(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起レーザ光(32)をターゲットに照射し、プラズマ化して極端紫外領域の極端紫外光(13)を発生するＬＰＰ光源装置において、
励起レーザ光(32)を照射点(29)に集光照射する励起レーザ装置(25)と、
ターゲットを照射点(29)に向けて噴出する複数本のノズルとを備えたことを特徴とするＬＰＰ光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＬＰＰ光源装置において、
前記複数本のノズルが、励起レーザ光(32)の光軸に対して略垂直な平面上に一列に並べられていることを特徴とするＬＰＰ光源装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＬＰＰ光源装置において、
前記複数本のノズルから噴出されるターゲットが、照射点(29)又はその近傍でノズル間距離よりも近づくようにノズルを配置したことを特徴とするＬＰＰ光源装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のＬＰＰ光源装置において、
ターゲットが液体であり、
液体のターゲットをターゲット噴流として各ノズルから噴出することを特徴とするＬＰＰ光源装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のＬＰＰ光源装置において、
ターゲットが液化されたキセノン(Xe)であることを特徴とするＬＰＰ光源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、励起レーザ光をターゲットに照射し、極端紫外光を発生するＬＰＰ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。これに伴い、５０nm以下の微細加工用に、波長１３〜１４nmの極端紫外（Extreme Ultra Violet：ＥＵＶ）光を発するＥＵＶ光源装置と、縮小投影反射光学系とを組み合わせたＥＵＶ露光装置が期待されている。
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８に、従来技術に係るＥＵＶ露光装置１０の一例を示す。図８において、ＥＵＶ光源装置１１から出射した波長約１３〜１４nm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ＥＵＶ光源装置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。
【０００３】
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８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４４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。
【０００４】
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や他の光学素子表面にコーティングされる反射膜には、特殊な材質が必要となる。現在では、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜を用いることによって、１３〜１４nmの波長に対して７０％程度の反射率が得られている。従って、波長が１３〜１４nmの高輝度の極端紫外光１３を発する、ＥＵＶ光源装置１１が求められている。
尚、高反射率を得られる反射膜の材質が他に発見されれば、他の波長の、ＥＵＶ光源装置が求められることもある。
【０００５】
例えば特表２０００−５０９１９０号公報には、ＥＵＶ光源装置１１の一例として、励起レーザ光をターゲットに集光照射し、プラズマを生成して極端紫外光１３を発生させる、ＬＰＰ（レーザ励起プラズマ：Laser Produced Plasma）光源装置の一例が開示されている。このようなＬＰＰ光源装置が、ＥＵＶ露光用の光源として、有望視されている。
図９に、従来技術に係るＬＰＰ光源装置３６の構成図を示す。図９において、ガスボンベ３１から冷却タンク３３に供給されたＸｅガスは、冷却器３０によって、例えば１６０Ｋ程度の低温に冷却されて液化される。冷却タンク３３に溜まった液体Ｘｅは、内径十数μm程度のノズル２１から連続的に噴射され、直径２０μm程度の細い高速噴流として、真空チャンバ３７の内部を図９中右方向へと進行する。この液体Ｘｅをターゲットと呼び、噴流をターゲット噴流２７と呼ぶ。
【０００６】
一方、ＬＰＰ光源装置３６は、短パルスの励起レーザ光３２を発振する励起用レーザ装置２５を備えている。励起レーザ光３２は、図示しないウィンドウを通過して真空チャンバ３７の内部に入射し、レンズ３８によって集光されて照射点２９においてターゲット噴流２７に照射される。その際に波長１３〜１４nm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。プラズマ化されなかったターゲットの残滓は、ターゲット回収器２６によって回収される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術には、次に述べるような問題がある。
即ち、ＬＰＰ光源装置３６をＥＵＶ露光用の光源として用いるためには、ＬＰＰ光源装置３６から発する極端紫外光１３の出力を増大させることが要求される。極端紫外光１３の出力を増大させるための第１の手段としては、ターゲット噴流２７の直径を太くして、一パルスごとのレーザ照射によってプラズマ化される、ターゲットの量を増加させるという方法がある。
ところが、プラズマ化されるターゲットの量を増加させると、励起レーザ光３２の照射点２９から発生する熱やイオン等が増大する。これらがノズル２１を損傷してデブリが発生しやすくなるため、照射点２９とノズル２１との距離（以下、ワーキングディスタンスＷＤと言う）を、大きくしなければならない。そのためには、ターゲット噴流２７の流速を上げる必要がある。
【０００８】
また、極端紫外光１３の出力を増大させるための第２の手段としては、励起レーザ光３２の繰り返し周波数を上げるという方法がある。しかしながら、繰り返し周波数を上げると、前回照射された励起レーザ光によってプラズマ化又は気化したターゲットが、次回の照射の際に残存して励起レーザ光を吸収し、新たなターゲットのプラズマ化の妨げとなることがある。
従って、繰り返し周波数を上げるためには、ターゲット噴流２７の流速を上げ、プラズマ化又は気化したターゲットを照射点２９から迅速に除去する必要がある。
このように、発生する極端紫外光１３の出力を増大させるためには、ターゲット噴流２７の直径及び流速の少なくともいずれか一方を増大させ、ターゲット噴流２７の流量を増加させることが求められている。
【０００９】
ところが、太いノズル２１から高速で流体を噴出させた場合、このターゲット噴流２７は流体力学的に不安定となりやすいという特性がある。
例えば、Rev.Sci.Instrum.,Vol.69,No.6,1998(M.Verglund 他)によれば、ターゲット噴流２７のレイノルズ数Ｒｅが９００以下でないと、流体的に不安定な状態となる。その結果、例えばホース不安定性などのように、ターゲット噴流２７が空間的に振動するようなことが生じ、励起レーザ光３２が好適に照射されないといったことが起きる。
【００１０】
レイノルズ数Ｒｅは、次の数式１によって定まる。数式１において、Ｖはターゲット噴流２７の流速、ｄはターゲット噴流２７の外径、μは液体Ｘｅの粘性係数、ρは液体Ｘｅの密度である。
Ｒｅ＝Ｖ・ｄ／（μ／ρ）…………  （１）
このとき、粘性係数μ及び密度ρは液体Ｘｅの物性値であり、温度一定の条件下では、ほぼ不変である。従って、レイノルズ数Ｒｅは、ターゲット噴流２７の速度と直径との積であるので、Ｒｅ≦９００を保ちつつ、ターゲット噴流２７の速度と直径とをどちらも上げることや、或いは一方を一定にして他方を上げるということは、理論的にも困難である。
例えばノズル２１の直径を２０μm程度とするならば、ターゲット噴流２７を安定に供給できる流速の上限値は数十m/secとなり、これよりも上げることは困難となる。
【００１１】
本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、ターゲットの供給量を増加させ、高繰り返し周波数で、かつ高出力のＥＵＶ光源装置を提供することを目的としている。これはまた、Ｘ線や軟Ｘ線発生源装置としても、応用が可能である。
【００１２】
【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、
励起レーザ光をターゲットに照射し、プラズマ化して極端紫外領域の極端紫外を発生するＬＰＰ光源装置において、
励起レーザ光を照射点に集光照射するレーザ装置と、
ターゲットを照射点に向けて噴出する複数本のノズルとを備えている。
これにより、ノズル１本あたりのレイノルズ数は不変でありながら、照射点に供給するターゲットの流量を増大させることができるので、より高出力の極端紫外光を得ることが可能となる。
【００１３】
また本発明は、
前記複数本のノズルが、励起レーザ光の光軸に対して略垂直な平面上に一列に並べられている。
これにより、励起レーザ光に対してターゲットが他のターゲットの陰となることが少なく、励起レーザ光がすべてのターゲットに略一様に照射されて、極端紫外光の発生効率が向上する。
【００１４】
また本発明は、
前記複数本のノズルから噴出されるターゲットが照射点又はその近傍でノズル間距離よりも近づくように、ノズルを配置している。
これにより、照射点におけるターゲットの密度が大きくなり、極端紫外光の発生効率が向上する。
【００１５】
また本発明は、
ターゲットが液体であり、
液体のターゲットをターゲット噴流としてノズルから噴出している。
固体のターゲットではデブリの発生が多く、また気体のターゲットでは密度が小さくて高出力の極端紫外光を発生させることが困難である。
【００１６】
また本発明は、
ターゲットが液化されたキセノンである。
液化キセノンをターゲットにすることにより、高反射率の反射膜が知られている１３〜１４nmの極端紫外光を、高効率で発生させられるので、このような極端紫外光を用いて光リソグラフィを行なうのが容易となる。
【００１７】
【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。
まず、第１実施形態を説明する。図１は、第１実施形態に係るＬＰＰ光源装置３６の構成図を示している。図１において、ガスボンベ３１から冷却タンク３３に供給されたＸｅガスは、冷却器３０によって、例えば１６０Ｋ程度の低温に冷却されて液化される。ＬＰＰ光源装置３６は、内径数十μm程度のノズル２１Ａ〜２１Ｃを複数本備えており、タンクに溜まった液体Ｘｅは、このノズル２１Ａ〜２１Ｃから高速のターゲット噴流２７Ａ〜２７Ｃとなって、連続的に真空チャンバ３７の内部に噴射され、図１中右方向へと進行する。
【００１８】
またＬＰＰ光源装置３６は、従来技術と同様に、短パルスの励起レーザ光３２を発振する励起用レーザ装置２５を備えている。励起レーザ光３２は、レンズ３８によって集光され、図示しないウィンドウを通過して真空チャンバ３７の内部に入射し、照射点２９においてターゲット噴流２７に集光照射される。これにより、ターゲット噴流２７がプラズマ化され、その際に波長１３〜１４nmの極端紫外光１３が発生する。尚、レンズ３８は、真空チャンバ３７の外側にあるほうが、デブリによる汚損がなく、またハンドリングが容易である。
こうして発生した極端紫外光１３を凹面鏡３４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。プラズマ化されなかったターゲットの残滓は、例えば真空ポンプなどを用いたターゲット回収器２６によって回収される。
【００１９】
図２に、ノズル２１Ａ〜２１Ｃの構成例を示す。図２は、ノズル２１Ａ〜２１Ｃを、ターゲット噴流２７Ａ〜２７Ｃの下流側（図１中Ａ方向）から見た正面図を示す。図２に示すように、この構成例では、ノズル２１Ａ〜２１Ｃは３本が１組になっている。
これらのノズル２１Ａ〜２１Ｃから出射した各ターゲット噴流２７Ａ〜２７Ｃに励起レーザ光３２が照射され、これらの各ターゲット噴流２７Ａ〜２７Ｃがそれぞれプラズマ化する。従って、ノズル２１が１本の場合に比べて、およそ３倍近くのプラズマが生成され、発生する極端紫外光１３の量もおよそ３倍近くとなって、飛躍的な出力の増大が実現される。
【００２０】
しかも、レイノルズ数Ｒｅは、各ノズル２１Ａ〜２１Ｃから出射されるターゲット噴流２７Ａ〜２７Ｃについて、それぞれ９００以下であれば、ターゲット噴流２７Ａ〜２７Ｃを安定に照射点２９に供給することが可能である。
また、ノズル２１の内径をより細くして流速をさらに上げることにより、極端紫外光１３の繰り返し周波数を上げることが可能である。これにより、ワーキングディスタンスＷＤが大きくなり、デブリがノズル２１をより損傷しにくくなる。
【００２１】
図３に、第１実施形態に係るノズル２１の他の構成例を示す。このように、ノズル２１を別々に備えるのではなく、１本のノズル２１に、ターゲット噴流２７Ａ〜２７Ｃを噴出する小孔３９Ａ〜３９Ｃを複数本設けるようにしてもよい。このようにすることにより、加工によって小孔３９Ａ〜３９Ｃ間の距離を厳密に定めることができるので、ターゲット噴流２７Ａ〜２７Ｃ同士が互いに干渉し合って励起レーザ光３２の照射点２９からずれるようなことが少ない。
また、太いノズル２１に小孔３９Ａ〜３９Ｃを設けることにより、ノズル２１の強度が上がって、ターゲット噴流２７Ａ〜２７Ｃが振動するようなことが少なくなる。
【００２２】
図４に、第１実施形態に係るノズル２１の他の構成例を示す。図４において、ノズル２１は、７本がひとまとめになっている。これにより、３本の場合よりも、より多量のターゲット噴流２７を、励起レーザ光３２の照射位置に供給できるので、発生するＬＰＰ光の光量が増加する。
或いは、本数を増やすことで、ターゲット噴流２７の流量を変えずにノズル２１の内径を細くして流速を上げることができ、極端紫外光１３の繰り返し周波数を上げることが容易となる。
このとき、本数を７本にすることにより、ターゲット噴流２７同士を互いに密に配置することができ、照射点２９における高密度なターゲット噴流２７の供給が可能である。
【００２３】
図５に、第２実施形態に係るノズル２１の正面図を示す。図５に示すように、ノズル２１は、励起レーザ光３２の光軸に対して略垂直方向な平面上に並んでいる。
これにより、図２に示したように、励起レーザ光３２に対し、ターゲット噴流２７Ｃが他のターゲット噴流２７Ａ，２７Ｂの陰になるということがない。即ち、すべてのターゲット噴流２７Ａ〜２７Ｃが、励起レーザ光３２によって直接的に照射されるので、効率的なプラズマの発生が可能である。また、極端紫外光１３の発生が空間的に均一化するので、これを集光した場合の分布の不均一が生じにくい。
尚、図５においては、ノズル２１の本数を３本としたが、勿論これに限られるものではなく、２本や４本以上でもよい。
【００２４】
図６に、第３実施形態に係るノズル２１Ａ，２１Ｂを、図１におけるＢ方向から見た説明図を示す。図６において、２本のノズル２１Ａ，２１Ｂは、噴出するターゲット噴流２７Ａ，２７Ｂが、それぞれ照射点２９又はその近傍で、最も近づくか或いは衝突するように、所定の角度をなして配置されている。照射点２９に対し、励起レーザ光３２は、図６中紙面と垂直に照射される。これにより、照射点２９においてターゲットが狭い範囲に集中するので、プラズマ化効率が向上する。その結果、極端紫外光１３の発生量が増加する。
尚、ターゲット噴流２７Ａ，２１Ｂが、例えば図５に示したように同一平面上に並んでもよく、或いは、異なる平面上を通るようにしてもよい。また、図６には２本のノズル２１Ａ，２１Ｂとして説明したが、３本以上のノズル２１を備えるようにしてもよい。
【００２５】
図７に、第４実施形態に係るＬＰＰ光源装置３６の構成図を示す。図７において、それぞれのノズル２１Ａ，２１Ｂには、ターゲットを液滴化した状態で噴出させる、ピエゾ素子などを用いた図示しない液滴化装置が付属している。
図７において、ターゲット液滴２２Ａ，２２Ｂは、複数本のノズル２１Ａ，２１Ｂから図７中右向きに噴出し、電子ビーム発生器２３から電子ビーム４２を照射されるなどの帯電手段によって電荷を帯びる。そして、バンデグラーフ加速器２４などの加速手段によって加速され、高速で真空チャンバ３７内を進行する。このターゲット液滴２２Ａ，２２Ｂに、照射点２９で励起レーザ光３２を照射することによって、プラズマ化させ、極端紫外光１３を発生させている。
【００２６】
このような、ターゲット液滴２２Ａ，２２Ｂを用いたＬＰＰ光源装置においても、ターゲット液滴２２Ａ，２２Ｂの体積を大きくして、かつ進行速度を高速化させたいという要求がある。そして、１本のノズル２１を用いるのみでは、やはり流体力学上の制約から困難となっている。
これに対し、本実施形態によれば、ノズル２１Ａ，２１Ｂを複数本用いることにより、より多くのターゲット液滴２２Ａ，２２Ｂを高速で照射点２９に搬送し、高出力で高繰り返し周波数のＬＰＰ光を発生させることが可能となっている。
【００２７】
尚、第４実施形態において、ノズル２１Ａ，２１Ｂは２本と限られるものではなく、また、帯電手段２３及び加速器２４は、必ずしも必要ではない。
また、図７ではターゲット液滴２２Ａ側から励起レーザ光３２を照射するようにしているが、これに限られるものではなく、図６と同様に図７中紙面と垂直に照射してもよい。後者によれば、ターゲット液滴２２Ｂがターゲット液滴２２Ａの陰にならず、励起レーザ光３２を両方のターゲット液滴２２Ａ，２２Ｂに同様に照射することができ、極端紫外光１３の発生効率が向上する。
【００２８】
尚、以上の各実施形態において、ターゲットを液体Ｘｅとして説明したが、これに限られるものではなく、例えば、他の液状のターゲットでもよく、気体の場合でもよい。また、例えばエタノールや水を用いて、Ｘ線や軟Ｘ線の発生源としても、使用が可能である。
また、ターゲットが固体の場合には、レイノルズ数Ｒｅによる制約はないが、やはり同様に、１本のノズルから、多量のターゲットを高速で照射点２９に噴出するのは困難である。従って、ターゲットが固体でも、ノズル２１を複数にすることにより、多量のターゲットを高速で照射点２９に噴出させ、極端紫外光１３の発生効率を向上させられる。
さらには、高反射率を得られる反射膜の材質が他に発見されれば、波長１３〜１４nmに限られるものではなく、他の波長の、ＥＵＶ光源装置（例えばＸｅをターゲットとした場合の、波長１１nm等）が求められる。本発明は、このようなＥＵＶ光源装置に対しても応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るＥＵＶ光源装置の構成図。
【図２】第１実施形態に係るノズルの正面図。
【図３】第１実施形態に係るノズルの他の構成例を示す正面図。
【図４】第１実施形態に係るノズルの他の構成例を示す正面図。
【図５】第２実施形態に係るノズルの正面図。
【図６】第３実施形態に係るノズルの側面図。
【図７】第４実施形態に係るノズルの側面図。
【図８】従来技術に係るＥＵＶ露光装置の説明図。
【図９】従来技術に係るＬＰＰ光源装置の構成図。
【符号の説明】
１０：ＥＵＶ露光装置、１１：ＥＵＶ光源装置、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：シリコンウェハ、２１：ノズル、２３：電子ビーム発生器、２４：加速器、２５：励起用レーザ装置、２６：ターゲット回収器、２７：ターゲット噴流、２９：照射点、３０：冷却器、３１：ガスボンベ、３２：励起レーザ光、３３：冷却タンク、３４：凹面鏡、３６：ＬＰＰ光源装置、３７：真空チャンバ、３８：レンズ、３９：小孔、４２：電子ビーム、４４：ウェハステージ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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