CN101779524A - 光刻设备和器件制造方法 - Google Patents

Abstract

一种光刻系统包括：被配置以产生辐射的源，该源包括阴极和阳极，阴极和阳极被配置以在位于放电空间中的燃料中产生放电，以便产生等离子体，所述放电空间包括在使用中被配置以调整等离子体的辐射发射的物质，以便控制等离子体限定的体积；图案支撑件，其被配置以保持图案形成装置，该图案形成装置被配置以使辐射形成图案，以形成图案化的辐射束；衬底支撑件，其被配置以支撑衬底；以及投影系统，其被配置以将图案化的辐射束投影到衬底上。

Description

光刻设备和器件制造方法

技术领域

本发明涉及一种光刻设备和方法。

背景技术

光刻设备是一种将所需图案应用到衬底上，通常是衬底的目标部分上的机器。例如，可以将光刻设备用在集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以将可选地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于生成在所述IC的单层上待形成的电路图案。可以将该图案转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一部分管芯、一个或多个管芯)上。通常，图案的转移是通过把图案成像到提供到衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上进行的。通常，单独的衬底将包含被连续形成图案的相邻目标部分的网络。公知的光刻设备包括：步进机，在所述步进机中，通过将全部图案一次曝光到所述目标部分上来辐射每一个目标部分；以及扫描器，在所述扫描器中，通过辐射束沿给定方向(“扫描”方向)扫描所述图案、同时沿与该方向平行或反向平行的方向扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。也能够以通过将图案压印(imprinting)到衬底的方式从图案形成装置将图案转移到衬底上。

已广泛地承认光刻术是IC和其它的器件和/或结构制造中的关键步骤之一。目前，看起来没有可替代的技术能够提供具有类似精度、速度和经济性的生产率的期望的图案建构。然而，随着使用光刻术制造的特征的尺寸不断变小，光刻术成为了能够使微型的IC或其它器件和/或结构在真实的大尺度上制造的即便不是最关键的门槛(grating)因素，也是最关键的门槛(gating)因素中的一个。

通过如方程式(1)中所示出的分辨率的瑞利准则(Rayleighcriterion)来给出图案印刷的限制的理论估计：

$\mathrm{CD}=k_1*\frac{\mathrm{\λ}}{{\mathrm{NA}}_{\mathrm{PS}}}---\left(1\right)$

其中，λ是所使用的辐射的波长，NA_PS是用于印制图案的投影系统的数值孔径，k₁是依赖于工艺的调整因子，也称为瑞利常数，以及CD是被印制的特征的特征尺寸(或临界尺寸)。

从方程式(1)可以得出，可以以三种方式实现减小特征的最小可印刷尺寸：通过缩短曝光波长λ，通过增加数值孔径NA_PS或通过减小k₁的值。

为了显著地缩短曝光波长，并因此使最小可印刷的节距减小，已经提出使用极紫外(EUV)辐射源。与配置以输出大于约193nm的辐射波长的传统的紫外辐射源相比，EUV辐射源被配置以输出约13nm的辐射波长。因此，EUV辐射源可以构成迈向实现小特征印刷的非常重要的一步。这样的辐射用术语极紫外或软x射线来表示，可能的源例如包括激光诱导等离子体源、放电等离子体源或来自电子储存环的同步加速器辐射。

由EUV辐射源辐射的功率依赖于所述源的尺寸。通常，期望聚集尽可能大地由所述源所辐射的功率，因为辐射功率的大的聚集效率意味着可以减小提供给所述源的功率，其将有益于所述源的寿命。源的尺寸与所述聚集角一起形成所述源的集光率。只有被发射的在所述源的集光率中的辐射可以被考虑且被用于照射图案形成装置。

发明内容

在本发明的一个方面中，提供了一种产生用于光刻设备中的辐射的方法，该方法包括：将燃料供给到位于阴极和阳极之间的放电空间中；在所述阴极和阳极之间在所述燃料中产生放电以形成等离子体；和通过控制由所述等离子体产生的辐射发射来调整由所述等离子体限定的体积，所述调整步骤包括：将物质供给到所述等离子体以控制所述辐射发射。

例如，根据一个实施例，所述物质可以包括Ga、In、Bi、Pb或Al中的至少一种。根据一个实施例，例如，所述燃料可以包括Sn、Xe或Li中的至少一种。

根据一个实施例，物质和燃料可以独立地供给放电空间。

根据一个实施例，所述物质可以是包括所述燃料的混合物的一部分。例如，根据非限制性的实施例，混合物可以是固态的或液态的。另外，例如，所述方法还可以包括在产生所述放电的步骤之前将所述混合物供给所述阴极的步骤。

根据一个实施例，所述物质可以被选择以增加在预先确定的波长范围中的辐射发射。

根据一个实施例，调整由所述等离子体限定的体积的步骤包括减少所述等离子体的径向尺寸的步骤。

根据一个实施例，所述调整步骤包括：控制由所述等离子体限定的所述体积，使得被配置以产生所述等离子体的辐射源的集光率大致与所述光刻设备的集光率相匹配。

在本发明的一个方面中，提供了一种器件制造方法，该方法包括：产生辐射束，所述产生步骤包括将燃料供给到位于阴极和阳极之间的放电空间中；在所述阴极和阳极之间在所述燃料中产生放电以形成等离子体；和通过控制由所述等离子体产生的辐射发射来调整由所述等离子体限定的体积，所述调整步骤包括将物质供给到所述等离子体以控制所述辐射发射；图案化所述辐射束以形成图案化的辐射束；和将所述图案化的辐射束投影到衬底上。

在本发明的一个方面中，提供了一种被配置以产生用于光刻设备的辐射的源，所述源包括：阴极和阳极，所述阴极和阳极被配置以在位于放电空间中的燃料中产生放电，以便产生等离子体，所述放电空间包括在使用中被配置以调整由所述等离子体产生的辐射发射的物质，以便控制由所述等离子体限定的体积。

在本发明的一个方面中，提供了一种光刻系统，该光刻系统包括：源，其被配置以产生辐射，所述源包括阴极和阳极，所述阴极和阳极被配置以在位于放电空间中的燃料中产生放电，以便产生等离子体，所述放电空间包括在使用中被配置以调整由所述等离子体产生的辐射发射的物质，以便控制由所述等离子体限定的体积；图案支撑件，其被配置以保持图案形成装置，所述图案形成装置被配置以使所述辐射图案化，以形成图案化的辐射束；衬底支撑件，其被配置以支撑衬底；和投影系统，其配置以将所述图案化的辐射束投影到所述衬底上。

附图说明

下面仅通过示例的方式，参考示意性附图对本发明的实施例进行描述，其中示意性附图中相应的参考标记表示相应的部件，在附图中：

图1示意性地示出根据本发明的一个实施例的光刻设备；

图2示意性地示出根据图1的光刻投影设备的EUV照射系统和投影光学装置的侧视图；

图3示出根据本发明的一个实施例的EUV源的示意图；

图4示出根据本发明的一个实施例的EUV源的示意图；和

图5示出根据本发明的一个实施例的EUV源的示意图。

具体实施方式

图1示意地示出了根据本发明的一个实施例的光刻设备1。所述光刻设备1包括被配置以产生辐射的源SO；照射系统(照射器)IL，其配置用于调节来自从所述源SO接收的辐射的辐射束B(例如，EUV辐射)。该源SO可以被设置成独立的单元。支撑件或图案支撑件(例如掩模台)MT，其被配置用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并与配置用于根据确定的参数精确地定位图案形成装置MA的第一定位装置PM相连。衬底台或衬底支撑件(例如晶片台)WT，其被配置用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并与配置用于根据确定的参数精确地定位衬底W的第二定位装置PW相连。投影系统(例如折射式投影透镜系统)PS，配置用于将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一根或多根管芯)上。

照射系统可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的光学部件、或其任意组合，以引导、成形、或控制辐射。

所述支撑件MT以依赖于图案形成装置的方向、光刻设备的设计以及诸如图案形成装置是否保持在真空环境中等其它条件的方式保持图案形成装置。所述支撑件可以采用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术来保持图案形成装置。所述支撑件可以是框架或台，例如，其可以根据需要成为固定的或可移动的。所述支撑件可以确保图案形成装置位于所需的位置上(例如相对于投影系统)。在这里任何使用的术语“掩模版”或“掩模”都可以认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。

这里所使用的术语“图案形成装置”应该被广义地理解为表示能够用于将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束、以便在衬底的目标部分上形成图案的任何装置。应当注意，被赋予辐射束的图案可能不与在衬底的目标部分上的所需图案完全相符(例如如果该图案包括相移特征或所谓的辅助特征)。通常，被赋予辐射束的图案将与在目标部分上形成的器件中的特定的功能层相对应，例如集成电路。

图案形成装置可以是透射式的或反射式的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列以及可编程液晶显示(LCD)面板。掩模在光刻术中是公知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替型相移掩模类型、衰减型相移掩模类型和各种混合掩模类型之类的掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，每一个小反射镜可以独立地倾斜，以便沿不同方向反射入射的辐射束。所述已倾斜的反射镜将图案赋予由所述反射镜矩阵反射的辐射束。

这里使用的术语“投影系统”应该广义地解释为包括任意类型的投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电型光学系统、或其任意组合，如对于所使用的曝光辐射所适合的、或对于诸如使用浸没液或使用真空之类的其它因素所适合的。这里使用的术语“投影透镜”可以认为是与更上位的术语“投影系统”同义。

如这里所示的，所述设备是反射型的(例如，采用反射式掩模)。替代地，所述设备可以是透射型的(例如，采用透射式掩模)。

所述光刻设备可以是具有两个(双台)或更多衬底台(和/或两个或更多的掩模台)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行地使用附加的台，或可以在一个或更多个台上执行预备步骤的同时，将一个或更多个其它台用于曝光。

光刻设备还可以是这种类型，其中衬底的至少一部分可以被相对高折射率的液体(例如，水)覆盖，以便填充投影系统和衬底之间的空间。浸没液体还可应用至光刻设备中的其它空间，例如在掩模和投影系统之间。浸没技术在本领域中可以用于提高投影系统的数值孔径是公知的。在此处所使用的术语“浸没”并不是指结构(例如衬底)必须浸没在液体中，而是仅指液体在曝光期间位于例如投影系统和衬底之间。

参照图1，所述照射器IL接收从辐射源SO发出的辐射。该源SO和所述光刻设备可以是分立的实体(例如当该源为准分子激光器时)。在这种情况下，不会将该源考虑成形成光刻设备的一部分，并且通过包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统的帮助，将所述辐射束从所述源SO传到所述照射器IL。在其它情况下，所述源SO可以是所述光刻设备的组成部分(例如当所述源是汞灯时)。可以将所述源SO和所述照射器IL、以及如果需要时设置的所述束传递系统(未在图1中示出)一起称作辐射系统。

所述照射器IL可以包括配置用于调整所述辐射束的角强度分布的调整装置。通常，可以对所述照射器的光瞳平面中的强度分布的至少所述外部和/或内部径向范围(一般分别称为σ-外部和σ-内部)进行调整。此外，所述照射器IL可以包括各种其它部件，例如积分器和聚光器(图1中未示出)。可以将所述照射器用于调节所述辐射束，以在其横截面中具有所需的均匀性和强度分布。

所述辐射束B入射到保持在支撑件(例如，掩模台)MT上的所述图案形成装置(例如，掩模)MA上，并且通过所述图案形成装置来形成图案。在被图案形成装置MA反射之后，所述辐射束B通过投影系统PS，所述投影系统PS将辐射束投影到所述衬底W的目标部分C上。通过第二定位装置PW和位置传感器IF2(例如，干涉仪器件、线性编码器或电容传感器)的帮助，可以精确地移动所述衬底台WT，例如以便将不同的目标部分C定位于所述辐射束B的路径中。类似地，例如在从掩模库的机械获取之后，或在扫描期间，可以将所述第一定位装置PM和另一个位置传感器IF1(例如，干涉仪器件、线性编码器或电容传感器)用于相对于所述辐射束B的路径精确地定位图案形成装置MA。通常，可以通过形成所述第一定位装置PM的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)的帮助来实现支撑件MT的移动。类似地，可以采用形成所述第二定位装置PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现所述衬底台WT的移动。在步进机的情况下(与扫描器相反)，掩模台MT可以仅与短行程致动器相连，或者可以是固定的。可以使用图案形成装置对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置MA和衬底W。尽管所示的衬底对准标记占据了专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间(这些公知为划线对准标记)中。类似地，在将多于一个的管芯设置在图案形成装置MA上的情况下，所述掩模对准标记可以位于所述管芯之间。

所示的设备可以用于以下模式中的至少一种中：

在步进模式中，在将支撑件MT和衬底台WT保持为基本静止的同时，将赋予所述辐射束的整个图案一次投影到目标部分C上(即，单一的静态曝光)。然后，将所述衬底台WT沿X和/或Y方向移动，使得可以对不同目标部分C曝光。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单一的静态曝光中成像的所述目标部分C的尺寸。

在扫描模式中，在对支撑件MT和衬底台WT同步地进行扫描的同时，将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上(即，单一的动态曝光)。衬底台WT相对于支撑件MT的速度和方向可以通过所述投影系统PS的(缩小)放大率和图像反转特性来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了单一动态曝光中所述目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而所述扫描运动的长度确定了所述目标部分的高度(沿所述扫描方向)。

在另一个模式中，将保持可编程图案形成装置的支撑件MT保持为基本静止，并且在对所述衬底台WT进行移动或扫描的同时，将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上。在这种模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在所述衬底台WT的每一次移动之后、或在扫描期间的连续辐射脉冲之间，根据需要更新所述可编程图案形成装置。这种操作模式可易于应用于利用可编程图案形成装置(例如，如上所述类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻术中。

也可以采用上述使用模式的组合和/或变体，或完全不同的使用模式。

图2更详细地显示出投影设备1，其包括辐射系统42、照射光学单元44和投影系统PS。辐射系统42包括可以由放电等离子体形成的辐射源SO。可以通过例如Xe气体、Li蒸汽或Sn蒸汽的气体或蒸汽来产生EUV辐射，其中产生非常热的等离子体以发射在电磁频谱的EUV范围中的辐射。通过由例如放电导致的至少部分电离的等离子体，来产生非常热的等离子体。辐射的有效生成可能需要Xe，Li，Sn蒸汽或任何其它合适的气体或蒸汽的分压，例如为10Pa。由辐射源SO发射的辐射经由定位在源腔47中的开口中或后面的气体阻挡件或污染物阱49从源腔47进入到聚集器腔48中。污染物阱49可以包括通道结构。污染物阱49还可以包括气体阻挡件或气体阻挡件和通道结构的组合。在一个实施例中，如图3所讨论的，Sn源用作EUV源。

聚集器腔48包括辐射聚集器50，其可以由掠入射聚集器形成。辐射聚集器50具有上游辐射聚集侧50a和下游辐射聚集侧50b。辐射聚集器50包括各种反射器，例如反射器142、143和外反射器146，如图2所示。穿过聚集器50的辐射可被反射离开光栅光谱滤光片51，以被聚焦到在聚集器腔48中的孔处的虚源点52上。来自聚集器腔48的辐射束56在照射光学单元44中经由正入射反射器53、54反射到定位在支撑件MT上的图案形成装置MA上。形成了图案化的束57，其经由反射元件58、59在投影系统PS中成像到晶片台或衬底台WT上。比所显示出的元件更多的元件通常可以存在于照射光学单元44和投影系统PS中。依赖于光刻设备的类型，可以可选择地提供光栅光谱滤光片51。另外，可以具有比如图2中所显示的反射镜更多的反射镜，例如可以具有比反射元件58、59多1-4个的反射元件。

应当理解，辐射聚集器50可以在外反射器146的外表面上具有另外的特征，或在外反射器146周围具有另外的特征，例如保护性保持装置、加热器等。参考标记180显示出两个反射器之间(例如反射器142和143之间)的空间。每个反射器142、143、146可以包括至少两个相邻的反射表面，距离源SO更远的反射表面比更靠近源SO的反射表面与光学轴线O所成的角度小。这样，掠入射聚集器50被配置以产生沿光轴O传播的EUV辐射。

可以应用正入射聚集器来代替掠入射反射镜作为聚集器反射镜50。在此处在一个实施例中更加详细地描述为具有反射器142、143和146的巢状聚集器和除此之外在图2中被示意性地描述的聚集器反射镜50，在此处被进一步用作聚集器(或聚集器反射镜)的示例。因此，在可应用的情况下，作为掠入射聚集器的聚集器反射镜50通常还可被解释为聚集器，在特定的实施例中还被解释成正入射聚集器。

另外，可以应用透射型光学滤光片替代如图2中示意性地示出的光栅51。对于EUV来说是透射型的且对于UV辐射来说是较不透射型的或甚至基本上吸收UV辐射的光学滤光片在本领域中是已知的。因此，在此处“光栅光谱纯度滤光片”还表示为“光谱纯度滤光片”，其包括光栅或透射型的滤光片。EUV透射型光学滤光片不仅可以在图2中示出，而且被包含作为可选择的光学元件，例如布置在照射单元44和/或投影系统PS中的光学EUV透射型滤光片或聚集器反射镜50的上游。

在图1和2的实施例中，光刻设备1是无掩模光刻设备，其中图案形成装置MA是可编程反射镜阵列。这种阵列的一个示例是具有粘弹性控制层的矩阵可寻址表面和反射表面。这样的设备所依据的基本原理是，例如反射表面的被寻址区域将入射辐射作为衍射辐射反射，而未被寻址的区域将入射辐射作为未被衍射的辐射反射。使用适合的滤光片，可以从反射束中过滤掉未被衍射的辐射，而仅留下衍射的辐射。以这种方式，所述束根据矩阵可寻址表面的寻址图案而被图案化。可编程反射镜阵列的一个可替代的实施例采用微小的反射镜的矩阵布置，可通过施加适合的局部电场或通过采用压电致动器使得微小的反射镜中的每一个独立地关于轴线倾斜。再次，反射镜是矩阵可寻址的，使得被寻址的反射镜将沿不同于未寻址的反射镜的方向反射入射的辐射束。以这种方式，根据矩阵可寻址反射镜的寻址图案对反射束进行图案化。所需的矩阵寻址通过使用适合的电子装置来执行。在上文所描述的两个情形中，图案形成装置可以包括一个或更多个可编程的反射镜阵列。如此处所涉及有关反射镜阵列的更多信息可以例如参见美国专利No.5,296,891和5,523,193，以及PCT公开出版物No.WO 98/38597和WO 98/33096。在可编程反射镜阵列的情形中，支撑结构可以具体地体现为框架或台，例如其可以根据需要而成为固定的或可移动的。

可编程反射镜阵列中的反射镜的尺寸通常大于存在于传统(反射型或透射型)掩模上的图案的临界尺寸。同样，无掩模光刻设备通常需要比非无掩模的光刻设备更高的缩减因子的投影透镜。例如，无掩模光刻设备的缩减因子大约为100，而非无掩模光刻设备的缩减因子大约为4。因此，对于给定的投影系统的数值孔径，与使用传统的(反射型或透射型)掩模的光刻设备相比，在无掩模光刻设备中通过投影系统PS聚集的图案化的辐射束要小得多。这反过来限制了无掩模光刻设备的集光率(etendue)。

可以得出以下结论，针对传统的图案形成装置应用而开发的现有的EUV源可以源集光率显著地大于无掩模光刻设备。如果源的集光率大于光刻设备的集光率，那么可能造成辐射损失。为了补偿辐射损失，可以增加衬底的曝光时间。然而，这可能影响衬底的生产量。

由于无掩模设备的小集光率，因此期望通过光刻设备1来聚集由辐射源SO发射的所有辐射，以限制辐射损失。为了确保基本上由源SO发射的所有辐射照射图案形成装置MA且通过投影系统PS来聚集，期望将源SO的集光率与光刻设备1的集光率进行匹配。例如，在图1和2的实施例中，期望将源的集光率限制在低于约0.03mm²球面度的范围内。

图3显示出根据本发明的实施例用于图1和2中的光刻设备的等离子体源300。等离子体的有效径向和/或轴向尺寸影响源的集光率。为了调整(例如减小)等离子体源300的集光率，从而将源的集光率与光刻设备1的集光率进行匹配，源300构造和布置成使得等离子体的径向和/或轴向尺寸被控制，例如在放电期间被减小。

如图3中显示的，等离子体源300包括阴极305、阳极310和位于阳极和阴极之间的放电空间315。阴极和阳极305、310每个具有大致圆柱形，其大致中心地位于公共的z轴线上。在图3中，z轴线被称为放电轴线。

在操作中，通过在阴极305和阳极310之间的燃料中施加放电可以产生高温放电等离子体。用于产生等离子体的燃料位于放电空间315中。燃料可以是固态、液态或气态。例如，在图3的实施方式中，燃料可以由位于阴极305的上部307上的锡(Sn)的薄层306构成。在另一实施方式中，燃料可以包括例如Xe的气体。在还一实施方式中，诸如锂或铟的不同的材料可以用作燃料材料。可以用激光源325来执行等离子体放电的点燃，如图3所示。将由激光源325输出的辐射束330通过开口335聚焦到阴极305的上部307上。由于在薄层306中吸收激光能量，Sn被蒸发且被部分电离。

等离子体320在阴极305和阳极310之间的放电期间沿由燃料材料限定的路径膨胀且电场存在于阴极和阳极之间。具体地，在激光烧蚀之后约30-100纳秒，燃料蒸汽膨胀且到达阳极310的边缘，在阴极305和阳极310之间形成导电路径。一旦形成了导电路径，那么阳极305和阴极310之间的放电被触发，从而导致等离子体320内的进一步地电离和加热。

在点燃之后，由欧姆加热来维持等离子体320，其中由于阴极305和阳极310之间流动的电流产生的磁场在等离子体内产生了另外的电离。磁场导致作用到等离子体320的颗粒上的洛仑兹力，从而产生了颗粒的碰撞和电离。在平衡时由两个相反的力，即等离子体内的热压力和作用到等离子体上的磁压力，使得等离子体320的尺寸平衡。磁压力与I²成比例，其中I是放电电流。随着放电电流I增加，磁压力相对于热压力增加。在这种情况下，压力平衡被打破，等离子体320趋于沿径向方向(即垂直于z轴线或放电轴线)被压缩。这个过程可被称作为箍缩效应，其导致形成发射EUV辐射的高密度和温度的等离子体柱。由于稳定性不足的原因，这个等离子体柱通常分裂成多个基础等离子体柱或基础EUV源。

实际上，在下文也被称作为等离子体箍缩的等离子体320包括多个基础源，其被沿放电轴线设置。这些基础源还可称为热斑或EUV辐射点(ERP)。这些基础源的特性可以依赖于，例如用于产生等离子体(Sn、In、Xe等)的燃料、源的几何构型(例如阴极和阳极的尺寸、阴极和阳极之间的距离)以及被供给所述源的功率。EUV辐射点的径向和轴向尺寸可以彼此成比例。例如，如果等离子体燃料由锡(Sn)构成，那么EUV辐射点的径向和轴向尺寸可以分别为约0.02cm和0.05cm。

应当理解，这些EUV源的最终径向尺寸r_p由等离子体的辐射性质来限定。实质上，透明等离子体的辐射功率和欧姆加热与1/r_p ²成比例，而光学厚等离子体的辐射功率与r_p成比例，其中r_p是箍缩柱的半径。辐射功率可以被定义为由于线性辐射而导致的来自等离子体的能量损失。术语“透明等离子体”是指等离子体中燃耗的光子的平均自由程远大于等离子体的特性尺寸(即容易从等离子体逸出的光子)。术语“光学厚等离子体”是指这样的情形，其中等离子体中燃耗的光子的平均自由程远小于等离子体的特性尺寸。

如果在一些时间点处辐射功率大于由欧姆加热获得的功率，那么等离子体之后将收缩，以返回到欧姆加热和辐射功率之间的平衡。在这个过程中，等离子体在变成光学厚的，因为其密度(～1/r_p ²)比其半径增加得更快。光学厚等离子体的收缩导致辐射功率的减小，而由欧姆加热获得的功率增加。当这两个功率相等时等离子体的收缩停止。这个过程称为z箍缩的“辐射瓦解(collapse)”。

等离子体箍缩300的径向和/或轴向尺寸的减小可以增加由光刻设备聚集的辐射量。例如，如图3所示，等离子体箍缩300的径向尺寸的减小(即沿大致垂直于z轴线的方向的等离子体箍缩300的减小)可以减小被阳极310和/或被可以位于z轴线附近的任何其它元件阻挡的辐射量。由于被阳极310阻挡的辐射减小，供给至所述源的功率可以被减小，其有益于所述源的寿命。

为了控制(例如减小)等离子体320的径向和/或轴向尺寸，等离子体源300被构造和布置以增加由等离子体320造成的辐射损失或辐射发射(即增加辐射功率)。例如，Sn和In等离子体以不同的波长辐射。结果，透明的Sn和In混合物的辐射损失大于透明的Sn等离子体。这反过来意味着，为了建立欧姆加热和辐射功率之间的相等性可以将等离子体柱缩减成更小的半径。

在图3的实施例中，通过将一种或更多种物质、掺杂物或元件添加到燃料中来增加了等离子体320中的辐射损失。将物质、掺杂物或元素根据条件添加到燃料中，以提高在期望的或预先确定的波长范围或波谱中的辐射损失或发射。在这种情形中，术语“期望的或预先确定的波长范围或波谱”是指比用于EUV光刻术的波谱范围(还被称为“带内辐射”范围)更宽的波谱范围(也被称为“带外EUV辐射”范围)。例如，13.5nm的EUV等离子体源的优化的电子温度T_e为约30-50eV。在这一电子温度T_e处，等离子体在原理上可以有效地以位于约0.5-5kT_e之间的范围中的光子能量发射，这意味着“带外EUV”波长范围为约5-100nm。添加可以在这一区域有效地辐射的元素，可以增加等离子体的辐射损失。例如，在一个实施例中，诸如镓(Ga)、铟(In)、铋(Bi)、铝(Al)或铅(Pb)的低熔点的元素可以用于增加等离子体箍缩320内的辐射损失。

物质、掺杂物或元素的选择可以基于用于产生等离子体320的燃料的属性。尤其是，物质、掺杂物或元素的选择可以基于处于考虑中的燃料的波长范围或波谱，其中辐射损失显著地影响等离子体的发射尺寸或表面。例如，在锡(Sn)的情形中，辐射损失仅占据波谱的一小部分(从约13.0nm到约14.0nm)。如果增加在属于5-100nm范围的波长范围中的等离子体箍缩中的辐射损失或辐射发射，那么可能打破平衡和控制(例如降低)等离子体箍缩的径向和/或轴向尺寸。

因此，在本发明的一个实施例中，可以根据下述的方法执行等离子体箍缩的径向和/或轴向尺寸的控制(例如减小)。首先，根据条件选择燃料，以提供带内EUV辐射。之后所述方法进行到第二步骤，在第二步骤中，选择适合于产生在带外EUV范围中的辐射发射的物质。在第二步骤之后，将物质添加到燃料中以控制(例如减小)等离子体箍缩的径向和/或轴向尺寸。

除了控制(例如降低)等离子体箍缩320的径向和/或轴向尺寸之外，物质、掺杂物或元素可以显著地降低等离子体源的工作温度，其还可能有益于延长所述源的寿命。例如，包括Sn和In的燃料混合物的源将具有约250℃的工作温度，而仅包括Sn的传统的源将具有约300℃的工作温度。类似地，包括Sn和Ga的燃料混合物的源将具有约20℃-25℃的工作温度(即室温)。作为另一例子，包括Sn和Al的燃料混合物的源将具有约500℃的工作温度。

在一个实施例中，物质、掺杂物或元素可以在燃料被引入到放电空间315之前与燃料混合。例如，在图3的实施例中，燃料可以是薄层306的一部分。在这种配置中，薄层306可以是固态的或液态的。作为另一个示例，物质、掺杂物或元素可以被添加到液体燃料供给装置中，如图4所示。

图4显示根据本发明的一个实施例的源400。源400包括阴极405、阳极410和放电空间415，其位于阴极405和阳极410之间。阴极405和阳极410可以具有圆柱形状，且其每个可以可旋转地安装到各自的轴420a、b上。轴420a、b由驱动单元(未在图4中示出)来驱动，以旋转阴极405和阳极410。

如图4所示，源400还包括被构造和布置以将燃料435供给阴极405的燃料供给装置425。燃料供给装置425包括包含燃料435的容器430。源400还包括激光源445，其被配置以输出辐射束450。在操作中，由于阴极405的旋转，燃料435的层或涂层440形成在阴极405的外表面上。在阴极405和阳极410上形成的燃料涂层440还用于保持用于冷却和/或保护阴极405和阳极410的冷却和/或保护层。可以基于涂层440的期望的厚度来调整阴极405和阳极410的旋转速度。

以与图3的实施例相类似的方式用激光源445执行等离子体放电的点燃。具体地，由激光源445输出的辐射束445被聚焦到涂层440上。由于涂层中吸收激光能量，燃料435蒸发且部分电离，其形成等离子体455。等离子体455在放电期间在阴极405和阳极410之间沿阴极和阳极以及燃料材料之间的电场限定的路径膨胀。

通过将一种或更多种物质、掺杂物或元素添加到燃料供给装置425中来在图4的实施例中进行等离子体455的尺寸或体积的控制，使得被辐射束450电离的涂层440的一部分包括燃料435与物质、掺杂物或元素的大致均质的混合物。燃料435与物质、掺杂物或元素的电离的均质的混合物在阴极405和阳极410之间传播，使得在等离子体放电期间可以相当大地控制等离子体455的尺寸或体积。

可替代地，在将燃料引入到放电空间415的同时或在此之后，可以将物质、掺杂物或元素添加到燃料中。另外，在点燃等离子体之前或之后，可以将物质、掺杂物或元素添加到燃料供给装置中。另外，通过调整燃料供给装置中的掺杂物的浓度来完成对由等离子体限定的体积的控制(例如减小)。

图5显示出根据本发明实施例的用于图1和2的光刻设备中的等离子体源500。源500包括阴极505、阳极510和位于阳极和阴极之间的放电空间515。源还包括配置以输出辐射束530的激光源525。阴极和阳极505、510中每个是大致圆柱形，其大致中心地位于公共的z轴线上。在图5中，z轴线称为放电轴线。类似于图3，可以将燃料提供到阴极505的顶部上。可替代地，燃料可以是通过供给喷嘴(未在图5中示出)引入到放电空间515中的气体。

源500还包括被配置以将物质、掺杂物或元素535供给到放电空间515中的供给单元520。可以被引入到放电空间515中的物质、掺杂物或元素535可以呈现各种形式，例如气态、液态或固态。

在图3-5的实施例中，基于等离子体箍缩545的期望的径向和/或轴向尺寸来确定和调整物质、掺杂物或元素的浓度和/或压力。如本领域中普通技术人员所能理解的，可以通过校准来确定这一浓度。可替代地，为了调整等离子体箍缩的径向和/或轴向尺寸，可以动态地修改掺杂物或元素的浓度和/或压力。例如，在一个实施例中，供给单元520可以与控制器550通信，以调整掺杂物或元素的浓度和/或压力。控制器550可以可操作地与监控单元(例如照相机，未在图5中示出)相连，该监控单元被配置以在放电期间监控等离子体箍缩545。监控单元可以用于确定等离子体箍缩的尺寸(轴向和/或径向)。基于监控单元的结果，可以将命令555输入到控制器550中，用于调整物质、掺杂物或元素的初始浓度和/或压力，以便修改(例如减小或增加)等离子体箍缩545的径向和/或轴向尺寸。

虽然在本文中详述了光刻设备用在制造IC(集成电路)，但是应该理解到这里所述的光刻设备可以有其它的应用，例如制造集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、包括液晶显示器(LCD)的平板显示器、薄膜磁头等。本领域技术人员应该认识到，在这种替代应用的情况中，可以将此处使用的任意术语“晶片”或“管芯”分别认为是与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。这里所指的衬底可以在曝光之前或之后进行处理，例如在轨道(一种典型地将抗蚀剂层涂到衬底上，并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、量测工具和/或检验工具中。在可以应用的情形中，此处公开的内容可应用于这样的和其它的衬底处理工具。另外，所述衬底可以处理一次以上，例如为产生多层IC，使得这里使用的所述术语“衬底”也可以表示已经包含多个已处理层的衬底。

虽然以上已经做出了具体的参考，在光学光刻术的情况中使用本发明的实施例，但应该理解的是，本发明可以有其它的应用，并且只要情况允许，不局限于光学光刻术。

尽管以上已经描述了本发明的特定的实施例，但是应该理解的是本发明的实施例可以以与上述不同的形式实现。例如，本发明的实施例可以采取包含用于描述上述公开的方法的一个或更多个机器可读指令序列的计算机程序的形式，或者采取具有在其中存储的这种计算机程序的数据存储介质的形式(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)。

以上描述旨在进行解释，而不是限制性的。因而，本领域普通技术人员可以理解，在不偏离所附权利要求的保护范围的前提下可以对所描述的发明进行修改。

本发明的实施例不限于光刻设备的应用或用于光刻设备中。另外，附图通常仅包括对于理解本发明的实施例所必需的元件和特征。除此之外，光刻设备的附图是示意性的，不是成比例的。本发明的实施例不限于示意图中显示的这些元件(例如在示意图中绘出的反射镜的数量)。此外，本发明的实施例不限于关于图1和2描述的光刻设备。

Claims (43)

1.一种产生用于光刻设备中的辐射的方法，所述方法包括步骤：

将燃料供给到位于阴极和阳极之间的放电空间中；

在所述阴极和所述阳极之间在所述燃料中产生放电以形成等离子体；和

通过控制由所述等离子体的辐射发射来调整由所述等离子体限定的体积，所述调整步骤包括将物质供给到所述等离子体以控制所述辐射发射。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述物质包括Ga、In、Bi、Pb或Al中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述燃料包括Sn、Xe或Li中的至少一种。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述物质和所述燃料被分别供给到所述放电空间中。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述物质是包括所述燃料的混合物的一部分。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述混合物是固态的或液态的。

7.根据权利要求5或6所述的方法，在产生所述放电的步骤之前还包括将所述混合物供给所述阴极的步骤。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述物质被选择以增加在预先确定的波长范围中的辐射发射。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述调整由所述等离子体限定的体积的步骤包括减少所述等离子体的径向尺寸的步骤。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述调整步骤包括：控制由所述等离子体限定的所述体积，使得被配置以产生所述等离子体的辐射源的集光率大致与所述光刻设备的集光率相匹配。

11.一种器件制造方法，包括步骤：

产生辐射束，所述产生步骤包括

将燃料供给到位于阴极和阳极之间的放电空间中，

在所述阴极和所述阳极之间在所述燃料中产生放电以形成等离子体，和

通过控制由所述等离子体产生的辐射发射来调整由所述等离子体限定的体积，所述调整步骤包括将物质供给到所述等离子体以控制所述辐射发射；

图案化所述辐射束以形成图案化的辐射束；和

将所述图案化的辐射束投影到衬底上。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述物质包括Ga、In、Bi、Pb或Al中的至少一种。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述燃料包括Sn、Xe或Li中的至少一种。

14.根据权利要求11-13中的任一项所述的方法，其中所述物质和所述燃料被独立地供给到所述放电空间中。

15.根据权利要求11-14中的任一项所述的方法，其中所述物质被选择以增加在预先确定的波长范围中的辐射发射。

16.根据权利要求11-15中的任一项所述的方法，其中所述调整步骤包括：减小由所述等离子体限定的所述体积，使得被配置以产生所述等离子体的辐射源的集光率大致与被配置以使所述辐射束图案化的所述光刻设备的集光率相匹配。

17.一种被配置以产生用于光刻设备的辐射的源，所述源包括：

阴极和阳极，所述阴极和所述阳极被配置以在位于放电空间中的燃料中产生放电，以便产生等离子体，所述放电空间包括在使用中被配置以调整由所述等离子体产生的辐射发射的物质，以便控制由所述等离子体限定的体积。

18.根据权利要求17所述的源，其中所述物质包括Ga、In、Bi、或Al中的至少一种。

19.根据权利要求17或18所述的源，其中所述燃料包括Sn、Xe或Li中的至少一种。

20.根据权利要求17-19中任一项所述的源，还包括燃料供给装置，其被配置以将所述燃料供给所述放电空间。

21.根据权利要求17-20中任一项所述的源，还包括被配置以供给在所述放电空间中的所述物质的供给装置。

22.根据权利要求21所述的源，其中所述物质和所述燃料被独立地供给所述放电空间。

23.根据权利要求17-22中任一项所述的源，其中所述物质是包括所述燃料的混合物的一部分。

24.根据权利要求23所述的源，其中所述混合物是固态的或液态的。

25.根据权利要求23或24所述的源，其中所述混合物位于所述阴极上。

26.根据权利要求17-25中任一项所述的源，其中所述物质被选择以增加在预先确定的波长范围中的所述辐射发射。

27.根据权利要求17-26中任一项所述的源，其中所述物质被配置以减小所述等离子体的径向尺寸。

28.根据权利要求17-27中任一项所述的源，还包括被配置以供给在所述放电空间中的所述燃料和所述物质的供给装置。

29.根据权利要求17-28中任一项所述的源，其中所述源的集光率大致与所述光刻设备的集光率相匹配。

30.一种光刻系统，包括：

源，其被配置以产生辐射，所述源包括阴极和阳极，所述阴极和所述阳极被配置以在位于放电空间中的燃料中产生放电，以便产生等离子体，所述放电空间包括在使用中被配置以调整由所述等离子体产生的辐射发射的物质，以便控制由所述等离子体限定的体积；

图案支撑件，其被配置以保持图案形成装置，所述图案形成装置被配置以使所述辐射图案化，以形成图案化的辐射束；

衬底支撑件，其被配置以支撑衬底；和

投影系统，其配置以将所述图案化的辐射束投影到所述衬底上。

31.根据权利要求30所述的设备，其中所述物质包括Ga、In、Bi、或Al中的至少一种。

32.根据权利要求30或31所述的设备，其中所述燃料包括Sn、Xe或Li中的至少一种。

33.根据权利要求30-32中任一项所述的设备，还包括燃料供给装置，其被配置以将所述燃料供给所述放电空间。

34.根据权利要求30-33中任一项所述的设备，还包括被配置以供给在所述放电空间中的所述物质的供给装置。

35.根据权利要求30-34中任一项所述的设备，其中所述物质和所述燃料被独立地供给所述放电空间。

36.根据权利要求30-35中任一项所述的设备，其中所述物质是包括所述燃料的混合物的一部分。

37.根据权利要求36所述的设备，其中所述混合物是固态的或液态的。

38.根据权利要求36或37所述的设备，其中所述混合物位于所述阴极上。

39.根据权利要求30-38中任一项所述的设备，其中所述物质被选择以增加在预先确定的波长范围中的所述辐射发射。

40.根据权利要求30-39中任一项所述的设备，其中所述物质被配置以减小所述等离子体的径向尺寸。

41.根据权利要求30-40中任一项所述的设备，还包括被配置以供给在所述放电空间中的所述燃料和所述物质的供给装置。

42.根据权利要求30-41中任一项所述的设备，其中所述源的集光率大致与所述光刻设备的集光率相匹配。

43.根据权利要求30-42中任一项所述的设备，其中所述图案形成装置包括可编程的反射镜阵列。

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