JP3720284B2 - レーザプラズマ極紫外光源及びレーザプラズマ極紫外光線の発生方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全体として、極紫外光源、より具体的には、レーザプラズマを発生させる標的材料として液体スプレーを採用するフォトリソグラフィ装置用のレーザプラズマ極紫外光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロエレクトロニクス集積回路は、典型的に、マスクを通って伝播する光ビームにより回路要素が画定される、当該技術分野の当業者に周知のフォトリソグラフィ法によって基板上にパターンが形成される。フォトリソグラフィ法及び集積回路構造技術の進歩に伴い、回路要素はより小型化し且つその分離程度はより狭くなっている。回路要素がより小型化するに伴い、より短い波長及びより大き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光源を採用することが必要となる。換言すれば、光源の波長が短くなるに伴ってフォトリソグラフィ法の分解能が増大し、より小型の集積回路要素を画成することが可能となる。現在の技術のフォトリソグラフィ光源は、極紫外（ＥＵＶ）又は軟Ｘ線波長（１３．４ｎｍ）の光を発生させる。
【０００３】
ＥＵＶ光線を発生させる種々の装置が当該技術分野にて既知である。最も一般的なＥＵＶ光源の１つは、レーザプラズマ標的材料（ｔａｒｇｅｔ ｍａｔｅｒｉａｌ）として、典型的にキセノンであるガスを使用するレーザプラズマ、ガス凝縮源である。レーザ標的材料としてクリプトンのようなその他のガス及びガスの組み合わせが既知である。このガスは、強制的にノズルを通されて、ガスが膨張するとき、このガスは凝縮して、当該技術分野でクラスターとして既知の極めて小さい粒子の煙又はジェットを形成する。凝縮体すなわちクラスタージェットは、典型的に、Ｎｄ：ＹＡＧレーザからの高パワーのレーザビームにより照射されて、このレーザビームは、クラスターを加熱して、ＥＵＶ光源を放射する高温プラズマを発生させる。クビエック（Ｋｕｂｉａｋ）に対して発行された米国特許第５，５７７，０９２号には、この型式のＥＵＶ光源が開示されている。
【０００４】
図１は、ノズル１２と、レーザビーム源１４とを有するＥＵＶ光源１０の平面図である。図２は、ノズル１２の拡大図である。ガス１６は、ガス源（図示せず）からノズル１２のネック部分１８を通って流れ、ノズル１２の狭隘な喉状部分２０を通して加速される。次に、この加速されたガス１６は、ノズル１２の拡張部分２４を通って流れ、この拡張部分２４にてガスは膨張し且つ冷却して、また、ノズル１２から排出される。ガスが冷却し且つ凝縮するに伴い、そのガスは、クラスター２８のジェットスプレー２６に変化する。
【０００５】
レーザビーム源１４からのレーザビーム３０は、合焦光学素子３２によりクラスター２８上に合焦される。レーザビーム３０からの熱は、ＥＵＶ光源３６を放射するプラズマ３４を発生させる。ノズル１２は、プラズマ発生過程の熱及び過酷さに耐え得るような設計とされている。ＥＵＶ光線３６は、コレクタ光学素子３８により集められ且つパターンが形成される回路（図示せず）に向けられる。このコレクタ光学素子３８は、放物線状の形状のような、光線３６を集める目的のため任意の適当な形状とすることができる。この設計において、レーザビーム３０は、コレクタ光学素子３８の開口部４０を通って進む。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したレーザプラズマＥＵＶ光源には、多数の欠点がある。特に、レーザ光線をＥＵＶ光線に変換する望ましい効率を実現するため十分に大きい液滴スプレー又は十分に大きい液滴を発生させることは難しい。クラスター２８は、直径が極めて小さく、従って、十分な質量を有しないため、レーザビーム３０によりクラスター２８の一部分は、ＥＵＶ光線３６を発生させるのに十分な温度まで加熱される前に分解してしまう。ガス凝縮ＥＵＶ源により発生された液滴の典型的な直径は、０．０１ミクロン以下であり、０．１ミクロンよりも著しく大きいクラスターを発生させることは極めて難しい。しかし、直径約１ミクロンの粒子寸法は、ＥＵＶ光線を発生させる上でより望ましい。更に、凝縮過程を最大にするのに必要とされる大きい膨張程度は、拡散霧すなわちクラスターのジェットを発生させ、小さいプラズマ寸法の光学的必要条件と適合しない。
【０００７】
ＥＵＶ光線の発生を向上させるためより大きい液滴を発生させることのできるレーザプラズマＥＵＶ光源が必要とされる。このため、本発明の１つの目的は、かかるＥＵＶ光源を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の教示に従い、当該技術分野で従来から既知のものよりもプラズマ標的材料に対しより大きい液滴を発生させるレーザプラズマＥＵＶ光源が開示される。このＥＵＶ光源は、ガスをノズルに強制的に通すのに代えて、液体、好ましくは、キセノンをノズルに強制的に通す。ノズルの幾何学的形状及びノズルを通って進む液体の圧力は、液体を噴霧して、高密度の液滴スプレーを形成する。液滴は液体から形成されるため、これら液滴の寸法は大きく、ＥＵＶ光源をより発生させ易い。ノズルを通される前に、気体状キセノンを液体のキセノンに変換するため熱交換器が使用される。
【０００９】
本発明の更なる目的、有利な点及び特徴は、添付図面と共に参照することにより、以下の説明及び特許請求の範囲の記載から明らかになるであろう。
【００１０】
【実施の形態の説明】
液体レーザ標的材料を使用するレーザプラズマ極紫外光源に関する好ましい実施の形態の以下の説明は、性質上、単に一例にしか過ぎず、本発明又はその適用例或いはその用途を何ら限定することを意図するものではない。
【００１１】
図３は、本発明の１つの実施の形態によるレーザプラズマＥＵＶ光源５０の平面図である。光源５０は、集積回路にパターンを形成するためフォトリソグラフィ装置内で特に使用されるが、当該技術分野の当業者により理解されるように、ＥＵＶ光源又は軟Ｘ線光源のようなその他の用途にて使用することも可能である。装置５０は、キセノン又はクリプトンのような適当なプラズマ標的ガス５４の供給源５２を含む。これらのガスは、本来、気体状態で生ずるから、ガス５４の温度を降下させて、これによりガス５４を液体５８に変換すべく熱交換器６０が採用される。次に、ノズル６４のネック部分６２に液体５８を強制的に通す。
【００１２】
ノズル６４は、狭隘な喉状部分６６を有している。喉状部分６６を通る液体５８の圧力及び流量、並びにノズル６４の形状により、液体５８がノズル６４の拡張部分７４を通って進むとき、液体５８は瞬時に分散して、高密度の液滴７２のスプレー７０を形成する。この実施の形態において、喉状部分６６は、円形の断面を有し、拡張部分７４は円錐形の形状を有する。しかし、代替的な実施の形態において、これらの形状を別のものとすることができ、例えば、喉状部分６６の下流に急激な拡張部分を含めることができる。１つの実施の形態において、この喉状部分６６の直径は約５０ミクロンであり、ノズル６４の出口端６８の直径は３００乃至５００ミクロンの範囲にある。
【００１３】
レーザ源は、液滴７２に向けて進むレーザビーム７８を発生させる。プラズマ８０は、レーザビーム７８と液滴７２との相互作用により発生される。プラズマ８０は、ＥＵＶ光線８２を発生させ、この光線は、コレクタ光学素子により集められ、このコレクタ光学素子は、ＥＵＶ光線を合焦光学素子（図示せず）に向ける。液滴７２は、従来のガス凝縮レーザプラズマ源により形成される液滴よりも直径が大きいため、これらの液滴はレーザ対ＥＵＶエネルギの変換率をより大きくする。１つの実施の形態において、液滴７２の平均直径は約１ミクロンである。
【００１４】
ノズル６４内での液体５８の分散は、一般に、霧状化として既知の多数の物理的過程の１つ又は２つ以上を介して瞬時に行われる。液体５８は、より多数の液滴７２に分散し、これらの液滴は個々には、レーザスポットの寸法よりも遥かに小さいが、全体として、レーザ標的として機能する高密度のを形成する。これらの個々の過程は、キャビテーション、沸騰、液体表面における粘弾性不安定さ、乱流による分散、液体とその発生した蒸気との間の空気力学的相互作用を含むが、当然にこれらにのみ限定されるものではない。
【００１５】
ノズルの幾何学的形状及び液体５８の流れ状態を最適化することにより、プラズマ発生過程によるノズル６４の損傷を少なくする助けとなるように、ノズルの端部６８からより好ましい距離にて適正な寸法の液滴の所望の密度を提供することができる。この従来技術のガス凝縮ノズルの幾何学的形状は、レーザビームがノズルの端部付近にて液滴に衝突するようなものとされている。このことは、この過程の結果としてノズルの加熱及び腐食を生じさせていた。更に、既知のガス凝縮源の場合、ノズルは、ＥＵＶ光線を発生させるのに十分に大きい液滴を提供し得るように著しく大きくなければならなかった。この大きい寸法のため、ノズルは、小さい寸法ならば、集められるであろうＥＵＶ光線の一部分を実際に不鮮明にしていた。
【００１６】
本発明において、より小さい拡張部分７４を通して液滴７２の所望の質量を実現することができるから、ノズル６４の実際の寸法を小さくすることができる。このより小さいノズルは、ＥＵＶ光線を不鮮明にすることが少ない。更に、レーザビーム７８は、ノズル６４の端部６８から更に遠方に動かすことができ、これにより、ノズル６４の腐食及び加熱を少なくすることができる。
【００１７】
上述した説明は、本発明の単に一例としての実施の形態を開示しかつ記述したものである。当該技術分野の術当業者は、特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲から逸脱せずに、上記の説明、添付図面及び特許請求の範囲から色々な変更、改変例及び変形例を具体化することが可能であることが容易に認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】既知のレーザプラズマ、ガス凝縮、極紫外光源の平面図である。
【図２】図１に図示した光源のノズルの拡大図である。
【図３】本発明の１つの実施の形態による、ノズルを通して噴射される液体を含む、レーザプラズマ、極紫外光源の平面図である。
【符号の説明】
１０ ＥＵＶ光源 １２ ノズル
１４ レーザビーム源 １６ ガス
１８ ネック部分 ２０ 狭隘な喉状部分
２４ 拡張部分 ２６ ジェットスプレー
２８ クラスター ３０ レーザビーム
３２ 合焦光学素子 ３４ プラズマ
３６ ＥＵＶ光線 ３８ コレクタ光学素子
４０ 開口部 ５０ レーザプラズマＥＵＶ光源
５２ 供給源 ５４ プラズマ標的ガス
５８ 液体 ６０ 熱交換器
６２ ネック部分 ６４ ノズル
６６ 喉状部分 ６８ 出口端
７０ スプレー ７２ 液滴
７４ 拡張部分 ７８ レーザビーム
８０ プラズマ ８２ ＥＵＶ光線

Claims (9)

1. レーザプラズマ極紫外光源において、
   プラズマ標的材料を液体状態で供給するように動作できる標的供給装置と、
   供給端部と、出口端部と、該供給端部と出口端部との間の狭隘な喉状部分とを有するノズルであって、該供給端部がプラズマ標的材料を受け取り、出口端部からプラズマ標的材料を液滴のスプレーに微粒化して放出するノズルと、
   レーザビームを前記ノズルから放出された液滴のスプレーに向けて放出するように動作できるレーザビーム源であって、前記レーザビームが前記複数の液滴を加熱し、これにより極紫外光線を発生させるレーザビーム源と、
   を備える光源。
2. 請求項１による光源において、標的供給装置が、ガス状態の標的材料の供給源と、ガスの温度を降下させ該ガスを凝縮して液体にする、熱交換器とを備える、光源。
3. 請求項１による光源において、ノズルが、狭隘な喉状部分と出口端部との間に拡張部分を更に備え、前記液滴のスプレーが、前記喉状部分の下流の前記拡張部分内でのキャビテーション、沸騰、液体表面における粘弾性不安定さ、乱流による分散、液体とその発生した蒸気との間の空気力学的相互作用の一つ又はそれ以上の作用によって形成される、光源。
4. 請求項１による光源において、液体がキセノンの液体である、光源。
5. 極紫外光線を発生させる方法において、液体標的材料の供給源を提供するステップと、ノズル内の狭隘な喉状部分に通して液体標的材料を強制的に通すステップと、液体標的材料を霧状にしてノズルから出る液滴スプレーにするステップと、レーザビームを液滴スプレーと相互作用させ、極紫外光線を発生させるステップとを備える、方法。
6. 請求項５による方法において、液体標的材料を提供するステップがキセノンガスを冷却することを含む、方法。
7. 請求項５による方法において、液体標的材料を液滴スプレーにするステップが、ノズルの拡張部分内で、キャビテーション、沸騰、液体表面における粘弾性不安定さ、乱流による分散、液体とその発生した蒸気との間の空気力学的相互作用の一つ又はそれ以上の作用によって液体を膨張させることを含む、方法。
8. 請求項１のレーザプラズマ極紫外光源において、前記ノズルの喉状部分は50μｍの直径を有し、前記出口端部は300〜500μｍの直径を有する光源。
9. 請求項１のレーザプラズマ極紫外光源において、前記各液滴が略１μｍの直径を有する光源。

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