用于产生特别是euv辐射和/或软x射线辐射的方法和设备的制作方法

专利名称：用于产生特别是euv辐射和/或软x射线辐射的方法和设备的制作方法
用于产生特別是EUV辐射和/或软X射线核射 的方法和i殳备
本发明涉及一种借助于电的气体放电来产生特別是EUV辐射和/或 软X射线辐射的方法和设备.
远紫外插射(简称EUV辐射)和软X射线輻射夜盖了从大约him 到20nm的波长范闺.这种EUV福射主要在半导体制造中被设计来用于 光刻工序。
这样的方法和设备是公知的.它们是基于借助于带电气体放电所产 生的且发射EUV辐射和軟X射线辐射的等离子体，就象例如在WO-A-01/01736中所-公开的，
EP-A-l 248 499描述了一种用于产生EUV辐射的方法和设备，提到 了用于等离子体的稳定产生和用于控制能重的措施.现在将参照来自 EP-A-l 248 499的、如困13中所示的相关类型设备来阐明本发明的基本 工作原理。

图13中所示的设备包括具有阳极18和空心阴极20的电极系 统.在由电极18、 20和绝缘体19形成的放电空间14中存在工作气体 (operatinggas)22.通过放电空间14中占优势的压力来具体限定气体放电 的工作点，所迷压力一般处于l到lOOPa的范围中，
当电源21向电极18、 20施加具有几十纳秒到几百纳秒脉冲持续时 间的、几千安培到100千安培的周期性可换向的电流时，创建了所谓的 收缩等离子体26，其通过欧姆加热和电磁压缩而被加热到一定的温度， 并且其具有一个密度，在该密度时收缩等离子体26发射EUV輻射12.
在该实施例中EUV插射12可以通过辐射发射窗口 16被耦合出来. 辐射发射窗口 16与安排在阴极20中且连接放电空间14到空心空间42 的开口 17—起限定了闺13中用点划线显示的轴.空心空间42主要用于 使电荷栽体24可获得以便形成离开阴极20的低欧姆通道.
一般地，电荷栽体24是等离子体的电子和离子，它们是用各种方式 以高再现性而形成的，即借助于在空心空间42中等离子体26的表面放 电触发、电触发、铁电触发或预电离而形成，正如在这里所示的.在阴 极20的空心空间42中的轴上安排触发设备25，致使有可能借助于实现
起来相对简单的电位控制来释放电荷栽体24.
罔而气体放电可以以所谓的自发击穿模式(spontaneous breakdown mode)来操作，同时免除了电流开关元件，电源21给电极系统充电，直 至达到由帕邢(Paschen)曲线限定的工作点.可借助于电源来减小触发 设备25的辅助电极和阴极20之间的电位差，例如使得不会发生在阳极 18和阴极20之间低欧姆通道的形成，辅助电极电位的受控的减小最终可 以控制，即触发一个气体放电开始并形成等离子体26的时刻，
结果，可获得具有等离子体的高重复率和快速复原的等离子体，从 而可得到EUV輻射源，其具有在从几十瓦特到髙达几百瓦特范围内的以 2兀的输出功率，
DE-A-101 51 080建议使用从表面放电得到的高能光子和电荷栽体来 控制气体放电的产生.此中公开的触发设备也安排在空心空间中，其属 于电极之 一 并连接到放电空间。
如上所述的安排在等离子体紧接的空间附近中的这些触发设备由于
离子轰击和辐射而不可避免地容易受到高的热负荷.
当然可以冷却困13中所示的触发设备25，但在随后的放电操作过程 中会发生相当强的对辅助电极的腐蚀，其导致了缩短的产品寿命.
此外，在空心空间中可能存在不足数量的电荷栽体，尤其是在较长 的操作暂停之后，使得缺乏足够的预电离，且得到的是存储的电能从空 心空间到放电空间的低效耦合，这导致不太精确地控制等离子体的点燃 时刻，而且如果用高重复频率来採作气体放电还会导致减小的气体放电 穗定性.
此外，最高的可达到重复频率由于气体放电后残留在空心空间中的 电荷栽体而减小，即因为在可以再一次给电极系统施加电压之前，所迷 电荷栽体必须通过例如再结合(recombination)来消除.
如杲在较长的採作暂停之后或设备新起动之后存在较小数量的电荷 栽体，或根本没有电荷栽体，則尤其在>410^的频率处的放电搮作过程 中会出现另外的问趙.这里的术语"搮作暂停"表示比操作过程中发生 在两个放电之间的时间跨度要长的时间跨度.
因此本发明的目的是提供一种产生由等离子体发射的特別是EUV辐 射和/或软X射线辐射的方法，其中该等离子体是由工作气体在放电空间 中形成的，所迷放电空间至少包括辐射发射窗口和具有至少一个阳极和
至少一个阴极的电极系统，该系统借助于被引入放电空间的电荷栽体而 将电能传输到等离子体中，该方法致使有可能通过简单的手段而以髙重 复频率并对于较长搮作暂停来可靠地点燃所述气体放电。
在依照本发明的、上述种类的方法中实现了这个目的，罔为由至少 一个辐射源产生的至少一个轎射被引入到放电空间中以便使放电栽荷
(discharge carrier)可获得，
由辐射源所产生的轎射的入射实现了可靠触发气体放电所需的电荷 栽体的数量.这里，用于此的辐射源可以在外部操作，即离等离子体相 对较远地来搮作。可以保护辐射源免于受到热负荷、等离子体的离子轰 击、EUV轎射和软X射线輻射，从而保陣了辐射源较长的採作寿命.
可以进一步地发展该方法，其中辊射源产生高能量密度的相干或非 相干辐射，从而由于该辐射在电极系统上的入射而将电荷栽体释放进放 电空间中，
例如，可直接地或经由光学系统、通过辐射发射窗口将激光器的相 干輻射，或可选择地将闪光灯的非相干辐射引入到放电空间中。在良好 的条件下，在放电空间中引入具有小于20ns辐射持续时间的、大约lmJ 的较小光能量便足够点燃气体放电并形成等离子体.
该方法还可以被安排成这样，使得轎射源产生由至少一个电子和/或 一个离子组成的质量輻射(mass radiation),
例如，电子或离子源可以被朝着放电空间定向，从而可以引入按给 定数量产生的、且具有给定动能的带电粒子.
该方法的特別有利的另一个实施例提供了輻射源通过笫一辐射通 路和/或至少 一个第二輻射通路同时地或相互在时间上偏移地将脉冲式辐 射(pulsed radiation)放进放电空间中*
特別地，激光源提供了具有高达大约10kHz的可变脉冲频率的脉冲 式辐射。在市场上这种激光器可以以紧凑结构和低价格买到.这些辐射 源能够直接地或经由合适的光学系统来将輻射引入到放电空间中.此 外，经由不同輻射通路引入辐射可通过变化等离子体的位置来保陣改善
的热负荷的时间和空间分布.由此延迟电极几何形状的改变，该改变对 等离子体产生的效能有负面影响。
可以通过对经由几个辐射通路的几个輻射源的同步，而将如此大的
辐射能量引入到放电空间中，从而使在放电空间中有更加精确刑量的电 荷栽体成为可能.辐射的时间-偏移的引入提供了低欧姆通道形成的最佳 化，还提供了放电搮作过程中等离子体形成的最佳化.
一种尤其有利的方法，其特征在于，电极系统包括至少一个辅助电 极，该辅助电极被施加以附加电位，或者其通过充当牺牲电极来使电荷 栽体或工作气体可获得.
例如在巳经由电极腐蚀而改变的电极几何形状的情形下，同样是在 放电搮作过程中，辅助电极还可以通过施加可变的电位而改善放电空间 中的电场，假定适当选择了电极材料，則辅助电极还可以以辐射感应的
方式提供适于产生EUV辐射和/或软X射线輻射的电荷栽体或工作气 体，笫一和笫二主族的金属尤其容易例如以辐射感应的方式来形成诸如 离子和电子的电荷栽体，同时碘、铟、碲、锑和锡可用作工作气体.
为了进一步改进等离子体的可靠点燃，该方法被设计成这样，使得 辐射被聚焦在电极系统的至少一个电极上，这导致了特別可靠和有效地 形成电荷栽体和/或可随后用作工作气体的电极材料的另外的蒸发.
为了在放电操作过程中实现有效的电极系统，该方法可规定轎射
入射到基本由钨、钼、铁、铜、锡、石墨、铟、锑、碲、硤、合金或其 化合物、或钢組成的电极上，如果使用耐熔的材料，如钨或钼，则安排 在靠近等离子体位置和/或另外地暴露于辐射下的电极系统的区域可以被 构造为具有特別的尺寸稳定性。此外，这些材料不仅具有优良的导电性， 而且对于去除热能具有增强的导热性.
很明显可想到，这些材料仅仅形成了限定电极几何形状的支撑框 架。在操作过程中当需要时，可額外地供给一种材料，该材料在放电空 间中占主导的放电条件下以液态存在，
辐射在空间上靠近用作阴极的电极而聚焦，从而由入射轎射导致的 预电离云在阳极的方向上传播，进而可以启动等离子体的点燃.
此外，该方法可被安排成这样，使得辐射以具有点、圃形、环形或 线性形状和/或它们的組合的困案而被引导到电极上.通过将輻射聚焦到 不同几何形状的电极上，可能具有变化强度的辐射分布导致辐射发射中 的增加和等离子体的增强的穗定性.
为了进一步提高等离子体稳定性，该方法被安排成这样，使得辐射 被引入到受影响的电极的至少一个空腔中，该空腔朝向放电空间开口并
在至少三側由电极材料界定，
已发现通过将辐射聚焦到平面电极上经常创建相当大体积的扩散 的等离子体，从而EUV辐射的有用功率只有一部分经由輻射发射窗口被 耦合进光学系统中.而且，由于直接与等离子体接触，在电极表面发生 达较高程度的腐蚀和热负荷.将輻射引入空腔中或邻近电极表面空腔的 区域使得有可能将輻射感应的电荷栽体排成直线，从而例如创建减小的 等离子体体积。此外，等离子体位置被固定，从而可以自身建立可再生 的放电，还可以在等离子体和电极表面之间设置较大距离，以便几乎不 发生腐蚀.
为了使得在放电空间中可获得足够量的工作气体，该方法可被有利 地进一步发展成这样，使得借助于馈送管或聚焦到电极上的辅助射线而 将工作气体引入到放电空间中.
除了上面提到的工作气体的材料，还可引入或供给包含氙的气体. 辅助射线可以经由笫二辐射通路被引入到放电空间中，很明显还可借助 于另外的辐射源引入具有给定强度的持续的辅助射线、或与辐射同步或 异步的辅助射线.
有利地，该方法被实现成这样，使得輻射通过一个小孔被引入到放 电空间中。这打开了从例如相对于辐射发射被安排在背后的輻射源将梯 射引入到放电空间中的可能性。假设有合适的电极几何排列，則很明显 还有可能使辐射源位于放电空间中，
在一个特別有利的方法中，輻射源被构造成这样，使得该辐射具有 在UV、 IR和/或可见光范闺中的波长。将UV辐射引入到放电空间中引 起了从电极材料中高效率地释放电荷栽体。如果引入IR耦射，則尤其可 肯定地影响金属蒸汽的量.
为了使电荷栽体的数重适应于放电空间中的几何要求，该方法被这 样地实现，使得辐射以0。到90。入射到电极的表面上.
为了进一步最佳化地产生EUV轎射和/或软X射线辐射，可提供 在辐射的引入和电能的传输之间、或者在辅助射线或该辅助射线的和辐 射的引入之间设置有时间间隔，将辐射引入到放电空间中引起了在阴极 和阳极之间的空间中膨胀的预电离云.并非直到该时间间隔过去才建立 预电离云的最佳分布，即一种这样的分布当施加电流到工作气体上或 施加其它辐射时导致一个有利的等离子体的位置控制.
本发明还有一个目的是提供一种用于产生特別是EUV輻射和/或软 X射线輻射的设备，该设备发射在放电空间内工作气体中形成的等离子 体，所述放电空间包括至少一个梧射发射窗口和具有至少一个阳极和至 少一个阴极的电极系统，其中借助于引入到放电空间中的电荷栽体可以 把电能传输给等离子体，该设备将被改进以致于在高重复頻率处且有较 长的採作暂停时保陣可靠的和充分可控的气体放电的点燃，
在依照本发明的设备中实现了该目的，在该设备中存在至少一个輻 射源来提供电荷栽体，所迷輻射源将至少一个輻射引入到放电空间中，
用于触发的輻射源可以在空间上离开等离子体，从而不再发生会减 小操作寿命的热负荷.为此目的，例如，辐射源可以被安排在放电空间 的外部.借助于适宜的光学系统，例如通过EUV辐射和/或软X射钱輻 射的辐射发射窗口将輻射引入到放电空间中，辐射源本身可以选择性地 位于放电空间中，在该情形下，电极形状被选择成这样，使得保护轎射 源本身免于受到离子轰击和EUV辐射.
该设备可以被进一步发展成这样，使得輻射源产生高能量密度的相 干或非相干辐射，由此可通过辐射到电极系统上的入射而将电荷栽体释 放进放电空间中.
这种用于产生相干辐射的辐射源例如是Nd:YAG、 C02、受激准分子 和二极管激光器.
产生非相干耦射的备选的輳射源，特別是所谓的闪光灯，可以被安 排成这样，使得直接地或借助于引导系统而引入它们的辐射，所述引导 系统可以以反射镜或光波导电缆的形式来构造.很明显，还可以使用提 供单色輻射和具有几个波长的辐射的輻射源.
该设备的一个特別有利的实施例提供了辐射源产生质量輻射，其 包含至少一个电子和/或一个离子，将形成低欧姆通道和实现可再现地且 可靠地点燃等离子体所需的电荷栽体引入到放电空间中，在这里离子显 然可以是阳离子或是阴离子.在最简单的情形中，从安排在放电空间中 的电子或离于源供给电荷栽体.例如在绝缘体中可以提供开口朝向放电 空间的该源的一端.
一种特別有利的设备被构造成这样，使得輻射源给脉冲式轎射同时 地或在时间上相互偏移地提供笫一辐射通路和/或至少一个笫二辐射通路。为了触发气体放电，可能必须例如将脉冲形式的、强度随时间变化 的辐射引入到放电空间中.用于该目的的插射源被构造成这样，使得可 以控制脉冲持续时间、頻率还有强度.
例如借助于用来提供第一辐射通路和笫二辐射通路的分束器而可将 由福射源提供的辐射引入到放电空间中.
很明显还有可能在同步或异步的辐射搮作中使用多个輻射源.还有 可能借助于不同的輻射源而将不同波长的輻射引入到放电空间中.
例如，可以借助于被引入的、在时间上偏移的插射而額外地将存在 于阳极和阴极之间的工作气体电离，从而使得以指定方式提高其导电
性.工作气体的特别有效的电离导致了共振(resonant)的能量耦合，最 后，可稳定该等离子体的位置，并自身建立特别高效的气体放电.
为了进一步提高等离子体形成的稳定性，该设备可以被构造成这 样，使得电极系统包括至少一个辅助电极.该辅助电极例如被安置在放 电空间中的阳极和阴极之间.其例如用于在放电操作过程中调整或均匀 化由电极的腐蚀引起的电场中的变化.
该设备的一个特別有利的实施例提供了将辐射聚焦到电极系统的 至少一个电极上，例如，将辐射聚焦到辅助电极上，以使得通过輻射的
入射来蒸发电极材料，该材料例如用作气体放电的工作气体.这里在放 电空间中不再需要持续存在工作气体，这样减小了由通过辐射发射窗口 离开放电空间的工作气体粒子对光刻设备中光学部件的可能的污染.此 外，辐射聚焦到电极上导致了改善的预电离，从而得到了在点燃气体放 电中更髙的再现性.辐射聚焦到辅助电极上另外使得有可能使受到腐蚀 和辐射的较强热影响的阳极或阴极免遭破坏.
此外，该设备可以被构造成这样，使得至少受到辐射影响的电极基 本是由钨、钼、铁、铜、锡、石墨、铟、碲、碘、合金或其化合物、或 钢制造的。很明显，在原理上对于该电极系统可使用所有的导电材料.
特别是，当使用具有高熔点和高导热性的电极材料时，面对放电空 间的那些电极表面可获得较长的搮作寿命。
还有可能在放电空间中安排包含锡、铟、碲、和/或碘的电极，该电 极在受到輻射撞击时充当牺牲电极，并提供用作工作气体的蒸汽，其在 点燃等离子体后特別有效地发射EUV插射和/或软X射线辐射.
该设备的另一个实施例提供了輻射以点、圃形、环形或线性困案
和/或它们的組合而入射到电极上，
例如，借助于具有可调整直径的圃形田案，依赖于輻射持续时间和 波长可获得聚焦到平面电极上的轎射的强度分布.这保陣了可靠点燃等 离子体，此外基本遊免了电极腐蚀.
电极上輻射的其他平面分布肯定地影响产生工作气体的蒸发率、预 电离云的体积和膨胀率、和/或电荷栽体的数量和动能.
为了进一步穗定等离子体，该设备另一个有利的实施例提供了受 到辐射影响的电极包括至少一个空腔，该空腔朝向放电空间开口，并且 该空腔在至少三側由电极材料界定.
尤其是通过将賴射聚焦到空腔上或空腔附近，可以将电荷栽体排成 直线以至等离子体达到相对小体积的程度.将空腔安排为与輻射发射窗 口相对便限定了等离子体被定位在其上的、放电空间中的对称轴，由此 可实现进一步改善的对等离子体的位置控制，且可以保陣由等离子体通 过辐射发射窗口发射的EUV賴射的相对低损耗的向外耦合。
为了进一步将电极腐蚀最小化，该设备可以被进一步发展成这样， 使得空腔为恒定或可变直径的盲孔、凹槽或空心空间，当期望时，其包 括凹陷(depression)或底切(undercut)。例如，将輻射聚焦到具有上 述诸类型强度分布之一的盲孔中可获得对工作气体的更强烈的预电离， 这导致了特別稳定的气体放电操作并导致了较小的等离子体体积，
例如将辐射聚焦到邻近盲孔的电极表面上致使有可能在较大的电极 表面积上分布电流，从而基本保护盲孔的内壁免于受到腐蚀.此外，依 靠扩大的表面积，在电流从电极流向等离子体的情形下减小了腐蚀.
相反，如果等离子体在空间上被定位在电极表面附近，則极高的热 负荷通常会导致高的腐蚀率，这相当大地减小了电极的操作寿命，例如 凹槽型空腔能增加到等离子体的距离，并且能获得较大的电极表面积以 便较妤地分布入射的热能.
将辐射聚焦到空心空间中形成了特別密集的预电离云，如在空心阴 极的情形中，此外，借助于凹陷或底切可以进一步地増加电极表面积. 表面积的增加不仅导致了减小的电极腐蚀，而且导致了提高的、入射轎
射能量的大表面吸收.
在依照本发明设备的一个特別有利的实施例中，提供了可以借助 于馈送管或借助于至少聚焦在一个电极上的辅助射线而将工作气体引入
到放电空间中。
因而例如流入空腔中的馈送管可用于提高空腔和放电空间之间的气
体交换.等离子体消失(extinction)之后在空腔中残留在后面的任何电 荷栽体和/或离子通过随后流入的气体被快速地转换.这致使有可能以非 常高的重复率(repetition rate)来进行放电操作，
借助于由辐射源或其他设备聚焦在例如用作牺牲电极的辅助电极上 的辅助射线，可以将发射EUV輻射和/或软X射线辐射的粒子特別有效 地引入到放电空间中.
为了获得特別紧凑的设备，可提供辐射可以经由小孔被引入到放 电空间中.该小孔例如可被安排在由輻射发射窗口和空腔所限定的轴 上，从而可以平行于该轴地将辐射引入到放电空间中，当从辐射发射窗 口沿着该轴看时，辐射源尤其可以被定位于放电空间之后.
得到了上述设备的一种有利的实施例，其中辐射具有在UV、 IR和/ 或可见区中的波长.为了触发等离子体形成而引入的轾射可具有从大约 190nm到1500nm范闺中的波长，在该情形中保陣了等离子体的可靠点 燃，
该设备可被有利地进一步发展成这样，使得辐射以相对于电极表面 0°到卯。的角入射到电极上。
通过在电极表面和辐射通路之间的角度的变化，以及通过相对于电 极表面的輻射通路的位置控制，可在放电操作期间肯定地影响由存在于 放电空间中的工作气体提供的辐射的吸收，此外，可以减小该輻射和EUV 輻射和/或软X射线輻射之间的干涉效应.
此外，该设备可被构造成这样，使得辐射可以被引入到对称的或非 对称的放电空间中.在圃柱形对称构造的放电空间中，借助于由阳极和 阴极形成的对称电极系统，在施加电压时可产生均匀的电场，该电场可 对稳定的等离子体形成有贡献.它们的高动能使能在等离子体中形成的 离子仍通过插射发射窗口沿着所迷轴进入光刻设备的光学系统中.
例如通过至少一个电极的相对于辐射发射窗口的不对称的安排可以 形成不对称的放电空间.由等离子体产生的离子的大部分保留在放电空 间中，或主要在远离輻射发射窗口的方向上传导.
在本发明的另一个实施例中，提供了在辐射的引入和电能的传输 之间、或者在一辅助射线或该辅助射线与辐射的引入之间可以设置有时
间间隔.
在辐射被引入到放电空间中之后，作为其结果，预电离云可在电极 之间的空间中膨胀.当已在放电空间中达到预电离云的良好的分布和空 间排列时，可通过给阴极和阳极施加电压来点燃气体放电. 一般地，可
调整的时间间隔处于从O到大约1000ns的范闺中， 一个可能性是脉动电 流源被电连接到电极系统，以传输电能.可以限定等离子体位置，并可
特別高效率地转换为EUV辐射和/或软X射线輻射.
还可以在辅助射线和辐射到放电空间中的引入之间提供时间间隔. 辅助射线例如蒸发了适当量的电极材料，用作工作气体.在时间上稍后 地施加辐射，以使得在工作气体被最佳地分布之后在放电空间中提供必 须的电荷栽体，这里可调整的时间间隔处于O到大约lOOOns的范闺中.
通过随后几个实施例的描迷和对其进行参照的附困，本发明的其它.
特征和优点将变得显而易见，在附困中
闺l是依照本发明的设备的第一个实施例的示意性橫截面困； 困2a， b, c示意性地描绘了该设备的、具有不同电极几何形状的另
一个实施例；
闺3a到g显示了依照本发明的设备的、在电极表面上具有不同聚焦 辐射的另一个实施例；
困4a到g显示了依照本发明的设备的、具有聚焦在空腔周闺和/或空 腔内的辐射的另一个实施例；
闺5a到d显示了依照本发明的设备的、具有不同地成形的空腔的另 一个实施例；
闺6a到b显示了依照本发明的设备的、分别具有馈送管和小孔的另 一个实施例；
图7a到h显示了依照本发明的设备的、具有聚焦在凹槽周围和/或凹 槽上的核射的另一个实施例；
图8a到d显示了依照本发明的设备的、具有聚焦在电极系统的不同 电极上的輻射的另一个实施例；
困9a到g显示了依照本发明的设备的、具有笫一和笫二辐射通路， 聚焦在电极表面上和/或聚焦在具有不同形状困案的空腔中的另一个实施
例；
困IO是其中绘出了作为时间函数的插射强度的曲线闺； 困11示意性显示了依照本发明的设备的、与困2b类似的具有可控 电流源的另一个实施例；
困lla显示了其中绘出了作为时间函数的辐射强度和电流的曲线
困；
困12a到f是依照本发明的设备的、具有不对称电极系统的另一个实 施例的透視困；和
闺13示意性显示了依照现有技术的、所讨论类型的设备。
在随后的实施例的描述中，相同的参考标记总是表示相同的构造特 征并且始终涉及到所有的困，除非另有说明.
图l显示了依照本发明的、用于产生特別是EUV輻射12和/或软X 射线辐射12a的设备10的笫一实施例。设备10包括放电空间14，所迷 放电空间具有至少一个辐射发射窗口 16,并且该放电空间闺绕一个具有-至少一个阳极18和一个阴极20以及至少部分地具有绝缘体19的电极系 统，
阳极18和阴极20被安排成这样，使得借助于可被引入到放电空间 14中的电荷栽体24而将电能从电源21传输到工作气体22的等离子体 26，由此等离子体26发射EUV辐射12和/或软X射线輻射12a,
通过产生至少一个辐射30的至少一个辐射源28而在放电空间14中 使得可获得点燃等离子体26所需的电荷栽体24,这里的表述"使得可获 得"意思是指轾射30要么产生电荷栽体24要么实际上包含电荷栽体24.
在图2a所示的依照本发明的设备10的第二实施例中，插射源28产 生具有高能量密度的相干或非相干犒射30，从而通过輻射30对电极系统 的平面阴极20的碰撞而使得在圃柱形对称的放电空间14中可获得电荷 栽体24,在这里辐射源28可以是激光器，或是产生羊色輻射30或分布
在整个波长范闺上的輻射的闪光灯.
在困2b所示的笫三实施例中，轎射源28使得可获得质量辐射30， 其包括至少一个电子和/或一个离子.在这里轎射源28可以是电子或离子 源，其将具有笫一輻射通路32的脉冲式輻射30引入到具有其对称排列 的电极系统的放电空间14中.福射30被聚焦在阴极20的盲孔38上。
辐射30的脉冲式引入以在时间上变化的强度将电荷栽体24以电子形式 引入到放电空间14中，其能够触发等离子体26. —般地， 一个輻射脉冲 小于大约100ns， 一个輻射能量脉冲向放电空间14中引入大约0.2至 200mJ的能量，
从图2c中明显看出，其显示了另一个实施例，其中辐射30被聚焦 在阴极20内的空心空间42中.向一个空腔中引入辐射30导致了预电离 云，其中所述空腔朝向放电空间14开口并在至少三倒由电极材料界定， 正如在这里以空心空间42的形状所示的，而导致的预电离云致使有可能 空心空间42中的辐射感应的电荷栽体24经由开口 17进行有方向的膨 胀，由此创建了特别小体积的等离子体26,开口 17和辐射发射窗口 16 还限定了用于限定等离子体位置的对称轴.
在闺3所示的另一个实施例中，具有第一辐射通路32和笫二辐射通 路34的辐射30被聚焦在阴极20上.很明显，借助于一个或几个辐射源 28经由这里所示的两个辐射通路32、 34可以同时地，即同步地引入輻射 30。此外， 一个或几个辐射源28可以经由笫一輻射通路32和第二輻射 通路34、在时间上偏移地，即不同步地将輻射30引入到放电空间14中. 如果辐射30撞击在电极表面的空间上相互分开的区域上，如困3d到3g 中所示，则可在阴极20之上获得辐射30的给定强度的分布，从而可获 得最佳数量的电荷栽体24和阴极20的最小腐蚀。
如困3a所示，辐射30可以以点形状被聚焦在电极表面上.这里辐 射30的成点形状的集中导致了电极材料的可靠的电离和/或蒸发.
例如，如果引入具有UV范围中短波长的辐射30，则沿笫一辐射通 路32的輻射30可选择地被聚焦到相对大的区域上，如闺3b中所示.从 图3c中明显看出，輻射30还可以以圃形困案被聚焦到电极表面上，其 直径在放电採作过程中变化，从而将最佳数量的电荷栽体24引入到放电 空间14中.很明显，还可以把不规則的田案和在操作期间交替的闺案成 像到一个或几个电极上.
在困3d到g中，辐射30可以经由第 一辐射通路32被聚焦到电极表 面上，从而经由笫一輻射通路32、 32，和第二辐射通路34、 34，出现了三 角形、四边形和六边形的点状或线性闺案，很明显，这还可借助于更多 个辐射通路来实现.
图4显示了辐射30经由第一辐射通路32和笫二辐射通路34被聚焦到阴极20上，该阴极具有空心空间42形式的空腔.
从困4a到g中明显看出，輻射30可被聚焦到电极表面上，从而辐 射强度可被聚焦在困4a的空心空间42中，在闺4b中，輻射入射到存在 空腔的电极表面的区域上.在闺4c所示的实施例中，辐射30被聚焦到 空腔上和空腔周围的区域上。在困4d到4g中，辐射30入射在空腔附近。 如在困4a到g中可看到的，这些空腔具有朝向放电空间14的圃形开口
17.开口 n很明显还可以具有其他任何对称或非对称的形状.
空腔尤其增大了电极表面积，这导致更好地分布和去除由等离子体 26传榆的热能.例如，在大面积上分布的电流可被传导进等离子体26中， 且空腔中的腐蚀可被减小，因为辐射30被聚焦到空间上邻近空腔的电极 表面上.
困Sa到d显示了设备10的、具有下迷电极系统的另一个实施例， 所述电极系统相对于辐射发射窗口 16旋转地对称，辐射发射窗口 16和 开口 17限定了一个轴，用于规定等离子体位置，开口 17伸进(issue) 例如盲孔28、凹槽40或空心空间42中，在其中当施加輻射30时发生工 作气体22的预电离，
图5c中所示的凹槽40例如包括用于更有效形成辐射感应的电荷栽 体24的凹陷44。此外，在电极中，闺5d的情形下是在阴极20中，可以 提供例如具有用于形成预电离室的底切46的空心空间42.
通过开口 17流出的电荷栽体24在朝向辐射发射窗口 16的方向上具 有直移运动，从而可点燃具有穗定位置的等离子体26，其发射的EUV辐 射12和/或软X射线輻射12a可经由辐射发射窗口 16以较低的损耗被耦 合出去。
如困6a所示，馈送管48可被连接到空腔，以使得将工作气体22引 入到放电空间14中.工作气体22可以按点燃等离子体26所需的刑量来 给予，而不必在放电空间14中持续存在，由此减小了由从辐射发射窗口 16流出的工作气体22所导致的对光刻设备光学部件的污染.
此外，可以实现以较髙頻率产生等离子体，因为由仍然通过馈送管 48流出的工作气体22消除了任何剩余电荷栽体24.由此减小了再结合 (recombination)剩余电荷栽体24的等待时间，该等待时间通常显著减 慢了重复率.
在图6b所示的实施例中，輻射源28的轎射30经由小孔52被耦合
进电极系统中.在这里，辐射30在空间上被聚焦在阴极20和阳极18上 等离子体位置附近.当辐射30撞击阳极18时，形成了预电离云，预电 离云造成了用于经由电极系统有效辆合电能的低欧姆通道，
在依照本发明的设备10的、困7所示的实施例中，輻射30被定向 到连续的凹槽40,
困7a到h显示了把笫一輻射通路32和笫二辐射通路34聚焦在其上 的几个图案，极高的热负荷和强烈的电极腐蚀尤其是发生在高輻射强度 的等离子体的情形下，连续的凹褙40能扩大电极表面积，从而提供了< 好的热传递以及用于可靠点燃等离子体26的足够数量的电荷栽体24.
困8a到d显示了輻射30被聚焦到各种电极上，在这里辐射30以0° 到90。的角a入射到电极系统上，当辐射30被聚焦到阳极18上时，角a 的变化可被用来例如响应于要求而控制预电离云的位置和尺寸，如困8a 和8b中所示。
如困8b和8d所示的輻射30可被聚焦到辅助电极36上.闺8b中， 辅助电极36被安排在介于所述电极之间的空间中，并被连接到附加电位 用于提高等离子体稳定性.在图8b所示的实施例中，辐射30被聚焦到 辅助电极36上和阴极20上.
在闺8d所示的实施例中，辅助电极36被提供在凹槽40中，当輻射 30入射到其上时，可蒸发掉一些材料来用作工作气体22.
受到辐射30影响的电极18、 20和可能的36主要包括钨、钼、铁、 铜、锡、石墨、铟、锑、碲、珠、合金或其化合物、或钢.较高比例的 难熔元素，诸如鴒或钼能基本避免放电搮作过程中的电极的腐蚀，并能 确保放电空间14的非常稳定的几何形状.由此致使进一步穗定地产生等 离子体成为可能.电极材料的高导热性，例如在铜的情形下，可特別快 地去除由等离子体26传榆的热能，
在辅助电极36包括锡的情形下，如困8d中所示，以相对于等离子 体26中耦合进来的电能的高效能发射EUV辐射12和/或软X射线輻射 12a的工作气体22可以借助于施加的核射30而被引入到放电空间14中。
田9中所示的依照本发明设备10的另一个实施例提供了辅助射线 50,其可以经由笫一辐射通路32被聚焦到盲孔38中.可以调整其在放 电操作过程中的波长、脉冲持续时间和聚焦，从而使蒸发的电极材料进 入放电空间14以作为工作气体22.在用来获得在辐射影响下形成于盲孔
38中的预电离云最佳分布的时间延迟之后，辐射30经由笫二辐射通路 34、 34，被引入到放电空间14中，以使得启动等离子体26的点燃并且限 定一个将电能传输给等离子体26的电流施加点，
困9a到g所示的、聚焦在电极表面上的辐射30的以及辅助射线50 的辐射通路32、 34、 34，，当可应用时，形成了例如成点形状的或线性 的图案，其被聚焦在空腔附近或空腔中.作为由笫一辐射通路32和笫二 辐射通路34创建的困案的适当几何排列结合低电极腐蚀的结果，除了用 作工作气体22的最佳辐射感应蒸发数量的电极材料之外，还可在预电离 云中产生足够大数重的电荷栽体24。如果辐射30还沿着在时间上偏移的 輻射通路32、 34通过，则这尤其有效，
困10绘出了辅助射线50和辐射30的、作为时间函数的辐射强度. 辅助射线50强度分布下面的区域表示为了蒸发和电离将用作工作气体22 的电子材料而耦合进来的能量.
在辅助射线50的最大强度和辐射30的最大强度之间置有大致在0 到1000ns之间的时间间隔At，以使得确保较小体积的发射区域，在引入 到放电空间14中的輻射30点燃等离子体26时尽可能均匀地分布该发射 区域。
困11显示了依照本发明的设备10的另一个实施例，其中輻射源18 以脉沖式操作将电荷栽体24引入到放电空间14中，辐射30经由笫一插 射通路32被聚焦到阴极20中的盲孔38上。在时间间隔At之后，预电离 云最佳地膨胀进放电空间14中，与阳极18和阴极20电连接的脉动电流 源54点燃等离子体26，并提供流进由此形成的等离子体26中的有效电 流，从而经由辐射发射窗口 16从放电空间14发射EUV輻射12和/或软 X射线辐射12a。
依照困lla中所示的曲线困，輻射30在笫一步跺中被引入到放电空 间14中.在大致在0到1000ns之间的时间间隔At之后，通过由电离云 提供的低欧姆通道耦合进随时间可变的电流.
困12a到f显示了依照本发明的设备10的、包括非对称的放电空间 14的另一个实施例.
在困12a所示的实施例中，由辐射源28产生的輻射30被聚焦在阴 极20的圃形盲孔38中.
在图12b所示的实施例中，辐射30入射到连续的凹槽40上.
在闺12c的实施例中，辐射30被对准具有底切46的空心空间42. 在这三个实施例中，輻射以卯。的角a入射到电极表面上。
在困12d所示的实施例中，具有在UV、 IR和/或可见区内的波长的 轎射30以大约45。的角a入射到辅助电极36上，该辅助电极被相对于放 电空间14中的輻射发射窗口 16不对称地安排.
困12e所示实施例的轎射源28被安排成这样，使得具有例如1064nm 波长并由钕-YAG激光器产生的輻射30以大约20。的角入射到安排在阴极 20的凹槽40中的辅助电极36的电极表面上，
在阴极20的凹槽40中提供的辅助电极36可以被阳极18夜盖，如 困12f的实施例所示.结果，具有高达1500nm波长的辐射30可以被以 锐角a引入到放电空间14中.
闺12a到f所示实施例中放电空间14的不对称的安排导致了等离子 体26的如下的空间排列，即在其中电离的粒子优先地在相对于受轎射30 影响的电极表面呈60。到90。的角度范闺内的电场中被加速.可借助于相 对于粒子优选方向交错排列辐射发射窗口 ，以相对于受影响的阴极20小 于大约60。的观察角，来将由等离子体26发射的EUV辐射12和/或软X 射线辐射12a耦合进光学系统中，同时粒子基本上被阻止在非对称的放 电空间14中，因而可实现对光学系统的污染的减小'
本发明介绍了 一种用来产生EUV辐射和/或软X射线輻射的方法和 设备，其致使有可能通过简羊的技术手段以高重复频率可靠地点燃气体 放电。参考标记列表
10 设备
12 EUV辐射
12a 软X射线辐射
14 放电空间
16 輻射发射窗口
17 开口
18 阳极
19 绝缘体
20 阴极
21 电源
22 工作气体
24 电荷栽体
25 触发设备
26 等离子体 28 辐射源 30 辐射
32、 32， 笫一輻射通路
34、 34， 笫二輻射通路
36 辅助电极
38 盲孔
40 凹槽
42 空心空间
44 凹陷
46 底切
48 馈送管
50 辅助射线
52 小孔
54 脉动电'流源
a 角
△t 时间间隔
I 辐射强度
权利要求
1. 一种用于产生特别是EUV辐射(12)和/或软X射线辐射(12a)的方法，所述EUV辐射(12)和/或软X射线辐射(12a)是由在放电空间(14)中由工作气体(22)形成的等离子体(26)发射的，所述放电空间(14)至少包括一辐射发射窗口(16)和具有至少一个阳极(18)和至少一个阴极(20)的电极系统，该电极系统借助于被引入到放电空间(14)中的电荷载体(24)而将电能传输到等离子体(26)中，其特征在于，由至少一个辐射源(28)产生的至少一个辐射(30)被引入到放电空间(14)中以便使得可获得放电载荷(24)。
2. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，辐射源(28)产生高 能量密度的相干或非相干辐射(30)，从而由于輻射(30)到电极系统 上的入射而将电荷栽体24释放进放电空间(14)中.
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，辐射源(28)产生质 量辐射(30)，其由至少一个电子和/或一个离子組成.
4. 根据权利要求1到3中任意一项所述的方法，其特征在于，輻射 源(28)通过笫一辐射通路(32)和/或至少一个笫二辐射通路(34)同 时地或相互在时间上偏移地将脉冲式轾射(30)放入放电空间(14)中，
5. 根据权利要求1到4中任意一項所述的方法，其特征在于，所述 电极系统包括至少一个辅助电极(36)，该辅助电极(36)被施加附加 电位，或者其通过充当牺牲电极来使得可获得电荷栽体(24)或工作气 体(22 ),
6. 根据权利要求1到5中任意一項所述的方法，其特征在于，辐射 (30)被聚焦到电极系统的至少一个电极(18， 20， 36)上.
7. 根据权利要求1到6中任意一項所迷的方法，其特征在于，輻射 (30)入射到基本由鸽、钼、铁、铜、锡、石墨、铟、梯、碲、碘、合金或其化合物、或钢组成的电极(18， 20， 36)上，
8. 根振权利要求1到7中任意一項所迷的方法，其特征在于，插射 (30)以具有点、鹏形，环形或线性形状和/或它们的组合的困案被引导到电极(18, 20, 36〉上。
9. 根据权利要求1到8中任意一項所述的方法，其特征在于，椟射 (30)被引入到受影响的电极(18， 20， 36)的至少一个空腔中，该空腔朝向放电空间(14)开口并且在至少三側由电极材料界定.
10. 根据权利要求1到9中任意一项所述的方法，其特征在于，借 助于馈送管(48)或聚焦到电极(18, 20， 36)上的辅助射线(SO)而 将工作气体(22)引入到放电空间(14)中.
11. 根据权利要求l到IO中任意一项所述的方法，其特征在于，辐 射(30)经由插射发射窗口 (16)或经由小孔(52)被引入到放电空间"4)中，
12. 根据权利要求l到11中任意一項所述的方法，其特征在于，輻 射(30)具有在UV、 IR和/或可见区中的波长.
13. 根据权利要求l到12中任意一項所述的方法，其特征在于，輻 射(30)以0。到90。的角(a)入射到电极(18， 20， 36)的表面上.
14. 根据权利要求l到U中任意一项所述的方法，其特征在于，在 辐射(30)的引入和电能的传榆之间、或者在一辅助射线或该辅助射线(S0)与该輻射(30)的引入之间设置有时间间隔(At)。
15. —种用于产生特別是EUV辐射(12 )和/或软X射线辐射(12a ) 的设备(10)，该设备(10)发射在放电空间(14)内的工作气体(22) 中形成的等离子体(26)，所述放电空间(14)包括至少一个輻射发射 窗口 (16)和具有至少一个阳极(18)和至少一个阴极(20)的电极系 统，其中借助于能被引入到放电空间(14)中的电荷栽体(24)而能将 电能传输给等离子体(26)，其特征在于，存在至少一个輻射源(28) 来提供电荷栽体(24)，所迷輻射源(28)将至少一个辐射(30)引入 到放电空间(14)中.
16. 根据权利要求15所述的设备U0)，其特征在于，辐射源(28) 产生高能量密度的相干或非相千輻射(30)，由此通过辐射(30)到电 极系统上的入射而能将电荷栽体U4)释放进放电空间(14)中.
17. 根据权利要求15所述的设备(10)，其特征在于，辐射源(28) 产生将经受质量的辐射(30)，其包含至少一个电子和/或一个离子，
18. 根据权利要求15到17中任意一項所述的设备(10)，其特麵 在于，辐射源(28)给脉冲式辐射(30)同时地或相互地在时间上偏移 地提供笫一輻射通路(32)和/或至少一个笫二輻射通路(34).
19. 根据权利要求15到18中任意一項所迷的设备(10)，其特征 在于，所迷电极系统包括至少一个辅助电极(36)
20. 根据权利要求15到19中任意一项所述的设备(10)，其特征在于，辐射(30)被聚焦到电极系统的至少一个电极U8， 20， 36)上.
21. 根据权利要求20所述的设备(10)，其特征在于，至少所述受 輻射(30)影响的电极(18， 20, 36)基本是由鴒、钼、铁、铜、锡、 石墨、铟、碲、碘、合金或其化合物、或钢制造的。
22. 根据权利要求15到21中任意一項所述的设备(10)，其特征 在于，辐射(30)以点、圆形、环形或线性困案和/或它们的组合而入射 到电极(18, 20， 36)上，
23. 根据权利要求15到22中任意一項所述的设备U0),其特征 在于，受辐射(30)影响的电极U8, 20， 36)包括至少一个空腔，该 空腔朝向放电空间(14)开口并且在至少三側由电极材料界定.
24. 根据权利要求23所述的设备(10)，其特征在于，所述空腔为 具有恒定或可变直径的盲孔(38)、凹槽(40)或空心空间(42)，当 期望时，其包括凹陷(44)或底切(46).
25. 根据权利要求15到24中任意一项所迷的设备(10)，其特征 在于，借助于馈送管(48)或借助于至少聚焦到一个电极(18， 20， 36) 上的辅助射线(50)而能将工作气体(22)引入到放电空间(14)中，
26. 根据权利要求1S到23中任意一項所述的设备(10)，其特裤 在于，辐射(30)能经由小孔(52)被引入到放电空间(14)中.
27. 根据权利要求15到26中任意一項所述的设备(10),其特征 在于，辊射(30)具有在UV、 IR和/或可见区中的波长.
28. 根据权利要求15到27中任意一項所述的设备(10)，其特征 在于，辐射(30)以相对于电极表面0°到90°的角(a)入射到电极(18, 20， 36)上，
29. 根据权利要求15到28中任意一項所迷的设备(10),其特征 在于，輻射(30)能被引入到对称的或非对称的放电空间(14)中，
30. 根据权利要求1S到29中任意一項所述的设备(10)，其特征 在于，在插射(30)的引入和电能的传榆之间、或者在一辅助射线或该 辅助射线(50)与该輻射(30)的引入之间设置有时间延迟(At),
全文摘要
描述了一种用于产生由等离子体(26)发射的特别是EUV辐射(12)和/或软X射线辐射(12a)的方法。等离子体(26)是由放电空间(14)中的工作气体(22)形成的，所述放电空间(14)包括至少一个辐射发射窗口(16)和具有至少一个阳极(18)和至少一个阴极(20)的电极系统。该电极系统借助于被引入到放电空间(14)中的电荷载体(24)而将电能传输给等离子体(26)。为了得到以高重复频率可靠地点燃等离子体(26)，建议将由至少一个辐射源(28)产生的辐射(30)引入到放电空间(14)中以便使得可获得放电载荷(24)。
文档编号G03F7/20GK101390453SQ200480037540
公开日2009年3月18日 申请日期2004年12月13日 优先权日2003年12月17日
发明者G·H·德拉, O·罗西尔, P·青克, R·T·A·阿佩茨, W·内夫 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司