JP5245857B2 - 極端紫外光光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、放電により生成したプラズマより極端紫外光を発生させる極端紫外光光源装置に関し、特に、放電電極に供給された極端紫外光発生用高温プラズマ原料にエネルギービームを照射して気化させ、気化後の原料から放電により生成したプラズマより極端紫外光を発生させる極端紫外光光源装置に関する。

半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、その製造用の投影露光装置においては解像力の向上が要請されている。その要請に応えるため、露光用光源の短波長化が進められ、エキシマレーザ装置に続く次世代の半導体露光用光源として、波長１３〜１４ｎｍ、特に波長１３．５ｎｍの極端紫外光（以下、ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光ともいう）を放出する極端紫外光光源装置（以下、ＥＵＶ光源装置ともいう）が開発されている。
ＥＵＶ光源装置において、ＥＵＶ光を発生させる方法はいくつか知られているが、そのうちの一つにＥＵＶ放射種の加熱励起により高温プラズマを発生させ、このプラズマから放射されるＥＵＶ光を取り出す方法がある。
このような方法を採用するＥＵＶ光源装置の種類の一つに、ＤＰＰ（Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ：放電生成プラズマ）方式ＥＵＶ光源装置がある。ＤＰＰ方式ＥＵＶ光源装置は、電流駆動によって生成した高温プラズマからのＥＵＶ放射光を利用するものである。

ＥＵＶ光源装置において、強い放射強度の波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光を放出する放射種、すなわち、ＥＵＶ発生用高温プラズマ原料として、Ｌｉ（リチウム）イオンとＳｎ（錫）イオンが注目されている。
以下、ＤＰＰ方式に基づくＥＵＶ放射のメカニズムを簡単に説明する。
ＤＰＰ方式では、例えば内部に電極が配置された放電容器内をガス状の高温プラズマ原料雰囲気とし、当該雰囲気中の電極間において放電を発生させて初期プラズマを生成する。初期プラズマにおけるイオン密度は、例えば、１０¹⁶ｃｍ^-3程度、電子温度は、例えば、１ｅＶ以下程度である。
ここで、放電により電極間を流れる直流電流の自己磁場の作用により、上記した初期プラズマは収縮される。これにより初期プラズマの密度は高くなり、プラズマ温度が急激に上昇する。このような作用を、以下ピンチ効果と称する。ピンチ効果による加熱によって、高温となったプラズマのイオン密度は１０¹⁷〜１０²⁰ｃｍ^-3、電子温度は２０〜３０ｅＶ程度に到達し、この高温プラズマからＥＵＶ光が放射される。

近年、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にレーザ等のエネルギービームを照射して気化させ、その後、放電によって高温プラズマを生成する方法が特許文献１において提案されている。
以下、エネルギービームがレーザである場合を説明する。また、上記したこの方式をＬＡＧＤＰＰ（Ｌａｓｅｒ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｇａｓ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐ１ａｓｍａ）方式と称することにする。
以下、特許文献１に示されたＥＵＶ光源装置について説明する。図９は同公報に示されたＥＵＶ光源装置の断面図である。
１１４，１１６は円盤状の電極であり、所定の圧力に調整された放電空間１１２に配置される。電極１１４および１１６は所定間隔だけ互いに離間しており、１４６を回転軸として回転する。
１２４は、波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光を放射する高温プラズマ用原料である。高温プラズマ原料１２４は、加熱された溶融金属（ｍｅｌｔｅｄ ｍｅｔａｌ）であり、コンテナ１２６に収容される。溶解金属１２４の温度は、コンテナ１２６内に設けられた温度調整手段１３０により調整される。

上記電極１１４，１１６は、その一部が溶融金属１２４を収容するコンテナ１２６の中に浸されるように配置される。電極１１４，１１６の表面上に乗った液体状の溶融金属１２４は、電極１１４，１１６が回転することにより、放電空間に輸送される。輸送された溶解金属１２４に対して（すなわち、所定間隔だけ互いに離間した電極１１４、１１６の表面に存在する溶解金属１２４に対して）、図示を省略したレーザ源よりレーザ１２０が照射される。レーザ１２０が照射された溶解金属１２４は気化する。
溶解金属１２４がレーザ１２０の照射により気化された状態で、電極１１４，１１６に、パルス電力が印加されることにより、領域１１２においてパルス放電が開始し、プラズマ１２２が形成される。
放電時に流れる大電流によりプラズマ１２２が加熱励起され高温化すると、この高温プラズマからＥＵＶ放射が発生する。ＥＵＶ放射は図面上側に取り出される。

すなわち，上記した特許文献１に記載されているＬＡＧＤＰＰ方式では、固体や液体等のターゲット（高温プラズマ原料）に対してレーザを照射し、原料を気化してガス状の高温プラズマ原料雰囲気（初期プラズマ）を生成する。ＤＰＰ方式同様、初期プラズマにおけるイオン密度は、例えば、１０¹⁶ｃｍ^-3程度、電子温度は、例えば、１ｅＶ以下程度である。その後、放電電流駆動による加熱によって、高温となったプラズマのイオン密度は１０¹⁷〜１０²⁰ｃｍ^-3、電子温度は２０〜３０ｅＶ程度に到達し、この高温プラズマからＥＵＶが放射される。
すなわち、この特許文献１に記載されているＬＡＧＤＰＰ方式における放電電流駆動による加熱は、ＤＰＰ方式と同様、ピンチ効果が利用されている。
なお、１４８は電源に相当するキャパシターバンクであり、絶縁性のフィードライン１５０を介してコンテナ１２６に収容された溶融金属１２４と電気的に接続されている。溶融金属１２４は導電性であるので、キャパシターバンク１４８より、溶融金属１２４を介して、一部が溶融金属１２４に浸漬している電極１１４，１１６に電気エネルギーが供給される。

本方式によれば、常温では固体であるＳｎやＬｉを放電が発生する放電領域の近傍で気化させることが容易になる。すなわち、放電領域に効率よく気化したＳｎやＬｉを供給できるので、放電後、効果的に波長１３．５ｎｍのＥＵＶ放射を取り出すことが可能となる。
また、特許文献１に記載されたＥＵＶ光源装置においては、電極を回転させているので、次のような利点がある。
（その１）常に新しいＥＵＶ発生種の高温プラズマ原料である固体または液体状の高温プラズマ原料を放電領域に供給することができる。
（その２）電極表面における、レーザが照射される位置、高温プラズマが発生する位置（放電部の位置）が常に変化するので、電極の熱負荷が低減し、消耗を防ぐことができる。

特表２００７−５０５４６０号公報

しかしながら、特許文献１に示されたような装置の構成では、次のような問題がある。 上記ＥＵＶ光源装置によれば、上記したように、レーザの照射により、電極表面上の原料が気化し、電極間で放電が開始してプラズマが形成される。しかしながら、効率のよいＥＵＶ放射の生成を実現するには、放電領域に供給される気化したプラズマ原料（例えばスズ）のガスの密度がある程度高いものである必要がある。なぜなら、前記したように、ＥＵＶ光が放射される高温プラズマのイオン密度は、１０¹⁷〜１０²⁰ｃｍ^-3であり、この高温プラズマがピンチされる前の初期プラズマのイオン密度は１０¹⁶ｃｍ^-3程度必要だからである。
すなわち、放電が開始したとしても、例えば、放電領域に供給されたプラズマ原料のガスの密度が１０¹⁶ｃｍ^-3よりも低いと、放電により生成したプラズマから波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光が発生しない。
特許文献１のＥＵＶ光源装置においては、プラズマ原料のガスはレーザを電極表面に塗布した液体または固体の原料に照射することにより両電極間（放電空間）に供給される。 しかし、レーザ照射により気化した原料は、両電極間の空間を３次元的に広がっていく。そのため、放電領域に供給されるプラズマ原料のガスの密度を制御することは困難であり、広がった原料ガスが対向する電極に達して放電が始まったときのガス密度は低くなり、必ずしもＥＵＶ放射に好適なものではない。
本発明は上記のような事情に鑑みなされたものであって、本発明の課題は、電極間に放電が生じた時の高温プラズマ原料の密度をできるだけ高い状態にすることが可能なＥＵＶ光源装置を提供することにある。

発明者らは、鋭意検討の結果、エネルギービーム（レーザビーム）の集光点より、エネルギービームの入射側にずれた位置にターゲットの表面を配置する、すなわち、原料の表面を、エネルギービームの集光点よりエネルギービームの入射側にずれた位置とすると、自由膨張の少ない初期プラズマを発生させることができることを見出した。
これにより、電極間に放電が生じた時の高温プラズマ原料の（ガスの）密度を、高い状態に維持することができる。
上記に基づき、本発明においては、以下のように前記課題を解決する。
対向して配置された一対の放電電極と、上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、上記放電電極に極端紫外光を放射させるための液体または固体の原料を電極上に供給する原料供給手段と、上記放電電極上に供給された上記原料に対し集光したエネルギービームを照射し、当該原料を気化させて上記一対の放電電極間で放電を開始させるエネルギービーム照射手段とを備えた極端紫外光光源装置において、上記原料の表面を上記エネルギービームの集光点より入射側にずれた位置に配置する。

本発明においては、極端紫外光を放射させるための原料を気化させるためのエネルギービームの集光点を、原料の表面よりも奥側に設定することにより、即ち、原料の表面を、エネルギービームの集光点より、エネルギービームの入射側にずれた位置に配置することにより、エネルギービームによって発生させたプラズマを、従来よりも自由膨張が少ないものにすることができる。
したがって、放電領域におけるプラズマ原料のガスの密度を高い状態、即ち極端紫外光の発生に適した状態に維持することができる。

本発明の実施例の極端紫外光（ＥＵＶ）光源装置の構成（正面図）を示す図である。 本発明の実施例の極端紫外光（ＥＵＶ）光源装置の構成（上面図）を示す図である。 図２においてレーザが集光している電極の部分を拡大して示した図である。 本発明の実施例の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例の動作を説明するためのタイミングチャートである。 電極間に発生するプラズマの状態を説明する図である。 本発明の実験例を説明する図である。 実験結果であるプラズマの形状を示す図である。 従来のＥＵＶ光源装置の断面図である。

図１、図２に、本発明の実施例の極端紫外光（ＥＵＶ）光源装置の構成（断面図）を示す。図１は本実施例のＥＵＶ光源装置の正面図であり、ＥＵＶ放射は同図左側から取り出される。図２は、本実施例のＥＵＶ光源装置の上面図である。
図１、図２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は、開口を有する隔壁１ｃを介して、大きく２つの空間に分割される。一方の空間には放電部が配置される。放電部は、ＥＵＶ放射種を含む高温プラズマ原料を加熱して励起する加熱励起手段である。放電部は、一対の電極１１，１２等により構成される。
他方の空間には、高温プラズマ原料が加熱励起されて生成した高温プラズマから放出されるＥＵＶ光を集光して、チャンバ１に設けられたＥＵＶ取出部７より図示を省略した露光装置の照射光学系へ導くＥＵＶ集光鏡２、および、放電によるプラズマ生成の結果生じるデブリがＥＵＶ光の集光部へ移動するのを抑制するためのデブリトラップが配置される。本実施例においては、図１、図２に示すようにデブリトラップは、ガスカーテン１３ｂならびにホイルトラップ３から構成される。

以下、放電部が配置される空間を放電空間１ａ、ＥＵＶ集光鏡２が配置される空間を集光空間１ｂと呼ぶことにする。放電空間１ａには真空排気装置４、集光空間１ｂには真空排気装置５が連結される。なお、ホイルトラップ３は，例えば，ホイルトラップ保持用隔壁３ａによりチャンバ１の集光空間１ｂ内に保持される。すなわち、図１、図２に示す例では、集光空間１ｂはホイルトラップ保持用隔壁３ａにより、さらに２つの空間に分割されている。
なお、図１、図２においては、放電部がＥＵＶ集光部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１、図２の通りではない。実際は、ＥＵＶ集光部が放電部より大きい。すなわち、集光空間１ｂが放電空間１ａより大きい。

１．本実施例のＥＵＶ光源装置の各部の構成
以下、本実施例のＥＵＶ光源装置の各部について詳細に説明する。
（１）放電部
放電部は、金属製の円盤状部材である第１の放電電極１１、同じく金属製の円盤状部材である第２の放電電極１２とからなる。第１および第２の放電電極１１，１２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り、所定距離だけ離間して互いに向かい合うように配置される。ここで、２つの電極１１，１２のうち一方が接地側電極であり、他方が高電圧側電極である。
両電極１１，１２の表面は同一平面上に配置してもよいが、図２に示すように、放電が発生しやすいように、電力印加時に電界が集中する周縁部のエッジ部分が、所定距離だけ離間して互いに向かい合うように配置することが好ましい。すなわち、各電極表面を含む仮想平面が交差するように各電極を配置することが好ましい。なお上記所定距離は、両電極の周縁部のエッジ部分間距離が最も短い部分での距離である。

両電極１１，１２にパルス電力供給手段（パルス電力発生器８）よりパルス電力が印加されると、上記周縁部のエッジ部分において放電が発生する。一般的には、両電極１１，１２の周縁部のエッジ部分間距離が最も短い部分で多く放電が発生する。以下、両電極間の放電が発生する空間を放電領域と呼ぶことにする。
上記したように、各電極１１，１２の周縁部のエッジ部分が所定距離だけ離間して互いに向かい合うように配置した場合、図２に示すように上方から俯瞰すると、第１および第２の放電電極１１，１２の表面を含む仮想平面が交差する位置を中心として、両電極１１，１２は放射状に配置されることになる。
図２においては、放射状に配置されている両電極１１，１２の周縁部のエッジ部分問距離が最も長い部分は、上記仮想平面の交差位置を中心としたとき、後述するＥＵＶ集光鏡２とは反対側に位置するように設置されている。

本実施例のＥＵＶ光源装置は、レーザの照射により気化した高温プラズマを原料とし、放電による電流駆動によって生成した高温プラズマからのＥＵＶ放射光を利用するものである。高温プラズマ原料の加熱励起手段は、一対の電極１１，１２間に発生した放電による大電流である。よって、電極１１，１２は放電に伴う大きな熱的負荷を受ける。また、高温プラズマは放電電極近傍に発生するので、電極１１，１２はこのプラズマからも熱的負荷を受ける。このような熱的負荷により電極は徐々に磨耗し金属デブリが発生する。
ＥＵＶ光源装置は、露光装置の光源装置として使用される場合、高温プラズマから放出されるＥＵＶ放射光をＥＵＶ集光鏡２より集光し、この集光したＥＵＶ放射光を露光装置側へ放出する。金属デブリは、ＥＵＶ集光鏡２にダメージを与え、ＥＵＶ集光鏡２におけるＥＵＶ光反射率を劣化させる。
また、電極１１，１２は徐々に磨耗することにより、電極形状が変化する。これにより、一対の電極１１，１２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。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、上記したような電極の消耗を抑制し、電極寿命をできるだけ長くすることが必要となる。

このような要求に対応するため、図１、図２に示すＥＵＶ光源装置においては、第１の電極１１、第２の電極１２の形状を円盤状とし、かつ、少なくとも放電時に回転するように構成している。すなわち、第１および第２の電極１１，１２を回転させることにより、両電極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の電極１１，１２が受ける熱的負荷は小さくなり、電極１１，１２の磨耗スピードが減少し、電極の長寿命化が可能となる。以下、第１の電極１１を第１の回転電極、第２の電極１２を第２の回転電極ともいう。
具体的には、円盤上の第１の回転電極１１、第２の回転電極１２の中心部には、それぞれ、第１のモータ２２ａの回転軸２２ｅ、第２のモータ２２ｂの回転軸２２ｆが取り付けられている。第１のモータ２２ａ、第２のモータ２２ｂが、それぞれ回転軸２２ｅ，２２ｆを回転させることにより、第１の回転電極１１、第２の回転電極１２は回転する。なお、回転の方向は特に規制されない。
ここで、回転軸２２ｅ，２２ｆは、例えば、メカニカルシール２２ｃ，２２ｄを介してチャンバ１内に導入される。メカニカルシール２２ｃ，２２ｄは、チャンバ１内の減圧雰囲気を維持しつつ、回転軸の回転を許容する。

図１に示すように、第１の回転電極１１と第２の回転電極１２は、その一部が、第１のコンテナ１１ｂと第２のコンテナ１２ｂ内の溶融したスズ１１ａ，１２ａの中に浸されるように配置される。このスズ１１ａ，１２ａは、波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光を放射する高温プラズマ用原料であるとともに、第１の回転電極１１、第２の回転電極１２に電力を供給する給電用の金属としても働く。
第１のコンテナ１１ｂおよび第２のコンテナ１２ｂは、チャンバ１内の減圧雰囲気を維持可能な絶縁性の電力導入部１１ｃ，１２ｃを介して、パルス電力供給手段であるパルス電力発生器８と接続される。第１、第２のコンテナ１１ｂ，１２ｂ、および、スズ１１ａ，１２ａは導電性であり、第１の回転電極１１の一部および第２の回転電極１２の一部は、上記スズ１１ａ，１２ａに浸漬しているので、第１のコンテナ１１ｂおよび第２のコンテナ１２ｂ問にパルス電力発生器８からパルス電力を印加することにより，第１の回転電極１１および第２の回転電極１２間にパルス電力が印加される。
なお、図示を省略したが、第１のコンテナ１１ｂ、第２のコンテナ１２ｂには、スズを溶融状態に維持する温度調節手段（図示せず）が備えられている。

（２）原料供給手段
第１のコンテナ１１ｂ、第２のコンテナ１２ｂは、第１の回転電極１１および第２の回転電極１２の表面に、高温プラズマ原料であるスズ１１ａ，１２ａを供給する原料供給手段でもある。
上記したように、第１の回転電極１１および第２の回転電極１２は、一部（周辺部）が液体状のスズを収容する上記コンテナの中に浸されるように配置されている。コンテナ１１ｂ，１２ｂ内で、スズ１１ａ，１２ａは電極の周辺部表面に付着する。電極に付着したスズ１１ａ，１２ａは、電極が回転することにより、放電領域に輸送される。放電領域に輸送されたスズ１１ａにレーザが照射され、スズ１１ａが気化することにより放電が開始する。
放電により電極表面に付着したスズ１１ａ，１２ａは消費されるが、回転して再び第１のコンテナ１１ｂ、第２のコンテナ１２ｂ内のスズ１１ａ，１２ａに浸されることにより、電極表面にスズ１１ａ，１２ａが供給される。なお、本実施例においては、原料供給手段として上記のようなスズを溜めたコンテナを用いているが、電極表面に形成した溝や孔の中に、溶融したスズを滴下する、あるいは流し込むようなものを用いることもできる。

（３）原料を気化させるエネルギービーム照射手段
エネルギービーム照射手段は、レーザ２３を照射するレーザ源２３ａならびにレーザ源２３ａの動作を制御するレーザ制御部２３ｂを備える。
レーザ２３を放出するレーザ源２３ａとしては、例えば、炭酸ガスレーザ源や、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ等の固体レーザ源、ＡｒＦレーザ、ＫｒＦレーザ、ＸｅＣｌレーザ等のエキシマレーザ源等を採用することができる。
また本実施例では、放電領域の所定の地点に照射するエネルギービームとしてレーザを照射しているが、レーザの代わりにイオンビーム、電子ビームを高温プラズマ原料に照射するようにしてもよい。

図３に、レーザの集光例について示す。同図は、図２のレーザが集光している電極の部分を拡大して示したものである。同図に示すように、レーザ源２３ａからレーザ２３を第１の回転電極１１上の高温プラズマ原料（スズ）１１ａに対して集光する。集光光学系２３ｃとしては、例えば、凸レンズが使用される。
同図に示すように、本発明においては、レーザ２３の集光点Ｐが原料１１ａの表面よりも奥側になるように設定されている。逆に言うと、原料の表面はレーザ２３の集光点Ｐより入射側にずれた位置になるように配置されている。
回転電極１１上の高温プラズマ原料（スズ）１１ａに対して、レーザ２３を照射することにより、高温プラズマ原料（スズ）１１ａが気化する。気化したスズは、やがて対向配置された第２の回転電極１２に達し、放電が開始する。
レーザ２３の照射により気化した高温プラズマ原料は、レーザ２３が入射する高温プラズマ原料１１ａ表面の法線方向を中心にして広がる。よって、レーザ２３は、気化後の高温プラズマ原料が対向する電極の方向に広がるように、高温プラズマ原料１１ａ表面の放電領域に面する側に対して照射する必要がある。
ここで、レーザ２３の照射により気化後の高温プラズマ原料のうち、放電による高温プラズマ形成に寄与しなかったものの一部、あるいは、プラズマ形成の結果分解生成する原子状ガスのクラスタの一部は、デブリとしてＥＵＶ光源装置内の低温部と接触し、堆積する。そのため、気化後の高温プラズマ原料がＥＵＶ集光鏡２の方向に広がらないように、レーザ２３を高温プラズマ原料（スズ）１１ａに照射することが好ましい。

（４）パルス電力発生器
パルス電力供給手段であるパルス電力発生器８は、コンデンサと磁気スイッチとからなる磁気パルス圧縮回路部を介して，負荷である第１のコンテナ１１ｂと第２のコンテナ１２ｂ、すなわち、第１の回転電極１１と第２の回転電極１２との間にパルス幅の短いパルス電力を印加する。
図１、図２にパルス電力発生器の構成例を示す。図１、図２のパルス電力発生器８は、可飽和リアクトルからなる２個の磁気スイッチＳＲ２、ＳＲ３を用いた２段の磁気パルス圧縮回路を有する。コンデンサＣ１、第１の磁気スィッチＳＲ２、コンデンサＣ２、第２の磁気スイッチＳＲ３により２段の磁気パルス圧縮回路を構成している。
磁気スイッチＳＲ１は、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子である固体スイッチＳＷでのスイッチングロスの低減用のものであり磁気アシストとも呼ばれる。なお、固体スイッチＳＷは、前述したスイッチング手段であり、以下ではスイッチング手段ともいう。

図１、図２に従って回路の構成と動作を以下に説明する。
まず、充電器ＣＨの充電電圧が所定の値Ｖｉｎに調整され、主コンデンサＣ０が充電器ＣＨにより充電される。
このとき、ＩＧＢＴ等の固体スイッチＳＷはｏｆｆになっている。主コンデンサＣ０の充電が完了し、固体スイッチＳＷがｏｎとなったとき、固体スイッチＳＷ両端にかかる電圧は主に磁気スイッチＳＲ１の両端にかかる。
磁気スイッチＳＲ１の両端にかかる主コンデンサＣ０の充電電圧Ｖ０の時間積分値が磁気スイッチＳＲ１の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＲ１が飽和して磁気スイッチが入り、主コンデンサＣ０、磁気スイッチＳＲ１、昇圧トランスＴｒ１の１次側、固体スイッチＳＷのループに電流が流れる。同時に、昇圧トランスＴｒ１の２次側、コンデンサＣ１のループに電流が流れ、主コンデンサＣ０に蓄えられた電荷が移行してコンデンサＣ１に充電される。

この後、コンデンサＣ１における電圧Ｖ１の時間積分値が磁気スイッチＳＲ２の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＲ２が飽和して磁気スイッチが入り、コンデンサＣ１、磁気スイッチＳＲ２、コンデンサＣ２のループに電流が流れ、コンデンサＣ１に蓄えられた電荷が移行してコンデンサＣ２に充電される。
さらにこの後、コンデンサＣ２における電圧Ｖ２の時間積分値が磁気スイッチＳＲ３の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＲ３が飽和して磁気スイッチが入り、第１のコンテナ１１ｂと第２のコンテナ１２ｂ、すなわち、第１の回転電極１１と第２の回転電極１２との間に高電圧パルスが印加される。
ここで、磁気スイッチＳＲ２、ＳＲ３及びコンデンサＣ１、Ｃ２で構成される各段の容量移行型回路のインダクタンスを後段に行くにつれて小さくなるように設定することにより、各段を流れる電流パルスのパルス幅が順次狭くなるようなパルス圧縮動作が行われ、第１の回転電極と第２の回転電極間において短パルスの強い放電を実現することが可能となり、プラズマへの入力パワーも大きくなる。

（５）ＥＵＶ光集光部
放電部により放出されるＥＵＶ光は、ＥＵＶ光集光部に設けられた斜入射型のＥＵＶ集光鏡２により集光され、チャンバ１に設けられたＥＵＶ光取出部７より図示を省略した露光装置の照射光学系へ導かれる。
この斜入射型のＥＵＶ集光鏡２は、一般に、複数枚の薄い凹面ミラーを入れ子状に高精度に配置した構造である。各凹面ミラーの反射面の形状は、例えば、回転楕円面形状、回転放物面形状、ウォルター型形状であり、各凹面ミラーは回転体形状である。ここで、ウォルター型形状とは、光入射面が、光入射側から順に回転双曲面と回転楕円面，もしくは、回転双曲面と回転放物面からなる凹面形状である。
上記した各凹面ミラーの基体材料は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）等である。波長が非常に短いＥＵＶ光を反射させるので、凹面ミラーの反射面は、非常に良好な平滑面として構成される。この平滑面に施される反射材は、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、およびロジウム（Ｒｈ）などの金属膜である。各凹面ミラーの反射面にコーティングされる。
このように構成することにより、ＥＵＶ集光鏡は、０°〜２５°の斜入射角度のＥＵＶ光を良好に反射し、かつ、集光することが可能となる。

（６）デブリトラップ
上記した放電部とＥＵＶ光集光部との間には，ＥＵＶ集光鏡２のダメージを防ぐために、放電後生成する高温プラズマと接する第１、第２の回転電極１１，１２の周縁部が当該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、高温プラズマ原料中のＥＵＶ放射種であるＳｎやＬｉ等に起因するデブリ等を捕捉してＥＵＶ光のみを通過させるためのデブリトラップが設置される。
前記したように、図１、２に示す本実施例のＥＵＶ光源装置においては、デブリトラップはガスカーテン１３ｂおよびホイルトラップ３から構成されている。
ガスカーテン１３ｂは、ガス供給ユニット１３からノズル１３ａ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１に、ガスカーテン機構が示されている。ノズル１３ａ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。ガス供給ユニト１３からノズル１３ａにガスが供給されると、ノズル１３ａの開口からシ一卜状のガスが放出され、ガスカーテン１３ｂが形成される。ガスカーテン１３ｂは、上記デブリの進行方向を変化させ、デブリがＥＵＶ集光鏡２に到達するのを抑制する。ここでガスカーテン１３ｂ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（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）等の希ガスや水素（Ｈ₂ ）などが用いられる。

さらに、ガスカーテン１３ｂとＥＵＶ集光鏡２との間には、ホイルトラップ３が設けられる。ホイルトラップ３は、高温プラズマから放射されるＥＵＶ光を遮らないように、高温プラズマ発生領域の径方向に設置される複数のプレートと、そのプレートを支持するリング状の支持体とから構成されている。
ガスカーテン１３ｂとＥＵＶ集光鏡２との間にこのようなホイルトラップ３を設けると、高密度高温プラズマとホイルトラップ３と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２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２のダメージを減少させることが可能となる。

なお、チャンバ１の集光空間１ｂ側に、ガス供給ユニット１４を接続して、ＥＵＶ光の発光に関係のないバッファーガスを導入してもよい。ガス供給ユニット１４から供給されたバッファーガスはＥＵＶ集光鏡２側から、ホイルトラップ３を通過して、ホイルトラップ保持用隔壁３ａと隔壁１ｃとの間の空間を通って真空排気装置４から排気される。このようなガスの流れが生じることにより、ホイルトラップ３では捕捉しきれなかったデブリがＥＵＶ集光鏡２側に流れ込むのを防ぎ、デブリによるＥＵＶ集光鏡２のダメージを少なくすることができる。
ここで、バッファーガスに加えて、塩素（Ｃｌ₂ ）等のハロゲンガスや水素ラジカルをガス供給ユニット１４から集光空間に供給してもよい。これらのガスは、デブリトラップで除去されずにＥＵＶ集光鏡２に堆積したデブリと反応して当該デブリを除去するクリーニングガスとして機能する。よって，デブリ堆積によるＥＵＶ集光鏡２の反射率低下といった機能低下を抑制することが可能となる。

（７）隔壁
放電空間１ａの圧力は，レーザ照射により気化した高温プラズマ原料を加熱励起するための放電が良好に発生するように設定され、ある程度以下の真空雰囲気に保持する必要がある。一方、集光空間１ｂは、デブリトラップ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、デブリトラップ部分で所定の圧力を維持する必要がある。
図１、図２では、ガスカーテン１３ｂから所定のガスを流し、ホイルトラップ３で所定の圧力を維持しで、デブリの運動エネルギーを小さくする。そのために、集光空間１ｂは、結果として数１００Ｐａ程度の圧力の減圧雰囲気に維持する必要がある。
ここで、本発明のＥＵＶ光源装置においては、チャンバ１内を放電空間１ａと集光空間１ｂとに区画する隔壁１ｃが設けられている。この隔壁１ｃには、両空間を空間的に連結する開口が設けられる。開口は圧力抵抗として機能するので、放電空間１ａを真空排気装置４、集光空間１ｂを真空排気装置５でそれぞれ排気する際、ガスカーテン１３ｂからのガス流量、開口の大きさ、各真空排気装置４，５の排気能力等を適宜考慮することにより放電空間１ａを数Ｐａ、集光空間１ｂを適切な圧力に維持することが可能となる。

２．本実施例の極端紫外光（ＥＵＶ）光源装置の動作
本実施例のＥＵＶ光源装置は、露光用光源として用いられる場合、例えば、以下のように動作する。
図４は本実施例の動作を示すフローチャート、図５はＥＵＶ生成方式を説明するためのタイミングチャートであり、以下図４、図５により、本実施例の動作を説明する。
ＥＵＶ光源装置の制御部２６は、図５に示した時間データΔｔｄを記憶している。ここで、Δｔｄは、パルス電力供給手段（パルス電力発生器８）のスイッチング手段であるスイッチＳＷ（例えばＩＧＢＴ）にトリガ信号が入力した時点（時刻Ｔｄ）から、スイッチＳＷがｏｎ状態となってコンデンサＣ２の電圧が閾値Ｖｐに到達するまでの時間である。 なお、閾値Ｖｐは、放電が発生したときに流れる放電電流の値が閾値Ｉｐ以上となる場合の電圧値である。また、閾値Ｉｐは、所望の強度のＥＵＶ光を放射する高温プラズマを作るために必要な放電電流値の下限である。
一般に、放電電極１１，１２に印加される電圧Ｖが大きいと、放電電極間の電圧波形の立ち上がりは速くなる。よって、上記したΔｔｄは、放電電極１１，１２に印加される電圧Ｖに依存することになる。ＥＵＶ光源装置の制御部２６は、予め実験等で求めた電圧Ｖと時間Δｔｄとの関係をテーブルとして記憶している。

まず、ＥＵＶ光源装置の制御部２６からのスタンバイ指令が、真空排気装置５，真空排気装置４、ガス供給ユニット１３，ガス供給ユニット１４、第１のモータ２２ａ、第２のモータ２２ｂに送信される（図４のＳ１０１）。
スタンバイ指令を受信した、真空排気装置５，真空排気装置４、並びに、ガス供給ユニット１３，ガス供給ユニット１４は動作を開始する。すなわち、真空排気装置４が動作し、放電空間が真空雰囲気となる。一方、真空排気装置５が動作するとともに、ガス供給ユニット１３が動作してガスカーテン１３ｂが形成され、ガス供給ユニット１４が動作して集光空間１ｂ内にバッファーガス、クリーニングガスが供給される。
その結果、集光空間１ｂが所定の圧力に到達する。また、第１のモータ２２ａ、第２のモータ２２ｂが動作して、第１の回転電極１１、第２の回転電極１２が回転する。以下、上記した動作状態を総称してスタンバイ状態と呼ぶ（図４のＳ１０２）。
ＥＵＶ光源装置の制御部２６は、露光装置の制御部２７にスタンバイ完了信号を送信する（図４のＳ１０３）。
スタンバイ完了信号を受信した露光装置の制御部２７より、ＥＵＶ光源装置の制御部２６は発光指令を受信する。なお、ＥＵＶ放射の強度を露光装置側がコントロールする場合、本発光指令には、ＥＵＶ放射の強度データも含まれる。（図４のＳ１０４）。

ＥＵＶ光源装置の制御部２６は、充電制御信号をパルス電力発生器８の充電器ＣＨに送信する。充電制御信号は、例えば、放電開始タイミングデータ信号等からなる。
上記したように、露光装置の制御部２７からの発光指令にＥＵＶ放射の強度データが含まれる場合、主コンデンサＣ０への充電電圧データ信号も上記充電制御信号に含まれる。 例えば、予め、ＥＵＶ放射強度と主コンデンサＣ０への充電電圧との関係が実験等により求められ、両者の相関を格納したテーブルが作成される。ＥＵＶ光源装置の制御部２６は、このテーブルを記憶しており、露光装置の制御部２７から受信した発光指令に含まれるＥＵＶ放射の強度データに基づき、テーブルより主コンデンサＣ０の充電電圧データを呼び出す。
そして呼び出した充電電圧データに基づき、ＥＵＶ光源装置の制御部２６は、主コンデンサＣ０への充電電圧データ信号を含む充電制御信号をパルス電力発生器８の充電器ＣＨに送信する（図４のＳ１０５）。
充電器ＣＨは上記したように主コンデンサＣ０の充電を行う（図４のＳ１０６）。

ＥＵＶ光源装置の制御部２６は、予め記憶している時間データΔｔｄに基づき、パルス電力発生器８のスイッチＳＷ（ＩＧＢＴ）に主トリガ信号を出力するタイミング、レーザ源２３ａの動作を制御するレーザ制御部２３ｂへのトリガ信号の送出タイミングを計算する（図４のＳ１０７）。
なお、パルス電力供給手段（パルス電力発生器８）のスイッチング手段に主トリガ信号が入力してスイッチＳＷ（ＩＧＢＴ）がｏｎとなる時点Ｔｄを基準として、レーザ２３が照射される時間Ｔ１を、制御部２６に予め設定しておいてもよい。
制御部２６は、時刻ＴｄにおいてスイッチＳＷ（ＩＧＢＴ）に主トリガ信号を出力し、スイッチＳＷがｏｎとなる（図４のＳ１０８、図５のＳ２０１）。
スイッチＳＷがｏｎとなると、第１の回転電極１１、第２の回転電極１２間の電圧が立ち上がり、時間Δｔｄ後に、コンデンサＣ２の電圧が閾値Ｖｐに到達する（図５のＳ２０２）。上記したように、閾値Ｖｐは、放電が発生したときに流れる放電電流の値が閾値Ｉｐ以上となる場合の電圧値であり、閾値Ｉｐは、所望の強度のＥＵＶ光を放射する高温プラズマを作るために必要な放電電流値の下限である。

コンデンサＣ２の電圧が閾値Ｖｐに到達した時点以降の時点Ｔ１（Ｔ１≧Ｔｄ＋Δｔｄ）において、トリガ信号がレーザ制御部２３ｂへ送出され、レーザ２３が第１の電極１１の表面上の高温プラズマ原料に照射される（図４のＳ１０９、図５のＳ２０３）。
レーザ２３が放電電極１１，１２上の高温プラズマ原料に照射されて、高温プラズマ原料は気化する。上記したように、レーザ２３の集光点は、高温プラズマ原料の表面よりも奥側に設定されている（高温プラズマ原料の表面はレーザ２３の集光点より入射側にずれた位置に配置されている）ので、気化した高温プラズマ原料は、レーザ２３が入射した高温プラズマ原料表面の法線方向を中心にして自由膨張を抑えられた状態で、対向する第２の電極に達し、この時点Ｔ３で一対の電極間で放電が開始し放電電流が流れる（図４のＳ１１０、図５のＳ２０４）。
放電は、第１の回転電極１１、第２の回転電極１２の周縁部のエッジ部分間で発生し、プラズマが形成される。プラズマを流れるパルス状の大電流によりプラズマが加熱励起され高温化すると、この高温プラズマから波長１３．５ｎｍのＥＵＶ放射が発生する。放電の磁気圧により、レーザ照射により気化した原料は広がらないまま圧縮され、直径の小さな密度の高いプラズマが形成される。これにより変換効率の高いＥＵＶ光が放射される（図４のステップＳ１１１、図５のＳ２０５）。
以上のように初回のＥＵＶ放射が終わると、次いで、図４のステップＳ１０４に戻り、露光装置からの発光指令を待機する。

図６は、電極間に発生するプラズマの状態を説明する図である。同図は、上下に対向する一対の放電電極の表面を示し、電極間のプラズマの状態が時間経過に伴いどのように変化するかを模式的に示したものである。
図６（ａ）はレーザの集光点が原料の表面にある従来の場合であり、図６（ｂ）はレーザの集光点が原料の表面によりも奥にある（原料の表面がレーザの集光点よりもレーザの入射側にある）本発明の場合である。
従来の図６（ａ）においては、電極上の高温プラズマ原料（スズ）に対してレーザ照射を行うと、レーザ照射により発生した原料ガスは３次元方向に広がって対向する電極に達し、電極間に橋絡が発生して電流が流れ始め放電が開始する。原料ガスは放電電流の増加とともに磁気圧によって圧縮加熱され、ピンチプラズマが形成される。このピンチプラズマからＥＵＶ光が放射される。
しかし、原料ガスは、放電が始まるまでに、対向する電極に進展しつつ、かつ横方向にも膨張しているため、放電開始時点では大きく広がっておりガス密度は低い状態になっている。そのため、ピンチの効率が悪く、到達するイオン密度や電子温度が、高い変換効率のＥＵＶ光放射が得られる値にならない。

これに対し、本発明の図６（ｂ）においては、電極上の高温プラズマ原料（スズ）に対してレーザを照射すると、発生した原料ガスは横方向には広がらず、縦長に対向する電極に向かって伸びていく。
そして、原料ガスが対向する電極に達し、電極間に橋絡が発生して電流が流れ始め放電が開始したとき、原料ガスは、従来に比べて、３次元方向への広がりが少ない、即ちガス密度が高い状態である。
したがって、原料ガスが放電電流の増加とともに磁気圧によって圧縮加熱される時、ピンチの効率が高まり、到達イオン密度や電子温度が、高い変換効率のＥＵＶ光放射が得られる値になる。

図７は、本発明の実験例を説明する図である。この実験においては、図７に示すように、レーザ源３０から出射する波長（λ）５３２ｎｍ（１．０６μｍのＹＡＧレーザビームの２倍波）、パルスエネルギー６０ｍＪ、パルス幅１０ｎｓ、直径（Ｄ）１０ｍｍのレーザビームを、焦点距離ｆが６００ｍｍのレンズ３１で１００μｍに集光した。
そして、厚さ（ｔ）３ｍｍの錫（Ｓｎ）のプレート３３に対して、図７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、その表面をレーザビームの集光点およびその前後に配置して、ＣＣＤカメラ３２により発生するプラズマの形状を撮像した。
図８（ａ）は、錫プレート３３の表面をレーザビームの集光点の手前７ｍｍの位置に配置した場合、図８（ｂ）は、集光点に配置した場合、図８（ｃ）は、集光点の７ｍｍ後に配置した場合のプラズマの形状である。
なお、レーザビームは、各図の上側から照射されており同図では点線で示している。また、図のハッチングを付した部分が発生したプラズマの密度の高い部分である。
錫プレ一トの表面を集光点の手前に配置した（ａ）の場合、レーザビーム照射によって発生するプラズマは、レーザビームが照射される方向（図面上側）に向かって収束し、プラズマの密度が高い部分が長く伸びている。

ここで、一対の電極の内、一方の電極上に配置した高温プラズマ原料に対して、エネルギービーム（レーザビーム）を照射することを考えると、気化した高温プラズマ原料が他方の電極に達した時、両電極に橋絡が発生し放電が開始する。
図８（ａ）のように、プラズマの密度が高い部分が長く伸びていれば、プラズマの密度が高い部分が自由膨張を抑えた状態で、対向する電極に到達することができる。したがって、高温プラズマ原料のガスが高い密度を維持した状態で放電が開始する。
そのため、放電開始後，原料ガスが放電電流の増加とともに磁気圧によって圧縮加熱される時、ピンチの効率が高まり、到達イオン密度や電子温度が、高い変換効率のＥＵＶ光放射が得られる値になり、強いＥＵＶ光を得ることができる。
これに対して、錫プレートの表面を集光点に配置した（ｂ）の場合や、集光点の後に配置した（ｃ）の場合は、プラズマの密度の高い部分は丸い形をしており、これは、ラズマの密度が高い部分が自由膨張していることを示す。したがって、気化した原料ガスが対向する電極に達したときには、プラズマの密度は低くなっており、これを圧縮加熱しても、高い変換効率のＥＵＶ光放射を得るに適したイオン密度や電子温度に到達しない。

１ チャンバ
１ａ 放電空間
１ｂ 集光空間
１ｃ 隔壁
２ ＥＵＶ集光鏡
３ ホイルトラップ
３ａ ホイルトラップ保持用隔壁
４，５ 真空排気装置
７ ＥＵＶ取出部
８ パルス電力発生器
１１，１２ 回転電極
１１ａ，１２ａ スズ
１１ｂ，１２ｂ コンテナ
１１ｃ，１２ｃ 電力導入部
１３ ガス供給ユニット
１３ａ ノズル
１３ｂ ガスカーテン
１４ ガス供給ユニット
２２ａ，２２ｂ モータ
２２ｅ、２２ｆ 回転軸
２２ｃ，２２ｄ メカニカルシール
２３ レーザ
２３ａ レーザ源
２３ｂ レーザ制御部
２３ｃ 集光光学系
２６ 制御部
２７ 露光機（制御部）
３０ レーザ源
３１ レンズ
３２ ＣＣＤカメラ
３３ 錫（Ｓｎ）プレート
ＣＨ 充電器
Ｃ０ 主コンデンサ
Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ
ＳＲ１ 磁気スイッチ（磁気アシスト）
ＳＲ２、ＳＲ３ 磁気スイッチ
ＳＷ 固体スイッチ
Ｔｒ１ 昇圧トランス

Claims (1)

1. 対向して配置された一対の放電電極と、
   上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、
   上記放電電極に極端紫外光を放射させるための液体または固体の原料を電極上に供給する原料供給手段と、
   上記放電電極上に供給された上記原料に対し集光したエネルギービームを照射し、当該原料を気化させて上記一対の放電電極間で放電を開始させるエネルギービーム照射手段とを備えた極端紫外光光源装置において、
   上記原料の表面は、上記エネルギービームの集光点より入射側にずれた位置に配置される
   ことを特徴とする極端紫外光光源装置。

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