JP4401620B2 - レーザープラズマ極紫外放射線源のためのノズル及び極紫外放射線の発生方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明は一般に極紫外（ＥＵＶ）リソグラフィー源のためのノズルに関し、特に、標的材料をプラズマにより発生する熱から隔離するためにノズル内で標的送給チューブを使用するＥＵＶ源のためのノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ電子集積回路は典型的には、当業界で周知のフォトリソグラフィー処理により基体上でパターン化され、この場合、回路素子がマスクを通っ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処理及び集積回路構造の技術の状態が一層発展するにつれて、回路素子は一層小さくなり、それらの間隔は一層狭くなった。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処理の解像度が増大し、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現在の技術状態は極紫外（ＥＵＶ）又は軟Ｘ線波長（１３．４ｎｍ）での光を発生させる。
【０００３】
ＥＵＶ放射線を発生させる異なる装置が当業界で知られている。最も普通のＥＵＶ放射線源の１つはガス（典型的にはキセノン）をレーザープラズマ標的材料として使用するレーザープラズマガス凝縮源である。クリプトンの如き他のガス及びガスの組合わせ体もまたレーザー標的材料として知られている。ガスはノズルを通して押し出され、ガスが膨張すると、ガスは凝縮し、液体スプレーに変わる。液体スプレーは、典型的にはＥＵＶ放射線を放射する高温プラズマを生じさせるように液滴を加熱するＮｄ：ＹＡＧレーザーからの高パワーレーザービームにより照射される。米国特許第５，５７７，０９２号明細書はこの型式のＥＵＶ放射線源を開示している。
【０００４】
図１はノズル１２及びレーザービーム源１４を有する既知のＥＵＶ放射線源１０の平面図である。ガス１６はガス源（図示せず）からノズル１２の首部分１８を通って流れる。ガス１６は狭いのど部を通って加速され、ノズル１２の出口コリメータを通って液滴のジェットスプレー２６として排出される。源１４からのレーザービーム３０は合焦光学素子３２により液滴上に合焦される。レーザービーム３０のエネルギはＥＵＶ放射線３６を放射するプラズマ３４を発生させる。ノズル１２は、プラズマ発生工程の熱及び厳しさに耐えるように設計される。ＥＵＶ放射線３６は収集光学素子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。収集光学素子３８は放射線３６を収集し、導く目的の任意の適当な形状を有することができる。この設計においては、レーザービーム３０は収集光学素子３８の開口４０を通って伝播する。
【０００５】
ＥＵＶ放射線へのレーザー放射線の変換の所望の効率を達成するのに十分な大きさの液滴を含むスプレーを発生させることが困難であることが判明している。液滴が小さ過ぎる直径を有し、従って十分な質量を有しないので、液滴がＥＵＶ放射線３６を発生させるのに十分な温度まで加熱される前に、レーザービーム３０は液滴の一部を破壊してしまう。ガス凝縮ＥＵＶ源により発生される液滴の最大直径は０．３３ミクロン程度である。しかし、約１ミクロンの直径の液滴寸法がＥＵＶ放射線の発生にとって望ましい。更に、凝縮工程を最大化するのに必要な大きな膨張度合いは液体の拡散ジェットを生じさせ、小さなプラズマ寸法の光学的要求と矛盾する。
【０００６】
プラズマ標的として十分に大きな液滴を提供する問題を克服するため、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明細書はレーザープラズマを発生させるための標的材料として液体スプレー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極紫外光源を開示している。この設計においては、ＥＵＶ源は、ノズルを通してガスを押し出す代わりに、ノズルを通して液体（好ましくはキセノン）を押し出す。ノズルの幾何学形状及びノズルを通って伝播する液体の圧力は液体を霧状にし、液滴の濃いスプレーを形成する。液滴が液体から形成されるので、液滴は寸法が大きく、ＥＵＶ放射線の発生に対して一層伝導性となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
レーザーにより付勢される前に液体標的材料の一部を蒸発させる既知のＥＵＶ源には別の問題も存在する。プラズマ発生領域は典型的にはノズル出口から約２ｍｍ離れており、約２００，０００゜Ｋの熱を発生させている。ＥＵＶ放射線源のノズルはプラズマ発生領域の近傍に位置するので、プラズマからの熱がノズル、従ってその中の標的材料を加熱してしまう。ノズルは典型的には１０ｋＷ／ｃｍ² までの熱入力を受ける。ノズルの膨張開口で標的材料を暖めると、標的の生産が減少し、ＥＵＶ吸収蒸気が形成されてしまう。特に、ノズルをこのような高温に加熱すると、液体標的材料の一部が蒸発し、標的の液体濃度を減少させてしまう。更に、プラズマ発生工程からの粒子はノズル上にスパッタリング効果を生じさせ、ＥＵＶの発生に悪影響を与える。スパッタリング効果を減少させるためにノズルをグラファイト（黒鉛）で作ることは当業界で既知であるが、良好な腐食抵抗のために他の材料を使用することができる。しかし、グラファイトはノズル内の冷えた標的材料の加熱を向上させる良好な熱伝導体である。
【０００８】
ＥＵＶ放射線発生を向上させるためにノズル本体とそこを通って進行する標的材料との間の熱隔離を提供する、レーザープラズマＥＵＶ放射線源のためのノズルの要求がある。それ故、本発明の目的はこのようなＥＵＶ放射線源のノズルを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の教示によれば、ノズル本体とそこを通って流れる標的材料との間の熱隔離を提供する、レーザープラズマＥＵＶ放射線源のためのノズルが開示される。別個の標的材料送給チューブはノズル本体を通って突出し、熱隔離を提供している間に適正なチューブ／ノズル整合が達成されるように、チューブ／ノズルの表面接触を制限する。１つの実施の形態においては、送給チューブはステンレス鋼の如き低熱伝導率を有する材料で作られ、プラズマからのノズル本体の加熱が送給チューブを通して送給されている液体標的材料を加熱しないようにする。送給チューブはノズル本体の出口コリメータの背後に位置する膨張開口を有する。膨張開口は、プラズマ発生領域へ一層少ない材料を送給するために、既知の出口コリメータよりも小さな直径を有する。
【００１０】
【実施の形態】
ＥＵＶ放射線源のためのノズルに関する好ましい実施の形態の以下の説明は本質的に単なる例示であって、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２は本発明に係る、ＥＵＶ源のためのノズル４６の断面図であり、このノズルは上述した既知のノズル１２に代えて適用できる。ノズル４６はここで説明する目的にとって適した寸法及び形状を有するグラファイトの本体部分４８を含む。ノズル４６は円筒状の出口コリメータ５０を有し、これを通って、液体標的材料が適当な圧力下でノズル４６から出る。コリメータ５０は、液体スプレーがプラズマ発生領域の方へ導かれるように、液体スプレーをコリメートする。熱交換器５４は本体部分４８のネジ開口５６内に螺入される。熱交換器５４はベース部分５８と、ネジ開口５６内に螺入されたステム部分６０とを有する。熱交換器５４は本体部分４８のための冷却を提供し、ノズル４６のための支持体を更に提供する。ボア（穴）６２は熱交換器５４を通って延び、本体部分４８内の狭いボア６４に連通する。ボア６４は出口コリメータ５０と流体連通し、その間に肩部７０を形成する。
【００１２】
ＥＵＶ源のための既知のノズルにおいては、標的材料はボア６２、６４を通って流れ、コリメータ５０を通ってノズル４６から出る。しかし、プラズマ発生領域からのグラファイト本体部分４８の加熱が本体部分４８内の液体標的に影響を及ぼし、ある蒸発及び標的損失を生じさせてしまう。本発明によれば、細長い標的材料送給チューブ７２が、図示のように、ボア６２、６４を通って延び、肩部７０に当接する。チューブ７２は幅広い部分７４と、狭い端部分７６とを有する。チューブ７２は送給チューブ７２と熱交換器５４との間にギャップを提供し、送給チューブ７２とボア６４内の本体部分４８の内壁との間にギャップを提供するように、位置決めされる。送給チューブ７２は狭い部分７６の端部において膨張オリフィス８０又はオリフィスの列を有し、オリフィス８０が肩部７０の近傍に位置するようにする。
【００１３】
液体標的材料は適当な標的源（図示せず）から送給チューブ７２を通って送給され、加圧下で出口コリメータ５０へ入る。送給チューブ７２は、プラズマ発生中に、加熱されたグラファイト本体部分４８からの熱隔離を提供する。更に、送給チューブ７２と本体部分４８との間のギャップは、工程が真空圧力下で行われるため、低圧となり、加熱された本体部分４８から送給チューブ７２内の冷えた標的材料を更に隔離するのに役立つ。冷えた液体標的材料は所望の作動圧力及び温度でコリメータ５０へ送給され、コリメータを横切って、材料は超音波膨張を受け、固体又は液体の標的材料の粒子を生じさせる。１つの実施の形態においては、オリフィス８０の直径は、所望の寸法の液滴を提供するように、約５０ミクロンとすることができる。更に、送給チューブ７２は、本体部分４８の寸法を最小にできるように、ノズル４６に対する構造上の一体性を提供する。
【００１４】
１つの実施の形態においては、送給チューブ７２は適当なステンレス鋼で作られる。しかし、これは、非限定的な例であり、ニッケル及びセラミックの如き他の材料、好ましくは非熱伝導性材料を使用することができる。送給チューブ７２を非熱伝導性材料で作るのが好ましいが、ギャップのため、チューブ７２と本体部分４８との間の接触面積は最小となり、そのため、熱伝導性の送給チューブでさえ、冷えた標的材料の減少した加熱を提供する。
【００１５】
以上は本発明の単なる例示的な実施の形態を説明したものである。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】既知のレーザープラズマガス凝縮極紫外光源の平面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る、標的材料送給チューブを使用するレーザープラズマ極紫外放射線源のためのノズルの断面図である。
【符号の説明】
４６ ノズル
４８ 本体部分
５０ 出口コリメータ
５４ 熱交換器
６２ ボア
６４ 狭いボア
７０ 肩部
７２ 標的材料送給チューブ
７４ 幅広い部分
７６ 狭い部分
８０ オリフィス（膨張開口）

Claims (13)

1. レーザープラズマ極紫外（ＥＵＶ）放射線源のためのノズルにおいて、
   標的材料を受け取る源端部と、上記標的材料のスプレーを放出する出口端部とを有するノズル本体、及び
   上記源端部と上記出口端部との間を通って延びる標的材料送給チューブであって、上記ノズルの上記源端部の近くに位置する第１の端部と、当該ノズルの上記出口端部の近くに位置する第２の端部とを有し、上記第２の端部が膨張開口を有し、上記第１の端部が上記標的材料を受け取り、当該第２の端部が当該標的材料を上記膨張開口を通して該ノズルの当該出口端部内へ放出するような標的材料送給チューブ、を有し、
   上記ノズル本体の内表面が、ギャップを形成するように上記標的材料送給チューブの外表面から離れていることを特徴とするノズル。
2. レーザープラズマ極紫外（ＥＵＶ）放射線源のためのノズルにおいて、
   標的材料を受け取る源端部と、上記標的材料が上記ノズルから出るときに同標的材料をコリメートするコリメータ部分を有し、上記標的材料のスプレーを放出する出口端部とを有するノズル本体、及び
   上記源端部と上記出口端部との間を通って延びる標的材料送給チューブであって、上記ノズルの上記源端部の近くに位置する第１の端部と、当該ノズルの上記出口端部の近くに位置する第２の端部とを有し、上記第２の端部が膨張開口を有し、上記第１の端部が上記標的材料を受け取り、当該第２の端部が当該標的材料を上記膨張開口を通して該ノズルの当該出口端部内へ放出するような標的材料送給チューブ、を有し、
   上記ノズル本体の内表面が、ギャップを形成するように上記標的材料送給チューブの外表面から離れていることを特徴とするノズル。
3. 上記膨張開口が上記コリメータ部分よりも狭い直径を有することを特徴とする請求項２に記載のノズル。
4. レーザープラズマ極紫外（ＥＵＶ）放射線源のためのノズルにおいて、
   標的材料を受け取る源端部と、上記標的材料のスプレーを放出する出口端部と、上記源端部と上記出口端部の間を延びるボアとを有するノズル本体であって、上記出口端部は、上記標的材料が上記ノズルから出るときに同標的材料をコリメートするコリメータ部分を有し、上記コリメータ部分が上記ボアと流体連通し、上記コリメータ部分が上記ボアの直径より小さい直径を有して上記コリメータ部分と上記ボアとの間で肩部を形成する、ノズル本体、及び
   上記源端部と上記出口端部との間を通って延びる標的材料送給チューブであって、上記ノズルの上記源端部の近くに位置する第１の端部と、当該ノズルの上記出口端部の近くに位置し、上記肩部に当接する第２の端部とを有し、上記第２の端部が膨張開口を有し、上記第１の端部が上記標的材料を受け取り、当該第２の端部が当該標的材料を上記膨張開口を通して該ノズルの当該出口端部内へ放出するような標的材料送給チューブ、を有し、
   上記ノズル本体の内表面が、ギャップを形成するように上記標的材料送給チューブの外表面から離れていることを特徴とするノズル。
5. レーザープラズマ極紫外（ＥＵＶ）放射線源のためのノズルにおいて、
   標的材料を受け取る源端部と、上記標的材料のスプレーを放出する出口端部とを有するノズル本体、及び
   上記源端部と上記出口端部との間を通って延び、低熱伝導材料、グラファイト及び耐火材料からなるグループから選択された材料で作られる標的材料送給チューブ、を有し、
   上記ノズル本体の内表面が、ギャップを形成するように上記標的材料送給チューブの外表面から離れていることを特徴とするノズル。
6. 上記送給チューブがステンレス鋼で作られることを特徴とする請求項５に記載のノズル。
7. レーザープラズマ極紫外（ＥＵＶ）放射線源のためのノズルにおいて、
   液体標的材料を受け取る源端部と、固体粒子標的材料のスプレーを放出する出口端部とを有するノズル本体、及び
   上記源端部と上記出口端部との間を通って延びる標的材料送給チューブであって、上記ノズルの上記源端部の近くに位置する第１の端部と、当該ノズルの上記出口端部の近くに位置する第２の端部とを有し、上記第２の端部が膨張開口を有し、上記第１の端部が上記標的材料を受け取り、当該第２の端部が当該標的材料を上記膨張開口を通して該ノズルの当該出口端部内へ放出するような標的材料送給チューブ、を有し、
   上記ノズル本体の内表面が、ギャップを形成するように上記標的材料送給チューブの外表面から離れていることを特徴とするノズル。
8. レーザープラズマ極紫外（ＥＵＶ）放射線源のためのノズルにおいて、
   液体標的材料を受け取る源端部と、液滴標的材料のスプレーを放出する出口端部とを有するノズル本体、及び
   上記源端部と上記出口端部との間を通って延びる標的材料送給チューブであって、上記ノズルの上記源端部の近くに位置する第１の端部と、当該ノズルの上記出口端部の近くに位置する第２の端部とを有し、上記第２の端部が膨張開口を有し、上記第１の端部が上記標的材料を受け取り、当該第２の端部が当該標的材料を上記膨張開口を通して該ノズルの当該出口端部内へ放出するような標的材料送給チューブ、を有し、
   上記ノズル本体の内表面が、ギャップを形成するように上記標的材料送給チューブの外表面から離れていることを特徴とするノズル。
9. レーザープラズマ極紫外（ＥＵＶ）放射線源のためのノズルにおいて、
   液体標的材料を受け取る源端部と、コリメータ部分を有し、液滴のスプレーとして液体標的材料のスプレーを放出する出口端部と、これらの間を延びるボアとを有するノズル本体、及び
   標的材料送給チューブであって、上記ボア内の上記ノズル本体の内表面と上記送給チューブ外表面との間にギャップを形成するように当該ボアを通って延び、上記ノズルの上記源端部の近くに位置する第１の端部と、上記コリメータ部分の近くに位置する第２の端部とを有し、上記第２の端部が当該コリメータ部分の直径よりも小さな直径の膨張開口を有し、上記第１の端部が上記液体標的材料を受け取り、上記膨張開口が当該標的材料を該コリメータ部分内へ放出するような標的材料送給チューブ、を有することを特徴とするノズル。
10. レーザープラズマ極紫外（ＥＵＶ）放射線源のためのノズルにおいて、
    液体標的材料を受け取る源端部と、コリメータ部分を有し、液滴のスプレーとして液体標的材料のスプレーを放出する出口端部と、これらの間を延びるボアとを有するノズル本体、及び
    標的材料送給チューブであって、上記ボアの内表面と上記送給チューブ外表面との間にギャップを形成するように当該ボアを通って延び、低熱伝導材料、ステンレス鋼、グラファイト及び耐火材料からなるグループから選択された材料で作られ、上記ノズルの上記源端部の近くに位置する第１の端部と、上記コリメータ部分の近くに位置する第２の端部とを有し、上記第２の端部が当該コリメータ部分の直径よりも小さな直径の膨張開口を有し、上記第１の端部が上記液体標的材料を受け取り、上記膨張開口が当該標的材料を該コリメータ部分内へ放出するような標的材料送給チューブ、を有することを特徴とするノズル。
11. 上記コリメータ部分が上記ボアの直径より小さい直径を有して上記コリメータ部分と上記ボアとの間で肩部を形成し、上記送給チューブの上記第２の端部が上記肩部に当接することを特徴とする請求項１０に記載のノズル。
12. 極紫外（ＥＵＶ）放射線を発生させる方法において、
    源端部と、コリメータ部分を有する出口端部とを有するノズル本体を提供する工程、
    上記源端部と上記出口端部との間において標的送給チューブを位置決めする工程であって、上記ノズル本体の内表面がギャップを形成するために上記標的送給チューブの外表面から離れるように上記標的送給チューブを位置決めする工程、
    加圧標的材料を上記標的送給チューブの第１の端部に適用する工程、及び
    上記標的送給チューブの第２の端部から上記コリメータ部分内へ、上記出口端部を通してノズルから放出されるべき上記標的材料を液体スプレーとして放出する放出工程、を有することを特徴とする方法。
13. 上記放出工程は、上記標的送給チューブが上記第２の端部において膨張開口を有しており、上記コリメータ部分よりも小さな直径を有する上記膨張開口を通して上記標的材料を放出する工程を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。

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