JP5534647B2 - 極端紫外光源装置 - Google Patents

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〜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（reduced projection reflective optics）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光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）光源と、軌道放射光を用いたＳＲ（synchrotron radiation）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材がなく、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光を照射することにより、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。そこで、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集光ミラーを用いてＥＵＶ光が反射集光され、露光機に出力される。

図６は、露光機との接続部にスペクトラル・ピュアリティ・フィルタ（ＳＰＦ：Spectral Purity Filter）を備えた従来のＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置の内部構造を示す図である。図６に示される従来のＥＵＶ光源装置は、真空チャンバ８１と、真空チャンバ８１を排気する真空ポンプ８２と、真空チャンバ８１内の所定の位置にターゲット８４を供給するターゲット供給装置８５と、真空チャンバ８１の外側に設けられたドライバレーザ（図示せず）からウインドウ９７を介して導入される励起用レーザ光８７を導光及び集光するレーザ集光光学系８８と、ターゲットに励起用レーザ光が照射されることによって発生するプラズマ９から放射されるＥＵＶ光９０を反射して集光するＥＵＶ集光ミラー９１と、使用されなかったターゲットを回収するターゲット回収筒９６とを備えている。例えば、ドライバレーザとして、炭酸ガス（ＣＯ_２）レーザが使用され、ターゲットとして錫（Ｓｎ）が使用される。

さらに、図６に示される従来のＥＵＶ光源装置は、ＥＵＶ集光ミラー９１によって集光される光を回折させる平面グレーティング９２と、露光機との接続部に設けられ、露光に不要な光を排除するＳＰＦ９３と、平面グレーティング９２で回折された光の内で不要な光を吸収するダンパー９４とを備えており、平面グレーティング９２によって回折されたＥＵＶ光の−１次光が、ＳＰＦ９３を通って中間集光点（ＩＦ）９５に集光され、露光機に出力される。

ターゲットプラズマ９で発生する光のスペクトラムの内で、特に、波長１３０〜４００ｎｍの光は、ＥＵＶ露光機において使用される露光用レジストを感光するので、露光のコントラストを低下させる原因となる。また、赤外光は、露光機内の光学部品、マスク、ウエハ等に吸収されて、それら光学部品等の熱的膨張を引き起こし、パターニングの精度を低下させる可能性がある。特に、波長１０．６μｍの赤外光である炭酸ガスレーザ光を錫のターゲットに照射することによりＥＵＶ光を励起するＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置においては、炭酸ガスレーザ光がターゲットにより散乱又は反射されて露光機に入射するので、露光精度が低下するおそれがある。従って、中心波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光強度を１とした場合に、ＳＰＦによりそれら以外の光の強度を０．１以下に抑制して、露光に不要な光を除去し、中心波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光のみを透過させる必要がある。

露光機と真空チャンバ８１との間に配置されるＳＰＦ９３は、ジルコニウム（Ｚｒ）等の薄膜フィルタを備えており、真空チャンバ８１内に導入されるターゲット材料及びプラズマから発生するデブリが露光機に流出して露光機内の光学部品を汚染することが防止される。薄膜フィルタは、波長１３．５ｎｍを中心とするＥＵＶ光の透過率が他の波長に比較して高いジルコニウム（Ｚｒ）、シリコン（Ｓｉ）等の材料で形成されることにより、ＳＰＦ９３としての優れた効果を達成する。ＳＰＦ９３で分光され排除される光を吸収して熱エネルギーに変換するダンパー９４は、ステンレス板の表面に凹凸を付けて構成されても良く、また、水冷ジャケットを具備しても良い。なお、デブリ（debris）とは、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のことを言う。

ターゲットプラズマ９から発生する高速イオンと中性粒子とを含むデブリは、ＥＵＶ集光ミラー９１の表面を削ったり（スパッタしたり）又は表面に付着したりするので、ＥＵＶ集光ミラー９１の反射率を低下させる。それらのことを防止するために、ミティゲーション装置（図示せず）が導入され、ＥＵＶ集光ミラー９１の表面のデブリによるスパッタリング及びデブリの堆積の進行ができるだけ遅くなるように工夫される。デブリによるＥＵＶ集光ミラー９１の反射率の低下は、ＥＵＶ集光ミラー９１によって反射される光を部分的に遮るようにＥＵＶ光検出器９９を設置することにより、ＥＵＶ光の強度の変化から計測される。同様に、ＥＵＶ集光ミラー９１の反射光の出力値が、ＥＵＶ光検出器９９によって検出される光強度から部分的にサンプル計測される。

関連する技術として、特許文献１は、プラズマから発生するＥＵＶ光をＥＵＶ集光ミラーで反射し、ＥＵＶ集光ミラーで反射されたＥＵＶ光を平面グレーティングで分光し、薄膜フィルタを通して１３．５ｎｍを中心とするＥＵＶ光を露光機に導く技術について開示する。特許文献２は、表面にブレーズド(blazed)溝を有するグレーティングについて開示する。特許文献３は、モリブデン（Ｍｏ）／シリコン（Ｓｉ）多層膜をコーティングした溝を有する平面グレーティングについて開示する。特許文献４は、シリコン（Ｓｉ）又はモリブデン（Ｍｏ）製を含むフォイルトラップ装置について開示する。
米国特許第６８０９３２７号明細書 米国特許第６４６９８２７号明細書 米国特許第４９１５４６３号明細書 特表２００６−５２９０５７号公報

露光機とＥＵＶ光源装置とを隔離するＳＰＦを構成する薄膜の透過率は、４０％程度の低い値なので、ＥＵＶ光源装置のＥＵＶ光の出力効率が低下し、露光機に入射するＥＵＶ光の出力を高くすることができないという問題があった。

ＳＰＦを構成する薄膜の厚さが、例えば、数百ｎｍ程度と非常に薄いので、薄膜が機械的に破損しやすいという問題があった。また、薄膜にデブリが付着すると、デブリがＥＵＶ光を吸収して、薄膜の温度が上昇し、薄膜フィルタが溶解する可能性があった。また、ＥＵＶチャンバ内の光学部品に付着したデブリを除去するために、水素ガス、ハロゲンガス、ハロゲン化水素ガス等のエッチャントガスがチャンバ内に導入された場合に、主にジルコニウムにより構成される薄膜は、エッチャントガスにより侵蝕されて破損する可能性があった。このため、露光機とＥＵＶ光源装置との間の隔離を維持することが困難であるという問題があった。

ＥＵＶ光源装置の出力光は、中間集光点（ＩＦ）９５を経由して、露光機に伝播される。しかしながら、従来のＥＵＶ光源装置では、ミティゲーション装置（図示せず）と励起レーザ光の集光光学系８８のために、ＥＵＶ光源装置が大型化し、ミティゲーション装置と励起レーザ光の集光光学系を、中間集光点（ＩＦ）９５の付近に露光機と近接して配置する必要性があるので、特に、ミティゲーション装置として超伝導コイル電磁石を用いる磁場ミティゲーション装置を使用する場合に干渉が大きくなっていた。即ち、露光機とＥＵＶ光源装置との間に、機械的振動、発生する熱、漏洩磁場等により干渉が生じ、また、露光機とＥＵＶ光源装置との配置の自由度が制約されるという問題があった。

従来、ＥＵＶ集光ミラー９１のデブリによる反射率低下を、反射面の全面に渡って、又は、反射面のトータルとして計測することができなかった。ＥＵＶ集光ミラー９１のデブリによる反射率低下は、ターゲットプラズマ９の発散に異方性があるので、ＥＵＶ集光ミラー９１の反射面の全面に渡って一様とはならない。このため、露光機に導かれるＥＵＶ光は、ＥＵＶ集光ミラー９１の反射面の場所による不均一な反射率の影響を受けて、角度分布を生じ、露光機における露光性能に影響を与える可能性がある。従来のＥＵＶセンサ９９によっては、ＥＵＶ集光ミラーの反射率が部分的にしか計測されないので、ＥＵＶ集光ミラーにより転送されるＥＵＶ光のトータルの反射率が未知のままとなり、ＥＵＶ光の正確なトータル出力を計測することができなかった。

本発明は、上記のような事情を考慮してなされたものであり、極端紫外光源装置から露光機に供給されるＥＵＶ光の出力を増加させ、ターゲット物質又はプラズマから発生するデブリが露光機に流出して露光機を汚染することを防止し、極端紫外光源装置の運転動作により露光機に与える悪影響が少ない極端紫外光源装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る極端紫外光源装置は、ターゲット物質にレーザ光を照射することによりターゲット物質をプラズマ化して極端紫外光を発生する極端紫外光源装置であって、極端紫外光の生成が行われる第１の真空チャンバと、第１の真空チャンバに接続され、第１の真空チャンバを排気する真空ポンプと、第１の真空チャンバ内に設置され、第１の真空チャンバ内の所定の位置に供給されるターゲット物質にレーザ光を照射することによって生成されるプラズマから放射される極端紫外光を反射して第１の集光点に集光するＥＵＶ集光ミラーと、第１の集光点近傍にピンホールが位置するように配置された第１のピンホールアパーチャと、第１のピンホールアパーチャを介して第１の真空チャンバに連通された第２の真空チャンバと、第２の真空チャンバ内に配置され、第１のピンホールアパーチャを通過した極端紫外光を回折させて第２の集光点に集光するグレーティングと、第２の集光点を通過する極端紫外光の光路で、且つ第２の集光点近傍にピンホールが位置するように配置され、第２の真空チャンバと外部とを連通する第２のピンホールアパーチャとを具備する。

本発明の１つの観点によれば、第１及び第２の集光点近傍にピンホールが位置するように第１及び第２のピンホールアパーチャをそれぞれ配置することによって、ＳＰＦを設けなくても第１の真空チャンバと露光機とを実質的に隔離することができるので、極端紫外光源装置から露光機に供給されるＥＵＶ光の出力を増加させると共に、プラズマから発生するデブリが露光機に流出して露光機を汚染することを防止して、極端紫外光源装置の運転動作により露光機に与える悪影響が少ない極端紫外光源装置を提供することが可能になる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＥＵＶ光源装置の内部構造を示す図である。図１に示すＥＵＶ光源装置は、レーザ光をターゲット物質に照射して励起させることにより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に示すように、このＥＵＶ光源装置は、ＥＵＶ光の生成が行われる第１の真空チャンバ１と、生成されたＥＵＶ光を回折させて外部の露光機（図示せず）に導く第２の真空チャンバ２とを備えている。また、ＥＵＶ光源装置は、第１の真空チャンバ１内の所定の位置にターゲット４を供給するターゲット供給装置５と、第１の真空チャンバ１の外側に設けられたドライバレーザ６と、第１の真空チャンバ１の外側及び／又は内側に配置された少なくとも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、ドライバレーザ６から射出される励起用レーザ光７を導光及び集光するレーザ集光光学系８と、ターゲット４に励起用レーザ光が照射されることによって発生するプラズマ９から放射されるＥＵＶ光１０を反射して集光するＥＵＶ集光ミラー１１と、第１の真空チャンバ１を排気する第１の真空ポンプ１２と、第１の真空チャンバ１と第２の真空チャンバ２との間の隔壁に設けられ、第１の真空チャンバ１と第２の真空チャンバ２とを連通させる第１のピンホールアパーチャ（開口部）１４とを備えている。さらに、ＥＵＶ光源装置は、ＥＵＶ集光ミラー１１等をデブリから保護するミティゲーション(Mitigation)装置１６と、プラズマ発光点から放射されるＥＵＶ光１０の強度を検出する第１のＥＵＶセンサ１８とを備えていても良い。ミティゲーション装置１６は、例えば、超伝導コイル電磁石１９によって構成されるようにしても良い。

また、ＥＵＶ光源装置は、第１のピンホールアパーチャ１４から入射する光を回折するグレーティング２２と、グレーティング２２によって回折されたＥＵＶ光を露光機に導光する第２のピンホールアパーチャ（開口部）２３と、グレーティング２２によって回折された光の内で不要な光を吸収するダンパー２４と、第２の真空チャンバ２を排気する第２の真空ポンプ２５とを備えている。さらに、ＥＵＶ光源装置は、クリーニングのためにエッチャントガスを導入するバルブ２７と、クリーニング時にエッチャントガスが露光機に流出するのを防止するために第２のピンホールアパーチャ２３に設けられたゲートバルブ２８と、グレーティング２２によって回折された光を計測する第２のＥＵＶセンサ２９とを備えていても良い。

ターゲット供給装置５は、例えば、固体の錫を加熱溶融してドロップレットを形成することにより、ターゲット４を第１の真空チャンバ１内に供給する。また、ドライバレーザ６として、例えば、出力２０ｋＷ、パルス繰り返し周波数１００ｋＨｚ、パルス幅２０ｎｓのレーザ光を生成する励起用の高出力炭酸ガス（ＣＯ_２）パルスレーザが用いられる。しかしながら、本発明において、ターゲット材料及びレーザ光源の種類は、これらに限定されることがなく、様々な種類のターゲット材料及びレーザ光源を用いることができる。

レーザ集光光学系８は、例えば、第１のミラー３１と、第２のミラー３２と、放物面ミラー３３とを有する。励起用レーザ光７は、第１のミラー３１によって反射され、第１の真空チャンバ１に設けられたウインドウ３４を通って第１の真空チャンバ１内に入り、第２のミラー３２と放物面ミラー３３とによって反射されて、ドロップレット状のターゲット４に照射される。これにより、ターゲット４が励起してプラズマ化し、プラズマ９から中心波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光１０が発生する。発生したＥＵＶ光１０は、楕円面を有するＥＵＶ集光ミラー１１により第１の集光点３５に集光される。

ＥＵＶ集光ミラー１１は、プラズマ９から放射される様々な波長成分の光の内から、所定の波長成分を有する光（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集光ミラー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。第１のピンホールアパーチャ１４は、第１の集光点３５にピンホールが位置するように配置されている。

第１のピンホールアパーチャ１４を通過した光は、第２の真空チャンバ２内に設置されたグレーティング２２によって回折される。これにより、−１次光（１次光の内で角度が負の波長成分）が、第２の集光点３７に再度集光される。この第２の集光点３７が中間集光点ＩＦ（intermediate focusing point）となり、ＥＵＶ光は、露光機へと導出される。第２のピンホールアパーチャ２３は、第２の集光点３７にピンホールが位置するように配置されている。

グレーティング２２としては、特許文献２に開示されているように、曲面にブレーズド（blazed）溝が形成された楕円面グレーティングが用いられる。楕円面グレーティングを用いることにより、第２の集光点３７を形成することができる。また、グレーティング２２の基板は、ＥＵＶ光の吸収によって発生する熱による基板の変形を防止するために、シリコン（Ｓｉ）等の熱伝導率の高い材料によって形成され、水冷ジャケットを備えて冷却されるのが好ましい。ブレーズド溝の表面は、金（Ａｕ）又はルテニウム（Ｒｕ）等によってコーティングされて、ＥＵＶ光の反射率を高くすることが好ましい。このようなグレーティングを使用することにより、１次光の反射率として５０％程度が得られる。さらに、高い１次光の反射率を得るために、特許文献３に開示されるように、モリブデン／シリコン（Ｍｏ／Ｓｉ）多層膜でコーティングされた溝を備える楕円面グレーティングが使用されても良い。

グレーティング２２によって回折される光の内で、中心波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光は、選択的に第２のピンホールアパーチャ２３を通過し、露光機へと導かれる。０次光、２次以上の高次光、及び、−１次光として分光された光の内でＥＵＶ露光に不要な中心波長１３．５ｎｍ以外の波長成分は、第２のピンホールの近傍に設けられたダンパー２４によって吸収されて熱に変換される。ダンパー２４は、熱の吸収を効率的に行い、ダンパーの温度上昇を緩和するために、水冷ダンパーとしても良い。

第１及び第２の集光点３５及び３７にそれぞれ位置する第１及び第２のピンホールアパーチャ１４及び２３のピンホールの径は、数ｍｍ程度である。グレーティング２２は、第１の真空チャンバ１とは別個に設けられた第２の真空チャンバ２内に設置されている。第２の真空チャンバ２内は、第２の真空ポンプ２５によって高真空にされる。このような構成を採用することにより、差動排気の原理から、第１の真空チャンバ１内のターゲット材料及びデブリが露光機に流出することが防止される。このように、スペクトラル・ピュアリティ・フィルタ（ＳＰＦ：Spectral Purity Filter）を用いることなく、ＥＵＶ光を露光機に出力するので、ＥＵＶ光源装置から露光機に供給されるＥＵＶ光の出力を増加させることができる

本実施形態においては、プラズマ９から飛散するデブリから、第１の真空チャンバ１内に設置された光学素子（ＥＵＶ集光ミラー１１、レーザ集光光学系８において使用されるミラー３２及び３３等、レーザ光入射用のウインドウ３４、及び、第１のＥＵＶセンサ１８の入射窓等）を防護するために、ミティゲーション装置１６として、例えば、磁場を発生する超伝導コイル電磁石１９が用いられる。プラズマ９から発生するイオンは、電荷を有するので、磁場中でローレンツ力を受けて、磁力線１５に拘束されて移動し、第１の真空ポンプ１２によって第１の真空チャンバ１の外に排出される。しかしながら、プラズマ９から発生するイオン以外の中性粒子は、磁場に拘束されないので、中性のデブリとして磁力線１５の外側に飛散して、ＥＵＶ集光ミラー１１等のチャンバ内に設けられた光学素子を徐々に汚染する。

そこで、第１の真空チャンバ１と第２の真空チャンバ２との間に第１のピンホールアパーチャ１４が設けられている。この第１のピンホールアパーチャ１４が、第１の真空チャンバ１と第２の真空チャンバ２との間に空間的な制約を与えることによって、デブリが第１の真空チャンバ１から第２の真空チャンバ２に移動する確率が低く抑制される。また、第１のピンホールアパーチャ１４を通過して第２の真空チャンバ２に流入した少量のデブリは、第２の真空ポンプ２５によって回収されるので、デブリが露光機に流出することは実質的に防止される。

しかしながら、デブリが第２の真空チャンバ２に流入することを完全に防止することはできないので、グレーティング２２の表面がデブリによって徐々に汚染される場合がある。その場合には、ＥＵＶ光源装置の運転を一旦停止し、中間集光点ＩＦの付近に設けられたゲートバルブ２８を閉じ、第２の真空チャンバ２と露光機とを完全に隔離した状態として、バルブ２７を通して第２の真空チャンバ内２にエッチャントガスを導入することにより、グレーティング２２をクリーニングしても良い。エッチャントガスとしては、水素ガス、ハロゲンガス、ハロゲン化水素ガス、アルゴンガス、又は、それらの内の複数を含む混合ガスが使用される。

さらに、グレーティング２２に加熱装置（図示せず）を設け、加熱装置によりグレーティング２２を加熱してクリーニングを促進しても良い。また、高周波又はマイクロ波を用いてエッチャントガスを励起することにより、クリーニングを促進しても良い。クリーニングが終了したら、エッチャントガスの供給を停止して、第２の真空ポンプ２５によって第２の真空チャンバ２内を排気する。第２の真空チャンバ２の真空度が十分に低くなったことが確認されたら、ゲートバルブ２８を開き、ＥＵＶ光源装置の運転を再開する。

ところで、ＥＵＶ集光ミラー１１のミラー表面には、モリブデン／シリコン（Ｍｏ／Ｓｉ）の多層膜コーティングが施され、ＥＵＶ光の反射率として６０％程度が得られる。また、プラズマから飛来するイオンによってＥＵＶ集光ミラー１１の表面が削り取られることは、ミティゲーション装置１６によって有効に防止される。しかしながら、中性のデブリは、ＥＵＶ集光ミラー１１の表面上に堆積するので、ＥＵＶ光の反射率は、ＥＵＶ光源装置の運転と共に徐々に低下する。

そこで、本実施形態においては、グレーティング２２によって回折されなかった０次光を、第２の真空チャンバ２内に設けられた第２のＥＵＶセンサ２９によって計測することにより、ＥＵＶ集光ミラー１１の反射面の全領域からの反射光に比例した光を検出するようにしている。これにより、ＥＵＶ集光ミラー１１の反射面全域におけるトータルの反射率の状態、あるいは、トータルのＥＵＶ光出力を計測することができる。なお、０次光の回折強度は、ブレーズド溝が形成された楕円面グレーティングの場合に、１０％程度である。

図２（ａ）は、第２の真空チャンバ２内に設けられた第２のＥＵＶセンサ２９の構成を示す。第２のＥＵＶセンサ２９は、不要な光を排除するアパーチャ４１と、計測のために入射したＥＵＶ光を集光するＥＵＶ凹面ミラー４２と、集光されたＥＵＶ光を検出するＥＵＶ光検出器４３とを有し、ＥＵＶ集光ミラー１１によって反射及び集光されたＥＵＶ光の強度を検出する。ＥＵＶ光検出器４３としては、例えば、インターナショナル・ラディエーション・ディテクターズ社（International Radiation Detectors, Inc.）製の半導体ＥＵＶ光検出器ＡＸＵＶ１００等を使用することができる。また、ＥＵＶ光検出器４３として、アンドール・テクノロジー（Andor Technology）社製のＸ線用ＣＣＤカメラ等の２次元Ｘ線検出器が使用されても良く、その場合には、ＥＵＶ集光ミラー１１によって反射される光の分布を計測することが可能となる。第２のＥＵＶセンサ２９に入射する光の強度が強すぎてＥＵＶ光検出器４３の出力信号が飽和したり、ＥＵＶ光検出器４３が破損する可能性がある場合には、減光用フィルタ４４が配置されても良い。

図２（ｂ）は、第１の真空チャンバ１内に設けられた第１のＥＵＶセンサ１８の構成を示す。第１のＥＵＶセンサ１８は、プラズマから放射される中心波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光を透過する薄膜フィルタ４５と、薄膜フィルタ４５を透過したＥＵＶ光を集光するＥＵＶ凹面ミラー４６及びＥＵＶ平面ミラー４７と、集光されたＥＵＶ光を検出するＥＵＶ光検出器４８とを有し、プラズマ発光点におけるＥＵＶ光の強度を検出する。第１のＥＵＶセンサ１８としては、例えば、フォム・インスティテュート(FOM Institute)製のＦＣ検出器を使用することができる。薄膜フィルタ４５としては、例えば、ジルコニウム（Ｚｒ）薄膜フィルタが使用される。また、半導体ＥＵＶ光検出器４８としては、例えば、インターナショナル・ラディエーション・ディテクターズ社（International Radiation Detectors, Inc.）製の半導体ＥＵＶ光検出器ＡＸＵＶ１００が使用される。第１のＥＵＶセンサ１８の分光感度は、薄膜フィルタ４５の分光透過率と、ＥＵＶ凹面ミラー４６の分光反射率と、ＥＵＶ平面ミラー４７の分光反射率との積となり、中心波長１３．５ｎｍの２％バンド幅のＥＵＶ光が精度良く計測される。第１のＥＵＶセンサ１８の前面にゲートバルブ４９を設置することにより、計測が不要なときはゲートバルブ４９を閉じて、デブリがセンサ内に入り込むことを防止しても良い。

第２のＥＵＶセンサ２９による検出と同時に、第１のＥＵＶセンサ１８によってプラズマ発光点におけるＥＵＶ光の強度を検出し、第２のＥＵＶセンサ２９の検出信号の値を第１のＥＵＶセンサ１８の検出信号の値によって除算（規格化）することにより、ＥＵＶ集光ミラー１１の反射率をさらに正確に計測することが可能となる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態に係るＥＵＶ光源装置の内部構造を示す図である。図３に示すように、このＥＵＶ光源装置は、ＥＵＶ光の生成が行われる第１の真空チャンバ５１と、生成されたＥＵＶ光を回折させて外部の露光機（図示せず）に導く第２の真空チャンバ５２とを備えている。また、ＥＵＶ光源装置は、第１の真空チャンバ５１内の所定の位置にターゲット４を供給するターゲット供給装置６７と、第１の真空チャンバ５１の外側に設けられたドライバレーザ（図示せず）から射出された励起用レーザ光７を導光してターゲット４に集光するレーザ集光光学系５６と、ターゲット４に励起用レーザ光７が照射されることによって発生するプラズマ９から放射されるＥＵＶ光を反射して集光するＥＵＶ集光ミラー１１と、第１の真空チャンバ５１を排気する第１の真空ポンプ１２と、第１の真空チャンバ５１と第２の真空チャンバ５２との間の隔壁に設けられた第１のピンホールアパーチャ６１と、ターゲット４を回収するターゲット回収筒６８とを備えている。さらに、ＥＵＶ光源装置は、ＥＵＶ集光ミラー１１をデブリから保護するフォイルトラップ装置６９を備えていても良い。ここで、フォイルトラップ装置６９は、プラズマ生成点とＥＵＶ集光ミラーとの間に、例えば、桟状のトラップを設け、ＥＵＶ光を透過しつつプラズマからのデブリをトラップし、デブリがＥＵＶ集光ミラーに到達するのを防止する装置である。

また、ＥＵＶ光源装置は、第１のピンホールアパーチャ６１から入射する光を回折するグレーティング２２と、グレーティング２２によって回折された光を露光機に導光する第２のピンホールアパーチャ２３と、グレーティング２２によって回折された光の内で不要な光を吸収するダンパー２４と、第２の真空チャンバ５２を排気する第２の真空ポンプ２５とを備えている。さらに、ＥＵＶ光源装置は、グレーティング２２によって回折された光を計測する第２のＥＵＶセンサ６６を備えていても良い。

本実施形態においては、ミティゲーション装置として、例えば、特許文献４に記載されているような、シリコン（Ｓｉ）又はモリブデン（Ｍｏ）製のフォイルトラップ装置６９が設けられ、ＥＵＶ集光ミラー１１のデブリによる汚染が低減される。また、ＥＵＶ光源装置の運転と同時に、第１の真空チャンバ５２に設けられたクリーニング用ガス導入管５８からエッチャントガスを導入して、第１の真空チャンバ５１内に配置された光学素子の表面をエッチャントガスによりクリーニングしても良い。

本実施形態において、差動排気用に設けられた第１のピンホールアパーチャ６１は、２個のピンホール板６２及び６３を有する二重構造として構成されている。２個のピンホール板６２及び６３の間には、ピンホールアパーチャ室６４が設けられている。ピンホールアパーチャ室６４には、第３の真空ポンプ６５が接続されており、この第３の真空ポンプ６５によって、ピンホールアパーチャ室６４が超高真空に排気される。これにより、ターゲット材料、プラズマから飛散するデブリ、及び、エッチャントガスが露光機側に流出することが防止される。また、第１の真空チャンバ５１から第２の真空チャンバ５２へのデブリの流入も低減されるので、デブリによるグレーティング２２の汚染も低減される。

本実施形態において、グレーティング２２が長期間の運転により汚染される場合には、第１の実施形態におけるのと同様に、露光機側に設けられたゲートバルブ（図示せず）を閉じて、第１の真空チャンバ５１に設けられたクリーニング用ガス導入管５８からエッチャントガスを導入することによって、グレーティング２２をクリーニングしても良い。その場合に、第１のピンホールアパーチャ６１のピンホール板６２及び６３におけるピンホールのサイズを可変にして、クリーニング時にピンホールのサイズを最大に広げることにより、第１の真空チャンバ５１内に供給されたエッチャントガスを第１のピンホールアパーチャ６１を経由して第２の真空チャンバ５２により多く供給しながらクリーニングを実施するようにしても良い。

本実施形態においては、グレーティング２２で回折された−２次回折光が、第２のＥＵＶセンサ６６によって検出され、ＥＵＶ集光ミラー１１におけるトータルの反射率の状態、あるいは、トータルのＥＵＶ光の出力が計測される。計測される光の波長は、中心波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光に限られない。即ち、１３．５ｎｍの波長成分の強度と相関関係があれば、紫外光や可視光を含む他の波長成分の強度を計測するようにしても良い。例えば、紫外光や可視光を含む光が計測される場合は、それらの光に適合するフィルタ、ミラー、及び、光検出器が使用される。

図４は、図３に示す第２のＥＵＶセンサの一例を示す。図４に示されるように、第２のＥＵＶセンサ６６は、不要な光を排除するアパーチャ７１と、入射したＥＵＶ光の強度を制限する減光フィルタ７２と、ＥＵＶ光を集光するＥＵＶ凹面ミラー７３と、集光したＥＵＶ光を検出するＥＵＶ光検出器７４とを有する。ＥＵＶ光検出器７４は、ＥＵＶ光が照射されると蛍光を発生するスクリーン（フォスファ板）としての蛍光板（例えば、アルミナ蛍光板）７５と、レンズ７６と、可視２次元ＣＣＤカメラ７７とを有する。この例においては、ＥＵＶ光が蛍光板７５に照射されると、検出すべきＥＵＶ光の強度が可視光の強度に変換され、レンズ７６を介して通常の可視２次元ＣＣＤカメラ７７によりＥＵＶ光の強度分布が計測される。

図５は、図４に示されるＣＣＤカメラによってで計測されたプロファイル（ＥＵＶ光の強度分布）を示す。図５において、一点鎖線はＥＵＶ光軸を示している。ここでは、説明を簡略にするために、１つの断面に沿った１次元のプロファイルを表示しているが、ＥＵＶ集光ミラーの全表面を計測してＥＵＶ集光ミラー全面に渡るＥＵＶ光の強度分布を２次元プロファイルで表示することも可能である。

図５の実線は、ＥＵＶ集光ミラーのデブリ汚染がない場合におけるＥＵＶ光の強度分布を示している。一方、図５の破線は、ＥＵＶ集光ミラーにデブリ汚染が生じ、部分的にＥＵＶ集光ミラーの反射率が低下している場合におけるＥＵＶ光の強度分布を示している。このようなプロファイルにより、ＥＵＶ集光ミラーにおける部分的な反射率の低下に基づく部分的な汚染の状態が計測される。また、ＥＵＶ集光ミラー表面の光強度を積分することにより、ＥＵＶ光のトータルの出力が計測される。

また、２種類以上のセンサを設置して、グレーティング２２からの異なる次数の回折光をそれぞれ計測することにより、有用な情報が得られる場合もある。例えば、０次光を２次元のＥＵＶ検出器で計測し、２次光を単体の高速ＥＵＶ検出器で計測することにより、ＥＵＶ光出力のプロファイルの変化を２次元カメラの画像取得レートで計測しながら、パルス毎のＥＵＶ光の出力を高速ＥＵＶ検出器で計測することが可能である。

以上説明した本発明の実施形態によれば、グレーティングを用いることによって、ＥＵＶ集光ミラーの集光点（第１の集光点）の替わりに、グレーティングによる第２の集光点を中間集光点（ＩＦ）として用いるので、ＥＵＶ光を発生する第１の真空チャンバと露光機とを離して配置することが可能となり、ＥＵＶ光源装置と露光機との間の干渉による制約が解消される。それによって、真空ポンプの機械的振動、発熱、及び／又は、磁場ミティゲーション装置からの漏洩磁場から露光機が受ける影響を低減することが可能となり、露光機の露光精度を向上させると共に、ＥＵＶ光を発生する第１の真空チャンバの設計の自由度を向上させることができる。

また、透過率が低く破損し易いＳＰＦを設置しないで、ターゲット燃料、デブリ、及び／又は、クリーニング用ガスが露光機に流出することを防止するので、ＥＵＶ光の出力効率を改善することが可能となる。また、ＳＰＦが破損する度に装置を停止してＳＰＦを交換する必要がなくなり、ＥＵＶ光源装置の稼働率が高くなって生産性が向上する。

さらに、グレーティングによって回折される２次光以上の高次回折光、又は、０次光をＥＵＶ光検出器で検出することにより、ＥＵＶ集光ミラーの表面の全領域からの反射光に比例した光を検出できるので、ＥＵＶ集光ミラーの表面全域における反射率の状態及び／又はＥＵＶ光出力を計測することが可能となる。特に、光検出器として２次元カメラを用いることにより、従来においては計測することができなかったＥＵＶ集光ミラーの表面における部分的な反射率の状態や、ＥＵＶ光出力の角度強度分布を計測することが可能となる。

本発明は、露光装置の光源として用いられる極端紫外光源装置において利用することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係るＥＵＶ光源装置の内部構造を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るＥＵＶ光源装置において使用されるＥＵＶセンサの構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るＥＵＶ光源装置の内部構造を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るＥＵＶ光源装置で使用されるセンサの構成を示す図である。 図４に示されるＣＣＤカメラによって計測されたプロファイルを示す図である。 従来のＥＵＶ光源装置の内部構造を示す図である。

符号の説明

１…第１の真空チャンバ、２…第２の真空チャンバ、４…ターゲット、５…ターゲット供給装置、６…ドライバレーザ、７…レーザ光、８…レーザ集光光学系、９…プラズマ、１０…ＥＵＶ光、１１…ＥＵＶ集光ミラー、１２…第１の真空ポンプ、１４…第１のピンホールアパーチャ、１６…ミティゲーション装置、１８…第１のＥＵＶセンサ、１９…超伝導コイル電磁石、２２…グレーティング、２３…第２のピンホールアパーチャ、２４…ダンパー、２５…第２の真空ポンプ、２７…バルブ、２８…ゲートバルブ、２９…第２のＥＵＶセンサ、３１…第１のミラー、３２…第２のミラー、３３…放物面ミラー、３４…ウインドウ、３５…第１の集光点、３７…第２の集光点、４１…アパーチャ、４２…ＥＵＶ凹面ミラー、４３…ＥＵＶ光検出器、４４…減光フィルタ、４５…薄膜フィルタ、４６…ＥＵＶ凹面ミラー、４７…ＥＵＶ平面ミラー、４８…ＥＵＶ光検出器、４９…ゲートバルブ、５１…第１の真空チャンバ、５２…第２の真空チャンバ、５６…レーザ集光光学系、５８…クリーニング用ガス導入管、６１…第１のピンホールアパーチャ、６２、６３…ピンホール板、６４…ピンホールアパーチャ室、６５…第３の真空ポンプ、６６…第２のＥＵＶセンサ、６７…ターゲット供給装置、６８…ターゲット回収筒、６９…フォイルトラップ装置、７１…アパーチャ、７２…減光フィルタ、７３…ＥＵＶ凹面ミラー、７４…ＥＵＶ光検出器、７５…蛍光板、７６…レンズ、７７…可視２次元ＣＣＤカメラ

Claims (9)

1. ターゲット物質にレーザ光を照射することによりターゲット物質をプラズマ化して極端紫外光を発生する極端紫外光源装置であって、
   極端紫外光の生成が行われる第１の真空チャンバと、
   前記第１の真空チャンバに接続され、前記第１の真空チャンバを排気する真空ポンプと、
   前記第１の真空チャンバ内に設置され、前記第１の真空チャンバ内の所定の位置に供給されるターゲット物質にレーザ光を照射することによって生成されるプラズマから放射される極端紫外光を反射して第１の集光点に集光するＥＵＶ集光ミラーと、
   前記第１の集光点近傍にピンホールが位置するように配置された第１のピンホールアパーチャと、
   前記第１のピンホールアパーチャを介して前記第１の真空チャンバに連通された第２の真空チャンバと、
   前記第２の真空チャンバ内に配置され、前記第１のピンホールアパーチャを通過した極端紫外光を回折させて第２の集光点に集光するグレーティングと、
   前記第２の集光点を通過する極端紫外光の光路で、且つ前記第２の集光点近傍にピンホールが位置するように配置され、前記第２の真空チャンバと外部とを連通する第２のピンホールアパーチャと、
   を具備する極端紫外光源装置。
2. 前記第２の真空チャンバに接続され、前記第２の真空チャンバを排気して、前記第２の真空チャンバ内の圧力を前記第１の真空チャンバ内の圧力よりも低くする第２の真空ポンプをさらに具備する、請求項１記載の極端紫外光源装置。
3. ターゲット物質にレーザ光を照射することによりターゲット物質をプラズマ化して極端紫外光を発生する極端紫外光源装置であって、
   極端紫外光の生成が行われる第１の真空チャンバと、
   前記第１の真空チャンバに接続され、前記第１の真空チャンバを排気する真空ポンプと、
   前記第１の真空チャンバ内に設置され、前記第１の真空チャンバ内の所定の位置に供給されるターゲット物質にレーザ光を照射することにより生成されるプラズマから放射される極端紫外光を反射して第１の集光点に集光するＥＵＶ集光ミラーと、
   前記第１の集光点の前後に２個のピンホールが位置するように配置された２個のピンホール板により構成されるピンホールアパーチャ室と、
   前記ピンホールアパーチャ室の２個のピンホールを介して前記第１の真空チャンバに連通された第２の真空チャンバと、
   前記第２の真空チャンバ内に配置され、前記ピンホールアパーチャ室の２個のピンホールを通過した極端紫外光を回折させて第２の集光点に集光するグレーティングと、
   前記第２の集光点を通過する極端紫外光の光路で、且つ前記第２の集光点近傍にピンホールが位置するように配置され、前記第２の真空チャンバと外部とを連通するピンホールアパーチャと、
   を具備する極端紫外光源装置。
4. 前記ピンホールアパーチャ室に接続され、前記ピンホールアパーチャ室を排気する第２の真空ポンプをさらに具備する、請求項３記載の極端紫外光源装置。
5. 前記第２の真空チャンバに接続され、前記第２の真空チャンバを排気する第３の真空ポンプをさらに具備する、請求項４記載の極端紫外光源装置。
6. 前記グレーティングが、楕円凹面グレーティングである、請求項１〜５のいずれか１項記載の極端紫外光源装置。
7. 前記第２の真空チャンバ内において、前記グレーティングによって回折される２次以上の回折光及び／又は前記グレーティングで回折されない０次光を検出するＥＵＶ光検出器をさらに具備する、請求項１〜６のいずれか１項記載の極端紫外光源装置。
8. 前記ＥＵＶ光検出器として２次元カメラを具備することにより、前記ＥＵＶ集光ミラーの反射率、ＥＵＶ光の出力、及び／又は、角度強度分布を、２次元的に計測する、請求項７記載の極端紫外光源装置。
9. 前記第１の真空チャンバと接続される前記第２の真空チャンバを介して、前記第１の真空チャンバと離隔して露光機を配置することが可能な、請求項１〜８のいずれか１項記載の極端紫外光源装置。

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