JP2010040329A - 半導体リソグラフィ用光源 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体ウェハに対する回路パターンの転写を阻害するデブリを発生させることなく、半導体ウェハに高集積化した回路を形成するのに最適な短波長の光を発生させることのできる半導体リソグラフィ用光源を提供する。
【解決手段】 半導体ウェハ上に回路パターンを形成するための短波長の光を発生させる半導体リソグラフィ用光源であって、負圧の状態で希ガス又は希ガスを含んだ混合ガスが充填される内部空間を画定した外周壁部を有する光源本体と、前記内部空間内に所定の軸線周りの回転磁場を発生させる磁場発生手段とを備え、前記光源本体は、少なくとも外周壁部が電気絶縁性を有する非磁性の材料で構成されるとともに、少なくとも一部に短波長の光成分又は該光成分を含んだ光を内部空間から外部へ放出させる光放出部が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェハに回路パターンを形成するための短波長の光を発生させる半導体リソグラフィ用光源に関する。

従来から、パーソナルコンピュータや携帯電話、ナビゲーションシステム等の各種電気機器の記憶素子や情報処理素子等として採用される半導体集積回路の製造方法として、回路パターンの形成されたマスクに光源からの光を照射し、半導体ウェハ上の感光性樹脂（フォトレジスト）に対してマスクの回路パターンを転写するリソグラフィが知られている。

そして、現状において、リソグラフィに用いられる光の波長として、高圧水銀灯のｇ線（波長：４３６ｎｍ）、ｉ線（波長：３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長：１９３ｎｍ）が主流になっているが、光の波長が長いとフォトレジスト上での回路パターンの解像度が低くなる傾向にあるため、上述の波長の光では半導体の高集積化（回路パターンの微細化）に対応できないとして、さらに波長の短い光（ＥＵＶ光）を発生させるレーザ生成プラズマ（ＬＰＰ）光源や放電生成プラズマ（ＤＰＰ）光源が提供されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、短波長の光（ＥＵＶ光）は、ガラスに吸収される特性を有するため、ガラス製の光学系（レンズ等）で光の進路の変更等を行うことができないといった理由から、短波長（１３．５ｎｍの波長）で反射率にピークがあるＭｏ／Ｓｉの多層膜を光の進路を変更するための光学系（反射鏡）として採用されつつある。

これに伴い、レーザ生成プラズマ光源及び放電生成プラズマ光源の何れもが、光学系の特性に合った波長の光（光学系での反射のロスが少ない１３．５ｎｍの波長の光）を発生できるように構成されている。具体的には、レーザ生成プラズマ光源は、強力なレーザ（ＹＡＧ（ガウス）レーザ）をターゲット物質としてのスズ（Ｓｎ）やスズ（Ｓｎ）化合物に照射することで、１３．５ｎｍ付近に強い発光ピークがあるプラズマ光を発生させるように構成されている。これに対し、放電生成プラズマ光源は、一対の電極間に定常周波数の高電流を流して放電させること電極間に１３．５ｎｍの波長の光成分を含むプラズマ光を発生させるように構成されている。
特開２００８−１３０２３０号公報

しかしながら、上記何れの光源も、プラズマの発生に伴ってデブリ（不純物）が発生し、半導体ウェハに対する回路パターンの転写を阻害するといった問題がある。すなわち、レーザ生成プラズマ光源では、プラズマ発生に伴ってターゲット物質（常温で固体であるスズ）からデブリが発生し、放電生成プラズマでは、プラズマ発生に伴って電極からデブリが発生するため、そのデブリが光学系や、マスク、半導体ウェハ等に付着してしまい、半導体ウェハに対する回路パターンの転写を阻害するといった問題がある。

そこで、本発明は、斯かる実情に鑑み、半導体ウェハに対する回路パターンの転写を阻害するデブリを発生させることなく、半導体ウェハに高集積化した回路を形成するのに最適な短波長の光を発生させることのできる半導体リソグラフィ用光源を提供することを課題とする。

本発明に係る半導体リソグラフィ用光源は、半導体ウェハ上に回路パターンを形成するための短波長の光を発生させる半導体リソグラフィ用光源であって、負圧の状態で希ガス又は希ガスを含んだ混合ガスが充填される内部空間を画定した外周壁部を有する光源本体と、前記内部空間内に所定の軸線周りの回転磁場を発生させる磁場発生手段とを備え、前記光源本体は、少なくとも外周壁部が電気絶縁性を有する非磁性の材料で構成されるとともに、少なくとも一部に短波長の光成分又は該光成分を含んだ光を内部空間から外部へ放出させる光放出部が形成されていることを特徴とする。

上記構成の半導体リソグラフィ用光源は、負圧の状態で希ガス又は希ガスを含む混合ガスが充填される内部空間に磁場発生手段が所定の軸線周りで回転磁場を発生させるように構成されているため、充填された希ガスに対応した短波長の光成分を放射するプラズマを発生させることができる。これにより、上記構成の半導体リソグラフィ用光源は、回路パターンの形成を阻害するデブリを発生させることなく、プラズマの発生による光から半導体ウェハに高集積化した回路（微細化した回路）を形成するのに最適な短波長の光成分を光放出部から放出して半導体ウェハに対して直接的又は間接的に照射することができる。

本発明の一態様として、前記磁場発生手段は、内部空間内に前記軸線方向の軸磁場を発生させつつ回転磁場を発生させるように構成されていることが好ましい。このようにすれば、所定の軸線方向に形成された軸磁場のうち、回転磁場を発生させた領域が他の領域とは反対向きの磁場となり、軸線周りで発生するプラズマを閉じ込めた磁力線が形成される。これにより、非常に密度の高いプラズマを発生させることができるため、低入力で高出力のプラズマ（短波長の光）を得ることができる。

この場合、前記光源本体は、外周壁部が筒状に形成され、前記磁場発生手段は、外周壁部周りに間隔をあけて配置された複数の第一コイルと、外周壁部の軸線方向に間隔をあけて該外周壁部に外嵌された複数の第二コイルとを備え、第二コイルで軸磁場を発生させつつ第一コイルで交番磁界を発生させて回転磁場を発生させるように構成されていることが好ましい。このようにすれば、内部空間に磁場発生手段の何れの構成も配置することがないため、内部空間をプラズマ発生のためだけの空間にすることができ、良好なプラズマを発生させることができる。

本発明の他態様として、前記希ガスは、キセノン（Ｘｅ）ガス、又はネオン（Ｎｅ）ガスの何かであることが好ましい。このようにすれば、波長が１３．５ｎｍの光成分を多く含んだ光を放射するプラズマを発生することができる。従って、Ｍｏ／Ｓｉの多層膜で構成される光学系（反射率のピークが１３．５ｎｍの反射鏡）に最適な光源となる。

本発明のさらに別の態様として、前記光源本体は、少なくとも外周壁部が耐熱ガラスで構成されていることが好ましい。このようにすれば、内部空間でのプラズマの発生状態を外部から確認することができる。また、耐熱性によってプラズマの発生に伴う熱に耐えることができ、耐久性に優れたものにすることができる。

以上のように、本発明に係る半導体リソグラフィ用光源によれば、半導体ウェハに対する回路パターンの転写を阻害するデブリを発生させることなく、半導体ウェハに高集積化した回路を形成するのに最適な短波長の光を発生させることができるという優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の一実施形態に係る半導体リソグラフィ用光源について、添付図面を参照しつつ説明する。

本実施形態に係るリソグラフィ用光源（以下、単に光源という）は、半導体ウェハ上に回路パターンを形成すべく、半導体ウェハに照射する短波長の光（本実施形態においては、波長が１３．５ｎｍの光成分：以下、ＥＵＶ光という）を発生させるためものである。本実施形態に係る光源は、図１に示す如く、半導体ウェハＷに回路パターンを転写させる半導体リソグラフィ装置Ｕの一構成として組み込まれている。すなわち、半導体リソグラフィ装置Ｕは、前記光源１と、半導体ウェハＷを配置するステージＳと、ステージＳ上の半導体ウェハＷに転写させる回路パターンが形成されたマスク（図示しない）と、光源１からの光をマスクに導く光学系Ｍとを備えている。本実施形態に係る半導体リソグラフィ装置Ｕは、前記ステージＳ、マスク及び光学系Ｍが密閉構造のケーシングＣに内装されており、前記光源１がケーシングＣに外面に連設されている。

前記光源１は、負圧の状態で希ガス又は希ガスを含んだ混合ガスが充填される内部空間１００を画定した外周壁部１０１を有する光源本体１０と、前記内部空間１００内に所定の軸線（本実施形態においては外周壁部１０１の中心線ＣＬ）周りの回転磁場を発生させるように構成された磁場発生手段２０とを備えている。

前記光源本体１０は、少なくとも外周壁部１０１が電気絶縁性を有する非磁性の材料で構成されている。また、該光源本体１０は、少なくとも一部にプラズマの発生に伴う発光の光成分を外部に放出可能な光放出部１０２が形成されている。前記光源本体１０は、外周壁部１０１が筒状に形成されており、その一端開口が光放出部１０２に設定されており、ケーシングＣに形成された開口部に一端開口を連通させている。すなわち、光源本体１０は、光放出部１０２を介して外周壁部１０１の内部（内部空間１００）とケーシングＣの内部とが連通するように、外周壁部１０１の一端部がケーシングＣに対して気密に接続されている。そして、該光源本体１０は、一部（中央部）に筒状のノズル１０３が突設された蓋部材１０４によって外周壁部１０１の他端開口が閉塞されている。該光源本体１０は、内部の状態を確認できるように少なくとも外周壁部１０１が耐熱ガラスで形成されることが好ましく、本実施形態においては、外周壁部１０１が耐熱ガラスで構成される一方、蓋部材１０４及びノズル１０３が非磁性の金属（例えば、ステンレスやアルミ合金等）で構成されている。

そして、本実施形態に係る光源１は、外周壁部１０１が画定する内部空間１００に充填される希ガスとして、キセノン（Ｘｅ）ガスが採用されており、負圧（１０^-4Ｐａ）にされた内部空間１００に３Ｐａ〜１５Ｐａ、好ましくは、５〜１０Ｐａの圧力で充填される。

本実施形態に係る光源１は、前記内部空間１００を負圧にする吸引ポンプ（図示しない）と、該内部空間１００内に所定圧で希ガスを充填する希ガス充填源（図示しない）とを備え、吸引ポンプ及び希ガス充填源は、光源本体１０に対して直接的又は間接的に流体的に接続されている。具体的には、本実施形態に係る光源１は、希ガス充填源が光源本体１０のノズル１０３に対して流体的に接続される一方、吸引ポンプがケーシングＣに流体的に接続されており、吸引ポンプがケーシングＣ内を吸引することで該ケーシングＣ内を介して内部空間１００を負圧（１０^-4Ｐａ〜１０^-6Ｐａ、好ましくは、１０^-5Ｐａ〜１０^-6Ｐａ）にするようになっている。本実施形態に係る光源１は、吸引ポンプとして回転ポンプとターボ分子ポンプとが採用されており、これらのポンプを直列に配置することで、内部空間１００の圧力を１０^-4Ｐａにできるように構成されている。

本実施形態に係る磁場発生手段２０は、前記内部空間１００内に所定の軸線ＣＬ方向の軸磁場を発生させるように構成され、軸磁場を発生させた状態で回転磁場を発生させるように構成されている。

具体的には、前記磁場発生手段２０は、外周壁部１０１の周りに間隔をあけて配置された複数の第一コイル２００…と、軸線ＣＬ方向に間隔をあけて外周壁部１０１に外嵌された複数の第二コイル２０１…とを備え、第二コイル２０１…で希ガスが充填された内部空間１００に軸線ＣＬ方向の軸磁場ＡＭを発生させつつ第一コイル２００…で交番磁界を発生させて回転磁場ＲＭを発生させることでプラズマＰを発生させるように構成されている（図２参照）。

各第一コイル２００…は、枠状（外形が四角形状をなす枠状）に形成されており、外周壁部１０１の周方向に９０°の間隔で外周壁部１０１の外面に貼り付けられている。すなわち、１８０°の間隔で配置される一対の第一コイル２００…が、外周壁部１０１の中心線（軸線ＣＬ）を基準にして９０°の位相で二組設けられている。

本実施形態に係る磁場発生手段２０は、各組の第一コイル２００…に対して電流を印加する周波数が１００Ｈｚ〜１ＭＨｚ、好ましくは、２００Ｈｚ〜４００Ｈｚに設定され、印可する電流が２００Ａ〜２ＫＡ、好ましくは、４００Ａ〜２ＫＡに設定される。

そして、該磁場発生手段２０は、各組の第一コイル２００…に対する電流の印加のタイミング（周期）がずれるように、各組の第一コイル２００…に上述の周波数で電流を印可することで、回転磁場を形成するようになっている。例えば、軸線ＣＬを基準に９０°の回転した位置で設けられた二組の第一コイル２００…のうち、一方の組の第一コイル２００に正弦波交流を印加し、交番磁界を連続的に発生させ、他方の組の第一コイル２００に対して、一方の組の第一コイル２００と９０°位相の異なる電流を印可することにより回転磁場が発生する。なお、二組の第一コイル２００…のそれぞれに４００Ａの電流を印加した場合、１３０Ｇ（ガウス）の磁束密度で、２００ＫＨｚの回転磁場ＲＭが発生する。

これに対し、各第二コイル２０１…は、環状に形成されて外周壁部１０１に外嵌されており、これらに対して同時に電流を印加して内部空間１００に軸線ＣＬ方向に延びる軸磁場ＡＭを形成するようになっている（図２参照）。本実施形態においては、最大６０ガウスの磁束密度の軸磁場ＡＭを発生させるようにしている。

前記光学系Ｍは、Ｍｏ／Ｓｉの多層膜Ｍで構成されている。本実施形態においては、Ｍｏ／Ｓｉの多層膜Ｍは、湾曲形状に形成されており凹面鏡の如く形成されている。該光学系Ｍは、光源１の光軸に反射面を対応させるように配置されており、該光軸と略平行な線上に配置されたステージＳ上の半導体ウェハＷにＥＵＶ光を照射できるようになっている。なお、前記ステージＳ、及びマスクは、一般的な構成であるためここでの説明を割愛する。

前記ケーシングＣは、処理対象の半導体ウェハＷを取り換えるべく、開閉可能な扉（採番しない）が設けられているが、扉を閉じた状態で内部を気密に維持できるように形成されている。これにより、前記吸引ポンプによって内部を吸引したときに内部を負圧の状態で維持できるようになっている。

本実施形態に係る半導体リソグラフィ装置Ｕ（光源１）は、以上の構成からなり、次に、作動について説明する。

まず、ステージＳ上に半導体ウェハＷを配置するとともに、マスクを半導体ウェハＷに対向させた状態で配置する。しかる後、図２に示す如く、光源本体１０（外周壁部１０１）の内部空間１００を負圧にした後にキセノン（Ｘｅ）ガスを充填した上で、第一コイル２００…で内部空間１００に回転磁場ＲＭを発生させる。そうすると、回転磁場ＲＭによって、プラズマ電流が誘起され、これにより希ガスが電離され、キセノン（Ｘｅ）ガスの場合、キセノンガス（Ｘｅ⁺¹⁰ ）の４ｄ−５ｐの遷移により放出される光（ＥＵＶ光；１３．５ｎｍの波長の光成分）を放射するプラズマＰが発生することになる。

本実施形態においては、第二コイル２０１…で軸磁場ＡＭを発生させつつ第一コイル２００…で回転磁場ＲＭを発生させるようにしているため、回転磁場ＲＭを発生させた範囲で外周壁部１０１近傍の軸磁場ＡＭ（磁力線ＭＬ１）の向きがそのままの状態になる一方で軸線ＣＬ上の軸磁場ＡＭ（磁力線ＭＬ２）が逆向きになり、この内側（軸線ＣＬ上）の磁力線ＭＬ２と外側（外周壁部１０１側）の磁力線ＭＬ１との間の磁力線ＭＬ３が環状に閉じられることになり、上述の如く発生したプラズマＰが環状の磁力線ＭＬ３に補足され、高い密度のプラズマが閉じ込められた状態となる。

そして、回転磁場に誘起された電流（プラズマ電流）によるジュール加熱でプラズマがＥＵＶ光の発生に必要な高温（＞２０ｅＶ）に加熱される。

このようにプラズマＰが発生すると、上述の如く、１３．５ｎｍの波長の光成分を含む発光が生じるため、その光が光源本体１０に形成された光放出部１０２を通過して外部に出ようとする。本実施形態においては、光源本体１０の外周壁部１０１が耐熱ガラスで構成されているため、プラズマＰの発生に伴って四方八方に出る光のうち、光放出部１０２以外に向けて放射されるＥＵＶ光は吸収されることになる。そのため、ガラスの存在しない光放出部１０２（開口）に向けて放射された光のＥＵＶ光だけが外部に放出できることになる。

そして、ＥＵＶ光が光放出部１０２から外部に放出されるに伴い、１３．５ｎｍ以外の光成分も光放出部１０２を介して外部（本実施形態においてはケーシングＣ内）に出るが、１３．５ｎｍ以外の光成分は光学系Ｍを透過する或いは光学系Ｍに吸収される結果、ＥＵＶ光のみが光学系Ｍ（Ｍｏ／Ｓｉの多層膜Ｍ）に反射されてマスクに導かれる。これにより、マスクに形成された回路パターンがステージＳ上の半導体ウェハＷのフォトレジストに転写されることになる。

以上のように、本実施形態に係る光源１は、負圧にされて希ガス又は希ガスを含んだ混合ガスが充填される内部空間１００を画定し、電気絶縁性を有する非磁性の材料で構成された外周壁部１０１を有する光源本体１０と、前記内部空間１００内に所定の軸線ＣＬ周りの回転磁場ＲＭを発生させるように構成された磁場発生手段２０を備え、前記光源本体１０は、少なくとも一部にプラズマＰの発生に伴う発光の光成分を外部に放出可能な光放出部１０２が形成されているので、ＥＵＶ光を含んだプラズマＰを発生させることができる。これにより、プラズマＰに含まれるＥＵＶ光で、高集積化（微細化）された回路パターンを半導体ウェハＷに対して適正に且つ継続的に転写することができる。また、上述の如く、固体のターゲットや電極を用いることがないため、回路パターンの形成を阻害するデブリの発生がなく、半導体ウェハＷに回路パターンを良好に形成することができる。

また、従来の放電生成プラズマ（ＤＰＰ）光源１では、短時間（μ秒）のパルス放電によってプラズマＰを発生させるため、間欠的な放電になって安定したプラズマＰを長時間発生させることができなかったが、本実施形態に係る光源１は、定常周波数（数１００ｋＨｚ）の電力供給によって磁場を形成するため、安定したプラズマＰを長時間に亘って発生させることができる。従って、半導体ウェハＷに対する露光を高品質且つ継続的に行うことができる。

さらに、前記磁場発生手段２０は、前記内部空間１００内に所定の軸線ＣＬ方向の軸磁場ＡＭを発生させるように構成され、軸磁場ＡＭを発生させた状態で回転磁場ＲＭを発生させるように構成されているため、非常に密度の高いプラズマＰを発生させることができ、低入力で高出力のプラズマＰ（ＥＵＶ光）を得ることができる。

特に、前記光源本体１０は、外周壁部１０１が筒状に形成され、前記磁場発生手段２０は、外周壁部１０１の周りに間隔をあけて配置された複数の第一コイル２００…と、軸線ＣＬ方向に間隔をあけて外周壁部１０１に外嵌された複数の第二コイル２０１…とを備え、第二コイル２０１…で軸磁場ＡＭを発生させつつ第一コイル２００…で交番磁界を発生させて回転磁場ＲＭを発生させることでプラズマＰを発光させるように構成されているため、内部空間１００に磁場発生手段２０の何れの構成も配置することがない。このため、内部空間１００をプラズマ発生のためだけの空間にすることができ、良好なプラズマを発生させることができる。

また、前記希ガスは、キセノン（Ｘｅ）ガスが採用されているため、ＥＵＶ光を多く放射するプラズマＰを発生することができる。従って、Ｍｏ／Ｓｉの多層膜で構成される反射鏡（反射率のピークが１３．５ｎｍの反射鏡）Ｍに最適な光源１にすることができる。

さらに、前記内部空間１００を負圧にする吸引ポンプと、該内部空間１００内に希ガスを充填する希ガス充填源とを備え、吸引ポンプ及び希ガス充填源は、光源本体１０に流体的に接続されているので、吸引ポンプで内部空間１００の圧力調整を行うことができる上に、内部空間１００の希ガスの濃度調整や圧力調整を行うことができるため、所定波長の光成分（ＥＵＶ光）を含んだプラズマＰを安定して発生させることができる。

また、前記光源本体１０は、少なくとも外周壁部１０１が耐熱ガラスで形成されているので、内部空間１００でのプラズマＰの発生状態を外部から確認することができる。また、耐熱性によってプラズマの発生に伴う熱に耐えることができ、耐久性に優れたものにすることができる。

発明者は、本発明に係る光源の性能を確認すべく、以下に説明する実験装置を作製して実験を行った。

実験装置は、図３に示す如く、光源１’と、光源１’（内部空間１００’）で発生するプラズマの密度及び電子温度を測定するための静電プローブ５’と、光源１’からのＥＵＶ光（波長が１３．５ｎｍの光成分）を測定するセンサー６’とを備えている。

前記光源１’は、光源本体１０’の外周壁部１０１’が筒状に形成され、該外周壁部１０１’の一端開口が光放出部１０２’に設定されている。光源本体１０’の外周壁部１０１’は、耐熱ガラスで構成されており、直径７０ｍｍで長さが６００ｍｍに設定されている。該光源１’は、外周壁部１０１’の他端に希ガス充填源が接続されており、内部空間１００’に希ガス（キセノン（Ｘｅ）ガス）を１Ｐａ〜２０Ｐａで充填できるようになっている。

そして、該光源１’は、外周壁部１０１’を挟んで対向する一対の第一コイル２００’が外周壁部１０１’の周方向に９０°位相をずらして二組配置されている。各第一コイル２００’は、一辺が７５ｍｍの枠状（四角形状）に形成されている。各第一コイル２００’には、２００ｋＨｚの振動子で４００Ａの電流を供給するようにしており、各組の第一コイル２００’で磁場を交互に発生させる、すなわち、軸線ＣＬ周りで交番磁界を発生させることで、中心で１３０ガウスの回転磁場を軸線ＣＬ周りに発生させるようになっている。各振動子からの最大出力は４０ｋＷであり、最大５ミリ秒に維持される。なお、直列共振回路を成形するために適当なコンデンサが各第一コイル２００’に直列的に接続される。

また、該光源１’は、外周壁部１０１’の軸線ＣＬ方向に間隔をあけて複数の第二コイル２０１’が外周壁部１０１’に外嵌されている。第二コイル２０１’は、六個設けられており、最大で６０Ｇ（ガウス）の軸磁場を軸線ＣＬに沿って発生させるようになっている。

該光源１’は、内部に空間を形成したケース７’がその内部を外周壁部１０１’の内部空間１００’と連通させるように外周壁部１０１’の他端に対して気密に接続されている。

前記ケース７’は、非磁性の材料（ＳＵＳ３０４）で形成されており、吸引ポンプが流体的に接続されている。これにより、ケース７’の内部及び光源本体１０’内（内部空間１００’）を負圧にできるようになっている。本実験装置においては、吸引ポンプに回転ポンプとターボ分子ポンプとを採用し、これらを直列に配置することで、内部空間１００’の圧力を１０分で１０^-4Ｐａ以下にできるようになっている。

前記静電プローブ５’は、検出部（採番しない）を外周壁部１０１’内（内部空間１００’）に位置させるように、外周壁部１０１’に対して軸線ＣＬ方向に間隔をあけて設けられた三つのポート１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃに取り付けられている。なお、この実験装置においては、三つのポート１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃのうち、真ん中のポート１０５ｂに対応する領域でプラズマＰ’が発生するため、当該真ん中のポート１０５ｂの静電プローブ５’で測定することとした。

前記センサー６’は、検出部６０’の中心が外周壁部１０１’の軸線ＣＬの延長線上に位置するようにケース７’内に設けられる。本実験装置において、前記センサー６’は、内部空間１００’で発生するプラズマＰ’の中心から７５０ｍｍ離れた位置に検出部６０’が位置するように設けられている。

前記センサー６’には、フォトダイオードが採用されており、本実験装置には、米国ＩＲＤ社製、ＳＨＵＶ２０ＨＳ１フォトダイオード（Ｍｏ：５００ｎｍ、Ｓｉ：５００ｎｍ、Ｓｉｃ：５０ｎｍの薄膜フィルタを有するｐ−ｎ接合シリコンダイオード）を採用した。該フォトダイオード６’は、検出部６０’の検出有効面積が２０ｍｍ² であり、ＥＵＶ光の分光応答度は１３．３ｍＡ／Ｗである。検出部６０’による検出精度を保証すべく、直径５ｍｍの円形の穴８０’が穿設された厚み０．５ｍｍのアルミニウム製のカバー８’で検出部６０’を覆い、円形の穴８０’から検出部６０’に光を導けるようにした。

そして、カバー８’の穴８０’を塞ぐように検出部６０’の前方には、ＥＵＶ光（波長が１３．５ｎｍの光成分）のみを通過させる光フィルタ３０’が配置されている。これにより、光放出部１０２’を通過した光のうち、ＥＵＶ光のみをフォトダイオード６’が検出するようになっている。前記光フィルタ３０’は、厚みが５ｎｍのアルミニウムと厚みが１５０ｎｍのジルコニウムで構成されており、１３．５ｎｍの波長での損失は約０．５である。本実験装置においては、光フィルタ３０’として米国ＬＥＢＯＷ社のＬ０５を採用した。

そして、上記フォトダイオード６’を接続するための回路は、図４に示す如く、逆バイアスを０．８２μＦのコンデンサで阻止し、オシロスコープの入力インピーダンスの１ＭΩの端子電圧が測定できるようになっている。そして、測定回路の時定数が約３００μ秒で、数ｍ秒間で一定であるフォトダイオード６’の信号の測定することが困難であるため、フォトダイオード６’をオシロスコープに接続したケーブルは、５０Ωの抵抗器によって終端（ターミネート）されていない。

上記構成の実験装置によるプラズマＰ’から放射される全ＥＵＶ光の出力は、プラズマＰ’が等方性の光源点であると仮定することによっておおよそ概算される。

すなわち、フォトダイオード６’に対する入力（ＥＵＶ光の検出部６０’上での出力）Ｐ_d は、プラズマＰ’の全出力と関連していることから、プラズマＰ’の全出力をＰ_r 、検出部６０’の検出有効面積をＡ_p 、プラズマＰ’の中心から検出部６０’までの距離をＬとすると、式（１）のようになる。

そして、上記構成の実験装置によるＥＵＶ光の出力をオスロスコープの出力（オシロスコープの出力１Ｖ当りの出力）に換算する換算式は、式（１）を基に式（２）のようになる。

また、光フィルタ（アルミニウム／ジルコニウムで構成されるフィルタ）３０’を用いる場合の換算式は、光フィルタ３０’の効率を反映させることで、式（３）のようになる。

上記の前提を基にフォトダイオード６’の信号（ＥＵＶ光の生成状態）、第一コイル２００’のコイル電流、軸磁場を測定したところ、図５に示す如く、回転磁場を発生させる５００ｍｓ前の軸磁場（ＣＨ５の信号）は、２０Ｇ（ガウス）であった。そして、回転磁場を発生した後、すぐにキセノン（Ｘｅ）ガスが交番磁界（交互に起こる電界）によってイオン化されることで、回転磁場を発生させる第一コイル２００’のコイル電流（ＣＨ４の信号）は減少する。プラズマＰ’の存在は、抵抗を増大させて、第一コイル２００’のインダクタンスを減少させる。すなわち、第一コイル２００’のイダクタンスの減少に伴って、第一コイル２００’のコイル電流が減少する。

そして、回転磁場がプラズマＰ’に侵入する時、第一コイル２００’のインダクタンスは増大し、第一コイル２００’のコイル電流が初期値に戻ると同時に、軸磁場は、逆方向に反転（リバース）されて、軸線ＣＬ上で逆向きの磁場（磁場反転配位）が形成される。このことは、１）Ｗ．Ｎ．Ｈｕｇｒａｓｓ，Ｉ．Ｒ．Ｊｏｎｅｓ，Ｋ．Ｆ．ＭｃＫｅｎｎａ，Ｍ．Ｇ．Ｒ．Ｐｈｉｌｌｉｐｓ，Ｒ．Ｇ．Ｓｔｏｒｅｒ ａｎｄ Ｈ．Ｔｕｃｚｅｋ：Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．４４（１９８０）１６７６．２）Ｈ．Ｙ．Ｇｕｏ，Ａ．Ｌ．Ｈｏｆｆｍａｎ，Ｒ．Ｄ．Ｂｒｏｏｋｓ，Ａ．Ｍ．Ｐｅｔｅｒ，Ｚ．Ａ．Ｐｉｅｔｒｚｙｋ，Ｓ．Ｊ．Ｔｏｂｉｎ，ａｎｄ Ｇ．Ｒ．Ｖｏｔｒｏｕｂｅｋ，Ｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｐｌａｓａｍｓ，９，１８５（２００３）、及び、３）Ｗ．Ｎ．Ｈｕｇｒaｓｓ、Ｔ．Ｏｋａｄａ，ａｎｄ Ｍ．Ｏｈｎｉｓｈｉ，Ｐｌａｓｍａ Ｐｈｙｓ．Ｃｏｎｔｒｏｌ．Ｆｕｓｉｏｎ，５０，０５５００８（２００８）．等で明らかにされている。

そして、軸線ＣＬ上で逆向きの磁場（磁場反転配位）が形成される時、ＥＵＶの信号（ｃｈ１）は４００ｍＶに達し、徐々に増加して４４０ｍＶを記録した。回転磁場の終焉とともにプラズマは消失し、ＥＵＶの発生は回路定数が減衰してやがて０になる。式（３）に従うと、１９ＷのＥＵＶの放射が観測されたこととなる。

そして、発明者は、上記実験装置に対する入力（第一コイル２００’及び第二コイル２０１’に対する供給電力）とＥＵＶ光の出力との関係から、エネルギー変換効率を算出したところ、０．０３％程度の効率でＥＵＶ光の出力が得られた。本発明に係る光源は、エネルギー変換効率が１％である従来のレーザ生成プラズマ（ＬＰＰ）光源及びエネルギー変換効率が０．５％である放電生成プラズマ（ＤＰＰ）光源に比較し、現在のところ低い値となっているが、今後、装置および動作条件の最適化で上昇できるものと考える。また、ＥＵＶ光の出力は使用している高周波電源能力の制約を受けているが、より出力の高い電源を用いることにより、装置や動作原理を何ら変更することなく実用化に必要なＥＵＶ光の出力が得られるものである。

尚、本発明の半導体リソグラフィ用光源は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

上記実施形態において、光源本体１０の内部空間１００に充填される希ガスとして、キセノン（Ｘｅ）ガスを充填するようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば、ネオン（Ｎｅ）ガスを充填するようにしてもよい。また、内部空間１００に希ガスのみを充填するようにしたものに限定されるものではなく、上述のようなキセノン（Ｘｅ）ガスや、ネオン（Ｎｅ）ガス、を含む混合ガスを内部空間１００に充填するようにしてもよい。このようにしても、キセノン（Ｘｅ）ガスを充填したときと同様に、ＥＵＶ光（１３．５ｎｍの光成分）を放射するプラズマＰを発生させることができる。

上記実施形態において、外周壁部１０１を耐熱ガラスで構成し、その他の部分をステンレス等の非磁性の材料で構成したが、これに限定されるものではなく、例えば、光源本体１０全体を耐熱ガラスで形成してもよい。また、外周壁部１０１は耐熱ガラスで構成されたものに限定されるものではなく、例えば、セラミックや陶器、樹脂等の電気絶縁性を有する非磁性の材料で構成してもよい。すなわち、光源本体１０は、少なくとも外周壁部１０１が電気絶縁性を有する非磁性の材料で構成されればよい。なお、外周壁部１０１をガラス以外のもので構成する場合には、外部から内部空間１００を確認できるように耐熱ガラス等の透明な材料を嵌め込んだ除き窓を設けることが好ましい。

上記実施形態において、光源本体１０の外周壁部１０１を円筒状に形成したが、これに限定されるものではなく、内部空間１００を画定できれば種々形態に変更可能である。但し、内部空間１００に発生させる磁場との関係で内周が歪な形状とならないようにすることが好ましい。

上記実施形態において、光源１を半導体リソグラフィ装置Ｕの一構成として説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、光源１を半導体リソグラフィ装置Ｕの部品として独立した構成にしてもよい。この場合、半導体リソグラフィ装置Ｕに組み付ける際に、光通過部１０２を介してケーシングＣ内と内部空間１００とが連通するように光源本体を構成すればよい。

上記実施形態において、半導体リソグラフィ装置ＵのケーシングＣの外側に光源１を配置するようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば、半導体ウェハＷが配置されるステージＳやマスク、光学系Ｍ（Ｍｏ／Ｓｉの多層膜Ｍ）が内装されるケーシングＣ内に光源本体１０、磁場発生手段２０を配置するようにしてもよい。具体的には、図６に示す如く、光源本体１０の外周壁部１０１を両端が開放した筒状に形成するとともに、その外周壁部１０１周りに少なくとも第一コイル２００…（或いは第二コイル２０１…及び第一コイル２００…）を配置して光源１を構成した上で、その光源１をケーシングＣ内に配置するようにしてもよい。

このようにしても、ケーシングＣ内に希ガスを充填することで、光源本体１０の内部空間１００に希ガスが充填されるため、磁場発生手段２０（第二コイル２０１…第一コイル２００…）による外周壁部１０１内（内部空間１００）での磁場の発生で、その内部空間１００にプラズマＰを発生させることができる。従って、光学系Ｍを光源本体１０の両側に配置しておくことで、ＥＵＶ光をマスク（ステージＳ上の半導体ウェハＷ）に導くことができる。但し、このようにするとケーシングＣ内に磁場発生手段２０を配置することになるため、それに付着した塵等が半導体ウェハＷに対する露光を阻害する虞があるため、上記実施形態のように光源１をケーシングＣの外側に配置することが好ましいことは言うまでもない。

上記実施形態において、軸磁場ＡＭを発生させるように磁場発生手段２０を構成したが、これに限定されるものではなく、例えば、回転磁場ＲＭのみを発生させるように磁場発生手段２０を構成するようにしてもよい。すなわち、磁場発生手段２０を第二コイル２０１…のみで構成してもよい。

上記実施形態において、第二コイル２０１…を六つ設けたが、これに限定されるものではなく、例えば、軸磁場ＡＭを形成できれば第二コイル２０１…の数は適宜変更可能である。また、第一コイル２００…についても、９０°位相をずらして二組設けるようにしたが、これに限定されるものではなく、軸線ＣＬ周りで所定角度位相をずらして三組以上設けるようにしてもよい。また、一対の第一コイル２００…を外周壁部１０１周りで回転可能に配置し、この第一コイル２００…の回転で回転磁場ＲＭを形成するようにしてもよい。また、二組以上の第一コイル２００…に対して交番磁界を発生させつつ、これらを外周壁部１０１周りで回転させることで、回転磁場ＲＭを形成するようにしてもよい。

上記実施形態において、ＥＵＶ光を反射させる光学系ＭにＭｏ／Ｓｉの多層膜を採用することを前提に、光源１から短波長の光（ＥＵＶ光）として１３．５ｎｍの光を放出させるようにしたが、これに限定されるものではなく、採用される光学系Ｍの特性に対応した短波長の光成分、或いは、半導体ウェハＷに回路パターンを形成するのに好ましい短波長の光成分（例えば、１３ｎｍ〜１４ｎｍの波長の光成分）をＥＵＶ光として発生させるように希ガスを選択すればよい。

上記実施形態において、光源１からのＥＵＶ光をＭｏ／Ｓｉの多層膜を介して間接的に半導体ウェハＷに導くようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば、光源１からのＥＵＶ光を直接半導体ウェハＷに導けるように光源１を配置するようにしてもよい。この場合、光放出部１０２の配置に対応させるように、所定の短波長の光成分のみを通過させる光フィルタを設ければよい。かかる光フィルタは、透過させる光の波長に応じて選択されるもので、上記実施形態のようにＥＵＶ光のみを通過させる場合には、アルミニウム／ジルコニウム膜が採用される。また、上記実施形態のように、光学系Ｍを設ける場合であって、光学系Ｍと光源１（プラズマＰ）との間に光フィルタを設けても勿論よい。

本発明の一実施形態に係る半導体リソグラフィ用光源を含む半導体リソグラフィ装置の概略構成図を示す。 同実施形態に係る半導体リソグラフィ用光源におけるプラズマの発生メカニズムを説明するための説明図を示す。 本発明の実施例に係る実験装置の概略構成図を示す。 同実施例に係る実験装置に用いられる電気回路図を示す。 同実施例に係る実験装置による実験結果で、オシロスコープの出力画面を示す。 本発明の他実施形態に係る半導体リソグラフィ用光源を含む半導体リソグラフィ装置の概略構成図を示す。

符号の説明

１…光源、１０…光源本体、２０…磁場発生手段、１００…内部空間、１０１…外周壁部、１０２…光放出部、１０３…ノズル、１０４…蓋部材、２００…第一コイル、２０１…第二コイル、Ｃ…ケーシング、Ｍ…光学系（反射鏡：多層膜）、Ｐ…プラズマ、ＡＭ…軸磁場、ＲＭ…回転磁場、Ｓ…ステージ、Ｗ…半導体ウェハ、Ｕ…半導体リソグラフィ装置

Claims (5)

1. 半導体ウェハ上に回路パターンを形成するための短波長の光を発生させる半導体リソグラフィ用光源であって、負圧の状態で希ガス又は希ガスを含んだ混合ガスが充填される内部空間を画定した外周壁部を有する光源本体と、前記内部空間内に所定の軸線周りの回転磁場を発生させる磁場発生手段とを備え、前記光源本体は、少なくとも外周壁部が電気絶縁性を有する非磁性の材料で構成されるとともに、少なくとも一部に短波長の光成分又は該光成分を含んだ光を内部空間から外部へ放出させる光放出部が形成されていることを特徴とする半導体リソグラフィ用光源。
2. 前記磁場発生手段は、内部空間内に前記軸線方向の軸磁場を発生させつつ回転磁場を発生させるように構成されている請求項１に記載の半導体リソグラフィ用光源。
3. 前記光源本体は、外周壁部が筒状に形成され、前記磁場発生手段は、外周壁部周りに間隔をあけて配置された複数の第一コイルと、外周壁部の軸線方向に間隔をあけて該外周壁部に外嵌された複数の第二コイルとを備え、第二コイルで軸磁場を発生させつつ第一コイルで交番磁界を発生させて回転磁場を発生させるように構成されている請求項２に記載の半導体リソグラフィ用光源。
4. 前記希ガスは、キセノン（Ｘｅ）ガス、又はネオン（Ｎｅ）ガスの何れかである請求項１乃至３の何れか１項に記載の半導体リソグラフィ用光源。
5. 前記光源本体は、少なくとも外周壁部が耐熱ガラスで構成されている請求項１乃至４の何れか１項に記載の半導体リソグラフィ用光源。