JP3791441B2

JP3791441B2 - 極端紫外光発生装置

Info

Publication number: JP3791441B2
Application number: JP2002087935A
Authority: JP
Inventors: 満池内
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: JP2003282424A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体露光用装置の光源に利用される極端紫外光発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細なパターンを有する半導体集積回路などを製造する方法として縮小露光装置がある。従来から、Ｘ線縮小露光装置が用いられており、例えば、特開平９−１１５８１３号公報には、Ｘ線発生装置を用いた露光装置が開示されている。
上記露光装置は、Ｘ線発生源、照明光学系、マスク、ウエハ等の全体を真空容器に収納して真空に保ち、Ｘ線源発生源から回路パターンが形成されたマスクにＸ線を照射して、マスクの像をウエハに縮小投影し、その表面のレジストを露光してパターンを転写するものである。
近年の半導体集積回路の微細化に伴ない、より短波長の光が必要とされており、光源として、ＫｒＦレーザー（２４８ｎｍ）からＡｒＦレーザー（１９３ｎｍ）と短波長光源の開発がなされている。
そして、Ｓｉデバイスの最後のリソグラフィといわれる５０ｎｍ技術のＥＵＶリソグラフィの技術が開発されている。
【０００３】
このＥＵＶリソグラフィに用いられる光源としては、波長が１０〜１３ｎｍ程度の極端紫外光を放射するものである。
このような、波長が１０ｎｍ〜１３ｎｍ程度の極端紫外光を発生させる方式の一つとして、放電プラズマを利用したものが知られている。
その一つとして、特開２００１−４２０９８号公報にはプラズマフォーカス式の極端紫外光源が記載されており、また、他の技術として米国特許第６１８８０７６号明細書、ＷＯ０１／９７５７５明細書にはキャピラリ放電を利用した極端紫外光源が開示されている。これらはいずれも、放電によって高温高密度のプラズマを生成することによって極端紫外光を発生させるものである。
【０００４】
上記極端紫外光源を用いた半導体露光装置は、図７の概略図に示すように、キャピラリ放電等を利用した極端紫外光源１、反射面に多層膜が設けられた集光鏡２、反射型マスク３、投影光学系４、ウエハ５等を真空容器中に収納したものであり、極端紫外光源１から放出される極端紫外光を集光鏡２で集光して、反射型マスク３に照射し、マスク３の反射光を投影光学系４を介して、ウエハ５の表面に縮小投影する。
【０００５】
図８は上記キャピラリ放電を利用した極端紫外光源の構成例を示す図であり、同図は極端紫外光源から放出される極端紫外光の光軸を通る平面で切った断面図を示している。
同図に示すように、例えばタングステン製の第１の電極１１（高圧側電極）、第２の電極１２（接地側電極）の間に、キャピラリー構造体２１が設けられる。キャピラリ構造体２１は例えば窒化ケイ素からなる円柱状の絶縁体であり、中心に直径３ｍｍのキャピラリ２１１を有する。
第１，２の電極１１，１２には、電気導入線３１，３２を介して電源（図示せず）が電気的に接続され、該電源から第１、第２の電極１１，１２間にパルス的に高電圧が印加される。第２の電極は、通常接地され、第１の電極にパルス的に例えば負の高電圧を印加する。以下では、第１の電極を高圧側電極、第２の電極を接地側電極という。
上記高圧側電極、接地側電極１１，１２は、それぞれ貫通孔１１１，１２１を備え、これらの貫通孔１１１，１２１と、前記キャピラリ構造体２１のキャピラリ２１１は同軸上に配置され連通している。
【０００６】
上記高圧側電極１１には絶縁板７３に取り付けられ、絶縁板７３は仕切り円筒７１に固定され、さらに仕切り円筒７１は底板７２に固定されており、高圧側電極１１および絶縁板７３、仕切り円筒７１、底板７２により閉空間Ｓａを構成する。
上記底板７２には、上記電気導入線３１，３２が貫通する貫通孔、および上記閉空間Ｓａにガスを導入するガス導入口４１、排気口４２が設けられ、ガス導入口４１から作動ガス、例えばキセノン（Ｘｅ）ガスを導入し、排気口４２から排出することにより、上記閉空間Ｓａ内の圧力が適当な値になるように制御される。
また、上記底板７２は、外囲円筒８１と気密に接合され、外部と遮断した空間Ｓｂを形成している。外囲円筒８１には排気口８２が設けられる。
空間Ｓａ内の作動ガスは、電極１１，１２に形成された貫通孔１１１，１２１、キャピラリ２１１を介して空間Ｓｂに流出し、上記排気口８２から排気される。上記排気口８２からの排気量を充分に大きくすることにより、空間Ｓｂ内は高真空状態に保たれる。
【０００７】
図８において、上記貫通孔１１１，１２１、キャピラリ２１１に作動ガスを流しながら、高圧側電極１１、接地側電極１２にパルス的に高電圧を印加すると、キャピラリ２１１内部でガス放電が生じ、高温プラズマが形成される。これにより、波長が１０〜１３ｎｍの極端紫外光が発生し、この極端紫外光は、真空に保持された空間Ｓｂへ放射される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
極端紫外光源は、上記のようにパルス的に印加される高電圧により生ずるガス放電により極端紫外光を発生するものであり、１回のパルスあたりの電気入力エネルギーを１０Ｊとすると、１秒間に１０００回（１０００Ｈｚ）パルスを印加すると、１００００Ｗになる。
つまり、極端紫外光源から放射される光のパワーを大きくするには、１回のパルスあたりの電気入力エネルギーを大きくするか、単位時間あたりのパルス回数を大きくする必要がある。
そして、光源から放射される極端紫外光のパワーが大きいほど、露光工程のスループットを向上させるのに有利になる。
【０００９】
上記のように、極端紫外光源から放射される光のパワーを大きくするには、１回のパルスあたりの電気入力エネルギーを大きくするか、単位時間あたりのパルス回数を大きくする必要があるが、どちらを採用したとしても、それに伴なって、図８に示した極端紫外光源を構成する高圧側電極１１、接地側電極１２、キャピラリ構造体２１の温度が上昇してしまう。
この結果、最も高温となる放電プラズマの中心に対向するキャピラリ構造体２１の温度が異常に高くなり、キャピラリ構造体２１の表面が蒸発し、有害塵（以下、デブリと記す）が発生することになる。
発生したデブリは極端紫外光の透過を妨げたり、露光光学系の反射ミラーの表面に堆積してその反射率を低下させるなど、露光装置のパフォーマンスの低下、あるいは信頼性の低下といった悪影響をもたらす。
なお、高圧側電極１１、接地側電極１２は例えばタングステン製であり、容易に蒸発するものではないが、極めて高い温度に上昇すると、キャピラリ構造体２１と同様に、蒸発が起こりデブリが発生することとなる。
【００１０】
デブリの発生を抑えるともに、極端紫外光源から放射される光のパワーを大きくするため、極端紫外光源を複数設けて、これらを並列運転し、各光源が発生する極端紫外光をミラー等を用いて同一方向に導くアイデアも提案されている。
しかし、従来においては、具体的にどのような構成とすれば、各極端紫外光源から放射される極端紫外光を効果的に重ね合わせて、一つの光源から放射される光と同様に出力させることが可能であるかについては、明らかにされていなかった。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、本発明の目的は、複数の極端紫外光源を用い、これらの光源から放射される極端紫外光を可動ミラーにより同一方向に導くことにより、デブリの発生を抑えて大出力の極端紫外光を得ることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上記課題を次のようにして解決する。
（１）絶縁体を挟むように第１、第２の電極が配置され、当該第１、第２の電極および絶縁体には、それぞれの部材を貫通する貫通孔が形成され、それぞれの貫通孔は同軸上に配置され連通しており、この連通した貫通孔に発光ガスを流入させ、上記第１、第２の電極にパルス電圧を印加して貫通孔内で発生する極端紫外光を放射する極端紫外光源を複数設ける。
そして、上記複数の極端紫外光源を、その出射光の光軸が一点で交わるように配置し、該光軸の交点に回転移動するミラーを、複数の極端紫外光源から放射され該ミラーで反射した極端紫外光が同一方向に反射するように傾けて配置する。
（２）上記（１）において、上記ミラーの回転軸を、該ミラーの反射光の光軸と一致させ、複数の極端紫外光源を、上記ミラーの反射光の光軸に垂直な平面上であって、前記光軸の交点から等しい距離に配置する。
本発明においては、上記構成としたので、複数の極端紫外光源の出力の和を極端紫外光発生装置から出力させることができる。
このため、例えば要求される出力パワーをＰとし、極端紫外光源の数をｎ個とすると、各極端紫外光源の出力パワーをＰ／ｎとすることができ、各極端紫外光源の出力パワーを小さくすることが可能となる。したがって、１個の各極端紫外光源を用いて出力パワーＰを得る場合に比べ、キャピラリ構造体等の温度上昇を小さく抑えることが可能となり、デブリの発生を抑えることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は本発明の第１の実施例の極端紫外光発生装置の断面構成（図１（ｂ）のＢ−Ｂ’断面）を示す図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
図１において、１は本実施例の極端紫外光発生装置、１１，１２，１３，１４は極端紫外光源であり、極端紫外光源１１〜１４は、前記図８に示したものと同様の構成を有する。
２１はミラー、２２は回転軸受、２４は回転軸であり、ミラー２１は中心軸Ｚを中心として回転自在に構成され、図示しない駆動機構により回転する。
３１は外囲円筒であり、外囲円筒３１には上記極端紫外光源１１〜１４が取り付けられる。また、外囲円筒３１には排気口３２と光出射口３３が設けられており、排気口３２から高速に排気することにより外囲円筒３１内は高真空に維持される。
【００１３】
極端紫外光源１１，１２，１３，１４は、その出射光の光軸が一点で交わるように、かつ、該光軸の交点を中心とする同一円周上に等しい間隔に配置され、光軸の交点に上記回転移動するミラー２１の反射面２３が配置されている。
すなわち、各極端紫外光源１１，１２，１３，１４は等間隔に、かつ、各極端紫外光源の発光点と、光軸の交点（ミラー２１の反射面２３）は等しい距離になるように配置される。
また、ミラー２１の反射面２３は、複数の極端紫外光源１１，１２，１３，１４から放射され該ミラーで反射した極端紫外光が同一方向に反射するように傾けて配置され、ミラー２１の回転軸２４は、該ミラー２１の反射光の光軸と一致している。
例えば、図１に示すように各極端紫外光源を同一円周上に等しい間隔に配置し、各極端紫外光源から放出される光の光軸が同一平面上にあるように配置した場合には、ミラー２１の反射面の角度は上記光軸を含む平面に対して４５°となり、ミラー２１は上記反射光の光軸に一致する回転軸２４を軸として回転する。
ミラー２１が図示しない駆動機構により回転すると、その反射面２３は上記各極端紫外光源１１，１２，１３，１４に順次対向し、そのとき各極端紫外光源１１，１２，１３，１４から極端紫外光を放射させることにより、極端紫外光がミラー２１で反射して、光出射口３３へ導かれる。
【００１４】
図２は、上記第１の実施例の変形例を示す図であり、図２（ａ）は極端紫外線発生装置の断面構成（図２（ｂ）のＢ−Ｂ’断面）、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
図２において、図１に示したものと同一のものには同一の符号が付されており、本実施例は、第１の実施例の極端紫外光発生装置において、ミラー２１の反射面２３を曲面形状としたものである。
本実施例においては、上記のように反射面２３を曲面形状としたので、ミラー２１で反射した極端紫外光を集光した状態で光出射口３３へ導くことができる。
【００１５】
図３は、上記図１および図２に示した極端紫外光発生装置において、ミラー２１をステップ状に回転させた場合における、それぞれの極端紫外光源１１，１２，１３，１４からの発光強度、反射面２３の回転角および光出射口３３における極端紫外光の強度の時間変化を模式的に示した図である。
それぞれの極端紫外光源１１，１２，１３，１４は繰り返し間隔Ｔでパルス動作される。同図において、ミラー２１の反射面２３が極端紫外光源１１と正対したときをミラー回転角０°としている。極端紫外光源１１から極端紫外光が発生する間はミラー回転角０°とし、次に極端紫外光源１２から極端紫外光が発生するまでにミラー回転角を９０°とする。
以下、極端紫外光源１３、１４の順に極端紫外光を発生させ、それに応じてミラー２１を回転させ、ミラー２１が１回転した後に再び、極端紫外光源１１から発光させる。
光出射口３３における極端紫外光の繰り返し間隔はＴ／４となる。したがって、それぞれの極端紫外光源からの出力が同じ場合には、光出射口３３からみた極端紫外光の平均的な強度は、これらの極端紫外光源単独で動作させた場合の４倍となる。
すなわち、各極端紫外光源の出力を、要求される出力の１／４とすることができ、要求される出力を１個の極端紫外光源により発生する場合に比べ、デブリの発生を抑えることが可能となる。
【００１６】
図４は、各極端紫外光源１１，１２，１３，１４がｎ回発光する毎に、ミラー２１をステップ状に回転させた場合における、それぞれの極端紫外光源１１，１２，１３，１４からの発光強度、反射面２３の回転角および光出射口３３における極端紫外光の強度の時間変化を模式的に示した図である。
それぞれの極端紫外光源１１，１２，１３，１４は、続けてｎ回発光したのち、所定の期間休止し、再びｎ回発光する動作を繰り返しており（この動作を以下バースト運転という）、極端紫外光源１１からｎパルスの極端紫外光が発生する間はミラー回転角０°とし、次に極端紫外光源１２から極端紫外光が発生するまでにミラー回転角を９０°とし、極端紫外光源１２からｎパルスの極端紫外光が発生する間、その角度に保持する。
以下、極端紫外光源１３、１４の順にｎパルスの極端紫外光を発生させ、それに応じてミラー２１を回転させ、ミラー２１が１回転した後に再び、極端紫外光源１１から発光させる。
【００１７】
図５は本発明の第２の実施例の極端紫外光発生装置の構成を示す図であり、前記図１、図２と同様、図５（ａ）は極端紫外線発生装置の断面構成（図５（ｂ）のＢ−Ｂ’断面）、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
図５において、図１、図２に示したものと同一のものには同一の符号が付されており、本実施例においては、外囲円筒３１に、８個の極端紫外光源１１〜１８を取り付けたものである。
極端紫外光源１１〜１８は、第１の実施例と同様、その出射光の光軸が一点で交わるように、同一円周上に等しい間隔に配置され、光軸の交点に上記回転移動するミラー２１の反射面２３が配置されており、各極端紫外光源１１〜１８の発光点と、光軸の交点（ミラー２１の反射面２３）は等しい距離になるように配置される。
また、ミラー２１の反射面２３は、各極端紫外光源１１〜１８から放射され該ミラーで反射した極端紫外光が同一方向に反射するように傾けて配置され、ミラー２１の回転軸２４は、該ミラー２１の反射光の光軸と一致している。
例えば、図５に示すように各極端紫外光源を同一円周上に等しい間隔に配置し、各極端紫外光源から放出される光の光軸が同一平面上にあるように配置した場合には、前記第１の実施例と同様、ミラー２１の反射面の角度は上記光軸を含む平面に対して４５°となり、ミラー２１は上記反射光の光軸に一致する回転軸２４を軸として回転する。
ミラー２１は前記第１の実施例と同様、中心軸Ｚを中心として回転自在に構成され、ミラー２１が図示しない駆動機構により回転すると、その反射面２３は上記各極端紫外光源１１〜１８に順次対向し、そのとき各極端紫外光源１１〜１８から極端紫外光を放射させることにより、極端紫外光がミラー２１で反射して、光出射口３３へ導かれる。
【００１８】
図６は、図５に示した極端紫外光発生装置において、ミラー２１を連続的に回転させた場合における、それぞれの極端紫外光源１１〜１８からの発光強度、反射面２３の回転角および光出射口３３における極端紫外光の強度の時間変化を模式的に示した図である。
図６において、それぞれの極端紫外光源１１〜１８は繰り返し間隔Ｔでパルス動作される。ミラー２１は連続的に回転しており、ミラー２１の反射面２３が極端紫外光源１１と正対したとき、極端紫外光源１１を発光させ、ついで、ミラー２１の反射面２３が極端紫外光源１２に正対したとき、極端紫外光源１２を発光させる。
以下同様に、ミラー２１を連続的に回転させながら極端紫外光源１３、１４、１５、１６、１７、１８の順に極端紫外光を発生させ、ミラー２１が１回転した後に再び、極端紫外光源１１から発光させる。
この場合、光出射口３３における極端紫外光の繰り返し間隔はＴ／８となる。したがって、それぞれの極端紫外光源からの出力が同じ場合には、光出射口３３からみた極端紫外光の平均的な強度は、これらの極端紫外光源単独で動作させた場合の８倍となる。
【００１９】
なお、上記ではミラーを連続的に回転させた場合を示したが、図５に示した極端紫外光発生装置において、前記図３に示したように、ミラー２１をステップ状に回転させたり、また、図４に示したように、ミラー２１をステップ状に回転させ、各極端紫外光源１１〜１８をバースト運転してもよい。
同様に、前記図１および図２に示した極端紫外光発生装置において、図６に示したように、ミラー２１を連続的に回転させてもよい。
また、上記実施例では、４個および８個の極端紫外光源を用いた場合について説明したが、極端紫外光源の数は、必要とされる出力パワーに応じて適宜選定することができる。
さらに、上記実施例では、各極端紫外光源から放出される光の光軸が同一平面上にある場合について説明したが、必ずしも各光軸が同一平面上にある必要はなく、要するに、各極端紫外光源を、その出射光の光軸が一点で交わるように配置し、各極端紫外光源の発光点と光軸の交点が等しい距離になるようにし、光軸の交点に、各極端紫外光源から放出される極端紫外光が同一方向に反射するように回転移動するミラーの反射面を配置し、該ミラーの回転軸を、該ミラーの反射光の光軸と一致させればよい。
具体的には、複数の極端紫外光源を、ミラーの反射光の光軸に垂直な平面上であって、前記光軸の交点から等しい距離に配置すればよい。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、極端紫外光源を複数設け、複数の極端紫外光源を、その出射光の光軸が一点で交わるように配置し、該光軸の交点に回転移動するミラーを、複数の極端紫外光源から放射され該ミラーで反射した極端紫外光が同一方向に反射するように傾けて配置したので、複数の極端紫外光源の出力の和を極端紫外光発生装置から出力させることができる。
このため、各極端紫外光源の出力パワーを小さくすることが可能となり、１個の各極端紫外光源を用いて要求される出力パワーを得る場合に比べ、デブリの発生を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の極端紫外光発生装置の断面構成を示す図である。を示す図である。
【図２】第１の実施例の変形例を示す図である。
【図３】ミラーをステップ状に回転させた場合の反射面の回転角、光出射口における極端紫外光の強度等の時間変化を模式的に示した図である。
【図４】各極端紫外光源がｎ回発光する毎に、ミラーをステップ状に回転させた場合の反射面の回転角、光出射口における極端紫外光の強度等の時間変化を模式的に示した図である。
【図５】本発明の第２の実施例の極端紫外光発生装置の断面構成を示す図である。
【図６】図７においてミラーを連続的に回転させた場合における反射面の回転角、光出射口における極端紫外光の強度等の時間変化を模式的に示した図である。
【図７】極端紫外光源を用いた半導体露光装置の概略構成を示す図である。
【図８】キャピラリ放電を利用した極端紫外光源の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１１〜１８極端紫外光源
２１ミラー
２２回転軸受
２４回転軸
３１外囲円筒
３２排気口
３３光出射口

Claims

絶縁体を挟むように第１、第２の電極が配置され、当該第１、第２の電極および絶縁体には、それぞれの部材を貫通する貫通孔が形成され、それぞれの貫通孔は同軸上に配置され連通しており、この連通した貫通孔に発光ガスを流入させ、上記第１、第２の電極にパルス電圧を印加して貫通孔内で発生する極端紫外光を放射する極端紫外光源を複数有し、
上記複数の極端紫外光源は、出射光の光軸が一点で交わるように配置され、
上記光軸の交点には回転移動するミラーが配置され、該ミラーは、複数の極端紫外光源から放射され該ミラーで反射した極端紫外光が同一方向に反射するように傾けて配置されている
ことを特徴とする極端紫外光発生装置。
前記ミラーの回転軸は、該ミラーの反射光の光軸と一致しており、前記複数の極端紫外光源は、上記ミラーの反射光の光軸に垂直な平面上であって、前記光軸の交点から等しい距離に配置されている
ことを特徴とする請求項１の極端紫外光発生装置。