JP4111487B2 - 極端紫外光源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光リソグラフィの光源として用いられる極端紫外光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体プロセスの微細化の進展に伴って、光リソグラフィも微細化が急速に進展している。ＳＩＡのロードマップの微細化のスケジュールは年々前倒しが進み、１９９７年末版から１９９９年度版で１年の前倒し、そして２０００年版Scenario２で２年の前倒しと加速しつつある。これに伴い、ここ１０年間、リソグラフィ用光源の短波長化が年々進展している。即ち、水銀ランプのｇ線、ｉ線を経て、ＫｒＦエキシマレーザ装置（λ＝２４８nm）やＡｒＦエキシマレーザ装置（λ＝１９３nm）と、屈折光学系（Dioptric System）とを組み合わせた露光装置が使われてきた。
現在、次世代の１００〜７０nmの微細加工用に、さらに短波長のＦ2レーザ装置（λ= １５７nm）と反射屈折光学系（Catadioptric System）とを組み合わせたＦ2レーザ露光装置の、研究開発が精力的に進められている。さらに、５０nm以下の微細加工用に、波長１３nmの極端紫外（ExtremeUltra Violet：ＥＵＶ）光源と、縮小投影反射光学系（Cataoptric System）とを組み合わせたＥＵＶ露光装置１０が期待されている。
【０００３】
以下、ＥＵＶ露光装置について説明する。ＥＵＶ露光は、光リソグラフィの一種である。
図５に、従来技術に係るＥＵＶ露光装置１０の一例を示す。図５に示すように、図示しない真空チャンバの内部で、極端紫外光源１１から出射した波長約１３nmの極端紫外光１３は、デブリシールド１２を透過し、照明光学系１４に入射する。尚、デブリとは極端紫外光源１１から発生するゴミを意味し、デブリシールド１２はこれらのゴミが、光学素子に付着するのを防止している。
【０００４】
集光ミラー１５で整形された極端紫外光１３は、反射ミラー１６，１６で反射され、レチクルステージ１７の図５中下面に装着された図示しない反射型マスクに入射する。反射型マスクには、半導体回路パターンが描画されており、極端紫外光１３は、半導体回路パターンの像として縮小反射光学系１９に入射する。縮小反射光学系１９内で反射を繰り返すことによって、半導体回路パターンの像は縮小され、ウェハステージ上に搭載されたシリコンウェハ２０上に塗布された、図示しないレジスト表面に結像する。これにより、超ＬＳＩの回路形成を行う。
【０００５】
極端紫外光１３は、物質との相互作用が非常に強いため、縮小反射光学系１９の反射膜には、特殊な構造が必要となる。現在、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜では、１３〜１４nmの多層膜で７０％程度の反射率が得られている。またＢｅ／Ｓｉ多層膜では、１０〜１１nm付近で７０％に近い反射率が得られている。ただしＢｅは強い毒性があるため、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜で高い反射率が得られる１３〜１４nm近辺での高輝度の極端紫外光源の実現が嘱望されている。
【０００６】
ＥＵＶ露光装置１０のスループットを８０枚／時、レジスト感度を５mJ／cm2を前提とすると、現在考えられている光学系の構成で、５０〜１５０Wの光源が必要とされている。
尚、極端紫外光源１１は、点光源或いはその集合体であるため、極端紫外光１３の出力は、照明系の集光ミラー１５で集めて利用可能となるような範囲が必要である。即ち、点光源光の光束伝達において、エテンデュは常に一定であるという原理から、照明領域のエテンデュ（照明領域の面積と照明光立体角との積）は、光源側のエテンデュ（光源面積と発散立体角との積）よりも小さい必要がある。
【０００７】
光源側のエテンデュが大きいと、照明系に取り込むことの出来ない光束が増加する。従って、光源側のエテンデュを小さく抑える必要があるが、そのためには、光源サイズを充分小さくしなければならない。例えば、光源から立体角πだけ集光するためには、光源の直径を、０．５mm程度以下にする必要がある。
また、露光パターンの線幅均一性を確保するためには、多数のパルスを照射し、これを積算して露光量制御を行うことが望ましく、そのためには高い繰り返し周波数が要求される。また、露光量の制御を正確に行なうために、パルスごとの出力変動も充分小さく抑える必要がある。
【０００８】
さまざまな極端紫外光源１１のうち、ＬＰＰ（レーザ励起プラズマ）光源について、図６を用いて説明する。これは、短パルスレーザをターゲット２２に集光照射してプラズマを生成し、この際に発生する極端紫外を光源とするものであり、このＬＰＰ光源が、数十W以上のパワーが要求されるＥＵＶ露光用光源の最有力候補となっている。
図６において、図示しない真空チャンバ内でノズル２１から噴射されたターゲット２２に対して、駆動用レーザ装置２５から発振した短パルスの駆動レーザ光を集光して照射する。これにより、ターゲット２２がプラズマ化し、その際に波長十数nmの極端紫外光１３が発生する。これを、凹面鏡３４などで集めることにより、比較的高出力の極端紫外光１３を得ることが可能となっている。
【０００９】
ＬＰＰ光源には、次の１．１〜１．５のような優れた特徴がある。即ち、
１．１ プラズマ密度を高くできるので、黒体輻射に近い極めて高い輝度が得られる。
１．２ ターゲット２２の選択により、ほぼ必要な波長帯のみの発光が可能である。
１．３ ほぼ等方的な角度分布を持つ点光源であり、光源の周りに電極などの構造物がない。
１．４ 不純物の発生を、最小限に留めることが可能である。
１．５ 2π steradという、極めて大きな捕集立体角の確保が可能である。
【００１０】
現在、米国のＴＲＷ社が、１．５kW級のＬＤ励起ＹＡＧレーザ装置（波長１μm）をターゲット２２に照射して、ＬＰＰ光源の開発を行っている。ターゲット２２を固体とした場合、レーザ光から極端紫外光１３への変換効率は、１〜数％と比較的高い効率を得ることが可能とされている。
しかしながら、ターゲット２２が固体の場合、すべてのターゲット２２をプラズマ化させることが難しく、プラズマ化しなかったターゲット２２が温度数十万度のプラズマによって溶かされ、直径数μm以上の粒子塊（デブリ）となって多量に放出される。このデブリが、極端紫外光１３を集光する凹面鏡３４の表面に付着したり、多層膜への損傷等を引き起こしたりして、ＬＰＰの実用性を著しく損なっている。
【００１１】
一方、固体に比べてデブリが少ないとされるＸｅガスジェットをターゲット２２に用いた場合、レーザパワーから極端紫外光１３への変換効率は、０．５％程度と報告されている。仮に、発生した極端紫外光１３の半分が捕集できるとすれば、ガスターゲット２２の場合には、５０Wの極端紫外光１３を得るには、２０kWと非常に高い出力を有するレーザ装置が必要になる。
【００１２】
極端紫外光源１１の高出力化をはかるためには、ターゲット２２の選定と、これを真空チャンバ中のプラズマ発生位置に高密度に供給する方法とが鍵となる。具体的には、次の２．１〜２．６のような条件が必要となる。
２．１ 所望波長（１３〜１４nm）近傍での発光効率が高いこと。
２．２ 高繰り返し周波数のレーザ照射に対応できること。
２．３ 長時間連続したレーザ照射が可能であること。
２．４ 各レーザ照射毎のプラズマ発生位置及び発生量を、いずれも必要精度以内に保つこと。
２．５ 発生した極端紫外光１３を、効率よく捕集できるような構造であること。
２．６ デブリ発生が少ないこと。
【００１３】
従来、効率よくＭｏ／Ｓｉ多層膜で高い反射率が得られる１３〜１４nm近傍での発光に適したターゲット２２の材料として、錫（固体）、キセノン（気体）、リチウム（固体）などが試されてきた。
中でもＸｅは不活性ガスで化学的に安定であると同時に常温で気体であるので、ミラーへの付着や化学反応も少なくデブリ発生が少ないため有力なターゲット２２として注目され、研究されている。
【００１４】
これまで、Ｘｅをターゲットとした場合の供給方法として、次の３．１〜３．７に示すような方式が提案され、試されてきた。
３．１ Ｘｅガスに高圧をかけ、ノズル２１から真空中に噴出させるガスジェット方式
３．２ 断熱膨張の冷却効果で微小な固体の粒を作る、クラスタージェット方式
３．３ 液体を、ノズル２１から噴霧させるスプレー方式
３．４ 固体のＸｅ氷を落下させる、Ｘｅペレット方式
３．５ 液体のＸｅを滴下させる、Ｘｅドロップレット方式
３．６ 固体のＸｅ氷塊に、レーザを当てる方式
３．７ 液体のＸｅを、細管からまっすぐ飛ばジェット状に連続的に飛ばし、これにパルスレーザ光を照射する液体フィラメント方式
【００１５】
特に３．７の液体フィラメント方式は、現在までに報告されているＸｅによる波長１３nmの極端紫外光発生方式では、もっとも有利な方式であると考えられている。
即ち、キセノンを沸点以下（約マイナス１６０℃）に冷却して液化することにより、ターゲット２２の密度を上げる。また、ノズル２１からの拡散を緩和することによって、そのノズル２１から遠方（〜５０mm）に高密度にターゲット２２を供給し、ここにパルスレーザ光の照射を行なってプラズマを発生させる。
ここで、ノズル２１−プラズマ発生位置（レーザ光照射位置）間の距離を、ワーキングディスタンスと定義する。
【００１６】
この液体フィラメント方式は、以下の４．１〜４．６のような技術的特長を有する。
４．１ ガス状のターゲットに比して、密度を固体に近いほど高くできるので、高い変換効率が実証されている。
４．２ プラズマ生成点をノズル２１から１０mm以上遠方に設定可能で、プラズマの熱によるノズル２１の損傷と、その結果としてのデブリの発生が少ない。
４．３ プラズマ生成点を真空チャンバー中心に設置可能で、ＥＵＶ集光効率を高く取れる。
４．４ プラズマサイズが小さく、要求されるエタンデュを容易に満足する。
４．５ 動作が連続的であり、液体Ｘｅに圧力をかけることで射出するので、駆動機構の必要がない。
４．６ プラズマとならないジェットは固体状であり、ターゲット２２進行に伴って断熱膨張で冷却固化するので、回収が容易。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記液体フィラメント方式には、以下の５．１〜５．６のような問題点がある。
５．１ 連続的に細管から液体を飛ばすことによる、ホース不安定性などの流体力学的不安定性が生じやすく、ターゲット２２の位置が空間的に振動し、レーザ照射が困難になる。
５．２ ノズルから離れた位置に、安定にターゲット２２を供給することは難しい。そのため、直径の大きいターゲット２２を供給することが困難であり、現状では直径が２０μm程度の細いジェットでの供給しか実現できていない。
５．３ 駆動用レーザ装置２５のパワーに対する、極端紫外光１３の発光効率は比較的高い。しかしながら、極端紫外光源１１の高出力化のためには、駆動用レーザ装置２５のパワーを上げながら、これら液体ジェットの特性を維持したままジェット流を大口径化することが必要である。これは、上記５．２に示したように困難である。
５．４ 上記５．２に示したように、ジェットの径が２０μm程度であり、この狭い領域に、高出力のレーザ光を安定に集光するのは困難である。例えば、径を１００μm程度まで増大できると、レーザ光の集光が容易になって、レーザの負担が低減される。
５．５ 上記５．１より、ジェットを空間的に安定させる機構が必要となる。
５．６ 上記各条件より、安定な条件を維持したままで繰り返し周波数を増加し、出力の増加をはかるには、現状では２５kＨz程度が限界となっている。
尚、上記５．６における安定な条件とは、ジェットの空間的な位置の安定度を１μm程度、その密度揺らぎを１％以下にすることであり、これらの条件が、ＥＵＶ出力の安定度として要求されている値の達成に必要である。
【００１８】
このように、ＥＵＶ露光に利用するための充分な出力を得るためには、上記３．５に示した、液体のＸｅを滴下させるＸｅドロップレット方式のように、水滴状態のＸｅを生成し、これにレーザ光を照射するといった方式が望ましい。このようにすることにより、大きな水滴のＸｅが生成されるので、発生する極端紫外光１３の出力を大きくすることが可能である。
【００１９】
しかしながら、Ｘｅドロップレット方式では、Ｘｅの速度が遅いために、繰り返し周波数を上げるほど、プラズマ発生位置とノズル２１との距離（上記ワーキングディスタンス）が小さくなる。その結果、プラズマの熱によってノズル２１が損傷することがある。
これを解消するためには、ワーキングディスタンスを大きくして、プラズマ発生位置をノズル２１から離す必要がある。
ところが、上記ドロップレット方式では、Ｘｅが充分な速度を持たないために、Ｘｅはノズル２１から離れるに従って、水滴が拡散して密度が低くなる。その結果、充分な出力の極端紫外光１３が得られないという問題がある。
【００２０】
本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、ワーキングディスタンスを大きくし、かつ高出力の極端紫外光を得ることの可能な極端紫外光源装置を提供することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、本発明は、
ターゲットに駆動用レーザ装置からレーザ光を照射してプラズマを発生させ、数nm〜数十nmの波長を有する極端紫外（ＥＵＶ）光を発生させる極端紫外光源装置において、
ターゲットに電荷を与える電荷付与手段と、
電荷を帯びたターゲットを電磁場を利用して加速させる加速手段とを有するターゲット供給装置を備えている。
これにより、ノズルを出た後でターゲットが加速されるので、ワーキングディスタンスを大きくすることができる。また、電荷を用いることにより、非接触で加速が可能であり、加速速度をも自在にコントロールできる。
【００２２】
また、本発明は、
前記ターゲット供給装置は、ターゲットを、イオン化させた分子、原子、または複数原子の塊として供給している。
これにより、ターゲットがイオン化されるので、電荷を帯びさせることが容易である。
【００２３】
また、本発明は、
前記ターゲット供給装置は、ターゲットをイオン化させたクラスタとして供給している。
これにより、ターゲットがイオン化されるので、電荷を帯びさせることが容易である。
【００２４】
また、本発明は、
前記ターゲットとして、キセノン（Ｘｅ）又は希ガス元素を使っている。
Ｘｅは不活性ガスで化学的に安定であると同時に常温で気体であるためミラーへの付着、化学反応も少なくデブリ発生が少ない。また、１３〜１４nmの極端紫外光を出すので、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜を用いて、低損失の反射光学素子を製作できる。
【００２５】
また、本発明は、
前記ターゲットとして、金属元素を用いている。
１３〜１４nmの極端紫外光を出すので、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜を用いて、低損失の反射光学素子を製作できる。
【００２６】
また、本発明は、
前記ターゲットとして、リチウム（Ｌｉ）、錫（Ｓｎ）、又は酸化錫（ＳｎＯ２）を用いている。
１３〜１４nmの極端紫外光を出すので、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜を用いて、低損失の反射光学素子を製作できる。
【００２７】
また、本発明は、
前記ターゲットとして、常温で液体又は気体の分子を使っている。
常温で液体又は気体のターゲットを用いることで、取り扱いが容易であるとともに、固体のようなデブリの発生が少ない。
【００２８】
また、本発明は、
前記ターゲットとして、水（Ｈ2Ｏ）を用いている。
水は自然界に豊富に存在するので、安価である。
【００２９】
また、本発明は、
前記駆動用レーザ装置として、ＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amｐlifier）方式のレーザ装置を用いている。
これにより、駆動用レーザ装置の出力を容易に上げることができる。
【００３０】
また、本発明は、
前記駆動用レーザ装置として、１μm近傍の波長を有するパルスＹＡＧレーザ装置を用いている。
ＹＡＧレーザ装置は、高出力のものが市販されており、取り扱いも容易である。
【００３１】
また、本発明は、
前記駆動用レーザ装置として、
発振段レーザに、レーザダイオードによって励起され、アダプティブ光学素子を用いてシングルモード化されたＹＡＧレーザ装置を用いると共に、
増幅段レーザに高出力ＹＡＧレーザを用いている。
発振段レーザによって波長を精密に制御し、これを増幅するので、波長が安定で高出力のレーザ光を得ることができる。
【００３２】
また、本発明は、
前記駆動用レーザ装置として、
１０μm近傍の波長のレーザ光を発振するパルス炭酸ガスレーザ装置を用いている。
波長の長い炭酸ガスレーザ光を使うことにより、密度の小さなプラズマとの相互作用が可能となり、ターゲットが密度の薄いガス状でも、効率よくプラズマの発生が行なわれる。
【００３３】
また、本発明は、
前記駆動用レーザ装置として、
発振段レーザにパルス炭酸ガスレーザ装置を用いると共に、
増幅段レーザにＣＷ炭酸ガスレーザ装置を用いている。
発振段レーザによって波長を精密に制御し、これを増幅するので、波長が安定で高出力のレーザ光を得ることができる。また、増幅段レーザとしてＣＷ炭酸ガスレーザ装置を用いているので、発振段レーザによって繰り返し周波数が定まり、周波数を上げるのが容易である。
【００３４】
また、本発明は、
前記駆動用レーザ装置として、
発振段レーザにパルス炭酸ガスレーザ装置を用いると共に、
増幅段レーザにＴＥＡ炭酸ガスレーザ装置を用いている。
発振段レーザによって波長を精密に制御し、これを増幅するので、波長が安定で高出力のレーザ光を得ることができる。
増幅段レーザににＴＥＡ炭酸ガスレーザ装置を用いることにより、容易に高出力を得ることができる。
【００３５】
また、本発明は、
前記加速されたターゲットの初速度をＶｔ、生成されたプラズマの平均プラズマ拡散速度をＶｐとした場合に、
Ｖｔ＞Ｖｐとしている。
これにより、ターゲットを極端紫外光発生環境から速やかに除去し、合わせて繰り返し周波数を数MＨzまで増加することが可能となる。
【００３６】
また、本発明は、
駆動用レーザ装置から発振されたパルスレーザの時間幅をＴＬ、加速手段によって加速されたターゲットの初速度をＶｔ、エテンディユ制約から決まる光源プラズマ最大径をＤｐとしたときに、ＴＬ・Ｖｔ＜Ｄｐなる関係が成り立つようにしている。
【００３７】
また、本発明は、
プラズマ発光点とターゲットを回収するターゲット回収器との距離をＤｃ、回収器部の実効半径をＤｒ、加速されたターゲットの初速度をＶｔ、平均プラズマ拡散速度をＶｐとした場合に、
Ｄｒ ＞ Ｖｐ・（Ｄｃ／Ｖｔ）
なる関係が成り立つようにしている。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しながら、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。
図１に、第１実施形態に係る極端紫外光源装置１１の構成図を示す。
ターゲット２２を供給するノズル２１の内部には、例えば図示しないピエゾ素子などが配置されており、ターゲット２２を高速で噴出させることが可能となっている。図示しない冷却手段によって液化したターゲット２２は、ノズル２１から出射し、出射速度で進行する途中で、電子ビーム発生器２３から発生した電子ビーム４２の照射を受けて電荷を帯びる。ターゲット２２の材料としては、液体Ｘｅ、固体Ｘｅ、その他の液相或いは固相の物質である。径１０μm程のターゲット２２へ、径１００μm程の電子ビーム４２を用いれば、ターゲット２２全体に電子ビーム４２が照射される。
【００３９】
電荷を帯びたターゲット２２Ａは、例えばバンデグラーフ型の加速器２４により進行速度を加速され、その後に駆動用レーザ装置２５から出射した励起レーザ光３２を照射されてプラズマ化し、極端紫外光１３を発生する。図１に示した極端紫外光源装置は、ターゲット２２の加速を主たる目的としているので、その点では加速器２４を通過した後のターゲット２２が電荷を帯びているか否かは重要事項ではない。
プラズマ発生点の下流には、プラズマおよび残留ガスを回収するターゲット回収器２６が設置されている。加速されたターゲット２２は、高密度状態を保ってレーザ光照射位置まで到達することが重要である。プラズマ化しなかったターゲットの残滓や発生したデブリが、拡散して光学系に付着する前に高回収率で回収される。
図１において、ワーキングディスタンスはＷＤで表される。
【００４０】
尚、ターゲット２２へ電荷を与える手段は電子ビーム４２に限られるものではなく、例えばノズル２１に高電圧を印加することにより、出射ターゲット２２に電荷を帯びさせることが可能である。また、ターゲット２２が気化しきらない程度の弱いエネルギーレベルのレーザ光をターゲット２２へ照射して、表面部のみをイオン化することも可能である。
【００４１】
極端紫外光源１１の構成例を、図２に示す。この例では、図１に示したターゲットの加速器２４を採用する。
図２に示した構成によれば、駆動用レーザ装置としてＹＡＧレーザ装置４０を用いている。即ち、ＬＤ（レーザダイオード）によってＹＡＧレーザ装置４０を励起し、波長1μm帯の励起レーザ光３２を、照射光学系を用いて、後述するイオンクラスターターゲット供給装置４１から数cmはなれたターゲット２２の流路上に集光して、プラズマを発生させる。
発生したプラズマは、数１０μm〜１mmの径を有している。このプラズマから発生する極端紫外光１３を、光軸を略一致させた凹面鏡３４などの集光光学系により集光し、ここでは図示しない照明光学系へ伝送する。このとき、デブリを除去するためのデブリシールド１２を通過させ、極端紫外光１３だけを照明光学系１４へ放射する。
【００４２】
このように、ターゲット２２を加速器２４で加速し、高速で移動させているので、ノズル２１からの距離を大きく取ってノズル２１をプラズマから遠ざけることが出来る。それゆえノズル２１のプラズマによる加熱のダメージを、比較的軽減できる。
また、ワーキングディスタンスを大きくできるため、極端紫外光１３を取り出す際の、集光光学系の配置が容易となる。本発明では、集光光学系には回転対称な放物面あるいは球面鏡を用い、駆動用レーザ光は、光軸を放物面あるいは球面鏡の光軸と略一致させてＹＡＧレーザ光を集光している。
【００４３】
前述のとおり、極端紫外光源１１の大きさは、エテンデュの制約に収まるほど小さくなければ、露光に利用できる効率が低くなってしまう。つまり光源として利用するためにはレーザ光の集光径を十分に小さくする必要がある。
【００４４】
本発明に使用する駆動用レーザ装置２５の、他の構成例を図３に示す。
本実施例では、シングルモードＹＡＧレーザからなる発振段ＹＡＧレーザ２８と、複数台の高出力ＹＡＧレーザからなる増幅段ＹＡＧレーザ２９とを用いて、駆動用レーザ装置２５を構成している。
図中、発振段レーザ２８は、高繰り返し周波数動作可能なパルスＹＡＧレーザで、シングルモードかそれに近い低次モードの横モードが出せるように設計されている。この発振段レーザは小出力でよいため、１０kＨz程度までの高繰り返し周波数化、及びビームモードの安定化が比較的容易である。この発振段レーザのパルス光を、後段に直列接続した複数台の高出力ＹＡＧレーザで増幅して、大出力のパルスレーザ光を得ている。
【００４５】
１００WレベルのＥＵＶ出力を、繰り返し周波数数kＨzで実現しようとすると、パルス毎の投入エネルギーが大きく、プラズマからの高速粒子の発生やパルス毎の安定度などで問題が生ずる事が予想される。
そのため、繰り返し周波数は速い程望ましいが、幸いＮｄ：ＹＡＧ等の固体レーザでは、繰り返し周波数が１０kＨz以上では取り出し効率は一定となる。ノズル２１等を用いる場合には、拡散で前のガスが十分希薄になるまで、次のプラズマ生成を待つ必要がある。またこのガスは、デブリや極端紫外光の再吸収などの、マイナス効果を持つ。従ってターゲット２２を拡散速度Ｖｐ以上の初速Ｖｔで移動させることで、極端紫外光発生環境から速やかに除去し、合わせて繰り返し周波数を数MＨzまで増加することが可能となる。
【００４６】
以下に設計の一例を示す。
平均ＥＵＶ出力（13.4nm，2.5％bw，2πSr） １００Ｗ
繰り返し周波数 １MＨz
パルス幅 ５ns
パルスエネルギー １００μJ
効率 １％
【００４７】
必要なレーザ仕様
パルスエネルギー １０mJ
パルス幅 ２ns
繰り返し周波数 １０kＨz〜１MＨz
平均出力 １０kw
【００４８】
高速ターゲット２２仕様
速度 １００km/s〜１０００km/s
サイズ φ１００μm
（レーザパルス間の移動距離 ０．２mm）
【００４９】
また、加速器２４における、図示しないイオンビーム制御電源の加速電圧に変調をかけることにより、ターゲット２２のパルス化をすることもできる。パルス化することでＸｅの利用効率を高められるだけでなく、パルス毎のターゲット２２の結合を弱めることができパルスエネルギの安定性を高めることも可能である。
さらに、プラズマ発生点の下流に、プラズマおよび残留ガスを回収するターゲット回収器２６を設置し、口径＞ ｛プラズマ拡散速度・（ターゲット２２→回収器）移動経過時間｝となるように設定することで、高い回収率でターゲット２２の回収が可能となる。
【００５０】
次に、第２実施形態を説明する。
第２実施形態では、駆動用レーザ装置２５として、波長１０μm帯の炭酸ガスレーザ装置を用いている。照射光学系により、ノズル２１から数cm〜十数cm離れたガス状のターゲット２２の流路上に、レーザ光を集光して、プラズマを発生させる。
発生したプラズマは、数mm〜数cmの長さをもつ。このフィラメント上に発生したプラズマの長軸に、集光光学系の光軸を略一致させ、プラズマから発生するＥＵＶ光を集光することにより、ＥＵＶ光を集光して照明光学系１４へ光を伝送する。このとき、デブリシールド１２を通してデブリを除去し、極端紫外光１３だけを照明光学系１４へ放射する。
【００５１】
第２実施形態によれば、波長の長い炭酸ガスレーザ光を使っているので、密度の小さなプラズマとにおいても相互作用が可能となり、ターゲット２２が密度の薄いガス状でも、効率よくプラズマの発生が行なわれる。
従って、レーザ光照射位置をノズル２１から遠ざけてターゲット２２が薄くなっても、効率よくプラズマの発生が行なわれるので、ワーキングディスタンスを大きくすることが可能である。それゆえ、ノズル２１のプラズマによる加熱のダメージが、比較的軽減できる。
【００５２】
また、ワーキングディスタンスを大きくすることができるので、極端紫外光１３を集光するための集光光学系の配置が容易となる。本発明では、集光光学系には回転対称な放物面あるいは球面鏡を使って集光し、駆動用レーザは、その光軸と略一致した光軸からＣＯ2レーザ光を集光している。
前述のとおり、極端紫外光源１１の大きさは、エテンデュの制約に収まるほど小さくなければ、露光に利用できる効率が低くなってしまう。つまり光源として利用するためにはレーザ光の集光径を十分に小さくする必要がある。
【００５３】
本実施形態に使用するＣＯ2レーザ光源の構成を、図４に示す。
本実施例では、シングルモードＣＯ2レーザからなる発振段レーザ３０と、増幅段レーザとして複数台の高出力ＣＯ2レーザ３１とを使って、駆動用レーザ装置２５を構成している。
図中発振段レーザ３０は、高繰り返し周波数の動作が可能なパルス発振のシングルモードＣＯ2レーザであり、シングルモードかそれに近い低次モードの横モードが出せるように設計されている。この発振段レーザは小出力でよいため、１０kＨz程度までの高繰り返し周波数化、及びビームモードの安定化が比較的容易である。
【００５４】
この発振段レーザ３０のパルス光を、後段に直列接続したＣＷ−ＣＯ2レーザ装置３１で増幅して、大出力のパルス光を得ている。この場合、増幅媒質は連続（ＣＷ）で存在するため、繰り返し周波数は発振段レーザの性能によって定まる。そのため、後述するようなＴＥＡ−ＣＯ2レーザ装置に比べて、繰り返し周波数を大きくするのが容易である。
このとき、発振段レーザ３０と増幅段レーザ３１との同期をとって変調を掛けることにより、無駄なエネルギーを節約できて、システム効率を向上させることができる。
【００５５】
実施例３は前記とほぼ同様の構成で、増幅段レーザをＴＥＡ-ＣＯ2レーザで構成したものである。この場合には、前述の増幅段レーザをＣＷ-ＣＯ2レーザで構成した場合よりも、パルスエネルギーを大きくとることができるというメリットがある。
【００５６】
以上説明したように本発明によれば、クラスターに電荷を付与したり、ガス分子をイオン化した荷電ターゲット２２に電磁場を印可することで、ターゲット２２の制御が可能となる。従って、次のような効果がある。
６．１ イオンビーム加速器２４の技術と組み合わせることで、高速のターゲット２２流を生成できる。
６．２ プラズマ生成点を、ノズル２１から遠方に隔離できる。これにより、ノズル２１の損傷が少なく、また集光光学系の設計が容易である。
６．３ Ｘｅが帯電しているので、使われないＸｅを、電磁的に回収ノズル２１まで輸送可能。
６．４ クラスターを１mm以下に能動的に収束・拡散制御でき、安定したエタンデュを実現できる。
６．５ 高速化することで繰り返し周波数を１００kＨz以上まで増加可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る極端紫外光源装置の構成図。
【図２】極端紫外光源装置の構成例を示す説明図。
【図３】本発明に使用するＹＡＧレーザ光源の構成図。
【図４】本実施形態に使用するＣＯ2レーザ光源の構成図。
【図５】ＥＵＶ露光装置の一例を示す説明図。
【図６】ＬＰＰ光源の概念図。
【符号の説明】
１０：ＥＵＶ露光装置、１１：極端紫外光源、１２：デブリシールド、１３：極端紫外光、１４：照明光学系、１５：集光ミラー、１６：反射ミラー、１７：レチクルステージ、１９：縮小反射光学系、２０：ウェハ、２１：ノズル、２２：ターゲット、２３：電子ビーム発生器、２４：加速器、２５：駆動用レーザ装置、２６：ターゲット回収器、２８：発振段ＹＡＧレーザ、２９：増幅段ＹＡＧレーザ、３０：発振段ＣＯ2レーザ、３１：増幅段ＣＯ2レーザ、３２：励起レーザ光、３４：凹面鏡、３９：ＬＤ、４０：ＹＡＧレーザ装置、４１：ターゲット供給装置、４２：電子ビーム、４４：ウェハステージ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光リソグラフィの光源として用いられる極端紫外光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体プロセスの微細化の進展に伴って、光リソグラフィも微細化が急速に進展している。ＳＩＡのロードマップの微細化のスケジュールは年々前倒しが進み、１９９７年末版から１９９９年度版で１年の前倒し、そして２０００年版Scenario２で２年の前倒しと加速しつつある。これに伴い、ここ１０年間、リソグラフィ用光源の短波長化が年々進展している。即ち、水銀ランプのｇ線、ｉ線を経て、ＫｒＦエキシマレーザ装置（λ＝２４８nm）やＡｒＦエキシマレーザ装置（λ＝１９３nm）と、屈折光学系（Dioptric System）とを組み合わせた露光装置が使われてきた。
現在、次世代の１００〜７０nmの微細加工用に、さらに短波長のＦ2レーザ装置（λ= １５７nm）と反射屈折光学系（Catadioptric System）とを組み合わせたＦ2レーザ露光装置の、研究開発が精力的に進められている。さらに、５０nm以下の微細加工用に、波長１３nmの極端紫外（ExtremeUltra Violet：ＥＵＶ）光源と、縮小投影反射光学系（Cataoptric System）とを組み合わせたＥＵＶ露光装置１０が期待されている。
【０００３】
以下、ＥＵＶ露光装置について説明する。ＥＵＶ露光は、光リソグラフィの一種である。
図５に、従来技術に係るＥＵＶ露光装置１０の一例を示す。図５に示すように、図示しない真空チャンバの内部で、極端紫外光源１１から出射した波長約１３nmの極端紫外光１３は、デブリシールド１２を透過し、照明光学系１４に入射する。尚、デブリとは極端紫外光源１１から発生するゴミを意味し、デブリシールド１２はこれらのゴミが、光学素子に付着するのを防止している。
【０００４】
集光ミラー１５で整形された極端紫外光１３は、反射ミラー１６，１６で反射され、レチクルステージ１７の図５中下面に装着された図示しない反射型マスクに入射する。反射型マスクには、半導体回路パターンが描画されており、極端紫外光１３は、半導体回路パターンの像として縮小反射光学系１９に入射する。縮小反射光学系１９内で反射を繰り返すことによって、半導体回路パターンの像は縮小され、ウェハステージ上に搭載されたシリコンウェハ２０上に塗布された、図示しないレジスト表面に結像する。これにより、超ＬＳＩの回路形成を行う。
【０００５】
極端紫外光１３は、物質との相互作用が非常に強いため、縮小反射光学系１９の反射膜には、特殊な構造が必要となる。現在、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜では、１３〜１４nmの多層膜で７０％程度の反射率が得られている。またＢｅ／Ｓｉ多層膜では、１０〜１１nm付近で７０％に近い反射率が得られている。ただしＢｅは強い毒性があるため、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜で高い反射率が得られる１３〜１４nm近辺での高輝度の極端紫外光源の実現が嘱望されている。
【０００６】
ＥＵＶ露光装置１０のスループットを８０枚／時、レジスト感度を５mJ／cm2を前提とすると、現在考えられている光学系の構成で、５０〜１５０Wの光源が必要とされている。
尚、極端紫外光源１１は、点光源或いはその集合体であるため、極端紫外光１３の出力は、照明系の集光ミラー１５で集めて利用可能となるような範囲が必要である。即ち、点光源光の光束伝達において、エテンデュは常に一定であるという原理から、照明領域のエテンデュ（照明領域の面積と照明光立体角との積）は、光源側のエテンデュ（光源面積と発散立体角との積）よりも小さい必要がある。
【０００７】
光源側のエテンデュが大きいと、照明系に取り込むことの出来ない光束が増加する。従って、光源側のエテンデュを小さく抑える必要があるが、そのためには、光源サイズを充分小さくしなければならない。例えば、光源から立体角πだけ集光するためには、光源の直径を、０．５mm程度以下にする必要がある。
また、露光パターンの線幅均一性を確保するためには、多数のパルスを照射し、これを積算して露光量制御を行うことが望ましく、そのためには高い繰り返し周波数が要求される。また、露光量の制御を正確に行なうために、パルスごとの出力変動も充分小さく抑える必要がある。
【０００８】
さまざまな極端紫外光源１１のうち、ＬＰＰ（レーザ励起プラズマ）光源について、図６を用いて説明する。これは、短パルスレーザをターゲット２２に集光照射してプラズマを生成し、この際に発生する極端紫外を光源とするものであり、このＬＰＰ光源が、数十W以上のパワーが要求されるＥＵＶ露光用光源の最有力候補となっている。
図６において、図示しない真空チャンバ内でノズル２１から噴射されたターゲット２２に対して、駆動用レーザ装置２５から発振した短パルスの駆動レーザ光を集光して照射する。これにより、ターゲット２２がプラズマ化し、その際に波長十数nmの極端紫外光１３が発生する。これを、凹面鏡３４などで集めることにより、比較的高出力の極端紫外光１３を得ることが可能となっている。
【０００９】
ＬＰＰ光源には、次の１．１〜１．５のような優れた特徴がある。即ち、
１．１ プラズマ密度を高くできるので、黒体輻射に近い極めて高い輝度が得られる。
１．２ ターゲット２２の選択により、ほぼ必要な波長帯のみの発光が可能である。
１．３ ほぼ等方的な角度分布を持つ点光源であり、光源の周りに電極などの構造物がない。
１．４ 不純物の発生を、最小限に留めることが可能である。
１．５ 2π steradという、極めて大きな捕集立体角の確保が可能である。
【００１０】
現在、米国のＴＲＷ社が、１．５kW級のＬＤ励起ＹＡＧレーザ装置（波長１μm）をターゲット２２に照射して、ＬＰＰ光源の開発を行っている。ターゲット２２を固体とした場合、レーザ光から極端紫外光１３への変換効率は、１〜数％と比較的高い効率を得ることが可能とされている。
しかしながら、ターゲット２２が固体の場合、すべてのターゲット２２をプラズマ化させることが難しく、プラズマ化しなかったターゲット２２が温度数十万度のプラズマによって溶かされ、直径数μm以上の粒子塊（デブリ）となって多量に放出される。このデブリが、極端紫外光１３を集光する凹面鏡３４の表面に付着したり、多層膜への損傷等を引き起こしたりして、ＬＰＰの実用性を著しく損なっている。
【００１１】
一方、固体に比べてデブリが少ないとされるＸｅガスジェットをターゲット２２に用いた場合、レーザパワーから極端紫外光１３への変換効率は、０．５％程度と報告されている。仮に、発生した極端紫外光１３の半分が捕集できるとすれば、ガスターゲット２２の場合には、５０Wの極端紫外光１３を得るには、２０kWと非常に高い出力を有するレーザ装置が必要になる。
【００１２】
極端紫外光源１１の高出力化をはかるためには、ターゲット２２の選定と、これを真空チャンバ中のプラズマ発生位置に高密度に供給する方法とが鍵となる。具体的には、次の２．１〜２．６のような条件が必要となる。
２．１ 所望波長（１３〜１４nm）近傍での発光効率が高いこと。
２．２ 高繰り返し周波数のレーザ照射に対応できること。
２．３ 長時間連続したレーザ照射が可能であること。
２．４ 各レーザ照射毎のプラズマ発生位置及び発生量を、いずれも必要精度以内に保つこと。
２．５ 発生した極端紫外光１３を、効率よく捕集できるような構造であること。
２．６ デブリ発生が少ないこと。
【００１３】
従来、効率よくＭｏ／Ｓｉ多層膜で高い反射率が得られる１３〜１４nm近傍での発光に適したターゲット２２の材料として、錫（固体）、キセノン（気体）、リチウム（固体）などが試されてきた。
中でもＸｅは不活性ガスで化学的に安定であると同時に常温で気体であるので、ミラーへの付着や化学反応も少なくデブリ発生が少ないため有力なターゲット２２として注目され、研究されている。
【００１４】
これまで、Ｘｅをターゲットとした場合の供給方法として、次の３．１〜３．７に示すような方式が提案され、試されてきた。
３．１ Ｘｅガスに高圧をかけ、ノズル２１から真空中に噴出させるガスジェット方式
３．２ 断熱膨張の冷却効果で微小な固体の粒を作る、クラスタージェット方式
３．３ 液体を、ノズル２１から噴霧させるスプレー方式
３．４ 固体のＸｅ氷を落下させる、Ｘｅペレット方式
３．５ 液体のＸｅを滴下させる、Ｘｅドロップレット方式
３．６ 固体のＸｅ氷塊に、レーザを当てる方式
３．７ 液体のＸｅを、細管からまっすぐ飛ばジェット状に連続的に飛ばし、これにパルスレーザ光を照射する液体フィラメント方式
【００１５】
特に３．７の液体フィラメント方式は、現在までに報告されているＸｅによる波長１３nmの極端紫外光発生方式では、もっとも有利な方式であると考えられている。
即ち、キセノンを沸点以下（約マイナス１６０℃）に冷却して液化することにより、ターゲット２２の密度を上げる。また、ノズル２１からの拡散を緩和することによって、そのノズル２１から遠方（〜５０mm）に高密度にターゲット２２を供給し、ここにパルスレーザ光の照射を行なってプラズマを発生させる。
ここで、ノズル２１−プラズマ発生位置（レーザ光照射位置）間の距離を、ワーキングディスタンスと定義する。
【００１６】
この液体フィラメント方式は、以下の４．１〜４．６のような技術的特長を有する。
４．１ ガス状のターゲットに比して、密度を固体に近いほど高くできるので、高い変換効率が実証されている。
４．２ プラズマ生成点をノズル２１から１０mm以上遠方に設定可能で、プラズマの熱によるノズル２１の損傷と、その結果としてのデブリの発生が少ない。
４．３ プラズマ生成点を真空チャンバー中心に設置可能で、ＥＵＶ集光効率を高く取れる。
４．４ プラズマサイズが小さく、要求されるエタンデュを容易に満足する。
４．５ 動作が連続的であり、液体Ｘｅに圧力をかけることで射出するので、駆動機構の必要がない。
４．６ プラズマとならないジェットは固体状であり、ターゲット２２進行に伴って断熱膨張で冷却固化するので、回収が容易。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記液体フィラメント方式には、以下の５．１〜５．６のような問題点がある。
５．１ 連続的に細管から液体を飛ばすことによる、ホース不安定性などの流体力学的不安定性が生じやすく、ターゲット２２の位置が空間的に振動し、レーザ照射が困難になる。
５．２ ノズルから離れた位置に、安定にターゲット２２を供給することは難しい。そのため、直径の大きいターゲット２２を供給することが困難であり、現状では直径が２０μm程度の細いジェットでの供給しか実現できていない。
５．３ 駆動用レーザ装置２５のパワーに対する、極端紫外光１３の発光効率は比較的高い。しかしながら、極端紫外光源１１の高出力化のためには、駆動用レーザ装置２５のパワーを上げながら、これら液体ジェットの特性を維持したままジェット流を大口径化することが必要である。これは、上記５．２に示したように困難である。
５．４ 上記５．２に示したように、ジェットの径が２０μm程度であり、この狭い領域に、高出力のレーザ光を安定に集光するのは困難である。例えば、径を１００μm程度まで増大できると、レーザ光の集光が容易になって、レーザの負担が低減される。
５．５ 上記５．１より、ジェットを空間的に安定させる機構が必要となる。
５．６ 上記各条件より、安定な条件を維持したままで繰り返し周波数を増加し、出力の増加をはかるには、現状では２５kＨz程度が限界となっている。
尚、上記５．６における安定な条件とは、ジェットの空間的な位置の安定度を１μm程度、その密度揺らぎを１％以下にすることであり、これらの条件が、ＥＵＶ出力の安定度として要求されている値の達成に必要である。
【００１８】
このように、ＥＵＶ露光に利用するための充分な出力を得るためには、上記３．５に示した、液体のＸｅを滴下させるＸｅドロップレット方式のように、水滴状態のＸｅを生成し、これにレーザ光を照射するといった方式が望ましい。このようにすることにより、大きな水滴のＸｅが生成されるので、発生する極端紫外光１３の出力を大きくすることが可能である。
【００１９】
しかしながら、Ｘｅドロップレット方式では、Ｘｅの速度が遅いために、繰り返し周波数を上げるほど、プラズマ発生位置とノズル２１との距離（上記ワーキングディスタンス）が小さくなる。その結果、プラズマの熱によってノズル２１が損傷することがある。
これを解消するためには、ワーキングディスタンスを大きくして、プラズマ発生位置をノズル２１から離す必要がある。
ところが、上記ドロップレット方式では、Ｘｅが充分な速度を持たないために、Ｘｅはノズル２１から離れるに従って、水滴が拡散して密度が低くなる。その結果、充分な出力の極端紫外光１３が得られないという問題がある。
【００２０】
本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、ワーキングディスタンスを大きくし、かつ高出力の極端紫外光を得ることの可能な極端紫外光源装置を提供することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、本発明は、
ターゲットに駆動用レーザ装置からレーザ光を照射してプラズマを発生させ、数nm〜数十nmの波長を有する極端紫外（ＥＵＶ）光を発生させる極端紫外光源装置において、
ターゲットに電荷を与える電荷付与手段と、
電荷を帯びたターゲットを電磁場を利用して加速させる加速手段とを有するターゲット供給装置を備えている。
これにより、ノズルを出た後でターゲットが加速されるので、ワーキングディスタンスを大きくすることができる。また、電荷を用いることにより、非接触で加速が可能であり、加速速度をも自在にコントロールできる。
【００２２】
また、本発明は、
前記ターゲット供給装置は、ターゲットを、イオン化させた分子、原子、または複数原子の塊として供給している。
これにより、ターゲットがイオン化されるので、電荷を帯びさせることが容易である。
【００２３】
また、本発明は、
前記ターゲット供給装置は、ターゲットをイオン化させたクラスタとして供給している。
これにより、ターゲットがイオン化されるので、電荷を帯びさせることが容易である。
【００２４】
また、本発明は、
前記ターゲットとして、キセノン（Ｘｅ）又は希ガス元素を使っている。
Ｘｅは不活性ガスで化学的に安定であると同時に常温で気体であるためミラーへの付着、化学反応も少なくデブリ発生が少ない。また、１３〜１４nmの極端紫外光を出すので、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜を用いて、低損失の反射光学素子を製作できる。
【００２５】
また、本発明は、
前記ターゲットとして、金属元素を用いている。
１３〜１４nmの極端紫外光を出すので、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜を用いて、低損失の反射光学素子を製作できる。
【００２６】
また、本発明は、
前記ターゲットとして、リチウム（Ｌｉ）、錫（Ｓｎ）、又は酸化錫（ＳｎＯ２）を用いている。
１３〜１４nmの極端紫外光を出すので、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜を用いて、低損失の反射光学素子を製作できる。
【００２７】
また、本発明は、
前記ターゲットとして、常温で液体又は気体の分子を使っている。
常温で液体又は気体のターゲットを用いることで、取り扱いが容易であるとともに、固体のようなデブリの発生が少ない。
【００２８】
また、本発明は、
前記ターゲットとして、水（Ｈ2Ｏ）を用いている。
水は自然界に豊富に存在するので、安価である。
【００２９】
また、本発明は、
前記駆動用レーザ装置として、ＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amｐlifier）方式のレーザ装置を用いている。
これにより、駆動用レーザ装置の出力を容易に上げることができる。
【００３０】
また、本発明は、
前記駆動用レーザ装置として、１μm近傍の波長を有するパルスＹＡＧレーザ装置を用いている。
ＹＡＧレーザ装置は、高出力のものが市販されており、取り扱いも容易である。
【００３１】
また、本発明は、
前記駆動用レーザ装置として、
発振段レーザに、レーザダイオードによって励起され、アダプティブ光学素子を用いてシングルモード化されたＹＡＧレーザ装置を用いると共に、
増幅段レーザに高出力ＹＡＧレーザを用いている。
発振段レーザによって波長を精密に制御し、これを増幅するので、波長が安定で高出力のレーザ光を得ることができる。
【００３２】
また、本発明は、
前記駆動用レーザ装置として、
１０μm近傍の波長のレーザ光を発振するパルス炭酸ガスレーザ装置を用いている。
波長の長い炭酸ガスレーザ光を使うことにより、密度の小さなプラズマとの相互作用が可能となり、ターゲットが密度の薄いガス状でも、効率よくプラズマの発生が行なわれる。
【００３３】
また、本発明は、
前記駆動用レーザ装置として、
発振段レーザにパルス炭酸ガスレーザ装置を用いると共に、
増幅段レーザにＣＷ炭酸ガスレーザ装置を用いている。
発振段レーザによって波長を精密に制御し、これを増幅するので、波長が安定で高出力のレーザ光を得ることができる。また、増幅段レーザとしてＣＷ炭酸ガスレーザ装置を用いているので、発振段レーザによって繰り返し周波数が定まり、周波数を上げるのが容易である。
【００３４】
また、本発明は、
前記駆動用レーザ装置として、
発振段レーザにパルス炭酸ガスレーザ装置を用いると共に、
増幅段レーザにＴＥＡ炭酸ガスレーザ装置を用いている。
発振段レーザによって波長を精密に制御し、これを増幅するので、波長が安定で高出力のレーザ光を得ることができる。
増幅段レーザににＴＥＡ炭酸ガスレーザ装置を用いることにより、容易に高出力を得ることができる。
【００３５】
また、本発明は、
前記加速されたターゲットの初速度をＶｔ、生成されたプラズマの平均プラズマ拡散速度をＶｐとした場合に、
Ｖｔ＞Ｖｐとしている。
これにより、ターゲットを極端紫外光発生環境から速やかに除去し、合わせて繰り返し周波数を数MＨzまで増加することが可能となる。
【００３６】
また、本発明は、
駆動用レーザ装置から発振されたパルスレーザの時間幅をＴＬ、加速手段によって加速されたターゲットの初速度をＶｔ、エテンディユ制約から決まる光源プラズマ最大径をＤｐとしたときに、ＴＬ・Ｖｔ＜Ｄｐなる関係が成り立つようにしている。
【００３７】
また、本発明は、
プラズマ発光点とターゲットを回収するターゲット回収器との距離をＤｃ、回収器部の実効半径をＤｒ、加速されたターゲットの初速度をＶｔ、平均プラズマ拡散速度をＶｐとした場合に、
Ｄｒ ＞ Ｖｐ・（Ｄｃ／Ｖｔ）
なる関係が成り立つようにしている。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しながら、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。
図１に、第１実施形態に係る極端紫外光源装置１１の構成図を示す。
ターゲット２２を供給するノズル２１の内部には、例えば図示しないピエゾ素子などが配置されており、ターゲット２２を高速で噴出させることが可能となっている。図示しない冷却手段によって液化したターゲット２２は、ノズル２１から出射し、出射速度で進行する途中で、電子ビーム発生器２３から発生した電子ビーム４２の照射を受けて電荷を帯びる。ターゲット２２の材料としては、液体Ｘｅ、固体Ｘｅ、その他の液相或いは固相の物質である。径１０μm程のターゲット２２へ、径１００μm程の電子ビーム４２を用いれば、ターゲット２２全体に電子ビーム４２が照射される。
【００３９】
電荷を帯びたターゲット２２Ａは、例えばバンデグラーフ型の加速器２４により進行速度を加速され、その後に駆動用レーザ装置２５から出射した励起レーザ光３２を照射されてプラズマ化し、極端紫外光１３を発生する。図１に示した極端紫外光源装置は、ターゲット２２の加速を主たる目的としているので、その点では加速器２４を通過した後のターゲット２２が電荷を帯びているか否かは重要事項ではない。
プラズマ発生点の下流には、プラズマおよび残留ガスを回収するターゲット回収器２６が設置されている。加速されたターゲット２２は、高密度状態を保ってレーザ光照射位置まで到達することが重要である。プラズマ化しなかったターゲットの残滓や発生したデブリが、拡散して光学系に付着する前に高回収率で回収される。
図１において、ワーキングディスタンスはＷＤで表される。
【００４０】
尚、ターゲット２２へ電荷を与える手段は電子ビーム４２に限られるものではなく、例えばノズル２１に高電圧を印加することにより、出射ターゲット２２に電荷を帯びさせることが可能である。また、ターゲット２２が気化しきらない程度の弱いエネルギーレベルのレーザ光をターゲット２２へ照射して、表面部のみをイオン化することも可能である。
【００４１】
極端紫外光源１１の構成例を、図２に示す。この例では、図１に示したターゲットの加速器２４を採用する。
図２に示した構成によれば、駆動用レーザ装置としてＹＡＧレーザ装置４０を用いている。即ち、ＬＤ（レーザダイオード）によってＹＡＧレーザ装置４０を励起し、波長1μm帯の励起レーザ光３２を、照射光学系を用いて、後述するイオンクラスターターゲット供給装置４１から数cmはなれたターゲット２２の流路上に集光して、プラズマを発生させる。
発生したプラズマは、数１０μm〜１mmの径を有している。このプラズマから発生する極端紫外光１３を、光軸を略一致させた凹面鏡３４などの集光光学系により集光し、ここでは図示しない照明光学系へ伝送する。このとき、デブリを除去するためのデブリシールド１２を通過させ、極端紫外光１３だけを照明光学系１４へ放射する。
【００４２】
このように、ターゲット２２を加速器２４で加速し、高速で移動させているので、ノズル２１からの距離を大きく取ってノズル２１をプラズマから遠ざけることが出来る。それゆえノズル２１のプラズマによる加熱のダメージを、比較的軽減できる。
また、ワーキングディスタンスを大きくできるため、極端紫外光１３を取り出す際の、集光光学系の配置が容易となる。本発明では、集光光学系には回転対称な放物面あるいは球面鏡を用い、駆動用レーザ光は、光軸を放物面あるいは球面鏡の光軸と略一致させてＹＡＧレーザ光を集光している。
【００４３】
前述のとおり、極端紫外光源１１の大きさは、エテンデュの制約に収まるほど小さくなければ、露光に利用できる効率が低くなってしまう。つまり光源として利用するためにはレーザ光の集光径を十分に小さくする必要がある。
【００４４】
本発明に使用する駆動用レーザ装置２５の、他の構成例を図３に示す。
本実施例では、シングルモードＹＡＧレーザからなる発振段ＹＡＧレーザ２８と、複数台の高出力ＹＡＧレーザからなる増幅段ＹＡＧレーザ２９とを用いて、駆動用レーザ装置２５を構成している。
図中、発振段レーザ２８は、高繰り返し周波数動作可能なパルスＹＡＧレーザで、シングルモードかそれに近い低次モードの横モードが出せるように設計されている。この発振段レーザは小出力でよいため、１０kＨz程度までの高繰り返し周波数化、及びビームモードの安定化が比較的容易である。この発振段レーザのパルス光を、後段に直列接続した複数台の高出力ＹＡＧレーザで増幅して、大出力のパルスレーザ光を得ている。
【００４５】
１００WレベルのＥＵＶ出力を、繰り返し周波数数kＨzで実現しようとすると、パルス毎の投入エネルギーが大きく、プラズマからの高速粒子の発生やパルス毎の安定度などで問題が生ずる事が予想される。
そのため、繰り返し周波数は速い程望ましいが、幸いＮｄ：ＹＡＧ等の固体レーザでは、繰り返し周波数が１０kＨz以上では取り出し効率は一定となる。ノズル２１等を用いる場合には、拡散で前のガスが十分希薄になるまで、次のプラズマ生成を待つ必要がある。またこのガスは、デブリや極端紫外光の再吸収などの、マイナス効果を持つ。従ってターゲット２２を拡散速度Ｖｐ以上の初速Ｖｔで移動させることで、極端紫外光発生環境から速やかに除去し、合わせて繰り返し周波数を数MＨzまで増加することが可能となる。
【００４６】
以下に設計の一例を示す。
平均ＥＵＶ出力（13.4nm，2.5％bw，2πSr） １００Ｗ
繰り返し周波数 １MＨz
パルス幅 ５ns
パルスエネルギー １００μJ
効率 １％
【００４７】
必要なレーザ仕様
パルスエネルギー １０mJ
パルス幅 ２ns
繰り返し周波数 １０kＨz〜１MＨz
平均出力 １０kw
【００４８】
高速ターゲット２２仕様
速度 １００km/s〜１０００km/s
サイズ φ１００μm
（レーザパルス間の移動距離 ０．２mm）
【００４９】
また、加速器２４における、図示しないイオンビーム制御電源の加速電圧に変調をかけることにより、ターゲット２２のパルス化をすることもできる。パルス化することでＸｅの利用効率を高められるだけでなく、パルス毎のターゲット２２の結合を弱めることができパルスエネルギの安定性を高めることも可能である。
さらに、プラズマ発生点の下流に、プラズマおよび残留ガスを回収するターゲット回収器２６を設置し、口径＞ ｛プラズマ拡散速度・（ターゲット２２→回収器）移動経過時間｝となるように設定することで、高い回収率でターゲット２２の回収が可能となる。
【００５０】
次に、第２実施形態を説明する。
第２実施形態では、駆動用レーザ装置２５として、波長１０μm帯の炭酸ガスレーザ装置を用いている。照射光学系により、ノズル２１から数cm〜十数cm離れたガス状のターゲット２２の流路上に、レーザ光を集光して、プラズマを発生させる。
発生したプラズマは、数mm〜数cmの長さをもつ。このフィラメント上に発生したプラズマの長軸に、集光光学系の光軸を略一致させ、プラズマから発生するＥＵＶ光を集光することにより、ＥＵＶ光を集光して照明光学系１４へ光を伝送する。このとき、デブリシールド１２を通してデブリを除去し、極端紫外光１３だけを照明光学系１４へ放射する。
【００５１】
第２実施形態によれば、波長の長い炭酸ガスレーザ光を使っているので、密度の小さなプラズマとにおいても相互作用が可能となり、ターゲット２２が密度の薄いガス状でも、効率よくプラズマの発生が行なわれる。
従って、レーザ光照射位置をノズル２１から遠ざけてターゲット２２が薄くなっても、効率よくプラズマの発生が行なわれるので、ワーキングディスタンスを大きくすることが可能である。それゆえ、ノズル２１のプラズマによる加熱のダメージが、比較的軽減できる。
【００５２】
また、ワーキングディスタンスを大きくすることができるので、極端紫外光１３を集光するための集光光学系の配置が容易となる。本発明では、集光光学系には回転対称な放物面あるいは球面鏡を使って集光し、駆動用レーザは、その光軸と略一致した光軸からＣＯ2レーザ光を集光している。
前述のとおり、極端紫外光源１１の大きさは、エテンデュの制約に収まるほど小さくなければ、露光に利用できる効率が低くなってしまう。つまり光源として利用するためにはレーザ光の集光径を十分に小さくする必要がある。
【００５３】
本実施形態に使用するＣＯ2レーザ光源の構成を、図４に示す。
本実施例では、シングルモードＣＯ2レーザからなる発振段レーザ３０と、増幅段レーザとして複数台の高出力ＣＯ2レーザ３１とを使って、駆動用レーザ装置２５を構成している。
図中発振段レーザ３０は、高繰り返し周波数の動作が可能なパルス発振のシングルモードＣＯ2レーザであり、シングルモードかそれに近い低次モードの横モードが出せるように設計されている。この発振段レーザは小出力でよいため、１０kＨz程度までの高繰り返し周波数化、及びビームモードの安定化が比較的容易である。
【００５４】
この発振段レーザ３０のパルス光を、後段に直列接続したＣＷ−ＣＯ2レーザ装置３１で増幅して、大出力のパルス光を得ている。この場合、増幅媒質は連続（ＣＷ）で存在するため、繰り返し周波数は発振段レーザの性能によって定まる。そのため、後述するようなＴＥＡ−ＣＯ2レーザ装置に比べて、繰り返し周波数を大きくするのが容易である。
このとき、発振段レーザ３０と増幅段レーザ３１との同期をとって変調を掛けることにより、無駄なエネルギーを節約できて、システム効率を向上させることができる。
【００５５】
実施例３は前記とほぼ同様の構成で、増幅段レーザをＴＥＡ-ＣＯ2レーザで構成したものである。この場合には、前述の増幅段レーザをＣＷ-ＣＯ2レーザで構成した場合よりも、パルスエネルギーを大きくとることができるというメリットがある。
【００５６】
以上説明したように本発明によれば、クラスターに電荷を付与したり、ガス分子をイオン化した荷電ターゲット２２に電磁場を印可することで、ターゲット２２の制御が可能となる。従って、次のような効果がある。
６．１ イオンビーム加速器２４の技術と組み合わせることで、高速のターゲット２２流を生成できる。
６．２ プラズマ生成点を、ノズル２１から遠方に隔離できる。これにより、ノズル２１の損傷が少なく、また集光光学系の設計が容易である。
６．３ Ｘｅが帯電しているので、使われないＸｅを、電磁的に回収ノズル２１まで輸送可能。
６．４ クラスターを１mm以下に能動的に収束・拡散制御でき、安定したエタンデュを実現できる。
６．５ 高速化することで繰り返し周波数を１００kＨz以上まで増加可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る極端紫外光源装置の構成図。
【図２】極端紫外光源装置の構成例を示す説明図。
【図３】本発明に使用するＹＡＧレーザ光源の構成図。
【図４】本実施形態に使用するＣＯ2レーザ光源の構成図。
【図５】ＥＵＶ露光装置の一例を示す説明図。
【図６】ＬＰＰ光源の概念図。
【符号の説明】
１０：ＥＵＶ露光装置、１１：極端紫外光源、１２：デブリシールド、１３：極端紫外光、１４：照明光学系、１５：集光ミラー、１６：反射ミラー、１７：レチクルステージ、１９：縮小反射光学系、２０：ウェハ、２１：ノズル、２２：ターゲット、２３：電子ビーム発生器、２４：加速器、２５：駆動用レーザ装置、２６：ターゲット回収器、２８：発振段ＹＡＧレーザ、２９：増幅段ＹＡＧレーザ、３０：発振段ＣＯ2レーザ、３１：増幅段ＣＯ2レーザ、３２：励起レーザ光、３４：凹面鏡、３９：ＬＤ、４０：ＹＡＧレーザ装置、４１：ターゲット供給装置、４２：電子ビーム、４４：ウェハステージ。
Claims (17)
- ターゲット(22)に駆動用レーザ装置(25)からレーザ光を照射してプラズマを発生させ、数nm〜数十nmの波長を有する極端紫外（ＥＵＶ）光を発生させる極端紫外光源装置において、
ターゲット(22)に電荷を与える電荷付与手段(23)と、
電荷を帯びたターゲット(22)を電磁場を利用して加速させる加速手段(24)とを有するターゲット供給装置を備えたことを特徴とする極端紫外光源装置。 - 前記ターゲット供給装置は、ターゲット(22)をイオン化させた分子、原子、または複数原子の塊として供給することを特徴とする請求項１に記載の極端紫外光源装置。
- 前記ターゲット供給装置は、ターゲット(22)をイオン化させたクラスタとして供給することを特徴とする請求項２に記載の極端紫外光源装置。
- 前記ターゲット(22)として、キセノン(Xe)又は希ガス元素を使うことを特徴とする請求項１に記載の極端紫外光源装置。
- 前記ターゲット(22)として、金属元素を用いることを特徴とする請求項１に記載の極端紫外光源装置。
- 前記ターゲット(22)として、リチウム(Li)、錫(Sn)、又は酸化錫(SnO2)を用いることを特徴とする請求項５に記載の極端紫外光源装置。
- 前記ターゲット(22)として、常温で液体又は気体の分子を使うことを特徴とする請求項１に記載の極端紫外光源装置。
- 前記ターゲット(22)として、水（H2O)を用いることを特徴とする請求項７に記載の極端紫外光源装置。
- 前記駆動用レーザ装置(25)として、ＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amｐlifier）方式のレーザ装置を用いることを特徴とする請求項１に記載の極端紫外光源装置。
- 前記駆動用レーザ装置(25)として、１μm近傍の波長を有するパルスＹＡＧレーザ装置を用いることを特徴とする請求項１に記載の極端紫外光源装置。
- 前記駆動用レーザ装置(25)として、
発振段レーザに、レーザダイオードによって励起され、アダプティブ光学素子を用いてシングルモード化されたＹＡＧレーザ装置(28)を用いると共に、
増幅段レーザに高出力ＹＡＧレーザ(29)を用いることを特徴とする請求項１０に記載の極端紫外光源装置。 - 前記駆動用レーザ装置(25)として、
１０μm近傍の波長のレーザ光を発振するパルス炭酸ガスレーザ装置を用いることを特徴とする請求項１に記載の極端紫外光源装置。 - 前記駆動用レーザ装置(25)として、
発振段レーザにパルス炭酸ガスレーザ装置(30)を用いると共に、
増幅段レーザにＣＷ炭酸ガスレーザ装置(31)を用いることを特徴とする請求項１２に記載の極端紫外光源装置。 - 前記駆動用レーザ装置(25)として、
発振段レーザにパルス炭酸ガスレーザ装置を用いると共に、
増幅段レーザにＴＥＡ炭酸ガスレーザ装置を用いることを特徴とする請求項１３に記載の極端紫外光源装置。 - 前記加速されたターゲット(22)の初速度をＶｔ、生成されたプラズマの平均プラズマ拡散速度をＶｐとした場合に、
Ｖｔ＞Ｖｐとしたことを特徴とする請求項１に記載の極端紫外光源装置。 - 駆動用レーザ装置(25)から発振されたパルスレーザの時間幅をＴＬ、加速手段によって加速されたターゲット(22)の初速度をＶｔ、エテンディユ制約から決まる光源プラズマ最大径をＤｐとしたときに、ＴＬ・Ｖｔ＜Ｄｐなる関係が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の極端紫外光源装置。
- プラズマ発光点とターゲット(22)を回収するターゲット回収器(25)との距離をＤｃ、回収器部の実効半径をＤｒ、加速されたターゲット(22)の初速度をＶｔ、平均プラズマ拡散速度をＶｐとした場合に、
Ｄｒ ＞ Ｖｐ・（Ｄｃ／Ｖｔ）
なる関係が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の極端紫外光源装置。
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