JP2006324039A - パルス発生装置および極端紫外光光源装置 - Google Patents

パルス発生装置および極端紫外光光源装置 Download PDF

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利夫 横田
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Abstract

【課題】 小型・簡単な構造であって電流パルスの立ち上がり時間を短縮することができ、投入エネルギーを大きくすることが可能なパルス発生装置およびこれを用いたDPP方式EUV光源装置を提供すること。
【解決手段】 チャンバ1内に設けられた主放電電極3a、3bに高電圧パルス発生部20から高電圧パルス電圧を印加し、高密度高温プラズマ発生部2において高温プラズマを発生させ波長13.5nmのEUV光を放射させる。高電圧パルス発生部20はスイッチSW1 〜SWn とコンデンサC1 〜Cn の直列回路からなるユニット回路部U1 〜Un を複数並列に接続したものである。コンデンサC1 〜Cn を充電し、スイッチSW1 〜SWn にトリガ信号を与え、コンデンサC1 〜Cn に充電されていた電荷を放電させることにより、主放電電極3a、3b間にパルス状の電力エネルギーを供給することができる。
【選択図】 図2

Description

本発明は負荷にパルス状の電気エネルギーを供給するためのパルス発生装置および該パルス発生装置を用いた極端紫外光光源装置に関する。
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、その製造用の投影露光装置においては解像力の向上が要請されている。その要請に応えるため、露光用光源の短波長化が進められ、エキシマレーザ装置に続く次世代の半導体露光用光源として、波長13.5nmのEUV(Extreme Ultra Violet:極端紫外)光を放出するEUV光源装置が開発されている。
EUV光源装置において、EUV光を発生させる方法はいくつか知られているが、そのうちの一つにEUV放射種の加熱・励起により高密度高温プラズマを発生させ、このプラズマから放射されるEUV光を取り出す方法がある。
このような方法を採用するEUV光源装置は、高密度高温プラズマの生成方式により、LPP(Laser Produced Plasma:レーザ生成プラズマ)方式EUV光源装置とDPP(Discharge Produced Plasma:放電生成プラズマ)方式EUV光源装置とに大きく分けられる(例えば非特許文献1参照)。
LPP方式EUV光源装置は、固体、液体、気体等のターゲットをパルスレーザで照射して発生する高密度高温プラズマからのEUV放射光を利用するものである。
一方、DPP方式EUV光源装置は、電流駆動によって生成した高密度高温プラズマからのEUV放射光を利用するものである。DPP方式EUV光源における放電方式には、非特許文献1に記載されているように、Zピンチ方式、キャピラリー放電方式、プラズマフォーカス方式、ホローカソードトリガーZピンチ方式等がある。DPP方式EUV光源は、LPP方式EUV光源と比較して、光源装置の小型化、光源システムの消費電力が小さく、かつ安価といった利点あり、実用化への期待も大きい。
上記した両方式のEUV光源装置において、波長13.5nmのEUV光を放出する放射種、すなわち、高密度高温プラズマ用原料としては、例えば、現在10価前後のXe(キセノン)イオンとSn(錫)イオン、Liイオン等が有望と考えられている。
図8にDPP方式EUV光源装置の構成例を示す。EUV光源装置は、高温高密度プラズマ発生部を有するチャンバ1と、該チャンバ1に原料ガスを供給するとともにチャンバ1内を排気するガス供給・排気ユニット11と、高電圧パルス発生部20と、メインコントローラ30から構成され、メインコントローラ30は露光機の制御部40からの指令によりEUV光源装置を制御する。
次に、上記光源装置の各部の構成および動作について説明する。
(1)ガス供給・排気系統
放電容器であるチャンバ1内に、ガス供給・排気ニット11よりガス導入口4を介して放電用ガスが導入される。
放電用ガスは、チャンバ1内の高密度高温プラズマ発生部2で波長13.5nmのEUV光を放出する放射種を形成するための原料ガスであり、例えば、キセノン(Xe)である。導入された放電用ガスはチャンバ1内を流れてガス排出口7に到達する。
ガス供給・排気ユニット11は、真空ポンプ等のガス排気手段(不図示)を有しており、ガス排気手段は、チャンバ1のガス排出口7と接続されている。
すなわちガス排出口7に到達した放電用ガスは、ガス排気・供給ユニット11が具えるガス排気手段により排気される。ここで、高温高密度プラズマ発生部の圧力は1〜20Paに調節される。
この圧力調節は、例えば、以下のように行われる。まず、メインコントローラ30がチャンバ1に備えられた不図示の圧力モニタより出力される圧力データを受信する。メインコントローラ30は受信した圧力データに基づき、ガス・供給排気ユニット11を制御して、チャンバ1内へのXeガスの供給量ならびに排気量を調節することにより、高温高密度プラズマ発生部2の圧力を所定の圧力に調節する。
(2)電極部
チャンバ1内にはリング状の第1の主放電電極(カソード)3aと第2の主放電電極(アノード)3bとが絶縁材3cを介して配置される。チャンバ1は導電材で形成された第1の主放電電極側の第1の容器1aと、同じく導電材で形成された第2の主放電電極側の第2の容器1bから構成される。これらの第1の容器 1aと第2の容器 1bとは、上記絶縁材3cにより分離、絶縁されている。
チャンバ1の上記第2の容器1bと第2の主放電電極3bは接地され、上記第1の容器1aと第1の主放電電極3aには、高電圧パルス発生部20からおよそ−5kV〜−20kVの電圧が印加される。
その結果、リング状の第1、第2の各主放電電極3a,3b間の高温高密度プラズマ発生部2には、高温高密度のプラズマ放電が発生し、このプラズマから波長13.5nmのEUV光が放射される。
放射されたEUV光は、第2の主放電電極3b側に設けられたEUV集光鏡5により反射され、フィルタ6を介して、図示しない照射部に出射される。
(3)高電圧パルス発生部
高電圧パルス発生部20は、例えば、以下のように構成される。
図8の高電圧パルス発生部20は、可飽和リアクトルからなる2個の磁気スイッチSR2、SR3を用いた2段の磁気パルス圧縮回路を有する。コンデンサCl、第1の磁気スイッチSR2、コンデンサC2、第2の磁気スイッチSR3により2段の磁気パルス圧縮回路を構成している。
磁気スィッチSRlはIGBT等の半導体スイッチング素子である固体スイッチSWでのスイッチングロスの低減用のものであり、磁気アシストとも呼ばれる。
また、昇圧トランスTR2は予備電離ユニットに電力を供給するためのものである。
(3)構成およびEUV発生動作
図8に従って回路の構成と動作を以下に説明する。まず、高電圧電源CHの電圧が所定の値Vinに調整され、主コンデンサC0が充電される。このとき、固体スイッチSWはoffになっている。
主コンデンサC0の充電が完了し、固体スイッチSWがonとなったとき、固体スイッチSW両端にかかる電圧は主に磁気スイッチSR1の両端にかかる。磁気スイッチSR1の両端にかかる主コンデンサC0の充電電圧V0の時間積分値が磁気スイッチSR1の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチSR1が飽和して磁気スイッチSR1が入り、主コンデンサC0、磁気スイッチSR1、昇圧トランスTr2の1次側、昇圧トランスTr1の1次側、固体スイッチSWのループに電流が流れる。同時に、昇圧トランスTr1の2次側、コンデンサC1のループに電流が流れ、主コンデンサC0に蓄えられた電荷が移行してコンデンサC1に充電される。また、昇圧トランスTr2の2次側に電圧が発生する。なお、予備電離ユニットの動作説明は後に述べる。
この後、コンデンサC1における電圧V1の時間積分値が磁気スイッチSR2の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチSR2が飽和して磁気スイッチが入り、コンデンサC1、磁気スイッチSR2、コンデンサC2のループに電流が流れ、コンデンサC1に蓄えられた電荷が移行してコンデンサC2に充電される。
さらにこの後、コンデンサC2における電圧V2の時間積分値が磁気スイッチSR3の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチSR3が飽和して磁気スイッチが入り、第1の主放電電極3a、第2の主放電電極3b間に高電圧パルスが印加される。
第1の主放電電極3a、第2の主放電電極3b間に高電圧パルスが印加されると、絶縁材3cの表面に沿面放電(creeping discharge)が発生して第1の主放電電極3a、第2の主放電電極3b間は実質、短絡状態になり、第1の主放電電極3a、第2の主放電電極3b間にパルス状の大電流が流れる。その後、ピンチ効果によるジュール加熱によって高密度高温プラズマ発生部2において高温プラズマが発生し、このプラズマから波長13.5nmのEUV光が放射される。
このような放電動作が固体スイッチSWのスイッチング動作、高電圧電源動作によって繰り返し行なわれることにより、所定の繰り返し周波数でのEUV放射が行われる。
具体的数値例を示せば、第1の主放電電極3a、第2の主放電電極3b間に−5kV〜−20kVの放電電圧が印加され、約10J/pulseのエネルギーが数kHzの周波数で第1の主放電電極3a、第2の主放電電極3b間に与えられる。従って、第1の主放電電極3a、第2の主放電電極3b間には数十kWのエネルギーが入力される。
ここで、磁気スイッチSR2、SR3及びコンデンサC1、C2で構成される各段の容量移行型回路のインダクタンスを後段に行くにつれて小さくなるように設定することにより、各段を流れる電流パルスのパルス幅が順次狭くなるようなパルス圧縮動作が行われ、第1の主放電電極3a、第2の主放電電極3b間に短パルスの強い放電が実現され、プラズマへの入力エネルギーも大きくなる。
(4)予備電離
上記したように、高温高密度プラズマ発生部2の圧力は1〜20Paに調節される。このような低い圧力下においては、電極構造によっては放電が発生し難くなり、結果としてEUV光の出力が不安定となる場合もある。
放電が発生し難い状況下で、安定した放電を生じさせるには、予備電離を行うことが望ましい。
図8には、第1の容器1aに予備電離ユニット8が設けられている。予備電離ユニット8は、円筒形状の導電性材料からなる第1の予備電離部材8aと、円筒形状の絶縁性材料からなり第1の予備電離部材8aを囲むように配置されている第2の予備電離部材8bとから構成される。ここで、第1の予備電離部材8aの先端周縁部には段差部が設けられている。
予備電離ユニット8は、高密度高温プラズマ発生部2に存在する放電用ガスを効果的に予備電離するように、高密度高温プラズマ発生部2の上方、かつ、同軸上に配置されている。このような配置により、予備電離ユニット8の第2の予備電離部材8bは第1の予備電離部材8aに設けられた段差部により保持される。
導電性の第1の予備電離部材8aは、高電圧パルス発生部に含まれる昇圧トランスTr2の2次側の一端部と接続される。なお、昇圧トランスTr2の2次側の他端部は、第1の容器1aと接続される。
昇圧トランスTr2の2次側から電圧パルスが第1の予備電離部材8aとチャンバ1の第1の容器1aとの間に印加されると、図8に示すように、第1の予備電離部材8aの先端周縁部に設けられた段差部とこの段差部上方側の第1の容器1aの内壁との間で沿面放電が発生し、チャンバ1内に導入された放電用ガスの電離を促進する。
ここで、円筒形状の導電性材料からなる第1の予備電離部材8aは、放電用ガスを供給するガス供給経路も兼ねている。
なお、DPP方式EUV光源装置に予備電離ユニットを組み合わせた例については、例えば特許文献1に開示されている。
(2)DPP方式EUV光源装置の動作
露光用光源として用いられるDPP方式EUV光源装置は、例えば、以下のように動作する。
露光機の制御部40より、スタンバイ信号がメインコントローラ30に出力される。メインコントローラ30は、スタンバイ信号を受信すると、ガス供給・排気ユニット11を制御してチャンバ1内に放電用ガス、例えば、Xeガスを第1の予備電離部材8aに設けられたガス供給路を介して、ガス導入口4よりチャンバ1内部に供給するとともに、高密度高温プラズマ発生部2におけるガス圧力を所定の圧力値に制御する。
次に、露光機の制御部40より、発光指令信号がメインコントローラ30に出力される。発光指令信号の出力間隔は、例えば、数kHzである。
メインコントローラ30は、発光指令信号を受け取ると、トリガ信号を高電圧パルス発生部20の固体スイッチSWのゲートに出力する。固体スイッチはon状態になり、上記したように、予備電離ユニット8で滑り放電が発生するとともに、第1の主放電電極3a、第2の主放電電極3b間に高電圧パルスが印加され、高密度高温プラズマ発生部2において高温プラズマが発生し、このプラズマから波長13.5nmのEUV光が放射される。
プラズマから放射されたEUV光は、第2の主放電電極3b側に設けられたEUV集光鏡5により反射され、フィルタ6を介して、図示しない照射部に出射される。
特開2003−218025号公報 特表平10−512092号公報 特表2002−504746号公報 「リソグラフィ用EUV(極端紫外)光源研究の現状と将来展望」J.PlasmaFusionRes.Vol.79.No.3,P219−260,2003年3月 「強誘電体陰極を用いたパルス電子源」応用物理Vol.68,No.5,P546−550,1999年
露光用光源に適用されるDPP方式EUV光源装置には、pulse−to−pluseのエネルギー安定性、また、EUV光放出位置安定性(pointing stability)が求められる。
エネルギー安定性、EUV光放出位置安定性は、プラズマの安定性に大きく依存していると考えられる。プラズマを安定させるには、放電部を流れる電流ピーク値をできるだけ大きくしてプラズマへの投入エネルギーを大きくすること、および、電流パルス幅を短パルス化してプラズマの強励起・加熱を行うことが望ましいと考えられる。
前記した主コンデンサC0、磁気スイッチSR1、昇圧トランスTr2の1次側、昇圧トランスTr1の1次側、固体スイッチSWのループからなる高電圧パルス発生部20において、短パルス化はコンデンサや固体スイッチSWに大きな負荷が掛かる。また回路ループのインダクタンスを小さくする必要があるので、事実上困難である。このため、高電圧パルス発生部20においては、図8に示すような磁気パルス圧縮回路が設けられている。
一方、電流ピーク値をできるだけ大きくするためには第1の主放電電極3aと第2の主放電電極3b間を流れる電流パルスの立ち上がり時間の短縮化が望まれる。
上記した電流パルスの立ち上がりの高速化を実現するためには、負荷を含めた放電回路の低インダクタンス化を実現しなければならない。具体的には、コンデンサC2、磁気スイッチSR3、第1の主放電電極、第2の主放電電極を含む回路の低インダクタンス化を図る必要がある。
ここで、上記したように磁気スイッチSR3は可飽和リアクトルからなる。第1の主放電電極3aと第2の主放電電極3bに印加される電圧は、−5kV〜−20kVと高電圧になるため、磁気スイッチSR3を構成する可飽和リアクトルのコアも大型化する。また、数kHzの間隔で高電圧が印加され大電流が流れる磁気スイッチSR3は、通電動作により加熱されるので、通常、オイル等の冷却用媒質に浸漬されて冷却される。冷却用媒質自体も水冷のラジエタ等で熱交換される。そのため、磁気スイッチSR3の保持構造は大掛かりなものになる。
よって、コンデンサC2、磁気スイッチSR3、第1の主放電電極3a、第2の主放電電極3bを含む回路ループの断面積の小型化には限界があり、回路ループのインダクタンスの低インダクタンス化を実現することは困難であった。
また、上記したように、例えば、第1の主放電電極3a、第2の主放電電極3b間には数十kWのエネルギーが入力されるので、主コンデンサC0には数十kVの電圧が印加され、固体スイッチSWには数kAの電流が流れる。よって、主コンデンサC0、固体スイッチSWは大型化し、また、絶縁構造も複雑になる。
さらに、第2の磁気スイッチSR3以外の磁気パルス圧縮回路の構成要素である第1の磁気スイッチSR2、第2の磁気スイッチSR3、コンデンサC1、コンデンサC2は、第2の磁気スイッチSR3と同様、通常、オイル等の冷却用媒質に浸漬されて冷却される。また、冷却用媒質自体も水冷のラジエタ等で熱交換される。そのため、磁気パルス圧縮回路全体の構造は大掛かりなものになる。
磁気アシストSR1、トランスTr1,Tr2も磁気パルス圧縮回路と同様、冷却が必要であり、これらの構造は大掛かりなものになる。
よって、高電圧パルス発生部20は、大型の主コンデンサC0,固体スイッチSWやトランスTr1,Tr2、磁気パルス圧縮回路を有するので、冷却構造等を取ることにより全体的に大型化するとともに、数十kVの高電圧が各回路素子に印加されるので絶縁構造が複雑になる。
ところで、露光装置は図示しないEUV強度モニタにより露光光の強度を測定し、測定データを基に露光対象物への露光量が所定の値となるように、DPP方式露光用光源装置を制御する。
EUV光の強度は、プラズマへの入力エネルギーと正の相関にある。このため、露光装置は、高電圧パルス発生部20の主コンデンサC0の充電電圧を制御することになる。
一方、高電圧パルス発生部20を構成するコンデンサと可飽和リアクトルとからなる磁気パルス圧縮回路においては、コンデンサの充電電圧(V)と電荷の転送時間(t)との積であるVt積の値が一定という関係がある。
露光量一定制御を行う場合、主コンデンサC0の充電電圧は必ずしも一定とはならず、変動する。そのため磁気パルス圧縮回路におけるコンデンサC1,C2の充電電圧も変動し、Vt積の値が一定という関係より、コンデンサC1,C2からの電荷の転送時間も変動する。
すなわち、露光装置の制御部40から発光指令信号が出力されてから第1の主放電電極3a、第2の主放電電極3b間で放電が発生してEUV光が発光するまでの時間が変動する。露光装置がスキャン露光を行う場合、発光指令信号からEUV発光までの時間が変動すると露光に不具合が生じてしまう。
以上のように、DPP方式EUV光源装置においてプラズマを安定させるには、放電部を流れる電流ピーク値をできるだけ大きくしてプラズマへの投入エネルギーを大きくし、また、電流パルス幅を短パルス化してプラズマの強励起・加熱を行うことが望まれるが、従来の磁気圧縮回路を用いた高電圧パルス発生装置では、この要求に充分答えることができなかった。また、磁気圧縮回路を用いた高電圧パルス発生装置は小型化するのが困難であり、装置が大型化するいった問題があった。
本発明は上記のような事情を鑑みなされたものであって、その目的は、小型かつ簡単な構造であって電流パルスの立ち上がり時間を短縮することができ、さらに、投入エネルギーを大きくすることが可能なパルス発生装置を提供することである。また、このパルス発生回路を用い、主放電電極間を流れる電流パルスの立ち上がり時間の短縮でき、また、露光装置からの発光指令信号からEUV光が発光するまでの時間のばらつきを小さくすることができるDPP方式EUV光源装置を提供することである。
本発明のパルス発生装置は、図1(a)に示す放電回路手段を1つのユニット回路部Uk として構成し、このユニット回路部U1 〜Un を図1(b)に示すように複数並列に接続してパルス発生装置を構成する。
上記図1(a)に示すユニット回路部Uk において、負荷にパルス状の電力エネルギーを供給するには、スイッチSWk を開状態として、直流電源CHより、ダイオードDk を介してコンデンサCk を充電する。その後、スイッチSWk にトリガ信号(on信号)を与え、コンデンサCk に充電されていた電荷を放電させる。これにより、コンデンサCk 、インダクタンスLk 、スイッチSWk 、負荷、コンデンサCk の経路で電流が流れ、負荷にパルス状の電力エネルギーを供給することができる。
図1(a)に示すユニット回路部Uk を、例えばDPP方式EUV光源装置の高電圧パルス発生部として用いるには、図1(b)に示すように並列接続されたユニット回路部U1 〜Un を放電部に接続する。
なお、前記図8に示すようなDPP方式EUV光源装置において、絶縁材3cを介して配置される第1の主放電電極(カソード)3aと第2の主放電電極(アノード)3bから構成される部分を「放電部」と呼称することする。先に述べたように、高電圧パルス発生部20は、この放電部に高電圧パルス電圧を印加し、放電部において放電を発生させる。
ここで、エキシマレーザ装置における放電部は、数気圧の圧力でレーザガスが充填されたレーザチャンバ内において、所定距離離間して互いに対向する一対の電極からなる。このような放電部で発生する放電は気中放電であり、電極間の放電インピーダンスは放電の経過とともに刻々変化する。すなわち、エキシマレーザ装置の放電部は、非線形のインピーダンス素子となる。
一方、DPP方式EUV光源装置における放電部は、例えば図8に示したように、絶縁材を挟んだ一対の主放電電極からなる。このような放電部において発生する放電現象は、絶縁破壊した時点では、絶縁材表面にて発生する沿面放電(creeping discharge)となる。
すなわち、DPP方式EUV光源装置における放電部で発生する放電は沿面放電であるので、電極間の放電インピーダンスは殆ど変化せず、単なる短絡状態と見なせる。
そのため、各ユニット回路部と放電部との作る回路ループは線形素子のみで構成されていると見なすことができる。
したがって、図1(b)に示す構成においては、Kirchhoffの法則や重ね合わせの理が成立する。
すなわち、ユニット回路部U1 〜Un と放電部とが作る回路ループにおいてコンデンサC1 〜Cn が直流電源CHにより充電された後スイッチSW1 〜SWn がon状態となったときに流れる電流をそれぞれI1 〜In とし、各コンデンサ(C1 ,C2 ,C3 、・・・,Cn )が直流電源CHにより充電され各スイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ,・・・,SWn )がほぼ同時にon状態となったときに放電部を流れる電流をIとすると、重ね合わせの理により、以下の関係が成立する。
I=I1 +I2 +I3 +・・・+In
なお、DPP方式EUV光源装置における放電部に限らず、一般には線形負荷が多く、線形負荷であれば同様に上記関係が成り立つ。
以上の関係からユニット回路部U1 〜Un を図1(b)に示すように複数並列に接続することにより、各ユニット回路部U1 〜Un に流れる電流の和を負荷(放電部)に供給することができる。
本発明においては上記構成としたので、各ユニット回路部を流れる電流(I1 ,I2 ,I3 ,・・・,In )は、要求される負荷電流Iより小さくてよく、各ユニット回路部を構成する回路素子も小電流に対応するものでよい。
このため、各コンデンサ(C1 ,C2 ,C3 ,・・・,Cn )の容量は小さくてよく、また、各スイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ,・・・,SWn )とも小電流対応のものでよい。そのため、本発明のパルス発生装置によれば、図8に示した従来の高電圧パルス発生部における主コンデンサ、固体スイッチと比較すると、小型化が可能となり、絶縁構造も簡便となる。
また、上記したように各ユニット回路部における各コンデンサ(C1 ,C2 ,C3 ,・・・,Cn )は、形状の小型化が可能なので、各ユニット回路部と放電部とのなす回路ループのインダクタンスを含む各ユニット回路部における各インダクタンス(L1 ,L2 ,L3 ,・・・,Ln )は小さくなる。
一方、コンデンサ各コンデンサ(C1 ,C2 ,C3 ,・・・,Cn )の容量も上記したように小さくなる。そのため、各コンデンサ(C1 ,C2 ,C3 ,・・・,Cn )から放電部に転送される電力エネルギーの転送時間、すなわち、放電部を流れる電流パルスのパルス幅を短くすることが可能となる。そのため、磁気パルス圧縮回路を使用しなくても電流パルス幅の短パルス化が可能となる。
また、各ユニット回路部と放電部とのなす回路ループの合成インダクタンスLは、
1/L=1/L1 +1/L2 +1/L3 +・・・+1/Ln となる。
よって、各ユニット回路部と放電部とのなす回路ループの各インダクタンス(L1 ,L2 ,L3 ,・・・,Ln )より更に、本発明の高電圧パルス発生部と放電部とのなすループにおけるインダクタンスを小さくすることが可能となる。
そのため、本発明のパルス発生装置をDPP方式EUV光源装置に適用することにより、比較的容易に放電部を流れる電流ピーク値をできるだけ大きくしてプラズマへの投入エネルギーを大きくすること、および、電流パルス幅を短パルス化してプラズマの強励起・加熱を行うことが可能となる。
また、磁気パルス圧縮回路を使用する必要がないので、露光量一定制御時において各コンデンサ(C1 ,C2 ,C3 ,・・・,Cn )への充電電圧が変動しても、各コンデンサ(C1 ,C2 ,C3 ,・・・,Cn )から放電部に、転送される電力エネルギーの転送時間の変動は著しく小さくなる。そのため、露光装置の制御部から発光指令信号が出力されてから第1の主放電電極、第2の主放電電極間で放電が発生してEUV光が発光するまでの時間の変動も小さくなり、露光装置がスキャン露光を行う場合においても露光に不具合が生じにくい。
以上の知見に基づき、本発明においては上記課題を以下のように解決する。
(1)負荷にパルス状の電気エネルギーを印加するためのパルス発生装置を以下のように構成する。
スイッチング手段(SW)とコンデンサ(C)との直列回路を含むユニット回路部を複数設け、また、上記複数のユニット回路部(U)に含まれる上記コンデンサ(C)を充電する少なくとも1つの充電手段(CH)を設け、上記複数のユニット回路部(U)を負荷に対して並列に接続する。
上記パルス状の電気エネルギーのパルス幅は、100nS(ナノ秒)〜2000nS(ナノ秒)であることが望ましい。
(2)上記(1)において、上記パルス発生装置に、上記各ユニット回路部(U1 ,U2 ,U3 ,・・・,Un )のスイッチング手段(SW1 ,SW2 ,SW3 ,・・・,SWn )のonタイミングを制御する制御部を設ける。
(3)上記(2)において、上記各ユニット回路部(U1 ,U2 ,U3 ,・・・,Un )に、各ユニット回路部の通電状態を検出する通電検出部(M1 ,M2 ,M3 ,・・・,Mn )を設け、上記制御部が、上記通電検出部からの通電検出信号に基づき、各ユニット回路部からパルス状の電気エネルギーが略同一タイミングで負荷へ印加されるようにスイッチング手段のonタイミングを制御する。
(4)上記(1)(2)において、上記各ユニット回路部(U1 ,U2 ,U3 ,・・・,Un )が有するインダクタンス(L1 ,L2 ,L3 ,・・・,Ln )の値を、各ユニット回路部からパルス状の電気エネルギーが略同一タイミングで負荷へ印加されるように設定する。
(5)高密度高温プラズマが発生する容器と、この容器内に極端紫外光放射種を含む原料を供給する原料供給手段と、一対の放電電極を有し、放電によって上記容器内で上記供給された原料を加熱・励起し高密度高温プラズマを発生させる加熱・励起手段と、高密度高温プラズマから放射される極端紫外光を取り出す極端紫外光取り出し部とを有する極端紫外光光源装置における高電圧パルス発生部として、(1)(2)(3)(4)のパルス発生装置を用い、このパルス発生装置によりパルス状の電気エネルギーを上記一対の放電電極に印加することにより放電を発生させる。
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
(1)スイッチング手段とコンデンサとの直列回路を含むユニット回路部を複数設け、この複数のユニット回路部を負荷に対して並列に接続したので、各ユニット回路部を流れる電流は、要求される負荷電流より小さくてよく、各ユニット回路部を構成する回路素子も小電流に対応するものでよい。
このため、ユニット回路部の各コンデンサの容量は小さくてよく、また、各スイッチも小電流対応のものでよい。
したがって、従来の高電圧パルス発生部における主コンデンサ、固体スイッチと比較すると、小型化が可能となり、絶縁構造も簡便となる。
また、上記パルス状の電気エネルギーのパルス幅を、100nS(ナノ秒)〜2000nS(ナノ秒)とすることで、効果的に高温プラズマを発生させることができる。
(2)本発明のパルス発生装置をDPP方式EUV装置に適用することにより、比較的容易に放電部を流れる電流ピーク値をできるだけ大きくしてプラズマへの投入エネルギーを大きくすること、および、電流パルス幅を短パルス化してプラズマの強励起・加熱を行うことが可能となる。
また、磁気パルス圧縮回路を使用する必要がないので、露光量一定制御時において各コンデンサへの充電電圧が変動しても、各コンデンサから放電部に転送される電力エネルギーの転送時間の変動は著しく小さくなる。そのため、露光装置の制御部から発光指令信号が出力されてから第1の主放電電極、第2の主放電電極間で放電が発生してEUV光が発光するまでの時間の変動も小さくなり、露光装置がスキャン露光を行う場合においても露光に不具合が生じにくい。
(3)上記したパルス発生装置にさらに制御部を設けて、この制御部により各ユニット回路部のスイッチング手段のonタイミングを制御するようにすれば、確実に各ユニット回路部を流れる各電流を、精度よく重ね合わせることが可能となる。
特に、各ユニット回路部に、各ユニット回路部の通電状態を検出する通電検出部を設けて、これらの通電検出部からの通電検出信号に基づき、スイッチング手段のonタイミングを制御するようにすれば、各コンデンサに充電されていた電力エネルギーが負荷(絶縁部)に加えられるまでの時間のバラつきができるだけ小さくなるように調節することが可能となる。
また、上記各ユニット回路部の各インダクタンスの値を各ユニット回路部からパルス状の電気エネルギーが略同一タイミングで負荷へ印加されるように設定すれば、各スイッチング手段へのトリガタイミングを都度制御する必要はない。すなわち、毎回、上記したような通電検出部により検出した各ユニット回路部における電気エネルギー転送タイミングデータを収集する必要もない。このため、構成が簡便となる。
また、制御部も、同一のタイミングで各スイッチング手段へトリガ信号を送出すればよいので、制御構成を単純化することができる。
以下、上述した本発明のパルス発生装置をDPP方式EUV光源装置の高電圧パルス発生部に適用した場合の実施例について説明する。
図2は、本発明の実施例のDPP方式EUV光源装置の構成例を示す図であり、以下本実施例のEUV光源装置の各部の構成及び動作について説明する。
(1)ガス供給・排気系統
ガス供給・排気系統については、図8に示したものと基本的には同様であり、放電容器であるチャンバ1内に、ガス供給・排気ニット11よりガス導入口4を介して放電用ガスが導入される。なお、本実施例では予備電離を、滑り放電ではなく電子線発生装置を用いて行っているので、ガス導入口4は第1の容器1aの側面に設けられている。
放電用ガスは、前記したようにチャンバ1内の高密度高温プラズマ発生部2で波長13.5nmのEUV光を放出する放射種を形成するための原料ガスであり、例えば、キセノン(Xe)である。導入された放電用ガスはチャンバ1内を流れてガス排出口7に到達する。ガス排出口7に到達した放電用ガスは、ガス排気・供給ユニット11が具えるガス排気手段により排気される。ここで、高温高密度プラズマ発生部の圧力は1〜20Paに調節される。
この圧力調節は、前記したように、メインコントローラ30がチャンバ1に備えられた不図示の圧力モニタより出力される圧力データを受信し、受信した圧力データに基づき、ガス・供給排気ユニット11を制御して、チャンバ1内へのXeガスの供給量ならびに排気量を調節する。
(2)電極部
電極部の構成も、図8に示したものと同様であり、チャンバ1内にはリング状の第1の主放電電極(カソード)3aと第2の主放電電極(アノード)3bとが絶縁材3cを介して配置される。チャンバ1は前記したように、第1の容器1aと第2の容器1bから構成され、これらの第1の容器1aと第2の容器1bとは、上記絶縁材3cにより分離、絶縁されている。
チャンバ1の上記第2の容器1bと第2の主放電電極3bは接地され、上記第1の容器1aと第1の主放電電極3aには、高電圧パルス発生部20からおよそ−5kV〜−20kVの電圧が印加される。
その結果、リング状の第1、第2の各主放電電極3a,3b間の高温高密度プラズマ発生部2には、高温高密度のプラズマ放電が発生し、このプラズマから波長13.5nmのEUV光が放射される。
放射されたEUV光は、第2の主放電電極3b側に設けられたEUV集光鏡5により反射され、フィルタ6を介して、図示しない照射部に出射される。
なお、前記図8では示されていないが、高密度高温プラズマ発生部2とEUV集光鏡5との間には、高密度高温プラズマと接する金属(例えば、放電電極)がこのプラズマによってスパッタされて生成する金属粉等のデブリや、Sn等の放射種に起因するデブリ等を捕捉してEUV光のみを通過させるためのデブリトラップ9が設置される。デブリトラップ4は、例えば特許文献3に記載されているように、高密度高温プラズマ発生領域の径方向に設置される複数のプレートからなる。
(3)高電圧パルス発生部
高電圧パルス発生部20は、前記図1(b)に示したようにn個のユニット回路部を有しており、各ユニット回路部はそれぞれ並列に第1の主放電電極3a、第2の主放電電極3bに接続される。
まず、上記ユニット回路部の構成をn番目のユニット回路部Un を例に取り具体的に説明する。
ユニット回路部Unは充放電回路手段であり、図1 (a) に示したように、コンデンサCnと固体スイッチ等からなるスイッチSWnとが直列接続された直列回路構成を有する。この直列回路の一端部が、前記した第1の主放電電極、他端部が第2の主放電電極に接続される。
ここで、図2において、コンデンサC1 〜Cn とスイッチSW1 〜SWn とが直列接続された直列回路構成に更に直列にインダクタンスL1 〜Ln が接続されているように示されている。これは、コンデンサC1 〜Cn の寄生インダクタンスおよびコンデンサC1 〜Cn 、スイッチSW1 〜SWn 、放電部が作るループのインダクタンスを合成したインダクタンスを表している。
なお、上記したように、放電条件によっては、コンデンサC1 〜Cn 、スイッチSW1 〜SWn の直列回路構成に更に直列にインダクタンスLを接続することもある。この場合、L1 〜Ln は、コンデンサC1 〜Cn の寄生インダクタンスおよびコンデンサC1 〜Cn 、スイッチSW1 〜SWn 、放電部が作るループのインダクタンスに加え、インダクタンスLをも合成したインダクタンスを表すこととする。
ユニット回路部Un は、例えば、以下のように動作する。まず、直流電源CHより、ダイオードDn を介してコンデンサCn が充電される。このときスイッチSWn は開状態である。
ここで、各ユニット回路部に設けられた各ダイオード(D1 ,D2 ,D3 ,・・・,Dn )は、ユニット回路部を同時に動作させたとき、各コンデンサ(C1 ,C2 ,C3 ,・・・,Cn )に蓄えられた電気エネルギーが放電部にのみに移行するように電流方向を規制するためのものである。例えば、ユニット回路部Un においてダイオードDn が無い場合、コンデンサCn に蓄えられた電気エネルギーは、放電部のみならず、他のユニット回路部(U1 ,U2 ,U3 ,・・・、Un )の各コンデンサ(C2 ,C3 ,・・・,Cn )の少なくとも1つに移行する可能性がある。
コンデンサCn 充電後、メインコントローラ30からのプリトリガ信号がタイミング制御部21に出力される。タイミング制御部21は上記ブリトリガ信号受信後、所定のタイミングでスイッチSWn にトリガ信号(on信号)を出力する。スイッチSWn が例えば固体スイッチの場合、タイミング制御部21から固体スイッチのゲートにトリガ信号が出力される。トリガ信号を受信したスイッチSWn はon状態となり、コンデンサCn に充電されていた電力エネルギーが、絶縁部3cを挟む第1の主放電電極3aと第2の主放電電極3bとからなる放電部に加えられる。
ここで、ユニット回路部Un には通電検出部Mn が設けられる。通電検出部Mn は、スイッチSWn がon状態になってユニット回路部が通電状態(電流が流れる状態)になるタイミングを検出するものである。
本実施例の各ユニット回路は具体的には以下のように構成される。
負荷に接続されたユニット回路部Un 単独で放電が行われると仮想すると、放電はLC放電となり、放電時の電流波形はsin波形となる。また、放電波形のパルス幅Pwは、電流波形周期Tの1/2で与えられ、以下の(1)式となる。
また、コンデンサCn の充電電圧をV、負荷の波動インピーダンスをZとすると、放電電流のピーク電流Imは、以下の(2)式となる。
Figure 2006324039
今回、各ユニット回路に用いたスイッチSWn は、大電流を流すことが可能なIGBTを使用した。ここで、IGBTの最大定格は、例えば、三菱電機製のCN1000DU−34シリーズを使用すると、以下の通りとなる。
電圧(Vcemax ):1700V
電流(Icemax ):パルス動作で2000A
一方、試作したユニット回路Un 1個あたりの配線回路抵抗r、回路インダクタンスLn を測定すると、それぞれ、
r=0.2Ω
n =142nH
となった。なお、回路インダクタンスLn は、上記したように、コンデンサCn の寄生インダクタンスおよびコンデンサCn 、スイッチSWn 、放電部が作るループのインダクタンスの合成インダクタンスに相当する。
上記した回路定数に基づき、ユニット回路を設計すると、以下のようになる。
IGBTスイッチの余裕度を考慮し、使用電圧係数を75%、使用電流係数を80%とすると、最大使用電圧Vおよび最大使用電流I(すなわち、放電電流のピーク電流Im)は、以下のようになる。
V=1275V
Im=1600A
また、(2)式を配線回路抵抗rを考慮して変形すると、以下の(2’)式となり、コンデンサCnの容量は、以下の(3)式のように求められる。
Figure 2006324039
以上をまとめると、ユニット回路Un は、表1のように設計される。
Figure 2006324039
本実施例の装置においては、繰り返し周波数7kHzで使用し、上記ユニット回路Un の個数は25個である。
ここで、パルス幅は、コンデンサに蓄えられた電気エネルギーが全て放電されるものとし、電流の波形により測定される。具体的には、コンデンサに直列にCT(電流検出器)を設け、CTにより検出される電流波形を観測することでパルス幅を測定することができる。
なお、DPP方式EUV光源装置の放電部に電力を供給する高電圧パルス発生部としては、次のような数値範囲で設計される。インダクタンス範囲50nH〜500nH、コンデンサ容量5nF〜1000nF、パルス幅100nS〜2000nS、電圧1000V〜5000V、繰り返し周波数〜10kH、ユニット回路部の個数1〜100個。
次に上記高電圧パルス発生部20の動作について説明する。
このようなユニット回路部をn個有する高電圧パルス発生部は、以下のように動作する。
まず、露光機40より発光指令信号を受信したメインコントローラ30から、ブリトリガ信号がタイミング制御部21に出力される。タイミング制御部21は、充電指令信号を直流電源CHに出力する。
充電指令信号を受信した直流電源CHより、ダイオード(D1 ,D2 ,D3 ,・・・,Dn)を介して各ユニット回路部(U1 ,U2 ,U3 ,・・・,Un )の各コンデンサ(C1 ,C2 ,C3 ,・・・,Cn )に充電される。このとき各スイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ,・・・,SWn )は開状態である。
各コンデンサ(C1 ,C2 ,C3 ,・・・,Cn )充電後、タイミング制御部21から所定のタイミングでほぼ同時に各スイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ,・・・,SWn )にトリガ信号が同時に出力される。各スイッチ(SW1 、SW2 、SW3 ・・・、SWn )が例えば固体スイッチの場合、タイミング制御部21から各固体スイッチのゲートにトリガ信号が出力される。なお、上記タイミングの制御については後述する。
トリガ信号を受信した各スイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ,・・・,SWn )はon状態となり、各コンデンサ(C1 ,C2 ,C3 ,・・・,Cn )に充電されていた電力エネルギーは、絶縁部3cを挟む第1の主放電電極3aと第2の主放電電極3bとからなる放電部に加えられる。
放電部に上記電力エネルギーが加えられると、第1の主放電電極3a、第2の主放電電極3b間に高電圧パルスが印加され、絶縁材表面に沿面放電(creeping discharge)が発生して第1の主放電電極3a、第2の主放電電極3b間は実質、短絡状態になり、第1の主放電電極3a、第2の主放電電極3b間にパルス状の電流が流れる。その後、ピンチ効果によるジュール加熱によって高密度高温プラズマ発生部2において高温プラズマが発生し、このプラズマから波長13.5nmのEUV光が放射される。
このような放電動作が各スイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ・・・,SWn )のスイッチング動作、高電圧電源動作によって繰り返し行なわれることにより、所定の繰り返し周波数でのEUV放射が行われる。
ここで、上記したように、DPP方式EUV光源装置における放電部で発生する放電は沿面放電であるので、電極間の放電インピーダンスは殆ど変化せず単なる短絡状態と見なせる。そのため、各ユニット回路部と放電部との作る回路ループは線形素子のみで構成されていると見なすことができる。
したがって、前記したようにユニット回路部Uをn個有する高電圧パルス発生部20においては、Kirchhoffの法則や重ね合わせの理が成立する。
すなわち、ユニット回路部U1 と放電部とが作る回路ループにおいてコンデンサC1 が直流電源CHにより充電された後スイッチSW1 がon状態となったときに流れる電流をI1 、ユニット回路部U2 と放電部とが作る回路ループにおいてコンデンサC2 が直流電源CHにより充電された後スィッチSW2 がon状態となったときに流れる電流をI2 、ユニット回路部U3 と放電部とが作る回路ループにおいてコンデンサC3 が直流電源CHにより充電された後スイッチSW3 がon状態となったときに流れる電流をI3 ・・・、ユニット回路部Un と放電部とが作る回路ループにおいてコンデンサCn が直流電源CHにより充電された後スイッチSWn がon状態となったときに流れる電流をIn とし、各コンデンサ(C1 ,C2 ,C3 ,・・・,Cn )が直流電源CHにより充電され各スイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ,・・・,SWn )がほぼ同時にon状態となったときに放電部を流れる電流をIとすると、重ね合わせの理により、以下の関係が成立する。
I=I1 +I2 +I3 +・・・+In
すなわち、本実施例の高電圧パルス発生部を構成する各ユニット回路部を流れる電流(I1 ,I2 ,I3 ,・・・,In )は、放電部を流れる電流Iより小さくてよいので、各ユニット回路部を構成する回路素子も小電流に対応するものでよい。すなわち、各コンデンサ(C1 ,C2 ,C3 ,・・・,Cn )の容量は小さくてよく、また、各スイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ,・・・,SWn )とも小電流対応のものでよい。そのため、本発明の高電圧パルス発生部によれば、図1に示す従来の高電圧パルス発生部における主コンデンサ、固体スイッチと比較すると、小型化が可能となり、絶縁構造も簡便となる。
(4)予備電離
従来技術と同様、放電が発生し難い低い圧力下で安定した放電を生じさせるには、予備電離を行うことが望ましい。
予備電離ユニットとしては、図8に示すような滑り放電を利用したものを用いてもよいが、例えば、特許文献2に記載されているような電子線発生装置を用いてもよい。
予備電離ユニットを構成する電子線発生装置は、図2に示すように、ガラスなどの絶縁部材8aで構成された絶縁容器内に、電子線源であるフィラメントヒータ8cとカソード8dとが設けられている。フィラメントヒータ8cとカソード8dの各々に具えられた電力供給用の端子8e,8f,8gは、絶縁容器外部に突出している。絶縁容器8aは密閉され、内部は真空に保たれている。
また、絶縁容器8aには、電子線を透過させる電子線透過膜8bが設けられる。この電子線透過膜8bは導電性である。電子線透過膜8bは、第1の容器1aに直接取り付けられる。
フィラメントヒータ8cは、予備電離電源50においてAC電源に接続された絶縁トランスであるフィラメント電源トランス51から電流が供給され、加熱される。また、カソード8dにはAC電源に接続された絶縁トランス52からコッククロフト回路等の昇圧回路53を介してマイナス高電圧−HV2が印加される。通常、電子線透過窓8bを接地電位とすることにより、電子線が引き出され、上記電子線透過窓8bを介して、図2の点線矢印に示すように、電子線が放射される。
ここで、EUV集光鏡等が設けられる側の第2の主放電電極3bは、このEUV集光鏡5等との間で放電が生じないようにするため、接地電位とされる。したがって、高電圧パルス発生部20からは、第1の主放電電極3aおよび第1の容器1aに−数十kVのマイナス高電圧−HV1が印加される。よって、電子線透過膜8bの電位も−HV1となる。そのため、電子線が効果的に引き出せるように、電子線発生装置のカソードに印加するマイナス高電圧−HV2は、|HV1|<|HV2|となるように設定される。
予備電離ユニット8として電子線発生装置を用いると、低い圧力における予備電離のために効率のよい電子線を用いることができる。
また、滑り放電を用いる方式と異なり、第1、第2の主放電電極3a,3bと予備電離ユニット8との間に、電子線は通過するが汚染物質を透過させない電子線透過窓8bを設けているので、互いの汚染の影響がない。
なお、電子線発生装置としては、非特許文献2に記載されているような強誘電体陰極を用いたパルス電子源を用いることができる。
このパルス電子源は、PZTやPLZTなどの強誘電体薄板の片面に、くし状電極、他方に一様な電極を設けたものである。強誘電体薄板は、分極処理をされ、自発分極が一方向にそろえられる。よって、くし状電極の隙間に露出する強誘電体薄板部分は遮蔽電子で覆われる。この状態で一様電極に負極性のパルス電圧を加えると、自発分極が反転して遮蔽電子に反発力が働く。この結果、遮蔽電子が放出される。このような強誘電体陰極を用いたパルス電子源は、低電圧で高電流密度の電子ビームを容易に得ることが出来る。
(5)各ユニット回路部の通電タイミングについて
上記したように、DPP方式EUV光源装置において高密度高温プラズマを安定させるには、第1の主放電電極3a、第2の主放電電極3bを流れる電流のピーク値をできるだけ大きくしてプラズマへの投入エネルギーを大きくすること、および、電流パルス幅を短パルス化してプラズマの強励起・加熱を行うことが望ましいと考えられる。
ここで、各ユニット回路部(U1 ,U2 ,U3 ,・・・,Un )の動作タイミングについて考える。
各スイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ,・・・,SWn )がon状態となって各コンデンサ(C1 ,C2 ,C3 ,・・・,Cn )に充電されていた電力エネルギーが絶縁部を挟む第1の主放電電極3aと第2の主放電電極3bとからなる放電部に加えられるまでの時間をt1 ,t2 ,t3 ,・・・,tn とする。
1 〜tn が全てほぼ等しいとき、放電部を流れる電流パルスはn個の電流パルスを単純に重畳したものとなる。
図3(a)は、ユニット回路部が3つ(U1 ,U2 ,U3 )で、t1 =t2 =t3 の場合の電流パルス波形を説明する図である。なお、理解を容易にするために、図3(a)は各ユニット回路部単独でも放電が発生すると仮定したときの電流パルス波形を破線で示しており、各ユニット回路部(U1 ,U2 ,U3 )のコンデンサ(C1 ,C2 ,C3 )の容量、インダクタンス(L1 ,L2 ,L3 )は等しいとしている。また、各ユニット回路部を合成したときのインダクタンスと各ユニット回路部単独が有するインダクタンスとの大小関係は無視している。
図3(a)に示すように、上記各時間t1 ,t2 ,t3 が等しい場合、放電部を流れる電流パルスは、各ユニット回路部単独で放電したと仮定した場合の電流パルスの振幅が増大するのみでパルス幅(例えば、FWHM)は変化しない。
一方、図3(b)は、ユニット回路部が3つ(U1 ,U2 ,U3 )で、t1 ≠t2 ≠t3 の場合の電流パルス波形を説明する図である。図3(a)のときと同様、理解を容易にするために、図3(b)は各ユニット回路部単独でも放電が発生すると仮定したときの電流パルス波形を破線で示している。また、各ユニット回路部を合成したときのインダクタンスと各ユニット回路部単独が有するインダクタンスとの大小関係は無視している。
図3(b)に示すように、上記各時間t1 ,t2 ,t3 が互いに等しくない場合、各ユニット回路部から放電部へ入力される電気エネルギーの入力タイミングにばらつきがあるため、放電部を流れる電流パルスは、t1 =t2 =t3 の場合と比較すると、パルス幅(例えば、FWHM)が長くなる。また、電流パルスのピーク値も、t1 =t2 =t3 のときの場合と比較して小さくなる。
すなわち、t1 ≠t2 ≠t3 の場合、t1 =t2 =t3 の場合と比較すると、第1の主放電電極3a、第2の主放電電極3bを流れる電流のピーク値が小さくなってプラズマへの投入エネルギーが小さくなる。また、電流パルス幅も広がって、プラズマの励起・加熱が弱くなる。
図2に示す高電圧パルス発生部20において、各スイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ,・・・SWn )がon状態となって各コンデンサ(C1 ,C2 ,C33,・・・Cn )に充電されていた電力エネルギーが絶縁部3cを挟む第1 の主放電電極3aと第2 の主放電電極3bとからなる放電部に加えられるまでの時間(t1 ,t2 ,t3 ,・・・,tn )が変動する要因としては、例えば、以下のものが考えられる。
(a)各スイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ・・・,SWn )の固体差によるスイッチング動作のばらつき
(b)各ユニット回路部の回路素子(コンデンサ等)の固体差による電気エネルギー転送時間のばらつき
(c)各ユニット回路部と放電部との接続構造のばらつきに伴う各回路ループのインダクタンスのばらつきに起因する電気エネルギー転送時間のばらつき等である。
本実施例の高電圧パルス発生部においては、図2に示すように各ユニット回路部(U1 ,U2 ,U3 ,・・・,Un )に通電検出部(M1 ,M2 ,M3 ,・・・Mn )が設けられる。通電検出部Mn は、タイミング制御部からスイッチSWn にトリガ信号出力された後、スイッチSWn がon状態になってユニット回路部が通電状態(電流が流れる状態、すなわち、電気エネルギーが放電部に入力された状態)になるタイミングを検出するものである。
通電検出部Mn で検出された各ユニット回路部における電気エネルギー転送タイミングデータは、タイミング制御部21に出力される。タイミング制御部21は、この電気エネルギー転送タイミングデータをもとに、各スイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ・・・,SWn )への各トリガ信号出力タイミングを補正する。以上のような補正により、各ユニット回路部(U1 ,U2 ,U3 ,・・・,Un )の各スイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ・・・,SWn )がon状態となって各コンデンサ(C1 ,C2 ,C3 ,・・・,Cn )に充電されていた電力エネルギーが絶縁部3cを挟む第1の主放電電極3aと第2の主放電電極3bとからなる放電部に加えられるまでの時間t1 ,t2 ,t3 ,・・・,tn のバラつきができるだけ小さくなるように調節することが可能となる。
以下、タイミング制御部を用いた各ユニット回路部の通電タイミング制御について説明する。
タイミング制御部21におけるタイミングの制御の概要は以下の通りである。
(i) 初回の放電時には、露光機40からの発光指令信号を受信したメインコントローラ30から送られてくるプリトリガ信号に基づき、予め定めておいた各スイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ・・・,SWn )への各トリガ信号出力タイミングに従って、各トリガ信号を出力し、各スイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ・・・,SWn )をonにする。
(ii)上記各トリガ信号から各ユニット回路部(U1 ,U2 ,U3 ,・・・,Un )に電流が流れ始めるまでの時間を、タイミング制御部21に設けられたカウンタ(Ct1 ,Ct2 ,Ct3 ,・・・,Ctn )でカウントし、上記トリガ信号を出力してから実際に各ユニット回路部に電流が流れる(放電が開始する)までの時間を求める。
(iii) 2回目以降の放電時には、上記カウンタ(Ct1 ,Ct2 ,Ct3 ,・・・,Ctn )でカウントした実際の時間に基づき、各トリガ信号出力タイミングを補正して、この補正された各トリガ信号出力タイミングに従って、各トリガ信号を出力し、各スイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ・・・,SWn )をonにする。
以下、タイミング制御部を用いた各ユニット回路部の通電タイミング制御について詳細に説明する。
図4にタイミング制御部21の入出力信号を示す。
同図に示すように、タイミング制御部21には、メインコントローラ30からのプリトリガ信号、通電検出部(M1 ,M2 ,M3 ,・・・Mn )からの通電検出信号が入力される。タイミング制御部21は、これらの信号に基づき、直流電源CHに充電制御信号を出力するとともに、各スイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ・・・,SWn )をonするタイミングを決定し、トリガ信号を出力する。
上記タイミング制御部21は、例えばCPUで構成することができ、タイミング制御部21によるタイミングの制御はソフトウェアで実現することができる。
図5はタイミング制御部21の処理を示すフローチャート、図6はタイミング制御部21の制御タイミングチャートであり、これらの図を参照しながら、タイミング制御部21を用いた各ユニット回路部(U1 ,U2 ,U3 ,・・・,Un )の通電タイミング制御について説明する。
(i) 運転を開始してから最初の放電(初回パルスという)であるかを判定し(S101)、初回パルスの場合には、ステップS101からステップS102に行く。また初回パルスでない場合には、ステップS108に行く。
(ii)初回パルスの場合は、各カウンタ(Ct1 ,Ct2 ,Ct3 ,・・・,Ctn )のカウント値が使用できないので、ステップS102では、プリトリガ信号受信後、各スイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ・・・,SWn )にトリガ信号を出力するタイミングの補正はない。すなわち、各トリガ遅延時間をΔtdn (n=1,2,3,・・・,n)=0に設定する。
プリトリガ信号受信後から各ユニット回路部の各スイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ・・・,SWn )に各々トリガ信号を出力するまでの時間は、例えば、後に示す充電安定時間tstとする。
(iii) 露光機40より発光指令信号を受信したメインコントローラ30から、プリトリガ信号(Pre_trigin)を受信する(S103)。
(iv)タイミング制御部21は、ステップS103で受信したプリトリガ信号を基に、充電制御信号(Chargout)、および、トリガ信号(Trig)を作成する(図8のステップS104)。
ここで、上記充電制御信号(Chargout)は直流電源CHに送信され、直流電源CHが前記したように各コンデンサ(C1 ,C2 ,C3 ,・・・,Cn )の充電を行うが、前記充電安定時間tstは、その際の各コンデンサ(C1 ,C2 ,C3 ,・・・,Cn )の充電が安定するまでの時間である。
充電安定時間tstが経過後、タイミング制御部21は、トリガ信号(Trig)を作成する。(タイミングチャートのS203、S204)。
(v) ステップS104で作成したトリガ信号(Trig)の出力開始で、各ユニット回路部(U1 ,U2 ,U3 ,・・・,Un )に電流が流れ始める時刻を計測するカウンタ(Ct1 ,Ct2 ,Ct3 ,・・・,Ctn )を動作させる(図5のステップS105、タイミングチャートのS207)。
なお、カウンタ(Ct1 ,Ct2 ,Ct3 ,・・・,Ctn )は上記プリトリガが入力されたとき、0クリアされている。これらのカウンタはプリトリガ受信から各ユニット回路部に電流が流れるまでの時間を一定にするためにフィードバック制御するためのものである。
(vi)トリガ信号(Trig)から各ユニット回路部における各トリガ遅延時間Δtdn (n=1,2,3,・・・,n)により定まる遅延時間の後、各ユニット回路部のスイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ・・・,SWn )をonにするための各ユニットトリガ信号Trn(n=1,2,3,・・・,n)を出力する(ステップS106、タイミングチャートS205)。これにより各ユニット回路部(U1 ,U2 ,U3 ,・・・,Un )で電流が流れ始める。
ここで、上記トリガ遅延時間Δtdn(n=1,2,3,・・・,n)は、最初の一回目(初回パルス)は全て0となるが、2回目以降は、後述するように上記各トリガ遅延時間Δtdn (n=1,2,3,・・・,n)を、前記カウンタ(Ct1 ,Ct2 ,Ct3 ,・・・,Ctn )のカウント値に基づき補正した値に基づいて決定する。
(vii) 通電検出部(M1 ,M2 ,M3 ,・・・Mn )により各ユニット回路部(U1 ,U2 ,U3 ,・・・,Un )の通電開始タイミングを検出し、カウンタ(Ct1 ,Ct2 ,Ct3 ,・・・,Ctn )を停止させる(図5のステップS107、タイミングチャートのS207)。
(viii)以上のように初回の放電が終わると、次いで、ステップS101に戻る。
(ix)初回のパルスではないので、ステップS101からステップS108に行き、ステップS107で計測したトリガ信号作成から各ユニット回路部で電流が流れ始めるまでの時間であるカウンタ(Ct1 ,Ct2 ,Ct3 ,・・・,Ctn )の値を基に、各ユニット回路部毎の各トリガ遅延時間Δtdn (n=1,2,3,・・・,n)のフィードバック演算を以下のように行う。
Δtdn(n=1,2,3,・・・,n)=tt −tcn (n=1,2,3,・・・,n)
ここで、tt :各ユニット回路部において、トリガ信号作成から各ユニット回路部で電流が流れ始めるまでの遅延目標時間、tcn (n=1,2,3,・・・,n):カウンタ(Ct1 ,Ct2 ,Ct3 ,・・・,Ctn )で計測した時間である。
(x) ついで、ステップS103に行き、露光機40より発光指令信号を受信したメインコントローラ30から、プリトリガ信号(Pre_trigin)を受信する。
以下、前記したように、充電制御信号(Chargout)、および、トリガ信号(Trig)を作成し、カウンタ(Ct1 ,Ct2 ,Ct3 ,・・・,Ctn )を動作させる。
そして、トリガ信号(Trig)から、上記のように求めた各ユニット回路部における各トリガ遅延時間Δtdn (n=1,2,3,・・・,n)により定まる遅延時間の後、各ユニット回路部のスイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ・・・,SWn )をonにする各ユニットトリガ信号Trn (n=1,2,3,・・・,n)を出力する。
さらに、通電検出部(M1 ,M2 ,M3 ,・・・,Mn )により各ユニット回路部(U1 ,U2 ,U3 ,・・・,Un )の通電開始タイミングを検出し、カウンタ(Ct1 ,Ct2 ,Ct3 ,・・・,Ctn )のカウントを停止させる。(図5のステップS104〜S107)。
以上のように動作させることにより、プリトリガから各ユニット回路部の通電開始時刻までの時間が一定になるように制御することができる。
以上に説明した動作を、図6のタイミングチャートにより説明すると以下のようになる。
(i) 初回のパルスの場合には、各トリガ遅延時間Δtdn (n=1,2,3,・・・,n)は全て0とする(S201)。また、初回のパルスでない場合には、1トリガパルス前の各カウンタ(Ct1 ,Ct2 ,Ct3 ,・・・,Ctn )のデータに基づき、各トリガ遅延時間Δtdn (n=1,2,3,・・・,n)を求める(S201)。
(ii)露光機40からのプリトリガ信号(Pre_trigin)(S202)を受信し、充電制御信号(Chargout)(S203)、トリガ信号(Trig)(S204)を作成する。
(iii) 各カウンタ(Ct1 ,Ct2 ,Ct3 ,・・・,Ctn )(S207)はプリトリガ信号(Pre_trigin)(S202)が入力されると0クリアし、トリガ信号(Trig)(S204)受信と同時にカウントを開始する。
(iv)各トリガ遅延時間Δtdn (n=1,2,3,・・・,n)(S201)に基づいて決定された遅延時間だけトリガ信号(Trig)(S204)を遅延させた各ユニットトリガ信号Trn (n=1,2,3,・・・,n)を出力する(S205)。これにより、各ユニット回路部の各スイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ・・・,SWn )にトリガ信号が与えられ。
(v) 通電検出部(M1 ,M2 ,M3 ,・・・,Mn )により各ユニット回路部の通電開始タイミングを検出(S206)し、カウンタ(Ct1 ,Ct2 ,Ct3 ,・・・,Ctn )のカウントを停止させる。
以上説明した実施例では、各ユニット回路部(U1 ,U2 ,U3 ,・・・,Un )の通電タイミングを、通電検出部(M1 ,M2 ,M3 ,・・・,Mn )により検出し、この各ユニット回路部における電気エネルギー転送タイミングデータに基づき、タイミング制御部21が各スイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ・・・,SWn )への各トリガ信号出力タイミングを補正していた。
これに対し、以下に説明する実施例では、上記通電検出部を設けず各ユニット回路部における電気エネルギー転送タイミングを略一致させる。
図7は本発明の第2の実施例を示す図であり、本実施例は、各ユニット回路部(U1 ,U2 ,U3 ,・・・,Un )に調整用インダクタンス(Lb1,Lb2,Lb3,・・・,Lbn)を設けて、このインダクタンスの値を調整することにより、各ユニット回路部における電気エネルギー転送タイミングを略一致させるようにしたものである。
図7において、前記図2に示したものと同一のものには同一の符号が付されており、図7では、高電圧パルス発生部20の各ユニット回路部(U1 ,U2 ,U3 ,・・・,Un )のスイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ・・・,SWn )直列に調整用インダクタンス(Lb1,Lb2,Lb3,・・・,Lbn)を設けられている点、およびタイミング制御部21の動作が異なる点を除き、構成および動作は、前記第1の実施例と同じである。
図7において、各ユニット回路部(U1 ,U2 ,U3 ,・・・,Un )における電気エネルギー転送時間(電流パルスの1/2周期)をt1 ,t2 ,t3 ,・・・,tn とするとき、これらは以下のように表される。
Figure 2006324039
ここで、前記したように、各スイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ・・・,SWn )がon状態となって各コンデンサ(C1 ,C2 ,C3 ,・・・,Cn )に充電されていた電力エネルギーが、絶縁部3cを挟む第1の主放電電極3aと第2の主放電電極3bとからなる放電部に加えられるまでの時間(t1 ,t2 ,t3 ,・・・,tn )が変動する要因は、各スイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ・・・,SWn )の固体差によるスイッチング動作のバラつきや電気エネルギー転送時間のばらつき等である。
電気エネルギー転送時間のバラつきは、上式における各コンデンサ(C1 ,C2 ,C3 ,・・・,Cn )の容量バラつき、コンデンサCnの寄生インダクタンスおよびコンデンサCn 、スイッチSWn 、放電部が作るループのインダクタンスを合成したインダクタンス(L1 ,L2 ,L3 ,・・・,Ln )のバラつきに依存する。
したがって、図7に示すように、各ユニット回路部(U1 ,U2 ,U3 ,・・・,Un )において、各々調整用インダクタンス(Lb1,Lb2,Lb3,・・・,Lbn)を更に設け、これらのインダクタンス値を適宜定めることにより、各コンデンサ(C1 ,C2 ,C3 ,・・・,Cn )の容量バラつき、インダクタンス(L,、L2 ,L3 ,・・・,Ln )のバラつきを吸収して、電気エネルギー転送時間のばらつきを小さくすることが可能となる。
また各スイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ・・・,SWn )の固体差によるスイッチング動作のばらつきが一定であるならば、調整用インダクタンス(Lb1,Lb2,Lb3,・・・,Lbn)のインダクタンス値を適宜定めることにより、各スイッチ(SW1 ,SW2 ,SW3 ・・・,SWn )のスイッチング動作のばらつきも吸収することが可能となる。
本実施例によれば、一旦、電気エネルギー転送時間のばらつきが小さくなるように、調整用インダクタンス(Lb1,Lb2,Lb3,・・・,Lbn)のインダクタンス値を定めてしまえば、各スイッチへのトリガタイミングをその都度制御する必要はない。
すなわち、本実施例によれば、第1の実施例のように、毎回、通電検出部(M1 ,M2 ,M3 ,・・・,Mn )により検出した各ユニット回路部における電気エネルギー転送タイミングデータを収集する必要もない。したがって、通電検出部(M1 ,M2 ,M3 ,・・・,Mn )を設ける必要がないので、構成が簡便となる。
また、タイミング制御部も、同一のタイミングで各スイッチへトリガ信号を送出すればよいので、制御構成を単純化することができる。
なお、本発明は、上記第1、第2の実施例に限るものではなく、以下のように構成することもできる。
(1)上記実施例の高電圧発生部20では1つの直流電源CHで各ユニット回路部(U1 ,U2 ,U3 ,・・・,Un )の各コンデンサ(C1 ,C2 ,C3 ,・・・,Cn )を充電しているが、各ユニット回路部(U1 ,U2 ,U3 ,・・・,Un )のそれぞれに直流電源を設け、各コンデンサ(C1 ,C2 ,C3 ,・・・,Cn )を充電するようにしてもよい。この場合、各直流電源は、1つのコンデンサを充電すればよいので、電源容量を小さくでき、小型化することができる。
(2)コンデンサ(C1 ,C2 ,C3 ,・・・,Cn )を複数のコンデンサからなる複数組に分割し、各組の複数のコンデンサを充電するような直流電源を複数個設けてもよい。 例えば、直流電源を2つ設け、一方がコンデンサC1 〜Cm を充電し、他方がコンデンサCm+1 〜Cn を充電するようにしてもよい。この場合も、1つの直流電源で各コンデンサ(C1 ,C2 ,C3 ,・・・,Cn )を充電する場合と比較すると、各直流電源を小型化することができる。
なお、上記(1)(2)のように構成すると、直流電源の個体差により、各コンデンサへの充電精度がばらつく可能性はある。この場合、ユニット回路部の動作タイミングのバラつきも発生する。一方、前記した実施例のように、1つの直流電源で各コンデンサ(C1 ,C2 ,C3 ,・・・,Cn )を充電する場合は、各コンデンサに対する充電特性が一定となるので、各ユニット回路部の動作のバラつきを小さくすることができる。
本発明のパルス発生装置におけるユニット回路部およびこのユニット回路部を並列接続した高電圧パルス発生部の構成を示す図である。 本発明の第1の実施例のDPP方式EUV光源装置の構成例を示す図である。 パルス発生装置の電流波形を説明する図である。 タイミング制御部の入出力信号を示す図である。 タイミング制御部の処理を示すフローチャートである。 タイミング制御部の制御タイミングチャートである。 本発明の第2の実施例のDPP方式EUV光源装置の構成例を示す図である。 DPP方式EUV光源装置の構成例を示す図である。
符号の説明
1 チャンバ
2 高密度高温プラズマ発生部
3a 第1の主放電電極
3b 第2の主放電電極
3c 絶縁材
4 ガス導入口
5 集光鏡
6 フィルタ
7 ガス排気口
8 予備電源ユニット
9 デブリトラップ
11 ガス・供給排気ユニット
20 高電圧パルス発生部
21 タイミング制御部
30 メインコントローラ
40 露光機
50 予備電離電源
1 〜Un ユニット回路部
1 〜Cn コンデンサ
1 〜Dn ダイオード
SW1 〜SWn スイッチ
1 〜Ln インダクタンス
b1〜Lbn 調整用インダクタンス

Claims (5)

  1. スイッチング手段とコンデンサとの直列回路を含むユニット回路部が複数設けられ、上記複数のユニット回路部に含まれる上記コンデンサを充電する少なくとも1つの充電手段とを有し、負荷にパルス状の電気エネルギーを印加するためのパルス発生装置であって、
    上記複数のユニット回路部が負荷に対して並列に接続される
    ことを特徴とするパルス発生装置。
  2. 上記パルス発生装置は制御部を有し、
    上記制御部は各ユニット回路部のスイッチング手段のonタイミングを制御する
    ことを特徴とする請求項1に記載のパルス発生装置。
  3. 上記各ユニット回路部は、各ユニット回路部の通電状態を検出する通電検出部を有し、
    上記制御部は上記通電検出部からの通電検出信号に基づき、各ユニット回路部からパルス状の電気エネルギーが略同一タイミングで負荷へ印加されるようにスイッチング手段のonタイミングを制御する
    ことを特徴とする請求項2に記載のパルス発生装置。
  4. 上記各ユニット回路部は各々、インダクタンスを有し、
    上記各インダクタンスの値は、各ユニット回路部からパルス状の電気エネルギーが略同一タイミングで負荷へ印加されるように設定されている
    ことを特徴とする請求項1もしくは2に記載のパルス発生装置。
  5. 高密度高温プラズマが発生する容器と、この容器内に極端紫外光放射種を含む原料を供給する原料供給手段と、一対の放電電極を有し、放電によって上記容器内で上記供給された原料を加熱・励起し高密度高温プラズマを発生させる加熱・励起手段と、高密度高温プラズマから放射される極端紫外光を取り出す極端紫外光取り出し部とを有する極端紫外光光源装置において、
    上記極端紫外光光源装置は、請求項1,2,3,4のいずれか一項記載のパルス発生装置を有し、このパルス発生装置によりパルス状の電気エネルギーを上記一対の放電電極に印加することにより放電を発生させる
    ことを特徴とする極端紫外光光源装置。
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