JP2004279246A - 極端紫外光放射源及び半導体露光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Snイオンの発光を利用する極端紫外光放射源において、SnH4(モノスタナン)を加熱・励起部へ断続的あるいは連続的に供給し、それを放電加熱し励起して、あるいはレーザ照射加熱し励起して、プラズマ化し、主波長13.5nmの極端紫外光を放射することを特徴とした極端紫外光放射源とする。
【選択図】図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体露光用装置の光源に利用される極端紫外光放射源および該放射源を使用した半導体露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
将来の更なる高集積化された半導体の製造プロセスの一つであるリソグラフィ工程の露光光源として極端紫外(EUV波長域の13.5nmの放射が注目されている。この放射を放出する放射種としては現在10価のXeイオンと10価前後のSnイオンが有望と考えられている。
【0003】
それらの高次にイオン化したイオンは高温プラズマ中で生成されることが多い。現在、このようなプラズマの生成は放電エネルギーあるいはレーザエネルギーによる加熱で実現されている。
【0004】
加熱・励起を行いプラズマ化する方法には大きく分けて2通りの方法がある。一つはレーザ光で気体状、液体状、あるいは固体状の「放射種そのものあるいは放射種を含む物質」を加熱し、ある温度域の高温プラズマにして、所定の放射を得る『レーザ加熱方式』ともう一つは「放射種そのものあるいは放射種を含む物質」に短時間だけ大電流を流し、高温プラズマを生成し、所定の放射を得る『放電方式』の2通りの方法がある。
【0005】
また、放射種の粒子密度に関する要請としては次の2つがある。
露光に使用する放射の吸収を抑制するためには加熱・励起部(放射部)から露光面に至る空間では放射種を含む物質を構成する成分を含めて他の物質もすべてその粒子密度は低いほうがよい。
一方,放射部における放射種の粒子密度(13.5nm放射を行っている時間内でのプラズマ中の空間的,時間的平均の中性原子と全ての段階のイオンの粒子密度の総和を「粒子密度」と表現する。)は高い放射輝度を実現するためには高いことが必要である。出来れば1×1024/m3以上あるのが望ましい。
【0006】
一般に、放射種はプラズマ生成装置の中の決められた位置で数千ヘルツの速い繰り返し周波数で加熱・励起され、その周波数で断続的な極端紫外(EUV)放射を行う。ここで重要なことは加熱・励起に費やしたエネルギーに対する13.5nm放射エネルギーの比が高いものほど、すなわち変換効率の高いものほど好都合であるということである。その理由はプラズマの生成に伴ってミラーなどの光学系の反射率を低減させてしまう固体,液体,あるいは有害な気体などが同時に発生するが、その量は入力エネルギーが増えれば増えるほど多くなるからである。
【0007】
そのためプラズマ発生のエネルギーが13.5nmの放射に有効に変換されれば、入力エネルギーを低レベルに抑えることが出来る。また、同時に入力エネルギーが露光に不必要な放射や光学系に有害な物質の発生などに出来るだけ分配されない条件をも実現していることになり,除熱などの問題もより軽くなる。
【0008】
一方では半導体ウエハ1枚当たりの露光処理時間の下限が制限されている。そのためにはレジスト面上の放射照度がある一定値以上に達していなければならない。そのためにはプラズマの高速繰り返し加熱・励起時に放射される13.5nmの光の一回毎の放射量と繰り返し周波数の積が一定値以上にならなければならない。同時に放射源プラズマからレジスト面までに存在する特に気体の13.5nm放射の吸収を可能な限り抑制しなければならない。そのため、放射路(=光路)は真空装置で排気されるが、装置内のガス種としては当該波長の放射吸収断面積の小さなものにすれば放射部から出た放射が少ない減衰率で、レジストまで到達できるので都合が良い。
【0009】
プラズマ成分はもとより、光源部を構成する部材は極めて高い温度にさらされたり、高エネルギーの粒子に接触したりして、蒸発やアブレージョンなどを生じ飛散する。これらの飛散物質(=デブリ)が例え発生したとしても光学系の性能、特に反射率を早期に劣化させず、また反射鏡材質を変質させたりしない物質であれば被害は小さくなる。
【0010】
Xeが放射種の場合、Xeは13.5nmの放射後には気体状態で放射路に排出されるので、放射種そのものがデブリとなることがないが、放射路に排出されたXeは13.5nmの放射吸収断面積が大きい。Xeはその13.5nmでの放射吸収断面積が大きいことを除けば極めてよい放射種である。しかし、Xeはプラズマ加熱・励起エネルギーの13.5nm放射エネルギーへの変換効率が低いのが、致命的な欠点となりつつある。これに対して、Snはプラズマ加熱・励起エネルギーの13.5nm放射エネルギーへの変換効率がXeの数倍も大きく、この点が極めて優れている。
【0011】
非特許文献1には、金属Snをターゲット材として、そのターゲットにNd:YAGレーザの光を照射して、加熱し励起して主波長が13.5nmの極端紫外光を放射する技術が開示されている。しかし、Snは室温近くの温度で固体であるのでプラズマ生成場所まで再現性よく高速搬送するのはXeほど容易ではない。さらに厄介なのは室温で固体であるので、加熱・励起の場合に大量のデブリが発生する恐れがある。また,蒸気圧が比較的低いのでプラズマ状態から通常の気体状態に戻ったとき,装置内の低温部に堆積し,致命的な害を及ぼす。
【0012】
【非特許文献1】
J.Opt.Soc.Am.B/Vol.17,No.9/September 2000 第1616頁〜第1625頁
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本特許の発明は以上のことを勘案し、プラズマ生成場所まで再現性よく高速搬送が可能で、且つ有害デブリの発生や蒸気の凝結を極力抑制した、Snを放射種とする13.5nm放射源を実用に供するようにすることを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
そのために、放射種を含む物質の望ましい性質として次のことがある。
(1)加熱・励起時に例え飛散物が発生しても、それが光学系の性能劣化やSi、Mo、レジスト、放射源・露光系の装置を構成する部材の性能劣化などを引き起こす原因とならないようなものであること。また、加熱・励起部を出た放射種を含む物質が分解して出来たものが室温近くの低温部において蒸気圧の高い分子に戻るとよい。
(2)放射種を含む物質を決められた時間に、決められた量だけ決められた場所に再現性よく、高速に供給できること。
(3)放射種を含む物質はプラズマ加熱・励起エネルギーから13.5nm放射光への変換効率が高いものであること。以上の3点が望ましい。
【0015】
そこで、本発明者は放射種Snを含む物質としてSnH4に着目した。SnH4を使用することで、SnH4は融点が−146℃、沸点−51.8℃であることから、常温では常に気体であり、加熱・励起部に高速でSnを供給することができることが考えられ、そして、加熱・励起部を出たSnはH2と再結合をすることで蒸気圧の高い元のSnH4に戻るものが多く、デブリの発生が少ないからである。
【0016】
請求項1に記載の発明は、Snイオンの発光を利用する極端紫外光放射源において、SnH4(モノスタナン)を加熱・励起部へ断続的あるいは連続的に供給し、それを放電加熱し励起して、あるいはレーザ照射加熱し励起して、プラズマ化し、主波長13.5nmの極端紫外光を放射することを特徴とした極端紫外光放射源とするものである。
【0017】
請求項2に記載の発明は、液体状、気体状、あるいは固体状の単相、もしくはそれらの少なくとも2相が共存する多相の状態でSnH4を前記加熱・励起部へ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放射源とするものである。
【0018】
請求項3に記載の発明は、液体状のSnH4と液体状のKr・Xe・N2の内、少なくとも一種と予め混合し、それを前記加熱・励起部へ供給する請求項1に記載の極端紫外光放射源とするものである。
【0019】
請求項4に記載の発明は、液滴状のSnH4とH2・N2・He・Ar・Kr・Xeのうち少なくとも一種のガスとの混合物を前記加熱・励起部へ供給することを特徴とした請求項1に記載の極端紫外光放射源とするものである。
【0020】
請求項5に記載の発明は、固体状のSnH4と、液体状のHe・H2・Ar・Krの内、少なくともいずれかとを混合した状態で前記加熱・励起部に噴出させることを特徴とした請求項1に記載の極端紫外光放射源とするものである。
【0021】
請求項6に記載の発明は、気体状のSnH4と、H2・N2・He・Ar・Kr・Xeの内、少なくとも一種のガスとを混合し、前記加熱・励起部へ供給し、加熱・励起部で分解したSn水素化物を再び元の水素化物に戻し易いようにすることを特徴とした請求項1に記載の極端紫外光放射源とするものである。
【0022】
請求項7に記載の発明は、請求項4乃至請求項6でH2をSnH4に混合する物質として使う場合に、そのSnに対するH(水素)原子のモル比は2以上であることを特徴とする請求項1に記載の極端紫外光放射源とするものである。
【0023】
請求項8に記載の発明は、前記加熱・励起部の極端紫外光放射側端から該放射側端の直近の光学系までの間で、室温程度以下の温度のH2ガス流を前記加熱励起部から排出された排気流と交錯するように作り,蒸気状Snを高蒸気圧の化合物にすることを特徴とした請求項1から請求項7のいずれかに記載の極端紫外光放射源とするものである。
【0024】
請求項9に記載の発明は、細孔あるいはポーラスな構造を有するTa・Nb・Mo・Wの何れを主成分とする材料で前記加熱・励起部を構成し、その細孔あるいはポーラス部を通して、前記加熱・励起部の外部から流体状のSnH4を内部に供給することを特徴とする請求項1の極端紫外光放射源とするものである。
【0025】
請求項10に記載の発明は、請求項1乃至請求項9の何れかの極端紫外光放射源と反射鏡を組合わせてなることを特徴とする半導体露光装置とするものである。
【0026】
本発明でいう極端紫外光放射源とはZピンチ型、プラズマフォーカス型、キャピラリー型の各放電加熱・励起型の極端紫外光放射源、およびYAGレーザ等のレーザ照射により加熱・励起するレーザ照射型の極端紫外光放射源のことをいう。
【0027】
これらの極端紫外光放射源は例えば、雑誌 光学;日本光学会 2002年31巻7号第545頁〜第552頁に紹介されている。
【0028】
そして、本発明でいう加熱・励起部とはこれら極端紫外光放射源において、放射源に供給された放射種を放電あるいはレーザ照射によって加熱し、励起状態にする部位のことをいう。
【0029】
【発明の実施の形態】
図1に本発明の極端紫外光放射源であるZピンチ型の極端紫外光放射源の主要部を示した。放射種Snを含む物質として、SnH4(モノスタナン)を使用する。SnH4を加熱・励起部Aへ断続的あるいは連続的に供給し、それを放電加熱し励起して、プラズマ化し、主波長13.5nmの極端紫外光を放射するものである。
【0030】
同図に示すように、Zピンチ型の極端紫外光放射源の主要部は円筒状や角筒状の放電容器51の両端に一対の電極52、53を設けた構造となっており、放電容器51は絶縁物で構成される。この絶縁物は場合によっては、放電容器を収める装置の器壁で兼用してもよい。13.5nmの光放射を取り出す端と反対側から、例えばガス状のSnH4を中空円筒の形状で、放電容器51内へ一定量噴射する。
【0031】
そして、噴射と同時に、高周波予備電離用電極54に高周波電圧を印加して高周波放電により、噴入されたSnH4ガスを予備電離する。その直後に主放電を開始し急速に放電流を立ち上げる。そして、予備電離で作られた電子―イオン対の多い比較的放電容器壁に近い方に大きな電流が流れると同時に誘導磁場が発生する。この電流と磁場で発生するローレンツ力でプラズマは放電容器の軸方向に収縮(ピンチ)し、プラズマの密度、温度が上昇して、強い13.5nm光の放射がでる。
【0032】
図2には本発明の極端紫外光放射源であるレーザ照射型の極端紫外光放射源を示した。
放射種Snを含む物質として、SnH4(モノスタナン)を使用する。SnH4を耐熱性ノズル21の先端から該先端近傍の加熱・励起部Bへ断続的あるいは連続的に供給し、Nd:YAGレーザ光をレンズ8で集光し照射して、加熱・励起して、プラズマ化し、主波長13.5nmの極端紫外光を放射するものである。
【0033】
放射種Snを含む物質としてのSnH4(モノスタナン)は例えば以下の方法で得られる。ステンレス製の反応室内において、−30℃のエーテル中でSnCl4(塩化スズ)にAlLiH4(水素化アルミニュウムリチュウム)を反応させ、塩素(Cl)と水素(H)を置換させることによってSnH4(モノスタナン)は得られる。
【0034】
極端紫外光放射源の加熱・励起部へSnH4(モノスタナン)を導入する方法としては、
得られた気体状のSnH4を気体単相の材料として加熱・励起部へ直接導入してもよい。あるいは、気体状のSnH4水素化スズを−52℃まで冷却して液体状の単相の材料として加熱・励起部へ導入してもよい。
【0035】
また、前記反応によって発生した水素化スズSnH4(モノスタナン)を−146℃以下に冷却し、固体状とし、微細に粉砕して固体単相の材料として加熱・励起部へ導入してもよい。
【0036】
また、液体状、気体状、あるいは固体状の単相の少なくとも2相が共存する多相の状態でSnH4を加熱・励起部へ供給することもできる。
【0037】
また、SnCl4(塩化スズ)にAlLiH4(水素化アルミニュウムリチュウム)の反応で発生した水素化スズSnH4(モノスタナン)を液体Xeや液体Krや液体N2中に導き、液化させるとともに両者の混合液体を作り、この混合液体を直接加熱・励起部へ圧力噴射することによって、加熱・励起部内のSn原子の粒子密度を高く保つことが可能である。この場合、液体同士であるため均一に混合されるという利点も有る。
【0038】
SnCl4(塩化スズ)にAlLiH4(水素化アルミニュウムリチュウム)の反応で発生した水素化スズSnH4(モノスタナン)を−52℃以下に冷却し液化させた液滴状SnH4と、Xeガス・Krガス・N2ガス・H2ガス・Arガスのうちの少なくとも1種のガスとを混合し霧状噴射する。このようにすることによって、加熱・励起部内のSn原子の粒子密度を高く保つことが可能である。
【0039】
図3は極端紫外光放射源としてキャピラリ型の極端紫外光放射源の主要部を示した図である。同図は極端紫外光放射源から放出される極端紫外光の光軸を通る平面で切った断面図を示している。同図に示すように、例えばタングステン製の接地側電極12と高圧側電極11の間に、キャピラリ構造体13が設けられる。キャピラリ構造体13は例えば窒化ケイ素等からなる円柱状の絶縁体であり、中心に直径3mmのキャピラリ131を有する。
【0040】
接地側電極12と高圧側電極11には電気導入線16、17を介して電源(不図示)が電気的に接続され、該電源から接地側電極12と高圧側電極11間にパルス的に高電圧が印加される。高圧側電極12は、通常接地され、接地側電極12にパルス的に例えば負の高電圧を印加する。上記高圧側電極11、接地側電極12は、それぞれ貫通孔111、121を備え、これらの貫通孔111、121と、前記キャピラリ構造体13のキャピラリ131は同軸上に配置され、連通している。
【0041】
上記貫通孔111、121、キャピラリ131に放射種のSnを含む物質として液体状のSnH4を液体SnH4導入口15からキャピラリ131に通ずる貫通孔111にノズル18を通して導入し、該貫通孔111にKrガス導入口14からKrガスを導入し吹き付ける。そして、接地側電極12と高圧側電極11の間にパルス的に高電圧を印加すると、加熱・励起部であるキャピラリ131内部でガス放電が生じ、高温プラズマが形成される。これにより13.5nmの極端紫外光が発生し、放射される。
【0042】
−146℃以下の冷却下で固体状のSnH4を液体状のHe・H2・Ar・Krの内、少なくともいずれかと混合した状態で加熱・励起部に噴出させることもできる。
【0043】
気体状のSnH4とH2・N2・He・Ar・Kr・Xeの内、少なくとも一種のガスと混合し、前記加熱・励起部へ供給することは混合しやすく、取り扱いを容易にする。
【0044】
H2をSnH4に混合する物質として使う場合に、そのSnに対するH(水素)原子のモル比は2以上であることが望ましい。それは、放電後のSnがSnH4を形成する割合を増やすためである。その具体的方策としては、加熱・励起部の極端紫外光放射側端から該放射側端の直近の光学系までの間で、室温程度以下の温度のH2ガス流を加熱励起部から排出された蒸気状Snの排気流と交錯するように作り,蒸気状Snを高蒸気圧の化合物であるSnH4にすることが考えられる。
【0045】
細孔あるいはポーラスな構造を有するTa・Nb・Mo・Wの何れかを主成分とする材料で加熱・励起部を構成し、その細孔あるいはポーラス部を通して、加熱・励起部の外部から流体状のSnH4を内部に供給するようにすることもできる。
【0046】
図4に示すように、レーザ照射型極端紫外光放射源において、加熱・励起部を構成するターゲット7をポーラス(多孔質)な構造を有するW(タングステン)焼結体で形成し、レーザ照射面の反対側の面から液体状のSnH4を供給する。SnH4がターゲット表面に滲み出たところにNd:YAGレーザの光が照射され、加熱・励起されて、プラズマ化し、13.5nmの極端紫外光を放射する。さらに、この場合は、ターゲットをSnH4自身が冷却する効果もあるので、装置の冷却機構も簡略化できる効果がある。
【0047】
ポーラスな構造で加熱・励起部を構成するというこの考えは、上記のレーザ照射型極端紫外光放射源以外にも前述のZピンチ型の極端紫外光放射源における放電容器、プラズマフォーカス型の極端紫外光放射源における電極部にも適用されるものである。
【0048】
図5に上記極端紫外光放射源を用いて半導体露光装置を構成した場合の構成例を示す。
上記極端紫外光放射源を用いた半導体露光装置は、同図に示すように、キャピラリ放電等を利用した極端紫外光放射源1、反射面に多層膜が設けられた集光鏡2、反射型マスク3、投影光学系4、ウエハ5等を真空容器中に収納したものである。極端紫外光放射源
1から放出される極端紫外光を集光鏡2で集光して、反射型マスク3に照射し、マスク3の反射光を投影光学系4を介して、ウエハ5の表面に縮小投影する。2の集光鏡は熱膨張係数の小さいガラス基板の上にSiとMoの多層膜を形成した反射鏡を組合わせたものである。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、放射種Snを含む物質にSnH4を使用することで、SnH4は融点が−146℃、沸点−51.8℃であることから、常温では常に気体であり、加熱・励起部に高速でSnを供給することができる。そして、加熱・励起部を出たSnはH2と再結合をすることで蒸気圧の高い元のSnH4に戻るものが多く、デブリの発生が少ない。
【0050】
本発明の極端紫外光放射源を使用した半導体露光装置とすることで、微細半導体の半導体露光に実使用される可能性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の極端紫外光放射源としてZピンチ型の極端紫外光放射源の主要部を示した図である。
【図2】本発明の極端紫外光放射源としてレーザ照射型の極端紫外光放射源の主要部を示した図である。
【図3】本発明の極端紫外光放射源としてキャピラリ型の極端紫外光放射源の主要部を示した図である。
【図4】本発明の極端紫外光放射源としてレーザ照射型の極端紫外光放射源の主要部を示した図である。
【図5】本発明の極端紫外光放射源を用いて半導体露光装置を構成した場合の構成例を示す図である。
【符号の説明】
1 極端紫外光放射源
2 集光鏡
3 反射型マスク
4 投影光学系
5 ウエハ
6 ターゲットチャンバー
7 ターゲット
8 レンズ
11 高圧側電極
12 接地側電極
111 貫通孔
121 貫通孔
13 キャピラリ構造体
131 キャピラリ
14 Krガス導入口
15 液体SnH4導入口
16 電気導入線
17 電気導入線
18 ノズル
21 耐熱性ノズル
51 放電容器
52 円筒状電極
53 円筒状電極
54 高周波予備電離用電極
Claims (10)
- Snイオンの発光を利用する極端紫外光放射源において、
SnH4(モノスタナン)を加熱・励起部へ断続的あるいは連続的に供給し、それを放電加熱し励起して、あるいはレーザ照射加熱し励起して、プラズマ化し、主波長13.5nmの極端紫外光を放射することを特徴とした極端紫外光放射源。 - 液体状、気体状、あるいは固体状の単相、もしくはそれらの少なくとも2相が共存する多相の状態でSnH4を前記加熱・励起部へ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放射源。
- 液体状のSnH4と液体状のKr・Xe・N2の内、少なくとも一種とを予め混合し、それを前記加熱・励起部へ供給する請求項1に記載の極端紫外光放射源。
- 液滴状のSnH4とH2・N2・He・Ar・Kr・Xeのうち少なくとも一種のガスとの混合物を前記加熱・励起部へ供給することを特徴とした請求項1に記載の極端紫外光放射源。
- 固体状のSnH4と、液体状のHe・H2・Ar・Krの内、少なくともいずれかとを混合した状態で前記加熱・励起部に噴出させることを特徴とした請求項1に記載の極端紫外光放射源。
- 気体状のSnH4と、H2・N2・He・Ar・Kr・Xeの内、少なくとも一種のガスとを混合し、前記加熱・励起部へ供給し、加熱・励起部で分解したSn水素化物を再び元の水素化物に戻し易いようにすることを特徴とした請求項1に記載の極端紫外光放射源。
- 請求項4乃至請求項6でH2をSnH4に混合する物質として使う場合に、そのSnに対するH(水素)原子のモル比は2以上であることを特徴とする請求項1に記載の極端紫外光放射源。
- 前記加熱・励起部の極端紫外光放射側端から該放射側端の直近の光学系までの間で、室温程度以下の温度のH2ガス流を前記加熱励起部から排出された排気流と交錯するように作り,蒸気状Snを高蒸気圧の化合物にすることを特徴とした請求項1から請求項7のいずれかに記載の極端紫外光放射源。
- 細孔あるいはポーラスな構造を有するTa・Nb・Mo・Wの何れかを主成分とする材料で前記加熱・励起部を構成し、その細孔あるいはポーラス部を通して、前記加熱・励起部の外部から流体状のSnH4を内部に供給することを特徴とする請求項1の極端紫外光放射源。
- 請求項1乃至請求項9の何れかの極端紫外光放射源と反射鏡を組合わせてなることを特徴とする半導体露光装置。
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