(57)【要約】【課題】２種類以上のターゲットを用いたプラズマ発光装置において、プラズマ発光後の発光輝度の低下を抑制し、安定した輝度のプラズマ光を得ることができるプラズマ発光装置を提供する。【解決手段】互いに異なる材料から構成される複数種類のターゲットと、該ターゲットを内部に封入するガラスバルブと、前記ターゲットに向けて励起光を照射する励起光源と、を有し、前記複数種類のターゲットのうち、少なくとも一つのターゲットは、常温において気体の第一材料から選択され、他の少なくとも一つのターゲットは、沸点が２５℃以上、１０００℃以下の第二材料から選択されることを特徴とする。【選択図】図１
2017204442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる材料から構成される複数種類のターゲットと、該ターゲットを内部に封入するガラスバルブと、前記ターゲットに向けて励起光を照射する励起光源と、を有し、
前記複数種類のターゲットのうち、少なくとも一つのターゲットは、常温において気体の第一材料から選択され、他の少なくとも一つのターゲットは、沸点が２５℃以上、１０００℃以下の第二材料から選択されることを特徴とするプラズマ発光装置。
【請求項２】
前記第二材料は、前記ガラスバルブを構成するガラスに対する反応速度が２００ミリ秒以下であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ発光装置。
【請求項３】
前記第二材料は、Ｎａ，Ｐ，Ｓ，Ｋ，Ｇａ，Ｓｅ，Ｂｒ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｔｅ，Ｉ，Ｐｂ，Ｂｉのうち、少なくとも一種を含む材料であることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ発光装置。
【請求項４】
前記励起光の照射によって前記ターゲットで生じたプラズマ光の少なくとも一部を検出する検出手段と、該検出手段によって検出された前記プラズマ光の強度に応じて、前記励起光の出力を調節する励起光制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一項記載のプラズマ発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体プロセスの光源として適用可能なプラズマ発光装置に関し、詳しくは、プラズマ発光装置における発光輝度の安定化に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造において、半導体プロセスの微細化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。例えば、次世代においては、１００〜７０ｎｍの微細加工、更には５０ｎｍ以下の微細加工が要求されている。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１０〜１５ｎｍ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機の開発も行われている。
【０００３】
ＥＵＶ光源としては、レーザービームをターゲットに照射することによって生成するプラズマを用いたＬＰＰ（laser produced plasma：レーザー励起プラズマ）光源（以下において、「ＬＰＰ光源」ともいう）と、放電によって生成す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）光源の３種類が挙げられる。これらＥＵＶ光源の内、ＬＰＰ光源は、プラズマ密度を大きくできるため、黒体輻射に近い極めて高い輝度が得られる。また、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ため、光源の周囲に電極等の構造物がなく、極めて大きな捕集立体角の確保が可能である。こうした数々の利点から、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、ＬＰＰ光源が有力であると考えられている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
ＬＰＰ光源では、ターゲットに向けて、レーザー発振器から射出したレーザー光を、集光光学系などを介して集光して照射することによりプラズマを発生させる。そして、プラズマ発光によって生じた、例えばＥＵＶ光を露光機の方向に導く。こうしたプラズマ発光によって得られる光の波長は、ターゲットの種類によって決まる。
【０００５】
プラズマ発光のターゲットは、２種類以上のものが用いられることがある。この場合、第一のターゲットは、初期点火用として常温で気体の材料（ガス）が選択される。一方、第二のターゲットは、常温において気体、液体、固体の何れの材料も適用可能である。これらのターゲットは、例えば、耐熱性の高い石英ガラスなどからなるガラスバルブ内に封止される。
【０００６】
第二のターゲットとして液体や固体の材料を用いる場合、第一のターゲットでプラズマ点火を行った後、この第一のターゲットによるプラズマ発光でガラスバルブ内の温度が上昇する。この昇温によって液体、固体の第二のターゲットが気化して、第一のターゲットのプラズマ発光温度に達するとともに、第二のターゲットにおいてもプラズマ光が発生し、第二のターゲットから所望の波長の光、例えばＥＵＶ光を得ることができる。
こうしたターゲットの一例として、第一のターゲットとしてＸｅガス、第二のターゲットとしてＨｇを用いたＨｇ−Ｘｅランプが広く知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２００６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来、２種類以上のターゲットを用いたプラズマ発光装置では、第一のターゲットは常温で気体であるため、ガラスバルブに封入直後からガラスと充分な時間接触しているので、第一のターゲットとガラスとの反応は、プラズマ点火時点でほぼ飽和している。一方、第二のターゲットとして液体や固定を用いる場合、この第二ののターゲットはプラズマ点火後、気化して気体となった時点で初めてガラス全体と接触し、ガラスと第二のターゲットとの反応が始まる。よって、プラズマ点火を行った後にガラスの特質が変化しはじめるため、発光輝度が一定期間安定せず、長期間にわたって発光輝度が大きく低下するという課題があった。
【０００９】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、２種類以上のターゲットを用いたプラズマ発光装置において、プラズマ発光後の発光輝度の低下を抑制し、安定した輝度のプラズマ光を得ることができるプラズマ発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のプラズマ発光装置は、互いに異なる材料から構成される複数種類のターゲットと、該ターゲットを内部に封入するガラスバルブと、前記ターゲットに向けて励起光を照射する励起光源と、を有し、前記複数種類のターゲットのうち、少なくとも一つのターゲットは、常温において気体の第一材料から選択され、他の少なくとも一つのターゲットは、沸点が２５℃以上、１０００℃以下の第二材料から選択されることを特徴とする。
【００１１】
このようなプラズマ発光装置によれば、ガラスバルブと第二のターゲットとの反応が早いと、プラズマ光の輝度が一定期間、安定しない虞があるが、本発明においては、第二のターゲットとして、沸点が２５℃以上、１０００℃以下の第二材料を用い、プラズマ発光によるガラスバルブとの反応速度を遅くすることによって、プラズマ光の発光輝度が短期間で変動することを防止できる。これにより、長期間にわたって、発光輝度の変動が少なく、安定した発光輝度のプラズマ光を得ることが可能なプラズマ発光装置を提供できる。
【００１２】
前記第二材料は、前記ガラスバルブを構成するガラスに対する反応速度が２００ミリ秒以下であることを特徴とする。
これにより、プラズマ光の発光輝度が短期間で変動することを防止し、長期間にわたって、発光輝度の変動が少なく、安定した発光輝度のプラズマ光を得ることが可能なプラズマ発光装置を提供できる。
【００１３】
前記第二材料は、Ｎａ，Ｐ，Ｓ，Ｋ，Ｇａ，Ｓｅ，Ｂｒ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｔｅ，Ｉ，Ｐｂ，Ｂｉのうち、少なくとも一種を含む材料であることを特徴とする。
これらの材料を第二材料として用いることにより、プラズマ発光によるガラスバルブとの反応速度を遅くすることができ、プラズマ光の発光輝度の短期間での変動を防止することができる。
【００１４】
前記励起光の照射によって前記ターゲットで生じたプラズマ光の少なくとも一部を検出する検出手段と、該検出手段によって検出された前記プラズマ光の強度に応じて、前記励起光の出力を調節する励起光制御手段と、を備えたことを特徴とする。
これにより、実際のプラズマ光の発光輝度に応じて励起光の出力を調節し、一定の発光輝度のプラズマ光を得ることを可能にする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、２種類以上のターゲットを用いたプラズマ発光装置において、プラズマ発光後の発光輝度の低下を抑制し、安定した輝度のプラズマ光を得ることができるプラズマ発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のプラズマ発光装置の構成を示す概略構成図である。
【図２】ターゲットバルブの一例を示す断面図である。
【図３】本発明の検証結果を示すグラフである。
【図４】本発明の検証結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明のプラズマ発光装置について説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１８】
図１は、本発明のプラズマ発光装置の構成を示す概略構成図である。
プラズマ発光装置１０は、真空チャンバー１１、レーザー光源（励起光源）１２、集光光学系１３と、真空チャンバー１１内に配された集光反射ミラー１４、ハーフミラー１５、ターゲットバルブ１６、光学センサ（検出手段）１７とを備えている。また、光学センサ１７からの信号に応じてレーザー光源１２を制御する制御部（励起光制御手段）１９を備えている。
【００１９】
真空チャンバー１１は、例えば、真空ポンプによって内部の真空度を１０−１０〜１０−２Ｐａ程度の範囲に保つことが可能な耐圧性の真空容器である。
【００２０】
レーザー光源（励起光源）１２は、例えば、強度が１０ＭＷ／ｃｍ２以上、特に１００ＭＷ／ｃｍ２以上のレーザー光（励起光）を照射するレーザー発振器が好ましく用いられる。１００ＭＷ／ｃｍ２ 以上の強度のレーザー光を用いれば、２ｎｍ〜４０ｎｍの波長域のＸ線を効率よく発生させることができる。レーザー光の種類としては、例えば、エキシマレーザー、ＹＡＧレーザー、ガラスレーザー、二酸化炭素ガスレーザーなど、各種レーザー光を用いることができる。
【００２１】
集光光学系１３は、レーザー光源（励起光源）１２から出射されたレーザー光を集束させた後、集光反射ミラー１４の反射面の範囲に広げる光学系であり、複数のコンデンサーレンズや投影レンズなどから構成される。
【００２２】
集光反射ミラー１４は、例えば、半球状のミラー（凹面鏡）であり、集光光学系１３によって広げられたレーザー光を、集光反射ミラー１４の中心付近に配されたターゲットバルブ１６を焦点にして反射、集光させる。
【００２３】
ターゲットバルブ１６は、中空のガラスバルブ内にターゲット材料を封入したものであり、このターゲットバルブ１６に集光反射ミラー１４で集光されたレーザー光が入射することによって、ターゲット材料がプラズマ発光点に達し、特定の波長域のプラズマ発光光（以下、単にプラズマ光と称することがある）を発する。例えば、ターゲットバルブ１６は、レーザー光の入射によって、波長１０〜１５ｎｍ程度のＥＵＶ域のプラズマ光を発する。このターゲットバルブ１６の構成は、後ほど詳述する。
【００２４】
ハーフミラー１５は、集光光学系１３と集光反射ミラー１４との光路上に、光軸に対して例えば４５°の角度で傾斜させて配置され、集光光学系１３から集光反射ミラー１４に向けたレーザー光を透過させるとともに、ターゲットバルブ１６で発したプラズマ光を、例えば直角方向に反射させる。
反射されたプラズマ光は、プラズマ発光装置１０の外部に出射され、例えば、集光装置（図示略）などを介して、半導体製造装置の光リソグラフィ光源として用いられる。
【００２５】
光学センサ（検出手段）１７は、ターゲットバルブ１６から発したプラズマ光の一部を検出し、プラズマ光の強度を強度信号として制御部（励起光制御手段）１９に向けて出力する。
【００２６】
制御部（励起光制御手段）１９は、光学センサ（検出手段）１７から出力されたプラズマ光の強度信号に基づいて、プラズマ光の強度が一定範囲になるように、レーザー光源（励起光源）１２の出力を制御する。こうした制御部は、コンピュータとインターフェースなどから構成されていればよい。
【００２７】
図２は、ターゲットバルブを示す断面図である。
ターゲットバルブ１６は、中空のガラスバルブ２３と、このガラスバルブ２１内に封入された第一のターゲット２１、および第二のターゲット２２とからなる。
第一のターゲット２１は、常温において気体の第一材料から選択される。第一材料としては、例えば、キセノン（Ｘｅ）、酸素（Ｏ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、ネオン（Ｎｅ）などの気体の単体あるいはこれらから選ばれる複数種の混合物、あるいはこれらの元素を含む合成ガスなどが例示される。本実施形態では、第一材料としてＸｅを用いている。
【００２８】
第二のターゲット２２は、沸点が２５℃以上、１０００℃以下の第二材料から選択される。こうした第二材料は、ガラスバルブ２３を構成するガラスに対する反応速度が遅いもの、例えば、反応速度が２００ミリ秒以下のものを用いることが好ましい。第二材料の好ましい具体例としては、ナトリウム（Ｎａ），リン（Ｐ），硫黄（Ｓ），カリウム（Ｋ），ガリウム（Ｇａ），セレン（Ｓｅ），臭素（Ｂｒ），スズ（Ｓｎ），アンチモン（Ｓｂ），テルル（Ｔｅ），ヨウ素（Ｉ），鉛（Ｐｂ），ビスマス（Ｂｉ）のうち、少なくとも一種を含む材料から選択されることが好ましい。
【００２９】
ガラスバルブ２３は、袋状、バルーン（風船）状もしくはターゲットをサンドイッチしたスライド状などに形成することができる。封入されたターゲット材料の内圧は、０．１〜５気圧の範囲とすることが望ましい。ガラスバルブ２３内の内圧は、１〜３気圧程度が好ましい。０．１気圧より低いとプラズマ密度が低くなり、発生するプラズマ光の強度が低くなる。また内圧が５気圧より高くなると、ガラスバルブ２３が破損する可能性がある。
【００３０】
次に、上述した構成のプラズマ発光装置１０の作用を、図１、図２を参照して説明する。
本発明のプラズマ発光装置１０を用いてプラズマ光を発生させる際には、まず、上述した第一のターゲット２１、および第二のターゲット２２が封入されたガラスバルブ２３を集光反射ミラー１４の中心付近に設置する。
【００３１】
次に、制御部１９からレーザー光源（励起光源）１２を操作し、所定の強度のレーザー光Ｌを出射させる。レーザー光Ｌは集光光学系１３によって集束された後、ハーフミラー１５を透過して、集光反射ミラー１４の反射面の範囲に照射される。集光反射ミラー１４に照射されたレーザー光Ｌは、この集光反射ミラー１４の半球状の湾曲面によって、ターゲットバルブ１６に集束される。
【００３２】
ターゲットバルブ１６にレーザー光Ｌが入射すると、まず、第一のターゲット２１がプラズマ発光する。第一のターゲット２１は気体であるので、ガラスバルブ２３に封入された直後から、ガラスバルブ２３の内面に充分に接触しており、第一のターゲット２１とガラスバルブとのプラズマ発光による反応は、プラズマ点火時点でほぼ飽和している。
【００３３】
第一のターゲット２１がプラズマ発光を始めると、ガラスバルブ２３内の温度が上昇し、これにより、常温で液体ないし固体の第二のターゲット２２が加熱されて気化し、気体となってガラスバルブ２３内に拡散する。第二のターゲット２２が気体になると、第二のターゲット２２もプラズマ発光を始める。これにより、ターゲットバルブ１６は、例えば波長１０〜１５ｎｍ程度のＥＵＶ域のプラズマ光Ｐを発する。そして、このＥＵＶ域のプラズマ光Ｐは、ハーフミラー１５に向けて照射され、このハーフミラー１５によって直角に反射されてプラズマ発光装置１０の外部に出射される。
【００３４】
こうしたターゲットバルブ１６におけるプラズマ発光において、第二のターゲット２２は、気化した後に初めてガラスバルブ２３の内面全域に接触するため、プラズマ点火後にガラスバルブ２３と第二のターゲット２２との反応が始まる。
【００３５】
このため、ガラスバルブ２３と第二のターゲット２２との反応が早いと、プラズマ光の輝度が一定期間、安定しない虞があるが、本発明においては、第二のターゲット２２として、沸点が２５℃以上、１０００℃以下の第二材料を用い、プラズマ発光によるガラスバルブ２３との反応速度が反応速度が２００ミリ秒以下といった遅い反応速度にすることによって、プラズマ光の発光輝度が短期間で変動することを防止できる。これにより、長期間にわたって、発光輝度の変動（例えば発光輝度の低下）が少なく、安定した発光輝度のプラズマ光を得ることができる。
【００３６】
ターゲットバルブ１６から出射されたプラズマ光Ｐの一部、例えば漏れ光は、真空チャンバー１１内に配された光学センサ（検出手段）１７によって、その発光強度が常時検出され、プラズマ光の強度信号として制御部（励起光制御手段）１９に向けて出力される。
【００３７】
制御部１９は、この光学センサ（検出手段）１７からの発光強度に基づいて、レーザー光源（励起光源）１２の出力を制御する。具体的には、制御部１９には、出射されるプラズマ光の予め定められた既定発光強度が入力され、レーザー光Ｌの照射中、常にこの既定発光強度と、光学センサ１７で検出されたプラズマ光の実際の発光強度（実測発光強度）とが比較される。
【００３８】
そして、この既定発光強度と実測発光強度との差分が、予め定めた規定範囲よりも大きくなった場合に、この差分を縮小させるようにレーザー光Ｌの出力を制御する。こうしたレーザー光Ｌの出力制御に関しても、第二のターゲット２２としてプラズマ発光によるガラスバルブ２３との反応速度が遅い第二材料を用いることによって、発光輝度の急激な変動が少なく、レーザー光Ｌの出力制御を容易にすることができる。
【００３９】
以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００４０】
例えば、本実施形態では、ターゲットバルブ１６に封入されるターゲットとして、第一材料から成る第一ターゲットと、第二材料から成る第二ターゲットの二成分の例を示しているが、気体からなる第一ターゲットと共に封入するターゲットとして、２種類以上、複数種類のターゲットを封入することができ、２種類に限定されるものでは無い。
【実施例】
【００４１】
本発明の効果を検証した。図１に示すプラズマ発光装置１０を用いて、ＵＶ域のプラズマ光を生成し、発光強度を測定した。ターゲットバルブに封入した第一ターゲットである第一材料としては、Ｘｅガスを用いた。また、第二ターゲットである第二材料としては、ナトリウムを用いた。
【００４２】
測定を行ったプラズマ光の発光強度と照射時間との関係を示すグラフを図３に示す。また、プラズマ光の発光強度を一定に維持するために必要なレーザー光の出力設定の例を図４に示す。なお、図３のグラフにおいて、発光強度が跳ね上がっている３点は、いずれも光学センサで測定された発光強度のフィードバックによるレーザー光の出力増加を行った箇所である。
【００４３】
図３に示すグラフによれば、プラズマ光の発光強度は時間経過によっても、少ない変動幅で一定の範囲内に維持されており、安定した輝度のプラズマ光を得ることができるプラズマ発光装置を提供できることが確認された。
【符号の説明】
【００４４】
１０  プラズマ発光装置
１１  真空チャンバー
１２  レーザー光源（励起光源）
１２  集光光学系
１４  ハーフミラー
１６  ターゲットバルブ
１７  光学センサ（検出手段）
１９  制御部（励起光制御手段）
２１  第一のターゲット
２２  第二のターゲット
２３  ガラスバルブ
【図１】
2017204442.tif 000003
【図２】
2017204442.tif 000004
【図３】
2017204442.tif 000005
【図４】
2017204442.tif 000006