Литографическое устройство - RU2249840C2

Чертежи

Показать все 14 чертежа(ей)

Описание

Данное изобретение относится к литографическому устройству, использующему источник экстремального ультрафиолетового излучения и многослойные зеркала, предусмотренные для отражения этого экстремального ультрафиолетового излучения, которое также называется ЭУФ-излучением или X-UV-излучением.

Длина волны такого излучения находится внутри диапазона от 8 нм до 25 нм.

Изобретение применимо, в частности, для изготовления интегральных схем со сверхбольшой степенью интеграции (СБИС), при этом использование экстремального ультрафиолетового излучения обеспечивает уменьшение шага травления в таких схемах.

Из уровня техники известны две основные технологии создания интенсивного экстремального ультрафиолетового излучения. Обе технологии основываются на собирании фотонов, создаваемых посредством микроскопического процесса спонтанной эмиссии горячей плазмой низкой плотности, которую генерируют с помощью лазера.

В первой технологии используется струя ксенона, облучаемая лазером на иттрий-алюминиевом гранате с мощностью около 1 кВт. В действительности, когда природа газа и условия расширения в вакууме выбраны правильно, то в струе возникают скопления за счет взаимодействия между многими телами. Эти скопления являются макрочастицами, которые могут содержать до миллиона атомов и имеют плотность, которая является значительно более высокой (около одной десятой плотности твердого вещества). Эти скопления могут использоваться для поглощения лазерного луча и тем самым нагревания атомов окружающего газа, который может излучать фотоны за счет флуоресценции.

Во второй технологии используется коронный разряд плазмы с высоким атомным номером, полученной посредством взаимодействия лазерного луча KrF-лазера, интенсивность которого близка к 10¹² Вт/см², и твердой мишени большой толщины (по меньшей мере, 20 мкм).

Лазерный луч фокусируют на одной поверхности этой мишени, называемой передней поверхностью, и используют экстремальное ультрафиолетовое излучение, излучаемое этой передней поверхностью и генерированное взаимодействием лазерного луча и материала мишени.

Если используется первая или вторая технология, то полученное экстремальное ультрафиолетовое излучение содержит непрерывный энергетический спектр с сильными линиями эмиссии.

Источники экстремального ультрафиолетового излучения, использующие первую и вторую технологию, имеют следующие недостатки.

Эти источники имеют изотропное излучение, которое имеет поэтому большое угловое расхождение, а спектр эмитируемого экстремального ультрафиолетового излучения включает линии с малой спектральной шириной.

В этом случае необходимо снабжать каждый источник сложными оптическими коллекторными средствами, которые обеспечивали бы извлечение максимума из широкого углового поля излучения от источника.

Эти оптические средства, образованные многослойными зеркалами, необходимо изготавливать так, чтобы их спектральная характеристика центрировалась на линии излучения, выбранной для облучения образца, максимально ограничивая возможность потери интенсивности за счет многократного отражения от многослойных зеркал.

Пример известного литографического устройства, использующего экстремальное ультрафиолетовое излучение, длины волн которого находятся, например, в диапазоне от 10 нм до 14 нм, схематично показан на фиг.1 и 2. Такое устройство называют также литографическим ЭУФ-устройством.

Это известное устройство предназначено для экспонирования образца Е. Обычно, это - полупроводниковая подложка 2 (выполненная, например, из кремния), на которую нанесен слой 3 фоточувствительного полимера (фоторезистивный слой), и желательно облучать этот слой в соответствии с заданным узором.

После облучения слоя 3 его проявляют и затем можно выполнять травление подложки 2 в соответствии с этим узором.

Показанное на фиг.1 и 2 устройство, включает:

- опору 4 для образца,

- маску 5, содержащую заданный узор в увеличенном виде,

- источник 6 излучения в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне спектра (фиг.2),

- оптическое средство 7 для сбора и передачи излучения на маску 5, обеспечивающую изображение узора в увеличенном виде, и

- оптическое средство 8 для уменьшения этого изображения и проекции уменьшенного изображения на слой 3 фоточувствительного полимера (выбранного так, что он является чувствительным к падающему излучению).

Известный источник 6 экстремального ультрафиолетового излучения содержит средство формирования струи J скоплений ксенона. На фиг.2 показано только сопло 9, содержащееся в этом средстве формирования.

Источник содержит также лазер (не изображен), луч F которого сфокусирован на точке S струи J с помощью оптического фокусирующего средства 10. Взаимодействие этого луча F и скоплений ксенона генерирует экстремальное ультрафиолетовое излучение R.

Точка S показана на фиг.1 (при этом не показаны сопло и струя скоплений ксенона).

В оптическом средстве 7 устройства для собирания и передачи излучения предусмотрен оптический коллектор 11 с центральным отверстием 12 для обеспечения прохождения сфокусированного лазерного луча F.

Этот оптический коллектор 11 расположен напротив струи ксеноновых скоплений и предназначен для собирания части экстремального ультрафиолетового излучения, эмитируемого ксеноновыми скоплениями, и передачи этого собранного излучения 13 в направлении других оптических компонентов, которые также являются частью оптического средства 7 для сбора и передачи.

Это оптическое средство 7 для сбора и передачи, маска 5, которая используется при отражении, и оптическое средство 8 для уменьшения и проекции являются многослойными зеркалами 14, которые избирательно отражают экстремальное ультрафиолетовое излучение и выполнены так, что их спектральные характеристики расположены вокруг длины волны, выбранной для экспонирования слоя фоточувствительного полимера 3.

Следует отметить, что узор, в соответствии с которым желают выполнять травление образца, образован на многослойном зеркале, соответствующем маске 5, с коэффициентом увеличения, подходящим для оптического средства для уменьшения и проекции, и это многослойное зеркало покрыто, за исключением узора, слоем (не изображен), который способен поглощать падающее экстремальное ультрафиолетовое излучение.

Внутри диапазона длин волн экстремального ультрафиолетового излучения спектральное разрешение Δ λ /λ зеркала составляет около 4%.

Ширину спектрального диапазона, используемого для экспонирования, получают посредством свертки спектральной ширины экстремального ультрафиолетового излучения и этого спектрального разрешения.

Известные из уровня техники многослойные зеркала, описание которых будет приведено ниже, которые используются в показанном на фиг.1 и 2 литографическом устройстве, имеют, в частности, следующий недостаток: их спектральная полоса, расположенная своим центром вокруг выбранной длины волны, является узкой.

В результате уменьшается эффективность литографического устройства.

Эти многослойные зеркала экстремального ультрафиолетового излучения имеют также недостаток, заключающийся в их способности к деформации, когда они подвергаются воздействию сильного теплового потока, исходящего из источника экстремального ультрафиолетового излучения данного устройства.

Одной задачей данного изобретения является создание литографического устройства с использованием экстремального ультрафиолетового излучения, которое является намного более эффективным, чем известные из уровня техники устройства данного назначения.

Устройство, являющееся предметом данного изобретения, содержит источник экстремального ультрафиолетового излучения, который является анизотропным. Создаваемое источником экстремальное ультрафиолетовое излучение излучается через заднюю поверхность твердой мишени подходящей толщины, на передней поверхности которой сфокусирован лазерный луч.

Использование анизотропного источника позволяет увеличить эффективную часть луча экстремального ультрафиолетового излучения и упростить процесс собирания этого излучения.

Кроме того, устройство, которое является предметом данного изобретения, содержит многослойные зеркала, способные отражать сгенерированное экстремальное ультрафиолетовое излучение, при этом каждое многослойное зеркало имеет спектральную полосу (называемую также "спектральной полосой" или "шириной полосы"), большую чем упомянутые выше известные многослойные зеркала.

Используемый в изобретении источник, спектр излучения которого близок к черному телу в широком спектральном диапазоне, и многослойные зеркала с широкой спектральной полосой, также используемые в изобретении, взаимодействуют друг с другом, обеспечивая создание устройства, которое способно поставлять для облучения образца экстремальное ультрафиолетовое излучение, которое является намного более интенсивным, чем излучение, известное из уровня техники.

Другой задачей данного изобретения является минимизация тепловой деформации используемых в изобретении многослойных зеркал, когда эти многослойные зеркала подвергаются воздействию интенсивного теплового потока экстремального ультрафиолетового излучения.

А именно, предметом данного изобретения является литографическое устройство, содержащее:

- опору для образца, подлежащего экспонированию в соответствии с заданным узором;

- маску, содержащую заданный узор в увеличенном виде;

- источник излучения в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне спектра;

- оптическое средство для собирания и передачи излучения к маске, обеспечивающей изображение узора в увеличенном виде, и

- оптическое средство для уменьшения этого изображения и проекции уменьшенного изображения на образец, причем маска, оптическое средство для собирания и передачи и оптическое средство для уменьшения и проекции содержат многослойные зеркала, причем каждое многослойное зеркало содержит подложку и на этой подложке комплект чередующихся слоев первого материала и слоев второго материала, при этом первый материал имеет атомный номер больше атомного номера второго материала, причем первый и второй слои взаимодействуют для отражения экстремального ультрафиолетового излучения, комплект имеет свободную поверхность, на которую падает подлежащее отражению излучение, причем в устройстве согласно изобретению источник содержит по меньшей мере одну твердую мишень, имеющую первую и вторую поверхности, при этом эта мишень способна анизотропно излучать часть экстремального ультрафиолетового излучения из второй поверхности этой мишени, и предусмотрено оптическое средство для сбора и передачи для передачи на маску части экстремального ультрафиолетового излучения, приходящего от второй поверхности мишени источника, и что толщина пар смежных слоев в комплекте слоев, который содержит каждое зеркало, является монотонной функцией глубины в комплекте, причем эта глубина отсчитывается от свободной поверхности комплекта.

Под монотонной функцией понимается функция, значение которой монотонно увеличивается или уменьшается при увеличении (уменьшении) аргумента.

Согласно предпочтительному варианту выполнения устройства согласно изобретению мишень содержит материал, способный излучать экстремальное ультрафиолетовое излучение за счет взаимодействия с лазерным лучом и толщина мишени находится внутри диапазона от около 0,05 мкм до около 5 мкм.

Мишень предпочтительно содержит материал, способный излучать экстремальное ультрафиолетовое излучение за счет взаимодействия с лазерным лучом и имеющий атомный номер от 28 до 92.

Согласно конкретному варианту выполнения устройства согласно изобретению это устройство содержит множество мишеней, которые выполнены как единое целое, при этом устройство дополнительно содержит средство перемещения этого множества мишеней, так что эти мишени могут последовательно принимать лазерный луч.

Устройство согласно изобретению может дополнительно содержать средство опоры, к которому прикреплены мишени и которое способно обеспечивать прохождение лазерного луча в направлении этих мишеней, при этом предусмотрено средство перемещения для перемещения этого средства опоры и тем самым перемещения мишеней.

Это средство опоры может быть способно поглощать излучение, эмитируемое первой поверхностью каждой принимающей лазерный луч мишени, и повторно излучать это излучение в направлении мишени.

Согласно первому конкретному варианту выполнения устройства согласно данному изобретению средство опоры содержит отверстие напротив каждой мишени, при этом это отверстие определено двумя боковыми стенками, по существу параллельными друг другу и перпендикулярными поверхности этой мишени.

Согласно второму конкретному варианту выполнения устройства согласно изобретению средство опоры содержит отверстие напротив каждой мишени, при этом это отверстие определено двумя боковыми стенками, которые расходятся по мере приближения к мишени.

Согласно конкретному варианту выполнения изобретения устройство дополнительно содержит вспомогательное неподвижное средство, которое способно обеспечивать прохождение лазерного луча в направлении мишени, поглощать лазерный луч в направлении мишени, поглощать излучение, излучаемое первой поверхностью этой мишени и повторно излучать это излучение в направлении мишени.

Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения комплект, который содержит каждое многослойное зеркало, разделен на пакеты из, по меньшей мере, одной пары первого и второго слоев, и толщина этих пакетов является монотонной функцией от глубины в комплекте, при этом глубина отсчитывается от свободной поверхности комплекта.

Согласно конкретному варианту выполнения изобретения приращения толщины этих пакетов образуют арифметическую прогрессию.

Первый и второй слои каждого пакета предпочтительно имеют приблизительно одинаковую толщину.

Например, первый и второй слои могут быть, соответственно, молибденом и бериллием или молибденом и кремнием.

Подложка может быть выполнена, например, из кремния или германия.

Толщина подложки предпочтительно находится внутри диапазона от около 5 мм до около 40 мм, а толщина комплекта составляет около 1 мкм.

Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения каждое многослойное зеркало снабжено средствами охлаждения этого многослойного зеркала для уменьшения его деформации при его облучении экстремальным ультрафиолетовым излучением.

Эти средства охлаждения предпочтительно предусмотрены для охлаждения зеркала до температуры, примерно равной 100 К.

Например, средствами охлаждения зеркала являются жидкий гелий, фреон, жидкий азот или охлаждающая жидкость, которая является жидким теплоносителем при низких температурах вблизи 0 К.

Подлежащий облучению образец может содержать полупроводниковую подложку, на которую нанесен слой фоточувствительного полимера, который подлежит освещению в соответствии с заданным узором.

Для лучшего понимания признаков и преимуществ настоящего изобретения ниже приводится подробное описание примеров выполнения, служащих чисто информационным целям и не ограничивающих объема изобретения со ссылками на прилагаемые фигуры чертежей, на которых:

фиг.1 и 2 изображает схематически известное литографическое устройство с использованием экстремального ультрафиолетового излучения;

фиг.3 - схематически конкретный вариант выполнения литографического устройства согласно данному изобретению;

фиг.4 - в изометрической проекции ленту, образующую ряд мишеней, которые можно использовать в изобретении;

фиг.5 и 6 - в изометрической проекции часть источников ЭУФ-излучения, которые можно использовать в изобретении;

фиг.7 - в изометрической проекции часть другого источника ЭУФ-излучения, который можно использовать в изобретении;

фиг.8 - известное многослойное зеркало;

фиг.9 - кривые, представляющие изменения отражательной способности в виде функции энергии для известного многослойного зеркала (кривая I) и для многослойного зеркала, которое можно использовать в изобретении (кривая II);

фиг.10 - в разрезе конкретный вариант выполнения многослойного зеркала, которое можно использовать в изобретении;

фиг.11 - общий изгиб многослойного зеркала под воздействием сильного теплового потока;

фиг.12 - местную деформацию многослойного зеркала под воздействием сильного теплового потока;

фиг.13 - кривые, представляющие изменения теплопроводности k (кривая I) и коэффициента теплового расширения α (кривая II) для кремния в зависимости от температуры;

фиг.14 - кривую, представляющую изменения отношения α /k в зависимости от температуры; и

фиг.15 - средство охлаждения многослойного зеркала, которое можно использовать в изобретении.

Далее приведены конкретные варианты выполнения изобретения.

Плазма, сгенерированная за счет взаимодействия твердой мишени и лазерного луча, включает несколько зон. Естественно, имеется зона взаимодействия, которую называют "корона", а также последовательность, при упрощенном рассмотрении, других зон:

- зона, называемая проводящей зоной, куда не проникает лазерный луч и эволюция которой управляется тепловыми, электронными и излучающими условиями, при этом часть фотонов, излучаемых ионами короны, излучается в направлении холодной и плотной части мишени, и

- зона поглощения и повторного излучения, где фотоны высокой энергии, приходящие из короны или проводящей зоны, поглощаются плотной и холодной материей и тем самым способствуют нагреванию этой материи и тем самым излучению фотонов меньшей энергии.

Эти фотоны образуют волну излучения, которая имеет в среде предпочтительное направление распространения вдоль температурного градиента и которая, когда мишень не очень толстая, может выходить из мишени через заднюю поверхность мишени, т.е. поверхность, которая геометрически противоположна поверхности, с которой взаимодействует лазер. Эффективность преобразования на задней поверхности (отношение излучаемой энергии, включая все длины волн, к падающей лазерной энергии) может составлять около 30%.

Такое излучение из задней поверхности мишени характеризуется спектральным распределением, значительно отличающимся от передней поверхности, поскольку условия температуры и плотности зон, ответственных за излучение фотонов, сильно различны. Эмитируемое излучение естественно имеет угловое распределение даже при идеально плоской мишени: это излучение не является изотропным.

Кроме того, характеристическая скорость распространения из задней поверхности на несколько порядков меньше, чем из передней поверхности, где большая часть энергии распространяется в виде излучения.

Именно поэтому в данном изобретении используется ЭУФ-излучение, эмитируемое через заднюю поверхность твердой мишени подходящей толщины, на передней поверхности которой фокусируется лазерный луч. Таким образом, получают анизотропное ЭУФ-излучение, а образование осколков материи уменьшается до минимума.

Для генерирования ЭУФ-излучения мишень предпочтительно содержит материал, атомный номер Z которого соответствует условию 28≤ Z≤ 92.

Можно смешивать или соединять с этими материалами другие материалы, которые способны также генерировать за счет взаимодействия с лазерным лучом ЭУФ-излучение, имеющее хорошие спектральные характеристики.

Кроме того, их можно, не обязательно, соединять с одним или несколькими материалами для отфильтровывания паразитного излучения.

Толщина мишени, содержащей материал, генерирующий ЭУФ-излучение, или активный элемент, предпочтительно составляет от 0,05 мкм до 5 мкм.

Мишень предпочтительно оптимизирована для получения эффективной эмиссии через заднюю сторону без слишком сильного расширения материала.

Характеристики лазера также согласованы (в частности, длительность и форма подаваемых импульсов света, их длина волны и интенсивность) для получения термодинамических условий, необходимых в мишени для оптимального преобразования экстремального ультрафиолетового излучения на задней поверхности внутри желаемого диапазона длин волн, который составляет, например, от 10 нм до 20 нм.

На фиг.3 схематично показан конкретный вариант выполнения литографического устройства согласно данному изобретению.

Литографическое устройство содержит опору 16 для полупроводниковой подложки 18, например кремниевой подложки, на которую нанесен слой 20 фоточувствительного полимера, подлежащего освещению в соответствии с заданным узором.

Дополнительно к источнику 22 ЭУФ-излучения, устройство содержит:

- маску 24, содержащую узор в увеличенном виде,

- оптическое средство 26 для собирания и передачи к маске 24 части ЭУФ-излучения, выдаваемого задней стороной твердой мишени 28, которую содержит источник, при этом маска 24 обеспечивает изображение этого узора в увеличенном виде, и

- оптическое средство 29 для уменьшения этого изображения и для проецирования уменьшенного изображения на слой 20 фоточувствительного полимера.

Мишень выполнена, например, из материала, такого как серебро, медь, олово, самарий или рений и имеет небольшую толщину (например, порядка 1 мкм).

Для генерирования ЭУФ-излучения для освещения фоточувствительного слоя импульсный луч 34, излучаемый импульсным лазером 35, фокусируют на первой поверхности 30 мишени, называемой "передней поверхностью", с использованием оптического фокусирующего средства 32. Затем мишень 28 эмитирует анизотропное ЭУФ-излучение 36 со своей задней поверхности 37, которая противоположна передней поверхности 30.

Необходимо отметить, что источник 22, оптическое средство 26 для сбора и передачи, коллектор 26, маска 24, оптическое средство 29 и опора 16, несущая подложку 20, помещены в оболочку (не изображена), в которой поддерживается низкое давление. Лазерный луч передается в эту оболочку через приспособленное для этого окно (не изображено).

В показанном на фиг.3 примере оптическое коллекторное средство 26 состоит из оптического коллектора, который расположен напротив задней поверхности 37 мишени 28 и предназначен для собирания ЭУФ-излучения, анизотропно эмитируемого через эту заднюю поверхность, для формирования этого излучения и его передачи на маску 24.

В показанном на фиг.3 устройстве нет необходимости в дополнительном оптическом средстве между коллектором 26 и маской 24, что упрощает оптические средства для литографического устройства.

Можно видеть, что мишень 28 с небольшой толщиной прикреплена своей передней поверхностью 30 к опоре 38, снабженной отверстием 40 для пропускания сфокусированного лазерного луча 34, так что он достигает ее передней поверхности.

На практике, поскольку лазерный импульс локально разрушает мишень с небольшой толщиной, то невозможно посылать дважды лазерный луч в ту же самую точку мишени. Поэтому опора 38 снабжена перемещающим средством (не изображено на фиг.3), которое обеспечивает последовательное освещение разных зон мишени сфокусированным лазерным лучом.

Это схематично показано на фиг.4, где твердая мишень 42 небольшой толщины (например, 1 мкм) показана в виде ленты, закрепленной на гибкой опоре 44, которая, например, выполнена из пластмассы и снабжена продольным отверстием 46 для пропускания сфокусированного лазерного луча 34.

Узел из мишени и опоры образует гибкую составную ленту, которая сматывается с первой катушки 48 и наматывается на вторую катушку 50, которая может вращаться с помощью подходящего средства (не изображено). Это обеспечивает перемещение мишени напротив сфокусированного лазерного луча, импульсы которого последовательно попадают на разные зоны мишени. В этом случае можно считать, что несколько мишеней соединены вместе.

В одном варианте выполнения (не изображен) можно дополнительно использовать гибкую ленту из пластмассы в качестве опоры мишени и закреплять несколько мишеней на этой опоре на равномерном расстоянии друг от друга, при этом в этом случае отверстие предусмотрено в опоре противоположно каждой мишени для пропускания сфокусированного лазерного луча.

В качестве опоры мишени предпочтительно использовать (смотри фиг.5) вместо пластмассовой ленты ленту 52, например, из меди, серебра, олова, самария или рения, способную поглощать излучение, эмитированное через переднюю поверхность мишени 42 под ударом сфокусированного луча 34 и повторно эмитировать эти излучения в направлении этой мишени (которая перемещается с лентой 52). Эта лента 52 имеет толщину, например, порядка от 5 мкм до 10 мкм.

Продольное отверстие, пропускающее лазерный луч 34, сфокусированный на мишени, может быть ограничено двумя стенками 54 и 56, по существу параллельными друг другу и по существу перпендикулярными мишени, как это показано на фиг.5.

Однако для лучшего поглощения излучения, эмитированного через переднюю поверхность мишени, и лучшей повторной эмиссии этого излучения в направлении мишени обе стороны, ограничивающие отверстие, предпочтительно проходят в направлении мишени и расходятся друг от друга, как показано на фиг.6, где обе стенки обозначены позициями 55 и 57.

В другом примере, схематично показанном на фиг.7, мишень 42 закреплена на подвижной опоре 44 такого типа, как описано применительно к фиг.4. Кроме того, в показанном на фиг.7 примере, источник ЭУФ-излучения содержит часть 58, закрепленную относительно сфокусированного лазерного луча 34 и расположенную напротив передней поверхности мишени.

Эта часть содержит отверстие, пропускающее лазерный луч, который сфокусирован на этой передней поверхности мишени, и отверстие, которым снабжена эта часть, расширяется в направлении мишени и, таким образом, содержит две стенки 60 и 62, наклоненные относительно этой мишени и расходящиеся друг от друга в направлении мишени.

Излучение 64, эмитированное через переднюю поверхность мишени 42, затем поглощается этими боковыми стенками 60 и 62 и повторно эмитируется в направлении передней поверхности мишени.

ЭУФ-излучение 36, эмитированное через заднюю поверхность мишени, является, таким образом, более интенсивным.

Источник рентгеновского излучения известен из статьи Н. Hirose и др. в Prog. Crystal Growth and Charact., том 33, 1996, страницы 227-280, в котором используется эмиссия рентгеновского излучения через заднюю поверхность мишени, образованной алюминиевым листом толщиной 7 мкм, передняя поверхность которого облучается лазерным лучом с плотностью мощности 3× 10¹³ Вт/см².

Однако необходимо отметить, что источник, используемый в данном изобретении, содержит мишень небольшой толщины в диапазоне от около 0,05 мкм до около 5 мкм, при этом эта мишень предпочтительно выполнена из материала, атомный номер Z которого намного больше, чем атомный номер алюминия, поскольку Z предпочтительно больше или равно 28 (и меньше или равно 92).

Следует отметить, что предпочтительным материалом для образования мишени, используемой в данном изобретении, является олово, для которого Z равно 50.

Кроме того, в изобретении можно использовать мишень с очень малой толщиной, меньшей или равной 1 мкм, образованную на подложке из пластмассового материала (например, на СН₂подложке (полиэтилен) с толщиной 1 мкм), при этом задняя поверхность этой мишени (предпочтительно из олова), т.е. поверхность, которая эмитирует используемое ЭУФ-излучение, лежит на этой подложке. Можно также формировать на передней поверхности этой мишени слой золота с толщиной менее 1000 Е (т.е. 100 нм).

Возвращаясь к указанной выше статье, следует отметить, что алюминиевую мишень толщиной 7 мкм нельзя использовать для эмиссии через ее заднюю поверхность, когда ее передняя поверхность облучается лазерным лучом с максимальной плотностью мощности менее 3× 10¹³ Вт/см², как указано в статье, и в частности, в области микролитографии, где максимальной плотностью мощности считается, около 10¹² Вт/см².

Необходимо учитывать также следующее:

Когда происходит взаимодействие лазера с материалом с низким атомным номером Z, таким как алюминий (Z=13), то перенос лазерной энергии, поглощаемой в короне (на стороне взаимодействия с лазером, т.е. на передней поверхности), в холодные и плотные зоны (т.е. к задней поверхности) происходит за счет тепловой проводимости электронов. Даже если мишень является относительно толстой, как в указанной статье, то получение анизотропного излучения с задней поверхности никоим образом не гарантировано.

В противоположность этому, в случае материала с высоким Z условия внутри и на задней поверхности мишени контролируются излучательной проводимостью. Анизотропия, которая делает полезной мишень, используемую в данном изобретении, непосредственно связана с появлением этой излучательной волны на задней поверхности и тем самым с выбором толщины, оптимальное значение которой определяется описанным ниже образом.

Дополнительно к этому, характеристические профили температуры и плотности электронов в мишени, облучаемой лазером, являются очень различными в зависимости от низкого или высокого атомного номера материала, а также от толщины используемой мишени.

Оптимальную толщину Е₀ для оптимизации степени Х преобразования на задней поверхности можно определить с использованием аналитической модели. Е₀ связана с атомным номером Z материала мишени, температурой Т (К) в этой среде (которая сама зависит от поглощаемого лазерного потока ϕ_а, выраженного в Вт/см²), длиной волны λ (мкм), длительностью импульсов Dt (с) и плотностью массы ρ (г/см³) следующей формулой:

Е₀ (см)=26,22(A/Z)^0,5×Т^0,5×D_t/α ,

где α =ρ × λ²×(1+0,946(A/Z)^0,5).

Температура (К) пропорциональна ϕ и λ^4/3. При низком уровне имеющейся в распоряжении лазерной энергии (менее 1 Дж), которая обычно необходима при применении изобретения для литографии, поскольку необходима очень высокая частота (более 1 кГц) для обеспечения адекватных величин на фоточувствительном полимере (что обеспечивает достижение порогового значения освещения) и для данной площади эмитирующей поверхности (установленной для оптимальной связи с используемой оптической системой, например, с диаметром около 300 мкм), величина падающего на мишень лазерного потока выбрана небольшой. В наносекундном режиме она не превышает 10¹² Вт/см² при длине волны 1,06 мкм. Кроме того, в настоящее время считается непрактичным изготавливать лазеры с такой проходной мощностью, работающие с последовательностями импульсов длительностью 100 пс.

При этих условиях указанная модель дает величину 30 эВ в качестве средней энергии, влияющей на температуру, которую можно получить, если поглощается вся энергия.

При этих условиях для алюминия оптимальная толщина, которая обеспечивает оптимальную степень Х преобразования на задней поверхности, равна 0,15 мкм, что очень далеко от условий, данных в указанной статье. Кроме того, при выборе материала, такого как алюминий с низким атомным номером, излучение, эмитируемое через заднюю поверхность мишени, по определению не имеет никакого углового признака: оно по существу изотропно. Поэтому переднюю поверхность и заднюю поверхность можно рассматривать как эквивалентные.

В случае применения золота при все тех же условиях эта толщина составляет менее 0,1 мкм.

Возвращаясь к приведенному выше примеру мишени из олова, выполненной на СН₂ (полиэтиленовой) подложке, можно отметить следующее: полиэтилен, который может быть нанесен на заднюю поверхность тонкого листа олова, и золото, которое может быть нанесено на переднюю поверхность этого листа, оба служат для ограничения расширения эмитирующего материала, образованного оловом, прежде чем он будет нагрет излучающей волной для обеспечения лучшего проникновения фотонов через представляющую интерес зону мишени. Полиэтилен на задней поверхности, который слегка нагревается, является прозрачным для излучения, а также ограничивает это расширение, а следовательно, уменьшает слегка эмиссию осколков материала.

Прежде чем переходить к описанию примера многослойного зеркала, которое можно использовать в изобретении, следует возвратиться к описанию показанного на фиг.8 многослойного зеркала, предназначенного для отражения излучения в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне спектра.

Это известное многослойное зеркало содержит, например, подложку 64, выполненную из кремния, и на этой подложке 64 - комплект слоев 66 первого материала и слоев 68 второго материала, которые чередуются со слоями первого материала.

Первый материал (например, молибден) имеет атомный номер, который больше атомного номера второго материала (например, кремния).

Первый и второй слои работают вместе для отражения излучения в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне спектра внутри диапазона длин волн, расположенного своим центром вокруг заданной длины волны.

Комплект имеет свободную поверхность 70, на которую падает излучение 40, которое подлежит отражению.

В этом известном многослойном зеркале толщина d пары смежных слоев комплекта является постоянной. Эта толщина d называется межсеточным расстоянием.

Угол атаки излучения 40, подлежащего отражению, обозначен θ . Этот угол является дополнительным к углу падения этого излучения. Длина волны отраженного излучения обозначена λ , и k - степень отражения.

Чередующиеся слои первого материала, или тяжелого материала, и слои второго материала, или легкого материала, вызывают периодическое изменение оптического показателя по толщине. Это изменение обеспечивает избирательное отражение падающего излучения.

В результате, если электромагнитная волна падает на большое количество равноотстоящих отражающих слоев, то интерференции везде являются разрушительными в направлении отраженной волны, за исключением мест, где разность путей равна целому числу длины волны.

Этот эффект избирательного отражения может быть описан законом, аналогичным закону Брэгга:

2d× sinθ =k× λ ,

На фиг.9 кривая I показывает изменения отражательной способности Р (в произвольных единицах) многослойного зеркала, показанного на фиг.8 типа, в виде функции энергии En (в эВ) падающей энергии для заданных значений k и θ . Ширина на средней высоте этой кривой I равна около 6 эВ.

Поэтому показанное на фиг.8 многослойное зеркало имеет обычную конструкцию с узкой шириной полосы.

В данном изобретении желательно использовать многослойное зеркало с большой шириной полосы для собирания возможно большего потока фотонов.

Для обеспечения этого увеличения ширины полосы согласно изобретению межсеточное расстояние d постепенно изменяется по мере проникновения излучения в многослойную структуру.

Поэтому необходимо выбирать материал и толщину последовательных нанесенных слоев для согласования структуры многослойного зеркала.

Оптимизирование этого многослойного зеркала (относительно материала и толщины нанесенных слоев) выполняют с использованием кода рекурсивного вычисления для передачи экстремального ультрафиолетового излучения внутри комплекта слоев.

На фиг.10 показан в продольном разрезе конкретный вариант выполнения многослойных зеркал, которые можно использовать в данном изобретении.

Показанное на фиг.10 многослойное зеркало содержит подложку 74 и на этой подложке 74 комплект слоев 76 первого материала и слоев 78 второго материала, которые чередуются со слоями первого материала, при этом этот первый материал, или тяжелый материал, имеет атомный номер, который больше атомного номера второго материала, или легкого материала.

Первый и второй слои работают совместно для отражения экстремального ультрафиолетового излучения внутри диапазона длин волн, расположенного своим центром на выбранной длине волны.

На фиг.10 также показана свободная поверхность 80 комплекта, на которую падает экстремальное ультрафиолетовое излучение 82, подлежащее отражению.

В противоположность известному многослойному зеркалу, показанному на фиг.8, в показанном на фиг.10 многослойном зеркале толщина пар смежных слоев комплекта является возрастающей функцией глубины в комплекте, при этом эта глубина отсчитывается от свободной поверхности 80 комплекта.

В показанном на фиг.10 примере первый и второй материалы являются соответственно молибденом и кремнием, а подложка 74 выполнена из кремния. Однако в качестве второго материала можно использовать также бериллий, а подложка 74 может быть выполнена из германия.

В показанном на фиг.10 примере комплект выполнен из нескольких групп, каждая из которых содержит множество двойных слоев (слой первого материала и смежный слой второго материала), например семь двойных слоев или восемь двойных слоев, и толщина групп увеличивается по мере удаления от свободной поверхности 80 комплекта в направлении подложки 74. Приращения толщины групп образуют, например, арифметическую прогрессию, и внутри каждой группы все слои имеют по существу одинаковую толщину.

Например, по мере удаления от свободной поверхности 80 в направлении подложки 74 имеется семь пар слоев, имеющих общую толщину Е1, затем семь пар слоев, имеющих общую толщину E1+Δ Е, затем семь пар слоев, имеющих общую толщину E1+2Δ Е, и так далее вплоть до подложки 74.

В показанном на фиг.10 многослойном зеркале общая толщина комплекта слоев равна, например, 1 мкм.

Экстремальное ультрафиолетовое излучение 82 отражается на последовательных диоптрах, образованных тяжелым материалом и легким материалом. Если обусловленное конструкцией условие интерференции между отраженными волнами соответствует условию 2d× sinθ =k× λ , то излучение выходит из многослойной структуры (закон Брэгга).

Толщина подложки 74 зависит от формы и степени полировки подложки. Толщина этой подложки 74 составляет от 5 мм до 40 мм.

Для выполнения комплекта показанного на фиг.10 типа все слои 78 и 76 наносят последовательно с желаемой толщиной на подложку 74, например, с использованием катодного распыления.

Использование многослойной структуры, имеющей сравнимую с показанной на фиг.10 конфигурацию, естественно, является известным, однако для совсем другого диапазона длин волн и для полностью другой цели: эти известные многослойные комплекты используются в качестве полосовых фильтров для излучения в видимом диапазоне спектра.

Необходимо отметить, что в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне спектра конструкция многослойных зеркал, которые можно использовать в изобретении, является специфичной, в частности, относительно природы, толщины, плотности, оптических коэффициентов материалов и качества нанесения.

В показанном на фиг.3 литографическом устройстве многослойные зеркала, которые образуют коллектор 26, маску 24 и оптическое средство 29 проекции и уменьшения, являются многослойными зеркалами показанного на фиг.10 типа и способны отражать экстремальное ультрафиолетовое излучение, длины волн которого своим центром расположены на заданной длине волны (например, 12 нм).

Например, коллектор 26 может быть образован посредством соединения множества элементарных коллекторов, которые образуют многослойные зеркала показанного на фиг.10 типа.

На фиг.9 кривая II показывает изменения отражательной способности Р (в произвольных единицах) в качестве функции энергии En (в эВ) для многослойного зеркала такого типа, который можно использовать в данном изобретении, например, показанного на фиг.10 типа.

Наблюдается сильное увеличение ширины на половинной высоте, которое равно 9 эВ для кривой II, по сравнению с многослойным зеркалом согласно уровню техники (кривая I).

Поэтому в изобретении увеличена ширина полосы многослойных зеркал для экстремального ультрафиолетового излучения.

Ниже приводится пояснение этому на основе минимизации тепловой деформации, которой подвергается многослойное зеркало и, в частности, многослойное зеркало, которое можно использовать в данном изобретении, когда на это многослойное зеркало падает интенсивное экстремальное ультрафиолетовое излучение.

Для получения такого зеркала около ста пар слоев подходящей толщины (слоев тяжелого материала, чередующихся со слоями легкого материала) наносят, например, на кремниевую подложку, оптически полируют до желаемой формы для получения полной толщины слоев порядка 1 мкм. Поэтому эта толщина пренебрежительно мала по сравнению с толщиной подложки (например, несколько миллиметров), которая определяет форму многослойного зеркала.

Деформация плоского зеркала, подвергаемого воздействию плотного теплового потока на его передней поверхности, имеет геометрическую природу. Эта деформация имеет две составляющие.

Первая составляющая параллельна поверхности пластины, образующей зеркало. Эта первая составляющая приводит к общей сферической кривизне за счет двухслойного эффекта и следует из разницы температур между передней поверхностью и задней поверхностью зеркала.

Вторая составляющая перпендикулярна поверхности зеркала и вызывает местную деформацию, а именно местное увеличение толщины зеркала. Это обусловлено отсутствием гомогенности плотности теплового потока, действующего на зеркало.

Общая кривизна (двухслойный эффект) схематично показана на фиг.11. Показано падающее на многослойное зеркало излучение 84.

Разница Δ T_s температур между передней поверхностью и задней поверхностью зеркала вызывает общую сферическую кривизну с соответствующим максимальным градиентом Δ р.

Для неохлаждаемого зеркала, кромки которого являются свободными, этот градиент выражается следующей формулой, где ϕ - плотность теплового потока (в Вт/мм²), α - коэффициент теплового расширения зеркала, k - теплопроводность зеркала, С - постоянная, равная 1 для сферической кривой и 1/2 для цилиндрической кривой, и l_i - половина длины зеркала:

Δ р=С× (α /k)× ϕ × l_i.

Этот градиент, соответствующий общей кривизне, линейно изменяется в зависимости от падающего потока. Он увеличивается с увеличением отношения α /k, когда размеры луча, падающего на зеркало, являются большими.

Градиент Δ р не зависит от толщины зеркала и от угла атаки излучения на это зеркало. Радиус кривизны, связанной с деформацией зеркала, не зависит от размеров этого зеркала. Этот радиус кривизны R определяется формулой:

R=ϕ^-1×(k/α ).

Ниже приводится описание местной деформации, схематично показанной на фиг.12. Эта местная деформация обусловлена расширением зеркала перпендикулярно его поверхности. Она обусловлена отсутствием гомогенности потока, падающего на зеркало. Это отсутствие гомогенности вызвано угловым расхождением луча 84, который, например, соответствует закону распределения Гаусса.

Максимальный градиент Δ h, связанный с этой местной деформацией, выражается следующей формулой:

Δ h=2× (α /k)× (е²/L_i)× ϕ₀.

В этой формуле ϕ₀ обозначает плотность потока в центре пятна луча на многослойном зеркале, е - толщину этого зеркала, α - коэффициент теплового расширения, k - теплопроводность зеркала и L_i - ширину на средней высоте пятна луча на зеркале.

Градиент Δ h изменяется с линейной зависимостью от падающего потока. Он становится больше с увеличением отношения α /k и при малом размере луча на зеркале. Этот градиент изменяется в зависимости от квадрата толщины зеркала.

Для уменьшения воздействий этих механических деформаций необходимо, чтобы пятно луча на многослойном зеркале имело большие размеры, для того чтобы "распределить" плотность теплового потока, а толщина зеркала была небольшой, при этом оно не должно сильно поглощать излучение и иметь небольшую величину отношения α /k.

Пятно луча на многослойном зеркале зависит от выбранного для отражения угла атаки. Этот угол атаки выбран близким к 90° , что делает пятно луча минимальным.

Выбор типа зеркала и его толщины зависит от технологии полировки, которая обеспечивает получение желаемой формы и шероховатости поверхности.

Теплопроводность k и коэффициент теплового расширения α изменяются в зависимости от температуры. Как показано на фиг.13, в случае использования кремния можно воспользоваться очень малым коэффициентом расширения α этого материала в соединении с высокой теплопроводностью k, когда температура близка к 125 К.

На фиг.13 показаны кривая II, которая представляет изменение коэффициента теплового расширения α кремния (в 10^-6К^-1) в зависимости от температуры Т (в К), и кривая I, которая представляет изменения теплопроводности k (в Вт/(м· К)) в зависимости от температуры Т (в К).

В этом случае соотношение α /k стремится к 0, когда температура стремится к 0, что минимизирует механические деформации, вызванные тепловым потоком. На фиг.14 показана кривая изменения α /k (в 10^-6 К^-1) в зависимости от температуры.

Поэтому в изобретении многослойные зеркала, например, показанного на фиг.10 типа предпочтительно охлаждают до низкой температуры (около 100 К) для минимизации механической деформации, вызванной тепловым потоком во время использования литографического устройства с применением экстремального ультрафиолетового излучения, независимо от материала подложки (например, германия или кремния).

Это схематично показано на фиг.15. Показано многослойное охлаждаемое зеркало, которое содержит комплект 88 чередующихся слоев на подложке 90. Для этого зеркало расположено на опоре 92, внутри которой циркулирует жидкий азот. В качестве варианта эта опора 92 содержит резервуар с жидким азотом.

Таким образом, уменьшена деформация многослойного зеркала, когда на него падает сильный поток 94 экстремального ультрафиолетового излучения.

Как показано на фиг.10, в данном примере толщина пар смежных слоев комплекта многослойного зеркала является функцией, которая увеличивается с увеличением глубины в комплекте. Тем не менее, получают многослойное зеркало, которое можно использовать в данном изобретении, в котором толщина пар смежных слоев является функцией, которая уменьшается с глубиной в этом комплекте.

Реферат

Литографическое устройство содержит опору для образца, маску, источник излучения в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне спектра, оптическое средство для собирания и передачи излучения к маске и оптическое средство для уменьшения этого изображения и проекции уменьшенного изображения на образец. Устройство содержит многослойные зеркала, каждое из которых содержит подложку и комплект чередующихся слоев первого и второго материалов. Первый материал имеет атомный номер больше атомного номера второго материала. Толщина пар смежных слоев является монотонной функцией глубины в комплекте, причем эта глубина отсчитывается от свободной поверхности комплекта. Источник содержит по меньшей мере одну твердую мишень, которая при взаимодействии с лазерным лучом, сфокусированным на одной из ее поверхностей, эмитирует экстремальное ультрафиолетовое излучение с другой поверхности. Обеспечивается использование экстремального ультрафиолетового излучения, увеличение спектральной полосы зеркал и уменьшение тепловой деформации зеркал. 18 з.п.ф-лы, 15 ил.

Формула