JP2004031342A - レーザープラズマ極紫外放射線源 - Google Patents

Abstract

【課題】後続の標的小滴が先行の標的小滴のイオン化により影響を受けないようにしたレーザープラズマＥＵＶ放射線源を提供する。
【解決手段】ＥＵＶ放射線源の源ノズル（５０）は圧電トランスジューサ（５８）により発生されるような標的材料の自然レイリー不安定破壊周波数により設定される率で小滴（５４）を放出できる所定の寸法のオリフィス（５６）を有する。小滴発生率は、バッファ小滴（７０）が標的小滴（６６、７２）間に送給されるように、励振レーザー（１４）のパルス周波数に関連してこれらの因子により決定される。バッファ小滴は、次の標的小滴（７２）が影響を受けないように、イオン化された標的小滴（６６）から発生する放射線を吸収するように作用する。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般にレーザープラズマ極紫外光源に関し、特に、同期したレーザーパルス、及び、バッファ小滴が連続する標的小滴間に提供されるような標的小滴送給率を提供するレーザープラズマ極紫外光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ電子集積回路は典型的には当業者にとって周知のフォトリソグラフィー工程により基体上でパターン化され、この場合、回路素子はマスクを通して伝播するか又はマスクから反射される光ビームにより画定される。フォトリソグラフィー工程及び集積回路構造の技術状態が一層発展するにつれ、回路素子は一層小さくなり、それらの間隔は一層狭くなる。回路素子が一層小さくなると、一層短い波長及び一層高い周波数を有する光ビームを発生させるフォトリソグラフィー光源を使用する必要がある。換言すれば、光源の波長が減少するにつれて、フォトリソグラフィー工程の解像度が増大し、一層小さな集積回路素子を画定できる。フォトリソグラフィー光源のための現在の技術状態は極紫外（ＥＵＶ）又は軟Ｘ線波長（１３−１４ｎｍ）の光を発生させる。
【０００３】
２０００年８月２３日に出願された「レーザープラズマ極紫外光源のための標的としての液体スプレー」という名称の本出願人に係る米国特許出願番号第０９／６４４，５８９号明細書は、レーザープラズマを発生させるために、標的材料（典型的にはキセノン）の如き液体を使用するフォトリソグラフィー装置のためのレーザープラズマＥＵＶ放射線源を開示している。キセノンの標的材料は望ましいＥＵＶ波長を提供し、結果としての蒸発したキセノンガスは化学的に不活性であり、放射線源真空装置により容易にポンピングで除去される。クリプトン及びアルゴン如き他の液体及び気体、並びに、液体と気体との組み合わせもまた、ＥＵＶ放射線を発生させるためにレーザー標的材料に利用できる。
【０００４】
ＥＵＶ放射線源は真空環境内で標的小滴のストリームを発生させる供給源ノズルを使用する。小滴のストリームは、オリフィス（５０−１００ミクロンの直径を有する）を通して液体標的材料（典型的にはキセノン）を流れさせ、ノズル送給チューブに取付けた圧電トランスジューサの如き励振源からの電圧パルスによって流れをかき乱すことにより、発生される。典型的には、小滴は連続的な流れストリームのレイリー不安定破壊周波数（１０−１００ｋＨｚ）により決定される率で発生される。オリフィスの寸法は、小滴が凍結してその寸法を減少させたときに、小滴が高強度レーザーパルスによるイオン化が、凍結したキセノンの一部片がイオン化から逃れて敏感な光学素子の可能な損傷を生じさせることなく、大きなＥＵＶ放射線を発生させるようなイオン化領域での寸法となるように、設定される。
【０００５】
ＥＵＶフォトリソグラフィーを使用して製造される次世代の商業用セミコンダクタのためのＥＵＶパワー及び線量制御要求を満たすためには、レーザービームは典型的には５−２０ｋＨｚの高い割合で脈動（パルス発生）しなければならない。それ故、すべてのレーザーパルスが最適な条件の下で標的小滴と相互作用するように、レーザーパルス間で小滴ストリームの迅速な回復を有する高密度の小滴標的を供給することが必要になる。これは、各レーザーパルスの１００マイクロ秒以内で小滴を生じさせる小滴発生器を要求する。
【０００６】
レーザー源が所望の寸法のオリフィスに対するレイリー周波数で発生された液体小滴ストリームのためのこれらの周波数で作動される場合、間隔の非常に狭い小滴が発生され、この場合、小滴間の間隔は小滴の半径のほぼ９倍である。この近接のため、現在イオン化されている標的小滴はストリーム内の後続の小滴に悪影響を及ぼす。従って、後続の小滴はレーザービームによりイオン化される前に損傷するか又は破壊されてしまう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
後続の標的小滴が先行する標的小滴のイオン化により影響を受けるのを阻止する１つの試みは、各小滴がノズルオリフィスから放出されたら直ちに各小滴を打撃するレーザーパルスを有するようにすることである。しかし、この試みはノズルオリフィスの極めて近傍にプラズマを発生させ、過剰な熱負荷を提供し、ノズルのプラズマ誘導腐食を生じさせてしまう。
【０００８】
別の試みは、標的材料の自然レイリー周波数以外の周波数で圧電トランスジューサを付勢することである。換言すれば、小滴形成の周波数はレイリー周波数から離れるように調整することができ、小滴間隔を変更することができる。これは、レーザーパルス周波数に適合するようにする小滴周波数のある調整を許容する。しかし、レイリー破壊周波数以外の周波数でトランスジューサを作動させると、小滴の一貫したストリームを生成する能力に悪影響を及ぼす。キセノンが室温及び室圧で気体なので、キセノンガスはこれを液化するために、例えば−１００°Ｃに冷却される。要求に応じ発生させる形式の液滴発生器は、液体キセノンの表面張力特性のため正しい時間で正しい寸法の小滴を提供する制御を困難にする。
【０００９】
他の試みは、小滴がより頻繁でないレイリー破壊周波数で発生されるように、ノズルオリフィスの寸法を増大させることである。しかし、これは、レーザーイオン化工程にとって小滴の寸法を大きくし過ぎてしまい、未イオン化凍結キセノンにより素子を損傷させる可能性がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の教示に従えば、指定された標的小滴が先行する小滴のイオン化により影響を受けないようなに、標的小滴送給率を制御するレーザープラズマＥＵＶ放射線源が開示される。１つの実施の形態によれば、供給源ノズルは、圧電トランスジューサにより発生されるような標的材料の自然レイリー不安定破壊周波数により設定される率で所望の寸法の小滴の放出を許容する所定の寸法のオリフィスを有する。小滴発生率は、バッファ小滴が標的小滴間に送給されるように、励振レーザーのパルス周波数に関連して、これらの因子により決定される。バッファ小滴は、次の標的小滴が影響を受けないように、イオン化された標的小滴から発生される放射線を吸収するように作用する。
【００１１】
【実施の形態】
ＥＵＶ放射線源のためのノズルに関する本発明の実施の形態の以下の説明は本来単なる例示であり、本発明又はその応用又は使用を制限する意図のものではない。
【００１２】
図１はノズル１２及びレーザービーム源１４を含むＥＵＶ放射線源１０の平面図である。液体キセノンの如き液体１６は適当な源（図示せず）からノズル１２を通って流れる。液体１６はノズル１２の出口オリフィス２０を通して加圧下で圧送され、このオリフィスにおいて、液体は標的位置３４に向かう液体小滴２２のストリーム２６に変換される。ノズル１２上に位置する圧電トランスジューサ２４は液体１６の流れをかき乱し、小滴２２を発生させる。
【００１３】
源１４からのレーザービーム３０は合焦光学系３２により標的位置３４において小滴２２上に合焦され、そこで、源１４は、小滴が標的位置３４に到達するときの率に応じて脈動（パルス発生）する。レーザービーム３０内のエネルギは小滴２２をイオン化し、ＥＵＶ放射線３６を放射するプラズマを発生させる。ノズル１２は、プラズマ発生工程の熱及び厳しさに耐えるように設計される。ＥＵＶ放射線３６は収集光学系３８により収集され、パターン化されている回路（図示せず）へ導かれる。収集光学系３８は放射線３６を収集し、導く目的にとって任意の適当な形状を有することができる。このデザインにおいては、レーザービーム３０は収集光学系３８の開口４０を通って伝播する。プラズマ発生工程は真空下で遂行される。
【００１４】
図２は上述の源１０内のノズル１２と交換するのに適した本発明に係るノズル５０の横断面図である。ノズル５０は一端で液体キセノンの如き液体標的材料５２を受け取り、他端では、特殊に形状づけられたオリフィス５６を通して材料５２の小滴５４を放出する。本発明の１つの実施の形態によれば、ノズル５０に接触する圧電トランスジューサ５８は、オリフィス５６の直径により決定される、材料５２の自然レイリー破壊周波数に関連する率で振動パルスを提供する。これは、要求に応じて発生させる形式の液滴発生器とは違って、連続的な流れ小滴送給を提供し、この場合、小滴５４間の間隔は厳密に制御される。他の実施の形態においては、圧電トランスジューサ５８は、小滴５４間の間隔を変更するように、自然レイリー破壊周波数以外の周波数で脈動することができる。更に、当業者なら認識できるように、トランスジューサ５８以外の他の励振装置を使用することができる。
【００１５】
小滴５４のストリームは小滴５４間の間隔を設定する圧電トランスジューサ５８のパルス周波数に対応する率でノズル５０から放出される。小滴５４は標的領域まで所定の距離だけ伝播し、そこで、標的小滴６６はレーザー源１４からの如きレーザービーム６８によりイオン化される。ノズル５０と標的領域との間の距離は、小滴５４が真空内での蒸発により所望の寸法で凍結するように選択され、またレーザーイオン化工程がノズル５０を損傷させないように、ノズル５０から離れた所望の距離でもある。
【００１６】
本発明によれば、圧電トランスジューサ５８のパルス率、オリフィス５６の寸法及びレーザー源１４のパルス率はすべて、所定数のバッファ小滴７０が現在の標的である小滴６６と次の標的小滴７２との間に形成されるように、組み合わされる。この例においては、標的小滴６６，７２間に３つのバッファ小滴７０が存在するが、これは、特定のレーザーパルス周波数のための非限定的な例である。
【００１７】
１つの例においては、フォトリソグラフィーのためのＥＵＶ光は、約０．７５Ｊのエネルギのレーザーパルスを必要とする。このエネルギは標的位置において小滴６６の如き１００ミクロンの直径のキセノン標的小滴により吸収される。小滴６６は迅速にイオン化されてプラズマを形成し、吸収したエネルギをイオン、中性原子及び粒子の動的エネルギの形で放射し、赤外からＥＵＶをカバーするスペクトル範囲の広帯域放射線を放射する。エネルギが等方的に放射されると仮定すると、ストリーム内で幾何学的に次の小滴により捕獲される部分的量は（ｒ／２Ｒ）^２となり、ここに、ｒは小滴の半径、Ｒは小滴間の間隔である。小滴への自然に生じるレイリー破壊に対しては、ｒはノズルオリフィス２０の半径のほぼ１．９倍であり、Ｒはオリフィス半径のほぼ９倍である。従って、（ｒ／２Ｒ）^２＝０．０１１である。
【００１８】
現在の標的である小滴６６の後の第１の小滴７０は初期のレーザーパルスエネルギの１．１％即ち８．３ｍＪを吸収する。１００ミクロンの直径の液体キセノン球体の質量は１．６マイクログラムであり、蒸発熱は９７Ｊ／ｇ即ち０．１６ｍＪである。吸収されたエネルギは現在の標的小滴６６の後の第１の小滴７０を蒸発させ、その小滴から８．３−０．１６ｍＪが放射される。再度、等方性放射を仮定すると、現在の標的小滴６６の後の第２の小滴７０はこのエネルギの１．１％を捕獲し、これは現在の標的小滴６６の後の第２の小滴７０により吸収される０．０９ｍＪに相当する。この吸収されたエネルギは小滴を蒸発させるのに必要なエネルギ（０．１６ｍＪ）よりも少なく、そのため、この小滴は最少の崩壊を受ける。従って、第２及び第３の小滴７０は過剰なプラズマエネルギを吸収し、引き続きの標的小滴を保護するバッファ小滴として作用する。次の小滴は先のレーザーパルスにより影響を受けず、そのため、小滴ストリームは、次のレーザーパルスが次の標的小滴７２を打撃するまでに、再確立される。
【００１９】
１つの例においては、１５ｋＨｚの小滴周波数が５ｋＨｚのレーザーパルス率と一緒に使用でき、連続する標的小滴間に２つのバッファ小滴７０を提供する。一層多くのバッファ小滴７０が必要な場合は、圧電駆動パルス率を２０ｋＨｚに増大させて、標的小滴６６間に３つのバッファ小滴７０を提供することにより液体速度を対応的に増大させることができる。この説明は、小滴５４が真空環境内へ射出されることを仮定している。この場合、小滴５４は蒸発を迅速に開始し、その表面温度は低下しその結果凍結する。特に凍結がオリフィス内で生じる場合は、この位相変化は小滴発生と抵触する。小滴５４を液体状態に維持する必要がある場合は、源５０に対する修正を行い、例えばキャリヤガスにより中間圧力を提供し、小滴５４の凍結を阻止するか又は凍結の割合を制御する。
【００２０】
上述の説明は本発明の単なる例示的な実施の形態を開示し、述べる。このような説明から並びに添付図面及び特許請求の範囲から、当業者なら、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の変更、修正及び変形を行うことができることを容易に認識できよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーザープラズマ極紫外放射線源の平面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る、バッファ小滴を提供するレーザープラズマ極紫外放射線源のためのノズルの横断面図である。
【符号の説明】
１０　ＥＵＶ放射線源
１２、５０　ノズル
１４　レーザービーム源
１６　液体
２０、５６　オリフィス
２２、５４　小滴
２４、５８　圧電トランスジューサ
２６　ストリーム
３０、６８　レーザービーム
３６　ＥＵＶ放射線
５２　標的材料
６６、７２　標的小滴
７０　バッファ小滴

Claims (7)

1. レーザープラズマ極紫外放射線源において、
   供給源端部と、所定の直径を有するオリフィスを含む出口端部とを備え、上記オリフィスから標的材料の小滴のストリームを放出するノズルと；
   脈動する励振信号を上記ノズルに提供する標的材料励振源と；
   脈動するレーザービームを提供するレーザー源と；
   を有し、脈動する上記励振源のタイミング、上記オリフィスの直径及び脈動する上記レーザー源のタイミングは、上記ノズルの上記オリフィスから放出される小滴が所定の速度及び小滴間間隔を有するように及び小滴ストリーム内の標的小滴がレーザービームのパルスによりイオン化されるように、互いに関して設計され、所定数のバッファ小滴が脈動するレーザービームにより直接イオン化されないよう標的小滴間に提供され、バッファ小滴は、後続の標的小滴が先行の標的小滴のイオン化により影響されないように、イオン化された標的小滴から放射されたプラズマエネルギを吸収することを特徴とする放射線源。
2. 標的小滴間のバッファ小滴の数が１つのバッファ小滴、２つのバッファ小滴及び３つのバッファ小滴からなるグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の放射線源。
3. 上記励振源が所定の直径の上記オリフィスについての標的材料の自然レイリー破壊周波数である周波数で脈動されることを特徴とする請求項１に記載の放射線源。
4. 上記励振源が圧電トランスジューサであることを特徴とする請求項１に記載の放射線源。
5. 上記オリフィスが５０ないし１００ミクロンの直径を有することを特徴とする請求項１に記載の放射線源。
6. 標的材料が液体キセノンであることを特徴とする請求項１に記載の放射線源。
7. 上記レーザー源が５ないし２０ｋＨｚのパルス率を有することを特徴とする請求項１に記載の放射線源。

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