JP2003297737A - 極端紫外光源装置 - Google Patents
極端紫外光源装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ワーキングディスタンスを大きくし、かつ高
出力の極端紫外光を得ることの可能な極端紫外光源装置
を提供する。 【解決手段】 ターゲット(22)に駆動用レーザ装置(25)
からレーザ光を照射してプラズマを発生させ、数nm〜数
十nmの波長を有する極端紫外（ＥＵＶ）光を発生させる
極端紫外光源装置において、ターゲット(22)に電荷を与
える電荷付与手段(23)と、電荷を帯びたターゲット(22)
を電磁場を利用して加速させる加速手段(24)とを有し、
キセノン(Xe)などの希ガス元素やリチウム(Li)、錫(S
n)、又は酸化錫(SnO2)などの金属からなるターゲット(2
2)を、イオン化させた分子、原子、複数原子の塊、また
はイオン化させたクラスタとして供給するターゲット供
給装置を備えたことを特徴とする極端紫外光源装置。
出力の極端紫外光を得ることの可能な極端紫外光源装置
を提供する。 【解決手段】 ターゲット(22)に駆動用レーザ装置(25)
からレーザ光を照射してプラズマを発生させ、数nm〜数
十nmの波長を有する極端紫外（ＥＵＶ）光を発生させる
極端紫外光源装置において、ターゲット(22)に電荷を与
える電荷付与手段(23)と、電荷を帯びたターゲット(22)
を電磁場を利用して加速させる加速手段(24)とを有し、
キセノン(Xe)などの希ガス元素やリチウム(Li)、錫(S
n)、又は酸化錫(SnO2)などの金属からなるターゲット(2
2)を、イオン化させた分子、原子、複数原子の塊、また
はイオン化させたクラスタとして供給するターゲット供
給装置を備えたことを特徴とする極端紫外光源装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光リソグラフィの
光源として用いられる極端紫外光源装置に関する。
光源として用いられる極端紫外光源装置に関する。
【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。Ｓ
ＩＡのロードマップの微細化のスケジュールは年々前倒
しが進み、１９９７年末版から１９９９年度版で１年の
前倒し、そして２０００年版Scenario２で２年の前倒し
と加速しつつある。これに伴い、ここ１０年間、リソグ
ラフィ用光源の短波長化が年々進展している。即ち、水
銀ランプのｇ線、ｉ線を経て、ＫｒＦエキシマレーザ装
置（λ＝２４８nm）やＡｒＦエキシマレーザ装置（λ＝
１９３nm）と、屈折光学系（Dioptric System）とを組
み合わせた露光装置が使われてきた。現在、次世代の１
００〜７０nmの微細加工用に、さらに短波長のＦ2レー
ザ装置（λ= １５７nm）と反射屈折光学系（Catadioptr
ic System）とを組み合わせたＦ2レーザ露光装置の、研
究開発が精力的に進められている。さらに、５０nm以下
の微細加工用に、波長１３nmの極端紫外（ExtremeUltra
Violet：ＥＵＶ）光源と、縮小投影反射光学系（Catao
ptric System）とを組み合わせたＥＵＶ露光装置１０が
期待されている。
て、光リソグラフィも微細化が急速に進展している。Ｓ
ＩＡのロードマップの微細化のスケジュールは年々前倒
しが進み、１９９７年末版から１９９９年度版で１年の
前倒し、そして２０００年版Scenario２で２年の前倒し
と加速しつつある。これに伴い、ここ１０年間、リソグ
ラフィ用光源の短波長化が年々進展している。即ち、水
銀ランプのｇ線、ｉ線を経て、ＫｒＦエキシマレーザ装
置（λ＝２４８nm）やＡｒＦエキシマレーザ装置（λ＝
１９３nm）と、屈折光学系（Dioptric System）とを組
み合わせた露光装置が使われてきた。現在、次世代の１
００〜７０nmの微細加工用に、さらに短波長のＦ2レー
ザ装置（λ= １５７nm）と反射屈折光学系（Catadioptr
ic System）とを組み合わせたＦ2レーザ露光装置の、研
究開発が精力的に進められている。さらに、５０nm以下
の微細加工用に、波長１３nmの極端紫外（ExtremeUltra
Violet：ＥＵＶ）光源と、縮小投影反射光学系（Catao
ptric System）とを組み合わせたＥＵＶ露光装置１０が
期待されている。
【０００３】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５に、
従来技術に係るＥＵＶ露光装置１０の一例を示す。図５
に示すように、図示しない真空チャンバの内部で、極端
紫外光源１１から出射した波長約１３nmの極端紫外光１
３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、デブリとは極端紫外光源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。
ＥＵＶ露光は、光リソグラフィの一種である。図５に、
従来技術に係るＥＵＶ露光装置１０の一例を示す。図５
に示すように、図示しない真空チャンバの内部で、極端
紫外光源１１から出射した波長約１３nmの極端紫外光１
３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、デブリとは極端紫外光源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。
【０００４】集光ミラー１５で整形された極端紫外光１
３は、反射ミラー１６，１６で反射され、レチクルステ
ージ１７の図５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。
３は、反射ミラー１６，１６で反射され、レチクルステ
ージ１７の図５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。
【０００５】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の反射膜には、特殊
な構造が必要となる。現在、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜では、１
３〜１４nmの多層膜で７０％程度の反射率が得られてい
る。またＢｅ／Ｓｉ多層膜では、１０〜１１nm付近で７
０％に近い反射率が得られている。ただしＢｅは強い毒
性があるため、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜で高い反射率が得られ
る１３〜１４nm近辺での高輝度の極端紫外光源の実現が
嘱望されている。
常に強いため、縮小反射光学系１９の反射膜には、特殊
な構造が必要となる。現在、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜では、１
３〜１４nmの多層膜で７０％程度の反射率が得られてい
る。またＢｅ／Ｓｉ多層膜では、１０〜１１nm付近で７
０％に近い反射率が得られている。ただしＢｅは強い毒
性があるため、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜で高い反射率が得られ
る１３〜１４nm近辺での高輝度の極端紫外光源の実現が
嘱望されている。
【０００６】ＥＵＶ露光装置１０のスループットを８０
枚／時、レジスト感度を５mJ／cm2を前提とすると、現
在考えられている光学系の構成で、５０〜１５０Wの光
源が必要とされている。尚、極端紫外光源１１は、点光
源或いはその集合体であるため、極端紫外光１３の出力
は、照明系の集光ミラー１５で集めて利用可能となるよ
うな範囲が必要である。即ち、点光源光の光束伝達にお
いて、エテンデュは常に一定であるという原理から、照
明領域のエテンデュ（照明領域の面積と照明光立体角と
の積）は、光源側のエテンデュ（光源面積と発散立体角
との積）よりも小さい必要がある。
枚／時、レジスト感度を５mJ／cm2を前提とすると、現
在考えられている光学系の構成で、５０〜１５０Wの光
源が必要とされている。尚、極端紫外光源１１は、点光
源或いはその集合体であるため、極端紫外光１３の出力
は、照明系の集光ミラー１５で集めて利用可能となるよ
うな範囲が必要である。即ち、点光源光の光束伝達にお
いて、エテンデュは常に一定であるという原理から、照
明領域のエテンデュ（照明領域の面積と照明光立体角と
の積）は、光源側のエテンデュ（光源面積と発散立体角
との積）よりも小さい必要がある。
【０００７】光源側のエテンデュが大きいと、照明系に
取り込むことの出来ない光束が増加する。従って、光源
側のエテンデュを小さく抑える必要があるが、そのため
には、光源サイズを充分小さくしなければならない。例
えば、光源から立体角πだけ集光するためには、光源の
直径を、０．５mm程度以下にする必要がある。また、露
光パターンの線幅均一性を確保するためには、多数のパ
ルスを照射し、これを積算して露光量制御を行うことが
望ましく、そのためには高い繰り返し周波数が要求され
る。また、露光量の制御を正確に行なうために、パルス
ごとの出力変動も充分小さく抑える必要がある。
取り込むことの出来ない光束が増加する。従って、光源
側のエテンデュを小さく抑える必要があるが、そのため
には、光源サイズを充分小さくしなければならない。例
えば、光源から立体角πだけ集光するためには、光源の
直径を、０．５mm程度以下にする必要がある。また、露
光パターンの線幅均一性を確保するためには、多数のパ
ルスを照射し、これを積算して露光量制御を行うことが
望ましく、そのためには高い繰り返し周波数が要求され
る。また、露光量の制御を正確に行なうために、パルス
ごとの出力変動も充分小さく抑える必要がある。
【０００８】さまざまな極端紫外光源１１のうち、ＬＰ
Ｐ（レーザ励起プラズマ）光源について、図６を用いて
説明する。これは、短パルスレーザをターゲット２２に
集光照射してプラズマを生成し、この際に発生する極端
紫外を光源とするものであり、このＬＰＰ光源が、数十
W以上のパワーが要求されるＥＵＶ露光用光源の最有力
候補となっている。図６において、図示しない真空チャ
ンバ内でノズル２１から噴射されたターゲット２２に対
して、駆動用レーザ装置２５から発振した短パルスの駆
動レーザ光を集光して照射する。これにより、ターゲッ
ト２２がプラズマ化し、その際に波長十数nm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。
Ｐ（レーザ励起プラズマ）光源について、図６を用いて
説明する。これは、短パルスレーザをターゲット２２に
集光照射してプラズマを生成し、この際に発生する極端
紫外を光源とするものであり、このＬＰＰ光源が、数十
W以上のパワーが要求されるＥＵＶ露光用光源の最有力
候補となっている。図６において、図示しない真空チャ
ンバ内でノズル２１から噴射されたターゲット２２に対
して、駆動用レーザ装置２５から発振した短パルスの駆
動レーザ光を集光して照射する。これにより、ターゲッ
ト２２がプラズマ化し、その際に波長十数nm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。
【０００９】ＬＰＰ光源には、次の１．１〜１．５のよ
うな優れた特徴がある。即ち、 １．１ プラズマ密度を高くできるので、黒体輻射に近
い極めて高い輝度が得られる。 １．２ ターゲット２２の選択により、ほぼ必要な波長
帯のみの発光が可能である。 １．３ ほぼ等方的な角度分布を持つ点光源であり、光
源の周りに電極などの構造物がない。 １．４ 不純物の発生を、最小限に留めることが可能で
ある。 １．５ 2π steradという、極めて大きな捕集立体角の
確保が可能である。
うな優れた特徴がある。即ち、 １．１ プラズマ密度を高くできるので、黒体輻射に近
い極めて高い輝度が得られる。 １．２ ターゲット２２の選択により、ほぼ必要な波長
帯のみの発光が可能である。 １．３ ほぼ等方的な角度分布を持つ点光源であり、光
源の周りに電極などの構造物がない。 １．４ 不純物の発生を、最小限に留めることが可能で
ある。 １．５ 2π steradという、極めて大きな捕集立体角の
確保が可能である。
【００１０】現在、米国のＴＲＷ社が、１．５kW級のＬ
Ｄ励起ＹＡＧレーザ装置（波長１μm）をターゲット２
２に照射して、ＬＰＰ光源の開発を行っている。ターゲ
ット２２を固体とした場合、レーザ光から極端紫外光１
３への変換効率は、１〜数％と比較的高い効率を得るこ
とが可能とされている。しかしながら、ターゲット２２
が固体の場合、すべてのターゲット２２をプラズマ化さ
せることが難しく、プラズマ化しなかったターゲット２
２が温度数十万度のプラズマによって溶かされ、直径数
μm以上の粒子塊（デブリ）となって多量に放出され
る。このデブリが、極端紫外光１３を集光する凹面鏡３
４の表面に付着したり、多層膜への損傷等を引き起こし
たりして、ＬＰＰの実用性を著しく損なっている。
Ｄ励起ＹＡＧレーザ装置（波長１μm）をターゲット２
２に照射して、ＬＰＰ光源の開発を行っている。ターゲ
ット２２を固体とした場合、レーザ光から極端紫外光１
３への変換効率は、１〜数％と比較的高い効率を得るこ
とが可能とされている。しかしながら、ターゲット２２
が固体の場合、すべてのターゲット２２をプラズマ化さ
せることが難しく、プラズマ化しなかったターゲット２
２が温度数十万度のプラズマによって溶かされ、直径数
μm以上の粒子塊（デブリ）となって多量に放出され
る。このデブリが、極端紫外光１３を集光する凹面鏡３
４の表面に付着したり、多層膜への損傷等を引き起こし
たりして、ＬＰＰの実用性を著しく損なっている。
【００１１】一方、固体に比べてデブリが少ないとされ
るＸｅガスジェットをターゲット２２に用いた場合、レ
ーザパワーから極端紫外光１３への変換効率は、０．５
％程度と報告されている。仮に、発生した極端紫外光１
３の半分が捕集できるとすれば、ガスターゲット２２の
場合には、５０Wの極端紫外光１３を得るには、２０kW
と非常に高い出力を有するレーザ装置が必要になる。
るＸｅガスジェットをターゲット２２に用いた場合、レ
ーザパワーから極端紫外光１３への変換効率は、０．５
％程度と報告されている。仮に、発生した極端紫外光１
３の半分が捕集できるとすれば、ガスターゲット２２の
場合には、５０Wの極端紫外光１３を得るには、２０kW
と非常に高い出力を有するレーザ装置が必要になる。
【００１２】極端紫外光源１１の高出力化をはかるため
には、ターゲット２２の選定と、これを真空チャンバ中
のプラズマ発生位置に高密度に供給する方法とが鍵とな
る。具体的には、次の２．１〜２．６のような条件が必
要となる。 ２．１ 所望波長（１３〜１４nm）近傍での発光効率が
高いこと。 ２．２ 高繰り返し周波数のレーザ照射に対応できるこ
と。 ２．３ 長時間連続したレーザ照射が可能であること。 ２．４ 各レーザ照射毎のプラズマ発生位置及び発生量
を、いずれも必要精度以内に保つこと。 ２．５ 発生した極端紫外光１３を、効率よく捕集でき
るような構造であること。 ２．６ デブリ発生が少ないこと。
には、ターゲット２２の選定と、これを真空チャンバ中
のプラズマ発生位置に高密度に供給する方法とが鍵とな
る。具体的には、次の２．１〜２．６のような条件が必
要となる。 ２．１ 所望波長（１３〜１４nm）近傍での発光効率が
高いこと。 ２．２ 高繰り返し周波数のレーザ照射に対応できるこ
と。 ２．３ 長時間連続したレーザ照射が可能であること。 ２．４ 各レーザ照射毎のプラズマ発生位置及び発生量
を、いずれも必要精度以内に保つこと。 ２．５ 発生した極端紫外光１３を、効率よく捕集でき
るような構造であること。 ２．６ デブリ発生が少ないこと。
【００１３】従来、効率よくＭｏ／Ｓｉ多層膜で高い反
射率が得られる１３〜１４nm近傍での発光に適したター
ゲット２２の材料として、錫（固体）、キセノン（気
体）、リチウム（固体）などが試されてきた。中でもＸ
ｅは不活性ガスで化学的に安定であると同時に常温で気
体であるので、ミラーへの付着や化学反応も少なくデブ
リ発生が少ないため有力なターゲット２２として注目さ
れ、研究されている。
射率が得られる１３〜１４nm近傍での発光に適したター
ゲット２２の材料として、錫（固体）、キセノン（気
体）、リチウム（固体）などが試されてきた。中でもＸ
ｅは不活性ガスで化学的に安定であると同時に常温で気
体であるので、ミラーへの付着や化学反応も少なくデブ
リ発生が少ないため有力なターゲット２２として注目さ
れ、研究されている。
【００１４】これまで、Ｘｅをターゲットとした場合の
供給方法として、次の３．１〜３．７に示すような方式
が提案され、試されてきた。 ３．１ Ｘｅガスに高圧をかけ、ノズル２１から真空中
に噴出させるガスジェット方式 ３．２ 断熱膨張の冷却効果で微小な固体の粒を作る、
クラスタージェット方式 ３．３ 液体を、ノズル２１から噴霧させるスプレー方
式 ３．４ 固体のＸｅ氷を落下させる、Ｘｅペレット方式 ３．５ 液体のＸｅを滴下させる、Ｘｅドロップレット
方式 ３．６ 固体のＸｅ氷塊に、レーザを当てる方式 ３．７ 液体のＸｅを、細管からまっすぐ飛ばジェット
状に連続的に飛ばし、これにパルスレーザ光を照射する
液体フィラメント方式
供給方法として、次の３．１〜３．７に示すような方式
が提案され、試されてきた。 ３．１ Ｘｅガスに高圧をかけ、ノズル２１から真空中
に噴出させるガスジェット方式 ３．２ 断熱膨張の冷却効果で微小な固体の粒を作る、
クラスタージェット方式 ３．３ 液体を、ノズル２１から噴霧させるスプレー方
式 ３．４ 固体のＸｅ氷を落下させる、Ｘｅペレット方式 ３．５ 液体のＸｅを滴下させる、Ｘｅドロップレット
方式 ３．６ 固体のＸｅ氷塊に、レーザを当てる方式 ３．７ 液体のＸｅを、細管からまっすぐ飛ばジェット
状に連続的に飛ばし、これにパルスレーザ光を照射する
液体フィラメント方式
【００１５】特に３．７の液体フィラメント方式は、現
在までに報告されているＸｅによる波長１３nmの極端紫
外光発生方式では、もっとも有利な方式であると考えら
れている。即ち、キセノンを沸点以下（約マイナス１６
０℃）に冷却して液化することにより、ターゲット２２
の密度を上げる。また、ノズル２１からの拡散を緩和す
ることによって、そのノズル２１から遠方（〜５０mm）
に高密度にターゲット２２を供給し、ここにパルスレー
ザ光の照射を行なってプラズマを発生させる。ここで、
ノズル２１−プラズマ発生位置（レーザ光照射位置）間
の距離を、ワーキングディスタンスと定義する。
在までに報告されているＸｅによる波長１３nmの極端紫
外光発生方式では、もっとも有利な方式であると考えら
れている。即ち、キセノンを沸点以下（約マイナス１６
０℃）に冷却して液化することにより、ターゲット２２
の密度を上げる。また、ノズル２１からの拡散を緩和す
ることによって、そのノズル２１から遠方（〜５０mm）
に高密度にターゲット２２を供給し、ここにパルスレー
ザ光の照射を行なってプラズマを発生させる。ここで、
ノズル２１−プラズマ発生位置（レーザ光照射位置）間
の距離を、ワーキングディスタンスと定義する。
【００１６】この液体フィラメント方式は、以下の４．
１〜４．６のような技術的特長を有する。 ４．１ ガス状のターゲットに比して、密度を固体に近
いほど高くできるので、高い変換効率が実証されてい
る。 ４．２ プラズマ生成点をノズル２１から１０mm以上遠
方に設定可能で、プラズマの熱によるノズル２１の損傷
と、その結果としてのデブリの発生が少ない。 ４．３ プラズマ生成点を真空チャンバー中心に設置可
能で、ＥＵＶ集光効率を高く取れる。 ４．４ プラズマサイズが小さく、要求されるエタンデ
ュを容易に満足する。 ４．５ 動作が連続的であり、液体Ｘｅに圧力をかける
ことで射出するので、駆動機構の必要がない。 ４．６ プラズマとならないジェットは固体状であり、
ターゲット２２進行に伴って断熱膨張で冷却固化するの
で、回収が容易。
１〜４．６のような技術的特長を有する。 ４．１ ガス状のターゲットに比して、密度を固体に近
いほど高くできるので、高い変換効率が実証されてい
る。 ４．２ プラズマ生成点をノズル２１から１０mm以上遠
方に設定可能で、プラズマの熱によるノズル２１の損傷
と、その結果としてのデブリの発生が少ない。 ４．３ プラズマ生成点を真空チャンバー中心に設置可
能で、ＥＵＶ集光効率を高く取れる。 ４．４ プラズマサイズが小さく、要求されるエタンデ
ュを容易に満足する。 ４．５ 動作が連続的であり、液体Ｘｅに圧力をかける
ことで射出するので、駆動機構の必要がない。 ４．６ プラズマとならないジェットは固体状であり、
ターゲット２２進行に伴って断熱膨張で冷却固化するの
で、回収が容易。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記液
体フィラメント方式には、以下の５．１〜５．６のよう
な問題点がある。 ５．１ 連続的に細管から液体を飛ばすことによる、ホ
ース不安定性などの流体力学的不安定性が生じやすく、
ターゲット２２の位置が空間的に振動し、レーザ照射が
困難になる。 ５．２ ノズルから離れた位置に、安定にターゲット２
２を供給することは難しい。そのため、直径の大きいタ
ーゲット２２を供給することが困難であり、現状では直
径が２０μm程度の細いジェットでの供給しか実現でき
ていない。 ５．３ 駆動用レーザ装置２５のパワーに対する、極端
紫外光１３の発光効率は比較的高い。しかしながら、極
端紫外光源１１の高出力化のためには、駆動用レーザ装
置２５のパワーを上げながら、これら液体ジェットの特
性を維持したままジェット流を大口径化することが必要
である。これは、上記５．２に示したように困難であ
る。 ５．４ 上記５．２に示したように、ジェットの径が２
０μm程度であり、この狭い領域に、高出力のレーザ光
を安定に集光するのは困難である。例えば、径を１００
μm程度まで増大できると、レーザ光の集光が容易にな
って、レーザの負担が低減される。 ５．５ 上記５．１より、ジェットを空間的に安定させ
る機構が必要となる。 ５．６ 上記各条件より、安定な条件を維持したままで
繰り返し周波数を増加し、出力の増加をはかるには、現
状では２５kＨz程度が限界となっている。尚、上記５．
６における安定な条件とは、ジェットの空間的な位置の
安定度を１μm程度、その密度揺らぎを１％以下にする
ことであり、これらの条件が、ＥＵＶ出力の安定度とし
て要求されている値の達成に必要である。
体フィラメント方式には、以下の５．１〜５．６のよう
な問題点がある。 ５．１ 連続的に細管から液体を飛ばすことによる、ホ
ース不安定性などの流体力学的不安定性が生じやすく、
ターゲット２２の位置が空間的に振動し、レーザ照射が
困難になる。 ５．２ ノズルから離れた位置に、安定にターゲット２
２を供給することは難しい。そのため、直径の大きいタ
ーゲット２２を供給することが困難であり、現状では直
径が２０μm程度の細いジェットでの供給しか実現でき
ていない。 ５．３ 駆動用レーザ装置２５のパワーに対する、極端
紫外光１３の発光効率は比較的高い。しかしながら、極
端紫外光源１１の高出力化のためには、駆動用レーザ装
置２５のパワーを上げながら、これら液体ジェットの特
性を維持したままジェット流を大口径化することが必要
である。これは、上記５．２に示したように困難であ
る。 ５．４ 上記５．２に示したように、ジェットの径が２
０μm程度であり、この狭い領域に、高出力のレーザ光
を安定に集光するのは困難である。例えば、径を１００
μm程度まで増大できると、レーザ光の集光が容易にな
って、レーザの負担が低減される。 ５．５ 上記５．１より、ジェットを空間的に安定させ
る機構が必要となる。 ５．６ 上記各条件より、安定な条件を維持したままで
繰り返し周波数を増加し、出力の増加をはかるには、現
状では２５kＨz程度が限界となっている。尚、上記５．
６における安定な条件とは、ジェットの空間的な位置の
安定度を１μm程度、その密度揺らぎを１％以下にする
ことであり、これらの条件が、ＥＵＶ出力の安定度とし
て要求されている値の達成に必要である。
【００１８】このように、ＥＵＶ露光に利用するための
充分な出力を得るためには、上記３．５に示した、液体
のＸｅを滴下させるＸｅドロップレット方式のように、
水滴状態のＸｅを生成し、これにレーザ光を照射すると
いった方式が望ましい。このようにすることにより、大
きな水滴のＸｅが生成されるので、発生する極端紫外光
１３の出力を大きくすることが可能である。
充分な出力を得るためには、上記３．５に示した、液体
のＸｅを滴下させるＸｅドロップレット方式のように、
水滴状態のＸｅを生成し、これにレーザ光を照射すると
いった方式が望ましい。このようにすることにより、大
きな水滴のＸｅが生成されるので、発生する極端紫外光
１３の出力を大きくすることが可能である。
【００１９】しかしながら、Ｘｅドロップレット方式で
は、Ｘｅの速度が遅いために、繰り返し周波数を上げる
ほど、プラズマ発生位置とノズル２１との距離（上記ワ
ーキングディスタンス）が小さくなる。その結果、プラ
ズマの熱によってノズル２１が損傷することがある。こ
れを解消するためには、ワーキングディスタンスを大き
くして、プラズマ発生位置をノズル２１から離す必要が
ある。ところが、上記ドロップレット方式では、Ｘｅが
充分な速度を持たないために、Ｘｅはノズル２１から離
れるに従って、水滴が拡散して密度が低くなる。その結
果、充分な出力の極端紫外光１３が得られないという問
題がある。
は、Ｘｅの速度が遅いために、繰り返し周波数を上げる
ほど、プラズマ発生位置とノズル２１との距離（上記ワ
ーキングディスタンス）が小さくなる。その結果、プラ
ズマの熱によってノズル２１が損傷することがある。こ
れを解消するためには、ワーキングディスタンスを大き
くして、プラズマ発生位置をノズル２１から離す必要が
ある。ところが、上記ドロップレット方式では、Ｘｅが
充分な速度を持たないために、Ｘｅはノズル２１から離
れるに従って、水滴が拡散して密度が低くなる。その結
果、充分な出力の極端紫外光１３が得られないという問
題がある。
【００２０】本発明は、上記の問題に着目してなされた
ものであり、ワーキングディスタンスを大きくし、かつ
高出力の極端紫外光を得ることの可能な極端紫外光源装
置を提供することを目的としている。
ものであり、ワーキングディスタンスを大きくし、かつ
高出力の極端紫外光を得ることの可能な極端紫外光源装
置を提供することを目的としている。
【００２１】
【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、ターゲットに駆動用レ
ーザ装置からレーザ光を照射してプラズマを発生させ、
数nm〜数十nmの波長を有する極端紫外（ＥＵＶ）光を発
生させる極端紫外光源装置において、ターゲットに電荷
を与える電荷付与手段と、電荷を帯びたターゲットを電
磁場を利用して加速させる加速手段とを有するターゲッ
ト供給装置を備えている。これにより、ノズルを出た後
でターゲットが加速されるので、ワーキングディスタン
スを大きくすることができる。また、電荷を用いること
により、非接触で加速が可能であり、加速速度をも自在
にコントロールできる。
的を達成するために、本発明は、ターゲットに駆動用レ
ーザ装置からレーザ光を照射してプラズマを発生させ、
数nm〜数十nmの波長を有する極端紫外（ＥＵＶ）光を発
生させる極端紫外光源装置において、ターゲットに電荷
を与える電荷付与手段と、電荷を帯びたターゲットを電
磁場を利用して加速させる加速手段とを有するターゲッ
ト供給装置を備えている。これにより、ノズルを出た後
でターゲットが加速されるので、ワーキングディスタン
スを大きくすることができる。また、電荷を用いること
により、非接触で加速が可能であり、加速速度をも自在
にコントロールできる。
【００２２】また、本発明は、前記ターゲット供給装置
は、ターゲットを、イオン化させた分子、原子、または
複数原子の塊として供給している。これにより、ターゲ
ットがイオン化されるので、電荷を帯びさせることが容
易である。
は、ターゲットを、イオン化させた分子、原子、または
複数原子の塊として供給している。これにより、ターゲ
ットがイオン化されるので、電荷を帯びさせることが容
易である。
【００２３】また、本発明は、前記ターゲット供給装置
は、ターゲットをイオン化させたクラスタとして供給し
ている。これにより、ターゲットがイオン化されるの
で、電荷を帯びさせることが容易である。
は、ターゲットをイオン化させたクラスタとして供給し
ている。これにより、ターゲットがイオン化されるの
で、電荷を帯びさせることが容易である。
【００２４】また、本発明は、前記ターゲットとして、
キセノン（Ｘｅ）又は希ガス元素を使っている。Ｘｅは
不活性ガスで化学的に安定であると同時に常温で気体で
あるためミラーへの付着、化学反応も少なくデブリ発生
が少ない。また、１３〜１４nmの極端紫外光を出すの
で、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜を用いて、低損失の反射光学素子
を製作できる。
キセノン（Ｘｅ）又は希ガス元素を使っている。Ｘｅは
不活性ガスで化学的に安定であると同時に常温で気体で
あるためミラーへの付着、化学反応も少なくデブリ発生
が少ない。また、１３〜１４nmの極端紫外光を出すの
で、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜を用いて、低損失の反射光学素子
を製作できる。
【００２５】また、本発明は、前記ターゲットとして、
金属元素を用いている。１３〜１４nmの極端紫外光を出
すので、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜を用いて、低損失の反射光学
素子を製作できる。
金属元素を用いている。１３〜１４nmの極端紫外光を出
すので、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜を用いて、低損失の反射光学
素子を製作できる。
【００２６】また、本発明は、前記ターゲットとして、
リチウム（Ｌｉ）、錫（Ｓｎ）、又は酸化錫（ＳｎＯ
２）を用いている。１３〜１４nmの極端紫外光を出すの
で、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜を用いて、低損失の反射光学素子
を製作できる。
リチウム（Ｌｉ）、錫（Ｓｎ）、又は酸化錫（ＳｎＯ
２）を用いている。１３〜１４nmの極端紫外光を出すの
で、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜を用いて、低損失の反射光学素子
を製作できる。
【００２７】また、本発明は、前記ターゲットとして、
常温で液体又は気体の分子を使っている。常温で液体又
は気体のターゲットを用いることで、取り扱いが容易で
あるとともに、固体のようなデブリの発生が少ない。
常温で液体又は気体の分子を使っている。常温で液体又
は気体のターゲットを用いることで、取り扱いが容易で
あるとともに、固体のようなデブリの発生が少ない。
【００２８】また、本発明は、前記ターゲットとして、
水（Ｈ2Ｏ）を用いている。水は自然界に豊富に存在す
るので、安価である。
水（Ｈ2Ｏ）を用いている。水は自然界に豊富に存在す
るので、安価である。
【００２９】また、本発明は、前記駆動用レーザ装置と
して、ＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amｐlifie
r）方式のレーザ装置を用いている。これにより、駆動
用レーザ装置の出力を容易に上げることができる。
して、ＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amｐlifie
r）方式のレーザ装置を用いている。これにより、駆動
用レーザ装置の出力を容易に上げることができる。
【００３０】また、本発明は、前記駆動用レーザ装置と
して、１μm近傍の波長を有するパルスＹＡＧレーザ装
置を用いている。ＹＡＧレーザ装置は、高出力のものが
市販されており、取り扱いも容易である。
して、１μm近傍の波長を有するパルスＹＡＧレーザ装
置を用いている。ＹＡＧレーザ装置は、高出力のものが
市販されており、取り扱いも容易である。
【００３１】また、本発明は、前記駆動用レーザ装置と
して、発振段レーザに、レーザダイオードによって励起
され、アダプティブ光学素子を用いてシングルモード化
されたＹＡＧレーザ装置を用いると共に、増幅段レーザ
に高出力ＹＡＧレーザを用いている。発振段レーザによ
って波長を精密に制御し、これを増幅するので、波長が
安定で高出力のレーザ光を得ることができる。
して、発振段レーザに、レーザダイオードによって励起
され、アダプティブ光学素子を用いてシングルモード化
されたＹＡＧレーザ装置を用いると共に、増幅段レーザ
に高出力ＹＡＧレーザを用いている。発振段レーザによ
って波長を精密に制御し、これを増幅するので、波長が
安定で高出力のレーザ光を得ることができる。
【００３２】また、本発明は、前記駆動用レーザ装置と
して、１０μm近傍の波長のレーザ光を発振するパルス
炭酸ガスレーザ装置を用いている。波長の長い炭酸ガス
レーザ光を使うことにより、密度の小さなプラズマとの
相互作用が可能となり、ターゲットが密度の薄いガス状
でも、効率よくプラズマの発生が行なわれる。
して、１０μm近傍の波長のレーザ光を発振するパルス
炭酸ガスレーザ装置を用いている。波長の長い炭酸ガス
レーザ光を使うことにより、密度の小さなプラズマとの
相互作用が可能となり、ターゲットが密度の薄いガス状
でも、効率よくプラズマの発生が行なわれる。
【００３３】また、本発明は、前記駆動用レーザ装置と
して、発振段レーザにパルス炭酸ガスレーザ装置を用い
ると共に、増幅段レーザにＣＷ炭酸ガスレーザ装置を用
いている。発振段レーザによって波長を精密に制御し、
これを増幅するので、波長が安定で高出力のレーザ光を
得ることができる。また、増幅段レーザとしてＣＷ炭酸
ガスレーザ装置を用いているので、発振段レーザによっ
て繰り返し周波数が定まり、周波数を上げるのが容易で
ある。
して、発振段レーザにパルス炭酸ガスレーザ装置を用い
ると共に、増幅段レーザにＣＷ炭酸ガスレーザ装置を用
いている。発振段レーザによって波長を精密に制御し、
これを増幅するので、波長が安定で高出力のレーザ光を
得ることができる。また、増幅段レーザとしてＣＷ炭酸
ガスレーザ装置を用いているので、発振段レーザによっ
て繰り返し周波数が定まり、周波数を上げるのが容易で
ある。
【００３４】また、本発明は、前記駆動用レーザ装置と
して、発振段レーザにパルス炭酸ガスレーザ装置を用い
ると共に、増幅段レーザにＴＥＡ炭酸ガスレーザ装置を
用いている。発振段レーザによって波長を精密に制御
し、これを増幅するので、波長が安定で高出力のレーザ
光を得ることができる。増幅段レーザににＴＥＡ炭酸ガ
スレーザ装置を用いることにより、容易に高出力を得る
ことができる。
して、発振段レーザにパルス炭酸ガスレーザ装置を用い
ると共に、増幅段レーザにＴＥＡ炭酸ガスレーザ装置を
用いている。発振段レーザによって波長を精密に制御
し、これを増幅するので、波長が安定で高出力のレーザ
光を得ることができる。増幅段レーザににＴＥＡ炭酸ガ
スレーザ装置を用いることにより、容易に高出力を得る
ことができる。
【００３５】また、本発明は、前記加速されたターゲッ
トの初速度をＶｔ、生成されたプラズマの平均プラズマ
拡散速度をＶｐとした場合に、Ｖｔ＞Ｖｐとしている。
これにより、ターゲットを極端紫外光発生環境から速や
かに除去し、合わせて繰り返し周波数を数MＨzまで増加
することが可能となる。
トの初速度をＶｔ、生成されたプラズマの平均プラズマ
拡散速度をＶｐとした場合に、Ｖｔ＞Ｖｐとしている。
これにより、ターゲットを極端紫外光発生環境から速や
かに除去し、合わせて繰り返し周波数を数MＨzまで増加
することが可能となる。
【００３６】また、本発明は、駆動用レーザ装置から発
振されたパルスレーザの時間幅をＴＬ、加速手段によっ
て加速されたターゲットの初速度をＶｔ、エテンディユ
制約から決まる光源プラズマ最大径をＤｐとしたとき
に、ＴＬ・Ｖｔ＜Ｄｐなる関係が成り立つようにしてい
る。
振されたパルスレーザの時間幅をＴＬ、加速手段によっ
て加速されたターゲットの初速度をＶｔ、エテンディユ
制約から決まる光源プラズマ最大径をＤｐとしたとき
に、ＴＬ・Ｖｔ＜Ｄｐなる関係が成り立つようにしてい
る。
【００３７】また、本発明は、プラズマ発光点とターゲ
ットを回収するターゲット回収器との距離をＤｃ、回収
器部の実効半径をＤｒ、加速されたターゲットの初速度
をＶｔ、平均プラズマ拡散速度をＶｐとした場合に、 Ｄｒ ＞ Ｖｐ・（Ｄｃ／Ｖｔ） なる関係が成り立つようにしている。
ットを回収するターゲット回収器との距離をＤｃ、回収
器部の実効半径をＤｒ、加速されたターゲットの初速度
をＶｔ、平均プラズマ拡散速度をＶｐとした場合に、 Ｄｒ ＞ Ｖｐ・（Ｄｃ／Ｖｔ） なる関係が成り立つようにしている。
【００３８】
【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。図１に、第１実施形
態に係る極端紫外光源装置１１の構成図を示す。ターゲ
ット２２を供給するノズル２１の内部には、例えば図示
しないピエゾ素子などが配置されており、ターゲット２
２を高速で噴出させることが可能となっている。図示し
ない冷却手段によって液化したターゲット２２は、ノズ
ル２１から出射し、出射速度で進行する途中で、電子ビ
ーム発生器２３から発生した電子ビーム４２の照射を受
けて電荷を帯びる。ターゲット２２の材料としては、液
体Ｘｅ、固体Ｘｅ、その他の液相或いは固相の物質であ
る。径１０μm程のターゲット２２へ、径１００μm程の
電子ビーム４２を用いれば、ターゲット２２全体に電子
ビーム４２が照射される。
に係る実施形態を詳細に説明する。図１に、第１実施形
態に係る極端紫外光源装置１１の構成図を示す。ターゲ
ット２２を供給するノズル２１の内部には、例えば図示
しないピエゾ素子などが配置されており、ターゲット２
２を高速で噴出させることが可能となっている。図示し
ない冷却手段によって液化したターゲット２２は、ノズ
ル２１から出射し、出射速度で進行する途中で、電子ビ
ーム発生器２３から発生した電子ビーム４２の照射を受
けて電荷を帯びる。ターゲット２２の材料としては、液
体Ｘｅ、固体Ｘｅ、その他の液相或いは固相の物質であ
る。径１０μm程のターゲット２２へ、径１００μm程の
電子ビーム４２を用いれば、ターゲット２２全体に電子
ビーム４２が照射される。
【００３９】電荷を帯びたターゲット２２Ａは、例えば
バンデグラーフ型の加速器２４により進行速度を加速さ
れ、その後に駆動用レーザ装置２５から出射した励起レ
ーザ光３２を照射されてプラズマ化し、極端紫外光１３
を発生する。図１に示した極端紫外光源装置は、ターゲ
ット２２の加速を主たる目的としているので、その点で
は加速器２４を通過した後のターゲット２２が電荷を帯
びているか否かは重要事項ではない。プラズマ発生点の
下流には、プラズマおよび残留ガスを回収するターゲッ
ト回収器２６が設置されている。加速されたターゲット
２２は、高密度状態を保ってレーザ光照射位置まで到達
することが重要である。プラズマ化しなかったターゲッ
トの残滓や発生したデブリが、拡散して光学系に付着す
る前に高回収率で回収される。図１において、ワーキン
グディスタンスはＷＤで表される。
バンデグラーフ型の加速器２４により進行速度を加速さ
れ、その後に駆動用レーザ装置２５から出射した励起レ
ーザ光３２を照射されてプラズマ化し、極端紫外光１３
を発生する。図１に示した極端紫外光源装置は、ターゲ
ット２２の加速を主たる目的としているので、その点で
は加速器２４を通過した後のターゲット２２が電荷を帯
びているか否かは重要事項ではない。プラズマ発生点の
下流には、プラズマおよび残留ガスを回収するターゲッ
ト回収器２６が設置されている。加速されたターゲット
２２は、高密度状態を保ってレーザ光照射位置まで到達
することが重要である。プラズマ化しなかったターゲッ
トの残滓や発生したデブリが、拡散して光学系に付着す
る前に高回収率で回収される。図１において、ワーキン
グディスタンスはＷＤで表される。
【００４０】尚、ターゲット２２へ電荷を与える手段は
電子ビーム４２に限られるものではなく、例えばノズル
２１に高電圧を印加することにより、出射ターゲット２
２に電荷を帯びさせることが可能である。また、ターゲ
ット２２が気化しきらない程度の弱いエネルギーレベル
のレーザ光をターゲット２２へ照射して、表面部のみを
イオン化することも可能である。
電子ビーム４２に限られるものではなく、例えばノズル
２１に高電圧を印加することにより、出射ターゲット２
２に電荷を帯びさせることが可能である。また、ターゲ
ット２２が気化しきらない程度の弱いエネルギーレベル
のレーザ光をターゲット２２へ照射して、表面部のみを
イオン化することも可能である。
【００４１】極端紫外光源１１の構成例を、図２に示
す。この例では、図１に示したターゲットの加速器２４
を採用する。図２に示した構成によれば、駆動用レーザ
装置としてＹＡＧレーザ装置４０を用いている。即ち、
ＬＤ（レーザダイオード）によってＹＡＧレーザ装置４
０を励起し、波長1μm帯の励起レーザ光３２を、照射光
学系を用いて、後述するイオンクラスターターゲット供
給装置４１から数cmはなれたターゲット２２の流路上に
集光して、プラズマを発生させる。発生したプラズマ
は、数１０μm〜１mmの径を有している。このプラズマ
から発生する極端紫外光１３を、光軸を略一致させた凹
面鏡３４などの集光光学系により集光し、ここでは図示
しない照明光学系へ伝送する。このとき、デブリを除去
するためのデブリシールド１２を通過させ、極端紫外光
１３だけを照明光学系１４へ放射する。
す。この例では、図１に示したターゲットの加速器２４
を採用する。図２に示した構成によれば、駆動用レーザ
装置としてＹＡＧレーザ装置４０を用いている。即ち、
ＬＤ（レーザダイオード）によってＹＡＧレーザ装置４
０を励起し、波長1μm帯の励起レーザ光３２を、照射光
学系を用いて、後述するイオンクラスターターゲット供
給装置４１から数cmはなれたターゲット２２の流路上に
集光して、プラズマを発生させる。発生したプラズマ
は、数１０μm〜１mmの径を有している。このプラズマ
から発生する極端紫外光１３を、光軸を略一致させた凹
面鏡３４などの集光光学系により集光し、ここでは図示
しない照明光学系へ伝送する。このとき、デブリを除去
するためのデブリシールド１２を通過させ、極端紫外光
１３だけを照明光学系１４へ放射する。
【００４２】このように、ターゲット２２を加速器２４
で加速し、高速で移動させているので、ノズル２１から
の距離を大きく取ってノズル２１をプラズマから遠ざけ
ることが出来る。それゆえノズル２１のプラズマによる
加熱のダメージを、比較的軽減できる。また、ワーキン
グディスタンスを大きくできるため、極端紫外光１３を
取り出す際の、集光光学系の配置が容易となる。本発明
では、集光光学系には回転対称な放物面あるいは球面鏡
を用い、駆動用レーザ光は、光軸を放物面あるいは球面
鏡の光軸と略一致させてＹＡＧレーザ光を集光してい
る。
で加速し、高速で移動させているので、ノズル２１から
の距離を大きく取ってノズル２１をプラズマから遠ざけ
ることが出来る。それゆえノズル２１のプラズマによる
加熱のダメージを、比較的軽減できる。また、ワーキン
グディスタンスを大きくできるため、極端紫外光１３を
取り出す際の、集光光学系の配置が容易となる。本発明
では、集光光学系には回転対称な放物面あるいは球面鏡
を用い、駆動用レーザ光は、光軸を放物面あるいは球面
鏡の光軸と略一致させてＹＡＧレーザ光を集光してい
る。
【００４３】前述のとおり、極端紫外光源１１の大きさ
は、エテンデュの制約に収まるほど小さくなければ、露
光に利用できる効率が低くなってしまう。つまり光源と
して利用するためにはレーザ光の集光径を十分に小さく
する必要がある。
は、エテンデュの制約に収まるほど小さくなければ、露
光に利用できる効率が低くなってしまう。つまり光源と
して利用するためにはレーザ光の集光径を十分に小さく
する必要がある。
【００４４】本発明に使用する駆動用レーザ装置２５
の、他の構成例を図３に示す。本実施例では、シングル
モードＹＡＧレーザからなる発振段ＹＡＧレーザ２８
と、複数台の高出力ＹＡＧレーザからなる増幅段ＹＡＧ
レーザ２９とを用いて、駆動用レーザ装置２５を構成し
ている。図中、発振段レーザ２８は、高繰り返し周波数
動作可能なパルスＹＡＧレーザで、シングルモードかそ
れに近い低次モードの横モードが出せるように設計され
ている。この発振段レーザは小出力でよいため、１０k
Ｈz程度までの高繰り返し周波数化、及びビームモード
の安定化が比較的容易である。この発振段レーザのパル
ス光を、後段に直列接続した複数台の高出力ＹＡＧレー
ザで増幅して、大出力のパルスレーザ光を得ている。
の、他の構成例を図３に示す。本実施例では、シングル
モードＹＡＧレーザからなる発振段ＹＡＧレーザ２８
と、複数台の高出力ＹＡＧレーザからなる増幅段ＹＡＧ
レーザ２９とを用いて、駆動用レーザ装置２５を構成し
ている。図中、発振段レーザ２８は、高繰り返し周波数
動作可能なパルスＹＡＧレーザで、シングルモードかそ
れに近い低次モードの横モードが出せるように設計され
ている。この発振段レーザは小出力でよいため、１０k
Ｈz程度までの高繰り返し周波数化、及びビームモード
の安定化が比較的容易である。この発振段レーザのパル
ス光を、後段に直列接続した複数台の高出力ＹＡＧレー
ザで増幅して、大出力のパルスレーザ光を得ている。
【００４５】１００WレベルのＥＵＶ出力を、繰り返し
周波数数kＨzで実現しようとすると、パルス毎の投入エ
ネルギーが大きく、プラズマからの高速粒子の発生やパ
ルス毎の安定度などで問題が生ずる事が予想される。そ
のため、繰り返し周波数は速い程望ましいが、幸いＮ
ｄ：ＹＡＧ等の固体レーザでは、繰り返し周波数が１０
kＨz以上では取り出し効率は一定となる。ノズル２１等
を用いる場合には、拡散で前のガスが十分希薄になるま
で、次のプラズマ生成を待つ必要がある。またこのガス
は、デブリや極端紫外光の再吸収などの、マイナス効果
を持つ。従ってターゲット２２を拡散速度Ｖｐ以上の初
速Ｖｔで移動させることで、極端紫外光発生環境から速
やかに除去し、合わせて繰り返し周波数を数MＨzまで増
加することが可能となる。
周波数数kＨzで実現しようとすると、パルス毎の投入エ
ネルギーが大きく、プラズマからの高速粒子の発生やパ
ルス毎の安定度などで問題が生ずる事が予想される。そ
のため、繰り返し周波数は速い程望ましいが、幸いＮ
ｄ：ＹＡＧ等の固体レーザでは、繰り返し周波数が１０
kＨz以上では取り出し効率は一定となる。ノズル２１等
を用いる場合には、拡散で前のガスが十分希薄になるま
で、次のプラズマ生成を待つ必要がある。またこのガス
は、デブリや極端紫外光の再吸収などの、マイナス効果
を持つ。従ってターゲット２２を拡散速度Ｖｐ以上の初
速Ｖｔで移動させることで、極端紫外光発生環境から速
やかに除去し、合わせて繰り返し周波数を数MＨzまで増
加することが可能となる。
【００４６】以下に設計の一例を示す。
平均ＥＵＶ出力（13.4nm，2.5％bw，2πSr） １００Ｗ
繰り返し周波数 １MＨz
パルス幅 ５ns
パルスエネルギー １００μJ
効率 １％
【００４７】
必要なレーザ仕様
パルスエネルギー １０mJ
パルス幅 ２ns
繰り返し周波数 １０kＨz〜１MＨz
平均出力 １０kw
【００４８】
高速ターゲット２２仕様
速度 １００km/s〜１０００km/s
サイズ φ１００μm
（レーザパルス間の移動距離 ０．２mm）
【００４９】また、加速器２４における、図示しないイ
オンビーム制御電源の加速電圧に変調をかけることによ
り、ターゲット２２のパルス化をすることもできる。パ
ルス化することでＸｅの利用効率を高められるだけでな
く、パルス毎のターゲット２２の結合を弱めることがで
きパルスエネルギの安定性を高めることも可能である。
さらに、プラズマ発生点の下流に、プラズマおよび残留
ガスを回収するターゲット回収器２６を設置し、口径＞
｛プラズマ拡散速度・（ターゲット２２→回収器）移
動経過時間｝となるように設定することで、高い回収率
でターゲット２２の回収が可能となる。
オンビーム制御電源の加速電圧に変調をかけることによ
り、ターゲット２２のパルス化をすることもできる。パ
ルス化することでＸｅの利用効率を高められるだけでな
く、パルス毎のターゲット２２の結合を弱めることがで
きパルスエネルギの安定性を高めることも可能である。
さらに、プラズマ発生点の下流に、プラズマおよび残留
ガスを回収するターゲット回収器２６を設置し、口径＞
｛プラズマ拡散速度・（ターゲット２２→回収器）移
動経過時間｝となるように設定することで、高い回収率
でターゲット２２の回収が可能となる。
【００５０】次に、第２実施形態を説明する。第２実施
形態では、駆動用レーザ装置２５として、波長１０μm
帯の炭酸ガスレーザ装置を用いている。照射光学系によ
り、ノズル２１から数cm〜十数cm離れたガス状のターゲ
ット２２の流路上に、レーザ光を集光して、プラズマを
発生させる。発生したプラズマは、数mm〜数cmの長さを
もつ。このフィラメント上に発生したプラズマの長軸
に、集光光学系の光軸を略一致させ、プラズマから発生
するＥＵＶ光を集光することにより、ＥＵＶ光を集光し
て照明光学系１４へ光を伝送する。このとき、デブリシ
ールド１２を通してデブリを除去し、極端紫外光１３だ
けを照明光学系１４へ放射する。
形態では、駆動用レーザ装置２５として、波長１０μm
帯の炭酸ガスレーザ装置を用いている。照射光学系によ
り、ノズル２１から数cm〜十数cm離れたガス状のターゲ
ット２２の流路上に、レーザ光を集光して、プラズマを
発生させる。発生したプラズマは、数mm〜数cmの長さを
もつ。このフィラメント上に発生したプラズマの長軸
に、集光光学系の光軸を略一致させ、プラズマから発生
するＥＵＶ光を集光することにより、ＥＵＶ光を集光し
て照明光学系１４へ光を伝送する。このとき、デブリシ
ールド１２を通してデブリを除去し、極端紫外光１３だ
けを照明光学系１４へ放射する。
【００５１】第２実施形態によれば、波長の長い炭酸ガ
スレーザ光を使っているので、密度の小さなプラズマと
においても相互作用が可能となり、ターゲット２２が密
度の薄いガス状でも、効率よくプラズマの発生が行なわ
れる。従って、レーザ光照射位置をノズル２１から遠ざ
けてターゲット２２が薄くなっても、効率よくプラズマ
の発生が行なわれるので、ワーキングディスタンスを大
きくすることが可能である。それゆえ、ノズル２１のプ
ラズマによる加熱のダメージが、比較的軽減できる。
スレーザ光を使っているので、密度の小さなプラズマと
においても相互作用が可能となり、ターゲット２２が密
度の薄いガス状でも、効率よくプラズマの発生が行なわ
れる。従って、レーザ光照射位置をノズル２１から遠ざ
けてターゲット２２が薄くなっても、効率よくプラズマ
の発生が行なわれるので、ワーキングディスタンスを大
きくすることが可能である。それゆえ、ノズル２１のプ
ラズマによる加熱のダメージが、比較的軽減できる。
【００５２】また、ワーキングディスタンスを大きくす
ることができるので、極端紫外光１３を集光するための
集光光学系の配置が容易となる。本発明では、集光光学
系には回転対称な放物面あるいは球面鏡を使って集光
し、駆動用レーザは、その光軸と略一致した光軸からＣ
Ｏ2レーザ光を集光している。前述のとおり、極端紫外
光源１１の大きさは、エテンデュの制約に収まるほど小
さくなければ、露光に利用できる効率が低くなってしま
う。つまり光源として利用するためにはレーザ光の集光
径を十分に小さくする必要がある。
ることができるので、極端紫外光１３を集光するための
集光光学系の配置が容易となる。本発明では、集光光学
系には回転対称な放物面あるいは球面鏡を使って集光
し、駆動用レーザは、その光軸と略一致した光軸からＣ
Ｏ2レーザ光を集光している。前述のとおり、極端紫外
光源１１の大きさは、エテンデュの制約に収まるほど小
さくなければ、露光に利用できる効率が低くなってしま
う。つまり光源として利用するためにはレーザ光の集光
径を十分に小さくする必要がある。
【００５３】本実施形態に使用するＣＯ2レーザ光源の
構成を、図４に示す。本実施例では、シングルモードＣ
Ｏ2レーザからなる発振段レーザ３０と、増幅段レーザ
として複数台の高出力ＣＯ2レーザ３１とを使って、駆
動用レーザ装置２５を構成している。図中発振段レーザ
３０は、高繰り返し周波数の動作が可能なパルス発振の
シングルモードＣＯ2レーザであり、シングルモードか
それに近い低次モードの横モードが出せるように設計さ
れている。この発振段レーザは小出力でよいため、１０
kＨz程度までの高繰り返し周波数化、及びビームモード
の安定化が比較的容易である。
構成を、図４に示す。本実施例では、シングルモードＣ
Ｏ2レーザからなる発振段レーザ３０と、増幅段レーザ
として複数台の高出力ＣＯ2レーザ３１とを使って、駆
動用レーザ装置２５を構成している。図中発振段レーザ
３０は、高繰り返し周波数の動作が可能なパルス発振の
シングルモードＣＯ2レーザであり、シングルモードか
それに近い低次モードの横モードが出せるように設計さ
れている。この発振段レーザは小出力でよいため、１０
kＨz程度までの高繰り返し周波数化、及びビームモード
の安定化が比較的容易である。
【００５４】この発振段レーザ３０のパルス光を、後段
に直列接続したＣＷ−ＣＯ2レーザ装置３１で増幅し
て、大出力のパルス光を得ている。この場合、増幅媒質
は連続（ＣＷ）で存在するため、繰り返し周波数は発振
段レーザの性能によって定まる。そのため、後述するよ
うなＴＥＡ−ＣＯ2レーザ装置に比べて、繰り返し周波
数を大きくするのが容易である。このとき、発振段レー
ザ３０と増幅段レーザ３１との同期をとって変調を掛け
ることにより、無駄なエネルギーを節約できて、システ
ム効率を向上させることができる。
に直列接続したＣＷ−ＣＯ2レーザ装置３１で増幅し
て、大出力のパルス光を得ている。この場合、増幅媒質
は連続（ＣＷ）で存在するため、繰り返し周波数は発振
段レーザの性能によって定まる。そのため、後述するよ
うなＴＥＡ−ＣＯ2レーザ装置に比べて、繰り返し周波
数を大きくするのが容易である。このとき、発振段レー
ザ３０と増幅段レーザ３１との同期をとって変調を掛け
ることにより、無駄なエネルギーを節約できて、システ
ム効率を向上させることができる。
【００５５】実施例３は前記とほぼ同様の構成で、増幅
段レーザをＴＥＡ-ＣＯ2レーザで構成したものである。
この場合には、前述の増幅段レーザをＣＷ-ＣＯ2レーザ
で構成した場合よりも、パルスエネルギーを大きくとる
ことができるというメリットがある。
段レーザをＴＥＡ-ＣＯ2レーザで構成したものである。
この場合には、前述の増幅段レーザをＣＷ-ＣＯ2レーザ
で構成した場合よりも、パルスエネルギーを大きくとる
ことができるというメリットがある。
【００５６】以上説明したように本発明によれば、クラ
スターに電荷を付与したり、ガス分子をイオン化した荷
電ターゲット２２に電磁場を印可することで、ターゲッ
ト２２の制御が可能となる。従って、次のような効果が
ある。 ６．１ イオンビーム加速器２４の技術と組み合わせる
ことで、高速のターゲット２２流を生成できる。 ６．２ プラズマ生成点を、ノズル２１から遠方に隔離
できる。これにより、ノズル２１の損傷が少なく、また
集光光学系の設計が容易である。 ６．３ Ｘｅが帯電しているので、使われないＸｅを、
電磁的に回収ノズル２１まで輸送可能。 ６．４ クラスターを１mm以下に能動的に収束・拡散制
御でき、安定したエタンデュを実現できる。 ６．５ 高速化することで繰り返し周波数を１００kＨz
以上まで増加可能である。
スターに電荷を付与したり、ガス分子をイオン化した荷
電ターゲット２２に電磁場を印可することで、ターゲッ
ト２２の制御が可能となる。従って、次のような効果が
ある。 ６．１ イオンビーム加速器２４の技術と組み合わせる
ことで、高速のターゲット２２流を生成できる。 ６．２ プラズマ生成点を、ノズル２１から遠方に隔離
できる。これにより、ノズル２１の損傷が少なく、また
集光光学系の設計が容易である。 ６．３ Ｘｅが帯電しているので、使われないＸｅを、
電磁的に回収ノズル２１まで輸送可能。 ６．４ クラスターを１mm以下に能動的に収束・拡散制
御でき、安定したエタンデュを実現できる。 ６．５ 高速化することで繰り返し周波数を１００kＨz
以上まで増加可能である。
【図１】第１実施形態に係る極端紫外光源装置の構成
図。
図。
【図２】極端紫外光源装置の構成例を示す説明図。
【図３】本発明に使用するＹＡＧレーザ光源の構成図。
【図４】本実施形態に使用するＣＯ2レーザ光源の構成
図。
図。
【図５】ＥＵＶ露光装置の一例を示す説明図。
【図６】ＬＰＰ光源の概念図。
１０：ＥＵＶ露光装置、１１：極端紫外光源、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：ウェハ、２
１：ノズル、２２：ターゲット、２３：電子ビーム発生
器、２４：加速器、２５：駆動用レーザ装置、２６：タ
ーゲット回収器、２８：発振段ＹＡＧレーザ、２９：増
幅段ＹＡＧレーザ、３０：発振段ＣＯ2レーザ、３１：
増幅段ＣＯ2レーザ、３２：励起レーザ光、３４：凹面
鏡、３９：ＬＤ、４０：ＹＡＧレーザ装置、４１：ター
ゲット供給装置、４２：電子ビーム、４４：ウェハステ
ージ。
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：ウェハ、２
１：ノズル、２２：ターゲット、２３：電子ビーム発生
器、２４：加速器、２５：駆動用レーザ装置、２６：タ
ーゲット回収器、２８：発振段ＹＡＧレーザ、２９：増
幅段ＹＡＧレーザ、３０：発振段ＣＯ2レーザ、３１：
増幅段ＣＯ2レーザ、３２：励起レーザ光、３４：凹面
鏡、３９：ＬＤ、４０：ＹＡＧレーザ装置、４１：ター
ゲット供給装置、４２：電子ビーム、４４：ウェハステ
ージ。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０５Ｇ 2/00 Ｈ０５Ｇ 1/00 Ｋ
(72)発明者 田中 宏和
神奈川県平塚市万田1200 ギガフォトン株
式会社研究部内
Ｆターム(参考） 4C092 AA06 AA13 AA14 AB10 AC09
5F046 GC03
Claims (17)
- 【請求項１】 ターゲット(22)に駆動用レーザ装置(25)
からレーザ光を照射してプラズマを発生させ、数nm〜数
十nmの波長を有する極端紫外（ＥＵＶ）光を発生させる
極端紫外光源装置において、 ターゲット(22)に電荷を与える電荷付与手段(23)と、 電荷を帯びたターゲット(22)を電磁場を利用して加速さ
せる加速手段(24)とを有するターゲット供給装置を備え
たことを特徴とする極端紫外光源装置。 - 【請求項２】 前記ターゲット供給装置は、ターゲット
(22)をイオン化させた分子、原子、または複数原子の塊
として供給することを特徴とする請求項１に記載の極端
紫外光源装置。 - 【請求項３】 前記ターゲット供給装置は、ターゲット
(22)をイオン化させたクラスタとして供給することを特
徴とする請求項２に記載の極端紫外光源装置。 - 【請求項４】 前記ターゲット(22)として、キセノン(X
e)又は希ガス元素を使うことを特徴とする請求項１に記
載の極端紫外光源装置。 - 【請求項５】 前記ターゲット(22)として、金属元素を
用いることを特徴とする請求項１に記載の極端紫外光源
装置。 - 【請求項６】 前記ターゲット(22)として、リチウム(L
i)、錫(Sn)、又は酸化錫(SnO2)を用いることを特徴とす
る請求項５に記載の極端紫外光源装置。 - 【請求項７】 前記ターゲット(22)として、常温で液体
又は気体の分子を使うことを特徴とする請求項１に記載
の極端紫外光源装置。 - 【請求項８】前記ターゲット(22)として、水（H2O)を用
いることを特徴とする請求項７に記載の極端紫外光源装
置。 - 【請求項９】 前記駆動用レーザ装置(25)として、ＭＯ
ＰＡ（Master Oscillator Power Amｐlifier）方式のレ
ーザ装置を用いることを特徴とする請求項１に記載の極
端紫外光源装置。 - 【請求項１０】 前記駆動用レーザ装置(25)として、１
μm近傍の波長を有するパルスＹＡＧレーザ装置を用い
ることを特徴とする請求項１に記載の極端紫外光源装
置。 - 【請求項１１】 前記駆動用レーザ装置(25)として、 発振段レーザに、レーザダイオードによって励起され、
アダプティブ光学素子を用いてシングルモード化された
ＹＡＧレーザ装置(28)を用いると共に、 増幅段レーザに高出力ＹＡＧレーザ(29)を用いることを
特徴とする請求項１０に記載の極端紫外光源装置。 - 【請求項１２】 前記駆動用レーザ装置(25)として、 １０μm近傍の波長のレーザ光を発振するパルス炭酸ガ
スレーザ装置を用いることを特徴とする請求項１に記載
の極端紫外光源装置。 - 【請求項１３】 前記駆動用レーザ装置(25)として、 発振段レーザにパルス炭酸ガスレーザ装置(30)を用いる
と共に、 増幅段レーザにＣＷ炭酸ガスレーザ装置(31)を用いるこ
とを特徴とする請求項１２に記載の極端紫外光源装置。 - 【請求項１４】 前記駆動用レーザ装置(25)として、 発振段レーザにパルス炭酸ガスレーザ装置を用いると共
に、 増幅段レーザにＴＥＡ炭酸ガスレーザ装置を用いること
を特徴とする請求項１３に記載の極端紫外光源装置。 - 【請求項１５】 前記加速されたターゲット(22)の初速
度をＶｔ、生成されたプラズマの平均プラズマ拡散速度
をＶｐとした場合に、 Ｖｔ＞Ｖｐとしたことを特徴とする請求項１に記載の極
端紫外光源装置。 - 【請求項１６】 駆動用レーザ装置(25)から発振された
パルスレーザの時間幅をＴＬ、加速手段によって加速さ
れたターゲット(22)の初速度をＶｔ、エテンディユ制約
から決まる光源プラズマ最大径をＤｐとしたときに、Ｔ
Ｌ・Ｖｔ＜Ｄｐなる関係が成り立つことを特徴とする請
求項１に記載の極端紫外光源装置。 - 【請求項１７】 プラズマ発光点とターゲット(22)を回
収するターゲット回収器(25)との距離をＤｃ、回収器部
の実効半径をＤｒ、加速されたターゲット(22)の初速度
をＶｔ、平均プラズマ拡散速度をＶｐとした場合に、 Ｄｒ ＞ Ｖｐ・（Ｄｃ／Ｖｔ） なる関係が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の
極端紫外光源装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002103975A JP4111487B2 (ja) | 2002-04-05 | 2002-04-05 | 極端紫外光源装置 |
| PCT/JP2003/004315 WO2003085707A1 (fr) | 2002-04-05 | 2003-04-04 | Source de lumiere d'uv extremes |
| DE10392145T DE10392145T5 (de) | 2002-04-05 | 2003-04-04 | Extremultraviolett-Lichtquellenvorrichtung |
| US10/489,431 US7067832B2 (en) | 2002-04-05 | 2003-04-04 | Extreme ultraviolet light source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002103975A JP4111487B2 (ja) | 2002-04-05 | 2002-04-05 | 極端紫外光源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003297737A true JP2003297737A (ja) | 2003-10-17 |
| JP4111487B2 JP4111487B2 (ja) | 2008-07-02 |
Family
ID=28786323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002103975A Expired - Lifetime JP4111487B2 (ja) | 2002-04-05 | 2002-04-05 | 極端紫外光源装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7067832B2 (ja) |
| JP (1) | JP4111487B2 (ja) |
| DE (1) | DE10392145T5 (ja) |
| WO (1) | WO2003085707A1 (ja) |
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| WO2016038506A1 (en) * | 2014-09-12 | 2016-03-17 | International Business Machines Corporation | Extreme ultraviolet (euv) radiation source |
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|---|---|---|---|---|
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| US7928416B2 (en) | 2006-12-22 | 2011-04-19 | Cymer, Inc. | Laser produced plasma EUV light source |
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