JP2012134143A - ガス放電ベースの高周波高電流放電により短波長放射線を発生するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パルス周期に対して不十分なプラズマの放出期間が改善されたガス放電発生プラズマベースの放射線源によって、短波長放射線を発生する。
【解決手段】エミッタが、真空チャンバ１に配置された２つの電極２間のパルス状電流によってイオン化および圧縮され、放出プラズマ３を形成する。プラズマ３は、パルス状電流のパルス繰り返し周期が、プラズマ３の寿命より短く調整され、パルス状電流の高周波数シーケンスによって、プラズマ３が、放出圧縮プラズマ３１の高エネルギ状態と緩和プラズマ３２の低エネルギ状態との間で周期的に交替しながら維持される。圧縮プラズマ３１を発生するための緩和プラズマ３２の励起用に、パルス繰り返し周期と等しいパルス幅を備えた５０ｋＨｚ〜４ＭＨｚのパルス繰り返し周波数ｆがパルス状電流用に用いられ、励起エネルギが、緩和プラズマ３２に結合される。
【選択図】図１

Description

本発明は、特にＥＵＶ領域において、ガス放電ベースの高電流放電により短波長放射線を発生するための方法および装置に関する。

極紫外放射線領域（ＥＵＶ領域）における短波長放射線（波長＜１００ｎｍ）が、多くの用途に、特に半導体リソグラフィ用に用いられる。ホットプラズマの放出に基づいた特別な放射線源が、この目的に用いられる。

ガス放電によって発生されたプラズマに基づく放射線源において、電圧が、低圧または真空下のチャンバにおける少なくとも２つの電極に印加され、高電流放電用の電界が、電極間で発生される。この目的に必要な電圧は、数キロボルトの範囲である。電極の選択される幾何学的配置は、回転対称であることが多い。

電界強度が十分に高く、かつ所望の波長領域に適した放出材料（エミッタ）の分子または原子が電界に位置している場合に、電荷が、少なくともいくつかの分子および／または原子から分離され、エミッタのイオン化が、電極間で引き起こされる（放電体積）。通常、追加的なデバイスが設けられ、それによって、放電体積は、実際の放電に先立って、イオン化の増加した状態にされる（予備イオン化）。

イオン化により発生された自由電荷キャリアによって、電極間の電気抵抗が低減され、これらの電極間で平衡を保っている電流および電荷のフローが可能になる。方位磁界が、電流フローによって発生され、電流フロー領域のまわりで回転対称的に延びる。両符号の電荷キャリアがプラズマ（準中性プラズマ）に存在する。電界を移動する電荷キャリア（イオンおよび電子）は、ローレンツ力の影響によって磁界軸の方向に加速され、電極間の軸に沿って小さな体積に圧縮される（ピンチ効果）。これは、プラズマの密度を増加させ、かつまたイオン間の衝突を増加させることにより、プラズマ、すなわち、このように圧縮され、次に、それぞれのエミッタに特有な所望の波長領域における放射線を放出するプラズマの温度を上昇させる。例えば、元素周期表の第５の主族の希ガスまたは元素（またはそれらの化合物）を、１３ｎｍ前後のＥＵＶ放射線を発生するためのエミッタとして用いることができる。

エミッタの十分に高いイオン化および加熱に必要な高電流強度ゆえに、プラズマは、パルスで発生させることができるだけである。したがって、プラズマは、電流パルスの期間に対応する、以下でプラズマの寿命と呼ばれるある時間間隔にわたってのみ持続する。

圧縮プラズマの放射線放出中に、このプラズマは、拡大および緩和（緩和プラズマ）を開始する。緩和プラズマは、緩和および対応する拡大の期間後に、短波長放射線の放出を停止する。

しかしながら、軟Ｘ線（ＥＵＶ放射線）用途のためには、連続的な高光子フローが、通常必要である。さらに、放射線の放出電力をできるだけ一定に維持することが望ましい。したがって、プラズマが周期的に発生されるという事実ゆえに、パルス状電流が、可能な最高のパルス繰り返し周波数ｆで電極に供給されるという点で、安定したパルス繰り返しが、軟Ｘ線放射線（ＥＵＶ）を用いた機械加工プロセス用に必要である。

特に高いパルス繰り返し周波数が、半導体リソグラフィ用に必要である。なぜなら、このようにして、放射線源の放出電力が増加され、放射線放出の均一性またはいわゆる線量安定性もまた改善することができるからである。プラズマベースの放射線源における線量安定性は、特にパルス対パルス安定性、およびソース体積、すなわち放出プラズマの体積のサイズおよび位置の空間安定性によって決定される。

放出期間ｔ_ｅｍｉ、すなわちプラズマが実際に所望の放射線を放出する時間間隔は、プラズマの寿命より短く、パルス繰り返し周波数ｆの周期よりかなり短く、ｆ≒５．．．１０ｋＨｚのパルス繰り返し周波数で、通常１μｓ未満である。したがって、平均放出比率ｆｒ^＊ｔ_ｅｍｉ（パルス繰り返し周期期間における放出期間のパーセンテージ）は、パルス繰り返し周期の１％未満、典型的には１‰未満でさえある。したがって、プラズマの平均放出出力は、同じパルス繰り返し周波数ｆにおいて、放出期間ｔ_ｅｍｉを長くすることによって増加することができる。

ガス放電ベースの周知のプラズマ放射線源は、１０ｋＨｚ未満のパルス繰り返し周波数で動作するが、しかし特許文献１に開示されているように、１０ＭＨｚを超える実質的により高いパルス繰り返し周波数で動作する周知の無電極アプローチが存在する。これらの方法において、プラズマの圧縮は、プラズマを通って流れる電流によって発生されるピンチ効果によってではなく、外部磁界の影響を介して実行される。

ガス放電ベースのプラズマ放射線源に必要な１０ｋＡを超える高電流強度を達成するために、特別の回路、すなわち、それによって非常に高い出力（１μｓ未満に数ジュール）が、パルス状電流の形態で短い間供給され、かつ同時に、パルス状電流を供給する技術的機器へのフィードバックなどの不利な影響を効率的に低減できる特別の回路が開発された。この種の回路が、例えば特許文献２で説明されている。

上記の原理に従って動作する、高エネルギ放射線を発生するための装置が、特許文献３で説明されている。この装置には、パルス電源と、少なくとも２つの電極、すなわちその間に、バッファガスおよび作動ガスまたは作動ガス混合物が注入される少なくとも２つの電極を有するおよび真空チャンバと、が含まれる。パルス電源は、充電回路によって０．５μｓ未満に充電できる充電コンデンサバンクを有する。さらに、充電プロセスを制御するためのデバイス、すなわち可飽和インダクタおよび少なくとも１つの充電コンデンサバンクを有する磁気圧縮回路と、少なくとも１つの充電コンデンサバンクを磁気圧縮回路へ放電するための充電バンクスイッチと、少なくとも４倍にパルス電圧を増加させるためのパルストランスと、が設けられる。装置は、予備イオン化なしで動作できるが、しかし予備イオン化を用いれば、変換効率（入力電流に対する発生放射線出力の比率）および放出の安定性に関してかなりよりよい結果が得られる。

ＵＳ ７，６０５，３８５ Ｂ２ ＤＥ １０３ ６１ ９０８ Ａ１ ＵＳ ６，５６６，６６７ Ｂ１

本発明の目的は、パルス周期に対して不十分なプラズマ放出期間が改善され、かつ時間に関して一定である短波長放射線放出が、高い線量安定性で達成される、ガス放電発生プラズマに基づいた放射線源によって、短波長放射線を発生するための新しい可能性を見つけることである。

短波長放射線を放出するガス放電ベースの放射線源を励起するための方法において、この放射線源では真空チャンバに配置された２つの電極間のパルス状電流により、エミッタが、電極間でイオン化されて周期的に圧縮され、かつ励起されて、放出期間にわたって各パルスにより所望の短波長放射線を放出するパルス状放出プラズマを形成し、上記の目的は、
− プラズマの存在期間に対応するプラズマの寿命より短いパルス状電流のパルス繰り返し周期を設定することによって、プラズマが、パルス状電流の高周波シーケンスにより連続的に維持されて、プラズマが、放出圧縮プラズマの高エネルギ状態と、緩和プラズマの低エネルギ状態との間で周期的に交替しながら維持されるようにすることと、
− 圧縮プラズマを発生するために緩和プラズマを励起するために、パルス繰り返し周期と等しいパルス幅を備えた５０ｋＨｚ〜４ＭＨｚのパルス繰り返し周波数が、パルス状電流用に用いられるという点で、励起エネルギが、緩和プラズマに結合されることと、
において達成される。

本発明は、次の考察に基づいている。すなわち、電極を用いて動作するガス放電ベースの放射線源において、放射線放出の出力電力および不変性、ならびに線量安定性を向上させるために、放出プラズマの寿命（放出期間）への、パルス状電流におけるパルス繰り返し周波数の適合を改善しなければならないという考察に基づいている。

この適合は、次の点において、本発明に従って実行される。すなわち、発生された放出プラズマが、（もはや放出しない）残留プラズマとしてまだ少なくとも部分的に存在する場合に、第１の放電後に既に次のパルスが供給されて、残留プラズマによって促進される放電のおかげで電流フローが再び始まるようにする点で本発明に従って実行される。残留プラズマは、再開された電流フローによってますますイオン化され、かつ再び起こるピンチ効果によって、さらなる放出期間ｔ_ｅｍｉにわたって所望の短波長放射線を放出する、小さなソース体積を有する圧縮プラズマの高エネルギ状態に変換される。

一旦プラズマが発生されると、パルス繰り返し周波数ならびにプラズマの励起および寿命のパルス幅における相互に適合された値によって、プラズマは、放出圧縮プラズマのエネルギ励起プラズマおよび緩和した、もはや放射しないプラズマに周期的に交替しながら維持されて、プラズマの完全な「消滅」が起きないようにする。エネルギ再充電のプロセスは、「プラズマリサイクリング」として理解することができる。このプラズマリサイクリングゆえに、短波長放射線への電気エネルギの変換効率は、プラズマが常に再び再形成される方法と比較して向上される。なぜなら、エネルギを浪費する、エミッタ粒子の最初の予備イオン化、および十分な連続パルスを用いたエミッタの加熱が、不要になるからである。

電流フローの全ての最大値において、プラズマは、電流誘起磁界の影響によって一度圧縮される（ピンチ効果）。ＡＣ電流が印加された場合に、圧縮は、ＡＣ電流のサイクル当たり二度行われるが、この場合に、電流方向は、一度反転する。ＡＣ電流の代わりにパルスＤＣ電流もまた用いることができ、その場合に、電圧形態は、例えば正弦、三角形、または矩形形状などの異なる形状を有することができる。

プラズマは、プラズマの放射線放出および空間的拡大ゆえに、個別電流強度最大値間に冷却するが、しかしイオン化状態のままである。放射中に、プラズマ温度は、典型的には〜３０−４０ｅＶである。ＥＵＶ放射線の放出は、パルス間に消滅するが、しかしエミッタ粒子は、ほぼイオン化されたままであり、プラズマ温度が、数電子ボルト（例えば１．．．１０ｅＶ）の範囲に低下するようにする。電極間の電気抵抗は、残留イオン化ゆえに永続的に低く、１ｋＶ未満の電圧範囲をまた使用できるのに対して、先行技術による周知の放射線源は、典型的には数キロボルトの電圧を用いる。

本発明による方法では５０ｋＨｚ〜２ＭＨｚの非常に高いパルス繰り返し周波数において、励起周波数のサイクル（パルス繰り返し周期）の１％以上の放出期間ｔ_ｅｍｉが達成される。本発明の最良の実施形態において、プラズマは、放出期間ｔ_ｅｍｉの逆数に一致するパルス繰り返し周波数ｆ＝１／ｔ_ｅｍｉで動作される。そうすると、プラズマはまた、最大電流値間に短波長放射線を放出する（準連続動作）。

パルス状電流の形状は、正弦、三角形、および矩形関数を含む群からの関数として選択および使用するのが有利である。さらに、任意のパルス形状が、もしそれが絶えず繰り返されるのであれば、パルス状電流の形状として使用可能である。

好ましくは、１ジュール以下の励起エネルギが、圧縮プラズマの発生のために、緩和プラズマの全ての励起用に緩和プラズマに注入される。これは、プラズマの近くに配置されたコンポーネントの表面に対する損傷を低減し、短波長放射線を発生するために供給されるエネルギ量を低下させる。

本発明による方法の連続的な実行のために、パルス繰り返し周波数ｆが、共振回路の固有周波数ｆ_０に適合される場合には有利である。

さらに、放出期間ｔ_ｅｍｉが、パルス繰り返し周波数の少なくとも１％である場合には、短波長放射線の発生に有利である。

パルス状電流は、時間に対して任意の振幅波形（例えば、矩形もしくは正弦）を備えたＡＣ電流およびまたパルスＤＣ電流として供給することができる。この点において、回路におけるＡＣ電流のパルス繰り返し周波数および振幅を互いにほぼ独立し設定できる場合には有利である。なぜなら、このようにして、設備の電気特性にパラメータを適合させることができ、放射特性を最適化することができるからである。真のＡＣ電流は、プラズマにおけるイオンおよび電子の正味の移動がゼロに等しいという、パルスＤＣ電流に勝る利点を提供する。

５０ｋＨｚ〜２ＭＨｚの周波数を備えたＡＣ電流または１００ｋＨｚ〜４ＭＨｚの周波数を備えたパルスＤＣ電流のパルス状電流を、パルス状電流として用いるのが好ましい。

パルス状電流を供給するための本発明による方法において、少なくとも以下の要素およびコンポーネント群、すなわち共振回路、共振回路の誘導励起用の高周波発生器、およびコンデンサＣを含むピーキング回路を用いるのが好ましく、ここで、
− コンデンサＣは、３００ｎＦ〜６００ｎＦの電気容量を有し、
− ピーキング回路は、２０ｎＨ〜３０ｎＨのインダクタンスＬを有し、
− ピーキング回路は、０．０２５Ω〜０．０５Ωの電気抵抗Ｒを有する。

本発明による方法の好ましい実施形態において、コンデンサＣは、そこに元々蓄積されたエネルギのある部分がプラズマにおいて消費された場合に、うまくタイミングを合わせた電気エネルギ供給によって再充電される。

上記の目的は、高周波高電流放電によって短波長放射線を放出するガス放電ベースの放射線源を励起するための装置であって、この放射線源において、少なくとも２つの電極が、真空チャンバに設けられ、この真空チャンバにおいて、エミッタが、これらの電極間に位置し、かつ高いパルス繰り返し周波数で電極間にパルス状電流を発生するための手段が設けられ、
− 共振回路と、共振回路の誘導励起用の高周波発生器と、少なくとも１つのコンデンサと、を含むピーキング回路が、パルス状電流の発生用の手段として設けられ、第１のコンデンサ、抵抗器、インダクタＬ、および第２のコンデンサが、共振回路に連続的に配置され、かつ上記のシーケンスで互いに導電接続され、第１のコンデンサが、第２のコンデンサに導電接続されることと、
− 第１のコンデンサを再充電するための充電回路が設けられることと、
− ピーキング回路が、第１のコンデンサと抵抗器との間で充電回路の線路を通して電気的に接触され、スイッチが、充電回路の線路を切り替えるために充電回路の線路に配置されることと、
− 別のスイッチが、コンデンサのタイミングを合わせた再充電を可能にするように、コンデンサと抵抗器との間で導電性接続を切り替えるためにコンデンサと抵抗器との間に設けられることと、
を特徴とする装置によってさらに達成される。

本発明は、ガス放電発生プラズマに基づいた放射線源であって、プラズマの放出期間がパルス周期に対して改善され、かつ時間に関して一定している、高い線量安定性を有する短波長放射線放出が達成される放射線源により短波長放射線を発生することを可能にする。

実施形態例に関連して以下で本発明をより完全に説明する。

共振回路への電極の直列接続部を有する、本発明による装置の第１の実施形態例の概略図である。 共振回路への電極の並列接続部を有する、本発明による装置の第２の実施形態例の概略図である。 共振回路の概略的配置図である。

実施形態例は、上記の放電条件を満たすことができるようにする回路に関する。以下において、第１に所望の出力Ｐ_ＥＵＶを生成できる放電を発生できるように、このタイプの回路を原則としてどのように構成しなければならないかを示す。図面に示す回路は、プラズマ特性が、プラズマ３のインダクタンスＬ’およびプラズマ３の電気抵抗Ｒ’によって特徴付けられる等価回路である。

図１による本発明の基本構成において、本発明には、２つの電極２１および２２間の真空チャンバ１であって、電極２１および２２間の放電の結果として、エミッタ送出ユニット４によって供給されるガスエミッタがプラズマ３に変換される真空チャンバ１に配置された放電ギャップ２と、電極２１および２２に接続され、かつ共振回路５１、および共振回路５１を駆動するための高周波発生器５２を有するピーキング回路５と、が含まれる。共振回路５１、電極２１、２２、および放電ギャップ２の構成はまた、以下で放電回路と呼ばれる。

高周波発生器５２は、高周波技術において用いられるような高出力発振回路によって実現される。高周波発生器５２は、１００ｋＨｚ〜４ＭＨｚのパルス繰り返し周波数で、数百ボルト〜数ｋＶを備えた必要な電圧パルスを発生することができる。高周波発生器５２の総出力は、５〜５０００ｋＷの範囲である。高周波発生器５２は、共振回路５１と誘導結合され、共振回路５１を駆動する。

共振回路５１（非常に一般化されて示されている、ＥＮ６０６１７−４：１９９６）は、インダクタＬおよびコンデンサＣを備えたＬＣ回路であり、抵抗器Ｒを有する。５０ｋＨｚの選択された最小パルス繰り返し周波数を備えたＡＣ電流の形態をしたパルス状電流が、共振回路５１によって周期的に供給される。したがって、周期期間は、２μｓであり、１μｓの間隔の交互極性を備えた電流パルスに帰着する。ガスもしくは蒸気またはその混合物が、ガスエミッタとして用いられる。ガスエミッタは、調整可能なガス入口４１および対応するガス供給部４２を介して、電極２１および２２の領域へ流される。

本発明の代替実施形態において、エミッタはまた、固体または液体材料の蒸発によって電極２１および２２間の領域に供給できるが、そのときこの固体または液体材料は、必要な材料体積ゆえに補給しなければならない。液体または固体エミッタはまた、電極２１および２２に再生的に塗布することができ、そこから蒸発させることができる（図示せず）。後者の場合に、エミッタは、好ましくは、電極２１または２２の１つに再生的に塗布され、レーザ（図示せず）によって局所的に蒸発される。

電極２１および２２ならびにそこで発生されるプラズマ３は、直列（図１に非常に概略的に示されている）または並列（図２に非常に概略的に示されている）に共振回路５に接続することができる。放電ギャップ２におけるガス放電用の電流を供給するためのピーキング回路５は、放電ギャップ２が、電極２１および２２間のプラズマ３ならびに共振回路５１と直列に接続されるという点で、特に簡単な方法で実現することができる。この場合に、電極２１および２２間のプラズマ３は、抵抗器Ｒ’を形成する。共振回路５１の残りの電気抵抗Ｒが、十分に低い場合に、プラズマ３の抵抗Ｒ’は、電気抵抗への主要な寄与をなす。

共振回路５１の所望の固有周波数は、下記の式に従い、インダクタンスＬおよびキャパシタンスＣの適切な選択を介して調整することができる。

これに関連して、Ｌ＝５．．．１００ｎＨおよびＣ＝１００．．．１０００ｎＦの現実的な値に対して、固有周波数ｆ_０に対する抵抗Ｒの影響は小さい。

この場合に（異なる従来のパルス放電ベースのプラズマ放射線源とは対照的に）、共振回路５１のインピーダンスをプラズマ３の電気抵抗Ｒ’に適合させることは必要ではない。なぜなら、プラズマ３に結合されない電気エネルギは、ほとんどその全体において、共振回路５１の十分に低い電気抵抗Ｒで回復されるからである。共振回路５１の励起および固有周波数ｆ_０間の周波数マッチングは、減衰振動に帰着し、抵抗損失だけが、抵抗Ｒ_１を有するインダクタＬ、および抵抗Ｒ_２を有するコンデンサＣにおいて生じる。半振動当たりプラズマ３に供給されるエネルギは、共振回路５１における高無効電流によって、共振回路５１において利用可能なエネルギより小さく維持される。これは、強化されたフィードバックによって共振回路５１の駆動を容易にする。

プラズマ３に供給される所与の電力Ｐおよびプラズマ３の所与の抵抗Ｒ’において、共振回路５１における実効電流強度は、

である。
これは、パルス状電流の周波数に依存しない。したがって、所与の最大電力Ｐにおいて電流強度を最大限にするために、プラズマ３の低い抵抗Ｒ’が望ましい。

ピーキング回路５において、共振回路５１は、高周波発生器５２によって駆動され、所望のパルス繰り返し周波数ｆで発振し始める。したがって、電圧が電極２１および２２に印加され、それによって、電極２１および２２間に位置するエミッタは、エミッタの高電流励起が、例えば予備イオン化（図示せず）後に少なくとも一度行われた後で、電界の影響でイオン化されてプラズマ３に変換され、高密度で高温の圧縮プラズマ３１を形成する。圧縮プラズマ３１の放射線放出および拡大を介して、圧縮プラズマ３１は、急速にエネルギを失い、部分的に再結合される。しかしながら、電極２１および２２に存在する電圧ゆえに、圧縮プラズマ３１は、放電ギャップ２において緩和プラズマ３２として留まる。

プラズマ３の寿命は、最初の圧縮プラズマ３１の発生で始まる。イオン化が、ある値を超えた場合に、電極２１および２２間に電流フローが存在し、電流フローによって発生された磁界が、ピンチ効果ゆえにプラズマ３の圧縮につながり、かつ高エネルギの状態を有して温度が急激に上昇する圧縮プラズマ３１であって、そこから短波長放射が放出される圧縮プラズマ３が形成され得る。放出放射線６の波長は、用いられるエミッタ、および圧縮プラズマ３１の温度に依存する。

パルス状電流のパルスの終わりに、圧縮プラズマ３１は、ローレンツ力の消滅ゆえに、所望の放射線を放出している間に拡大し、電荷再結合を介して低エネルギ状態すなわち緩和プラズマ３２に入る。

しかしながら、緩和プラズマ３２が、そのイオン化状態を完全に失い、かつプラズマ３の寿命が終了する前に、次の電流パルスが、電極２１および２２間に既に供給され、ガス放電が、電極２１および２２間の電界を介して再び発生される。エミッタの新しく繰り返されるイオン化は、はるかに容易に行うことができる。なぜなら、エミッタの少なくとも一部が、緩和プラズマ３２として、単純なイオン化状態にまだあるからである。したがって、別個の予備イオン化は、もはや必要ではない。

したがって、比較的低い必要電圧において、緩和プラズマ３２は、ピンチ効果および圧縮による極端な加熱に帰着する高電流強度により貫通される。このように、繰り返されるイオン化状態が、圧縮プラズマ３１において再び達成される。すなわち、緩和プラズマ３２は、「リサイクル」され、放出圧縮プラズマ３１に変換される。圧縮プラズマ３１と緩和プラズマ３２との間の繰り返される交互変換のこのプロセスは、放出放射線６が必要な限り、「消滅」なしに、すなわちプラズマ３のイオン化の完全な再結合なしに繰り返される。

放出期間ｔ_ｅｍｉにわたって放出される放射線６は、中間焦点におけるさらなる使用のために、適切な手段（図示せず）によって集められ、導かれ、供給される。

パルス状電流の１ＭＨｚパルス繰り返し周波数ｆを備えた上記の例において、プラズマ３は、−圧縮プラズマ３１および緩和プラズマ３２の位相の合計発生として−１ｕｓの寿命にわたって持続し、かつ圧縮プラズマ３１として、その高エネルギ状態で、例えば５０ｎｓの放出期間ｔ_ｅｍｉにわたって短波長放射線６を放出する。放出期間ｔ_ｅｍｉは、電流サイクルにおける期間の５％に達する。

ＡＣ電流の半振動当たり、緩和プラズマ３２に供給されるエネルギは、例えば１０ｍＪであり、典型的には共振回路５１に存在する２０ｍＪのエネルギの半分である。したがって、この場合に、共振回路５１の合計電力は２０ｋＷであり、そのうちの１０ｋＷが、プラズマ３に供給される。

リチウム、スズ、およびキセノンが、１３．５ｎｍ波長の放射線発生用のエミッタとして先行技術において確立された。最初の２つの元素が、通常の状態下では固体であるので、それらは、エミッタ送出ユニット４を通して、蒸気またはガス化合物（例えばＳｎＨ_４）として放電ギャップ２に導入される。しかし、他の希ガスまたはガスおよび蒸気材料もまた、それらがＥＵＶ領域における十分に強い放出を伴う限り、エミッタとして考慮される。

高周波励起下の放電回路の設計を例として説明するために、無視できる自己吸収を伴う光学的に薄いプラズマ３（Ｘｅプラズマ）が仮定される。放出放射線６は、立体角Ωで放出される。したがって、この構成のＰ_ＥＵＶは、
Ｐ_ＥＵＶ＝ｈυＡ_２１ｎ_ｉ（ｌπｒ^２）（Ω／４π）ｔ_ｅｍｉｆ_ｒ （３）
によって与えられ、式中、ｎ_ｉ ^＊は、励起されたＸｅイオンの数密度であり、Ａ_２１は、アインシュタインの自然放出係数であり、（ｌπｒ^２）は、放出体積であり、長さｌ＝１ｍｍであり、ピンチ半径ｒ＝０．５ｍｍ（リソグラフィにおける特定の用途からのエタンデュ制限によって与えられる）であり、ｔ_ｅｍｉは、放出期間≒５０ｎｓであり、ｆは、パルス繰り返し周波数≒１ＭＨｚであり、ｈυは、９２ｅＶの光子エネルギ（＝１３．５ｎｍ波長）である。

この式を用いれば、
ｄｎ_ｉ ^＊／ｄｔ＝Ｗ_１２ｎ_ｉ−Ａ_２１ｎ_ｉ ^＊≒０（定常） （４）
であり、式中、ｎ_ｉは、基底状態におけるＸｅイオンの数密度であり、Ｗ_１２は、電子衝撃を通した励起確率１→２であり、（３）から、ＥＵＶ放射線出力は、
Ｐ_ＥＵＶ＝ｈυ・Ｗ_１２・ｎ_ｉ ^＊（ｌπｒ^２）・（Ω／４π）ｔ_ｅｍｉｆ （５）
となり、式中、Ｗ_１２＝２・１０^−５ｇ・ｆ［ｅｘｐ（−ｈυ／ｋＴ］／（ｈυ（ｋＴ）^０．５）ｎ_ｅであり、ｎ_ｅは、電子密度−（Ｚ＋１）ｎ_ｉであり、Ｚは、例として、キセノンのイオン化状態≒１０であり、ｇは０．２であり、ｆは０．８であり、ｋＴは３０ｅＶ（プラズマ温度）である。

放出体積（ｌπｒ^２）の使用可能なサイズは、放出電力を集めて供給するために用いられる光学装置（図示せず）、例えばスキャナ光学装置によって予め決定される。したがって、放出体積の使用可能なサイズは、光学系のエタンデュによって決定される。より大きな放出体積を用いれば、ビーム経路全体に沿って光損失がある。

立体角Ωで体積（ｌπｒ^２）から放出される、ｆ≒１ＭＨｚのパルス繰り返し周波数の１ｋＷを超える放出電力Ｐ_ＥＵＶが必要である。式（５）によれば、この放出電力Ｐ_ＥＵＶは、ｎ_ｉ＞４・１０^１６ｃｍ^−３のＸｅイオン密度に対して達成される。

所与のピンチ半径ｒにおいて、これらのイオン密度ｎ_ｉを達成するために、十分に高い電流Ｉが、円筒ピンチゾーンを通って流れなければならない。これは、ベネット平衡に基づいて大まかに推定することができる。
（ｌπｒ^２）（Ｚ＋１）・ｎ_ｉｋＴ＝３．１２・１０^１５Ｉ^２，
ｋＴ＝３０ｅＶ，Ｉ（ｋＡ） （６）
上記で明記したデータを用いれば、Ｉ≒５ｋＡの電流が結果として得られる。この電流強度は、ピンチゾーンの通常の電流よりはるかに低い。

非常に優れた近似で、プラズマ導電率σは、
σ（１／Ωｍ）＝１９２００（ｋＴ）^１．５／（Ｚ^０．８ＩｎΛ）
ｋＴ＝３０ｅＶ，ＩｎΛ≒１０ （７）
によって与えられる。

５ｋＡの電流Ｉ（ｔ）において、ピンチの両端にわたる電圧降下は、約２００Ｖである。その結果、プラズマ３の抵抗Ｒ’＝（１／σ）・ｌ／（πｒ^２）は、０．０２６Ωである。圧縮プラズマ３１のピンチにおける効率的な電力消費のために、放電回路における電線路の線路抵抗Ｒ’’は、多くても０．０２６Ωのこの値を有するべきである。したがって、放電回路における合計電気抵抗Ｒ_Ｐｅａｋは、ほぼＲ_Ｐｅａｋ＝Ｒ’＋Ｒ’’≒０．０５Ωである。

放電回路は、発振ケースとして周知のものにおいて動作されるべきである（高Ｑ回路）。これは、回路インピーダンス（Ｌ／Ｃ）が、電気抵抗Ｒ_Ｐｅａｋに比べて高い場合である。（Ｌ／Ｃ）０．５の＞＞Ｒ_Ｐｅａｋ／２である場合に、
（Ｌ／Ｃ）０．５≒５Ｒ_Ｐｅａｋ＝０．２５Ω （８）
と仮定される。

最適に選択されたジオメトリの下で、放電回路におけるインダクタンスＬ_Ｐｅａｋ≒３０ｎＨである。インダクタンスＬ_Ｐｅａｋ＝Ｌ’＋Ｌ’’には、プラズマ３のインダクタンスＬ’およびピーキング回路５のインダクタンスＬ’’が含まれる。これは、Ｃ≒４８０ｎＦのキャパシタンスを与える。放電回路のように、次に共振回路５１は、固有周波数ｆ_０≒１．３ＭＨｚを有する。

図２による実施形態例は、図１に示すものに対応するするが、しかしこの場合に、共振回路５１ならびに電極２１および２２は、そこに位置するプラズマ３と並列に接続される。

原則として、図１または図２による実施形態例における共振回路５１に関して、図１および図２に単純化して示してあるピーキング回路５は、図３に示すように構成することができる。

図３は、共振回路５１が第１のコンデンサＣ_１および第２のコンデンサＣ_２（それぞれが、Ｕ_１（ｔ）およびＵ_２（ｔ）の時間当たりの電圧曲線をそれぞれ有する）と、抵抗器Ｒ_３と、インダクタＬと、を有する。共振回路５１は、インダクタＬによって、高周波発生器５２に誘導接続される。第１のコンデンサＣ_１、抵抗器Ｒ_３、インダクタＬ、および第２のコンデンサＣ_２は、共振回路５１に連続的に配置され、かつその順序で互いに導電接続される。共振回路５１は、第２のコンデンサＣ_２と第１のコンデンサＣ_１との間の接続によって完成される。これは、
Ｃ＝Ｃ_１・Ｃ_２／（Ｃ_１＋Ｃ_２） （９）
として、共振回路の合計キャパシタンスを提供する。

図３による共振回路５１は、それが、図１および２に示される実施形態例を実現するような方法で、導電性接続部によって接触される（図示せず）。

スイッチＳ_２が、共振回路５１に設けられる。スイッチＳ_２は、第１のコンデンサＣ_１と抵抗器Ｒ_３との間に配置される。

さらに、第１のコンデンサＣ_１を再充電するための充電回路（図示せず）が設けられる。ピーキング回路５は、第１のコンデンサＣ_１と抵抗器Ｒ_３との間で充電回路の線路によって電気的に接触される。スイッチＳ_１が、充電回路の線路を切り替えるために、充電回路の線路に配置される。スイッチＳ_２が、第１のコンデンサＣ_１と抵抗器Ｒ_３との間の導電性接続を切り替えるために、第１のコンデンサＣ_１と抵抗器Ｒ_３との間に設けられる。共振回路５１は、線路によって電極２１および２２に導電接続される。

充電回路は、プラズマ３において消費されたエネルギを決定するために、測定手段（図示せず）に接続される。第１のコンデンサＣ_１の適合された再充電が、制御装置としての充電回路設計を介して可能になる。

第１のコンデンサＣ_１は、最初にスイッチＳ_１を閉じることによってＵ_１＝Ｕ_０に充電される（スイッチＳ_２は開いている）。スイッチＳ_２が閉じている場合に、放電ギャップ２におけるガス放電を介して電流フローが存在する。
Ｉ（ｔ）＝［Ｕ_０／（ωＬ）］^＊［ｅｘｐ（−αｔ）］^＊ｓｉｎ（ωｔ） （１０）
式中、α＝Ｒ／２Ｌであり、ω＝［（１／ＬＣ）−α^２］^０５である。

上記で既に決定したように、式（６）によるピンチプロセス用の最大電流は、５ｋＡより大きくなければならない。その結果、第１のコンデンサＣ_１は、少なくとも
Ｕ_０＞ωＬ^＊５ｋＡ≒（Ｌ／Ｃ）^０．５・５ｋＡ＝１．２５ｋＶ （１１）
の電圧に充電されなければならない。

第１のコンデンサＣ_１は、Ｓを閉じ、Ｓ_２を開くことによって周期的に再充電される。この切り替えプロセスは、適切にタイミングを合わせられる。第１のコンデンサＣ_１は、そこに元々蓄積されたエネルギのある部分が放電ギャップ２においてガス放電で消費された場合に、再充電される。切り替えプロセスの周期は、約１／ω〜１／αの時間範囲が有利である。

本発明によって、特にリソグラフィ用途に必要な短波長放射線の発生が可能になる。そうする際に、放射線の供給は、長い放出期間ｔ_ｅｍｉおよび高い線量安定性を伴って実行される。同時に、プラズマ３の電荷キャリアは、プラズマ３の近くに配置されたコンポーネント全ての腐食および汚染を低減するように、周知の先行技術におけるほど加速されない。

本発明による方法および本発明による装置は、半導体コンポーネントの製造において、マイクロ構造およびナノ構造を生成するために、リソグラフィ法による材料の機械加工用に使用することができる。

１ 真空チャンバ
２ 放電ギャップ
２１ 電極
２２ 電極
３ プラズマ
３１ 圧縮プラズマ
３２ 緩和プラズマ
４ エミッタ送出ユニット
４１ ガス入口
４２ ガス供給部
５ ピーキング回路
５１ 共振回路
５２ 高周波発生器
６ 放出放射線
Ｌ インダクタ
Ｃ コンデンサ
Ｒ （ピーキング回路の）電気抵抗
Ｒ’ （プラズマ３の）電気抵抗
Ｒ_３ 抵抗器
Ｃ_１ 第１のコンデンサ
Ｃ_２ 第２のコンデンサ
Ｉ（ｔ） 電流
Ｕ_１（ｔ） 電圧
Ｕ_２（ｔ） 電圧
Ｓ_１ スイッチ
Ｓ_２ スイッチ

Claims (10)

1. 短波長放射線を放出するガス放電ベースの放射線源を励起するための方法であって、真空チャンバに配置された２つの電極間のパルス状電流により、エミッタが、電極間でイオン化されて周期的に圧縮され、かつ励起されて、放出期間にわたって各パルスにより所望の短波長放射線を放出するパルス状放出プラズマを形成する、方法において、
   − 前記プラズマ（３）の存在期間に対応する前記プラズマ（３）の寿命より短い前記パルス状電流のパルス繰り返し周期を設定することによって、前記プラズマ（３）が、パルス状電流高周波シーケンスにより連続的に維持されて、前記プラズマ（３）が、放出圧縮プラズマ（３１）の高エネルギ状態と、緩和プラズマ（３２）の低エネルギ状態との間で周期的に交替しながら維持されることと、
   − 前記圧縮プラズマ（３１）の発生用に前記緩和プラズマ（３２）を励起するために、前記パルス繰り返し周期と等しいパルス幅を備えた５０ｋＨｚ〜４ＭＨｚのパルス繰り返し周波数（ｆ）が、前記パルス状電流用に用いられるという点で、励起エネルギが、緩和プラズマに結合されること、
   を特徴とする方法。
2. ５０ｋＨｚ〜２ＭＨｚの周波数を備えたＡＣ電流が、パルス状電流として用いられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. １００ｋＨｚ〜４ＭＨｚの周波数を備えたパルスＤＣ電流が、パルス状電流として用いられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 正弦関数、三角形関数、および矩形関数を含む群からの関数が、パルス状電流の形状として用いられることを特徴とする、請求項２または３に記載の方法。
5. １ジュール以下の励起エネルギが、前記圧縮プラズマ（３１）の発生のために、前記緩和プラズマ（３２）の全ての励起用に前記緩和プラズマ（３２）に結合されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 前記パルス繰り返し周波数（ｆ）が、共振回路（５１）の固有周波数（ｆ_０）に適合されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
7. 前記放出期間（ｔ_ｅｍｉ）が、前記パルス繰り返し周期の少なくとも１％であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 共振回路（５１）と、前記共振回路（５１）の誘導励起用の高周波発生器（５２）と、コンデンサＣと、を有する、ピーキング回路（５）が、前記パルス状電流を供給するために用いられ、
   − 前記コンデンサ（Ｃ）が、３００ｎＦ〜６００ｎＦの電気容量を有し、
   − 前記ピーキング回路（５）が、２０ｎＨ〜３０ｎＨのインダクタンス（Ｌ）を有し、
   − 前記ピーキング回路（５）が、０．０２５Ω〜０．０５Ωの電気抵抗を備えた抵抗器（Ｒ）有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記コンデンサ（Ｃ）が、そこに元々蓄積されたエネルギの或る部分が前記プラズマ（３）にて消費された場合に、タイミングを合わせた電力供給によって再充電されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 短波長放射線を放出するガス放電ベースの放射線源を励起するための装置であって、少なくとも２つの電極が真空チャンバ内に設けられ、その中でエミッタが前記電極間に位置し、かつ高いパルス繰り返し周波数で前記電極間にパルス状電流を発生するための手段が設けられた、装置において、
    − 共振回路（５１）と、前記共振回路（５１）の誘導励起用の高周波発生器（５２）と、少なくとも１つのコンデンサ（Ｃ）と、を備えて構成されるピーキング回路（５）が、パルス状電流の発生用の手段として設けられ、第１のコンデンサ（Ｃ_１）、抵抗器（Ｒ_３）、インダクタ（Ｌ）、および第２のコンデンサ（Ｃ_２）が、前記共振回路（５１）に連続的に配置され、かつ上記の順番で互いに導電接続され、前記第１のコンデンサ（Ｃ_１）が、前記第２のコンデンサ（Ｃ_２）に導電接続されることと、
    − 前記第１のコンデンサ（Ｃ_１）を再充電するために充電回路が設けられることと、
    − 前記ピーキング回路（５）が、前記第１のコンデンサ（Ｃ_１）と前記抵抗器（Ｒ_３）の間で前記充電回路の線路を通して電気的に接触され、前記充電回路の前記線路を切り替えるために前記充電回路の前記線路にスイッチ（Ｓ_１）が配置されることと、
    − 前記コンデンサ（Ｃ_１）のタイミングを合わせた再充電を可能にするように、前記コンデンサ（Ｃ_１）と前記抵抗器（Ｒ_３）の間で導電性接続を切り替えるために、前記コンデンサ（Ｃ_１）と前記抵抗器（Ｒ_３）の間に別のスイッチ（Ｓ_２）が設けられること
    を特徴とする装置。
    

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