Lpp方式的euv光源及其產生方法

2023-11-04 14:58:02

專利名稱：Lpp方式的euv光源及其產生方法
技術領域：
本發明涉及LPP方式的EUV光源及其產生方法。
背景技術：
為了下一代半導體的微細加工，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矽基板上，使抗蝕劑材料感光，由此形成電子電路的技術。利用光刻法形成的電路的最小加工尺寸基本上依賴於光源的波長。因此，在下一代半導體開發中，光源的短波長化是必須的，正在進行面向該光源開發的研究。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的波長區域的光。該區域的光對所有物質的吸收率高，不能利用透鏡等的透射型光學系統，因此使用反射型光學系統。此外，極紫外光區域的光學系統的開發非常困難，僅在有限的波長中顯示出反射特性。現在，正在開發在13. 5nm具有靈敏度的Mo/Si多層膜反射鏡，預測如果開發了將該波長的光和反射鏡組合起來的光刻技術的話，就能實現30nm以下的加工尺寸。為了實現更微細的加工技術，當務之急是波長13. 5nm的光刻光源的開發，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雷射照射方式的光源等離子體的生成 (LPP =Laser Produced Plasma)和通過脈衝功率技術驅動的氣體放電方式的光源等離子體白勺 (DPP-Discharge Produced Plasma)0本發明涉及LPP方式的EUV光源。LPP方式EUV光源例如在專利文獻1、2中公開。圖1是表示在專利文獻1中公開的現有的LPP方式EUV光源的結構圖。在該方法中，使至少1個靶57在腔室(chamber)內產生，並且使至少1個脈衝雷射束53在腔室內聚光到靶57。靶以液體的射流的方式產生，雷射束53被聚光到射流的空間連續的部分。此外，該裝置包含用於產生至少1個雷射束53的單元；腔室；用於在腔室內產生至少1個靶57的單元50 ；用於在腔室內使雷射束53聚光到靶57的單元54。靶產生單元 50產生液體的射流，聚光單元54使雷射束53聚光到射流的空間連續部分。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2中公開的現有的LPP方式EUV光源的結構圖。該裝置包含雷射振蕩部61、聚光透鏡等的聚光光學系統62、靶供給裝置63、靶噴嘴64、EUV聚光反射鏡65。雷射振蕩部61是對用於使靶物質激勵的雷射束進行脈衝振蕩的雷射光源。從雷射振蕩部61射出的雷射束通過聚光透鏡62而被聚光到規定位置。另一方面，靶供給裝置63對靶噴嘴64供給靶物質，靶噴嘴64將供給的靶物質向規定的位置噴射。通過對靶物質照射雷射束，從而靶物質激勵而產生等離子體66，從那裡輻射極紫外光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，例如形成有將鉬和矽交替層疊的膜(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。現有技術文獻專利文獻
專利文獻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2 日本特開2007-207574號公報(極端紫外光源裝置)。

發明內容
發明要解決的課題
原理上在上述現有的LPP方式EUV光源中，作為雷射光源使用高輸出的脈衝雷射(例如 0. lJ/Pulse)，將其對靶物質高度反覆(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1和2記載的EUV光源中，由於對靶物質的每次發射(shot)而產生的等離子體進行排氣，所以在每次發射都廢棄靶物質(錫、鋰、氙等)的蒸氣化、等離子體化所需要的能量，存在靶物質和能量的利用效率低的問題。此外，在以實用輸出為目標的高度反覆運轉(I(TlOOkHz)中，發光源物質(即靶物質)的廢棄會引起殘渣產生、腔室的真空度惡化等的大問題。本發明正是為了解決上述的現有的問題點而創造的。即，本發明的目的在於提供一種能夠大幅提高靶物質和能量的利用效率，並且能夠抑制殘渣的產生和腔室的真空度惡化的LPP方式的EUV光源及其產生方法。用於解決課題的方案
根據本發明，提供一種LPP方式EUV光源，其特徵在於，具備 真空腔室，被保持成真空環境；
氣體射流裝置，在該真空腔室內以能夠回收並循環的方式形成靶物質的高超音速穩態氣體射流；以及
雷射裝置，將雷射聚光到所述高超音速穩態氣體射流來進行照射， 在所述雷射的聚光點激勵靶物質而使等離子體產生，從那裡使極紫外光發光。根據本發明的優選實施方式，所述氣體射流裝置包括高超音速噴嘴和高超音速擴壓器，在所述真空腔室內夾著所述聚光點相向配置；以及氣體再循環裝置，從高超音速噴嘴噴射所述高超音速穩態氣體射流，並且從高超音速擴壓器回收所述高超音速穩態氣體射流以使其循環。此外，所述氣體射流裝置不提高所述真空腔室的反壓力，並且穩定地形成適於雷射的吸收和EUV光的放出的高密度的靶物質區域。此外根據本發明，提供一種LPP方式EUV光產生方法，其特徵在於， 將真空腔室內保持成真空環境，
在該真空腔室內以能夠回收並循環的方式形成靶物質的高超音速穩態氣體射流， 將雷射聚光到所述高超音速穩態氣體射流來進行照射， 在所述雷射的聚光點激勵靶物質而使等離子體產生，從那裡使極紫外光發光。發明的效果根據本發明的裝置和方法，與對每次發射生成的等離子體和靶物質進行排氣的現有例子相比較，能夠回收並循環使用靶物質，因此能夠大幅提高靶物質的利用效率，並且大幅提高能量的利用效率。此外，由此能夠抑制殘渣的產生和腔室的真空度惡化。


圖1是表示在專利文獻1中公開的現有的LPP方式EUV光源的結構圖。圖2是表示在專利文獻2中公開的現有的LPP方式EUV光源的結構圖。圖3是本發明的LPP方式EUV光源的結構圖。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，基於附圖詳細地說明本發明的優選實施方式。再有，在各圖中對共同的部分賦予同一符號，省略重複的說明。圖3是本發明的LPP方式EUV光源的結構圖。在該圖中，本發明的LPP方式EUV 光源10具備真空腔室12、氣體射流裝置14和雷射裝置16。真空腔室12具備真空泵13，由此將內部保持成真空環境。在真空腔室12設置有透過雷射3 (後述)的光學窗12a。再有，在本發明中，上述真空環境需要是IO-2Torr以下，優選是10_5 IiT4T0rr的範圍內。氣體射流裝置14在真空腔室12內連續地形成並回收靶物質的高超音速穩態氣體射流1。靶物質優選是Xe (氙)、Sn (錫)、Li (鋰)等的氣體或團簇(cluster)。此外，氣體射流的構成物質不必須是常溫氣體物質，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行的，但在回收側不必須是高超音速擴壓器(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行回收。進而，在金屬氣體射流的情況下，在雷射照射區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、高超音速擴壓器14b和氣體再循環裝置15。高超音速噴嘴14a和高超音速擴壓器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)和高超音速擴壓器14b的頂端(圖中下端)夾著聚光點2隔開規定的空隙。該空隙與真空腔室12內的真空環境連通。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) 加速到高超音速向聚光點2噴射。此外，高超音速擴壓器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)的大部分收容在內部，將其減速到亞音速。氣體再循環裝置15在本例子中包括吸入泵15a、靶腔室15b、以及排出泵15c。氣體再循環裝置15將靶物質經由供給管路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)噴射靶物質的高超音速穩態氣體射流1，並且從高超音速擴壓器14b以高超音速(Μ > 5)回收靶物質，減速到亞音速並經由返回管路17b 返回到吸入泵15a，由此使靶物質循環使用。再有，從外部對靶腔室15b供給靶物質。進而，氣體射流裝置14進行氣體動力學設計，使得不提高真空腔室12的反壓力 (back pressure),並且在聚光點2穩定地形成適於雷射3的吸收和EUV光4的放出的高密度的靶物質區域。再有，通常高超音速和高超音速穩態氣體射流1意味著M > 5的高超音速流，但在本發明中，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，優選在高超音速噴嘴14a和氣體再循環裝置15之間設置靶加熱裝置18。靶加熱裝置18將靶物質的溫度加熱到適於形成高超音速擴壓器14b的溫度。該加熱單元是任意的。雷射裝置16具有連續地或脈衝地振蕩雷射3的雷射振蕩器16a，和將雷射3聚光到聚光點2的聚光透鏡16b，將雷射3聚光到高超音速穩態氣體射流1進行照射。在該例子中，雷射3的光路與高超音速穩態氣體射流1的流路正交，但本發明並不限定於此，也可以傾斜地交叉。此外，雷射裝置16和雷射3並不限定於各是1個，也可以使用2個以上。在雷射振蕩器16a中能夠使用CO2雷射器(波長大約10 μ m)、C0雷射器(波長大約 5 μ m)、YAG雷射器(波長大約1 μ m和大約0. 5 μ m)等。特別是優選使用YAG雷射器或CO雷射器，但本發明並不限定於YAG雷射器或CO雷射器，也可以是CO2雷射器。聚光透鏡16b優選是能夠將聚光點2的直徑聚光到大約10 μ m以下、更優選大約 5ym以下的凸透鏡系統。使用上述裝置，在本發明的LPP方式EUV光產生方法中，
(A)將真空腔室12內保持成規定的真空環境，
(B)在真空腔室12內以能夠回收的方式形成靶物質的高超音速穩態氣體射流1，
(C)將雷射3聚光到高超音速穩態氣體射流1進行照射，在雷射的聚光點2激勵靶物質而使等離子體產生，從那裡使極紫外光4發光。圖4是圖3的等離子體光源的局部放大圖。為了使靶物質等離子體化來使極紫外光4發光，需要在聚光點2將靶物質加熱到等離子體化的溫度。該等離子體化溫度的最優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。等離子體化而發光極紫外光4的發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)。實際的發光等離子體不是黑體，來自EUV發光等離子體的總輻射量比其低。從能量平衡調整的觀點出發，雷射器的最小聚光直徑優選能夠從雷射振蕩器16a對聚光點2供給與等離子體總輻射量相當的能量。以聚光透鏡16b能夠聚光的聚光點2的直徑大致相當於雷射的波長，在CO2雷射器的情況下是大約10 μ m，在CO雷射器的情況下是大約5 μ m，在YAG雷射器的情況下是大約1 μ m或大約0. 5 μ m。
為了使與上述的輻射量相當的能量聚光到聚光點2，優選聚光點2的直徑越小越好，從該觀點出發，優選使用YAG雷射器或CO雷射器。例如，在使用YAG雷射器、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雷射器、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，來自雷射器的發光等離子體的熱輸入是在高超音速穩態氣體射流1通過等離子體尺寸(即聚光點2的直徑)的期間從雷射振蕩器16a接受的能量，這能夠根據氣體射流1的速度和雷射振蕩器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雷射器或CO雷射器，能夠使聚光點2的直徑儘量小(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)的雷射振蕩器16a中，能夠在聚光點2激勵靶物質使等離子體產生，從那裡使極紫外光4發光。為了增加EUV光的總獲得量，通過雷射器輸出、雷射波長、發光物質的組合，能夠一邊保持EUV光的產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內以能夠回收的方式形成靶物質的高超音速穩態氣體射流1，並且通過雷射裝置16，將雷射3聚光到高超音速穩態氣體射流1進行照射，在雷射的聚光點2激勵靶物質使等離子體產生，從那裡使極紫外光4發光。因此，與對每次發射生成的等離子體和靶物質進行排氣的現有例子相比較，能夠回收並循環使用靶物質，因此能夠大幅提高靶物質的利用效率，並且大幅提高能量的利用效率。此外，由此能夠抑制殘渣的產生和腔室的真空度惡化。再有，本發明不限於上述的實施方式而通過本技術方案所要求的範圍的記載來表示，也包含與本技術方案所要求的範圍的記載同等的意思，以及範圍內的全部變更。附圖標記說明
1高超音速穩態氣體射流； 2聚光點；3雷射； 10 LPP方式EUV光源；12真空腔室； 12光學窗；13真空泵； 14氣體射流裝置；
14a高超音速噴嘴；14b高超音速擴壓器； 15氣體再循環裝置；15a吸入泵； 15b靶腔室；15c排出泵； 16雷射裝置；
16a雷射振蕩器；16b聚光透鏡； 17a供給管路；17b返回管路； 18靶加熱裝置。
權利要求
1.一種LPP方式EUV光源，其特徵在於，具備真空腔室，被保持成真空環境；氣體射流裝置，在該真空腔室內以能夠回收並循環使用的方式形成靶物質的高超音速穩態氣體射流；以及雷射裝置，將雷射聚光到所述高超音速穩態氣體射流來進行照射，在所述雷射的聚光點激勵靶物質而使等離子體產生，從那裡使極紫外光發光。
2.根據權利要求1所述的LPP方式EUV光源，其特徵在於，所述氣體射流裝置包括高超音速噴嘴和高超音速擴壓器，在所述真空腔室內夾著所述聚光點相向配置；以及氣體再循環裝置，從高超音速噴嘴噴射所述高超音速穩態氣體射流，並且從高超音速擴壓器回收所述高超音速穩態氣體射流以使其循環。
3.根據權利要求1或2所述的LPP方式EUV光源，其特徵在於，所述氣體射流裝置不提高所述真空腔室的反壓力，並且穩定地形成適於雷射的吸收和EUV光的放出的高密度的靶物質區域。
4.一種LPP方式EUV光產生方法，其特徵在於，將真空腔室內保持成真空環境，在該真空腔室內以能夠回收並循環的方式形成靶物質的高超音速穩態氣體射流，將雷射聚光到所述高超音速穩態氣體射流來進行照射，在所述雷射的聚光點激勵靶物質而使等離子體產生，從那裡使極紫外光發光。
全文摘要
一種LPP方式EUV光源，具備真空腔室(12)，被保持成真空環境；氣體射流裝置(14)，在該真空腔室內以能夠回收的方式形成靶物質的高超音速穩態氣體射流(1)；以及雷射裝置(16)，將雷射(3)聚光到高超音速穩態氣體射流來進行照射，在雷射的聚光點(2)激勵靶物質而使等離子體產生，從那裡使極紫外光發光。
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 優先權日2009年9月1日
發明者堀岡一彥, 桑原一 申請人:國立大學法人東京工業大學, 株式會社 Ihi