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JP5709084B2 - LPP EUV light source and generation method thereof - Google Patents

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JP5709084B2 JP2010155485A JP2010155485A JP5709084B2 JP 5709084 B2 JP5709084 B2 JP 5709084B2 JP 2010155485 A JP2010155485 A JP 2010155485A JP 2010155485 A JP2010155485 A JP 2010155485A JP 5709084 B2 JP5709084 B2 JP 5709084B2
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Description

本発明は、LPP方式のEUV光源とその発生方法に関する。   The present invention relates to an LPP type EUV light source and a generation method thereof.

次世代半導体の微細加工のために極端紫外光源を用いるリソグラフィが期待されている。リソグラフィとは回路パターンの描かれたマスクを通して光やビームをシリコン基盤上に縮小投影し、レジスト材料を感光させることで電子回路を形成する技術である。光リソグラフィで形成される回路の最小加工寸法は基本的には光源の波長に依存している。従って、次世代の半導体開発には光源の短波長化が必須であり、この光源開発に向けた研究が進められている。   Lithography using an extreme ultraviolet light source is expected for fine processing of next-generation semiconductors. Lithography is a technique for forming an electronic circuit by exposing a resist material to light and a beam by reducing and projecting them onto a silicon substrate through a mask on which a circuit pattern is drawn. The minimum processing dimension of a circuit formed by photolithography basically depends on the wavelength of the light source. Therefore, it is essential to shorten the wavelength of the light source for next-generation semiconductor development, and research for this light source development is underway.

次世代リソグラフィ光源として最も有力視されているのが、極端紫外光源(EUV:Extreme Ultra Violet)であり、およそ1〜100nmの波長領域の光を意味する。この領域の光はあらゆる物質に対し吸収率が高く、レンズ等の透過型光学系を利用することができないので、反射型光学系を用いることになる。また極端紫外光領域の光学系は非常に開発が困難で、限られた波長にしか反射特性を示さない。   The most promising next generation lithography light source is an extreme ultraviolet light source (EUV: Extreme Ultra Violet), which means light in the wavelength region of approximately 1 to 100 nm. The light in this region has a high absorptance with respect to all substances, and a transmissive optical system such as a lens cannot be used. In addition, the optical system in the extreme ultraviolet region is very difficult to develop, and exhibits a reflection characteristic only at a limited wavelength.

現在、13.5nmに感度を有するMo/Si多層膜反射鏡が開発されており、この波長の光と反射鏡を組み合わせたリソグラフィ技術が開発されれば30nm以下の加工寸法を実現できると予測されている。さらなる微細加工技術の実現のために、波長13.5nmのリソグラフィ光源の開発が急務であり、高エネルギー密度プラズマからの輻射光が注目されている。   Currently, a Mo / Si multilayer reflector having a sensitivity of 13.5 nm has been developed, and if a lithography technique combining light of this wavelength and the reflector is developed, it is expected that a processing dimension of 30 nm or less can be realized. ing. Development of a lithography light source with a wavelength of 13.5 nm is urgently required to realize further microfabrication technology, and radiation from a high energy density plasma has attracted attention.

光源プラズマ生成はレーザー照射方式(LPP:Laser Produced Plasma)とパルスパワー技術によって駆動されるガス放電方式(DPP:Discharge Produced Plasma)に大別できる。
本発明は、LPP方式のEUV光源に関する。LPP方式EUV光源は、例えば、特許文献1,2に開示されている。
The light source plasma generation can be broadly classified into a laser irradiation method (LPP: Laser Produced Plasma) and a gas discharge method (DPP: Discharge Produced Plasma) driven by a pulse power technique.
The present invention relates to an LPP type EUV light source. The LPP EUV light source is disclosed in, for example, Patent Documents 1 and 2.

従来のLPP方式EUV光源は、少なくとも1つのターゲットをチャンバー内で発生させるとともに、少なくとも1つのパルスレーザービームをチャンバー内でターゲットに集光させるものである。   A conventional LPP EUV light source generates at least one target in a chamber and focuses at least one pulsed laser beam on the target in the chamber.

特表2000−509190号公報、「X線放射線または極紫外線放射線を発生するための方法および装置」JP 2000-509190 A, “Method and apparatus for generating X-ray radiation or extreme ultraviolet radiation” 特開2007−207574号公報、「極端紫外光源装置」JP 2007-207574 A, “Extreme Ultraviolet Light Source Device”

上述した従来のLPP方式EUV光源は、レーザー光源として高出力のパルスレーザー(例えば0.1J/Pulse)を用い、これをターゲット物質に高繰り返し(例えば100kHz)で照射し、実用出力(例えば100J/s=100W)のEUV光源を得ることが原理的に可能である。   The above-described conventional LPP EUV light source uses a high-power pulse laser (for example, 0.1 J / Pulse) as a laser light source, and irradiates the target material at a high repetition rate (for example, 100 kHz) to achieve a practical output (for example, 100 J / pulse). In principle, it is possible to obtain an EUV light source of s = 100 W).

しかし、引用文献1及び2に記載されたEUV光源では、ターゲット物質のショット毎に生成されたプラズマを排気しているため、ターゲット物質(錫、リチウム、キセノン等)の蒸気化、プラズマ化に要したエネルギーをショット毎に廃棄することとなり、ターゲット物質及びエネルギーの利用効率が低い問題点があった。
また、実用出力を目指す、高繰り返し運転化(10〜100kHz)においては、発光源物質(すなわちターゲット物質)の廃棄は、デブリ発生、チャンバーの真空度悪化などの大きな問題を引き起こしていた。
However, since the EUV light sources described in the cited documents 1 and 2 exhaust the plasma generated for each shot of the target material, it is necessary for vaporizing and plasmarating the target material (tin, lithium, xenon, etc.). However, there is a problem that the efficiency of using the target material and energy is low.
Moreover, in the high repetitive operation (10 to 100 kHz) aiming at practical output, the disposal of the light source material (that is, the target material) has caused major problems such as debris generation and deterioration of the vacuum degree of the chamber.

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ターゲット物質及びエネルギーの利用効率を大幅に高めることができ、かつデブリの発生とチャンバーの真空度悪化を抑制することができるLPP方式のEUV光源とその発生方法を提供することにある。   The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, an object of the present invention is to provide an LPP-type EUV light source and a method for generating the same that can greatly increase the efficiency of utilization of the target material and energy, and can suppress the generation of debris and the deterioration of the vacuum degree of the chamber. There is to do.

本発明によれば、所定の真空環境に保持された真空チャンバーと、
該真空チャンバー内にターゲット物質の極超音速定常ガスジェットを回収可能に形成するガスジェット装置と、
前記極超音速定常ガスジェットにその流れと平行な磁場を印加する磁場発生装置と、
前記極超音速定常ガスジェットにレーザー光を集光して照射するレーザー装置と、を備え
前記ターゲット物質は、リチウムガスであり、
前記レーザー光の集光点における前記磁場の強度は、2テスラ以上、11テスラ以下である、ことを特徴とするLPP方式EUV光源が提供される。
According to the present invention, a vacuum chamber maintained in a predetermined vacuum environment;
A gas jet device for forming a hypersonic steady gas jet of a target material in the vacuum chamber so as to be recoverable;
A magnetic field generator for applying a magnetic field parallel to the flow to the hypersonic stationary gas jet;
A laser device for condensing and irradiating laser light on the hypersonic stationary gas jet ,
The target material is lithium gas,
There is provided an LPP EUV light source characterized in that the intensity of the magnetic field at the condensing point of the laser light is 2 Tesla or more and 11 Tesla or less .

本発明の好ましい実施形態によれば、前記ガスジェット装置は、前記真空チャンバー内に前記集光点を挟んで対向配置された極超音速ノズル及び極超音速ディフューザーと、前記極超音速定常ガスジェットを極超音速ノズルから噴射しかつ極超音速ディフューザーから回収して循環させるガス再循環装置とからなる。   According to a preferred embodiment of the present invention, the gas jet device includes a hypersonic nozzle and a hypersonic diffuser disposed opposite to each other with the condensing point in the vacuum chamber, and the hypersonic steady gas jet. And a gas recirculation device that injects from the hypersonic nozzle and collects and circulates it from the hypersonic diffuser.

また、ガスジェットの構成物質は常温気体物質である必要はなく、ガス供給部を高温にすることにより、金属ガスジェットを形成する事も可能である。この場合、ガスジェット形成は極超音速ノズルによりなされるが、回収側は極超音速ディフーザーである必要は無く、温度制御された回収プレート等により液体金属として回収する事も可能である。さらに、金属ガスジェットの場合、レーザー照射領域において金属原子が完全にバラバラのガス状でなく、複数原子が凝集したクラスタージェットとなる事もある。   Further, the constituent material of the gas jet does not need to be a normal temperature gaseous material, and a metal gas jet can be formed by raising the temperature of the gas supply unit. In this case, the gas jet is formed by a hypersonic nozzle, but the recovery side does not need to be a hypersonic diffuser and can be recovered as a liquid metal by a temperature-controlled recovery plate or the like. Further, in the case of a metal gas jet, the metal atoms may not be completely dissociated in the laser irradiation region, but may be a cluster jet in which a plurality of atoms are aggregated.

また本発明によれば、真空チャンバー内を所定の真空環境に保持し、
該真空チャンバー内にターゲット物質の極超音速定常ガスジェットを回収可能に形成し、前記ターゲット物質は、リチウムガスであり、
前記極超音速定常ガスジェットにその流れと平行な磁場を印加し、
前記極超音速定常ガスジェットにレーザー光を集光して照射し、前記レーザー光の集光点における前記磁場の強度は、2テスラ以上、11テスラ以下であり、
前記レーザー光の前記集光点においてターゲット物質を励起してプラズマを発生させ、そこから極端紫外光を発光させる、ことを特徴とするLPP方式EUV光発生方法が提供される。

According to the present invention, the inside of the vacuum chamber is maintained in a predetermined vacuum environment,
A hypersonic steady gas jet of a target material is formed in the vacuum chamber so as to be recoverable, and the target material is lithium gas,
Applying a magnetic field parallel to the flow to the hypersonic stationary gas jet;
The hypersonic stationary gas jet is focused and irradiated with laser light, and the intensity of the magnetic field at the focused point of the laser light is 2 Tesla or more and 11 Tesla or less,
The exciting the target material in the condensing point of the laser beam to generate plasma, thereby emitting the extreme ultraviolet radiation therefrom, LPP-type EUV light generation method characterized is provided that.

上記本発明の装置と方法によれば、ガスジェット装置により、真空チャンバー内にターゲット物質の極超音速定常ガスジェットを回収可能に形成し、かつレーザー装置により、極超音速定常ガスジェットにレーザー光を集光して照射して、レーザー光の集光点においてターゲット物質を励起してプラズマを発生させ、そこから極端紫外光を発光させることができる。   According to the apparatus and method of the present invention, a hypersonic steady gas jet of a target material is retrievably formed in a vacuum chamber by a gas jet device, and laser light is applied to the hypersonic steady gas jet by a laser device. Can be condensed and irradiated to excite the target material at the condensing point of the laser beam to generate plasma, from which extreme ultraviolet light can be emitted.

また、磁場発生装置を備え、極超音速定常ガスジェットにその流れと平行な磁場を印加するので、磁場の存在により、極超音速定常ガスジェットの流れに垂直な方向のプラズマ膨張が抑制され、所望波長領域のEUV出力の低下を抑制することができる。
なお、ガス流の流れ方向へのプラズマの流れは磁場の影響を受けないため、発光物質の排出には影響を与えない。
In addition, since a magnetic field generator is provided and a magnetic field parallel to the flow is applied to the hypersonic stationary gas jet, the presence of the magnetic field suppresses plasma expansion in the direction perpendicular to the flow of the hypersonic stationary gas jet, A decrease in EUV output in a desired wavelength region can be suppressed.
Note that the plasma flow in the gas flow direction is not affected by the magnetic field, and thus does not affect the emission of the luminescent material.

従って、ショット毎に生成されたプラズマ及びターゲット物質を排気する従来例と比較して、ターゲット物質を回収し循環使用できるので、ターゲット物質の利用効率を大幅に高めると共に、エネルギーの利用効率を大幅に高めることができる。またこれにより、デブリの発生とチャンバーの真空度悪化を抑制することができる。
Therefore, compared to the conventional example in which the plasma and target material generated every shot are exhausted, the target material can be recovered and recycled, so that the utilization efficiency of the target material is greatly increased and the energy utilization efficiency is greatly increased. Can be increased. Thereby, generation | occurrence | production of a debris and the vacuum degree deterioration of a chamber can be suppressed.

本発明によるLPP方式EUV光源の構成図である。It is a block diagram of the LPP type EUV light source by this invention. 図1のプラズマ光源の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the plasma light source of FIG.

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図1は、本発明によるLPP方式EUV光源の構成図である。この図において、本発明のLPP方式EUV光源10は、真空チャンバー12、ガスジェット装置14及びレーザー装置16を備える。   FIG. 1 is a configuration diagram of an LPP EUV light source according to the present invention. In this figure, the LPP EUV light source 10 of the present invention includes a vacuum chamber 12, a gas jet device 14, and a laser device 16.

真空チャンバー12は、真空ポンプ13を備え、これにより内部を所定の真空環境に保持する。真空チャンバー12には、レーザー光3(後述する)を透す光学窓12aが設けられている。   The vacuum chamber 12 includes a vacuum pump 13, thereby maintaining the inside in a predetermined vacuum environment. The vacuum chamber 12 is provided with an optical window 12a through which laser light 3 (described later) is transmitted.

ガスジェット装置14は、真空チャンバー12内にターゲット物質の極超音速定常ガスジェット1を連続的に形成し回収する。
ターゲット物質は、Xe(キセノン),Sn(スズ),Li(リチウム)等のガスもしくはクラスターであることが好ましい。
The gas jet device 14 continuously forms and recovers the hypersonic steady gas jet 1 of the target material in the vacuum chamber 12.
The target material is preferably a gas or cluster such as Xe (xenon), Sn (tin), Li (lithium).

この例において、ガスジェット装置14は、極超音速ノズル14a、極超音速ディフューザー14b及びガス再循環装置15を有する。   In this example, the gas jet device 14 includes a hypersonic nozzle 14 a, a hypersonic diffuser 14 b, and a gas recirculation device 15.

極超音速ノズル14aと極超音速ディフューザー14bは、真空チャンバー12に集光点2を挟んで対向配置されている。
極超音速ノズル14aの末端(図で上端)と極超音速ディフューザー14bの先端(図で下端)とは、集光点2を挟んで所定の隙間を隔てている。この隙間は、真空チャンバー12内の真空環境に連通している。
The hypersonic nozzle 14a and the hypersonic diffuser 14b are disposed to face the vacuum chamber 12 with the condensing point 2 interposed therebetween.
The end of the hypersonic nozzle 14a (upper end in the figure) and the tip of the hypersonic diffuser 14b (lower end in the figure) are spaced apart from each other by a predetermined gap. This gap communicates with the vacuum environment in the vacuum chamber 12.

極超音速ノズル14aは、スロート部を有するラバールノズルであり、亜音速で流入するガス(ターゲット物質)を極超音速まで加速して集光点2に向けて噴射する。また、極超音速ディフューザー14bは、スロート部を有するラバールノズル形状を持ち、集光点2を通過した極超音速のガス(ターゲット物質)の大部分を内部に受け入れ、これを亜音速まで減速するようになっている。   The hypersonic nozzle 14 a is a Laval nozzle having a throat portion, and accelerates the gas (target material) flowing in at subsonic speed to the hypersonic speed and injects it toward the condensing point 2. Further, the hypersonic diffuser 14b has a Laval nozzle shape having a throat portion, and accepts most of the hypersonic gas (target material) that has passed through the condensing point 2 and decelerates it to subsonic speed. It has become.

ガス再循環装置15は、この例では、吸引ポンプ15a、ターゲットチャンバー15b、及び吐出ポンプ15cからなる。   In this example, the gas recirculation device 15 includes a suction pump 15a, a target chamber 15b, and a discharge pump 15c.

ガス再循環装置15は、ターゲット物質を供給ライン17aを介して極超音速ノズル14aまで亜音速で供給し、極超音速ノズル14aからターゲット物質の極超音速定常ガスジェット1を極超音速(M>5)で噴射し、かつ極超音速ディフューザー14bからターゲット物質を極超音速(M>5)で回収し、亜音速まで減速して戻りライン17bを介して吸引ポンプ15aまで戻すことにより、ターゲット物質を循環使用するようになっている。なお、ターゲットチャンバー15bには、ターゲット物質が外部から補給される。   The gas recirculation device 15 supplies the target material to the hypersonic nozzle 14a through the supply line 17a at the subsonic speed, and the hypersonic steady gas jet 1 of the target material is hypersonic (M) from the hypersonic nozzle 14a. > 5) and the target material is recovered at hypersonic speed (M> 5) from the hypersonic diffuser 14b, decelerated to subsonic speed and returned to the suction pump 15a via the return line 17b. Material is recycled. The target material is supplied to the target chamber 15b from the outside.

さらに、ガスジェット装置15は、真空チャンバー12のバックプレッシャーを高めず、かつレーザー光3の吸収とEUV光4の放出に適した高密度のターゲット物質領域を集光点2に定常的に形成するように、気体力学的に設計されている。
なお、一般的に、極超音速及び極超音速定常ガスジェット1とは、M>5の極超音速流を意味するが、本発明では、上記要件を満たす限りで、M>1であればよい。
Further, the gas jet device 15 does not increase the back pressure of the vacuum chamber 12 and steadily forms a high-density target material region suitable for absorption of the laser light 3 and emission of the EUV light 4 at the focal point 2. As such, it is designed gasdynamically.
In general, the hypersonic and hypersonic steady gas jet 1 means a hypersonic flow of M> 5. In the present invention, as long as the above requirement is satisfied, M> 1. Good.

また、ターゲット物質を加熱するために、極超音速ノズル14aとガス再循環装置15の間にターゲット加熱装置18を設けるのが好ましい。ターゲット加熱装置18はターゲット物質の温度を極超音速ディフューザー14bを形成するのに適した温度まで加熱する。この加熱手段は、任意である。   In order to heat the target material, it is preferable to provide a target heating device 18 between the hypersonic nozzle 14 a and the gas recirculation device 15. The target heating device 18 heats the temperature of the target material to a temperature suitable for forming the hypersonic diffuser 14b. This heating means is optional.

レーザー装置16は、レーザー光3を連続的あるいはパルス的に発振するレーザー発振器16aと、レーザー光3を集光点2に集光する集光レンズ16bとを有し、極超音速定常ガスジェット1にレーザー光3を集光して照射する。
ここで、レーザー装置16は連続出力のほか、パルス出力の装置の使用も可能である。
The laser device 16 includes a laser oscillator 16a that oscillates the laser beam 3 continuously or in pulses, and a condensing lens 16b that condenses the laser beam 3 at a condensing point 2, and the hypersonic steady gas jet 1. The laser beam 3 is condensed and irradiated.
Here, the laser device 16 can use not only continuous output but also pulse output device.

この例において、レーザー光3の光路は、極超音速定常ガスジェット1の流路に直交しているが、本発明はこれに限定されず、斜めに交差してもよい。また、レーザー装置16及びレーザー光3は、それぞれ1つずつに限定されず、2以上を用いてもよい。   In this example, the optical path of the laser beam 3 is orthogonal to the flow path of the hypersonic steady gas jet 1, but the present invention is not limited to this, and may cross obliquely. Further, the laser device 16 and the laser beam 3 are not limited to one each, and two or more may be used.

レーザー発振器16aには、COレーザー(波長約10μm)、COレーザー(波長約5μm)、YAGレーザー(波長約1μm及び約0.5μm)等を用いることができる。特に、YAGレーザー又はCOレーザーを用いるのが好ましいが、本発明は、YAGレーザー又はCOレーザーに限定されず、COレーザーであってもよい。 As the laser oscillator 16a, a CO 2 laser (wavelength of about 10 μm), a CO laser (wavelength of about 5 μm), a YAG laser (wavelength of about 1 μm and about 0.5 μm), or the like can be used. In particular, it is preferable to use a YAG laser or a CO laser, but the present invention is not limited to a YAG laser or a CO laser, and may be a CO 2 laser.

集光レンズ16bは、集光点2の直径を、約10μm以下、さらに好ましくは約5μm以下に集光できる凸レンズ系であるのがよい。   The condensing lens 16b may be a convex lens system capable of condensing the diameter of the condensing point 2 to about 10 μm or less, more preferably about 5 μm or less.

図1において、本発明のLPP方式EUV光源10は、さらに磁場発生装置20を備える。
磁場発生装置20は、極超音速定常ガスジェット1にその流れと平行な磁場5を印加する。磁場5は、この例では一様な静磁場(静磁界)である。
磁場5の方向は、この例では極超音速定常ガスジェット1と反対方向であるが、同一方向であってもよい。
In FIG. 1, the LPP EUV light source 10 of the present invention further includes a magnetic field generator 20.
The magnetic field generator 20 applies a magnetic field 5 parallel to the flow to the hypersonic steady gas jet 1. In this example, the magnetic field 5 is a uniform static magnetic field (static magnetic field).
The direction of the magnetic field 5 is the opposite direction to the hypersonic steady gas jet 1 in this example, but may be the same direction.

上述した装置を用い、本発明のLPP方式EUV光発生方法では、
(A) 真空チャンバー12内を所定の真空環境に保持し、
(B) 真空チャンバー12内にターゲット物質の極超音速定常ガスジェット1を回収可能に形成し、
(C) 極超音速定常ガスジェット1にその流れと平行な磁場5を印加し、
(D) 極超音速定常ガスジェット1にレーザー光3を集光して照射して、レーザー光の集光点2においてターゲット物質を励起してプラズマを発生させ、そこから極端紫外光4を発光させる。
In the LPP EUV light generation method of the present invention using the above-described apparatus,
(A) The inside of the vacuum chamber 12 is maintained in a predetermined vacuum environment,
(B) The hypersonic steady gas jet 1 of the target material is formed in the vacuum chamber 12 so that it can be recovered,
(C) Applying a magnetic field 5 parallel to the flow to the hypersonic steady gas jet 1,
(D) The hypersonic stationary gas jet 1 is focused and irradiated with laser light 3 to excite the target material at the laser light condensing point 2 to generate plasma, from which extreme ultraviolet light 4 is emitted. Let

図2は、図1のプラズマ光源の部分拡大図である。
ターゲット物質をプラズマ化して極端紫外光4を発光させるには、集光点2においてターゲット物質がプラズマ化する温度まで加熱する必要がある。このプラズマ化温度の最適温度条件は、キセノンガスの場合は約30eVであり、リチウムガスの場合は10〜30eVである。
FIG. 2 is a partially enlarged view of the plasma light source of FIG.
In order to turn the target material into plasma and emit the extreme ultraviolet light 4, it is necessary to heat the focused material 2 to a temperature at which the target material is turned into plasma. The optimum temperature condition for the plasmaization temperature is about 30 eV in the case of xenon gas and 10 to 30 eV in the case of lithium gas.

プラズマ化して極端紫外光4を発光する発光プラズマの総輻射量は、黒体輻射体の場合最大であり、プラズマサイズ(すなわち集光点2の直径)が10μmの場合、30eVのキセノンガスからの輻射量は約150kWに達し、10eVのリチウムガスからの輻射量はその1/80程度(約1.9kW)となる。実際の発光プラズマは黒体ではなく、EUV発光プラズマからの総輻射量はこれより低くなる。エネルギーバランス調整の観点から、レーザーの最小集光径は、プラズマ総輻射量に相当するエネルギーを、レーザー発振器16aから集光点2に供給できる事が望ましい。   The total radiation amount of the luminescent plasma that emits extreme ultraviolet light 4 when converted into plasma is the maximum in the case of a blackbody radiator, and when the plasma size (that is, the diameter of the condensing point 2) is 10 μm, the total amount of radiation from 30 eV xenon gas The amount of radiation reaches about 150 kW, and the amount of radiation from 10 eV lithium gas is about 1/80 (about 1.9 kW). The actual light-emitting plasma is not a black body, and the total amount of radiation from the EUV light-emitting plasma is lower than this. From the viewpoint of adjusting the energy balance, it is desirable that the minimum focused diameter of the laser can supply energy corresponding to the total plasma radiation amount from the laser oscillator 16a to the focused point 2.

集光レンズ16bで集光可能な集光点2の直径は、レーザー光の波長にほぼ相当し、COレーザーの場合は約10μm、COレーザーの場合は約5μm、YAGレーザーの場合は約1μm又は約0.5μmである。
上述した輻射量に相当するエネルギーを集光点2に集光させるために、集光点2の直径は、小さいほど好ましく、その観点から、YAGレーザー又はCOレーザーを用いるのが好ましい。
The diameter of the condensing point 2 that can be condensed by the condensing lens 16b substantially corresponds to the wavelength of the laser beam, about 10 μm for the CO 2 laser, about 5 μm for the CO laser, and about 1 μm for the YAG laser. Or about 0.5 micrometer.
In order to condense the energy corresponding to the amount of radiation described above onto the condensing point 2, the diameter of the condensing point 2 is preferably as small as possible. From this viewpoint, it is preferable to use a YAG laser or a CO laser.

例えば、YAGレーザーを用い、集光点2の直径が2.5μmの場合、30eVのキセノンガスからの輻射量は約9.4kW(150kWの場合の1/4)となる。同様に、例えば、COレーザーを用い、集光点2の直径が5μmの場合、10eVのリチウムガスからの輻射量は約470W(150kW×1/80×1/2)となる。 For example, when a YAG laser is used and the diameter of the focal point 2 is 2.5 μm, the amount of radiation from 30 eV xenon gas is about 9.4 kW (1/4 2 in the case of 150 kW). Similarly, for example, when a CO laser is used and the diameter of the focal point 2 is 5 μm, the radiation amount from 10 eV lithium gas is about 470 W (150 kW × 1/80 × 1/2 2 ).

一方、レーザーからの発光プラズマの入熱は、プラズマサイズ(すなわち集光点2の直径)を極超音速定常ガスジェット1が通過する間にレーザー発振器16aから受けるエネルギーであり、これはガスジェット1の速度及びレーザー発振器16aの出力から計算でき、集光点2の直径には影響されない。   On the other hand, the heat input of the light-emitting plasma from the laser is energy received from the laser oscillator 16a while the hypersonic steady gas jet 1 passes through the plasma size (that is, the diameter of the condensing point 2). And the output of the laser oscillator 16a are not affected by the diameter of the focal point 2.

従って、YAGレーザー又はCOレーザーを用い、集光点2の直径をできるだけ小さく(例えば、2.5μm〜5μm)することにより、比較的小出力(例えば1〜10kW)のレーザー発振器16aで、集光点2においてターゲット物質を励起してプラズマを発生させ、そこから極端紫外光4を発光させることができる。   Accordingly, by using a YAG laser or a CO laser, the diameter of the condensing point 2 is made as small as possible (for example, 2.5 μm to 5 μm), so that the laser oscillator 16a with a relatively small output (for example, 1 to 10 kW) collects light. At point 2, the target material is excited to generate plasma, from which extreme ultraviolet light 4 can be emitted.

EUV光4の総収量を増やすには、レーザー出力、レーザー波長、発光物質の組み合わせで、EUV光の発生効率の高いエネルギーバランスを保ちながら、プラズマサイズ(集光サイズ)を大きくする事で増加させる事ができる。   To increase the total yield of EUV light 4, increase the plasma size (condensation size) while maintaining a high energy balance of EUV light generation efficiency with a combination of laser output, laser wavelength, and luminescent material. I can do things.

次に磁場発生装置20による磁場5の作用を説明する。
EUV光4を発光させるプラズマは、EUV光4の発生効率、発生量の観点から、リチウムガスの場合、その電子温度、密度はおおよそ、10〜30eV、1018/cm〜1019/cmの範囲にある。
このような、高温、高密度のプラズマは、大きな内部圧力を有し、これとバランスする外力がなければ、短時間で発散してしまう。
Next, the effect | action of the magnetic field 5 by the magnetic field generator 20 is demonstrated.
In the case of lithium gas, the plasma that emits the EUV light 4 has an electron temperature and density of about 10 to 30 eV, 10 18 / cm 3 to 10 19 / cm 3 in the case of lithium gas from the viewpoint of the generation efficiency and generation amount of the EUV light 4. It is in the range.
Such high-temperature and high-density plasma has a large internal pressure, and if there is no external force balanced with this, it will diverge in a short time.

一方、プラズマは荷電粒子の集合体であるため、強力な磁場5(好ましくは一様な静磁場)を用いれば、プラズマ(荷電粒子)を磁場5に拘束し、いわゆるラーマー半径内に閉じ込めることができる。   On the other hand, since plasma is an aggregate of charged particles, if a strong magnetic field 5 (preferably a uniform static magnetic field) is used, the plasma (charged particles) can be constrained to the magnetic field 5 and confined within a so-called Larmor radius. it can.

閉じ込めに必要な磁場5の強度Bは、プラズマ圧力Pと磁気圧力Pのバランスから数1の式(1)で与えられる。 Intensity B of the magnetic field 5 need confinement is given by the plasma pressure P k and the magnetic pressure P Equation 1 from the balance of the B (1).

ここで、Pはプラズマ圧力、Pは磁気圧力、nは原子密度/mであり、電子密度はn(Z+1)・・・(2)で表される。
また、kはボルツマン定数(1.38x10−23J/K)、Tは電子温度(絶対温度K)であり、電子温度1eVは1.16x10Kに相当する。
さらに、Bは磁場(テスラ)、μは真空の透磁率(4πx10−7H/m)、Zは電離価数(リチウムプラズマ光源の場合:2程度)である。
Here, P k is the plasma pressure, P B is the magnetic pressure, n is the atomic density / m 3 , and the electron density is represented by n (Z + 1) (2).
K is a Boltzmann constant (1.38 × 10 −23 J / K), T is an electron temperature (absolute temperature K), and an electron temperature 1 eV corresponds to 1.16 × 10 4 K.
Further, B is a magnetic field (Tesla), μ 0 is a vacuum permeability (4π × 10 −7 H / m), and Z is an ionization valence (in the case of a lithium plasma light source: about 2).

リチウムガスを用いてEUV光4を発光させる場合の電子温度と密度が、10〜30eV、1018/cm〜1019/cmの範囲では、上記式(1)からプラズマを閉じ込めるのに必要な磁場5の強度Bは、2テスラ〜11テスラになる。 Necessary for confining plasma from the above formula (1) when the electron temperature and density when emitting EUV light 4 using lithium gas are in the range of 10-30 eV, 10 18 / cm 3 -10 19 / cm 3. The strength B of the magnetic field 5 is 2 Tesla to 11 Tesla.

従って、本発明において、集光点2における磁場5の強度Bは、好ましくは1テスラ以上、20テスラ以下であり、更に好ましくは2テスラ〜11テスラである。
1テスラ未満の強度Bの場合、プラズマの閉じ込め作用が不足するため、プラズマの膨張と共に所望の波長領域(13.5nm近傍)の出力が低下するため、レーザー出力のEUV変換効率が低くなる。
また、20テスラを超える強度Bは、磁場発生装置20が大型になりすぎる。
Accordingly, in the present invention, the intensity B of the magnetic field 5 at the focal point 2 is preferably 1 Tesla or more and 20 Tesla or less, and more preferably 2 Tesla to 11 Tesla.
When the intensity B is less than 1 Tesla, the plasma confinement action is insufficient, and the output in a desired wavelength region (near 13.5 nm) decreases with the expansion of the plasma, so that the EUV conversion efficiency of the laser output decreases.
Moreover, the intensity B exceeding 20 Tesla makes the magnetic field generator 20 too large.

上述した本発明の装置と方法によれば、ガスジェット装置14により、真空チャンバー12内にターゲット物質の極超音速定常ガスジェット1を回収可能に形成し、かつレーザー装置16により、極超音速定常ガスジェット1にレーザー光3を集光して照射して、レーザー光の集光点2においてターゲット物質を励起してプラズマを発生させ、そこから極端紫外光4を発光させることができる。   According to the above-described apparatus and method of the present invention, the hypersonic steady gas jet 1 of the target material is retrievably formed in the vacuum chamber 12 by the gas jet device 14, and the hypersonic steady state is formed by the laser device 16. The laser beam 3 is condensed and irradiated on the gas jet 1, the target material is excited at the laser beam condensing point 2 to generate plasma, and the extreme ultraviolet light 4 can be emitted therefrom.

また、磁場発生装置20を備え、極超音速定常ガスジェット1にその流れと平行な磁場5を印加するので、磁場5の存在により、極超音速定常ガスジェット1の流れに垂直な方向のプラズマ膨張が抑制され、所望波長領域のEUV出力の低下を抑制することができる。
なお、ガス流の流れ方向へのプラズマの流れは磁場5の影響を受けないため、発光物質の排出には影響を与えない。
In addition, since the magnetic field generator 20 is provided and a magnetic field 5 parallel to the flow is applied to the hypersonic steady gas jet 1, the presence of the magnetic field 5 causes plasma in a direction perpendicular to the flow of the hypersonic steady gas jet 1. Expansion is suppressed, and a decrease in EUV output in a desired wavelength region can be suppressed.
Since the plasma flow in the gas flow direction is not affected by the magnetic field 5, it does not affect the emission of the luminescent material.

従って、ショット毎に生成されたプラズマ及びターゲット物質を排気する従来例と比較して、ターゲット物質を回収し循環使用できるので、ターゲット物質の利用効率を大幅に高めると共に、エネルギーの利用効率を大幅に高めることができる。またこれにより、デブリの発生とチャンバーの真空度悪化を抑制することができる。   Therefore, compared to the conventional example in which the plasma and target material generated every shot are exhausted, the target material can be recovered and recycled, so that the utilization efficiency of the target material is greatly increased and the energy utilization efficiency is greatly increased. Can be increased. Thereby, generation | occurrence | production of a debris and the vacuum degree deterioration of a chamber can be suppressed.

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, is shown by description of a claim, and also includes all the changes within the meaning and range equivalent to description of a claim.

1 極超音速定常ガスジェット、
2 集光点、3 レーザー光、4 EUV光(極端紫外光)、
5 磁場、
10 LPP方式EUV光源、12 真空チャンバー、
12a 光学窓、13 真空ポンプ、
14 ガスジェット装置、
14a 極超音速ノズル、14b 極超音速ディフューザー、
15 ガス再循環装置、15a 吸引ポンプ、
15b ターゲットチャンバー、15b 吐出ポンプ、
16 レーザー装置、
16a レーザー発振器、16b 集光レンズ、
17a 供給ライン、17b 戻りライン、
18 ターゲット加熱装置、
20 磁場発生装置
1 Hypersonic steady gas jet,
2 Focusing point, 3 Laser light, 4 EUV light (extreme ultraviolet light),
5 magnetic field,
10 LPP EUV light source, 12 vacuum chamber,
12a Optical window, 13 Vacuum pump,
14 gas jet device,
14a hypersonic nozzle, 14b hypersonic diffuser,
15 gas recirculation device, 15a suction pump,
15b target chamber, 15b discharge pump,
16 Laser equipment,
16a laser oscillator, 16b condenser lens,
17a supply line, 17b return line,
18 Target heating device,
20 Magnetic field generator

Claims (3)

所定の真空環境に保持された真空チャンバーと、
該真空チャンバー内にターゲット物質の極超音速定常ガスジェットを回収可能に形成するガスジェット装置と、
前記極超音速定常ガスジェットにその流れと平行な磁場を印加する磁場発生装置と、
前記極超音速定常ガスジェットにレーザー光を集光して照射するレーザー装置と、を備え
前記ターゲット物質は、リチウムガスであり、
前記レーザー光の集光点における前記磁場の強度は、2テスラ以上、11テスラ以下である、ことを特徴とするLPP方式EUV光源。
A vacuum chamber maintained in a predetermined vacuum environment;
A gas jet device for forming a hypersonic steady gas jet of a target material in the vacuum chamber so as to be recoverable;
A magnetic field generator for applying a magnetic field parallel to the flow to the hypersonic stationary gas jet;
A laser device for condensing and irradiating laser light on the hypersonic stationary gas jet ,
The target material is lithium gas,
An LPP EUV light source characterized in that the intensity of the magnetic field at the condensing point of the laser light is 2 Tesla or more and 11 Tesla or less .
前記ガスジェット装置は、前記真空チャンバー内に前記集光点を挟んで対向配置された極超音速ノズル及び極超音速ディフューザーと、前記極超音速定常ガスジェットを極超音速ノズルから噴射しかつ極超音速ディフューザーから回収して循環させるガス再循環装置とからなる、ことを特徴とする請求項1に記載のLPP方式EUV光源。   The gas jet device includes a hypersonic nozzle and a hypersonic diffuser disposed opposite to each other with the condensing point in the vacuum chamber, the hypersonic steady gas jet is ejected from the hypersonic nozzle, and The LPP EUV light source according to claim 1, comprising a gas recirculation device that is recovered from the supersonic diffuser and circulated. 真空チャンバー内を所定の真空環境に保持し、
該真空チャンバー内にターゲット物質の極超音速定常ガスジェットを回収可能に形成し、前記ターゲット物質は、リチウムガスであり、
前記極超音速定常ガスジェットにその流れと平行な磁場を印加し、
前記極超音速定常ガスジェットにレーザー光を集光して照射し、前記レーザー光の集光点における前記磁場の強度は、2テスラ以上、11テスラ以下であり、
前記レーザー光の前記集光点においてターゲット物質を励起してプラズマを発生させ、そこから極端紫外光を発光させる、ことを特徴とするLPP方式EUV光発生方法。
Hold the inside of the vacuum chamber in a predetermined vacuum environment,
A hypersonic steady gas jet of a target material is formed in the vacuum chamber so as to be recoverable, and the target material is lithium gas,
Applying a magnetic field parallel to the flow to the hypersonic stationary gas jet;
The hypersonic stationary gas jet is focused and irradiated with laser light, and the intensity of the magnetic field at the focused point of the laser light is 2 Tesla or more and 11 Tesla or less,
The exciting the target material in the condensing point of the laser beam to generate plasma, thereby emitting the extreme ultraviolet radiation therefrom, LPP-type EUV light generation method characterized by.
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