JP2000098100A - 軟ｘ線平行光束形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発生する軟Ｘ線が軸対称な強度分布を有し、
かつ発生光量の大きい軟Ｘ線平行光束形成装置を提供す
る。 【解決手段】 真空容器中に設けられたノズル１から標
的物質である水滴２が射出されている。射出された水滴
２に、パルスレーザー光３が集光・照射され、これによ
りプラズマ５が形成される。プラズマ５から発生した軟
Ｘ線は、プラズマ５の生成位置を焦点とする多層膜回転
放物面鏡６によって反射され、平行光束７に変換され
る。多層膜回転放物面鏡６の中央部には穴が形成されて
おり、パルスレーザー光３の照射はこの穴を通じて行わ
れる。プラズマ５から発する軟Ｘ線の強度分布は照射し
たパルスレーザー光３の光軸に対してほぼ対称となり、
この光軸は多層膜回転放物面鏡６の対称軸と一致してい
るので、多層膜回転放物面鏡６で反射した後に形成され
る平行光束７も、ほぼ軸対称の強度分布を持つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軟Ｘ線投影露光装
置等に用いる軟Ｘ線平行光束発生装置に関するものであ
り、さらに詳しくは、軸対称（光軸に対して対称）で光
量の大きい軟Ｘ線平行光束を発生できる軟Ｘ線平行光束
発生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、半導体集積回路の製造において
は、マスク上に形成された非常に微細なパターンを、可
視光あるいは紫外光によって、レジストを塗布したシリ
コンウェハ上に縮小投影して転写する方法が広くおこな
われている。しかし、パターンサイズの微細化に伴い紫
外光でも回折限界に近づいており、紫外光よりさらに波
長の短い、波長13nmあるいは11nmの軟Ｘ線を用いた縮小
投影露光が提案されている。

【０００３】波長13nmあるいは11nmの軟Ｘ線を用いる場
合、その光源（軟Ｘ線源）の１つの候補として考えられ
ているのが、レーザープラズマＸ線源（以下ＬＰＸと記
す）である。レーザー装置からのパルス出射光を物質に
集光・照射すると、その照射強度が10¹⁰Ｗ／cm²を超え
るような場合、物質の原子はその強力な電場によって電
子をはぎ取られてプラズマ化し、そのプラズマからは軟
Ｘ線が輻射される。このプラズマから輻射される軟Ｘ線
の輝度は非常に高く、しかも、ＬＰＸはシンクロトロン
放射光発生施設などと較べると装置としては非常にコン
パクトである。そのためＬＰＸは軟Ｘ線縮小投影露光だ
けでなく、Ｘ線顕微鏡や分析装置などの線源として非常
に有望である。

【０００４】このＬＰＸを軟Ｘ線縮小投影露光に用いる
際、大きな問題となるのは飛散粒子の発生である。金属
などの固体を標的材として励起レーザー光を照射した場
合、プラズマを形成していたイオンや、プラズマの急激
な膨張により吹き飛ばされ、プラズマ近傍の標的材が周
囲に飛び散る。発生した軟Ｘ線を利用するために、プラ
ズマの周囲には多層膜鏡や薄膜フィルタなどの軟Ｘ線光
学素子が配置されるが、飛散粒子はこの表面に堆積し、
その光学的性能（反射率、透過率など）を低下させる。
軟Ｘ線縮小投影露光においては、高い繰り返し周波数
（例えば１ＫＨｚ以上）で長期間（数カ月）に亘ってプ
ラズマが発生され続けるので、飛散粒子の発生量も膨大
なものとなる。よって、この飛散粒子の発生をどのよう
に抑制するかが大きな課題となっていた。

【０００５】Richardsonらは微細な水滴を標的材とする
ＬＰＸを提案した（USP5,577,091）。彼らは微小な水滴
を真空容器内に導入し、レーザー光を照射することでプ
ラズマを発生させている。標的材である水はプラズマ形
成時に蒸発してしまい、また、どこかに付着したとして
も除去は容易であるため、飛散粒子の問題を回避するこ
とができる。

【０００６】軟Ｘ線縮小投影露光においては、回折限界
に近い非常に微細なパターンを形成するために、マスク
を照明する照明光学系にも様々な要求がなされる。この
ような要求を満たすものとして、特願平１０−０４７４
００号公報に提案されているＸ線照明光学系の例を図３
に示す。

【０００７】軟Ｘ線発生装置（不図示）からの軟Ｘ線平
行光束２１は、多光源形成光学素子２２、２３で反射さ
れ、集光ミラー２４、平面鏡２５を介してマスク２６の
表面を照射する。マスク２６で反射された軟Ｘ線は、縮
小投影光学系２７により、マスク２６面に形成されたパ
ターンの像をシリコンウェハ２８上に縮小転写する。

【０００８】この照明光学系を用いる軟Ｘ線縮小投影に
おいては、投影される領域が輪帯円弧状をなしている。
よって、照明されるべきマスク２６上の領域も輪帯円弧
状であり、その領域を照明するために、多光源形成光学
素子２２、２３として図４に示されるようなフライアイ
ミラー２７を用いている。フライアイミラー２９は、リ
ングの一部（リングの弧の一部）の形状をした反射体か
らなる単位反射体２９ａを、その中心軸をそろえて縦方
向に隙間無く多数配列したものを、さらに横方向に隙間
無く多数配列してなり、図４に示されるような形状をし
ている。

【０００９】このフライアイミラーに軸対称な平行光束
が入射することにより、照明領域を無駄なく均一に照明
し、しかもマスク上のどの方向を持つパターンについて
も等しい解像度を得られる照明が実現できる。

【００１０】略平行な光束を有する軟Ｘ線を発生する軟
Ｘ線源としては、図５に示すようなものを使用すればよ
い。図５において、ノズル３１から噴出された液滴状又
は個体粒子状の標的材３２は、励起エネルギー光である
パルスレーザー光３３によって照射され、これによりプ
ラズマ３４が発生する。ノズル３１よりの標的材の噴出
のタイミングとパルスレーザー光３３の照射のタイミン
グは、図示されない制御装置によって、プラズマ３４が
定位置で発生するように制御されている。そして、この
プラズマ３４の発生位置は、回転放物面鏡３５の焦点位
置に一致している。回転放物面鏡３５の表面には、軟Ｘ
線に対して高い反射率を有する多層膜がコーティングさ
れている。よって、プラズマ３４から発生した軟Ｘ線の
うち、回転放物面鏡３５に入射したものは、その表面で
反射され、平行光束３６となって、外部に放出される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】微小な液滴あるいは微
小な固体粒子を標的材としてプラズマを生成した場合、
プラズマから放射される軟Ｘ線強度の角度分布は一般に
均一ではないため、例えば図５に示したような機器配置
の軟Ｘ線源では軸対称な軟Ｘ線平行光束は得られない。
さらに、図５に示したような機器配置の軟Ｘ線源では、
ノズル３１が平行光束３６を遮るために、これによって
も軟Ｘ線源の軸対称性が崩される。また、軟Ｘ線縮小投
影露光装置の光源としては、処理速度を向上させるため
に、少しでも多くの光量を供給することが望ましい。よ
って、軟Ｘ線光量の少しでも多い軸対称な軟Ｘ線平行光
束の形成が望まれていた。

【００１２】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、軟Ｘ線の平行光束を発生する装置であって、発
生する軟Ｘ線が軸対称な強度分布を有し、かつ発生光量
の大きい軟Ｘ線平行光束形成装置を提供することを課題
とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題は、排気装置に
より減圧が可能な容器内において、液滴状あるいは微粒
子状の標的材を供給する標的材供給手段と、当該標的材
に励起エネルギービームを集光・照射してプラズマ化す
る励起エネルギー照射手段と、プラズマから発生した軟
Ｘ線を略平行光束として取り出すための軟Ｘ線光学素子
を有する軟Ｘ線平行光束形成装置であって、プラズマか
ら放射された軟Ｘ線が最初に入射する光学素子（第１光
学素子）の反射面が略軸対称な形状を有し、励起エネル
ギービームの照射は、第１光学素子の対称軸を光軸とし
て第１光学素子側から行われ、前記標的材供給手段は、
利用する軟Ｘ線の光路を遮らない位置に配置されている
ことを特徴とする軟Ｘ線平行光束形成装置により解決さ
れる。

【００１４】本手段においては、励起エネルギービーム
の照射は、第１光学素子の対称軸を光軸として第１光学
素子側から行われるので、プラズマから発生する軟Ｘ線
の光量の分布が、この対称軸に対して対称なものとな
る。この軟Ｘ線は、第１光学素子の表面で反射され、最
終的には略平行な光束の軟Ｘ線となって外部に放出され
るが、第１光学素子の反射面が、発生する軟Ｘ線の光量
分布の対称軸と同じ対称軸となっているので、反射され
た軟Ｘ線の分布も、この対称軸に対して対称な分布を有
するようになる。よって、軸対称な軟Ｘ線が得られる。

【００１５】また、プラズマから発生する軟Ｘ線の光量
は、励起エネルギービームの照射方向側が多くなるよう
な分布をする。よって、第１光学素子側から励起エネル
ギービームを照射することにより、第１光学素子で反射
され、平行光束となる軟Ｘ線の量を多くすることができ
る。さらに、標的材供給手段が、利用する軟Ｘ線の光路
を遮らない位置に配置されているので、これが軟Ｘ線の
一部を遮って平行光束の軸対称性を劣化させることはな
い。

【００１６】なお、本手段において、「略平行」、「略
軸対称」とは、完全な平行、完全な軸対称を含むことは
言うまでもないことであり、本明細書において、「略」
とは、すべてこのような概念である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例
を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態
である軟Ｘ線平行光束形成装置の主要部の例を示す図で
ある。図１においては、１はノズル、２は水滴、３はパ
ルスレーザー光、４はレンズ、５はプラズマ、６は多層
膜回転放物面鏡、７は軟Ｘ線の平行光束である。

【００１８】図１において、真空容器中に設けられたノ
ズル１に水滴供給装置（不図示）から水が供給され、ノ
ズル１から標的物質である水滴２が射出されている。射
出された水滴２に、パルスレーザー光３が、レンズ４を
介して集光・照射され、これによりプラズマ５が形成さ
れる。プラズマ５から発生した軟Ｘ線は、プラズマ５の
生成位置を焦点とする回転放物面形状を有する多層膜回
転放物面鏡６によって反射され、平行光束７に変換され
る。多層膜回転放物面鏡６の中央部には穴が形成されて
おり、パルスレーザー光３の照射は、多層膜回転放物面
鏡６の対称軸に沿ってこの穴を通じて行われる。なお、
水滴２の射出とパルスレーザー光３の照射は制御装置
（不図示）によって、同期するように制御され、水滴が
多層膜回転放物面鏡６の焦点位置に来たときにパルスレ
ーザー光３の照射が行われるようになっている。

【００１９】この配置においては、プラズマ５から発す
る軟Ｘ線の強度分布は照射したパルスレーザー光３の光
軸に対してほぼ対称となり、この光軸は多層膜回転放物
面鏡６の対称軸と一致しているので、多層膜回転放物面
鏡６で反射した後に形成される平行光束７も、ほぼ軸対
称の強度分布を持つ。また、軟Ｘ線の放射強度は照射さ
れたパルスレーザー光３の方向にピークを持つ分布をと
るので、より多くの軟Ｘ線が多層膜回転放物面鏡６に入
射し、形成された平行光束の光量も大きくなる。また、
ノズル１は軟Ｘ線の光路外に配置されているため、軟Ｘ
線の平行光束７の形状や強度分布に影響を与えない。

【００２０】図２に、本発明の実施の形態である軟Ｘ線
平行光束形成装置の１例の構成図を示す。図２におい
て、図１に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ
符号を付してその説明を省略する。図２において、８は
真空容器、９は水滴供給装置、１０はレーザー光導入
窓、１１はＸ線遮蔽板、１２は水滴回収装置、１３は保
護板である。

【００２１】真空容器８内部に水滴供給装置９が配置さ
れ、ノズル１の先端から標的材である水滴２が射出され
ている。真空容器８内には、軟Ｘ線に対して高い反射率
を有する多層膜を表面に形成した多層膜回転放物面鏡６
が配置されている。ノズル１は、射出された水滴２がこ
の多層膜回転放物面鏡６の焦点を通過するように方向を
調節されている。この水滴２には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
ーよりパルスレーザー光３が照射され、レンズ４によ
り、レーザー導入窓１０を通して水滴２に照射・集光さ
れる。これにより、プラズマ５が生成される。水滴２の
射出とＮｄ：ＹＡＧレーザーよりのパルスレーザー光４
の照射の時刻は制御装置（不図示）によって制御されて
おり、水滴２が多層膜回転放物面鏡６の焦点に到達した
ときに、パルスレーザー光３が照射されるようになって
いる。

【００２２】プラズマ５から放射された軟Ｘ線は、プラ
ズマ５が多層膜回転放物面鏡６の焦点にあるために、多
層膜回転放物面鏡６によって平行光束７に変換される。
平行光束７が入射する軟Ｘ線光学系に不必要な軟Ｘ線及
びその他の波長の光が入射しないように、それらの光を
遮蔽する円形の遮蔽板１１が配置されている。レーザー
光照射が行われないときに供給された水滴２を回収する
ために、真空容器内には水滴回収装置１２が配置されて
いる。

【００２３】水滴２の供給を開始した直後は、射出され
る水滴２の軌跡は安定しておらず、プラズマ５の生成に
は適さない。よって、水滴２の軌跡が安定するまでは保
護板１３を矢印の方向に移動させて多層膜回転放物面鏡
６の表面を保護し、水滴２は水滴回収装置１２によって
回収する。水滴２の軌道が安定した後、保護板１３を軟
Ｘ線の光路外に移動させ、パルスレーザー光２の照射を
開始する。

【００２４】プラズマから放射される軟Ｘ線強度の角度
分布は液滴と集光スポットの径にも依存するが、一般に
レーザー光の光軸に対して軸対称な分布を持つ。本実施
の形態においては、パルスレーザー光３の光軸と多層膜
回転放物面鏡６の中心軸は同一であり、また、円形の遮
蔽板１１以外に平行光束を遮るものはないため、多層膜
回転放物面鏡６で反射して形成される平行光束内の強度
分布は軸対称となる。遮蔽板１１の支持は非常に細い線
材（不図示）でおこなわれているため問題にならない。

【００２５】本実施の形態ではプラズマを形成するため
に水滴を標的材としているが、標的材の材質はこれに限
定するものではない。また、液体に限定するものでもな
く、微小な固体粒子でもよい。さらに、常温で気体また
は液体のものを冷却して液化または固化させてもよい。
また、常温で固体のものを加熱して液体としてもよい。
また、本実施の形態では平行光束を形成するために多層
膜回転放物面鏡を使用しているが、平行光束を形成する
光学系はこれに限られるものではない。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明における軟
Ｘ線平行光束形成装置によれば、軸対称で光量の大きい
軟Ｘ線平行光束を形成することがでる。よって、この軟
Ｘ線平行光束形成装置を使用することにより、均一な照
明を行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である軟Ｘ線平行光束形成
装置の主要部の例を示す図である。

【図２】本発明の実施の形態である軟Ｘ線平行光束形成
装置の１例の構成図である。

【図３】従来の、軟Ｘ線縮小投影露光装置の例の概要を
示す図である。

【図４】多光源形成光学素子であるフライアイミラーの
構成を示す図である。

【図５】略平行な光束を有する軟Ｘ線を発生する軟Ｘ線
源の例を示す図である。

【符号の説明】

１…ノズル ２…水滴 ３…パルスレーザー光 ４…レンズ ５…プラズマ ６…多層膜回転放物面鏡 ７…軟Ｘ線の平行光束 ８…真空容器 ９…水滴供給装置 １０…レーザー光導入窓 １１…Ｘ線遮蔽板 １２…水滴回収装置 １３…保護板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気装置により減圧が可能な容器内にお
   いて、液滴状あるいは微粒子状の標的材を供給する標的
   材供給手段と、当該標的材に励起エネルギービームを集
   光・照射してプラズマ化する励起エネルギー照射手段
   と、プラズマから発生した軟Ｘ線を略平行光束として取
   り出すための軟Ｘ線光学素子を有する軟Ｘ線平行光束形
   成装置であって、プラズマから放射された軟Ｘ線が最初
   に入射する光学素子（第１光学素子）の反射面が略軸対
   称な形状を有し、励起エネルギービームの照射は、第１
   光学素子の対称軸を光軸として第１光学素子側から行わ
   れ、前記標的材供給手段は、利用する軟Ｘ線の光路を遮
   らない位置に配置されていることを特徴とする軟Ｘ線平
   行光束形成装置。