用于产生电磁辐射的辐射源和用于产生电磁辐射的方法 【技术领域】
本发明涉及一种用于产生诸如极紫外辐射等电磁辐射的辐射源。
背景技术
光刻设备是一种将所需图案应用到衬底上，通常是衬底的目标部分上的机器。例如，可以将光刻设备用在集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以将可选地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于生成在所述IC的单层上待形成的电路图案。可以将该图案成像到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一部分管芯、一个或多个管芯)上。通常，图案的转移是通过把图案成像到提供到衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上进行的。通常，单独的衬底将包含被连续形成图案的相邻目标部分的网络。公知的光刻设备包括：所谓步进机，在所述步进机中，通过将全部图案一次曝光到所述目标部分上来辐射每一个目标部分；以及所谓扫描器，在所述扫描器中，通过辐射束沿给定方向(“扫描”方向)扫描所述图案、同时沿与该方向平行或反向平行的方向扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。也能够以通过将图案压印(imprinting)到衬底的方式从图案形成装置将图案转移到衬底上。
在光刻设备中，能够成像到晶片上的特征的尺寸某种程度上受到投影辐射的波长的限制。为了制造具有更高密度器件以及更高运行速度的集成电路，期望能够成像更小的特征。虽然大多数目前的光刻设备采用由汞灯或受激准分子激光器产生的紫外光，但是已经提出使用大约13nm的更短波长辐射。这种辐射被称为极紫外，也被称为XUV或EUV辐射。简称“XUV”通常指的是十分之几纳米到几十纳米的波长范围，结合软X射线和真空紫外(UV)范围，而术语“EUV”通常与光刻术一起使用(EUVL)并且指的是从大约5到20nm的辐射带，也就是XUV范围的一部分。
XUV辐射的辐射源可以是放电等离子体辐射源，其中等离子体通过在阳极和阴极之间的物质(例如气体或蒸汽)中的放电产生，并且在其中通过(脉冲)电流流过等离子体的欧姆加热产生高温放电等离子体。由于电流流过等离子体产生的磁场带来的等离子体压缩可以用于在放电轴线上产生高温、高密度等离子体(箍缩效应)。所存储的电能被直接转换成等离子体温度以及短波长辐射。箍缩可以实现等离子体在放电轴线上具有相当高的温度和密度，从而提供极高的存储电能到热等离子体能和由此到XUV辐射的转换效率。等离子体放电装置的结构和操作，例如等离子体焦点、Z箍缩、中空阴极以及毛细管放电源，可以变化，但是几乎在这些类型中的每一种类型中，由放电装置的电流产生的磁场驱动所述压缩。
存储电能转换成等离子体温度的高的比率会在阳极和阴极上产生非常高的热负荷。这会引起阳极和/或阴极变形或甚至融化，这不利地限制了辐射源的最大功率。
所述物质可以使用所述阳极和所述阴极以液态形式提供。阳极和/或阴极可以可旋转地安装在源的框架上，并且部分地浸入在包含有液态金属(例如锡)的储液装置中。使用激光从阳极和阴极的表面上蒸发液体。浸入到浴器中的阳极和/或阴极的一部分可以通过储液装置进行适当地冷却，从而减少阳极和/或阴极易受到由等离子体的温度造成的热负荷的损害。
这样地辐射源的缺点在于，放电的重复频率受到轮的转速的限制，因为激光蒸发的锡不得不通过来自储液装置或来自其他形式的锡供给装置的锡进行替换。
【发明内容】
根据本发明的一方面，提供一种用于产生电磁辐射的辐射源。所述辐射源包括阳极、阴极和放电空间。所述阳极和所述阴极配置用以在所述放电空间中的物质内产生放电以形成等离子体，以便产生电磁辐射。所述辐射源还包括燃料供给装置，所述燃料供给装置构造并布置成将所述物质的至少一种成分供给到所述放电空间附近的位置。所述燃料供给装置设置在离开所述阳极和所述阴极一定距离的位置处。所述辐射源还包括另一供给装置，所述另一供给装置构造并布置用以在所述阳极和/或阴极上或附近产生和/或保持冷却和/或保护层。
根据本发明的一方面，提供一种用于光刻设备的模块。所述模块包括辐射源，所述辐射源构造并布置用以产生电磁辐射。所述辐射源包括阳极、阴极和放电空间。所述阳极和所述阴极配置用以在所述放电空间中的物质内产生放电以形成等离子体，以便产生电磁辐射。所述辐射源还包括燃料供给装置，所述燃料供给装置构造并布置成将所述物质的至少一种成分供给到所述放电空间附近的位置处。所述燃料供给装置设置在离开所述阳极和所述阴极一定距离的位置处。所述辐射源还包括另一供给装置，所述另一供给装置构造并布置用以在所述阳极和/或阴极上或附近产生和/或保持冷却和/或保护层。所述模块还包括收集装置，所述收集装置构造并布置用以将所述电磁辐射聚焦在焦点上。
根据本发明的一方面，提供一种光刻设备，所述光刻设备包括辐射源，所述辐射源构造并布置用以产生电磁辐射。所述辐射源包括阳极、阴极和放电空间。所述阳极和所述阴极配置用以在所述放电空间中的物质内产生放电以形成等离子体，以便产生电磁辐射。所述辐射源还包括燃料供给装置，所述燃料供给装置构造并布置成将所述物质的至少一种成分供给到所述放电空间附近的位置处。所述燃料供给装置设置在离开所述阳极和所述阴极一定距离的位置处。所述辐射源还包括另一供给装置，所述另一供给装置构造并布置用以在所述阳极和/或阴极上或附近产生和/或保持冷却和/或保护层。所述光刻设备还包括：照射系统，所述照射系统配置用以调节所述电磁辐射；和支撑结构，所述支撑结构构造用以支撑图案形成装置。所述图案形成装置构造并布置成将图案在被调节过的电磁辐射的横截面上赋予所述被调节过的电磁辐射以形成图案化的辐射束。所述设备还包括：衬底台，所述衬底台构造用以保持衬底；和投影系统，所述投影系统配置用以将所述图案化的辐射束投影到所述衬底的目标部分上。
根据本发明的一方面，提供一种用于产生电磁辐射的方法。所述方法包括将物质的至少一种成分供给到阳极和阴极之间的放电空间附近并且离开所述阳极和所述阴极一定距离的位置处、在所述阳极和所述阴极之间所述物质内产生放电以形成等离子体、和在供给所述物质和/或产生放电的过程中在所述阳极和/或阴极上或附近产生和/或保持冷却和/或保护层。
【附图说明】
下面仅通过示例的方式，参考附图对本发明的实施例进行描述，其中示意性附图中相应的参考标记表示相应的部件，在附图中：
图1是根据本发明实施例的光刻设备的示意图；
图2是图1中的辐射源的实施例的示意图；
图3是用于在辐射源的阳极和/或阴极上产生和/或保持冷却和/或保护层的供给装置的示意图；
图4是用于在阳极和/或阴极上产生和/或保持冷却和/或保护层的另一供给装置的示意图；和
图5是图1中的辐射源的实施例的示意图。
【具体实施方式】
图1示意地示出一种光刻设备。该设备包括：照射系统(照射器)IL，其配置用于调节辐射束B(例如，紫外(UV)辐射或极紫外(EUV)辐射)；支撑结构(例如掩模台)MT，其构造用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并与配置用于根据确定的参数精确地定位图案形成装置MA的第一定位装置PM相连；衬底台(例如晶片台)WT，其构造用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并与配置用于根据确定的参数精确地定位衬底W的第二定位装置PW相连；和投影系统(例如折射式投影透镜系统)PS，其配置用于将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一根或多根管芯)上。
照射系统可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的光学部件、或其任意组合，以引导、成形、或控制辐射。
所述支撑结构MT支撑，也就是承载图案形成装置MA的重量。支撑结构MT以依赖于图案形成装置MA的方向、光刻设备的设计以及诸如图案形成装置MA是否保持在真空环境中等其他条件的方式保持图案形成装置MA。所述支撑结构MT可以采用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术来保持图案形成装置MA。所述支撑结构MT可以是框架或台，例如，其可以根据需要成为固定的或可移动的。所述支撑结构MT可以确保图案形成装置MA位于所需的位置上(例如相对于投影系统)。在这里任何使用的术语“掩模版”或“掩模”都可以认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。
这里所使用的术语“图案形成装置”应该被广义地理解为表示能够用于将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束、以便在衬底的目标部分上形成图案的任何装置。应当注意，被赋予辐射束的图案可能不与在衬底的目标部分上的所需图案完全相符(例如如果该图案包括相移特征或所谓的辅助特征)。通常，被赋予辐射束的图案将与在目标部分上形成的器件中的特定的功能层相对应，例如集成电路。
图案形成装置可以是反射式的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列以及可编程液晶显示(LCD)面板。掩模在光刻术中是公知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替型相移掩模类型、衰减型相移掩模类型和各种混合掩模类型之类的掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，每一个小反射镜可以独立地倾斜，以便沿不同方向反射入射的辐射束。所述已倾斜的反射镜将图案赋予由所述反射镜矩阵反射的辐射束。
这里使用的术语“投影系统”应该广义地解释为包括任意类型的投影系统，包括反射型、磁性型、电磁型和静电型光学系统、或其任意组合，如对于所使用的曝光辐射所适合的。这里使用的术语“投影透镜”可以认为是与更上位的术语“投影系统”同义。。
如这里所示的，所述设备是反射型的(例如，采用反射式掩模)。
所述光刻设备可以是具有两个(双台)或更多衬底台(和/或两个或更多的图案形成装置台)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行地使用附加的台，或可以在一个或更多个台上执行预备步骤的同时，将一个或更多个其它台用于曝光。
参照图1，照射器IL接收来自用于产生电磁辐射的辐射源SO的辐射束B。该源SO和光刻设备可以是分离的实体。在这种情况下，不会将该源SO考虑成形成光刻设备的一部分，并且通过包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD的帮助，将所述辐射束从所述源SO传到所述照射器IL。在其它情况下，所述源SO可以包含在模块中，该模块还包括布置用以将由所述源产生的电磁辐射聚焦在焦点上的收集装置CO。这种模块通常可以称为源-收集装置模块。可以将所述源SO和所述照射器IL、以及如果需要时设置的所述束传递系统BD一起称作辐射系统。
所述照射器IL可以包括配置用于调整所述辐射束的角强度分布的调整器AD。通常，可以对所述照射器IL的光瞳平面中的强度分布的至少所述外部和/或内部径向范围(一般分别称为σ-外部和σ-内部)进行调整。此外，所述照射器IL可以包括各种其它部件，例如积分器IN和聚光器CO。可以将所述照射器IL用于调节所述辐射束B，以在其横截面中具有所需的均匀性和强度分布。
所述辐射束B入射到保持在支撑结构(例如，掩模台MT)上的所述图案形成装置(例如，掩模MA)上，并且通过所述图案形成装置MA来形成图案。已经穿过掩模MA之后，所述辐射束B通过投影系统PS，所述投影系统PS将辐射束B聚焦到所述衬底W的目标部分C上。通过第二定位装置PW和位置传感器IF2(例如，干涉仪器件、线性编码器或电容传感器)的帮助，可以精确地移动所述衬底台WT，例如以便将不同的目标部分C定位于所述辐射束B的路径中。类似地，例如在从掩模库的机械获取之后，或在扫描期间，可以将所述第一定位装置PM和另一个位置传感器IF1(图1中未明确示出)用于相对于所述辐射束B的路径精确地定位掩模MA。通常，可以通过形成所述第一定位装置PM的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)的帮助来实现掩模台MT的移动。类似地，可以采用形成所述第二定位装置PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现所述衬底台WT的移动。在步进机的情况下(与扫描器相反)，掩模台MT可以仅与短行程致动器相连，或者可以是固定的。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准掩模MA和衬底W。尽管所示的衬底对准标记占据了专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间(这些公知为划线对齐标记)中。类似地，在将多于一个的管芯设置在掩模MA上的情况下，所述掩模对准标记可以位于所述管芯之间。
所示的设备可以用于以下模式中的至少一种中：
1.在步进模式中，在将掩模台MT和衬底台WT保持为基本静止的同时，将赋予所述辐射束B的整个图案一次投影到目标部分C上(即，单一的静态曝光)。然后，将所述衬底台WT沿X和/或Y方向移动，使得可以对不同目标部分C曝光。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单一的静态曝光中成像的所述目标部分C的尺寸。
2.在扫描模式中，在对掩模台MT和衬底台WT同步地进行扫描的同时，将赋予所述辐射束B的图案投影到目标部分C上(即，单一的动态曝光)。衬底台WT相对于掩模台MT的速度和方向可以通过所述投影系统PS的(缩小)放大率和图像反转特征来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了单一动态曝光中所述目标部分C的宽度(沿非扫描方向)，而所述扫描运动的长度确定了所述目标部分C的高度(沿所述扫描方向)。
3.在另一个模式中，将保持可编程图案形成装置的掩模台MT保持为基本静止，并且在对所述衬底台WT进行移动或扫描的同时，将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上。在这种模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在所述衬底台WT的每一次移动之后、或在扫描期间的连续辐射脉冲之间，根据需要更新所述可编程图案形成装置。这种操作模式可易于应用于利用可编程图案形成装置(例如，如上所述类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻术中。
也可以采用上述使用模式的组合和/或变体，或完全不同的使用模式。
图2是根据本发明的辐射源SO的实施例的示意图。辐射源SO包括阳极1、阴极2和位于阳极1和阴极2之间的放电空间4。阳极1和阴极2可以具有圆柱形状并且每一个可旋转地安装在各自的轴6、8上，在辐射源SO运行时通过轴驱动阳极1和阴极2，如Q和Q’所示。辐射源SO可以设置有框架，在框架上安装轴6、8，在图中为了清楚起见省略了框架。
如图3所示，辐射源SO可以包括供给装置10，其用于在阳极1和/或阴极2上或附近供给、形成和/或保持冷却和/或保护层12，以冷却和/或保护阳极1和/或阴极2。层12可以是表面层。供给装置10可以是包含液态锡的储液装置10(见图3)，在储液装置中阳极1和阴极2可旋转地安装。
如图4所示，供给装置10可以包括分别位于阳极1和/或阴极2附近的出口10’、10”。出口10’、10”可以配置成在阳极1和/或阴极2的旋转过程中分别直接将液体供给到阳极1和/或阴极2。出口10’、10”可以配置成让使用者设置供给到阳极1和/或阴极2的液体的流速，使得液体形成冷却和/或保护层12，以冷却和/或保护阳极1和/或阴极2。层12可以是表面层。
液态锡可以包含在合金中，例如包括Ga和锡的合金(例如GaInSn合金)，合金可以通过储液装置10、出口10’、10”或任何其他供给装置进行供给。几种这样的合金在室温条件下具有液体状态，因而不需要额外的为使合金达到液态的加热。
回到图2，辐射源SO还包括用于供给物质P(例如SnH4)到至少位于放电空间4附近位置的燃料供给装置14。燃料供给装置14还可以安装在支撑轴6、8的框架上。通过燃料供给装置14供给的物质的合适的可选方案包括但不限于锂、氙、锡和卤化锡(例如SnI2和SnCl2)。
在运行时，燃料供给装置14将物质P供给到放电空间4附近的位置处。在放电空间4中，脉冲电流流过放电空间4，每个脉冲在放电空间4中产生放电等离子体16。流过等离子体16的电流产生磁场，该磁场压缩等离子体。等离子体的压缩在放电空间4内引起高温、高密度等离子体。电能转换成等离子体温度和短波辐射，部分短波辐射具有大约13nm的波长。当辐射产生时，阳极1和阴极2旋转。在旋转过程中，供给装置10将液体供给到阳极1和/或阴极2的不同部分，从而冷却阳极1和/或阴极2并且保持层12。因而，可以一致地保护阳极1和阴极2不会受到由脉冲电流流过放电空间4带来的操作损坏。放电频率不会受到阳极1和/或阴极2的旋转速度的限制，因为阳极和/或阴极不需要供给燃料。
图5是辐射源SO的一个实施例的示意图。图5的实施例类似于图2中示出的实施例。然而，在图5的实施例中，燃料供给装置14包括燃料源13和构造并布置成从由燃料源供给的燃料中产生自由基R的自由基发生装置18。例如燃料可以是含H2的气体，或氢气，发生装置18可以是原子氢发生装置。发生装置18可以是位于燃料供给装置13附近的热丝，使得至少一部分H2将会通过热丝进行分解，从而产生原子氢(H)：
H2→2H
一部分原子氢可以被引导到阳极1和/或阴极2，在这里所述一部分原子氢将会与从阳极和/或阴极上冒出的液体锡或蒸汽锡反应形成SnH4：
Sn+4H→SnH4
在这个实施例中，燃料供给装置构造并布置成将所述物质的一个成分供给到放电空间，因为在运行过程中，所产生的SnH4可以充满放电空间4的至少一部分，并且在阳极1和阴极2之间会产生放电。
也可以结合另一固体锡板(在图中未示出)使用这种方法以产生SnH4，随后将SnH4引导朝向阳极1和阴极2。在这种情况中，原子氢发生装置和另一固体锡板形成燃料供给装置14。
还可以将图2和5中的实施例进行组合。例如，可以全部或部分地将原子氢引导朝向另一固体锡板，在这里产生SnH4。SnH4和剩余的氢原子随后被引导朝向阳极1和阴极2，在此处氢原子会产生额外的SnH4。
图3中的储液装置10可以用于在图5中的实施例的阳极1和/或阴极2上供给、产生和保持层12。图4中的一个或更多个出口10’、10”还可以用于图5中的实施例中。
虽然在本文中详述了光刻设备用在制造ICs(集成电路)，但是应该理解到这里所述的光刻设备可以有其他的应用，例如制造集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCDs)、薄膜磁头等。本领域技术人员应该认识到，在这种替代应用的情况中，可以将其中使用的任意术语“晶片”或“管芯”分别认为是与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。这里所指的衬底可以在曝光之前或之后进行处理，例如在轨道(一种典型地将抗蚀剂层涂到衬底上，并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、量测工具和/或检验工具中。在可应用的情况下，可以将所述公开内容应用于这种和其他衬底处理工具中。另外，所述衬底可以处理一次以上，例如为产生多层IC，使得这里使用的所述术语“衬底”也可以表示已经包含多个已处理层的衬底。
虽然以上已经做出了具体的参考，在光学光刻术的情况中使用本发明的实施例，但应该理解的是，本发明的实施例可以有其它的应用，例如压印光刻术，并且只要情况允许，不局限于光学光刻术。在压印光刻术中，图案形成装置中的拓扑限定了在衬底上产生的图案。可以将所述图案形成装置的拓扑压印到提供给所述衬底的抗蚀剂层中，在其上通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来使所述抗蚀剂固化。在所述抗蚀剂固化之后，所述图案形成装置从所述抗蚀剂上移走，并在抗蚀剂中留下图案。
这里使用的术语“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射，包括：紫外(UV)辐射(例如具有约365、355、248、193、157或126nm的波长)和深紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm范围的波长)，以及粒子束，例如离子束或电子束。
尽管以上已经描述了本发明的具体实施例，但应该认识到，本发明可以以与上述不同的方式来实现。例如，本发明可以采用包含用于描述一种如上面公开的方法的至少一个机器可读指令序列的计算机程序的形式，或具有存储其中的所述的计算机程序的数据存储介质(例如半导体存储器、磁盘或光盘)的形式。
上面描述的内容是例证性的，而不是限定的。因而，应该认识到，本领域的技术人员在不脱离以下所述权利要求的范围的情况下，可以对上述本发明进行修改。