CN102257883A - 用于以提高的效率生成euv辐射或软x射线的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种借助于电操作的放电生成光学辐射、特别是EUV辐射或软X射线的方法和装置。在至少两个电极(1,2)之间在气态介质中点燃等离子体(15)，其中所述气态介质至少部分地由液态材料(6)产生，液态材料被施加到在放电空间中移动的一个或几个表面上且至少部分地由一个或几个脉动能量束蒸发。在所提出的方法和装置中，在每次放电的时间间隔内，施加至少两个连续脉冲(9,18)到所述表面上。利用这种措施，与在每次放电内仅使用一个单能量脉冲相比，增加了可收集的转换效率。

Description

用于以提高的效率生成EUV辐射或软X射线的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种借助于电操作的放电来生成光学辐射，特别是EUV辐射或软X射线的方法和装置，其中在放电空间中至少两个电极之间在气态介质中点燃等离子体，所述等离子体发出待生成的所述辐射，且其中所述气态介质至少部分地由液态材料产生，液态材料被施加到在放电空间中移动的一个或几个表面上且至少部分地由一个或几个脉动能量束蒸发。这样的基于放电的光源当发出EUV辐射或软X射线(特别是在大约1nm与20nm之间的波长范围中)时，主要在EUV光刻和计量学领域中成为所需。

背景技术

在上述类型的光源中，辐射从脉动电流所产生的热等离子体发出。很强大的EUV辐射发生装置利用金属蒸汽操作以生成所需的等离子体。这种装置的实例在WO2005/025280A2中示出。在这个已知的EUV辐射发生装置中，金属蒸汽从金属熔体产生，金属熔体被施加到放电空间中的表面上且至少部分地由脉动能量束、特别是激光束蒸发。在此装置的优选实施例中，两个电极可旋转地安装，形成电极轮，其在该装置操作期间旋转。电极轮在旋转期间浸在具有金属熔体的容器内。脉动激光束被直接导向至电极之一的表面以便从所施加的金属熔体生成金属蒸汽。此金属蒸汽云可朝向第二电极扩展且导致连接到充电的电容器组（bank）的两个电极之间的短路，从而引发放电。由于电路的低电感，形成几十kA的电脉冲，其在大约100ns内加热等离子体至数十eV。通过这种加热，退出期望的电离阶段且从箍缩等离子体发出在EUV区域中的辐射。转换效率被定义为EUV辐射的比率，即，2%带宽集中于13.5nm，在2πsr中发出，且能量最初存储于电容器组。

对于此EUV辐射在EUV扫描仪中的应用，不仅每个脉冲产生的EUV辐射量是所关心的，可由扫描仪使用的分数（fraction）也是所关心的。仅对于源自直径大约为1mm的球（sphere）的辐射，是这种情况。确切的直径取决于光学收集器（collector optics）的立体角和扫描仪的集光率。特别是对于放电产生的等离子体，类似于上面所谓的“Aachener Lampe”，已知并非所有产生的EUV辐射都集中在上述可收集的体积（volume）内。这主要归因于在等离子体中心与电极之一之间的大区域，从该区域也发出EUV。尽管强度低，由于其大的体积，从此区域发出的能量的总量仍相当大。可收集的转换效率(CCE)是可收集的EUV辐射与电脉冲能量的比率，且因此是EUV发生的总效率的度量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种借助于电操作的放电来以提高的可收集的转换效率生成光学辐射、特别是EUV辐射或软X射线的方法和装置。

这个目的由根据权利要求1和9所述的装置和方法来实现。该方法和装置的有利实施例是从属权利要求的主题且还在说明书的后面部分中描述。

在所提出的方法中，等离子体在放电空间中至少两个电极之间在气态介质中被点燃，所述等离子体发出待生成的辐射。所述气态介质至少部分地由液态材料（特别是金属熔体）产生，液态材料被施加到在放电空间中移动的一个或几个表面上且至少部分地由一个或几个脉动能量束蒸发，脉动能量束可为例如离子或电子束且在优选实施例中为激光束。生成脉动能量束（一个或几个）的脉冲，使得在每次放电的时间间隔内脉动能量束的至少两个连续脉冲被导向至表面上，蒸发所施加的液态材料。

相应的装置包括：至少两个电极，彼此相距一定距离地布置于放电空间中，这允许在电极之间在气态介质中点燃等离子体；用于向在所述放电空间中移动的一个或几个表面施加液态材料的装置；以及能量束装置，其适于将一个或几个脉动能量束导向至所述表面上，至少部分地蒸发所述施加的液态材料，且由此产生所述气态介质的至少一部分。能量束装置被设计成在每次放电的时间间隔内向所述表面上施加脉动能量束的至少两个连续脉冲。所提出的装置可以另外如WO2005/025280 A2中所述装置那样构造，WO2005/025280 A2在本文中引作参考。

所提出的方法和装置的主要方面是不仅对于每次电极放电施加一个单能量束脉冲，而且还在每次放电或电流脉冲的时间间隔内施加至少两个连续脉冲。时间间隔始于施加发起相应的放电的第一能量束脉冲，止于在相应的电流脉冲后电容器组放电时。由于在每次放电期间液态材料由两个或更多连续脉冲蒸发，与每次放电仅使用一个单能量束脉冲的情况相比，等离子体和因此所生成的辐射的空间分布多得多地集中在所述体积中。这导致可收集的转换效率增加，使得更多的生成的辐射可由扫描仪使用。更集中的辐射发射的另一优点在于，与一个单脉冲的情况相比，高强度区域被置于更加靠近收集体积的中部，这也改进了其中使用辐射的扫描仪的光学性能。

在本方法和装置的一个有利实施例中，以≤300ns的相互时间延迟来施加至少两个连续脉冲。对于这种短的时间距离，与仅使用一个单脉冲相比，实现了可收集的转换效率的显著增加。可通过使用两个单独的能量束源，特别是激光源，生成至少两个连续脉冲，每个能量束源具有其自己的触发器以获得合适的时序（timing）。也可以仅使用一个单能量束源，其脉动能量束被分离成两个或更多部分束。在单个脉冲之间的延迟然后由不同部分束的不同延迟线来实现。在本领域中已知用于将一个光束分离成若干部分束的合适分束器，特别是针对激光束的分束器。

取决于应用，可优化若干参数以对于相应的应用得到最大可收集的转换效率。这些参数是在连续脉冲之间的时间延迟、连续脉冲的偏振、连续脉冲的波长、连续脉冲在移动的表面上的空间和时间强度分布以及这些脉冲在移动的表面上的入射角。这也意味着两个或更多连续脉冲中的每一个具有另一偏振、波长、在移动的表面上的空间和时间强度分布和在移动的表面上的入射角。空间强度分布可受到针对每个个别激光束的单独光学器件的控制。也可利用上述参数中的一个或全部或任何可能的组合来执行优化。

在一个有利实施例中，上述参数中的至少一个利用诊断单元基于合适的测量而受到控制。这些测量可包括可收集的体积中的EUV产量（yield）且也可包括由等离子体发出的快离子量的测量。当利用合适的辐射检测器(如背光CCD照相机或光电二极管)来测量EUV产量时，这些参数有利地被优化以在可收集的体积中得到最大EUV产量。当测量快离子的输出时，可以控制参数以实现可喷溅收集器的快离子的最低输出。在上述情况下相应的装置包括控制单元，其基于测量结果控制上述参数中的至少一个。

为了测量快离子的输出，可定位小拾取线圈于电容器组或电极系统的附近。此线圈产生与电流的时间导数成比例的电压，因为二者都与磁场成比例。这是这个拾取线圈也被称作dI/dt探测器的原因。根据dI/dt信号对时间的依赖，可导出箍缩动态（pinch dynamics），其负责（on its hand）给出是否成功地抑制快离子产生的信息。动能高于10keV的快离子是有害的，因为它们很难被碎屑减缓系统阻挡，从而它们远离收集器镜的光学涂层而喷溅。为了实现至少一年的收集器寿命，必需成功地减小快离子的产生。此可利用上述控制单元获得。

至少两个连续脉冲可相对于移动的表面的移动方向、特别是移动的电极表面的移动方向施加到移动的表面的相同横向位置。在有利实施例中，连续脉冲相对于此移动方向施加在不同横向位置。此允许更好地使用施加到表面的液态材料且也可用于实现所生成的等离子体更好的空间分布。在上下文中，术语横向表示在表面上垂直于该表面的移动方向的方向。利用此技术，放电体积可在此体积通常具有小的延伸的方向中扩展。由于与仅施加单个脉冲相比，放电云或体积的空间波动并不改变，利用这样的技术，放电体积的相对波动较小。而且，通过在移动的表面上适当地分布能量束脉冲的冲击点，作为放电体积的发光体积可以以正确方式形成以最佳地调适该发光体积使之适应光学系统(例如光刻扫描仪的光学系统)的接收面积，从而允许更有效地使用所生成的辐射。

作为改变每次放电内的连续脉冲的横向位置的补充或替代，至少两个不同放电(优选地连续放电)的脉冲组可施加到不同的横向位置，其中每个脉冲组由相应的放电的连续脉冲形成。

在有利实施例中，能量束脉冲(在每次放电内的连续脉冲或者不同放电的脉冲组)被施加到移动的表面使得在移动的表面上实现冲击点的周期性重复的图案。此图案是由于相应表面的移动、脉冲之间的时间间隔和脉冲的横向分布的组合造成。举例而言，可选择该图案近似冲击点的圆形分布或者可选择成包括由三个脉冲或脉冲组所致的三个冲击点，这些脉冲点中的每一个形成等腰三角形的角。

上文所提出的诊断和控制单元也可用于控制脉冲或脉冲组的横向位置使得实现可收集体积内发射体积或EUV强度的期望的几何形状。

附图说明

在下文中结合附图来描述所提出的方法和装置，但不限制权利要求的范围。附图示出：

图1 用于生成EUV辐射或软X射线的装置的示意图；

图2 示出在一个放电的时间段内施加的连续脉冲之间的时间延迟的示意图；

图3 根据现有技术的由一个单激光脉冲所创建的等离子体发出的EUV辐射的示意图像；

图4 根据本发明的由利用两个连续激光脉冲所创建的等离子体发出的EUV的示意图像；以及

图5 根据本发明的一个实施例的在移动的表面上的冲击点图案的示意图。

具体实施方式

图1示出用于生成EUV辐射或软X射线的装置的示意性侧视图，本方法可应用于该装置且该装置可为本发明的装置的一部分。该装置包括布置于真空腔中的两个电极1、2。圆盘形电极1、2可旋转地安装，即，它们在操作期间绕旋转轴3旋转。在旋转期间，电极1、2部分地浸在相应容器4、5内。这些容器4、5中的每一个包含金属熔体6，在本情况下，为液态锡。金属熔体6保持大约300℃的温度，即，略高于锡的熔点230℃。通过连接到容器的加热装置或冷却装置(在附图中未图示)使容器4、5中的金属熔体6维持在上述操作温度。在旋转期间，电极1、2的表面由液态金属湿润使得液态金属膜形成在所述电极上。电极1、2上的液态金属的层厚度可借助于剥离器（stripper）11而通常控制在0.5μm到40μm之间的范围中。经由金属熔体6向电极1、2供应电流，金属熔体6经由绝缘馈通8连接到电容器组7。

利用这种装置，电极表面持续地再生使得不发生电极基体材料的放电磨损（discharge wear）。电极轮通过金属熔体的旋转导致电极与金属熔体之间的紧密热接触，使得由气体放电加热的电极轮可有效地向熔体释放其热。电极轮与金属熔体之间的低欧姆电阻还允许传导很高的电流，该很高的电流是生成用于EUV辐射发生的充分热的等离子体所必需的。不需要精细的电流接触件或递送电流的电容器组的旋转。电流可经由一个或几个馈通从金属熔体外部稳定地递送。

电极轮有利地布置于基本真空（basic vacuum）小于10^-4hPa(10^-4mbar)的真空系统中。高电压可施加到电极，例如2kV至10kV之间的电压，而不会造成任何不受控制的电击穿。此电击穿以受控方式由脉动能量束的合适脉冲(在本实例中为激光脉冲)启动。激光脉冲9在两个电极之间最窄的点处聚焦于电极1、2之一上，如图所示。因此，电极1、2上的金属膜的部分蒸发且桥接电极间隙。这导致在此点的破坏性放电，伴有来自电容器组7的很高的电流。电流加热金属蒸汽（在上下文中也被称作燃料）到高温度，使得金属蒸汽被电离且在箍缩等离子体15中发出所期望的EUV辐射。

为了防止燃料从该装置逸出，碎屑减缓单元10布置于该装置前方。此碎屑减缓单元10允许辐射从该装置直通出来，但在碎屑粒子从该装置出来的途中保持大量的碎屑粒子。为了避免该装置的外壳14的污染，屏障（screen）12可布置于电极1、2与外壳14之间。附加的金属屏障13可布置于电极1、2之间，允许冷凝的金属流回到两个容器4、5内。

利用这种EUV发生装置，当根据现有技术使用和构造时，使用一个单激光脉冲来发起每次放电。图3示出在这种装置中由一个单激光脉冲创建的等离子体发出的EUV辐射的示意图像。为了增强低强度发射区域的可视性，取对数标度(logarithmic scale)。由在此图像中绘制的不同外形(shell)来近似地指示不同强度。外部外形示出最低强度，其中最内的外形涉及最高强度。闭合圆表示EUV扫描仪的典型的可收集的体积20。如从此图像可看出的，在可收集的体积20的外部也发出EUV辐射。尽管强度低，由于其大的体积，在该可收集的体积20外部，由此区域发出的能量的总量仍是相当大的。在图3中所描绘的等离子体中，这意味着仅所生成的辐射的大约一半可用于EUV扫描仪中。此等离子体的可收集的转换效率等于0.8%。这接近当仅一个单激光脉冲用于这样的EUV发生装置中锡的蒸发时可实现的最大值。

为了增大可收集的转换效率，在本方法和装置中，使用每次放电多于一个激光脉冲来生成锡云。图2示出一个实施例，其中使用仅具有25ns时间差的两个连续激光脉冲18来蒸发锡。在此图中，电流脉冲19的持续时间用虚线指示且示出在此电流脉冲19开始处的两个连续脉冲18。在此实例中，在形成电流脉冲19之前，已施加了第二激光脉冲。也可增加在两个连续激光脉冲之间的延迟使得在放电期间施加第二激光脉冲(参看图2中的点线)。在图4中示出所发出的EUV辐射的最终的空间强度分布，其可直接与图3的图像进行比较。所生成的EUV辐射总量相似于图3的EUV辐射总量，但空间分布多得多地集中于由闭合圆所示的可收集的体积20内，这可为EUV扫描仪所用。此等离子体的可收集的转换效率大约为1.3%，这意味着与每次等离子体放电仅使用一个单激光脉冲相比，效率有超过50%的提高。对于本领域技术人员显然的是，所提出的方法并不限于图2中所示的两个连续的激光脉冲。每次放电还可施加三个或更多的连续激光脉冲，以便提高可收集的转换效率。

连续激光脉冲之间的合适时序可通过使用每一个都具有其自己的触发器的不同激光器和/或通过使用分束器和延迟线来实现。可通过适当地修改根据图1的装置来应用这两种措施。

作为在相对于移动的电极表面的相同横向位置在每次放电内施加连续脉冲或施加不同放电的脉冲组的替代，这些脉冲也可施加在相对于旋转电极轮的表面的移动方向的不同横向位置。利用锡表面上的这样的激光脉冲的分布或激光脉冲冲击，形成等离子体箍缩或辐射发射体积，在一次或多次放电上取平均，与现有技术相比，其具有直径方向的更高的延伸。利用这样的径向上更大的直径或延伸，减小了相对空间波动。图1的装置仅必须适于在电极轮表面上获得激光脉冲的这样的分布。这可以通过使用聚焦于电极轮上不同横向位置的若干激光源或者通过使用激光源与电极轮表面之间的旋转或扫描光学器件来实现。

图5示出冲击图案的实例，冲击图案可利用在移动的电极表面上施加激光脉冲的这样的横向变化来实现。取决于脉冲或脉冲组之间的时间间隔，在该表面上实现如图5a和5b所指示的冲击点16的图案17。如果与电极轮的旋转速度相比，在很短的时间间隔中施加两个激光脉冲或激光脉冲组，则实现类似于图5a中所示的图案。如果在同一时间间隔施加所有脉冲，则实现图5b中所示的曲折的图案。

针对一图案使用三个激光脉冲或激光脉冲组，可实现如图5c中所示的近似等腰三角形的结构。冲击点16中的每一个在三角形的角上。这种图案组合了提高的输出功率的优点和EUV辐射的较大发射区域或体积的优点。这个发射区域利用图5a至图5d中右手边上的闭合圆指示。与电极轮的旋转速度相比，为此目的，三个激光脉冲或脉冲组可在很短的时间距离中施加。然后在更大时间间隔之后生成下一放电，这可从图5c中认识到。

虽然在附图和前文的描述中详细地示出和描述了本发明，这样的说明和描述被认为是说明性的或示范性的而不是限制性的。本发明并不限于所公开的实施例。也可组合上文所述和权利要求中的不同实施例。所公开的实施例的另外的变型可由本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时，通过研究附图、公开内容和所附权利要求而理解和实现。举例而言，施加连续脉冲并不限于施加两个连续脉冲。也可以使用多于两个激光脉冲或连续脉冲以实现可收集的转换效率的期望的增加。本发明也不限于EUV辐射或软X射线，而是可应用于由电操作的放电发出的任何类型的光学辐射。

在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，且不定冠词“一”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中陈述特定措施的这一起码事实并不表示不能使用这些措施的组合来取得益处。权利要求中的附图标记不应被解释为限制这些权利要求的范围。

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

9激光脉冲

10碎屑减缓单元

11剥离器

12屏蔽件

13金属屏障

14外壳

15箍缩等离子体

16冲击点

17图案

18连续激光脉冲

19电流脉冲

20可收集的体积

Claims (15)

1.一种用于借助于电操作的放电生成光学辐射、特别是EUV辐射或软X射线的装置，包括

-至少两个电极(1, 2)，其彼此相距一定距离地布置于放电空间中，这允许在所述电极(1, 2)之间在气态介质中点燃等离子体(15)，

-用于向通过所述放电空间移动的一个或几个表面施加液态材料(6)的装置，以及

-能量束装置，其适于将一个或几个脉动能量束导向至所述表面上，至少部分地蒸发所述施加的液态材料(6)，由此产生所述气态介质的至少部分，

-其中所述能量束装置被设计成在每次放电的时间间隔内施加所述脉动能量束的至少两个连续脉冲(9, 18)到所述表面上。

2.根据权利要求1所述的装置，

其中所述能量束装置被设计成以≤300ns的相互时间延迟来施加所述至少两个连续脉冲(9, 18)。

3.根据权利要求1所述的装置，

其中所述能量束装置被设计成在相对于所述表面的移动方向的不同横向位置施加每次放电的所述至少两个连续脉冲(9, 18)和/或至少两次不同放电的脉冲组。

4.根据权利要求3所述的装置，

其中所述能量束装置被设计成施加所述脉冲能量束的脉冲或脉冲组以在所述装置操作期间实现所述表面处冲击点(16)的周期性重复的图案(17)。

5.根据权利要求1所述的装置，

其中所述用于施加液态材料(6)的装置适于向所述电极(1, 2)中的至少一个的表面施加液态材料(6)，所述电极(1, 2)中的所述至少一个被设计为可在操作期间置为旋转的可旋转轮。

6.根据权利要求1所述的装置，

还包括辐射传感器和/或dI/dt探测器，所述辐射传感器被配置成测量所述生成的光学辐射的特征，所述dI/dt探测器用于确定由所述放电生成的快离子的量。

7.根据权利要求6所述的装置，

还包括控制单元，其连接到所述能量束装置且基于所测量的特征和/或所确定的快离子的量来控制所述两个连续脉冲(9, 18)之间的时间延迟。

8.根据权利要求7所述的装置，

其中所述控制单元被设计成控制所述两个连续脉冲(9, 18)之间的时间延迟以实现最大EUV输出和/或由所述放电生成的快离子的最小量。

9.一种借助于电操作的放电生成光学辐射、特别是EUV辐射或软X射线的方法，其中

-在放电空间中至少两个电极(1, 2)之间在气态介质中点燃等离子体(15)，所述等离子体(15)发出待生成的所述辐射，

-其中所述气态介质至少部分地由液态材料(6)产生，所述液态材料(6)被施加到在所述放电空间中移动的一个或几个表面上且至少部分地由一个或几个脉动能量束蒸发；以及

-其中在每次放电的时间间隔内施加所述脉动能量束的至少两个连续脉冲(9, 18)到所述表面上。

10.根据权利要求9所述的方法，

其中以≤300ns的相互时间延迟来施加所述至少两个连续脉冲(9, 18)。

11.根据权利要求9所述的方法，

其中在相对于所述表面的移动方向的不同横向位置施加每次放电的所述至少两个连续脉冲(9, 18)和/或至少两次不同放电的脉冲组。

12.根据权利要求11所述的方法，

其中向所述表面施加所述脉动能量束的脉冲或脉冲组使得在所述表面的移动期间在所述表面处实现冲击点(16)的周期性重复的图案(17)。

13.根据权利要求9所述的方法，

其中检测所述生成的光学辐射的特征和/或由所述放电生成的快离子的量且基于所述检测的测量数据控制两个连续脉冲(9, 18)之间的时间延迟。

14.根据权利要求13所述的方法，

其中控制所述两个连续脉冲(9, 18)之间的时间延迟以实现最大EUV输出和/或快离子的最小量。

15.根据权利要求9所述的方法，

其中所述电极(1, 2)中的至少一个在操作期间被置为旋转，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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