JP4429302B2 - 電磁放射線源、リソグラフィ装置、デバイス製造方法、および該製造方法によって製造されたデバイス - Google Patents

Description

本発明は、電磁放射線源、リソグラフィ装置、デバイス製造方法、および該製造方法によって製造されたデバイスに関する。

リソグラフィ装置は、基板のターゲット部分上に任意のパターンを付ける機械である。リソグラフィ装置は、たとえば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用することができる。集積回路製造に使用する場合は、マスクなどのパターン形成体(patterning device)を使って、ＩＣの個々の層上に対応する回路パターンを生成することができ、さらにこのパターンは、放射線感応性材料（レジスト）層を有する基板（たとえばシリコンウェーハ）上のターゲット部分（たとえば、１つまたはいくつかのダイの一部分を含む）上に投影することができる。一般的には、単一基板が引き続いて露光される隣接のターゲット部分の回路網(network)を含むことになる。公知のリソグラフィ装置は、ターゲット部分上にパターン全体を一度に露光することによって、各ターゲット部分に放射線を照射するいわゆるステッパと、放射線ビームを通してパターンを所定方向（「スキャン」方向）にスキャンすると同時に、基板をこのスキャン方向に対して平行または逆平行に同期的にスキャンすることによって、各ターゲット部分に放射線を照射するいわゆるスキャナとを含む。リソグラフィ装置においては、上述のとおり、放射線を発生する装置すなわち放射線源が存在している。

リソグラフィ装置においては、基板上に投影することができる特徴(feature)の大きさは、投影放射線の波長によって制限される。より高密度のデバイス、したがってより高速動作を備えた集積回路を製造するためには、より小さい特徴の投影ができることが望ましい。最新のリソグラフィ投影装置には、水銀ランプまたはエキシマレーザによって発生される紫外線が採用されているが、これに対して１３ｎｍ前後のより短い波長の放射線を使うことが提案されている。そのような放射線は、極紫外線と呼ばれ、ＸＵＶまたはＥＵＶ放射線とも呼ばれる。略語「ＸＵＶ」は、一般的には、軟Ｘ線および真空ＵＶ領域を兼備する１０分の数ナノメートルから数十ナノメートルの範囲の波長を指すのに対して、用語「ＥＵＶ」は、通常、リソグラフィ（ＥＵＶＬ）に関連して使われており、ほぼ５〜２０ｎｍの放射線帯域、すなわちＸＵＶ領域の一部を指す。

２つの主要なタイプのＸＵＶ電磁放射線源または線源としては、現在、レーザ生成プラズマ（laser-produced plasma ＬＰＰ）および放電生成プラズマ（discharge-produced plasma ＤＰＰ）が追求されている。ＬＰＰ線源においては、１つ以上のパルスレーザビームを通常、液体または固体のジェット上に集中させ、プラズマを形成し、任意の放射線を放射させる。ジェットは、適切な材料を高速で強制的にノズルを通すことによって通常作り出される。このような装置は、特許文献１に記載されており、それには、真空チャンバの中にノズルを使って液体ジェットを噴射させる真空チャンバを含むＬＰＰ ＥＵＶ線源が開示されている。

一般的には、ＬＰＰ線源は、ＤＰＰ線源に比べていくつかの利点を有する。ＬＰＰ線源においては、ホットプラズマと線源表面との間の距離が比較的大きく、線源部品への損傷が低減され、したがってデブリの発生が減少する。ホットプラズマと線源表面との間の距離が比較的大きく、これら表面の加熱が減少し、その結果として、冷却の必要性が低減され、また線源によって放射される赤外線の量が減少する。構造が比較的開放形状であるため、広範な角度幅にわたって放射線を収集することができるので線源の効率が増大する。

対照的に、ＤＰＰ線源は、アノードとカソードとの間で、ガスまたは蒸気などの物質内に放電によってプラズマを発生させ、その後、プラズマを介して流れるパルス電流によって生じるオーム加熱によって高温放電プラズマを形成することができる。この場合は、任意の放射線が、高温放電プラズマによって放電される。このような装置は、２００４年６月３日公開された本出願人の米国特許出願（特許文献２参照）に記載されている。この出願には、電磁スペクトルのＥＵＶ領域内の（すなわち、５〜２０ｎｍ波長の）放射線を供給する放射線源が記載されている。この放射線源は、いくつかのプラズマ放電元素を含み、また、各元素は、カソードおよびアノードを含む。動作中、ＥＵＶ放射線は、特許文献２の図５Ａ〜５Ｅに示されたようなピンチを作ることによって発生される。この出願においては、電位を使っておよび／または適切な表面上にレーザビームを照射して、ピンチをトリガする工程が開示されている。使われるレーザは、ＬＰＰ線源において使われる（複数の）レーザより低いパワーを通常有する。

しかしながら、一般的には、ＤＰＰ線源は、ＬＰＰ線源に比べていくつかの利点を有する。ＤＰＰ線源においては、線源の効率は、ＬＰＰの場合の約０．０５％に比べてＤＰＰの場合は約０．５％と、より高い。ＤＰＰ線源は、また、費用がかからず、部品交換も少なく、安価でもある。

ＤＰＰ電磁放射線源または線源の利点とＬＰＰ線源の多くの利点とを兼備している改良された線源が、２００６年１月６日に公開された本出願人の米国特許出願（特許文献３参照）に記載されている。この線源は、コンタミ(contamination)の発生量を減少させることができるとはいえ、やはりシステムの他の部分に入る可能性があるイオンおよび放電物質からデブリが作り出されることになる。この線源にともなうさらなる課題は、液体状態の放電物質を取り扱うことの難しさであり、たとえば、ポンプ輸送、移送、およびろ過は、物質の融点より上の温度で実行する必要がある。すずまたはリチウムを使うときなどの場合には、液体回路の温度は、それぞれ摂氏２３０度および１８０度より上に保持しなければならず、これらの温度においては、線源の複雑性および費用が著しく増大しかつ全体的に効率が落ちる。

どんなＤＰＰ線源でもすずのような放電物質を使って動作されるとき、デブリおよび／またはイオンの形状で作り出されるコンタミは、フォイルトラップおよび磁場／電場などの技術分野で公知の手段によって止めることは比較的困難である。すずなどの化学的にアグレッシブな高温溶融金属は、タングステンおよびモリブデンなどの極めて技術的に使いやすい構造材料をより速く腐食させる。この急速腐食は、線源を使う装置、たとえば、リソグラフィ投影装置にとって重大な脅威となる。もっと強力な放射線を作り出して、そのようなリソグラフィ装置の処理能力を増大させようとして、線源のサイズおよび／またはパワーを拡大した場合、この脅威は、著しく大きくなる。

米国特許第６，００２，７４４号 米国特許出願公開第２００４／０１０５０８２号 米国特許出願公開第２００６／００１１８６４号

本発明の態様は、作り出されたコンタミが線源から出るのを比較的容易に防止できるＤＰＰ電磁放射線源を提供することである。この線源は、ＥＵＶ放射線発生用として特に適しており、さらにＥＵＶ領域外の放射線、たとえばＸ線発生用にも使うことができる。

本発明の実施形態によれば、放電空間を定義(define)するアノードおよびカソードと、放電空間に適切な物質を供給する放電材料源と、アノードおよびカソードに接続され、かつ該物質内に放電を引き起こし、プラズマを形成させて、スペクトル特性(spectral profile)を持つ電磁放射線を発生させるように構成された放電電力源と、を備えた電磁放射線源が提供され、この電磁放射線源において、前記物質は、スペクトル特性を実質上決める第１多重度の元素、および第１多重度の元素より低い原子量を有する第２多重度の元素を含む。

本発明による電磁放射線源には、低原子量を持つ実質的な量の元素および最高原子量を持つ低減された量の元素を含む放電物質が使われる。従来、放電源に使われる物質は、一般的には、任意の波長における強度ピーク（たとえば、すずを含む放電物質を使う場合に見られる１３．５ｎｍピーク）を含む該物質の発光スペクトルに対して選択される。当業者の予期に反して、放電物質として混合物を使うことが可能であり、該混合物においては、該混合物のスペクトル特性に対して選択される元素の量は、１００％より少なく、スペクトルピークの強度は著しく変わることはない。

放電源に存在する重元素の割合が低減されると、（デブリおよび／またはイオンのような）コンタミ内に存在する重元素の割合もまた低減される。これは軽元素に対して一般により効果的なので、コンタミ防止対策の効率が直接的に増大する。

さらなる実施形態においては、元素のスペクトル特性に対して選択される元素の量を、ピーク強度に実質上影響を与えることなく、したがって線源から出る放射線の量に実質上影響を及ぼすことなく、少数の総放電物質に減らすことができる。

さらなる実施形態においては、元素のスペクトル特性に対して選択される元素の量は、放電物質の融点も下げるために選択される第２元素を加えることによって減らされている。融点が下がることによって、液体を取り扱う温度が下がるので、線源の複雑性およびコストが下がるという利点が加わる。放電物質をジェット電極(jet electrode)として導入する場合、放電空間の温度もジェットの融点より上に保持しなければならないので、この融点が下がることは、特に有利である。

さらなる実施形態においては、２つの元素を放電物質の合金として組み合わせている。成分元素の融点より下の共晶融点(eutectic melting point)を有するように合金を選択することができる。たとえば、インジウムは、摂氏約１５６度の融点を有し、すずは、摂氏約２３０度の融点を、また５３％Ｉｎ／４７％Ｓｎ合金は、摂氏１１９度の共晶融点を有する。

さらなる好ましい実施形態においては、元素のスペクトル特性として選択された第１元素は、すず（Ｓｎ）であり、第２元素は、ガリウムである。１３．５ｎｍにおいて受け入れ可能なピーク強度を有する一方、重コンタミ(heavier contamination)量を少数(minority)に減らし、また取り扱いに対してより低い融点を提供する８．５％すずおよび８１．５％ガリウムの合金を含む放電物質が、実際に発見されている。

本発明の別の実施形態においては、リソグラフィ装置がそのような線源を含む。重元素コンタミ出力が低減されることで、この線源は、汚染されやすくまた浄化が難しくまたは時間がかかることの多い高価なミラーで通常構成されている装置との使用により一層適している。

本発明のさらに別の実施形態においては、電磁放射線を発生させる方法は、アノードおよびカソードによって定義される放電空間に、第１および第２多重度の元素を含む適切な物質を供給する工程と、該物質内に放電を引き起こし、プラズマを形成させて、スペクトル特性を持つ電磁放射線を発生させる工程とを含み、該方法においては、第１多重度の元素は、スペクトル特性を実質上決めるために供給され、また第２多重度の元素は、第１多重度の元素より低い原子量を有する元素の放電空間内における割合を増大させるために供給されている。

必要に応じて、第２多重度の元素によって、放電元素の融点を下げることもできる。

ＩＣ製造においてリソグラフィ装置を使うための具体的で詳細な説明を本明細書中に記載したが、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、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどといった他の用途を有することは、明らかである。そのような別の用途においては、本明細書で使われている用語「ウェーハ」または「ダイ」はすべて、それぞれより一般的な用語「基板」または「ターゲット部分」と同義であると考えればよい。本明細書に記載した基板は、露光の前後に、たとえば、トラック（通常、基板にレジスト層を塗布し、露光されたレジストを現像するツール）、またはメトロロジーツール、またはインスペクションツールで処理してもよい。適用できるのであれば、本明細書中の開示物を上記および他の基板処理ツールに適用してもよい。さらに、基板は、たとえば、積層ＩＣを作るために、複数回処理してもよいので、本明細書で使われる用語基板がすでに多重処理層を包含している基板を表わすものとしてもよい。

本明細書で使われている用語「放射線」および「ビーム」は、紫外線（ＵＶ）放射線（たとえば、約３６５、２４８、１９３、１５７、または１２６ｎｍの波長を有する）および極紫外線（ＥＵＶ）放射線（たとえば、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線を包含している。

本明細書において使われる用語「パターン形成体」(“patterning device”)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線ビームの断面にパターンを付けるために使うことができるデバイスを指していると広く解釈されるべきである。なお、投影ビームに付けたパターンは、基板のターゲット部分内の任意のパターンに正確に一致しない場合もある。通常、投影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機能層に対応することになる。

パターン形成体は、透過型または反射型であってもよい。パターン形成体の例としては、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、リソグラフィィでは公知であり、バイナリ、Alternating位相シフト、および減衰型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、入射する放射線ビームがさまざまな方向に反射するように、個別に傾斜させることができる。この方法によって、反射されるビームは、パターン形成される。

支持体(support)は、パターン形成体の重量を支持するものすなわち支えるものである。支持体は、パターン形成体の配向、リソグラフィ装置の設計、および、パターン形成体が真空環境内で保持されているかいないかなどといった他の条件に応じた態様でパターン形成体を保持する。支持体は、機械式、真空式、または真空条件下の静電式クランプなどのその他のクランプ技術を使うことができる。支持体は、たとえば、必要に応じて固定または可動式にすることができ、またパターン形成体を、たとえば、投影システムに対して任意の位置に確実に置くことができるフレームまたはテーブルであってもよい。本明細書において使われる用語「レチクル」または「マスク」はすべて、より一般的な用語「パターン形成体」と同義であると考えるとよい。

本明細書において使われる用語「投影システム」は、使われている照射放射線にとって、あるいは液浸液の使用または真空の使用といった他の要因にとって適切な屈折型光学システム、反射型光学システム、反射屈折型光学システムを含むあらゆる型の投影システムを包含していると広く解釈されるべきである。本明細書において使われる用語「レンズ」はすべて、より一般的な用語「投影システム」と同義であると考えるとよい。

照射システムとしては、放射線の投影ビームを誘導し、形成し、あるいは制御するための屈折型、反射型、および屈折反射型光学部品を含むさまざまな型の光学部品も包含することができ、またそのような部品も以下に一括してまたは単独で「レンズ」と呼んでもよい。

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」(“multiple stage”)機構においては、追加のテーブルを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。

リソグラフィ装置もまた、投影システムの最終要素と基板との間の空間を満たすように比較的高屈折率を有する液体、たとえば、水の中に基板を液浸させる型のものであってもよい。リソグラフィ装置内の、たとえば、マスクと投影システムの最初の要素との間の別の空間に液浸液を加えてもよい。投影システムの開口度を増加させるためには、液浸技術が技術分野では公知である。

以下、対応する参照符号によって対応部品を示す添付の概略図面を参照しながら、単なる例として、本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の実施形態によるリソグラフィ装置１を概略的に示す。装置１は、放射線のビームＰＢ（たとえばＵＶまたはＥＵＶ放射線）を供給するように構成された照射システム（イルミネータ）ＩＬを含む。支持体（たとえばマスクテーブル）ＭＴは、パターン形成体（たとえばマスク）ＭＡを支持し、さらに投影システムＰＬに対してパターン形成体を正確に位置付ける第１位置決め装置ＰＭに連結されている。基板テーブル（たとえばウェーハテーブル）ＷＴは、基板（たとえばレジスト塗布ウェーハ）Ｗを保持し、さらに投影システムＰＬに対して基板を正確に位置付ける第２位置決め装置ＰＷに連結されている。投影システム（たとえば反射投影レンズ）ＰＬは、パターン形成体ＭＡによってビームＰＢに付けられたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（たとえば１つ以上のダイを含む）上に投影する。

本明細書に示されているとおり、装置は、反射型のもの（たとえば、反射型マスクまたは前述のタイプのプログラマブルミラーアレイを採用しているもの）である。あるいは、装置は、透過型のもの（たとえば、透過型マスクを採用しているもの）であってもよい。

技術分野で公知のイルミネータＩＬは、電磁放射線源ＳＯから放射線を受けて放射線を調整する。電磁放射線源およびリソグラフィ装置１は、たとえば、電磁放射線源がプラズマ放電源である場合、別個の存在物であってもよい。そのような場合には、電磁放射線源は、リソグラフィ装置の一部を形成しているとはみなされず、また、放射線は、一般に、電磁放射線源ＳＯからイルミネータＩＬへ、たとえば、適切なコレクティングミラー(collecting mirror)および／またはスペクトルピューリティフィルタ(spectral purity filter)を含む放射線コレクタを使って送られる。別の場合においては、電磁放射線源は、たとえば、電磁放射線源が水銀灯である場合、この装置の一体型部品とすることもできる。電磁放射線源ＳＯおよびイルミネータＩＬは、放射線システムと呼んでもよい。

イルミネータＩＬは、ビームの角度強度分布を調節することができる調節装置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／または内側径方向範囲（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。イルミネータは、放射線の断面に任意の均一性および強度分布を有する放射線ＰＢの調整されたビームを供給する。

ビームＰＢは、マスクテーブルＭＴ上に保持されているマスクＭＡ上に入射する。マスクＭＡによって反射されて、ビームＰＢは、投影システムＰＬを通過し、投影システムＰＬによって基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に焦点が合わされる。第２位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ２（たとえば干渉デバイス）を使って、さまざまなターゲット部分ＣをビームＰＢの経路内に位置付けるように、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位置決め装置ＰＭおよび位置センサＩＦ１（たとえば干渉デバイス）は、たとえば、マスクライブラリからマスクを機械的に取り出した後またはスキャン中に、マスクＭＡをビームＰＢの経路に対して正確に位置付けるために使うことができる。通常、目標テーブルＭＴおよびＷＴの移動は、位置決め装置ＰＭおよびＰＷの一部を形成するロングストロークモジュール（粗位置決め）およびショートストロークモジュール（微細位置決め）を使って達成することができる。しかしながら、ステッパの場合は、スキャナとは対照的に、マスクテーブルＭＴは、ショートストロークアクチュエータのみに連結されてもよく、または固定されてもよい。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２、および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使って、位置合わせされてもよい。

例示の装置は、以下のモードで使うことができる。
１． ステップモードにおいては、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、ビームに付けられたパターン全体を一度に（すなわち、単一静止露光）ターゲット部分Ｃ上に投影する。次に、基板テーブルＷＴをＸおよび／またはＹ方向に移動し、それによって別のターゲット部分Ｃを照射することができる。ステッパモードにおいては、露光領域の最大サイズよって、単一静止露光時に投影されるターゲット部分Ｃのサイズが限定される。

２． スキャンモードにおいては、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、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）。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ＰＬの（縮小）拡大率および画像反転特性によって決まる。スキャンモードにおいては、露光領域の最大サイズよって、単一動的露光時のターゲット部分の幅（非スキャン方向）が限定される一方、スキャン動作の長さによって、ターゲット部分のスキャン方向の高さが決まる。

３． 別のモードにおいては、プログラマブルパターン形成体を保持しつつ、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を動かし、すなわちスキャンする一方で、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、パルス放射線源が採用されており、さらにプログラマブルパターン形成体は、基板テーブルＷＴの移動後ごとに、またはスキャン中、連続する放射線パルスの間に、必要に応じて更新される。この動作モードは、前述のタイプ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ン形成体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。

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。

次に、図２は、たとえば、米国特許第６００２７４４号に記載されているような従来の放射線源ＳＯ’を示す。放射線源ＳＯ’は、ハウジング２０１を含む。ハウジング２０１内には、ノズル２０３、レーザ２０７、および貯留部２１７がある。ノズル２０３は、ホース２１９または他の供給部に連結されている。材料２０５のジェットが、ノズル２０３によってハウジング２０１内に供給される。レーザ２０７によって、放射線ビーム２０９がジェット２０５上に与えられる。さらに下流に向かって、ジェット２０５が小滴(droplet)２１５に分解され、貯留部(reservoir)２１７によって収集される。レーザ２０７によって、プラズマ２１１が発生され、プラズマによって、任意の型の放射線２１３（たとえば、軟Ｘ線／ＥＵＶ）が作り出される。

図３ａおよび３ｂを参照すると、図１のリソグラフィ装置に使用可能な、本発明による電磁放射線源ＳＯ”は、キャパシタを含む高電圧源４１に接続されている２つのノズル３１を備えたハウジング３２を含む。ノズル３１からは、たとえば、Ｓｎ、Ｉｎ、またはＬｉ、またはこれらのあらゆる組合せを含む流体の小さな導電性ジェット３３ａ、３３ｋが供給される。流体(fluid)とは、本明細書においては、液体状の材料を指し、またキャリアとして液体内に浸漬されている極めて小さい固体粒子も指す。

Ｓｎ、Ｉｎ、またはＬｉ、またはこれらの組合せのような導電性材料を使うことによって、ジェット３３ａ、３３ｋは、電圧源４１と電気的に接触した状態になり、したがって、電極を形成する。一方のジェット３３ａは、正の電圧を備えてアノードとして機能するのに対して、他方のジェット３３ｋは、負の電圧を備えてカソードとして機能する。各ジェット３３ａ、３３ｋは、液体が収集されるそれぞれの貯留部(reservoir)３５ａ、３５ｋ内で終わっている。ジェット３３ａ、３３ｋの長さは十分な長さ、たとえば０．１〜１ｍｍジェット厚に対して約３〜３０ｃｍになるよう選択されており、それによって、ジェット３３ａ、３３ｋはそれぞれ、貯留部３５ａ、３５ｋの近くで、独立した小滴４８、４７に分解される。この分解によって、貯留部３５ａ、３５ｋと高電圧源との間の直接的な電気接触が防止されることになる。明らかなように、図３ａに示された２つの独立した貯留部３５ａ、３５ｋの代わりに、１つの共通貯留部を備えることができる。

ハウジング３２内には、パルスレーザ源３７が設けられている。代表的なパラメータは、パルス当たりのエネルギＱが、Ｓｎ放電に対して約１０〜１００ｍＪ、Ｌｉ放電に対して約１〜１０ｍＪ、パルス持続時間τ＝１〜１００ｎｓ、レーザ波長λ＝０．２〜１０μｍ、周波数５〜１００ｋＨｚである。レーザ源３７は、ジェット３３ｋに向けてレーザビーム３８を発生させジェット３３ｋの導電性材料を発火させる。その結果、ジェット３３ｋの材料は、気化しかつ適切に定義された位置、すなわちレーザビーム３８がジェット３３ｋに当る位置でプレイオン化(pre-ionized)される。その位置から放電４０がジェット３３ａに向かって展開する。放電４０の正確な位置は、レーザ源３７によって制御することができる。このことは、電磁放射線源の安定性、すなわち均質性(homogeneity)にとって望ましいことであり、また電磁放射線源の放射電力の定常性に影響を及ぼすことになる。この放電４０は、ジェット３３ｋとジェット３３ａとの間に電流を発生させる。電流は、磁場を作り出す。磁場は、ピンチ(pinch)または圧縮(compression)４５を発生させ、圧縮４５内では、衝突によってイオンおよび自由電子が作り出される。いくつかの電子は、ピンチ４５内の原子の伝導帯より低い帯域へ降下することになり、こうして放射線３９が作り出される。ジェット３３ａ、３３ｋの材料を、Ｓｎ、Ｉｎ、またはＬｉ、またはこれらのあらゆる組合せから選択した場合、放射線３９は、大量のＥＵＶ放射線を含む。放射線３９は、あらゆる方向へ発散し、図１のイルミネータＩＬ内の放射線収集機によって収集することができる。レーザ３７は、パルスレーザビーム３８を供給することができる。

実験では、放射線３９は、Ｚ軸に対して少なくともθ＝４５〜１０５°の角度で等方性(isotropic)があることが分かった。Ｚ軸は、ピンチに位置合わせされかつジェット３３ａ、３３ｋを通り抜ける軸線を表わし、また角度θは、Ｚ軸に対する角度である。放射線３９は、同様に別の角度で等方的であってもよい。ノズル３１によって与えられる圧力ｐは、公知の関係ｐ＝ρｖ^２／２ということになる。ただし、ρは、ノズルによって噴射される材料の密度を表わし、ｖは、材料の速度を表わす。速度ｖ＝１０〜１００ｍ／ｓのとき、ＳｎまたはＩｎの場合は、ｐ＝４〜４００気圧、および速度ｖ＝１０〜１００ｍ／ｓのとき、Ｌｉの場合は、ｐ＝０．２〜２０気圧である。

ノズル３１は、直径０．３〜３ｍｍの円形断面を有することができる。しかしながら、ノズル３１の特定の形状次第で、図３ｂに示されるような正方形断面または別の多角形断面を備えたジェット３３ａ、３３ｋを有することができる。さらに、図４に示すような平板形状の表面を備えたジェット３３ａ、３３ｋの片方または両方を採用することが望ましい場合もある。

図４は、前方から見たいくつかのジェット３３ｋを示す。ジェット３３ｋは、平板形状電極表面が効率的になるように相互に近接して配置されている。これは、いくつかのノズル３１を相互に近接して取り付けることによって行われる。平板形状のカソード表面が使われてもよく、また平板形状のアノード表面も可能である。実験では、平板カソード表面は、平板アノード表面に比べてより良好な、ほぼ２倍の変換効率（ＣＥ）を有することがわかった。他方、円形断面を備えたジェット３３ａ、３３ｋは、放射線の方向にある液体小滴(liquid droplet)（デブリ）の数を最小にすることができる。このことは、リソグラフィ装置内の放射線源を電磁スペクトルのＥＵＶ領域内で動作させるとき、望ましい。デブリが制限されたまたはまったくない状態のＥＵＶ放射線を得ることは難しい。平板形状の電極は、別の点では望ましい場合がある。たとえば、６ｍｍ幅、０．１ｍｍ厚さで、３ｍｍ間隔の２つの平行した平板形状で幅広のジェット３３ａ、３３ｋは、非常に小さいインダクタンスＬを有することになる。これによって、レーザ３７によって作り出される１つのパルスに使われるエネルギを少なくすることができ、このエネルギは、Ｑ〜１／２ Ｌ＊Ｉ^２によって定義される。ただし、Ｑは、たとえばキャパシタ４１からの、パルス当たりのエネルギであり、Ｉは、放電電流であって、良好なＣＥを有するＳｎ放電の場合約１０〜２０ｋＡであり、Ｌは、インダクタンスである。Ｌは、一般に、この間隔の境界を典型的に拡大することができる５〜２０ｎＨである。特に、大きなエネルギ放電パルスが小さいＣＥを有するＬｉ放電の場合、このことが望ましい場合がある。

図４に示すような平板形状の電極の場合は、レーザビームをジェット３３ａ、３３ｋの一方の端部、たとえばジェット３３ｋに向けることもでき、こうしてジェット３３ｋ（カソード）の端部とアノードの端部との間に放電４０を作り出すことができる。このことをレーザビーム３８ｚとして図４に示す。その結果、放射線３９に対してほぼ２π集束角(collection angle)（図示せず）をこの場合得ることができる。

約３〜５ｍｍの相互間隔を有する１ミリメートル円形ジェット(one millimeter round jet)３３ａ、３３ｋには、実際にはほぼ４πの集束角を与えることができる。また、平板形状および円形ジェット３３ａ、３３ｋのあらゆる組合せも可能である。円形電極の場合、ジェット３３ａ、３３ｋの直径はノズルの直径とほぼ同じである。

約１０〜１００ｍ／ｓの高速ジェットを使うことができる。これらの速度によって、十分な長さである０．３〜３ｃｍの安定な長さが使用可能になる。たとえば、ノズル３１から５〜１０ｃｍの長距離においては、小滴４７、４８の線が、ジェットの代わりに作り出されることになる。したがって、高電圧の状態にあるジェット３３ａ、３３ｋと１つの共通貯留部３５内に集ることができる小滴４７、４８との間に、電気的接触はまったくない。薄く平板なジェットは、円形ジェットより速く分解される。ジェット３３ａ、３３ｋがそのような共通貯留部３５に到達したときに、分解されていなかった場合、それらジェット３３ａ、３３ｋは、短絡を防ぐために、別々に、すなわち図３ａに示すように独立した貯留部３５ｋ、３５ａ内にそれぞれ、集められなければならない。適切な方法で、すなわち共通貯留部に到達する前にジェット３３ａ、３３ｋが分解する状態が得られた後にのみ、電圧のスイッチを入れることができる。

図３ａの実施形態は、同一方向に流れる２つの細長い平行のジェット３３ａ、３３ｋを示しているが、本発明は、別の形状、すなわちある角度をもった３３ａ、３３ｋ、および／または反対方向に流れる３３ａ、３３ｋにも同様に申し分なく適用される。とはいっても特定の形状はシステムのインダクタンスに影響を及ぼすかもしれない。

上の記述においては、「点火レーザ」(“ignition laser”)とも呼ばれるレーザビーム３８がジェットの表面に向けられ、イオン化ガスの小さい雲が部分的に作り出される。ジェット３３ａ、３３ｋによって、Ｓｎ、Ｉｎ、またはＬｉなどの動作材料(working material)（プラズマ材料）が供給されて放射線３９が作り出される。

図５ａを参照すると、レーザビーム３８をジェット３３ｋとジェット３３ａとの間の空間に配置された物質４４に向けることができる。レーザビーム３８の影響を受けて、この物質４４は、小さい気化した、恐らく少なくとも一部イオン化した微粒子／小滴を形成することになる。物質４４の材料として、ジェット３３ａ、３３ｋの材料と同一のものまたは異なるものを選択することができる。レーザビーム３８の助けによって、放電４０が任意の場所で実質上作り出されることになる。放電電流が放電４０の場所で電極３３ａと３３ｋとの間の間隙４６を通って流れることになる。こうして誘発された磁場によって、ピンチ４５が作り出される。ピンチ４５は、ジェットおよび／または物質４４の材料の微粒子／小滴を含むことになる。放射線３９がピンチ４５から放射される。

図５ａを参照すると、ビーム３８によって物質４４がイオン化され、その結果として、正に帯電した微粒子４４ｐおよび負に帯電した微粒子４４ｎが生じることになる。これらの微粒子は、ジェット３３ａ、３３ｋの方へ誘引されることになる。放電４０がジェット３３ａと３３ｋとの間に発生することになり、放電４０によって、最終的には、上で説明したようにピンチ４５が形成されることになる。物質４４は、ジェットの付近に配置されている。ノズル３１によって、ジェット材料の連続供給、すなわち安定した電極形状が保証されており、また放射線３９は、パルスエネルギ状態で非常に安定している。ジェット３３ａ、３３ｋの液体流の速度が、たとえば約１０〜１５ｍ／ｓより大きい場合、放射線処理中に発生するあらゆる熱は、ジェット３３ａ、３３ｋの液体流によって連続的に除去される。

ジェット３３ａ、３３ｋ内の材料は、小滴型のデブリ(droplet type debris)を含む場合がある。ノズル３１によって、この材料、したがってデブリは、特定の方向へ、たとえば、直線軌道に沿って衝撃が与えられる。放射線３９は、事実上等方的に放射するので、実質上デブリのない放射線３９は、相当の量になるはずである。

小さいサイズのジェット３３ａ、３３ｋによって、小さいサイズおよび大きい集束角を有する電磁放射線源が定義される。電磁放射線源ＳＯ”のサイズは、主としてジェット３３ａ、３３ｋのサイズによって制限される。ジェット３３ａ、３３ｋの典型的な寸法は、厚さ約０．１〜１ｍｍ、幅約１〜３ｍｍ、長さ約０．３〜３ｃｍ、間隙約３〜５ｍｍであるとよい。これらのパラメータによって、比較的大きい集束角が生じることになる。

あるいは、前述の実施形態において、ジェット３３ｋおよび３３ａは、両方とも導電性液体ジェット(conductive fluid jet)として作り出されている。しかしながら、アノードは、固定したアノードであってもよい。しかしながら、さらにアノード材料は、線源を取り囲む空間内にあってもよい。

ジェット３３ｋおよび３３ａの間の放電の点火は、レーザビーム３８によってトリガされると上に記した。しかしながら、そのような点火は、電子ビーム、または他のあらゆる適切な点火源によってトリガされてもよい。

すずおよびインジウムといった前述の液体金属によって、出来上がる電磁放射線のスペクトル特性が決まる。しかしながら、それら液体金属は、比較的重い元素である（表１参照）。

液体金属が重い元素であるということは、線源によって作り出されるデブリおよびイオンの形をしたコンタミもまた比較的重いことを意味する。放射された放射線を使って、コンタミが線源から出て装置内に入るのを防ぐフォイルトラップ、コールドトラップ、および電磁場といった方法は、元素がより重くなるので、あまり効率よく機能しない傾向がある。したがって、従来の問題解決方法は、コンタミ対策手段のサイズ／強度を増大させること、従ってサイズおよび複雑性を増大させることであった。すずまたはインジウムの量を減らすという別の問題解決方法は、作り出すことができるプラズマの量が減少するため、線源の出力が減少することになる。

驚いたことに、特に、すずの発光スペクトル内に現れる約３．５ｎｍにおけるピークを考慮に入れるとき、線源の電磁出力を著しく減少させることなく、すずを第２元素と組み合わせることができることが分かった。この実験においては、放電物質としてすずを動作させる固体電極放電源と、すずおよびガリウムの合金を動作させる固体電極放電源との間で、放電スペクトルを比較した。

ある場合には、すずの量を少量にさえすることができ、それにもかかわらず、スペクトル発光は、ほんの少ししか変わらない。図６は、１００％Ｓｎイオンからなる放電プラズマの規格化スペクトル（グラフ１）を、８１．５％ガリウム／８．５％すずプラズマのスペクトル（グラフ２）と比較して示す。１３．５ｎｍ（１３５Ａ）付近の２％帯域内のスペクトル強度分布は、ほんの少ししか減少していない、すなわち、合金の場合の１３．５ｎｍにおけるピーク強度は、純Ｓｎプラズマの場合のピーク強度に対してほんの少ししか減少していない。

類似の実験においては、１００％すずと、１５〜２５％すず／８５〜７５％ガリウムとの間の強度に著しい相違は無かったことが分かった。同様に、インジウム／ガリウム、インジウム／リチウム、すず／リチウム、リチウム／ガリウムの合金は、有利である可能性がある。

ピーク強度にわずかな減少がともなっても、重い原子／イオンデブリおよび結果として生ずる腐食の減少、および総合的原子／イオンデブリ防止効率の改善は、重要な技術的利点である。

そのうえ、すず、インジウム、およびリチウムといった金属は、また比較的高い融点を有する（表２参照）。

設計次第であるが、電極相互の間隙へ材料を送達するには、大容量で高温に保持する必要がある場合がある。これは、前述の電極再生用構造に対してだけでなく、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第２００４／０１０５０８２号および米国特許出願公開第２００４／０１４１１６５号に記載されているような構造に対しても言える。

元素の発光スペクトルに対して選択された元素と組み合わせる第２の元素を使うことによって、最重要目標としてか、またはより軽いコンタミの利点と共同して、融点を下げることを実現することもできる。これらそれぞれが実現される範囲は、放電物質に使われる元素、および元素の組合せ方法によって決まる。たとえば、（共晶）融点を下げるために、合金を使うことができる（表３参照）。

同様に、インジウム／ガリウム、インジウム／すず、すず／リチウム、およびガリウム／リチウムの合金も有利である可能性がある。

同様に、２元素を超える合金も有利である可能性がある（表４参照）。

その上、液体取り扱いに対する要求温度を下げるために、ＬＰＰ（レーザ生成プラズマ線源）用に２つ以上の物質の合金を使うこともまた有利である可能性がある。適切なＬＰＰ線源は、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第２００５／００７７４８３号に記載されている。

以上、本発明の具体的で詳細な好ましい実施形態を説明してきたが、本発明は、説明された方法以外の別の方法で実行することが可能であることが明らかである。説明によって、本発明が制限されることはない。

本発明の実施形態によるリソグラフィ装置を示す。 従来の放射線源を示す。 本発明による放射線源を示す。 図３ａのジェットの線ＩＩＩｂ〜ＩＩＩｂに沿って切った断面を示す。 本発明による放射線源の実施形態のジェットの形状の断面を示す。 本発明の別の実施形態による放射線源を示す。 図５ａの線Ｖｂ〜Ｖｂに沿って切った断面を示す。 １００％Ｓｎイオンからなる放電プラズマ（グラフ１）、および８．５％のすずを加えたガリウムプラズマ（グラフ２）の規格化スペクトルを示す。

Claims (15)

1. 放電空間を定義するアノードおよびカソードと、
   放電空間に適切な物質を供給する放電材料源と、
   アノードおよびカソードに接続され、かつ物質内に放電を引き起こし、プラズマを形成させて、スペクトル特性を持つ電磁放射線を発生させるように構成された放電供給電源と、
   第１ジェットを供給するように構成された第１ノズルであって、第１ジェットはアノードとして機能するように構成されている第１ノズルと、
   第２ジェットを供給するように構成された第２ノズルであって、第２ジェットはカソードとして機能するように構成されている第２ノズルと、
   を含み、
   前記物質は、
   スペクトル特性を実質上決める第１元素、および
   第１の元素より低い原子量を有する第２元素
   を含む電磁放射線源。
2. 第１元素は、前記物質の５０重量％以下であることを特徴とする請求項１記載の線源。
3. 第１元素は、前記物質の約１５〜２５重量％であることを特徴とする請求項２記載の線源。
4. 第１元素は、前記物質の１０重量％以下であることを特徴とする請求項２記載の線源。
5. 第１元素は、すず、リチウム、インジウム、およびこれらのあらゆる組合せからなる群から選ばれた元素を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の線源。
6. 第２元素は、ガリウム、インジウム、カドミウム、リチウム、およびこれらのあらゆる組合せからなる群から選ばれた元素を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の線源。
7. 第１元素はすず元素を含み、第２元素はガリウム元素を含むことを特徴とする請求項１記載の線源。
8. スペクトル特性は、約１３．５ｎｍにおいてピークを含むことを特徴とする請求項７記載の線源。
9. 第１元素は、前記物質の約１５〜２５重量％であることを特徴とする請求項７又は請求項８のいずれか一項に記載の線源。
10. 第１元素は、前記物質の約８．５重量％であることを特徴とする請求項７又は請求項８のいずれか一項に記載の線源。
11. 第２元素は、前記物質の融点を下げるのに十分な量の元素を含むことを特徴とする請求項１記載の線源。
12. 前記物質は、第１元素および第２元素の合金であることを特徴とする請求項１記載の線源。
13. 第２元素は、ガリウム、インジウム、ビスマス、鉛、カドミウム、リチウム、およびこれらの組合せからなる群から選ばれた元素を含むことを特徴とする請求項１１または１２記載の線源。
14. 放電材料源は、第１ジェット、第２ジェット、または両方の構成材料として前記物質を放電空間に供給するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載の線源。
15. 電磁放射線ビームを供給する請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の線源と、
    線源からの放射線ビームを調整するように構成された照射システムと、
    パターン形成体を支持するように構成された支持体であって、パターン形成体が放射線ビームの断面にパターンを付けるように構成されている支持体と、
    基板を保持するように構成された基板テーブルと、
    前記パターン付きビームを基板のターゲット部分上に投影するように構成された投影システムと、
    を含むことを特徴とするリソグラフィ装置。

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