JP5176794B2 - 集光反射鏡ユニット及び極端紫外光光源装置 - Google Patents
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極端紫外光を発生させる方法の一つとして、極端紫外光放射源を含む放電ガスを加熱・励起することにより高密度高温プラズマを発生させ、このプラズマから放射させる極端紫外光を取出す方法がある。
このような方法を採用する極端紫外光光源装置は、高密度高温プラズマの生成方式により、LPP(Laser Produced Plasma)方式と、DPP(Discharge Produced Plasma)方式とに大別される。
また、DPP方式の極端紫外光光源装置は、極端紫外光放射源を含む放電ガスが供給された電極間に、高電圧を印加することで放電により高密度高温プラズマを生成し、そこから放射される極端紫外光を利用するものである。
このようなDPP方式の極端紫外光光源装置は、LPP方式の極端紫外光光源装置に比して、光源装置を小型化することができ、さらに、光源システムの消費電力が小さいという利点があることから、実用化が期待されている。
例えば、Snは、高密度高温プラズマの発生に必要な電気入力と波長13.5nmの極端紫外光の放射強度との比で与えられる極端紫外光変換効率がXeよりも数倍大きいことから、大出力の極端紫外光を得るための放射源として期待されている。例えば、特許文献1に示されるように、極端紫外光放射源として、例えばSnH4 (スタナン)ガスを使用した極端紫外光光源装置の開発が進められている。
近年では、上記のDPP方式において、放電が発生する電極表面に供給された固体もしくは液体のSnやLiに対してレーザビーム等のエネルギービームを照射することにより気化し、その後、放電によって高温プラズマを生成する方法が非特許文献1に開示されている。
EUV光源装置は、一対の円板状の放電電極20a,20bと集光反射鏡4とが収容される第1のチャンバ1と、アパーチャー部材5が収容される第2のチャンバ2とを備えている。第1のチャンバ1と第2のチャンバ2とは、ゲートバルブGを介して連結されており、ゲートバルブGを開くことにより各々の内部空間が連通し、ゲートバルブGを閉じることにより各々の空間がゲートバルブGによって遮断される。
第1のチャンバ1は、ホイルトラップ3によって放電部1aと、EUV集光部1bとに区画されている。放電部1aには一対の円板状の放電電極20a、20bが配置され、一対の円盤状の電極20a,20bは、絶縁部材20cを挟んで図4の紙面において上下に配置されている。紙面の下方に位置する放電電極20bには、モータ20dの回転軸20eが取付けられている。
放電電極20a、20bは、摺動子20g、20hを介して高電圧パルス発生部11に接続されている。放電電極20bの周辺部には溝部21bが設けられ、この溝部21bに高温プラズマを発生させるための固体の原料(LiまたはSn)が配置されている。
EUV集光部1bには集光反射鏡4が配置されている。集光反射鏡4を所定の場所に光学的に位置決めするための集光反射鏡位置調整機構9が、集光反射鏡カバー40の底面に取付けられている。
同図に示す集光反射鏡位置調整機構9は、集光反射鏡4をX軸、Y軸、およびZ軸方向、並びに、θ1方向、θ2方向に可動させ、集光反射鏡4を位置決めする。なお、同図のθ1は、Y軸−Z軸間における回転方向(X−Y平面のY軸−Z軸間方向の煽り)、θ2はZ軸−X軸間における回転方向(X−Y平面のZ軸−X軸間方向の煽り)を示す。
図4に戻り、集光反射鏡4は、集光反射鏡位置調整機構9によって、放電電極20a,20bの間に形成される高温プラズマとの関係で決定される最適な場所に配置される。
第2のチャンバ2の内部には、アパーチャー部材5が収容されている。アパーチャー部材5は、その中央部分に所定の大きさ(例えばφ4.6mm)のEUV光出射開口5aが形成されており、全体としてドーナツ形状を有している。アパーチャー部材5は、EUV光出射開口5aが集光反射鏡4によって反射されたEUV光が集光する位置に配置されている。また、アパーチャー部材位置調整機構10がアパーチャー部材5に取付けられている。
同図に示すアパーチャー部材位置調整機構10は、アパーチャー部材5をX軸、Y軸、およびZ軸方向に可動させることにより、アパーチャー部材5を位置決めする。アパーチャー部材5は、アパーチャー部材10によって集光反射鏡4との関係で決まる最適な場所に配置される。
放射されたEUV光は、放電部1aからホイルトラップ3を介してEUV集光部1bに入射し、集光反射鏡4で集光されてアパーチャー部材5を通過した後に、EUV光出射部6から出射する。
「リソグラフィ用EUV(極端紫外)光源研究の現状と将来展望」J.Plasma Fusion Res.2003年3月,Vol.79.No.3, P219-260
EUV光源装置においては、EUV光を無駄なく出射させることのできるように、一対の放電電極20a、20b間に形成されるプラズマに対して、集光反射鏡4とアパーチャー部材5とをそれぞれ最適な位置に配置することが必要である。例えば、長期間にわたって使用することにより極端紫外光の反射率が低下した集光反射鏡4などを新品のものに交換する場合は、次のようにして、集光反射鏡4とアパーチャー部材5とをそれぞれ所定の位置に配置することが必要になる。
まず、第1のチャンバ1において、集光反射鏡4を集光反射鏡位置調整機構9によってX軸、Y軸、およびZ軸方向、並びに、θ1、およびθ2方向に可動させ、集光反射鏡4を最適な位置に配置する。
この状態でゲートバルブGを開いて、極端紫外光を第2のチャンバ2の内部へと導き、第2のチャンバ2の内部において、アパーチャ一部材5をアパーチャー部材位置調整機構10によってX軸、Y軸、およびZ軸方向に可動させ、アパーチャー部材5を最適な位置に固定する。この作業は、アパーチャー部材5のEUV光出射開口5aから出射されるEUV光の放射強度分布を、図示しない例えばEUVフィルタとフォトダイオードあるいはCCDカメラを用いて測定し、所定の放射強度分布が得られるまで行う。
また、放電電極20a、20bと集光反射鏡4などが収容された第1のチャンバとは別に、アパーチャー部材5を収容するための第2のチャンバ2および第2のチャンバ2の内部を排気して真空状態にするためのガス排気ユニット2dを設ける必要があることから、EUV光源装置の構成が複雑であることによりEUV光源装置のコストが高騰するという問題があった。
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、集光反射鏡4を交換したり、アパーチャー部材5を交換する際の作業を簡易に行うことができると共に、EUV光源装置のコストを低減することが可能な極端紫外光光源装置を提供することを目的とする。
チャンバと、このチャンバ内に極端紫外光を放射させるための原料を供給する原料供給手段と、前記原料の表面にエネルギービームを照射して当該原料を気化するエネルギービーム照射手段と、気化された前記原料を、放電により上記チャンバ内で加熱励起し高温プラズマを発生させるための一対の放電電極と、前記放電電極にパルス電力を供給するパルス電力供給手段と、前記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反射鏡と、前記高温プラズマから放射される極端紫外光を所定の大きさに絞り込むための極端紫外光出射開口を備えるアパーチャー部材とを備える極端紫外光光源装置における集光反射鏡ユニットにおいて、前記集光反射鏡と前記アパーチャー部材とを、光学的に位置決めされた状態で、一端が前記集光反射鏡に固定され、他端が前記アパーチャー部材に固定された、集光反射鏡の外周方向に互いに離間して配置された複数の棒状の支持部材を介して接続して一体化して、前記集光反射鏡と前記アパーチャー部材とで集光反射鏡ユニットを構成し、該集光反射鏡ユニットを、前記チャンバ内に集光反射鏡位置調整機構により前記放電電極に対して位置調整可能なように収納する。
このため、集光反射鏡のみを光学的に最適な場所に位置決めするだけで、アパーチャー部材も最適な場所に位置決めされる。つまり、集光反射鏡またはアパーチャー部材を新品に交換するときに、集光反射鏡とアパーチャー部材を別々に位置決めする煩わしさから解放される。
(2)本発明のEUV光源装置は、アパーチャー部材が集光反射鏡に対して光学的に位置決めされた状態で固定されていると共に、アパーチャー部材が固定された集光反射鏡を可動させる集光反射鏡位置調整機構が設けられている。
すなわち、本発明のEUV光源装置は、予めアパーチャー部材が集光反射鏡に対して光学的に位置決めされた状態で固定されているので、集光反射鏡のみを光学的に最適な場所に位置決めするだけで良く、アパーチャー部材を集光反射鏡と別に位置決めする必要がない。
つまり、本発明のEUV光源装置によれば、集光反射鏡またはアパーチャー部材を新品に交換するときに、集光反射鏡とアパーチャー部材を別々に位置決めする煩わしさから解放される。
しかも、集光反射鏡とアパーチャー部材とを一体化したことにより、集光反射鏡とアパーチャー部材とを収容するのに必要なチャンバおよびガス排気ユニットが1つのみで済むため、EUV光源装置の構成が簡易となりEUV光源装置のコストを低減することができる。
EUV光源装置は、チャンバ1の内部がホイルトラップ3によって放電部1aとEUV集光部1bとに区画されている。
放電部1aには、一対の円板状の放電電極20a、20bが絶縁部材20cを挟んで対向するよう配置されている。
各放電電極20a、20bは、各々の中心が同軸上に配置されている。紙面において下方側に位置する放電電極20bには、モータ20dの回転軸20eが取付けられている。 回転軸20eは、放電電極20aの中心と放電電極20bの中心とが回転軸20eの同軸上に位置している。回転軸20eは、メカニカルシール20fを介してチャンバ1内に導入される。
メカニカルシール20fは、チャンバ1内の減圧雰囲気を維持しつつ、回転軸20eの回転を許容する。
摺動子20gは、放電電極20bに設けられた貫通孔を介して放電電極20aと電気的に接続される。摺動子20hは、放電電極20bと電気的に接続されている。
高電圧パルス発生部11は、摺動子20g、20hを介して、それぞれ放電電極20a、20bにパルス電力を供給する。
放電が発生すると、放電電極20a,20bの周辺部は放電により高温となるので、放電電極20a,20bは、タングステン、モリブデン、タンタルなどの高融点金属からなる。絶縁部材20cは、窒化珪素、窒化アルミニウム、ダイヤモンド等からなる。
放電電極20bの溝部21bには、高温プラズマ生成用の液体または固体の原料が配置されている。
放電電極20bの溝部21bに配置された高温プラズマ用の原料に対し、エネルギービーム照射機50からレーザ照射窓51、ミラー51aを介してレーザービーム等のエネルギービームが照射される。これによって、固体の原料LiまたはSnが放電電極20aと20bとの間で気化する。
放電部1aとEUV集光部1bとを区画する区画壁には、ホイルトラップ3が保持されている。
ホイルトラップ3は、放電電極を構成する物質、高温プラズマ発生用の原料Mを基にして発生するデブリが、集光反射鏡4に向けて飛散することを抑制するために設けられている。ホイルトラップ3は、放射状に伸びる複数の薄板により仕切られる複数の狭い空間が形成されている。
集光反射鏡4は、集光反射鏡カバー40と、集光反射鏡カバー40の内部に互いに接触することなく入れ子状に配置された複数の光反射面4aとにより構成されている。各光反射面4aは、Ni(ニッケル)などからなる平滑面を有する基体材料の反射面側に、Ru(ルテニウム)、Mo(モリブデン)、Rh(ロジウム)などの金属を緻密にコーティングすることにより、0〜25°の射入射角度の極端紫外光を良好に反射するように形成されている。
集光反射鏡4を放電電極20a,20bとの関係で最適な場所に配置するための集光反射鏡位置調整機構9が、集光鏡4の底面に取り付けられている。集光反射位置調整機構9は、図5に示すものと同じ構成を有し、アパーチャー部材5が固定された集光反射鏡4を、X軸、Y軸、およびZ軸方向、並びに、θ1およびθ2方向に可動させることにより、集光反射鏡4を光学的に最適な場所に位置決めする。
アパーチャー部材5は、中央にφ4.6mmのEUV光出射開口5aを備え、全体としてドーナツ形状を有するもので、EUV光出射開口以外の部分は極端紫外光を透過しないようになっている。
集光反射鏡4とアパーチャー部材5とは、例えば、アパーチャー部材5のEUV光出射開口5aが集光反射鏡4によって反射されたEUV光が集光する位置(中間集光点Pともいう)の近傍に配置された状態で、かつ、アパーチャー部材5の開口5aの中心が集光反射鏡4の光軸上に位置するように、集光反射鏡4の外周方向に互いに離間して配置された複数の棒状の支持部材7を介して集光鏡4と一体化されている。
すなわち、アパーチャー部材5は、EUV光を無駄無く取出すことのできるように集光反射鏡4に対して最適に位置合わせされている。
各支持部材7は、それぞれ、一端が集光反射鏡4の光出射方向側の端部に接続されると共に、他端がアパーチャー部材5に接続されることにより、集光反射鏡4の光軸方向に伸びている。各支持部材7は、集光反射鏡4からの伝熱により過度に高温状態になることを避けるため、例えばSUS304(ステンレス)などの材料によって構成されている。
図2(a)に示す集光反射鏡4は、集光反射鏡カバー40を備える。集光反射カバー40は、光軸直交方向に広がるフランジ部41が形成され、支持部材固定用ネジ穴41a(雌ネジ穴)が、当該フランジ部41の側周面において互いに円周方向に等間隔で離間して各2箇所ずつ切られている。
図2(b)に示すアパーチャー部材5にも支持部材7を固定するための支持部材固定用穴5bが4箇所切られている。アパーチャー部材5のEUV光出射開口5aは、集光点後方でのEUV光の放射を妨げないようにするため、光出射方向に向かうにつれて幅広になる扇状に形成されている。
図3(d)は、集光反射鏡4とアパーチャー部材5の一体構造を示す。集光反射鏡4および集光反射鏡固定部7a、並びに、アパーチャー部材5およびアパーチャー部材固定部7cは、ボルトにより固定される。アパーチャー部材5は、4つの支持部材7を介して集光反射鏡4と固定されているため、光軸から外れない構造になる。集光反射鏡4とアパーチャー部材5とは、アパーチャー部材5が集光反射鏡4に対して光学的な位置決めされた状態で機械的に固定されることで、ユニット化されている。
図1に戻り、チャンバ1には、放電部1a,EUV集光部1bを排気して真空状態にするためのガス排気ユニット1c、1dと、EUV光をチャンバ1の外部に出射するためのEUV光出射部6が設けられている。
制御部8は高電圧パルス発生部11、モータ20d、ガス排気ユニット1c、1d、エネルギービーム照射機50の動作を制御する。
制御部8からの指令により、モータ20dによって放電電極20a,20bが周方向に回転するよう駆動される。
制御部8からの指令により、放電電極20bの溝部21bに配置された高温プラズマ用の原料に対し、エネルギービーム照射機50からレーザ入射窓51、ミラー51aを介してレーザービームが照射され、これによって気化したLiまたはSnが放電電極20aと20bとの間の放電領域に到達する。この状態で、制御部8から高電圧パルス発生部11に指令が送信される。
高電圧パルス発生部11によって放電電極20a、20bにパルス電圧が供給され、放電電極20a、20bのエッジ間で高温プラズマが発生する。高温プラズマから放射されたEUV光は、直接或いは集光反射鏡4に反射されることによってアパーチャー部材5に設けられたEUV光出射開口5aに導入されると共に、EUV光出射開口5aを通過したEUV光のみがEUV光出射部6からチャンバ1の外方に出射する。
本発明のEUV光源装置の最大の利点は、集光反射鏡4とアパーチャー5がユニット化されているので、EUV光源装置の納入先等に出向いて集光反射鏡4やアパーチャー部材5を新品に交換するとき、ユニット毎に交換して集光反射鏡4を光学的に最適な場所に位置決めすればよく、集光反射鏡4とアパーチャー部材5を別々に位置調整するという極めて煩わしい作業から解放されることにある。
しかも、本発明のEUV光源装置によれば、集光反射鏡とアパーチャー部材とをユニット化したことにより、集光反射鏡とアパーチャー部材とを収容するのに必要なチャンバおよびガス排気ユニットが1つのみで済むため、EUV光源装置の構成が簡易となり、EUV光源装置のコストを低減することができる。
1a 放電部
1b EUV集光部
1c ガス排気ユニット
1d ガス排気ユニット
3 ホイルトラップ
4 集光反射鏡
4a 光反射面
5 アパーチャー部材
5a 開口
6 EUV光出射部
7 支持部材
8 制御部
9 集光鏡位置調整機構
11 高電圧パルス発生部
20a 第1の放電電極
20b 第2の放電電極
20c 絶縁部材
20d モータ
20e 回転軸
40 集光反射鏡カバー
50 エネルギービーム照射機
51 ミラー
51a レーザ入射窓
Claims (1)
- チャンバと、このチャンバ内に極端紫外光を放射させるための原料を供給する原料供給手段と、前記原料の表面にエネルギービームを照射して当該原料を気化するエネルギービーム照射手段と、気化された前記原料を、放電により上記チャンバ内で加熱励起し高温プラズマを発生させるための一対の放電電極と、前記放電電極にパルス電力を供給するパルス電力供給手段と、前記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反射鏡と、
前記高温プラズマから放射される極端紫外光を所定の大きさに絞り込むための極端紫外光出射開口を備えるアパーチャー部材とを備える極端紫外光光源装置における集光反射鏡ユニットであって、
前記集光反射鏡と前記アパーチャー部材とが、光学的に位置決めされた状態で、一端が前記集光反射鏡に固定され、他端が前記アパーチャー部材に固定された、集光反射鏡の外周方向に互いに離間して配置された複数の棒状の支持部材を介して接続されて一体化され、
前記集光反射鏡と前記アパーチャー部材とで集光反射鏡ユニットが構成され、該集光反射鏡ユニットが、前記チャンバ内に集光反射鏡位置調整機構により前記放電電極に対して位置調整可能なように収納される
ことを特徴とする極端紫外光光源装置用集光反射鏡ユニット。
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