專利名稱：用于產(chǎn)生遠紫外線和軟x射線的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種如權利要求1的前序中要求的氣體放電源。優(yōu)選應用領域是要求在從大約1nm至20nm的波長范圍內(nèi)的遠紫外(EUV)和/或軟X射線的那些領域，譬如具體為半導體光刻。
背景技術：
同樣類型的裝置被公開于WO99/29145中。從WO99/29145中得到的圖1示出一種電極布置，其中，氣體填充中間電極間隙位于兩個電極中間。所述兩個電極各個具有開口，通過所述開口限定對稱軸。所述裝置工作在恒定氣體壓力的環(huán)境中。如果對電極應用高壓，則有氣體擊穿，所述擊穿取決于所述壓力和所述電極間隙。氣壓和電極間隙被選擇，以使該系統(tǒng)工作在帕邢曲線的左分支，從而在所述電極之間不發(fā)生電擊穿。因為在這種情況中電荷載體的平均自由路徑長度大于電極間隙，所以氣體放電不在電極間傳播。代替之，氣體放電尋找更長路徑，因為足夠大數(shù)量的離子碰撞觸發(fā)所述放電僅僅在足夠大放電間隙的情況下是可能的。這個較長路徑可使用電極開口來預先確定，經(jīng)所述電極開口來限定對稱軸。在形狀上成軸對稱的電流傳送等離子通道在電極開口的線上擴展。極高放電電流在電流通路周圍產(chǎn)生磁場。得到的洛侖茲力使等離子體收縮，從而所述等離子被加熱至非常高的溫度，其中等離子發(fā)射非常短的波長輻射，尤其在EUV和軟X射線波長范圍內(nèi)。所述射線的輸出耦合發(fā)生在軸方向上，沿對稱軸，通過所述電極之一的開口。
對于EUV光刻中的應用，等離子應當展示1至2mm的軸向擴散和1至2mm的直徑，并且在45至60度的觀察角處是可以看到的。一般公知的是，對于這種應用，這種等離子優(yōu)先在幾焦耳范圍內(nèi)的脈沖能量、大約100ns的電流脈沖持續(xù)時間和10至30KA間的電流幅度的放電中產(chǎn)生。最優(yōu)的中性氣體壓力典型地在幾Pa至幾十Pa的范圍內(nèi)。壓縮等離子體的初始半徑在幾個mm范圍內(nèi)，所述半徑主要由電極系統(tǒng)中的開口確定。電極間間隙在3和10mm之間。
WO01/01736公開了一種同樣類型的裝置，在其中，另外地，在對稱軸上具有開口的輔助電極位于主電極之間，作為增加轉換效率的機構。
DE10134033公開了一種同樣類型的裝置，在其中填充的氣體的氣壓在靠近作為陰極的電極處比離開電極的放電容器的區(qū)域中是更高的。
然而，作為現(xiàn)有技術部分的說明的裝置不能夠供給許多應用所需要的高輸出，尤其用于半導體光刻中。因此，需要改進，以獲得最高的可能的射線密度。然而，應該注意到，對于必需的高電流幅度和電流密度，經(jīng)陰極的電流傳輸必定與陰極材料的蒸發(fā)有關。這種電極侵蝕導致陰極的幾何形狀改變，這最終對等離子體的發(fā)射性能產(chǎn)生負面影響。這樣，箍縮等離子體被定位于越靠近陰極表面、陰極侵蝕的就越急劇。然而，對于這種裝置的實用性，足夠長的使用壽命是本質的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種裝置，用于產(chǎn)生發(fā)射射線的等離子，使用所述裝置，可以獲得在λ＝1至20nm之間波長范圍內(nèi)，即在EUV范圍和軟X射線波長范圍內(nèi)的高輻射密度，并盡可能有效地輸出，并且該裝置具有盡可能長的使用壽命。
使用獨立權利要求1中要求的特征實現(xiàn)這個目的。有益的實施例和另外的實施例被列舉在從屬權利要求中。
本發(fā)明認識到，使用尤其用于產(chǎn)生遠紫外和/或軟X射線的氣體放電源解決了上述技術問題，在所述氣體放電源中氣體填充中間電極間隙(3)位于兩個電極(1、2)之間，其中具有用于氣體進入和排空的裝置，其中一個電極(1)具有限定對稱軸線(4)且被用于射線釋放的開口(5)，以及在對稱軸線(4)上具有至少一個開口(7)且作為差動泵級工作的隔膜(6)位于兩個電極(1、2)之間。
本發(fā)明基于這樣的認識因為引入在對稱軸線(4)上具有開口(7)的隔膜(6)和作為差動泵級使用的這個隔膜，以一種簡單的方式，可在中間電極間隙(3)中設定某一理想的壓力狀況。除了得到的有益效果之外，由于結合這種隔膜，其上耗散熱量的較大表面位于中間電極間隙(3)中。以這種方式，電極(1、2)上的熱載荷可被減少，它們的使用壽命和可被注入所述系統(tǒng)的平均輸出或脈沖能量可與可獲得的射線功率一起增加。
中間電極間隙(3)被用于設計在兩個電極(1、2)之間的整個間隙。它被隔膜(6)分割為兩部分，每一部分由電極(包括其開口)之一和隔膜(包括其開口)限定。
這具體在于在由隔膜(6)和背離射線釋放側的電極(2)限定的氣體填充中間電極間隙(3)的部分區(qū)域中提供的氣體壓力大于在由隔膜(6)和面向射線釋放側的電極(1)限定的氣體填充中間電極間隙(3)的部分區(qū)域中提供的氣體壓力。這種措施確保壓縮或向等離子體輸入能量以及與之相關的高阻抗區(qū)域的位置，出現(xiàn)在靠近電極(1)的理想點上，所述電極(1)面向射線的放電側。這具有的優(yōu)點在于，在大觀察角處從可得到的觀點來看，有最優(yōu)的射線利用率。因此，從陰極向這點的電流傳遞以彌散、低阻抗等離子體出現(xiàn)。當與出現(xiàn)較短的等離子體通道的現(xiàn)有技術相比較時，這導致實質上沒有損耗。同樣因這種理由，可獲得射線功率的增加。
中間電極間隙(3)中的氣體壓力和兩個電極之間的間隙選擇成使等離子體的點火發(fā)生在帕邢曲線的左分支，即離子化過程沿長電場線開始，這優(yōu)先發(fā)生在陽極和陰極的開口區(qū)域。因此，點火發(fā)生在氣體體積內(nèi)，進而因此引起特別低的磨損率。此外，在帕邢曲線的左分支上操作的情況下，射線發(fā)生器和電源之間開關部件不是必需的，使得低感應成為可能，進而因此能實現(xiàn)特別有效率的能量輸入。
采用背離射線釋放側的電極(2)或面向射線釋放側的電極(1)用作陰極是可行的。第一可選擇的方案具有的優(yōu)點在于，壓縮的等離子體，在這種情況下因依據(jù)本發(fā)明的裝置可靠近陽極(1)出現(xiàn)，離陰極(2)較遠。因此，對陰極有較少的侵蝕。然而，首要的，箍縮等離子體的發(fā)生還幾乎不依賴于陰極幾何形狀的改變。因此，較高的侵蝕可被允許。一般地，這導致電極系統(tǒng)的相當長的使用壽命，且提供引入較高電功率的機會，從而獲得更大射線功率。
沒有太多的熱載荷在面向射線釋放側的電極(1)上，譬如陽極上，因為隔膜(6)能夠耗散相當多的能量。因此，由于所述隔膜(6)的存在，只有被注入箍縮等離子體區(qū)域的部分能量需要考慮，其會發(fā)射短波射線。由于這部分僅僅等于總能量的五分之一到四分之一，所以可引入的功率還有脈沖能量可因此增加4至5倍。
將背離射線釋放側的電極(2)設計為具有空腔(8)的中空電極，尤其為中空陰極特別有益處。在其中，在放電的第一相中，氣體的預先離子化發(fā)生，之后形成在密集的中空陰極等離子體。這種等離子體尤其適用于供給所需的電荷載體(電子)，以在中間電極間隙(3)中產(chǎn)生低阻抗通道。所述中空電極(2)具有通向中間電極間隙(3)的一個或多個開口(9)。因為作為后者的選擇方案，全部電流在多個電極開口(9)上分布，電極(2)上的局部載荷可以這種方式被減少，進而電極系統(tǒng)的使用壽命和可引入的電極功率可因此被增加。在設計為中空陰極的電極(2)的空腔(8)中，可存在額外的觸發(fā)設備。以這種方式，放電的啟動可如要求的被精確觸發(fā)。這尤其在具有多個開口的中空陰極的情況下有益處。觸發(fā)裝置可被設計為，例如在中空陰極中的輔助電極，使用所述輔助電極，可在從相對陰極為正的電位向較低電位譬如陰極電位切換輔助電極時觸發(fā)放電。另一個觸發(fā)選擇在于在中空陰極中電荷載體的噴射或產(chǎn)生，這通過輝光放電觸發(fā)、高介電觸發(fā)或通過光脈沖或激光脈沖的光電子或金屬蒸氣的觸發(fā)來進行。
如果隔膜(6)被設計成有助于電流傳遞至最多僅僅一小范圍的方式是有利的。從而，從陰極至陽極的整個或至少主要部分的電流傳遞大部分僅僅經(jīng)等離子通道發(fā)生。以這種方式，電流可被盡可能完整地和有效地用于箍縮等離子體的產(chǎn)生。此外，在隔膜上陰極點的產(chǎn)生和因此在那里出現(xiàn)的侵蝕可被很大程度地避免。
對于隔膜(6)的制造，有益之處在于，如果隔膜(6)或至少部分隔膜(6)包括好加工的材料。同樣有益之處在于，至少部分隔膜(6)的材料具有高度的導熱性。這能夠實現(xiàn)有效的冷卻或熱耗散。
可被用于至少部分隔膜(6)的材料的例子是陶瓷，特別是氧化鋁或六硼化鑭(lanthanum hexaboride)。
對于靠近開口(7)的隔膜(6)的部分，對于這個部分，由于其臨近等離子通道，所以對隔膜(6)的侵蝕風險是最大的，由特殊的抗放電材料制造這個部分是有好處的，所述材料譬如具體地是鉬、鎢、氮化鈦或六硼化鑭。結果是，在隔膜(6)上出現(xiàn)侵蝕的機會極大地減少，因此，增加了所述裝置的使用壽命。
將多隔膜引入中間電極間隙(3)還是可行的，各個隔膜在對稱軸線(4)上具有開口(7)。在具體有益實施例中，它們采用金屬隔膜(6、6′、6″)的形式，其互相由絕緣體(11)隔開。以這種方式，有效地抑制了陰極熱點的多級點火進而抑制電流傳輸。這具有與使用單一絕緣體相同的優(yōu)點。此外，與純陶瓷體相比較，因結合金屬，可實現(xiàn)電極系統(tǒng)的理想的低感應結構。再者，可能導致一個陶瓷隔膜上金屬蒸氣沉積的問題在本隔膜實質上沒有作用。
隔膜(6)的厚度可在大約1和20mm之間的范圍內(nèi)。根據(jù)冷卻的觀點來看，應該提供盡可能厚的隔膜。隔膜(6)的直徑應當大概在4和20mm之間。
還可這樣布置氣體入口(12)，以使它們的開口面向氣體填充中間電極間隙(3)的部分區(qū)域，所述氣體填充中間電極間隙(3)由隔膜(6)和背離射線釋放側的電極(2)限定。在這個部分區(qū)域中的氣體壓力可因此具體設定。在與隔膜(6)相互作用中，尤其比中間電極間隙(3)的部分區(qū)域中的氣壓高的氣壓可因此被提供在那里，所述中間電極間隙(3)由隔膜(6)和面向射線釋放側的電極(1)限定，或者可設定具體想要的壓力差異。
此外，可具有氣體入口(12′)，所述氣體入口(12′)配置有朝向氣體填充中間電極間隙(3)的開口，所述氣體填充中間電極間隙(3)由隔膜(6)和面向射線釋放側的電極(1)限定。
在氣體入口(12、12′)結合進中間電極間隙(3)的兩個部分區(qū)域中的情況下，獲得尤其大的用于調(diào)整在中間電極間隙(3)中的氣體壓力分布的容限。此外，由于隔膜(6)的存在，因而提供了在中間電極間隙(3)中產(chǎn)生氣體混合物的不均勻分布的機會。尤其是，在本發(fā)明的具體有益實施例中，經(jīng)那里存在的氣體入口(12)，額外被引入由隔膜(6)和背離射線釋放側的電極(2)限定的中間電極間隙(3)的部分區(qū)域中的為一種填充氣體，譬如氦或氫，所述填充氣體與工作氣體相比較具有在使用脈沖電流的情況下非常低的射線損耗。以這種方式，與EUV發(fā)射區(qū)相比較，等離子體的阻抗被保持在低值上，從而能量輸入更有效。經(jīng)那里所設的氣體入口(12′)，在由隔膜(6)和面向射線釋放側的電極(1)限定的中間電極間隙(3)部分區(qū)域中引入工作氣體，譬如氙或氖，所述工作氣體用于產(chǎn)生箍縮等離子體和得到的EUV射線的發(fā)射。
通過面向射線釋放側的電極(1)的開口，使用位于中間電極間隙外面的排放裝置尤其容易實現(xiàn)氣體的排空。然而，還可能直接在中間電極間隙(3)中提供排空裝置，具體在由隔膜(6)和面向射線釋放側的電極(1)限定的中間電極間隙(3)部分區(qū)域中。其特別益處在于，如上所述，如果不同氣體成分存在于中間電極間隙(3)的兩個部分區(qū)域中，在排空期間，可獲得所述兩種氣體混合物的相對低的混合。


參考附圖中示出的實施例的例子，將進一步說明本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此。
圖1示出從WO99/29145中抽取的圖，說明現(xiàn)有技術。
圖2示出依據(jù)本發(fā)明的裝置的示意圖示。
圖3示出一個實施例的示意圖示，其中膜片的一部分包括抗放電材料。
圖4示出一個實施例的示意圖示，其中具有多金屬膜片。
圖5示出一個實施例的示意圖示，其中中空電極具有多個開口。
具體實施例方式
圖2示出依據(jù)本發(fā)明的所述裝置的電極系統(tǒng)的一個實施例。在此，一個電極(2)采用具有空腔(8)的中空電極的形式，并且被用作陰極。另一個電極(1)作為陽極。通過在陽極(1)的開口(5)實現(xiàn)射線的輸出耦合，所述射線從在氣體填充中間電極間隙(3)內(nèi)產(chǎn)生的箍縮等離子體(13)釋放。為了使發(fā)射的射線可利用的可能比例最高，陽極開口(5)在輸出方向上加寬。在電極(1、2)之間設置隔膜(6)，所述隔膜在由陽極開口(5)限定的對稱軸線(4)上具有貫通孔(7)。在這個實施例中，中空陰極具有通向中間電極間隙(3)的開口(9)，所述開口(9)也位于對稱軸線(4)上。設置氣體入口(12)，它具有通向氣體填充中間電極間隙(3)部分區(qū)域的開口，所述氣體填充中間電極間隙(3)由隔膜(6)和陰極(2)限定。在這個實施例中，用于這些氣體的供給線通過中空陰極的主體。設置另一氣體入口(12′)，它具有通向氣體填充中間電極間隙(3)部分區(qū)域的開口，所述氣體填充中間電極間隙(3)由隔膜(6)和陽極(1)限定。
圖3示出依據(jù)本發(fā)明的裝置的實施例，其中在靠近開口(7)的區(qū)域(10)中，隔膜(6)包括抗放電材料，譬如鉬、鎢、氮化鈦或六硼化鑭。隔膜(6)的其余部分包括可加工的材料和/或具有高導熱性的材料。
圖4示出依據(jù)本發(fā)明的裝置的實施例，其中多個金屬隔膜(6、6′、6″)被設置在電極(1、2)之間，各個隔膜由絕緣體(11)分離。
圖5示出另一實施例，其中陰極(2)具有三個開口(9、9′、9″)。因此，居中地位于對稱軸線上的所述開口(9)采用盲孔的形式。其余兩個開口(9′、9″)是貫通孔，處在陰極(2)的空腔(8)和中間電極間隙(3)之間。
參考標記列表1.面向射線的放電側的電極2.背離射線的放電側的電極3.(氣體填充的)中間電極間隙4.對稱軸5.面向射線的放電側的電極(1)中的開口6.隔膜7.隔膜中的開口8.中空電極(2)中的空腔9、9′、9″.背離射線的放電側的電極中的開口
10.包括抗放電材料的隔膜部分區(qū)域11.絕緣體12、12′.氣體入口13.箍縮等離子體
權利要求
1.一種氣體放電源，具體用于產(chǎn)生遠紫外線和/或軟X射線，其中氣體填充中間電極間隙(3)位于兩個電極(1、2)之間，其中具有用于氣體進入和排空的裝置，以及其中一個電極(1)具有限定對稱軸線(4)且被用于射線釋放的開口(5)，其特征在于，設一隔膜(6)于所述兩個電極(1、2)之間，所述隔膜(6)在對稱軸線(4)上具有至少一個開口(7)且作為差動泵級工作。
2.如權利要求1所述的氣體放電源，特征在于，在由所述隔膜(6)和背離射線釋放側的電極(2)所限定的所述氣體填充中間電極間隙(3)的部分區(qū)域中的氣體壓力大于由所述隔膜(6)和面向射線釋放側的電極(1)所限定的所述氣體填充中間電極間隙(3)的部分區(qū)域中的氣體壓力。
3.如前面權利要求之一所述的氣體放電源，其特征在于，所述隔膜(6)被設計成使它至多僅在小范圍內(nèi)對電流傳輸有作用。
4.如前面權利要求之一所述的氣體放電源，其特征在于，所述隔膜(6)的至少部分包括可加工的材料和/或具有高導熱性的材料。
5.如前面權利要求之一所述的氣體放電源，其特征在于，所述隔膜(6)的至少部分包括陶瓷。
6.如前面權利要求之一要求的氣體放電源，其特征在于，所述隔膜(6)至少在靠近其開口(7)的區(qū)域(10)包括抗放電材料。
7.如前面權利要求1-4任一項所述的氣體放電源，其特征在于，具有多個互相由絕緣體(11)隔離的金屬隔膜(6、6′、6″)。
8.如前面權利要求之一所述的氣體放電源，其特征在于，在對稱軸線(4)的方向，所述隔膜(6)在1mm至20mm的范圍內(nèi)延伸。
9.如前面權利要求之一所述的氣體放電源，其特征在于，所述隔膜(6)的所述開口(7)具有在4mm和20mm之間的直徑。
10.如前面權利要求之一要求的氣體放電源，其特征在于，設置氣體入口，這些入口具有面向所述氣體填充中間電極間隙(3)的部分區(qū)域的開口，所述氣體填充中間電極間隙(3)的部分區(qū)域由所述隔膜(6)和背離射線釋放側的電極(2)限定。
11.如前面權利要求之一所述的氣體放電源，其特征在于，設置氣體入口，這些入口具有面向所述氣體填充中間電極間隙(3)的部分區(qū)域的開口，所述氣體填充中間電極間隙(3)的部分區(qū)域由所述隔膜(6)和面向射線釋放側的電極(1)限定。
12.如前面權利要求之一要求的氣體放電源，其特征在于，所述背離射線釋放側的電極(2)具有空腔(8)，所述空腔(8)具有通向所述氣體填充中間電極間隙(3)的至少一個開口(9)。
13.如前面權利要求之一所述的氣體放電源，其特征在于，設置氣體入口，所述入口具有通向電極(2)中的空腔(8)的開口，所述電極(2)背離射線釋放側。
14.如權利要求12或13所述的氣體放電源，其特征在于，設置觸發(fā)裝置，該裝置可位于電極(2)的空腔(8)中，所述電極(2)背離射線釋放側。
15.如前面權利要求之一所述的氣體放電源，其特征在于，中間電極間隙(3)中的氣體混合物包括用于氣體放電的工作氣體，以及除此之外，還包括至少一種與工作氣體相比較具有較低射線損耗的填充氣體。
16.如前面權利要求之一所述的氣體放電源，其特征在于，所述工作氣體主要被包含在由所述隔膜(6)和面向射線釋放側的電極(1)限定的氣體填充中間電極間隙(3)的部分區(qū)域中的氣體混合物中，以及所述工作氣體主要被包含在由所述隔膜(6)和背離射線釋放側的電極(2)限定的氣體填充中間電極間隙(3)的部分區(qū)域中的氣體混合物中。
17.如前面權利要求之一所述的氣體放電源，其特征在于，通過面向射線釋放側的電極(1)的開口(5)發(fā)生中間電極間隙(3)的排空。
18.如前面權利要求之一要求的氣體放電源，其特征在于，背離射線釋放側的電極(2)被用作陰極。
19.如前面權利要求之一所述的氣體放電源，其特征在于，電極之間的電極間隙和氣體壓力被選擇成使在帕邢曲線的左分支發(fā)生氣體放電。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氣體放電源，尤其是用于產(chǎn)生遠紫外線和/或軟X射線，其中氣體填充中間電極間隙(3)位于兩個電極(1、2)之間，其中具有用于氣體進入和排空的裝置，以及其中一個電極(1)具有限定對稱軸線(4)且被用于射線釋放的開口(5)。提出的改進在于隔膜(6)，該隔膜(6)在對稱軸(4)上具有至少一個開口(7)且在兩個電極(1、2)之間作為差動泵級工作。
文檔編號H05G2/00GK1833472SQ200480022673
公開日2006年9月13日 申請日期2004年7月29日 優(yōu)先權日2003年8月7日
發(fā)明者K·貝爾格曼, W·內(nèi)夫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司