JP4409862B2 - 極紫外（ｅｕｖ）線を発生するｅｕｖ線源 - 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）線源に関し、より詳細には安定した固体のフィラメント状標的を提供するレーザープラズマＥＵＶ線源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロエレクトロニック集積回路は通常、当業者によく知られたフォトリソグラフィプロセスにより基板にパターン形成され、該プロセスにおいて回路素子はマスクを介して進む光束により画成される。フォトリソグラフィプロセス及び集積回路構築の技術水準が発達するにつれて、回路素子はより小さくなり、回路素子間の間隔もより密となる。回路素子が小さくなるにつれて、より短い波長及びより高い周波数の光束を発生するフォトリソグラフィ光源を用いることが必要である。すなわち、光源の波長が減少するにつれてフォトリソグラフィプロセスの解像度が増加して、より小さい集積回路素子を画成することが可能となる。フォトリソグラフィ光源に関する現在の傾向は、極紫外（ＥＵＶ）又は軟Ｘ線波長（１３−１４ｎｍ）の光を発生するシステムを発展させることである。
【０００３】
ＥＵＶ線を発生する種々の装置が該技術分野において知られている。最も一般的なＥＵＶ線源の１つは、レーザープラズマ標的材料としてガス、通常キセノンを使用するレーザープラズマガス凝縮源である。アルゴン及びクリプトン等の他のガス、及びガスの組合せもレーザ標的材料として知られている。レーザ生成プラズマ（ＬＰＰ）に基づく公知のＥＵＶ線源において、ガスは通常ノズル内で液状へと極低温冷却され、その後強制的にオリフィス又は他のノズル開口部を介して真空室中に連続的な液体の流れ又はフィラメント状物として送られる。極低温冷却標的材料（即ち、室温ではガス）が必要なのは、ＥＵＶ光学素子上で凝縮せず、また真空室によって排気しなければならない副生物の生成が最小だからである。いくつかの設計では、ノズルを振動させて、一定の直径（３０−１００μｍ）及び所定の液滴間隔を有する液滴の流れとして標的材料がノズルから放射されるようにする。
【０００４】
液体標的材料の低温及び真空環境内の低蒸気圧により標的材料は急速に凍結する。いくつかの設計ではシート状の凍結した極低温材料を回転基板上に用いるが、これはくず片（ｄｅｂｒｉｓ）及び繰返し数の制限のためＥＵＶ源の生成には実際的でない。
【０００５】
標的流れは通常Ｎｄ：ＹＡＧレーザの高出力レーザビームにより照射され、該レーザビームは標的材料を加熱し、ＥＵＶ線を放射する高温プラズマを生成する。レーザビームは、望ましい周波数を有するレーザーパルスとして標的領域に送出される。レーザビームは、プラズマを発生させるのに十分な熱を供給すべく標的領域で一定の強度を有しなければならない。
【０００６】
図１は上述の型のＥＵＶ線源１０の平面図であり、ノズル１２を含み、該ノズルは圧力下にキセノン等の適当な標的材料を貯蔵する標的材料室１４を有する。室１４は、標的材料を液状へと極低温冷却する熱交換器又は凝縮器を含む。液体標的材料はノズル１２の狭いのど状部１６を強制的に通過され、標的領域２０に向けて真空室内へフィラメント状物又は流れ１８として放射される。液体標的材料は真空環境内で急速に凍結し、標的領域２０に向けて進むにつれて標的材料の固体フィラメント状物を形成する。真空環境及び標的材料内の蒸気圧により、凍結した標的材料は、流れ１８が移動する距離に依存して結局凍結した標的破片へと分解する。
【０００７】
レーザ源２４からのレーザビーム２２は標的領域２０に向けられ標的材料を気化する。レーザビーム２２からの熱により、標的材料はＥＵＶ線３２を放出するプラズマ３０を発生する。ＥＵＶ線３２は集合光学素子３４により集合され、パターン形成される回路（図示せず）に向けられる。集合光学素子３４は、放物線形状等、線３２を集合し方向づける目的に適した任意の形状を有することができる。この設計において、レーザビーム２２は図示のように集合光学素子３４の開口部３６を介して進む。他の設計では他の構成を用いることができる。
【０００８】
代替の設計において、のど状部１６を圧電振動子等の適当な装置により加振し、該のど状部から放射される液体標的材料が液滴の流れを形成するようにすることができる。振動の周波数により液滴の大きさ及び間隔が決定される。標的流れ１８が一連の液滴のときは、レーザビーム２２はパルス状とされて、すべての液滴又は一定の数ごとの液滴と衝突する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ＥＵＶ源は良好な変換効率を有することが望ましい。変換効率は、回収可能なＥＵＶ線に変換されるレーザビームエネルギの尺度である。良好な変換効率を実現するためには標的流れの蒸気圧を最小にしなければならない。ガス標的材料は発生したＥＵＶ線を吸収する傾向があるからである。さらに、標的流体の相図の気液相飽和線近くで動作する液体クライオジェン送出システムは通常、流れの不安定性により流れが分解又は液滴が形成される前に標的材料の流れを十分な距離出射することができない。その結果、流れが流れの分解前に真空室にとどまる時間は、蒸発冷却により流れが凍結し、それによってその蒸気圧が低下するには不十分となる。その上、ノズルと標的領域との間の距離を最大にして線源の加熱及び凝縮性線源くず片を最小にしなければならない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の教示によれば、安定した固体のフィラメント状標的を生じるＥＵＶ線源が開示される。線源はノズル組立体を含み、該組立体はガス標的材料を液状に極低温冷却する凝縮室を有する。液体標的材料はろ過され、圧力下に保持室に送られる。保持室は、ノズル組立体からフィラメント状標的が放射される前に標的材料に混入した気泡が液体に凝縮するのを可能にする。標的材料はノズルの出口管を強制的に通過され、液体標的流れとしてノズル組立体から真空室内に放射される。出口管の周囲に熱シールドを設け、液体標的材料を極低温状態に維持する。液体標的流れは真空室内で凍結し、レーザ源からのレーザビームにより気化されＥＵＶ線を発生する。
【００１１】
本発明の追加の目的、利点及び特徴は、以下の説明及び添付の特許請求の範囲を添付図面とともに読むことにより明らかとなろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
安定した固体のフィラメント状標的を提供するＥＵＶ線源に関する本発明の実施の形態についての以下の説明は、本質的に単に代表的なものであり、決して本発明又はその用途又は使用を限定することを意図するものではない。
【００１３】
本発明は、ＥＵＶ線の効率的な生成のため安定した固体のフィラメント状標的を生じさせるＥＵＶ線源用ノズルである。本発明では注意深く設計された極低温流体取扱及び温度管理が用いられて、十分に安定な流体流れを生じさせ、ノズル出口から４ｃｍ以上のオーダの距離に及ぶ標的材料の凍結した固体フィラメント状物を得る。通常フィラメント状物の直径は約３０−１００μｍであり、これは主として、フィラメント状物製造の物理的な制約というよりＥＵＶシステムの真空条件に基づく。キセノンに関し望ましい最低動作圧力は、０．３１０〜２．０６７ＭＰａ（４５〜３００ｐｓｉａ）であり、これにより標的流れの速度は約２０メートル／秒となる。この流れの速度は６ｋＨｚでのパルスレーザ動作をサポートする。より高い圧力は流れの速度を増し、流れの安定性を促進する傾向がある。
【００１４】
安定した固体の標的フィラメント状物を得るため、高品質の液体標的材料をノズルへ供給するよう注意しなければならない。ここで、品質とは標的ガスの単位重量当りの冷却能力をさす。標的の品質が悪いと、標的流体はノズルを出た途端に過度にボイルオフ（ｂｏｉｌ−ｏｆｆ；蒸発）することとなり、凍結が実現される前に流れが不安定となって分解が生じる。これは標的液滴発生の特徴であり、流れが未だ大部分液状である間にボイルオフ及びレイリーの不安定性（Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｉｅｓ）が流れを分解（ｂｒｅａｋ−ｕｐ）させる一因となる。３つの要素が高品質の標的液体を得るために必要であり、３つの要素には標的ガスの沸点未満での過冷却、凝縮器内に存在する気相及び液相の分離、及びノズル出口までの高い液質の維持が含まれる。安定した固体のキセノン流れのためには１７０Ｋの温度に過冷却することが必要であり、これは通常の動作圧力に関し少なくとも１８度の過冷却に対応する。
【００１５】
ガス及び液体標的材料はともに凝縮器内に存在し、凝縮器内である時点で平衡状態となる。凝縮器流出液中の気相及び液相を分離することは極めて重要である。それというのは、液体標的材料に混入したガスは、凍結した固体標的を形成するのに必要な蒸発冷却に寄与することなく、流れの不安定性の一因となるからである。特に問題なのは小径の混入気泡である。効果的な相分離は、微細スクリーン又は焼結金属粒体等の凝縮器充てん材料によるろ過、及び／又はノズル出口の上流での滞留時間の組合せにより実現できる。
【００１６】
凝縮器からノズル出口まで高い液質を維持するためには、ノズルの出口管を周囲の周囲温度ハードウェアから熱遮蔽（熱シールド）することが必要である。その上、すべての標的送出管材及びノズルの寸法を最小にして、プラズマから奪う熱負荷を減少させなければならない。５ｋＷのレーザ及び直径０．５ｍｍのノズル管を用いると、管の前面は約２３０ｍＷのプラズマエネルギを吸収できる。キセノンの流量が毎分１標準リットルであると、これは液体温度の約７Ｋの上昇に相当する。毎分１〜４標準リットルの範囲の流量を使用することができる。
【００１７】
安定した標的フィラメント状物の製造には、出口管と、特に標的フィラメント状物が真空室内へ噴射される出口オリフィスとにおける流体流動の詳細を注意深く検討することが必要である。安定したフィラメント状物のためには、ノズルを出る液体流れが定常で、速度及び温度の空間的なばらつきができるだけ少ないことが必要である。ノズル壁でのキャビテーション又は沸騰による気泡の存在も最小にしなければならない。出口管及びノズルの材料は、流路に必要な形状及び滑らかさを与えるよう、またプラズマ環境での正常な動作に適した機械的及び熱的特性を有するよう注意深く選択しなければならない。多様なノズル／オリフィス形状を用いて合理的な安定したフィラメント状物を生成できる。しかしながら、鋭いエッジ部を有するオリフィスはキャビテーションを誘発しやすいので、引抜毛管材から得られるオリフィス等滑らかに収束するノズルが好ましいアプローチである。
【００１８】
図２は、線源１０のノズル１２と取り替えることができるノズル組立体４０の部分断面図であり、ノズル組立体４０は安定した固体のフィラメント状標的流れ４２を生成するため上述の種々の設計事項を含む。ノズル組立体４０は、キセノン等の標的材料を液状に冷却する凝縮室４４を含む。標的ガスは入口４６を介して室４４に導入される。室４４内に設けられた凝縮器４８は、標的材料を受容し、熱交換器として作動して標的材料を極低温冷却する。冷却液流動環５０が室４４に設けられ、冷媒を循環させて凝縮器４８内を進む標的ガスを冷やす。１つの実施の形態において、冷媒は液体窒素のボイルオフ（蒸発体）であり、注意深く温度管理されて標的ガスを液状に変換する。室４４は、冷媒の温度を効率的に凝縮器４８に伝達するよう熱伝導性材料で作られる。
【００１９】
液体標的材料は、凝縮室４４から液体フィルタ５４を介して保持室５２に送られる。フィルタ５４は、液体標的材料から粒状物質を除去できればスクリーン等、ここで説明した目的に適した任意のフィルタとすることができる。フィルタ５４は液体標的材料中の微粒子を除去して、ノズル組立体４０内の種々の細孔が目詰まりするのを防止する。加えて、フィルタ５４は液体標的材料に捉えられた気泡を除去するのを助ける。凝縮器４８はまた、焼結金属粒体等を含む標的材料ろ過材を設けることもできる。
【００２０】
上述のように、標的流れ４２に混入したガスによりもたらされる蒸気圧は標的流れ４２を分解するよう作用し、標的流れがレーザビーム２２によって効率的に加熱されてＥＵＶ線３２を発生する能力を減少させる。ノズル組立体４０における標的ガスの液体への相変換は、液体の大部分の混入気泡を除去すべく適当な時間をかけて適切な温度でなされなければならない。凝縮器４８はこの目的を果たすため適当な長さとすることができ、あるいは部分的に変換された標的材料を大部分の気泡が液体に変換されるまで室５２内に減少した温度で保持することもできる。したがって、保持室５２は標的流れ４２の安定性を増すよう作用する。保持室５２は、混入した気泡が流体中を上昇するのを可能にしノズル組立体４０から放射されるのを防止する。保持室５２を通過する流体流量は、特定の用途のため保持室の流体保持能力を決定する。
【００２１】
液体標的材料は保持室５２から、圧力下、出口管５６を強制的に通過され、ノズル組立体４０から放射される液体標的材料の流れ４２を発生させる。出口管５６は、５０μｍ等の内径を有し所望の直径の標的流れを発生させることができる。出口管５６は、ここで説明した目的に適した金属又はガラス等の任意の材料で作られた毛管とすることができる。管５６の長さは特定の用途に合わされ、特定のＥＵＶ源の条件に依存する。
【００２２】
熱シールド６０を管５６の周囲に設け、該管内を進む標的材料の温度を維持して標的流れ４２の安定性を維持する。熱シールド６０は、銅又はアルミニウム製管等ここで説明した目的に適した任意の熱シールドでよい。加えて、熱シールド６０は、複数の材料の複数の層で構成してこれら層間に真空を設け、熱的保護を高めることができる。液体の流れ４２は線源１０の真空室で急速に凍結して凍結流れとなる。
【００２３】
上述の説明は単に本発明の代表的な実施の形態を開示し説明するものである。当業者であれば、そのような説明並びに添付の図面及び特許請求の範囲から、添付の特許請求の範囲に規定された本発明の精神及び範囲を逸脱することなく種々の変更、改良及び改変をなしうることは容易に認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザープラズマＥＵＶ線源の平面図である。
【図２】図１に示す線源のため安定した固体のフィラメント状標的を提供する本発明の実施の形態によるノズル組立体の平面図である。
【符号の説明】
１０ ＥＵＶ線源 １２ ノズル
１４ 標的材料室 １６ のど状部
１８ フィラメント状物又は流れ ２０ 標的領域
２２ レーザビーム ２４ レーザ源
３０ プラズマ ３２ ＥＵＶ線
３４ 集合光学素子 ３６ 開口部
４０ ノズル組立体 ４２ 標的流れ
４４ 凝縮室 ４６ 入口
４８ 凝縮器 ５０ 冷却液流動環
５２ 保持室 ５４ 液体フィルタ
５６ 出口管 ６０ 熱シールド

Claims (22)

1. 極紫外（ＥＵＶ；ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）線を発生するＥＵＶ線源であって、
   ガス標的材料を液体標的材料に極低温冷却する凝縮器を有する凝縮室と、該液体標的材料を受容しかつ該標的材料を圧力下に保持して該液体標的材料に混入した気泡を液体に変換させる保持室と、該保持室に連結されて該保持室から該液体標的材料を受容しかつノズル組立体から標的領域に向けて該標的材料の安定した流れを放射する出口開口部とを含む、前記ノズル組立体と、
   該標的領域へレーザビームを方向づけて該標的材料を気化させ、ＥＵＶ線を放射するプラズマを生じさせるレーザとを備え、
   該出口開口部が毛管の出口端部にあり、該毛管が該保持室と流体連通しており、また該ノズル組立体が該毛管の周囲に形成された熱シールドをさらに含む、ＥＵＶ線源。
2. 請求項１によるＥＵＶ線源において、該毛管が引抜毛管であって該出口開口部が滑らかである、ＥＵＶ線源。
3. 請求項１によるＥＵＶ線源において、該熱シールドが複数のシールド層を含み、該シールド層の間に空間が画成される、ＥＵＶ線源。
4. 請求項１によるＥＵＶ線源において、該ノズル組立体が該液体標的材料をろ過するフィルタをさらに含む、ＥＵＶ線源。
5. 請求項４によるＥＵＶ線源において、該フィルタが該凝縮室と該保持室との間に位置決めされる、ＥＵＶ線源。
6. 請求項１によるＥＵＶ線源において、該出口開口部が円形開口部であり、直径が３０−１００μｍの範囲の標的流れを供給する、ＥＵＶ線源。
7. 請求項１によるＥＵＶ線源において、該標的材料がキセノンである、ＥＵＶ線源。
8. 請求項７によるＥＵＶ線源において、該キセノンが該ノズル組立体内をほぼ毎分１−４標準リットルの流量で通過する、ＥＵＶ線源。
9. 極紫外（ＥＵＶ）線を発生するＥＵＶ線源であって、
   ガス標的材料を液体標的材料に極低温冷却する凝縮器を有する凝縮室と、該液体標的材料をろ過するフィルタと、該液体標的材料を受容しかつ該標的材料を圧力下に保持して該液体標的材料に混入した気泡を液体に変換させる保持室と、該保持室に連結されて、該保持室から該液体標的材料を受容しかつノズル組立体から標的領域に向けて該標的材料の安定した流れを放射する出口毛管とを含む、該ノズル組立体と、
   該標的領域へレーザビームを方向づけて該標的材料を気化させ、ＥＵＶ線を放射するプラズマを生じさせるレーザとを備え、
   該ノズル組立体が該出口毛管の周囲に形成された熱シールドをさらに含む、ＥＵＶ線源。
10. 請求項９によるＥＵＶ線源において、該熱シールドが複数のシールド層を含み、該シールド層の間に空間が画成される、ＥＵＶ線源。
11. 請求項９によるＥＵＶ線源において、該フィルタが該凝縮室と該保持室との間に位置決めされる、ＥＵＶ線源。
12. 極紫外（ＥＵＶ）線を発生するＥＵＶ線源であって、
    ガス標的材料を液体標的材料に極低温冷却する凝縮器を有する凝縮室と、該凝縮室に連結されて、該凝縮室から該液体標的材料を受容しかつノズル組立体から標的領域に向けて該標的材料の流れを放射する出口毛管と、及び該出口毛管の周囲に形成されて、該液体標的材料が該出口毛管内を進む時に該標的材料の温度を維持する熱シールドとを含む、前記ノズル組立体と、
    該標的領域にレーザビームを方向づけて該標的材料を気化させ、ＥＵＶ線を放射するプラズマを生じさせるレーザとを備える、ＥＵＶ線源。
13. 請求項１２によるＥＵＶ線源において、該熱シールドが複数のシールド層を含み、該シールド層の間に空間が画成される、ＥＵＶ線源。
14. 極紫外（ＥＵＶ）線源用ノズル組立体であって、
    ガス標的材料を液体標的材料に極低温冷却する凝縮器を含む凝縮室と、
    該凝縮室から該液体標的材料を受容し、かつ該液体標的材料を圧力下に保持して該液体標的材料に混入した気泡を液体に変換させる保持室と、
    該保持室に連結され、ノズル組立体から該標的材料の安定した流れを放射する出口開口部とを備え、
    該出口開口部が毛管の出口端部にあり、該毛管が該保持室と流体連通しており、また、該ノズル組立体は、該毛管の周囲に形成された熱シールドをさらに備える、ノズル組立体。
15. 請求項１４によるノズル組立体において、該毛管が引抜毛管であって該出口開口部が滑らかである、ノズル組立体。
16. 請求項１４によるノズル組立体において、該熱シールドが複数のシールド層を含み、該シールド層の間に空間が画成される、ノズル組立体。
17. 請求項１４によるノズル組立体において、該液体標的材料をろ過するフィルタをさらに備える、ノズル組立体。
18. 請求項１７によるノズル組立体において、該フィルタが該凝縮室と該保持室との間に位置決めされる、ノズル組立体。
19. 極紫外（ＥＵＶ）線源用ノズル組立体であって、
    ガス標的材料を液体標的材料に極低温冷却する凝縮器を含む凝縮室と、
    該凝縮室に連結されて、該凝縮室から該液体標的材料を受容しかつノズル組立体から該標的材料の流れを放射する出口毛管と、
    該出口毛管の周囲に形成されて、該出口毛管内の該液体標的材料の温度を維持する熱シールドとを含む、該ノズル組立体。
20. 請求項１９によるノズル組立体において、該熱シールドが複数のシールド層を含み、該シールド層の間に空間が画成される、ノズル組立体。
21. 極紫外（ＥＵＶ）線源のノズルから放射される標的材料の安定した流れを発生させる方法であって、
    ガス標的材料を液体標的材料に極低温冷却するステップと、
    所定の時間保持室に該液体標的材料を圧力下に保持して該標的材料に混入した気泡を液体に変換させるステップと、
    該ノズルの出口開口部から該液体標的材料を該標的材料の該安定した流れとして放射するステップと、
    該標的材料にレーザビームを方向づけて該標的材料を気化させ、ＥＵＶ線を放射するプラズマを生じさせるステップとを備え、
    該出口開口部を介して標的流れを放射するステップが、出口毛管を介して標的流れを放射するステップを含み、また、
    該出口毛管の周囲に熱シールドを設け、該毛管内で該標的材料を極低温状態に維持するステップをさらに含む、方法。
22. 請求項２１による方法において、該ノズル内で該液体標的材料をろ過するステップをさらに備える、方法。

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