辐射源设备和方法、光刻设备和检查设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年12月13日提交的欧洲申请16203624.8的优先权,该欧洲申请通过引用全文并入本文。
技术领域
本发明涉及一种辐射源设备和产生辐射的方法。本发明还涉及包括这种辐射源的EUV光学系统。本发明还涉及一种器件制造方法和一种检查方法。
背景技术
光刻设备是一种将所期望的图案施加到衬底(通常是在衬底的目标部分)上的机器。例如,光刻设备可以用于集成电路(IC)的制造中。在这种情况下,可以将可替代地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于生成要在IC的单层上形成的电路图案。可以将该图案转印到衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括管芯的一部分、一个或更多个管芯)上。典型地,通过将图案成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上进行图案的转印。通常,单个衬底将包含被连续图案化的相邻目标部分的网络。光刻术被广泛地看作制造IC和其他器件和/或结构的关键步骤中的一个。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。
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辐射是具有在约1-100nm范围内的波长的电磁辐射。出于光刻术的目的,已经提出使用在5-20nm范围内的波长,例如在13-14nm范围内的波长,或例如在5-10nm范围内(诸如6.7nm或6.8nm)的波长。
另外,这种短波长辐射也用于检查较小的结构,例如通过反射测量术和/或散射测量术来确定它们的性质。在US20160282282中,提出使用EUV辐射测量诸如目标结构的重叠和临界尺寸(CD)的性质。使用在零衍射阶和/或更高衍射阶散射的辐射进行光谱反射测量术。通过在EUV光学系统和衬底之间使用锥形安装进一步增强了衍射信号。在先申请的内容通过引用并入在本公开中。
用于EUV辐射的可能的辐射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辐射的源。激光产生的等离子体源使用高能激光在由合适的燃料材料制成的靶中产生等离子体。LPP源的示例描述于例如公开的专利US2014264087A1(Rafac等人)和US2014368802A1(Yakunin等人)中。这些文献的内容通过引用并入本文。在这些示例中,使用液态锡液滴作为靶,用于产生EUV发射等离子体。
对于商业应用的EUV源的开发和应用中的主要挑战是获得期望的辐射的更高输出。在LPP源中,每个激光辐射脉冲中的光的部分被燃料材料和等离子体反射。这带来两个缺点。首先,任何未被吸收的光都不会对产生所期望的EUV辐射做出贡献,并且在那方面被浪费。其次,考虑到激光束的高功率,反射光有可能损坏周围的光学器件以及种子激光器和激光放大器。作为改善吸收的常规步骤,使用预脉冲辐射来制备靶,例如使液滴更平坦且更大,和/或将其转化成雾。上面引用的两个专利文献旨在通过用另外的辐射脉冲制备靶来进一步提高转换效率。例如,US2014264087A1将不同波长的另一预脉冲施加到主脉冲,以改变目标的与主脉冲激光辐射的吸收有关的某性质。US2014368802A1在特定方向上施加预脉冲辐射以给靶提供期望的三维形状或方向,使得主脉冲辐射沿与燃料材料的表面倾斜的方向入射在燃料材料的表面上而不是在垂直入射到的方向上,从而改善吸收。
然而,反射的问题以及如何提高转换为EUV辐射的效率的问题仍然很重要。
具有固体Sn靶材料的EUV辐射源在S.S.Harilal等人的“Efficient laser-produced plasma extreme ultraviolet sources using grooved Sn targets”(APPLIEDPHYSICS LETTERS 96,111503(2010),doi:10.1063/1.3364141)中公开。该凹槽比聚焦的激光辐射束大,被设计用于限制等离子体,以便在EUV产生区域内加强等离子体。
发明内容
本发明的目的是解决上述辐射源(尤其是包括EUV辐射的源)的设计中的困难或问题中的一个或更多个。
本发明提供了一种用于提供位于第一波段的第一辐射的设备,所述设备包括:系统,配置成:
-将位于第二波段的第二辐射引导到靶上,以使得产生所述第一辐射;和
在传递所述第二辐射之前和/或期间将第三辐射引导到所述靶上,所述第三辐射以使得产生具有能量的空间分布的电磁场的方式被传递,所述能量的空间分布包括跨所述靶的多个峰和谷,以便使得所述靶的性质产生对应的空间变化。
第一波段中的辐射可以例如是EUV辐射,其波长在在1nm至100nm的范围内,例如在5nm至20nm的范围内。
发明人已经认识到,在LPP辐射源的目标中创建光栅状结构可以增加激光辐射的吸收,从而提高辐射源的转换效率。发明人还已经认识到,具有合适空间变化的辐射可用于实现类似于在固体金属中蚀刻的光栅的效果。靶可以例如由液态燃料材料的液滴制备,但是本发明不限于液态燃料材料。第三辐射可以与用于制备主脉冲辐射的靶的预脉冲辐射相同或附加于用于制备主脉冲辐射的靶的预脉冲辐射。
更一般地,在光子学中,已知金属靶的辐射反射可受到蚀刻到靶表面中的光栅结构的影响。例如,如果并且蚀刻的周期性光栅布置适当地调整为入射激光辐射的性质,则可以在燃料材料的表面中激发所谓的表面等离子体激元。这些相当于自由电荷载流子的表面束缚振荡,使得与入射在平坦界面上的光波的情况相比,更多的入射光被吸收。表面等离子体激元的物理现象描述于S.A.Maier,“Plasmonics:Fundamentals and Applications”,Springer Business&Science Media,LLC(2007)。表面等离子体激元仅是可以用于提高LPP辐射源中的转换效率的现象类型的一个示例。金属激光激发的物理现象通常描述于例如E.G.Gamaly和A.V.Rode,“Physics of ultra-short laser interaction with matter:From phonon excitation to ultimate transformations”,Prog.Quant.Electron.37,215-323(2013)。
本发明还提供了一种EUV光学设备,包括辐射源和EUV光学系统,其中,所述辐射源包括根据上文阐述的本发明的设备。所述EUV光学设备可以例如是光刻设备,所述EUV光学系统包括投影系统,所述投影系统用于使用来自所述辐射源的EUV辐射将图案施加到衬底上。所述EUV光学设备可以是例如检查设备,所述EUV光学系统包括照射系统,所述照射系统用于将来自所述辐射源的EUV辐射引导到感兴趣的结构上,并用于在与所述结构相互作用后收集EUV辐射。
本发明还提供了一种生成位于第一波段的第一辐射的方法,其中,将位于第二波段的第二辐射引导到靶上,以使得产生所述第一辐射;所述方法还包括在传递所述第二辐射之前和/或期间将第三辐射引导到所述靶上,所述第三辐射产生具有能量的空间分布的电磁场,所述能量的空间分布包括跨所述靶的多个峰和谷,以便引起所述靶的性质产生对应的空间变化。
本领域技术人员将通过考虑下文描述的和在附图中所图示的示例理解本发明的这些和其它方面。
附图说明
现在将参考附图仅通过举例方式描述本发明的实施例,在附图中:
图1示意性地描绘了具有反射投影光学器件的光刻设备,作为使用EUV辐射的光学设备的示例;
图2是图1的设备的更详细视图,在具有LPP源设备的实施例中,用于产生EUV辐射;
图3是沿着目标的行进线观察的根据本发明的一个实施例的用于在LPP辐射源设备中传递第二辐射、第三辐射和预脉冲辐射的布置的示意性框图;
图4图示了(a)在图3的辐射源设备中产生第三辐射的原理和(b)第三辐射的效应;
图5图示了在横向于目标行进线的方向上观察的本发明的一个实施例中的辐射源设备的操作中的各种时间点;
图6图示了在本发明的实施例中通过产生表面等离子体激元可以增加第二辐射的吸收的一种机制;
图7图示了表示本发明另一实施例的图6的机制的三种变形;
图8、9和10示出了本发明实施例中的第二辐射、第三辐射和预脉冲辐射的时序;
图11图示了(a)在根据本发明的辐射源设备的替代实施例中产生第三辐射的原理和(b,c)第三辐射的效应;和
图12是包括根据本发明的辐射源设备的检查设备的示意图。
在这些图中,相同附图标记表示相似或对应的特征。
具体实施方式
在详细描述辐射源设备之前,将描述具有反射光学器件的光刻设备,其作为其中可以应用本发明的EUV光学设备的示例。
图1示意地描绘了根据本发明的一个实施例的包括源模块SO的光刻设备100。所述光刻设备包括:
-照射系统(照射器)IL,配置成调节辐射束B(例如EUV辐射)。
-支撑结构(例如掩模台)MT,构造成支撑图案形成装置(例如掩模或掩模版)MA,并与配置成准确地定位图案形成装置的第一定位器PM相连;
-衬底台(例如,晶片台)WT,构造成保持衬底(例如,涂覆有抗蚀剂的晶片)W,并与配置成准确地定位衬底的第二定位器PW相连;和
-投影系统(例如反射式投影系统)PS,配置成将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一个或更多个管芯)上。
照射系统可以包括各种类型的光学部件,诸如折射型、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,用以引导、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(例如相对于投影系统)位于所期望的位置上。
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。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,诸如集成电路。
图案形成装置可以是透射型的或反射型的。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单独地倾斜,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、静电型、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。可以期望将真空用于EUV辐射,因为其他气体可能会吸收太多的辐射。因此借助于真空壁和真空泵可以在整个束路径上提供真空环境。
如此处所描绘,所述设备是反射型的(例如采用反射型掩模)。
光刻设备可以是具有两个(双平台)或更多个衬底台(和/或两个或更多个掩模台)的类型。在这种“多平台”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。
参考图1,所述照射器IL接收从源模块SO发出的极紫外辐射束。用于产生EUV光的方法包括但不必限于将材料转换为等离子体状态,该材料具有在EUV范围内具有一个或更多个发射线的至少一种元素(例如氙、锂或锡)。在一种这样的方法中,通常称为激光产生等离子体(“LPP”),所需的等离子体可以通过以激光束照射燃料来产生,所述燃料诸如是具有所需线发射化学元素的材料的液滴、流或簇。源模块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辐射系统的一部分。所形成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模块内的辐射收集器收集。激光器和源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。
在这些情况下,不会将激光器看作是构成光刻设备的一部分,并且借助于包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统,辐射束被从激光器传递到源模块。在其它情况下,源可以是源模块的组成部分,例如,当源是通常被称为DPP源的放电产生的等离子体EUV发生器时。
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,诸如琢面场反射镜装置和琢面光瞳反射镜装置。所述照射器可以用于调节所述辐射束,以在其横截面中具有所期望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穿过投影系统PS,所述投影系统将束聚焦到所述衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器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),可以准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器PM和另一个位置传感器PS1用于相对于所述辐射束B的路径准确地定位图案形成装置(例如,掩模)MA。图案形成装置(例如,掩模)MA和衬底W可以通过使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准。
设置EUV隔膜,例如表膜PE,以防止图案形成装置被系统内的颗粒污染。这种表膜可以设置在所示部位和/或其他部位处。可以设置另外的EUV隔膜SPF作为光谱纯度滤光片,其可操作以滤除不需要的辐射波长(例如DUV)。这种不需要的波长会以不期望的方式影响晶片W上的光致抗蚀剂。SPF还可以可选地帮助防止投影系统PS内的投影光学器件被脱气期间释放的颗粒污染(或者可替代地,可以设置表膜代替SPF来实现此目的)。这些EUV隔膜中的任一个可包括本文公开的任何EUV隔膜。
所描绘的设备可以用于各种模式中。在扫描模式中,在对图案形成装置支撑件(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相对于图案形成装置支撑件(例如掩模台)MT的速度和方向可以通过投影系统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目标部分的宽度(沿非扫描方向),而所述扫描运动的长度决定了目标部分的高度(沿扫描方向)。正如在本领域中众所周知的,其它类型的光刻设备和操作模式是可能的。例如,步进模式是已知的。在所谓的“无掩模”光刻术中,使可编程图案形成装置保持静止,但具有改变的图案,并且移动或扫描衬底台WT。
也可采用上文所描述的使用模式的组合和/或变形,或完全不同的使用模式。
图2更详细地示出了光刻设备的实施例,包括呈辐射系统42形式的辐射源设备、照射系统IL和投影系统PS。如图2所示的辐射系统42是使用激光产生的等离子体作为辐射源的类型。EUV辐射可以通过气体或蒸汽产生,例如氙气、锂蒸汽或锡蒸汽,其中产生极热的等离子体以发射在电磁光谱的EUV范围内的辐射。通过例如使用CO2激光的光学激发造成至少部分电离的等离子体来产生极热的等离子体。在实施例中,Sn用于产生等离子体,从而发射EUV范围内的辐射。
辐射系统42体现了图1的设备中的源SO的功能。辐射系统42包括源腔室47,在该实施例中,源腔室不仅基本上封闭EUV辐射源,而且还封闭收集器50,在图2的示例中,收集器50是垂直入射收集器,例如多层反射镜。
作为LPP辐射源的一部分,激光系统61被构造和布置成提供激光束63,激光束63由束传递系统65被传递通过设置在收集器50中的孔67。而且,辐射系统包括由靶材料供应器71供应的材料69,例如Sn或Xe。在该实施例中,束传递系统65布置成建立基本上聚焦在期望的等离子体形成位置73上的束路径。
在操作中,靶材料69(也可以称为燃料)由靶材料供应器71以液滴的形式供应。捕集器或陷阱装置72设置在源腔室47的相对侧,以捕获由于某种原因没有变成等离子体的燃料。当靶材料69的这种液滴到达等离子体形成位置73时,激光束63射到液滴上并且在源腔室47内形成EUV辐射发射等离子体。在脉冲激光器的情况下,这涉及设置激光辐射脉冲的时序以与液滴通过位置73一致。这些产生高度电离的等离子体,电子温度为几105K。在这些离子的去激发和再结合过程中产生的高能辐射包括需要的在位置73处从所述等离子体发射的EUV。等离子体形成位置73和孔52分别位于收集器50的第一焦点和第二焦点处,并且EUV辐射由垂直入射收集器反射镜50聚焦到中间焦点IF上。
从源腔室47发出的辐射束经由所谓的垂直入射反射器53、54穿过照射系统IL,如图2中由辐射束56所示。垂直入射反射器引导束56经由表膜PE到定位在支撑件(例如掩模版或掩模台)MT上的图案形成装置(例如掩模版或掩模)上。形成了被图案化的束57,其由投影系统PS经由反射元件58、59成像到由晶片平台或衬底台WT承载的衬底上。在照射系统IL和投影系统PS中通常可以存在比示出的元件更多的元件。例如,可以存在一个、两个、三个、四个或甚至更多个反射元件,而不是图2中所示的两个元件58和59。
如本领域技术人员所知,参考轴线X、Y和Z可以被定义用于测量和描述设备、其各种部件和辐射束55、56、57的几何形状和行为。在该设备的每个部分中,可以定义X、Y和Z轴的局部参考系。Z轴在系统中的给定点处与光轴O的方向大体一致,并且通常垂直于图案形成装置(掩模版)MA的平面并垂直于衬底W的平面。在辐射源设备(辐射系统)42中,X轴与燃料流(69,如下所述)的方向宽泛地重大体一致,而Y轴与该轴正交,如所示指向页面外。另一方面,在保持掩模版MA的支撑结构MT附近,X轴大体横向于与Y轴对准的扫描方向。为方便起见,在图2的示意图的这个区域中,X轴再次如所标记地指向页面外。这些指定在本领域中是常规的,并且为了方便起见将在本文中采用。原则上,可以选择任何参考系来描述设备及其行为。
除了需要的EUV辐射之外,等离子体还产生其他波长的辐射,例如在可见光、UV和DUV范围内。还存在来自激光束63的红外(IR)辐射。在照射系统IL和投影系统PS中不需要非EUV波长,并且可以采用各种措施来阻挡非EUV辐射。如图2中示意性描绘的,对于IR、DUV和/或其他不需要的波长,可以在虚拟源点IF的上游应用呈光谱纯度滤波片SPF形式的EUV隔膜滤波片。在图2所示的具体示例中,描绘了两个光谱纯度滤波片,一个在源腔室47内,一个在投影系统PS的输出处。在实际的实施例中,可以仅设置一个光谱纯度滤光片SPF,其可以位于这两个位置中的任一个或等离子体形成位置73和晶片W之间的其他位置。
如上所述,光刻设备不是可以应用本公开的辐射源设备和方法的唯一类型的EUV光学系统。特别地,可以设想使用任何改进的EUV辐射源的检查设备和方法。对于EUV检查设备的示例,我们参考上面提到的出版物US20160282282,其内容通过引用并入本文。US20160282282中的示例检查设备在下面描述的图12中示出。
图3示意性地图示了辐射源设备300的主要部件,其可以用作图2的光刻设备中的辐射系统42,或者用在另一光刻设备中,或者用在另一EUV光学系统中,例如检查设备。在右手边,示意性地示出了源腔室47,以及包括靶材料69的液滴和等离子体形成位置73的燃料流。图3是沿着X轴观看,即,沿着燃料流的方向。横向于燃料流方向的视图可以在下面描述的图5中看到。
包括具有期望的EUV波长的第一辐射302的辐射由在等离子体形成位置73处形成的等离子体发射。为了产生等离子体,由第一激光源306提供包括激光辐射的主脉冲的第二辐射304,第一激光源是图2的示例中的激光系统61的一部分。为了使靶材料69与激光辐射的主脉冲相互作用,预脉冲辐射308由第二激光源310提供,第二激光源310也可以与激光源306一样是同一激光系统的一部分。在本公开中没有提供产生主脉冲和预脉冲辐射的细节,但是可以在例如上文提到的出版物US2014264087A1和US2014368802A1中解释的公开内容中找到。
在图示的示例中,使用束组合光学元件312和聚焦布置314来引导第二辐射304和预脉冲辐射308。在图3中所示的方向中看不到,典型地,预脉冲辐射束308在其飞行(flight)中比包括第二辐射304的主脉冲更早地入射到靶材料69的液滴上。因此,预脉冲辐射束可以聚焦在相对于主脉冲在X轴上移位的部位上。控制器316使第一激光源306和第二激光源310的操作同步,以实现每个燃料材料液滴69的适当时序。在高频率(例如几十千赫兹,例如50kHz)下重复进行液滴的传递以及激光源306/310的脉冲操作。因此,期望的EUV辐射302以相同频率的脉冲发射。
与在先的出版物US2014264087A1中一样,本公开设想传递第三辐射来调节靶材料69,以改善第二辐射304的吸收,从而提高EUV第一辐射302的产生效率。然而,利用本公开的原理,第三辐射以这样的方式提供:在所述靶处产生具有能量分布的电磁场,该能量分布包括跨靶的多个峰和谷。电磁场中的这种空间变化使得引起靶的性质产生的相应空间变化。具有多个峰和谷的能量分布(也可以称为重复的空间变化)可以与常规能量分布区分开,在该常规能量分布中,辐射束具有朝向束的周边减小的能量中心峰值。如下面将进一步描述的,空间变化可以是例如在一个或两个方向上一个或更多个性质的周期性变化,其将光栅图案施加于靶。可以调整该光栅图案以改善燃料材料对第二辐射的吸收,从而提高EUV辐射源设备的效率。
在图3的示例中,图示了两个辐射束328a和328b,它们一起形成入射在靶材料上的第三辐射328。辐射源330a和330b产生这些束。如下面将进一步描述的,第三辐射可以在施加激光辐射的主脉冲(第二辐射304)之前和/或期间的时间点入射到靶材料上。在下面的讨论中,第三辐射将参考其功能被描述为“光栅辐射”。由控制器316同步光栅辐射的传递的时序和主脉冲和预脉冲辐射的传递。
在所示的示例中,光栅辐射的每一束328a/328b具有其自己的聚焦布置332a和332b。在其他实施例中,光栅辐射可以传递通过与主脉冲辐射和/或预脉冲辐射相同的聚焦布置314。在所图示的示例中,光栅辐射束位于主脉冲辐射束的任一侧。在其他实施例中,光栅辐射可以从主脉冲辐射的一侧或另一侧传递。第二辐射(主脉冲)、预脉冲辐射和第三辐射(光栅辐射)中的任何一个可以大体沿着如图所示的z轴传递,或者以与z轴倾斜的角度传递。
图4的(a)图示了在图3的示例中将光栅辐射328施加于靶的原理。光栅辐射的束328a和328b被示出在靶402附近以彼此成角度θ相交。在本示例中,假设靶402是已经通过施加预脉冲辐射308而已经制备好的燃料材料69的液滴。在一些实施例中,例如,使用预脉冲辐射308来将基本上球形的液滴转变成较平的“饼形”形状,其在附图中示意性地示出。在其他实施例中,预脉冲辐射可以足以将液体燃料材料分散成较小液滴的雾或蒸气。
为简单起见,假设束328a和328b中的每一个包括具有平面波前的相干辐射,在404a和404b处示意性地示出。这些束在靶402的面上的干涉产生干涉图案,该干涉图案具有强度的跨靶402的所述面的周期性空间变化。在物理方面,两束辐射干涉以产生具有能量的空间分布的电磁场,其被示意性地图示空间变化406。图4的(b)示出了靶402的面,其中光栅图案的线由空间变化406形成。图4的(b)中的每条阴影线表示例如电磁场中的高能量带,其间是较低强度的区。虽然示出了简单的高能带,但是应该理解,电磁场的能量可以具有例如正弦变化。
使两者之间具有一角度的两束光栅辐射发生干涉是产生具有所期望的能量的空间变化的电磁场的简单方式。原则上可以使用任何方法,并且下面将参考图11描述替代方法。
图5是在辐射源设备300的操作中的五个时间点处不同辐射束与燃料材料之间的相互作用的示意图。这些时间点标注为t1至t5。通常,应当理解,图5针对每个相应的一个时间点呈现沿X方向的相应部位处的特定靶的相应视图,X方向是燃料液滴流的方向。在时间t1,代表性液滴502已由燃料材料供应器71发射出。液滴502的行进方向由向下箭头表示。预脉冲辐射308入射到液滴502上。在时间t2,液滴502继续其行进,并开始采用由预脉冲辐射308造成的更平的形状。下一个液滴502′被显示,离开燃料材料源71,以图示在实际实施例中的辐射源设备300的重复操作本质。
在时间t3,具有空间变化406的光栅辐射328入射在液滴502中的燃料材料的表面上。在具有图3和4中所示的布局的辐射源设备中,光栅辐射的干涉束328a和328b的方向使得电磁场中的空间变化406在图5中作为整体在进入图的平面中的方向上是周期性的。如图所示,轴线已经局部旋转,这纯粹是使得在图中可以看到空间变化406。对空间变化在特定方向上没有基本要求。然而,如果在施加光栅辐射期间液滴502行进可觉察的距离,则高强度的带与行进方向对准以使得光栅图案在靶上不是模糊的可以是有利的。
在时间t4,激光辐射的主脉冲(第二辐射304)被施加到靶502。在具有空间变化406的电磁场的影响下,靶502的材料的一个或更多个性质在与光栅辐射中的高强度部分的部位504对应处被修改。修改可以采用不同的形式,如下文将所论述。在一个示例中,空间变化的修改包括由靶材料的表面506内的电子气体的密度变化引起的空间变化的复介电函数(复介电常数)。这种空间变化的介电函数决定了材料的(复)折射率,因此影响了靶材料与主激光脉冲的第二辐射304的相互作用。其效果可以类似于蚀刻到由固体材料制成的靶中的光栅结构的效果。通过一系列不同的效果,包括但不限于下面描述的表面等离子体激元的产生,已知可以改变表面的反射性质。换句话说,尽管在液体燃料液滴的情况下不可能在靶上蚀刻光栅结构,但是跨靶提供具有合适的能量的空间分布的电磁场允许修改靶的光学性质。
在时间t5,第二辐射304已经使靶502完全或部分地形成等离子体508,其发射期望的第一辐射302。为了在图2的光刻设备中使用,可以选择靶材料以使得等离子体发射EUV辐射,例如在5和20nm之间的波段。调整靶的光学性质的空间变化以实现反射的减少和第二辐射的吸收的增加可以允许提高LPP辐射源的转换效率。对空间变化是周期性的,或者具有固定的空间频率或仅具有单个空间频率没有基本要求。
为了图示和解释清楚起见,已经图示了在离散时间点t1到t5处发生的辐射源设备300的操作中的不同情形或事件。实际上,这些时间点中的任何一个都可以与一个或更多个其他时间点同步或重叠。例如,原则上可以在预脉冲辐射308中或甚至在预脉冲辐射之前施加空间变化。然而,实际上,可能难以确保所施加的修改一直存在在材料中直到主脉冲辐射304的施加点,和/或保持或实现期望的间隔。更可能的是,时间点t3、t4和/或t5可以组合或重叠。例如,光栅辐射328可以与主脉冲辐射304同时施加,或者可以在临近主脉冲辐射304之前施加,并且保持与整个主脉冲辐射304在时间上重叠。原则上,预脉冲辐射308可以是可选的。根据本公开的施加或应用第三辐射328可以与LPP源的场中已知的各种技术组合使用,并且预脉冲的使用是增强等离子体产生和效率的常规方法。
总结上述讨论,如果所获得的电场强度足够大,则由第三辐射产生的场中的空间变化强度将导致燃料材料的复介电函数(例如折射率)的空间调制。这种调制可以通过多种机制产生。一种这样的机制是激发表面等离子体激元模式,这需要特定的几何形状,因为理论上只有一个合适的波矢量值成功。表面等离子体激元波矢量的数学推导可以在例如S.A.Maier,“Plasmonics:Fundamentals and Applications”,Springer Business&Science Media,LLC(2007),第2.2节中找到。Maier书的第1章至第3章通过引用并入本文。在实际操作中,这意味着调制的空间周期性,主脉冲的波长及其入射角必须与靶材料的介电性质相协调,从而精确地激发该波长。如图4所示调整角度θ将是实现这一点的实用方式。调整光栅辐射波长和入射角是另一种机制。实现表面等离子体激元激发的一些选择和考虑在图6和7中示出。
首先参考图6,可以考虑其中光栅辐射328和主脉冲辐射304具有相同波长的实施例。这可以是便利地使他们来自同一源的结果,例如,以与使预脉冲辐射通常来自与主脉冲辐射相同的源的相同方式。沿燃料材料的表面506周期性间隔开的修改504的光栅图案被建立,例如通过改变金属燃料材料内的电子气密度。光栅图案的周期性由波数(空间频率值)表示,其实际上是图中所示的周期p的倒数。主脉冲辐射304以一角度入射在表面506上,使得沿着表面的主脉冲辐射的光栅波数和波矢量分量之和与表面等离子体激元激发条件相匹配。等离子体传播到右侧,由箭头602表示。
使用与主脉冲辐射相同波长的光栅辐射,可以制造的最短光栅周期将是半波长(并且在剪切入射时使光栅脉冲入射靶表面的不切实际的情况下)。在那种情况下,对于与表面等离子体激元激发条件匹配的光栅空间周期p,主脉冲应该以倾斜角度α入射,在这种情况下,主脉冲本身沿着靶表面贡献足够大的波矢量分量,从而激发等离子体。换句话说,主辐射的入射角受到激发表面等离子体的期望的限制。
图7图示了如果光栅辐射具有比主脉冲辐射更短的波长则能够实现的一些变化。参考图7的(a),如果光栅辐射的波长足够短,则在给定垂直入射的主脉冲(α=0)的情况下,可以使光栅图案具有与表面等离子体激元激发条件完全匹配的空间周期p。在这样的布置中,可以沿着表面在两个方向上激发等离子体,如箭头604、606所示。
在图7的(b)中,通过将角度θ改变为较小的值获得较大的光栅空间周期(类似于图6中的光栅空间周期)。主脉冲辐射304将再次需要非垂直入射角α,以便在与图6中相同的方向上激发等离子体激元608。使用较短波长的光栅辐射,允许光栅脉冲之间的角度θ变得更小。这可以允许更紧凑的布置辐射源设备的部件。
在图7的(c)中,光栅辐射具有较短的波长和较宽的角度θ。在这种情况下,光栅空间周期非常短,并且使用倾斜入射的主脉冲304,表面等离子体激元可以在与图6和7(b)所示的方向相反的方向610上被激发。这种配置可能是期望的,因为短光栅空间周期p本身消除了衍射。如果光栅空间周期p短于主脉冲波长除以N(N为正整数),则不可能存在第N和第-N衍射阶。衍射的辐射表示可用于吸收和产生EUV辐射的损耗,其与反射的辐射类似。因此,消除衍射阶是提高转换效率的另一种方式。
图6和图7中图示的示例不是唯一可能的示例,并且本文公开的技术可以以多种布局应用,这给予系统设计者在确定光栅节距和空间变化的其他参数方面的额外灵活性。我们可以提到这样的实施例,其中光栅脉冲不对称地隔开靶表面法线的两侧。在靶包括燃料材料的雾或蒸气的情况下,在此情况下光传播得更深,人们也可以利用靶表面下方的3-D关系。在以雾作为靶的两个束328a和328b的情况下,光栅“线”现在可以更深地延伸到雾中,形成一组激发区的平面。如果平面平行于主脉冲传播方向,则这可以具有能够进一步将主脉冲辐射304引导到雾中的优点。通过对于每个坐标x、y和z,使两个束沿相反方向传播,也可以制作晶格的3-D光学等效物,即所谓的光学晶格。奥地利因斯布鲁克奥地利科学院的“Optical Lattices and the Mott insulator”已经描述了这方面的一个示例(参见见https://www.uibk.ac.at/exphys/ultracold/projects/rubidium/mott_insulator/)。这种用于产生由激发/未激发(在所有束相长干涉的情况下被激发,在它们相消干涉的情况下不被激发)的燃料材料制成的相应的3-D晶格三维光学晶格可以像光子晶体一样,甚至可以捕集光。虽然要求6个激光束以形成能被形成的3-D晶格,但是可以形成具有4个激光束的2-D晶格。当我们使用两个束,并假设这两个束穿透到雾中足够深时,这将等同于1D晶格,即如上所解释的一组平面。
图8、9和10是示例性时序图,以高度示意性的形式指示图5中图示的不同事件的相对时序(并且因此X位置)的一些不同选项。在这些图中的每一个图中,3个曲线图(graph)图示了预脉冲辐射PP、光栅辐射GP和主脉冲MP的相对时序。沿着每个曲线图的水平轴指示共同的时间维度,而不是任何特定的比例。垂直轴线不按比例。在每个曲线图中,标注时间点t1、t3和t4,对应于图5中所图示的在燃料液滴502处理期间的时间点。在图8中,指示时间点t1′表示下一脉冲序列的开始,处理下一个燃料液滴502′。
在图8中,由控制器316实施的时序实际上/本质上与图5中所图示的时序相同。也就是说,预脉冲辐射、光栅辐射和主脉冲辐射中的每一个以分别标注为t1、t3和t4的离散的时间间隔到达。在这种情况下,假设光栅辐射的影响持续时间长于光栅辐射脉冲的持续时间,从而当主脉冲到达时间t4时,靶的性质的空间调制保持不变。
图9图示了类似于图8中所示的替代定时,除了光栅辐射具有从主脉冲开始之前的时间t3延长到主脉冲的整个持续时间的持续时间。这是为了确保目标性质的空间调制在整个主脉冲周期内持续。
最后,图10图示了一个实施例,其中光栅辐射有效地连续存在,再次确保靶的性质的空间调制在整个脉冲周期内持续。应当理解,这些时序方案的许多变化是可能的,并且将需要详细设计以实现最佳性能。可以施加具有不同的空间变化的多束光栅辐射。例如,当靶响应于预脉冲辐射的施加而扩展时,可以通过适当配置光栅辐射将连续或逐步扩展的光栅图案施加到靶。
参考图11,其图示了如何在不必使用两个或更多个光栅辐射干涉光束的情况下进行空间变化的强度分布。如图11的(a)所示,使用空间光调制器(SLM)934,从由单个激光器930提供的源辐射928’中的单一束产生光栅辐射928。在图4的编号之后,空间光调制器将源辐射928′的平面波前904变换成具有任意选择的能量分布的电磁场,该能量分布具有跨过靶的多个峰和谷。该图示意性地示出了相应的空间变化906,其中它入射目标材料液滴902。当然可以设置诸如聚焦布置的其他光学元件。
空间光调制器934可以是固定类型(即,具有不透明部分的图案或相移部分的反射或透射装置)。替代地,SLM 934可以是可编程的,例如是透射式液晶阵列或反射微镜阵列。两种类型的SLM实际上都是众所周知的。除了使用可编程SLM不时地改变第三辐射的分布906的可能性之外,SLM还允许生成更多的任意图案。
在图11的(b)中,形成简单的一维光栅图案,所述一维光栅图案类似于图4(b)中所示的图案。在图11的(c)中,示出了二维光栅图案作为替代示例。如果主脉冲辐射是线性偏振的,则二维光栅图案实际上可能不具吸引力,通常是这种情况。在这种情况下,可以预期相对于主脉冲辐射的偏振方向适当定向的一维光栅优化主脉冲辐射到靶材料的耦合。顺便提及,可以使用多个干涉束产生这种二维光栅图案,类似于一对束328a和328b。如上文已经提到,还可以定义具有空间变化的图案节距和三维图案。使用SLM可以比一对或多个束更容易地定义某些类型的图案。
在可编程SLM 934的情况下,其他选项变得可以利用。SLM 934可以例如在控制第三辐射激光器930、主脉冲和预脉冲激光器的相同控制器916的控制下。在第一实施例中,可以实时地实施空间强度分布906的精细控制,例如使用转换效率、反射光等的反馈。作为示例,可以改变光栅节距,同时当然也可以进行更精细的调整。还可以使用SLM调整光栅图案的焦平面,从而可能去除可调整的聚焦布置。在这样的示例中,可以在与一系列靶的交互期间随时间调制空间强度分布的变化,以在一个或更多个参数中优化设备的性能。
如果SLM允许光栅图案在足够短的时间尺度上变化,则甚至可以将设备配置成在与单个靶的交互期间随时间调制第三辐射的空间变化。通过在光栅产生脉冲的通过期间改变投影图案,可以例如能够使强度分布适应靶材料的展开的介电函数。由于加热、蒸发和等离子体形成,该介电函数随时间变化。因此,施加的强度分布的效应将变化,并且固定的强度分布将始终不是最优的。如果期望的话,可以设置额外的探针激光器以实时测量靶材料中的诱导变化,并使用这些测量给SLM提供反馈。
总结上述示例,由光栅辐射产生的电磁场中的空间变化的强度分布被设计用以在空间上调制目标材料的一个或更多个性质。如果激发是温和的,则调制可能是由导带电子的占有光谱(occupancy spectra)中依赖于强度的变化引起的。如果激发更有能量,则可能存在局部等离子体形成或材料的烧蚀。预期的最终结果是表面的一些物理的(等离子体形成或烧蚀的带引起表面起伏)或电的(在空间中定位的非热电子分布)调制。在所有情况下,它有效地引起跨靶的复介电函数的空间变化。典型地,尽管不是必须的,但这可以是靶的有效折射率的变化,因为折射率仅仅是由介电函数(复介电常数)确定的复折射率的实部。
给定周期性变化的折射率,靶的表面可以像光栅一样起作用。如果该光栅的周期性(由光栅辐射束的入射角及其波长决定)、主脉冲的入射角、其波长和靶的介电性质适当彼此调整,有可能在表面激发表面等离子体激元。这些是具有沿着表面指向的波矢量的电荷密度的波,所述波从主脉冲中获取其能量。这些表面等离子体激元的激发在材料中消散它们的能量,最终结果是相对于没有光栅脉冲存在的情况可以增强主脉冲的总吸收。
表面等离子体激元的激发不是通过改变金属靶内的介电功能而发生的唯一吸收增强现象。可以通过自身或与其他现象组合来利用许多不同的现象。由光栅辐射形成的空间周期性介电函数对比度也可以允许建立波导模式,在正确的情况下主脉冲可以耦合到波导模式。从主脉冲到沿着表面行进的这些波导模式的能量传转移也可以导致增强的吸收,因为场将总是穿透到金属中的有限距离,由此将能量转移到金属或等离子体中的电子。然后,该能量最终作为热量消散,有助于产生所期望的增强的等离子体。
图12示意性地示出了可用于非常小的特征的量测的检查设备的形式。设置EUV检查设备1200用于测量在衬底W上形成的量测目标T的性质。目标可以是通过光刻术(例如使用图2的光刻设备)形成的结构。各种硬件部件示意性地表示以及更多细节和更多变形描述于US2016282282A中,所述文献在上文提到并通过引用并入本文中。简而言之,辐射源1230向照射系统1232提供辐射。根据本公开的原理,辐射源1230是上面参考图3至图11中的任何一个所述类型的LPP源。
照射系统1232提供由射线1204表示的EUV辐射束,其在目标T上形成聚焦的辐射斑。由目标T和衬底W反射的辐射在其入射到检测器1213之前被分隔成不同波长的射线的光谱1210。检测器1213可以是例如CCD(电荷耦合器件)图像传感器。照射系统1232还向检测器1214提供参考光谱1220。可以方便地将部件1212、1213等视为检测系统1233。
在该示例中,衬底W安装在具有定位系统1234的可移动支撑件上,使得可以调整射线1204的入射角α。为了捕获反射射线1208,检测系统1233设置有另外的可移动支撑件1236,使得其相对于固定照射系统移动角度2α,或相对于衬底移动角度α。提供附加的致动器(未示出),用于将每个目标T带到辐射的聚焦斑S所在的位置。
处理器1240接收来自检测器1213和1214的信号。具体地,来自检测器1213的信号ST表示目标光谱,来自检测器1214的信号SR表示参考光谱。处理器1240可以从目标光谱中减去参考光谱以包含目标的反射光谱,相对于源光谱的变化进行归一化。在处理器中使用所得到的一个或更多个入射角的反射光谱来计算目标性质的测量(值),例如临界尺寸(CD)或重叠。
结论
总之,本公开提供了多种辐射源设备和方法,其中可以从等离子体产生EUV辐射或具有期望波长的其他辐射,并具有改良的反射和吸收特性的控制。可以改良效率,和/或可以避免或减少激光辐射反射回激光设备的问题。改良的辐射源设备可以包括在光刻设备或检查设备中,或者使用第一波段的辐射的任何光学设备中。关于特定的商业应用,可以以改进的效率产生EUV辐射,例如在5-20nm的范围内。
这里使用的术语“光”、“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射,所述电磁辐射包括紫外(UV)辐射(例如具有或约为365nm-126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有在1-100nm或5-20nm的范围内的波长)。光刻设备和检查设备可以使用这些波长中的任何一种,以及粒子束,例如离子束或电子束。
在上下文允许的情况下,术语“透镜”可以表示各种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、磁性的、电磁的和静电的光学部件。
本发明的宽度和范围不应受任一上述的示例性实施例限制,而应仅由下述的权利要求书及其等同方案来限定。