CN111406303A - 高亮度lpp源和用于产生辐射并减少碎屑的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于产生短波长辐射的高亮度LPP源和方法，所述LPP源包括：真空腔室(1)，其具有用于让激光束(7)聚焦到相互作用区域(5)中的输入窗口(6)，用于让短波长辐射束(9)出射的输出窗口(8)；旋转靶标组件(3)，其具有环形凹槽(11)；靶标(4)，其是通过离心力形成在环形凹槽(11)的远侧壁(13)的表面上的熔融金属层，环形凹槽的近侧壁(14)被设计为提供在所述相互作用区域与输入窗口、输出窗口之间的视线，尤其是在激光脉冲期间。一种减少碎屑颗粒的方法，包括使用足够高的靶轨道速度，使离开所述旋转靶标组件的碎屑颗粒的液滴部分不被导向输入窗口和输出窗口。

Description

高亮度LPP源和用于产生辐射并减少碎屑的方法

技术领域

本发明涉及高亮度辐射源，用于产生短长波辐射，包括X射线、极紫外或真空紫外，但主要为波长为13.5nm的极紫外EUV领域，并且涉及用于从高温激光产生的等离子体(LPP)产生辐射以及减少碎屑的方法。应用范围包括各种类型的检查，例如在光刻工艺的工作波长下进行的光化EUV掩模检查。

背景技术

用于大规模生产结构尺寸为10nm或更小尺寸的集成电路IC的新一代投影光刻技术基于使用在13.5+/-0.135nm范围内的EUV辐射，其对应于多层Mo/Si镜的有效反射。IC的无缺陷控制是现代纳米光刻技术最重要的计量过程之一。光刻生产的总体趋势是从在大规模生产中非常耗时且成本高昂的IC检查转向光刻掩模分析。在出现掩膜缺陷的情况下，它们会被光刻胶投射到硅基板上，从而在印刷芯片上导致缺陷。EUV光刻中的掩模是Mo/Si镜，在该镜的顶部为由吸收13.5nm波长辐射的材料施加的拓扑图案。掩模检查过程中最有效的方法是在相同的波长下进行光化辐射，即辐射，其波长与光刻的工作波长一致，即所谓的光化检查。通过波长为13.5nm的辐射进行扫描允许以高于10nm的分辨率检测缺陷。

因此，在生产过程以及在整个操作期间进行无缺陷光刻掩模的控制是EUV光刻的主要挑战之一，同时，创建了一种用于诊断光刻掩模的设备及其关键元件(高亮度光化源)是EUV光刻技术发展的重点。为了这些目的，需要在13.5+/-0.135nm的光谱带中具有高亮度辐射В_13,5≥100W/mm²·sr、具有很小的扩展量G＝S·Ω≤10^-3mm²sr(S是以mm²为单位的源面积，Ω输出EUV辐射的球面立体角)的EUV源的基础上开发相对紧凑和经济的设备。

EUV光刻的辐射源使用由强激光系统(包括CO₂激光器)产生的Sn等离子体。这种源的EUV辐射功率超过EUV掩模检查所需功率的几个数量级。因此，由于过度的复杂性和成本，它们不能在掩模检查中使用。因此，需要其他方法来产生高亮度EUV源，以对EUV掩模进行光化检查。

根据从2007年11月12日发布的专利US7307375中已知的一种方法，在EUV辐射的高亮度源中，脉冲感应放电被用于在气体(特别是Xe)中产生无电极Z形夹。该设备包括脉冲电源系统，该系统连接到磁芯的初级绕组线圈，该线圈围绕放电区域的一部分。在这种情况下，所述Z形夹形成在绝缘陶瓷SiC套筒的内部，其开口直径约为3mm。这导致足够强的腐蚀，并且意味着套筒需要频繁地定期更换。该源的特点是简单、紧凑且成本较低。但是，辐射等离子体的尺寸相对较大，并且该源的最大报告亮度～10W/mm²sr低于许多应用的要求，包括光刻掩模检查的要求。

在根据2015年3月19日发布的专利申请US20150076359的设备中，很大程度上避免了这一缺点，该专利申请还包括一种用于从激光产生的等离子体产生EUV辐射的新方法。在本发明的实施例中，靶材是氙，其被冷冻到由液氮冷却的旋转圆筒的表面上。由收集镜收集的激光等离子体辐射被引导至中间焦点。该设备和方法允许在EUV范围内实现小尺寸的等离子体发射，其具有高达80W/mm².sr的更大的辐射源亮度，不具有任何光学器件污染。该方法的缺点包括等离子体形成靶材的效率不足和氙的高成本，这需要复杂的系统进行再循环。

从2012年3月1日发布的专利US8344339中，已知一种用于从激光产生的等离子体产生EUV辐射的装置，该装置包括：真空腔室，其容纳由形成等离子体的靶材制成的旋转杆，用于激光束聚焦在激光束和靶的相互作用区域的输入窗口，从激光产生的等离子体产生的EUV束射出一个输出窗口朝向光学收集器。该产生EUV辐射的装置和方法的特征在于，锡Sn被用作最有效的等离子体形成靶材，并且除了旋转外，所述杆还进行往复的轴向运动。然而，这些装置和方法具有许多缺点，包括在装置的长期连续操作期间，在脉冲之间，靶的固体表面的轮廓不可再现，这影响了短波长辐射源的输出特性的稳定性。该设计的复杂性是另一个缺点，因为需要靶组件的复杂运动及其定期更换。在产生EUV辐射期间，会产生碎屑颗粒作为副产品，这会降低光学元件的表面。在这一源中产生的碎屑水平过高，严重限制了其应用的可能性。

在辐射源运行期间作为等离子体的副产物生成的碎屑可以是高能离子、性原子和靶材簇的形式。

例如，在2013年8月27日发布的美国专利8519366中公开的磁性减少技术被布置成施加磁场，从而至少减少带电的碎屑颗粒。在该专利中，用于在EUV辐射和/或X射线源中使用的碎屑减少系统包括一可旋转的箔捕集器以及用于向该箔捕集器供应缓冲气体的气体入口，从而使中性原子和靶材簇被有效减少。

从2007年11月27日发布的美国专利7302043中已知的另一种减少碎屑的技术被布置成施加旋转的遮板组件，该组件被构造成在第一旋转周期期间允许短波长辐射通过至少一个孔，此后在第二旋转周期期间，旋转遮板阻止碎屑通过至少一个孔。

但是，在紧凑的辐射源中使用这些减少碎屑的技术的复杂性意味着从技术上讲它们太难实施。

发明内容

本发明要解决的技术问题涉及构建基于激光产生的等离子体的高亮度、低碎屑辐射源，其主要用于EUV计量、纳米和微观结构的检查，包括在EUV光刻中的光化检查。

通过用于从激光产生的等离子体LPP产生短波长辐射的设备可以实现该目的，该设备包括真空腔室，该真空腔室包含与旋转靶标组件联接的旋转驱动单元，该旋转靶标组件将靶标提供给相互作用区域，还包括用于让脉冲激光束聚焦到相互作用区域中的输入窗口，用于让短波长辐射束出射的输出窗口，以及气体入口。

该设备的特征在于，所述旋转靶标组件具有环形凹槽，其具有相对于旋转轴线的远侧壁和近侧壁；形成等离子体的靶材是位于环形凹槽内部的熔融金属，并且，所述靶标是通过离心力形成在环形凹槽的远侧壁的表面上的所述熔融金属的层；环形凹槽的近侧壁被设计为在相互作用区域与输入窗口、输出窗口之间提供视线，特别是在激光脉冲期间。

在本发明的实施例中，环形凹槽的近侧壁具有布置在凹槽周向上的n对开口，在每对开口中，第一开口被设置用于让聚焦的激光束输入到相互作用区域中，第二开口被设置用于在激光脉冲期间让短波长辐射束从相互作用区域输出，其所遵从的频率f等于靶标组件旋转速度ν乘以开口对的数量n：f＝ν·n，还包括同步系统，该同步系统按照激光脉冲调节环形凹槽的旋转角度，该激光脉冲定时以在相互作用区域与输入窗口、输出窗口之间提供视线。在本发明的其他变型中，环形凹槽的近侧壁在凹槽的整个周边上具有狭缝，从而提供了在一侧的相互作用区域和另一侧的输入窗口、输出窗口之间的直接可见性。

在本发明的实施例中，每一对开口可以被连接。

在另一个实施例中，环形凹槽的近侧壁沿其整个周边具有狭缝，从而在相互作用区域与输入窗口、输出窗口之间提供视线。

在本发明的实施例中，旋转靶标组件设置有用于靶材的固定加热系统。

在本发明的一个优选实施例中，激光束和短波长辐射束位于穿过相互作用区域的旋转平面的一侧，并且，相互作用区域中的环形凹槽表面的法线向量位于该旋转平面的相反侧。

在本发明的优选实施例中，激光束和短波长辐射束位于穿过相互作用区域的旋转平面的一侧，并且旋转驱动单元位于该旋转平面的相反侧。

在本发明的优选实施例中，环形凹槽设置有盖。

在本发明的优选实施例中，在输入窗口和环形凹槽的近侧壁之间的聚焦激光束的一部分被第一壳体包围，在该第一壳体中提供从输入窗口流向环形凹槽的近侧壁的气流，并且，在环形凹槽的近侧壁和输出窗口之间的短波长辐射束的一部分被第二壳体包围，在该第二壳体中提供从输出窗口到环形凹槽的近侧壁的气流。

在本发明的优选实施例中，用于产生磁场的装置布置在所述第一壳体和第二壳体的外表面上。

在本发明的实施例中，第一壳体和第二壳体可以集成在一起。

在本发明的实施例中，输入窗口和输出窗口可以设置有加热器，该加热器通过从窗口蒸发碎屑来执行高效清洁。

在本发明的实施例中，输入窗口和输出窗口设置有气体化学清洁系统。

在本发明的优选实施例中，形成等离子体的靶材选自能提供高效的极紫外EUV光生成的金属，特别是包括Sn，Li，In，Ga，Pb，Bi或它们的合金。

在另一方面，本发明涉及一种用于从激光产生的等离子体产生辐射的方法，包括：通过离心力在环形凹槽的表面上形成作为熔融金属层的靶标，其在旋转靶标组件内部实现；通过真空腔室的输入窗口将脉冲激光束发送到相互作用区域，同时在相互作用区域与输入窗口、输出窗口之间提供视线，尤其是在激光脉冲期间，通过激光束照射在旋转靶标组件的表面上的靶标，并使所产生的短波长辐射束通过真空腔室的输出窗口。

在另一方面，本发明涉及一种用于减少激光产生的等离子体LPP源中的碎屑的方法，其特征在于，利用脉冲激光束照射旋转靶标组件的表面上的靶标，同时激光束通过输入窗口入射，且所产生的短波长辐射束通过真空腔室的输出窗口出射，所述方法包括：通过离心力在环形凹槽的表面上形成作为熔融金属层的靶标，其在旋转靶标组件内部实现，并且使用旋转靶标组件的轨道速度V_R，该速度足够高以使离开旋转靶标组件的碎屑颗粒的液滴部分不会被导向输入和输出窗口。

在本发明的实施例中，凹槽具有相对于旋转轴线的远侧壁和近侧壁；近侧壁具有n对开口，其布置为用于在激光脉冲期间使聚焦的激光束输入到相互作用区域中，并用于使短波长辐射束离开相互作用区域，该激光脉冲遵从的频率f等于旋转靶标组件的轨道速度V_R乘以开口对的数量n并除以轨道圆的长度2π R：f＝V_R·n/(2πR)，所述方法包括：在环形凹槽的远侧壁的表面上形成靶标，通过两个开口在相互作用区域与输入窗口、输出窗口之间提供视线，通过激光束照射旋转靶标组件的表面上的靶标，并使所产生的短波长辐射束通过真空腔室的输出窗口，通过两个开口的孔口限制从相互作用区域产生的碎屑流，通过因近侧壁的旋转而关闭相互作用区域与输入窗口、输出窗口之间的视线直到下一操作周期，以此来阻止碎屑通过近侧壁。

在本发明的优选实施例中，所述开口是细长的通道，其用作旋转的碎屑捕集表面，并且所述方法包括：将碎屑颗粒补集在两个延伸的通道的表面上，并通过离心力将所补集的碎屑颗粒甩回凹槽中。

在本发明的一个优选实施例中，还使用了诸如磁性减少、气幕和金属箔补集之类的碎屑减少技术。

本发明的技术结果是产生了具有极低的碎屑水平的短波长辐射的高亮度源，其确保了寿命增加和运行成本降低。

通过下面参照附图对本发明的示例性实施例的非限制性描述，本发明的前述和其他目的、优点和特征将变得更加明显。

附图说明

通过附图解释本发明的实质，其中：

图1示意性地示出了根据本发明实施例的用于从激光产生的等离子体产生辐射的装置和方法，

图2、图3、图4和图5显示了各种靶材的激光等离子体的特征发射光谱，其可提供高效的EUV发光，

图6和7示意性地示出了根据本发明的减少碎屑的液滴部分的机制，

图8示意性地示出了阻止碎屑穿过旋转靶标组件中的开口的机制。

在附图中，匹配的装置元件具有相同的附图标记。

这些附图并不覆盖也不限制用于实施该技术解决方案的全部选择范围，而仅是其实施方式的特定情况下的说明性素材。

具体实施方式

根据图1示意性示出的本发明的实施例，一种用于从激光产生的等离子体LPP产生短波长辐射的设备包括：真空腔室1，其包含将靶标4供应到相互作用区域5的旋转靶标组件3；用于使脉冲激光束7聚焦到相互作用区域中的输入窗口6；用于使短波长辐射束9出射的输出窗口8，以及气体入口10。

旋转靶标组件3具有环形凹槽11，该环形凹槽具有相对于旋转轴线12而言的远侧壁13和近侧壁14。

形成等离子体的靶材15是位于环状凹槽11内的熔融金属，靶标4是通过离心力在环状凹槽11的远侧壁13的表面16上形成的所述熔融金属的层。

环形凹槽11的近侧壁14被设计为在相互作用区域5与输入窗口6、输出窗口两者之间提供视线，特别是在激光脉冲期间。为此目的，近侧壁14可具有如图1所示的第一和第二开口17、18，或沿其整个周边的狭缝。

旋转靶标组件3优选地是盘形的。但是，它可以具有轮形、低矮的多面体棱柱形或其他形状。

根据本发明实现的用于从激光产生的等离子体产生辐射的设备具有以下优点：

-与固体不同，使用液相靶材可确保靶标表面的再现性，从而提高了短波长辐射源输出特性的脉冲间稳定性(pulse to pulse stability)，

-由于相互作用区域内靶材的连续循环、更新和补充，因此实现了短波长辐射源的长期稳定性，

-使用激光产生的金属(尤其是锡Sn)等离子体，确保了短波长辐射源的高亮度和高效率，尤其是在EUV光刻的工作波长13.5nm时，

-与类似技术不同，所提出的旋转靶标组件的设计极大地限制了碎屑颗粒的流出，从而确保短波长辐射源的清洁度以及靶材的最低消耗，

-简化了设备的设计，降低了其运行成本。

在本发明的实施例中，如图1示意性所示，为了在相互作用区域5与输入、输出窗口6、8之间提供可视线(line of visibility)，环形凹槽11的近侧壁14具有布置在凹槽周向上的n对开口17和18。在每对中，第一开口17被设置为用于使聚焦的激光束7入射到相互作用区域5中，而第二开口18被设置为用于在激光脉冲期间使短波长辐射束9离开相互作用区域，其遵循的频率f等于靶组件转速ν乘以开口对的数量n：f＝ν·n。开口对的数量n可以在几十到几百的范围内。

在本发明的该实施例中，该设备可以使用同步系统(为简单起见未示出)来操作，该同步系统调节环形凹槽11的旋转角度，激光脉冲被定时以在相互作用区域5与输入、输出窗口6和8之间提供视线(line of sight)。

同步系统可包括辅助连续波激光器，该辅助连续波激光器照射沿旋转靶标组件的其轴向设置有n个径向标记的表面，每个所述径向标记与所述n个第一开口17中的一个的轴线成相同角度。在这种情况下，光电检测器检测由标记调制的辅助激光照射的反射连续信号，并在环形凹槽11的旋转角度下启动主脉冲激光，该环形角度在相互作用区域5与输入、输出窗口6、8之间通过近侧壁14中的第一和第二开口17、18提供可视线。

在该实施例中，由于仅存在一对可使来自旋转靶标组件3的碎屑穿过离开的小开口17、18，因此，实现了对碎屑通量的最强限制。伴随于此，通过因近侧壁14的旋转而关闭相互作用区域5与输入、输出窗口6、8两者之间的视线直到短波长辐射产生的下一周期，提供了对于碎屑通过近侧壁14的路径的阻止。

进入开口17、18的靶材的微滴的大部分相对于这些开口的轴线成一定角度运动。因此，微滴很大可能会落在开口的旋转壁上，被表面吸收，然后在离心力的作用下被甩回到环形凹槽11中。因此，靶标的等离子体形成材料不会离开环形凹槽11，从而延长该源的寿命，而无需添加燃料。

优选地，开口17、18是细长的通道，其有效地在其表面上吸收碎屑颗粒，然后通过离心力将所补集的碎屑颗粒甩回环形凹槽11中。

开口17和18的轴线可以位于一个旋转表面上，或者位于不同的旋转表面上，如图1所示。环形凹槽11的近侧壁14中的第一开口17和第二开口18的形状可以是圆柱形、圆锥形、矩形或槽形，但不限于此。每一对开口17和18可以连接或组合在一起。

在本发明的另一实施例中，环形凹槽11的近侧壁14具有沿其整个周边的狭缝，其在相互作用区域5与输入、输出窗口6和8之间提供视线。在这种布置中，不需要在激光脉冲与环形凹槽11的旋转角度之间进行同步。这简化了设备在高脉冲重复频率(repetitionfrequency)f(高达10MHz)下的操作。

在旋转靶标组件3的远侧壁13上的靶标4的轨道速度V_R大致垂直于激光束7和短波长辐射束9二者的方向，这防止碎屑微粒进入窗口6和8中。因此，为了防止离开旋转靶标组件3的碎屑颗粒的液滴部分被朝向输入和输出窗口6和8导向，旋转靶标组件3的轨道速度V_R应该足够高。

在旋转靶标组件3的坐标系中，靶标材料的等离子体、蒸气、簇和液滴离开相互作用区域5的运动基本上沿着与法向矢量20的方向接近的方向，该法向矢量垂直于在相互作用区域5中的靶标4的表面。当旋转速度足够高时，靶标4的表面平行于旋转轴线12，并且其表面的法线位于旋转平面19中，该平面横穿相互作用区域5。因此，在本发明的优选实施例中，除了其顶点之外的激光束7和除其顶点之外的短波长辐射束9位于穿过相互作用区域5的旋转平面19的外侧。这还防止了碎屑颗粒进入窗口6和8。

当离心力足够高时，靶标4的表面平行于旋转轴线12，并且其表面的法线位于旋转平面19中，该旋转平面横穿相互作用区域5。因此，在优选实施例中，除了其顶点之外的激光束7和除其顶点之外的短波长辐射束9位于旋转平面19的外侧。这也防止了碎屑颗粒进入窗口6和8中。

碎屑颗粒从相互作用区域5射出的另一个主要方向由以下因素确定：在从环形凹槽11的表面16反射之后由激光在靶标4内部引起的冲击波可以产生主要沿表面16的法向矢量20取向的微滴的射出。因此，为了防止碎屑颗粒进入窗口6和8中，激光束7和短波长辐射光束9优选地位于穿过相互作用区域5的旋转平面19的一侧，并且在相互作用区域5中的环形凹槽表面16的法向矢量20位于该旋转平面19的相反侧。

在本发明的这些实施例中，碎屑颗粒的主要射出方向与输入和输出窗口6和8的方向明显不同，并且环形凹槽的近侧壁9成为有效的防护罩，以防止碎屑颗粒离开旋转靶标组件3。

环形凹槽11的近侧壁14可以具有至少一个环形腔体或凹槽，或者可以翻两倍或三倍，以改善对碎屑颗粒的阻挡，以防止其离开旋转靶标组件3。

同样为了防止碎屑颗粒离开旋转靶标组件3，环形凹槽11优选地设有盖21。

为了额外保护窗口6和8免受包括熔融金属的蒸气和等离子体的碎屑颗粒的影响，在输入窗口6和环形凹槽11的近侧壁14之间的聚焦激光束7的一部分被第一壳体22包围，在其中供应从输入窗口6到环形凹槽11的近侧壁14的气流。类似地，在环形凹槽11的近侧壁14和输出窗口8之间的短波长辐射束9的一部分被第二壳体23包围，在其中供应从输出窗口8到环形凹槽11的近侧壁14的气流。气流通过气体入口10供应。

真空腔室1的输出窗口8可以是开口，或者可以具有对于短波长辐射具有相对较高透过率的光谱过滤片。短波长辐射可以被引导到收集镜24，其位于填充有惰性气体的光学箱25中的真空腔室1的外部。

壳体22和23内部的气流防止靶材的等离子体和蒸气向窗口6和8移动，从而保护它们免受污染。

为了进一步保护不受离子流的影响，在第一壳体22和第二壳体23的外表面上布置有用于产生磁场的装置26，例如永磁体。磁场的方向最好是横穿激光束7和短波长辐射束9的轴线，以防止等离子体向窗口6和8移动。

可以在第一壳体22和第二壳体23中安装箔补集器(foil trap)，其结合了高辐射透过性和大表面积，以用于沉积碎屑颗粒，从而可以提供碎屑缓解的进一步改善。

在本发明的实施例中，第一壳体22和第二壳体23可以集成在一起。

为了避免聚焦激光束7和短波长辐射束9被旋转驱动单元2阻挡，束7、9优选位于旋转平面19的一侧，该平面穿过相互作用区域5，并且，旋转驱动单元2位于旋转平面19的相反侧，如图1所示。

旋转靶标组件3的设计的不同变型可以使旋转轴线12竖直或相对于竖直方向倾斜。

优选地，靶标组件的转速(ν)足够高，范围在20Hz到10kHz之间，其可提供以下因素：

离开旋转靶标组件3的碎屑颗粒的大部分液滴部分不朝向输入和输出窗口6、8，

靶标4的表面接近于与旋转轴线12平行，

在具有开口17、18的布置中，通过因近侧壁14的旋转而关闭相互作用区域5与输入、输出窗口6、8之间的视线直到辐射产生的下一周期，所述开口阻止碎屑通过近侧壁14。

飞入开口17、18的液滴与这些开口的壁碰撞，该壁补集碎屑颗粒，

离心力足够大，从而可以将补集的尺寸为～100μm以下的液滴甩回环形凹槽11。

碎屑颗粒由熔融金属的液滴、蒸气和离子组成。液滴的典型速度对于Sn来说为～10²m/s，对于Li来说为～10³m/s，对于蒸气来说为～10³m/s，对于离子来说为10⁵m/s。

总体而言，如果根据本发明制造短波长辐射的高亮度LPP源，则其纯度可由于以下因素而实现：

旋转靶标组件的高轨道速度非常有效地减少了碎屑的液滴部分，并部分减少了碎屑的蒸气部分，

气流有效地减少了碎屑的蒸气部分，并部分较少了碎屑的离子部分，

磁场有效地减少了碎屑颗粒的离子部分。

在本发明的优选实施例中，旋转靶标组件3设有用于靶材15的固定加热系统28。为了将靶材以熔融状态保持在旋转靶标组件3内部，加热系统28应提供非接触的感应加热。固定加热系统28可以具有将熔融金属的温度保持在温度的最佳范围中的选项。

当使用具有高饱和蒸气压的金属(如锂)时，输入、输出窗口6、8可以设置加热器29，其通过将窗口加热到400-500℃而执行碎屑从窗口6、8的高效蒸发清洁。该温度确保Li的饱和蒸汽压比来流的压力更高。图1仅示出了用于输出窗口8的加热器29，这种蒸发清洁也可以用于输入窗口6。

另外，输入和输出窗口6和8可以装有气体化学清洁系统。使用清洁气体去除在窗口表面上形成为薄膜的任何沉积碎屑材料。使用的气体可以是以下任何一种：氢气、含氢气体、含氧气体、氟气、氟化氯气、氟化溴气或氟化碘气。根据本发明的实施例之一，短波长辐射脉冲与光致表面活化一起产生低温等离子体。这些结合在一起可产生高反应性环境，其可快速有效地清除沉积碎屑。通过控制清洁气体的分压和表面温度，可以以相对较高的精度来控制等离子体环境和清洁速率。为此，加热器29可与气体化学清洁系统结合使用。当前，原子氢主要用于去除不同类型的污染物，因为大多数碱性氢化合物都是挥发性的。

为了生产在从紫外线到软X射线(soft x-ray)波段的短波长光谱中具有高光输出的高温激光产生等离子体，在靶材上的激光辐射功率密度应为10¹⁰至10¹²W/cm²并且激光脉冲的长度为100ns到0.5ps。

为了产生激光束7，可以使用任何脉冲或调制激光器或多个激光器。激光器可以是固态的、光纤型、盘型或气体放电型。激光辐射的平均功率可以在10W到大约1kW或更大的范围内，且将激光束聚焦在靶标上的小焦点上，例如直径约100μm。

激光脉冲重复频率f可以是在1kHz到10MHz范围内。在这一范围内，为了降低碎屑颗粒的飞溅，在较低输出激光能量下较高脉冲重复率是优选的。

在本发明的实施方式中，等离子体形成靶材选自提供高效的极紫外(EUV)光产生的金属，特别是Sn、Li、In、Ga、Pb、Bi或它们的合金。

图2示出了在相同条件下获得的激光产生的等离子体30、31和32的光谱，其中靶材分别是纯锡、共晶合金Sn/In＝52/48(比率定义合金成分)和纯In。可以观察到，使用这些靶材在EUV区域中达到了类似的高光谱亮度。使用Sn或Sn合金是优选的，以便在13.5nm处实现高亮度，同时具有在13.5nm+/-0.135nm内的将激光能量转换为带内EUV能量的高转换效率(CE_13.5)。使用共晶合金Sn/In可以是优选的，因为合金的熔化温度为125℃，明显低于纯锡的熔化温度232℃。

还可以选择低熔点的靶材，以包含Bi、Pb及其合金，特别是熔点为125℃的共晶合金Bi/Pb＝56.5/43.5。图3描绘了使用Bi/Pb共晶合金作为靶标的激光产生等离子体的光谱33。选择光谱以在EUV区域具有最大强度。

图4示出了使用Li作为靶材的激光产生的等离子体的光谱34。由于以下原因，使用Li作为靶材可以是优选的：

高转换效率CE_13.5，其高达2.5％，

Li的高饱和蒸气压，其可在400-500℃的温度范围对光学元件提供有效的蒸发清洁，

光源的高光谱纯度，其降低EUV光学器件上的辐射负载，

Li的低原子量和Li等离子体产生的离子的低能量，都降低了由于离子轰击而引起的光学元件退化的风险，特别是对于用作输出窗口的光谱纯度过滤片。

通过使用Ga及其合金作为靶材，可以实现较低的熔化温度(接近室温)。图5示出了激光产生的等离子体的光谱35、36、37，其中靶材分别被选择为合金Sn/Ga＝8.5/91.5，Sn/Ga＝25/75和Ga。这些靶材可在20-30℃的低熔点温度下实现高强度EUV辐射。低靶标熔化温度继而简化了用于从激光产生的等离子体产生辐射的设备的加工。

图2、图3、图4和图5中的光谱是使用固态Nd-YAG激光器获得的，该激光器在1064nm的波长下工作，激光脉冲持续时间为17ns，靶标上的激光功率密度为1.1·10¹¹W/cm²。

例如，根据本发明的用于EUV掩模检查的高亮度LPP EUV光源可以被设计为(但不限于)如下：

激光器类型：固态或纤维型

激光波长λ＝1-2μm

脉冲重复频率10-30kHz

激光脉冲能量1-50mJ/脉冲

轨道靶标速度高达200m/s

转换效率CE_13.5高达3％

EUV辐射收集立体角(solid angle)，Ω＝0.04sr

EUV源的亮度B_13.5高达2kW/mm²SR。

用于产生短波长辐射的方法，特别在如图1示意性所示的高亮度LPP源中实现，包括：通过离心力在环形凹槽11的表面16上形成作为熔融金属层的靶标4，其在旋转靶标组件3内部实现；通过真空腔室1的输入窗口6将脉冲激光束7发送到相互作用区域5中，同时在相互作用区域5与输入、输出窗口6、8之间提供视线，特别是在激光脉冲期间。该方法还包括通过激光束7照射旋转靶标组件3的表面上的靶标4，并使所产生的短波长辐射束9穿过真空腔室1的输出窗口8。

真空腔室1被无油泵系统抽空至低于10^-5至10^-8巴，从而去除气体成分，如氮和碳，其能够与靶材相互作用。

旋转靶标组件3通过带有轴的电动机或任何其他旋转驱动单元驱动

优选地，使用感应加热系统28使靶材保持熔融，感应加热系统28被配置为允许靶材温度稳定，以便将其保持在最佳温度范围内。

参照图6和图7示意性示出了在上面描述的用于短波长辐射的高亮度LPP源中实现的减少碎屑颗粒的新方法，其示出了碎屑的液滴部分的流动38的速度图。

图6描绘了假设情况：靶标4的轨道速度V_R是零：V_R＝0；液滴部分的特征逸出速度为V_d0，短波长辐射束9以张开角度α表征，而液滴部分的流38以总逸出角度γ表征。角度α还对应于LPP源的输出窗口8的收集角度。在V_R＝0的情况下，液滴部分的流38基本上被导向输出窗口8，如图6所示。

然而，如果将每个液滴的速度矢量

加到足够大的轨道速度分量

上，情况将发生变化，以使液滴部分的流38不会被导向输出窗口8(和/或输入窗口6)，如图7所示。因此，根据上述简化考虑，用于在根据本发明构造的LPP源中减少碎屑的方法包括：对旋转靶标组件(3)使用足够高的轨道速度V_R，以使离开旋转靶标组件的碎屑颗粒的液滴部分不被导向输入、输出窗口(6)和(8)。

液滴部分的流不被导向输入或输出窗口6、8的条件由以下表达式描述：

例如，当Sn用作形成等离子体的靶材时，液滴部分的特征逸出速度为V_d0≈100m/s。然后，对于收集角度α≈12°，总逸出角度γ＝90°，靶标轨道圆半径R＝10cm，靶标4的轨道速度V_R应为80m/s或更高。该示例对应于本发明的实施例，其中，环形凹槽11的近侧壁14具有沿其整个周边的狭缝，以在相互作用区域与输入、输出窗口之间提供视线。

在本发明的另一个实施例中，如图1所示，由于近侧壁14中的两个开口17、18的孔口限制碎屑流，从而实现了对所有类型的碎屑颗粒的改善减少，所述开口在激光脉冲期间在相互作用区域5与输入、输出窗口(6)和(8)之间提供视线。在该实施例中，通过因近侧壁14的旋转而关闭相互作用区域5与输入、输出窗口6、8之间的视线直到短波长辐射产生的下一周期，以此阻挡碎屑通过近侧壁14的路径，因此，实现了对碎屑颗粒的改善减少。

图8示意性地示出了阻止碎屑穿过旋转靶标组件中的开口18的机制。从图8可以看出，在相互作用区域5处产生的速度V_x＜V_R的所有液滴均不落入辐射收集角α中。仅总速度V_do(在旋转坐标系中)超过V_R且分量V_x接近V_R-的液滴的部分被引导到收集角α中。

如果这样的液滴在收集角α的方向上具有速度V_y，则花费Δt＝ΔR/V_y的时间经过远侧壁和近侧壁之间的距离ΔR。用于短波长光束输出的开口18将移至Δx＝V_R·Δt。该开口18的尺寸d由辐射收集角给出：d＝2·ΔR·sin(α/2)。如果位移大于该开口的直径，则液滴不进入其中，即，V_y<V_R/(2·sin(α/2))的液滴被阻断。因此对于sin(α/2)＝0.1且V_R＝200m/s，速度V_d0小于(V_y ²+V_R ²)^1/2＝1020m/s的所有液滴被阻碍或阻断。

因此，通过因近侧壁的旋转而关闭相互作用区域5与输入窗口6、输出窗口8之间的视线直到操作的下一周期，所提出的碎屑减少的方法实现了阻止碎屑通过近侧壁。

为了改善碎屑减少，可以将开口17、18制成细长通道的形式，其表面用作旋转的碎屑补集器，并通过离心力将补集的碎屑颗粒甩回到凹槽11中，如图1所示。与此同时，两个开口17和18可以连接在一起，以简化LPP源的设计和操作。

为了防止离子化的和中性的碎屑颗粒向窗口6和8移动，在本发明的优选实施例中，还使用用于产生磁场的装置26，箔补集器27和由气体入口10提供的流向箔补集器的缓冲气流或气幕。

总体而言，根据本发明布置的设备和方法提供了一种高亮度低碎屑的短波长辐射源，其特征在于长寿命和低操作成本。

工业应用

所提出的设备和方法旨在用于各种应用，包括EUV计量以及纳米和微观结构的检查。本发明的主要结果之一是使得能够开发满足EUV光刻中用于光化掩模检查的光源要求的辐射源。

附图标记列表

Claims (19)

1.一种用于从激光产生的等离子体(LPP)产生短波长辐射束的设备，该设备包括：真空腔室(1)，其包含旋转驱动单元(2)，该旋转驱动单元联接到旋转靶标组件(3)，该旋转靶标组件将靶标(4)提供到相互作用区域(5)，用于让脉冲激光束(7)聚焦到相互作用区域中的输入窗口(6)，用于让短波长辐射束(9)出射的输出窗口(8)，以及进气口(10)，其特征在于，

所述旋转靶标组件(3)具有环形凹槽(11)，该环形凹槽具有相对于旋转轴线(12)的远侧壁(13)和近侧壁(14)；

等离子体形成靶材(15)是位于所述环形凹槽(11)内部的熔融金属，并且，所述靶标(4)是通过离心力形成在所述环形凹槽(11)的远侧壁(13)的表面(16)上的一层所述熔融金属；

并且，所述环形凹槽(11)的近侧壁(14)被设计为在相互作用区域(5)与输入窗口(6)、输出窗口(8)之间提供视线，特别是在激光脉冲期间。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述环形凹槽(11)的近侧壁(14)具有n对开口(17)和(18)，所述n对开口布置在凹槽周向上，在每一对开口中，第一开口(17)被设置用于让聚焦的激光束(7)入射到相互作用区域(5)中，第二开口(18)被设置用于在激光脉冲期间使短波长辐射束(9)从相互作用区域出射，所述激光脉冲遵从的频率f等于靶标组件旋转速度(v)乘以所述开口对的数量n：

f＝v×n

所述设备还包括同步系统，该同步系统按照激光脉冲调节环形凹槽(11)的旋转角度，该激光脉冲被定时为在相互作用区域(5)与输入窗口(6)、输出窗口(8)之间提供视线。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，每一对开口(17)和(18)是连接的。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述环形凹槽(11)的近侧壁(14)具有沿其整个周边的狭缝，从而在所述相互作用区域(5)与输入窗口(6)、输出窗口(8)之间提供视线。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述旋转靶标组件(3)设置有用于靶材(15)的固定加热系统(28)。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述激光束(7)和所述短波长辐射束(9)位于穿过所述相互作用区域(5)的旋转平面(19)的一侧，并且，所述相互作用区域(5)中的环形凹槽表面(16)的法向矢量(20)位于所述旋转平面(19)的相反侧。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述激光束(7)和所述短波长辐射束(9)位于穿过所述相互作用区域(5)的旋转平面(19)的一侧，并且，所述旋转驱动单元(2)位于所述旋转平面(19)的相反侧。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述环形凹槽(11)设置有盖(21)。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，在所述环形凹槽(11)的近侧壁(14)和输入窗口(6)之间的聚焦激光束(7)的一部分被第一壳体(22)围绕，在该第一壳体中提供从输入窗口(6)到环形凹槽(11)的近侧壁(14)的气流，并且，在环形凹槽(11)的近侧壁(14)和输出窗口(8)之间的短波长辐射束(9)的一部分被第二壳体(23)围绕，在该第二壳体中提供从输出窗口(8)到所述环形凹槽(11)的近侧壁(14)的气流。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，用于产生磁场的装置(26)布置在第一壳体(22)和第二壳体(23)的外表面上。

11.根据权利要求9所述的设备，其中，第一壳体(22)和第二壳体(23)被集成在一起。

12.根据权利要求1所述的设备，其中，输入窗口(6)和输出窗口(8)设置有加热器(29)，该加热器通过从所述窗口(6)、(8)蒸发碎屑来执行高效清洁。

13.根据权利要求1所述的设备，其中，输入窗口(6)和输出窗口(8)设有气体化学清洁系统。

14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述等离子形成靶材选自能提供高效极紫外(EUV)光生成的金属，特别是包括Sn，Li，In，Ga，Pb，Bi或它们的合金。

15.一种从激光产生的等离子体产生辐射的方法，包括：

通过离心力在环形凹槽(11)的表面(16)上形成作为熔融金属层的靶(4)，其在旋转靶标组件(3)内实现；

通过真空腔室(1)的输入窗口(6)将脉冲激光束(7)发送到相互作用区域(5)，同时在相互作用区域(5)与输入窗口、输出窗口(6)、(8)之间提供视线，特别是在激光脉冲期间，由激光束(7)照射旋转靶标组件(3)的表面上的靶标(4)，并使所产生的短波长辐射束(9)通过真空腔室(1)的输出窗口(8)。

16.一种减少激光产生等离子体(LPP)源中的碎屑的方法，其特征在于，用脉冲激光束(7)照射旋转靶标组件(3)的表面上的靶标(4)，同时激光束(7)通过输入窗口(6)入射，且所产生的短波长辐射束(9)穿过真空腔室(1)的输出窗口(8)出射，所述方法包括：

通过离心力在环形凹槽(11)的表面(16)上形成作为熔融金属层的靶标(4)，其在旋转靶标组件(3)的内部实现，

并且，使用旋转靶标组件(3)的轨道速度VR，该速度足够高以使离开旋转靶标组件的碎屑颗粒的液滴部分不会被导向输入窗口(6)和输出窗口(8)。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述凹槽具有相对于旋转轴线(12)的远侧壁(13)和近侧壁(14)；所述近侧壁(14)具有n对开口(17)，(18)，其布置成用于在激光脉冲期间，将聚焦的激光束(7)输入到相互作用区域(5)中，以及用于让短波长辐射束(9)离开所述相互作用区域(5)，所述激光脉冲遵从的频率f等于旋转靶标组件的轨道速度V_R乘以开口对的数量n并除以轨道圆的长度2πR:f＝V_R×n/(2πR)，所述方法包括：

在环形凹槽(11)的远侧壁(13)的表面(16)上形成靶标(4)，

通过两个开口(17)，(18)在相互作用区域(5)与输入窗口(6)、输出窗口(8)之间形成视线，

通过激光束(7)照射旋转靶标组件(3)的表面上的靶标(4)，且使产生的短波长辐射束(9)穿过真空腔室(1)的输出窗口(8)，

通过两个开口(17)、(18)的孔口限制从相互作用区域(5)产生的碎屑流，

通过因近侧壁(14)的旋转而关闭在相互作用区域(5)与输入窗口(6)、输出窗口(8)之间的视线直到下一个操作周期，以此阻止碎屑通过近侧壁(14)。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，开口(17)、(18)是细长通道，其用作旋转的碎屑补集表面，并且所述方法包括：将碎屑颗粒补集在所述细长通道(17)、(18)的表面上，并通过离心力将补集的碎屑颗粒甩回所述凹槽(11)中。

19.根据权利要求16所述的方法，其中，还使用诸如磁减少、气幕和箔捕集这样的碎屑减少技术。

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