TWI412300B - 產生遠紫外線輻射及/或軟性ｘ光輻射之方法與裝置 - Google Patents

Description

產生遠紫外線輻射及/或軟性X光輻射之方法與裝置

本發明係關於一種藉由一電性氣體放電而產生遠紫外線輻射及/或軟性X光輻射之方法及裝置。

遠紫外線輻射(簡稱為EUV輻射)及軟性X光輻射覆蓋從約1 nm至20 nm之一波長範圍。此遠紫外線輻射係設計用於微影蝕刻程序中，主要係用於半導體製造。

此類方法及裝置已為人所知。其係基於一電漿，該電漿係藉由一電性氣體放電而產生且發射遠紫外線輻射及軟性X光輻射，例如，WO-A-01/01736中所揭示。

EP-A-1 248 499揭示一種產生遠紫外線輻射之方法及裝置，其提到用以穩定地產生該電漿並用以控制電源之措施。現在將參考如圖13所示來自EP-A-1 248 499之一相關類型的裝置來闡明本發明之基本操作原理。圖13所示的裝置包含具有一陽極18與一中空陰極20之一電極系統。操作氣體22存在於藉由該等電極18、20及絕緣體19而形成之一放電空間14內。特定言之，藉由該放電空間14中的主要壓力(此壓力一般在1至100 Pa之範圍內)來定義該氣體放電之一操作點。

當電源供應21以數十納秒乃至數百納秒之一脈衝持續時間向該等電極18、20施加數千安培乃至100千安培之一可週期性切換的電流時，產生一所謂的箍縮電漿26，該電漿係藉由歐姆加熱及電磁壓縮而加熱至一特定溫度且其密度即 該箍縮電漿26發射該遠紫外線輻射12之密度。

在此項具體實施例中可經由該輻射發射窗16而將該遠紫外線輻射12耦合至外部。該輻射發射窗16與配置於該陰極20內且將該放電空間14連接至一中空空間42之一開口17一起定義圖13中以虛線顯示之一軸。該中空空間42主要係用於為形成遠離該陰極20之低歐姆通道而使電荷載體24可用。

一般地，該等電荷載體24係電漿之電子及離子，其係採取各種方式而以較高的可重製性來形成，例如，藉由表面放電觸發、電性觸發、鐵電觸發或預先電離該中空空間42內的電漿26，如本文所示。將一觸發裝置25配置於該陰極20的中空空間42內的軸上，使得可藉由實現起來相對較簡單之一潛在控制來釋放電荷載體24。

因此，可以所謂的自發崩潰模式來操作該氣體放電，而省略一電流切換元件。該電源供應21對該電極系統充電直至達到Paschen曲線所定義之一操作點。可藉由該電源供應來減小該觸發裝置25的輔助電極與該陰極20之間的電位差，例如，在該陽極18與該陰極20之間不會形成該低歐姆通道。有控制地減小該輔助電極之電位最終能控制，即，觸發該氣體放電開始以及該電漿26形成之時刻。

從而，可獲得具有高重複速度以及電漿快速復原能力之電漿，從而2π內的輸出功率在數十瓦特乃至數百瓦特範圍內之一遠紫外線輻射源可用。

DE-A-101 51 080建議使用高能量光子以及由表面放電而 獲得之電荷載體以在控制之下產生該氣體放電。亦可將本文所揭示的觸發裝置配置在屬於該等電極中的一電極且連接至該放電空間之一中空空間。

如上所述之該些觸發裝置係配置成空間上緊鄰該電漿，其不可避免地係曝露於因離子轟擊及輻射而導致的高熱量負載。

圖13所示之觸發裝置25確有可能受到冷卻，但在隨後的放電操作中該輔助電極發生相對較強的腐蝕而導致產品使用期縮短。

此外，在該中空空間中存在的電荷載體數目可能不足，尤其係在較長的操作暫停過後，以致缺乏足夠的預先電離並使得所儲存的電能從該中空空間至該放電空間之耦合不太有效。此情況造成對該電漿點火時刻之控制不太精確並造成該氣體放電之穩定性降低，即使在以高重複頻率來操作該氣體放電之情況下亦如此。

此外，在能向該電極系統再次施加電壓之前，由於該等電荷載體在該氣體放電後仍保留於該中空空間中，即由於必須消除該等電荷載體(例如，藉由重新組合來消除)，因此使得可獲得的最大重複頻率減小。

尤其係，若在較長的操作暫停過後或在該裝置新啟動後存在為數較少的電荷載體或根本不存在任何電荷載體，則在>4 kHz之頻率下進行放電操作期間會產生另一問題。本文中的術語「操作暫停」表示比操作期間的二次放電之間出現的時間跨度更長之一時間跨度。

因此，本發明之一目的係提供一種產生藉由一電漿而發射的遠紫外線輻射及/或軟性X光輻射之方法，該電漿係藉由一放電空間內之一操作氣體而形成，該放電空間包含至少一輻射發射窗以及具有至少一陽極與至少一陰極之一電極系統，該系統藉由引入該放電空間之電荷載體而將電能傳送進該電漿，該方法使得可藉由簡單的構件而以較高的重複頻率以及較長的操作暫停來可靠地點燃該氣體放電。

依據本發明採取上面所提到的該類方法來實現此目的，其中將由至少一輻射源產生的至少一輻射引入該放電空間以使得該等放電載體可用。

由該輻射源產生的輻射入射而獲得可靠地觸發該氣體放電所需之若干電荷載體。在此可在外部操作此舉所用之輻射源，即，將該輻射源移到離該電漿相對較遠處。可保護該輻射源以使之不受熱量負載、該電漿造成的離子轟擊、遠紫外線輻射及軟性X光輻射之影響，從而確保該輻射源具有較長的操作使用期。

可進一步發展該方法，即藉由該輻射源產生高能量密度的相干或不相干的輻射，以使得因該輻射入射於該電極系統上而將該等電荷載體釋放進該放電空間。

例如，可直接經由該輻射發射窗或經由一光學系統而將連續的雷射輻射，或者替代性的係相干的閃光燈輻射引入該放電空間中。在有利的條件下，引入該放電空間而輻射持續時間少於20 ns的約1 mJ之一小發光能量足以點燃該氣 體放電並形成該電漿。

亦可將本方法配置成使得該輻射源產生由至少一種電子及/或一種離子組成的質量輻射。

例如該等電子或離子源之方向可能朝該放電空間而使得可引入按給定數目產生且具有給定動能之帶電粒子。

在本方法之另一項尤為有利的具體實施例中，該輻射源藉由同時或時間上相互偏移的一第一輻射路徑及/或至少一第二輻射路徑而將脈衝輻射置入該放電空間。

特定言之，雷射源使得脈衝輻射具有高達約10 kHz之可變脈衝頻率。可以較低的價格購得結構精簡的此類雷射。該些雷射源能夠直接或經由一合適的光學系統將該輻射引入該放電空間。此外，經由不同輻射路徑而引入該輻射能經由改變電漿位置來確保該熱量負載之時間及空間分佈得到改善。從而使得電極幾何形狀之變化延遲，此電極幾何形狀之變化對產生電漿之功效具有不利影響。

經由若干輻射路徑的若干輻射源之同步能將很多輻射能量引入該放電空間，從而使得該放電空間中的電荷載體之劑量更確切。以時間偏移方式引入輻射使得即使在放電操作期間亦能令該低歐姆通道之形成以及該電漿之形成最佳化。

一特別有利的方法之特徵在於，該電極系統包含施加有一額外電位或藉由充當一犧牲電極而使得電荷載體或一操作氣體可用之至少一輔助電極。

該輔助電極在該放電操作期間亦能經由施加一可變電位 而增強該放電空間內的電場，例如在電極幾何結構已因電極腐蝕而改變之情況下。若對電極材料作適當選擇，則該輔助電極還可提供適合於以一輻射感應方式來產生遠紫外線輻射及/或軟性X光輻射之電荷載體或一操作氣體。形成諸如離子及電子之類的電荷載體尤其容易，例如，採取輻射感應之方式，而藉由第一及第二主族金屬來形成，同時可將碘、銦、碲、銻及錫用作該操作氣體。

為進一步改進該電漿之可靠點火，將該方法設計成使得該輻射聚焦於該電極系統之至少一電極上。此舉使得電荷載體之形成尤為可靠且有效及/或使得電極材料出現額外的蒸發，額外蒸發的電極材料隨後可用作該操作氣體。

在放電操作期間，為獲得一有效的電極系統，該方法可能使得該輻射入射於一電極上，該電極實質上由鎢、鉬、鐵、銅、錫、石墨、銦、銻、碲、碘、該些成分之一合金或化學化合物、或鋼組成。若使用耐火材料(例如鎢或鉬)，則該電極系統中配置成靠近該電漿位置及/或額外地曝露於輻射之區域可能係構建成具有特定的尺寸穩定性。此外，該些材料可能不僅具有良好的導電性而且其導熱性增加，從而能移除該熱能。

顯然可構想該些材料僅形成一支撐框架以定義電極之幾何形狀。在操作期間可能按需要而額外地提供在該放電空間中主要的放電條件下以液態存在之一材料。

該輻射聚焦為空間上靠近用作該陰極之電極，以使用得由該入射輻射所引起的預先電離雲在該陽極方向上傳播並 能啟動該電漿之點火。

此外，可將該方法配置成使得將該輻射以點形、圓形、環形或線形及/或該些形狀組合之一圖案導引至該電極上。藉由將該輻射聚焦於幾何形狀不同之電極上而形成的輻射分佈(可能具有變化的強度)使得該輻射發射增強且該電漿穩定性增強。

為進一步增強該電漿穩定性，將該方法配置成使得將該輻射引入受影響的電極之至少一凹穴中，該凹穴朝該放電空間開放且至少有三側為電極材料圍繞。

已發現，經常藉由將該輻射聚焦至一平面電極上而產生一體積相對較大的擴散電漿，從而能經由該輻射發射窗而將該遠紫外線輻射之一部分有用功率耦合進一光學系統。 此外，由於直接接觸該電漿，因此電極表面發生較高程度的腐蝕及熱量負載。將該輻射引入該凹穴或與電極表面的凹穴鄰近之區域使得可對齊該等輻射感應電荷載體，從而(例如)使得電漿體積減小。此外，該電漿位置係固定而使得一可重製的放電可自己建立。還可設定該電漿與該電極表面之間更大的距離，以使得出現較少的腐蝕。

為使得在該放電空間中有足夠量的操作氣體可用，可有利地進一步發展該方法以使得藉由一饋送管或聚焦於該電極上之一輔助光而將該操作氣體引入該放電空間。

除上面提到的操作氣體材料以外，還可引入或提供包含氙之氣體。可經由一第二輻射路徑而將該輔助光引入該放電空間。顯然亦可藉由另一輻射源而引入一連續的輔助光 或者與該輻射同步或不同步之一輔助光，該光具有給定強度。

有利的係，該方法之實施使得經由一孔徑而將該輻射引入該放電空間。此方法使得可將該輻射從(例如)相對於該輻射發射而配置於後部之一輻射源引入該放電空間。顯然亦可將該輻射源定位於該放電空間中，但該等電極需具有合適的幾何形狀配置。

在一特別有利的方法中，將該輻射源構建成使得該輻射之波長在紫外線、IR及/或可見範圍內。將紫外線輻射引入該放電空間使得能極為有效地從該電極材料釋放電荷載體。若引入IR輻射，則尤其係該金屬蒸汽量肯定會受到影響。

為使電荷載體之數目適應該放電空間對幾何形狀之要求，將該方法實施成使得該輻射以0°至90°之角度入射於該電極之表面上。

為使紫外線輻射及/或軟性X光輻射之產生進一步最佳化，可在該輻射的引入與該電能的傳輸之間或在一或該輔助光的引入與該輻射的引入之間設定一時間間隔。將該輻射引入該放電空間引起在該陰極與該陽極之間的空間內擴展之一預先電離雲。直到此時間間隔已過去，才建立該預先電離雲之一最佳分佈，此分佈使得一旦向該操作氣體施加該電流或施加另一輻射便有利地定位該電漿。

本發明之另一目的係提供一種用以產生遠紫外線輻射及/或軟性X光輻射之裝置，其發射形成於一放電空間內的操 作氣體中之一電漿，該放電空間包含至少一輻射發射窗以及具有至少一陽極與至少一陰極之一電極系統，其中可藉由可引入該放電空間之電荷載體而將電能傳送給一電漿，欲將該裝置改進成使得即使採用較高的重複頻率及較長的操作暫停亦可確保對該氣體放電進行可靠且良好的可控制點火。

此目的係實現於依據本發明之一裝置中，其中存在將至少一輻射引入該放電空間之至少一輻射源以提供該等電荷載體。

可在空間上從該電漿移除用於觸發之輻射源以使得不再出現會縮短操作使用期之任何熱量負載。為此目的，例如，可將該輻射源配置於該放電空間外部。藉由一合適的光學系統，例如，經由用於該遠紫外線輻射及/或軟性X光輻射之輻射發射窗而將該輻射引入該放電空間。替代性的係，該輻射源本身可能位於該放電空間內，在此情況下，將該電極形狀選擇成使得該輻射源本身受到保護以防離子轟擊及遠紫外線輻射。

可進一步發展該裝置以使得該輻射源產生高能量密度的相干或不相干的輻射，從而可經由該輻射入射於該電極系統上而將電荷載體釋放進該放電空間。

用以產生相干輻射之此類輻射源係，例如，Nd：YAG、CO₂ 、同核複合分子及二極體雷射。

產生不相干輻射之替代性的輻射源，特定言之係所謂的閃光燈，可能係配置成使得直接或藉由一導引系統而引入 其輻射，該導引系統可能係構建成鏡或波導光纜形式。顯然，亦可使用提供單色輻射及具有若干波長的輻射之輻射源。

在該裝置之一項尤為有利的具體實施例中，該輻射源產生包含至少一種電子及/或一種離子之質量輻射。將形成該低歐姆通道並實現該電漿之可重製且可靠點火所需要之電荷載體引入該放電空間。在此，該離子顯然係一陽離子或一陰離子。在最簡單的情況中，從配置於該放電空間內之一電子或離子源提供電荷載體。該電子或離子源朝該放電空間開放之一端可能係提供於(例如)一絕緣體中。

一尤為有利的裝置係構建成使得該輻射源同時或時間上相互偏移地藉由一第一輻射路徑及/或至少一第二輻射路徑而提供脈衝輻射。

可能需要(例如)將強度隨時間而變化的脈衝形式之輻射引入該放電空間中以觸發該氣體放電。該輻射源係為此目的而構建成使得一脈衝持續時間與頻率還有強度皆能得到控制。

例如，藉由提供一第一輻射路徑與一第二輻射路徑之一分光器，可將該輻射源所提供之輻射引入該放電空間。

顯然，亦可在同步或不同步的輻射操作中使用複數個輻射源來實行此操作。亦可藉由不同的輻射源而將波長不同的輻射引入該放電空間。

例如，可藉由時間上偏移而引入之輻射來額外地電離存在於陽極與陰極之間的一操作氣體，以便以一指定的方式 來增強該操作氣體之導電性。尤為有效地電離該操作氣體引起共振能量耦合。最後，可穩定該電漿之位置，而該氣體放電會自己建立且功效特別高。

為進一步提高該電漿形成之穩定性，可將該裝置構建成使得該電極系統包含至少一輔助電極。此輔助電極係定位於(例如)該放電空間內的陽極與陰極之間。其係用於(例如)對由於該放電操作期間該電極之腐蝕而引起的電場變化進行調節或使之均勻化。

在該裝置之一項尤為有利的具體實施例中，將該輻射聚焦於該電極系統之至少一電極上。例如，將該輻射聚焦於該輔助電極上從而藉由該輻射之入射而蒸發電極材料，該電極材料係用作(例如)該氣體放電之操作氣體。在此，操作氣體不再需要一直存在於該放電空間內。以此方式，使得經由該輻射發射窗而離開該放電空間的操作氣體粒子對一微影蝕刻裝置內的光學組件可能造成的污染減小。此外，將輻射聚焦於該電極上使得預先電離得到改善，從而獲得該氣體放電點火之較高可重製性。此外，將輻射聚焦於該電極上使得可提供強烈地受到腐蝕及輻射的熱影響之陽極及陰極。

此外，還可將該裝置構建成使得至少受該輻射影響之電極實質上係由鎢、鉬、鐵、銅、錫、石墨、銦、碲、碘、該些成分之一合金或化學化合物、或鋼製成。顯然，從原理上說，所有導電材料皆可用於該電極系統。

當使用具有高熔點及高導熱性之一電極材料時，尤其該 些面對該放電空間之電極能獲得較長的操作使用期。

此外，可在該放電空間內配置包含錫、銦、碲及/或碘之一電極，該電極在受到該輻射之撞擊時充當一犧牲電極並提供一蒸汽來充當該操作氣體，一旦該電漿點火時該操作氣體便尤為有效地發射遠紫外線輻射及/或軟性X光輻射。

在該裝置之另一項具體實施例中，該輻射係以一點形、圓形、環形或線形圖案及/或該些圖案之一組合而入射於該電極上。

例如，可能依據該輻射持續時間及波長而藉由直徑可調整之一圓形圖案來獲得聚焦於一平面電極上的輻射之強度分佈。此舉確保該電漿之可靠點火，此外還實質上避免電極腐蝕。

該輻射在該電極上的其他平面分佈肯定會影響產生該操作氣體之蒸發速度、該預先電離雲之體積及擴展速度、及/或該等電荷載體之數目及動能。

為進一步穩定該電漿，在該裝置之另一項有利的具體實施例中，受該輻射影響之電極包含朝該放電空間開放且至少三側為電極材料所圍繞之至少一凹穴。

該等電荷載體之對齊程度可能使得該電漿獲得相對較小的體積，尤其係藉由將該輻射聚焦於該凹穴或其附近而獲得。與該輻射發射窗相對的凹穴之配置定義該電漿所在的放電空間之一對稱軸。因此，可使得該電漿之定位獲得進一步的改善，而且能確保由該電漿發射的遠紫外線輻射經由該輻射發射窗而向外耦合之損失相對較低。

為進一步使該電極腐蝕最小化，可將該裝置進一步發展成使得該凹穴係一盲孔、一溝槽或者直徑不變或可變之一中空空間，其視需要而包含一凹陷或一下部切口。例如，採取上述強度分佈類型之一而將該輻射聚焦入一盲孔，能實現該操作氣體之強度更大的預先電離，從而使得該氣體放電之操作尤為穩定並使得電漿體積較小。

將該輻射聚焦於(例如)鄰接該盲孔之電極表面上使得可將一電流分佈於一較大的電極表面區域上，從而能實質上保護該盲孔之內壁以防腐蝕。此外，在從該等電極至該電漿有電流通過之情況下，由於表面區域擴大而減少腐蝕。

相反，若電漿之空間位置靠近該電極表面，則極高的熱負載一般將會使得腐蝕率較高，從而明顯縮短該等電極之操作使用期。一溝槽型凹穴(例如)既能夠增加其與該電漿之距離，還能夠獲得一較大的電極表面區域以更好地分佈入射的熱能。

如同該中空陰極之情況一樣，將該輻射聚焦入該中空空間，形成尤為密集的預先電離雲。此外，可藉由該凹陷或該下部切口而進一步增加該電極表面區域。該表面區域之增加不僅使得電極腐蝕減小，而且還使得對該入射輻射能量之大表面吸收得到改善。

在依據本發明該裝置之一項尤為有利的具體實施例中，可藉由一饋送管或藉由聚焦於至少一電極上的輔助光而將該操作氣體引入該放電空間。

從而，傳入該凹穴之一饋送管能有助於促進該凹穴與該 放電空間之間的氣體交換。藉由隨後流入的氣體來快速轉換在該電漿消失後該凹穴中留下的任何電荷載體及/或離子。此舉使得可以很高的重複速度來進行放電操作。

藉由該輻射源或另一裝置(例如，用作一犧牲電極之一輔助電極)所聚焦之一輔助光，能將發射遠紫外線輻射及/或軟性X光輻射之粒子尤為有效地引入該放電空間。

為獲得一尤為精簡的裝置，可使得能經由一孔徑而將該輻射引入該放電空間。該孔徑可能係配置(例如)於該輻射發射窗及該凹穴所定義之軸上，從而能平行於該軸而將輻射引入該放電空間。從該輻射發射窗沿該軸觀察，該輻射源可能位於該放電空間後部或其他位置。

由於該輻射之波長在該紫外線、IR及/或可見範圍內，因此能獲得以上裝置之一項有利的具體實施例。為觸發該電漿形成而引入之輻射波長可能在約190 nm至1500 nm範圍內，在此情況下，能確保該電漿之一可靠點火。

可將該裝置進一步有利地發展成使得該輻射以與電極表面成0°至90°之角度而入射於該電極上。

在該放電操作期間，由於該電極表面與該輻射路徑之間的角度之變化，以及由於該輻射路徑相對於該電極表面之定位，肯定能影響存在於該放電空間內的操作氣體對所提供的輻射之吸收。此外，可能降低該輻射與該遠紫外線輻射及/或軟性X光之間的干擾效果。

此外，可將該裝置構建成使得能將輻射引入一對稱或不對稱的放電空間。在該放電空間之一柱形對稱構造中，一 旦藉由陽極與陰極所形成之一對稱電極系統而施加一電壓便能產生一均勻的電場，該電場可能有助於穩定地形成電漿。其高動能使得形成於該電漿內的離子仍然經由該輻射發射窗而沿該軸進入一微影蝕刻裝置之光學系統。

例如，可經由相對於該輻射發射窗而不對稱地配置至少一電極，從而形成一不對稱的放電空間。藉由該電漿而產生之一實質性部分的離子保留於該放電空間內或主要在遠離該輻射發射窗之方向上傳導。

在本發明之另一項具體實施例中，可在該輻射的引入與該電能的傳輸之間或在一或該輔助光的引入與該輻射的引入之間設定一時間間隔。

在已將該輻射引入該放電空間後，該預先電離雲因此可能在該等電極之間的空間中擴展。當該雲在該放電空間中達到有利分佈及空間配置時，可藉由向該陰極及陽極施加電壓而點燃該氣體放電。一般地，可調整的時間間隔在0至約1000 ns範圍內。一可能性係將一脈動電流供應電性連接至該電極系統以傳送該電能。可定義該電漿位置，而在該放電操作期間，可經由最佳化該時間間隔而使電能內部耦合於遠紫外線輻射及/或軟性X光輻射獲得特別高的轉換效率。

亦可在引入該輔助光與將該輻射引入該放電空間之間提供一時間間隔。該輔助光(例如)蒸發適當數量的電極材料以用作該操作氣體。後面及時地施加該輻射以便在已最佳地分佈該操作氣體後在該放電空間內提供必需的電荷載體。 在此，可調整的時間間隔在0至約1000 ns範圍內。

在下面關於該等具體實施例之說明中，除有相反的說法外，相同的參考數字總表示相同的結構特徵並總係與所有圖式相關。

圖1顯示依據本發明用以產生遠紫外線輻射12及/或軟性X光輻射12a之一裝置10之一第一項具體實施例。該裝置10包含一放電空間14，該放電空間14具有至少一輻射發射窗16且至少部分地封閉一電極系統，該電極系統具有至少一陽極18與一陰極20以及絕緣體19。

該陽極18與該陰極20之配置使得，藉由可引入該放電空間14之電荷載體24而將來自一電源供應21之電能傳送給一操作氣體22之一電漿26，因此該電漿26發射該遠紫外線輻射12及/或軟性X光輻射12a。

藉由產生至少一輻射30之至少一輻射源28，使得點燃該電漿26所需要的電荷載體24在該放電空間14內可用。在此，措辭「使之可用」表示該輻射30產生該等電荷載體24或實際上包含該等電荷載體24。

在圖2a所示依據本發明該裝置10之一第二項具體實施例中，該輻射源28產生具有較高能量密度之相干或不相干輻射30，從而藉由該輻射30碰撞該電極系統之平面陰極20而使得電荷載體24在一柱形對稱放電空間14內可用。該輻射源28在此可能係一雷射或一閃光燈，其產生單色輻射30或分佈於一波長範圍之輻射。

在圖2b所示之一第三項具體實施例中，該輻射源28使得包含至少一種電子及/或一種離子之質量輻射30可用。該輻射源28在此可能係一電子或離子源，其以一第一輻射路徑32將一脈衝輻射30引入具有對稱配置之電極系統的放電空間14內。將該輻射30聚焦於該陰極20之一盲孔38上。以脈衝引入該輻射30，即以隨時間而變化的強度將電子形式的電荷載體24引入該放電空間14，能夠觸發一電漿26。一般地，一輻射脈衝短於約100 ns，而一輻射能量脈衝將約0,2至200 mJ之間的能量引入該放電空間14。

圖2c顯示另一項具體實施例，從該圖可明白，該輻射30係聚焦於該陰極20內的一中空空間42內。將該輻射30引入朝該放電空間14開放且至少三側為電極材料所圍繞之一凹穴(如此圖所示其形狀為該中空空間42，產生一預先電離雲，該雲使得輻射感應之電荷載體可經由一開口17而在該中空空間42內定向擴展，從而產生體積特別小的電漿26。此外，該開口17及該輻射發射窗16定義一對稱軸，該對稱軸係用於定義一電漿位置。

在圖3所示之另一項具體實施例中，將具有一第一輻射路徑32與一第二輻射路徑34之一輻射30聚焦於一陰極20上。顯然，可藉由一或若干輻射源28而同時(即同步)地經由在此所示的二輻射路徑32、34來引入該輻射30。此外，一或若干輻射源28可時間上偏移地(即，不同步地)經由一第一輻射路徑32與一第二輻射路徑34而將該輻射30引入該放電空間14。若該輻射30撞擊在一電極表面之空間上相互遠離之區 域上(如圖3d至3g所示)，則可實現該輻射30在該陰極20上之一給定強度分佈，從而能獲得最佳數目之電荷載體24，同時使該陰極20受到的腐蝕最小。

如圖3a所示，可將該輻射30以一點形聚焦於一電極表面上。在此，該輻射30之一點形會聚引起電極材料之可靠電離及/或蒸發。

遵循該第一輻射路徑32之輻射30可能替代性的係聚焦至一相對較大的區域上(如圖3b所示)，例如在引入具有該紫外線範圍內的短波長之輻射30之情況下。從圖3c可明白，該輻射30亦可能係以一環形圖案聚焦於該電極表面上，在該放電操作期間改變其直徑以使得將最佳數目的電荷載體24引入該放電空間14。顯然，亦可將不規則圖案以及在操作期間交替的圖案成像於一或若干電極上。

在圖3d至g中，可經由一第一輻射路徑32而將該輻射30聚焦於該電極表面上，以使得經由一第一輻射路徑32、32'及一第二輻射路徑34、34'而產生三角形、四邊形及六邊形點狀或線形圖案。顯然亦可藉由甚至更多的輻射路徑來實現此舉。

圖4顯示該輻射30係經由一第一輻射路徑32及一第二輻射路徑34而聚焦於一陰極20上，該陰極20具有形式為一中空空間42之一凹穴。

從圖4a至g可明白，可將該輻射30聚焦於該電極表面上以使得可將該輻射強度聚焦入圖4a之中空空間42。在圖4b中，該輻射係入射於該電極表面中存在該凹穴之一區域 上。在圖4c所示之具體實施例中，該輻射30既聚焦於該凹穴上又聚焦於該凹穴附近之區域。在圖4d至4g中，該輻射30之入射靠近該凹穴。在圖4a至g中可看出，該等凹穴具有朝該放電空間14之圓形開口17。顯然，該開口17亦可能具有任何其他對稱或不對稱形狀。

該凹穴尤其使得該電極表面區域擴大而使得更好地分佈及移除該電漿26所傳送的熱能。例如，可將分佈於一較大區域上的電流傳導進入該電漿26，而由於該輻射30係聚焦於空間上鄰近該凹穴之電極表面上，因此能減少該凹穴中的腐蝕。

圖5a至d顯示具有相對於該輻射發射窗16而旋轉對稱的電極系統之裝置10之其他具體實施例。該輻射發射窗16及該開口17定義用以定下該電漿位置之一軸。該開口17傳入(例如)一盲孔28、一溝槽40或一中空空間42，當施加該輻射30時，在此盲孔、溝槽或中空空間內發生該操作氣體22之預先電離。

圖5c所示之溝槽40包含，例如，用於更有效地輻射感應形成電荷載體24之一凹陷44。此外，例如，在該電極(圖5d之情況下為一陰極20)內可提供具有用以形成一預先電離室的一下部切口46之一中空空間42。

穿過該開口17而傳入之電荷載體24在朝該輻射發射窗16之方向上有一平移運動，從而能點燃具有一穩定位置之一電漿26，該電漿之所發射的遠紫外線輻射12及/或軟性X光輻射12a可經由該輻射發射窗16而耦合至外部且損失相對 較小。

如圖6a所示，可將一饋送管48連接至該凹穴從而將操作氣體22引入該放電空間14。不必讓該操作氣體22一直存在於該放電空間14內，而可按需要基於點燃該電漿26之目的而輸入該操作氣體22，從而使得自該輻射發射窗16流出的操作氣體22對一微影蝕刻裝置之光學組件造成的污染減少。

此外，可實現以較高的頻率來產生該電漿，因為可藉由仍經由該饋送管48而流出的操作氣體22來消除任何殘留的電荷載體24。從而，使得重新組合該等殘留的電荷載體24之等待時間(其一般大幅減緩該重複速度)縮短。

在圖6B所示的具體實施例中，經由一孔徑52而將一輻射源28之輻射30耦合進該電極系統。在此，該輻射30係聚焦成空間上靠近該陰極20及該電漿在該陽極18上的位置。當該輻射30撞擊該陽極18時，形成一預先電離雲，該雲產生用以經由該電極系統而有效地耦合該電能之一低歐姆通道。

在圖7所示的依據本發明該裝置10之具體實施例中，向一連續的溝槽40導引該輻射30。

圖7a至h顯示一第一輻射路徑32及一第二輻射路徑34聚焦於其上之若干圖案。尤其在高輻射強度的電漿情況下會發生極高的熱負載及較強的電極腐蝕。一連續的溝槽40能夠放大該電極表面區域，以使得其提供更好的熱傳輸以及足夠數目之電荷載體24以對該電漿26進行可靠點火。

圖8a至d顯示該輻射30係聚焦於各種電極上。在此，該輻射30係以0°至90°之一角度α入射於該電極系統上。如圖8a及8b所示，當該輻射30聚焦於該陽極18上時，可使用該角度α之變化(例如)來根據需求而控制該預先電離雲之位置及尺寸。

可將如圖8b及8d所示之輻射30聚焦於一輔助電極36上。該輔助電極36係配置於圖8b中的電極之間的插入空間中並可能係連接至一額外的電位以增強該電漿之穩定性。在圖8b所示之具體實施例中，該輻射30係聚焦於該輔助電極36上與該陰極20上。

在圖8d所示之具體實施例中，在一溝槽40中提供該輔助電極36。當該輻射30入射於該輔助電極36上時，可能蒸發一定量的材料而用作該操作氣體22。

受該輻射30影響之電極18、20以及可能還有36基本上包含鎢、鉬、鐵、銅、錫、石墨、銦、銻、碲、碘、該些材料之一合金或化學化合物、或鋼。較高比例的耐火元素(例如鎢或鉬)實質上能夠避免該等電極在該放電操作期間腐蝕並能確保該放電空間14具有很穩定的幾何形狀。從而，可使該電漿之產生更穩定。該電極材料之高導熱性(例如，在材料為銅之情況下)，使得能特別快地移除藉由該電漿26而傳送的熱能。

在一包含錫的輔助電極36之情況下，如圖8d所示，操作氣體22可藉由所施加的輻射30而將與該電漿26中內部耦合的電能相關而高功效地發射遠紫外線輻射12及/或軟性X光 輻射12a之一操作氣體引入該放電空間14。

圖9所示依據發明該裝置10之另一項具體實施例提供可經由一第一輻射路徑32而聚焦入一盲孔38之一輔助光50。可將該放電操作期間該輔助光之波長、脈衝持續時間及其聚焦調整成使得一蒸發電極材料像該操作氣體22一樣進入該放電空間14。在用於使在該輻射影響下形成於該盲孔38內的預先電離雲實現最佳分佈之一時間延遲過後，經由一第二輻射路徑34、34'而將輻射30引入該放電空間14，從而啟動該電漿26之點火並定義施加該電流之一點以將該電能傳送給該電漿26。

圖9a至g所示聚焦於該電極表面上的輻射30以及一輔助光50之輻射路徑32、34、34'視情況形成點形或線形圖案，例如，靠近該凹穴或在該凹穴內聚焦之輻射。與低電極腐蝕相結合而由該第一輻射路徑32及該第二輻射路徑34產生一合適的圖案幾何形狀配置，結果，除有輻射感應蒸發的最佳數量之電極材料充當操作氣體22外，還能在該預先電離雲中產生數目足夠多的電荷載體24。此情形尤其在該輻射30亦沿時間上偏移的輻射路徑32、34而通過之情況下確會出現。

圖10將該輔助光50及該輻射30之輻射強度標繪成與時間成函數關係。在該輔助光50之強度分佈下面之區域表示為蒸發及電離用作該操作氣體22的電子材料而內部耦合之能量。

實質上在0與1000 ns之間的時間間隔△t存在於該輔助光 50之最大強度與該輻射30之最大強度之間，從而確保一旦藉由引入該放電空間14之輻射30而點燃該電漿26便使得體積較小之一發射區域盡可能均勻地分佈。

圖11顯示依據本發明一裝置10之另一項具體實施例，其中在一脈衝操作中一輻射源18將電荷載體24引入該放電空間14。經由一第一輻射路徑32而將該輻射30聚焦於該陰極20內之一盲孔38上。在一時間間隔△t過後，一預先電離雲已最佳地擴展進該放電空間14。電性連接至該陽極18與該陰極20之一脈動電流供應54點燃該電漿26並使得一有效電流流入由此而形成之電漿26，從而經由該輻射發射窗16而從該放電空間14發射遠紫外線輻射12及/或軟性X光輻射12a。

依據圖11a所示之圖式，在一第一步驟中將輻射30引入該放電空間14。在實質上介於0與1000 ns之間的一時間間隔△t過後，經由該電離雲所提供的低歐姆通道而內部耦合一隨時間而可變化之電流。

圖12a至f顯示依據本發明該裝置10之其他具體實施例，其包含一不對稱的放電空間14。

在圖12a所示之具體實施例中，該輻射源28所產生之輻射30係聚焦於該陰極20之一圓形盲孔38內。

在圖12b所示之具體實施例中，該輻射30係入射於一連續的溝槽40上。

在圖12c之具體實施例中，將該輻射30導引至具有一下部切口46之一中空空間42。在該些三項具體實施例中，該輻 射係以一90°之角度α入射於該電極表面上。

在圖12d所示之具體實施例中，波長在該紫外線、IR及/或可見範圍內的輻射30係以約45°之一角度α入射於一輔助電極36上，該輔助電極係與該輻射發射窗16不對稱配置於該放電空間14中。

圖12e所示的具體實施例之輻射源28之配置使得一輻射30(例如波長為1064 nm且係藉由一釹YAG雷射而產生之一輻射)以約20°之角度入射於配置於該陰極20的一溝槽40內之一輔助電極36之一電極表面上。

如圖12f之具體實施例所示，可藉由一陽極18來覆蓋該陰極20之溝槽40內所提供的輔助電極36。因此，可以一銳角α將波長最高達1500 nm之輻射30引入該放電空間14。

圖12a至f所示的具體實施例中該放電空間14之一不對稱配置使得在該電漿26具有一空間配置，在此空間配置中以與受該輻射30影響的電極表面成60°至90°之角度範圍在該電場中優先加速該等電離粒子。藉由相對於該等粒子之較佳方向而交錯地配置該輻射發射窗16，可以相對於受影響陰極20而小於60°角之一觀察角度，將該電漿26所發射的遠紫外線輻射12及/或軟性X光輻射12a耦合進一光學系統，同時將該等粒子基本上阻止於該不對稱放電空間14內。從而可使得對該光學系統之污染減小。

本發明提供一種用以產生遠紫外線輻射及/或軟性X光輻射以使得可藉由簡單的技術方法而以較高的重複頻率來可靠地點燃該氣體放電之方法及裝置。

10‧‧‧裝置

12‧‧‧遠紫外線輻射

12a‧‧‧軟性X光輻射

14‧‧‧放電空間

16‧‧‧輻射發射窗

17‧‧‧開口

18‧‧‧陽極

19‧‧‧絕緣體

20‧‧‧陰極

21‧‧‧電源供應

22‧‧‧操作氣體

24‧‧‧電荷載體

25‧‧‧觸發裝置

26‧‧‧電漿

28‧‧‧輻射源

30‧‧‧輻射

32、32'‧‧‧第一輻射路徑

34、34'‧‧‧第二輻射路徑

36‧‧‧輔助電極

38‧‧‧盲孔

40‧‧‧溝槽

42‧‧‧中空空間

44‧‧‧凹陷

46‧‧‧下部切口

48‧‧‧饋送管

50‧‧‧輔助光

52‧‧‧孔徑

54‧‧‧脈動電流供應

α‧‧‧角度

△t‧‧‧時間間隔

I‧‧‧輻射強度

從以上關於若干具體實施例之說明並參考附圖將會明白本發明之其他特徵及優點，在該等圖式中：圖1係依據本發明一裝置之一第一項具體實施例之一概略性斷面圖；圖2a、b、c概略性地說明具有不同電極幾何形狀的該裝置之其他具體實施例；圖3、3a至g顯示依據本發明將輻射各不相同地聚焦於一電極表面上之一裝置之其他具體實施例；圖4、4a至g顯示依據本發明將輻射聚焦於一凹穴周圍或聚焦於一凹穴內的該裝置之其他具體實施例；圖5a至d顯示依據本發明具有不同形狀凹穴的該裝置之其他具體實施例；圖6a及b分別顯示依據本發明具有一饋送管及一孔徑的該裝置之其他具體實施例；圖7、7a至h顯示依據本發明將輻射聚焦於一溝槽周圍或聚焦於一溝槽上的該裝置之其他具體實施例；圖8a至d顯示依據本發明將輻射聚焦於一電極系統之不同電極上的該裝置之其他具體實施例；圖9、9a至g顯示依據本發明具有一第一及一第二輻射路徑之一裝置之其他具體實施例，該等路徑之輻射係以不同形狀的圖案聚焦於一電極表面上及/或一凹穴內；圖10係將一輻射強度標繪成與時間成函數關係之一圖式； 圖11概略性地顯示依據本發明與圖2b中的裝置類似而具有一可控制的電流供應之該裝置之另一項具體實施例；圖11a顯示將該輻射強度及該電流標繪成與時間成函數關係之圖式；圖12a至f係依據本發明具有一不對稱的電極系統之該裝置之其他具體實施例之透視圖；以及圖13概略性地顯示依據先前技術而論述的該類型裝置。

10‧‧‧裝置

12‧‧‧遠紫外線輻射

14‧‧‧放電空間

16‧‧‧輻射發射窗

18‧‧‧陽極

19‧‧‧絕緣體

20‧‧‧陰極

21‧‧‧電源供應

22‧‧‧操作氣體

24‧‧‧電荷載體

26‧‧‧電漿

28‧‧‧輻射源

30‧‧‧輻射

12a‧‧‧軟性X光輻射

Claims (30)

1. 一種產生遠紫外線輻射(12)及/或軟性X光輻射(12a)之方法，該遠紫外線輻射(12)及/或軟性X光輻射(12a)係藉由一放電空間(14)內的一操作氣體(22)而形成之一電漿(26)所發射的，該放電空間(14)包含至少一輻射發射窗(16)以及具有至少一陽極(18)與至少一陰極(20)之一電極系統，該方法包含：藉由該電極系統以引入該放電空間(14)之複數個電荷載體(24)而將電能傳送進該電漿(26)；及將藉由至少一輻射源(28)而產生之至少一輻射(30)引入該放電空間(14)以使得該等電荷載體(24)可使用。
2. 如請求項1之方法，其中該輻射源(28)產生高能量密度的相干或不相干輻射(30)，從而由於該輻射(30)入射於該電極系統上而將該等電荷載體(24)釋放進該放電空間(14)。
3. 如請求項1之方法，其中該輻射源(28)產生由至少一種電子及/或一種離子組成之質量輻射(30)。
4. 如請求項1項之方法，其中該輻射源(28)藉由同時或時間上相互偏移的一第一輻射路徑(32)及/或至少一第二輻射路徑(34)而將脈衝輻射(30)置入該放電空間(14)。
5. 如請求項1之方法，其中該電極系統包含施加有一額外的電位或藉由充當一犧牲電極而使得電荷載體(24)或一操作氣體(22)可用之至少一輔助電極(36)。
6. 如請求項1之方法，其中該輻射(30)係聚焦於該電極系統之至少一電極(18、20、36)上。
7. 如請求項1或6之方法，其中該輻射(30)係入射於一電極(18、20、36)上，該電極實質上係由鎢、鉬、鐵、銅、錫、石墨、銦、銻、碲、碘、該些成分之一合金或一化學化合物、或鋼組成。
8. 如請求項1或6之方法，其中以一點形、圓形、環形或線形及/或該些形狀的一組合之一圖案將該輻射(30)導引至該電極(18、20、36)上。
9. 如請求項1之方法，其中將該輻射(30)引入該受影響的電極(18、20、36)之至少一凹穴，該凹穴係朝該放電空間(14)開放且至少三側為電極材料所圍繞。
10. 如請求項1之方法，其中藉由一饋送管(48)或聚焦於該電極(18、20、36)上之一輔助光(50)而將該操作氣體(22)引入該放電空間(14)。
11. 如請求項1之方法，其中經由該輻射發射窗(16)或經由一孔徑(52)而將該輻射(30)引入該放電空間(14)。
12. 如請求項1之方法，其中該輻射(30)之波長在該紫外線、IR及/或可見範圍內。
13. 如請求項1或6之方法，其中該輻射(30)係以0°至90°之一角度(α)入射於該電極(18、20、36)之表面上。
14. 如請求項1之方法，其中在該輻射(30)之引入與該電能之傳輸之間或在一輔助光(50)之引入與該輻射(30)之引入之間設定一時間間隔(△t)。
15. 一種用以產生遠紫外線輻射(12)及/或軟性X光輻射(12a)之裝置(10)，該裝置(10)發射在一放電空間(14)內的一操 作氣體(22)中形成之一電漿(26)，該放電空間(14)包含至少一輻射發射窗(16)以及具有至少一陽極(18)與至少一陰極(20)之一電極系統，其中可藉由能引入該放電空間(14)之複數個電荷載體(24)而將電能傳送給該電漿(26)，其特徵在於存在將至少一輻射(30)引入該放電空間(14)之至少一輻射源(28)，以提供該等電荷載體(24)。
16. 如請求項15之裝置(10)，其中該輻射源(28)產生高能量密度的相干或不相干輻射(30)，從而能藉由該輻射(30)入射於該電極系統上而將該等電荷載體(24)釋放進該放電空間(14)。
17. 如請求項15之裝置(10)，其中該輻射源(28)產生受包含至少一種電子及/或一種離子的質量困擾之輻射(30)。
18. 如請求項15至17中任一項之裝置(10)，其中該輻射源(28)同時或時間上相互偏移地藉由一第一輻射路徑(32)及/或至少一第二輻射路徑(34)而提供脈衝輻射(30)。
19. 如請求項15之裝置(10)，其中該電極系統包含至少一輔助電極(36)。
20. 如請求項15之裝置(10)，其中該輻射(30)係聚焦於該電極系統之至少一電極(18、20、36)上。
21. 如請求項15或20之裝置(10)，其中至少受該輻射(30)影響之該電極(18、20、36)實質上係由鎢、鉬、鐵、銅、錫、石墨、銦、碲、碘、該些成分之一合金或化學化合物、或鋼製成。
22. 如請求項15或20之裝置(10)，其中該輻射(30)係以一點、 圓、環或線形圖案及/或該些形狀圖案之一組合而入射於該電極(18、20、36)上。
23. 如請求項15之裝置(10)，其中受該輻射(30)影響的該電極(18、20、36)包含至少一凹穴，該凹穴係朝該放電空間(14)開放且至少三側為電極材料所圍繞。
24. 如請求項23之裝置(10)，其中該凹穴係直徑不變或可變之一盲孔(38)、一溝槽(40)或一中空空間(42)，其視需要而包含一凹陷(44)或一下部切口(46)。
25. 如請求項15之裝置(10)，其中可藉由一饋送管(48)或藉由聚焦於至少一電極(18、20、36)上之一輔助光(50)而將該操作氣體(22)引入該放電空間(14)。
26. 如請求項15之裝置(10)，其中可經由一孔徑(52)而將該輻射(30)引入該放電空間(14)。
27. 如請求項15之裝置(10)，其中該輻射(30)之波長在該紫外線、IR及/或可見範圍內。
28. 如請求項15或20之裝置(10)，其中該輻射(30)係以與該電極表面成0°至90°之一角度(α)而入射於該電極(18、20、36)上。
29. 如請求項15或26之裝置(10)，其中可將該輻射(30)引入一對稱或不對稱的放電空間(14)。
30. 如請求項15之裝置(10)，其中在該輻射(30)之引入與該電能之傳輸之間或在一輔助光(50)之引入與該輻射(30)之引入之間設定一時間延遲(△t)。