JP4628122B2 - 極端紫外光源装置用ノズル - Google Patents
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(4)液体キセノンの表面張力は水の表面張力の1/3程度なので、ジェットの断面形状を保つ力が弱く、ノズル出口部に由来する擾乱が生じやすい。
Q1=Q3 …(1)
Q3=Q2+ΔU …(2)
Q2=CA(P/ρ)1/2 …(3)
式(3)において、Cは損失係数(流量損失、速度損失)を表し、Aはノズルの断面積を表し、Pはキセノンガスの圧力を表し、ρは液体キセノンの密度(温度、圧力で変化)を表している。
従って、ノズル管11内における液体ターゲットが定常状態にある場合、即ち、液面位置が変化しない場合(即ち、ΔU=0)には、式(1)及び式(2)より、次式(4)が導かれる。
Q1=Q2=Q3 …(4)
定常状態から冷却壁12の温度が低下すると、凝縮質量流量Q3が増加する。この温度低下に起因する流出質量流量Q2の変化は、式(3)より、液体キセノンの密度ρの変化による僅かな増加に現れるだけである。即ち、式(2)より、凝縮質量流量Q3の増加分の多くは、液体の変化量ΔUの増加に寄与する。その結果、式(1)より、流入質量流量Q1も増加する。ここで、図17に示すように、液体の変化量ΔUの増加により液面の位置が上昇すると、破線で示す凝縮面(キセノンガスに接するノズル管11の内壁等)の総面積は減少する。それにより、凝縮質量流量Q3も減少するので、液体キセノンの液面の位置は、最終的にQ1=Q2=Q3となるような位置に安定する。
先に述べたように、液体キセノンの液面の位置は、Q3とQ2との関係により決定される。ここで、図17に示すように、冷却壁12の温度が低い状態においては、液化室13内の空間の半分以上が液体キセノンによって占められているので、ノズルを水平にしても液体キセノンジェットを噴出することができる。しかしながら、図16に示すように、冷却壁12の温度が高い状態においては、液体キセノンの量が液化室13内の空間の半分以下となる場合も生じる。即ち、液化室13内に形成される液面が液化室13の中心軸より下がってしまうので、一般的なノズルのように液化室13とノズル出口部14とが同心円状に構成されていると、液体キセノンをノズル出口部14の噴射口14aから噴射することができなくなる。このような場合には、キセノンガス、又は、キセノンガスと液体キセノンとが混ざった霧状の流体が噴射口14aから流出する可能性が高い。
また、特許文献2においても、ノズルを水平方向に設置した場合には、上記の問題が発生するものと思われる。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る極端紫外光源装置用ノズルの構成を示す断面図である。本実施形態に係るノズルは、LPP型EUV光源装置において、EUV光の生成が行われるチャンバ内にターゲットを供給するために用いられるものであり、ターゲットとしての液体のキセノン(Xe)ジェット(噴流)を、該水平方向に噴射する。
ノズル管本体部120の内部は、供給されたキセノンガスを冷却することにより液化する液化室122となっている。また、交換部121a及び121bの先端には、ノズル出口部123a及び123bがそれぞれ設けられている。
ノズル管130の本体部分の内部は、供給されたキセノンガスを冷却することにより液化する液化室131となっている。また、ノズル管130の先端には、液化されたキセノンが噴射される噴射口132aが形成されたノズル出口部132が設けられている。さらに、ノズル管130の一部は、噴射口132aが液化室131の最下部よりも下方となるように曲げられている。
なお、本実施形態においては、ノズル管の本体部分とノズル出口部とを一体形成しているが、第2の実施形態におけるのと同様に、それらを別の部品で形成することにより、交換可能としても良い。
本実施形態に係るノズルは、図3に示すノズル管130の替わりに、ノズル管140を有している。その他の構成については、図3に示すノズルと同様である。
このように液化室141とノズル出口部142とを偏心させることによっても、噴射口142aが液体で満たされている状態を比較的長く保つことができるので、ノズル管を水平に配置しつつ、ターゲットを概水平方向に安定して噴射できるノズルを実現することができる。
本実施形態に係るノズルは、ノズル管150及び冷却壁151を含んでいる。ノズル管150の一部であり、冷却壁151によって囲まれている部分は、供給されたキセノンガスを冷却することにより液化する液化室152となっている。また、ノズル管150の一部は、外部から供給されるキセノンガスを液化室152に導入するためのガス流路153となっている。さらに、ノズル管150の内で、ガス流路153と反対の先端領域には、液化されたキセノンが噴射される噴射口154aが形成されたノズル出口部154が設けられている。これらの液化室152、ガス流路153、及び、ノズル出口部154を構成するノズル管150は、一体的に形成しても良い、各部を別々に形成することにより、一部を交換可能としても良い。
図6に示すように、ノズル出口部200において、ノズル狭窄部の長さLと、噴射口の直径D(内径)との比であるL/Dを3以下とすることにより、ターゲットジェットの安定化を図ることができる。
ここで、佐藤、他、「単孔ノズルによる加熱噴流の微粒化現象」(日本機械学会論文集(機論)B、第50巻、第459号、1984年、p.2661)には、L/Dが0.58〜12.65であるノズルを用い、温度が常温〜170℃である蒸留水を、0〜1.0MPaの噴射圧力で大気中に噴射する実験を行ったところ、L/Dが6〜7以下であればノズル直後に円柱部が存在するが、L/Dがそれ以上になると円柱部が存在しなくなる旨報告されている。これは、ノズル狭窄部の壁面に由来する気泡が液体中に存在することに起因すると考えられる。そのため、L/Dが小さいほど、壁面の影響は相対的に小さくなるので、ジェット(液柱)の安定性を高くなる。
このような機構により、ターゲットジェットのさらなる安定化を図ることができる。
なお、図10は、本発明の第1の実施形態において説明した形状を有するノズルに対してこの変形例を適用した例を示しているが、第2〜第5の実施形態において説明したノズルに対しても同様に適用することができる。
Claims (13)
- 極端紫外光源装置において極端紫外光の生成が行われるチャンバ内に設置され、ターゲット物質を水平方向に噴射するために用いられるノズルであって、
気体の状態で供給されたターゲット物質と共に冷却され、液化されたターゲット物質を水平方向とは異なる方向に通過させるように配置される液化室と、
液化されたターゲット物質を水平方向に噴射するように前記液化室の一端に設けられたノズル出口部であって、前記液化室内に形成される前記ターゲット物質の液面よりも噴射口が下方となるように配置される前記ノズル出口部と、
を具備する極端紫外光源装置用ノズル。 - 極端紫外光源装置において極端紫外光の生成が行われるチャンバ内に設置され、ターゲット物質を水平方向に噴射するために用いられるノズルであって、
気体の状態で供給されたターゲット物質と共に冷却され、液化されたターゲット物質を水平方向に通過させるように配置される液化室と、
液化されたターゲット物質を水平方向に噴射するように前記液化室の一端に設けられたノズル出口部であって、前記液化室内に形成される前記ターゲット物質の液面よりも噴射口が下方となるように配置される前記ノズル出口部と、
を具備する極端紫外光源装置用ノズル。 - 極端紫外光源装置において極端紫外光の生成が行われるチャンバ内に設置され、ターゲット物質を水平方向に噴射するために用いられるノズルであって、
気体の状態で供給されたターゲット物質と共に冷却され、液化されたターゲット物質を水平方向に通過させるように配置される液化室と、
液化されたターゲット物質を水平方向に噴射するように前記液化室の一端に設けられたノズル出口部であって、該ノズル出口部の噴射口が前記液化室の中心軸に対して下方に偏心するように配置される前記ノズル出口部と、
を具備する極端紫外光源装置用ノズル。 - 極端紫外光源装置において極端紫外光の生成が行われるチャンバ内に設置され、ターゲット物質を垂直方向上方に向けて噴射するために用いられるノズルであって、
気体の状態で供給されたターゲット物質と共に冷却され、液化されたターゲット物質を、少なくとも一部において垂直方向とは異なる方向に通過させるように配置される液化室と、
液化されたターゲット物質を垂直方向上方に向けて噴射するように前記液化室の一端に設けられたノズル出口部であって、前記液化室内に液化されたターゲット物質が満たされた場合に形成される液面よりも噴射口が下方となるように配置されるノズル出口部と、
を具備する極端紫外光源装置用ノズル。 - 気体の状態で前記液化室内に供給されたターゲット物質を冷却することにより、前記液化室内においてターゲット物質を液化させる冷却手段をさらに具備する請求項1〜4のいずれか1項記載の極端紫外光源装置用ノズル。
- 前記液化室内に形成される液面を加圧するためのガスを供給するガス供給手段をさらに具備する請求項1〜5のいずれか1項記載の極端紫外光源装置用ノズル。
- 極端紫外光源装置において極端紫外光の生成が行われるチャンバ内に設置され、ターゲット物質を水平方向に噴射するために用いられるノズルであって、
液体のターゲット物質を水平方向とは異なる方向に通過させるように配置される液化室と、
前記ターゲット物質を水平方向に噴射するように前記液化室の一端に設けられたノズル出口部であって、前記液化室内に形成される前記ターゲット物質の液面よりも噴射口が下方となるように配置される前記ノズル出口部と、
前記液化室内に形成される液面を加圧するためのガスを供給するガス供給手段と、
を具備する極端紫外光源装置用ノズル。 - 極端紫外光源装置において極端紫外光の生成が行われるチャンバ内に設置され、ターゲット物質を水平方向に噴射するために用いられるノズルであって、
液体のターゲット物質を水平方向に通過させるように配置される液化室と、
前記ターゲット物質を水平方向に噴射するように前記液化室の一端に設けられたノズル出口部であって、前記液化室内に形成される前記ターゲット物質の液面よりも噴射口が下方となるように配置される前記ノズル出口部と、
前記液化室内に形成される液面を加圧するためのガスを供給するガス供給手段と、
を具備する極端紫外光源装置用ノズル。 - 極端紫外光源装置において極端紫外光の生成が行われるチャンバ内に設置され、ターゲット物質を水平方向に噴射するために用いられるノズルであって、
液体のターゲット物質を水平方向に通過させるように配置される液化室と、
前記ターゲット物質を水平方向に噴射するように前記液化室の一端に設けられたノズル出口部であって、該ノズル出口部の噴射口が前記液化室の中心軸に対して下方に偏心するように配置される前記ノズル出口部と、
を具備する極端紫外光源装置用ノズル。 - 極端紫外光源装置において極端紫外光の生成が行われるチャンバ内に設置され、ターゲット物質を垂直方向上方に向けて噴射するために用いられるノズルであって、
液体のターゲット物質を、少なくとも一部において垂直方向とは異なる方向に通過させるように配置される液化室と、
前記ターゲット物質を垂直方向上方に向けて噴射するように前記液化室の一端に設けられたノズル出口部であって、前記液化室内に液化されたターゲット物質が満たされた場合に形成される液面よりも噴射口が下方となるように配置されるノズル出口部と、
前記液化室内に形成される液面を加圧するためのガスを供給するガス供給手段と、
を具備する極端紫外光源装置用ノズル。 - 固体の状態で前記液化室内に供給されたターゲット物質を加熱することにより、前記液化室内においてターゲット物質を液化させる加熱手段をさらに具備する請求項7〜10のいずれか1項記載の極端紫外光源装置用ノズル。
- 前記ノズル出口部から液滴を噴射させるために、前記ノズル出口部を含む領域に振動を与える手段をさらに具備する請求項1〜11のいずれか1項記載の極端紫外光源装置用ノズル。
- 前記ノズル出口部から液滴を噴射させるために、前記ノズル出口部の内側を加圧する手段をさらに具備する請求項1〜11のいずれか1項記載の極端紫外光源装置用ノズル。
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