光学放大器气体介质的催化转化的制作方法
【专利摘要】一种极紫外光系统包括光学放大器系统和光学转化系统。光学放大器系统的每个光学放大器包括形式为产生放大光束的气体混合物的形式的增益介质。光学放大系统包括气体混合物可以流过其中的流体输入和流体输出。催化转化系统流体地连接至所述光学放大器系统的流体输出并且至所述光学放大器系统的流体输入。催化转化系统包括催化转化器，其包括，壳体；基板，在壳体内包括气体混合物可以流过其中的开口；以及催化剂，作为涂层施加至基板的开口的内表面，催化剂包括金属的颗粒。金属的颗粒可以是贵金属的纳米颗粒。
【专利说明】光学放大器气体介质的催化转化
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求享有2014年I月31日提交的美国临时申请61/934,143以及2015年I月9日提交的美国申请14/593，278的权益，这些申请在此通过全文引用的方式并入本文。
技术领域
[0003]所公开的主题涉及一种用于在产生极紫外光(EUV)激光器系统的放大光束的驱动激光器系统中增益介质的气体混合物的催化转化的系统和方法。
【背景技术】
[0004]极紫外(EUV)光例如具有约50nm或更小波长(有时也称作软X射线)并且包括约13nm波长的光的电磁辐射可以用于光刻工艺以在基板例如硅晶片中制造极其细微的特征。
[0005]用于制造EUV光的方法包括但不限于将具有例如氙、锂或锡的元素的材料转换为具有在EUV范围中发射线的等离子状态。在一个这种方法中，可以通过使用可以称作驱动激光的放大光束照射例如形式为材料的小滴、细流或丛束的标靶材料而产生通常所称为激光诱导等离子体(“LPP”)的所需等离子体。对于该工艺，通常在密封容器(例如真空腔室)中产生等离子体，并且使用各种类型度量设备来监视。
[0006]输出约10600nm波长的放大光束的CO2放大器和激光器可以当驱动激光在LPP工艺中照射标靶材料时展现某些优点。这对于某些标靶材料尤其是正确的，例如对于包含锡的材料。例如，一个优点是在驱动激光输入功率和输出EUV功率之间产生相对较高转换效率的能力。CO2驱动放大器和激光器的另一优点是相对较长波长光(例如与在198nm的深UV相比)从诸如已经被锡碎片涂覆的反射光学元件的相对粗糙表面反射的能力。10600nm福射的该属性可以允许在等离子体附近使用反射镜面，例如导引、聚焦和/或调整放大光束的光焦度。
【发明内容】
[0007]在一些总体方面中，极紫外光系统包括光学放大器系统和催化转化系统。光学放大器系统包括一个或多个光学放大器。每个光学放大器包括当从能量源供给能量以栗浦增益介质时产生放大光束的形式为气体混合物的增益介质。光学放大器系统包括气体混合物流过其中的流体输入和流体输出。催化转化系统流体地连接至光学放大器系统的流体输出以及光学放大器系统的流体输入。催化转化系统包括催化转化器，其包括壳体;在壳体内的基板，包括气体混合物可以流过其中的开口；以及催化剂，作为涂层施加至基板的开口的内表面，催化剂包括金属的纳米颗粒。
[0008]实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。例如，基板的开口可以具有蜂巢几何结构。金属可以是贵金属。
[0009]系统可以包括与催化剂转化器分离的热交换器，热交换器包括气体混合物流过其中的管道，管道由外部热沉冷却。可以在其内表面上使用促进了气体混合物内解离分子的氧化的催化剂来涂覆热交换器的管道。
[0010]系统可以包括配置用于在标靶位置处产生标靶材料的标靶材料递送系统，其中放大光束被引导朝向标靶位置以实现在放大光束与标靶材料之间相互作用，从而产生等离子体，等离子体发出极紫外(EUV)光。
[0011]催化剂可以包括金的纳米颗粒。基板可以由陶瓷材料制成。
[0012]催化转化系统可以与由光学放大器系统的流体输入和流体输出形成的流体线路流体地并联设置。
[0013]催化转化系统可以与由光学放大器系统的流体输入和流体输出形成的流体线路流体地串联设置。
[0014]在其他一些总体方面中，一种用于产生极紫外光的方法包括提供栗浦能量至光学放大器系统中至少一个光学放大器的增益介质，以产生放大光束，增益介质形式为气体混合物，气体混合物包括分子，分子中的至少一些在管道内产生放大光束期间解离；引导气体混合物从管道通过固定在壳体内并且使用金属纳米颗粒的催化剂涂覆的基板输出以由此氧化气体混合物的解离分子；引导已氧化的气体混合物返回至管道;在标靶位置处产生标靶材料；以及将已放大光束聚焦至实现在放大光束和标靶材料之间光学相互作用的焦点位置上，以使得标靶材料转化为发出极紫外光的等离子体。
[0015]实施方式可以包括以下特征。例如，方法可以包括引导气体混合物从管道通过温控管道而输出，以在将已氧化气体混合物引导返回至管道之前从气体混合物移除热量。
[0016]方法可以包括使用涂覆在管道内表面上的催化剂至少部分地氧化气体混合物的解离分子。
[0017]方法可以包括调节从管道输出的气体混合物的温度。可以通过将气体混合物的温度维持在从管道输出的气体混合物温度之上而调节气体混合物的温度。
[0018]在其他一些总体方面中，催化转化系统是极紫外光系统的光学放大器系统的一部分。催化转化系统包括输入，流体地连接至光学放大器系统以接收包括增益介质的解离分子的气体混合物；以及输出，流体地连接至光学放大器系统；壳体，在输入和输出之间；基板，在壳体内，包括气体混合物可以流过其中的开口；以及催化剂，作为涂层施加至基板的开口的内表面，催化剂包括金属的纳米颗粒。
[0019]实施方式可以包括以下特征的一个或多个。例如，基板的开口可以是六边形的。壳体可以流体地连接至输入和输出。金属可以是贵金属。
[0020]在其他一些总体方面中，催化转化系统是极紫外光系统的气体放电光学放大器系统的一部分。催化转化系统可以包括热调节系统，增加了从光学放大器系统输出的气体混合物的温度，气体混合物包括受激励以从光学放大器系统产生已放大光束的增益介质的解离分子，以及催化转化器在从热调节系统输出的增加温度下接收气体混合物。催化转化器包括在壳体内的基板并且包括气体混合物可以流过其中的开口 ；以及作为涂层施加至基板开口内表面的催化剂。催化剂包括加速了气体混合物内解离分子的氧化的金属颗粒。
[0021]实施方式可以包括以下特征的一个或多个。例如，基板的开口可以六边形的。金属颗粒可以是贵金属的纳米颗粒。
[0022]在其他通常方面中，催化转化系统是极紫外光系统的气体放电光学放大器系统的一部分。催化转化系统包括接收从光学放大器系统输出的气体混合物的催化转化器，气体混合物包括受激以从光学放大器系统产生放大光束的增益介质的解离分子，以及与催化转化器分离的热交换器。催化转化器包括在壳体内并且包括气体混合物可以流过其中的开口的基板；以及作为涂层施加至基板开口内表面的催化剂，催化剂包括加速了气体混合物内解离分子的氧化的金属颗粒。热交换器包括气体混合物流过其中的管道，管道由外部热沉冷却。
[0023]实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。例如，可以在其内表面上使用加速了气体混合物内解离分子的氧化的催化剂涂覆热交换器的管道。金属颗粒可以是贵金属的纳米颗粒。
【附图说明】
[0024]图1是极紫外(EUV)光系统的框图，EUV光系统包括作为光源一部分的、耦合至光源的光学放大器系统的催化转化系统；
[0025]图2A是并未使用催化转化系统的从光学放大器系统的光学放大器输出的功率比光学放大器的占空比的关系的示图；
[0026]图2B是使用了图1的催化转化系统的从光学放大器系统的光学放大器输出的功率比光学放大器的占空比的关系的示图，并且来自图2A的示图为了比较而叠置在其上；
[0027]图3A是包括光学放大器系统和催化转化系统的光源的框图；
[0028]图3B是沿着图1和图3A的催化转化系统内催化转化器的气体混合物流动方向(线条3B-3B)的剖视图，包括催化转化器的一个区段的特写示图；
[0029]图4是可以用于图1和图3A的EUV光系统中的示例性光学放大器系统的框图；
[0030]图5是包括图1和图3A的EUV光系统的示例性光刻系统的框图；
[0031]图6是包括图1和图3A的EUV光系统的示例性系统的框图；以及
[0032]图7A和图7B是示例性光学放大器和示例性催化转化系统的框图。
【具体实施方式】
[0033]参照图1，极紫外(EUV)光系统100包括产生放大光束110的光源(或驱动激光器系统)105，配置用于产生标靶材料120的标靶材料递送系统115，以及配置用于接收从驱动激光器系统105发出的放大光束110并且引导放大光束110朝向接收标革El材料120的标革El位置130的束递送系统125。束递送系统125包括束输运系统135和将放大光束110聚焦在焦点位置145处的最终聚焦组件140。放大光束110与标靶材料120之间的相互作用产生了发出EUV光或辐射150的等离子体121。光收集器155收集并且引导被收集的EUV光160朝向光学设备165，诸如光刻工具。
[0034]驱动激光器系统105包括光学放大器系统106以及诸如预放大器之类的其他光学部件。光学放大器系统106包括具有增益介质128的至少一个光学放大器108以及包括诸如电源之类的激励源，以及内部光学元件，增益介质128是能够以高增益光学放大所希望波长的分子的气体混合物。光学放大器108内的增益介质128被包含在诸如管道之类的封闭空间118内。在光学放大器108的增益介质128的电栗浦期间，增益介质128的至少一些分子解离为光学放大中并未涉及的一个或多个分子或元素，并且为此，光学放大器108产生较少功率，这意味着放大光束110和目标材料120最终产生较少的等离子体121，这减小了所发出EUV光150的量，这减少了可以由光学设备165使用的所收集EUV光160。该效应在脉冲系统中甚至更显著，其中以与关断时间交替的时间段而导通电源。
[0035]参照图2A，当光学放大器108的占空比增加(通过增加电源的占空比)时，增益介质128中分子的解离出现并且来自光学放大器108的功率输出下降。占空比是周期中输入功率施加至电极的时间[T(on)]与周期中总时间[T(on+off)]的比率:T(on)/T(on+off)。例如，光学放大器108可以包括作为增益介质128的气体混合物，其包括混合有诸如氦(He)、氮气(Ns)、氢气(H2)或水(H2O)之类的其他分子或元素的二氧化碳(C02)。当使用气体放电而电栗浦光学放大器108时，能量传输至⑶2分子，并且当占空比增加时越来越多这些CO2分子解离为一氧化碳(CO)和氧气(O2)。
[0036]除非解离的分子被转回为用于光学放大的气体混合物的原始分子，否则驱动激光器系统105的输出功率将保持无法接受的低，尤其是当占空比增加时。将解离的分子转回为原始分子的过程是经由催化转化完成的。极紫外光系统100或驱动激光器系统105包括催化转化系统107，其接收包括来自光学放大器108的解离分子的气体混合物，执行在将分子催化转化(例如氧化)为有助于光学放大的原始分子中涉及的步骤或多步骤，以及将该气体混合物重新弓I回至光学放大器108中。催化转化系统107流体地连接至封闭空间118，其在第一端容纳增益介质128，以使得增益介质128的气体混合物(包含过量的解离分子)从光学放大器108流至催化转化系统107，并且在第二端使得气体混合物(已经被氧化)从催化转化系统107流至光学放大器107。参照图2B，以该方式，气体混合物有效地维持具有有助于光学放大的原始分子，并且来自驱动激光器系统105的功率输出205可以维持在合适的水平处，即使当占空比增加时。此外，可以维持功率输出而并不增加施加至光学放大器108的激励源的能量的量并且不将具有已氧化分子的额外气体混合物添加至流体线路(例如容纳了光学放大器108的增益介质的管道)中。图2B中所示虚线示出了为了比较而叠置在示图上的来自图2A的功率输出200。
[0037]驱动激光器系统105也可以包括执行各种任务的控制器109，各种任务诸如监视在光学放大器108和催化转化系统107内的部件，基于所监视的信息执行分析或计算，以及基于分析或计算的结果向驱动激光器系统105内的部件提供指令。
[0038]参照图3A，示例性的催化转化系统107可以被设计为外部冷却器或热交换器的一部分或者与其组合，其移除在光学放大器108的工作期间产生的来自气体混合物的过量热量。在该示例中，系统107任选地包括气体预加热器300，催化转化器305，以及热交换器310。来自光学放大器108的气体混合物通过封闭管线或管道315朝向系统107流出光学放大器108的封闭空间118，并且来自系统107的气体混合物流过封闭管线或管道320并且流入光学放大器108的封闭空间118中，以在放大光束110的操作和产生期间重复利用。管线315、320可以由并不与流过管线315、320的气体混合物反应的材料(诸如例如不锈钢、铝或金属合金)制成。
[0039]气体预热器300可以用于在气体混合物进入催化转化器305之前以及进入催化转化器305时提高并调节气体混合物的温度，由此改进了催化转化器305内的转化效率。特别地，通过在其进入催化转化器305之前加热已解离气体混合物，已解离的气体混合物的温度可以维持在如下温度，催化转化器305内的催化剂330在该温度时引起或加速气体混合物内已解离分子氧化最有效。因此，例如控制器109可以监视管线315内气体混合物的温度，确定温度是否在催化剂330最有效的最佳数值处，以及，如果温度低于最佳数值，则控制器109可以向预热器300发送信号以将气体混合物的温度提高至特定值。
[0040]通常，气体混合物的温度越高，催化效率越高。例如，气体混合物内的催化反应速率可以在施加至气体混合物的温度每增加10°c而加倍。如果催化元件安装在CO2激光器或放大器内，则取决于激光器配置，气体混合物的温度可以升高至60°C。在另一应用中，激光器气体混合物的一部分(例如小于约10%)可以在闭环循环系统中通过外部催化转化器漏出，在该情形中气体混合物的温度可以升高至任意所需水平(诸如例如100°c)。一些催化转化器(诸如汽车工业或早期⑶2激光器系统中的那些)工作在远大于该水平的温度下，例如约240°C。对于催化剂使用高效率材料以减小对于实现高催化转化效率的气体高温的需求。在此所述的系统100和方法中，通过平衡催化转化系统107内热交换器310的效率以及增加CO和O2催化转化为CO2的速率的需求而确定针对气体混合物的温度设置点。这可以通过对来自光学放大器108的功率输出进行系统化研习而完成，功率输出取决于从热交换器310输出的气体混合物的温度、以及在至催化转化器305的输入的气体混合物温度比CO和/或O2的浓度。
[0041 ]也参照图3B，催化转化器305包括支撑结构325以及施加至支撑结构325表面的催化剂330，支撑结构325具有用于与气体混合物形成接触的表面区域。催化剂330是引起或加速化学反应(在该情形中是催化转化或氧化)而自身不受影响的物质。因此，催化剂330参与反应，但是并非反应物也不是其催化的反应产物。催化剂330可以是金属物质，诸如铂、铑、钯和金中的任意一种或多种。例如，催化剂330可以包括混合有金的铂。
[0042]支撑结构325可以是陶瓷结构，诸如例如Al203、Si02或Ti02。催化剂330可以涂覆至支撑结构325上，以便于产生将催化剂的最大表面区域暴露至气体混合物的结构325，同时也减少了所需的催化剂的量。支撑结构325可以是蜂巢结构，具有气体混合物流过其中的中空单元的阵列的几何结构。单元的形状可以为柱形和六边形。
[0043]在一个实施方式中，催化剂330由施加至蜂巢支撑结构325的金属(诸如贵金属，诸如金、银、钯或铂)的颗粒(例如纳米颗粒)制成。如果金用作催化剂，则其可以以纳米颗粒形式使用。所使用的金属可以是易延展的并且具有高的光泽。金属颗粒可以使用任何合适的技术(诸如例如电解电镀)而施加至结构325。可以用于催化剂330的金属可以具有相对较高的功函数以促进催化反应。除了用于催化剂330的真实元素之外，功函数取决于在催化剂330表面处原子的配置。相对较高功函数意味着功函数足够高以使得金属加速了潜在的化学反应(氧化)，但是金属并未被氧化而消耗；因此可以在已经用于加速或催化的氧化的结束处不改变地化学恢复。贵金属可以是用作催化剂330地合适的金属。如上所述，金属颗粒可以是纳米颗粒，这意味着颗粒具有100纳米(nm)或更小的尺寸。
[0044]热交换器310可以是从气体混合物移除热量的任何合适的装置。在一些实施方式中，热交换器310是气体混合物流过其中的中空管道，中空管道的外表面由诸如水之类的流体冷却。在一些实施方式中，可以在其内部进一步使用诸如金之类的催化剂涂覆热交换器310，以提供流过热交换器310管道的气体混合物的催化转化的一些量。因此，涂覆在中空管道内部上的催化剂加速或者引起气体混合物内解离分子的氧化。通常，发生在热交换器310内的催化转化不足，因为催化剂的与气体混合物反应的表面积以及解离分子接触催化剂的时间量可以低于完全转化气体混合物的解离分子所需的量。然而，热交换器310可以提供气体混合物的解离分子的氧化。
[0045]因此，概括而言，催化转化系统107包含气体预热器300以将气体混合物加热至稳定温度(并且将其维持在该稳定温度)，从而催化转化器305内的催化效率接近或者在其最高点；催化转化器305包含在气体预热器300下游的在蜂巢基板(诸如基板325)上的活性催化剂330。气体预热器300和催化转化器305均可以放置在镀金的热交换器310的上游，其可以因此用作系统107内催化转化的第二级。由于其涂覆方法和相对较小催化表面积(当与催化转化器305的催化表面积相比时)，镀金的热交换器310不如该系统107中第一级(包括催化转化器305和可选的气体预热器300)高效。镀金热交换器310的催化表面积是管道的内表面并且该表面积小于催化转化器305的催化表面积。催化转化器305的催化表面积较高，这是因为这是在结构中具有许多微孔的蜂巢设计，从而允许反应物(例如CO和O2)与镀金热交换器310的平滑表面相比更容易地与催化剂330接触。作为示例性比较，镀金热交换器310的总催化表面积可以是约1m2的量级，而基板325(其是蜂巢结构)针对相同占用面积或机械体积而言可以提供大于约10m2的表面积。
[0046]催化转化器305可以是诸如由STC Catalysts, Inc.0f Hampton ,VA(STC)制造的系统。STC制造环境温度催化剂，可以无需气体预热器300而使用该环境温度催化剂。使得STC催化剂潜在地合适之处在于它们可以在比其他催化剂更低温度工作的事实，从而使得它们用在收容了光学放大器108的容器内，光学放大器可以使用⑶2作为增益介质128并且优选地在内部热交换器之前。然而，催化剂材料可以在提高的温度更好地实行(包括由STC制造的那些)，并且多次用于外部气体循环激光器系统(外部催化剂)。对于用于EUV光系统100的某些应用而言，可能的是，在低温操作的STC催化剂对于将少量CO和O2转化为CO2而言应该是足够的。然而，对于EUV光源应用而言，来自CO2激光器的功率输出要求足够高，从而在更高温度工作的催化转化器甚至使用STC催化剂都是有益的。
[0047]催化转化器305可以从诸如CorningIncorporated of Corning，NY、现在是BASFCorporat1n of Iselin,NJ的Engelhard、以及Allied Signal之类的公司预制造并获得。
[0048]接下来提供关于EUV光系统100的其他部件的额外细节。
[0049]光学放大器108可以具有或者不具有形成激光腔的激光器镜面或其他反馈装置。因此，驱动激光器系统105产生因光学放大器108的增益介质中粒子束反转(populat1ninvers1n)所致的放大光束110，即使没有激光腔。此外，如果存在激光空腔以向驱动激光器系统105提供足够的反馈，驱动激光器系统105可以产生是相干激光束的放大光束110。术语“放大光束”包括以下项中的一个或多个:来自驱动激光器系统105的光，其仅仅被放大但是不必是相干激光振荡；以及来自驱动激光器系统105的光，被放大并且也是相干激光振荡。
[0050]驱动激光器系统105中光学放大器108可以包括作为增益介质128的填充气体，其包括CO2并且可以放大在约9100nm和约IlOOOnm之间的波长并且特别是在约10600nm波长的光。用于在驱动激光器系统105中使用的合适的放大器和激光器可以包括脉冲激光装置，例如，脉冲气体放电CO2激光器装置例如使用工作在相对较高功率(例如1kw或更高)并且高脉冲重复速率(例如50kHz或更多)的DC或RF激励产生在约9300nm或约10600nm的辐射。驱动激光器系统105中光学放大器108也可以包括当以更高功率操作驱动激光器系统105时可以使用的冷却系统，诸如液体冷却系统。液体冷却系统可以使用水，其可以比光学放大器保持在较低的温度。
[0051]在一些实施方式中，诸如图4中所示，示例性的光学放大器系统106包括用作预放大器400的第一放大器，以及光学放大器408的多个光学放大器405。预放大器400可以是扩散冷却的CO2激光器，诸如由TRUMPF Inc.0f Farmington,CT制造的TruCoax CO2激光器。多个光学放大器405内的光学放大器408可以是快速轴流高功率CO2激光器(诸如由TRUMPFInc.0f Farmington,CT制造的TruCoax C02激光器)，具有无损耗气体循环和电容性射频激励。
[0052]最终聚焦组件140聚焦放大光束110，从而束110的直径在聚焦区域145中处于最小。换言之，最终聚焦组件140在放大光束110中引起辐射以当其沿传播方向112朝向聚焦区域145传播时会聚。在缺乏标靶材料120时，放大光束110中的辐射当束110沿方向112远离聚焦区域145传播时发散。
[0053]最终聚焦组件140是束递送系统125的一部分，其修改放大光束110的波前以改变其束发散并且使其聚焦在焦点位置145处。因此，如果进入最终聚焦组件140的放大光束110的波前具有零曲率(并且因此准直)，则最终聚焦组件140的输出是具有正曲率的放大光束，这意味着波前的中心指向与放大光束的传播方向相反，也即，当与波前边缘比较时波前被推迟。因此，最终聚焦组件140相对于进入最终聚焦组件140的放大光束110的波前正向地改变放大光束110的波前的曲率，从而放大光束110聚焦在焦点位置145处。最终聚焦组件140可以包括每个具有弯曲表面的一个或多个透射式光学元件，或者均具有弯曲表面的一个或多个反射式元件。
[0054]光收集器155捕捉从等离子体121发出的EUV光150的至少一些并且将捕获的光160引导至在特定应用中使用捕获的极紫外光160的光学设备165。光收集器155具有在标靶位置130或焦点位置145处或附近的第一焦点，以及在中间位置161处的第二焦点(也称作中间焦点)，其中EUV光160可以从极紫外光系统100输出并且可以输入至光学设备165。
[0055]放大光束110是脉冲光束并且其至少包括聚焦在焦点位置145处的第一组脉冲，以实现在放大光束110和标靶材料120之间的相互作用以使得标靶材料120转化为发出极紫外光150的等离子体121。焦点位置145需要足够靠近标靶材料120以实现放大光束110与标靶材料120的相互作用，以使得标靶材料120转化为发出极紫外光150的等离子体。因此，焦点位置145可以覆盖标靶位置130，但是实际上并未与标靶材料120叠置。在其他实施方式中，焦点位置145与标靶材料120叠置。
[0056]放大光束110可以任选地包括第二组脉冲，其以一些方式调节标靶材料120，但是并未相互作用以使得标靶材料120转化为发出极紫外光150的等离子体。该第二组脉冲可以与第一组脉冲沿着相同束路径空间地并在时间上交替散布。例如，第二组脉冲可以配置以在其到达标靶位置130之前与标靶材料120相互作用以便于在其到达标靶位置130之前修改标靶材料120的几何分布。第二组脉冲可以称作“预脉冲”或预脉冲束。
[0057]此外，尽管图1中仅示出一个放大光束110引导指向标靶位置130，在其他实施方式中，驱动激光器系统105可以沿着空间不同的束路径或者在时间上相互移位的叠置束路径而产生两个或更多放大光束110。例如，预脉冲束可以引导朝向第一标靶位置并且主束可以引导朝向在最终聚焦组件140输出处的第二标靶位置(标靶位置130)。
[0058]参照图5，在一些实施方式中，极紫外光系统100用于光刻系统500中，以向诸如光刻曝光设备565之类的光学设备提供极紫外(EUV)光160。光刻系统500包括连接至一个或多个控制或激励系统581的一个或多个主控制器580，一个或多个控制或激励系统581连接至极紫外光系统100内的部件，如参照图6更详细所述。
[0059]引导EUV光160至光刻曝光设备565处，其使用该光160以在晶片566上产生图形。EUV光160可以引导穿过照明器567，其可以包括修改EUV光160的方面(诸如波前曲率)的诸如反射式光学元件之类的光学元件。例如，照明器567可以包括使用特殊涂层(诸如多层涂层)涂覆的一个或多个反射器，特殊涂层能够尽可能多反射EUV光160。因为这些反射器倾向于吸收一些EUV光160，因此其可以有利的是尽可能少地使用。
[0060]将离开照明器567的EUV光160引导至反射式掩模570。将离开反射式掩模570的EUV光160引导穿过一组投影光学元件568，其包括使用用于反射EUV光160的特殊涂层而涂覆的一个或多个反射器，并且投影光学元件568也被配置用于将EUV光160聚焦至晶片566。投影光学元件组568调整EUV光160撞击在晶片566上的角度范围，并且使能从反射式掩模570至晶片566上抗蚀剂的图像转移。例如，投影光学元件组568可以包括一系列四个至六个弯曲镜面，从而减小了图像的尺寸并且将图像聚焦至晶片566上。这些镜面中的每个轻微地弯曲EUV光160以形成将要转移至晶片566上的图像。
[0061]此外，光刻曝光设备567除了其他特征之外可以包括光刻控制器572、空气调节装置、以及用于各种电学部件的电源。在一些实施方式中，晶片566承载在晶片工作台573上并且可以提供沉浸介质574以覆盖晶片566用于沉浸光刻。在其他实施方式中，晶片566并未由沉浸介质574覆盖。
[0062]可以使用任意数目的工艺步骤处理晶片566，该工艺步骤可以是工艺步骤组合中的一个或多个，诸如使用不同掩模以在晶片材料中或者在沉积于晶片上的材料中产生开口图形(诸如沟槽、沟道或孔洞)的刻蚀、沉积和光刻工艺。这些开口可以使用绝缘的、导电的或半导体材料填充以在晶片上构建微电子特征的层。随后单片化晶片以形成单独的芯片，单独的芯片可以合并至各种电子产品中，诸如计算机和其他消费或工业电子装置。
[0063]参照图6，在一些实施方式中，极紫外光系统100是系统的一部分，该系统的一部分包括其他部件，诸如真空腔室600、一个或多个控制器580、一个或多个激励系统581以及引导激光器582。
[0064]真空腔室600可以是单个单一结构，或者其可以装备具有容纳特定部件的分立的子腔室。真空腔室600是至少部分刚性的罩壳，由真空栗从其移除空气和其他气体，在腔室600内得到低压力环境。腔室600的壁可以由适用于真空使用(可以承受更低压力)的任何合适金属或合金制成。
[0065]额外地，最终聚焦组件140可以完全位于真空腔室600之外，最终聚焦组件140可以部分地位于真空腔室600内(从而组件140的一些部件在低压环境内而其他的一些在低压环境外)，或者可以完全在真空腔室600内。或者，最终聚焦组件140可以部分地在真空腔室600的子腔室601内。例如，如图6中所示，最终聚焦组件140部分地在真空腔室600的子腔室601内。
[0066]标靶材料递送系统115将标靶材料120递送至标靶位置130。在标靶位置处的标靶材料120的形式可以为液体微滴、液体流、固体颗粒或簇、包含在液体微滴内的固体颗粒或者包含在液体流内的固体颗粒。标靶材料120可以包括例如水、锡、锂、氙，或者当转化为等离子体状态时具有在EUV范围中发射线的任何材料。例如，元素锡可以作为纯锡(Sn)，作为锡化合物(例如SnBr4、SnBr2、SnH4)，作为锡合金(例如锡-镓合金、锡-铟合金、锡-铟-镓合金、或者这些合金)的任意组合而使用。标靶材料120可以包括使用以上元素之一(诸如锡)而涂覆的丝线。如果标靶材料120为固体状态，其可以具有任何合适的形状，诸如环形、球形或方形。标靶材料120可以由标靶材料递送系统115递送至腔室800内部中并且至标靶位置130。标靶位置130也称作照射位置，标靶材料120与放大光束110在光学上相互作用以产生等离子体所在的位置。
[0067]光收集器155可以是收集器镜面655，具有孔径640以允许放大光束110穿过并到达焦点位置145。收集器镜面655可以例如是椭球镜面，椭球镜面具有在标靶位置130或焦点位置145处的第一焦点，以及在中间位置661 (也称作中间焦点)处的第二焦点，其中EUV光160可以从极紫外光系统输出并且可以输入至光学设备165。
[0068]一个或多个控制器580连接至一个或多个激励系统或诊断系统，诸如例如微滴位置检测反馈系统、激光器控制系统和束控制系统，以及一个或多个标靶或微滴成像器。标靶成像器提供指示例如相对于标靶位置130的微滴位置的输出，并且将该输出提供至微滴位置检测反馈系统，其可以例如计算微滴位置和轨迹，由此可以基于逐个微滴或者平均地计算微滴位置误差。微滴位置检测反馈系统因此向控制器580提供微滴位置误差作为输入。控制器580可以因此例如将激光器位置、方向和定时校正信号提供至可以用于例如控制激光器定时电路的激光器控制系统和/或提供至束控制系统，以控制放大光束位置和束递送系统的定形，从而改变腔室600内束焦斑的位置和/或光焦度。
[0069]标靶材料递送系统115包括标靶材料递送控制系统，其响应于来自控制器580的信号例如可操作用于修改由内部递送机构释放的微滴的释放点，从而校正在所希望标靶位置130处到达的微滴的误差。
[0070]额外地，极紫外光系统100可以包括测量一个或多个EUV光参数的光源检测器。EUV光参数包括但不限于脉冲能量、取决于波长的能量分布、特定波长波段内的能量、特定波长波段外的能量、以及EUV强度的角分布和/或平均功率。光源检测器产生由控制器580使用的反馈信号。反馈信号可以例如指示诸如激光脉冲的定时和焦点的参数中的误差，以恰当地在正确位置和时间截取微滴以用于有效和高效的产生EUV光。
[0071]在一些实施方式中，驱动激光器系统105具有主振荡器/功率放大器(MOPA)配置，具有多个放大级并且具有由Q开关的主振荡器(MO)以低能量和高重复率(例如能够10kHz)操作而启动的种子脉冲。从MO，可以例如使用RF栗浦的、快速轴流CO2放大器放大激光脉冲，以产生沿着束路径行进的放大光束110。
[0072]尽管可以使用三个光学放大器，但是在该实施方式中可以使用少至一个的放大器以及多于三个的放大器。在一些实施方式中，每个CO2放大器可以是具有由内部镜面折叠的1米放大器长度的RF栗浦的轴流CO2激光立方体。
[0073]备选地，驱动激光器系统105可以配置作为所谓的“自瞄准(self-targeting)”激光器系统，其中标靶材料120用作光学空腔的一个镜面。在一些“自瞄准”布置中，可以不需要主振荡器。驱动激光器系统105包括放大器腔室的链，沿着束路径串行设置，每个腔室具有其自己的增益介质和激励源，例如栗浦电极。每个放大器腔室可以是RF栗浦的、快速轴流C02，放大器腔室具有例如1,000 — 10，000的组合单程增益以用于放大例如1060011111的波长入的光。每个放大器腔室可以设计不具有激光腔(谐振器)镜面，从而当单独设置时它们并未包括多于一次将放大光束穿过增益介质所需的光学部件。然而，如上所述，可以如下形成激光腔。
[0074]在该实施方式中，可以通过将背侧部分反射的光学元件添加至激光腔并通过将标靶材料120放置在标靶位置130处，来形成激光腔。光学元件可以例如是对于约10600nm波长(如果使用CO2放大器腔室则是放大光束110的波长)具有约95%反射率的平坦镜面、弯曲镜面、相位共轭镜面、或者角形反射器。标靶材料120和背侧部分反射的光学元件用于将一些放大光束110反射返回至驱动激光器系统105中以形成激光腔。因此，在标靶位置130处存在标靶材料120提供足够的反馈以使得驱动激光器系统105产生相干激光振荡;并且在该情形中，放大光束110可以视作是激光束。当标靶材料120不存在于标靶位置130处时，可以仍然栗浦驱动激光器系统105以产生放大光束110但是其将不产生相干激光振荡，除非一些其他部件提供足够的反馈。该布置可以是所谓的“自瞄准”激光器系统，其中标靶材料120用作光学空腔的一个镜面(所谓的等离子镜面或机械Q开关)。
[0075]取决于应用，其他类型放大器或激光器也可以是合适的，例如以高功率和高脉冲重复率操作的受激准分子或氟分子激光器。示例包括MOPA配置的受激准分子激光器系统，如例如在美国专利号6,625,191 ；6,549,551;和6,567,450中所不；一种受激准分子激光器具有一个或多个腔室，例如振荡器腔室和一个或多个放大腔室(放大腔室并联或串联)；主振荡器/功率放大器(MOPO)设置，功率振荡器/功率放大器(POPA)设置;或者以一个或多个受激准分子激光器或氟分子放大器或振荡器腔室为种子的固态激光器可以是合适的。其他设计是可能的。
[0076]在照射位置处，合适地由最终聚焦组件140聚焦的放大光束110被用于产生具有某些特性的等离子体，该特性取决于标靶材料120的成分。这些特性可以包括由等离子体产生的EUV光160的波长以及从等离子体释放的碎片的类型和量。放大光束110蒸发标靶材料120，并且将被蒸发的标靶材料加热至散发出电子所处的临界温度(等离子状态)，从而留下离子。离子被进一步加热直至它们开始发出具有在极紫外范围中波长的光子。
[0077]参照图7A，在一个实施方式中，光学放大器108被设计为轴流系统700，其中通过气体栗和供给管线710而在气体放电管705的一端701栗入并且在管道705的另一端702栗出气体混合物。在其他实施方式中，光学放大器108可以设计为横向气流系统，其中分子气体激光器替代于沿着管道(如图7A和图7B中)向下而横跨气体放电管(诸如管道705、755)而流动。以该方式，可以获得更高的额定功率以用于分子气体的连续激光操作。
[0078]在轴向流或横向流实施方式中，提供新鲜气体以替换由于气体分子解离而耗尽的气体分子。在其中光学放大器108是二氧化碳分子气体激光器的一个示例中，气体混合物包括⑶2，并且他和犯被添加至气体混合物以增加效率。当讨论轴流系统700时，该设计也可以适用于横向气流系统。轴向(或横向)流系统700包括再循环栗(或鼓风机)、气体供给源系统715以及气体源。气体供给源系统715包括再循环栗(或鼓风机)以用于将气体混合物从管道705推出并穿过管线710，气体源对因解离所致的耗尽的气体分子进行替换。催化转化系统107可以放置在该轴向(或横向)流系统700的气体管线710的内部(或与其串联)。对于催化转化系统107的该布置(也即在气体管线710内并且因此与气体管线710串联)在其中光学放大器系统106可以容忍更高水平氧的情形中是合适的。
[0079]参照图7B，在轴向(或横向)流系统750的其他实施方式中，催化转化系统107放置在轴向(或横向)流系统750的气体管线760的外部(也即与其平行)。系统750包括容纳气体混合物的气体放电管755。对于催化转化系统107的该布置(也即在气体管线760之外并且与其平行)的该布置在其中光学放大器系统106无法容忍气体混合物内高水平氧的情形(例如，如果氧必须小于总气体混合物的0.2% )中是合适的。
[0080]通常，气体混合物的一小部分(例如约1-20%，或约5%)可以从管道755的放电区域(此处O2浓度高)向下游抽吸，引导穿过气体管线760，并且在将气体混合物重新引入至气体管线760之前(在管道755放电区域上游)发送穿过催化转化系统107的催化元件300、305、310(以通过氧化移除O2)。在该实施方式中，催化转化系统107也可以包括控制阀门770和再循环栗或鼓风机775。
[0081]再图7B的外部催化剂配置中，可以由气体热交换器(诸如热交换器310)或逆流气体热交换器而调节气体混合物的温度。该外部配置可以提供对于气体混合物温度的更多控制，因为可以在气体管线760之外调节温度。备选是加热催化剂自身。对于诸如图1中所示的EUV光源应用，可以希望加热气体混合物，因为气体混合物的加热可以导致在气体混合物细流并且在催化剂表面上更均匀的温度分布。
[0082]其他实施方式在以下权利要求的范围内。
【主权项】
1.一种极紫外光系统，包括: 光学放大器系统，包括一个或多个光学放大器，每个光学放大器包括形式为气体混合物的增益介质，所述气体混合物在从能量源供应能量以栗浦所述增益介质时产生放大光束，所述光学放大器系统包括所述气体混合物流过其中的流体输入和流体输出；以及 催化转化系统，流体地连接至所述光学放大器系统的所述流体输出并且流体地连接至所述光学放大器系统的所述流体输入，所述催化转化系统包括催化转化器，所述催化转化器包括: 壳体； 基板，在所述壳体内，包括所述气体混合物可以流过其中的开口 ；以及 催化剂，作为涂层施加至所述基板的所述开口的内表面，所述催化剂包括金属的纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述基板的所述开口具有蜂巢几何结构。3.根据权利要求1所述的系统，进一步包括与所述催化转化器分离的热交换器，所述热交换器包括所述气体混合物流过其中的管道，所述管道由外部热沉冷却。4.根据权利要求3所述的系统，其中，在所述热交换器的内表面上使用催化剂涂覆所述热交换器的所述管道，所述催化剂促进所述气体混合物内的解离分子的氧化。5.根据权利要求1所述的系统，进一步包括被配置用于在标靶位置处产生标靶材料的标靶材料递送系统，其中将所述放大光束被引导朝向所述标靶位置，以实现在所述放大光束和所述标靶材料之间的相互作用，从而产生等离子体，所述等离子体发出极紫外(EUV)光。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述催化剂包括金的纳米颗粒。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述基板由陶瓷材料制成。8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述催化转化系统与由所述光学放大器系统的所述流体输入和所述流体输出形成的流体线路流体地并联设置。9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述催化转化系统与由所述光学放大器系统的所述流体输入和所述流体输出形成的流体线路流体地串联设置。10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述金属是贵金属。11.一种用于产生极紫外光的方法，所述方法包括: 将栗浦能量提供至光学放大器系统中的至少一个光学放大器的增益介质以产生放大光束，所述增益介质的形式为包括分子的气体混合物，所述气体混合物中的至少一些在管道内产生所述放大光束期间解离； 引导从所述管道输出的所述气体混合物穿过固定在壳体内并且使用金属的纳米颗粒的催化剂涂覆的基板，以由此氧化所述气体混合物的解离分子； 引导经氧化的气体混合物返回至所述管道中； 在标靶位置处产生标靶材料；以及 将所述放大光束聚焦至焦点位置上，其实现在所述放大光束与所述标靶材料之间的光学相互作用，以使得所述标靶材料转化为发出极紫外光的等离子体。12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括，引导从所述管道输出的所述气体混合物穿过温度受控的管道，以在将经氧化的气体混合物引导返回至所述管道之前从所述气体混合物移除热量。13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括，使用涂覆在所述管道的内表面上的催化剂至少部分地氧化所述气体混合物的解离分子。14.根据权利要求11所述的方法，进一步包括，调节从所述管道输出的所述气体混合物的温度。15.根据权利要求14所述的方法，其中，调节所述气体混合物的温度包括将所述气体混合物的温度维持在从所述管道输出的所述气体混合物的温度之上。16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述金属是贵金属。17.—种用于极紫外光系统的光学放大器系统的催化转化系统，所述催化转化系统包括: 输入，流体地连接至所述光学放大器系统以接收包括增益介质的解离分子的气体混合物； 输出，流体地连接至所述光学放大器系统； 壳体，在所述输入和所述输出之间； 基板，在所述壳体内，包括所述气体混合物可以流过其中的开口 ；以及 催化剂，作为涂层施加至所述基板的开口的内表面，所述催化剂包括金属的纳米颗粒。18.根据权利要求17所述的催化转化系统，其中，所述基板的所述开口是六边形的。19.根据权利要求17所述的催化转化系统，其中，所述壳体流体地连接至所述输入和所述输出。20.—种用于极紫外光系统的气体放电光学放大器系统的催化转化系统，所述系统包括: 热调节系统，其增加从所述光学放大器系统输出的气体混合物的温度，所述气体混合物包括受激以从所述光学放大器系统产生放大光束的增益介质的解离分子;以及 催化转化器，接收从所述热调节系统输出的在增加温度的所述气体混合物，所述催化转化器包括: 基板，在所述壳体内并且包括所述气体混合物可以流过其中的开口；以及催化剂，作为涂层施加至所述基板的所述开口的内表面，所述催化剂包括加速所述气体混合物内的解离分子的氧化的金属颗粒。21.根据权利要求20所述的催化转化系统，其中，所述基板的所述开口是六边形的。22.根据权利要求20所述的催化转化系统，其中，金属的所述颗粒是贵金属的纳米颗粒。23.—种用于极紫外光系统的气体放电光学放大器系统的催化转化系统，所述催化转化系统包括: 催化转化器，接收从所述光学放大器系统输出的气体混合物，所述气体混合物包括受激以从所述光学放大器系统产生放大光束的增益介质的解离分子，所述催化转化器包括:基板，在所述壳体内并且包括所述气体混合物可以流过其中的开口；以及催化剂，作为涂层施加至所述基板的所述开口的内表面，所述催化剂包括加速所述气体混合物内的解离分子的氧化的金属颗粒;以及 热交换器，与所述催化转化器分离，所述热交换器包括所述气体混合物流过其中的管道，所述管道由外部热沉冷却。24.根据权利要求23所述的催化转化系统，其中，在所述热交换器的内表面上使用加速所述气体混合物内的解离分子的氧化的催化剂涂覆所述热交换器的所述管道。25.根据权利要求23所述的催化转化系统，其中，所述金属颗粒是贵金属的纳米颗粒。
【文档编号】H01S3/036GK105940576SQ201580006382
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2015年1月19日
【发明人】K·张, C·J·莱本伯格, A·沙夫甘斯
【申请人】Asml荷兰有限公司