JP2005268366A - Ｌｐｐ型ｅｕｖ光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＬＰＰ型ＥＵＶ光源装置において、メンテナンスのために大気に曝す領域を減らして部品の汚染を防ぐと共に、再立ち上げ時の真空引き等の処理を迅速化する。
【解決手段】 ターゲット噴射ノズルが設けられたチャンバや、集光光学系が設けられたチャンバ等の複数のチャンバで構成し、各チャンバをバルブにて開閉可能な通路で連結し、メンテナンス時には開放する必要のある真空チャンバだけを大気開放する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、露光装置等において用いられるＬＰＰ型ＥＵＶ光源装置に関する。

ＥＵＶ光を発生する手段としてＬＰＰが知られている。ＬＰＰとは、Laser Produced Plasmaの略称であって、細い内径を有するノズル内部から噴出される液体又は気体のターゲット材料にレーザ光を集光照射し、レーザ光を照射されてプラズマ化したターゲット材料からＥＵＶ光が放射される。特許文献を用いてＬＰＰ型ＥＵＶ光源装置に関して更に説明する。

特許文献１の図１には、レーザ発振器の出力レーザ光３と、レーザ光を集光するレンズ１３と、ターゲット材料を噴射するノズル１０とを含むＸ線放射線又は極紫外線放射線を発生する装置が示されている。ターゲット材料の噴流１７は、ノズル１０から噴射された後、連続流れ状態を経て断続流れ状態１５及び１２へ変化する。一方、レンズ１３によって集光されたレーザ光３はターゲット材料を照射し、その位置でターゲット材料がプラズマ化してＥＵＶ光を放射する。なお、ＥＵＶ光は気体による吸収が多いため、ノズル１０や、レーザ光照射位置１１（ＥＵＶ光発生領域）等は真空チャンバ内に配置されている。特許文献１には、このようなＸ線放射線又は極紫外線放射線発生装置において、噴流１７が連続流れ状態である範囲にレーザ光３を照射することにより、断続流れ状態よりも確実且つ容易に、レーザ光をターゲットに照射することができることが記載されている。

特許文献２には、ＥＵＶ光源と露光装置とを組み合わせた例が示されている。特許文献２においては、ＬＰＰ型ではなく、荷電粒子蓄積リング放射によるＥＵＶ光源が利用されているが、気体によるＥＵＶ光吸収を減らすために、ＥＵＶ光源から露光装置までの光路や露光雰囲気を高真空に維持する必要がある点はＥＵＶ光源の種類にかかわらず共通である。

特許文献２の図５には、ＥＵＶ（Ｘ線）露光装置全体図が示されている。このＥＵＶ露光装置において、光源Ｓoから放射されたＥＵＶ光は、ビームダクト１０３内を通って露光室１０２内へ達し、ＬＳＩの回路パターンを有するマスクＭoを経て半導体ウェハＷoに照射される。

露光室１０２内は、露光室排気ライン１０４によって所定の真空圧まで排気されており、その真空度を維持しつつヘリウムガス供給ラインからヘリウムガスを供給され、このヘリウムガスの減圧雰囲気に維持される。ヘリウムガスは、マスクＭo等の放熱に必要な対流を可能にする役目を果たすが、ＥＵＶ光の吸収を押さえるため、減圧雰囲気にする必要がある。
ビームダクト１０３はビームダクト排気ライン１９５によって超高真空に維持されている。また、ビームダクト１０３内の超高真空雰囲気と、露光室１０２内の減圧雰囲気は、ベリリウム窓１０６によって遮断されている。

このような露光室をメンテナンス等のために大気開放する際に、大気が、バイパスライン１０８を通ってベリリウム窓１０６よりもＥＵＶ光源側にまで侵入すると、ビームダクトの超高真空が損なわれる。従って、露光を再開するときには、排気ラインの真空ポンプによってビームダクト内壁に付着したガスを排出することにより、再びビームダクトの真空度を回復させる必要がある。これは装置の再立ち上げ時間を長くし、露光のスループット低下という問題をもたらす。

特許文献２には、この問題を解決するための発明が開示されている。特許文献２の図１に示すように、メンテナンス等のために露光室２を大気開放するときに、第１の遮断弁９を閉じる。これにより、遮断弁９からベリリウム窓８までの間のビームダクト３内部は減圧ヘリウム雰囲気に保たれると共に、ＥＵＶ光源側のビームダクト内は超高真空雰囲気に保たれる。

ところで、ＥＵＶ露光装置のメンテナンスを要する箇所は露光室だけではない。即ち、ＬＰＰ型ＥＵＶ光源は、プラズマ化したターゲットから放射されるＥＵＶ光を集光し、ＥＵＶ光を利用する装置（露光装置等）方向へ伝達する役目を持つ集光光学系を有しており、この光学系もメンテナンスを必要とする。また、ノズルから噴射され、レーザ光を照射されて高温プラズマとなったターゲット材料が当該光学系に付着したり、ノズルにおいて高温により溶融したターゲット材料の残渣が当該光学系に付着したりすると、ＥＵＶ光の集光動作が困難になる。この場合にも、集光光学系交換のためにＥＵＶ光源を含む真空チャンバを大気開放しなければならない。

さらに、レーザ照射によりプラズマ化したターゲット材料が高速でノズルに衝突するため、ノズルが損傷したり、ノズルにターゲット材料が付着したり、或いは、プラズマの高温度により、ノズルが劣化したりすると、ターゲット噴射特性（噴射量、噴射方向、噴射方向の安定性等）が変化してしまい、ＥＵＶ光発生量が減少したり、不安定になったりする問題が発生する。この場合にも、ノズル交換のためにＥＵＶ光源を含む真空チャンバを大気開放しなければならない。

ここで、特許文献３には、ＬＰＰ型ＥＵＶ光源に必要な真空チャンバ構造が示されている。特許文献３の図５に示すように、ターゲット噴射ノズル（毛細管）３１の一端側はターゲットとなる水を入れるタンク３２に接続されており、ノズル３１内へ水を導入可能にする。ノズル３１の多端は発生源スペース３３内へ突出している。水は高圧を受けて矢印３５の方向へ進み、ノズル３１内部通路を経て発生源スペース３３内へ水滴３９の形態で噴射される。

水滴３９は、先ず真空スペース６２内において噴射され、狭い管６５を通過して発生源スペース３３内へ達し、そこでレーザ光４７の照射を受けてプラズマ化し、ＥＵＶ光を発生する。ここで、ＥＵＶ光を集光する必要があれば、集光用曲面ミラー等が発生源スペース３３内に設置される。真空スペース６２内は真空ポンプ６３で排気されており、発生源スペース３３内は真空ポンプ３４で排気されている。真空スペース６２内において水滴３９が蒸発して生じた気体は、真空ポンプ６３によって排気されるので、発生源スペース３３内部の高真空度を容易に維持することができる。

レーザ光４７の照射を受けた後の水は、狭い管５９内を通過して真空スペース５３内に達し、真空ポンプ５７によって排気される。加熱素子７０は水の凍結を防止する役目を果たす。凍結すると、氷が成長してＥＵＶ発生動作の障害となるためである。

このように、ＥＵＶ発生源を連通する複数の部屋に区切り、各部屋を真空排気することにより、ＥＵＶ光が発生する発生源スペース３３内部の高真空度を維持及び制御することが容易になる。
特表２０００−５０９１９０号公報（図１） 特開平７−２７０６００号公報（図１） 特表２００３−５１８７３１号公報（図５）

しかしながら、ＥＵＶ発生源が複数の連通する部屋で区切られている場合には、メンテナンス上の問題点が生じる。まず、特許文献３の図５に示す発生源スペース３３内に、ＥＵＶ光を集光するための曲面ミラーを設置した場合、曲面ミラーの交換のために発生源スペース３３を大気開放する必要がある。そうすると、狭い管６５及び５９を介して真空スペース６２及び５３内も大気開放されることになる。しかし、本来的には、曲面ミラーの交換のみのために、発生源スペース３３以外の真空スペースまで大気開放する必要はない。それにも拘わらず大気開放すると、再び真空排気して高真空状態へ戻し、且つ、真空スペース内壁面に付着したダストを除去しなくてはならないので、長時間の作業を要してしまう。また、ターゲットに液体キセノン（Ｘｅ）等の低温材料を使う場合には、ノズル及び液化器を冷却する必要がある。しかしながら、大気開放時にはこの冷却制御を停止し、結露を防止するため室温程度にまで液化器の温度を上昇させなければならないので、再び安定した液体Ｘｅ等のジェット（ドロップレット）を噴出させるために、立ち上げ時間を要するという問題もある。さらに、ターゲット材料として液体スズ等の溶融金属材料を使う場合は、ノズル及び熱交換器を加熱する必要がある。大気開放時にはこの加熱制御を停止しなくてはならないので、再び安定した液体スズ等のジェット（ドロップレット）を噴出させるためには、やはり、立ち上げ時間が必要になってしまう。

上記の問題点に鑑み、本発明は、半導体露光等に用いるＬＰＰ型ＥＵＶ光源装置のメンテナンス時に装置内の高真空雰囲気を破壊する範囲を少なくして、装置の再立ち上げまでの作業を簡易化し、且つその作業時間を短縮することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係るＥＵＶ光源装置は、ＬＰＰターゲット材料を噴射するノズルが配置された第１真空チャンバと、該第１真空チャンバ内を真空排気する第１真空ポンプと、第１真空チャンバと第１真空ポンプとを結ぶ通路の開閉を行う第１バルブと、ＬＰＰターゲット材料を照射するためのレーザ光を出力するレーザ発振器と、第１真空チャンバと連通していると共に、ノズルから噴射されるＬＰＰターゲット材料の進行方向に設置されている第２真空チャンバであって、ＬＰＰターゲット材料がレーザ発振器から出射されたレーザ光の照射を受けてプラズマ化することによって発生したＥＵＶ光を集光する集光光学系とが配置された第２真空チャンバと、該第２真空チャンバ内を真空排気する第２真空ポンプと、第２真空チャンバと第２真空ポンプとを結ぶ通路の開閉を行う第２バルブと、第１及び第２真空チャンバを連通する通路の開閉を行う第３のバルブとを具備する。

本発明によれば、ターゲット材料の噴射、ターゲット材料へのレーザ光照射、残留ターゲット除去等の役目を果たす少なくとも２つ以上の連通するチャンバに区切られたＬＰＰ型ＥＵＶ光源装置において、隣接するチャンバ同士の通路にゲートバルブを設け、各チャンバを個別に真空排気する手段を設ける。即ち、各チャンバの真空を独立して制御するので、メンテナンス時においても、メンテナンスする必要のある方のチャンバのみを大気開放し、メンテナンスを行わない方のチャンバの真空（多少低真空でも良い）を維持することができる。従って、ＬＰＰ型ＥＵＶ装置立ち上げまでの作業を簡素化すると共に、それに要する時間を短くすることができ、スループットを向上することが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るＬＰＰ型ＥＵＶ光源装置を示す模式図である。このＬＰＰ型ＥＵＶ光源装置は、第１真空チャンバ１と、第２真空チャンバ５と、真空チャンバ外に配置されているレーザ光源（レーザ発振器）１１とを含んでいる。

第１真空チャンバ１は、ＬＰＰターゲット材料である液体キセノン（Ｘｅ）の噴射が行われるチャンバ（液体Ｘｅ噴射チャンバ）である。液体Ｘｅ噴射チャンバ１には、ターゲット材料を冷却する冷却器２と、冷却器２に接続されターゲット材料を噴射するノズル３とが設置されている。また、液体Ｘｅ噴射チャンバ１は、ゲートバルブ４ａが設けられた管４を介して真空ポンプに接続されており、その内部は、真空ポンプによって真空排気される。

第２真空チャンバ５は、ターゲット材料にレーザ光を照射することにより、ＥＵＶ光の生成が行われるチャンバ（レーザ照射チャンバ）である。レーザ照射チャンバ５には、レーザ光源１１から出射されたレーザビーム１２を透過させる窓６と、発生したＥＵＶ光を集光する曲面ミラー７と、集光されたＥＵＶ光を透過させる光通路管８とが設けられている。また、レーザ照射チャンバ５は、ゲートバルブ９ａが設けられた管９を介して真空ポンプに接続されており、その内部は、真空ポンプによって真空排気される。

上記の液体Ｘｅ噴射チャンバ１とレーザ照射チャンバ５とは、ゲートバルブ１０ａが設けられた管１０を介して連通している。
液体Ｘｅ噴射チャンバ１においてノズル３から噴射されたターゲットＸｅ１３は、レーザ照射チャンバ５において、レーザビーム１２の照射を受け、プラズマ化してＥＵＶ光１４を発生する。このＥＵＶ光１４は曲面ミラー７により集光され、光通路管８を介して図示しない露光装置へ伝達される。

次に、本実施形態に係るＬＰＰ型ＥＵＶ光源装置のメンテナンス時の動作について説明する。
先にも述べたように、液体Ｘｅ噴射チャンバ１とレーザ照射チャンバ５とは、管１０（望ましくは細い管）を介して連通しており、この管１０は、ゲートバルブ１０ａにより必要に応じて封鎖される。また、液体Ｘｅ噴射チャンバ１及びレーザ照射チャンバ５には、真空ポンプに連通する管４及び９がそれぞれ設けられており、これらの管もゲートバルブ４ａ及び９ａにより必要に応じて個別に封鎖される。

集光ミラーを交換するときには、チャンバ同士を結ぶ管１０と、レーザ照射チャンバ５の真空ポンプへ続く管９とをゲートバルブ１０ａ及び９ａによってそれぞれ封鎖する。そして、レーザ照射チャンバ５のみに、図示しないパージガス導入機構を用いてＮ_２ガス或いはクリーンエアを導入した上で、大気開放して集光ミラーの交換を行う。

このメンテナンス作業中には、液体Ｘｅ照射チャンバ１内の真空（多少低真空でも良い）を維持することができる。また、液体Ｘｅ照射チャンバ１内において、真空を維持し、冷却器２を作動させ続けておくことにより、ノズル３の温度をジェット噴射に適した温度等に保つことができるので、新たな冷却時間が不要となり、ＥＵＶ光源立ち上げ時間を短くすることができる。さらに、液体Ｘｅ照射チャンバ１内において、真空を維持し、冷却器２を作動させ続けておくことにより、ノズルからジェット（ドロップレット）を噴出させ続けることが可能となり、その結果として、ジェット(ドロップレット)を生成／安定化するのに要する時間が不要となるので、メンテナンス終了後に、すぐにＥＵＶ光を生成することができる。また、噴出させ続けることにより、ジェット(ドロップレット)の停止や噴射に伴うトラブル発生の可能性、例えば、噴射されたターゲット材料１３がレーザ照射位置（ＥＵＶ光１４が発生していた位置）からずれる可能性等を減少させることができる。加えて、ドロップレット噴出を停止した場合においても、ターゲットの固化温度以上の温度を維持しておくことにより、凍結又は固化したターゲットによってノズルが詰まるという問題は無く、ドロップレット噴射の定常動作への移行もスムーズに進む。

また、ノズルを交換するときも同様に、チャンバ同士を結ぶ管１０と、液体Ｘｅ噴射チャンバ１の真空ポンプへ続く管４とを、ゲートバルブ１０ａ及び４ａによってそれぞれ封鎖し、図示しないパージガス導入機構を用いてＮ_２ガス或いはクリーンエアを導入した上で、このチャンバのみを大気開放してノズルの交換を行う。これにより、ノズル交換時に、集光ミラーを大気へ曝すことがなくなるため、反射面の清浄度を維持することができる。

なお、特許文献３にも開示されているように、真空チャンバが３つ以上連通する場合においても、同様にゲートバルブを利用することにより、メンテナンス部品が設置されているチャンバのみを大気開放してメンテナンスを行えばよい。

以上説明した本実施形態においては、第１及び第２真空チャンバの内部を、それぞれ異なる真空ポンプを用いて真空排気しているが、第１真空チャンバ内排気用真空ポンプと第２真空チャンバ内排気用真空ポンプを１台で兼ねることも可能である。例えば、第１真空チャンバをメンテナンスのため大気開放している間には、第１真空チャンバと第２真空チャンバとの間のゲートバルブを閉じ、第２真空チャンバ内を排気用真空ポンプによって真空引きし続ける。或いは、その際に、第２真空チャンバと真空ポンプとの間のゲートバルブを閉じて、第２真空チャンバ内の真空を維持にする。また、メンテナンスが終わり、第１真空チャンバを再度真空状態にするためには、第２真空チャンバと真空ポンプとの間のゲートバルブを閉じて真空引きを一旦中断し、第１真空チャンバのみを排気用真空ポンプによって真空引きする。次いで、第１真空チャンバと第２真空チャンバの真空度がほぼ等しくなったら、第２真空チャンバと真空ポンプとの間のゲートバルブを開けて両チャンバを同時に真空引きする。或いは、第１真空チャンバと第２真空チャンバとの間のゲートバルブを開け、両チャンバを同時に真空引きしても良い。このようにして、ＬＰＰ型ＥＵＶ装置におけるチャンバ内のメンテナンスを効率良く行うことができる。

本発明は、露光装置等において用いられるＬＰＰ型ＥＵＶ装置において利用可能である。

本発明の一実施形態に係るＬＰＰ型ＥＵＶ装置の構成を示す模式図である。

符号の説明

１…第１真空チャンバ（液体Ｘｅ噴射チャンバ）、２…冷却器、３…ノズル、４、９、１０…管、４ａ、９ａ、１０ａ…ゲートバルブ、５…第２真空チャンバ（レーザ照射チャンバ）、６…窓、８…光通路管、７…曲面ミラー、１１…レーザ光源（レーザ発振器）、１２…レーザビーム、１３…ターゲット材料（液体キセノン）、１４…ＥＵＶ光

Claims (2)

1. ＬＰＰターゲット材料を噴射するノズルが配置された第１真空チャンバと、
   前記第１真空チャンバ内を真空排気する第１真空ポンプと、
   前記第１真空チャンバと前記第１真空ポンプとを結ぶ通路の開閉を行う第１バルブと、
   前記ＬＰＰターゲット材料を照射するためのレーザ光を出力するレーザ発振器と、
   前記第１真空チャンバと連通していると共に、前記ノズルから噴射されるＬＰＰターゲット材料の進行方向に設置されている第２真空チャンバであって、前記ＬＰＰターゲット材料が前記レーザ発振器から出射されたレーザ光の照射を受けてプラズマ化することによって発生したＥＵＶ光を集光する集光光学系とが配置された第２真空チャンバと、
   前記第２真空チャンバ内を真空排気する第２真空ポンプと、
   前記第２真空チャンバと前記第２真空ポンプとを結ぶ通路の開閉を行う第２バルブと、
   前記第１及び第２真空チャンバを連通する通路の開閉を行う第３のバルブと、
   を具備するＬＰＰ型ＥＵＶ光源装置。
2. ＬＰＰターゲット材料を噴射するノズルが配置された第１真空チャンバと、
   前記ＬＰＰターゲット材料を照射するためのレーザ光を出力するレーザ発振器と、
   前記第１真空チャンバと連通していると共に、前記ノズルから噴射されるＬＰＰターゲット材料の進行方向に設置されている第２真空チャンバであって、前記ＬＰＰターゲット材料が前記レーザ発振器から出射されたレーザ光の照射を受けてプラズマ化することによって発生したＥＵＶ光を集光する集光光学系とが配置された第２真空チャンバと、
   前記第１及び第２真空チャンバ内を真空排気する真空ポンプと、
   前記第１真空チャンバと前記真空ポンプとを結ぶ通路の開閉を行う第１バルブと、
   前記第２真空チャンバと前記真空ポンプとを結ぶ通路の開閉を行う第２バルブと、
   前記第１及び第２真空チャンバを連通する通路の開閉を行う第３のバルブと、
   を具備するＬＰＰ型ＥＵＶ光源装置。

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