JP5458243B2 - Euv光の放射方法、および前記euv光を用いた感応基板の露光方法 - Google Patents
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EUV光への変換効率を上げる技術として、たとえばダブルパルス法があり、Nd:YAGレーザーからの高電力レーザービームを先行パルスとしてキセノンなどのターゲット材料に照射し弱くイオン化されたプラズマを生成させ、その後メインパルスレーザービームをそのプラズマに照射してEUV光を放射させるEUV光放射源が提案されている(たとえば、特許文献1)。
以下、各請求項の発明について説明する。
ターゲット材料にプレパルスレーザービームを照射してプラズマを発生させた後、メインパルスレーザービームを照射してEUV光を放射させるダブルパルス照射法によるEUV光の放射方法であって、
前記ターゲット材料が錫および錫化合物の少なくとも一方からなり、
前記プレパルスレーザービームの照射により発生したプラズマは、イオン密度が1×1016〜1×1019cm−3 、スケール長が100〜500μm、温度が30〜50eVであり、
且つ前記メインパルスレーザービームが赤外域のレーザービームであることを特徴とするEUV光の放射方法である。
先行するプレパルスレーザーを用いるプラズマ発生技術は、レーザーの吸収および発生するプラズマサイズを増加させるが、それらはいずれもEUV光の放射効率を高める一因になることは知られている。本発明は、これに加えてさらにEUV光が全波長の発光に比べてどのくらい効率よく放射するかという点に着目した。
EUV光の変換効率=EUV光の発光エネルギー(またはパワー)/投入したレーザーエネルギー(またはパワー) (1)
EUV光の変換効率=レーザー吸収率×全波長積分した光の変換率×(EUV光の放射パワー/全波長積分発光パワー) (1’)
即ち、上記式(1’)において、第1項のレーザー吸収率はプラズマを発生させると、中性状態にくらべ、電離度の上昇とスケール長の増大によって、レーザー吸収率は増加し、第2項の全波長積分した光の変換率はプラズマサイズが大きくなると一般に上昇するので、先行プレパルスでプラズマを生成することにより両項とも大きくなることが知られている。
しかし、本発明者らは、従来着目されていなかった全波長で発光する光の総量の中のEUV光の発光の割合を示す第3項目の値を高くすることができれば、EUV光への変換効率が向上できると考えた。
即ち、この低イオン密度状態で赤外域に波長を持つレーザービームを照射すると、全波長で発光する光の総量の中のEUV光の発光の割合が向上するので、全体でEUV光への変換効率が著しく向上することになる。イオン密度が1×1016cm−3未満、または1×1019cm−3を超えると、全波長で発光する光の総量の中のEUV光の発光の割合が向上せずEUV光への変換効率は不十分であることが分かった。一方、上記範囲内でも、特にイオン密度が1×1016〜1×1018cm−3であると全波長で発光する光の総量の中のEUV光の発光の割合がさらに向上してEUV光への変換効率がさらに高くなることが分かった。
錫化合物としては、錫酸化物(SnO、SnO2、SnO3など)、硫化錫(SnS、SnS2など)、塩化錫(SnCl2、SnCl4など)、スタナン(SnH4)、臭化錫(SnBr2など)が好ましい。錫化合物の中では、化学的に扱い易く、初期イオン密度の低密度化が可能なSnOなどの錫酸化物がより好ましい。
なお、メインパルスレーザービームのパルス持続時間は好ましくは2〜20nsである。パルス持続時間が2〜20nsであるとより高い変換効率が得られる。パルス強度は好ましくは5×108〜1×1010W/cm2である。パルス強度が5×108〜1×1010W/cm2であるとプラズマが最適な温度(30−50eV)に加熱されるため好ましい。
すなわち、本発明におけるEUV光放射のための最適のプラズマの状態は、イオン密度が1×1016〜1×1018cm−3であり、好ましくはスケール長は100〜200μmである。
上記低イオン密度状態のプラズマを発生させるプレパルスのパルス持続時間は、好ましくは1〜50nsであり、より好ましくは2〜40nsである。パルス持続時間が2〜40nsであると特に高い変換効率が得られる。パルス強度は、好ましくは5×107〜5×1011W/cm2であり、より好ましくは1×108〜1×1010W/cm2である。パルス強度が1×108〜1×1010W/cm2であると特に高い変換効率が得られる。
前記錫化合物が錫酸化物であることを特徴とする請求項1に記載のEUV光の放射方法を提供する。
前記プレパルスレーザービームの照射により発生したプラズマのイオン密度が1×1016〜1×1018cm−3であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のEUV光の放射方法を提供する。
前記赤外域のレーザービームが炭酸ガスレーザービームであることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のEUV光の放射方法を提供する。
請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のEUV光の放射方法により放射されるEUV光を集光し、マスクに当てる照明光学系と、該マスクから反射した光を感応基板上に投影結像させる投影光学系を通して感応基板を露光することを特徴とする感応基板の露光方法である。
ターゲット材料をターゲットエリアに供給する装置は、従来公知の供給装置が適用できる。錫または錫化合物は通常常温で固体であり、加熱して液体や気体にして供給することにより、供給量の調整が容易にできるため好ましいが、固体状のものを用いてもよい。液体や気体状態のターゲット材料は通常ターゲットエリアまでノズルにより導かれ、ノズルから噴出されターゲットとなる。ノズルは公知のものが適用されるが、好ましくは超音速ノズルを用いてもよい。したがって、この供給装置は加熱装置やタンクを備え、ターゲット材料の供給量は加熱装置の加熱温度によっても制御できる。EUV光の発生が減圧または真空チャンバ内で行われれば、錫または錫化合物の加熱温度は常圧の沸点まで加熱されなくてすむ。
プレパルスはターゲット材料を励起しプラズマを生成するだけの十分なエネルギーを与えるために、ターゲットエリアにおいてある一定の強度が一定時間照射されなければならない。プレパルスのパルス持続時間は好ましくは1〜50nsであり、より好ましくは2〜40nsである。パルス強度は好ましくは5×107〜5×1011W/cm2であり、より好ましくは1×108〜1×1010W/cm2である。メインパルスのパルス持続時間は好ましくは10〜20nsである。パルス強度は好ましくは5×109〜1×1010W/cm2である。
本発明においては、レーザーパワーの低い、赤外域に波長を持つレーザーを用いること、およびEUV光への変換効率が高いので、同じ量のEUV光を得る際に発生するデブリを従来よりも少なくすることができるという利点もある。
なお、以下に示す各実施の形態および比較の形態は、特に断りの無い限り、シミュレーションによる実施の形態あるいは比較の形態である。
図1は、本実施の形態におけるEUV光の放射方法を説明するEUV光源の模式図である。
図1に示すように、EUV光源1は、ターゲットエリア2、ターゲット材料供給装置5、ターゲット材料供給装置5に接続されてターゲットエリア2に向けて伸びるノズル6、プレパルスレーザービーム3およびメインパルスレーザービーム4を生成する赤外レーザー発生装置7、プレパルスレーザービーム3とメインパルスレーザービーム4のパルス強度、持続時間、両ビームの照射間隔の時間を制御する制御装置7a、レンズ8および9、ミラー10により構成されている。
本実施の形態においては、プレパルスレーザービーム3のパルス強度を5×108W/cm2に、パルス持続時間を10nsに設定した。
集束されたプレパルスレーザービーム3により、低イオン密度状態の錫プラズマが発生する。
シミュレーションの結果、この時発生するプラズマのイオン濃度は5×1017cm−3となり、プラズマスケール長は150μmとなった。
この際、メインパルスレーザービーム4は、プレパルスレーザービーム3とは別の経路で進み、具体的には、レンズ9により集光された後、ミラー10を用いて、プレパルスレーザービーム3に対して45°の角度でターゲットエリア2に照射される。
本実施の形態においては、この時照射されるメインパルスレーザービーム4のパルス強度を2×109W/cm2に、パルス持続時間を20nsに設定した。
シミュレーションの結果、本実施の形態におけるEUV光への変換効率は7.2%となった。
次いで、上記実施の形態1におけるプレパルスレーザービーム3のパルス強度、持続時間、プレパルスとメインパルスの照射間隔の時間の設定を、表1の実施の形態2〜4、比較の形態1〜2に示すように変えて、EUV放射をシミュレーションし、発生するプラズマのイオン密度、プラズマスケール長、および変換効率を求めた。
その結果を、表1に併せて示す。
その結果を、表1に併せて示す。
図2は、本実施の形態におけるEUV光の放射方法を説明するEUV光源の模式図である。
図2に示すように、EUV光源11は、ターゲットエリア12、ターゲット材料供給装置15、ターゲット材料供給装置15に接続されてターゲットエリア12に向けて伸びるノズル16、プレパルスレーザービーム13およびメインパルスレーザービーム14を生成する赤外レーザー発生装置17、プレパルスレーザービーム13とメインパルスレーザービーム14のパルス強度、持続時間、両ビームの照射間隔の時間を制御する制御装置17a、波長変換素子18、波長選択型ミラー19、レンズ20および21、ミラー22により構成されている。
本実施の形態においては、プレパルスレーザービーム13のパルス強度を5×108W/cm2に、パルス持続時間を10nsに設定した。
集束されたプレパルスレーザービーム13により、低イオン密度状態の錫プラズマが発生する。
シミュレーションの結果、この時発生するプラズマのイオン濃度は5×1017cm−3となり、スケール長は150μmとなった。
この際、メインパルスレーザービーム14は、プレパルスレーザービーム13と同じように波長変換素子18を通る(同軸状にして、同じ素子を通りながらも、空間的に波長が異なるなど)が、空間的には別の経路で進む。即ち、波長変換素子18を経由する際、メインパルスレーザービーム14は、プレパルスレーザービーム13とは異なる波長に波長変換されるか、もしくは波長変換されないようになっているため、メインパルスレーザービーム14は、波長選択型ミラー19では反射されず、空間的に別の経路で進む。そして、波長選択型ミラー19を経由したメインパルスレーザービーム14は、レンズ20により集光された後、プレパルスレーザービーム13に対して45°の角度でターゲットエリア12に照射される。
本実施の形態においては、この時照射されるメインパルスレーザービーム14のパルス強度を2×109W/cm2に、パルス持続時間を20nsに設定した。
シミュレーションの結果、本実施の形態におけるEUV光への変換効率は7.2%となった。
このように、本実施の形態においても、高い変換効率でEUV光を得ることができる。
なお、上記実施の形態1〜5においては、2つのレーザービームを異なる角度で照射しているが、メインパルスとプレパルス、2つのレーザービームが、同軸上にありながらも、軸の中心部、周辺部のそれぞれの空間に分かれて進むことにより、ターゲットエリアに、2つのレーザービームを同一角度で照射させることも可能である。
図3は、本実施の形態におけるEUV光の放射方法を概念的に示す斜視図である。
図3において、波長が1μmのプレパルスレーザービーム31は、ミラー33によって反射され、錫がコーテイングされたデイスク34に照射される。そして、プレパルスレーザービーム31の照射によって噴出した低イオン密度状態の錫のプラズマ35に、赤外レーザー発射装置(図示せず)で生成されたメインパルスレーザービーム32が照射されることにより、EUV光36が放射される。放射されたEUV光36は、凹面鏡37によって反射され、集光される。
このように、メインパルスレーザービーム32を、プレパルスレーザービーム31に対して90度の角度で、ターゲットエリアに照射させることも可能である。
2、12 ターゲットエリア
3、13、31 プレパルスレーザービーム
4、14、32 メインパルスレーザービーム
5、15 ターゲット材料供給装置
6、16 ノズル
7、17 赤外レーザー発生装置
7a、17a 制御装置
8、9、20、21 レンズ
10、22、33 ミラー
18 波長変換素子
19 波長選択型ミラー
34 デイスク
35 プラズマ
36 EUV光
37 凹面鏡
Claims (5)
- ターゲット材料にプレパルスレーザービームを照射してプラズマを発生させた後、メインパルスレーザービームを照射してEUV光を放射させるダブルパルス照射法によるEUV光の放射方法であって、
前記ターゲット材料が錫および錫化合物の少なくとも一方からなり、
前記プレパルスレーザービームの照射により発生したプラズマは、イオン密度が1×1016〜1×1019cm−3 、スケール長が100〜500μm、温度が30〜50eVであり、
且つ前記メインパルスレーザービームが赤外域のレーザービームであることを特徴とするEUV光の放射方法。 - 前記錫化合物が錫酸化物であることを特徴とする請求項1に記載のEUV光の放射方法。
- 前記プレパルスレーザービームの照射により発生したプラズマのイオン密度が1×1016〜1×1018cm−3であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のEUV光の放射方法。
- 前記赤外域のレーザービームが炭酸ガスレーザービームであることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のEUV光の放射方法。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のEUV光の放射方法により放射されるEUV光を集光し、マスクに当てる照明光学系と、該マスクから反射した光を感応基板上に投影結像させる投影光学系を通して感応基板を露光することを特徴とする感応基板の露光方法。
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