JP4995379B2

JP4995379B2 - Light source device and exposure apparatus using the same

Info

Publication number: JP4995379B2
Application number: JP2001183025A
Authority: JP
Inventors: 計溝口
Original assignee: Gigaphoton Inc
Current assignee: Gigaphoton Inc
Priority date: 2001-06-18
Filing date: 2001-06-18
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2021-06-18
Also published as: JP2003008124A

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light source device that is highly efficient and can prevent generation of debris. SOLUTION: This light source emits a laser beam to a target to generate an extreme ultraviolet light. The target is provided with target supply parts 113 and 119 that supply a gaseous substance at the time when or just after a laser beam is emitted, laser parts 111 and 112 that use a mixed gas containing carbon dioxide as a laser medium, generate a laser light of 10 μm band in wavelength, and emits it to the target to generate a plasma, and a condensation optical system 115 that condensates extreme ultraviolet beams radiated from the plasma and emits them.

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターゲットにレーザビームを照射することにより極端紫外（ＥＵＶ：ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ）光を発生する光源装置に関する。さらに、本発明は、そのような光源装置を用いた露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体プロセスの微細化に伴って光リソグラフィも微細化が急速に進展しており、次世代においては、１００〜７０ｎｍの微細加工、更には５０ｎｍ以下の微細加工が要求されるようになる。例えば、５０ｎｍ以下の微細加工の要求に応えるべく、波長１３ｎｍのＥＵＶ光源と縮小投影反射光学系（ＣａｔａｏｐｔｒｉｃＳｙｓｔｅｍ）とを組み合わせた露光装置の開発が期待されている。
【０００３】
ＥＵＶ光源としては、レーザビームをターゲットに照射することによって生成するプラズマを用いたＬＰＰ（ＬａｓｅｒＰｒｏｄｕｃｅｄＰｌａｓｍａ）光源と、放電によって生成するプラズマを用いたＤＰ（ＤｉｓｃｈａｒｇｅＰｌａｓｍａ）光源と、軌道放射光を用いたＳＲ（ＳｙｎｃｒｏｔｒｏｎＲａｄｉａｔｉｏｎ）光源との３種類がある。これらの内でも、ＬＰＰ光源は、プラズマ密度をかなり大きくできるので黒体輻射に近い極めて高い輝度が得られ、ターゲット材料を選択することにより必要な波長帯のみの発光が可能であり、ほぼ等方的な角度分布を持つ点光源であるので光源の周囲に電極等の構造物がなく、２πsteradという極めて大きな捕集立体角の確保が可能であること等の利点から、数十ワット以上のパワーが要求されるＥＵＶリソグラフィ用の光源として有力であると考えられている。
【０００４】
ＬＰＰ光源において、プラズマを発生させるためにレーザビームを照射するターゲットとして固体材料を用いると、レーザビーム照射領域がプラズマ化するときにレーザビームの照射により発生する熱がレーザビーム照射領域の周辺に伝わり、その周辺において固体材料が溶融する。溶融した固体材料は、直径数μｍ以上の粒子隗（デブリ）となって多量に放出され、集光ミラーにダメージを与え、その反射率を低下させる。一方、ターゲットとして気体を用いると、デブリは少なくなるものの、レーザ発振器に供給するパワーからＥＵＶ光のパワーへの変換効率が低下してしまう。
【０００５】
図５に、レーザ媒質としてＹＡＧを用い、ターゲットとしてキセノンガスを用いた従来の光源装置の構成を示す。キセノンガスに圧力をかけて、ノズル１０３からターゲットとしてキセノンガスを上方に噴出させる。ノズル１０３の開口部から距離Ｄだけ離れた位置において、ＹＡＧレーザ発振器１０１から発生したレーザ光を集光レンズ１０２により収束させたレーザビームをキセノンガスに照射して、プラズマ１０４を生成する。プラズマから放出されたＥＵＶ光は、反射鏡１０５により集光され、平行光１０７となってデブリシールド１０６を通過した後、露光器へ伝送される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、ＬＤ励起ＹＡＧレーザは、パルス継続時間が数ｎｓで、レーザ光の波長が１μｍ帯である。一方、数万度を超えるプラズマの生成過程は、ｐｓ（１０^-12秒）のスケールで進展する。レーザビームが照射される初期の時点におけるプラズマの密度が小さいと、それ以降においてレーザビームはターゲット中の分子や原子を十分にプラズマ化することができずに素通りしてしまう。逆に、プラズマの密度が大き過ぎる場合には、レーザビームが照射される側のプラズマに遮られて、十分な体積のプラズマが生成できなくなる。従って、プラズマの密度、あるいは、ターゲットとなる気体の密度には、最適な範囲が存在する。ＹＡＧレーザを用いる場合には、レーザビームをプラズマに効率良く吸収させるために、レーザビームをかなり密度が大きいガス状ターゲットと相互作用させる必要がある。そのため、ノズルの噴出口近くの密度の大きいガスにレーザビームを照射することが必要であり、ノズルの噴出口周辺にプラズマが衝突し、ノズル材料が侵食されて発生するデブリが大きな問題となっていた。また、ＬＤ励起ＹＡＧレーザは、レーザ光発生効率が５％〜６％と低く、高出力化するとガスレーザと比較して装置が大型化するという問題もあった。さらに、ＬＤ励起ＹＡＧレーザを高出力化した場合に、ＹＡＧガスの熱歪で横モードが悪化し、ターゲットへの照射効率が低下してしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、高能率であり、かつ、デブリの発生を抑制することができる光源装置を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような光源装置を用いることにより、微細な光リソグラフィを実現することができる露光装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点に係る光源装置は、ターゲットにレーザビームを照射することにより極端紫外光を発生する光源装置であって、ターゲットとして、レーザビームが照射された直後においてガス状態である物質をノズルの開口部から供給するターゲット供給部と、レーザ媒質として二酸化炭素ガスを含む混合ガスを使用し、波長１０μｍ帯のレーザ光を発生させ、ターゲットにレーザビームを照射することによりプラズマを発生させるレーザ部と、プラズマから放出される極端紫外光を集光して出射する集光光学系とを具備し、ノズルの開口部とプラズマが発生する位置との間隔が１０ｃｍ〜２０ｃｍである。
【０００９】
本発明の第２の観点に係る光源装置は、ターゲットにレーザビームを照射することにより極端紫外光を発生する光源装置であって、ターゲットとして、レーザビームが照射された直後においてガス状態である物質をノズルの開口部から供給するターゲット供給部と、レーザ媒質として一酸化炭素ガスを含む混合ガスを使用し、波長５μｍ〜６μｍ帯のレーザ光を発生させ、ターゲットにレーザビームを照射することによりプラズマを発生させるレーザ部と、プラズマから放出される極端紫外光を集光して出射する集光光学系とを具備し、ノズルの開口部とプラズマが発生する位置との間隔が１０ｃｍ〜２０ｃｍである。
【００１０】
また、本発明に係る露光装置は、本発明に係る光源装置と、光源装置によって発生された極端紫外光を複数のミラーを用いてマスクに集光する照明光学系と、前記マスクから反射された極端紫外光を用いて対象物を露光させる投影光学系とを具備する。
【００１１】
本発明によれば、レーザ媒質として炭酸ガスを使用したレーザ部から出射した波長の長いレーザビームをガス状態のターゲットに照射して極端紫外光を発生するので、低密度のガスを使った場合におけるＥＵＶ光の発生能率を高め、かつ、デブリの発生を抑制することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基いて本発明の実施の形態について説明する。なお、同一の構成要素については同一の参照番号を付して、これらの説明を省略する。
図１に、本発明の第１の実施形態に係る光源装置の構成を示す。この光源装置は、レーザ部として、レーザ媒質に炭酸ガスを使用してレーザ光を発生するレーザ発振器１１１と、レーザ発振器１１１が発生するレーザ光を集光してレーザビームにする照射光学系とを含んでいる。本実施形態においては、照射光学系が、集光レンズ１１２によって構成されている。集光レンズ１１２としては、平凸レンズやシリンドリカルレンズが使用される。
【００１３】
また、光源装置は、ターゲット供給部として、レーザビームが照射されるターゲットとなる物質を供給するターゲット供給装置１１９と、ターゲット供給装置１１９から供給される物質を噴射するためのノズル１１３とを含んでいる。レーザ部が、ターゲット供給部から供給されるターゲットにレーザビームを照射することにより、プラズマを生成する。
【００１４】
さらに、光源装置は、プラズマから放出される極端紫外（ＥＵＶ：ＥｘｔｒａＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ）光を集光して出射する集光光学系を構成する反射鏡１１５と、レーザビーム照射領域の周辺から放出される直径数μｍ以上の粒子隗（デブリ）を取り除いてＥＵＶ光のみを通過させるデブリシールド１１６とを含んでいる。反射鏡１１５としては、放物面鏡あるいは球面鏡又は複数の曲率を有する球面鏡を使用することができる。本発明において、ＥＵＶ光は、５ｎｍ〜５０ｎｍの波長を有している。
【００１５】
ターゲットとなる物質を供給するためのノズル１１３の上方には回収ダクト１１８が設けられ、ノズルの開口部と回収ダクトの開口部とが対向するように配置されている。ノズルから供給され、プラズマ化しなかったか、又は、定常状態に戻ったターゲット物質は、回収ダクト１１８の開口部から吸引されてターゲット回収装置１２０に回収される。
【００１６】
本発明においては、ターゲットとして、レーザビームが照射される時点において、又はレーザビームが照射された直後においてガス状態である物質を使用する。このような物質としては、通常、露光装置が使用されるような温度でガス状態となるような物質であれば特に限定はなく、具体的には、常温（２０℃）でガス状態である物質が該当し、例えば、キセノン（Ｘｅ）、キセノンを主成分とする混合物、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、又は、低気圧状態でガスである水（Ｈ₂Ｏ）、アルコールを用いることができる。極端紫外光発生部は真空状態にする必要があるので、常温で水を供給してもノズルから出た後は気体となる。
【００１７】
ターゲットとなる物質は、ノズル１１３から、ガス状態、液体状態、固体状態又はこれらの混合状態で放出される。例えば、気体のみからなる物質、固体又は液体の微粒子のみからなる物質、液体又は固体の微粒子と気体とが混合された物質が挙げられる。ただし、ターゲットとなる物質が、ノズル１１３から放出された時点で液体又は固体である場合には、レーザビームが照射される時点又はレーザビームが照射された直後においてガス状態となることが必要である。
【００１８】
ターゲットとなる物質が最初からガス状態である場合には、この気体に圧力を加えてノズル１１３の開口部から放出することにより、この気体をガス状態のままで供給してもよい。又は、この気体を、正イオン又は負イオンを核として複数個の原子又は分子が凝集してできる電荷を帯びた原子又は分子の集合体（クラスターイオン）のジェット（噴射）として供給しても良い。
【００１９】
あるいは、ターゲットとなる物質を冷却して液体化し、この物質に圧力を加えてノズルの開口部から液体状で放出したり、液体化された物質にノズル内で熱を加えてノズルの開口部から液滴状で放出して、レーザビームが照射される時点においてこの物質をガス状態としてもよい。さらに、ターゲットとなる物質を冷却固化して微粒子状にし、この物質をノズルの開口部から放出して、レーザビームが照射される時点においてこの物質をガス状態としてもよい。なお、これらの場合において、ターゲットとなる物質に圧力を加える手段や温度を調節する手段を、ノズル等に適宜設けることができる。
【００２０】
本実施形態においては、ターゲットとしてキセノン（Ｘｅ）を用いている。その場合、発生するＥＵＶ光は約１０ｎｍ〜約１５ｎｍの波長を有する。ターゲット供給装置１１９がキセノンガスに圧力を加えることにより、ノズル１１３の開口部から上方に向けてキセノンガスを噴射する。ノズル１１３は、スリット状の開口を有するか、又は直線上に配列された複数の開口を有する。従って、噴出したキセノンガスは、開口部の長手方向に広い幅を有しながら垂直に流動し、キセノンガスの柱を形成することになる。
【００２１】
あるいは、冷却されて液体状態又は固体状態となったキセノンを、ノズル１１３の開口部から噴射するようにしてもよい。ただし、レーザビームが照射される位置においては、キセノンがガス状態となるようにする。
【００２２】
レーザ発振器１１１は、レーザ媒質に二酸化炭素ガスを含む混合ガスを使用することにより１０μｍ帯の波長を有するレーザ光を発生するか、又は、レーザ媒質に一酸化炭素ガスを含む混合ガスを使用することにより５μｍ〜６μｍの波長を有するレーザ光を発生する。レーザ発振器１１１から発生されたレーザ光は、集光レンズ１１２により集光され、実質的にライン状の断面形状を有するレーザビームとなって、キセノンガスの柱に向けて照射される。照射されるレーザビームがキセノンガスと交差する位置において、例えば、約０．５ｃｍ〜２ｃｍの長さの葉巻状のプラズマ１１４が発生する。
【００２３】
プラズマが発生する位置の周囲には、反射鏡１１５が設置されている。反射鏡１１５には、レーザビームを通過させるための開口と、ノズル１１３から回収ダクト１１８へ向けてターゲットを噴射させるための開口と、ターゲットを回収ダクトに吸収するための開口とが形成されている。プラズマ１１４から放出されたＥＵＶ光は、反射鏡１１５によって平行光となり、デブリシールド１１６を通過して出力される。本実施形態においては、照射されるレーザビームの光軸が、出力されるＥＵＶ光の光軸と実質的に平行となっている。反射鏡１１５の内面（集光鏡）のコーティングとしては、波長１３ｎｍのＥＵＶ光を発生する場合にはＭｏ／Ｓｉ又はＭｏ／Ｓｒを用い、波長１１ｎｍのＥＵＶ光を発生する場合にはＭｏ／Ｂｅ又はＭｏ／Ｓｒを用いると、集光効率を向上させることができる。
【００２４】
本実施形態に係る光源装置においては、ＹＡＧレーザビームを用いた光源装置と比べて、ノズル１１３の開口部からプラズマ１１４までの距離Ｄをかなり長く採ることができ、例えば１０ｃｍ〜２０ｃｍ程度とすることができる。ＹＡＧレーザは、１μｍ帯の短い波長を有するレーザ光を出力するため、密度の大きいターゲットガスと相互作用させないと効率良くプラズマを発生することができない。一方、炭酸ガスレーザは、約１０μｍの長い波長を有するレーザ光を出力するため、密度の比較的小さいターゲットガスと相互作用させても効率良くプラズマを発生することができる。また、一酸化炭素レーザは、波長およそ５μｍ〜６μｍのレーザ光を出力するため、炭酸ガスレーザと同様の効果を期待できる。
【００２５】
従って、本実施形態によれば、ノズルの開口部から離れた位置において、レーザビームをターゲットガスに照射することが可能となる。これによって、プラズマによるノズルのダメージや加熱の問題を軽減し、デブリの発生を抑圧して反射鏡の寿命を長くすることができる。また、ノズルの開口部とプラズマが発生する位置との間隔を離すことができるので、ＥＵＶ光を取り出すための集光光学系の配置に関する設計が容易になる。さらに、ターゲットガスの柱の幅方向にレーザビームを照射した場合に、その幅の最遠端においてもプラズマを発生することができる。また、ノズル１１３としてラバールノズルを用いて、超音速でガス状又はクラスター状にターゲットを噴射することも可能である。図４に、ラバールノズルの断面形状を示す。図４に示すように、タンクＡとタンクＢとの間にスロートが設けられている。スロートは、タンクＡの出口において急速に狭まり、その後、タンクＢに向かって徐々に広がる形状を有している。なお、レーザ発振器１１１の炭酸ガスレーザとしては、パルス発振レーザであってもよく、不安定共振器を用いて集光性を高めることも可能である。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２に、本発明の第２の実施形態に係る発光装置の構成を示す。本実施形態においては、レーザビームの光軸を、集光光学系から出射されるＥＵＶの光軸と実質的に直交させている。その他の点に関しては、第１の実施形態と同一である。
【００２７】
図２に示すように、ノズル１１３の開口部からターゲットとなるキセノンガスを下方に向けて噴射すると、横に広がったターゲットガスの柱が形成される。レーザ発振器１１１から発生されたレーザ光は、シリンドリカル集光レンズ１１２により集光されたレーザビームとなる。レーザビームがガス状のターゲットに照射されることにより、葉巻状のプラズマ１１４が生成される。なお、プラズマ化しなかったか、又は、定常状態に戻ったターゲットは、回収ダクト１１８によって吸収される。発生したプラズマから放射されるＥＵＶ光は、反射鏡１１５により反射集光されて平行光１１７となって出力される。
【００２８】
次に、本発明の一実施形態に係る露光装置について説明する。図３に、本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を示す。この露光装置は、本発明に係る光源装置を光源として用いており、光源におけるデブリが少ないため、光学系への悪影響を小さくできる。
【００２９】
図３に示すように、露光装置１は、ＥＵＶ光を発生する光源装置１００と、光源装置１００によって発生されたＥＵＶ光を複数のミラーを用いてレチクルステージ３００に取り付けられたレチクル（マスク）に集光する照明光学系２００と、前記マスクから反射されたＥＵＶ光を用いて対象物を露光させる投影光学系４０１とを含んでいる。投影光学系４０１は、ウエハを設置するためのウエハステージ４０２や、ウエハ５００の位置を検出するウエハアライメントセンサ４０３と共に、露光器４００を構成している。露光装置１の全体は、真空ポンプ等により低圧力に保たれた真空系内に設置されている。
【００３０】
本実施形態に係る露光装置の動作について説明する。
照明光学系２００は、光源装置１００によって発生されたＥＵＶ光を、集光ミラー２０１、２０２、２０３によって、レチクルステージ３００に集光する。このように、照明光学系２００は、全て反射系で構成されており、トータルの反射率は、約０．６５となっている。
【００３１】
レチクルステージ３００の図中下側には、所望のパターンが形成されたマスクが取り付けられており、このマスクは、形成されたパターンに従って、照明光学系２００から入射されたＥＵＶ光を反射する。露光器４００に設けられた投影光学系４０１は、マスクによって反射されたＥＵＶ光を、ウエハステージ４０２上のウエハ５００に塗布されたレジストに投影して、レジストを露光する。これにより、マスク上のパターンを縮小して、ウエハ上のレジストに転写することができる。レチクルステージ３００及びウエハステージ４０２は、光軸に対して垂直に移動可能であり、レチクルステージ３００及びウエハステージ４０２を移動させることにより、全マスクパターンを露光する。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ターゲットにレーザビームを照射することにより極端紫外光を発生する光源装置において、能率を高め、かつ、デブリの発生を抑制することができる。また、この光源装置を用いて、微細な光リソグラフィを実現する露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光源装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施態様に係る光源装置の構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を示す図である。
【図４】ラバールノズルの形状を示す断面図である。
【図５】従来の光源装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１露光装置
１００光源装置
１０１ＹＡＧレーザ発振器
１０２、１１２集光レンズ
１０３、１１３ノズル
１０４、１１４プラズマ
１０５、１１５反射鏡
１０６、１１６デブリシールド
１０７、１１７ＥＵＶの平行光
１１１炭酸ガスレーザ発振器
１１８回収ダクト
１１９ターゲット供給装置
１２０ターゲット回収装置
２００照明光学系
２０１、２０２、２０３集光ミラー
３００レチクルステージ
４００露光器
４０１投影光学系
４０２ウエハステージ
４０３ウエハアライメントセンサ
５００ウエハ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light source device that generates extreme ultra violet (EUV) light by irradiating a target with a laser beam. Furthermore, the present invention relates to an exposure apparatus using such a light source device.
[0002]
[Prior art]
With the miniaturization of semiconductor processes, the miniaturization of optical lithography is rapidly progressing, and in the next generation, fine processing of 100 to 70 nm and further fine processing of 50 nm or less are required. For example, in order to meet the demand for fine processing of 50 nm or less, development of an exposure apparatus combining an EUV light source having a wavelength of 13 nm and a reduced projection reflection optical system (Cataoptic System) is expected.
[0003]
As the EUV light source, an LPP (Laser Produced Plasma) light source using plasma generated by irradiating a target with a laser beam, a DP (Discharge Plasma) light source using plasma generated by discharge, and orbital radiation light are used. There are three types of SR (Synchrotron Radiation) light sources. Among these, since the LPP light source can considerably increase the plasma density, extremely high brightness close to that of black body radiation can be obtained, and light emission only in a necessary wavelength band is possible by selecting a target material, which is almost isotropic. Because it is a point light source with a typical angular distribution, there is no structure such as an electrode around the light source, and it is possible to secure a very large collection solid angle of 2πsterad. It is considered to be a powerful light source for required EUV lithography.
[0004]
In a LPP light source, when a solid material is used as a target for irradiating a laser beam to generate plasma, heat generated by laser beam irradiation is transmitted to the periphery of the laser beam irradiation region when the laser beam irradiation region is turned into plasma. In the periphery, the solid material melts. The molten solid material is released in a large amount as particle soot (debris) having a diameter of several μm or more, damages the condensing mirror, and reduces its reflectance. On the other hand, when gas is used as the target, debris is reduced, but the conversion efficiency from the power supplied to the laser oscillator to the power of the EUV light is reduced.
[0005]
FIG. 5 shows a configuration of a conventional light source device using YAG as a laser medium and xenon gas as a target. Pressure is applied to the xenon gas, and the xenon gas is jetted upward from the nozzle 103 as a target. At a position away from the opening of the nozzle 103 by a distance D, the laser beam generated by the YAG laser oscillator 101 is converged by the condensing lens 102 to the xenon gas to generate plasma 104. The EUV light emitted from the plasma is collected by the reflecting mirror 105, becomes parallel light 107, passes through the debris shield 106, and is transmitted to the exposure unit.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Here, the LD-pumped YAG laser has a pulse duration of several ns and the laser beam wavelength is in the 1 μm band. On the other hand, the plasma generation process exceeding tens of thousands of degrees progresses on the scale of ps (10 ^-12 seconds). If the density of the plasma at the initial point of time when the laser beam is irradiated is small, the laser beam will not pass through the molecules and atoms in the target sufficiently after that and pass through. On the other hand, when the plasma density is too high, the plasma on the side irradiated with the laser beam is blocked, and a plasma with a sufficient volume cannot be generated. Therefore, there is an optimum range for the density of the plasma or the density of the target gas. When a YAG laser is used, it is necessary to interact the laser beam with a gaseous target having a considerably high density in order to efficiently absorb the laser beam into the plasma. Therefore, it is necessary to irradiate a gas with a high density near the nozzle outlet, and the debris generated by the plasma impinging around the nozzle outlet and eroding the nozzle material is a major problem. It was. In addition, the LD-pumped YAG laser has a low laser light generation efficiency of 5% to 6%, and there is a problem that the apparatus becomes larger as compared with the gas laser when the output is increased. Further, when the output of the LD-pumped YAG laser is increased, there is a problem that the transverse mode is deteriorated due to the thermal strain of the YAG gas and the irradiation efficiency to the target is lowered.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to provide a light source device that is highly efficient and can suppress the generation of debris. It is another object of the present invention to provide an exposure apparatus that can realize fine photolithography by using such a light source device.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a light source device according to a first aspect of the present invention is a light source device that generates extreme ultraviolet light by irradiating a target with a laser beam, and the target is irradiated with the laser beam. Immediately after that, a target supply unit that supplies a substance in a gas state from an opening of the nozzle and a mixed gas containing carbon dioxide gas as a laser medium are used to generate a laser beam having a wavelength of 10 μm and irradiate the target with a laser beam. And a condensing optical system that condenses and emits extreme ultraviolet light emitted from the plasma, and the distance between the nozzle opening and the position where the plasma is generated is 10 cm. ~ 20 cm .
[0009]
A light source device according to a second aspect of the present invention is a light source device that generates extreme ultraviolet light by irradiating a target with a laser beam, and is a substance that is in a gas state immediately after being irradiated with the laser beam as a target. Plasma is generated by generating a laser beam having a wavelength of 5 μm to 6 μm and irradiating the target with a laser beam, using a target supply unit that supplies carbon from a nozzle opening and a mixed gas containing carbon monoxide gas as a laser medium. And a condensing optical system that condenses and emits extreme ultraviolet light emitted from the plasma, and the interval between the nozzle opening and the position where the plasma is generated is 10 cm to 20 cm. .
[0010]
An exposure apparatus according to the present invention is reflected from the light source apparatus according to the present invention, an illumination optical system that condenses the extreme ultraviolet light generated by the light source apparatus on a mask using a plurality of mirrors, and the mask. A projection optical system that exposes an object using extreme ultraviolet light.
[0011]
According to the present invention, a laser beam having a long wavelength emitted from a laser unit using carbon dioxide gas as a laser medium is irradiated to a target in a gas state to generate extreme ultraviolet light. Therefore, when a low density gas is used, The generation efficiency of EUV light can be increased and the generation of debris can be suppressed.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same reference number is attached | subjected about the same component and these description is abbreviate | omitted.
FIG. 1 shows a configuration of a light source device according to the first embodiment of the present invention. This light source device includes, as a laser unit, a laser oscillator 111 that generates laser light using carbon dioxide gas as a laser medium, and an irradiation optical system that condenses the laser light generated by the laser oscillator 111 to form a laser beam. Contains. In the present embodiment, the irradiation optical system is configured by the condenser lens 112. As the condensing lens 112, a plano-convex lens or a cylindrical lens is used.
[0013]
Further, the light source device includes a target supply device 119 for supplying a target material to be irradiated with a laser beam and a nozzle 113 for ejecting the material supplied from the target supply device 119 as a target supply unit. Yes. The laser unit generates plasma by irradiating the target supplied from the target supply unit with a laser beam.
[0014]
Further, the light source device includes a reflecting mirror 115 constituting a condensing optical system that condenses and emits extreme ultraviolet (EUV) light emitted from plasma, and a diameter emitted from the periphery of the laser beam irradiation region. And a debris shield 116 that removes particle soot (debris) of several μm or more and allows only EUV light to pass through. As the reflecting mirror 115, a parabolic mirror, a spherical mirror, or a spherical mirror having a plurality of curvatures can be used. In the present invention, EUV light has a wavelength of 5 nm to 50 nm.
[0015]
A recovery duct 118 is provided above the nozzle 113 for supplying the target substance, and is arranged so that the opening of the nozzle and the opening of the recovery duct face each other. The target material that has been supplied from the nozzle and has not been turned into plasma or returned to a steady state is sucked from the opening of the recovery duct 118 and recovered by the target recovery device 120.
[0016]
In the present invention, a substance that is in a gas state at the time of irradiation with a laser beam or immediately after irradiation with a laser beam is used as a target. Such a substance is not particularly limited as long as it is a substance that normally enters a gas state at a temperature at which the exposure apparatus is used, and specifically, a substance that is in a gas state at room temperature (20 ° C.). For example, xenon (Xe), a mixture containing xenon as a main component, argon (Ar), krypton (Kr), water (H ₂ O), which is a gas at low pressure, or alcohol is used. it can. Since the extreme ultraviolet light generating section needs to be in a vacuum state, even if water is supplied at room temperature, it becomes a gas after exiting the nozzle.
[0017]
The target substance is discharged from the nozzle 113 in a gas state, a liquid state, a solid state, or a mixed state thereof. For example, a substance made of only gas, a substance made of only solid or liquid fine particles, and a substance in which liquid or solid fine particles and gas are mixed can be used. However, in the case where the target substance is liquid or solid when emitted from the nozzle 113, it is necessary to be in a gas state at the time of irradiation with the laser beam or immediately after irradiation of the laser beam. .
[0018]
When the target substance is in a gas state from the beginning, the gas may be supplied in a gas state by applying pressure to the gas and discharging it from the opening of the nozzle 113. Alternatively, this gas may be supplied as a jet (jet) of an aggregate (cluster ion) of charged atoms or molecules formed by aggregation of a plurality of atoms or molecules with positive ions or negative ions as nuclei. .
[0019]
Alternatively, the target substance is cooled and liquefied, and pressure is applied to the substance to release it in a liquid state from the nozzle opening, or heat is applied to the liquefied substance in the nozzle from the nozzle opening. The substance may be in a gas state at the time when it is emitted in the form of droplets and irradiated with a laser beam. Further, the target substance may be cooled and solidified to form fine particles, and the substance may be discharged from the opening of the nozzle, and the substance may be in a gas state at the time of irradiation with the laser beam. In these cases, means for applying pressure to the target substance and means for adjusting the temperature can be appropriately provided in the nozzle or the like.
[0020]
In this embodiment, xenon (Xe) is used as a target. In that case, the generated EUV light has a wavelength of about 10 nm to about 15 nm. When the target supply device 119 applies pressure to the xenon gas, the xenon gas is injected upward from the opening of the nozzle 113. The nozzle 113 has a slit-like opening or has a plurality of openings arranged in a straight line. Accordingly, the ejected xenon gas flows vertically while having a wide width in the longitudinal direction of the opening, and forms a column of xenon gas.
[0021]
Alternatively, xenon that has been cooled to be in a liquid state or a solid state may be ejected from the opening of the nozzle 113. However, xenon is in a gas state at the position where the laser beam is irradiated.
[0022]
The laser oscillator 111 generates a laser beam having a wavelength of 10 μm band by using a mixed gas containing carbon dioxide gas as a laser medium, or uses a mixed gas containing carbon monoxide gas as a laser medium. Generates laser light having a wavelength of 5 μm to 6 μm. The laser light generated from the laser oscillator 111 is condensed by the condensing lens 112, becomes a laser beam having a substantially line-shaped cross-sectional shape, and is irradiated toward the xenon gas column. At the position where the irradiated laser beam intersects the xenon gas, for example, a cigar-shaped plasma 114 having a length of about 0.5 cm to 2 cm is generated.
[0023]
A reflecting mirror 115 is installed around the position where plasma is generated. The reflecting mirror 115 is formed with an opening for allowing the laser beam to pass therethrough, an opening for ejecting the target from the nozzle 113 toward the recovery duct 118, and an opening for absorbing the target into the recovery duct. . The EUV light emitted from the plasma 114 is converted into parallel light by the reflecting mirror 115, passes through the debris shield 116, and is output. In the present embodiment, the optical axis of the irradiated laser beam is substantially parallel to the optical axis of the output EUV light. As the coating of the inner surface (condenser mirror) of the reflecting mirror 115, Mo / Si or Mo / Sr is used when generating EUV light with a wavelength of 13 nm, and Mo / Be when generating EUV light with a wavelength of 11 nm. Or when Mo / Sr is used, the light collection efficiency can be improved.
[0024]
In the light source device according to the present embodiment, the distance D from the opening of the nozzle 113 to the plasma 114 can be considerably longer than that of the light source device using a YAG laser beam, for example, about 10 cm to 20 cm. Can do. Since the YAG laser outputs laser light having a short wavelength in the 1 μm band, it cannot efficiently generate plasma unless it interacts with a high-density target gas. On the other hand, since the carbon dioxide laser outputs laser light having a long wavelength of about 10 μm, plasma can be efficiently generated even when interacting with a target gas having a relatively low density. Moreover, since the carbon monoxide laser outputs laser light having a wavelength of about 5 μm to 6 μm, the same effect as that of the carbon dioxide laser can be expected.
[0025]
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to irradiate the target gas with the laser beam at a position away from the nozzle opening. As a result, nozzle damage and heating problems due to plasma can be reduced, the occurrence of debris can be suppressed, and the life of the reflector can be extended. Further, since the gap between the nozzle opening and the position where the plasma is generated can be separated, the design related to the arrangement of the condensing optical system for extracting the EUV light becomes easy. Furthermore, when a laser beam is irradiated in the width direction of the target gas column, plasma can be generated even at the farthest end of the width. It is also possible to use a Laval nozzle as the nozzle 113 and inject the target in the form of gas or cluster at supersonic speed. FIG. 4 shows a cross-sectional shape of the Laval nozzle. As shown in FIG. 4, a throat is provided between the tank A and the tank B. The throat has a shape that narrows rapidly at the outlet of the tank A and then gradually widens toward the tank B. The carbon dioxide laser of the laser oscillator 111 may be a pulsed laser, and the light condensing property can be enhanced by using an unstable resonator.
[0026]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 shows a configuration of a light emitting device according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the optical axis of the laser beam is substantially orthogonal to the optical axis of EUV emitted from the condensing optical system. Other points are the same as those in the first embodiment.
[0027]
As shown in FIG. 2, when the target xenon gas is jetted downward from the opening of the nozzle 113, a column of target gas spreading laterally is formed. The laser light generated from the laser oscillator 111 becomes a laser beam condensed by the cylindrical condenser lens 112. By irradiating the gaseous target with the laser beam, a cigar-shaped plasma 114 is generated. The target that has not been converted to plasma or has returned to a steady state is absorbed by the recovery duct 118. EUV light radiated from the generated plasma is reflected and collected by the reflecting mirror 115 and output as parallel light 117.
[0028]
Next, an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 shows the arrangement of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. This exposure apparatus uses the light source device according to the present invention as a light source, and since there is little debris in the light source, adverse effects on the optical system can be reduced.
[0029]
As shown in FIG. 3, the exposure apparatus 1 includes a light source device 100 that generates EUV light and a reticle (mask) that is attached to the reticle stage 300 using a plurality of mirrors. An illumination optical system 200 that collects light and a projection optical system 401 that exposes an object using EUV light reflected from the mask are included. The projection optical system 401 constitutes an exposure unit 400 together with a wafer stage 402 for setting a wafer and a wafer alignment sensor 403 for detecting the position of the wafer 500. The entire exposure apparatus 1 is installed in a vacuum system maintained at a low pressure by a vacuum pump or the like.
[0030]
The operation of the exposure apparatus according to this embodiment will be described.
The illumination optical system 200 condenses the EUV light generated by the light source device 100 on the reticle stage 300 by the condensing mirrors 201, 202, and 203. As described above, the illumination optical system 200 is entirely composed of a reflection system, and the total reflectance is about 0.65.
[0031]
A mask on which a desired pattern is formed is attached to the lower side of the reticle stage 300 in the drawing, and this mask reflects EUV light incident from the illumination optical system 200 according to the formed pattern. The projection optical system 401 provided in the exposure device 400 projects the resist by projecting the EUV light reflected by the mask onto the resist applied to the wafer 500 on the wafer stage 402. Thereby, the pattern on the mask can be reduced and transferred to the resist on the wafer. The reticle stage 300 and the wafer stage 402 are movable perpendicular to the optical axis, and the entire mask pattern is exposed by moving the reticle stage 300 and the wafer stage 402.
[0032]
【Effect of the invention】
As described above, according to the present invention, in a light source device that generates extreme ultraviolet light by irradiating a target with a laser beam, efficiency can be improved and generation of debris can be suppressed. Further, an exposure apparatus that realizes fine optical lithography can be provided using this light source device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a light source device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a light source device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view showing the arrangement of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the shape of a Laval nozzle.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional light source device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exposure apparatus 100 Light source apparatus 101 YAG laser oscillator 102, 112 Condensing lens 103, 113 Nozzle 104, 114 Plasma 105, 115 Reflection mirror 106, 116 Debris shield 107, 117 EUV parallel light 111 Carbon dioxide laser oscillator 118 Recovery duct 119 Target Supply device 120 Target recovery device 200 Illumination optical system 201, 202, 203 Condenser mirror 300 Reticle stage 400 Exposure unit 401 Projection optical system 402 Wafer stage 403 Wafer alignment sensor 500 Wafer

Claims

A light source device that generates extreme ultraviolet light by irradiating a target with a laser beam,
As the target, a target supply unit that supplies a substance in a gas state immediately after irradiation with the laser beam from an opening of a nozzle;
A laser unit that uses a mixed gas containing carbon dioxide gas as a laser medium, generates a laser beam having a wavelength of 10 μm, and generates plasma by irradiating the target with the laser beam;
A condensing optical system that condenses and emits extreme ultraviolet light emitted from the plasma;
And a distance between the nozzle opening and the position where the plasma is generated is 10 cm 2 to 20 cm.

A light source device that generates extreme ultraviolet light by irradiating a target with a laser beam,
As the target, a target supply unit that supplies a substance in a gas state immediately after irradiation with the laser beam from an opening of a nozzle;
A laser unit that uses a mixed gas containing carbon monoxide gas as a laser medium, generates laser light having a wavelength of 5 μm to 6 μm, and generates plasma by irradiating the target with the laser beam;
A condensing optical system that condenses and emits extreme ultraviolet light emitted from the plasma;
And a distance between the nozzle opening and the position where the plasma is generated is 10 cm 2 to 20 cm.

The light source device according to claim 1, wherein the light source device generates extreme ultraviolet light having a wavelength within a range of 5 nm to 50 nm.

The light source device according to claim 1, wherein the target supply unit supplies a substance in a gas state at normal temperature (20 ° C.) as the target.

The target supply unit supplies at least one of xenon, a mixture containing xenon as a main component, argon, krypton, water (H ₂ O), which is a gas in a low pressure state, and alcohol as the target. 4. The light source device according to 4.

The said target supply part applies the pressure to the substance which is a gas state, and supplies the substance used as the said target in a gas state or a cluster state by supplying from the opening part of a nozzle. The light source device according to item.

The target supply unit supplies the target substance in droplet form from the opening of the nozzle, thereby bringing the target substance into a gas state immediately after being irradiated with a laser beam. The light source device according to claim 5.

The target supply unit applies a pressure to the target substance that is in a liquid state or is in a liquid state and supplies the target substance in droplets from the opening of the nozzle, so that the target substance is irradiated with a laser beam. The light source device according to claim 7, wherein the light source device is in a gas state immediately after being applied.

The target supply unit applies heat in the nozzle to the target substance that is in the liquid state or in the liquid state, and supplies the target substance in the form of droplets from the opening of the nozzle. The light source device according to claim 7, wherein the light source device is in a gas state immediately after being irradiated with the laser beam.

The target supply unit supplies the target substance in the form of particles from the opening of the nozzle, thereby bringing the target substance into a gas state immediately after being irradiated with a laser beam. The light source device according to any one of the above.

The target supply unit cools and solidifies the target substance, and supplies the solidified substance in the form of particles from the opening of the nozzle, so that the target substance is irradiated with a laser beam. The light source device according to claim 10, wherein the light source device is in a gas state immediately after.

The light source device according to claim 1, wherein the nozzle has a slit-shaped opening for supplying the target substance.

The light source device according to claim 1, wherein the nozzle has a plurality of openings arranged in a straight line.

A first tank located on a side opposite to the opening, a second tank located on the opening side, and a throat provided between the first tank and the second tank; The throat has a shape that gradually narrows toward the second tank after rapidly narrowing at the opening side outlet of the first tank. 2. A light source device according to item 1.

The laser unit is
A laser oscillator that uses a mixed gas containing carbon dioxide gas as a laser medium and generates laser light having a wavelength of 10 μm;
An irradiation optical system that includes a condensing lens, condenses the laser light generated by the laser oscillator, and irradiates a laser beam having a substantially linear cross-sectional shape;
The light source device according to claim 1, comprising:

The condensing optical system includes a reflecting mirror;
The light source according to claim 1, wherein the laser unit irradiates the target with a laser beam having an optical axis substantially parallel to an optical axis of extreme ultraviolet light emitted from the reflecting mirror. apparatus.

The condensing optical system includes a reflecting mirror;
The light source according to claim 1, wherein the laser unit irradiates the target with a laser beam having an optical axis substantially orthogonal to an optical axis of extreme ultraviolet light emitted from the reflecting mirror. apparatus.

A recovery duct having an opening disposed to face the opening of the nozzle;
A target recovery device for recovering the target material supplied from the nozzle and which has not been converted to plasma or returned to a steady state via the recovery duct;
The light source device according to claim 1, further comprising:

The light source device according to any one of claims 1 to 18,
An illumination optical system for collecting the extreme ultraviolet light generated by the light source device on a mask using a plurality of mirrors;
A projection optical system that exposes an object using extreme ultraviolet light reflected from the mask; and
An exposure apparatus comprising: