专利名称：辐射源、光刻装置和器件制造方法
技术领域：
本发明涉及一种包含阳极和阴极的辐射源，所述阳极和阴极被构造和排列成在所 述阳极和阴极之间的空间内的物质中产生放电，并形成等离子体从而产生电磁辐射。而且， 本发明还涉及具有上述辐射源的光刻投射装置，包括
—个辐射系统，用来提供辐射投射束； —个支持结构，用来支撑构图部件，所述构图部件根据需要的图案对所述投射束 构图； —个基底台，用来支持基底；禾口 —个投射系统，用来将图案化的射束投射到基底的靶部。
背景技术：
这里使用的术语"构图部件"应广义地解释为能够给入射的辐射束赋予带图案的 截面的部件，其中所述图案与要在基底的靶部上形成的图案一致；本文中也可使用术语"光 阀"。 一般地，所述图案与在靶部中形成的器件内的特殊功能层相应，如集成电路或者其它 器件(如下文)。这种构图部件的示例包括 掩模。掩模的概念在光刻中是公知的，它包括如二进制型、交替相移型和衰减的相 移掩模类型，以及各种混合掩模类型。这种掩模在辐射光束中的布置使入射到掩模上的辐 射能够根据掩模上的图案而选择性的被透射(在透射掩模的情况下)或者被反射(在反射 掩模的情况下)。在使用掩模的情况下，支撑结构一般是一个掩模台，它能够保证掩模被保 持在入射辐射束中的理想位置处，并且如果需要该台能相对光束移动。 可编程反射镜阵列。这种器件的一个例子是具有一粘弹性控制层和一反射表面的 矩阵可寻址表面。这种装置的基本原理是(例如)反射表面的寻址区域将入射光反射为衍 射光，而非可寻址区域将入射光反射为非衍射光。用一个适当的滤光器，可从反射的光束中 过滤所述非衍射光，只保留衍射光；按照这种方式，光束根据矩阵可寻址表面的寻址图案而 产生图案。采用适当的电子装置就可实现所需的矩阵寻址。关于反射镜阵列的更多的信息 例如可以从美国专利US5296891和US5523193中得到，它们在这里一并引为参考。在使用 可编程反射镜阵列的情况下，所述支撑结构可以实现为框架或工作台，例如，可以是固定的 或根据需要为可移动的；禾口 可编程LCD阵列，该结构的例子可以从美国专利US5229872中得到，该专利在这里 一并引为参考。如上所述，在这种情况下，支撑结构可以实现为框架或工作台，例如，可以是 固定的或根据需要为可移动的。 为简单起见，本文的其余部分在很多地方主要针对掩模和掩模台的例子；但是，在 这样的例子中所讨论的一般原理应适用于上述更宽范围的构图部件。
光刻投射装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图部件可产 生对应于IC单个层的电路图案，该图案可以成像在已涂敷辐射敏感材料(光致抗蚀剂)层 的基底(晶片)的靶部上(例如包括一个或者多个电路小片(die))。 一般的，单一的晶片 包含相邻靶部的整个网络，该相邻靶部由投射系统逐个相继辐射。在目前的装置中，采用掩 模台上的掩模进行构图，可以区别两种不同类型的机器。在一种一类光刻装置中，通过一次 曝光靶部上的全部掩模图案而辐射每一靶部；这种装置通常称作晶片分档器(st印per)。 在一种装置(通常称作分步扫描装置)中，通过在投射光束沿给定的参考方向("扫描"方 向)依次扫描掩模图案、并同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描基底台来辐射 每一靶部；因为一般来说，投射系统有一个放大系数M(通常〈l)，因此对基底台的扫描速 度V是对掩模台扫描速度的M倍。关于这里描述的光刻器件的更多信息例如可以从美国专 利US6046792中得到，该专利在这里一并引为参考。 在用光刻投射装置的制造过程中，(例如在掩模中的)图案成像在至少部分覆盖 有一层辐射敏感材料(抗蚀剂)的基底上。在这种成像步骤之前，可以对基底进行各种 处理，如涂底漆、涂敷抗蚀剂和软烘烤。在曝光后，可以对基底进行其它的处理，如曝光后 烘烤(PEB)、显影、硬烘烤和测量/检查成像特征。以这一系列工艺为基础，对例如IC的 器件的单层形成图案。这种图案层然后可进行各种处理，如蚀刻、离子注入(掺杂)、镀金 属、氧化、化学-机械抛光等，来完成一单层所需的所有处理。如果需要多层，那么对每一 新层重复全部步骤或者其变化。最终，在基底(晶片)上出现器件阵列。然后采用例如切 割或者锯断的技术将这些器件彼此分开，由此单个器件可以安装在载体上，与管脚连接等。 更多的涉及这样步骤的信息可以从例如"Microchip fabrication :A Practical Guide toSemiconductor Processing''(第三片反，Peter van Zant， McGraw Hill PublishingCo.， 1997， ISBN 0-07-067250-4)的书中得到，在这里一并引参考。 为了简单起见，投射系统在下文称为"镜头"；但该术语应广义地解释为包含各种 类型的投射系统，包括例如折射光学装置，反射光学装置，和反折射系统。辐射系统还可以 包括根据这些设计类型中任一设计的操作部件，该操作部件用于定向、整形或者控制辐射 的投射光束，这种部件在下文还可共同地或者单独地称作"镜头"。另外，光刻装置可以具有 两个或者多个基底台(和/或两个或者多个掩模台)。在这种"多台式"器件中，可以并行 使用这些附加台，或者可以在一个或者多个台上进行准备步骤，而一个或者多个其它台用 于曝光。双级光刻设备在例如专利US5969441和W098/40791中都有描述，在这里一并作为 参考。 在光刻装置中，能被成像在基底上的这些特征的尺寸受限于投射辐射的波长。为 了制造出具有较高器件密度并从而具有较高工作速度的集成电路，就希望能够对较小的特 征成像。尽管多数现有的光刻投射装置都使用由汞灯或准分子激光器产生的紫外光，但已 经提出使用约13nm的更短波长辐射。这类辐射被称作远紫外线，表示为XUV或EUV辐射。 简写"XUV"总的来说指的是波长范围从几十分之一纳米到几十纳米，结合有软x射线和真 空UV范围，而术语"EUV"通常与光刻(EUVL)联合使用，指辐射波段从大约5到20纳米，即 XUV范围的一部分。 进行XUV辐射的辐射源可以是等离子体放电辐射源，其中在阳极和阴极之间的物 质中例如，气体或蒸汽，通过放电产生等离子体，且其中高温放电等离子体可通过等离子体
4的(脉冲的)电流欧姆加热产生。进一步，由通过等离子体的电流产生的磁场所引起的等 离子体压縮可用于在放电轴上产生高温，高密度的等离子体(收縮效应)。存储的电能直接 转化成等离子温度，并从而产生短波辐射。可以对具有相当高的温度和在放电轴上的密度 的等离子体进行收縮，以提供由存储的电能量转变为热等离子体能量，从而转变为XUV辐
射的极大的转变效率。器件的几何尺寸，如等离子焦点，z-收縮，中空阴极和毛细放电源都 可以是不同的，但在每个类型中，由放电电流产生的磁场驱动压縮。 附图5A到5E给出了这样的等离子放电辐射源的结构和操作的背景信息。附图5A 到5E示意性的示出了根据已有技术的等离子放电辐射源，包括单独的Z-收縮中空_阴极 类型的单个放电元件540。所述放电元件540具有圆柱对称并包括一个由电绝缘的圆柱型 壁525连接的阳极520和阴极510。孔530沿中心轴B设置在阳极520中，用来通过由放电 元件540产生的电磁辐射。中空的阴极510具有围绕中心轴B的环形孔511，此外在孔511 的后面设置有一个大的空腔512。空腔512同样具有围绕中心轴B的环形结构，所述空腔的 壁为阴极510的一部分。放电电源(未示出)连接在阳极520和阴极510上用来在放电元 件540内部的阳极-阴极间隙之间提供脉冲电压V。而且，适合的气体或蒸汽由放电材料 源(未示出)以一定的压力P提供在阳极和阴极之间。合适的物质的例子如氙气、锂、锡和 铟。 放电将在低初始压力(p < 0. 5Torr)和高电压(V < 10kV)的条件下发生，为此， 电子平均自由路径比阳极-阴极间隙的尺寸要大，使得汤森电离效率低。这样的条件的特 征是大的气体或蒸汽密度率与电场强度的比率，E/N。这一阶段显示为相当等距离的电位线 EP，所述电位线具有固定电势差，如附图5A所示。 电离度的增长最初由工作在相当低的E/N的中空阴极510决定，结果为电子具有 较小的平均自由路径。从中空阴极510放出的电子，由空腔512内的气体和蒸汽产生，被注 入到阳极_阴极间隙，随着电离的进行，虚拟阳极产生了 ，所述虚拟阳极由阳极520向中空 阴极510传播，将阳极的全部电势带向接近阴极，如附图5B不均衡分布的电位线EP所示。 阴极510的中空腔体512的电场此时被显著的增强。 在下面的阶段，电离继续进行，导致了在中空阴极510中紧接着阴极开孔511之 后，高浓度等离子区域迅速发展。最后，强烈的电子束e从该区域注入到阳极_阴极间隙， 同样如附图5B所示，形成了最终的击穿沟道。这样的结构在放电量中提供了统一的预电离 和击穿。 附图5C示出了放电开始和低温度的气体或蒸汽等离子体535在阳极-阴极间隙 中产生。电流将经过等离子体从阴极510流向阳极520，该电流在放电元件540中会导致水 平(azimuthal)的具有磁场强度为H的磁场。所述水平磁场将等离子体535从圆柱壁525 分开并且压縮，如附图5C示意。 进一步如附图5D所示，由于水平磁场的压力远远大于热等离子体的压力H2/8 Ji > > nkT，等离子体的动态压縮发生了 ，其中n代表等离子体粒子密度，k为玻尔兹曼常数， T为等离子体的绝对温度。在等离子体压縮的整个期间，存储在与阳极520和阴极510相连 接的电容器中的电能(放电电源的一部分，未示出)被最有效率地转换为动力内爆的能量。 这样就产生了具有高度空间稳定性的，均匀分布的收縮(等离子收縮)550。
在等离子体压縮的最后阶段，即等离子体在中心或放电轴B处停滞，，等离子体的动能被完全转换为热能并最终转换为在XUV和EUV范围内非常大的分布的电磁辐射 560(如附图5E所示)。 众所周知，在由气体等离子放电产生的EUV被认为适合(值得生产)器件的大规 模生产之前，需要很多的改进，例如集成电路。这些包括 更高的转换效率。现有的源典型的转换效率(在需要的波长下的能量输出与能量 输入之比)大约为0. 5%，结果是大部分的输入能量被转换为热量； 有效的热去除(冷却)。有两部分是突出的-在放电过程中等离子体喷射的最大 热加载(peak het load)和由于重复放电的平均热加载。热量能得以传播的面积通常是有 限的，所以随着能级和重复率的提升来获得适合生产的辐射源，热去除变得关键。如果电极 的尺寸变化(变形)，一个或多个电极表面的过热就可能发生，从而影响收縮尺寸和位置； 和 稳定的脉冲定时和能量。由于使用投射光刻器件，在投射时，辐射源应该产生稳定 的输出。这可能有的负面影响有，例如EUV脉冲同步的变化(抖动)，收縮位置和尺寸的变 化和EUV脉冲能量的变化。
发明内容
本发明的一个目的是提供辐射源，该辐射源产生值得生产的能级和重复率而没有 过热的危险。 本发明的另一个目的是提供一种辐射源，该辐射源产生的XUV辐射脉冲具有明确 的定时和明确的能量。 本发明的又一个目的是提供改进的辐射源，该辐射源提高电能到辐射的转换效率。 —方面提供一个辐射源，包括阳极和阴极，所述阳极和阴极被构造和安排为在其 间的空间的物质中，在放电元件内产生放电，以形成等离子体来产生电磁辐射，其中所述辐 射源包括多个放电元件。所述物质，例如可以是气体或蒸汽，可以包括氙气、锂、锡或任何其 他合适的材料。为了改进热逸散，每个放电元件可以仅仅使用短暂的时间段，其后选择一个 其它放电元件。 另一方面，提供了包括阳极和阴极的辐射源，所述阳极和阴极被构造和安排为在 其间的放电空间的物质中产生放电，以形成等离子体来产生电磁辐射，其中所述辐射源包 括触发器件，用于通过能量束辐照靠近所述放电空间的表面来开始所述放电。通过一个或 更多合适的机构，如干扰腔体内的电场，改变电极之间材料的导电性，通过烧蚀提供材料和 /或产生光致电离，来形成突然的等离子体收縮。辐照例如在阴极上的表面，可以改善等离 子体收縮结构的同步和XUV脉冲的同步。 在另一方面，提供了一种辐射源，该辐射源具有低的感应系数，包括阳极和阴极， 所述阳极和阴极被构造和安排为在其间的放电空间的物质中产生放电，以形成等离子体， 从而产生电磁辐射，其中所述方法一般地包括一个最初的放电，紧接着操作所述辐射源，以 允许随后由于在所述放电源中基本上自调节的振荡从而实现连续放电。小的尺寸和在持久 的放电上多个等离子体收縮的迭加使得感应的能量分配在多个的等离子体收縮中，提高了 转换效率。
根据又一方面，提供的光刻投射装置包括
—个用来提供辐射投射束的辐射系统； —个支撑结构，用来支撑构图部件，所述构图部件根据所需的图案为投射束提供 图案。 —个用来支撑基底的基底台；禾口 —个投射系统，用来将经过构图的辐射束投射到基底的靶部，其中所述辐射系统 包括如上所述的辐射源。
根据本发明又一方面，提供一种器件制造方法，包括如下步骤 提供至少部分涂覆辐射敏感材料层的基底； 提供应用上述辐射系统的辐射的投射束； 应用构图部件为投射束赋予图案化的截面； 将已经构图的辐射束投射到辐射敏感材料层的靶部。 虽然本文中制作IC的过程中可以具体引用根据本发明的装置，但可以很清楚的 理解，这样的装置可以具有很多其他的应用。例如，可以用来制造集成光学系统，用于磁畴 存储器的引导和检测图案、液晶显示板、薄膜磁头等。本领域的技术人员将理解，在这种可 替换的用途环境下，在说明书中任何术语"划线板"，"晶片"或者"电路小片(die)"的使用 应被认为分别可以由更普通的术语"掩模"，"基底"和"靶部"代替。 在本文本中，术语"辐射"和"束"用来包括了所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV) 辐射(如波长365， 248， 193， 157或126nm)和远紫外(EUV)辐射(如具有5-20nm的波长范 围)。
通过实施例和示意性的附图，本发明的实施方式将在下文描述，其中相同的参考 标记表示等同或类似的部件，其中 图1示出了包括根据本发明的辐射源的光刻投射装置； 图2A到2C示出了包括根据本发明的多个放电元件的辐射源； 图3示出了根据本发明的另一个辐射源的实施方式； 图4A到4B示出了包括根据本发明的激光触发单元的辐射源； 图5A到5E示出了中空阴极类型在不同放电阶段的放电； 图6A到6E示出了根据本发明另一个类型的放电元件在不同放电阶段的放电； 图7示出了应用了根据本发明的自动触发的放电元件的测量特性； 图8A到8D示出了根据本发明的又一个放电元件在不同放电阶段的放电； 图9A到9E示出了用于根据本发明的放电触发的不同类型 图10示出了根据本发明的包括捻芯结构的用来做放电触发的靶结构； 图11A到11C示出了根据本发明的可能的通过捻芯结构的横截面； 图12A到12C示出了根据本发明的在放电触发的不同阶段通过捻芯结构的横截
面； 图13示出了根据本发明包括捻芯结构的放电触发的靶结构； 图14示出了根据本发明的的捻芯结构的可能的横截面；
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图15示出了包括根据本发明的捻芯结构的放电触发靶结构； 图16示出了包括通过根据本发明的一种液体的多个放电元件的辐射源； 图17A到17E示出了根据本发明不同方式的放电触发。 本领域的技术人员可以明了附图中示出的的元件仅为了简明和清楚而没有成比 例绘制。例如，相对于其他元件放大图中一些元件的尺寸来帮助理解本发明的具体实施方 式。
具体实施例方式图1示意性的示出了根据本发明的特定实施例的光刻投射装置，该装置包括
—种辐射系统LA， IL，用来提供辐射投射束PB，例如，具有波长范围5-20nm的EUV。 在这个特定的例子中，辐射系统还包括辐射源LA ; 第一目标台(掩膜台)MT，具有用于支撑掩膜MA(如一个分划板)的掩膜支撑台， 并且连接用来根据PL项精确定位掩膜的第一定位部件PM ; 第二目标台(基底台)WT，具有用于支撑基底W(如涂敷抗蚀剂的硅晶片)的基底 支撑台，并且连接用来根据PL项精确定位基底的第二定位部件PW ; —个投射系统("透镜")PL，用来将辐照的掩膜MA的部分成像到基底W的耙部 C(如包括一个或多个电路小片)。 如所示的那样，所述装置为反射型的(S卩，具有反射掩膜)。然而，总的说来，它也 可以是透射型的，例如具有透射掩膜。另外，该装置可以应用其它类型的构图部件，如上文 提及的类型的可编程反射镜阵列。 参考图l，激光产生的或等离子的放电辐射源LA典型地产生如与光刻投射装置运 行同步的一列脉冲的辐射束。该辐射束直接或经过例如是滤光器的调节部件后提供到照明 系统(照明器)IL。所述照明器IL可以包括调节部件用于设定辐射束强度分布的外部和/ 或内部径向范围(通常分别表示为o-外部和o-内部)。而且，其通常包括不同的其他组 件，如积分仪和聚光镜。通过这样的方法，入射到掩膜MA上的所述射束PB在其截面上具有 需要的均匀性和强度分布。 需要指出的是，根据图1的辐射源LA可以在光刻投射装置中安置，但其也可以远 离所述光刻投射装置，光刻投射装置产生的辐射束可以利用例如导向镜的合适的光学元件 导向光刻投射装置。本发明和权利要求包含了这两种情况。 所述射束PB随后与支撑在掩膜台MT上的掩膜MA相交。被掩膜MA选择性的反射 后，该射束PB通过透镜PL，该透镜将射束PB聚焦到基底W的靶部C。借助第二定位部件 PW(和干涉测量部件IF)，基底台WT可以被精确地移动，举例说来，可以将不同的靶部C定 位在射束PB路径中。相似的，第一定位部件PM可以根据射束PB的路径精确定位掩膜MA， 如在将掩膜MA从掩膜库中取回之后，或在扫描中。总体上说，目标台MT、 WT的移动将通过 长程模块(粗定位)和短程模块(精确定位)实现，这没有在图1中明确示出。然而，在使 用晶片分档器(相对于步进一扫描装置)的情况下，掩膜台MT可以只连接到短程调节器， 或可以被固定。 所述的装置可以在以下两种不同的模式下使用 1 、在步进模式中，掩模台MT保持基本不动，整个掩模图像被一次投射(即单"闪")到靶部C上。然后基底台WT沿x和/或y方向移动，以使不同的靶部C能够由光束PB照 射。 2、在扫描模式，基本为相同的情况，但是所给的靶部C不是在单"闪"中曝光。取 而代之的是，掩模台MT可沿给定的方向(所谓的"扫描方向"，例如y方向)以速度v移动， 以使投射光束PB扫描整个掩模图像；同时，基底台WT沿相同或者相反的方向以速度V二Mv 同时移动，其中M是镜头PL的放大率(例如M二 1/4或1/5)。以这种方式，可以曝光相对 大的靶部C，而不必牺牲分辨率。 图2A示出了根据本发明的辐射源LA。所述辐射源LA包括多个等离子放电元件 240，一个阳极板220，和一个阴极板210。所述阳极板220和阴极板210是彼此电隔离的。 放电元件240基本对称于旋转轴A，在阳极板220和阴极板210之间设置，使得每一个放电 元件240的阴极电连接到阴极板210，每一个放电元件240的阳极电连接到阳极板220。所 述辐射源LA被安装到合适的支撑框架上(未示出)使其可以以预定的方向围绕轴A旋转。 当一个放电元件240在预定的发射位置255时，辐射60通过在阳极板220的相应的出射孔 230沿轴B出射。或者，辐射源LA可以如此构造使得辐射从在阴极板210上的出射孔出射。 每个放电元件240都可以旋转到发射位置255-所述发射位置255基本上相对于光刻投射 装置固定。 一个放电电源(未示出)连接到阳极板220和阴极板210上来提供每个放电元 件240中的阳极-阴极间隙上的脉冲电压V。而且合适的物质以气体或蒸汽的形式由放电 物质源(未示出)以一定浓度提供到阳极和阴极之间。合适物质的例子可以是氙气、锂、锡 和铟。 图2B示出了阳极板220在光刻投射装置中看上去的平面图。虽然示出了环形出 射孔230，其实任何几何形状都可以使用，如多边形。相似地，虽然示出的阳极板220和阴 极板210为一致的圆盘形，其实任何形状或结构都可以应用来允许放电元件240重复的置 于发射位置255。例如，该形状可以修改以改善冷却，减轻质量，和/或提高结构的灵巧性。 另外，如果材料对于发射辐射60是透明的，就可以使用没有发射孔230的材料。
辐射源LA的操作类似于格林式机枪的操作。所述放电元件240在发射位置255 被操作产生等离子体收縮，该等离子体收縮又产生辐射脉冲60。在放出辐射脉冲之后，旋转 辐射源LA使得不同的放电元件240定位在发射位置255。操作在发射位置255的放电元件 240，重复该循环。每个放电元件在每次循环中只能使用一次，然后给其时间以恢复。典型 的，恢复包括冷却和重建放电条件。 可选地，每个放电元件240可以在旋转之前，在发射位置255运行多次等离子体收 縮。所述等离子体收縮的次数与包括热加载，和在放电元件240中重建放电条件所需要的 时间等因素有关。 而且，不按顺续操作放电元件240使得每个放电元件240不在每次旋转到发射位
置255时运行是有利的。换句话说，放电元件240可以被跳过-如当奇数的放电元件被使
用，在放电操作之间，辐射源旋转两节，每个放电元件仅会在每两次旋转中被操作一次。 尽管示出的辐射源LA带有八个放电元件240，本领域普通技术人员都可以明了可
以使用任何数目的放电元件240。例如，如果需要每个放电元件240启动一次并且要求脉冲
频率为5kHz，就可以使用大约一千个放电元件以大约每秒5圈的速度旋转。 另外，为控制和/或诊断的目的识别当前在发射位置255的放电元件240会是有利的。测量器件的增加可以使得放电元件240以任何顺序旋转到发射位置，和/或避免可 能不充分地执行的一个或多个放电元件240。 辐射源LA的结构可以简单地如图2C示出。这里放电元件240不是分离地可辨认 的结构，而是在以合适的结构形成的阳极板220和阴极板210中相对应的位置。在发射位 置255的放电元件240就是阳极板220位置和阴极板210位置的固定组合。在发射位置的 放电可以由任何方便的部件进行触发，如在本发明的另一个实施例中描述的激光触发。很 明显本领域技术人员可以进一步将辐射源LA修改成只有部分辐射源旋转，或不同部分以 不同速度旋转。例如当阳极是过热的部件时，就仅仅旋转阻极板220或旋转阳极板220比 阴极板210快是有利的。在这种情况下，在发射位置255的放电元件240是阳极板220位 置和阴极板210位置的具体组合。 上述的实施方式在垂直于发射轴B的平面内旋转。可选地，如图3所示，辐射源LA 的结构可以修改为使得放电元件240在大致与轴B同一个平面内沿轴A旋转。放电元件 240以基本对称的排列设置在改型的阳极板320和阴极板310之间，使得每个放电元件240 的阴极电连接改型的阴极板310，每个放电元件240的阳极电连接改型的阳极板320。
示出的实施方式描述了固定位置的放电元件240的使用，并且在其使用寿命中， 在发射位置255使用多次。修改辐射源LA使其连续的提供和去除单次使用的放电元件240 会是有利的，其中每个放电元件240在被替换之前，在发射位置255使用一次或多次。
在另一种替换方案中，实质上不相同的放电元件240可以被使用在一个辐射源LA 中，每个放电元件240提供在例如波长，截面形状，固定发射角，尺寸和/或强度等方面不同 的辐射束60。在辐射源提供这些类型的变化可以减少在光刻投射装置中照明器和投射透镜 的复杂性，尤其当处理反射光学系统时。
此外，可以应用两种替换方案减少恢复时间 放电元件240的附加冷却，例如，通过将预定温度的空气强加到表面上，和/或携 载合适液体的冷却通道构造辐射源LA，所述合适液体例如是液体金属或水；禾口
通过将放电元件240分为多个组，增加放电材料的电流和/或供给率，每组放一个 或多个电元件240具有自己的放电电源和/或分离的放电材料供给。 辐射源LA的实施例可以改为应用各种适合的类型的放电元件240，如Z-收縮，毛 细放电，等离子聚焦，中空_阴极或激光产生等离子体器件。尤其有好处的是，使用具有在 欧洲专利申请No. 02256907. 3中描述的一个或多个特征的放电元件240，该申请在这里一 并作为参考。这些方面已经提供了提高的脉冲定时稳定性，减少的电极腐蚀和提高的转换 效率。 此外，一些如欧洲专利申请No. 02256907. 3描述的放电元件，传送如氤、锂、锡和 铟的液体到靠近放电空间的区域，用于为放电加料和/或在放电过程中保护电极。通过完 善现有的液体传输机械或甚至将其替换，如图16的排列可以用来縮短应用多个放电元件 240的辐射源LA的恢复时间。所述旋转的辐射源LA设置成至少一个不在发射位置255放 电元件240浸没在盛放液体82的容器80中，其中液体将被传输到靠近所述放电元件的放 电空间的区域。如果需要，容器80还可以包括加热元件84(或冷却元件)来将液体保持在 恰当的温度。当辐射源LA旋转时，每个放电元件240将在发射位置255运行零，一或多个 脉冲，接着部分或全部浸没在接近放电位置的容器80的液体82中足够长时间进行恢复。
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辐射源LA的另一方面如图4A所示，设置激光触发单元15使其可以发射激光束 380到预定的辐射源LA的靶部，而不会阻挡辐射60沿轴B出射到光刻投影装置的路径。如 图4B所示，将激光束380沿不同于辐射60的出射路径的路径导向辐射源是有利的。该单 元可以结合例如图2C所示的辐射源LA。 图6A到6E用来解释使用激光束380的收縮触发的基本原理。这些图示出了放 电元件240的截面，包括电隔离的阳极20和阴极10。它们的装配是基本密封的，并被提供 低压的气体或蒸汽，例如从放电材料供给源(未示出)提供的氙气、锂。所述阳极20和阴 极10连接到放电电源(未示出)。同时示出了放电场线45。收縮形成使用合适的激光束 380进行触发，例如光束的波长可以为254-1060nm，功率在l-20ns中为10-100mJ，直径 0. 3-lmm。 如图6A所示，利用放电电源(未示出)和放电材料源(未示出)，将放电元件240 带入一种状态，在该状态将要形成收縮。例如，阳极20接地，阴极10接100Hz， llkV的交流 电压，并且以4sccm(每分钟标准立方厘米)的速率提供氙气。在放电电源(未示出)循环 的预定时刻，激光束380射在阳极表面的预定的点上(参见图6B)。激光束380导致区域 337被加热，一些材料35将从表面被蒸发(消融)，如图6C所示。射出的材料35进入放电 区域，触发了收縮效应(参见图6D)，导致一个包含热等离子体的紧縮(收縮)50(参见图 6E)。由于截面很小，所述等离子体具有很高的阻抗，放电的电能有效地转变为等离子体的 热能，最终转换成沿轴B放出的辐射60。收縮之后，所述器件回到扩散放电的状态(参见图 6A)。 通过这种方法的触发可以消除由例如电极腐蚀，电极变形，辐射材料提供率的变 化和/或电源的变化引起的定时和放电空间位置的不确定性。 图9A示出了另一个实施例的横截面图，放电元件240是中空阴极类型，包括电隔 离的阳极20和中空阴极10。在阴极10上有孔911，在阳极20上有出射孔230。阳极可以 由任何合适的材料，如钨，组成。该装置基本密封，内充有低压气体或蒸汽，例如可以是由材 料供给装置提供的氙气、锂(未示出)。阳极20和阴极10连接到放电电源(未示出)。使 用放电电源(未示出)和放电材料源(未示出)使放电元件240处于收縮将要形成的状态。 在放电电源(未示出)的循环的预定时刻，激光束380射在靠近阳极20的发射孔230的区 域。收縮成型和随后的辐射发射以如图6C到6E相似的方式发生。 预期的触发收縮方法如图9B到9E所示将激光束380射到阴极10上预定的靶位
中空阴极10的后壁(参见图9B);
阴极开孔911(参见图9C); 在阳极20和阴极10之间在阴极10上靠近阴极开孔911的点(参见图9D);禾口
—个凸起结构(触发针)355，在阴极10和阳极20之间的邻近放电区域的表面上 (如图9E所示)。所述触发针355可以包含与阴极相同的金属，和/或用来产生等离子体的 固体形态的气体和蒸汽，和/或根据蒸发特性选择的不同的材料，例如可以使用氙气、锡、 锂、铟和铱。 然而，激光束380照射阳极20的部分的实施例(如图9A)提供了如下的优点
收縮位置和发出的辐射相对中心轴B是稳定的，结果得到稳定的辐射脉冲能量和 定时；和
收縮位置接近中心轴B，由电极腐蚀产生的碎屑比较少。 像图9E示出的应用凸出结构(触发针)355是有优点的，但是要在接近发射孔230 的阳极20的表面上。进一步的选择方案是构造激光束380的位置和能量使得一些或全部 放电材料可以由在辐射源LA的合适表面的消融的材料提供。同样具有优点的是，应用另一 种辐射或粒子源取代激光束380，例如可以为电子束。 当使用激光碰撞第一电极来触发放电，所述第一电极例如是阴极，接近另一个 (第二)电极，例如阳极的等离子体具有低浓度并且具有高度不规则的阻抗。实验示出大约 来自放电电源的大约25 %的放电能量在放电启动之前用来克服阻抗，这就减小了放电元件 的效率。可能的解决方法是应用外部的开关来延迟从放电电源来的电流直到从第一电极消 融的材料被允许在第二电极区域提高等离子体浓度。遗憾的是，使用外部开关提高了外部 电路的感应系数，这通常降低了辐射源的效率。 一个特别优越的替换方案如图17A所示。该 图示出了放电元件240中心部分的横截面图，其中阴极IO包括与阴极IO电隔离的凸出触 发针355。当激光束380撞击到触发针355时，材料被消融并向放电空间扩散。放电仅仅当 材料既达到阳极又达到阴极时才开始，从而使产生的时间延迟可以通过改变触发针355的 大小、触发针355和放电空间之间的距离、激光束380冲击的触发针355的表面和电极(阳 极和阴极)之间的距离来影响。这意味着不影响辐射源的几何形状和感应系数就可以选择 时间延迟。典型的辐射源阳极20和阴极10之间的间隙为3. 5mm到6. 5mm之间，触发针355 和阴极20之间的间隙在0. 3到0. 6mm之间；触发针在阴极表面的凸出为0. 5至lj 1. 5mm之间 并且触发针的直径大约为1到4mm。 根据需要的延迟和阴极20和阳极10的构造，可以有多个不同变化的可能。这些 变化包括凹进触发针355的表面，如图17B所示；沿不同于阳极20的孔的路径导引激光，如 图17C所示；将触发针保持与阴极10的表面水平，如图17D所示和当使用如图17E示出的 不对称阴极20/阳极10时，将触发针355设置在放电元件240的中间。
通过前述实施例的相似的方法，隔离的触发针355可以包括部分阳极而不是阴 极，或者触发针355可以是在辐射源LA中的独立的结构，而不是电极的一部分。进一步对 本领域技术人员明显的是，多个已知的和新的触发方法可以结合起来进一步提升辐射源LA 的特性。 同样有好处的是，应用进一步包括合适的液体表面的触发器结构355。在放电源 中，传输液体的方便的方法是使用如欧洲专利申请No. 02256907. 3描述的芯捻结构。图10 示出了改进的芯捻结构70，该结构的第一端浸入容器80的液体82中，第二端设置得接近 放电区域，该放电区域可以被辐射或粒子束380照射到。液体82可以是用于制作阴极或/ 和阳极的材料的液体形式，和/或形成等离子体的气体或蒸汽的液体形式，和/或根据蒸发 属性选择的不同的液体。合适的物质的例子如氙气、锡、锂、铟和铱。在一些情况中，液体82 可能需要使用加热元件84和184在容器和芯捻结构中加热以确保通过芯捻结构70的稳定 流体。附图IIA示出了图10中的芯捻结构70沿XI-XI线的截面图，该图基本上包括圆柱 结构90，例如可以是彼此相互接触放置的线。在结构90之间的间隙95限定了基本规则的 包含液体82的通道，使得间隙95的形状和大小根据结构90的大小和排列而改变。图12A 为沿图11A的通过芯捻结构70第二端的XII-XII线的截面，示出了圆柱结构90和盛有液 体82的间隙95。使用加热元件84和184，放电加热，或其组合，使液体82保持理想的温度。在毛细效应的影响下，液体82从容器80通过窄的通道95由芯捻结构70的第一端流 向第二端。如图12A所示，由于圆柱结构90有规则的排列，液体82均匀地分布在芯捻结构 70。而且，由于各通道95的容量和形状基本相同，所以在每个通道95中的液体流速都基本 相同。如图12B和12C，光束380使得芯捻结构70的第二端的区域被加热。该区域包括多 个通道95，其中的液体82将会被加热，在表面上形成蒸汽335。所述蒸汽335进入放电区 域，并且触发了收縮效应。蒸发的液体335将通过毛细效应从容器80中得到补充。
由每个光束380脉冲产生的蒸汽335的量可以通过改变临界参数来改变，如使用 的液体82，光束380的光斑大小，通道95的大小，通道95之间的距离和光束380的能量。 通道95的大小可以通过，例如改变圆柱结构90的相对排列，如图11B所示；可以通过改变 圆柱结构90的直径，例如如图IIC所示的更小的截面；可以通过改变结构90的截面形状； 或者通过在同一个芯捻结构70中结合不同直径的圆柱结构90来改变。相似的，光束380 脉冲之间的定时和所述放电可以通过，例如，由每个光束380脉冲产生的蒸汽335的量，和 芯捻结构70的第二端和放电区域之间的距离来改变。辐射源的恢复时间(在下次XUV辐 射脉冲可以被触发之前的时间)可以通过改变影响流速的临界参数来被优化，如通道95的 大小或圆柱结构90的粗糙度。 由于光束380辐射对圆柱结构90造成的损伤和因此在辐射源中的碎片显著地减 少，这是因为总的来说，蒸发液体比蒸发固体需要少的多的能量。使用这样的芯捻结构使光 束380的能量降低并随之提高辐射源的能量转换效率。 通过芯捻结构70的液体82的流动还可以通过在一定压力下连接芯捻结构70的 第一端到容器280来进行控制，如图15所示。由此，通过通道95的液体82的流动可以通 过改变在容器280的液体压力而变化，可以是基本恒定的，或是脉冲的。容器280中的压力 可以通过如机械装置，液体注入，气体注入或它们的结合来提高。 对本领域技术人员来说很明显的是，可以使用其他的形状来产生规则的液体通道 网络。芯捻结构170的另一种方案，其构造与图10所示结构70相似，如图13所示。这里， 芯捻结构170包括紧密堆叠的基本相同的球体190，例如具有0. lmm的直径。这样的结构 可以通过例如将这些球体在高温高压下挤压而形成。通过芯捻结构170的XIV-XIV线的截 面在图14中示出。这些球体190形成了与海绵体在对称性和排列规则都相似的通道网络 195。对该芯捻结构的操作与前述的方法相似，其中应用毛细效应将液体82从结构170的 第一端传输到第二端。放电元件240的另一实施例在图8A到8E示意性地示出了截面图。所述放电元件 240包括电隔离的阳极20和阴极10。该装置基本上是密封的，并提供低压的气体或蒸汽， 例如可以是由材料供给装置提供的氙气、锂(未示出)。阳极20和阴极10连接到放电电源 (未示出)，例如可以是在100Hz下工作的交流电压源。同样示出了放电场线45。
放电元件构造为使其具有低的感应系数，例如低于大约20nH。这可以如下进行
在阴极10和阳极20之间具有最小的间隙，例如可以是几毫米；
放电元件240具有最小的直径，例如阳极的直径可以小于大约10mm ;
放电电源(未示出)和放电元件240之间为短连接；禾口
厚的电连接，例如使用金属盘来代替导线。 在放电电源循环的预定时刻，通过使放电电源发出的电流迅速增大(例如不超过100纳秒)而产生电触发，之后将电流保持预定的时间间隔例如IO微秒。利用低感应系数 的系统使得可以迅速增大电流。 如图8A所示，放电元件240进入了一种从阴极点15到阳极20的扩散放电的状 态。所述阴极点是阴极表面的热斑。由于这些热斑比环境温度高，因而提供放电的电子，并 且在足够高的温度，它们可以通过蒸发提供放电的阴极材料。从阴极10流向阳极20的电 流受到放电电源(未示出)的限制。如图8B所示，当电流通过该系统时，发生了两个物理 效应_从阴极斑15提供的阴极材料以低温等离子体35的形式进入到放电间隙，以及由于 收縮效应，等离子体的体积得到压縮。如图8C所示，收縮效应导致一种包含热等离子的压 縮(收縮)50。所述等离子体由于其小的截面而具有高阻抗，可以有效地将放电电能转换为 等离子体的热能，并最终转换成沿轴B发出的辐射60。收縮50的高阻抗导致电流下降，等 离子体再次扩散到阳极壁，如图8D所示。等离子体的扩散导致了如图8A所示的扩散放电 的形成。扩散放电的阻抗很低，这样导致电流进一步提升。通过操作放电元件240使得阴 极斑15连续提供材料，这样如图8A到8D的循环就可以连续的重复。如此，具有多个发出 的辐射脉冲60的自震荡(自动-触发)状态在由电源保持的电流的预定的如IO微秒的时 间间隔中产生。 图7示出了放电元件240在自动触发期间的测量值。该图表示出输出辐射强度 701，电源的电流702和电压703，其中使用鋰蒸汽作为工作物质。脉冲704的间隔时间大约 为45ns(相当于22MHz)。 等离子体区域大小的减小意味着输入到系统中能量仅有小部分用来在收縮的最 后阶段加热等离子体。剩余的能量或以感应现象而存储或用来产生等离子体。低感应系数 的结构和连续的放电材料的供应相结合导致了多个等离子体收縮叠加在持久的放电上。感 应的能量被分给多个等离子体收縮，产生至少为2%的转换效率。 另外，一些放电材料可以通过从放电元件240中的合适的表面消融的材料来提 供。可以通过任何合适的能量束，如激光或电子束来实现。 在另一个可选方案中，通过发射任何合适的能量束，在预定位置激励形成阴极斑 15，其中的能量束例如可以是在预定位置的激光或电子束。 该实施例利用电触发沉淀最初的收縮结构，并利用阴极斑15提供放电材料35。使 用上述实施例所述的激光触发单元触发最初的收縮结构可以是有利的。在这种情况下，在 放电元件240中的最初收縮结构将发生与图6A到6E所示的相似的过程，其中放电材料35 通过照射放电元件240中的合适表面的预定位置来提供。通过重复照射合适的表面使得加 热的区域337连续地提供放电材料，就可以获得自动触发状态。在前面实施例中描述的照 射表面的位置的变化同样适用与本实施例。 由此，本发明的发明范围不仅由实施例说明，而且由附加的权利要求和其他等同 的来说明。
权利要求
一种包含阳极和阴极的辐射源，所述阳极和阴极被构造和排列成在所述阳极和所述阴极之间的放电空间中的物质中的放电元件内产生放电，以形成等离子体，从而产生电磁辐射，其特征在于，所述辐射源包括多个放电元件，每个放电元件的至少一部分在所述元件中开始放电之前与一种液体接触，以使该液体覆盖所述元件的内表面。
2. 如权利要求1所述的辐射源，其特征在于，每个放电元件是可根据其中沿使用了所 述辐射源的装置的光轴而移动的。
3. 如权利要求1所述的辐射源，其特征在于，所述放电元件围绕所述辐射源的旋转轴 排列。
4. 如权利要求1所述的辐射源，其特征在于，第一放电元件的阳极是可与第二放电元 件的阴极一致移动的。
5. —种光刻投射装置，包括 一个辐射系统，用来提供辐射的投射束；一个用来支撑构图部件的支撑结构，所述构图部件根据需要的图案对投射束进行图案化；一个用来支撑基底的基底台；一个投射系统，用于将图案化的投射束投向基底的靶部， 其特征在于，所述辐射系统包括根据权利要求1到4任一项的辐射源。
6. —种器件制造方法，包括如下步骤 提供至少部分覆盖辐射敏感层材料的基底；使用包括根据权利要求1到4任一项的辐射源的辐射系统提供辐射的投射束；使用构图部件用其截面图案将投射束构图；将已构图的投射束投射到辐射敏感材料层的靶部。
全文摘要
本发明公开了一种辐射源、光刻装置和器件的制造方法。一种包括阳极和阴极的辐射源，所述阳极和阴极被构造和排列成可以在阳极和阴极之间的空间中的气体或蒸汽中产生放电，进而形成等离子体收缩来产生电磁辐射。所述气体或蒸汽包括氙气、铟、锂和/或锡。为提高热耗散，辐射源包括多个放电元件，每个放电元件只使用短的时间间隔，之后就选择其他的放电元件。为改善收缩形成和由之产生的EUV辐射脉冲的精确同步，辐射源包括一个触发器件。为提高转换效率，辐射源设置为具有低感应系数，并运行在自触发的状态。
文档编号H05G2/00GK101795527SQ20101000350
公开日2010年8月4日 申请日期2003年9月17日 优先权日2002年9月19日
发明者E·R·基夫特, E·R·鲁普斯特拉, K·N·科塞勒夫, L·H·J·斯特文斯, O·W·V·弗里恩斯, R·R·加亚佐夫, V·G·科洛奇尼科夫, V·M·克里特森, V·V·伊范诺夫, V·Y·班宁, Y·V·斯德科夫 申请人:Asml荷兰有限公司