JP5865339B2 - 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 ultraviolet）光源装置に関する。

近年、半導体プロセスの微細化に伴い、光リソグラフィの微細化も急速に進展しており、次世代においては、７０ｎｍ〜４５ｎｍの微細加工、更には３２ｎｍ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、３２ｎｍ以下の微細加工の要求に応えるべく、波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光を発生する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：レーザ生成プラズマ）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物がなく、２π〜４πsteradian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。

ＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置においては、次のような原理でＥＵＶ光が生成される。即ち、ノズルを用いて真空チャンバ内にターゲット物質を供給し、このターゲット物質に対してレーザビームを照射することにより、ターゲット物質を励起してプラズマ化させる。そのようにして生成されたプラズマからは、極端紫外（ＥＵＶ）光を含む様々な波長成分が放射される。そこで、その内の所望の波長成分（例えば、１３．５ｎｍ）を選択的に反射するコレクタミラー（集光ミラー）を用いることによりＥＵＶ光は反射集光され、露光装置に入力される。例えば、波長が１３．５ｎｍ付近のＥＵＶ光を集光するコレクタミラーとしては、反射面にモリブデン（Ｍｏ）及びシリコン（Ｓｉ）の薄膜が交互に積層されたミラーが用いられる。

このようなＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置においては、プラズマから放出されるイオン粒子や中性粒子による影響が問題となっている。これらの粒子（デブリ）は、ＥＵＶ集光ミラーなどチャンバ内の各種光学素子の表面へ飛んでいく。エネルギーの高い高速イオンデブリは、光学素子の表面を侵食してしまう。また、低速イオンデブリや中性粒子は、光学素子の表面に堆積する。このようなデブリの影響を受けると、光学素子は表面の反射率が低下し、使用できなくなってしまう。

関連する技術として、特許文献１には、プラズマから放出されるイオンデブリが集光ミラーに衝突しないように、集光光学系内に磁場を発生させてイオンデブリをトラップする磁場発生手段を備えた極端紫外光源装置が開示されている。

しかしながら、特許文献１においては、高エネルギーのイオンデブリは磁場方向には移動し易く、磁場軸上に設けられたターゲットノズルにイオンデブリが衝突する可能性がある。ターゲットノズルにイオンデブリが衝突すると、ノズルがスパッタリングされてノズル先端の形状が変化し、ドロップレットの位置安定性が悪化したり、ノズルからスパッタリングによって放出されるノズル材質の物質が集光ミラー等に付着して反射率が低下したりする可能性があった。また、中性粒子のようなデブリは、磁場によってトラップすることができず、集光ミラー等の表面に付着して、反射率の低下の原因となっていた。

特開２００５−１９７４５６号公報

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、光学素子及びその他の構成要素がデブリで汚染または損傷されることを抑制し、これらの長寿命化を実現することのできるＥＵＶ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、チャンバ内においてターゲット物質のプラズマを発生させることにより極端紫外光を発生する極端紫外光源装置であって、チャンバ内にターゲット物質を供給するノズルを含むターゲット供給装置と、ターゲット物質に第１レーザ光を照射することによりプリプラズマを発生させる第１レーザ部と、プリプラズマに第２レーザ光を照射することにより極端紫外光を発生するメインプラズマを発生させる第２レーザ部と、チャンバ内に磁場を発生させる磁場発生部と、メイン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面を有する集光光学系と、を具備し、集光光学系は、集光面に一つの中央の穴を有し、第１のレーザ部は、ピコ秒以下の時間幅をもつパルスを生成するピコ秒パルスレーザを含む。第１レーザ光の光軸及び第２レーザ光の光軸が、集光面に有する一つの中央の穴を通り、第１レーザ光の光軸が、ノズルから供給されたターゲット物質の軌道と交差し、第２レーザ光の光軸が、第１レーザ光の光軸とターゲット物質の軌道とが交差する点からずれている。

本発明の１つの観点によれば、磁場発生部によりチャンバ内に磁場を発生させることとした。その結果、イオンデブリの発生が抑制され、かつ、発生したイオンデブリを磁場によって排出できるので、光学素子及びその他の構成要素がデブリで汚染損傷されることを抑制し、これらの長寿命化を実現することのできるＥＵＶ光源装置を提供することができる。

第１の実施形態に係る極端紫外（ＥＵＶ）光源装置の概略構成を示す側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。 ドロップレットへの１回のレーザ光の照射でＥＵＶ光を発生させる様子（ａ）と、本実施形態により第１レーザ光と第２レーザ光でＥＵＶ光を発生させる様子（ｂ）を対比した概念図である。 ドロップレットに第１レーザ光を照射してプリプラズマが発生した様子（ａ）と、このプリプラズマに磁場を印加した様子（ｂ）を示す概念図である。 第１レーザ光の照射方向と磁場Ｂの方向を調整するための構成要素の配置例を示す図である。 上記第１の実施形態に係るＥＵＶ光源装置における５軸の配置を示した側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。 第２の実施形態に係るＥＵＶ光源装置における５軸の配置を示した側面図（ａ）及びその一部拡大斜視図（ｂ）である。 第３の実施形態に係るＥＵＶ光源装置における５軸の配置を示した側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。 第４の実施形態に係るＥＵＶ光源装置における５軸の配置を示した側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。 第５の実施形態に係るＥＵＶ光源装置における５軸の配置を示した側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。 第６の実施形態に係るＥＵＶ光源装置における５軸の配置を示した側面図（ａ）及び底面図（ｂ）である。 第７の実施形態に係るＥＵＶ光源装置における５軸の配置を示した側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。 第８の実施形態に係るＥＵＶ光源装置における５軸の配置を示した側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。 第９の実施形態に係るＥＵＶ光源装置内部の概略構成を示した側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。 第１０の実施形態に係るＥＵＶ光源装置内部の概略構成を示した側面図（ａ）及びその囲み線Ａ内の拡大斜視図（ｂ）である。 第１１の実施形態に係るＥＵＶ光源装置内部の概略構成を示した側面図（ａ）及び底面図（ｂ）である。 第１２の実施形態に係るＥＵＶ光源装置内部の概略構成を示した側面図（ａ）及び底面図（ｂ）である。 第１３の実施形態に係るＥＵＶ光源装置内部の概略構成を示した側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。 第１４の実施形態に係るＥＵＶ光源装置内部の概略構成を示した側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。 第１５の実施形態に係るＥＵＶ光源装置における第１のレーザ発振器の構成例を示した模式図である。 第１６の実施形態に係るＥＵＶ光源装置における第１のレーザ発振器の構成例を示した模式図である。

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符号を付して、重複する説明を省略する。
図１は、第１の実施形態に係る極端紫外（ＥＵＶ）光源装置の概略構成を示す側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。本実施形態に係る極端紫外光源装置は、レーザビーム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生成プラズマ（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、チャンバ壁面１０で画成されるチャンバと、ドロップレット（ＤＬ）ノズル１２と、第１導入窓１３と、第２導入窓１４と、集光ミラー１５と、回収筒１６と、レーザダンパ１７と、超伝導磁石１９ａ及び１９ｂと、電源装置２４と、コントローラ２５と、第１及び第２のレーザ発振器（レーザ部）５０、６０（図２（ｂ）参照）とを有している。

ドロップレットノズル１２は、ターゲット供給装置から超伝導磁石１９ａのボア径内を通って供給される溶融した錫（Ｓｎ）などのターゲット物質を噴射することにより、チャンバ内の所定の位置（プラズマ発光点）に液滴状のターゲット物質を供給する。ドロップレットノズル１２は、ピエゾ素子等の振動機構を備えており、次のような原理によりターゲット物質から液滴（ドロップレット）を生成する。即ち、レイリーの微小擾乱の安定性理論によれば、速度ｖで流れる直径ｄのターゲット噴流を、周波数ｆで振動させることによって擾乱させるときに、ターゲット噴流に生じた振動の波長λ（λ＝ｖ／ｆ）が所定の条件（例えば、λ／ｄ＝４．５１）を満たす場合に、均一な大きさの液滴が周波数ｆで繰り返して形成される。そのときの周波数ｆは、レイリー周波数と呼ばれる。

第１導入窓１３及び第２導入窓１４は、それぞれ、チャンバ外に設けられた第１及び第２のレーザ発振器５０、６０から射出される第１レーザ光及び第２レーザ光を透過させて、チャンバ内に導入するものである。第１レーザ光及び第２レーザ光は、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１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度）をもつパルスレーザ光である。第１のレーザ発振器としては例えばＹＡＧレーザが用いられ、第２のレーザ発振器としては例えばＣＯ_２レーザが用いられるが、他のレーザ発振器を用いることもできる。第１レーザ光は集光光学系によって第１の導入窓１３を介して、ドロップレット上に集光される。なおチャンバ内には、第２導入窓１４から導入された第２レーザ光を反射する反射ミラー１８ａと、この反射された第２レーザ光を所定方向に反射集光するレーザ集光軸外放物面ミラー１８ｂを有している。

第１レーザ光は、ドロップレット上に集光照射される。このとき、照射されたドロップレットが破壊して、飛散するような強度で照射してしまうと、ドロップレットが破壊された飛散した微粒子や中性粒子状のデブリが多く発生してしまうので、ドロップレットが破壊飛散しないような強度で照射する。このように照射すると、ドロップレット表面でプリプラズマが発生する。プリプラズマは、ドロップレットの照射表面付近の部分がプラズマ化された状態、または中性（原子）気体とプラズマの混合状態と推測される。あるいは、ＥＵＶ光を発光しない程度の弱いプラズマ状態、または中性（原子）気体とこの弱いプラズマの混合状態と推測される。ここで、プラズマとは原子から電子が電離して、プラスイオンと電子が混合された気体である。
以下の説明及び図面において、弱いプラズマ、または、プラズマと中性（原子）気体の混合状態と推測される状態をプリプラズマと記述する。第１レーザ光が照射されたドロップレットのうちプリプラズマ化せず破壊しなかったドロップレットは、飛散せずにそのままチャンバ内をほぼ直進する。このように、プリプラズマが発生し、残りのドロプレットを破壊しないための第１レーザ光のドロップレットへの照射強度の範囲は、１０^７〜１０^９Ｗ／ｃｍ^２であった。

第２レーザ光は、ドロップレットに照射されるのではなく、第１レーザ光の照射により発生したプリプラズマに照射される。第２レーザ光のエネルギーによりプリプラズマが励起されると、そこからＥＵＶ光を含む様々な波長成分が放射される。ここで、ＥＵＶ発光の効率が一番高いのは、第１レーザ光と第２レーザ光の照射タイミングの遅延時間が、５０ｎｓ〜１００ｎｓの範囲にある場合であった。

集光ミラー１５は、プラズマ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）を集光する集光光学系である。集光ミラー１５は、例えば、波長が１３．５ｎｍ付近のＥＵＶ光を選択的に反射するモリブデン（Ｍｏ）／シリコン（Ｓｉ）多層膜が形成されている楕円の凹面状の反射面を有している。この集光ミラー１５により、ＥＵＶ光は所定の方向（図１においては、Ｚ方向）に反射集光され、ゲートバルブ１１を介して、例えば、露光装置に出力される。この露光装置は、マスクを均一に照明する光学系とマスクをウエハ上に投影露光する光学系を含み、ＥＵＶ光を用いてマスクパターンをワークに露光させる装置である。

回収筒１６は、プラズマ発光点を挟みドロップレットノズル１２に対向する位置に配置されている。回収筒１６は、ドロップレットノズル１２から噴射されたにもかかわらず、プラズマ化しなかったターゲット物質及びイオン２２を回収する。それにより、不要なターゲット物質が飛散して集光ミラー１５等を汚染するのを防止すると共に、チャンバ内の真空度が低下するのを防いでいる。

レーザダンパ１７は、照射されたレーザ光を受け止める装置であり、高エネルギーの第２レーザ光を吸収する。

超伝導磁石１９ａ及び１９ｂの各々は、コイル巻き線やコイル巻き線の冷却機構等を含んでいる。これらの超伝導磁石１９ａ及び１９ｂは、磁場発生部を構成している。超伝導磁石１９ａ及び１９ｂには、電源装置２４及びコントローラ２５が接続されており、電源装置２４及びコントローラ２５が各超伝導磁石１９ａ及び１９ｂに供給される電流を調節することにより、真空チャンバ内に所望の磁場が形成される。

ここで、第１レーザ光と第２レーザ光を用いる利点について説明する。
本実施形態では、第１レーザ光の照射によりドロップレットを破壊して、弾き飛ばさないようにし、このドロップレットのうち気化しなかった部分には第２レーザ光を照射しないようにしたので、デブリの発生量を少なくすることができる。しかも、第１レーザ光は強度を弱くしているので、第１レーザ光によりデブリが発生するとしてもエネルギーの小さなデブリとなり、超伝導磁石１９ａ及び１９ｂによるイオンデブリの軌道制御を行いやすくなる。第１、第２のレーザ光の照射によりドロップレットの軌道がほとんど変化しないので、回収筒１６による回収も行いやすい。そして、第２レーザ光が照射されるプリプラズマは既にプリプラズマ化しているので、第２レーザ光によるデブリはほとんど発生しない。

図２は、ドロップレットへの１回のレーザ光の照射でＥＵＶ光を発生させる様子（ａ）と、第１の実施形態により第１レーザ光と第２レーザ光でＥＵＶ光を発生させる様子（ｂ）を対比した概念図である。

図２（ａ）のようにドロップレットＤＬへの１回のレーザ光の照射でＥＵＶ光を発生させる場合、ドロップレットＤＬのレーザ光源側に多くプラズマが発生するので、この部分がＥＵＶ発光領域２１となる。ＥＵＶ光はＥＵＶ発光領域２１から全方位に発生する。しかし、ドロップレットＤＬが液体であるために、プラズマ化されずに残ったドロップレットＤＬがＥＵＶ光の透過を阻害する。このため、実際にはレーザ光源側でしか十分な強度のＥＵＶ光が取り出せない。さらに、最適なプラズマ密度でレーザ光が照射されないために、照射レーザ光のエネルギーに対するＥＵＶ光へのエネルギーの変換効率が低かった。

図２（ｂ）のようにドロップレットＤＬに第１レーザ光を照射すると、ドロップレットＤＬの第１レーザ光源側にプリプラズマ２０が発生する。このプリプラズマ２０に第２レーザ光を照射すると、プリプラズマが励起された部分がＥＵＶ発光領域２１となり、ＥＵＶ光が発生する。プリプラズマ２０は溶融金属に比べて膨張して低密度化しているため、ＥＵＶ光の透過をほとんど阻害しない。また、プリプラズマ化せずに残ったドロップレットＤＬはＥＵＶ発光領域２１から若干離れているので、ほぼ全方位でＥＵＶ光を取り出すことができる。

図３は、ドロップレットに第１レーザ光を照射してプリプラズマが発生した様子（ａ）と、このプリプラズマに磁場を印加した様子（ｂ）を示す概念図である。図３（ａ）に示すように、プリプラズマ２０はドロップレットＤＬの第１レーザ光源側に発生するが、ここに磁場Ｂを印加すると、図３（ｂ）に示すようにプリプラズマ２０は磁場Ｂの方向に収束することがわかった。プリプラズマ２０にはイオンが含まれているが、第１レーザ光がドロップレットＤＬを破壊して弾き飛ばさない強度である。このため、イオンのエネルギーが低いことから、磁場による収束効果が高くなると推測される。その結果、プリプラズマの密度がＥＵＶ光を発光するのに最適なプリプラズマ密度となる。

ただ、プリプラズマ２０は発生時の初速をもっているため、プリプラズマ２０の発生方向が磁場Ｂの方向と平行な方向成分をもつようにした方が、収束効果が高い。そこで、プリプラズマ２０の発生方向が磁場Ｂの方向と平行な方向成分をもつようにするため、第１レーザ光の照射方向が磁場Ｂの方向と平行な成分をもつように第１レーザ光の光軸を調整するのが好ましい。さらに、第１レーザ光の照射方向は、磁場Ｂの方向と垂直な方向よりも磁場Ｂの方向と平行な方向に近いことが望ましい。なお、本明細書において、磁場の方向とは、プリプラズマの発生領域近傍における磁場の方向をいう。

図４は、第１レーザ光の照射方向と磁場Ｂの方向を調整するための構成要素の配置例を示す図である。第１レーザ光は、チャンバ外の集光光学系２３から第１導入窓１３を通ってチャンバ内に導入され、ドロップレットＤＬに照射される。すると、ドロップレットＤＬからプリプラズマ２０が発生し、磁場Ｂの方向に収束して回収筒１６に回収される。ここで、第１レーザ光の集光光学系２３をコンパクトにすることができれば、図１（ｂ）に示すように、第２レーザ光のミラーと軸外放物面ミラーのようにチャンバ内に配置してもよい。

第１レーザ光の照射方向を磁場Ｂの方向と平行にすると、プリプラズマ２０の発生方向と磁場Ｂの方向が平行になるので、プリプラズマ２０を最も収束させやすい。しかし、第１レーザ光の光学系、ここでは第１導入窓１３にプリプラズマが衝突してしまうと、第１レーザ光の第１導入窓１３が損傷して透過率が減少してしまう。そこで図４に示すように、第１レーザ光の照射方向は、磁場Ｂの方向に対して僅かにずらすことが望ましい。

以上の点を踏まえ、ＥＵＶ光の光軸方向を示すＥＵＶ光軸３１、ドロップレットの噴射方向を示すドロップレット軸３２、磁場Ｂの方向を示す磁場軸、第１レーザ光の光軸方向を示す第１レーザ軸３４、第２レーザ光の光軸方向を示す第２レーザ軸３５の計５軸の配置について説明する。
図５は、上記第１の実施形態に係るＥＵＶ光源装置における５軸の配置を抜き出して示した側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。

図５では、ＥＵＶ光軸３１はプラズマ発光点から正面側へ向かう方向となっている。他の４軸はすべてプラズマ発光点又はその付近を通っている。
ドロップレット軸３２及び磁場軸Ｂは、底面側へ向かう方向であり、ＥＵＶ光軸３１とは略垂直の方向である。
第１レーザ軸３４は、上面側へ向かう方向であり、ＥＵＶ光軸３１とは略垂直の方向であると共に、ドロップレット軸３２の進行方向に対して略反対の方向である。
第２レーザ軸３５は、左側面側へ向かう方向であり、ＥＵＶ光軸３１とは略垂直の方向であると共に、ドロップレット軸３２及び磁場軸Ｂとは略垂直の方向である。さらに、第２レーザ軸３５は、第１レーザ軸３４とも略垂直の方向である。図５においては、磁場軸Ｂの方向は、下向きとなっているが、上向きであっても同様な機能を果たす。この理由は、プリプラズマ化したイオンは、磁場軸Ｂの方向に関係なく、磁場軸に沿って収束移動するからである。

以上の軸配置にしたことで、本実施形態は以下の効果がある。
（１）第１レーザ軸３４が、磁場軸Ｂと略平行方向であるので、第１レーザ光の光源側に発生したプリプラズマをそのまま磁場軸Ｂにより収束させやすい。
（２）第１レーザ軸３４が、ドロップレット軸３２と略反対であるので、第１レーザ光によるプリプラズマの発生方向がドロップレットの移動方向と略一致し、プリプラズマの軌道制御をしやすい。
（３）ドロップレット軸３２、第１レーザ軸３４、第２レーザ軸３５が、いずれもＥＵＶ光軸３１と略垂直であるので、集光ミラー１５に穴をあける必要がなく、集光効率を向上できる。更に、レーザダンパをＥＵＶ光軸上に置く必要もなくなり、集光効率を向上できる。
（４）第２レーザ軸３５が、ＥＵＶ光軸３１と略垂直で、且つ第１レーザ軸３４と略垂直であるので、第２レーザ軸３５と略垂直にプリプラズマが発生する。従って、第２レーザ光を残ったドロップレットに当たらないように、プリプラズマに命中させることが可能となる。
（５）第１レーザ軸３４が、ＥＵＶ光軸３１と略垂直であるが、完全な垂直ではなく、ＥＵＶ光軸の下流側から上流側に向かうよう若干傾いている。このため、プリプラズマはＥＵＶ光軸の下流側に若干傾いた角度に（集光ミラー１５から若干離れる方向に）生成されるので、集光ミラー１５を汚染または損傷する可能性が低減される。

次に、第２の実施形態について説明する。
図６は、第２の実施形態に係るＥＵＶ光源装置における５軸の配置を示した側面図（ａ）及びその一部拡大斜視図（ｂ）である。

第１の実施形態は超伝導磁石１９ａ及び１９ｂをチャンバ外に設けていたのに対し、第２の実施形態は小型の電磁石コイル（局所磁場発生手段）１９ｃ及び１９ｄをチャンバ内に設けている点が異なる。第２の実施形態では、電磁石コイル１９ｃ及び１９ｄを用いることで、チャンバ内に局所的な磁場Ｂを発生させる。この局所的な磁場Ｂにより、プリプラズマは磁場Ｂの方向へ収束し、電磁石コイル１９ｄを通り抜けた後もそのままの速度で流れ、回収筒１６で回収される。電磁石コイル１９ｃ及び１９ｄは、露光装置で決まるオブスキュレーションエリア（チャンバ内に構成要素を設置しても露光装置の使用上問題のない領域）内に含めることによって、ＥＵＶ光が電磁石コイル１９ｃ及び１９ｄで遮断される影響を最小限にすることが望ましい。

第２の実施形態の構成によっても、５軸の配置は第１の実施形態と同一とすることができるので、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。更に、第２の実施形態によれば、チャンバ外に大きな超伝導磁石を配置する必要がないため、露光装置のＥＵＶ光源の設置の自由度が増し、漏れ磁場の影響も生じないようにすることができる。

次に、第３の実施形態について説明する。
図７は、第３の実施形態に係るＥＵＶ光源装置における５軸の配置を示した側面図（ａ）及びその一部拡大斜視図（ｂ）である。

第２の実施形態においては、第１レーザ軸３４が電磁石コイル１９ｃ又は１９ｄの何れか一方の内側を通ってドロップレットに向かっていたのに対し、第３の実施形態においては、第１レーザ軸３４が電磁石コイル１９ｃ及び１９ｄの外側、つまり電磁石コイル１９ｃと電磁石コイル１９ｄとの間を通ってドロップレットに向かっている。

第３の実施形態によれば、第１レーザ光を発生するレーザ発振器、又は、第１レーザ光を入射または集光する光学系を、プリプラズマ及びＥＵＶ光を生成するメインプラズマの磁場による収束方向からずらして配置できるので、第１レーザ光の光学系がプリプラズマ及びメインプラズマから発生するイオンデブリによって損傷したり汚染したりすることを防止することができる。

次に、第４の実施形態について説明する。
図８は、第４の実施形態に係るＥＵＶ光源装置における５軸の配置を示した側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。

第１の実施形態では第２レーザ軸３５が左側面側へ向かっており、ドロップレット軸３２及び磁場軸Ｂとは略垂直の方向であったのに対し、第４の実施形態では第２レーザ軸３５が上面側へ向かっており、磁場軸Ｂとは略反対の方向である。

プリプラズマは、磁場軸Ｂの方向に伸びた細長い形状をしている。従って、プリプラズマの長手方向に第２レーザ光を照射することにより、より多くのプリプラズマ領域を通過し励起できる場合に有効な実施形態である。

次に、第５の実施形態について説明する。
図９は、第５の実施形態に係るＥＵＶ光源装置における５軸の配置を示した側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。

第１の実施形態では第２レーザ軸３５が左側面側へ向かっており、ＥＵＶ光軸３１とは略垂直の方向であったのに対し、第５の実施形態では第２レーザ軸３５が正面側へ向かっており、ＥＵＶ光の光軸と略同一の方向である。

第１の実施形態では、第２レーザ光をプリプラズマに照射した場合はＥＵＶ光が全方位に出力されるものとして説明したが、第２レーザ光の強度、プリプラズマの密度その他の条件によっては、第２レーザ光の光源側で最も強いＥＵＶ光を取り出せる可能性がある。たとえば、プリプラズマの領域の中間地点で第２レーザ光を全て吸収した場合は、集光ミラー１５に形成した中央の穴３６からＥＵＶ光軸３１に第２レーザ光を照射することが望ましい。

次に、第６の実施形態について説明する。
図１０は、第６の実施形態に係るＥＵＶ光源装置における５軸の配置を示した側面図（ａ）及び底面図（ｂ）である。

第１の実施形態ではドロップレット軸３２が底面側へ向かっており、磁場軸Ｂと略平行であったのに対し、第６の実施形態ではドロップレット軸３２が側面側へ向かっており、磁場軸Ｂと略垂直の方向である。この実施形態に限らず、磁場Ｂの方向は、逆方向になったとしても同じ作用を得ることができる。

ドロップレットノズル１２やその周辺の要素が大きく、超伝導磁石１９ａ及び１９ｂのボア内に入らない場合は、このようにドロップレットノズル１２を側面に設けるのが望ましい。
なおここでは第２レーザ軸を図示していない。第２レーザ軸は、第１の実施形態のようにＥＵＶ光軸３１と略垂直、且つ磁場軸Ｂと略垂直の方向としても良いし、第４の実施形態のように磁場軸Ｂと略同一の方向としても良いし、第５の実施形態のように、ＥＵＶ光軸３１と略同一の方向としても良い。

次に、第７の実施形態について説明する。
図１１は、第７の実施形態に係るＥＵＶ光源装置における５軸の配置を示した側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。

第１の実施形態では磁場軸Ｂは底面側へ向かい、第１レーザ軸３４は上面側へ向かっており、いずれもＥＵＶ光軸３１とは略垂直の方向であったのに対し、第７の実施形態では、磁場軸Ｂが背面側へ向かい、ＥＵＶ光軸３１とは略反対の方向であり、第１レーザ軸３４が正面側へ向かい、ＥＵＶ光軸３１とは略同一の方向である。
この場合、プリプラズマはＥＵＶ光軸３１と略反対の方向に向かうので、集光ミラー１５の中央の穴３６に対してイオンを導くことが必要である。このため、超伝導磁石１９ｅのボア内に集光ミラー１５を配置することにより、集光ミラー１５に磁力線を集中させている。この実施形態に限らず、磁場Ｂの方向は、逆方向になったとしても同じ作用を得ることができる。

この構成によれば、露光装置（ＥＵＶ光軸）と第１レーザ光の光軸の進行方向が略同一方向になるようし、前記両軸に対して平行に磁場軸Ｂを向けたので、露光装置側にはデブリが流れない。従って露光装置へのデブリ保護という面で優れた構成である。
また、超伝導磁石１９ｅが１つで済むので、コストや装置重量の点で有利である。

次に、第８の実施形態について説明する。
図１２は、第８の実施形態に係るＥＵＶ光源装置における５軸の配置を示した側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。

第７の実施形態で、第２レーザ軸３５は第１の実施形態と同様にＥＵＶ光軸３１と略垂直の方向としたのに対し、第８の実施形態では、第２レーザ軸３５は第５の実施形態と同様にＥＵＶ光の光軸と略同一の方向とした。その結果、第８の実施形態では、第２レーザ軸３５は第４の実施形態と同様に磁場軸Ｂと略平行とした。

この構成は、第７の実施形態による効果を奏することに加え、第５の実施形態と同様に、第２レーザ光の光源側で最も強いＥＵＶ光を取り出せる場合に有利である。また、第４の実施形態と同様に、第２レーザ光がより多くのプリプラズマ領域を通過し励起できる場合に有効な実施形態と考えられる。

上述の第１の実施形態及び第４〜第６の実施形態では２つの超伝導磁石１９ａ及び１９ｂを用いて磁場を発生させたが、磁場発生手段はこれ以外でも良く、超伝導磁石を１個にしても良いし、第２の実施形態で示した局所磁場を用いても良いし、永久磁石を用いても良い。また磁場の形も、ミラー磁場に近い形状を示したが、これに限らず、ミラー効果でイオンが反射することを防ぐため非対称としても良い。

また上述の各実施形態では、ドロップレットターゲット材質として加熱溶解した錫（Ｓｎ）を用いたが、リチウム（Ｌｉ）を用いても良いし、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）等を液体又は氷にしてドロップレットを生成しても良い。

図１３は、第９の実施形態に係るＥＵＶ光源装置内部の概略構成を示した側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。以下、図１３（ａ）の図示右側を正面側、図１３（ｂ）の図示左側を左側面側、図示上側を上面側として説明する。
上述の第１〜第８の実施形態において、ターゲットとして液体である溶融した錫を用いたのに対し、第９の実施形態においては、ターゲットとして固体であるワイヤ４１を用いる。このワイヤ４１は、例えば錫（Ｓｎ）で構成され、或いは錫がコーティングされた他の物質で構成される。

第１の実施形態と同じく、第９の実施形態では、ＥＵＶ光軸３１はプラズマ発光点から正面側へ向かう方向となっている。
磁場軸Ｂは、底面側へ向かう方向に形成される。この磁場軸Ｂの方向は、ＥＵＶ光軸３１とは略垂直の方向である。磁場軸Ｂは、第１の実施形態と同じく、チャンバ外に設けた超伝導磁石により形成される。
第１レーザ軸３４は、上面側へ向かう方向に形成される。この第１レーザ軸３４の方向は、ＥＵＶ光軸３１とは略垂直の方向である。
第２レーザ軸３５は、左側面側へ向かう方向に形成される。この第２レーザ軸３５の方向は、ＥＵＶ光軸３１とは略垂直の方向であり、磁場軸Ｂとも略垂直の方向であり、第１レーザ軸３４とも略垂直の方向である。
図１３においては、磁場軸Ｂの方向は、下向きとなっているが、上向きであっても同様な機能を果たす。この理由は、プリプラズマ化したイオンは、磁場軸Ｂの方向に関係なく、磁場軸に沿って収束移動するからである。

ワイヤ４１は、ワイヤ４１の軸方向が磁場軸Ｂの方向及びＥＵＶ光軸３１の方向と略垂直となるように配置されている。この配置において、第１レーザ軸３４が磁場軸Ｂの方向に対して若干角度をずらしてワイヤ４１の表面に照射することにより、磁場軸Ｂの方向と略同じ方向にプリプラズマ２０を発生させることができる。このプリプラズマ２０に第２レーザ光を照射することにより、ＥＵＶ発光領域２１からＥＵＶ光を発生させることができる。ワイヤ４１を、ワイヤ４１の軸方向に順次移動させることによって、ワイヤ４１の新しい表面に第１レーザ光を照射しプリプラズマ２０を発生させることができる。

第９の実施形態の構成によれば、固体のターゲットを用いたので、液体ターゲットの場合に比べ、プリプラズマを発生させるために固体から直接アブレーションによりプリプラズマ化するため、デブリ及び中性粒子の発生量が少なくなり、チャンバ内に飛散するターゲット物質の中のプリプラズマの比率が高くなる。従って、デブリ及び中性粒子により集光ミラー１５等の光学部品を汚染または損傷する可能性が低減される。
また、プリプラズマの比率が高いためＥＵＶ光の発生効率が向上する。

図１４は、第１０の実施形態に係るＥＵＶ光源装置内部の概略構成を示した側面図（ａ）及びその囲み線Ａ内の拡大斜視図（ｂ）である。

上述の第９の実施形態では超伝導磁石をチャンバ外に設けていたのに対し、第１０の実施形態は小型の電磁石コイル１９ｃ及び１９ｄをチャンバ内に設けている点が異なる。第１０の実施形態では、電磁石コイル１９ｃ及び１９ｄを用いることで、チャンバ内に局所的な磁場Ｂを発生させる。この局所的な磁場Ｂにより、プリプラズマ２０は磁場Ｂの方向へ収束し、電磁石コイル１９ｄを通り抜けた後もそのままの速度で流れ、回収筒１６で回収される。電磁石コイル１９ｃ及び１９ｄは、露光装置で決まるオブスキュレーションエリア（チャンバ内に構成要素を設置しても露光装置の使用上問題のない領域）内に含めることによって、ＥＵＶ光が電磁石コイル１９ｃ及び１９ｄで遮断される影響を最小限にすることが望ましい。

第１０の実施形態の構成によっても、ワイヤ４１等の配置は第９の実施形態と同一とすることができるので、第９の実施形態と同様の効果を奏することができる。更に、第１０の実施形態によれば、チャンバ外に大きな超伝導磁石を配置する必要がないため、露光装置のＥＵＶ光源の設置の自由度が増し、漏れ磁場の影響も生じないようにすることができる。

図１５は、第１１の実施形態に係るＥＵＶ光源装置内部の概略構成を示した側面図（ａ）及び底面図（ｂ）である。以下、図１５（ａ）の図示上側を上面側、図示右側を正面側として説明する。
第１１の実施形態では、ターゲットとして固体である円盤４２を用いる。この円盤４２は、例えば錫（Ｓｎ）で構成され、或いは錫がコーティングされた他の物質で構成される。

第１の実施形態と同じく、第１１の実施形態では、ＥＵＶ光軸３１はプラズマ発光点から正面側へ向かう方向となっている。磁場軸Ｂは、底面側へ向かう方向に形成される。ＥＵＶ光軸３１とは略垂直の方向である。磁場軸Ｂは、第１の実施形態と同じく、チャンバ外に設けた超伝導磁石１９ａ、１９ｂにより形成される。第１レーザ軸３４は、上面側へ斜めに向かう方向に形成される。
図１５においては、磁場軸Ｂの方向は、下向きとなっているが、上向きであっても同様な機能を果たす。この理由は、プリプラズマ化したイオンは、磁場軸Ｂの方向に関係なく、磁場軸に沿って収束移動するからである。

円盤４２は、円盤４２の平らな底面が磁場軸Ｂの方向と略垂直となるように配置されている。この配置において、第１レーザ軸３４が円盤４２の平らな底面の端部付近に照射することにより、円盤４２の平らな底面の法線方向（磁場軸Ｂの方向）と略同じ方向にプリプラズマ２０を発生させることができる。このプリプラズマ２０に第２レーザ光を照射することにより、ＥＵＶ発光領域２１からＥＵＶ光を発生させることができる。円盤４２を、円盤４２の円周に沿って順次回転させることによって、円盤４２の新しい表面に第１レーザ光を照射しプリプラズマ２０を発生させることができる。

なおここでは第２レーザ軸を図示していない。第２レーザ軸は、第１の実施形態のようにＥＵＶ光軸３１と略垂直、且つ磁場軸Ｂと略垂直の方向としても良いし、第４の実施形態のように磁場軸Ｂと略同一の方向としても良いし、第５の実施形態のように、ＥＵＶ光軸３１と略同一の方向としても良い。

第１１の実施形態の構成によっても、固体のターゲットを用いたので、第９の実施形態と同様の効果を奏することができる。更に、第１１の実施形態によれば、円盤４２の平らな底面に第１レーザ光を照射するので、第１〜第８の実施形態における球状の液滴や第９の実施形態におけるワイヤ４１の側面のような曲面と異なり、円盤４２の平らな底面から垂直方向にプリプラズマ２０を発生させ、プリプラズマ２０の集束状態を良好にすることができる。

図１６は、第１２の実施形態に係るＥＵＶ光源装置内部の概略構成を示した側面図（ａ）及び底面図（ｂ）である。上述の第１１の実施形態において、円盤４２の平らな底面が磁場軸Ｂの方向と略垂直となるように円盤４２を配置したのに対し、第１２の実施形態では、円盤４２の平らな底面が磁場軸Ｂの方向と略平行で、且つＥＵＶ光軸３１と略平行となるように円盤４２が配置されている。

この配置において、第１レーザ軸３４が下方から円盤４２の側面に照射することにより、円盤４２の側面から磁場軸Ｂの方向と略同じ方向にプリプラズマ２０を発生させることができる。このプリプラズマ２０に第２レーザ光を照射することにより、ＥＵＶ発光領域２１からＥＵＶ光を発生させることができる。円盤４２を、円盤４２の円周に沿って順次回転させることによって、円盤４２の新しい表面に第１レーザ光を照射しプリプラズマ２０を発生させることができる。
図１６においては、磁場軸Ｂの方向は、下向きとなっているが、上向きであっても同様な機能を果たす。この理由は、プリプラズマ化したイオンは、磁場軸Ｂの方向に関係なく、磁場軸に沿って収束移動するからである。

なおここでは第２レーザ軸を図示していない。第２レーザ軸は、第１の実施形態のようにＥＵＶ光軸３１と略垂直、且つ磁場軸Ｂと略垂直の方向としても良いし、第４の実施形態のように磁場軸Ｂと略同一の方向としても良いし、第５の実施形態のように、ＥＵＶ光軸３１と略同一の方向としても良い。

第１２の実施形態の構成によれば、曲率半径の大きな円盤４２の側面に第１レーザ光を照射するので、第１〜第８の実施形態における小さな球状の液滴や第９の実施形態における小径のワイヤ４１の側面のような曲面と異なり、円盤４２の側面から垂直方向にプリプラズマ２０を発生させ、プリプラズマ２０の集束状態を良好にすることができる。

図１７は、第１３の実施形態に係るＥＵＶ光源装置内部の概略構成を示した側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。上述の第９の実施形態において、ワイヤ４１をターゲットとしたのに対し、第１３の実施形態においては、テープ４３をターゲットとして用いる。このテープ４３は、例えば錫（Ｓｎ）がコーティングされた樹脂フィルムから構成される。

第１３の実施形態の構成によっても、固体のターゲットを用いたので、第９の実施形態と同様の効果を奏することができる。更に、第１３の実施形態によれば、テープ４３の平面に第１レーザ光を照射するので、第１〜第８の実施形態における球状の液滴や第９の実施形態におけるワイヤ４１の側面のような曲面と異なり、テープ４３の平面から垂直方向にプリプラズマ２０を発生させ、プリプラズマ２０の集束状態を良好にすることができる。また、使用前後のテープ４３を巻き取って、コンパクトな状態でチャンバ内に収納しておくことができる。

図１８は、第１４の実施形態に係るＥＵＶ光源装置内部の概略構成を示した側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。上述の第９の実施形態において、ワイヤ４１をターゲットとしたのに対し、第１４の実施形態においては、多数の窪み４４ａが形成された板材４４をターゲットとして用いる。この板材４４は、例えば錫（Ｓｎ）で構成され、或いは少なくとも個々の窪み４４ａ内に錫がコーティングされた他の物質で構成される。

第１４の実施形態の構成によっても、固体のターゲットを用いたので、第９の実施形態と同様の効果を奏することができる。更に、第１４の実施形態によれば、窪み４４ａ内に第１レーザ光を照射してプリプラズマ２０を発生させることにより、プリプラズマの拡散を抑制し、プリプラズマを集める方向に形成することができる。その結果、プリプラズマの密度が、第２レーザ光によってＥＵＶ光に変換するのに最適となるため、テープターゲットの場合に比べてさらに変換効率が向上する。

次に、第１５の実施形態について説明する。
図１９は、第１５の実施形態に係るＥＵＶ光源装置における第１のレーザ発振器の構成例を示した模式図である。第１５の実施形態における第１のレーザ発振器５０ａは、上述の第１〜第１４の実施形態においてプリプラズマを発生させるための第１レーザ光を発生するものとして、チャンバの外側に設けられる。

第１５の実施形態における第１のレーザ発振器５０ａは、半導体可飽和吸収ミラー５１ａと出力結合ミラー５２ａとの間に、凹面ミラー５３ａ、第１のポンピング用ミラー５４ａ、チタンサファイア結晶５５ａ、第２のポンピング用ミラー５６ａ、及び、２つのプリズム５７ａ、５８ａが、この順に配置されることにより構成されている。第１のポンピング用ミラー５４ａは、励起光を透過し、第１レーザ光を高反射するミラーである。凹面ミラー５３ａと第２のポンピング用ミラー５６ａは、第１のレーザ光に対して高反射ミラーである。

第１のポンピング用ミラー５４ａに対し、半導体励起Ｎｄ：ＹＶＯ_４の第２高調波を励起光として導入し、半導体可飽和吸収ミラー５１ａとこのレーザ発振器の縦モードを同期して発振させることにより、ピコ秒の時間幅のレーザパルス光が出力される。なお、パルスエネルギーが小さい場合は、再生増幅器により、このパルス光を増幅しても良い。

第１５の実施形態によれば、ピコ秒の短パルスレーザ光を第１レーザ光としてターゲットに照射するので、ターゲットの薄表面のみをプリプラズマ化させることができる。従って、ターゲットの内部までは加熱されないので、中性粒子の発生を抑制することができる。また、小さなパルスエネルギーでプリプラズマを発生させることができる。
ここで、ターゲットとしてドロップレット状のものを用いた場合には、ピコ秒の短パルスレーザ光を用いているため、ドロップレットの破壊による飛沫の発生が抑制され、チャンバ内の光学部品の汚染を抑制することができる。
あるいは、ターゲットとして固体状のものを用いた場合には、ピコ秒の短パルスレーザ光を用いているため、ターゲットの内部損傷が防止されるので、錫等のターゲット物質を再コートして繰り返し使用することができる。また、ターゲット物質のうちプリプラズマ化しない部分はターゲット物質としてそのまま残るので、ターゲットの薄表面のみをプリプラズマ化させることでターゲットの消費量を少なくすることができる。

次に、第１６の実施形態について説明する。
図２０は、第１６の実施形態に係るＥＵＶ光源装置における第１のレーザ発振器の構成例を示した模式図である。第１６の実施形態における第１のレーザ発振器５０ｂは、上述の第１〜第１４の実施形態においてプリプラズマを発生させるための第１レーザ光を発生するものとして、チャンバの外側に設けられる。

第１６の実施形態における第１のレーザ発振器５０ｂは、高反射ミラー５１ｂと半導体可飽和吸収ミラー５２ｂとの間に、グレーティングペア５３ｂ、第１の偏光維持ファイバ５４ｂ、励起光を結合するマルチプレクサ５５ｂ、出力光を分離する分離素子５６ｂ、第２の偏光維持ファイバ５７ｂ、及び、集光光学系５８ｂが、この順に配置されることにより構成されている。第１の偏光維持ファイバ５４ｂには、イッテリビウム（Ｙｂ）がドープされている。マルチプレクサ５５ｂに光ファイバで接続された励起光源５９ｂから、励起光を導入すると、ピコ秒の時間幅のレーザパルス光が出力される。
ここで、パルス時間幅Ｔがピコ秒以下のパルスを出力するピコ秒パルスレーザとは、パルス幅Ｔが１ｎｓ未満（Ｔ＜１ｎｓ）のパルスレーザを示す。さらに、パルス時間幅がフェムト秒となるパルスを出力するフェムト秒レーザを適用しても、同様な効果を得ることができる。

第１６の実施形態によれば、第１５の実施形態と同様の効果を奏する他、第１レーザ光を光ファイバで導入できるため、ターゲットに対して高精度に第１レーザ光を照射することが容易となる。また、一般にファイバレーザでは、レーザビームの強度分布の理想的なガウス分布からのずれを表すＭ^２値が、１．２程度であり、集光性能が高いため、小さなターゲットに対して高精度に第１レーザ光を照射することができる。

なお、第１レーザ光の波長が短くなるほど、錫によるレーザ光の吸収率は高くなる。従って、錫による吸収を重視する場合は、短波長の方が有利である。例えば、Ｎｄ：ＹａＧレーザの波長１０６４ｎｍに対し、高調波光２ω＝５３２ｎｍ、３ω＝３５５ｎｍ、４ω＝２６６ｎｍの順で、吸収効率が高くなる。波長が短くなると、錫金属の表面付近のみが効率よく吸収されるので、高い効率的にプリプラズマを発生させることができる。その結果、第１レーザ光のエネルギーに対するＥＵＶ光へのエネルギーの変換効率が向上する。

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

１…ＥＵＶ光源装置、１０…チャンバ壁面、１１…ゲートバルブ、１２…ドロップレットノズル、１３、１４…導入窓、１５…集光ミラー、１６…回収筒、１７…レーザダンパ、１８ａ…反射ミラー、１８ｂ…レーザ集光軸外放物面ミラー、１９ａ、１９ｂ、１９ｅ…超伝導磁石、１９ｃ、１９ｄ…電磁石コイル、２０…プリプラズマ、２１…ＥＵＶ発光領域、２２…イオンプラズマ、２３…集光光学系、２４…電源装置、２５…コントローラ、３１…ＥＵＶ光軸、３２…ドロップレット軸、３４…第１レーザ軸、３５…第２レーザ軸、３６…中央の穴、４１…ワイヤ（ターゲット）、４２…円盤（ターゲット）、４３…テープ（ターゲット）、４４…板材（ターゲット）、４４ａ…窪み、５０、５０ａ、５０ｂ…第１のレーザ発振器、６０…第２のレーザ発振器、５１ａ、５２ｂ…半導体可飽和吸収ミラー、５１ｂ…高反射ミラー、５２ａ…出力結合ミラー、５３ａ…凹面ミラー、５３ｂ…グレーティングペア、５４ａ…第１のポンピングミラー、５４ｂ…第１の偏光維持ファイバ、５５ａ…チタンサファイア結晶、５５ｂ…マルチプレクサ、５６ａ…第２のポンピング用ミラー、５６ｂ…分離素子、５７ａ、５８ａ…プリズム、５７ｂ…第２の偏光維持ファイバ、５８ｂ…集光光学系、Ｂ…磁場（磁場軸）、ＤＬ…ドロップレット

Claims (1)

1. チャンバ内においてターゲット物質のプラズマを発生させることにより極端紫外光を発生する極端紫外光源装置であって、
   前記チャンバ内に前記ターゲット物質を供給するノズルを含むターゲット供給装置と、
   前記ターゲット物質に第１レーザ光を照射することにより、プリプラズマを発生させる第１レーザ部と、
   前記プリプラズマに第２レーザ光を照射することにより、極端紫外光を発生するメインプラズマを発生させる第２レーザ部と、
   前記チャンバ内に磁場を発生させる磁場発生部と、
   前記メイン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面を有する集光光学系と、
   を具備し、
   前記集光光学系は、前記集光面に一つの中央の穴を有し、前記第１のレーザ部は、ピコ秒以下の時間幅をもつパルスを生成するピコ秒パルスレーザを含み、
   前記第１レーザ光の光軸及び前記第２レーザ光の光軸が、前記集光面に有する一つの中央の穴を通り、
   前記第１レーザ光の光軸が、前記ノズルから供給された前記ターゲット物質の軌道と交差し、
   前記第２レーザ光の光軸が、前記第１レーザ光の光軸と前記ターゲット物質の軌道とが交差する点からずれている、極端紫外光源装置。