Способ и устройство генерации излучения в требуемом диапазоне длин волн и устройство для литографии на их основе - RU2368967C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к генерации излучения на требуемой длине волны.

В частности, изобретение относится к способу генерации излучения в заданном направлении в требуемом диапазоне длин волн, при этом указанный способ включает:

- получение первоначального излучения при помощи источника излучения, длины волн которого включают указанный требуемый диапазон;

- фильтрацию указанного первоначального излучения для по существу устранения лучей первоначального излучения, длина волн которых находится за пределами указанного требуемого диапазона.

Настоящее изобретение относится также к устройству для генерации излучения таким способом, а также к устройству литографии, содержащему такое устройство.

Способы и устройства вышеупомянутого типа известны из предшествующего уровня техники.

Пример (не ограничительный) осуществления связан с генерацией излучения требуемой длины волны для оптической системы, применяемого для литографии на фоточувствительной подложке.

На фиг.1 схематически показана оптическая система 100, содержащая:

- генератор 10 излучения в требуемом диапазоне длин волн;

- систему 11 линз, получающую излучение от генератора 10 и преобразующую это излучение (например, осуществляя коллимацию и/или фокусирование его лучей);

- маску 12, получающую преобразованное излучение из системы линз и выборочно пропускающую только те лучи, которые попадают на маску в зоне «пропускающего» рисунка 120, при этом остальная часть излучения задерживается маской;

- подложку 13, которая получает лучи, пропущенные маской, и поверхность которой, облучаемая этим излучением, содержит фоторезист или фоточувствительный материал.

Лучи, попадающие на подложку, взаимодействуют с материалом покрытия и формируют, таким образом, на поверхности подложки рисунок, соответствующий пропускающему рисунку маски.

Требуемый диапазон заданных длин волн генератора 10 может, в частности, находиться в спектре ультрафиолетовой области (УФ) или в спектре вакуумной ультрафиолетовой области (ВУФ).

Следует уточнить, что в тексте описания термином «ВУФ» условно обозначаются как ВУФ-лучи, так и мягкие рентгеновские лучи.

ВУФ-лучи связаны с очень короткими длинами волн (менее 100 нм, например порядка нескольких десятков нанометров, при этом в одном из вариантов использования излучение соответствует длине волны 13,5 нм). Такое предпочтение отдается, в частности, для осуществления фотолитографии, поскольку рисунки, формируемые лучами, соответственно имеют очень маленькие размеры. Это позволяет формировать большее количество рисунков на подложке одного и того же размера.

Однако при этом генератор излучения должен взаимодействовать со средствами фильтрации излучения.

Действительно, в некоторых случаях, в частности, для генераторов излучения с длиной волны в ВУФ-области генератор содержит источник излучения плазменного типа.

При этом такие источники излучения, кроме требуемого излучения, испускают также:

- излучение, длины волн которого не соответствуют требуемому диапазону; и/или

- твердотельные осколки, образующиеся при взаимодействии между плазмой и твердотельными частями камеры, в которой находится эта плазма (мишень, стенки камеры и т.д.).

Для выделения из излучения, выходящего из генератора, только лучей требуемой длины волны необходимо предусмотреть средства фильтрации на выходе источника излучения (например, непосредственно за источником, чтобы избежать повреждения маски твердотельными осколками).

Как известно, такие средства фильтрации содержат многослойное зеркало, выборочно отражающее лучи в зависимости от их длины волны.

Такое многослойное зеркало работает наподобие полосового фильтра.

Разумеется, что оно не пропускает нежелательные осколки, которые могут выходить из источника излучения, поэтому элементы, находящиеся за средствами фильтрации, не подвергаются воздействию таких осколков.

Такое решение позволяет фильтровать лучи, выходящие из источника излучения, в котором могут образоваться осколки.

Однако недостатком этой известной конфигурации является то, что выходящие из источника осколки могут повредить зеркало средств фильтрации.

Разумеется, можно предусмотреть вариант, в котором указанные средства фильтрации располагают далеко от источника, чтобы снизить возможность повреждения осколком зеркала этих средств фильтрации.

Но в таком случае существенно уменьшится поток излучения, попадающий на средства фильтрации, что отрицательно скажется на эффективности всей оптической системы.

Таким образом, выясняется, что известные решения для генерации излучения заданных длин волн связаны с недостатками, если источник излучения может генерировать осколки.

Причем этот недостаток относится, в частности, к вариантам применения, в которых требуемые длины волн находятся в ВУФ-области.

Задачей настоящего изобретения является устранение этих недостатков.

В связи с этим первым объектом настоящего изобретения является способ генерации излучения с заданным направлением испускания и в требуемом диапазоне длин волн, при этом указанный способ включает:

- получение первоначального излучения с помощью источника излучения, длины волн которого включают указанный требуемый диапазон;

- фильтрацию указанного первоначального излучения для, по существу, устранения лучей первоначального излучения, длина волн которых находится за пределами указанного заданного диапазона,

отличающийся тем, что фильтрацию осуществляют путем обеспечения управляемого распределения показателя преломления лучей в области управления, через которую проходит первоначальное излучение, таким образом, чтобы выборочно отклонять лучи первоначального излучения в зависимости от их длины волны и пропускать лучи требуемой длины волны.

Такой способ характеризуется следующими отличительными, но не ограничительными признаками:

- указанное управляемое распределение показателя преломления лучей осуществляют путем управления распределением плотности электронов в области управления;

- область управления находится в плазме;

- плазма, содержащая область управления, находится в камере, связанной с источником излучения;

- управление плотностью электронов осуществляют таким образом, чтобы плотность электронов была выше на удалении от центральной линии испускания первоначального излучения, чем на указанной центральной линии испускания первоначального излучения;

- центральная линия испускания первоначального излучения является прямой первоначального излучения, и первоначальное излучение генерируется источником излучения практически с осесимметричным распределением относительно прямой первоначального излучения;

- для получения указанного распределения плотности электронов в плазму вводят энергию вдоль центральной линии испускания первоначального излучения;

- ввод энергии осуществляют путем ионизации плазмы вдоль центральной линии испускания первоначального излучения;

- для осуществления ионизации выполняют следующие операции:

подают электрическое напряжение на электроды камеры, содержащей плазму, при этом указанные электроды удалены друг от друга вдоль направления, определяемого центральной линией испускания первоначального излучения;

вводят энергетический пучок по центральной линии испускания первоначального излучения;

- для отбора лучей требуемой длины волны на выходе области управления размещают, по меньшей мере, одно окно для выборочного пропускания лучей в требуемом диапазоне длин волн;

- каждое окно располагают на центральной линии испускания первоначального излучения с криволинейной абсциссой, соответствующей месту пересечения отклоненных лучей из требуемого диапазона длин волн с центральной линией испускания первоначального излучения;

- требуемый диапазон длин волн находится в интервале [0-100 нм];

- требуемый диапазон длин волн находится в области ВУФ.

Вторым объектом настоящего изобретения является устройство для генерации излучения в заданном направлении и в требуемом диапазоне длин волн, при этом указанное устройство содержит:

- источник первоначального излучения, длины волн которого включают требуемый диапазон;

- средства фильтрации первоначального излучения для, по существу, устранения лучей первоначального излучения, длина волны которых находится за пределами требуемого диапазона,

отличающееся тем, что средства фильтрации содержат средства для обеспечения управляемого распределения показателя преломления лучей в области управления, через которую проходит первоначальное излучение, в зависимости от их длины волны и для отбора лучей требуемой длины волны.

Такое устройство характеризуется следующими отличительными, но не ограничительными признаками:

- средства для обеспечения управляемого распределения показателя преломления лучей содержат средства управления распределением плотности электронов в области управления;

- область управления находится в плазме;

- плазма, содержащая область управления, находится в камере, связанной с источником излучения;

- средства управления распределением плотности электронов обеспечивают получение такой плотности электронов, которая выше на удалении от центральной линии испускания первоначального излучения, чем на центральной линии испускания первоначального излучения;

- центральная линия испускания первоначального излучения является прямой первоначального излучения, и средства управления распределением плотности электронов выполнены с возможностью получения плотности электронов, практически осесимметричной относительно прямой первоначального излучения;

- средства управления распределением плотности электронов содержат средства ввода в плазму энергии вдоль центральной линии испускания первоначального излучения;

- средства ввода энергии содержат средства ионизации плазмы вдоль центральной линии испускания первоначального излучения;

- средства ввода энергии содержат средства, предназначенные для:

подачи электрического напряжения на электроды камеры, содержащей плазму, при этом указанные электроды удалены друг от друга вдоль направления, определяемого центральной линией испускания первоначального излучения;

ввода энергетического пучка по центральной линии испускания первоначального излучения;

- на выходе области управления устройство содержит, по меньшей мере, одно окно для выборочного пропускания лучей требуемого диапазона длин волн;

- каждое окно располагают на центральной линии испускания первоначального излучения с криволинейной абсциссой, соответствующей месту пересечения отклоненных лучей из требуемого диапазона длин волн с центральной линией испускания первоначального излучения;

- устройство содержит многослойное зеркало для дополнительной фильтрации, взаимодействующее, по меньшей мере, с некоторыми окнами;

- устройство содержит множество модулей, каждый из которых содержит источник первоначального излучения и средства фильтрации, а также оптическое средство для сбора отфильтрованного излучения и направления его за пределы устройства;

- оптическое средство является многослойным зеркалом, которое обеспечивает окончательную фильтрацию излучения;

- требуемый диапазон длин волн находится в интервале [0-100 нм];

- требуемый диапазон длин волн находится в области ВУФ.

Объектом настоящего изобретения является также устройство для литографии, содержащее устройство для генерации излучения, характеризующееся вышеуказанными признаками.

Другие отличительные признаки, задачи и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи, кроме фиг.1, описанной выше, на которых:

фиг.2 - принципиальная схема генератора излучения в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.3 - аналогичная схема, показывающая распределение плотности электронов, которое управляется специальным образом, в контексте настоящего изобретения;

фиг.4 - вид частного варианта выполнения настоящего изобретения с множеством источников излучения.

На фиг.2 схематически показан генератор 20 излучения в соответствии с настоящим изобретением.

Этот генератор излучения содержит камеру 21, которую, как правило, выполняют закрытой, но одна сторона 210 при этом остается открытой для пропускания лучей из камеры.

Камера 21 содержит источник 211, который способен создавать первоначальное излучение R0.

Обычно это источник, содержащий плазму.

Первоначальное излучение состоит из лучей, длина волны которых соответствует требуемому диапазону длин волн.

В предпочтительном, но не ограничительном варианте использования настоящего изобретения требуемый диапазон длин волн находится в интервале [0-100 нм].

Таким образом, этот требуемый диапазон длин волн может содержаться в спектре ВУФ.

Таким образом, камера 21 может генерировать первоначальное излучение, существенная часть лучей которого соответствует требуемому диапазону длин волн.

Как уже упоминалось, при испускании источником созданного излучения могут возникать нежелательные эффекты:

- первоначальное излучение может содержать лучи, длины волн которых не соответствуют заданному диапазону;

- вместе с первоначальным излучением источник 211 может также испускать некоторые осколки.

Для предупреждения этих нежелательных эффектов генератор 20 содержит средства фильтрации первоначального излучения.

Эти средства фильтрации могут создавать управляемое распределение показателя преломления лучей в области управления 212, через которую проходит первоначальное излучение, таким образом, чтобы выборочно отклонять лучи первоначального излучения в зависимости от их длины волны.

После этого отбирают (в частности, при помощи средств, которые будут описаны ниже) лучи требуемой длины волны.

Таким образом, используют физический принцип, аналогичный тому, который приводит, например, к отклонению световых лучей при наличии градиента показателя преломления воздуха (в частности, воздуха, характеризующегося большими температурными градиентами).

В данном случае, как показано на фиг.2, область управления находится внутри самой камеры 21.

Необходимо уточнить, что эта область управления может находиться и за пределами камеры 21 на ее выходе на пути первоначального излучения.

Управление распределением показателя преломления в области управления можно осуществлять, управляя распределением плотности электронов в указанной области управления.

В этой связи можно применять отношение, связывающее показатель преломления η с плотностью электронов n_е

η=(1-n_е/n_с)^1/2, где n_с - критическая плотность электронов, свыше которой лучи не могут проходить, и это значение n_с связано с длиной волны рассматриваемых лучей.

Возвращаясь к варианту выполнения, показанному на фиг.2, отметим еще раз, что область 212 управления находится внутри камеры 21, то есть эта область управления находится в плазме, связанной с источником 211.

Управление распределением плотности электронов в области управления позволяет влиять на траектории различных лучей первоначального излучения в зависимости от длины волны этих лучей.

На фиг.2 показаны две основные траектории двух типов лучей:

- лучи с первой длиной волны λ1. Эти лучи проходят по траектории R1;

- лучи со второй длиной волны λ2, меньшей длины волны λ1. Эти лучи проходят по траектории R2.

В показанном здесь предпочтительном варианте выполнения изобретения в области управления создают распределение плотности электронов таким образом, что плотность электронов на удалении от центральной линии испускания первоначального излучения оказывается выше, чем на центральной линии испускания первоначального излучения.

В случае, показанном на фиг.2, «центральная линия испускания первоначального излучения» соответствует прямой линии А. Необходимо уточнить, что в представленном примере камера обычно имеет форму круглого цилиндра, и первоначальное излучение испускается, по существу, с осесимметричным распределением лучей вокруг линии А.

Конфигурация необходимого распределения плотности электронов для представленного примера показана на фиг.3 в виде кривых плотности электронов.

Из фиг.3 видно, что значение плотности электронов больше по краям камеры (на удалении от линии А), чем в середине этой камеры (рядом с линией А).

Отмечается также, что три показанные кривые плотности электронов расходятся в периферической области камеры. Это явление будет рассмотрено ниже.

Необходимо отметить, что такое распределение плотности электронов противоположно тому, которое можно обычно наблюдать в камере источника излучения.

Действительно в камере известного типа, как правило, плотность выше в центре камеры.

Таким образом, конфигурация плотности, показанная на фиг.3, является специфической и создана специально для описанного варианта применения изобретения. Для создания такого распределения плотности электронов в области управления в плазму камеры 21 вводят энергию вдоль указанной линии А.

Такой ввод энергии можно осуществлять, например, с помощью электронов или лазерного пучка, направленных в область управления вдоль оси, обозначенной линией А.

Схематично эта подача энергии показана стрелкой Е. Она позволяет ионизировать плазму в области управления вдоль линии А.

Перед этим вводом энергии на электроды камеры, содержащей плазму, подают напряжение, причем указанные электроды отстоят друг от друга по направлению, как правило, определяемому указанной центральной линией испускания первоначального излучения.

На фиг.3 схематично показаны такие электроды 2121 и 2122.

Таким образом, можно создавать распределение плотности электронов, показанное на фиг.3.

Следует уточнить, что такое распределение можно осуществить, начиная с известного распределения плотности, в котором плотность выше в центре камеры.

Действительно в данном случае ввод энергии и связанная с ней ионизация позволяют осуществить «инверсию» конфигурации плотности и получить более высокую плотность вблизи стенок камеры.

Как уже было указано, на фиг.3 показаны три кривые распределения плотности.

Эти три кривые практически совпадают в центральной области камеры (вблизи линии А), но соответствуют разным значениям плотности вблизи стенок камеры.

Эти три кривые соответствуют трем последовательным состояниям распределения плотности электронов после ионизации центральной зоны области управления.

В результате такой ионизации плотность электронов уже оказывается выше на периферии области управления.

Если эволюцию ионизированной плазмы не прекращать, то эта конфигурация будет еще более выраженной, и значение плотности станет еще большим на периферии. Действительно электроны высокой плотности, присутствующие в большом количестве на периферии камеры, будут стремиться расплавить покрытие внутренних стенок этой камеры слой за слоем.

В результате этого плавления на периферии камеры количество электронов будет увеличиваться, что еще больше повышает плотность электронов в этой зоне.

На фиг.2 показано окно 222, находящееся в фокальной точке лучей с траекторией R2.

Это окно является средством отбора лучей с требуемой длиной волны среди лучей первоначального излучения.

Уже отмечалось, различные лучи первоначального излучения R0 отклоняются по-разному в зависимости от их длины волны за счет распределения плотности электронов в области управления.

Это выборочное отклонение заставляет лучи, соответствующие требуемой длине волны, сходиться к точно определенной точке на лини А, - назовем эту точку «фокальной точкой».

Таким образом, положение фокальной точки на линии А (это положение может быть определено криволинейной абсциссой отметки, связанной с указанной линией А) зависит от длины волны, соответствующей этой фокальной точке.

На фиг.2 показаны фокальные точки F1 и F2, соответствующие лучам с траекториями R1 и R2.

Таким образом, окно 222 находится в фокальной точке F2. Функцией этого окна является пропускание только лучей, достигающих линии А практически на уровне фокальной точки F2 (то есть лучей с длиной волны λ2). Для этого окно 222 содержит отверстие 2220 предпочтительно с центром на линии А.

Таким образом, данное окно является предпочтительным средством отбора только лучей заданных длин волн; оно улучшает фильтрацию лучей в первоначальном излучении.

Таким образом, можно располагать окна в любом месте на линии А в зависимости от длины волны, которую необходимо выделить.

Понятно, что изобретение позволяет эффективно выделить лучи требуемой длины волны (или, точнее говоря, требуемых длин волн).

При этом в рамках настоящего изобретения предотвращают попадание на средство фильтрации, такое как многослойное зеркало, осколков, которые могут его повредить.

В рамках настоящего изобретения отбор требуемых лучей в точно определенной точке, к которой они отклоняются, уже сам по себе позволяет в значительной мере избежать возможного попадания осколков, выходящих из источника 21.

Применение же таких средств отбора, как окно, позволяет еще больше сократить количество этих осколков.

В результате такой фильтрации осколков не остается или остается лишь незначительное количество.

Следует уточнить, что за фокальной точкой отбираемых лучей можно располагать средства оптического преобразования пучка, сформированного отфильтрованными лучами.

Таким оптическим преобразованием может быть, в частности, коллимация или фокусирование.

Благодаря этому отобранный пучок можно направлять непосредственно на литографическую маску.

В случае необходимости можно также направлять отобранный пучок на дополнительные средства фильтрации.

Такие дополнительные средства фильтрации могут содержать многослойное зеркало типа зеркал, применяемых в известных на сегодняшний день средствах фильтрации.

Слои такого многослойного зеркала выполняют таким образом (по составу и толщине), чтобы зеркало выборочно отражало только лучи данной длины волны (в зависимости от так называемого условия Брэгга - Вульфа, связывающего коэффициент отражения зеркала с длиной волны падающих лучей).

В этом варианте используют последовательный ряд из нескольких средств фильтрации. При этом самое близкое к выходу средство, осуществляющее выборочное отклонение лучей и их отбор, обеспечивает защиту наиболее удаленного от выхода средства (многослойное зеркало) от выходящих из источника осколков.

Наконец, необходимо уточнить, что изобретение можно использовать в устройстве, содержащем множество источников первоначального излучения, при этом каждый из них взаимодействует со средствами, позволяющими управлять распределением показателя преломления в соответствующей области управления.

Схематически такой вариант использования показан на фиг.4.

На фиг.4 множество камер 21i, аналогичных уже описанной камере 21, испускают соответствующее излучение вдоль соответствующих центральных линий Ai, сходящихся к центральной оптической системе 23.

Центральная оптическая система может принимать лучи, выходящие из одной или нескольких камер 21i в зависимости от того, какая из этих камер активирована.

Расстояние между оптической системой 23 и каждой камерой регулируют таким образом, чтобы отбирать длину волны отфильтрованного излучения, соответствующую каждой активной камере.

Таким образом, в оптическую систему 23 можно направлять лучи разных длин волн, выходящие из разных камер.

В любом случае оптическая система 23 выполнена с возможностью направлять полученные лучи наружу, например, к другим средствам оптического преобразования излучения (таким как литографическая маска).

Реферат

Изобретение относится к генерации излучения в заданном направлении и требуемом диапазоне длин волн. Способ генерации излучения в заданном направлении в требуемом диапазоне длин волн включает получение первоначального излучения с помощью источника излучения и фильтрацию первоначального излучения путем обеспечения управляемого распределения показателя преломления лучей в области управления. Фильтрация обеспечивает выборочное отклонение лучей первоначального излучения в зависимости от их длины волны и отбор лучей с заданной длиной волны. Управляемое распределение показателя преломления лучей получают путем управления распределением плотности электронов в области управления. Устройство для генерации излучения содержит источник первоначального излучения и средства фильтрации. Средства фильтрации содержат средства для обеспечения управляемого распределения показателя преломления лучей. Последние, в свою очередь, содержат средства для управления распределением плотности электронов в области управления. Устройство для литографии содержит указанное устройство для генерации излучения. Изобретение позволяет уменьшить вероятность повреждения средств фильтрации при сохранении падающего на них потока излучения и обеспечить генерацию излучения на требуемой длине волны. 3 н. и 25 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула