JP2017097369A

JP2017097369A - 低減されたデブリ生成を有するレーザ生成プラズマｅｕｖ源

Info

Publication number: JP2017097369A
Application number: JP2016255082A
Authority: JP
Inventors: ギルダルドデルガド; Delgado Gildardo; ダニエルワック; Wack Daniel
Original assignee: KLA Tencor Corp
Current assignee: KLA Corp
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2032-09-06
Also published as: JP2014530451A; JP6309078B2; TW201320830A; US20130063803A1; JP6072800B2; WO2013036666A1; EP2754213A4; EP2754213A1; US9335637B2; TWI590713B

Abstract

【課題】低減されたデブリを有するレーザ生成プラズマを介してＥＵＶ光を生成するための方法および装置を提供する。【解決手段】極紫外線（ＥＵＶ）光を生成するための方法および装置が開示される。この方法は第１レーザビームを利用してターゲット材を非熱的にアブレーションすることを含み得る。第１レーザビームは、非熱的な方法でターゲット材の一部を放出させ、それによりプルームを形成するよう構成され得る。この方法は、第２レーザビームを利用してプルームを照射し、それによりＥＵＶ放射のための高温プラズマを生成することをさらに含み得る。【選択図】図１

Description

本開示は、一般に極紫外線に関し、より詳細には、レーザ生成プラズマを介して極紫外線を生成するための方法および装置に関する。

極紫外線（ＥＵＶ）光は、高エネルギー紫外線放射であり、一般に約１０ｎｍ〜約１２０ｎｍの範囲の波長を有する電磁放射であると定義される。ＥＵＶはレーザ生成プラズマにより人工的に生成され得る。

従来のレーザ生成プラズマ（ＬＰＰ）ＥＵＶ生成器では、ＥＵＶ光生成物質が液滴としてチャンバ内に放出され得る。次にレーザビームがチャンバ内の液滴を照射し得る。レーザビームを液滴に照射すると、液滴はプラズマ状態に励起され、ＥＵＶ光を生成する。一方、この過程で液滴の一部が断片化および分散され、その結果、デブリが形成される。係るデブリはプラズマに変形することがなく、チャンバ内に留まり得る。

そのため、低減されたデブリを有するレーザ生成プラズマを介してＥＵＶ光を生成するための方法および装置が必要となる。

本開示は極紫外線（ＥＵＶ）光を生成するための方法を対象とする。この方法は第１レーザビームを利用してターゲット材を非熱的にアブレーションすることを含み得る。第１レーザビームは、非熱的にターゲット材の一部を放出させ、それによりプルームを形成するよう構成され得る。この方法は、第２レーザビームを利用してプルームを照射し、ＥＵＶ放射のための高温プラズマを生成することをさらに含み得る。

本開示のさらなる実施形態はＥＵＶ光を生成するための装置を対象とする。この装置は筐体と、第１レーザ装置と、第２レーザ装置と、を備え得る。筐体はターゲット材を封入するよう構成され得る。第１レーザ装置は、第１窓を通して第１レーザビームを提供し、筐体内に配置されたターゲット材を非熱的にアブレーションし、それによりプルームを形成するよう構成され得る。第２レーザ装置は、第２窓を通して第２レーザビームを提供し、それにより筐体内のプルームを照射するよう構成され得る。なお、照射されたプルームはＥＵＶ放射のための高温プラズマを生成する。一実施形態において第１レーザビームは、ターゲット材の熱伝導により吸収されるレーザエネルギーの消散時間よりも短いパルス継続時間を有し得る。それにより非熱的にターゲット材の一部が放出され、それによりプルームが形成される。

上述の全般的な説明および以下の詳細な説明の両方が、単に代表的且つ説明的であり、本開示を必ずしも限定するものではないことを理解すべきである。添付の図面は、本明細書に組み込まれ本明細書の一部を構成するものであって、本開示の主題を図示する。説明および図面はともに本開示の原理を説明するよう機能する。

本開示の多くの利点は、以下の添付の図面を参照することにより、当業者によってより明確に理解され得る。

ＥＵＶ光を生成するための装置を示す図である。ＥＵＶ光を生成するための他の装置を示す図である。ＥＵＶ光を生成するための方法を図示するフローチャートである。

添付の図面に図示される本開示の主題について、ここで詳細に参照する。

本開示は、固体または液体の準平面ターゲットからのレーザ生成プラズマを介してＥＵＶ光を生成するための方法および装置を対象とする。本開示に係る方法および装置は、使用されないターゲット材に通常は関連するデブリを最小化する。一実施形態において、ターゲット材は超短パルスレーザビームにより非熱的にアブレーションされ、それによりターゲット材表面の上方でプルームが形成される。この非熱的に形成されたプルームは引き続き高強度パルスレーザビームを用いて照射され、それによりＥＵＶ放射のための高温プラズマ（例えば２０〜４０ｅＶ）が生成され得る。

全般に図１および図２を参照する。図１はＥＵＶ光を生成するための装置１００を示す図である。装置１００は筐体１０２を備え、筐体１０２はターゲット材１０４を封入するよう構成される。ターゲット材１０４は疑似平坦表面１０６を有する固体または液体のＥＵＶ光生成物質である。係る物質は例えばスズ（Ｓｎ）、キセノン（Ｘｅ）などを含み得る。筐体１０２は１つまたは複数の窓を備え、それによりレーザビームが筐体１０２に進入することが可能となる。係る窓はフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、高品質の二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）などから形成され得る。

装置１００は、第１レーザ装置１０８と第２レーザ装置１１０とをさらに備える。第１レーザ装置１０８は、第１窓１１４を通して（例えばピコ秒またはフェムト秒のオーダの）超短パルスアブレーションレーザビーム１１２を提供し、それにより筐体１０２内に配置されたターゲット材を非熱的にアブレーションするよう構成される。係るレーザアブレーションにより物質除去速度（アブレーション速度）が（レーザおよび物質特性に応じて）単位パルスあたり単分子層の１／１０を越え得る。それにより、初期の電子的（または振動的）な光励起が運動エネルギーに変換された結果、原子、イオン、分子、およびクラスタがターゲット材１０４の表面から放出することとなる。すなわち、短パルスアブレーションレーザビーム１１２が非熱的にターゲット材１０４の一部を放出させ、それによりプルーム１１６がターゲット材１０４の表面上方で形成され得る。

次にプルーム１１６が、第２レーザ装置１１０からのレーザビームにより照射され得る。一実施形態において、第２レーザ装置１１０は、第２窓１１８を通して高強度パルス赤外線（ＩＲ）またはＣＯ_２レーザビーム１２４を提供し、それにより筐体１０２内のプルーム１１６を照射するよう構成される。次に、照射されたプルームがＥＵＶ放射のための高温プラズマ（例えば２０〜４０ｅＶ）を生成する。

本発明に係る装置１００は１３．５ｎｍのＥＵＶを生成するために利用され得る。その場合、筐体１０２は真空チャンバとして構成され得る。装置１００は他の様々な波長を有するＥＵＶ放射を生成するためにも利用され得る。その場合、筐体１０２は必ずしも真空チャンバである必要はない。例えば、高圧チャンバは、１２０ｎｍを越える波長を有するＥＵＶを生成するために利用され得る。

本開示に係る非熱的アブレーション加工は従来のシステムに比して有利である。例えば、超短パルスアブレーションレーザビームを利用することにより、ターゲット材が直接的に気体に変換され、アブレーション加工を熱消散なしに（またはほとんどなしに）行うことが可能となる。加えて、非熱的なアブレーション加工では気相の化学種のみが生成され、効果的なＥＵＶ光生成のためにパルスの個数を最適化することができる。したがって、ガスが過度に生成されること、およびシステム内の他の場所に搬送ならびに堆積されることが回避され得る。この手法では、液滴の幾何学的形状がターゲット材のために用いられる場合における困難（例えば液滴銃（ｄｒｏｐｌｅｔｇｕｎ）の信頼性、位置およびタイミングの制御の他にも、従来のシステムに関連するその他の困難など）に遭遇することなく、質量制限されたターゲットが達成され得る。

一実施形態において、ターゲット材１０４は、図１に示すように、前面（表面１０６に対向する側部）から垂直な入射角で、または垂直方向から所与の角度θで、アブレーションレーザビーム１１２により照射され得る。代替的に、図２に示すように、ターゲット材１０４は、ターゲット材１０４の表面１０６上に集束するアブレーションレーザビーム１１２により裏面から透明基板１２０を通して照射され得る。入射角は垂直な入射角でもよく、または垂直方向から所与の角度γでもよい。

また、プルーム１１６が引き続きＩＲまたはＣＯ_２レーザビーム１２４により照射される場合に、効率を高めるために、アブレーション加工により形成されるプルーム１１６が成形されてもよいと考えられる。様々な技術がプルーム１１６の成形に利用され得る。例えば、ターゲット材１０４の表面にキャビティ（例えば溝部など）を画成すると、アブレーション加工の前および／またはその間に膨張が制限および成形される。別の場合には、アパーチャまたはマスク１２２が光路においてターゲット材１０４とレーザ装置１０８との間に配置されてもよい。アパーチャ１２２はアブレーションエリア／形状を成形するために用いられ得る。係る成形により、生成されるプルーム１１６の形状が制御され得る。さらに別の場合には、２つ以上のレーザ装置１０８がターゲット材１０４をアブレーションするために利用され得、これらのレーザ装置により提供されるアブレーションレーザビームは、プルーム１１６を成形するために傾けられ得る。

また、筐体１０２内のプルーム１１６を照射するために２つ以上のレーザ装置１１０を用いることも考えられる。係るレーザ装置１１０は、様々な角度からプルーム１１６を照射するレーザビーム１２４（例えばＩＲまたはＣＯ_２レーザビーム）を提供するために様々な場所に配置され得る。一実施形態において、アブレーションレーザビーム１１２とレーザビーム１２４とが、ほぼ異なる波長、異なるパルス幅、および異なる照射強度を有するよう設定され得る。レーザビーム１２４はアブレーション加工により形成されるプルーム１１６に集束し得る。事前設定された平面／場所で望ましいＬＰＰを生成するために、レーザビーム１２４を用いる照射の時間がアブレーションレーザビーム１１２を用いる照射の時間よりも遅延されることが好ましいこともある。

本開示に係る非熱的なアブレーション加工の効率がアブレーションレーザビーム１１２およびターゲット材１０４の特性に基づいて最適化され得ることがさらに考えられる。係る特性は入射角、アスペクト比、ターゲット材特性、表面仕上げなどを含むが、これら限定されない。例えば、単位表面積あたりターゲット材１０４に吸収されるエネルギーはパルス継続時間ｔ_ｐにおけるレーザフルエンスに依存し得る。したがってアブレーション速度はフルエンスの関数として表され得る。通常のアブレーション閾値はターゲット材およびレーザ波長に応じて０．１〜１Ｊ／ｃｍ^２のオーダであり得る。単位パルスあたりのアブレーションされる物質の量（深さおよび体積）は、以下で詳細に説明するようにアブレーションレーザビーム１１２のパルス継続時間および波長に基づいて決定され得る。

アブレーションレーザビームのパルス継続時間は単位パルスあたりのアブレーション速度に影響を与えるパラメータの１つである。例えば、ターゲット材の進入深さはターゲット材の拡散率およびパルス継続時間に基づいて計算され得る。短レーザパルスは、吸収する体積内のエネルギー付与を制限し、付随する（主に熱）エネルギーの伝搬を最小化し得る。例えば、パルス幅が当該物質の電子格子緩和時間よりも小さい場合、高いエネルギー密度が当該物質の薄い表面下の層に形成され得る。この結果、高速なイオン化と、付与されたエネルギーの大部分が放出される物質により保持される状態での物質除去とが実現される。これは、熱拡散および／または溶融が顕著に低減されることを意味する。また、これは、電子的プロセスが熱的プロセスよりも高速であることと、アブレーション加工が熱消散なしに（または、ほとんどなしに）生じることができることと、を暗に示す。その結果は、プラズマ形成がより小さい状態で、固体から気体への直接的変換である。

一実施形態において、レーザパルス継続時間ｔ_ｐは熱伝導ｔ_ｔｈにより吸収されるレーザエネルギーの消散時間よりも短く設定される。レーザ相互作用時間の短縮化はターゲット材に加わる熱的負荷を低減させる。これにより、溶融と、熱の影響を受ける体積とが低減される。一般に、パルスがナノ秒よりも短縮されると熱進入深さが光吸収深さに近づき、その結果正味熱損傷が最小化される。さらに、パルスの短縮化にともない各パルスに対するパワー密度または照射（Ｗ／ｃｍ^２）が上昇し、その結果、照射が高いほど相変化が高速化されるため、アブレーション速度が改善され熱的損傷が低減され得る。熱的効果を完全に回避することができるように、アブレーション速度の機構が熱伝導よりも数オーダだけ早く起こり得る。ナノ秒〜フェムト秒の範囲の広いスペクトルのパルス継続時間を有するレーザシステム／装置を利用することが有利であり得ると考えられる。

アブレーションレーザビームの波長は、単位パルスあたりのアブレーション速度に影響を与える別のパラメータである。例えば、ターゲット材との波長相互作用は、進入深さに影響を及ぼし得、次に進入深さがアブレーション速度に影響を及ぼし得る。体積に対する最小の熱エネルギー伝達を有するレーザアブレーションに関して、供給されたエネルギーを有するレーザパルスはその物質の結合エネルギーを越える必要がある。加えて、ターゲット材特性および表面仕上げも考慮に入れる必要があり得る。さらに、多光子過程による非線形吸収が高強度において重要となり得る。これは自由キャリアが吸収の向上に寄与する場合に起こり得る。非線形吸収多光子過程は考慮に入れる必要があり得、進入深さおよび除去速度を向上または調節するために利用され得る。

一実施形態において、紫外線（ＵＶ）レーザ波長の利用は、ＵＶエネルギーが化学結合の解離エネルギーに近づくため、非常に効果的である。このことは、共有結合の光化学的分解により物質が除去されることを生じさせ、その結果非熱的なアブレーション加工が提供され得る。係る非熱的なアブレーション加工は、熱の影響を受けるゾーンが存在しない状態で、非常に良好な特徴を達成し得る。正確な物質除去速度がレーザ光のレーザパルス進入深さに依存し得ることが理解される。各種の式を用いて、進入深さを計算することができる。なお、これらの方程式は、レーザ波長ならびにレーザの減衰係数、吸収係数、強度などの他のパラメータの関数として表され得る。

代表的な一実装において、ＳｎまたはＳｎ混合物がターゲット材１０４として利用され得、短パルス（例えばピコ秒〜フェムト秒）ＵＶレーザ１１２がアブレーション加工のために利用され得る。効果的にＥＵＶを生成すること、および使用されないＳｎ物質の量を低減することについては、ＬＰＰＥＵＶを生成するためのＳｎプルームを最大化することが有利であり得る。約２０〜１００ｎｍの固体Ｓｎ物質が、要求されるＥＵＶ（例えば検査システムの使用のためなど）を生成するために十分であり、ＳｎまたはＳｎ混合物の進入深さが数十ｎｍであると判定されたものと仮定する。これは、単一パルス〜数パルスがＳｎプルームに対して必要となる物質量を生成するために十分であり得ることを示唆するであろう。

実験結果により、約３５５ｎｍのレーザ進入深さに対してレーザパルスの９０％がターゲット材の最初の２０ｎｍに吸収されたことが示されている。これは、超短パルス（例えばフェムト秒）に対して、単位パルスあたり２０ｎｍものアブレーションが可能であることを暗示し得る。必要とされる物質の正確な量に応じて、数パルスまたは必要な数のパルスを用いることができる。（例えば放出されるアブレーション物質の量を調節するために）より強力な吸収が要求される場合、ターゲット材（例えばＳｎなど）に強力な吸収材が注入され得る。係る吸収材は例えばアントラセンなどを含み得る。これにより、３００ｎｍ以下で動作するＵＶレーザよりも小さい電子励起を含むレーザ波長（例えば３５１ｎｍおよび３５５ｎｍなど）の最大吸収が可能となる。さらに、単位パルスあたりより多量の物質除去が望まれる場合は、より長い波長が利用され得る。

アブレーションレーザビームのパルス継続時間および波長特性に加えて、例えばアブレーション加工のために利用されるレーザ装置１０８の個数、各アブレーションレーザビームの入射角などのその他の要因を考慮に入れてもよい。アブレーション速度の計算は、過剰な量の物質が放出された場合に堆積され得る潜在的なデブリを最小化する一方でプルーム（ＥＵＶ生成のための）を形成するために必要となる物質の最適量を生成するためにアブレーションレーザビームから必要とされるパルスの理想的な個数を判定することを支援し得る。

図３を参照すると、本開示に係るＥＵＶ光を生成するための方法３００が示される。ステップ３０２は第１レーザビームを利用してターゲット材を非熱的にアブレーションし得る。第１レーザビームは、非熱的にターゲット材の一部を放出させ、それによりプルームを形成するよう構成される。一実施形態において第１レーザビームはターゲット材の熱伝導により吸収されるレーザエネルギーの消散時間よりも短いパルス継続時間を有する短パルスレーザビームである。引き続きステップ３０４は第２レーザビームを利用してプルームを照射し、それによりＥＵＶ放射のための高温プラズマを生成し得る。一実施形態において、第２レーザビームは高強度パルス赤外線またはＣＯ_２レーザビームである。

これらのステップがＥＵＶ光の継続的な生成のために反復され得ると考えられる。第１レーザビームおよび／または第２レーザビームのための特定のパラメータ（強度、パルス継続時間、パルスの個数など）は、ＥＵＶ光の所望量、ターゲット材の特性、利用可能な空間、費用、およびその他の要因を含むが、これらに限定されない特定の要件に基づいて決定されると理解される。

本開示のシステムおよび方法と、係るシステムおよび方法に付随する特長と、は前述の説明により理解されると考えられ、様々な変更例が、開示された主題から逸脱することなく、またはその物質的特長の必ずしも全部を犠牲にすることなく、これらの構成品の形態、構成、および配列において可能であることは明白であろう。説明された形態は単に説明を目的とするものである。

Claims

極紫外線（ＥＵＶ）光を生成するための方法であって、
非熱的にターゲット材の一部を放出させることでプルームを形成するよう構成された第１レーザビームを利用して、前記ターゲット材を非熱的にアブレーションするステップと、
第２レーザビームを利用して前記プルームを照射することでＥＵＶ放射のための高温プラズマを生成するステップと、
を含む方法。
前記第１レーザビームは、ピコ秒またはフェムト秒のオーダのパルス継続時間を有する短パルス紫外線レーザビームである、
請求項１に記載の方法。
前記第２レーザビームは、高強度パルス赤外線またはＣＯ_２レーザビームである、
請求項１に記載の方法。
アパーチャまたはマスクのうちの少なくとも１つを利用して、前記第１レーザビームを成形することにより前記プルームの形状を制御するステップ、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記ターゲット材は、真空チャンバまたは高圧チャンバのうちの少なくとも１つの内に封入される、
請求項１に記載の方法。
極紫外線（ＥＵＶ）光を生成するための装置であって、
ターゲット材を封入するよう構成され、少なくとも第１窓および第２窓を有する筐体と、
第１窓を通して第１レーザビームを提供し、前記筐体内に配置された前記ターゲット材を非熱的にアブレーションし、それによりプルームを形成するよう構成された第１レーザ装置と、
前記第２窓を通して第２レーザビームを提供し、それにより前記筐体内の前記プルームを照射するよう構成され、前記照射されたプルームはＥＵＶ放射のための高温プラズマを生成する、第２レーザ装置と、
を含む装置。
前記第１レーザビームは、ピコ秒またはフェムト秒のオーダのパルス継続時間を有する短パルス紫外線レーザビームである、
請求項６に記載の装置。
前記第２レーザビームは、高強度パルス赤外線またはＣＯ_２レーザビームである、
請求項６に記載の装置。
光路において前記ターゲット材と前記第１レーザ装置との間に配置されたアパーチャであって、前記第１レーザビームを成形することにより前記プルームの形状を制御するよう構成されたアパーチャ、
をさらに備える、請求項６に記載の装置。
前記筐体は、真空チャンバまたは高圧チャンバのうちの少なくとも１つである、
請求項６に記載の装置。
前記筐体の第３窓を通して第３レーザビームを提供し、それにより前記筐体内に配置された前記ターゲット材を非熱的にアブレーションするよう構成された第３レーザ装置と、
をさらに備える、請求項６に記載の装置。
前記筐体の第４窓を通して第４レーザビームを提供し、それにより前記筐体内の前記プルームを前記第２レーザビームと合同して照射するよう構成された第４レーザ装置と、
をさらに備える、請求項６に記載の装置。
前記ターゲット材を前記筐体内に固定および支持するための支持基板、
をさらに備える、請求項６に記載の装置。
極紫外線（ＥＵＶ）光を生成するための装置であって、
ターゲット材を封入するよう構成され、少なくとも第１窓および第２窓を有する筐体と、
前記ターゲット材の熱伝導により吸収されるレーザエネルギーの消散時間よりも短いパルス継続時間を有する第１レーザビームを前記第１窓を通して提供し、前記筐体内に配置された前記ターゲット材をアブレーションするよう構成され、前記ターゲット材の一部を非熱的な方法で放出しプルームを形成する第１レーザ装置と、
前記第２窓を通して第２レーザビームを提供し、前記筐体内の前記プルームを照射するよう構成され、前記照射されたプルームにＥＵＶ放射のための高温プラズマを生成させる第２レーザ装置と、
を含む装置。
前記第１レーザビームは、紫外線レーザビームである、
請求項１４に記載の装置。
前記第２レーザビームは、高強度パルス赤外線またはＣＯ_２レーザビームである、
請求項１４に記載の装置。
光路において前記ターゲット材と前記第１レーザ装置との間に配置されたアパーチャであって、前記第１レーザビームを成形し、それにより前記プルームの形状を制御するよう構成されたアパーチャ、
をさらに含む、請求項１４に記載の装置。
前記筐体は真空チャンバまたは高圧チャンバのうちの少なくとも１つである、
請求項１４に記載の装置。
前記第１レーザビームは直接的に前記ターゲット材の表面を照射し、それにより前記ターゲット材を非熱的にアブレーションする、
請求項１４に記載の装置。
前記第１レーザビームは透明基板を通して前記ターゲット材の表面を照射し、それにより前記ターゲット材を非熱的にアブレーションする、
請求項１４に記載の装置。