JP2008108822A - 極端紫外光源装置及びコレクタミラー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コレクタミラーの冷却機構と回転機構とを両立させることにより、コレクタミラーの寿命を伸長させる。
【解決手段】極端紫外光を反射する反射面が形成されており、プラズマから放射された極端紫外光を反射して所定の方向に導くコレクタミラー１０と、該コレクタミラーの背面側に配置された冷却媒体用流路２３と、該冷却媒体用流路に冷却媒体を導入する配管２１と、冷却媒体用流路から冷却媒体を導出する配管２２とを含む冷却装置２０と、コレクタミラーを円周方向に回転させる回転装置３０と、コレクタミラーの反射面における損耗量に関連付けられた値に基づいて、回転装置によってコレクタミラーを回転させるタイミングと回転角度とを決定する制御装置１００とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ生成プラズマ方式の極端紫外（ＥＵＶ：extreme ultra violet）光源装置においてＥＵＶ光を集光する際に用いられるコレクタミラー装置、及び、そのようなコレクタミラー装置が備えられた極端紫外光源装置に関する。

近年、半導体プロセスの微細化に伴い、光リソグラフィの微細化も急速に進展しており、次世代においては、１００〜７０ｎｍの微細加工、更には５０ｎｍ以下の微細加工が要求されるようになる。そのため、例えば、５０ｎｍ以下の微細加工の要求に応えるべく、波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光源と縮小投影反射光学系（catadioptric system）とを組み合わせた露光装置の開発が期待されている。

ＥＵＶ光源としては、ターゲットにレーザビームを照射することによって生成されるプラズマを用いたＬＰＰ（laser produced plasma：レーザ生成プラズマ）光源（以下において、「ＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置」ともいう）と、放電によって生成されるプラズマを用いたＤＰＰ（discharge produced plasma）光源と、軌道放射光を用いたＳＲ（synchrotron radiation）光源との３種類がある。これらの内でも、ＬＰＰ光源は、プラズマ密度をかなり大きくできるので黒体輻射に近い極めて高い輝度が得られ、ターゲット物質を選択することにより必要な波長帯のみの発光が可能であり、ほぼ等方的な角度分布を持つ点光源であるので光源の周囲に電極等の構造物がなく、２πsteradianという極めて大きな捕集立体角の確保が可能であること等の利点から、数十ワット以上のパワーが要求されるＥＵＶリソグラフィ用の光源として有力であると考えられている。

ここで、ＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置におけるＥＵＶ光の生成原理について簡単に説明する。真空チャンバ内に供給されたターゲット物質に対してレーザビームを照射することにより、ターゲット物質を励起してプラズマ化させる。このプラズマからは、極端紫外光（ＥＵＶ）光を含む様々な波長成分が放射される。そこで、その内の所望の波長成分（例えば、１３．５ｎｍ）を選択的に反射する反射面を有するコレクタミラー（集光ミラー）を用いてＥＵＶ光を反射集光し、それを露光器に出力する。例えば、波長が１３．５ｎｍ付近のＥＵＶ光を集光するコレクタミラーとしては、反射面にモリブデン（Ｍｏ）及びシリコン（Ｓｉ）の薄膜が交互に積層されたミラーが用いられる。このようなＭｏ／Ｓｉ多層膜の層数は、例えば、数百層に及ぶ。

このようなコレクタミラーは、プラズマ化したターゲット物質から放出される高速のイオンや中性粒子等の飛散物によって損傷を受け易い。そのため、コレクタミラーは、プラズマ生成点（発光点）からなるべく離して配置される。一方、ＥＵＶ光の出力を稼ぐためには、コレクタミラーの捕集立体角を大きくする必要がある。従って、コレクタミラーの径は、必然的に大きくなる。例えば、実用的なコレクタミラーの直径は、２００ｍｍ以上となる。
また、ＥＵＶ光の集光率を高くするためには、コレクタミラーの反射面の表面粗さや形状について、高い精度を維持しなくてはならない。
これらの要因から、ＥＵＶ光源装置において用いられるコレクタミラーの価格は、非常に高価になる。

ところで、通常、真空チャンバ内においては、プラズマ発光点がコレクタミラーの中心に対向するように設計されている。しかしながら、プラズマから放射されるイオンは、必ずしもコレクタミラーに対して万遍なく分布するわけではない。そのため、イオン放射の分布が強い領域においては、コレクタミラーの損耗が早くなり、所謂「片減り」状態となってしまう。

ところが、コレクタミラーのごく一部であっても、反射率が所定値を下回ると、露光動作に影響を与えてしまう。そのため、コレクタミラーのいずれかの領域が所定の反射率を維持できない程度に損耗したときが、そのコレクタミラー全体の寿命となる。しかしながら、先にも述べたように、コレクタミラーは非常に高価である。従って、コレクタミラーの寿命を伸ばして、ミラー交換の頻度を低減することにより、材料コスト及びメンテナンスの手間を低減することが望ましい。

一方、このようなＥＵＶ光源装置において、例えば、１１５ＷのＥＵＶ光出力を得るためには、変換効率（Ｃ．Ｅ．）を数％とすると、数十ｋＷのレーザエネルギーが必要となる。このエネルギーの大半は熱となってチャンバ内に放出される。そのため、コレクタミラーには、プラズマから発生する熱による温度上昇を防ぐために、水冷等による冷却機構を設けることが必須となっている。コレクタミラーの反射面の温度変化による反射面の変形や、反射率の変化を抑制するためである。

関連する技術として、特許文献１には、光学部品自身又はそれと接する冷却部材中に冷媒流路を設け、該流路に温度を管理した冷媒を流すことにより光学部品を冷却する装置であって、上記冷媒流路に、冷媒流振動を吸収又は緩衝する、開放孔を有する弾性部材（スポンジ状部材）が配置されている光学部品冷却装置が開示されている。

特許文献１に開示されているように、コレクタミラーを冷媒によって冷却することにより、コレクタミラーの変形等を抑制することができる。しかしながら、特許文献１においては、コレクタミラーの片減りについては考慮されていないので、コレクタミラーの寿命やミラー交換の手間については、従来と変わらない。

一方、特許文献２には、パルスレーザ光を減圧された容器中に標的材料に集光することにより該標的材料をプラズマ化し、該プラズマより輻射されるＸ線を利用するＸ線発生装置、或いは、放電により標的材料をプラズマ化し、該プラズマより輻射されるＸ線を利用するＸ線発生装置において、該プラズマから輻射されたＸ線が最初に入射する光学素子又は該プラズマを含む真空容器内に置かれている光学素子が、該光学素子の回転対称軸あるいはＸ線の光軸を中心に回転する機構を具備するＸ線発生装置が開示されている。

特許文献２においては、光学素子を回転させることにより、プラズマからの飛散粒子が光学素子に対して軸対称に堆積するようにしており、それにより、光学素子から反射又は透過したＸ線の強度分布の軸対称性を維持している。しかしながら、特許文献２においては、光学素子の冷却機構については言及されていない。仮に、特許文献２に開示されているような回転機構を有する光学素子に冷却機構を設けようとしても、それらの機構を１つの光学素子においてそのまま両立させるのは困難である。

また、特許文献２においては、回転放物面ミラー（コレクタミラー）の位置を検出する変位センサが設けられており、露光中にコレクタミラーを回転している際に回転軸がずれた場合に、変位センサによって検出された位置ずれ量に基づいて、ミラー位置を補正するようにしている（段落番号００１２の第２９〜３７行）。しかしながら、この場合には、位置ずれが生じてから位置補正が完了するまでにある程度時間がかかるので、その間には露光を正確に行うことができないという問題が生じる。この問題を解決するためには、露光を一旦停止してからコレクタミラーを回転させれば良いが、コレクタミラーをできるだけ均一に消耗させるためには、回転頻度や、回転角度を決定するための一定の基準が必要となる。その理由は、そのような基準を設けることなくコレクタミラーの回転させたり、それを停止したりすると、コレクタミラーが深く損耗している領域に、偶然、イオンが強く放射されることがあり、かえってコレクタミラーの寿命を短くしてしまうからである。
特開２００４−９５９９３号公報（第１頁） 特開２００１−２６７０９６号公報（第２頁、図１）

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、ＬＰＰ型ＥＵＶ光源装置において、コレクタミラーの冷却機構と回転機構とを両立させて、コレクタミラーの寿命を伸長させることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の１つ観点に係る極端紫外光源装置用コレクタミラー装置は、ターゲット物質にレーザビームを照射して該ターゲット物質をプラズマ化することにより極端紫外光を生成する極端紫外光源装置において、極端紫外光を集光する際に用いられるコレクタミラー装置であって、極端紫外光を反射する反射面が形成されており、プラズマから放射された極端紫外光を反射して所定の方向に導くコレクタミラーと、該コレクタミラーの背面側に配置された冷却媒体用流路と、該冷却媒体用流路に冷却媒体を導入する配管と、冷却媒体用流路から冷却媒体を導出する配管とを含む冷却装置と、コレクタミラーを円周方向に回転させる回転装置と、コレクタミラーの反射面における損耗量に関連付けられた値に基づいて、回転装置によってコレクタミラーを回転させるタイミングと回転角度とを決定する制御装置とを具備する。

本発明によれば、コレクタミラーに冷却機構と回転機構との両方を設け、コレクタミラーの損耗量に関連付けられた値に基づいて、コレクタミラーを所定のタイミングで所定の角度だけ回転させるので、コレクタミラーの損耗を適切に分散させることができる。それにより、コレクタミラーの寿命を伸長することが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係る極端紫外（ＥＵＶ）光源装置用コレクタミラー装置（以下において、単に、コレクタミラー装置と言う）の構造を示す側面図である。
本実施形態に係るコレクタミラー装置は、コレクタミラー１０と、コレクタミラー固定装置１２と、冷却装置２０と、コレクタミラー回転装置３０とを含んでいる。このコレクタミラー装置の各部は、後述する制御装置の下で動作する。

コレクタミラー１０は、所定の波長（例えば、１３．５ｎｍ）を有するＥＵＶ光を選択的に反射して所定の位置に集束させる反射面１１を有している。この反射面１１には、例えば、モリブデン（Ｍｏ）及びシリコン（Ｓｉ）が交互に積層されたＭｏ／Ｓｉ多層膜が形成されている。このようなコレクタミラー１０は、コレクタミラー固定装置１２によって支持されている。

冷却装置２０は、コレクタミラー１０の背面側に設けられており、コレクタミラー１０の温度がプラズマから発生する熱によって上昇するのを抑制する。冷却装置２０には、冷却装置２０内に冷却媒体を導入するための配管２１と、冷却装置２０内から冷却媒体を導出するための配管２２とが設けられている。これらの配管２１及び２２は、コレクタミラー１０の回転に対応するため、フレキシブルな材料によって形成されている。なお、本実施形態においては、冷却媒体として水を用いている。

図２は、図１に示す一点鎖線II-IIにおける断面図であり、冷却装置２０の内部を示している。図２に示すように、冷却装置２０内には、冷却媒体を流すための流路２３が形成されている。また、冷却媒体を導入する配管２１は、流路２３の中心部に接続されており、冷却媒体を導出する配管２２は、流路２３の内の外側近く（周縁部）に接続されている。一般に、コレクタミラーにおいては、周縁部よりも中心部の方が、プラズマからの熱負荷が大きい。そのため、本実施形態においては、コレクタミラー１０の中心部も十分に冷却できるように、冷却媒体を流路２３の中心部から導入し、流路２３の周縁部に均一に拡がるようにしている。
なお、流路２３の形状は、冷却装置２０の中心部に導入された冷却媒体を周縁部に向けて、ほぼ万遍なく流すことができれば、図２に示すものに限定されない。例えば、流路をうずまき状としても良い。

図３の（ａ）は、図１に示すコレクタミラー回転装置３０の構造を示す側面図である。図３の（ａ）に示すように、本実施形態においては、回転機構として、円筒ウォーム３１及びウォームホイール３２を含むウォームギア構造を採用している。図３の（ｂ）に示すように、ウォームギア構造とは、円筒ウォーム（ねじ歯車）と、ウォームホイール（はす歯歯車）との歯同士を噛み合わせ、ウォームを回転駆動することにより、ウォームホイールを回転させる機構である。

コレクタミラー回転装置３０においてウォームギア構造を採用する場合には、次のような利点がある。即ち、回転機構をコレクタミラー装置（図１）の外周部に配置することができるので、冷却装置２０の配管２１及び２２（図２）を配置し易くなる。また、低トルクのモータを用いることができるので、コストを低減できる。さらに、バックラッシュが少ないので、高精度な位置決めをすることができる。

図４は、図３に示すコレクタミラー回転装置３０の変形例を示す側面図である。図４に示すように、コレクタミラー回転装置３０の回転軸及び回転面についてブレが少なくなるように、ガイドとしてリニアガイド４０をさらに設けても良い。ここで、リニアガイドとは、レール及びレールの溝に納められたボール等を含むガイド機構である。ボール等の転がり運動によって、コレクタミラー回転装置の回転運動をガイドするので、ほとんど「ガタ」のない回転をさせることが可能である。

図５は、図１に示すコレクタミラー装置が設置されるＥＵＶ光源装置の構成を示す模式図である。このＥＵＶ光源装置は、ＥＵＶ光の生成が行われる真空チャンバ１１０と、ターゲット供給装置１２０と、レーザ発振器１３０とを含んでいる。真空チャンバ１１０の内部には、コレクタミラー装置と、ターゲットノズル１２１と、ターゲット回収装置１２２が備えられている。なお、図５には、図１に示すコレクタミラー装置の内のコレクタミラー１０（正面図）のみが示されている。また、真空チャンバ１１０には、後述するレーザビーム２を透過させるための窓１１１が設けられている。

ターゲット供給装置１２０は、ターゲット物質をターゲットノズル１２１に供給する。ターゲット物質とは、レーザビーム２によって照射されることにより励起してプラズマ化する物質である。ターゲット物質としては、キセノン（Ｘｅ）、キセノンを主成分とする混合物、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、又は、低気圧状態でガスとなる水（Ｈ_２Ｏ）若しくはアルコール、錫（Ｓｎ）やリチウム（Ｌｉ）等の溶融金属、水又はアルコールに錫や酸化錫や銅等の微小な金属粒子を分散させたもの、水にフッ化リチウム（ＬｉＦ）や塩化リチウム（ＬｉＣｌ）を溶解させたイオン溶液等が用いられる。

ターゲット物質の状態としては、液体又は固体のいずれであっても良い。例えば、キセノンのように常温で気体のターゲット物質を液体ターゲットとして用いる場合には、ターゲット供給装置１２０は、キセノンガスを加圧及び冷却することにより液化してターゲットノズル１２１に供給する。反対に、例えば、錫のように常温で固体の物質を液体ターゲットとして用いる場合には、ターゲット供給装置１２０は、錫を加熱することによりこれを液化して、ターゲットノズル１２１に供給する。

ターゲットノズル１２１は、ターゲット供給装置１２０から供給されたターゲット物質１を噴射することにより、ターゲットジェット（噴流）やドロップレット（液滴）ターゲットを形成し、プラズマ発光点に供給する。ドロップレットターゲットを形成する場合には、所定の周波数でターゲットノズル１２１を振動させる振動機構が更に設けられる。

ターゲット回収装置１２２は、ターゲットノズル１２１に対向する位置に配置されており、レーザビーム２を照射されることなくプラズマ化しなかったターゲット物質や、プラズマ化したターゲット物質の残渣等を吸引することにより回収する。

レーザ発振器１３０は、高い繰り返し周波数でパルス発振できるレーザ光源であり、ターゲット物質に照射して励起させるためのレーザビーム２を射出する。また、レーザ発振器１３０の光路には集光レンズ１３１が配置されており、それにより、レーザ発振器１３０から射出したレーザビーム２を所定の位置（プラズマ発光点）に集光させる。なお、図５においては集光レンズ１３１を用いているが、それ以外の集光光学部品又は複数の光学部品を組み合わせることにより、集光光学系を構成しても良い。

ターゲットノズル１２１から噴射されたターゲット物質１にレーザビーム２を照射することによりプラズマ３が発生し、そこから様々な波長を有する光が放射される。この内の所定の波長成分（例えば、１３．５ｎｍ）が、コレクタミラー１０によって反射集光される。図５においては、コレクタミラー１０により、図の手前方向（プラスＺ方向）に集光される。このＥＵＶ光は、例えば、出力光学系を介して露光器に出力される。

このようなＥＵＶ光源装置において、コレクタミラー１０は真空チャンバ１１０に対して精密にアライメントされている。即ち、理想的には、コレクタミラー１０の第１の焦点（プラズマ発光点）において、ターゲット物質１に対してレーザビーム２を照射し、それによってプラズマ３から放射されたＥＵＶ光が、コレクタミラー１０の第２の焦点（集光点）に集光されるように、コレクタミラー１０の位置及び姿勢が調整される。

また、コレクタミラー１０は、プラズマ３から放出される高速イオンや中性粒子等の飛散物による損耗を均一にするために、所定のタイミングで略定期的に、所定の角度だけ回転させられる。なお、その際には、露光動作は停止される。

ここで、図６の（ａ）を参照すると、通常、プラズマ３は、コレクタミラー１０の光軸（回転体の中心軸）上に形成されるが、そこから放射されるイオンは、必ずしもこの光軸について対称に分布するわけではない。即ち、レーザの照射方向に対して依存性を有しており、一般には、レーザビーム２の入射側においてイオン放射が強くなる。そのため、図６の（ｂ）に示すように、イオンの強い放射を受けるコレクタミラー１０上の領域のみが徐々に侵食されていく。その結果、図６の（ｃ）に示すように、コレクタミラー１０は、その反射面に形成されているＭｏ／Ｓｉ多層膜の特定の領域だけが損耗する、所謂「片減り」状態となってしまう。通常、このような多層膜は数百層程度積層されており、残りの層数が数十層（例えば、３０層）以上である場合には必要な反射率を維持できる。しかしながら、図６の（ｃ）に示すように、ごく一部の領域であっても、深く損傷することにより（例えば、残りの層数が３０層未満）必要な反射率を維持できなくなると、コレクタミラー全体を交換しなくてはならない。

そこで、本実施形態においては、コレクタミラー１０を所定の頻度で所定の角度だけ回転させることにより、反射面（Ｍｏ／Ｓｉ多層膜）の損耗量を分散させている。即ち、図６の（ａ）に示すように、イオンの強い放射を受けることにより損耗領域１３ａが形成されるが、損耗領域１３ａにおける反射率が最低限の値を下回る前に（言い換えれば、多層膜の層数が、例えば３０層を下回る前に）コレクタミラー１０を回転させて、イオンの強い放射から損耗領域をずらす（損耗領域１３ｂ）。このように、コレクタミラーを所定の頻度で定期的に回転させながら使用することにより、コレクタミラー１０の反射面を少しずつ、万遍なく損耗させる。

コレクタミラー１０を回転させる際には、冷却装置２０の配管２１及び２２（図１）の取り回しを考慮して、同一の方向（例えば、＋θ方向）への回転角度を、トータルで３６０度以内とする。コレクタミラー１０をトータルで３６０度回転させた後には、回転方向を反対向き（例えば、−θ方向）に転換する。或いは、一旦、コレクタミラー１０を最初の角度（０度）に戻し、再び同じ方向に回転させるようにしても良い。それにより、冷却装置２０の配管２１及び２２を容易に取り回すことができる。
なお、コレクタミラー１０を回転させるタイミング及び１回あたりの回転角度は、後述するように、プラズマ３から放出されるイオンの分布等に基づいて決定される。

図７は、図１に示すコレクタミラー１０のアライメント機構を示す模式図である。図７に示すように、コレクタミラー装置１０〜３０は、コレクタミラー姿勢調整部１４０に固定されている。

ＥＵＶ光源制御装置１００は、ＥＵＶ光源装置の各部の動作を制御する。また、ＥＵＶ光源制御装置１００には、記憶装置１０１が備えられている。記憶装置１０１には、ＩＦイメージセンサ１７０によって予め取得された集光イメージ（ＥＵＶ光の像）等が記憶されている。

コレクタミラー姿勢調整部１４０は、ＸＹＺステージ１４１と、βステージ１４２と、θステージ１４３とを含んでいる。これらのステージ１４１〜１４３は互いに機械的に結合されていると共に、真空チャンバ１１０（図５）の外部にマウントされており、真空チャンバ１１０とはベローズ等を介して連結されている。このようにステージを設置する理由は、真空チャンバ１１０の機械的振動及び熱伝導からステージ１４１〜１４３を隔離するためである。

コレクタミラー位置制御装置１５０は、コレクタミラー１０によって反射されるＥＵＶ光が所定の位置に正確に集光するように、ステージ１４１〜１４３を介してコレクタミラー１０の位置及び向きを調整する。
また、コレクタミラー姿勢制御部１６０は、コレクタミラー１０の傾きを調整する。

ＩＦ（intermediate focus：中間集光点）イメージセンサ１７０は、例えば、ＣＣＤ等の撮像素子を含むカメラであり、ＥＵＶフィルタ１７１によって反射集光されるＥＵＶ光の集光点における像（集光イメージ）を撮像するために設けられている。後述するように、この集光イメージは、ＥＵＶ光源制御装置１００において、コレクタミラー１０のアライメント時や、ミラーを回転させるタイミングを求める際に用いられる。また、集光点の位置や、ターゲット物質１の供給方向や、レーザビーム２の照射点や、コレクタミラー１０の焦点等の予め定められている情報は、記憶装置１０１に記憶されている。なお、以下において、設計上の理想的な集光点のことを、「理想集光点」という。ＥＵＶフィルタ１７１は、所定の波長成分（例えば、１３．５ｎｍ）を選択的に透過させるフィルタであり、不要な波長成分がＩＦイメージセンサ１７０に入射するのを防いでいる。このようなＩＦイメージセンサ１７０は、アライメント以外の時には、破線で示す位置に退避させられている。

コレクタミラー変位モニタ装置１８０は、コレクタミラー１０の位置及び姿勢の変動を非接触でモニタしている。コレクタミラー１０の変位を表す検出信号は、ＥＵＶ光源制御装置１００に出力される。図７に示すように、コレクタミラー変位モニタ装置１８０は、レーザ変位計１８１と、ＣＣＤ等の撮像素子１８２と、コレクタミラーの傾きを検知するために用いられるレーザ光源１８３と、基準反射面１８４とを含んでいる。レーザ光源１８３は、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）−ネオン（Ｎｅ）レーザや、半導体レーザ等を含んでいる。また、基準反射面１８４は、コレクタミラー１０の背面に取り付けられている。レーザ変位計１８１は、コレクタミラー１０のＸＹＺ軸の位置変動を検出する。また、撮像素子１８２は、レーザ光源１８３から射出して基準反射面１８４から反射された光を検出することにより、コレクタミラー１０のθ角及びβ角の変位を検出する。

次に、図１、図５、図７、及び、図８を参照しながら、本実施形態に係るコレクタミラー装置を含むＥＵＶ光源装置の動作について説明する。
まず、図８に示すステップＳ１〜Ｓ３において、ＥＵＶ光生成動作の準備を行う。即ち、ステップＳ１において、図７に示すコレクタミラー位置制御装置１５０及びコレクタミラー姿勢制御装置１６０が、コレクタミラー変位モニタ装置１８０のモニタ結果に基づいて、コレクタミラー１０の初期アライメントを行う。次に、ステップＳ２において、冷却装置２０（図１参照）に冷却媒体（例えば、冷却水）を循環させることにより、コレクタミラー１０の冷却を開始する。そして、ステップＳ３において、図５に示すターゲット供給装置１２０を動作させることにより、ターゲットノズル１２１から真空チャンバ１１０内に向けてターゲット物質１の供給を開始する。

次に、ステップＳ４〜Ｓ８において、プラズマ発光点の位置調整を行う。即ち、工程Ｓ４において、レーザ発振器１３０を駆動し、ターゲット物質１にレーザビーム２を照射することにより、プラズマ３を生成する。次に、ステップＳ５において、ＩＦイメージセンサ１７０を理想集光点（ＥＵＶフィルタ１７１の後段）に移動させ、プラズマ３の集光イメージを取得させる。

ステップＳ６において、ＥＵＶ光源制御装置１００は、ステップＳ５において取得された集光イメージと、記憶装置１０１に予め記憶されている集光イメージとを比較することにより、プラズマ３が適正な位置において生成されているか否かを判定する。そして、位置が適正でない場合には、ステップＳ７において、コレクタミラー位置制御装置１５０及びコレクタミラー姿勢制御装置１６０により、コレクタミラー１０の位置及び傾きを補正する。このときのコレクタミラー１０の位置は、「較正されたコレクタミラーの位置」として、記憶装置１０１に記憶される。

一方、ステップＳ６における判定の結果、プラズマ３の位置が適正であった場合には、ステップＳ８において、ＥＵＶ光源制御装置１００が、ステップＳ５において取得された集光イメージを観測する。そして、集光イメージに一定以上のムラが見られる場合には、コレクタミラー１０の交換を要求する信号を出力する。なお、ＥＵＶ光源装置において、この信号に基づいて警告音やメッセージを発することにより、ミラー交換の要求をユーザに通知するようにしても良い。また、集光イメージにおけるムラ（損耗領域）が部分的であり、その領域において必要な反射率（光量）が得られている場合には、損耗領域がイオンの放射領域に重ならないように、コレクタミラーを回転させる（ステップＳ１２）。

ステップＳ８における判定の結果、集光イメージにムラがないこと、又は、コレクタミラー１０の反射面の全域において必要な反射率を得られることが確認されると、ステップＳ９において、ＥＵＶ光源制御装置１０は、ＩＦイメージセンサ１７０を退避させ、生成されたＥＵＶ光を露光器に出力させる。

この露光動作が行われている間に、ＥＵＶ制御装置１００は、「較正されたコレクタミラー位置」が維持されるように、コレクタミラー変位モニタ装置１８０から出力されたモニタ信号を取得し、その信号値とコレクタミラー１０の較正直後のモニタ信号値とを比較する。そして、それらの差分を補正するように、コレクタミラー位置制御装置１５０及びコレクタミラー姿勢制御装置１６０を動作させる。これは、プラズマ３（図５）の熱によりコレクタミラー１０の支持機構が熱変形するのを補償し、コレクタミラー１０の適正な位置及び姿勢を維持することにより、露光器における露光光のずれを最小にするためである。本実施形態におけるようにコレクタミラー１０を冷却していても、コレクタミラー１０に僅かな変形が生じれば、露光に及ぼす影響を無視できなくなるからである。それにより、コレクタミラー１０によるＥＵＶ光の集光点が、理想集光点近傍の一定の位置に維持される。

この露光動作中に、ＥＵＶ光源制御装置１００は、常に、或いは、定期的に、コレクタミラー１０を回転させるための所定の基準（ミラー回転基準）が満たされるか否かを判定している（ステップＳ１０）。この判定においては、基準として、ＥＵＶ光の照射時間の積算値や、ショット数の積算値や、生成されたＥＵＶ光エネルギーの積算値等が用いられる。これらの基準については、後で説明する。

ステップＳ１０における判定の結果、所定の基準を満たさないことにより、コレクタミラー１０を回転させる必要があると判断されると、ステップＳ１１において、ＥＵＶ光源制御装置１００は、レーザ発振器１３０（図５）の出力を停止又は弱めることにより、露光動作を中断させる。そして、ステップＳ１２において、ＥＵＶ光源制御装置１００は、コレクタミラー回転装置３０（図１）を駆動することにより、コレクタミラー１０を所定の角度だけ回転させる。この回転角度は、ターゲット物質に照射されるレーザビームの波長、プラズマ発光点におけるレーザビームの集光サイズ、その際のレーザビームの入射方向、ターゲット物質の状態及びサイズ、ターゲット物質の供給方向、ターゲット物質からコレクタミラーまでの距離、コレクタミラーの集光立体角等の要素に基づいて決定される。

コレクタミラー１０を１度に回転させる角度（以下、「回転角度」という）を決定する第１の方法としては、プラズマから放出されるイオンの分布を実験やシミュレーションにより計測し、コレクタミラー１０から見た場合に、イオンが一定以上の濃度で分布する領域がミラーの回転前と回転後とにおいて互いに重ならないように、回転角度を決定する。例えば、イオンの分布領域が、中心角を１０度とする扇形である場合には、回転角度を１０度より大きくすれば良い。イオンの分布を求めるためには、例えば、コレクタミラーの表面を模した仮想曲面を配置し、ＥＵＶプラズマを発生させた場合におけるイオン信号の分布を利用すれば良い。

或いは、回転角度を決定する第２の方法として、真空チャンバにコレクタミラーを設置し、所定の回数（例えば、レーザビームを５０Ｍ（メガ）ショット）だけプラズマを生成する。その後で、使用されたコレクタミラーを真空チャンバから一旦外し、コレクタミラーの反射面に残っているＭｏ／Ｓｉ多層膜の層数を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて測定する。そして、残存しているＭｏ／Ｓｉ多層膜が所定の層数以下である領域を損耗領域とし、回転前の損耗領域と回転後の損耗領域とが互いに重ならないようにコレクタミラー１０の回転角度を決定する。

さらに、回転角度を決定する第３の方法として、実際にＥＵＶ光を生成するのと同じ条件の下でコレクタミラーを使用することにより、反射率の低下を検出できる程度までコレクタミラーの反射面を損耗させる。このときの集光イメージを取得することにより、反射面における損耗領域を検出する。そして、回転前の損耗領域と回転後の損耗領域とが互いに重ならないように、コレクタミラー１０の回転角度を決定する。
本実施形態においては、上記の第３の方法を採用することにより、コレクタミラー１０を１回あたりに１０度回転させることとしている。

また、ステップＳ１２において、コレクタミラー１０を回転させた際には、コレクタミラー１０のトータルの回転角度が、限度角（３６０度）以内に収まっているか否かが判定される（ステップＳ１３）。先にも述べたように、本実施形態に係るコレクタミラー装置（図１）には冷却用配管２１及び２２が設けられているので、回転可能な限界が存在するからである。トータルの回転角度が３６０度を越える場合には、ステップＳ１４において、コレクタミラー１０が一旦０度（最初の回転角）付近まで戻され、そこから、再度回転させられる。或いは、トータルの回転角度が３６０度越える場合には、回転方向を反対向きにしても良い。なお、１回あたりの回転角度は、１周目と２周目以降とにおいて変更しても良いし、１周の中で変更しても良い。例えば、１周目においては、最初の回転角度を５度、２回目以降の回転角度を１０度ずつとし、２周目以降においては、損傷の深い部分を避けるように、例えば、最初から毎回１０度ずつ回転させる。

次に、ステップＳ１５において、露光を再開するか否かを決定する。さらに露光を行う場合には、再び、レーザ発振器１３０を駆動し（ステップＳ４）、ＩＦイメージセンサ１７０によって取得された集光イメージに基づいて、コレクタミラー１０の位置及び姿勢を調整する。それにより、コレクタミラー１０の回転に伴う位置ずれを補償する。

このように、本実施形態によれば、コレクタミラーに冷却装置と回転装置との両方を設けることにより、コレクタミラーの温度上昇と、コレクタミラーの片減りとを防止することができる。また、コレクタミラーを所定のタイミングで所定の角度だけ回転させながら使用することにより、反射面における損耗領域を分散させることができる。それにより、コレクタミラーにおいて必要な反射率が得られなくなるまでの時間（即ち、寿命）を引き伸ばすことができる。その結果、コレクタミラーの交換頻度が少なくなるので、コレクタミラーの材料費や交換の手間を抑えて、ランニングコストを低減することが可能になる。さらに、本実施形態においては、コレクタミラーを回転させる際に、一旦露光動作を停止させるので、露光中に露光精度が低下するのを防ぐことができる。

ここで、本実施形態においては、コレクタミラー装置の動作を、ＥＵＶ光源装置全体を制御するＥＵＶ光源制御装置１００（図７）によって制御しているが、ＥＵＶ光源装置全体とは別の制御装置をコレクタミラー装置に設けることにより、その動作を制御しても良い。この場合には、コレクタミラー装置用の制御装置が、図８のステップＳ１０〜Ｓ１５に示す制御を行う。

次に、本実施形態に係るコレクタミラー装置が備えられたＥＵＶ光源源装置において、コレクタミラーを回転するタイミングを判断する基準（ミラー回転基準）について説明する。ミラーを回転させるタイミングは、次の（１）〜（５）の方法、又は、それらを組み合わせた方法によって決定される。

（１）ミラー回転基準として、照射時間の積算値を用いる方法
生成されたＥＵＶ光によってコレクタミラーが照射された時間の積算値が所定値を超えた場合に、コレクタミラー１０を回転させる。この照射時間は、次式によって求められる。
照射時間＝（ＥＵＶ光の発光信号がオンになっていた継続時間）
−（エラー等により、実際には発光していなかった時間）
図７に示すＥＵＶ光源制御装置１００は、この照射時間を積算し、その積算値がシミュレーションや実験等によって予め取得された値を超えた場合に、ミラー回転信号を出力し、レーザ発振器１３０の出力を停止又は弱めることにより露光動作を中断させて、コレクタミラー回転装置３０を駆動する。

（２）ミラー回転基準として、ショット数を用いる方法
ショット数の積算値を求め、この積算値が所定値を超えた場合にコレクタミラーを回転させる。
図９は、ＥＵＶ光源装置において、ショット数の積算値を求める際に用いられるＥＵＶ光源装置の構成を示す模式図である。図９に示すように、この場合には、図７に示す構成に対して、ＥＵＶ光を検出するＥＵＶ発光モニタ２００が追加される。このＥＵＶ発光モニタ２００は、コレクタミラー１０周辺のＥＵＶ光放射領域内に設置される。また、ＥＵＶ光源制御装置１００には、ＥＵＶ発光モニタ２００から出力される検出信号に基づいてショット数をカウントするための積算回路が設けられている。

ミラー回転基準を求める際には、ショット数を積算しながらＥＵＶ光の生成及び露光を行う。そして、露光の合間に間欠的にＩＦイメージセンサ１７０を集光点付近に配置して、ＩＦイメージセンサ１７０によって取得された集光イメージを観察し、コレクタミラーを回転させる必要があるほどの損耗が認められた場合に、そのときのショット数の積算値をミラー回転基準値とする。

また、コレクタミラーを回転させた後で、通常の露光動作を再開すると、ＥＵＶ光源制御装置１００は、その直後からショット数の積算を開始する。そして、ショット数の積算値が予め取得されたミラー回転基準値以上になった場合に、ＥＵＶ光源制御装置１００はミラー回転信号を出力し、レーザ発振器１３０の出力を停止又は弱めることにより露光動作を中断させて、コレクタミラー回転装置３０を駆動する。

（３）ミラー回転基準としてＥＵＶエネルギーの積算値を用いる方法
生成されたＥＵＶ光のエネルギー積算値が所定値を超えた場合に、コレクタミラーを回転させる。
図１０は、ＥＵＶ光源装置において、ＥＵＶエネルギーの積算値を求める際に用いられるＥＵＶ光源装置の構成を示す模式図である。図１０に示すように、この場合には、図７に示す構成に対して、ＥＵＶエネルギーを検出するＥＵＶエネルギーモニタ２１０が追加される。また、ＥＵＶ光源制御装置１００には、ＥＵＶエネルギーモニタ２１０から出力される検出信号に基づいてＥＵＶエネルギーの積算値を算出するための積算回路が設けられている。

ミラー回転基準を求める際には、ＥＵＶエネルギーを積算しながらＥＵＶ光源の生成及び露光を行う。そして、露光の合間に間欠的にＩＦイメージセンサ１７０を集光点付近に配置して、ＩＦイメージセンサ１７０によって取得された集光イメージを観察し、コレクタミラー１０を回転させる必要があるほどの損耗が認められた場合に、そのときのＥＵＶエネルギーの積算値をミラー回転基準値とする。

また、コレクタミラーを回転させた後で、通常の露光動作を再開すると、ＥＵＶ光源制御装置１００は、その直後からＥＵＶエネルギーの積算を開始する。そして、その積算値がミラー回転基準値以上になった場合に、ＥＵＶ光源制御装置１００はミラー回転信号を出力し、レーザ発振器１３０の出力を停止又は弱めることにより露光動作を中断させて、コレクタミラー回転装置３０を駆動する。

（４）ミラー回転基準としてコレクタミラーの損耗量の積算値を用いる方法
コレクタミラー反射面の損耗量（損耗した厚さ）の総量が所定値を超えた場合に、コレクタミラー１０を回転させる。コレクタミラーの損耗量を求めるためには、(i)コレクタミラーの表面を直接モニタする方法、又は、(ii)ダミーのコレクタミラーをモニタする方法が用いられる。

(i)コレクタミラーの表面を直接モニタする方法
図１１は、コレクタミラーの損耗量を検出する装置の構成例を示している。この装置は、コレクタミラー１０の反射面に光を照射する参照光投光器２２１と、コレクタミラー１０の反射面から反射された光を受光する参照光受光器２２２とを含んでいる。参照光投光器２２１は、例えば、単波長光を射出するレーザ光源であり、ＥＵＶ光源制御装置１００（図７参照）の制御の下で、コレクタミラー１０の反射面を２次元的に照射する。一方、参照光受光器２２２は、受光面に偏光フィルタが配置された撮像素子（例えば、ＣＣＤ）であり、コレクタミラー１０からの反射光を受光することにより検出信号を生成して、ＥＵＶ光源制御装置１００に出力する。ＥＵＶ光源制御装置１００は、この検出信号に基づいて干渉縞画像を生成し、それによって得られたコレクタミラー１０の反射面の凹凸情報に基づいて、コレクタミラー１０における損耗量を求める。

この方法(i)の変形例として、参照光投光器２２１から細く絞られたレーザビームを射出し、ＥＵＶ光源制御装置１００の制御の下で、コレクタミラー１０の反射面を２次元的に走査するようにしても良い。この場合には、参照光受光器２２２として、フォトダイオード等の簡単な装置を用いることができる。

(ii)ダミーのコレクタミラーをモニタする方法
図１２は、ダミーのコレクタミラーの損耗量を検出する装置の構成例を示している。この場合には、ダミーのコレクタミラー２３１と、ダミーのコレクタミラー２３１の反射面に光を照射する参照光投光器２３２と、ダミーのコレクタミラー２３１の反射面から反射された光を受光する参照光受光器２３３とが用いられる。

ダミーのコレクタミラー１０は、コレクタミラー１０の近傍に設置されており、プラズマからの発生する熱による温度上昇を抑制するために、コレクタミラー１０と同様の冷却機構が設けられている。ダミーのコレクタミラー２３１は、コレクタミラー１０と同じ材料によって形成されていても良いし、コレクタミラー１０とは異なる材料に、コレクタミラー１０の反射面と同じＭｏ／Ｓｉ多層膜を形成したものであっても良い。いずれにしても、ダミーのコレクタミラー２３１の損耗量と、コレクタミラー１０の損耗量とが関連付けられていれば良い。従って、両者の関連を予め取得することができれば、コレクタミラー１０とは異なる材料（例えば、Ｓｉ基板）をダミーのコレクタミラー２３１として用いても良い。

参照光投光器２３２は、例えば、単波長光を射出するレーザ光源であり、ＥＵＶ光源制御装置１００の制御の下で、ダミーのコレクタミラー２３１の反射面を２次元的に照射する。一方、参照光受光器２３３は、受光面に偏光フィルタが配置されたＣＣＤ等の撮像素子であり、ダミーのコレクタミラー２３１からの反射光を受光することにより検出信号を生成し、ＥＵＶ光源制御装置１００に出力する。ＥＵＶ光源制御装置１００は、この検出信号に基づいて干渉縞画像を生成し、ダミーコレクタミラー２３１の反射面の凹凸情報に基づいて反射面の損耗量を求め、さらに、この損耗量をコレクタミラー１０における損耗量に換算する。

（５）ミラー回転基準としてコレクタミラーの反射率を用いる方法
コレクタミラーの反射率が所定の値を下回った場合に、コレクタミラー１０を回転させる。コレクタミラーの反射率を求めるためには、(i)コレクタミラーの表面を直接モニタする方法、又は、(ii)ダミーのコレクタミラーをモニタする方法が用いられる。

(i)コレクタミラーの表面を直接モニタする方法
まず、損耗していないコレクタミラーにおける反射率を予め求めておく。例えば、図９に示す構成において、ＥＵＶ発光モニタ２００によって検出された直接光の光量と、ＩＦイメージセンサ１７０によって検出された反射光の光量との関係を取得し、それらの値に基づいて反射率Ａを算出する。ミラーを回転させるタイミングを判断する際には、ＩＦイメージセンサ１７０を随時観察位置に配置し、ＥＵＶ光の集光イメージから光量を測定し、一方で、そのときのＥＵＶ発光モニタ２００による直接光の光量も測定する。そして、それらの値に基づいて反射率Ｂを算出し、当初の反射率Ａと比較する。その結果、反射率Ｂが所定の値より下回っていた場合、例えば、反射率Ａの５０％より小さい場合に、ＥＵＶ光源制御装置１００は、ミラー回転信号を出力する。

(ii)ダミーコレクタミラーをモニタする方法
コレクタミラーの近傍に、コレクタミラーと同じ材料によって形成されたダミーのコレクタミラーを配置し、ＥＵＶ発光モニタ２００やＩＦイメージセンサ１７０等を用いてダミーのコレクタミラーの反射率を測定する。測定方法の詳細については、上記(i)と同様である。ダミーのコレクタミラーを用いる場合には、ＩＦイメージセンサによってＥＵＶ光の光路が遮られることがないので、露光中においてもモニタすることができる。

ここで、ミラー回転基準として用いられる（４）コレクタミラーの損耗量、及び、（５）コレクタミラーの反射率は、コレクタミラーを回転させる角度を決定するために用いても良い。例えば、コレクタミラーの損耗量が所定の値よりも多い領域や、コレクタミラーの反射率が所定の値よりも低い領域を損耗領域とし、この損耗領域とプラズマからのイオンの放射領域とが重ならないように、コレクタミラーの回転角度を決定する。

以上説明したように、コレクタミラーの損耗量に関連付けられた値に基づいて、コレクタミラーを回転させるタイミング及び１回あたりの回転角度を決定することにより、コレクタミラーの反射面における損耗を比較的高い精度で均一にすることができるので、コレクタミラーの寿命を大幅に向上させることができる。

本発明は、ＬＰＰ方式の極端紫外光源装置、及び、そのような極端紫外光源装においてＥＵＶ光を集光する際に用いられるコレクタミラー装置において利用することが可能である。

本発明の一実施形態に係るコレクタミラー装置を示す図である。 図１に示す冷却装置の内部を示す断面図である。 図１に示すコレクタミラー回転装置の構造を示す図である。 コレクタミラー回転装置の変形例を示す側面図である。 ＥＵＶ光源装置の構成を示す模式図である。 プラズマから放出されるイオンの分布とコレクタミラーの損耗領域とを示す図である。 図１に示すコレクタミラー装置の姿勢を調整する機構を示す模式図である。 図１に示すコレクタミラー装置を含むＥＵＶ光源装置の動作を示すフローチャートである。 ミラー回転基準としてショット数を用いる方法を説明するための図である。 ミラー回転基準としてＥＵＶエネルギーの積算値を用いる方法を説明するための図である。 ミラー回転基準としてコレクタミラーの損耗量の積算値を、コレクタミラーを直接モニタして求める方法を説明するための図である。 ミラー回転基準としてコレクタミラーの損耗量の積算値を、ダミーのコレクタミラーをモニタして求める方法を説明するための図である。

符号の説明

１…ターゲット物質、２…レーザビーム、３…プラズマ、１０…コレクタミラー、１１…反射面、１２…コレクタミラー固定装置、１３ａ、１３ｂ…損耗領域、２０…冷却装置、２１、２２…配管、２３…流路、３０…コレクタミラー回転装置、３１…円筒ウォーム、３２…ウォームホイール、４０…リニアガイド、１００…ＥＵＶ光源制御装置、１０１…記憶装置、１１０…真空チャンバ、１１１…窓、１２０…ターゲット供給装置、１２１…ターゲットノズル、１２２…ターゲット回収装置、１３０…レーザ発振器、１３１…集光レンズ、１４０…コレクタミラー姿勢調整部、１４１…ＸＹＺステージ、１４２…βステージ、１４３…θステージ、１５０…コレクタミラー位置制御装置、１６０…コレクタミラー姿勢制御装置、１７０…ＩＦイメージセンサ、１７１…ＥＵＶフィルタ、１８０…コレクタミラー変位モニタ装置、１８１…レーザ変位計、１８２…撮像素子、１８３…レーザ光源、１８４…基準反射面、２００…ＥＵＶ発光モニタ、２１０…ＥＵＶエネルギーモニタ、２２１、２３２…参照用投光器、２２２、２３３…参照用受光器、２３１…ダミーのコレクタミラー

Claims (7)

1. ターゲット物質にレーザビームを照射して前記ターゲット物質をプラズマ化することにより極端紫外光を生成する極端紫外光源装置において、極端紫外光を集光する際に用いられるコレクタミラー装置であって、
   極端紫外光を反射する反射面が形成されており、プラズマから放射された極端紫外光を反射して所定の方向に導くコレクタミラーと、
   前記コレクタミラーの背面側に配置された冷却媒体用流路と、前記冷却媒体用流路に冷却媒体を導入する配管と、前記冷却媒体用流路から冷却媒体を導出する配管とを含む冷却装置と、
   前記コレクタミラーを円周方向に回転させる回転装置と、
   前記コレクタミラーの反射面における損耗量に関連付けられた値に基づいて、前記回転装置によって前記コレクタミラーを回転させるタイミングと回転角度とを決定する制御装置と、
   を具備する前記コレクタミラー装置。
2. プラズマから放射される極端紫外光の発光時間、又は、プラズマを発生させる回数、又は、生成される極端紫外光のエネルギーを観測するモニタ装置をさらに具備し、
   前記制御装置が、前記モニタ装置による観測結果に基づいて、プラズマから放射される極端紫外光の発光時間の積算値、又は、プラズマを発生させる回数の積算値、又は、極端紫外光のエネルギーの積算値を求め、該積算値に基づいて、前記回転装置によって前記コレクタミラーを回転させるタイミングと回転角度とを決定する、請求項１記載のコレクタミラー装置。
3. 前記コレクタミラーの損耗量を計測する計測装置をさらに具備し、
   前記制御装置が、前記計測装置による計測結果に基づいて、前記回転装置によって前記コレクタミラーを回転させるタイミングと回転角度とを決定する、請求項１記載のコレクタミラー装置。
4. 前記計測装置が、前記コレクタミラーの反射面に参照光を照射する投光器と、前記反射面によって反射された参照光の反射光を、偏光素子を介して受光する受光器とを含む、請求項３記載のコレクタミラー装置。
5. ターゲット物質にレーザビームを照射して前記ターゲット物質をプラズマ化することにより極端紫外光を生成する極端紫外光源装置であって、
   ターゲット物質を供給する手段と、
   前記ターゲット物質に照射されるレーザビームを射出するレーザ光源と、
   請求項１〜４のいずれか１項記載のコレクタミラー装置と、
   を具備する前記極端紫外光源装置。
6. 前記制御装置が、前記回転装置が前記コレクタミラーを回転させる際に、前記レーザ光源の出力を停止させる、請求項５記載の極端紫外光源装置。
7. 前記コレクタミラーの位置及び姿勢を調整する調整装置をさらに具備し、
   前記制御装置が、前記回転装置によって前記コレクタミラーを回転させた後で、前記調整装置によって前記コレクタミラーの位置及び姿勢を調整させる、請求項５又は６記載の極端光源装置。