專利名稱：Lpp方式的euv光源及其產(chǎn)生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LPP方式的EUV光源及其產(chǎn)生方法。
背景技術(shù)：
為了下一代半導(dǎo)體的微細(xì)加工，期待使用極紫外光源的光刻法。光刻法是將光、光束通過描繪有電路圖案的掩模縮小投影到硅基板上，使抗蝕劑材料感光，由此形成電子電路的技術(shù)。利用光刻法形成的電路的最小加工尺寸基本上依賴于光源的波長。因此，在下一代半導(dǎo)體開發(fā)中，光源的短波長化是必須的，正在進(jìn)行面向該光源開發(fā)的研究。作為下一代光刻光源被視為最有力的是極紫外(EUV =Extreme Ultra Violet)光源，這意味著大約廣IOOnm的波長區(qū)域的光。該區(qū)域的光對所有物質(zhì)的吸收率高，不能利用透鏡等的透射型光學(xué)系統(tǒng)，因此使用反射型光學(xué)系統(tǒng)。此外，極紫外光區(qū)域的光學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)非常困難，僅在有限的波長中顯示出反射特性?，F(xiàn)在，正在開發(fā)在13. 5nm具有靈敏度的Mo/Si多層膜反射鏡，預(yù)測如果開發(fā)了將該波長的光和反射鏡組合起來的光刻技術(shù)的話，就能實現(xiàn)30nm以下的加工尺寸。為了實現(xiàn)更微細(xì)的加工技術(shù)，當(dāng)務(wù)之急是波長13. 5nm的光刻光源的開發(fā)，來自高能量密度等離子體的輻射光受到矚目。光源等離子體的生成能夠大致分為利用激光照射方式的光源等離子體的生成 (LPP =Laser Produced Plasma)和通過脈沖功率技術(shù)驅(qū)動的氣體放電方式的光源等離子體白勺 (DPP-Discharge Produced Plasma)0本發(fā)明涉及LPP方式的EUV光源。LPP方式EUV光源例如在專利文獻(xiàn)1、2中公開。圖1是表示在專利文獻(xiàn)1中公開的現(xiàn)有的LPP方式EUV光源的結(jié)構(gòu)圖。在該方法中，使至少1個靶57在腔室(chamber)內(nèi)產(chǎn)生，并且使至少1個脈沖激光束53在腔室內(nèi)聚光到靶57。靶以液體的射流的方式產(chǎn)生，激光束53被聚光到射流的空間連續(xù)的部分。此外，該裝置包含用于產(chǎn)生至少1個激光束53的單元；腔室；用于在腔室內(nèi)產(chǎn)生至少1個靶57的單元50 ；用于在腔室內(nèi)使激光束53聚光到靶57的單元54。靶產(chǎn)生單元 50產(chǎn)生液體的射流，聚光單元54使激光束53聚光到射流的空間連續(xù)部分。再有，在該圖中，51是聚光點，52是液滴，55是液滴形成點。圖2是表示在專利文獻(xiàn)2中公開的現(xiàn)有的LPP方式EUV光源的結(jié)構(gòu)圖。該裝置包含激光振蕩部61、聚光透鏡等的聚光光學(xué)系統(tǒng)62、靶供給裝置63、靶噴嘴64、EUV聚光反射鏡65。激光振蕩部61是對用于使靶物質(zhì)激勵的激光束進(jìn)行脈沖振蕩的激光光源。從激光振蕩部61射出的激光束通過聚光透鏡62而被聚光到規(guī)定位置。另一方面，靶供給裝置63對靶噴嘴64供給靶物質(zhì)，靶噴嘴64將供給的靶物質(zhì)向規(guī)定的位置噴射。通過對靶物質(zhì)照射激光束，從而靶物質(zhì)激勵而產(chǎn)生等離子體66，從那里輻射極紫外光67(EUV)。在EUV聚光反射鏡65的反射面，為了有選擇地反射波長13. 5nm附近的EUV 光，例如形成有將鉬和硅交替層疊的膜(Mo/Si多層膜)。從等離子體66輻射的EUV光67通過EUV聚光反射鏡65而被聚光反射，作為輸出EUV光向曝光裝置等輸出?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1 日本特表2000-509190號公報“ X線放射線t tz ( 極紫外線放射線&発生 t ^亡的^方法耔^: t/裝置，，；
專利文獻(xiàn)2 日本特開2007-207574號公報(極端紫外光源裝置)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題
原理上在上述現(xiàn)有的LPP方式EUV光源中，作為激光光源使用高輸出的脈沖激光(例如 0. lJ/Pulse)，將其對靶物質(zhì)高度反復(fù)(例如100kHz)照射，能夠獲得實用輸出(例如100J/ S=IOOff)的 EUV 光源。可是，在專利文獻(xiàn)1和2記載的EUV光源中，由于對靶物質(zhì)的每次發(fā)射(shot)而產(chǎn)生的等離子體進(jìn)行排氣，所以在每次發(fā)射都廢棄靶物質(zhì)(錫、鋰、氙等)的蒸氣化、等離子體化所需要的能量，存在靶物質(zhì)和能量的利用效率低的問題。此外，在以實用輸出為目標(biāo)的高度反復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)(I(TlOOkHz)中，發(fā)光源物質(zhì)(即靶物質(zhì))的廢棄會引起殘渣產(chǎn)生、腔室的真空度惡化等的大問題。本發(fā)明正是為了解決上述的現(xiàn)有的問題點而創(chuàng)造的。即，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠大幅提高靶物質(zhì)和能量的利用效率，并且能夠抑制殘渣的產(chǎn)生和腔室的真空度惡化的LPP方式的EUV光源及其產(chǎn)生方法。用于解決課題的方案
根據(jù)本發(fā)明，提供一種LPP方式EUV光源，其特征在于，具備 真空腔室，被保持成真空環(huán)境；
氣體射流裝置，在該真空腔室內(nèi)以能夠回收并循環(huán)的方式形成靶物質(zhì)的高超音速穩(wěn)態(tài)氣體射流；以及
激光裝置，將激光聚光到所述高超音速穩(wěn)態(tài)氣體射流來進(jìn)行照射， 在所述激光的聚光點激勵靶物質(zhì)而使等離子體產(chǎn)生，從那里使極紫外光發(fā)光。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述氣體射流裝置包括高超音速噴嘴和高超音速擴(kuò)壓器，在所述真空腔室內(nèi)夾著所述聚光點相向配置；以及氣體再循環(huán)裝置，從高超音速噴嘴噴射所述高超音速穩(wěn)態(tài)氣體射流，并且從高超音速擴(kuò)壓器回收所述高超音速穩(wěn)態(tài)氣體射流以使其循環(huán)。此外，所述氣體射流裝置不提高所述真空腔室的反壓力，并且穩(wěn)定地形成適于激光的吸收和EUV光的放出的高密度的靶物質(zhì)區(qū)域。此外根據(jù)本發(fā)明，提供一種LPP方式EUV光產(chǎn)生方法，其特征在于， 將真空腔室內(nèi)保持成真空環(huán)境，
在該真空腔室內(nèi)以能夠回收并循環(huán)的方式形成靶物質(zhì)的高超音速穩(wěn)態(tài)氣體射流， 將激光聚光到所述高超音速穩(wěn)態(tài)氣體射流來進(jìn)行照射， 在所述激光的聚光點激勵靶物質(zhì)而使等離子體產(chǎn)生，從那里使極紫外光發(fā)光。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法，與對每次發(fā)射生成的等離子體和靶物質(zhì)進(jìn)行排氣的現(xiàn)有例子相比較，能夠回收并循環(huán)使用靶物質(zhì)，因此能夠大幅提高靶物質(zhì)的利用效率，并且大幅提高能量的利用效率。此外，由此能夠抑制殘渣的產(chǎn)生和腔室的真空度惡化。


圖1是表示在專利文獻(xiàn)1中公開的現(xiàn)有的LPP方式EUV光源的結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示在專利文獻(xiàn)2中公開的現(xiàn)有的LPP方式EUV光源的結(jié)構(gòu)圖。圖3是本發(fā)明的LPP方式EUV光源的結(jié)構(gòu)圖。圖4是圖3的等離子體光源的局部放大圖。
具體實施例方式以下，基于附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。再有，在各圖中對共同的部分賦予同一符號，省略重復(fù)的說明。圖3是本發(fā)明的LPP方式EUV光源的結(jié)構(gòu)圖。在該圖中，本發(fā)明的LPP方式EUV 光源10具備真空腔室12、氣體射流裝置14和激光裝置16。真空腔室12具備真空泵13，由此將內(nèi)部保持成真空環(huán)境。在真空腔室12設(shè)置有透過激光3 (后述)的光學(xué)窗12a。再有，在本發(fā)明中，上述真空環(huán)境需要是IO-2Torr以下，優(yōu)選是10_5 IiT4T0rr的范圍內(nèi)。氣體射流裝置14在真空腔室12內(nèi)連續(xù)地形成并回收靶物質(zhì)的高超音速穩(wěn)態(tài)氣體射流1。靶物質(zhì)優(yōu)選是Xe (氙)、Sn (錫)、Li (鋰)等的氣體或團(tuán)簇(cluster)。此外，氣體射流的構(gòu)成物質(zhì)不必須是常溫氣體物質(zhì)，也能夠通過使氣體供給部為高溫，從而形成金屬氣體射流。在該情況下，氣體射流的形成是通過高超音速噴嘴來進(jìn)行的，但在回收側(cè)不必須是高超音速擴(kuò)壓器(diffuser)，也能夠通過被溫度控制的回收板等將氣體射流作為液體金屬進(jìn)行回收。進(jìn)而，在金屬氣體射流的情況下，在激光照射區(qū)域中金屬原子不是完全零散的氣體狀，也有時變成多個原子凝集起來的團(tuán)簇射流。在該例子中，氣體射流裝置14具有高超音速噴嘴14a、高超音速擴(kuò)壓器14b和氣體再循環(huán)裝置15。高超音速噴嘴14a和高超音速擴(kuò)壓器14b在真空腔室12中夾著聚光點2相向配置。高超音速噴嘴14a的末端(圖中上端)和高超音速擴(kuò)壓器14b的頂端(圖中下端)夾著聚光點2隔開規(guī)定的空隙。該空隙與真空腔室12內(nèi)的真空環(huán)境連通。高超音速噴嘴14a是具有狹縫部的拉瓦爾噴嘴，將以亞音速流入的氣體(靶物質(zhì)) 加速到高超音速向聚光點2噴射。此外，高超音速擴(kuò)壓器14b形成為具有狹縫部的拉瓦爾噴嘴形狀，將通過了聚光點2的高超音速的氣體(靶物質(zhì))的大部分收容在內(nèi)部，將其減速到亞音速。氣體再循環(huán)裝置15在本例子中包括吸入泵15a、靶腔室15b、以及排出泵15c。氣體再循環(huán)裝置15將靶物質(zhì)經(jīng)由供給管路17a以亞音速供給到高超音速噴嘴14a，從高超音速噴嘴14a以高超音速(Μ > 5)噴射靶物質(zhì)的高超音速穩(wěn)態(tài)氣體射流1，并且從高超音速擴(kuò)壓器14b以高超音速(Μ > 5)回收靶物質(zhì)，減速到亞音速并經(jīng)由返回管路17b 返回到吸入泵15a，由此使靶物質(zhì)循環(huán)使用。再有，從外部對靶腔室15b供給靶物質(zhì)。進(jìn)而，氣體射流裝置14進(jìn)行氣體動力學(xué)設(shè)計，使得不提高真空腔室12的反壓力 (back pressure),并且在聚光點2穩(wěn)定地形成適于激光3的吸收和EUV光4的放出的高密度的靶物質(zhì)區(qū)域。再有，通常高超音速和高超音速穩(wěn)態(tài)氣體射流1意味著M > 5的高超音速流，但在本發(fā)明中，只要滿足上述條件的話，只要是M > 1即可。此外，為了加熱靶物質(zhì)，優(yōu)選在高超音速噴嘴14a和氣體再循環(huán)裝置15之間設(shè)置靶加熱裝置18。靶加熱裝置18將靶物質(zhì)的溫度加熱到適于形成高超音速擴(kuò)壓器14b的溫度。該加熱單元是任意的。激光裝置16具有連續(xù)地或脈沖地振蕩激光3的激光振蕩器16a，和將激光3聚光到聚光點2的聚光透鏡16b，將激光3聚光到高超音速穩(wěn)態(tài)氣體射流1進(jìn)行照射。在該例子中，激光3的光路與高超音速穩(wěn)態(tài)氣體射流1的流路正交，但本發(fā)明并不限定于此，也可以傾斜地交叉。此外，激光裝置16和激光3并不限定于各是1個，也可以使用2個以上。在激光振蕩器16a中能夠使用CO2激光器(波長大約10 μ m)、C0激光器(波長大約 5 μ m)、YAG激光器(波長大約1 μ m和大約0. 5 μ m)等。特別是優(yōu)選使用YAG激光器或CO激光器，但本發(fā)明并不限定于YAG激光器或CO激光器，也可以是CO2激光器。聚光透鏡16b優(yōu)選是能夠?qū)⒕酃恻c2的直徑聚光到大約10 μ m以下、更優(yōu)選大約 5ym以下的凸透鏡系統(tǒng)。使用上述裝置，在本發(fā)明的LPP方式EUV光產(chǎn)生方法中，
(A)將真空腔室12內(nèi)保持成規(guī)定的真空環(huán)境，
(B)在真空腔室12內(nèi)以能夠回收的方式形成靶物質(zhì)的高超音速穩(wěn)態(tài)氣體射流1，
(C)將激光3聚光到高超音速穩(wěn)態(tài)氣體射流1進(jìn)行照射，在激光的聚光點2激勵靶物質(zhì)而使等離子體產(chǎn)生，從那里使極紫外光4發(fā)光。圖4是圖3的等離子體光源的局部放大圖。為了使靶物質(zhì)等離子體化來使極紫外光4發(fā)光，需要在聚光點2將靶物質(zhì)加熱到等離子體化的溫度。該等離子體化溫度的最優(yōu)溫度條件在氙氣的情況下是大約30eV，在鋰氣體的情況下是大約10eV。等離子體化而發(fā)光極紫外光4的發(fā)光等離子體的總輻射量在黑體輻射體的情況下最大，在等離子體尺寸(即聚光點2的直徑)是10 μ m的情況下，來自30eV的氙氣的輻射量達(dá)到大約150kW，來自IOeV的鋰氣體的輻射量成為其1/80左右(大約1. 9kW)。實際的發(fā)光等離子體不是黑體，來自EUV發(fā)光等離子體的總輻射量比其低。從能量平衡調(diào)整的觀點出發(fā)，激光器的最小聚光直徑優(yōu)選能夠從激光振蕩器16a對聚光點2供給與等離子體總輻射量相當(dāng)?shù)哪芰?。以聚光透鏡16b能夠聚光的聚光點2的直徑大致相當(dāng)于激光的波長，在CO2激光器的情況下是大約10 μ m，在CO激光器的情況下是大約5 μ m，在YAG激光器的情況下是大約1 μ m或大約0. 5 μ m。
為了使與上述的輻射量相當(dāng)?shù)哪芰烤酃獾骄酃恻c2，優(yōu)選聚光點2的直徑越小越好，從該觀點出發(fā)，優(yōu)選使用YAG激光器或CO激光器。例如，在使用YAG激光器、聚光點2的直徑是2. 5 μ m的情況下，來自30eV的氙氣的輻射量是大約9. 4kff(150kff的情況下的1/42)。同樣地，在例如使用CO激光器、聚光點2 的直徑是5μπι的情況下，來自IOeV的鋰氣體的輻射量是大約470W(150kWXl/80Xl/22)。另一方面，來自激光器的發(fā)光等離子體的熱輸入是在高超音速穩(wěn)態(tài)氣體射流1通過等離子體尺寸(即聚光點2的直徑)的期間從激光振蕩器16a接受的能量，這能夠根據(jù)氣體射流1的速度和激光振蕩器16a的輸出來計算，不對聚光點2的直徑造成影響。因此，通過使用YAG激光器或CO激光器，能夠使聚光點2的直徑盡量小(例如 2. 5 μ πΓ5 μ m)，由此在具有輸出的比較小輸出(例如廣IOkW)的激光振蕩器16a中，能夠在聚光點2激勵靶物質(zhì)使等離子體產(chǎn)生，從那里使極紫外光4發(fā)光。為了增加EUV光的總獲得量，通過激光器輸出、激光波長、發(fā)光物質(zhì)的組合，能夠一邊保持EUV光的產(chǎn)生效率高的能量平衡，一邊增大等離子體尺寸(聚光尺寸)，由此增加 EUV光的總獲得量。根據(jù)上述的本實施方式的裝置和方法，通過氣體射流裝置14在真空腔室12內(nèi)以能夠回收的方式形成靶物質(zhì)的高超音速穩(wěn)態(tài)氣體射流1，并且通過激光裝置16，將激光3聚光到高超音速穩(wěn)態(tài)氣體射流1進(jìn)行照射，在激光的聚光點2激勵靶物質(zhì)使等離子體產(chǎn)生，從那里使極紫外光4發(fā)光。因此，與對每次發(fā)射生成的等離子體和靶物質(zhì)進(jìn)行排氣的現(xiàn)有例子相比較，能夠回收并循環(huán)使用靶物質(zhì)，因此能夠大幅提高靶物質(zhì)的利用效率，并且大幅提高能量的利用效率。此外，由此能夠抑制殘渣的產(chǎn)生和腔室的真空度惡化。再有，本發(fā)明不限于上述的實施方式而通過本技術(shù)方案所要求的范圍的記載來表示，也包含與本技術(shù)方案所要求的范圍的記載同等的意思，以及范圍內(nèi)的全部變更。附圖標(biāo)記說明
1高超音速穩(wěn)態(tài)氣體射流； 2聚光點；3激光； 10 LPP方式EUV光源；12真空腔室； 12光學(xué)窗；13真空泵； 14氣體射流裝置；
14a高超音速噴嘴；14b高超音速擴(kuò)壓器； 15氣體再循環(huán)裝置；15a吸入泵； 15b靶腔室；15c排出泵； 16激光裝置；
16a激光振蕩器；16b聚光透鏡； 17a供給管路；17b返回管路； 18靶加熱裝置。
權(quán)利要求
1.一種LPP方式EUV光源，其特征在于，具備真空腔室，被保持成真空環(huán)境；氣體射流裝置，在該真空腔室內(nèi)以能夠回收并循環(huán)使用的方式形成靶物質(zhì)的高超音速穩(wěn)態(tài)氣體射流；以及激光裝置，將激光聚光到所述高超音速穩(wěn)態(tài)氣體射流來進(jìn)行照射，在所述激光的聚光點激勵靶物質(zhì)而使等離子體產(chǎn)生，從那里使極紫外光發(fā)光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LPP方式EUV光源，其特征在于，所述氣體射流裝置包括高超音速噴嘴和高超音速擴(kuò)壓器，在所述真空腔室內(nèi)夾著所述聚光點相向配置；以及氣體再循環(huán)裝置，從高超音速噴嘴噴射所述高超音速穩(wěn)態(tài)氣體射流，并且從高超音速擴(kuò)壓器回收所述高超音速穩(wěn)態(tài)氣體射流以使其循環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的LPP方式EUV光源，其特征在于，所述氣體射流裝置不提高所述真空腔室的反壓力，并且穩(wěn)定地形成適于激光的吸收和EUV光的放出的高密度的靶物質(zhì)區(qū)域。
4.一種LPP方式EUV光產(chǎn)生方法，其特征在于，將真空腔室內(nèi)保持成真空環(huán)境，在該真空腔室內(nèi)以能夠回收并循環(huán)的方式形成靶物質(zhì)的高超音速穩(wěn)態(tài)氣體射流，將激光聚光到所述高超音速穩(wěn)態(tài)氣體射流來進(jìn)行照射，在所述激光的聚光點激勵靶物質(zhì)而使等離子體產(chǎn)生，從那里使極紫外光發(fā)光。
全文摘要
一種LPP方式EUV光源，具備真空腔室(12)，被保持成真空環(huán)境；氣體射流裝置(14)，在該真空腔室內(nèi)以能夠回收的方式形成靶物質(zhì)的高超音速穩(wěn)態(tài)氣體射流(1)；以及激光裝置(16)，將激光(3)聚光到高超音速穩(wěn)態(tài)氣體射流來進(jìn)行照射，在激光的聚光點(2)激勵靶物質(zhì)而使等離子體產(chǎn)生，從那里使極紫外光發(fā)光。
文檔編號H05G2/00GK102484937SQ201080038899
公開日2012年5月30日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月1日
發(fā)明者堀岡一彥, 桑原一 申請人:國立大學(xué)法人東京工業(yè)大學(xué), 株式會社 Ihi