CN1250054C - 用于产生远紫外线辐射或软x射线辐射的方法和装置 - Google Patents

Abstract

借助气体放电产生远紫外线辐射/软X射线辐射的方法，尤其被用于EUV光刻术，其中，在放电室(11)内给两个电极施加高电压，在所述的两个电极之间，根据在帕申曲线的左支路上进行的放电工作而在两个同轴电极开孔(12，13)的区域内提供一种具有预定气压的气体填充，在该气体填充当中通过输入能量而构造发出辐射的等离子体(10)，其特征在于：所述的等离子体(10)在所述的电极开孔(12，13)的区域内借助气体填充的压力变化而被偏移。

Description

用于产生远紫外线辐射或软X射线辐射的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于产生远紫外线辐射或软X射线辐射的方法，尤其被用于EUV光刻术，其中，在放电室内给两个电极施加高电压，在所述的两个电极之间，根据在帕申曲线的左支路上进行的放电工作而在两个同轴电极开孔的区域内提供一种具有预定气压的气体填充，在该气体填充当中通过输入能量而构造发出辐射的等离子体。另外还涉及一种相应的装置。

背景技术

波长范围为约1nm～20nm的远紫外线(EUV)辐射或软X射线辐射的优选应用领域尤其是EUV光刻技术。WO99/29145公开过一种具有上述特征的方法。在该方法中所建立的装置包括一个具有中心钻孔的阳极和一个与该阳极相对的空心阴极。该装置是在气压恒定的环境中工作。为了产生EUV辐射，优选采用具有原子数Z＞3的元素的气体，例如具有宽带发光特性的Xe。当采取高电压时，存在一种依赖于压力和电极间隔的气体击穿。如此地选择气体的压力和电极间隔，使得系统在帕申曲线的左支路上工作，从而在电极之间不至于产生介电击穿。只有在空心阴极附近场力线才足够地伸展，使得符合了位于某个电压之上的击穿条件。于是，按照电极之间的电极开孔而形成一种导流的、轴对称形式的等离子体沟道。如此地构成与该装置相连的电气回路，使得在构成导流沟道时产生极高的放电电流。该电流围绕电流路径建立一个磁场。所产生的洛伦兹力使得等离子体箍缩。长期以来，大家都知道该箍缩效应能够把等离子体加热到极高的温度，并产生波长极短的辐射。对该装置而言，已经证明它可非常有效地产生EUV光(10-20nm)、实现高的重复频率和具有适中的电极磨损。

按照现有的条件，在短波范围内发光的等离子体是沿着空心阴极区域的旋转对称轴产生的，并超出阳极的开孔。等离子体几何形状的有关参数取决于电极的形状，还取决于例如所施加电流的参数、该电流的时延及形状和幅度、以及气压比和在电极区域或放电室内的气体填充的气体组分等等。

已知的这种方法会导致一种等离子体线柱、也即产生一个等离子体沟道，但其辐射应该能更好地从电极系统耦合出来，而且该等离子体沟道也应该更短一些。

发明内容

因此本发明所基于的任务在于，改善具有文章开头所述特征的方法，使得辐射从电极耦合出来能被改善，并且能产生最佳的等离子体几何形状，也即产生一个轴向更短的发光区。

据此，根据本发明的用于借助气体放电产生远紫外线辐射/软X射线辐射的方法，尤其被用于EUV光刻术，其中，在放电室内给两个电极施加高电压，在所述的两个电极之间，根据在帕申曲线的左支路上进行的放电工作而在两个同轴电极开孔的区域内提供一种具有预定气压的气体填充，在该气体填充当中通过输入能量而构造发出辐射的等离子体，所述的等离子体在所述的电极开孔的区域内借助气体填充的压力梯度而被偏移和/或成形。

对本发明有意义的是，将气体填充的压力梯度用来偏移和/或成形所述的箍缩或等离子体。这种措施将导致辐射从电极中更好地耦合输出来，例如耦合到EUV光刻术工作台的收集器中。等离子体的偏移可以如此地实现，使得具有良好的透光性，也即产生尽可能少的渐晕，即便从相对于对称轴的大观测角进行观测也不会有渐晕。还可以实现辐射源、也即等离子体的光电导率与光学系统的最佳匹配。通过等离子体的有效面积与开口角的乘积来确定所述的光电导率。原则上应追求尽可能小的光电导率，也即一个点光源，以便确保射入空腔内的光的尽可能大的部分能被利用。在这里所述的电极放电的光源几何形状的情况下，所述的问题基本上可被降低为轴向尽可能短的发光等离子体，对于该等离子体应该尽可能不出现辐射渐晕损耗。

可以以EUV光源与EUV光刻术工作台的光学系统相匹配为例，来详细讲述该方法：所述的EUV光源可以被用于下一代半导体光刻术设备之中，对于这种设备需要约13.5nm主波长的光源。但除了对波长的要求之外，对发光区域的光源格式和对光源必须提供的总功率还有严格的要求。从这两种角度看，已知的方法在功率方面是有局限性的。一方面，因为电极的几何形状只允许有限地透过发光区，光的其余部分被消耗在周围的壁上。另一方面，轴对称的几何形状总是构成一种伸展的不能有效集中的等离子体。典型的长度在目前为3-10mm，而会聚光学系统只能处理约2mm或其之下的光源格式。

可以对该方法作以下改进，即所述的电极之一被构造为空心阴极，在该空心阴极之内和/或之前相对于其周围而构造所述气体填充的过压。利用空心阴极可以影响在位于电极之间的电极开孔区域内的电场形成。利用空心阴极的钻孔区域，场力线可以充分伸展地被构成，以便针对预定的电压而满足击穿条件，使得系统在帕申曲线的左支路区域工作。由于形成的放电除了依赖于电极间隔和电极形状外，还依赖于气体填充的气压，所以优选地在电极之前相对于其周围而形成气体填充的过压。该过压导致长的磁力线延伸到低气压的区域内，使得产生更高的场强用于电击穿。因此，在击穿情况下所形成的等离子体是因为压力梯度而被偏移的。在此，偏移可以进入到一个透光性更好的、渐晕被降低的区域内。

优选地，所述气体填充的气体通过所述的空心阴极流入，并从该空心阴极的电极开孔出发构造一个压降。因而，压降以及由此还有所追求的压力梯度的起点是所述空心阴极的电极开孔的邻近阳极的区域。相应地，等离子体离开空心阴极的电极开孔而被偏移。

还可以通过以下方式来进一步改善尤其上述的实施方式，即使用一个喷嘴，在偏移所述的等离子体的情况下利用该喷嘴以高速度把所述气体填充的气体吹入到所述的放电室中。在这种实施方案中产生一个附加的控制参数，该控制参数允许控制位于阴极的电极开孔之前的等压线的形成。尤其还可以使等离子体的箍缩区域进一步向外偏移，这具有对执行该方法的设备进行冷却的优点，尤其是在电极区域。

可以如此来改善所述的方法，即除了构成所述等离子体的气体之外，还向所述的放电室引入一种影响过程处理的填充气体。利用该填充气体不仅可以实现在放电室的气体填充方面形成梯度，而且还能有其它的处理作用。例如，可以通过用于气体放电的一次气体来最小化EUV辐射的再吸收。当采用Xe作为放电气体时该问题是非常严重的，因为Xe会强烈地再吸收EUV辐射。另一个优点可以是，采用该填充气体来比放电气体能更快地熄灭所述的放电，以便由此达到更高的重复率。

尤其有利的是，所述的填充气体呈管形地围绕所述构成等离子体的气体而流入所述的放电室。借助填充气体，利用该方式可以使放电气体实现非常有效的广泛的成形。

本发明还涉及一种用于借助气体放电产生远紫外线辐射/软X射线辐射的装置，尤其被用于EUV光刻术，其中，具有两个在放电室内被施加了高电压的电极，所述的两个电极根据在帕申曲线的左支路上进行的放电工作而在两个同轴电极开孔的区域内具有一种预定气压的气体填充，在该气体填充当中通过输入能量而构造发出辐射的等离子体，其中靠近于被构造为阴极的电极的气体填充的气压高于远离该处的、所述放电室的区域内的气压。

靠近于被构造为阴极的电极的气压被构造得高于远离该电极的区域内的气压，由此产生相应的压力梯度并由此产生一种压降。该压降的结果是使所形成的等离子体偏移，以便获得良好的透光性或在处理光线的光学系统方面获得被降低的光学渐晕。

在上述装置的一种改进方案中优选地如此来构造所述的装置，使得所述的阴极被构造为空心阴极，所述气体填充的气体通过该空心阴极馈入所述的放电室。在空心阴极的情况下存在上述延伸的场力线，该场力线的形成是得到可采纳的帕申曲线左支路这个条件的前提。同时，通过空心阴极把气体填充的气体馈入放电室，也即把放电气体或一次气体馈入。由此得到一种简单的建设性改进方案，因为在这种采用空心阴极的空腔的情况下，可以取消特别地构造一个用于导气的空间来用作导入气体的目的。

喷嘴可以以不同的方式被装设。优选地如此来构造所述的装置，使得所述的电极开孔和/或中心钻孔被构造为喷嘴，和/或利用喷嘴可以产生指向空心阴极的气流。上述的改进方案尤其可以彼此组合地使用。

该装置的另一种改进方案在于，所述阴极的电极开孔具有一个用于影响所述构成等离子体的气体的馈入速度的和/或气体分布的喷嘴。该喷嘴可以如此地构造，使得等离子体被偏移到透光性良好的区域。

另外有利的是，所述的阴极由被作用为阳极的电极通过形成一个环形空腔而隔开地包围，而且所述阳极的电极开孔被构造为锥形开口。在该情形下实现了同心的电极布置，其特征在于等离子体被偏移进去的空间的透光性具有特殊的随意性(Freizügigkeit)。透光性被进一步改善，阳极的电极开孔的锥形开口尤其有助于此。即便在相对于公共电极轴为较大观测角的情况下也只会产生小的渐晕，而且在短的等离子体的情况下，即便在大的观测角时该等离子体也看起来更近似于点光源的理想情况。

所述的装置可以如此地构成，使得借助位于所述阴极和阳极之间的环形空腔可以把一种填充气体导入所述的放电室中。该填充气体可以影响放电气体的压力构成，并因而有助于等离子体的偏移和成形。位于阴极和阳极之间的环形空腔使所述放电室的用填充气体装填的区域产生相应对称的构造。在电极旋转对称的情况下，该填充气体区域相应地是旋转对称的。

如果所述的填充气体是再吸收远紫外线辐射的气体和/或清除等离子体的气体，则可以相应地影响到远紫外线辐射的再吸收和/或影响到重复频率。因此在脉冲工作方式下可以实现更快的重复放电过程，这将导致发光效率被改善。

如果所述的装置在构成时使得所述的放电室在电极区域之外主要利用填充气体填充，那么放电气体的消耗便可以最小化。

另外有益的是，所述的装置在构成时使得所述阴极的开孔的直径与深度的纵横比小于1。从而不仅使气体消耗最小化和使气流对准以便让等离子体沿着放电气体的流向产生相应大小的偏移，而且还有助于尽可能地抑制经过阴极开孔的壁和空心阴极的壁传送气流，由此尽可能地抑制了等离子体的减弱。

附图说明

借助附图来讲述本发明。其中：

图1示出了点火电压依赖于气压和电极间隔之乘积的图示，

图2示出了第一电极布置的简图，以及

图3示出了图2的电极布置在一种不同工作方式下的简图。

具体实施方式

图1阐明了帕申定律，也即：对气体放电至关重要的点火电压u₀与气压p和电极间隔d之积的依赖关系。在此，U₀为在构成于两个电极之间的气体放电路径中产生自主气体放电时的电压。该定律适用于某种电极几何形状和某种气体。从图1可以看出，应该根据帕中曲线的左分支来执行该产生辐射的方法，也即利用如下的气体放电，在该放电中等离子体是多级地通过自击穿中的二次电离过程而产生的，而且等离子体分布已经在起始阶段高度地圆柱形对称。能量可以被耦合到该等离子体中，也即借助必须由电流源提供的脉冲电流来进行该耦合。通过合适地选择电流脉冲的幅度和周期时延，可以调节出对光辐射合适的等离子体温度。2-3位的纳秒范围的周期时延适合于此。在一个脉冲期间，等离子体因为自形成的洛沦兹力而被箍缩，并产生所谓的“等离子体线柱(Pinch)”。

图2、3示出了被简略示出的电极的等离子体线柱布置。电极相对于对称轴17旋转对称地构成。电极的布置是同心的。对称轴17同时也是被构造为空心阴极14的电极的中心轴。空心阴极14具有一个中心钻孔18，该中心钻孔18在其管口区域19中具有一个电极开孔13，其中该管口区域19是另一个被构成为阳极15的电极的电极开孔20的组成部分。阳极15同样是旋转对称的，并以环形空腔16包围所述的空心阴极14。两个电极被装设在用放电气体填充的放电室11内，该放电气体的压力低于大气压。

电极开孔的特殊性在于空心阴极14的结构，该空心阴极具有一个在电极开孔13附近对中心钻孔18的直径进行了大大扩充的空腔20。由此实现了场力线21的特殊构造，其中譬如场力线21’伸展到空腔20内，由此建立一个良好地近似平行于对称轴17而延伸的场。如果电压被足够地升高，则在达到点火电压时将导致促使形成等离子体的自击穿，或者在前不久产生被触发的气体放电。气体放电在空心阴极14附近且在其前壁14’之前或在电极开孔13之前形成，因为此处的电场浓度最大，而且场强朝阳极15方向降低，因为该阳极具有一个锥形开口的电极开孔12，于是在该电极开孔12中，开孔壁12’与对称轴17形成一个最大为90度的锐角。在此，所述电极开孔12的锥形开孔壁12’相对于空心阴极14被如此布置，使得阳极15的与位于电极之间的环形空腔16的外径相等的最小开孔直径被布置在所述空心阴极14的前壁14’的高度上。

中心钻孔18被构造为气体入口22。经过气体入口22，放电气体通过中心钻孔18进入空腔20，并且可以从那里通过空心阴极14的电极开孔13流入阳极的电极开孔12，或流入保持欠压的放电室。放电气体的压力已经能够在空心阴极14内被降低。但在任何情况下，可以从电极开孔13起构造压降。图2示出了压力降低的等压线23。由于从此产生的填充气体的压力梯度，等离子体10朝着离开阴极的方向偏移。由于电场和气压分布的对称构造，该偏移将沿着对称轴17的方向形成。

等离子体10偏移的大小取决于电极开孔13的尺寸和气体的流速。例如，电极开孔13可以被构造为喷嘴，气体填充的气体利用该喷嘴以高速度被吹入放电室11。通过选择合适的电学和空气动力学条件，等离子体10在电极开孔12内的布置可以在很大的程度上进行变化。尤其在所述的阳极构造情况下，可以实现等离子体10不再具有柱形的几何形状，而是按照图示被集中到一个较小的、多蛋形的体积上。于是，在偏移的同时，还从光学角度对等离子体10进行了有利的成形。

上述的实施方案也适用于图3的实施形式。此处描述了以下特性，即采用位于电极之间的环形空腔16作为气体入口24。例如采用一种填充气体25，由于环形空腔16的环形或管形的构造，该填充气体相应呈管形地围绕构成等离子体10的气体而流入放电室11。该填充气体25对形成等离子体的气体具有定形的作用。与图2相类似，图3示出了用点划线绘出的填充气体25对产生等离子体的气体、并由此对该气体等压线23的限制作用。于是，也可以借助填充气体来在产生等离子体的气体中负责压力变化，这种压力变化又导致等离子体10的偏移和/或成形。

在图3中示出了该喷嘴26，利用它来实现放电气体至电极前端的气体导入。气体的流出速度必须足够地高，以便产生如箭头27所示的指向空心阴极14的气流。利用该气流在空心阴极14的前壁14’之前产生一个较高的压力，该压力向后部按照压力降低的等压线23而剧烈地下降。

上述的电极构造也可以通过预先确定电极开孔13的尺寸而得以补充，以便通过放电室11内气体的不均匀压力情况、尤其是通过位于空心阴极的前壁14’之前的气体的不均匀压力情况来进行等离子体线柱的成形。尤其有利的是，电极开孔13被构造为阴极开口，使得直径d与深度b的纵横比小于1。当气体通过电极开孔13被馈入放电室11时，这种纵横比不仅会导致气流的均衡性，而且还可以影响为等离子体所确定的载流子的传输。尤其进一步地抑制了经电极开孔13和经空心阴极14的形成空腔20的壁进行的电流传输。这还促使等离子体10被构造到电极开孔12的区域内，即便在相对于对称轴18的观测角较大的情况下，在该区域内也有良好的透光性、也即没有等离子体的渐晕。

Claims (15)

1.用于借助气体放电产生远紫外线辐射/软X射线辐射的方法，尤其被用于EUV光刻术，其中，在放电室(11)内给两个电极施加高电压，在所述的两个电极之间，根据在帕申曲线的左支路上进行的放电工作而在两个同轴电极开孔(12，13)的区域内提供一种具有预定气压的气体填充，在该气体填充当中通过输入能量而构造发出辐射的等离子体(10)，其特征在于：所述的等离子体(10)在所述的电极开孔(12，13)的区域内借助气体填充的压力梯度而被偏移和/或成形。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的电极之一被构造为空心阴极(14)，在该空心阴极之内和/或之前相对于其周围而构造气体填充的过压。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述气体填充的气体通过所述的空心阴极(14)流入，并从该空心阴极的电极开孔(13)出发构造一个压降。

4.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于：使用一个喷嘴(26)，在偏移所述的等离子体(10)的情况下利用该喷嘴以高速度把所述气体填充的气体吹入到所述的放电室(11)中。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：除了构成所述等离子体的气体之外，还向所述的放电室(11)引入一种影响过程处理的填充气体(25)。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的填充气体(25)呈管形地围绕所述构成等离子体(10)的气体而流入所述的放电室(11)。

7.用于借助气体放电产生远紫外线辐射/软X射线辐射的装置，尤其被用于EUV光刻术，其中，具有两个在放电室(11)内被施加了高电压的电极，所述的两个电极根据在帕申曲线的左支路上进行的放电工作而在两个同轴电极开孔(12，13)的区域内具有一种预定气压的气体填充，在该气体填充当中通过输入能量而构造发出辐射的等离子体(10)，其特征在于：靠近于被构造为阴极的电极的气体填充的气压高于远离该处的、所述放电室(11)的区域内的气压。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：所述的阴极被构造为空心阴极(14)，所述气体填充的气体通过该空心阴极馈入所述的放电室(11)。

9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于：所述阴极的电极开孔(13)具有一个用于提高所述构成等离子体(10)的气体的馈入速度的和/或影响气体分布的喷嘴。

10.如权利要求8所述的装置，其特征在于：所述的电极开孔(13)和/或所述的空心阴极(14)的中心钻孔(18)被构造为喷嘴，和/或利用喷嘴(26)可以产生指向空心阴极(14)的气流。

11.如权利要求8所述的装置，其特征在于：所述的阴极由被作用为阳极(15)的电极通过形成一个环形空腔(16)而隔开地包围，而且所述阳极(15)的电极开孔(12)被构造为锥形开口。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于：借助位于所述阴极和阳极(15)之间的环形空腔(16)可以把一种填充气体(25)导入所述的放电室(11)中。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于：所述的填充气体(25)是再吸收远紫外线辐射的气体和/或清除等离子体(10)的气体。

14.如权利要求8所述的装置，其特征在于：所述的放电室在电极区域之外主要利用填充气体(25)填充。

15.如权利要求8所述的装置，其特征在于：所述阴极的开孔(13)的直径(d)与深度(b)的纵横比小于1。

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