使等离子体－生成的离子偏转以防止离子到达EUV光源的内部元件的系统和方法

摘要

一种用于保护EUV光源(20)的内部元件(30)免受在等离子体形成位置(28)上所产生且最初被引向内部元件(30)的离子(206a，206b)的影响的系统，所述系统包括：至少一个箔片(180)，插入在内部元件(30)和等离子体形成位置(28)之间，所述箔片具有一个基本上沿着从等离子体形成位置(28)到内部元件(30)延伸的线对准的表面(208a，208b)；以及磁源(200a，200b)，用于产生磁场(B2)以便于将离子(206a，206b)偏转到箔片表面(208a，208b)上。

说明书

相关申请专利

本申请要求2005年6月8日提交的美国专利申请11/148,021的优先权，并且是2003年4月8日提交的美国专利申请10/409,254的部分继续申请，其内容引用在此作为参考。本申请也涉及2004年3月10日提交的美国专利申请10/708,740，其内容引用在此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种远紫外(“EUV”)光源，该光源用于提供由源材料所产生的等离子体发出的EUV光并且该EUV光被收集和引导至焦点，以便用在EUV光源腔室之外，例如，用于波长大约20nm或者低于20nm的半导体集成电路制造光刻。

发明背景

远紫外(“EUV”)光，例如，具有约20nm或者低于20nm波长的电磁辐射和波长大约是13.5nm的入射光，可以用于光刻工艺，以便于在诸如硅片的基片中产生极其小的特性。

产生EUV光的方法包括，但并不限制于，将材料转换成等离子体状态，在该等离子体状态中具有处于EUV范围内发射的诸如氙、锂或锑的元素。这种方法中的一种方法时常被称之为放电产生等离子体(“DPP”)，在这种方法中，通过在一对电极之间的放电来产生等离子体。在另一种方法中，可以通过采用激光光束辐射目标材料，例如，具有所需光线发射元素材料的微滴、川流或集串，来产生所需要的等离子体。这一激光处理工艺被称之为激光产生等离子体(“LPP”)。

对于各种处理工艺来说，等离子体一般是在密封的容器中产生的，例如，是在真空腔室中产生的，并且可以使用各种类型的测量设备进行监测。除了产生EUV发射之外，这些等离子体加工工艺一般也会在等离子体腔室中产生一些所不需要的副产品，其中包括热量、高能量的离子以及等离子体形成过程中的散射碎片，例如，在等离子体形成处理过程中没有完全离化的原材料的原子和/或结块。

这些等离子体形成的副产品会潜在地损坏或者减小各种等离子体腔室内部元件的工作效率，这些腔室内部元件包括，但并不限制于，具有能够反射法线入射的EUV的多层镜面(MLM)和掠射角入射镜面的收集极镜面，测量检测器的表面，用于等离子体形成工艺的成像的窗口，并且在LPP的情况下，还包括激光输入窗口。热量、能量的离子和/或原材料碎片会以各种方法来损坏光学元件，包括：使它们发热，采用减小光传输的材料覆盖着它们，渗入到它们内部，以及，例如，损坏元件的整体性和/或光学性能，例如，镜面反射这类较短波长的光线的能力，腐蚀或侵蚀它们，扩散到它们内部和/或溅射表面材料。此外，某些光学元件，例如，激光输入窗口，构成真空腔室部分并因此当在等离子体腔室中存在着真空时置于压力下。对于这些部件来说，沉积和发热会构成元件的断裂，从而会导致真空破坏和增加修理的成本。

为了清洗或者替换元件，要取出在等离子体腔室内被污染或损坏的光学元件成本较多，费工费时。特别是，这些系统一般都相当复杂，在等离子体腔室被打开之后，在重新启动之前，等离子体腔室的清洗和抽真空都相当费时。这种长时间的加工工艺会对产品的生产产生不利的影响，并会降低光源的整体效率，光源一般都希望以很小或者没有停工期的方式进行工作。

为此，本发明披露了一种适用于偏转等离子体所产生的离子以防止离子到达EUV光源的内部元件的系统和方法。

发明内容

披露了一种用于保护EUV光源内部元件防止离子在等离子体形成位置上产生并且初始引向内部元件的系统。该系统可以包括多个插入在内部元件和等离子体形成位置之间的箔片，并且各个箔片的表面都基本对准于沿着从等离子体形成位置延伸到内部元件的各个线条。该系统还进一步包括产生磁场的部件，用于将离子偏转到箔片表面之一。内部元件可以是椭圆形收集极镜面，它用于定义等离子体形成位置所位于的轴向，并且磁场可以是一个基本均匀的磁场，并且在等离子体形成位置上磁力线的取向基本垂直于轴向。可以建立第二磁场，它垂直于第一磁场，并且其定位使得第二磁场所具有的磁力线取向在离开等离子体形成位置的非零距离的位置上基本垂直于轴向。

在本发明一个实施例的另一方面，用于保护内部EUV光源元件免受离子损坏的系统可以包括：静电栅格，放置在与离子相互作用的位置上以便于减小离子的能量；以及产生磁场的磁源，用于将减小能量的离子偏转到离子不会撞击内部元件的路径上。籍助于这些例子，在本发明一个实施例的一个方面，使用静电栅格与永久磁体一起来减慢离子，将能量减小的离子偏转至偏离收集极镜面，从而保护椭圆形收集极镜面免受在等离子体形成过程中所产生的2KeV离子的损坏。

在本发明一个实施例的还有一个方面，用于保护内部EUV光源元件免受在等离子体形成位置上所产生的离子的损坏的系统可以包括定位在离等离子体形成位置的距离为d处的栅格，其中等离子体形成位置发射出电子脉冲之后便是离子脉冲。该栅格可以与离子相互作用为取向并连接着调谐到谐振频率的电路，用于减小离子的能量。例如，谐振频率可以基本等于在1)当电子脉冲到达栅格的时间和2)当离子脉冲到达栅格的时间之间的时间延迟的倒数。

附图简要说明

图1显示了根据本发明一个方面的适用于产生等离子体EUV光源的整体大致概念的示意图；

图2显示了用于说明根据本发明一个方面椭圆形收集极镜面的EUV碎片屏蔽的一个实施例的示意图，该图从辐射起燃点来看收集极镜面；

图3显示了用于说明本发明一个实施例的另一方面的示意图，在该图中，静电栅格和磁场组合一起用于使离子偏转至偏离EUV光源的内部元件；

图4是图3所示实施例中所使用的静电栅格的投影视图；

图5显示了用于说明本发明一个实施例的另一方面的示意图，在该图中，连接着调谐电路的栅格可以用于减慢离子的速度；以及，

图6是适用于图5所示设备所使用的电路示意图。

具体实施方式

首先，参考图1，该图显示了根据本发明一个方面的示例性产生EUV光源的示意图，例如，激光产生等离子体EUV光源20。尽管本发明诸多方面是参考激光产生等离子体(LPP)来说明的，但是应该意识到的是，本发明等效应用于包括放电产生等离子体(“DPP”)的产生等离子体的其它类型光源，在共同拥有的美国专利No.6,815,700中披露了这一典型元件，该专利通过引用合并与此。

继续参考图1，LPP光源20可以包括脉冲激光系统22，例如，以高功率和高脉冲重复率工作的气体放电受激准分子或者分子氟激光，可以是MOPA构成的激光系统，正如美国专利No.6,625,191，6,549,551和6,567,,450所示。光源20也可以包括目标传递系统24，例如，以液体微滴、液体川流、固体微粒或者或集串、液体微滴中包含的固体微粒或者在液体川流中包含的固体微粒。通过目标传递系统24将目标传递到，例如，腔室26的内部或者等离子体形成位置28，而不是众所周知的起燃位置或者“点火球”的视野。

激光脉冲可以从脉冲激光系统22沿着光轴通过激光输入窗口57传递并且进入腔室26到达辐射的位置，进行适当的聚焦，以便于产生形成等离子体的起燃或者点火球，其中，等离子体具有取决于目标的源材料的某些特性。这些特性可以包括所产生的EUV光的波长以及在起燃过程中和/或之后由等离子体所释放的碎片的类型和数量。

光源也可以包括收集极30，例如，反射器，例如，采用去顶的椭圆形的形式，并具有允许激光通过和到达起燃位置28的孔径。收集极30可以是，例如，椭圆形镜面，它具有在起燃位置28上的第一聚焦已经在所谓中间点40(也称为中间聚焦40)上的第二聚焦，在这些位置上，EUV光从光源输出并且输入到，例如，集成电路光刻工具(未显示)中。

脉冲系统22可以包括双腔室，例如，主振荡器-功率放大器(“MOPA”)、气体放电激光系统，它具有诸如振荡器激光系统44和放大器激光系统48，还具有诸如用于振荡器激光系统44的磁反应开关脉冲压缩和时序电路50以及用于放大器激光系统48的磁反应开关脉冲压缩和时序电路52，还进一步具有用于振荡器激光系统44的脉冲功率时序监测系统54和用于放大器激光系统48的脉冲功率时序监测系统56。系统20还可以包括EUV光源控制器系统60，它也可以包括，例如，目标定位检测反馈系统62和起燃控制系统65，以及，例如，激光波束定位系统66。

系统20还可以包括目标定位检测系统，它可以包括一个或者多个微滴成像器70a并提供目标微滴的位置的输出表示，例如，相对于起燃位置的位置，并将其输出提供给目标位置检测反馈系统，它能够，例如，计算目标位置和轨迹，从中可以计算出目标的误差，如果在微滴上没有误差则基于微滴计算平均值。目标误差随后作为输入提供给系统控制器60，它可以，例如，向激光波束定位系统66提供激光位置，方向和时序校准信号，使得激光波束定位系统可以用于，例如，控制激光时序电路和/或控制激光定位和方向变化器60，例如，将激光波束的聚焦点变化到不同的起燃点28上。

目标传递控制系统90，响应来自系统控制器60的信号，可以，例如，根据目标传递机制的释放情况来改变目标微滴的释放点，从而校准目标微滴到达所需起燃位置28的误差。EUV光源检测器(未显示)也可以向系统控制器60提供反馈，它可以，例如，表示在激光脉冲在正确的位置和时间截取目标微滴以便于有效和高效地实现EUV光保护这种情况下的误差。

以下将图1所示示意图作更加详细地讨论，本发明一个实施例的一个方面可以包括适用于保护EUV光源内部元件的系统，如图1所示实施例的元件可以是收集极镜面30，它可以免受在等离子体形成中所产生的并且初始指向元件(例如，收集极镜面30)的离子的损坏。如图所示，该系统可以包括屏蔽180。例如，薄的陷阱，以及一个或者多个磁源，如图1所示，这对于图1所示的实施例可以是用于建立磁场B 1的第一对空间分开的激励线圈200a，b，和用于建立磁场B2的第二对空间分开的激励线圈202a，b(如图2A所示)。尽管所示的该系统在结构上可以保护EUV光源收集极镜面30的表面，但应该意识到的是，本文所讨论的系统可以用于保护在腔室26中的光学元件，该腔室26包括，但并不限制于，激光输入窗口57、适用于成像器70a，b的成像窗口，和/或测量监测器(未显示)的输入表面。

图2详细地显示了可以用于图1所示系统的薄的隔离屏蔽180。特别是，图2显示了收集极30和屏蔽180的示意图，该图可以从中间聚焦40的有利点看到椭圆收集极镜面30。正如图2所示，椭圆形收集极镜面30在镜面的剖面上是圆形的，并且如图1所示，可以定义包括椭圆形镜面30聚焦点28的轴向204。

椭圆形镜面也可以具有孔径152，例如，在图2中所示的圆形，以便于允许LPP激光波束154，例如，通过聚焦光学聚焦，通过镜面30进入到希望在椭圆形镜面聚焦上的起燃点28。孔径152也可以是，例如，较多截取的波束轮廓，例如，一般是在需要范围内的矩形，如果改变波束的光学路径，就能够根据所采用的控制系统的类型来校准在起燃位置上的激光波束的聚焦。

也正如图1和图2所示，显示根据本发明一个实施例的一个方面的箔隔离碎片屏蔽180。碎片屏蔽180可以由多个箔片所构成，标为182a-c的典型平板是由，例如，薄的钼箔所制成的。正如图2所看到的，各个箔片182a-c基本上是从轴向204径向向外延伸的，并如图1所示，碎片屏蔽180的各个薄的判可以插入在起燃位置28和收集极镜面30之间。在图2中还可以看到，光传输通道(典型的通道被标为184a-c)可以建立在各对相邻箔片182a-c之间，以便于允许EUV光通过碎片屏蔽180。尽管如图2所示的屏蔽180包括二十八层箔片，但应该意识到的是，也可以采用多于二十八层的箔片和只有一层的箔片。增加箔片可以，在某些情况下，导致更大的碎片俘获，然而，箔片的增加也会减小通道的尺寸，并因此允许较少的EUV光通过屏蔽180(值得注意的是，希望尽可能少的阻挡等离子体所发射出的EUV光)。

交叉参考图1和图2，可以看到在碎片屏蔽18中的径向对准的通道182a-c的功能。径向的通道如图1所示，并且说明了旋转对称的碎片屏蔽180。图1显示了由起燃位置28发射出的两个EUV光射线190a，b的典型路径。如图所示，各个射线从起燃位置28开始发出并且可以通过在碎片屏蔽180中的通道，这如图1所示，如果需要，可沿所有的方面延伸至收集极镜面1 50的反射表面，一旦以任意入射角度撞击倒椭圆形镜面150的表面，射线190a就会在相同的通道180中发射回去，成为反射射线192a并且引向中间聚焦40。

图2说明了在磁场B1和B2影响下的两个离子的典型轨迹。如图所示，离子206a在去收集极镜面30的轨迹上离开等离子体形成位置28，并且可以由磁场B1偏转到箔片184d的表面，且离子可以俘获在该表面上。在另一方面，由于磁场B1的对准，仅仅是磁场B1不能将所有的离子偏转到水平屏蔽180。相反，对于某些离子轨迹，例如，所示的离子206b，磁场B1的效果仅仅只是加上离子进入收集极镜面30。然而，如图所示，第二磁场B2可以对准，用于将离子206b偏转到箔片184e的表面208b，且离子可以俘获在该表面上。对于所示的实施例而言，磁场B1可以是一个基本均匀的磁场且所具有的磁力线的取向在等离子体形成的位置28上基本垂直于轴向204。当使用第二磁场B2时，第二磁场B2可以垂直于第一磁场B1建立，并且定位在第二磁场B2所具有的磁力线取向在离开等离子体形成位置28的距离上基本垂直于轴向204，正如图1所示。在某些情况下，第二磁场B2可以稍微比第一磁场B1弱些。从数值上看，对于设置在离开等离子体形成位置28大约20cm的收集极，计算建议小于100高斯的相当较小的磁场可以对偏转在碎片屏蔽中的2KeV离子提供足够的横向运动，其中碎片屏蔽具有大约2mm宽的通道且宽幅比为大约50。这种场可以在相对较大的体积中建立，例如，使用冷却线圈。这可以预大约1特斯拉的场强相比拟，这也是足够将所有2KeV离子，不包括碎片屏蔽，偏转到不会被收集极镜面所截取的轨迹上所必需的。

图1也显示了该系统还进一步包括气源210，用于将气体分子，例如，将氦气或者氩气，引入到在等离子体形成位置28和收集极镜面30之间的腔室26中。在使用中，气体分子可以与在等离子体形成位置上所产生的等离子体碎片粒子(电荷或者中子)发生碰撞并引向收集极镜面30。这些碰撞可以减慢粒子的速度和/或将粒子偏转到碎片屏蔽180的箔片182，防止收集极镜面30的表面累积碎片。

图3是说明本发明一个实施例的另一方面的示意图，在该图中，静电栅格300可以与一个或者多个磁场B’，B”组合一起用于偏转离子，例如，将在等离子体形成过程中所产生的离子偏转到EUV光源内部元件之外，例如，在图3所示的实施例中，该EUV光源的内部元件是用于将EUV光射线192a’-c’反射到中间聚焦的收集极镜面30’。尽管系统具有如图所示的结构，该结构保护EUV光源收集极镜面30’的表面，但应该意识到的是，本文所讨论的系统可以用于保护在腔室26’中其它光学元件，在该腔室中巴克，但并不限制于，激光输入窗口57’，用于成像的成像窗口和/或测量监测器(未显示)的输入表面。

在结构上，如图3所示，充电的栅格300可以定位在等离子体形成位置28’和收集极镜面30’之间，并且当离子通过栅格300(也参见图4)时具有减小离子能量(减小离子的速度)。如图所示，该系统可以包括已和或者多阿磁源302a-d，用于在栅格300和收集极镜面30’之间建立一个或者多个磁场B’，B”。在某些情况下，离子通过栅格可以得到足够的减速，使得适中的磁场能够将减慢的离子偏转离开收集极镜面30。于是，对于某些实施例而言，磁源302a-d可以是激励线圈、永久磁体或者其两者的组合。

图3说明了离开等离子体形成位置28’在引向收集极镜面30’路径上的离子304的典型轨迹。更具体地说，典型的离子304初始以非零的速度分量v引向轨迹，该速度分量正交于磁场B’和激光轴向306(例如，离子在该页平面以外飞行)。如图所示，离子304可以通过栅格300且在栅格处减慢速度，并随后进入到离子与一个或者多个磁场B’，B”相互作用的区域。在磁场B’和B”的影响下，离子304可以根据下列已知的公式偏转离开收集极镜面30’：

F＝qv×B

式中：F是偏转力，黑体表示矢量，q是离子电荷。

图5说明了本发明一个实施例的另一方面，其中，栅格300”可以离开等离子体形成位置28”的距离“d”来定位。一旦等离子体形成之后，在激光脉冲和目标之间的相互作用，使得电子脉冲400可以从位置28”发射并以平均速度V_e飞行，后随着以平均速度V_ion飞行的离子脉冲402’，这里V_e＞V_ion。对于栅格300’而言，定位在离开位置28”的距离“d”上，离子402在电子400之后到达栅格300’并且建立在到达栅格300’的电子脉冲和离子脉冲之间的时间延迟t。

图6显示了栅格300’，它可以电性能连接着电路且该电路具有开关404、电容器406和电源408。该电路可以在栅格300’上保持预先选择的电压，并且包括x电容器406，该电容器可以通过低阻抗耦合着栅格300’并且充电到所需的栅格电势上。电容器406的电容可以选择为将电路调谐到谐振频率上，该频率基本等于在到达栅格的电子脉冲和离子脉冲之间的时间延迟的倒数。采用这种结构，由栅格300’所建立的电子场可以在瞬时频率贯穿单个周期，并且栅格300’可以预离子402相互作用，以减小离子的能量。特别是，根据栅格电势和离子能量，栅格300”可以减慢、停止或者转向离子402。在一个实施例中，电路中驱动的电流可以被所通过的、集束的电子所消耗，并因此，离子404可以被电路电流的反向EMF减慢。另外，栅格300’可以采用外部振荡器以相反的行为来驱动，使得在离子能量脉冲中的能量被衰减(参见图6)。在这后一种情况中，在离子还没有存在于栅格300’附近的周期内，开关404是开路的，以减小在栅格300’和等离子体腔室壁410之间的短路。第二个接地的栅格(未显示)可以定位在栅格300”的附近，用于减小和在某些情况下消除短路。

以适当的距离d来连接栅格300’的实例显示：当电容器的数值是在0.1μf的范围内时，具有大约2.3KeV平均初始能量的Sn离子被栅格明显减慢。这对应于大约1Mhz的谐振频率。在采用脉冲激光源在形成位置建立激光产生等离子体的情况下，电路与脉冲激光源同步。减慢的离子可以被建立在栅格和内部元件之间的磁场偏转离开内部元件(参见图3)。在某些情况下，减慢的离子可以偏转到箔隔离碎片屏蔽中(参见图1和2)。

业内熟练的技术人员应该理解的是，以上所披露的本发明实施例的各个方面旨在仅仅提供较佳实施例，并不以任何方式限制于本发明的披露范围，特别是仅仅限制于较佳实施例。业内熟练技术人员还应理解和意识到的是，可以对本发明所披露的实施例的各个方面作出许多变化和改变。内业熟练技术人员应该意识到：所附的权利要求书旨在范围和含义上不仅覆盖本发明实施例的各个方面，而且还包含这类等效和其它改变和变化。