用于在LPP EUV光源中控制源激光器激发的系统和方法
[0002] 本申请要求于2015年8月12日提交的美国申请14/824,267的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
[0003] 本申请整体涉及激光产生
等离子体(LPP)极紫外(EUV)光源，并且更具体地涉及用于激发LPP EUV光源中的源激光器的方法和系统。
背景技术
[0004]
半导体行业继续开发能够打印越来越小的集成
电路尺寸的
光刻技术。通常将极紫外(“EUV”)光(有时也称为软
X射线)定义为
波长在10纳米和120纳米(nm)之间的电磁
辐射，其中预计未来将使用更短的波长。EUV光刻目前通常被认为包括波长在10nm至14nm范围内的EUV光，并被用于在诸如
硅晶片的衬底中产生非常小的特征(例如，亚32nm的特征)。这些系统必须高度可靠，并提供成本有效的吞吐量和合理的工艺宽容度。
[0005] 产生EUV光的方法包括但不一定限于利用EUV范围内的一个或多个发射线将材料转换为具有一个或多个元素(例如，氙、锂、
锡、铟、锑、碲、
铝等)的等离子体状态。在一种通常被称为激光产生等离子体(“LPP”)的这样的方法中，可以通过在照射部位处使用激光脉冲照射目标材料(例如，具有期望的线发射元素的材料的微滴、流或集束)来产生所需的等离子体。目标材料可以包括纯形式或
合金形式(例如，在所需
温度为液体的合金)的线发射元素，或者可以与诸如液体的另一材料混合或分散。
[0006] 微滴发生器将目标材料加热并将经加热的目标材料作为沿去往照射部位的轨迹行进的微滴挤出，以与激光脉冲相交。理想情况下，照射部位处于反射收集器的一个焦点处。当激光脉冲在照射部位处撞击微滴时，微滴被
汽化，并且反射收集器使得所产生的EUV光输出在收集器的另一焦点处被最大化。
[0007] 在早期的EUV系统中，诸如CO2激光源的激光光源在没有输出
耦合器的情况下，不断地将光束引导至照射部位，使得源建立增益但不发出激光。当目标材料的微滴到达照射部位时，微滴在微滴和光源之间形成腔并在腔内引起产生激光。然后激光加热微滴并生成等离子体和EUV光输出。在这样的“NoMO”系统(因为它们没有主
振荡器而被这样称呼)中，因为该系统仅在存在微滴时发出激光，所以不需要微滴到达照射部位的定时。
[0008] 最近，NoMO系统整体被“MOPA”系统(其中主振荡器和功率
放大器形成源激光器，不论在照射部位处是否存在微滴，可以根据需要来激发源激光器)和“MOPA PP”(“具有预脉冲的MOPA”)系统(其中微滴依次被多于一个的光脉冲照射)取代。在MOPA PP系统中，首先使用“预脉冲”来进行加热、汽化或电离微滴并生成弱等离子体，然后使用将大部分或全部微滴材料转换成强等离子体来产生EUV光发射的“主脉冲”。
[0009] MOPA和MOPA PP系统的一个优点是与NoMO系统相反，不需要不断地导通源激光器。然而，由于这种系统中的源激光器不恒定导通，所以在适当时间激发激光以便将微滴和激光脉冲同时递送到期望的照射部位以用于等离子体引发提供了超出先前系统的定时和控制问题。激光脉冲不仅需要聚焦在微滴将穿过的照射部位上，而且激光的激发也必须被定时，以便当激光脉冲穿过该照射部位时允许激光脉冲与微滴相交来获得良好的等离子体以及良好的EUV光。特别在MOPA PP系统中，预脉冲必须非常精确地瞄准微滴。
[0010] 所需要的是对源激光器进行控制和定时的改进方式，使得当源激光器被激发时，所产生的脉冲将在照射部位处照射微滴。
发明内容
[0011] 根据各种
实施例，一种用于对极紫外(EUV)激光产生等离子体(LPP)光源中的源激光器的激发进行定时的方法，极紫外激光产生等离子体光源具有释放微滴序列的微滴发生器，源激光器在照射部位处激发脉冲，方法包括：获得由脉冲中的撞击微滴序列的第一微滴的第一脉冲生成的EUV
能量的第一量；根据检测到的EUV能量的第一量，确定微滴序列的第二微滴到达照射部位的预期延迟；以及基于第二微滴的预期延迟，
修改激发脉冲中的第二脉冲的定时，以便当第二微滴到达照射部位时照射第二微滴。
[0012] 根据各种实施例，一种用于对极紫外(EUV)激光产生等离子体(LPP)光源中的源激光器的激发进行定时的系统，极紫外激光产生等离子体光源具有释放微滴序列的微滴发生器，源激光器在照射部位处激发脉冲，系统包括：EUV能量检测器，被配置为获得由脉冲中的撞击微滴序列的第一微滴的第一脉冲生成的EUV能量的第一量；以及延迟模
块，被配置为：根据检测到的EUV能量的第一量，确定微滴序列中的第二微滴到达照射部位的预期延迟，以及指示源激光器基于第二微滴的预期延迟，修改激发脉冲中的第二脉冲的定时，以便当第二微滴到达照射部位时照射第二微滴。
[0013] 根据各种实施例，一种非瞬态机器可读介质，具有在其上实现的指令，指令可由一个或多个机器执行来执行用于对极紫外(EUV)激光产生等离子体(LPP)光源中的源激光器的激发进行定时的操作，极紫外激光产生等离子体光源具有释放微滴序列的微滴发生器，操作包括：获得由脉冲中的撞击微滴序列的第一微滴的第一脉冲生成的EUV能量的第一量；根据检测到的EUV能量的第一量，确定微滴序列的第二微滴到达照射部位的预期延迟；以及基于第二微滴的预期延迟，修改激发脉冲中的第二脉冲的定时，以便当第二微滴到达照射部位时照射第二微滴。
附图说明
[0014] 图1是LPP EUV系统的典型
现有技术实施例的一些部件的图示。
[0015] 图2是示出LPP EUV系统的另一现有技术实施例的一些部件的简化图示。
[0016] 图3是根据一个实施例的包括EUV能量检测器和延迟模块的LPP EUV系统的一些部件的简化图示。
[0017] 图4是根据一个实施例的对LPP EUV系统中的源激光器的脉冲进行定时的方法的
流程图。
具体实施方式
[0018] 在LPP EUV系统中，目标材料的微滴从微滴发生器顺序地行进到照射部位，其中每个微滴均被来自源激光器的脉冲照射。如果脉冲不撞击微滴，则不生成EUV光。如果脉冲成功地撞击微滴，则生成最大量的EUV光。在这两种极端情况之间，当脉冲仅撞击微滴的一部分时，生成较低量的EUV光。因此，需要对脉冲进行定时，使得脉冲成功地撞击微滴，从而使所生成的EUV能量的量最大化。
[0019] 当被照射时，微滴转化为等离子体，随着微滴接近照射部位，等离子体使随后的微滴减慢。在不调节这种效应的情况下，源激光器过早地(相对于被减慢的微滴)激发，并且由于仅照射微滴的前沿而生成较少量的EUV光。
[0020] 为了补偿微滴的减慢，源激光器的激发被延迟。为了确定延迟脉冲的适当时间量，获得或确定由利用先前激光脉冲撞击一个或多个之前微滴所生成的EUV能量。使用加权求和或者低通
滤波器，基于所获得或所确定的EUV能量来确定延迟脉冲激发的时间量。然后相应地指示源激光器激发。
[0021] 图1图示了现有技术中已知的典型LPP EUV系统100的一些部件的截面。诸如CO2激光器的源激光器101产生穿过射束递送系统103并穿过聚焦光学器件104的
激光束(或脉冲序列)102。聚焦光学器件104例如可以由一个或多个透镜或其他光学元件组成，并且在等离子体室110内的照射部位105处具有标称焦斑。微滴发生器106产生合适目标材料的微滴107，当微滴107被激光束102击中时，产生发出EUV光的等离子体。在一些实施例中，可以存在多个源激光器101，其中射束全部会聚在聚焦光学器件104上。
[0022] 照射部位105优选位于收集器108的焦斑处，收集器108具有反射内表面，并且在EUV焦点109(收集器108的第二焦斑)处聚焦来自等离子体的EUV光。例如，收集器108的形状可以包括椭球体的一部分。EUV焦点109通常位于包含将要暴露于EUV光的晶片盒的扫描器(未示出)内，其中盒的包含当前被照射的晶片的部分位于EUV焦点109处。
[0023] 为了参考的目的，如图1所示，三个垂直轴线用于表示等离子体室110内的空间。从微滴发生器106到照射部位105的竖直轴线被定义为x轴；微滴107通常从微滴发生器106沿x方向向下行进至照射部位105，但如上所述，在一些情况下，微滴的轨迹可能不沿直线。激光束102在一个
水平方向上从聚焦光学器件104到照射部位105的路径被定义为z轴，并且y轴被定义为垂直于x轴和z轴的水平方向。
[0024] 如上所述，在一些现有技术的实施例中，可以使用闭环反馈控制系统来监测微滴107的轨迹，使得微滴107到达照射部位105处。这样的反馈系统通常还包括线激光器，线激光器例如通过使来自线激光器的射束穿过球面透镜和柱面透镜的组合而在微滴发生器106和照射部位105之间生成平面屏障。本领域技术人员将理解如何创建平面屏障，并且尽管将其描述为平面，但是这样的屏障具有小但有限的厚度。
[0025] 图2是示出了诸如图1中所示的现有技术LPP EUV系统的一些部件的简化图示，其中添加了可以由如上所述的线激光器(未示出)创建的平面屏障202。屏障202主要在y-z平面(即，由y轴和z轴限定的平面(但是在x方向上也具有一定的厚度))中延伸，并且位于微滴发生器106和照射部位105之间。
[0026] 当微滴107穿过屏障202时，屏障202的激光从微滴107的反射创建了可由
传感器检测的闪光(在一些现有技术实施例中，这被称为窄场、或NF、相机(未示出))并且允许检测沿y轴和/或z轴的微滴
位置。如果微滴107处于通向照射部位105的轨迹(这里示出为从微滴发生器106到照射部位105的直线)上，则不需要动作。在一些实施例中，屏障202可以位于距照射部位105约5mm处。
[0027] 然而，如果微滴107在y方向或z方向上偏离期望轨迹，则
逻辑电路确定微滴应沿其移动的方向，以便到达照射部位105，并将适当的
信号发送到一个或多个
致动器，以使得微滴发生器106的出口在不同的方向上重新对准来补偿轨迹的差异，使得随后的微滴将到达照射部位105。如本领域技术人员已知的，可以在微滴上执行微滴轨迹的这种反馈和校正。
[0028] 如本领域中已知的，尽管激光屏障具有有限的厚度，但是优选地使得屏障实际上很薄，因为屏障越薄，其每单位厚度所具有的光强度越大(给定特定的线激光源)，并且因此可以提供更好的离开微滴107的反射，并且允许更精确地确定微滴位置。为此，通常使用大约100微米(经测量的FWHM，或者本领域已知的“半高全宽”)的屏障，因为制造更薄的屏障是不实际的。微滴通常明显较小，直径大约30微米的量级，并且因此整个微滴将容易地适配在屏障的厚度内。从微滴反射的激光的“闪光”是这样一种功能：其在微滴首先撞击屏障时增加、当微滴完全包含在屏障厚度内时达到最大值、然后在微滴离开屏障时减小。
[0029] 如本领域所公知的，屏障(一个或多个)不一定需要延伸跨越整个等离子体室110，而是仅需要延伸足够远，以在可能发生从期望轨迹偏离的区域中检测微滴107。在使用两个屏障的情况下，一个屏障例如可以在y方向上为宽(可能超过10mm)，而另一屏障可以在z方向上为宽(甚至达到30mm宽)，使得微滴无论在哪个方向上均可以被检测。
[0030] 同样，本领域技术人员将理解如何使用这样的系统来校正微滴107的轨迹，以确保它们到达照射部位105处。如上所述，在NoMO系统的情况下，这是全部所需要的，因为微滴107本身再次与诸如CO2激光源的连续导通的光源一起形成腔的一部分，从而使得产生激光并汽化目标材料。
[0031] 然而，在MOPA系统中，源激光器101通常不连续地生成激光脉冲，而是在接收到生成激光脉冲的信号时激发激光脉冲。因此，为了单独地撞击离散的微滴107，不仅需要校正微滴107的轨迹，而且还需要确定特定微滴将到达照射部位105的时间，并将信号发送到源激光器101来在如下时间处激发，使得激光脉冲将与微滴107同时到达照射部位105处。
[0032] 特别地，在MOPA PP系统(在预脉冲之后生成主脉冲)中，微滴必须与预脉冲非常精确地瞄准，以便当微滴被主脉冲汽化时实现最大EUV能量。所聚焦的激光束或脉冲串具有有限的“腰部”或宽度，其中射束达到最大强度；例如，用作源激光器的CO2激光器通常在x和y方向上具有约10微米的最大强度的可用范围。
[0033] 由于期望以源激光器的最大强度撞击微滴，这意味着当激发激光时，微滴的
定位精度在x方向和y方向上必须达到大约±5微米以内。在z方向上存在稍微更多的宽容度，因为最大强度的区域可以在该方向上延伸多达约1mm；因此，精度在±25微米以内通常就足够了。
[0034] 测量并因此知道微滴的速度(和形状)；微滴可以以每秒超过50米的速度行进。(本领域技术人员将理解，通过调节微滴发生器的压
力和
喷嘴尺寸，可以调节速度)。因此，位置要求也导致定时要求；在微滴从检测点移动到照射部位所需的时间内，必须检测微滴并激发激光。
[0035] 为了使符合定时要求复杂化，在接近照射部位105处的等离子体时，微滴显著减慢。该减慢可能由等离子体室110内的多个力引起。因为微滴的减慢防止微滴在预期时间到达照射部位105处，所以仅部分地照射微滴，并且从微滴生成较少的EUV能量。因此微滴的减慢表现为EUV微滴生成的EUV能量的量并且与其成比例相关。
[0036] 图3是根据一个实施例的包括EUV能量检测器304和延迟模块302的LPP EUV系统300的一些部件的简化图示。系统300包含与图1和图2的系统中的元件相似的元件，并且附加地包括延迟模块302和EUV能量检测器304。本领域技术人员还将理解，尽管图3被示出为系统300在x-z平面中的截面，但是实际上，等离子体室110通常是圆形的或柱形的，并且因此在一些实施例中，部件可以围绕室的周界旋转，同时保持本文所描述的功能关系。
[0037] 如上所述，微滴发生器106创建旨在穿过照射部位105的微滴107，在照射部位105处，微滴107被来自源激光器101的脉冲照射。(为了简单起见，图3中未示出一些元件。)可以以本领域技术人员已知的各种方式来实现延迟模块302，包括但不限于具有处理器的计算设备，处理器具有对
存储器的
访问，存储器能够存储用于执行所描述的模块的功能的可执行指令。计算设备可以包括一个或多个输入和输出部件(包括用于经由网络或其他形式的通信与其他计算设备进行通信的部件)。延迟模块302包括在计算逻辑或诸如
软件的可执行代码中实现的一个或多个模块。在其他情况下，延迟模块302可以在现场可编程
门阵列(FPGA)中实现。
[0038] 系统300的EUV能量检测器304检测在等离子体室110中生成的EUV能量的量。EUV能量检测器包括光电
二极管，并且是本领域技术人员通常已知的。如本领域技术人员所熟知的，通过在微滴被照射的时间跨度上对EUV能量检测器304提供的EUV功率信号进行积分，计算由微滴和激光脉冲的撞击生成的EUV能量。
[0039] 延迟模块302被配置为根据EUV能量的量确定由于微滴接近照射部位105处的等离子体时发生的减慢而导致的下一微滴的预期延迟。通过以下公式来计算预期延迟：
[0040] Tdelay＝EEUV,droplet*P
[0041] 其中Tdelay是预期延迟(以纳秒为单位)，EEUV,droplet是由紧接在之前微滴生成的EUV能量的量，并且P是具有单位Watt-1(即，1/Watt)的参数。
[0042] 在一个实施例中，通过针对不同EUV能量测量照射部位附近的微滴速度来计算参数P。然后根据微滴速度相对于EUV能量的线的斜率导出参数P。该参数是静态的，即，已确定不需要该参数的源特定的校准。
[0043] 预期延迟可以如上来计算，并且用于指示源激光器101相应地延迟激发。在没有来自延迟模块302的延迟的指令的情况下，源激光器101可以以与微滴发生器106生成微滴的间隔一致的规律间隔(例如，以40-50kHz的速率)来激发脉冲。因此，不论是否计算预期延迟，源激光器101以周期性间隔(例如，约每20-25微秒)来激发脉冲。延迟模块302可以通过添加所计算的预期延迟并指示源激光器101相应地激发来修改用于激发激光的预先存在的系统触发。在其他实施例中，延迟模块302可以将预期延迟提供给源激光器101。源激光器101然后可以通过预期延迟来自己修改用于激发激光的预先存在的系统触发。
[0044] 在一些情况下，可以使用计算预期延迟的其他方法。这些方法可以提供更高的准确度，从而产生更大的EUV能量生成。在一些情况下，例如，可以使用从预定数量的微滴生成的EUV的量来计算下一微滴的预期延迟。在其他情况下，可以将
低通滤波器应用于由先前照射的微滴生成的EUV能量的量，以计算下一微滴的预期延迟。
[0045] 当使用由预定数量的微滴生成的EUV的量来计算预期延迟时，获得由预定数量的微滴中的每一个生成的EUV能量的量。根据EUV能量的每个量，计算预期延迟并使用缩放因子对其进行缩放。这些经缩放的延迟被组合(例如，求和)来确定下一微滴的预期延迟。
[0046] 为了图示，在一些情况下，屏障202和照射部位105之间的微滴的数量被选择为预定数量。在一个实施例中，在屏障202与照射部位105相距5mm、并且以50kHz生成微滴的情况下，在给定时间点，三个微滴可以在屏障202和照射部位105之间行进。在该实施例中，预期延迟可以被计算为：
[0047] Tdelay＝(EEUV,droplet1＊P)+(1/2)(EEUV,droplet2＊P)+(1/3)(EEUV,droplet3＊P)其中Tdelay是预期延迟(以微秒为单位)，EEUV,droplet1是由紧接在之前微滴生成的EUV能量的量，EEUV,droplet2是由倒数第二个微滴生成的EUV能量的量，EEUV,droplet3是由倒数第二个微滴之前的微滴生成的EUV能量的量，并且P是具有单位Watt-1的参数。如本领域技术人员根据本文的描述将理解的，先前的预期延迟时间可以与其相应的1/r值成比例地缩放(其中，r是指示先前微滴到达照射部位105处的顺序的计数，例如，最近微滴是r＝1，最近微滴之前的微滴是r＝2，等)，但是也可以使用其他比例。
[0048] 在其他情况下，当低通滤波器被应用于由先前照射的微滴生成的EUV能量的量来确定预期延迟时，可以在计算中包括更多数量的先前微滴。获得由微滴系列中的每个微滴生成的EUV能量的量，并且使用本领域技术人员已知的技术将其组装为随时间变化的信号(低通滤波器可以应用于该信号)。可以使用的低通滤波器的一个示例是无限冲激响应(IIR)低通滤波器。因为低通滤波器的输出指示能量，所以可以应用缩放因子来确定预期延迟。
[0049] 图4是根据一个实施例的对LPP EUV系统中的源激光器的脉冲进行定时的方法400的流程图。可以至少部分地由EUV能量检测器304和延迟模块302来执行方法400。
[0050] 在操作402中，通过例如至少部分地撞击微滴的源激光器101，在照射部位(例如，照射部位105)处激发激光脉冲。
[0051] 在操作404中，通过例如EUV能量检测器304来检测由撞击生成的EUV能量的量。可以从EUV能量检测器304获得EUV能量的量作为当前检测值，或者可以通过检索先前存储的检测值来获得EUV能量的量。如本文所述，由撞击生成的EUV的量与微滴与被激发脉冲的相对位置成比例。
[0052] 在操作406中，如结合延迟模块302所描述的那样来确定下一微滴到达照射部位105的预期延迟。观察到微滴的减慢与至少紧接在之前的微滴生成的EUV的量成比例。
[0053] 在操作408中，基于预期延迟，由源激光器101激发下一激光脉冲被延迟。在一个实施例中，通过基于预期延迟修改脉冲之间的周期性间隔来执行操作408。通过延迟下一激光脉冲的激发，在到达照射部位时照射下一微滴的可能性增加。
[0054] 注意，该流程图示出了单个微滴的处理。实际上，如上所述，微滴发生器连续生成微滴。由于存在连续的微滴系列，因此将类似地生成连续的预期延迟系列，从而使得源激光器基于预期延迟激发脉冲系列，并在照射部位处照射微滴系列来创建EUV等离子体。
[0055] 上面已参考若干实施例解释了所公开的方法和装置。根据本公开，其他实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。可以容易地使用与以上实施例中描述的配置不同的配置来实现所描述的方法和装置的某些方面，或者可以结合除了以上描述的元件不同的元件来实现所描述的方法和装置的某些方面。
[0056] 例如，可以使用可能比本文所描述的
算法和/或逻辑电路复杂的不同算法和/或逻辑电路。尽管已提供了各种配置、部件和参数的某些示例，但是本领域技术人员将能够确定可能适合于特定LPP EUV系统的其他可能性。可以使用利用不同于本文所描述的波长、以及不同的传感器、聚焦透镜和其他光学器件或其他部件的不同类型的源激光器和线激光器。最后，显而易见的是，在一些实施例中可以使用部件的不同定向及其之间的距离。
[0057] 还应理解，可以以多种方式(包括过程、装置或系统)来实现所描述的方法和装置。本文所描述的方法可以通过用于指示处理器执行这样的方法的程序指令来实现，并且这样的指令被记录在诸如
硬盘驱动器、
软盘、光盘(例如，光碟(CD))或数字多功能盘(DVD)、闪存等的计算机可读存储介质上。在一些实施例中，程序指令可以被远程存储并且经由光学或
电子通信链路通过网络发送。应注意，本文描述的方法的步骤的顺序可以被改变并且仍然在本公开的范围内。
[0058] 实施例的这些变型和其他变型旨在由仅由所附
权利要求限定的本公开
覆盖。
