JP2009537943A - Ｅｕｖランプおよび／または軟ｘ線ランプおよび対応する装置の変換効率を高める方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、放電スペース内の蒸発した液体材料によって形成されるガス状媒体内で、ＥＵＶ放射線および／または軟Ｘ線を放出する放電プラズマ（８）が発生され、液体材料は、放電スペース内の表面に設けられており、エネルギービーム（９）によって少なくとも一部が蒸発されるようになっている、ＥＵＶおよび／または軟Ｘ線ランプの変換効率を高める方法に関する。本発明は、ＥＵＶ放射線および／または軟Ｘ線を発生するための対応する装置にも関する。この方法では、前記液体材料の化学元素よりも質量数が小さい化学元素から構成されたガス（１１）が、指向された状態で放電スペースへ、および／または放電スペースへの供給路上の液体材料へ、少なくとも１つのノズル（１０）を介して局所的に供給され、放電スペース内の蒸発した液体材料の密度を低下させる。本方法および対応する装置によりランプの変換効率が高められる。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電スペース内の蒸発した液体材料によって形成されるガス状媒体内で、ＥＵＶ放射線および／または軟Ｘ線を放出する放電プラズマが発生され、前記液体材料は、前記放電スペース内の表面に供給されエネルギービームによって少なくとも一部が蒸発されるようになっている、極紫外線（ＥＵＶ）ランプおよび／または軟Ｘ線ランプの変換効率を高める方法に関する。本発明は、少なくとも２つの電極の間の放電スペース内のガス状媒体内でプラズマを発生できるように、互いに所定の距離に配置された少なくとも２つの電極と、前記放電スペース内の表面に液体材料を供給するためのデバイスと、前記表面にエネルギービームを向け、前記供給した液体材料を少なくとも部分的に蒸発させ、よって前記ガス状媒体を発生するようになっているエネルギービームデバイスとを備える、電気的に励起される放電によりＥＵＶ放射線および／または軟Ｘ線を発生するための装置にも関する。

ＥＵＶ放射線および／または軟Ｘ線を放出する放射線源は、特にＥＵＶリソグラフィの分野で必要とされている。放射線は、パルス状電流によって発生された高温プラズマから放出される。現在まで知られている最も強力なＥＵＶランプは、金属蒸気と共に作動され必要なプラズマを発生する。かかるＥＵＶランプの一例は、国際特許出願第WO2005/025280A2号に示されている。この公知のＥＵＶランプでは、電極間の放電スペース内の表面に供給された溶融金属から金属蒸気が発生され、この金属蒸気の少なくとも一部は、エネルギービーム、特にレーザービームによって蒸発される。このＥＵＶランプの好ましい実施例では、２つの電極が回転自在に取り付けられ、ランプの作動中に回転する電極ホイールを形成する。これら電極ホイールは、回転中、溶融金属を有する容器内に浸漬する。電極のうちの一方の表面には直接パルス状レーザービームが向けられ、供給された溶融金属から金属蒸気を発生させ、電気放電を点弧するようになっている。金属蒸気は、約１０ｋＡまでのいくらかのｋＡの電流により加熱されるので、所望するイオン化ステージが励起され、所望する波長の放射線が放出される。

公知のＥＵＶランプおよび／または軟Ｘ線ランプの共通する問題は、所望する狭いバンド幅のＥＵＶ放射線および／または軟Ｘ線への供給された電気エネルギーの変換効率が低いことである。特に半導体業界の光リソグラフィの分野では、２％のバンド幅内の約１３.５ｎｍのＥＵＶ放射線が必要とされている。

本発明の目的は、ＥＵＶランプおよび／または軟Ｘ線ランプの変換効率を高める方法だけでなく、高い変換効率でＥＵＶ放射線および／または軟Ｘ放射線を発生するための装置またはランプを提供することにある。

この目的は、請求項１の方法および６の装置により達成され、これら方法および装置の有利な実施例は、従属請求項の要旨であり、発明を実施できるよう、次の説明および例で更に説明する。

本方法では、放電スペース内の蒸発した液体材料によって形成されるガス状媒体内で、ＥＵＶ放射線および／または軟Ｘ線を放出する放電プラズマが発生され、前記液体材料は、前記放電スペース内の表面に設けられており、エネルギービームによって少なくとも一部が蒸発されるようになっている。この方法は、前記液体材料の化学元素よりも質量数が小さい化学元素から構成されたガスが、指向された状態で前記放電スペースへ、および／または前記放電スペースへの供給路上の前記液体材料へ、少なくとも１つのノズルを介して局所的に供給され、前記放電スペース内の前記蒸発した液体材料の密度を低下させることを特徴とする。

蒸発した液体材料（好ましくは溶融金属）の密度の低下に起因し、極めて多くは放射線を発生しない元素を使用することによって、ＥＵＶおよび／または軟Ｘ線ランプの効率を高めることができる。次にこれについて、液体材料（フューエルとも称される）として溶融錫を例にして説明する。ＥＵＶランプ内のフューエルとして錫を使用する場合、２％のバンド幅内の約１３.５ｎｍのＥＵＶ放射線を発生できる。しかしながら、この錫蒸気のプラズマの全放出スペクトルは、１０⁶本のオーダーのスペクトル線から成る。従って、プラズマは所望するＥＵＶ放射線の発生に寄与しない波長レンジ内でも放射線を放出する。更に、発生される放射線のかなりの部分は、プラズマから離脱せず、プラズマ内部に吸収される。この結果、ＥＵＶ放射線を収集または偏向する共通光学的要素によって使用できるバンド幅外におけるより長い波長の放射線が相対的に大きく寄与する。しかしながら、本発明の方法によりガスを加えることで、フューエルの一部は供給ガスのより軽い元素に置換される。このことは、フューエルによるＥＵＶ放射線の吸収を低下させるので、プラズマの効率が高まる。このように、プラズマの全放射線損失量を低減でき、この結果、プラズマの温度がより高温となる。プラズマがより高温になることにより、ＥＵＶランプおよび／または軟Ｘ線ランプに必要とされるような、より短い波長でより多くの放射線が発生されることになる。

しかしながら、ＥＵＶランプの真空チャンバ全体に追加ガスを供給することはできない。その理由は、例えば好ましいガスとしての酸素は、ランプの高価な光学系の寿命を大幅に短くしてしまうからである。この問題を解消するために、本方法によれば、放電スペースへ、および／または放電スペースへの供給路上の液体材料へ、少なくとも１つのノズルを介して指向された状態で局所的にのみガスを供給する。放電スペース近傍にガスをこのように局所的に加えることにより、ランプの光学的部品へ、より多量のこのガスが拡散されることを防止できる。それにも係わらず、供給ガスはプラズマ内のフューエルの密度を低下させるので、この結果、ランプの変換効率はより高くなる。放電スペースへガスを直接供給するか、または液体材料によりガスが放電スペースへ運ばれるように液体材料にガスを供給するための、ノズルを配置することができる。後者のケースでは、ガスは液体材料に溶解されるか、または液体材料に結合するように選択される。

更に、所望する波長レンジで変換効率が所望するように高くなるよう、ＥＵＶおよび／または軟Ｘ線放出のための所望する波長レンジに基づき、ガスおよび液体材料（フューエル）が更に選択される。このことは、ランプの変換効率を高めるには異なる波長レンジに対し、フューエルとガスの異なる組み合わせを使用しなければならないことを意味する。基本的には、元素の周期律表の第１列から第３列のガスを使用できる。

提案する装置は、少なくとも２つの電極の間の放電スペース内のガス状媒体内でプラズマを発生できるように、互いに所定の距離に配置された少なくとも２つの電極と、前記放電スペース内の表面に液体材料を供給するためのデバイスと、前記表面にエネルギービームを向け、前記供給した液体材料を少なくとも部分的に蒸発させ、よって前記ガス状媒体を発生するようになっているエネルギービームデバイスとを備える。この装置は、前記放電スペースへ、および／または前記放電スペースへの供給路上の前記液体材料へ、指向状態で前記ガスを局所的に供給し、よって前記放電スペース内の蒸発した液体材料の密度を低下させるよう、ガスを供給するための少なくとも１つのノズルが前記装置内に配置されていることを特徴とする。

本装置および本方法の好ましい実施例において、本明細書で参考例として援用する国際特許出願第WO2005/025280A2号に開示されているような装置が使用され、この装置には、ガスを供給するための１つまたは数個のノズルが設けられる。

詳細な説明および請求の範囲における、「含む」または「備える」なる単語の使用は、他の要素またはステップが存在することを排除するものではなく、「１つの」または「ある」なる単語の使用は、複数の要素またはステップが存在することを排除するものではない。請求項に記載した参照符号は、これら請求項の範囲を限定するものと見なしてはならない。

以下、添付図面を参照し、本方法および装置の一例について説明するが、これら例は請求項の範囲を限定するものと見なしてはならない。

添付図面は、ここに提案するランプの一部を略図で示し、本方法の原理も示している。このＥＵＶランプは、真空チャンバ内に配置された２つの電極１、２を備え、ディスク状のこれら電極１、２は、回転自在に取り付けられている。すなわちこれら電極は、ランプの作動中に回転軸線３を中心として回転される。回転中、これら電極１、２は、対応する容器４、５内に部分的に浸漬する。これら容器４、５の各々は、溶融金属６（本ケースでは液体錫）を収容する。この溶融金属６は、約３００℃（すなわち錫の２３０℃の溶融点よりも若干高い温度）に維持されている。容器４、５内の溶融金属は、これら容器に接続された加熱装置または冷却装置（図には示されず）により、上記作動温度に維持される。回転中、電極１、２の表面は、液体金属膜がこれら電極の上に形成されるよう、液体金属によって湿潤化される。電極上の液体金属の膜厚は、スキマー（図には示されず）により制御できる。電極への電流は溶融金属６を介して供給され、溶融金属６は、絶縁されたフィードスルーを介し、コンデンサバンク７に接続されている。

図に示されるように、２つの電極の間の最も狭いポイントにおいて、これら電極１、２のうちの１つにレーザーパルス９が合焦される。この結果、電極１、２上の金属膜の一部が蒸発し、電極ギャップを架橋する。これにより、このポイントで破壊的な放電およびコンデンサバンク７からの極めて大きい電流が生じる。この電流は、金属蒸気またはフューエルを、かかる高温まで加熱するので、蒸気またはフューエルはイオン化し、２つの電極１、２の間の放電スペース内のピンチプラズマ８内に、所望するＥＵＶ放射線を放出する。

錫よりも質量数が少ない化学元素から構成されたガス１１を、電極１の表面上の液体錫の薄膜に供給するよう、第１電極１に近接して小さいノズル１０が配置されている。本例では、供給ガスは酸素であり、この酸素は電極ホイール上の錫を酸化し、ピンチ内でなくなる。このようにランプの全酸素装填量は少なく、酸化錫のみが電極上に生成される。本例では１つのノズル１０のみが示されているが、同じように第１電極１および第２電極２に近接して第２のまたはそれ以上のノズルを配置することもできる。ノズル１０は、電極ホイールの表面の極めて近く、例えば１０ｍｍ以下の距離に設置されており、ランプの他の部品に酸素が拡散することを防止している。

第１に実験によれば、作動中の少量の酸素を添加すると、このランプの変換効率は２.０％から２.３％に増加することが分かった。

本発明に係わるＥＵＶランプの略図を示す。

符号の説明

１ 第１電極
２ 第２電極
３ 回転軸線
４ 第１容器
５ 第２容器
６ 溶融錫
７ コンデンサバンク
８ ピンチプラズマ
９ レーザーパルス
１０ ガスノズル
１１ ガス

Claims (9)

1. 放電スペース内の蒸発した液体材料によって形成されるガス状媒体内で、ＥＵＶ放射線および／または軟Ｘ線を放出する放電プラズマ（８）が発生され、前記液体材料が、前記放電スペースの表面に供給されエネルギービーム（９）によって少なくとも一部が蒸発されるようになっている、ＥＵＶランプおよび／または軟Ｘ線ランプの変換効率を高める方法において、
   前記液体材料の化学元素よりも質量数が小さい化学元素から構成されたガス（１１）を、指向された状態で前記放電スペースへ、および／または前記放電スペースへの供給路上の前記液体材料へ、少なくとも１つのノズル（１０）を介して局所的に供給し、前記放電スペース内の前記蒸発した液体材料の密度を低下させることを特徴とする、ＥＵＶランプおよび／または軟Ｘ線ランプの変換効率を高める方法。
2. 前記液体材料は、少なくとも１つのレーザーパルスによって蒸発されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記液体材料は、溶融金属、特に溶融錫であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記ガス（１１）は、酸素であることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 少なくとも１つの回転ホイールにより、前記放電スペースに前記液体材料が供給され、前記液体材料によって被覆された前記ホイールの表面に、指向された状態で前記ガス（１１）を供給するように前記少なくとも１つのノズル（１０）が配置されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 少なくとも２つの電極（１、２）の間の放電スペース内のガス状媒体内でプラズマ（８）を発生できるように、互いに所定の距離に配置された少なくとも２つの電極（１、２）と、前記放電スペースの表面に液体材料を供給するためのデバイスと、前記表面にエネルギービーム（９）を向け、前記供給された液体材料を少なくとも部分的に蒸発させ、よって前記ガス状媒体を発生するようになっているエネルギービームデバイスと、を備える、電気的に励起される放電によりＥＵＶ放射線および／または軟Ｘ線を発生するための装置において、
   前記放電スペースへ、および／または前記放電スペースへの供給路上の前記液体材料へ、指向された状態で前記ガス（１１）を局所的に供給し、よって前記放電スペース内の蒸発した液体材料の密度を低下させるよう、ガス（１１）を供給するための少なくとも１つのノズル（１０）が前記装置内に配置されていることを特徴とする、ＥＵＶ放射線および／または軟Ｘ線を発生するための装置。
7. 液体材料を供給するための前記デバイスは、前記電極（１、２）の表面に液体材料を供給するようになっていることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 前記電極（１、２）は、作動中回転され得る回転自在なホイールとして構成されていることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. 前記電極（１、２）は、回転中、前記液体材料を収容する容器（４、５）内に浸漬することを特徴とする、請求項８に記載の装置。

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