專利名稱：產(chǎn)生遠(yuǎn)紫外輻射的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生遠(yuǎn)紫外輻射的方法，其中的輻射介質(zhì)是根據(jù)基本材料的配置而產(chǎn)生的等離子體。
這種方法早已問世。例如，在制造半導(dǎo)體的光刻投影中就使用這種方法。對(duì)于光刻投影今后的換代產(chǎn)品來說，需要使用遠(yuǎn)紫外區(qū)大約5～50nm波長(zhǎng)的短波輻射加強(qiáng)光源，遠(yuǎn)紫外區(qū)在下文中稱作EUV。確切地說，由于可以使用有效的多層反射器，最有希望的設(shè)想是采用13.5nm范圍內(nèi)的一個(gè)非常狹窄的波段。一般來說，目的在于獲得用于光刻的EUV光源，該光源在50W到100W范圍內(nèi)，具有較高的、全面的有效EUV輸出。在進(jìn)入光學(xué)照明系統(tǒng)時(shí)就可以得到這種輸出，而且這是為了滿足光刻方法的生產(chǎn)能力條件所必不可少的。
為了能夠滿足這些極高的要求，該系統(tǒng)需要具有很高的整體效率。就光源而論，最重要的因素是輻射源體積的緊密度，以及電功率輸入到EUV輻射的高轉(zhuǎn)化效率。
能夠?qū)崿F(xiàn)上述目的的各種思路一般都很熟悉同步輻射X射線源，激光產(chǎn)生等離子體(在下文中稱作LPP)，以及放電源。
同步輻射X射線源有一些缺點(diǎn)。如果要把這種射線源用在半導(dǎo)體制造過程中，這些缺點(diǎn)是無法接受的。這些缺點(diǎn)包括極為昂貴的造價(jià)，以及射線源及其周圍相關(guān)設(shè)備所需占有的龐大空間地位。
用于EUV范圍的激光產(chǎn)生等離子體源采用高功率激光束，激光束聚焦在氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)靶上，產(chǎn)生可以發(fā)出EUV輻射的熱等離子體。
目前一般建議采用的系統(tǒng)，其最重要的缺點(diǎn)是由等離子區(qū)發(fā)射出的以離子、原子或顆粒形式而形成的大量雜質(zhì)。
這一缺點(diǎn)可能會(huì)使收集EUV輻射的光學(xué)系統(tǒng)迅速損壞。對(duì)于固態(tài)靶來說，這是十分關(guān)鍵的問題。在液態(tài)或氣態(tài)靶的情況下，也是很嚴(yán)重的，液態(tài)和氣態(tài)靶通常是由一種特殊類型的噴嘴發(fā)出的。最經(jīng)常和LPP一起使用的氧和Xe靶所引起的問題是輸入電功率轉(zhuǎn)化為可用的EUV輸出功率的效率只能達(dá)到大約0.25％，效率很低。
要達(dá)到必要的EUV水平，必須有脈沖頻率大于1kHz的許多千瓦的激光束輸出。目前還無法得到這樣的激光系統(tǒng)，即使能得到，也是引人注目的研制成果，將會(huì)非常昂貴。
最后，放電源通過一個(gè)電力驅(qū)動(dòng)的放射等離子體，來產(chǎn)生EUV輻射。目前正在討論的各種設(shè)想，例如，有毛細(xì)管放電，z箍縮放電(z-pinchdischarge)，以及DE 19922566中公布的空心陰極觸發(fā)放電。
放電源的主要優(yōu)點(diǎn)是體積小，成本比較低，并且儲(chǔ)存的電能可以直接轉(zhuǎn)化，形成可以產(chǎn)生EUV的熱等離子體。
在大部分LPP和放電EUV源中，都用Xe作輻射介質(zhì)。盡管與其他輻射氣體相比，Xe的轉(zhuǎn)化效率比較高，但Xe源的絕對(duì)轉(zhuǎn)化效率最多只有約0.5％?？紤]到用來收集光與投射光的光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)大量EUV的光損耗，以及薄片級(jí)別所必需的EUV強(qiáng)度，放電源必須以很小的輻射體積提供大約100W EUV功率。用上述轉(zhuǎn)化效率除以必需的功率，得出所有Xe源所必需的輸入功率至少為20kW，該功率必須通過激光或放電提供。這樣就引起了嚴(yán)重的技術(shù)問題。
如果在等離子體形成過程中能夠使用效率很高的輻射體，則由激光系統(tǒng)或電極放電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的條件能夠顯著減輕。
有些作者提出用鋰金屬蒸氣作為高效EUV輻射體，例如，Partlo等人在美國(guó)專利6,064,072、6,051,841、5,763,930中，Silfvast等人在美國(guó)專利6,031,241、5,963,616、5,499,282及WO 99/34395中都提出這一方法。同樣，錫也被提出作為激光發(fā)生等離子體源的有效EUV輻射體，例如，由T.Tomie等人于2000年10月在舊金山的第二屆國(guó)際Sematec EUV光刻專題研討會(huì)上提出。
按照上述現(xiàn)有技術(shù)，只有鋰或錫的金屬蒸氣被用作輻射介質(zhì)。然而，已經(jīng)知道，鋰蒸發(fā)要求放電系統(tǒng)具有很高的溫度。錫蒸發(fā)需要的溫度甚至更高，在可能采用的氣體放電源中不可能輕易達(dá)到這樣高的溫度。金屬蒸氣不僅存在于等離子體體積中，而且存在于放電源至少部分的內(nèi)部元件體積中。如果與金屬蒸氣接觸的放電源內(nèi)部元件不夠熱，金屬就會(huì)凝結(jié)。很可能這樣就會(huì)迅速導(dǎo)致系統(tǒng)錯(cuò)誤。即使能夠防止凝結(jié)，也可能出現(xiàn)其他關(guān)于金屬熱蒸氣引起內(nèi)部元件腐蝕的嚴(yán)重問題，這是普遍認(rèn)為特別在鋰蒸氣的情況下存在的問題。
因此，本發(fā)明的目的是提供篇首段落中談到的方法，能夠利用簡(jiǎn)單的技術(shù)裝置，制備用于產(chǎn)生EUV的可靠的等離子體，并能避免現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
在篇首段落所談到的方法中，按照本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)這一目的輻射介質(zhì)的基本材料配置包括金屬鋰(Li)、銦(In)、錫(Sn)、銻(Sb)，碲(Te)，鋁(Al)等金屬的至少一種鹵化物，和/或鹵素，和/或惰性氣體，但以鋰(Li)和氯Cl)以及鋰和氟(F)為基礎(chǔ)的鹵化物除外。采用上述介質(zhì)，通過等離子體產(chǎn)生EUV，有一個(gè)重大優(yōu)點(diǎn)，即可以在大大低于采用純金屬蒸氣所需的溫度下，產(chǎn)生預(yù)定的蒸氣壓，這就使必需的功率顯著降低。但是，如果必須在特定溫度下生成等離子體，也可以借助于本發(fā)明提出的介質(zhì)，在明顯提高的蒸氣壓下完成。
按照本發(fā)明的一個(gè)更為有利的實(shí)施方案，可以產(chǎn)生大約5～50nm范圍的EUV輻射。從而確保完成光刻所必需的波長(zhǎng)。
此外，可以便利地以相對(duì)于大約116,000K的至少10eV的電子溫度產(chǎn)生等離子體。從而實(shí)現(xiàn)EUV范圍內(nèi)的有效輻射。
按照本發(fā)明的一個(gè)更為有利的實(shí)施方案，在基礎(chǔ)材料配置中至少添加一種惰性氣體。
為了進(jìn)一步增加溫度優(yōu)勢(shì)，在基礎(chǔ)材料配置中還可以至少再添加一種被稱為“蒸發(fā)器”的鹵化物。
如果上述添加的鹵化物是以金屬為基礎(chǔ)的鹵化物，就更為有利了。
為了進(jìn)一步減少等離子體生成組件的凝結(jié)或腐蝕的危險(xiǎn)，還可以在基礎(chǔ)材料配置中至少添加一種純鹵素，其用量可以使這種鹵素達(dá)到過飽和狀態(tài)，這樣做也是有利的。
為了達(dá)到光刻照明以及投影光學(xué)系統(tǒng)的高光學(xué)效率，本發(fā)明還提出遠(yuǎn)紫外主要輻射的輻射體積小于30mm3。
此外，按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，遠(yuǎn)紫外輻射發(fā)出的波長(zhǎng)范圍是10～15nm。
這一點(diǎn)對(duì)采用了Mo-Si多層反射鏡的較新型的光刻方法尤其有利。此外，用來產(chǎn)生可以發(fā)出EUV輻射的等離子體體積的裝置是在兩個(gè)電極之間進(jìn)行放電的設(shè)備。
按照本發(fā)明，用來產(chǎn)生可以發(fā)出EUV輻射的等離子體體積的裝置還可能至少是一個(gè)激光束。
如果金屬鹵化物、碘或別的金屬鹵化物的平均壓力在大約1～1000Pa范圍內(nèi)，則特別有利。
如果在基礎(chǔ)材料配置中包括至少一種液相形式的金屬鹵化物，例如呈水滴狀或水流狀，則更容易生成等離子體。
此外，按照另一個(gè)實(shí)施方案，如果基礎(chǔ)材料配置包括在氣流中輸送的固態(tài)金屬鹵化物顆粒，則更為有利。
如果基礎(chǔ)材料配置中至少有一部分呈氣態(tài)，則可大大擴(kuò)展適用范圍。
此外，可以方便地以脈沖方式產(chǎn)生等離子體，但是也可以按連續(xù)工作方式產(chǎn)生等離子體。
另外，等離子體還可以通過空心陰極觸發(fā)放電產(chǎn)生。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，等離子體可以通過箍縮放電形成。
WO 01/99143A1公開了以鋰和氯以及鋰和氟為基礎(chǔ)的鹵化物的形成情況。然而，這些鹵化物的蒸氣壓明顯劣于純鋰的蒸氣壓，見

圖1所示。
參考下文所描述的(各種)實(shí)施方案，本發(fā)明的這些特性及其他情況就可以明確起來，并將得到進(jìn)一步闡述。
在附圖中圖1表示金屬鋰和鋰的鹵化物的蒸氣壓隨溫度的變化。
圖2表示金屬錫和錫的鹵化物的蒸氣壓對(duì)溫度的曲線。
圖3表示可以發(fā)出EUV的各種鹵化物和純碘的蒸氣壓對(duì)溫度的曲線。
圖4表示在溴化鋰和碘化鋁具有相同克分子量的混合物的情況下，氣相成分與蒸氣壓的關(guān)系曲線的示例。
圖5表示在碘化鋰和碘化鋁具有相同克分子量的混合物的情況下，氣相成分與蒸氣壓的關(guān)系曲線的示例。
在下文中，參考圖1～5，給出了各種示例的說明。其中特別是，合成氣相的化學(xué)平衡可以產(chǎn)生引人注目的新的可能性，與金屬鋰或金屬錫蒸氣有關(guān)的問題從而可以顯著減少，雖然還不能完全解決。還提出了新的可能采用的EUV輻射體，這些輻射體以鋰、錫或其他化合物為基礎(chǔ)，或者也可以用純?cè)貫榛A(chǔ)。
正如上文已部分提及，本發(fā)明的目的在于提供采用鋰(Li)作為EUV源中輻射體的新方法；采用錫(Sn)作為EUV源中輻射體的新方法；采用鋰(Li)和錫(Sn)作為EUV源中輻射體的新方法，其溫度低于純金屬化合物所需的溫度；采用鋰(Li)和錫(Sn)作為EUV源中輻射體的新方法，與采用純金屬相比，可以減小腐蝕的危險(xiǎn)；采用元素周期表第五族元素中其他元素作為有效EUV輻射體的新方法。
這些目的通過提供特別是帶有鋰(Li)和錫(Sn)的放電源來實(shí)現(xiàn)，鋰(Li)和錫(Sn)不是采用純金屬蒸氣的形式，而是采用各種鋰和不同的鹵化物的形式，不管是否還有其他現(xiàn)存的金屬鹵化物在一起。
首先考慮單獨(dú)的鋰和錫的鹵化物的蒸氣壓。如圖1和圖2所示，鋰和錫的鹵化物的蒸氣壓可大大高于純金屬的蒸氣壓。在圖1中所示的鋰的情況下，舉例來說，碘化鋰可用作輻射介質(zhì)，碘化鋰作為單體(LiJ)-二聚物(Li2J2)平衡存在于氣相。含鋰成分的總壓力約為10-4～10-3巴，是通過氣體放電電池產(chǎn)生EUV的標(biāo)準(zhǔn)壓力范圍，可以在比純金屬蒸發(fā)所必需的溫度低約90K的溫度下獲得。在特定的溫度下，含鋰成分的總壓力比純金屬在相應(yīng)溫度時(shí)的蒸氣壓高一個(gè)數(shù)量級(jí)。
圖1所示的鹵化物有Li2J2、Li1J1、Li2Br2、Li1Br1，與純金屬鋰進(jìn)行對(duì)比。如圖1所示，碘化鋰的二聚物，即Li2J2，是最有利的。但是以鋰和氯或鋰和氟為基礎(chǔ)的鹵化物的蒸氣壓明顯劣于純鋰的蒸氣壓。
關(guān)于圖2所示采用錫的情況，舉例來說，采用氯化錫(SnCl2)或溴化錫(SnBr2)在大約550K～600K的溫度下的蒸氣壓可以達(dá)到10-4～10-3巴。四價(jià)錫鹵化物，例如SnCl4、SnBr4、SnJ4，甚至可以在低于400K的溫度下達(dá)到這一蒸氣壓。此溫度大大低于純金屬蒸發(fā)所必需的溫度。在特定溫度下，圖2中所示大約900K時(shí)，SnCl2或SnBr2的蒸氣壓比純金屬錫的蒸氣壓高10個(gè)數(shù)量級(jí)。
圖2表示鹵化物氟化錫(SnF2)、氯化錫(SnCl2和SnCl4)、溴化錫(SnBr2和SnBr4)以及碘化錫(SnJ2和SnJ4)與純金屬錫的對(duì)比。
正如圖3中所示，除了已知用作EUV輻射體的鹵素或鋰和錫的鹵化物之外，還有其他鹵化物也可用作有效的EUV輻射體。特別是元素銦(In)、銻(Sb)、碲(Te)都顯示出在EUV范圍的輻射波帶。這些元素也都有具有高蒸氣壓的鹵化物，可以在放電體積中簡(jiǎn)單地產(chǎn)生足夠大數(shù)量的蒸發(fā)。為了使可以發(fā)出EUV的等離子體蒸發(fā)足夠的金屬鹵化物所必需的溫度范圍為300K～600K。
除所述金屬鹵化物之外，單質(zhì)碘(J)也可用作EUV輻射體。碘的蒸氣壓即使在室溫時(shí)也很高(參照?qǐng)D1)。因此，純鹵素也引人注目地可以用作輻射體。
圖3所示的鹵化物是溴化銻(SbBr3)、碘化碲(Te2J2)、碘化銻(SbJ3)、溴化碲(TeBr4)、溴化銦(InBr，InBr3，InBr6)、碘化銦(InJ)，并與純碘進(jìn)行對(duì)比，在此處純碘為J2。
除了純金屬鹵化物，也可以采用金屬鹵化物的混合物。令人意外地發(fā)現(xiàn)，采用金屬鹵化物的混合物可以進(jìn)一步改進(jìn)鋰或錫的有效壓力，達(dá)到的數(shù)值甚至超過了僅用一種鹵化物或用純鹵化物所能達(dá)到的壓力。這一作用可以認(rèn)為是在氣相中由于所謂的“雜絡(luò)物” 的形成而造成的。
圖4表示溴化鋰和碘化錫的混合物的示例，溴化鋰和碘化錫具有相同克分子量，采用已知的計(jì)算化學(xué)平衡的方法。圖4詳細(xì)展示了兩種鹵化物對(duì)比下合成氣相的復(fù)合成分。就EUV放電源來說，最有實(shí)質(zhì)性的的曲線是那些與含鋰或含錫的化學(xué)成分有關(guān)的曲線。
正如箭頭所示，與圖1相比，在10-4巴蒸氣壓下將含鋰物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣相所需的溫度從800K降低到670K，這一點(diǎn)可以認(rèn)為是復(fù)合物碘化錫鋰(LiSnJ3)的形成而造成的。換句話說，含鋰成分的有效壓力被改進(jìn)或增加了不止兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
關(guān)于提高含鋰成分的有效壓力的一個(gè)更有效的實(shí)例示于圖5。可以用碘化鋁(AlJ3)替代碘化錫(SnJ2)作為所謂的“蒸發(fā)器”，來建立鋰的高氣相復(fù)合壓力。如圖5中箭頭所示，與圖1對(duì)比，通過碘化鋁鋰復(fù)合物(LiAlJ4)氣相的形成，使氣相中含鋰成分的蒸氣壓達(dá)到10-4巴所必需的溫度從800K降到380K。和純碘化鋰相比，鋰的蒸氣壓改善了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，其原因在于形成了帶有鋁的氣相復(fù)合物。
本發(fā)明并不局限于上述兩個(gè)示例。也可以采用其他克分子配比的鹵化物，并且得到很好的效果。此外，含鋰或錫的金屬鹵化物的選擇，以及“可蒸發(fā)的”金屬鹵化物的選擇，比如錫鹵化物或鋁鹵化物，并不局限于上文給出的金屬鹵化物示例。全部金屬鹵化物及其組合，包括“蒸發(fā)器”鹵化物，例如鎵、銦、鉈等，都可能充分增加用來產(chǎn)生EUV輻射的等離子體體積中含鋰或含錫成分的壓力。
已經(jīng)知道，用于產(chǎn)生EUV的等離子體內(nèi)部的高溫可能使微小顆粒，比如金屬鹵化物，分解為其基本成分。在離開等離子區(qū)后，上述各種成分可以重新結(jié)合，成為其初始的金屬鹵化物形式。這種情況可能出現(xiàn)在氣體體積中或器件的壁上，例如出現(xiàn)在電氣放電的電極上。但是，在很多情況下，工作壓力是很低的。例如，原子和微粒的平均自由路徑可能比放電源系統(tǒng)的尺寸大。因此，初始金屬鹵化物成分的重新結(jié)合可能進(jìn)行得不完全。這樣可能導(dǎo)致在靠近等離子區(qū)的地方，例如電氣放電裝置的電極，形成金屬成分的分層或薄膜。
通過系統(tǒng)中鹵素的過飽和可以防止出現(xiàn)這種問題。添加的鹵素使金屬和鹵素重新結(jié)合的可能性增加，從而通過形成暫時(shí)的金屬鹵化物，除去金屬成分。用這種方式，可以防止出現(xiàn)不希望有的金屬鹵化物成分的污染層。此外，還可以增加等離子區(qū)金屬鹵化物的有效濃度。
在以等離子體為基礎(chǔ)而產(chǎn)生EUV輻射的原理及操作方面，采用上述成分，可以有以下優(yōu)點(diǎn)蒸發(fā)輻射成分所必需的溫度大大降低，相當(dāng)于輻射成分的壓力或密度顯著增加。這樣就使關(guān)于產(chǎn)生和保持金屬熱蒸氣的技術(shù)問題顯著減少。
可以大大降低為了防止出現(xiàn)不希望有的金屬蒸氣的凝結(jié)所必需的溫度等級(jí)。使放電源的設(shè)計(jì)在技術(shù)上更簡(jiǎn)化，并且放電源材料上的熱負(fù)載更小。
由于可以降低溫度等級(jí)，可以避免由腐蝕性金屬蒸氣所造成的腐蝕問題。因此可以顯著減小放電源失效的危險(xiǎn)。
輻射成分的壓力增加或密度增加都可以提高EUV的產(chǎn)生效率。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生遠(yuǎn)紫外輻射的方法，其中輻射介質(zhì)是根據(jù)基本材料配置產(chǎn)生的等離子體，其特征在于輻射介質(zhì)的基本材料配置包括金屬鋰(Li)、銦(In)、錫(Sn)、銻(Sb)、碲(Te)、鋁(Al)的鹵化物中的至少一種，和/或鹵素，和/或惰性氣體，以鋰(Li)和氯(Cl)以及鋰和氟(F)為基礎(chǔ)的鹵化物除外。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于遠(yuǎn)紫外輻射在大約5nm～50nm范圍內(nèi)產(chǎn)生。
3.權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的方法，其特征在于產(chǎn)生了一個(gè)電子溫度至少為10eV的等離子體。
4.權(quán)利要求1到權(quán)利要求3中的任意一種方法，其特征在于在基本材料配置中至少添加一種惰性氣體。
5.權(quán)利要求1到權(quán)利要求4中的任意一種方法，其特征在于在基本材料配置中至少再添加一種被稱為“蒸發(fā)器”的鹵化物。
6.權(quán)利要求1到權(quán)利要求5中的任意一種方法，其特征在于所述再添加的鹵化物是以金屬為基的鹵化物。
7.權(quán)利要求1到權(quán)利要求6中的任意一種方法，其特征在于在基本材料配置中至少添加一種純鹵素，其數(shù)量足以使之達(dá)到過飽和狀態(tài)。
8.權(quán)利要求1到權(quán)利要求7中的任意一種方法，其特征在于遠(yuǎn)紫外輻射的主要輻射體積低于30mm3。
9.權(quán)利要求1到權(quán)利要求8中的任意一種方法，其特征在于遠(yuǎn)紫外輻射在10～15nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)發(fā)出。
10.權(quán)利要求1到權(quán)利要求9中的任意一種方法，其特征在于產(chǎn)生用來發(fā)出EUV輻射的等離子體體積的裝置是在兩個(gè)電極之間進(jìn)行放電的設(shè)備。
11.權(quán)利要求1到權(quán)利要求10中的任意一種方法，其特征在于產(chǎn)生用來發(fā)出EUV輻射的等離子體體積的裝置是至少一個(gè)激光束。
12.權(quán)利要求1到權(quán)利要求11中的任意一種方法，其特征在于金屬鹵化物、碘或別的金屬鹵化物的平均壓力在大約1～1000Pa的范圍內(nèi)。
13.權(quán)利要求1到權(quán)利要求12中的任意一種方法，其特征在于基本材料配置至少包含一種液態(tài)金屬鹵化物，呈水滴狀或水流狀。
14.權(quán)利要求1到權(quán)利要求13中的任意一種方法，其特征在于基本材料配置包含在氣流中輸送的固態(tài)和/或液態(tài)金屬鹵化物顆粒。
15.權(quán)利要求1到權(quán)利要求14中的任意一種方法，其特征在于基本材料配置至少部分是氣體。
16.權(quán)利要求1到權(quán)利要求15中的任意一種方法，其特征在于等離子體以脈沖方式產(chǎn)生。
17.權(quán)利要求1到權(quán)利要求15中的任意一種方法，其特征在于等離子體以連續(xù)工作方式產(chǎn)生。
18.權(quán)利要求1到權(quán)利要求15中的任意一種方法，其特征在于等離子體通過空心陰極觸發(fā)放電產(chǎn)生。
19.權(quán)利要求1到權(quán)利要求18中的任意一種方法，其特征在于等離子體通過箍縮放電形成。
全文摘要
一種產(chǎn)生遠(yuǎn)紫外輻射的方法，其中輻射介質(zhì)是對(duì)基本材料進(jìn)行處理產(chǎn)生的等離子體，輻射介質(zhì)的基本材料配置包括金屬鋰(Li)、銦(In)、錫(Sn)、銻(Sb)、碲(Te)、鋁(Al)的鹵化物中至少一種，和/或鹵素，和/或惰性氣體，以鋰(Li)和氯(Cl)以及鋰和氟(F)為基礎(chǔ)的鹵化物除外。
文檔編號(hào)H01L21/027GK1650676SQ03809670
公開日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2003年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月30日
發(fā)明者G·H·德拉, U·尼曼恩 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司