CN102696283B - 包括液滴加速器的euv辐射源以及光刻设备 - Google Patents

Abstract

一种EUV辐射源，包括：燃料源，配置用于将燃料供给至等离子体形成位置。所述燃料源包括：喷嘴，配置用于喷射燃料液滴；以及液滴加速器，配置用于加速燃料液滴。EUV辐射源包括激光辐射源，配置用于在等离子体形成位置处照射通过所述燃料源供给的燃料。

Description

包括液滴加速器的EUV辐射源以及光刻设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年1月7日递交的美国临时申请61/293,143的权益，通过参考将该申请的全文合并于本文中。

技术领域

本发明涉及一种EUV辐射源和一种光刻设备。

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。光刻设备可用于例如集成电路（IC）的制造过程中。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待形成在所述IC的单层上的电路图案。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，通过将图案成像到设置在衬底上的辐射敏感材料（抗蚀剂）层上而实现图案的转移。通常，单个衬底将包括相邻目标部分的网络，所述相邻目标部分被连续地图案化。

光刻术被广泛地看作制造IC和其他器件和/或结构的关键步骤之一。然而，随着通过使用光刻术制造的特征的尺寸变得越来越小，光刻术正变成允许制造微型IC或其他器件和/或结构的更加关键的因素。

图案印刷的极限的理论估计可以由用于分辨率的瑞利法则给出，如等式（1）所示：

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

其中λ是所用辐射的波长，NA是用以印刷图案的投影系统的数值孔径，k₁是依赖于工艺的调节因子，也称为瑞利常数，CD是印刷的特征的特征尺寸（或临界尺寸）。由等式（1）知道，特征的最小可印刷尺寸的减小可以由三种途径实现：通过缩短曝光波长λ、通过增大数值孔径NA或通过减小k₁的值。

为了缩短曝光波长，并因此减小最小可印刷尺寸，已经提出使用极紫外（EUV）辐射源。EUV辐射是波长在5-20nm范围内的电磁辐射，例如在13-14nm范围内，例如在5-10nm范围内，诸如6.7nm或6.8nm。可用的源包括例如激光产生的等离子体源、放电等离子体源或基于由电子存储环提供的同步加速器辐射的源。

可以通过使用等离子体产生EUV辐射。用于产生EUV辐射的辐射系统可以包括用于激发燃料以提供等离子体的激光器以及用于容纳等离子体的源收集器模块。等离子体可以例如通过引导激光束至燃料来产生，燃料是例如合适材料（例如锡）的液滴，或合适气体或蒸汽的流，例如氙气或锂蒸汽。最终的等离子体发射输出辐射，例如EUV辐射，其通过使用辐射收集器收集。辐射收集器可以是镜面反射的正入射辐射收集器，其接收辐射并将辐射聚焦成束。源收集器模块可以包括包围结构或腔，布置成提供真空环境以支持等离子体。这种辐射系统通常称为激光产生等离子体（LPP）源。

通过LPP源产生的EUV辐射的强度可能经历不想有的波动。这些不想有的波动可能对通过光刻设备将图案成像到衬底上时的精度有不利的影响。

希望提供一种EUV辐射源和光刻设备，其相对于至少一些现有技术的EUV辐射源和光刻设备，经历较小的EUV辐射强度波动。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种EUV辐射源，所述EUV辐射源包括燃料源，所述燃料源配置用于提供燃料（诸如锡）至等离子体形成位置。所述燃料源包括：喷嘴，配置用于喷射燃料液滴；以及液滴加速器，配置用于加速燃料液滴。EUV辐射源包括激光辐射源，所述激光辐射源配置用于在等离子体形成位置处照射通过燃料源供给的燃料。EUV辐射源可以包括在光刻设备中。所述光刻设备可以包括：支撑结构，所述支撑结构配置用于支撑图案形成装置，所述图案形成装置配置用于对EUV辐射进行图案化、以形成图案化的辐射束；以及投影系统，所述投影系统配置用于将图案化的辐射束投影到衬底上。

根据本发明的一方面，提供一种产生EUV辐射的方法，包括：通过喷嘴从储存器喷射燃料（诸如锡）液滴；用液滴加速器加速燃料液滴；以及将激光束引导至燃料液滴处，使得燃料液滴蒸发并且产生EUV辐射。

根据本发明的一方面，提供一种光刻设备，包括：EUV辐射源，配置用于产生EUV辐射。所述EUV辐射源包括燃料源，所述燃料源配置用于提供燃料至等离子体形成位置。所述燃料源包括：喷嘴，配置用于喷射燃料液滴；以及液滴加速器，配置用于加速燃料液滴。EUV辐射源包括激光辐射源，所述激光辐射源配置用于在等离子体形成位置处照射通过燃料源供给的燃料。所述光刻设备包括：支撑结构，所述支撑结构配置用于支撑图案形成装置，所述图案形成装置配置用于对EUV辐射进行图案化、以形成图案化的辐射束；以及投影系统，所述投影系统配置用于将图案化的辐射束投影到衬底上。

附图说明

现在参照随附的示意性附图，仅以举例的方式，描述本发明的实施例，其中，在附图中相应的附图标记表示相应的部件，且其中：

图1示意性示出根据本发明一个实施例的光刻设备；

图2是图1中的设备的更详细的视图，包括LPP源收集器模块；

图3a和3b示意性示出图1和2中的光刻设备的EUV辐射源的燃料液滴加速器和喷嘴的实施例。

具体实施方式

图1示意地示出了根据本发明一个实施例的光刻设备100。所述光刻设备包括根据本发明实施例的EUV辐射源。所述设备包括：照射系统（照射器）IL，其配置成调节辐射束B（例如EUV辐射）；支撑结构（例如掩模台）MT，其构造用于支撑图案形成装置（例如掩模或掩模版）MA，并与配置用于精确地定位图案形成装置的第一定位装置PM相连；衬底台（例如晶片台）WT，其构造用于保持衬底（例如涂覆有抗蚀剂的晶片）W，并与配置用于精确地定位衬底的第二定位装置PW相连；和投影系统（例如反射式投影系统）PS，其配置成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。

所述支撑结构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他条件的方式保持图案形成装置MA。所述支撑结构可以采用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术保持图案形成装置。所述支撑结构可以是框架或台，例如，其可以根据需要成为固定的或可移动的。所述支撑结构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）。

术语“图案形成装置”应该被广义地解释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。被赋予辐射束的图案可以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，以便沿不同的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。

与照射系统类似，投影系统可以包括多种类型的光学部件，例如折射型、反射型、磁性型、电磁型和静电型光学部件、或其它类型的光学部件，或其任意组合，如对于所使用的曝光辐射所适合的、或对于诸如使用真空之类的其他因素所适合的。希望将真空用于EUV辐射，因为其他气体会吸收太多的辐射。因此借助真空壁和真空泵可以在整个束路径上提供真空环境。

如图所示，设备是反射型的（例如采用反射掩模）。

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。

参照图1，所述照射器IL接收从源收集器模块SO发出的极紫外（EUV）辐射束。产生EUV辐射的方法包括但不必限于将材料转换为等离子体状态，该材料具有至少一个元素（例如氙、锂或锡），其在EUV范围内具有一个或多个发射线。在一种这样的通常称为激光产生等离子体（“LPP”）的方法中，，所需的等离子体可以通过用激光束照射燃料来产生，燃料可以例如是具有所需发射线的元素的材料的液滴。源收集器模块SO可以是包括用于提供激发燃料的激光束的激光器（图1中未示出）的EUV辐射源的一部分。最终的等离子体发射输出辐射，例如EUV辐射，其通过使用设置在源收集器模块内的辐射收集器而被收集。

激光器和源收集器模块可以是分立的实体（例如当使用CO₂激光器提供用于燃料激发的激光束时）。在这种情况下，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，将所述辐射束从激光器传到源收集器模块。激光器和燃料源可以被认为包括EUV辐射源。

所述照射器IL可以包括用于调整所述辐射束的角强度分布的调整器。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，例如琢面场和光瞳反射镜装置。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入射到保持在支撑结构（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。已经被图案形成装置（例如，掩模）MA反射后，所述辐射束B通过投影系统PS，所述投影系统将辐射束聚焦到所述衬底W的目标部分C上。通过第二定位装置PW和位置传感器PS2（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，可以将所述第一定位装置PM和另一个位置传感器PS1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（例如，掩模）MA。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置（例如，掩模）MA和衬底W。

示出的设备可以用于下列模式中的至少一种：

1.在步进模式中，在将支撑结构（例如掩模台）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。

2.在扫描模式中，在对支撑结构（例如掩模台）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相对于支撑结构(例如掩模台)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。

3.在另一个模式中，将用于保持可编程图案形成装置的支撑结构（例如掩模台）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，通常可以采用脉冲辐射源，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更详细地示出光刻设备100，包括源收集器模块SO、照射系统IL以及投影系统PS。源收集器模块SO构造并布置成使得在源收集器模块的包围结构220内可以保持真空环境。

激光器LA布置成将激光能量经由激光束205照射到燃料，例如氙（Xe）、锡（Sn）或者锂（Li），其从燃料源200供给。这在等离子体形成位置211处生成高度离子化的等离子体210，其可以具有几十电子伏特（eV）的电子温度。在这些离子的去激发和再结合期间产生的高能辐射由等离子体发射，通过近正入射辐射收集器CO收集并聚焦。激光器LA和燃料源200可以一起被认为包括EUV辐射源。

通过辐射收集器CO反射的辐射被聚焦在虚源点IF上。虚源点IF通常被称为中间焦点，并且源收集器模块SO可以布置成使得中间焦点IF位于包围结构220内的开口221处或附近。虚源点IF是发射辐射的等离子体210的像。

随后，辐射穿过照射系统IL，其中照射系统IL可以包括琢面场反射镜装置22和琢面光瞳反射镜装置24，其布置成在图案形成装置MA处提供辐射束21的想要的角分布以及在图案形成装置MA处提供辐射强度的想要的均匀性。通过辐射束21在图案形成装置MA（被支撑结构MT保持）处的反射，形成图案化的束26，并且图案化的束26通过投影系统PS经由反射元件28、30成像到由衬底台WT或晶片平台保持的衬底W上。

通常在照射系统IL和投影系统PS中存在比图示更多的元件。此外，可以存在比图示更多的反射镜，例如在投影系统PS内可以存在比图2中示出的多1-6个附加的反射元件。

燃料源200包括储存器、喷嘴202和燃料液滴加速器203，其中所述储存器容纳燃料液体（例如液体锡）。喷嘴202被配置用于朝向等离子体形成位置211喷射燃料液体的液滴。燃料液体的液滴可以通过储存器201内的压力和由压电致动器（未示出）施加至喷嘴的振动的组合而被从喷嘴202喷射。燃料液滴加速器203包括管，所述管被供以沿等离子体形成位置211的方向传播的气体。该气体使燃料液滴朝向等离子体形成位置211加速运动。

图3a示意性示出根据本发明实施例的燃料液滴加速器203a和喷嘴202。已经被喷嘴202喷射的燃料液滴206也在图3a中示出。燃料液滴加速器203a包括管230，所述管203设置有多个开口231a-f，气体通过所述多个开口231a-f流入管中。开口231a-f被配置成使得管230内的气体从喷嘴202流出。在管230内的气体流动由图3a中的箭头示出。气体可以例如是氢气或者任何其他合适的气体。通过管230的气流的速度高于燃料液滴206从喷嘴202喷出的速度。这样，在燃料液滴206行进通过管230时，气体使所述燃料液滴206加速运动。这在图3a中经由燃料液滴206在沿管230行进时燃料液滴之间的增大的间隔示意性地示出。

通过管230的气流的速度可以沿着管的长度大致为恒定的，或者可以沿着管的长度变化。

在一个示例中，燃料液滴以大约50m/s的速度从喷嘴射出。沿着管230的气体流速显著地高于50m/s，因此，气体将燃料液滴206加速至显著高于50m/s的速度。

尽管图3a中示出六个开口231a-f，然而可以使用任何适当数量的开口将气体引入管230中。一个或更多个开口可以沿着管设置在不同的位置处。一组或更多组开口可以围绕管230的周长分布。每个开口可以例如包括喷嘴，气体通过所述喷嘴供给。在可选的布置中，开口可以围绕管230的周长延伸，或者部分地围绕管230的周长延伸。

在图3a中示出的开口231a-f包括喷嘴，所述喷嘴突入到管230中，喷嘴被在管中延伸的成对的线示意地示出。在可选的布置中，喷嘴可以设置在管230中的凹陷中，使得它们不在管中延伸。

管230可以被加热。可以设置例如一个或更多个加热器（未示出），这些加热器被用于加热管230至期望的温度。所述一个或更多个加热器可以与管230一体形成，或者可以与管分立地设置。加热器可以配置成使得管230的温度在沿管的所有位置处都是大致恒定的，或者可以配置成使得管的温度随着离开喷嘴202的距离的增加而增加。管230的温度可以调节管内的气体流速或气流，因此可以提高由气体提供的对燃料液滴206的加速。

在一实施例中，可以不设置加热器。气流仍然提供对燃料液滴206的行进速度的显著的增加。

管230的横截面可以是圆筒形的，或管230可以具有任何其他的适合的横截面形状。

图3b示意地示出根据本发明实施例的燃料液滴加速器203b和喷嘴202。从喷嘴202喷射的燃料液滴206也在图3b中示出。燃料液滴加速器203b包括从喷嘴202逐渐变细的锥形管330。

所述锥形管330在邻近喷嘴202的位置处接收气体，所述气体沿着锥形管330流动并且离开喷嘴202。气体例如可以通过布置用于以所期望的流速将气体引入锥形管330内的一个或更多个开口（未示出）来提供。所述气体例如可以是氢气或者任何其他合适的气体。

锥形管330的锥形使得气流的速度随着它沿着锥形管330行进而增大。这通过增加箭头的长度而示意地在图3b中示出，其中箭头表示气体的流动。在燃料液滴行进通过锥形管330时气体使燃料液滴加速运动。这示意地在图3a中经由燃料液滴206在沿管330行进时燃料液滴之间的增大的间隔示出。燃料液滴206的加速使得燃料液滴以比燃料液滴从喷嘴202喷射的速度更高的速度离开锥形管330。

根据伯努利（Bernoulli）原理，在锥形管330中的气体的压力随着气流的速度增加而减少。压力的这种减小不妨碍气体使燃料液滴206加速运动。

在一个示例中，燃料液滴以大约50m/s的速度从喷嘴喷射。沿着锥形管330流动的气体加速至显著大于50m/s的速度，因此气体将燃料液滴206加速至显著大于50m/s的速度。

可以使用一个或更多个加热器（未示出）来加热锥形管330至期望的温度。所述一个或更多个加热器可以与锥形管330一体形成，或者可以与锥形管分立地设置。加热器可以配置成使得锥形管330的温度在沿着管的所有位置处大致恒定，或者可以配置成使得管的温度随着离开喷嘴202的距离增大而升高。锥形管330的温度可以调节管内的气体流动，因此可以提高通过气体提供的对燃料液滴206的加速。

在一实施例中，不设置加热器。气流仍然提供燃料液滴206的行进速度的显著增大。

管的横截面可以是圆筒形的，或者可以具有任何其他合适的横截面形状。

一个或更多个开口可以设置在锥形管330内，所述开口配置成允许气体被引入锥形管内。

燃料液滴加速器203加速燃料液滴，使得它们以比它们从喷嘴202喷射时所具有的速度高很多的速度到达等离子体形成位置211。燃料液滴206的所述增加的速度可以提供两个潜在的优点。

第一潜在的优点与燃料液滴被激光束205蒸发时产生冲击波的事实相关。这个冲击波将入射到朝向等离子体形成位置211行进的后续的燃料液滴上。所述冲击波可以改变燃料液滴的行进方向，使得燃料液滴将不会通过激光束205在等离子体形成位置211处的被最优地聚焦的部分（见图2），因此不以最优化方式被蒸发。通过燃料液滴加速器203提供的燃料液滴的所述增加的速度增大燃料液滴之间的间隔（对于给定的EUV等离子体产生频率）。冲击波是球面形的，并且具有作为离开等离子体形成位置的距离的函数而二次方地降低的能量。因此，增加燃料液滴之间的间隔减小作用在后续燃料液滴上的冲击波的力。并且，由于后续的燃料液滴非常快速地行进，因此它具有更高的动量，并因此较少地被冲击波影响。这两种效果减小后续的燃料液滴的行进方向被冲击波改变的程度，并且结果，后续的燃料液滴以更靠近激光束205在等离子体形成位置处的所述被最优地聚焦的部分的方式经过。因此，燃料液滴可以更均匀、更有效地被蒸发。

第二潜在的优点与激光束205施加力到每个燃料液滴上的事实相关，所述力推动每个燃料液滴离开等离子体形成位置211。燃料液滴从等离子体形成位置211的偏离是不期望的，因为燃料液滴将不通过激光束205的被最优地聚焦的部分，因此燃料液滴不会以最优化的方式被蒸发。增加燃料液滴的速度会减少由于激光束205造成的燃料液滴从等离子体形成位置211的偏离。结果，燃料液滴将以更靠近激光束205的被最优地聚焦的部分的方式经过，因此燃料液滴可以更均匀、更有效地被蒸发。

以上的两个潜在的优点可以允许燃料液滴206以提高的精确度被传送至等离子体形成位置211。结果，这可以允许更一致、更有效地实现燃料液滴的蒸发。因此，EUV辐射可以设置有更高、更均匀的强度。

以上的描述参考燃料液滴。这可以包括例如燃料材料簇或者以其它离散块形式提供的燃料材料。

虽然在本文中对光刻设备用在制造IC（集成电路）中做出了具体参考，但是应该理解到这里所述的光刻设备可以有其他的应用，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、液晶显示器（LCD）、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，可以将这里使用的任何术语“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。在可应用的情况下，可以将此处的公开内容应用于这种和其他衬底处理工具中。另外，所述衬底可以处理一次以上，例如以便产生多层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。

在允许的情况下，术语“透镜”可以表示不同类型的光学部件中的任何一种或其组合，包括折射式的、反射式的、磁性式的、电磁式的以及静电式的光学部件。

尽管以上已经描述了本发明的具体实施例，但应该认识到，本发明可以以与上述不同的方式来实现。以上的描述是说明性的，而不是限制性的。因此，本领域的技术人员应当理解，在不背离下文所附的权利要求的保护范围的条件下，可以对所述的本发明进行修改。

Claims (11)

1.一种EUV辐射源，包括：

燃料源，配置用于将燃料供给至等离子体形成位置，所述燃料源包括：

喷嘴，配置用于喷射燃料液滴；以及

液滴加速器，配置用于加速燃料液滴，所述液滴加速器包括管，所述管配置用于接收气体以流过所述管并且加速所述燃料液滴，其中，所述管设置有配置用于加热所述管的一个或更多个加热器；以及

激光辐射源，配置用于在等离子体形成位置处照射通过所述燃料源供给的燃料。

2.根据权利要求1所述的EUV辐射源，其中，所述管具有大致恒定的横截面。

3.根据权利要求1所述的EUV辐射源，其中，所述管是离开喷嘴而逐渐变细的锥形管。

4.根据权利要求2或3所述的EUV辐射源，其中，在所述管中设置一个或更多个开口，所述开口配置用于引入气体以流过所述管并且加速燃料液滴。

5.根据权利要求3所述的EUV辐射源，其中，所述管被配置用于在所述管邻近喷嘴的末端处接收气体。

6.一种产生EUV辐射的方法，包括步骤：

通过喷嘴从储存器喷射燃料液滴；

用液滴加速器加速燃料液滴，所述液滴加速器包括管，气体流过所述管并且加速所述燃料液滴，其中，所述管由一个或更多个加热器加热；以及

将激光束引导至燃料液滴处，使得燃料液滴蒸发并且产生EUV辐射。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述管具有大致恒定的横截面。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述管是离开喷嘴而逐渐变细的锥形管。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，使用所述管中的一个或更多个开口将气体引入所述管。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述锥形管在所述锥形管邻近喷嘴的末端处接收气体。

11.一种光刻设备，包括：

根据权利要求1-5中任一项所述的EUV辐射源；以及

支撑结构，配置用于支撑图案形成装置，所述图案形成装置被配置用于对EUV辐射进行图案化，以形成图案化的辐射束；以及

投影系统，配置用于将图案化的辐射束投影到衬底上。