(57)【要約】とりわけ、ＥＵＶリソグラフィ用に、ガス放電を用いて極紫外線／軟Ｘ線を発生させる方法であって、放電管（１１）内の２つの電極に高電圧を印加し、前記２つの電極の間にある２つの同軸電極凹部（１２，１３）の領域に、パッシェン曲線の左分枝上で行われる放電動作に相応して所定のガス圧でガスを充填し、エネルギーが供給される間、前記充填ガス内に、放射線を放射するプラズマを形成するようにした方法において、前記電極凹部の領域のプラズマ（１０）を前記充填ガスの圧力勾配によって移動させることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
例えば、ＥＵＶリソグラフィ用に、ガス放電を用いて極紫外線／軟Ｘ線を発生させる方法であって、放電管（１１）内の２つの電極に高電圧を印加し、前記２つの電極の間にある２つの同軸電極凹部（１２，１３）の領域に、パッシェン曲線の左分枝上で行われる放電動作に相応して所定のガス圧でガス充填を行い、該ガス充填の際、エネルギー供給のもと、放射線を放射するプラズマを形成するようにした方法において、
前記電極凹部の領域のプラズマ（１０）を前記ガス充填の圧力勾配によって移動及び／又は変形させる、ことを特徴とするガス放電を用いて極紫外線／軟Ｘ線を発生させる方法。
【請求項２】
前記電極のうちの一方をホローカソード（１４）として形成し、該ホローカソード内及び／又は該ホローカソードの前方では、前記ホローカソードの周囲に比べて前記ガス充填の超過圧力を形成する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ガス充填のガスは前記ホローカソード（１４）を介して取り入れ、前記ホローカソードの電極凹部（１３）を始点として圧力を降下させる、請求項２記載の方法。
【請求項４】
ノズル（２６）を使用して、前記ガス充填のガスを前記プラズマ（１０）の移動の際に高速で前記放電管（１１）内に吹き入れる、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記プラズマを形成するガスの他に、プロセスに影響を与える充填ガス（２５）を前記放電管（１１）内に取り入れる、請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記充填ガス（２５）は前記プラズマを形成するガスを管状に包み込む形で前記放電管内に流入させる、請求項５記載の方法。
【請求項７】
例えば、ＥＵＶリソグラフィ用に、ガス放電を用いて極紫外線／Ｘ線を発生させるための装置であって、放電管（１１）内に高電圧が印加される２つの電極を有し、前記２つの電極の間にある２つの同軸電極凹部（１２，１３）の領域に、パッシェン曲線の左分枝上で行われる放電動作に相応した所定のガス圧のガス充填を有し、エネルギー供給のもと、放射線を放射するプラズマが形成される形式の装置において、
前記ガス充填のガス圧は、カソードとして形成された電極の近傍では、該電極から離れた前記放電管（１１）内の領域におけるよりも高い、ことを特徴とする極紫外線／軟Ｘ線を発生させるための装置。
【請求項８】
前記カソードはホローカソード（１４）として形成されており、前記ガス充填のガスは該ホローカソードを通して前記放電管内に（１１）に供給される、請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記カソードの電極凹部（１３）は、前記プラズマ（１０）を形成するガスの供給速度を引き上げ且つ／又はガス分配に影響を与える、ノズルを有している、請求項７又は８記載の装置。
【請求項１０】
前記電極凹部（１３）及び／又は中央孔（１８）はノズルとして形成されており、且つ／又は、前記ノズル（２６）により前記ホローカソード（１４）に向けたガス流を発生させることが可能である、請求項８又は９記載の装置。
【請求項１１】
前記カソードがアノードとして作用する電極によって距離を空けて包囲されることで、環形スペース（１６）が形成されており、前記アノード（１５）の電極凹部（１２）は円錐状に開口する形に形成されている、請求項８から１０のいずれか１項記載の装置。
【請求項１２】
前記カソードと前記アノード（１５）の間にある環形スペース（１６）を用いて、充填ガス（２５）を前記放電管（１１）内に導き入れることが可能である、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記充填ガス（２５）は、極紫外線を再吸収するガス及び／又はプラズマ（１０）を消弧するガスである、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記放電管は、前記電極の領域外では、主に前記充填ガス（２５）で充たされている、請求項８から１３のいずれか１項記載の装置。
【請求項１５】
前記カソードの凹部（１３）の直径（ｄ）の、深さ（ｂ）に対するアスペクト比は、１よりも小さい、請求項８から１４のいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念の特徴を備えた、極紫外線／軟Ｘ線を発生させる方法に関する。
【０００２】
極紫外線（ＥＵＶ）又は約１ｎｍから２０ｎｍまでの波長範囲の軟Ｘ線の有利な適用領域は特にＥＵＶリソグラフィである。ＷＯ９９／２９１４５から、冒頭に述べた特徴を備えた方法が公知である。この方法で使用される装置は、中央に穴状の凹部を有するアノードと、これに向かい合うホローカソードとから成る。この装置は定圧力の環境で動作する。ＥＵＶ放射を発生させるためには、原子番号Ｚ＞３の元素を有するガス、例えば、広帯域の放射特性を有するＸｅを有するガスが選好される。高電圧を印加すると、ガスの圧力破れが生じる。この圧力破れは圧力と電極間距離とに依存する。ガスの圧力と電極間距離は、システムがパッシェン曲線の左分枝上で動作するように、そしてその結果、電極間に誘電破壊が生じないように選択されている。力線が十分に広がるのはホローカソードの近傍においてのみなので、破壊条件はある一定の電圧以上に相当する。電流を通すプラズマチャネルは電極間の電極凹部に相応して軸対称の形に形成される。装置に接続された電気回路は、電流を通すチャネルが形成される際に、非常に大きな放電電流が生じるように構成されている。この電流は電流路の周りに磁界を形成する。そして、その結果生じるローレンツ力がプラズマを締めつける。この締めつけ効果がプラズマを非常に高温に加熱し、非常に短い波長の放射線を発生させることができることは、以前から知られている。この装置に関しては、ＥＵＶ光（１０〜２０ｎｍ）を非常に効率よく発生させることができ、高い繰り返し周波数を可能にし、電極の摩耗が激しくないことが立証されている。
【０００３】
短波長領域で放射されるプラズマは、その時点の条件に応じて、ホローカソード領域内の対称軸に沿ってアノードの凹部を越えてその向こうまで発生する。プラズマのジオメトリに関する関連パラメータは電極の形状によって条件付けられている。これらの関連パラメータとは、持続時間、波形及び振幅のような印加される電流のパラメータ、ならびに、ガス圧特性及び放電管内ないし電極領域内のガスの組成である。
【０００４】
この公知の方法はピンチ、つまり、プラズマチャネルをもたらす。しかしながら、電極システムからのプラズマチャネルの放射線はより良好に出力結合可能でなければならず、プラズマチャネルもより短いものでなければならない。
【０００５】
したがって、本発明の課題は、冒頭に述べた特徴を備えた方法を改善することにより、電極からの放射線の出力結合を改善し、最適なプラズマのジオメトリ、すなわち軸に沿った比較的短い放射領域が得られるようにすることである。
【０００６】
上記課題は請求項１の特徴部分に記載された特徴により解決される。
【０００７】
本発明にとっては、ガス充填の圧力勾配が、ピンチないしプラズマの移動及び／又は変形に利用されることが重要である。この措置は、例えばＥＵＶリソグラフィステーションのコレクタ内の電極からの放射線の出力結合を改善する。プラズマの移動は、対称軸に対して大きな視角から見ていない場合でも、光学的に疎通性が良い、つまり、できるだけ減光が生じないように、行うことができる。また、放射源の、つまり、プラズマの光伝導値を光学系に対して最適に調整することも可能である。光伝導値は、プラズマの有効面積と開口角との積により決定される。原則的に、光伝導値はできるだけ低くすべきである。つまり、点放射源を求めるべきである。これにより、半空間内に放射される光のうちのできるだけ大きな割合が利用されることが保証される。この電極放電の放射源のジオメトリにおいて、問題は実質的に、軸方向にできるだけ短くプラズマを放射することに還元される。ただし、このプラズマにはなるべく放射陰影損が生じないようにすべきである。
【０００８】
本発明を、ＥＵＶ光源のＥＵＶリソグラフィステーションの光学系に対する調整を例として、より詳細に説明する。ＥＵＶ光源は、主波長が約１３．５ｎｍである光源を必要とする次世代の半導体リソグラフィ装置において使用しうる。しかし、波長に対する要求の他に、発光領域の光源の形式と光源が使用することのできる全電力とに対する厳しい要求がある。これら両方の観点において、公知の方法の性能は限られている。第１に、電極のジオメトリが発光領域への疎通を制限し、残りの光が周囲の壁で浪費されてしまうからである。第２に、軸対称なジオメトリがつねにプラズマを広げてしまい、プラズマが効率よく集束することができない。今のところ、典型的な長さは３〜１０ｍｍであるが、集束光学系は約２ｍｍ以下の光源形式しか処理することができない。
【０００９】
本方法は、電極のうちの一方がホローカソードとして形成され、ホローカソード内及び／又はホローカソードの前方では、ホローカソードの周囲に比べてガス充填の超過圧力が形成されるように変更してもよい。ホローカソードを用いることで、電極間の電極凹部領域に形成される電界の形成に対する影響力を増大させることができる。ホローカソードの孔部領域によって、所定の電圧が破壊条件を充たすのに十分な広がりをもった力線の形成が可能なため、システムはパッシェン曲線の左分枝領域で動作する。形成される放電は、電極の電極間距離及び形状の他に、ガス充填のガス圧にも依存するので、電極の前方では、電極の周囲に比べてガス充填の超過圧力が形成されるようにすると有利である。この超過圧力の結果として、長い力線は比較的低いガス圧の領域内に広がるため、絶縁破壊のための比較的高い電界強度が生じる。その結果、破壊の際に形成されるプラズマは圧力勾配に従って移動する。その際、この移動は、周辺減光の比較的少ないより疎通性の良い領域内へと行われる。
【００１０】
ガス充填のガスをホローカソードを介して取り入れ、ホローカソードの電極凹部を始点として圧力を降下させると有利である。それゆえ、圧力降下及び形成されるべき圧力勾配の始点は、ホローカソードの電極凹部のアノード近接領域である。これに応じて、プラズマの移動はホローカソードの電極凹部から行われる。
【００１１】
とりわけ前記実施形態の別の変更形態は、プラズマの移動の際にガス充填のガスを高速で放電管内に吹き入れるノズルを使用することによって得られる。この実施形態では、カソードの電極凹部前方における等圧線の形成の制御を可能にする付加的な制御パラメータが明らかとなる。特に、プラズマのピンチ領域をさらに外側に延ばすことが可能である。これは、とりわけ電極領域内で本方法を実行する装置の冷却にとって有利である。
【００１２】
本方法は、プラズマを形成するガスの他に、プロセスに影響を与える充填ガスを放電管内に取り入れるように改善してもよい。この充填ガスを用いることで、放電管のガス充填に関する勾配の形成が達成されるだけでなく、別の処理作用も可能である。例えば、ＥＵＶ放射の再吸収を、ガス放電に使用される１次ガスによって最小化することができる。この問題は、キセノンを放電ガスとして使用する場合には特に重大である。というのも、キセノンはＥＵＶ放射を強く再吸収するからである。別の利点は、この充填ガスが放電ガスよりも速く放電を消弧するために使用され、それにより比較的高い繰り返し周波数が達成されることであろう。
【００１３】
特に有利には、この充填ガスはプラズマ形成ガスを管状に包み込む形で放電管内に流入させる。この充填ガスを使用することで、このように、包み込む形で効果的に放電ガスの成形を達成することができる。
【００１４】
本発明は請求項７の上位概念の特徴を備えた装置にも関する。この装置は方法に関して上で述べた欠点に服しており、そのため、この装置には上記課題の内の１つに相応する課題が生じる。この課題は請求項１の特徴部分に記載された特徴により解決される。
【００１５】
カソードとして形成された電極の付近のガス圧をこの電極から離れた領域に比べて高くすると、相応して圧力勾配が、とりわけ圧力降下が生じる。この圧力降下の結果として、形成されたプラズマは、移動の際の疎通性が良い、又は光処理光学系に関連した減光が少ない。
【００１６】
上記装置の実施形態では、カソードをホローカソードとして形成し、このホローカソードを通してガス充填のガスを放電管内に取り入れるように上記装置を構成するのが適切である。ホローカソードには、上述の広がった力線が存在しており、これらの力線の形成が、パッシェン曲線の左分枝に対する想定可能な条件に達するための前提である。同時に、ホローカソードを通してガス充填のガス、つまり、放電ガスないし１次ガスが放電管内に供給される。これにより、簡単な構造の実施形態が得られる。というのも、ガス供給の目的でホローカソードの空洞を使用するこのケースでは、ガス供給に使用するスペースを特別に形成する必要がないからである。
【００１７】
ノズルは違うやり方で使用してもよい。電極凹部及び／又は中央孔をノズルとして形成し、且つ／又は、ノズルによってホローカソードの方向にガス流を発生させることができるように、装置を構成すると有利である。上記したこれらの実施形態は互いに組み合わせて使用してもよい。
【００１８】
装置の別の特定の仕方では、カソードの電極凹部がプラズマ形成ガスの供給速度及び／又はガス分配に影響を与えるノズルを有するようにしてもよい。ノズルは、光学的に疎通性の良い領域においてプラズマの著しい移動が可能となるように、形成してもよい。
【００１９】
さらに、カソードをアノードとして作用する電極によって距離を空けて包囲することで環形スペースを形成し、アノードの電極凹部を円錐状に開口する形に形成すると有利である。この場合、電極の同軸配置が可能となる。電極の同軸配置は、プラズマを移動させる空間の疎通性に関して、移動自由度において特に優れている。光学的な疎通性はさらに改善することができる。そのためには、特に、アノードの電極凹部の円錐形開口部が役立つ。共通の電極軸に対する視角が比較的大きい場合でも減光が少なく、短いプラズマの場合、視角が比較的大きくても、理想である点放射源に近似して見える。
【００２０】
装置は、カソードとアノードの間にある環形スペースを用いて、充填ガスを放電管内に供給できるように構成してもよい。充填ガスは放電ガスの圧力の形成に影響を及ぼし、したがって、プラズマの移動及び成形に寄与する。カソードとアノードの間にある環形スペースは、充填ガスで充たされた放電管の領域を相応して対称的に形成する。電極が回転対称な場合、この充填ガス領域は相応して回転対称である。
【００２１】
充填ガスが極紫外線を再吸収するガス及び／又はプラズマを消弧するガスである場合、極紫外線の再吸収及び／又は繰り返し周波数に対する相応の影響力を増大させることができる。したがって、パルスモードでは、放電プロセスの反復が迅速に進行することができ、光収量が改善される。
【００２２】
放電ガスの消費の最小化は、放電管が電極領域外では主に充填ガスで充たされるように装置を構成することでもたらされる。
【００２３】
さらに、カソードの凹部の直径と深さのアスペクト比が１よりも小さくなるように装置を構成すると有利である。これにより、ガス消費が最小化され、ガス流のアラインメントが為されることで、相応して放電ガスの流れの方向にプラズマの大きな移動が生じるだけでなく、カソードの凹部の壁とホローカソードの壁を介した流れの移動、ひいてはプラズマの減衰が可能な限り抑制される。
【００２４】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１は、ガス圧と電極間距離との積に対する点火電圧の従属関係のグラフを示しており、
図２は、第１の電極配置の略図を示しており、
図３は、異なる動作モードにおける図２の電極配置の略図を示している。
【００２５】
図１は、パッシェンの法則、つまり、ガス放電に決定的影響を及ぼす点火電圧ｕ０のガス圧ｐと電極間距離ｄとの積に対する従属関係を示している。ここで、Ｕ０は、２つの電極の間に形成されたガス放電区間に独立したガス放電が生じる電圧である。この法則性は所定の電極ジオメトリ及び所定のガスに対して成り立つ。図１は、パッシェン曲線の左分枝に従って放射線生成方法を実行すべきこと、つまり、自己破壊における二次イオン化過程を介して多段式にプラズマの生成が行われ、且つプラズマ分布が初期段階においてすでに高い度合いで円筒対称である様式のガス放電によって、放射線生成方法を実行すべきことを明らかにしている。エネルギーは、例えばパルス電流を用いて、プラズマ内に入力結合させることができる。ただし、電流源はパルス電流を用意することができなくてはならない。電流パルスの振幅及び周期を適切に選択することにより、光の放射に適したプラズマの温度を調整することができる。周期は２〜３桁のナノ秒領域である。１つのパルスの間、プラズマは発生したローレンツ力のため締めつけられ、いわゆるピンチとなる。
【００２６】
図２，３は概略的に示された電極のピンチ配置を示している。これらの電極は対称軸１７に関して回転対称に形成されている。電極の配置は同軸である。この対称軸１７は同時にホローカソード１４として形成された電極の中心軸でもある。ホローカソード１４は中央孔１８を有しており、この中央孔１８の開口部領域１９に電極凹部１３を有している。なお、この開口部領域１９は、アノード１５として形成された別の電極の電極凹部２０の構成部分である。アノード１５も同様に回転対称であり、環形スペース１６を以てホローカソード１４を包囲している。両方の電極は、放電ガスで充たされた放電管１１内にある。放電ガスの圧力は大気圧よりも低い。
【００２７】
これら電極凹部の特徴は、電極凹部１３の近傍に中央孔１８の直径を著しく拡大した空洞２０を有するホローカソード１４の形態である。これにより、特別な力線２１の形成が達成される。これらの力線２１のうち例えば力線２１’は空洞２０まで広がり、これによって、対称軸１７に対して良い近似で平行な界が形成される。電圧が十分に上昇すると、点火電圧Ｕ０に達したときに、プラズマの形成をもたらす自己破壊が生じるか、又は、その少し前に、トリガされたガス放電が発生する。ガス放電は、ホローカソード１４の近傍においてホローカソード１４の正面壁１４’の前方に又は電極凹部１３の前方に形成される。というのも、この場所で電界の密度が最も高く、電界の強さはアノード１５に向かって低下していくからである。なぜならば、アノード１５は円錐状に開口した電極凹部１２を有しており、したがって、この電極凹部において凹部壁１２’は対称軸１７と９０°までの鋭角を形成しているからである。また、電極凹部１２の円錐形凹部壁１２’は、アノード１５の最小の凹部直径がホローカソード１４の正面壁１４’の高さと並ぶように、ホローカソード１４に対して配置されている。なお、アノード１５の最小の凹部直径は電極間の環形スペース１６の外径に等しい。
【００２８】
中央孔１８はガス取入れ口２２として形成されている。放電ガスは、ガス取入れ口２２を介して、中央孔１８を通って空洞２０内に吹き入れられ、そこからホローカソード１４の電極凹部１３を通ってアノードの電極凹部１２内へ又は低圧に保たれた放電管内へと流れることができる。放電ガスの圧力はホローカソード１４の内部ですでに低下させてもよい。しかしいずれにせよ、圧力降下は電極凹部１３から始まらせることができる。図２は低下する圧力の等圧線を示している。これにより生じるガス充填の圧力勾配のゆえに、プラズマ１０はカソードから離れる方向に移動する。この移動は、電界の対称的形成と対称軸１７方向へのガス圧分布の結果として生じる。
【００２９】
プラズマ１０の移動の程度は電極凹部１３の寸法とガスの流速とに依存している。例えば、電極凹部１３は、ガス充填のガスを高速で放電管１１内に吹き入れるノズルとして形成してもよい。プラズマ１０の電極凹部１２内での配置は、適切な電気的及び空気力学的な条件を選択することにより大幅に変化させることができる。とりわけ、上記のアノードの構成では、プラズマ１０がもはや円筒対称なジオメトリを有しておらず、むしろ図に従ってより小さな卵形の容積体に集中するようにしてもよい。つまり、移動によって同時に、光学的観点から有利なプラズマの変形も行われる。
【００３０】
上記構成は図３の実施形態にも適用できる。ここでは、電極間にある環形スペース１６がガス取入れ口２４として利用されるという特徴が示されている。例えば、充填ガス２５が使用され、充填ガス２５は、環形スペース１６が環状又は管状に形成されているのに相応して、プラズマ１０を形成するガスの周りを管状に放電管１１内へと流れる。充填ガス２５は、プラズマ形成ガスに対して成形作用を有している。図２と比べると、図３では、プラズマ形成ガスとその等圧線２３とに対する充填ガス２５の狭め効果が点線で示されている。つまり、プラズマ形成ガスにおいて、同じく充填ガスにより圧力変化の配慮が為される。圧力変化は再びプラズマ１０の移動及び／又は変形をもたらす。
【００３１】
図３にはノズル２６が示されている。ノズル２６は、電極の前面にある放電ガスのガス取入れ口により実現されている。ガスの流出速度は、矢印２７に従ってホローカソードの方向を向いたガス流を発生させるのに十分なほど高くなくてはならない。これにより、ホローカソード１４の正面壁１４’の前方に比較的高い圧力が形成される。この圧力は、低下していく圧力の等圧線２３に従って背景に向かって降下する。
【００３２】
放電管１１内のガス、特にホローカソードの正面壁１４’の前方のガスの不均一な圧力比によってピンチを形成するのための、電極の上記構成は、電極凹部１３のプロポーションを予め決めることにより補完してもよい。とりわけ、直径ｄの深さｂに対するアスペクト比＜１であるように電極凹部１３をカソード開口部として形成すると有利である。これにより、電極凹部１３を通して放電管１１にガスを供給する際に、ガスの流れが均一になるだけでなく、プラズマによって決まっている電荷担体の輸送にも影響が及ぶ。とくに、電極凹部１３と空洞２０を形成するホローカソード１４の壁とを介した電流の輸送は広範囲にわたって抑制される。また、このことは電極凹部１２の領域におけるプラズマ１０の形成を促進する。電極凹部１２は光学的に疎通性が良い、つまり、対称軸１８に対する観察角度が比較的大きい場合でも、プラズマの減光がない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】ガス圧と電極間距離との積に対する点火電圧の従属関係のグラフを示す。
【図２】第１の電極配置の略図を示す。
【図３】異なる動作モードにおける図２の電極配置の略図を示す。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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2004531855.tif 000026
2004531855.tif 000027
2004531855.tif 000028
2004531855.tif 000029
2004531855.tif 000030