JP5474891B2 - Light source device and exposure apparatus using the same - Google Patents
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Description
本発明は、ターゲットにレーザビームを照射することにより極端紫外(EUV:extreme ultra violet)光を発生する光源装置に関する。さらに、本発明は、そのような光源装置を用いた露光装置に関する。 The present invention relates to a light source device that generates extreme ultra violet (EUV) light by irradiating a target with a laser beam. Furthermore, the present invention relates to an exposure apparatus using such a light source device.
半導体プロセスの微細化に伴って光リソグラフィも微細化が急速に進展しており、次世代においては、100〜70nmの微細加工、更には50nm以下の微細加工が要求されるようになる。例えば、50nm以下の微細加工の要求に応えるべく、波長13nm程度のEUV光源と縮小投影反射光学系(catoptric system)とを組み合わせた露光装置の開発が期待されている。 With the miniaturization of semiconductor processes, the miniaturization of optical lithography is rapidly progressing, and in the next generation, fine processing of 100 to 70 nm and further fine processing of 50 nm or less are required. For example, in order to meet the demand for fine processing of 50 nm or less, development of an exposure apparatus combining an EUV light source having a wavelength of about 13 nm and a reduced projection reflection optical system (catoptric system) is expected.
EUVリソグラフィは光リソグラフィの一種であり、波長10nm領域の極端紫外光を使用し、縮小投影反射光学系において、半導体回路のパターンのマスク像を半導体ウエハ上に塗布されたレジスト上に結像させて回路形成を行う。EUVリソグラフィに用いる露光装置においては、スループットが80枚/時、レジスト感度が5mJ/cm2であることが前提とされており、現在考えられている光学系の構成を使用した場合には、10〜1000W程度のEUV光源が必要とされる。 EUV lithography is a type of optical lithography, and uses extreme ultraviolet light with a wavelength of 10 nm, and forms a mask image of a pattern of a semiconductor circuit on a resist coated on a semiconductor wafer in a reduction projection reflection optical system. Perform circuit formation. In an exposure apparatus used for EUV lithography, it is assumed that the throughput is 80 sheets / hour and the resist sensitivity is 5 mJ / cm 2. An EUV light source of about ˜1000 W is required.
EUV光源としては、レーザビームをターゲットに照射することによって生成するプラズマを用いたLPP(laser produced plasma)光源と、放電によって生成するプラズマを用いたDPP(discharge produced plasma)光源と、軌道放射光を用いたSR(syncrotron radiation)光源との3種類がある。これらの内でも、LPP光源は、プラズマ密度をかなり大きくできるので黒体輻射に近い極めて高い輝度が得られ、ターゲット材料を選択することにより必要な波長帯のみの発光が可能であり、ほぼ等方的な角度分布を持つ点光源であるので光源の周囲に電極等の構造物がなく、2πsteradという極めて大きな捕集立体角の確保が可能であること等の利点から、10〜1000W程度のパワーが要求されるEUVリソグラフィ用の光源として有力であると考えられている。 As the EUV light source, an LPP (laser produced plasma) light source using plasma generated by irradiating a target with a laser beam, a DPP (discharge produced plasma) light source using plasma generated by discharge, and orbital radiation light There are three types of SR (syncrotron radiation) light sources used. Among these, since the LPP light source can considerably increase the plasma density, extremely high brightness close to that of black body radiation can be obtained, and light emission only in a necessary wavelength band is possible by selecting a target material, which is almost isotropic. Since it is a point light source with a typical angular distribution, there is no structure such as an electrode around the light source, and it is possible to secure a very large collection solid angle of 2πsterad. It is considered to be a powerful light source for required EUV lithography.
LPP光源において、プラズマを発生させるためにレーザビームを照射するターゲットとして固体材料を用いると、レーザビーム照射領域がプラズマ化するときにレーザビームの照射により発生する熱がレーザビーム照射領域の周辺に伝わり、その周辺において固体材料が溶融する。溶融した固体材料は、直径数μm以上の粒子隗(デブリ)となって多量に放出され、集光ミラーにダメージを与え、その反射率を低下させる。一方、ターゲットとして気体を用いると、デブリは少なくなるものの、レーザ発振器に供給するパワーからEUV光のパワーへの変換効率が低下してしまう。 In a LPP light source, when a solid material is used as a target for irradiating a laser beam to generate plasma, heat generated by laser beam irradiation is transmitted to the periphery of the laser beam irradiation region when the laser beam irradiation region is turned into plasma. In the periphery, the solid material melts. The molten solid material is released in a large amount as particle soot (debris) having a diameter of several μm or more, damages the condensing mirror, and reduces its reflectance. On the other hand, when gas is used as the target, debris is reduced, but the conversion efficiency from the power supplied to the laser oscillator to the power of the EUV light is reduced.
ところで、LPP光源は、点光源あるいはその集合体であるため、LPP光源から発散される光を集光ミラーで集めて、EUVリソグラフィに利用可能な光を出力することが必要である。ここで、点光源光の光束伝達においては、エテンデュが常に一定であるという原理が存在する。エテンデュとは、光束の面積と広がり角(立体角)との積で定義される量である。光源側のエテンデュ(光源面積と発散立体角との積)が照明領域のエテンデュ(照明領域の面積と照明光の立体角との積)より大きいと、照明領域に取り込むことのできない光束の割合が増加するので、光源側のエテンデュを照明領域のエテンデュよりも小さく抑える必要がある。EUV光は発散光なので、エテンデュを小さく抑えるためには、光源となるプラズマのサイズを十分に小さくしなければならない。例えば、光源から立体角πの範囲で集光するためには、プラズマの直径を0.5mm程度以下にすることが必要である。 By the way, since the LPP light source is a point light source or an aggregate thereof, it is necessary to collect light emitted from the LPP light source with a condensing mirror and output light usable for EUV lithography. Here, there is a principle that etendue is always constant in the light flux transmission of point light source light. Etendue is an amount defined by the product of the area of a light beam and the spread angle (solid angle). If the etendue on the light source side (the product of the light source area and the divergent solid angle) is larger than the etendue of the illumination area (the product of the area of the illumination area and the solid angle of the illumination light), the ratio of the light flux that cannot be taken into the illumination area Therefore, it is necessary to keep the etendue on the light source side smaller than the etendue of the illumination area. Since EUV light is divergent light, the size of the plasma that serves as the light source must be made sufficiently small in order to keep the etendue small. For example, in order to collect light from the light source in the range of the solid angle π, the diameter of the plasma needs to be about 0.5 mm or less.
従来、LPP光源においてプラズマを生成するために、1.5W級のLD励起YAGレーザを用いて開発が行われてきた。このYAGレーザは、パルス継続時間が数nsで、使用されるレーザビームの波長が1μm帯である。一方、数万度を超えるプラズマの生成過程は、ps(10−12秒)のスケールで進展する。レーザビームが照射される初期の時点におけるプラズマの密度が小さいと、それ以後においてレーザビームはターゲット中の分子や原子を十分にプラズマ化することができずに素通りしてしまう。逆に、プラズマ密度が大きすぎる場合には、レーザビームが照射される側のプラズマに遮られて、十分な体積のプラズマが生成できなくなる。従って、ターゲットガスの密度には、最適な範囲が存在する。 Conventionally, development has been carried out using a 1.5 W class LD-pumped YAG laser in order to generate plasma in an LPP light source. This YAG laser has a pulse duration of several ns and the wavelength of the laser beam used is in the 1 μm band. On the other hand, the plasma generation process exceeding tens of thousands of degrees progresses on the scale of ps ( 10-12 seconds). If the density of the plasma at the initial time point when the laser beam is irradiated is small, the laser beam will not pass through the molecules and atoms in the target sufficiently after that and pass through. On the other hand, when the plasma density is too high, the plasma on the side irradiated with the laser beam is blocked, and a sufficient volume of plasma cannot be generated. Therefore, there is an optimum range for the density of the target gas.
YAGレーザを用いる場合には、レーザビームを効率良く吸収させるために、レーザビームをかなり密度が大きいターゲットガスと相互作用させる必要がある。そのため、ノズルの噴出口近くの密度の大きいガスにレーザビームを照射することが必要である。しかしながら、高出力化したYAGレーザは、一般に、横モードに多数のモードが存在するため集光性が悪く、また、運転中に発生する熱によって硝子媒質の不均一性が増すため横モードがさらに悪化し、その結果、ターゲットへの照射効率が低下してしまうという問題もあった。 In the case of using a YAG laser, it is necessary to interact the laser beam with a target gas having a considerably high density in order to efficiently absorb the laser beam. Therefore, it is necessary to irradiate a laser beam to a gas having a high density near the nozzle outlet. However, a YAG laser with high output generally has poor condensing performance because there are many modes in the transverse mode, and the lateral mode further increases because the nonuniformity of the glass medium increases due to heat generated during operation. There was also a problem that the irradiation efficiency to the target was lowered as a result.
そこで、本発明は、エテンデュが小さく、高出力を取り出すことができ、デブリによる損傷の少ない光源装置を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような光源装置を用いることにより、微細な光リソグラフィを実現することができる露光装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a light source device that has a small etendue, can take out a high output, and is less damaged by debris. It is another object of the present invention to provide an exposure apparatus that can realize fine photolithography by using such a light source device.
上記課題を解決するため、本発明の1つの観点に係る光源装置は、ターゲットにパルスレーザビームを照射することにより極端紫外光を発生する光源装置であって、ターゲットとなる物質を供給するターゲット供給部と、ターゲットにパルスレーザビームを照射することによりプラズマを発生させるレーザ部と、プラズマから放出される極端紫外光を集光する集光光学系とを備え、レーザ部は、パルスレーザビームを所定の繰り返し周波数で発生する発振段と、パルスレーザビームを低次の横モードにするアダプティブ光学素子と、媒質として二酸化炭素ガスを含み、パルスレーザビームを増幅する少なくとも1つの増幅段とを備え、発振段と少なくとも1つの増幅段とは、MOPA(master oscillator power amplifier)方式で直列に接続され、アダプティブ光学素子は、パルスレーザビームの光路上に配置されたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a light source device according to one aspect of the present invention is a light source device that generates extreme ultraviolet light by irradiating a target with a pulsed laser beam, and that supplies a target material. And a laser unit that generates plasma by irradiating the target with a pulsed laser beam, and a condensing optical system that collects extreme ultraviolet light emitted from the plasma. An oscillation stage that generates at a repetition frequency of; an adaptive optical element that makes the pulse laser beam a low-order transverse mode; and at least one amplification stage that contains carbon dioxide gas as a medium and amplifies the pulse laser beam. The stage and the at least one amplification stage are connected in series by a master oscillator power amplifier (MOPA) scheme, Restorative optical element, characterized in that arranged in the pulsed laser beam on the optical path.
また、本発明の1つの観点に係る露光装置は、本発明に係る光源装置と、該光源装置によって発生された極端紫外光を用いてマスクを照明する照明光学系と、マスクから反射された極端紫外光を用いて対象物を露光させる投影光学系とを具備する。 An exposure apparatus according to one aspect of the present invention includes a light source device according to the present invention, an illumination optical system that illuminates the mask using extreme ultraviolet light generated by the light source device, and an extreme reflected from the mask. A projection optical system that exposes an object using ultraviolet light.
以上のように構成した本発明によれば、レーザ部が、パルスレーザビームを所定の繰り返し周波数で発生する発振段と、パルスレーザビームを低次の横モードにするアダプティブ光学素子と、媒質として二酸化炭素ガスを含み、パルスレーザビームを増幅する少なくとも1つの増幅段とを備えることにより、低次の横モードのパルスレーザビームの発生を維持することが可能となるので、エテンデュが小さく、高出力を取り出すことができ、デブリによる損傷の少ない光源装置を提供することができる。さらにまた、そのような光源装置を用いて、微細な光リソグラフィを実現する露光装置を提供することができる。 According to the present invention configured as described above, the laser unit includes an oscillation stage that generates a pulse laser beam at a predetermined repetition frequency, an adaptive optical element that changes the pulse laser beam to a low-order transverse mode, and dioxide as a medium. By including at least one amplification stage that contains the carbon gas and amplifies the pulse laser beam, it is possible to maintain the generation of the pulse laser beam in the low-order transverse mode, so that the etendue is small and the output is high. A light source device that can be taken out and is less damaged by debris can be provided. Furthermore, it is possible to provide an exposure apparatus that realizes fine photolithography using such a light source device.
以下、図面に基いて本発明の実施の形態について説明する。なお、同一の構成要素については同一の参照番号を付して、これらの説明を省略する。
図1に、本発明の一実施形態に係る光源装置の構成を示す。この光源装置は、レーザ部として、レーザビームを発生する駆動用レーザ101と、駆動用レーザ101が発生するレーザビームを集光する光学系とを含んでいる。本実施形態においては、この光学系が、集光レンズ102によって構成されている。集光レンズ102としては、平凸レンズやシリンドリカルレンズが使用される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same reference number is attached | subjected about the same component, and these description is abbreviate | omitted.
FIG. 1 shows a configuration of a light source device according to an embodiment of the present invention. The light source device includes, as a laser unit, a driving
また、光源装置は、ターゲット供給部として、レーザビームが照射されるターゲットとなる物質を供給するターゲット供給装置108と、ターゲット供給装置108から供給される物質を噴射するためのノズル103とを含んでいる。レーザ部が、ターゲット供給部から供給されるターゲットにレーザビームを照射することにより、プラズマを生成する。 In addition, the light source device includes a target supply unit 108 that supplies a target substance that is irradiated with a laser beam, and a nozzle 103 that ejects the substance supplied from the target supply unit 108 as a target supply unit. Yes. The laser unit generates plasma by irradiating the target supplied from the target supply unit with a laser beam.
さらに、光源装置は、プラズマから放出される極端紫外(EUV:extra ultra violet)光を集光して出射する集光光学系を構成する反射鏡105と、レーザビーム照射領域の周辺から放出される直径数μm以上の粒子隗(デブリ)を取り除いてEUV光のみを通過させるデブリシールド106とを含んでいる。反射鏡105としては、放物面鏡あるいは球面鏡又は複数の曲率を有する球面鏡を使用することができる。本発明において、EUV光は、5nm〜50nmの波長を有している。
Further, the light source device emits from the periphery of the laser beam irradiation region and the reflecting
本発明においては、ターゲットとして、気体、液体、固体のいずれも使用することができる。ただし、レーザビームが照射される時点において、又はレーザビームが照射された直後においてガス状態である物質が望ましい。具体的には、常温(20℃)でガス状態である物質が該当し、例えば、キセノン(Xe)、キセノンを主成分とする混合物、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、又は、低気圧状態でガスである水(H2O)、アルコールを用いることができる。極端紫外光発生部は真空状態にする必要があるので、常温で水を供給してもノズルから出た後は気体となる。 In the present invention, any of gas, liquid, and solid can be used as a target. However, a substance that is in a gas state at the time of laser beam irradiation or immediately after the laser beam irradiation is desirable. Specifically, a substance in a gas state at normal temperature (20 ° C.) corresponds to, for example, xenon (Xe), a mixture containing xenon as a main component, argon (Ar), krypton (Kr), or low pressure state In this case, water (H 2 O) or alcohol, which is a gas, can be used. Since the extreme ultraviolet light generating section needs to be in a vacuum state, even if water is supplied at room temperature, it becomes a gas after exiting the nozzle.
ターゲットとなる物質が最初からガス状態である場合には、この気体に圧力を加えてノズル103の開口部から放出することにより、この気体をガス状態のままで供給しても良い。又は、この気体を、正イオン又は負イオンを核として複数個の原子又は分子が凝集してできる電荷を帯びた原子又は分子の集合体(クラスターイオン)のジェット(噴射)として供給しても良い。 When the target substance is in a gas state from the beginning, the gas may be supplied in a gas state by applying pressure to the gas and releasing it from the opening of the nozzle 103. Alternatively, this gas may be supplied as a jet (jet) of an aggregate (cluster ion) of charged atoms or molecules formed by aggregation of a plurality of atoms or molecules with positive ions or negative ions as nuclei. .
本実施形態においては、ターゲットとしてキセノン(Xe)を用いている。その場合、発生するEUV光は約10nm〜約15nmの波長を有する。ターゲット供給装置108がキセノンガスに圧力を加えることにより、ノズル103の開口部から上方に向けてキセノンガスを噴射する。ノズル103は、スリット状の開口を有するか、又は直線上に配列された複数の開口を有する。従って、噴出したキセノンガスは、開口部の長手方向に広い幅を有しながら垂直に流動し、キセノンガスの柱を形成することになる。 In this embodiment, xenon (Xe) is used as a target. In that case, the generated EUV light has a wavelength of about 10 nm to about 15 nm. When the target supply device 108 applies pressure to the xenon gas, the xenon gas is jetted upward from the opening of the nozzle 103. The nozzle 103 has a slit-like opening or has a plurality of openings arranged in a straight line. Accordingly, the ejected xenon gas flows vertically while having a wide width in the longitudinal direction of the opening, and forms a column of xenon gas.
駆動用レーザ101から発生されたレーザビームは、シリンドリカル集光レンズ102により集光され、実質的にライン状の断面形状を有するレーザビームとなって、キセノンガスの柱に向けて照射される。照射されるレーザビームがキセノンガスと交差する位置において、数mm〜数cmの長さを有する葉巻状のプラズマ104が発生する。
The laser beam generated from the driving
プラズマから放出されたEUV光は、集光光学系を構成する反射鏡105によって集光され、平行光107となる。集光光学系の光軸は、プラズマ104の長手軸と直交させることが望ましい。平行光107は、デブリを除去するために設置されたデブリシールド106を通過した後、露光器に供給される。
The EUV light emitted from the plasma is condensed by the reflecting
駆動用レーザ101は、低次の横モードを有する発振段レーザ(本願において、「発振段」ともいう)と、発振段レーザにより発生した低次の横モードのレーザビームを増幅する少なくとも1つの増幅段レーザ(本願において、「増幅段」ともいう)とを含んでいる。以下に、駆動用レーザ101の具体例について詳しく説明する。
The driving
図2に、本実施形態において使用される駆動用レーザの第1の具体例を示す。第1の具体例においては、発振段のYAGレーザ21と増幅段の3つのYAGレーザ22〜24とを直列に接続して、MOPA(master oscillator power amplifier)方式のレーザとしている。ここではMOPA方式のレーザについて例示するが、インジェクション・ロック方式(ILS:injection locking System)のレーザとしても良い。MOPA方式とは、増幅段レーザのリア側及びフロント側の両方に反射ミラーを配置しない方式であり、増幅段レーザにおいてはレーザ共振器が構成されない。一方、インジェクション・ロック方式とは、増幅段レーザのリア側及びフロント側の両方に反射ミラーを配置する方式であり、増幅段レーザにおいてもレーザ共振器が構成される。いずれの方式を採用しても、発振段レーザにおいて低次の横モードのレーザビームが放出されれば、増幅段レーザによって増幅されて放出されるレーザビームも低次の横モードを維持することができ、集光性が高くなる。なお、このように駆動用レーザにおいて複数台のレーザ装置を直列に接続する場合には、レーザ媒質が同種のものであることが好ましい。
FIG. 2 shows a first specific example of the driving laser used in this embodiment. In the first specific example, a
発振段のYAGレーザ21においては、SBS(誘導ブリルアン散乱)素子やアダプティブ光学素子等の光学素子を用いて、シングルモードかつ横モードが達成されている。発振段のYAGレーザ21は、波長が1μm近傍のレーザビームを発生する。発振段レーザは低出力で良いため、約10kHzまでの高い周波数の繰り返し発振やビームモードの安定化を、比較的容易に図ることができる。
In the
一方、増幅段のYAGレーザ22、23、24は、高出力レーザとされている。発振段のYAGレーザ21から増幅段のYAGレーザ22に入射された低出力のパルス光は、高出力YAGレーザ22、23、24内を順々に進行して増幅される。これにより必要なエネルギーが得られ、集光性が高くエネルギーも高いレーザビームが、高出力YAGレーザ24から出力される。
On the other hand, the amplification
EUV光源の大きさは、エテンデュの制約を満たすことが必要である。それより大きいと、露光に利用できる光束の割合が減少し、効率が低くなってしまうからである。従って、EUV光源の駆動用レーザとして利用するためには、レーザビームの径が十分に小さくなければならない。本発明においては、発振段レーザとして、低次の横モードを有するレーザを用いているので、レーザビームの径を十分に小さくすることができる。 The size of the EUV light source needs to satisfy the etendue constraints. If it is larger than that, the ratio of the luminous flux that can be used for exposure decreases, and the efficiency becomes low. Therefore, in order to use as a driving laser for an EUV light source, the diameter of the laser beam must be sufficiently small. In the present invention, since a laser having a low-order transverse mode is used as the oscillation stage laser, the diameter of the laser beam can be made sufficiently small.
図3に、本実施形態において使用される駆動用レーザの第2の具体例を示す。第2の具体例においては、炭酸ガスレーザを3台直列に接続して、MOPA方式のレーザとしている。ここではMOPA方式のレーザについて例示するが、インジェクション・ロック方式のレーザとしても良い。 FIG. 3 shows a second specific example of the driving laser used in this embodiment. In the second specific example, three carbon dioxide lasers are connected in series to form a MOPA laser. Here, a MOPA type laser is exemplified, but an injection lock type laser may be used.
図3に示すように、出力10WのパルスCO2レーザ31を発振段に配置し、増幅段には、2台のCW(連続波)−CO2レーザ32、33を配置している。発振段のパルスCO2レーザ31は、高い繰り返し周波数(例えば、100kHz)でパルス光を発生することが可能である。この例においては、発振段のパルスCO2レーザ31が横モードかつシングルモードで動作し、波長が10μm近傍のレーザビームを発生する。 As shown in FIG. 3, a pulse CO 2 laser 31 having an output of 10 W is arranged in the oscillation stage, and two CW (continuous wave) -CO 2 lasers 32 and 33 are arranged in the amplification stage. The pulsed CO 2 laser 31 in the oscillation stage can generate pulsed light at a high repetition frequency (for example, 100 kHz). In this example, the pulsed CO 2 laser 31 of the oscillation stage operates in the transverse mode and the single mode, and generates a laser beam having a wavelength of about 10 μm.
増幅段のCW−CO2レーザ32は、8個の炭酸ガスレーザ1〜8を含み、増幅段のCW−CO2レーザ33も、8個の炭酸ガスレーザ9〜16を含んでいる。図3において、これらの炭酸ガスレーザ内をレーザビームが通過する様子が、矢印で示されている。発振段のパルスCO2レーザ31から増幅段のCW−CO2レーザ32に入射された低出力のパルス光は、炭酸ガスレーザ1〜16内を進行して増幅され、集光性が高くエネルギーも高いレーザビームが、増幅段のCW−CO2レーザ33から出力される。本実施形態においては、発振段のパルスCO2レーザ31から出射された10Wのレーザビームが、40kWに増幅されて増幅段のCW−CO2レーザ33から出射される。 The amplification stage CW-CO 2 laser 32 includes eight carbon dioxide lasers 1 to 8, and the amplification stage CW-CO 2 laser 33 also includes eight carbon dioxide lasers 9 to 16. In FIG. 3, the state of the laser beam passing through these carbon dioxide lasers is indicated by arrows. The low-power pulsed light incident from the oscillation stage pulse CO 2 laser 31 to the amplification stage CW-CO 2 laser 32 travels through the carbon dioxide lasers 1 to 16 and is amplified, and has high condensing performance and high energy. A laser beam is output from the CW-CO 2 laser 33 in the amplification stage. In this embodiment, a 10 W laser beam emitted from the pulsed CO 2 laser 31 at the oscillation stage is amplified to 40 kW and emitted from the CW-CO 2 laser 33 at the amplification stage.
CW−CO2レーザは連続励起動作を行うので、レーザビームの繰り返し周波数は、発振段レーザの性能に支配される。このことは、例えば、2kHz、4kHz、6kHz等の高い繰り返し周波数でEUV光を出力する場合に有利である。しかしながら、出力されるレーザビームのエネルギー密度を高くすることはできない。なお、増幅段のCW−CO2レーザ32、33については、発振段のパルスCO2レーザ31と同期をとって変調をかければ、無駄な励起エネルギーを節約してシステム効率を向上させることができる。 Since the CW-CO 2 laser performs a continuous excitation operation, the repetition frequency of the laser beam is governed by the performance of the oscillation stage laser. This is advantageous when EUV light is output at a high repetition frequency such as 2 kHz, 4 kHz, 6 kHz, or the like. However, the energy density of the output laser beam cannot be increased. Note that if the CW-CO 2 lasers 32 and 33 in the amplification stage are modulated in synchronization with the pulse CO 2 laser 31 in the oscillation stage, useless excitation energy can be saved and the system efficiency can be improved. .
図1に示す光源装置において、駆動用レーザとしてCO2レーザを用いれば、波長の長いレーザビームを低密度のガス状態ターゲットに照射してEUV光を発生することができる。そのため、ノズル103の開口部からプラズマ104までの距離をかなり長くとることができ、プラズマによるノズルのダメージや加熱の問題を軽減し、デブリの発生を抑圧して反射鏡の寿命を長くすることができる。また、ノズルの開口部とプラズマが発生する位置との間隔を離すことができるので、EUV光を取り出すための集光光学系の配置に関する設計が容易になる。 In the light source device shown in FIG. 1, when a CO 2 laser is used as a driving laser, EUV light can be generated by irradiating a low-density gas state target with a laser beam having a long wavelength. For this reason, the distance from the opening of the nozzle 103 to the plasma 104 can be made considerably long, the damage to the nozzle due to plasma and the problem of heating can be reduced, the generation of debris can be suppressed, and the life of the reflector can be extended. it can. Further, since the gap between the nozzle opening and the position where the plasma is generated can be separated, the design related to the arrangement of the condensing optical system for extracting the EUV light becomes easy.
図4に、本実施形態において使用される駆動用レーザの第3の具体例を示す。第3の具体例においては、第2の具体例における増幅段のCW−CO2レーザを、パルス発振レーザであるTEA(transversely excited atmospheric)−CO2レーザに置き換えている。TEAレーザは、数気圧に達する圧力の混合ガス内で反転分布と利得を得るために、光軸と交差した電気放電を行い、赤外〜紫外と広い波長範囲を有するコヒーレント光源である。 FIG. 4 shows a third specific example of the driving laser used in this embodiment. In the third specific example, the CW-CO 2 laser of the amplification stage in the second specific example is replaced with a TEA (transversely excited atmospheric) -CO 2 laser that is a pulsed laser. The TEA laser is a coherent light source that performs an electric discharge crossing the optical axis and has a wide wavelength range from infrared to ultraviolet in order to obtain an inversion distribution and gain in a mixed gas having a pressure reaching several atmospheres.
図4に示すように、発振段にパルスCO2レーザ41を配置し、増幅段に2台のTEA−CO2レーザ42、43を配置している。この場合には、発振の繰り返し周波数がTEA−CO2レーザの性能に支配されるため、繰り返し周波数を高くすることは難しいが、出力されるレーザビームのエネルギーのピーク値を高くすることができる。 As shown in FIG. 4, a pulse CO 2 laser 41 is arranged at the oscillation stage, and two TEA-CO 2 lasers 42 and 43 are arranged at the amplification stage. In this case, since the repetition frequency of oscillation is governed by the performance of the TEA-CO 2 laser, it is difficult to increase the repetition frequency, but the peak value of the energy of the output laser beam can be increased.
次に、本発明の一実施形態に係る露光装置について説明する。図5に、本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を示す。この露光装置は、以上において説明した光源装置を光源として用いており、光源におけるデブリが少ないため、光学系への悪影響を小さくできる。 Next, an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 shows the arrangement of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. This exposure apparatus uses the light source device described above as a light source, and since there is little debris in the light source, adverse effects on the optical system can be reduced.
図5に示すように、露光装置は、EUV光を発生する光源装置100と、光源装置100によって発生されたEUV光を複数のミラーを用いて反射し、レチクルステージ300に取り付けられたレチクル(マスク)を照明する照明光学系200と、マスクから反射されたEUV光を用いて対象物を露光させる投影光学系401とを含んでいる。投影光学系401は、ウエハを設置するためのウエハステージ402や、ウエハ500の位置を検出するウエハアライメントセンサ403と共に、露光器400を構成している。露光装置の全体は、真空ポンプ等により低圧力に保たれた真空系内に設置されている。
As illustrated in FIG. 5, the exposure apparatus includes a
次に、本実施形態に係る露光装置の動作について説明する。
光源装置100は、エテンデュが十分に小さい高エネルギーのEUV光を出力する。従って、露光に利用できる光束の割合が高く、効率が良い。照明光学系200は、光源装置100から出力されたEUV光を、集光ミラー201、202、203によって反射し、レチクルステージ300を照明する。このように、照明光学系200は、全て反射系で構成されており、トータルの反射率は、約0.65となっている。
Next, the operation of the exposure apparatus according to this embodiment will be described.
The
レチクルステージ300の図中下側には、所望のパターンが形成されたマスクが取り付けられており、このマスクは、形成されたパターンに従って、照明光学系200から入射されたEUV光を反射する。露光器400に設けられた投影光学系401は、マスクによって反射されたEUV光を、ウエハステージ402上のウエハ500に塗布されたレジストに投影して、レジストを露光する。これにより、マスク上のパターンを縮小して、ウエハ上のレジストに転写することができる。レチクルステージ300及びウエハステージ402は、光軸に対して垂直に移動可能であり、レチクルステージ300及びウエハステージ402を移動させることにより、全マスクパターンを露光する。
A mask on which a desired pattern is formed is attached to the lower side of the reticle stage 300 in the drawing, and this mask reflects EUV light incident from the illumination
以上説明したように、本発明によれば、低次の横モードを有する発振段レーザにより発生した集光性の高いレーザビームを増幅段レーザで増幅してターゲットに照射するため、エテンデュが小さく、高出力を取り出すことができ、デブリによる損傷の少ない光源装置を提供することができる。さらにまた、この光源装置を用いて、微細な光リソグラフィを実現する露光装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, since a highly condensing laser beam generated by an oscillation stage laser having a low-order transverse mode is amplified by an amplification stage laser and irradiated to a target, the etendue is small, It is possible to provide a light source device that can extract high output and is less damaged by debris. Furthermore, an exposure apparatus that realizes fine optical lithography can be provided by using this light source device.
1〜16…炭酸ガスレーザ、21、31、41…発振段レーザ、22〜24、32、33、42、43…増幅段レーザ、100…光源装置、101…駆動用レーザ、102…集光レンズ、103…ノズル、104…プラズマ、105…反射鏡、106…デブリシールド、107…EUVの平行光、108…ターゲット供給装置、200…照明光学系、201、202、203…集光ミラー、300…レチクルステージ、400…露光器、401…投影光学系、402…ウエハステージ、403…ウエハアライメントセンサ、500…ウエハ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-16 ... Carbon dioxide laser, 21, 31, 41 ... Oscillation stage laser, 22-24, 32, 33, 42, 43 ... Amplification stage laser, 100 ... Light source device, 101 ... Driving laser, 102 ... Condensing lens, DESCRIPTION OF SYMBOLS 103 ... Nozzle, 104 ... Plasma, 105 ... Reflective mirror, 106 ... Debris shield, 107 ... EUV parallel light, 108 ... Target supply apparatus, 200 ... Illumination optical system, 201, 202, 203 ... Condensing mirror, 300 ...
Claims (12)
前記ターゲットとなる物質を供給するターゲット供給部と、
前記ターゲットにパルスレーザビームを照射することによりプラズマを発生させるレーザ部と、
前記プラズマから放出される極端紫外光を集光する集光光学系とを備え、
前記レーザ部は、
前記パルスレーザビームを所定の繰り返し周波数で発生する発振段と、
前記パルスレーザビームを低次の横モードにするアダプティブ光学素子と、
媒質として二酸化炭素ガスを含み、前記パルスレーザビームを増幅する少なくとも1つの増幅段とを備え、
前記発振段と前記少なくとも1つの増幅段とは、MOPA(master oscillator power amplifier)方式で直列に接続され、
前記アダプティブ光学素子は、前記パルスレーザビームの光路上に配置されたことを特徴とする光源装置。 A light source device that generates extreme ultraviolet light by irradiating a target with a pulsed laser beam,
A target supply unit for supplying the target substance;
A laser unit that generates plasma by irradiating the target with a pulsed laser beam;
A condensing optical system that condenses extreme ultraviolet light emitted from the plasma,
The laser unit is
An oscillation stage for generating the pulsed laser beam at a predetermined repetition rate;
An adaptive optical element that makes the pulsed laser beam a low-order transverse mode;
Carbon dioxide gas as a medium, and at least one amplification stage for amplifying the pulsed laser beam,
The oscillation stage and the at least one amplification stage are connected in series by a MOPA (master oscillator power amplifier) method,
The adaptive optical element is disposed on an optical path of the pulse laser beam.
前記光源装置によって発生された極端紫外光を用いてマスクを照明する照明光学系と、
前記マスクから反射された極端紫外光を用いて対象物を露光させる投影光学系と、
を具備する露光装置。 The light source device according to any one of claims 1 to 7 ,
An illumination optical system that illuminates the mask using extreme ultraviolet light generated by the light source device;
A projection optical system that exposes an object using extreme ultraviolet light reflected from the mask; and
An exposure apparatus comprising:
前記ターゲットとなる物質を供給するターゲット供給部と、A target supply unit for supplying the target substance;
前記ターゲットにパルスレーザビームを照射することによりプラズマを発生させるレーザ部と、A laser unit that generates plasma by irradiating the target with a pulsed laser beam;
前記プラズマから放出される極端紫外光を集光する集光光学系とを備え、A condensing optical system that condenses extreme ultraviolet light emitted from the plasma,
前記レーザ部は、The laser unit is
前記パルスレーザビームを所定の繰り返し周波数で発生する発振段と、An oscillation stage for generating the pulsed laser beam at a predetermined repetition rate;
媒質として二酸化炭素ガスを含み、前記パルスレーザビームを増幅する少なくとも1つの増幅段とを備え、Carbon dioxide gas as a medium, and at least one amplification stage for amplifying the pulsed laser beam,
前記発振段と前記少なくとも1つの増幅段とは、MOPA(master oscillator power amplifier)方式で直列に接続され、The oscillation stage and the at least one amplification stage are connected in series by a MOPA (master oscillator power amplifier) method,
前記少なくとも1つの増幅段は、それぞれ複数のレーザ増幅器を含み、各増幅段において前記パルスレーザビームが前記複数のレーザ増幅器を順次通過して、当該増幅段から出力されるように構成されたことを特徴とする光源装置。Each of the at least one amplification stage includes a plurality of laser amplifiers, and the pulse laser beam sequentially passes through the plurality of laser amplifiers in each amplification stage and is output from the amplification stage. A light source device.
前記第1の増幅段及び前記第2の増幅段は、それぞれ8個のレーザ増幅器を含み、前記パルスレーザビームが前記第1の増幅段に含まれる前記8個のレーザ増幅器を順次通過して前記第1の増幅段から出力され、その後、前記第2の増幅段に含まれる前記8個のレーザ増幅器を順次通過して前記第2の増幅段から出力されるように構成された、請求項9記載の光源装置。Each of the first amplification stage and the second amplification stage includes eight laser amplifiers, and the pulse laser beam sequentially passes through the eight laser amplifiers included in the first amplification stage. The output from the first amplifying stage, and then sequentially passing through the eight laser amplifiers included in the second amplifying stage and output from the second amplifying stage. The light source device described.
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