具有箔俘获的激光产生的等离子辐射系统

摘要

一种辐射系统，在收集器例如法线入射收集器和(等离子)光源之间设置有箔俘获，使得来自光源的辐射两次通过箔俘获。一次在照射到收集器之前，第二次在被收集器反射之后。这个结构在过去认为是不可能的。因为箔俘获包括与来自光源的辐射和被收集器反射的辐射平行的薄片，辐射不被箔俘获遮挡。这样，应用等离子产生的光源的法线入射收集器能够防止不受到来自EUV源的碎片。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于提供辐射投射光束的辐射系统，包括：

-  辐射源；

-  用于将来自辐射源的辐射聚焦的收集器；

-  用于俘获来自于辐射源的污染粒子的污染挡板，箔俘获(foil trap)设置在辐射源和收集器之间，以致通过来自辐射源的辐射。

本发明也涉及一种光刻投射装置，包括：

-  上述辐射系统；

-  用于支撑构图装置的支持结构，构图装置用于依照期望的图案将投射光束构图；

-  用于容纳基底的基底台；以及

-  用于投射构图的束到基底靶部分的投射系统。

最后，本发明涉及一种装置制造方法，包括以下步骤：

-  提供基底，其至少部分地被辐射敏感材料层覆盖；

-  用上述辐射系统提供辐射的投射光束；

-  用构图装置使投射光束的横截面上具有图案；以及

-  将构图的辐射束投射到辐射敏感材料层的靶部分上。

背景技术

这里使用的术语“构图装置”应广义地解释为能够给入射的辐射光束赋予带图案的截面的装置，对应于要在基底的靶部分上产生的图案；本文中也使用术语“光阀”。一般地，所述图案与在靶部分中形成的器件中特殊功能层相对应，如集成电路或者其它器件(如下文)。这种构图装置的示例包括：

-  掩模。掩模的概念在光刻中是公知的，它包括如二元、交替相移、和衰减相移的掩模类型，以及各种混合掩模类型。这种掩模在辐射光束中的布置导致根据掩模上的图案，入射到掩模上的辐射而选择性的透射(在透射掩模的情况下)或者反射(在反射掩模的情况下)。在掩模的情况下，支撑结构一般是掩模台，它保证了掩模被保持在入射辐射束中的所需位置，并且如果需要该台会相对光束而移动。

-  可编程镜面阵列。这种设备的一个例子是具有粘弹性控制层和反射表面的矩阵可寻址表面。这种装置背后的基本原理是(例如)反射表面的寻址区域将入射光反射为衍射光，而非寻址区域将入射光反射为非衍射光。用适当的滤光器，从反射束中可以滤除所述非衍射光，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成为图案。可编程镜面阵列的另一实施方案利用微小镜面的矩阵排列，通过施加适当的局部化电场，或者通过使用压电激励装置，使得其每一个能够单独地围绕一轴倾斜。再者，镜面是矩阵可寻址的，由此寻址镜面以不同于非寻址镜面的方向将入射的辐射束反射；按照这种方式，根据矩阵可寻址镜面的寻址图案对反射光束进行构图。可以用适当的电子装置进行该所需的矩阵寻址。在上述两种情况中，构图装置可包括一个或者多个可编程镜面阵列。关于镜面阵列的更多信息可以从例如美国专利US 5,296,891、美国专利US 5,523,193、PCT专利申请WO 98/38597和WO 98/33096中获得，这些文献在这里引入作为参照。在可编程镜面阵列的情况中，所述支撑结构可以是例如框架或者工作台，其根据需要可以是固定的或者是可移动的；以及

-  可编程LCD阵列。例如由美国专利US 5,229,872给出的这种结构，它在这里引入作为参照。如上所述，在这种情况下支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。

为简单起见，在特定的情况下，本文的其余部分可以具体地本身涉及包含掩模和掩模台的示例；可是，在这样的例子中所讨论的一般原理适用于上述更宽范围的构图装置。

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，构图装置可产生对应于IC一个单独层的电路图案，该图案可以成像在已涂敷有辐射敏感材料(抗蚀剂)层的基底(硅晶片)上的靶部分上(例如包括一个或者多个管芯)。一般的，单一晶片将包含相邻靶部分的整个网格，该相邻靶部分经由投射系统一次一个地连续辐射。在目前采用掩模台上的掩模进行构图的装置中，可以区别两种不同类型的机器。在一类光刻投射装置中，通过将全部掩模图案一次曝光在靶部分上而辐射每一靶部分；这种装置通常称作晶片步进器或者分步重复装置。在另一种装置中——通常称作分步扫描装置——通过在投射光束下沿给定的参考方向(“扫描”方向)渐进地扫描掩模图案、并同时平行或者反平行于该方向同步扫描基底台，辐射每一靶部分；因为一般来说，投射系统有一个放大因数M(通常＜1)，因此基底台被扫描的速度V是对掩模台扫描速度的因数M倍。关于如这里描述的光刻设备的更多信息可以从例如美国专利US 6,046,729中获得，该文献这里作为参考引入。

在用光刻投射装置的制造方法中，(例如在掩模中的)图案成像在至少部分由一层辐射敏感材料(抗蚀剂)覆盖的基底上。在这种成像步骤之前，可以对基底可进行各种处理，如涂底料，抗蚀剂涂敷和软烘焙。在曝光后，可以对基底进行其它的处理，如曝光后烘焙(PEB)，显影，硬烘焙和测量/检查成像特征。以这一系列工艺为基础，对例如IC的器件的单独层进行构图。这种构图的层然后可进行各种处理，如蚀刻、离子注入(掺杂)、金属化、氧化、化学-机械抛光等，所有这些都是要完成一单独层。如果需要多层，那么必须对每一新层重复全部步骤或者其变化。最终，在基底(晶片)上呈现器件阵列。然后采用例如划片或者锯割的技术将这些器件彼此分开，从而单独的器件可以安装在载体上、与管脚连接等。关于这些步骤的进一步信息可从例如Peter van Zant的“Microchip Fabrication：APractical Guide to Semiconductor Processing)”(第三版，McGraw HillPublishing Co.，1997，ISBN 0-07-067250-4)中获得，这里作为参考引入。

为了简单起见，投射系统在下文称为“透镜”；可是，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操作的部件，用于引导、成形或者控制辐射投射光束，这种部件在下文还可共同地或者单独地称作“透镜”。另外，光刻装置可以是具有两个或者多个基底台(和/或两个或者多个掩模台)的类型。在这种“多级”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。例如在美国专利US 5,969,441和WO 98/40791中描述的双级光刻装置,这里作为参考引入。

如在导言中描述的辐射系统在例如美国专利US 6,359,969 B1中公知。辐射系统包括箔俘获，其中当从辐射源观察时，每个薄片(lamella)基本上指向辐射方向中。这样，从辐射源出来的辐射不会(或是少量的)被薄片遮挡，然而从辐射源出来的碎片被捕获在薄片上。换句话说，薄片以辐射源的位置处的焦点聚焦。

直到现在，在激光产生的极紫外(EUV)源供应中，大多数意见认为不可能应用箔俘获技术来保护法线入射(NI)收集器不受光源产生的碎片的影响。这个原因是由于以下事实：从辐射源产生的EUV束不得不通过箔俘获两次，也就是第一次从辐射源到法线入射收集器，然后第二次，作为反射束，从NI-收集器离开。如美国专利US 6,359,969 B1所描述的，这就不可能使用其中所有的薄片聚集在一个特定点上的箔俘获。

发明内容

本发明的目的是在具有法线入射收集器的辐射系统中引入箔俘获。依照本发明，在开头段指定的辐射系统中实现这一目的，其特征在于将收集器设置成使收集器反射的辐射通过污染挡板，且其中污染挡板包括多个设置在各个平面中的薄片，其平行于反射辐射的传播方向。污染挡板，即箔俘获这样设置，以便光通过箔俘获两次，并具有薄片的最小遮挡。众所周知的箔俘获具有聚焦到光源的薄片，以致光能够仅仅通过箔俘获一次。

在第一实施例中，收集器设置为以致来自辐射源的入射辐射基本垂直于收集器的表面，收集器具有一个弯曲内表面，限定具有第一和第二焦点的假想椭圆形，辐射源位于第一焦点，其中薄片的各个平面都相交于通过第一和第二焦点的线。在这个实施例中，收集器被成为法线入射(NI)收集器。辐射系统能够在第二焦点中产生辐射的聚焦光束，而箔俘获保护收集器不受来自辐射源的粒子的污染。

在特定的实施例中，辐射源包括激光产生的等离子源。激光产生的等离子源实际上是“自立式(free standing)”点源，以致被NI-收集器反射的辐射不会被产生辐射的任意设置而遮挡。

在另一个实施例中，污染挡板包括用于支撑薄片的外部环，外部环具有最小直径，以便这个外部环处在收集器的圆周和第二焦点形成的圆锥的外面。这样，外部环在光束之外，反射辐射不会以任何方式都外部环所遮挡。

在另一个实施例中，外部环成形为圆锥的切片，圆锥的顶点在接近辐射源的位置。这样，外部环面对源的表面最小，以致外部环中产生的热量保持最小。

污染挡板也可以包括用于支撑薄片的内部环，内部环成形圆锥的切片，圆锥的顶点在接近辐射源的位置。内部环需要尽可能小以致不遮挡辐射束；内部环尺寸的最低限度是有足够可用的空间以支撑薄片。在这种情况下优选锥形环。    

本发明也涉及光刻投射装置，包括：

-  根据上述的辐射源；

-  支撑构图装置的支撑结构，构图装置依照期望的图案将投射光束构图；

-  支持基底的基底台；以及

-  用于将构图后的光束投射到基底靶部分的投射系统；   本发明也涉及到一种设备制造方法，包括：

-  提供基底，其至少部分地被辐射敏感材料层所覆盖；

-  用如上所述的辐射系统提供投射辐射光束；

-  用构图装置赋予投射光束的横截面上一个图案；以及

-  将构图后的辐射光束投射到辐射敏感材料层的靶部分。

尽管在本申请中，具体参考了使用本发明的装置用于制造IC，但是应该明确理解这些装置可能具有其它应用。例如，它可用于制造集成光学系统、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“分划板”，“晶片”或者“管芯”的使用应认为分别可以由更普通的术语“掩模”，“基底”和“靶部分”代替。

在本文件中，术语“辐射”和“束”用于包含所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如具有365、248、193、157或者126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm范围的波长)，和粒子束，如离子束或者电子束。

附图说明

现在仅通过举例的方式，参照附图描述本发明的实施方案，在图中相应的附图标记表示相应的装置，其中：

图1示意性地表示根据本发明实施方案的光刻投射装置；

图2为依照本发明的辐射系统的部分侧视图；

图3所示分别为图2所示箔俘获的前视图和横截面图；

图4所示分别为箔俘获的另一个实施例的前视图和横截面图；

图5A所示为依照现有技术的箔俘获薄片的平坦表面的横截面图；

图5B所示为依照现有技术的箔俘获薄片的粗糙表面的横截面图；

图5C、5D所示为依照本发明的箔俘获薄片的粗糙表面的横截面图；

图6所示为内部具有棒形磁体、用于产生径向磁场的箔俘获的一个例子；

图7所示为图6磁体的细节描述图；以及

图8所示具有带电薄片以产生电场的箔俘获。

具体实施方式

图1示意性地表示了根据本发明的实施方案的光刻投射装置。该装置包括：

-  辐射系统Ex、IL，用于提供辐射投射光束PB(例如EUV辐射)。在该具体例子中，该辐射系统还包括辐射源LA；

-  第一目标台(掩模台)MT，设有用于容纳掩模MA(例如分划板)的掩模支架，并连接至第一定位装置PM用于将掩模相对于物体PL精确定位；

-  第二目标台(基底台)WT，设有用于容纳基底W(例如涂敷抗蚀剂的硅晶片)的基底支架，并连接至第二定位装置PW与用于将基底相对于物体PL精确定位；

-  投射系统(“透镜”)PL(例如镜面)，用于将掩模MA被照射的部分成像在基底W的靶部分C(例如包括一个或多个管芯)上。

如这里指出的，该装置属于反射型(即具有反射掩模)。可是，一般来说，它还可以是例如透射型(具有透射掩模)。另外，该装置可以利用其它种类的构图装置，如上述涉及的可编程镜面阵列类型。

辐射源LA产生EUV辐射束。该光束直接地或穿过如光束扩展器Ex的调节装置后，馈送到照射系统(照射器)IL上。照射器IL可以包括调整装置AM，用于设定光束强度分布的外和/或内径向范围(通常分别称为σ-外和σ-内)。另外，它一般包括各种其它组件，如积分器IN和聚光器CO。按照这种方式，照射到掩模MA上的光束PB在其横截面上具有期望的均匀度和强度分布。

应该注意关于图1，辐射源LA可以置于光刻投射装置的壳体中，但也可以远离光刻投射装置，其产生的辐射束被(例如借助于合适的导向镜)引导至该装置中。

光束PB然后截取固定在掩模台MT上的掩模MA。穿过掩模MA后，光束PB通过透镜PL，该透镜将光束PB聚焦在基底W的靶部分C上。在第二定位装置PW(和干涉测量装置IF)的辅助下，基底台WT可以精确地移动，例如将不同的靶部分C定位在光束PB的路径中。类似的，例如在从掩模库中机械地取出掩模MA后或在扫描期间，可以使用第一定位装置PM将掩模MA相对光束PB的路径进行精确定位。一般地，用图1中未明确显示的长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)，可以实现目标台MT、WT的移动。可是，在晶片步进器的情况中(与分步扫描装置相对)，掩模台MT可与短行程激励器连接，或者可以固定。可以用掩模对准标记M1、M2和基底对准标记P1、P2对准掩模MA和基底W。

所示的装置可以按照二种不同模式使用：

1.在步进模式中，掩模台MT基本保持固定，整个掩模图像被一次(即，单“闪”)投射到靶部分C上。然后基底台WT沿x和/或y方向移动，以使不同的靶部分C能够受到光束PB的照射；以及

2.在扫描模式中，基本采用相同的情况，除了给定的靶部分C没有暴露在单“闪”中。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可移动，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＝Mv同时移动，其中M是透镜PL的放大率(通常M＝1/4或1/5)。在这种方式中，可以曝光相对大的靶部分C，而没有牺牲分辨率。

图2为依照本发明的实施例，包括M收集器22(M＝法线入射)和箔俘获24的辐射系统20的横截面示意图。NI收集器22的内部表面是弯曲的以定义椭圆体26。椭圆体26包括如图2所示两个焦点28，30。辐射源32位于最接近M收集器22的焦点28。在一个实施例中，辐射源32包括激光产生的等离子体源32。在图2中，EUV射线34、36通过NI收集器聚焦在焦点30。入射光线34由辐射源32发射，并照射在NI收集器22上。箔俘获24处于辐射源32和M收集器22之间。所以，入射光线34在其通向NI-收集器22的路径上第一次通过箔俘获24。被NI收集器22反射之后，入射光线34变成反射光线36，其在通向焦点30的路径上通过箔俘获24。所以辐射通过箔俘获24两次。注意，入射光线34和反射光线36位于与穿过焦点28和30的线相交的平面上。由于箔俘获24的设置，箔俘获24不会遮挡辐射。

图3所示分别为箔俘获24的前视图和横截面图。箔俘获24包括外部环40和内部环42用于支撑薄片44。外部环40具有最小直径，以致外部环40设置在由M收集器22的圆周和焦点30形成的圆锥之外。注意到在图2中该圆锥由EUV光线36描述。这样，外部环40不会遮挡任何出入NI收集器22的辐射。图3也展示了箔俘获24的横截面。在这个实施例中，薄片44基本上是矩形的。内部和外部环40、42是圆柱形的。这样，就设置了非常简单的箔俘获。

图4所示分别为箔俘获50的另一个实施例的前视和截面图。箔俘获50包括多个曲面薄片51。箔俘获50进一步包括内部环53和外部环55。内部环53和外部环55成形为如圆锥的切片，其中外部环55的最小直径do大于内部环53的最大直径di。两个圆锥形环53、55共用相同的主轴54。更进一步，环53、55的表面指向一个中心点57。在辐射系统20中，辐射源32近似地设置在环53、55的中心点57上。该位置57也与NI收集器20的第一焦点28相对应。圆锥形内部和外部环53、55以其边缘面对辐射源。这就意味着几乎没有辐射将会照射到环53、55，以致使得环53、55产生的热量最小化。圆锥形内部环53的进一步优点为，由于其遮挡来自NI收集器22的辐射，因此该环就需要尽可能的小。但是如果内部环53太小，将不可能连接薄片51到内部环53。注意，薄片51具有某一厚度，以致如果内部环53的表面很小，则附着到内部环53的薄片的数目受到限制。如果内部环53为圆锥形，则内部环53的平均直径可以很小，同时最大直径，即在NI收集器面对内部环53侧面处的直径可以足够大以接收所有的薄片51。

在一个实施例中，薄片51的内和外边缘在它们各自的平面内是弯曲的，以致离辐射源32的最近的边缘基本上是圆形的，如图4所示。这样，面对薄片51的边缘的辐射源距离辐射源32是等距的，反过来，这导致薄片51的均匀加热，有利于使薄片51中的机械应力最小化。

如上面提到的，环40、42、53、55支撑薄片，以便入射和反射光线34、36尽可能地不被遮挡，即支撑结构(即，环)保持在光束之外。注意，箔俘获42、50主轴附近的仅仅小部分辐射被箔俘获24、50的内部环42、53阻挡。本领域技术人员应该很清楚，外部环40、55通过壁或是其他类型的结构支撑。不过，内部环42、53也可以是自由的，即，仅仅通过薄片44、51支撑/定位。

通过使薄片粗糙，在光刻设备中来自辐射源的快速粒子(例如Xe粒子)的抑止显著地增加。今天的箔俘获设计不会有助于抑制，即，去除和/或减慢辐射源发射的快速Xe粒子。

首先，这是因为Xe的粘附几率约为零(代替接近于1的原子钼或钨)。第二，快速Xe粒子或者根本不会遇到箔俘获的薄片，或者它们以一个非常的掠射角(如同它们沿着从辐射源的直线路径，就像光)与薄片撞击，在这种情况下，它们主要地被镜面反射(没有显著的动能损失)，如图5A。

粗糙结构能够相当容易地制造。通过有规则的喷砂处理可以获得粗糙表面。应该注意，目前所用的小板(platelet)是由非定制的薄片金属切割而成的，其本身具有相当大的表面粗糙程度。由于粗糙的表面，与平坦表面相比，Xe粒子的反射减少。尽管如此，如图5B，Xe粒子还将从这种表面反射。

因此，本发明另一方面中，提供的箔俘获包括薄片，其表面是锯齿形。在实施例中，薄片表面构造为像锯齿形。这个观点是基于这一事实，即以掠射入射角的快速Xe粒子在表面上反射离开，而更加垂直入射的粒子被吸收。通过制造薄片的表面，使Xe粒子很少地以掠射角撞击到表面上，大部分Xe粒子被吸收、或者停止(失去动能)，因此用于减小了对于下游光学系统的溅射问题。在图5C中给出这种表面的该变型的概略图。

在通过快速Xe粒子溅射时，表面的最初结构随时间而变。然而，众所周知，当暴露于快速粒子，尤其是用于类似金属的易延展材料时，表面粗糙度增大。进一步，需要仅仅确保最少量的溅射材料再次沉淀在光学装置上。

在图5D中描述的表面结构一个特殊实施例能够使该问题最小化，由于溅射材料的再次沉淀将主要发生在表面的凹槽中。

在图5C中所示的所构造薄片的缺点是Xe粒子的吸收导致薄片的溅射，而对于平坦表面，溅射是最小的。然而，薄片主要在箔俘获的入口(即，辐射源面对侧)溅射，因此，假定箔俘获的导管的高孔径比，溅射材料到达光学系统的可能性很小。

图5C和5D的规则结构能够用金刚石加工、定向等离子体蚀刻、或者甚至复制方法制造。例如，用金刚石尖刮刻表面，如刻光栅一样，是相对容易的。另一个观点是“印戳”，如用铸造实现一样。从实际的观点看，粗糙表面(图5B)是最容易实现的。

注意，美国专利US 6,359,969 B1也提到薄片表面的粗糙化，但是并没有公开粗糙化的外观如何，也没有说明如何实现。

为了使箔俘获更加有效，快速Xe粒子应该击中薄片。为了确保这样，可以给定粒子速度中的方位角分量。因此，依照本发明的进一步的方面，提供箔俘获，其中将力场施加到通过箔俘获的薄片的粒子。在一个实施例中，力场为径向磁场，导致一个方位角洛伦兹力施加到Xe粒子上。径向磁场可以以箔俘获中心中的棒形磁体产生。另一种可能性是以电磁体产生径向磁场。

图6所示为在箔俘获的内部环84中具有棒形磁体82的箔俘获80。薄片90通过内部环84和外部环86支撑。图7所示为棒形磁体82的细节描述。安装棒形磁体，使其在箔俘获的源侧有一个磁极，在箔俘获的收集器侧有一个磁极。注意，磁体的磁极附近的磁场是径向的。该径向磁场产生洛伦兹力F，如图6，施加到通过的带电粒子上，类似带正电的Xe粒子。所以，粒子将会得到方位角的速率分量。这将增加击中薄片90的Xe粒子数目，如图6。其他磁体结构也是可能的，例如类似马蹄形磁体，具有一个磁极在光学轴上，另一磁极在箔俘获之外。在那种情况下，磁体在磁极之间应当非常薄，以使对穿过箔俘获的辐射的阻挡最小。

显然，代替“非聚焦箔俘获”，在箔俘获中或靠近箔俘获应用磁场的原理也应用于其他箔俘获，类似在美国专利US 6,359,969 B1所描述的“聚焦”箔俘获。但是现在，代替在Xe粒子上实现方位角洛伦兹力，必须实现径向洛伦兹力。

在另一实施例中，力场包括由薄片产生的电场，其交替地带正电和负电。在这个实施例中，薄片可以形成为如图3或图4所描述的，但是其他结构也是可能的。如图8中，所示为箔俘获100的一个实施例，其中当从箔俘获100的主轴观察时，薄片101、102径向地被引导。薄片101、102由内部环104和外部环106支撑。薄片101、102交替地带正电或负电。在图8中，薄片101带负电，薄片102带正电。薄片101、102的带电可以通过施加恰当的电压来实现，这在本领域技术人员看来是很清楚的。在图8中，电场的方向由向量E所示。例如，电场将导致带正电Xe粒子在带负电的薄片101的方向上转变方向。这就增加了击中箔俘获100的薄片101的Xe粒子数目。

虽然上面已经描述了本发明的具体实施例，但应当理解，可以以除上述之外的其它方式实施本发明。所作的描述对本发明不起限制作用。例如，处于辐射源32的相反侧的第二箔俘获也是可能的。第二箔俘获将捕获其他数量的碎片。如图2所示，这将使焦点30方向上的碎片最小化。最后，应该注意的是本发明不仅限于椭圆形形状的收集器。对于本领域技术人员来说显然其他曲面的收集器也是可以的。