EUV lithography with a 13.5nm EUV (Extreme ultra-violet) light source is the strongest candidate of the next generation lithography for LSI. EUV is obtained from a high temperature and high density plasma by DPP (Discharge Produce Plasma) and LPP (Laser Produced Plasma).

Keywords:EUV (Extreme Ultra-Violet), EUV lithography (EUVL), 13.5 nm, DPP (Discharge Produce Plasma), LPP (Laser Produce Plasma), Xe, Sn, debris, debris mitigation

4.1 EUV 光源^［１］

EUV（Extreme Ultra-Violet）露光は，Si LSI時代の最後の露光技術といわれ，2013年頃から量産が始まる解像線幅32nmの技術ノード以降の露光技術として本命視されています．開発が早まれば，2010年頃からの45nm技術ノードへの適用も期待されています．EUV露光は波長13.5nmのEUV（軟X線）光を使った縮小投影露光^［２］です．13.5nmが選ばれたのはこの波長において高い垂直入射反射率（67%以上）を示すMo-Si多層膜があったからで，Mo-Si反射鏡により，これまでのLSI量産用露光機と同様の縮小投影露光機が実現します．Fig.1にEUV露光機と光源の構成を示します．EUV露光の開発が始まった（1986年）頃に具体的な13.5nmの光源があったわけではありませんでした．現状で，光源は，マスク，レジストと並んで，困難な開発課題です．Table1に，現時点で，EUV光源の量産時に要求される仕様と2004年末までに実現している性能を示します．この光源への要求仕様は，Fig.1の発光点（プラズマ）における性能ではなく，集光点（IF:Intermediate Focus Point）での性能です．EUV露光機における光源はプラズマ発生部，デブリシールドおよび集光光学系，などを含みます．

13.5nm EUV光の発光はXe，SnあるいはLiの高温・高密度プラズマから得ています．プラズマの電子温度は30eV程度以上が適当で，また，イオン密度は10¹⁷～10¹⁹/cm³程度です．このプラズマを得る方法としてDPP（Discharge Produced Plasma）とLPP（Laser Produced Plasma）があります．DPPでは，Fig.2(a)に示すZ-ピンチ^［３］などの放電によりプラズマを得ており，LPPではプラズマ生成用ドライバレーザーをターゲットに照射することでプラズマを生成します．LPPの方が，DPPに比べ，高温高密度のプラズマが得られています．放電ガスあるいはターゲットがXe,SnおよびLiです．Xeの場合，13.5nmの発光は10価イオンの（4d-5p）遷移のみから得られます．これに対し，Snの場合は，複数価数（8～12価）のイオンの（4d-4f）遷移から得られ，Xeより高い発光効率が期待できます．LiではLi２＋のLyman-α線から得られます．イオン密度を高くする必要があり，LPPでのみLiが検討されています．

DPPにおいては，Table1の量産時の出力を実現するためには，Snの採用が必須と考えられています．Snの放電を得るには固体のSnをガス化して放電空間へ供給しなければなりません．そこで，レーザー蒸発法によりSnをガス化する方法が検討されている．一例として，Fig.2(b)の回転電極にSnを塗布する方式^［４］が挙げられます．また，Fig.2(a)のZ-ピンチにおいて，スタナン（SnH₄）ガスを用いる方法が検討^［５］されており，Xeの2倍以上のEUV発光効率を得ています．Snは後述のデブリとなって集光光学系などに固着するので，デブリ対策と固着したSnの排出が必要となります．LPPの場合，Snターゲットの工夫による高発光効率化の検討が盛んで，ドライバレーザーとして，多くの場合，YAGレーザーが用いられます^{［６，７］}．量産用光源としては，XeFエキシマレーザをLiの液滴ターゲットに照射するLPPが開発されています^［８］．集光光学系を400°C程度に加熱しておけばLiは固着しないので，反射率の低下がないとしています．また，ドライバレーザーの低コスト化を狙い，CO₂レーザーを用いるLPPが開発されています^［９］．EUV露光用光源としては高発光効率による高出力化が必要ですが，むろんそれだけではなく，Table1に記した高繰り返し，高安定性，長寿命などが要求されます．中で実現困難なのは光学系の寿命（Table1のCollector lifetimeとSource cleanliness）で，その寿命をもたらすデブリの対策が非常に重要となります．デブリとはプラズマ生成時に発生する飛散物，中性原子・クラスタおよび高エネルギーイオンのことです．LPPでは，keV以上にもなる高エネルギーイオンが問題視され，磁場によるイオン偏向を用いたデブリシールドが開発されています^［９］．DPPの場合，電極や放電壁から飛散物が発生します．DPP用デブリシールドとして，エアカーテンとフォイルトラップの組み合わせが開発されています．デブリが光学系の反射面に付着したり，反射面を削ったりすることにより光学系の反射率が低下します．デブリの発生を低減することはもちろん重要ではありますが，発生は避けられないので，デブリから光学系を防御するデブリシールドの開発が重要な課題となります．

DPPでは，小型・低コスト・小フットプリント（設置面積）などの実用上での利点が期待されていますが，高入力化が難しく，高発光効率化や放熱の検討による高出力化が課題になります．また，デブリによる集光光学系の短い寿命（Collector lifetime）が，特にDPPにおいて重大視され，集光光学系の寿命がEUV露光の実現を危うくする（Show stopper）とまでいわれています．これに対して，LPPでは高出力化が可能ではありますが，ドライバレーザーが高コスト，広フットプリント（設置面積），大必要用力などの実用上の問題を抱えています．現状では，高出力化の点で，DPPの開発がリードしており，露光技術開発用の露光機（MET:Micro exposure tool）に搭載されています．少なくとも機まではDPPが用いられると思われています．しかし，LPP，DPPとも上記の利点，欠点があるため，これまではどちらかに選択されることはなく，開発が進められています．