TW201338634A

TW201338634A - 離子捕獲裝置，雷射引發之電漿輻射源，微影裝置

Info

Publication number: TW201338634A
Application number: TW102105753A
Authority: TW
Inventors: Hermanus Johannes Maria Kreuwel
Original assignee: Asml Netherlands Bv
Priority date: 2012-03-05
Filing date: 2013-02-19
Publication date: 2013-09-16
Also published as: WO2013131693A1

Abstract

一種用於一雷射引發之電漿(LPP)輻射源裝置之離子捕獲裝置，其包含一磁場產生器及兩個磁性核心。該兩個磁性核心經配置以疏導由該磁場產生器產生之一磁場，使得該磁場被很大程度上限制至在該LPP輻射源之電漿附近內的一區且在該區內大致地均質。離子之磁性反射被減輕且離子收集良率被改良。

Description

離子捕獲裝置，雷射引發之電漿輻射源，微影裝置

本發明係關於一種用於一雷射引發之電漿(LPP)輻射源裝置之離子捕獲裝置、一種包含該離子捕獲裝置之雷射引發之電漿(LPP)輻射源裝置，及一種包含該LPP輻射源裝置之微影裝置。

微影裝置為將所要圖案施加至基板上(通常施加至基板之目標部分上)之機器。微影裝置可用於(例如)積體電路(IC)製造中。在彼情況下，圖案化器件(其或者被稱作光罩或比例光罩)可用以產生待形成於IC之個別層上之電路圖案。可將此圖案轉印至基板(例如，矽晶圓)上之目標部分(例如，包含晶粒之部分、一個晶粒或若干晶粒)上。通常經由成像至提供於基板上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上而進行圖案之轉印。一般而言，單一基板將含有經順次地圖案化之鄰近目標部分之網路。

微影被廣泛地認為是在IC以及其他器件及/或結構之製造中之關鍵步驟中的一者。然而，隨著使用微影所製造之特徵之尺寸變得愈來愈小，微影正變為用於使能夠製造小型IC或其他器件及/或結構之更具決定性之因素。圖案印刷極限之理論估計可藉由瑞立(Rayleigh)解析度準則給出，如方程式(1)所示：其中λ為所使用之輻射之波長，NA為用以印刷圖案之投影系統之數值孔徑，k1為程序相依調整因數(亦被稱為瑞立常數)，且CD為經印刷特徵之特徵大小(或臨界尺寸)。自方程式(1)可見，可以三種方式來獲得特徵之最小可印刷大小之縮減：藉由縮短曝光波長λ、藉由增加數值孔徑NA，或藉由減低k1之值。

為了縮短曝光波長且因此縮減最小可印刷大小，已提議使用極紫外(EUV)輻射源。EUV輻射為具有在5奈米至20奈米之範圍內(例如，在13奈米至14奈米之範圍內)之波長的電磁輻射。已進一步提議可使用具有小於10奈米(例如，在5奈米至10奈米之範圍內，諸如，6.7奈米或6.8奈米)之波長之EUV輻射。此輻射被稱為極紫外輻射或軟x射線輻射。舉例而言，可能之源包括雷射引發之電漿(LPP)輻射源、放電電漿源，或基於由電子儲存環提供之同步加速器輻射之源。

可使用電漿來引發EUV輻射。用於引發EUV輻射之輻射系統可包括用於激發燃料以提供電漿之雷射，及用於含有電漿之源收集器裝置。可(例如)藉由將雷射光束引導於燃料(諸如，合適材料(例如，錫)之粒子，或合適氣體或蒸汽(諸如，Xe氣體或Li蒸汽)之串流)處來創製電漿。所得電漿發射輸出輻射，例如，EUV輻射，該輻射係使用輻射收集器予以收集。輻射收集器可為鏡面式正入射輻射收集器，其接收輻射且將輻射聚焦成光束。源收集器裝置可包括經配置以提供真空環境以支援電漿之圍封結構或腔室。此輻射系統通常被稱為雷射引發之電漿(LPP)輻射源。

對於此等LPP型EUV源，使用磁場以收集及限制自電漿發射之錫離子為吾人所知。目的係使用包括離子捕捉器器件(ion catcher device)之離子捕獲裝置來收集離子。此離子捕獲裝置經配置以防止離子到達輻射收集器之鏡面式表面，或防止離子污染具有錫之圍封結構。眾所周知，離子在撞擊光學表面時可嚴重地減低收集器之壽命。

為了提供一種以一改良型離子收集良率為特徵之離子捕獲裝置，根據本發明之一態樣的一種用於一雷射引發之電漿(LPP)輻射源裝置之離子捕獲裝置包含一磁場產生器(諸如，磁性線圈)及兩個磁性核心。該兩個磁性核心經配置以疏導由該磁場產生器產生之一磁場，使得該磁場被很大程度上限制至在該LPP輻射源之電漿附近內的一區且在該區內大致地均質。

根據本發明之一態樣，該磁場產生器包含兩個各別磁性線圈，使得每一磁性核心係與一各別線圈相關聯。

在本發明之一實施例中，該等磁性核心中每一者自每一各別線圈延伸朝向該電漿。

根據本發明之一態樣，提供一種雷射引發之電漿(LPP)輻射源裝置，該雷射引發之電漿(LPP)輻射源裝置包含：根據本發明之一離子捕獲裝置，其包含如上文所描述之一磁場產生器及兩個磁性核心；及一輻射收集器；及一腔室，其經配置以提供一真空環境，該雷射引發之電漿輻射源裝置經配置成使得該輻射收集器、該電漿及被很大程度上限制有該磁場之在該電漿附近內之該區包含於該腔室內。

根據本發明之一另外態樣，提供一種微影裝置，該微影裝置包含：如上文所描述的根據本發明之雷射引發之電漿(LPP)輻射源裝置，其經組態以產生一EUV輻射光束；及一照明系統，其經組態以調節該輻射光束；及一支撐件，其經建構以支撐一圖案化器件，該圖案化器件能夠在該輻射光束之橫截面中向該輻射光束賦予一圖案以形成一經圖案化輻射光束；及一基板台，其經建構以固持一基板；及一投影系統，其經組態以將該經圖案化輻射光束投影至該基板之一目標部分上。

下文參看隨附圖式來詳細地描述本發明之另外特徵及優點，以及本發明之各種實施例之結構及操作。應注意，本發明不限於本文所描述之特定實施例。本文僅出於說明性目的而呈現此等實施例。基於本文所含有之教示，額外實施例對於熟習相關技術者將顯而易見。

20‧‧‧極紫外線(EUV)輻射光束

21‧‧‧輻射光束

22‧‧‧琢面化場鏡面器件

24‧‧‧琢面化光瞳鏡面器件

26‧‧‧經圖案化光束/輻射光束

28‧‧‧反射元件

30‧‧‧反射元件

100‧‧‧微影裝置

210‧‧‧極紫外線(EUV)輻射發射電漿/高度離子化電漿

220‧‧‧圍封結構/外殼

221‧‧‧孔隙

223‧‧‧雷射

224‧‧‧雷射能量

226‧‧‧小滴產生器

228‧‧‧高頻小滴串流/燃料串流

230‧‧‧截留器

300‧‧‧離子捕捉器

310‧‧‧離子

320‧‧‧磁性線圈

330‧‧‧通量線

340‧‧‧腔室壁

350‧‧‧磁場導引件或核心

360‧‧‧屏蔽件/屏蔽特徵

370‧‧‧末端表面/離子捕捉表面/捕捉器表面

B‧‧‧輻射光束

C‧‧‧目標部分

CO‧‧‧近正入射收集器/收集器鏡面

IF‧‧‧中間焦點/虛擬源點

IL‧‧‧照明系統/照明器

M1‧‧‧光罩對準標記

M2‧‧‧光罩對準標記

MA‧‧‧圖案化器件/光罩

MT‧‧‧支撐結構/遮蔽台

O‧‧‧方向光軸

P1‧‧‧基板對準標記

P2‧‧‧基板對準標記

PM‧‧‧第一定位器

PS‧‧‧投影系統

PS1‧‧‧位置感測器

PS2‧‧‧位置感測器

PW‧‧‧第二定位器

SO‧‧‧雷射引發之電漿輻射源裝置/源收集器裝置

W‧‧‧基板

WT‧‧‧基板台

併入本文中且形成本說明書之部分的隨附圖式說明本發明，且連同[實施方式]一起進一步用以解釋本發明之原理且使熟習相關技術者能夠進行及使用本發明。參看隨附圖式而僅藉由實例來描述本發明之實施例，在該等圖式中：圖1示意性地描繪具有反射投影光學件之微影裝置；圖2為圖1之裝置的更詳細視圖；圖3說明先前技術離子捕獲配置；圖4說明圖3所示之先前技術離子捕獲配置的磁場線；及圖5說明根據本發明之一實施例的離子捕獲裝置。

本發明之特徵及優點將自下文在結合圖式時所闡述之[實施方式]變得更顯而易見，在該等圖式中，類似元件符號始終識別對應元件。在該等圖式中，類似元件符號通常指示等同、功能上相似及/或結構上相似之元件。

應注意，本說明書中對「一實施例」、「一實例實施例」等等之參考指示所描述實施例可包括一特定特徵、結構或特性，但每一實施例可未必包括該特定特徵、結構或特性。此外，此等片語未必指代同一實施例。另外，當結合一實施例來描述一特定特徵、結構或特性時，應建議，無論是否予以明確地描述，結合其他實施例來實現此特徵、結構或特性皆係在熟習此項技術者之認識範圍內。

圖1示意性地描繪根據本發明之一實施例的包括雷射引發之電漿輻射源裝置SO之微影裝置100。該裝置包含： - 照明系統(照明器)IL，其經組態以調節輻射光束B(例如，EUV輻射)；- 支撐結構(例如，光罩台)MT，其經建構以支撐圖案化器件(例如，光罩或比例光罩)MA，且連接至經組態以準確地定位該圖案化器件之第一定位器PM；- 基板台(例如，晶圓台)WT，其經建構以固持基板(例如，抗蝕劑塗佈晶圓)W，且連接至經組態以準確地定位該基板之第二定位器PW；及- 投影系統(例如，反射投影系統)PS，其經組態以將由圖案化器件MA賦予至輻射光束B之圖案投影至基板W之目標部分C(例如，包含一或多個晶粒)上。

照明系統可包括用於引導、塑形或控制輻射的各種類型之光學組件，諸如，折射、反射、磁性、電磁、靜電或其他類型之光學組件，或其任何組合。

支撐結構MT以取決於圖案化器件MA之定向、微影裝置之設計及其他條件(諸如，該圖案化器件是否被固持於真空環境中)的方式來固持該圖案化器件。支撐結構可使用機械、真空、靜電或其他夾持技術以固持圖案化器件。支撐結構可為(例如)框架或台，其可根據需要而固定或可移動。支撐結構可確保圖案化器件(例如)相對於投影系統處於所要位置。

術語「圖案化器件」應被廣泛地解釋為指代可用以在輻射光束之橫截面中向輻射光束賦予圖案以便在基板之目標部分中創製圖案的任何器件。被賦予至輻射光束之圖案可對應於目標部分中所創製之器件(諸如，積體電路)中之特定功能層。

圖案化器件可為透射的或反射的。圖案化器件之實例包括光罩、可程式化鏡面陣列，及可程式化LCD面板。光罩在微影中為吾人所熟知，且包括諸如二元、交變相移及衰減相移之光罩類型，以及各種混合光罩類型。可程式化鏡面陣列之一實例使用小鏡面之矩陣配置，該等小鏡面中每一者可個別地傾斜，以便在不同方向上反射入射輻射光束。傾斜鏡面在由鏡面矩陣反射之輻射光束中賦予圖案。

類似於照明系統，投影系統可包括適於所使用之曝光輻射或適於諸如真空之使用之其他因素的各種類型之光學組件，諸如，折射、反射、磁性、電磁、靜電或其他類型之光學組件，或其任何組合。可需要將真空用於EUV輻射，此係因為其他氣體可能吸收過多輻射。因此，可憑藉真空壁及真空泵而將真空環境提供至整個光束路徑。

如此處所描繪，裝置屬於反射類型(例如，使用反射光罩)。

參看圖1，照明器IL自源收集器裝置SO接收極紫外輻射光束。用以引發EUV光之方法包括(但未必限於)用在EUV範圍內之一或多種發射譜線將具有至少一元素(例如，氙、鋰或錫)之材料轉換成電漿狀態。在一種此類方法(常常被稱為雷射引發之電漿「LPP」)中，可藉由用雷射光束來輻照燃料(諸如，具有所需譜線發射元素之材料小滴、串流或叢集)而引發所需電漿。雷射引發之電漿輻射源裝置SO可為包括雷射(圖1中未繪示)之EUV輻射系統之部件，該雷射用於提供激發燃料之雷射光束。所得電漿發射輸出輻射，例如，EUV輻射，該輻射係使用安置於雷射引發之電漿輻射源裝置中之輻射收集器予以收集。舉例而言，當使用CO₂雷射以提供用於燃料激發之雷射光束時，雷射與雷射引發之電漿輻射源裝置可為分離實體。

在此等狀況下，不認為雷射形成微影裝置之部件，且輻射光束係憑藉包含(例如)合適引導鏡面及/或光束擴展器之光束遞送系統而自雷射傳遞至雷射引發之電漿輻射源裝置。在其他狀況下，雷射可為雷射引發之輻射源裝置之整體部件。

照明器IL可包含用於調整輻射光束之角強度分佈之調整器。通常，可調整照明器之光瞳平面中之強度分佈的至少外部徑向範圍及/或內部徑向範圍(通常分別被稱作σ外部及σ內部)。另外，照明器IL可包含各種其他組件，諸如，琢面化場鏡面器件及琢面化光瞳鏡面器件。照明器可用以調節輻射光束，以在其橫截面中具有所要均一性及強度分佈。

輻射光束B入射於被固持於支撐結構(例如，光罩台)MT上之圖案化器件(例如，光罩)MA上，且係由該圖案化器件圖案化。在自圖案化器件(例如，光罩)MA反射之後，輻射光束B傳遞通過投影系統PS，投影系統PS將該光束聚焦至基板W之目標部分C上。憑藉第二定位器PW及位置感測器PS2(例如，干涉量測器件、線性編碼器或電容性感測器)，可準確地移動基板台WT，例如，以便使不同目標部分C定位於輻射光束B之路徑中。相似地，第一定位器PM及另一位置感測器PS1可用以相對於輻射光束B之路徑來準確地定位圖案化器件(例如，光罩)MA。可使用光罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準圖案化器件(例如，光罩)MA及基板W。

圖2更詳細地展示微影裝置100，其包括雷射引發之電漿輻射源裝置SO、照明系統IL及投影系統PS。雷射引發之電漿輻射源裝置SO經建構及配置成使得可將真空環境維持於雷射引發之電漿輻射源裝置SO之圍封結構220中。系統IL及PS同樣地含於其自有之真空環境內。可藉由雷射引發之電漿(LPP)輻射源形成EUV輻射發射電漿210。雷射引發之電漿輻射源裝置SO之功能係自電漿210遞送EUV輻射光束20，使得EUV輻射光束20聚焦於虛擬源點中。虛擬源點通常被稱作中間焦點(IF)，且雷射引發之電漿輻射源裝置經配置成使得中間焦點IF位於圍封結構220中之孔隙221處或附近。虛擬源點IF為輻射發射電漿210之影像。

自中間焦點IF處之孔隙221，輻射橫穿照明系統IL，照明系統IL 在此實例中包括琢面化場鏡面器件22及琢面化光瞳鏡面器件24。此等器件形成所謂「蠅眼(fly's eye)」照明器，該照明器經配置以提供在圖案化器件MA處輻射光束21之所要角分佈，以及在圖案化器件MA處輻射強度之所要均一性。在由支撐結構(光罩台)MT固持之圖案化器件MA處輻射光束21之反射後，隨即形成經圖案化光束26，且由投影系統PS將經圖案化光束26經由反射元件28、30而成像至由晶圓載物台或基板台WT固持之基板W上。為了曝光基板W上之目標部分C，在基板台WT上產生輻射脈衝，且遮蔽台MT執行同步移動266、268以經由照明隙縫而掃描圖案化器件MA上之圖案。

在更詳細地考慮雷射引發之電漿輻射源裝置SO的情況下，包含雷射223之雷射能源經配置以將雷射能量224沈積至諸如氙(Xe)、錫(Sn)或鋰(Li)之燃料中，從而創製具有數十電子伏特之電子溫度之高度離子化電漿210。可用其他燃料材料(例如，Tb及Gd)來產生較高能量EUV輻射。在此等離子之去激發及再結合期間產生之高能輻射係自電漿發射、由近正入射收集器CO收集且聚焦於孔隙221上。電漿210及孔隙221分別位於收集器CO之第一焦點及第二焦點處。

為了遞送燃料(其(例如)為液體錫)，在外殼220內配置小滴產生器226，小滴產生器226經配置以發出高頻小滴串流228朝向電漿210之所要部位。在操作中，與小滴產生器226之操作同步地遞送雷射能量224，以遞送輻射脈衝以使每一燃料小滴變成一電漿210。小滴之遞送頻率可為幾千赫茲，例如，50 kHz。實務上，在至少兩個脈衝中遞送雷射能量224：在具有有限能量之預脈衝到達電漿部位之前將該預脈衝遞送至小滴，以便使燃料材料汽化成小的雲，且接著將雷射能量224之主脈衝遞送至所要部位處之雲，以產生電漿210。截留器230提供於圍封結構220之相對側上，以捕獲不管出於何種原因而未變成電漿之燃料。

熟習此項技術者應知道，可定義參考軸線X、Y及Z用於量測及描述裝置、其各種組件及輻射光束20、21、26之幾何形狀及行為。在裝置之每一部件處，可定義X軸、Y軸及Z軸之局域參考座標系(local reference frame)。Z軸在系統中之給定點處與方向光軸O大致地重合，且大體上垂直於圖案化器件(光罩)MA之平面且垂直於基板W之平面。在雷射引發之電漿輻射源裝置中，X軸與燃料串流228之方向大致地重合，而Y軸正交於燃料串流228之方向，從而自頁面指出，如圖2所指示。另一方面，在固持光罩MA之支撐結構MT附近，X軸大體上橫向於與Y軸對準之掃描方向。出於方便起見，在示意圖圖2之此區域中，X軸自頁面指出，再次如所標記。此等指定在此項技術中係習知的，且將在本文中出於方便起見而被採用。原則上，可選擇任何參考座標系以描述裝置及其行為。

對雷射引發之電漿輻射源裝置及微影裝置總體上之操作具決定性的眾多額外組件存在於典型裝置中，但此處未予以說明。此等組件包括用於縮減或減輕經圍封真空內之污染效應之配置，例如，以防止燃料材料之沈積物損害或削弱收集器CO及其他光學件之效能。存在但未予以詳細地描述之其他特徵為在控制微影裝置之各種組件及子系統時涉及之感測器、控制器及致動器。

圖3及圖4說明用於防止燃料材料之沈積物損害或削弱收集器之效能的先前技術配置。其展示收集器CO、電漿210及離子捕獲裝置。在收集器之周邊上之兩個對置點處，安置有各別離子捕捉器300，其為離子捕獲裝置之部件。為了使離子310加速朝向離子捕捉器300，離子捕獲裝置包括磁性線圈320，磁性線圈320經配置以在電漿210及離子捕捉器300附近引發磁場(由通量線330說明)。

關於離子捕獲裝置之此配置之一個問題為：其在自電漿210之部位(其中場強度可(例如)為0.6 T)移動至捕捉器300之位置(其中場強度可(例如)為1.0 T)時以磁場強度之大梯度為特徵。結果，歸因於磁性反射之機制(磁性鏡面效應，參見J.A.Bittencourt之Fundamentals of plasma physics)，僅小分率之離子(小於30%)能夠到達離子捕捉器之表面，藉此縮減離子捕獲裝置之離子收集良率。

關於此配置之另一問題為：因為雷射引發之電漿(LPP)輻射源容器使用氣體(例如，氫氣)來使錫原子熱化，所以錫離子與氣體分子之相互作用會造成散射，該散射會進一步減低離子捕獲裝置之離子收集良率。

此外，在離子捕捉器300被置放成靠近收集器CO之鏡面表面的情況下，由於材料自離子捕捉器表面之飛濺而將發生收集器之嚴重污染。飛濺起源於錫離子撞擊離子捕捉器表面之影響。

圖5展示根據本發明之一態樣的離子捕獲裝置，該離子捕獲裝置包括用於LPP EVU源之磁體組態，其處理圖3及圖4所描繪之配置的此等缺點。再次，該圖展示收集器CO及電漿210。磁性線圈320係在腔室壁340外部，腔室壁340可為外殼220之部分。磁場導引件或核心350自磁性線圈320延伸至腔室中且延伸朝向電漿210。屏蔽件360附接至核心350。

與具有高磁導率之材料(比如，鐵)之兩個核心350結合的兩個磁性線圈320導引磁場，使得磁場被強烈地限制至直接在電漿210周圍之區且在該區內高度地均質。為了提供均質場，該等核心較佳地具有實心(亦即，非中空)橫截面。面對電漿的每一核心之末端表面370用作離子捕捉器。在下文中，末端表面370亦可被稱作離子捕捉表面370。

因為磁場很大程度上均質(在電漿210之部位與離子捕捉表面370之間具有小於0.4 T之磁場強度梯度，或具有實質上消失之磁場強度梯度)，所以將不發生或將實質上不存在磁性反射，從而促進極大改良型離子收集良率，其可處於或接近100%。另外，由於捕捉器表面 370相比於如圖3及圖4所示之先前技術配置較靠近電漿，故在遇到氫氣分子時離子散射之影響將減低。

預見到，冷卻功能可包括於核心結構中以使其溫度保持低於居里(Curie)溫度，以便確保在源之高功率操作期間磁場之限制。用以實現此冷卻功能之熱管理系統(諸如，以流體為基礎之輻射冷卻裝置，或其類似者)對於一般熟習此項技術者將變得顯而易見。

面對收集器CO的核心350之側進一步包括屏蔽特徵360以避免自離子捕捉表面370至收集器CO之直接視線，以減輕由存在於離子捕捉表面370處之飛濺材料進行之收集器污染的風險。

此配置允許在氫氣之兩個不同壓力型態下操作源容器：具有低壓力(例如，小於10 Pa)之「熱」區，其被限制至兩個離子捕捉表面370之間的區；及具有高壓力(例如，20 Pa至100 Pa)之「冷」區，其係在收集器鏡面CO前方以用於使錫中性物(及未由磁場收集之任何離子)熱化。

相比於先前技術配置之額外優點為：歸因於磁場限制，磁性線圈可顯著地較小，且因此，針對磁體線圈結構之體積主張可顯著地縮減。又，較小磁體線圈結構縮減源周圍之區域中的磁性雜散場。

儘管在本文中可特定地參考微影裝置在IC製造中之使用，但應理解，本文所描述之微影裝置可具有其他應用，諸如，製造整合式光學系統、用於磁疇記憶體之導引及偵測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭，等等。熟習此項技術者應瞭解，在此等替代應用之內容背景中，可認為本文對術語「晶圓」或「晶粒」之任何使用分別與更通用之術語「基板」或「目標部分」同義。可在曝光之前或之後在(例如)塗佈顯影系統(通常將抗蝕劑層施加至基板且顯影經曝光抗蝕劑之工具)、度量衡工具及/或檢測工具中處理本文所提及之基板。適用時，可將本文之揭示內容應用於此等及其他基板處理工具。另外，可將基板處理一次以上，例如，以便創製多層IC，使得本文所使用之術語「基板」亦可指代已經含有多個經處理層之基板。

術語「透鏡」在內容背景允許時可指代各種類型之光學組件中任一者或其組合，包括折射、反射、磁性、電磁及靜電光學組件。

雖然上文已描述本發明之特定實施例，但應瞭解，可以與所描述之方式不同的其他方式來實踐本發明。以上描述意欲為說明性而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之範疇的情況下對所描述之本發明進行修改。