JP2007285909A - 極端紫外光集光鏡および極端紫外光光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＵＶ集光鏡によって集光されるＥＵＶ光の遠方配光分布を良好とし、照度ムラを抑制すること。
【解決手段】回転楕円面形状、回転放物面形状、ウォルター型形状等の複数枚の薄い凹面ミラーを入れ子状に高精度に配置したＥＵＶ集光鏡において、各ミラーｂ，ｃ，ｄ，ｅの光入射端の厚みにより遮光されないように、各ミラーａ〜ｅの光入射端の反射面でない側の形状をナイフエッジ状に形成する。同様に、各ミラーｂ，ｃ，ｄ，ｅの光出射端についても、光出射端の形状をナイフエッジ状の構成する。これにより、ＥＵＶ光源装置に使用したときの遠方配光分布を良好とし、光度の低下度は従来のものより小さくすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高密度高温プラズマから放出される極端紫外光を集光する極端紫外光集光鏡およびこの極端紫外光集光鏡を用いた極端紫外光光源装置に関し、特に、上記プラズマからの極端紫外光を効率よく集光し、かつ、集光点における光線の遠方配光分布を均一化することを可能とする極端紫外光集光鏡およびこの極端紫外光集光鏡を用いた極端紫外光光源装置に関するものである。

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ている。エキシマレーザー装置に続く次世代の半導体露光用光源として、波長１３〜１４ｎｍ、特に波長１３．５ｎｍの極端紫外光（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ：以下、ＥＵＶ光とも言う）を放出する極端紫外光光源装置（以下、ＥＵＶ光光源装置ともいう）が開発されている。
ＥＵＶ光光源装置において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光を放射する物質（以下、ＥＵＶ放射種という）を加熱し励起すること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ＥＵＶ光光源装置は、高密度高温プラズマの生成方式により、ＬＰＰ（Ｌａｓｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ，レーザー生成プラズマ）方式とＤＰＰ（Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ，放電生成プラズマ）方式とに大きく分けられる（例えば非特許文献１参照）。

ＬＰＰ方式のＥＵＶ光光源装置は、ＥＵＶ放射種を含む原料からなるターゲットにレーザ光を照射してレーザアブレーションにより高密度高温プラズマを生成する。一方、ＤＰＰ方式のＥＵＶ光光源装置は、ＥＵＶ放射種が供給された電極間に高電圧力を印加することで、放電により、高密度高温プラズマを生成する。
ＤＰＰ方式のＥＵＶ光光源装置における放電方式には、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方式のＥＵＶ光光源装置は、ＬＰＰ方式のＥＵＶ光光源装置と比較して、光源装置の小型化、光源システムの消費電力が小さいといった利点あり、実用化への期待も大きい。

以下、ＥＵＶ光源装置の構成例について説明する。
図６に、ＤＰＰ方式ＥＵＶ光源装置の概略構成例を示す。図６に示すように、ＤＰＰ方式ＥＵＶ光源装置は、放電容器であるチャンバ１０を有する。チャンバ１０には、例えば、フランジ状の第１の主放電電極（カソード）１１とリング状の第２の主放電電極（アノード）１２とがリング状の絶縁材１３を挟んで取り付けられる。ここで、チャンバ１０および第２の主放電電極１２は接地されている。第１の主放電電極１１、第２の主放電電極１２は、例えば、タングステン、モリブデン、タンタル等の高融点金属からなる。また、絶縁材１３は、例えば、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、ダイヤモンド等からなる。
フランジ状の第１の主放電電極１１、リング状の第２の主放電電極１２、リング状の絶縁材１３は、それぞれの貫通穴が略同軸上に位置するように配置し、連通穴を構成している。第１の主放電電極１１、第２の主放電電極１２は、高電圧パルス発生部１８と電気的に接続され、高電圧パルス発生部１８よりパルス電力が供給されるよう構成される。
ＥＵＶ放射種が供給された状態で第１の主放電電極１１および第２の主放電電極１２間にパルス電力が印加されると、上記連通穴、もしくは、連通穴近傍にて高密度高温プラズマ５が発生する。この高密度高温プラズマ５から、波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光が放出される。以下、第１の主放電電極１１、第２の主放電電極１２、絶縁材１３を総称して放電部１、また、上記連通穴、および、連通穴近傍を高密度高温プラズマ発生部と称することにする。

フランジ状の第１の主放電電極１１の凸部には、管状の予備電離用絶縁材６ａが設けられる。更に、予備電離用絶縁材６ａには、原料導入管７が接続される。この原料導入管７に接続された原料供給ユニット１４より、ＥＵＶ光放射種を含む原料がチャンバ１０内に供給される。上記原料は、例えばＳｎＨ₄ ガス、Ｘｅガス、Ｌｉ蒸気等である。
ＥＵＶ光源装置は、高密度高温プラズマ発生部から放出されるＥＵＶ光をチャンバ１０内に設けられる集光手段により集光し、この集光光がＥＵＶ光取出部６から外部へと放出される。集光手段として、屈折により光を集光するレンズは、波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光はレンズ材料であるガラスに吸収されてしまうので使用することができない。よって、集光手段としては、反射により光を集光する極端紫外光集光鏡２（以下、ＥＵＶ集光鏡ともいう）が採用される。
高密度高温プラズマ発生部から放出されるＥＵＶ光は、あらゆる方向に放射される。従って、ＥＵＶ集光鏡２は高密度高温プラズマ発生部に対して任意の方向に配置可能であり、集光方向も任意である。しかしながら、集光されたＥＵＶ光を外部に取り出す場合、放電部１側へのＥＵＶ光の集光は、放電部側に存在する電極等の様々な構造物が障害となるので実際的では無い。よって、ＥＵＶ集光方向は、放電部側以外に設定することが望ましい。通常は、図６に示すように、光軸が一方向となるように集光方向を設定する斜入射光学系を構成する場合が多い。

このような斜入射光学系を構成するには、一般に、複数枚の薄い凹面ミラーを入れ子状に高精度に配置した構造のＥＵＶ集光鏡が用いられる。各凹面ミラーの反射面の形状は、例えば、回転楕円面形状、回転放物面形状、ウォルター型形状であり、各凹面ミラーは回転体形状である。ここで、ウォルター型形状とは、光入射面が、光入射側から順に回転双曲面と回転楕円面、もしくは、回転双曲面と回転放物面からなる凹面形状である。
上記した各凹面ミラーの基体材料は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等である。波長が非常に短いＥＵＶ光を反射させるので、凹面ミラーの反射面は、非常に良好な平滑面として構成される。この平滑面に施される反射材は、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、およびロジウム（Ｒｈ）などの金属膜である。各凹面ミラーの反射面には、このような金属膜が緻密にコーティングされる。

ＥＵＶ集光鏡２は、反射面形状が回転楕円面形状、回転放物面形状、ウォルター型形状等いずれかの形状であって、径が互いに異なる回転体形状の凹面ミラーを複数枚具える。ＥＵＶ集光鏡を構成するこれらの凹面ミラーは、同一軸上に、焦点位置が略一致するように回転中心軸を重ねて配置される。このように凹面ミラーを入れ子状に高精度に配置することにより、ＥＵＶ集光鏡は、０°〜２５°の斜入射角度のＥＵＶ光を良好に反射し、かつ、一点に集光できるように構成される。
なお、上記したＲｕ、Ｍｏ、およびＲｈなどの金属膜がコーティングされた凹面ミラーの反射面の反射率は、斜入射角度が小さいほど大きい。反射面が回転楕円面形状、回転放物面形状の凹面ミラーにおいては、一般に、反射は１回行われるのに対し、反射面がウォルター型形状の凹面ミラー（以下、ウォルターミラーともいう）においては、反射は２回行われる。

これらの凹面ミラーにおいて、同一の放射点から放射される光を同一集光点に集光する場合、ウォルターミラーの各反射面における斜入射角は、回転楕円形状の凹面ミラーの反射面、回転放物形状の凹面ミラーの反射面での斜入射角の約１／２となる。
凹面ミラーに入射する斜入射角が、ある角度よりも大きくなると、回転楕円面形状または回転放物面形状の凹面ミラーで１回転するよりも、２回反射となるが、斜入射角が約１／２となるウォルターミラーの方がＥＵＶ光の反射率が大きくなる。したがってＥＵＶ光源装置では、ＥＵＶ集光鏡を複数のウォルターミラーで構成する場合が多い。

上記した放電部１とＥＵＶ集光鏡２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）が上記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放射種に起因するデブリ等の、捕捉や運動エネルギーを低下させるとともにＥＵＶ光を通過させるためのホイルトラップ３が設置される。ホイルトラップ３は、例えば特許文献１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り、ホイルトラップ支持壁３ａに支持されている。
チャンバ１０の放電部１が配置される空間には、放電部１の圧力をモニタする圧力モニタ１７およびガス排気ユニット１５に接続されるガス排出口８が設けられる。ガス排気ユニット１５は、この圧力モニタ１７の測定値に基づき、高密度高温プラズマ発生部の圧力調整やチャンバ内排気を行う。

なお、チャンバのＥＵＶ集光鏡２が配置される空間側に、バッファガスユニット１６を接続して、ＥＵＶ光の発光に関係のないガスを導入してもよい。バッファガスはＥＵＶ集光鏡２側から、ホイルトラップ３を通過して放電部１側に流れ、排気路を通ってガス排気ユニット１５から排気される。このようなバッファガスの流れが生じることにより、ホイルトラップ３では捕捉しきれなかったデブリが、放電部１側からＥＵＶ集光鏡２側に流れ込むのを防ぎ、デブリによるＥＵＶ集光鏡２のダメージを少なくすることができる。
また、また図６に示すＤＰＰ方式ＥＵＶ光源装置は、制御部２０を有する。この制御部２０は、露光機（制御部）２１からのＥＵＶ発光指令等に基づき、高電圧パルス発生部１８、原料供給ユニット１４、ガス排気ユニット１５、バッファガスユニット１６を制御する。

次に上記ＥＵＶ光源装置の動作例について説明する。
図６に示したＤＰＰ方式光源装置において、原料供給ユニット１４からＥＵＶ光放射種を含む原料がチャンバ１０内に供給される。第１、第２の主放電電極１１，１２間に高電圧パルス発生部１８よりパルス電力が供給されると、絶縁材１３表面に沿面放電（creeping discharge）が発生して第１、第２の主放電電極１１，１３間は実質、短絡状態になり、パルス状の大電流が流れる。
このとき、略同軸上に配置された第１の主放電電極１１、第２の主放電電極１２、絶縁材１３が形成する連通穴もしくは連通穴近傍にプラズマが形成される。その後、ピンチ効果によるジュール加熱によって、プラズマが加熱および／または励起される。その結果、上記プラズマの略中心部に高密度高温プラズマ５が形成される。この高密度高温プラズマ５から波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光が放射される。
高密度高温プラズマから放射された波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光は、上記したＥＵＶ集光鏡２により集光され、チャンバ１０に設けられたＥＵＶ光取出部４より外部に取り出される。このＥＵＶ光取出部４は、図示を省略した露光機の露光機筐体に設けられたＥＵＶ光入射部と連結される。すなわち、ＥＵＶ集光鏡２より集光されるＥＵＶ光は、ＥＵＶ光取出部、ＥＵＶ入射部を介して露光機へ入射する。

ここで、ＤＰＰ方式光源装置には、チャンバ１０内で放電を発生させるときにチャンバ内に供給されたＥＵＶ光放射種を含む原料を予備電離する予備電離手段を設けても良い。ＥＵＶ光を発生させる際、放電部の圧力は、例えば、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６においては、予備電離ユニット６は、導電性である第１の主放電電極１１の凸部と、第１の主放電電極１２の凸部に挿入された管状の予備電離用絶縁材６ａと、この予備電離用絶縁材６ａに挿入された導電性の原料導入管７とにより構成される。
導電性である第１の主放電電極１１の凸部および原料導入管７は、予備電離用電源部１９と接続される。予備電離用電源部１９から電圧パルスが第１の主放電電極１１の凸部および原料導入管７の間に印加されると、図６に示すように、予備電離用絶縁材６ａ内表面に沿面放電が発生し、チャンバ１０内に導入されるＥＵＶ放射種を含む原料の電離を促進する。なお、上記予備電離用電源部１９は、制御部２０により制御される。
なお、上記したように、同軸状に配置されている第１の主放電電極１１の凸部、予備電離用絶縁材６ａ、原料導入管７は、ＥＵＶ放射種を含む原料を供給する原料供給経路も兼ねている。ＤＰＰ方式ＥＵＶ光源装置に予備電離ユニット６を組み合わせた例については、例えば特許文献２に開示されている。

ここで、図示していないが、ＥＵＶ光が入射する露光機について簡単に説明する。
ＥＵＶ光は空気により吸収されるので、露光機の照明光学系、マスク、投影光学系、ワーク、ワークステージ等のコンポーネントは、全て真空中に設置される。例えば、これらのコンポーネントは、露光機筐体内に設置される。露光機筐体内部は露光機筐体に設けられたガス排出口に接続されたガス排気ユニットにより排気され、真空状態に到達する。 ＥＵＶ光源装置に設けられたＥＵＶ光取出部４は、露光機筐体に設けられたＥＵＶ光入射部に連結されている。なお、ＥＵＶ光源装置のチャンバ内部と露光機筐体内部は、それぞれに設けられたガス排気ユニットによって、差動排気が可能な構造となっている。 一方、ＥＵＶ光はガラス材に吸収されるので、露光機において、ガラス製のレンズ等を用いた光学系を使用することはできない。すなわち、ガラス製光学部品による吸収が大きいので、例えばフォトレジストが塗布されたウエハであるワークにＥＵＶ光を照射することは困難となる。
そのため、露光機内の光学系は反射光学系が採用されている。照明光学系は、ＥＵＶ光入射部から入射したＥＵＶ光を整形して、回路パターンが描かれた反射型のマスクを照明する。この照明光学系は１枚以上の反射ミラー等の反射型光学素子から構成される。

反射型マスクを使用した光学系では、反射型マスクで反射されたＥＵＶ光は、投影光学系によりワーク上に縮小投影される。上記したように、ワークがフォトレジストを塗布したウエハであるとき、上記レジストに縮小投影されたマスクの回路パターンが形成される。上記投影光学系も照明光学系同様、反射光学系が採用されており、１枚以上の反射ミラー等の反射型光学素子から構成される。
特表２００２−５０４７４６号公報 特開２００３−２１８０２５号公報 特開２００６−１９５１０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.Plasma Fusion Res.Vol.79.No.3, P219-260,2003年３月

上記したように、ＥＵＶ集光鏡は、径が互いに異なる回転体形状の凹面ミラーを複数枚具える。ＥＵＶ集光鏡を構成するこれらの凹面ミラーは、同一軸上に、焦点位置が略一致するように回転中心軸を重ねて配置される。このように凹面ミラーを入れ子状に高精度に配置することにより、ＥＵＶ集光鏡は、０°〜２５°の斜入射角度のＥＵＶ光を良好に反射し、かつ、集光できるように構成される。
しかしながら、このような構造の斜入射式ＥＵＶ集光鏡の場合、各凹面ミラーを構成する基体材料の厚みの分だけ、入射光が遮光されてしまう。この遮光部分により、ワーク上で照度ムラ（照度の不均一）が生じるという問題がある。以下、図面を用いて説明する。 図７は、ＥＵＶ集光鏡における基体材料の厚みの影響を説明する図である。例として、図７に示すＥＵＶ集光鏡は、径が互いに異なる５枚のウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを入れ子状に配置することにより構成される。各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの反射面は、光入射側から双曲面形状、楕円面形状となっている。

図７（ａ）（ｂ）において、実線ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１は、プラズマ位置から各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの入射端、出射端を通過する光線の軌跡を示す。すなわち、実線ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１は、各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅにより所定の位置に集光される光のうち、各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅへの入射角が最も大きい場合の光線の軌跡である。
一方、図７（ａ）（ｂ）において、二点鎖線ｅ３は、ウォルターミラーｅにおける双曲面と楕円面の境界で反射する場合の光線の軌跡である。すなわち、二点鎖線ｅ３は、ウォルターミラーｅにより所定の位置に集光される光のうち、ウォルターミラーｅへの入射角が最も小さい場合の光線の軌跡である。
また、図７（ａ）において、二点鎖線ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３は、各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄが単独で存在すると仮定したとき、各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄにおける双曲面と楕円面の境界で反射する光線の軌跡である。すなわち、二点鎖線ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３は、各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄにより所定の位置に集光される光のうち、各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄへの入射角が最も小さい場合の光線の軌跡である。

従って、各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅにより集光される光線の軌跡は以下の通りになる。プラズマ発光点から各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの双曲面に入射までの光線は、実線ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１においてプラズマと各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの入射端とを結ぶ線分と、二点鎖線ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３，ｅ３においてプラズマと各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅにおける双曲面と楕円面の境界とを結ぶ線分と、双曲面とが作る領域内を通過する。この領域以外を通過する光線は、集光されない。例えば、ウォルターミラーａが単独で存在するとした場合、プラズマ発光点からウォルターミラーａの双曲面に入射する光線は、領域Ａ内を通過する。
一方、各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの楕円面において反射される光線は、実線ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１において楕円面で反射された後の線分と、二点鎖線ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３，ｅ３において双曲面と楕円面の境界で反射された後の線分と、楕円面とが作る領域を通過する。この領域以外を通過する光線は、集光されない。例えば、ウォルターミラーａが単独で存在するとした場合、ウォルターミラーａの楕円面において反射される光線は、領域Ｂ内を通過する。
しかしながら、実際には、内側のウォルターミラーｂ，ｃ，ｄ，ｅを構成する基体材料の厚みの分だけ、上記領域は制限される。

図７（ｂ）に示す一点鎖線ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２は、内側のミラーの光入射側の端部（光入射端）および／または光出射側の端部（光出射端）によって遮光されない光のうち、各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄへの入射角が最も大きい場合の光線の軌跡である。例えば、一点鎖線ａ２は、ウォルターミラーａに入射して反射される光線の軌跡であり、ウォルターミラーａの内側に配置されたウォルターミラーｂの光入射端および／または光出射端によって遮光されない光のうち、ウォルターミラーａへの入射角が最も大きい場合の光線の軌跡である。
図７（ａ）（ｂ）から明らかなように、図７（ｂ）における一点鎖線ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２の入射角度は、図７（ａ）における二点鎖線ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３の入射角度より大きい。よって、ＥＵＶ集光鏡の光入射側において、一点鎖線ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２と二点鎖線ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３との間の領域を通過する光線は、各ウォルターミラーｂ，ｃ，ｄ，ｅの厚みの影響を受けて遮光され、各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄの双曲面には入射しない。
すなわち、図７（ｂ）において、各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄの光出射端より先の一点鎖線ａ２と実線ｂ１との間の空間、一点鎖線ｂ２と実線ｃ１との間の空間、一点鎖線ｃ２と実線ｄ１との間の空間、一点鎖線ｄ２と実線ｅ１との間の空間は、内側のウォルターミラーｂ，ｃ，ｄ，ｅを構成する基体材料の厚みの影響を受けた遮光部分となる。

図８はＥＵＶ集光鏡から出射した光の遠方配光分布を示す図である。
図８において、光軸に垂直であって、ＥＵＶ集光鏡によりＥＵＶ光が集光される位置にある仮想面を集光面と呼ぶことにすると、集光面上のＥＵＶ光は点ではなく、ある程度の面積を有する領域となる。
ここで、露光機で利用可能なＥＵＶ光は、露光機の光学系から制限されるエタンデュ（Etendue ）に依存する。
すなわち、集光面上のＥＵＶ光領域のうち、露光に利用可能な上記ＥＵＶ光領域の大きさは、このエタンデュと集光面から出射するＥＵＶ光の立体角とに依存する。
今、集光面に集光されたＥＵＶ光が点光源と見なせる程度に遠方に離れた位置における配光分布（以下、遠方配光分布ともいう）を考える。図８に示すように、遠方配光分布は、図７（ｂ）に示す遮光部分の影響を受け、光度が極端に低下する部分が存在することになる。
上記したように、ＥＵＶ光が入射する露光機内の光学系はマスクを含め反射光学系が採用されている。すなわち、照明光学系、投影光学系はそれぞれ、複数の反射ミラーから構成される。このような光学系を用いてワークを露光する場合、図８に示すような遠方配光分布の不均一さは、そのままワークの露光面での照度ムラに繋がる。ワークが、レジストが塗布されたウエハである場合、ウエハ上の極端に光強度が小さい部分では、レジストが感光しないという問題が発生する。
上記では、ウォルター型形状の集光鏡について説明したが、回転楕円面形状、回転放物面形状であっても、同様の問題が生ずる。

上記した各凹面ミラーの基体材料の厚みに起因するワーク上での照度ムラを抑制する方法として、以下の２つが考えられる。
（１）フライアイミラーの使用
露光機における照明光学系にフライアイミラーを挿入する。フライアイミラーは、例えば特許文献３に記載されているように、球面ミラーにより構成される反射素子が複数並列に配列された構造である。フライアイミラーに形成されている多数の球面型反射素子からの反射光を重畳させるように照明光学系を構成することにより、ワークの露光面での照度分布の均一性を向上させることが可能となる。
ところで、一般に反射型光学素子の光学性能は、反射面の平面度に大きく影響される。平面度の精度が高くない場合、反射面での散乱損失が増加し、光の利用効率が低下する。反射面での散乱損失の影響を十分に小さくするためには、反射面の平面度は、１０／λ以下にすることが望ましい。ここで、λは使用される光の波長である。
従って、ＥＵＶ光を用いる露光機の場合、反射型光学素子の反射面に対して、約１ｎｍ以下の平面度が要求される。しかしながら、このような高精度の平面度が有するフライアイミラーは、製作が難しく、また、非常に高価になる。すなわち、フライアイミラーを用いてワーク上での照度ムラを抑制することは、実際的ではない。

（２）各凹面ミラーの基体材料の薄板化
上記問題は、各凹面ミラーの基体材料の厚みを極めて薄くすれば解決される。しかしながら、実際は以下の理由により、各凹面ミラーの基体材料の薄板化を行うことは難しい。 例えば、量産対応の露光機として、１００ｗ/ ｈ（一時間当たり１００枚の３００ｍｍウェハを露光する）という能力を前提とすると、ＥＵＶ集光鏡で集光されるＥＵＶ光の集光点での出力は、１１５Ｗが必要とされる。さらに、使用されるフォトレジストの感度によっては、１１５Ｗ以上の出力が必要とされる。一方、ＥＵＶ光の放射エネルギーとプラズマに入力されるエネルギーとの比で表される変換効率はたかだか数％である。
すなわち、ＥＵＶの発光点を含む高密度高温プラズマ発生部において、１０ｋＷ以上のプラズマへの入力が熱に変わる。すなわち、高密度高温プラズマ発生部は、大変な高温となる。
一方、ＥＵＶ集光鏡の小型化、ＥＵＶ集光鏡の集光率の向上を実現するためには、ＥＵＶ集光鏡はできるだけＥＵＶの発光点を含む高密度高温プラズマ発生部に近づけなければならない。

従って、ＥＵＶ集光鏡は、高密度高温プラズマ発生部からの熱輻射を受ける。すなわち、各凹面ミラーの単位面積当たりの入熱が大きくなり、各凹面ミラーの温度上昇は避けられない。各凹面ミラーは熱膨張のため変形し、所定の集光性能が得られなくなるという問題が生じる。さらには、反射面に施した反射膜のクラックや剥離といった不具合が発生することもある。
そのため、ＥＵＶ集光鏡の冷却が必要となる。上記したように、ＥＵＶ光を発生させる際、放電部の圧力は、例えば、１〜２０Ｐａに調節される。そのため、ＥＵＶ集光鏡が設置されるチャンバ内圧力も低圧力となる。
低圧力雰囲気下においては、対流による冷却が困難となる。そのため、熱伝導を利用した冷却を行わざるを得ない。例えば、内部に冷媒が循環する冷却パイプをＥＵＶ集光鏡に巻きつけ、熱伝導により伝熱してきた熱を熱交換により除熱することが考えられる。

しかしながら、熱伝導量は、伝熱断面積に比例する。各凹面ミラーの基体材料の厚みを極めて薄くするということは、この伝熱断面積が小さくなるということである。すなわち、熱伝導量が小さくなるので、熱交換により除熱を効果的に行うことができない。ＥＵＶ集光鏡をＥＵＶ光源装置に用いる場合、冷却を効果的に行うためには、各凹面ミラーの基体材料の厚みは、１ｍｍ程度必要となる。
すなわち、各凹面ミラーの基体材料の薄板化により、ワーク上での照度ムラを抑制することは、実質困難である。
本発明は以上のような事情を鑑みなされたものであって、その目的は、ＥＵＶ集光鏡によって集光されるＥＵＶ光の遠方配光分布を良好とし照度ムラを抑制することが可能なＥＵＶ集光鏡、およびこのＥＵＶ集光鏡を用いたＥＵＶ光源装置を提供することにある。

本発明のＥＵＶ集光鏡は、従来のものと同様、径が互いに異なる回転体形状の凹面ミラーを複数枚具える。ＥＵＶ集光鏡を構成するこれらの凹面ミラーは、同一軸上に、焦点位置が略一致するように回転中心軸を重ねて配置される。このように凹面ミラーを入れ子状に高精度に配置することにより、ＥＵＶ集光鏡は、０°〜２５°の斜入射角度のＥＵＶ光を良好に反射し、かつ、集光できるように構成される。さらに、前記課題を解決するため、本発明においては以下のように構成する。
（１）径が互いに異なる複数枚の凹面ミラーを入れ子状に配置してなる斜入射型の極端紫外光集光鏡において、各凹面ミラーの反射面でない側の端部に光反射面に対して所定の角度を有するように斜面を形成する。
すなわち、ＥＵＶ集光鏡を構成する各凹面ミラーの光入射側端部および／または光出射側端部に斜面を形成する。詳細には、上記凹面ミラーの光入射側端部および／または光出射側端部が、ＥＵＶ集光鏡により集光されるＥＵＶ光の入射光路領域、出射光路領域から外れるように、各凹面ミラーの光入射側端部、光出射側端部に斜面を形成する。
なお、この斜面を含む面をエッジ面と呼び、また、先に行くほど厚さが薄くなるように端部に斜面を形成した状態をナイフエッジ状と呼び、この斜面が形成された端部をナイフエッジ部と呼ぶ。
（２）上記（１）において、上記凹面ミラーの反射面の形状は、回転楕円面形状、回転放物面形状、ウォルター型形状のいずれかであり、各々の凹面ミラーの焦点位置が略一致している。
（３）上記（１）（２）において、上記凹面ミラーの端部の光入射側に設けられた斜面の角度を、上記光入射端に入射する極端紫外光の進行方向に対して時計回転方向に見て正の角度となるように設定する。
（４）上記（１）（２）において、上記凹面ミラーの端部の光出射側に設けられた斜面の角度を、上記光出射端から出射される極端紫外光の進行方向に対して時計回転方向に見て負の角度となるように設定する。
（５）上記（１）（２）において、上記凹面ミラーの端部の光入射側に設けられた斜面の角度を、入射する極端紫外光の進行方向に対して時計回転方向に正の角度になるように設定し、上記凹面ミラーの端部の光出射側に設けられた斜面の角度を、出射される極端紫外光の進行方向に対して時計回転方向に負の角度となるように設定する。
（６）容器と、この容器内に極端紫外光放射種および／または極端紫外光放射種の化合物を含む原料を供給する原料供給手段と、上記容器内で、供給された上記原料を加熱し励起して、極端紫外光を含む光を放射するプラズマを発生させる加熱励起手段と、上記プラズマから放射される光を集光するように上記容器内に配置された集光光学手段と、集光された上記光を容器から取り出す光取り出し部とを有する極端紫外光光源装置において、上記集光光学手段は、（１）〜（５）に記載された極端紫外光集光鏡とする。

以上説明したように本発明においては以下の効果を得ることができる。
（１）ＥＵＶ集光鏡を構成する各凹面ミラーの光入射側端部および／または光出射側端部の反射面ではない側に斜面を形成しナイフエッジ状としたので、各凹面ミラーを構成する基体材料の厚みの分による遮光部分によりワーク上で照度ムラ（照度の不均一）が生じるという問題を防ぐことができる。
（２）凹面ミラーの端部の光入射側に設けられた斜面の角度を、上記光入射端に入射する極端紫外光の進行方向に対して時計回転方向に見て正の角度となるように設定し、また凹面ミラーの端部の光出射側に設けられた斜面の角度を、上記光出射端から出射される極端紫外光の進行方向に対して時計回転方向に見て負の角度となるように設定することにより、斜入射するＥＵＶ光が各凹面ミラーの端部において遮光される割合を非常に小さくすることができ、遠方配光分布における光度低下部を小さくすることができ、ワーク上の照度ムラを小さくすることが可能となる。

図１、図２は本発明の集光鏡の構造を示す図であり、図１は集光鏡を光軸を通る平面で切った断面図（図２のＡ−Ａ断面図）、図２は集光鏡を光出射側から見た図を示す。なお、同図は先に説明した反射面形状がウォルター型形状の場合を示しているが、回転楕円面形状、回転放物面形状、等いずれかの形状であってもよい。
図１、図２では、例として径が互いに異なる５枚のウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを入れ子状に配置したものを示しており、各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの反射面は、光入射側から双曲面形状、楕円面形状となっている。また、各ウォルターミラーｂ〜ｅの反射面でない側の端部にはナイフエッジ部が形成されている。
図２に示すように各ウォルターミラーａ〜ｅの光出射側には、例えば銅製の外周リング（スパイダーフランジ）２ｂとミラー保持板（スポーク）２ｃから構成されるミラー固定用部材（スパイダー）２ａが設けられ、各ウォルターミラーａ〜ｅの光出射側の端部は、図１に示すようにミラー保持板（スポーク）２ｃの溝に嵌め込まれ、例えば接着剤あるいは固定金具などで固定される。

図３（ａ）は本発明の実施例の集光鏡における光線の軌跡を示す図である。同図において、実線ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１は、図７（ａ）と同様、プラズマ位置から各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの光入射端、光出射端を通過する光線の軌跡を示す。すなわち、実線ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１は、各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅにより所定の位置に集光される光のうち、各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅへの入射角が最も大きい場合の光線の軌跡である。
一方、二点鎖線ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３，ｅ３は、図７（ａ）と同様、各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅにおける双曲面と楕円面の境界で反射する場合の光線の軌跡である。すなわち、二点鎖線ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３，ｅ３は、各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅにより所定の位置に集光される光のうち、各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅへの入射角が最も小さい場合の光線の軌跡である。
すなわち、各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅにより集光される光は、実線ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１と、二点鎖線ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３，ｅ３との間の空間を通過する。例えば、ウォルターミラーｅにより集光される光は、光線ｅ１とｅ３との間の空間を通過する。この空間以外を通過する光線は、集光されない。

従って、各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅにより集光される光線の軌跡は以下の通りになる。プラズマ発光点から各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの双曲面に入射までの光線は、実線ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１においてプラズマと各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの入射端とを結ぶ線分と、二点鎖線ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３，ｅ３においてプラズマと各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅにおける双曲面と楕円面の境界とを結ぶ線分と、双曲面とが作る領域内を通過する。この領域以外を通過する光線は、集光されない。
一方、各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの楕円面において反射される光線は、実線ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１において楕円面で反射された後の線分と、二点鎖線ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３，ｅ３において双曲面と楕円面の境界で反射された後の線分と、楕円面とが作る領域を通過する。実線ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，ｅ１と、二点鎖線ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３，ｅ３と、楕円面とが作る領域を通過する。この領域以外を通過する光線は、集光されない。

従来は、上記二点鎖線ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３は、各ウォルターミラーｂ，ｃ ，ｄ，ｅの入射端の厚み部分により遮光されていた。そのため、各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅへの入射角が最も小さい場合の光線の軌跡は、図７（ｂ）に示したように一点鎖線ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２であった。
本発明のＥＵＶ集光鏡は、上記二点鎖線ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３が各ウォルターミラーｂ，ｃ，ｄ，ｅの光入射側の端部（光入射端）の厚み部分により遮光されないように、各ウォルターミラーｂ〜ｅの光入射端の反射面でない側の形状がナイフエッジ状に形成されている。
すなわち、図３（ｂ）に示すように、各ウォルターミラーｂ，ｃ，ｄ，ｅの光入射端にナイフエッジ部ｂin，ｃin，ｄin，ｅinが設けられる。ナイフエッジ部のエッジ面（斜面を含む平面）の角度は、時計回転方向を正とするとき、二点鎖線で示す光線ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３が進行する方向に対して、等しいか正の角度となるように設定する。

同様に、各ウォルターミラーｂ，ｃ，ｄ，ｅの光出射端についても、上記二点鎖線ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３が遮光されないように、上記光出射端の形状をナイフエッジ状に形成する。
すなわち、図３（ｃ）に示すように、各ウォルターミラーｂ，ｃ，ｄ，ｅの光出入射端にナイフエッジ部ｂout ，ｃout ，ｄout ，ｅout が設けられる。ナイフエッジ部のエッジ面（斜面を含む平面）の角度は、時計回転方向を正とするとき、二点鎖線で示す光線ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３が進行する方向に対して等しいか負の角度となるように設定する。
図４に、本発明のＥＵＶ集光鏡をＥＵＶ光源装置に使用したときの遠方配光分布を示す。同図に示す従来のＥＵＶ集光鏡をＥＵＶ光源装置に使用したときの遠方配光分布（図
７参照）と比較すると、光度が低下する部分が散見するものの、光度の低下度は従来のものより小さくなっている。ここで、図４において、光度が低下する部分は、各ウォルターミラーｂ，ｃ，ｄ，ｅの光入射端、および、光出射端に設けられているナイフエッジ部の先端部の厚みに依存した部分である。

図５は、回転楕円面形状の集光鏡に本発明を適用した場合の構成例を示す図である。
同図は集光鏡を光軸を通る平面で切った断面図を示し、同図では光軸に対して一方の側のミラーの配置のみを示しているが、光軸に対して対称にミラーは配置されている。
図５では、例として径が互いに異なる４枚のａ，ｂ，ｃ，ｄを入れ子状に配置したものを示しており、各ウォルターミラーａ，ｂ，ｃ，ｄの反射面は、楕円面形状となっている。
本実施例においても、先に示した実施例と同様、光入射側および光出射側の各ミラーｂ〜ｄの反射面でない側の端部はナイフエッジ状に形成されており、これにより各凹面ミラーを構成する基体材料の厚みの分による遮光部分によりワーク上で照度ムラが生じるという問題を防ぐことができる。

従来のＥＵＶ集光鏡の場合、冷却を十分に行うためには、ＥＵＶ集光鏡を構成する各凹面ミラーの基体材料の厚みは１ｍｍ程度必要となる。この厚みの分だけ斜入射するＥＵＶ光が遮光され、遠方配光分布に極端な光度低下部が発生する。そのため、ワーク上の照度ムラが大きくなる。
一方、本発明のＥＵＶ集光鏡の場合、ＥＵＶ集光鏡を構成する各凹面ミラーの両端部にナイフエッジ部が設けられている。上記ナイフエッジ部の斜面は斜入射するＥＵＶ光を遮光しないように設定される。また、ナイフエッジ部先端の厚みもμｍオーダーと非常に薄くできる。そのため、斜入射するＥＵＶ光が各凹面ミラーの端部において遮光される割合を非常に小さくすることができ、遠方配光分布における光度低下部を小さくすることが発生する。従って、ワーク上の照度ムラを小さくすることが可能となる。

本発明の集光鏡の構造を示す図（断面図）である。 本発明の集光鏡の構造を示す図（光出射側から見た図）である。 本発明の実施例の集光鏡における光線の軌跡と、エッジ面の角度と光線方向を示す図である。 本発明のＥＵＶ集光鏡の遠方配光分布を示す図である。 本発明を回転楕円面形状の集光鏡に適用した場合を示す図である。 ＤＰＰ方式ＥＵＶ光源装置の概略構成例を示す図である。 ＥＵＶ集光鏡における基体材料の厚みの影響を説明する図である。 従来のＥＵＶ集光鏡から出射した光の遠方配光分布を示す図である。

符号の説明

１ 放電部
２ ＥＵＶ集光鏡
２ａ ミラー固定用部材
２ｂ 外周リング
２ｃ ミラー保持板
３ ホイルトラップ
４ ＥＵＶ光取出部
５ 高密度高温プラズマ
６ 予備電離ユニット
７ 原料導入管
１１ 第１の主放電電極
１２ 第２の主放電電極
１３ 絶縁材
ａ〜ｅ ウォルターミラー

Claims (6)

1. 径が互いに異なる複数枚の凹面ミラーを入れ子状に配置してなる斜入射型の極端紫外光集光鏡において、
   各凹面ミラーの反射面でない側の端部に斜面が形成されている
   ことを特徴とする極端紫外光集光鏡。
2. 上記凹面ミラーの反射面の形状が、回転楕円面形状、回転放物面形状、ウォルター型形状のいずれかであり、各々の凹面ミラーの焦点位置が略一致している
   ことを特徴とする請求項１に記載の極端紫外光集光鏡。
3. 上記凹面ミラーの端部の光入射側に設けられた斜面の角度は、入射する極端紫外光の進行方向に対して時計回転方向に正の角度とな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のいずれか一項に記載の極端紫外光集光鏡。
4. 上記凹面ミラーの端部の光出射側に設けられた斜面の角度は、出射される極端紫外光の進行方向に対して時計回転方向に負の角度とな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のいずれか一項に記載の極端紫外光集光鏡。
5. 上記凹面ミラーの端部の光入射側に設けられた斜面の角度は、入射する極端紫外光の進行方向に対して時計回転方向に正の角度になるように設定され、
   上記凹面ミラーの端部の光出射側に設けられた斜面の角度は、出射される極端紫外光の進行方向に対して時計回転方向に負の角度とな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のいずれか一項に記載の極端紫外光集光鏡。
6. 容器と、
   この容器内に極端紫外光放射種および／または極端紫外光放射種の化合物を含む原料を供給する原料供給手段と、
   上記容器内で、供給された上記原料を加熱し励起して、極端紫外光を含む光を放射するプラズマを発生させる加熱励起手段と、
   上記プラズマから放射される光を集光するように上記容器内に配置された集光光学手段と、
   集光された上記光を容器から取り出す光取り出し部とを有する極端紫外光光源装置において、
   上記集光光学手段は、請求項１，２，３，４もしくは５のいずれか一項に記載された極端紫外光集光鏡である
   ことを特徴とする極端紫外光光源装置。
   
   
   

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