JP5277496B2 - 極端紫外光源装置および極端紫外光源装置の光学素子汚染防止装置 - Google Patents

極端紫外光源装置および極端紫外光源装置の光学素子汚染防止装置 Download PDF

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Description

本発明は、露光装置の光源として用いられる極端紫外(EUV:extreme ultra violet)光源装置において、EUV光と共に生成される飛散物によって光学素子が汚染されることを防止する光学素子汚染防止方法及び光学素子汚染防止装置に関する。
近年、半導体プロセスの微細化に伴って光リソグラフィにおける微細化が急速に進展しており、次世代においては、100nmから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。そのため、例えば、50nm以下の微細加工の要求に応えるべく、波長13nm程度のEUV光源と縮小投影反射光学系(catadioptric system)とを組み合わせた露光装置の開発が期待されている。
EUV光源としては、ターゲットにレーザビームを照射することによって生成されるプラズマを用いたLPP(laser produced plasma:レーザ励起プラズマ)光源(以下において、「LPP式EUV光源装置」ともいう)と、放電によって生成されるプラズマを用いたDPP(discharge produced plasma:レーザ励起プラズマ)光源と、軌道放射光を用いたSR(synchrotoron radiation)光源の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、ターゲット物質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、2πsteradian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。
ここで、LPP方式によるEUV光の生成原理について説明する。真空チャンバ内に供給されるターゲット物質に対してレーザビームを照射すると、ターゲット物質が励起してプラズマ化する。このプラズマから、EUV光を含む様々な波長成分が放射される。真空チャンバ内には所望の波長成分(例えば、13.5nmの波長を有する成分)を選択的に反射するEUVコレクタミラーが設置されており、このEUVコレクタミラーによってEUV光が反射集光され、露光器に出力される。ターゲット物質としては錫(Sn)、リチウム(Li)、キセノン(Xe)等が用いられるが、中でも高いEUV変換効率が得られる錫(Sn)が有望視されている。また、EUVコレクタミラーの反射面には、例えば、モリブデン(Mo)の薄膜とシリコン(Si)の薄膜とを交互に積層した多層膜(Mo/Si多層膜)が形成されている。
このようなLPP式EUV光源装置においては、特に固体のターゲットを用いる場合に、プラズマ及びターゲットから放出される中性粒子やイオンによる影響が問題となっている。EUVコレクタミラーはプラズマ近傍に設置されるので、プラズマ及びターゲットから放出される中性粒子は、EUVコレクタミラーの反射面に付着してミラーの反射率を低下させる。一方、プラズマから放出されるイオンは、EUVコレクタミラーの反射面に形成されている多層膜を削り取る(本願においては、このことを「スパッタリング」ともいう)。本願明細書では、こうした中性粒子やイオンが光学素子に及ぼす悪影響を汚染と称している。なお、中性粒子やイオンを含むプラズマからの飛散物やターゲット物質の残骸は、デブリ(debris)と呼ばれている。
EUVコレクタミラーは、高い反射率を維持するために、例えば0.2nm(rms)程度の高い表面平坦性が要求されており、非常に高価である。そのため、EUVコレクタミラーを頻繁に交換するとなると、メンテナンス時間が増加するだけでなく運転コストが上昇することになる。そこで、露光装置の運転コストの削減や、メンテナンス時間の低減等の観点から、EUVコレクタミラーの長寿命化が望まれている。露光用EUV光源装置におけるミラー寿命は、例えば、反射率が10%低下するまでの期間として定義され、少なくとも1年間の寿命が要求されている。
上述したように、EUVコレクタミラーの表面にはデブリが付着し金属膜を形成する。金属膜はEUV光を吸収するため、EUVコレクタミラーの反射率が低下する。仮に金属膜の光透過率が約95%であるとすると、EUVコレクタミラーの反射率は約90%となる。EUVコレクタミラーの寿命を1年以上にするには、13.5nmの波長を有するEUV光に対して、EUVコレクタミラーの反射率の低下を10%以内にしなければならない。このためには、EUVコレクタミラーの反射面における金属膜の付着量(厚さ)の許容値は、リチウムで約5nmであり、錫に至っては約0.75nmといった非常に僅かな値である。
この程度の金属膜は比較的短期間で形成されるため、EUVコレクタミラーに対する金属膜の付着を防止することが重要である。そこで、金属膜の防止技術として下記特許文献、非特許文献で開示されているような様々な方法が提案されている。
特許文献1には、真空チャンバ内に磁場や電場を発生させてデブリを誘導する技術が開示されている。真空チャンバ内に所望の磁場や電場を発生させれば、プラズマから光学素子に向けて飛散するイオンを偏向し、光学素子以外の箇所に誘導することが可能である。
しかしながら、特許文献1の技術はデブリの中のイオンにのみ有効である。デブリにはイオンの他に中性粒子も含まれている。電荷を持たない中性粒子は磁場や電場で偏向されることなく光学素子に到達する。
特許文献2には、プラズマから放出される中性粒子を紫外線照射等の手段によってイオン化し、磁場の作用によって偏向させる技術が開示されている。また、特許文献3には特許文献2と同様に、プラズマから放出される中性粒子をイオン化し、磁場の作用によって偏向させる技術が開示されている。特許文献3では、電子にマイクロ波を照射することによって電子サイクロトロン共鳴(electron cyclotron resonance:ECR)を生じさせてプラズマを発生させ、そのプラズマを中性粒子に衝突させることによって、中性粒子をイオン化している。特許文献2、3によれば、プラズマから放出されるイオンだけでなく中性粒子も偏向することが可能になる。
しかしながら、粒径が大きな中性粒子はイオン化が困難である。したがって、粒径の大きな中性粒子は磁場で偏向されることなく光学素子に到達する。
非特許文献1、2には、真空チャンバ内に所定圧の雰囲気ガスを供給する技術が開示されている。真空チャンバ内を0.2Torr程度のHeガス雰囲気にすれば、プラズマから光学素子に向けて飛散するデブリのうち直径0.3μm以下のデブリの運動エネルギーを低減することが可能になる。この現象は、粒径が小さいデブリは質量が小さいため運動エネルギー(1/2MV2)が小さく、雰囲気ガス粒子と衝突することによって光学素子に到達する前に運動エネルギーを失うため、と考えられている。
しかしながら、非特許文献3、4に示されるような直径0.5μm以上のデブリは質量が大きいため運動エネルギーが大きい。このためデブリは雰囲気ガス粒子と衝突するだけでは運動エネルギーを失うことがなく、結果として光学素子に到達すると考えられる。
特許文献4には、プラズマの発生領域とEUVコレクタミラーとの間にデブリシールドを設け、デブリの飛散からEUVコレクタミラーを保護する技術が開示されている。
しかしながら、この技術ではEUVコレクタミラーの代わりにデブリシールドがプラズマに曝されるので、デブリシールドが高速イオンによってスパッタリングされて新たなデブリが発生し、そのデブリがEUVコレクタミラーに付着する可能性がある。つまり、デブリシールド自体がデブリ発生源になってしまう。さらに、デブリシールドに付着したデブリを除去するために頻繁にクリーニングを行う必要があり、メンテナンス面に問題がある。
非特許文献5には、ターゲットがリチウムである場合に、ミラーを約400℃程度の高温に保ち、拡散効果(蒸発)でデブリの付着を防止する技術が開示されている。しかしながら、錫は粒径が大きく蒸気圧が低いために真空中で拡散させることができない。
米国特許出願公開第2005/0279946号明細書(第1頁) 米国特許第6987279号明細書(第1頁) 特開2006−80255号公報 国際公開第2004/092693号パンフレット(第1、11頁、図2A及び2B) F.Bi jkerk, E.Louis, M.van der Wiel, G.Turcu, G.Tallents, and D.Batani, "Performance optimization of ahigh-repetition-rate KrF laser plazma x-ray source for microlithography, "J.X-Ray Sci. Technol 3,133-135(1992) G.D.Kubiak, D.A.Tichenor, M.E.Malinowski, R.H.Stulen, S.J.Haney, K.W.Berger, L.A.Brown, J.E.Bjorkholm, R.Freeman, W.M.Mansfield, D.M.Tennant, O.R.Wood II, J.Bokor, T.E.Jewell, D.L.White, D.L.Windt, and W.K.Waskiewics, "Diffraction-limited soft x-ray projection lithography with a laser plasma source", J.Van.Sci.Technol. B9,3184-3188(1991) G.D.Kubiak, K.W.Berger, S.J.Haney, P.D.Rockett, and J.A.Hunter, "Laser plasma source for SXPL: production and mitigation of debris, " in Soft X-Ray Projection Lithography, A.Hawryluk and R.Stulen, eds., Vol.18 of OSA Proceedings Series (Optical Society of America, Washington, D.C., 1993) H.A.Bender, A.M.Eligon, D.O'Connell, and W.T.Silfvast, "Avenger velocity distribution measurements of target debris from a laser-produced plasma," in Applications of Laser Plasma Radiation, M.C.Richardson, ed., Proc.Photo-Opt.In-strum. 2015,113-117 (1994) Proc.of SPIE Vol 5751 p248-259
特許文献4で開示されたデブリシールドは頻繁なメンテナンスを必要とするため、メンテナンスコストの上昇を招く。また、メンテナンスの度に露光作業を停止させなければならないため、露光効率の低下を招く。
また、非特許文献5で開示された技術は、蒸気圧の高いリチウムをターゲットにした場合には有効であるが、蒸気圧の低い錫をターゲットにした場合には有効に作用しない。
場合にもよるが、総合的に判断すると、特許文献1〜3や非特許文献1、2で開示された技術を用いてデブリの付着を防止する方が有利であると思われる。これらの技術では粒径が大きいデブリが光学素子に付着することを防止できないという問題は残るものの、現状ではそうしたデブリの付着は許容せざるを得ない。
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、チャンバ内のターゲットをレーザビームで励起することによって生成されるプラズマからEUV光と共に放出されるデブリが、チャンバ内に設けられた光学素子に付着し金属膜が形成されることを防止して、光学素子の耐用期間を延ばすことを解決課題とするものである。
第1発明は、
チャンバ内のターゲットをレーザビームで励起することによって生成されるプラズマから極端紫外光と共に放出される飛散物が、チャンバ内に設けられた光学素子を汚染することを防止する極端紫外光源装置の光学素子汚染防止方法において、
ターゲットを固体の錫とし且つこの固体の錫の励起源をCO2レーザとすることによって、プラズマから放出される飛散物の大きさをナノサイズ以下にし、
ナノサイズ以下の飛散物に、当該飛散物が光学素子に到達することを妨げる作用を付与すること
を特徴とする。
第2発明は、
チャンバ内のターゲットをレーザビームで励起することによって生成されるプラズマから極端紫外光と共に放出される飛散物が、チャンバ内に設けられた光学素子を汚染することを防止する極端紫外光源装置の光学素子汚染防止装置において、
ターゲットを固体の錫とし、
固体の錫の励起源をCO2レーザとし、
固体の錫をCO2レーザで励起するに伴い発生するプラズマから放出されるナノサイズ以下の飛散物に、当該飛散部が光学素子に到達することを妨げる作用を付与する汚染防止手段を備えたこと
を特徴とする。
第3発明は、第2発明において、
前記汚染防止手段は、
ナノサイズの飛散物が光学素子に到達することを妨げる雰囲気ガスを前記チャンバ内に供給する雰囲気ガス供給手段を有すること
を特徴とする。
第4発明は、第2発明において、
前記汚染防止手段は、
ナノサイズの飛散物が当該光学素子に到達することを妨げるガスフローを前記チャンバ内に発生させるガスフロー生成手段を有すること
を特徴とする。
第5発明は、第2発明において、
前記汚染防止手段は、
前記飛散物を帯電させる帯電手段と、
帯電したナノサイズの飛散物が当該光学素子に到達することを妨げる磁場を前記チャンバ内に発生させる磁場生成手段と、を有すること
を特徴とする。
第6発明は、第2発明において、
前記汚染防止手段は、
前記飛散物を帯電させる帯電手段と、
帯電したナノサイズの飛散物が当該光学素子に到達することを妨げる電場を前記チャンバ内に発生させる電場生成手段と、を有すること
を特徴とする。
第7発明は、第2発明において、
前記汚染防止手段は、
ナノサイズの飛散物を蒸発(熱運動による拡散)させる加熱手段を有すること
を特徴とする。
本発明は極端紫外光源装置すなわちEUV光源装置において、チャンバ内で粒径の大きな飛散物すなわちデブリの動作を制御するのではなく、粒径の大きなデブリ自体の発生を防止するという観点でなされたものである。そこで、本発明は、EUV光源装置において、ターゲットを固体の錫(Sn)とし、ターゲットの励起源をCO2レーザとし、固体の錫をCO2レーザから出力されるレーザビームで励起することによってプラズマから放出するデブリの大きさをナノサイズ以下にしたうえで、放出されるナノサイズのデブリに対して光学素子に到達しないような作用を付与することとしている。
本発明者らは、固体の錫をCO2レーザで励起すると、プラズマから放出されるデブリの多くがサブナノ〜ナノサイズの粒子(分子・原子レベル)になることを発見した。これは従来知られていなかった現象である。マイクロサイズのデブリの動作を制御することは困難であるが、サブナノ〜ナノサイズのデブリの動作を制御することは比較的容易である。
例えば、チャンバ内に雰囲気ガスを供給してガス粒子とデブリとを衝突させる。また、チャンバ内にガスフローを発生させてデブリを吹き飛ばす。また、デブリを帯電させると共にチャンバ内に磁場や電場を発生させて帯電したデブリを磁場や電場の影響を与える。また、デブリを加熱して蒸発させる。
本発明によれば、固体の錫のターゲットをCO2レーザで励起することによってプラズマから放出されるデブリをナノサイズにしている。ナノサイズのデブリの動作は比較的小さな力又はエネルギーで容易に制御できる。そこで、ナノサイズのデブリに対して光学素子に到達しないような力又はエネルギーを作用させることによって、ナノサイズのデブリがEUVコレクタミラーに到達することは殆どなくなり、その結果、EUVコレクタミラーに金属膜が形成されなくなる。こうして光学素子の耐用期間を延ばすことが可能になる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本発明の各実施形態を説明する前に、本発明に係るEUV光源装置の基本的な構成について、図1、図2を参照して説明する。なお、後述する全ての実施形態は、図1、図2を用いて説明する構成を有するものとする。
図1は本発明に係るEUV光源装置の基本的な構成を示す側面図である。図2は図1のA−A断面図である。本発明に係るEUV光源装置は、レーザビームをターゲットに照射して励起させてEUV光を生成するレーザ励起プラズマ(LPP)方式を採用している。
図1及び図2に示すように、EUV光源装置は、EUV光の生成が行われる真空チャンバ10と、ターゲット1を供給するターゲット供給装置11と、ターゲット1に照射される励起用レーザビーム2を生成するドライバレーザ13と、ドライバレーザ13によって生成される励起用レーザビーム2を集光するレーザ集光光学系14と、ターゲット1に励起用レーザビーム2が照射されることによって発生するプラズマ3から放出されるEUV光4を集光して出射するEUVコレクタミラー15と、ターゲット1を回収するターゲット回収装置16と、ターゲット1を循環させるターゲット循環装置17と、EUV光源装置全体を制御する制御部30とを備えている。
真空チャンバ10には、励起用レーザビーム2を導入する導入窓18と、EUVコレクタミラー15で反射されたEUV光4を露光器に導出する導出窓19とが設けられている。なお、露光器の内部も、真空チャンバ10の内部と同様に、真空又は減圧状態に保たれる。ターゲット供給装置11は、励起用レーザビーム2が照射されるターゲット1の位置を調整するための位置調整機構を含んでおり、ターゲット1の位置を調整しながら真空チャンバ10内の所定の位置にターゲット1を供給する。
ドライバレーザ13は、高い繰り返し周波数(例えば、パルス幅が数n秒〜数十n秒程度、周波数が1kHz〜100kHz程度)でパルス発振可能なレーザビーム源である。また、レーザ集光光学系14は、少なくとも1つのレンズ及び/又は少なくとも1つのミラーで構成される。ドライバレーザ13から出射したレーザビーム2はレーザ集光光学系14に入射した後に、真空チャンバ10内の所定の位置に集光され、ターゲット1に照射される。レーザビーム2が照射されたターゲット1は一部が励起してプラズマ化し、このプラズマから様々な波長成分が放射される。
EUVコレクタミラー15は、プラズマ3から放射される様々な波長成分の内から、所定の波長成分(例えば、13、5nm付近のEUV光)を選択的に反射することにより集光する集光光学系である。EUVコレクタミラー15は凹状の反射面を有しており、この反射面には、例えば、波長が13.5nm付近のEUV光を選択的に反射するためのモリブデン(Mo)及びシリコン(Si)の多層膜が形成されている。図1において、EUVコレクタミラー15によりEUV光が右方向に反射され、EUV中間集光点に集光された後、露光器に出力される。なお、EUV光の集光光学系は、図1に示すEUVコレクタミラー15に限定されず、複数の光学部品を用いて構成しても良いが、EUV光の吸収を抑えるために反射光学系とすることが必要である。
ターゲット回収装置16は、励起用レーザビーム2が照射されるターゲット1の位置を調整するための位置調整機構を含んでおり、発光点を挟みターゲット供給装置11に対向する位置に配置されている。ターゲット回収装置16は、プラズマ化しなかったターゲットを回収する。回収されたターゲットは、ターゲット循環装置17によって再びターゲット供給装置11に戻し、再利用するようにしても良い。
さらに、このEUV光源装置は、プラズマ3から放出される中性粒子の量を検出するためのミラー損傷検出器21と、プラズマ3から放出されるイオンの量を検出するためのイオン検出器22と、EUVコレクタミラー15を介さずに発光点におけるEUV光の強度を検出するための多層膜ミラー23及びEUV光検出器24とを備える。
ミラー損傷器21は、例えば、QCM(quartz crystal microbalance:水晶振動子質量計)によって構成される。QCMは、センサ表面に形成された金(Au)等のサンプル膜(測定用の膜)の厚さの変化を、水晶振動子の共振周波数の変化に基づいて、オングストローム以下の精度でリアルタイムに計測できるセンサである。ミラー損傷検出器21によって検出されたサンプル膜の厚さの変化に基づいて、EUVコレクタミラーの反射面に付着した中性粒子の量(以下、「デポジション量」ともいう)を求めることができる。
イオン検出器22は、例えば、ファラデーカップによって構成される。イオン検出器22によって検出されたイオンの量に基づいて、EUVコレクタミラー15の反射面から削り取られた多層膜の量(以下、「スパッタリング量」ともいう)を求めることができる。
多層膜ミラー23には、例えば、13.5nm付近の波長に対して反射率が高いモリブデン及びシリコンの多層膜が形成されている。EUV光検出器24は、例えば、ジルコニウム(Zr)フィルタ及びフォトダイオードによって構成される。ジルコニウムフィルタは、波長が20nm以上の光をカットする。フォトダイオードは、入射した光の強度又はエネルギーに応じた検出信号を出力する。
本発明の各実施形態においては、ターゲット1として固体の錫(Sn)が用いられる。固体の錫の形態としては、ワイヤー状、テープ状、プレート状、ロッド状、球状等様々な形態が可能である。また、除熱のために心材に錫をコーティイングしたものでも良い。心材としては、例えば熱伝導性に優れる銅(熱伝導率390W/mk)、タングステン(熱伝導率130W/mk)、モリブデン(熱伝導率145W/mk)等や、融点の高いタングステン(融点3382℃)、タンタル(融点2996℃)、モリブデン(融点2622℃)等を使用することができる。あるいは、多層構造を有する材料を使用しても良い。例えば、硬質材料を切断する際に使用されるステンレスの芯線に銅及びダイヤモンドの多層コーティングを施したワイヤーなどを使用することができる。また、熱伝導性に優れたヒートパイプを使用しても良い。
さらに、本発明の各実施形態においては、ドライバレーザ13として比較的波長の長い光を生成することができるCO2レーザが用いられる。
固体の錫とCO2レーザを用いるのは、固体の錫とCO2レーザを組み合わせることによって、プラズマから放出されるデブリの多くがサブナノ〜ナノサイズの粒子(分子・原子レベル)になるためである。これは従来知られていなかった現象であり、本発明者らが行った下記実験によって新たに発見されたものである。
図3は本発明者らが行った実験の装置構成を示す図である。
この装置は、プレート状の錫1′と、錫1′の表面に対する鉛直方向に配置されたTEA−CO2レーザ13′と、錫1′の表面に対する鉛直方向から約30度傾いた方向であって錫から約120mmだけ離間した位置に配置された分析用のMo/Siサンプルミラー15′とを備える。本発明者らは、TEA−CO2レーザ13′のエネルギーを約15〜25mJ程度、パルス時間半値幅10ns、集光スポットサイズ約100μm程度において、EUV発光が十分可能な条件のレーザビームを15万ショット以上照射して、Mo/Siサンプルミラー15′に付着したデブリを観察した。
図4は本発明者らが行った実験によって得られた金属膜の断面写真である。図5は真空蒸着によって得られた金属膜の断面写真であり、本実験の比較例である。
図4からは、Mo/Siサンプルミラー15′の表面に金属膜が形成されていることを確認できる。しかしながら、図4からは、Mo/Siサンプルミラー15′の表面に粒子が付着していることは確認できない。一方、真空蒸着によってサンプル表面に錫を付着させた場合は、図5に示すように、サンプル表面に10μmほどの粒子が付着していることを確認できる。これらの結果から、Mo/Siサンプルミラー15′の表面に形成される金属膜は、マイクロサイズより小さいサブナノ〜ナノサイズ程度の粒子によって構成されていると推測される。すなわち、固体の錫をCO2レーザで励起した場合に、プラズマから放出されるデブリの多くはサブナノ〜ナノサイズ程度であると推測される。
粒径が小さいデブリは粒径が大きいデブリよりも質量が小さく運動エネルギーも小さい。また後述するが、粒径が小さいデブリは粒径が大きいデブリよりも帯電させやすい。つまり、固体の錫をCO2レーザで励起することによってデブリをナノサイズにしたうえで、デブリが光学素子に到達することを妨げる作用を付与すれば、光学素子の汚染を効果的に防止できるようになる。以下で、ナノサイズのデブリが光学素子に到達することを妨げる作用について、具体的な実施形態を説明する。
図6は第1実施形態の構成を示す側面図である。図7は図6のA−A断面図である。なお、図6、図7において、図1、図2と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態では、ナノサイズの飛散物が光学素子に到達することを妨げる作用を、雰囲気ガスを利用することによって実現している。すなわち、真空チャンバの内部に雰囲気ガスを供給し、雰囲気ガスの粒子をデブリと衝突させてデブリの運動エネルギーを低減させている。
真空チャンバ10にはバッファガス供給装置41と真空ポンプ42が接続される。バッファガス供給装置41は、真空チャンバ10の内部に所望の量の雰囲気ガス(バッファガス)を供給する。また、バッファガス供給装置41は、マスフローなどの流量制御部を備えており、この流量制御部は、真空チャンバ10の内部を所望の真空度に保つようにバッファガスの流量を制御する。バッファガスの種類としては、EUV光の吸収が少ないHe、Ar、Krなどが考えられるが、その他のガスであっても良い。真空ポンプ42は、真空チャンバ10を常時真空引きしており、バッファガスと共にデブリを回収している。例えば、Arガスを用いてEUV光の伝播距離1m、EUV光の吸収を10%以下にしたい場合は、真空チャンバ10の内部は2〜3Pa程度にされる。
本実施形態によると、プラズマ3からEUVコレクタミラー15に向けて飛来するナノサイズのデブリは、バッファガスのガス粒子と衝突することによって運動エネルギーを低下させ、最終的にはバッファガスと共に真空ポンプ42に吸引される。したがって、デブリがEUVコレクタミラー15に到達することは殆どなくなり、その結果、EUVコレクタミラー15に金属膜が形成されなくなる。
図8は第2実施形態の構成を示す図である。なお、図8において、図1、図2と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態では、ナノサイズの飛散物が光学素子に到達することを妨げる作用を、ガスフローを利用することによって実現している。すなわち、プラズマの発生領域と光学素子との間にガスフローを発生させて、光学素子に向けて飛散するデブリを吹き飛ばしている。
真空チャンバ10にはガスフロー供給装置51と真空ポンプ42が接続される。ガスフロー供給装置51にはガス管52接続されており、ガス管52の放出端は、EUVコレクタミラー15の反射面近傍に設けられる。ガス管52の放出端は、EUVコレクタミラー15の反射面全面がガスフローで覆われるように、複数箇所に設けられている方が望ましい。また、放出端を動作させてガスフローの向きを変更する駆動装置を設けても良い。ガスフロー供給装置51からガスが供給されると、EUVコレクタミラー15の反射面に沿ってガスフローが発生する。ガスフロー供給装置51は実質的にバッファガス供給装置41と同等でよいが、ガスの噴射圧は、EUVコレクタミラー15の反射面に到達しようとするナノサイズのデブリを吹き飛ばす程度である必要がある。ガスの種類としては、第1の実施形態と同様にEUV光の吸収が少ないHe、Ar、Krなどが考えられるが、その他のガスであっても良い。
本実施形態によると、プラズマ3からEUVコレクタミラー15に向けて飛来するナノサイズのデブリは、EUVコレクトミラー15の反射面に沿って流れるガスフローによって、EUVコレクトミラー15の反射面近傍から吹き飛ばされる。したがって、デブリがEUVコレクタミラー15に到達することは殆どなくなり、その結果、EUVコレクタミラー15に金属膜が形成されなくなる。
本実施形態ではEUVコレクタミラー15の近傍にガスフローを発生させているが、真空チャンバ10の内部に設けられた他の光学素子又は光学素子を備えた機器、例えば、導入窓18や導出窓19やミラー損傷検出器21やイオン検出器22や多層膜ミラー23やEUV光検出器24などの表面近傍にガス管52の放出端を設け、各光学素子の近傍にガスフローを発生させても良い。
なお、ガスフロー供給装置51から供給されるガス流量を制御しつつ、真空チャンバ10の内部にガスを充満させれば、第1実施形態と同様の作用も得ることが可能である。
次に、磁場や電場でデブリを偏向する実施形態を説明するが、各実施形態を説明する前に、粒径と偏向効果との関係について考察する。
例えば、粒子に帯電させる場合に、帯電量の上限値はレーリーの式
Q=(64π2ε03σ)1/2 …(1)
で決定される。ε0は誘電率、rは粒径、σは表面張力である。
また粒子の質量は式
M=4/3r3ρ …(2)
で決定される。ρは物質の密度である。
(1)式より、帯電量Qは粒子半径rの3/2乗に比例し、(2)式より、質量Mは粒子半径rの3乗に比例する。したがって、粒子半径が大きくなるほど単位質量に対する帯電量(帯電量/質量)は減少することになる。つまり、粒径が大きくなるほど帯電粒子の電界(電場)による偏向効果が少なくなる。
以下で、上記の上限の帯電量まで帯電した錫の粒子を対象として、粒径毎に偏向の程度(偏向距離)がどのように変化するか具体的な計算データを揚げて検討する。
図9に示すように、互いに対向する一対の偏向電極E1、E2間に、粒子状の錫Snを通過させた際に、偏向電極E1、E2間に発生する電界によって計測位置Mの位置までに錫Snがどの程度偏向したかを計算する。偏向電極E1、E2の長手方向をx方向とし、電極E1、E2の対向方向をy方向とする。また、錫Snの初期速度のうちx成分vx0=0m/s、y成分vy0=15m/s、偏向電極E1、E2の長手方向の電極長l=20mm、偏向電極E1、E2の間隔d=10mm、偏向電極E1、E2の端部から計測位置Mまでの距離L=50mm、偏向電圧V=100Vとした場合に、粒径1μm、10μm、100μmの錫Snの偏向距離は図10のようになる。
図10によると、粒径が1μmの錫Snは計測位置Mでy方向に約290mm偏向(移動)しているのに対して、粒径が10μmの錫Snは計測位置Mでy方向に約9mmしか偏向せず、粒径が100μmの錫Snに至っては計測位置Mでy方向に約0.3mmしか偏向していない。このデータから、粒径が大きくなるに伴い単位質量に対する帯電量(帯電量/質量)が小さくなり、偏向距離が小さくなっていることが判る。このデータではマイクロサイズの粒子の偏向距離について検証したが、ナノサイズの粒子になれば1μmの錫Snの偏向距離よりも更に大きくなる。例えば直径10nmの粒子の場合について同様に計算を行うと、計測位置での偏向距離は1.4×1011mmと桁違いに大きくなる。以下では、ナノサイズのデブリを帯電させて電場や磁場を作用させる実施形態について説明する。
図11は第3実施形態の構成を示す側面図である。図12は図11のA−A断面図である。なお、図11、図12において、図1、図2と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。なお、図11においては紙面の都合上、図1に示されたイオン検出器22、多層膜ミラー23、EUV光検出器24の図示が省略されている。
本実施形態では、ナノサイズの飛散物が光学素子に到達することを妨げる作用を、磁場を利用することによって実現している。すなわち、デブリを帯電させると共に、プラズマの発生領域と光学素子との間に磁場を発生させて、光学素子に向けて飛散するデブリを偏向する。
真空チャンバ10の内部には、プラズマ3の発生領域に磁場を発生させる電磁石コイル61、62と、レーザビームによって生成されるプラズマ3とは異なるプラズマをプラズマ3の発生領域に生成するプラズマ用電極64、65が設けられる。また、図1に示された制御部30の機能に電磁石の制御機能を加えた制御部30aが設けられる。
電磁石コイル61、62は、ターゲット1の発光点を挟んで互いに対向して設けられており、それぞれ電磁石電源63に電気的に接続されている。電磁石電源63は、制御部30aの指令に応じて電磁石コイル61、62を励磁する。制御部30aは所望の磁場がプラズマ3の発生領域に発生するように、電磁石電源63を制御する。電磁石コイル61、62に代えて、永久磁石や超電導マグネットを設けても良い。
プラズマ用電極64、65はターゲット1の発光点を挟んで互いに対向して設けられており、プラズマ用電極は64RF電源66に電気的に接続され、プラズマ用電極65はアースに接続されている。RF電源66は、プラズマ用電極64とプラズマ用電源65との間に高電圧を印加する。本実施形態のプラズマ用電極64、65及びRF電源65はCCP(capacitively coupled plasma:容量結合型プラズマ)方式であるが、他の方式でプラズマを生成する構成を採用しても良い。例えば、ECR(electron cyclotron resonance plasma:電子サイクロトロン共鳴プラズマ)、HWP(helicon wave plasma:ヘリコン波励起プラズマ)、ICP(inductively coupled plasma:誘導結合型プラズマ)、SWP(surface wave plasma:マイクロ波励起表面波プラズマ)等の方式を採用することも可能である。
制御部30aは、ドライバレーザ13がレーザビームを照射するタイミングや、ターゲット供給装置11がターゲット1を供給するタイミングや、電磁石電源63が電磁石コイル61、62に電流を流すタイミングを制御する。
なお所望の位置に、プラズマ3の発生領域に電子を供給する電子供給装置67を設けても良い。電子供給装置67によれば、プラズマ用電極64、65によるデブリのイオン化効率を向上させることができる。電子供給装置としては、例えば電子銃を用いることができる。また電子供給装置67に代えて、紫外線電離器を設けても良い。
本実施形態によると、プラズマ3からEUVコレクタミラー15に向けて飛来するナノサイズのデブリは、プラズマ用電極64、65によって生成されたプラズマによって帯電(イオン化)する。こうしてイオン化したデブリは、電磁石コイル61、62間に発生する非対称の磁場による作用を受けて磁力線方向に偏向する。したがって、デブリがEUVコレクタミラー15に到達することは殆どなくなり、その結果、EUVコレクタミラー15に金属膜が形成されなくなる。
図13は第4実施形態の構成を示す図である。なお、図13において、図1、図2及び図11、図12と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。なお、図13においては紙面の都合上、図1に示されたイオン検出器22、多層膜ミラー23、EUV光検出器24の図示が省略されている。
本実施形態と第3実施形態とが異なるのは、デブリの帯電手段のみである。本実施形態では、第3実施形態と同様に、ナノサイズの飛散物が光学素子に到達することを妨げる作用を、磁場を利用することによって実現している。すなわち、デブリを帯電させると共に、プラズマの発生領域と光学素子との間に磁場を発生させて、光学素子に向けて飛散するデブリを偏向する。
第3の実施形態では、プラズマ3の発生領域にCCP方式などのプラズマを発生させてデブリを帯電させているが、本実施形態では、プラズマ3の発生領域に電子供給装置67によって電子ビームを照射して、デブリを帯電させる。電子ビームの照射によって電子が付着するかあるいは二次電子の放出が誘発されるため、デブリを帯電させることができる。電子供給装置67としては、例えば、電子銃が使用される。電子銃には熱電子放射型や電界放射型があるが、何れを用いても良い。
本実施形態によると、プラズマ3からEUVコレクタミラー15に向けて飛来するナノサイズのデブリは、電子供給装置67によって照射された電子ビームによって帯電(イオン化)する。こうしてイオン化したデブリは、電磁石コイル61、62間に発生する非対称の磁場の影響を受け、磁力線方向に偏向する。したがって、デブリがEUVコレクタミラー15に到達することは殆どなくなり、その結果、EUVコレクタミラー15に金属膜が形成されなくなる。
図14は第5実施形態の構成を示す側面図である。図15は図14のA−A断面図である。なお、図14、図15において、図1、図2及び図11、図12と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態では、ナノサイズの飛散物が光学素子に到達することを妨げる作用を、電場を利用することによって実現している。すなわち、デブリを帯電させると共に、プラズマの発生領域と光学素子との間に電場を発生させて、光学素子に向けて飛散するデブリを偏向する。
真空チャンバ10の内部には、EUVコレクトミラー15の反射面近傍に電場を発生させるグリッド電極71と、レーザビームによって生成されるプラズマ3とは異なるプラズマをプラズマ3の発生領域に生成するプラズマ用電極64、65が設けられる。また、第3の実施形態と同様に、所望の位置に、プラズマ3の発生領域に電子を供給する電子供給装置67を設けても良い。
グリッド電極71は、EUVコレクタミラー15とプラズマ3の発生領域との間に、EUVコレクタミラー15の反射面に対向するようにして設けられている。グリッド電極71は、格子状であるためEUV光の妨げにはならない。直流電源72のプラス側がグリッド電極71に接続され、直流電源72のマイナス側がEUVコレクタミラー15に接続されている。この構成によって、EUVコレクタミラー15とグリッド電極71との間に電場が発生する。また、プラズマから発生するイオンからミラーを保護するめに、プラズマ用電極64、65によって中性粒子をプラスに帯電させることが望ましい。但し、中性粒子の発生状況によって、プラスに帯電させることができない場合は、中性粒子対策として電界の極性を反対にすればよい。
本実施形態によると、プラズマ3からEUVコレクタミラー15に向けて飛来するナノサイズのデブリは、プラズマ用電極64、65によって生成されたプラズマによって帯電(イオン化)する。こうしてイオン化したデブリは、EUVコレクタミラー15とグリッド電極71との間に発生する電場の影響を受け、反発する。したがって、デブリがEUVコレクタミラー15に到達することは殆どなくなり、その結果、EUVコレクタミラー15に金属膜が形成されなくなる。
本実施形態ではEUVコレクタミラー15の近傍に電場を発生させているが、真空チャンバ10の内部に設けられた他の光学素子又は光学素子を備えた機器、例えば、導入窓18や導出窓19やミラー損傷検出器21やイオン検出器22や多層膜ミラー23やEUV光検出器24などの表面近傍にグリッド電極を設けて、本実施形態と同じ様な電場を発生させても良い。
また、EUVコレクタミラー15自体を電極にするのではなく、EUVコレクタミラー15の近傍に他の電極を設けても良い。
図16は第6実施形態の構成を示す図である。なお、図16において、図1、図2及び図14、図15と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態と第5実施形態とが異なるのは、デブリの帯電手段のみである。本実施形態では、第5実施形態と同様に、ナノサイズの飛散物が光学素子に到達することを妨げる作用を、電場を利用することによって実現している。すなわち、デブリを帯電させると共に、プラズマの発生領域と光学素子との間に電場を発生させて、光学素子に向けて飛散するデブリを偏向する。
第5の実施形態では、プラズマ3の発生領域にCCP方式などのプラズマを発生させてデブリを帯電させているが、本実施形態では、プラズマ3の発生領域に電子供給装置67によって電子ビームを照射して、デブリを帯電させる。電子ビームの照射によって電子が付着するかあるいは二次電子の放出が誘発されるため、デブリを帯電させることができる。電子供給装置67としては、例えば、電子銃が使用される。電子銃には熱電子放射型や電界放射型があるが、何れを用いても良い。
本実施形態によると、プラズマ3からEUVコレクタミラー15に向けて飛来するナノサイズのデブリは、電子供給装置67によって照射された電子ビームによって帯電(イオン化)する。こうしてイオン化したデブリは、EUVコレクタミラー15とグリッド電極71との間に発生する電場の影響を受け、反発する。したがって、デブリがEUVコレクタミラー15に到達することは殆どなくなり、その結果、EUVコレクタミラー15に金属膜が形成されなくなる。
図17は第7実施形態の構成を示す図である。なお、図17において、図1、図2及び図13、図14と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態では、ナノサイズの飛散物が光学素子に到達することを妨げる作用を、電場を利用することによって実現している。すなわち、デブリを帯電させると共に、プラズマの発生領域と光学素子との間に電場を発生させて、光学素子に向けて飛散するデブリを偏向する。
真空チャンバ10の内部には、プラズマ3の発生領域に電場を発生させる一対の偏向電極81、82と、レーザビームによって生成されるプラズマ3とは異なるプラズマをプラズマ3の発生領域に生成するプラズマ用電極64、65が設けられる。また、第5の実施形態と同様に、所望の位置に、プラズマ3の発生領域に電子を供給する電子供給装置67を設けても良い。
偏向電極81、82は、ターゲット1の発光点を挟んで互いに対向して設けられており、電界の方向がEUVコレクタミラー15の反射面と略平行になるように配置される。偏向電極81、82の材料としては、モリブデン(Mo)、タングステン(W)を用いることが望ましい。偏向電極81、82はそれぞれ直流電源83に電気的に接続されている。この構成によって、偏向電極81、82の間に電場が発生する。
本実施形態によると、プラズマ3からEUVコレクタミラー15に向けて飛来するナノサイズのデブリは、プラズマ用電極64、65によって生成されたプラズマによって帯電(イオン化)する。こうしてイオン化したデブリは、偏向電極81、82の間に発生する電場の影響を受け偏向する。したがって、デブリがEUVコレクタミラー15に到達することは殆どなくなり、その結果、EUVコレクタミラー15に金属膜が形成されなくなる。
図18は第8実施形態の構成を示す図である。なお、図17において、図1、図2と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態では、ナノサイズの飛散物が光学素子に到達することを妨げる作用を、拡散効果(蒸発)を利用することによって実現している。すなわち、光学素子に向けて飛散するデブリを加熱して蒸発させる。
EUVコレクタミラー15にはミラー加熱装置91が接続されている。ミラー加熱装置91はEUVコレクタミラー15が所望温度になるように温度制御する。ナノサイズのデブリを蒸発させるには、EUVコレクタミラー15を約400℃程度に保つことが望ましい。なお、EUVコレクタミラー15を加熱するのではなく、他の加熱部材を真空チャンバ10の内部に設けても良い。
本実施形態によると、プラズマ3からEUVコレクタミラー15に向けて飛来するナノサイズのデブリは、EUVコレクタミラー15の近傍で加熱され、蒸発する。したがって、デブリがEUVコレクタミラー15に到達することは殆どなくなり、その結果、EUVコレクタミラー15に金属膜が形成されなくなる。
以上説明した第1〜第8実施形態を適宜組み合わせることも可能である。
また、各実施形態はEUVコレクタミラーだけではなく、真空チャンバ内の各光学素子に適用可能である。例えば、センサ類の光学素子に適用すれば、デブリの付着に起因する感度の低下を防止できる。
本発明に係るEUV光源装置の基本的な構成を示す側面図。 図1のA−A断面図。 本発明者らが行った実験の装置構成を示す図。 本発明者らが行った実験によって得られた金属膜の断面写真。 真空蒸着によって得られた金属膜の断面写真。 第1実施形態の構成を示す側面図。 図6のA−A断面図。 第2実施形態の構成を示す図。 粒径毎に偏向の程度(偏向距離)がどのように変化するかを調べる装置を示す図。 粒径毎に偏向の程度(偏向距離)がどのように変化するかの結果を示す図。 第3実施形態の構成を示す側面図。 図11のA−A断面図。 第4実施形態の構成を示す図。 第5実施形態の構成を示す側面図。 図14のA−A断面図。 第6実施形態の構成を示す図。 第7実施形態の構成を示す図。 第8実施形態の構成を示す図。
符号の説明
1…ターゲット(固体の錫)、2…レーザビーム、3…プラズマ、4…EUV光、
10…真空チャンバ、13…ドライバレーザ(CO2レーザ)、
15…EUVコレクタミラー、18…導入窓、19…導出窓、
21…ミラー損傷検出器、22…イオン検出器、
23…多層膜ミラー、24…EUV光検出器

Claims (8)

  1. チャンバ内のターゲットをレーザビームで励起する極端紫外光源装置であって、
    ターゲットを錫とし、 当該錫の励起源をCO2レーザとし、前記チャンバ内にガスフロー生成手段を有し、当該ガスフロー生成手段の前記ガス放出端は、前記光学素子の表面近傍に配置され、
    前記ガス放出端からガスが放出される向きは、前記光学素子の表面の面方向に沿って、ガスフローが発生する向きに設定され、
    前記ガス放出端は、前記光学素子の周囲の複数箇所に設けられ、
    前記複数箇所に設けられたガス放出端は、当該光学素子の内側に向けて開口していること
    を特徴とする極端紫外光源装置。
  2. 前記光学素子は、前記プラズマから放出される極端紫外光を集光するコレクタミラーであること
    を特徴とする請求項1記載の極端紫外光源装置。
  3. 前記チャンバの内部を2〜3Paの真空度に保つように前記ガス放出端から放出されるガスの流量を制御する流量制御手段を更に備えたこと を特徴とする請求項1または2に記載の極端紫外光源装置。
  4. チャンバ内のターゲットをレーザビームで励起することによって生成されるプラズマから極端紫外光と共に放出される飛散物が、チャンバ内に設けられた光学素子を汚染することを防止する極端紫外光源装置の光学素子汚染防止装置において、
    ターゲットを錫とし、
    当該錫の励起源をCO2レーザとし、
    前記錫をCO2レーザで励起するに伴い発生するプラズマから放出される飛散物に、当該飛散物が光学素子に到達することを妨げる作用を付与する汚染防止手段を備え、
    当該汚染防止手段は、
    前記光学素子と前記プラズマの発生領域との間にあって、前記光学素子の表面に対向するように設けられ、前記光学素子と前記プラズマ発生領域との間に電場を発生させるグリッド電極と、
    前記レーザビームによって生成されるプラズマとは異なるプラズマを、前記プラズマ発生領域に生成するプラズマ用電極と
    を含み、
    前記飛散物を、前記プラズマ用電極によって生成されたプラズマによって帯電させ、イオン化された飛散物に対して、前記光学素子と前記プラズマ発生領域との間に発生した電場を、前記光学素子の表面に対して反発させる向きに作用させること
    を特徴とする極端紫外光源装置の光学素子汚染防止装置。
  5. 前記光学素子は、前記プラズマから放出される極端紫外光を集光するコレクタミラーであり、
    直流電源のプラス側が前記グリッド電極に接続され、前記直流電源のマイナス側が前記コレクタミラーに接続され、
    イオン化された飛散物に対して、前記コレクタミラーと前記プラズマ発生領域との間に発生した電場を、前記コレクタミラーの反射面に対して反発させる向きに作用させること
    を特徴とする請求項4記載の極端紫外光源装置の光学素子汚染防止装置。
  6. 前記プラズマ発生領域に電子を供給する電子供給手段を更に備えたこと
    を特徴とする請求項4または5に記載の極端紫外光源装置の光学素子汚染防止装置。
  7. チャンバ内のターゲットをレーザビームで励起することによって生成されるプラズマから極端紫外光と共に放出される飛散物が、チャンバ内に設けられた光学素子を汚染することを防止する極端紫外光源装置の光学素子汚染防止装置において、
    ターゲットを錫とし、
    当該錫の励起源をCO2レーザとし、
    前記錫をCO2レーザで励起するに伴い発生するプラズマから放出される飛散物に、当該飛散物が光学素子に到達することを妨げる作用を付与する汚染防止手段を備え、
    当該汚染防止手段は、
    前記光学素子と前記プラズマの発生領域との間にあって、前記光学素子の表面に対向するように設けられ、前記光学素子と前記プラズマ発生領域との間に電場を発生させるグリッド電極と、
    前記プラズマ発生領域に電子ビームを照射して、前記飛散物を帯電させる電子供給手段と
    を含み、
    前記電子ビームの照射により帯電され、イオン化された飛散物に対して、前記光学素子と前記プラズマ発生領域との間に発生した電場を、前記光学素子の表面に対して反発させる向きに作用させること
    を特徴とする極端紫外光源装置の光学素子汚染防止装置。
  8. 前記光学素子は、前記プラズマから放出される極端紫外光を集光するコレクタミラーであり、
    直流電源のプラス側が前記グリッド電極に接続され、前記直流電源のマイナス側が前記コレクタミラーに接続され、
    イオン化された飛散物に対して、前記コレクタミラーと前記プラズマ発生領域との間に発生した電場を、前記コレクタミラーの反射面に対して反発させる向きに作用させること
    を特徴とする請求項7記載の極端紫外光源装置の光学素子汚染防止装置。
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