等离子体光源系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于EUV辐射的等离子体光源系统。
背景技术：
为了下一代半导体的微细加工，期待使用极紫外光源的光刻。光刻是将光、光束通过描绘有电路图案的掩模缩小投影到硅基板上，使抗蚀剂材料感光，由此形成电子电路的技术。利用光刻形成的电路的最小加工尺寸基本上依赖于光源的波长。因此，在下一代半导体开发中，光源的短波长化是必须的，正在进行面向该光源开发的研究。作为下一代光刻光源被视为最有力的是极紫外光源(EUV =Extreme Ultra Violet)，这意味着大约广IOOnm的波长区域的光。该区域的光对所有物质的吸收率高，不能利用透镜等的透射型光学系统，因此使用反射型光学系统。此外，极紫外光区域的光学系统的开发非常困难，仅在有限的波长中显示出反射特性。现在，正在开发在13. 5nm具有灵敏度的Mo/Si多层膜反射镜，预测如果开发了将该波长的光和反射镜组合起来的光刻技术的话，就能实现30nm以下的加工尺寸。为了实现更微细的加工技术，当务之急是波长13. 5nm的光刻光源的开发，来自高能量密度等离子体的辐射光受到瞩目。光源等离子体的生成大致分为激光照射方式(LPP =Laser Produced Plasma)和通过脉冲功率技术驱动的气体放电方式(DPP :Discharge Produced Plasma)。DPP将投入的电力直接变换成等离子体能量，因此与LPP相比变换效率优越，此外具有装置小型且低成本的优点。来自利用气体放电方式的高温高密度等离子体的辐射谱基本上根据靶物质的温度和密度来决定，根据计算等离子体的原子过程的结果，为了获得EUV辐射区域的等离子体，在Xe、Sn的情况下电子温度、电子密度分别最适合的是数10eV、1018Cm_3左右，在Li的情况下电子温度、电子密度最适合的是20eV、IO18CnT3左右。再有，上述的等离子体光源在非专利文献1、2和专利文献1中公开。现有技术文献非专利文献
非专利文献1 佐藤弘人、他、M、"”入用放電7义7 EU V光源」、O Q D — 0 8-28；
非专禾丨J 文献 2 J e roenJonke r s，“Hi ghpowe rex t reme u 1 tra — violet(EUV)l ightsourcesforfuturel i thography”，Pl asmaSource s S c i enceandTech nology,15(2006)S8-S16；
专利文献
专利文献1 日本特开2004-226244号公报“極端紫外光源杉J 半導体露光装置”。
发明内容
发明要解决的课题
对于EUV光刻光源，要求高平均输出、微小的光源尺寸、飞散粒子(残渣)少等。现状是 EUV发光量相对于要求输出极其低，高输出化是一个大的课题，但另一方面当为了高输出化而增大输入能量时，热负荷的损伤招致等离子体生成装置、光学系统的寿命的降低。因此， 为了满足高EUV输出和低热负荷的双方，高能量变换效率是必不可少的。由于在等离子体形成初期在加热、电离中消耗许多能量，并且辐射EUV那样的高温高密度状态的等离子体一般急速膨胀，所以辐射持续时间τ极短。因此，为了改善变换效率，重要的是将等离子体以适于EUV辐射的高温高密度状态长时间(μ sec级别)维持。现在的一般的EUV等离子体光源的辐射时间是IOOnsec左右，输出极端不足。为了产业应用而兼顾高变换效率和高平均输出，需要1次发射(shot)达到数μ sec的EUV辐射时间。也就是说，为了开发具有高变换效率的等离子体光源，需要将适于各个靶的温度密度状态的等离子体约束为数μ sec (至少1 μ sec以上)，实现稳定的EUV辐射。本发明正是为了解决上述的问题点而创造的。即本发明的目的在于提供一种等离子体光源，能够大幅提高产生的等离子体光的输出，并且抑制热负荷和电极消耗，延长装置寿命ο用于解决课题的方案
根据本发明，提供一种等离子体光源系统，其特征在于，具备 多个等离子体光源，在规定的发光点对等离子体光周期地进行发光；以及聚光装置，将所述等离子体光源的多个发光点的等离子体光聚光到单一的聚光点。根据本发明的实施方式，所述等离子体光源的多个发光点设置在将单一的中心轴作为中心的同一圆周上，
所述聚光装置具有
反射镜，位于所述中心轴上，将来自所述发光点的等离子体光朝向所述聚光点进行反射；以及
旋转装置，使所述反射镜以所述中心轴为中心进行旋转，使得在各等离子体光源的发光时朝向该等离子体光源。此外，所述聚光装置具有将所述各发光点的等离子体光朝向所述反射镜进行聚光的多个聚光反射镜，
通过该聚光反射镜和反射镜，将各发光点的等离子体光聚光到单一的聚光点。根据本发明的另一个实施方式，所述聚光点位于所述中心轴上，所述反射镜是将来自所述发光点的等离子体光朝向所述聚光点聚光的凹面反射镜。此外，优选将从包含所述多个发光点的平面与所述中心轴的交点起、到各发光点的距离和到所述聚光点的距离设定为相等。此外，根据本发明的另一个实施方式，所述聚光装置具有
旋转体，将所述等离子体光源的多个发光点设置在将单一的中心轴作为中心的同一圆周上；以及
旋转装置，以在各等离子体光源的发光时该等离子体光源的发光点位于同一位置的方式，使所述旋转体以所述中心轴为中心进行旋转。
此外，所述聚光装置具有聚光反射镜，将来自所述同一位置的等离子体光朝向所述聚光点聚光。此外，所述各等离子体光源具备相向配置的1对同轴状电极；放电环境保持装置，将等离子体介质对该同轴状电极内供给并且保持成适于等离子体的产生的温度和压力；以及电压施加装置，对各同轴状电极施加使极性反转了的放电电压，在1对同轴状电极之间形成管状放电并在轴方向封闭等离子体。发明的效果
根据上述的本发明的结构，具备在规定的发光点对等离子体光周期地进行发光的多个等离子体光源，因此通过使它们依次工作，从而能够在抑制各个光源的热负荷的同时，大幅提高产生的等离子体光的输出。此外，因为具备将所述等离子体光源的多个发光点的等离子体光聚光到单一的聚光点的聚光装置，所以作为光刻用EUV光源，能够从单一的聚光点使等离子体光周期地发光。根据本发明的实施方式，采用如下结构，将多个等离子体光源设置在同一圆周上， 在上述圆的中心轴线上形成利用聚光反射镜和反射镜构成的聚光系统的聚光点，以设置于圆的中心部的反射镜从而聚光到通过圆中心的垂直轴上，进而，以与配置在圆周上的各个等离子体光源的发光定时同步地，反射镜的反射面与该等离子体光源面对的方式使其旋转，由此能够从单一的聚光点对高输出且微小尺寸的等离子体光周期地进行发光。此外根据本发明的另一个实施方式，以单一的凹面反射镜的1次反射将等离子体光聚光到聚光点，因此能够提高反射效率、能够增大产生的EUV光的利用效率。根据本发明的另一个实施方式，将多个等离子体光源设置在同一圆周上，使它们旋转，在各等离子体光源到达与聚光反射镜相向的位置的定时，进行各个等离子体光源的放电、等离子体发光，由此能够从单一的聚光点使高输出且微小尺寸的等离子体光周期地发光。
图1是与本发明相关的等离子体光源的实施方式图。图2A是图1的等离子体光源的面状放电的产生时的工作说明图。图2B是图1的等离子体光源的面状放电的移动中的工作说明图。图2C是图1的等离子体光源的等离子体形成时的工作说明图。图2D是图1的等离子体光源的等离子体封闭磁场形成时的工作说明图。图3A是本发明的等离子体光源系统的第1实施方式的平面图。图3B是本发明的等离子体光源系统的第1实施方式的侧面图。图4A是本发明的等离子体光源系统的第2实施方式的平面图。图4B是本发明的等离子体光源系统的第2实施方式的侧面图。图5是图4B的凹面反射镜的第1实施方式图。图6是图4B的凹面反射镜的第2实施方式图。图7是图4B的凹面反射镜的第3实施方式图。图8A是本发明的等离子体光源系统的第3实施方式的平面图。
图8B是本发明的等离子体光源系统的第3实施方式的侧面图。
具体实施例方式以下，基于附图详细地说明本发明的优选实施方式。再有，在各图中对共同的部分赋予同一符号，省略重复的说明。图1是与本发明相关的等离子体光源的实施方式图，该等离子体光源10具备1 对同轴状电极11、放电环境保持装置20、以及电压施加装置30。1对同轴状电极11以对称面1为中心而相向配置。各同轴状电极11包括棒状的中心电极12、管状的引导电极14和环状的绝缘体16。棒状的中心电极12是在单一的轴线Z-Z上延伸的导电性的电极。管状的引导电极14隔开固定的间隔包围中心电极12，在其间保有等离子体介质。 等离子体介质例如是Xe、Sn、Li等的气体。环状的绝缘构件16是位于中心电极12和引导电极14之间的中空圆筒形状的电绝缘体，使中心电极12和引导电极14之间电绝缘。在1对同轴状电极11中，各中心电极12位于同一轴线Z-Z上，并且相互隔开固定的间隔位于对称的位置。放电环境保持装置20对同轴状电极11内供给等离子体介质，并且将同轴状电极 11保持成适于等离子体的产生的温度和压力。放电环境保持装置20例如能够通过真空腔室、温度调节器、真空装置、以及等离子体介质供给装置来构成。电压施加装置30对各同轴状电极11施加使极性反转了的放电电压。电压施加装置30在本例子中，包括正电压源32、负电压源34和触发开关36。正电压源32对一方(在该例子中是左侧)的同轴状电极11的中心电极12施加比其引导电极14高的正放电电压。负电压源34对另一方(在该例子中是右侧)的同轴状电极11的中心电极12施加比其引导电极14低的负放电电压。触发开关36使正电压源32和负电压源34同时工作，对各个同轴状电极12同时施加正负的放电电压。通过该结构，本发明的等离子体光源在1对同轴状电极11之间形成管状放电，在轴方向封闭等离子体。图2A 图2D是图1的等离子体光源的工作说明图。在该图中，图2A表示面状发电的产生时、图2B表示面状放电的移动中、图2C表示等离子体的形成时、图2D表示等离子体封闭磁场的形成时。以下，参照该附图，说明等离子体光产生方法。在上述等离子体光产生方法中，将上述的1对同轴状电极11相向配置，通过放电环境保持装置20将等离子体介质对同轴状电极11内供给并且保持成适于等离子体的产生的温度和压力，通过电压施加装置30对各同轴状电极11施加使极性反转了的放电电压。如图2A所示，通过该电压施加，在1对同轴状电极11的绝缘构件16的表面分别产生面状的放电电流(以下，称为面状放电2)。面状放电2是2维地扩展的面状的放电电流，以下称为“电流片(current sheet)”。
再有在此时，对左侧的同轴状电极11的中心电极12施加正电压(+ )，对引导电极 14施加负电压(_)，对右侧的同轴状电极11的中心电极12施加负电压(-)，对其引导电极 14施加正电压(+ )。如图2B所示，面状放电2通过自磁场向从电极排出的方向(图中朝向中心的方向)移动。如图2C所示，当面状放电2到达1对同轴状电极11的顶端时，在1对面状放电2 间夹持的等离子体介质6变为高密度、高温，在各同轴状电极11的相向的中间位置(中心电极12的对称面1)形成单一的等离子体3。进而，在该状态下，相向的1对中心电极12是正电压(+ )和负电压(_)，同样地相向的1对引导电极14也是正电压(+ )和负电压(_)，因此如图2D所示，面状放电2连结形成在相向的1对中心电极12彼此以及相向的1对引导电极14之间放电的管状放电4。在这里，管状放电4意味着包围轴线Z-Z的中空圆筒状的放电电流。当形成该管状放电4时，在图中形成以符号5表示的等离子体封闭磁场(磁瓶)，能够将等离子体3在半径方向和轴方向封闭。S卩，磁瓶5通过等离子体3的压力，中央部大变其两侧变小，形成朝向等离子体3 的轴方向的磁压梯度，通过该磁压梯度将等离子体3约束在中间位置。进而，等离子体3通过等离子体电流的自磁场而在中心方向被压缩(Z间距)，自磁场的约束在半径方向也起作用。在该状态下，如果从电压施加装置30持续供给与等离子体3的发光能量相当的能量的话，就能够以高能量变换效率长时间稳定地使等离子体光8 (EUV)产生。根据上述的装置和方法，具备相向配置的1对同轴状电极11，使1对同轴状电极 11分别产生面状的放电电流(面状放电2)，通过面状放电2在各同轴状电极11的相向的中间位置形成单一的等离子体3，接着将面状放电2连结而形成1对同轴状电极间的管状放电4，形成封闭等离子体3的等离子体封闭磁场5 (磁瓶5)，因此能够长时间(μ sec级)稳定地使用于EUV辐射的等离子体光产生。此外，与现有的毛细管放电、真空光电金属等离子体相比较，能够在1对同轴状电极11的相向的中间位置形成单一的等离子体3，并且大幅(10倍以上)改善能量变换效率， 所以等离子体形成中的各电极的热负荷变小，能够使结构设备的热负荷导致的损伤大幅降低。此外，因为在1对同轴状电极11的相向的中间位置形成作为等离子体光的发光源的等离子体3，所以能够增大产生的等离子体光的有效的辐射立体角。可是，通过上述的等离子体光源，虽然与现有技术相比能够大幅改善能量变换效率，但其能量变换效率依然低(例如10%左右)，相对于对光源部投入的功率lkw，能够产生的等离子体光的输出不过是0. lkw。因此，当为了实现对光刻光源要求的等离子体光的输出(例如IkW)而大幅提高对光源部投入的功率(power)时，热负荷变得过大，电极的消耗变得剧烈，有装置的寿命缩短的可能性。图3A和图3B是表示本发明的等离子体光源系统的第1实施方式图，图3A是平面图，图3B是侧面图。
在该图中，本发明的等离子体光源系统具备多个(在本例中是4个)等离子体光源10 (在本例中是10A、10B、10C、10D)和聚光装置40。多个(4个)等离子体光源10 (10A、10B、10C、10D)分别在规定的发光点Ia周期地对等离子体光8进行发光。优选该周期是IkHz以上，等离子体光的发光时间是1 μ sec以上，等离子体光的输出是0. Ikff以上。此外，优选各等离子体光源10的周期、发光时间和输出分别相等。此外，如图1所示，各等离子体光源10具备相向配置的1对同轴状电极11 ；放电环境保持装置20，将等离子体介质对同轴状电极11内供给并且保持成适合于等离子体的产生的温度和压力；以及电压施加装置30，对各同轴状电极11施加使极性反转了的放电电压，该等离子体光源在1对同轴状电极11之间形成管状放电，在轴方向封闭等离子体。聚光装置40将等离子体光源10的多个发光点Ia的等离子体光8聚光到单一的聚光点9。在本例中，等离子体光源10的多个发光点Ia设置在将单一的中心轴7作为中心的同一圆周上。圆周上的间隔优选设定为彼此相等。此外，在本例中，聚光装置40具有单一的反射镜42、单一的旋转装置44、以及多个(在本例中是4个)聚光反射镜46 (在本例中是46A、46B、46C、46D)。反射镜42位于所述中心轴上，将来自等离子体光源10的各发光点Ia的等离子体光8朝向位于中心轴7上的聚光点9反射。反射镜42优选是凹面反射镜，但也可以是平面反射镜。旋转装置44以在各等离子体光源10的发光时反射镜42朝向该等离子体光源的方式，以中心轴7为中心使反射镜42旋转。多个(4个)聚光反射镜46 (46A、46B、46C、146D)将各发光点Ia的等离子体光8 朝向反射镜42聚光。此外，聚光反射镜46和反射镜42以通过该两者将各发光点Ia的等离子体光8聚光到单一的聚光点9的方式而设定形状。再有，构成等离子体光源10的放电环境保持装置20和电压施加装置30优选在多个等离子体光源10分别设置，但也可以共用其一部分或全部。再有，在本实施方式中，等离子体光源10是4台，但也可以是纩3台，也可以是5 台以上。此外，特别是为了缩短发光间隔、实现高反复运转(广10kHz)，等离子体光源越多越好，例如优选是10台以上。例如，在将以图3中的中心轴7作为中心的圆的半径设为R、将旋转速度设为N、将等离子体光8的脉冲宽度设为τ的情况下，放电中的等离子体移动量Δ以2JiR*N· τ 表示，在N是100 (10 heads、IkHz)、τ是5 μ s、R是5cm的情况下，等离子体移动量Δ是大约160 μ m，能实现可应用于EUV等离子体光源的微小尺寸。根据上述的本发明的第1实施方式，采用将多个等离子体光源10设置在同一圆周上，在上述圆的中心轴线上形成利用聚光反射镜46和反射镜42构成的聚光系统的聚光点 9，以设置于圆的中心部的反射镜42向通过圆中心的垂直轴上聚光的配置，进而，以与配置在圆周上的各个等离子体光源10的发光定时同步地，反射镜42的反射面与该等离子体光源10面对的方式使其旋转，由此能够从单一的聚光点9使高输出且微小尺寸的等离子体光周期地进行发光。图4A和图4B是本发明的等离子体光源系统的第2实施方式图。在本例子中，反射镜42是将来自各发光点Ia的等离子体光8朝向位于中心轴7上的聚光点9聚光的凹面反射镜43。其它结构与实施方式1相同。图5是图4B的凹面反射镜43的第1实施方式图。在图5中，将包含多个发光点Ia的平面和中心轴7的交点设为原点0，将连结原点 0和发光点Ia的线设为X轴，将连结原点0和位于中心轴7上的聚光点9的线设为Y轴，将连结发光点Ia和聚光点9的线设为对称轴C。在图5中，凹面反射镜43是多层膜反射镜，其反射面的形状形成为相对于对反射面的法线的入射角和反射角一致，并且相对于对称轴C线对称。根据上述的本发明的第2实施方式，能够通过单一的凹面反射镜43将来自各发光点Ia的等离子体光8朝向位于中心轴7上的聚光点9进行聚光。因此，通过以与配置在圆周上的各个等离子体光源10的发光定时同步地，凹面反射镜43的反射面与该等离子体光源10面对的方式进行旋转，由此能够从单一的聚光点9 使高输出且微小尺寸的等离子体光8周期地发光。此外，由于EUV区域的反射镜的反射率低(例如70%前后)，所以已知在多个反射镜的结构中，产生的EUV光的利用效率大幅降低。相对于此，在图5的结构中，以单一的凹面反射镜43的1次反射将等离子体光8 聚光到聚光点9，因此能够提高反射效率、能够增大产生的EUV光的利用效率。图6是图4B的凹面反射镜43的第2实施方式图。在图6中，凹面反射镜43是多层膜反射镜，其反射面的形状形成为相对于对反射面的法线的入射角和反射角一致，并且相对于对称轴C线对称。此外在本例子中，将凹面反射镜43和中心轴7的交点0与各发光点Ia连结起来的直线相对于X轴形成的角度Φ不设为0度，例如设定为1(Γ45度。再有，也可以将各发光点Ia设定在Y轴的负侧，将角度Φ 设定为负。在该情况下，凹面反射镜43的反射面的X-Y平面上的曲线以数1的数式(1)表示。 在这里，将各发光点Ia和聚光点9的X-Y轴上的位置设为S (coscKsinct)和F (YsO)0其它结构与图5相同。该曲线成为将点S、F作为2个焦点，通过点0的椭圆弧。反射镜曲面是将X-Y平面上的该曲线围绕对称轴C旋转固定角度而获得的曲面。[数1]
权利要求
1.一种等离子体光源系统，其特征在于，具备多个等离子体光源，在规定的发光点对等离子体光周期地进行发光；以及聚光装置，将所述等离子体光源的多个发光点的等离子体光聚光到单一的聚光点。
2.根据权利要求1所述的等离子体光源系统，其特征在于，所述等离子体光源的多个发光点设置在将单一的中心轴作为中心的同一圆周上， 所述聚光装置具有反射镜，位于所述中心轴上，将来自所述发光点的等离子体光朝向所述聚光点反射；以及旋转装置，使所述反射镜以所述中心轴为中心进行旋转，使得在各等离子体光源的发光时朝向该等离子体光源。
3.根据权利要求2所述的等离子体光源系统，其特征在于，所述聚光装置具有将所述各发光点的等离子体光朝向所述反射镜聚光的多个聚光反射镜，通过该聚光反射镜和反射镜，将各发光点的等离子体光聚光到单一的聚光点。
4.根据权利要求2所述的等离子体光源系统，其特征在于， 所述聚光点位于所述中心轴上，所述反射镜是将来自所述发光点的等离子体光朝向所述聚光点聚光的凹面反射镜。
5.根据权利要求4所述的等离子体光源系统，其特征在于，将从包含所述多个发光点的平面与所述中心轴的交点起、到各发光点的距离和到所述聚光点的距离设定为相等。
6.根据权利要求1所述的等离子体光源系统，其特征在于，所述聚光装置具有旋转体，将所述等离子体光源的多个发光点设置在将单一的中心轴作为中心的同一圆周上；以及旋转装置，以在各等离子体光源的发光时该等离子体光源的发光点位于同一位置的方式，使所述旋转体以所述中心轴为中心进行旋转。
7.根据权利要求6所述的等离子体光源系统，其特征在于，所述聚光装置具有聚光反射镜，将来自所述同一位置的等离子体光朝向所述聚光点聚光。
8.根据权利要求1所述的等离子体光源系统，其特征在于，所述各等离子体光源具备相向配置的1对同轴状电极；放电环境保持装置，将等离子体介质对该同轴状电极内供给并且保持成适于等离子体的产生的温度和压力；以及电压施加装置，对各同轴状电极施加使极性反转了的放电电压，在1对同轴状电极之间形成管状放电并在轴方向封闭等离子体。
全文摘要
一种等离子体光源系统，具备多个等离子体光源(10)，在规定的发光点(1a)对等离子体光(8)周期地进行发光；以及聚光装置(40)，将等离子体光源的多个发光点的等离子体光聚光到单一的聚光点(9)。
文档编号H05G2/00GK102484045SQ201080038879
公开日2012年5月30日 申请日期2010年8月25日 优先权日2009年9月1日
发明者桑原一 申请人:株式会社 Ihi
文档序号 :
【 8042897 】
技术研发人员：桑原一
技术所有人：株式会社IHI
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除
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