiter zu verringern.
Im Ergebnis kann gemäß der Erfindung eine unerwünschte Einspeisung von Laserstrahlung, die zur Anregung des Plasmas in der EUV-Lichtquelle dient, in die Beleuchtungseinrichtung reduziert oder sogar vollständig vermieden. Infolgedessen wird in der Beleuchtungseinrichtung auch kein Filter für die Wellenlänge der zur Plasma-Anregung dienenden(Infrarot-)Strahlung oder allenfalls noch ein Wellenlängenfilter mit vergleichsweise geringer Leistungsdichte benötigt, wodurch der konstruktive Aufwand und die Kosten der Beleuchtungseinrichtung reduziert werden.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z. B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2004/092693 A2 [0009]

Claims

EUV-Lichtquelle für eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit • einer Strahlungsquelleneinheit (105); • wenigstens einer Targetquelle (135) zur Zuführung von Targetmaterial (132) in den Strahlengang der Strahlungsquelleneinheit (105) derart, dass dieses Targetmaterial an wenigstens einer Plasmazündungsposition (130) durch von der Strahlungsquelleneinheit (105) erzeugte Strahlung (106) in einen Plasmazustand unter Emission von EUV-Strahlung (138) anregbar ist; • einem einen Kollektorspiegel (110) ausbildenden primären Spiegel, welcher vom Targetmaterial (132) emittierte EUV-Strahlung, (138) wenigstens teilweise derart reflektiert, dass die reflektierte EUV-Strahlung (138) in die Beleuchtungseinrichtung eintritt; und • einem sekundären Spiegel (120), welcher ein von der Strahlungsquelleneinheit (105) erzeugtes Strahlenbündel reflektiert und auf die Plasmazündungsposition (130) fokussiert; • wobei das am sekundären Spiegel (120) reflektierte Strahlenbündel nach der Reflexion an dem sekundären Spiegel (120) eine numerische Apertur aufweist, die größer ist als die numerische Apertur dieses Strahlenbündels vor der Reflexion am sekundären Spiegel (120).
EUV-Lichtquelle für eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit • einer Strahlungsquelleneinheit (105); • wenigstens einer Targetquelle (135) zur Zuführung von Targetmaterial (132) in den Strahlengang der Strahlungsquelleneinheit (105) derart, dass dieses Targetmaterial an wenigstens einer Plasmazündungsposition (130) durch von der Strahlungsquelleneinheit (105) erzeugte Strahlung (106) in einen Plasmazustand unter Emission von EUV-Strahlung (138) anregbar ist; • einem einen Kollektorspiegel (110) ausbildenden primären Spiegel, welcher vom Targetmaterial (132) emittierte EUV-Strahlung (138) wenigstens teilweise derart reflektiert, dass die reflektierte EUV-Strahlung (138) in die Beleuchtungseinrichtung eintritt; und • einem sekundären Spiegel (120), welcher ein von der Strahlungsquelleneinheit (105) erzeugtes Strahlenbündel reflektiert, • wobei der Strahlengang dieses Strahlenbündels so verläuft, dass eine Fokussierung auf das in der Plasmazündungsposition befindliche Targetmaterial erst infolge der Reflexion an dem sekundären Spiegel (120) erfolgt.
EUV-Lichtquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Strahlungsquelleneinheit (105) erzeugte Strahlenbündel vor Reflexion an dem sekundären Spiegel (120) ein nicht fokussiertes, paralleles Strahlenbündel ist.
EUV-Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Targetmaterial (132) emittierte EUV-Strahlung (138) von dem Kollektorspiegel (110) wenigstens teilweise auf einen Zwischenfokus (IF) fokussiert wird, wobei der sekundäre Spiegel (120) geometrisch zwischen der Plasmazündungsposition (130) und dem Zwischenfokus (IF) angeordnet ist.
EUV-Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmazündungsposition (130), der sekundäre Spiegel (120) und der Zwischenfokus (IF) auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind.
EUV-Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der sekundäre Spiegel. (120) ein Ellipsoidspiegel ist.
EUV-Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmazündungsposition (130) in einem Brennpunkt des sekundären Spiegels (120) angeordnet ist.
EUV-Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelleneinheit (105) eine Infrarotstrahlungsquelle, insbesondere einen CO₂-Laser, aufweist.
EUV-Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Targetquelle (135) zur Zuführung von Targetmaterial (132) in Tröpfchenform, insbesondere zur Zuführung von Zinn-Tröpfchen, in den Strahlengang der Strahlungsquelleneinheit (105) ausgelegt ist.
EUV-Lichtquelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Target-Tröpfchen des Targetmaterials (132) in der Zündungsposition (130) einen Durchmesser aufweist, welcher weniger als 1/100, insbesondere weniger als 1/120, weiter insbesondere weniger als 1/150, des Durchmessers eines unmittelbar von der Strahlungsquelleneinheit (105) auf die Plasmazündungsposition (130) treffenden Strahlenbündels beträgt.
EUV-Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektorspiegel (110) auf seiner reflektierenden Fläche eine absorbierende Beschichtung und/oder eine beugende Struktur (112) aufweist.
EUV-Lichtquelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die absorbierende Beschichtung bzw. die beugende Struktur zur Absorption bzw. Beugung von Strahlung ausgelegt ist, deren Wellenlänge mehr als 150 nm, insbesondere mehr als 100 nm, beträgt.
EUV-Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschirmung vorgesehen ist, welche von der Strahlungsquelleneinheit (105) direkt in Richtung der Plasmazündungsposition (130) gelenkte Strahlung von einem in der Plasmazündungsposition (130) befindlichen Target-Tröpfchen wenigstens teilweise abschirmt.
EUV-Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Strahlungsquelleneinheit (105) in Richtung der Plasmazündungsposition (130) gelenkte Strahlung derart aufgeteilt wird, dass diese an einem in der Plasmazündungsposition (130) befindlichen Target-Tröpfchen vorbei gelenkt wird.
EUV-Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der sekundäre Spiegel (120) eine Kühlung aufweist.
Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, • wobei die Beleuchtungseinrichtung zum Betrieb mit EUV-Strahlung (138) ausgelegt ist, welche durch Anregung von Targetmaterial (132) in einen Plasmazustand mit von einer Strahlungsquelleneinheit (105) erzeugter Strahlung (106) erzeugt wird; • wobei die Beleuchtungseinrichtung für die Wellenlänge der von der Strahlungsquelleneinheit (105) erzeugten Strahlung (106) keinen Filter aufweist.