CN100391316C - 借助于等离子体产生远紫外线和/或软x射线辐射的装置和方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于借助等离子体产生远紫外线和/或软X射线辐射的方法，该等离子体可以通过照射材料而产生。为了获得光学照明系统污染的降低以及辐射源(50)功率的瞬时最优化，建议借助阻挡装置(70)至少控制材料的数量。

Description

借助于等离子体产生远紫外线和/或软X射线辐射的装置和方法

本发明涉及一种借助等离子体产生远紫外线和/或软X射线辐射的装置和方法，该等离子体可以通过照射材料来产生。

这种方法和装置是公知的。例如，对于半导体工业的下一代中光刻设备需要远紫外线辐射，简称EUV辐射。尤其对于在所谓晶片上集成电路的进一步小型化需要短波范围的高强度光源。特别选择13.5nm范围内的波长，因为对于这个光谱范围可以使用对应的多层反射器。为了保证晶片生产的高产量，辐射源的强度必须高。在光学照明系统的输入侧，远紫外线光范围中大约50到150W功率必须是可利用的。为了使得该辐射源的这个功率可以被利用，将施加的能量高效转换成EUV辐射是必需的。另外，该辐射必须尽可能是单色的以便于符合强加于光学照明系统上的高要求。最后，整个系统的使用期限是最重要的。尤其非常昂贵的光学照明系统容易受到污染。鉴于此，必须最小化所有源自辐射源的碎片和气体。

两种远紫外线发光辐射源主要用于光刻术，也就是激光产生等离子体和放电等离子体源。

当使用激光时，通过集中的、聚焦良好的激光束撞击固体或液体材料形成等离子体。由高电离种类的材料发出远紫外线辐射。这种材料可以或者是固体或者是液体。它通常由金属颗粒或者通过低温技术凝固的材料形成，例如由于通过小喷嘴扩张凝聚的氙。在这个技术中主要问题是集中的激光束的需求。此时这种激光器仍然不是可以利用的，如果它们的生产完全是可能的，也是很昂贵的。另一个问题是喷嘴的腐蚀和来自喷嘴或者从汽化更大材料颗粒的碎片，该喷嘴非常靠近形成等离子体的激光点。

可以通过放电形成热等离子体。快速上升的放电电流导致强大的磁场，在形成发出EUV辐射的狭窄、密集的热等离子体下，该磁场收缩电荷载流子。多种放电，例如毛细管放电、聚焦等离子体放电和由空心阴极管触发的放电是公知的。现在对于放电主要使用氙作为可操作气体。作为稀有气体，很容易控制，以及高电离种类的氙在13.5nm具有辐射跃迁。

然而，存在一种迹象，对于在13.5nm发生辐射一些材料具有更高的转换功效。因此，例如，在这个能量值锂具有强的发射谱线。例如，锡离子具有对应于所期望的波长范围中的能量的几个跃迁。例如铟、锑和碲类还具有在12和15nm之间的强辐射频带。由于在室温下这些材料主要是固体或液体，所以提供成放电远远比气体的情况更复杂。

已经公开了用于给激光器或者放电装置提供固体或者液体的多种方法。

在WO-A-01/30122中，通过激光束激发测微小滴的薄雾。由在通过喷嘴进入真空气缸的压力加压的液体产生该薄雾。在这个装置中尤其不利的是，仅仅可以使用液体材料，并通过辐射源的真空腔室运送相对大量的材料。另外，在运行期间不可能最优化材料的数量。

US-A-5991360描述了另一种装置，其中引入到低压腔室的材料包括由激光束照射的气体和固体颗粒的混合物。这里连续被提供的材料的集中缺陷对转换功效具有特别负面的影响。这里，以及在前述的情况中，在激光点中材料密度的分布通常很宽。不管附加的分离装置，由于提供了相对大量的材料，所以可能污染光学照明系统。提供的混合物的再吸收效果进一步降低了EUV辐射的强度。尤其是，在运行过程中该装置不具有最优化颗粒提供的可能性。

US4723262公开了另一种装置，其中和激光束同步的将材料以单个的微滴的形式提供给真空腔室。通过激光束、离子或者电子影响液体材料的激发，其中将该材料激发成等离子体形式。用于回收多余材料的附加装置将最小化光学照明系统的污染。由于微滴尺寸主要是由液体材料的表面张力决定的，所以不可能再次最优化引入到辐射源的材料量。在这种情况中使用的水银在真空腔室中具有相当高的蒸气压力，结果光学系统不可避免地受到污染以及该装置的运行寿命受到限制。尤其是考虑到用于EUV光刻术的辐射源所需的输出功率重复率极其不利，该重复率自然受到各个机械部件的限制。

在WO 01/31678中，使用具有10到100μm直径的所谓微体。附加装置从等离子体点移走多余的材料，所述材料再次被同步提供。这里公开了非常复杂结构的装置。这里尤其不利地是用于高功率辐射源的微体没有完全蒸发，结果辐射源的剩余材料的碎片在后面继续污染光学照明系统。另外微体的材料量不能适应运行过程中的需求。

EP-1109427公开了一种用于将液体材料同步地提供给放电装置的等离子体箍缩的装置。这里既不能使用固体材料，也不能使用为了最优化运行过程中的辐射源的功率用于控制液体材料量的装置。

因此，本发明的目的是提供一种借助等离子体产生远紫外线和/或软X射线辐射的装置和方法，该等离子体以简单的方式减低光学照明系统的污染，也就是通过技术上简单的装置，以及该等离子体最优化短时间间隔内的可利用的辐射。

根据本发明，该目的可以在开头段落中提到的那种装置中实现，因为提供了一种至少控制引入到辐射源的一定数量的材料的装置。

这里对于本发明重要的是，在等离子体产生过程中材料的数量是适当的，主要使得所需辐射的强度得到了最优化。

还获得特别有利的装置，因为该材料可以和贮藏容器中的载体气体混合。进入到辐射源的材料数量可以以简单的方式变化，例如在这种情况中借助于载体气体的压力。

优选地，设置该装置使得可以通过贮藏容器中混合物的成分控制材料的数量。该材料的浓度的控制还能够使材料的数量适应依照辐射源中的等离子体形成的需求。

本发明的另一个实施例的特征在于，聚焦装置设置在贮藏容器和真空腔室之间，所述真空腔室与所述容器相连通以用于产生和/或对准物质束(mass beam)。通过贮藏容器和真空腔室之间的压力差可以令人满意地影响流过聚焦装置的材料的流速。这种聚焦装置是公知的，例如，从US5270542可知。这里物质束具有相对细长的材料密度分布。载体气体被主要去除，这是由于聚焦束已经瞄准了辐射源中的等离子体箍缩，所以不再需要附加包围的物质束的原因。

为了进一步改善材料数量的瞬时适配，设计产生等离子体的装置，使得在真空腔室中至少设置阻挡装置，该阻挡装置用于在物质束进入到辐射源之前控制物质束。该特征的特殊优点在于控制进入到辐射源的材料数量的较低惯性以及材料分配和辐射源之间的空间隔离。

为了实现对材料数量的更高精度的控制，选择上述的装置的结构以使得阻挡装置包括至少一个盘是有用的，该盘具有至少一个允许物质束通过的空隙(void)并且通过其轴基本上沿着物质束的方向延伸的驱动器控制转动。具有低的机械惯性并容易生产的该实施例导致了对材料数量的非常精确的控制，例如，以便于更进一步最小化EUV辐射的再吸收和光学照明系统的污染。通过空隙的物质束对应于阻挡装置的运行位置“打开”。相反，当物质束撞击到盘时，不再有材料进入辐射源。这里尤其有利的是，阻挡装置和辐射源彼此空间隔开，使得不会发生由隔开的材料对光学照明系统的污染。

在特别有利的装置中，设计阻挡装置使得盘中的空隙呈至少一个开口或一个扇形的形状。该空隙显然可以呈现无论什么样的形状。特别地，这里借助例子记载了圆形、矩形、三角形和梯形的开口。各种空隙的图形都是可能的。例如，一个特殊实施例包括扇形形式的多个空隙，类似于船用螺旋桨，以便于偏转材料的受阻挡量。

更有利的是一个在另一个后面地设置至少两个盘的情形，可以共同地或者单独地驱动所述盘。由此，连续的物质束可以转变成脉冲束，其脉冲持续时间和频率可以容易地与辐射源的操作模式同步。

另外，可以设计该装置使得由转动盘阻挡的物质束部分可以被吸入到真空装置中。由此可以避免被阻挡地材料从真空腔室进入辐射源。

对于上述装置的设置有用的是，真空装置和真空腔室相对地设置，并包括过滤器、真空泵以及连接到过滤器和贮藏容器的回流管。该过滤器能够保护泵避免受到材料的污染，由此延长它的运行寿命。回流管使得能够回收通常昂贵的材料，例如，举例来说铟、镓、或碲。

为了改善真空腔室和辐射源之间的空间隔离以及阻止未聚集的气体和/或物质颗粒进入，可以设计该装置以使得在真空腔室和辐射源之间设置撇清器(skimmer)。该撇清器撇去物质束最终的不均匀的边缘区域，由此产生可再生的、稳定的颗粒束。

可以进一步降低光学照明系统的污染，因为在和撇清器相对的辐射源处设置分离器装置。这就实现了通过辐射源的材料的分离。鉴于此，分离器装置可以设计成冷却阱(cooling trap)。

另外，根据本发明，实现了关于产生远紫外线和/或软X射线辐射的方法的目的，因为以控制的方式至少将一定数量的材料引入到辐射源中。由此提供了将材料瞬间提供到根据需求的等离子体，从而避免了光学照明系统的污染并且最优化辐射功效。

优选地，设计该方法，使得该材料至少包括一种固体和/或一种液体成分。这就使得从那些材料中选择在从12nm到15nm，优选为13.5nm的波长范围中具有辐射的高转换功效的材料能够具有更高的灵活性。

对于该方法尤其有利的是，如果通过提供至少一种载体气体来控制材料的数量。这使得还可以使用非挥发材料，例如以悬浮微粒的形式。

在方法的另一个实施例中提出了，使用的载体气体是稀有气体或者氮气。稀有气体特别不活泼且容易控制，而氮气包括特别低的可操作费用并且不需要回收。

本发明的另一个实施例的特征在于在进入辐射源之前将材料的数量分成几部分。通过分隔连续流动的材料可以容易地控制材料的数量，其容易实现。

设计控制材料数量的特别有利的方法，使得材料数量以脉冲的物质束进入辐射源中。由此在脉冲操作中可以产生等离子体，例如，以便于获得耦合成放电的特别有效的能量或者可选择地使用脉冲的激光辐射。

该方法的另一个优点是材料以具有从0.01μm到100μm范围的颗粒直径的颗粒束的形式引入到辐射源。颗粒束可以包括例如，很多不同尺寸的颗粒，其中对于等离子体形成的功效非常重要的是颗粒的表面面积与体积的比。例如，如果颗粒具有大的表面面积，将产生对激光辐射的更好的吸收。小体积的颗粒将更快地蒸发，例如导致更完全的等离子体形成。颗粒优选是小的，因为那么就可以更好地控制材料的数量。

可以改变产生等离子体的方法，以便通过借助于电子、离子或者光子照射物质束的至少一种成分来产生脉冲的等离子体。不但借助于放电，而且借助于激光辐射，可以以特别简单的方式产生EUV辐射。

优选设计该方法，使得等离子体形成和物质束进入辐射源是相互同步的。这就使得不仅可以进一步减低光学照明系统的污染，而且降低材料消耗以及由此产生的操作费用。

该方法的另一个实施例提出了，在辐射源中分隔物质束的质量。尤其在例如在开始运行时材料同步提供给辐射源的情况中，可以降低光学照明系统的污染并改善运行寿命。

对于该方法尤其有利的是，如果脉冲的远紫外线和/或软X射线辐射是由脉冲物质束激发。和连续波激光器相比较，现代的HCT箍缩等离子体和脉冲的激光源具有更高的功率级，尤其改善了以这种方式，例如尤其是EUV光刻术的辐射源的功率。

从下述对实施例的描述和从该描述涉及的附图，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。

图1示意性地示出了根据本发明的装置；

图2示意性地示出了阻挡装置；

图3示意性地示出了盘；以及

图4a描绘了第一盘作为时间函数的运行状态；

图4b描绘了第二光盘作为时间函数的运行状态；

图4c示出了阻挡装置作为时间函数的最终运行状态。

除非在下面另外陈述，相同的结构特征始终具有相同的附图标记并始终涉及图1-4。

图1示出了本发明第一个实施例的结构原理。和载体气体混合的大量材料存在于贮藏容器10中。例如，通过改变贮藏容器中的载体气体的分压或者材料的浓度可以调整最终进入到辐射源50的材料的数量。在贮藏容器10中可以保持例如对于在远紫外线和/或软X射线辐射的范围内的辐射具有高转换功效的固体和液体材料。尤其是在贮藏容器中可以混合非挥发材料和载体气体，以便于，例如形成悬浮颗粒。由于相对于真空腔室30的压力差，混合物通过聚焦装置20。聚焦装置在设置在真空腔室30中的阻挡装置70处瞄准物质束40。借助于设置在真空腔室30处的真空装置通过吸入来去除被阻挡的材料、多余的材料和载体气体，该装置包括过滤器14和真空泵12。昂贵的材料，例如，举例来说，铟、镓、锑、锗或者碲尤其可以通过回流管16返回贮藏容器10中并由此可以回收。通过阻挡装置70细分的物质束以颗粒束的形式通过所谓的撇清器60进入到和真空腔室空间隔开的电压源50中。该颗粒束具有0.01μm到100μm的范围的颗粒直径，并且当用放电的电子、离子或者激光束的光子照射时形成等离子体80。分隔通过辐射源50的材料的分离器装置90设置在与辐射源50的颗粒束的入口侧相对的位置。实际上，分离器装置90可以是冷却阱，为的是避免辐射源50的光学照明系统(未示出)的污染。

图2更具体的示出了阻挡装置70的操作原理。在右边顶部示出的聚焦的连续物质束40撞击第一盘72。该第一盘72围绕平行于物质束40的轴线旋转并且由被第一轴74驱动的第一驱动装置76驱动。第一盘72中的空隙导致第一脉冲物质束42撞击第二盘72′，其依次由第二轴74′和第二驱动装置76′控制。在第二盘打开状态中通过第二盘72′的材料形成最终的脉冲物质束44。借助真空装置(未示出)通过吸入去除由盘72、72′阻挡的材料。盘72、72′的相当低的质量使得能够瞬时改变进入辐射源的材料的数量并优选地与脉冲等离子体的形成同步。

图3示出了盘72的实施例。这里闭合的扇形100和以打开的扇形102为形式的空隙围绕盘轴104以顺时针方向交替设置。当物质束(未示出)撞击闭合的扇形100时，盘72处于闭合的运行状态，使得物质束40不能通过。当物质束40遇到打开的扇形102时，盘72处于打开的运行状态，物质束40可以通过。

图4a示出了在图2所示的阻挡装置70的第一旋转盘72作为时间函数的运行状态。

图4b示出了在图2所示的阻挡装置70的第二旋转盘72′作为时间函数的运行状态。如图2所示，通过改变第一和第二盘的空隙的尺寸和形状以及转速可以控制最终的脉冲物质束44的频率和脉冲持续时间。另外，第二盘72′使得能够产生相移，如图4c所示，一个盘足以改变频率和脉冲持续时间。

图4c示出了阻挡装置70的最终运行状态。这里阻挡装置70包括一个设置在另一个后面的两个盘72、72′。图4a和4b示出了两个盘72和72′的对应的“打开”和“闭合”位置。从图4a和4b的简单比较明显可见的是，图4c表示对于物质束40有效的“打开”位置。例如，观察在图4a和4b左边示出的第一个“打开”位置，可以确定图4b的“打开”位置的起点也是图4c的有效“打开”位置的起点，而图4a的“打开”位置的终点表示图4c的有效“打开”位置的终点。因此图4c的“打开”位置示出什么时候和在什么程度上允许物质束40以脉冲方式通过以便以脉冲或者多重脉冲物质束44的形式进入辐射源50。

已经公开了发明的装置和方法，其中通过控制引入到辐射源的材料数量降低了光学照明系统的污染并且瞬时最优化可以产生的辐射功率。

参考标记列表：

10  贮藏容器

12  真空泵

14  过滤器

16  回流管

20  聚焦装置

30  真空腔室

40  物质束

42  第一脉冲物质束

44  最终脉冲物质束

50  辐射源

60  撇清器

70  阻挡装置

72；72′第一；第二盘

74；74′第一；第二轴

76；76′第一；第二驱动装置

78  被阻挡的材料

80  等离子体

90  分离器装置

100  闭合扇形

102  打开扇形

104  盘轴

Claims (21)

1.一种装置，用于借助于等离子体(80)产生远紫外线和/或软X射线辐射，该等离子体(80)可通过照射材料产生，其特征在于该装置至少包括：

用于在物质束(40)进入到辐射源之前控制该物质束(40)的阻挡装置(70)，所述阻挡装置(70)包括至少一个盘(72)，该盘具有至少一个允许物质束(40)通过的空隙，通过其轴(74)基本上沿着物质束(40)方向延伸的驱动器(76)控制该盘(72)进行旋转。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该材料可以和贮藏容器(10)中的载体气体混合。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，借助于贮藏容器(10)中的混合物的成分可以控制该材料的数量。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，聚焦装置(20)设置在贮藏容器(10)和真空腔室(30)之间，所述真空腔室(30)与所述贮藏容器(10)相连通以用于产生和/或对准该物质束(40)。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在盘(72)中的空隙具有至少一个开口或者一个扇形(62)的形状。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，一个在另一个后面地设置的至少两个盘(72，72′)，其中盘可以或者被共同地或者分别地驱动。

7.如权利要求1，5或6所述的装置，其特征在于，由阻挡装置(70)阻挡的部分物质束(40)可以被吸入到真空装置中。

8.如权利要求1，5或6所述的装置，其特征在于，由阻挡装置(70)阻挡的部分物质束(40)可以被吸入到真空装置中，且真空装置相对真空腔室(30)设置，并包括过滤器(14)、真空泵(12)和连接到过滤器(14)和贮藏容器(10)的回流管(16)。

9.如权利要求4所述的装置，其特征在于，撇清器(32)设置在真空腔室(30)和辐射源(50)之间。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，分离器装置(90)设置在和撇清器(32)相对的辐射源(50)处。

11.一种借助于等离子体(80)产生远紫外线和/或软X射线辐射的方法，该等离子体(80)可通过照射材料产生，其特征在于，以控制的方式至少将一定数量的材料以脉冲物质束(42，44)的形式引入到辐射源(50)中，所述物质束(42，44)是利用阻挡装置(70)添加脉冲的，该阻挡装置(70)包括至少一个具有空隙的盘(72)。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该材料至少包括固体和/或液体成分。

13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，通过提供至少一种载体气体控制该材料的数量。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，使用的载体气体是稀有气体或者氮气。

15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在进入到辐射源(50)之前，将该材料的数量分成几部分。

16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，以多重排列脉动该物质束(42、44)。

17.如权利要求11所述的方法，其特征在于，以具有从0.01μm到100μm的范围的颗粒直径的颗粒束形式将该材料引入到辐射源(50)中。

18.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，通过借助电子、离子或者光子照射物质束(40、42、44)的至少一种成分，产生脉冲的等离子体(80)。

19.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，等离子体形成和物质束(40、42、44)进入到辐射源(50)是相互同步的。

20.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，物质束(40、42、44)的物质在辐射源(50)中基本上是分离的。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，通过脉冲的物质束(42，44)激发脉冲的远紫外线和/或软X射线辐射。

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