CN1320840A - 在超紫外光源中气体喷射控制的护罩喷嘴 - Google Patents
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Abstract
用于超紫外线源的气体喷嘴(20,60)包括一壳体(22,62),该壳体有一前表面(24,64)和后表面(26,66)。壳体(22,62)可连接于主气体源(44)和副气体源(46),并适于从壳体前表面(24,26)喷出主气体(36,76)和副气体(42,82)。壳体(22,62)具有设在壳体内中央的排气的主通道(30,70)和接近于主通道(30,70)的排气的副通道。主通道(30,70)可为圆形,副通道(34,74)可为包围主通道(30,70)的环形。从副通道(34,74)排出的副气体流(42,82)限制从主通道(30,70)排出的主气体流(36,76)的侧向膨胀,使气体喷射性质最佳化并减少喷嘴(20,60)的受热和侵蚀。
Description
本发明一般涉及半导体光刻技术及设备，更具体来说，涉及超紫外(EUV)光刻技术。
近来电子线路小型化趋势是由对于更小的轻型电子设备如移动电话、个人数字助理装置(PDA’S)和便携式计算机等的需求所推动的。光学投影平印是一种光刻技术，其中光线通过照相机透镜折射到掩模的半导体晶片上使一个特定层形成图案。这种光刻技术目前用于高容量制造具有0.18微米尺寸或更宽的电路刻线的电路。但是，目前的光投影平印技术不能生产带有很小特征的电路，这是由于对光线聚焦能力的基本物理局限性的缘故。较小的电路特征需要更短波长的光源。
半导体技术中新出现的下一代光刻(NGL)技术是超紫外(EUV)光刻技术，这是一种用于制造更小、更强的集成电路的选进技术。在EUV光刻技术中，波长很短的紫外(UV)线的强大光束从电路设计图案反射并通过反光镜折射穿过照相机透镜进入硅晶片。
实用EUV光源的一种选用技术是产生激光的等离子体(LPP)。在LPP EUV光源中，目标材料是由高功率激光照射以产生很高温度的等离子体，这种等离子体辐射需要的超紫外线。本发明涉及一种光源，其中一种可冷凝气体(蒸汽)穿过一喷嘴组件以产生一种含有许多小滴以及未冷凝气体的射流或喷射。上述许多小滴共同地用作激光的靶子。
本发明实现的技术优点在于气体喷嘴具有一个壳体，该壳体上带有气流的副通道，它限制流过主通道的气体的侧向膨胀。在一个实施例中，超紫外光源的气体喷嘴包括一个壳体，该壳体具有一条主通道，该主通道适于连接于一个主气源并排除第一气体/微滴流。该壳体也包括一条邻近于主通道的副通道，它适于连接于一个副气源，并适于排除第二气体流。第二气体流使主通道排出的第一气体/微滴流成形。
本发明也涉及一种超紫外光源的气体喷嘴系统，包括一个主气源、一个副气源和一个壳体。该壳体包括一条主通道，该主通道连接于主气源并适于排除第一气体/微滴流。该壳体还包括一条接近于主通道的副通道，它连接于副气源。壳体副通道适于排出第二气体流，以便使壳体主通道排出的第一气体/微滴流成形。
本发明还涉及一种将激光能转变成超紫外能的方法，该方法包括以下步骤：从一个喷嘴排出气体，以及用激光照射排出的气体以产生发射超紫外线的等离子体。该喷嘴包括一个壳体，该壳体具有一条主通道和一条接近于主通道的副通道。主通道连接于主气源，副通道连接于副气源。第一气体/微滴流从主通道排出，第二气体流从副通道排出，其中第二气体流使第一气体/微滴流成形。
本发明的优点包括，能够在一个比现有技术的喷射更远的距离上用激光照射从主通道排出的流，又不致发生性能上的损失，而在现有技术中由于排出的流的扩散会产生这种性能损失。这样就可以显著减小所产生的高温等离子体对喷嘴的损伤，从而延长喷嘴寿命，节约更换成本。另外，也可降低用于更换被喷嘴腐蚀副产物污染的聚光装置的费用。聚光装置的寿命也进一步增加，这是由于副罩气流用于直接阻挡一些从等离子体发出的很快的原子或离子，否则它们会冲击在聚光装置上，将其侵蚀。另外，本发明的喷嘴与现有技术相比较阻挡较少的超紫外线，以免达到聚光装置。
现在对照以下构成本说明书一部分的附图进行详细描述。
图1是现有技术的具有单一通道的超紫外线光刻气体喷嘴的横剖图；
图2是本发明的超紫外线光刻气体喷嘴的横剖图，该喷嘴具有一条连接于主气源的主通道和一条连接于副气源的环形副通道；
图3是本发明的超紫外线光刻气体喷嘴的前视立体图；
图4是本发明气体喷嘴的一个实施例的立体图；
图5是图4所示实施例的侧视图，它具有一个连接于一个套筒组件和冷却套的喷嘴组件；
图6表示本发明的设有主通道的喷嘴组件；
图7表示本发明的设有副通道的套筒组件；以及
图8是本发明的构成发出气体的主通道和副通道的管状构件的横剖图。
在各附图中采用相同的数字和符号代表类似的构件，除非另有标识。
激光照射的气体射流是用于产生下一代半导体光刻设备的超紫外线的装置的主要选择对象。在图1中表示现有技术中在超紫外线光刻技术中使用的气体喷嘴10。喷嘴10只有一条用于排出气体的通道12。当气体离开喷嘴出口时气体迅速侧向膨胀，如标号14所示。当用于超紫外线光刻技术时，高功率激光聚焦在排出的气体上以产生发射超紫外线的高温等离子体，上述侧向膨胀会引发问题。
由于从现有技术的喷嘴10排出的气体如标号14所示会迅速膨胀，为照射必要量的目标气体并产生足够的性能，激光必须例如在离开喷嘴10一个距离“X”上靠近喷嘴10被聚焦。靠近喷嘴10在距离“X”内产生高温等离子体，这就导致喷嘴10的受热和侵蚀，使喷嘴性能变劣。另外，喷嘴腐蚀的副产物会污染系统中的其它光学设备。另外，喷嘴10阻挡相当大部分的发出的超紫外线，防止超紫外线达到未画出的聚光装置，如透镜及反射镜。
在本专业中所需要的是能够解决现有技术中气体侧向膨胀的问题的气体喷嘴结构。本发明的技术优点在于，喷嘴具有一条主通道，以及一条接近于主通道设置的副通道，它可发出限制来自主通道的气体的侧向膨胀的气体。
在图2的横剖图和在图3的前视立体图中表示本发明的气体喷嘴20的第一实施例。如图所示，气体喷嘴20用于产生超紫外线，它包括一个圆筒形壳体22，该壳体最好由不锈钢构成，具有一个环形前表面24和一个环形后表面26。壳体22具有一条轴向地且中央地设置在壳体22内的排出气体的主通道30，以及一条接近主通道30设置的排出气体的副通道34。壳体22适于例如在后表面26连接于一个主气源46，该主气源最好具有氙及稀释剂。壳体22适于在前表面24通过主通道30排出主气体流36，当用激光照射时，形成超紫外线。壳体22的副通道34适于连接于副气源44，并适于排出副气体流42。副气源44最好具有不冷凝的气体如氦。
主通道30的横截面形状最好为圆形，但也可以例如呈椭圆形，副通道34最好呈环形，环形包围着主通道30。副通道34最好设置在一个环形护罩32内，该环形护罩最好由同质材料构成，连接于或模制在喷嘴壳体22中，不过该护罩也可以是一个单独的构件。主通道30在壳体前表面(喷嘴出口)24具有比壳体后表面(入口)26附近的后部(喉部)38大的直径，因而形成一个收敛/发散的通道形状，这样在其后的外部喷射中会有效地形成微滴。副通道34在壳体前表面24具有比靠近壳体前表面24设置的后部40大的直径，以便使穿过其中的第二气体流膨胀至高速并形成良好校准的、高动量的环形喷射流42、虽然图2表示副通道中心线平行于主通道中心线，但是，优选实施例是使副通道的朝向将第二气体流向内成一个角度。
本发明的优点还在于，从环形副通道34排出的环形喷射流42形成一个射流“包封”，它施加一个气动压力和动量(“动压力”)来限制从主通道30排出的主气体流36的侧向膨胀，从而使气体射流性质最佳化，提供一个窄小、连贯、密集的主气体流36。通过适当选择副通道34的几何形状和流动状态，环形喷射流42在离开喷嘴20的出口的更有利的距离“Y”处提供需要密度的目标气体36。从副通道34形成喷射流42的气体最好选择得对于射来的激光和所产生的超紫外线来说都是透明的。激光焦点的增加的位移“Y”和从喷嘴20的需要的气体密度显著大于现有技术喷嘴的位移“X”，这在许多方面都是有利的。
图4的立体图表示本发明的第二实施例的气体喷嘴60。壳体62可以包括几个连接在一起的组件，这将在下文描述。主气源46(未画出)能够在壳体后部66连接于主气体进口84，副气体源44(未画出)最好在壳体后部66上连接于副进口或护罩气体进口86。可选用的冷却剂进口88和设在壳体前部64附近的冷却剂出口90可连接于一个冷却剂源(未画出)并围绕壳体62发送冷却剂，以便在产生超紫外线时降低工作温度。
图5是气体喷嘴60的侧视图。具有锥形尖端的冷却套92连接并覆盖喷嘴组件96，并连接于一个套筒组件98。例如，一个薄片可连接于套筒组件98。
在图6中分开画出了喷嘴组件96。喷嘴组件96最好包括一个包围主气流通道70的中空管104。管104具有外表面105，并终止于远端以形成一个主喷嘴尖端100，它具有对照图2所述的优选尺寸。一个可选用的定位装置102可围绕尖端100形成，并包括用于可调节地在套筒组件98内设置喷嘴尖端100并调节穿过的副气体流82的流向的金属丝，如图8所示。套筒组件98最好具有一个向内延伸的花键部分(未画出)，该花键部分使管104在套筒组件98内可靠定心，同时使副气流在其间通过。如图所示，管104具有在主气体进口84附近可靠限定的一个凸缘106，该凸缘被一个凸缘盖109固定且抵靠在螺母108上，如图5所示。
图7中单独画出套筒组件98，它包括一个具有内表面112的管110。管110具有比喷嘴组件96的管104大的直径。套筒组件98的管110围绕在喷嘴组件96的管104上设置，在管104的外表面105和管110的内表面112之间形成一个环形腔，形成副通道74。套筒组件98包括护罩或副气体进口86。套筒组件98也包括一个接头114和一个连接螺母116，以便接纳副气源。
图8表示本发明的组装后的气体喷嘴60的一部分的横剖图，表示出在喷嘴组件的管104的外表面105和套筒组件的管110的内表面112之间形成副通道74。主气体进入主气体进口84并穿过主通道70。主气体作主气体流76从主喷嘴尖端100排出。副气体进入副气体进口86，并穿过副通道74。副气体在喷嘴尖端100的开口附近接近于主气体流76被排出，如前所述，形成一个限制主气体流76侧向膨胀的包封副气体流82。
这里公开和描述的新颖的气体喷嘴20，60具有若干优点。分别来自环形副通道34，74的环形气体流42，82分别形成围绕并作用于来自主通道30，74的气体流36，76的气体压力，分别限制主气体流36，76的侧向膨胀。分别来自副通道34，74的气体流42，82分别轴向引导主气体流36，76，从喷嘴20，60喷出，使其更加垂直于由前表面24限定的平面。为了产生超紫外线，激光射入主气体流36并在离开喷嘴前表面24上的出口一个距离“Y”处聚焦。由于以下几个原因，这是很有利的。首先，显著减小了所产生的高温等离子体对喷嘴20，60的损害，延长了喷嘴20，60的寿命，从而显著减少了超紫外线光刻设备成本及维修和更换成本。第二，由于喷嘴20，60设置得远离所产生的等离子体，因而喷嘴20，60并不象现有技术中那样阻挡发出的一部分超紫外线到达聚光装置。另外，费用被减小了，这是由于减少了聚光装置因受喷嘴腐蚀副产物污染而需要的更换。
虽然已结合一个具体的优选实施例描述了本发明，但本专业技术人员阅读本申请时显然可作出各种修改和变化。例如，虽然这里描述的是超紫外线气体喷嘴20，60用于半导体光刻技术，但是，气体喷嘴20，60也适用于其它超紫外线应用场合，例如，材料科学和显微镜学。喷嘴20，60的壳体22，62最好由适于高温环境且可耐受等离子体发出的高速离子和原子的喷溅的材料构成。这里所述的主气体36，76最好是氙，但也可以是适于超紫外线光刻技术的其它气体(单独或组合)。这里所述的副气体最好是氦，但也可以是其它适当的不冷凝的气体。另外，对于主通道及副护罩气流通道来说都有各种可能的几何形状，它们可使主气体流的特性最佳化，同时符合工作系统的其它要求。因此，考虑到现有技术，权利要求书可作尽可能宽的解释以包括各种变化和改进。
Claims (11)
1.用于超紫外线(EUV)源的气体喷嘴，包括：
一个壳体，它适于连接于一个主气体源并适于排出第一气体/微滴流，所述壳体包括一条设置在所述壳体内、适于排出所述第一气体/微滴流的主通道，所述壳体还包括一条副通道，该副通道适于连接于一个副气体源并适于排出第二气体流，以便使主通道排出的第一气体流成形。
2.如权利要求1所述的喷嘴，其特征在于：所述副通道的结构使得从所述副通道排出的第二气体流限制从所述主通道排出的所述第一气体/微滴流的侧向膨胀，从而使气体喷射性质最佳化。
3.如权利要求2所述的喷嘴，其特征在于：所述主通道具有圆形横截面，所述副通道呈环状，包围着所述主通道。
4.如权利要求1所述的喷嘴，其特征在于：所述壳体包括一个内含所述主通道的喷嘴组件和一个围绕所述喷嘴组件连接的套筒组件，所述副通道在所述喷嘴组件和所述套筒组件之间形成。
5.用于超紫外线(EUV)源的气体喷嘴系统，包括：
一个主气体源；
一个壳体，该壳体包括一条连接于所述主气体源并适于排出第一气体/微滴流的主通道，所述壳体还包括一条副通道；以及
一个连接于所述副通道的副气体源，其中所述壳体的副通道适于排出第二气体流，以便使所述壳体的主通道排出所述第一气体/微滴流成形。
6.如权利要求5所述的喷嘴系统，其特征在于：所述副通道的结构使所述副通道排出的所述第二气体流限制从所述主通道排出的所述第一气体/微滴流的侧向膨胀，使气体喷射性质最佳化。
7.如权利要求6所述的喷嘴系统，其特征在于：所述壳体包括一个内含所述主通道的喷嘴组件和一个围绕所述喷嘴组件连接的套筒组件，所述副通道在所述喷嘴组件和所述套筒组件之间形成。
8.如权利要求5所述的喷嘴系统，其特征在于：所述副气体源具有与所述主气体源不同的气体，对于激光源是透明的。
9.将激光能转变成超紫外线能的方法，包括以下步骤：
从喷嘴排出气体，所述喷嘴包括一个壳体，该壳体具有一条主通道和一条副通道，所述主通道连接于一个主气体源，所述副通道连接于一个副气体源，其中从所述主通道排出第一气体/微滴流，从所述副通道排出第二气体流，所述第二气体流使所述第一气体/微滴流成形；以及
用激光照射所述成形的第一气体/微滴流以产生发射超紫外线的等离子体。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述排出的第二气体流限制所述排出的第一气体/微滴流的侧向膨胀。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述主气体包括氙气，所述副气体包括氦。
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