JP2010103507A - プラズマに基づく短波長放射線源の動作方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐用期間の長い、プラズマに基づく短波長放射線源の動作に関する方法およびその装置を提供して、緩衝ガスを使用することにより放射線生成の主なプロセスが著しく損なわれることなく、かつ空間的に狭く制限された方法で分圧を生成するために費用を大幅に追加する必要なく大量にデブリを削減することを可能とする。
【解決手段】緩衝ガス（４１）として水素ガスを真空室（１）に圧力下で導入して、１〜１００Ｐａ・ｍの範囲内の圧力−距離の積を実現する一方、緩衝ガス（４１；４４）内で放射プラズマ（２１）によって放射された放射線の幾何学的な放射経路を考慮するような、および真空室（１）が、準静的に圧力調整するために（４２；４７）および残留放射材料と緩衝ガス（４１）とを除去するために連続的に吸引される。
【選択図】図１

Description

本発明は、長い耐用期間で、プラズマに基づく短波長放射線源、具体的にはＥＵＶ放射線源を動作させる方法および装置に関する。本発明は、好ましくは半導体リソグラフィ用の放射線源に適用される。

従来技術のように、現在のところ、ＥＵＶリソグラフィに有望であると考えられている基本的な概念は２つある。すなわち、レーザー生成プラズマ（ＬＰＰ）放射線源およびガス放電プラズマ（ＧＤＰ）放射線源である。

どちらの概念でも、放射元素（一般にＸｅ、ＳｎまたはＬｉ、またはそれらから形成される化合物）はレーザー放射または電流によって励起されてホットプラズマを生成し、それが次に、多くが所望の波長帯約１３．５ｎｍにある放射線を放射する。二次的影響として、高い熱エネルギーかつ高速度の荷電粒子または非荷電粒子（デブリ）がプラズマから逃げる。それらが、隣接する構成要素（電極、光学素子、センサなど）の表面に衝突する結果、これらの高エネルギー粒子によって材料が除去され（スパッタリング）、放射線源を連続的に動作させる過程でこれらの構成要素を著しく損傷させる。ＥＵＶ放射線源中のデブリを削減する主な目的はそのような損傷を回避することである。

高エネルギー粒子によるスパッタリングの減少は、流動緩衝ガス（例えば、特許文献１および特許文献２に記載のガスカーテン）中で衝突（衝撃、インパクト）によって高速粒子を減速させることにより、および／またはラメラフィルタに接着させることによってこれらの高速粒子を捕らえることにより（例えば、特許文献３に記載）、常に同じように達成される。

しかしながら、ＥＵＶ放射線は、非常に高い透過損失を伴わずにこの緩衝ガスを通過することができることが重要である。従って、緩衝ガスは、生成した放射線に対する吸収断面積が小さく、その吸収距離は短く、およびガス圧は低い必要がある。

粒子を減速させるために、一定の最少量の衝突イベントは必要である。所与の距離に沿って粒子によって平均的に受ける衝突量は圧力に比例する。その結果、粒子への制動効果は、圧力と距離の積に比例する。従って、プラズマの近傍に配置された構成要素も効果的に保護されるようにするためには、プラズマ周辺の圧力が高く、かつ高圧領域にある放射経路が短い場合が有利である。この点について、２つの限界がある。

一方では、高い圧力がプラズマ（または、主にガス放電源におけるその発展）に悪影響を与える場合がある。他方では、ＥＵＶ放射線のための透明材料（ウィンドウ）がないことである。それゆえ、真空システムにおいてビーム誘導を行う必要がある。しかしながら、同時に、プラズマが放射した放射線の大きな立体角領域は、集光系によって集束される必要がある。これにより、プラズマからの距離が短くても大口径となり、それらの間では、高いガス圧力の領域を空間的に制限するために高い圧力勾配を実現することは非常に難しい。

後者は、いずれの場合も、緩衝ガスをプラズマの生成に必要である真空室に流入させることによってのみ、動的に達成され、緩衝ガスが流入する一定の領域に、定められたより高い分圧が生じ、かつ他の領域において、決められた緩衝ガス領域の漏れ速度によって、高まった分圧と真空系の圧力との間に準静的な平衡圧が発生するようにする。この概念を、上述のガスカーテンの形態、およびラメラフィルタ構造の形態（フォイルトラップ）で実現する。

ラメラフィルタは、幾何学的に透過性が高くかつ大口径であるにも関わらず流れ抵抗が高いフォイル構造であるため、排気された放射線源の量の残りと比較して、ラメラ構造内部に緩衝ガスをかなり高い分圧状態で維持する。

第１の近似では、所与の速度で高速粒子を十分に減速させるために必要な最少衝突量は、高速粒子およびそれが衝突する相手が同じ質量を有するとき、最少となる。しかしながら、所与の圧力のガス中の所与の経路長で粒子によって受ける衝突量は、選択された緩衝ガスの衝突断面積に依存する。この衝突断面積は、原子半径が増大するにつれ増大し、一般に、所与の圧力および所与の経路長では、重いガスがより効率的である。

リチウムは別として、効率的なＥＵＶ放射源、すなわちキセノンおよびスズは重元素であることを考慮すると、緩衝ガスは、例えば、可能な限り低いガス圧力を所与の経路長に選択できるように、衝突に関する機械的な観点から、可能な限り重い必要がある。

放射元素自体は緩衝ガスとして好適ではない。なぜならそれらは、ガスではなく（Ｓｎ、Ｌｉ）および／またはＥＵＶ放射線に対するそれらの吸収断面積は大きすぎる（Ｘｅ、Ｓｎ、Ｌｉ）ためである。さらに、好適な緩衝ガスを選択するとき、この緩衝ガスが、システムに使用する材料を直接的にも光化学的にも損傷させないことを保証する必要がある。それゆえ、実際には、Ａｒ、ＫｒまたはＮ_２がほぼ例外なく緩衝ガスとして使用される。

放射プラズマに空間的に近接しているために、緩衝ガスは強力に励起され、その結果、非常に高温に達する。ガス放電に基づくプラズマ放射線源では、緩衝ガスを放電電流によって直接励起しないようにすることはできない。そのような場合には、緩衝ガスへの不可避のエネルギー注入による不要な効果がもたらされる。

そのような効果の１つは、実際の放射材料と同様に、緩衝ガスが、ＥＵＶリソグラフィに有用であるだけでなく欠陥のある露光ももたらし得る波長を有する特性放射線を放射することである。これは、好適なスペクトルフィルタ（いわゆる帯域外放射フィルタ）を使用することによって抑止できるが、これはＥＵＶ放射線の追加的な吸収損失または反射損失をもたらし得る。さらに、この非生産的な波長の励起のためにそらされたエネルギーを、所望のＥＵＶ放射の生成に使用することはできず、使用不能な波長の放射線は光学部品に追加的な熱負荷をもたらす。

別の不要な効果は、緩衝ガス（例えば、Ａｒ、ＫｒまたはＮ_２）が強力に励起され得るため、高エネルギー粒子自体の源となることである。放射元素の高エネルギー粒子のようなこれらの高エネルギー粒子は、隣接する構成要素の表面をスパッタリングする（いわゆる二次スパッタリング）。

緩衝ガスは、上述の理由からＥＵＶ放射線源の特性の一部を損なうため、その使用方法および使用程度は常に、これらの不要な二次的影響と、デブリを削減することによりコストの高い構成要素の耐用期間を延長させる所望の主要効果とを折衷させたものである。

ＤＥ１０２ １５ ４６９Ｂ４号明細書 ＤＥ１０ ２００５ ０１５ ２７４Ａ１号明細書 ＤＥ１０２ ３７ ９０１Ｂ３号明細書

本発明の目的は、長い耐用期間で、プラズマに基づく短波長放射線源を動作させる新規の可能性を見出すことにあり、それにより、緩衝ガスを使用することにより放射線生成の主なプロセスを著しく損なうことなく、かつ分圧発生を空間的に厳しく制限するために費用を大幅に追加する必要なく、デブリを大量に削減する。

本発明によれば、この目的は、プラズマに基づく短波長放射線源、特にＥＵＶ放射線源を動作させる方法によって達成され、この方法は、
−所望の波長帯に高い放出効率を有する放射材料を計量して供給し、真空室内部に放射プラズマを生成するステップ、
−緩衝ガスとして水素ガスを圧力下で真空室に導入し、緩衝ガス内で１〜１００Ｐａ・ｍの範囲内の圧力−距離の積を調整する一方で、放射プラズマによって放射された幾何学的な放射経路を考慮するようにするステップ、
−指向性のエネルギー供給部によって、空間的に狭く制限された高温放射プラズマを生成するステップ、
−放射材料の高速粒子が、水素緩衝ガス粒子への衝突によって減速されるステップ、
−放射プラズマから発散して放出される短波長放射線が集光系によって集束されるステップ、
−真空室が、真空室を準静的に圧力調整するためにおよび残留放射材料と過剰緩衝ガスとを除去するために連続的に吸引されるステップ
を含む。

放射材料が、真空室にターゲット噴射としてもたらされ、かつ予め定められた相互作用点においてエネルギービームによって励起されて放射プラズマを生成することが有利である。これに関連して、ターゲット噴射が連続的な液体噴射としてまたは不連続な液体噴射（液滴噴射）として供給され、好ましくはレーザービームによって励起され得る。

あるいは、放射材料が、真空室に設けられた２つの電極間のガス流として供給され、かつ電極間の放電によって励起されて放射プラズマを生成することが望ましいことが分かっている。

選択されたプラズマ生成のタイプに関わらず、緩衝ガスとしての水素ガスが真空室全体に圧力下で準静的に保持されて、放射プラズマから集光系までの幾何学的な放射経路に依存して１〜１００Ｐａ・ｍの範囲内の圧力−距離の積を実現し、その結果、高速なデブリ粒子が、前記幾何学的な放射経路に沿って真空室を通して、それらのスパッタリング能力より低い熱エネルギーに減速されることが有利である。

緩衝ガスとしての水素が、真空室全体に圧力下で準静的に保持されて、１〜１００Ｐａ・ｍの範囲内の圧力−距離の積を実現する一方、プラズマによって放射された放射線の幾何学的な放射経路を考慮するようにし、加えて、別の緩衝ガスが、超音速ノズルによって、放射方向に対して側方に配置されるガスカーテンの形態で流入することが有利であることが分かっている。その際、水素も同様に超音速ノズルによって緩衝ガスとして、放射方向に対して側方に配置されるガスカーテンとして流入されることが有利である。

代替的な変形例として、真空室全体において圧力下で準静的に保持されて１〜１００Ｐａ・ｍの範囲内の圧力−距離の積を実現する緩衝ガスとしての水素ガスに加えて、緩衝ガスをラメラ構造内部に流入し得る。この場合も、水素は好ましくは緩衝ガスとして、増大した圧力でラメラ構造内部に流入し得る。

さらに、極紫外線スペクトル領域に高い放出効率を有する放射材料を供給する手段、空間的に狭く制限された高温放射プラズマを形成するために放射材料を励起させる手段、および放射プラズマから生成されたデブリ粒子を抑制する手段が真空室に設けられる、プラズマに基づく短波長放射線を生成する装置では、上述の目的は、本発明に従って、緩衝ガスとしての水素ガスを真空室に導入するための供給装置がデブリを削減するための手段として設けられ、および真空室には圧力調整手段が接続され、かつ水素ガスが、圧力調整手段によって、１〜１００Ｐａ・ｍの範囲内の圧力−距離の積を実現する圧力に準静的に調整される一方、放射プラズマによって放射された放射線のコレクタまでの幾何学的な放射経路を考慮することによって達成される。

水素ガス用の供給装置を、真空室の任意の位置に有利に配置し、かつ緩衝ガスとしての水素が真空室全体に準静的な圧力を有するように調整し、そこで、放射プラズマから集光系までの衝突容積内の幾何学的な放射経路に依存して１〜１００Ｐａ・ｍの範囲内の圧力−距離の積が実現され、その結果、高速なデブリ粒子が衝突容積を通して経路に沿って、スパッタリング限界を下回る熱エネルギーに減速される。

水素ガス用の供給装置が、好ましくは真空室の残りの圧力に対して増大した分圧で放射プラズマのごく近傍に水素が供給されるように配置され、および真空室の真空系が、緩衝ガス吸引しかつ真空室の残りにおいて準静的な水素圧力を調整するために同時に設けられる。

別の構成では、水素ガス用の供給装置が、放射プラズマの領域において真空室の圧力に対して増大した分圧で放射プラズマのごく近傍に水素が供給されるように配置され、および増大した分圧で容積を局所的に制限するために、プラズマの近傍に少なくとも１つの別個のガスシンクが設けられる。これに関連して、好適なラメラフィルタ、または放射された放射線の平均的な伝播方向に対して側方のガスカーテンのいずれかが、増大した分圧で緩衝ガスを導入する手段として放射プラズマのごく近傍に配置されることが望ましい。

本発明の基本的な考えは、高速イオンを抑制するための、プラズマから放出された緩衝ガスは、高い制動効果を保証し、かつこれにも関わらず、ＥＵＶ放射線に対して透過性が高い必要があることを考慮することに基づく。原子質量または分子質量が大きいガス（例えば、キセノン、クリプトンまたは窒素）は、プラズマからの粒子に対する制動効果は良好であるが透過性に乏しいため、低分圧下でまたは非常にボリュームを薄く（ガスカーテン）して適用する必要がある。さらに、強力な励起によって引き起こされる緩衝ガス元素の特性放射線の放射は、これにより帯域外放射線の割合が増大するため、困難である。

本発明は、真空室全体においてまたは真空室の大部分において、プラズマ生成のために高濃度かつ比較的高い圧力（真空高圧）で水素ガスを使用することによって、これらの問題の全てを解決する。水素の特性により、プラズマからの高速イオンの放出を効率的に抑制する一方、ＥＵＶ放射線に対して高い透過性を保証することが可能となる。

さらに、水素は、プラズマ放射線源、特に光学部品に対する浄化効果を有するが、スパッタリングによってそれらの表面を攻撃することはない。

主要なプラズマ（放射プラズマ）によって間接的に生成した水素プラズマにおける望ましくない波長帯の放射線の放射は非常に弱い。さらに、水素プラズマの電気抵抗が低いことによって、放電に基づくＥＵＶ放射線源の放電特性を著しく改善し得る。

本発明による解決法により、耐用期間が長い、短波長放射線を放射する、プラズマに基づく放射線源を実現することが可能となり、かつ使用される緩衝ガス（水素）によってプラズマ生成の主要なプロセスを著しく損なうことなく、かつ空間的に狭く制限された分圧を生成するために費用を大幅に追加する必要なく大量にデブリを削減することが可能となる。

本発明を、以下、実施形態の例を参照して詳細に説明する。

プラズマ生成および放射線集束のために真空室全体の内部で緩衝ガスとして水素を用いる、放電プラズマに基づく放射線源の概略図である。 緩衝ガス（ガスカーテン）の分圧を空間的に制限して増大させるための追加的な装置を有する、レーザープラズマに基づく放射線源の概略図である。 波長１３．５ｎｍおよび放射経路１５００ｍｍでの異なる緩衝ガスの透過に応じた、運動エネルギーが１０ｋｅＶであるＸｅ^＋イオンの平均範囲を示すグラフである。 圧力に応じた、波長１３．５ｎｍおよび放射経路１５００ｍｍでの異なる緩衝ガスの透過状態を示すグラフである。 ラメラフィルタ装置を用いて緩衝ガスの分圧を空間的に制限して増大させるための追加的な装置を有する、レーザープラズマに基づく放射線源の概略図である。 プラズマ生成および放射線集束のために真空室全体の内部で緩衝ガスとして水素を用いる、放電プラズマに基づく放射線源であって、電極間での電流移動および局所的に制限された放射材料の供給が水素プラズマによって保証される、放射線源の概略図である。

長い耐用期間でプラズマに基づく短波長放射線源を動作させる本発明による方法は、
−所望の波長帯において放出効率の高い放射材料が真空室に計量して供給されて、放射プラズマを生成するステップ、
−緩衝ガスとして水素ガスが１〜１００Ｐａ・ｍの範囲内の圧力−距離の積で導入されるステップ、
−指向性のエネルギー供給部によって、空間的に狭く制限された高温放射プラズマが生成されるステップ、
−放射材料の高速粒子が、緩衝ガスへの衝突によって、定められたエネルギーレベル（いわゆるスパッタリング閾値）未満に減速されるステップ、
−放射プラズマから発散して放射される短波長放射線が、コレクタによって中間フォーカスに集束されるステップ、
−真空室が、真空室の圧力を準静的に調整するためにおよび過剰な放射材料および緩衝ガスを除去するために連続的に吸引されるステップ
を含む。

一見したところ、ＥＵＶ放射線源において緩衝ガスとして水素を使用することは、その原子質量が小さく、その結果、放射材料（または電極材料）の高速で比較的重い粒子に対する制動効果が乏しいことから、好適ではないように思われる。しかしながら、水素は、以下のような傑出した特性を有し、この適用を魅力的なものとする：
ＥＵＶ放射線用のＨ_２の吸収断面積は全てのガスの中で最小である。その吸収性は非常に低いため、衝突断面積対吸収断面積の比が、高速Ｘｅ粒子に対する制動効果が乏しくても利用可能な緩衝ガス全ての絶対最高値を有する（図３参照）。それゆえ、遥かに高い圧力でかつ遥かに長い放射経路長で（すなわち、拡張した容積中で）水素を放射線源内で使用することができる。なぜなら、これによって、生成したＥＵＶ放射線を損なう（吸収する）ことはほとんどないが、不均衡に制動効果を増大させるためである。

完全電離水素の吸収断面積は、ＥＵＶ放射線に対して中性Ｈ_２分子の吸収断面積よりも遙かに低い。高速粒子に対する制動効果は、電離による悪影響を受けない。

加えて、水素を、どの元素のエネルギー消費量も最小で完全に電離し得る。完全な電離は、放射プラズマによって放出されるエネルギーを通して自動的に達成される。

完全に電離された水素（全ての完全に電離されたプラズマのように）は、ほとんど放射線を放射しない。従って、水素プラズマの完全な電離を維持するために、放射プラズマから不要に大量のエネルギーが奪われることがない。

水素は、ＥＵＶ放射線源の機能的に重要な構成要素に使用される材料全てに対して、どの元素でも最低のスパッタ速度を有する（表２参照）。

さらに、完全に電離された水素は、ＥＵＶ源に共通して使用される構成材料を攻撃しない。

加えて、水素プラズマはまた、真空室内の汚染物を除去することができる（例えば、光学面から）。特に全ての非金属は（不活性ガスを除いて）、揮発性で二元性の水素化合物を生成できるので、非金属汚染物を真空室内に拘束させ、このようにして生成された揮発性水素化合物を、真空系によって吸引することによって除去する。このようにして金属スズも揮発性ＳｎＨ_４の形態で除去することができる。

さらに、電子密度および温度を同じにした完全に電離されたプラズマの比較は、水素プラズマの抵抗率がよりによって最低であることを示す。これは、放電プラズマに基づく放射線源の場合に非常に顕著である。なぜなら、緩衝ガスに起因する抵抗損が低減されるためである。

緩衝ガスとして水素を使用するときに、高速粒子（１０ｋｅＶ）に対して、ＡｒまたはＮ_２と匹敵する平均範囲（平均飛翔範囲）を達成するために、他の条件は全て同じままで、Ｈ_２ガスの圧力を約一桁高く選択する必要がある（表１参照）。なぜなら、制動効果は圧力と距離の積に比例するためである。

しかしながら、１５００ｍｍの放射経路長でも、ＥＵＶ放射線の透過性は依然として十分に高い（図４参照）ので、ビーム誘導システム内の有限の容積で急な圧力勾配を生成することが必ずしも必要なわけではない。

それゆえ、放射プラズマの近傍におけるラメラフィルタのような複雑な構造を、放射プラズマとＥＵＶ源内部の重要な光学部品との間に十分な衝突経路を設けることを条件として、完全に省略できる。この種の構成を図１に示す。

図１による構成は、プラズマに基づく短波長放射線源の基本的な構成を示す。放射材料供給部２が真空室１に設けられ、および放射材料、好ましくは液体スズ、スズ化合物（例えば、ＳｎＣｌ_Ｘ）、リチウム、または液化キセノンが、放射材料供給部２の定められた位置においてパルスエネルギー供給部３によってＥＵＶ放射線を放射する高温放射プラズマ２１に変換される。放射プラズマ２１は、かすり反射（grazing reflection）でコレクタ１１（好ましくは入れ子式のウォルタータイプのコレクタ）によって、放射線源の出力を示す中間フォーカス１２に投射される。真空室を所望の圧力下に保つための真空系１３が設けられている。

デブリフィルタ４（全体像は図示せず）は、本発明によれば真空室１全体で比較的高圧に保持される水素である緩衝ガス４１用の、任意の位置に配置されるガス注入口４３を含む。放射プラズマ２１から放射線源の第１の機能的に重要な光学素子（コレクタ１１）までの利用可能な衝突容積４４（厳密に言えば、衝突経路）に依存した圧力を測定し、そこでは、１〜１００Ｐａ・ｍである圧力−距離の積を調整して、特に光学面に対するスパッタリング能力を失うまで、高速なデブリ粒子（≧１０ｋｅＶ）を確実に減速させる。

緩衝ガスとして水素を使用するときに、高速粒子（１０ｋｅＶ）に対して、ＡｒまたはＮ_２と匹敵する平均範囲を達成するために、他の条件は全て同じままで、Ｈ_２ガスの圧力を約一桁高く選択する必要がある（表１参照）。なぜなら、制動効果は圧力と距離の積に比例するためである。放射プラズマとコレクタ１１との間の距離を１００〜５００ｍｍの範囲と仮定すると、Ｈ_２がｐ・ｄ＞１０Ｐａ・ｍ（ｐは、真空室１全体で調整される、増大した水素圧力４２に対応し、およびｄは放射プラズマ２１からコレクタ１１の前縁までの距離である）の値を達成するためには、実際には１００Ｐａ超の圧力が必要である。

しかしながら、上述のように、上述したタイプの高い水素圧力４２は、生成したＥＵＶ放射線の透明性に対して真空室１全体内部においても問題を引き起こさない。安定的な放射プラズマ２１の生成が、プラズマ領域をより低い圧力下に保つこと、すなわち、それを個別に排気することを必要とし得るのみである。

特別な場合には、これは、放射経路１４内部に圧力勾配を生じることを伴い得る（例えば、非常に限定された空間内で非常に高い制動効果を達成するために）。これは、（図２による）指向性のガス流または（図５による）ラメラフィルタを用いる通常の方法によって達成される。

図２および図５は、放射プラズマ２１によって放射された放射線を集光しかつそれを中間フォーカス１２に送る多層膜反射鏡１５（垂直反射のコレクタ）を使用する点で、図１に示す構成とは異なるＥＵＶ源の構成を示す。

これら２つの構成の変形例では、指向性の放射材料供給部２２が設けられ、それを連続的なまたは不連続な液体または冷凍ターゲット噴射とし得る。一般論に限定せず、レーザービーム３１として示すが粒子ビーム（例えば、電子ビーム）ともし得るエネルギービームを、このターゲット噴射に用いる。

図２では、デブリフィルタユニット４を、より低い水素圧力４７（例えば、１０…５０Ｐａ）を真空室１全体で調整しかつ衝突容積４４での制動効果を決定するように設置する。加えて、放射プラズマ２１と多層膜反射鏡１５との間には緩衝ガスカーテン４６があり、そこに、反対側に排気口が配置された超音速ノズル４５を通して緩衝ガス４１が供給され、かつこの緩衝ガスは、高圧および高流量で真空室１を通して非常に小さな空間に（狭いガス層に）向けられる。緩衝ガス４１は、公知の「重い」緩衝ガスの一種である。しかしながら、同様に水素を使用することによって、緩衝ガス抽出の総支出を単純化できる。なぜなら、（別の緩衝ガスの、透過性低減層を全く伴わずに）既存の真空系１３によって真空室１の総容積を吸引でき、かつより低い水素圧力４７に調整できるからである。

基本的な構成では図２に示すものと非常に類似している、図５に示すデブリフィルタユニット４は、放射プラズマ２１と多層膜反射鏡１５との間にラメラフィルタ１６が配置される点で異なって機能する。このラメラフィルタ１６に、外部から緩衝ガス４１が、ラメラフィルタガス供給部４８を介してほぼ半径方向にさらに導入される。ラメラフィルタ１６は好ましくは２つの層を有し、中間空間（図示せず）で高い分圧が調整され、２つのラメラ構造（流れ抵抗として）を通って真空室１へ流出する。ラメラフィルタ１６の凹面側はより狭い構造となっているため緩衝ガス４１の流出が多くなり、多層膜反射鏡１５に向かう空間において、ガス注入口４３を介した水素中にあるプラズマ側の空間よりも高いガス圧力４２をもたらし、かつ真空系１３は低い水素圧力４７に保持される。この場合、デブリフィルタユニット４は、プラズマ側の衝突容積４４にかなり低減された制動効果を有するが、より高い緩衝ガス圧力４２を有する空間におけるコレクタ側の部分４４’における衝突率は明らかに高い。しかしこれに加えて、ラメラフィルタ１６内部の圧力レベルはさらに高く、およびそのラメラ構造もまた接着性のフィルタリング効果を与える。このようにして、非常に小さい空間内で最大の全体のフィルタリング効果を達成することができるが、図５の概略図において、放射プラズマ２１と多層膜反射鏡１５との間の距離は（明白にするために）誇張されている。

この設計の変形例は、ラメラフィルタ１６に導入される緩衝ガス４１もまた水素であるときに、有利でありかつ単純化されている。この場合、ラメラフィルタ１６の両側にある複雑な個別の排気ステップを省略でき、かつ、ラメラフィルタ１６の漏れ速度を好適に定めることにより、ガス注入口４３も省略できる。

放射プラズマ２１から放射される放射線が高消光であるため、薄いガスの層またはガスカーテンの形態でのみ使用される他の全ての緩衝ガスの場合、導入されたガスの負荷を緩衝ガス流に可能な限り近くなるように排気して、極度に低吸収であることにより水素緩衝ガスをどの箇所でも吸引できることが不可欠である。

水素は低電離エネルギーであるために、ＥＵＶ放射線源の放射プラズマ２１の近傍において水素を完全に電離する。ＥＵＶ放射線源の出力が高いほど、水素が完全に電離される放射プラズマ２１周囲の容積は大きくなる。完全に電離する結果、一方ではＥＵＶ放射線のための吸収断面積が低減され、他方では、完全に電離された水素が放射できる放射線はわずかのみとなる（９１．１５ｎｍのライマン限界未満の連続放射のみ）。それゆえ、放射線の放射により水素プラズマが失うエネルギーはわずかのみとなり、従ってＥＵＶプロセスを妨げる放射線は全く生成しない（いわゆる帯域外放射線）。

極めて重い元素と比較して、水素のスパッタ速度は非常に低い（表２参照）。従って、ＥＵＶ放射線源の機能的に重要な構成要素において使用される材料の全てに対して、ごく少量の二次スパッタリング（緩衝ガス粒子を通したスパッタリング）のみが発生する。同時に、そのような材料は、（原子形態でも電離形態でも）水素によって攻撃されない。

しかしながら、原子状水素または電離された水素は、非金属全てとともに揮発性で二元性化合物、例えばＣＨ_４、ＮＨ_３、Ｈ_２ＯまたはＨＦを生成する。それゆえ非金属の化合物を含む（例えば、光学素子上の）汚染物は、揮発性の水素化合物に変換され、最終的には、真空系を介して永久排気を通して除去され得る。これは、炭素、不揮発性炭化水素、スズのコーティング（ＥＵＶ源においてＳｎが放射元素として使用される範囲で）、および酸化物層を含む本質的に全ての汚染物に関係する。

図６に、水素を放射プラズマ２１のごく近傍に使用する利点を用いる放電プラズマに基づいた（ＧＤＰ）放射線源の有利な構成を示す。このために、電気抵抗の低い、完全に電離された（電流を担持している）水素プラズマ４９を使用する。従って、この例で、指向性の放射材料供給部２２を介して２つの電極３２によってガス状の放射材料に導入される電気エネルギーは、水素プラズマ４９によって低損失で放射材料に伝えられる。この場合、上述の水素プラズマ４９の低エネルギー損失は、自己放射を介してそれら自体はっきりと現れる。

水素プラズマ４９によって、水素プラズマ４９の伝導率が良好であるために、金属電極３２の放射プラズマ２１からの距離を長くすることができる。なぜなら、水素プラズマ４９が電極３２間のガス状の電極延長部３３の機能を果たすからである。水素プラズマ４９と放射プラズマ２１との間の有利な空間的な分離（図６に概略的にのみ示す）を、ガスダイナミック手段（例えば、電極３２のガス噴射）によって達成できる。残りの構成要素は全て図１に類似の方法で配置されるので、真空室１全体に高い水素圧力４２を用いる。緩衝ガス圧力の測定値は、衝突容積４４におけるコレクタ１１までの利用可能な経路長のために本質的に不変である。

本発明の、比較的高い減圧下で真空室１全体内部において緩衝ガス４１として水素を使用することは、本発明の枠組みから逸脱せずに放射プラズマ２１を生成する他の可能性を考案することを可能にする。プラズマ生成用の放射材料のタイプ、その準備および励起、ビーム集束のタイプおよび任意の追加的なデブリフィルタリング手段用にそこから生じる空間的な比率は、最適となるように修正することができる。これは、高圧下での、空間的に拡大した簡単に管理できる衝突容積を生成するための高透明性の水素緩衝ガスの使用の教示に影響を及ぼすものではなく、これは複雑な機械的および／または流体のフィルタステップを省略できるかまたは大規模に単純化できる。

１ 真空室
１１ （ウォルタータイプ）コレクタ
１２ 中間フォーカス
１３ 真空系
１４ 放射経路
１５ 多層膜反射鏡（コレクタ）
１６ ラメラフィルタ（フォイルトラップ）
２ 放射材料供給部
２１ 放射プラズマ
２２ 指向性の放射材料供給部
３ エネルギー供給部
３１ レーザービーム
３２ 電極
３３ （Ｈ^＋プラズマによる）電極延長部
４ デブリフィルタユニット
４１ 緩衝ガス
４２ 水素（高緩衝ガス圧）
４３ ガス注入口（位置は任意）
４４ 衝突経路（衝突容積）
４５ 超音速ノズル（ガスカーテン用）
４６ ガスカーテン
４７ 水素（低水素圧力）
４８ ラメラフィルタガス供給部
４９ （電流を担持している）水素プラズマ

Claims (18)

1. プラズマに基づく短波長放射線源、特にＥＵＶ放射線源を動作させるための方法であって、
   −所望の波長帯に高い放出効率を有する放射材料（２）を計量して供給し、真空室（１）内部に放射プラズマを生成するステップ、
   −緩衝ガスとしての水素ガスを圧力下で前記真空室（１）に導入し、１〜１００Ｐａ・ｍの範囲内の圧力−距離の積を調整する一方で、前記緩衝ガス内に前記放射プラズマ（２１）によって放射される放射線の幾何学的な放射経路（１４）を考慮するステップ、
   −指向性のエネルギー供給部（３）によって、空間的に狭く制限された高温放射プラズマ（２１）を生成するステップ、
   −放射材料の高速粒子が、衝突容積（４４）における前記水素緩衝ガス粒子への衝突によって減速させられるステップ、
   −前記放射プラズマ（２１）から発散して放出される前記短波長放射線が集光系（１１；１５）によって集束されるステップ、
   −前記真空室（１）が、前記真空室（１）を準静的に圧力調整するためにおよび残留放射材料と過剰緩衝ガス（４１）とを除去するために連続的に吸引されるステップ、
   を有する方法。
2. 前記放射材料が、前記真空室（１）にターゲット噴射（２２）としてもたらされ、かつ予め定められた相互作用点にてエネルギービームによって励起されて前記放射プラズマ（２１）を生成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ターゲット噴射（２２）が、連続的な液体噴射として供給され、かつレーザービーム（３１）によって励起されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記ターゲット噴射（２２）が不連続な液滴噴射として供給され、かつレーザービーム（３１）によって励起されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 前記放射材料が、前記真空室（１）に設けられた２つの電極（３２）間のガス流として供給され、かつ前記電極（３２）間の放電によって励起されて前記放射プラズマ（２１）を生成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 緩衝ガス（４１）としての前記水素ガスが圧力下で準静的に前記真空室（１）全体に保持されて、前記放射プラズマ（２１）から前記集光系（１１；１５）までの幾何学的な放射経路（１４）に依存して１〜１００Ｐａ・ｍの範囲内の圧力−距離の積を実現するようにし、その結果、高速なデブリ粒子が、前記幾何学的な放射経路（１４）に沿って前記真空室（１）を通して、それらのスパッタリング能力より低い熱エネルギーに減速されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 緩衝ガス（４１）としての前記水素ガスが圧力下で準静的に前記真空室（１）全体に保持されて、１〜１００Ｐａ・ｍの範囲内の圧力−距離の積を実現する一方、前記放射プラズマ（２１）によって放射された前記放射線の前記幾何学的な放射経路（１４）を考慮し、および緩衝ガス（４１）が、超音速ノズルによって、前記放射方向に対して側方に配置されるガスカーテンの形態で追加的に流入することを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 緩衝ガス（４１）としての前記水素ガスが圧力下で準静的に前記真空室（１）全体に保持されて、１〜１００Ｐａ・ｍの範囲内の圧力−距離の積を実現する一方、前記放射プラズマ（２１）によって放射された前記放射線の前記幾何学的な放射経路（１４）を考慮し、および緩衝ガス（４１）としての水素が、超音速ノズル（４５）によって、前記放射方向に対して側方に配置されるガスカーテン（４６）の形態で追加的に流入することを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 緩衝ガス（４１）としての前記水素ガスが、圧力下で準静的に前記真空室（１）全体に保持されて、１〜１００Ｐａ・ｍの範囲内の圧力−距離の積を実現する一方、前記放射プラズマ（２１）によって放射された前記放射線の前記幾何学的な放射経路（１４）を考慮し、および緩衝ガス（４１）がラメラ構造（１６）内部に追加的に流入することを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 緩衝ガス（４１）としての前記水素ガスが、圧力下で準静的に前記真空室（１）全体に保持されて、１〜１００Ｐａ・ｍの範囲内の圧力−距離の積を実現する一方、前記放射プラズマ（２１）によって放射された前記放射線の前記幾何学的な放射経路（１４）を考慮し、および緩衝ガス（４１）としての水素がラメラ構造（１６）内部に追加的に流入することを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. プラズマに基づく短波長放射線を生成する装置であって、極紫外線スペクトル領域において高い放出効率を有する放射材料を供給する手段（２）、空間的に狭く制限された高温放射プラズマ（２１）を形成するために前記放射材料を励起させる手段（３）、および前記放射プラズマから生成されたデブリ粒子を抑制する手段（４）が真空室に設けられる装置において、
    −緩衝ガス（４１）としての水素ガスを前記真空室（１）に導入するための供給装置（４３）が、デブリを削減するための手段（４）として設けられ、
    −前記真空室（１）には圧力調整手段（１３）が接続され、かつ前記水素ガスが、１〜１００Ｐａ・ｍの範囲内の圧力−距離の積を実現する圧力に、圧力調整手段（１３）によって準静的に調整される一方、前記放射プラズマ（２１）によって放射された前記放射線の前記コレクタ（１１）までの幾何学的な放射経路（１４）を考慮することを特徴とする装置。
12. 水素ガス用の前記供給装置（４３）を、前記真空室（１）の任意の位置に配置し、かつ前記緩衝ガス（４１）としての水素が前記真空室（１）全体に準静的な圧力を有するように調整して、前記放射プラズマ（２１）から前記集光系（１１）までの衝突容積（４４）内の前記幾何学的な放射経路（１４）に依存して１〜１００Ｐａ・ｍの範囲内の圧力−距離の積が実現され、その結果、高速のデブリ粒子が、前記真空室（１）を通して前記幾何学的な放射経路（１４）に沿って、スパッタリング能力を下回る熱エネルギーに減速されるようになることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 水素ガス用の前記供給装置（４３）を、前記真空室（１）の残りの圧力に対して増大した分圧で前記放射プラズマ（２１）のごく近傍に水素が供給されるように配置し、および前記真空室（１）の真空系（１３）が、前記緩衝ガス（４１）を吸引しかつ前記真空室（１）の残りにおいてより低い準静的な水素圧力（４７）を調整するために同時に設けられることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
14. 水素ガス用の前記供給装置（４３）を、前記放射プラズマ（２１）の領域において前記真空室（１）の圧力に対して増大した分圧で前記放射プラズマ（２１）のごく近傍に水素が供給されるように配置し、および前記放射プラズマ（２１）の近傍の増大した分圧の容積を局所的に制限するために少なくとも１つの別個のガスシンクがあることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
15. 前記真空室（１）全体に水素ガスを導入することに加えて、緩衝ガス（４１）を増大した分圧で導入して、前記放射プラズマ（２１）のごく近傍において前記放射された放射線の平均的な伝播方向に対して実質的に側方に向けられた緩衝ガス層を生成する手段（４５、４６；４８、１６）が設けられることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
16. 増大した分圧で緩衝ガス（４１）を導入して前記放射された放射線の平均的な伝播方向に対して側方にガスカーテン（４６）を生成する追加的な手段（４５）が、前記放射プラズマ（２１）のごく近傍に配置されることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
17. 増大した分圧で緩衝ガス（４１）を導入する追加的な手段（４８）がラメラフィルタ（１６）に設けられ、流れ抵抗によって前記ラメラフィルタ（１６）内部に実質的に側方の緩衝ガス層が形成されることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
18. 増大した分圧で緩衝ガス（４１）を導入する前記追加的な手段（４５、４６；４８、１６）が同様に水素を導入するために設けられていることを特徴とする請求項１５または１６に記載の装置。