JPWO2006001459A1 - Euv光源、euv露光装置、及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、EUV光((Extreme Ultraviolet:極端紫外光)、本明細書及び特許請求の範囲では、波長が100nm以下の光を言う)を発生するEUV光源、及びこのEUV光源を使用したEUV露光装置、さらには、このEUV露光装置を使用した半導体デバイスの製造方法に関するものである。
このような露光転写装置に使用されるEUV光発生装置として、特に有力視されているのがレーザプラズマEUV光源(以下では「LPP(Laser Produced Plasma)」と記載することがある)と放電プラズマEUV光源である。
LPPは、パルスレーザ光を真空容器内の標的材料上に集光し、標的材料をプラズマ化して、このプラズマから輻射されるEUV光を利用するものであり、小型でありながら、アンジュレータに匹敵するほどの輝度を持つ。
又、Dense Plasma Focus(DPF)などの放電プラズマを用いたEUV光源は小型であり、EUV光量が多く、低コストである。これらは波長13.5nmのEUVを用いたEUV露光装置の光源として近年注目を集めている。
このようなEUV露光装置の概要を図6に示す。図中、IR1〜IR4は照明光学系の反射鏡であり、PR1〜PR4は投影光学系の反射鏡である。Wはウエハ、Mはマスクである。
レーザ光源Lから照射されたレーザ光は、ターゲットSに集光され、プラズマ現象により、ターゲットSからX線を発生させる。このX線は、反射鏡C、Dにより反射され、平行なX線として照明光学系に入射する。そして、照明光学系の反射鏡IR1〜IR4により順次反射され、マスクMの照明領域を照明する。マスクMに形成されたパターンによって反射されたX線は、投影光学系の反射鏡PR1〜PR4によって順次反射され、パターンの像をウエハW面に結像する。
このように、EUV露光装置で使用される波長13.5nmのEUV光源として、(レーザプラズマ光源、放電プラズマ光源ともに)ターゲット物質としてXeガス又は液化Xeを使用したXeプラズマを利用するものが広く研究開発されている。その理由は、比較的高い変換効率(入力エネルギーに対して得られるEUV光強度の比率)が得られること、Xeは常温で気体の材料なのでdebris(飛散粒子)の問題が生じにくいことである。
しかしながら、より高出力のEUV光源を得るためには、ターゲットとしてXeガスを使用したものでは限界があり、他の物質を用いることが要望されている。その中でも、高い変換効率を得るためにはSnが有効であることが知られている。
しかしながら、Snを固体ターゲットとしてそのまま使うと発生するプラズマの密度も高くなりすぎてしまい、発生したプラズマによって励起レーザーが吸収されたり、プラズマから発生するEUV光そのものも吸収されるので、思うようにEUV光の変換効率を高めることができないという問題点がある。
また、Snは低融点金属なので、以下のような問題点がある
(1)レーザプラズマ光源の場合には、固体状のSnターゲットへレーザを照射すると大量のdebrisが発生する。これを避けるために加熱して蒸気にして供給すると、密度が低くなるので十分高い変換効率を得ることができない。また、周辺の低温部分で固化して、その部分に大量に付着してしまう。
(2)放電プラズマ光源の場合には、固体のままでは放電空間(電極の間のプラズマを生成する空間)へ材料を供給することが困難である。加熱して蒸気にして供給すると、周辺の低温部分で固化して、その部分に大量に付着してしまう。
そのために、高効率材料であることがわかっていながら、そのままではEUV光源のターゲット物質として用いることが困難であった。
前記目的を達成するための第1の手段は、ターゲットからプラズマを生成し、当該プラズマから発生するEUV光を放出するプラズマEUV光源であって、前記ターゲットは媒体中に分散させた固体のターゲット微粒子であることを特徴とするEUV光源である。
本手段によれば、励起レーザーが照射されたり、放電化されることによってプラズマ化されるSn等の固体ターゲットが微粒子状で媒体中に分散されて配置されるため、生成されるプラズマの密度が高くなりすぎることを防止できる。また、媒体中に分散して配置されるため、プラズマ化しないでdebrisとなるターゲット材料を減らすことが可能であり、debrisの量を低減させることが可能である。
この場合に、ターゲット微粒子として、Snを含むターゲット材料を用いると、13.4nm近傍にピークを持つEUV光を発生させることが可能であり、この近傍の波長の光を用いる装置にとって、より高い強度のEUV光を用いることが可能である。
また、媒体は液体であることが好ましい。また、媒体はプラスチック樹脂を加熱・溶融してなる液体であることが好ましく、プラスチック樹脂が熱可塑性樹脂であることも好ましい。また、これらの液体の媒体を噴出させるノズルを有することは好ましい。 加熱・溶融された液体状のプラスチック樹脂をノズルから噴出させると、プラスチック樹脂は表面張力によって粒子状になり、場合によっては冷却されて固体状の粒子になる。これら液体又は固体状のプラスチック樹脂の粒子の中には、固体微粒子が分散されて含まれている。
よって、レーザ光がこれら固体微粒子に照射されることにより、これら固体微粒子がプラズマ化し、EUV光を放出する。ノズルから噴出された後にプラスチック樹脂の粒子を実質的に球状に固化させれば、液体のドロップレットに比べて形状が安定するため、粒子が飛ぶ方向が安定し、プラズマを発生させる場所に安定してターゲットを供給することができるため、光源の出力等をより安定させることが可能となる。なお、ターゲットをプラズマ化するための方法は公知の各手段を用いることが可能であり、例えば、本手段は前述した放電プラズマEUV光源にも適用できる。前記液体はノズルから噴出した後に固化することが好ましい。
ターゲットがノズルから噴出されるまで液体であるが、その後、固化するため、液体の状態で飛ぶターゲットに比べて、形状が安定するため、プラズマを発生させる場所に安定してターゲットを供給することができるため、光源の出力等をより安定させることが可能となる。また、固体微粒子は固体であるためXeガスに比して密度が高く、これにより高い変換効率を達成することが可能である。熱可塑性樹脂を用いると、加熱により容易に液化するので、固体微粒子を分散させて含有させる物質として好適である。
前記目的を達成するための第2の手段は、EUV光源からのEUV光を照明光学系を介してマスクに照射し、マスクに形成されたパターンを、投影光学系によりウエハ等の感応基板に露光転写するEUV露光装置であって、前記EUV光源が、前記第1の手段のEUV光源であることを特徴とするEUV露光装置である。
本手段においては、高い変換効率を有するプラズマEUV光源を使用しているので、大きな光量のEUV光源とすることができ、スループットを上げることができる。
前記目的を達成するための第3の手段は、前記第2の手段であるEUV露光装置を用いて、マスクに形成されたパターンをウエハ等の感応基板に露光転写する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。
本手段においては、スループットの良い露光装置を使用しているので、半導体デバイスの生産効率を上げることができる。
図2は、図1に示した本発明の実施の形態におけるターゲットを供給するノズルのと、レーザ光と、集光ミラーの配置の関係を示す図である。
図3は、本発明の実施の形態の第2の例である放電プラズマEUV光源の概要を示す図である。
図4は、図3に示した本発明の実施の形態におけるターゲット回収機構と放電プラズマ光源の位置関係を示す図である。
図5は、本発明の半導体デバイス製造方法の一例を示すフローチャートである。
図6は、EUV露光装置の概要を示す図である。
加熱されたタンク4内には、ポリスチレン樹脂中にSn固体微粒子を分散させた液体が収納されている。Sn固体微粒子の濃度は、例えば1〜10wt%である。Sn固体微粒子の直径は、例えば50〜200nmである。Sn固体微粒子が沈殿するのを防ぐために、溶液攪拌機構5が設けられている。溶液攪拌機構5は、この例においては、液体中で羽根を回転させるものである。
タンク4は、加圧ポンプ6と配管で繋がれており、加圧ポンプで加圧された樹脂はノズル1へ導かれて、真空チャンバー7内に設けられたノズル1の先端から液体状の樹脂を噴出する。タンク4から加圧ポンプ6を経てノズル1に至るまでの間の配管類は、途中で樹脂が固化しないように全て加熱されている。
ノズル1から噴出された液体状の液体は、表面張力により球形の形状となり、真空中で冷却されて固化し、固体状のターゲット2となる。ノズル1からは、一定の時間間隔で一定の寸法のターゲット2が供給されるように、溶融した樹脂の温度、粘度、加圧する圧力、ノズル1の直径などが設定されている。これらの調整により、ターゲット2の直径は50〜200μm程度とされる。ターゲット2は、1パルスのレーザ照射でちょうどプラズマ化されて消費されるターゲットの量に一致するようにすることが好ましい。ターゲットが大き過ぎると、プラズマ化されなかった残りがdebrisの原因となるので好ましくない。逆にターゲットが小さすぎると変換効率が低下するので好ましくない。
真空チャンバー7にはレーザ光導入用のレーザ導入窓10が設けられており、真空チャンバー7の外に配置されたNd:YAGレーザ光源8から発生したレーザ光は、レンズ9で集光されて真空チャンバー7内へ導かれる。
各部品は、ターゲット2がレーザの集光点位置を通過するよう配置されており、ターゲット2がちょうど集光点位置に来たときにレーザパルスが照射されるように、ターゲット供給とレーザパルスは同期制御されている。すなわち、ターゲット2の位置は不図示のモニター機構により監視されており、ターゲット2が、レーザの集光点位置にきたときに、Nd:YAGレーザ光源8に発光のトリガーがかけられるようになっている。
レーザを照射されたターゲット2は、プラズマ化してEUV光を含む光を輻射する。集光ミラー11は、プラズマから発生したEUV光を集光して(不図示の)照明光学系へ導く。集光ミラー11は、回転楕円面形状の反射面を有し、反射面にはMo/Si多層膜がコーティングされている。そして、回転楕円面の一つの焦点位置が、レーザの集光点位置、すなわちEUV光の発生位置となっている。従って、集光ミラー11で反射された光は、他の焦点位置に集光され、その後、照明光学系へ導かれる。
ターゲット2の、プラズマ化されずに残った残留物は、ターゲット回収機構3で回収される。回収されたターゲット残留物はタンク4に戻され、再び加熱溶融されて再利用される。ターゲット回収機構3とタンク4の間には(不図示の)逆流防止機構が設けられており、タンク内の蒸気が真空チャンバー7内へ逆流するのを防いでいる。
図1では集光ミラー11で反射したEUV光がレーザ導入窓10等と干渉してしまうように見えるが、実際には図2に示すように、ターゲット2を供給するノズル1の中心軸と、レーザ光12の中心軸と、集光ミラー11で反射されたEUV光の主光線の軸とは互いに直交するように配置されており、EUV光がレーザ導入窓10等と干渉することはない。
図3は、本発明の実施の形態の第2の例である放電プラズマEUV光源の概要を示す図である。なお、第1の例である図1の実施形態と同じ構成については同じ符号を付し説明を省略する。この実施の形態においても、前述した理由と同じ理由からターゲット2は、1回の放電でちょうどプラズマ化されて消費されるターゲットの量に一致するようにすることが好ましい。
ノズル1から噴出されたターゲット2はZピンチ型放電プラズマ光源27の中の放電空間へ導かれる。Zピンチ型放電プラズマ光源27は、穴の開いた円盤状の電極(陽極)21と、同様の形状の電極(陰極)23と、両者をつなぐ筒状の絶縁体22から構成されており、電極(陽極)21と電極(陰極)23の間に高電圧パルスを印加すると、放電によりその間の空間にある物質をプラズマ化し、EUV光を含む光を輻射する。
各部品は、ターゲット2が放電空間を通過するよう配置されており、ターゲット2がちょうど放電空間の中心位置に来たときに高電圧パルスが印加されるように、ターゲット供給と高電圧パルスは同期制御されている。
ノズル1には不図示の加振機構が設けられており、ノズル1の液体噴出方向に振動を与えることにより液体の噴射のタイミングを制御することができる。上記の同期が取れるように、ノズル1への加振と高電圧電源へのトリガーが制御されている。
集光光学系26は、プラズマから発生したEUV光を集光して(不図示の)照明光学系へ導く。集光光学系26は、2枚の同心球面形状の反射面24、25から構成されるシュバルツシルド光学系であり、その反射面にはMo/Si多層膜がコーティングされている。
ターゲット2のプラズマ化されずに残った残留物は、ターゲット回収機構3で回収される。回収されたターゲット残留物はタンク4に戻され、再び加熱溶融されて再利用される。ターゲット回収機構3とタンク4の間には(不図示の)逆流防止機構が設けられており、タンク内の蒸気が真空チャンバー7内へ逆流するのを防いでいる。
ターゲット回収機構3と放電プラズマ光源27の位置関係は図4のようになっており、電極23の穴の中心軸と、ターゲット回収機構3の開口部の中心軸がほぼ一致するように配置されている。
ターゲット回収機構3は放電プラズマ光源27から発生したEUV光の一部を遮蔽する。集光光学系26に使用したシュバルツシルド光学系は中心遮蔽のある光学系なので、元々光軸付近の光線を集光することができない。本実施の形態では、ターゲット回収機構3を、できるだけシュバルツシルド光学系の中心遮蔽内に配置して、蹴られによるEUV光の損失を最小限に防いでいる。
集光光学系26としてシュバルツシルド光学系以外にヴォルター型光学系を使用することもできるが、この場合も中心遮蔽のある光学系なので、同様の配置にして蹴られによるEUV光の損失を最小限に抑えることができる。
上記の第1、第2の実施の形態では、樹脂としてポリスチレン樹脂を用いたが、使用するプラスチック樹脂はこれに限定されることはない。ポリスチレン以外にも、例えば、塩化ビニル樹脂、ABS樹脂、メタクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネイト樹脂など他の熱可塑性樹脂を使用してもよい。
また、固体微粒子材料にはSnを使用したが、他の固体材料を使用してもよい。樹脂を加熱して液化するのに必要な温度がSnの融点よりも高くなってしまう場合には、Snの代わりに酸化錫(SnO2など)を使用すればよい。13.5nm付近以外の他の波長のEUV光またはX線を発生したい場合には、Sn以外のその波長に適した固体材料を、適宜使用することができる。
本発明の実施の形態であるEUV露光装置の構成は、基本的には図6に示したものと変わらない。ただ、EUV光源として、第1の実施の形態に示したレーザプラズマEUV光源や、第2の実施の形態に示した放電プラズマEUV光源を使用することのみが異なってだけであるので、その説明を省略する。
以下、本発明に係る半導体デバイスの製造方法の実施の形態の例を説明する。図5は、本発明の半導体デバイス製造方法の一例を示すフローチャートである。この例の製造工程は以下の各主工程を含む。
(1)ウェハを製造するウェハ製造工程(又はウェハを準備するウェハ準備工程)
(2)露光に使用するマスクを製作するマスク製造工程(又はマスクを準備するマスク準備工程)
(3)ウェハに必要な加工処理を行うウェハプロセッシング工程
(4)ウェハ上に形成されたチップを1個ずつ切り出し、動作可能にならしめるチップ組立工程
(5)できたチップを検査するチップ検査工程
なお、それぞれの工程はさらにいくつかのサブ工程からなっている。
これらの主工程の中で、半導体デバイスの性能に決定的な影響を及ぼす主工程がウェハプロセッシング工程である。この工程では、設計された回路パターンをウェハ上に順次積層し、メモリやMPUとして動作するチップを多数形成する。このウェハプロセッシング工程は以下の各工程を含む。
(1)絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、あるいは電極部を形成する金属薄膜等を形成する薄膜形成工程(CVDやスパッタリング等を用いる)
(2)この薄膜層やウェハ基板を酸化する酸化工程
(3)薄膜層やウェハ基板等を選択的に加工するためにマスク(レチクル)を用いてレジストのパターンを形成するリソグラフィー工程
(4)レジストパターンに従って薄膜層や基板を加工するエッチング工程(例えばドライエッチング技術を用いる)
(5)イオン・不純物注入拡散工程
(6)レジスト剥離工程
(7)さらに加工されたウェハを検査する検査工程
なお、ウェハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造する。
本実施の形態である半導体デバイスの製造方法においては、リソグラフィー工程に本発明の実施の形態であるEUV露光装置を使用している。よって、微細な線幅のパターンの露光を行うことができると同時に、高スループットで露光を行うことができ、効率良く半導体デバイスを製造することができる。
(1) レーザプラズマ光源の場合には、固体状のSnターゲットへレーザを照射すると大量のdebrisが発生する。これを避けるために加熱して蒸気にして供給すると、密度が低くなるので十分高い変換効率を得ることができない。また、周辺の低温部分で固化して、その部分に大量に付着してしまう。
(2)露光に使用するマスクを製作するマスク製造工程(又はマスクを準備するマスク準備工程)
(3)ウェハに必要な加工処理を行うウェハプロセッシング工程
(4)ウェハ上に形成されたチップを1個ずつ切り出し、動作可能にならしめるチップ組立工程
(5)できたチップを検査するチップ検査工程
なお、それぞれの工程はさらにいくつかのサブ工程からなっている。
(2)この薄膜層やウェハ基板を酸化する酸化工程
(3)薄膜層やウェハ基板等を選択的に加工するためにマスク(レチクル)を用いてレジストのパターンを形成するリソグラフィー工程
(4)レジストパターンに従って薄膜層や基板を加工するエッチング工程(例えばドライエッチング技術を用いる)
(5)イオン・不純物注入拡散工程
(6)レジスト剥離工程
(7)さらに加工されたウェハを検査する検査工程
なお、ウェハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造する。
Claims (9)
- ターゲットからプラズマを生成し、当該プラズマから発生するEUV光を放出するプラズマEUV光源であって、前記ターゲットは媒体中に分散させた固体のターゲット微粒子であることを特徴とするEUV光源。
- 前記ターゲット微粒子が、Snを含むことを特徴とする請求の範囲第1項に記載のEUV光源。
- 前記媒体は液体であることを特徴とする請求の範囲第1項に記載のEUV光源。
- 前記媒体はプラスチック樹脂を加熱・溶融してなる液体であることを特徴とする請求の範囲第1項に記載のEUV光源。
- 前記プラスチック樹脂が熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求の範囲第4項に記載のEUV光源。
- 前記ターゲット微粒子が分散された液体の媒体を噴出させるノズルを有することを特徴とする請求の範囲第3項に記載のEUV光源。
- 前記液体はノズルから噴出した後に固化することを特徴とする請求の範囲第6項に記載のEUV光源。
- EUV光源からのEUV光を照明光学系を介してマスクに照射し、マスクに形成されたパターンを、投影光学系によりウェハ等の感応基板に露光転写するEUV露光装置であって、前記EUV光源が、請求の範囲第1項に記載のEUV光源であることを特徴とするEUV露光装置。
- 請求の範囲第8項に記載のEUV露光装置を用いて、マスクに形成されたパターンをウエハ等の感応基板に露光転写する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
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