专利名称：辐射源、光刻设备和器件制造方法
技术领域：
本发明涉及一种包括阳极和阴极的辐射源单元，所述阳极和阴极被配置和排列为在所述阳极和阴极之间的物质中产生放电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单元的光刻投射装置，该光刻投射装置包括-辐射系统，用来提供辐射投射束；-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；-基底台，用来支持基底；和-投影系统，将带图案的投射束投到基底的靶部。
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；程控反射镜阵列。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，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。收集的更多的关于反射镜阵列的例子可以从美国专利US5,296,891和US5,523,193中得到，它们在这里一并引为参考。在使用程控反射镜阵列的情况下，所述支撑结构可以由框架或工作台实现，例如，可以是固定的或根据需要为可移动的；和程控LCD阵列，该结构的例子可以从美国专利US5,229,872中得到，在这里一并引为参考。如上所述，在这种情况下，支撑结构可以由框架或工作台实现，例如，可以是固定的或根据需要为可移动的。
为简单起见，本文的其余部分在一定的情况下具体以掩模和掩模台为例；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。
光刻投影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(硅片)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，该相邻靶部由投影系统逐个相继辐射。在目前采用掩模台上的掩模进行构图的装置中，在两种不同类型的机器中是有区别的。一类光刻装置是，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步进器。另一种装置-通常称作步进扫描装置-通过在投影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，投影系统有一个放大系数M(通常＜1)，因此对基底台的扫描速度V是对掩模台扫描速度的M倍。可以收集的涉及这里描述的光刻器件的信息例如可以从美国专利US6,046,792中得到，在这里一并引为参考。
在用光刻投影装置的制造过程中，(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(光致抗蚀剂)的基底上。在这种成像步骤之前，可以对基底可进行各种处理，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。然后可对这种图案层进行各种处理，如蚀刻、离子注入(掺杂)、镀金属、氧化、化学-机械抛光等，来完成单一层所需的所有处理。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 fabricationA Practical Guide toSemiconductor Processing”(第三版，Peter van Zant，McGraw Hill PublishingCo.，1997，ISBN 0-07-067250-4)的书中得到，在这里一并引为参考。
为了简单起见，投影系统在下文称为“镜头”；但该术语应广义地解释为包含各种类型的投影系统，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，该操作部件用于引导、定形或者控制辐射的投影光束，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“多级式”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。例如在专利US5,969,441和WO98/40791中描述的双级光刻设备，在这里一并引为参考。
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影辐射的波长。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影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。总的来说结合软x射线和真空UV范围，简写“XUV”指的是波长范围从十分之几纳米到几十毫微米，而术语“EUV”通常用与光刻(EUVL)结合使用，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放电辐射源，其中在阳极和阴极之间的物质(例如，气体或蒸汽)中放电产生等离子体，其中高温放电等离子体可由通过等离子体的(脉冲的)电流欧姆热产生。进一步，由于通过等离子体电流产生的磁场等离子体的压缩可以在放电轴上产生高温，高强度的等离子体(收缩效应(pinch effect))。存储的电能量直接转变成等离子温度因此产生短波辐射。等离子体的收缩在放电轴上具有相当高的温度和强度，且具有由存储的电能量转变为热等离子体能量极大的转变效率，从而出现XUV辐射。器件的几何尺寸和工作方式，如等离子焦点(plasma focus)、Z-收缩(Z-pinch)、中空阴极和毛细放电源(capillarydischarge source)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缩。
图7A到7E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。图7A到7E示意性的示出了根据已有技术的Z-收缩中空-阴极类型的等离子放电辐射源。所述放电源LA具有圆柱对称，并包括一个由电绝缘的圆柱型壁725连接的阳极710和阴极720。孔711沿中心轴A设置在阳极710中用来通过由放电源LA产生的电磁辐射。中空的阴极720具有围绕中心轴A的环形孔721，此外在孔721的后面具有一个大的空腔722。空腔722同样具有围绕中心轴A的环形结构，所述空腔壁为阴极720的一部分。放电电源(未示出)连接在阳极710和阴极阴极720上用来在提供脉冲电压V通过放电源LA内部的阳极-阴极间隙。而且，在阳极和阴极之间以一定的压力p提供适合的气体或蒸汽由放电材料源(未示出)。合适的物质的例子如氙气、锂、锡和铟。
放电可在低内压(p＜0.5Torr)和高电压(V＜10kV)的条件下发生，由于电子平均自由路径比阳极-阴极间隙的尺寸要大，使得汤森电离无效。这种条件的特征是电场强度和气体密度或蒸汽密度的比例E/N很大。这一阶段显示为相对等距离的电位线EP，所述电位线具有固定电势差，如图7A所示。电离度的增长最初由在相当低的E/N下工作的中空阴极720的状态决定，结果为电子具有较小的平均自由路径。从中空阴极720和空腔722中的气体和蒸汽中放出的电子e，被注入到阳极-阴极间隙，随着电离的进行，产生虚拟阳极，所述虚拟阳极由阳极710向中空阴极720传播，将阳极的全部电势带向阴极，如图7B不均匀分布的电位线EP所示。阴极720的中空腔体722的电场此时被显著的增强。
在下面的阶段，电离在中空阴极720中阴极开孔721的后面继续进行，导致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，同样如图7B所示，形成了最终的通道击穿。这样的结构在放电量中提供了均匀的预电离和击穿。图7C示出了放电开始和在阳极-阴极间隙中产生的低温度的气体或蒸汽等离子体735。电流经过等离子体从阴极720流向阳极710，该电流在放电源LA中会产生具有磁场强度为H的方位角磁场。所述方位角磁场将等离子体735从圆柱壁725分开并且压缩，如图7C示意。
进一步如图7D所示，由于方位角磁场的压力远远大于热等离子体压力H2/8π＞＞nkT，发生了等离子体的动态压缩，其中n代表等离子粒子密度，k为玻尔兹曼常数，T为等离子体的绝对温度。在等离子体压缩的整个期间，存储在与阳极710和阴极720相连接的电容器中的电能(放电电源的一部分，未示出)将被最有效率地转换为动力内爆的能量。从而产生了具有高度空间稳定性的，均匀分布的收缩(等离子收缩)745。在等离子体压缩的最后阶段，即等离子体在中心处停滞，或放电，在轴A处，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740(如图7E所示)。
当使用等离子放电源时，存在从辐射源例如粒子、等离子和蒸汽中产生的污染转移到光刻投影装置的危险。公知的解决方法是应用如图8横截面图所示的掠入射收集器(grazing-incidence collector)880，该收集器作为第一级收集光学部件设置在辐射源单元中。所述掠入射收集器880通常包括多个相似形状的壳体803，基本上沿轴A同心地布置。当出射的辐射840的入射角801保持小于大约10到20度时，这种收集器显示出很高的反射率(大约70到100％)。为清楚起见，仅有两个大概圆柱形的壳体803在图8中示出。所述壳体803可由任何合适的材料构成，例如，是提供高反射性并不与辐射源射出的污染物反应的钯或钼。
图6示出了根据已有技术的封闭加热管的实例。其简要地用作辐射源中可能的热转移机械装置，该装置将在下文中描述。封闭的加热管270包括密闭的容器272，芯捻表面(芯捻(wick))265和浸透(浸润)芯捻265的液体262。密闭容器272可由任何合适的材料构成，如铜、铝、钢、镍或钨。液体262根据使用的加热管270的温度性质和范围而确定(低的液体和蒸汽粘性值、高热导率、高蒸发潜热)。例如，在1000-2000℃的范围内可以使用钠、锂或银。芯捻265典型地由金属泡沫、金属毛板、陶器、碳光纤、烧结的粉末，一个或多个荧光屏网孔，密闭容器272内部的沟槽或上述形式的组合构成。
当加热源205应用作为封闭的加热管270的一部分时，芯捻265中的液体262沸腾并形成蒸汽266。具有比液体262更高的压力的所述蒸汽266，移动(268)到相反的一端并由冷却器件275冷却。所述蒸汽冷凝267，放出了蒸发潜热。液体进入芯捻265而且毛细驱动力将液体262返回到接近加热源205的区域。芯捻265的使用使得加热管270对重力作用不敏感，因此其可在任何方向使用。总的说来，加热管要在不容易直接冷却物体的地方使用-加热管将热量转移到更方便的实施冷却的位置。
众所周知，在由气体等离子放电产生的EUV被认为合适(值得生产)器件例如集成电路的大规模生产之前，需要很多的改进。这些包括更高的转换效率。电源典型的转换效率(在需要的波长下的能量输出比能量输入)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)。有两部分很特别-即在放电过程中等离子体喷射的热峰加载和由于反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。可能发生一个或多个电极表面的过热，如果电极的尺寸变化(变形)，会影响收缩尺寸和位置；稳定的脉冲同步和能量。由于使用光刻投影装置，在投射过程中，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)、收缩位置和尺寸的变化和EUV脉冲能量的变化。
减少电极侵蚀。由于高温高浓度的等离子体在轴上或邻近轴的地方产生，产生的等离子体可能侵蚀电极。这样的侵蚀会限制电极的使用寿命并增加放电空间的污染物的量。而且，触发等离子体的电极的适当的功能依赖于几个因素，包括电极的几何结构之间的预定关系。任一个电极的侵蚀或变形都可以影响等离子体的瞬时触发和产生的EUV辐射脉冲的同步；污染物的排放导致低的发光寿命。等离子源放出很多污染的分子，离子和其他(快速)粒子。如果这样的粒子和分子接触到了照明系统，就会破坏精巧的反射器和其他元件并导致光学器件上的吸收层的产生。这样的破坏和产生的层导致了不期望的光强度的损耗，减少了光刻投影装置的生产能力。而且，这种层很难去除或修理。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种辐射源来提高电能到辐射的转换效率。
本发明的另一个目的是提供一种辐射源来产生值得生产的能级和重复率而没有过热的危险。
本发明的又一个目的是提供具有明确稳定的同步和产生明确的XUV辐射脉冲(冲击)能量的辐射源。
本发明的再一个目的是提供使相邻光刻投影装置的污染物将到最低的辐射源。
本发明的一方面提供一个包括阳极和阴极的辐射源，所述阳极和阴极被配置和排列为在所述阳极和阴极之间的物质中产生放电形成等离子体从而产生电磁辐射，其中限定所述放电空间的壁的芯捻表面区域具有将与所述芯捻表面区域相接触的液体从液体容器向所述放电空间传输的芯捻功能。所述液体包括氙、铟、锂、锡或任何其他合适的材料。芯捻表面(芯捻)具有向放电区域提供液体的方便的方法，放电区域连续出现的液体提高了热耗散并降低了电极的侵蚀。
本发明的另一方面，其中提供了限定所述放电空间的壁的具有冷却功能的冷却表面区域，该冷却表面区域用来冷凝在放电空间中蒸发的液体，从而将热量从放电空间转移到所述冷却表面。为了提高热耗散，通过利用流体的蒸汽和液体两种形态，在源体和芯捻中设置流体循环系统。所述流体可以与产生放电的物质相同或者不同。在所述放电空间的热通过所述流体的蒸发被转移到放电空间外围，而所述流体在外围连接有冷却元件被冷凝。
所述辐射源可以包括用来辐照接近所述放电空间的所述芯捻表面区域的能量束，以提供增强的控制放电空间中蒸汽量的方法，并使得辐射源可以在放电区域中最小量的蒸汽中运行。这样减小了发射的辐射的吸收，提高能量输出并由此提高转换效率。
根据本发明的另一方面，提供了包括阳极和阴极的辐射源单元，所述阳极和阴极被配置和排列为在所述阳极和阴极之间的物质中产生放电形成等离子体从而产生电磁辐射；和一个沿所述辐射源光轴设置的中空容器；所述中空容器的开口端对着辐射源用于捕获从所述辐射源发出的污染物。通过捕获污染物，所述中空容器就阻止了污染物进入光刻投影装置，通过冷却所述中空装置，其性能可以进一步加强。
根据本发明的又一方面，提供了包括阳极和阴极的辐射源，所述阳极和阴极被配置和排列为在所述阳极和阴极之间的物质中产生放电形成等离子体从而产生电磁辐射；在所述阳极和阴极之一上提供一个开孔，所述电磁辐射通过所述开孔射出，其中所述开孔包括多个电导结构，其排列得使所述孔基本上对辐射开放但基本上电关闭所述孔。这就降低了系统的自感系数，从而提高了转换能量。另外，更小的电开孔提高了收缩位置的稳定性，减少了脉冲到脉冲之间能量的变化。
根据本发明的另一方面，提供了包括阳极和阴极的辐射源，所述阳极和阴极被配置和排列为在所述阳极和阴极之间的物质中产生放电形成等离子体从而产生电磁辐射；其中辐射源包括至少一个封闭的加热管来冷却放电空间。应用封闭的加热管简化了辐射源的结构，并且由于冷却元件可以移到辐射源LA的外围，允许更小尺寸的加热管接近放电区域。更小的尺寸意味着更低的自感系数和更少的等离子体在放电区域被加热，这就提高了转换效率。
根据本发明的另一方面，提供了光刻投影装置，包括提供辐射投射束的辐射系统；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为投影束构图；一个用来支撑基底的基底台；一个投影系统将带图案的射束投向基底的靶部，其中所述辐射系统包括上述的辐射源或辐射源单元。
根据本发明的另一方面，提供了一种器件制造方法，包括如下步骤提供至少部分覆盖辐射敏感层材料的的基底；提供使用包括上述辐射源或辐射源单元的投影系统的辐射投射束；利用构图部件对投影束在其截面中给予图案；以及将已构图的辐射束投影到辐射敏感材料层的靶部。
虽然可以参考本文以在制造IC中使用根据本发明的装置，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范围中，在说明书中任何术语“划线板”、“晶片”或者“电路小片”的使用应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，将在下文描述本发明的实施方式，其中相应的参考标记表示相对应的部件，其中图1示出了包括根据本发明的辐射源单元的光刻投影装置；图2A到2B示出了包括根据本发明的开口加热管结构的辐射源，其中图2A示出了图2A的中心部分；图3A到3C示出了根据本发明的阳极，其中图3B和3C示出了截面B-B的两个实施例；图4A到4C示出了根据本发明的阳极的另一个实施例，其中图4B和4C分别示出了截面C-C和D-D；图5A到5C示出了根据本发明的阳极的另一个实施例，其中图5B和5C分别示出了截面E-E和F-F；图6示出了封闭的加热管的基本元件和操作的实例；图7A到7E示出了在不同放电阶段的中空阴极型放电；以及图8示出了掠入射收集器的基本元件和操作的实例；本领域的技述人员可以明白附图示的元件仅为了简明和清楚而没有成比例绘制。例如，图中一些元件的尺寸相对于其他元放大以帮助理解本发明的具体实施方式
。
具体实施例方式
图1示意性地示出了根据本发明的特定实施例的光刻投影装置，该装置包括辐射系统LA，IL，用来提供辐射投影束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，具有支撑掩膜MA(如一个分划板)的掩膜支撑台，并且与根据部件PL精确定位掩膜的第一定位部件PM连接；第二目标台(基底台)WT，具有支撑基底W(如涂敷抗蚀剂的硅晶片)的基底支撑台，并且与根据部件PL精确定位基底的第二定位部件PW连接；投影系统(“透镜”)PL用于将掩膜MA的辐照部分成像到基底W的靶部C(如包括一个或多个电路小片(die))。
如所示的那样，该装置为反射型的(如具有反射型的掩膜)。然而，总的说来，它也可以是透射型的，例如具有可透过的掩膜。另外，该装置可以应用其他类型的构图部件，如上文提及的可编程反射镜阵列。
参考图1，等离子放电辐射源LA通常产生如与光刻投影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，用于设定辐射束分布强度的外部和/或内部光线的范围(通常各自表示为σ-外部和σ-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，碰撞到掩膜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可以在光刻投影装置中安置，但其也可以远离光刻投影装置，它产生的辐射束可以利用合适的光学元件例如导向镜导向光刻投影装置。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。并被掩膜MA选择性的反射，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(和干涉测量部件如果需要的话)，可以精确地移动基底台WT，举例来说，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从掩膜库中机械取回之后，或在扫描中。总体上说，目标台MT、WT的移动将通过长程模块(粗略定位)和短程模块(精确定位)实现，在图1中没有明确示出。然而，在使用晶片步进器(相对于步进-扫描(step-and-scan)装置)的情况下，掩膜台MT可以连接到短程调节器，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、步进模式，在步进模式中，掩模台MT保持基本静止，整个掩模图像被一次投影(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、扫描模式，基本为相同的情况，但是所给的靶部C没有在单“闪”中曝光。取而代之的是，掩模台MT沿给定的方向(所谓的“扫描方向，例如y方向”)以速度v移动，以使投影光束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＝Mv同时移动，其中M是镜头PL的放大率(例如M＝1/4或1/5)。以这种方式，可以曝光相对较大的靶部C，而不必牺牲分辨率。
图2A和2B示出了根据本发明的辐射源单元。辐射源LA包括很多围绕中心轴A排列基本上同心的结构。一个基本圆柱形的阴极20被基本上圆柱型的阳极10包围，所述阴极与阳极通过环形隔离器30彼此分开。中空阴极20具有空腔22和开孔21，使得辐射源LA以在图7A到7E中描述的实例相似的方法运行。
等离子放电主要发生在大概设置在阴极20和阳极开孔11之间的放电空间，该空间在围绕等离子收缩构造45的中心区域。在示出的实施例中，锂用来在辐射源LA中产生等离子体，锂等离子体可以在基本包括整个辐射源LA的中心体积的等离子区域中发现。
阳极10和阴极20设置得使隔离器30离等离子区域有一定距离，考虑到冷凝锂蒸汽的隔离器保护冷却元件50，该距离防止锂和隔离器30之间的接触，并由此防止隔离器30可能的侵蚀。
根据本发明，辐射源LA不同于典型的等离子放电源，因为等离子体区域通过拉长阳极10的壁而从放电区域延伸。这种拉长的延伸空间使得阳极10具有中空结构，像半个厚边的皮氏培养皿(Petri dish)，阳极开孔11在所述“皿”的中心，阳极冷却元件55沿“皿”的边缘设置。
在辐射源LA中的不同位置，锂具有不同的形态在容器60中的液态锂62，所述容器包括加热元件64以保持锂的液态；
在等离子区域处的气态锂、锂蒸汽和锂等离子；和在芯捻表面(芯捻)65中的液态锂62(如图2B所示)。阴极20和阳极10的壁装有芯捻65，该芯捻在辐射源LA运行中被液态锂62浸透(浸润)。为了防止小滴形态的锂出现，芯捻65的表面结构具有低于100微米的粗糙度Ra。
如图2A所示，辐射源单元包括冷却元件，其可以是，例如冷却线或任何其他合适的部件冷却中空凝汽筒90的中空凝汽筒冷却器92，其被设置和安排在中空凝汽筒90中以产生冷却表面；冷却阳极10的阳极冷却器55，其被设置和安排在最远离放电空间的拉长延伸空间的一端产生冷却表面；用来冷却封闭加热管70的一端的阴极冷却器75，其被设置和安排来冷却最接近放电空间的阴极20的顶端。相似于图6所述实例的封闭的加热管70，具有被液体162浸透的芯捻表面(芯捻)165，该加热管将热量从阴极20的顶端转移到接近阴极冷却器75的区域。在封闭加热管70中的芯捻165和液体162与芯捻65和液体62可以相同或不同；和隔离器保护冷却器50，其被设置和安排在阴极20和阳极10的壁上形成冷却表面，由此它可以在任何蒸汽到达隔离器30之前将其冷凝。
如图2B和图5A到5C所示，阳极10带有两个基本对称的开孔，其中一个发射孔11出射辐射，更小直径的电孔12用来控制等离子收缩的位置。图5A示出了从阴极20看到的阳极孔11的平面图，图5B和5C示出了该平面图分别沿E-E和F-F线的截面图。阳极10具有多个形成电孔12的突出14，该电孔的直径比发射孔11的直径小，而且每一个突出14都带有冷却通道18。辐射40离开放电空间而通过发射孔11，该孔包括电孔12和在突出14之间的间隙13。
图5A到5C示出了八个突出14，但是突出可以具有任何合适的数量，大小和形状。而且，可以有更大的制造比发射孔直径小的电孔的可能性，例如图3A到3B示出了如何应用导线的传导性的栅格100。图3A示出了从阴极看到的发射孔11的平面图，图3B示出了平面图沿B-B线的截面图。进一步优化的设计有，应用中空导线和使冷却介质通过中空导线，改变导线的数量，大小和形状，应用同心/放射形的栅格图案，应用以非垂直角度使平行导线栅格与第二组平行导线交叉或这些方法中的一些的结合；图3C示出了另一个扩展的栅格导线的平面图沿B-B线的截面图，从中心轴A旋转分开，使得栅格100形成了所谓的“箔片捕集器”或污染物过滤器。如专利US6,359,969公开的那样，“箔片捕集器”增强了辐射源单元捕获污染物的能力，防止污染物进入光刻投影装置；和图4A到4C示出了通过在接近电孔12的阳极10中产生基本对称的间隙13而得到一个更大直径的发射孔11。图4A示出了从阴极看到的阳极孔的平面图，图4B和4C示出了该平面图分别沿C-C和D-D线的截面图。利用在阳极10中的冷却通道18进行冷却，在该通道中可以通过任何合适的冷却介质。虽然仅仅示出了8个间隙，可以理解可应用任何合适的数量，大小和形状。
如图2A所示，电磁辐射40沿中心轴A从放电空间通过发射孔11出射，并沿着辐射源LA的光轴应用掠入射收集器80被导向光刻投影装置。在示出的实施例中，辐射源LA和收集器80的光轴都与中心轴A重合。虽然仅仅示出了一个收集器的壳体，所述掠入射收集器80典型的包括几个同心的结构和功能相似于图8所示的壳体。
中空的凝汽筒90包括基本圆柱体的容器，该容器一端开口，一端封闭，基本对称于掠入射收集器80的中心区域的光轴设置。凝汽筒90的内表面粗糙而多孔，用来取得最大的捕获表面积，并使用中空凝汽筒冷却器92进行冷却增强捕获。
放电电源(未示出)连接到阳极10和阴极20上来提供穿过辐射源LA中的阳极电压间隙的脉冲电压V。
辐射源LA(如图2A到2B所示)开始于要形成等离子放电的状态然后应用锂蒸汽以稳定的状态填充等离子体区域进行等离子体收缩。应用在容器60中的加热元件64产生稳定状态的蒸汽流在接近于沸点的温度下来产生液态锂62。在辐射源中的三种确定锂蒸汽流和其压力的机理芯捻65的整个表面上的蒸汽形态。由毛细力驱动，液态丽62流过芯捻65使得可以持续不断地为阳极10和阴极20的表面提供液态锂；
由加热元件64加热在容器60中的液态锂62产生蒸汽形态66；和通过冷却器50和55进行蒸汽冷凝67。
如果锂蒸汽能够充分的浓缩，放电电源(未示出)的周期性变化触发放电和等离子体收缩45的形成，结果得到从发射孔11出射的脉冲辐射40。所述辐射40通过掠入射收集器80导引到光刻投影装置中。如图2B所示，通过芯捻中由于放电热导致液态锂的蒸发的增长，在放电空间形成附加的锂蒸汽266。
如图2A所示，利用阳极冷却器55和隔离器保护冷却器50在距离放电空间一定距离处产生锂蒸汽凝结67。液体或流进芯捻65，或流回容器60。
所述收缩的位置和同步受到电孔12尺寸的影响。收缩45的尺寸变化计算为大约电孔12直径的1/10(如图2B所示)，因此可以不改变发射孔11而通过减小电孔12提高收缩的稳定性。
放电空间可通过多个不同的机械装置冷却辐射源LA(图2B)应用了封闭的加热管70，该管基本上于图6所述的实例一样，将阴极20的热量转移到系统的外围；辐射源LA(图2A)同样包括一个设置为不密闭的加热管结构(开口加热管)，包括阳极10、阴极20、芯捻65，在芯捻中的液态锂和阳极冷却器55。通过放电的热使液态锂蒸发266，蒸汽的运动通过与图6所述的相似的方法将热量从放电空间转移到系统的外围；等离子波在开口加热管结构中的传播提供了又一个将热量转移到外围的通道。这样的热转移方法称为等离子热转移机械装置(PHTM)；和如图5A到5C所示，最接近放电空间的突出14的顶端被从冷却通道18流过的合适的介质冷却。
芯捻65中的液态锂266的蒸发(图2A到23)不仅提供了散耗热的方法，而且保护了电极，使阳极10和阴极20免受侵蚀。电极表面有限集中的锂蒸汽在电极上形成了一锂薄层，减少了可能通过辐射源LA而到达光刻投影装置的光学器件的污染物。
虽然本发明已经减小了辐射源，辐射源的工作仍会导致从放电空间射出的污染物流95。污染物，例如，锂蒸汽、锂等离子体或从电极表面侵蚀的材料，这些污染物可以损坏任何EUV源下游的光学元件。根据本发明，大部分的污染物95进入中空凝汽筒90，在该筒中污染物通过几何外形(圆柱型)，筒中的表面区域(粗糙并且多孔)和冷却92的结合而被捕获。虽然凝汽筒表示为一端开口的圆柱型，但是可以应用任何合适的几何形状，例如，球形，锥形，或抛物线形，只要不干扰经过掠入射收集器80出射的辐射40就可以。特别的，中空凝汽筒90具有基本与掠入射收集器80中心壳体相似的形状。
另外，设置电子束发生器使电子束加热接近放电空间的区域可以更好地控制锂蒸汽，从而更好地控制放电条件，在容器60中使用加热元件64，使锂62在接近熔点的温度下保持液态。在规律的时间间隔里，电子束被射向接近放电空间包含液态锂62同时产生锂蒸汽的区域。这样的优点在于，可以在放电空间中最小量的蒸汽和/或低温等离子的条件下运行辐射源，这样就最大限度地降低了发射的EUV辐射的吸收。有效地提高了辐射源的转换效率。由于液态锂层的保护，由电子束产生的电极侵蚀显著地减小。另外，可使用第二个常规的接近放电空间的加热元件替代电子束加热器。
使用电子束蒸发(激发)产生锂蒸汽是很有优点的，锂小液滴或固态锂线(＜～100微米)处于接近放电空间的阳极10和阴极20之间，从而完全防止了电极侵蚀。
对于又一种描述的应用，电子束可以被另一种辐射或粒子束替换，例如激光束，通过应用激光参数例如波长，脉冲能量和脉冲长度，可以使蒸汽浓度改变。例如，一个用来从阳极10或阴极20表面蒸发锂的Nd-YAG激光器可以以下参数工作波长1.04微米，脉冲能量10-100mJ，脉冲长度1-100ns。
本领域技术人员可以理解，虽然仅仅参考使用锂进行说明，辐射源LA可以使用任何合适的物质工作，例如氙，铟，铱，锡或它们的组合。此外可以使用合适物质的组合，例如一种在开口加热管结构中用作冷却的物质，和用作产生放电的不同的材料。
本发明的任何方面和其实施例可以用于任何依靠放电的辐射源，如Z收缩、毛细放电或等离子聚焦装置。具有特别的优点的是，在欧洲专利申请No.02256486.8描述的辐射源中应用本发明的这些方面。该申请已经改善了冷却，提高了脉冲同步的稳定性并提高了转换效率，在这里一并作为参考。
由此，本发明的发明范围不由示出的实施例说明，而是由附加的权利要求和其他等同的来说明。
权利要求
1.一种包括阳极和阴极的辐射源，所述阳极和阴极被配置和排列为在所述阳极和阴极之间的物质中产生放电形成等离子体从而产生电磁辐射，其特征在于，限定所述放电空间的壁的芯捻表面区域具有将与所述芯捻表面区域相接触的液体从液体容器向所述放电空间传输的芯捻功能。
2.如权利要求1所述的辐射源，其特征在于，所述阳极或阴极至少之一具有所述芯捻表面。
3.如权利要求1或2所述的辐射源，其特征在于，限定所述放电空间的壁的冷却表面区域具有冷却功能，该冷却表面区域用来冷凝从所述放电空间蒸发的液体，从而将热量从所述放电空间转移到所述冷却表面。
4.如权利要求1到3所述的辐射源，其特征在于，所述液体中的材料用来产生所述等离子体。
5.如权利要求1到4所述的辐射源，其特征在于，所述放电空间具有拉长的延伸空间，所述冷却表面区域设置在距离所述辐射源中心区域一定距离的所述延伸空间壁上。
6.如权利要求1到5所述的辐射源，其特征在于，所述辐射源具有照射接近所述放电空间的所述芯捻表面的能量束。
7.如权利要求6所述的辐射源，其特征在于，所述能量束为带电粒子束。
8.如权利要求6所述的辐射源，其特征在于，所述能量束为激光束。
9.一种包括阳极和阴极的辐射源，所述阳极和阴极被配置和排列为在所述阳极和阴极之间的物质中产生放电形成等离子体从而产生电磁辐射，其特征在于，所述放电空间具有拉长的延伸空间，限定所述延伸空间的壁的冷却表面区域具有将放电空间蒸发的液体冷凝的功能，并被设置在距所述辐射源中心区域一定距离处。
10.如权利要求1到9所述的辐射源，其特征在于，所述液体包括从组氙(Xe)、锡(Sn)、锂(Li)、铟(In)和铱(Ir)中选择的元素。
11.一种辐射源单元，包括包括阳极和阴极的辐射源，所述阳极和阴极被配置和排列为在所述阳极和阴极之间的物质中产生放电形成等离子体从而产生电磁辐射；和设置在所述辐射源光轴上的中空容器，所述容器的开口端对着所述辐射源以捕获从所述辐射源出射的污染物。
12.如权利要求11的所述辐射源，其特征在于，所述容器内壁具有冷却功能来增强污染物的捕获。
13.一种辐射源，包括阳极和阴极，所述阳极和阴极被配置和排列为在所述阳极和阴极之间的物质中产生放电形成等离子体从而产生电磁辐射；所述阳极和阴极之一具有一孔，电磁辐射通过该孔出射，其特征在于，该孔包括多电导结构，该结构设置得使该孔基本对所述辐射开放但基本上电关闭该孔。
14.如权利要求13所述辐射源，其特征在于，所述结构被冷却。
15.一种辐射源，包括设置和排列成在放电元件中的放电空间的物质中产生放电阳极和一个阴极的辐射源，所述阳极和阴极之间形成等离子体以产生电磁辐射，其特征在于所述辐射源包括至少一个封闭加热管。
16.一种光刻投影装置，包括-辐射系统，用来提供辐射投射束；-支撑结构，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；-基底台，用来支持基底；-投影系统，将带图案的投射束投影到基底的靶部，其特征在于，所述辐射系统包括根据权利要求1到15的任一辐射源或辐射源单元。
17.一种器件制造方法，包括如下步骤-提供至少部分覆盖辐射敏感层材料的的基底；-提供使用包括根据权利要求1到15任一辐射源或辐射源单元的投影系统的辐射投射束；-利用构图部件对投影束在其截面中给予图案；-将已构图的辐射束投影到辐射敏感材料层的靶部。
全文摘要
一种包括阳极和阴极的辐射源，所述阳极和阴极被配置和排列为在所述阳极和阴极之间的物质中产生放电形成等离子体从而产生电磁辐射。所述流体包括氙、铟、锂、锡或任何适合的材料。辐射源单元设置为具有低感应系数，并运行于等离子体最小的状态来提高转换效率。在辐射源体积和芯捻内设有流体循环系统，应用流体的气态和液态转换来提高热耗散。辐射源单元设置得产生最小量的污染物，并在不干扰出射辐射的情况下捕获污染物来防止污染物进入光刻投影装置。
文档编号G03F7/20GK1498056SQ0316493
公开日2004年5月19日 申请日期2003年9月30日 优先权日2002年10月3日
发明者G·G·祖卡维斯维里, V·V·艾瓦诺夫, K·N·科谢勒夫, E·D·科罗布, V·Y·班尼, P·S·安特斯菲罗夫, G G 祖卡维斯维里, 安特斯菲罗夫, 班尼, 科罗布, 科谢勒夫, 艾瓦诺夫 申请人:Asml荷兰有限公司