專利名稱：特別是用于平版印刷的遠(yuǎn)紫外光的發(fā)生方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及產(chǎn)生遠(yuǎn)紫外區(qū)光的方法和裝置，所述光特別用于使用這種光的平版印刷中。
集成電路功率的提高和在一個小空間中集成越來越多的功能，要求在傳統(tǒng)上用來制造集成電路的平版印刷技術(shù)中有重大的技術(shù)飛躍。
微電子工業(yè)特別采用遠(yuǎn)紫外區(qū)(EUV)輻射來給光敏樹脂曝光，以在硅上得到小于或等于50nm的臨界尺寸。
為了得到這種波長在10～15nm的輻射，已經(jīng)提出了許多種技術(shù)。特別是，用聚焦激光輻照靶子似乎是一種最有前途的技術(shù)，它能夠在平均功率、空間和時間穩(wěn)定性以及可靠性方面同時獲得良好的性能。
使用致密而定向的微細(xì)滴的霧(fog of micrometric droplet)射流作為靶子能夠使這些性能最佳化。另外，使用這樣的靶子產(chǎn)生的碎片(debris)很少，射流的定向性明顯地降低了由于排放射流的噴嘴腐蝕所間接產(chǎn)生的碎片的量，所述噴嘴腐蝕即由激光輻射對靶子的沖擊所形成的等離子體造成的腐蝕。
先有技術(shù)已經(jīng)知道產(chǎn)生EUV輻射的各種技術(shù)，比如一種包括用激光束輻照放置在真空中靶子的技術(shù)。
特別在集成電路的平版印刷領(lǐng)域，必須尋找一種在受到激光輻照時能夠產(chǎn)生遠(yuǎn)紫外光的靶子，而且這種靶子還要與平版印刷工業(yè)的應(yīng)用相適應(yīng)。
由如下的文獻(xiàn)可以知道通過輻照致密的氙射流產(chǎn)生EUV輻射的方法，在致密的氙射流上聚焦有由納秒激光發(fā)射的光束。
Paul D.Rockett等《用于ETS的產(chǎn)生高能激光的等離子體UVL源》(A high-power laser-produced plasma UVL source forETS)，第2屆EUV平版印刷國際研討會(San Francisco，2000年10月)；[2]Kubiak和Richardson，《用于激光等離子體遠(yuǎn)紫外和軟-x射線源的集束靶》(Cluster beam targets for laser plasma extremeultraviolet and soft x-ray sources)，美國專利5577092A。
在下面的文獻(xiàn)中也有報道[3]Haas等的《用于光刻的能量發(fā)射系統(tǒng)》(Energy EmissionSystem for Photolithography)，WO 99/51357A。
在文獻(xiàn)[3]中，沒有明確地提到使用氙束射流(jet of xenoncluster)作為靶子，但明確地設(shè)想通過聚集氣體原子來形成靶子。
我們知道，氙束是平均顆粒度遠(yuǎn)小于1μm的粒子(grain)，它們是通過聚集穿過真空區(qū)噴嘴發(fā)生絕熱膨脹的氣體氙而得到的。
由在近紅外的激光束輻照此聚集束得到等離子體，它發(fā)射出能量更高的射線，此射線的波長就位于遠(yuǎn)紫外區(qū)。在對氙聚集束射流的輻照在感興趣的波長范圍內(nèi)的情況下，激光和靶子之間的耦合(coupling)意義重大，因此此轉(zhuǎn)化過程也可能是很有意義的。
因此，大部分激光光線被吸收，這有利于通過加熱該聚集束來生成等離子體。
另外，在每一個聚集束中局部原子密度是比較高的，因此就有大量的原子被涉及到。再者，在激光束的聚焦區(qū)有著大量包括平均原子數(shù)足夠高的聚集束，它們使得能夠發(fā)射出比較強(qiáng)的遠(yuǎn)紫外輻射。
此外，當(dāng)噴嘴(nozzle)放置得太接近激光照射區(qū)時，噴嘴的腐蝕會導(dǎo)致大量的材料碎片。
另外，照射區(qū)和噴嘴靠近會導(dǎo)致噴嘴被加熱，使其射流的特性惡化。
通過使用形成可更新靶子的射流，使得有可能在高頻率(在10kHz和更高的數(shù)量級)進(jìn)行操作，這就非常適合于制造具有很高集成度的集成電路用的平版印刷設(shè)備。
使用氙作為聚集(clustering)氣體，在發(fā)射遠(yuǎn)紫外輻射方面得到了最好的結(jié)果，因為這種氣體在所考慮的光譜帶，特別是在13～14nm內(nèi)擁有大量的發(fā)射譜線。
但是，文獻(xiàn)[1]和[2]已知的EUV輻射源具有某些如下所述的缺點。
—按照此文獻(xiàn)[1]和[2]，當(dāng)聚集束(cluster)遠(yuǎn)離該光源包括的噴嘴時，其密度大幅度降低，這標(biāo)志著聚集束射流的發(fā)散性很嚴(yán)重。因此激光束應(yīng)該在最靠近噴嘴處進(jìn)行激發(fā)，可是由于來自產(chǎn)生的等離子體的離子的影響或者由于放電，這會造成此噴嘴的嚴(yán)重腐蝕。噴嘴的腐蝕嚴(yán)重地縮短了其壽命，也就降低了EUV光源的可靠性，而且還產(chǎn)生大量碎片，致使使用此光源的平版印刷設(shè)備的光學(xué)元件過早地惡化。
—氙聚集物射流的定向不良導(dǎo)致聚集物射流本身對EUV輻射的再吸收、在聚集物射流的中心部位發(fā)生的與激光的相互作用，這就實質(zhì)上降低了可以有效使用的EUV輻射的強(qiáng)度。
—由于所用的制造方法之故，由氣體氙凝聚而如此形成的聚集物的平均顆粒度，最大也不過只有幾百納米，無論如何都遠(yuǎn)小于1μm。而在所產(chǎn)生的EUV輻射的強(qiáng)度方面，與在這方面應(yīng)用中典型使用的、而且脈沖時間為3～80ns之間的YAG型脈沖激光的相互作用是最優(yōu)的，平均顆粒度大于1μm，一般在5～50μm的粒子之間。
在下面的文獻(xiàn)中也有報道[4]Richardson等在《水激光等離子體X射線點光源》(Waterlaser plasma x-ray point sources)中，美國專利5,577,091A。
此文獻(xiàn)[4]透露了一種使用微晶冰射流作為靶子的EUV光源。這涉及到以很高的頻率重復(fù)出現(xiàn)的連續(xù)微晶，其中每個微晶的典型平均直徑大于50μm。
這樣的微晶太大而不能使激勵的激光束完全透入。減小每個微晶的尺寸能夠改善與激光的相互作用，但因此會降低等離子體中EUV光子發(fā)射體的數(shù)量。因此文獻(xiàn)[4]中所述的技術(shù)不能達(dá)到得到足夠強(qiáng)度EUV光源的標(biāo)準(zhǔn)。
還報道了如下的文獻(xiàn)[5]Hertz等的《產(chǎn)生X射線或EUV輻射的方法和設(shè)備》(Methodand apparatus for generating x-ray or EUV radiation)，WO97/40650A。
由文獻(xiàn)[5]可認(rèn)識到基于連續(xù)液體氙微射流輻照的另一種EUV光源。這種靶子也有為了獲得足夠數(shù)量的潛在EUV發(fā)射體而其中所含的物質(zhì)量太少的缺點。這是由于液體氙射流的直徑比較小(大約10μm)。
再有，由文獻(xiàn)[4]和[5]所知的光源從強(qiáng)度的觀點看不夠穩(wěn)定。在文獻(xiàn)[4]的情況下，由于與激光同步的問題，很難作到對每個冰微晶以同樣的方式進(jìn)行輻照。在文獻(xiàn)[5]的情況下，EUV強(qiáng)度的變化是由于連續(xù)氙射流的不穩(wěn)定性。
本發(fā)明的公開本發(fā)明涉及稀有氣體-特別是氙-的微細(xì)滴致密霧(dense fog ofmicrometric droplets)發(fā)生器，更具體涉及該霧通過激光輻照來產(chǎn)生遠(yuǎn)紫外輻射(10～15nm)的用途。
本發(fā)明的基礎(chǔ)是在真空中由液化的稀有氣體，特別是由液化的氙制造微細(xì)滴霧的致密而定向的射流。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，使用這種液化的稀有氣體，特別是液化的氙氣，在13～14nm的波長范圍內(nèi)得到的EUV輻射的強(qiáng)度方面，能夠獲得最好的性能，非常符合在工業(yè)光學(xué)復(fù)印機(jī)(photorepeater)中使用的反射光學(xué)元件的特征。
致密的氙霧射流在真空中以大約幾十m/s的速度傳播。因此，靶子就被迅速地更新，使得脈沖激光器以高重復(fù)的頻率(高于或等于10kHz)輻照此靶子。為獲得工業(yè)光學(xué)復(fù)印機(jī)在工業(yè)上制造集成電路所需的平均功率，這類激光是必須的。
所謂“真空”，指的是不會阻礙此射流傳播的足夠低的壓力，可以在幾個Pa的數(shù)量級。然而，為了避免光線的再吸收，如同在后面將要看到的，需要比在這里所需的高得多的真空度。
在本發(fā)明中，使用深冷(cryogenic)裝置來制造液化的稀有氣體，特別是液化的氙。
呈氣體形式的氙被送到靠近出口噴嘴的一個儲槽中。注入該儲槽的氣態(tài)氙在那里用深冷裝置就地液化。在噴嘴出口的液體氙被霧化，形成了致密而且定向的氙霧滴射流。此射流可以是連續(xù)的，也可以由機(jī)電或壓電手段形成脈沖的。注入氣體的壓力和該儲槽中所含液體的溫度可以調(diào)節(jié)。
由聚焦的激光輻照如此得到的射流生成等離子體，這種等離子體具有在13～14nm之間EUV輻射的發(fā)射峰，因此此輻射可以作為光源用于平版印刷。
本發(fā)明提供一種沒有上述缺點的EUV輻射的發(fā)生技術(shù)。
更一般說，本發(fā)明涉及由液體生成致密的液滴霧的方法和裝置，此方法和裝置可用來得到EUV輻射，并具有高可靠性以及對于工業(yè)應(yīng)用很關(guān)鍵的高簡便性。
更具體說，本發(fā)明的目的是通過激光束和靶子的相互作用生成等離子體，從而產(chǎn)生遠(yuǎn)紫外光的方法，此方法的特征在于該靶子由包括微細(xì)液滴的致密的霧組成，此液體是液化的稀有氣體，特別是液體氙，通過將稀有氣體液化得到此液體，用此稀有氣體給該液體加壓，在氙氣的情況下，加壓到5×105～50×105Pa的壓力，同時將此液態(tài)氙保持在-70℃～-20℃的溫度范圍，另外還要選擇該氣體的壓力和溫度，使得此稀有氣體呈液態(tài)，將如此加壓的液體注入一個噴嘴，該噴嘴的最小內(nèi)徑為60～600μm，此噴嘴通向一個壓力等于或低于10-1Pa的區(qū)域，這樣就在噴嘴出口區(qū)域形成致密而定向的液化稀有氣體的霧滴，其平均粒度大于1μm，在氙氣的情況下，特別是在5～50μm，此致密的霧滴形成按照該噴嘴的軸線定向的射流，以及另外將激光束聚焦在如此得到的致密的霧上，此激光束能夠與此致密的霧相互作用，產(chǎn)生在遠(yuǎn)紫外區(qū)的光。
按照作為本發(fā)明目標(biāo)的該方法的一個優(yōu)選實施模式，稀有氣體是氙氣，由該氙氣將液化的氙加壓到15×105～25×105Pa，并將此液化的氙保持在-45℃～-30℃的溫度范圍內(nèi)。
當(dāng)稀有氣體優(yōu)選是氙氣時，可以使用產(chǎn)生的遠(yuǎn)紫外區(qū)光來使上面涂布了光敏樹脂層的基片曝光。
本發(fā)明的另一個目的是通過由激光束和由微細(xì)液滴組成的致密霧之間相互作用產(chǎn)生等離子體來產(chǎn)生遠(yuǎn)紫外區(qū)光的裝置，此裝置的特征在于，該液體是液化的稀有氣體，特別是液化的氙氣，其特征還在于，該裝置包括—用來裝載該液體的儲槽；—在壓力下將稀有氣體注入該儲槽的裝置，用此稀有氣體給在儲槽中裝載的液體加壓，在氙氣的情況下，此液體的壓力為5×105～50×105Pa；—通過將注入到此儲槽中的稀有氣體液化，生成在該儲槽中所含液體的裝置，當(dāng)稀有氣體是氙氣時，該液體被保持在-70℃～-20℃的溫度范圍內(nèi)；—噴嘴，其最小的內(nèi)徑為60～600μm，而且與該儲槽相連；
—包含該噴嘴的真空室；—使能夠與該霧相互作用的激光束進(jìn)入真空室的裝置；—獲得產(chǎn)生的光使其得到利用的裝置；以及—用于在此真空室中建立大約等于或低于10-1Pa的第一壓力的第一抽吸裝置，此注入裝置和制造液體的裝置所處的操作條件，使得能夠?qū)⒁夯南∮袣怏w保持在噴嘴中，并且能夠在真空室中，在該噴嘴的出口處產(chǎn)生致密而定向的液化稀有氣體滴的霧，其平均顆粒度大于1μm，在氙的情況下，特別在5～50μm的范圍內(nèi)，此致密的霧形成按照噴嘴軸線定向的射流。
按照本發(fā)明的裝置的一個優(yōu)選實施模式，該稀有氣體是氙氣，裝在該儲槽中的液態(tài)氙所受到的壓力為15×105～25×105Pa，而保持液體氙的溫度為-45℃～-30℃。
本發(fā)明目的的裝置還可包括—界定一個次級區(qū)(secondary area)的壁，在該壁上開有一個朝著噴嘴的小孔，此小孔位于此噴嘴的軸線上；以及—第二抽吸裝置，用來在此次級區(qū)內(nèi)建立高于第一壓力的第二壓力。
該壁優(yōu)選包括一個收集器(skimmer)，其軸線與噴嘴的軸線相重合，其開孔構(gòu)成該壁的小孔。
本發(fā)明的目的裝置還可以包括一個熱屏障，其上面開孔并朝著噴嘴用來讓由致密的霧形成的射流通過。
構(gòu)成噴嘴的材料，其電阻優(yōu)選大于或等于108Ω·cm，此材料的熱導(dǎo)大于或等于40W/mK，其維氏(Vicker)硬度值大于或等于8000N/mm2。
此材料是比如一種陶瓷。
這種陶瓷優(yōu)選是氮化鋁。
本發(fā)明的目的裝置還可以包括一個集光器，能夠使產(chǎn)生的光定向或者聚焦到使用此光的裝置上。
此集光器可包括至少一個凹面反光器。
按照本發(fā)明的目的裝置的一個具體的實施模式，此裝置還包括對可能裝在該裝置內(nèi)的光學(xué)元件進(jìn)行保護(hù)使之免遭可能出現(xiàn)的碎片影響的裝置。
按照不同的具體實施模式，這些保護(hù)裝置是—使真空室內(nèi)的稀有氣體在曝露于這些碎片中的光學(xué)元件的表面前流動的裝置；或—加熱這些曝露于這些碎片中的光學(xué)元件表面的裝置；或—將這些光學(xué)元件所包括的金屬層進(jìn)行正偏壓化的裝置。
本發(fā)明還涉及對半導(dǎo)體基片進(jìn)行平版印刷的設(shè)備，此設(shè)備包括—支撐半導(dǎo)體基片的裝置，在此基片上涂布有光敏樹脂層，按照預(yù)定的圖案對此樹脂層進(jìn)行曝光；—包含放大形式預(yù)定圖案的遮掩模；—按照本發(fā)明發(fā)生遠(yuǎn)紫外區(qū)光線的裝置；—使光線透過至遮掩模的光學(xué)元件，此遮掩模提供放大形式的圖案影象，以及—將此影象縮小并將其投影到光敏樹脂層的光學(xué)元件。
附圖簡述參照附圖，通過閱讀下面給出的實施例將更好地理解本發(fā)明，這些實施例僅僅用于說明，完全沒有限制的意義，在這些附圖中—

圖1是用于產(chǎn)生致密的氙滴霧的本發(fā)明目的裝置的一個特定實施方案的示意圖；—圖2和圖3是在圖1的裝置中使用的噴嘴實施例的示意圖；—圖4是氙的相圖的一部分，在飽和蒸汽壓曲線的上方表示圖1裝置的操作區(qū)(斜線)和該裝置的最佳操作區(qū)(交叉斜線)；—圖5是表示圖1的裝置在不同的噴嘴和儲槽溫度下產(chǎn)生的EUV輻射相對強(qiáng)度變化的實驗曲線圖；以及—圖6是按照本發(fā)明的平版印刷裝置的示意圖。
特定實施模式的詳細(xì)公開在圖1上示意性顯示的本發(fā)明的產(chǎn)生霧的裝置A包括一個儲槽2和噴嘴4。此噴嘴4的位置靠近儲槽2并與之相連。
此儲槽2用來儲存液體氙(6)。深冷裝置8用來把氣態(tài)氙10轉(zhuǎn)化為液體氙6。
另外，液體氙6被此氣態(tài)氙10加壓。借助于管道12將氣態(tài)氙注入到儲槽2中，并通過深冷裝置8將其液化，得到液體氙6。
作為例子，此深冷裝置包括圍繞著儲槽和噴嘴的管道8a，在圖1中用虛線僅表示出此管道的一部分，在此管道中通入深冷流體，比如氮。
另外，此深冷裝置8還包括調(diào)節(jié)裝置(未顯示)，能夠?qū)⒁后w氙的固定溫度T保持在-70℃≤T≤-20℃，優(yōu)選-45℃≤T≤-30℃。
噴嘴4和儲槽2的溫度條件，以及注入到儲槽2中的氣態(tài)氙10的壓力條件構(gòu)成確定從噴嘴4中出去的氙液滴尺寸的關(guān)鍵參數(shù)。
此噴嘴4開口在真空室14中，此真空室裝有抽吸裝置16，用以建立低于氣態(tài)氙10壓力很多的壓力。
到達(dá)噴嘴4的液體氙6被猛烈地推動經(jīng)過噴嘴的小孔18，進(jìn)入真空室14，并在這里形成由液體氙滴構(gòu)成的致密霧20。
此致密霧20形成射流，此射流被嚴(yán)格局限在噴嘴的軸線X上，這也是此噴嘴的小孔18的軸線。
現(xiàn)在考慮氙的液滴致密霧20在產(chǎn)生EUV輻射時的應(yīng)用。
為了激勵此霧20，使用了比如YAG型脈沖激光器22，其脈沖能優(yōu)選為0.2～2J，其脈沖持續(xù)時間優(yōu)選為3～80ns。另外，聚焦裝置應(yīng)使得激光束在靶子上達(dá)到足夠的照度，以激發(fā)出等離子體，即對于氙來說，照度等于或大于5×1011W/cm2。
借助于透鏡26或鏡面把由激光器22提供的光束24聚焦在霧20上。
在所介紹的實施例中明確指出，經(jīng)過安裝在真空室室壁上的對此激光束是透明的窗口28把激光束24引入到真空室14中。
在圖1中，用箭頭30表示由液體氙滴發(fā)射出的EUV射線，其方向是向著各個方向的。然而，最大量的EUV光是由面對著激光束的等離子體半球產(chǎn)生的，此等離子體是由致密霧和激光束的相互作用而產(chǎn)生的。
在真空室14的一個或幾個壁上準(zhǔn)備一個或幾個窗口(未顯示)用來獲得EUV輻射以便使用。但是，把此光源集成到一個使用所產(chǎn)生的射線的設(shè)備內(nèi)，特別是如果此設(shè)備在與該光源相同的氣體環(huán)境下操作，可以不使用窗口，這并不偏離本發(fā)明范圍。在此情況下，整個設(shè)備的體系就代替了真空室14的功能。
為了使致密霧20和聚集激光束24的相互作用產(chǎn)生最佳的EUV輻射30，通過調(diào)節(jié)注入的氣態(tài)氙的壓力和噴嘴4以及儲槽2的溫度來調(diào)節(jié)霧滴的平均尺寸。
優(yōu)選地當(dāng)稀有氣體是氙時，注入的氣態(tài)氙的壓力可以為15～25bar(15×105～25×105Pa)，噴嘴和儲槽的溫度為-45℃～-30℃，此時霧滴的平均尺寸是5～50μm。
可以通過同時使用液氮和任何加熱的裝置來調(diào)節(jié)噴嘴和儲槽的溫度，以使其保持恒定。也可以使用一種或幾種具有Peltier組件，或者使用傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)或熱泵操作系統(tǒng)來實現(xiàn)這一點。
為了使聚焦激光束24和霧20的相互作用產(chǎn)生的EUV輻射源達(dá)到最佳的操作，液體氙由儲槽2通往真空室14粉化為霧所經(jīng)過的噴嘴4的材料應(yīng)該具有如下所述的物理性能。
1)此材料應(yīng)該是電絕緣的，以避免在噴嘴4和由激光束和靶子(致密的霧)之間的相互作用而形成的等離子體之間可能發(fā)生的放電現(xiàn)象。此材料的電阻率應(yīng)高于108Ω·cm，優(yōu)選在1014Ω·cm左右；2)此材料應(yīng)該是熱的良導(dǎo)體，以使噴嘴4的進(jìn)口和出口之間的氙保持液態(tài)。此材料的熱導(dǎo)率應(yīng)該大于40W/mK。優(yōu)選在180W/mK左右；3)此材料應(yīng)該有足夠的硬度，以耐受液體氙在噴嘴4中的流動和耐受可能出現(xiàn)的由于激光束和由致密的霧形成的靶子相互作用而產(chǎn)生的等離子體造成的磨損。其維氏硬度指數(shù)應(yīng)大于8000N/mm2，可優(yōu)選在12000N/mm2左右。
噴嘴優(yōu)選使用的材料是陶瓷，優(yōu)選氮化鋁(AlN)。
但是，其他陶瓷，比如氧化鋁或氮化硅也是可以使用的。
可以在真空室14中，在面對著噴嘴4的地方放置隔膜，即帶有標(biāo)定小孔的單塊膜片，或者放置收集器32，使真空室分隔為分開的兩部分34和36，以使真空室14更容易進(jìn)行抽吸，收集器與隔膜的不同之處在于其尖端處的形狀，這使其較少遮擋EUV輻射，從而賦予其更大的優(yōu)勢。
因此，如在圖1上所看到的，準(zhǔn)備一個壁38，用來把一部分36和另一部分34隔開，而收集器32延伸了壁38。
此收集器32的軸線與噴嘴4的軸線X相重合。另外，此收集器與噴嘴4距離是D，其位于被照射區(qū)附近和距噴嘴10mm處之間，此收集器的內(nèi)徑為1～4mm。
真空室14的34部分，即包含噴嘴4以及由激光束和霧滴射流的相互作用而形成的等離子體的部分被抽吸裝置16抽吸，直至在此部分34中得到的壓力低于或等于10-1Pa。此10-1Pa的值是所允許的最大值，以避免在真空室14的此部分34或上部分中存在的氣態(tài)氙對EUV輻射有太大的再吸收現(xiàn)象。
一部分沒有與激光束發(fā)生相互作用的霧穿過收集器32被抽到真空室14的另一部分，即下部36中。在真空室14的此下部36中，壓力可達(dá)到大約10Pa而不會使EUV輻射源的操作惡化。
在對真空室14的部分34和36進(jìn)行抽吸時，優(yōu)選不產(chǎn)生任何碳?xì)浠衔?，以不對收集EUV輻射的光學(xué)元件(未顯示)產(chǎn)生化學(xué)污染。
真空室14上部34的抽吸裝置16可以由比如一臺或幾臺與干式初級泵(dry primary pump)相連的帶有磁軸承的渦輪分子型泵構(gòu)成。
真空室14下部36的抽吸裝置16a可由一臺或幾臺干式初級泵構(gòu)成。
收集器的材料優(yōu)選具有如上對噴嘴4所述的物理性能，以避免對此收集器的腐蝕。
此收集器所優(yōu)選使用的材料是氮化鋁(AlN)，或者氧化鋁或氮化硅等其他陶瓷材料。
準(zhǔn)確地說，收集器32可用由一個平板形成的單一膜片代替，該平板將壁38封閉，并對著噴嘴4的小孔18有一個位于軸線X上的小孔，此平板是用與收集器同樣的材料制造的。
在噴嘴4和激光束24與靶子20的相互作用點O之間可提供一個熱屏障39，從而減少由于此相互作用產(chǎn)生的等離子體對噴嘴的加熱。
此熱屏障39優(yōu)選由與噴嘴材料具有同樣物理性質(zhì)的材料(比如AlN)制造，它固定在產(chǎn)生霧的裝置4a部分上，這部分被深冷裝置8冷卻。在所介紹的實施例中，此部分圍繞著噴嘴4。
因此，此熱屏障被深冷裝置8所冷卻。更一般說，此熱屏障優(yōu)選裝有冷卻裝置，此冷卻裝置可以是使氣態(tài)氙液化的裝置，也可以是與此不同的裝置。
噴嘴4的幾何形狀是影響射流20方向性的參數(shù)之一。圖2和圖3分別介紹了該噴嘴幾何形狀的兩個例子。
在注入的氣態(tài)氙10的壓力(5×105～50×105Pa)條件和噴嘴與儲槽的溫度條件(-70℃～-20℃)下，噴嘴的最小直徑d，或者更準(zhǔn)確說其小孔18的最小直徑為60～600μm。
如在圖2中所示，在與此相同的條件下，噴嘴4的小孔18在噴嘴的整個長度上可整體具有圓錐的形狀。此圓錐的直徑在射流20傳播的方向上逐漸增加。此圓錐的頂半角β為1～10°。
在一個實施方案中，此噴嘴4的小孔18具有圍繞軸線X對稱的圓柱體的形狀。
如在圖3上所示，無論噴嘴的小孔是哪一種形狀(圓柱體還是圓錐體)，朝向真空室的此小孔18的端部18a都可具有擴(kuò)張的形狀，其長度l為0.2～2mm，這使得噴嘴的直徑有局部的擴(kuò)大。這個擴(kuò)張的形狀(沿著X軸的縱向剖面)可以是按照圓、拋物線、雙曲線、指數(shù)或?qū)?shù)曲線的。
合理地選擇噴嘴4的幾何形狀能夠使射流在沿著此射流傳播的軸線X上的定向作到最優(yōu)化。
比如，在噴嘴溫度為大約-35℃，注入氣態(tài)氙的壓力為大約20×105Pa時，長度l為1mm，平均直徑為150μm，在其末端18a包含圓形擴(kuò)口的具內(nèi)圓柱形的噴嘴能夠提供發(fā)散半角(divergence half-angle)α為大約3°的霧滴。
與傳統(tǒng)的聚集物射流的發(fā)散半角(大約20°左右，見文獻(xiàn)[1]和[2])相比，這樣的發(fā)散半角是很小的，它能夠在噴嘴出口到激光束和霧的作用點之間保持足夠大的距離，而不會降低產(chǎn)生的EUV輻射的強(qiáng)度。
如果象在傳統(tǒng)的聚集物射流的情況下(文獻(xiàn)[1]和[2])，此距離不夠大，小于或等于1mm，則激光束和射流之間相互作用產(chǎn)生的等離子體就會對噴嘴出口有很強(qiáng)的加熱作用，造成射流的惡化和噴嘴腐蝕，而此腐蝕又會誘發(fā)碎片。
此致密的液體氙滴霧射流是充分定向的，足以保持噴嘴出口到激光束和此射流相互作用點之間的距離為1～5mm，這就能夠得到更強(qiáng)的EUV輻射源，并且實際上沒有材料碎片。
按照優(yōu)選的方式，本發(fā)明的EUV光源還包括一個EUV光線集光器。這樣的集光器由反射光學(xué)元件組成，比如放在此光源周圍的一個或幾個凹面鏡，這樣就可以接收盡可能多的EUV輻射，并將其定向或聚焦到使用此光線的裝置上。這樣的集光器對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的，在此不做更多的敘述。同理在附圖中沒有更多的說明，它的位置取決于使用此光線的裝置的位置，而這些裝置也是先有技術(shù)的專業(yè)人員已知的，在圖1上沒有介紹。
最后，本發(fā)明優(yōu)選還包括用來保護(hù)這些裝置的光學(xué)元件(比如窗口、聚焦裝置等)不受由該光源中可能產(chǎn)生的碎片的影響的裝置，即使本發(fā)明的光源也會產(chǎn)生少量這類碎片。這些裝置可以是用來在曝露于EUV輻射的表面前面產(chǎn)生由封閉區(qū)的環(huán)境氣體組成的輕微氣流的裝置，即使處于很低的壓力下。它們也可以由能夠?qū)@些光學(xué)元件進(jìn)行輕微加熱的裝置構(gòu)成。最后，它們也可以由在足以除去離子碎片的電壓下，比如在幾百伏或更高的電壓下，對這些光學(xué)元件中通常包括的金屬層正偏壓化的裝置構(gòu)成。
圖4是氙的相圖的一部分，該圖表示本發(fā)明的操作區(qū)(斜線)，其壓力為5×105～50×105Pa，溫度為-70～-20℃，這位于飽和蒸汽壓曲線的上方。該圖還表示最佳操作區(qū)(交叉的斜線)，這相當(dāng)于15×105～25×105Pa的壓力和-45～-30℃的溫度。飽和蒸汽壓P隨溫度t變化曲線中，壓力的單位是bar(1bar＝105Pa)，而溫度的單位是℃。
此圖位于此曲線左上方的部分相當(dāng)于液體氙(L)，而位于右下方的部分相當(dāng)于氣態(tài)氙(G)。
圖5是當(dāng)激光的作用點位于離噴嘴3mm處，注入的氣態(tài)氙壓力大約為24×105Pa時，表示產(chǎn)生的波長接近13.5nm的EUV輻射的相對強(qiáng)度Ir與儲槽和噴嘴的測量溫度T(℃)之間的關(guān)系變化圖。
圖5指出了用傳統(tǒng)的氙聚集物射流和用致密的液體氙滴霧所產(chǎn)生的EUV輻射強(qiáng)度的差別。
圖5顯示出不同的3個部分—部分I儲槽2和噴嘴4的測量溫度低于-25℃。在此部分I，氙的相圖清楚地顯示出，在此溫度和壓力的條件下氙是液態(tài)。儲槽2只包含液體氙。因此，存在著噴嘴4上游的液體氙經(jīng)霧化形成的致密液體氙霧滴射流。生成的EUV輻射的光通量很高。
—部分II儲槽和噴嘴的測量溫度為-25℃～大約-21.3℃。在此部分II，氙的相圖顯示出，氙經(jīng)過液態(tài)到達(dá)氣態(tài)。儲槽2中同時包含液體氙和氣態(tài)氙。這就涉及到液-氣的相變。產(chǎn)生的EUV輻射的光通量降低。
—部分III儲槽和噴嘴的測量溫度高于-21.3℃。在此部分III，氙的相圖清楚地顯示出，在此溫度和壓力條件下氙是氣態(tài)。儲槽2只包含氣態(tài)氙。在此溫度和壓力條件下，以及在噴嘴直徑500m時，由在噴嘴上游的氣態(tài)氙的冷凝形成氙聚集物傳統(tǒng)射流。得到的EUV輻射的光通量很小，大約只有用致密氙霧滴得到的1/5。
圖6很示意性地說明由本發(fā)明的裝置得到的EUV輻射在納米平版印刷中的應(yīng)用。
在此圖6上示意性地表示的納米平版印刷設(shè)備包括一個參照圖1敘述的EUV輻射源型的產(chǎn)生EUV輻射的裝置40。
然而，由于此設(shè)備本身也是在很低的壓力下操作，它的某些組件可以是和光源共同的，特別是抽真空裝置。它還可以包括的組件比如EUV集光器，雖然就其功能講EUV集光器屬于光源部分，但如果機(jī)械地固定在刻蝕設(shè)備中也不超出本發(fā)明的范圍。也可以在納米平版印刷設(shè)備中以機(jī)械的方式置入對光學(xué)元件清除來自光源的碎片的任選清洗裝置。
圖6的納米平版印刷設(shè)備還包括待加工的半導(dǎo)體基片44使用的支架42，此基片上覆蓋著將要按照預(yù)定圖案曝光的光敏樹脂層46。
此設(shè)備還包括—包含放大形式的此圖案的遮掩模48；—光學(xué)元件50，用來使來自裝置40的標(biāo)為52的EUV輻射成形，并將此輻射送到遮掩模48上，此時該遮掩模提供呈放大形式的圖案影象；以及—光學(xué)元件54，用來將此放大的影象縮小，并將此縮小的影象投射到光敏樹脂層46上。
支架42、遮掩模48和光學(xué)元件50和54都放置在沒有顯示的真空室中，為了簡化，此真空室優(yōu)選是在其中形成曝光EUV輻射52的真空室。
本發(fā)明不僅可用于制造具有很高集成度的集成電路的平版印刷由本發(fā)明所產(chǎn)生的EUV輻射還具有許多其他的應(yīng)用，特別是在材料科學(xué)和在顯微鏡方面。
另外，本發(fā)明不限于氙?？梢允褂闷渌南∮袣怏w，比如氬氣生成致密的霧以及產(chǎn)生EUV輻射。
但是，對于平版印刷術(shù)，優(yōu)選使用氙。
本發(fā)明旨在得到EUV光。但其產(chǎn)生大量的由可見光到軟X射線的光線，對于所有產(chǎn)生的波長都是可以使用的。
權(quán)利要求
1.通過由激光束(24)和靶子之間相互作用生成等離子體產(chǎn)生遠(yuǎn)紫外區(qū)光(30)的方法，此方法的特征在于該靶子由微細(xì)液滴構(gòu)成的致密的霧(20)組成，此液體是液化的稀有氣體，特別是液體氙，通過將稀有氣體液化得到此液體，用此稀有氣體將該液體加壓，在氙氣的情況下，加壓到5×105～50×105Pa的壓力，同時將此液態(tài)氙保持在-70℃～-20℃的溫度范圍，另外選擇該氣體的壓力和溫度，使得此稀有氣體呈液態(tài)，將如此加壓的液體注入一個噴嘴(4)，其最小內(nèi)徑為60～600μm，此噴嘴通向一個壓力等于或低于10-1Pa的區(qū)域，這樣就在噴嘴出口的區(qū)域形成致密而定向的液化稀有氣體滴的霧，其平均顆粒度大于1μm，在氙氣的情況下，特別是在5～50μm，此致密的霧形成按照該噴嘴的軸線(X)定向的射流，以及將激光束聚焦在如此得到的致密的霧上，此激光束能夠與此致密的霧相互作用，產(chǎn)生遠(yuǎn)紫外區(qū)的光。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中稀有氣體是氙氣，因此氣態(tài)氙將液體氙加壓到15×105～25×105Pa的壓力，同時將此液體氙保持在-45℃～-30℃的溫度。
3.如權(quán)利要求1和2中任何一項的方法，其中稀有氣體是氙氣，使用在遠(yuǎn)紫外區(qū)產(chǎn)生的光使上面涂布了光敏樹脂層(46)的基片(44)曝光。
4.通過由激光束(24)和由微液滴組成的致密霧(20)相互作用生成等離子體產(chǎn)生遠(yuǎn)紫外光(30)的裝置，此裝置的特征在于，該液體是液化的稀有氣體，特別是液體氙，其特征還在于，該裝置包括—用來裝載該液體的儲槽(2)；—在壓力下將稀有氣體注入該儲槽的裝置(12)，由此稀有氣體給在儲槽中裝載的液體加壓，在氙氣的情況下，使此液體的壓力達(dá)到5×105～50×105Pa；—通過將注入到此儲槽中的稀有氣體液化，生成在該儲槽中所含液體的裝置(8)，當(dāng)此稀有氣體是氙氣時，該液體被保持在-70℃～-20℃的溫度范圍內(nèi)；—噴嘴(4)，其最小的內(nèi)徑為60～600μm，而且與該儲槽相連；—包含該噴嘴的真空室(14)；—使能夠與該霧相互作用的激光束進(jìn)入該真空室的裝置(28)；—獲得產(chǎn)生的光并使其得到利用的裝置；—用于在此真空室中建立大約等于或低于10-1Pa的第一壓力的第一抽吸裝置(16)，此注入裝置和生成液體的裝置所處的操作條件，使得能夠?qū)⒁夯南∮袣怏w保持在噴嘴中，并且能夠在真空室中，在該噴嘴的出口處產(chǎn)生致密而定向的液化稀有氣體滴的霧，其平均顆粒度大于1μm，在氙的情況下，其尺寸特別在5～50μm的范圍內(nèi)，此致密的霧形成沿噴嘴軸線(X)定向的射流。
5.如權(quán)利要求4的裝置，其中的稀有氣體是氙，在該儲槽(2)中所裝的液體氙所處的壓力為15×105～25×105Pa的壓力，此液體氙被保持的溫度為-45℃～-30℃。
6.如權(quán)利要求4和5中任何一項的裝置，該裝置還包括—界定一個次級區(qū)的壁(38)，在該壁上開有一個朝著噴嘴的小孔，此小孔位于此噴嘴的軸線(X)上；以及—第二抽吸裝置(16a)，用來在此次級區(qū)內(nèi)建立高于第一壓力的第二壓力。
7.如權(quán)利要求6的裝置，其中該壁包括一個收集器(32)，其軸線與該噴嘴的軸線(X)重疊，其小孔構(gòu)成壁上的開孔。
8.如權(quán)利要求5～8中任何一項的裝置，該裝置還包括一個熱屏障(39)，在其上面向著噴嘴開有孔，用來通過由致密的霧形成的射流。
9.如權(quán)利要求4～8中任何一項的裝置，其中構(gòu)成噴嘴(4)的材料的電阻率高于或等于108Ω·cm，其熱導(dǎo)率應(yīng)該大于或等于40W/mK，其維氏硬度指數(shù)應(yīng)大于或等于8000N/mm2。
10.如權(quán)利要求9的裝置，其中該材料是陶瓷。
11.如權(quán)利要求10的裝置，其中該陶瓷是氮化鋁。
12.如權(quán)利要求4～11中任何一項的裝置，該裝置還包括一個能夠?qū)a(chǎn)生的光線定向或聚焦到使用此光線裝置的集光器。
13.如權(quán)利要求12的裝置，其中該集光器包括至少一個凹面反射器。
14.如權(quán)利要求4～13中任何一項的裝置，還包括保護(hù)在該裝置中可能裝有的光學(xué)元件使其不受可能存在的碎片影響的裝置。
15.如權(quán)利要求14的裝置，其中所述保護(hù)裝置是使真空室內(nèi)的稀有氣體通過曝露于此碎片下的光學(xué)元件表面前的裝置。
16.如權(quán)利要求14的裝置，其中所述保護(hù)裝置是對曝露于此碎片下的光學(xué)元件的表面進(jìn)行加熱的裝置。
17.如權(quán)利要求14的裝置，其中所述保護(hù)裝置是將此光學(xué)元件所包括的金屬層進(jìn)行正偏壓化的裝置。
18.一種半導(dǎo)體基片的平版印刷設(shè)備，此設(shè)備包括—支撐半導(dǎo)體基片(44)的裝置(48)，在此基片上涂布有光敏樹脂層(46)，樹脂層(46)按照預(yù)定的圖案曝光；—包含放大形式的預(yù)定圖案的遮掩模(48)；—按照權(quán)利要求4～17中任何一項發(fā)生遠(yuǎn)紫外區(qū)光的裝置；—使該光線透至遮掩模的光學(xué)元件(50)，此遮掩模提供放大形式的圖案影象，以及—將此影象縮小并將其投影到光敏樹脂層的光學(xué)元件(54)。
全文摘要
按照本發(fā)明，使激光束(24)與致密的微液滴霧(20)相互作用，此液體是液化的稀有氣體。特別使用液體氙(6)，通過氣態(tài)氙(10)的液化得到液體氙，用氣態(tài)氙將液體氙加壓到5×10
文檔編號G03F7/20GK1618259SQ02812268
公開日2005年5月18日 申請日期2002年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月18日
發(fā)明者M·施米德特, O·蘇勒莫蒂爾, T·塞科蒂, M·塞格斯 申請人:法國原子能委員會