JP2005522839A - 極紫外線光源 - Google Patents
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Abstract
Description
プラズマからスペクトル範囲13−14nmの光を生成するには、摂氏数千度程度の温度に対応する非常に高温のプラズマが必要である。上記温度のプラズマは、非常に高いパワー(非常に短いパルス)のレーザービーム又は高いエネルギーの電子ビームを金属ターゲットの表面に集束することにより作り出すことができる。プラズマを集束又はピンチする幾つかの特定の放電技法の何れかを使って、電子放電でガス中に非常に高温のプラズマを生成することもできる。これらの技法には、(1)高密度プラズマ集束技法、(2)標準Zピンチ技法、(3)中空カソードZピンチ、及び(4)毛管放電技法が含まれる。上記技法は、全て以下で詳細に論じる。集積回路制作用のリソグラフィ光源として使用する場合、光源と光源の電源装置は、膨大なパルスの間、連続的に確実に絶え間なく作動可能でなくてはならない。これは、リソグラフィ機と付帯する製造ラインが極めて高価であり、予期せぬ故障時間が発生すれば時間当たり数十万ドルの損失となりかねないからである。
本明細書の発明の背景の項で述べたように、波長範囲約10から14nmで反射率約70%以上の良好なミラーが入手可能である。これらのミラーは、通常、12から14nm範囲内のより狭いスペクトル範囲に限って上記のような高い値の反射率を提供する。例えば、図11Aに示すミラーは、約13.2から13.8nmのスペクトル範囲に亘って約70%の反射率を提供する。このミラーは、0.5nmのFWHM帯域幅では、13.5nmで約0.7の反射率を有すると記述できる。これらミラーは、将来的な集積回路リソグラフィ用のリソグラフィ機として効果的に利用できる。下に説明するプラズマ生成装置は、図2Aから図2Dに示すものも含めて、摂氏数千度程度の極めて高い温度でスポットプラズマを生成するが、発する光のスペクトルは非常に広い範囲に及んで広がる。光を約13−14nmという望ましい範囲内で生成するには、高温のスポットプラズマは、スペクトル線が13−14nm範囲の原子ターゲット材料を含んでいなくてはならない。キセノン、リチウム、錫を含め、幾つかの見込みのあるターゲット材料が知られている。ターゲット材料の最適な選択には、利用可能なスペクトル、プラズマエネルギー対所望スペクトル内のエネルギーの変換効率、ターゲットをプラズマ領域に注入する難度、及びデブリ問題に関係するトレードオフが関わる。上記問題に対処する好適なターゲット及び技法の幾つかについて下に論じる。(読者には、全ての元素は高温でスペクトル線を生成すること、及びこれらの線は広く資料化されているので、他の波長の光が望ましい場合は、プラズマ内で加熱される際に対象波長で良好なスペクトル線を生成する適したターゲット材料を求めて文献を探すという比較的単純な作業となることが理解頂けるであろう。)
キセノンは、好適な原子ターゲットである。キセノンは希ガスなので、デブリ問題は存在しない。キセノンは、図3A、3Bに示すように、13から14nm範囲内に比較的良好なスペクトル線を有している。図11Aは、出願人が測定したEUV Xeスペクトルを示す。図3Aは、測定された単一パルスのスペクトルを示している。図3Bは、計算された理論上のXeスペクトルを示す。キセノンは、放電チャンバ内でバッファガスの構成要素として添加してもよいし、放電又はピンチ領域での濃度が高くなるようにその領域に接近して注入してもよい。また、原子濃度がプラズマ内で非常に高くなるように、沸点以下に冷却して液体又は固体として放電又はピンチ領域に注入してもよい。ある種のキセノン化合物(キセノン・オキシフルオライドなど)も、良好なターゲット材料である。
リチウムも、可能性のあるターゲット材料としてよく知られている。リチウムは標準温度では固体なので、デブリ問題がある。また、原子状のリチウムを放電又はピンチ領域に加える際には特別な技法を考案せねばならない。それら技法の幾つかについては、親特許出願並びに先行技術文献に記載されているが、以下にその他の技法を説明する。リチウムは固体、液体、又は蒸気としてチャンバ内に注入することができる。
錫も、所望範囲に或る程度強いスペクトル線を有するので好適なターゲット材料といえる。しかしながら、リチウムのように、錫は標準温度では固体であり、光学表面に付着する可能性があるため、やはりデブリ問題を引き起こす。
パルスパワーシステム
長寿命で信頼性の高いパルスパワーの必要性
短い高電圧パルスを供給して上記装置内に放電を起こすものとして、先行技術によるパルスパワー供給システムが幾つか知られている。しかしながら、それら先行技術による電源装置には、集積回路リソグラフィ生産に必要な高い繰り返し速度、高出力長寿命、及び信頼性を提供するための信頼性と制御特性を備えているものはない。しかしながら、出願人らは、エキシマレーザー光源用として出願人らが開発した技法に部分的に依存するパルスパワーシステムを構築し試験した。248nm及び193nmの光を生成するこれらエキシマレーザーは、集積回路製作用の光源として現在広く使用されている。第4世代プラズマ集束装置の一部として、出願人らが構築し試験したEUV装置の長寿命高信頼性パルスパワーシステムについて次の節で説明する。
本発明の好適な実施形態では、図1に示す電気回路は、図2、2B1、2B2に示す中央電極8Aに正の高電圧パルスを提供する。各初期パルスの各部分における電流の流れる方向を、変成器406の一次側及び二次側と電極の間で、それぞれ矢印409A、409B、409Cで示している。(読者は、電子の流れる方向が電流の流れる方向と逆であることに留意されたい。)読者は、各パルスの後半部分では、図1Bの409Dで示す軌跡で表されるように電流は実際に反転しており、C2の電圧は約+4kVに上がり、次いで約ゼロに上がる。
先行技術による高密度プラズマ集束装置では、通常、中央電極をアノードとし、周囲の電極をカソードとして構成されている。従って、図2Bに示す実施形態の電極の極性は、この従来の技法に準拠したものである。電極の極性を逆転させることは従来の技術でも既知であるが、通常は性能を実質的に低下させる結果となっている。(例えば、G.Decker他”Experiments Solving the Polarity Riddle of the Plasma Focus”、 Physics Letters、 第8巻、8号、1082年6月7日、を参照。)
全体的な効率を上げるために、この第4世代高密度プラズマ集束装置は、回路の放電部分から反射された電気的パルスエネルギーのパルス対パルスに基づくエネルギー回収を提供する。エネルギー回収は、図1を参照しながら下に説明するように達成される。
図1及び図1Dに示すように、本発明で説明するパルスパワーシステムには、幾つかの機能を実行する出力スイッチがある。このスイッチ、図ではLS3であるが、我々が磁気スイッチと呼ぶ可飽和インダクタである。上で説明したように、スイッチにはバイアス回路408によりバイアスが掛けられるので、最初は、各パルスの開始時に、インダクタが飽和するまで電流を遅らせ、インダクタが飽和すると、約100ナノ秒の間電流が流れるようにして、その後、バイアス電流は(例えば)5kHzで約200マイクロ秒後に来る次のパルスの開始に先立ってスイッチに再びバイアスを掛ける。このスイッチは、高繰り返し速度でソースを正しく作動させるために非常に重要である。EUVソースにはこのようなスイッチなしで開発されたものもあるが、それらが高繰り返し速度で作動すると出力エネルギーが不規則になりかねない。それらには、エネルギー貯蔵コンデンサとEUVソースロードの間にスイッチは存在しない。問題は、ソースロードが、最後のパルスから、次のパルスの準備でエネルギー貯蔵コンデンサに電圧が掛けられる時までの、短時間では完全には回復できないということである。5kHzの繰り返し速度では、出力パルスの間には200μsしかない。他の多くのソース設計では、このパルス間の時間が非常に短いことが、エネルギー貯蔵コンデンサの充電に必要となっている。従って、最後のパルス生成とコンデンサ(及び、2つの間を分離する出力スイッチがないのでロードも含める)への初期電圧印加の間は更に短くなる可能性すらある。この時間が、最後のパルスからのプラズマが冷却して回復するのに短か過ぎるようになると、問題となる(次のパルスを予測した電圧印加が遅れる)。その結果、回復が不十分であると、通常より低い電圧で早過ぎる時期にソースが再度停止する。停止プロセスは本質的には統計的なものなので、停止電圧はばらつきが大きく、ソース出力EUVエネルギーレベルの変動が大きくなる。これは、エネルギー安定性と線量制御がプロセス制御にとって非常に重要なパラメータであることから、リソグラフィ用途に重大な問題を引き起こす。
EUV X線装置
上に述べた高繰り返し速度、高信頼性、長寿命パルスパワーシステムを利用して、各種極紫外線又はX線装置に高電圧電気的パルスを提供することができる。これらのシステムには、図2Aに示す高密度プラズマ集束装置、図2Bに示す従来型Zピンチ装置、図2Cに示す中空カソードZピンチ装置、及び図2Dに示す毛管放電装置が含まれる。何れの場合も、光源は「Z」方向と称する軸に対して概ね軸対象である。それ故、上記光源、特に最初の3つはしばしば「Z」ピンチ光源と称される。
高密度プラズマ集束EUV装置の主要構成要素を図2Bに示す。主要構成要素は、アノード8A、カソード8Bと絶縁体8C、及び高電圧パルス電源8Dである。この場合、高電圧が印加されると、カソードと、絶縁体8Cの外側表面に沿って走るアノードとの間に放電が開始される。高温プラズマ電流により発生した力は、プラズマを略上方向次いで内方向に向け、アノードの中心の真上に極めて高温のプラズマピンチを作り出す。
従来型Zピンチ光源を図3に示す。この場合、放電は、アノードと、絶縁体9Cの内側表面に沿うカソードとの間で開始される。高電流により生成された力は、絶縁体9Cにより形成された円筒体の中心にプラズマを向かわせ、プラズマに円筒体の上端近くで極めて高温でピンチを起こさせる。
図2Cに示す中空カソードZピンチは、従来型Zピンチに非常によく似ている。違いは、カソードが、円筒形の絶縁体の下に中空を生成するように構成されていることである。この設計では、高電圧が十分に高いレベルまで上がると、各パルスの開始時に中空領域9Eの上部近くに非常に大量のイオンと電子が自然に発生するので、プリイオナイザの必要性がなくなる。このため、この設計は、放電を開始するための高電圧スイッチを必要としない。放電は自発的に開始されたものとみなされる。
従来の毛管放電EUV光源の図を図2Dに示す。この設計では、カソードとアノードの間の高電圧放電により作り出されるプラズマの圧縮は、通常は約0.5mmから4mmの範囲の直径を有する細い毛管にプラズマを通すことによって実現される。この場合、パルス持続時間は、図2、3、4に示す実施形態でのパルス持続時間が約100ナノ秒から500ナノ秒であるのに比べて、約0.5マイクロ秒から4マイクロ秒程度となる。更に、パルス電圧は、通常、約1500ボルトの様に実質的に低くなる。しかしながら、同じパルスパワーシステムが、僅かに変更を加えるだけで優れた電力供給源を提供する。簡単な変更とは、最後の工程の磁気圧縮をなくすことであり、これはC2コンデンサバンクとLS3可飽和インダクタを省くことで実現できる。ピークパルス電圧は、パルス変成器406の巻線を3から1にすることにより2000まで下げることもできるし、又は、変成器をなくし、初期充電電圧を上げて、数マイクロ秒でピーク電圧約1500ボルトの電気的パルスを提供するようにすることもできる。
本明細書の背景技術の項で説明したように、軟X線上に極紫外線光を生成するための従来技術による技法は、短いパルスを使用して、上記のプラズマピンチで生成されるプラズマと同様の非常に高温のプラズマを生成することである。先行技術による技法では、ダイオードレーザー(又はフラッシュランプ)でポンプされるQスイッチNd−YAGレーザーの様な固体レーザーを利用して、非常に高出力のナノ秒又はピコ秒レーザーパルスを生成して、ターゲット材料に集束させるのが一般的であり、このターゲット材料は、デブリを発生させるリチウムや錫又はデブリを発生させないキセノンの様な、上記の活性材料と同じターゲット材料であってもよい。上記先行技術による光源の幾つかは、米国特許第5,668,848号、同第5,539,764号、同第5,434,875号に記載されており、これらを本願に参考文献として援用する。上記先行技術の特許では、プラズマを生成するのにNd−YAGレーザーを使用すること、及びターゲット材料にプラズマを発生させる目的で高出力(1×1011“ワットなど)の非常に短いパルスレーザービームを作り出すためにNd−YAGシード付XeClエキシマ事前増幅型及びXeClエキシマ増幅器を使用することを教示している。X線を発生させる場合について、他のレーザーシステム(エキシマレーザーシステムを含む)が提案されている(例えば、M.Chaker他、J.Appl.Phys.63,892,1988; R.Popil他、Phys.Rev.A35,3874(1987); F.O'Neil他,Proc.SPIE831,230(1987)を参照)。出願人らは、自分たちのプラズマ集束装置の開発に関連して出願人らが開発した新規な特性の多くは、レーザー生成型プラズマ並びに図2Aから図2Dに示す各種ピンチ装置により生成されるプラズマに関して適用できると判断した。
レーザープラズマにとって好適なターゲットは、いわゆる質量限定ターゲットである。(不要なデブリの生成を増やさないために、レーザー生成プラズマにとって必要な適正量だけを提供し、それ以上は提供しない。)キセノンの場合には、好適なターゲット技法は低濃度液体ジェットである。耐腐食ノズルを使えば、クラスタービームターゲットとスプレーターゲットを採用することができる。金属(錫及びインジウム)では、液体金属滴をヘリウムビームに突っ込むのが適している。上方に取り付けられたノズルと下方に取り付けられたターゲットビームダンプは、適したシステムを構成する。図4Bを参照されたい。プラズマに面する表面は、イオンスパッタリングが低減されるので、カーボン又はダイヤモンドコーティングのような、伝熱性の薄膜でコーティングされている。
レーザープラズマソースは、高いソース輝度(小ソース量)を有し、腐食性がなく、デブリ生成の少ない点が長所である。これは、所有に費用がかかり、全体的エネルギー変換バランスの効率が悪いことが短所である。放電ソースは、電気エネルギーをピンチプラズマに直接結合し、単純であることが長所である。電極腐食と高いデブリ生成、並びに温度管理問題が短所である。
材料
放射点で生成された放射線は、4πステラジアン全域に均一に発せられる。収集光学器の種類によっては、この放射線を捕らえてそれをリソグラフィツールに向けて方向決めすることが必要とされるものもある。13.5nmのUV光に対し小さい斜入射角度で高い反射率を有する材料が幾つか利用可能である。そのうちの幾つかについてはグラフを図11Aに示している。良い選択肢としては、0度から約20度の範囲ではモリブデンとロジウム、及び斜入射角度が非常に小さい場合にはタングステンが挙げられる。コレクタは上記材料から製作されるが、ニッケルのような基板構造材料にコーティングとして塗布するのが望ましい。この円錐部分は、取り外し可能なマンドレル上にニッケルを電気めっきすることにより整えることができる。
大きな円錐角を受け入れることができるコレクタを製造するには、数個の円錐形部分を互いに入れ子状にすることができる。各円錐部分は、2回以上の放射線の反射を使って、放射円錐のその部分を所望の方向に向け直すようにしてもよい。斜入射の最も近くで作動するように収集を設計すると、コレクタは腐食した電極材料の付着に最も許容性のあるコレクタを製造することになる。このようなミラーの斜入射反射率は、ミラーの表面粗さに大きく左右される。表面粗さへの依存性は、入射角度が斜入射に近づくにつれて小さくなる。出願人らは、自分達の装置では、少なくとも25度の立体角度に亘って発せられる13nmの放射線を集めて方向決めできるものと推測している。
図8Cは、出願人らが設計したコレクタの光学的特性を示している。図8Aに示すコレクタは、5個の入れ子状斜入射放物線反射器で構成されているが、図面には5つの反射器の内3つしか示していない。内側の反射器2つは示していない。この設計では、捕集角度は約0.4ステラジアンである。下で論じるように、コレクタ表面は、リチウムの付着を防ぐため、コーティングされ加熱されている。この設計は平行ビームを生成する。この他の好適な設計では、ビームは集束される。コレクタは、先に言及し図11にグラフで示したような、13.5nm波長範囲で高い斜入射反射率を有する材料でコーティングされているのが望ましい。
ビームを集束するために設計された別のコレクタ・ディレクタを図8Bに示す。このコレクタ・ディレクタではEUVソースを集束するために楕円ミラー30を使用している。この型式のミラーは、チェコ共和国に工場を有するReflex S.V.O.などのサプライヤから市販されており、米国では、英国及びコロラド州のエングルウッドに事務所を有するBede Scientific Instruments社が取り扱っている。読者は、このミラーが図8Bに32で示す角度の光線だけを集めることに留意されたい。しかしながら、ミラー30の内部及び外部に別のミラー要素を設けて別の光線を収集し集束するようにしてもよい。読者は、狭角度の光線を集める場合にはミラー30の下流に、又は広角度の光線を集める場合にはミラー30の上流に、他のミラー要素を局所的に配置できることにも留意されたい。
図19は、EUVビーム輪郭を大幅に改善するための好適なコレクタ・ディレクタ設計を示している。これは、プラズマピンチで生成されたEUV放射線を集めて方向決めするタンデム型楕円ミラーである。
出願人らは、タンデム型楕円ミラーの光学特性を、マサチューセッツ州、リトルトンのLambda Research Corporation の供給する光線追跡コード、TraceProを使って分析した。DPFソースからのEUV放射線は可干渉性ではない。従って、光線追跡コードを使って、タンデム型ミラーに集められて出て行く放射線の特性を求めることができる。EUV放射線は、モリブデン又はルテニウムなどの特別な反射面を必要とする。この分析は、ミラー表面が完全楕円形状の反射部を有し、且つ放射線が反射時に偏光しないものと仮定して行った。ミラー表面は、13.5nmで反射する純ルテニウムであると仮定した。更に、ソースは直径50ミクロンのディスクであり、放射線は表面の各点から等方性を持って発するものと仮定している。上記仮定は、タンデム型ミラーの均一な環状露光領域を作り出すための基本的能力を損なうものではない。
楕円ミラーの製作技術は、過去数十年に亘って改良されてきた。これらミラーの表面品質は、今や、EUV領域で使用するための反射面の表面形状、表面粗さ、及び材料の要件を満足することができる。EUV楕円ミラー表面の考えられる候補として、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、及びパラジウムの4つの材料が指定されている。上記材料は、13.5nmで比較的高い斜入射反射率を有する。ミラーがソースにより範囲を定められる適正な立体角を捕集できるようにするには、斜入射反射率が比較的大きい角度でも高いままでなくてはならない。理論上は、ルテニウムは上に掲げた4つの材料の中では捕集効率が最も高い。
ソース並びに互いに対するミラーの位置決めは、タンデム型楕円ミラーの正しい機能にとって重要である。整列は、光学ベンチ上で、ソースをDPF EUVソースと同じ位置に置いた状態で実現することができる。これら楕円ミラーの光学的特性を利用すべきである。検出器面が第2焦点近くで光軸に直角に配置されている場合は、例えば直径50ミクロンの小型ソースを、楕円の第1焦点近くに配置することができる。検出器が第2焦点にあれば、像は必ず中心に来て対称となる。第2焦点の軸方向位置を求めた後、検出器アレイを焦点から遠ざけることができる。ここで、ソースがミラー軸上にあれば、像は必ず対称となる。これには二次元空間内でのソースの位置決めが必要になる。第1焦点の軸方向位置は、検出器を第2焦点に移動させ、次いでソースをミラー軸に沿って検出器が像中心に最大信号を与えるまで移動させることにより求めることができる。
好適な実施形態のEUV投影は、ソーススポットを投影光学器の入射瞳にマップし、ソースの遠場強度(即ちエネルギー対角度)をレチクル上にマップするように設計されている。入射瞳の均一性は重要ではあっても決定的ではないが、レチクル面の均一性は決定的に重要であることから、このような設計が望ましい。この設計コンセプトは、放射が等方性で、従って均一な強度対角度を有しているという事実を活用している。二重ミラーコンセプトは、この均一な強度対角度特性を復活させている(少なくともミラーの補足角の円錐内では)。EUV照明器は、強度対角度の「リング」を取り、それを部片即ち弧に分解して、それら弧をレチクル上に重ねる。これにより、均一性が更に改善され、EUVシステムはスキャナで、従って照明はスリット領域上にしか必要ないので、EUVシステム内で実施することができる。
2つのミラーの間の中間焦点11と最終焦点48の両方は、DPFソース領域がリソグラフィ露光領域から分離されるようにする。これらの点で、EUV放射線は、ソースデブリ又は(第1楕円ミラー装置の領域に侵入した)活性ガスは露光チャンバに到達しないように遮断するがEUV放射線は遮断しないピンホールを通過する。更に、これら小さなピンホールは、露光チャンバが、DPF動作に求められるよりもずっと低い圧力を有することができるようにする。
現在利用可能な反射器技術に基づけば、この12−14nmEUV光に対して0.7以上の範囲の反射値を提供する反射器は2種類しか存在しない。図11Aに示すように、数種類の材料が良好な斜入射角度反射器を提供する。例えば、滑らかなモリブデン表面からの反射は、10度より小さい斜入射角度で90%であるが、モリブデンからの反射は斜入射角度が15度より大きくなると急激に下がり25度では10%未満に落ち込む。一方、通常の入射角度で60%から70%の反射率値を提供するように特別な多層反射器が設計されているが、これら多層反射器の反射率は法線から約5−8度の範囲についてしか高い反射率を維持できず、入射角度が約10度から15度より大きい場合には約10%未満に落ち込む。法線回りに約20度までの広い範囲に亘って約30%の反射率を目指して、他の多層ミラーを設計することもできる。これら入手可能なミラー技術を使って、出願人らは集めた光を最大にする各種コレクタ設計を開発した。それら設計のうち3つについて図11B、11D、11Eに示している。出願人らは、これらコレクタを、多重収集設計を使っていることからハイブリッドコレクタと呼んでいる。例えば、先行技術としては、入れ子型楕円ミラー、並びにダブルバウンス双曲線ミラーを含む双曲線ミラーによる入れ子型斜入射角が挙げられるが、殆どの多層反射器設計は標準双曲線設計に近いシングルバウンスである。図11Bは、ルテニウムコーティングされた2つの楕円ミラー80、81と、ルテニウムコーティングされた2つのダブルバウンス双曲線ミラー82、83を使用して、1500nmの焦点距離を提供するハイブリッドコレクタの部分断面図である。図11Cは、約10度から55度の間の光の入射角度におけるミラーの反射効率を示している。この設計では、先行技術による楕円形設計又は先行技術による双曲線設計よりもはるかに多くの光を集めている。出願人らは、発射された光の約25%が集められ、集められた光の79%が1500nmの中間焦点に届けられると推定している。これは、捕集効率を20%と推定することに等しい。
デブリシールド製作技法
先に述べたように、考案中の実質的に全てのEUV光源において、デブリシールドは重要な要素である。完全なデブリシールドは、デブリ全部を捕捉し、全部を帯域内放射で移送するのではない。デブリシールドは寿命に限りがあるので、製作の難しくないのが望ましい。デブリシールド製作に好適な3つの技法を図28A−B、29A−C、30A−Cに示している。
EUV光源のデブリシールドの効果を高める別の技法は、デブリシールドの領域及びピンチとシールドの間の領域に磁界を印加することである。磁界は、EUVビームの軸に直角な方向に向き、デブリシールドに接近して中に入る際に、荷電粒子を曲がった軌道に付勢するのが望ましい。デブリシールドの効果を高めるには、デブリは、更にイオン化されたポストパルスでもよい。これは、プレイオン化に使用するのと同じ構成要素で行ってもよいし、又は同様のイオン化構成要素をピンチ後・イオン化に使用してもよい。
F=q(vxB)
で規定される。この式から、電圧Vまで加速された質量Mのイオンに対する磁気剛性(B*R)が導き出され、次の式
B*R=144(M*V)0.5
で与えられる。これを、1000ボルトまで加速された1価Xeイオン(質量132)を偏向する場合に当てはめると、剛性は
B*R=144(132*1000)0.5(G−cm)=52,318G−cm
となる。従って、半径10cmの円形軌道でイオンを運動させたい場合は、52,318G−cm/10cmの磁界が必要となり、これは〜5232ガウスに匹敵する。
図9A、9B、9Cは、楕円型放射線コレクタ付デブリコレクタとして、テーパ付粉末成形セルラーハニカム体を使用している特別に好適な実施形態を例示している。デブリコレクタは、米国特許第6,299,958号に記載の技法の1つを使用して製造するのが望ましく、同特許を本願に参考文献として援用する。デブリシールドは、可塑化した粉末バッチ材料で成形した先駆ハニカムに、適性のあるプラスチック充填材を充填し、次に充填済みのハニカムを円錐形の型枠に通すことにより成形する改変処理を通して製造される。この処理により、充填材とハニカム構造体は共に収縮する。こうして円錐形に成形された構造体を、次に型枠から外して、溶融などの処理により充填材を除去する。その後、円錐形になったハニカムを、焼結などで硬化させる。図9Aは、ピンチ領域100、ハニカムデブリシールド102、及び楕円形放射線コレクタ・ディレクタ104の一部を示す三次元破断図である。図9Bは、図9Aの構成要素を、ピンチ領域100から出る4本の光線の内の線軌跡106A、B、C及びDと共に示す断面図である。図9Cは、追加的楕円要素がどのように入れ子状にされ、より多くの光を集束するかを示している。外側の楕円要素内に9又は10個の要素を入れ子状にするのが望ましい。粉末、結合材、及び充填材は、特許第6,299,958号に掲げられているものから選択することができる。材料の選択は、強力な極紫外線に耐えるためのデブリシールドの要件を認識して行う必要がある。好適な選択は、シリコン、マンガン及びアルミニウムから構成されるコージェライトを生成するように選択された粉末及びその他の材料である。
活性材料とバッファガスの選択
波長範囲約13.2nmから13.8nmのEUV光を生成するには幾つかの活性材料とバッファガスが利用可能である。好適な活性材料は、キセノン、錫、又はリチウムである。これら3つの活性材料については「12−14nmEUV用のソース」の項で論じている。インジウム、カドミウム、及び銀も候補となり得る。上記材料の1つを活性材料として使用する場合は、ヘリウム、ネオン又はアルゴンなどの希ガスをバッファガスとして使用するのがよい。特にキセノンが活性材料である場合は、バッファガスの候補リストに窒素と水素を加えることができる。活性材料が金属の場合は、殆どの実施形態において放電チャンバに蒸気として添加されるが、液体又は固体として添加しても、或いは溶液又は粉末の形態で添加してもよい。
本発明の好適な実施形態の特徴を図18Aに示すが、本図では、活性ガス、この場合はキセノン(混合率1対14でヘリウムと混合)がアノード経由で注入される。コレクタ・ディレクタ8の下流領域の12でバッファガス(この場合100%He)が注入される。デブリコレクタ6は、ピンチ領域の中心からコレクタ・ディレクタ8まで伸びる光線と整列した狭い通路を提供する入れ子状の円錐形部分を備えている。これら通路は、コレクタ・ディレクタ8に向かう光子の約85%を通過させるが、EUV光よりもランダムな経路を経るピンチ領域で生成されたデブリが通過するのを実質的に阻止する。ガスは、真空チャンバ10から出口14を通して毎秒40リットルの真空ポンプで排出される。従って、ガス供給孔12からデブリコレクタ6内の狭い通路を通るバッファガスの流れは、ピンチからのデブリの通過を更に阻止し、ピンチ領域からチャンバ10の領域へのXe活性ガスの流れを阻止する。従って、ピンチ領域からのデブリと入口24を通して注入された活性ガスの実質的に全てが、出口14を通って排気されるか、デブリコレクタ表面又はデブリコレクタ上流の容器の内壁を覆うかの何れかとなる。これにより、ピンチからのデブリによるコレクタ・ディレクタ8の汚染が回避され、デブリコレクタ6の狭い通路をバッファガスが流れることにより大量のキセノンがデブリコレクタ6の下流領域に流入するのが防止されることから、キセノンガスによるビームの減衰を最小化することができる。
図18Bは、本発明の実施形態の特徴を示しており、本図では、二方向のガス流れを使って、ピンチ領域近くの活性ガスの濃度を、EUVビーム経路の下流部における活性ガスの濃度が最小となるよう制御できるようにしている。本事例では、活性ガスは、図18Bの24で示すように、アノード18Aの中心を通して導入される。この好適な実施形態では、導入されたガスは、キセノンとヘリウムの混合比1/15対14/15の混合気体である。上記実施形態では、ヘイルムは12からも導入される。両ソースから導入されたガスは、上記型式の真空ポンプで14から排気される。ガスの流れは、ピンチ領域では約0.75トルの圧力に、及びコレクタ・ディレクタ領域では1トルの圧力になるように制御されるので、コレクタ・ディレクタ領域からのガスの流れはピンチ領域からの流れよりもずっと大きくなる。
図18Cは、デブリと活性ガスを制御して、活性ガスによるEUV吸収を最小限にするための別の好適な技法を示している。ピンチ領域のガス圧は約0.5トルである。この実施形態では、真空チャンバ10内のガスの流れは、ピンチ領域からのデブリがコレクタ・ディレクタ装置8の領域に達するのを防ぎ、ピンチ領域を取り囲む中間区域を越えた領域の活性ガスの量を最小化するのを支援するように配置されている。例えばキセノンでもよいが、活性ガスは、ノズル2から約5SCCMの速度でピンチ領域の約3cm上流に注入され、そのほぼ全量が、電極18A内をその軸に沿って走る排気口3を通して50リットル/秒のポンプ速度で排気される。排気流は、カナダの会社であるSynergy Vacuumから入手可能なAnect Iwata ISP−500スクロールポンプで裏打ちされたデザインブロワーのような真空ポンプで作り出される。これは毎秒40リットルのポンプ速度を提供する。キセノンは、デブリキャッチャ6の中央領域を通るガス管4を通してノズル2に供給される。デブリキャッチャ6は、ピンチ位置の中心からコレクタ・ディレクタ8に向かって伸びる光線と整列した表面を有する、6Aの入れ子型円錐部分で構成されている。これら入れ子型円錐部分は、ピンチで作り出されコレクタ・ディレクタ8に向かうEUV光子用に比較的障害の少ない通路を提供している。この通路は狭くて長さは約10cmである。
リチウム蒸気は、ピンチエネルギーを、所望波長範囲の有効な光に効率的に変換する。リチウムは、室温では固体であるが、180℃から1342℃では液体である。リチウム蒸気を放電及びピンチ領域に導入するのには多くの方法を利用することができる。リチウムは、気化温度まで加熱して蒸気として導入することができる。リチウムは、固体又は液体として導入し、放電又はピンチで気化してもよいし、高出力レーザーパルスのような他のエネルギー形態によって、又は抵抗加熱要素、電気放電、又はRF加熱など他の加熱形態によって気化してもよい。リチウムは、Li2O、LiH、LiOH、LiCl、Li2CO3、LiF、CH3のような化合物として、又はその水溶液又は他の液体の溶液として導入することもできる。
DPFは、EUV出力に対してそれぞれに有益な効果を有する多種多様な技法によってプレイオン化することができる。元々CymerDPFで使用されている技法は、図2A(2)に示す装置の外側電極に搭載された一組のスパークプラグ型ピン138を駆動することに基づいている。これらのピンは、RFシミュレータなどの高電圧パルスにより、又は6000シリーズ・コミュテータの単極出力により駆動される。RFシミュレータ又はコミュテータを使った場合、ブレークダウンを起動するのに必要な電圧は+/−20kVである。出願人らは、プレイオン化ソースは、カソードから離して且つ主真空容器の内部に配置できることも実証している。これはコイル状アンテナである。出願人らは、またプレイオン化に直線アンテナを使用して、これも成功させている。
出願人らは、準安定状態のガスは安定状態のガスよりもプレイオン化が簡単であることを発見した。ガスは、放電チャンバへの注入に先立ちイオン化によって準安定状態にすることができる。例えば、図2A(4)及び図18A−Eは、ガス注入技法を示している。何れの場合も、注入ガスは(数nsの持続時間で15kVパルスの電圧の様な)高電圧放電により、又はRFプレイオン化により準安定状態にすることができる。これら準安定状態は約50ミリ秒続くので、約1m/秒のガスの流れでは、イオン化放電がピンチ放電の源の約5cm上流にあれば、多くの準安定原子が存在することになる。
出願人らの第4世代装置でEUV光を最適に生成できる圧力は、約100mトル以下の範囲にある。この圧力では、放電はパッシェン破壊曲線の左側となるので、イオン化を起こすにはブレークダウン用に非常高い電圧が必要になる。イオン化は、圧力が高いほど容易に起こる。先の項で説明した技法に矛盾しない解は、バッファガス又は活性ガスの何れかを放電チャンバに注入するのに使用されるノズル内でプレイオン化を起こさせることである。注入管内にイオンを発生させる技法については上で論じている。別の技法は、イオン化放射線を、図31に示すようにチャンバの内側から注入ノズルに向かわせることである。この放射線は、生成されたUV光又はX線を放射することが望ましい。
出願人らは、この試作装置のEUV光学器が炭素の堆積によって汚染されることを発見した。1nmの炭素層は、多層光学器で1%以上(斜入射光学器では約10%まで)の相対反射損失を発生させる。1つの方法として、酸素をバッファガスに添加して炭素と反応させCOとCO2を生成するという方法が知られている。しかしながら、酸素は、光学器とも反応して酸化物を生成し光学器の劣化を招いてしまうことにもなる。
キャパシタンスの最適化
出願人らは、プラズマピンチ事象が駆動コンデンサバンクからの電流のピークと同時に発現する際に、最高のプラズマ温度が存在することを発見した。所与のアノード構成とバッファガス密度では、プラズマ前線は、所与の時間、所与の充電電圧で、アノード長を下る。最大放射効率は、ピークコンデンサ電流がプラズマピンチ事象の間に存在するように、キャパシタンス値と充電電圧を調整することにより得られる。
出願人らは、中空アノード構成を使えば、プラズマピンチは一旦形成されると軸に沿って急速に成長し、中空アノードの開口部を伸び下ることを発見した。このピンチの長さが成長するにつれ、その長さに沿って電圧も大きく低下し、アノードの表面に亘って弧絡が発生する。この弧絡を防止する1つの解法では、ピンチ長が上記のようにアノードから離れて伸びる成長に対する物理的障壁を形成するためにブラストシールドを利用する。ピンチ長が成長して中空アノード内に下っていく速度を下げる別の解法は、図14C及び図14D(1)に示すアノードの狭い領域内部の開口直径を大きくすることである。これは、ピンチ長の成長を遅らせ、弧絡を防止する。前出の参考文献は全て、中空部の寸法が一定の中空アノードを示している。図14A、14B、14C、14Dは、各種中空アノード形状についてピンチ形状の例を示している。図14Dに示す構成は最短ピンチ形状を示している。
プラズマのランダウン時間によって、駆動電圧波形のどこでピンチが生じるかが決まるので、出願人らは、アノードの露出量、従ってランダウンの持続時間を変えることによりプラズマ集束装置のピンチ部分の持続時間を調整することができた。バッファガス密度は所望のプラズマピンチ直径で規制され、駆動キャパシタンスは実際には或る範囲内に制限される。これら2つのパラメータを、駆動電圧と組み合わせると所望のランダウン時間が決まる。ランダウン時間は、露出アノードの長さを増減させることにより調整することができる。ランダウン時間は、駆動電流波形のピークの間にプラズマピンチ事象が起こるように選択するのが望ましい。長いプラズマピンチ持続時間が望ましい場合には、アノードの露出長を短くし、それによってランダウン時間を短縮してプラズマピンチを駆動波形の早い時期に起こさせることができる。
上記金属蒸気送出のスキームは、金属の蒸気圧が所望のレベルに達するのに十分な温度にまでアノード温度を上昇させることにかかっている。このような温度は、リチウムについては1000℃から1300℃の範囲、錫については2260℃である。
中央電極の冷却
本発明の好適な実施形態では、中央アノードは、外径が約0.5cmから1.25cmの範囲にある。中央電極は、放電時のプラズマ降下により、並びにプラズマピンチからの放射線の吸収により、相当なエネルギーを吸収する。約15kW以上の範囲の冷却が必要である。ガス圧が非常に低いので、バッファガスを介する対流で大幅な冷却を行うことはできない。放射冷却は、非常に高いアノード温度でしか有効ではない。アノード長を下る伝導には非常に大きな温度降下が必要となる。
リチウム蒸気を活性ガスとして使用し、アノードの中心を通して注入する場合、アノード温度は、1000℃から1300℃又はそれ以上の範囲に維持する必要がある。この高い作動温度、相当な熱除去要件、包被問題、及び高い電圧によって、冷却技法の選択肢が制限される。しかしながら、1つの技術として、リチウム(又は他のアルカリ金属)ヒートパイプは、比較的単純で頑丈な解としての可能性を提供する。リチウム・ヒートパイプは、約1000℃の温度で効率良く作動する。このような装置の特定の設計では、ケーシング及び内部灯心として、耐火性金属、モリブデン、及びタングステンを使用するのが普通であり、従って非常に高い温度で作動可能である。
中央電極を冷却する別の好適な方法を、図20、20A、21、22に示す。この事例では、中央電極を通して加圧された水を循環させる。中央電極8Aは、図20Cに示すように2つの部分、即ち単結晶タングステンから成る放電部8A1(ドイツのFuelichのMateck GMBHから入手可能)と、焼結タングステンから成る低部8Aとで構成されている。外側電極8Bは、2つの部分、即ち蓋部8B1と基部8B2から成り、両方共Glidcop商標の酸化物硬化銅で構成されている。酸化物材料はアルミナである。外側電極は2つの部分から形成され、外側電極冷却用の水の通路460を形成している。両電極は、窒化硼素又は炭化珪素、ステンレス鋼基部8A3上にアルミナを蒸着した層464、及びポリイミド466(望ましくはDupontから入手可能なKapton)から成る主絶縁体462で互いに絶縁されている。中央電極を通る水経路は、図20Cに矢印468で示している。円筒形のステンレス鋼隔壁470は、電極内の供給流と戻り流を分離している。部分8A1、8A2及び8A3は、Niord又は50An−50cの様な金/ニッケル又は金/銅ろう付け材料を使って一体にろう付けされている。
本発明の好適な実施形態は、図2A、2B、2C、2Dで説明した何れかの電極配置に付いて述べたパルスパワー特性、放射線収集特性、及びデブリ制御特性を利用している。この電極配置は、図21に示す電極構成に比べて利点も欠点もある。電極は、熱問題が最小化できるように表面積が広くなっている。放電のフィラメンテーションは小さく、プラズマ閉じ込めは良好であり、放射安定性も良好であると期待される。出願人らは、図21に示す電極の軸に沿ってピンチを生成するように電極を設計できると確信している。
先に示したように、将来の機械のためのリソグラフィ光源用としての本発明の好適な応用例は、少なくともその製造バージョンは、まだ設計も製作もされていない。照明出力は、ここで説明した技術を用いれば、単体のEUVソースにより従来から生成することのできる照明出力を超えることが可能である。この場合、2つ又はそれ以上のEUVソースを組み合わせて、必要な照明を提供する。ここに説明する技法と同様の技法を用いて各ソースからの光を集めて、リソグラフィ装置のソースとなる単一スリット上に投影するのが望ましい。
好適な実施形態では、EUV光源装置の部分は、図2A(21)に示すように、ステッパ機の様なリソグラフィ装置に直接一体化されている。一体化部分は、図2A(21)に120で示すように、半導体パルスパワー装置のコメンテータ及び圧縮ヘッドと、電極セット、デブリシールド及び放射線コレクタを含む真空容器と、ターボ分子真空ポンプとを含んでいる。支援装置(電子制御部、高電圧電源装置、共振充電器、パワー分散システム、並びに冷却水及びガス制御用の流体管理部を含む)は、リソグラフィ装置とは別の支援機器キャビネット内に配置されており、(これは必要に応じて別の部屋にあってもよい)これら全てを122で示している。粗真空ポンプ及び高圧水ポンプは、第3のキャビネット124内にあるが、これらも別の部屋に配置してもよく、リソグラフィ装置126内には、照明用光学器、レチクル、減速光学器、及びウェーハ取り扱い機器がある。
腐食の最小化
出願人の初期の試作EUV装置を使った実験は、電極腐食が重大な問題であることを示しており、出願人らはこの問題に対処するため幾つかの技法を開発した。出願人らは、第4世代プラズマピンチ装置での実験を通して、放電回路のインダクタンスが、ピンチが生じる時に劇的に大きくなり、電流が大幅に下がり、電極間の電界が大きくなることを発見した。その結果、アノードとカソードの間の、図2A(2)に示すアノードの概ね先端付近で第2のブレークダウンが生じる。これによって、ブレークダウンの箇所に腐食が発生する。出願人らは、腐食が問題とならない箇所でピンチ後放電を促す手段を提供することによりこの問題を最小化することを提案する。プラズマを含むガスを電極間の下方領域に注入するのも、アノード先端から離れた低い位置にピンチ後放電を生成するための1つの技法である。
出願人らの第4世代装置を使った実験は、長期運転で相当のアノード腐食を示した。上に示したように、これらプラズマピンチ装置の使用を想定した原理は一体化回路生産用のものである。これは、装置が、保守点検の停止時と停止時の間に何日も又は何週間も実質的に継続して作動せねばならないことを意味する。従って、電極寿命を延ばす技法を見つけ出さねばならない。可能性のある技法は、電極の一つ又は両方に電極材料をスパッタリングで付着させるためのスパッタソースを提供することである。図25は、電極腐食に置き換えるためにスパッタされたタングステンを提供する2つのタングステンスパッタソースを示す図である。出願人らは、プレイオン化のために使用される短パルス高電圧駆動電極は、アノードの側面とカソードに集まるスパッタイオンを生成していることを発見した。アノードの側面は電極腐食が最も発生し易い場所でもある。従って、出願人らは、アノード及びカソードと同一材料の、スパッタリングにより腐食されるように専用設計した犠牲電極を設けることを提案する。これら犠牲電極は、スパッタされた電極材料がひどい腐食を被っているアノード及び/又はカソードの領域に向かうように配置される。犠牲電極は、腐食に伴って、容易に交換できるように又は周期的に放電チャンバ内に伸張させられるように設計されるのが望ましい。スパッタされた材料の一部は、絶縁体面にも集まるが、出願人らには、これら装置の絶縁体表面上に堆積したスパッタされたタングステンは問題ないことが分かった。
出願人らは、実際の実験で、中央電極の腐食は、中央電極の側壁を絶縁体材料で覆うことで大幅に低減できることを発見した。何もしなければ高電流密度に面する電極の部分を絶縁体材料で覆うことにより、ピンチ後放電電流は電極の異なる領域のより広い面積に亘って広がるように仕向けられる。この技法は、電極の当該面積内の電流密度、又はアノード及びカソードそれぞれに対するイオン衝撃を低減するために採用することができる。腐食速度が下がると、デブリ発生が減じ電極の寿命が長くなる。絶縁体を横切る滑り放電による腐食とデブリはなお或る程度は存在するが、電極腐食ほど深刻ではない。高腐食速度に繋がるいわゆる「フラッシュオーバー・アーク放電」は、導電面のみに生じる。従って、電極が絶縁体で覆われている領域では、これはなくなる。
或る好適な実施形態では、図2A(2)に8Aで示すアノードの放電面が熱分解グラファイトで覆われている。アノード本体は銅又はタングステンである。この設計の重要な利点は、タングステン(従来の主なアノード材料)よりも炭素は15倍軽いことである。従って、炭素デブリは、デブリシールド内でずっと簡単に処理できる。更に、グラファイトは溶融せず、蒸発する。グラファイトは、原子グラファイト層が表面に直角に整列し、熱伝導率を改善し腐食を最小限にするように適用されるのが望ましい。熱応力を最小化するために、熱分解グラファイト表面材料と基板電極材料の間に中間層が設けられる。
シール付きシャッタ
プラズマ集束ソース構成要素とコレクタが同一チャンバ内に納められている場合、通気を必要とするソースの保守は、コレクタミラー及びデブリトラップに対しては悪影響を及ぼすことになる。これら構成要素を真空の点で2つのチャンバに分離するのが非常に有益である。しかしながら、デブリトラップ及び収集光学機器の位置に関する先行技術による設計は、2つのチャンバの間にゲート弁を設けるのに必要な空間を提供していない。
電極交換を簡素化するための別の技法は、電極、デブリコレクタ及び第1コレクタを単一モジュールとして交換できるようにEUV装置を設計することである。例えば、図19に示すように、コレクタ42は、アノード、カソード、及びデブリコレクタとコレクタ42から構成されるモジュールの一部である。このシステムでは、保守点検用停止時間を短縮するために、最小の時間でこれら構成要素を一体として取り替えることができる。その結果、腐食により劣化する電極、並びに腐食した材料による汚染のために劣化するデブリコレクタと第1コレクタ光学器を迅速に取替えられるようになる。
最適化努力
出願人らは、EUV放射線を効率的に生成するために、図2A(1)の断面図に示す第4世代高密度プラズマ集束装置の性能を最適化するよう鋭意努力を重ねた。真空チャンバを備えたシステムの側面図を図2A(3)に示す。調査に含まれる性能パラメータは、HeとXeの圧力と流量、電極の形状寸法、プレイオン化特性、及び衝撃係数関連の性能問題である。この調査の中で、出願人らは、He(バッファガス)とXe(作動ガス)の注入口の位置、並びに混合気成分の圧力と流量がEUV放射効率に強く影響することを見出した。EUV放射のガス吸収性、及びデブリ軽減特性を提供するという要求からガスレシピに対する付加的制約も派生する。これまでで最良の結果は、中央電極を通して軸方向にXeを注入することと結び付けた軸対称バッファガス注入スキームで得られた。得られた最大変換効率は、入力エネルギー12.4Jで0.42%であった。エネルギー安定性の測定値は、最適EUV出力近くで10%の標準偏差を示している。電圧オーバーシュート波形の減衰で決まる駆動回路とピンチの整合は、HeとXe圧力に大きく依存していることが分かった。ソースから排出されたデブリのエネルギー分散X線(EDX)分析は、デブリの主な発生源は中央電極と絶縁体であることを示している。カソード材料に関する証拠は見出せなかった。より効率的な運転に向けての努力に加えて、熱光学の第1段階の努力がはらわれ、従来型直接水冷による200ヘルツでの継続運転に至った。システムは、比例的に低いデューティサイクルで高い繰り返し速度で運転することができる。データは、システム全体を通して熱出力が分散されることを示している。この様に熱出力の流れをより詳しく理解することで、出願人らは、このソース技術の最終的な大量生産の可能性をより良好に判定することができる。
出願人らが開発した第4世代高密度プラズマ集束システムは、EUV光生成のためにDPFが必要とする高電圧高ピークパワーパルスを生成するために、Cymerのエキシマレーザーで使用されたものと同様の固体スイッチングと数段階の磁気パルス圧縮(図1に示し、上で説明済み)を備えたパワーシステムを使用している。このシステムは、充電電圧1300Vで始まり、50ns未満の立ち上がり時間で、4kVまでのDPFに印加する出力パルスを生成する。電流測定は直接行わなかったが、通常の実験運転による電圧波形に基づく回路シミュレーションは、出力DPF駆動電流が50kAまでの値でピークになり、dI/dtは675kA/∝sと予測している。この高いピーク電流と高いdI/dtの組合せによって、DPFが効率的に機能できるようになる。
XeでのEUV効率(2%BW、2πsr) >0.45%
パルス当たりのEUVエネルギー(2%BW、2πsr) 〜55mJ
平均ソースサイズ(FWHM) 〜0.4×2.5mm
ソース位置安定性(エントロイド) <0.05mm、rms
継続繰り返し速度 1000Hz
バースト繰り返し速度 4000Hz
エネルギー安定性 〜7%、rms
平均EUV出力(2%BW、2πsr) 50ワット
EUV出力、バースト(2%BW、2πsr) 200ワット
この項では、出願人らは、少なくとも50Hz未満で作動する低衝撃係数ソースのうちの1つについて実行した測定の概略を提示する。出願人らは、EUV出力と変換効率がガスレシピに依存していることを示し、帯域外放射に関するデータを提示し、ソースサイズと位置安定性の測定値を示す。
高い繰り返し速度でソースを安定して作動させることは、高露光線量及び正確な線量制御にとって重要である。この第4世代光源のバーストモード作動は改良された。入力エネルギーを10Jとした(Cymerのエキシマレーザーが採用したものと同様)共振充電スキームを使うと、最大バースト放射期間は繰り返し速度2kHzで300パルスまで増加した。
出願人らは、デブリの主要な源及びコレクタ光学器上のデブリ堆積速度を判定しようとする試みの一環として、MoとPdをコーティングしたウェーハを、DPFで生成されるデブリに曝した。この試験のソースは、タングステンのアノード、アルミナの絶縁体、及び真ちゅうのカソードで構成した。サンプルは、ピンチから5cm(Moサンプル)及び11cm(Pdサンプル)離して30Hzで4.105パルスに曝した。配列配置の寸法を図10に示す。露出後、サンプルをEnergy Dispersive X-Ray (EDX)分析で分析した。その結果を下表1にまとめているが、ここではアノード(W)と絶縁体(O、Al)材料は、5cmと11cm、2つの距離にあることが分かる。
T=e―α*L
で、ここに、Tは透過率、αは吸収係数、Lは膜厚である。従って、Log10(1/T)で定義される吸収率Aは、αがLに依存していない場合は、膜厚に比例する。Lがパルスの数に比例する場合は、DPFにより生成されたデブリによる透明なサンプル上のコーティングの吸収率をパルス数の関数として測定することにより、パルス当たりのデブリ堆積速度が求められる。この比例性の実験的検証を図11にプロットしている。
水冷式電極、即ちDPF放電領域に対する熱管理対策の開発における第1段階を、出願人らの第4世代EUV光源について設計し試験した。これら電極は、以前に実現されたよりも相当に高い定常状態繰り返し速度におけるDPF運転の研究を可能にし、各電極での熱エネルギーの消散を示す熱量測定データを作り出した。
二重目的コレクタ
EUVミラーの反射損失が大きいため、EUVリソグラフィ用の照明システムではミラー個数を最小限にすることが強く望まれる。特別に設計された表面は、ビーム均質化特性の様な付加的特性を有することができる。このような特性の1つは、反射ディフューザを上記型式の斜入射コレクタに加えることである。
出願人らは、ピンチサイズと位置を制御するのに磁界を使用できることを実証した。或る実施形態では、ピンチ領域の上方に配置された永久磁石がピンチ長を短縮する。磁石は、図28Aに示す様に、アノードにも配置することができる。ピンチの閉じ込めを図る場合にも磁界を掛けることができる。出願人らは、更に、図2A(2)に示す様に、プレイオン化装置138からのプレイオン化信号を加減することによってピンチの形状と位置を制御できることを実証した。
リチウム及び錫のような金属は、13.5nm範囲の放射線を生成するのに良好な活性ガスを作る蒸気を提供する。しかしながら、金属蒸気の取り扱いは難しい。ピンチ部位でターゲット材料を提供する技法は、金属含む溶液を作り、ターゲットを液相で注入することである。
出願人らは、そのプラズマピンチにより生成された帯域内光を、強力な電子衝突により生じた光で補うことを提案する。
好適な実施形態では、活性ガス(リチウム又は錫の蒸気)とプレイオン化が、単一システム内で提供される。この事例では、金属ターゲットは放電でスパッタされ、金属蒸気を生成し、更に主放電を促進するのに必要なイオン化も作り出す。スパッタ電力供給源は、信号発生器、100ワット線形RF増幅器、及び2000ワットコマンド増幅器であるのが望ましい。固体リチウム又は錫のターゲットは、中央電極の中空部に配置され、スパッタ放電はこのターゲットに向けられるのが望ましい。
本願に論じる各種実施形態は、とりわけ、12から14nmの間のスペクトル範囲の紫外線を生成するための光源という点で説明してきた。これは、ミラーサプライヤが、この波長範囲内のUV光用として多層の近標準ミラーの開発に実質的に成功したことを報告しているためである。代表的には、これらのミラーは、12から14nm範囲での最大反射率が約0.6から0.7であり、ミラーは、具体的ミラー設計にもよるが、約0.6nmのFWHM帯域幅を有するのが一般的である。従って、通常のミラーは、12nmから14nmの間のスペクトル範囲の一部しかカバーできない。
Claims (78)
- 生産ラインと相性の良い、高い繰り返し速度と高い平均出力を有するパルス駆動高エネルギー光子ソースにおいて、
A.10nsから200nsの範囲の持続時間で電気的パルスを生成するためのパルス変成器を備えたパルスパワーシステムと、
B.真空チャンバと、
C.前記真空室内に入れられた、所望の極紫外線波長範囲内の輝線で特徴付けられる原子種を含んでいる活性材料と、
D.前記所望の極紫外線波長範囲内の波長における少なくとも極紫外線放射線に亘る平均が少なくとも5ワットになるように、前期真空チャンバ内の高温プラズマスポットに高温プラズマを生成するための高温プラズマ生成手段と、
E.前記紫外線放射線の一部を集め、前記高温プラズマスポットから離れた場所に前記放射線を集束するための放射線収集及び集束手段と、を備えていることを特徴とするソース。 - 前記高温プラズマ生成手段は、高密度プラズマ集束装置であることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記高温プラズマ生成手段は、従来型のZピンチ装置であることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記高温プラズマ生成手段は、中空カソードZピンチであることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記高温プラズマ生成手段は、毛管放電装置であることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記高温プラズマ生成手段は、前記真空容器内で前記プラズマを生成するための、高繰り返し速度のショートパルスレーザービームを提供するエキシマレーザーを備えていることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記高温プラズマ生成手段は、プラズマピンチ装置と、部分的には前記プラズマピンチ装置により生成されるプラズマに向けられるパルス状極紫外線レーザービームを生成するエキシマレーザーと、を備えていることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記放射線コレクタは、放物線コレクタを備えていることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記放射線コレクタは、楕円形コレクタを備えていることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記放射線コレクタは、タンデム型楕円ミラーシステムを備えていることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記放射線コレクタは、少なくとも1つの楕円形反射器ユニットと、少なくとも1つの双曲線反射器ユニットを含むハイブリッドコレクタを備えていることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記ハイブリッドコレクタは、少なくとも2つの楕円形反射器ユニットと、少なくとも2つの双曲線コレクタユニットを備えていることを特徴とする請求項11に記載のソース。
- 前記ハイブリッドコレクタは、多層ミラーユニットも備えていることを特徴とする請求項12に記載のソース。
- 前記多層ミラーユニットは、少なくとも部分的には放物線であることを特徴とする請求項13に記載のソース。
- EUV光を通過させるために前記高温プラズマスポットと整列し、且つデブリの通過を制限する、狭い通路を有するデブリシールドを更に備えていることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記デブリシールドは、やせたピラミッド状型枠を取り除いた後に残る通路を取り巻く硬化材料で構成されていることを特徴とする請求項15に記載のソース。
- 前記デブリシールドは、金属箔から成る溶接中空円錐で構成されていることを特徴とする請求項15に記載のソース。
- 前記デブリシールドは、前記通路を形成するために、切り込みの入った複数の薄い積層スリークで構成されていることを特徴とする請求項15に記載のソース。
- 荷電粒子を湾曲した軌道に沿わせるため、EUVビームの軸に直角な方向に向いた磁界を生成するための磁石を更に備えていることを特徴とする請求項15に記載のソース。
- 前記磁石は、永久磁石であることを特徴とする請求項19に記載のソース。
- 前記磁石は、電磁石であることを特徴とする請求項19に記載のソース。
- 前記デブリシールドは、ハニカムデブリシールドであることを特徴とする請求項15に記載のソース。
- 前記ハニカムデブリシールドは、硬化可塑性粉末バッチ材料を含んでいることを特徴とする請求項22に記載のソース。
- 前記粉末バッチ材料は、焼結で硬化させることを特徴とする請求項23に記載のソース。
- 前記活性材料は、キセノン、錫、リチウム、インジウム、カドミウム、及び銀から成る群から選択されることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記真空チャンバには、前記活性ガスの他にバッファガスが入っていることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記活性材料は、電極を通して前記真空チャンバに注入されることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- EUV光が前記デブリシールドを通る方向とは反対の方向に、前記デブリシールドの少なくとも一部を通るガスの流れを前記真空容器内に作り出すためのガス制御システムを更に備えていることを特徴とする請求項15に記載のソース。
- ガスは、前記デブリシールドを通って二方向に流れることを特徴とする請求項28に記載のソース。
- 前記高密度プラズマ集束装置は同軸電極を備えていることを特徴とする請求項2に記載のソース。
- 前記高温プラズマスポットの前記電極とは反対側に配置されたノズルから活性ガスを注入するためのガス注入手段を更に備えていることを特徴とする請求項30に記載のソース。
- 前記活性材料は、前記真空チャンバ内に化合物として導入されることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前期化合物は、LiO2、LiH、LiOH、LiCl、Li2CO3、LiF、CH3、及びこの中の何れかの物質の溶液から成る群から選択されることを特徴とする請求項32に記載のソース。
- 前記活性材料を蒸発させるためのレーザーを更に備えていることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 活性材料を前記高温プラズマスポット内の又はその近くの場所にスパッタするためのRFソースを更に備えていることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- プレイオン化手段を更に備えていることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記プレイオン化手段は、スパークプラグ型ピンを備えていることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記プレイオン化手段はRFソースを備えていることを特徴とする請求項36に記載のソース。
- 前記活性材料は、前記真空容器内への注入に先立ちプレイオン化されることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記プレイオン化手段は、活性材料がノズルを出て前記真空容器に入る前に活性材料をプレイオン化するために、放射線をノズルに向けるための放射手段を備えていることを特徴とする請求項39に記載のソース。
- 前記バッファガスは、ヘリウムとネオンから成る群から選択されることを特徴とする請求項26に記載のソース。
- 前記バッファガスは、水素から成ることを特徴とする請求項26に記載のソース。
- プラズマピンチ事象時にピークコンデンサ電流を生成するために選択されたコンデンサ手段を更に備えていることを特徴とする請求項2に記載のソース。
- 前記高密度プラズマ集束装置は、中央電極を形成する同軸電極を備えていることを特徴とする請求項2に記載のソース。
- 前記中央電極はアノードであることを特徴とする請求項44に記載のソース。
- 前記アノードの一部は中空であり、前記アノードはその先端部分に中空先端寸法を画定し、前記先端部下方の前記中空部分は前記中空先端寸法よりも大きいことを特徴とする請求項45に記載のソース。
- 前記活性材料は、多孔質タングステンに含まれたリチウムであることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- リチウム原子を前記多孔質タングステンから追い出すRF手段を更に備えていることを特徴とする請求項47に記載のソース。
- 前記中央電極は水冷式であることを特徴とする請求項44に記載のソース。
- 前記中央電極を冷却するためのヒートパイプを更に備えていることを特徴とする請求項44に記載のソース。
- 前記電極は放射ランダウンに備えて設計されていることを特徴とする請求項44に記載のソース。
- 前記ソースは、リソグラフィ機に対してEUV光を提供するように配置されていることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記ソースの一部は前記リソグラフィ機と一体化されていることを特徴とする請求項52に記載のソース。
- 前記アノードの先端から離れた領域内でピンチ後放電を促すために、前記電極の間に犠牲領域を更に備えていることを特徴とする請求項44に記載のソース。
- 前記電極の少なくとも1つから腐食された材料に置き換えるために、スパッタ材料を生成するためのスパッタソースを更に備えていることを特徴とする請求項44に記載のソース。
- 前記スパッタソースは、プレイオン化を提供するようにも機能することを特徴とする請求項44に記載のソース。
- 前記中央電極は、外側壁を画定しており、前記カソードに面したアノード壁を完全に覆っている絶縁体材料を更に備えているアノードであることを特徴とする請求項44に記載のソース。
- 前記アノードは、内壁をも画定し、前記内壁の少なくとも一部を覆っている絶縁体材料を備えていることを特徴とする請求項57に記載のソース。
- 前記電極は、少なくとも部分的には熱分解グラファイトから成ることを特徴とする請求項44に記載のソース。
- 前記放射線コレクタ周りの真空の損失無しに電極とデブリシールドの交換ができるようにするために、前記デブリシールドと前記放射コレクタの間に配置されたシール付きシャッタを更に備えていることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 電極セットとシールドとがユニットとして簡単に交換できるように、前記デブリシールド付のモジュールとして設けられた電極セットを更に備えていることを特徴とする請求項44に記載のソース。
- 高温プラズマを生成するための前記手段は、前記中間焦点で少なくとも45.4ワットを生成するのに十分であることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 高温プラズマを生成するための前記手段は、前記中間焦点で少なくとも105.8ワットを生成するのに十分であることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記活性材料は、13.5nmの約2%の波長帯域内でEUV放射線を生成するように選択されることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記パルスパワーシステムは、毎秒少なくとも6,000パルスの繰り返し速度で作動していることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記パルスパワーシステムは、毎秒少なくとも10,000パルスの繰り返し速度で作動していることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記放射線コレクタは、前記EUV放射線の均質化を生成するように設計されていることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 少なくとも1つのピンチパラメータを制御するために磁界を印加するための磁性手段を更に備えていることを特徴とする請求項2に記載のソース。
- 前記パラメータはピンチ長であることを特徴とする請求項68に記載のソース。
- 前記パラメータはピンチ形状であることを特徴とする請求項68に記載のソース。
- 前記パラメータはピンチ位置であることを特徴とする請求項68に記載のソース。
- 前記活性材料は、流体形態の金属として前記高温プラズマスポットの領域に送出されることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記流体形態は、液体であることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記流体形態は、溶液であることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記流体形態は、懸濁液であることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 電子が電子材料に衝突することにより生成されるEUV光は、前記プラズマ高温スポットからのEUV光と共に収集されることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記活性材料は、スパッタリングにより生成された金属蒸気であることを特徴とする請求項1に記載のソース。
- 前記活性材料は、0.5nmから50nmの範囲の高エネルギー放射光を生成するように選択されることを特徴とする請求項1に記載のソース。
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