CN101606442B - 具有轴向磁场的辐射源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种等离子体辐射源、形成等离子体辐射的方法、用于将图案从图案形成装置投影到衬底上的设备和器件制造方法。将图案化的辐射束投射到衬底上。反射光学元件被用来帮助将从等离子体源的等离子体区域发射的辐射形成为辐射束。在等离子体源内，在等离子体区域内产生等离子体电流。为了减小对反射光学元件的损坏，在等离子体区域内提供具有至少一个沿等离子体电流的方向取向的分量的磁场。该轴向磁场有助于限制等离子体的Z箍缩区域的破坏。通过限制这种破坏，发射的快速离子的数量可以被减少。

Description

具有轴向磁场的辐射源
技术领域
本发明涉及一种等离子体辐射源、一种用于使用等离子体辐射源形成辐射束的设备(在实施例中是所述设备是光刻设备)、一种用于形成等离子体辐射的方法和一种器件制造方法。 
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。可以将该图案转移到衬底(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同步地扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。也可能通过将图案压印(imprinting)到衬底上的方式从图案形成装置将图案转移到衬底上。 
美国专利申请出版物US 2004-0105082描述了使用等离子体源以产生辐射，用于形成图案化的束以将图案转移到衬底上。在一个实施例中，描述了等离子体的Z箍缩效应如何影响辐射的产生。简要地说，Z箍缩涉及等离子体电流和由该等离子体电流感应的方位磁场(也就是，相切于垂直等离子体电流的平面内的回路(circle)取向的磁场)。方位磁场导致作用 在等离子体携带的放电电流上的力。该力被引导到放电的中心轴向上。结果，具有电流的等离子体被压缩(箍缩)并且来自等离子体的辐射的强度由于箍缩区域升高的焦耳热而升高。该辐射适用于EUV光刻。 
在EUV光刻设备中，反射元件(例如，形状构造成具有聚焦效果等的反射镜)被用来将由Z箍缩等离子体电流发射的辐射形成束，以用该束照射图案形成装置并且将来自图案形成装置的图案化的束投影到衬底上。 
除了EUV辐射，Z箍缩等离子体还发射快速离子。不幸的是，这些快速离子会引起光刻设备中的反射元件的损坏。 
发明内容
本发明旨在例如减小使用Z箍缩等离子体产生辐射束的光刻设备中光学元件的损坏。 
根据本发明的一方面，提供一种等离子体辐射源，包括：限定一个区域的阳极和阴极，在所述区域内所述阳极和所述阴极之间产生等离子体电流；和磁体，所述磁体构造成在所述区域内产生具有至少一个沿所述阳极和所述阴极之间的所述等离子体电流的方向取向的分量的磁场。 
根据本发明的一方面，提供一种用于将图案形成装置的图案投影到衬底上的设备，所述设备包括： 
等离子体辐射源，包括：限定一个区域的阳极和阴极，在所述区域内所述阳极和所述阴极之间产生等离子体电流；和磁体，所述磁体构造成在所述区域内产生具有至少一个沿所述阳极和所述阴极之间的所述等离子体电流的方向取向的分量的磁场；和 
照射***，配置成将从所述区域发射的辐射形成为辐射束。 
根据本发明的一方面，提供一种产生辐射的方法，包括： 
在等离子体区域内产生等离子体电流； 
在所述等离子体区域内提供具有至少一个沿所述等离子体电流的方向取向的分量的磁场；和 
从所述等离子体区域发射辐射。 
根据本发明的一方面，提供一种器件制造方法，包括将图案化的辐射束投影到衬底上，所述方法包括： 
在等离子体区域内产生等离子体电流； 
在所述等离子体区域内提供具有至少一个沿所述等离子体电流的方向取向的分量的磁场；和 
使用反射光学元件以将从所述等离子体区域发射的辐射形成为辐射束。 
附图说明
下面仅通过示例，参考附图对本发明的实施例进行描述，其中相应的附图标记表示相应的部件，在附图中： 
图1示意地示出根据本发明实施例的光刻设备； 
图2示出一个辐射源；和 
图3示出一个辐射源。 
具体实施方式
图1示意地示出了根据本发明的一个实施例的光刻设备。所述光刻设备包括： 
-照射***(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的第二定位装置PW相连；和 
-投影***(例如反射式投影***)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***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。 
支撑结构以依赖于图案形成装置的方向、光刻设备的设计以及诸如图案形成装置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。所述支撑结构可以采用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术保持图案形成装置。所述支撑结构可以是框架或台，例如，其可以根据需要成为固定的或可移动的。所述支撑结构可以确保图案形成装置位于所需的位置上(例如相对于投影***)。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透射式的或反射式的。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***”应该广义地解释为包括任意类型的投影***，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电型光学***、或其任意组合，如对于所使用的曝光辐射所适合的、或对于诸如使用浸没液或使用真空之类的其他因素所适合的。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***”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)。替代地，所述设备可以是透射型的(例如，采用透射式掩模)。 
所述光刻设备可以是具有两个(双台)或更多衬底台(和/或两个或更多的支撑结构)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行地使用附加的台和/或支撑结构，或可以在一个或更多个台和/或支撑结构上执行预备步 骤的同时，将一个或更多个其它台和/或支撑结构用于曝光。 
光刻设备也可以是这种类型，其中衬底的至少一部分被具有相对高的折射率的液体(例如水)覆盖，以便填充投影***和衬底之间的空间。浸没液体也可以应用到光刻设备的其他空间，例如掩模和投影***之间的空间。浸没技术用于提高投影***的数值孔径在本领域是熟知的。这里用到的术语“浸没”不是指诸如衬底等结构必须浸入到液体中，而仅指的是在曝光过程中液***于投影***和衬底之间。 
参照图1，所述照射器IL接收从辐射源SO发出的辐射束。照射器IL包括调节器，配置成调节辐射束的角度强度分布。通常，可以对所述照射器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，例如积分器和聚光器。可以将所述照射器用于调节所述辐射束，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来形成图案。已经穿过图案形成装置MA之后，所述辐射束B通过投影***PS，所述投影***将辐射束聚焦到所述衬底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的路径精确地定位图案形成装置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)的帮助来实现支撑结构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)，支撑结构MT可以仅与短行程致动器相连，或可以是固定的。可以使用图案形成装置对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置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图案形成装置MA上的情况下，所述图案形成装置对准标记可以位于所述管芯之间。 
可以将所示的设备用于以下模式中的至少一种中： 
1.在步进模式中，在将支撑结构MT和衬底台WT保持为基本静止的同时，将赋予所述辐射束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，曝光区域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，在对支撑结构MT和衬底台WT同步地进行扫描的同时，将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上(即，单一的动态曝光)。衬底台WT相对于支撑结构MT的速度和方向可以通过所述投影***PS的(缩小)放大率和图像反转特征来确定。在扫描模式中，曝光区域(或扫描区域)的最大尺寸限制了单一动态曝光中所述目标部分的宽度(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的高度(沿所述扫描方向)。 
3.在另一模式中，将可保持编程图案形成装置的支持结构MT保持基本静止，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的模式的组合和/或变体，也可以采用完全不同的模式。 
图2示出Z箍缩等离子体辐射源SO的一部分。该源包括阳极20、阴极22、激光器24和永磁体26。此外，象征性地示出了照射***的第一反射元件(例如透镜)28。阳极20和阴极22可以是由电动机(未示出)驱动的可转动圆盘。为了进行解释，以马蹄型形状示出永磁体26，但是应该理解，可以使用任何形状。永磁体26设置用以产生方向基本上平行于阳极20和阴极22之间的区域中的等离子体电流的方向的磁场。激光24被 引导到包括锡(Sn)的阴极22上。 
在运行时，在阳极20和阴极22之间施加足够强度的电场以用于产生等离子体。这其中的本质的条件是已知的。用其强度能引起锡从阴极22或阳极20上蒸发到阳极20和阴极22之间的区域的效果的激光24来照射阴极22或阳极20。这种触发的方法在美国专利申请出版物第US2004-0105082号中详细描述，这里以参考的方式全部并入。在阳极20和阴极22之间的区域中电场在阳极20和阴极22之间引起等离子体电流通过该区域。在电流中的等离子体发射沿第一反射元件28(在其他元件之间)的方向的EUV辐射。第一反射元件28将该辐射反射到照射***，从照射***辐射被应用到图案形成装置MA(未示出)并投影到衬底上W(未示出)。 
在等离子体电流区域内，在实现加强辐射和降低最大辐射强度的波长的同时，发生加热并集中(concentrate)等离子体电流的Z箍缩效应。Z箍缩效应是由放电电流感应的方位磁场的结果，也就是具有从阳极20到阴极22环绕放电电流的磁场线的方位磁场。在没有轴向磁场的情况下，等离子体将会持续收缩，直到当由于方位磁场引起的压力被内部等离子体压力补偿的时刻。这个条件是公知的贝内特平衡(Bennett equilibrium)。虽然就发射的辐射来说这是所需的效果，但是Z箍缩也具有发射更多快速离子的不希望的副作用。这些快速离子会引起对第一反射元件28的损坏，并且在某些情况下还会引起对其他部件(例如，照射***中)的损坏。深等离子体压缩和由此而来的小的等离子体横截面导致高的等离子体欧姆电阻R。然而，总的放电电路的感应系数维持电流值I，因而导致放电间隙内的电压降U＝I*R的增大。具有有效电荷Z的离子可以通过这样的场加速到动能E＝Z*U。例如，在电流值I＝20kA、等离子体电阻R＝0.1-1Ohm时，可以预期Z＝10的离子的动能达到20-200keV。 
磁体26被用来减小发射的快速离子的数量。磁体26提供沿等离子体电流的方向取向的轴向磁场。已经提出使用的磁场强度在例如0.01到1特斯拉的范围内或选自例如0.01到1特斯拉的范围。磁体26的磁场由等离子体捕获并且与等离子体的箍缩一起被压缩。这导致等离子体内的附加的内部压力，从而在没有初始的轴向磁场之前终止等离子体压缩(plasma compression)。 
在更大横截面的等离子体中，欧姆电阻更小，因而导致更低电压降和更低的发射离子的动能的现象。这样，还限制了发射的快速离子的数量。通过使用增加的轴向磁场，Z箍缩区域的破坏受到限制并且发射的快速离子的数量被减少或被消除。期望地，在将会产生等离子体的区域内施加至少为0.01特斯拉的外部(初始)轴向磁场强度，以便显著地限制所述破坏。0.02特斯拉的外部轴向磁场强度可以是有效值。而且，在不过分强(例如小于1特斯拉)的外部轴向磁场强度的条件下，EUV辐射的发射不会显著地减小，使得所述源对于光刻来说也是适当的、可用的。 
图3显示另一Z箍缩等离子体辐射源SO的一部分。这里在具有隔离壁的室34内使用环形阳极30和环形阴极32。围绕室34设置电磁体的绕组36。设置连接到阴极32的气体源37、38以分别提供预电离的气体和驱动气体进入阳极30和阴极32之间的区域。 
在运行过程中，电离的气体被供给到阳极30和阴极32之间的区域内的室中。结合阳极30和阴极32之间的电场，会导致室34内的等离子体电流。由于Z箍缩效应，等离子体电流紧缩。等离子体通过环形阳极30内的开口辐射EUV辐射到例如照射***的第一反射元件28。施加电流通过绕组36以感应产生沿从阳极30到阴极32的放电电流方向取向的轴向磁场。轴向磁场减小等离子体电流的紧缩(contraction)。 
应该认识到，利用各种不同的结构可以实现相同的效果。例如，虽然期望地，在等离子体电流区域内来自外部磁体26的磁场是严格地轴向的，但是只要存在轴向分量，在等离子体区域内也可以应用具有非轴向方向分量的场向量的磁场。因而，一个或更多个磁体可以位于与示例中示出的结构所处位置不同的位置上。虽然已经示出了永磁体和电磁体使用的示例，但是应该认识到可以使用永磁体和电磁体的组合，或者电磁体可以设置有可磁化的用以集中磁场的元件。反之亦然，可以使用永磁体代替电磁体。 
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***、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，可以将这 里使用的任何术语“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。 
尽管以上已经做出了具体的参考，在光学光刻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，并且只要情况允许，不局限于光学光刻。在压印光刻中，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印刷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)和极紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm范围的波长)，以及其他粒子束，例如离子束或电子束。 
这里使用的术语“透镜”可以认为是任何一种或多种不同类型光学部件的组合，包括折射型、反射型、磁性的、电磁型以及静电型的光学部件。 
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，本发明的实施例可以采用包含用于描述一种如上面公开的方法的一个或更多个机器可读指令序列的一个或更多个计算机程序的形式，或具有存储其中的所述一个或更多个计算机程序的一个或更多个数据存储介质(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所附的本发明的权利要求的范围的情况下，可以对上述本发明进行更改。 

Claims (17)

1.一种等离子体辐射源，包括：限定一个区域的阳极和阴极，在所述区域内所述阳极和所述阴极之间产生等离子体电流；和磁体，所述磁体构造成在所述区域中产生具有至少一个沿所述阳极和所述阴极之间的所述等离子体电流的方向取向的分量的磁场；
所述阳极和所述阴极为环形，所述阳极和所述阴极设置在室内，
设置连接到所述阴极的气体源以分别提供预电离的气体和驱动气体进入所述阳极和所述阴极之间的区域。
2.如权利要求1所述的等离子体辐射源，还包括束形成***，所述束形成***构造成将从所述区域发射的辐射形成为辐射束。
3.如权利要求1所述的等离子体辐射源，其中所述磁体构造成在所述区域内提供具有至少十毫特斯拉强度的所述磁场。
4.如权利要求1所述的等离子体辐射源，其中所述磁体包括永磁体、电磁体或它们的组合。
5.一种用于将来自图案形成装置的图案投影到衬底上的设备，所述设备包括：
等离子体辐射源，所述等离子体辐射源包括：限定一个区域的阳极和阴极，在所述区域内所述阳极和所述阴极之间产生等离子体电流；和磁体，所述磁体构造成在所述区域中产生具有至少一个沿所述阳极和所述阴极之间的所述等离子体电流的方向取向的分量的磁场；和
照射***，所述照射***构造成将从所述区域发射的辐射形成为辐射束；
所述阳极和所述阴极为环形，所述阳极和所述阴极设置在室内，
设置连接到所述阴极的气体源以分别提供预电离的气体和驱动气体进入所述阳极和所述阴极之间的区域。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述磁体构造成在所述区域内提供具有至少十毫特斯拉强度的所述磁场。
7.如权利要求5所述的设备，其中所述磁体包括永磁体、电磁体或它们的组合。
8.如权利要求5所述的设备，还包括：
支撑结构，所述支撑结构构造成支撑图案形成装置，所述图案形成装置能够将图案在辐射束的横截面上赋予所述辐射束以形成图案化的辐射束；
衬底台，所述衬底台构造成保持衬底；和
投影***，所述投影***构造成将所述图案化的辐射束投影到所述衬底的目标部分上。
9.一种产生辐射的方法，包括：
在等离子体区域内从阳极到阴极产生等离子体电流；
在所述等离子体区域内提供具有至少一个沿所述等离子体电流的方向取向的分量的磁场；和
从所述等离子体区域发射辐射；
所述阳极和所述阴极为环形，所述阳极和所述阴极设置在室内，
设置连接到所述阴极的气体源以分别提供预电离的气体和驱动气体进入所述阳极和所述阴极之间的区域。
10.如权利要求9所述的方法，其中在所述等离子体区域内从外部施加具有至少十毫特斯拉强度的所述磁场。
11.如权利要求9所述的方法，其中使用永磁体、电磁体或它们的组合提供所述磁场。
12.如权利要求9所述的方法，还包括将图案在辐射束的横截面上赋予所述辐射束以形成图案化的辐射束并将所述图案化辐射束投影到衬底的目标部分上。
13.如权利要求9所述的方法，还包括将从所述等离子体区域发射的辐射形成为辐射束。
14.一种器件制造方法，包括将图案化的辐射束投影到衬底上，所述方法包括：
在等离子体区域内从阳极到阴极产生等离子体电流；
在所述等离子体区域内提供具有至少一个沿所述等离子体电流的方向取向的分量的磁场；和
使用反射光学元件以将从所述等离子体区域发射的辐射形成为辐射束；
所述阳极和所述阴极为环形，所述阳极和所述阴极设置在室内，
设置连接到所述阴极的气体源以分别提供预电离的气体和驱动气体进入所述阳极和所述阴极之间的区域。
15.如权利要求14所述的方法，其中在所述等离子体区域内从外部施加具有至少十毫特斯拉强度的所述磁场。
16.如权利要求14所述的方法，其中使用永磁体、电磁体或它们的组合提供所述磁场。
17.如权利要求14所述的方法，还包括将图案在辐射束的横截面上赋予所述辐射束以形成图案化的辐射束并将所述图案化辐射束投影到衬底的目标部分上。
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