JP5149514B2 - 極端紫外光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置の光源として用いられる極端紫外（ＥＵＶ：extreme ultra violet）光源装置に関する。

近年、半導体プロセスの微細化に伴って光リソグラフィにおける微細化が急速に進展しており、次世代においては、１００ｎｍ〜７０ｎｍの微細加工、更には５０ｎｍ以下の微細加工が要求されるようになる。そのため、例えば、５０ｎｍ以下の微細加工の要求に応えるべく、波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光源と縮小投影反射光学系（catadioptric system）とを組み合わせた露光装置の開発が期待されている。

ＥＵＶ光源としては、ターゲットにレーザビームを照射することによって生成されるプラズマを用いたＬＰＰ（laser produced plasma：レーザ励起プラズマ）光源（以下において、「ＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置」ともいう）と、放電によって生成されるプラズマを用いたＤＰＰ（discharge produced plasma）光源と、軌道放射光を用いたＳＲ（synchrotron radiation）光源との３種類がある。これらの内でも、ＬＰＰ光源は、プラズマ密度をかなり大きくできるので黒体輻射に近い極めて高い輝度が得られ、ターゲット物質を選択することにより必要な波長帯のみの発光が可能であり、ほぼ等方的な角度分布を持つ点光源であるので光源の周囲に電極等の構造物がなく、２πsteradianという極めて大きな捕集立体角の確保が可能であること等の利点から、数十ワット以上のパワーが要求されるＥＵＶリソグラフィ用の光源として有力であると考えられている。

ここで、ＬＰＰ方式によるＥＵＶ光の生成原理について説明する。真空チャンバ内に供給されるターゲット物質に対してレーザビームを照射することにより、ターゲット物質が励起してプラズマ化する。このプラズマから、ＥＵＶ光を含む様々な波長成分が放射される。そこで、所望の波長成分（例えば、１３．５ｎｍの波長を有する成分）を選択的に反射するＥＵＶコレクタミラーを用いてＥＵＶ光が反射集光され、露光器に出力される。ＥＵＶコレクタミラーの反射面には、例えば、モリブデン（Ｍｏ）の薄膜とシリコン（Ｓｉ）の薄膜とを交互に積層した多層膜（Ｍｏ／Ｓｉ多層膜）が形成されている。

このようなＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置においては、特に固体のターゲットを用いる場合に、プラズマから放出される中性粒子やイオンによる影響が問題となっている。ＥＵＶコレクタミラーはプラズマ近傍に設置されるので、プラズマから放出される中性粒子は、ＥＵＶコレクタミラーの反射面に付着してミラーの反射率を低下させる。一方、プラズマから放出されるイオンは、ＥＵＶコレクタミラーの反射面に形成されている多層膜を削り取る。なお、中性粒子やイオンを含むプラズマからの飛散物やターゲット物質の残骸は、デブリ（debris）と呼ばれている。

関連する技術として、下記の特許文献１には、簡便な調整で動作する簡易な装置により、室温では固体で存在する材料を長時間連続に供給する手段を備えたレーザプラズマ輻射光発生装置が開示されている。このレーザプラズマ輻射光発生装置は、微粒子を含む溶液をノズルから噴出させて液体ジェットあるいは液滴を発生させ、その液体ジェットあるいは液滴にパルスレーザ光を照射して溶媒を加熱蒸発させ、続けて０．１μｓ以上の遅延時間後に、加熱された液体ジェットあるいは液滴に別のパルスレーザ光を照射してプラズマを生成する。

また、下記の特許文献２には、固体ターゲットを用いて、デブリの発生が少なく、変換効率が高いレーザプラズマ光源が開示されている。このレーザプラズマ光源においては、固体ターゲットのレーザビーム照射を受ける部分に窪みが設けられており、窪みの内壁をアブレーション用パルスレーザによってアブレーションし、窪み内の空間中において気化物質の高密度化部分ができるのを待って加熱用パルスレーザ光を照射し、高密度化部分を高温プラズマとして輻射線を発生させる。
特開２００６−２４４８３７号公報（第１頁、図１） 特開平１１−２５０８４２号公報（第１〜２頁、図１）

一般に、固体ターゲットの材料としては、ドライバレーザ光のエネルギーからＥＵＶ光のエネルギーへの変換効率が高い錫が用いられる。しかしながら、固体の錫は、ドライバレーザ光の照射による昇温によって溶融して飛び散り、デブリとなってＥＵＶ光の発生効率を低下させる。そこで、従来は、直径２０μｍ〜２００μｍ程度の錫の微粒子を液体中に分散させたドロップレット状態のターゲットをレーザビーム照射空間に送り込むことにより、デブリの発生が最小となるようにしていた。

ところが、最近になって、ＣＯ_２レーザと固体の錫との組み合わせにより、レーザビーム照射によって錫から発生するデブリの量が大幅に低減されることが確認された。これにより、固体の錫をターゲットとして使用できる可能性が示された。従来、固体のターゲットを連続的に供給するための手段としては、板状のターゲットを往復運動させたり、ターゲットをテープ状にして供給及び巻取りを行ったり、ターゲットのロッドを回転及び往復運動させることが知られており、主に低出力の低繰り返し照射に限られて使用されている。

しかしながら、量産用の露光装置に用いられるＥＵＶ光源においては、ターゲットに対して、１０ｋＷ程度のドライバレーザ光が、繰り返し周波数１００ＫＨｚ程度で照射される。従って、ターゲットを高速かつ連続的に供給することが要求され、また、１０ｋＷ程度のドライバレーザ光の照射に対する除熱が課題となる。

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、出力が比較的大きい露光用の極端紫外光源装置において、ドライバレーザ光の照射に対する除熱を良好に行いつつ、固体のターゲットを高速かつ連続的に供給することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る極端紫外光源装置は、ターゲット物質にレーザビームを照射することによりプラズマから極端紫外光を発生する極端紫外光源装置であって、極端紫外光の生成が行われるチャンバと、ワイヤにターゲット物質をコーティングするターゲット物質供給手段と、ターゲット物質がコーティングされたワイヤをチャンバ内の所定の位置に供給するワイヤ供給手段と、レーザビームが照射されるワイヤを冷却する冷却手段とを具備する。

本発明によれば、ターゲット物質がコーティングされたワイヤにレーザビームを照射すると共に、レーザビームが照射されるワイヤを冷却するようにしたので、ドライバレーザ光の照射に対する除熱を良好に行いつつ、固体のターゲットを高速かつ連続的に供給することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＥＵＶ光源装置の構成を示す概略図である。本実施形態に係るＥＵＶ光源装置は、レーザビームをターゲット物質に照射して励起させることによりＥＵＶ光を生成するレーザ励起プラズマ（ＬＰＰ）方式を採用している。

図１に示すように、このＥＵＶ光源装置は、ＥＵＶ光の生成が行われる真空チャンバ１０と、ターゲット物質がコーティングされたワイヤ１を真空チャンバ１０内の所定の位置に供給するワイヤ供給部１１と、ターゲット物質がコーティングされたワイヤ１の表面形状を整形する表面形状整形部１２と、ターゲット物質がコーティングされたワイヤ１に照射される励起用レーザビーム２を生成するドライバレーザ１３と、ドライバレーザ１３によって生成される励起用レーザビーム２を集光するレーザ集光光学系１４と、ターゲット物質がコーティングされたワイヤ１に励起用レーザビーム２が照射されることによって発生するプラズマ３から放出されるＥＵＶ光４を集光して出射するＥＵＶコレクタミラー１５と、レーザビームが照射されたワイヤ１を冷却するワイヤ冷却部１６と、ワイヤ冷却部１６によって冷却されたワイヤ１にターゲット物質をコーティングするターゲット物質供給部１７とを備えている。

真空チャンバ１０には、励起用レーザビーム２を導入する導入窓１８と、プラズマ３から放射されるＥＵＶ光を露光器に導出する導出窓１９とが設けられている。なお、露光器の内部も、真空チャンバ１０の内部と同様に、真空又は減圧状態に保たれる。本実施形態においては、ワイヤ供給部１１と、表面形状整形部１２と、ワイヤ冷却部１６と、ターゲット物質供給部１７とが、真空チャンバ１０の内部に設けられている。

ターゲット物質がコーティングされたワイヤ１は、ワイヤ供給部１１によって搬送され、表面形状整形部１２によってＥＵＶ光の生成に好適な表面形状に整形されて、真空チャンバ１０内の所定の位置に供給される。

ドライバレーザ１３は、高い繰り返し周波数（例えば、パルス幅が数ｎ秒〜数十ｎ秒程度、周波数が１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度）でパルス発振可能なレーザビーム源である。また、レーザ集光光学系１４は、少なくとも１つのレンズ及び／又は少なくとも１つのミラーで構成される。レーザ集光光学系１４によって集光されたレーザビーム２が、真空チャンバ１０内の所定の位置において、ターゲット物質がコーティングされたワイヤ１を照射することにより、ターゲット物質の一部が励起してプラズマ化し、発光点から様々な波長成分が放射される。ここで、発光点とは、プラズマ３が発生する位置を意味する。

ＥＵＶコレクタミラー１５は、プラズマ３から放射される様々な波長成分の内から、所定の波長成分（例えば、１３．５ｎｍ付近のＥＵＶ光）を選択的に反射することにより集光する集光光学系である。ＥＵＶコレクタミラー１５は凹状の反射面を有しており、この反射面には、例えば、波長が１３．５ｎｍ付近のＥＵＶ光を選択的に反射するために、モリブデン（Ｍｏ）及びシリコン（Ｓｉ）の多層膜が形成されている。

図１において、ＥＵＶコレクタミラー１５によりＥＵＶ光が右方向に反射され、ＥＵＶ中間集光点に集光された後、露光器に出力される。なお、ＥＵＶ光の集光光学系は、図１に示すＥＵＶコレクタミラー１５に限定されず、複数の光学部品を用いて構成しても良いが、ＥＵＶ光の吸収を抑えるために反射光学系とすることが必要である。

レーザビーム２が照射されたワイヤ１は、ワイヤ冷却部１６によって冷却される。ワイヤ１においてレーザビーム２が照射された部分からはターゲット物質が欠落するが、これをターゲット物質供給部１７によって補充することにより、ターゲット物質を連続的に供給することが可能となる。ターゲット物質供給部１７によってターゲット物質がコーティングされたワイヤ１は、ワイヤ供給部１１によって回収される。

本実施形態においては、ドライバレーザ１３として、比較的波長の長い光を生成することができるＣＯ_２レーザが用いられる。また、ターゲット１として、錫（Ｓｎ）が用いられる。その理由は、以下の通りである。

一般に、レーザビームをターゲットに照射することによってプラズマが発生すると、ターゲット表面の溶融層が突沸したり、プラズマの膨張圧力がターゲットに印加されることにより、溶融したターゲットの一部が粒状となって噴出することが知られている（小林、他、「アブレーションプラズマ生成・制御１（レーザー）」、プラズマ・核融合学会誌 第７６巻第１１号（２０００年１１月）ｐ．１１４５〜１１５０を参照）。

特に、固体のターゲットを用いるプラズマ光源においては、ＥＵＶ光等の短波長領域の輻射線を発生する高温低密度プラズマ領域と、短波長領域の輻射線を発生しない低温高密度プラズマ領域とが存在する。それらの内で、低温高密度プラズマ領域が、レーザビーム照射後にターゲット物質から多量のデブリを発生させる熱源となる。この熱源によってターゲットの表面に溶融層が形成され、プラズマの膨張圧力によって溶融金属が噴出及び飛散することにより、デブリが発生する。

この過程を詳しく説明する。レーザビームをターゲット物質に照射すると、レーザビームによってターゲット物質が加熱及びイオン化されてプラズマが発生する。その後、プラズマにレーザビームが吸収される。プラズマにレーザビームが吸収されるメカニズムは、イオンによる電界中において電子が加速度を受けるときに電磁波（レーザビーム）を放出する制動輻射と逆過程の吸収メカニズムであり、逆制動輻射吸収と呼ばれている。逆制動輻射吸収は、レーザ生成プラズマ中において発生する最も基本的な吸収メカニズムであり、古典吸収とも呼ばれている。高周波電界によって振動する電子は、イオンと衝突しながら、エネルギーの吸収を引き起こす。

プラズマ中において、電磁波（レーザビーム）は、電子プラズマの周波数よりも高い周波数を有する場合にのみ、伝播可能である。即ち、レーザビームの角周波数をω_Ｌ、電子プラズマの角周波数をω_Ｐとすると、ω_Ｌ＞ω_Ｐが成立する低密度プラズマ領域においてのみ、レーザビームが伝播する。ここで、ω_Ｌ＝ω_Ｐとなるプラズマ電子密度Ｎ_Ｅは、臨界密度Ｎ_Ｃと呼ばれている。

固体のターゲットにレーザビームを照射した場合には、ターゲット表面から噴出及び膨張して行くプラズマが存在するので、レーザビームは、プラズマの密度の低い領域から密度の高い領域に向かって吸収を受けながら伝播し、臨界密度領域において反射されることになる。即ち、レーザビームは、プラズマ中の臨界密度領域までの往復の光路において、吸収を受けることになる。従って、臨界密度が高いほど、高密度のプラズマにエネルギーを吸収させることが可能になるが、同時に、デブリ発生の原因となる低温高密度プラズマ領域が発生する危険性を増加させることになる。

臨界密度Ｎ_Ｃは、次式で表される。
Ｎ_Ｃ（ｃｍ^−３）＝１．１１×１０^１３／λ^２
ここで、λは、レーザビームの波長を表している。

図２に、ＣＯ_２レーザ及びＮｄ：ＹＡＧレーザの波長及び臨界密度を示す。ＣＯ_２レーザは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザと比較して、出力されるレーザビームの波長λが１桁大きいので、臨界密度Ｎ_Ｃが２桁低くなる。その結果、図３に示すように、ＣＯ_２レーザから出力されるレーザビームは、ターゲット表面からかなり離れた高温低密度プラズマ領域において反射される。なお、図３において、横軸は、ターゲット表面からの距離に対応するプラズマ電子密度Ｎ_Ｅを表している。また、Ｎｄ：ＹＡＧレーザについては、基本波ω（波長１０６４ｎｍ）の場合と第２高調波２ω（波長５３２ｎｍ）の場合とを示している。

ドライバレーザとしてＣＯ_２レーザを用いることにより、ＥＵＶ光の発生に寄与せずデブリを発生させる熱源となる低温高密度プラズマ領域の生成が抑制されるので、固体ターゲット表面の溶融が進まず、ターゲットから放出されてＥＵＶコレクタミラーの反射面に付着する中性粒子が大幅に低減される。一方、プラズマからは高速イオンも放射されるので、ＥＵＶコレクタミラーの反射面に形成されている多層膜が削り取られる。

さらに、ターゲットとして錫（Ｓｎ）を用いる場合には、ターゲットから発生する中性粒子が非常に少なくなるので、所定の条件の下で、ＥＵＶコレクタミラーの反射面に付着する中性粒子の量（デポジション量）を、ＥＵＶコレクタミラーの反射面から削り取られる多層膜の量（スパッタリング量）とバランスさせ、あるいは、デポジション量をスパッタリング量よりも小さくできることが検証された。これにより、ＥＵＶコレクタミラーの反射面にデブリが付着するという問題を解決することができる。

そのための条件は、主に、ＣＯ_２レーザによって生成される励起用レーザビームの強度及び／又はパルス幅によって決定される。具体的には、励起用レーザビームの強度を、３×１０^９Ｗ／ｃｍ^２〜５×１０^１０Ｗ／ｃｍ^２、さらに好ましくは、５×１０^９Ｗ／ｃｍ^２〜３×１０^１０Ｗ／ｃｍ^２とすることが望ましい。また、励起用レーザビームのパルス幅を、１０ｎｓ〜１５ｎｓ程度と比較的短く設定することが望ましい。

励起用レーザビームの強度においては、ターゲットに余分な熱を加えてターゲット表面の溶融領域を不必要に拡大させることがないように上限が設定されており、これにより、デブリの発生を抑圧することができる。一方、励起用レーザビームの強度はＥＵＶ変換効率（ＣＥ）に大きな影響を与えるので、ＥＵＶ変換効率をある程度以上確保するために下限が設定されている。なお、励起用レーザビームの強度とＥＵＶ変換効率との関係については、ハンソン（Hansson）、他、「ＨＶＭのためのＬＰＰ ＥＵＶ光源の改良（LPP EUV Source Development for HVM）」、国際光工学会（ＳＰＩＥ）第６１５１巻第６１５１０Ｒ号（２００６年２月）にも開示されている。

ここで、レーザビームの強度は、次式で表される。
レーザビームの強度（Ｗ／ｃｍ^２）
＝レーザビームのエネルギー（Ｊ）／｛パルス幅（ｓ）・スポット面積（ｃｍ^２）｝
本実施形態においては、レーザビームの集光直径が約１００μｍであるので、レーザビームのスポット面積が約７．８５×１０^−５ｃｍ^２であり、レーザビームのエネルギーは、これらの条件に適合するように決定される。例えば、励起用レーザビームのパルス幅を１２．５ｎｓとする場合には、レーザビームのエネルギーが約３０ｍＪとなる。

図４は、図１に示すワイヤ供給部等の詳細な構成を示す図である。本実施形態においては、ワイヤ供給部１１（図１）が、ワイヤドラム１１ａと、ワイヤ張力調節部１１ｂと、ガイドプーリ１１ｃ及び１１ｄとを含んでいる。ワイヤドラム１１ａは、ループ状に構成されたワイヤ１が回巻され、回転することによって、ワイヤ１を搬送すると共に、ワイヤ１を回収する。ワイヤ張力調節部１１ｂは、例えば、ばねによって付勢されるテンションプーリによって構成されており、ばねの力によってワイヤ１の張力を調節する。ガイドプーリ１１ｃ及び１１ｄは、ワイヤ１の軌道を規定する。

ワイヤドラム１１ａを回転させることによって、ターゲット物質がコーティングされたワイヤ１を連続的に供給することが可能となる。ワイヤ１にダメージが加えられることを考慮して、ワイヤ１のストックを確保するために、ワイヤドラム１１ａには、ワイヤ１が数ターン以上回巻されている。ワイヤ１が所定の回数使用されたら、新たなワイヤに交換される。

ワイヤ１の材料としては、熱伝導性に優れる銅（熱伝導率３９０Ｗ／ｍＫ）、タングステン（熱伝導率１３０Ｗ／ｍＫ）、モリブデン（熱伝導率１４５Ｗ／ｍＫ）等や、融点の高いタングステン（融点３３８２℃）、タンタル（融点２９９６℃）、モリブデン（融点２６２２℃）等を使用することができる。あるいは、多層構造を有するワイヤを使用しても良い。例えば、硬質材料を切断するために使用されるような、ステンレスの芯線に銅及びダイアモンドの多層コーティングを施したワイヤを使用することができる。本実施形態においては、ワイヤ１の材料として、熱伝導性に優れて融点の高いタングステンを使用している。また、ワイヤ１は、ワイヤドラム１１ａへの巻き付けに必要な変形に耐え得る太さ（例えば、数ｍｍ程度）を有する必要がある。除熱を効率的に行うためにも、ワイヤ１の直径は、ある程度太い方が良い。

また、表面形状整形部１２（図１）として、ガイドプーリ１１ｃの溝に噛み合う複数の突起を有する整形プーリ１２ａが設けられている。錫の平板にレーザビームを照射してＥＵＶ光を生成する場合に、錫の平板の表面に溝又は窪みがあった方が良いことが知られている。そこで、整形プーリ１２ａが、ワイヤ１が搬送される際にガイドプーリ１１ｃと共に回転して、複数の突起をワイヤ１に押し付けることにより、ワイヤ１にコーティングされた錫の表面にＶ字形の溝又は所定の形状を有する窪みを形成する。これにより、ＥＵＶ光の生成効率が上がり、効率の高いＥＵＶ光源装置を実現することができる。

その場合に、ドライバレーザ１３（図１）の繰り返し周期と、ワイヤ１に形成される溝又は窪みのピッチとを対応させるように、ワイヤ１の搬送速度や整形プーリ１２ａの突起のピッチを設定する必要がある。また、整形プーリ１２ａの突起の形状は、ＥＵＶ光の生成効率が高くなるように設定される。例えば、整形プーリ１２ａの突起を円柱状として、その直径や高さが最適化される。

あるいは、表面形状整形部１２（図１）として、整形プーリ１２ａの替わりにレーザを用いて、ワイヤ１にコーティングされたターゲット物質の表面に窪みを形成するようにしても良い。例えば、ワイヤドラム１１ａの回転方向や回転速度を制御して、図１に示すドライバレーザ１３によってレーザビームをワイヤ１に重ね打ちすることにより、１回目のレーザビーム照射によって窪みを形成し、２回目のレーザビーム照射によってプラズマ３を生成するようにしても良い。

レーザビームの照射によって温度が上昇したワイヤ１を冷却するために、ワイヤ冷却部１６（図１）として、冷却水で冷却された冷却用プーリ１６ａが設けられている。ただし、ワイヤ１と冷却用プーリ１６ａとは真空中に配置されているので、ワイヤ１と冷却用プーリ１６ａとの間の接触不足により、一種の真空断熱状態となって、ワイヤ１の除熱が促進されないおそれもある。

そこで、図５の（ａ）に示すように、冷却用プーリ１６ａの近傍にノズル１６ｂを設け、ノズル１６ｂからワイヤ１及び冷却用プーリ１６ａに向けてアルゴン（Ａｒ）又はヘリウム（Ｈｅ）等の低温の冷却ガスを流すことにより、ワイヤ１の除熱を促進するようにしても良い。あるいは、図５の（ｂ）に示すように、冷却用プーリ１６ａにガス噴出孔１６ｃを設け、ガス噴出孔１６ｃからワイヤ１に向けてアルゴン又はヘリウム等の低温の冷却ガスを流すことにより、ワイヤ１の除熱を促進するようにしても良い。

冷却用プーリ１６ａは、プラズマ生成点から遠くに設置しても良いが、プラズマ生成点の近傍に設置しても良い。極端な例としては、ワイヤ１においてレーザビームが照射される部分の裏側に冷却用プーリ１６ａを設置しても良い。その場合には、冷却用プーリ１６ａがＥＵＶ光の進路に置かれることになるので、ＥＵＶ光を遮断しないように、冷却用プーリ１６ａを薄型化することが望ましい。また、複数の冷却用プーリを設置するようにしても良い。

ワイヤ１の耐熱性を確保した場合においても、ワイヤ１の温度が２３２℃を超えると、コーティングされた錫が溶融して、ＥＵＶ変換効率（ＣＥ）を低下させたり、溶融錫が飛散して他の部材に付着することがある。これらの課題を解決するためには、ワイヤ１の温度上昇における到達温度を、錫の融点（２３２℃）よりも低い約２３０℃以下に抑えることが望ましい。そのためには、ワイヤ１の搬送速度を大きくすることも考えられるが、さらに効果的なのは、ワイヤ１の温度を予め低温にしておき、低温のワイヤ１をプラズマ生成空間に供給する予備冷却の手法である。

図６は、予備冷却を行うための構成例を示す図である。図６の（ａ）に示すように、冷却用プーリ１６ａによってワイヤ１を−１５０℃に冷却してからワイヤ１をプラズマ生成空間に送り出すことにより、錫の融点までの温度上昇マージンが３８０℃程度になる。これにより、高出力レーザを用いてワイヤ１にレーザビームを照射した場合においても、ワイヤ１の温度上昇が３８０℃以内ならば錫が溶融することなく、固体のままの錫をプラズマ生成空間に供給できるので、ＥＵＶ光を安定に生成することが可能となる。

また、図６の（ｂ）に示すように、ワイヤ１を内部に貫通させた上流側ノズル１６ｄ及び下流側ノズル１６ｅを設け、上流側ノズル１６ｄの所定の位置に設けられたガス流入孔１６ｆから上流側ノズル１６ｄの内部にアルゴン又はヘリウム等の低温の冷却ガスを供給することにより、低温の冷却ガスをワイヤ１の周囲に吹き付けるようにしても良い。アルゴンの蒸発温度は−１８０℃程度であり、ヘリウムの蒸発温度は−２６８℃程度であるから、冷却ガスとしてヘリウムを用いた方が冷却効果を大きくすることができる。

図７は、図１に示すターゲット物質供給部の具体例を示す図である。ターゲット物質供給部１７は、溶融錫を溜める容器１７ａと、容器１７ａの内側に回転可能に保持されたプーリ１７ｂとを有している。錫の融点（２３２℃）よりも高い約２３５℃以上に保持された容器１７ａの中に固体錫を収め、これを溶かすことによって錫バスが形成される。錫は真空中における蒸気圧が低いので、錫を溶かしても錫蒸気が発生することはほとんどない。従って、容器１７ａは、機密性を要求されるものではなく、真空中に開放した状態で設置することができる。また、容器１７ａへの錫の補給も容易である。錫の再溶融を促進するために、溶融錫の温度は、錫の融点（２３２℃）よりも高く気化温度（２６０２℃）よりも低い温度、例えば、５００℃となるように制御されることが望ましい。

プーリ１７ｂの材料としては、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）を用いることができる。レーザビーム照射によって錫が欠落して表面性状が劣化したワイヤ１を補修するために、プーリ１７ｂによってガイドしながらワイヤ１を容器１７ａの溶融錫中に通すことによって、ワイヤ１の表面の錫が溶融し、錫の再付着が行われる。このように、ワイヤ１を溶融錫の中に浸し、表面の錫を一旦溶かして錫を再付着させ、その後、錫が付着したワイヤ１を冷却することによって、常に新しい表面性状を有する錫ターゲットを供給することができる。

問題点としては、溶融錫の表層に浮遊する酸化錫等の不純物がワイヤ１に付着し、これがプラズマからＥＵＶ光を生成する際に悪影響を及ぼすことと、ワイヤ１に付着している錫が溶融せずに、再付着後のワイヤ径が不均一になることである。前者の問題点に対しては、容器１７ａの内部を水素等のガスで置換して酸化錫の生成を防止する手段を設けることが有効である。あるいは、図８に示すように、溶融錫の表層（液面）に浮遊する不純物を除去する手段として、容器１７ａにおけるワイヤ１の出口側に、ワイヤ１の直径よりも僅かに大きい穴径を有する筒１７ｃを設けることにより、ワイヤ１に付着する不純物の量を減らすことができる。ここで、筒１７ｃの下端は、溶融錫の液面よりも下側に位置しており、筒１７ｃの上端は、溶融錫の液面よりも上側に位置している。

後者の問題点に対しては、溶融錫の温度を１０００℃程度まで上げるように制御することが有効である。あるいは、図９に示すように、溶融錫中において錫を機械的に除去する手段として、容器１７ａ内にスクレーパ１７ｄを設けるようにしても良い。ここで、スクレーパ１７ｄは、溶融錫の液面よりも下側に位置している。

また、溶融錫中において、ワイヤ１への錫の付着を促進及び安定化させるために、ワイヤ１の表面粗さを意図的に悪化させたり、若しくは、ワイヤ１の表面にローレット仕上げ等の加工を施しても良い。また、ワイヤ１の材料として、錫の付着性が良い材料、例えば、銅等を用いても良い。さらに、錫再付着後の錫を含んだワイヤ１の直径の安定化を図るために、整形用のプーリを設置しても良い。これにより、付着した錫を含んだワイヤ径を均一に保持することができる。

容器１７ａの内部における溶融錫の量は次第に減少するので、錫を適切に補給する必要がある。図１０に示すように、溶融錫の液面をモニタするための液面検知器１７ｅを容器１７ａに設置しておき、液面が所定のレベルを下回った時点で固体錫を溶融錫中に投入することによって、錫の補給が行われる。液面検知器１７ｅとしては、例えば、温度によって液面を検出する熱電対や、レーザ光の反射によって液面を検出するレーザ変位計を用いることができる。本実施形態によれば、ワイヤ１にコーティングされた錫の内で、レーザビームで照射された表層部分のみが飛散するので、錫の消耗量は、ターゲットとして錫のドロップレットを使用する場合と比較して少なくて済む。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図１１は、本発明の第２の実施形態に係るＥＵＶ光源装置の構成を示す図である。本実施形態に係るＥＵＶ光源装置において、ワイヤ冷却部１６は、真空チャンバ１０の内部に設けられているが、ワイヤ供給部（ワイヤドラム１１ａ、ワイヤ張力調節部１１ｂ、ガイドプーリ１１ｃ及び１１ｄ）と、表面形状整形部１２と、ターゲット物質供給部１７とは、真空チャンバ１０の外部（大気雰囲気中）に設けられている。

従って、ワイヤ１を大気中→真空中→大気中へと搬送する際に、真空チャンバ１０の真空度を維持するための圧力維持手段が必要になる。図１１において、真空チャンバ１０のワイヤ入力部２１とワイヤ出力部２２とにおいて、圧力維持手段が設けられている。その他の点に関しては、第１の実施形態と同様である。

図１２は、本発明の第２の実施形態において用いられる圧力維持手段の具体例を示す図である。図１２に示すように、ワイヤ１の直径よりも僅かに大きい径を有する開口が形成された複数のプレートを平行に配置することにより構成された部材（多段ラビリンス）２３が、大気雰囲気と真空雰囲気とを分離するために用いられる。多段ラビリンス２３の開口にワイヤ１を通すと、各プレートとワイヤ１との間に微小な隙間が生じる。そこで、排気ポンプ２４及び２５を用いて、複数のプレートの間を真空引きすることにより、大気雰囲気と真空雰囲気との間の差圧を確保することができる。

多段ラビリンス２３は、ワイヤ１に接触しないことが望ましいが、例えば、ゴム等の柔軟性を有する素材を用いて多段ラビリンス２３を作製することにより、多段ラビリンス２３をワイヤ１に接触させるようにしても良い。また、プレートの開口は、プレートに穴を明けて形成する替わりに、プレートにパイプ状の部材を貫通させることによって形成しても良い。本実施形態によれば、ワイヤ供給部等を真空チャンバ１０の外部に配置するので、ワイヤ１の交換が容易であり、ワイヤドラム１１ａ等のメカを真空対応にする必要がなく、ＥＵＶ光源装置を安価に製作することができる。

次に、ＥＵＶ光源装置におけるターゲットとして、本発明の第１及び第２の実施形態におけるように錫をコーティングしたワイヤを用いる場合と、錫板を用いる場合と、錫のドロップレットを用いる場合とを比較する。

ターゲットの進行方向における連続性に関しては、錫をコーティングしたワイヤを用いる場合と、錫板を用いる場合とが優れている。これらの場合には、ドライバレーザ光の繰り返し周波数を任意に選ぶことができる。一方、錫のドロップレットを用いる場合には、ドライバレーザ光の繰り返し周波数が、ドロップレットの生成周波数によって規制されるので、それらの間の同期をとるための制御が必要となり、装置が複雑化してしまう。

ＥＵＶ変換効率（ＣＥ）に関しては、錫をコーティングしたワイヤを用いる場合と、錫板を用いる場合とが優れている。錫のドロップレットを用いる場合には、ＣＥを高めるためにプリパルスレーザが必要となるので、コストが高くなる。

ＥＵＶ光の捕集効率に関しては、錫をコーティングしたワイヤを用いる場合と、錫のドロップレットを用いる場合とが優れている。錫板を用いる場合には、ターゲットがＥＵＶ光を遮る面積が大きくなるので、ＥＵＶ光の捕集効率が低下する。

ターゲット供給の繰り返し容易性に関しては、錫をコーティングしたワイヤを用いる場合が優れている。その場合には、ドライバレーザ光でターゲットを重ね打ちすることができるので、ワイヤの供給速度は１０ｍ／ｓ程度で十分である。一方、錫板を１０ｍ／ｓ程度の速度で供給する場合には、錫板のハンドリングが困難であり、錫材も大量に必要となる。また、錫のドロップレットを用いる場合には、ドライバレーザ光の繰り返し周波数を１００ｋＨｚとするために、ドロップレットの供給速度を１００ｍ／ｓ程度にする必要がある。

ターゲットの除熱容易性に関しては、錫をコーティングしたワイヤを用いる場合と、錫のドロップレットを用いる場合とが優れている。錫をコーティングしたワイヤを用いる場合には、回転電極と同様に除熱が容易であり、また、芯材をタングステン等にすれば、錫が溶融する温度になってもワイヤは切断されない。一方、錫板を用いる場合には、錫板の背面に冷却プレートが必要となる。

デブリの発生に関しては、錫のドロップレットを用いる場合が最も優れているが、上記において説明したように、固体の錫を用いても、条件を選択することにより、デブリの発生を抑えることができる。

本発明は、露光装置の光源として用いられるＥＵＶ光源装置において利用することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係るＥＵＶ光源装置の構成を示す概略図である。 ＣＯ_２レーザ及びＮｄ：ＹＡＧレーザの波長及び臨界密度を示す図である。 レーザビームがターゲットの近傍から反射される様子を示す図である。 図１に示すワイヤ供給部等の詳細な構成を示す図である。 ワイヤの除熱を促進するための構成例を示す図である。 予備冷却を行うための構成例を示す図である。 図１に示すターゲット物質供給部の第１の具体例を示す図である。 図１に示すターゲット物質供給部の第２の具体例を示す図である。 図１に示すターゲット物質供給部の第３の具体例を示す図である。 図１に示すターゲット物質供給部の第４の具体例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るＥＵＶ光源装置の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態において用いられる圧力維持手段の具体例を示す図である。

符号の説明

１…ワイヤ、２…レーザビーム、３…プラズマ、４…ＥＵＶ光、１０…真空チャンバ、１１…ワイヤ供給部、１１ａ…ワイヤドラム、１１ｂ…ワイヤ張力調節部、１１ｃ、１１ｄ…ガイドプーリ、１２…表面形状整形部、１２ａ…整形プーリ、１３…ドライバレーザ、１４…レーザ集光光学系、１５…ＥＵＶコレクタミラー、１６…ワイヤ冷却部、１６ａ…冷却用プーリ、１６ｂ…ノズル、１６ｃ…ガス噴出孔、１６ｄ…上流側ノズル、１６ｅ…下流側ノズル、１６ｆ…ガス流入孔、１７…ターゲット物質供給部、１７ａ…容器、１７ｂ…プーリ、１７ｃ…筒、１７ｄ…スクレーパ、１７ｅ…液面検知器、１８…導入窓、１９…導出窓、２１…ワイヤ入力部、２２…ワイヤ出力部、２３…多段ラビリンス、２４、２５…排気ポンプ

Claims (12)

1. ターゲット物質にレーザビームを照射することによりプラズマから極端紫外光を発生する極端紫外光源装置であって、
   極端紫外光の生成が行われるチャンバと、
   ワイヤにターゲット物質をコーティングするターゲット物質供給手段と、
   ターゲット物質がコーティングされたワイヤを前記チャンバ内の所定の位置に供給するワイヤ供給手段と、
   レーザビームが照射されるワイヤを冷却する冷却手段と、
   を具備する極端紫外光源装置。
2. 前記プラズマから放射される極端紫外光を集光して出射するコレクタミラーをさらに具備する請求項１記載の極端紫外光源装置。
3. ターゲット物質がコーティングされたワイヤにレーザビームを照射することによってプラズマを生成するドライバレーザをさらに具備する請求項１又は２記載の極端紫外光源装置。
4. 前記ドライバレーザがＣＯ_２レーザである、請求項３記載の極端紫外光源装置。
5. 前記ターゲット物質が錫である、請求項１〜４のいずれか１項記載の極端紫外光源装置。
6. ターゲット物質がコーティングされたワイヤの表面形状を整形する整形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。
7. 前記冷却手段が、ターゲット物質がコーティングされたワイヤにレーザビームが照射された後でワイヤを冷却し、前記ターゲット物質供給手段が、前記冷却手段によって冷却されたワイヤにターゲット物質をコーティングする、請求項１〜６のいずれか１項記載の極端紫外光源装置。
8. 前記ワイヤ供給手段が、前記ターゲット物質供給手段によってターゲット物質がコーティングされたワイヤを回収する、請求項７記載の極端紫外光源装置。
9. 前記ワイヤ供給手段が、ループ状に構成されたワイヤが回巻され、回転することによってワイヤを搬送するワイヤドラムを含む、請求項１〜８のいずれか１項記載の極端紫外光源装置。
10. 前記ワイヤ供給手段が、前記ワイヤドラムによって搬送されるワイヤの張力を調節する張力調節手段をさらに含む、請求項９記載の極端紫外光源装置。
11. 前記ターゲット物質供給手段及び前記ワイヤ供給手段が、前記チャンバの内部に設けられている、請求項１〜１０のいずれか１項記載の極端紫外光源装置。
12. 前記ターゲット物質供給手段及び前記ワイヤ供給手段が、前記チャンバの外部に設けられている、請求項１〜１０のいずれか１項記載の極端紫外光源装置。

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