JP2010080362A - 極端紫外光光源装置および極端紫外光発生方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】放電電極上の高温プラズマ原料21に第1のエネルギービーム23を照射して気化させる。気化した原料が対向する電極に到達し放電が開始するまでの間に、第2のエネルギービーム24を再び高温プラズマ原料21に照射する。放電により第2のエネルギービーム24照射によって発生した密度の高い原料ガスが圧縮加熱されるため、ピンチの効率が高まり、高い変換効率のEUV光放射が得られる。第2のエネルギービーム24を野照射のタイミングを適宜設定することにより、原料ガスの密度を適切な状態にすることができる。
【選択図】 図1
Description
EUV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放射種の加熱励起により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。
LPP方式EUV光源装置は、固体、液体、気体等のターゲットをパルスレーザで照射して発生する高温プラズマからのEUV放射光を利用する。一方、DPP方式EUV光源装置は、電流駆動によって生成した高温プラズマからのEUV放射光を利用する。
上記した両方式のEUV光源装置において、波長13.5nmのEUV光を放出する放射種、すなわち、EUV発生用高温プラズマ原料として、現在10価前後のXe(キセノン)イオンが知られているが、より強い放射強度を得るための高温プラズマ原料としてLi(リチウム)イオンとSn(錫)イオンが注目されている。例えば、Snは、高温プラズマを発生させるための入力エネルギーに対する波長13.5nmのEUV光放射強度の比である変換効率がXeより数倍大きい。
DPP方式では、例えば内部に電極が配置された放電容器内をガス状の高温プラズマ原料雰囲気とし、当該雰囲気中の電極間において放電を発生させて初期プラズマを生成する。初期プラズマにおけるイオン密度は、例えば、1016cm−3程度、電子温度は、例えば、1eV以下程度である。
ここで、放電により電極間を流れる直流電流の自己磁場の作用により、上記した初期プラズマは収縮される。これにより初期プラズマの密度は高くなり、プラズマ温度が急激に上昇する。このような作用を、以下ピンチ効果と称する。ピンチ効果による加熱によって、高温となったプラズマのイオン密度は1017〜1020cm−3、電子温度は20〜30eV程度に到達し、この高温プラズマからEUV光が放射される。
14,16は円盤状の電極であり、所定の圧力に調整された放電空間12内に配置される。電極14および16は予め定義された領域18において、所定間隔だけ互いに離間しており、46を回転軸として回転する。
24は、波長13.5nmのEUV光を放射する高温プラズマ用原料である。高温プラズマ原料24は、加熱された溶融金属(metal melt)であり、コンテナ26に収容される。溶解金属24の温度は、コンテナ26内に設けられた温度調整手段30により調整される。
上記電極14,16は、その一部が溶融金属24を収容するコンテナ26の中に浸されるように配置される。電極14,16の表面上に乗った液体状の溶融金属24は、電極14,16が回転することにより、上記領域18の表面に輸送される。上記領域18の表面に輸送された溶解金属24に対して(すなわち、上記領域18において、所定間隔だけ互いに離間した電極14、16の表面に存在する溶解金属24に対して)、図示を省略したレーザ源よりレーザ20が照射される。レーザ20が照射された溶解金属24は気化する。
すなわち、上記した特許文献1に記載されているLAGDPP方式では、固体や液体等のターゲット(高温プラズマ原料)に対してレーザを照射し、原料を気化してガス状の高温プラズマ原料雰囲気(初期プラズマ)を生成する。DPP方式同様、初期プラズマにおけるイオン密度は、例えば、1016cm−3程度、電子温度は、例えば、1eV以下程度である。その後、放電電流駆動による加熱によって、高温となったプラズマのイオン密度は1017〜1020cm−3、電子温度は20〜30eV程度に到達し、この高温プラズマからEUVが放射される。すなわち、この特許文献1に記載されているLAGDPP方式における放電電流駆動による加熱は、DPP方式と同様、ピンチ効果が利用されている
本方式によれば、常温では固体であるSnやLiを放電が発生する放電領域の近傍で気化させることが容易になる。すなわち、放電領域に効率よく気化したSnやLiを供給できるので、放電後、効果的に波長13.5nmのEUV放射を取り出すことが可能となる。
(1) 常に新しいEUV発生種の高温プラズマ原料である固体または液体状の高温プラズマ原料を放電領域に供給することができる。
(2) 電極表面における、レーザが照射される位置、高温プラズマが発生する位置(放電部の位置)が常に変化するので、電極の熱負荷が低減し、消耗を防ぐことができる。
すなわち、放電が開始したとしても、例えば、放電領域に供給されたプラズマ原料のガスの密度が1016cm−3よりも低いと、放電により生成したプラズマから波長13.5nmのEUV光が発生しない。
対向して配置された一対の放電電極と、放電電極にパルス電力を供給するパルス電力供給手段と、放電電極に極端紫外光を放射させるための液体または固体の原料を電極に上に供給する原料供給手段と、放電電極上に供給された原料に対しエネルギービームを照射し、この原料を気化させて放電電極間で放電を開始させるエネルギービーム手段とを備えた極端紫外光光源装置において、エネルギービーム手段は、放電電極上に供給された原料に対し第1のエネルギービームを照射し、この原料を気化させて電極間に放電を開始させる第1のエネルギービーム手段と、第1のエネルギービームの照射後、一対の放電電極間で放電が開始するまでの間に、第1のエネルギービームを照射した領域の原料に対して第2のエネルギービームを照射し、さらに原料を気化させる第2のエネルギービーム照射手段とを備える。
(3)上記(1)(2)において、第2のエネルギービームの照射は、第1のエネルギービーム照射後、300ナノ秒以内に行う。
(4)上記(1)(2)における極端紫外光発生方法であって、極端紫外光を放射させるための液体または固体の原料が塗布された一対の放電電極にパルス電力を供給する第1の工程と、パルス電力が供給された電極の表面の上記原料に対して、第1のエネルギービームを照射し、この原料を気化させる第2の工程と、第1のエネルギービームの照射後、放電電極間で放電が開始する前に、第1のエネルギービームを照射した領域の原料に対して第2のエネルギービームを照射し、さらに原料を気化させる第3の工程とを備える。
(5)上記(3)において、第3の工程は、第2の工程の後、300ナノ秒以内に行う
放電電極間の放電は、第1のエネルギービームの照射により気化した原料により開始されるが、第1のエネルギービームを照射した後、放電電極間で放電が開始するまでの間に、第1のエネルギービームを照射した同じ領域に第2のエネルギービームを照射することにより、放電領域に密度の高いプラズマ原料のガスを供給することができる。
また、第2のエネルギービームの照射のタイミングを適宜設定することにより、放電領域に供給するプラズマ原料のガスの密度を、EUV放射に好適なものに制御することができる。
これにより効率のよいEUV放射を得ることができる。
図1、図2に、本発明の実施例の極端紫外光(EUV)光源装置の構成(断面図)を示す。図1は本実施例のEUV光源装置の正面図であり、EUV放射は同図左側から取り出される。図2は、本実施例のEUV光源装置の上面図である。
図1、図2に示すEUV光光源装置は、放電容器であるチャンバ1を有する。チャンバ1は、開口を有する隔壁1cを介して、大きく2つの空間に分割される。一方の空間には放電部が配置される。放電部は、EUV放射種を含む高温プラズマ原料を加熱して励起する加熱励起手段である。放電部は、一対の電極11,12等により構成される。
以下、放電部が配置される空間を放電空間1a、EUV集光鏡が配置される空間を集光空間1bと呼ぶことにする。
なお、図1、図2においては、放電部がEUV集光部より大きいように示されているが、これは理解を容易にするためであり、実際の大小関係は図1、図2の通りではない。実際は、EUV集光部が放電部より大きい。すなわち、集光空間1bが放電空間1aより大きい。
(1)放電部
放電部は、金属製の円盤状部材である第1の放電電極11、同じく金属製の円盤状部材である第2の放電電極12とからなる。第1および第2の放電電極11,12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り、所定距離だけ離間して互いに向かい合うように配置される。ここで、2つの電極11,12のうち一方が接地側電極であり、他方が高電圧側電極である。
また、電極11,12は徐々に磨耗することにより、電極形状が変化する。これにより、一対の電極11,12間で発生する放電が徐々に不安定になり、その結果、EUV光の発生も不安定となる。
このような要求に対応するため、図1、図2に示すEUV光源装置においては、第1の電極11、第2の電極12の形状を円盤状とし、かつ、少なくとも放電時に回転するように構成している。すなわち、第1および第2の電極11,12を回転させることにより、両電極においてパルス放電が発生する位置はパルス毎に変化する。よって、第1および第2の電極11,12が受ける熱的負荷は小さくなり、電極11,12の磨耗スピードが減少し、電極の長寿命化が可能となる。以下、第1の電極11を第1の回転電極、第2の電極12を第2の回転電極ともいう。
なお、図示を省略したが、第1のコンテナ11b、第2のコンテナ12bには、スズを溶融状態に維持する温度調節手段が備えられている。
第1のコンテナ11b、第2のコンテナ12bは、第1の回転電極11および第2の回転電極12の表面に、高温プラズマ原料であるスズ11a,12aを供給する原料供給手段でもある。
上記したように、第1の回転電極11および第2の回転電極12は、一部(周辺部)が液体状のスズを収容する上記コンテナの中に浸されるように配置されている。コンテナ11b,12b内で、スズ11a,12aは電極の周辺部表面に付着する。電極に付着したスズ11a,12aは、電極が回転することにより、放電領域に輸送される。
放電領域に輸送されたスズ11a,12aにレーザが照射され、スズ11a,12aが気化することにより放電が開始する。
放電により電極表面に付着したスズ11a,12aは消費されるが、回転して再び第1のコンテナ11b、第2のコンテナ12b内のスズ11a,12aに浸されることにより、電極表面にスズ11a,12aが供給される。
なお、本実施例においては、原料供給手段として上記のようなスズを溜めたコンテナを用いているが、電極表面に形成した溝や孔の中に、溶融したスズを滴下する、あるいは流し込むようなものを用いることもできる。
本実施例のEUV光源装置においては、原料を気化させるエネルギービーム照射手段として、第1のエネルギービーム照射手段と第2のエネルギービーム照射手段の二つを備える。
第1のエネルギービーム照射手段は、第1のレーザ23を照射する第1のレーザ源23aならびに当該第1のレーザ源23aの動作を制御する第1のレーザ制御部23bを備える。
第2のエネルギービーム照射手段は、第2のレーザ24を照射する第2のレーザ源24aならびに当該第2のレーザ源24bの動作を制御する第2のレーザ制御部24bを備える。
また本実施例では、放電領域の所定の地点に照射するエネルギービームとしてレーザを照射しているが、レーザの代わりにイオンビーム、電子ビームを高温プラズマ原料に照射するようにしてもよい。
レーザの照射により気化した高温プラズマ原料は、レーザが入射する高温プラズマ原料表面の法線方向を中心にして広がる。よって、レーザは、気化後の高温プラズマ原料が対向する電極の方向に広がるように、高温プラズマ原料表面の放電領域に面する側に対して照射する必要がある。
そのため、気化後の高温プラズマ原料がEUV集光鏡の方向に広がらないように、レーザを高温プラズマ原料(スズ)21に照射することが好ましい。
まず、第1の電極上塗布された高温プラズマ原料(スズ)21に、第1のレーザ23を照射する。第1のレーザ23の照射により気化した高温プラズマ原料は第1のレーザ23が入射する高温プラズマ原料表面の法線方向を中心にして広がる。
広がった高温プラズマ原料は、やがて対向する第1の電極に達し放電が始まるが、この第1のレーザ23の照射により気化した高温プラズマ原料が、対向する第2の電極に達する前に、第2のレーザ24を第1のレーザ23が照射された領域の温プラズマ原料(スズ)21に対して照射する。
パルス電力供給手段であるパルス電力発生器8は、コンデンサと磁気スイッチとからなる磁気パルス圧縮回路部を介して、負荷である第1のコンテナ11bと第2のコンテナ12b、すなわち、第1の回転電極11と第2の回転電極12との間にパルス幅の短いパルス電力を印加する。
図1、図2にパルス電力発生器の構成例を示す。
図1、図2のパルス電力発生器は、可飽和リアクトルからなる2個の磁気スイッチSR2、SR3を用いた2段の磁気パルス圧縮回路を有する。コンデンサC1、第1の磁気スイッチSR2、コンデンサC2、第2の磁気スイッチSR3により2段の磁気パルス圧縮回路を構成している。
磁気スイッチSR1は、IGBT等の半導体スイッチング素子である固体スイッチSWでのスイッチングロスの低減用のものであり磁気アシストとも呼ばれる。なお、固体スイッチSWは、前述したスイッチング手段であり、以下ではスイッチング手段ともいう。
主コンデンサC0の充電が完了し、固体スイッチSWがonとなったとき、固体スイッチSW両端にかかる電圧は主に磁気スイッチSR1の両端にかかる。
さらにこの後、コンデンサC2における電圧V2の時間積分値が磁気スイッチSR3の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチSR3が飽和して磁気スイッチが入り、第1のコンテナと第2のコンテナ、すなわち、第1の回転電極と第2の回転電極との間に高電圧パルスが印加される。
放電部により放出されるEUV光は、EUV光集光部に設けられた斜入射型のEUV集光鏡2により集光され、チャンバ1に設けられたEUV光取出部7より図示を省略した露光装置の照射光学系へ導かれる。
この斜入射型のEUV集光鏡2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である。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。
このように構成することにより、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、集光することが可能となる。
上記した放電部とEUV光集光部との間には、EUV集光鏡2のダメージを防ぐために、放電後生成する高温プラズマと接する第1、第2の回転電極11,12の周縁部が当該高温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、高温プラズマ原料中のEUV放射種であるSnやLi等に起因するデブリ等を捕捉してEUV光のみを通過させるためのデブリトラップが設置される。
前記したように、図1、7に示す本実施例のEUV光源装置においては、デブリトラップはガスカーテン13bおよびホイルトラップ3から構成されている。
図1に、ガスカーテン機構が示されている。ノズル13aは、直方体形状であり、ガスが放出される開口は細長い四角形状となっている。ガス供給ユニット13からノズル13aにガスが供給されると、ノズル13aの開口からシート状のガスが放出され、ガスカーテン13bが形成される。ガスカーテン13bは、上記デブリの進行方向を変化させ、デブリがEUV集光鏡2に到達するのを抑制する。ここでガスカーテン13bに使用されるガスは、EUV光に対して透過率の高いガスが望ましく、例えば、ヘリウム(He)、アルゴン(Ar)等の希ガスや水素(H2 )などが用いられる。
放電空間1aの圧力は、原料用レーザ照射により気化した高温プラズマ原料を加熱励起するための放電が良好に発生するように設定され、ある程度以下の真空雰囲気に保持する必要がある。
一方、集光空間1bは、デブリトラップでデブリの運動エネルギーを小さくする必要があるので、デブリトラップ部分で所定の圧力を維持する必要がある。
ここで、本発明のEUV光源装置においては、チャンバ1内を放電空間と集光空間とに区画する隔壁1cが設けられている。この隔壁1cには、両空間を空間的に連結する開口が設けられる。開口は圧力抵抗として機能するので、放電空間を真空排気装置4、集光空間を真空排気装置5でそれぞれ排気する際、ガスカーテン13bからのガス流量、開口の大きさ、各真空排気装置の排気能力等を適宜考慮することにより放電空間1aを数Pa、集光空間1bを適切な圧力に維持することが可能となる。
本実施例のEUV光源装置は、露光用光源として用いられる場合、例えば、以下のように動作する。図4は本実施例の動作を示すフローチャート、図5はEUV生成方式を説明するためのタイミングチャートであり、以下図4、図5により、本実施例の動作を説明する。
EUV光源装置の制御部26は、図5に示した時間データΔtd、Δtiを記憶している。
なお、閾値Vpは、放電が発生したときに流れる放電電流の値が閾値Ip以上となる場合の電圧値である。また、閾値Ipは、所望の強度のEUV光を放射する高温プラズマを作るために必要な放電電流値の下限である。
スタンバイ完了信号を受信した露光装置の制御部27より、EUV光源装置の制御部26は、発光指令を受信する。なお、EUV放射の強度を露光装置側がコントロールする場合、本発光指令には、EUV放射の強度データも含まれる。(図4のS104)。
充電器CHは上記したように主コンデンサC0の充電を行う。(図4のS106)。
スイッチSWがonとなると、第1の回転電極11、第2の回転電極12間の電圧が立ち上がり、時間Δtd後に、コンデンサC2の電圧が閾値Vpに到達する(図5のS202)。
上記したように、閾値Vpは、放電が発生したときに流れる放電電流の値が閾値Ip以上となる場合の電圧値であり、閾値Ipは、所望の強度のEUV光を放射する高温プラズマを作るために必要な放電電流値の下限である。
第1のレーザ23が放電電極上の高温プラズマ原料に照射されて、高温プラズマ原料は気化する。気化した高温プラズマ原料は、第1のレーザ23が入射した高温プラズマ原料表面の法線方向を中心にして3次元方向に広がる。広がった高温プラズマ原料は、Δti後に、対向する第2の電極に達し、この時点T3(T1+Δti)で一対の電極間で放電が開始し放電電流が流れる(図5のS204)。
放電の磁気圧により、第2のレーザ照射により気化した原料は十分に広がりきらないうちに圧縮され、直径の小さな密度の高いプラズマが形成される。これにより変換効率の高いEUV光が放射される。
同図においては、電極上のスズに対し第1のレーザ23を照射した100ns後に、第1のレーザ23を照射した同じ部分に第2のレーザ24を照射している。第1のレーザ23を照射したおよそ300ns後に電極間に電流が流れて放電が始まり、コンデンサC2の電圧が下がる。EUV光の放射は第1のレーザ23を照射した約600ns後に生じる。
なお、第1のレーザと第2のレーザの照射エネルギーはいずれも約100mJである。
第2のレーザ照射が放電開始とほぼ同じである場合の変換効率は、第1のレーザ照射と第2のレーザ照射を同時に行う場合とほぼ等しい。
しかし、第2のレーザ照射を放電開始後(300ns以降)に行うと、反対に変換効率が下がる。
したがって、第2のレーザ照射を、第1のレーザ照射後、電極間での放電が開始するまでの間に行うことにより、1回のレーザ照射に比べて変換効率のよいEUV放射を得ることができる。
また、第1のレーザ23の照射強度(エネルギー)および第2のレーザ24の照射強度(エネルギー)も、どの程度のエネルギーにするか、両方同じ大きさのエネルギーにするか、異なるエネルギーにするかなども含めて適宜設定する。
また、第1のレーザ23の集光点や第2のレーザ24の集光点も適宜設定する。
図8(a)はレーザ照射を1度しか行わない従来の場合であり、図8(b)はレーザ照射を2度行なう本発明の場合である。
従来の図8(a)においては、電極上の高温プラズマ原料(スズ)に対してレーザ照射を行うと、レーザ照射により発生した原料ガスが広がって対向する電極に達し、電極間を橋絡して電流が流れ始め放電が開始する。
しかし、原料ガスは、放電が始まるまでに、対向する電極に進展しつつ、かつ横方向にも膨張しているため、放電開始時点では大きく広がっておりガス密度は低い状態になっている。そのため、ピンチの効率が悪く、到達するイオン密度や電子温度が、高い変換効率のEUV光放射が得られる値にならない。
したがって、原料ガスが放電電流の増加とともに磁気圧によって圧縮加熱される時、ピンチの効率が高まり、到達イオン密度や電子温度が、高い変換効率のEUV光放射が得られる値になる。
1a 放電空間
1b 集光空間
1c 隔壁
2 EUV集光鏡
3 ホイルトラップ
4,5 真空排気装置
7 EUV取出部
8 パルス電力発生器
11,12 放電電極
11a,12a 高温プラズマ原料
11b,12b コンテナ
11c,12c 電力導入部
13,14 ガス供給ユニット
13a ノズル
13b ガスカーテン
15 パルス電力供給手段
22a,22b モータ
22c,22d メカニカルシール
22e,22f 回転軸
23 第1のレーザ
23a 第1のレーザ源
23b 第1のレーザ制御部
24 第2のレーザ
24a 第2のレーザ源
24b 第2のレーザ制御部
26 制御部
27 露光機(制御部)
Claims (5)
- 対向して配置された一対の放電電極と、上記放電電極にパルス電力を供給するパルス電力供給手段と、上記放電電極に極端紫外光を放射させるための液体または固体の原料を電極上に供給する原料供給手段と、上記放電電極上に供給された原料に対しエネルギービームを照射し、当該原料を気化させて上記一対の放電電極間で放電を開始させるエネルギービーム照射手段とを備えた極端紫外光光源装置において、
上記エネルギービーム照射手段は、
上記放電電極上に供給された原料に対し第1のエネルギービームを照射し当該原料を気化させる第1のエネルギービーム照射手段と、
上記第1のエネルギービームの照射後、上記一対の放電電極間で放電が開始するまでの間に、上記第1のエネルギービームを照射した領域の原料に対して第2のエネルギービームを照射しさらに原料を気化させる第2のエネルギービーム照射手段とを備えていることを特徴とする極端紫外光光源装置。 - 上記放電電極は円盤状の電極であり、電極表面における放電発生位置が変化するように回転駆動されていることを特徴とする請求項1に記載の極端紫外光光源装置。
- 上記第2のエネルギービームの照射は、上記第1のエネルギービーム照射後、300ナノ秒以内に行うことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の極端紫外光光源装置。
- 請求項1または請求項2に記載の極端紫外光光源装置における極端紫外光発生方法であって、
極端紫外光を放射させるための液体または固体の原料が塗布された一対の放電電極にパルス電力を供給する第1の工程と、
上記パルス電力が供給された電極の表面の上記原料に対して、第1のエネルギービームを照射し当該原料を気化させる第2の工程と、
上記第1のエネルギービームの照射後、上記一対の放電電極間で放電が開始するまでの間に、上記第1のエネルギービームを照射した領域の原料に対して第2のエネルギービームを照射し、さらに原料を気化させる第3の工程とを備えたことを特徴とする極端紫外光発生方法。 - 上記第3の工程は、上記第2の工程の後、300ナノ秒以内に行うことを特徴とする請求項4に記載の極端紫外光発生方法。
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