JP4904809B2 - 極端紫外光光源装置 - Google Patents
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Description
このEUV光光源装置は、高密度高温プラズマの生成方式により、LPP(Laser Produced Plasma,レーザ生成プラズマ)方式とDPP(Discharge Produced Plasma,放電生成プラズマ)方式とに大きく分けられる(例えば非特許文献1参照)。
一方、DPP方式のEUV光光源装置は、電流駆動によって生成した高密度高温プラズマからのEUV放射光を利用するものである。DPP方式のEUV光光源装置における放電方式には、Zピンチ方式、キャピラリー放電方式、プラズマフォーカス方式、ホローカソードトリガーZピンチ方式等がある。
一方、上記したようにDPP方式EUV光光源装置は放電による電流駆動によって生成した高密度高温プラズマからのEUV放射光を利用するものであり、EUV光放射種の加熱・励起手段は、一対の放電電極間に発生した放電による大電流である。よって、放電電極には放電に伴う大きな熱的負荷を受ける。また、高密度高温プラズマは放電電極近傍に発生するので、放電電極はこのプラズマからも熱的負荷を受ける。
また、放電電極は徐々に磨耗することにより、放電電極形状が変化する。これにより、放電電極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。
すなわち、DPP方式EUV光光源装置を、量産型の半導体露光装置の光源として用いる場合、放電電極寿命をできるだけ長くする必要がある。
図5に示すEUV光光源装置は、放電容器であるチャンバ1を有する。チャンバ1内には、EUV放射種を加熱・励起する加熱・励起手段である放電部2、および、放電部2によりEUV放射種が加熱・励起されて生成した高密度高温プラズマから放出されるEUV光を集光するEUV集光鏡3aを備えたEUV集光部3が設けられる。
EUV集光部3は、EUV光を集光し、チャンバ1に設けられたEUV光取出部4より図示を省略した露光装置の照射光学系へ導く。
チャンバ1は排気装置5と接続されていて、チャンバ1内部はこの排気装置5により減圧雰囲気とされる。
放電部2は、金属製の円盤状部材である第1の放電電極2aと、同じく金属製の円盤状部材である第2の放電電極2bとが絶縁材2cを挟むように配置された構造である。
第1の放電電極2aの中心と第2の放電電極2bの中心とは略同軸上に配置され、第1の放電電極2aと第2の放電電極2bは、絶縁材2cの厚みの分だけ離間した位置に固定される。ここで、第2の放電電極2bの直径は、第1の放電電極2aの直径よりも大きい。また、絶縁材2cの厚み、すなわち、第1の放電電極2aと第2の放電電極2bの離間距離は1mm〜10mm程度である。
第2の放電電極2bには、モータ6の回転シャフト6aが取り付けられている。
ここで、回転シャフト6aは、第1の放電電極2aの中心と第2の放電電極2bの中心が回転軸の略同軸上に位置するように、第2の放電電極の略中心に取り付けられる。
回転シャフト6aは、例えば、メカニカルシール6bを介してチャンバ1内に導入される。メカニカルシール6bは、チャンバ内の減圧雰囲気を維持しつつ、回転シャフト6aの回転を許容する。
なお、図示を省略した絶縁機構により、第1の放電電極2aと電気的に接続される第1の摺動子7aと第2の放電電極2bとの間では絶縁破壊が発生しないように構成されている。
第1の摺動子7aと第2の摺動子7bは摺動しながらも電気的接続を維持する電気接点であり、パルス電力発生器7と接続される。パルス電力発生器7は、第1の摺動子7a、第2の摺動子7bを介して、第1の放電電極2aと第2の放電電極2bとの間にパルス電力を供給する。
すなわち、モータ6により第1の放電電極2aと第2の放電電極2bとが回転していても、第1の放電電極2aと第2の放電電極2bとの間には、第1の摺動子7a、第2の摺動子7bを介して、パルス電力発生器7よりパルス電力が印加される。
放電が生じると、電極付近は高温となるので、第1の主放電電極2a、第2の主放電電極2b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る。また、絶縁材2cは、例えば、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、ダイヤモンド等からなる。
第2の放電電極の周辺部には溝部2dが設けられ、放電が生じると、この溝部2dも高温となる。
放電部2には、高温プラズマ用原料である固体Snや固体Liが供給される。原料供給は、予め溝部2dに固体Snや固体Liを配置するようにしてもよいし、あるいは原料供給ユニット8より供給するようにしてもよい。
モータ6は一方向にのみ回転し、モータ6が動作する事により回転シャフト6aが回転し、回転シャフト6aに取り付けられた第2の放電電極2b及び第1の放電電極2aが一方向に回転する。
第2の放電電極2bの溝部2dに配置もしくは供給されたSnまたはLiは、第2の放電電極2bの回転により放電部2におけるEUV光出射側に移動する。
レーザ照射機9からのレーザ光は、チャンバ1に設けられた不図示のレーザ光透過窓部、レーザ光集光手段を介して、上記EUV集光部側に移動したSnまたはLi上に集光光として照射される。
上記したように、第2の放電電極2bの直径は、第1の放電電極2aの直径よりも大きい。よって、レーザ光は、第1の放電電極2aの側面を通過して第2の放電電極2bの溝部2dに照射されるように容易にアライメントすることができる。
レーザ照射機9より、レーザ光が溝部2dのSnまたはLiに照射される。レーザ光が照射されたSnまたはLiは、第1の放電電極2a、第2の放電電極2b間で気化し、一部は電離する。
このような状態下で、第1、第2の放電電極2a,2b間にパルス電力発生器7より電圧が約+20kV〜−20kVであるようなパルス電力を印加すると、第1の放電電極2a、第2の放電電極2bの周辺部に設けられたエッジ形状部分間で放電が発生する。
このとき第1の放電電極2a、第2の放電電極2b間で気化したSnまたはLiの一部電離した部分にパルス状の大電流が流れる。
その後、ピンチ効果によるジュール加熱によって、両電極間の周辺部には、気化したSnまたはLiによる高密度高温プラズマが形成され、この高密度高温プラズマから波長13.5nmのEUV光が放射される。
上記したように第1、第2の放電電極2a,2b間にはパルス電力が印加されるので放電はパルス放電となり、放射されるEUV光はパルス状に放射されるパルス光となる。
放電部2により放出されるEUV光は、EUV光集光部3に設けられた斜入射型のEUV集光鏡3aにより集光され、チャンバ1に設けられたEUV光取出部4より図示を省略した露光装置の照射光学系へ導かれる。
EUV集光鏡3aは、例えば、径の異なる回転楕円体、または、回転放物体形状のミラーを複数枚具える。これらのミラーは、同一軸上に、焦点位置が略一致するように回転中心軸を重ねて配置され、例えば、ニッケル(Ni)等からなる平滑面を有する基体材料の反射面側に、ルテニウム(Ru)、モリブデン(Mo)、およびロジウム(Rh)などの金属膜を緻密にコーティングすることで、0°〜25°の斜入射角度のEUV光を良好に反射できるように構成されている。
上記した放電部2とEUV光集光部3との間には、EUV集光鏡3aのダメージを防ぐために、デブリトラップ10が設置される。デブリトラップ10は、高密度高温プラズマと接する第1、第2の放電電極2a,2bの周辺部が高密度高温プラズマによってスパッタされて生成する金属粉等のデブリや、放射種であるSnまたはLiに起因するデブリ等を捕捉してEUV光のみを通過させる。
図5に示すDPP方式EUV光光源装置においては、デブリトラップ10はガスカーテン12およびホイルトラップ11から構成されている。
ガスカーテン12は、ガス供給ユニット14からノズルを介してチャンバ1内に供給されるガスにより構成される。
図6は、ガスカーテン機構を説明するための図である。同図(a)に示すようにノズル14aは、直方体形状であり、ガスが放出される開口は細長い四角形状となっている。ガス供給ユニット14からノズル14aにガスが供給されると、ノズル14aの開口からシート状のガスが放出され、ガスカーテンが形成される。ガスカーテン12は、上記デブリの進行方向を変化させ、デブリがEUV集光鏡3aに到達するのを抑制する。ここでガスカーテン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。
図6(b)に上記ガスを回収するディフューザ14bを示す。ディフューザ14bは、上記ノズル14bに対向して設けられ、ノズルから放出されるガスを回収する。
ガスカーテン12とEUV集光鏡3aとの間にこのようなホイルトラップ11を設けると、高密度高温プラズマとホイルトラップ11の間の圧力が増加する。
圧力が増加するとその場に存在するガスカーテン12のガス密度が増加し、ガス原子とデブリとの衝突が増加する。デブリは衝突を繰り返すことにより、運動エネルギーを減少する。よって、EUV集光鏡3aにデブリが衝突する際のエネルギーが減少して、EUV集光鏡3aのダメージを減少させることが可能となる。
上記したようなDPP方式EUV光光源装置によれば、第1および第2の放電電極2a,2bが回転しているので、両電極2a,2b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の放電電極2a,2bが受ける熱的負荷は小さくなり、放電電極の磨耗スピードが減少し、放電電極2a,2bの長寿命化が可能となる。
なお、図1において、放電部2がEUV光集光部3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5の通りではない。
一方、第1および第2の放電電極2a,2bの離間距離は1mm〜10mm程度、例えば5mmである。また、第1および第2の放電電極2a,2bは周辺部がエッジ形状となっていて、エッジ形状部分において電界集中が発生する。
そのため、放電部2における圧力は、例えば数Paからそれ以下の減圧雰囲気に保持しないと、第2の放電電極2aにおいてレーザ照射機9によりレーザが照射される領域付近以外でも、第1の放電電極2a、第2の放電電極2bの周辺部に設けられたエッジ形状部分間で放電が発生してしまう。
レーザ照射領域付近以外でも放電が発生するような状態にあると、電極の熱的負荷が結果的に大きくなり、放電電極2a,2bの磨耗スピードは減少しない。また、レーザが照射される領域付近での放電が不安定となり、EUV出力も不安定となる。
デブリの影響を抑制しようとすると、デブリトラップ10から光出射方向の領域(すなわち、デブリトラップ10、EUV集光鏡3aが位置する領域)は、全体として例えば数100Pa程度となる。
すなわち、図5に示すようなDPP方式EUV光源装置では、デブリの影響を抑制するためにデブリトラップ10としてガスカーテン12、ホイルトラップ11を使用しているので、デブリトラップ10から光出射方向の領域が数100Pa程度となり、放電部2におけるチャンバ1内圧力は数Paを越えてしまう。
チャンバ1内圧力が数Paを越えると、前記したように第1および第2の放電電極2a,2bの不所望な部分で放電が発生してしまう。
そのため、放電部2における圧力を例えば数Pa程度の減圧雰囲気とし、かつ、デブリトラップ10やEUV集光鏡3aが位置する領域を数100Pa程度の圧力雰囲気となるように、差動排気を行う必要がある。
図7に特許文献2に記載のEUV光源装置の構成を示す。同図は、同公報Fig.1に示されるEUV光源装置の断面図である。
34,36は円盤状の電極であり、46を回転軸として回転する。47は、高密度高温プラズマ用原料である、加熱された液体状の金属であり、電極34,36の一部がその中に浸される。電極34,36の表面上に乗った液体状の金属47は、電極34,36が回転することにより、あらかじめ設定されたギャップを有する放電部45に運ばれ、レーザビーム48により気化される。
電極34,36に、液体状の金属47を介してパルス電力発生器49から放電電圧が印加されることにより、放電部45で放電が開始され、高密度高温プラズマが発生する。高密度高温プラズマから発生したEUV光はホイルトラップ50を介して図面上側に取り出される。
また、上記円盤状の電極34,36とプラズマ用原料47を供給するユニットを含む空間を囲み、EUV光出射側に開口を有するスクリーン44が設けられており、特許文献2中では、このスクリーンの開口が圧力抵抗となることで放電電極側の圧力を低圧にすることが示唆されている。
上記したように、放電部2では放電により高密度高温プラズマが生成する。この高密度高温プラズマは、高融点材料である第1および第2の放電電極2a,2bを磨耗させるほど高温であるので、開口を有するスクリーンもこの高密度高温プラズマからある程度(数cm)遠ざける必要がある。
一方、スクリーンの開口は、高密度高温プラズマから放射されるEUV光が通過する部分である。開口の大きさは、少なくともEUV集光鏡へ入射するEUV光を遮光しないような大きさに設定しなければならない。
このような大きさの開口で放電部2における圧力を数Pa程度とし、デブリトラップ10やEUV集光鏡3aが位置する領域を数100Pa程度の圧力雰囲気に維持することを考える。
上記したような圧力条件では、チャンバ内ガスは粘性流状態であって、開口を介してデブリトラップ10側のガスが放電部2側に流入する。そのため、上記したような圧力条件を成立させようとすると、放電部2側には排気量の大きい大型の排気装置を設ける必要がある。
放電部2では、レーザ照射により気化したSnまたはLiガスが発生する。放電部2に設ける排気装置は、このような金属蒸気を排気処理することが可能であることが要求される。すなわち、放電部2側では、排気量が大きく、かつ、金属蒸気を排気処理することが可能な排気装置が必要となる。このような排気装置は大型かつ高価であって、実際的ではない。
しかしながら、図6に示すガスカーテン機構においては、開口近傍のガスの流れはシード状であるが、開口から離れるに従って乱流となる。よって、ガス供給ユニット14からの供給するガスの流速をある程度高速にしないと、ガスカーテンは開口の途中で失速して放電部側に流れ込む。これにより、開口においてガスカーテンがほとんど存在しない領域が発生し、この領域を通過したデブリは、ホイルトラップ11でも運動エネルギーがあまり減少せず、EUV集光鏡3aにダメージを与える。よって、ガス供給ユニット14からの単位時間あたりのガスの供給量を大きくしなければならなくなる。
本発明は以上のような事情によりなされたものであって、その課題は、放電部側に設ける排気装置やEUV集光鏡側に設けるデブリトラップが大掛かりにならず、容易に、放電部側とEUV集光鏡側に所望の圧力差を設定することが可能なEUV光源装置を提供することである。
上記のように、放電部を構成する一対の電極とデブリトラップとの間にアパーチャ部材を設け、このアパーチャ部材を冷却することにより、アパーチャ部材を、一対の電極の近く、すなわち高密度高温プラズマの近くに配置することができる。このため、アパーチャ部材の開口の径を小さくしても、EUV集光鏡へ入射するEUV光を遮光することがない。
そして、上記アパーチャの開口の径を小さくすることができれば、電極が設けられている領域と集光鏡が設けられている領域の圧力差を数100Paに保つことも比較的容易となり、また、放電部側に設ける排気装置やEUV集光鏡側に設けるデブリトラップも大掛かりにならない。
以上のように本発明においては、前記課題を次のように解決する。
(1)容器と、上記容器内に配置される、円盤状の2つの電極が一定間隔離間してなる一対の放電電極と、上記一対の放電電極の少なくとも一方に極端紫外光を放射する液体または固体状の原料を供給する原料供給手段と、少なくとも上記原料が供給される側の放電電極を回転させる放電電極回転機構と、上記放電電極に供給された原料を気化させる気化手段と、上記一対の電極間に電力を供給する電力供給手段と、上記気化した原料が上記電極間で発生する放電により加熱・励起されて生成する高密度高温プラズマから放射される極端紫外光を集光する集光鏡と、上記放電電極と上記集光鏡との間に配置されてデブリを捕捉するデブリトラップとを備えた極端紫外光光源装置において、上記容器内の上記一対の電極と上記デブリトラップとの間に、開口を有するアパーチャ部材を設け、上記容器を電極が設けられている領域と集光鏡が設けられている領域に仕切る。そして、このアパーチャ部材を冷却する機構と、上記2つの領域のうち、少なくとも電極が設けられている領域に排気手段を設け、上記電極が設けられている領域の圧力が、上記集光鏡が設けられている領域の圧力よりも低くなるように圧力差を保つ。
(2)上記(1)において、上記一対の電極の内の高電圧側電極からアパーチャ部材までの距離を、上記一対の放電電極間距離、または、その距離より離れた距離とする。
(3)上記(1)(2)(3)において、上記一対の放電電極を、円盤状の2つの電極が一定間隔離間して両極の中心が略同軸上に配置されて一体に構成され、上記放電電極回転機構が、上記一体となっている一対の放電電極を回転させる。
(4)上記(1)(2)(3)において、アパーチャ部材に冷媒を循環させて冷却する手段を設ける。
(5)上記(1)(2)(3)(4)において、上記アパーチャ部材を、タングステン、モリブデン、タンタルの高融点の金属と、この高融点の金属に比べ加工性が容易で、熱伝導性のよい銅から構成する。
(6)上記(1)(2)(3)(4)(5)において、上記アパーチャ部材に形成されている開口を、光出射側に傾斜のついたナイフエッジ形状となるように構成する。
(7)上記(1)(2)(3)(4)(5)(6)において、上記アパーチャ部材の光出射側にアパーチャ部材の開口を横切るように高速にシート状のガスを流す手段を設ける。
(8)上記(7)において、上記ガスを流す手段に対向させて、該ガスを回収するガス回収手段を設ける。
(9)上記(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)において、上記電力供給手段を、上記アパーチャ冷却機構の動作後に動作するように構成する。
(1)放電部を構成する一対の電極と集光鏡との間にアパーチャ部材を設け、このアパーチャ部材を冷却するように構成したので、アパーチャ部材を一対の電極の近くに配置することができアパーチャの開口の径を小さくすることができる。このため、電極が設けられている領域と集光鏡が設けられている領域の圧力差を数100Paに保つことが容易となり、また、排気装置やデブリトラップが大掛かりになることもない。
(2)放電電圧印加電極からアパーチャ部材までの距離を、放電電極間距離、または、その距離より離れた距離とすることにより、アパーチャ部材を金属で構成しても、アパーチャ部材と放電電圧印加電極との間で放電が起こることがない。
(3)アパーチャ部材を、タングステン、モリブデン、タンタルの高融点の金属と、タングステン等の高融点金属以外の部分は、この高融点の金属に比べ加工性が容易で、熱伝導性のよい銅から構成することにより、加工が容易となり、製造コストの低減化を図ることができる。
(4)アパーチャ部材に形成されている開口を、光出射側に傾斜のついたナイフエッジ形状に構成することで、開口におけるEUV光の散乱を小さくし、散乱光が容器内の不所望な部分に到達するのを抑制することができる。
(5)アパーチャ部材の光出射側にアパーチャ部材の開口を横切るように高速にシート状のガスを流す手段を設けることにより、デブリが集光鏡に到達するのを抑制することができる。
また、このガスを流す手段に対向させて、ガス回収手段を設けることにより、上記ガスを速やかに回収することができ、また、このガスが電極が設けられている領域と集光鏡が設けられている領域の圧力に影響を与えることも少なくなる。
特に、本発明においてはアパーチャの開口を小さくすることができるので、上記ガスを流す手段とガス回収手段の距離を小さくすることができる。このため、ガスカーテンにおけるガス流を層流の状態に保つことができ、このガスが周囲に拡散することも少なくなる。このため、一層このガスの周囲の圧力への影響を少なくすることができる。
(6)上記アパーチャを冷却する機構の動作後に、上記電力供給手段が動作するように構成することにより、アパーチャが冷却されていないときに、高密度高温プラズマが発生することがなく、アパーチャにダメージを与えることを防ぐことができる。
本発明のDPP方式光源装置は、開口を有する隔壁16を介して、チャンバ1を大きく2つ空間に分割したものである。すなわち、図1に示すように一方の空間には放電部2が位置し、また他方の空間にはEUV光集光部3およびデブリトラップ10が位置する。
図1では開口15aを有するアパーチャ部材15を隔壁16に取り付けた場合を示しており、アパーチャ部材15には冷却ユニット17から冷媒が供給され冷却される。
なお、図1では隔壁16とアパーチャ部材15を別体として示したが、隔壁16にアパーチャを形成することにより、隔壁16をアパーチャ部材としても良い。
また、本実施例においては、デブリトラップ10がガスカーテン12およびホイルトラップ11から構成されている。ガスカーテン12は、前記図6に示したように、ガス供給ユニット14から供給され直方体形状のノズル14aから放出されるシート状のガスにより形成されるが、本実施例では、さらに図6(b)に示したようにガスカーテン12のガスを回収する手段14b(以下ディフューザという)が、ノズル14aに対向して設けられている。ノズル14aから放出されたガスは、アパーチャ部材15の開口15aを横切るようにシート状に高速に流れ、上記ディフューザ14bにより回収される。
上記一方の空間には第1の排気装置5−1、他方の空間には第2の排気装置5−2が連結される。上記ディフューザ14bは第2の排気装置5−2に連結され、ディフューザ14bにより回収されたガスは、第2の排気装置5−2により排気される。
なお以下では、放電部2が配置される空間を放電空間、EUV光集光部3が配置される空間を集光空間と呼ぶことにする。
第2の放電電極2bの直径は、第1の放電電極2aの直径よりも大きく、その周辺部はエッジ形状に構成されている。
第2の放電電極2bには、モータ6の回転シャフト6aが取り付けられ、第2の放電電極2bの下側には、例えばカーボンブラシ等で構成される第1の摺動子7aおよび第2の摺動子7bが設けられる。パルス電力発生器7は、第1の摺動子7a、第2の摺動子7bを介して、第1の放電電極2aと第2の放電電極2bとの間にパルス電力を供給する。
なお、原料供給ユニット8を用いる場合、例えば、特許文献2に記載されているように、原料供給ユニットを、原料となるSnやLiを加熱により液化させるような構造とし、この液化した原料を第2の放電電極2bの溝部2dが通過するように構成してもよい。
この場合、EUV光源装置は、原料供給ユニットが下側に、EUV光取出し部が上側に位置するように構成される。すなわち、図1のEUV光源装置は、反時計周りに90度回転した構成となる。
あるいは、原料供給ユニット8を、固形のSnやLiを定期的に第2の放電電極2bの溝部2dに供給するように構成してもよい。
そして、レーザ照射機9からのレーザ光が、上記EUV集光部側に移動したSnまたはLi上に集光光として照射される。このような状態下で、第1、第2の放電電極2a,2b間にパルス電力発生器7より電圧が約+20kV〜−20kVであるようなパルス電力を印加されると、第1の放電電極2a、第2の放電電極2bの周辺部に設けられたエッジ形状部分間で放電が発生し、前記したように、両電極間の周辺部には、気化したSnまたはLiによる高密度高温プラズマが形成され、この高密度高温プラズマから波長13.5nmのEUV光が放射される。
なお、第2の放電電極2bは第2の放電電極2bの溝部2dに配置もしくは供給されたSnまたはLiを移動させるために回転しなければならないが、第1の放電電極2aは、放電による消耗が少なければ、必ずしも回転させる必要はない。
上記放電部2とEUV光集光部3との間には、EUV集光鏡3aのダメージを防ぐために、ガスカーテン12およびホイルトラップ11から構成されるデブリトラップ10が設置されている。
ガスカーテン12は、前記したようにデブリの進行方向を変化させ、デブリがEUV集光鏡3aに到達するのを抑制する。ホイルトラップ11は、前記した構成のものであり、ホイルトラップ用隔壁13に取り付けられ、デブリ等を捕捉する。
なお、原料としてスズを使用する場合は、図1に示すようにクリーニング装置制御部18aと、EUV集光部3の近くのチャンバ1内に水素ラジカルを発生するクリーニング装置18とを設け、クリーニング装置18から水素ラジカルを発生させることにより、EUV集光部3に進入したスズ及びスズ化合物を、高蒸気圧のスズの水素化物に変え、EUV集光部3から排気させるようにしてもよい。
制御部20は、後述するように露光機の制御部21から与えられる指令に基づき、上記各機器を制御する。
一方、集光空間は、デブリトラップ10でデブリの運動エネルギーを小さくする必要があるので、デブリトラップ10の部分で所定の圧力を維持する必要がある。
図1では、ガスカーテン12から所定のガスを流し、ホイルトラップ11で所定の圧力を維持して、デブリの運動エネルギーを小さくする。よって、上記したように、集光空間の圧力は、結果として数100Pa程度に維持する必要がある。
このように両空間同士で圧力が確実に異なるように維持されるように、本発明では前記したようにチャンバ1内に放電空間と集光空間とに区画する隔壁16を設け、この隔壁16に両空間を空間的に連結する開口15aを有するアパーチャ部材15を設けている。
開口15aは圧力抵抗として機能するので、各空間を第1の排気装置5−1、第2の排気装置5−2で排気し、ガスカーテン12からのガス流量、開口15aの大きさ、各排気装置の排気能力等を適宜考慮することにより放電空間を数Pa、集光空間を数100Paに維持することが可能となる。
なお、図1においては、放電部2が配置される放電空間に第1の排気装置5−1を、EUV光集光部3が配置される集光空間に第2の排気装置5−2をそれぞれ設けているが、ガスカーテン12からのガス流量、開口15aの大きさ、放電空間に設けた第1の排気装置5−1の排気能力等を適宜考慮することにより、集光空間に第2の排気装置5−2を設けず、放電空間に設けた第1の排気装置5−1のみを用い、放電空間を数Pa、集光空間を数100Paに維持することも可能である。
また、排気装置を5−1,5−2のいずれか1台として、配管を分岐して、1台の排気装置と2つの空間とを接続するようにしてもよい。
その際、排気装置の排気能力、各空間へ接続される分岐された各配管のコンダクタンス等を適宜考慮することにより、放電空間を数Pa、集光空間を数100Paに維持することも可能である。
すなわち、アパーチャ部材15が加熱されると、空洞内に冷却ユニット17から供給された冷媒とアパーチャの加熱部分との間で熱交換が発生する。
熱交換の結果温度が上昇した冷媒は冷却ユニット17に移動し、冷却ユニット17にて熱交換されて温度が下降する。そして温度が下降した冷媒が再び、上記空洞に冷却ユニット17より供給される。
なお、アパーチャ部材15に内部空洞を設けるのではなく、図2(b)(c)に示すように冷媒が流れる冷却パイプ15aを、アパーチャ部材15に光の出射側から貼り付けても良い。なお、図2(b)は開口15aの中心軸を通る平面で切った断面図、(c)はアパーチャ部材15を光出射側から見た図である。
さらに、アパーチャ部材15を2種類またはそれ以上の部材から構成しても良い。
例えば、図2(a)に示すように、高密度高温プラズマにさらされるアパーチャ近傍の部分を、タングステン等の高融点金属を使用し、それ以外の部分を銅等の熱伝導性がよく、また高融点金属に比べて加工の容易な金属を使用する。
銅の部分に、アパーチャを形成した高融点金属を囲うように、冷媒の流れる空洞を形成する。加工が容易になり、製作コストの低減をはかることができる。
アパーチャ部材15に設けられる開口15aの大きさは、少なくともEUV集光鏡3aへ入射するEUV光を遮光しないような大きさに設定する必要があるが、第1および第2の放電電極2a,2bの間隔が例えば5mmであるとすると、開口15a自体を高密度高温プラズマに5mm程度にまで近づけることが可能であるので、開口15aの半径を5mm程度にすることができる。例えば、図3に示すように、EUV光が45°の角度で放射されるとし、開口15aを高密度高温プラズマに5mm程度にまで近づけると、EUV光を遮光しない開口15aの半径は5mm程度となる。
なお、アパーチャ部材15が金属の場合、アパーチャ部材15をこれ以上放電電極(約+20kV〜−20kVの電圧が印加される高電圧側電極、例えば第2の放電電極2b)に近づけると、電極とアパーチャ部材との間で放電する可能性がある。したがって、高電圧側電極、例えば第2の放電電極2bとアパーチャ部材15の距離は、放電電極間距離またはその距離よりやや大きい距離とするのが望ましい。
なお、アパーチャ部材はセラミック製としても良い。アパーチャ部材が金属製であると、放電時、放電電極とアパーチャ部材との間での放電が発生する可能性があるが、セラミック製とすることにより、放電電極との間での放電の心配が無くなる。
しかし、セラミックは金属ほど熱伝導が良くないので効果的に冷却するのが難しく、電極に接近させると過熱により損傷する可能性がある。
上記したように、従来は、放電空間と集光空間とを上記圧力に維持するために、特許文献2に記載された知見に基づいて、開口が設けられたスクリーンを放電空間と集光空間との間に設けることが考えられる。しかしながら、スクリーンは高密度高温プラズマからある程度遠ざけねばならず、スクリーンの開口をEUV集光鏡へ入射するEUV光を遮光しないような大きさに設定すると、例えば10cm程度の大きさにせざるを得なかった。
よって、従来の知見を用いた場合、排気量の大きい大型の排気装置を設けたとしても、放電空間において集光空間より流入するガスを排気して数Paにすることは現実的には困難であった。
一方、上記したように放電部2においては、レーザ照射により気化したSnまたはLiガスといった金属蒸気が発生する。しかし、本発明においては、第1の排気装置5−1自体を小さくすることが可能であるので、金属蒸気を排気処理することが可能な排気装置も小型、かつ、安価に構成することができる。
また、開口15aを小さくすることができるので、容易にガスカーテン12が開口15aを全てカバーするように設定することが可能となる。すなわち、開口15aが小さくなった分、ガスカーテン12の幅も小さくできるので、ガス供給ユニット14からの単位時間あたりのガスの供給量を大きくせずとも、ガスカーテン12からのガスは高速となり、開口の途中で失速しない。よって、確実に、デブリの運動エネルギーをガスカーテン12により減少させることが可能となる。
ガスカーテン12のガスがディフューザ14bにより速やかに回収されるので、集光空間の数百Pa及び放電空間の数Paの圧力に影響を与えることなく、ガスカーテンが形成される部分の圧力が局所的に数kPa程度に上昇させることができる。
また、ガスカーテンが形成される部分の圧力を上げられるので、デブリの運動エネルギーをより低下させ、EUV集光鏡3aへのダメージを防ぐことができる。
なお、デブリトラップ10は、必ずしもガスカーテン12とホイルトラップ11の両方から構成する必要はない。例えば、ホイルトラップ単独でも、集光空間の圧力を数100Pa程度としておけば、デブリの運動エネルギーを減少させることができる。しかしながら、ガスカーテンとホイルトラップを併用することにより、デブリの運動エネルギーを効率よく減少させることができる。
しかしながら、光入射側にガスカーテン機構を設けた場合、ガスカーテン機構は高密度高温プラズマに対面することになるので、ある程度、高密度高温プラズマから遠ざける必要がある。よって、開口も高密度高温プラズマから遠ざかって開口が大きくなる。そのため、ガスカーテン機構は、開口の光出射側に設けることが好ましい。
また、上記したように、チャンバ1内のガスは粘性流となるので、開口15aをカバーしたガスカーテン12は開口15aを通過して集光空間から放電空間へと流入する。
本発明においては、開口15aを小さくすることが可能であるので、集光空間から放電空間へと流入する粘性流の流速も高速化する。開口を通過する粘性流が高速になればなるほど、デブリは開口を通過しにくくなり、また、開口を通過したデブリの運動エネルギーも効率よく減少する。
また、本発明のEUV光源装置は、図1に示すものに限るものではなく、例えば、図4に示すように、特許文献2に記載のEUV光源装置に冷却機構を有するアパーチャ部材、隔壁を設ける構成でもよい。
図4は前記図7に示したEUV光源装置に本発明を適用した場合の構成例を示し、放電電極が設けられた放電空間と、EUV集光鏡3aが設けられた集光空間を仕切る隔壁16と、アパーチャ15を設けたものである。
すなわち、図7に示したEUV光源装置の光出射側に、隔壁16を設け、そこに開口を有するアパーチャ15を取り付け、冷却ユニット17によりアパーチャ15を冷却するとともに、ガスカーテン12とホイルトラップ11から構成されるデブリトラップ10を設けたものである。
ガスカーテン12は前記したように、ガス供給ユニット14から供給され直方体形状のノズル14aから放出されるシート状のガスにより形成され、ガスカーテン12のガスを回収するディフューザ14bが、ノズル14aに対向して設けられている。
さらに、上記放電空間と、EUV集光鏡3aが設けられた集光空間を排気する第1、第2の排気装置5−1,5−2が設けられ、放電空間を数Pa、集光空間を数100Paに維持する。
(1)露光機の制御部21からEUV光源装置の制御部20にスタンバイ信号が送出される。
(2)スタンバイ信号を受信したEUV光源装置の制御部20は、第1の排気装置5−1、第2の排気装置5−2を動作させるとともに、原料供給ユニット8を制御して原料の液化を開始する。
(3)次に、EUV光源装置の制御部20は、ガス供給ユニット14を動作させ、ノズル14aからガスを放出させ、ガスカーテン12を形成する。
(4)原料がスズである場合、クリーニング装置18を動作させ、水素ラジカルを発生させる。
(5)EUV光源装置の制御部20は、放電空間、集光空間にそれぞれ設けた不図示の圧力モニタから送出される圧力データに基づき、放電空間、集光空間の圧力が、それぞれ所定の圧力(例えば、放電空間:数Pa、集光空間:数100Pa)となるように、第1の排気装置5−1、第2の排気装置5−2を制御して、ガス排気量を調節する。
(7)次に、EUV光源装置の制御部20は、モータ6を動作させて、第1の放電電極2aおよび第2の放電電極2bを回転させる。なお、原料を供給する第2の放電電極2bだけを回転させても良い。
(8)原料供給ユニット8は、原料の液化が完了後、EUV光源装置の制御部20に原料液化完了信号を送出する。
(9)原料液化完了信号を受信したEUV光源装置の制御部20は、露光機の制御部21にスタンバイ完了信号を送出する。
(10)スタンバイ完了信号を受信した露光機の制御部21は、EUV光源装置の制御部20に、EUV発光指令信号を送出する。
(11)EUV発光指令信号を受信したEUV光源装置の制御部20は、レーザ照射機9を動作させて第2の放電電極2bの溝部2dにレーザ照射を行うとともに、パルス電力発生器7にトリガ信号を送出する。レーザ光が照射されたSnまたはLiは、第1の放電電極2a、第2の放電電極2b間で気化し、一部は電離する。
第1の放電電極2a、第2の放電電極2bの周辺部に設けられたエッジ形状部分間で放電が発生する。このとき第1の放電電極2a、第2の放電電極2b間で気化したSnまたはLiの一部電離した部分にパルス状の大電流が流れる。その後、ピンチ効果によるジュール加熱によって、両電極間の周辺部には、気化したSnまたはLiによる高密度高温プラズマが形成され、この高密度高温プラズマから波長13.5nmのEUV光が放射される。
(13)放射されたEUV光は、開口15a、ガスカーテン12、ホイルトラップ11を通過して、EUV集光鏡3aに入射後、反射・集光され、EUV光取出部4より、図示しない露光機側光学系である照射部に出射される。
(14)以下、露光仕様に応じて、露光機の制御部21からEUV光源装置の制御部20にEUV放射停止信号(露光処理を終了するときはEUV放射終了信号に相当、また、露光処理を休止するときはEUV放射休止信号に相当)が入力されるまでパルス状のEUV光の放射が繰り返し行われる。
上記した例は制御部20による自動制御の一例であるが、本発明はこれに限るものではない。例えば、制御部を設けず、作業者が第1の排気装置、第2の排気装置、パルス電力発生器、モータ、冷却ユニット、レーザ照射機、ガス供給ユニット、原料供給ユニットを動作するようにしてもよい。
このように構成しておくことにより、アパーチャ部材15が冷却されないときに高密度高温プラズマが発生して、アパーチャ部材15にダメージを与えるという不具合を確実に回避することが可能となる。
2 放電部
2a 第1の放電電極
2b 第2の放電電極
3 EUV光集光部
3a EUV集光鏡
4 EUV光取り出し部
5−1 第1の排気装置
5−2 第2の排気装置
6 モータ
7 パルス電力発生器
8 原料供給ユニット
9 レーザ照射機
10 デブリトラップ
11 ホイルトラップ
12 ガスカーテン
13 ホイルトラップ用隔壁
14 ガス供給ユニット
14a ノズル
15 アパーチャ
15a 開口
16 隔壁
17 冷却ユニット
18 クリーニング装置
20 制御部
21 露光機の制御部
Claims (9)
- 容器と、
上記容器内に配置される、円盤状の2つの電極が一定間隔離間してなる一対の放電電極と、
上記一対の放電電極の少なくとも一方に極端紫外光を放射する液体または固体状の原料を供給する原料供給手段と、
少なくとも上記原料が供給される側の放電電極を回転させる放電電極回転機構と、
上記放電電極に供給された原料を気化させる気化手段と、
上記一対の電極間に電力を供給する電力供給手段と、
上記気化した原料が上記電極間で発生する放電により加熱・励起されて生成する高密度高温プラズマから放射される極端紫外光を集光する集光鏡と、
上記放電電極と上記集光鏡との間に配置されてデブリを捕捉するデブリトラップとを備えた極端紫外光光源装置において、
上記容器内において、上記一対の電極と上記デブリトラップとの間に、上記容器を電極が設けられている領域と、集光鏡が設けられている領域に仕切る、開口を有するアパーチャ部材と、
上記アパーチャ部材を冷却する機構と、
上記2つの領域のうち、少なくとも電極が設けられている領域に排気手段を備え、上記電極が設けられている領域の圧力が、上記集光鏡が設けられている領域の圧力よりも低くなるように圧力差を保つことを特徴とする極端紫外光光源装置。 - 上記一対の電極の内の高電圧側電極からアパーチャ部材までの距離は、上記一対の放電電極間距離、または、その距離より離れた距離である
ことを特徴とする請求項1記載の極端紫外光光源装置。 - 上記一対の放電電極は、円盤状の2つの電極が一定間隔離間して両極の中心が略同軸上に配置されて一体に構成され、
上記放電電極回転機構は、上記一体となっている一対の放電電極を回転させる
ことを特徴とする請求項1,2または請求項3記載の極端紫外光光源装置。 - 上記アパーチャ部材は、冷媒を循環させて冷却する手段を有する
ことを特徴とする請求項1,2または請求項3に記載の極端紫外光光源装置。 - 上記アパーチャ部材は、タングステン、モリブデン、タンタルの高融点の金属と、この高融点の金属に比べ加工性が容易で、熱伝導性のよい銅から構成されている
ことを特徴とする請求項1,2,3または請求項4に記載の極端紫外光光源装置。 - 上記アパーチャ部材に形成されている開口は光出射側に傾斜のついたナイフエッジ形状となるように構成されている
ことを特徴とする請求項1,2,3,4または請求項5に記載の極端紫外光光源装置。 - 上記アパーチャ部材の光出射側にアパーチャ部材の開口を横切るように高速にシート状のガスを流す手段が設けられている
ことを特徴とする請求項1,2,3,4,5または請求項6に記載の極端紫外光光源装置。 - 上記ガスを流す手段には、ガス回収手段が設けられている
ことを特徴とする請求項7に記載の極端紫外光光源装置。 - 上記電力供給手段は、上記アパーチャを冷却する機構の動作後に動作するように構成されている
ことを特徴とする請求項1,2,3,4,5,6,7,8または請求項9に記載の極端紫外光光源装置。
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