JP2008503078A - 極端紫外線発生装置および該装置の極端紫外線を用いたリソグラフィー用光源への応用 - Google Patents

Abstract

【課題】極端紫外線の集光を効果的に行うことができ、製造および運転コストを低減し得る装置を提供する。
【解決手段】本発明の極端紫外線発生装置は、多数のレーザ出力源、集光手段（１１，１１０）、真空空間形成手段、ターゲット（４）生成装置（２）、第１の集光装置（１０，１１０）とを有し、前記集光手段が、前記ターゲットの前記レーザビーム（１）が位置する半分側の空間に位置するとともに、前記集光手段の平均集光軸（６）に対して約６０°から９０°の角度（β）で傾斜して、配置され；前記第１の集光装置が、前記ターゲット（４）のレーザビーム（１）が位置する半分側の空間に前記平均集光軸（６）周りに対称に配置され、前記平均集光軸（６）を中心とするとともに前記ターゲット（４）に位置する頂点を有する円錐状空間内に位置し、前記頂点の半角（α）が前記平均集光軸（６）に対する前記集光レーザビーム（１）の傾斜角（β）より小さい、ことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、極端紫外線を発生する装置、および該装置の極端紫外線を用いたリソグラフィー用光源（特に集積回路の製造用光源）への応用に関するものである。

以下に記載のように、極端紫外域の放射線（典型的には１ナノメータ（ｎｍ）から１５ｎｍまでの波長域が含まれる）はさらに略して“ＥＵＶ”線とも呼称される。

この数十年来、光リソグラフィーは集積回路の製造において優位を占めている。この技術は、より高解像度の集積回路を製造するための市場要求に適合することで、継続的に発展してきている。この解像度の向上は、主にさらに短い波長光を用いることにより達成されている。

すなわち、６０年代、マイクロエレクトロニクス時代の幕開けの時代においては、水銀ランプが使用され、当初は４３６ｎｍの波長光、次に３６５ｎｍの波長光が使用された。１９９０年に入って、これにエキシマレーザが取って代わった。２４９ｎｍのＫｒＦレーザ世代の後、現在は、ＡｒＦエキシマレーザを使用する段階にあり、このＡｒＦエキシマレーザは１９３ｎｍの波長光で照射し、約１３０ｎｍのストローク幅（あるいは“限界”寸法とも称する）を得ることを可能にしている。

過去においては、限界寸法は使用される波長よりも長かったが、１９９０年代の中頃以降、技術的トリックの導入があってからは、光リソグラフィーは、今や、使用する波長寸法よりかなり小さい寸法のエッチングパターンの製造が可能である。これは、特に、干渉技術、より一層精巧になったマスク、およびより精確になった投影光学を用いることよって、可能となっている。現在の標準の限界寸法は１１０ｎｍであり、これに比べて短い限界寸法である５０ｎｍよりも短い限界寸法の集積回路が製造できると、今や、予想されるに到っている。

５０ｎｍより小さい精細なエッチングを実現するために、繰り返し率が少なくとも７キロヘルツ（ｋＨｚ）で１３．５ｎｍの波長の照射光を放射する光源を用いて、ＥＵＶ領域におけるリソグラフィーを導入する提案がなされている。一般的に、ＥＵＶ放射は、２０電子ボルト（ｅＶ）から４０ｅＶのオーダーの好適な電子温度に加熱されるプラズマを発生することによって得られる。かかるレーザ源は“熱的”と呼称される。かかるプラズマを発生するための研究において得られた一つの実現可能な構成は、真空中でターゲットに集光する一つもしくはそれ以上のレーザビームを用いることである。この技術的概念は、“レーザ生成プラズマ源”あるいはＬＬＰ源と呼称される。

しかしながら、産業に有用なＥＵＶ源を得るには、平均ＥＵＶ出力のレベルが実用的であること、すなわち、該出力が、ＥＵＶ線の集中および輸送に必要な損失（この損失は非常に高く、約１００ワットのオーダーである）を要するリソグラフィーに真に有用であることを確実とする必要がある。ＬＰＰ源から次世代の光リソグラフィーリピーター用の有用なＥＵＶ出力を発生するための非常に多くの研究が着手されている。この研究により、特に、レーザとターゲット間の結合における向上、電力消費に対する発生ＥＵＶ出力の比率として定義される線源効率の増加、およびＥＵＶ線を集中させる前記効率の最適化がもたらされた。十分なＥＵＶ出力を得るために、優に１０キロワットを上回る非常に高い平均レーザ出力を注入する必要があることが、既に判明している。このレーザ出力の増大は、レーザのターゲットとの結合効率の維持を伴うもの（すなわち、空間的なレーザ品質がレーザ出力の増大により低下されないこと）でなければならず、一方、同様に、プラズマによって放射されるＥＵＶ光を集光するための最大効率の維持を伴うものでなければならない。

かかるＥＵＶ源の出力の増大は、光リソグラフィーの線源を実現可能とするための重要点である。

特許文献１には、高出力の線源を得るために多数のＥＵＶ源を組み合わせることが提案されているが、この構成による解決はコストを大幅に増大させる。

レーザ励起によってプラズマが発生されるＥＵＶ源（ＬＰＰ源）においては、レーザ出力を（例えば、赤外レーザを用いて）増大させることにより、ＥＵＶ源の出力を増大させることが可能である。一般則として、ターゲットに注入されるレーザ出力は、一つの発振器と一つもしくはそれ以上の増幅器とを併用するによって、増大させることができる。しかし、これにより、レーザの工数増、コスト高がもたらされ、そして一般的に電力を光に変換する効率が貧弱なものとなってしまう。

プラズマにより放射される等方性がより高いあるいはより低いＥＵＶ線を集光するために、特許文献２には、２つのレーザビームを用いる装置が提案されている。前記２つのレーザビームは第１の集光素子の相異なる２つの開口を通過するようになっており、前記第１の集光素子は、多数の開口を有し、放射プラズマに近接配置されるとともに垂直入射位置にある鏡である。しかしながら、かかる構成の装置は、たった７０％の最大反射率しか持ち得ず、放射線の吸収量が大きく、そのため、高いレベルの熱歪みが生じる。加えるに、この装置の寿命は制限されたものとなっている。というのは、この装置の多重薄層の積層体がプラズマから放出される大量の崩壊堆積物に耐え得ないからである。

いわゆる“放出生成プラズマ源”（ＤＰＰ源）における放出によってプラズマが発生されるＥＵＶ源については、特許文献３に、崩壊堆積物防止フィルタを有し、かすり入射で動作するＥＵＶ線集光器の一つの実現可能な実施例が記載されている。この構成の装置は通常ＬＰＰ源には用いられない。

欧州特許出願公開第１ ３１９ ９８８ Ａ２号明細書 欧州特許出願公開第１ ２５５ １６３ Ａ２号明細書 国際公開第 ０１／９９１４３号パンフレット

本発明の目的は、従来技術の欠点を解消し、ＬＰＰ型のＥＵＶ線源の平均出力を向上させることにある。

本発明の目的は、より具体的には、多数のレーザビームを同時に使用して入射レーザ出力を強大化させるとともに、ＥＵＶ線の集光を効果的に行うことができ、製造コストおよび運転コストの両方のコストを低減し得る装置を提供することにある。

上述した目的を達成するために、本発明にかかる極端紫外線発生装置は：
ａ）多数のレーザビームを放射するための多数のレーザ出力源；
ｂ）前記レーザビームを集光して集光レーザビームを発生させる集光手段；
ｃ）少なくとも前記集光レーザビームが集光される領域に１パスカル（Ｐａ）未満の真空排気空間を形成する手段；
ｄ）前記集光レーザビームと相互作用して、少なくとも１本の極端紫外線を放射するプラズマを発生させるに好適な濃密なターゲットを、前記集光レーザビームが集光される空間に生成する装置；
ｅ）前記集光レーザビームと相互作用した後の前記ターゲットを受けるレシーバー装置；および
ｆ）前記ターゲットによって放射されたＥＵＶ線を集光するための少なくとも一つの第１の集光装置；とを有し、
本質的に線形な濃密なターゲットによって定義される軸に垂直なＥＵＶ線平均集光軸を有し；前記ターゲットに前記レーザビームを集光させる前記集光手段が、前記レーザビームが前記ターゲットの側面に集光し、前記ターゲットに対して該ターゲットの前記レーザビームが位置する半分側の空間に位置するとともに、前記平均集光軸に対して約６０°から９０°の範囲内の所定の角度で傾斜するように、配置され；前記第１の集光装置が、前記ターゲットのレーザビームが集光される半分側の空間に前記平均集光軸周りに対称に配置され、前記平均集光軸を中心とするとともに前記ターゲットに位置する頂点を有する円錐状空間内に位置し、前記頂点の半角が前記平均集光軸に対する前記集光レーザビームの傾斜角より小さい、ことを特徴とする。

本質的に線上の濃密なターゲットを生成するための装置は、フィラメント状の噴射、液体噴射、あるいは液滴の霧を真空中に生成するための注出装置を有しても良い。

前記ターゲットは、また、好適には、前記レーザーのパルスに同調する個別液滴の迅速な連続によって形成された噴射により構成されても良い。この構成により、フィラメント状の噴射の利点を得るとともに、前記真空空間内に注出される物質量を節約することができる。

好ましくは、前記平均集光軸に対して傾斜した前記集光レーザビームは、前記平均集光軸周りに環状に配置される。

レーザ源の使用数が大きい場合は、傾斜集光レーザビームもまた、前記平均集光軸周りに多重環状に配置しても良い。

集光レーザビームの数は、２つ以上、好ましくは３から２０の範囲である。

前記集光レーザビームは、前記平均集光軸を含む平面に対して対称に（例えば、５つの集光レーザビームを２つの群に対称に）配置しても良いし、非対称に（例えば、片側に４つの集光レーザビームを、他方側に２つの集光レーザビームを）配置しても良い。

前記集光手段を、約２０ミクロンメータ（μｍ）から３００μｍの範囲の小さな直径に集光するレーザビームを形成するように、設計しても良い。

それにもかかわらず、本発明を、水中伝送窓を用いる、すなわち２．３ｎｍから４．４ｎｍの範囲内に集光するＥＵＶ顕微鏡および／または断層撮影に応用する場合では、最小直径を約１０μｍに低減するように実施しても良い。これにより顕微鏡の空間分解能を増大することができる。

特殊な実施例では、前記集光手段は、ガウス分布レーザビームの場合よりも数倍大きな、発散と直径の積を有する多数の出力レーザビームを集光するための集光手段を有する。

好ましくは、前記集光手段は、好ましくは金属またはシリコンなどの半導体材料からなる少なくとも一つの鏡を有する。

かかる構成において、集光手段を有する鏡の裏面に冷却手段を設けても良い。

好適な特性によれば、前記集光手段を有する前記鏡は、レーザビームを、集光する前に、ターゲット生成装置と第１の集光装置との間を通過させることのできる楕円面状あるいは双曲面状である。

好ましくは、前記集光手段は前記第１の集光装置周りの一つまたはそれ以上の円上に配置される。

第１の実現可能な実施例では、第１の集光装置は、垂直入射面を有するＭｏ／Ｓｉ誘電体の多重積層体を持つ装置を有する。

他の実現可能な実施例では、前記第１の集光装置は、金、ルテニウム、あるいはパラジウムの表面を有するかすり入射面を持つ光学装置を有する。

かかる構成では、前記第１の集光装置は、第１および第２の交互配置された集光素子を有する。

第１の変形では、各第１および第２の交互配置された集光素子は、前記平均集光軸周りに楕円状に回転した形状となっている。

他の変形では、交互配置された第１の集光素子が前記平均集光軸周りに楕円状に回転した形状を有する内側の素子であり、交互配置された第２の集光素子が、前記ターゲットに面する端部から連続して、楕円面状の次に双曲面状が続く形状（ウォルター・レンズ）を有する外側の素子である。

本発明の装置は、さらに、ターゲットに集光する前記レーザビームが配置されていないターゲット側ということによって定義される半分側の空間に位置する前記平均集光軸に対して対称に設けられた第２の集光装置を有しても良い。

かかる構成において、好ましくは、前記第２の集光装置は、球面を持つ多重積層体を有する垂直入射鏡を有する。

本発明にかかる極端紫外線発生装置は、多数のレーザビームを同時に使用して入射レーザ出力を強大化させるとともに、ＥＵＶ線の集光を効果的に行うことができ、製造コストおよび運転コストの両方のコストを低減し得るという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる極端紫外線発生装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、ターゲット４を構成するフィラメント状噴射あるいは液状マイクロ噴射あるいは液滴の噴射（例えば、キセノンなどの液化希ガスの噴射、あるいは例えばリチウムや錫などの金属液滴の噴射）を生成するに適した注出装置２を示す。前記注出装置２によって真空中に生成される噴射はレシーバー装置３によって回収される。

図１には、レンズ、回折光学装置（例えば、格子）、あるいは正に鏡などの集光手段１１により前記ターゲット４に集光された２つの出力レーザビーム１が示されている。

本発明では、２つ以上の多数の集光出力レーザビーム１が使用される。図１に示す２つの集光レーザビーム１のそれぞれは、本装置の平均集光軸６に対して６０°から９０°傾いた角度βだけ傾斜している。一般に、レーザビーム１を横方向からターゲット４に集光することによりＥＵＶ線を発生させるためのより好適な集光が可能となる。

図１には、各レーザビーム１により形成されるＥＵＶ放射領域５が示されている。一般に、このＥＵＶ放射領域５は対応する入射レーザビーム１寄りに位置しているが、このＥＵＶ放射領域はかなり等方的であり、特にターゲット４がフィラメント状噴射あるいは液滴噴射である場合には、そうである。

図１に示されているように、２つのレーザビーム１が、ターゲット４に垂直な平均集光軸６に対して角度βとなるようにターゲット４に横方向から集光されると、各２つの集光ビーム１がＥＵＶ放射領域５を形成し、その結果、符号７にて示される総計ＥＵＶ放射領域が得られる。この総計ＥＵＶ放射領域７は前記平均集光軸６に沿って最も大きく広がっている。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面を示しており、この図２には、（図２の平面に垂直な）前記平均集光軸６周りに対称な円上に沿って配置された１０本一組のレーザビームが示されている。これらレーザビームは多数の同心円上に配置されても良い。また、これらレーザビームは、前記平均集光軸６を含む平面に非対称に配置されても良い。つまり、例えば、２つのレーザビームを一方の側に配置し、他の側に４つのレーザビームを配置しても良い。

ここで理解されることは、各レーザビームがターゲット４を十分なＥＵＶを発生するように発光させた場合であるか、あるいは多数のレーザビームが単に重ねられることによってＥＵＶ放射を得る最適な発光が得られた場合であるかによって、得られる放射領域７が異なることである。どちらの場合でも、最大放射は、軸６方向に沿って出現するが、第２の場合（重ね合わせが要求された場合）では、放射は、さらに平均集光軸６に集中する。

図３には、図１および図２に示された類の放射装置を用いる場合にＥＵＶ線を集光するために正に利用可能な領域である円錐状領域８が示されている。この円錐状領域８は、該領域中に頂点を有しており、この頂点においてレーザビーム１がターゲット４に集光され、この頂点の軸は本装置の平均集光軸６でもあり、レーザビーム１は前記平均集光軸６に対して６０°から９０°傾いた傾斜角βを有するので、この頂点における半角αは自由度の大きな集光角（６０°以上が可能である）を構成している。実例で示せば、傾斜角βは、７５°であっても良い。

前記ターゲット４と相互作用する集光レーザビーム１によって発生されるＥＵＶ線を集光するための本装置は、本装置の前記平均集光軸６に対して０〜α傾いた角度γに向かう放射線９を拾い上げるように設計されても良い。

図４には、前記ターゲット４に集光されたレーザビーム１が位置する（前記ターゲット４に対して）半分側の空間において前記平均集光軸６周りに対称に配置されている第１の実施例のＥＵＶ線集光器１０が示されおり、このＥＵＶ集光器１０は前記円錐状空間８内に位置している。図４の実例では、ＥＵＶ線集光器１０は、ＭｏおよびＳｉからなる多層誘電体積層体からなり、垂直入射位置にある装置を有する。

多層誘電体積層体は、垂直入射角および±１０°の許容角度内で、７０％の最大反射率を提供する。すなわち、１０°以上の入射角の放射線は２０％未満の反射率となる。

図５には、図４に示した集光器１０を超える利点を有する第２の実施例のＥＵＶ線集光器１１０が示されている。

この集光装置１１０は、同様に、前記ターゲット４に集光されたレーザビーム１が位置する前記ターゲット４に対して半分側の空間において前記平均集光軸６の周りに対称に配置されており、前記円錐状空間８内に位置している。

図５において、前記ＥＵＶ線集光器１１０は、かすり入射位置にあり、同じ受光角を有する前記集光器１０の反射率より大きな反射率を得ることを可能としている。

かすり入射位置にある集光器１１０において、有利な点は、前記平均集光軸６周りに対称に交互配置された第１および第２の集光素子１１０ａ、１１０ｂを用いることが可能である点である。

第１の変形例では、前記２つの各集光素子１１０ａ、１１０ｂが、前記平均集光軸６の周りに楕円状に回転した形状となっている。かかる形状では、集光器１１０の前記平均集光軸６に対する角度を約５０°未満とすることができ、プラズマにより放射されたＥＵＶ線を効果的に集光することができる。

開口に依存する集光効率を算出するためには、かすり角の関数として使用されている材質の反射率における偏差を与える曲線と、集光器表面における方程式とを組み合わせれば十分である。図３において、γは平均集光軸６に対するＥＵＶ源からの放射線９のなす角度を示している。

図６中の曲線Ｅは、ルテニウムからなる回転楕円形状の集光器の場合に、反射率が、ＥＵＶ線と集光器の平均集光軸６と間の角度γに関してどれだけ変化するかを示している。この曲線Ｅは、０°から５０°の傾斜角度γをなすＥＵＶ線の集光が可能であることを示している。それにもかかわらず、５０°の角度では、ＥＵＶ放射線のたった２５％が集光されているだけである。

４０°を超える角度γでの放射線の集光を増加させるためには、回転楕円形状の集光器により構成される内側の素子１１０ａとウォルター・レンズにより構成される外側の素子１１０ｂとを組み合わせれば良い。ウォルター・レンズは、回転双曲面（図５の素子１１０ｂの左側の双曲面部分）と回転楕円面（図５の素子１１０ｂの右側）との組み合わせである。線源点から４０°を超える角度γで放射された線は双曲面で反射され、次に楕円面で反射される。すなわち、素子１１０ｂには２つの反射面がある。かかる装置は米国特許第４０６３０８８号明細書から異なった内容において公知である。このウォルター・レンズの利点は、２つの反射面が小さなかすり角で配置されており、その材質の反射率がその最大値（典型的には９０％）となっていることである。

図６の曲線Ｈは、双曲面と楕円面との組み合わせからなる前記集積素子１１０ｂと楕円面集光素子１１０ａとの併用によって得られた反射率を示している。この集光器の併用によって、集光されるＥＵＶ線のパーセンテージを大幅に増大させることが可能となる。これは、６０°を超える角度γの放射線を効率的に集光できることを示している。しかしながら、７０°を超える角度では集光は比較的非効率となる。

集光器１１０のような、かすり入射ＥＵＶ集光器は、ＬＰＰ源の構成にて使用される場合、ターゲット形成噴射４が生成される真空室と、集光器１１０自身によって形成される室との間の差動排気を可能とする利点をもたらす。差動排気は、集光器により形成される室にさらに良質な真空をもたらし、これはＥＵＶ放射の伝送に大変好適であり、特にリソグラフィーへの応用に真に使用し得るものである。

図２と図５を参照して示された特性を組み合わせた本発明の実施例では、多数の開口を有する、レーザビームを集光するための光学装置１１を使用することができる。

これは、第１に、ガウス分布レーザビームの場合よりも数倍大きな、発散（Ｍ²）に直径を乗じた積を一般的に有する出力レーザを使用するために必要であり、第２に、レーザビームを小さな直径（典型的に１０μｍから３００μｍの範囲）に集光させるために必要であり、そして平方センチメータ当たり１０¹¹ワット（Ｗ／ｃｍ²）から１０¹⁵Ｗ／ｃｍ²（これは本質的に必要なプラズマ温度を得るために必要である）のオーダーの発光レベルを実現するために必要である。

それにもかかわらず、本発明の装置は、１３．５ｎｍ前後のＥＵＶリソグラフィーへの応用に限定されるものではない。本発明の装置は、また、選択された動作周波数が、周知の全ての断絶やスケールの変更がない物理的現象において、ＥＵＶリソグラフィーに使用される範囲に十分に近接している限り、僅かに異なる波長、特に僅かに短い波長を要する装置に応用しても良い。

したがって、例えば、極端紫外線域の顕微鏡検査や断層撮影は、本発明の極端紫外線発生装置の他の応用をなすものである。それらには、幾分短い波長、特に、水中の伝送窓に対応する２．３ｎｍから４．４ｎｍの範囲に位置する波長が使用される。ＥＵＶリソグラフィーに使用される波長より短い波長の発生は、単にターゲット用のいくつかの他の放射材料、例えば、窒素、酸素、もしくは炭素を選択することにより、そして、レーザ集光点での発光を１０¹³Ｗ／ｃｍ²から１０¹⁵Ｗ／ｃｍ²のオーダーの値に増大させることにより、実現することができる。かかる条件下で、プラズマに必要な温度Ｔ_eは４０ｅＶから２００ｅＶのオーダーである。

この方法により得られた装置は、２．３ｎｍから４．４ｎｍ範囲に位置する波長で放射するに好適な材料によりターゲットが構成され、レーザ集光点での発光が１０¹³Ｗ／ｃｍ²から１０¹⁵Ｗ／ｃｍ²のオーダーの値を有し、極端紫外線内で動作する顕微鏡あるいは断層撮影装置に接続するための固定具および連結手段を有することを特徴とする。

したがって、大口径集光システム１１は、三次元的に多数のビームを組み合わせることができる。かかる状況下では、レーザ源から放射する多数のビームは、同じ方法で同一点に集光するために、同一の光学素子を通過する。

前述のように、集光手段は、レンズ、鏡、あるいは格子などの回折光学系でも良い。鏡を用いた場合には、鏡はその背面から効果的に冷却できるので、温度処理に関して所定の利点を得ることができる。この利点は、屈折光学手段（レンズ）や回折光学手段（格子）を使用した場合には得ることができず、これらではそれらの端部からのみ冷却するに適している。

図７には、第２の特殊な実施例が示されており、この実施例では、図５を参照して説明した種類の、集光レーザビーム１を有する半分側の空間（図７ではターゲット４の右に）に配置された集光装置１１０を使用するばかりでなく、さらに、前記集光レーザビーム１が配置されていない半分側の空間（図７ではターゲット４の左）に位置する前記対称軸６周りに対称に配置された集光装置２１０をも使用する。

実施例では、追加の集光器２１０は、球面を有する多層積層体からなる通常の入射鏡でよい。したがって、この鏡２１０に向かったＥＵＶ線は、前記集光器１１０の素子１１０ａ、１１０ｂに向かって、反射される。

前記追加の集光器２１０は、垂直入射光（曲率中心から入射する放射線であって、ほぼ前記曲率中心に向かって反射される）によってのみ動作し、そのため、常に７０％の反射率を有することが可能である。また、この集光器２１０は、前記注出装置２の出口で形成される崩壊堆積物によって幾分かの損失を受ける。というのは、かかる崩壊堆積物は主にレーザビーム１方向に輸送されるからである。

図７に示す実施例は、ターゲット４の集光レーザビーム１が集光される側と同一側に位置する第１のかすり入射集光器１１０を有するとともに、前記ターゲット４の前記集光レーザビーム１が位置する側と反対側に位置する第２の垂直入射集光器２１０を有しており、それにより、ＥＵＶ線を効率的に集光するという観点から最適化された実施例が構成されている。

第２の焦点もしくは（集光系により線源の像が形成される）中間焦点に伝送されたＥＵＶ出力は、多種類の集光器に対して、放射線追跡ソフトウエアを用いて、検出される。その計算は、入射光の角度の関数として表面の反射率の偏差を考慮に入れて、実行される。ルテニウムの層を用いた場合に、優れた結果が得られた。

集光レーザビームを用いてターゲット４を横から攻撃することにより、集光角度を限定することを避けることができ、その一方で、第１の集光器１０または１１０が位置する同じ半分側の空間にレーザビームを集光させることができる。したがって、前記集光器１０または１１０の軸６に対するレーザビーム１の入射角は、ほぼ６０°から９０°の範囲内に位置する。

横方向からの攻撃による他の利点は、その機能をプラズマによって妨害されないようにプラズマから十分に離した集光系の使用が可能となることである。それは、本質的に第１に、集光系が加熱されるまでの限度を制限し、第２に、それらが損傷するまでの限度を制限することである。プラズマは、大きな熱源であり、また、近傍の表面を損傷する荷電粒子源でもある。

図８には、集光手段が鏡１１１から構成された特殊な実施例が示されている。

実施例では、前記鏡１１１の表面は、図８に示すように、楕円面となっている。かかる鏡１１１は、第１に、レーザビーム１を小さな直径、典型的には５０μｍの直径に集光する役目を果たし、第２に、集光する前のレーザビームのサイズを低減させる役目を果たす。一般則として、レーザビームは、集光される前に平行にされる。しかしながら、平行光の使用と、本発明のＥＵＶ源の使用とは、両立しない。というのは、次に、ビームは大きな直径となり、線源の様々な素子によって空間が占有されて、平行ビームを通過させるための空間が無くなるからである。ターゲット４の生成を可能とする構造、ＥＵＶエネルギーを集光する構造、および線源の空間を真空とするための構造が、レーザビーム１がターゲット４に到る通路を簡単には与えない。これに対して、楕円面形状の鏡１１１は、レーザ源１３から放射されるレーザビーム１２を、集光される前に、集光器１１０の構成要素とターゲット４を生成するための要素２，３との間を容易に通過させることができる。

また、鏡１１１は、その裏面の冷却手段１１２を通して冷却するに適するという利点を有しており、それにより、（屈折光学系や回折光学系とは違って）それらの温度を安定化させ、それらの特性を維持することができる。

前記集光系は、前記集光器１１０の周りに環状に配置（いわゆる“クモ状”配置）しても良い。

集光器１０，１１０の周囲に環状に配置することにより、多数のレーザビーム１を、ＥＵＶ集光器１０，１１０によって定義される軸６周りの円対称な位置に収めることができるという利点が得られる。この対称配置により、発光およびＥＵＶ放射に関して三次元的に良好な均一性を得ることができる。この発光およびＥＵＶ放射の三次元的均一性は、特に光リソグラフィーの線源において、重要な基準である。この円対称は、既に開発されている種類のマスク発光体と両立させるために、中間の焦点に必要である。

高平均出力ＬＰＰタイプのＥＵＶ源を得るために集光に最適化された多数のレーザビームを提供する本発明は、様々なレーザビームを集光するための光学手段によって制限されない効率的に有用なＥＵＶ線集光角を有することにより、入射レーザ出力を大幅に増大させ、単一レーザビームを用いた場合でのようにＥＵＶ線をより効率的に集光することができる。

使用レーザビーム数は、２つ以上であり、好ましくは３から２０の範囲である。

本発明の装置は、極端紫外領域の線源として、半導体基板のリソグラフィーを実施するための装置に好適に用いることができる。

フィラメント状の放射、液体噴射、液滴の霧、あるいは液滴の噴射などのターゲット４を真空中に生成するための装置２は、例えば、国際公開第 ０２／０８５０８０号パンフレットおよび国際公開第 ０１／３０１２２号パンフレットに記載の実施例にしたがっても良い。

目的を簡略化するために、図８には、出力レーザ源を直接的に図示していないが、符号１３がビームを集光鏡１１１に伝送するための光学系の中間の焦点を示している。

金属あるいは半導体材料からなる鏡１１１を選択使用することにより、熱伝導と膨張率との良好な歩み寄りを実現することができる。

本発明の装置は、１ｎｍから１５ｎｍの範囲の極端紫外線を発生するに好適である。

以上のように、本発明にかかる極端紫外線発生装置は、多数のレーザビームを同時に使用して入射レーザ出力を強大化させるとともに、ＥＵＶ線の集光を効果的に行うことができ、製造コストおよび運転コストの両方のコストを低減することができ、特に、半導体装置を製造する光リソグラフィーの線源に適している。

図１は、平均集光軸を含む平面に沿う断面構成図であり、多重出力レーザビームをターゲットへ集光するための装置の一実施例を示しており、この装置は、ＥＵＶを発生するための本発明の装置に用いるに好適である。 図２は、平均集光軸に直交する、図１のＩＩ−ＩＩ平面に沿う断面図であり、円上に対称となるように配置された１０本のレーザビームを集光するための装置を示している。 図３は、集光レーザビームとの相互作用によりターゲットから放射される有用なＥＵＶ線のコーン状放射を図１と同様に断面視した図である。 図４は、垂直入射面を有する、ＥＵＶ線集光装置の第１の実施例を図３と同様に断面視した図である。 図５は、かすり入射面を有するとともに交互配置された２つの集光素子を有する、ＥＵＶ線集光装置の第２の実施例を図３と同様に断面視した図である。 図６は、前記ＥＵＶ集光器の表面に対する入射角を関数として反射率を与える２つの曲線を示すグラフであり、一方は、楕円曲面形状の単一の集光素子の曲線であり、他方は、双曲面＋楕円面形状（ウォルター・レンズに相当する）の追加の第２の集光素子の曲線である。 図７は、本装置の平均集光軸を含む平面に沿う断面図であり、ターゲットの集光レーザビームと相互作用する側に配置された２つの異なるＥＵＶ線集光器を有する本発明のＥＵＶ線発生装置の一実施例を示している。 図８は、本装置の平均集光軸を含む平面に沿う断面図であり、鏡体集光手段を用いた本発明のＥＵＶ線発生装置の特殊な実施例を示している。

符号の説明

１ 集光レーザビーム
２ 注出装置
３ レシーバー装置
４ ターゲット
６ 平均集光軸
７ プラズマ
８ 円錐状空間
１１ 集光素子
１１０ 集光装置

Claims (25)

1. ａ）多数のレーザビーム（１２）を放射するための多数のレーザ出力源；
   ｂ）前記レーザビーム（１２）を集光して集光レーザビーム（１）を発生させる集光手段（１１，１１０）；
   ｃ）少なくとも前記集光レーザビーム（１）が集光される領域に１Ｐａ未満の真空排気空間を形成する手段；
   ｄ）前記集光レーザビーム（１）と相互作用して、少なくとも１本の極端紫外線を放射するプラズマ（７）を発生させるに好適な濃密なターゲット（４）を、前記集光レーザビーム（１）が集光される空間に生成する装置（２）；
   ｅ）前記集光レーザビーム（１）と相互作用した後の前記ターゲット（４）を受けるレシーバー装置（３）；および
   ｆ）前記ターゲット（４）によって放射されたＥＵＶ線を集光するための少なくとも一つの第１の集光装置（１０、１１０）；とを有し、
   本質的に線形な濃密なターゲット（４）によって定義される軸に垂直なＥＵＶ線平均集光軸（６）を有し；前記ターゲット（４）に前記レーザビーム（１）を集光させる前記集光手段（１１，１１１）が、前記レーザビーム（１）が前記ターゲット（４）の側面に集光し、前記ターゲット（４）に対して該ターゲット（４）の前記レーザビーム（１）が位置する半分側の空間に位置するとともに、前記平均集光軸（６）に対して約６０°から９０°の範囲内の所定の角度（β）で傾斜するように、配置され；前記第１の集光装置が、前記ターゲット（４）のレーザビーム（１）が集光される半分側の空間に前記平均集光軸（６）周りに対称に配置され、前記平均集光軸（６）を中心とするとともに前記ターゲット（４）に位置する頂点を有する円錐状空間内に位置し、前記頂点の半角（α）が前記平均集光軸（６）に対する前記集光レーザビーム（１）の傾斜角（β）より小さい、ことを特徴とする極端紫外線発生装置。
2. 本質的に線状の濃密なターゲット（４）を生成する前記装置（２）が、フィラメント状の噴射、液体噴射、あるいは液滴の霧、あるいは個別の液滴の噴射を真空中に生成するための注出装置を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記平均集光軸（６）に対して傾斜した前記集光レーザビーム（１）は、前記平均集光軸（６）周りに環状に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記集光レーザビーム（１）の数が、３から２０の範囲にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記集光レーザビーム（１）が、前記平均集光軸（６）に対して非対称に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記集光レーザビーム（１）が、前記平均集光軸（６）に対して対称に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記集光手段（１１，１１０）が、約１０μｍから約３００μｍの範囲の小さな直径に集光するレーザビームを形成するように、設計されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記集光手段（１１，１１０）が、ガウス分布レーザビームの場合よりも数倍大きな、発散と直径との積を多数の出力レーザビーム（１２）を集光するための集光手段（１１）を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記集光手段（１１１）が、少なくとも一つの鏡を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記鏡が半導体材料または金属材料から形成されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記鏡がシリコンから形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記集光手段（１１１）を構成する鏡の裏面に冷却手段（１１２）が設けられていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記集光手段（１１１）を構成する前記鏡が、レーザビーム（１２）を、集光する前に、ターゲット生成装置（２）と第１の集光装置（１０，１１０）との間を通過させるに好適な楕円面状あるいは双曲面状であることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 前記集光手段（１１，１１１）が真空排気空間内に配置されていることを特徴とする請求項７〜１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 前記集光手段（１１，１１１）が前記第１の集光装置（１０，１１０）周りの円上に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
16. 前記第１の集光装置（１０）が、垂直入射面を有するＭｏおよびＳｉ誘電体の多重積層体を有することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の装置。
17. 前記第１の集光装置（１１０）が、金、ルテニウム、あるいはパラジウムの表面を有するかすり入射面を持つ光学装置を有することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の装置。
18. 前記第１の集光装置（１１０）が、第１および第２の交互配置された集光素子（１１０ａ、１１０ｂ）を有することを特徴とする請求項１７に記載の装置。
19. 前記第１および第２の交互配置された集光素子（１１０ａ、１１０ｂ）が、前記平均集光軸（６）周りに楕円状に回転した形状となっていることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
20. 前記交互配置された第１の集光素子（１１０ａ）が前記平均集光軸（６）周りに楕円状に回転した形状を有する内側の素子であり、前記交互配置された第２の集光素子（１１０ｂ）が、前記ターゲット（４）に面する端部から連続して、楕円面状の次に双曲面状が続く形状を有する外側の素子であることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
21. さらに、前記ターゲット（４）に集光する前記レーザビーム（１）が配置されていないターゲット側ということによって定義される半分側の空間に位置する前記平均集光軸（６）に対して対称に設けられた第２の集光装置（２１０）を有することを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１項に記載の装置。
22. 前記第２の集光装置（２１０）が、球面を持つ多重積層体を有する垂直入射鏡を有することを特徴とする請求項２１に記載の装置。
23. １ｎｍから１５ｎｍの範囲の極端紫外線を発生させることを特徴とする請求項１〜２２のいずれか１項に記載の装置。
24. 半導体基板のリソグラフィー用の装置に１３．５ｎｍ前後の極端紫外域の線源として用いられることを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１項に記載の装置。
25. ２．３ｎｍから４．４ｎｍ範囲に位置する波長で放射するに好適な材料により前記ターゲットが構成され、レーザ集光点での発光が１０¹³Ｗ／ｃｍ²から１０¹⁵Ｗ／ｃｍ²のオーダーの値を有し、極端紫外線内で動作する顕微鏡あるいは断層撮影装置に接続するための固定具および連結手段を有することを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１項に記載の装置。

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