JP2009049151A - レーザプラズマ光源 - Google Patents

Abstract

【課題】 デブリの付着をできるだけ低減しつつ、高いＥＵＶを出力することが可能なレーザプラズマ光源を提供する。
【解決手段】レーザプラズマ光源Ａは、複数の貫通孔１５を有し、軸部材１１を中心として回転駆動されるターゲット部材１０と、レーザ光２１を出力するレーザ装置２０と、ターゲット部材１０の回転及びレーザ装置２０のレーザ光照射のタイミングを制御するための制御装置３０と、デブリを吸着するための低温デブリトラップ１２とが設けられている。貫通孔１５にレーザ光２１が照射されると、貫通孔１５内にプラズマが誘起され、プラズマにレーザ光２１が照射されると、ＥＵＶ２３が貫通孔１５の後方に放射される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザ照射によって生成されるプラズマを利用したレーザプラズマ光源に関するものである。

近年、半導体デバイスの微細化の進展に伴い、半導体プロセス中のリソグラフィー用光源は、波長２４８ｎｍのＫｒＦレーザから、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザへと推移しつつある。そして、次世代のリソグラフィーでは、極端紫外線（ＥＵＶ：Extreme Ultra Violet），Ｘ線などの短波長の電磁波の利用が検討されている。特に、回路線幅が４５ｎｍ以細（３２ｎｍ等）の世代では、従来の微細化手法が限界に達すると予測されており、従来の１／１０以下の波長、たとえば波長１３．５ｎｍ程度のＥＵＶを利用した露光技術の開発が進められている。１３．５ｎｍ程度のＥＵＶを生成する手段としては、パルスレーザ照射や放電によってターゲットをプラズマ化することにより、ＥＵＶを得る技術が有力視されている。

その際、ＥＵＶの強度と、ターゲットからの飛散粒子による光学系の汚染とが大きな課題となっている。飛散粒子としては、固体ターゲットを用いる場合は主にプラズマが冷却されて再凝固した固体粒子があり、その他の場合は、イオン，中性原子，クラスター，周辺機器からのスパッター粒子などがあり、これらは総称して「デブリ」と呼ばれている。そこで、デブリを低減し、高出力のＥＵＶを生成するための多くの提案がなされている。

たとえば、特許文献１や特許文献２には、ターゲットとして、プラズマ生成室内において、ノズルからＸｅ，Ｌｉ，Ｓｎなどのガスや液滴にレーザ光を照射することにより、固体ターゲットを用いる方法に比べ、デブリを大幅に低減することが開示されている。このように、レーザによってプラズマを生成する方式は、ＬＰＰ(Laser Produced Plasma)方式と呼ばれている。

特許文献３，特許文献４，特許文献５には、キャピラリにＸｅとＫｒ，Ａｒ，Ｎｅ等の混合ガスを流しながら、パルス的に高電圧を印加して、ガス放電によって高温プラズマを発生させることにより、デブリの発生を抑制しつつ、高出力のＥＵＶを得る技術が開示されている。このように、放電によってプラズマを生成する方式は、ＤＰＰ（Discharge Produced Plasma）方式と呼ばれている。

また、特許文献６には、固体ターゲットに半球状の窪みを形成し、窪みにアブレーション用レーザを照射しつつ、窪みの曲率中心付近の領域に加熱用レーザを照射して、高温プラズマ領域を生成させることにより、高温プラズマ領域からＥＵＶを出力させる技術が開示されている。この技術では、窪みにアブレーション用レーザを照射して、窪みの表層部分をアブレーションさせると、窪みの凹面構造によって、気化した剥離膨張物質が、窪みの曲率中心付近の領域に圧縮されることを利用し、２つのレーザにより、プラズマ生成のための質量を固体ターゲットから剥ぎ取るアブレーション過程と、その物質をプラズマ化する加熱過程とを分離することで、デブリ発生源となる低温高密度プラズマ領域の生成を軽減している。
特開２００３−２９７７３７号公報 特開２００６−０４８９７８号公報 特開２００４−２２６２４４号公報 特開２００５−１９０９０４号公報 特開２００３−２８８９９８号公報 特開平１１−２５０８４２号公報

しかしながら、上記特許文献１，２のように、ＬＰＰ方式のうちでも、ターゲット物質としてガスや液滴を用いるものでは、露光に利用できる程度の高出力ＥＵＶを得ることは困難である。特に、液滴を利用するものでは、液滴の運動にゆらぎがあるために、照射レーザの焦点位置への安定した液滴の供給が困難であるという不具合も指摘されている。それに対し、固体ターゲットを用いれば、変換効率は高いが、固体ターゲットからアブレーションされた分子によって、多くのデブリが発生するおそれがある。

また、特許文献３−５のように、ＤＰＰ方式では、比較的高出力のＥＵＶが得られるものの、ターゲットの摩耗によってデブリの発生が多いという問題や、ＥＵＶが発生する放電箇所の精密な制御が困難であるという問題がある。

一方、特許文献６のように、固体ターゲットを用いたＬＰＰ方式を採用しつつ、デブリの低減を図る方式があるものの、２つのレーザ光源を用いる方式では、装置が複雑化するとともに、設備コストもアップするという不具合がある。また、ＤＰＰ方式において、最近では、レーザを併用したレーザアシストＤＰＰ方式も提案されているが、この方式においても、装置の複雑化と設備コストの増大とを招くおそれがある。

しかも、いずれの方式においても、現在のところ、実用化に要求される条件を満足する装置は得られていないのが現状である。

本発明の目的は、デブリの飛散をできるだけ低減しつつ、高いＥＵＶを出力することが可能なレーザプラズマ光源を提供することにある。

本発明のレーザプラズマ光源は、第１面から第２面に貫通する貫通孔または貫通溝を有するターゲット部材を備えており、レーザ光源により第１面側から貫通孔または貫通溝にレーザを照射して、第２面側の開口（出口）からＥＵＶ等の電磁波を出力する構成を有している。

これにより、貫通孔または貫通溝の壁面にレーザ光が照射されると、貫通孔または貫通溝の壁面からターゲット材料の分子がアブレーションされて、壁面内側の貫通方向に細長いプラズマが誘起される。そして、このプラズマがレーザ光を吸収することで励起されて、ＥＵＶ等の電磁波が放射され、その貫通方向の重ね合わせによって、高輝度化と指向性の向上が実現する。
また、貫通孔または貫通溝の壁面からアブレーションされた分子は、半密封状態で貫通孔または貫通溝の中で衝突して一部は高密度ガスとなるが、大部分は対向する内壁に衝突して再付着する。したがって、デブリも比較的少なく、ターゲット部材の損耗も少ない。
一方、再付着しなかった残存ガスは、貫通孔の内外の圧力差によって、主に第１面側から外方に排除される。残存ガスは、冷えるとデブリとなるが、ほとんどの残存ガスが貫通孔または貫通溝の壁面に再付着するので、デブリによる光学系等の装置の汚染を抑制することができる。しかも、単一のレーザ光源で済むので、簡素な構成であり、設備コストも安価である。

本発明のレーザプラズマ光源において、ターゲット部材の貫通孔または貫通溝が円周上に複数個配置されていて、ターゲット部材が回転自在に構成されていることにより、ターゲット部材を回転しながら、レーザ光を照射する貫通孔または貫通溝を順次移動させれば、レーザ光が照射された貫通孔または貫通溝の温度上昇を抑制することができる。したがって、大出力のパルス状レーザ光を高頻度で照射することができ、ＥＵＶ出力とＥＵＶを利用する装置（利用系）との稼働率を実用的レベルまで高めることができる。また、ターゲットが回転することで、貫通孔または貫通溝からの残存ガスの排出が制御できるので、ＥＵＶの利用系（たとえば露光装置）へのデブリの飛散がさらに低減される。

上述のようにターゲット部材が回転自在である場合には、さらに、貫通孔または貫通溝が円周上の等配位置に設けられ、ターゲット部材の回転速度とレーザ光源のレーザ光の照射タイミングとを同期させる制御手段をさらに備えることにより、貫通孔または貫通溝へのレーザ光の照射を最適条件で行うことが可能になる。

また、ターゲット部材の少なくとも第２面に対峙して、デブリを吸着させるトラップ部材をさらに備えることにより、残存ガスから生じるデブリがＥＵＶを利用するための反射光学系などを汚染するのを確実に防止することができる。

ターゲット部材のうち少なくとも貫通孔または貫通溝の壁部が、Ｓｎを主成分とする材料によって構成されていることにより、プラズマから波長が１３．５ｎｍ付近のＥＵＶが放射されるので、回路線幅が４５ｎｍ以細（３２ｎｍ等）の世代のプロセスで使用される露光装置に適合したＥＵＶが得られる。

貫通孔または貫通溝は、テーパを有していてもよいが、実質的にストレート形状であることにより、ターゲット部材の加工が簡単となり、設備コストの低減を図ることができる。
「実質的にストレート形状である」とは、たとえば１０°以内のテーパがあってもよいことを意味する。また、製造時の加工誤差による凹凸，テーパなどによりストレート形状からのずれが生じている場合も、実質的にストレート形状である。

本発明によると、デブリの飛散をできるだけ低減しつつ、高いＥＵＶを出力することが可能で、しかも、設備コストの低いレーザプラズマ光源を提供することができる。

（実施の形態１）
−レーザプラズマ光源の構成−
図１は、本実施の形態に係るレーザプラズマ光源Ａの構造を示す断面図であって、後述する図３のI-I線における断面図である。同図に示すように、本実施の形態に係るレーザプラズマ光源Ａは、軸部材１１を中心として回転駆動される円板状のターゲット部材１０と、ターゲット部材１０に形成された貫通孔１５にレーザ光２１を照射するレーザ装置２０と、レーザ装置２０のレーザ光照射及びターゲット部材１０の回転のタイミングを制御するための制御装置３０とを主要部材として備えている。後に示すように、貫通孔１５は、実質的にストレート形状であり、ターゲット部材１０の外周から一定距離だけ離れた位置に、複数個（たとえば３００個）設けられている。「実質的にストレート形状である」とは、たとえば１０°以内のテーパがあってもよいことを意味する。また、製造時の加工誤差による凹凸，テーパなどによりストレート形状からのずれが生じている場合も、実質的にストレート形状である。また、破線に示すように、デブリを吸着するためのトラップ部材である低温デブリトラップ１２が設けられている。

レーザ装置２０は、Ｎｄがドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネットからなるＹＡＧレーザであり、たとえばパルス幅が４ｎｓで、エネルギー１８０ｍＪ，波長５３２ｎｍ（１０６４ｎｍの波長のＹＡＧレーザ光を２倍高調波処理したもの）集光径が約８０μｍのレーザ光２１（パルスレーザ）を照射するものである。図１には図示していないが、本実施の形態では、レーザ装置２０において、ＹＡＧレーザ光は、凹レンズ等により径を拡大され、平行光にされた後、凸レンズによって絞られて、貫通孔１５の入り口中央部（集光部）における集光径が８０μｍのレーザ光２１として入射される。このとき、開口数（Ｎ．Ａ．）は、約０．３（最大角度約３２°）であり、これにより、レーザ光２１が貫通孔１５の内壁面に最大で１６°程度傾いて照射されることになる。
ただし、レーザ光を貫通孔の壁面に斜め方向から照射する方法は、本実施の形態に限定されるものではない。本実施の形態では、レーザ光２１の光軸が貫通孔１５の貫通方向にほぼ平行であるが、レーザ光の光軸を貫通孔の貫通方向に対して傾けることにより、レーザ光を貫通孔の壁面に斜め方向から照射してもよい。その場合、レーザ光は、本実施の形態のごとく、平行光から絞られて集光されてもよいし、平行光であってもよい。特に、本実施の形態のごとく、レーザ光２１を平行光から絞って貫通孔１５に集光照射することにより、できるだけ強いレーザエネルギーを貫通孔１５の壁面に集中させることができ、ＥＵＶ出力を高めることができる。

ターゲット部材１０は、たとえば厚さ０．６ｍｍで、径が１０３．５ｍｍの錫（Ｓｎ）板である。ターゲット部材１０は、本実施の形態では、高純度の錫（Ｓｎ）によって構成されているが、Ｓｎを主成分とするＳｎ合金でもよい。半導体プロセスのリソグラフィーに用いる波長１３．５ｎｍのＥＵＶを照射するためには、後述するように、実用上、ターゲット部材１０の少なくとも貫通孔１５を囲む部分は、Ｓｎを主成分とする金属によって構成されていることが好ましい。

ここで、ターゲット部材１０のレーザ装置２０に対峙する面を第１面１０ａとし、第１面１０ａに対向する面を第２面１０ｂとする。貫通孔１５は、径がたとえば２００μｍ程度であり、ターゲット部材１０の外周からたとえば４ｍｍ程度離れた位置で、ターゲット部材１０を第１面１０ａから第２面１０ｂまで貫通するように形成されている。上述のように、貫通孔１５の第１面１０ａ側の開口（入り口）にレーザ光２１が集光されて、貫通孔１５の内壁面に斜め方向（本実施の形態では最大で１６°傾いた方向）からレーザ光２１が照射されると、貫通孔１５の第２面１０ｂ側の開口（出口）からＥＵＶが出力される構成となっている。また、ターゲット部材１０は高速で回転し続けているので、１つの貫通孔１５にレーザ光２１のパルスが照射された後、次のレーザ光２１のパルスが照射される時には、集光位置に別の貫通孔１５が移動しており、その開口（入り口）中央部にレーザ光２１が集光照射される。

−ＥＵＶ放射作用の説明−
図２（ａ）〜（ｃ）は、ＥＵＶ放射の過程を示す断面図である。
まず、図２（ａ）に示すように、貫通孔１５の内壁面にレーザ光２１が照射されると、内壁面の表面層分子がアブレーションされる（アブレーション分子）。このアブレーション分子によって、図２（ｂ）に示すように、貫通孔１５内に、細長いプラズマ１６が発生する。そして、このプラズマ１６にレーザ光２１が引き続き照射されると、プラズマ１６がレーザ光２１を吸収して高温プラズマとなり、図２（ｃ）に示すように、ＥＵＶ２３が放射される。

図３は、低温デブリトラップ１２とターゲット部材１０との形状を概略的に示す斜視図である。図４は、図３に示すIV-IV線における部分断面図である。
図３に示すように、レーザ光２１の集光部は、低温デブリトラップ１２によって覆われていない。しかし、ターゲット部材１０が回転しているので、１つの貫通孔１５にレーザ光２１が照射された後、次のレーザ照射が行われるまでに、レーザ光２１が照射された貫通孔１５をすぐに低温デブリトラップ１２が覆うことになる。なお、図示しないが、低温デブリトラップ１２は、冷却用水配管などによって冷却されている。

図４に示すように、レーザ光２１が照射された後には、アブレーション分子は、貫通孔１５の中で互いに衝突して高密度ガス１８となる。そして、高密度ガス１８のうち多くの部分は、貫通孔１５の内壁面に再付着する。一方、高密度ガス１８の残存ガスは、圧力差とターゲット部材１０の回転とによって、貫通孔１５内から排除され、真空中で断熱膨張することにより、冷却されて固体（デブリ）となり、低温デブリトラップ１２に付着する。

図５は、後述する実験例で用いたＳｎの発光（ＥＵＶ）を計測するフォトダイオードの感度分布を示す図である。同図において、縦軸は、量子効率（光子から量子への変換効率）を表し、横軸はＥＵＶ領域の波長を表している。同図に示すように、レーザ光２１をターゲット部材１０の貫通孔１５に照射することにより発生する，波長が約１２〜１５ｎｍのＥＵＶ２３を計測できることがわかる。本実施の形態のレーザプラズマ光源では、後述する実験例に示すように、パルスエネルギー１８０ｍＪのレーザ光２１を貫通孔１５に照射することにより、最大８．４２ｍＪのＥＵＶ２３が放射されることが確認されている。

ここで、ターゲット部材１０の回転と制御装置３０によるレーザ光２１の照射とのタイミングの制御方法について説明する。本実施の形態では、ターゲット部材１０を回転させながら、貫通孔１５の数をＮとしたとき、レーザ光２１が照射された貫通孔１５から、Ｎに対して素である個数だけ離れた貫通孔１５が照射位置に移動した瞬間毎にパルス状のレーザ光２１を集光照射する。たとえば、３００個の貫通孔１５が形成されたターゲット部材１０を回転させながら、レーザ光（パルス）が照射された貫通孔１５から７個目の貫通孔１５が照射位置を通過する瞬間に次のレーザ光２１（パルス）が照射される。レーザ光２１のパルス時間（４ｎｓ程度）中の貫通孔１５（または後述する貫通溝１７）の移動距離は、貫通孔１５の直径（または貫通溝１７の溝幅）に比べて十分に小さいので、確実に貫通孔１５（または貫通溝１７）にレーザ光２１の１パルスが照射されるように、レーザ光２１の集光照射のタイミングを容易に制御することができる。

隣接した貫通孔１５にレーザ光２１を順次照射させると、貫通孔１５の周囲の温度が過上昇するおそれがあるが、本実施の形態の方法により、レーザ光２１が照射された貫通孔１５の周囲の温度を速やかに冷却することができる。また、ターゲット部材１０が貫通孔１５の数３００に対して素である７回転する間、すべての貫通孔１５につき１回ずつレーザ光２１が照射されるので、ターゲット部材１０の貫通孔１５の内壁部の摩耗も最小にとどまる。
なお、ターゲット部材１０の直径を３８２ｍｍ程度にすると、貫通孔１５（または貫通溝１７）の個数を１２００個程度形成することができる。その場合、１０ｋＨｚでパルスレーザを照射して、貫通孔１５（または貫通溝１７）の送りを７個ごとにすると、周速７０ｍ／sec（３５００ｒｐｍ）で回転させればよい。このとき生じる遠心加速度は、２５６５６ｍ／sec^２となり、貫通孔１５や貫通溝１７内の残存ガスは、主に外周側に排除されて、低温デブリトラップ１２に付着する。このとき、１つの貫通孔１５（または貫通溝１７）には、７回転毎に０．１２sec間隔でレーザが照射され、１分間に５００回、１時間では３万回のレーザ光の照射を受けてプラズマが発光するので、ＥＵＶの利用系（たとえば露光装置）の稼働率も非常に高い。

−発明の効果−
実用的に、Ｓｎの液滴やガスを利用したレーザプラズマ光源では、大きな出力を得ることが困難である。一方、固体ターゲットを用いたレーザプラズマ光源では、大出力を得るのに適しているが、デブリによる反射光学系などの汚染が問題となる。
それに対し、本発明のレーザプラズマ光源Ａによると、以下のように、固体ターゲットによるＥＵＶの高出力化を図りつつ、デブリによる反射光学系などの汚染を抑制することが可能となる。
すなわち、貫通孔１５にレーザ光２１が照射されると、内壁面の表面層分子がアブレーションされ、貫通孔１５内に細長いプラズマ１６が発生する。そして、レーザ光２１はこのプラズマ１６にも照射され、上述のように、ＥＵＶ２３が放射される。また、貫通孔１５にレーザ光２１が照射された後には、アブレーション分子は、半密封状態の貫通孔１５の中で互いに衝突して高密度ガス１８となるが、高密度ガス１８のうち多くの部分は、貫通孔１５の内壁面に再付着するので、デブリも比較的少なく、ターゲット部材１０の損耗も小さい。

しかも、本発明のレーザプラズマ光源Ａの場合、レーザ光２１が固体ターゲットであるターゲット部材１０から表面層分子をアブレーションさせる機能と、プラズマを励起してＥＵＶ２３を放射させる機能とを果たしているので、特許文献６のごとく２つのレーザ装置を備える必要がなく、レーザを併用したレーザアシストＤＰＰ方式のごとく、放電装置を備える必要もない。よって、装置コストを実用的なレベルまで低減することができる。

一方、貫通孔１５内でアブレーション分子によって発生する高密度ガス１８のうち、貫通孔１５の内壁面に付着する部分を除く残存ガスは、圧力差とターゲット部材１０の回転とによって、貫通孔１５内から排除される。排除された残存ガスは、冷却されてデブリとなるが、低温デブリトラップ１２を設けることにより、ほとんどのデブリは低温デブリトラップ１２に捕獲される。よって、低温デブリトラップ１２を設けることにより、より確実に光学系の汚染を抑制することができる。

なお、汚染が特に問題になるのは、ＥＵＶ２３の利用系、たとえばこのＥＵＶ２３を利用した極端紫外露光装置（後述する）などの反射光学系の汚染であるので、低温デブリトラップ１２が、ターゲット部材１０の第２面１０ｂ側だけに設けられていてもよい。

また、ターゲット部材１０に多数の貫通孔１５を形成し、制御装置３０（制御手段）により、レーザ光２１の照射をターゲット部材１０の回転に同期させたタイミングで制御して、レーザ光２１を照射する貫通孔１５を順次変えていくことで、ターゲット部材１０の温度上昇を抑制し、レーザ光２１の集光による損耗をできるだけ少なくして、長期間の繰り返し使用が可能である。また、ＥＵＶ出力とＥＵＶ利用系の稼働率を実用レベルまで高めることができる。

−斜め照射によるレーザ・プラズマ相互作用−
ターゲット表面で生成したプラズマは、固体壁面から真空に向かって膨張していくので、レーザ光はプラズマ密度の低い領域から高い領域に向かって進み、レーザ光の周波数と電子プラズマ周波数とが互いに一致する「臨界密度領域」（カットオフ点）で、反射される。
レーザ光が到達しうる最高のプラズマ密度である臨界密度はレーザ光の波長の二乗に逆比例する。したがって、レーザ光の波長が短いほどプラズマ密度の高い領域まで進入でき、より多くのエネルギーが吸収される。逆に、レーザ光の波長が長ければ、レーザ光は大部分が吸収されないうちに臨界密度面に到達して、そこで反射されてしまうことになる。
ところが、プラズマ密度が増大する勾配に対し、斜めにレーザ光が入射する場合、電子プラズマ波を励起し、臨界密度領域で共鳴による強い吸収（共鳴吸収）を引き起こす。古典吸収（逆制動輻射吸収）では、レーザ光のエネルギーを増大させると電子温度が上昇し吸収率が低下するが、この共鳴吸収では、レーザ光の強度を増大させても高い吸収率を維持することができる。共鳴によって生じる異常に高い電界は電子を加速し、この加速された高速電子が粒子衝突によって、プラズマ熱エネルギーに緩和されていく。

一方、レーザ光の強度が増大すると、非線形相互作用による吸収現象が現れ、これは異常吸収と呼ばれている。よく知られている過程は、パラメトリック不安定性と呼ばれる過程である。すなわち、プラズマにレーザ光の強い振動電界が作用すると、プラズマに固有な２つの波が相互に作用して、強め合いながら共振的に励起され、振動電界のエネルギーを受け取ってその振幅を増大していく不安定性（パラメトリック不安定性）が生じる。

本発明のレーザプラズマ光源Ａにおいては、上記共鳴吸収または異常吸収のいずれか、あるいは双方が生じることにより、高出力のＥＵＶが放射されるものと推定される。

−実験例−
ここで、本実施形態に係る実験例について説明する。この実験では、板厚が０．３ｍｍ，０．６ｍｍ，０．８ｍｍ，１．０ｍｍ，２．０ｍｍのＳｎ板（ターゲット部材）に、径２００μｍの貫通孔を形成し、この貫通孔にレーザ光を照射して、ＥＵＶの出力状態などを測定した。
図６は、実験例におけるターゲット部材１０に貫通した径２００μｍの貫通孔１５を示す光学顕微鏡写真図である。貫通孔１５は、ドリルにより形成されている。図７（ａ），（ｂ）は、順に、実験に用いたプラズマ光源及び測定装置を配置した実験装置の構成を示す図、および平板ターゲット（孔や溝のないターゲット）における計測時のセットアップを示す部分図である。

図７（ａ）に示すように、実験装置は、波長５３２ｎｍのレーザ光１０９を出力するＹＡＧレーザ１０１と、レーザ光１０９を平行光にするための凹レンズ１０２および凸レンズ１０３と、波長５３２ｎｍの成分のみを反射させるためのハーモニックセパレータ１０４と、真空チャンバ１１０とを備えている。真空チャンバ１１０内には、ターゲット部材１０が設置され、凸レンズ１０７によって絞られたレーザ光２１がターゲット部材１０の貫通孔１５に照射される。また、ターゲット部材１０の後方には、ＥＵＶ２３の強度を測定するためのＥＵＶ測定装置１２０が配置されている。また、ハーモニックセパレータ１０４の後方には、望遠レンズ１０６を通過してくる貫通孔１５内のプラズマ発光の可視ストリーク画像を撮影するための高速ストリークカメラ（ＨＳＳＣ）１３１が配置されている。

さらに、各種データを処理するためのパソコン１３２と、レーザ制御回路１３５と、オシロスコープ１３６と、直流電源１３７とが配置されている。

ターゲットとして貫通孔１５を有するターゲット部材１０についてのＥＵＶ測定を行う場合には、図７（ａ）に示すように、ＥＵＶ測定装置１２０が、ターゲット部材１０の第１面１０ａの法線方向に対して１８０°（貫通方向）〜１４０°の範囲に回動される。一方、ターゲットとして貫通孔のない平板ターゲット１９についてのＥＵＶ測定を行う場合には、レーザ光２１を平板ターゲット１９の法線方向と３０°で交差するように入射させ、かつ、ＥＵＶ測定装置１２０が平板ターゲット１９のレーザ照射面の法線方向から１５°〜７５°の範囲に回動される。

図８は、ＥＵＶ測定装置１２０の構成を示す断面図である。ＥＵＶ測定装置１２０は、Ａｌ製のボックス１２１に、Ａｕミラー１２３と、Ｚｒフィルタ１２４と、フォトダイオード１２５とを配置して構成されている。
貫通孔１５からは、ＥＵＶ２３だけでなく、軟Ｘ線２４と可視光２５も出力されるが、Ａｕミラー１２３によって軟Ｘ線が吸収され、Ｚｒフィルタ１２４によって可視光２５がカットされる。したがって、フォトダイオード１２５には、ＥＵＶ２３のみが通過でき、ＥＵＶ強度だけを測定することができる。

ここで、本実験例では、特に断らない限り、パルス幅４ｎｓ，パルスエネルギ１８０ｍＪ，波長５３２ｎｍの条件で、集光径８０μｍのレーザ光２１をターゲットに照射するものとする。
図９（ａ）、（ｂ）は、順に、実施の形態１のターゲット部材１０から放射されるＥＵＶ２３の強度、および平板ターゲット１９から放射されるＥＵＶ２３の強度を示すデータである。図９（ａ）に示すように、実施の形態のターゲット部材１０の貫通孔１５から放射されるＥＵＶ２３は、比較的中心付近に集中しており、最大８．４２ｍＪである。
一方、図９（ｂ）に示すように、平板ターゲット１９から放射されるＥＵＶ２３は、各方向に分散しており、最大で２．８９ｍＪであった。平板ターゲット１９を使用すると、レーザ光の集光部が掘れて凹部が形成されるので、このＥＵＶ２３の強度は、特許文献６のＥＵＶ強度に近いものとなっている。
このことから、貫通孔１５にレーザ光２１を照射することにより、強いＥＵＶ強度が得られることがわかる。

図１０（ａ）〜（ｅ）は、順に、ターゲット部材１０（Ｓｎ板）の厚みｔを０．３ｍｍ，０．６ｍｍ，０．８ｍｍ，１．０ｍｍ，２．０ｍｍと変化させたときのＥＵＶ２３の強度を示すデータである。この条件では、厚み０．６ｍｍのときに１パルスで最大ＥＵＶ強度８．４２ｍＪが得られている。次世代半導体プロセスの極端紫外露光装置に必要なＥＵＶ強度は、１０ｋＨｚで運転する場合、１パルス当たり１１．５ｍＪ以上といわれている。
したがって、本発明の改良により、この目標値をほぼクリアしうる強度のＥＵＶが放射されることがわかる。

図１１（ａ），（ｂ）は、順に、貫通孔１５内で発生しているプラズマ発光の可視ストリーク画像、及びその拡大像である。この画像は、高速ストリートカメラ（ＨＳＳＣ）１３１内に設置されたスリットを通過する貫通孔１５内のプラズマからの可視光の時間変化を撮影したものである。同図に示すように、レーザ光が照射されると、すぐに内壁面近傍（つまり、円筒状）にプラズマが現れ、レーザパルス時間に一致する４ｎｓ後に、中心軸でプラズマが衝突している。黒体輻射の理論でＥＵＶを効率よく放射する高温プラズマの温度は２０００００℃程度であり、可視光成分を有する。このデータから、最適なタイミングと密度でレーザ光によってプラズマが高温に励起されて、ＥＵＶが開口（出口）後方に放射されると考えられる。レーザパルスの４ｎｓが経過した後に、プラズマからの可視光の強度が増大した後減少していることは、プラズマが急速に冷却されていることを裏付けている。

図１２（ａ），（ｂ）は、順に、ターゲット部材１０の貫通孔１５に繰り返しレーザ光２１を照射したときのＥＵＶ出力の時間変化を示すデータ、及びその積算値の照射回数に対する変化を示すデータである。この実験では、レーザ光２１を貫通孔１５に照射した後、ターゲット部材１０が十分冷却されるだけの時間が経過した後、同じ貫通孔１５にレーザ光２１を２０回繰り返し照射している。但し、図１２（ａ）においては、第１回目、第５回目、第１０回目、第１５回目、第２０回目のデータのみを表示している。図１２（ｂ）の積算値とは、図１２（ａ）に示すＥＵＶ出力を時間について積算したものである。

図１２（ａ）に示すように、レーザ光の照射回数が増えると、フォトダイオード１２５の出力の最大値はあまり変化していないが、出力が持続する時間が短くなっている。その結果、図１２（ｂ）に示すように、照射回数が増えるにつれて、最初はＥＵＶ強度が減少していくが、ある程度減少すると、その後は一定のＥＵＶ強度が維持される。
すなわち、本発明のプラズマ光源は、複数回のレーザ光の繰り返し照射に対して安定したＥＵＶ出力を維持することができ、実用に適したレーザプラズマ光源であることがわかる。

図１３（ａ），（ｂ）は、順に、平板ターゲット１９にレーザ光２１を照射した時に発生するデブリの撮影画像、および本発明のターゲット部材１０の貫通孔１５にレーザ光２１を照射したときに発生するデブリの撮影画像である。ただし、図１３（ａ）は、ガラス基板を、厚み０．８ｍｍの平板ターゲット１９から前面側に５０ｍｍ離れた位置で、４５°傾けて配置したときに、ガラス基板に付着したデブリを示している。一方、図１３（ｂ）は、厚み０．８ｍｍのターゲット部材１０の貫通孔１５から１８０°方向に５０ｍｍ離れた位置で、ターゲット部材１０にほぼ平行にガラス基板を配置したときに、ガラス基板に付着したデブリを示している。図１３（ａ），（ｂ）のいずれのデータも、レーザ光２１のエネルギが１８０ｍＪ、照射回数が６００発、という条件でデータを採取している。

図１３（ａ）、（ｂ）を比較すると、平板ターゲット１９では、本発明のターゲット部材１０の後方に排出されるデブリよりも、大きく多数のデブリ（Ｓｎ粒子）が採取されている。その理由は、平板ターゲットでは、ＹＡＧレーザによってアブレーションされたＳｎが様々な形態で前方に爆発的に吹き飛ばされるのに対し、本発明のターゲット部材１０の貫通孔１５内では、半密封状態でレーザ光２１がデブリを押し出すようにアブレーションしていることによるものと考えられる。
このような相違が得られる理由は、今後さらに詰める必要があるが、この実験から、本発明の貫通孔を有するターゲット部材１０により、デブリが低減されていることが、経験的事実として確認されている。

（実施の形態２）
次に、ターゲット部材１０に、貫通孔に代えて貫通溝を形成した実施の形態２について説明する。
図１４は、実施の形態２に係るターゲット部材１０の斜視図である。本実施の形態では、実施の形態１における貫通孔１５に代えて、多数の貫通溝１７が設けられている。同図の拡大図に示すように、本実施の形態においても、デブリを吸収するための低温デブリトラップ１２が設けられている。そして、貫通溝１７の底面を結ぶ円の径（ＰＣＤ）は、たとえば９５．４９３ｍｍである。本実施の形態における貫通溝１７も、実施の形態１における貫通孔１５と同じ意味で、実質的にストレート形状を有している。

本実施の形態においても、レーザ光２１の照射によってアブレーションされ、プラズマ１６が発生し、プラズマにレーザ光２１が照射されることで、ＥＵＶ２３が放射される。その際、実施の形態１とは異なり、プラズマが穴に閉じこめられるわけではないので、デブリが漏出する方向は、貫通溝１７の上方の開口から外径方向に向かう方向が主となる。つまりデブリの排出方向を制御することができるという利点がある。

−実験例−
図１５（ａ）〜（ｃ）は、順に、貫通溝１７の形成時の光学顕微鏡写真図、及び入射角度０°，３０°で貫通溝１７にレーザ光をそれぞれ照射する前後の光学顕微鏡写真図である。貫通溝１７は放電加工により形成されている。
図１５（ｂ）は、レーザ光を貫通溝１７の壁面に傾き角度０°で（つまり平行に）２０回集光照射した前後における変化を示している。図１５（ｃ）は、レーザ光を貫通溝１７の底部の側壁に傾き角度３０°で２０回集光照射した前後における変化を示している。図１５（ｂ），（ｃ）からわかるように、レーザ光の照射角度の如何にかかわらず、レーザ光の照射による壁面の変化はほとんど生じていない。

図１６（ａ），（ｂ）は、レーザ光２１を貫通溝１７の底部の壁面に傾き角度０°で（つまり平行に）２０回集光照射したときのＥＵＶ出力の時間変化を示すデータ、及びその積算値の照射回数に対する変化を示すデータである。但し、図１６（ａ）においては、第１回目、第５回目、第１０回目、第１５回目、第２０回目のデータのみを表示している。図１６（ｂ）の積算値とは、図１６（ａ）に示すＥＵＶ出力を時間について積算したものである。なお、レーザ光２１を貫通溝１７の底部の壁面に傾き角度３０°，４５°で２０回集光照射したときにも、図１６（ａ），（ｂ）とほぼ同様の結果が得られている。

図１６（ａ），（ｂ）からわかるように、貫通溝１７にレーザ光２１の照射を繰り返しても、ＥＵＶ出力にほとんど変化が見られない。
特に、貫通孔１５にレーザ光２１を繰り返し照射したときには、繰り返し照射を行なったときに、最初はＥＵＶ強度が減少している（図１２（ｂ））参照）。それに対し、貫通溝１７へのレーザ光２１の照射の場合、レーザ光の照射回数が少ない時点から、ＥＵＶ出力にほとんど変化が見られない。したがって、貫通溝１７を有するターゲット部材１０を備えたレーザプラズマ光源は、複数回のレーザ光の繰り返し照射に対して、より安定したＥＵＶ出力を維持することができる。
ただし、ＥＵＶ出力及びその積算値を比較すると、レーザ光を貫通孔１５に照射した場合（実施の形態１）の方が、ＥＵＶ出力が大きい。

図１７（ａ），（ｂ）は、レーザ光を貫通溝１７の底部の壁面に傾き角度０°，３０°，４５°で２０回集光照射したときのＥＵＶ出力の時間変化を示すデータ、及び照射回数に対するＥＵＶ出力の変化を示すデータであり、比較のために平板ターゲットの法線方向から４５°傾いた方向に放射されるＥＵＶ出力を付け加えている。

図１７（ａ），（ｂ）からわかるように、貫通溝１７を設けたターゲット部材１０を用いることにより、平板ターゲットよりも高いＥＵＶ出力と、レーザ光２１の繰り返し照射に対するＥＵＶ出力の安定性とを得ることができる。実施の形態２の条件においては、貫通孔１５を設けたターゲット部材に比べて、ＥＵＶ出力が低いものの、貫通溝１７の形状や寸法などの条件によっては、所望のＥＵＶ出力（たとえば露光装置における１パルス毎に１１．５ｍＪ以上）を実現しうる可能性があるといえる。

（レーザプラズマ光源の応用例）
図１８は、本発明のレーザプラズマ光源Ａを利用した極端紫外露光装置の構成を概略的に示す図である。
レーザプラズマ光源Ａから放射されるＥＵＶ２３は、反射型マスクＢに入射される。反射型マスクＢには、半導体ウエハに形成される集積回路の各種要素（たとえばゲート電極）のパターンに対応して、ＥＵＶ２３を効率よく反射するための多層反射膜と、ＥＵＶ２３を吸収する吸収層とが形成されている。さらに、反射型マスクＢで反射されたＥＵＶ２３は、反射光学系Ｃ１，Ｃ２を経て、ウエハＤ上に入射される。そして、たとえばポリシリコン膜をパターニングしてゲート電極を形成するためのリソグラフィーに用いられる。

（他の実施の形態）
本発明のレーザプラズマ電源は、レーザ光２１をターゲット部材１０に照射して、ＥＵＶ２３だけでなく、軟Ｘ線など、少なくともレーザ光２１よりも波長の短い電磁波を放射させる構成としてもよい。波長１３．５ｎｍのＥＵＶ以外の電磁波を放射させる場合には、Ｓｎ以外の元素を主成分とするターゲット部材１０（少なくとも貫通孔または貫通溝の周囲の部分）を用いればよい。

上記各実施の形態においては、貫通孔１５または貫通溝１７は、実質的にストレート形状としたが、本発明の貫通孔または貫通溝は、実施の形態に示す形状に限定されるものではない。
図１９（ａ）〜（ｄ）は、変形例に係る貫通孔１５の形状を示す断面図である。
図１９（ａ）に示す貫通孔１５は、後方に向かって狭くなる１０°以上のテーパを有している。図１９（ｂ）に示す貫通孔１５は、後方に向かって広くなる１０°以上のテーパを有している。図１９（ｃ）に示す貫通孔１５は、中間部が端部よりも径が太い形状を有している。図１９（ｄ）に示す貫通孔１５は、中間部が端部よりも径が細い形状を有している。
また、貫通孔１５や貫通溝１７が段付きであってもよいし、断面形状も円形に限定されるものではなく、三角形，四角形、多角形，楕円、星形など各種形状を採用することができる。

ターゲット部材１０を非常に高速で回転したい場合、Ｓｎからなるターゲット部材１０の強度が問題になるが、ターゲット部材１０のすべての部分をＳｎで構成する必要はなく、少なくとも貫通孔１５や貫通溝１７の周囲の部分（壁部）のみをＳｎで構成し、他の部分は高強度の金属やセラミックスで構成することができる。

上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明のレーザプラズマ光源は、半導体プロセスなど、各種プロセスに用いられる極端紫外露光装置、Ｘ線露光装置、などの光源として利用することができる。

実施の形態１に係るレーザプラズマ光源Ａの構造を示す断面図であって、図３のI-I線における断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、ＥＵＶ放射の過程を示す断面図である。 低温デブリトラップとターゲット部材との形状を概略的に示す斜視図である。 図３に示すIV-IV線における部分断面図である。 実験例で用いたＥＵＶ計測用フォトダイオードの感度分布を示す図である。 実験例におけるターゲット部材に貫通した径２００μｍの貫通孔を示す光学顕微鏡写真図である。 （ａ），（ｂ）は、順に、実験に用いたプラズマ光源及び測定装置を配置した実験装置の構成を示す図、および平板ターゲットにおける計測時のセットアップを示す部分図である。 ＥＵＶ測定装置の構成を示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、順に、実施の形態１のターゲット部材から放射されるＥＵＶの強度、および平板ターゲットから放射されるＥＵＶの強度を示すデータである。 （ａ）〜（ｅ）は、順に、ターゲット部材の厚み０．３ｍｍ，０．６ｍｍ，０．８ｍｍ，１．０ｍｍ，２．０ｍｍにおけるＥＵＶ強度を示すデータである。 （ａ），（ｂ）は、順に、貫通孔内で発生しているプラズマ発光の可視ストリーク画像、及びその拡大像である。 （ａ），（ｂ）は、順に、貫通孔に繰り返しレーザ光を照射したときのＥＵＶ出力、及びその積算値の照射回数に対する変化を示すデータである。 （ａ），（ｂ）は、順に、平板ターゲットから発生するデブリの撮影画像、および本発明のターゲット部材の貫通孔から発生するデブリの撮影画像である。 実施の形態２に係るターゲット部材の斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、順に、貫通溝の形成時の光学顕微鏡写真図、及び入射角度０°，３０°で貫通溝にレーザ光をそれぞれ集光照射する前後の光学顕微鏡写真図である。 （ａ），（ｂ）は、レーザ光を貫通溝の底部の壁面に傾き角度０°で集光照射したときのＥＵＶ出力の時間変化、及びその積算値の照射回数に対する変化を示すデータである。 （ａ），（ｂ）は、レーザ光を貫通溝の底部の壁面に傾き角度０°，３０°，４５°で集光照射したときのＥＵＶ出力の時間変化、及び照射回数に対するＥＵＶ出力の変化を示すデータである。 本発明のレーザプラズマ光源Ａを利用した極端紫外露光装置の構成を概略的に示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、変形例に係る貫通孔の形状を示す断面図である。

符号の説明

Ａ レーザプラズマ光源
Ｂ 反射型マスク
Ｃ 反射光学系
Ｅ ウエハ
１０ ターゲット部材
１０ａ 第１面
１０ｂ 第２面
１１ 軸部材
１２ 低温デブリトラップ
１５ 貫通孔
１６ プラズマ
１７ 貫通溝
１８ 高密度ガス
１９ 平板ターゲット
２０ レーザ装置
２１ レーザ光
２３ ＥＵＶ
３０ 制御装置

Claims (6)

1. 第１面及び該第１面に対向する第２面を有し、上記第１面から第２面に達する貫通孔または貫通溝が形成されたターゲット部材と、
   上記ターゲット部材の上記貫通孔または貫通溝の壁面にレーザ光を照射するレーザ光源とを備え、
   上記貫通孔または貫通溝の上記第２面側の開口から上記レーザ光よりも波長の短い電磁波を出力するように構成された、レーザプラズマ光源。
2. 請求項１のレーザプラズマ光源において、
   上記ターゲット部材の上記貫通孔または貫通溝は、円周上に複数個配置されており、
   上記ターゲット部材は、上記円周の中心回りに回転自在に構成されている、レーザプラズマ光源。
3. 請求項２記載のレーザプラズマ光源において、
   上記貫通孔または貫通溝は、円周上の等配位置に設けられており、
   前記レーザ光源のレーザ光の照射と上記ターゲット部材の回転とのタイミングを制御する制御手段をさらに備えているレーザプラズマ光源。
4. 請求項１〜３のうちいずれか１つに記載のレーザプラズマ光源において、
   上記ターゲット部材の少なくとも上記第２面に対峙して、デブリを吸着させるトラップ部材をさらに備えている、レーザプラズマ光源。
5. 請求項１〜４のうちいずれか１つに記載のレーザプラズマ光源において、
   上記ターゲット部材のうち少なくとも上記貫通孔または貫通溝の壁部は、Ｓｎを主成分とする材料によって構成されている、レーザプラズマ光源。
6. 請求項１〜５のうちいずれか１つに記載のレーザプラズマ光源において、
   上記貫通孔または貫通溝は、実質的にストレート形状を有している、レーザプラズマ光源。