TWI420976B - 提高遠紫外線及／或弱ｘ射線燈轉換效率之方法及其對應裝置 - Google Patents

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Description

提高遠紫外線及/或弱X射線燈轉換效率之方法及其對應裝置
本發明係關於一種提高遠紫外線(EUV)及/或弱X射線燈之轉換效率的方法，其中在由放電空間中之蒸發液體材料形成之氣態介質中產生發射EUV輻射及/或弱X射線的放電電漿，該液體材料係提供在該放電空間之一表面上且由能量射束至少部分蒸發。本發明亦係關於一種用於借助於電動操作的放電而產生EUV輻射及/或弱X射線的裝置，該裝置包含：至少兩個電極，其經配置彼此相距一距離，以允許在該等電極之間的放電空間中的氣態介質中產生電漿；一設備，其用於將一液體材料塗覆至該放電空間中之一表面；及一能量射束設備，其經調適以將能量射束導向該表面上，該能量射束至少部分使該所塗覆液體材料蒸發，藉此產生該氣態介質。
EUV微影領域中尤其需要發射EUV輻射及/或弱X射線的輻射源。自由脈衝式電流產生之熱電漿可發射輻射。迄今已知的最有功效的EUV燈係藉由金屬蒸汽來產生所需電漿而操作的。WO 2005/025280 A2中展示此EUV燈之實例。在此已知EUV燈中，自金屬熔體產生金屬蒸汽，該金屬熔體被塗覆至電極之間的放電空間中的一表面上且由一能量射束，詳言之由一雷射束至少部分蒸發。在此EUV燈之較佳實施例中，可旋轉地安裝兩個電極，從而形成在燈操作期間旋轉的電極輪。在旋轉期間，電極輪浸入具有金屬熔體之容器中。將脈衝式雷射束直接導向電極中之一者的表面以便自所塗覆金屬熔體產生金屬蒸汽且引燃放電。由若干kA電流直至約10 kA電流加熱金屬蒸汽，以使得所要離子化階段得以激發且所要波長之輻射得以發射。
已知EUV及/或弱X射線燈之常見問題在於所供應電能轉換成具有所要小頻寬之EUV輻射及/或弱X射線的效率較低。詳言之，在半導體工業之光微影領域中，需要在2%頻寬內之約13.5 nm之EUV輻射。
本發明之一目標係提供一種提高EUV及/或弱X射線燈之轉換效率的方法以及一種用於產生具有提高之轉換效率之EUV及/或弱X射線輻射的裝置或燈。
藉由請求項1及請求項6之方法及裝置達成此目標。該方法及裝置之有利實施例為子請求項之標的物且此外，在以下描述及實例中描述該等有利實施例以執行本發明。
在本發明之方法中，在由放電空間中之蒸發液體材料形成之氣態介質中產生發射EUV輻射及/或弱X射線的放電電漿，其中該液體材料係提供在該放電空間中之一表面上，且藉由一能量射束(詳言之藉由一雷射束)予以至少部分蒸發。該方法特徵在於藉由至少一噴嘴、以指向放電空間及/或指向至放電空間之一供應路徑上之液體材料之方式來局部供應由具有比液體材料之化學元素低的質量數的化學元素組成之氣體，以便減小放電空間中蒸發液體材料之密度。
歸因於蒸發液體材料(較佳地，熔融金屬)密度之減小，藉由使用不會產生非常多輻射之元素，可提高EUV及/或弱X射線燈之轉換效率。在以下內容中來闡釋借助於熔融錫作為液體材料(亦稱作燃料)之實例。使用錫作為EUV燈之燃料，可在2%頻寬內產生約13.5 nm的EUV輻射。然而，錫蒸汽電漿之整個發射光譜由約106 個光譜線組成。因此，該電漿亦發射一不會有助於所要EUV輻射之波長範圍。此外，所產生輻射之顯著部分不會脫離電漿，而係被吸收於電漿內部。此在頻寬(其可由常見光學元件使用以用於收集或偏轉EUV輻射)外的較長波長處導致相對較大的輻射作用。然而，藉由根據本發明之方法添加氣體，燃料之部分由所供應氣體之較輕元素替代。此減小燃料對EUV輻射之吸收且因此提高電漿效率。以此方式，可減小電漿之總輻射損耗，此將導致較高的電漿溫度。如EUV及/或弱X射線燈所需要的，較熱的電漿會在較短波長產生較多輻射。
然而，不可能將額外氣體供應至EUV燈之整個真空腔室，此乃因(例如)作為較佳氣體之氧氣將顯著縮短燈之昂貴光學器件的使用壽命。為了避免此問題，根據本發明之方法，藉由至少一噴嘴、以指向放電空間及/或指向至放電空間之一供應路徑上之液體材料之方式來僅局部供應氣體。歸因於氣體接近放電空間之此局部施加，可避免較高量的此氣體擴散至燈之光學組件。但是，所供應氣體減小電漿中燃料之密度，從而導致燈之較高轉換效率。可配置噴嘴以將氣體直接供應至放電空間，或將氣體供應至液體材料以使得此液體材料將氣體輸送至放電空間。在後一情況下，選擇氣體以使其由液體材料溶解或結合至液體材料。
基於EUV及/或弱X射線發射之所要波長範圍進一步選擇氣體及液體材料(燃料)，以使得在此波長範圍中發生轉換效率之所要提高。此意謂，必須使用燃料與氣體之不同組合以提高燈在不同波長範圍之轉換效率。原理上，可使用元素週期表之第一列至第三列的氣體。
所提議裝置包含：至少兩個電極，其配置在真空腔室中，彼此相距一距離，以允許在該等電極之間的氣態介質中產生電漿；一設備，其用於將一液體材料塗覆至該放電空間中之一表面；及一能量射束設備，其經調適以將一能量射束導向該表面上，從而至少部分蒸發該所塗覆液體材料，藉此產生該氣態介質。該裝置特徵在於，用於供應氣體之至少一噴嘴經配置以使得在該裝置中，以指向放電空間及/或指向至放電空間之一供應路徑上之液體材料之方式來局部供應該氣體，以便減小放電空間中的蒸發液體材料之密度。
在裝置及所提議方法之較佳實施例中，使用如WO 2005/025280 A2(其以引用方式包括於本文中)中所揭示的一種裝置且該裝置具備一或若干個噴嘴以用於供應氣體。
在本發明之描述及申請專利範圍中，詞語“包含”並不排除其他元件或步驟，且“一”之使用並不排除複數。又，不應將申請專利範圍中的任何參考符號解釋為限制申請專利範圍之範疇。
圖式展示所提議燈之一部分的示意圖且亦指示本發明之方法之原理。該EUV燈包含配置在真空腔室中的兩個電極1、2。碟形電極1、2經可旋轉地安裝，亦即，在操作期間，該等電極繞旋轉軸3旋轉。在旋轉期間，電極1、2部分浸入於對應之容器4、5中。此等容器4、5各含有一金屬熔體6，在本情況中為液體錫。將金屬熔體6保持於約300℃之溫度(亦即，稍微高於錫之熔點230℃)。藉由連接至該等容器之加熱設備或冷卻設備(圖式中未展示)將容器4、5中之金屬熔體維持在以上操作溫度。在旋轉期間，由液體金屬潤濕電極1、2之表面以使得液體金屬膜形成於該等電極上。借助於撇取器(圖式中未展示)可控制電極上液體金屬層之厚度。經由金屬熔體6(其經由絕緣引線連接至電容器組7)供應至電極之電流。
如圖所示，雷射脈衝9在兩個電極之間的最窄點處聚焦於電極1、2中的一者上。結果，電極1、2上之金屬膜之部分蒸發並橋接電極間隙。此導致在此點處之火花放電且導致來自電容器組7之非常高的電流。該電流將金屬蒸汽或燃料加熱至此等高溫以致後者離子化且在兩個電極1、2之間的放電空間中的捏縮電漿8中發射所要EUV輻射。
接近第一電極1配置微型噴嘴10，以便將由具有比錫小的質量數之化學元素組成的氣體11供應至電極1之表面上的薄液體錫膜。在本實例中，所供應氣體為氧氣，其氧化電極輪上之錫以使得氧氣止於捏縮電漿中。以此方式，燈之總氧氣負載較小，且僅在電極上產生氧化錫。雖然在本實例中僅展示一噴嘴10，但是可接近第一電極1及第二電極2以相同方式配置第二或甚至更多噴嘴。可非常接近電極輪表面(例如，在10 mm或更小的距離處)而置放噴嘴10，以便避免氧氣擴散至燈之其他組件。
第一實驗展示，在操作期間添加小量氧氣將此燈之轉換效率自2.0%提高至2.3%。
1．．．第一電極
2．．．第二電極
3．．．旋轉軸
4．．．第一容器
5．．．第二容器
6．．．錫熔體
7．．．電容器組
8．．．捏縮電漿
9．．．雷射脈衝
10．．．氣體噴嘴
11．．．氣體
圖式展示根據本發明之EUV燈的示意圖。
1．．．第一電極
2．．．第二電極
3．．．旋轉軸
4．．．第一容器
5．．．第二容器
6．．．錫熔體
7．．．電容器組
8．．．捏縮電漿
9．．．雷射脈衝
10．．．氣體噴嘴
11．．．氣體

Claims (7)

  1. 一種提高一EUV及/或弱X射線(soft X-ray)燈之轉換效率之方法，其中在由兩個電極(1、2)之間之一放電空間中之一蒸發液體材料形成之一氣態介質中產生一發射EUV輻射及/或弱X射線的放電電漿(8)，該液體材料係提供於該放電空間中之一表面上且由一能量射束(9)自該表面至少部分蒸發，其中該液體材料係藉由至少一旋轉電極輪(electrode wheel)施加至該放電空間，其特徵在於藉由至少一噴嘴(10)、以一指向該放電空間之一供應路徑上之該液體材料之方式來局部供應一由具有一比該液體材料之化學元素低的質量數的化學元素組成之氣體，以便減小該放電空間中的該蒸發液體材料之一密度，且該至少一噴嘴(10)經配置以一指向該至少一旋轉電極輪之表面之方式，將該液體材料之該供應路徑上之該氣體(11)提供至該放電空間，該至少一旋轉電極輪之表面係覆蓋該液體材料且該液態材料係藉由該能量射束(9)至少部分地在該放電空間中自該至少一旋轉電極輪之表面蒸發。
  2. 如請求項1之方法，其中該能量射束(9)為一雷射光束且該液體材料係藉由該雷射光束之至少一雷射脈衝予以蒸發。
  3. 如請求項1之方法，其中該液體材料為一金屬熔體。
  4. 如請求項3之方法，其中該液體材料為一錫熔體。
  5. 如請求項3之方法，其中該氣體(11)為氧氣。
  6. 一種用於借助於一電動操作之放電而產生EUV輻射及/或弱X射線之裝置，其包含：至少兩個電極(1、2)，其經配置彼此相距一距離，以允許在該等電極(1、2)之間的一放電空間中的一氣態介質中產生一電漿(8)；一施加設備，其用於將一液體材料施加至該放電空間中之一表面；及一能量射束設備，其經調適以將一能量射束(9)導向該表面上，從而至少部分蒸發所施加之液體材料，藉此產生該氣態介質，其中用於施加該液體材料之該裝置係經調適以將該液體材料施加至該等電極(1、2)之一表面，該電極(1、2)係設計成可在操作期間旋轉之可旋轉輪，其特徵在於：用於供應一氣體(11)之至少一噴嘴(10)係配置於該裝置中，以使得以一指向該放電空間及/或指向至該放電空間之一供應路徑上之該液體材料之方式來局部供應該氣體(11)，以便減小該放電空間中的該蒸發液體材料之一密度，且該至少一噴嘴(10)經配置以一指向該至少一電極輪之表面之方式，將該液體材料之該供應路徑上之該氣體(11)提供至該放電空間，該至少一電極輪之表面係覆蓋該液體材料且該液態材料係藉由該能量射束(9)至少部分地在該放電空間中自該至少一電極輪之表面蒸發。
  7. 如請求項6之裝置，其中該等電極(1、2)在旋轉時浸入於含有該液體材料之容器(4、5)中。
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