(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
極紫外線ＥＵＶ放射を生成するためのＥＵＶ放射源であって、
ターゲット材料流をターゲットエリアに放出するためのソースノズルであって、ターゲット材料流が放出される出口オリフィスを含むソースノズルを備え、
前記ターゲット材料流は、前記ターゲットエリアに到達するとき完全に凍結されるとともに、毎秒約１０ｍｍで伝搬し、更に、
レーザビームを生成するレーザ源であって、レーザビームが前記ターゲットエリアにおいて前記ターゲット材料流に衝当して、前記ＥＵＶ放射を放出するプラズマを生成する、レーザ源を備え、
前記ソースノズルの前記出口オリフィスが前記ターゲットエリアから１０ｃｍ以上離れている、
ＥＵＶ放射源。
【請求項２】
請求項１に記載の放射源において、前記ソースノズルの前記出口オリフィスは前記ターゲットエリアから約１８０ｍｍ離れている放射源。
【請求項３】
請求項１に記載の放射源において、前記ソースノズルは、前記ターゲット材料流が放出される毛細管を含む、放射源。
【請求項４】
請求項１に記載の放射源において、前記ターゲット材料流は液体流として前記ソースノズルから放出され、前記ターゲット材料流は、前記ターゲットエリアに到達する前に凍結する、放射源。
【請求項５】
請求項１に記載の放射源において、前記ターゲット材料流は、柱形フィラメント、複数の離間した柱形フィラメント、小滴の流れおよびターゲットシートからなるグループから選択される、放射源。
【請求項６】
請求項１に記載の放射源において、前記ターゲット材料はキセノンである放射源。
【請求項７】
極紫外線ＥＵＶ放射を生成するためのＥＵＶ放射源であって、
ターゲット材料流をターゲットエリアに放出するためのソースノズルであって、ターゲット材料流が放出される出口オリフィスを含むソースノズルを備え、
前記ターゲット材料流は、前記ターゲットエリアに到達するとき完全に凍結されるとともに、毎秒約１０ｍｍで伝搬し、更に、
レーザビームを生成するレーザ源であって、レーザビームが前記ターゲットエリアにおいて前記ターゲット材料流に衝当して、前記ＥＵＶ放射を放出するプラズマを生成する、レーザ源を備え、
前記ソースノズルの前記出口オリフィスは、前記ＥＵＶ放射が前記出口オリフィス付近のターゲット蒸気によって実質上吸収されないように、前記ターゲットエリアから離間する、
ＥＵＶ放射源。
【請求項８】
請求項７に記載の放射源において、前記ソースノズルの前記出口オリフィスは前記ターゲットエリアから１０ｃｍ以上離れている放射源。
【請求項９】
請求項７に記載の放射源において、前記ターゲット材料流は液体流として前記ソースノズルから放出され、前記ターゲット材料流は、前記ターゲットエリアに到達する前に完全に凍結する、放射源。
【請求項１０】
請求項７に記載の放射源において、前記ターゲット材料流は、柱形フィラメント、複数の離間した柱形フィラメント、小滴の流れおよびターゲットシートからなるグループから選択される、放射源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概括的には極紫外線（ＥＵＶ：extreme ultraviolet）放射源に関し、より詳細には、レーザプラズマＥＵＶ放射源に関し、レーザビームおよびターゲット流のためのターゲットエリアがソースノズルから十分に遠隔し、プラズマを隔離して、レーザ電力のＥＵＶ放射への変換を改善する。
【背景技術】
【０００２】
超小型電子（マイクロエレクトロニクス）集積回路は通常、当業者にはよく知られているフォトリソグラフィプロセスによって基板上にパターニングされており、その回路素子はマスクを通して伝搬する光ビームによって画定される。最新のフォトリソグラフィプロセスおよび集積回路アーキテクチャがさらに発展するようになると、回路素子はより小型になるとともに、より近接して配置されるようになる。回路素子が小さくなると、さらに短い波長の光ビームを生成するフォトリソグラフィ光源を用いる必要がある。言い換えると、光源の波長が短くなると、フォトリソグラフィプロセスの解像度（分解能）が向上し、より小型の集積回路素子が画定されるようになる。フォトリソグラフィ光源のための現在の動向は、極紫外線（ＥＵＶ）あるいは軟Ｘ線波長（１３〜１４ｎｍ）の光を生成するシステムを開発することである。
【０００３】
ＥＵＶ放射を生成するための種々の装置が当該技術分野において知られている。最も一般的なＥＵＶ放射源のうちの１つは、レーザプラズマターゲット材料として気体、典型的にはキセノンを用いるレーザプラズマ気体凝縮（ガスコンデンセイション）放射源である。アルゴンおよびクリプトンのような他の気体、および複数の気体の混合もレーザターゲット材料として知られている。レーザ生成プラズマ（ＬＰＰ：laser produced plasma）に基づく既知のＥＵＶ放射源では、気体は通常極低温の液相まで冷却され、その後、オリフィスあるいは他のノズル開口部を通して、連続した液流あるいはフィラメントとして真空プロセスチャンバに押し込まれる。液体ターゲット材料は真空環境において急速に蒸発（気化）して凍結（凝固）し、凍結されたターゲット流になる。室温では気体である極低温に冷却されたターゲット材料は、光源光学系において凝結することがないので、またプロセスチャンバにより排出されなければならない副生成物を最小限しか生成しないので望ましい。いくつかの設計では、ノズルから放出されるターゲット材料が、ある特定の直径（３０〜１００μｍ）および所定の液滴間隔を有する液滴の流れを形成するように、ノズルが振動される。
【０００４】
ターゲット流は、通常Ｎｄ：ＹＡＧレーザからの高電力レーザビームパルスによって照射され、そのビームパルスがターゲット材料を加熱して、ＥＵＶ放射を放出する高温プラズマを生成する。レーザのパルス周波数は応用形態に固有であり、種々の要因に依存する。レーザビームパルスは、プラズマを生成するだけの十分な熱を与えるために、ターゲットエリアにおいてある一定の強度がなければならない。典型的なパルス持続時間は５〜３０ｎｓであり、典型的なパルス強度は５×１０10〜５×１０12Ｗ／ｃｍ2の範囲内にある。
【０００５】
図１は、圧力をかけた状態でキセノンのような適当なターゲット材料を保有するターゲット材料貯留チャンバ１４を備えるノズル１２を含む、上記のタイプのＥＵＶ放射源１０の平面図である。チャンバ１４内には、ターゲット材料を極低温に冷却して液状にする熱交換器あるいは凝縮器（コンデンサ）が設けられる。液体ターゲット材料は、ノズル１２の細いスロート部あるいは毛管（毛細管）１６を通して押し出され、フィラメントあるいはターゲット流１８として、ターゲットエリア２０に向けて、圧力をかけた状態で真空プロセスチャンバ２６内に放出される。液体ターゲット材料は真空環境において蒸発して急速に凍結し、その材料がターゲットエリア２０に向かって伝搬するのに応じて、ターゲット材料の固体フィラメントが形成される。ターゲット材料の蒸気圧とともにその真空環境によって、ターゲット流１８が移動する距離および他の要因に応じて、凍結したターゲット材料は最終的に凍結したターゲットフラグメントに分割されるようになる。
【０００６】
レーザ光源２４からのレーザビーム２２が、プロセスチャンバ２６内のターゲットエリア２０に向けて指向され、ターゲット材料フィラメントを気化させる。レーザビーム２２からの熱によって、ターゲット材料は、ＥＵＶ放射３２を放射するプラズマ３０を生成するようになる。ＥＵＶ放射３２は集光器光学系（collector optics）３４によって収集され、パターニングされる回路（図示せず）あるいはＥＵＶ放射３２を用いる他のシステムに指向される。集光器光学系３４は、放射３２を収集し、指向させるのに適した任意の形状、例えば楕円形ディッシュ（反射器）にすることができる。この設計では、レーザビーム２２は、図に示されるように、集光器光学系３４内の開口部３６を通って伝搬する。他の設計では、他の構成を用いることができる。
【０００７】
別の設計では、スロート部１６は、圧電振動子のような適当なデバイスによって振動させることができ、そこから放出される液体ターゲット材料が小滴（粒子）の流れを形成できるようにする。振動の周波数およびターゲット流速度が小滴のサイズおよび間隔を決定する。ターゲット流１８が小滴の流れである場合には、レーザビーム２２はパルス化され、小滴毎に衝当するか、ある一定の数の小滴毎に衝当することができる。
【０００８】
上記のように、プロセスチャンバ内の液体ターゲット材料が低温であること、および蒸気圧が低いことにより、ターゲット材料は、ノズル出口オリフィスを出る際に、急速に凍結し始めるようになる。この急速な凍結は、ノズルの出口オリフィスの外側表面上に氷を形成する傾向がある。氷の形成はターゲット材料の流れと相互作用し、その流れを不安定にし、ターゲットフィラメントが損なわれずに（完全な状態で）、高い位置精度でターゲットエリアに達する能力に影響を及ぼす。
【０００９】
また、フィラメントの空間的な不安定性は、フィラメント内の流体速度の半径方向の変動が緩和する前にターゲット材料が凍結する結果として生じる場合があり、それにより凍結されたターゲットフィラメントに、応力に起因にする亀裂（クラック）が生じるようになる。言い換えると、液体ターゲット材料が出口オリフィスから液体の流れとして放出されるとき、その液体の流れの中心の流速は、液体の流れの外側の流速よりも速くなる。これらの速度の変動は、液体の流れが伝搬していくにつれて等しくなる傾向がある。しかしながら、液体の流れは真空環境では急速に凍結するので、速度勾配の結果として、凍結されたフィラメント内に応力が引き起こされる。
【００１０】
気化するターゲット流１８は、真空チャンバ２６内のその位置により、ある一定の定常状態圧力勾配を生成する。真空チャンバ２６内の圧力は、ターゲット流１８から離れていくにしたがって減少する。ガス圧が絶縁破壊を引き起こすほど十分に高い場合には、放電アークがプラズマ３０からノズル１２の導電性の部分に発せられる。これらのアークは比較的長い距離を移動することができ、ノズルスロート１６に損傷を与え、結果として、ターゲット流１８の品質を劣化させる。ターゲット流を包囲する局部的な圧力が十分に低い場合には、放電アークは引き起こされない。さらに、プラズマ３０からの高速原子、余分な固体片、および気化されないターゲット材料が、ノズル１２に衝撃を与える可能性がある。
【００１１】
プラズマ３０からの放電アークによって、ノズル材料が溶融あるいは気化するようになり、チャンバにおいてノズルの損傷を引き起こし、余分な破片を生成する。また、高速な原子および余分なターゲット材料はノズル１２を侵食する。この破片は、光学素子および放射源の他の構成要素にも損傷を与え、結果として製造コストを増加させる。
【００１２】
ＥＵＶ放射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、収集可能なＥＵＶ放射に変換されるレーザビームエネルギーの割合、すなわちＥＵＶ放射のワット数をレーザ電力のワット数で割った値である。プロセスチャンバ２６内に放出されるキセノン蒸気あるいは他のターゲットガス蒸気は、ターゲット流１８が凍結する際に、ＥＵＶ放射３２を吸収し、放射源の変換効率に直接的に影響を及ぼす。たとえば、ノズル出口オリフィスがターゲット領域２０から数ミリメートルしか離れていない場合には、ＥＵＶ放射のうちの約３０％が吸収されるであろう。プロセスチャンバ２６は数ミリトル（Torr）未満の平均圧力に保持され、チャンバ内のターゲット材料蒸気を、それゆえターゲット材料蒸気へのＥＵＶ吸収損失を最小限に抑える。ターゲット流が完全に凍結するとき、そこからもはや蒸気は放出されない。それゆえ、ＥＵＶを吸収する蒸気の大部分はノズル出口オリフィス付近に存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ターゲットエリア２０をノズル１２から十分に遠隔するように移動させ、プラズマ３０からのアーク放電および高速イオンによってノズル１２および他の放射源構成要素が損傷を受けないようにすることが望ましいであろう。さらに、ターゲットエリア２０をノズル１２から十分に遠隔するように移動させることにより、生成されるＥＵＶ放射がターゲット蒸気によってあまり吸収されないようになる。これはコストに有利に作用する。なぜなら、同じ量のＥＵＶ放射出力を得るためにあまり強力なレーザが必要とされず、必要とされる真空圧が低くて済むためである。ターゲット流が不安定であることへの対策を講じて、ターゲット流がターゲットエリア２０に正確に衝当するようにする必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の教示によれば、高いＥＵＶ変換効率を提供するＥＵＶ放射源が開示される。その放射源は、ターゲット領域に向けてターゲット材料の流れを放出するノズルと、プラズマを生成するためにターゲット領域においてターゲット流と衝当するレーザビームとを含む。ノズルはターゲット領域から十分に遠隔した距離に配置され、プラズマから放出されるＥＵＶ放射が、ノズルに隣接するターゲット蒸気によって大きく吸収されないようにする。またプラズマからのアーク放電が、ノズルをそれほど侵食せず、また放射源光学系を汚染することもない。１実施形態では、ノズルはターゲット領域から１０ｃｍ以上離隔される。別の実施形態では、ノズルは、ターゲット流がターゲット領域に達する前に完全に凍結（凝固）するだけの十分に遅い速度でターゲット流を放出する。
【００１５】
本発明のさらに別の利点および特徴は、添付の図面を参照する以下の説明および特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ノズル出口オリフィスから１０ｃｍ以上離れたターゲット領域を含むＥＵＶ放射源を対象にする本発明の実施形態の以下に記載される説明は実際には単なる例示であり、決して本発明およびその応用形態あるいは用途を限定するものではない。
【００１７】
図２は本発明の１実施形態による上記のタイプのＥＵＶ放射源４０の平面図である。放射源４０は、真空プロセスチャンバ４４内に延在するノズル４２を含む。ノズル４２は、極低温に冷却されて液体になる、キセノンのようなターゲット材料を受ける。別の実施形態では、ターゲット材料には、本明細書に記載される目的を果たすのに適した任意の材料を用いることができる。ターゲット材料は、ノズル出口毛細管４８からターゲット材料流４６として放出される。ターゲット材料流４６は、ある一定の直径（１００μｍまで）を有する柱形フィラメント、ある一定の直径（２００μｍまで）を有する、周期的に間隔を置いたターゲット小滴、フィラメントシート、離間した柱形フィラメントなどを含む、ＥＵＶ放射源のために適した任意のターゲット流を表すことを意図している。
【００１８】
上記のように、ターゲット流４６は一般に毛細管４８から液体流として放出され、蒸発冷却の結果として、凍結した外殻を形成し始める。ターゲット流４６は引き続き凍結し、完全に凍結した外殻を形成することになる。ターゲット流４６およびレーザビーム５４は、上記のように、ターゲット相互作用領域５０に向けて指向され、プラズマ５２が生成される。プラズマ５２はＥＵＶ放射５６を放出し、それは収集され、フォトリソグラフィのような特定の目的のために用いられる。ターゲット流４６の蒸発冷却は、凍結するときキセノン蒸気を生成し、それは局部的に、ＥＵＶ放射５６を吸収し、放射源性能を劣化させるように作用する。一旦ターゲット流４６が完全に凍結すると、蒸発冷却は終了する。従って、ターゲット領域５０がノズル出口オリフィスから離れるほど、ターゲット領域５０において完了するターゲット流蒸発冷却は多くなり、ＥＵＶ放射５６を吸収するように存在する局部的な蒸気は少なくなる。
【００１９】
本発明によれば、毛細管４８の端部からターゲット領域５０までの距離は、局部的な蒸気雲が分散されるようにされ、それゆえ、ＥＵＶ放射５６が気化しているガスによってあまり吸収されないように設定される。１実施形態では、この距離は１０ｃｍ以上である。しかしながら、これは一例であって、限定するものではなく、種々の放射源が異なる距離を用いることができる。たとえば、毛細管４８の端部とターゲット領域５０との間の距離を約１８０ｍｍにすることにより、ＥＵＶ放射５６は蒸気雲によって全く吸収されないようになる。
【００２０】
さらに、プラズマ５２はノズル４２から比較的離れているので、プラズマ５２とノズル４２との間にアーク放電は生じない。離れていなければ、アーク放電がスパッタリングを引き起こし、それによってノズル４２が損傷を受け、放射源４０内の集光器光学系が汚染されることになる。このように、ノズルおよび集光器光学系の寿命が維持されることになる。
【００２１】
ノズル４２からのターゲット流４６の放出は厳密に制御され、ターゲット流４６がターゲット領域５０においてレーザビーム５４と正確に交差するようにする。ノズル４２内のキセノンの温度および圧力、ならびにノズル出口オリフィスの局部的なガス圧は、安定したターゲット流を得るために必要とされる許容差まで制御される。
【００２２】
別の実施形態では、ノズル４２は毛細管４８からターゲット流４６を比較的遅い速度で押し出し、それによりターゲット流４６がより長い時間をかけて凍結した後に、ターゲット領域５０に到達するようにする。こうして、ターゲット流４６はターゲット領域５０において凍結されるので、蒸発冷却の結果としてターゲット領域５０付近において蒸発するガスは存在しない。１実施形態では、ターゲット流４６は毎秒約１０ｍｍの速度を有する。
【００２３】
上記の説明は単に本発明の典型的な実施形態を開示し、記載するにすぎない。そのような説明、および添付の図面および特許請求の範囲から、特許請求の範囲によって規定される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の改変、変更および変形を実施することができることは当業者は容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】レーザプラズマＥＵＶ放射源の平面図である。
【図２】本発明の１実施形態による、ノズルアセンブリの出口オリフィスがターゲット領域から１０ｃｍ以上の距離にあるレーザプラズマＥＵＶ放射源の平面図である。
【図１】
0004629990.tif 000002
【図２】
0004629990.tif 000003