JP4189658B2

JP4189658B2 - 極端紫外光発生装置

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Publication number: JP4189658B2
Application number: JP2003137949A
Authority: JP
Inventors: 弘人佐藤; 和典別所
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2023-05-15
Also published as: JP2004340761A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温プラズマから極端紫外光を発生させる極端紫外光発生装置に関するものであり、更に詳しくは、駆動手段等の格別の機械的要素を含まないデブリ除去手段を配置して、光源から発生したデブリが集光ミラーに到達することを確実に防止することを可能とする極端紫外光発生装置に関するものである。本発明は、例えば、半導体リソグラフィー装置、生体分析、物質の構造解析などに好適に利用される新しい極端紫外光発生装置を提供するものとして有用である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体リソグラフィーなどに用いられる、波長が１０〜１５ｎｍ程度の極端紫外光を発生させる装置として、例えば、陽極と陰極との間の空間にキセノンガスなどの発光ガスを導入した後に、陽極と陰極との間に高エネルギーの電気パルスを印加して電流を流し、その際に発生する自己磁場によって電流をその中心軸に向かって収縮（ピンチ）させ、高温高密度のプラズマを生成して極端紫外光を発生させる極端紫外光発生装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、先行技術として、例えば、細孔を有する絶縁体（キャピラリ）の両端に陰極と陽極をそれぞれ配置し、これらの電極間にパルス電圧を印加し、この際に流れる放電電流をキャピラリ壁で閉じ込めることによって電流密度を上げ、高温プラズマを生成して極端紫外光を発生させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
更に、先行技術として、例えば、レーザ光をターゲット物質に集光照射することにより、高温のプラズマを生成し、極端紫外光を発生させる装置が提示されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
このような極端紫外光発生装置から発生した極端紫外光は、その先に設けられた光学系により捕集され、半導体の露光などに利用される。
【０００６】
上記の極端紫外光発生装置は、いずれも高温プラズマからの極端紫外光を放射するものであり、高温のプラズマの近傍に位置する構造体( 例えば、キャピラリーや電極）が高温に晒されたり、プラズマから飛来してくる高速イオンによってこれらの構造体の表面が損傷を受けるなどして、塵、粒子が飛散する。これらの塵や粒子をデブリ（ｄｅｂｒｉｓ）と呼ぶ。発生したデブリは、放射された極端紫外光を集光するために光源部の近くに配置されている集光ミラー表面を汚染してその反射率を低下させ、集光効率を下げてしまうなどの不具合をもたらす。
【０００７】
そこで、発生したデブリによる集光ミラー表面の汚染を防ぐ対策として、高温プラズマからなる極端紫外光源と集光ミラーとの間にデブリ除去装置を設ける方法が提案されている。
【０００８】
そして、これらの方法では、例えば、極端紫外光源と光学系の間に、機械的に回転する遮光板を設け、この遮光板に光を透過するための複数の貫通孔を設け、光源の点灯周波数に同期して、貫通孔が光源と光学系の間に来るようにし、光源から極端紫外光が放射される時のみ貫通孔を透過した光が光学系に入射し、それ以外の時は遮光板が回転し、光学系に向かって飛んできたデブリを捕捉する技術が採用されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００９】
しかしながら、この種の回転遮光板を用いたデブリ除去装置を設ける方法では、遮光板を回転させる機構が必要となり、回転駆動する構造が複雑になるという問題があった。また、回転遮光板の回転速度と光源の点灯周波数を完全に一致させることは難しく、デブリを回転遮光板で確実に捕捉することができないという問題があった。
更には、デブリは、その材質や光源に入力される電流波形等によって、速度が異なるものであり、速度の速いデブリと速度の遅いデブリが存在することになる。速度の遅いデブリは、この回転遮光板でも十分に捕捉することはできるが、速度の速いデブリは、この回転遮光板が回転し、光源と光学系の光路を遮光する前に貫通孔を通して光学系に飛び込むことがあり、回転遮光板で確実にデブリを捕捉することができないという問題があった。
【００１０】
また、前記の方法では、例えば、極端紫外光源と光学系の間に、極端紫外光と平行もしくはほぼ平行なフィンからなるデプリ吸着面を含む吸着部を、軸周りに回転させることによってデブリが光学系に到達することを防止する技術が採用されている（例えば、特許文献５参照）。
しかしながら、この種のデブリ除去装置においては、除去可能なデブリの最高速度はフィンの枚数、フィンの光進行方向の長さ、及び回転部の回転速度で決まる。除去可能速度より速いデブリは吸着部をすり抜けて光学系に到達することがあり、確実にデブリを捕捉することができないという問題があった。
【００１１】
その結果、上記先行技術を用いても、デブリが集光ミラーの表面に付着し、その反射率を低下させ、集光効率を下げてしまい、極端紫外光発生装置からの光出力が低下するという問題を確実に解消することは困難であった。
【００１２】
【特許文献１】
特表２００２−５０７８３２号公報
【特許文献２】
米国特許第６１８８０７６号明細書
【特許文献３】
特開平９−１１５８１３号公報
【特許文献４】
特開２００２−３１３５９８号公報
【特許文献５】
特開２００３−２２９５０号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、上記先行技術にみられる諸問題を確実に解消することが可能な新しい技術を開発することを目標として鋭意研究を重ねた結果、前記光源と光学系との間に、複数の平板を固定して配置した新しい方式のデブリ除去手段を用いることにより、回転駆動手段等の格別の機械的要素を用いることなく、所期の目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、複数の平板が固定して配置された特定構造のデブリ除去手段を構成要素として含む新しい極端紫外光発生装置を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、高温プラズマから極端紫外光を発生させ、この極端紫外光を集光ミラーによって捕集する極端紫外光発生装置において、デブリによって集光ミラーが汚染されることを確実に防ぎ、長時間使用しても極端紫外光の出力が低下しない極端紫外光発生装置を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）高温プラズマから極端紫外光が放射される光源と、この光源から放射された極端紫外光を捕集するための光学系とを有する極端紫外光発生装置において、前記光源と光学系との間に、複数の平板が所定の間隔で固定して配置されており、それぞれの平板は各平板がなす仮想平面が１つの直線を共有するような角度を有して設置され、前記光源は当該直線上に位置しており、
前記光源と前記複数の平板との離間空間内の、前記複数の平板がなす仮想平面と交差する方向にガスを流すガス噴出手段を有することを特徴とする極端紫外光発生装置。
（２）前記光源と前記複数の平板との離間空間を介して、前記ガス噴出手段と対向する位置に前記ガス噴出手段から噴出されるガスを回収するためのガス回収手段が設けられていることを特徴とする前記（１）に記載の極端紫外光発生装置。（３）前記ガス噴出手段から噴出されるガスが、水素、ヘリウム、アルゴン、窒素の少なくともいずれか１つを含むガスであることを特徴とする前記（１）に記載の極端紫外光発生装置。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明につて更に詳細に説明する。
本発明は、極端紫外光が放射される光源と、この光源から放射された極端紫外光を捕集するための光学系とを有する極端紫外光発生装置において、前記光源と光学系との間に、複数の平板が、それぞれの平板がなす仮想平面が１つの直線を共有するように所定の角度で固定して配置されていること、この直線上に光源が位置していること、前記光源と前記複数の平板との離間空間における、前記複数の平板がなす仮想平面と交差する方向にガスを流すガス噴出手段を有すること、を特徴とするものである。
【００１６】
本発明は、高温プラズマからの極端紫外光を放射する光源と、この光源から放射された極端紫外光を捕捉するための光学系とを有する、波長が１０〜１５ｎｍ程度の極端紫外光を発生させる、極端紫外光発生装置を対象とするものであり、光源の種類、及び光学系の構成等については、既存の手段及びその改良手段を任意に使用することが可能であり、特に制限されるものではない。また、当該極端紫外光発生装置の構成についても、以下に述べる本発明の特徴的部分のデブリ除去手段とその関連手段を除くその余の構成は特に制限されるものではない。
【００１７】
本発明では、前記光源と光学系との間に、特定構造のデブリ除去手段が配置される。このデブリ除去手段は、前述のように、次の構成、（１）前記光源と光学系との間に、複数の平板が、それぞれの平板がなす仮想平面が１つの直線を共有するように所定の角度で固定して配置されている、（２）この直線上に光源が位置している、（３）前記光源と前記複数の平板との離間空間における、前記複数の平板がなす仮想平面と交差する方向にガスを流す（噴出する）ガス噴出手段を有する、を必須の構成要素としている。
【００１８】
これらの構成のうち、前記（１）の手段については、後記する実施例に具体的に示されるように、多数の平板が固定して配置され、それぞれの平板は各平板がなす仮想平面が１つの直線を共有するような角度を有する。平板の固定手段は特に制限されないが、好適には、例えば、平板を保持し得る構造体（平板保持構造体）に適宜の手段で取り付けられて固定される。平板は、すべての平板が形成する仮想平面が１つの交差軸を共有するように配置されている。そして、この平板としては、好適には、例えば、厚さ０．２ｍｍ程度のステンレス製のものが例示されるが、これに制限されるものではなく、これと同効のものであれば同様に使用することができる。また、平板の形状、平板の枚数は、特に制限されるものではないが、好適には、例えば、後記する図２に示されるように、同一形状で数１０枚程度の平板が用いられる。
【００１９】
また、前記（２）の手段については、前記交差軸の軸上に光源の光発光点が位置するように光源が配置される。更に、前記（３）の手段については、前記光源と前記複数の平板との離間空間の、所定の方向にガスを流すことが可能なガス噴出手段を設置する。この場合、ガス噴出手段は、ガスを前記複数の平板がなす仮想平面と交差する方向に噴出する機能を有するものであれば良く、その設置位置及びその具体的な構成は任意に設計することができる。即ち、前記ガス噴出手段は、前記複数の平板がなす仮想平面と交差する方向にガスを噴出し得るものであれば、その設置位置は特に制限されないが、好適には、例えば、後記する実施例に示されるように、前記光源と前記複数の平板との離間空間にあって、その下部に位置する。このガス噴出手段によるガスの噴出速度、噴出方向は、任意に設定することができる。前記ガス噴出手段から噴出されるガスとしては、好適には、例えば、水素、ヘリウム、アルゴン、窒素の少なくともいずれか１つを含むガスが例示される。
【００２０】
本発明では、前記構成により、光源から放射される極端紫外光と平板は、ほぼ平行な位置関係となり、複数の平板を構成要素として含むデブリ除去手段に入射した極端紫外光の大部分はデブリ除去手段を通過して光学系へ入射し、一方、光源から発生したデブリは、ガス噴射手段から噴出したガスと衝突し、デブリの進行方向が曲げられると共に、デブリは平板の表面に衝突するような速度成分を得て進行し、平板に効率良く衝突し、吸着され、デブリの光学系への進行が阻止されるので、デブリによって集光ミラーが汚染されることが抑制される。
本発明では、前記基本的構成の他に、前記ガス噴出手段と対向する位置に前記ガス噴出手段から噴出されたガスを回収するためのガス回収手段を設けることができる。
これによって、容器内に噴出ガスが拡散することが抑制され、ガスの拡散による極端紫外光の吸収損失を低減することができる。
本発明の極端紫外光発生装置の前記デブリ除去手段及びその関連手段を除く、その余の手段の具体的な構成は、後記する実施例において、具体的に例示するが、本発明では、それらの構成は特に制限されるものではなく、後記する実施例に記載の装置に準じて任意に設計することができる。
【００２１】
【作用】
本発明の特徴的部分を構成する前記デブリ除去手段は、それを構成するすべての平板が、それぞれの平板がなす仮想平面が１つの直線（交差軸）を共有するように所定の角度で固定して配置されており、光源は、この交差軸上にその光源光点が位置するように配置されるので、光源から放射される極端紫外光と平板は、ほぼ平行な位置関係となり、デブリ除去手段に入射した極端紫外光の大部分はデブリ除去手段の平板の間を通過して光学系の集光ミラーへと入射する。また、光源から発生したデブリは、集光ミラー方向に進む際に、ガス噴出手段から噴出したガスと衝突し、その噴出方向の速度成分を得て、その進行方向が曲げられるので、デブリは、ガスの噴出方向を横切るように配置されている平板の表面に衝突する確率が高くなり、その多くが平板に衝突し、吸着され、その分、デブリによって集光ミラーが汚染されることが抑制される。更に、噴出されたガスは、ガス噴出手段と対向して配置されているガス回収手段により効率よく回収されるので、容器内に噴出ガスが拡散することが抑制され、ガスの拡散による極端紫外光の吸収損失が抑制され、その結果、高出力の極端紫外光が得られると共に、その出力を長時間維持することが可能となる。
【００２２】
【実施例】
次に、本発明の実施例を図面を用いて具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
実施例１
図１は、本発明の実施例１に係わる極端紫外光発生装置１の説明図であり、図２Ａは、図１のＡ−Ａ’矢視側面図である。真空排気が可能な容器５の中に、放電管１３を陽極１２と陰極１１とで挟むように配置した光源１０を有する。光源１０は陽極１２、陰極１１、及び放電管１３からなり、いずれも中心に貫通孔を有しており、陰極１１側から放電管１３の貫通孔に放電ガスが導入できるようになっている。放電ガスは、放電ガス導入管１６によって供給され、陰極１１、放電管１３、及び陽極１２の中心孔を通って放電部の外側に出た後、排気口５１から排気される。
【００２３】
陰極１１及び陽極１２はそれぞれ陰極用電気導線１４及び陽極用電気導線１５によってパルス電源６と電気的に接続される。パルス電源６から高電圧パルスを出力することにより、放電管１３の貫通孔内部で放電プラズマが生成され、極端紫外光７が発生する。発生した極端紫外光７は、陽極１２の貫通孔を通して光源１０の外に放射される。
放射された極端紫外光７は、光学系である集光ミラー４によって集光点Ｓに集められ、極端紫外光取り出し部５２から容器５の外に取り出される。本実施例においては、集光ミラー４は、２つの斜入射反射ミラー４１によって構成されている。
取り出された極端紫外光は、例えば、リソグラフィー装置のウェハ露光光学系などへ導かれて利用に供される。
【００２４】
光源１０と集光ミラー４との間には、デブリ除去器２が配置される。デブリ除去器２は、複数の（本実施例では１１枚の）平板２１と後述するガス噴射ノズル（ガス噴出手段）２３を有している。平板２１は、厚さ０．２ｍｍのステンレスであり、平板保持構造体２２に取り付けられて固定されている。図２Ｂは、平板２１の配置を示す斜視図である。同図からわかるように、すべての平板２１がなす仮想平面が１つの交差軸Ｋを共有し、交差軸Ｋの軸上に光源１０の光発光点Ｐが位置するように、平板２１が固定して配置される。したがって、光源１０から放射される極端紫外光７と平板２１は、ほほ平行な位置関係となり、デブリ除去器２に入射した極端紫外光の大部分がデブリ除去器２を通過して集光ミラー４へと入射する。
【００２５】
光源１０と複数の平板２１との離間空間には、ガス噴出手段であるガス噴射ノズル２３が設けられる。ガス噴射ノズル２３からはＺ方向（光軸方向）と垂直なＹ方向に向かってガス９が噴射される。ガス９の種類は、極端紫外光の吸収係数が小さなものが選はれる。波長１０ｎｍ〜１５ｎｍの極端紫外光に対しては、水素、ヘリウム、アルゴン、窒素などが適している。本実施例では、ヘリウムを用いている。
【００２６】
光源１０から発生したデブリは、集光ミラー４方向に進むが、ガス噴射ノズル２３から噴出したガスと衝突し、デブリのその進行方向がＹ方向側に曲げられる。平板２１は、それが作る平面がガス９の噴出方向（本例ではＹ方向）を横切るように配置されている。したがって、デブリは、平板２１の表面に衝突するような速度成分を得てデブリ軌跡８のように進行する。その結果、デブリが平板２１に、効率的に衝突し、吸着される。本実施例では、ガス噴射ノズル２３の幅（図２のＸ方向の長さ）はデブリ除去器２の幅にほぼ等しい。
【００２７】
つまり、光源１０から発生したデブリは、平板２１に到達する前に、ガス噴射ノズルから噴射したガスによってその噴射方向の速度成分を与えられる。ガスの噴射方向は平板２１が作る平面を横切る方向であるため、デブリが平板２１表面に衝突する確率が高くなる。その結果、デブリが平板２１に効率的に吸着されるなどして、デブリの進行が阻止されるため、デブリによって集光ミラー４が汚染されることを防止できる。また、デブリに平板の平面を横切る方向の速度成分をもたせるだけのガス量を噴射すればよいので、ガス噴射ノズルからのガスの噴射量は少なくてすみ、ガスによる極紫外光の吸収損失が抑えられ、極端紫外光の出力が長時間維持されることになる。
【００２８】
実施例２
図３は、本発明の実施例２を説明する図である。図３においては、ガス噴射ノズル２３から噴射されたガス９を回収して真空容器外に排気するために、ガス回収手段であるガス回収管２４がガス噴射ノズル２３と対向して配置されている。これによって、容器５内に噴射ガス９が拡散することが抑制され、拡散したガスによる極端紫外光の吸収損失が低減し、高出力の極端紫外光が得られる。
【００２９】
実施例３
図４は、本発明の実施例３を説明する図である。本実施例では光源１０がレーザ生成プラズマである。レーザ装置１８から発せられたレーザ光Ｌを、集光レンズ１７によって集め、ターゲットＴの表面の微小領域に照射することによって高温プラズマを生成し、光源１０とする。Ｐは光発光点である。
集光ミラー４は、凹面ミラー４２と凸面ミラー４３を組み合わせた、シュバルツシルド型光学系である。各ミラーの反射面には、選ばれた波長領域、例えば、１３ｎｍ〜１４ｎｍにおける光の反射率が所望の値になるように、多層膜４２１及び４３１がそれぞれ形成されている。光源１０から放射された極端紫外光は集光ミラー４によって捕集され、集光点Ｓに集光される。光源１０と集光ミラー４との間に、ガス噴射ノズル２３を有するデブリ除去器２が配置される。ターゲットＴなどから発生したデブリ８は噴射されたガス９によってその進行方向が曲げられ、平板２１によって阻止されるため、デブリ８によって集光ミラー４が汚染されることがない。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、高温プラズマから極端紫外光を発生させる極端紫外光発生装置において、特定構造のデブリ除去器を設置することで、回転駆動手段等の格別の機械的要素を利用することなく、効率良くデブリを捕捉することができる。それにより、光源から発生したデブリが集光ミラーに到達することがなく、集光ミラーの表面が汚染されないため、長時間使用しても極端紫外光の出力が低下しない新しい極端紫外光発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係わる極端紫外光発生装置の説明図である。
【図２】デブリ除去器の一例を示す説明図（Ａ）及び平板の配置を示す斜視図（Ｂ）である。
【図３】本発明の実施例２に係わる極端紫外光発生装置の説明図である。
【図４】本発明の実施例３に係わる極端紫外光発生装置の説明図である。
【符号の説明】
１極端紫外光発生装置
２デブリ除去器
４集光ミラー
５真空容器
６パルス電源
７極端紫外光
８デブリ
９ガス
１０光源
１１陰極
１２陽極
１３放電管
１４陰極用電気導線
１５陽極用電気導線
１６放電ガス導入管
１７集光レンズ
１８レーザ装置
２１平板
２２平板保持構造体
２３ガス噴射ノズル（ガス噴出手段）
２４ガス回収管
４１斜入射反射ミラー
４２凹面ミラー
４３凸面ミラー
５１排気口
５２極端紫外光取り出し部
４２１多層膜
４２３多層膜
Ｌレーザ光
Ｐ光発光点
Ｓ集光点
Ｔターゲット

Claims

高温プラズマから極端紫外光が放射される光源と、この光源から放射された極端紫外光を捕集するための光学系とを有する極端紫外光発生装置において、
前記光源と光学系との間に、複数の平板が所定の間隔で固定して配置されており、それぞれの平板は各平板がなす仮想平面が１つの直線を共有するような角度を有して設置され、前記光源は当該直線上に位置しており、
前記光源と前記複数の平板との離間空間内の、前記複数の平板がなす仮想平面と交差する方向にガスを流すガス噴出手段を有することを特徴とする極端紫外光発生装置。
前記光源と前記複数の平板との離間空間を介して、前記ガス噴出手段と対向する位置に前記ガス噴出手段から噴出されるガスを回収するためのガス回収手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の極端紫外光発生装置。
前記ガス噴出手段から噴出されるガスが、水素、ヘリウム、アルゴン、窒素の少なくともいずれか１つを含むガスであることを特徴とする請求項１に記載の極端紫外光発生装置。