JP2007501997A

JP2007501997A - 極紫外線及び軟ｘ線発生器

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Publication number: JP2007501997A
Application number: JP2006522465A
Authority: JP
Inventors: ベルクマン，クラオス; ネフ，ヴィリ
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2004-07-29
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2024-07-29
Also published as: CN1833472A; DE502004009224D1; EP1654914B8; TW200515458A; US7734014B2; KR20060054422A; JP4814093B2; KR101058068B1; WO2005015602A3; US20080143228A1; DE10336273A1; ATE427026T1; EP1654914B1; EP1654914A2; CN100482030C; WO2005015602A2

Abstract

特には極紫外線及び／又は軟Ｘ線放射を生成するガス放電源において、ガス入りチャンバは、２つの電極と、ガスを出し入れする筐体装置との間に配置され、電極は、対称軸を定義付ける放射出口開口部を有する。提案された改良点は、２つの電極間の隔壁の配置にある。該隔壁は、差動排気段階として働き、対称軸上に位置決めされた少なくとも１つの開口部を有する。

Description

本発明は、請求項１に記載されたガス放電源に係る。望ましい応用分野は、約１ｎｍ乃至２０ｎｍの波長範囲において極紫外線及び／又は軟Ｘ線放射を要求する、特には半導体パターン転写等の分野である。

同一の一般的な型の装置は、国際公開第９９／２９１４５号パンフレット（特許文献１）中に開示される。これに由来する図１は、ガスを充填された中間電極空間が２つの電極間に位置決めされる電極配置を図示する。２つの電極は、夫々開口部を備えられ、それによって対称軸が定義付けられる。装置は、一定のガス圧力の環境下で作動する。高電圧が電極に印加される場合、圧力及び電極間隔に依存してガス絶縁破壊がおきる。ガスの圧力及び電極間隔は、システムがパッシェン曲線の左枝上で作動するよう選択され、その結果、電極間で電気的破壊が発生しない。この場合、電荷担体の平均自由行路の長さが電極感覚より大きいため、ガス放電は電極間で伝播し得ない。その代わり、放電を引き起こすよう十分多くのイオン化衝突は大きな放電ギャップを有してのみ可能であるため、ガス放電は、より長い経路を探す。このより長い経路は、対称軸が定義付けられる電極開口部を用いて予め定められ得る。電流プラズマ・チャンネルは、形状において軸対称であり、電極開口部と一致して展開する。極度に高い放電電流は、電流経路の周囲で電界を作りだす。結果として生じたローレンツ力は、プラズマを圧迫し、従ってプラズマは非常に高温まで熱せられ、特にはＥＵＶ及び軟Ｘ線放射の波長範囲において非常に短い波長放射を発する。放射の抽出は、電極のうちの１つの開口部を介し、対称軸に沿って軸方向において行われる。

ＥＵＶパターン転写における応用に対し、プラズマは、１ｍｍ乃至２ｍｍの軸方向膨張、及び１ｍｍ乃至２ｍｍの直径を示すべきであり、４５度乃至６０度の観測角で視覚的に接近可能であるべきである。この種類のプラズマはこの応用に対して、数ジュールの範囲におけるパルス・エネルギ、約１００ｎｓの電流パルス持続時間、及び１０ｋＡ乃至３０ｋＡの電流振幅を有する放電において最善に生成される、ことが一般的に既知である。最善のニュートラルなガス圧力は、典型的には数Ｐａ乃至約１０Ｐａの範囲内にある。プラズマの圧縮の開始半径は、電極システムにおける開口部によって原則的に定められ、数ｍｍの範囲内にある。電極間の間隔は、３ｍｍ乃至１０ｍｍである。

国際公開第０１／０１７３６号パンフレット（特許文献２）は、同一の一般的な型の装置を開示する。該文献中、加えて、対称軸上に開口部を示す補助電極が、変換効率を高める手段として主電極間にある。

独国特許発明第１０１３４０３３Ａ１号明細書（特許文献３）は、同一の一般的な型の装置を開示する。該文献中、ガス充填のガス圧力は、少し離れた放電管の範囲におけるよりカソードの形をとる電極の近くで更に高い。

しかしながら、従来技術の一部分として説明された装置は、多くの応用に対して、特には半導体パターン転写に対して要求される高出力を供給することができない。従って、可能な限り最も高い放射強度を達成するよう、改良が必要である。しかしながら、必然的に高い電流振幅及び電流密度に対して、カソードを介する電流伝達はカソード材料の気化に不可避的に関連される、ことも留意されるべきである。この種類の電極の減退は、カソードにおける幾何学的変化に繋り、プラズマの発光特性に非常に悪影響を及ぼす。これは、更にいっそう早く、カソード面に対してより近いほど、ピンチプラズマが更に早く正しい位置に置かれる場合である。しかしながら、この種類の装置の有用性に対しては、十分長い寿命は必須である。
国際公開第９９／２９１４５号パンフレット国際公開第０１／０１７３６号パンフレット独国特許発明第１０１３４０３３Ａ１号明細書

したがって、本発明は、放射プラズマを生成する装置を与えることを目的とする。該装置を有して、λ＝１ｎｍ乃至２０ｎｍである波長範囲、即ちＥＵＶ範囲及び軟Ｘ線波長範囲における高放射強度が可能な限り効果的に達成及び抽出され得、また、該装置は、可能な限り長い寿命を示す。

この目的は、独立請求項１に記載される通りの特徴を用いて達成される。有利な実施例及び更なる実施例は、従属請求項において記載される。

本発明は、上述された技術的問題が、特には極紫外線及び／又は軟Ｘ線を生成するガス放電源を用いて解決される、ことを認識する。該ガス放電源において、ガス入りの中間電極空間（３）は２つの電極（１，２）の間に位置決めされ、ガスの吸気及び排気用の装置が存在し、一方の電極（１）は、対称軸（４）を定義付け且つ放射の放電に対して備えられた開口部（５）を示し、対称軸（４）上に少なくとも１つの開口部（７）を示し異なる差動排気段階として作動する隔壁（６）が、２つの電極（１，２）の間に存在する。

本発明は、対称軸（４）上に開口部（７）を示す隔壁（６）を導入し、この隔壁を差動排気段階として使用する結果として、一定の所望の圧力状態が、簡単に、中間電極空間（３）において設定され得る。結果としてもたらされる有利点に加えて、この種類の隔壁（６）の取り込みの結果として、熱が上方で消散され得るより広い面が中間電極空間（３）において存在する。このようにして、電極（１，２）上の熱負荷は低減され得、電極の寿命は延び、システムへと投入され得る平均出力又はパルス・エネルギは、達成可能な放射電力に沿って、増加され得る。

中間電極空間（３）は、２つの電極（１，２）の間の全体空間を指定するよう意図される。全体空間は、隔壁（６）によって２つの部分範囲へと分割され、その夫々が、（開口部を有する）電極の一方及び（開口部を有する）隔壁によって定義付けられる。

特には、隔壁（６）及び放射の放電側から見て外方を向く電極（２）によって定義付けられたガス入り中間電極空間（３）の部分範囲において、隔壁（６）及び放射の放電側に対面する電極によって定義付けられたガス入り中間電極空間（３）の部分範囲におけるより大きなガス圧力を与えるという選択肢が存在する。この措置は、圧縮、又は電流プラズマへのエネルギの投入、及びこれに関連してハイ・インピーダンスの範囲の局在化は、放射の放電側に対面する電極（１）に近い所望の点で行われる。これは、大きな観察角での接近可能性の観点から放射の最適な利用性があるという有利性を有する。これによって、カソードからこの点までの電流伝達は、拡散したロー・インピーダンスのプラズマにおいて行われる。全体的により短いプラズマ・チャンネルが発生する従来技術と比較して、これによって実質的な損失がなくなる。またこのため、放射電力における上昇は、達成可能である。

中間電極空間（３）におけるガス圧力及び２つの電極間の空間は、プラズマの点火がパッシェン曲線の左枝上で行われるよう、即ちイオン化工程が電界の向きの線に沿って始まるよう選択され、該工程は、望ましくはアノード及びカソードの開口部の範囲において発生する。点火は、そのためガス量において行われ、したがって特に低い摩耗率をもたらす。加えて、パッシェン曲線の左枝上での動作の場合、放射生成器と電源との間の切り替え構成要素は必要なく、低誘発の（ゆえに極めて効率的な）エネルギ投入を可能とする。

放射の放電側から見て外方を向く電極（２）、又は放射の放電側に対面する電極（１）のいずれか一方をカソードとして使用することが可能である。第１の他の方法は、圧縮されたプラズマが、この場合本発明に従った装置のためにアノード（１）の近くで発生し得、比較的カソード（２）から離れているという利点を有する。結果として、カソードの摩耗が少ない。しかしながら、とりわけピンチプラズマの生成もまた、カソードにおける幾何学的変化に強くは依存しない。したがってより高い摩耗度は、許容され得る。該して、これは、電極システムに対して大幅により長い寿命をもたらし、より高い電力を導入し、そのためより大きな放射電力を達成する機会を提供する。

放射の放電側に対面するアノード等の電極（１）上の熱負荷は、隔壁（６）がエネルギの大部分を消散することができるため、過多になり過ぎない。そのため、隔壁（６）の存在によって、短波放射を発するピンチプラズマへと投入されたエネルギの一部分のみが、考慮に入れられる必要がある。この部分は全エネルギの単に五分の一乃至四分の一と同等であるため、導入可能な電力及びパルス・エネルギは、したがって４乃至５の係数を増加される。

放射の放電側からみて外方を向く電極をキャビティ（８）を有する特には中空のカソードである中空電極として設計することは、特に有利である。これにおいて、放電の大資段階において、ガスの事前のイオン化が行われ、その後濃密な中空カソードプラズマが展開する。この種類のプラズマは、中間電極空間（３）においてロー・インピーダンスを作るよう必要な電荷担体（電極）を供給するよう特に適切である。中空電極（２）は、中間電極空間（３）に対して１つ又はそれ以上の開口部（９）を示し得る。後者の他の方法の結果として、全体の電流が複数の電極開口部（９）に分布されるため、電極（２）上の局部荷重がこのようにして低減され得、電極システムの寿命及び導入可能な電力は従って増加され得る。中空カソードとして設計された電極（２）のキャビティ（８）において、追加のトリガ装置が存在し得る。このようにして、放電の点火は、要求された通りに正確にトリガされ得る。これは、特には、複数の開口を有する中空カソードの場合において有利である。トリガ装置は、例えば、中空カソードにおける補助電極として設計され得、該装置を有して放電は、補助電極がカソードに対して陽性の電位からカソード電位等のより低い電位へと切り替えられるようトリガされ得る。更なるトリガの選択肢は、グロー放電トリガ、高誘電率トリガ、又は光パルス又はレーザ・パルスを介する光電子又は金属の気体のトリガを介した中空カソードにおける電荷担体の投入又は生成にある。

隔壁（６）が、最大限でも極少量の電流伝達のみを導くよう設計されると望ましい。その代わりに、カソードからアノードへの電流伝達の全体又は少なくとも主要な部分は、プラズマ・チャネルを介してのみ、主として行われる。このようにして、電流は、ピンチプラズマの生成に対して可能な限り完全に且つ効率的に使用され得る。加えて、隔壁上のカソード点の生成、及びそこに発生する摩耗は、大幅に避けられ得る。

隔壁（６）の製造に対して、隔壁（６）又は隔壁（６）の少なくとも一部分は、機械加工に十分に適合する材料を有する場合が有利である。隔壁（６）の少なくとも一部分の材料が高い熱伝導率を示す。これによって、効果的な冷却又は熱消散が可能である。

隔壁（６）の少なくとも一部分に対して使用され得る材料の一例はセラミックであり、特には酸化アルミニウム又は六ホウ化ランタンであり得る。

開口部（７）に近く位置決めされた隔壁（６）の部分に対しては、プラズマチャンネルに対する近接性により、該部分に対する隔壁の摩耗のリスクは最も大きく、この部分は、特に耐放電性のある材料、特には、モリブデン、タングステン、窒化チタン、又は六ホウ化ランタン等から製造されることが望ましい。結果として、隔壁（６）の摩耗の発生は大きく低減され、したがって装置の寿命が延びる。

また、夫々が対称軸上に開口部（７）を示す複数の隔壁を中間電極空間（３）へと導入することが可能である。特に有利な実施例においては、これらは、アイソレータ（１１）によって互いに対して分離された金属製の隔壁（６，６’，６’’）の形状を取る。このようにして、カソードの高温点の複数段階の点火及び電流伝達は、効果的に抑えられる。これは、単一のアイソレータの使用と同一の有利点を与える。加えて、金属を取り込む結果として、純粋なセラミックのボディと比較して所望される低インダクタンス構造は可能である。更には、隔壁上の金属蒸気の蒸着は、セラミックの隔壁の場合において問題に繋がり得、実質的には役割をなさない。

隔壁（６）の厚さは、約１ｍｍ乃至２０ｍｍの範囲内にあり得る。冷却の観点からすると、可能な限り厚い隔壁は避けられるべきである。隔壁（６）の直径は、おおよそ４ｍｍ乃至２０ｍｍであるべきである。

ガス吸気口（１２）を、その開口部が隔壁（６）によって及び放射の放電側から見て外方に向く電極（２）によって定義付けられたガス入り中間電極空間（３）の部分範囲に対面するよう、配置することが可能である。この部分範囲におけるガス圧力は、従って明確に設定され得る。隔壁（６）との相互作用においては、特に、隔壁（６）よって及び放射の放電側に対面する電極（１）によって定義付けられた中間電極空間（３）の部分範囲におけるより、より高いガス圧力が与えられ得るか、又は、特定の所望された圧力差が設定され得る。

加えて、ガス吸気口（１２’）が存在し得、隔壁（６）によって及び放射の放電側に対面する電極（１）によって、ガス入り中間電極空間（３）の部分範囲に向かって開口部を有される。

ガス吸気口（１２，１２’）を中間電極空間（３）の両部分範囲において取り込むことで、特に大きな許容差が、中間電極空間（３）におけるガス圧力の分布を調節するよう獲得される。加えて、隔壁（６）の存在と併せて、中間電極空間（３）内でガス組成の不均一な分布を生成する機会が、結果として与えられる。特には、本発明の特に有利な実施例において、ヘリウム又は水素等の充填ガスは、隔壁（６）によって、及び放射の放電側から見て外方を向く電極（２）によって定義付けられた中間電極空間（３）の部分範囲へとガス吸気口（１２）を介して追加的に導入され、ワーキングガスと比較して、使用されるパルス電流下で非常に低い放射損失を示す。このようにして、プラズマのインピーダンスは、ＥＵＶ放射範囲と比較して低いレベルで保持され、エネルギ投入がより効率的である。キセノン又はネオン等のワーキングガスは、隔壁（６）によって及び放射の放電側に対面する電極（１）によって定義付けられた中間電極空間（３）の部分範囲へとガス吸気口（１２’）を介して導入され、ピンチプラズマ及びＥＵＶ放射の結果として生じる発光を生成するよう与えられる。

ガスの排気は、放射能放電側に対面する電極（１）の開口部を介して、中間電極空間の外側に位置決めされた排気装置を用いて、特に容易に行われ得る。しかしながら、中間電極空間（３）において、特には、隔壁（６）によって及び放射の放電側に対面する電極（１）によって定義付けられた中間電極空間（３）の部分範囲において、直接排気装置を備えることも可能である。これは、上述された通り、２つのガス混合物の比較的低い混合が排気中に達成され得るため、異なるガス組成が中間電極空間（３）の２つの部分範囲において存在する場合に、特に有利である。

本発明は、図中に図示された実施例を参照して更に説明されるが、本発明はこれに制限されない。

図２は、本発明に従った装置の電極システムの一実施例を図示する。一方の電極（２）は、キャビティ（８）を有する中空電極の形をとり、カソードとして使用される。他方の電極（１）は、アノードとしての働く。ガス入り中間電極空間（３）内で生成されるピンチプラズマ（１３）から放電される放射の抽出は、アノード（１）において開口部（５）を介して行われる。発された放射の可能な限り最も高い割合を使用可能にするよう、アノード開口部（５）は、抽出方向において拡大する。電極（１，２）間には隔壁（６）が配置され、アノード開口部（５）によって定義付けられた対称軸（４）上の貫通開口部（７）を示す。この実施例では、中空カソードは、中間電極空間（３）に対する開口部（９）を示し、該開口部も対称軸（４）上に位置決めされる。ガス吸気口（１２）は、隔壁（６）によって、及びカソード（２）によって定義付けられたガス入り中間電極空間（３）の部分範囲に対する開口部を有して存在する。この実施例では、これらのガス吸気口に対する給電ラインは、中空陰極のボディを通り抜ける。更なるガス吸気口（１２’）は、隔壁（６）によって及びアノード（１）によって定義付けられたガス入り中間電極空間（３）の部分ハイに対する開口部を有して存在する。

図３は、本発明に従った装置の一実施例を図示する。該実施例では、隔壁（６）は、モリブデン、タングステン、窒化チタン、又は六ホウ化ランタン等である耐放電性材料を、開口部（７）に近い範囲（１０）において有する。隔壁（６）の残りの部分は、機械加工に適合し易い材料、及び／又は光熱伝導率を有する材料を有する。

図４は、本発明に従った装置の一実施例を図示する。該実施例では、複数の金属製隔壁（６，６’，６’’）は、電極（１，２）間に配置され、夫々の場合においてアイソレータ（１１）によって分離される。

図５は、カソード（２）が３つの開口部（９，９’，９’’）を示す更なる一実施例が図示される。対称軸の中心に位置決めされた開口部（９）は、止まり穴の形をとる。他の２つの開口部（９’，９’’）は、カソード（２）のキャビティ（８）と中間電極空間（３）との間の貫通開口部である。

特許文献１より取られた図面であり、従来技術を図示する。本発明に従った装置の概略図である。隔壁の一部分が耐放電性材料を有する、一実施例の概略図である。複数の金属製隔壁が存在する、一実施例の概略図である。中空電極が複数の開口部を示す、一実施例の概略図である。

Claims

特には極紫外線及び／又は軟Ｘ線放射を生成するガス放電源であって、
ガス入り中間電極空間は、２つの電極の間に位置決めされ、
ガスの吸気及び排気用の装置が存在し、
一方の電極は、対称軸を定義付け且つ放射の放電に対して備えられた開口部を示し、
前記対称軸上に少なくとも１つの開口部を示し、異なる差動排気段階として動作する隔壁が、前記２つの電極の間に存在する、ことを特徴とする、
ガス放電源。
前記隔壁によって、及び前記放射の前記放電側からみて外方に向く前記電極によって定義付けられた前記ガス入り中間電極空間の部分範囲におけるガス圧力は、前記隔壁によって、及び前記放射の前記放電側に対面する前記電極によって定義付けられた前記ガス入り中間電極空間の部分範囲におけるより大きい、ことを特徴とする、
請求項１記載のガス放電源。
前記隔壁は、最大限でも極少量の電流伝達のみを導くよう設計される、ことを特徴とする、
請求項１又は２記載のガス放電源。
前記隔壁の少なくとも一部分は、機械加工に適応し易い材料及び／又は高熱伝導性を有する材料を有する、ことを特徴とする、
請求項１乃至３のうちいずれか一項記載のガス放電源。
前記隔壁の少なくとも一部分は、セラミックを有する、ことを特徴とする、
請求項１乃至４のうちいずれか一項記載のガス放電源。
前記隔壁は、少なくとも前記開口部に近い範囲において耐放電性材料を有する、ことを特徴とする、
請求項１乃至５のうちいずれか一項記載のガス放電源。
アイソレータによって互いに対して分離された複数の金属製の隔壁が存在する、ことを特徴とする、
請求項１乃至４のうちいずれか一項記載のガス放電源。
前記対称軸の方向において、前記隔壁は１ｍｍ乃至２０ｍｍまで延びる、ことを特徴とする、
請求項１乃至７のうちいずれか一項記載のガス放電源。
前記隔壁の前記開口部は、４ｍｍ乃至２０ｍｍの直径を有する、ことを特徴とする、
請求項１乃至８のうちいずれか一項記載のガス放電源。
ガス吸気口は、前記隔壁によって及び前記放射の前記放電側から見て外方に向く前記電極によって定義付けられた前記ガス入りの中間電極空間の前記部分範囲に対面する開口部を有して存在する、ことを特徴とする、
請求項１乃至９のうちいずれか一項記載のガス放電源。
ガス吸気口は、前記隔壁によって及び前記放射の前記放電側に対面する前記電極によって定義付けられた前記ガス入りの中間電極空間の前記部分範囲に対面する開口部を有して存在する、ことを特徴とする、
請求項１乃至１０のうちいずれか一項記載のガス放電源。
前記放射の前記放電側から見て外方に向く前記電極は、キャビティを有し、前記ガス入りの中間電極空間に対して少なくとも１つの開口部を示す、ことを特徴とする、
請求項１乃至１１のうちいずれか一項記載のガス放電源。
ガス吸気口は、前記放射の前記放電側から見て外方を向く前記電極における前記キャビティに対する開口部を有して存在する、ことを特徴とする、
請求項１乃至１２のうちいずれか一項記載のガス放電源。
トリガ装置は、前記放射の前記放電側から見て外方を向く前記電極の前記キャビティにおいて存在し得る、ことを特徴とする、
請求項１２又は１３記載のガス放電源。
前記中間電極空間における前記ガス混合物は、前記ガス放電に対して使用されるワーキングガスと、加えて、前記ワーキングガスと比較するとより低い放射損失を示す少なくとも１つの更なる充填ガスとを有する、ことを特徴とする、
請求項１乃至１４のうちいずれか一項記載のガス放電源。
前記隔壁によって及び前記放射の前記放電側に対面する前記電極によって定義付けられた前記ガス入りの中間電極空間の前記部分範囲において前記ガス混合物において有されるのは、主に前記ワーキングガスであり、
前記隔壁によって及び前記放射の前記放電側からみて外方に向く前記電極によって定義付けられた前記ガス入りの中間電極空間の前記部分範囲において前記ガス混合物において有されるのは、主に充填ガスである、
ことを特徴とする、
請求項１乃至１５のうちいずれか一項記載のガス放電源。
前記中間電極空間の前記排気は、前記放射の前記放電側に対面する前記電極の前記開口部を介して行われる、ことを特徴とする、
請求項１乃至１６のうちいずれか一項記載のガス放電源。
前記放射の前記放電側からみて外方を向く前記電極は、カソードとして使用される、ことを特徴とする、
請求項１乃至１７のうちいずれか一項記載のガス放電源。
前記電極間隔及び前記電極間の前記ガス圧力は、前記ガス放電がパッシェンカーブの左枝上で行われるよう選択される、ことを特徴とする、
請求項１乃至１８のうちいずれか一項記載のガス放電源。