Источник экстремального ультрафиолетового излучения с лазерной плазмой на длине волны 13,4 нм

Полезная модель предназначена для использования в нанолитографах, а также приборах для микроскопии или томографии, работающих в крайней ультрафиолетовой области с длиной волны около 13,5 нм. Задачей полезной модели является повышение эффективности преобразования лазерного излучения в экстремальный ультрафиолет, защиты используемого в источнике брэгговского зеркала от загрязнений, вносимых заряженными частицами мишени, а также экономии энергии источника тока соленоидов, генерирующего магнитное поле и защиты деталей системы от механических смещений магнитным полем. Источник экстремального ультрафиолетового излучения с лазерной плазмой на длине волны 13,4 нм, состоящий из мишени, коллекторного брэгговского зеркала и первичных импульсных лазеров (источников) с оптическими системами их фокусировки на мишень, отличающийся тем, что в качестве мишени используется перематываемая, пропущенная через капилляр, тонкая проволока, залуженная оловом, или покрытая оловянным сплавом (композицией), а в качестве первичного лазерного источника используются два лазера: первый - относительно коротковолновый, сфокусированный на поверхность проволоки, служащий для возгонки олова, генерации плазменного облачка и его предварительного разогрева, и второй - длинноволновый, СO₂ лазер для обеспечения оптимальной температуры плазмы, сфокусированный поверх мишени непосредственно на плазменное облачко и излучающий импульс света с заданной задержкой времени относительно первого лазера. Кроме того, в источнике вдоль оси проволоки создается импульсное магнитное поле, синхронизированное с импульсами лазеров и направленное вдоль нее, при этом поле создается внутри замкнутого боченкообразного магнитопровода, имеющего отверстия для пропускания пучков излучения, как первичных лазеров, так и экстремально ультрафиолетового излучения, замкнутое по магнитному полю капилляром с пропущенной сквозь него проволокой, которые изготавливаются из магнито-концентрирующих сплавов. Помимо этого, в источнике создается импульсная струя инертного газа, направленная вдоль тонкой проволоки по капилляру, сквозь который пропущена проволока, притом, стенка капилляра снабжается односторонним (несквозным) отверстием для прохода к поверхности проволоки первого (относительно коротковолнового) лазерного импульса.

Полезная модель предназначена для использования в нанолитографах, а также в приборах для микроскопии или томографии, работающих в крайней ультрафиолетовой области с длиной волны около 13,5 нм.,.

Известно, что лазерная плазма, возбуждаемая импульсной радиацией первичного лазерного источника при ее взаимодействии с различными твердыми, жидкими или газообразными объектами наиболее удобный и эффективный метод генерации экстремального ультрафиолета (ЭУФ) и мягкого рентгена. Облачко плазмы является конвертором излучения лазеров в коротковолновую радиацию. Преимуществом этого источника является практически точечный размер источника. Источником в этом случае является ~50-100 микронное, быстро (со скоростью до 10⁶ см/с) расширяющееся, ионизированное до 20 крат облачко вещества мишени в плазменном состоянии при температуре от 0,12 до 1,2 миллионов градусов, соответствующей 10-100 эВ. Квазиточечный излучатель весьма удобен для разработки и оптимизации оптической системы, использующей этот источник. Спектр излучения, как правило, является комбинацией сплошного и линейчатого спектров, однако, обычно применяемое коллекторное брэгговское зеркало, являясь интерференционным фильтром, выделяет боле или менее узкую спектральную полосу. На лазерной плазме ксенона построены источники излучения в первых опытных версиях - американских и европейской (ASML) - ЭУФ нанолитографов. Применение в качестве мишени инертного газа, в первом приближении, решает проблему загрязнений, и прежде всего, коллекторного зеркала, находящегося в максимальной близости от мишени конвертора. Однако, для борьбы с загрязнениями приходится жертвовать коэффициентом конверсии , который падает до десятых долей процента и трудно становится поднять его до приемлемых величин. Расчеты показывают, что для эффективной конверсии на 13.4 нм выгоднее вещество с атомным номером 50 (Sn), с увеличением атомного числа (Sb, I) длина волны излучения сдвигается в коротковолновую сторону, и - наоборот (In, Cd). На олове достигнут коэффициент конверсии не менее 2%, оценки обещают (3-5)%. Однако, возникает проблема загрязнения оптического тракта. Дефекты, связанные с заряженными частицами мишени, эффективно подавляются приложением сильного магнитного поля, а применение длинноволнового излучения CO₂ лазера способствует увеличению срока жизни коллекторного зеркала. Расчеты, частично подтвержденные экспериментом, показывают также, что существенное повышение коэффициента конверсии возможно при разделении во времени функций генерации плазмы и ее разогрева до необходимой температуры. Это может быть сделано последовательностью из двух коротких импульсов возбуждения, сдвинутых друг относительно друга интервалом от нескольких до сотни наносекунд. Наиболее современные и высокоэффективные решения источников ЭУФ излучения принадлежат фирмам Cymer, и Gigaphoton, применившим в качестве мишени непрерывную последовательность капель олова, синхронизированную с мощным частотным СO₂ лазером таким образом, чтобы каждая капля последовательно могла подвергаться воздействию импульса излучения этого лазера с длиной волны 10,6 мкм. При этом, для точного попадания в каплю олова обычно используется оптоэлектронная система, вычисляющая скорость капли и момент прохождения ею оптической оси лазерного импульса, фиксирующая каплю на подходе к оптической оси лазерного импульса, и дающая сигнал начала излучения лазера.

Предложенные меры не всегда взаимосовместимы, приводят к ухудшению вакуума, уменьшению апертуры излучения, препятствуют достижению максимального выхода конверсии. Так, катушки, необходимые для создания сильного магнитного поля, ограничивают апертуру, генерация оловянных капель создает проблему их полного «сжигания», или утилизации, а также точного попадания лазерным пучком в центр микрокапли, что - в свою очередь, требует знания (измерения) начальной скорости капель. Притом, использование силы тяжести создает необходимость только вертикального расположения струи. Газовая завеса, применяемая для защиты зеркал, создает проблемы с вакуумом и возможностью поглощения полезной радиации впрыскиваемым газом, применение средств ионизации нейтральных частиц приводит к затенению полезного пучка.

Наиболее близким аналогом данного изобретения является устройство, включающее генератор капель композиционной мишени, лазер, сфокусированный на точке в пространстве вакуумируемой камеры, через которую пролетает капля, брэгговское зеркало - коллектор излучения (1), а также и весь оставшийся оптический тракт, т.е. ЭУФ-литограф в целом. С целью защиты коллекторного зеркала от повреждения разлетающимися частицами мишени в систему между коллектором и мишенью включается некий сеткообразный элемент, генерирующий рентгеновское излучение под воздействием излучения плазмы Его назначением является ионизация нейтральной фракции выбросов из мишени с дальнейшим отклонением всех заряженных частиц от коллектора сильным магнитным полем, создаваемым двумя соленоидами. Элемент, генерирующий рентгеновское излучение, частично затеняет коллектор. Эффективность его не достигает 100%. Соленоиды ограничивают апертуру, т.к. для создания достаточно сильного поля их приходится делать большими.

С целью уменьшения загрязнений, достигающих элементов оптического тракта известно применение газового занавеса, с быстрой струей газа поперек потока частиц (2). Этот прием оказывается не вполне эффективным по геометрическим соображениям.

Задачей полезной модели является повышение эффективности преобразования лазерного излучения в экстремальный ультрафиолет, защиты используемого в источнике брэгговского зеркала от загрязнений, вносимых заряженными и нейтральными частицами мишени, а также экономии энергии источника тока соленоидов, генерирующего магнитное поле и защиты деталей системы от механических смещений магнитным полем.

Источник экстремального ультрафиолетового излучения с лазерной плазмой на длине волны 13,4 нм, состоящий из мишени, коллекторного брэгговского зеркала и первичных импульсных лазеров (источников) с оптическими системами их фокусировки на мишень, отличающийся тем, что в качестве мишени используется перематываемая, пропущенная через капилляр, тонкая проволока, залуженная оловом или покрытая оловянным сплавом (композицией), а в качестве первичного лазерного источника используются два лазера: первый - относительно коротковолновый, сфокусированный на поверхность проволоки, служащий для возгонки олова, генерации плазменного облачка и его предварительного разогрева, и второй - длинноволновый, СO₂ лазер для обеспечения оптимальной температуры плазмы, сфокусированный поверх мишени непосредственно на плазменное облачко и излучающий импульс света с заданной задержкой времени относительно первого лазера.

Кроме того, в источнике вдоль оси проволоки создается импульсное магнитное поле, синхронизированное с импульсами лазеров и направленное вдоль нее, при этом поле создается внутри замкнутого боченкообразного магнитопровода, имеющего отверстия для пропускания пучков излучения, как первичных лазеров, так и экстремально ультрафиолетового излучения, замкнутого по магнитному полю капилляром с пропущенной сквозь него проволокой, которые изготавливаются из магнито-концентрирующих сплавов.

Помимо этого, в источнике создается импульсная струя инертного газа, направленная вдоль тонкой проволоки по капилляру, сквозь который пропущена проволока, притом, стенка капилляра снабжается односторонним (несквозным) отверстием для прохода к поверхности проволоки первого (относительно коротковолнового) лазерного импульса.

В случае использования оловянного покрытия проволоки с целью первичного залуживания и дальнейшего восстановления оловянного покрытия после его испарения лазерным импульсом, проволока пропускается сквозь сосуд с расплавленным оловом с выходным капилляром в нижней части сосуда, имеющим диаметр отверстия, превосходящий диаметр проволоки на удвоенную величину заданной толщины покрытия.

Проволока соединяется в кольцо, натягивается в струну пружиной и наматывается на ротор, снабженный шаговым двигателем для подачи ее после каждой пары импульсов первичных лазерных источников излучения на шаг, соответствующий длине израсходованного оловянного (содержащего олово) покрытия проволочной мишени.

Защита коллектора от загрязнений ведется двумя способами. Создается импульсное магнитное поле в системе с замкнутым магнитопроводом, что способствует созданию импульса максимальной напряженности в области плазменного облачка, экономит электроэнергию и не создает помех, связанных со смещениями магнитным полем частей литографа. Одновременно с импульсом магнитного поля создается импульс инертного газа, направленный вдоль капилляра по промежутку между проволокой с нанесенной на нее мишенью и капилляром. Такая конструкция позволяет повысить коэффициент конверсии, защитить коллектор и минимизировать объем впрыскиваемого газа, сосредоточив его на плазменном облачке, и решать одновременно задачи отклонения и нейтральных, и заряженных частиц. Система позволяет при минимальных затратах энергии возбудить плазму первым импульсом, а затем, через регулируемое время задержки, разогреть плазму до оптимальных параметров длинноволновым излучением.

В предложенном техническом решении обеспечивается применение материала мишени с концентрацией вещества (веществ), обеспечивающих наиболее эффективное преобразование (конверсию). Непрерывная последовательность свободно, или форсировано движущихся капель материала мишени, заменена тонкой, шагами перемещаемой проволокой, покрытой необходимой толщины слоем материала мишени; проволока может быть направлена произвольным образом, независимо от направления силы тяжести, а толщина покрытия регулируется независимо, обеспечивая перекрытие глубины абляции материала мишени возгоняющим импульсом. То же касается и скорости протяжки проволоки, шаги которой синхронизируются с частотой импульсов возбуждающего лазера, притом одновременно решается проблема попадания лазерным импульсом в центр движущейся мишени. Неоднородное магнитное поле, отклоняющее от коллектора заряженные частицы мишени, сосредоточено в области, окружающей плазменное облачко, в то же время, импульсная струя инертного газа, отклоняющая нейтральные частицы, распространяется по узкому каналу между стенами капилляра и проволокой, и в максимальной степени сосредоточена на плазменном облачке, обеспечивая существенную экономию газа и, одновременно, облегчая поддержание высокого вакуума в камере источника.

Использованная литература:

1. Патент ЕР 1837897, 2007 г.

2. Патент Японии 2007129209, 2007 г.

1. Источник экстремального ультрафиолетового излучения с лазерной плазмой на длине волны 13,4 нм, состоящий из мишени, коллекторного брэгговского зеркала и первичных импульсных лазеров (источников) с оптическими системами их фокусировки на мишень, отличающийся тем, что в качестве мишени используется перематываемая, пропущенная через капилляр тонкая проволока, залуженная оловом или покрытая оловянным сплавом (композицией), а в качестве первичного лазерного источника используются два лазера: первый - относительно коротковолновый, сфокусированный на поверхность проволоки, служащий для возгонки олова, генерации плазменного облачка и его предварительного разогрева, и второй - длинноволновый, СO₂ лазер для обеспечения оптимальной температуры плазмы, сфокусированный поверх мишени непосредственно на плазменное облачко и излучающий импульс света с заданной задержкой времени относительно первого лазера.

2. Источник по п.1, отличающийся тем, что вдоль оси проволоки создается импульсное магнитное поле, синхронизированное с импульсами лазеров и направленное вдоль нее, при этом поле создается внутри замкнутого боченкообразного магнитопровода, имеющего отверстия для пропускания пучков излучения, как первичных лазеров, так и экстремально ультрафиолетового излучения, замкнутого по магнитному полю капилляром с пропущенной сквозь него проволокой, которые изготавливаются из магнитоконцентрирующих сплавов.

3. Источник по пп.1 и 2, отличающийся тем, что создаваемая в источнике импульсная струя инертного газа направлена вдоль тонкой проволоки по капилляру, сквозь который пропущена проволока, притом стенка капилляра снабжается односторонним (несквозным) отверстием для прохода к поверхности проволоки первого (относительно коротковолнового) лазерного импульса.

4. Источник по п.1, отличающийся тем, что в случае использования оловянного покрытия проволоки с целью первичного залуживания и дальнейшего восстановления оловянного покрытия после его испарения лазерным импульсом, проволока пропускается сквозь сосуд с расплавленным оловом с выходным капилляром в нижней части сосуда, имеющим диаметр отверстия, превосходящий диаметр проволоки на удвоенную величину заданной толщины покрытия.