JP4188208B2 - 放射線源、リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、アノードおよびカソードを備え、該アノードおよびカソードが、該アノードとカソードとの間の空間内の物質内で放電を行い、電磁放射線を生成するためにプラズマを形成するように構成され、配置されている放射線源ユニットに関する。さらに、本発明は、上記放射線源ユニットを有するリソグラフィ投影装置に関する。上記放射線源ユニットは、放射線の投影ビームを供給するための放射線システムと、所望のパターンに従って投影ビームをパターン形成する働きをするパターニング手段を支持するための支持構造と、基板を保持するため基板テーブルと、基板の目標部分上にパターン化されたビームを投影するための投影システムとを備える。

本明細書において使用する「パターニング手段」という用語は、入射する放射線ビームに、基板の目標部分に形成されるパターンに対応するパターン化された断面を与えるために使用することができる手段を指すものとして広義に解釈されるべきである。「ライト・バルブ」という用語もこの意味で使用することができる。一般的に、上記パターンは、集積回路または他のデバイス（下記の説明を参照）などの目標部分に形成中のデバイスの特定の機能層に対応する。このようなパターニング手段としては、下記のものがある。すなわち、
マスク。マスクの概念は、リソグラフィにおいて周知のものであり、バイナリ・マスク・タイプ、レベンソン・マスク・タイプ、減衰位相シフト・マスク・タイプおよび種々のハイブリッド・マスク・タイプ等がある。放射線ビーム内にこのようなマスクを置くと、マスク上のパターンにより、マスク上に入射する放射線が選択的に透過（透過性マスクの場合）または選択的に反射（反射性マスクの場合）される。マスクの場合には、支持構造は、一般的に、確実にマスクを入射放射線ビーム内の所望の位置に保持することができ、ビームに対してマスクを必要に応じて移動することができるようなマスク・テーブルである。
プログラマブル・ミラー・アレイ。このようなデバイスの一例としては、粘弾性制御層および反射面を有するマトリックス・アドレス可能面がある。このような装置の基本的原理は、（例えば）反射面のアドレスされた領域が入射光を回折光として反射し、アドレスされていない領域は入射光を非回折光として反射するという原理である。適当なフィルタを使用することにより、反射ビームから上記の非回折光をろ過して回折光だけを後に残すことができる。このようにして、ビームは、マトリックス・アドレス可能面のアドレス・パターンに従ってパターン形成される。必要なマトリックス・アドレッシングは、適当な電子手段により行うこともできる。このようなミラー・アレイのより詳細な情報は、例えば、米国特許第５，２９６，８９１号および米国特許第５，５２３，１９３号に開示されているので詳細は、これら文献を参照されたい。プログラマブル・ミラー・アレイの場合には、上記支持構造を、例えば、必要に応じて固定式にも移動式にもすることができるフレームまたはテーブルの形で実施することができる。
プログラマブルＬＣＤアレイ。このような構造の一例は、米国特許第５，２２９，８７２号に記載されているので詳細は、これら文献を参照されたい。すでに説明したように、この場合の支持構造は、例えば、必要に応じて固定式にも移動式にもすることができるフレームまたはテーブルの形で実施することができる。

説明を簡単にするために、本明細書の残りの部分のいくつかの箇所では、マスクまたはマスク・テーブルを含む例について集中的に説明する。しかし、このような例において説明する一般的原理は、すでに説明したように、パターニング手段の広義な意味で理解されたい。

リソグラフィ投影装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造の際に使用することができる。このような場合、パターニング手段はＩＣの個々の層に対応する回路パターンを形成することができ、このパターンを、放射線感光材料（レジスト）層でコーティングされた基板（シリコン・ウェハ）上の目標部分（例えば、１つまたはそれ以上のダイを含む）に画像として形成することができる。一般的に、１つのウェハは、１回に１つずつ、投影システムにより連続的に照射される隣接する目標部分の全ネットワークを含む。１つのマスク・テーブル上に１つのマスクによりパターン形成を行う現在の装置の場合、２つの異なるタイプの機械を区別することができる。リソグラフィ投影装置の１つのタイプの場合には、１回の動作で目標部分上に全マスク・パターンを露光することにより、各目標部分を照射することができる。このような装置は、通常、ウェハ・ステッパと呼ばれる。通常、ステップ・アンド・スキャン装置と呼ばれる別の装置の場合には、所与の基準方向（「走査」方向）の投影ビームの下で、マスク・パターンを順次走査し、一方この方向に平行または非平行に基板テーブルを同期状態で走査することにより、各目標部分が照射される。一般的に、投影システムは、倍率計数Ｍ（一般的に、１より小さい）を有しているので、基板テーブルが走査される速度Ｖは、マスク・テーブルが走査される速度に計数Ｍを掛けたものになる。本明細書に記載するリソグラフィ・デバイスについてのより詳細な情報は、例えば、米国特許第６，０４６，７９２号に開示されており、詳細は、この文献を参照されたい。

リソグラフィ投影装置を使用する製造プロセスの場合には、パターン（例えば、マスクにおける）は、放射線感光材料（レジスト）の層で少なくとも一部が覆われている基板上に像形成される。この像形成ステップを行う前に、プライミング、レジスト・コーティングおよびソフト・ベークなどの種々の処理を基板に対して行うことができる。露光後、露光後ベーク（ＰＥＢ）、現像、ハードベークおよび像形成特性の測定／検査などの他の種々の処理を基板に対して行うことができる。このような一連の処理は、例えば、ＩＣのようなデバイスの個々の層をパターン形成する際の基準として使用される。次に、このようにパターン化された層に対して、エッチング、イオン注入（ドーピング）、メタライゼーション、酸化、化学機械的研磨などの種々のプロセスを行うことができる。これらすべてのプロセスは、個々の層を仕上げるためのものである。いくつかの層が必要な場合には、全処理またはそれを修正したものを新しい各層に対して行わなければならない。最終的に、デバイスのアレイが基板（ウェハ）上に形成される。次に、これらのデバイスは、ダイシングまたはソーイングのような技術により相互に切り離され、それにより、個々のデバイスをキャリヤ上に装着することもできるし、ピン等に接続することもできる。このようなプロセスに関するより詳細な情報は、例えば、１９９７年にマグローヒル出版社より刊行された、Ｐｅｔｅｒ ｖａｎ Ｚａｎｔ著、「マイクロチップ製造：半導体処理に対する実用ガイド」という名称の書籍（“Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”）の第３版、ＩＳＢＮ０−０７−０６７２５０−４に開示されているので詳細は、この文献を参照されたい。

説明を簡単にするために、今後は投影システムを「レンズ」と呼ぶことにする。しかし、この用語は、例えば、屈折光学系、反射光学系、反射屈折光学系を含む種々のタイプの投影システムを含むものと広義に解釈されるべきである。放射線システムは、また、放射線の投影ビームの誘導、成形または制御のためのこれらの設計タイプのうちのどれかにより動作する構成要素を含むこともできる。これらの構成要素も、以下の説明においては、集合的にまたは単独で「レンズ」と呼ぶことにする。さらに、リソグラフィ装置は、２つまたはそれ以上の基板テーブル（および／または２つまたはそれ以上のマスク・テーブル）を有するタイプのものであってもよい。このような「多段」デバイスの場合には、追加テーブルを並列に使用することもできるし、または１つまたはそれ以上のテーブルを露光のために使用している間に、１つまたはそれ以上のテーブル上で準備ステップを実行することもできる。２段リソグラフィ装置については、米国特許第５，９６９，４４１号および国際特許出願第ＷＯ９８／４０７９１号に開示されているので詳細は、この文献を参照されたい。

リソグラフィ装置においては、ウェハ上に像形成することができる主要な点のサイズは、投影放射線の波長により制限される。デバイスの密度が高い、すなわち、動作速度が速い集積回路を製造するためには、もっと小さな主要な点を像形成することができることが望ましい。大部分の現在のリソグラフィ投影装置は、水銀ランプまたはエキシマレーザが発生する紫外線を使用しているが、約１３ｎｍの短い波長の放射線の使用が提案されている。このような放射線は、極紫外線と呼ばれ、またＸＵＶまたはＥＵＶ放射線とも呼ばれる。略語「ＸＵＶ」は、一般的に、軟Ｘ線および真空ＵＶ範囲を含むナノメートルの数十分の１から数十ナノメートルの範囲内の波長を指す。一方、「ＥＵＶ」という用語は、通常、リソグラフィ（ＥＵＶＬ）と一緒に使用され、約５〜２０ｎｍの放射範囲、すなわち、ＸＵＶ範囲の一部を指す。

ＸＵＶ放射線の放射線源としては、アノードとカソードとの間の物質（例えば、ガスまたは蒸気）内の放電によりプラズマが発生し、またプラズマを通して流れる（パルス）電流によるオーム加熱により高温放電プラズマを発生することができる放電プラズマ放射線源を使用することができる。さらに、プラズマを通して流れる電流による磁界によるプラズマの圧縮を、放電軸上に高温高密度プラズマを発生するために使用することができる（ピンチ効果）。蓄積された電気エネルギーは、直接プラズマ、すなわち、短い波長の放射線に移行する。ピンチにより、放電軸上にかなりの高温および高密度のプラズマができ、蓄積された電気エネルギーは、非常に高い変換効率で、熱プラズマ・エネルギー、すなわち、ＸＵＶ放射線に変換される。プラズマ焦点、Ｚピンチ、中空カソードおよび毛細管放電源のようなプラズマ放電デバイスの構造および動作はいろいろであるが、これらの各タイプにおいては、放電電流が発生する磁界が圧縮を行う。

図７Ａ〜図７Ｅは、このような放電プラズマ放射線源の構造および動作に関する背景情報を提供するためだけの一例である。図７Ａ〜図７Ｅは、従来技術によるＺピンチ中空カソード・タイプの放電プラズマ放射線源の略図である。放電ソースＬＡは、円筒状の対称形であり、電気的に絶縁体の円筒状の壁部７２５により接続しているアノード７１０およびカソード７２０を備える。開口部７１１が、放電ソースＬＡからの電磁放射線を通すために、アノード７１０の中心軸Ａのところに設けられている。中空カソード７２０は、中心軸Ａの周囲に環状開口部７２１を備え、さらに開口部７２１の背後に大きな凹部７２２を有する。凹７２２は、また、中心軸Ａの周囲に環状構成を有し、凹部の壁部は、カソード７２０の一部である。放電電源（図示せず）は、放電源ＬＡ内のアノード−カソード・ギャップを横切ってパルス電圧Ｖを供給するために、アノード７１０およびカソード７２０に接続している。さらに、アノードとカソード間にある圧力ｐで、放電材料供給源（図示せず）により適当なガスまたは蒸気が供給される。適当な材料の例としては、キセノン、リチウム、錫およびインジウムなどがある。

放電は、低い初期圧力（ｐ＜０．５トール）および高電圧（Ｖ＜１０ｋＶ）条件下で発生させることができる。この場合、アノード−カソード間ギャップの大きさに比較すると、電子平均自由経路は大きく、そのため電子なだれは有効でなくなる。これらの条件の特徴は、ガスまたは蒸気密度に対する電界強度比Ｅ／Ｎが大きいことである。この段は、図７Ａに示すように、固定電位差を有するどちらかといえば間隔の等しい等電位線ＥＰを示す。イオン化の成長は、最初、かなり低いＥ／Ｎで動作する中空カソード７２０内部のイベントにより支配され、その結果、電子に対する平均自由経路は短くなる。中空カソード７２０からの、および凹部７２２内のガスまたは蒸気からの電子ｅは、アノード−カソード間ギャップ内に注入され、仮想アノードが進行中からのイオン化により生成され、この仮想アノードは、アノード７１０から中空カソード７２０の方に伝搬し、不均等に分布している等電位線ＥＰにより、図７Ｂに示すようにカソードに近い全アノード電位を運ぶ。カソード７２０の中空凹部７２２内の電界は、有意に増大している。

次の段階においても、イオン化は引き続き行われ、カソード開口部７２１の直後の中空カソード７２０内の高密度プラズマの領域が急速に拡大する。最後に、同様に図７Ｂに示すように、この領域からアノード−カソード間ギャップ内への電子ｅの強力なビームの注入により、最後のブレークダウン・チャネルが形成される。この構成は、放電空間中に均等な予備イオン化およびブレークダウンを供給する。図７Ｃは、放電がスタートし、ガスまたは蒸気の低温プラズマ７３５が、アノード−カソード間ギャップ内に形成された状態を示す。電流はプラズマ内をカソード７２０からアノード７１０に流れる。この電流は、放電源ＬＡ内で磁界強度Ｈを有する方位角磁界を誘起する。方位角磁界により、プラズマ７３５は円筒状の壁部７２５から離れ、図７Ｃに略図で示すように圧縮される。

さらに、図７Ｄに示すように、プラズマの動的圧縮が行われる。何故なら、方位角磁界の圧力は、温度プラズマ圧力より遥かに高いからである。Ｈ^２／８ｐ＞＞ｎｋＴ。ここで、ｎはプラズマ粒子密度を表し、ｋはボルツマン定数を表し、Ｔはプラズマの絶対温度を表す。アノード７１０およびカソード７２０に接続しているコンデンサ・バンク（図示していない放電電源の一部）内に蓄積された電気エネルギーは、プラズマ圧縮の全期間中に、運動爆縮のエネルギーに最も効率的に変換される。高い空間的な安定を有する均質に満たされたピンチ（プラズマ・ピンチ）７４５が発生する。プラズマ圧縮の最後の段階で、すなわち、中央または放電軸Ａ上のプラズマの停滞で、プラズマの運動エネルギーは、プラズマの熱エネルギーに完全に変換され、最後に、（図７Ｅに示すように）ＸＵＶおよびＥＵＶ範囲内で非常に大きく貢献する電磁放射線７４０に変換される。

放電プラズマ源を使用している場合には、粒子、プラズマおよび蒸気などの放射線源からの汚染の危険が、リソグラフィ投影装置に移行する恐れがある。周知の一般的な解決方法は、一次収集光学系として、放射線源ユニット内に、図８の断面に示すようなグレージング入射収集装置８８０を使用する方法である。グレージング入射収集装置８８０は、通常、光学軸Ａを中心にしてほぼ同心状に配列されている複数の類似の形のシェル８０３を備える。このような収集装置は、放出される放射線８４０の入射角度８０１を約１０〜２０度以下に維持した場合には、高い反射率（約７０〜１００％）を示す。図面を簡単にするために、図８には、２つのほぼ円筒状のシェル８０３だけを示す。シェル８０３は、例えば、高い反射性を供給し、放射線源から放出される汚染と反応しないパラジウムまたはモリブデンのような適当な材料から作ることができる。

図６は、従来技術による閉鎖ヒートパイプの一例である。この閉鎖ヒートパイプは、以下に説明する放射線源内の１つの可能な伝熱機構として使用される。閉鎖ヒートパイプ２７０は、密閉コンテナ２７２、毛細管現象による液供給面（ウィック）２６５、およびウィック２６５を飽和させる（湿潤させる）液体２６２を備える。密閉コンテナ２７２は、例えば、銅、アルミニウム、鋼鉄、ニッケルまたはタングステンのような適当な材料から作ることができる。液体２６２は、その特性（液体および蒸気の粘度の低い値、高い熱伝導性、気化の高い潜熱）およびヒートパイプ２７０が使用される温度範囲に基づいて選択される。例えば、１０００〜２０００℃の温度範囲においては、ナトリウム、リチウムまたは銀を使用することができる。ウィック２６５は、通常、金属フォーム、金属フェルト、セラミック、炭素繊維、焼結粉末、１つまたはそれ以上のスクリーン・メッシュ、密閉コンテナ２７２の内部上の溝、またはこれらの形態の組合わせから作られる。

熱源２０５が閉鎖ヒートパイプ２７０の一部に対して適用されると、ウィック２６５内の液体２６２が沸騰し、蒸気２６６を形成する。液体２６２より高い圧力を有する蒸気２６６は、反対側の端部に移動し（２６８）、そこで冷却デバイス２７５により冷却される。蒸気は凝縮し２６７、気化の潜熱を放出する。液体はウィック２６５内に入り、毛細管駆動力により液体は熱源２０５に近い領域に戻る。ウィック２６５を使用することにより、ヒートパイプ２７０は重力の影響を受けなくなり、そのため、ヒートパイプを好きな方向に向けて使用することができる。一般的に、ヒートパイプは、対象物を直接冷却できない場所で使用される。ヒートパイプは、熱をもっと容易に冷却を行える場所に移動する。

一般的に、多くの改良を行わなければ、例えば、集積回路のようなデバイスの大規模な製造に、ガス放電プラズマによるＥＵＶ製造が適当である（生産価値がある）と見なすことはできない。これらの改良としては、下記のものがある。すなわち、
変換効率をもっと高くする方法。電流源は、通常、約０．５％の変換効率（入力電力に対する必要な波長での出力電力の比率）しか持たないので、大部分の入力電力は熱に変換される。
熱の除去（冷却）を効率的に行う方法。２つの成分、すなわち、放電中のプラズマ・ジェットからのピーク熱負荷、および反復放電による平均熱負荷を区別することができる。熱が拡散する領域は、通常制限されていて、発生に見合う放射線源を達成するために、電力レベルおよび反復速度が増大すると、熱の除去は非常に重要な問題になってくる。１つまたはそれ以上の電極の過熱が発生する恐れがあり、電極の幾何学的形状が変化すると（変形すると）、ピンチ・サイズおよびピンチ位置が影響を受ける。
パルス・タイミングおよびエネルギーを安定させる方法。リソグラフィ投影装置と一緒に使用するためには、放射線源は、投影中電力を安定して発生しなければならない。例えば、ＥＵＶパルス・タイミングが変動したり（ジッタ）、ピンチ位置およびピンチ・サイズが変動したり、およびＥＵＶパルス・エネルギーが変動したりすると、安定した電力発生に悪影響がある。
電極の腐食を低減する方法。発生したプラズマは、電極を腐食させる恐れがある。何故なら、電極は、高温、高密度プラズマが発生する軸上および／または軸に隣接して置かれている場合があるからである。このような腐食により電極の寿命が短くなり、放電空間内に含まれる汚染物の量が増大する。さらに、プラズマをトリガする電極の正しい機能は、電極の幾何学的形状間の所定の関係を含むいくつかの要因に依存している。電極の腐食または変形は、プラズマのトリガの瞬間および発生したＥＵＶ放射線のパルスのタイミングに影響を与える。
汚染放出による照明寿命の短縮。プラズマ源は、かなりの量の汚染物分子、イオンおよび他の（高速）粒子を放射する。このような粒子および分子が照明システムまで運ばれると、このような粒子および分子は、デリケートな反射装置および他の素子を破損する恐れがあり、光学素子の表面上に吸収層を堆積させる恐れがある。このような破損層および堆積層は、望ましくないビーム強度の低減を引き起こし、リソグラフィ投影装置の処理能力を低減する。さらに、このような層は、除去したり修理するのが難しい。

本発明の１つの目的は、放射線への電気エネルギーの変換効率を改善する放射線源を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、過熱の恐れがなく、生産に見合った電力レベルおよび反復速度を供給する放射線源を提供することである。

本発明のさらにもう１つの目的は、ＸＵＶ放射線の発生したパルス（ショット）の、安定していて一定のタイミングおよび一定のエネルギーを有する放射線源を提供することである。

本発明のさらにもう１つの目的は、隣接するリソグラフィ投影装置を最小限度にしか汚染しない放射線源を提供することである。

ある態様においては、本発明は、アノードおよびカソードを備え、該アノードおよびカソードが、該アノードとカソードとの間の放電空間内の物質内で放電を行い、電磁放射線を生成するためにプラズマを形成するように構成され、配置されている放射線源を提供する。上記放電空間を形成している壁部の灯心現象による液供給表面領域は、液体を上記毛細管現象による液供給表面領域と接触している液体タンクから上記放電空間に向けて液体を移送するための灯心現象による液供給機能を有する。液体は、キセノン、インジウム、リチウム、錫または任意の適当な材料を含むことができる。灯心現象による液供給面（ウィック）は、放電領域に液体を供給する便利な手段を供給し、放電空間に何時でも液体が存在するので、熱の放散が改善され電極の腐食が低減する。

他の態様においては、本発明は、放射線源の放電空間を形成している壁部の冷却表面領域が、上記放電空間から上記冷却表面へ熱を移動させるために、上記放電空間から気化した液体を凝縮するための冷却機能を提供する。熱の放散を改善するために、その蒸気および液体の状態の両方の流体により、放射線源空間およびウィック内に流体循環システムが形成されている。この流体は、放電が行われる物質内の流体と同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。熱は、上記放電空間のところでの上記流体の蒸発により、また冷却素子に隣接する上記周辺部のところでの上記流体の凝縮により、上記放電空間から周辺部に移動する。

上記放射線源は、放電空間内に存在する蒸気の量を制御するための改善型の方法を供給し、放射線源が、放電空間内の最低量の蒸気で動作することができるように、上記放電空間に最も近い上記毛細管現象による液供給表面領域を照射するためのエネルギー・ビームを含むことができる。これにより、放出された放射線の吸収が低減し、エネルギー出力が増大し、またこれにより変換効率が増大する。

他の態様においては、本発明は、アノードおよびカソードを備え、該アノードおよびカソードが、該アノードとカソードとの間の放電空間内の物質内で放電を行い、電磁放射線を生成するためにプラズマを形成するように構成され、配置されている放射線源と、該放射線源の光学軸上に配置された中空レセプタクルとを備え、該中空レセプタクルの開放端部が、上記放射線源から放出される汚染物を捕捉するために上記放射線源の方を向いている放射線源ユニットを提供する。上記レセプタクルは、それを捕捉することにより、汚染物がリソグラフィ投影装置内に入り込むのを防止する。この防止効果はレセプタクルを冷却することによりさらに強化することができる。

もう１つの態様においては、本発明は、アノードおよびカソードを備え、該アノードおよびカソードが、該アノードとカソードとの間の放電空間内の物質内で放電を行い、電磁放射線を生成するためにプラズマを形成するように構成され、配置されていて、さらに、上記電磁放射線が放出される上記アノードおよびカソードのうちの一方に設けられている開口部を備えている放射線源を提供する。上記開口部は、上記放射線に対して上記開口部をほぼ開放状態に維持するが、電気的には上記開口部をほぼ閉鎖状態に維持するように配置された複数の導電性構造を備える。これにより、システムのインダクタンスが低減し、そのため変換エネルギーが増大する。さらに、もっと小さい電気的開口部がピンチ位置の安定性を増し、パルス毎のエネルギーの変動を低減する。

さらに他の態様においては、本発明は、アノードおよびカソードを備え、該アノードおよびカソードが、該アノードとカソードとの間の放電空間内の物質内で放電を行い、電磁放射線を生成するためにプラズマを形成するように構成され、配置されている放射線源を提供する。該放射線源は、放電空間を冷却するための少なくとも１つの閉鎖ヒートパイプを備える。閉鎖ヒートパイプを使用することにより、放射線源の構造が簡単になり、放電領域に最も近い寸法をさらに小さくすることができる。何故なら、冷却素子を放射線源ＬＡの周辺部に移動させることができるからである。寸法が小さくなるということは、インダクタンスが小さくなり、放電領域内で加熱するプラズマが小さくなることを意味する。この両方の効果により変換効率が改善される。

さらに他の態様においては、本発明は、放射線の投影ビームを供給するための放射線システムと、所望のパターンにより、投影ビームをパターン形成する働きをするパターニング手段を支持するための支持構造と、基板を保持するための基板テーブルと、基板の目標部分にパターン化されたビームを投影するための投影システムとを備えるリソグラフィ投影装置を提供する。この放射線システムは、上記放射線源または放射線源ユニットを備える。

さらに他の態様においては、本発明は、放射線感光材料の層により少なくともその一部が覆われている基板を供給するステップと、上記放射線源または放射線源ユニットを備える放射線システムにより放射線の投影ビームを供給するステップと、投影ビームの断面をあるパターンにするためにパターニング手段を使用するステップと、放射線感光材料の層の目標部分上にパターン化されたビームを投影するステップとを含むデバイス製造方法を提供する。

ＩＣの製造の際の本発明の装置の使用について、本明細書中に特に説明してあるが、このような装置は多くの他の用途にも使用できることを充分理解されたい。例えば、本発明の装置は、集積光学システム、磁気領域メモリ用の案内および検出パターン、液晶ディスプレイ・パネル、薄膜磁気ヘッド等の製造にも使用することができる。当業者であれば、このような別の用途の場合、本明細書に記載の用語「レチクル」、「ウェハ」または「ダイ」は、それぞれ、もっと一般的な用語「マスク」、「基板」および「目標部分」により置き換えることができることを理解することができるだろう。

本明細書においては、「放射線」および「ビーム」という用語は、紫外線（ＵＶ）（例えば、３６５、２４８、１９３、１５７、または１２６ｎｍの波長を有する）、および極紫外線（ＥＵＶ）（例えば、５〜２０ｎｍの波長を有する）を含むすべてのタイプの電磁放射線を含む。

添付の図面を参照しながら本発明のいくつかの実施形態について説明するが、これは単に例示としてのものに過ぎない。図面中、対応する参照記号は、対応する部分を示す。

当業者であれば、図面内の要素は、簡単に分かり易くしたもので、正確に縮尺したものでないことを理解することができるだろう。例えば、図面内の要素の中のいくつかの寸法は、本発明の実施形態を分かり易くするために他の要素に対して誇張した大きさになっている。

図１は、本発明の特定の実施形態のリソグラフィ投影装置の略図である。このリソグラフィ投影装置は、下記のもの、すなわち、
例えば、５〜２０ｎｍの波長を有するＥＵＶのような放射線の投影ビームＰＢを供給するための放射線システムＬＡ、ＩＬを備え、この特定の例の場合には、放射線システムはまた放射線源ＬＡを備え、さらに、
マスクＭＡ（例えば、レチクル）を保持するためのマスク・ホルダーを備えていて、品目ＰＬに対してマスクを正確に位置決めするための第１の位置決め手段ＰＭに接続している第１のオブジェクト・テーブル（マスク・テーブル）ＭＴと、
基板Ｗ（例えば、レジストでコーティングされたシリコン・ウェハ）を保持するための基板ホルダーを備えていて、品目ＰＬに対して基板を正確に位置決めするための第２の位置決め手段ＰＷに接続している第２のオブジェクト・テーブル（基板テーブル）ＷＴと、
基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、１つまたはそれ以上のダイを備える）上にマスクＭＡの照射部分を像形成するための投影システム（「レンズ」）ＰＬとを備える。

この図に示すように、装置は、反射タイプの（すなわち、反射マスクを有する）ものである。しかし、一般的に、装置は、例えば、（透過マスクを有する）透過タイプのものであってもよい。別の方法としては、装置は、上記のタイプのプログラマブル・ミラー・アレイのような他のタイプのパターニング手段を使用することもできる。

図１について説明すると、放電プラズマ源ＬＡは、通常、リソグラフィ投影装置の動作と同期している一連のパルスとしての放射線のビームを発生する。このビームは、直接またはスペクトル・フィルタのような調節手段を通して、照明システム（照明装置）ＩＬに送られる。照明装置ＩＬは、ビーム内の強度分布の外部および／または内部放射範囲（通常、それぞれ、σ−ｏｕｔｅｒおよびσ−ｉｎｎｅｒと呼ばれる）を設定するための調整手段を備えることができる。さらに、照明装置は、一般的に、積分器およびコンデンサなどの種々の他の構成要素を備える。このようにして、マスクＭＡを照射するビームＰＢは、その断面内に所望の均一性と強度分布を有する。

図１については、放射線源ＬＡは、リソグラフィ投影装置のハウジング内に収容することができるが、放射線源ＬＡはリソグラフィ投影装置から離れた場所に設置することもでき、それが発生する放射線ビームは、例えば、誘導ミラーのような適当な光学構成要素によりリソグラフィ投影装置に送られる。本発明および特許請求の範囲は、これら両方のシナリオを含む。

次に、ビームＰＢは、マスク・テーブルＭＴ上に保持されているマスクＭＡに当たる。マスクＭＡにより選択的に反射された後で、ビームＰＢは、レンズＰＬを通過し、レンズＰＬは、基板Ｗの目標部分Ｃ上にビームＰＢの焦点を結ぶ。第２の位置決め手段ＰＷ（および干渉計測手段ＩＦ）により、例えば、ビームＰＢの経路内で異なる目標部分Ｃに位置決めするために、基板テーブルＷＴを正確に移動することができる。同様に、第１の位置決め手段ＰＭを、例えば、マスク・ライブラリからマスクＭＡを機械的に検索したあとで、または走査中に、ビームＰＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めするために使用することができる。一般的に、オブジェクト・テーブルＭＴ、ＷＴの移動は、図１にはハッキリと示していないロング・ストローク・モジュール（粗動位置決め）およびショート・ストローク・モジュール（微動位置決め）により行われる。しかし、（ステップ・アンド・スキャン装置とは反対に）ウェハ・ステッパの場合には、マスク・テーブルＭＴは、ショート・ストローク・アクチュエータに接続することもできるし、固定することもできる。

図の装置は、下記の２つのモードで使用することができる。
１． ステップ・モードの場合、マスク・テーブルＭＴは、本質的に固定されていて、全マスク画像は、目標部分Ｃ上に１回の動作で（すなわち、１回の「フラッシュ」で）投影される。次に、基板テーブルＷＴは、ｘおよび／またはｙ方向にシフトされ、その結果、異なる目標部分ＣをビームＰＢで照射することができる。
２． 走査モードの場合には、所与の目標部分Ｃが１回の「フラッシュ」で露光されない点を除けば、本質的に同じシナリオが適用される。代わりに、マスク・テーブルＭＴが、ある速度ｖで所与の方向（例えば、ｙ方向のような、いわゆる「走査方向」）に移動することができ、その結果、投影ビームＰＢはマスク画像上を走査する。同時に、基板テーブルＷＴは、速度Ｖ＝Ｍｖで同じ方向または反対方向に同時に移動する。ここで、ＭはレンズＰＬの倍率である（通常、Ｍ＝１／４または１／５である）。このようにして、解像度を犠牲にしないで、比較的大きな目標部分Ｃを露光することができる。

図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の放射線源ユニットを示す。放射線源ＬＡは、中心軸Ａの周囲に配置されている多数のほぼ同心の構造を備える。ほぼ円筒状のアノード１０で囲まれているほぼ円筒状のカソード２０は、環状の絶縁体３０により上記アノード１０から分離している。中空カソード２０は、放射線源ＬＡが図７Ａ〜図７Ｅに示し本明細書で説明した例の動作と同じ方法で動作するように、凹部２２および開口部２１を備える。

プラズマ放電は、プラズマのピンチ形成部分４５の位置を囲む中央領域内のカソード２０とアノード開口部１１との間にほぼ位置する放電空間内で主として発生する。図の実施形態の場合には、リチウムは、放射線源ＬＡを動作するためのプラズマを生成するために使用される。リチウム・プラズマは、放射線源ＬＡの全内部容積をほぼ含むプラズマ領域内で見ることができる。

アノード１０およびカソード２０は、絶縁体３０がプラズマ領域からある距離だけ離れて位置するように構成され配置される。この距離は、リチウム蒸気を凝縮する絶縁体保護冷却素子５０と一緒に、リチウムと絶縁体３０が接触するのを防止し、それにより絶縁体３０の起こりうる腐食を防止する。

本発明によれば、放射線源ＬＡは、アノード１０の壁部を放電空間から遠ざかるように延長することにより、プラズマ領域が延在しているという点で、通常のプラズマ放電源とは異なる。この延長空間により、半分の厚い縁部がついたペトリ皿に似ている、「皿」の中心にアノード開口部１１を有し、「皿」の縁部に沿ってアノード冷却素子５５を有する中空構造を有するアノード１０ができる。

リチウムは、放射線源ＬＡ内のいくつかの位置に異なる形で存在する。すなわち、
リチウムを液状に保つために加熱素子６４を備えるタンク６０内の液体リチウム６２、
プラズマ領域全体を満たしているリチウム・ガス、蒸気および／またはプラズマ、および
（図２Ｂに示すように）灯心作用面（ウィック）６５内の液体リチウム６２。カソード２０およびアノード１０の壁部の一部は、放射線源ＬＡの動作中、液体リチウム６２で飽和している（湿っている）ウィック６５を含む。リチウムの小滴の形成を防止するために、ウィック６５の表面は、１００ミクロン未満の粗面Ｒａを有する。

図２Ａに示すように、放射線源ユニットは、例えば、冷却ラインまたは任意の他の適当な手段であってもよい冷却素子と、
中空トラップ９０内に冷却面を形成するように構成され、配置されている中空トラップ９０を冷却するための中空トラップクーラー９２と、
放電空間から最も遠くに延びる延長空間の端部のところに冷却面を形成するように構成され、配置されているアノード１０を冷却するためのアノード・クーラー５５と、
放電空間に最も近いカソード２０の先端を冷却するように構成され、配置されている閉鎖ヒートパイプ７０の一方の端部を冷却するためのカソード・クーラー７５とを備える。図６に示しすでに説明した例に類似の閉鎖ヒートパイプ７０は、カソード２０の先端からカソード・クーラー７５に近接する領域に熱を移動させるために、液体１６２で飽和している灯心作用面（ウィック）１６５を使用する。閉鎖ヒートパイプ７０内のウィック１６５および液体１６２は、ウィック６５および液体６２と同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。さらに、
カソード２０およびアノード１０の壁部上に冷却面を形成し、そのため、絶縁体３０に到着する前にすべての蒸気を凝縮するように構成され、配置されている絶縁体保護クーラー５０を備える。

図２Ｂおよび図５Ａ〜図５Ｃに示すように、アノード１０は、２つのほぼ対称な開口部、すなわち、放出された放射線が通る放出開口部１１と、プラズマのピンチ部分を制御するために使用するもっと直径の小さな電気的開口部１２を備える。図５Ａは、カソード２０から見たアノード開口部１１の平面図であり、図５Ｂおよび図５Ｃは、それぞれ、平面図を通して切断した断面Ｅ−ＥおよびＦ−Ｆである。アノード１０は、放出開口部１１より直径が小さい電気的開口部１２を形成する複数の突起１４を備える。各突起１４は、冷却チャネル１８を備える。放射線４０は、電気的開口部１２および突起１４間のギャップ１３を備える放出開口部１１を通って放電空間から放出される。

図５Ａ〜図５Ｃは、８つの突起１４を示すが、突起の数、サイズおよび形状は任意の適当なものでよいことを理解することができるだろう。さらに、例えば、放出開口部より直径が小さい電気的開口部は、多くの他の方法で形成することができる。
図３Ａ〜図３Ｂは、ワイヤの導電グリッド１００の使用方法を示す。図３Ａは、カソードから見た放出開口部１１の平面図であり、図３Ｂは、平面図を切断した断面Ｂ−Ｂである。中空ワイヤを使用し、その中を冷却媒体を通し、ワイヤの数、サイズおよび形状を変化させ、同心／半径方向のグリッド・パターンを使用し、平行なワイヤの第２の組と直角以外の角度で交差する平行なワイヤのグリッドを使用し、またはこれらの手段の組合わせを使用することにより設計をさらに最適化することができる。
図３Ｃは、グリッド１００が、いわゆる「フォイル・トラップ」または汚染物フィルタを形成するように、グリッド・ワイヤが延び、中心軸Ａからそれるように回転している平面図の別の断面Ｂ−Ｂを示す。米国特許第６，３５９，９６９号に開示されているように、「フォイル・トラップ」は、汚染物を捕捉するように、放射線源ユニットの能力を向上させ、汚染物がリソグラフィ投影装置内に入り込むのを防止する。
図４Ａ〜図４Ｃは、電気的開口部１２に近いアノード１０内に、ほぼ対称なギャップ１３を形成することにより、直径の大きな放出開口部１１を形成する方法を示す。図４Ａは、カソードから見た平面図内のアノード開口部を示し、図４Ｂおよび図４Ｃは、平面図のそれぞれの断面Ｃ−ＣおよびＤ−Ｄを示す。冷却は、任意の適当な冷却媒体が通ることができるアノード１０内の冷却チャネル１８により行われる。図には８つのギャップしか示していないが、任意の適当な数、サイズおよび形状のギャップを使用することができることを理解することができるだろう。

図２Ａに示すように、放電空間からの電磁放射線４０は、中心軸Ａに沿って放出開口部１１から放出され、グレージング入射収集装置８０により、放射線源ＬＡの光学軸に沿ってリソグラフィ投影装置に誘導される。図の実施形態の場合には、放射線源ＬＡおよび収集装置８０の光学軸は中心軸Ａと一致する。図には収集シェルは１つしか示していないが、グレージング入射収集装置８０は、通常、図８に示しすでに説明した例の構造および動作に類似しているいくつかの同心シェルを備える。

中空トラップ９０は、一方の端部が開き他方の端部が閉じた、グレージング入射収集装置８０の中央領域内の光学軸の周囲にほぼ対称に配置されているほぼ円筒状のレセプタクルを備える。トラップ９０の内面は、捕捉表面積を最大にするために粗面になっていて、また多孔性であり、捕捉を改善するために中空トラップ・クーラー９２により冷却される。

放電電力源（図示せず）は、放射線源ＬＡ内のアノード電圧ギャップを介してパルス状の電圧Ｖを供給するために、アノード１０およびカソード２０に接続している。

放射線源ＬＡ（図２Ａ〜図２Ｂに示す）は、放電プラズマをまさに形成しようとし、プラズマ領域をリチウム蒸気が満たしている定常状態により、以降のプラズマのピンチがまさに形成されようとする状態に導かれる。この定常状態の蒸気の流れは、その沸点に近いある温度で液体リチウム６２を生成するために、タンク６０内の加熱素子６４により作られる。放射線源内のリチウム蒸気の圧力および流れは、下記の３つのメカニズム、すなわち、
液体リチウム６２が、アノード１０およびカソード２０の表面上にいつも存在するように、毛細管駆動力により、ウィック６５を通して流れるウィック６５の全表面上での蒸気形成メカニズム、
加熱素子６４によるタンク６０内の液体リチウム６２の加熱による蒸気形成機構６６、および
クーラー５０および５５による蒸気凝縮メカニズム６７により決まる。

リチウム蒸気の濃度が十分である場合には、放電電力源（図示せず）のサイクルが、放電およびプラズマのピンチ４５の形成をトリガし、その結果、放出開口部１１から放射線４０のパルスが発生する。放射線４０は、グレージング入射収集装置８０を通してリソグラフィ投影装置内に誘導される。図２Ｂに示すように、追加のリチウム蒸気２６６が、放電の熱によりウィック６５内の液体リチウムの蒸発の増大により放電空間内に形成される。

図２Ａに示すように、リチウム蒸気は、アノード・クーラー５５および絶縁体保護クーラー５０により、放電空間からある距離のところで凝縮する６７。この液体は、ウィック６５内に流入するか、またはタンク６０内に流入する。

ピンチの位置およびタイミングは、電気的開口部１２の寸法により影響を受ける。ピンチ４５の位置の変動は、（図２Ｂに示すように）電気的開口部１２の直径の約１／１０であると計算されているので、放出開口部１１を変更しないで、電気的開口部１２を低減することによりピンチの安定性は改善される。

放電空間は、下記の多数の異なるメカニズムにより冷却される。すなわち、
熱をカソード２０からシステムの周辺部に移動させるために、図６に示しすでに説明した例とほぼ同じ閉鎖ヒートパイプ７０を使用する放電空間ＬＡ（図２Ｂ）；
アノード１０、カソード２０、ウィック６５、ウィック内の液体リチウムおよびアノード・クーラーを備える密閉されていないヒートパイプ構成（開放ヒートパイプ）を備える放射線源ＬＡ（図２Ａ）。放電の熱により液体リチウムが気化すると２６６、図６に示しすでに説明した例と同じ方法で、蒸気の移動により、熱は放電空間からシステムの周辺部に移動する；
周辺部への熱移動のためさらなるチャネルが開放ヒートパイプ構造内のプラズマ波の伝搬により得られる。熱移動のこの方法は、プラズマ熱伝播メカニズム（ＰＨＴＭ）と呼ばれる。
図５Ａ〜図５Ｃに示すように、放電空間に最も近い突起１４の先端は、冷却チャネル１８を通して適当な媒体を流すことにより冷却される。

ウィック６５（図２Ａ〜図２Ｂ）から液体リチウムが蒸発すると２６６、熱を放散するための手段を供給するばかりでなく、電極、アノード１０およびカソード２０が腐食から保護される。電極面からのリチウムの質量が制限された蒸発が行われると、電極上に薄いリチウムのフィルムが形成され、放射線源ＬＡからリソグラフィ投影装置の光学系に通過するかもしれない汚染物９５が低減する。

本発明により汚染物は最小限度まで低減されたが、放射線源が動作すると、放電空間から汚染物９５が流れる恐れがある。例えば、リチウム蒸気、リチウム・プラズマまたは電極面からの浸食材料が、ＥＵＶ源のさらに下流の任意の光学素子に損傷を与える恐れがある。本発明によれば、大部分の汚染物９５は中空トラップ９０に入り、そこで幾何学的形状（円筒状の形状）、トラップの内側の表面領域（粗面と多孔性）および冷却９２との組合わせを用いて捕捉される。図ではトラップは一方の端部が開いている円筒形をしているが、グレージング入射収集装置８０の表面上を通過する放出された放射線４０に干渉しない限り、例えば、球形、円錐形、または放物線のような任意の適当な幾何学的形状を使用することができる。通常、中空トラップ９０は、グレージング入射収集装置８０の中央シェルとほぼ同じ形をしている。

別の方法としては、放電空間に近い領域を電子ビームが加熱するために電子ビーム・ゼネレータを配置すると、リチウム蒸気をよりよく制御することができ、そのため放電条件を改善することができる。タンク６０内で加熱素子６４を使用することにより、リチウム６２は、融点に近い温度において液相を維持する。一定の間隔で、放電空間に近い液体リチウム６２を含む領域に対して電子ビームが発射され、リチウム蒸気が発生する。これは、放電空間中に最低量の蒸気および／または低温のプラズマしか存在しない場合でも、放射線源が動作することができ、そのため放出されたＥＵＶ放射線の吸収を最低限度まで低減できるという利点がある。これにより、放射線源の変換効率が効果的に改善される。電子ビームによる電極の腐食は、それを保護する液体リチウムの層により大幅に低減する。別の方法としては、放電空間に近い第２の従来の加熱素子を電子ビーム・ヒータの代わりに使用することができる。

電子ビームで、放電空間に近いカソード２０とアノード１０との間に置かれたリチウムの液体の小滴またはソリッドワイヤ（約１００ミクロン以下）を蒸発（爆発）させて、電極の全腐食を防止するのが有利である場合がある。

上記いずれの使用の場合でも、電子ビームの代わりに、波長、インパルス毎のエネルギーおよびパルス幅などのレーザ・パラメータを使用して蒸気濃度を変化させることができる、例えば、レーザ・ビームのような他の放射線ビームまたは粒子ビームを使用することができる。例えば、アノード１０またはカソード２０の表面からリチウムを蒸発させるために使用するＮｄ−ＹＡＧレーザは、波長１．０４ミクロン、インパスル毎のエネルギー１０〜１００ｍｊ、およびパルス幅１〜１００ｎｓというパラメータで動作することができる。

本明細書においては、リチウムの使用にしぼって説明してきたが、当業者であれば、放射線源ＬＡは、例えば、キセノン、インジウム、イリジウム、錫またはこれらの組合わせのような任意の適当な物質と一緒に動作することができることを理解することができるだろう。さらに、例えば、ある物質は、開放ヒートパイプ構造内の冷却のための物質であり、異なる物質は、放電のためのものであるような適当な物質の組合わせを使用することができる。

本発明の任意の態様およびその組合わせを、Ｚピンチ、毛細管放電またはプラズマ焦点デバイスのような放電に依存する任意のタイプの放射線源と一緒に使用することができる。冷却が改善され、パルス・タイミングの安定性が増強され、変換効率が改善されているヨーロッパ特許出願第０２２５６４８６．８号に開示されている放射線源内でこれらの態様を使用すると特に有利である。

それ故、本発明の範囲は、図に示す実施形態によってでなく、添付の特許請求の範囲およびその相当物によって決定すべきものである。

本発明の放射線源を備えるリソグラフィ投影装置である。 図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の開放ヒートパイプ構造を備える放射線源ユニットである。図２Ａは、図２Ａの中央部分である。 図３Ａ〜図３Ｃは、本発明のアノードである。図３Ｂおよび図３Ｃは、断面Ｂ−Ｂの２つの実施形態である。 図４Ａ〜図４Ｃは、本発明のもう１つの実施形態によるアノードである。図４Ｂおよび図４Ｃは、それぞれ、断面Ｃ−ＣおよびＤ−Ｄを示す。 図５Ａ〜図５Ｃは、本発明のさらにもう１つの実施形態のアノードである。図５Ｂおよび図５Ｃは、それぞれ、断面Ｅ−ＥおよびＦ−Ｆを示す。 閉鎖ヒートパイプの基本要素および動作を示す一例である。 図７Ａ〜図７Ｅは、放電の種々の段階における中空カソード・タイプの放電を示す一例である。 グレージング入射収集装置の基本要素および動作を示す一例である。

Claims (11)

1. 放射線源であって、アノードおよびカソードを備え、該アノードおよびカソードは、放
   電空間を画成し、該放電空間内の物質中で放電を行い、電磁放射線を生成するためにプラ
   ズマを形成するように構成されている放射線源において、
   該放射線源は、さらに、
   液体用リザーバと、
   前記放電空間を画成する壁部に設けた、灯心作用面の放電空間内液体蒸発領域と、
   前記放射線源の光学軸上に配置されている中空受容体と、
   を有しており、
   前記灯心作用面は、毛細管作用により前記リザーバから前記放電空間内液体蒸発領域まで該灯心作用面を通して液体が送られ、さらに、動作時に放電による熱のため前記放電空間内液体蒸発領域から前記液体が蒸発するように設けられており、
   前記中空受容体は、前記放電空間から放出された汚染物を捕捉するために開放端部が前記放電空間側に開放され、且つ、捕捉を改善させるための冷却機能を備えている、
   ことを特徴とする放射線源。
2. 前記灯心作用面の放電空間内液体蒸発領域は、前記アノードと前記カソードの少なくとも一方上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の放射線源。
3. 前記放電空間を形成している壁部の冷却表面領域が、前記放電空間から前記冷却表面に
   熱を移動するために、前記放電空間からの気化した液体を凝縮するための冷却機能を有す
   ることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線源。
4. 前記液体内に含まれている材料が、前記プラズマを発生する際に使用されることを特徴
   とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射線源。
5. 前記放電空間が細長い延長空間を有し、前記冷却表面領域が、前記放射線源の中央領域
   から距離を置いたところで前記延長空間を形成する壁部に設けられていることを特徴とす
   る請求項１〜４いずれか１項に記載の放射線源。
6. 前記放射線源が、前記放電空間付近の前記灯心作用面を照射するためのエネルギービ
   ームを備えることを特徴とする請求項１〜５に記載の放射線源。
7. 前記エネルギービームが、荷電粒子のビームであることを特徴とする請求項６に記載の放射線源。
8. 前記エネルギービームが、レーザビームであることを特徴とする請求項６に記載の
   放射線源。
9. 前記液体が、キセノン（Ｘｅ）、錫（Ｓｎ）、リチウム（Ｌｉ）、インジウム（Ｉｎ）
   およびイリジウム（Ｉｒ）からなるグループから選択された元素を含むことを特徴とする
   請求項１〜８いずれか１項に記載の放射線源。
10. リソグラフィ投影装置であって、
    放射線の投影ビームを供給するための放射線システムと、
    所望のパターンに従って前記投影ビームをパターン形成する働きをするパターニング手
    段を支持するための支持構造と、
    基板を保持するための基板テーブルと、
    前記基板の目標部分の上に前記パターン化されたビームを投影するための投影システム
    とを備え、
    前記放射線システムが、請求項１〜９のいずれか１項に記載の放射線源を備えていることを特徴とするリソグラフィ投影装置。
11. デバイス製造方法であって、
    放射線感光材料の層により少なくともその一部が覆われている基板を供給するステップ
    と、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の放射線源を備える放射線システムにより、放射線の投影ビームを供給するステップと、
    投影ビームの断面をあるパターンにするためにパターニング手段を使用するステップと、
    放射線感光材料の層の目標部分上に放射線のパターン化されたビームを投影するステッ
    プとを含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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