JP2942544B2 - プラズマ・フォーカス高エネルギ・フォトン・ソース - Google Patents

プラズマ・フォーカス高エネルギ・フォトン・ソース

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高エネルギ・フォ
トン・ソースに関し、特に、高信頼性Ｘ線及び高エネル
ギ紫外線ソースに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体産業では、より小さな集積回路の
寸法にプリントすることができるリソグラフィ技術の開
発が続けられている。これらの装置は、高信頼性、費用
対効果スループット、及び、合理的なプロセス許容度を
有する必要がある。集積回路製造産業は、水銀のＧ線
（４３６ｎｍ）及びＩ線（３６５ｎｍ）露光ソースか
ら、２４８ｎｍ及び１９３ｎｍのエキシマ・レーザ・ソ
ースに現在変化している。この移行は、焦点深度が最小
のより高度なリソグラフ解像度の必要性によって促進さ
れた。
【０００３】ＩＣ産業の要求は、露光ソースの解像能力
１９３ｎｍを近いうちに越え、従って、１９３ｎｍより
はるかに短い波長で信頼性のある露光ソースの必要性を
生み出すことになるであろう。エキシマ線は１５７ｎｍ
で存在するが、この波長で十分透過する光学材料が手に
入らない。それゆえ、全反射イメージング装置を用いな
ければならない。全反射光学システムは、透過システム
より小さな開口数を要求する。より小さな開口数によっ
て生ずる解像度の損失は、より大きな要因によって波長
を短くすることによってのみ調整され得る。従って、光
学リソグラフィの解像度が、１９３ｎｍで達成される解
像度を越えるまでに改良される場合には、１０ｎｍのレ
ンジの光ソースが要求される。
【０００４】高エネルギ紫外線及びＸ線ソースに関する
現在の技術水準は、レーザ・ビームや、電子、その他の
粒子で種々のターゲット材料に衝撃を与えることによっ
て作り出されたプラズマを利用する。固体ターゲットが
用いられてきたが、固体ターゲットのアブレーションに
よって生成された破片が、生産ラインの作業のために用
いられるシステムの種々のコンポーネントに悪影響を有
する。破片の問題に対する提案された解は、破片が光学
装置を覆わないように、凍結した液体又は凍結した気体
ターゲットを使用することである。しかしながら、生産
ラインの作業に関して実用的であるべきこれらのシステ
ムがないことは判明している。
【０００５】Ｘ線及び高エネルギ紫外線放射がプラズマ
・ピンチ作用で作り出され得ることが長年良く知られて
いた。プラズマ・ピンチでは、種々の可能性のある形態
の一つ、例えば、電流を流すことによって作り出された
磁界がプラズマ内の電子及びイオンを加速して、イオン
からの内部電子を実質的に剥ぎ取り、その結果として、
Ｘ線及び高エネルギ紫外線放射を形成するのに十分なエ
ネルギを備える微小体積を形成する、と言った形態で電
流がプラズマを通る。プラズマを合焦させ、又は、ピン
チすることからの高エネルギ放射の生成に関する種々の
従来技術は、以下の特許に記載されている。
【０００６】・J.M. Dawson 、「X-Ray Generator 」米
国特許第3,961,197 号、 1976 年6 月1 日 ・T.G. Roberts等、「Intense, Energetic Electron Be
am Assisted X-Ray Generator 」米国特許第3,969,628
号、 1976 年7 月13日 ・J.H. Lee、「Hypocycloidal Pinch Device」米国特許
第4,042,848 号、 1977年8 月16日 ・L. Cartz等、「Laser Beam Plasma Pinch X-Ray Syst
em」米国特許第4,504,964 号、 1985 年3 月12日 ・A. Weiss等、「Plasma Pinch X-Ray Apparatus」米国
特許第4,536,884 号、 1985 年8 月20日 ・S. Iwamatsu 、「X-Ray Source」米国特許第4,538,29
1 号、 1985 年8 月27日 ・A. Weiss等、「X-Ray Lithography System」米国特許
第4,618,971 号、 1986年10月21日 ・A. Weiss等、「Plasma Pinch X-Ray Method 」米国特
許第4,633,492 号、1986年12月30日 ・I. Okada, Y. Saitoh 、「X-Ray Source and X-Ray L
ithography Method 」米国特許第4,635,282 号、1987年
1 月6 日 ・R.P. Gupta等、「Multiple Vaccum Arc Derived Plas
ma Pinch X-Ray Source」米国特許第4,751,723 号、198
8年6 月14日 ・R.P. Gupta等、「Gas Discharge Derived Annular Pl
asma Pinch X-Ray Source 」米国特許第4,752,946 号、
1988年6 月21日 ・J.C. Riordan, J.S. Peariman 「Filter Apparatus f
or use with an X-Ray Source 」米国特許第4,837,794
号、1989年6 月6 日 ・D.A. Hammer, D.H. Kalantar「Method and Apparatus
for MicrolithographyUsing X-Pinch X-Ray Source」
米国特許第5,102,776 号、1992年4 月7 日 ・M.W. McGeoch「Plasma X-Ray Source 」米国特許第5,
504,795 号、1996年4 月2 日 必要とされることは、信頼性の高い生産ラインと、破片
形成に関する従来技術の問題を避ける、高エネルギ紫外
線及びＸ線に関する簡単なシステムである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は高エネルギ・フ
ォトン・ソースを提供する。プラズマ・ピンチ電極の対
が真空チャンバに配置されている。作動ガス供給装置
は、希バッファ・ガスと、所望のスペクトル線を作り出
すために選択された活性ガスとを含む作動ガスを供給す
る。パルス電源は、少なくとも１００Ｈｚの周波数、且
つ、活性ガスのスペクトル線での放射を提供する作動ガ
スに非常に高温で高密度のプラズマ・ピンチを作り出す
ための電極の間に放電を生成するのに十分な高電圧で電
気的パルスを提供する。外部反射放射収集器−導波器
が、プラズマ・ピンチで作り出された放射を収集し、放
射を所望の方向に差し向ける。好ましい実施形態では、
活性ガスはリチウムであり、バッファ・ガスはヘリウム
であり、放射−収集器は電極に使用される材料で被覆さ
れている。材料の好ましい選択は、タングステンであ
る。
【０００８】
【発明の実施の形態】第１の好ましい実施形態 高エネルギ紫外光ソースの簡単な図面を図１に示す。大
きなコンポーネントがプラズマ・ピンチ・ユニット２、
光エネルギ・フォトン収集器４、空洞の光パイプ６であ
る。プラズマ・ピンチ・ソースは、低インダクタンス・
パルス・パワー回路１０によって電力が供給される同軸
の電極８を有する。この好ましい実施形態におけるパル
ス・パワー回路は、１０００Ｈｚの周波数で同軸電極８
に対して、１ｋＶ乃至２ｋＶの範囲で、１００ｎｓ乃至
５００ｎｓを提供することができる高電圧、エネルギ効
率回路である。ヘリウム及びリチウム蒸気の混合のよう
な少量の作動ガスが、図１に示すような電極８の基部の
付近にある。各高電圧パルスでは、アバランシェ破壊
が、同軸電極８の内側及び外側電極の間にどちらかの自
己破壊のために生じる。バッファガスに生じるアバラン
シェ・プロセスはガスをイオン化し、電極の基部で電極
の間に伝導プラズマを生成する。いったん伝導プラズマ
が存在するならば、電流は電極の内側と外側の間を流れ
る。この好ましい実施形態では、外側電極が高電圧であ
り、内側電極が接地である。電流は、外側電極から内側
電極に流れ、従って、電子は中心から離れて流れ、イオ
ンは中心に向かって流れる。この電流は、移動荷電担体
に作用し荷電担体を同軸電極８の基部から離すように加
速させる磁場を作り出す。
【０００９】プラズマが中心電極の端に届くとき、プラ
ズマの電気的及び磁気的な力は、中心電極の中心線に沿
って、且つ、中心電極の端を越えて短い距離の点１０の
あたりの「焦点」に対してピンチし、圧力及びプラズマ
の温度は、非常に高温に達するように急激に上昇し、あ
る場合には、太陽の表面の温度と同じ位高温である。電
極の寸法およぎ回路の総電気エネルギは、好ましくは、
プラズマの所望の黒体温度を作り出すために最適化され
る。１３ｎｍレンジの放射を作り出すために、約１００
ｅＶの黒体温度が要求される。一般的には、特定の同心
形状に関して、温度は電気的パルスの電圧の上昇に伴っ
て上昇する。放射スポットの形状は、軸線方向において
幾分不規則であり、半径方向に対しておおよそガウス分
布である。放射されたエネルギの約９５パーセントは、
半径約１ｍｍの体積にある。
【００１０】殆どの従来技術について、プラズマ・ピン
チ・ユニットは技術文献に記載されており、放射スポッ
トは黒体に極めて近いスペクトルを全ての方向に放射す
る。作動ガスのリチウムの目的は、放射スポットからの
放射のスペクトルを狭くすることである。
【００１１】リチウム蒸気 ２重イオン化リチウムは、１３ｎｍで電気的遷移を示
し、ヘリウムのバッファの放射ソース原子として役立
つ。２重イオン化リチウムは、２つの理由のために優れ
た選択である。第１は、リチウムの低融点及び高蒸気圧
である。放射スポットから排出されたリチウムを、チャ
ンバ壁および収集光学系の表面を５０乃至１００℃で単
に加熱することによってこれらの表面を覆わないように
妨げなければならない。次いで、気相リチウムは、標準
的なターボ分子ポンプ技術を使用して、ヘリウム・バッ
ファ・ガスに沿ってチャンバからポンプされる。更に、
リチウムは、２つのガスを単に冷却することによってヘ
リウムから容易に分離され得る。
【００１２】ソース原子としリチウムを使用することの
第２の利点は、非イオン化リチウムが１３ｎｍ放射に関
して低吸収断面積を有することである。放射スポットか
ら排出されたどんなイオン化リチウムでも、適度な電場
で容易に掃引され得る。残りの非イオン化リチウムは、
１３ｎｍ放射に対して実質的に透過である。現在の最も
一般的に提案されている１３ｎｍソースは、レーザによ
り除去されたキセノンの凍結ジェットを使用する。１３
ｎｍでのキセノンの吸収断面積が大きいので、かかる装
置は、次のパルスの前に、排出された全てのキセノンを
ほとんど捕獲しなければならない。
【００１３】放射収集器 放射スポットで作り出された放射は、十分な４IIステラ
ジアンに一様に放出される。いくらかのタイプの収集光
学系は、この放射を捕獲するために必要であり、それを
リソグラフィ・ツールの方に差し向ける。前述の提案さ
れている１３ｎｍ光ソースは、多層誘電性被覆ミラーの
使用に基づいた収集光学系を提案した。多層誘電性ミラ
ーの使用は、広い角度範囲にわたって高い収集効率を達
成するのに用いられる。破片を作り出すどんな放射ソー
スでも、これらの誘電性ミラーを被覆することがあり、
それらの反射率を低下させ、かくして、ソースからの収
集された出力を減少させる。この好ましい装置は、電極
の腐食によって損害を受け、かくして、放射スポットに
接近して配置されたいかなる誘電性ミラーをも時間をか
けて劣化し得る。
【００１４】従って、放射収集器の我々の選択は、硬Ｘ
線放射の収集のために以前に開発された技術を利用する
ことである。この技術は、多くの材料が単一なＸ線領域
よりも少ない実際のコンポーネントを備える屈折率を有
する事実を活用する。全反射は、スネルの法則が反射材
料内の屈折角が９０°よりも大きいことを示す角度で達
成され得る。タングステンのようないくつかの材料は、
１３ｎｍで入射をかすめないように、１８°まで全体の
外面反射を示す。大きな円錐角を受け入れる能力がある
収集器を作り出すために、種々の円錐切断面は、互いに
内部に入れ子になり得る。各円錐切断面は、所望の方向
に放射円錐のその断面を向けなおすために、放射の１つ
の反射よりも多くを使用しうる。我々は、我々が最小で
２５°の立体角にわたって放出されている１３ｎｍ放射
を収集し、差し向けることができることを判断する。
【００１５】タングステン電極―収集器のためのタング
ステン被覆 全体の外部反射収集器のための材料を選択するとき、収
集器の被覆材料が電極材料と同じであることが好まし
い。タングステンは、それが電極として使用されてお
り、１３ｎｍでのその屈折率の実数部分が０．９４５で
あるので、有望な候補である。電極及びミラー被覆のた
めに同じ材料を使用することにより、侵食された電極材
料が収集ミラーの上を覆うとき、ミラーの反射を退化さ
せるのを除去する。
【００１６】光パイプ 堆積材料をリソグラフィツールのイルミネーション光学
系から取り除きつづけることは重要である。それゆえ、
光パイプ６は、この分離を更に保証するのに好ましい。
光パイプ６は、その内側面の実質的な全反射をも使用す
る空洞光パイプである。第１の収集光学系は、空洞光パ
イプの受光角に適合するように収集された放射の円錐角
を減少させるために設計され得る。この概念を図１に示
す。リソグラフィツールの誘電性ミラーは、タングステ
ン又はリチウム原子が図１に示されたような空洞光パイ
プのヘリウムの下への流れに逆らって上流に拡散するの
で、次いで、どんな電極の破片からも良好に保護され得
る。
【００１７】パルス電源ユニット 好ましいパルス電源ユニット１０は、固体状態高周波、
固体状態トリガを利用する高電圧パルス電源ユニット、
米国特許第5,142,166号に記載されたパルス電源ユニッ
トのような磁気スイッチ回路である。これらのユニット
は、非常に信頼性が高く、多くの月日及び莫大なパルス
印加の間実質的なメンテナンスなしで連続的に作動する
ことができる。
【００１８】システム 従って、図１に示したように好ましい実施形態では、約
摂氏９０度の温度でヘリウムとリチウム蒸気の混合の作
動ガスが、同軸電極８内に排出される。パルス電源ユニ
ット１０からの電気的パルスは、十分な高温で１０に密
集プラズマ・フォーカスと、約１３ｎｍの波長で紫外線
放射を生成する作動ガスの２重イオン化リチウム原子に
対する圧力とを作り出す。この光は、全外部反射収集器
４に収集され、光がリソグラフィ・ツール（図示せず）
に更に差し向けられる空洞光パイプ６内に差し向けられ
る。排出チャンバ１は、ターボ吸引ポンプ１２で約４ト
ールの真空で維持される。作動ガスのいくらかのヘリウ
ムは、ヘリウム分離器１４で分離され、図１に示された
ような光パイプの１６で掃引するのに用いられる。光パ
イプのヘリウムの圧力は、典型的には低圧又は真空に保
持されるリソグラフィ・ツールの要求する圧力に適合す
るのが好ましい。作動ガスの温度は、熱交換器２０で所
望の温度に保持され、ガスは静電フィルタ２２で浄化さ
れる。ガスは図１に示すように同軸電極空間に放出され
る。
【００１９】第２の好ましいプラズマ・ピンチ・ユニッ
ト 第２の好ましいプラズマ・ピンチ・ユニットを図２に示
す。このユニットは、米国特許第4,042,848 号に記載さ
れたプラズマ・ピンチ・ユニットよりも小さい。このユ
ニットは、２つの外側ディスク形状電極３０及び３２
と、内側ディスク形状電極３６とを有する。ピンチは、
米国特許第4,042,848 号に記載された３つの方向からな
り、図２に記載する。ピンチは電極の周囲付近から始ま
り、中心に向かって進み、放射スポットは軸の対照に沿
って、図２に示す内側電極の中心の３４で発達する。放
射は、図１の実施形態に関して記載されたように、収集
され且つ差し向けられ得る。しかしながら、図２に示す
ようなユニットの両側からくる２つの方向の放射を捕獲
することは可能である。また、誘電性ミラーを３８に配
置することによって、左に反射された最初の放射の実質
的な割合が、放射スポットを介して後ろに反射され得
る。このことは右側に向かう放射に対してシミュレーシ
ョンを行うべきである。
【００２０】上記の実施形態は、本発明の原理の適用を
示すことができる多くの可能な特定の実施形態のうちの
いくつかを例示しているにすぎないことが分かる。例え
ば、作動ガスを再循環させる代わりに、それはリチウム
を単にトラップするのが望ましく、ヘリウムを放出す
る。タングステンと違う組み合わせを被覆する他の電極
の使用がまた可能である。例えば、銅又は白金の電極及
び被覆は機能し得る。プラズマ・ピンチを生成するため
の他の技術は、記載された特定の実施形態に関して代用
され得る。他の技術のいくつかは、この明細書の従来の
技術の項目で参照される特許に記載されている。高周波
高電圧電気パルスの多くの方法が入手可能であり、利用
され得る。変形実施形態は、光パイプを室温で保持し、
かくして、光パイプの長さを下に移動させることを試み
るとき、リチウムとタングステンの両方を凍結させ得
る。この凍結の概念は、原子が衝撃の際に光パイプの壁
に永久に付着し得るので、リソグラフィ・ツールで使用
される光学系に到達する多量の破片を更に減少させ得
る。リソグラフィ・ツール光学系上の電極材料の堆積
は、第１の放出チャンバの小さなオリフィスを介して放
射スポットを再びイメージするように収集器光学系を設
計することにより妨げられ、差動ポンピング配置を使用
する。ヘリウムは、第１のチャンバ内にオリフィスを介
して第２のチャンバから供給され得る。このスキーム
は、銅気相レーザの出力窓の材料堆積を妨げる際に、効
果的に示される。リチウム水素化合物は、リチウムの代
わりに使用され得る。ユニットはまた、電極を介して流
れる作動ガスなしで、静的に満たされたシステムとして
作動しうる。
【００２１】従って、読者は、与えられた例によってで
はなく、添付した特許請求の範囲及びその法的均等の範
囲によって本発明の範囲を判断することを要求される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を利用する高エネルギ・フォトン・ソー
スの図である。
【図２】ディスク形状電極を備える３次元プラズマ・ピ
ンチ装置の図である。
【符号の説明】
２ プラズマ・ピンチ・ユニット ４ 収集器 ６ 光パイプ ８ 電極 １０ 電源 ３０ 電極 ３２ 電極 ３６ 電極
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０５Ｈ 1/24 Ｈ０５Ｈ 1/24 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１５Ａ (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G21K 5/00 - 5/12 H05H 1/24 - 1/54 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ａ．真空チャンバと、 Ｂ．前記真空チャンバ内に位置決めされ、放電領域を構
    成し、放電の際に高周波プラズマ・ピンチを生成するた
    めに配置された、少なくとも２つの電極と、 Ｃ．希ガスであるバッファガス及び少なくとも１つの光
    スペクトル線を作るために選択される活性ガスを有する
    作動ガスと、 Ｄ．前記作動ガスを前記放電領域に供給するための作動
    ガス供給装置と、 Ｅ．少なくとも１００Ｈｚの周波数であり、前記電極の
    少なくとも１対の間に放電を生成するのに十分な高電圧
    の電気的パルスを与えるためのパルス電源と、 Ｆ．前記プラズマ・ピンチで作り出される放射を収集
    し、所望の方向に前記放射を差し向けるための外部の反
    射放射収集−導波器と、を有する高エネルギ・フォトン
    ・ソース。
  2. 【請求項２】 前記活性ガスがリチウム蒸気である、請
    求項１に記載の高エネルギ・フォトン・ソース。
  3. 【請求項３】 前記活性ガスがリチウム水素化合物であ
    る、請求項１に記載の高エネルギ・フォトン・ソース。
  4. 【請求項４】 前記収集器−導波器によって収集され且
    つ差し向けられた放射を伝導させるために配置された光
    パイプを更に有する、請求項１に記載の高エネルギ・フ
    ォトン・ソース。
  5. 【請求項５】 前記電極が電極材料からなり、前記収集
    器−導波器が同じ電極材料で被覆されている、請求項１
    に記載の高エネルギ・フォトン・ソース。
  6. 【請求項６】 前記少なくとも２つの電極が、２つの外
    側電極と１つの内側電極とを構成する３つのディスク形
    状電極であり、前記２つの外側電極が、作動中に、前記
    内側電極の両側に対向してある、請求項１に記載の高エ
    ネルギ・フォトン・ソース。
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