CN102119583B - 用于产生euv辐射或软x射线的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于借助于电操作放电产生光学辐射，尤其是EUV辐射或软x射线的方法和设备。在至少两个电极（1，2）之间的气体介质中点燃等离子体（15），其中所述气体介质至少部分地从液态材料（6）产生，所述液态材料施加到在放电空间中移动的表面，并且至少部分地通过一个或若干脉冲能量束蒸发。在所提出的方法和设备中，所述脉冲能量束的脉冲（9）被定向到相对于所述表面的移动方向的至少两个不同侧向位置。利用该措施，辐射发射体积被展开，对空间波动较不敏感并且可以更好地适应任何应用的光学系统的要求。此外，可以通过该措施增大光学输出功率。

Description

用于产生EUV辐射或软X射线的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于借助于电操作放电产生光学辐射，尤其是EUV辐射或软x射线的方法和设备，其中在放电空间中的至少两个电极之间的气体介质中点燃等离子体，所述等离子体发射要产生的所述辐射，并且其中所述气体介质至少部分地从液态材料产生，所述液态材料施加到在所述放电空间中移动的表面，并且至少部分地通过一个或若干脉冲能量束蒸发。主要在EUV光刻和计量领域中需要这种发射尤其是近似1nm和20nm之间的波长范围内的EUV辐射或软x射线的基于放电的光源。 

背景技术

在上述种类的光源中，辐射从脉冲电流产生的热等离子体发射。非常强大的EUV辐射生成设备利用金属蒸气操作以产生所需的等离子体。这种设备的实例示于WO 2005/025280A2中。在该已知的EUV辐射生成设备中，从施加到放电空间中的表面并且至少部分地被脉冲能量束（尤其是激光束）蒸发的金属熔体产生金属蒸气。在该设备的优选的实施例中，可旋转地安装两个电极，其形成在设备的操作期间旋转的电极轮。这些电极轮在旋转期间浸入具有金属熔体的容器中。脉冲激光束被直接定向到电极之一的表面以便从所施加的金属熔体产生金属蒸气。该蒸发导致连接到充电的电容器组的所述两个电极之间的短路，从而点燃放电。得到的电流加热金属蒸气，使得希望的离子化阶段被激发并且从箍缩等离子体发射希望的波长的辐射。 

利用这种产生EUV辐射的技术，可能出现放电区域的空间波动，这些空间波动由于箍缩等离子体的放电体积小而不能忽略。此外，EUV或软x射线发射体积的几何形状通常不适应使用该EUV辐射或软x射线的光学系统，所述光学系统在例如EUV光刻的情况下经常包括用于将EUV辐射引导到分划板(reticle)和晶片的圆形孔。因此，在这样的应用中，不可以有效地使用EUV辐射或软x射线。 

US2008/0017810A1公开了一种用于通过激光束操纵校正EUV源的空间不稳定性的方法。在该方法中，通过利用能量束照射紧邻放电空间的表面上的区域而触发放电。该区域的位置响应于由传感器提供的输入信号而被主动控制，以便校正所述不稳定性。 

发明内容

本发明的目的是提供一种用于借助于电操作放电产生光学辐射，尤其是EUV辐射或软x射线的方法和设备，其一方面允许更有效地使用所产生的光学辐射，并且另一方面实现设备的更高的输出功率。 

这个目的是利用依照本发明的设备和方法来实现的。所述方法和设备的有利实施例是从属权利要求的主题并且进一步在说明书的以下部分中加以描述。 

在所提出的方法中，在放电空间中的至少两个电极之间的气体介质中点燃等离子体，所述等离子体发射要产生的辐射。所述气体介质至少部分地从液态材料产生，尤其是从金属熔体产生，所述液态材料施加到在放电空间中移动的表面，并且至少部分地通过一个或若干脉冲能量束蒸发，所述脉冲能量束可以例如为离子束或电子束，并且在优选实施例中为激光束。脉冲能量束的脉冲被定向到所述表面上相对于所述表面的移动方向的至少两个不同的侧向位置，从而在移动表面上实现冲击点的周期性重复图案。 

相应的设备包括：至少两个电极，其设置在放电空间中，彼此相距一定距离，该距离允许在电极之间的气体介质中点燃等离子体；用于将液态材料施加到在所述放电空间中移动的表面的设备；以及能量束设备，其适于将一个或若干脉冲能量束定向到所述表面上，至少部分地蒸发所述施加的液态材料，并且由此产生至少一部分所述气体介质。能量束设备被设计成在相对于所述表面的移动方向的至少两个不同侧向位置处将所述脉冲能量束的脉冲施加到所述表面上，从而在移动表面上实现冲击点的周期性重复图案。所提出的设备可以像通过引用合并于此的WO2005/025280A2中描述的设备那样以其他方式构造。 

所提出的方法和设备的主要方面是施加能量束脉冲以点燃不是仅在相对于移动表面的移动方向的一个侧向位置处而是在相对于所述移动方向的不同侧向位置或地点处的等离子体或放电。在本说明书中，术语侧向表示垂直于该表面的移动方向的该表面上的方向。利用该技术，放电体积在其中该体积通常只有小的扩展的方向上展开。由于与施加仅仅单个脉冲相比，放电云或体积的空间波动并不变化，因而利用所提出的方法和设备，放电体积的相对波动更小。此外，通过在移动表面上适当地分布能量束脉冲的冲击点，可以以正确的方式对作为放电体积的光发射体积成形以便最佳地使该光发射体积适应光学系统（例如光刻扫描仪的光学系统）的接受区域，从而允许更有效地使用所产生的辐射。所提出的方法和设备的另一优点是能够增大光输出功率，即所产生的光学辐射的功率。在如本说明书的引言部分中描述的已知EUV辐射生成设备中，光输出功率是有限的，因为脉冲到脉冲的间隔必须适应移动表面的移动速度，从而保持移动表面上的冲击点之间的距离以蒸发液态材料。通过在相对于移动方向的不同侧向位置处施加脉冲，可以在相同的时间间隔和表面移动速度下施加更高数量的脉冲，同时保持所需的距离。 

将能量束脉冲施加到移动表面，从而在移动表面上实现冲击点的周期性重复图案。该图案是表面的移动、脉冲之间的时间间隔以及脉冲的侧向分布的组合的结果。例如，可以将该图案选择成近似冲击点的圆形分布，或者可以将其选择成包括从三个脉冲得到的三个冲击点，这些冲击点中的每一个形成等腰三角形的角。 

形成每个图案的若干脉冲可以通过使用若干能量束源（例如若干激光光源）来产生，其被聚焦到移动表面上的不同位置以实现所述图案。这些若干脉冲也可以通过仅仅单个能量束源和适当的偏转或扫描系统（例如扫描或旋转光学器件）来产生，以便将脉冲定向到不同的位置。 

在所提出的设备和方法的一个实施例中，测量光发射体积的空间分布以作为所产生的光学辐射的发射特性。这些测量数据在反馈控制中使用以尽可能精密地实现该发射体积的希望的几何结构。反馈控制改变连接到电极的电容器单元充电达到的电压并且可选地也改变每个图案的各能量束脉冲的脉冲能量，以便近似希望的发射体积。随着电压改变，充电的脉冲能量以及得到的放电电流被改变。在使用控制电流脉冲的形状和能量的更复杂网络的设备中，反馈控制影响网络以改变电流脉冲的形状和能量。按照相同的方式，可以控制所产生的光学辐射的光输出功率和/或时间稳定性。所述测量可以利用像背光CCD相机或光电二极管那样的适当的辐射检测器来执行。 

在同样包括这种反馈控制的另一个实施例中，在产生的光学辐射的光路上设置孔。将若干辐射传感器设置在孔开口的边缘或边界处，以便检测所述产生的光学辐射的发射特性：未穿过孔开口的辐射。然后，可以通过最小化辐射传感器检测的辐射来执行反馈控制。同时，可以测量穿过孔开口的辐射能量，以便最大化该辐射。用于反馈控制的另一种可能性是最大化穿过孔开口的光学辐射并且同时实现每个传感器检测的近似相等的辐射量。 

附图说明

所提出的方法和设备在下文中结合附图加以描述而不限制权利要求的范围。这些附图示出： 

图1为用于产生EUV辐射或软x射线的设备的示意图；

图2为利用现有技术设备产生的在移动表面上的冲击点的示意图；

图3a-d为利用所提出的方法和设备产生的在移动表面上的冲击点图案的示意图；

图4为示出映射到孔平面的两个圆柱形EUV发射区域的示意图；

图5为示出具有环绕的辐射传感器的孔以及映射到孔平面的若干EUV发射区域的示意图；以及

图6为在所提出的设备和方法的实施例中使用的具有旋转或扫描光学器件的激光器的示意图。

具体实施方式

图1示出了用于产生EUV辐射或软x射线的设备的示意性侧视图，本发明的方法可以应用到该设备，并且该设备可以是本发明的设备的一部分。该设备包括设置在真空室中的两个电极1、2。盘状电极1、2可旋转地安装，即它们在操作期间围绕旋转轴3旋转。在旋转期间，电极1、2部分地浸入相应的容器4、5。这些容器4、5中的每一个包含金属熔体6，其在当前情况下为液态锡。金属熔体6保持在近似300℃的温度，即稍微高于锡的230℃的熔点。容器4、5中的金属熔体6通过连接到这些容器的加热设备或冷却设备（图中未示出）而维持在上述工作温度下。在旋转期间，电极1、2的表面由液态金属湿润，从而在所述电极上形成液态金属膜。电极1、2上的液态金属的层厚度可以借助于剥离器11来控制，其典型地处于0.5μm到40μm之间的范围内。到电极1、2的电流经由金属熔体6提供，所述金属熔体经由绝缘的馈通装置8连接到电容器组7。 

利用这种设备，电极的表面连续地再生，从而不发生电极的基体材料的放电磨损。通过金属熔体的电极轮的旋转导致电极与金属熔体之间的紧密热接触，使得通过气体放电加热的电极轮可以有效地将其热量释放到熔体。电极轮与金属熔体之间的低欧姆电阻进一步允许传导非常高的电流，所述非常高的电流对于产生足够热的等离子体用于EUV辐射生成是必要的。无需精细的电流接触或输送电流的电容器组的旋转。电流可以从金属熔体外部经由一个或若干馈通装置平稳地输送。 

电极轮有利地设置在具有至少10^-4hPa（10^-4毫巴）的基本真空的真空系统中。利用这种真空，可以将高电压施加到电极，例如施加2kV到10kV之间的电压，而不造成任何不受控制的电击穿。该电击穿通过脉冲能量束的适当脉冲以受控的方式启动，所述脉冲在当前实例中为激光脉冲。如图所示，激光脉冲9在电极1、2之一上聚焦在这两个电极之间的最窄点处。结果，电极1、2上的金属膜的一部分蒸发并且桥接电极间隙。这导致在该点处伴随来自电容器组7的非常高的电流的击穿放电(disruptive discharge)。电流将在本文中也称为燃料的金属蒸气加热到如此高的温度，使得后者被电离并且在箍缩等离子体15中发射希望的EUV辐射。 

为了防止所述燃料从设备逃逸，将碎片缓解单元（debris mitigation unit）10设置在设备之前。该碎片缓解单元10允许将辐射直接传送到设备之外，但是在碎片颗粒离开设备的路上保留大量的碎片颗粒。为了避免污染设备的外壳14，可以在电极1、2与外壳14之间设置屏12。可以在电极1、2之间设置附加的金属屏13，从而允许冷凝的金属流回到所述两个容器4、5中。 

利用这种EUV生成设备，当依照现有技术使用和构造时，总是在旋转电极轮2的相同侧向位置处将激光脉冲施加到该电极轮的表面。得到的冲击点16的踪迹因而如图2所示在该表面上的直线上。每次放电由固定点处的锡蒸发引起，该固定点是相应激光脉冲的冲击点。因此，EUV发射区域总是强烈地局限在固定的空间位置处。等离子体扩展和加热的物理过程导致近似0.1mm直径和1mm长度的近似圆柱形放电体积或者光发射体积。由于统计波动的原因，该体积的长度和位置可以在所有方向上变化0.03mm。这些波动因而在直径方向上具有非常高的相对影响并且可能造成不能满足由光学系统设置的关于空间辐射分布的稳定性的强制规范。 

该缺陷通过使用依照本发明的设备或方法而被克服，其中相对于如图1中的设备，在相对于旋转电极轮的表面的移动方向的至少两个不同的侧向位置处施加若干激光脉冲。利用锡表面上的这种激光脉冲或者激光脉冲冲击的分布，形成等离子体箍缩或辐射发射体积，其与上述现有技术相比，对若干次放电平均而在直径的方向上具有更高的扩展，即更大的直径。利用径向方向上的这种更大的直径或扩展，相对空间波动降低。图1的设备只需经过适应性调节以便在电极轮的表面上获得这种激光脉冲分布。这可以通过使用聚焦在电极轮上的不同位置处的若干激光光源或者通过使用位于激光光源与电极轮表面之间的旋转或扫描光学器件来实现。 

在如图1所示的设备中，可实现的最大EUV辐射功率如下受到限制。电极轮的旋转速度受限于不同的因素。必须经由电极轮表面的在空间上不同的区域产生连续两次放电，以便确保总是使用锡膜的新的或新鲜的部分。两个冲击点之间的距离应当例如为0.3mm。在所述表面的仅仅一个固定侧向位置处施加激光脉冲，如图2中所示在移动表面处产生冲击点结构。另一方面，取决于激光脉冲之间的相对于电极轮的旋转速度的时间间隔，依照所提出的方法或设备在相对于所述表面的移动方向的不同侧向位置处使用若干激光脉冲可以在对于两个不同侧向位置处的每次放电施加两个脉冲时实现高达常规设备的二倍功率的输出功率。取决于这两个脉冲之间的时间间隔，在所述表面上实现如图3a和图3b中所示的冲击点16的图案17。如果这两个激光脉冲与电极轮的旋转速度相比在非常短的时间间隔内施加，例如以20μs的时间间隔施加，那么实现像图3a中那样的图案。如果以相同的时间间隔施加所有脉冲，那么实现如图3b中所示的Z字形图案。 

将三个激光脉冲用于图案或放电，那么可以如图3c中所示实现近似等腰三角形的结构。每个冲击点16在三角形的角上。这种图案将增强输出功率的优点与更大的发射区域或EUV辐射体积的优点相结合。该发射区域在图2和图3a-d的每一个中的右手侧用封闭圆圈表示。为此目的，可以在与电极轮的旋转速度相比的非常短的时间距离内施加这三个激光脉冲。然后，由图3c可见，在更大的时间间隔之后产生下一次放电。 

用于产生EUV辐射或软x射线的设备的应用要求使用用于辐射的束成形或束引导的光学系统。该系统的光展量（etendue）通常由该光学系统的圆形孔开口实现。现有技术设备的典型圆柱形发射体积仅适于这种孔，如果圆柱轴与光学系统的光轴重合的话。然而，该条件在大多数情况下不被满足。在这些情况下，发射或放电体积的圆柱轴可能垂直于光轴并且因而平行于孔表面而取向。利用所提出的方法和设备，圆柱形发射体积可以在圆柱直径的方向上通过若干局部发射区域来扩展，以更好地匹配圆形孔开口。这示于图4中，该图示出两个邻接的局部圆柱形发射体积18映射到其的孔开口19。由该图显然可见，两个邻接或部分重叠的局部圆柱形发射体积比仅仅单个圆柱形发射体积更好地匹配圆形孔开口19。通过使用施加到所述表面上的不同侧向位置的多于两个激光脉冲产生甚至多于两个这样的局部发射体积，可以甚至更有效地匹配圆形孔。 

可以测量放电或发射体积与圆形孔的匹配，以便通过控制单元23（参见图6）控制放电体积的生成，使得最大量的EUV辐射穿过孔。为此目的，可以将若干辐射传感器20设置在孔开口19的边界处，以便测量撞击到该边界并且不穿过孔开口19的EUV辐射。图5中示出了具有孔开口19和环绕的辐射传感器20的这种实施例的示意图。在该图中，三个重叠的局部圆柱形发射体积18映射到孔开口19的平面。可以控制造成这些局部发射的单脉冲，使得辐射传感器20检测到的辐射最小化，并且同时穿过孔开口19的EUV辐射的量最大化。当检测器输送相似信号用于不同的方位角时，实现了发射体积对于圆形孔开口19的最佳适应。 

撞击到相对于电极轮的移动方向的不同侧向位置上的不同激光脉冲可以由不同的激光光源施加。例如，三个激光光源可以被设置成将其激光脉冲聚焦到电极轮的表面处的三个不同位置。所实现的冲击点的图案也受到电极轮的辐射速度和这三个激光脉冲之间的时间间隔的关系影响。 

另一种可能性是使用仅仅单个激光光源，其激光束利用旋转光学器件以圆形方式在电极轮的表面上扫描。图6示出了这种实施例，其具有单个激光光源21和旋转或扫描光学器件22以便在电极轮的表面上实现接近圆形的图案17。如果激光脉冲的脉冲频率是电极轮的旋转频率的整数倍，那么冲击点总是在圆周的相同位置处。如果关系不同，那么图案旋转，从而整体地实现接近圆形的分布。 

旋转或扫描光学器件具有以下优点：可以非常精确地控制在方位角方向的发射体积的空间分布。这样的旋转光学器件从例如激光钻孔领域获悉，如果产生非常精确的圆形钻孔是必要的话。通过适当地选择脉冲之间的相对于移动表面的移动速度的时间间隔，同样可以实现每个图案内的冲击点的近乎均匀的分布。利用冲击点的这种均匀分布，锡表面被最佳地使用，这也导致设备的输出功率的最大化。扫描仪光学器件的另一实施例基于压电驱动镜，其可以例如实现填充图3a中的两个冲击点之间的中间空间的图案。这导致更均匀的EUV发射区域。 

除了上述的通过孔开口的边界处以及之后的辐射传感器对发射体积进行控制之外，该控制也可以基于发射区域或发射体积的直接观察。在这种情况下，必须设置辐射检测器，其测量每个脉冲的EUV发射以及发射体积的空间分布。在所有情况下，将测量的值馈送到包括控制单元23（参见图6）的反馈系统以便控制EUV辐射的发射体积。基于测量数据的反馈系统计算每个单独的脉冲的脉冲能量以及充电器对电容器组充电的电压，以便近似估算发射体积的希望的几何形状或者发射的另一特性。利用这种反馈系统或控制单元，可以优化EUV发射体积的空间均匀性、EUV发射的时间稳定性、对光学系统的适应以及锡表面的最大使用率（输出功率的增大）。 

尽管在所述附图和前面的描述中已经详细地图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的。本发明并不限于所公开的实施例。上面以及权利要求中描述的不同实施例也可以加以组合。本领域技术人员在实施要求保护的发明时，根据对于附图、公开内容以及所附权利要求的研究，能够理解并实施所公开实施例的其他变型。例如，冲击点的图案并不限于附图中示出的图案，而是可以具有实现希望的效果的任何适当的形式。这同样分别适用于对于每个图案的冲击点或脉冲的数量。本发明也不限于EUV辐射或软x射线，而是可以应用于通过电操作放电发射的任何种类的光学辐射。此外，反馈控制也可以基于在应用部位处（即例如光刻扫描仪中）测量辐射特性的一个或若干辐射传感器。 

在权利要求中，措词“包括”并没有排除其他的元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”并没有排除复数。在相互不同的从属权利要求中陈述若干措施的纯粹事实并不意味着不可以有利地使用这些措施的组合。权利要求中的附图标记不应当被解释为对这些权利要求的范围的限制。 

附图标记列表 

1  电极

2  电极

3  旋转轴

4  容器

5  容器

6  金属熔体

7  电容器组

8  馈通装置

9  激光脉冲

10  碎片缓解单元

11  剥离器

12  护罩

13  金属屏

14  外壳

15  箍缩等离子体

16  冲击点

17  图案

18  映射的发射体积

19  孔开口

20  辐射传感器

21  激光器

22  旋转或扫描光学器件

23  控制单元

Claims (13)

1. 一种借助于电操作放电产生光学辐射的设备，包括：

- 至少两个电极（1，2），设置在放电空间中，彼此相距一定距离，该距离允许在所述电极（1，2）之间的气体介质中点燃等离子体（15），

- 用于将液态材料（6）施加到通过所述放电空间移动的表面的设备，以及

- 能量束设备，适于将一个或若干脉冲能量束定向到所述表面上，至少部分地蒸发所述施加的液态材料（6），从而产生至少一部分所述气体介质，

- 其中所述能量束设备被设计成在相对于所述表面的移动方向的不同侧向位置处施加所述脉冲能量束的脉冲（9），从而在所述表面的移动期间在所述表面处实现冲击点（16）的周期性重复图案（17）。

2. 依照权利要求1的设备，

其中所述能量束设备包括用于在相对于所述表面的移动方向的不同侧向位置处施加所述脉冲能量束的脉冲的旋转或扫描光学器件（22）。

3. 依照权利要求1的设备，

其中所述用于施加液态材料（6）的设备适于将液态材料（6）施加到所述电极（1，2）中的至少一个的表面，所述电极（1，2）中的所述至少一个被设计为可以在操作期间置于旋转中的可旋转轮。

4. 依照权利要求1的设备，

还包括被设置成用于测量所述产生的光学辐射的特性的辐射传感器（20）。

5. 依照权利要求4的设备，

还包括设置在产生的光学辐射的通路中的光学孔，其中所述辐射传感器（20）中的若干个设置在所述孔的孔开口（19）的边界处围绕所述孔开口（19）。

6. 依照权利要求4或5的设备，

还包括控制单元（23），该控制单元连接到所述能量束设备并且根据所述辐射传感器（20）的测量数据控制电容器单元（7）的充电电压或者用于电操作所述放电的电流脉冲的能量和形状。

7. 依照权利要求4或5的设备，

其中控制单元（23）适于根据所述辐射传感器（20）的测量数据控制电容器单元（7）的充电电压或者用于电操作所述放电的电流脉冲的能量和形状以及所述脉冲能量束的每个单独脉冲的脉冲能量。

8. 一种借助于电操作放电产生光学辐射的方法，其中

- 在放电空间中的至少两个电极（1，2）之间的气体介质中点燃等离子体（15），所述等离子体（15）发射要产生的所述辐射，

- 其中所述气体介质至少部分地从液态材料（6）产生，所述液态材料施加到在所述放电空间中移动的表面，并且至少部分地通过一个或若干脉冲能量束蒸发，并且

- 其中所述脉冲能量束的脉冲（9）被定向到相对于所述表面的移动方向的不同侧向位置，从而在所述表面的移动期间在所述表面处实现冲击点（16）的周期性重复图案（17）。

9. 依照权利要求8的方法，

其中所述若干脉冲能量束中的每一个由不同的能量束源产生并且被定向到相对于所述表面的移动方向的不同侧向位置。

10. 依照权利要求8的方法，

其中在所述表面的移动期间，所述一个脉冲能量束在所述表面的移动方向上来回移动，以便将所述脉冲能量束的脉冲施加到不同的侧向位置。

11. 依照权利要求8的方法，

其中检测所述产生的光学辐射的特性并且根据所述检测的测量数据控制电容器单元（7）的充电电压或者用于电操作所述放电的电流脉冲的能量和形状。

12. 依照权利要求8的方法，

其中检测所述产生的光学辐射的特性并且根据所述检测的测量数据控制电容器单元（7）的充电电压或者用于电操作所述放电的电流脉冲的能量和形状以及所述脉冲能量束的每个单独脉冲的脉冲能量。

13. 依照权利要求8的方法，

其中所述电极（1，2）中的至少一个被设置成在操作期间旋转，所述液态材料（6）被施加到所述电极（1，2）中的所述至少一个的表面。

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