TW201212726A - Method of improving the operation efficiency of a EUV plasma discharge lamp - Google Patents

Description

201212726 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用以改進電漿放電燈之操作效率之 方法’該電漿放電燈產生極紫外線（extreme ultraVi〇let; EUV)輻射及/或柔和的χ光線，該燈包含至少兩個電極 及構件’該等電極由时溶金屬形成，該構件用於在該燈 之操作期間將液態金屬塗覆至該等電極之至少一個電極 的表面部分。本發明亦關於一種具有經改進之操作效率 之電漿放電燈。 【先前技術】 在例如極紫外線微影蝕刻或計量學領域，需要光源， 該等光源發出極紫外線（extreme ultraviolet; EUV)輻射 及/或柔和的X光線，亦即，在丨nm與20 nm之間的波 長區域内。該等裝置是大功率光源目前最有前景的候選 物，以用於即將出現的半導體工業之微影蝕刻工具。在 該技術中已知如何在13.5 nm之波長下使用經高度離子 化的電漿有效地產生極紫外線光》藉助於大功率雷射光 束（雷射產生電漿（laser produced plasma; LPP))或藉由 電極之間的帶電氣體放電（放電產生電漿（discharge produced Plasma; DPP))，可產生來自發出極紫外線的目 標材料之電漿之激發。 氣體放電光源包含：至少兩個電極（陽極、陰極），該 等電極彼此分離以在電極之間形成間隙。藉助於電容器 201212726 配置可提供該放電燈之脈衝操作所需要之電能，在該電 容器配置中首先將能量保存，隨後經由該等電極將能量 放電。通常在1 Pa至100 Pa的壓力範圍内以放電材料 填充該系統。由於磁壓縮》捏縮電漿（pinchpiasnia)被加 熱至數十eV之溫度，該磁壓縮係歸因於應用通常數十 kA至至多1〇〇 kA之脈衝電流及通常數十ns至數百ns 之脈衝持續時間。 在當前技術現狀之基於DPP之系統中，實現了自氣體 供應至基於液態金屬之放電材料的改變。 W02005/02 5280A2揭示該系統，在該系統中將液態金屬 塗覆於兩個旋轉的圓盤狀電極。脈衝雷射藉由蒸發液態 金屬之至少某部分來觸發放電，特定言之是來自液態金 屬層之錫，該液態金屬層形成於該等電極上。該電容器 組（capacitor bank)經由金屬蒸氣而放電，從而產生強電 流捏縮放電。利用該系統’實現了比基於氣體之系統更 高的轉換效率，因此獲得了更大量的極紫外線光子。 大輕射功率之產生需要相當高的平均電功率，該相當 高的電功率須被饋入該光源。此舉可導致較強的電極腐 钱，並因此縮短電極系統之使用壽命。此外，由於電極 幾何形狀之改變，電漿之空間將變得更大，從而導致以 下效應.僅能利用生成之光之一小部分，因此減少光學 性能。在利用液態金屬進行操作的電漿放電燈中使用 耐熔金屬之電極（例如鎢（w)或鉬（M〇))與該液態金屬 膜會減少電極腐蝕之程度。然而，液態金屬必須顯示出 201212726 適當的湖濕行為及對於電極材料足夠強的黏著力。若液 態金屬膜在局部不能永久很好地黏著於電極表面，則這 可能導致液態金屬膜厚度值不穩定、陰極斑點、電極腐 蝕及更多有害的效應，最终導致電極使用壽命減少。 在操作此種電漿放電燈之前，須執行預備步驟以確保 電極表面上之液態金屬之可靠的潤濕，其中在該電漿放 電燈中該等電極之至少一個電極塗覆了液態金屬。該等 標準原位（in-situ)潤濕程序是複雜、費時的，且阻滯極紫 外線電漿放電燈達大量時間，因為需要若干耗費幾小時 的步驟，且該等步驟必須在極紫外線燈之普通的日常操 作之前一直且重複地發生，因此會降低燈之總體效率。 【發明内容】 本發明之目的是提供一種用以改進基於液態金屬之電 漿放電燈之操作效率及使用壽命之方法，及提供具有増 加的效率之此種電漿放電燈，該電漿放電燈產生極紫外 線賴射及/或柔和的X光線。 利用如請求項1、請求項2、請求項丨丨及請求項i 2 之方法及電漿放電燈達成該目的。該方法及燈之有利的 實施例為附屬請求項之標的，或在隨後的描述及實施例 之部分中描述該方法及燈之有利的實施例。 所提出的方法改進電漿放電燈之操作效率及使用壽 命，該電漿放電燈產生極紫外線輻射及/或柔和的χ光 線，此種燈包含至少兩個電極及構件，該等電極由耐熔 201212726 金屬形成’該構件用於在該燈之操作期間將液態金屬塗 覆至該等電極之至少一個電極的表面部分。在所提出的 方法中’根據第一替代性實施例，該等電極之該至少一 個電極在預處理步驟中進行預處理，在該預處理步驟中 該電極之至少該表面部分與該液態金屬進行接觸，且在 與該液態金屬進行接觸的同時，在^ 800〇c之溫度下將該 電極之至少該表面部分進行熱退火，以在該電極上之具 有爻控冰度之反應區中，使該耐熔金屬與該液態金屬之 間發生反應。若在該燈之操作期間將該液態金屬塗覆於 兩個電極之表面部分，則兩個電極皆在該預處理步驟中 進行預處理。根據第一替代性實施例，在預處理步驟中 一層另外的材料在該電極之該表面部分上沈積，選擇該 另外的材料以改進該表面部分對於該液態金屬之潤濕行 為。在兩個替代性實施例中，將該電極之該表面部分進 行預處理以產生一層（反應區或另外的材料層），該電極 之該表面部分比不具有該層之電極表面具有更好的對於 該液態金屬之潤濕行為。 在較佳實施例中，將該方法應用於電聚放電燈，該電 漿放電燈具有兩個電極輪，該等電極輪在燈之操作期間 旋轉°該等電極輪係安裝在兩個容器上方，該等容器具 有液態金屬，以使得該等電極輪部分地浸入該液態金 屬。因此，在旋轉期間將該液態金屬塗覆於該等電極輪 之周圍表面。為了根據所提出的方法改進該燈之效率， 該等電極輪被拆卸以便執行該預處理步驟，特定言之， 201212726 疋在適合進行進行熱退火的爐中。在該退火步驟期間， 〇等電極輪可元全地浸沒在坩堝中，該坩堝含有液態金 屬為了避免在該等電極輪之中心部分處發生反應，該 等輪子係在該令心部分之處被安裝在該放電燈中，可利 用合適的平板遮蔽該等中心部分。在該預處理步驟之 後’將該等電極輪安裝在該放電燈中，該放電燈可隨後 與該等經預處理的電極輪進行操作。 即使以上實施例顯示應用該方法之一較佳的放電燈， 所提出的方法亦可應用於其他電衆放電燈，在該等電漿 放電燈中該等電極之至少—個電極在操作期間以液態金 屬满濕。該燈之該等電極可具有除了電極輪之外的其他 幾何形式’且該液態金屬亦可以另—方式應用於該至少 一個電極之表面。 利用所提出方法之第一替代性實施例，在該電極之專 用表面部分上形成-薄層’該薄層稱為反應區。該耐熔 金屬與該經塗覆之金眉— 、屬之穩疋化合物之該薄層顯示出經 =调濕行為及對液態金屬的黏著力，以及較強的抗 :性。將相同的方法應用於第二替代性實施例之沈積 ::因此，可大大減少原位潤濕程序（亦即如以上導論 述之初始及日常的潤濕）所耗時間，或甚至跳過 =等2潤濕程序。因此減少了該電燈之阻 :較=短的停機時間之角度來看，此舉意謂著該燈具 有較尚的總體效率1因於較高電阻， 用壽命延長，因此延長燈之#用“ ¥極之使 之使用可°p。考慮到燈或電極 201212726 之使用壽命’該預處理步驟必須僅被執行一次但是亦 可偶爾重複執行。 通常，當電極之材料為諸如臀或“。之耐熔金屬時， 塗覆於該等電極之液態金屬為錫(Sn)。然而，液態仏通 常顯示出對於該等耐溶金屬較差的黏著力該結果主要 歸因於Sn分別與W或M。之間較低的互溶性。利用所 提出的方法，在該等電極之表面上實現一薄的、非臨界 的反應區或層，在該等電極之表面上該反應區或層顯示 出對於該液態金屬之優良的潤濕性及黏著力。根據該方 法形成具有受控深度的反應區，以避免該電極經由該反 應不斷文到腐蝕。較佳地，執行該預處理步驟，以使得 該反應區之厚度（深度）介於⑽咖與5_之間。為 此，必須適當地控制反應參數’如氣體氣氛、退火溫度 及退火時間。較佳地’該退火步驟係在介於與1 C之間的溫度下執行達介於i h與24 h之間的一時間。 可在真空中或在專用的氣體氣氛中（例如，在含有 95%N2/5%H2或H2或Ar之氣體氣氛中）執行該退火步 驟上述氣體之氣流較佳地設置在1 〇〇 sccm與1 5〇〇 sccm 之間。 在另一實施例中，該預處理步驟可包含：兩個子步驟。 f第—子步驟中，在經提高之溫度下，在還原性氣體氣 氛中（例如，在NVH2混合氣中）還原電極之表面以 自電極之表面移除任何氧化物或氧化層。在以下之第二 子步驟中，如上所述，以與液態金屬接觸之方式執行熱 201212726 退火步驟。 在又一貫施例中，藉由以下方式達成該預處理步驟： 藉由專用的原位外（ex_situ)沈積製程及隨後視需要將“ 輸送、k預處理之區域。隱藏於此舉中的想法是：塗覆 「潤濕促進劑」作為該等耐熔電極上的第一層，為隨後 由Sn進行的更加顯著的潤濕做準備。可藉由基於真空 之技術（例如’物理氣相沈積（physicai V叩_〜灿― PVD)(諸如電弧蒸發υ或非真空沈積（諸如電流處理） 來執行該沈積製程，或在兩種組態中皆可行的情況下藉 由銅焊製程來執行該沈積製程。在任何情況下，對於耐 炫金屬具有良好黏著力的（不同種）材料較佳地作為該 電極基底上第-層之材料（「潤濕促進劑」）。例如該等材 料可為Ni、C]或Cu，且該等材料具有數微米之標準的 薄膜厚度值。此層可充當犧牲層，亦即歸因於進—步的 反應及相互擴散，該層可在應用t被消耗掉。除了在耐 溶基底與Sn之間形成穩定的介面相之目的外，此舉穩 固了如先前部分所述之結構。 利用所提出的方法，藉由該等電極之預處理，改進該 潤濕行為’因此改進液態金屬之厚度之控制，從而將； 極退化降至最低’在使用壽命内保持通常的效能，延長 極紫外線燈之可用時間，增加一般的使用壽命，且減少 用於組裝或磨亮光源頭的時間。該方法產生經可靠地潤 濕的電極表面，該電極表面減少用於原位潤濕程序之時 間，因此使得燈之使用的總體效率得以改進。 201212726 【實施方式】 所提出方法可應用於電漿放電燈，該電漿放電燈產生 極紫外線輻射及/或柔和的X光線，如第1圖中闡釋性地 圖示。該氣體放電燈包含：兩個電極輪1、2(陰極、陽 極），該等電極輪彼此分離以在電極輪之間形成間隙。兩 個電極輪1、2在該燈之操作期間進行旋轉，同時部分浸 入容器3’該容器3含有液態金屬，如由於在該液 態金屬中之旋轉，錫膜4在該等電極輪之外圍表面上形 成。該等電極輪經由錫槽電性地連接至電容器組5，電 谷器組5向該等電極輪卜2提供脈衝電流。藉由用雷射 源7之脈衝雷射光束6來蒸發液態錫之部分，來啟動電 示。電漿8發出所要之

將該等電極輪浸沒在含有液態& 液態Sn的掛禍中， 且將該等 聚放電8 ’如該圖中示意性地圖示。 極氣外線輻射及/或柔和的X光線。驾 真空腔室中（該圖中未圖示）。此外， 201212726 電極輪在合適的爐中與該液態Sn進行接觸來進行熱退 火。此舉允許液態材料與固態材料之間的受控反應，該 又控反應導致在該等介面處形成Mo-Sn相。舉例而言， 在3 h之退火時間後，在85(rc之退火溫度下及25〇 sccm 之氣流中形成反應區（Mo_Sn相），該反應區具有 <丨μπι 之深度。必須控制反應時間，以避免對於基底材料（亦 即’電極之材料）之顯著的再結晶產生任何潛在的有害 效應。 亦可以向固體輸送液體之任何其他方式發生該反應， 而非將該專電極輪浸入具有液態金屬之掛禍。舉例而 & ’亦有可能將Sn成份作為氧化物粉末材料而進行輸 送。此舉需要在例如約7 0 0 °C之溫度下，在合適的氣體 氣氛條件下（例如’ N2/H2氣體氣氛），在爐中將該Sn 成份初步還原成金屬態。 第2圖示意性地圖示反應區9，在退火步驟期間，在 反應區9中形成Mo-Sn相。為了避免在電極輪之側面之 中心部分上形成反應區，在將電極輪1浸入具有液態Sn 之掛渦之刖’將（例如）Mo、W、剛玉或石墨之平板固 又在電極輪1之側面。在該退火步驟之後移除該等平 板。隨後將該等電極輪安裝在放電燈中，該放電燈可隨 後以已知方式進行操作。 該反應區為一薄層，該薄層在電極輪之表面部分上形 成。形成該薄層之Mo-Sn相更容易且永久地為sn所潤 濕。因此促使材料系統克服对溶金屬之通常的不足，以 12 201212726 形成堅固的表面錯合物或與Sn連接的金屬鍵，此舉改 進介面區域中的相互擴散及溶解’亦即改進該電極表面 上液態Sn之潤濕性及黏著力。另一優點在於，介面處 具有劇烈的反應之系統中(如本情況)的最終调濕通常對 環境因素的敏感度比難溶解的系統差些m咸少了 電極腐姓。 在另一實施例中，該預處理步驟之第一部分包含以下 步驟：在經提高之溫度7，在還原性氣體氣t (特定言 之疋Nz/H2混合氣）中移除該電極基底材料上之潛在的 氧化物。在Mo作為基底電極材料的情況下，通常需要 在3有H2之環i見下丨000°c以上的溫度以消除所吸附的 雜質層（〇、C)。然後，將該電極基底材料浸入該液態金 屬，以允許裸露電極材料成份與液態金屬物質之間發生 相互作用。如上所述，隨後執行退火步驟。 雖然在前面的描述中之目4中已詳細地說明並描述了 本發明，但該等說明及描述將視為說明性的或示例性的 而非限制性的，本發明不侷限於所揭示的實施例。第2 圖之反應區亦可為另外的材料層所代替，如Ni、心或

Cu，該材料層沈積在該電極表面上。亦可將上述及申請 專利範圍中的；F同實施例進行組合。熟習此項技術者在 研究圖式、揭示内容及隨附申請專利範圍之後，可在實 戔本發月之過程中理解並實現所揭示的實施例之其他變 化。 在申請專利範圍中，用語「包含」不排除其他元件或 13 201212726 步驟，且不定冠詞「一」不排除複數。在相互不同的請 求項中敍述了措施之簡單事實並不表明該等措施之組合 不可有利地使用。S玄等請求項中之元件符號不應視為限 制該等請求項之範疇。 【圖式簡單說明】 在上文中’以舉例而非限制本發明保護範疇之方式描 述了所提出的方法及放電燈，本發明之保護範疇由申請 專利範圍所定義。該等圖式圖示： 第1圖為根據本發明之電漿放電燈之實例之示意圖； 以及 第2圖為根據所提出方法之經預處理之電極輪之示意 圖。 【主要元件符號說明】 1 電極輪 2 電極輪 3 容器 4 錫膜 5 電容器組 6 脈衝雷射光束 7 雷射光源 8 電漿 9 反應區 14

Claims (1)

1. 201212726 七、申請專利範圍： 1. 一種用以改進一電漿放電燈之操作效率之方法，該電 漿放電燈產生極紫外線輻射及/或柔和的X光線，該燈包 含：至少兩個電極（1、2)及構件，該等電極由一耐熔金 屬形成，該構件用於在該燈之操作期間將一液態金屬塗 覆至該等電極（1、2)之至少一個電極的一表面部分，其 中該等電極（1、2)之該至少一個電極在一預處理步驟中 進行預處理，在該預處理步驟中該電極（1、2)之至少該 表面部分與該液態金屬進行接觸，且在g 800°C之一溫度 下將該電極之至少該表面部分進行熱退火，以在該電極 (1、2)上之具有一受控深度之一反應區（9)中，使該对熔 金屬與該液態金屬之間發生一反應。 2_如請求項1所述之方法，其中該退火步驟係在介於8〇〇 °C與1 6〇〇°C之間的一溫度下執行達介於1 h與24 h之間 的一時間。 3. 如請求項1或2所述之方法’其中該退火步驟係在大氣 壓力下在一氣體氣氛中執行’該氣體氣氛由Ar或H2或 N2與H2之一混合氣組成。 4. 如請求項1或2中之一項所述之方法’其中執行該退火 步驟以使得該反應區（9)之該深度介於100 nm與5 μπι之 15 201212726 間。 •如睛未項！或2中之—項所述之方法，纟中在該預處理 步驟之—第—部分中，在將該電極（1、2)之該表面部分 與該液態金屬進行接觸之前，在經提高之溫度下，在一 還原性氣體或氣體混合物之—氣體氣氛中自該表面部分 移除氧化物。 6·如喷求項1或2中之—項所述之方法，其中在該預處理 步驟中’將該電極（1、2)浸入—㈣中，該㈣具有該 液態金屬。 如明求項3所述之方法，其中該退火步驟係在在介於 seem與15〇〇 sccm之間的一氣流下執行。 8·如請求項6所述之方法，其中該電極（卜2)為—電極輪， »玄電極輪可圍繞一旋轉軸沿一旋轉方向進行旋轉，且該 電極輪之兩側面之間具有一外圍表面，且其中在該預處 理步驟中《該等側面之中‘㈣分，以防止該液態金屬 與該等中心部分進行一接觸。 -種用以改進一電漿放電燈之操作效率之方法，該電漿 :電燈產生極紫外線輻射及/或柔㈣χ光線該燈包 含：至少兩個電極（1、2)及構件，該等電極由—对溶金 201212726 屬形成’該構件用於在該燈之操作期間將—液態金屬塗 覆至該等電極（1、2)之至少一個電極的一表面部分， 其中該等電極（1、2)之該至少一個電極在—預處理步驟 中進行預處理’在該預處理步驟中一層一另外的材料在 該電極（1、2)之該表面部分上沈積’該另外的材料係經 選擇以改進該表面部分對於該液態金屬之潤濕行為。 10. 如請求項9所述之方法，其中該另外的材料為Ni、Cr 或Cu中之一種。 11. 一種產生極紫外線輻射及/或柔和的X光線之電漿放電 燈，該燈包含：至少兩個電極（1、2)及構件，該等電極 由一耐熔金屬形成’該構件用於在該燈之操作期間將一 液態金屬塗覆至該等電極（1、2)之至少一個電極的一表 面部分， 其中該等電極（1、2)之該至少一個電極包含：一反應層， 該反應層至少在該表面部分，該反應層由一製程形成， 在該製程中將該電極（1、2)之該表面部分與該液態金屬 進行接觸，並且在一反應區（9)中將該電極之至少該表面 部分進行熱退火’該反應區具有一受控深度，從而形成 該反應層。 12·—種產生極紫外線輻射及/或柔和的X光線之電漿放電 燈，該燈包含：至少兩個電極（1、2)及構件，該等電極 17 201212726 耐搶金屬形成’該構件用於在該燈之操作期間將〆 液態金屬塗覆至該等電極U、2)之至少一個電極的一表 面部分， 其中遠等電極（1、2)之該至少一個電極包含一層—另外 的材料，該層另外的材料至少在該表面部分，該另外的 材料係經選擇以改進該表面部分對於該液態金屬之該潤 濕行為。 13.如请求項u或請求項I〗所述之燈’其中該電極（1^ 為一電極輪，該電極輪可圍繞一旋轉軸沿一旋轉方向進 行旋轉，且該電極輪之兩側面之間具有一外圍表面，续 表面部分由該外圍表面形成。