JP2008098081A - 極端紫外光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力が比較的大きい露光用の極端紫外光源装置において、一旦発生したデブリを処理するのではなく、発生するデブリを極力抑制する。
【解決手段】この極端紫外光源装置は、極端紫外光の生成が行われるチャンバと、チャンバ内の所定の位置に固体の錫又はリチウムをターゲットとして供給するターゲット供給手段と、ターゲット供給手段によって供給されるターゲットに対して、パルス動作によりレーザビームを照射することによってプラズマを生成するＣＯ_２レーザと、反射面に多層膜を有し、プラズマから放射される極端紫外光を集光して出射するコレクタミラーとを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置の光源として用いられる極端紫外（ＥＵＶ：extreme ultra violet）光源装置に関する。

近年、半導体プロセスの微細化に伴って光リソグラフィにおける微細化が急速に進展しており、次世代においては、１００ｎｍ〜７０ｎｍの微細加工、更には５０ｎｍ以下の微細加工が要求されるようになる。そのため、例えば、５０ｎｍ以下の微細加工の要求に応えるべく、波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光源と縮小投影反射光学系（catadioptric system）とを組み合わせた露光装置の開発が期待されている。

ＥＵＶ光源としては、ターゲットにレーザビームを照射することによって生成されるプラズマを用いたＬＰＰ（laser produced plasma：レーザ励起プラズマ）光源（以下において、「ＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置」ともいう）と、放電によって生成されるプラズマを用いたＤＰＰ（discharge produced plasma）光源と、軌道放射光を用いたＳＲ（synchrotron radiation）光源との３種類がある。これらの内でも、ＬＰＰ光源は、プラズマ密度をかなり大きくできるので黒体輻射に近い極めて高い輝度が得られ、ターゲット物質を選択することにより必要な波長帯のみの発光が可能であり、ほぼ等方的な角度分布を持つ点光源であるので光源の周囲に電極等の構造物がなく、２πsteradianという極めて大きな捕集立体角の確保が可能であること等の利点から、数十ワット以上のパワーが要求されるＥＵＶリソグラフィ用の光源として有力であると考えられている。

ここで、ＬＰＰ方式によるＥＵＶ光の生成原理について説明する。真空チャンバ内に供給されるターゲット物質に対してレーザビームを照射することにより、ターゲット物質が励起してプラズマ化する。このプラズマから、ＥＵＶ光を含む様々な波長成分が放射される。そこで、所望の波長成分（例えば、１３．５ｎｍの波長を有する成分）を選択的に反射するＥＵＶコレクタミラーを用いてＥＵＶ光が反射集光され、露光器に出力される。そのために、ＥＵＶコレクタミラーの反射面には、例えば、モリブデン（Ｍｏ）の薄膜とシリコン（Ｓｉ）の薄膜とを交互に積層した多層膜（Ｍｏ／Ｓｉ多層膜）が形成されている。

このようなＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置においては、特に固体のターゲットを用いる場合に、プラズマから放出される中性粒子やイオンによる影響が問題となっている。ＥＵＶコレクタミラーはプラズマ近傍に設置されるので、プラズマから放出される中性粒子は、ＥＵＶコレクタミラーの反射面に付着してミラーの反射率を低下させる。一方、プラズマから放出されるイオンは、ＥＵＶコレクタミラーの反射面に形成されている多層膜を削り取る（本願においては、このことを「スパッタリング」ともいう）。なお、中性粒子やイオンを含むプラズマからの飛散物やターゲット物質の残骸は、デブリ（debris）と呼ばれている。

ＥＵＶコレクタミラーは、高い反射率を維持するために、例えば０．２ｎｍ（ｒｍｓ）程度の高い表面平坦性が要求されるので、非常に高価である。そのため、露光装置の運転コストの削減や、メンテナンス時間の低減等の観点から、ＥＵＶコレクタミラーの長寿命化が望まれている。露光用ＥＵＶ光源装置におけるミラー寿命は、例えば、反射率が１０％低下するまでの期間として定義され、少なくとも１年間の寿命が要求されている。

そのような要求を満たすために、特許文献１には、ハイパワーのレーザによって照射され、プラズマ化されてＥＵＶ、ＸＵＶ、Ｘ線の点光源を形成する特殊な液体ドロップレットターゲットが開示されている。様々なタイプの液体ドロップレットターゲットとして、金属塩化物や金属臭化物等の溶液、又は、複数の金属成分の内の幾つかの融点よりも低い融点を有する溶液（例えば、水や油等）中にナノサイズの粒子（例えば、アルミニウムやビスマス等）が用いられる。ターゲットをドロップレットとすることによって、ターゲットを供給するノズルからプラズマまでの十分な距離が確保できると共に、ターゲットの質量を制限することによって、デブリの抑制が可能となる。

しかしながら、デブリを全く発生させない程度にターゲットの質量を制限する場合には、技術的に様々な課題が生じると共に、装置の複雑化を招いてしまう。例えば、ターゲットを供給するノズルの目詰まりが発生したり、ターゲットサイズの縮小に伴ってＥＵＶ変換効率（ＣＥ）が低下してしまう。一方、ＥＵＶ変換効率を高めるためにターゲットサイズや密度を最適化しようとすると、プリパルスレーザを用いてドロップレットを膨張させる必要が生じる。

また、特許文献２には、ＥＵＶ光源において、ＥＵＶコレクタミラーの反射面からデブリを除去する方法及び装置が開示されている。特に、特許文献２の図２Ａ及び２Ｂには、放射状に延在する光路を画定する複数の薄板によって構成されるデブリシールドが記載されている。プラズマの中心に形成される点光源とＥＵＶコレクタミラーとの間にデブリシールドを配置することにより、ＥＵＶコレクタミラーの反射面に付着するデブリを低減することができる。

しかしながら、このデブリシールドはプラズマに暴露されるので、デブリシールドの薄板が高速イオンによって削り取られてデブリが発生し、それによって発生したデブリがＥＵＶコレクタミラーの反射面に付着する可能性がある。その場合には、デブリシールド自身がデブリ源となってしまう。

さらに、特許文献３には、内部のＥＵＶ光源部を、プラズマ形成部において発生するイオンから保護するシステムが開示されている。１つの観点において、このシステムは、複数の薄板と、該複数の薄板の内の１つの表面にイオンをそらす磁界を発生する設備とを有する。もう１つの観点において、イオンとの相互作用によってイオンのエネルギーを低減させる静電グリッドが配置される。しかしながら、磁界や電界を用いてデブリを誘導する方法は、イオンに対しては有効であるが、中性粒子に対しては効果がない。
国際公開第２００２／４６８３９号パンフレット（第１頁） 国際公開第２００４／０９２６９３号パンフレット（第１、１１頁、図２Ａ及び２Ｂ） 米国特許出願公開第２００５／０２７９９４６号明細書（第１頁）

ＥＵＶコレクタミラーの反射面に金属膜が付着した場合には、ＥＵＶ光がその金属膜を往復する際に吸収されることになるので、金属膜の光透過率が約９５％になると、ＥＵＶコレクタミラーの反射率が約９０％となる。１３．５ｎｍの波長を有するＥＵＶ光に対して、ＥＵＶコレクタミラーの反射率の低下が１０％以内であるためには、ＥＵＶコレクタミラーの反射面における金属膜の付着量（厚さ）の許容値が、錫（Ｓｎ）で約０．７５ｎｍ、リチウム（Ｌｉ）で約５ｎｍであり、非常に僅かな値である。

従って、ターゲットの質量を制限したり、デブリシールドを設けたりするだけでは、集光点における出力が１１５Ｗ〜１８０Ｗ程度の露光用ＥＵＶ光源装置において、１年間のミラー寿命を達成することは非常に困難であると考えられる。

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、出力が比較的大きい露光用の極端紫外光源装置において、一旦発生したデブリを処理するのではなく、発生するデブリを極力抑制することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る極端紫外光源装置は、ターゲットにレーザビームを照射することにより極端紫外光を発生する極端紫外光源装置であって、極端紫外光の生成が行われるチャンバと、チャンバ内の所定の位置に固体の錫又はリチウムをターゲットとして供給するターゲット供給手段と、ターゲット供給手段によって供給されるターゲットに対して、パルス動作によりレーザビームを照射することによってプラズマを生成するＣＯ_２レーザと、反射面に多層膜を有し、プラズマから放射される極端紫外光を集光して出射するコレクタミラーとを具備する。

ここで、ＣＯ_２レーザが、ターゲット供給手段によって供給されるターゲットに対して、３×１０^９Ｗ／ｃｍ^２〜５×１０^１０Ｗ／ｃｍ^２の強度と、１０ｎｓ〜１５ｎｓのパルス幅とを有するレーザビームを照射することが望ましい。

本発明によれば、ＣＯ_２レーザによって生成される比較的波長の長いレーザビームを固体の錫又はリチウムのターゲットに照射することにより、発生するデブリを極力抑制することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＥＵＶ光源装置の内部構造を示す側面図であり、図２は、本発明の第１の実施形態に係るＥＵＶ光源装置の内部構造を示す平面図である。本実施形態に係るＥＵＶ光源装置は、レーザビームをターゲット物質に照射して励起させることによりＥＵＶ光を生成するレーザ励起プラズマ（ＬＰＰ）方式を採用している。

図１及び図２に示すように、このＥＵＶ光源装置は、ＥＵＶ光の生成が行われる真空チャンバ１０と、ターゲット１を供給するターゲット供給装置１１と、ターゲット１に照射される励起用レーザビーム２を生成するドライバレーザ１３と、ドライバレーザ１３によって生成される励起用レーザビーム２を集光するレーザ集光光学系１４と、ターゲット１に励起用レーザビーム２が照射されることによって発生するプラズマ３から放出されるＥＵＶ光４を集光して出射するＥＵＶコレクタミラー１５と、ターゲット１を回収するターゲット回収装置１６と、ターゲット１を循環させるターゲット循環装置１７と、ＥＵＶ光源装置全体を制御する制御部３０とを備えている。

真空チャンバ１０には、励起用レーザビーム２を導入する導入窓１８と、プラズマから放射されるＥＵＶ光を露光器に導出する導出窓１９とが設けられている。なお、露光器の内部も、真空チャンバ１０の内部と同様に、真空又は減圧状態に保たれる。ターゲット供給装置１１は、励起用レーザビーム２が照射されるターゲット１の位置を調整するための位置調整機構を含んでおり、ターゲット１の位置を調整しながら真空チャンバ１０内の所定の位置にターゲット１を供給する。

ドライバレーザ１３は、高い繰り返し周波数（例えば、パルス幅が数ｎ秒〜数十ｎ秒程度、周波数が１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度）でパルス発振可能なレーザビーム源である。また、レーザ集光光学系１４は、少なくとも１つのレンズ及び／又は少なくとも１つのミラーで構成される。レーザ集光光学系１４によって集光されたレーザビーム２が、真空チャンバ１０内の所定の位置において、ターゲット供給装置１１によって供給されるターゲット１を照射することにより、ターゲット１の一部が励起してプラズマ化し、発光点から様々な波長成分が放射される。ここで、発光点とは、プラズマ３が発生する位置を意味する。

ＥＵＶコレクタミラー１５は、プラズマ３から放射される様々な波長成分の内から、所定の波長成分（例えば、１３．５ｎｍ付近のＥＵＶ光）を選択的に反射することにより集光する集光光学系である。ＥＵＶコレクタミラー１５は凹状の反射面を有しており、この反射面には、例えば、波長が１３．５ｎｍ付近のＥＵＶ光を選択的に反射するためのモリブデン（Ｍｏ）及びシリコン（Ｓｉ）の多層膜が形成されている。図１において、ＥＵＶコレクタミラー１５によりＥＵＶ光が右方向に反射され、ＥＵＶ中間集光点に集光された後、露光器に出力される。なお、ＥＵＶ光の集光光学系は、図１に示すＥＵＶコレクタミラー１５に限定されず、複数の光学部品を用いて構成しても良いが、ＥＵＶ光の吸収を抑えるために反射光学系とすることが必要である。

ターゲット回収装置１６は、励起用レーザビーム２が照射されるターゲット１の位置を調整するための位置調整機構を含んでおり、発光点を挟みターゲット供給装置１１に対向する位置に配置されている。ターゲット回収装置１６は、プラズマ化しなかったターゲットを回収する。回収されたターゲットは、ターゲット循環装置１７によって再びターゲット供給装置１１に戻し、再利用するようにしても良い。

さらに、このＥＵＶ光源装置は、プラズマ３から放出される中性粒子の量を検出するためのミラー損傷検出器２１と、プラズマ３から放出されるイオンの量を検出するためのイオン検出器２２と、ＥＵＶコレクタミラー１５を介さずに発光点におけるＥＵＶ光の強度を検出するための多層膜ミラー２３及びＥＵＶ光検出器２４とを備えている。

ミラー損傷検出器２１は、例えば、ＱＣＭ（quartz crystal microbalance：水晶振動子質量計）によって構成される。ＱＣＭは、センサ表面に形成された金（Ａｕ）等のサンプル膜（測定用の膜）の厚さの変化を、水晶振動子の共振周波数の変化に基づいて、オングストローム以下の精度でリアルタイムに計測できるセンサである。ミラー損傷検出器２１によって検出されたサンプル膜の厚さの変化に基づいて、ＥＵＶコレクタミラーの反射面に付着した中性粒子の量（以下、「デポジション量」ともいう）を求めることができる。

イオン検出器２２は、例えば、ファラデーカップによって構成される。イオン検出器２２によって検出されたイオンの量に基づいて、ＥＵＶコレクタミラーの反射面から削り取られた多層膜の量（以下、「スパッタリング量」ともいう）を求めることができる。

多層膜ミラー２３には、例えば、１３．５ｎｍ付近の波長に対して反射率が高いモリブデン及びシリコンの多層膜が形成されている。ＥＵＶ光検出器２４は、例えば、ジルコニウム（Ｚｒ）フィルタ及びフォトダイオードによって構成される。ジルコニウムフィルタは、波長が２０ｎｍ以上の光をカットする。フォトダイオードは、入射した光の強度又はエネルギーに応じた検出信号を出力する。

本実施形態においては、ドライバレーザ１３として、比較的波長の長い光を生成することができるＣＯ_２レーザが用いられる。また、ターゲット１として、固体の錫（Ｓｎ）又はリチウム（Ｌｉ）が用いられる。その理由は、以下の通りである。

一般に、レーザビームをターゲットに照射することによってプラズマが発生すると、ターゲット表面の溶融層が突沸したり、プラズマの膨張圧力がターゲットに印加されることにより、溶融したターゲットの一部が粒状となって噴出することが知られている（小林、他、「アブレーションプラズマ生成・制御１（レーザー）」、プラズマ・核融合学会誌 第７６巻第１１号（２０００年１１月）ｐ．１１４５〜１１５０を参照）。

特に、固体のターゲットを用いるプラズマ光源においては、ＥＵＶ光等の短波長領域の輻射線を発生する高温低密度プラズマ領域と、短波長領域の輻射線を発生しない低温高密度プラズマ領域とが存在する。それらの内で、低温高密度プラズマ領域が、レーザ照射後にターゲット物質から多量のデブリを発生させる熱源となる。この熱源によってターゲットの表面に溶融層が形成され、プラズマの膨張圧力によって溶融金属が噴出及び飛散することにより、デブリが発生する。

この過程を詳しく説明する。レーザビームをターゲット物質に照射すると、レーザビームによってターゲット物質が加熱及びイオン化されてプラズマが発生する。その後、プラズマにレーザビームが吸収される。プラズマにレーザビームが吸収されるメカニズムは、イオンによる電界中において電子が加速度を受けるときに電磁波（レーザビーム）を放出する制動輻射と逆過程の吸収メカニズムであり、逆制動輻射吸収と呼ばれている。逆制動輻射吸収は、レーザ生成プラズマ中において発生する最も基本的な吸収メカニズムであり、古典吸収とも呼ばれている。高周波電界によって振動する電子は、イオンと衝突しながら、エネルギーの吸収を引き起こす。

プラズマ中において、電磁波（レーザビーム）は、電子プラズマの周波数よりも高い周波数を有する場合にのみ、伝播可能である。即ち、レーザビームの角周波数をω_Ｌ、電子プラズマの角周波数をω_Ｐとすると、ω_Ｌ＞ω_Ｐが成立する低密度プラズマ領域においてのみ、レーザビームが伝播する。ここで、ω_Ｌ＝ω_Ｐとなるプラズマ電子密度Ｎ_Ｅは、臨界密度Ｎ_Ｃと呼ばれている。

固体のターゲットにレーザビームを照射した場合には、ターゲット表面から噴出及び膨張して行くプラズマが存在するので、レーザビームは、プラズマの密度の低い領域から密度の高い領域に向かって吸収を受けながら伝播し、臨界密度領域において反射されることになる。即ち、レーザビームは、プラズマ中の臨界密度領域までの往復の光路において、吸収を受けることになる。従って、臨界密度が高いほど、高密度のプラズマにエネルギーを吸収させることが可能になるが、同時に、デブリ発生の原因となる低温高密度プラズマ領域が発生する危険性を増加させることになる。

臨界密度Ｎ_Ｃは、次式で表される。
Ｎ_Ｃ（ｃｍ^−３）＝１．１１×１０^１３／λ^２
ここで、λは、レーザビームの波長を表している。

図３に、ＣＯ_２レーザ及びＮｄ：ＹＡＧレーザの波長及び臨界密度を示す。ＣＯ_２レーザは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザと比較して、出力されるレーザビームの波長λが１桁大きいので、臨界密度Ｎ_Ｃが２桁低くなる。その結果、図４に示すように、ＣＯ_２レーザから出力されるレーザビームは、ターゲット表面からかなり離れた高温低密度プラズマ領域において反射される。なお、図４において、横軸は、ターゲット表面からの距離に対応するプラズマ電子密度Ｎ_Ｅを表している。また、Ｎｄ：ＹＡＧレーザについては、基本波ω（波長１０６４ｎｍ）の場合と第２高調波２ω（波長５３２ｎｍ）の場合とを示している。

ドライブレーザとしてＣＯ_２レーザを用いることにより、ＥＵＶ光の発生に寄与せずデブリを発生させる熱源となる低温高密度プラズマ領域の生成が抑制されるので、固体ターゲット表面の溶融が進まず、ターゲットから放出されてＥＵＶコレクタミラーの反射面に付着する中性粒子が大幅に低減される。一方、プラズマからは高速イオンも放射されるので、ＥＵＶコレクタミラーの反射面に形成されている多層膜が削り取られる。

さらに、ターゲットとして固体の錫（Ｓｎ）又はリチウム（Ｌｉ）を用いる場合には、ターゲットから発生する中性粒子が非常に少なくなるので、所定の条件の下で、ＥＵＶコレクタミラーの反射面に付着する中性粒子の量（デポジション量）を、ＥＵＶコレクタミラーの反射面から削り取られる多層膜の量（スパッタリング量）とバランスさせ、あるいは、デポジション量をスパッタリング量よりも小さくできることが検証された。これにより、ＥＵＶコレクタミラーの反射面にデブリが付着するという問題を解決することができる。

そのための条件は、主に、ＣＯ_２レーザによって生成される励起用レーザビームの強度及び／又はパルス幅によって決定される。具体的には、励起用レーザビームの強度を、３×１０^９Ｗ／ｃｍ^２〜５×１０^１０Ｗ／ｃｍ^２、さらに好ましくは、５×１０^９Ｗ／ｃｍ^２〜３×１０^１０Ｗ／ｃｍ^２とすることが望ましい。また、励起用レーザビームのパルス幅を、１０ｎｓ〜１５ｎｓ程度と比較的短く設定することが望ましい。

励起用レーザビームの強度においては、ターゲットに余分な熱を加えてターゲット表面の溶融領域を不必要に拡大させることがないように上限が設定されており、これにより、デブリの発生を抑圧することができる。一方、励起用レーザビームの強度はＥＵＶ変換効率（ＣＥ）に大きな影響を与えるので、ＥＵＶ変換効率をある程度以上確保するために下限が設定されている。なお、励起用レーザビームの強度とＥＵＶ変換効率との関係については、ハンソン（Hansson）、他、「ＨＶＭのためのＬＰＰ ＥＵＶ光源の改良（LPP EUV Source Development for HVM）」、国際光工学会（ＳＰＩＥ）第６１５１巻第６１５１０Ｒ号（２００６年２月）にも開示されている。

ここで、レーザビームの強度は、次式で表される。
レーザビームの強度（Ｗ／ｃｍ^２）
＝レーザビームのエネルギー（Ｊ）／｛パルス幅（ｓ）・スポット面積（ｃｍ^２）｝
本実施形態においては、レーザビームの集光直径が約１００μｍであるので、レーザビームのスポット面積が約７．８５×１０^−５ｃｍ^２であり、レーザビームのエネルギーは、これらの条件に適合するように決定される。例えば、励起用レーザビームのパルス幅を１２．５ｎｓとする場合には、レーザビームのエネルギーが約３０ｍＪとなる。

次に、ターゲットとして固体の錫を用いた場合のレーザビーム照射実験について説明する。
図５は、レーザビーム照射実験における検出器の配置を示す平面図である。この実験においては、図２に示すレーザ集光光学系１４として集光レンズを用いており、垂直上方から見たときに、ターゲット１に対する励起用レーザビーム２の入射方向を基準角０°として、左回りに角度２２．５°、４５°、７５°の３つの位置に３つのミラー損傷検出器２１をそれぞれ配置し、右回りに角度２２．５°、４５°、７５°の３つの位置に３つのイオン検出器２２をそれぞれ配置している。

プラズマ化した錫のターゲット１から放出される中性粒子の量及びイオンの量が基準角に対して左右対称であると仮定すると、基準角から３種類の角度だけずれた位置において、中性粒子の量とイオンの量とを同時に測定することができる。従って、それらの位置にＥＵＶコレクタミラーがあったとした場合のトータルの膜厚変化、即ち、デポジション又はスパッタリングのレートを求めることができる。

図６は、ターゲットとして厚さ１ｍｍの錫のプレート（平板）を用いた場合のレーザビーム照射実験の結果を示す図である。図６において、横軸は基準角からの角度を表しており、縦軸はデポジション又はスパッタリングのレート（プラズマで発生するＥＵＶ光（波長１３．５ｎｍ、２％ＢＷ、２πｓｒ）のエネルギー当りの膜厚変化）を表している。

ドライブレーザとしては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（波長１．０６μｍ）とＣＯ_２レーザ（波長１０．６μｍ）とを用いている。従来、ターゲットとして錫のプレートを用いる場合には、デブリの付着が非常に多いとされていた。実際に、図６に示すように、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用いた場合には、トータルとして膜厚がかなり増加している（デポジション）。一方、ＣＯ_２レーザを用いた場合には、膜厚があまり変化せず、わずかに減少している（スパッタリング）。

図７は、ターゲットとして厚さ１５μｍの錫のホイル（箔）を用いた場合のレーザビーム照射実験の結果を示す図である。図７においては、図６に示す錫のプレートを用いた場合と比較して、膜厚の変化量が非常に小さくなっているが、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用いた場合には膜厚が増加し、ＣＯ_２レーザを用いた場合には膜厚が減少することに変りない。

再び図１を参照すると、ＥＵＶコレクタミラー１５の反射面を構成する多層膜は現在の技術において最大２５０層程度が可能であり、その場合には１．６μｍ程度の厚さが削り取られるまで使用可能である。一方、先に説明したように、ＥＵＶコレクタミラーの反射面に錫が約０．７５ｎｍの厚さで付着すると、ＥＵＶコレクタミラー１５の反射率が１０％程度低下して使用不能となる。

そこで、制御部３０は、ミラー損傷検出器２１の検出出力に基づいて、ＥＵＶコレクタミラー１５の反射面に付着する中性粒子の量（デポジション量）を求めると共に、イオン検出器２２の検出出力に基づいて、ＥＵＶコレクタミラー１５の反射面から削り取られる多層膜の量（スパッタリング量）を求めることにより、デポジション量がスパッタリング量とバランスし、又は、デポジション量がスパッタリング量よりも若干小さくなるように、ドライブレーザ１３から照射される励起用レーザビームのパルス幅及び／又はエネルギーを調節する。

これにより、ＥＵＶコレクタミラー１５の反射面にデブリが付着することを防止して、ＥＵＶコレクタミラー１５の寿命を延ばすことができる。その際に、制御部３０は、ＥＵＶ光検出器２４の検出出力に基づいて、発光点におけるＥＵＶ光の強度を略一定に保つことが望ましい。

次に、本実施形態に係る極端紫外光源装置に用いられるターゲットの形状について説明する。本実施形態においては、ワイヤー、テープ、ロッド、プレート、又は、固体ドロップレット等の様々な形状を有するターゲットが用いられる。

図８は、ワイヤーターゲットに励起用レーザビームが照射されている状態を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。図９は、テープターゲットに励起用レーザビームが照射されている状態を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。

図１０は、ワイヤーターゲット又はテープターゲットを供給するためのターゲット供給手段を示す図である。ターゲット供給装置１１には、ワイヤーターゲット又はテープターゲットを供給する供給リール及びモータ等を含むワイヤー／テープ供給機構１１ａが設けられている。また、ターゲット回収装置１６には、ワイヤーターゲット又はテープターゲットを巻き取る巻取りリール及びモータ等を含むワイヤー／テープ巻取り機構１６ａが設けられている。この例においては、ワイヤー／テープ供給機構１１ａ及びワイヤー／テープ巻取り機構１６ａが、ターゲット供給手段に相当する。

制御部３０（図１）の制御の下で、ワイヤー／テープ巻取り機構１６ａがターゲットを巻き取るために巻取りリールを回転させ、ワイヤー／テープ供給機構１１ａがバックテンションをかけながら供給リールを回転させることによって、ターゲットの新たな部分が真空チャンバ１０内の所定の位置に供給され、励起用レーザビームが照射された部分が回収される。なお、図１に示すターゲット循環装置１７を設けることにより、ターゲット回収装置１６によって真空チャンバ１０内から回収されたターゲットを、再びターゲット供給装置１１に戻すようにしても良い。

図１１は、ロッドターゲットに励起用レーザビームが照射されている状態を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。図１２は、ロッドターゲットを供給するためのターゲット供給手段を示す図である。ターゲット供給装置１１及びターゲット回収装置１６には、ロッドターゲットの両端をそれぞれ保持し、回転しながら平行移動（上下運動）することによりロッドターゲットを搬送するロッド搬送機構１１ｂ及び１６ｂが設けられている。この例においては、ロッド搬送機構１１ｂ及び１６ｂが、ターゲット供給手段に相当する。制御部３０（図１）の制御の下で、ロッド搬送機構１１ｂ及び１６ｂが、ロッドターゲットを回転させながら上下に移動することにより、常にロッドターゲットの新たな部分に励起用のレーザビームが照射される。

図１３は、固体ドロップレットターゲットを用いるＥＵＶ光源装置の内部構造を示す側面図である。ターゲット供給装置１１には、ターゲットノズル１２が接続されている。ターゲット供給装置１１は、ターゲット１の落下位置を調整するための位置調整機構を含んでおり、ターゲット１の落下位置を調整しながら、ターゲットノズル１２を介して真空チャンバ１０内の所定の位置にターゲット１を供給する。なお、固体ドロップレットターゲットの供給速度に応じて、複数のターゲット供給装置１１を配置しても良い。

ターゲット回収装置１６は、ターゲット１を回収する位置を調整するための位置調整機構を含んでおり、プラズマ化しなかったターゲットを回収する位置を調整しながら、ターゲットを回収する。回収されたターゲットは、ターゲット循環装置１７によって再びターゲット供給装置１１に戻し、再利用するようにしても良い。

図１４は、プレートターゲットを用いるＥＵＶ光源装置の内部構造を示す平面図である。この例において、プレートターゲットは、円盤状の形状を有しており、円形の面に励起用レーザビームが照射される。このＥＵＶ光源装置は、プレートターゲットを回転及び／又は平行移動させるプレート回転・移動機構４１を有している。プレート回転・移動機構４１は、例えば、プレートターゲットを回転させながら図中下から上に平行移動させることにより、常にプレートターゲットの新しい部分に励起用レーザビームが照射されるようにする。

図１４に示すＥＵＶ光源装置においては、ＥＵＶコレクタミラー１５ａの面積が図１に示すＥＵＶコレクタミラー１５よりも小さくされており、ＥＵＶコレクタミラー１５ａによって反射されたＥＵＶ光がプレートターゲットに照射されないようにしている。それにより、ＥＵＶコレクタミラー１５ａの捕集立体角は小さくなる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図１５は、本発明の第２の実施形態に係るＥＵＶ光源装置の構成を示す図である。本実施形態に係るＥＵＶ光源装置は、図１３に示すＥＵＶ光源装置に対して、電流が供給されたときに磁場を発生させる磁場発生手段としての電磁石コイル５１及び５２と、電磁石コイル５１及び５２に電流を供給する電磁石電源５３とをさらに備えており、制御部３０の替わりに、電磁石電源５３を含むＥＵＶ光源装置全体を制御する制御部３０ａを備えている。

図１６は、図１５に示す電磁石コイルの斜視図である。図１５に示すように、電磁石コイル５１及び５２は、各々が円筒形状をしており、２つのコイルの中心軸が一致するように配置されて１対のミラーコイルを形成している。また、電磁石コイル５１及び５２は、中心軸が発光点を通るように配置されている。なお、電磁石コイル５１及び５２の中心軸は、レーザビーム２と直交しても良いし、ＥＵＶ光の捕集光路を遮らなければ、レーザビーム２と直交しなくても良い。電磁石コイル５１及び５２には、図２に矢印で示す方向に電流が供給される。

図１５に示す制御部３０ａは、ドライバレーザ１３が励起用レーザビームを生成するタイミングや、ターゲット供給装置１１がターゲットを供給するタイミングや、電磁石電源５３が電磁石コイル５１及び５２に電流を流すタイミング等を制御している。

本実施形態においては、生成されるプラズマ３を挟む電磁石コイル５１及び５２によってミラー磁場を形成し、ＥＵＶ光の発光点を磁場中に置き、プラズマ３から放出される正電荷を帯びたイオンを、発光点の周辺にトラップしている。

図１７は、ミラー磁場を用いてイオンをトラップする原理を説明するための図である。図１７においては、電磁石コイル５１及び５２の軸をＺ軸とし、Ｚ軸に沿った磁場の強度を実線によって示し、磁力線を破線によって示している。図１７に示すように、電磁石コイル５１及び５２を中心軸が一致するように配置し、それらの電磁石コイル５１及び５２に同方向の電流を流すと、電磁石コイル５１及び５２の近傍においては磁束密度が高く、電磁石コイル５１と５２との中間においては磁束密度が低い磁場が形成される。

Ｚ軸の近傍で発生し、Ｚ軸と直交する方向の速度ｖを持つ正イオンは、Ｚ軸を中心とした円の接線方向に力Ｆを受けるので、Ｚ軸付近にトラップされる。図１８は、図１５に示すＥＵＶ光源装置の内部を上側から見た場合のイオンの軌道を示す図である。図１８においては、Ｚ軸の周囲におけるイオンの軌道を拡大して描いている。図１８に示すように、Ｚ軸の近傍で発生し、Ｚ軸と直交する方向の速度を持つイオンは、Ｚ軸と直交する平面内において速度と直交する方向の力を受けて回転し、Ｚ軸付近にトラップされる。

一方、Ｚ軸に沿った速度を持つイオンは、磁場の作用をほとんど受けないが、Ｚ軸方向に進むイオンはＥＵＶコレクタミラー１５に衝突しない。また、Ｚ軸方向の速度成分を持つイオンは、次式（１）を満たすように磁場を発生させることにより、発光点周辺に跳ね返すことができる。
ｓｉｎθ＞（Ｂ_ＭＩＮ／Ｂ_ＭＡＸ）^１／２ ・・・（１）
ここで、Ｂ_ＭＩＮは、電磁石コイル５１及び５２の中間における最も低い磁束密度であり、Ｂ_ＭＡＸは、電磁石コイル５１及び５２の近傍における最も高い磁束密度であり、θは、磁束密度がＢ_ＭＩＮとなる位置におけるイオンの速度ベクトルとＺ軸とが成す角度である。なお、Ｂ_ＭＩＮ及びＢ_ＭＡＸは、電磁石コイル５１及び５２の形状等によって決定される。

式（１）を満たすイオンは、電磁石コイル５１及び５２が発生する磁場によってポテンシャルの谷間に閉じ込められ、式（１）を満たさないイオンは、磁場によっては閉じ込めることができない。しかしながら、式（１）を満たさないイオンがＥＵＶコレクタミラー１５に衝突しないように、電磁石コイル５１及び５２やＥＵＶコレクタミラー１５を配置することは可能である。

この磁場は、正イオンと同様に、プラズマから放射される電子を発光点の周辺にトラップすることができるので、正イオン間のクーロン力によって拡散しようとする正イオンの拡散速度を、正イオンと電子との間のクーロン力によって低下させることができる。したがって、電子を発光点の周辺にトラップすることにより、正イオンのラーマ半径を小さくし、正イオンを発光点の周辺にトラップし易くすることができる。

再び図１５を参照すると、制御部３０ａは、所定の間隔で繰り返してターゲット１を供給するようにターゲット供給装置１１を制御し、ターゲット１が供給されている期間においてレーザビーム２を発生するようにドライバレーザ１３を制御する。その際に、電磁石コイル５１及び５２は、定常磁場を発生するようにしても良いし、レーザビーム２の発生に合わせてパルス磁場を発生するようにしても良い。パルス磁場を発生する場合には、制御部３０ａが、レーザビーム２の発生を開始してから、レーザビーム２の発生を停止してイオンがＥＵＶコレクタミラー１５を損傷しなくなるほど運動エネルギーを消失するまでの期間において、電磁石コイル５１及び５２によってパルス磁場を発生させるように電磁石電源５３を制御する。

また、ＥＵＶ光源装置は、ＥＵＶコレクタミラー１５の膜厚変化をモニターするために、ＥＵＶコレクタミラー１５の近傍に配置され、プラズマ３から放出される中性粒子及びイオンによるサンプル膜（測定用膜）の厚さ変化を検出するミラー損傷検出器２１を備えている。そこで、制御部３０ａは、ミラー損傷検出器２１の検出出力に基づいて、サンプル膜に付着する中性粒子の量（デポジション量）が、サンプル膜から削り取られる膜の量（スパッタリング量）とバランスし、又は、デポジション量がスパッタリング量よりも若干小さくなるように、電磁石電源５３を制御して磁場強度を調節することができる。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図１９は、本発明の第３の実施形態に係るＥＵＶ光源装置における電磁石コイルの斜視図である。電磁石コイル以外の構成要素は、図１５に示す第２の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるのと同一である。

図１９に示すように、電磁石コイル５４は、野球用のボールの縫合線に沿ったような形状をしており、一般的に、ベースボールコイルと呼ばれている。電磁石コイル５４は、生成されるプラズマ３を内包し、ＥＵＶ光の発光点を包み込むように配置されているので、ＥＵＶ光の発光点が磁界の内部に位置することになる。特に、本実施形態においては、ＥＵＶ光の発光点がボール形状の中心となるように電磁石コイル５４が配置されている。電磁石コイル５４によって発生されるベースボール磁場は、発光点において発生したプラズマから放出される正電荷を帯びたイオンを、発光点の周辺にトラップする。

図２０は、ベースボール磁場を用いてイオンをトラップする原理を説明するための図である。図２０においては、電磁石コイル５４の中心を通って直交するＸ軸及びＹ軸に沿った磁場の強度を実線によって示している。図２０に示すように、電磁石コイル５４に電流を流すと、電磁石コイル５４の中心部においては磁束密度が低く、中心部からボール形状の周辺部に向かうにつれて、どの方向においても磁束密度が増加するような磁場が形成される。

従って、電磁石コイル５４の中心部から遠ざかる方向の速度をもつイオンは、電磁石コイル５４によって囲まれる略球殻状の空間の端面付近において、強い磁場によって跳ね返されるので、電磁石コイル５４の中心付近（発光点の周辺）にイオンをトラップすることができる。

本発明は、露光装置の光源として用いられるＥＵＶ光源装置において利用することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係るＥＵＶ光源装置の内部構造を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態に係るＥＵＶ光源装置の内部構造を示す平面図である。 ＣＯ_２レーザ及びＮｄ：ＹＡＧレーザの波長及び臨界密度を示す図である。 レーザビームがターゲットの近傍から反射される様子を示す図である。 レーザビーム照射実験における検出器の配置を示す平面図である。 ターゲットとして厚さ１ｍｍの錫のプレート（平板）を用いた場合のレーザビーム照射実験の結果を示す図である。 ターゲットとして厚さ１５μｍの錫のホイル（箔）を用いた場合のレーザビーム照射実験の結果を示す図である。 ワイヤーターゲットに励起用レーザビームが照射されている状態を示す図である。 テープターゲットに励起用レーザビームが照射されている状態を示す図である。 ワイヤーターゲット又はテープターゲットを供給するためのターゲット供給手段を示す図である。 ロッドターゲットに励起用レーザビームが照射されている状態を示す図である。 ロッドターゲットを供給するためのターゲット供給手段を示す図である。 固体ドロップレットターゲットを用いるＥＵＶ光源装置の内部構造を示す側面図である。 プレートターゲットを用いるＥＵＶ光源装置の内部構造を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態に係るＥＵＶ光源装置の構成を示す図である。 図１５に示す電磁石コイルの斜視図である。 ミラー磁場を用いてイオンをトラップする原理を説明するための図である。 図１５に示すＥＵＶ光源装置の内部を上側から見た場合のイオンの軌道を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るＥＵＶ光源装置における電磁石コイルの斜視図である。 ベースボール磁場を用いてイオンをトラップする原理を説明するための図である。

符号の説明

１…ターゲット、２…レーザビーム、３…プラズマ、４…ＥＵＶ光、１０…真空チャンバ、１１…ターゲット供給装置、１１ａ…ワイヤー／テープ供給機構、１１ｂ、１６ｂ…ロッド搬送機構、１２…ターゲットノズル、１３…ドライバレーザ、１４…レーザ集光光学系、１５…ＥＵＶコレクタミラー、１６…ターゲット回収装置、１６ａ…ワイヤー／テープ巻取り機構、１７…ターゲット循環装置、１８…導入窓、１９…導出窓、２１…ミラー損傷検出器、２２…イオン検出器、２３…多層膜ミラー、２４…ＥＵＶ光検出器、４１…プレート回転・移動機構、５１、５２、５４…電磁石コイル、５３…電磁石電源

Claims (14)

1. ターゲットにレーザビームを照射することにより極端紫外光を発生する極端紫外光源装置であって、
   極端紫外光の生成が行われるチャンバと、
   前記チャンバ内の所定の位置に固体の錫又はリチウムをターゲットとして供給するターゲット供給手段と、
   前記ターゲット供給手段によって供給されるターゲットに対して、パルス動作によりレーザビームを照射することによってプラズマを生成するＣＯ_２レーザと、
   反射面に多層膜を有し、前記プラズマから放射される極端紫外光を集光して出射するコレクタミラーと、
   を具備する極端紫外光源装置。
2. 前記ＣＯ_２レーザが、前記ターゲット供給手段によって供給されるターゲットに対して、３×１０^９Ｗ／ｃｍ^２〜５×１０^１０Ｗ／ｃｍ^２の強度を有するレーザビームを照射する、請求項１記載の極端紫外光源装置。
3. 前記ＣＯ_２レーザが、前記ターゲット供給手段によって供給されるターゲットに対して、１０ｎｓ〜１５ｎｓのパルス幅を有するレーザビームを照射する、請求項１又は２記載の極端紫外光源装置。
4. 前記プラズマから放出される中性粒子の量を検出するための第１の検出器と、
   前記プラズマから放出されるイオンの量を検出するための第２の検出器と、
   前記第１の検出器の検出出力に基づいて、前記コレクタミラーの反射面に付着する中性粒子の量を求めると共に、前記第２の検出器の検出出力に基づいて、前記コレクタミラーの反射面から削り取られる多層膜の量を求めることにより、前記コレクタミラーの反射面に付着する中性粒子の量が前記コレクタミラーの反射面から削り取られる多層膜の量とバランスし、又は、前記コレクタミラーの反射面に付着する中性粒子の量が前記コレクタミラーの反射面から削り取られる多層膜の量よりも小さくなるように、前記ＣＯ_２レーザから照射されるレーザビームのパルス幅及び／又はエネルギーを調節する制御手段と、
   をさらに具備する請求項１〜３のいずれか１項記載の極端紫外光源装置。
5. 前記ターゲット供給手段が、ターゲットの位置を調整しながら、前記チャンバ内の所定の位置にターゲットを供給する、請求項１〜４のいずれか１項記載の極端紫外光源装置。
6. 前記ターゲット供給手段が、ワイヤー形状又はテープ形状のターゲットを供給する供給リール及びモータを含む供給機構と、前記ターゲットを巻き取る巻取りリール及びモータを含む巻取り機構とを具備する、請求項１〜５のいずれか１項記載の極端紫外光源装置。
7. 前記ターゲット供給手段が、ロッド形状のターゲットの両端をそれぞれ保持し、回転しながら平行移動することにより前記ターゲットを搬送する２つのロッド搬送機構を具備する、請求項１〜５のいずれか１項記載の極端紫外光源装置。
8. 前記ターゲット供給手段が、固体ドロップレット形状のターゲットの落下位置を調整しながら、ターゲットノズルを介して前記チャンバ内の所定の位置に前記ターゲットを供給する、請求項１〜４のいずれか１項記載の極端紫外光源装置。
9. 前記ターゲット供給手段が、プレート形状のターゲットを回転及び／又は平行移動させるプレート回転・移動機構を具備する、請求項１〜４のいずれか１項記載の極端紫外光源装置。
10. 前記プラズマから放出される荷電粒子をトラップするために、電流が供給されたときに磁場を発生させる磁場発生手段をさらに具備する請求項１〜９のいずれか１項記載の極端紫外光源装置。
11. 前記磁場発生手段が、１対のミラーコイル、又は、ベースボールコイルを含む、請求項１０記載の極端紫外光源装置。
12. 定常磁場を発生するように前記磁場発生手段に電流を供給する電流供給手段をさらに具備する請求項１０又は１１記載の極端紫外光源装置。
13. 前記磁場発生手段に電流を供給する電流供給手段と、
    前記磁場発生手段に周期的にパルス磁場を発生させるように前記電流供給手段を制御する制御手段と、
    をさらに具備する請求項１０又は１１記載の極端紫外光源装置。
14. 前記磁場発生手段に電流を供給する電流供給手段と、
    前記プラズマから放出される中性粒子及びイオンによる測定用膜の厚さ変化を検出するための検出器と、
    前記検出器の検出出力に基づいて、前記測定用膜に付着する中性粒子の量が前記測定用膜の反射面から削り取られる膜の量とバランスし、又は、前記測定用膜に付着する中性粒子の量が前記測定用膜から削り取られる膜の量よりも小さくなるように、前記電流供給手段を制御する制御手段と、
    をさらに具備する請求項１０又は１１記載の極端紫外光源装置。

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