TW202415145A - 用於具有液態金屬之極紫外源的旋轉靶 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種極紫外(EUV)光源，其包含一真空室及該真空室中之一旋轉靶總成。該旋轉靶總成具有含相對於一旋轉軸的一遠端壁之一環形溝槽。該遠端壁具有一多孔區域。該旋轉靶總成經旋轉以在一層熔融金屬位於該旋轉靶總成中之一環形溝槽之一遠端壁上時藉由離心力形成一靶。

Description

用於具有液態金屬之極紫外源的旋轉靶

本發明係關於一種極紫外光源。

用於大規模生產具有10 nm或更小結構大小之積體電路(IC)之下一代投影微影使用13.5+/-0.135 nm範圍內之極紫外(EUV)輻射，其對應於多層Mo/Si反射鏡之有效反射。控制IC無缺陷係度量程序之一重要部分。微影生產之總趨勢係自在大規模生產中耗時且昂貴之IC檢測轉向分析微影遮罩。用一光阻劑將遮罩缺陷投影至一矽基板上以導致在印刷晶片上出現缺陷。EUV微影中之遮罩係一Mo/Si反射鏡，在其頂上自吸收13.5 nm之一波長之輻射之一材料施加一拓撲圖案。遮罩檢測程序之最高效方法係在光化輻射之相同波長處實施，光化輻射係其波長與微影之工作波長一致之輻射。藉由具有13.5 nm之一波長之輻射進行此掃描允許以好於10 nm之一解析度偵測缺陷。使微影遮罩在其生產期間及在整個操作週期期間無缺陷對EUV微影而言係一挑戰。創建一裝置用於診斷微影遮罩及其高亮度光化源係EUV微影發展之一優先事項。

在一種設計中，具有液態錫或具有相當低熔融溫度之其他金屬(諸如In、Pb、Ga、Cd、Bi或Li或其等之一組合)之一旋轉靶可分佈於轉鼓之內壁上。此旋轉靶可用作一EUV源。一雷射脈衝與液態金屬表面相互作用產生各雷射脈衝之表面波。歸因於鼓之高轉速(例如，高於1000 RPM)及雷射產生電漿之高重複率(例如，高於10 kHz)，波將彼此干涉。

表面波引起液態金屬表面位置相對於驅動雷射之焦點不穩定。此導致與靶相互作用之點處之雷射束尺寸變動且因此導致雷射束強度變動。此將導致由實際雷射強度與最佳雷射強度之偏差界定之帶內轉換效率變動且將引起EUV能量隨脈衝變動。源之亮度由EUV能與輻射表面積之比率界定，其將歸因於聚焦透鏡之小焦深(瑞利(Rayleigh)長度)而變動。

估計表明，波速低於鼓線速度。因此，由單一脈衝產生之波不會擾動下一雷射脈衝之表面。一高轉速(例如，高達200 Hz)僅提供5 ms之波傳播直至鼓完成整圈。在此圈之後，波將產生表面擾動。來自多個脈衝之波可彼此干涉且可產生高振幅波，此可引起EUV能及亮度不穩定。

轉鼓具有一遠端壁(相對於旋轉軸)且可具有一近端壁。遠端壁塗覆有液態金屬。近端壁藉由真空室中之雷射脈衝來減少液態金屬飛濺或/及蒸發。蒸發之液態金屬可沈積於表面上且給源操作帶來問題。相互作用區中之液態金屬之厚度可為幾毫米(例如2 mm至3 mm)。將厚度減小至低於最小值可導致雷射脈衝增加液態金屬之飛濺。此藉由衝擊波在液態金屬中傳播來界定。相比而言，需要減小厚度來增加摩擦力及黏性之影響，其將導致傳播波之振幅衰減。

因此，需要改良系統及方法。

在一第一實施例中，提供一種系統。該系統包含：一真空室；及一旋轉靶總成，其具有含相對於一旋轉軸的一遠端壁之一環形溝槽。該旋轉靶安置於該真空室中。該遠端壁包含一多孔區域。

該旋轉靶總成可包含與該遠端壁對置以形成該環形溝槽之一近端壁。

該系統可包含與該旋轉靶總成之一旋轉系統。該旋轉系統可經組態以使該旋轉靶總成圍繞該旋轉軸旋轉。

該真空室可包含一輸入窗及一輸出窗或一輸入窗及光學器件。該環形溝槽之該近端壁可經組態以在雷射脈衝期間在該遠端壁與該輸入窗及該輸出窗或該光學器件之間提供一視線。

該系統可包含經組態以使一雷射束指向該遠端壁之一雷射源。

該系統可包含安置於該環形溝槽內部之一熔融金屬。該熔融金屬可安置於該多孔區域上。

該多孔區域可具有直徑小於1 mm之細孔。

該多孔區域可具有自該遠端壁延伸至該環形溝槽中的自1 mm至5 mm之一厚度。

該多孔區域可由鈦、不鏽鋼、鋁或鉬製成。

該多孔區域可具有跨該遠端壁之一變化深度。

在一第二實施例中，提供一種方法。該方法包含在一真空室中旋轉一旋轉靶總成以藉此在一層熔融金屬安置於該旋轉靶總成中之一環形溝槽之一遠端壁上時藉由離心力形成一靶。該遠端壁包含一多孔區域。導引一脈衝雷射束通過該真空室之一輸入窗。用該脈衝雷射束照射該遠端壁上之該靶。自該靶導引一產生之短波長輻射束。

該環形溝槽之近端壁可經組態以在該導引期間在該遠端壁與該輸入窗及一輸出窗兩者或該輸入窗及光學器件兩者之間提供一視線。

該熔融金屬可安置於該多孔區域上。

該多孔區域可具有直徑小於1 mm之細孔。

該多孔區域具有延伸至該環形溝槽中的自1 mm至5 mm之一厚度。

該多孔區域可由鈦、不鏽鋼、鋁或鉬製成。

該多孔區域在該旋轉期間可安置於該靶之一表面下方。

在該旋轉期間，該層熔融金屬在垂直於該旋轉靶總成之一旋轉軸之一方向上可具有大於該多孔區域之一高度之一深度。

該短波長輻射束可經導引通過該真空室之一輸出窗或通過該真空室中之光學器件。

相關申請案之交叉參考 本申請案主張2022年6月10日申請且讓與美國申請案第63/350,868號之臨時專利申請案之優先權，該案之揭示內容特此以引用方式併入。

儘管將根據某些實施例來描述所主張之標的，但其他實施例(包含未提供本文中所闡述之所有益處及特徵之實施例)亦在本發明之範疇內。可在不背離本發明之範疇之情況下進行各種結構、邏輯、程序步驟及電子改變。因此，本發明之範疇僅藉由參考隨附申請專利範圍來界定。

本發明描述用於具有覆蓋轉鼓之內側之液態金屬(例如錫)之一EUV源之一雷射產生電漿(LPP)靶之設計。本文中所揭示之實施例提供在靶表面上產生之波之減少，其提高EUV效能穩定性(即，每道脈衝EUV帶內亮度及能量)。所揭示之設計可使波衰減且在至少一整圈之後提供一平滑表面用於靶與一聚焦雷射相互作用。

圖1係一系統100之一橫截面圖。系統包含一真空室101及真空室101中之一旋轉靶總成102。旋轉靶總成102具有一環形溝槽109，其具有相對於旋轉軸104之一遠端壁110及一近端壁111。遠端壁110包含一多孔區域112。多孔區域112可具有自遠端壁110之一表面延伸至環形溝槽109中(即，在垂直於旋轉軸104之X方向上)之自1 mm至5 mm之一厚度。旋轉靶總成102可由鋁、鈦、其等之合金或其他材料製成。

取決於旋轉靶總成102之設計，近端壁111可旋轉或可靜止。在一實施例中，不包含一近端壁111且旋轉靶總成102僅包含一遠端壁110。若不包含近端壁111，則環形溝槽109可相對於旋轉靶總成102之中心之一組件量測或可代以為一圓形溝槽。

一旋轉系統103與旋轉靶總成102耦合。旋轉系統103使旋轉靶總成102圍繞旋轉軸104旋轉。旋轉系統103可使用一軸件將旋轉傳輸至旋轉靶總成102。旋轉系統103可為一電動馬達或其他機構。

真空室101可包含一輸入窗107及輸出窗108。環形溝槽109之近端壁111可經組態以在雷射脈衝期間在遠端壁110與輸入窗107及輸出窗108之間提供一視線。一雷射源105經組態以使一雷射束106指向遠端壁110。遠端壁110上之液態金屬係雷射束106之一靶。

儘管圖1中繪示一輸出窗108，但系統100亦可在真空室101中包含用於收集EUV輻射之光學元件。就此設計而言，輸出窗108可不存在。

一熔融金屬(其他圖中展示)安置於環形溝槽109內部。液態金屬可為錫、具有低熔融溫度之另一金屬或具有低熔融溫度之一合金。除Sn之外，其他金屬可包含In、Pb、Ga、Cd、Bi、Li或其等之一組合。在一例項中，熔融金屬安置於多孔區域112上，諸如在多孔區域112之細孔中及一表面上。當旋轉靶總成102圍繞旋轉軸104旋轉時，熔融金屬可蓄集於遠端壁110上。此可防止雷射束106直接衝擊多孔區域112。

多孔區域112可為海綿型或燒結金屬嵌件。多孔區域112亦可直接形成於旋轉靶總成102之表面中或上。多孔區域112可圍繞旋轉靶總成102之整個圓周或旋轉靶總成102之部分圓周延伸。多孔區域112之一高度(在Y方向上)可自環形溝槽109之基底完全延伸至熔融金屬之一頂部或遠端壁110之頂部。多孔區域112之一高度亦可自環形溝槽109之基底非完全延伸至熔融金屬之一頂部或遠端壁110之頂部。多孔區域112之一厚度(在X方向上)可跨環形溝槽109之表面均勻或可變。

多孔區域112可具有直徑小於1 mm之細孔。多孔區域112可由鈦、不鏽鋼、鉬、鋁或其他金屬或金屬合金製成。環形溝槽109中之一層熔融金屬之厚度在旋轉期間(即，在X方向上)可為最小，但可經組態為足夠厚，使得多孔區域112不受雷射束106衝擊。此可幫助多孔區域112保持完好。熔融金屬之此厚度可經實驗選擇且可為對應於雷射凹坑之深度之自0.5 mm至1 mm。由於有效厚度，一雷射脈衝(或由脈衝產生之衝擊波)與浸漬多孔區域112之液態金屬之相互作用可不引起飛濺。液態金屬之一較小厚度及多孔區域112之較高粗糙度可幫助衰減由雷射脈衝產生之波。

除防止飛濺之外，多孔區域112可在使用雷射束106燒蝕液態金屬時充當液態金屬之一儲器。液態金屬可儲存於多孔區域112之細孔中。

旋轉靶總成102可呈碟形。然而，旋轉靶總成102可具有一輪子、一低多面體稜鏡之形狀或另一形狀。

本文中所揭示之實施例使用一液相靶，與一固相靶相比，其幫助確保靶表面之再現性。此提高短波長輻射源之輸出特性之每道脈衝穩定性。歸因於液態金屬之連續循環、更新及補充，可達成短波長輻射源之長期穩定性。使用金屬(例如錫)之雷射產生電漿可確保短波長輻射源之高亮度及高效率。此可應用於EUV微影之工作波長13.5 nm。旋轉靶總成102可限制碎屑粒子流出至其外部，此可提高短波長輻射源之清潔度且最小化靶材料之消耗。

雷射源105可產生短(例如100 ns或更短)雷射脈衝。在一實施例中，雷射可具有自1 µm至10 µm之一波長。一同步系統可與雷射源105一起用於依視線照射旋轉靶總成102之表面。一光偵測器可偵測由標記調變之輔助雷射輻射之一反射連續信號且在環形溝槽109之旋轉角開始主脈衝雷射，其透過近端壁111提供相互作用區與輸入及輸出窗107、108之間的一視線。

在一例項中，進入近端壁111之孔隙之靶材料之微滴可在一離心力之作用下彈回至環形溝槽109中。因此，靶之電漿形成材料不會離開環形溝槽109以延長源壽命，無需再填充。

圖2係旋轉靶總成102之部分之一實施例之一橫截面圖。此實施例不包含近端壁111。多孔區域112係浸漬有液態金屬113之一多孔材料(例如海綿或經燒結)。液態金屬113相對於遠端壁110之厚度(即，液態金屬113之體積)可比不具有多孔區域112之一設計減小。液態金屬113在旋轉靶總成102旋轉期間利用離心力保持於遠端壁110上。

圖3係旋轉靶總成102之部分之另一實施例之一橫截面圖。近端壁111經繪示有雷射束106之一輸入孔隙115及一輸出孔隙114。遠端壁110與近端壁111之間亦存在一蓋116。蓋116可幫助液態金屬113之液滴保持容納於所要區域中。在圖3之實施例中，遠端壁110相對於近端壁111傾斜。因此，遠端壁110與旋轉靶總成102之基底不以一垂直角交會。

在一例項中，波可傳播通過液態金屬113且自一固體表面反射，其可引起飛濺。用多孔區域112減少液態金屬113中之波傳播。多孔區域112亦可防止液態金屬113之飛濺或一不均勻表面。飛濺可在EUV及雷射隧道周圍產生微滴且可逐漸堵塞EUV及雷射隧道。液態金屬113之一更均勻分佈(即，一均勻表面)可減少旋轉靶總成102振動。一均勻分佈將減少旋轉靶總成102振動且可提供靶表面相對於雷射焦點之一穩定位置，此可提高EUV穩定性。

在本文中所揭示之實施例中，可自描述重力場下之淺水上波之科特韋格-德弗里斯(Korteweg-De-Vries)方程式估計由雷射束106之雷射脈衝與液態金屬113之相互作用產生之表面波之速度。針對一長波長，解算將給出傳播速度c=√gh。在一旋轉靶總成102之情況中，替換離心加速度V^2/R之自由落體加速度。此處，V係具有半徑R之鼓表面之線速度。接著，表面波之速度將等於c=V√(h/R)。當h＜＜R時，c＜＜V且由雷射脈衝產生之波之中心將以速度V自焦區移出，而產生之波將更緩慢傳播。例如，若V=100 m/s，R=80 mm且h=2 mm，則c=16 m/s。然而，當旋轉靶總成102完成整圈(例如，12,000 rpm，5毫秒時間)時，波可由雷射擊中，除非其未平靜。波之振幅可自毫米分率範圍(例如0.05 mm至0.2 mm)開始且可保持相同或甚至類似於海嘯放大，除非其由多孔區域112衰減。

圖4係旋轉靶總成102之部分之另一實施例之一橫截面圖。一固定屏蔽件118用於照射區中，其可充當部分或整個近端壁111。旋轉靶總成102與固定屏蔽件118之間存在一間隙119。輸入孔隙115及輸出孔隙114可鑽穿固定屏蔽件118且可對準於雷射束及EUV光學器件。在一例項中，輸入孔隙115及輸出孔隙114呈圓錐形。固定屏蔽件118可與靶之旋轉組分分離且固定屏蔽件與蓋116之間及/或固定屏蔽件118與旋轉靶總成102之一基底之間無需同步。

在一例項中，多孔區域112具有跨遠端壁110之一變化深度，其在一實例中如圖5及圖6中所展示。波可使用具有溝槽之一旋轉靶總成102來衰減。區段117經展示為自遠端壁110延伸以形成溝槽。溝槽可具有避免雷射與液態金屬113飛濺相互作用之一深度。區段117可在區段117上方形成具有最小液態金屬113厚度之障壁。此障壁可減弱及衰減波。溝槽之間的空間可具有小厚度之熔融金屬，因此波將通過具有可變深度之表面。淺區域將使波變慢且因黏性而降低振幅。

液態金屬113之分佈均勻性可藉由適當填充旋轉靶總成102來提供。雷射束106可使用一編碼器及外部觸發來與溝槽位置同步。

液態金屬113可填充溝槽且在區段117之頂部上形成薄層。區段117之頂部上之液態金屬113相對於遠端壁110之厚度可小至0.1 mm至0.2 mm，此可高效衰減表面波。多孔性可產生額外黏性摩擦。

在一實施例中，區段117可形成於多孔區域112中。歸因於旋轉靶總成102之高轉速，多孔材料可提供液態金屬113之均勻厚度分佈之一優點。

本文中所揭示之實施例可衰減由雷射脈衝與液態金屬表面相互作用產生之波。此可導致帶內能量及亮度兩者基於每道脈衝之EUV穩定性提高。由於與振動及其他干擾源相關之不穩定性減少，液態金屬之厚度分佈可更均勻。此亦導致靶表面位置改良及源亮度穩定。

圖7係一方法200之一流程圖。在201中，在一真空室中旋轉一旋轉靶總成，藉此在一層熔融金屬安置於旋轉靶總成中之一環形溝槽之一遠端壁上時藉由離心力形成一靶。遠端壁包含一多孔區域。熔融金屬可安置於多孔區域上及中。多孔區域可具有直徑小於1 mm之細孔及延伸至環形溝槽中的自1 mm至5 mm之一厚度。

在202中，導引一脈衝雷射束通過真空室之一輸入窗。在203中，用脈衝雷射束照射遠端壁上之靶(例如液態金屬)。在204中，導引由照射引起之一產生短波長輻射束通過真空室之一輸出窗或真空室中之光學器件。環形溝槽之近端壁可經組態以在導引期間在遠端壁與輸入及輸出窗兩者之間提供一視線。近端壁可經配置為一固定屏蔽件且可包含與相鄰旋轉組件之間隙。

在旋轉期間，多孔區域可安置於靶之一表面下方。在旋轉期間，熔融金屬層在垂直於旋轉靶總成之一旋轉軸之一方向上可具有大於多孔區域之一高度之一深度。減少波傳播且產生一更均勻分佈之液態金屬。

為在自紫外線至軟x射線波段之短波長光譜中產生具有高光學輸出之高溫雷射產生電漿，雷射束106雷射輻射於靶上之功率密度可為自10 ¹⁰W/cm ²至10 ¹²W/cm ²且雷射脈衝之長度可為自100 ns至0.5 ps。

為產生雷射束106，可使用任何脈衝或調變雷射或幾個雷射。雷射源105可為固態、光纖、圓盤或氣體放電。雷射束106之雷射輻射之平均功率可在自10 W至高達約1 kW或更大之範圍內，其中雷射束106聚焦於一靶上之一小焦點上，例如直徑約100 μm。

雷射脈衝重複頻率可為自1 kHz至10 MHz。在此範圍內，較低輸出雷射能之一較高脈衝重複頻率可減少碎屑粒子飛濺。

真空室可用一無油泵系統抽空至低於10 ^-5巴至10 ^-8巴，此可移除能夠與靶材料相互作用之氣體組分，諸如氮及碳。

真空室可充滿具有短波長輻射高透射率之緩衝氣體(例如H ₂、He或Ar)且保護光學器件免受由電漿產生之碎屑。

液態金屬可使用經組態以容許液態金屬溫度穩定以使其保持在最佳溫度範圍內之一感應加熱系統來保持熔融。

儘管已相對於一或多個特定實施例描述本發明，但應理解，可在不背離本發明之範疇之情況下進行本發明之其他實施例。因此，本發明被視為僅限於隨附申請專利範圍及其合理解譯。

100:系統 101:真空室 102:旋轉靶總成 103:旋轉系統 104:旋轉軸 105:雷射源 106:雷射束 107:輸入窗 108:輸出窗 109:環形溝槽 110:遠端壁 111:近端壁 112:多孔區域 113:液態金屬 114:輸出孔隙 115:輸入孔隙 116:蓋 117:區段 118:固定屏蔽件 119:間隙 200:方法 201:在一真空室中旋轉一旋轉靶總成 202:將一脈衝雷射束導引至真空室中 203:用脈衝雷射束照射靶 204:導引一產生之短波輻射束

為更完全理解本發明之性質及目的，應結合附圖參考以下詳細描述，其中： 圖1係根據本發明之一系統實施例之一橫截面圖； 圖2係旋轉靶總成之部分之一實施例之一橫截面圖； 圖3係旋轉靶總成之部分之另一實施例之一橫截面圖； 圖4係旋轉靶總成之部分之另一實施例之一橫截面圖； 圖5係旋轉靶總成之部分之另一實施例之一橫截面圖； 圖6係圖5中所展示之旋轉靶總成之一實施例沿A-A之一俯視圖；及 圖7係根據本發明之一方法之一流程圖。

100:系統

101:真空室

102:旋轉靶總成

103:旋轉系統

104:旋轉軸

105:雷射源

106:雷射束

107:輸入窗

108:輸出窗

109:環形溝槽

110:遠端壁

111:近端壁

112:多孔區域

Claims (21)

1. 一種系統，其包括： 一真空室；及 一旋轉靶總成，其具有含相對於一旋轉軸的一遠端壁之一環形溝槽，其中該旋轉靶安置於該真空室中，且其中該遠端壁包含一多孔區域。
2. 如請求項1之系統，其中該旋轉靶總成具有與該遠端壁對置以形成該環形溝槽之一近端壁。
3. 如請求項1之系統，其進一步包括與該旋轉靶總成耦合之一旋轉系統，其中該旋轉系統經組態以使該旋轉靶總成圍繞該旋轉軸旋轉。
4. 如請求項1之系統，其中該真空室包含一輸入窗及一輸出窗或一輸入窗及光學器件。
5. 如請求項4之系統，其中該環形溝槽之一近端壁經組態以在雷射脈衝期間在該遠端壁與該輸入窗及該輸出窗兩者或該輸入窗及該光學器件兩者之間提供一視線。
6. 如請求項1之系統，其進一步包括經組態以使一雷射束指向該遠端壁之一雷射源。
7. 如請求項1之系統，其進一步包括安置於該環形溝槽內部之一熔融金屬。
8. 如請求項7之系統，其中該熔融金屬安置於該多孔區域上。
9. 如請求項1之系統，其中該多孔區域具有直徑小於1 mm之細孔。
10. 如請求項1之系統，其中該多孔區域具有自該遠端壁延伸至該環形溝槽中的自1 mm至5 mm之一厚度。
11. 如請求項1之系統，其中該多孔區域由鈦、不鏽鋼、鋁或鉬製成。
12. 如請求項1之系統，其中該多孔區域具有跨該遠端壁之一變化深度。
13. 一種方法，其包括： 在一真空室中旋轉一旋轉靶總成，藉此在一層熔融金屬安置於該旋轉靶總成中之一環形溝槽之一遠端壁上時藉由離心力形成一靶，其中該遠端壁包含一多孔區域； 導引一脈衝雷射束通過該真空室之一輸入窗； 用該脈衝雷射束照射該遠端壁上之該靶；及 自該靶導引一產生之短波長輻射束。
14. 如請求項13之方法，其中該環形溝槽之一近端壁經組態以在該導引期間在該遠端壁與該輸入窗及一輸出窗兩者或該輸入窗及光學器件兩者之間提供一視線。
15. 如請求項13之方法，其中該熔融金屬安置於該多孔區域上。
16. 如請求項13之方法，其中該多孔區域具有直徑小於1 mm之細孔。
17. 如請求項13之方法，其中該多孔區域具有延伸至該環形溝槽中的自1 mm至5 mm之一厚度。
18. 如請求項13之方法，其中該多孔區域由鈦、不鏽鋼、鋁或鉬製成。
19. 如請求項13之方法，其中該多孔區域在該旋轉期間安置於該靶之一表面下方。
20. 如請求項13之方法，其中在該旋轉期間，該層熔融金屬在垂直於該旋轉靶總成之一旋轉軸之一方向上具有大於該多孔區域之一高度之一深度。
21. 如請求項13之方法，其中該短波長輻射束經導引通過該真空室之一輸出窗或通過該真空室中之光學器件。