CN111108815A - 辐射源 - Google Patents

Abstract

一种辐射源配置成提供EUV辐射，所述辐射源包括燃料发射器和激光系统。燃料发射器配置成将燃料目标提供至等离子体形成区。激光系统被配置为当燃料目标位于等离子体形成区时用激光辐射照射燃料目标，以便将燃料目标的一部分转换成等离子体。特别地，激光系统配置成使得在垂直于激光辐射的传播方向的平面中，燃料目标处的激光辐射的横截面小于转换成等离子体的燃料目标的部分的横截面。这种辐射源提供相对于已知的激光产生等离子体(LPP)源具有改良的转换效率的激光产生等离子体源。

Description

辐射源

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年9月20日提交的欧洲申请17192135.6的优先权，该欧洲申请通过引用全文并入本文。

技术领域

本发明涉及配置成提供EUV辐射的辐射源。具体地，所述辐射源属于已知的激光产生等离子体辐射源的类型。所述辐射源可以构成光刻系统的一部分。

背景技术

光刻设备是一种构造为将所期望的图案施加到衬底上的机器。光刻设备能够例如用于集成电路(IC)的制造中。光刻设备可例如将来自图案形成装置(例如，掩模)的图案投影到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。

光刻设备用来将图案投影到衬底上的辐射波长决定了能够在该衬底上形成的特征的最小尺寸。使用极紫外(EUV)辐射(具有在4-20nm范围内的波长的电磁辐射)的光刻设备可用于在衬底上形成比常规光刻设备(所述常规光刻设备可以例如使用波长为193nm的电磁辐射)更小的特征。

一种已知类型的EUV辐射源将激光辐射引导至燃料目标上。这将燃料目标转换成发射EUV辐射的等离子体。这种类型的辐射源可以被称为激光产生等离子体(LPP)源。已知的LPP源具有相对低的转换效率。也就是，它们输出的EUV辐射功率只是入射到燃料目标上的激光辐射功率的一小部分。

发明内容

可以期望提供比传统的LPP辐射源具有更好的效率的辐射源，或者提供于克服与传统的LPP辐射源相关联的一些其它不足的辐射源。

根据本发明的第一方面，提供了一种辐射源，所述辐射源配置成提供EUV辐射。辐射源包括燃料发射器，配置成将燃料目标提供至等离子体形成区。辐射源还包括激光系统，配置成当燃料目标位于等离子体形成区时用激光辐射照射燃料目标的被暴露的表面，以便将燃料目标转换成等离子体。入射在被暴露的表面上的激光辐射在垂直于激光辐射的传播方向的平面中具有第一横截面。激光系统配置成使得第一横截面小于被暴露的表面在所述平面中的第二横截面。

根据本发明的第一方面的辐射源提供了相对于已知的激光产生等离子体(LPP)源具有改良的转换效率的激光产生等离子体源，如现在正在论述的。

将认识到，燃料目标旨在指分立(也称为：质量限定的)量的燃料，诸如燃料液滴。

激光辐射可以具有激光束(主脉冲)的形式，并且在激光束的横截面(即，上文提到的第一横截面)中可以具有各种不同的空间强度分布。例如，激光束可以具有平顶强度分布，因此可以具有相对明确限定的边界。可替代地，激光束可以具有类似高斯的强度分布。对于这种实施例，激光束的第一横截面的边界或边缘可以被限定为第一横截面的包含激光束的某一百分比(例如90％)的强度的中心区。可替代地，第一横截面的边界或边缘可以由预定的强度阈值限定(其中强度高于强度阈值的区在边界内，而强度低于强度阈值的区在边界之外)。对于这种实施例，激光束的第一横截面的直径可以被理解为指第一横截面的包含某一百分比的强度或阈值强度的中心区的边界的直径。

类似地，燃料目标典型地可以不具有明确限定的清晰边缘。将认识到，燃料目标旨在指局部量的流体燃料。例如，在典型的LPP EUV源中，燃料目标(或：燃料液滴)被在文献中称为“预脉冲”的第一激光脉冲撞击，随后被文献中称为“主脉冲”的第二激光脉冲撞击。预脉冲用于调节燃料目标以接收主脉冲，例如通过使燃料目标成形和/或影响燃料目标的质量密度。例如，当燃料目标正被预脉冲撞击时，将燃料目标形成为具有被燃料蒸汽云围绕的液体燃料的芯区。液芯的密度可以具有10²¹原子/cm³的量级，燃料目标内的燃料的密度典型地随着距离芯区的距离增加而降低。应认识到，在本内容背景中，蒸汽可以包括燃料的原子蒸汽和大小为1-5000nm量级的小燃料液滴云两者。因为术语“蒸汽”用于涵盖液体燃料的小液滴，所以将认识到，在下文中，对燃料目标的密度的任何参考都应解释为平均密度。

在LPP源内，当主脉冲的辐射入射到燃料目标上时，燃料目标的一部分正被电离并转换为等离子体。例如，在燃料目标是锡液滴的情况下，等离子体内的锡原子可以具有约10的电离度(即，当主脉冲的一连串的光子撞击锡原子时，每个锡原子分离出10个电子)。典型地，这种电子的分离可以在辐射主脉冲开始撞击燃料目标后的几皮秒时间内发生。

由于燃料目标内的燃料的电离，主脉冲的激光辐射将仅穿透燃料目标的部分，并将不会穿透至密集的中心区(即，燃料目标的液芯)。特别地，激光辐射典型地将仅穿透具有幅值低于阈值密度的密度的区。例如，激光束辐射可以仅穿透至其中燃料目标的密度低于10¹⁸原子/cm³量级的阈值密度的深度。在电离度为10的情况下，这种阈值密度相当于10¹⁹电子/cm³量级的电子密度。激光辐射传播通过低于阈值密度的燃料目标的区，所述区对于激光辐射是有效透明的。当激光辐射到达燃料目标的接近密度阈值区的一部分时，激光束辐射的第一部分被吸收。这加热燃料目标的该部分，使其转换成等离子体，该等离子体又发射EUV辐射。激光束辐射的第二部分从燃料目标的接近密度阈值区的部分反射(由于在燃料目标内锡的电离)。

燃料目标的接近密度阈值区并吸收激光辐射的所述部分可以称作燃料目标的等离子体转换部分，或简称为等离子体转换部分。该等离子体转换部分是燃料目标的将被转换成等离子体的部分，并且可以例如包括燃料目标的密度在10¹⁷-10¹⁸原子/cm³的范围中的部分。

在已知的LPP源中，激光辐射的束辐照存在于等离子体形成区处的燃料目标。典型地，激光辐射聚焦于焦斑。典型地，主脉冲的激光辐射所照射的燃料目标的直径(也在垂直于激光辐射的传播方向的平面中)大于激光辐射的焦斑的直径。将认识到，如本文所使用的，燃料目标在特定平面中的直径(或：第二横截面)旨在指燃料目标在该特定平面上的投影的直径(或：第二横截面)。由预脉冲调节的燃料目标典型地不是球形的，而是长条的。使用预脉冲对燃料目标的这一成形在下文中更为详细地进行论述。在一些实施例中，燃料目标的最大化第二横截面所在的平面可以大致垂直于主脉冲的传播方向。然而，应注意，在一些实施例中，燃料目标的最大化第二横截面所在的平面可以相对于垂直于主脉冲的传播方向的平面倾斜，例如倾斜至多30°或45°。

在LPP源的领域中，通常被接受的是，为了实现相对较高的转换效率，整个燃料目标应当被辐射照射。因此，在已知的LPP源中，激光辐射的束被设置成使得在燃料目标处，激光束的直径等于或大于燃料目标的直径。激光束的直径与燃料目标的直径的这种匹配例如通过控制燃料目标与激光辐射的焦平面(即束腰的位置)之间的距离来实现。例如，等离子体形成区可以在激光辐射的焦平面的前面具有例如几毫米的量级(即，激光辐射在其已经会聚到焦斑之前入射到燃料目标上)。

本发明的发明人已经意识到，转换效率的增加能够通过相对于调节后的燃料目标的横截面的大小减小激光辐射的横截面的大小实现。这一实现已通过更好地理解激光辐射与LPP源内的燃料目标的耦合来促进。特别地，本发明的发明人现在认为，当激光辐射入射到调节后的燃料目标上时，燃料目标的较低密度外围部分充当折射光学元件，该折射光学元件在激光辐射入射到等离子体转换部分之前改变激光辐射的形状，特别地激光辐射的横截面大小。常规地，当激光辐射入射在燃料目标上时，激光辐射的至少一部分被向外散射。这可能是由于来自燃料目标的掠入射反射和/或由于燃料目标内的折射率的梯度。特别地，当激光辐射入射在燃料目标上时，燃料目标的较低密度外围部分趋向于在激光辐射入射到等离子体转换部分上之前增大激光辐射的横截面大小。结果，如果燃料目标被具有与燃料目标的大小匹配的横截面的激光束撞击，则燃料目标将使激光束变宽并且因此引导能量远离被等离子体转换部分所占据的体积。这导致能量损失，并因此导致转换效率降低。

通过确保在垂直于激光辐射的传播方向的平面中，燃料目标处激光辐射的横截面小于燃料目标的横截面，即使激光辐射被燃料目标散射，也增加了仍然到达等离子体转换部分且因此仍然对EUV辐射的产生有贡献的激光辐射的量。

将认识到，在燃料目标处的激光辐射的横截面旨在指在没有任何从燃料目标散射的情况下激光辐射的横截面。例如，这可以指紧接在辐射束进入燃料目标的低密度蒸汽云(例如通过密度阈值限定的边界)之前的辐射束的横截面。但是，将认识到，重要的是整个等离子体转换部分的接收激光辐射(以便优化转换效率)。因此，燃料目标处的激光辐射的横截面的更好的定义可以是：激光辐射在沿着激光辐射的传播方向的一位置处已经具有的横截面，所述位置对应于若燃料目标已经存在时等离子体转换部分的位置，即，激光辐射在没有由调节后的燃料目标的存在所造成的任何散射效应的情况下在该位置处所具有的横截面。

将认识到，激光辐射被聚焦到焦斑，并且等离子体形成区可以在激光辐射的焦平面的前面(即，激光辐射在已会聚到焦斑之前入射到燃料目标上)。焦斑处的激光束的横截面也称为激光束的“腰”。例如，在该区(在束腰的前面)，激光辐射可以具有相对较小的会聚角(即，激光辐射锥与激光辐射的主射线之间的角度)。因此，将认识到，即使在没有燃料目标的情况下，激光辐射的横截面也随着沿着激光辐射的传播方向的位置而变化。然而，燃料目标的典型尺寸和典型会聚角使得在实践中，在对应于燃料目标的起点(由密度阈值限定)的位置(如果燃料目标已经存在)与对应于等离子体转换部分的位置(如果等离子体转换部分已经存在则)之间的激光辐射的横截面(在没有燃料目标的情况下)的变化可以是相对较小的百分比变化。因此，在燃料目标处的激光辐射的横截面所指的上述两个定义通常可以是等同的。

已知在激光辐射(即主脉冲)入射到燃料目标上之前用激光预脉冲辐照燃料目标，以在主脉冲的(产生等离子体的)激光辐射入射到燃料目标上之前成形或以其它方式调节燃料目标。例如，预脉冲可以将燃料目标散布开，使得其在第一平面中相对较大而在垂直的第二平面中相对较小。第一平面可以垂直于激光辐射的传播方向，或者相对于该传播方向倾斜例如至多30°，或者例如至多45°。在与激光束的传播方向垂直的平面中，激光辐射的第一横截面可以比燃料目标的第二横截面小一定量，以便至少部分地减小激光辐射的被散射使得不入射到等离子体转换部分上的量。

在实施例中，燃料目标包括具有配置成吸收所述激光辐射的质量密度的部分，所述部分也称为等离子体转换部分，所述部分在所述平面中具有第三横截面。所述第一横截面小于所述第三横截面。

在另外的实施例中，燃料目标的液芯在所述平面中具有第四横截面；和所述第一横截面小于所述第四横截面。

例如，所述第一横截面比所述第四横截面小90％或更小的因子。优选地，所述第一横截面比所述第四横截面小介于65％至85％之间的因子。

通常，从等离子体转换部分散射开的辐射量将依赖于多种因素。例如，从等离子体转换部分散射开的辐射量可以依赖于调节后的燃料目标的属性，诸如燃料的光学属性(例如对于特定辐射的波长燃料目标的(空间上变化的)折射率)、燃料目标的几何形状(即燃料目标的形状)以及燃料目标的密度分布。另外，从等离子体转换部分散射开的辐射量可以依赖于激光辐射的属性，诸如激光辐射的波长、激光辐射和燃料目标的相对大小、激光束的发散或方向(例如，燃料目标是否在激光束的聚焦位置处、之前或之后)。激光辐射的波长可以大约是10μm。

根据本发明的第二方面，提供了一种操作辐射源的方法，所述辐射源配置成提供EUV辐射。辐射源包括：燃料发射器，配置成将燃料目标提供至等离子体形成区；和激光系统，配置成当燃料目标位于等离子体形成区时用激光辐射照射燃料目标的被暴露的表面，以便将燃料目标转换成等离子体。入射在被暴露的表面上的激光辐射在垂直于激光辐射的传播方向的平面中具有第一横截面。所述方法包括控制所述第一横截面小于所述被暴露的表面在所述平面中的第二横截面。在所述方法的实施例中，所述燃料目标包括具有配置成吸收所述激光辐射的质量密度的部分。所述部分在所述平面中具有第三横截面。所述方法包括控制所述第一横截面小于第三横截面。

根据本发明的第三方面，提供了一种光刻系统，包括根据上文所述的本发明的辐射源，还包括光刻设备，配置成使用所述EUV辐射将图案成像至衬底上。

对本领域技术人员清楚的是，上文或下文提出的本发明的各个方面和特征可与本发明的各种其它方面和特征组合。

附图说明

现在将参考随附示意图仅通过举例的方式描述本发明的实施例，在附图中：

-图1描绘了包括光刻设备和根据本发明的实施例的辐射源的光刻系统；

-图2A是在包含激光束的传播方向的平面中图1所示的光刻系统的等离子体形成区处的燃料目标的横截面的示意性表示；

-图2B是在垂直于激光束2的传播方向的平面中图2A所示的燃料目标的横截面的示意性表示；

-图3A是在垂直于激光束的传播方向的平面中在图1所示的光刻系统的等离子体形成区处的燃料目标和激光束的一部分的横截面的示意性表示，其中激光束具有第一横截面；

-图3B是在垂直于激光束的传播方向的平面中图1所示的光刻系统的等离子体形成区处的燃料目标和激光束的一部分的横截面的示意性表示，其中激光束具有第二横截面；

-图4A是在垂直于激光束的传播方向的平面中图1所示的光刻系统的等离子体形成区处的燃料目标和激光束的一部分的横截面的示意性表示，其中所述燃料目标具有第一形状；

-图4B是在垂直于激光束的传播方向的平面中图1所示的光刻系统的等离子体形成区处的燃料目标和激光束的一部分的横截面的示意图，其中所述燃料目标具有第二形状；

-图4C是在垂直于激光束的传播方向的平面中图1所示的光刻系统的等离子体形成区处的燃料目标和激光束的一部分的横截面的示意性表示，其中所述燃料目标具有第三形状；和

-图5是图1辐射源的EUV转换效率的等高线图，其是以下的函数：以微米为单位的燃料目标的直径(在垂直轴上)和以微米为单位的在燃料目标的部位处的激光束的直径(在水平轴上的较小的刻度)。

在所有附图中，相同或相应的特征用相同的附图标记表示。

具体实施方式

图1示出了包括根据本发明的实施例的辐射源SO和光刻设备LA的光刻系统。辐射源SO被配置成产生极紫外(EUV)辐射束B。光刻设备LA包括：照射系统IL，被配置为支撑图案形成装置MA(例如掩模)的支撑结构MT，投影系统PS和被配置为支撑衬底W的衬底台WT。照射系统IL被配置成在辐射束B入射到图案形成装置MA上之前调节辐射束B。投影系统被配置为将辐射束B(现在已通过掩模MA图案化)投影到衬底W上。衬底W可以包括先前形成的图案。在这种情况下，光刻设备将图案化的辐射束B与先前在衬底W上形成的图案对准。

辐射源SO、照射系统IL和投影系统PS都可以被构造和布置成使得它们可以与外部环境隔离。可以在辐射源SO中提供在低于大气压的压力下的气体(例如氢气)。可以在照射系统IL和/或投影系统PS中提供真空。可以在照射系统IL和/或投影系统PS中提供在远低于大气压的压力下的少量气体(例如氢气)。

图1中所示的辐射源SO属于可以称为激光产生等离子体(LPP)源的类型。辐射源SO包括激光器1(例如可以包括CO₂激光器)，所述激光器布置成经由激光束2将能量沉积到燃料(诸如从燃料发射器3提供的锡(Sn))中。激光束2可以称为激光辐射。激光辐射的波长可以大约是10μm。尽管在下文描述中提到锡，但是可以使用任何合适的燃料。燃料的至少一部分可以例如呈液体形式，并且可以例如是金属或合金。燃料发射器3可以包括喷嘴，所述喷嘴配置成沿着朝向等离子体形成区4的轨迹16引导例如呈分立的燃料目标的形式(也称为“液滴”)的燃料。燃料发射器3接着产生分立的液体目标(液滴)的束流。目标通常将首先被来自预脉冲激光器的预脉冲撞击，以便调节目标以接收由主脉冲激光器供应的主脉冲。主脉冲将调节后的目标转换为等离子体。调节的效应可能是横跨因此被调节的目标的密度发生变化。激光器1可以是主脉冲激光器。

每个被调节的燃料目标可以具有被燃料蒸汽云包围的液体燃料的芯区。将认识到，燃料目标旨在指离散量的燃料。激光束2入射到在等离子体形成区4处的燃料上。激光能量沉积到燃料中，在等离子体形成区4处产生等离子体7。在等离子体的离子的去激励和与电子的复合期间，从等离子体7发射包括EUV辐射的辐射。

由等离子体发射的EUV辐射由近正入射式辐射收集器5(有时更一般地称为正入射式辐射收集器)收集和聚焦。收集器5可以具有多层结构，其布置成反射EUV辐射(例如，具有诸如13.5nm的期望波长的EUV辐射)。收集器5可以具有椭圆形配置，所述配置具有两个焦点。第一焦点可以在等离子体形成区4处或在其附近，第二焦点可以在中间焦点6处，如下所述。激光束2传播通过收集器5中的朝向等离子体形成区4的中心开口。

激光器1可以位于距离等离子体形成区4的某一距离处。在这种情况下，激光束2可以借助于束传递系统(未示出)从激光器1传递到等离子体形成区，所述束传递系统包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器、和/或其它光学器件。激光器1和束传递系统可以被认为是一激光系统，该激光系统被配置为当燃料目标位于等离子体形成区4时用激光辐射照射燃料目标，以便将燃料目标的一部分转换成等离子体。

由收集器5反射的EUV辐射形成辐射束B。辐射束B在部位6处聚焦以形成等离子体形成区4的图像，其用作照射系统IL的虚拟辐射源。辐射束B被聚焦于的部位6可以称为中间焦点。辐射源SO布置成使得中间焦点6位于有助于保持真空的封闭结构9中的开口8处或附近。

辐射束B从辐射源SO传递进入照射系统IL中，该照射系统IL被配置成调节辐射束。照射系统IL可包括琢面场反射镜装置10和琢面光瞳反射镜装置11。琢面场反射镜装置10和琢面光瞳反射镜装置11一起为辐射束B在辐射束的横截面中提供所期望的横截面形状和所期望的角强度分布。辐射束B从照射系统IL传递并入射到由支撑结构MT保持的图案形成装置MA上。图案形成装置MA反射辐射束B并使辐射束B图案化。除了琢面场反射镜装置10和琢面光瞳反射镜装置11之外或代替琢面场反射镜装置10和琢面光瞳反射镜装置11，照射系统IL可以包括其它反射镜或装置。

在从图案形成装置MA反射之后，图案化的辐射束B进入投影系统PS。投影系统包括多个反射镜，所述多个反射镜配置成将辐射束B投影到由衬底台WT保持的衬底W上。投影系统PS可以对辐射束施加缩小因子，从而形成其特征小于图案形成装置MA上的对应特征的图像。例如，可以施加为4的缩小因子。尽管投影系统PS在图1中被示出为具有两个反射镜，但是投影系统可包括任意数量的反射镜(例如六个反射镜)。

图1所示的辐射源SO可以包括未图示的部件。例如，光谱滤波器可以设置在辐射源中。光谱滤光器可以用于向中间焦点6提供实质上为EUV的辐射，并且实质上阻止诸如红外辐射的其它波长的辐射到达中间焦点6。

根据本发明的实施例，辐射源SO的激光系统(即激光器1和配置成将激光束2传递到等离子体形成区4的任何束传递系统)被配置为提供相对于已知的LPP辐射源增加的转换效率。特别地，激光系统被配置成使得在垂直于激光束2的传播方向的平面中，在由燃料发射器3产生的每个燃料目标处的激光束2的横截面小于燃料目标的横截面或甚至小于燃料目标转换成等离子体的部分的横截面。

激光束2在其横截面中可以具有平顶强度分布，因此可以具有相对明确限定的边界。可替代地，激光束2可以具有边界不太明确的横截面强度分布。例如，激光束2可以具有类似高斯的强度分布，其中，激光束2的强度在距离激光束2的轴线超出某一距离的情况下成指数地衰减。对于这种实施例，激光束2的边界或边缘可以被限定为包含激光束2的某一百分比(例如90％)的强度的激光束的中心区。可替代地，激光束2的边界或边缘可以由预定的强度阈值限定(其中强度高于强度阈值的区在边界内，而强度低于强度阈值的区在边界之外)。对于这种实施例，可以将激光束2的横截面积理解为是指由边界限定的面积，并且可以将激光束2的直径理解为是指由某一百分比的激光强度或由预定的阈值强度限定的边界的直径。

类似地，例如，由于径向变化的质量密度，调节后的燃料目标可能没有明确限定的边界。将认识到，调节后的燃料目标旨在指局部量的流体燃料。典型地，这种调节后的燃料目标具有某种内部结构，如现在参考图2A和2B所论述的。

图2A和2B是在等离子体形成区4处的典型的调节后的燃料目标20的横截面的示意性表示，该横截面在两个不同的平面中给出。在图2A和2B中，激光束2的传播方向(例如，如由激光束2的主射线或轴线所限定)被标注为z方向。图2A是燃料目标20在包含激光束2的传播方向的平面中(即，在x-z平面中)的横截面的示意性表示。图2B是燃料目标20在垂直于激光束2的传播方向的平面中(即，在x-y平面中)的横截面的示意性表示。

如上所述，燃料目标典型地在激光辐射(即主脉冲)入射到燃料目标上之前用激光预脉冲进行辐照。预脉冲用于在(产生等离子体的)激光束2(主脉冲)入射到燃料目标上之前成形或另外调节燃料目标。预脉冲配置成在燃料目标在适当的等离子体形成区4处之前用预脉冲激光辐射照射燃料目标。例如，预脉冲可以将燃料目标散布开，使得在第一平面(例如，图2A和2B中的x-y平面)中燃料目标相对于由燃料发射器3发射的未调节的目标相对较大，并且在垂直于第一平面的第二平面(例如x-z平面)中相对较小。换句话说，调节后的燃料目标可以具有盘的形状(在一个维度上比在另外两个维度上实质上更薄的三维圆形体积)，具有或不具有如上所述的明确限定的边界。在所示的实施例中，第一平面(x-y平面)垂直于激光辐射(主脉冲)的传播方向。然而，将认识到，在一些实施例中，盘可以相对于激光束2的传播方向倾斜。然后，第一平面可以相对于垂直于激光辐射的传播方向的平面倾斜达例如30°或45°。

燃料目标20具有液体燃料的芯区21，该芯区21被质量密度较低的区(例如，燃料蒸汽云)包围。在本内容背景中，术语蒸汽包括燃料的原子和/或离子化的蒸汽和/或大小为1-5000nm量级的小燃料液滴云。离子化的蒸汽可以导致预脉冲与燃料目标的相互作用。

液芯区21的密度可以为10²¹原子/cm³的量级。在图2A和2B中，燃料目标20被描绘为大致椭圆形。将认识到，出于图示目的，图2A和2B是相当示意性的，并且燃料目标可以具有不同的形状。

当远离芯区21的距离增加时，燃料目标20内的燃料的质量密度典型地减小。燃料目标20的边缘22可以被限定为其中燃料的密度的幅值高于某一阈值的区。

在LPP源内，当主脉冲的激光束2入射到燃料目标20上时，燃料目标20的一部分被电离并转换为等离子体。

由于燃料目标20中燃料的这种电离，当激光束2入射到燃料目标20上时，激光束2的辐射将仅穿透燃料目标20的一部分，而不会穿透至燃料目标20的密实的中心区。特别地，激光束2典型地将仅穿透具有幅值低于预定阈值的密度的区。附图标记23表示在具有其幅值低于阈值的密度的三维区与具有其幅值高于阈值的密度的另一个三维区之间的二维表面。具有其幅值低于阈值的密度的区位于表面23的外部。

例如，激光束2可以仅穿透至其中燃料目标的密度低于10¹⁸原子/cm³量级的阈值密度的深度。在电离度为10的情况下，这相当于10¹⁹电子/cm³量级的电子密度。然后，表面23表示调节后的燃料目标的密度已经达到10¹⁸原子/cm³的幅值的区的边界。激光束2传播通过燃料目标20的区24，在区24中密度的幅值低于阈值(即，燃料目标20的边缘22和边界23之间的区24)，其对激光束2是有效透明的。当激光束2到达燃料目标的接近边界23的一部分时，激光束2的第一部分被吸收。激光束2的该第一部分加热燃料目标20的该部分，将其转换成等离子体，该等离子体又发射EUV辐射。激光束2的第二部分从燃料目标20的接近密度阈值区23的部分反射(由于在燃料目标内锡的电离)。

燃料目标20的接近吸收激光辐射的密度阈值23的部分25可以被称为等离子体转换部分。该等离子体转换部分是燃料目标20的将被转换成等离子体的部分，并且可以例如包括燃料目标20的密度在10¹⁷-10¹⁸原子/cm³的区中的部分。

如上所述，辐射源SO包括激光系统(即激光器1和任何束传递系统)，该激光系统被配置为当燃料目标20位于等离子体形成区4时，用激光辐射照射由燃料发射器3产生的燃料目标20，以便将燃料目标20的一部分转换成等离子形。特别地，根据本发明的实施例的辐射源SO包括一激光系统，该激光系统被配置成使得在垂直于激光束2的传播方向的平面中在燃料目标20处的激光束2的横截面小于燃料目标20的将被转换成等离子体(即，接近密度阈值23的表面的燃料目标20的部分25的一部分的横截面。

在已知的LPP源中，激光辐射的束辐照在等离子体形成区处的燃料目标。典型地，激光辐射被聚焦到焦斑(在垂直于激光辐射的传播方向的平面中)。焦斑的直径可以为(比如说)80μm的量级。典型地，激光辐射所照射的调节后的燃料目标的横截面具有较大的直径(也在垂直于激光辐射的传播方向的平面中)。例如，燃料目标的液芯在垂直于激光辐射的传播方向的平面中可具有300-500nm量级的直径。将认识到，如本文所使用的，燃料目标20在特定平面上的直径旨在指燃料目标20在该特定平面上的投影的直径。

在LPP源的领域中，通常被接受的是，为了实现相对较高的转换效率，整个燃料目标应当被激光辐射照射。因此，在现有技术的LPP源中，激光辐射的束被设置成使得在燃料目标处，激光束的直径等于或大于燃料目标的直径。传统观点认为，当在燃料目标处激光束的直径等于燃料目标的直径时，可以获得最大的转换效率。激光束的直径与燃料目标的直径的这种匹配可以通过控制燃料目标与激光辐射的焦平面(即束腰的位置)之间的距离来实现。例如，等离子体形成区可以在激光辐射的焦平面的前面具有几毫米的量级(即，激光辐射在其已经会聚到激光束具有最小直径的焦斑之前入射到燃料目标上)的距离。

本领域技术人员会预期到，激光束2的直径相对于燃料目标的直径的任何减小都会导致转换效率的降低，因为不是整个燃料目标都接收到激光辐射。也就是，本领域技术人员会预期、燃料目标中的至少一些不被加热，因此不产生发射EUV辐射的等离子体。因此，本领域技术人员不会已经想到如下的布置：在该布置中在垂直于激光辐射的传播方向的平面中，在燃料目标处燃料的激光辐射的直径小于燃料目标的直径，或者甚至小于等离子体转换部分的直径。相反，如果试图提高LPP源的转换效率，则本领域技术人员可获得的教导会使他/她考虑如下的布置：在该布置中在燃料目标处的激光辐射的直径等于或甚至略大于燃料目标的直径。

然而，本发明的发明人已经意识到，与这种传统观点相反，可以通过相对于等离子体转换部分25的横截面(即直径)减小激光束2的横截面(即直径)来实现转换效率的提高。这一实现已通过更好地理解激光束2与LPP源SO内的燃料目标20的耦合来促进，如现在参考图3A和3B所论述的。

图3A和3B是在垂直于激光束2的传播方向的平面(即，x-y平面)中，等离子体形成区4处的燃料目标20和激光束2的一部分的横截面示意性表示。为了简单和易于理解，在图3A和3B中仅示意性地示出了液芯区21和等离子体转换部分25。为了表示激光束2的横截面，在图3A和3B中示出了表示激光束2的边界或边缘的两个边缘射线30。边缘射线30标记激光束2中包含某一百分比(例如90％)的激光束2的强度的区的边界。

在图3A和3B中还(作为虚线)示出两条直线31，两条直线31表示在没有周围燃料蒸汽云(为了简单和便于理解未在图3A和3B中示出)造成的任何散射效应的情况下边缘射线30会遵循的路径。将认识到，等离子体形成区4在激光束2的焦平面的前面(即，使得激光束2在其已经会聚到焦斑之前入射在燃料目标20上)。因此，线31是会聚的。

现在，本发明的发明人认为，当激光束2入射到调节后的燃料目标20上时，燃料目标20的较低密度的外围部分24(参见图2A和2B)充当光学元件，该光学元件在激光束2入射到等离子体转换部分25上之前改变了激光束2的形状，特别是横截面大小。

在某些条件下，当激光束2入射在燃料目标20上时，激光束2的至少一部分被向外散射。特别地，如图3A所示，当燃料目标20处的激光束2的横截面与等离子体转换部分25的横截面匹配时，使得线31入射在等离子体转换部分25的边缘上，燃料目标20的较低密度的外围部分24趋向于在激光束入射到等离子体转换部分25之前增大激光束2的横截面大小。这种散射可以经由折射(由于燃料目标20内的折射率的梯度)和/或来自燃料目标20的外围部分24的掠入射反射而引起。结果，如果燃料目标20被具有与等离子体转换部分25的大小匹配的横截面的激光束2撞击，则燃料目标20将使激光束2变宽并且因此引导能量远离被等离子体转换部分25所占据的体积。这导致能量损失，并因此导致EUV转换效率降低。

通过确保在垂直于激光束2的传播方向的平面中燃料目标20处的激光束2的横截面小于在该平面(例如，图3A和3B的x-y平面)中等离子体转换部分25的横截面，即使激光束2被燃料目标20散射，也增加了仍然到达等离子体转换部分25且因此仍然对EUV的产生有贡献的激光辐射的量。实际上，如图3B所示，当燃料目标20处的激光束2的横截面小于等离子体转换部分25的横截面(使线31会聚到等离子体转换部分25的中心部分)时，燃料目标20的较低密度的外围部分24可以在激光辐射入射到等离子体转换部分25上之前趋向于降低激光束2的横截面大小。这可以确保实质上所有的能量被引导朝向等离子体转换部分25，因此提高了EUV转换效率。此外，还如图3B中示意性示出，当激光束2被等离子体转换部分25吸收并产生等离子体时，等离子体的高压趋向于使等离子体转换部分25的形状变形，从而使其凹入中心部分。这一效应可能趋向于更好地支持等离子体的产生并进一步提高EUV转换效率。然而，将认识到，随着激光束2的横截面减小使得与等离子体转换部分25的横截面相比明显较小，等离子体转换部分25的接收EUV辐射的部分将减小，这可能会降低EUV转换效率。将认识到，具有待达到的平衡，并且对于给定类型的调节后的燃料目标，将具有激光束2的最佳横截面，以使EUV转换效率最大化。

将认识到，如上文使用的表述“在燃料目标20处的激光束2的横截面”旨在指在没有任何从燃料目标20散射的情况下激光束2的横截面。例如，这可以指，紧接在激光束2进入燃料目标20的较低密度蒸汽云24之前(即，紧接将在激光束2穿过例如被上文提及的密度阈值限定的燃料目标20的边缘22之前)的辐射束2的横截面。但是，将认识到，重要的是整个等离子体转换部分25的表面(即面对激光束2的表面)被激光束2辐照，以便优化转换效率。因此，对燃料目标20处的激光束2的横截面的更好定义可以是在没有由周围燃料蒸汽云(即，燃料目标20的低于阈值密度23的区24)造成的任何散射效应的情况下激光束2在等离子体转换部分25处会具有的横截面。

将认识到，激光束2被聚焦到焦斑，并且等离子体形成区4可以在激光束2的焦平面的前面(即，使得激光束2在已会聚到焦斑之前入射到燃料目标20上)。例如，在该区(在束腰的前面)，激光束2可以具有会聚角(即，在激光束2的锥体和激光束2的主射线之间的角度)。因此，将认识到，即使在没有燃料目标20的情况下，激光束2的横截面也随着沿着辐射束2的传播方向(即，图2A中的z方向)的位置而变化。然而，燃料目标20的典型尺寸和激光束2的典型会聚角使得在实践中，在对应于燃料目标20的起点(即，边缘22)的位置(如果燃料目标已经存在)与对应于等离子体转换部分25的位置(如果燃料目标已经存在)之间的激光束2的横截面(在没有燃料目标20的情况下)的变化可以是相对较小的百分比变化。因此，在燃料目标20处的激光束2的横截面所指的上述两个定义通常可以是等同的。

在与激光束2的传播方向垂直的平面中，激光束2的横截面可以比燃料目标20的横截面小一定量，以便至少部分地减小被散射使得不入射到等离子体转换部分25上的激光辐射的量。

辐射源SO的激光系统可以被配置为使得在垂直于激光束2的传播方向的平面(即x-y平面)中，在燃料目标20处的激光束2的横截面比等离子体转换部分25(即，燃料目标的将被转换成等离子体的一部分)的横截面小一定量，使得实质上所有的激光束2入射到等离子体转换部分25上。

如上所述，当激光束2入射在燃料目标20上时，燃料目标20的较低密度外围部分(即区24)趋向于在激光束2入射到等离子体转换部分25上之前增大激光束2的横截面大小。结果，如果燃料目标20被具有与等离子体转换部分25的横截面匹配的横截面的激光束2撞击，则燃料目标20将使激光束2变宽，并因此将引导能量远离等离子体转换部分25所占据的体积，从而使激光辐射中的至少一些不入射到等离子体转换部分25上。

将认识到，实质上入射到等离子体转换部分25上的所述激光辐射都可以指至少某一百分比的激光辐射的能量入射在等离子体转换部分25上。例如，实质上入射到等离子体转换部分25上的所有激光辐射可以指大于80％、优选地大于85％、或更优选地大于90％的激光辐射的能量入射在等离子体转换部分25上。

通常，从等离子体转换部分25散射开的辐射量将依赖于多种因素。例如，从等离子体转换部分25散射开的辐射量可以依赖于燃料目标的属性，诸如燃料目标20的燃料的光学属性(例如(变化的)折射率)、燃料目标20的几何形状(即燃料目标的形状)以及燃料目标20的密度分布。另外，从等离子体转换部分散射开的辐射量可以依赖于激光辐射的属性，诸如激光束2的波长、激光束2相对于燃料目标20的相对大小、激光束2会聚或发散的方向和角度(例如，燃料目标是否在激光束20的聚焦位置处、之前或之后)。

现在参考图4A、4B和4C论述了燃料目标20的几何形状(即燃料目标的形状)如何能够影响激光束2的散射。

图4A、图4B和图4C是在垂直于激光束2的传播方向的平面(即x-y平面)中等离子体形成区4处的调节后的燃料目标20的一部分的横截面和激光束2的横截面的示意性表示。图4A、4B和4C与图3A和3B类似，因为它们示意性地描绘了液芯区21、等离子体转换部分25、两条边缘射线30和两条线31。然而，图4A、4B和4C示意性地示出了中心液芯区21的三种不同的形貌：在图4A中，激光束2被引导朝向的芯区21的侧面是凸形的；在图4B中，激光束2被引导朝向的芯区21的侧面是平坦的；在图4C中，激光束2被引导朝向的芯区21的侧面是凹形的。

在图4B所示的配置中，激光束2被引导朝向的芯区21的侧面是平坦的。例如，芯区21通常可以是平盘的形式。激光系统被配置成使得在燃料目标20处的激光束2的横截面小于等离子体转换部分25的横截面，从而实现相对较高的EUV转换效率。利用这种布置，实质上所有的激光辐射都入射在等离子体转换部分上。这种激光辐射的一小部分会被反射。但是，其余部分将被吸收，并将对产生发射EUV辐射的等离子体作出贡献。

图4A和4C所示的配置示出了具有基本相同的横截面的激光束2。然而，燃料目标的几何形状是不同的。

在图4A所示的配置中，激光束2被引导朝向的芯区21的侧面是凸形的。利用这种布置，有更多的激光辐射向外散射，如从边缘射线30能够看出。利用这种布置，更多部分的激光辐射被引导离开等离子体转换部分25。这导致转换效率的降低(相对于图4B的布置)。因此，对于这样的配置，其中激光束2被引导朝向的芯区21的侧面是凸形的，应该选择甚至更小的横截面的激光束2。

在图4C所示的配置中，激光束2被引导朝向的芯区21的侧面是凹形的。利用这种布置，有更多的激光辐射向内散射，如从边缘射线30能够看出。等离子体转换部分25已经是凹形的，如上所述(参考图3B)，该凹形可能趋向于更好地支持等离子体的产生并进一步提高EUV转换效率。这导致转换效率的增加(相对于图4B的布置)。再次，将认识到，用于图4C所示的凹形布置的激光束2的最佳横截面通常与用于图4B所示的平坦布置的激光束2的最佳横截面不同。

在一些实施例中，辐射源SO的激光系统被配置成使得在垂直于激光束2的传播方向的平面(即x-y平面)中，燃料目标20处的激光束2的横截面比燃料目标20的横截面、或者甚至比等离子体转换部分25(即，燃料目标20的将被转换为等离子体的部分)的横截面小一定量，使得辐射源SO的EUV转换效率被最大化。

可以使用以下工序来检查是否已经以这种方式优化了燃料目标20处的激光束2的横截面，以使辐射源SO的EUV转换效率最大化。

辐射源SO可以在燃料目标20处的激光束2的横截面的不同值的范围下操作，同时监控辐射源SO的EUV转换效率。可以例如通过改变等离子体形成区4与激光束2的焦平面之间的距离来实现燃料目标20处的激光束2的横截面的变化。使辐射源SO的EUV转换效率最大化的在燃料目标20处的激光束2的横截面可以被定义为在燃料目标20处的激光束2的如下的横截面，该横截面对应于(即在或接近于)辐射源SO的EUV转换效率相对于燃料目标20处的激光束2的横截面的局部最大值(或等效地，等离子体形成区4与激光束2的焦平面之间的距离)。

图5是具有辐射源SO的EUV转换效率的等高线图的图，该等高线图是以下的函数：以微米为单位的燃料目标的直径(在垂直轴上)和以微米为单位的在燃料目标的部位处的激光束2的直径(在水平轴上的较小的刻度)。在该图中，等高线标注有EUV转换效率的数值。例如，在左上角标注为“5”的等高线与5％的EUV转换效率相关联，而标注为“4.5”的等高线与4.5％的EUV转换效率相关联。在图5中，在垂直轴上的燃料目标的直径实际上是液芯区21的直径。等离子体转换部分25的直径典型地比液芯区21的直径大例如100微米。

图5中还示出了一曲线(虚线)，其图示了对于给定的燃料目标芯的直径，在燃料目标处的激光束2的直径的近似最优值。对于具有例如250μm或以上的直径的液体芯的燃料目标，在燃料目标处的激光束2的直径的最优值小于液体燃料目标芯的直径。

在图5中，特别感兴趣的是辐射源SO的EUV转换效率高于5％的区。

优选地，在垂直于激光束2的传播方向的平面上，燃料目标处的激光束2的直径的幅值为燃料目标20的液芯21的直径的幅值的90％或更小。例如，在垂直于激光束2的传播方向的平面上，在燃料目标20处的激光束2的直径在燃料目标20的液芯21的直径的65％至85％之间。

本发明的一些实施例涉及使用如上所述的辐射源SO产生EUV辐射的方法。

尽管以上描述涉及锡的目标，但是可以使用除锡以外的燃料。

在实施例中，辐射源可以构成掩模检查设备的一部分。掩模检查设备可以使用EUV辐射来照射掩模，并且使用成像传感器来监控从掩模反射的辐射。由成像传感器接收的图像用于确定掩模中是否存在缺陷。掩模检查设备可以包括被配置为接收来自EUV辐射源的EUV辐射并将其形成为要引导至掩模处的辐射束中的光学器件(例如反射镜)。掩模检查设备可以进一步包括配置为收集从掩模反射的EUV辐射并在成像传感器处形成掩模的图像的光学器件(例如，反射镜)。掩模检查设备可以包括处理器，所述处理器被配置为分析在成像传感器处的掩模的图像，并根据该分析确定掩模上是否存在任何缺陷。所述处理器可以进一步被配置为：确定当光刻设备使用所述掩模时，检测到的掩模缺陷是否会在投影到衬底上的图像中造成不可接受的缺陷。

在实施例中，辐射源可以构成量测设备的一部分。所述量测设备可以用于测量在衬底上的抗蚀剂中形成的被投影的图案相对于衬底上已经存在的图案的对准。相对对准的这种测量可以被称为重叠。量测设备可以例如紧邻光刻设备，并且可以用于在已经处理衬底(和抗蚀剂)之前测量重叠。

尽管在本文中在光刻设备的内容背景下对本发明的实施例进行详细的参考，但是本发明的实施例可以用于其它设备。本发明的实施例可以构成掩模检查设备、量测设备或测量或处理诸如晶片(或其它衬底)或掩模(或其它图案形成装置)之类的物体的任何设备的一部分。这些设备通常可称为光刻工具。这种光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。

术语“EUV辐射”可以被认为包括波长在4-20nm范围内(例如在13nm-14nm范围内)的电磁辐射。EUV辐射可以具有小于10nm的波长，例如在4-10nm范围内的波长，诸如6.7nm或6.8nm的波长。

尽管在本文中可以对在IC制造中的光刻设备的使用进行了详细的参考，但是应该理解，本文描述的光刻设备可以具有其它应用。可能的其它应用包括集成光学系统，用于磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等的制造。

本发明的实施例可以以硬件、固件、软件或其任意组合来实施。本发明的实施例还可以被实施为储存在机器可读介质上的指令，该指令可以被一个或更多个处理器读取和执行。机器可读介质可以包括用于储存或传输呈机器(例如，计算装置)可读的形式的信息的任何机制。例如，机器可读介质可以包括只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁盘储存介质；光学储存介质；闪速存储装置；电学、光学、声学或其它形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)等。此外，固件、软件、例行程序、指令在本文中可被描述为执行某些动作。但是，应当认识到，这样的描述仅仅是为了方便，并且这样的动作实际上是由计算装置、处理器、控制器或执行固件、软件、例行程序、指令等的或其它设备来产生。

虽然上文已经描述了本发明的具体实施例，但是将认识到，本发明可以以与上述不同的方式来实践。上文描述旨在是说明性的而不是限制性的。因此，本领域技术人员将明白，可以在不背离下文所阐述的权利要求的范围的情况下对所描述的本发明进行修改。

Claims (7)

1.一种辐射源，被配置成提供EUV辐射，所述辐射源包括：

燃料发射器，被配置成将燃料目标提供至等离子体形成区；和

激光系统，被配置成当所述燃料目标位于所述等离子体形成区时用激光辐射照射所述燃料目标的被暴露的表面，以便将所述燃料目标转换成等离子体；

其中：

入射在所述被暴露的表面上的激光辐射在垂直于所述激光辐射的传播方向的平面中具有第一横截面；和

所述激光系统配置成使得所述第一横截面小于所述被暴露的表面在所述平面中的第二横截面。

2.根据权利要求1所述的辐射源，其中：

所述燃料目标包括具有配置成吸收所述激光辐射的质量密度的部分；

所述部分在所述平面中具有第三横截面；和

所述第一横截面小于所述第三横截面。

3.根据权利要求1所述的辐射源，其中：

所述燃料目标的液芯在所述平面中具有第四横截面；和

所述第一横截面小于所述第四横截面。

4.根据权利要求3所述的辐射源，其中所述第一横截面比所述第四横截面小90％或更小的因子。

5.根据权利要求4所述的辐射源，其中所述第一横截面比所述第四横截面小介于65％至85％之间的因子。

6.一种光刻系统，包括根据任一前述权利要求的辐射源，还包括光刻设备，所述光刻设备被配置成使用所述EUV辐射将图案成像至衬底上。

7.一种操作辐射源的方法，所述辐射源被配置成提供EUV辐射，所述辐射源包括：

燃料发射器，被配置成将燃料目标提供至等离子体形成区；和

激光系统，被配置成当所述燃料目标位于所述等离子体形成区时用激光辐射照射所述燃料目标的被暴露的表面，以便将所述燃料目标转换成等离子体；

其中：

入射在所述被暴露的表面上的激光辐射在垂直于所述激光辐射的传播方向的平面中具有第一横截面；和

所述方法包括控制所述第一横截面小于所述被暴露的表面的在所述平面中的第二横截面。

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