JP2007208100A

JP2007208100A - 極端紫外光または軟ｘ線領域の短波長光光源装置および極端紫外光または軟ｘ線領域の短波長光発生方法

Info

Publication number: JP2007208100A
Application number: JP2006026781A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Azumaguchi; 武史東口; Shoichi Kubodera; 昌一窪寺; Yasuo Suzuki; 康夫鈴木
Original assignee: IDX TECHNOLOGIES CORP; University of Miyazaki NUC
Current assignee: IDX TECHNOLOGIES CORP; University of Miyazaki NUC
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2007-08-16

Abstract

【課題】簡素且つ低コストな構成で、軟Ｘ線を高平均出力可能な光源装置を提供すること。
【解決手段】軟Ｘ線発生用媒質を含む液体ターゲット（Ｔ）をレーザー光照射領域（Ａ）に供給する液体ターゲット供給装置（１３）と、複数のレーザー光反射鏡（１１ｂ１〜１１ｂ１２，１２ｂ１〜１２ｂ１２）を有し、前記レーザー光照射領域（Ａ）を挟んで対向して配置された一対の反射光学系部材（１１，１２）であって、励起用レーザー光（Ｌ）を複数の反射鏡（１１ｂ１〜１１ｂ１２，１２ｂ１〜１２ｂ１２）で順次反射させて前記一対の反射光学部材（１１，１２）間を往復させ且つ前記レーザー光照射領域（Ａ）を複数回通過させる前記一対の反射光学部材（１１，１２）と、を備えた軟Ｘ線光源装置（２）。
【選択図】図２

Description

本発明は、極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光を発生させる極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光光源装置および極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光発生方法に関し、特に、極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光発生用の媒質をプラズマ化して極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光を発生させるＬＰＰ（Laser Produced Plasma、）方式の極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光光源装置および極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光発生方法に関する。
本発明の極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光光源装置および極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光発生方法は、波長１３．５ｎｍ程度の軟Ｘ線（極端紫外光）を利用して露光を行う半導体リソグラフィー露光用の光源装置および軟Ｘ線発生方法として好適に使用可能である。

集積回路を製作する工程の一つであるリソグラフィーでは、紫外線や電子ビーム、イオンビーム、Ｘ線等の露光用の光で、ウェハ上のレジスト層に集積回路パターンを焼き付けている（露光している）。プロセスルールが微細化される次世代半導体リソグラフィー技術では、波長１３．５ｎｍ程度のＸ線（極端紫外光、ＥＵＶ：Extreme Ultraviolet）の使用が検討されており、高い繰り返しパルス照射で、均一性、安定性が高く、高出力のＸ線光源装置が求められている。
軟Ｘ線は、ターゲットと呼ばれる媒質にレーザー光を照射したり、ターゲットを放電部に投入してプラズマを生成することにより発生させており、波長１３．５ｎｍ程度のＸ線を発生させるターゲットとしては、キセノン（Ｘｅ）や、錫（Ｓｎ）、リチウム（Ｌｉ）等の固体、液体、気体、またはクラスターが使用される。

高平均出力の軟Ｘ線を得るための技術として、下記の従来技術が公知である。
（１）特許文献１（特開２０００−１１１６９９号公報）記載の技術
特許文献１には、ターゲットとしてのクリプトンガスに対して、１００本の光ファイバーを束ねた光ファイバー群から励起用レーザー光を出射してターゲットを励起させることにより、軟Ｘ線（極端紫外光）を発生させる技術が記載されている。なお、特許文献１記載の技術では、前記励起用レーザー光は、多数の励起用レーザーダイオードを使用して発生させている。
したがって、特許文献１記載の技術では、多数の励起用レーザーダイオードを使用することで励起用レーザー光の出力を大きくすることにより、軟Ｘ線を多く発生させて軟Ｘ線の出力を高め、平均化している。

（２）特許文献２（特開２００３−１８５７９８号公報）、特許文献３（特開２００３−２８２４２４号公報）記載の技術
特許文献２、３には、複数の軟Ｘ線光源装置（極端紫外光源装置）を備え、各光源装置からの軟Ｘ線（極端紫外光）の出射タイミングをずらすことにより、全体として連続的に軟Ｘ線を出力する技術が記載されている。

特開２０００−１１１６９９号公報（「００３２」〜「００３８」、第１図、第２図）特開２００３−１８５７９８号公報（「００１２」、「００１９」、「００２５」、第４図、第７図〜第９図）特開２００３−２８２４２４号公報（「００１３」〜「００１９」、第１図〜第６図）特開２００１−３３９１１４号公報（「０００１」〜「０００４」、「００３０」〜「００３１」、第１図、第５図）

（従来技術の問題点）
前記従来技術（１）、（２）では、軟Ｘ線の高出力化、平均出力化を期待することはできるが、複数の光源装置を使用するため、コストが上昇し、構成が複雑化するという問題がある。
本発明者は、ＬＰＰ方式の光源装置で、高出力化、平均出力化を達成するために、直径が数十μｍの液体ターゲットを連続的に供給する方法について鋭意研究を重ねた。高出力化を達成するには、供給された液体ターゲットにレーザー光を照射してプラズマを生成した時に、多くの軟Ｘ線を発生させる必要がある。

ＬＰＰ方式により発生する軟Ｘ線は、媒質の大きさや照射されるレーザー光の強度等にも依存するが、生成されるプラズマの表面積に大きく依存することが知られている。すなわち、原理的には表面積が大きなプラズマを生成すれば良いことがわかる。
ここで、半導体リソグラフィーでは、軟Ｘ線を反射する光学系や軟Ｘ線が照射される半導体の面積等の仕様に応じて、光源装置の仕様が影響を受ける。特に、エタンデュ（etendu、光束の面積と立体角との積）に関しては、光源側のエタンデュ（光源面積と発散立体角の積）は照明側のエタンデュ（照明領域の面積と照明光立体角の積）により制限され、光源側のエタンデュが大きいと有効利用できない光束の割合が増加してしまう。そして、前記エタンデュは、現在、３．３［ｍｍ^２ｓｒ］以下を目標値として研究が行われており、前記目標値を満足するためには、ＬＰＰ方式ではプラズマ径を直径８００μｍ以下にする必要がある。

しかし、直径数百μｍの大きなプラズマを生成するために、レーザー光照射領域（プラズマ生成領域）におけるレーザー光の集光径を大きくすると、ターゲットが小さい場合は透過エネルギーが大きくなり、プラズマに効率よくエネルギーを注入できないという問題がある。
これらの要因のため、現在ＬＰＰ方式の光源装置では、プラズマ径は一般的に直径５０μｍ程度に設定されており、最大でも２００μｍ程度のものしか使用されていない。しかし、前記プラズマ径では高平均出力化には足りないという問題がある。
そこで、本発明者の一人が以前出願した特許文献４（特開２００１−３３９１１４号公報）記載の技術に注目した。なお、前記特許文献４には、光励起により発生した光を光共振器で共振させてレーザー光を出力する技術が記載されているが、ＬＰＰ方式やプラズマ径に関する記載はない。

前述の事情に鑑み、本発明は、簡素且つ低コストな構成で、極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光を高平均出力可能な光源装置を提供することを技術的課題とする。

（第１発明）
前記技術的課題を解決するために第１発明の極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光光源装置は、
極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光発生用媒質を含む液体ターゲットをレーザー光照射領域に供給する液体ターゲット供給装置と、
レーザー光照射領域に供給された前記液体ターゲットに照射されて前記極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光発生用媒質をプラズマ化して軟Ｘ線を発生させる励起用レーザー光を発生させる励起用レーザー光源装置と、
複数のレーザー光反射鏡を有し、前記レーザー光照射領域を挟んで対向して配置された一対の反射光学系部材であって、前記励起用レーザー光源装置で発生した励起用レーザー光を複数の反射鏡で順次反射させて前記一対の反射光学部材間を往復させ且つ前記レーザー光照射領域を複数回通過させる前記一対の反射光学部材と、
を備えたことを特徴とする。

（第１発明の作用）
前記構成要件を備えた第１発明の極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光光源装置では、液体ターゲット供給装置は、極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光発生用媒質を含む液体ターゲットをレーザー光照射領域に供給する。励起用レーザー光源装置は、レーザー光照射領域に供給された前記液体ターゲットに照射されて前記極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光発生用媒質をプラズマ化して軟Ｘ線を発生させる励起用レーザー光を発生させる。複数のレーザー光反射鏡を有し、前記レーザー光照射領域を挟んで対向して配置された一対の反射光学系部材は、前記励起用レーザー光源装置で発生した励起用レーザー光を複数の反射鏡で順次反射させて前記一対の反射光学部材間を往復させ且つ前記レーザー光照射領域を複数回通過させる。
したがって、第１発明の極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光光源装置では、励起用レーザー光がレーザー光照射領域を複数回通過するので、レーザー光のエネルギーがプラズマに効率的に注入でき、プラズマが拡大化されて、表面積の大きなプラズマを生成することができる。この結果、極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光を高効率で発生させることができ、高平均出力化することができる。また、前記励起用レーザー光を照射する励起用レーザー光源装置を複数設ける必要がないので、構成を簡素化、低コスト化することができる。

（第２発明）
前記技術的課題を解決するために第２発明の極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光発生方法は、
レーザー光照射領域を挟んで対向して配置された一対の反射光学系部材の複数のレーザー光反射鏡で順次反射されて、前記一対の反射光学部材間を往復し且つ前記レーザー光照射領域を複数回通過する励起用レーザー光を、極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光発生用媒質を含み前記レーザー光照射領域に供給された液体ターゲットに照射することにより、前記極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光発生用媒質をプラズマ化して極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光を発生させることを特徴とする。

（第２発明の作用）
前記構成要件を備えた第２発明の極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光発生方法では、励起用レーザー光は、レーザー光照射領域を挟んで対向して配置された一対の反射光学系部材の複数のレーザー光反射鏡で順次反射されて、前記一対の反射光学部材間を往復し且つ前記レーザー光照射領域を複数回通過する。そして、前記励起用レーザー光は、極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光発生用媒質を含み前記レーザー光照射領域に供給された液体ターゲットに照射され、前記極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光発生用媒質がプラズマ化して軟Ｘ線が発生する。
したがって、第２発明の極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光発生方法では、励起用レーザー光がレーザー光照射領域を複数回通過するので、レーザー光のエネルギーがプラズマに効率的に注入でき、プラズマが拡大化されて、表面積の大きなプラズマを生成することができる。この結果、極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光を高効率で発生させることができ、高平均出力化することができる。また、前記励起用レーザー光を照射する励起用レーザー光源装置を複数設ける必要がないので、構成を簡素化、低コスト化することができる。

前述の本発明は、簡素且つ低コストな構成で、極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光を高平均出力可能な光源装置を提供することができる。

次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の軟Ｘ線発生装置を備えたリソグラフィー装置の全体説明図である。
図１において、リソグラフィー装置１は、軟Ｘ線を発生させる軟Ｘ線発生装置（極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光光源装置）２を有する。前記軟Ｘ線発生装置２から出射された光は、Ｍｏ（モリブデン）／Ｓｉ（シリコン）の多層膜が形成された多層膜反射鏡３により、波長１３．５ｎｍ、帯域幅２％の軟Ｘ線４のみが反射されて、マスクステージ５上のマスクＭに照射される。マスクＭに照射されて反射された軟Ｘ線４は、投影光学系６で縮小されてウェハステージ７上のウェハＷに投影され、マスクＭのパターンがウェハＷに焼き付けられる。

図２は実施の形態１の軟Ｘ線発生装置の要部拡大説明図である。
図２において、実施の形態１の軟Ｘ線発生装置２は、励起用のレーザー光Ｌを出射する励起用レーザー光源装置８を有する。なお、実施の形態１の励起用レーザー光源装置８は、励起用レーザー光としてＮｄ：ＹＡＧレーザー光の第２高調波（パルス幅６〜１０ｎｓ、レーザーエネルギー１Ｊ以下）を出射する。
前記励起用レーザー光源装置８から出射された励起用のレーザー光Ｌは、入射用反射鏡９で集光、反射されて反射光学部材１０に照射される。

図３は実施の形態１の軟Ｘ線発生装置の反射光学系の説明図であり、図３Ａはレーザー光が反射される状態を説明する図、図３Ｂは第１反射光学部材の説明図、図３Ｃは第２反射光学部材の説明図である。
図３において、反射光学部材１０は、励起用レーザー光Ｌが入射される側に配置された第１反射光学部材（入射側光学部材）１１と、第１反射光学部材１１に対向して配置された第２反射光学部材（反射側光学部材）１２と、を有する。第１反射光学部材１１及び第２反射光学部材１２は、レーザー光照射領域Ａ側が凹湾曲した（図３Ａ参照）円板状のベース部材１１ａ、１２ａを有する。前記ベース部材１１ａ、１２ａの外周縁部には、それぞれ周方向に沿ってレーザー光反射鏡１１ｂ１〜１１ｂ１２、１２ｂ１〜１２ｂ１２が１２枚支持されている。

図２、図３において、励起用レーザー光Ｌは、第１反射光学部材１１の反射鏡１１ｂ１に入射されるように設定されている。前記反射鏡１１ｂ１に入射した入射した励起用レーザー光Ｌは、一対の反射光学部材１１、１２の中央部に設定された直径１００〜５００μｍの球状のレーザー光照射領域（プラズマ生成領域）Ａを通過して、第２反射光学部材１２の反射鏡１２ｂ１に入射するように反射鏡１１ｂ１が設定されている。
前記反射鏡１２ｂ１で反射した励起用レーザー光Ｌは、レーザー光照射領域Ａを通過して、入射された反射鏡１１ｂ１の周方向に隣接して配置された反射鏡１１ｂ２に入射されるように、前記反射鏡１２ｂ１が設定されている。このように、各反射鏡１１ｂ１〜１１ｂ１２、１２ｂ１〜１２ｂ１２は、入射された励起用レーザー光Ｌを、レーザー光照射領域Ａを通過させ且つ対向する反射光学部材１１，１２の入射された反射鏡に隣接する反射鏡に向けて反射するように設定されている。
したがって、励起用レーザー光Ｌは、反射鏡１１ｂ１、１２ｂ１、１１ｂ２、１２ｂ２、…、１１ｂ１２、１２ｂ１２で順次反射されて、反射光学部材１１，１２間を多数回往復し（実施の形態１では１１往復半）、レーザー光照射領域Ａを多数回（実施の形態１では２３回）通過する。
そして、本実施の形態１では、プラズマに吸収されなかった励起用レーザー光Ｌは反射鏡１２ｂ１２により外部に出力されるように構成されているが、実際にはレーザー光Ｌは１００％プラズマに吸収される。

なお、実施の形態１では、前記反射光学部材１１，１２の中心から各反射鏡１１ｂ１〜１１ｂ１２の距離Ｒが３０ｍｍ、各反射鏡１１ｂ１〜１１ｂ１２の直径ｒが７ｍｍに設定されている。また、第１反射光学部材１１または第２反射光学部材１２とレーザー光照射領域Ａの中心との距離ｚが１０ｃｍに設定されており、第１反射光学部材１１と第２反射光学部材１２間を実効で４０ｎｓ程度で通過している。このように設定された実施例１では、前記励起用レーザー光Ｌのレーザー光照射領域における集光径は、理想的には２００μｍ〜５００μｍ程度である。

前記レーザー光照射領域Ａの上方には、レーザー光照射領域Ａに向かって液体ターゲットＴを吐出する液体ターゲット供給装置（液体ジェット噴射装置）１３が配置されている。なお、実施の形態１の液体ターゲット供給装置１３は、真空排気されたレーザー光照射領域Ａに直径５０μｍ程度の液体ジェットＴを供給するように構成されている。なお、液体ジェットＴに換えて液滴ターゲットとすることも可能である。また、液体ターゲットＴとしては、低濃度の酸化錫（ＳｎＯ_２、極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光発生用媒質）のナノ粒子が分散された液体ターゲットを使用したが、液体キセノン等、従来公知の軟Ｘ線発生用のターゲットを使用可能である。
前記レーザー光照射領域Ａに供給された液体ターゲットＴは、励起用レーザー光Ｌにより励起されて、軟Ｘ線（極端紫外光）が発生し、発生した軟Ｘ線は多層膜反射鏡３に照射される。

（実施の形態１の作用）
前記構成を備えた実施の形態１の軟Ｘ線光源装置では、レーザー光照射領域Ａに供給された液体ターゲットＴに対して、励起用レーザー光Ｌが照射されてプラズマが生成され、軟Ｘ線が発生する。このとき、液体ターゲットＴに対して、反射光学部材１１、１２間を往復するレーザー光が照射されるので、レーザー光照射領域Ａを透過した励起用レーザー光が繰り返しレーザー光照射領域Ａに照射される。したがって、効率的に励起用レーザー光Ｌからプラズマにエネルギーが注入され、プラズマを拡大化でき、表面積の大きな（直径５００μｍ程度）のプラズマに成長させることができる。この結果、表面積が大きなプラズマにより、軟Ｘ線を高効率に発生させることができ、軟Ｘ線の出力を高めることができる。また、実施の形態１の軟Ｘ線光源装置は、１つの励起用レーザー光源装置８により高出力の軟Ｘ線を発生させることができるので、励起用レーザー光源装置８を多数設ける必要が無く、コストを低減できる。さらに、液体ターゲット供給装置１３により液体ターゲットＴを連続的にレーザー光照射領域Ａに供給できるので、安定的に平均的な出力を得ることができる。

なお、励起用レーザー光Ｌは４〜８往復程度で、直径１０〜５０μｍの液体ジェットのプラズマ径が５００μｍ〜８００μｍに成長し、直径１０〜５０μｍ程度のプラズマ径で行っていた従来に比べて、プラズマ径が１０〜１６倍以上（表面積は１０^２〜１６^２倍）、出力が従来の約３倍〜６倍になったことを確認した。

(変更例)
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、前記実施の形態において、反射鏡の枚数やレーザー光照射領域のサイズ等の具体的な数値やレーザー光の種類は、設計や仕様に応じて適宜変更可能である。すなわち、プラズマをどの程度まで成長させるかも、任意に変更可能であるが、高出力化の観点から５００μｍ程度、最大でも８００μｍ以内にすることが望ましい。
また、前記実施の形態において、リソグラフィー装置の光源装置としての軟Ｘ線発生装置を例示したが、これに限定されず、軟Ｘ線が必要な装置、システム用の光源装置として使用可能である。

図１は本発明の実施の形態１の軟Ｘ線発生装置を備えたリソグラフィー装置の全体説明図である。図２は実施の形態１の軟Ｘ線発生装置の要部拡大説明図である。図３は実施の形態１の軟Ｘ線発生装置の反射光学系の説明図であり、図３Ａはレーザー光が反射される状態を説明する図、図３Ｂは第１反射光学部材の説明図、図３Ｃは第２反射光学部材の説明図である。

符号の説明

１…リソグラフィー装置
２…軟Ｘ線発生装置
３…多層膜反射鏡
４…軟Ｘ線
５…マスクステージ
６…投影光学系
７…ウェハステージ
８…励起用レーザー光源装置
９…入射用反射鏡
１０…反射光学部材
１１…第１反射光学部材
１１ａ…ベース部材
１１ｂ１〜１１ｂ１２…反射鏡
１２…第２反射光学部材
１２ｂ１〜１２ｂ１２…反射鏡
１３…液体ターゲット供給装置
Ａ…レーザー光照射領域
Ｌ…励起用レーザー光
Ｍ…マスク
Ｔ…液体ターゲット
Ｖ…真空室
Ｗ…ウェハ

Claims

極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光発生用媒質を含む液体ターゲットをレーザー光照射領域に供給する液体ターゲット供給装置と、
レーザー光照射領域に供給された前記液体ターゲットに照射されて前記極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光発生用媒質をプラズマ化して極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光を発生させる励起用レーザー光を発生させる励起用レーザー光源装置と、
複数のレーザー光反射鏡を有し、前記レーザー光照射領域を挟んで対向して配置された一対の反射光学系部材であって、前記励起用レーザー光源装置で発生した励起用レーザー光を複数の反射鏡で順次反射させて前記一対の反射光学部材間を往復させ且つ前記レーザー光照射領域を複数回通過させる前記一対の反射光学部材と、
を備えたことを特徴とする極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光光源装置。
レーザー光照射領域を挟んで対向して配置された一対の反射光学系部材の複数のレーザー光反射鏡で順次反射されて、前記一対の反射光学部材間を往復し且つ前記レーザー光照射領域を複数回通過する励起用レーザー光を、極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光発生用媒質を含み前記レーザー光照射領域に供給された液体ターゲットに照射することにより、前記極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光発生用媒質をプラズマ化して極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光を発生させることを特徴とする極端紫外光または軟Ｘ線領域の短波長光発生方法。