CN103531263A - 一种使用电场降低碎屑的方法、装置和euv光源系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用电场降低碎屑的方法、装置和EUV光源系统。本发明在所述碎屑的传播路径上依次设置能够主动使不带电的碎屑带电的加电装置和偏转电场，所述偏转电场能够使带电的碎屑的运动方向发生偏转后被收集。本发明的实施例中EUV光源系统包括EUV辐照产生装置、光收集系统和碎屑收集装置，该EUV辐照装置用于产生EUV光，同时产生碎屑；该碎屑产生装置置于所述EUV辐照产生装置和光收集系统之间。本发明能够有效地降低碎屑对真空系统和元器件的污染，且不影响EUV光的继续传播。

Description

一种使用电场降低碎屑的方法、装置和EUV光源系统

技术领域

本发明涉及一种降低碎屑的方法和装置，具体涉及一种EUV光源系统中使用电场降低光源碎屑的方法、装置和EUV光源系统。

背景技术

带电粒子等碎屑对真空腔室和元器件等会产生极大的污染和危害。以EUV光源系统为例，不管是放电产生等离子体(DPP)光源还是激光产生等离子体(LPP)光源，在EUV辐射源辐射出极紫外光的同时，会夹带着大量带电粒子、电中性粒子等多种碎屑，其中绝大部分是带电粒子碎屑污染物。比如现在能量转换效率比较高的LPP光源，以Sn材料作为靶材，1064nm的Nd：YAG激光器打在Sn靶上，Sn被电离后辐射出极紫外光，同时会产生带电粒子碎屑。如果这些碎屑粒子随着EUV光传播到后续的光学系统(比如EUV光收集镜)上，对收集镜产生严重的污染和破坏，导致收集镜反射率降低。因此在EUV光源和收集镜之间必须使用有效的用于降低碎屑的方法和装置，以阻止碎屑进入光学系统。

比如公开号为WO2009/144609A1、名称为“Debris Mitigation Device”的国际专利申请公开文件中介绍了使用辐射状的叶形箔片配合流动气体进行碎屑消减的方法。该专利文件中碎屑消减分为两部分，首先采用与碎屑运动方向相反的气流对碎屑进行降温，并且阻挡体积较小、速度较小的碎屑。穿过气体屏障的碎屑则受到辐射状的叶形金属箔片阻挡，一部分速度降为零落下，另一部分粘附在金属箔片上。虽然该方法可以有效地阻挡碎屑，但辐射状的金属箔片数量较少时，碎屑阻挡效果较差，辐射状的金属箔片数量较多时，箔片对EUV光的吸收较为严重，不利于EUV光收集。

为了解决EUV光损失较大的问题，公开号为WO2011/110383A1、名称为“Radiation Source，Lithographic Apparatus and Device ManufacturingMethod”的国际专利申请公开文件中的碎屑阻挡装置中，去掉了叶形金属箔片，并且将阻挡碎屑的缓冲气体改为对EUV光吸收较小的氢气。该专利文件中将碎屑收集器设计为口径逐步收缩的圆锥形状，以碎屑收集器的物理形状限制碎屑量，同时通过合理的气体流场设计使用缓冲气体氢气对碎屑进行阻挡。该方法可以有效提高通光率，但是碎屑阻挡效率较低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出了一种使用主动使带电粒子带电加上偏转电场构成的电场降低碎屑的方法、装置和EUV光源系统，主要解决以下问题：一是有效地降低碎屑对真空腔室和元器件的污染，尤其是对于带电粒子含量比较高的碎屑；二是对EUV光等光波的传播不造成影响，保证对于光具有较高的透过率。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出一种降低碎屑的方法，用于收集朝特定方向传播的碎屑，该方法包括：在所述碎屑的传播路径上依次设置能够主动使不带电的碎屑带电的加电装置和偏转电场，所述偏转电场能够使带电的碎屑的运动方向发生偏转后被收集。

根据本发明的一种具体实施方式，所述加电装置通过针尖放电使气体源电离从而产生带电离子。

根据本发明的一种具体实施方式，所述加电装置使中性气体源在高电压下电离成带电离子，并使该带电离子通到碎屑传播途径中从而与不带电的碎屑发生碰撞，进而使所述不带电的碎屑带电。

根据本发明的一种具体实施方式，所述偏转电场由一个偏转电场产生装置产生，该偏转电场产生装置同时用于收集所述运动方向发生偏转的碎屑。

本发明还提出一种降低碎屑的装置，用于收集朝特定方向传播的碎屑，其特征在于，该降低碎屑的装置包括用于主动使不带电的碎屑带电的加电装置和偏转电场产生装置，该偏转电场产生装置用于产生使带电的碎屑的运动方向发生偏转的电场并收集所述运动方向发生偏转的碎屑。

根据本发明的一种具体实施方式，所述加电装置包括高压电源、电极板对和针尖电极，所述电极板对由两个相对放置的电极板构成，该两个电极板之间通够通入气源；所述高压电源用于所述电极板对和针尖电极之间施加高电压，并且在施加所述高电压时，在所述电极板对的中间通入中性气体源，从而该中性气体源被电离成带电离子，该带电离子与不带电的碎屑发生碰撞，从而使所述不带电的碎屑带电。

此外，本发明还提出一种EUV光源系统，其包括前述的降低碎屑的装置。

根据本发明的一种具体实施方式，所述降低碎屑的装置是碎屑收集装置，该EUV光源系统还包括EUV辐照产生装置和光收集系统，该EUV辐照装置用于产生EUV光，同时产生碎屑；该碎屑产生装置置于所述EUV辐照产生装置和光收集系统之间；该光收集系统用于将所述EUV辐照源发出的EUV光收集和汇聚。

根据本发明的一种具体实施方式，所述偏转电场产生装置包括正电极板和负电极板，正、负电极板相隔一定距离平行且正对地放置，同时在正、负电极板之间加电压，从而形成电场，并且，所述电场区域的长度L与正、负电极板之间所施加的电势差V、碎屑粒子的能量Q、碎屑粒子带电量q和电场宽度满足如下公式：

根据本发明的一种具体实施方式，偏转电场产生装置包括正电极板和负电极板，正电极板呈一圆形，负电极板呈一圆环形，且圆环状的负电极板与圆形的正电极板同心，从而产生由圆心指向圆周的辐射状电场，并且，所述负电极板的内径大于所述EUV光的入射区域的半径。

(三)有益效果

与以往的技术相比，本发明提出的降低碎屑的方法、装置和和EUV光源系统，有以下优点：一是能够有效地降低碎屑对真空系统和元器件的污染，尤其适用于带电粒子含量比较高的碎屑除去系统中，可根据需要合理设置收集装置的参数，可实现除碎屑效率达到95％以上；二是该碎屑装置不影响EUV光的继续传播，EUV光透过率几乎达到100％；三是只需电极提供电场即可构成碎屑收集装置，结构简单，易于实现，适用场合广泛。

附图说明

图1是本发明的第一实施例的具有碎屑收集装置的EUV光源系统的结构示意图；

图2是本发明第一个实施例的碎屑收集装置的示意图；

图3A和图3B分别是所述第一实施例的碎屑收集装置中偏转电场装置的侧视图和前视图；

图4是所述第一实施例的碎屑收集装置阻挡碎屑的原理示意图；

图5A是本发明的第二实施例的碎屑收集装置中偏转电场装置的结构示意图；

图5B是本发明的第三实施例的碎屑收集装置中偏转电场装置的结构示意图。

具体实施方式

总体来说，本发明提出一种使用电场来降低碎屑的方法及相应的装置用于收集朝特定方向传播的碎屑。本发明的方法在碎屑的传播路径上依次设置能够主动使不带电的碎屑带电的加电装置以及偏转电场，该偏转电场能够使带电的碎屑的运动方向发生偏转后被收集。本发明的用于降低碎屑的装置包括所述加电装置和产生偏转电场及收集碎屑的装置。本发明的降低碎屑的方法和装置对于碎屑带电及非带电情况均适用。并且，由于电场不会阻挡光的传播，因此本发明适用于光学系统中，装置可设置于光的传播路径中，例如EUV光源系统。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明的一个实施例的具有碎屑收集装置的EUV光源系统的结构示意图。在EUV光源系统中，为了保持后续光学系统腔室的清洁度，减少EUV辐照源产生的碎屑对光学系统表面的损坏，必须要在解决三个问题：一是在碎屑传播到光学系统前能有效地将其清除；二是在减低碎屑的同时，EUV光能够有效地透过，即EUV光在通过碎屑收集装置时能量损失较小；三是对于透过碎屑收集装置的碎屑，降低其能量，减轻因碎屑散热对光学系统带来的损坏作用。

如图1所示，该实施例的EUV光源系统1主要包括EUV辐照产生装置2、碎屑收集装置4和光收集系统5。碎屑收集装置4置于EUV辐照产生装置2与光收集系统5之间。EUV辐照产生装置2在工作时，辐照源3会发出EUV光6，同时会产生碎屑7，碎屑7包括电粒子、电中性粒子等，其中带电粒子绝大多数均为带正电粒子。所述碎屑7会向光收集系统5一侧传播，但是，由于碎屑收集装置4的存在，这些碎屑中绝大部分将被收集，由此在碎屑传播方向上的碎屑将被有效地去除。而EUV光6则几乎不受影响地穿过碎屑收集装置4。光学收集系统5用于将EUV辐照源3发出的EUV光收集和汇聚。经过光学收集系统5后，被收集汇聚在光轴8上的中间焦点(Intermediate focus，IF)9处。

在该实施例中，EUV辐照源3与碎屑收集装置4的距离为d，d通常为几百毫米，光学收集系统5对EUV光6的收集角为θ。

该实施例中所使用的碎屑收集装置4见图2，主要包括两部分，用于主动使不带电的碎屑带电的加电装置和偏转电场产生装置。由于EUV光源中的碎屑包括带电粒子和不带电的电中性粒子，为了提高收集效率，加电装置在碎屑进入偏转电场装置前使其中的电中性粒子带上电量。该实施例中主要是通过针尖放电的原理使通过装置的气体源电离成带电离子，加电装置包括高压电源10、电极板对11和针尖电极14。电极板对11包括两个相对放置的电极板，电极板之间能够通入气体源。高压电源10在针尖电极14和电极板对11间加上高电压V₀(V₀通常取1kV～10kV)，并往电极板对中间通入中性气体源，气体经过强电场时被电离成带电离子12。沿着方向13继续运动到EUV光传播通道中与碎屑7碰撞，使中性碎屑带电。考虑到碎屑中的带电粒子绝大部分带正电，所以使用带正电的离子源，使碎屑中的电中性粒子带上正电荷。该实施例中只列出了针尖放电使气体带电的一种主动使电中性碎屑粒子带电装置，其他任何可以提供离子源的装置如氢离子源发生器等均可用作为给电中性粒子主动加电装置。

碎屑收集装置4的偏转电场产生装置包括正电极板15和负电极板17，正、负电极板相隔一定距离平行且正对地放置，同时在正、负电极板之间加电压，电压差为V，从而形成垂直于光轴8的电场16，碎屑7进入电场区域后会受电场力的作用，被阻挡和收集。

如图3B所示，该实施例的电场区域16设计成矩形。电场区域的长度L、宽度D可根据实际需要决定。宽度D与碎屑收集装置4到光源之间的距离d和光学收集系统5对EUV光6的收集角θ有关。具体来说，为了保证电场16覆盖整个EUV光的入射区域18，要求满足：

D＞2d×tan(θ/2)。

例如，当收集角为30°，碎屑收集装置4离光源距离250mm时，电场区域的宽度D为140mm左右较为适宜。

电场区域的长度L与正、负电极板15、17之间所施加的电势差V、碎屑粒子的能量Q、碎屑粒子带电量q和电场宽度D有关。具体来说，为了保证碎屑7能在运动出电场16前被收集到电极端17，要求满足：

$L>2D\×\sqrt{Q/\mathrm{Vq}}.$

例如，对于EUV光源系统中的Sn带电粒子，所携带的能量一般达到kev的量级。如果高能离子能量为1keV，正负电极电势差为100kV，则电场区域的宽度约取30mm左右；如果所加电势差为25kV，则电场区域宽度约取60mm左右。可根据实际情况，合理地选择所加的电势差V，使得电场区域的长度L满足使用需求。

电场构成的碎屑收集装置4的工作过程如图4所示。伴随着EUV辐照源3出射的碎屑7中，有带电粒子、电中性粒子等，其中带电粒子绝大多是为带正电粒子。这些粒子进入碎屑收集装置4后，先通过由主动产生离子源形成的区域，由于碰撞作用碎屑中的电中性粒子会带上与离子源同种性质的电荷。在离开离子源形成的区域时，绝大部分碎屑粒子7均已带正电。带电粒子进入到后续的偏转电场中，受到电场16的作用。在图4所示的实施例中，EUV光源系统中绝大部分都是带正电离子，因此其会沿着方向20运动，在出电场前达到负电极板17，从而被收集，同时碎屑粒子在穿过电场区域时会与往20方向运动的粒子流发生碰撞而被减速，会因多次碰撞后在光轴8方向上的速度变为零，从而随着带电粒子流一起被收集到下方的负电极端17。少数电中性粒子以及运动速度较高的粒子19穿过了偏转电场区域，但因其经过电场碎屑收集装置时已被减速，对后续收集镜的污染和损坏影响降低。

由上也可知，在EUV光源系统中，出射的碎屑绝大部分为带电粒子，所以本发明提出的主动使粒子带电装置以及偏转电场装置构成的电场碎屑收集装置能有效地阻止碎屑，对于带电粒子含量比较多碎屑，收集效率可达到95％以上。该碎屑收集装置3另外一个优点，就是电场对光不产生影响，所以EUV光的透过率接近100％。

本发明的碎屑收集装置不限于实施例1中所示的结构，本发明的碎屑收集装置可以是能够主动使粒子带电的装置加上产生任何形式的电场的装置。图5A和图5B分别是本发明的碎屑收集装置中偏转电场的第二、第三实施例的应用于EUV光源系统中的碎屑收集装置的结构示意图。

图5A所示的碎屑收集装置的偏转电场装置包括一个正电极板15和两个负电极板17、17’。各电极板平行放置且正电极板15设置于两个负电极板17、17’之间，由此产生一个从中间线指向两边的电场16。应该注意的是，该实施例的正负电极板的极性可以根据碎屑的带电性互换。该实施例的碎屑收集装置相比于第一实施例具有缩短碎屑在偏转电场中的运动路径，增大收集几率的优点。

图5B所示的碎屑收集装置中的偏转电场产生装置能产生一个幅射状的电场。如图5B所示，正电极板15呈一圆形，负电极板17呈一圆环形，且圆环状的负电极板17与圆形的正电极板15同心，从而产生由圆心指向圆周的辐射状电场。该碎屑收集装置的圆环状负电极板的内径大于EUV光的入射区域18的半径。这种偏转电场装置产生的幅射状电场相比于第一、第二实施例的平行电场在收集运动方向随机分布的碎屑粒子时，由于整体上缩短碎屑在偏转电场中的运动路径，从而有更好的收集效率。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种降低碎屑的方法，用于收集朝特定方向传播的碎屑，其特征在于，该方法包括：

在所述碎屑的传播路径上依次设置能够主动使不带电的碎屑带电的加电装置和偏转电场，所述偏转电场能够使带电的碎屑的运动方向发生偏转后被收集。

2.如权利要求1所述的降低碎屑的方法，其特征在于，所述加电装置通过针尖放电使气体源电离从而产生带电离子。

3.如权利要求2所述的降低碎屑的方法，其特征在于，所述加电装置使中性气体源在高电压下电离成带电离子，并使该带电离子通到碎屑传播途径中从而与不带电的碎屑发生碰撞，进而使所述不带电的碎屑带电。

4.如权利要求1所述的降低碎屑的方法，其特征在于，所述偏转电场由一个偏转电场产生装置产生，该偏转电场产生装置同时用于收集所述运动方向发生偏转的碎屑。

5.一种降低碎屑的装置，用于收集朝特定方向传播的碎屑，其特征在于，该降低碎屑的装置包括用于主动使不带电的碎屑带电的加电装置和偏转电场产生装置，该偏转电场产生装置用于产生使带电的碎屑的运动方向发生偏转的电场并收集所述运动方向发生偏转的碎屑。

6.如权利要求5所述的降低碎屑的装置，其特征在于，所述加电装置包括高压电源、电极板对和针尖电极，

所述电极板对由两个相对放置的电极板构成，该两个电极板之间通够通入气源；

所述高压电源用于所述电极板对和针尖电极之间施加高电压，并且在施加所述高电压时，在所述电极板对的中间通入中性气体源，从而该中性气体源被电离成带电离子，该带电离子与不带电的碎屑发生碰撞，从而使所述不带电的碎屑带电。

7.一种EUV光源系统，其特征在于，包括如权利要求1所述的降低碎屑的装置。

8.如权利要求7所述的EUV光源系统，其特征在于，所述降低碎屑的装置是碎屑收集装置，该EUV光源系统还包括EUV辐照产生装置和光收集系统，

该EUV辐照装置用于产生EUV光，同时产生碎屑；

该碎屑产生装置置于所述EUV辐照产生装置和光收集系统之间；

该光收集系统用于将所述EUV辐照源发出的EUV光收集和汇聚。

9.如权利要求8所述的EUV光源系统，其特征在于，所述偏转电场产生装置包括正电极板和负电极板，正、负电极板相隔一定距离平行且正对地放置，同时在正、负电极板之间加电压，从而形成电场，并且，

所述电场区域的长度L与正、负电极板之间所施加的电势差V、碎屑粒子的能量Q、碎屑粒子带电量q和电场宽度满足如下公式：

$L>2D\×\sqrt{Q/\mathrm{Vq}}.$

10.如权利要求8所述的EUV光源系统，其特征在于，偏转电场产生装置包括正电极板和负电极板，正电极板呈一圆形，负电极板呈一圆环形，且圆环状的负电极板与圆形的正电极板同心，从而产生由圆心指向圆周的辐射状电场，并且，

所述负电极板的内径大于所述EUV光的入射区域的半径。

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