JPH10221499A - レーザプラズマｘ線源およびそれを用いた半導体露光装置並びに半導体露光方法 - Google Patents

レーザプラズマｘ線源およびそれを用いた半導体露光装置並びに半導体露光方法

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JPH10221499A
JPH10221499A JP9024731A JP2473197A JPH10221499A JP H10221499 A JPH10221499 A JP H10221499A JP 9024731 A JP9024731 A JP 9024731A JP 2473197 A JP2473197 A JP 2473197A JP H10221499 A JPH10221499 A JP H10221499A
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plasma
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particles
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Tetsuya Matsui
哲也 松井
Kimio Yamada
喜美雄 山田
Masatsugu Nishi
政嗣 西
Manabu Ueno
学 上野
Masahiro Fujima
正博 藤間
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】デブリの発生が少なく、Ｘ線変換効率が高いレ
ーザプラズマＸ線源およびそれを用いた半導体露光装置
並びに半導体露光方法を提供する。 【解決手段】Ｘ線発生部１００は、ターゲットの周りを
取り囲む真空容器５，微粒子混合ガスをターゲットとし
て真空容器５内に供給するターゲット供給装置１１０，
微粒子混合ガスターゲット１０にレーザ光２を照射する
レーザ照射装置１２０、および真空容器５内の微粒子混
合ガスを回収するターゲット回収装置１３０から構成さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光をターゲ
ットに照射してプラズマを生成し、そのプラズマからＸ
線を発生させるレーザプラズマＸ線源に関する。
【０００２】
【従来の技術】特開平6−281799 号公報は、巻き取りさ
れるテープ状の固体ターゲットにレーザ光を照射してＸ
線を発生させることを記載する。
【０００３】特開昭61−153935号公報は、滴下された液
体金属にレーザ光を照射してＸ線を発生させることを記
載する。
【０００４】特開平2−100297 号公報は、レーザ光のス
ポット径よりも小さいビュレット状のターゲットにレー
ザ光を照射してＸ線を発生させることを記載する。
【０００５】特願昭57−41167 号公報は、固体化された
希ガスや水の粒子にレーザ光を照射してＸ線を発生させ
ることを記載する。
【０００６】「オーエスエー・トレンド・イン・オプテ
ィクス・アンド・フォトニクス，第４巻，エクストリー
ム・ウルトラバイオレット・リソグラフィ(OSA, Trends
inOptics and Photonics, vol.４, EXTREME ULTRAVIOL
ET LITHOGRAPHY)（１９９６年），６６頁」は、真空容
器中に加圧ガスを噴射し、噴射されたガスにレーザ光を
照射してＸ線を発生させることを記載する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】レーザ光がターゲット
に照射されると、ターゲット中の原子や分子は光学的に
絶縁破壊（オプティカルブレイクダウン）してイオン化
し、レーザプラズマが発生する。発生したレーザプラズ
マからＸ線が発生する。ターゲットの元素の種類や状態
によって、オプティカルブレイクダウンに必要なレーザ
光強度は異なる。オプティカルブレイクダウンが起こる
ときのレーザ光強度の下限値をブレイクダウン閾値とい
う。
【０００８】ブレイクダウン閾値は、１：気体（ガ
ス），２：液体，３：固体の順に高い。言い換えれば、
同数の原子をプラズマ化するためのレーザ光強度は、固
体および液体のターゲットを用いる場合、気体よりも低
くすることができる。従って、液体および固体のターゲ
ットを用いる場合は、Ｘ線変換効率（照射したレーザの
エネルギーに対する発生したＸ線のエネルギーで表わさ
れる）は気体のターゲットを用いる場合よりも高い。
【０００９】しかし、レーザ径よりも大きい塊状やテー
プ状などの固体および液体のターゲットでは、レーザ光
が照射された領域がプラズマ化するとき、レーザ光の照
射によって発生する熱がレーザ光が照射された領域の周
辺に伝わり、その周辺が溶融する。そしてレーザプラズ
マの発生に伴う膨張圧力で溶融した部分が飛散する。こ
の飛散片はデブリと呼びれ、その状態としてはイオン
状，クラスタ状のものから、数１０μｍの粒子状のもの
まである。このデブリは、真空容器内の光学素子などに
付着して損傷を与える。
【００１０】固体および液体のターゲットをレーザ径よ
りも小さい粒子状にすれば、周囲に粒子がないからデブ
リも減少し、Ｘ線変換効率は固体および液体と変わりが
ないが、粒子状のターゲットをレーザ光の照射にあわせ
て供給することは難しく、安定してＸ線を発生させるこ
とも困難である。
【００１１】希ガス等の化学的に安定な気体を氷結させ
た粒子のターゲットは、溶融しても希ガス等の化学的に
安定な気体になるので、デブリを発生しないが、供給す
ることは難しく、安定してＸ線を発生させることも困難
である。また、特性Ｘ線の波数が限られるため、所望す
る波長と差があると、実質的にＸ線変換効率は金属ター
ゲットよりも低くなる。
【００１２】一方、気体のターゲットでは、固体および
液体のターゲットに比べて、周囲への熱伝導が小さく溶
融が起こらないからデブリは少なく、連続して供給でき
るので安定してＸ線を発生させることができるが、ブレ
イクダウン閾値が高く、またターゲットの原子数密度も
低いためＸ線変換効率は固体および液体よりも低い。本
発明の目的は、デブリの発生が少なく、Ｘ線変換効率が
高いレーザプラズマＸ線源およびそれを用いた半導体露
光装置並びに半導体露光方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の特徴は、粒子と気体とを混合してターゲットとし、
ターゲット噴射装置がターゲットを噴射し、レーザ照射
装置が噴射されたターゲットにレーザ光を照射すること
にある。この特徴によれば、粒子と気体とを混合したタ
ーゲットの熱伝導は小さく、レーザ光が照射された領域
の周辺部の粒子の溶融が起こらないので、デブリの発生
を少なくすることができる。
【００１４】また、粒子と気体とを混合したターゲット
は噴射されて流体となり、レーザパルスに対して常にタ
ーゲットが供給されるので、Ｘ線を安定に発生させるこ
とができる。
【００１５】また、粒子と気体とを混合したターゲット
のレーザ光が貫く体積は気体のみのターゲットの場合と
同じであるが、ブレイクダウン閾値は固体のターゲット
と同様で気体のみターゲットよりも低いので、気体のみ
のターゲットよりもプラズマ化可能領域が大きく、プラ
ズマ化可能領域に多くの粒子と気体分子が含まれるか
ら、オプティカルブレイクダウンする微粒子の数は、粒
子のみターゲット、および、気体のみのターゲットの場
合より多くなるので、発生するＸ線の輝度も、粒子のみ
ターゲット、および、気体のみのターゲットより高くす
ることができる。よって、Ｘ線変換効率も高くすること
ができる。
【００１６】また、プラズマ化可能領域に多くの粒子と
気体分子が存在し、オプティカルブレイクダウンが起こ
らない頻度は０であるから、レーザ光を照射すれば必ず
レーザプラズマが生成され、レーザ光を無駄にせずにＸ
線を安定に発生させることができる。
【００１７】本発明の他の特徴は、粒子の径がターゲッ
トに照射されるレーザ光の径より小さいことにあり、プ
ラズマ化可能領域により多くの粒子が存在するので、発
生するＸ線の輝度はより高くすることができる。
【００１８】本発明の他の特徴は、気体が希ガスである
ことにあり、希ガス分子は化学的に安定なため、イオン
の状態で真空容器内の光学素子などに付着しても、電子
と結合して中性化するのでデグリとして付着しない。よ
って、結果的にデブリにならないので、デブリの発生を
より少なくすることができる。
【００１９】本発明の他の特徴は、粒子が低融点の金属
であることにあり、レーザ光が照射された粒子は完全に
プラズマ化するので、デブリの発生を少なくすることが
できる。
【００２０】本発明の他の特徴は、ターゲットは、それ
ぞれの特性Ｘ線の波長がほぼ同じである金属粒子と希ガ
スとの混合体で構成されることにある。この特徴によれ
ば、プラズマ中で金属粒子と希ガス分子は、同じ波長の
Ｘ線を放出するので、ターゲットにどちらか一方を含む
場合よりも輝度の高いＸ線が得られる。
【００２１】本発明の他の特徴は、粒子と気体とを混合
してターゲットとし、ターゲット噴射装置がターゲット
を噴射し、ターゲット回収装置がターゲット噴射装置の
噴射口に対向して開口する回収口を有してターゲットを
回収し、レーザ照射装置が、噴射口と回収口との間のタ
ーゲットにレーザ光を照射することにある。この特徴に
よれば、プラズマ化しなかった粒子および気体分子や定
常状態に戻った粒子および気体分子を回収するので、真
空容器内を低圧に保つことができ、発生したＸ線の損失
を防ぐことができる。
【００２２】本発明の他の特徴は、レーザ照射装置がレ
ーザ光を線状に収束する収束レンズを有し、線状に収束
されたレーザ光がターゲットに照射されることにある。
この特徴によれば、線状に収束されたレーザ光が照射さ
れると、葉巻型のプラズマが発生し、プラズマの長軸方
向に多くＸ線が放出される、強度が大きいＸ線を得るこ
とができる。
【００２３】本発明の他の特徴は、集光ミラーが請求項
１のレーザプラズマＸ線源で発生したＸ線をマスクに導
き、Ｘ線縮小露光ミラーがマスクで反射したＸ線を縮小
して半導体ウエハに投影することにある。この特徴によ
れば、レーザプラズマＸ線源でデブリの発生が少ないの
で、半導体露光装置の集光ミラー，マスク，Ｘ線縮小露
光ミラーなどのＸ線光学素子や真空隔壁の損傷を防ぐこ
とができる。また、レーザプラズマＸ線源から安定に輝
度が高いＸ線が供給されるので、露光が不足することが
なく、露光時間を短くすることができる。
【００２４】また、ターゲット噴射装置よって噴射を行
わずに、粒子と気体とを混合してターゲットとしてレー
ザ光を照射しても、粒子と気体とを混合したターゲット
の熱伝導は小さく、粒子の溶融が起こらないので、デブ
リの発生を少なくすることができ、粒子のみのターゲッ
ト、および、気体のみのターゲットよりもＸ線変換効率
がよい。
【００２５】
【発明の実施の形態】発明者らは、固体および液体ター
ゲットの高いＸ線変換効率およびＸ線の高い輝度と、気
体ターゲットの少ないデブリに着目し、固体または液体
をレーザ径よりも十分小さい微粒子状のターゲットにす
ることを考え付いた。そして、安定してＸ線を発生させ
るために、固体および液体の微粒子状のターゲットを気
体に混合し、真空容器中に噴射して供給することを発明
した。
【００２６】また、発明者らは、固体または液体の微粒
子と気体を混合したターゲット（以下、微粒子混合ガス
ターゲットと称する）について、気体を含んでいるがブ
レイクダウン閾値は固体または液体の粒子のブレイクダ
ウン閾値と同じであることを実験で確かめ、塊状および
テープ状の固体または液体ターゲットよりやや小さい
が、固体または液体の微粒子のみからなるターゲット
（以下、微粒子ターゲットと称する）、および、気体の
みからなるターゲット（以下、気体ターゲットと称す
る）に比べて、大きなＸ線変換効率を有することを発見
した。
【００２７】以下で、微粒子混合ガスターゲットを用い
るＸ線源およびそれを用いた半導体露光装置の実施例に
ついて説明する。
【００２８】（実施例１）本発明の第１の実施例である
レーザプラズマＸ線源を用いた半導体露光装置を図１に
示す。半導体露光装置は、Ｘ線を発生するＸ線発生部１
００と露光部200とから構成される。露光部２００は、
Ｘ線発生部１００で発生したＸ線１４をＸ線集光ミラー
１５でマスク１６に導き、マスク１６で反射したマスク
パターンをＸ線縮小露光ミラー１７で縮小してウエハ１
８（試料）に投影するものである。Ｘ線発生部１００を
詳しく説明する。Ｘ線発生部１００は、ターゲットの周
りを取り囲む真空容器５，微粒子混合ガスをターゲット
として真空容器５内に供給するターゲット供給装置１１
０，微粒子混合ガスターゲット１０にレーザ光２を照射
するレーザ照射装置１２０、および真空容器５内の微粒
子混合ガスを回収するターゲット回収装置１３０から構
成される。
【００２９】ターゲット供給装置１１０は、レーザ径よ
りも十分小さい金属微粒子が充填された微粒子タンク
６，希ガスが充填されたガスボンベ７，微粒子タンク６
から供給される金属微粒子と、ガスボンベ７から供給さ
れる希ガスとを混合する混合器８、および混合器８でつ
くられた微粒子混合ガスを真空容器５中に噴射する供給
ノズル９を備える。
【００３０】レーザ照射装置１２０は、レーザ光２を発
生するレーザ光発生器１、およびレーザ光２を収束する
収束レンズ３を備える。レーザ光発生器１は、ＹＡＧレ
ーザやエキシマレーザなどの、パルス幅が数１０ｎｓ以
下で、１パルスあたりの出力が数１０ｍＪから数１０Ｊ
のレーザ光２を発生するものがよい。レーザ光２は、真
空容器５中の微粒子混合ガスターゲット上で数１０〜数
１００μｍになるように収束レンズ３で収束される。レ
ーザプラズマ１１を発生させるために、微粒子混合ガス
ターゲット１０上でのエネルギー密度は１０15〜１０22
Ｗ／ｍ2 程度がよい。
【００３１】ターゲット回収装置１３０は、真空容器５
内に供給され、プラズマ化しなかったまたは定常状態に
戻った金属微粒子および希ガスを引き込む回収ダクト１
２、および回収器１３を備える。
【００３２】真空容器５内には、供給ノズル９の噴射口
と回収ダクト１２の回収口とが対向するように配置され
ている。レーザ照射装置１２０からのレーザ光２は、真
空容器５の壁面に設けられたレーザ光透過窓４を透過し
て、供給ノズル９から噴射された微粒子混合ガスターゲ
ット１０に照射される。真空容器５内は、真空ポンプ
（図示せず）によって低圧力に保たれている。例えば、
真空容器５中の圧力を１０~2〜１０~3torrとし、供給ノ
ズル９内の圧力を数torr以上にすれば、微粒子混合ガス
ターゲット１０は、噴出して流体の状態となる。そし
て、プラズマ化しなかったまたは定常状態に戻った微粒
子混合ガスターゲット１０は回収ダクト１２に入り、真
空容器５内から除去される。
【００３３】微粒子混合ガスターゲット１０に収束させ
たレーザ光２を照射すると、レーザ光２の強力な電場な
どにより、微粒子混合ガスターゲット１０中の金属元素
と希ガス分子は光学的に絶縁破壊（オプティカルブレイ
クダウン）をしてイオン化する。金属元素と希ガス分子
のイオン化により発生した電子が、逆制動輻射などの過
程によりレーザ光２のエネルギーを吸収して加熱され、
微粒子混合ガスターゲット１０のレーザ光２が貫く範囲
に、高温高密度なレーザプラズマ１１が形成される。
【００３４】レーザプラズマ１１の電子温度や密度は、
微粒子混合ガスターゲット１０に含まれる金属元素と希
ガスの元素の種類、およびレーザの種類や条件によって
異なるが、電子温度で数１００ｅＶ以上、電子密度で１
０20〜１０22／cm3 程度のプラズマが発生するとよい。
【００３５】レーザプラズマ１１中の電子の制動輻射、
プラズマの再結合過程における自由−自由遷移や自由−
束縛遷移の過程により、レーザプラズマ１１から連続的
なスペクトルのＸ線が放出され、また、プラズマの再結
合過程における束縛−束縛遷移の過程により、特性Ｘ線
が放出される。レーザプラズマ１１から放出されたＸ線
は隣接する露光部２００で用いられる。
【００３６】次に、プラズマ化可能領域内の粒子の数と
Ｘ線の発生との関係について、説明する。
【００３７】収束レンズ３で収束させたレーザ光２の形
状とレーザ光強度分布との関係を図２に示す。レーザ光
２が収束されて径が小さいところほど、レーザ光強度は
大きい。微粒子混合ガスターゲット１０のレーザ光２に
よって貫かれる領域のうち、レーザ光強度がブレイクダ
ウン閾値以上の領域ではオプティカルブレイクダウンが
起こりレーザプラズマが発生するが、レーザ光強度がブ
レイクダウン閾値以下の領域ではレーザプラズマは発生
しない。レーザプラズマが発生する領域をプラズマ化可
能領域という。
【００３８】微粒子の径がレーザ収束部断面の径よりも
十分小さいなら、プラズマ化可能領域内にｘ個の微粒子
が存在する確率（Ｋ(ｘ)）はポアソン分布に従い、次式
で表される。ここで、プラズマ化可能領域の体積をＶ
（ｍ3 ）、微粒子混合ガスターゲット１０中の微粒子密
度をｎ（／ｍ3 ）とする。
【００３９】
【数１】
【００４０】（ただし、α＝ｎＶ）したがって、微粒子
のブレイクダウン閾値から決まるプラズマ化可能領域の
体積Ｖを求めて（数１）に代入し、微粒子混合ガスの微
粒子密度ｎを変えれば、確率Ｋ(ｘ)でプラズマ化可能領
域内の微粒子を所望の数にすることができる。
【００４１】次に、微粒子混合ガスターゲット１０にレ
ーザ光２を照射してレーザプラズマ１１を発生させると
きの、プラズマ化可能領域における微粒子の数とオプテ
ィカルブレイクダウンする微粒子の数について説明す
る。実験ではＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎ
ｍ）のレーザ光２を用い、出力１００ｍＪ／パルス（パ
ルス幅約１０ｎｓ）で、レーザ収束部断面の径を約１０
μｍとした。微粒子混合ガスには０.５μｍ の径の微粒
子と希ガスを用いた。
【００４２】レーザ照射方向（図２のｚ方向）での１パ
ルスのレーザを照射しレーザプラズマを生成させた時の
可視光の発光強度分布を測定した結果を図３に示す。微
粒子（金属微粒子と希ガス分子）がプラズマ化して強く
発光すると、すなわち、微粒子がオプティカルブレイク
ダウンすると、発光強度のピークとなって測定される。
プラズマ化可能領域内にオプティカルブレイクダウンし
た微粒子が１個ある場合（ａ）はピークが１つ現われ、
プラズマ化可能領域内にオプティカルブレイクダウンし
た微粒子が２個ある場合（ｂ）は２つのピークが現われ
る。
【００４３】１パルスのレーザを照射しレーザプラズマ
を生成させた時のオプティカルブレイクダウンした微粒
子の数（実験値）の頻度分布と、（数１）のポアソン分
布を用いて計算したオプティカルブレイクダウンした微
粒子の数（計算値）の頻度分布を、プラズマ化可能領域
内の平均粒子数αごとに図４に示す。
【００４４】平均粒子数αが約１.５ 以下では、計算値
と実験値はほぼ一致し、理論通りプラズマ化可能領域内
の微粒子がオプティカルブレイクダウンすることがわか
る。また、この場合は、レーザを照射してもレーザプラ
ズマが発生しなかった状態（ブレイクダウンが０である
状態）の頻度が高い。
【００４５】一方、平均粒子数αが６.６ の場合は、実
験値の頻度分布が計算値からずれている。すなわち、実
験でオプティカルブレイクダウンした微粒子の数は計算
値よりも少ない。これは、オプティカルブレイクダウン
した微粒子がレーザ光を吸収するので、多くの微粒子が
オプティカルブレイクダウンするとレーザ光強度が不足
し、それ以上の微粒子がブレイクダウンできないためと
考えられる。しかし、レーザ光強度をさらに強くすれ
ば、オプティカルブレイクダウンする微粒子の数を増や
すことができる。
【００４６】また、この場合は、オプティカルブレイク
ダウンが起こらない頻度（オプティカルブレイクダウン
する微粒子の数が０の頻度）は０であるから、レーザ光
を照射すれば必ずレーザプラズマが生成される。従っ
て、この程度の条件の方が、レーザ光を無駄にせずにＸ
線を安定に発生させることができる。
【００４７】本実施例によれば、以下の効果が得られ
る。
【００４８】本実施例では、レーザ光の径よりも小さい
金属微粒子と希ガスとを混合した微粒子混合ガスターゲ
ットを用いることにより、金属微粒子ターゲット、およ
び、希ガスターゲットよりもＸ線変換効率がよい。
【００４９】微粒子混合ガスターゲットは、熱伝導が小
さく、レーザ光を照射された領域の周辺部で金属微粒子
の溶融が起こらず、希ガス分子はデブリにならないの
で、デブリを少なくできる。
【００５０】レーザ光が貫く微粒子混合ガスターゲット
の体積は希ガスターゲットの場合と同じであるが、ブレ
イクダウン閾値は固体金属ターゲットと同様に気体ター
ゲットよりも低いから、気体ターゲットよりもプラズマ
化可能領域が大きい。そして、このプラズマ化可能領域
に多くの金属微粒子と希ガスの分子が含まれるから、オ
プティカルブレイクダウンする微粒子の数は、金属微粒
子ターゲット、および、希ガスターゲットの場合より多
くなるのでＸ線の輝度は高くなる。
【００５１】また、プラズマ化可能領域に多くの微粒子
が存在するので、オプティカルブレイクダウンが起こら
ない頻度は０であるから、レーザ光を照射すれば必ずレ
ーザプラズマが生成され、レーザ光を無駄にせずにＸ線
を安定に発生させることができる。
【００５２】本実施例では、金属微粒子と希ガスとを混
合したターゲットを真空容器５内に噴射し、噴射されて
流体となったターゲットにレーザ光が照射されるので、
レーザパルスに対して常にターゲットが供給されるの
で、Ｘ線を安定に発生させることができる。
【００５３】本実施例では、プラズマ化しなかったター
ゲットを回収するので、真空容器５内を低圧に保つこと
ができ、真空容器５内のガスによるＸ線の吸収を防ぐの
で、発生したＸ線の損失を防ぐことができる。
【００５４】本実施例では、金属微粒子を用いたが、金
属に限らず、プラズマ化してＸ線を発生するものであれ
ばよい。また、低融点の微粒子を用いれば、プラズマ化
可能領域内でより完全に原子状に分解されるので、デブ
リの発生を抑制することができる。
【００５５】また、固体または液体の微粒子の元素、お
よび気体の元素には、所望のＸ線の波長帯と同じ特性Ｘ
線を発生する元素を選ぶとよい。レーザプラズマでは、
物質は非常に高い価数までイオン化できるので、Ｋ殻，
Ｌ殻のみならず、Ｍ殻以上の特性Ｘ線を発生できる。例
えば、ＳｎやＳｂなどの元素の微粒子を用いれば、Ｓｎ
やＳｂなどはＭ殻の特性Ｘ線が１３ｎｍ近傍であるの
で、軟Ｘ線領域の１３ｎｍ近傍のＸ線が得られる。ま
た、気体に１３ｎｍ近傍の特性Ｘ線を放出するＸｅを用
いても、１３ｎｍ近傍のＸ線が得られる。ＳｎやＳｂな
どの元素の微粒子とＸｅガスを混合してターゲットに用
いれば、ターゲットにどちらか一方を含む場合よりも輝
度の高い１３ｎｍ近傍のＸ線が得られる。
【００５６】（実施例２）本発明の第２の実施例を図５
により説明する。本実施例は、第１の実施例のレーザプ
ラズマＸ線源に、放出されるＸ線に指向性をもたせ、Ｘ
線が取り出される方向に飛散して来るデブリを回収する
装置を設けた例である。
【００５７】第１の実施例と同様に、真空容器（図示せ
ず）内に供給ノズル９から噴射された微粒子混合ガス
に、収束レンズ３で収束させたレーザ光２を照射してＸ
線を発生させる。本実施例ではレーザ光２を線状に収束
させる収束レンズ３を用い、放出されるＸ線の周りに電
子ビーム２２を照射する電子銃など（図示せず）を真空
容器の窓（図示せず）を介して真空容器外に設け、さら
に、放出されるＸ線の周りに負電圧を印加したイオン回
収電極２４を設ける。
【００５８】線状に収束されたレーザ光２が微粒子混合
ガスターゲット１０に照射されると、葉巻型のレーザプ
ラズマ１１が発生し、レーザプラズマ１１の長軸方向に
多くＸ線１４が放出される。このように放出されるＸ線
に指向性をもたせると、強度が大きいＸ線を得ることが
できる。
【００５９】長軸方向に飛散してくる粒子状または原子
状のデブリ２１に電子ビーム２２を照射すると、粒子状
または原子状のデブリ２１は完全に陽イオン化する。陽
イオン化したデブリ２１はイオン回収電極２４に引かれ
て回収される。この回収電極２４は、プラズマ化してイ
オン状で飛散してくるデブリも回収できる。従って、Ｘ
線の取り出し部（図示せず）のデブリ２１を極めて減ら
すことができ、Ｘ線光学素子や真空隔壁の損傷を防ぐこ
とができる。
【００６０】また、電場でイオン化したデブリ２１を回
収する回収電極２４のかわりに、磁場でイオン化したデ
ブリ２１の軌道を変えることによって、デブリ２１がＸ
線の取り出し部へ侵入するのを防止してもよい。
【００６１】（実施例３）本発明の第３の実施例を図６
により説明する。本実施例は、微粒子混合ガスをターゲ
ットにするレーザプラズマＸ線源において、照射するレ
ーザ光２を時間差のある２つのパルスで照射するレーザ
プラズマＸ線源の例である。
【００６２】２つのパルスを発生，照射する手段として
レーザ光分岐遅延光学系２６を用いる。レーザ光分岐遅
延光学系２６は、レーザ発生器１のレーザ光を分岐させ
るビームスプリッター２７と、分岐したレーザ光のうち
の一方のレーザ光の光路を、他方のレーザ光の光路より
長くするミラー２８と、２つのレーザ光を合成して再び
１つのレーザ光２にするビームミキサー２９を備える。
２つのレーザ光のパルスは、光路の差に比例して照射時
間が遅延する。
【００６３】先に微粒子混合ガスターゲット１０に照射
された第１のパルスで、レーザプラズマ１１が発生す
る。そして次に照射された第２のパルスによってレーザ
プラズマ１１を加熱することができ、Ｘ線発生効率を高
めることができる。また、第１のパルスでは、完全に原
子状態まで分解できなかった微粒子を、第２のパルスに
よる加熱で、更に分解できるので、プラズマ化可能領域
内からの粒子状デブリの発生を一層抑制できる。
【００６４】また、２つのパルスの照射方法は本実施例
のレーザ光分岐遅延光学系２６を用いる場合のみではな
く、２台のレーザ発生器１を用いるようにしても良い。
【００６５】本実施例によれば、高いＸ線発生効率が得
られ、かつ、粒子状デブリの発生が抑制できるという効
果がある。
【００６６】（実施例４）本発明の第４の実施例を図７
により説明する。本実施例は、第１の実施例におけるタ
ーゲット回収装置１１３に金属微粒子と希ガスを分離す
る分離器３０をもうけ、元の微粒子タンク６及びガスボ
ンベ７に戻してリサイクルするようにしたものである。
【００６７】よって、本実施例によれば、装置メンテナ
ンスが低減でき、また、ガスとして、Ｘｅガスのような
高価な希ガスを用いる場合にはランニングコストが低減
でききるという効果がある。
【００６８】
【発明の効果】本発明によれば、以下の効果が得られ
る。
【００６９】粒子と気体とを混合してターゲットとし、
ターゲット噴射装置がターゲットを噴射し、レーザ照射
装置が噴射されたターゲットにレーザ光を照射すること
により、粒子の溶融が起こらないので、デブリの発生を
少なくすることができる。また、粒子のみのターゲッ
ト、および、気体のみのターゲットよりもＸ線変換効率
がよい。また、レーザパルスに対して常にターゲットが
供給されるので、Ｘ線を安定に発生させることができ
る。また、気体のみのターゲットよりもプラズマ化可能
領域が大きく、プラズマ化可能領域に多くの粒子と気体
分子が含まれるから、オプティカルブレイクダウンする
微粒子の数も多く、発生するＸ線の輝度も、粒子のみタ
ーゲット、および、気体のみのターゲットより高くする
ことができるまた、レーザ光を照射すれば必ずレーザプ
ラズマが生成され、レーザ光を無駄にせずにＸ線を安定
に発生させることができる。
【００７０】粒子の径がターゲットに照射されるレーザ
光の径より小さいことにより、プラズマ化可能領域によ
り多くの粒子が存在するので、発生するＸ線の輝度をよ
り高くすることができる。
【００７１】気体に希ガスを用いることにより、希ガス
分子は化学的に安定でデブリにならないので、デブリの
発生をより少なくすることができる。
【００７２】低融点の金属の粒子を用いることにより、
デブリの発生をより少なくすることができる。
【００７３】それぞれの特性Ｘ線の波長がほぼ同じであ
る金属粒子と希ガスとの混合体でターゲットを構成され
ることにより、ターゲットにどちらか一方を含む場合よ
りも輝度の高いＸ線を得ることができる。
【００７４】粒子と気体とを混合してターゲットとし、
ターゲット噴射装置がターゲットを噴射し、ターゲット
回収装置がターゲット噴射装置の噴射口に対向して開口
する回収口を有してターゲットを回収し、レーザ照射装
置が、噴射口と回収口との間のターゲットにレーザ光を
照射することにより、真空容器内を低圧に保つことがで
き、発生したＸ線の損失を防ぐことができる。
【００７５】レーザ照射装置がレーザ光を線状に収束す
る収束レンズを有し、線状に収束されたレーザ光がター
ゲットに照射されることにより、発生した葉巻型のプラ
ズマの長軸方向に強度が大きいＸ線を得ることができ
る。
【００７６】集光ミラーが請求項１のレーザプラズマＸ
線源で発生したＸ線をマスクに導き、Ｘ線縮小露光ミラ
ーがマスクで反射したＸ線を縮小して半導体ウエハに投
影することにより、レーザプラズマＸ線源でデブリの発
生が少ないので、半導体露光装置の集光ミラー，マス
ク，Ｘ線縮小露光ミラーなどのＸ線光学素子や真空隔壁
の損傷を防ぐことができる。また、レーザプラズマＸ線
源から安定に輝度が高いＸ線が供給されるので、露光が
不足することがなく、露光時間を短くすることができ
る。
【００７７】また、ターゲット噴射装置によって噴射を
行わずに、粒子と気体とを混合してターゲットとしてレ
ーザ光を照射しても、粒子と気体とを混合したターゲッ
トの熱伝導は小さく、粒子の溶融が起こらないので、デ
ブリの発生を少なくすることができ、粒子のみのターゲ
ット、および、気体のみのターゲットよりもＸ線変換効
率がよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例であるレーザプラズマＸ線源を用
いた半導体露光装置を示す図。
【図２】収束されたレーザ光の強度分布を示す図。
【図３】レーザプラズマを生成させた時の可視光の発光
強度分布の測定結果を示す図。
【図４】プラズマ化可能領域内でブレイクダウンした数
の頻度分布を示す図。
【図５】第２の実施例であるレーザプラズマＸ線源を示
す図。
【図６】第３の実施例であるレーザプラズマＸ線源を示
す図。
【図７】第４の実施例であるレーザプラズマＸ線源を用
いた半導体露光装置を示す図。
【符号の説明】
１…レーザ発生器、２…レーザ光、３…収束レンズ、４
…レーザ光透過窓、５…真空容器、６…微粒子タンク、
７…ガスボンベ、８…混合器、９…供給ノズル、１０…
微粒子混合ガスターゲット、１１…レーザプラズマ、１
２…回収ダクト、１３…回収器、１４…Ｘ線、１５…Ｘ
線集光ミラー、１６…マスク、１７…Ｘ線縮小露光ミラ
ー、１８…ウエハ、１９…露光装置、２０…真空排気
系、２１…デブリ、２２…電子ビーム、２３…イオン化
したデブリ、２４…イオン回収電極、２５…電源、２６
…レーザ光分岐遅延光学系、２７…ビームスプリッタ
ー、２８…ミラー、２９…ビームミキサー、３０…分離
器、３１…リサイクル用配管、１００…Ｘ線発生部、１
１０…ターゲット供給装置、１２０…レーザ照射装置、
１３０…ターゲット回収装置、２００…露光部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｈ 1/24 Ｈ０５Ｇ 1/00 Ｋ (72)発明者 上野 学 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 藤間 正博 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】レーザ光をターゲットに照射してプラズマ
    を生成し、そのプラズマからＸ線を発生させるレーザプ
    ラズマＸ線源において、 前記ターゲットは粒子と気体とを混合したものであり、
    前記ターゲットを噴射するターゲット噴射装置と、前記
    レーザ光を噴射された前記ターゲットに照射するレーザ
    照射装置を備えることを特徴とするレーザプラズマＸ線
    源。
  2. 【請求項２】前記粒子の径は、前記ターゲットに照射さ
    れるレーザ光の径より小さいことを特徴とする請求項１
    のレーザプラズマＸ線源。
  3. 【請求項３】前記気体は希ガスであることを特徴とする
    請求項１のレーザプラズマＸ線源。
  4. 【請求項４】前記粒子は、低融点の金属であることを特
    徴とする請求項１のレーザプラズマＸ線源。
  5. 【請求項５】前記ターゲットは、それぞれの特性Ｘ線の
    波長がほぼ同じである金属粒子と希ガスとの混合体で構
    成されることを特徴とする請求項１のレーザプラズマＸ
    線源。
  6. 【請求項６】レーザ光をターゲットに照射してプラズマ
    を生成し、そのプラズマからＸ線を発生させるレーザプ
    ラズマＸ線源において、 前記ターゲットは粒子と気体とを混合したものであり、
    前記ターゲットを噴射するターゲット噴射装置と、前記
    ターゲット噴射装置の噴射口に対向して開口する回収口
    を有し、前記ターゲットを回収するターゲット回収装置
    と、前記レーザ光を噴射された前記ターゲットに照射す
    るレーザ照射装置を備え、前記レーザ照射装置は、前記
    噴射口と前記回収口との間の前記ターゲットに、前記レ
    ーザ光を照射するものであることを特徴とするレーザプ
    ラズマＸ線源。
  7. 【請求項７】前記レーザ照射装置は、前記レーザ光を線
    状に収束する収束レンズを有し、線状に収束されたレー
    ザ光が前記ターゲットに照射されることを特徴とする請
    求項１のレーザプラズマＸ線源。
  8. 【請求項８】請求項１のレーザプラズマＸ線源と、前記
    レーザプラズマＸ線源で発生したＸ線をマスクに導く集
    光ミラーと、前記マスクで反射したＸ線を縮小して半導
    体ウエハに投影するＸ線縮小露光ミラーとを備えること
    を特徴とする半導体露光装置。
  9. 【請求項９】レーザ光をターゲットに照射してプラズマ
    を生成させ、そのプラズマからＸ線を発生させ、発生し
    たＸ線を半導体ウエハに導いて前記半導体ウエハに半導
    体装置パターンを露光する半導体装置露光方法におい
    て、 粒子と気体とを混合するステップ，混合された粒子と気
    体とを真空容器中に噴射するステップ、および、噴射さ
    れた粒子と気体との混合体をターゲットとしてレーザ光
    を照射するステップを有することを特徴とする半導体装
    置露光方法。
  10. 【請求項１０】レーザ光をターゲットに照射してプラズ
    マを生成し、そのプラズマからＸ線を発生させるレーザ
    プラズマＸ線源において、 前記ターゲットは粒子と気体とを混合したものであるこ
    とを特徴とするレーザプラズマＸ線源。
  11. 【請求項１１】レーザ光をターゲットに照射してプラズ
    マを生成させ、そのプラズマからＸ線を発生させ、発生
    したＸ線を半導体ウエハに導いて前記半導体ウエハに半
    導体装置パターンを露光する半導体装置露光方法におい
    て、 粒子と気体とを混合するステップ、および、粒子と気体
    との混合体をターゲットとしてレーザ光を照射するステ
    ップを有することを特徴とする半導体装置露光方法。
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