JP4349484B2 - 極紫外放射線源のためのノズル - Google Patents

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（ＥＵＶ）放射線源に関し、特に、厳密に制御された標的小滴を提供するためにドリフトチューブ、加速室及び蒸気抽出器のうちの１つ又はそれ以上と組み合わせて小滴発生器を使用する標的材料送給装置を有するレーザープラズマＥＵＶ放射線源に関する。
【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標的材料として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、放射線源における真空装置により容易にポンピングで除去される。アルゴン及びクリプトンの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を圧送し、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、小滴は特定のオリフィス直径に対する、連続的な流れストリームのためのレイリーの不安定破壊周波数により決定される率（１０−１００ｋＨｚ）で発生される。
【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、レーザービーム源は典型的には５−１０ｋＨｚ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、精確に制御された寸法、速度及び軌道を備えた小滴を生じさせる小滴発生器を要求する。
【０００６】
所望の送給率で所望の回復時間を有する液体又は固体キセノンを標的位置へ送給するための種々の技術が研究されてきた。これらの技術は超音波ジェット、液体スプレー、連続液体ストリーム及び液体／凍結小滴を濃縮することを含む。この最新の技術の例として、ＥＵＶ源に使用できる異なる寸法の液体小滴を発生させるためのインクジェットプリンタヘッドの如き商業用の小滴発生器が研究されてきた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
真空内への小滴の射出の必要性と組み合わせての、液体キセノンの如き低温度、高揮発性、低表面張力及び低粘度の流体を提供するための既知の小滴発生器の使用は、重大な設計関心事を提供する。例えば、標的材料が室温及び室圧で気体であるため、材料は液体を形成するために冷却しなければならない。従って、液体小滴が直ちにフラッシュ（急激）沸騰するのを阻止し、ノズルから源真空内へ放出されるときに崩壊するのを阻止することが重要である。また、直ちにフラッシュ沸騰しない冷却された液体小滴は放射線源環境を通って進行するときに蒸発及び凍結するので、放射線源におけるパラメータは標的位置での小滴の結果としての寸法及び一貫性が正確になるのを保証するように厳密に制御しなければならない。更に、小滴生成の速度、間隔及び周波数も制御しなければならない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の教示に従えば、ＥＵＶ放射線源のための標的材料送給装置即ちノズルが開示される。ノズルはオリフィスを備えた標的材料室を有し、液体標的材料の小滴がオリフィスを通って放出される。小滴が所定の寸法、速度及び小滴間間隔を有するように、オリフィスの寸法及び小滴発生周波数が提供される。１つの実施の形態においては、標的材料室から放出される小滴はキャリヤガスと混合され、小滴とキャリヤガスとの混合物はドリフトチューブ内へ導かれる。キャリヤガスは放射線源真空室の圧力よりも高い圧力をドリフトチューブ内に提供し、小滴がフラッシュ沸騰及び崩壊するのを阻止する。ドリフトチューブは、小滴が進行するときにＥＵＶ発生に対して所望の寸法及び一貫性となるように、小滴が蒸発及び凍結するのを許容する。
【０００９】
１つの実施の形態によれば、小滴はドリフトチューブから、小滴間間隔を制御するように小滴の速度を増大させる加速室を通って導かれる。ドリフトチューブ又は加速室の出口端部に関して蒸気抽出器を設けることができ、この抽出器は、キャリヤガスと小滴蒸発から由来する蒸気とを分離して、これらの副産物がレーザー焦点領域にふんだんに存在しないようにし、それ故、発生したＥＵＶ放射線を吸収しないようにする。
【００１０】
【実施の形態】
レーザープラズマ極紫外放射線源における標的小滴の制御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。
【００１１】
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。小滴２２は液体小滴としてノズルから放出されるが、小滴２２がノズル１２から真空環境内の標的位置３４へ進行するときに、小滴は部分的に蒸発及び凍結する。
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のエネルギは小滴２２を蒸発させ、ＥＵＶ放射線３６を放射するプラズマを発生させる。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を通って伝播するが、他の方位付けも知られている。プラズマ発生工程は真空下で遂行される。
【００１２】
図２は源１０内でノズル１２として使用するのに応用できる本発明に係るノズル５０の形をした標的材料送給装置の横断面図である。図示のように、ノズル５０は外側の蒸気抽出室６０を画定する外側の円筒状ハウジング５２と、ハウジング５２と同軸の内側の円筒状ハウジング６２とを有する。ハウジング６２は混合室５４及びこれに接続したドリフトチューブ５６を画定する外壁５８を有する。円筒状の標的材料供給ライン６６は混合室５４と同軸にその内部に位置し、このラインを通して、標的材料（ここでは、液体キセノン）６４が適当な源（図示せず）から加圧下で移送される。供給ライン６６は、図示のように、混合室５４をドリフトチューブ５６に接続する壁５８内の先細り肩領域７０に隣接してオリフィス６８を有する。
【００１３】
圧電トランスジューサ７２は供給ライン６６の外側でこれと接触して設けられ、標的小滴７６がオリフィス６８からドリフトチューブ５６内へ放出されるように、室６６を撹拌する。オリフィス６８の寸法及び圧電撹拌の周波数は、所定の寸法の標的小滴７６を発生させるように選択される。典型的には、圧電トランスジューサ７２は、小滴７６が標的位置３４で所望の寸法を有するように、連続的な流れストリームを提供するために、特定の直径のオリフィス６８に対する液体キセノンのレイリー破壊周波数に関連する周波数で脈動される。
【００１４】
ガス供給パイプ７８は混合室５４に接続され、ヘリウム又はアルゴンの如きキャリヤガス７４をキャリヤガス源８０から混合室５４へ導く。当業者なら認識できるように、他のキャリヤガスも使用することができる。キャリヤガスはレーザービーム３０に対して比較的透明（透過性）であり、小滴７６の凍結を補助するように冷却することができる。キャリヤガス源８０はキャリヤガスを保持する１又はそれ以上のキャニスター（図示せず）、又は、代わりに、閉ループガス循環装置からのポンプを含む。源８０は、どのガス又はどんなガスの混合物が小滴７６との混合のために混合室５４に導入されるかを選択的に制御する弁（図示せず）と、温度制御のための熱交換器とを有することができる。キャリヤガスは、内部にノズル５０を配置した真空室の圧力よりも大きな圧力をドリフトチューブ５６内に提供する。キャリヤガスの圧力、体積及び流量は所望の圧力を提供する特定の応用に応じる。
【００１５】
ドリフトチューブ５６内の圧力及び材料６４の温度が低いので、小滴７６は蒸発及び凍結し始め、蒸気圧力を生じさせる。蒸気圧力とキャリヤガス圧力との組み合わせは小滴７６がフラッシュ沸騰（急激な沸騰）するのを阻止し、従って崩壊を阻止する。ある応用においては、キャリヤガスは必要がない場合がある。その理由は、小滴７６がフラッシュ沸騰するのを阻止するために蒸気圧力のみで十分な場合があるからである。
【００１６】
キャリヤガス及び標的材料の混合物は、小滴７６がＥＵＶ源への応用のための所望の寸法及び一貫性になるように蒸発的に冷却し、凍結するのに十分な長さの時間期間だけ、ドリフトチューブ５６を通って流れる。ドリフトチューブ５６の長さは異なる標的材料及び応用に対して最適化される。キセノンに対しては、１０−２０ｃｍのドリフトチューブ長さが望ましいと思われる。小滴７６はドリフトチューブ５６の端板８４の開口８２を通してドリフトチューブ５６から室６０内へ放出され、望ましい速度、間隔及び寸法を有する。
【００１７】
キャリヤガス及び蒸発材料は標的位置３４における一般に望まれない副産物である。その理由は、これらがＥＵＶ放射線を吸収し、ＥＵＶ生産効率を減少させることがあるからである。これらの材料を小滴ストリームから除去するため、本発明によれば、蒸気抽出器９０を設ける。図示のように、蒸気抽出器９０は任意の望ましい方法により室６６とは反対側でハウジング５２に装着される。抽出器９０は開口９４を画定する円錐部分９８を備えた端板９６を有する。代わりに、円錐部分９８に代えて、開口９４を形成するようなある他の形状のノズル又はオリフィスを用いることができる。小滴７６が開口９４を通ってノズル５０から出るように、開口９４は小滴７６に整合する。蒸気抽出器９０は、大半の蒸発材料及びキャリヤガスの混合物が小滴ストリームと一緒に流出するのを阻止する。その理由は、この混合物は蒸気抽出室６０内に収集されるからである。ポンプ８６は抽出されたキャリヤガス及び蒸発材料を、パイプ８８を通して、室６０からポンピングする（汲み出す）。
【００１８】
図３は本発明の別の実施の形態に係る、源１０内でノズル１２として使用するのに適用できるノズル１００の横断面図である。ノズル１００はオリフィス１０６を通して液体標的材料１０４をドリフトチューブ１１０内へ導く標的材料室１０２を有する。上述と同様、ノズル１００はオリフィス１０６を出る所定の直径の標的小滴１１６を発生させるように標的材料を撹拌する圧電バイブレータ１１２を有する。小滴１１６がドリフトチューブ１１０へ入るときに、小滴１１６はキャリヤガス室１２０からのキャリヤガス１１８と混合される。小滴とキャリヤガスとの混合物はドリフトチューブ１１０を通って伝播し、そこで部分的に蒸発及び凍結する。キャリヤガスは、小滴が凍結の機会を有する前に、小滴１１６が直ちにフラッシュ沸騰するのを阻止する圧力を提供する。ドリフトチューブ１１０は小滴１１６が部分的又は全体的に凍結するのを許容し、ノズル１００を通しての加速中に小滴が破壊しないようにする。
【００１９】
あるデザインにおいては、小滴１１６間の間隔は、小滴がオリフィス１０６を出るときに、連続的な破壊周波数により設定されるものであるほど正確でなくてもよい。小滴１１６間の間隔を増大させるために、小滴とキャリヤガスとの混合物はドリフトチューブ１１０に接続された加速区分１２４へ入る。ドリフトチューブ１１０と加速区分１２４との間の狭くなった肩領域１２６は標的材料とガスとの混合物を、加速区分１２４を通して加速させる。速度の増大は混合物内の小滴１１６間の距離を増大させる。加速区分１２４の長さもまた適用に応じて決まるものであり、特定の標的材料の速度及び寸法に対して選択される。加速区分１２４の直径は、区分１２４が小滴１１６の通過を許容し、キャリヤガス圧力による加速を許容するのにちょうど十分な幅となるように、小滴１１６の直径に基づいて決定される。
【００２０】
小滴１１６は出口オリフィス１２８を通って加速区分１２４から出る。小滴１１６は標的位置３４に導かれ、そこで、小滴は、上述のように、レーザービーム３０により蒸発され、プラズマを発生させる。
この実施の形態では、ノズル１００は蒸気抽出器を使用しないが、このような抽出器を随意に付加することができる。あるデザイン及び応用においては、キャリヤガス及び蒸発材料は放射線源室のポンプにより除去することができる。また、ある応用においては、蒸発材料及びキャリヤガスはＥＵＶ放射線発生工程に重大な悪影響を及ぼさないことがある。
【００２１】
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】レーザープラズマ極紫外放射線源の平面図である。
【図２】ドリフトチューブ及び蒸気抽出器を含む、レーザープラズマ極紫外放射線源のためのノズルとしてここでは参照する、本発明に係る標的材料送給装置の横断面図である。
【図３】ドリフトチューブ及び加速室を含む、レーザープラズマ極紫外放射線源のための本発明に係るノズルの横断面図である。
【符号の説明】
１０ ＥＵＶ放射線源
１２、５０、１００ ノズル
１６ 液体
２０、６８、１０６、１２８ オリフィス
２２ 小滴
２６ ストリーム
５４ 混合室
５６、１１０ ドリフトチューブ
６０ 蒸気抽出室
６４、１０４ 標的材料
６６ 標的材料供給ライン
７２ 圧電トランスジューサ
７４、１１８ キャリヤガス
７６、１１６ 標的小滴
９０ 蒸気抽出器
９８ 円錐部分
１０２ 標的材料室
１１２ 圧電バイブレータ
１２４ 加速区分

Claims (12)

1. 極紫外放射線源のためのノズルにおいて、
   オリフィスを有し、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標的材料室と；
   上記オリフィスと整合し、小滴のストリームを受け取るドリフト室であって、小滴が上記ドリフト室を通って伝播するときに小滴を凍結及び加速させるように所定の長さ及び断面を有し、上記標的材料室とは反対側に位置しかつそこを通して小滴を当該ドリフト室から排出させるドリフト室開口を備えたドリフト室と；
   を有することを特徴とするノズル。
2. 極紫外放射線源のためのノズルにおいて、
   オリフィスを有し、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標的材料室と；
   上記オリフィスと整合し、小滴のストリームを受け取るドリフト室であって、小滴が上記ドリフト室を通って伝播するときに小滴の凍結を許容するように所定の長さを有し、上記標的材料室とは反対側に位置しかつそこを通して小滴を当該ドリフト室から排出させるドリフト室開口を備えたドリフト室と；を有し、
   上記ドリフト室がキャリヤガスを受け取るためのキャリヤガス開口を有し、キャリヤガスが当該ドリフト室内で小滴のストリームと混合され、キャリヤガスが、小滴からの蒸気と組み合わさって、小滴をフラッシュ沸騰から阻止するような圧力を該ドリフト室内に提供することを特徴とするノズル。
3. キャリヤガスが、上記標的材料室を同軸で取り囲む混合室を通して上記ドリフト室内へ導入され、当該ドリフト室が上記混合室と流体連通していることを特徴とする請求項２に記載のノズル。
4. 上記標的材料室、上記混合室及び上記ドリフト室が円筒状であることを特徴とする請求項３に記載のノズル。
5. 極紫外放射線源のためのノズルにおいて、
   オリフィスを有し、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標的材料室と；
   上記オリフィスと整合し、小滴のストリームを受け取るドリフト室であって、小滴が上記ドリフト室を通って伝播するときに小滴を凍結及び加速させるように所定の長さ及び断面を有し、上記標的材料室とは反対側に位置しかつそこを通して小滴を当該ドリフト室から排出させるドリフト室開口を備えたドリフト室と；
   を有し、
   上記標的材料室の上記オリフィス及び上記ドリフト室開口と整合する蒸気抽出開口を備えた蒸気抽出器を更に有し、上記蒸気抽出器が小滴の部分的蒸発により小滴のストリームから生じる蒸気を抽出することを特徴とするノズル。
6. 上記蒸気抽出器が上記ドリフト室開口と整合する円錐部分を有することを特徴とする請求項５に記載のノズル。
7. 蒸気抽出室を更に有し、上記蒸気抽出室が上記蒸気抽出器により抽出された蒸気を収集し、当該蒸気抽出室が上記ドリフト室を取り囲むことを特徴とする請求項５に記載のノズル。
8. 蒸気ポンプを更に有し、上記蒸気ポンプが上記蒸気抽出室に結合されていて、その中に収集された抽出蒸気を除去することを特徴とする請求項７に記載のノズル。
9. 極紫外放射線源のためのノズルにおいて、
   オリフィスを有し、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標的材料室と；
   上記オリフィスと整合し、小滴のストリームを受け取るドリフトチューブであって、小滴が上記ドリフトチューブを通って伝播するときに小滴の凍結を許容するように所定の長さを有し、上記標的材料室とは反対側に位置しかつそこを通して小滴を当該ドリフトチューブから排出させるドリフト室開口を備えたドリフトチューブと；を有し、
   上記ドリフトチューブに結合され、そこから小滴のストリームを受け取る加速室を更に有し、上記加速室が、当該ドリフトチューブとは反対側に位置しかつそこを通して小滴のストリームを上記ノズルから排出させる加速室出口開口を備え、当該加速室が小滴の速度を増大させることを特徴とするノズル。
10. 上記ドリフトチューブ及び上記加速室が円筒状であり、当該加速室が当該ドリフトチューブよりも小さな直径を有することを特徴とする請求項９に記載のノズル。
11. 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に記載のノズル。
12. 上記標的材料室に接触する圧電トランスジューサを更に有し、上記圧電トランスジューサが小滴のストリームを発生させるように当該標的材料室を撹拌することを特徴とする請求項１に記載のノズル。

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