JP2010232150A - 極端紫外光光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転する電極の回転速度を速くすることなく、高い繰り返し周波数で、安定してスズを放電領域に供給し、ＥＵＶの安定した発光が可能な極端紫外光光源装置を提供する。
【解決手段】周辺部を対向して配置した第１および第２の円盤状の放電電極と、上記第１および第２の放電電極を、それぞれの円の中心を回転中心として回転させる電極回転手段と、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、上記第１および第２の放電電極上に、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供給する原料供給手段と、上記放電電極上に供給された上記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、エネルギービームを、上記第１の電極と第２の電極上の上記原料に対して、あらかじめ設定した周波数で交互に照射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電により生成したプラズマより極端紫外光を発生させる極端紫外光光源装置に関する。特に、放電電極に供給した高温プラズマ原料にエネルギービームを照射して気化させ、気化後の原料から放電により生成したプラズマより極端紫外光を発生させる極端紫外光光源装置に関する。

半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、その製造用の投影露光装置においては解像力の向上が要請されている。その要請に応えるため、露光用光源の短波長化が進められ、エキシマレーザ装置に続く次世代の半導体露光用光源として、波長１３〜１４ｎｍ、特に波長１３．５ｎｍの極端紫外光（以下、ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光ともいう）を放出する極端紫外光光源装置（以下、ＥＵＶ光源装置ともいう）が開発されている。
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。

このような方法を採用するＥＵＶ光源装置の種類の一つに、ＤＰＰ（Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ：放電生成プラズマ）方式ＥＵＶ光源装置がある。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放射光を利用するものである。
ＥＵＶ光源装置において、強い放射強度の波長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、Ｌｉ（リチウム）とＳｎ（スズ）が注目されている。以下、ＤＰＰ方式に基づくＥＵＶ放射のメカニズムを簡単に説明する。

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。ここで、放電により電極間を流れる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１０^１７〜１０^２０ｃｍ^−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。

近年、ＤＰＰ方式において、放電が発生する電極表面に供給された固体もしくは液体のスズやリチウムにレーザ等のエネルギービームを照射して気化させ、その後、放電によって高温プラズマを生成する方法が特許文献１において提案されている。以下、エネルギービームがレーザである場合を説明する。また、上記したこの方式をＬＡＧＤＰＰ（Ｌａｓｅｒ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｇａｓ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式と称することにする。

以下、特許文献１に示されたＥＵＶ光源装置について説明する。図６は同公報に示されたＥＵＶ光源装置の断面図である。
１１４，１１６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１１２内に配置される。電極１１４および１１６は所定間隔だけ互いに離間しており、１４６を回転軸として回転する。１２４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１２４は、加熱された溶融金属（ｍｅｌｔｅｄ ｍｅｔａｌ）例えば液体状のスズであり、コンテナ１２６に収容される。溶解金属１２４の温度は、コンテナ１２６内に設けられた温度調整手段１３０により調整される。

上記電極１１４，１１６は、その一部が溶融金属１２４を収容するコンテナ１２６の中に浸されるように配置される。電極１１４，１１６の表面上に乗った液体状の溶融金属１２４は、電極１１４，１１６が回転することにより、放電空間１１２に輸送される。上放電空間１１２輸送された溶解金属１２４に対して（すなわち、放電空間１１２において、所定間隔だけ互いに離間した電極１１４，１１６の表面に存在する溶解金属１２４に対して）、図示を省略したレーザ照射装置よりレーザ１２０が照射される。レーザ１２０が照射された溶解金属１２４は気化する。
溶解金属１２４が気化した状態で、電極１１４，１１６に、パルス電力が印加されることにより、放電空間１１２においてパルス放電が開始し、プラズマ１２２が形成される。放電時に流れる大電流によりプラズマ１１２が加熱励起され高温化すると、この高温プラズマからＥＵＶ放射が発生する。ＥＵＶ放射は図面上側に取り出される。

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、１０^１６ｃｍ^−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１０^１７〜１０^２０ｃｍ^−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。

なお、１４８は電源に相当するキャパシターバンクであり、絶縁性のフィードライン１５０を介してコンテナ１２６に収容された溶融金属１２４と電気的に接続されている。溶融金属１２４は導電性であるので、キャパシターバンク１４８より、溶融金属１２４を介して、一部が溶融金属１２４に浸漬している電極１１４，１１６に電気エネルギーが供給される。
本方式によれば、常温では固体であるスズやリチウム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スズやリチウムを供給できるので、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。

また、特許文献１に記載されたＥＵＶ光源装置においては、電極を回転させているので、次のような利点がある。
その１、常に新しいＥＵＶ発生種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。
その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。

特表２００７−５０５４６０号公報 特開２００７−５１２４号公報 特開２００７−５５４２号公報

高温プラズマから放射されるＥＵＶの出力Ｐ_ＥＵＶ（Ｗ）は、以下のような式で表される。
Ｐ_ＥＵＶ（Ｗ）＝Ｅ_{ｄｉｓｃｈａｒｇｅ}（Ｊ）×ＣＥ（％）×ＰＲＦ（Ｈｚ）×σ
ここで、Ｅ_{ｄｉｓｃｈａｒｇｅ}（Ｊ）は放電に注入したエネルギー、ＣＥ（％）は変換効率、ＰＲＦ（Ｈｚ）は放電の繰り返し周波数、σは放電領域へのプラズマ原料の供給の安定度である。安定度σは次のように説明することができる。
電極上の高温プラズマ原料（スズ）にレーザを照射しプラズマを発生させると、電極表面の、レーザが照射された部分のスズは気化して消失する。したがって、放電領域に安定してスズを供給するためには、レーザを照射する位置は、電極上にスズが十分に残っている部分でなければならない。

例えば、図７に示すように、レーザを照射する位置が、１回前のレーザ照射によりスズが消失している部分（ａ）や、スズが消失した部分のエッジの部分（ｂ）であると、放電領域へのスズの供給量が減ったり、スズが供給される方向（位置）が変わったりして、放電領域へのスズ供給の安定度σが低下する。放電領域に安定して所望の量のスズを供給するためには、常に1回前のレーザ照射の影響を受けていない部分（ｃ）に対して行われなければならない。

現在のところ、電極上のスズにレーザを照射すると、レーザの照射径とほぼ同等の領域のスズがなくなると考えられている。したがって、1回前のレーザ照射の影響を受けていない部分とは、前回のレーザ照射位置から少なくともレーザの照射径（直径）だけ移動した部分である。
ここで、現状のレーザの照射径（直径）は１００μｍ〜４００μｍである。仮にレーザの照射径を４００μｍ（０．４ｍｍ）、回転する電極の直径を２００ｍｍとすると、１０ｋＨｚの繰り返し周波数で放電する場合、スズが塗布された電極の周辺部が１パルス間（２回のレーザ照射間）に４００μｍ（１回前のレーザ照射の影響を受けていない部分にまで）移動するための電極の回転速度（Ｈｚ）を計算すると、以下のようになる。
電極の回転速度（Ｈｚ）＝（０．４ｍｍ×１０ｋＨｚ）／（２００ｍｍ×π）＝６．３７Ｈｚ
即ち、直径２００ｍｍの電極は約６Ｈｚ（１秒間に６回転）以上の回転速度で回転しなければならない。

しかし、電極の回転速度が速いと、その分電極の周辺に塗布されているスズに加わる遠心力も大きくなる。そして、この遠心力がスズの表面張力よりも勝ると、スズは回転する電極からはがれて周囲に飛び散る。電極の回転速度がどの程度速くなるとスズが飛び散るのかについては、今のところ、電極のスズが塗布されている周辺部の移動（回転）速度が、４ｍ／ｓを超えると、スズが電極からはがれる（飛び散る）可能性があると考えられている。

上記例に示した、直径２００ｍｍの電極を６Ｈｚで回転させると、電極周辺部の速度（ｍ／ｓ）は以下の式から求められる。
電極周辺部の速度（ｍ／ｓ）＝２００ｍｍ×π×６Ｈｚ＝３．７７ｍ／ｓ
即ち、電極の周辺部の速度は約３．７ｍ／ｓとなり、この値は、上記したスズが電極からはがれる移動（回転）速度（４ｍ／ｓ）とほとんど等しい。

一方、今後はＥＵＶの出力を大きくするために、放電の繰り返し周波数（ＰＲＦ）を１０ｋＨｚ以上に上げることが考えられている。
しかし、繰り返し周波数を１０ｋＨｚ以上にして、かつ安定度σを低下させない（レーザ照射の間に電極を４００μm以上移動する）ためには、電極の直径が同じであれば回転速度を４ｍ／ｓ以上にしなければならず、そのようにするとスズが電極からはがれてしまう。そのため放電の繰り返し周波数を上げられないという問題が生じる。

本発明は、上記の問題点に鑑み、回転する電極の回転速度を速くすることなく、高い繰り返し周波数で、安定して高温プラズマ原料（スズ）を放電領域に供給し、ＥＵＶの安定した発光が可能な極端紫外光光源装置を提供することを目的とする。

発明者は、上記課題解決するために検討を重ねた結果、電極上の原料にレーザを照射するとその照射径とほぼ同等の領域のスズが消失するが、レーザを照射しない側の電極上の原料はほとんど消失せず、したがって、レーザの照射を両方の電極上の原料に対して交互に行えば、電極の回転速度を速くすることなく、高い繰り返し周波数で、安定してスズを放電領域に供給することができることを見出した。
即ち、本発明においては、極端紫外光光源装置を次のように構成する。

周辺部を対向して配置した第１および第２の円盤状の放電電極と、上記第１および第２の放電電極を、それぞれの円の中心を回転中心として回転させる電極回転手段と、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、上記第１および第２の放電電極上に、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供給する原料供給手段と、上記放電電極上に供給された上記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、上記極端紫外光光源装置は、上記エネルギービーム照射手段からのエネルギービームを、上記第１の電極と第２の電極上の上記原料に対して、あらかじめ設定した周波数で上記第１の電極と第２の電極に対して交互に照射する制御部を備える。

本発明の極端紫外光光源装置において、以下の効果を得ることができる。
エネルギービームの照射を、第１の電極と第２の電極に対して交互に行うので、ひとつの電極に関してみると、エネルギービームが照射される時間間隔が２倍に伸び、したがって、その間に電極が移動する距離も２倍になる。
したがって、回転速度が同じであっても（速くしなくても）、電極のスズが供給されている部分は、２回のレーザ照射の間に、１回前のレーザ照射の影響を受けていない部分にまで移動することができ、放電領域へのスズの供給が不安定になることなく、放電の繰り返し周波数を上げることができる。

本発明の実施例の極端紫外光（ＥＵＶ）光源装置の構成（正面の断面図）を示す図である。 本発明の実施例の極端紫外光（ＥＵＶ）光源装置の構成（上面の断面図）を示す図である。 本発明の極端紫外光（ＥＵＶ）光源装置の動作の概念ついて説明する図である。 回転電極の回転速度に対して、電極が２回のレーザ照射の間にレーザの径の幅分移動できるための繰り返し周波数を示した図である（レーザの径は４００μm）。 電極の回転速度に対して、２回のレーザ照射間で電極が移動する距離を示した図である（レーザ照射の繰り返し周波数は１０ｋＨｚ）。 従来の極端紫外光（ＥＵＶ）光源装置の構成を示す図である。 電極上のスズに対してレーザを照射する位置を説明する図である。

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。

他方の空間には、高温プラズマ原料が加熱励起されて生成した高温プラズマから放出されるＥＵＶ光を集光して、チャンバ１に設けられたＥＵＶ取出し部７より図示を省略した露光装置の照射光学系へ導くＥＵＶ集光鏡２、および、放電によるプラズマ生成の結果生じるデブリがＥＵＶ光の集光部へ移動するのを抑制するためのデブリトラップが配置される。本実施例においては、図１、図２に示すようにデブリトラップは、ガスカーテン１３ｂならびにホイルトラップ３から構成される。

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。放電空間１ａには真空排気装置４、集光空間１ｂには真空排気装置５がそれぞれ連結され、放電空間１ａと集光空間１ｂをそれぞれあらかじめ設定された圧力に維持する。なお、ホイルトラップ３は、例えば、ホイルトラップ保持用隔壁３ａによりチャンバ１の集光空間１ｂ内に保持される。

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、集光空間１ｂが放電空間１ａより大きい。
以下、本実施例のＥＵＶ光源装置の各部の構成について説明する。
（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。

第１の放電電極１１と第２の放電電極１２は周辺部を対向して配置する。
両電極１１，１２は、その表面が同一平面上になるように配置してもよいが、図２に示すように、放電が発生しやすいように、電力印加時に電界が集中する周辺部のエッジ部分が、所定距離だけ離間して互いに向かい合うように配置することが好ましい。すなわち、各電極表面を含む仮想平面が交差するように各電極を配置することが好ましい。なお上記所定距離は、両電極の周辺部のエッジ部分間距離が最も短い部分での距離である。
両電極１１，１２にパルス電力供給手段８よりパルス電力が印加されると、上記エッジ部分において放電が発生する。一般的には、両電極１１，１２のエッジ部分間距離が最も短い部分で多く放電が発生する。以下、両電極間の放電が発生する空間を放電領域と呼ぶことにする。

上記したように、各電極１１，１２のエッジ部分が所定距離だけ離間して互いに向かい合うように配置した場合、図２に示すように、上方から俯瞰すると、第１および第２の放電電極の表面を含む仮想平面が交差する位置を中心として、両電極は放射状に配置されることになる。
本実施例のＥＵＶ光源装置は、エネルギービームの照射により気化した高温プラズマを原料とし、放電による電流駆動によって生成した高温プラズマからのＥＵＶ放射光を利用するものである。高温プラズマ原料の加熱励起手段は、一対の電極１１，１２間に発生した放電による大電流である。電極１１，１２は、放電と、電極近傍に発生した高温プラズマにより大きな熱的負荷を受ける。このような熱的負荷により電極は徐々に磨耗し金属デブリが発生する。

ＥＵＶ光源装置は、露光装置の光源装置として使用される場合、高温プラズマから放出されるＥＵＶ放射光をＥＵＶ集光鏡２より集光し、この集光したＥＵＶ放射光を露光装置側へ放出する。上記の金属デブリは、ＥＵＶ集光鏡２にダメージを与え、ＥＵＶ集光鏡２におけるＥＵＶ光反射率を劣化させる。
また、電極１１，１２は徐々に磨耗することにより形状が変化する。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。ＥＵＶ光源装置を量産型の半導体露光装置の光源として用いる場合、上記したような電極の消耗を抑制し、電極寿命をできるだけ長くすることが必要となる。

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、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。

具体的には、円盤状の第１の回転電極１１、第２の回転電極１２の中心部には、それぞれ、第１のモータ２２ａの回転軸２２ｅ、第２のモータ２２ｂの回転軸２２ｆが取り付けられている。第１のモータ２２ａ、第２のモータ２２ｂが、それぞれ回転軸２２ｅ，２２ｆを回転させることにより、第１の回転電極１１、第２の回転電極１２は回転する。なお、回転の方向は特に規制されない。ここで、回転軸２２ｅ，２２ｆは、例えば、メカニカルシール２２ｃ，２２ｄを介してチャンバ１内に導入される。メカニカルシール２２ｃ，２２ｄは、チャンバ１内の減圧雰囲気を維持しつつ、回転軸２２ｅ，２２ｆの回転を許容する。

図１に示すように、第１の回転電極１１と第２の回転電極１２は、その一部が、第１のコンテナ１１ｂと第２のコンテナ１２ｂ内の溶融したスズ１１ａ，１２ａの中に浸されるように配置される。このスズ１１ａ，１２ａ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とともに、第１の回転電極１１、第２の回転電極１２に電力を供給する給電用の金属としても働く。

第１のコンテナ１１ｂおよび第２のコンテナ１２ｂは、チャンバ１内の減圧雰囲気を維持可能な絶縁性の電力導入部１１ｃ，１２ｃを介して、パルス電力供給手段である電力発生器８と接続される。第１、第２のコンテナ１１ｂ，１２ｂ、および、スズ１１ａ，１２ａは導電性であり、第１の回転電極１１の一部および第２の回転電極１２の一部は、上記スズ１１ａ，１２ａに浸漬され、第１のコンテナ１１ｂおよび第２のコンテナ１２ｂ間にパルス電力発生器８からパルス電力を印加することにより、第１の回転電極１１および第２の回転電極１２間にパルス電力が印加される。
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。

（２） 原料供給手段
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。

電極表面に付着したスズ１１ａ，１２ａはレーザの照射により消費されるが、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。

（３） 原料を気化させるエネルギービーム照射手段
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のレーザ照射装置２３ａと、第２のレーザ２４を照射する第2のレーザ照射装置２４ａとを備える。
レーザ２３，２４を放出するレーザ照射装置２３ａ，２４ａのレーザ源としては、例えば、炭酸ガスレーザ源や、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4 レーザ、ＹＬＦレーザ等の固体レーザ源、ＡｒＦレーザ、ＫｒＦレーザ、ＸｅＣｌレーザ等のエキシマレーザ源等を採用することができる。
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、電子ビームを電極上の高温プラズマ原料（スズ）に照射するようにしてもよい。

図２に示すように、第１のレーザ２３は、第１の回転電極１１上の高温プラズマ原料（スズ１１ａ）対して照射される。また、第２のレーザ２４は、第２の回転電極１２上の高温プラズマ原料（スズ１２ａ）対して照射される。集光光学系２３ｃ，２４ｃとしては、例えば凸レンズが使用される。
回転電極１１，１２上の高温プラズマ原料（スズ１１ａ，１２ａ）へのレーザ２３，２４の照射は、第１の回転電極１１への照射の次は第２の電極１２への照射、その次は第１の回転電極１１への照射というように、交互に行う。
一方の回転電極上の高温プラズマ原料（スズ）対してレーザを照射することにより、レーザを照射された高温プラズマ原料（スズ）は気化する。気化したスズは対向配置されている他方の回転電極に達し放電が開始する。

（４） パルス電力発生器
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。
（５） ＥＵＶ光集光部
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。
上記した各凹面ミラーの基体材料は、例えば、ニッケル等である。波長が非常に短いＥＵＶ光を反射させるので、凹面ミラーの反射面は、非常に良好な平滑面として構成される。この平滑面に施される反射材は、例えば、ルテニウム、モリブデン、およびロジウムなどの金属膜である。各凹面ミラーの反射面には、このような金属膜が緻密にコーティングされる。

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。
（６） デブリトラップ
上記した放電部とＥＵＶ光集光部との間には、電極の磨耗や高温プラズマ原料に起因するデブリ等からＥＵＶ集光鏡２のダメージを防ぐために、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、図２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。

ガスカーテン１３ｂは、ガス供給ユニット１３からノズル１３ａを介してチャンバ１内に供給されるガスにより構成される。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、アルゴン等の希ガスや水素などが用いられる。
ガスカーテン１３ｂとＥＵＶ集光鏡２との間には、ホイルトラップ３が設けられる。ホイルトラップ３は、高温プラズマから放射されるＥＵＶ光を遮らないように、高温プラズマ発生領域の径方向に設置される複数のプレートと、そのプレートを支持するリング状の支持体とから構成されている。このようなホイルトラップの例として、特許文献２や特許文献３に記載された「デブリトラップ」がある。

次に、本発明の極端紫外光（ＥＵＶ）光源装置の動作ついて、図３を用いて説明する。
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。なお、ここでは、１０ｋＨｚの繰り返し周波数で高温プラズマを生成し、ＥＵＶ光を発生させる場合を考える。
第１の回転電極１１と第２の回転電極１２に対して、パルス電力発生装置８から１０ｋＨｚの繰り返し周波数で電力が加えられる。従来であれば、図３（ａ）に示すように、一方の電極（例えば第1の電極）に対してのみ、上記電力の供給に合わせて１０ｋＨｚの繰り返し周波数でレーザを照射する。レーザ照射により、電極上の高温プラズマ原料（スズ）が気化し、高温プラズマが生成される。
これに対して本発明においては、図３（ｂ）に示すように、両方の電極に対して、交互にレーザを照射する。

第１と第２の両電極１１，１２に対しては、従来と同様に、パルス電力発生装置８から１０ｋＨｚの繰り返し周波数で電力が加えられる。これに合わせて、第１のレーザ２３は、５ｋＨｚの繰り返し周波数で第１の回転電極１１に照射され、また第２のレーザ２４は、第１のレーザ２３の照射と照射の中間時に、５ｋＨｚの繰り返し周波数で第２の回転電極１２に照射される。したがって、レーザの照射は、第１のレーザ照射→第２のレーザ照射→第１のレーザ照射→第２のレーザ照射→・・・の順となり、その繰り返し周波数は１０ｋＨｚとなる。

詳しくは、図１、図２に戻り、制御部２６は、第１回目のレーザ照射の指令信号を第１のレーザ照射装置２３ａに送る。その信号により、第１のレーザ照射装置２３ａは第1のレーザ２３を出射する。出射した第1のレーザ２３は集光光学系２３ｃにより集光され、窓部２３ｄを介して、第１の回転電極１１上の高温プラズマ原料（スズ１１ａ）に照射される。レーザ２３を照射された第１の回転電極１１上の高温プラズマ原料（スズ１１ａ）は気化し、電力が加えられている電極間で高温プラズマを形成しＥＵＶ光を発生する。
このとき、レーザ２３を照射された第１の回転電極１１では、レーザ２３の照射径とほぼ同等の領域のスズ１１ａが消失する。しかし、対向する第２の回転電極１２上のスズ１２ａはほとんど消失しない。

続いて、制御部２６は、第２回目のレーザ照射の指令信号を第２のレーザ照射装置２４ａに送る。その信号により、第２のレーザ照射装置２４ａはレーザ２４を出射する。出射したレーザ２４は集光光学系２４ｃにより集光され、窓部２４ｄを介して、第２の回転電極１２上の高温プラズマ原料（スズ１２ａ）に照射される。
レーザ２４を照射された第２の回転電極１２上の高温プラズマ原料（スズ１２ａ）は気化し、電力が加えられている電極間で高温プラズマを形成しＥＵＶ光を発生する。
上記したように、第２の回転電極１２上のスズ１２ａは、前回の第１の回転電極１１上のスズ１１ａへのレーザ２３の照射において消失しないので、レーザ２４はスズ１２ａが十分に存在する部分に照射することができ、放電領域へのスズの供給を安定して行うことができる。

続いて、制御部２６は、第３回目のレーザ照射の指令信号を第１のレーザ照射装置２３ａに送る。その信号により、第１のレーザ照射装置２３ａは第1のレーザ２３を出射する。出射した第1のレーザ２３は集光光学系２３ｃにより集光され、窓部２３ｄを介して、第１の回転電極１１上の高温プラズマ原料（スズ１１ａ）に照射される。
レーザ２３を照射された第１の回転電極１１上の高温プラズマ原料（スズ１１ａ）は気化し、電力が加えられている電極間で高温プラズマを形成しＥＵＶ光を発生する。

同様に、第１の回転電極１１上のスズ１１ａはその前の第２の回転電極１２上のスズ１２ａへのレーザ２４の照射において消失せず、また、第１回目のレーザ照射によりスズ１１ａが消失した部分は、第２回目の第２の電極１２へのレーザ照射と放電が行われている間に遠くに移動しているので、レーザ２３はスズ１１ａが十分に存在する部分に照射することができ、放電領域へのスズの供給を安定して行うことができる。
以下、これらの動作を繰り返す。

図４は、電極上のスズに対して照射するレーザの径が４００μmである場合の、回転電極の回転速度に対して、電極が２回のレーザ照射の間に４００μm移動するための繰り返し周波数を示したものである。横軸は回転電極のスズが塗布される周辺部の移動速度（単位はｍ／ｓ）であり、縦軸は放電の繰り返し周波数（単位はｋＨｚ）である。
図５は、１０ｋＨｚの繰り返し周波数で放電を行う場合の、電極の周辺部の移動速度に対して、２回のレーザ照射間で電極の周辺部が移動する距離を示したものである。横軸は回転電極のスズが塗布される周辺部の移動速度（単位はｍ／ｓ）であり、縦軸は電極の移動距離（単位はμｍ）である。

両方の図とも、◆は一方の電極に対してのみレーザ照射を行う従来の場合であり、■は両方の電極に対してレーザ照射を行う本発明の場合である。
図４，５に示すように、例えば、１０ｋＨｚの繰り返し周波数で放電を行う場合、従来の片側の電極にのみレーザ照射を行うのでは、４ｍ／ｓ以上の速度で電極を回転させなければ、２回のレーザ照射の間にレーザの径である４００μmを移動できないので、安定した放電を得ることができない。
しかし、上記したように、スズが電極からはがれないようにするためには、電極の回転速度は４ｍ／ｓが上限である。したがって、放電の繰り返し周波数を１０ｋＨｚ以上に上げることができない。

これに対して、本発明の場合、レーザの照射は２つの電極に対して交互に行うので、１０ｋＨｚの繰り返し周波数で放電を行なう場合、片方の電極に対しては、５ｋＨｚの繰り返し周波数でレーザを照射する。
したがって、電極の回転速度が４ｍ／ｓの場合、電極は２回のレーザ照射の間に８００μm移動することができる。したがって、電極の回転速度を４ｍ／ｓ以上に早くすることなく、放電の繰り返し周波数を２０ｋＨｚにまで上げることができる。
放電の繰り返し周波数を２０ｋＨｚに上げても、片方の電極に対しては、１０ｋＨｚの繰り返し周波数でレーザを照射することになるので、電極の周辺部は、２回のレーザ照射の間にレーザの径である４００μmを移動でき、安定した放電を得ることができる。

１ チャンバ
１ａ 放電空間
１ｂ 集光空間
２ ＥＵＶ集光鏡
３ ホイルトラップ
４ 放電空間の真空排気装置
５ 集光空間の真空排気装置
７ ＥＵＶ取出し部
８ パルス電力発生器
１１ 第１の放電電極
１１ａ スズ
１１ｂ 第１のコンテナ
１２ 第2の放電電極
１２ａ スズ
１２ｂ 第２のコンテナ
２３ 第１のレーザ
２３ａ 第1のレーザ照射装置
２４ 第２のレーザ
２４ａ 第2のレーザ照射装置
２６ 制御部

Claims (1)

1. 周辺部を対向して配置した第１および第２の円盤状の放電電極と、上記第１および第２の放電電極を、それぞれの円の中心を回転中心として回転させる電極回転手段と、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、上記第１および第２の放電電極上に、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供給する原料供給手段と、上記放電電極上に供給された上記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、
   上記極端紫外光光源装置は、上記エネルギービーム照射手段からのエネルギービームを、上記第１の電極と第２の電極上の上記原料に対して、あらかじめ設定した周波数で上記第１の電極と第２の電極に対して交互に照射する制御部を備えることを特徴とする極端紫外光光源装置。

Images