本发明涉及一种产生远紫外辐射的方法，其中的辐射介质是根据基 本材料的配置而产生的等离子体。

这种方法早已问世。例如，在制造半导体的光刻投影中就使用这种 方法。对于光刻投影今后的换代产品来说，需要使用远紫外区大约5～ 50nm波长的短波辐射加强光源，远紫外区在下文中称作EUV。确切地 说，由于可以使用有效的多层反射器，最有希望的设想是采用13.5nm 范围内的一个非常狭窄的波段。一般来说，目的在于获得用于光刻的 EUV光源，该光源在50W到100W范围内，具有较高的、全面的有效EUV 输出。在进入光学照明系统时就可以得到这种输出，而且这是为了满 足光刻方法的生产能力条件所必不可少的。

为了能够满足这些极高的要求，该系统需要具有很高的整体效率。 就光源而论，最重要的因素是辐射源体积的紧密度，以及电功率输入 到EUV辐射的高转化效率。

能够实现上述目的的各种思路一般都很熟悉：同步辐射X射线源， 激光产生等离子体(在下文中称作LPP)，以及放电源。

同步辐射X射线源有一些缺点。如果要把这种射线源用在半导体制 造过程中，这些缺点是无法接受的。这些缺点包括极为昂贵的造价， 以及射线源及其周围相关设备所需占有的庞大空间地位。

用于EUV范围的激光产生等离子体源采用高功率激光束，激光束聚 焦在气态、液态或固态靶上，产生可以发出EUV辐射的热等离子体。

目前一般建议采用的系统，其最重要的缺点是由等离子区发射出的 以离子、原子或颗粒形式而形成的大量杂质。

这一缺点可能会使收集EUV辐射的光学系统迅速损坏。对于固态靶 来说，这是十分关键的问题。在液态或气态靶的情况下，也是很严重 的，液态和气态靶通常是由一种特殊类型的喷嘴发出的。最经常和LPP 一起使用的氧和Xe靶所引起的问题是输入电功率转化为可用的EUV输 出功率的效率只能达到大约0.25％，效率很低。

要达到必要的EUV水平，必须有脉冲频率大于1kHz的许多千瓦的 激光束输出。目前还无法得到这样的激光系统，即使能得到，也是引 人注目的研制成果，将会非常昂贵。

最后，放电源通过一个电力驱动的放射等离子体，来产生EUV辐射。 目前正在讨论的各种设想，例如，有毛细管放电，z箍缩放电(z-pinch discharge)，以及DE 19922566中公布的空心阴极触发放电。

放电源的主要优点是体积小，成本比较低，并且储存的电能可以直 接转化，形成可以产生EUV的热等离子体。

在大部分LPP和放电EUV源中，都用Xe作辐射介质。尽管与其他 辐射气体相比，Xe的转化效率比较高，但Xe源的绝对转化效率最多只 有约0.5％。考虑到用来收集光与投射光的光学系统内大量EUV的光损 耗，以及薄片级别所必需的EUV强度，放电源必须以很小的辐射体积 提供大约100W EUV功率。用上述转化效率除以必需的功率，得出所有 Xe源所必需的输入功率至少为20kW，该功率必须通过激光或放电提 供。这样就引起了严重的技术问题。

如果在等离子体形成过程中能够使用效率很高的辐射体，则由激光 系统或电极放电系统实现的条件能够显著减轻。

有些作者提出用锂金属蒸气作为高效EUV辐射体，例如，Partlo 等人在美国专利6,064,072、6,051,841、5,763,930中，Silfvast 等人在美国专利6,031,241、5,963,616、5,499,282及WO 99/34395 中都提出这一方法。同样，锡也被提出作为激光发生等离子体源的有 效EUV辐射体，例如，由T.Tomie等人于2000年10月在旧金山的第 二届国际Sematec EUV光刻专题研讨会上提出。

按照上述现有技术，只有锂或锡的金属蒸气被用作辐射介质。然而， 已经知道，锂蒸发要求放电系统具有很高的温度。锡蒸发需要的温度 甚至更高，在可能采用的气体放电源中不可能轻易达到这样高的温 度。金属蒸气不仅存在于等离子体体积中，而且存在于放电源至少部 分的内部元件体积中。如果与金属蒸气接触的放电源内部元件不够 热，金属就会凝结。很可能这样就会迅速导致系统错误。即使能够防 止凝结，也可能出现其他关于金属热蒸气引起内部元件腐蚀的严重问 题，这是普遍认为特别在锂蒸气的情况下存在的问题。

因此，本发明的目的是提供篇首段落中谈到的方法，能够利用简单 的技术装置，制备用于产生EUV的可靠的等离子体，并能避免现有技 术的缺点。

在篇首段落所谈到的方法中，按照本发明，实现这一目的辐射介质 的基本材料配置包括金属锂(Li)、铟(In)、锡(Sn)、锑(Sb)， 碲(Te)，铝(Al)等金属的至少一种卤化物，和/或卤素，和/或惰 性气体，但以锂(Li)和氯Cl)以及锂和氟(F)为基础的卤化物除外。   采用上述介质，通过等离子体产生EUV，有一个重大优点，即可以 在大大低于采用纯金属蒸气所需的温度下，产生预定的蒸气压，这就 使必需的功率显著降低。但是，如果必须在特定温度下生成等离子体， 也可以借助于本发明提出的介质，在明显提高的蒸气压下完成。

按照本发明的一个更为有利的实施方案，可以产生大约5～50nm范 围的EUV辐射。从而确保完成光刻所必需的波长。

此外，可以便利地以相对于大约116,000K的至少10eV的电子温 度产生等离子体。从而实现EUV范围内的有效辐射。

按照本发明的一个更为有利的实施方案，在基础材料配置中至少添 加一种惰性气体。

为了进一步增加温度优势，在基础材料配置中还可以至少再添加一 种被称为“蒸发器”的卤化物。

如果上述添加的卤化物是以金属为基础的卤化物，就更为有利了。

为了进一步减少等离子体生成组件的凝结或腐蚀的危险，还可以在 基础材料配置中至少添加一种纯卤素，其用量可以使这种卤素达到过 饱和状态，这样做也是有利的。

为了达到光刻照明以及投影光学系统的高光学效率，本发明还提出 远紫外主要辐射的辐射体积小于30mm3。

此外，按照本发明的一个实施方案，远紫外辐射发出的波长范围是 10～15nm。

这一点对采用了Mo-Si多层反射镜的较新型的光刻方法尤其有利。   此外，用来产生可以发出EUV辐射的等离子体体积的装置是在两个 电极之间进行放电的设备。

按照本发明，用来产生可以发出EUV辐射的等离子体体积的装置还 可能至少是一个激光束。

如果金属卤化物、碘或别的金属卤化物的平均压力在大约1～1000 Pa范围内，则特别有利。

如果在基础材料配置中包括至少一种液相形式的金属卤化物，例如 呈水滴状或水流状，则更容易生成等离子体。

此外，按照另一个实施方案，如果基础材料配置包括在气流中输送的 固态金属卤化物颗粒，则更为有利。

如果基础材料配置中至少有一部分呈气态，则可大大扩展适用范 围。

此外，可以方便地以脉冲方式产生等离子体，但是也可以按连续工 作方式产生等离子体。

另外，等离子体还可以通过空心阴极触发放电产生。

按照本发明的另一个实施方案，等离子体可以通过箍缩放电形成。

WO 01/99143A1公开了以锂和氯以及锂和氟为基础的卤化物的形成 情况。然而，这些卤化物的蒸气压明显劣于纯锂的蒸气压，见图1所 示。

参考下文所描述的(各种)实施方案，本发明的这些特性及其他情 况就可以明确起来，并将得到进一步阐述。

在附图中：

图1表示金属锂和锂的卤化物的蒸气压随温度的变化。

图2表示金属锡和锡的卤化物的蒸气压对温度的曲线。

图3表示可以发出EUV的各种卤化物和纯碘的蒸气压对温度的曲 线。

图4表示在溴化锂和碘化铝具有相同克分子量的混合物的情况下， 气相成分与蒸气压的关系曲线的示例。

图5表示在碘化锂和碘化铝具有相同克分子量的混合物的情况下， 气相成分与蒸气压的关系曲线的示例。

在下文中，参考图1～5，给出了各种示例的说明。其中特别是，合 成气相的化学平衡可以产生引人注目的新的可能性，与金属锂或金属 锡蒸气有关的问题从而可以显著减少，虽然还不能完全解决。还提出 了新的可能采用的EUV辐射体，这些辐射体以锂、锡或其他化合物为 基础，或者也可以用纯元素为基础。

正如上文已部分提及，本发明的目的在于提供：

采用锂(Li)作为EUV源中辐射体的新方法；

采用锡(Sn)作为EUV源中辐射体的新方法；

采用锂(Li)和锡(Sn)作为EUV源中辐射体的新方法，其温度低于纯 金属化合物所需的温度；

采用锂(Li)和锡(Sn)作为EUV源中辐射体的新方法，与采用纯金属 相比，可以减小腐蚀的危险；

采用元素周期表第五族元素中其他元素作为有效EUV辐射体的新方 法。

这些目的通过提供特别是带有锂(Li)和锡(Sn)的放电源来实现，锂 (Li)和锡(Sn)不是采用纯金属蒸气的形式，而是采用各种锂和不同的 卤化物的形式，不管是否还有其他现存的金属卤化物在一起。

首先考虑单独的锂和锡的卤化物的蒸气压。如图1和图2所示，锂 和锡的卤化物的蒸气压可大大高于纯金属的蒸气压。在图1中所示的 锂的情况下，举例来说，碘化锂可用作辐射介质，碘化锂作为单体 (LiJ)-二聚物(Li2J2)平衡存在于气相。含锂成分的总压力约为10-4 ～10-3巴，是通过气体放电电池产生EUV的标准压力范围，可以在比 纯金属蒸发所必需的温度低约90K的温度下获得。在特定的温度下， 含锂成分的总压力比纯金属在相应温度时的蒸气压高一个数量级。

图1所示的卤化物有Li2J2、Li1J1、Li2Br2、Li1Br1，与纯金属锂进 行对比。如图1所示，碘化锂的二聚物，即Li2J2，是最有利的。但是 以锂和氯或锂和氟为基础的卤化物的蒸气压明显劣于纯锂的蒸气压。

关于图2所示采用锡的情况，举例来说，采用氯化锡(SnCl2)或溴化 锡(SnBr2)在大约550K～600K的温度下的蒸气压可以达到10-4～10-3 巴。四价锡卤化物，例如SnCl4、SnBr4、SnJ4，甚至可以在低于400K 的温度下达到这一蒸气压。此温度大大低于纯金属蒸发所必需的温 度。在特定温度下，图2中所示大约900K时，SnCl2或SnBr2的蒸气 压比纯金属锡的蒸气压高10个数量级。

图2表示卤化物氟化锡(SnF2)、氯化锡(SnCl2和SnCl4)、溴化 锡(SnBr2和SnBr4)以及碘化锡(SnJ2和SnJ4)与纯金属锡的对比。

正如图3中所示，除了已知用作EUV辐射体的卤素或锂和锡的卤化 物之外，还有其他卤化物也可用作有效的EUV辐射体。特别是元素铟 (In)、锑(Sb)、碲(Te)都显示出在EUV范围的辐射波带。这些 元素也都有具有高蒸气压的卤化物，可以在放电体积中简单地产生足 够大数量的蒸发。为了使可以发出EUV的等离子体蒸发足够的金属卤 化物所必需的温度范围为300K～600K。

除所述金属卤化物之外，单质碘(J)也可用作EUV辐射体。碘的 蒸气压即使在室温时也很高(参照图1)。因此，纯卤素也引人注目地 可以用作辐射体。

图3所示的卤化物是溴化锑(SbBr3)、碘化碲(Te2J2)、碘化锑 (SbJ3)、溴化碲(TeBr4)、溴化铟(InBr，InBr3，InBr6)、碘化 铟(InJ)，并与纯碘进行对比，在此处纯碘为J2。

除了纯金属卤化物，也可以采用金属卤化物的混合物。令人意外地 发现，采用金属卤化物的混合物可以进一步改进锂或锡的有效压力， 达到的数值甚至超过了仅用一种卤化物或用纯卤化物所能达到的压  力。这一作用可以认为是在气相中由于所谓的“杂络物”  的形成而造 成的。

图4表示溴化锂和碘化锡的混合物的示例，溴化锂和碘化锡具有相 同克分子量，采用已知的计算化学平衡的方法。图4详细展示了两种 卤化物对比下合成气相的复合成分。就EUV放电源来说，最有实质性 的的曲线是那些与含锂或含锡的化学成分有关的曲线。

正如箭头所示，与图1相比，在10-4巴蒸气压下将含锂物质转化为 气相所需的温度从800K降低到670K，这一点可以认为是复合物碘化 锡锂(LiSnJ3)的形成而造成的。换句话说，含锂成分的有效压力被 改进或增加了不止两个数量级。

关于提高含锂成分的有效压力的一个更有效的实例示于图5。可以 用碘化铝(AlJ3)替代碘化锡(SnJ2)作为所谓的“蒸发器”，来建立 锂的高气相复合压力。如图5中箭头所示，与图1对比，通过碘化铝 锂复合物(LiAlJ4)气相的形成，使气相中含锂成分的蒸气压达到10-4 巴所必需的温度从800K降到380K。和纯碘化锂相比，锂的蒸气压改 善了几个数量级，其原因在于形成了带有铝的气相复合物。

本发明并不局限于上述两个示例。也可以采用其他克分子配比的卤 化物，并且得到很好的效果。此外，含锂或锡的金属卤化物的选择， 以及“可蒸发的”金属卤化物的选择，比如锡卤化物或铝卤化物，并 不局限于上文给出的金属卤化物示例。全部金属卤化物及其组合，包 括“蒸发器”卤化物，例如镓、铟、铊等，都可能充分增加用来产生 EUV辐射的等离子体体积中含锂或含锡成分的压力。

已经知道，用于产生EUV的等离子体内部的高温可能使微小颗粒， 比如金属卤化物，分解为其基本成分。在离开等离子区后，上述各种 成分可以重新结合，成为其初始的金属卤化物形式。这种情况可能出 现在气体体积中或器件的壁上，例如出现在电气放电的电极上。但是， 在很多情况下，工作压力是很低的。例如，原子和微粒的平均自由路 径可能比放电源系统的尺寸大。因此，初始金属卤化物成分的重新结 合可能进行得不完全。这样可能导致在靠近等离子区的地方，例如电 气放电装置的电极，形成金属成分的分层或薄膜。

通过系统中卤素的过饱和可以防止出现这种问题。添加的卤素使金 属和卤素重新结合的可能性增加，从而通过形成暂时的金属卤化物， 除去金属成分。用这种方式，可以防止出现不希望有的金属卤化物成 分的污染层。此外，还可以增加等离子区金属卤化物的有效浓度。

在以等离子体为基础而产生EUV辐射的原理及操作方面，采用上述 成分，可以有以下优点：

蒸发辐射成分所必需的温度大大降低，相当于辐射成分的压力或密度 显著增加。这样就使关于产生和保持金属热蒸气的技术问题显著减少。

可以大大降低为了防止出现不希望有的金属蒸气的凝结所必需的 温度等级。使放电源的设计在技术上更简化，并且放电源材料上的热 负载更小。

由于可以降低温度等级，可以避免由腐蚀性金属蒸气所造成的腐蚀 问题。因此可以显著减小放电源失效的危险。

辐射成分的压力增加或密度增加都可以提高EUV的产生效率。