JP3118515U - 極紫外光源内のガス噴射制御のためのノズル - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルアセンブリ内を通過せしめられる濃縮可能なガスに沿って複数の小さい液滴を含む噴射又は噴霧を形成するようになされた光源の提供。
【解決手段】極紫外光（ＥＵＶ）光源のためのガス噴射ノズル２０，６０であって、ハウジング２２は、第１のガス発生源４４と第２のガス発生源４６とに結合可能であり且つハウジングの前面から第１のガス流３６及び第２のガス流４２を放出するようになされている。ハウジングは、中心に配置されたガスを放出する第１のチャネル３０と、第１のチャネルに隣接したガスを放出する第２のチャネル３４と、を有している。第２のチャネルから放出された第２のガス流４２は、第１のチャネルから放出された第１のガス流の横方向の膨張を制限する。
【選択図】図２

Description

考案の詳細な説明

本考案は、概して、半導体リソグラフィ（ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：石版印刷）及び装置に関し、より特別には、極紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィに関する。

電子回路の小型化に向けての近年の動向は、例えば、セルラ・ホン（ｃｅｌｌｕｌａｒ ｐｈｏｎｅｓ）、ＰＤＡ及びポータブルコンピュータのようなより小さく且つ軽量の電子機器に対する顧客の要望によって強いられている。光学投影（ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）リソグラフィは、光がカメラレンズによってマスキングされた半導体ウエーハ上へと屈折されて特定の層をパターン化するリソグラフィ技術である。このリソグラフィ技術は、最近は幅０．１８ミクロン以上のエッチングされた回路ラインを有する回路の大量生産のために使用されている。しかしながら、光学投影リソグラフィのためのこの技術は、光を集光させる能力における基本的な物理的制限により及びより小さい回路の特徴がより短い波長の光源を必要とすることにより、実質的により小さい特徴を備えた回路を作ることができない。

半導体技術における新生次世代リソグラフィ（ＮＧＬ）技術は、集積回路をより小さく且つより強力にするための極紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィの発達した技術である。ＥＵＶリソグラフィにおいては、極めて短い波長の紫外（ＵＶ）光の強いビームが回路設計パターンから反射され且つカメラレンズを介してミラーによってシリコンウエーハ内へと屈折される。

実際的なＥＵＶ光源のための候補技術は、レーザーによって形成されたプラズマ（ＬＰＰ：ｌａｓｅｒ−ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｐｌａｓｍａ）である。ＬＰＰ ＥＵＶ光源においては、目標材料は、高出力レーザーによって照射されて、所望のＥＵＶ光を放射する極めて高温のプラズマを形成する。

先行技術文献

無し

本考案は、濃縮可能なガス（蒸気）がこのようなやり方でノズルアセンブリ内を通過せしめられて、ある濃縮可能なガスに沿って複数の小さい液滴を含む噴射又は噴霧を形成するようになされた光源に関する。この複数の液滴は、集団として、レーザーの目標物として機能する。

本考案は、第１のチャネルから流出するガスの横方向の膨張を制限するガス流のための第２のチャネルを備えたハウジングを有するガス噴射ノズルとして技術的な利点を達成する。一つの実施形態においては、極紫外線（ＥＵＶ）光源は、第１のガスの発生源に結合するようになされ且つ第１のガス／液滴流を放出するようになされた第１のチャネルを有するハウジングを含んでいる。このハウジングはまた、第２のガスの発生源に結合するようになされ且つ第２のガス流を放出する第１のチャネルに隣接した第２のチャネルをも含んでいる。第２のガス流は、第１のチャネルによって放出される第１のガス／液滴流を形づける（ｓｈａｐｅする）。

極紫外光（ＥＵＶ）の発生源のためのガス噴射ノズル装置もまた開示されており、この装置は、第１のガスの発生源、第２のガスの発生源及びハウジングを含んでいる。このハウジングは、第１のガスの発生源に結合され且つ第１のガス／液滴流を放出するようになされた第１のチャネルを含んでいる。このハウジングは、更に、第２のガスの発生源に結合され且つ第２のガス流を放出するようになされた第１のチャネルに隣接した第２のチャネルを含んでいる。ハウジングの第２のチャネルは、第２のガス流を放出してハウジングの第１のチャネルによって放出される第１のガス／液滴流を形づけるようになされている。

更に、レーザーエネルギをＥＵＶエネルギに変換する方法が開示されており、この方法は、ノズルからのガスを放出し且つ放出されたガスをレーザーによって照射してＥＵＶ光射出プラズマを形成するステップを含んでいる。ノズルは、第１のチャネルと第１のチャネルに隣接した第２のチャネルとを有しているハウジングを含んでいる。第１のチャネルは第１のガスの発生源に結合されており、第２のチャネルは第２のガスの発生源に結合されている。第１のガス／液滴流が第１のチャネルから放出され、第２のガス流が第２のチャネルから放出され、第２のガス流は第１のガス／液滴流を形づける。

本考案の利点としては、第１のチャネルから放出された流れを、従来技術におけるような放出された流れの広がりによって起こる性能の損失がないように、従来技術のノズルよりも更に遠く離れた距離においてレーザーによって照射する能力を有していることである。このことは、発生された高温プラズマからのノズルへの損傷が著しく減じられて、ノズルのより長い寿命及び交換費用の節約をもたらすので、有益である。更に、ノズルの腐食による副産物によって汚染された集光光学系を交換するためのコストが低減される。集光光学系の寿命は、第２のシュラウド（ｓｈｒｏｕｄ：囲い板）ガス流が、遮蔽されなければ集光光学系にぶつかり且つ腐食させるプラズマから射出される極めて速い原子又はイオンのいくつかを直接遮蔽するという事実によって、更に延びる。更に、本考案のノズルは、従来技術と比較して、射出されたＥＵＶ光のより小さい部分が集光光学系に到達するのを妨害する。

レーザー照射によるガス噴射は、半導体リソグラフィー装置のための次世代のためのＥＵＶ光を発生させるための手段としての主たる候補である。ＥＵＶリソグラフィーにおいて使用される従来技術によるガス噴射ノズル１０が図１に示されている。ノズル１０は、ガスを放出させるための単一のチャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）１２を有している。ガスは、符号１４で示されているように、ノズルを出るときに急激な横方向の膨張を受ける。このことは、ＥＵＶリソグラフィーと共に使用されたときに、高出力レーザーが放出されたガス上に集光されてＥＵＶ光を発するプラズマを形成する点で問題がある。

従来技術によるノズル１０から放出されたガスは、符号１４で示されているように急速に横方向に広がるので、レーザーは、必要な量の目標ガスを照射し且つ適切な性能を達成するためには、例えば、ノズル１０から距離“ｘ”のところでノズル１０に近接して集光されなければならない。加熱およびノズル１０の腐蝕を生じ且つノズルの性能の低下を生じる高温プラズマが距離“ｘ”以内でノズル１０に近接して発生される。更に、副産物によるノズルの腐蝕は、装置内の他の光学部品を汚染する。更に、ノズル１０は、射出されたＥＵＶ光が、集光光学系、例えばレンズ及びミラー（図示せず）に到達するのを防止する。

当技術において必要とされているのは、従来技術の横方向のガスの膨張という問題を解決したガス噴射ノズルである。本考案は、第１のチャネルと、同第１のチャネルに隣接して配置された第１のチャネルからのガスの横方向の膨張を制限するガスを射出する第２のチャネルと、を有するノズルとしての技術的利点を達成する。

本考案のガス噴射ノズルの第１の実施形態が、図２において断面図で、図３において斜視図で、全体を符号２０によって示されている。好ましくは環状の前面２４と環状の後面２６とを有しているステンレス鋼を含むのが好ましい円筒形のハウジング２２を含んでいる極紫外（ＥＵＶ）光を形成するようになされたガス噴射ノズル２０が示されている。ハウジング２２は、同ハウジング２２内に軸線方向に且つ中心に配置されたガスを放出する第１のチャネル３０と、第１のチャネル３０に隣接して配置されたガスを放出する第２のチャネル３４と、を有している。ハウジング２２は、例えば後面２６において、キセノンと希釈剤とを含むのが好ましい第１のガスの発生源４６に結合するようになされている。ハウジング２２は、前面２４において、第１のチャネル３０を介して、レーザーによって照射されるとＥＵＶを形成する第１のガス流を放出するようになされている。ハウジング２２の第２のチャネル３４は、第２のガスの発生源４４に結合され且つ第２のガス流４２を放出するようになされている。第２のガスの発生源４４は、例えばヘリウムのような非濃縮（ｎｏｎ−ｃｏｎｄｅｎｓｉｎｇ）ガスを含むのが好ましい。

第１のチャネル３０の断面形状は、円形であるのが好ましいが、例えば長円形であってもよく、第２のチャネル３４は、第１のチャネル３０を環状に包囲するリング状すなわち環状であるのが好ましい。第２のチャネル３４は、ノズルのハウジング２２に結合されるか又は同ノズルのハウジング内に成形された均質の材料によって構成された環状のシュラウド３２（シュラウドは、別個の部品とすることもできるけれども）内に配置されるのが好ましい。第１のチャネル３０は、ハウジングの後面（入口）２６の近くの後方ポイント（ｐｏｉｎｔ）（喉状部）３８よりもハウジングの前面（ノズル出口）２４においてより大きい直径を有し、それによって、次の外部噴射内に液滴を効率良く形成する収斂／発散チャネル形状を形成している。第２のチャネル３４は、ハウジングの前面２４に隣接して配置された後方ポイント４０よりもハウジングの前部２４においてより大きい直径を有して、その中に提供された第２のガス流を膨張させて、符号４２で示された高速で且つ良好に平行にされた高い運動量の環状の噴射流を形成する。図２は、第２のチャネルの中心線を、第１のチャネルの中心線に平行なものとして示しているけれども、好ましい実施形態は、第２のガス流をある角度で径方向内方に導くように配向された第２のチャネルを有するべきである。

本考案は、環状の第２のチャネル３４から放出された環状のジェット流４２が、第１のチャネル３０から放出された第１のガス流３６の横方向の膨張を制限して、狭く、可干渉性（ｃｏｈｅｒｅｎｔ）の、密な第１の流れ３６を提供することによって、ガス噴射特性を理想化する気体の圧力及び運動量（”動圧力”）を適用する噴射”エンベロープ（ｅｎｖｅｌｏｐｅ）”を提供する。第２のチャネル３４の幾何学的状態及び流れの状態を適切に選択することによって、第２のガスの環状の噴射は、ノズル２０の出口からより好ましい距離”ｙ”のところに、好ましい濃度の目標ガス３６を提供する。好ましくは、第２のチャネル３４からのガス流４２を形成しているガスは、導かれたレーザー及び発生されたＥＵＶ光の両方に対して光学的に透過性であるように選択される。ノズル２０からのレーザーの焦点の大きい変位”ｙ”及び必要とされるガス濃度は、従来技術のノズルの変位”ｘ”よりもはるかに大きく、多くの点で有利である。

図４の斜視図には、本考案の第２の実施形態が、全体を符号６０で示されている。ハウジング６２は、以下において更に説明される相互に結合されたいくつかのアセンブリを含んでも良い。ハウジングの後部６６においては、第１のガスのガスの発生源４６（図示せず）が第１のガス入口８４に結合可能であり、好ましくは、ハウジング６６の側部においては、第２のガスの発生源４４（図示せず）が第２のすなわちシュラウドガス入口８６に結合可能である。ＥＵＶを発生するときにその作動温度を下げるために、ハウジングの前部６４の近くに配置された任意の冷媒入口８８及び冷媒出口９０が冷媒供給源（図示せず）に結合可能であり且つハウジング６２の周囲に冷媒を送り出すことができる。

ガス噴射ノズル６０の側面図が図５に示されている。傾斜が付けられた先端を有する冷却筒（ｊａｃｋｅｔ）９２がノズルアセンブリ９６に結合されて同ノズルアセンブリ９６を覆い且つスリーブアセンブリ９８に結合されている。詰め木（ｓｈｉｍ）を例えばスリーブアセンブリ９８に結合しても良い。

ノズルアセンブリ９６が図６に別個に示されている。好ましくは、ノズルアセンブリ９６は、第１のガス放出チャネル７０を包囲している中空の管１０４を含んでいる。管１０４は、外側表面１０５を有し且つ図２に関して説明した好ましい大きさの第１のノズル先端１００を形成するために末端で終わっている。任意の位置決めアタッチメント１０２が先端１００の近くに形成され且つスリーブアセンブリ９８内にノズル先端１００を調整可能に位置決めし且つ図８に示されているように内部を通る第２のガスの流れ８２の流れの向きを調整するワイヤを含んでいる。好ましくは、スリーブアセンブリ９８は、内側に延びているスプライン部（図示せず）を含み、このスプライン部は、第２のガス流が管１０４内を通過するのを許容しつつ同管１０４をスリーブアセンブリ９８内にしっかりと中心決めされた状態に維持する。管１０４は、図示されているように第１のガス入口８４の近くに確実に画成されたフランジ１０６を有し、同フランジは、図５に示されているように、フランジ付きのカバー１０９によってナット１０８に押し付けられて固定されている。
内側面１１２を有する管１１０を含んでいるスリーブアセンブリ９８が図７に別個に示されている。管１１０は、ノズルアセンブリ９６の管１０４よりも大きい直径を有している。スリーブアセンブリ９８の管１１０は、ノズルアセンブリ９６の管１０４を覆って周囲に配置されて、環状のキャビティが、管１０４の外側面１０５と管１１０の内側面１１２との間に形成されて第２のチャネル７４を形成するようになされている。スリーブアセンブリ９８は、シュラウドすなわち第２のガス入口８６を含んでいる。スリーブアセンブリ９８はまた、第２のガスの供給源を受け入れるための嵌合部材１１４及び結合ナット１１６をも含んでいる。

図８には、本考案の組み立てられたガス噴射ノズル６０の一部分の断面が示されており、この図は、ノズルアセンブリの管１０４の外側面１０５とスリーブアセンブリの管１１０の内側面１１２との間に形成された第２のチャネル７４を図示している。第１のガスは、第１のガス入口８４に入り且つ第１のチャネル７０内を通過する。第１のガスは、第１の流れ７６として第１のノズルの先端１００から放出される。第２のガスは、ノズルの先端１００の開口の近くで第１の流れ７６に近接して放出され且つ既に述べたように第１のガス流７６の横方向の膨張を制限する包囲する第２のガス流８２を形成する。

ここに開示され且つ記載されている新規なガス噴射ノズル２０、６０は、いつくかの利点を提供する。環状の第２のチャネル３４、７４からの環状のガス流４２、８２は、各々、主要なガス流３６、７６の周囲及び同ガス流３６、７６に気体の圧力を提供する。第２のチャネル３４、７４からのガス流４２、８２は、各々、第１のガス流３６、７６を軸線方向にガイドして、前面２４によって規定される前により直角な方向にノズル２０、６０から射出されるようにする。ＥＵＶ光を発生させるために、レーザーがガス流３６内へ照射され且つノズルの前面２４にある出口から距離”ｙ”のところに集光される。これはいくつかの理由により有益である。まず最初に、発生された高温プラズマによるノズル２０の損傷が著しく減じられてノズル２０、６０のより長い寿命をもたらし、ＥＵＶリソグラフィ装置のコスト並びに修理及び交換のコストの実質的な低減をもたらす。第２に、ノズル２０、６０は、発生されたプラズマからより遠くに配置されるので、従来技術のノズル１０よりも高い性能特性を有する。第３に、ノズル２０、６０は、従来技術におけるように、射出されたＥＵＶ光の一部分が集光光学系に到達するのを阻止しない。更に、ノズルの腐食による副産物によって汚染されるかもしれない集光光学系の交換を減らすことによってコストが低減される。

以上、本考案を特定の好ましい実施形態に関して説明したが、当業者が本願を読むことにより多くの変更及び変形が明らかとなるであろう。例えば、ここでは、半導体リソグラフィに関してＥＵＶ噴射ノズル２０、６０を記載したけれども、例えば、材料科学及び顕微鏡のような他のＥＵＶ用途に対しても有益である。ノズル２０、６０のハウジング２２、６２は、高温環境に適し且つプラズマから射出される高速のイオン及び原子によるスパッタリングに耐える材料を含むのが好ましい。ここで説明した第１のガス３６、７６は、キセノンであるのが好ましいが、例えば、ＥＵＶリソグラフィのための他の適切なガス（単独又は組み合わせ）を含んでも良い。ここで説明した第２のガスは、ヘリウムであるのが好ましいが、例えば、他の適切な非濃縮ガスを含んでも良い。更に、第１のチャネルと、一つの試みにおいて作動装置の他の要件に同時に合致しつつ第１の流れの特性を理想化すると考えることができる第２のシュラウドガスチャネルと、の両方に対して広範囲の可能な幾何学がある。従って、特許請求の範囲は、このような変更及び変形の全てを含むために、従来技術に鑑みて、できるだけ広く解釈されることが意図されている。

単一のチャネルを有している従来技術のＥＵＶリソグラフィガス噴射ノズルの断面図である。 第１のガス発生源に結合された第１のチャネルと、第２のガス発生源に結合された環状の第２のチャネルと、を有する本考案のＥＵＶリソグラフィガス噴射ノズルの断面図である。 本考案のＥＵＶリソグラフィガス噴射ノズルの前方斜視図である。 本考案のガス噴射ノズルの一つの実施形態の斜視図である。 スリーブアセンブリ及び冷却筒に結合されたノズルアセンブリを有している図４に示された実施形態の側面図である。 本考案の第１のチャネルを提供するノズルアセンブリを示している側面図である。 第２のチャネルを提供する本考案のスリーブアセンブリを示している側面図である。 ガスを射出する第１のチャネル及び第２のチャネルを形成している本考案の管状部材の断面図である。

上記種々の図面においては、指示されない限り、同様の構成部品を示すために異なる図面において同様の番号及び符号が採用されている。

符号の説明

２０、６０ ガス噴射ノズル、 ２２ ハウジング、
２４ 前面、 ２６ 後面、 ３０ 第１のチャネル、
３４ 第２のチャネル、 ３６ 第１のガス流、
３８ 後方ポイント、 ４０ 後方ポイント、
４２ 第２のガス流、 ４４ 第２のガスの発生源、
４６ 第１のガスの発生源、 ６２ ハウジング、
６４ 前部、 ６６ 後部、 ７０ 第１のチャネル、
８４ 第１のガス入口、 ８６ シュラウドガス入口、
８８ 冷媒入口、 ９０ 冷媒出口、
９２ 冷媒筒、 ９６ ノズルアセンブリ、
９８ スリーブアセンブリ、 １００ 第１のノズル先端、
１０２ 位置決めアタッチメント、 １０４ 中空の管、
１０６ フランジ、 １０８ ナット、
１０９ カバー、 １１４ 嵌合部材、 １１６ 結合ナット

Claims (8)

1. 極紫外光（ＥＵＶ）の光源のためのガス噴射ノズルであって、
   第１のガス発生源に結合するようになされ且つ第１のガス／液滴流を放出するようになされたハウジングであって、当該ハウジング内に配置された前記第１のガス／液滴流を放出するようになされた第１のチャネルと、第２のガス発生源に結合するようになされ且つ前記第１のチャネルによって放出された前記第１のガス流を形づけるために第２のガス流を放出するようになされた第２のチャネルと、を含み、前記第１のチャネル及び第２のチャネルの各々が、ガス出口に向かって広くなるようにテーパーが付けられており、前記第１のチャネル及び第２のチャネルのガス放出部を冷却するための冷却筒を有する、ガス噴射ノズル。
2. 請求項１に記載のノズルであって、
   前記第２のチャネルが、同第２のチャネルから放出される前記第２のガス流が、前記第１のチャネルから放出される前記第１のガス／液滴流の横方向の膨張を制限してガス噴射特性を理想化するような形状とされている、ノズル。
3. 請求項２であって、
   前記第１のチャネルが円形の断面を有しており、前記第２のチャネルが環状で且つ前記第１のチャネルを包囲している、ノズル。
4. 請求項１の記載のノズルであって、
   前記ハウジングが、前記第１のチャネルと、前記ノズルアセンブリの周囲に結合されたスリーブと、を含むノズルアセンブリを含んでおり、前記第２のチャネルは、前記ノズルアセンブリと前記スリーブアセンブリとの間に形成されている、ノズル。
5. 極紫外光（ＥＵＶ）光源のためのガス噴射ノズル装置であって、
   第１のガス発生源と、
   同第１のガス発生源に結合され且つ第１のガス／液滴流を放出するようになされた第１のチャネルを含み、更に、第２のチャネルを含むハウジングと、
   前記第２のチャネルに結合された第２のガス発生源であって、前記ハウジングの第２のチャネルが、前記ハウジングの第１のチャネルによって放出された前記第１のガス／液滴流を形づけるために第２のガス流を放出するようになされている、第２のガス発生源と、を含み、
   前記第１のチャネル及び第２のチャネルの各々が、ガス出口に向かって広くなるようにテーパーが付けられており、
   前記第１のチャネル及び第２のチャネルのガス放出部を冷却するための冷却筒を更に有する、ガス噴射ノズル装置。
6. 請求項５に記載のノズル装置であって、
   前記第２のチャネルが、同第２のチャネルから放出された前記第２のガス流が、前記第１のチャネルから放出される前記第１のガス／液滴流の横方向の膨張を制限して、ガス噴射特性を理想化するような形状とされている、ノズル装置。
7. 請求項６の記載のノズル装置であって、
   前記ハウジングが、前記第１のチャネルと、前記ノズルアセンブリの周囲に結合されたスリーブアセンブリと、を含むノズルアセンブリを含んでおり、前記第２のチャネルは、前記ノズルアセンブリと前記スリーブアセンブリとの間に形成されたチャネルである、ノズル装置。
8. 請求項５に記載のノズル装置であって、
   前記第２のガス発生源が、前記第１のガス発生源と異なるガスを含み且つレーザー光源に対して光学的に透過性である、ノズル装置。