JP5574470B2 - 極端紫外光源および極端紫外光発生方法 - Google Patents

Description

本発明は、波長が２００ｎｍ程度以下の紫外光である極端紫外光（ＥＵＶ：Extreme Ultraviolet）を照射する極端紫外光源および極端紫外光発生方法に関し、特に、固体の金属ターゲットを使用する極端紫外光源および極端紫外光発生方法に関する。

従来、単元素の金属ターゲットを使用して、レーザー生成プラズマを生成し、そこから放射される極端紫外光を利用する研究が盛んである。例えば、現在進行中の研究・開発である極端紫外光リソグラフィー光源では、スズ（錫：Ｓｎ）を金属ターゲットとして、波長１３．５ｎｍの極端紫外光が得られている。
このような極端紫外光源に関して、下記の特許文献１、２が知られている。

特許文献１としての特開平５−３４７１９５号公報には、複数種類の物質から構成されたターゲット層（３）にレーザーを照射して、プラズマ化することにより、極端紫外光を含むＸ線を発生させる技術が記載されている。特許文献１記載の技術では、ターゲット層（３）として、特許文献１の図２〜図４に示されるようにスペクトル分布において異なる波長（スペクトル成分）でピークを持つ３つの元素（α、β、γ）が含まれたターゲット層（３）を使用することで、図５に示されるようにスペクトル分布が合成されて、広範な波長域においてほぼ均一な強度を有するＸ線が得られている。

特許文献２としての特開平１０−２０８９９８号公報には、レーザープラズマＸ線源のターゲットとして、１種類以上の金属を含む複数の元素からなる材料を使用することで、１種類の金属単体の場合と比較して、融点を上昇させ、特定の波長付近でのスペクトルの強度を低下させずに飛散粒子等を低減させる技術が記載されている。

特開平５−３４７１９５号公報（「００１１」〜「００１３」、図２〜図５） 特開平１０−２０８９９８号公報（「００１７」〜「００１９」、「００２６」〜「００２８」、第１図）

特許文献１、２記載の発明では、波長域を広げたり、飛散粒子（デブリ）を低減することは可能であっても、発生する極端紫外光の発光効率、発光強度を高めることはできていない。
発光効率を高めるためには、従来では、例えば、レーザーを多重パルス化することで、プラズマ温度や密度を制御していたが、レーザーの多重パルス化の制御が必要となり、最適化等で比較的複雑な制御が必要となる問題があった。

本発明は、プラズマ温度、密度を簡便に制御して、発光効率を高めることを技術的課題とする。

前記技術的課題を解決するために、請求項１に記載の発明の極端紫外光源は、
レーザー光を照射するレーザー光源と、
前記レーザー光源からのレーザー光が照射されて励起され、プラズマを生成して極端紫外光を放射するターゲット材であって、第１の元素と、波長２００ｎｍ以下の領域において前記第１の元素のスペクトル分布のスペクトル強度が最も強いスペクトル成分を含み且つ最も強いスペクトル成分におけるスペクトル分布の波形の半値全幅よりも広い半値全幅のスペクトル分布を有する第２の元素と、を少なくとも含む多元系の前記ターゲット材と、
を備え、
前記ターゲット材は、タングステンカーバイド、銅・タングステン合金、リン青銅、ジュラルミン、ハステロイ（登録商標）Ｃ−２７６およびアドバンスのいずれかにより構成された
ことを特徴とする。

前記技術的課題を解決するために、請求項２に記載の発明の極端紫外光発生方法は、
第１の元素と、波長２００ｎｍ以下の領域において前記第１の元素のスペクトル分布のスペクトル強度が最も強いスペクトル成分を含み且つ最も強いスペクトル成分におけるスペクトル分布の波形の半値全幅よりも広い半値全幅のスペクトル分布を有する第２の元素と、を少なくとも含む多元系の前記ターゲット材に対して、レーザー光を照射して励起し、プラズマを生成して、極端紫外光を放射することを特徴とする極端紫外光発生方法であって、
前記ターゲット材は、タングステンカーバイド、銅・タングステン合金、リン青銅、ジュラルミン、ハステロイ（登録商標）Ｃ−２７６およびアドバンス、
のいずれかにより構成されたことを特徴とする。

請求項１、２記載の発明は、第１の元素と第２の元素との種類や含有割合を選択することで、プラズマ温度、密度を簡便にシフトさせることができ、発光効率を高めることができ、発光強度を向上させたり、連続的なスペクトル形状を得ることができる。

図１は本発明の実施例１の極端紫外光源の説明図である。 図２は実施例１の極端紫外光源において、極端紫外スペクトルを測定するために構築した実験装置の説明図である。 図３は実験例１の実験結果のグラフであり、横軸に波長を取り、縦軸に強度を取ったグラフである。 図４は実験例２の実験結果のグラフであり、横軸に波長を取り、縦軸に強度を取ったグラフである。 図５は実験例１〜４の説明図であり、図５Ａは実験例１〜４の合金に含有される主な成分の説明図、図５Ｂは実験例１〜４の実験結果における支配的なスペクトル形状および発光強度比の説明図である。

次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例（実施例）を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以後の説明の理解を容易にするために、図面において、説明に必要な部材以外の図示や説明は省略している。

図１は本発明の実施例１の極端紫外光源の説明図である。
図１において、実施例１の極端紫外光源１は、内部にプラズマ発生室２ａが形成された真空チャンバ２を有する。前記真空チャンバ２内にはターゲットホルダ３を介して固体のターゲット材Ｔが支持されている。実施例１のターゲット材Ｔは、第１の元素と、波長２００ｎｍ以下の領域において前記第１の元素のスペクトル分布のスペクトル強度が最も強いスペクトル成分を含み且つ最も強いスペクトル成分におけるスペクトル分布の波形の半値全幅よりも広い半値全幅のスペクトル分布を有する第２の元素とを少なくとも含む多元系のターゲット材により構成されている。特に、複数の元素を含む多元系合金を好適に使用可能である。
また、真空チャンバ２には、真空ポンプ４が接続されており、真空チャンバ２内のガスが排気される。

前記真空チャンバ２には、レーザー導入口２ｂと光導出口２ｃが形成されている。レーザー導入口２ｂには、真空チャンバ２外部に配置されたプラズマ生成用のレーザー光源装置６からのレーザー光６ａが、複数の反射光学系７、８、９を介し、集光光学系１０で集光されて、プラズマ発生室２ａ内に導入され、ターゲットＴに照射される。
ターゲットＴにレーザー光６ａが照射されると、ターゲット材Ｔが励起されてプラズマ化し、プラズマからターゲット材Ｔの元素に応じた波長の極端紫外光１１が発生する。なお、実施例１のターゲットホルダ３は回転軸３ａを中心に回転可能に支持されており、レーザー光６ａの照射中に回転させることで、レーザー光６ａが同一の表面に照射されず、ターゲット材Ｔの新しい面にレーザー光６ａが照射される。
発生した極端紫外光１１は、光導出口２ｃを通じて、外部に配置された図示しない被照射物に照射される。

（実験例）
図２は実施例１の極端紫外光源において、極端紫外スペクトルを測定するために構築した実験装置の説明図である。
図２において、実験装置２１では、実施例１の極端紫外光源１の光導出口２ｃに中空の連結部２２の一端が接続されており、連結部２２の他端には、光検出部２３が連結されている。光検出部２３の内部には、連結部２２を通じて導入される極端紫外光１１を絞るスリット２４と、スリット２４を通過した極端紫外光１１を分光する分光器２６と、分光器２６で分光された光を絞るスリット２７とが支持されている。
前記光検出部２３の外部には、スリット２７を通過した光を可視化するシンチレータ２８が支持されており、シンチレータ２８からの蛍光は光電子増倍管（ＰＭＴ：Photomultiplier tube）２９で検出される。光電子増倍管２９には、バイアス印加用の高圧電源３１と、光電子増倍管２９からの検出信号が入力されるオシロスコープ３２とが接続されている。

実験例では、真空ポンプ４として、スクロールポンプとターボ分子ポンプを使用して、真空チャンバ２ａ内を５×１０^−３［Ｐａ］程度に排気した。
また、レーザー光源装置６として、波長１０６４［ｎｍ］でパルス幅１０［ｎｓ］のパルスを、繰り返し周波数１０［Ｈｚ］で出力するＮｄ：ＹＡＧレーザーを使用した。なお、ダブルパルス照射を行うことも可能であり、この場合は、もう１台のＮｄ：ＹＡＧレーザーから５３２ｎｍの第２高調波をプレパルスとして使用し、２台のＮｄ：ＹＡＧレーザーをパルスジェネレータによって、同期させて、メインパルスをプレパルスに対して任意の遅延時間を与えて照射することができる。

集光光学系１０としては、焦点距離ｆ＝１５［ｃｍ］の平凸レンズを使用しており、ターゲット材Ｔの表面で、レーザー光６ａの集光径が３０［μｍ］、集光強度が１０^１２［Ｗ／ｃｍ^２］程度であった。
光検出部２３では、分光器２６を波長１［ｎｍ］毎に波長掃引し、オシロスコープ３２で８回平均して測定を行った。

（実験例１）
実験例１では、第１の元素としてのカーボン（Ｃ）を２０［質量％］、銅（Ｃｕ）を６［質量％］含有し、第２の元素としてのタングステン（Ｗ）を７４［質量％］含むタングステンカーバイド（ＷＣ）をターゲット材Ｔとして使用した。また、比較のために、カーボンのみで構成されたターゲットと、タングステンのみで構成されたターゲットについても実験を行った。
実験例１の結果を図３に示す。

図３は実験例１の実験結果のグラフであり、横軸に波長を取り、縦軸に強度を取ったグラフである。
なお、図３では、タングステンカーバイドの実験結果であるスペクトル分布を実線で記載し、カーボンのみのターゲットで実験を行った結果のスペクトル分布を一点鎖線、タングステンのみのターゲットで実験を行った結果のスペクトル分布を破線で示す。
図３からわかるように、波長１５８ｎｍ（強度の最大値を有するピーク：最も強いスペクトル成分）や、波長１７０ｎｍあたりに比較的鋭いピークを有する第１元素としてのカーボンのスペクトル分布に対して、第２元素としてのタングステンでは、カーボンのスペクトル分布の最大のピークの波長１５８ｎｍを含む波長１４５ｎｍ〜２００ｎｍ程度の範囲の波長域においてカーボンの最大スペクトル成分を含み、且つカーボンのスペクトル分布よりもなだらかなピーク、すなわち、ピークの半値全幅が広いスペクトル分布を有することがわかる。

そして、図３の実線では、タングステンカーバイドの合金をターゲット材として使用した場合に、２つの各原子のスペクトル分布が単純に足し合わされたものとは異なるスペクトル分布が観測されている。図３のタングステンカーバイドのスペクトル分布からわかるように、スペクトル分布の形状はタングステンのそれに近くなり、発光強度もタングステン単独の場合よりも増加している。このときの発光強度（４０ｎｍから２００ｎｍでの積分強度）を比較すると、タングステンカーバイドは、タングステン単体の場合の１．６倍程度であった。
すなわち、図３の実験結果から、スペクトル分布の形状がタングステンと同様であることから、タングステンプラズマからの発光が支配的であると考えられる。また、発光強度は測定波長全域にわたり均一に増加していることがわかる。これは、合金のプラズマ中のカーボンプラズマによってタングステンプラズマの温度がこの波長域の発光に適したプラズマ温度にシフトしたためだと考えられる。

（実験例２）
実験例２では、第１の元素としての銅（Ｃｕ）を３０［質量％］含有し、第２の元素としてのタングステン（Ｗ）を７０［質量％］含む市販の銅・タングステン合金（Ｃｕ３０−Ｗ７０）をターゲット材Ｔとして使用した。また、比較のために、銅のみで構成されたターゲットと、タングステンのみで構成されたターゲットについても実験を行った。
実験例２の結果を図４に示す。

図４は実験例２の実験結果のグラフであり、横軸に波長を取り、縦軸に強度を取ったグラフである。
なお、図４では、銅・タングステン合金の実験結果であるスペクトル分布を実線で記載し、銅のみのターゲットで実験を行った結果のスペクトル分布を一点鎖線、タングステンのみのターゲットで実験を行った結果のスペクトル分布を破線で示す。
図４からわかるように、波長１６５ｎｍ〜１７５ｎｍあたりに比較的鋭いピークを有する第１元素としての銅のスペクトル分布に対して、第２元素としてのタングステンでは、銅のスペクトル分布のピークの波長を含み且つ銅のスペクトル分布よりもなだらかなピーク、すなわち、ピークの半値全幅広いスペクトル分布を有することがわかる。そして、図４の実線では、銅・タングステン合金をターゲット材として使用した場合に、実験例１と同様に、２つの各原子のスペクトルどうしが足し合わされたものとは異なり、発光強度が増加し、スペクトル分布も広がっている。なお、実験例２では、銅・タングステン合金の発光強度は、タングステン単体の２．０倍であった。実験例１に比べて発光強度の増加の割合が異なるのは、ターゲット材Ｔに含まれる原子によって、プラズマ温度のシフト量が異なっているためだと考えられる。

図５は実験例１〜４の説明図であり、図５Ａは実験例１〜４の合金に含有される主な成分の説明図、図５Ｂは実験例１〜４の実験結果における支配的なスペクトル形状および発光強度比の説明図である。
（実験例３）
実験例３では、ターゲット材Ｔとしてリン青銅を使用した。リン青銅は、第１の元素としての錫（Ｓｎ）が７．６５［質量％］およびリン（Ｐ）が０．２４［質量％］、鉛（Ｐｂ）が０．００５［質量％］、以下含有され、第２の元素としての銅（Ｃｕ）が残りの割合含有されると共に、不可避の不純物が含まれている。
（実験例４）
実験例４では、ターゲット材Ｔとして真鍮を使用した。真鍮は、第２の元素としての銅（Ｃｕ）が６０．６７［質量％］含有され、鉄（Ｆｅ）が０．００３［質量％］、鉛（Ｐｂ）が０．００２［質量％］含有されると共に、第１の元素としての亜鉛（Ｚｎ）が残りの割合含有され、不可避の不純物が含まれている。

図５Ｂにおいて、実験例３、４のスペクトル分布については、各元素毎にピークの位置（波長）や半値全幅等で差異はあるが、スペクトル形状の関係は図３、図４と同様の結果が得られたため、簡略化のため図示は省略し、図５Ｂに発光強度の比のみを一覧表で示す。
図５Ｂにおいて、実験例３、４では、実験例１、２と同様に、発光強度が増加し、スペクトル形状は、第２の元素と同様に広がった。すなわち、合金プラズマ中のプラズマ温度のシフトが発生し、発光強度が向上したものと考えられる。
特に、実験例１、２と同様に１．６倍以上の強度の向上は、実験例３、４に示すように、銅と同様なスペクトル形状を有する真鍮とリン青銅の場合にも観測された。

したがって、実験例１〜４の結果からわかるように、実施例１の極端紫外光源１では、ターゲット材Ｔの含有物質（特に、第１の元素）を選択すること、すなわち合金化することで、レーザー光源６の制御のような能動的なプラズマ温度の制御ではなく、含有物質や割合を変化させるという受動的なプラズマ温度の制御が可能であり、受動的なプラズマ温度の制御により、波長２００ｎｍ以下の極端紫外光の発光強度を増加できることが確認された。
よって、ターゲット材Ｔとして合金を用いることにより、プラズマ状態を変化させ、極端紫外光のスペクトル形状ならびにその強度を制御することができた。
したがって、合金化することで、各元素単体のターゲットでは得られないプラズマ温度を得ることができ、このプラズマ温度のシフトにより、各元素単体の場合に比べて発光強度を増加させることができ、スペクトル形状の連続化が実現できた。そして、実施例１では、レーザー光源６として多重パルスを使用して能動的なプラズマ制御をしなくても、簡便にプラズマ温度を変動させることができる。

（変更例）
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例（Ｈ01）〜（Ｈ02）を下記に例示する。
（Ｈ01）本発明の極端紫外光源１は、半導体製造分野における極端紫外光を利用する微細加工や表面改質等や、極端紫外光を使用した分析、計測の分野において利用することが可能である。

（Ｈ02）前記実施例において、具体的な材料、数値等は例示したものに限定されず、装置の設計や仕様、コスト、使用目的等に応じて、任意に変更可能である。例えば、使用するターゲット材として、実験例１〜４に例示した合金に限定されず、ジュラルミン（Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇ等含有）やハステロイＣ−２７６（Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｗ、Ｃｏ等含有）、アドバンス（Ｎｉ、Ｃｕ含有）、ジルカロイＮｏ．４（Ｚｒ、Ｓｎ、Ｆｅ等含有）を使用することも可能であり、これらの場合も、発光強度比の差はあるが、同様の傾向が確認された。

１…極端紫外光源、
６ａ…レーザー光、
６…レーザー光源、
１１…極端紫外光、
Ｔ…ターゲット材。

Claims (2)

1. レーザー光を照射するレーザー光源と、
   前記レーザー光源からのレーザー光が照射されて励起され、プラズマを生成して極端紫外光を放射するターゲット材であって、第１の元素と、波長２００ｎｍ以下の領域において前記第１の元素のスペクトル分布のスペクトル強度が最も強いスペクトル成分を含み且つ最も強いスペクトル成分におけるスペクトル分布の波形の半値全幅よりも広い半値全幅のスペクトル分布を有する第２の元素と、を少なくとも含む多元系の前記ターゲット材と、
   を備え、
   前記ターゲット材は、タングステンカーバイド、銅・タングステン合金、リン青銅、ジュラルミン、ハステロイ（登録商標）Ｃ−２７６およびアドバンスのいずれかにより構成された
   ことを特徴とする極端紫外光源。
2. 第１の元素と、波長２００ｎｍ以下の領域において前記第１の元素のスペクトル分布のスペクトル強度が最も強いスペクトル成分を含み且つ最も強いスペクトル成分におけるスペクトル分布の波形の半値全幅よりも広い半値全幅のスペクトル分布を有する第２の元素と、を少なくとも含む多元系の前記ターゲット材に対して、レーザー光を照射して励起し、プラズマを生成して、極端紫外光を放射することを特徴とする極端紫外光発生方法であって、
   前記ターゲット材は、タングステンカーバイド、銅・タングステン合金、リン青銅、ジュラルミン、ハステロイ（登録商標）Ｃ−２７６およびアドバンス、
   のいずれかにより構成されたことを特徴とする極端紫外光発生方法。