JP4773690B2 - Ｅｕｖ放射線源 - Google Patents

Description

本発明は、全体として、レーザー−プラズマ極紫外線（ＥＵＶ：ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）源に関し、更に詳細には、液体の標的物質（ターゲット物質）がノズルを出るときにその周囲の蒸気圧を高めるために気化室を使用することによって安定した固体で標的となるフィラメント（線状物）を提供するレーザー−プラズマＥＵＶ放射線源に関する。

超小型集積回路は、代表的には、当該技術分野で周知の光リソグラフィー工程によって基材上にパターン加工され、この場合、回路素子はマスクを通って伝播する光ビームによって画成される。光リソグラフィー工程及び集積回路アーキテクチュアの分野の現状では更なる開発が行われており、回路素子は更に小さくなり、互いに更に接近している。回路素子が小さくなるため、波長が更に短く且つ高周波数の光ビームを発生する光リソグラフィー光源を使用する必要がある。換言すると、光源の波長が短くなるに従って光リソグラフィー工程の解像度が高くなり、更に小さな回路素子を形成できるのである。光リソグラフィー光源についての現在の傾向は、極紫外線（ＥＵＶ）波長又は軟Ｘ線波長（１３ｎｍ乃至１４ｎｍ）の光を発生するシステムを開発することである。

ＥＵＶ放射線を発生する様々な装置が当該技術分野で周知である。最も一般的なＥＵＶ放射線源の一つは、ガス、代表的にはキセノンをレーザープラズマの標的物質として使用するレーザー−プラズマガス凝縮源である。アルゴンやクリプトン等の他のガス、及びこれらのガスの組み合わせもまた、レーザーの標的物質として周知である。レーザー発生プラズマ（ＬＰＰ）に基づく周知のＥＵＶ放射線源では、ガスを、代表的には、ノズル内で極低温に冷却して液状にした後、開口又は他のノズル開口部を通して、真空加工室に連続した液体流、即ち、フィラメントとして圧送する。室温ではガス状の極低温に冷却して液状にした標的物質は、ＥＵＶ光学系上に凝縮（凝固、凍結）しないため、及び加工室によって排出しなければならない副産物の発生が少ないために必要とされる。幾つかの設計では、ノズルを振動し、標的物質を特定の直径（３０μｍ乃至１００μｍ）及び所定の液滴間隔を持つ液滴流としてノズルから放出する。

標的流を高出力レーザービーム、代表的にはＮｄ：ＹＡＧレーザーで照射する。これによって標的物質を加熱し、ＥＵＶ放射線を放出する高温のプラズマを発生する。レーザービームは、所望周波数のレーザーパルスとして標的領域に送出される。レーザービームは、プラズマを発生させるのに十分な熱を提供するため、標的領域で所定の強度を備えていなければならない。

図１は、キセノン等の適当な標的物質を圧力下で貯蔵する標的物質貯蔵室１４を持つノズル１２を含む上文中に論じた種類のＥＵＶ放射線源１０の平面図である。標的物質を極低温に冷却して液状にする熱交換器、即ち、凝縮器が前記室に設けられている。液体標的物質をノズル１２の狭幅のスロート部分（喉状部分）、即ち、毛細管（キャピラリーチューブ）１６を通して圧送し、フィラメント、即ち、流れ１８をなして真空加工室２６内に標的領域２０に向かって放出する。液体標的物質は、標的領域２０に向かって移動するときに真空環境中で急速に凝縮し、標的物質の固体のフィラメントを形成する。真空環境は、標的物質の蒸気圧と相まって、凝縮した標的物質を、流れ１８の移動距離及び他の要素に応じて、最終的には、凝縮標的細片に分解する。

レーザービーム２２が光源から加工室２６内の標的領域２０に差し向けられ、標的物質フィラメントを気化する。レーザービーム２２からの熱により、標的物質は、ＥＵＶ放射線３２を放射するプラズマ３０を発生する。ＥＵＶ放射線３２を集光器３４で集め、パターン加工が行われる回路（図示せず）又はＥＵＶ放射線を使用する他の装置に差し向けられる。集光器３４は、放射線３２を集めて差し向ける目的に適した放物線等の任意の形状を備えているのがよい。この設計では、レーザービーム２２は、図示のように集光器３４の開口部３６を通って伝播する。他の設計は、これ以外の形体を使用できる。

変形形態の設計では、液体標的物質を液滴流の形態で放出するため、圧電式振動器等の適当な装置によってスロート部分１６を振動させることができる。液滴の大きさ及び間隔は振動周波数で決まる。標的流１８が一連の液滴である場合には、レーザービーム２２をパルスにして全ての液滴に当てるか或いは所定数の液滴ごとに当てる。

ＥＵＶ源は、変換効率が良好であるのが望ましい。変換効率は、回収可能なＥＵＶ放射線に変換されるレーザービームのエネルギーの計測値である。良好な変換効率を得るため、標的流の蒸気圧を最小にしなければならない。これは、ガス状標的物質が、発生したＥＵＶ放射線を吸収する傾向があるためである。更に、標的流体のダイヤグラムの気相−液相飽和曲線近くで作動する極低温液体送出装置は、代表的には、標的物質流の不安定性のため、この流れを分裂させたり液滴を形成したりする前に十分な距離だけ延ばすことができない。更に、ノズルと標的領域との間の距離を、ノズルを加熱状態に保持し、凝縮可能な源屑（飛散粒子、デブリ：ｓｏｕｒｃｅ ｄｅｂｒｉｓ）を最小にするため、最大にしなければならない。

標的物質の蒸気に対するＥＵＶ吸収損を最小にするため、加工室を数ミリトル又はそれ以下の圧力に維持する。上文中に論じたように、液体標的物質が低温であるため、及び加工室内の蒸気圧が低いため、標的物質は、通常はノズル出口開口を出るときに急速に凝縮する。このように急速に凝縮するため、氷状物がノズルの出口開口の外面上に形成され易い。形成された氷状物は流れと干渉し、この流れを不安定にする。これにより、標的フィラメントが標的領域に無傷で及び高い位置精度で到達する性能に悪影響が及ぼされる。更に、フィラメント内で流体速度が半径方向で変化する前に標的物質の凝縮が緩むことにより、凝縮した標的フィラメントに応力による亀裂が入るため、フィラメントの空間的不安定性が生じる。換言すると、液体標的物質が出口開口から液体流として放出されるとき、流れの中央での流体の速度が流れの外側の流体速度よりも大きいのである。こうした速度差は、流れの移行時に等しくなろうとする。しかしながら、流れが真空環境中で直ちに凝縮するため、凝縮したフィラメント内で速度勾配により応力が発生する。空間的不安定性をもたらす他の機構は、ノズル出口近くの低い圧力（飽和蒸気圧以下）によりノズル内の流体に発生する空洞形成である。

本発明の教示によれば、安定した固体の標的フィラメントを形成するために、気化室を使用するＥＵＶ放射線源が開示される。

この放射線源は、ガス状標的物質を極低温で冷却し、液状にするための凝縮室を含む。液体標的物質を標的フィラメント発生装置の出口開口を通して気化室内に液体標的流として圧送する。気化室は、液体標的物質が凝縮して凝縮標的フィラメントになる時間を遅らせるため、源の真空加工室よりも高圧である。部分的に又は完全に凝縮した標的フィラメントを気化室の外に加工室内に安定した標的フィラメントとして標的領域に向かって放出し、これをレーザービームによって気化し、ＥＵＶ放射線を発生する。

気化室は様々な形体を持つことができる。気化室は、蒸発する標的物質のため比較的高圧の比較的小さい室であってもよい。別の態様では、気化室は、蒸発する標的物質及び補充ガスの組み合わせにより加圧できる。更に、気化室は、加工室につながる小さい出口開口を持つ比較的大きな室であってもよく、この場合、気化室内の高圧は、標的物質の気化及び／又は補充加圧ガスによる。

本発明のこの他の目的、利点、及び特徴は、添付図面を参照して以下の説明及び添付の特許請求の範囲を読むことにより明らかになるであろう。

本発明の実施形態は、安定した固体標的フィラメントを提供するために、気化室を使用するＥＵＶ放射線源に関し、本発明の実施形態の以下の議論は、単なる例示であって、本発明又はその用途又は使用を限定しようとするものでは全くない。

上文中に論じたように、ＥＵＶ放射線源は、代表的には、標的物質を気化させてＥＵＶ放射線を発生する真空環境を提供する加工室を含む。しかしながら、上文中に論じたように、加工室の真空環境は標的流に不安定性を生じ、標的領域に到着する前に流れを分裂させてしまう。本発明は、標的ノズル出口の近くに局所的高圧を提供し、標的フィラメントを安定して発生するための適正な環境を提供することによってこの問題点に対処するが、それであっても、加工室をＥＵＶ発生に適した低圧で作動可能にするものである。

図２は、源１０のノズル１２で使用できるノズル組立体４６の断面図である。この組立体４６は、外側のハウジング５２の筒形内室５０内に取り付けられた標的フィラメント発生装置４８を含む。一実施形態では、標的フィラメント発生装置は、引抜きによって形成したガラス製の毛細管であり、ハウジングはステンレス鋼製である。しかしながら、これは非限定的例であり、本発明の範囲内でこの他の種類のフィラメント発生装置を使用でき且つこの他の材料をこれらの部品に使用できる。

発生装置４８は、加圧され且つ極低温に冷却されたキセノン等の液体標的物質５６を一端５８に設けられた開口部を通して受け入れる筒形内室５４を含む。液体標的物質５６を室５４の反対側の端部に設けられた出口開口６０を通して圧送し、標的物質のフィラメント６２にする。一実施形態では、出口開口６０は円形であり、直径が３０μｍ乃至１００μｍである。しかしながら、これは単なる非限定的例であり、この他の大きさ及び形状の開口を本発明の範囲内で使用できる。標的フィラメント６２は、標的領域２０に差し向けられ、レーザービーム２２によって気化され、ＥＵＶ放射線３２を発生する。フィラメント６２を直径が３０μｍ乃至１００μｍの筒形フィラメントとして示したが、これは、互いから間隔が隔てられたフィラメント列を含む任意の適当な大きさ及び形状のフィラメントを示そうとするものである。

本発明によれば、ノズル組立体４６は、ハウジング５２内に形成された気化室７０を含む。この室７０は開口部７２を通して内室５０と流体連通しており、出口開口部７４を通して加工室２６と流体連通している。フィラメント６２は、開口６０から気化室７０内に直接放出される。気化室７０は、加工室２６よりも高圧に保持できる小さな閉鎖領域を提供し、これに対して差圧を提供する。気化室７０により、液体標的流が発生装置４８の開口６０を出ると直ちに凝縮することがないようにする。かくして、標的流が凝縮するとき、この流れは開放空間内にあり、開口６０の外側周囲に氷状物を形成することがない。気化室７０の圧力及び大きさに応じて、フィラメント６２は室７０内で凝縮してもよいし、又は気化室７０内で部分的に凝縮した後、加工室２６内で完全に凝縮してもよい。

この実施形態では、室７０は、直径が約２５０μｍ乃至４００μｍで高さが約４ｍｍ乃至６ｍｍの連続した筒形である。しかしながら、これは、室７０の形状及び開口部７２及び７４の大きさを含む室７０の様々な要素が、本明細書中に説明した目的に適した任意の寸法であればよいという意味で非限定的例である。更に、室７０は、フィラメント６２を標的領域２０と整合させるのに適した大きさの内径及び位置を備えているのがよい。

この実施形態では、気化室７０内の圧力は、極低温に冷却された液体標的物質５６の気化により提供される。詳細には、気化室７０の大きさを適正に定めることによって、フィラメント６２の気化冷却によって発生した気化標的物質が、気化室７０内に局所的に高い圧力を発生するのに必要なガスを提供し、及びかくして標的流を安定させる。気化室７０が加工室２６よりも高圧であっても、供給された標的物質の飽和圧力よりも遙かに低圧であり、及びかくして液体標的物質は気化し且つ急速に凝縮する。かくして、フィラメント６２は凝縮して安定した固体フィラメントとなる。これは、通常は、開口部７４に到達する前に起こる。

気化室７０の容積が加工室２６の容積よりも遙かに小さいため、気化室７０の高圧は加工室２６の圧力の上昇にほとんど影響しない。これは、ポンプにより気化室７０の容積を容易に排気できるためである。かくして、加工室２６の数ミリトルに対して高い圧力を提供する。気化室７０内の圧力は、標的物質のその温度に対する飽和圧力に基づいて最適化される。一実施形態では、室７０内の最適の圧力は、９３．３２６ｈＰａ乃至１３３．３２４ｈＰａ（７０トル乃至１００トル）である。

図３は、上述のノズル組立体４６と同様のノズル組立体７６の断面図であり、同様の構成要素に同じ参照番号が付してある。この実施形態では、管７８が室５２と流体連通している。不活性補充ガス８０を適当な供給源（図示せず）から室５２に導入する。ガス８０は室５２を通って気化室７０内に開口部７２を通して移行する。補充ガス８０は気化室７０内の圧力を上昇し、凝縮フィラメントを形成する際のフィラメント６２の安定性を更に高める。補充ガス８０は気化室７０内の圧力を更に高めるため、制御を更に安定させる。かくして、気化室７０の出口開口部７４を、気化させた標的物質だけで圧力を提供する場合に必要とされるよりも大きくできる。

変形形態では、管７８を気化室７０と直接連通するように形成できる。補充ガス８０は、上文中に説明した目的に適した任意のガスであるのがよい。一実施形態では、ガス８０は、標的物質ガスと同じキセノン、アルゴン、クリプトン、窒素等のガスである。更に、変形形態では、気化室７０を管７８を通してポンプで排気することによって気化させたガス及び他の物質を気化室７０から除去できる。これにより気化室７０内の圧力を低下し、フィラメント６２の凝縮に要する時間を短縮し、フィラメントの凝縮を更に良好に制御する。

図４は上文中に説明したノズル組立体４６及び７６と同様のノズル組立体９０の断面図であり、同様の構成要素に同じ参照番号が付してある。この実施形態では、内室５０がなくしてあり、気化室７０に代えて小さな出口開口９４を持つ大きな気化室９２を使用する。出口開口９４を通してフィラメント６２が加工室２６に進入する。フィラメント発生装置４８は、図示のように気化室９２内に位置決めされている。気化室９２は、開口９４によって加工室２６から遮断されている。開口９４は、室９２内の比較的高い圧力により加工室２６内の圧力が大幅に上昇することがないようにするのに十分小さい。一実施形態では、開口９４の直径は５００μｍ以上であり、約１ｍｍであってもよい。しかしながら、これは、開口９４の直径が、本明細書中に説明した目的に適した任意の直径であってもよいという点で非限定的例である。上述のように、液体標的物質を単独で又は補充ガス８０と組み合わせて気化することによって、気化室９２内の圧力を更に高くできる。

標的領域に向かう気化室９２の前部分９６が比較的大きいため、室９２の前部分９６がプラズマ３０で加熱されることにより、ノズルの腐蝕等の様々な問題点が生じる。更に、室９２の大きな前部分９６は、プラズマ３０に暴露されることにより汚染の問題を生じる。更に、フィラメント６２を開口９４と整合させるのが困難である。気化室７０が小さければ小さい程、前部の面積が小さくなり、及びかくして熱及び汚染についての懸念が小さくなる。

以上の説明は、本発明の単なる例示の実施形態を開示し且つ説明したものである。特許請求の範囲に定義した本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変形及び変更を行うことができるということは、以上の説明、添付図面、及び特許請求の範囲から、当業者には容易に理解されよう。

レーザー−プラズマＥＵＶ放射線源の平面図である。 安定した固体の標的フィラメントを提供するために、本発明の一実施形態による気化室がノズル組立体に設けられた、図１に示す放射線源用のノズル組立体の断面図である。 安定した固体の標的フィラメントを提供するために、本発明の別の実施形態による補充加圧ガスを追加するための装置を備えた気化室がノズル組立体に設けられた、図１に示す放射線源用のノズル組立体の断面図である。 安定した固体の標的フィラメントを提供するために、本発明の更に別の実施形態による出口開口を持つ比較的大きな気化室がノズル組立体に設けられた、図１に示す放射線源用のノズル組立体の断面図である。

符号の説明

１０ 放射線源
１２ ノズル
２０ 標的領域
２２ レーザービーム
２６ 加工室
３２ ＥＵＶ放射線
４６ ノズル組立体
４８ フィラメント
５０ 筒形内室
５２ ハウジング
５４ 筒形内室
５６ 液体標的物質
６０ 出口開口
６２ フィラメント
７０ 気化室
７２ 開口部
７４ 出口開口部

Claims (9)

1. ＥＵＶ放射線を発生するためのＥＵＶ放射線源において、
   低圧で作動する加工室と、
   ハウジングと、
   少なくとも一部が前記ハウジング内に取り付けられ、標的物質連続流を放出する標的発生装置と、
   前記標的発生装置から前記標的物質連続流を受け取る気化室であって、前記標的物質連続流は蒸発冷却により前記気化室内で少なくとも部分的に凝縮して標的物質の凝縮連続流となり、前記気化室は前記加工室よりも高い圧力で作動する気化室と、を含み、
   前記標的物質連続流は前記気化室の出口開口を通って前記加工室内に放出され、
   前記気化室は、直径が連続した筒体であり、かつ前記気化室の内径は、前記標的発生装置の外径よりも小さい、ＥＵＶ放射線源。
2. 請求項１に記載のＥＵＶ放射線源において、前記標的物質連続流から標的物質が気化する結果として、前記気化室は前記加工室よりも高圧を有する、ＥＵＶ放射線源。
3. 請求項１に記載のＥＵＶ放射線源において、前記気化室と連通した補充ガス源を更に含み、前記補充ガス源からの前記補充ガスにより、前記気化室を前記加工室よりも高圧とする、ＥＵＶ放射線源。
4. 請求項１に記載のＥＵＶ放射線源において、前記標的発生装置は毛細管である、ＥＵＶ放射線源。
5. 請求項１に記載のＥＵＶ放射線源において、前記気化室は、直径が約２５０μｍ乃至４００μｍの範囲内にあり、長さが約４ｍｍ乃至６ｍｍの範囲内にある、ＥＵＶ放射線源。
6. 請求項１に記載のＥＵＶ放射線源において、前記標的発生装置は、前記ハウジング内の前記気化室内に取り付けられている、ＥＵＶ放射線源。
7. 請求項１に記載のＥＵＶ放射線源において、前記気化室の前記出口開口の直径は５００μｍ以上である、ＥＵＶ放射線源。
8. 請求項１に記載のＥＵＶ放射線源において、前記標的物質流は、直径が３０μｍ乃至１００μｍの前記標的発生装置の出口開口を通して放出される、ＥＵＶ放射線源。
9. 請求項１に記載のＥＵＶ放射線源において、レーザーを更に含み、当該レーザーは、前記加工室内の標的領域にレーザービームを差し向けて前記標的物質連続流を気化し、前記ＥＵＶ放射線を放出するプラズマを生成する、ＥＵＶ放射線源。
   

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