JP2004507873A5 - - Google Patents

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【書類名】明細書
【発明の名称】レーザ発生されたプラズマを使用する電磁放射発生
【特許請求の範囲】
【請求項1】紫外線波長以下の波長の電磁放射を発生する装置において、
低圧力室と、
前記低圧力室中に突出し、高い圧力で流体をノズルの出口から前記低圧力室へ供給するように動作するノズルとを具備し、前記流体はレーザターゲットとして使用するのに適した物質を生成するように膨張による冷却を受け、さらに前記装置は、
紫外線波長以下の波長の電磁放射を放出するプラズマを生成するために前記物質にレーザ光の焦点を結ばせるように動作可能な1以上の光学素子を具備し、
前記ノズルは傾斜した外縁部を有し、前記1以上の光学素子は光収束路に沿って前記物質へ前記レーザ光の焦点を結ばせるように配置され、光収束路は前記ノズルが前記傾斜した外縁部をもたない場合に存在する前記ノズルの外径の前記ノズルの出口と接した外縁により少なくとも部分的に妨害される位置に設けられている装置。
【請求項2】前記傾斜した外縁部の外壁は前記ノズルに対して傾斜した完全な外縁を形成する請求項1記載の装置。
【請求項3】前記ノズルは円形の断面を有している請求項1または2記載の装置。
【請求項4】前記傾斜した外縁部は平坦なプロフィールを有している請求項1乃至3のいずれか1項記載の装置。
【請求項5】前記傾斜した外縁部は前記レーザ光の収束角度よりも大きい角度の勾配である請求項1乃至4のいずれか1項記載の装置。
【請求項6】前記ノズルはノズルの出口を囲む傾斜した内縁を有している請求項1乃至5のいずれか1項記載の装置。
【請求項7】前記ノズルの出口は0.00001m乃至0.002mの範囲の直径を有している請求項1乃至6のいずれか1項記載の装置。
【請求項8】前記傾斜した内縁は、前記低圧力室中に開口した外端部における0.00001乃至0.003mの範囲の直径と、前記低圧力室から離れた内端部における0.00001乃至0.002mの範囲の直径とを有するように前記ノズルの出口を成形し、前記外端部における前記直径は前記内端部における前記直径よりも大きい請求項6記載の装置。
【請求項9】前記ノズルは0.0004m乃至0.002mの範囲の厚さの壁を有している請求項1乃至8のいずれか1項記載の装置。
【請求項10】前記流体はガスである請求項1乃至9のいずれか1項記載の装置。
【請求項11】前記流体はキセノンガスである請求項1乃至10のいずれか1項記載の装置。
【請求項12】前記電磁放射は極紫外線光である請求項1乃至11のいずれか1項記載の装置。
【請求項13】前記装置は集積回路リソグラフシステムの一部である請求項1乃至12のいずれか1項記載の装置。
【請求項14】前記物質に入射される前記レーザ光の焦点を調節するように前記ノズルが前記1以上の光学素子に関して移動されることを可能にするために前記ノズルは変位手段に取付けられている請求項1乃至13のいずれか1項記載の装置。
【請求項15】レーザの焦点を検出するように構成されている検出器と、検出された焦点に応じて変位手段の動作を制御するように構成されている制御装置とをさらに具備している請求項14記載の装置。
【請求項16】ターゲット物質を放出するように構成されたノズルと、ターゲット物質へレーザ光を導くように構成されたレーザとを具備しており、ノズルは傾斜された終端部を有する電磁放射の発生装置。
【請求項17】ターゲット物質を放出するように構成されたノズルと、ターゲット物質へレーザ光を導くように構成されたレーザと、レーザ光の焦点を検出する検出器と、制御装置とを具備しており、ノズルとレーザの少なくとも1つは変位手段に取付けられ、制御装置は検出された焦点に応じて変位手段を移動するように構成されている電磁放射の発生装置。
【請求項18】紫外線波長以下の波長の電磁放射を発生する装置において、
低圧力室と、
前記低圧力室中に突出し、高圧で連続的な流体流を前記低圧力室へ供給するように動作可能なノズルを具備し、前記流体はレーザターゲットおよびガスとして使用するのに適した物質を生成するように膨張による冷却を受け、さらに前記装置は、
紫外線波長以下の波長の電磁放射を放出するプラズマを生成するために前記物質にレーザ光を導くように動作する1以上の光学素子と、
ノズルへ低圧力室から流体を再循環し、流体を純化する純化装置を含んでいる流体再循環回路とを具備している装置。
【請求項19】流体再循環回路は、少なくとも大気圧で30リットルを占める前記ガス量を毎分低圧力室から排出するように動作可能な1以上のブロワーポンプおよび別のポンプの少なくとも1つの直列接続を含んでいるガスポンプシステムを備えている請求項18記載の装置。
【請求項20】前記ガスポンプシステムは少なくとも直列接続されたブロワーポンプ、回転ポンプおよびピストンポンプを具備している請求項19記載の装置。
【請求項21】前記ガスポンプシステムはさらに、前記ノズルを通過する前記流体を形成するために前記ガスを圧縮するように動作可能なコンプレッサをさらに具備している請求項19または20記載の装置。
【請求項22】前記ガスをバッチ純化する純化装置をさらに具備している請求項21記載の装置。
【請求項23】ガスの純度はそれが予め定められたしきい値よりも低下しているか否かを検出するための質量分析計によって監視される請求項21または22記載の装置。
【請求項24】前記純化装置は、ガスの純度が前記しきい値よりも低下したときに前記ガスを純化するようにトリガーされる請求項22および23記載の装置。
【請求項25】前記流体はガスである請求項18乃至24のいずれか1項記載の装置。
【請求項26】前記流体はキセノンガスである請求項25記載の装置。
【請求項27】前記電磁放射は極紫外線光である請求項18乃至26のいずれか1項記載の装置。
【請求項28】前記装置は半導体リソグラフシステムの一部である請求項18乃至27のいずれか1項記載の装置。
【請求項29】1kHz乃至100kHzの範囲、好ましくは2乃至20kHzの範囲の反復を有する1つのまたは複数のパルスレーザソースを前記レーザ光のソースとして具備している請求項18乃至28のいずれか1項記載の装置。
【請求項30】紫外線波長以下の波長の電磁放射を発生する方法において、
高い圧力で流体をノズルを通って低圧力室へ供給し、前記流体はレーザターゲットおよびガスとして使用するのに適した物質を生成するように膨張による冷却を受け、
紫外線波長以下の波長の電磁放射を放出するプラズマを生成するために前記物質にレーザ光の焦点を結ばせ、
純化装置を含んでいる再循環回路を通ってノズルへ低圧力室から前記流体を再循環させ、
前記流体純化装置中で前記ガスを純化するステップを含んでいる方法。
【請求項31】紫外線波長以下の波長の電磁放射を発生する装置において、
低圧力室と、
前記低圧力室中に突出し、高い圧力で流体を前記低圧力室へ供給するノズルとを具備し、前記流体はレーザターゲットおよびガスとして使用するのに適した物質を生成するように膨張による冷却を受け、さらに前記装置は、
紫外線波長以下の波長の電磁放射を放出するプラズマを生成するために前記物質にレーザ光を導くように動作する1以上の光学素子を具備している装置。
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザにより発生されたプラズマから電磁放射を発生する分野に関し、特に高い圧力でノズルからガスを放出することにより発生されるレーザ光をターゲット物質へ導くことにより発生されるプラズマを使用する極紫外線放射等の電磁放射の生成に関する。
【0002】
【従来の技術】
レーザは多テラワット(1012W)程度のピークパワー出力を有し、このエネルギが固体またはガスに緻密に焦点を結ばれるとき、材料は急速に加熱されイオン化されてプラズマを形成する。キロ電子ボルト温度では材料はプラズマ状態である。プラズマのレーザ生成中、プラズマは典型的にキロ電子ボルト温度まで加熱され、表面のプラズマは除去され、即ち音速で周囲の真空中に自由に膨張し、1011パスカルまでの非常に高い熱圧力を作用させる。プラズマが除去すると、これは膨張し断熱的に冷却する。冷却すると、イオン化されたプラズマの再結合が生じ、電子が低いエネルギ状態まで減衰するとき(極紫外線(EUV)等の)高いエネルギの放射の放出を生じる原子状態により降下する。レーザパルスの継続期間は応用と発生方法に基づいて数ナノ秒から約10フェムト秒まで変化する。
【0003】
EUV放射の発生は特に材料科学、顕微鏡、マイクロリソグラフの分野で便利である。現在、集積回路は(回折効果により制限される)幅が250×10-9mよりも低い集積回路構造を生成するために使用されることができる約308または248或いは193×10-9mの波長を有する深いUV光を使用した処理によって形成される。10−15nmの波長を有するEUV放射は改良された集積回路性能に所望される小さい集積回路構造をエッチングするために使用されることが提案されている。したがって、高い強度のEUV放射の確実な発生は重要な目標である。
【0004】
前述したように、EUV放射を発生する1つの方法は高い原子質量と高い原子番号のターゲット材料上に強力なレーザを導くことである。プラズマを発生するため、ターゲット材料は臨界的な密度を超える電子密度をもたなければならない。固体の金属ターゲットはターゲット表面上にプラズマを発生するために高強度のパルス駆動されたレーザにより照射されるときに使用されることができる。しかしながら、膨張するプラズマによりターゲットに与えられた高圧力は近くのレーザEUV光集収システムの光学系に損傷を与える高速度の微粒子噴出物を発生させる。少量の破片でさえも、かなりの損傷を与え例えばミラーの反射を劇的に減少させる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマの微粒子の噴出物を減少する1つの方法は原子分子クラスタのターゲットソースを使用することである。キセノン等の不活性の希ガスが典型的に使用される。分子クラスタターゲットはノズルを経てガスのフリージェット膨張により発生される。ガスは高圧でノズルの入口に供給され、ノズルの出口を通って強制的に低圧力室中へ放出される。ガスは低圧力室中で等エントロピー膨張を受け、冷却される。キセノン原子の熱運動が原子間の弱い引力のファンデルワールス力を克服できない程度にガス温度が低下するときにクラスタが形成される。ノズルの正確な形状はクラスタの密度および程度等のソースジェットの重要な特性を決定し、それによりこれらの特性は放射されたEUV放射の強度を決定する。各ガスのクラスタはレーザプラズマの発生で微小な固体粒子ターゲットのように作用すると考えられている。
【0006】
上記の通常のタイプのEUV発生システムの説明は米国特許第US-A-5,577,092号および米国特許第US-A-6,011,267号明細書に記載されている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の1特徴から観察すると、紫外線波長以下の波長の電磁放射を発生する装置が提供され、その装置は、
低圧力室と、
この低圧力室中に突出し、高い圧力で連続的な流体流を低圧力室へ供給するノズルとを具備し、流体はレーザターゲットおよびガスとして使用するのに適した物質を生成するように膨張による冷却を受け、
紫外線波長以下の波長の電磁放射を放出するプラズマを生成するために前記物質にレーザ光を導くように動作する1以上の光学素子と、紫外線波長以下の波長の電磁放射を発生する流体再循環装置とを具備し、前記装置はさらに、
低圧力室と、
この低圧力室中に突出し、高い圧力で連続的な流体流を低圧力室へ供給するノズルとを具備し、流体はレーザターゲットおよびガスとして使用するのに適した物質を生成するように膨張による冷却を受け、
紫外線波長以下の波長の電磁放射を放出するプラズマを生成するために前記物質にレーザ光を導くように動作する1以上の光学素子と、
ノズルへ低圧力室から流体を再循環し、流体を純化する純化装置とを含んでいる流体再循環回路とを具備している。
【0008】
好ましくは、流体再循環回路は、別のポンプと共に低圧力室から排気するように動作する少なくとも1つのブロワーポンプの少なくとも直列接続されたコネクタを具備するガスポンプシステムを具備している。
【0009】
高強度の紫外線以下の波長の光の発生は非常に望ましいものであり、さらに典型的なパルス流ではなくノズルを通る連続的な流体流を使用することにより助長される。ビルディングからの低圧力室内の圧力を非常に高いレベルに維持するのに必要な高いポンプ要求のために、連続的な流れが実用的であると通常考えられている。しかしながら、本発明の1実施形態は、低圧力室から標準的な圧力のガスを毎分30リットルまで排出するために直列接続されたブロワーポンプとピストンポンプを使用し、この連続的な流れとの結合により高強度の出力(EUVを含む)が可能な作動システムを生成することが発見されている。
【0010】
ロータリーポンプおよび/またはピストンポンプと共に1以上のブロワーポンプの直列接続が与えられる実施形態でガスポンプシステムはさらに改良される。各ブロワーポンプはルーツブロワーであることが好ましい。
【0011】
低圧力室への連続的なガス流により、これは1乃至100kHz、さらに好ましくは2乃至20kHzの範囲のパルスを使用してプラズマを発生するために高い反復率のレーザパルスを有効に受ける。これは類似した連続的なEUVソースを与える。
【0012】
このような連続的な動作により、高容量の消費されたガスは通常大きな経済的な障壁を表す。しかしながら、コンプレッサを通ってガスを再循環することはこのような連続的な動作がさらに実際的な考察になることを可能にする。
【0013】
このような再循環により、好ましい実施形態はまた純化装置を与え、これはガスの純度を監視するために使用される質量分析計によりトリガーされ、これは必要なときにガスをバッチ純化する役目を行う。
【0014】
ノズルを通過する高い圧力の流体は低圧力室へ膨張する前に液体または流体状態であることが認識されている。しかしながら、流体がガスであるとき好ましい動作が実現される。特に適切なガスはキセノンガスである。
【0015】
発生される放射波長は発生されるプラズマの特性に応じて変化し、これはガスとレーザ光の特性により影響され、本発明は特に極紫外線光の発生に良好に適している。
【0016】
本発明のシステムにより発生される電磁放射は広範囲の応用で有効であるが、集積回路リソグラフシステム内で使用する放射ソースとして特に良好に適している。
【0017】
本発明の別の特徴から見ると、紫外線波長以下の波長の電磁放射を発生する方法が提供され、その方法は、
高い圧力で流体をノズルを通って低圧力室へ供給し、この流体はレーザターゲットおよびガスとして使用するのに適した物質を生成するように膨張による冷却を受け、
紫外線波長以下の波長の電磁放射を放出するプラズマを生成するために前記物質にレーザ光の焦点を結ばせ、
純化装置を含んでいる再循環回路を通ってノズルへ低圧力室から流体を再循環させ、
純化装置で前記ガスを純化するステップを含んでいる。
【0018】
本発明の別の特徴から見ると、紫外線波長以下の波長の電磁放射を発生する装置が提供され、この装置は、
低圧力室と、
この低圧力室中に突出し、高い圧力で流体を低圧力室へ供給するノズルとを具備し、流体はレーザターゲットおよびガスとして使用するのに適した物質を生成するように膨張による冷却を受け、さらにこの装置は、
紫外線波長以下の波長の電磁放射を放出するプラズマを生成するために前記物質にレーザ光を導くように動作する1以上の光学素子を備えている。
【0019】
本発明のさらに別の特徴から見ると、紫外線波長以下の波長の電磁放射を発生する装置が与えられ、その装置は、
低圧力室と、
この低圧力室中に突出し、高い圧力で流体をノズルの出口から低圧力室へ供給するように動作するノズルとを具備し、前記流体はレーザターゲットとして使用するのに適した物質を生成するように膨張による冷却を受け、さらにこの装置は、
紫外線波長以下の波長の電磁放射を放出するプラズマを生成するために前記物質にレーザ光の焦点を結ばせるように動作する1以上の光学素子を備え、
ノズルは傾斜した外縁部を有し、前記1以上の光学素子は光収束路に沿って前記物質へレーザ光の焦点を結ばせるように配置され、光収束路はノズルが前記傾斜した外縁部をもたない場合に存在するノズルの外径のノズルの出口と接した外縁により少なくとも部分的に妨害される位置に設けられている。
【0020】
本発明はまた、ノズルの形状は収束レーザ光がノズルの外縁により阻止されないように構成される必要があることも認識している。このように、大きいコーン角度を維持しながら、電磁放射の強度は増加されることができる。結果として生じるさらに別の利点は、通常プラズマに対してさらに鋭角であるときのように、ノズルの傾斜した縁のプラズマから受ける損傷が少なくなることである。
【0021】
ノズルの腐食の減少は破片が光学素子に到達しそれらを汚染する可能性を減少させる。
【0022】
傾斜した外縁部はレーザ光が入射するノズルの側面に設けられることだけを必要とし、ノズルの製造は簡単にされ、傾斜した外縁部がノズルの全周に延在する場合には腐食に対する耐性が増加するという利点が得られることが認識されるであろう。
【0023】
ノズルの外壁は多数の異なる断面を有することができることが認識されよう。1例として、ノズルの外壁は、外縁の1エッジが入射するレーザ光との干渉を防止するように傾斜されている正方形断面を有する。しかしながら、本発明の好ましい実施形態では、ノズルの外壁は製造を通常容易にするので円形の断面を有し、プラズマ腐食と汚染の発生を受ける程度の大きさをノズルに与えないでノズルに必要な強度を与える。
【0024】
傾斜した外縁部は入射レーザ光との干渉を防止することができるならば種々の異なるプロフィールを有することができるが、好ましいプロフィールは、製造に便利であり、良好な強度を与え、外縁の傾斜した表面と潜在的に損傷するプラズマとの間に一定の鋭角を生成できるので、平面である。好ましい実施形態では、傾斜した縁は鋭角で終端し、ノズル端部の表面領域と破片に最も露出される領域とを減少する。
【0025】
光学素子と、傾斜した外縁部を有するノズルの相対的な配置は多数の組合わせを有するが、傾斜した外縁部はレーザ光の収束角度よりも大きい角度の勾配であることが好ましい。これはノズルがレーザ光を阻止せずにノズルがレーザ光に関して位置される方法についてフレキシブル性の増加を可能にする。ベベルの設置は頑丈さ/構造上の強度を与え、放射ソースのオクルージョンを減少させる。
【0026】
ノズルからのガスの膨張と、ノズルの腐食に対する耐性は、ノズルがノズルの出口を囲んでいる傾斜した内縁を有するときさらに改良される。
【0027】
ノズルは種々の寸法を有することができるが、特に良好な結果はノズルの出口が0.00001m乃至0.002mの範囲の直径を有するときに得られることが発見された。ノズルが傾斜された内縁を有するとき、開口の外終端部の直径は0.003mまで増加されることが好ましい。ノズル壁は好ましくは0.0004m乃至0.002mの範囲の厚さを有する。
【0028】
本発明の好ましい実施形態では、ノズルは変位手段に取付けられる。これによってノズルはレーザ光の焦点をノズルの出口に近い位置に正確に配置するために光学系に関して正確に位置付けられることを可能にし、したがってノズルが入射レーザ光を阻止することをなくしながら電磁放射発生強度を増加する。
【0029】
別の形態では、本発明は、ターゲット物質を放出するように構成されたノズルと、ターゲット物質へレーザ光を導くように構成されたレーザとを備えている電磁放射の発生装置を提供し、ここではノズルは傾斜された終端部を有している。
【0030】
別の形態では、本発明は電磁放射の発生装置を提供し、これはターゲット物質を放出するように構成されたノズルと、ターゲット物質へレーザ光を導くように構成されたレーザと、レーザ光の焦点を検出する検出器と制御装置を具備しており、ノズルとレーザの少なくとも1つは変位手段に取付けられ、制御装置は検出された焦点に応じて変位手段を移動するように構成されている。
【0031】
【発明の実施の形態】
本発明の1実施形態を添付図面を参照して単なる例示として説明する。
図1は極紫外線光を発生する装置2を示している。この装置2は(例えば10乃至70バールの圧力)の高圧力のキセノンガス流をキセノンガスソース4からノズル6を経て低圧力室8の内部へ導くことにより動作する。キセノンガスがノズル6から放出されるとき、これはプラズマを発生するターゲットとして使用するのに適した物質が形成される程度まで冷却される。この物質はキセノン原子のクラスタの形態である。単一または多数のレーザからの高反復率のレーザパルスの高パワー流はキセノン原子クラスタ上へ焦点を結ばれる。反復率は好ましくは1乃至100kHzの範囲であることが好ましく、2乃至20kHzの範囲がさらに好ましく、単一または多重構造で実現される。これはプラズマが形成される程度までキセノン原子クラスタを加熱し、このプラズマはその後、極紫外線放射を放出する。集収光学系10は集積回路リソグラフシステム等の他のシステム内で使用するためにこの極紫外線放射を集める役目を行う。光学系10は1個または複数個のミラーを具備してもよい。
【0032】
ノズル6はこれがレーザ光の焦点近くに正確に位置されることを可能にする変位手段12上に取付けられ、それによってキセノンクラスタの密度数が高い場所にレーザ光の焦点が結ばれる。フォトダイオード(またはその他の検出器)は焦点を検出し、マイクロプロセッサ等の制御装置と組合わせて変位手段の位置の自動的または閉ループ制御を可能にするために設けられることができる。ノズル6はまた低圧力室8内の背景キセノンガスがノズル6の表面上に凝縮する温度まで温度制御装置14により冷却される。ノズル6を通るガス流は毎分30標準リットルまでの速度で連続している。低圧力室8に接続されている真空ポンプシステムは低圧力室8へ連続して流れるキセノンガスを除去するために低圧力室8を排気するように機能する。
【0033】
図2はノズル6の詳細を概略的に示している。示されているようにノズル6は外側に傾斜した縁16と内側に傾斜した縁18とを有する。破線20は外縁が傾斜しない場合にノズル6の外縁が位置する場所を示している。特に、ノズル6の外側表面はノズルの出口と接してノズル6の外側直径により境界を付けられた点まで延在する。このような外縁はプラズマの発生に使用される入射レーザ光22の重要な部分を遮断する。
【0034】
しかしながらノズルとレーザ光の集束光学系の形状は、ノズル6が入射レーザ光を妨害しないようにするために傾斜した外縁16が設けられるような形状である。傾斜した外縁16と傾斜した内縁18はプラズマに対して比較的鋭角であり、そのためプラズマ噴出物から受ける損傷が少ないことも認められるであろう。
【0035】
したがって、傾斜した外縁16を有するノズル6は多数のレーザが存在するレーザでさえもノズルがレーザ光を妨害せずに、レーザ光の焦点をノズルの出口近くにさせることを可能にする。これは集収光学系10に到達し汚染する可能性のあるノズルの腐食および破片を減少させる。
【0036】
ノズル6は回転技術を使用して円形の断面を有する形状で製造されるのが有効である。傾斜した外縁16は平らなプロフィールを有し、ノズル6の周囲全体に延在する。ノズル6の種々の部分の寸法の可能な範囲が図2に示されている。
【0037】
図3は図1のEUV発生器2と共に使用するガスシステムを示している。再循環ガスシステムが使用され、そこでは直列接続されたブロワー、ロータリーポンプおよびピストンポンプが低圧力室8を連続的に排気するように機能している。ポンプセットは特に種々の他の素子の中で、ルーツブロワーポンプ、ロータリーポンプ、4段ピストン/シリンダポンプを含んでいる。この組合わせはノズル6を通って低圧力室8へキセノンを毎分2乃至30標準リットルの連続的な流速のペースで供給されるのを維持するように低圧力室8を排気する容量を与える。
【0038】
ガスコンプレッサ30は10乃至70バールまでの圧力で低圧力室8から排気されるキセノンガスを再度圧縮し、ノズル6へフィードバックする。このキセノンガスの連続的な再循環はキセノンガスが高価な生の材料であり、装置2の連続的な動作はキセノンガスが再循環されないならば経済的に妥協されるので実用上重要である。質量分析計32または残留ガス解析(RGA)センサはガスシステムを流れるキセノンガスの純度を連続して監視するように動作し、この純度がしきい値レベルよりも低下するとき、バッチ純化装置34を使用してキセノンガスの少なくとも一部の純化を開始する。
【図面の簡単な説明】
【図1】
極紫外線光を発生する装置の概略図。
【図2】
図1の装置内のノズルの形状の概略図。
【図3】
図1の装置と共に使用するガス処理システムの概略図。
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