JP2007280950A - 電気的に作動するガス放電に基づく極紫外線発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気的に作動するガス放電に基づく極紫外線発生装置において、放電回路のインダクタンスを減少させることで電極を充電するのに必要な時間を減少させる。
【解決手段】高圧電源が、ディスク電極として構成された、回転可能に設置された電極に連結している。高圧電源は、ディスク表面に平行に配向されたリング面を有する回転軸と同心のリングに沿って配置されたコンデンサ要素を有するコンデンサバッテリーを有する。電気接続が、回転軸と同心のリングに沿ってコンデンサ要素からディスク表面にガイドされる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気的に作動するガス放電に基づく極紫外線発生装置に関する。当該装置は、放射線を放出するプラズマを形成するためにガス放電のための放電領域を有する放電室、第１ディスク型電極及び第２ディスク型電極、エネルギービームを供給するエネルギービーム源、及び高電圧パルスを生成するために電極に連結した高圧電源を有し、前記電極の少なくとも１つは回転できるように設置されている。

本発明は、集積回路の製造において特にＥＵＶリソグラフィーのために短波長放射線の光源として使用される。しかしながら、軟ｘ線から赤外線までの他のスペクトル範囲のインコヒーレント光源としても使用できる。

ガス放電により生成されたプラズマに基づく、様々なコンセプトに依存する放射線源は既に数多く記述されてきた。これらの装置に共通の原理は、パルス化大電流放電が限定された密度のガスにおいて点火され、イオン化ガスにおける損失電力の結果、非常に高温で高密度のプラズマが局所的に生成されることにある。

加熱されたプラズマは放射線だけでなく高エネルギーイオンも放出するので、いわゆるデブリ軽減ツールが設置され、これはウェーハ露光などの適用に利用可能な全ての空間方向に多かれ少なかれ均一に放出される放射線を作るコレクタ光学系を特に保護する。

ガスが高エネルギーイオンを減速するためのデブリ軽減ツールにおいて使用されるとき、必要とされるガス圧は電極装置の領域におけるバックグラウンド圧力の増加をも生じさせる。結局破壊電圧がガス放電の作動電圧より下がるとすぐに、雪崩イオン化が寄生放電を引き起こし、実際のガス放電においてエネルギーがより少なく損失される。

従って、寄生破壊のための雪崩イオン化に必要な期間より短い期間で放電の作動電圧まで電極を充電する必要がある。これは、高圧電源の最後のコンデンサ−通常コンデンサバッテリーとして構成される−から電極への再充電時間τ＝π√ＬＣが短縮されなければならないことを意味する。Ｅ＝１／２ＣＵ^２で表される、蓄えられるエネルギーＥはコンデンサの静電容量と適用される電圧に依存するので、有限のエネルギーがガス放電のために供給され、電圧が極めて高く供給される必要のないとき、静電容量Ｃは所望の値まで減少しない。ゆえに、導線インダクタンス、電極装置の自己インダクタンス及び静電容量Ｃから構成される放電回路のインダクタンスＬは、できるだけ低く維持されなければならない。

溶融金属を含む容器に浸った回転電極を使用する特許文献１に従う先に知られた装置では、放電の間磁場が渦電流を貫通するのを防ぐために電極の間にできるだけ近くに配置された別な金属スクリーンが低インダクタンス回路として提案される。しかしながら、電流パルスが溶融金属により電極に運ばれ、プラズマ生成のために電気エネルギーを蓄えるのに必要なコンデンサが、真空気密で絶縁体に埋設された多数の金属ピン又はストリップを介して容器内の溶融金属に電気接続されるという事実によって、必要とされる電極への電流供給のために高インダクタンスが生じる。

ＷＯ２００５／０２５２８０Ａ２

よって、放電回路のインダクタンスを減少させることで電極を充電するのに必要な時間を減少させる必要がある。

この目的は、前述したタイプの電気的に作動されるガス放電に基づく極紫外線を生成する装置において、高圧電源が、ディスク表面に平行に配向されたリング面を有する回転軸と同心のリングに沿って配置されたコンデンサ要素を有するコンデンサバッテリーを有し、電気接続が、回転軸と同心のリングに沿ってコンデンサ要素からディスク表面にガイドされることで達成される。

本発明に従う装置の特に望ましく有利な構成及びさらなる発展形態は従属クレームに示されている。

大きい外径にわたって接触し、その結果自己インダクタンスが減少するために、本発明により、電極がより速く充電されるので、装置は高めのガス圧で作動することが可能になる。

インダクタンスがダブルラインに似た放電回路により決定される特許文献１とは対照的に、本発明の放電回路のかなり低いインダクタンスは巻線を備えた環状コイルのそれと対応し、エネルギーは高圧電源の最終コンデンサバッテリーから電極に１μｓ以下で伝達され、ガス放電のために使用できる。

磁気パルス圧縮によって最終コンデンサバッテリーの上流に配置されたコンデンサバッテリーを再充電することが可能である。これは、非常に高い比透磁率（μ_ｒ〜１２０００）を有する飽和性インダクタンスがパルスショートニングのために使用され、よって電気エネルギーの再充電のかなりの遅延を最初に生じさせることを意味する。しかしながら、磁場がある場合比透磁率は急激に減少し（μ_ｒ〜２）、エネルギーの早い再充電が可能になり、コンデンサ及び飽和性インダクタンスの適切なレイアウトによって、電気パルスは１０分の１以下に短くされる。

ディスク型電極が回転可能に設置された軸に互いに距離を隔てて固定連結される本発明に従う回転電極装置は、電流パルスを磨耗のない、とりわけ低いインダクタンスを有する電極に供給することができる。

ゆえに、本発明は、ディスク表面に導かれる電気接続が接触要素を有し、接触要素が回転軸と同軸に配向され、互いに電気的に分離した溶融金属のリング形の浴に浸漬され、高圧電源のコンデンサ要素と連絡するように構成される。

本発明の好ましい構造上の変形例では、一方の電極が、接触要素として、リングに沿って一方の電極のディスク表面に電気的に接続した複数の接触子であって、電気的に絶縁して他の電極の開口を介してガイドされた接触子を有し、他の電極の接触要素がディスク表面に位置した閉じたシリンダリングとして構成される。

前述の構成に代えて、電気接続は滑り接触を介してコンデンサ要素からディスク表面にガイドされてもよい。

コンデンサバッテリーは、放電室の内側又は外側に設けられる。後者の装置では、放電室は、電気接続がガイドされる真空ジョイント（真空フィードスルー）を有する。

また、電極が連結された軸は真空ジョイントを介して放電室にガイドされ、真空室の外側に配置された駆動手段により駆動されてもよい。

軸が、冷却剤を電極に移動させるため縦方向に少なくとも１つの穿孔（ボアホール）を有していると有利である。冷却剤は、１バール〜３０バールの圧力で冷却通路を介して電極にガイドされる。

それぞれのディスク型電極をそれぞれの回転可能に設置された軸に固定連結することも可能である。これらの軸は共通の回転軸及び同一の回転速度を有し、それで互いに対する電極の位置は回転中変化しない。この構成では、一方の電極の接触子を対応する開口を介して他方の電極にガイドすることも必要なので、これは重要である。本発明のこの構成は、特に、冷却剤が軸を介して電極に供給され、軸が冷却剤をそれぞれの電極に供給するために利用できると有利である。

さらに、本発明は、注入装置が放電領域に導かれるように構成されてもよい。ガス放電の周波数に対応する繰り返し率で、この注入装置は、放射線を生成する機能を有するエミッタ材料の連続する個々のボリュームを供給し、個々のボリュームは量を制限され、それで電極から離れた放電領域に注入されるエミッタ材料は放電後完全にガス状態になる。エネルギービーム源で供給されるエネルギービームは、ガス放電の周波数と時間的に同期して放電領域のプラズマ生成サイトに導かれる。放電領域は電極から距離を置いて与えられ、そこに個々のボリュームが到達し、エネルギービームにより連続的にイオン化される。

少なくとも１つの電極が連続して塗布される溶融金属の層をエッジ領域に有し、エッジ領域が、電極表面の電極のエッジに沿って円周方向に閉じるように延びる受容領域であって、溶融金属で濡れるように構成された少なくとも１つの受容領域を有し、これに溶融金属を導入するための装置が導かれると、電極の表面腐食が防がれる。

本発明を概略図に関連して以下により完全に説明する。

図１に示される構成では、それらの表面が互いに平行に配向された第１ディスク型電極１及び第２ディスク型電極２が互いに距離を置いて電気的に孤立され、これらは電極１，２の対称中央軸が軸３の回転軸Ｒ−Ｒと一致するように回転可能に設置された軸３に固定連結されている。

軸３は真空回転ジョイント４を介して真空室５にガイドされ、そこに収容される電極１，２は回転するように設置される。

それに代えて、回転ジョイント４の代わりに、放電室５に力を伝達するために電磁結合が使用できる。

高圧電源の最終コンデンサとして機能する、コンデンサ要素６を有するコンデンサバッテリーが放電室５の外側に設置される。本発明によれば、コンデンサ要素６は回転軸Ｒ−Ｒと同心のリングに沿って配置され、リング平面は電極１，２のディスク表面と平行に配向されている。コンデンサ要素から来る電気接続７〜１０は回転軸Ｒ−Ｒと同軸のリングに沿ってディスク表面にガイドされる。

図１に従う構成では、これは、真空ジョイント１１を介して真空室５にガイドされる電気接続７〜１０が、今度は回転軸Ｒ−Ｒと同心のリングに沿ってディスク表面にガイドされた円形滑り接触１２，１３を有することで実現される。この目的のために、水平な操作位置に関して上部電極１が、多数のボルト形状又はピン形状の個々の接触子１４を有する。これら接触子はリングに沿ってディスク表面に電気的に接続し、電気的に絶縁するように下部電極２の開口１５を介して滑り接触１２に電気的に接続している。同様に、下部電極２の接触要素は個々の接触子を有し得るが、ディスク表面に位置した閉じたシリンダリング１６として滑り接触１３に連結してもよい。

電気エネルギーを電極１，２に供給するために、図２，３に示された第２の構成は、互いに電気的に分離した、コンデンサ要素６と連絡した環状溶融金属浴１７，１８を使用する。回転軸Ｒ−Ｒと同軸に配向された接触要素はディスク表面に配置され、シリンダリング形の浸漬要素１９，２０として溶融浴１７，１８に浸される。図１に従う構成と同様に、上部電極１は、多数のボルト形状又はピン形状の個々の接触子２１を有し、これら接触子はリングに沿ってディスク表面に電気的に接続し、電気的に絶縁するように下部電極２の開口２２を介してシリンダリング形の浸漬要素１９に電気的に接続している。

下部電極２の接触要素は、ディスク表面に直接設置されたシリンダリング形の浸漬要素２０自体で形成される。

浸漬要素１９，２０の屈曲端部２３，２４と内側に曲がった外側壁２５，２６の形状をした溶融浴１７，１８の適切な部分カバーとが、外側に押される溶融金属が溶融浴１７，１８のための容器から出るのを防ぐ。それぞれの操作温度で低い蒸気圧を有する低融点金属、特にスズ、ガリウム又は低融点合金が、溶融金属として使用されると好ましい。

さらに、図２は、互いに向いたディスク表面のそれぞれのエッジトラックに導かれたコーティング装置を示す。エッジトラックは、電極１，２の回転の間コーティングとして塗布されるべき溶融金属により濡れるように構成される。

コーティング装置２７は、コーティング装置を介して電極１と２の間の電気接触が防がれるように設計される。この構成により、溶融金属は主に電極１，２の保護コーティングとして供給され、腐食（電極消費）による電極への損傷を防止し、それで電極１，２の寿命がかなり長くなる。しかしながら、それは生成されるべきプラズマのためのエミッタ材料としても機能する。

本発明では、例えばキセノン、スズ、スズ合金、スズ溶液又はリチウムのエミッタ材料が蒸発によるガス放電の前にプリイオン化状態に変化しなければならず、蒸気はプラズマ３１の点火に使用される。

従って、エミッタ材料は、少なくともガス放電の繰り返し率に対応する繰り返し率で個々のボリューム３２の形状で放電領域、特に、電極１，２から距離を置いて設けられた、プラズマ生成が実行される放電領域の位置に導入される。個々のボリュームは、放電領域に導かれた注入装置３３により、濃い、すなわち固体又は液体の連続流れの液滴として供給されると好ましい。個々のボリュームの量を厳格に制限することで、エミッタ材料は放電後に完全にガス状態になり、簡単に取り除くことができる。ガス放電に対応する、個々のボリューム３２が注入装置３３で供給される繰り返し率が、「余分な」個々のボリュームが放電領域に達しないことを保証する。

エネルギービーム源３４で供給されるビームであって、好ましくはレーザ放射源のレーザビームであるパルスエネルギービームが、ガス放電の周波数と時間的に同期してプラズマ生成サイトに導かれ、それで液滴の形状の個々のボリューム３２がプラズマ生成サイトを流れる際連続的に蒸発させられる。

図２に示される放射線源は、本発明に従う回転電極装置を備えたソースチャンバ３６と、デブリ抑制装置３８及びコレクタ光学系３９が収容されたコレクタチャンバ３７に分かれる。真空ポンプ４０，４１は２つのチャンバを真空にする機能を有する。

デブリ抑制装置３８を通過後、高温プラズマ３１で発された放射線はコレクタ光学系３９に到達し、これは放射線をコレクタ光学系３９のビーム出口開口４２に導く。コレクタ光学系３９を介したプラズマ３１のイメージングは、ビーム出口開口４２に及びその付近に局所化された中間焦点ＺＦを作る。中間焦点は、好ましくはＥＵＶ波長領域のために構成された放射線源が設けられる半導体露光設備の露光光学系（図示せず）へのインターフェースとして機能する。

図４によれば、本発明の別な有利な構成は冷却装置を有し、これによりガス放電の間に生じる熱は、電極１，２の軸３を通ってガイドされる冷却通路４３を介して電極１，２から除去される。軸３はこの構成では回転ジョイント４を通ってガイドされる。

図５に示される本発明に従う回転電極装置の他の有利な構成では、２つの電極１，２は、互いに分離した、しかし共通の回転軸Ｒ−Ｒの回りに回転可能に設けられた軸３及び２８に連結している。これらの軸は回転ジョイント４，２９によって真空室５にガイドされている。この構成は、冷却通路４３，４４を介する冷却剤の供給が電極１，２のために別個に実行されるという利点を有する。

軸３及び２８の同一の回転速度により、互いの電極の位置が常に一定に維持され、上部電極１の個々の接触子２１と下部電極２の開口２２の壁との電気接触が防がれる。

第１構成に従って連結されたコンデンサバッテリーを備えた回転電極装置である。 第２構成に従ってコンデンサバッテリーが連結された本発明に従う回転電極装置を備えた放射線源であり、それに必要なコレクタミラー及び真空室を有する。 図２に示された本発明に従う回転電極装置の別な図である。 冷却装置を装備した回転電極装置である。 冷却装置を装備した別な回転電極装置である。

符号の説明

１ 第１ディスク型電極
２ 第２ディスク型電極
３，２８ 軸
４，２９ 回転ジョイント
５ 放電室
６ コンデンサ要素
７，８，９，１０ 電気接続
１１ 真空ジョイント
１２，１３ 滑り接触
１４ 接触子
１５ 開口
１６ シリンダリング
１７，１８ 溶融浴
１９，２０ 浸漬要素
２１ 接触子
２２ 開口
２３，２４ 屈曲端部
２５，２６ 外側壁
２７ コーティング装置
３１ プラズマ
３２ ボリューム
３４ エネルギービーム源
３５ エネルギービーム
３６ ソースチャンバ
３７ コレクタチャンバ
３８ デブリ抑制装置
３９ コレクタ光学系
４０，４１ 真空ポンプ
４２ ビーム出口開口
４３，４４ 冷却通路

Claims (19)

1. 放射線を放出するプラズマを形成するためにガス放電のための放電領域を有する放電室、第１ディスク型電極及び第２ディスク型電極、エネルギービームを供給するエネルギービーム源、及び高電圧パルスを生成するために電極に連結した高圧電源を有し、前記電極の少なくとも１つは回転できるように設置されている、電気的に作動するガス放電に基づく極紫外線発生装置において、
   高圧電源が、ディスク表面に平行に配向されたリング平面を有する回転軸と同心のリングに沿って配置されたコンデンサ要素（６）を有するコンデンサバッテリーを有し、
   電気接続（７〜１０）が、回転軸（Ｒ−Ｒ）と同心のリングに沿ってコンデンサ要素（６）からディスク表面にガイドされることを特徴とする極紫外線発生装置。
2. ディスク型電極（１，２）が、回転可能に設置された軸（３）に互いから距離を置いて固定連結されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. それぞれのディスク型電極（１，２）が、それぞれの回転可能に設置された軸（３，２８）に固定連結され、これらの軸（３，２８）が共通の回転軸（Ｒ−Ｒ）及び同一の回転速度を有し、それで互いに対する電極（１，２）の位置が回転の間変化しないことを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. ディスク表面に導かれる電気接続（７〜１０）が接触要素を有し、接触要素が回転軸（Ｒ−Ｒ）と同軸に配向され、互いに電気的に分離した溶融金属のリング形の浴（１７，１８）に浸漬され、高圧電源のコンデンサ要素（６）と連絡することを特徴とする請求項２又は３に記載の装置。
5. 電気接続が滑り接触（１２，１３）を介してコンデンサ要素（６）からディスク表面にガイドされることを特徴とする請求項２又は３に記載の装置。
6. 一方の電極（１）が、接触要素として、リングに沿って一方の電極（１）のディスク表面に電気的に接続した複数の個々の接触子であって、電気的に絶縁して他方の電極（２）の開口（１５，２２）を介してガイドされた接触子（１４，２１）を有し、
   他方の電極（２）の接触要素が、ディスク表面に位置した閉じたシリンダリング（１６，２０）として構成されることを特徴とする請求項４又は５に記載の装置。
7. コンデンサバッテリーが放電室（５）の内部に配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. コンデンサバッテリーが放電室（５）の外部に配置され、放電室（５）が電気接続（７〜１０）のガイドされる真空ジョイント（１１）を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
9. 電極（１，２）が連結された軸（３，２８）が真空ジョイント（４）を介して放電室（５）にガイドされ、放電室（５）の外側に配置された駆動手段により駆動されることを特徴とする請求項７又は８に記載の装置。
10. 軸（３，２８）が、冷却剤を電極（１，２）に移動させるために縦方向の少なくとも１つの穿孔（４３）を有していることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 電極（１，２）が、冷却剤が１バール〜３０バールの圧力でガイドされる冷却通路を有することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 電極（１，２）が連結された軸（３）に力を伝達するために電磁結合が使用されることを特徴とする請求項７又は８に記載の装置。
13. 注入装置（３３）が放電領域に導かれ、当該注入装置（３３）は、ガス放電の周波数に対応する繰り返し率で、放射線を生成する機能を有するエミッタ材料の連続する個々のボリューム（３２）を供給し、個々のボリューム（３２）は量を制限され、それで電極（１，２）から離れた放電領域に注入されるエミッタ材料が放電後完全にガス状態になることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
14. エネルギービーム源（３４）で供給されるエネルギービームが、ガス放電の周波数と時間的に同期して、電極（１，２）から離れて設けられた放電領域のプラズマ生成サイトに導かれ、そこに個々のボリューム（３２）が到達し、エネルギービームにより連続的にイオン化されることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. キセノンがエミッタ材料として使用されることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. スズ又はスズ化合物がエミッタ材料として使用されることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
17. 少なくとも１つの電極（１，２）が連続して塗布される溶融金属の層をエッジ領域に有し、エッジ領域が、電極表面の電極のエッジに沿って円周方向に閉じるように延びる受容領域であって、溶融金属で濡れるように構成された少なくとも１つの受容領域を有し、これに溶融金属を塗布して再生させるためのコーティング装置（２７）が導かれることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の装置。
18. 溶融金属がエミッタ材料であることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
19. スズ又はスズ化合物が溶融金属として適用されることを特徴とする請求項１８に記載の装置。

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