JP2014527264A - 電動パルス放電によって光放射を発生するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、電動放電によって、光放射（１８）、特にＥＵＶ放射又は軟ｘ線を発生するための方法及び装置に関する。プラズマ（１５）が、少なくとも２つの電極（１、２）間でガス媒体において点火されるが、前記ガス媒体は、液体材料（６）から少なくとも部分的に生成され、液体材料（６）は、前記放電空間において移動する１つ又は幾つかの表面に施され、且つ１つ又は幾つかのパルスエネルギビーム（９）によって少なくとも部分的に蒸発される。少なくとも２つの連続パルス（１６）が、各放電の時間間隔内に前記表面上に印加される。前記連続パルス間の時間遅延及び／又はこれらの連続パルス（１６）のパルスエネルギが、プラズマ（１５）の発光中心の位置を安定させるように制御される。

Description

本発明は、電動パルス放電によって光放射を発生するための方法及び装置であって、プラズマが、放電空間における少なくとも２つの電極間のガス媒体において点火され、前記プラズマが、発生されることになる前記放射を放射し、前記ガス媒体が、液体材料から少なくとも部分的に生成され、この液体材料が、前記放電空間において移動する１つ又は幾つかの表面に施され、且つ１つ又は幾つかのパルスエネルギビームによって少なくとも部分的に蒸発され、前記パルスエネルギビームの少なくとも２つの連続パルスが、前記液体材料を蒸発させるために、各放電の時間間隔内に前記表面上に印加される方法及び装置に関する。特に、約１〜２０ｎｍの波長領域におけるＥＵＶ放射線又は軟ｘ線を放射する場合に、かかる放電ベースの光源は、ＥＵＶリソグラフィ及び計測の分野で主として必要とされる。

ＥＵＶリソグラフィにおいて、ＥＵＶ生成プラズマの位置は、スキャナの優れた撮像特性を保証するために、おおよそ数十μｍ内で安定している必要がある。特許文献１から周知の装置のようなＥＵＶ放射発生装置において、プラズマの発光中心の位置は、トリガレーザの指向安定性によって２つの方向において、且つ溶融金属がその同じレーザによって蒸発されている出所となる電極表面の位置によって第３の方向において決定される。しかしながら、この最後の位置は、空間において完全には固定されていない。何故なら、電極輪が、動作中に熱くなり、従って半径方向に膨張するからである。このために、ＥＵＶホットスポット（プラズマの発光中心）は、もう一方の電極の方へシフトされる。これは、定常状態動作の場合には問題にはならないであろう。何故なら、熱定常状態に達するのに必要な短時間後に、位置が一定になるであろうからである。しかしながら、特許文献１から周知のようなスキャナにおいて、光源は、類似の時間尺度でオン及びオフにされ、その結果、定常状態はほとんど達せられず、ＥＵＶ生成プラズマは、絶えず移動している。

特許文献２は、溶融金属を蒸発させるために、小さな時間遅延を伴って始動する２つのレーザを用い、向上された効率でＥＵＶ放射を発生するための方法及び装置を開示する。各放電の時間間隔内に印加される２つの圧縮パルス間の時間遅延は、最大ＥＵＶ出力を達成するために変更される。

ＷＯ ２００５／０２５２８０ Ａ２ ＷＯ ２０１０／０７０５４０ Ａ１

本発明の目的は、電動パルス放電によって光放射を発生するための方法及び装置であって、プラズマの発光中心の位置が安定される方法及び装置を提供することである。

この目的は、請求項１及び請求項９に記載の方法及び装置で達成される。方法及び装置の有利な実施形態は、従属請求項の主題であり、記載の以下の部分で更に説明される。

提案される方法において、プラズマが、放電空間における少なくとも２つの電極間のガス媒体において点火され、前記プラズマは、発生されることになる放射を放射する。ガス媒体は、液体材料、特に溶融金属から少なくとも部分的に発生されるが、液体材料は、放電空間において移動する１つ又は幾つかの表面に施され、且つ１つ又は幾つかのパルスエネルギビームによって少なくとも部分的に蒸発され、１つ又は幾つかのパルスエネルギビームは、例えばイオン又は電子ビームであっても良く、且つ好ましい実施形態においてレーザビームである。前記パルスエネルギビームの少なくとも２つの連続パルスが、前記液体材料を蒸発させるために、各放電の時間間隔内に前記表面上に印加される。提案される方法において、プラズマの発光中心の位置、即ちホットスポットの空間位置は、前記少なくとも２つの連続パルス間の時間遅延及び／又はこれらの連続パルスのパルスエネルギを制御することによって、多数の前記放電をカバーする期間中に、一定に保持される。

対応する装置は、電極間のガス媒体においてプラズマの点火を可能にする互いに少し離れた距離で放電空間に配置された少なくとも２つの電極と、前記放電空間において移動する１つ又は幾つかの表面に液体材料を施すための装置と、前記施された液体材料を少なくとも部分的に蒸発させ、それによって前記ガス媒体の少なくとも一部を生成する１つ又は幾つかのパルスエネルギビームを前記表面上に導くように適合されたエネルギビーム装置と、を含む。エネルギビーム装置は、前記液体材料を蒸発させるために、パルスエネルギビームの少なくとも２つの連続パルスを各放電の時間間隔内に前記表面上に印加するように構成される。更に、前記プラズマの発光中心の位置が、多数の前記放電をカバーする期間中に一定に保持されるように、制御ユニットが、前記２つの連続パルス間の時間遅延及び／又はこれらの連続パルスのパルスエネルギを制御するように構成される。提案される装置は、国際公開第２００５／０２５２８０ Ａ２号パンフレット（特許文献１）に説明されている装置のように別の方法で構成されてもよく、その国際公開は、参照によって本明細書に援用される。

提案される方法及び装置において、１つの単一エネルギビームパルスが、各電極放電用に印加されるだけでなく、少なくとも２つの連続パルスが、各放電又は電流パルスの時間間隔内に印加される。時間間隔は、対応する放電を開始する第１のエネルギビームパルスの印加で始まり、コンデンサバンクが、対応する電流パルス後に放電されたときに終了する。少なくとも２つの連続パルスは、適切なタイミングを達成するために自らのトリガを有する２つの別個のエネルギビーム源、特にレーザ光源を使用することによって、発生させることができる。ただ１つの単一エネルギビーム源を使用することがまた可能であり、そのパルスエネルギビームは、２つ以上の部分ビームに分割される。次に、単一パルス間の遅延は、異なる部分ビーム用の異なる遅延線によって達成される。１つのビームを幾つかの部分ビームに分割するための、特にレーザビーム用の適切なビームスプリッタが、当該技術分野おいて周知である。好ましくは、２つの連続パルスは、３００ｎｓ以下の相互時間遅延で、且つ１ｍＪから１００ｍＪまで及ぶパルスエネルギで印加される。

本発明の発明者らは、プラズマの発光中心の位置、特に電極表面に対するこの発光中心の距離が、２つの連続レーザパルス間の正確な遅延及びこれらの連続レーザパルスのパルスエネルギに依存することを発見した。２つのレーザパルスの時間遅延及び／又はパルスエネルギの変動によって、プラズマの発光中心は、数十ミリメートルまで移動させることができる。かかる移動は、電極、特に装置の実施形態の１つにおける電極輪の熱膨張を補償するために十分である。したがって、本方法及び装置において、２つの連続パルス間の時間遅延及び／又はこれらのパルスのパルスエネルギは、プラズマの発光中心が、多数の放電をカバーする期間中に一定に保持されるように、制御される。この文脈における一定なる用語は、発光中心の位置が、好ましは＞１００μｍの距離にわたって移動しないことを意味する。

この制御は、プラズマの発光中心の位置の測定に基づいて実時間で実行され、監視に基づいたフィードバック制御に帰着することができる。制御はまた、同じく監視できる電極の少なくとも１つにおける端部の位置の変化に基づくことができる。更なる可能性は、プラズマを発生するために電極に印加される電力を監視すること、並びに消散された電力の尺度である印加された電力に基づいて、パルスの時間遅延及び／又はエネルギを制御することである。電極に印加された電力は、コンデンサバンクの制御、即ち充電電圧、コンデンサバンクの容量、及び放電頻度から周知であり、従って測定なしに決定することができる。最後の２つの制御機構は、印加された電力又は電極端部の移動と共にプラズマの発光中心の移動に関する知識をそれぞれ必要とする。この目的で、時間遅延及び／又はパルスエネルギに対する、且つ前記電極の前記少なくとも１つにおける前記端部の位置の変化に対する、プラズマの発光中心の位置の依存が、前もって測定される。もう一方の場合に、時間遅延及び／又はパルスエネルギに対する、且つ印加された電力に対する、プラズマの発光中心の位置の依存が、前もって測定される。測定結果は、装置の動作中に制御のために利用可能なように記憶される。測定結果はまた、前記端部の移動又は印加された電力に依存する発光中心の位置を安定させるための必要な時間遅延及び／又はパルスエネルギが記憶されるように、前もって評価することができる。

したがって、一実施形態における提案される装置は、前記電極の少なくとも１つにおける端部の位置の変化を監視するための手段を含み、制御ユニットは、時間遅延及び／又はパルスエネルギに対する、且つ前記電極の前記少なくとも１つにおける前記端部の位置の変化に対する、発光中心の位置の依存に関する上記の記憶データへのアクセスを有し、且つ位置における監視された変化及び記憶データに基づいて、時間遅延又はパルスエネルギを制御するように構成される。

更なる実施形態において、提案される装置は、プラズマを発生するために印加される電力を監視するための手段を含む。この場合に、制御ユニットは、時間遅延及び／又はパルスエネルギに対する、且つ印加された電力に対する、プラズマの発光中心の位置の依存に関する記憶データへのアクセスを有し、且つ印加された電力及び記憶データに基づいて、時間遅延及び／又はパルスエネルギを制御するように構成される。

提案される方法及び装置は、特許請求の範囲を限定せずに、添付の図に関連して以下で説明される。

ＥＵＶ放射を発生するための装置の概略図である。 一放電の期間内に印加される２つの連続パルス間の時間遅延を示す概略図である。 連続レーザパルス間の時間遅延に依存するプラズマの移動を示すイメージである。

図１は、本方法を適用できる、且つ本発明の装置の一部になり得る、ＥＵＶ放射又は軟ｘ線を発生するための装置の概略側面図を示す。装置は、真空チャンバに配置された２つの電極１、２を含む。円盤形の電極１、２は、回転自在に取り付けられる。即ち、それらは、動作中に回転軸３を中心に回転される。回転中に、電極１、２は、対応する容器４、５に部分的に浸かる。これらの容器４、５のそれぞれは、溶融金属６、この場合には液体スズを含む。溶融金属６は、約３００℃、即ちスズの２３０℃の融点よりわずかに高い温度に維持される。容器４、５における溶融金属６は、容器に接続された加熱装置又は冷却装置（図示せず）によって、動作温度より高く維持される。回転中に、電極１、２の表面は、液体金属膜が前記電極上に生じるように、液体金属によって湿らせられる。電極１、２上の液体金属の層厚さは、ストリッパ１１によって、典型的には０．５〜４０μｍの範囲に制御することができる。電極１、２への電流は、溶融金属６を介して供給され、溶融金属６は、絶縁フィードスルー８を介してコンデンサバンク７に接続される。

電極輪は、１０^−４ｈＰａ未満の基本真空度を備えた真空システムに有利に配置される。どんな制御されない絶縁破壊も引き起こさずに、高電圧、例えば２〜１０ｋＶの電圧を電極に印加することができる。この絶縁破壊は、パルスエネルギビーム、本例ではレーザパルスの適切なパルスによって、制御された方法で開始される。図に示されているように、レーザパルス９は、２つの電極間の最も狭いポイントにおいて、電極１、２の１つに合焦される。その結果、電極１、２上の金属膜の一部が蒸発し、電極ギャップにわたって橋絡する。これは、コンデンサバンク７からの非常に高い電流によって達成される、このポイントにおける破裂放電につながる。電流は、金属蒸気が、イオン化され、ピンチプラズマ１５において所望のＥＵＶ放射を放射するほどの高温に、金属蒸気を加熱する。

金属蒸気が装置から漏れるのを防止するために、デブリ軽減ユニット１０が、装置の前に配置される。装置におけるハウジング１４の汚染を回避するために、スクリーン１２が、電極１、２とハウジング１４との間に配置されてもよい。追加の金属スクリーン１３が、電極１、２間に配置されて、凝縮金属が２つの容器４、５に逆に流れ込むことができるようにしても良い。

提案される方法及び装置において、放電当たり１つの単一レーザパルスだけでなく、少なくとも２つの連続パルスが、スズ雲を発生するために使用される。図２は、約３０ｎｓの相互時間遅延を伴う２つの連続レーザパルス１６がスズを蒸発させるため使用される実施形態を示す。この図において、ＥＵＶ放射１８の放射時間と同様に、電流パルス１７の期間もまた示されている。この例において、２つのレーザパルス１６の第１のパルスと電流１７の開始との間の時間は、約１００ｎｓである。

プラズマ１５の発光中心の位置を一定に保持するために、２つの連続パルス１６間の時間遅延は、本方法及び装置において制御される。この目的のために、この発光中心の位置は、適切なカメラを介した実時間及び時間遅延において監視されてもよく、且つ／又は次にパルスエネルギが、能動フィードバック制御によって制御されてもよい。他の実施形態において、制御は、プラズマを発生するために印加される電力の決定若しくは測定、又はプラズマ近くにおける電極端部の移動の測定に基づいている。後者の測定もまた、カメラを用いて実行されてもよい。両方の場合に、一方ではプラズマピンチの位置に対する測定値の影響と、かかる場合に発光中心の位置を安定させるために必要とされる時間遅延及び／又はパルスエネルギと、を示すキャリブレーション測定が前もって実行された。これらのキャリブレーション測定、及び対応する値の実際の監視に基づいて、連続パルス間の時間遅延及び／又は連続パルスのパルスエネルギは、プラズマ発光中心の安定した位置を達成するために変更される。

図３は、プラズマ１５の発光中心の位置に対する、２つの連続パルス間の時間遅延の影響の例を示す。上部の図において、連続レーザパルスは、２０ｎｓの時間遅延で印加され、下部の図において、パルス間の時間遅延は、６５ｎｓに増加される。時間遅延におけるこの増加は、約３００μｍの距離近くの、プラズマ１５の発光中心の位置の移動に帰着する。

図面及び前述の記載において本発明を詳細に図解し説明したが、かかる図解及び説明は、実例又は例示であり、非限定的であると考えられるべきである。本発明は、開示された実施形態に限定されない。上記及び特許請求の範囲における異なる実施形態はまた、組み合わせることができる。開示された実施形態に対する他の変形が、図面、本開示及び添付の特許請求の範囲の研究から、請求される発明を実施する際に当業者によって理解され達成され得る。特許請求の範囲において、単語「含む」は、他の要素もステップも排除せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を排除しない。手段が、相互に異なる従属請求項に挙げられているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に利用され得ないことを意味しない。請求項における参照符号は、これらの請求項の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

１ 電極
２ 電極
３ 回転軸
４ 容器
５ 容器
６ 溶融金属
７ コンデンサバンク
８ フィードスルー
９ レーザパルス
１０ デブリ軽減ユニット
１１ ストリッパ
１２ シールド
１３ 金属スクリーン
１４ ハウジング
１５ プラズマ
１６ 連続レーザパルス
１７ 電流パルス
１８ ＥＵＶ放射

Claims (13)

1. 電動パルス放電によって光放射を発生する方法であって、
   − 発生されることになる前記放射（１８）を放射するプラズマ（１５）が、放電空間における少なくとも２つの電極（１、２）間でガス媒体中にて点火され、
   − 前記ガス媒体が、前記放電空間にて移動する１つ又は幾つかの表面に施され且つ１つ又は幾つかのパルスエネルギビーム（９）によって少なくとも部分的に蒸発される液体材料（６）から少なくとも部分的に生成され、
   − 前記パルスエネルギビーム（９）の少なくとも２つの連続パルス（１６）が、前記液体材料（６）を蒸発させるために、各放電の時間間隔内に前記表面上に印加され、
   − 前記プラズマ（１５）の発光中心の位置が、前記少なくとも２つの連続パルス（１６）間の時間遅延及び／又は前記少なくとも２つの連続パルス（１６）のパルスエネルギを制御することによって、多数の前記放電をカバーする期間中、一定に保持される方法。
2. 前記発光中心の前記位置が監視され、前記時間遅延及び／又はパルスエネルギが、その監視に基づいてフィードバック制御される、請求項１に記載の方法。
3. 前記電極（１、２）の少なくとも１つにおける端部の位置の変化が監視され、前記時間遅延及び／又はパルスエネルギが、位置の前記変化に基づいて制御される、請求項１に記載の方法。
4. 前記プラズマ（１５）を発生するために印加される電力が監視され、前記時間遅延及び／又はパルスエネルギが、前記印加された電力に基づいて制御される、請求項１に記載の方法。
5. 前記時間遅延及び／又はパルスエネルギに対する、且つ前記電極（１、２）の前記少なくとも１つにおける前記端部の位置の変化に対する、前記プラズマ（１５）の前記発光中心の前記位置の依存が、前もって測定され、前記時間遅延及び／又はパルスエネルギの前記制御が、前記測定に基づいて実行される、請求項３に記載の方法。
6. 前記時間遅延及び／又はパルスエネルギに対する、且つ前記印加された電力に対する、前記プラズマ（１５）の前記発光中心の前記位置の依存が、前もって測定され、前記制御が、前記測定に基づいて実行される、請求項４に記載の方法。
7. 前記電極（１、２）の少なくとも１つが、動作中に回転可能に設定され、前記液体材料（６）が、前記電極（１、２）の前記少なくとも１つにおける表面に施される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記少なくとも２つの連続パルス（１６）が、３００ｎｓ以下の相互時間遅延で、且つ１ｍＪ以上１００ｍＪ以下のパルスエネルギで印加される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 電動パルス放電によって光放射を発生する装置であって、
   − 互いに距離をおいて放電空間に配置された少なくとも２つの電極（１、２）であって、それら電極（１、２）間でガス媒体中にてプラズマ（１５）の点火を可能にする少なくとも２つの電極（１、２）と、
   − 前記放電空間を通って移動する１つ又は幾つかの表面上に液体材料（６）を施すための装置と、
   − 前記表面上に１つ又は幾つかのパルスエネルギビーム（９）を導いて、前記施された液体材料（６）を少なくとも部分的に蒸発させ、それによって前記ガス媒体の少なくとも一部を生成するのに適したエネルギビーム装置であって、前記液体材料（６）を蒸発させるために、前記パルスエネルギビーム（９）の少なくとも２つの連続パルス（１６）を、各放電の時間間隔内で、前記表面上に印加するように構成されたエネルギビーム装置と、
   − 前記プラズマ（１５）の発光中心の位置が、多数の前記放電をカバーする期間中に一定に保持されるように、前記２つの連続パルス（１６）間の時間遅延及び／又はこれらの連続パルス（１６）のパルスエネルギを制御するように構成された制御ユニットと、
   を備えて構成される装置。
10. 前記発光中心の前記位置を監視するために配置された放射センサを更に備え、前記制御ユニットが、前記監視に基づいて前記時間遅延及び／又はパルスエネルギのフィードバック制御を実行するように構成される、請求項９に記載の装置。
11. 前記電極（１、２）の少なくとも１つにおける端部の位置の変化を監視するための装置を更に備え、前記制御ユニットが、前記時間遅延及び／又はパルスエネルギに対する、且つ前記電極（１、２）の前記少なくとも１つにおける前記端部の位置の変化に対する、前記プラズマ（１５）の前記発光中心の前記位置の依存に関する記憶データへのアクセスを有し、且つ位置における前記監視された変化及び前記記憶データに基づいて、前記時間遅延及び／又はパルスエネルギを制御するように構成され、請求項９に記載の装置。
12. 前記プラズマ（１５）を発生するために印加される電力を監視するための手段を更に備え、前記制御ユニットが、前記時間遅延及び／又はパルスエネルギに対する、且つ前記印加された電力に対する、前記プラズマ（１５）の前記発光中心の前記位置の依存に関する記憶データへのアクセスを有し、且つ前記印加された電力及び前記記憶データに基づいて、前記時間遅延及び／又はパルスエネルギを制御するように構成される、請求項９に記載の装置。
13. 液体材料（６）を施すための前記装置が、前記電極（１、２）の少なくとも１つにおける表面に前記液体材料（６）を施すのに適し、前記電極（１、２）の前記少なくとも１つが、動作中に回転可能に配置され得る回転可能なホイールとして構成される、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の装置。

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