JP2011018903A - 放射システムおよびリソグラフィ装置 - Google Patents

放射システムおよびリソグラフィ装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ＥＵＶ放射放出プラズマの変換効率を高めることができる放射システムおよびリソグラフィ装置を提供する。
【解決手段】放射システムは、軌跡に沿ってターゲット材料の小滴を供給するターゲット材料源と、増幅器および光学系を含むレーザシステムとを含む。光学系は、増幅器を通過および軌跡上の第１地点を通過する第１ビームパスを確立し、かつ増幅器を通過および軌跡上の第２地点を通過する第２ビームパスを確立する。レーザシステムは、増幅器から放出された光子が軌跡上の第１地点におけるターゲット材料の小滴によって第１ビームパスに沿って反射された場合にレーザ放射の第１パルスを生成する。レーザシステムは、増幅器から放出された光子が軌跡上の第２地点におけるターゲット材料の小滴によって第２ビームパスに沿って反射された場合にレーザ放射の第２パルスを生成する。
【選択図】図４

Description

[0001] 本発明は、放射システムおよび放射システムを含むリソグラフィ装置に関する。
[0002] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板上、通常、基板のターゲット部分上に付与する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に用いることができる。その場合、ＩＣの個々の層上に形成される回路パターンを生成するために、マスクまたはレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスを用いることができる。このパターンは、基板（例えば、シリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば、ダイの一部、または１つ以上のダイを含む）に転写することができる。通常、パターンの転写は、基板上に設けられた放射感応性材料（レジスト）層上への結像によって行われる。一般には、単一の基板が、連続的にパターニングされる隣接したターゲット部分のネットワークを含んでいる。
[0003] リソグラフィは、ＩＣおよび他のデバイスおよび／または構造の製造における重要なステップの１つとして広く認識されている。しかしながら、リソグラフィを用いて作り出されるフィーチャの寸法が小さくなるにつれて、リソグラフィは、小型のＩＣまたは他のデバイスおよび／または構造を製造することを可能にするためのさらなる重要な要素になってきている。
[0004] パターンプリンティングの限界の理論的な推測は、式（１）で示される解像度についてのレイリー基準によって与えられ得る：

上の式で、λは、使用される放射の波長であり、ＮＡＰＳは、パターンを印刷するために使用される投影システムの開口数である。ｋ１は、レイリー定数とも呼ばれているプロセス依存調整係数であり、ＣＤは、印刷されたフィーチャのフィーチャサイズ（またはクリティカルディメンジョン）である。式（１）から、フィーチャの最小印刷可能サイズの縮小は、３つの方法（別々にまたは組み合わせて）：露光波長λを短くすることによって、開口数ＮＡＰＳを大きくすることによって、あるいはｋ１の値を小さくすることによって達成することができる、と言える。
[0005] 露光波長を縮小するため、したがって、最小印刷可能サイズを縮小させるためには、極端紫外線（ＥＵＶ）放射システムを使用することが提案されている。ＥＵＶ放射システムは、約１３ｎｍの放射波長を出力するように構成されている。したがって、ＥＵＶ放射システムは、小さなフィーチャの印刷を達成するための重大なステップを構成し得る。そのような放射を極端紫外線または軟Ｘ線と呼び、可能なシステムとしては、例えば、レーザ生成プラズマ源、放電プラズマ源、または電子蓄積リングからのシンクロトロン放射が挙げられる。
[0006] 動作中、レーザ生成プラズマ源は、例えばＥＵＶ範囲内の輝線を有するＸｅ、ＬｉまたはＳｎなどのエレメントを有するプラズマ状態へと材料を変換する。所望のプラズマは、レーザビームを用いて、例えば材料の小滴、ストリームまたはクラスタの形態を有するターゲット材料を照射することによって生成することができる。
[0007] このプロセスのために、プラズマは、通常、密閉容器（例えば、プラズマチャンバと呼ぶこともある真空チャンバ）の中で生成され、様々なタイプのメトロロジ機器を用いて監視される。ＥＵＶ放射の生成に加えて、これらのプラズマプロセスは、通常、帯域外放射、高エネルギーイオンおよびデブリ（例えば、ターゲット材料の原子および／またはクランプ／マイクロ小滴）を含み得るプラズマチャンバ内の望ましくない副産物を生成する。
[0008] これらのプラズマ形成副産物は、潜在的に、法線入射および／またはかすめ入射でのＥＵＶ反射が可能である多層ミラー（ＭＬＭ）を含む集光ミラー、メトロロジ検出器の表面、プラズマ形成プロセスを結像するために使用される窓およびレーザ入力窓を含むが、これらに限定されない様々なプラズマチャンバ光学要素を加熱し、これらにダメージを与え、あるいはこれらの動作効率を低下し得る。熱、高エネルギーイオンおよび／またはデブリは、光学要素に対して多数の方法によりダメージを与え得る。ダメージを与える方法は、放射透過を減少させる材料によって光学要素を覆おうこと、光学要素内に入り込んで構造的完全性および／または光学特性（例えば、そのような短い波長の放射を反射するミラーの性能など）にダメージを与え得ること、光学要素を腐食または浸食させ、および／または光学要素へと広がることなどを含む。いくつかのターゲット材料（例えば、スズ）に対しては、ハロゲン化物（例えば、ＨＣｌ、ＨｌまたはＨＢｒ）などのエッチャントをプラズマチャンバ内へと導入することが望ましい場合がある。エッチャントは、光学要素上に堆積されたデブリなどの材料をエッチングする。
[0009] 上記したように、ＥＵＶ放射を生成する１つの技術としては、ターゲット材料を照射することが挙げられる。これに関して、例えば１０．６μｍの波長の放射を出力するＣＯ２レーザは、レーザ生成プラズマ（ＬＰＰ）プロセスにおいてターゲット材料を照射するレーザとしてある利点を示し得る。これは、特に、特定のターゲット材料、例えばスズを含む材料に対して確かである。例えば、１つの潜在的な利点としては、レーザ入力パワーと出力ＥＵＶパワーとの間に比較的高い変換効率を生成する性能を挙げることができる。ＣＯ２駆動レーザの別の潜在的な利点としては、スズデブリによって覆われた反射型光学系などの比較的粗い表面から（例えば、１９８ｎｍの深ＵＶと比較して）比較的長い波長の放射が反射する性能を挙げることができる。１０．６μｍ放射のこの特性は、反射ミラーが、例えば、駆動レーザビームの焦光力(focal power)を操縦（steering）、合焦および／または調整するためにプラズマの近くで採用されることを可能にし得る。１０．６μｍ駆動レーザに対しては、レーザをプラズマチャンバ内へと入力する窓は、通常、ＺｎＳｅから形成されており、耐反射コーディングで覆われている。あいにく、これらの材料は、特定のエッチャント（例えば、ハロゲン化物）に敏感である場合がある。
[0010] プラズマ生成デブリによって与えられる問題に加えて、一連の動く小滴を正確かつ一貫してパルスレーザビームで当てることは難しい場合がある。例えば、ある大容量のＥＵＶ放射源は、約２０〜５０μｍの直径を有し、かつ約５０〜１００ｍ／ｓの速度で移動する小滴の照射を必要とし得る。
[0011] 上記を考慮に入れて、ＥＵＶ放射源内の選択された地点にレーザビームを効果的に送出および合焦させるためのシステムおよび方法が提案されてきた。
[0012] 米国特許第７，４９１，９５４号は、光利得媒体および当該光利得媒体によって生成された放射を燃料材料の小滴上へと誘導するように構成されたレンズを含むＥＵＶ放射源について記載している。光利得媒体およびレンズは、燃料材料の小滴が所定の場所にあった場合に光利得媒体がレーザ放射を生成し、よって燃料材料の小滴がＥＵＶ放射放出プラズマを生成することを引き起こすように構成される。光利得媒体は所定の場所における燃料材料の小滴の存在によって誘発されるため、光利得媒体の動作を誘発するためにシードレーザを必要としない。
[0013] ＥＵＶ放射放出プラズマの変換効率を高めることが望ましい場合がある。
[0014] 本発明の一態様によると、軌跡に沿ってＸｅ、ＬｉまたはＳｎから形成され得るターゲット材料の小滴を供給するように構成されたターゲット材料源と、増幅器および光学系を含むレーザシステムとを含む放射システムであって、光学系は、増幅器を通過および軌跡上の第１地点を通過する第１ビームパスを確立し、かつ増幅器を通過および軌跡上の第２地点を通過する第２ビームパスを確立するように構成されており、ＣＯ２レーザなどのレーザシステムは、増幅器から放出された光子が軌跡上の第１地点におけるターゲット材料の小滴によって第１ビームパスに沿って反射された場合にレーザ放射の第１パルスを生成し、かつ増幅器から放出された光子が軌跡上の第２地点におけるターゲット材料の小滴によって第２ビームパスに沿って反射された場合にレーザ放射の第２パルスを生成するように構成されている、放射システムが提供される。
[0015] 放射システムは、ターゲット材料の小滴から形成されたプラズマによって生成されたＥＵＶ放射を集光および合焦させるために集光ミラーをさらに含んでよい。レーザ放射は、例えば、約９μｍから約１１μｍの間の波長を有してもよい。レーザ放射は、例えば、約９μｍから約１１μｍの間の波長を有してもよい。第１アパーチャの直径は、第２アパーチャの直径より小さくてもよい。第１ビームパスは、増幅器を含む１つ以上の増幅チャンバの中心を通過してよい。第２ビームパスは、任意選択として、増幅器を含む１つ以上の増幅チャンバの中心を通過しない。増幅器は、複数の増幅チャンバを含んでもよい。共振器ミラーは、第１ビームパスの一端に設けられてよく、同じ共振器ミラーが第２ビームパスの一端に設けられてよい。
[0016] 本発明の一態様によると、軌跡に沿ってターゲット材料の小滴を供給するように構成されたターゲット材料源と、増幅器および光学系を含むレーザシステムとを含む放射システムであって、光学系は、増幅器を通過および軌跡上の第１地点を通過する第１ビームパスを確立し、かつ増幅器を通過および軌跡上の第２地点を通過する第２ビームパスを確立するように構成されており、レーザシステムは、増幅器から放出された光子が軌跡上の第１地点におけるターゲット材料の小滴によって第１ビームパスに沿って反射された場合にレーザ放射の第１パルスを生成するように構成され、さらにレーザシステムは、増幅器から放出された光子が軌跡上の第２地点におけるターゲット材料の小滴によって第２ビームパスに沿って反射された場合にレーザ放射の第２パルスを生成するように構成されている、放射システムを含むリソグラフィ装置が提供される。リソグラフィ装置は、放射システムによって放出されたＥＵＶ放射を調整するように構成された照明システムと、放射ビームの断面にパターンを付与してパターン付けされた放射ビームを形成するように構成されたパターニングデバイスを保持するように構成されたサポート構造と、基板を保持するように構成された基板テーブルと、基板のターゲット部分上にパターン付けされた放射ビームを投影するように構成された投影システムとを含む。
[0017] 本発明の一態様によると、ＥＵＶ放射ビームを生成する方法であって、軌跡に沿ってターゲット材料の小滴を供給することであって、軌跡は、前処理位置およびプラズマ形成位置を通って延在する、ことと、レーザシステムの増幅器から放出された光子が前処理位置におけるターゲット材料の小滴によって反射された場合、レーザシステムからレーザ放射の第１パルスを生成することであって、レーザ放射の第１パルスは、ターゲット材料の小滴上に入射し、ターゲット材料の小滴の加熱を引き起こす、ことと、レーザシステムの増幅器から放出された光子がプラズマ形成位置におけるターゲット材料の小滴によって反射された場合、レーザシステムからレーザ放射の第２パルスを生成することであって、レーザ放射の第２パルスは、ターゲット材料の小滴上に入射し、レーザ放射の第２パルスがＥＵＶ放射放出プラズマを形成することを引き起こす、ことと、を含む方法が提供される。
[0018] 本発明の一態様によると、軌跡に沿ってターゲット材料の小滴を供給するように構成されたターゲット材料源と、軌跡上の第１地点へと誘導される二次放射ビームを生成するように構成された二次放射ビームジェネレータと、軌跡上の第２地点へと誘導される一次放射ビームを生成するように構成された一次放射ビームジェネレータと、第２地点で生成された放射を集光し、かつ中間焦点へと再誘導するように構成された集光ミラーとを含む放射システムが提供される。第１地点で生成されたデブリは、中間焦点から離間された第３地点へと集光ミラーによって再誘導される。
[0019] 本発明のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の概略図を参照して以下に説明する。これらの図面において同じ参照符号は対応する部分を示す。
[0020] 図１は、本発明の一実施形態によるリソグラフィ装置を示す。 [0021] 図２は、図１のリソグラフィ装置のより詳細な概略図を示す。 [0022] 図３は、本発明の一実施形態による放射源の概略図を示す。 [0023] 図４は、図３の放射源をより詳細に示す。 [0024] 図５は、図３および図４の放射源のアパーチャプレートを示す。 [0025] 図６は、本発明の一実施形態による放射源の概略図を示す。 [0026] 図７は、本発明の一実施形態による放射源の概略図を示す。 [0027] 図８は、本発明の一実施形態による放射源の概略図を示す。
[0028] 図１は、本発明の一実施形態によるリソグラフィ装置を概略的に示している。このリソグラフィ装置は、放射ビームＢ（例えば、ＥＵＶ放射）を調整するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、パターニングデバイス（例えば、マスクまたはレチクル）ＭＡを支持するように構成され、かつパターニングデバイスを正確に位置決めするように構成された第１ポジショナＰＭに接続されたサポート構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴと、基板（例えば、レジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構成され、かつ基板を正確に位置決めするように構成された第２ポジショナＰＷに接続された基板テーブル（例えば、ウェーハテーブル）ＷＴと、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付けられたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば、１つまたは複数のダイを含む）上に投影するように構成された投影システム（例えば、反射投影レンズシステム）ＰＳとを備える。
[0029] 照明システムとしては、放射を誘導し、整形し、または制御するために、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、またはその他のタイプの光コンポーネント、あるいはそれらのあらゆる組合せなどのさまざまなタイプの光コンポーネントを含むことができる。
[0030] サポート構造は、パターニングデバイスの向き、リソグラフィ装置の設計、および、パターニングデバイスが真空環境内で保持されているか否かなどの他の条件に応じた態様で、パターニングデバイスを保持する。サポート構造は、機械式、真空式、静電式またはその他のクランプ技術を使って、パターニングデバイスを保持することができる。サポート構造は、例えば、必要に応じて固定または可動式にすることができるフレームまたはテーブルであってもよい。サポート構造は、パターニングデバイスを、例えば、投影システムに対して所望の位置に確実に置くことができる。
[0031] 「パターニングデバイス」という用語は、基板のターゲット部分内にパターンを作り出すように、放射ビームの断面にパターンを与えるために使用できるあらゆるデバイスを指していると、広く解釈されるべきである。放射ビームに付けたパターンは、集積回路などのターゲット部分内に作り出されるデバイス内の特定の機能層に対応し得る。
[0032] パターニングデバイスは、透過型であっても、反射型であってもよい。パターニングデバイスの例としては、マスク、プログラマブルミラーアレイ、およびプログラマブルＬＣＤパネルが含まれる。マスクは、リソグラフィでは公知であり、バイナリ、レベンソン型(alternating)位相シフト、およびハーフトーン型(attenuated)位相シフトなどのマスク型、ならびに種々のハイブリッドマスク型を含む。プログラマブルミラーアレイの一例では、小型ミラーのマトリックス配列が用いられており、各小型ミラーは、入射する放射ビームを様々な方向に反射させるように、個別に傾斜させることができる。傾斜されたミラーは、ミラーマトリックスによって反射される放射ビームにパターンを付ける。
[0033] 「投影システム」という用語は、使われている露光放射にとって、あるいは真空の使用といった他の要因にとって適切な、屈折型、反射型、反射屈折型、磁気型、電磁型、および静電型光学系、またはそれらのあらゆる組合せを含むあらゆる型の投影システムを包含し得る。他のガスは放射または電子を吸収しすぎることがあるため、ＥＵＶまたは電子に対して真空を使用することが望ましい場合がある。したがって、真空壁および真空ポンプを用いて真空環境が全ビームパスに提供されてもよい。
[0034] 本明細書に示されているとおり、リソグラフィ装置は、反射型のもの（例えば、反射型マスクを採用しているもの）である。また、リソグラフィ装置は、透過型のもの（例えば、透過型マスクを採用しているもの）であってもよい。
[0035] リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）以上の基板テーブル（および／または２つ以上のマスクテーブル）を有する型のものであってもよい。そのような「マルチステージ」機械においては、追加のテーブルは並行して使うことができ、または予備工程を１つ以上のテーブル上で実行しつつ、別の１つ以上のテーブルを露光用に使うこともできる。
[0036] 図１を参照すると、イルミネータＩＬは、放射源ＳＯから放射ビームを受ける。放射源は、リソグラフィ装置の一体部分とすることもできる。
[0037] イルミネータＩＬは、放射ビームの角強度分布を調節するアジャスタを含むことができる。一般に、イルミネータの瞳面内の強度分布の少なくとも外側および／または内側半径範囲（通常、それぞれσ-outerおよびσ-innerと呼ばれる）を調節することができる。さらに、イルミネータＩＬは、インテグレータおよびコンデンサといったさまざまな他のコンポーネントを含むことができる。イルミネータを使って放射ビームを調整すれば、放射ビームの断面に所望の均一性および強度分布をもたせることができる。
[0038] 放射ビームＢは、サポート構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴ上に保持されているパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ上に入射して、パターニングデバイスによってパターン形成される。パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡから反射した後、放射ビームＢは投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、基板Ｗのターゲット部分Ｃ上にビームの焦点をあわせる。第２ポジショナＰＷおよび位置センサＩＦ２（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ、または静電容量センサ）を使って、例えば、さまざまなターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路内に位置決めするように、基板テーブルＷＴを正確に動かすことができる。同様に、第１ポジショナＰＭおよび別の位置センサＩＦ１を使い、パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを放射ビームＢの経路に対して正確に位置決めすることもできる。パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡおよび基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１およびＭ２と、基板アライメントマークＰ１およびＰ２とを使って、位置合わせされてもよい。
[0039] 例示の装置は、以下に説明するモードのうち少なくとも１つのモードで使用できる。
１．ステップモードにおいては、サポート構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴおよび基板テーブルＷＴを基本的に静止状態に保ちつつ、放射ビームに付けられたパターン全体を一度にターゲット部分Ｃ上に投影する（すなわち、単一静的露光）。その後、基板テーブルＷＴは、Ｘおよび／またはＹ方向に移動され、それによって別のターゲット部分Ｃを露光することができる。
２．スキャンモードにおいては、サポート構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴおよび基板テーブルＷＴを同期的にスキャンする一方で、放射ビームに付けられたパターンをターゲット部分Ｃ上に投影する（すなわち、単一動的露光）。サポート構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＳの（縮小）拡大率および像反転特性によって決めることができる。
３．別のモードにおいては、プログラマブルパターニングデバイスを保持した状態で、サポート構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴを基本的に静止状態に保ち、また基板テーブルＷＴを動かす、またはスキャンする一方で、放射ビームに付けられているパターンをターゲット部分Ｃ上に投影する。このモードにおいては、通常、パルス放射源が採用されており、さらにプログラマブルパターニングデバイスは、基板テーブルＷＴの移動後ごとに、またはスキャン中の連続する放射パルスと放射パルスとの間に、必要に応じて更新される。この動作モードは、前述の型のプログラマブルミラーアレイといったプログラマブルパターニングデバイスを利用するマスクレスリソグラフィに容易に適用することができる。
[0040] 上述の使用モードの組合せおよび／またはバリエーション、あるいは完全に異なる使用モードもまた採用可能である。
[0041] 図２は、放射システム４２、照明システムＩＬおよび投影システムＰＳを含む図１のリソグラフィ装置をより詳細に示す。ＥＵＶ放射は、電磁スペクトルのＥＵＶ範囲内の放射を放出する非常に高温のプラズマを作り出すことによって生成され得る。プラズマは、ターゲット材料源７１によって提供されるターゲット材料の小滴のレーザ照射によって生成され得る。ターゲット材料の小滴は、例えば、Ｘｅ、ＬｉまたはＳｎであってよく、軌跡６９に沿ってターゲット材料源によって吐出されてよい。ターゲット材料の小滴は、例えば、約２０μｍ〜５０μｍの直径を有してよく、さらに約５０〜１００ｍ／ｓの速度を有してよい。一実施形態では、ターゲット材料の小滴は、約１０ｍ／ｓから約１００００ｍ／ｓの間の速度を有してもよい。
[0042] プラズマによって放出された放射は集光ミラー５０によって反射される。ここで、集光ミラー５０は、放射を（本実施形態では、いわゆる中間焦点５２と一致する）焦点に合焦させるように構成されている。本実施形態では、放射は、かすめ入射ミラー５１を介して焦点に合焦される。他の実施形態では、かすめ入射ミラー５１を省いてもよい。放射システム４２は、汚染物質バリア（図示せず）をさらに含んでもよい。汚染物質バリアは、ガスバリア、またはガスバリアとチャネル構造との組み合わせを含んでもよい。
[0043] 放射ビーム５６は、放射システム４２から、照明システムＩＬにおいてミラー５３および５４を介してパターニングデバイスサポートＭＴ（例えば、レチクルまたはマスクテーブル）上に位置決めされたパターニングデバイスＭＡ（例えば、レチクルまたはマスク）上へと反射する。パターン付けされたビーム５７が形成され、これは、投影システムＰＳにおいて反射エレメント５８および５９を介して基板テーブルＷＴ上に結像される。照明システムＩＬおよび投影システムＰＳ内には、図示されたものよりも多くのエレメントが存在し得る。
[0044] かすめ入射ミラー５１は、格子スペクトルフィルタであってもよい。格子スペクトルフィルタの代わりに、または格子スペクトルフィルタに加えて、ＥＵＶを透過させ、かつ他の波長の放射をあまり透過させない（あるいは他の波長の放射を実質的に吸収までもする）透過型光フィルタがリソグラフィ装置内に存在してもよい。
[0045] 図２に示すように、集光ミラー５０は法線入射ミラーであってよく、あるいは他の形態であってもよい。集光ミラー５０は、Ｓｉ／Ｍｏ多層膜を含んでもよい。
[0046] 放射システム４２には（さらに以下で説明される）レーザシステムが設けられており、かかるレーザシステムは、ステアリング(steering)ミラー６５によって反射されたレーザ放射ビーム６３を集光ミラー５０に設けられた開口部６７を通過させて提供するように構成される。レーザシステムは、パルスレーザシステムであってもよい。ステアリングミラー６５は、プラズマ形成位置７３を通過してレーザ放射ビーム６３のビームパスを誘導するように構成される。
[0047] 動作中、ターゲット材料の小滴は、軌跡６９に沿ってターゲット材料源７１によって供給される。ターゲット材料の小滴がプラズマ形成位置７３に到達した場合、レーザ放射ビーム６３は小滴上に衝突し、ＥＵＶ放射放出プラズマが形成される。プラズマから放出されたＥＵＶ放射は、法線入射集光ミラー５０によって合焦され、反射型スペクトル格子フィルタ５１を介して中間焦点５２へと進む。
[0048] 図３は、図２に示すレーザ放射６３を生成するレーザシステム６１を概略的に示す。図３のレーザシステム６１は、３つの増幅チャンバ(amplifier chamber)７７、７９および８１を有する増幅器７５を含む。増幅チャンバ７７、７９および８１の各々は、ビームパス８３に沿って位置決めされた光利得媒体(optical gain medium)を含んでよい。レーザシステム６１は、ビームパス８３上の位置から共振器(cavity)ミラー８５上に入射する放射を反対方向に反射するように構成された共振器ミラー８５をさらに含む。共振器ミラー８５は、例えば、平面ミラー、曲面ミラー、位相共役ミラーまたはコーナー反射器であってもよい。さらに以下で説明される光学系８７は、第１増幅チャンバ７７と第２増幅チャンバ７９との間に設けられる。ステアリングミラー６５は、プラズマ形成位置７３を通過するようにビームパス８３を誘導する。
[0049] ターゲット材料の小滴がプラズマ形成位置７３に到達すると、増幅チャンバ７７、７９および８１内の光利得媒体から自然放出された光子は、小滴によって散乱される場合がある。この散乱した光子のいくつかは、ステアリングミラー６５によって増幅器７５内へと誘導されるようにビームパス８３上に存在し得る。これらの光子は、増幅器７５によって増幅され、共振器ミラー８５から反射し、その後増幅器７５によって再度増幅される。それにより、レーザ放射ビームを生成する。図２に示すように、レーザ放射ビーム６３はターゲット材料の小滴上に入射され、それによってターゲット材料が気化してＥＵＶ放射放出プラズマを生成する。
[0050] レーザビームは、約９μｍから約１１μｍの間の波長を有してよい。約１０．６μｍの波長の放射は、特にＥＵＶ放射放出プラズマを生成するのに効率的であると立証されたため、その波長の放射が使用されてよい。増幅チャンバ７７、７９および８１の光利得媒体は、例えば、ヘリウムガス、窒素ガスおよびＣＯ２ガスの混合物、あるいは他のあらゆる適切なガスの組み合わせを含んでもよい。
[0051] 図４は、レーザシステム６１を再度示すが、光学系８７を含めてより詳細に示す。光学系８７は、上流レンズ８９、第１アパーチャ９２および第２アパーチャ９５を有するアパーチャプレート９１、および下流レンズ９３を含む。レンズ８９および９３は、アパーチャプレート９１内のアパーチャ９２および９５を通過させてレーザ放射を合焦させる集束レンズである。レンズ８９および９３は、アパーチャ９２および９５と合わせて、空間フィルタを形成すると考えてもよい。図４に示すレンズ８９および９３は、例えば曲面ミラーなどの他の適切な光学系によって置き換えられてもよい。
[0052] 図５は、１つの側面から見たアパーチャプレート９１を示す。アパーチャプレート９１が不透明の材料のディスクであり、ディスクでは、第１アパーチャ９２は円形の開口部であり、第２アパーチャ９５は楕円形の開口部であることが図５から分かる。光学系８７は、レーザシステムの発振を特定のビームパスに制限する。
[0053] 第１アパーチャ９２はビームパス８３を画定し、このビームパス８３に沿ってレーザシステム６１のレーザ発振が起こり得る。このビームパス８３は、プラズマ形成位置７３と交差する。ビームパス８３は、さらに、増幅チャンバ７７、７９および８１の各々の中心を通過する。これは、増幅チャンバ７７、７９および８１内の利得媒体がビームパスに沿って進む放射に利得を供給することを可能にし、それによって高い強度を有するレーザ放射を提供する。
[0054] 第２アパーチャ９５は別のビームパス８３’を画定し、このビームパス８３’に沿ってレーザシステム６１のレーザ発振が起こり得る。別のビームパスはプラズマ形成位置７３と交差しないが、その代わりとして、（さらに以下で説明されるように）ターゲット材料の小滴が前処理される前処理位置(preconditioning position)７３’と交差する。前処理位置７３’は、ターゲット材料の小滴の軌跡６９上でプラズマ形成位置７３に対して上流に配置される。分かりやすく例示するために、図４では軌跡６９の一部のみを示している。
[0055] レーザシステムは、第２共振器ミラー８５’をさらに含む。第２共振器ミラー８５’は、別のビームパス８３’から第２共振器ミラー上に入射する放射を反対方向に反射するように構成される。第２共振器ミラー８５’は、例えば、平面ミラー、曲面ミラー、位相共役ミラーまたはコーナー反射器であってもよい。
[0056] 別の構成（図示せず）では、単一の共振器ミラーを使用してビームパス８３上および別のビームパス８３’上の放射を反射することもできる。
[0057] ステアリングミラー６５は、別のビームパス８３’上の放射を前処理位置７３’へと誘導するように構成される。別の構成（図示せず）では、別々のミラーを使用して放射をプラズマ形成位置７３および前処理位置７３’へと誘導することもできる。
[0058] 別のビームパス８３’は、この例では増幅チャンバの利得媒体の中心を通り抜けないが、増幅チャンバ７７、７９および８１を通り抜ける。増幅チャンバ７７、７９および８１内の利得媒体は、別のビームパス８３’に沿って進む放射に利得を供給し、それによってレーザ放射を提供する。このレーザ放射は、ビームパス８３に沿ってプラズマ形成位置７３へと進むレーザ放射より低い強度を有する。
[0059] 使用中、ターゲット材料（例えば、Ｘｅ、ＬｉまたはＳｎ）の小滴は、ターゲット材料源７１によって軌跡６９に沿って放出される（図２を参照）。ターゲット材料の小滴が前処理位置７３’に到達すると、増幅チャンバ７７、７９および８１によって自然放出された光子は、ターゲット材料の小滴によって別のビームパス８３’に沿って反射される。これらの光子は増幅チャンバ７７、７９および８１内の利得媒体によって増幅され、それによってレーザ放射のパルス（以下、レーザ放射の初期パルスと呼ぶ）の生成へと至る。ターゲット材料の小滴はレーザ共振器の一端を形成すると考えてよく、反対側の端は第２共振器ミラー８５’によって形成される。それによってレーザ発振を発生させる。
[0060] レーザ放射の初期パルスは、前処理位置７３’におけるターゲット材料の小滴上に入射し、ターゲット材料の加熱を引き起こす。ターゲット材料の小滴のこの加熱は、ターゲット材料の小滴の膨張を引き起こし、場合によっては部分的プラズマを生成し得る。
[0061] ターゲット材料の小滴は、軌跡６９に沿って進み続けてプラズマ形成位置７３に到達する。これが発生したとき、増幅チャンバ７７、７９および８１によって自然放出された光子は、ターゲット材料の小滴によってビームパス８３に沿って反射される。これらの光子は増幅チャンバ７７、７９および８１内の利得媒体によって増幅され、それによってレーザ放射のパルス（以下、レーザ放射のメインパルスと呼ぶ）の生成へと至る。ターゲット材料の小滴はレーザ共振器の一端を形成すると考えてよく、反対側の端は共振器ミラー８５によって形成される。それによってレーザ発振を発生させる。
[0062] レーザ放射のメインパルスは、プラズマ形成位置７３におけるターゲット材料の小滴上に入射され、ターゲット材料の小滴を気化してＥＵＶ放射放出プラズマを生成させる。
[0063] 前処理位置７３’におけるレーザ放射の初期パルスを用いてターゲット材料の小滴を前処理することは、ターゲット材料の小滴がＥＵＶ放出プラズマへと変換される効率を改善することができる。これは、前処理位置７３’におけるレーザ放射の初期パルスによってターゲット材料の小滴のサイズが膨張し、および／または部分的プラズマへと変換するために発生することができ、それによってレーザ放射がより効率的にプラズマ形成位置７３においてターゲット材料の小滴に結合されることを可能にする。プラズマ生成の改善された効率は、レーザシステム６１の力の増大を伴わずに放射システムによって提供され得るＥＵＶ放射の強度を増大させるため、有利であり得る。これは、改善されるＥＵＶ放射を使用するリソグラフィ装置のスループットを可能にする。別の潜在的な利点は、同じ強度のＥＵＶ放射が従来のＥＵＶ放射源によって使用されるレーザシステムより低い力を有するレーザシステム６１を用いて達成できることである。
[0064] さらに、変換効率が改善されたため、ターゲット材料の小滴から生成される汚染の量を減少することができる（ここでは、汚染はターゲット材料の速いイオン、原子および／またはクランプ／マイクロ小滴を含み得る）。
[0065] ターゲット材料の小滴が前処理位置７３’からプラズマ形成位置７３まで進む間に過ぎる時間は、放射の初期パルスが生成されたときに消耗されたエネルギーを増幅器７７、７９および８１が完全に取り戻すのに十分ではない場合がある。したがって、レーザ放射のメインパルスのエネルギーは、レーザ放射の初期パルスが生成されなかった場合と比較して少ないことがある。それにもかかわらず、レーザ放射の初期パルスによって提供されるターゲット材料の小滴の前処理は、レーザ放射の初期パルスが生成されなかった場合と比較してより多くのＥＵＶの生成を可能にする。
[0066] アパーチャプレート９１内の第２アパーチャ９５の直径は、第１アパーチャ９２の直径より小さい（ここでは、直径は、ターゲット材料の小滴の軌跡と一致する方向で測定される）。結果的に、ターゲット材料の小滴はより短い時間の間、第２共振器ミラー８５’とレーザ共振器を形成し、ターゲット材料の小滴はより長い時間の間、共振器ミラー８５とレーザ共振器を形成する。これは、より低い強度でレーザ放射の初期パルスを提供し、より高い強度でレーザ放射のメインパルスを提供することに役立つことができる。
[0067] 第１アパーチャ９２は円形のものとして示されており、第２アパーチャ９５は楕円形のものとして示されているが、アパーチャはあらゆる適切な形状を有してもよい。アパーチャ９２および９５に対する適切なサイズ、形状および位置は、実験に基づいて決定されてよい。第２アパーチャ９５は、例えば、細長い形（例えば、図５に示すような楕円）を有してもよい。この場合、第２アパーチャは、ターゲット材料の小滴の動きの方向と横軸の方向においてより長く、ターゲット材料の小滴の動きの方向と平行の方向においてより短くてよい。これは、レーザシステム６１の光学系が第１アパーチャ９２に対して最適化されることを可能にし得る。なぜなら、第２アパーチャ９５の細長い形は、レーザ放射の初期パルスがターゲット材料の小滴によってトリガされ得ることを依然として確実にする一方、第２アパーチャとの関係で光学系のいくつかのミスアライメントを可能にしてしまうからである。
[0068] 第２アパーチャ９５の位置は、ターゲット材料の小滴が第１アパーチャ９２に到達する前に、小滴がそのサイズの膨張および／または部分的プラズマへの変換に対して十分な時間を有するように選択されてよい（ターゲット材料の小滴の速度を考慮する）。
[0069] アパーチャプレート９１は、アパーチャプレート９１と共振器ミラー８５および８５’のうちの１つとの間に望ましくないレーザ共振器を形成させるような態様で放射を反射しないように構成されてよい。アパーチャ９２および９５は、滑らかなエッジを有してよい。（鋭いエッジのアパーチャよりも）滑らかなエッジのアパーチャを有することは、エッジ回折および散乱がアパーチャのエッジで起こるリスクを減少することができる。これは、アパーチャプレート９１と共振器ミラー８５および８５’のうちの１つとの間にレーザ共振器が形成されるリスクを減少する。アパーチャプレート９１は、例えば、モリブデンから形成されてもよい。モリブデンは１０．６μｍの放射を反射せず、よってアパーチャプレート９１と共振器ミラー８５および８５’のうちの１つとの間にレーザ共振器が形成されるリスクを減少する。
[0070] 図示したアパーチャプレート９１はディスクであるが、アパーチャプレートはあらゆる適切な形状を有してもよい。アパーチャ９２および９５の各々は、異なるアパーチャプレートに設けられてよい。
[0071] 光学系８７は、ターゲット材料の小滴と共振器ミラー８５および８５’との間のレーザ共振器の形成を制限し、ターゲット材料の小滴が前処理位置７３’またはプラズマ形成位置７３にあった場合にのみレーザ共振器の形成を可能にする。結果的に、レーザシステム６１は、ターゲット材料の小滴が前処理位置７３’またはプラズマ形成位置７３にあった場合にのみレーザ放射を生成する。
[0072] 図４および図５に示す光学系８７は、レンズ８９および９３と合わせて２つのアパーチャ９２および９５を有するアパーチャプレート９１を含むが、光学系は他の形態であってもよい。レンズ８９および９３のうちの１つ以上は、曲面ミラーによって置き換えられてもよい。追加のレンズおよび／またはアパーチャを使用してもよい。１つ以上の追加のアパーチャおよび関連するレンズは、例えば、レーザシステムが望ましくない波長のレーザ放射を生成することを制限または防ぐために使用されてもよい。
[0073] 図３および図４では、光学系８７は第１増幅チャンバ７７と第２増幅チャンバ７９との間にあるが、光学系８７は他の場所に設けられてもよい。例えば、光学系８７は、第１増幅チャンバ７７と共振器ミラー８５および８５’との間に設けられてもよい。光学系８７は、第２増幅チャンバ７９と第３増幅チャンバ８１との間に設けられてもよい。光学系８７は、（場合によっては、これはレーザ放射ビームの直径を制限することもあるが）第３増幅チャンバ８１の後に設けられてもよい。増幅チャンバ７７、７９および８１はレーザシステム６１によって生成されるレーザ放射を増幅させるように機能するため、レーザ放射の強度は共振器ミラー８５および８５の付近で最も低く、レーザ放射が増幅チャンバ７７、７９および８１の各々を通過するにつれて増大する。これを考慮に入れて、光学系８７の位置は、光学系上に入射する放射の強度が光学系にダメージを与えないように（例えば、光学系を第１増幅チャンバ７７と第２増幅チャンバ７９との間に位置決めすることによって）選択されてよい。
[0074] 図２を参照すると、集光ミラー５０内に設けられた開口部６７は、ビームパス８３および別のビームパス８３’を受け入れるのに十分に大きくてよい。別の構成では、集光ミラー５０には、ビームパス８３を受け入れる第１開口部および別のビームパス８３’を受け入れる第２開口部が設けられてよい。
[0075] 記載された実施形態では、ビームパス８３は増幅チャンバ７７、７９および８１の中心を通り抜け、別のビームパス８３’は増幅チャンバの中心を通り抜けない。しかしながら、ビームパスは、増幅チャンバを通過するあらゆる経路をとってもよい。別のビームパスは、例えば、一部の増幅チャンバのみを通過してもよい。
[0076] 記載された実施形態では、ステアリングミラー６５は、ビームパス８３をプラズマ形成位置７３へと誘導し、別のビームパス８３’を前処理位置７３’へと誘導するために使用される。ステアリングミラー６５は、平面または曲面であってよく、例えば、レーザ放射がターゲット材料の小滴上に合焦されるように光パワーを含む。ステアリングミラー６５に加えて、またはステアリングミラー６５の代わりに、他の光学系を使用してビームパスをプラズマ形成位置７３および前処理位置７３’へと誘導（およびレーザ放射を合焦）してもよい。一実施形態では、ステアリングミラー６５は、ビームパスが増幅チャンバ７７、７９および８１からプラズマ形成位置７３および前処理位置７３’へと直接進むように省略されてもよい。この場合、ステアリングミラーは、レーザ放射をターゲット材料の小滴上に合焦させるように構成された集束光学系（例えば、凸レンズ）によって置き換えられてもよい。
[0077] 図６は、例えばレーザなどの二次放射ビームジェネレータによって生成され得る二次放射ビーム６３’、および例えばレーザなどの一次放射ビームジェネレータによって生成され得る一次放射ビーム６３を含む放射源の一実施形態を示す。二次放射ビームジェネレータは、二次放射ビーム６３’が前処理位置７３’におけるターゲット材料の小滴に当たるように二次放射ビーム６３’を誘導するように構成される。一次放射ビームジェネレータは、一次放射ビーム６３が集光ミラー５０の主焦点に配置されたプラズマ形成位置７３におけるターゲット材料の小滴に当たるように一次放射ビーム６３を誘導するように構成される。デブリ伝搬経路５６’に沿ってデブリが前処理位置７３’から放出されてよい。図６に示すように、デブリ伝搬パス５６’は、中間焦点５２から距離Δｘだけ変位した地点５２’で交差する。Δｘの大きさは、プラズマ形成位置７３と前処理位置７３’との間の距離に依存する。この影響により、デブリのかなりの部分を放射ビーム５６および中間焦点５２から離れるように再誘導することができる。
[0078] 図７および図８は、図６の放射源のさらなる実施形態を開示する。図７および図８の両方の図では、軌跡６９は集光ミラー５０に対して垂直に配置される。目標の小滴速度は１０００ｍ／ｓまたは１００００ｍ／ｓまでもの高さであり得るため、さらに関連距離は相対的に小さいため、重力加速のあらゆる影響はごくわずかである。図７の実施形態では、前処理位置７３’はプラズマ形成位置７３と集光ミラー５０との間にあり、これは、放射５６の伝搬距離に対して中間焦点５２からさらに下流にある距離Δｚだけ変位した地点５２’でデブリ伝搬パス５６’を交差させる。
[0079] 図８の実施形態では、前処理位置７３’はプラズマ形成位置７３と中間焦点５２との間にあり、これは、放射５６の伝搬方向に対して中間焦点５２からΔｚ上流である地点５２’でデブリ伝搬パス５６’を交差させる。図示したように、小滴デブリ捕捉器
９７は、地点５２’におけるデブリを捕捉するように位置決めされてよい。
[0080] この効果の原理を適用させるためには、前処理位置７３’におけるターゲット材料の小滴に当たる放射は、望ましくは、約１ｍＪから約１０００ｍＪの間の総エネルギーおよび約０．１ｎｓから約１００ｎｓの間の小滴との相互作用時間を有する。ターゲット材料の小滴に当たる放射の波長は、例えば、約１０．６μｍであってよい。例えば約０．１μｍから約２０μｍの間の他の波長も適している。
[0081] 本明細書において、ＩＣ製造におけるリソグラフィ装置の使用について具体的な言及がなされているが、本明細書記載のリソグラフィ装置が、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用のガイダンスパターンおよび検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造といった他の用途を有し得ることが理解されるべきである。
[0082] 本明細書で使用される「放射」および「ビーム」という用語は、紫外線（ＵＶ）（例えば、３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、または１２６ｎｍの波長、またはおよそこれらの値の波長を有する）、および極端紫外線（ＥＵＶ）（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）、ならびにイオンビームや電子ビームなどの微粒子ビームを含むあらゆる種類の電磁放射を包含している。
[0083] 上記の説明は、制限ではなく例示を意図したものである。したがって、当業者には明らかなように、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本記載の発明に変更を加えてもよい。

Claims (15)

  1. 軌跡に沿ってターゲット材料の小滴を供給するターゲット材料源と、
    増幅器および光学系を含むレーザシステムと、
    前記増幅器を通過および前記軌跡上の第１地点を通過する第１ビームパスを確立し、かつ前記増幅器を通過および前記軌跡上の第２地点を通過する第２ビームパスを確立する光学系と、
    前記増幅器から放出された光子が前記軌跡上の前記第１地点におけるターゲット材料の小滴によって前記第１ビームパスに沿って反射された場合にレーザ放射の第１パルスを生成し、かつ前記増幅器から放出された光子が前記軌跡上の前記第２地点における前記ターゲット材料の小滴によって前記第２ビームパスに沿って反射された場合にレーザ放射の第２パルスを生成するレーザシステムと
    を含む、放射システム。
  2. 前記光学系は、前記第１ビームパスが通過する第１アパーチャおよび前記第２ビームパスが通過する第２アパーチャが設けられた空間フィルタを含む、請求項１に記載の放射システム。
  3. 前記第１ビームパスの一端には第１共振器ミラーが設けられており、前記第２ビームパスの一端には第２共振器ミラーが設けられている、請求項１または２に記載の放射システム。
  4. 前記放射システムは、前記ターゲット材料小滴の前記軌跡上の前記第１地点へと前記第１ビームパスを誘導し、かつ前記ターゲット材料小滴の前記軌跡上の前記第２地点へと前記第２ビームパスを誘導する１つ以上のステアリング光学系をさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載の放射システム。
  5. 前記レーザ放射の第２パルスの強度は、前記レーザ放射の第１パルスの強度より大きい、請求項１〜４のいずれかに記載の放射システム。
  6. 前記第１地点は、前記ターゲット材料小滴が加熱される前処理位置であり、前記第２地点は、前記ターゲット材料小滴がＥＵＶ放射放出プラズマを形成するプラズマ形成位置である、請求項１〜５のいずれかに記載の放射システム。
  7. 前記増幅器は複数の増幅チャンバを含んでおり、前記光学系は隣接する増幅チャンバ間に設けられる、請求項１〜６のいずれかに記載の放射システム。
  8. 前記軌跡上の前記第１地点は、前記軌跡上の前記第２地点より前記ターゲット材料源に近い、請求項１〜７のいずれかに記載の放射システム。
  9. 請求項１〜８のいずれかに記載の放射システムと、
    前記放射システムによって放出されたＥＵＶ放射を調整する照明システムと、
    前記放射ビームの断面にパターンを付与してパターン付けされた放射ビームを形成するパターニングデバイスを保持するサポート構造と、
    基板を保持する基板テーブルと、
    前記基板のターゲット部分上に前記パターン付けされた放射ビームを投影する投影システムと
    を含む、リソグラフィ装置。
  10. ＥＵＶ放射ビームを生成する方法であって、
    軌跡に沿ってターゲット材料の小滴を供給することであって、前記軌跡は、前処理位置およびプラズマ形成位置を通って延在する、ことと、
    レーザシステムの増幅器から放出された光子が前記前処理位置における前記ターゲット材料の小滴によって反射された場合、前記レーザシステムからレーザ放射の第１パルスを生成することであって、前記レーザ放射の第１パルスは、前記ターゲット材料の小滴上に入射し、前記ターゲット材料の小滴の加熱を引き起こす、ことと、
    前記レーザシステムの前記増幅器から放出された光子が前記プラズマ形成位置における前記ターゲット材料の小滴によって反射された場合、前記レーザシステムからレーザ放射の第２パルスを生成することであって、前記レーザ放射の第２パルスは、前記ターゲット材料の小滴上に入射し、前記レーザ放射の第２パルスがＥＵＶ放射放出プラズマを形成することを引き起こす、ことと、
    を含む、方法。
  11. 前記レーザ放射の第２パルスの強度は、前記レーザ放射の第１パルスの強度より大きい、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記レーザ放射の第１パルスは、前記レーザ放射の第２パルスの前に前記ターゲット材料の小滴上に入射する、請求項１０または１１に記載の方法。
  13. 請求項１〜１７のいずれかに記載の放射システムを使用するか、あるいは請求項１８に記載のリソグラフィ装置を使用する、請求項１０〜１２のいずれかに記載の方法。
  14. 放射システムであって、
    軌跡に沿ってターゲット材料の小滴を供給するターゲット材料源と、
    増幅器および光学系を含むレーザシステムと、
    前記増幅器を通過および前記軌跡上の第１地点を通過する第１ビームパスを確立し、かつ前記増幅器を通過および前記軌跡上の第２地点を通過する第２ビームパスを確立する光学系と、
    前記増幅器から放出された光子が前記軌跡上の前記第１地点におけるターゲット材料の小滴によって前記第１ビームパスに沿って反射された場合にレーザ放射の第１パルスを生成し、かつ前記増幅器から放出された光子が前記軌跡上の前記第２地点における前記ターゲット材料の小滴によって前記第２ビームパスに沿って反射された場合にレーザ放射の第２パルスを生成するレーザシステムとを含む放射システムと、
    前記放射システムによって放出されたＥＵＶ放射を調整する照明システムと、
    前記放射ビームの断面にパターンを付与してパターン付けされた放射ビームを形成するパターニングデバイスを保持するサポート構造と、
    基板を保持する基板テーブルと、
    前記基板のターゲット部分上に前記パターン付けされた放射ビームを投影する投影システムと
    を含む、リソグラフィ装置。
  15. 軌跡に沿ってターゲット材料の小滴を供給するターゲット材料源と、
    前記軌跡上の第１地点へと誘導される二次放射ビームを生成する二次放射ビームジェネレータと、
    前記軌跡上の第２地点へと誘導される一次放射ビームを生成する一次放射ビームジェネレータと、
    前記第２地点で生成された放射を集光し、かつ中間焦点へと再誘導する集光ミラーとを含み、
    前記第１地点で生成されたデブリは、前記中間焦点から離間された第３地点へと前記集光ミラーによって再誘導される、放射システム。
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