CN101390453A - 用于产生特别是euv辐射和/或软x射线辐射的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于产生由等离子体(26)发射的特别是EUV辐射(12)和/或软X射线辐射(12a)的方法。等离子体(26)是由放电空间(14)中的工作气体(22)形成的,所述放电空间(14)包括至少一个辐射发射窗口(16)和具有至少一个阳极(18)和至少一个阴极(20)的电极系统。该电极系统借助于被引入到放电空间(14)中的电荷载体(24)而将电能传输给等离子体(26)。为了得到以高重复频率可靠地点燃等离子体(26),建议将由至少一个辐射源(28)产生的辐射(30)引入到放电空间(14)中以便使得可获得放电载荷(24)。

Description

用于产生特别是EUV辐射和/或软X射线辐射的方法和设备
本发明涉及一种借助于电的气体放电来产生特别是EUV辐射和/或软X射线辐射的方法和设备。
远紫外辐射(简称EUV辐射)和软X射线辐射覆盖了从大约1nm到20nm的波长范围。这种EUV辐射主要在半导体制造中被设计来用于光刻工序。
这样的方法和设备是公知的。它们是基于借助于带电气体放电所产生的且发射EUV辐射和软X射线辐射的等离子体,就象例如在WO-A-01/01736中所公开的。
EP-A-1 248 499描述了一种用于产生EUV辐射的方法和设备,提到了用于等离子体的稳定产生和用于控制能量的措施。现在将参照来自EP-A-1 248 499的、如图13中所示的相关类型设备来阐明本发明的基本工作原理。图13中所示的设备包括具有阳极18和空心阴极20的电极系统。在由电极18、20和绝缘体19形成的放电空间14中存在工作气体(operating gas)22。通过放电空间14中占优势的压力来具体限定气体放电的工作点,所述压力一般处于1到100Pa的范围中。
当电源21向电极18、20施加具有几十纳秒到几百纳秒脉冲持续时间的、几千安培到100千安培的周期性可换向的电流时,创建了所谓的收缩等离子体26,其通过欧姆加热和电磁压缩而被加热到一定的温度,并且其具有一个密度,在该密度时收缩等离子体26发射EUV辐射12。
在该实施例中EUV辐射12可以通过辐射发射窗口16被耦合出来。辐射发射窗口16与安排在阴极20中且连接放电空间14到空心空间42的开口17一起限定了图13中用点划线显示的轴。空心空间42主要用于使电荷载体24可获得以便形成离开阴极20的低欧姆通道。
一般地,电荷载体24是等离子体的电子和离子,它们是用各种方式以高再现性而形成的,即借助于在空心空间42中等离子体26的表面放电触发、电触发、铁电触发或预电离而形成,正如在这里所示的。在阴极20的空心空间42中的轴上安排触发设备25,致使有可能借助于实现起来相对简单的电位控制来释放电荷载体24。
因而气体放电可以以所谓的自发击穿模式(spontaneous breakdownmode)来操作,同时免除了电流开关元件。电源21给电极系统充电,直至达到由帕邢(Paschen)曲线限定的工作点。可借助于电源来减小触发设备25的辅助电极和阴极20之间的电位差,例如使得不会发生在阳极18和阴极20之间低欧姆通道的形成。辅助电极电位的受控的减小最终可以控制,即触发一个气体放电开始并形成等离子体26的时刻。
结果,可获得具有等离子体的高重复率和快速复原的等离子体,从而可得到EUV辐射源,其具有在从几十瓦特到高达几百瓦特范围内的以2π的输出功率。
DE-A-101 51 080建议使用从表面放电得到的高能光子和电荷载体来控制气体放电的产生。此中公开的触发设备也安排在空心空间中,其属于电极之一并连接到放电空间。
如上所述的安排在等离子体紧接的空间附近中的这些触发设备由于离子轰击和辐射而不可避免地容易受到高的热负荷。
当然可以冷却图13中所示的触发设备25,但在随后的放电操作过程中会发生相当强的对辅助电极的腐蚀,其导致了缩短的产品寿命。
此外,在空心空间中可能存在不足数量的电荷载体,尤其是在较长的操作暂停之后,使得缺乏足够的预电离,且得到的是存储的电能从空心空间到放电空间的低效耦合。这导致不太精确地控制等离子体的点燃时刻,而且如果用高重复频率来操作气体放电还会导致减小的气体放电稳定性。
此外,最高的可达到重复频率由于气体放电后残留在空心空间中的电荷载体而减小,即因为在可以再一次给电极系统施加电压之前,所述电荷载体必须通过例如再结合(recombination)来消除。
如果在较长的操作暂停之后或设备新起动之后存在较小数量的电荷载体,或根本没有电荷载体,则尤其在>4kHz的频率处的放电操作过程中会出现另外的问题。这里的术语“操作暂停”表示比操作过程中发生在两个放电之间的时间跨度要长的时间跨度。
因此本发明的目的是提供一种产生由等离子体发射的特别是EUV辐射和/或软X射线辐射的方法,其中该等离子体是由工作气体在放电空间中形成的,所述放电空间至少包括辐射发射窗口和具有至少一个阳极和至少一个阴极的电极系统,该系统借助于被引入放电空间的电荷载体而将电能传输到等离子体中,该方法致使有可能通过简单的手段而以高重复频率并对于较长操作暂停来可靠地点燃所述气体放电。
在依照本发明的、上述种类的方法中实现了这个目的,因为由至少一个辐射源产生的至少一个辐射被引入到放电空间中以便使放电载荷(discharge carrier)可获得。
由辐射源所产生的辐射的入射实现了可靠触发气体放电所需的电荷载体的数量。这里,用于此的辐射源可以在外部操作,即离等离子体相对较远地来操作。可以保护辐射源免于受到热负荷、等离子体的离子轰击、EUV辐射和软X射线辐射,从而保障了辐射源较长的操作寿命。
可以进一步地发展该方法,其中辐射源产生高能量密度的相干或非相干辐射,从而由于该辐射在电极系统上的入射而将电荷载体释放进放电空间中。
例如,可直接地或经由光学系统、通过辐射发射窗口将激光器的相干辐射,或可选择地将闪光灯的非相干辐射引入到放电空间中。在良好的条件下,在放电空间中引入具有小于20ns辐射持续时间的、大约1mJ的较小光能量便足够点燃气体放电并形成等离子体。
该方法还可以被安排成这样,使得辐射源产生由至少一个电子和/或一个离子组成的质量辐射(mass radiation)。
例如,电子或离子源可以被朝着放电空间定向,从而可以引入按给定数量产生的、且具有给定动能的带电粒子。
该方法的特别有利的另一个实施例提供了:辐射源通过第一辐射通路和/或至少一个第二辐射通路同时地或相互在时间上偏移地将脉冲式辐射(pulsed radiation)放进放电空间中。
特别地,激光源提供了具有高达大约10kHz的可变脉冲频率的脉冲式辐射。在市场上这种激光器可以以紧凑结构和低价格买到。这些辐射源能够直接地或经由合适的光学系统来将辐射引入到放电空间中。此外,经由不同辐射通路引入辐射可通过变化等离子体的位置来保障改善的热负荷的时间和空间分布。由此延迟电极几何形状的改变,该改变对等离子体产生的效能有负面影响。
可以通过对经由几个辐射通路的几个辐射源的同步,而将如此大的辐射能量引入到放电空间中,从而使在放电空间中有更加精确剂量的电荷载体成为可能。辐射的时间-偏移的引入提供了低欧姆通道形成的最佳化,还提供了放电操作过程中等离子体形成的最佳化。
一种尤其有利的方法,其特征在于,电极系统包括至少一个辅助电极,该辅助电极被施加以附加电位,或者其通过充当牺牲电极来使电荷载体或工作气体可获得。
例如在已经由电极腐蚀而改变的电极几何形状的情形下,同样是在放电操作过程中,辅助电极还可以通过施加可变的电位而改善放电空间中的电场。假定适当选择了电极材料,则辅助电极还可以以辐射感应的方式提供适于产生EUV辐射和/或软X射线辐射的电荷载体或工作气体。第一和第二主族的金属尤其容易例如以辐射感应的方式来形成诸如离子和电子的电荷载体,同时碘、铟、碲、锑和锡可用作工作气体。
为了进一步改进等离子体的可靠点燃,该方法被设计成这样,使得辐射被聚焦在电极系统的至少一个电极上。这导致了特别可靠和有效地形成电荷载体和/或可随后用作工作气体的电极材料的另外的蒸发。
为了在放电操作过程中实现有效的电极系统,该方法可规定:辐射入射到基本由钨、钼、铁、铜、锡、石墨、铟、锑、碲、碘、合金或其化合物、或钢组成的电极上。如果使用耐熔的材料,如钨或钼,则安排在靠近等离子体位置和/或另外地暴露于辐射下的电极系统的区域可以被构造为具有特别的尺寸稳定性。此外,这些材料不仅具有优良的导电性,而且对于去除热能具有增强的导热性。
很明显可想到,这些材料仅仅形成了限定电极几何形状的支撑框架。在操作过程中当需要时,可额外地供给一种材料,该材料在放电空间中占主导的放电条件下以液态存在。
辐射在空间上靠近用作阴极的电极而聚焦,从而由入射辐射导致的预电离云在阳极的方向上传播,进而可以启动等离子体的点燃。
此外,该方法可被安排成这样,使得辐射以具有点、圆形、环形或线性形状和/或它们的组合的图案而被引导到电极上。通过将辐射聚焦到不同几何形状的电极上,可能具有变化强度的辐射分布导致辐射发射中的增加和等离子体的增强的稳定性。
为了进一步提高等离子体稳定性,该方法被安排成这样,使得辐射被引入到受影响的电极的至少一个空腔中,该空腔朝向放电空间开口并在至少三侧由电极材料界定。
已发现:通过将辐射聚焦到平面电极上经常创建相当大体积的扩散的等离子体,从而EUV辐射的有用功率只有一部分经由辐射发射窗口被耦合进光学系统中。而且,由于直接与等离子体接触,在电极表面发生达较高程度的腐蚀和热负荷。将辐射引入空腔中或邻近电极表面空腔的区域使得有可能将辐射感应的电荷载体排成直线,从而例如创建减小的等离子体体积。此外,等离子体位置被固定,从而可以自身建立可再生的放电。还可以在等离子体和电极表面之间设置较大距离,以便几乎不发生腐蚀。
为了使得在放电空间中可获得足够量的工作气体,该方法可被有利地进一步发展成这样,使得借助于馈送管或聚焦到电极上的辅助射线而将工作气体引入到放电空间中。
除了上面提到的工作气体的材料,还可引入或供给包含氙的气体。辅助射线可以经由第二辐射通路被引入到放电空间中。很明显还可借助于另外的辐射源引入具有给定强度的持续的辅助射线、或与辐射同步或异步的辅助射线。
有利地,该方法被实现成这样,使得辐射通过一个小孔被引入到放电空间中。这打开了从例如相对于辐射发射被安排在背后的辐射源将辐射引入到放电空间中的可能性。假设有合适的电极几何排列,则很明显还有可能使辐射源位于放电空间中。
在一个特别有利的方法中,辐射源被构造成这样,使得该辐射具有在UV、IR和/或可见光范围中的波长。将UV辐射引入到放电空间中引起了从电极材料中高效率地释放电荷载体。如果引入IR辐射,则尤其可肯定地影响金属蒸汽的量。
为了使电荷载体的数量适应于放电空间中的几何要求,该方法被这样地实现,使得辐射以0°到90°入射到电极的表面上。
为了进一步最佳化地产生EUV辐射和/或软X射线辐射,可提供:在辐射的引入和电能的传输之间、或者在辅助射线或该辅助射线的和辐射的引入之间设置有时间间隔。将辐射引入到放电空间中引起了在阴极和阳极之间的空间中膨胀的预电离云。并非直到该时间间隔过去才建立预电离云的最佳分布,即一种这样的分布:当施加电流到工作气体上或施加其它辐射时导致一个有利的等离子体的位置控制。
本发明还有一个目的是提供一种用于产生特别是EUV辐射和/或软X射线辐射的设备,该设备发射在放电空间内工作气体中形成的等离子体,所述放电空间包括至少一个辐射发射窗口和具有至少一个阳极和至少一个阴极的电极系统,其中借助于引入到放电空间中的电荷载体可以把电能传输给等离子体,该设备将被改进以致于在高重复频率处且有较长的操作暂停时保障可靠的和充分可控的气体放电的点燃。
在依照本发明的设备中实现了该目的,在该设备中存在至少一个辐射源来提供电荷载体,所述辐射源将至少一个辐射引入到放电空间中。
用于触发的辐射源可以在空间上离开等离子体,从而不再发生会减小操作寿命的热负荷。为此目的,例如,辐射源可以被安排在放电空间的外部。借助于适宜的光学系统,例如通过EUV辐射和/或软X射线辐射的辐射发射窗口将辐射引入到放电空间中。辐射源本身可以选择性地位于放电空间中,在该情形下,电极形状被选择成这样,使得保护辐射源本身免于受到离子轰击和EUV辐射。
该设备可以被进一步发展成这样,使得辐射源产生高能量密度的相干或非相干辐射,由此可通过辐射到电极系统上的入射而将电荷载体释放进放电空间中。
这种用于产生相干辐射的辐射源例如是Nd:YAG、CO2、受激准分子和二极管激光器。
产生非相干辐射的备选的辐射源,特别是所谓的闪光灯,可以被安排成这样,使得直接地或借助于引导系统而引入它们的辐射,所述引导系统可以以反射镜或光波导电缆的形式来构造。很明显,还可以使用提供单色辐射和具有几个波长的辐射的辐射源。
该设备的一个特别有利的实施例提供了:辐射源产生质量辐射,其包含至少一个电子和/或一个离子。将形成低欧姆通道和实现可再现地且可靠地点燃等离子体所需的电荷载体引入到放电空间中。在这里离子显然可以是阳离子或是阴离子。在最简单的情形中,从安排在放电空间中的电子或离子源供给电荷载体。例如在绝缘体中可以提供开口朝向放电空间的该源的一端。
一种特别有利的设备被构造成这样,使得辐射源给脉冲式辐射同时地或在时间上相互偏移地提供第一辐射通路和/或至少一个第二辐射通路。
为了触发气体放电,可能必须例如将脉冲形式的、强度随时间变化的辐射引入到放电空间中。用于该目的的辐射源被构造成这样,使得可以控制脉冲持续时间、频率还有强度。
例如借助于用来提供第一辐射通路和第二辐射通路的分束器而可将由辐射源提供的辐射引入到放电空间中。
很明显还有可能在同步或异步的辐射操作中使用多个辐射源。还有可能借助于不同的辐射源而将不同波长的辐射引入到放电空间中。
例如,可以借助于被引入的、在时间上偏移的辐射而额外地将存在于阳极和阴极之间的工作气体电离,从而使得以指定方式提高其导电性。工作气体的特别有效的电离导致了共振(resonant)的能量耦合。最后,可稳定该等离子体的位置,并自身建立特别高效的气体放电。
为了进一步提高等离子体形成的稳定性,该设备可以被构造成这样,使得电极系统包括至少一个辅助电极。该辅助电极例如被安置在放电空间中的阳极和阴极之间。其例如用于在放电操作过程中调整或均匀化由电极的腐蚀引起的电场中的变化。
该设备的一个特别有利的实施例提供了:将辐射聚焦到电极系统的至少一个电极上。例如,将辐射聚焦到辅助电极上,以使得通过辐射的入射来蒸发电极材料,该材料例如用作气体放电的工作气体。这里在放电空间中不再需要持续存在工作气体。这样减小了由通过辐射发射窗口离开放电空间的工作气体粒子对光刻设备中光学部件的可能的污染。此外,辐射聚焦到电极上导致了改善的预电离,从而得到了在点燃气体放电中更高的再现性。辐射聚焦到辅助电极上另外使得有可能使受到腐蚀和辐射的较强热影响的阳极或阴极免遭破坏。
此外,该设备可以被构造成这样,使得至少受到辐射影响的电极基本是由钨、钼、铁、铜、锡、石墨、铟、碲、碘、合金或其化合物、或钢制造的。很明显,在原理上对于该电极系统可使用所有的导电材料。
特别是,当使用具有高熔点和高导热性的电极材料时,面对放电空间的那些电极表面可获得较长的操作寿命。
还有可能在放电空间中安排包含锡、铟、碲、和/或碘的电极,该电极在受到辐射撞击时充当牺牲电极,并提供用作工作气体的蒸汽,其在点燃等离子体后特别有效地发射EUV辐射和/或软X射线辐射。
该设备的另一个实施例提供了:辐射以点、圆形、环形或线性图案和/或它们的组合而入射到电极上。
例如,借助于具有可调整直径的圆形图案,依赖于辐射持续时间和波长可获得聚焦到平面电极上的辐射的强度分布。这保障了可靠点燃等离子体,此外基本避免了电极腐蚀。
电极上辐射的其他平面分布肯定地影响产生工作气体的蒸发率、预电离云的体积和膨胀率、和/或电荷载体的数量和动能。
为了进一步稳定等离子体,该设备另一个有利的实施例提供了:受到辐射影响的电极包括至少一个空腔,该空腔朝向放电空间开口,并且该空腔在至少三侧由电极材料界定。
尤其是通过将辐射聚焦到空腔上或空腔附近,可以将电荷载体排成直线以至等离子体达到相对小体积的程度。将空腔安排为与辐射发射窗口相对便限定了等离子体被定位在其上的、放电空间中的对称轴。由此可实现进一步改善的对等离子体的位置控制,且可以保障由等离子体通过辐射发射窗口发射的EUV辐射的相对低损耗的向外耦合。
为了进一步将电极腐蚀最小化,该设备可以被进一步发展成这样,使得空腔为恒定或可变直径的盲孔、凹槽或空心空间,当期望时,其包括凹陷(depression)或底切(undercut)。例如,将辐射聚焦到具有上述诸类型强度分布之一的盲孔中可获得对工作气体的更强烈的预电离,这导致了特别稳定的气体放电操作并导致了较小的等离子体体积。
例如将辐射聚焦到邻近盲孔的电极表面上致使有可能在较大的电极表面积上分布电流,从而基本保护盲孔的内壁免于受到腐蚀。此外,依靠扩大的表面积,在电流从电极流向等离子体的情形下减小了腐蚀。
相反,如果等离子体在空间上被定位在电极表面附近,则极高的热负荷通常会导致高的腐蚀率,这相当大地减小了电极的操作寿命。例如凹槽型空腔能增加到等离子体的距离,并且能获得较大的电极表面积以便较好地分布入射的热能。
将辐射聚焦到空心空间中形成了特别密集的预电离云,如在空心阴极的情形中。此外,借助于凹陷或底切可以进一步地增加电极表面积。表面积的增加不仅导致了减小的电极腐蚀,而且导致了提高的、入射辐射能量的大表面吸收。
在依照本发明设备的一个特别有利的实施例中,提供了:可以借助于馈送管或借助于至少聚焦在一个电极上的辅助射线而将工作气体引入到放电空间中。
因而例如流入空腔中的馈送管可用于提高空腔和放电空间之间的气体交换。等离子体消失(extinction)之后在空腔中残留在后面的任何电荷载体和/或离子通过随后流入的气体被快速地转换。这致使有可能以非常高的重复率(repetition rate)来进行放电操作。
借助于由辐射源或其他设备聚焦在例如用作牺牲电极的辅助电极上的辅助射线,可以将发射EUV辐射和/或软X射线辐射的粒子特别有效地引入到放电空间中。
为了获得特别紧凑的设备,可提供:辐射可以经由小孔被引入到放电空间中。该小孔例如可被安排在由辐射发射窗口和空腔所限定的轴上,从而可以平行于该轴地将辐射引入到放电空间中。当从辐射发射窗口沿着该轴看时,辐射源尤其可以被定位于放电空间之后。
得到了上述设备的一种有利的实施例,其中辐射具有在UV、IR和/或可见区中的波长。为了触发等离子体形成而引入的辐射可具有从大约190nm到1500nm范围中的波长,在该情形中保障了等离子体的可靠点燃。
该设备可被有利地进一步发展成这样,使得辐射以相对于电极表面0°到90°的角入射到电极上。
通过在电极表面和辐射通路之间的角度的变化,以及通过相对于电极表面的辐射通路的位置控制,可在放电操作期间肯定地影响由存在于放电空间中的工作气体提供的辐射的吸收。此外,可以减小该辐射和EUV辐射和/或软X射线辐射之间的干涉效应。
此外,该设备可被构造成这样,使得辐射可以被引入到对称的或非对称的放电空间中。在圆柱形对称构造的放电空间中,借助于由阳极和阴极形成的对称电极系统,在施加电压时可产生均匀的电场,该电场可对稳定的等离子体形成有贡献。它们的高动能使能在等离子体中形成的离子仍通过辐射发射窗口沿着所述轴进入光刻设备的光学系统中。
例如通过至少一个电极的相对于辐射发射窗口的不对称的安排可以形成不对称的放电空间。由等离子体产生的离子的大部分保留在放电空间中,或主要在远离辐射发射窗口的方向上传导。
在本发明的另一个实施例中,提供了:在辐射的引入和电能的传输之间、或者在一辅助射线或该辅助射线与辐射的引入之间可以设置有时间间隔。
在辐射被引入到放电空间中之后,作为其结果,预电离云可在电极之间的空间中膨胀。当已在放电空间中达到预电离云的良好的分布和空间排列时,可通过给阴极和阳极施加电压来点燃气体放电。一般地,可调整的时间间隔处于从0到大约1000ns的范围中。一个可能性是脉动电流源被电连接到电极系统,以传输电能。可以限定等离子体位置,并可以通过所述时间间隔的最佳化而在放电操作过程中实现将耦合进的电能特别高效率地转换为EUV辐射和/或软X射线辐射。
还可以在辅助射线和辐射到放电空间中的引入之间提供时间间隔。辅助射线例如蒸发了适当量的电极材料,用作工作气体。在时间上稍后地施加辐射,以使得在工作气体被最佳地分布之后在放电空间中提供必须的电荷载体。这里可调整的时间间隔处于0到大约1000ns的范围中。
通过随后几个实施例的描述和对其进行参照的附图,本发明的其它特征和优点将变得显而易见,在附图中:
图1是依照本发明的设备的第一个实施例的示意性横截面图;
图2a,b,c示意性地描绘了该设备的、具有不同电极几何形状的另一个实施例;
图3a到g显示了依照本发明的设备的、在电极表面上具有不同聚焦辐射的另一个实施例;
图4a到g显示了依照本发明的设备的、具有聚焦在空腔周围和/或空腔内的辐射的另一个实施例;
图5a到d显示了依照本发明的设备的、具有不同地成形的空腔的另一个实施例;
图6a到b显示了依照本发明的设备的、分别具有馈送管和小孔的另一个实施例;
图7a到h显示了依照本发明的设备的、具有聚焦在凹槽周围和/或凹槽上的辐射的另一个实施例;
图8a到d显示了依照本发明的设备的、具有聚焦在电极系统的不同电极上的辐射的另一个实施例;
图9a到g显示了依照本发明的设备的、具有第一和第二辐射通路,聚焦在电极表面上和/或聚焦在具有不同形状图案的空腔中的另一个实施例;
图10是其中绘出了作为时间函数的辐射强度的曲线图;
图11示意性显示了依照本发明的设备的、与图2b类似的具有可控电流源的另一个实施例;
图11a显示了其中绘出了作为时间函数的辐射强度和电流的曲线图;
图12a到f是依照本发明的设备的、具有不对称电极系统的另一个实施例的透视图;和
图13示意性显示了依照现有技术的、所讨论类型的设备。
在随后的实施例的描述中,相同的参考标记总是表示相同的构造特征并且始终涉及到所有的图,除非另有说明。
图1显示了依照本发明的、用于产生特别是EUV辐射12和/或软X射线辐射12a的设备10的第一实施例。设备10包括放电空间14,所述放电空间具有至少一个辐射发射窗口16,并且该放电空间围绕一个具有至少一个阳极18和一个阴极20以及至少部分地具有绝缘体19的电极系统。
阳极18和阴极20被安排成这样,使得借助于可被引入到放电空间14中的电荷载体24而将电能从电源21传输到工作气体22的等离子体26,由此等离子体26发射EUV辐射12和/或软X射线辐射12a。
通过产生至少一个辐射30的至少一个辐射源28而在放电空间14中使得可获得点燃等离子体26所需的电荷载体24。这里的表述“使得可获得”意思是指辐射30要么产生电荷载体24要么实际上包含电荷载体24。
在图2a所示的依照本发明的设备10的第二实施例中,辐射源28产生具有高能量密度的相干或非相干辐射30,从而通过辐射30对电极系统的平面阴极20的碰撞而使得在圆柱形对称的放电空间14中可获得电荷载体24。在这里辐射源28可以是激光器,或是产生单色辐射30或分布在整个波长范围上的辐射的闪光灯。
在图2b所示的第三实施例中,辐射源28使得可获得质量辐射30,其包括至少一个电子和/或一个离子。在这里辐射源28可以是电子或离子源,其将具有第一辐射通路32的脉冲式辐射30引入到具有其对称排列的电极系统的放电空间14中。辐射30被聚焦在阴极20的盲孔38上。辐射30的脉冲式引入以在时间上变化的强度将电荷载体24以电子形式引入到放电空间14中,其能够触发等离子体26。一般地,一个辐射脉冲小于大约100ns,一个辐射能量脉冲向放电空间14中引入大约0.2至200mJ的能量。
从图2c中明显看出,其显示了另一个实施例,其中辐射30被聚焦在阴极20内的空心空间42中。向一个空腔中引入辐射30导致了预电离云,其中所述空腔朝向放电空间14开口并在至少三侧由电极材料界定,正如在这里以空心空间42的形状所示的,而导致的预电离云致使有可能空心空间42中的辐射感应的电荷载体24经由开口17进行有方向的膨胀,由此创建了特别小体积的等离子体26。开口17和辐射发射窗口16还限定了用于限定等离子体位置的对称轴。
在图3所示的另一个实施例中,具有第一辐射通路32和第二辐射通路34的辐射30被聚焦在阴极20上。很明显,借助于一个或几个辐射源28经由这里所示的两个辐射通路32、34可以同时地,即同步地引入辐射30。此外,一个或几个辐射源28可以经由第一辐射通路32和第二辐射通路34、在时间上偏移地,即不同步地将辐射30引入到放电空间14中。如果辐射30撞击在电极表面的空间上相互分开的区域上,如图3d到3g中所示,则可在阴极20之上获得辐射30的给定强度的分布,从而可获得最佳数量的电荷载体24和阴极20的最小腐蚀。
如图3a所示,辐射30可以以点形状被聚焦在电极表面上。这里辐射30的成点形状的集中导致了电极材料的可靠的电离和/或蒸发。
例如,如果引入具有UV范围中短波长的辐射30,则沿第一辐射通路32的辐射30可选择地被聚焦到相对大的区域上,如图3b中所示。从图3c中明显看出,辐射30还可以以圆形图案被聚焦到电极表面上,其直径在放电操作过程中变化,从而将最佳数量的电荷载体24引入到放电空间14中。很明显,还可以把不规则的图案和在操作期间交替的图案成像到一个或几个电极上。
在图3d到g中,辐射30可以经由第一辐射通路32被聚焦到电极表面上,从而经由第一辐射通路32、32’和第二辐射通路34、34’出现了三角形、四边形和六边形的点状或线性图案。很明显,这还可借助于更多个辐射通路来实现。
图4显示了辐射30经由第一辐射通路32和第二辐射通路34被聚焦到阴极20上,该阴极具有空心空间42形式的空腔。
从图4a到g中明显看出,辐射30可被聚焦到电极表面上,从而辐射强度可被聚焦在图4a的空心空间42中。在图4b中,辐射入射到存在空腔的电极表面的区域上。在图4c所示的实施例中,辐射30被聚焦到空腔上和空腔周围的区域上。在图4d到4g中,辐射30入射在空腔附近。如在图4a到g中可看到的,这些空腔具有朝向放电空间14的圆形开口17。开口17很明显还可以具有其他任何对称或非对称的形状。
空腔尤其增大了电极表面积,这导致更好地分布和去除由等离子体26传输的热能。例如,在大面积上分布的电流可被传导进等离子体26中,且空腔中的腐蚀可被减小,因为辐射30被聚焦到空间上邻近空腔的电极表面上。
图5a到d显示了设备10的、具有下述电极系统的另一个实施例,所述电极系统相对于辐射发射窗口16旋转地对称。辐射发射窗口16和开口17限定了一个轴,用于规定等离子体位置。开口17伸进(issue)例如盲孔28、凹槽40或空心空间42中,在其中当施加辐射30时发生工作气体22的预电离。
图5c中所示的凹槽40例如包括用于更有效形成辐射感应的电荷载体24的凹陷44。此外,在电极中,图5d的情形下是在阴极20中,可以提供例如具有用于形成预电离室的底切46的空心空间42。
通过开口17流出的电荷载体24在朝向辐射发射窗口16的方向上具有直移运动,从而可点燃具有稳定位置的等离子体26,其发射的EUV辐射12和/或软X射线辐射12a可经由辐射发射窗口16以较低的损耗被耦合出去。
如图6a所示,馈送管48可被连接到空腔,以使得将工作气体22引入到放电空间14中。工作气体22可以按点燃等离子体26所需的剂量来给予,而不必在放电空间14中持续存在,由此减小了由从辐射发射窗口16流出的工作气体22所导致的对光刻设备光学部件的污染。
此外,可以实现以较高频率产生等离子体,因为由仍然通过馈送管48流出的工作气体22消除了任何剩余电荷载体24。由此减小了再结合(recombination)剩余电荷载体24的等待时间,该等待时间通常显著减慢了重复率。
在图6b所示的实施例中,辐射源28的辐射30经由小孔52被耦合进电极系统中。在这里,辐射30在空间上被聚焦在阴极20和阳极18上等离子体位置附近。当辐射30撞击阳极18时,形成了预电离云,预电离云造成了用于经由电极系统有效耦合电能的低欧姆通道。
在依照本发明的设备10的、图7所示的实施例中,辐射30被定向到连续的凹槽40。
图7a到h显示了把第一辐射通路32和第二辐射通路34聚焦在其上的几个图案。极高的热负荷和强烈的电极腐蚀尤其是发生在高辐射强度的等离子体的情形下。连续的凹槽40能扩大电极表面积,从而提供了较好的热传递以及用于可靠点燃等离子体26的足够数量的电荷载体24。
图8a到d显示了辐射30被聚焦到各种电极上。在这里辐射30以0°到90°的角α入射到电极系统上。当辐射30被聚焦到阳极18上时,角α的变化可被用来例如响应于要求而控制预电离云的位置和尺寸,如图8a和8b中所示。
如图8b和8d所示的辐射30可被聚焦到辅助电极36上。图8b中,辅助电极36被安排在介于所述电极之间的空间中,并被连接到附加电位用于提高等离子体稳定性。在图8b所示的实施例中,辐射30被聚焦到辅助电极36上和阴极20上。
在图8d所示的实施例中,辅助电极36被提供在凹槽40中。当辐射30入射到其上时,可蒸发掉一些材料来用作工作气体22。
受到辐射30影响的电极18、20和可能的36主要包括钨、钼、铁、铜、锡、石墨、铟、锑、碲、碘、合金或其化合物、或钢。较高比例的难熔元素,诸如钨或钼能基本避免放电操作过程中的电极的腐蚀,并能确保放电空间14的非常稳定的几何形状。由此致使进一步稳定地产生等离子体成为可能。电极材料的高导热性,例如在铜的情形下,可特别快地去除由等离子体26传输的热能。
在辅助电极36包括锡的情形下,如图8d中所示,以相对于等离子体26中耦合进来的电能的高效能发射EUV辐射12和/或软X射线辐射12a的工作气体22可以借助于施加的辐射30而被引入到放电空间14中。
图9中所示的依照本发明设备10的另一个实施例提供了辅助射线50,其可以经由第一辐射通路32被聚焦到盲孔38中。可以调整其在放电操作过程中的波长、脉冲持续时间和聚焦,从而使蒸发的电极材料进入放电空间14以作为工作气体22。在用来获得在辐射影响下形成于盲孔38中的预电离云最佳分布的时间延迟之后,辐射30经由第二辐射通路34、34’被引入到放电空间14中,以使得启动等离子体26的点燃并且限定一个将电能传输给等离子体26的电流施加点。
图9a到g所示的、聚焦在电极表面上的辐射30的以及辅助射线50的辐射通路32、34、34’,当可应用时,形成了例如成点形状的或线性的图案,其被聚焦在空腔附近或空腔中。作为由第一辐射通路32和第二辐射通路34创建的图案的适当几何排列结合低电极腐蚀的结果,除了用作工作气体22的最佳辐射感应蒸发数量的电极材料之外,还可在预电离云中产生足够大数量的电荷载体24。如果辐射30还沿着在时间上偏移的辐射通路32、34通过,则这尤其有效。
图10绘出了辅助射线50和辐射30的、作为时间函数的辐射强度。辅助射线50强度分布下面的区域表示为了蒸发和电离将用作工作气体22的电子材料而耦合进来的能量。
在辅助射线50的最大强度和辐射30的最大强度之间置有大致在0到1000ns之间的时间间隔Δt,以使得确保较小体积的发射区域,在引入到放电空间14中的辐射30点燃等离子体26时尽可能均匀地分布该发射区域。
图11显示了依照本发明的设备10的另一个实施例,其中辐射源18以脉冲式操作将电荷载体24引入到放电空间14中,辐射30经由第一辐射通路32被聚焦到阴极20中的盲孔38上。在时间间隔Δt之后,预电离云最佳地膨胀进放电空间14中。与阳极18和阴极20电连接的脉动电流源54点燃等离子体26,并提供流进由此形成的等离子体26中的有效电流,从而经由辐射发射窗口16从放电空间14发射EUV辐射12和/或软X射线辐射12a。
依照图11a中所示的曲线图,辐射30在第一步骤中被引入到放电空间14中。在大致在0到1000ns之间的时间间隔Δt之后,通过由电离云提供的低欧姆通道耦合进随时间可变的电流。
图12a到f显示了依照本发明的设备10的、包括非对称的放电空间14的另一个实施例。
在图12a所示的实施例中,由辐射源28产生的辐射30被聚焦在阴极20的圆形盲孔38中。
在图12b所示的实施例中,辐射30入射到连续的凹槽40上。
在图12c的实施例中,辐射30被对准具有底切46的空心空间42。在这三个实施例中,辐射以90°的角α入射到电极表面上。
在图12d所示的实施例中,具有在UV、IR和/或可见区内的波长的辐射30以大约45°的角α入射到辅助电极36上,该辅助电极被相对于放电空间14中的辐射发射窗口16不对称地安排。
图12e所示实施例的辐射源28被安排成这样,使得具有例如1064nm波长并由钕-YAG激光器产生的辐射30以大约20°的角入射到安排在阴极20的凹槽40中的辅助电极36的电极表面上。
在阴极20的凹槽40中提供的辅助电极36可以被阳极18覆盖,如图12f的实施例所示。结果,具有高达1500nm波长的辐射30可以被以锐角α引入到放电空间14中。
图12a到f所示实施例中放电空间14的不对称的安排导致了等离子体26的如下的空间排列,即在其中电离的粒子优先地在相对于受辐射30影响的电极表面呈60°到90°的角度范围内的电场中被加速。可借助于相对于粒子优选方向交错排列辐射发射窗口,以相对于受影响的阴极20小于大约60°的观察角,来将由等离子体26发射的EUV辐射12和/或软X射线辐射12a耦合进光学系统中,同时粒子基本上被阻止在非对称的放电空间14中。因而可实现对光学系统的污染的减小。
本发明介绍了一种用来产生EUV辐射和/或软X射线辐射的方法和设备,其致使有可能通过简单的技术手段以高重复频率可靠地点燃气体放电。
参考标记列表:
10  设备
12  EUV辐射
12a 软X射线辐射
14  放电空间
16  辐射发射窗口
17  开口
18  阳极
19  绝缘体
20  阴极
21  电源
22  工作气体
24  电荷载体
25  触发设备
26  等离子体
28  辐射源
30  辐射
32、32’ 第一辐射通路
34、34’ 第二辐射通路
36  辅助电极
38  盲孔
40  凹槽
42  空心空间
44  凹陷
46  底切
48  馈送管
50  辅助射线
52  小孔
54  脉动电流源
α  角
Δt 时间间隔
I   辐射强度

Claims (30)

1.一种用于产生特别是EUV辐射(12)和/或软X射线辐射(12a)的方法,所述EUV辐射(12)和/或软X射线辐射(12a)是由在放电空间(14)中由工作气体(22)形成的等离子体(26)发射的,所述放电空间(14)至少包括一辐射发射窗口(16)和具有至少一个阳极(18)和至少一个阴极(20)的电极系统,该电极系统借助于被引入到放电空间(14)中的电荷载体(24)而将电能传输到等离子体(26)中,其特征在于,由至少一个辐射源(28)产生的至少一个辐射(30)被引入到放电空间(14)中以便使得可获得放电载荷(24)。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,辐射源(28)产生高能量密度的相干或非相干辐射(30),从而由于辐射(30)到电极系统上的入射而将电荷载体24释放进放电空间(14)中。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,辐射源(28)产生质量辐射(30),其由至少一个电子和/或一个离子组成。
4.根据权利要求1到3中任意一项所述的方法,其特征在于,辐射源(28)通过第一辐射通路(32)和/或至少一个第二辐射通路(34)同时地或相互在时间上偏移地将脉冲式辐射(30)放入放电空间(14)中。
5.根据权利要求1到4中任意一项所述的方法,其特征在于,所述电极系统包括至少一个辅助电极(36),该辅助电极(36)被施加附加电位,或者其通过充当牺牲电极来使得可获得电荷载体(24)或工作气体(22)。
6.根据权利要求1到5中任意一项所述的方法,其特征在于,辐射(30)被聚焦到电极系统的至少一个电极(18,20,36)上。
7.根据权利要求1到6中任意一项所述的方法,其特征在于,辐射(30)入射到基本由钨、钼、铁、铜、锡、石墨、铟、锑、碲、碘、合金或其化合物、或钢组成的电极(18,20,36)上。
8.根据权利要求1到7中任意一项所述的方法,其特征在于,辐射(30)以具有点、圆形、环形或线性形状和/或它们的组合的图案被引导到电极(18,20,36)上。
9.根据权利要求1到8中任意一项所述的方法,其特征在于,辐射(30)被引入到受影响的电极(18,20,36)的至少一个空腔中,该空腔朝向放电空间(14)开口并且在至少三侧由电极材料界定。
10.根据权利要求1到9中任意一项所述的方法,其特征在于,借助于馈送管(48)或聚焦到电极(18,20,36)上的辅助射线(50)而将工作气体(22)引入到放电空间(14)中。
11.根据权利要求1到10中任意一项所述的方法,其特征在于,辐射(30)经由辐射发射窗口(16)或经由小孔(52)被引入到放电空间(14)中。
12.根据权利要求1到11中任意一项所述的方法,其特征在于,辐射(30)具有在UV、IR和/或可见区中的波长。
13.根据权利要求1到12中任意一项所述的方法,其特征在于,辐射(30)以0°到90°的角(α)入射到电极(18,20,36)的表面上。
14.根据权利要求1到13中任意一项所述的方法,其特征在于,在辐射(30)的引入和电能的传输之间、或者在一辅助射线或该辅助射线(50)与该辐射(30)的引入之间设置有时间间隔(Δt)。
15.一种用于产生特别是EUV辐射(12)和/或软X射线辐射(12a)的设备(10),该设备(10)发射在放电空间(14)内的工作气体(22)中形成的等离子体(26),所述放电空间(14)包括至少一个辐射发射窗口(16)和具有至少一个阳极(18)和至少一个阴极(20)的电极系统,其中借助于能被引入到放电空间(14)中的电荷载体(24)而能将电能传输给等离子体(26),其特征在于,存在至少一个辐射源(28)来提供电荷载体(24),所述辐射源(28)将至少一个辐射(30)引入到放电空间(14)中。
16.根据权利要求15所述的设备(10),其特征在于,辐射源(28)产生高能量密度的相干或非相干辐射(30),由此通过辐射(30)到电极系统上的入射而能将电荷载体(24)释放进放电空间(14)中。
17.根据权利要求15所述的设备(10),其特征在于,辐射源(28)产生将经受质量的辐射(30),其包含至少一个电子和/或一个离子。
18.根据权利要求15到17中任意一项所述的设备(10),其特征在于,辐射源(28)给脉冲式辐射(30)同时地或相互地在时间上偏移地提供第一辐射通路(32)和/或至少一个第二辐射通路(34)。
19.根据权利要求15到18中任意一项所述的设备(10),其特征在于,所述电极系统包括至少一个辅助电极(36)。
20.根据权利要求15到19中任意一项所述的设备(10),其特征在于,辐射(30)被聚焦到电极系统的至少一个电极(18,20,36)上。
21.根据权利要求20所述的设备(10),其特征在于,至少所述受辐射(30)影响的电极(18,20,36)基本是由钨、钼、铁、铜、锡、石墨、铟、碲、碘、合金或其化合物、或钢制造的。
22.根据权利要求15到21中任意一项所述的设备(10),其特征在于,辐射(30)以点、圆形、环形或线性图案和/或它们的组合而入射到电极(18,20,36)上。
23.根据权利要求15到22中任意一项所述的设备(10),其特征在于,受辐射(30)影响的电极(18,20,36)包括至少一个空腔,该空腔朝向放电空间(14)开口并且在至少三侧由电极材料界定。
24.根据权利要求23所述的设备(10),其特征在于,所述空腔为具有恒定或可变直径的盲孔(38)、凹槽(40)或空心空间(42),当期望时,其包括凹陷(44)或底切(46)。
25.根据权利要求15到24中任意一项所述的设备(10),其特征在于,借助于馈送管(48)或借助于至少聚焦到一个电极(18,20,36)上的辅助射线(50)而能将工作气体(22)引入到放电空间(14)中。
26.根据权利要求15到23中任意一项所述的设备(10),其特征在于,辐射(30)能经由小孔(52)被引入到放电空间(14)中。
27.根据权利要求15到26中任意一项所述的设备(10),其特征在于,辐射(30)具有在UV、IR和/或可见区中的波长。
28.根据权利要求15到27中任意一项所述的设备(10),其特征在于,辐射(30)以相对于电极表面0°到90°的角(α)入射到电极(18,20,36)上。
29.根据权利要求15到28中任意一项所述的设备(10),其特征在于,辐射(30)能被引入到对称的或非对称的放电空间(14)中。
30.根据权利要求15到29中任意一项所述的设备(10),其特征在于,在辐射(30)的引入和电能的传输之间、或者在一辅助射线或该辅助射线(50)与该辐射(30)的引入之间设置有时间延迟(Δt)。
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