TWI395248B - 具有改良氣體分配之碎片減少系統 - Google Patents

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Description

具有改良氣體分配之碎片減少系統
本發明係關於一種碎片減少系統，其尤其用於EUV輻射及/或軟X射線的一輻射單元，包含一碎片減少單元，其具有數個通路，其允許輻射直接通過；以及一或數個饋送導管，其用於緩衝氣體至該碎片減少單元之氣體供應。本發明還關於一種碎片減少單元，尤其一種箔陷阱(foil trap)，其可用於此一碎片減少系統。
本發明之碎片減少系統尤其適用於在約1 nm至20 nm之間的波長範圍內發射遠紫外線(EUV)輻射或軟X射線之輻射單元。一範例性應用領域為結構僅數奈米尺寸之積體電路製造所需的EUV微影術。
EUV微影術之EUV輻射單元包含：作為關鍵元件的一輻射源，其發射EUV輻射；以及照明光學，其用於將一光罩之結構投射至一晶圓基板上。在EUV微影術之情況下，由於對於此波長區域有效的透射型光學組件係未知，因此光學組件為反射型鏡面。所需的EUV輻射係藉由形成輻射單元之輻射源的一電漿放電來產生。然而，除EUV輻射外，此一電漿還發射帶電或未帶電的粒子，其沈積於該等照明光學之光學表面上。取決於EUV輻射源之種類，該些粒子可包含中性原子、離子、不同化學堅固性的團簇或小滴。EUV輻射源之此類不合需要的粒子發射之全體還稱為碎片。在一EUV輻射單元中，此類碎片主要污染靠近輻射源 的聚光鏡面。為最小化污染，在此一輻射單元之輻射源與該等光學組件(尤其該聚光鏡面)之間使用碎片減少系統。
一已知的碎片減少方法係在EUV輻射源與聚光鏡面之間提供一緩衝氣體。在原子或離子情況下碎片粒子藉由撞擊氣體原子而減慢並偏離其最初飛行方向。使用足夠高密度之緩衝氣體，該等碎片粒子可能在其往聚光鏡面之途中完全停止。若該等碎片還包含可凝結之物質，例如金屬原子或金屬小滴，則在EUV輻射源與聚光鏡面之間使用一額外的碎片減少單元。此一碎片減少單元包含一結構，其具有多個通路用於輻射直接通往聚光鏡面，其中該碎片物質主要凝結在此結構之壁上，因此不會到達聚光鏡面。
已知的碎片減少單元包含數個薄片，其採用一平行、同心或蜂巢結構形成方式而配置，例如參見WO 01/01736 A1。此等碎片減少單元還稱為箔陷阱。
WO 03/034153 A1揭示一碎片減少系統之一具體實施例，其中箔陷阱藉由一中間空間而分成二部分。將緩衝氣體饋送至此中間空間。由於此構造，用於電漿產生之體積與包含聚光鏡面之體積可維持在一低壓下而在該中間空間內的緩衝氣體使用一更高壓力而供應，以便有效地減慢該等碎片粒子。
US 6,586,757 B2顯示藉由一中間空間分離的一碎片減少單元之另一範例。在此情況下，從聚光鏡面側供應緩衝氣體並透過中間空間內的一開口抽出。因此在聚光鏡面側的緩衝氣體壓力高於在箔陷阱之此中間空間內的緩衝氣體壓 力。
為有效地抑制該等碎片粒子，在數公分的一交互作用距離上需約10至100 Pa(冷壓)之一緩衝氣體壓力。該等氣體原子之原子量應類似要停止的該等原子及離子之原子量，以便確保一有效的動量傳遞。碎片減少系統之大多數已知解決方式實務上達不到有效碎片減少所必需的上述高壓。
本發明之一目的係提供一種碎片減少系統，其尤其用於發射EUV輻射或軟X射線之一輻射單元，從而提供一改良的碎片減少。
使用依據請求項1之碎片減少系統來獲得該目的。請求項11係關於可用於本碎片減少系統的一碎片減少單元之一具體實施例。該碎片減少系統之有利具體實施例為隨附申請專利範圍之主題內容或揭示於後續說明中。
本碎片減少系統包含：一碎片減少單元，尤其一箔陷阱，該碎片減少單元具有數個自由通路，其允許輻射直接通過該減少單元；及一或數個饋送導管，其用於一緩衝氣體至該碎片減少單元之氣體供應。該碎片減少單元具有至少一內部空間，其在數個通路上延伸，較佳的係垂直於該等通路，其中該等饋送導管開啟進入該空間內。較佳的係該內部空間在該減少單元之全部通路上延伸。
在本發明中，將緩衝氣體直接供應至該碎片減少單元之該一或數個內部空間內，使得比較外部空間緩衝氣體之壓力在此碎片減少單元內部具有一最大值。因此，可在該箔 陷阱內維持有效率碎片減少所需的此緩衝氣體之足夠高壓力，同時在一輻射單元(例如一EUV輻射單元)之輻射源及光學組件之體積內維持一所需的低壓。頃發現需維持至少100至200 Pa*cm(參考正常溫度300 K)之緩衝氣體壓力p與交互作用長度d之乘積，以便確保有效地減慢或停止一EUV輻射電漿源所發射之碎片粒子。本碎片減少系統可獲得壓力p與交互作用長度d之此乘積而不消極地影響電漿產生。
較佳的係將本發明之碎片減少單元，除該至少一內部空間外，構造為此項技術中習知的一平常的箔陷阱，尤其具有一中心軸，該等箔從該中心軸在半徑方向上延伸。
依據本發明，在此一箔陷阱中，該內部空間係僅藉由在單一箔片內的開口來形成。可從外部或透過此箔陷阱之中心軸來配置緩衝氣體之供應。在後者情況中，饋送導管形成此中心軸並具有從該中心軸延伸進入該內部空間的足夠開口或側管。
若此一箔陷阱設計成圍繞一中心軸對稱，則還可圍繞此中心軸旋轉此箔陷阱。由於旋轉，因此緩衝氣體無法停止之團簇或小滴還撞擊該箔陷阱之該等箔並凝結在該處。組合該箔陷阱之此一旋轉與直接向其供應緩衝氣體的內部空間，提供一種極有效的碎片減少系統。
習知此項技術者應明白，本碎片減少系統不僅適用於本說明書主要說明的一EUV輻射單元，而且還適用於可能需要碎片減少的其他應用。
在本說明書及申請專利範圍中，詞語"包含"並不排除其 他元件或步驟而"一"或"一個"亦不排除複數個。而且，專利申請範圍中的任何參考符號不應視為限制該些申請專利範圍之範疇。
圖1顯示在此項技術中所習知之一EUV輻射單元中具有一箔陷阱之一碎片減少系統之一示意圖。該圖及下列圖示顯示一EUV電漿源2，其作為發射EUV輻射之輻射源，使用聚光鏡面3來收集並聚焦EUV輻射。光軸如參考符號1所示，EUV輻射之一範例性輻射路徑具有參考符號8而一碎片粒子之一範例性路徑具有參考符號9。
該碎片減少系統包含一箔陷阱11，其在EUV電漿源2與聚光鏡面3之間配置。箔陷阱11包含複數個單一箔，其從箔陷阱11之一中心軸10在半徑方向上延伸。在圖1之右側上，其代表在中心軸10之方向上的一視點，可看見此點。整個配置具有圍繞光軸1的一旋轉對稱。
圖1之碎片減少系統還包含饋送導管5，其用於緩衝氣體7透過出口開口6之供應。該些饋送導管5係配置成用以在箔陷阱11與聚光鏡面3之間的空間內及在箔陷阱11與EUV電漿源2之間的空間內供應緩衝氣體。
然而使用此一配置，在EUV電漿源2之側處無法獲得有效停止該等碎片粒子所需的緩衝氣體之最大密度。原因係使用(例如)一錫放電操作的EUV電漿源2僅使用在1 Pa氬氣體之級別上的一最大緩衝氣體壓力才有效率地操作。在更高的壓力下，EUV輻射效率明顯地降低。因此，使用此一配 置無法獲得前面已說明的緩衝氣體壓力p與交互作用長度d之所需條件。在聚光鏡面3側，由於比較該箔陷阱之流動阻力，聚光鏡面之流動阻力極低，必需具有極高氣體流動的緩衝氣體，以在該箔陷阱內獲得所需的高壓。由於所有可用的緩衝氣體吸收EUV輻射，因此此一較高氣體流動造成無法容忍的EUV輻射之明顯減弱。
圖2顯示依據本發明之一碎片減少系統之一範例性具體實施例。此碎片減少系統之箔陷阱11包含一內部空間4，透過饋送導管5直接向其供應緩衝氣體7。為此目的，饋送導管5延伸進入內部空間4內。因此緩衝氣體7在該箔陷阱內部具有其最大的氣體密度。此點在一相對較低的氣體流動下致動一最大的碎片減少。因此，可同時在EUV電漿源2之區域內及在聚光鏡面3之區域內實現一相對較低的氣體壓力之條件。
圖3以一類似示意圖顯示本碎片減少系統之另外二具體實施例。在此情況下內部空間4藉由一圓周氣體流動通道14，其具有比較(例如)圖3a及3b可見的不同斷面。圓周氣體流動通道14係藉由在箔陷阱11之該等箔內的足夠截斷來形成。在流動通道14中緩衝氣體可在圓周方向(方位方向)上容易地流動。此點在箔陷阱11之體積內造成所需的同質氣體分配且還在箔陷阱11內造成最大的氣體壓力。而且在該些具體實施例中，氣體導管5直接延伸進入內部空間4內。
圖4顯示在中心軸10之方向上的圖3之具體實施例之一正面圖。在此圖示中，顯示箔陷阱11之單一箔從中心軸10在 一半徑方向上延伸。配置饋送導管5之出口部分，使得緩衝氣體7在一圓周方向上流出並在相同圓周方向上流入流動氣體通道14內，在此圖示中流動氣體通道14藉由其外部及內部限制線12、13來指示。
圖5以一示意圖顯示本碎片減少系統之另外二具體實施例。內部空間4採用與在圖3之範例中已顯示的相同方式來形成。圖5之二具體實施例顯示流動氣體通道14之二不同斷面。圖5之具體實施例與圖3之具體實施例之間的差異為饋送導管5之配置。在本具體實施例中，饋送導管5之一部分形成箔陷阱11之中心軸10並具有延伸進入氣體流動通道14內的一或數個側管。在此一配置中，由於饋送導管5與箔陷阱11一起旋轉，因此箔陷阱11圍繞中心軸10之一旋轉可行。
此一旋轉如圖6之具體實施例中的箭頭所指示。在該些具體實施例中，內部空間4延伸直至中心軸10，使得不需要圖5所示之饋送導管5之側管。藉由在中心饋送導管5內的出口開口將緩衝氣體7直接饋送至內部空間4。比較圖5之具體實施例，此點造成由於側管之旋轉而引起不需要之失衡不會發生之優點。此外，無任何氣體管干擾輻射之光學路徑。此具體實施例具有可容易地製造此一減少單元之另外優點。圖6還顯示形成內部空間4之另外二範例。
圖7顯示另一具體實施例，其中藉由內部空間所形成的單一連接通路17將圓周流動通道18連接至中心軸10之饋送導管5。藉由箔陷阱11之不同類型箔，其具有如圖7a及7b所見之不同截斷形式，來獲得此點。使用此一具體實施例，由 於內部空間，即流動通道18與連接通路17，佔據凝結碎片物質所必需的較小箔表面，因此獲得一改良碎片減少。
圖8採用不同視點顯示在圖7之具體實施例之箔中的不同截斷或開口。圖8a顯示箔陷阱11之二相鄰箔19，其開口形成用於方位氣體分配之圓周流動通道18。圖8b顯示連續箔16，該等開口用於從中心軸10至圓周氣體流動通道18之半徑氣體供應。圖8c顯示連續箔19，其開口再次僅形成圓周流動通道18。以此方式繼續而形成整個箔陷阱11。
1‧‧‧光軸
2‧‧‧EUV電漿源
3‧‧‧聚光鏡面
4‧‧‧用於緩衝氣體的內部空間
5‧‧‧饋送導管
6‧‧‧出口開口
7‧‧‧緩衝氣體
8‧‧‧輻射路徑
9‧‧‧碎片粒子之路徑
10‧‧‧箔陷阱之中心軸
11‧‧‧箔陷阱
12‧‧‧外部限制線
13‧‧‧內部限制線
14‧‧‧氣體流動通道
16‧‧‧具有半徑氣體供應用之開口之箔
17‧‧‧連接通路
18‧‧‧圓周氣體流動通道
19‧‧‧具有圓周氣體供應用之開口之箔
在某些範例性具體實施例中，本碎片減少系統及對應的碎片減少單元還結合下述圖式加以說明而不限制申請專利範圍之範疇。該等圖示顯示：圖1係一已知碎片減少系統之一示意圖；圖2係依據本發明之碎片減少系統之一第一具體實施例之一示意圖；圖3a及3b係依據本發明之碎片減少系統之一第二及一第三具體實施例之示意圖；圖4係在中心軸之方向上圖3之碎片減少系統之一示意圖；圖5a及5b係依據本發明之碎片減少系統之一第四及一第五具體實施例之示意圖；圖6a及6b係依據本發明之碎片減少系統之另外二具體實施例之示意圖；圖7a及7b係依據本發明之碎片減少系統之另一具體實施 例之示意圖；以及圖8a及8b及8c係顯示圖7a及7b之碎片減少系統之一碎片減少單元之該等箔之構造之範例。
1‧‧‧光軸
5‧‧‧饋送導管
6‧‧‧出口開口
7‧‧‧緩衝氣體
10‧‧‧箔陷阱之中心軸
11‧‧‧箔陷阱
14‧‧‧氣體流動通道

Claims (14)

  1. 一種碎片減少系統，其包含一碎片減少單元(11)，尤其係一箔陷阱，該碎片減少單元(11)具有數個通路，其允許輻射直接通過；以及一或數個饋送導管(5)，其用於一緩衝氣體(7)至該碎片減少單元(11)之氣體供應，其中該碎片減少單元(11)具有至少一內部空間(4、14、18)，其在該等通路之數個通路上延伸且其中該等饋送導管(5)開啟進入該空間(4、14、18)內。
  2. 如請求項1之碎片減少系統，其特徵為該空間(4、14、18)形成一氣體流動通道(14、18)，其整合於該碎片減少單元(11)內。
  3. 如請求項1之碎片減少系統，其特徵為該碎片減少單元(11)具有圍繞一中心軸(10)的本質上旋轉對稱，其中該空間(4、14、18)圍繞該中心軸(10)在一圓周方向上延伸。
  4. 如請求項3之碎片減少系統，其特徵為形成該等饋送導管(5)之出口部分，使得所供應的緩衝氣體(7)在一圓周方向上流入並在相同圓周方向上流入用於所有饋送導管(5)的該空間(4、14、18)。
  5. 如請求項3之碎片減少系統，其特徵為該一饋送導管(5)或該等數個饋送導管(5)之一第一者包含：一第一部分，其形成該碎片減少單元(11)之該中心軸(10)；以及一第二部分，其形成從該中心軸(10)延伸進入該空間(4、14、18)內的一或數個側管。
  6. 如請求項3之碎片減少系統，其特徵為該一饋送導管(5) 或該等數個饋送導管(5)之一第一者形成該中心軸(10)並具有至該空間(4、14、18)之一或數個出口開口(6)，該空間(4、14、18)延伸至該中心軸(10)。
  7. 如請求項5或6之碎片減少系統，其特徵為該第一饋送導管(5)之該等側管或該等出口開口(6)係形成以將該緩衝氣體(7)從該中心軸(10)供應至該空間(4、14、18)內，且該等數個饋送導管(5)之第二者係配置成用以在朝向該中心軸(10)之一方向上將緩衝氣體(7)供應至該空間(4、14、18)內。
  8. 如請求項6之碎片減少系統，其特徵為該空間(4、14、18)形成一圓周通道(14、18)與連接通道(17)，該連接通道(17)在一半徑方向上延伸並將該一或多個出口開口(6)連接至該圓周通道(14、18)。
  9. 如請求項3之碎片減少系統，其特徵為該碎片減少單元(11)圍繞該中心軸(10)而可旋轉地安裝。
  10. 5或6之碎片減少系統，其特徵為該碎片減少單元(11)係一箔陷阱，其包含從該中心軸(10)在一半徑方向上延伸的數個箔(19、16)且該內部空間(4、14、18)係藉由在該等箔(19、16)內的開口來形成。
  11. 一種碎片減少單元，其特別是用於如前述請求項之一者之碎片減少系統，該碎片減少單元(11)具有數個通路，其允許輻射直接通過；以及一內部空間(4、14、18)，其在該等通路之數個通路上延伸。
  12. 如請求項11之碎片減少單元，其特徵為其包含數個箔 (19、16)，其從一中心軸(10)在一半徑方向上延伸，其中該等箔(9、16)具有開口，其形成垂直於該等箔(19、16)而延伸的該內部空間。
  13. 如請求項12之碎片減少單元，其特徵為該等開口形成一氣體流動通道(14、18)，其圍繞該中心軸(10)在一圓周方向上延伸。
  14. 如請求項12之碎片減少單元，其特徵為該等開口形成一圓周通道(14、18)與連接通道(17)，該連接通道(17)在一半徑方向上延伸並將在該中心軸內的一緩衝氣體(7)之出口開口(6)連接至該圓周通道(14、18)。
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