TW201618601A - 用以減少極紫外光產生之振盪的系統及方法 - Google Patents

Abstract

描述一種用以與雷射產生電漿(LPP)極紫外(EUV)源電漿室一起使用的小滴產生系統。在EUV產生期間，振盪可隨著電漿室之內的小滴飛行時間的變化而出現。為了減少此等振盪，小滴控制器調整產生小滴之速率，該速率又指示小滴飛行時間。小滴係所產生的微滴之聚結的結果，使得藉由用來產生微滴之訊號的頻率來指示產生小滴之速率。此調整可為基線小滴頻率之調變。在一些情況下，調變函數可為正弦曲線或實施為偽隨機(pseudo-random)開關。

Description

用以減少極紫外光產生之振盪的系統及方法

本揭示案大體係關於減少在極紫外光產生期間出現的振盪，並且更具體而言係關於小滴產生。

半導體工業持續地使微影技術得到發展，該技術能夠印刷愈來愈小的積體電路尺寸。通常將極紫外(EUV)光(有時亦稱為軟x射線)定義為波長在10nm與110nm之間的電磁輻射。通常認為EUV微影術包括波長在10nm至14nm範圍內之EUV光，且該微影術係用以在諸如矽晶圓之基板中產生極小的特徵(例如次32nm特徵)。此等系統必須為高度可靠的且提供成本有效的產出量及合理的製程寬容度。

用以產生EUV光之方法包括但不必限於，將材料轉化為電漿狀態，該材料具有一或多個元素(例如氙、鋰、錫、銦、銻、碲、鋁等)並在EUV範圍內具有一或多個發射線。在一個此種方法中，可藉由在LPP EUV源電漿室之內的照射位點處使用雷射光束照射目標材料來產生通常稱為雷射產生電漿(LPP)的所要電漿，該目標材料諸如具有所要線發射元素之材料小滴、材料流或材料叢集。

當在具有持續1ms或長於超脈衝1ms的叢發之 激發模式(firing pattern)下操作EUV光源時，所得EUV能量經受突發性振盪。此等振盪在確定性頻率下出現，該等確定性頻率隨電漿室中的自噴嘴至照射位點的小滴飛行時間及LPP EUV系統之其他參數(例如，壓力及周圍氣流速度)而變。當前LPP EUV系統藉由致動源雷射振幅或藉由致動源雷射之時序來主動地補償振盪。

在一實施例中，一種系統包含：小滴控制器，其 經組配來根據預定義小滴頻率在指定時間標度上的調變函數來調整用以產生聚結成小滴之微滴的微滴產生函數之頻率，經調整的頻率指示預定義小滴頻率之調變，小滴在該預定義小滴頻率下在雷射產生電漿(LPP)極紫外(EUV)源電漿室之內到達照射位點；以及小滴產生器，其經組配來根據微滴產生函數之經調整頻率來產生微滴。

在另一實施例中，一種方法包含：根據預定義小 滴頻率在指定時間標度上的調變函數來調整用以產生聚結成小滴之微滴的微滴產生函數之頻率，經調整的頻率指示預定義小滴頻率之調變，小滴在該預定義小滴頻率下在雷射產生電漿(LPP)極紫外(EUV)源電漿室之內到達照射位點；以及根據微滴產生函數之經調整的振幅而產生微滴。

在其他實施例中，非暫時性電腦可讀媒體具有在 其上實施的指令，當藉由一或多個處理器執行時，該等指令執行包含以下各者的操作：根據預定義小滴頻率在指定 時間標度上的調變函數來調整用以產生聚結成小滴之微滴的微滴產生函數之頻率，經調整的頻率指示預定義小滴頻率之調變，小滴在該預定義小滴頻率下在雷射產生電漿(LPP)極紫外(EUV)源電漿室之內到達照射位點；以及根據微滴產生函數之經調整頻率而產生微滴。

100‧‧‧(LPP)EUV系統

101‧‧‧源雷射

102‧‧‧雷射光束

103‧‧‧光束輸送系統

104‧‧‧聚焦光學元件

105‧‧‧照射位點

106‧‧‧小滴產生器

107‧‧‧小滴

108‧‧‧橢圓鏡/收集器

109‧‧‧焦點

110‧‧‧(LPP EUV源)電漿室

111‧‧‧小滴控制器

112‧‧‧感測器

200、300‧‧‧曲線圖

202‧‧‧基線頻率

204‧‧‧可調範圍

206‧‧‧時間標度/第二調變函數

208‧‧‧正弦曲線(調變函數)/評估模組

210‧‧‧調變振幅

212‧‧‧最大頻率

214‧‧‧最小頻率

216‧‧‧第二調變函數

302、304‧‧‧曲線

402‧‧‧調變模組

404‧‧‧微滴調整模組

406‧‧‧向前饋送模組

408‧‧‧評估模組

410‧‧‧壓電換能器(PZT)

412‧‧‧噴嘴

502~508‧‧‧操作步驟

圖1係例示出根據一實施例的LPP EUV系統之組件中的一些的示意圖。

圖2係描繪小滴產生頻率隨時間而變的曲線圖。

圖3係描繪施加至小滴產生器的電壓與微滴產生之間的關係的曲線圖。

圖4係小滴產生所涉及的EUV系統組件之一部分的方塊圖。

圖5係描述執行以產生小滴的一系列操作的流程圖。

在EUV系統中，能量的振盪隨若干變數的改變而出現，該等變數包括在電漿室之內自小滴源至照射位點的小滴飛行時間。此等振盪可在小滴在連續流動中以固定頻率產生時出現。為了減少該等振盪，產生小滴之頻率圍繞固定頻率(稱為基線頻率)而經調變。

雖然，在一些情況下，獲知頻率變化的劑量控制器可立即補償或抵消下一小滴，但零均值調變可用以使調變之作用在自EUV光源發射的EUV光上的效果最小化。在 零均值調變中，小滴之基線頻率按照在一段時間內具有零均值的方式而經調變。EUV光源之劑量窗用以判定定義調變函數的時間段。可使用包括正弦函數的各種函數並藉由在頻率之間在隨機時間切換小滴頻率來實現零均值調變。

小滴係自微滴聚結而成。微滴又係根據另一函數 而產生。在當前EUV系統中，用以產生微滴之函數由於具有固定振幅而以固定頻率產生聚結的小滴。在本文所描述之EUV系統中，根據具有變化頻率的正弦曲線函數或階梯函數而產生微滴，該變化頻率導致自微滴聚結的小滴之頻率的調變。

為了在電漿室中使雷射脈衝與小滴同步，調變函 數向前饋送至劑量控制器及用來控制源雷射之時序的組件。此外，可基於自電漿室收集的資料來調整該調變。該資料可指示所產生的小滴或EUV功率之經量測頻率。

圖1例示出根據一實施例的LPP EUV系統100之 組件中的一些。諸如CO₂雷射之源雷射101產生雷射光束102，雷射光束102通過光束輸送系統103且穿過聚焦光學元件104(包含透鏡及轉向鏡)。聚焦光學元件104具有位於LPP EUV源電漿室110內照射位點105處的主焦點。小滴控制器111控制小滴產生器106，小滴產生器106產生聚結成適當目標材料之小滴107的微滴，當藉由雷射光束102在照射位點105處擊中時，該目標材料產生發出EUV光的電漿。感測器112可量測小滴107之頻率或來自所產生電漿之能量。橢圓鏡(「收集器」)108使來自電漿的EUV光聚焦於焦點109(亦 稱為中間焦點位置)以用於將所產生的EUV光輸送至例如微影掃描器系統(未圖示)。焦點109將通常位於掃描器(未圖示)之內，該掃描器所含有之晶圓曝露於EUV光。在一些實施例中，可存在多個源雷射101，該等源雷射101之光束全部會聚在聚焦光學元件104上。一種類型的LPP EUV光源可使用CO₂雷射及硒化鋅(ZnSe)透鏡，該透鏡具有抗反射塗層及約6吋至8吋之通光孔徑。

圖2係描繪小滴產生頻率隨時間而變的曲線圖 200。該曲線圖描繪出兩個可能的調變函數，可以50kHz的基線頻率202應用該等調變函數。在每一調變函數中，小滴頻率在調變函數之時間標度206(例如，持續時間)上在可調範圍204之內變化。如將基於本揭示案而對熟習此項技術者顯而易見的，可調範圍204受約束於小滴之聚結距離。如所描繪，調變函數之可調範圍204係在49kHz與51kHz之間，並且所示調變函數之時間標度206為0.01秒。

調變函數可根據基線頻率202而產生並儲存為單 獨函數。在操作期間，調變函數及基線頻率隨後經組合以指導小滴產生器106在經調變頻率下產生小滴。在其他實施例中，調變函數可自身將基線頻率202表達為例如向調變函數的偏移量。

所描繪正弦曲線調變函數208以1Hz的調變振幅 210在時間標度206期間重複五次(亦即，每0.002秒)。正弦曲線調變函數208起始於50kHz的基線頻率202，到達51kHz的最大頻率212及49kHz的最小頻率214。由於正弦曲線 調變函數208為正弦波，因此正弦曲線調變函數208在每一重複週期上具有零均值振幅。

所描繪第二調變函數216(標記為「偽隨機 (pseudo-random)開關」)係隨機時間、固定振幅擾動。此擾動實施為開關，該開關在50kHz的基線頻率202、可調範圍204中的51kHz的最大頻率212與可調範圍204之49kHz的最小頻率214之間進行切換。在時間標度206期間的切換時序係經隨機計算但受約束以便在時間標度206上具有零均值振幅。

藉由調整控制小滴產生器106的函數來達成相對 於圖2所論述的各種頻率。可使用的函數之實例包括但不限於振幅調變、頻率調變、鋸齒函數、sinc函數、脈衝波(例如，矩形波形)及雙極脈衝波。如在其他處所解釋的，函數之振幅改變小滴產生器106中的壓電換能器(PZT)將聚結成小滴的微滴推出的力。在一些情況下，函數之振幅與所得小滴頻率成正比。

圖3係描繪微滴輸入流隨施加至PZT的電壓而變 的曲線圖300。為了有效地根據調變函數引起在微滴成為小滴的聚結中產生變化，產生微滴自身之間的大速度梯度(例如，大約37.5(m/s)/mm)。微滴之速度受控於小滴產生器106中的壓力調變，該壓力調變係藉由電壓施加至PZT時產生的顯著毛細管變形及藉由改變小滴自連續噴射斷離的時序而利用表面張力效應所引起。

曲線圖300描繪隨時間推移施加至PZT的電壓(曲 線302，右側及頂部軸)與在一定距離上的小滴速度(曲線304，左側及底部軸)之間的關係之實例。如根據此曲線圖而對熟習此項技術者顯而易見的，當施加至使毛細管變形的PZT之電壓改變時，小滴速度圍繞正弦函數而變化。可使用本領域已知技術來利用電壓與小滴速度之間的此關係，以使得微滴根據調變函數而聚結。

圖4係小滴產生所涉及的EUV系統100組件之一 部分的方塊圖。EUV系統100可按照為熟習此項技術者所知的各種方式來實施，該等方式包括但不限於具有處理器的電腦，該處理器可存取能夠儲存可執行指令的記憶體。該電腦可包括一或多個輸入及輸出組件，包括用於經由網路而存取其他電腦的組件。在操作中，圖4所示組件產生聚結成小滴107的微滴，小滴107又到達電漿室110之內的照射位點105。

小滴控制器111獲得用來調變預定義小滴頻率的 調變函數，小滴107在預定義小滴頻率下到達照射位點105。預定義小滴頻率係基於掃描器所要的EUV系統100之功率輸出而選擇的基線頻率202。如本領域中已知，預定義小滴頻率影響小滴107到達照射位點105的速度(在給定壓力及噴嘴尺寸下)。所得小滴頻率係微滴聚結之結果，且隨若干變數而變，該等變數包括但不限於個別微滴之尺寸、噴嘴412之噴嘴壓力、在一段時間內形成的微滴的數目及噴嘴412之尺寸。在一些情況下，預定義小滴頻率係40千赫(kHz)、50kHz(如圖2所示)、60kHz或100kHz。

微滴調整模組404可藉由在調變模組402處或在 小滴控制器111之內存取記憶體(未圖示)或藉由在調變模組402之內產生調變函數來獲得調變函數。

調變函數係在指定時間標度206上定義，指定時 間標度206在持續時間上等於或短於劑量窗。劑量窗係一段持續時間，在該段持續時間期間，量測在電漿室110中產生的EUV能量之移動平均值。在一個實例中，劑量窗為0.01秒。調變函數之指定時間標度206可為劑量窗之分率，以使得劑量窗含有整數個時間標度。例如，劑量窗可為調變函數之指定時間標度206持續時間的十倍，以使得每一劑量窗含有十個完整的調變函數。

調變函數係進一步以自基線頻率202量測的調變 振幅210為特徵。調變振幅210受約束於所定義的可調範圍204，所定義的可調範圍204指示可在其內產生小滴的頻率範圍。可手動選擇或根據基線頻率202來選擇可調範圍204。在一些情況下，可調範圍204可受限於微滴在基線頻率202附近或低於基線頻率202下聚結之能力。參考圖2所示之調變函數，若基線頻率202為50kHz，則調變函數可使得小滴107之實際頻率在自49kHz至51kHz的所定義可調範圍204之內變化。在此實例中，調變函數具有不大於1kHz的調變振幅210。在其他情況下，調變振幅可大於或小於1kHz。

調變函數在指定時間標度206上具有零均值調 變。零均值調變計算為調變函數在指定時間標度206上的平 均振幅值。為了達成零均值調變或為了補償劑量控制以在劑量窗期間提供平均功率，可使用各種數學函數。

在一些情況下，可使用諸如正弦曲線208的正弦 曲線。正弦曲線208經產生以便包括一或多個完整的週期，從而導致零均值振幅。在一些情況下，避開由飛行時間所引起的振盪之頻率及其倍數。為進行例示，圖2所示之正弦曲線208包括五個完整週期，每一完整週期在0.01秒時間標度上持續0.002秒。替代地，正弦曲線208可藉由熟習此項技術者表徵為具有0.002秒時間標度，同時保持時間標度之零均值調變。

在其他情況下，使用隨機時間、固定振幅擾動(例 如，圖2之第二調變函數206)。該擾動實施為偽隨機開關，該偽隨機開關在時間標度206上具有零均值約束。在此等情況下，調變函數206在基線頻率、可調範圍之最大頻率與可調範圍之最小頻率之間進行偽隨機切換，但不必按此次序。開關可經偏置以便在時間標度206之內在基線頻率202下花費不成比例的時間量。開關可每5至10個小滴107進行致動。

一旦藉由微滴調整模組404而獲得調變函數，向 前饋送模組406將所獲調變函數傳送至源雷射101。源雷射101可接著使用調變函數來調整產生雷射脈衝之速率，以使得脈衝在照射位點105處擊中所形成的小滴107。可使用快速反饋計時校正來校正在操作期間出現的誤差。

評估模組208接收並處理藉由感測器112自電漿 室110收集的資訊。藉由感測器112收集的資訊可指示例如經量測的小滴頻率或藉由雷射脈衝擊中小滴107而產生的經量測的EUV功率。基於此資訊，評估模組208可指導調變模組202或源雷射101來分別調整調變函數、劑量控制或雷射脈衝產生，以使得雷射脈衝102在照射位點105處擊中小滴107並提供在劑量窗上恆定的平均能量。

聚結成小滴107的微滴自噴嘴412湧出。壓電換能 器(PZT)410控制藉由噴嘴412湧出的微滴之個別尺寸。如在本文其他處所解釋的，PZT 410根據一函數來控制微滴產生，其中該函數之頻率指示湧出的微滴之速度。微滴之速度控制微滴聚結成小滴107並行進至照射位點105之速率。 在一些情況下，施加至PZT的電訊號振盪之週期產生速度差，從而導致聚結的小滴之經調變頻率。此進一步指示聚結的小滴107到達照射位點105之頻率及速度。

圖5係描述一系列操作的流程圖，該一系列操作 經執行以產生小滴107並指導源雷射101之時序。可藉由小滴控制器111及小滴產生器106來執行該操作。

在操作步驟502中，獲得具有零均值調變的調變 函數。在一些情況下，藉由微滴調整模組404獲得調變函數。在一實施例中，調變函數係藉由調變模組402而產生且儲存在調變模組402處。

在操作步驟504中，調整微滴之產生以使得小滴 聚結根據調變函數而發生。例如，微滴可藉由小滴產生器106而產生，小滴產生器106根據變化頻率之脈衝波函數而 進行操作。在其他情況下，可根據多個(例如，三個)正弦波之合成訊號來操作小滴產生器106。該調整可藉由例如小滴控制器111而自調變函數得以計算。

在操作步驟506中，藉由例如向前饋送模組406 將調變函數向前體送至源雷射101。藉由向前饋送調變函數，源雷射101能夠使所產生的雷射脈衝在照射位點105處與小滴107之到達同步，或能夠補償劑量。

在操作步驟508中，基於自電漿室110收集的資訊 來對調變函數進行評估。該資訊可包括經量測的小滴頻率或經量測的EUV功率。基於該評估，可藉由小滴控制器111而調整調變函數，如在本文中其他處所解釋的。

雖然本文所描述之能量的振盪論述為歸因於在 電漿室110之內自小滴產生器106至照射位點105的小滴飛行時間的變化，但應理解，可由其他變數引起該等振盪。 如熟習此項技術者將根據本文之教導而瞭解的，該等變數對LPP EUV系統100中發生之過程而言可能為固有性的或外源性的。此等變數之實例可包括但不限於收集器108之圓錐體或周界對電漿室110之內的流動之干擾、電漿室110之內的壓力(其中電漿室110不為完全真空)及/或保護覆蓋物之長度。

以上已參照若干實施例闡述所揭示之方法及裝置。根據此揭示案，熟習此項技術者將明白其他實施例。使用不同於以上實施例中所描述組態的組態，或結合不同於以上所描述元件的元件可容易地實施所描述方法及裝置 之某些態樣。例如，可使用或許比本文所述之演算法及/或邏輯電路更複雜之不同演算法及/或邏輯電路，以及可能使用不同類型的源雷射及/或小滴產生器。

此外，亦應瞭解的是，可以包括製程、裝置或系 統之眾多方式來實施所描述方法及裝置。本文所描述之方法可經由用於指導處理器執行此類方法之程式指令來實施，且此類指令係記錄在電腦可讀儲存媒體上，諸如硬碟驅動機、軟碟、諸如光碟(compact disc,CD)或數位多樣化光碟(DVD)之光碟(optical disc)、快閃記憶體等等，或經由光學或電子通訊連結發送程式指令之電腦網路。應注意，可改變本文所描述方法之步驟的次序且仍然在本揭示案的範圍之內。

應理解的是，所給出實例係僅用於說明性目的且 可擴展至使用不同慣例及技術之其他實行方案及實施例。 雖然描述了許多實施例，但是不欲將本揭示案限於本文所揭示之實施例。相反，意欲涵蓋對熟習此項技術者而言明顯的所有替代方案、修改以及等效物。

在前述說明書中，參照本發明之具體實施例來描 述本發明，但熟習此項技術者應認識到，本發明不限於該等具體實施例。上述本發明之各種特徵及態樣可單獨或聯合使用。此外，可以本文所述之該等環境及應用以外的任何數目的環境及應用來利用本發明而不脫離本說明書之更廣泛的精神及範疇。因此，本說明書及圖式應視為說明性的而非限制性的。應瞭解的是，如本文所使用，「包含」、「包 括」以及「具有」等詞具體而言意欲解讀為開放式技術用詞。

106‧‧‧小滴產生器

111‧‧‧小滴控制器

112‧‧‧感測器

402‧‧‧調變模組

404‧‧‧微滴調整模組

406‧‧‧向前饋送模組

408‧‧‧評估模組

410‧‧‧壓電換能器(PZT)

412‧‧‧噴嘴

Claims (19)

1. 一種系統，其包含：一小滴控制器，其係經組配來根據一預定義小滴頻率在一指定時間標度上的一調變函數，調整用以產生聚結成小滴之微滴的一微滴產生函數之一頻率，經調整的頻率指示該預定義小滴頻率之調變，該等小滴在該預定義小滴頻率下在一雷射產生電漿(LPP)極紫外(EUV)源電漿室之內到達一照射位點；以及一小滴產生器，其係經組配來根據該微滴產生函數之該經調整頻率來產生該等微滴。
2. 如請求項1之系統，其中該小滴控制器包含一調變模組，該調變模組係經組配來儲存該調變函數。
3. 如請求項1之系統，其中該小滴控制器包含一調變模組，該調變模組係經組配來產生該調變函數。
4. 如請求項1之系統，其中該調變函數係一正弦曲線或正弦曲線之一組合。
5. 如請求項1之系統，其中該調變函數係實施為一偽隨機開關之一隨機時間固定振幅擾動。
6. 如請求項1之系統，其中該調變函數在一振盪頻率下使所產生的EUV能量中的振盪最小化。
7. 如請求項1之系統，其中該預定義小滴頻率係基於一所要EUV功率。
8. 如請求項1之系統，其中該調變函數在一經定義的可調 範圍之內具有一調變頻率。
9. 如請求項1之系統，其中該調變函數在該指定時間標度上具有一零均值，該零均值係計算為該調變函數在該指定時間標度上的一平均振幅值。
10. 如請求項1之系統，其中該指定時間標度具有短於一劑量窗的一持續時間。
11. 如請求項1之系統，其中該小滴控制器包含一向前饋送模組，該向前饋送模組係經組配來將該調變函數傳送至一源雷射。
12. 如請求項1之系統，其中該小滴控制器包含一評估模組，該評估模組係經組配來基於一經量測的小滴頻率或經量測的EUV功率來評估該調變函數。
13. 一種方法，其包含：根據一預定義小滴頻率在一指定時間標度上的一調變函數，來調整用以產生聚結成小滴之微滴的一微滴產生函數之一頻率，經調整的頻率指示該預定義小滴頻率之調變，該等小滴在該預定義小滴頻率下在一雷射產生電漿(LPP)極紫外(EUV)源電漿室內到達一照射位點；以及根據該微滴產生函數之該經調整振幅而產生該等微滴。
14. 如請求項13之方法，其進一步包含產生該調變函數。
15. 如請求項13之方法，其中該調變函數係一正弦曲線。
16. 如請求項13之方法，其中該調變函數係一隨機時間固定 振幅擾動、或一零均值隨機擾動。
17. 如請求項13之方法，其進一步包含將該調變函數傳送至一源雷射。
18. 如請求項13之方法，其進一步包含基於一經量測的小滴頻率或經量測的EUV功率來評估該調變函數。
19. 一種非暫時性電腦可讀媒體，其具有在其上具現的指令，當藉由一或多個處理器執行時，該等指令執行包含以下各者的操作：根據一預定義小滴頻率在一指定時間標度上的一調變函數來調整用以產生聚結成小滴之微滴的一微滴產生函數之一頻率，經調整的頻率指示該預定義小滴頻率之調變，該等小滴在該預定義小滴頻率下在一雷射產生電漿(LPP)極紫外(EUV)源電漿室之內到達一照射位點；以及根據該微滴產生函數之該經調整頻率而產生該等微滴。