TWI669027B - 以電漿為基礎之照射裝置、檢測系統及光微影系統 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示用於產生一照射光束之方法及裝置。在一項實施例中，該裝置包含：一真空室，其經組態以固持一目標材料；一光學元件，其定位於該真空室內或此真空室之一壁內；及一照射源系統，其用於產生至少一個激發源，該至少一個激發源聚焦於該真空室中之該目標上以用於在該真空室中產生一電漿以便產生照射輻射。該裝置進一步包含一碎屑防護系統，其用於使氣體以一速度自複數個噴嘴流出且遠離該光學元件朝向該電漿流動以便防止碎屑到達此光學元件。

Description

以電漿為基礎之照射裝置、檢測系統及光微影系統 相關申請案交叉參考
本申請案主張由Ye Liu等人於2014年11月1日提出申請之標題為「Method and Apparatus to Protect Internal Optical Elements for LPP EUV Source」之美國臨時專利申請案第62/074,001號之優先權，該申請案出於所有目的而以全文引用之方式併入本文中。
本發明一般而言係關於以電漿為基礎之照射源系統之領域，尤其係在比例光罩檢測之脈絡中。更特定而言，本發明係關於用於針對此以電漿為基礎之照射源系統中所產生之碎屑而防護照射源元件之裝置及技術。
通常使用以電漿為基礎之照射源系統(諸如雷射產生之電漿(LPP)源、雷射維持之電漿(LSP)源、雷射驅動之光源(LDLS)或放電產生之電漿(DPP)源)來產生軟x射線、極紫外線(EUV)及真空紫外線(VUV)照射波長(例如，約120nm或短於120nm之波長)以用於諸如缺陷檢測、光微影或計量之應用。該照射可由在其中目標材料(例如，氙、錫或鋰)經沈積且由一激發源(諸如一雷射)輻照之一位點處或該位點附近產生之一電漿發射。可收集並沿著一照射遞送路徑引導及/或聚焦自該電漿發出之照射。
用於微影、遮罩檢測及計量之以電漿為基礎之光源(諸如EUV)亦遭受作為電漿形成程序之一副產物而產生之碎屑，該副產物可包含高能量離子及中性粒子、原子叢集、可凝結蒸汽、顆粒等。此等不期望副產物可導致放置於EUV源真空室內部之光學元件(例如，雷射入射窗、EUV收集器、計量窗及鏡、偵測器等)嚴重損壞及壽命縮短。
存在對用於針對碎屑而防護以電漿為基礎之照射產生或源系統中之照射源元件之經改良機構之一持續需要。
下文呈現本發明之一經簡化發明內容以便提供對本發明之特定實施例之一基本理解。本發明內容並非對本發明之一廣泛概述，且其並不識別本發明之關鍵/緊要元素或描寫本發明之範疇。其唯一目的係以一經簡化形式呈現本文中所揭示之某些概念作為稍後呈現之較詳細說明之一前序。
在一項實施例中，揭示一種用於產生輻射之以電漿為基礎之照射裝置。該裝置包含：一真空室，其經組態以固持一目標材料；一光學元件，其定位於該真空室內或此真空室之一壁內；一照射源系統，其用於產生至少一個激發源，該至少一個激發源聚焦於該真空室中之該目標上以用於在該真空室中產生一電漿以便產生照射輻射；一收集器系統，其用於收集該所產生照射輻射且朝向一樣本引導該所產生照射輻射。該裝置進一步包含一碎屑防護系統，其用於使氣體以一速度自複數個噴嘴流出且遠離該光學元件朝向該電漿流動以便防止碎屑到達此光學元件，從而產生在該光學元件之一防護區內平均之大於或等於2之一貝克勒(Peclet)數。在其他實施例中，在一防護區內平均之該所得貝克勒數大於或等於4。
在一特定實施方案中，該所產生輻射具有等於或小於13.5nm之一極紫外線(EUV)波長範圍且該氣體透射EUV光。在又一態樣中，該 光學元件係定位於距該目標材料在約0.1米至2.5米之間的該室之一入射窗。在另一態樣中，該光學元件係一收集器元件、一計量窗、一濾波器、一偏轉器或一鏡。
在另一態樣中，由該等噴嘴之複數個開口佔據之一面積小於該光學元件之一表面面積。在再一態樣中，該氣體之一流率小於20標準公升/分鐘(slm)。在一特定實施例中，該氣體包括以下氣體中之一或多者：Ar、H2、He、Br2、HBr或N2。在另一態樣中，每一噴嘴具有一圓孔且該複數個噴嘴經配置以產生一均勻氣體流、一平坦氣體幕或一環形噴流。在另一實施方案中，該碎屑防護系統進一步包括流體耦合於該等噴嘴與一氣體源或氣體入口之間的一歧管，且該歧管具有比經組合之所有該等噴嘴高的一氣體傳導率。在又一態樣中，該碎屑防護系統包含用於朝向該電漿或另一碎屑源引導該氣體之一氣體錐。在一特定實施方案中，該等噴嘴均等地分佈。在另一態樣中，該等噴嘴具有藉由一計算流體動力學模擬選擇以提供一預定義位準之光學防護且避免氣體凝結之一計數及/或大小及/或溫度。
在另一特徵中，該裝置包含定位於該光學元件前面之一薄膜。在另一實施例中，該光學元件係透過其接收該經聚焦激發源的該真空室之該壁中之一入射窗。在又一態樣中，該裝置包含定位於該光學元件與一碎屑源之間的一薄膜，且該薄膜及/或入射窗由一藍寶石材料組成。
在再一實施方案中，該裝置包含流體耦合於每一噴嘴與該真空室之間的一膨脹級，且針對每一噴嘴之該膨脹級具有大於此噴嘴之一直徑且小於該真空室之一直徑的一直徑。在另一態樣中，該裝置包含定位於每一噴嘴之下游之一擋板。在再一實例性實施方案中，該裝置包含用於增加每一噴嘴之一溫度以防止該氣體在每一噴嘴之出口處之凝結之一加熱系統。
在一替代實施例中，本發明係關於一種用於檢測一光微影比例光罩或晶圓以找出缺陷且樣本係一晶圓或比例光罩之檢測系統。該系統包括用於產生照射光束且具有上述特徵中之任何一或多者之一裝置。此系統進一步包含：成像光學器件，其用於朝向該比例光罩或晶圓引導照射輻射；一偵測器，其用於回應於將該照射輻射引導至該比例光罩或晶圓而自該比例光罩或樣本接收一所偵測信號或影像；及一處理器與記憶體，其經組態以分析該所偵測信號或影像以藉此偵測該比例光罩或晶圓上之缺陷。
在另一實施例中，本發明係關於一種用於將一圖案自一比例光罩轉印至一晶圓上之光微影系統。此系統包含用於產生照射光束且具有上述特徵中之一或多者之一裝置。該系統亦包含用於經由一比例光罩將照射輻射引導至一晶圓上之成像光學器件。
下文參考各圖來進一步闡述本發明之此等及其他態樣。
100‧‧‧以電漿為基礎之照射源系統/照射源系統
102‧‧‧激發源
104‧‧‧光束/照射光束/光脈衝列
106‧‧‧入射窗/雷射入射窗
107‧‧‧真空室/室
108‧‧‧目標材料
109‧‧‧桶
110‧‧‧電漿
112‧‧‧收集器元件/收集器光學器件
114‧‧‧中間聚焦點
116‧‧‧氣體注射系統
118‧‧‧氣體源
119‧‧‧目標材料遞送系統
150‧‧‧替代照射源系統
200‧‧‧氣體注射系統
202‧‧‧入口
204‧‧‧入射窗/雷射入射窗
206‧‧‧一可替換防護性玻璃(或透明材料)板/薄膜
208‧‧‧氣體噴嘴
208a‧‧‧出口噴嘴
208b‧‧‧出口噴嘴
208c‧‧‧出口噴嘴
210‧‧‧歧管/氣體貯存器
220‧‧‧氣體引導結構
250‧‧‧加熱系統
302‧‧‧室部分
304a‧‧‧輸入部分
304b‧‧‧輸入部分
306‧‧‧區
310‧‧‧錐
402‧‧‧最小溫度點
404‧‧‧最大馬赫數點
602‧‧‧小溫度區域
604‧‧‧大馬赫數區域
701‧‧‧針對12個管之在p-T空間中之氬氣流之狀態
702‧‧‧針對48個管之在p-T空間中之氬氣流之狀態/針對48個管之結果
704‧‧‧針對60個管之在p-T空間中之氬氣流之狀態/針對60個管之結果
802‧‧‧小溫度區域
902‧‧‧氬氣針對3.5mm之一管直徑而安全地保持在氣體區域中
1002‧‧‧第二級
1004‧‧‧小溫度區域
1006‧‧‧小溫度區域
1102‧‧‧第二級對p-T空間中之氬氣流之狀態之效應
1202‧‧‧擋板
1302a‧‧‧擋板對p-T空間中之氬氣狀態之效應
1302b‧‧‧擋板對p-T空間中之氬氣狀態之效應
1402‧‧‧軌跡曲線
1404‧‧‧曲線
1500‧‧‧檢測系統
1502‧‧‧照射源系統
1504‧‧‧樣本
1506‧‧‧載台
1510‧‧‧偵測器
1512‧‧‧計算系統
1514‧‧‧非暫時性載體媒體
1516‧‧‧程式指令
1600‧‧‧光微影系統
1602‧‧‧照射源
1604‧‧‧基板
1606‧‧‧載台
1608‧‧‧比例光罩
圖1A係根據本發明之一項實施例之具有一碎屑減輕機構之一以電漿為基礎之照射源系統之一圖解表示。
圖1B係根據本發明之一替代實施例之具有一碎屑減輕機構之一以電漿為基礎之照射源系統之一圖解表示。
圖2A係根據本發明之一特定實施方案之一氣體注射系統之一透視圖。
圖2B係圖2A之氣體注射系統之一側視透視圖。
圖3圖解說明根據本發明之一項實施例之穿過48個氣體噴嘴以形成一防護流之氣體流分佈之一剖面。
圖4A及圖4B展示針對使來自一高壓貯存器之氬氣穿過12個管(各自具有0.75mm之一直徑及3.2mm之長度)流動至一低壓真空室中之一CFD(計算流體動力學)模擬之結果。
圖5展示針對沿著圖4A及圖4B中所展示之幾何結構之中心線之一路徑(自貯存器開始且於真空室中結束)的在壓力-溫度(p-T)空間中之氬氣之彼狀態。
圖6A及圖6B展示針對具有自12至60之噴嘴計數之一增加之一碎屑防護系統的一CFD模擬之結果。
圖7展示針對具有12個、48個及60個管之一碎屑防護系統的在p-T空間中之一氬氣流之狀態。
圖8展示針對具有3.5mm之一經增加管直徑之一碎屑防護系統的一CFD模擬之結果。
圖9展示針對具有3.5mm之一管直徑之一碎屑防護系統的在p-T空間中之一氬氣流之狀態。
圖10A展示針對具有48個管之一碎屑防護系統之一CFD模擬之結果。
圖10B展示針對具有48個管及一中間級之一碎屑防護系統之一CFD模擬之結果。
圖11展示一第二級對p-T空間中之一氬氣流之狀態之效應。
圖12展示針對具有具備2.4mm之一直徑且位於管排出口之下游1mm處之一擋板之一設計的一CFD模擬之結果。
圖13展示使用一擋板對p-T空間中之氬氣狀態之效應。
圖14展示管溫度對氬氣之狀態之效應。
圖15提供根據特定實施例之一檢測裝置之一示意性表示。
圖16係根據特定實施例之用於將一遮罩圖案自一光罩轉印至一晶圓上之一微影系統之一經簡化示意性表示。
圖17係根據本發明之一項實施例之圖解說明一碎屑防護程序之一流程圖。
在以下說明中，陳述眾多特定細節以便提供對本發明之一透徹理解。本發明可在無此等特定細節中之某些細節或所有細節之情況下實施。在其他例項中，尚未詳細闡述眾所周知之組件或程序操作以免不必要地使本發明模糊。儘管將結合特定實施例闡述本發明，但將理解，並不意欲將本發明限制於該等實施例。
圖1A係根據本發明之一項實施例之具有一碎屑減輕機構之一以電漿為基礎之照射源系統100之一圖解表示。以實例之方式，照射源系統可利用雷射產生之電漿軟x射線、EUV或VUV照射源。如所展示，照射源系統可包含經配置以利用光束104來輻照一目標材料108之一或多個激發源102(諸如一驅動雷射)。另一選擇係，在一放電產生之電漿源(未展示)中，激發源可包含(但不限於)經組態而以磁性方式激發目標材料之線圈。在一實施例中，激發源102經組態以利用遞送至由一真空室107界定之一腔中之一照射光束或一光脈衝列(例如，104)來輻照目標材料108。可將自激發源102發出之照射104引導穿過真空室107之一入射窗106。
在一以電漿為基礎之照射源系統之操作期間，諸如原子蒸汽、微顆粒或污染物(例如，烴類或有機物)之碎屑可發射自各種源，包含(但不限於)目標材料、電漿位點、電漿面對之組件、接近目標材料或電漿之經腐蝕表面、一目標形成結構及/或一以電漿為基礎之照射源系統內之任何其他結構。碎屑可有時到達反射光學元件且使其效能降級或導致無法挽回之損壞。
雷射輸入窗或其他光學元件之污染不僅由於傳輸損失而導致雷射能量之減小，且亦使雷射光束品質及聚焦能力降級，從而導致較低EUV輸出及變形之EUV源光束形狀。
防護反射光學器件之某些方法包含藉由磁場對碎屑之偏轉、藉由化學蝕刻劑之移除或者藉由碎屑葉片或屏蔽物(其經組態以允許軟x 射線、EUV或VUV光通過同時捕獲原子可凝結蒸汽)及一氣體緩衝區域(其產生於目標與收集器或雷射窗之間)之阻止。前述方法中之每一者具有某些缺點，如下文所概述。
可使用化學蝕刻劑來清潔來自一光學表面之所累積副產物。然而，蝕刻程序可隨時間而侵蝕室且係昂貴的。對光學表面之額外加熱可導致熱誘導之焦點移位及雷射光束品質之降級。
產生磁場之線圈具有顯著設計複雜性、係昂貴的且僅對於偏轉離子良好地起作用，而對於阻止中性粒子(及中性顆粒)(其在離子經歷與緩衝氣體之電荷交換時產生)並不有效。
碎屑葉片由於遮蔽而導致傳輸光損失、需要複雜對準程序，且最終凝結於碎屑葉片之表面上之任何材料可由於由源產生之高能量離子而係次級腐蝕或濺鍍之一對象。
位於目標與收集器之間的一氣體緩衝區域減緩高能量離子及中性粒子但在抑制原子蒸汽及微顆粒之擴散方面並不如此有效。緩衝氣體可由於擴散而提供針對較小大小可凝結原子叢集之某些防護。然而，達成合理碎屑減輕效率需要長的相互作用長度及/或高壓。此等需要繼而將導致增加之傳輸損失。
為針對污染物而防護一以電漿為基礎之源室中之窗及/或其他光學元件，本發明之特定實施例提供方向性氣體流以便防護免受碎屑影響。一般而言，一氣體防護系統提供以可推開碎屑顆粒或叢集之一相對高速度之一方向性及局部化防護性氣體流。防護性氣體可由具有以13.5nm之低吸收特性之一氣體(諸如氬氣)組成，以藉此允許高效光傳輸。本發明之特定實施例亦可提供用以防止氣體噴流在其穿過多個噴嘴或管離開而至室中時之不合意凝結之機構。術語「管」及「噴嘴」在本文中可互換地使用。雖然關於EUV以電漿為基礎之系統闡述以下實施例，但此等實施例可應用於其他類型之以電漿為基礎之照射源系 統。
適合激發源可包含一脈衝雷射器件，諸如一固態雷射(例如具有一光纖、桿形或碟形活性介質、具有1030nm之一波長之Yb：YAG(鐿摻雜之YAG)或具有1064nm之一波長之Nd：YAG(釹摻雜之YAG)及具有約1μm之中心波長之其他者)、一MOPA組態之準分子雷射系統、具有一或多個室(例如，一振盪器室及一或多個放大室(其中放大室並聯或串聯)之一準分子雷射、一主振盪器/功率振盪器(MOPO)配置、一主振盪器/功率環形放大器(MOPRA)配置、一功率振盪器/功率放大器(POPA)配置，或為一或多個準分子或分子氟放大器或振盪器室接種之一固態雷射。在其他實例中，系統可採用產生以9.3μm或10.6μm之輻射(例如，利用DC或RF激發)、以相對高功率(例如，10kW或高於10kW)及高脈衝重複率(例如，50kHz或大於50kHz)操作之一脈衝氣體放電CO2雷射器件。在一個特定實施方案(舉例而言，在一微影系統應用)中，雷射可為具有包含多個放大級之一MOPA組態且具有由一Q切換主振盪器(MO)以低能量及高重複率(例如，100kHz或大於100kHz)起始之一種子脈衝之一軸向流動RF泵激之CO2雷射。自MO，雷射脈衝可然後在到達輻照區域之前被放大、成形及/或聚焦。亦可使用連續泵激之CO2放大器。取決於應用，亦可利用以高功率及高脈衝重複率操作之一準分子或分子氟雷射。其他設計係可能的。
在某些實施例中，經由一目標材料遞送系統119沈積目標材料108，目標材料遞送系統119可經組態以將目標材料108之液滴遞送至室107中、至其中該等液滴將與來自激發源102之照射104相互作用以最終產生一電漿110且產生由一收集器元件112收集並聚焦至一中間聚焦點114之一軟x射線、EUV或VUV發射之一輻照區域。另一選擇係，收集器光學器件可包含經組態以允許來自激發源102之照射通過且到達沈積於室107之輻照區域內之目標材料108之一孔口(未展示)。然 後，可由來自室107之任何適合收集側光學器件(未展示)引導經反射光。
收集器光學器件112可包含具有以一扁長球面(例如，圍繞其主軸旋轉之一橢圓形)之形式之一反射表面之一掠入射鏡或一近法向入射收集器鏡，該反射表面可包含具有鉬及矽之交替層、且在某些情形中具有一或多個高溫擴散障壁層、平滑層、封蓋層及/或蝕刻阻止層之一漸變多層塗層。在某些實施例中，收集器光學器件之反射表面具有在約100cm2及10,000cm2之範圍內之一表面面積且可距目標材料108或輻照區域約0.1米至2.5米而安置。熟習此項技術者將瞭解，前述範圍係例示性的且可代替扁長球面鏡或除扁長球面鏡之外亦使用用於將光收集且引導至一中間位置以用於後續遞送至利用EUV/VUV照射之一器件(諸如一檢測系統或一光微影系統)之各種光學器件。
目標材料108可包含(但未必限於)包括錫、鋰、氙或其組合之一材料。在某些實施例中，目標材料108以液體液滴、固體粒狀物(pellet)及/或含納於液體液滴內之固體顆粒之形式遞送。可利用替代目標或目標形成結構，諸如可低溫或利用一冷指(cold finger)冷卻之如圖1B之替代照射源系統150中所展示之一桶109。在一實施例中，經冷卻桶109可塗佈有氙冰。熟習此項技術者將瞭解，可在不背離本發明之範疇之情況下使用各種目標材料及沈積技術。
照射源系統100亦可包含用於使用高速方向性氣體流針對電漿產生之碎屑而防護室107中之電漿面對之光學元件之一防護系統。電漿面對之光學元件之實例可包含雷射入射窗106、收集器元件、計量窗、濾波器、偏轉器、鏡等。在一個實施方案中，使氣體流動穿過定位於光學組件周圍之噴嘴或管中之小孔，其中此流動氣體用於將碎屑推開遠離電漿面對之光學元件。
氣體流可相對於一或多個碎屑路徑具有縱向及橫向分量。縱向 氣體流具有與碎屑之速度相對之流方向。CFD(計算流體動力學)建模展示朝向碎屑之源引導之高速縱向氣體流比一靜止緩衝氣體有效。此外，模擬結果展示具有具備相當於微顆粒之速度(~100m/s)之振幅之反方向速度之氣體流高效地阻止污染物。在第一近似中，可藉由計算無因次貝克勒數而估計針對原子蒸汽沈積之雷射窗防護之有效性，該無因次貝克勒數定義為藉由流之蒸汽之對流與擴散速率之比率Pe=νL/D，其中ν係氣體流、L係特性長度且D係氣體中之蒸汽材料擴散係數。然後，蒸汽衰減因子等於exp(-Pe)。使處於室溫之鋁原子蒸汽對抗亦處於室溫之氬氣流而擴散，可估計擴散係數D為0.49m2/s且達成Pe=4所需要之氬氣流率係~0.7slm。取決於所要蒸汽衰減程度，可然後判定用於針對特定操作條件達成此貝克勒數之氣體流。舉例而言，等於或大於4之一貝克勒數Pe將提供多於50倍之蒸汽衰減。然後，假定(舉例而言)氬氣流動穿過具有80cm2開口面積之一氣體錐，該流在通過氣體錐之後以一角度α=45°均勻地膨脹且達到30mTorr之平均壓力，此佔據長度L=10cm。使處於室溫之鋁原子蒸汽對抗氬氣流而擴散，可估計用於達成Pe=4之氬氣流率係~0.7slm。
在特定實例中，碎屑防護系統經設計以使氣體以一速度自複數個噴嘴流出且遠離光學元件朝向電漿流動以便防止碎屑到達此光學元件，從而產生在該光學元件之一防護區內平均之大於或等於2之一貝克勒數。在其他實例中，設計達成等於或大於4之一貝克勒數。
氣體可經選擇以相對於由電漿產生之光係透射的。在一EUV應用中，具有高EUV傳輸特性之一氣體包含(但不限於)氬氣、氫氣、He、Br2、HBr、N2或其混合物。
在一個實施方案中，藉由定位毗鄰於室窗之小氣體噴嘴而達成碎屑防護。此等噴嘴可經配置及定大小以產生在一短距離內具有低發散度、高密度及高速度之定向氣體流。另外，可實施不同幾何結構 (例如，圓孔、橢圓等)或氣體流形狀(平坦氣體幕、環形噴流等)之一組合。
可存在任何適合數目個噴嘴，且此等噴嘴可以任何適合方式分佈。舉例而言，該等噴嘴可均等地分佈或在室之經預測具有較多碎屑存在之區中具有一較高密度。
氣體可自一氣體源(例如，118)經由一歧管流動至複數個噴嘴。亦即，氣體源、歧管及噴嘴係流體耦合的。歧管可具有任何適合形狀及大小且由一或多個腔、通道或任何其他結構或者界定一或多個獨立或共用氣體流通路之結構之組合組成。
在所圖解說明實例中，照射源系統100包含提供防護性氣體注射之一氣體注射系統116，此氣體注射系統116之一端可毗鄰於入射窗106(如所展示)。氣體注射系統116可經組態以亦封圍入射窗。
圖2A係根據本發明之一特定實施方案之一氣體注射系統200之一透視圖。圖2B係圖2A之氣體注射系統之一側視透視圖。如圖2A中所展示，複數個氣體噴嘴208定位於入射窗204前面以使氣體流動遠離入射窗204。氣體注射系統200亦可包含一錐或其他氣體引導結構(圖2B之220)。
可將一可替換防護性玻璃(或透明材料)板或薄膜206安裝於雷射光束路徑中之雷射入射窗204與電漿源之間以用於截獲微粒且防護入射窗之表面免受所有形式之污染物影響。在此及其他實施例中，可使用方向性氣體流來防護薄膜。在一項實施例中，薄膜之面對電漿之側可為未經塗佈的以避免藉由碎屑之一抗反射(AR)塗層之任何損壞或脫層，而遠離電漿之側可為AR塗佈的以改良傳輸。在其他實施例中，薄膜可與一新薄膜替換而無需打開真空室。舉例而言，可將一替換薄膜旋轉至一位置中以替換原始薄膜。
氣體注射系統200可用於使氣體流成形同時允許照射光束傳播穿 過室107。氣體注射系統可包括一模組化設計且由數個可堆疊錐組成。如圖2B中所展示，氣體注射系統200包含用於接收穿過入口202之氣體之一歧管或氣體貯存器210。歧管連接至複數個出口噴嘴，例如208a、208b及208c。可經由一或多個入口將氣體遞送至歧管，雖然僅展示一單個入口202。
一般而言，可透過歧管210將氣體饋送至氣體注射系統200中且透過出口噴嘴將氣體饋送出氣體注射系統200。歧管210具有比所有噴嘴之總傳導率高的傳導率，此允許其內側之壓力在氣體穿過噴嘴離開之前平衡。圖3圖解說明根據本發明之一項實施例之穿過48個氣體噴嘴以形成一防護流之氣體流分佈之一剖面。注意，在圖3中僅可見兩個噴嘴。針對室部分302，使用不同灰度來圖解說明不同氣體速度。如所展示，氣體流具有緊接離開噴嘴(例如，輸入部分304a及304b)之一較高速度，而在氣體流出錐310而至室中(例如，至區306中)時具有一較低速度。均勻分佈係由於噴嘴之前的歧管，其中未展示流。氣體流均勻地分佈於噴嘴當中，從而提供對入射窗及/或薄膜(若存在)之均勻防護。
在特定實施例中，入射窗及/或薄膜可由藍寶石材料製成。由於其高破裂模數，因此可將藍寶石窗製作為比其他常見光學窗薄得多，由此最小化驅動雷射光束之像差。由於其極佳導熱性，因此亦可減小由溫度梯度導致之光束變形。此外，藍寶石亦抗UV輻射變暗，此對於一EUV光源可為有用的，此乃因發射UV/DUV/VUV範圍內以及所要13.5nm波長之大量帶外(OOB)輻射。
當氣體在離開一噴嘴之後膨脹時，氣體流之溫度迅速降低。在某些情形中，溫度可變得較低使得氣體開始液化。噴嘴流可實質上藉由液體之形成而改變，此乃因該液體可變更氣體速度、溫度及壓力。對於其中使用氣體流來針對碎屑防護敏感光學組件之應用，減小凝結 將係有益的，此乃因防護性氣體之氣相減輕碎屑而防護性氣體之凝結相將進行極少減輕。
為解決此凝結問題，氣體壓力、噴嘴之數目及大小可經選擇以防止或最小化氣體在每一噴嘴出口處之凝結。可基於CFD(計算流體動力學)建模而達成對貫穿流場之氣體動力學性質之準確預測。藉助於CFD，可將設計參數最佳化以最小化或抑制凝結。可使用以下一般噴嘴及歧管設計方針來大體上抑制或實質上最小化凝結。
當一氣體自高壓流動至低壓時，該氣體膨脹使得其密度降低且其體積增加。由於此發生，因此熱能轉換為動能。亦即，氣體隨著其速度變大而變冷。當該流之馬赫(Mach)數(氣體速度與局部聲速之比率)變為大於0.3時，此效應可為顯著的。大馬赫數可與將任何顯著量之氣體注射至一真空環境中相關聯。
圖4A及圖4B展示針對使來自一高壓貯存器之氬氣穿過一管(其具有0.75mm之一直徑及3.2mm之長度)流動至其中壓力較低之一真空室中之一CFD模擬之結果。貯存器中之壓力係6149Pa，而真空室中之壓力係5Pa(1Pa~7.5mTorr)。圖4A展示氣體流流線及氣體溫度，且圖4B展示馬赫數。該流在管之排出口處阻塞，其中馬赫數係一且壓力遠高於真空室壓力。此一氣體流可據稱為膨脹不足的，意指其並未充分膨脹以將管排出口壓力與真空室壓力匹配。貯存器中之氣體溫度接近一室溫值(295 K)。在氣體離開管之後，其膨脹且其馬赫數增加至一大的值。當此效應發生時，氣體變冷。在最小溫度點402(最大馬赫數點404)處，氣體之壓力(未展示)實際上低於大多數真空室中所存在之壓力。亦即，氣體流膨脹過度。一衝擊波環繞具有高馬赫數之區域，且在氣體流動穿過彼衝擊波時，馬赫數減小且氣體之溫度及壓力增加。
圖5展示針對沿著圖4A及圖4B中所展示之幾何結構之中心線之一 路徑(自貯存器開始且於真空室中結束)的在壓力-溫度(p-T)空間中之氬氣之彼狀態。亦展示氬氣之蒸汽壓力隨溫度而變，其中至此曲線之左邊之狀態對應於處於一凝結狀態中之氬氣且至此曲線之右邊之狀態對應於處於氣體狀態中之氬氣。氣體以6149Pa及295 K(在圖表外)出發。隨著氣體膨脹，其壓力及溫度降低，狀態最終自氣體區域跨越至凝結區域，其中該氣體達到一最小壓力0.2Pa及溫度7.3 K。隨著氬氣自此繼續流動，其壓力及溫度開始增加，最終往回跨越至氣體區域中。實際凝結程序不包含於此模擬中，但凝結可能發生，其中圖5展示凝結區域中之氬氣狀態。一旦已發生凝結，氣體便可能甚至在往回跨越至氣體區域中之後保持凝結達一段時間。舉例而言，使凝結氬氣與其環境平衡可需要一段時間。
可使用數個防護系統設計來防止凝結。首先，可減小貯存器中之氣體壓力。其他所有係相等的，一壓力減小將使氣體流之速率降低。為保持氣體流之總速率，可將貯存器壓力之減小與連接貯存器與真空室之管(噴嘴)之數目之一增加組合。另一選擇係或另外，可將貯存器壓力之減小與管之直徑之一增加組合。使用任一方式，減小貯存器壓力皆導致氣體將達到之最大馬赫數之一降低及最小溫度之一增加。所達成之壓力之減小取決於若干個因素，包含管計數、管直徑、管長度、氣體流等。舉例而言，隨著管直徑增加，將存在貯存器壓力之一較大減小，此乃因大馬赫數區域之大小及最大馬赫數兩者皆隨管直徑而增加。
如上文所論述，在管之下游存在環繞高馬赫數區域之一衝擊波，且當氣體流動穿過此管時，此衝擊波導致溫度之一增加。若可誘導該衝擊波在氣體流中較早發生，則此效應可用以防止凝結。
可使用任何適合機構來誘導衝擊波在氣體流中較早發生。在一第一實施方案中，防護系統幾何結構可包含介於管與真空室之間的一 或多個中間區域或膨脹級。舉例而言，防護系統可包含具有大於管之直徑但小於真空室之直徑之一直徑的一中間級。下文進一步闡述實例。
在一第二實施方案中，可將一擋板放置於管排出口之下游。防止或最小化凝結可需要的中間級之直徑及長度以及擋板之直徑及距管排出口之距離可取決於貯存器壓力及管直徑。
在另一實施例中，可加熱管或噴嘴。在氣體流動穿過管時，自管壁之熱轉移增加該氣體之溫度。雖然氣體在離開管後將旋即膨脹及冷卻，但若在排出口處氣體溫度充分高，則可避免凝結。即使利用一室溫管，在氣體流動穿過管並膨脹時仍將發生至該氣體之某些熱轉移。但此熱轉移係有限的，此乃因大多數氣體膨脹(其導致驅動熱轉移之氣體冷卻)在管之排出口附近發生。因此，無論管之長度如何，至氣體之熱轉移將在管之主導部分之大部分內係接近零的。然而，藉由將管加熱至一大的溫度，熱轉移可然後在整個長度內發生。管溫度及其長度可經選擇以防止凝結，此取決於管直徑及貯存器壓力。
在下文中，呈現經執行以判定用於防止凝結之特定設計(各自基於上文所闡述之設計考量中之一者)之詳細CFD模擬之結果。出於此等特定實例之目的，假定氣體係氬氣；假定總流率係2slm(標準公升/分鐘)；且假定真空室具有5Pa之一壓力。在每一情形中，將模擬與基於12個管(各自具有0.75mm之一直徑及3.2mm之一長度)之一初始設計相比，使得穿過每一管之流率係0.167slm。此等條件對應於如上文所論述之圖4A、圖4B及圖5中所呈現之結果，且產生對凝結將發生之一預測。
防止凝結之一個方法係增加管之數目。舉例而言，可將管之數目自12個增加至60個。此經增加管計數將貯存器壓力減小至1616Pa。圖6A及圖6B展示針對此情形之模擬之結果。藉由在60個管內劃 分總流率，穿過每一管之流率僅係0.0333slm。與圖4B及圖4A相比，圖6B中所展示之大馬赫數區域(604)及圖6A中所展示之小溫度區域(602)小得多。
圖7展示針對12個管(701)、48個管(702)及60個管(704)之在p-T空間中之氬氣流之狀態。針對12個管之結果與圖5中所呈現之結果相同。針對48個管之結果(702)係優於12管結果之一改良，在於所達到之最小溫度較大，但其仍跨越至凝結區域中。針對60個管之結果(704)可能足以防止凝結，但可添加多幾個管以明確地確保此。
可藉由增加管直徑同時維持一較低管計數而防止凝結。舉例而言，可將管直徑自0.75mm增加至3.5mm，同時維持總共12個管。此特定直徑增加將導致貯存器壓力自6149Pa至272Pa之一減小。注意，此貯存器壓力比上文所論述藉由將管之數目增加至60個所獲得之貯存器壓力(1616Pa)小得多。此展示僅貯存器壓力無法判定凝結之可能性。亦即，管直徑亦發揮作用。
隨著管直徑增加，大馬赫數區域之大小及量值增加，且因此溫度降低，其他所有係相等的。由於管直徑增加，因此貯存器壓力降低。然而，後者之有益效應可被前者之不利效應部分地抵消。因此，已預測將管直徑增加至少4.7倍而良好地起作用。圖8展示針對增加管直徑之模擬結果。如所展示，小溫度區域(802)之大小係相對小的。若非為了貯存器壓力之較大減小，小溫度區域之大小將係大得多的且彼區域內之溫度將係小得多的。圖9展示氬氣針對3.5mm之一管直徑而安全地保持在氣體區域中(902)。
如上文所論述，針對增加管之數目之效應，48個管不足以防止氬氣在p-T空間中進入凝結區域(參見圖7)。然而，藉由將一中間級添加至幾何結構，可變更膨脹程序，使得可防止凝結。圖10A展示針對48個管之一CFD模擬之結果，且圖10B展示相同情形，惟具有添加至 幾何結構之一第二級1002除外。在此實施例中，第二級1002位於管之下游且其具有2.6mm之一直徑及3.2mm之一長度。圖10B展示緊接管之下游之小溫度區域(1006)之大小比圖10A中之小溫度區域(1004)小得多。
中間級可用於壓縮氣體膨脹程序，從而在此產生顯著大於在不具有第二級之情況下發生之壓力之一高壓。此高壓致使衝擊波在氣體流中比以其他方式發生之衝擊波早得多地發生。彼衝擊波減小小溫度區域之大小且增加該小溫度區域內之最小溫度。超出第二級，氣體再次膨脹且形成一第二經減小溫度區域，但其與第一小溫度區域相比係一較小減小。圖11展示第二級對p-T空間中之氬氣流之狀態之效應(1102)。如可見，在具有第二級之設計中不存在對凝結之擔憂。
在一流中誘導一衝擊波之另一方式係添加垂直於主要氣體流方向之一擋板。圖12展示針對具有具備2.4mm之一直徑且位於管排出口之下游1mm處之一擋板(1202)之一碎屑防護系統的一CFD模擬之結果。氣體離開管且撞擊於擋板1202上，擋板1202迫使該流徑向散開以便流動至真空室中。如在上文所論述之具有一第二級之設計中，存在具有局部小溫度之兩個區域，一個區域在擋板之前且另一區域在擋板之周界附近。在此設計中，將擋板充分靠近於管之排出口而放置以在流中足夠早地誘導衝擊波以限制彼第一區域中之溫度之降低。圖13展示擋板對p-T空間中之氬氣狀態之效應(1302a及1302b)。如可見，在具有擋板之情況下不存在對凝結之擔憂。
碎屑防護系統亦可包含用於藉由加熱管使得其具有一高溫而防止凝結之一機構。在一項實例中，將管溫度設定至600 K且將管長度增加至12.8mm。圖14展示管溫度對氬氣之狀態之效應。展示兩個曲線，其中兩者皆對應於具有12.8mm之一管長度、0.75mm之一管直徑及對應於總共12個管之一流率(0.167slm)之一設計。軌跡曲線1402對 應於一600 K溫度，而曲線1404對應於一室溫。就一較大最小溫度而言，針對600 K管之結果較佳。
一碎屑防護系統亦可併入耦合至管或噴嘴之一加熱系統(諸如圖2B之250)。可能與上文所論述之其他技術組合地使用管加熱來避免凝結。
可在其中將氣體注射穿過一噴嘴或噴嘴(或管)之一組合之不同系統中使用上文所闡述之用於防止氣體凝結之技術及裝置。舉例而言，可使用凝結防止機構或將其與噴淋頭(showerhead)收集器整合，如由Alexey Kuritsyn等人於2014年4月7日提出申請之美國專利申請案第2014/0306115號中進一步闡述，該申請案以全文引用之方式併入本文中。
與使用一電場或磁場之防護方案相比，本發明之特定實施例提供針對中性及帶電顆粒兩者之防護。另外，與使用靜止沖洗氣體之防護方法相比，使用高速方向性氣體注射提供較有效碎屑抑制。另外，本發明之特定實施例藉由利用方向性氣體流而改良碎屑減輕之效率且顯著延伸雷射入射窗及其他光學元件之壽命，由此顯著改良光學器件壽命。
可將軟x射線、EUV、VUV或任何其他頻帶之電漿產生之照射用於半導體程序應用(諸如檢測、光微影或計量)。舉例而言，如圖15中所展示，一檢測系統1500可包含併入一碎屑防護照射源系統(諸如上文所闡述之照射源系統100)之一照射源系統1502。檢測系統1500可進一步包含經組態以支撐至少一個樣本1504(諸如一半導體晶圓或一遮罩)之一載台1506。照射源1500可經組態以經由一照射路徑照射樣本1504，且可由任何適合收集光學器件將自樣本1504反射、散射或輻射之照射沿著一成像路徑引導至至少一個偵測器1510(例如，相機或光感測器陣列)。通信地耦合至偵測器1510之一計算系統1512可經組態 以處理與所偵測照射信號相關聯之信號以根據嵌入於來自一非暫時性載體媒體1514之程式指令1516(其可由計算系統1512之一處理器執行)中之一檢測演算法來定位及/或量測樣本1504之一或多個缺陷之各種屬性。
針對進一步實例，圖16大體上圖解說明包含併入一碎屑防護照射源系統(諸如上文所闡述之100)之一照射源1602之一光微影系統1600。光微影系統可包含經組態以支撐至少一個基板1604(諸如一半導體晶圓)以用於微影處理之載台1606。照射源1602可經組態以利用由照射源系統100沿著照射遞送路徑傳送至照射源1602之一輸出之照射來對基板1604或安置於基板1604上之一層執行光微影。舉例而言，可將輸出照射自一比例光罩1608引導至基板1604以根據一經照射比例光罩圖案來圖案化基板1604之表面或基板1604上之一層。圖15及圖16中所圖解說明之例示性實施例大體上繪示上文所闡述之碎屑減輕照射源系統中之任一者之應用。然而，熟習此項技術者將瞭解，可在不背離本發明之範疇之情況下將本文中所闡述之碎屑防護系統應用於多種脈絡中。
熟習此項技術者將進一步瞭解，存在本文中所闡述之程序及/或系統及/或其他技術可受其影響之各種載具(例如，硬體、軟體及/或韌體)，且較佳載具將隨其中部署該等程序及/或系統及/或其他技術之脈絡而變化。在某些實施例中，由以下各項中之一或多者執行各種步驟、功能及/或操作：電子電路、邏輯閘、多工器、可程式化邏輯器件、ASIC、類比或數位控制件/開關、微控制器或計算系統。一計算系統可包含(但不限於)一個人計算系統、主機計算系統、工作站、影像計算機、平行處理器或此項技術中已知之任何其他器件。一般而言，術語「計算系統」可廣泛地定義為囊括具有執行來自一載體媒體之指令之一或多個處理器之任何器件。實施諸如本文中所闡述之彼等 方法之方法之程式指令可經由載體媒體傳輸或儲存於載體媒體上。一載體媒體可包含一傳輸媒體，諸如一導線、纜線或無線傳輸鏈路。該載體媒體亦可包含諸如一唯讀記憶體、一隨機存取記憶體、一磁碟或光碟或者一磁帶之一儲存媒體。
本文中所闡述之所有方法可包含將方法實施例之一或多個步驟之結果儲存於一儲存媒體中。結果可包含本文中所闡述之結果中之任一者且可以此項技術中已知之任何方式儲存。儲存媒體可包含本文中所闡述之任何儲存媒體或此項技術中已知之任何其他適合儲存媒體。在已儲存結果之後，該等結果可在該儲存媒體中存取且由本文中所闡述之方法或系統實施例中之任一者使用，經格式化以用於顯示給一使用者，由另一軟體模組、方法或系統等使用。此外，可「永久性地」、「半永久性地」、臨時性地或在某一時間週期內儲存結果。舉例而言，儲存媒體可為隨機存取記憶體(RAM)，且結果可不必無限期地存留於該儲存媒體中。
圖17係根據本發明之一項實施例之圖解說明一碎屑防護程序1700之一流程圖。最初，在操作1702中，將為透射(針對一特定照射光束)之一氣體以經選擇以阻止碎屑到達室中之入射窗或其他組件之一速度自複數個噴嘴朝向一室位置(一電漿將在此處形成)輸出。在操作1704中，可透過一入射窗將一驅動雷射引導至真空室中以形成一電漿以用於產生一照射光束。在操作1706中，亦收集照射光束且朝向一樣本(諸如一晶圓或比例光罩)引導照射光束。
雖然已出於理解清楚之目的而以某些細節闡述前述發明，但將瞭解，可在隨附申請專利範圍之範疇內實踐特定改變及修改。應注意，存在實施本發明之程序、系統及裝置之諸多替代方式。因此，本發明實施例應被視為說明性而非限制性的，且本發明不應限於本文中所給定之細節。

Claims (20)

  1. 一種用於產生輻射之以電漿為基礎之照射裝置，其包括：一真空室，其經組態以固持一目標材料；一光學元件，其定位於該真空室內或此真空室之一壁內；一照射源系統，其用於產生至少一個激發源，該至少一個激發源聚焦於該真空室中之該目標上以用於在該真空室中產生一電漿以便產生照射輻射；一收集器系統，其用於收集該所產生照射輻射且朝向一樣本引導該所產生照射輻射；一碎屑防護系統，其用於使氣體以一速度自複數個噴嘴流出且遠離該光學元件朝向該電漿流動以便防止碎屑到達此光學元件，從而產生在該光學元件之一防護區內平均之大於或等於2之一貝克勒數；及一擋板(baffle)，其定位於每一噴嘴之下游。
  2. 如請求項1之裝置，其中該所產生輻射具有等於或小於13.5nm之一極紫外線(EUV)波長範圍且該氣體透射EUV光。
  3. 如請求項2之裝置，其中該光學元件係定位於距該目標材料在約0.1米至2.5米之間的該室之一入射窗。
  4. 如請求項2之裝置，其中由該等噴嘴之複數個開口佔據之一面積小於該光學元件之一表面面積。
  5. 如請求項2之裝置，其中該氣體之一流率小於20標準公升/分鐘(slm)。
  6. 如請求項2之裝置，其中該氣體包括以下氣體中之一或多者：Ar、H2、He、Br2、HBr或N2。
  7. 如請求項2之裝置，其中每一噴嘴具有一圓孔且該複數個噴嘴經配置以產生一均勻氣體流、一平坦氣體幕或一環形噴流。
  8. 如請求項2之裝置，其中該碎屑防護系統進一步包括流體耦合於該等噴嘴與一氣體源或氣體入口之間的一歧管，其中該歧管具有比經組合之所有該等噴嘴高的一氣體傳導率。
  9. 如請求項8之裝置，其中該碎屑防護系統包含用於朝向該電漿或另一碎屑源引導該氣體之一氣體錐。
  10. 如請求項8之裝置，其進一步包括定位於該光學元件前面之一薄膜。
  11. 如請求項8之裝置，其中該光學元件係透過其接收該經聚焦激發源的該真空室之該壁中之一入射窗。
  12. 如請求項11之裝置，其進一步包括定位於該光學元件與一碎屑源之間的一薄膜，其中該薄膜及/或入射窗由一藍寶石材料組成。
  13. 如請求項8之裝置，其進一步包括流體耦合於每一噴嘴與該真空室之間的一膨脹級，其中針對每一噴嘴之該膨脹級具有大於此噴嘴之一直徑且小於該真空室之一直徑的一直徑。
  14. 如請求項8之裝置，其進一步包括用於增加每一噴嘴之一溫度以防止該氣體在每一噴嘴之出口處之凝結之一加熱系統。
  15. 如請求項8之裝置，其中該等噴嘴係均等地分佈。
  16. 如請求項1之裝置，其中該等噴嘴具有藉由一計算流體動力學模擬選擇以提供一預定義位準之光學防護且避免氣體凝結之一計數及/或大小及/或溫度。
  17. 如請求項1之裝置，其中碎屑防護系統進一步經組態以用於使氣體以一速度自複數個噴嘴流出且遠離光學元件朝向電漿流動以便防止碎屑到達此光學元件，從而產生在該光學元件之防護區內平均之大於或等於4之一貝克勒數。
  18. 如請求項1之裝置，其中該光學元件係一收集器元件、一計量窗、一濾波器、一偏轉器或一鏡。
  19. 一種用於檢測一光微影比例光罩或晶圓以找出缺陷且樣本係一晶圓或比例光罩之檢測系統，該系統包括：如請求項1之一裝置，其用於產生照射光束；成像光學器件，其用於朝向該比例光罩或晶圓引導照射輻射；一偵測器，其用於回應於將該照射輻射引導至該比例光罩或晶圓而自該比例光罩或樣本接收一所偵測信號或影像；及一處理器與記憶體，其等經組態以分析該所偵測信號或影像以藉此偵測該比例光罩或晶圓上之缺陷。
  20. 一種用於將一圖案自一比例光罩轉印至一晶圓上之光微影系統，其包括：如請求項1之一裝置，其用於產生照射光束；及成像光學器件，其用於經由一比例光罩將照射輻射引導至一晶圓上。
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