(57)【要約】  極端紫外光源は、レーザ生成プラズマ（３）において極端紫外放射を生成することが可能な生成位置と、極端紫外線をコリメートする集光光学系（６）とを備える。加圧ガス流入が、生成位置で発生したデブリ（４）から集光光学系（６）を保護するために、生成位置と集光光学系（６）との間でガスカーテンを形成する。このガス流入は、集光光学系（６）の表面に沿うように送られる。したがって、集光光学系（６）をデブリ（４）から遮蔽することによって、集光光学系（６）の寿命が延びる。この遮蔽ガスをさらに用いて、集光光学系（６）を冷却することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
極端紫外放射を生成することが可能な生成位置と、
前記生成位置で生成された前記極端紫外放射をコリメートする集光光学系（６）と、
前記生成位置で発生したデブリ（４）から前記集光光学系（６）を保護するために、前記生成位置と前記集光光学系（６）との間でガスカーテンを形成する加圧ガス流入と
を備える極端紫外光源において、
前記ガス流入が、前記集光光学系（６）の表面に沿うように送られることを特徴とする、極端紫外光源。
【請求項２】
前記ガス流入が、前記集光光学系（６）の外側境界付近に配置された複数の軸対称噴射ノズル（１７）によって実現されることを特徴とする、請求項１に記載の極端紫外光源。
【請求項３】
前記ガス流入が、前記集光光学系（６）の外側境界全体を被覆する１つの軸対称噴射ノズル（１７）によって実現されることを特徴とする、請求項１に記載の極端紫外光源。
【請求項４】
前記ガスが、好ましくは、水素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン、窒素、塩素、フッ素、臭素、及びヨウ素を含む群から選択された希ガスを含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の極端紫外光源。
【請求項５】
前記ガス流入の速度が、非常に高く、好ましくは、噴射点（１７）における音速よりも大幅に高いことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の極端紫外光源。
【請求項６】
前記ガスが、前記集光光学系（６）の中央で印加される真空によって、装置から能動的にポンプ排出されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の極端紫外光源。
【請求項７】
前記ガス流入が、前記ガスカーテンの流動に渦流が誘起されるように、前記集光光学系（６）の前記境界に対して接線方向の追加の成分を含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の極端紫外光源。
【請求項８】
前記噴射点の半径方向線に対する接線角度が０°〜４５°の間である、請求項７に記載の極端紫外光源。
【請求項９】
前記ガスカーテンが、少なくとも２つの層を備え、前記集光光学系（６）からより離れた第１の層が、前記集光光学系の前記表面により近い第２の層よりも高速であり、したがって、前記第２の層が、前記生成位置の圧力状態によって乱されることがないことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の極端紫外光源。
【請求項１０】
前記ガスが、前記集光光学系（６）の前記表面をデブリの堆積、及びデブリによる侵食から保護し始める前記噴射点（１２）に到達する前に、前記集光光学系（６）の裏面に沿って導くことによって、前記集光光学系（６）用の冷却剤として同時に使用され、前記ガスが、前記噴射点（１２）で最大滞留温度７００Ｋで噴射される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の極端紫外光源。
【請求項１１】
内部冷却が、前記集光光学系（６）の前記裏面上で前記ガスの質量流量を制御することによって、前記集光光学系（６）の前記表面上の熱流束と整合するように調整される、請求項１０に記載の極端紫外光源。
【請求項１２】
前記熱流束の整合が、前記集光光学系（６）の前記裏面にある孔（１０）の幾何形状的な配置によって実現される、請求項１１に記載の極端紫外光源。
【請求項１３】
前記熱流束の整合が、前記集光光学系（６）の前記裏面にあるタービュレータ（１８）の配置によって実現される、請求項１１に記載の極端紫外光源。
【請求項１４】
前記ガスが、少なくとも前記極端紫外光生成位置の圧力の出口静圧で噴射される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の極端紫外光源。
【請求項１５】
前記ガスをさらに用いて、前記集光光学系（６）の前記表面が洗浄される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の極端紫外光源。
【請求項１６】
前記ガスが、イオン化されることを特徴とする、請求項１５に記載の極端紫外光源。
【請求項１７】
前記集光光学系（６）が、中央に孔（７）を含む集光ミラーを備える、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の極端紫外光源。
【請求項１８】
前記ガス流入が、前記集光光学系（６）の前記外側境界に対して半径方向の成分を有するように、前記集光光学系（６）に平行に噴射される、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の極端紫外光源。
【請求項１９】
別個の（１９）、好ましくは閉ループの集光器冷却システム（８、９、１０、１１）が設けられる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の極端紫外光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極端紫外（ＥＵＶ）放射生成の分野に関する。本発明は、請求項１の前文に記載の極端紫外光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代の半導体デバイスは、極端紫外（ＥＵＶ）リソグラフィを用いて製造されることになる。ＥＵＶ光は、１２０ｎｍ〜１０ｎｍの間の波長を有する電磁放射である。ＥＵＶ源では、ターゲット材料、例えばスズ（Ｓｎ）を照射することによって、ＥＵＶ発光プラズマが生成される。ターゲット材料を励起させる放射はレーザビームであり、レーザ生成プラズマ（ＬＰＰ）を生成することができる。ＥＵＶ放射は、集光光学系、例えばコリメートミラーによって集光され、中間領域に送られて、ＥＵＶ光源の外部で使用される。
【０００３】
ＥＵＶ発光レーザプラズマによって生成されるデブリ（異物）によって、集光光学系の寿命が制限され、量産を保証するためには、こうしたデブリを軽減しなければならない。デブリ粒子は、高い運動エネルギーを有し、そのため集光光学系に侵食が生じるので、危険である。２種類のデブリ、すなわちイオンと、中性物質（ｎｅｕｔｒａｌ）とを認識することができる。イオンは、エネルギーが高く（１〜１０ｋｅＶ）、帯電しており、表面に衝突する際に化学反応を促進するので、集光器にとって最も危険である。しかし、イオンは、電界によって偏向させることができる（Ｆ．Ａｌｆｉｅｒｉ，Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  ｓｔｕｄｙ  ａｎｄ  ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  ａ  ｌａｓｅｒ  ｐｌａｓｍａ  ｄｅｂｒｉｓ−ｆｒｅｅ  ＥＵＶ  ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ  ｍｏｄｕｌｅ，Ｍａｓｔｅｒ  Ｔｈｅｓｉｓ，ＥＴＨ，２００８）。一方、中性物質は、より低い運動エネルギーを有し（＜１ｅＶ）、反応性がより低いが、軽減させることがより困難である。ＥＵＶ源設備の光学系に関する別の重要な課題に、集光器の温度管理があり、その理由は、集光器の形状、したがって光の合焦性が、熱膨張の影響を受けるからである。
【０００４】
国際公開第２００８／１０５９８９号パンフレットに、ＬＰＰ  ＥＵＶ光源が開示されている。この光源は、高エネルギー状態に励起されると極端紫外光を放射することが可能な材料の液滴が送達されるチャンバを備える。これらの液滴は、レーザによって生成された光パルスで照射され、したがってプラズマが生成され、ＥＵＶ発光が生じる。この光源は、ＥＵＶ光を中間領域でコリメートし、その後使用できるようにする集光光学系をさらに備える。国際公開第２００８／１０５９８９号パンフレットには、プラズマと光学系との間に流動ガスを配設することが提案されている。ガスは、プラズマと光学系との間隔にわたって、イオンが光学系に到達する前に、イオンエネルギーを目標最大エネルギー準位まで低減させるように動作するのに十分なガス圧を確立しなければならない。ガスは、調節されたガス源によってチャンバ内に送達され、チャンバ中を流れ、調節可能なポンプによってチャンバから除去される。
【０００５】
国際公開第０３／０２６３６３号パンフレットには、ガスカーテンを用いて、デブリが光学系上に堆積するのを防止することが教示されている。ガスカーテン装置によって、ＥＵＶ光の経路にわたってガス流を噴出して、デブリ粒子を光の経路の方向とは異なる方向に偏向させている。
【０００６】
国際公開第２００９／０２５５５７号パンフレットには、点火材料の供給液滴を所定のターゲット点火位置に供給するように構成された供給部と、所定のターゲット点火位置で合焦するように配置され、液滴を極端紫外生成プラズマに変えるように、所定のターゲット点火位置にある液滴に衝突することによってプラズマを生成するレーザとを含む、極端紫外放射を生成するモジュールが開示されている。また、このモジュールは、放射が焦点ＦＰで合焦するように、放射を反射するように構築され、配置されたミラー面を含む集光ミラーと、プラズマによって生成された粒子デブリを軽減するために、ミラー面を横断する方向にミラー面から離れて流れるガス流を形成するように構築された流体供給部とを含む、チャンバを含む。こうした粒子デブリの軽減は、好ましくはペクレ作用を用いて行う。いわゆるペクレ数は、流動の移流と、その拡散率との比率を表し、拡散は熱拡散であることが多い。ペクレ数は、熱拡散の場合、レイノルズ数とプラントル数との積に等しく、質量分散の場合、レイノルズ数とシュミット数との積に等しい。流動の移流が十分高くなるように流動を構築することによって、ペクレ数は非常に高くなり、したがって集光ミラーに到達する粒子デブリは十分低くなる。しかし、この手段の欠点は、集光されたＥＵＶ放射が通過するチャンバの内部に、大量のガスが流れ込むことである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、集光光学系をデブリ（イオン、及び中性物質）から効果的に遮蔽し、それによって集光光学系の寿命を延ばすことである。本発明のさらなる目的は、集光光学系を冷却することである。それと同時に、一連の液滴にはできる限り影響が及ばないようにしなければならず、また、ＥＵＶ放射及びその透過にもそれほど影響が及ばないようにしなければならない。上記及びその他の目的は、第１の請求項に記載の本発明によって実現される。本発明の好ましい実施形態を従属請求項に規定する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、極端紫外光源は、極端紫外放射を生成することが可能な生成位置と、生成位置で生成された極端紫外放射をコリメートする集光光学系と、生成位置で発生したデブリから集光光学系を保護するために、生成位置と集光光学系との間でガスカーテンを形成する加圧ガス流入とを備え、それによって、ガス流入は、集光光学系の表面に沿うように送られる。
【０００９】
集光器は、集光光学系の表面に沿うガスカーテンによって保護される。ガスカーテンの目的は、衝突、したがって運動量交換によってデブリを偏向させることである。このようにして、イオン、及び中性物質の両方を偏向させる。衝突の頻度は、流動の密度に依存し、運動量交換は、粒子の速度及び質量に依存する。したがって、ガスカーテンは、高密度、高速度、及び大量の原子を有しなければならない。一方、密度は、ＥＵＶ放射の吸収、及び液滴が落ちる間の考えられ得る妨害ができる限り回避されるように選択する。
【００１０】
ガスカーテンの概念を調べるために、ＤＳ２Ｖを用いてシミュレーションを行った。ＤＳ２Ｖは、Ｇ．Ａ．Ｂｉｒｄによって開発され、完全に実証されているプログラムである。このプログラムは、直接シミュレーションモンテカルロ（ＤＳＭＣ）法を実施する。ナビエ−ストークス方程式を解く一般的な計算流体力学（ＣＦＤ）コードは使用することができず、その理由は、希薄な流動をシミュレートしなければならず、Ｋｎの数は、１のオーダ、又はそれよりも高いオーダのものであり、すなわち連続体仮定が有効でないからである。
【００１１】
ＤＳＭＣ法は、数千又は数百万もの代表的な分子の運動及び衝突の計算によって、気体流動をモデリングするのに広く使用されている（モンテカルロシミュレーションの応用例の大部分は、希薄気体力学の例で使用されてきている）。シミュレーションを実施して、ガスカーテンの作動原理について試験し、その有効性を実証してきた。速度、インジェクタ厚さ、数密度、渦流角度、入口速度プロファイル等、様々なパラメータの影響について研究してきた。ミラーに到達したデブリの百分率、及び中間焦点−ミラー−焦点の経路に沿ったガスカーテンのガスの存在によるＥＵＶ放射の吸収を知るために、各シミュレーションについて後処理を行った。軽減能力と、放射吸収とは、ガスカーテンに適用すべきパラメータを選択する際のトレードオフとなる。しかし、デブリ軽減能力の重要性の方が遙かに高く、デブリ軽減能力によって、非常に高価な集光器の寿命が決まるからである。
【００１２】
本発明の実施形態によれば、ガス流入は、集光光学系の外側境界付近に配置された複数の軸対称噴射ノズルによって実現される。
【００１３】
本発明の別の実施形態によれば、ガス流入は、集光光学系の外側境界全体を被覆する１つの軸対称噴射ノズルによって実現される。
【００１４】
本発明の別の実施形態によれば、ガスは、好ましくは、水素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン、塩素、フッ素、臭素、及びヨウ素を含む群から選択された希ガスを含む。
【００１５】
本発明の別の実施形態によれば、ガス流入の速度は、非常に高く、好ましくは、噴射点における音速よりも大幅に高い。
【００１６】
本発明の別の実施形態によれば、ガスは、集光光学系の中央で印加される真空によって、装置から能動的にポンプ排出される。
【００１７】
本発明の別の実施形態によれば、ガス流入は、ガスカーテンの流動に渦流が誘起されるように、集光光学系の境界に対して接線方向の追加の成分を含む。
【００１８】
本発明の別の実施形態によれば、噴射点の半径方向線に対する接線角度は、０°〜４５°の間である。
【００１９】
本発明の別の実施形態によれば、ガスカーテンは、少なくとも２つの層を備え、集光光学系からより離れた第１の層は、集光光学系の表面により近い第２の層よりも高速であり、したがって、第２の層は、生成位置の圧力状態によって乱されることがない。
【００２０】
本発明の別の実施形態によれば、ガスは、集光光学系の表面をデブリの堆積、及びデブリによる侵食から保護し始める噴射点に到達する前に、集光光学系の裏面に沿って導通することによって、集光光学系用の冷却剤として同時に使用され、また、ガスは、噴射点で最大滞留温度７００Ｋで噴射される。
【００２１】
本発明の別の実施形態によれば、内部冷却は、集光光学系の裏面上でガスの質量流量を制御することによって、集光光学系の表面上の熱流束と整合するように調整される。
【００２２】
本発明の別の実施形態によれば、熱流束の整合は、集光光学系の裏面にある孔の幾何形状的な配置によって実現される。
【００２３】
本発明の別の実施形態によれば、熱流束の整合は、集光光学系の裏面にあるタービュレータの配置によって実現される。
【００２４】
別の好ましい実施形態によれば、流体は、帯電及び／又はイオン化させることができる。
【００２５】
本発明の別の実施形態によれば、ガスは、少なくとも極端紫外光生成位置の圧力の出口静圧で噴射される。
【００２６】
本発明のまた別の実施形態によれば、流体をさらに用いて、集光光学系の表面が洗浄される。
【００２７】
本発明の別の実施形態によれば、集光光学系は、中央に孔を含む集光ミラーを備える。
【００２８】
本発明のさらに別の実施形態によれば、ガス流入は、集光光学系の外側境界に対して半径方向の成分を有するように、集光光学系に平行に噴射される。
【００２９】
次に、様々な実施形態によって、添付の図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明によるＬＰＰベースのＥＵＶ源を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明によるＥＵＶ源の一部を示す上面図である。
【図３】本発明によるＥＵＶ源のガスカーテンのエジェクタを示す断面図である。
【図４】本発明によるＥＵＶ源のガスカーテン密度のＣＦＤシミュレーションを示す上面図である。
【図５】本発明のＥＵＶ源のデブリのＣＦＤシミュレーションを示す上面図である。
【図６】最適値を用いて正規化した渦流角度の関数としての、ミラーに衝突したデブリの百分率計算値を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明によるＥＵＶ源の好ましい実施形態を、図１に示す。図示の要素は、真空チャンバ内で封止しなければならず、したがってＥＵＶ放射の吸収は限られている。ＥＵＶ源は、パルス化レーザ放射５と位置合せされた、質量限定ターゲットディスペンサ１を備える。質量限定ターゲット２、例えば液滴が、ＥＵＶ生成領域３においてレーザ放射５によって照射され、この領域３で、液滴２を励起することによってＥＵＶ光が生成される。ＥＵＶ放射と共にデブリ４が発生し、集光光学系６、例えば多層ミラーの方向に拡散する。集光光学系６は、パルス化レーザ放射５が通過することができるように、中央７に孔７を備える。
【００３２】
本発明によるＥＵＶ源は、デブリ軽減システム、及び集光光学系６の冷却部を備える。カーテン流体の流動はまず、内部冷却システムを通過し、集光光学系６を冷却する。次いで、カーテン流体は、集光光学系６の外側境界から出、集光光学系６の表面に沿うガスカーテンを構築し、最終的には、集光光学系６の中央からポンプ排出される。
【００３３】
より詳細には、カーテン流体は、ミラー６の中央付近に配置された噴射開口８からミラー６に噴射される。カーテン流体は、内部冷却経路９を通過してカーテンインジェクタ１２の方に進む。真空内では、対流が生じないので、温度管理が重要な課題となる。噴射されたガスは、内部冷却経路９を通過する際に集光器を内部から冷却し、また集光光学系６の表面に沿う際に集光器を外部から冷却する。集光器６上の熱流束は、一様でない。したがって、内部冷却を調整し、すなわちより大きい熱流束の領域では、より多くの冷却質量流量が得られることになる。上記は、内部冷却経路９内に冷却インターフェイス１０を設けることによって実現される。冷却インターフェイス１０は、複数の貫通孔１１を有するように設計され、その密度は、集光器６の表面上の熱流束と整合させる。
【００３４】
集光器６の温度分布を適合させる別の方法は、リブ又はタービュレータ１８の形（ここでは楔形）の挿入物を、冷却インターフェイス１０の内面の所定の位置に分散配置して設けて、冷却ガス流を加速し、集光器６の裏面の方に送ることである。これらのタービュレータ１８が取り付けられ、障壁として働く領域では、集光器６の裏面から冷却ガス流への熱伝達が促進される。同様のタービュレータをやはり、又は或いは、集光器６自体の裏面に設けてもよい。
【００３５】
内部冷却経路９の端部で、カーテン流体は、ガスカーテンインジェクタ１２に入り、このインジェクタ１２を図３に概略的に示す。ガスカーテンインジェクタ１２のノズル１７は、先細部と末広部とを有するように設計されている。先細部は、内部冷却経路９に連結し、末広部は、集光器６の凹面に開口している。ノズル１７によって、超音波流速を実現することが可能となり、このノズル１７は、集光器６の外側境界全体を軸対称に被覆している。ノズル１７の先細部と末広部との間に配置されたノズル渦流器１６によって、このガス流に（集光器境界に対して）接線方向の速度成分が生じ、また、ノズル１７が機械的に安定する。
【００３６】
しかし、内部冷却システムとガスカーテンシステムとは、必ずしも上述のように結合させる必要はない。本発明の別の実施形態によれば、デブリ軽減部（ガスカーテン）は、冷却システムから分離させてもよく、冷却システムは、好ましくは閉ループで独立させ、集光器の加熱を管理する。この場合、分離手段１９（図１の破線）を設けて、ガスカーテンと、冷却流とを分離させる。冷却流の出口と、ガスカーテン流の入口とを、図１に破線で示す。これらの別個のシステムはそれぞれ、別個の温度制御、及びガス流量制御を有することができる。
【００３７】
図４のシミュレーションは、ノズル１７によって排出されたガス流が、流体出口流路１３まで集光光学系６に付着したままであることを示している。図４の描写では、集光光学系６に沿った明るい領域が高流速を示し、したがって、ガスカーテンが所望のように形成されている。
【００３８】
図５のシミュレーションは、ガスカーテンがデブリをうまく偏向させていることを示している。図５の描写では、ＥＵＶ源の半分しか示されておらず、白線は、右下隅部で生成されたスズ液滴の形のデブリ経路を示している。暗い領域には、デブリがない。このシミュレーションでは、ガスカーテンは、１００％の有効性を有し、したがってデブリが完全に軽減されている。デブリは、ガスカーテンによって偏向され、集光光学系６には到達していない。
【００３９】
ガスは、集光光学系遮蔽モードから、集光光学系洗浄モードに、又はその逆に移るように切り換えることができ、或いは、２つの作用を組み合わせることもできる。作用を組み合わせた場合、デブリ軽減と、洗浄作用とを同時に有するように、ガスカーテンに使用する流体を混合する。ガスは、イオン化させることができる。
【００４０】
真空チャンバ内でのガスカーテンの拡散は、ガス層が集光光学系６の表面に付着したままである場合制限され、その効果は、流速に伴って増大する。ノズル１７に渦流（図３、渦流器１６参照）を導入することによって、集光光学系６の中央付近でも２つの目標を達成することができる。図６は、集光光学系６に衝突したデブリを、正規化した渦流角度の関数として示す。正規化は、最大のデブリ軽減を実現することが可能となる渦流角度値（すなわち、半径方向線と、入口速度ベクトルとの間の角度）を用いて行う。渦流の強度、及び真空ポンプの流速に依存して、この領域は、様々な半径方向位置を有する。したがって、最適渦流角度は、集光光学系６の寸法の関数となる。
【００４１】
噴射ガスは、水素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、窒素、キセノン、塩素、フッ素、臭素、及びヨウ素、又は列挙した上記ガスの混合物を含めて、中性状態、又はイオン状態の多種多様な異なるガスから選択することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１  質量限定ターゲットディスペンサ
２  一連の質量限定ターゲット
３  プラズマ
４  拡散デブリ
５  レーザパルス
６  集光光学系
７  集光光学系孔
８  流体入口
９  内部冷却経路
１０  冷却インターフェイス
１１  孔
１２  ガスカーテンインジェクタ
１３  流体出口流路
１４  レーザ窓
１５  流体出口
１６  渦流器
１７  先細−末広ノズル
１８  タービュレータ
１９  分離手段
【図１】
2012523106.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2012523106.tif 000007
【図６】
2012523106.tif 000008
【国際調査報告】
2012523106.tif 000009
2012523106.tif 000010