JP4683231B2 - Ｅｕｖ光源、ｅｕｖ露光装置、及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＥＵＶ光（(Extreme Ultraviolet： 極端紫外光)、本明細書及び特許請求の範囲では、波長が１００ｎｍ以下の光を言う）を発生するＥＵＶ光源、及びこのＥＵＶ光源を使用したＥＵＶ露光装置、さらには、このＥＵＶ露光装置を使用した半導体デバイスの製造方法に関するものである。

半導体集積回路の集積度が増すに従い、回路パターンが微細化し、従来使用されていた可視光や紫外光を使用した露光装置では、その解像度が足らなくなってきている。周知のように、露光装置の解像度は、転写光学系の開口数（ＮＡ）に比例し、露光に使用する光の波長に逆比例する。そのため、解像度を上げる一つの試みとして、可視光や紫外光に代わり、波長の短いＥＵＶ（軟Ｘ線と称されることもある）光源を露光転写に使用する試みがなされている。

このような露光転写装置に使用されるＥＵＶ光発生装置として、特に有力視されているのがレーザプラズマＥＵＶ光源（以下では「ＬＰＰ（Laser Produced Plasma）」と記載することがある）と放電プラズマＥＵＶ光源である。

ＬＰＰは、パルスレーザ光を真空容器内の標的材料上に集光し、標的材料をプラズマ化して、このプラズマから輻射されるＥＵＶ光を利用するものであり、小型でありながら、アンジュレータに匹敵するほどの輝度を持つ。

又、Dense Plasma Focus（ＤＰＦ）などの放電プラズマを用いたＥＵＶ光源は小型であり、ＥＵＶ光量が多く、低コストである。これらは波長１３．５ｎｍのＥＵＶを用いたＥＵＶ露光装置の光源として近年注目を集めている。

このようなＥＵＶ露光装置の概要を図６に示す。図中、ＩＲ１〜ＩＲ４は照明光学系の反射鏡であり、ＰＲ１〜ＰＲ４は投影光学系の反射鏡である。Ｗはウエハ、Ｍはマスクである。

レーザ光源Ｌから照射されたレーザ光は、ターゲットＳに集光され、プラズマ現象により、ターゲットＳからＸ線を発生させる。このＸ線は、反射鏡Ｃ、Ｄにより反射され、平行なＸ線として照明光学系に入射する。そして、照明光学系の反射鏡ＩＲ１〜ＩＲ４により順次反射され、マスクＭの照明領域を照明する。マスクＭに形成されたパターンによって反射されたＸ線は、投影光学系の反射鏡ＰＲ１〜ＰＲ４によって順次反射され、パターンの像をウエハＷ面に結像する。

このように、ＥＵＶ露光装置で使用される波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光源として、（レーザプラズマ光源、放電プラズマ光源ともに）ターゲット物質としてＸｅガス又は液化Ｘｅを使用したＸｅプラズマを利用するものが広く研究開発されている。その理由は、比較的高い変換効率（入力エネルギーに対して得られるＥＵＶ光強度の比率）が得られること、Ｘｅは常温で気体の材料なのでdebris（飛散粒子）の問題が生じにくいことである。

しかしながら、より高出力のＥＵＶ光源を得るためには、ターゲットとしてＸｅガスを使用したものでは限界があり、他の物質を用いることが要望されている。その中でも、高い変換効率を得るためにはＳｎが有効であることが知られている。

しかしながら、Sｎを固体ターゲットとしてそのまま使うと発生するプラズマの密度も高くなりすぎてしまい、発生したプラズマによって励起レーザーが吸収されたり、プラズマから発生するＥＵＶ光そのものも吸収されるので、思うようにＥＵＶ光の変換効率を高めることができないという問題点がある。

また、Ｓｎは低融点金属なので、以下のような問題点がある
(1) レーザプラズマ光源の場合には、固体状のＳｎターゲットへレーザを照射すると大量のdebrisが発生する。これを避けるために加熱して蒸気にして供給すると、密度が低くなるので十分高い変換効率を得ることができない。また、周辺の低温部分で固化して、その部分に大量に付着してしまう。

(2) 放電プラズマ光源の場合には、固体のままでは放電空間（電極の間のプラズマを生成する空間）へ材料を供給することが困難である。加熱して蒸気にして供給すると、周辺の低温部分で固化して、その部分に大量に付着してしまう。

そのために、高効率材料であることがわかっていながら、そのままではＥＵＶ光源のターゲット物質として用いることが困難であった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、Ｓｎ等の固体ターゲットを用いることに起因するプラズマの高密度化を抑えて、高いＥＵＶ光変換効率を有することが可能なＥＵＶ光源、及びこのＥＵＶ光源を使用したＥＵＶ露光装置、さらには、このＥＵＶ露光装置を使用した半導体デバイスの製造方法を提供することを第１の目的とする。また、debrisを低減可能なＥＵＶ光源、及びこのＥＵＶ光源を使用したＥＵＶ露光装置、さらには、このＥＵＶ露光装置を使用した半導体デバイスの製造方法を提供することを第２の目的とする。

前記目的を達成するための第１の手段は、ターゲットからプラズマを生成し、当該プラズマから発生するＥＵＶ光を放出するプラズマＥＵＶ光源であって、前記ターゲットは液体状のプラスチック樹脂に分散させた固体のターゲット微粒子であることを特徴とするＥＵＶ光源である。

本手段によれば、励起レーザが照射されたり、放電化されることによってプラズマ化されるＳｎ等の固体ターゲットが微粒子状で液体状のプラスチック樹脂中に分散されて配置されるため、生成されるプラズマの密度が高くなりすぎることを防止できる。また、液体状のプラスチック樹脂中に分散して配置されるため、プラズマ化しないでｄｅｂｒｉｓとなるターゲット材料を減らすことが可能であり、ｄｅｂｒｉｓの量を低減させることが可能である。

この場合に、ターゲット微粒子として、Ｓｎを含むターゲット材料を用いると、１３．４ｎｍ近傍にピークを持つＥＵＶ光を発生させることが可能であり、この近傍の波長の光を用いる装置にとって、より高い強度のＥＵＶ光を用いることが可能である。

また、液体状のプラスチック樹脂はプラスチック樹脂を加熱・溶融してなる液体であり、プラスチック樹脂が熱可塑性樹脂であることも好ましい。また、これらの液体の媒体を噴出させるノズルを有することは好ましい。 加熱・溶融された液体状のプラスチック樹脂をノズルから噴出させると、プラスチック樹脂は表面張力によって粒子状になり、場合によっては冷却されて固体状の粒子になる。これら液体又は固体状のプラスチック樹脂の粒子の中には、固体微粒子が分散されて含まれている。

よって、レーザ光がこれら固体微粒子に照射されることにより、これら固体微粒子がプラズマ化し、ＥＵＶ光を放出する。ノズルから噴出された後にプラスチック樹脂の粒子を実質的に球状に固化させれば、液体のドロップレットに比べて形状が安定するため、粒子が飛ぶ方向が安定し、プラズマを発生させる場所に安定してターゲットを供給することができるため、光源の出力等をより安定させることが可能となる。なお、ターゲットをプラズマ化するための方法は公知の各手段を用いることが可能であり、例えば、本手段は前述した放電プラズマＥＵＶ光源にも適用できる。前記液体はノズルから噴出した後に固化することが好ましい。

ターゲットがノズルから噴出されるまで液体であるが、その後、固化するため、液体の状態で飛ぶターゲットに比べて、形状が安定するため、プラズマを発生させる場所に安定してターゲットを供給することができるため、光源の出力等をより安定させることが可能となる。また、固体微粒子は固体であるためＸｅガスに比して密度が高く、これにより高い変換効率を達成することが可能である。熱可塑性樹脂を用いると、加熱により容易に液化するので、固体微粒子を分散させて含有させる物質として好適である。

前記目的を達成するための第２の手段は、ＥＵＶ光源からのＥＵＶ光を照明光学系を介してマスクに照射し、マスクに形成されたパターンを、投影光学系によりウエハ等の感応基板に露光転写するＥＵＶ露光装置であって、前記ＥＵＶ光源が、前記第１の手段のＥＵＶ光源であることを特徴とするＥＵＶ露光装置である。

本手段においては、高い変換効率を有するプラズマＥＵＶ光源を使用しているので、大きな光量のＥＵＶ光源とすることができ、スループットを上げることができる。

前記目的を達成するための第３の手段は、前記第２の手段であるＥＵＶ露光装置を用いて、マスクに形成されたパターンをウエハ等の感応基板に露光転写する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。

本手段においては、スループットの良い露光装置を使用しているので、半導体デバイスの生産効率を上げることができる。

本発明によれば、Ｓｎ等の固体ターゲットを用いることに起因するプラズマの高密度化を抑えて、高いＥＵＶ光変換効率を有することが可能なＥＵＶ光源、及びこのＥＵＶ光源を使用したＥＵＶ露光装置、さらには、このＥＵＶ露光装置を使用した半導体デバイスの製造方法を提供することができる。また、debrisを低減可能なＥＵＶ光源、及びこのＥＵＶ光源を使用したＥＵＶ露光装置、さらには、このＥＵＶ露光装置を使用した半導体デバイスの製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の第１の例であるレーザプラズマＥＵＶ光源の概要を示す図である。

加熱されたタンク４内には、ポリスチレン樹脂中にＳｎ固体微粒子を分散させた液体が収納されている。Ｓｎ固体微粒子の濃度は、例えば１〜１０ｗｔ％である。Ｓｎ固体微粒子の直径は、例えば５０〜２００ｎｍである。Ｓｎ固体微粒子が沈殿するのを防ぐために、溶液攪拌機構５が設けられている。溶液攪拌機構５は、この例においては、液体中で羽根を回転させるものである。

タンク４は、加圧ポンプ６と配管で繋がれており、加圧ポンプで加圧された樹脂はノズル１へ導かれて、真空チャンバー７内に設けられたノズル１の先端から液体状の樹脂を噴出する。タンク４から加圧ポンプ６を経てノズル１に至るまでの間の配管類は、途中で樹脂が固化しないように全て加熱されている。

ノズル１から噴出された液体状の樹脂は、表面張力により球形の形状となり、真空中で冷却されて固化し、固体状のターゲット２となる。ノズル１からは、一定の時間間隔で一定の寸法のターゲット２が供給されるように、溶融した樹脂の温度、粘度、加圧する圧力、ノズル１の直径などが設定されている。これらの調整により、ターゲット２の直径は５０〜２００μｍ程度とされる。ターゲット２は、１パルスのレーザ照射でちょうどプラズマ化されて消費されるターゲットの量に一致するようにすることが好ましい。ターゲットが大き過ぎると、プラズマ化されなかった残りがｄｅｂｒｉｓの原因となるので好ましくない。逆にターゲットが小さすぎると変換効率が低下するので好ましくない。

真空チャンバー７にはレーザ光導入用のレーザ導入窓１０が設けられており、真空チャンバー７の外に配置されたＮｄ：ＹＡＧレーザ光源８から発生したレーザ光は、レンズ９で集光されて真空チャンバー７内へ導かれる。

各部品は、ターゲット２がレーザの集光点位置を通過するよう配置されており、ターゲット２がちょうど集光点位置に来たときにレーザパルスが照射されるように、ターゲット供給とレーザパルスは同期制御されている。すなわち、ターゲット２の位置は不図示のモニター機構により監視されており、ターゲット２が、レーザの集光点位置にきたときに、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光源８に発光のトリガーがかけられるようになっている。

レーザを照射されたターゲット２は、プラズマ化してＥＵＶ光を含む光を輻射する。集光ミラー１１は、プラズマから発生したＥＵＶ光を集光して（不図示の）照明光学系へ導く。集光ミラー１１は、回転楕円面形状の反射面を有し、反射面にはＭｏ／Ｓｉ多層膜がコーティングされている。そして、回転楕円面の一つの焦点位置が、レーザの集光点位置、すなわちＥＵＶ光の発生位置となっている。従って、集光ミラー１１で反射された光は、他の焦点位置に集光され、その後、照明光学系へ導かれる。

ターゲット２の、プラズマ化されずに残った残留物は、ターゲット回収機構３で回収される。回収されたターゲット残留物はタンク４に戻され、再び加熱溶融されて再利用される。ターゲット回収機構３とタンク４の間には（不図示の）逆流防止機構が設けられており、タンク内の蒸気が真空チャンバー７内へ逆流するのを防いでいる。

図１では集光ミラー１１で反射したＥＵＶ光がレーザ導入窓１０等と干渉してしまうように見えるが、実際には図２に示すように、ターゲット２を供給するノズル１の中心軸と、レーザ光１２の中心軸と、集光ミラー１１で反射されたＥＵＶ光の主光線の軸とは互いに直交するように配置されており、ＥＵＶ光がレーザ導入窓１０等と干渉することはない。

図３は、本発明の実施の形態の第２の例である放電プラズマＥＵＶ光源の概要を示す図である。なお、第1の例である図１の実施形態と同じ構成については同じ符号を付し説明を省略する。この実施の形態においても、前述した理由と同じ理由からターゲット２は、1回の放電でちょうどプラズマ化されて消費されるターゲットの量に一致するようにすることが好ましい。

ノズル１から噴出されたターゲット２はＺピンチ型放電プラズマ光源２７の中の放電空間へ導かれる。Ｚピンチ型放電プラズマ光源２７は、穴の開いた円盤状の電極（陽極）２１と、同様の形状の電極（陰極）２３と、両者をつなぐ筒状の絶縁体２２から構成されており、電極（陽極）２１と電極（陰極）２３の間に高電圧パルスを印加すると、放電によりその間の空間にある物質をプラズマ化し、ＥＵＶ光を含む光を輻射する。

各部品は、ターゲット２が放電空間を通過するよう配置されており、ターゲット２がちょうど放電空間の中心位置に来たときに高電圧パルスが印加されるように、ターゲット供給と高電圧パルスは同期制御されている。

ノズル１には不図示の加振機構が設けられており、ノズル１の液体噴出方向に振動を与えることにより液体の噴射のタイミングを制御することができる。上記の同期が取れるように、ノズル１への加振と高電圧電源へのトリガーが制御されている。

集光光学系２６は、プラズマから発生したＥＵＶ光を集光して（不図示の）照明光学系へ導く。集光光学系２６は、２枚の同心球面形状の反射面２４、２５から構成されるシュバルツシルド光学系であり、その反射面にはＭｏ／Ｓｉ多層膜がコーティングされている。

ターゲット２のプラズマ化されずに残った残留物は、ターゲット回収機構３で回収される。回収されたターゲット残留物はタンク４に戻され、再び加熱溶融されて再利用される。ターゲット回収機構３とタンク４の間には（不図示の）逆流防止機構が設けられており、タンク内の蒸気が真空チャンバー７内へ逆流するのを防いでいる。

ターゲット回収機構３と放電プラズマ光源２７の位置関係は図４のようになっており、電極２３の穴の中心軸と、ターゲット回収機構３の開口部の中心軸がほぼ一致するように配置されている。

ターゲット回収機構３は放電プラズマ光源２７から発生したＥＵＶ光の一部を遮蔽する。集光光学系２６に使用したシュバルツシルド光学系は中心遮蔽のある光学系なので、元々光軸付近の光線を集光することができない。本実施の形態では、ターゲット回収機構３を、できるだけシュバルツシルド光学系の中心遮蔽内に配置して、蹴られによるＥＵＶ光の損失を最小限に防いでいる。

集光光学系２６としてシュバルツシルド光学系以外にヴォルター型光学系を使用することもできるが、この場合も中心遮蔽のある光学系なので、同様の配置にして蹴られによるＥＵＶ光の損失を最小限に抑えることができる。

上記の第１、第２の実施の形態では、樹脂としてポリスチレン樹脂を用いたが、使用するプラスチック樹脂はこれに限定されることはない。ポリスチレン以外にも、例えば、塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、メタクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネイト樹脂など他の熱可塑性樹脂を使用してもよい。

また、固体微粒子材料にはＳｎを使用したが、他の固体材料を使用してもよい。樹脂を加熱して液化するのに必要な温度がＳｎの融点よりも高くなってしまう場合には、Ｓｎの代わりに酸化錫（ＳｎＯ２など）を使用すればよい。１３．５ｎｍ付近以外の他の波長のＥＵＶ光またはＸ線を発生したい場合には、Ｓｎ以外のその波長に適した固体材料を、適宜使用することができる。

本発明の実施の形態であるＥＵＶ露光装置の構成は、基本的には図６に示したものと変わらない。ただ、ＥＵＶ光源として、第１の実施の形態に示したレーザプラズマＥＵＶ光源や、第２の実施の形態に示した放電プラズマＥＵＶ光源を使用することのみが異なってだけであるので、その説明を省略する。

以下、本発明に係る半導体デバイスの製造方法の実施の形態の例を説明する。図５は、本発明の半導体デバイス製造方法の一例を示すフローチャートである。この例の製造工程は以下の各主工程を含む。

(1)ウェハを製造するウェハ製造工程（又はウェハを準備するウェハ準備工程）
(2)露光に使用するマスクを製作するマスク製造工程（又はマスクを準備するマスク準備工程）
(3)ウェハに必要な加工処理を行うウェハプロセッシング工程
(4)ウェハ上に形成されたチップを１個ずつ切り出し、動作可能にならしめるチップ組立工程
(5)できたチップを検査するチップ検査工程
なお、それぞれの工程はさらにいくつかのサブ工程からなっている。

これらの主工程の中で、半導体デバイスの性能に決定的な影響を及ぼす主工程がウェハプロセッシング工程である。この工程では、設計された回路パターンをウェハ上に順次積層し、メモリやＭＰＵとして動作するチップを多数形成する。このウェハプロセッシング工程は以下の各工程を含む。

(1)絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、あるいは電極部を形成する金属薄膜等を形成する薄膜形成工程（ＣＶＤやスパッタリング等を用いる）
(2)この薄膜層やウェハ基板を酸化する酸化工程
(3)薄膜層やウェハ基板等を選択的に加工するためにマスク（レチクル）を用いてレジストのパターンを形成するリソグラフィー工程
(4)レジストパターンに従って薄膜層や基板を加工するエッチング工程（例えばドライエッチング技術を用いる）
(5)イオン・不純物注入拡散工程
(6)レジスト剥離工程
(7)さらに加工されたウェハを検査する検査工程
なお、ウェハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造する。

本実施の形態である半導体デバイスの製造方法においては、リソグラフィー工程に本発明の実施の形態であるＥＵＶ露光装置を使用している。よって、微細な線幅のパターンの露光を行うことができると同時に、高スループットで露光を行うことができ、効率良く半導体デバイスを製造することができる。

本発明の実施の形態の第１の例であるレーザプラズマＥＵＶ光源の概要を示す図である。 図１に示した本発明の実施の形態におけるターゲットを供給するノズルのと、レーザ光と、集光ミラーの配置の関係を示す図である。 本発明の実施の形態の第２の例である放電プラズマＥＵＶ光源の概要を示す図である。 図３に示した本発明の実施の形態におけるターゲット回収機構と放電プラズマ光源の位置関係を示す図である。 本発明の半導体デバイス製造方法の一例を示すフローチャートである。 ＥＵＶ露光装置の概要を示す図である。

符号の説明

１…ノズル、２…ターゲット、３…ターゲット回収機構、４…タンク、５…溶液攪拌機構、６…加圧ポンプ、７…真空チャンバー、８…ＹＡＧレーザ光源、９…レンズ、１０…レーザ導入窓、１１…集光ミラー、１２…レーザ光、２１…電極、２２…絶縁体、２３…電極、２４，２５…反射面、２６…集光光学系

Claims (13)

1. ターゲットからプラズマを生成し、当該プラズマから発生するＥＵＶ光を放出するプラズマＥＵＶ光源であって、
   前記ターゲットは、液体状のプラスチック樹脂中に分散させた固体のターゲット微粒子であることを特徴とするＥＵＶ光源。
2. 前記ターゲット微粒子が、Ｓｎを含むことを特徴とする請求項１に記載のＥＵＶ光源。
3. 前記プラスチック樹脂が熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載のＥＵＶ光源。
4. 前記ターゲット微粒子が分散された前記液体状のプラスチック樹脂を噴出させるノズルを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のＥＵＶ光源。
5. 前記液体状のプラスチック樹脂は前記ノズルから噴出した後に固化することを特徴とする請求項４に記載のＥＵＶ光源。
6. 前記液体状のプラスチック樹脂は、前記ノズルから噴出された後、表面張力により球形の形状となり、冷却されて固化することを特徴とする請求項５に記載のＥＵＶ光源。
7. 前記ターゲット微粒子が分散された前記液体状のプラスチック樹脂を収容し、前記液体状のプラスチック樹脂を加熱するタンクと、
   前記ターゲット微粒子が沈殿することを防ぐために、前記タンク内を攪拌する攪拌機構とを備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のＥＵＶ光源。
8. 前記タンクと前記ノズルとを接続する配管を有し、
   前記タンクから前記ノズルに至るまでの配管が加熱されていることを特徴とする請求項７に記載のＥＵＶ光源。
9. ターゲットからプラズマを生成し、当該プラズマから発生するＥＵＶ光を放出するプラズマＥＵＶ光源であって、
   前記ターゲットは、媒体中に分散させた固体のターゲット微粒子であり、前記媒体は液体であり、
   前記ターゲット微粒子が分散された液体の媒体を噴出させるノズルを有し、前記液体はノズルから噴出した後に固化することを特徴とするＥＵＶ光源。
10. 前記液体は、液体状のプラスチック樹脂であることを特徴とする請求項９に記載のＥＵＶ光源。
11. 前記ターゲット微粒子が、Ｓｎを含むことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のＥＵＶ光源。
12. ＥＵＶ光源からのＥＵＶ光を照明光学系を介してマスクに照射し、マスクに形成されたパターンを、投影光学系を介して感応基板に露光転写するＥＵＶ露光装置であって、前記ＥＵＶ光源が、請求項１から１１のいずれか一項に記載のＥＵＶ光源であることを特徴とするＥＵＶ露光装置。
13. 請求項１２に記載のＥＵＶ露光装置を用いて、マスクに形成されたパターンをウエハ等の感応基板に露光転写する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。

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