JP5368221B2 - 極端紫外光源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ光をターゲット物質に照射してターゲット物質をプラズマ化することにより極端紫外光を発生する極端紫外(EUV:extreme ultraviolet)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、60nm〜45nmの微細加工、更には32nm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、波長13nm程度のEUV光を発生するEUV光源と縮小投影反射光学系(reduced projection reflective optics)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、ターゲットにレーザ光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:レーザ生成プラズマ)光源(以下において、「LPP式EUV光源装置」ともいう)がある。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、2π〜4πステラジアン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、数十〜100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。
LPP式EUV光源装置においては、ノズルからターゲット物質を噴射し、このターゲット物質に向けてレーザ光を照射することにより、ターゲット物質を励起してプラズマ化させる。このプラズマからは、極端紫外光(EUV)を含む様々な波長成分が放射される。そこで、その内の所望の波長成分を、集光ミラー(EUV集光ミラー)を用いて選択的に反射集光することにより、EUV光を利用する機器(例えば、露光機)に出力する。例えば、波長が13.5nm付近のEUV光を集光するためには、モリブデン及びシリコンが交互に積層された膜(Mo/Si多層膜)が反射面に形成されたEUV集光ミラーが用いられる。
そのようなLPP式EUV光源装置においては、プラズマから放出される中性粒子や様々な速度を持つイオンによるEUV集光ミラーへの影響が問題となっている。EUV集光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や低速イオンは、EUV集光ミラーの反射面に付着してEUV集光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高速イオンは、EUV集光ミラーの反射面に形成されている多層膜を損傷する(本願においては、このことを「スパッタリング」ともいう)。
中性粒子は、ダブルパルス照射法や特許文献1に記載された最小質量ターゲット法など様々な方法で、完全電離プラズマを生成する工程を最適化することにより抑制が可能と考えられるが、プラズマを生成する限りイオンの発生は避けられない。この為、イオンに対する対策が必要不可欠となっている。
低速イオンは、EUV集光ミラーに付着し反射率を低下させる。イオンは単にEUV集光ミラーに付着しただけであるため、原理的には、反応性ガス等によるクリーニング技術でこの付着物を除去することができる。クリーニング後は、EUV集光ミラーの反射率が回復し、EUV集光ミラーを継続して使用することができる。しかしながら、露光用EUV光源装置に対する要求(反射率が10%低下するまでの期間が1年以上)を満たす為には、EUV集光ミラーの反射面における金属膜の付着量(厚さ)は、錫(Sn)で約0.75nmと非常に僅かな値しか許容されない。そのため、高い頻度で高速クリーニングを行うことが必要となる。
一方、高速イオンはEUV集光ミラーの表面をスパッタし、反射膜を損傷させ反射率を低下させる。損傷して反射率が低下するとEUV集光ミラーの交換が必要となる。EUV光源装置内で反射膜を再生させる技術もあるが、例えば0.2nm(rms)程度の高い表面平坦性を与える高精度な製膜装置を付加せねばならず、高コストの要因になる。さらに、損傷に分布があるため反射膜を再生させても均一な反射率分布を得ることは実質的に不可能である。
したがって、反射膜を数百層堆積させ、交換までのEUV集光ミラーの寿命を延ばすのが一般的であった。また、高速イオンのダメージ密度を低減する方法として、EUV集光ミラーとプラズマ生成点(発光点)との間の距離を離す方法がある。この場合、EUV光の捕集立体角が小さくなり、利用できるEUV光の出力が低下してしまうという問題があった。この問題を解決する為に、例えばφ500mm以上の大きな径を有するEUV集光ミラーを用いる方法が考えられるが、表面粗さ及び形状精度を保ちつつ数百層に及ぶ反射膜を生成することが困難であると共に、そのようなEUV集光ミラーは、製作できたとしても高価なものとなってしまうという問題があった。
上記のような問題を解決するために、特許文献2には、電流が供給されたときに集光光学系内に磁場を発生させる磁場発生部を備え、磁場を用いてプラズマから放出される荷電粒子をトラップして、EUV集光ミラーへのターゲット材料の付着やスパッタリングを防止するEUV光源装置が開示されている。
図21は、特許文献2に係るEUV光源装置の構成を模式的に示す図である。このEUV光源装置は、ターゲット供給部と、ターゲットにレーザ光を照射するドライバレーザと、EUV光を集光して出射するEUV集光ミラーとを含み、図22に示すように、ターゲットにレーザ光が照射される部分を挟んで、磁極を同じ方向に向けた1対の電磁コイルが配置される。この1対の電磁コイルが、レーザ照射部分を中心としてミラー磁場を形成して、ターゲットから飛び出した荷電粒子を磁場に捉えてEUV集光ミラーに到達しにくくする。
しかし、10keVに達するエネルギーを有する高速イオンをEUV集光ミラーに到達しないように偏向させるためには、強力な磁場が必要となる。図21に示すEUV集光ミラー周辺の空間に強力な磁場を働かせるためには、EUV集光ミラーの径(例えば、φ300mm)以上のギャップを持ったヘルムホルツコイルを用意しなければならない。そのような電磁コイルは非常に大きなものとなり、設計上の制約となるばかりでなく、装置の大型化を招き、ひいては装置コスト増大の原因となる。
また、EUV光源装置の内部および周囲に強大な磁場が発生するので、EUV装置内外で使用できる材料が制限される。構造物やサーボモータに磁場が作用して構造物の変形やモータの誤動作等を引き起こすことを避けなければならないからである。さらに、EUV光源装置を覆うように磁場シールドを施して、強大な磁場により他の装置が誤作動することを防止する必要があるなど、2次的なコストが発生してしまうといった問題があった。
国際公開WO02/46839公報 特開2005−197456号公報
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、比較的小型の磁気源を使用しながら、プラズマから放射されるイオンを防御するのに十分な性能を有する磁場形成手段を備えた極端紫外光源装置を提供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、レーザ光をターゲット物質に照射することによりターゲット物質をプラズマ化して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、チャンバ内の所定のプラズマ発光点に向けてターゲット物質を噴射するターゲットノズルと、プラズマ発光点においてターゲット物質にレーザ光を照射してプラズマを生成するドライバレーザと、プラズマから放射される極端紫外光を集光する集光ミラーと、少なくとも1つの磁気源と、少なくとも1つの磁気源によって励磁される少なくとも1つの磁性体とを含む磁場形成手段であって、少なくとも1つの磁性体が、少なくとも1つの磁気源から突出してプラズマ発光点を挟んで対向する2つの先端部を有し、ターゲット物質の軌道と集光ミラーとの間に磁場を形成する、磁場形成手段とを具備する。
本発明の1つの観点によれば、少なくとも1つの磁気源によって励磁される少なくとも1つの磁性体の2つの先端部を少なくとも1つの磁気源から突出させてプラズマ発光点を挟んで対向するように配置するので、プラズマ発光点を挟むギャップに磁束が集中する。したがって、大型の磁気源を使用しなくても高密度の磁力線が形成され、プラズマから放射される荷電粒子がEUV集光ミラーに衝突しないようにすることができる。その結果、設計自由度が向上し、装置全体の小型化が可能になり、装置コストが低減できる。また、強力な磁場は局所的なものとなり、磁場は僅かな距離で急激に減衰することから、極端紫外光源装置内の材料制約も緩和され、磁場シールドも装置カバーを兼ねるような簡易なもので済み、装置コストが軽減される。
本発明の第1の実施形態に係る極端紫外光源装置の構成を示す側面図である。 本発明の第2の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す図である。 本発明の第3の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す図である。 本発明の第4の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す図である。 本発明の第5の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す側面図である。 本発明の第6の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す側面図である。 本発明の第7の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す側面図である。 本発明の第8の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す図である。 本発明の第8の実施形態の変形例に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す図である。 本発明の第9の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す平面図である。 本発明の第10の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す側面図である。 本発明の第10の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す側面図である。 本発明の第10の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す側面図である。 本発明の第11の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す側面図である。 本発明の第11の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す側面図である。 本発明の第11の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す側面図である。 本発明の第12の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す側面図である。 本発明の第13の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す側面図である。 本発明の第14の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す図である。 本発明の第15の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す平面図である。 従来技術に係る極端紫外光源装置の構成を示す図である。 従来技術に係る磁場を用いたイオン防御方法を説明するための図である。
以下、本発明の実施形態について、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符号を付して、説明を省略する。
(実施形態1)
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の構成を示す側面図である。本実施形態に係る極端紫外(EUV)光源装置は、レーザ光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生成プラズマ(LPP)方式を採用している。
図1に示すように、EUV光源装置は、EUV光の生成が行われるEUVチャンバ10と、ターゲット物質を噴射するターゲットノズル13を先端に備えたターゲット供給装置12と、ターゲット回収装置14と、レーザ光24を発生するドライバレーザ23と、集光レンズ25と、EUV集光ミラー16とを有している。
EUVチャンバ10には、レーザ光24をEUVチャンバ10内に導入するレーザ光入射窓20と、集光されたEUV光を外部の露光機に導く露光機インターフェイス18が設けられている。また、EUV集光ミラー16には、レーザ光24が通過する入射孔が形成されている。
さらに、EUV光源装置は、磁気源としての上部電磁コイル30及び下部電磁コイル32と、上部電磁コイル30及び下部電磁コイル32に電流を供給する電源33と、上部電磁コイル30によって励磁される上部磁心(磁性体)34と、下部電磁コイル32によって励磁される下部磁心(磁性体)36とを有している。円筒を形成する上部磁心34は、上部電磁コイル30の内壁に沿って、ターゲット供給装置12の配管を囲むように配置される。また、円筒を形成する下部磁心36は、下部電磁コイル32の内壁に沿って、ターゲット回収装置14のターゲット回収筒を囲むように配置される。上部磁心34の内部には、冷却装置42に接続される冷媒通路40が形成され、また、下部磁心36の内部には、冷却装置46に接続される冷媒通路44が形成されている。
このEUV光源装置においては、ターゲット供給装置12のターゲットノズル13から、ターゲット22が噴射される。ターゲット供給装置12に導入されるターゲット物質の状態は、気体、液体、固体のいずれであっても良い。例えば、キセノンのように、常温で気体のターゲット物質を液体ターゲットとして用いる場合には、ターゲット供給装置12においてキセノンガスを加圧及び冷却することにより、液化されたキセノンがターゲットノズル13に供給される。反対に、例えば錫のように、常温で固体の物質を液体ターゲットとして用いる場合には、ターゲット供給装置12において錫を加熱することにより、液化された錫がターゲットノズル13に供給される。本実施形態においては、ターゲット22として、錫(Sn)のドロップレットが用いられる。
ターゲットノズル13は、ターゲット供給装置12から供給されたターゲット物質を噴射することにより、EUVチャンバ10内の所定の位置(プラズマ発光点)に液滴状のターゲット22を供給する。ターゲットノズル13は、ピエゾ素子等の振動機構を備えており、レイリーの微小擾乱の安定性理論にしたがってターゲット物質の液滴(ドロップレット)を生成する。
ドライバレーザ23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、繰り返し周波数が10kHz〜〜100kHz程度)でパルス発振可能なレーザ光源であり、ターゲット22を照射することによりプラズマ化させるためのレーザ光24を射出する。また、集光レンズ25は、レーザ装置から射出されたレーザ光24を集光し、プラズマ発光点(レーザ照射位置とも言う)に照射させる。なお、集光レンズ25の代わりに、ミラー等の光学部品や、複数の光学部品を組み合わせて構成された集光光学系を用いても良い。
レーザ光24は、ドライバレーザ23から集光レンズ25及びレーザ光入射窓20を通してターゲット22に照射される。EUV集光ミラー16には、レーザ光24を入射させるためのレーザ入射孔が形成されているので、レーザ光24は、このレーザ入射孔を通過してターゲット22に照射される。これにより、ターゲット22が励起されてプラズマ26が生成され、このプラズマ26から、波長13.5nmのEUV光を含む様々な光が放射される。
EUV集光ミラー16は、プラズマ26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)を集光する集光光学系である。EUV集光ミラー16は、例えば、波長が13.5nm付近のEUV光を選択的に反射するモリブデン(Mo)/シリコン(Si)多層膜が形成されている凹状の反射面を有している。このEUV集光ミラー16により、EUV光は、EUV捕集光路28に沿って所定の方向に反射集光され、露光機インターフェイス18を通して露光機に出力される。なお、EUV光の集光光学系は、図1に示すようなEUV集光ミラー16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。
露光機インターフェイス18は、コンタミネーションが露光機へ侵入することを防止し、EUV光の純度を向上させるために、露光機との位置合わせ機構を有している。また、EUV光は大気中では減衰してしまうので、プラズマ26は、大気とは隔離されたEUVチャンバ10内で発生される。EUVチャンバ10内は、真空排気装置により、例えば0.1Pa程度の圧力に保たれる。
ターゲット回収装置14は、プラズマ発光点を挟みターゲットノズル13に対向する位置に配置されている。ターゲット回収装置14は、ターゲットノズル13から噴射されたにもかかわらず、レーザ光が照射されることなくプラズマ化しなかったターゲット物質や、レーザ光が照射されたターゲット物質の残渣を回収する。それにより、不要なターゲット物質が飛散してEUV集光ミラー16等を汚染するのを防止すると共に、EUVチャンバ10内の真空度が低下するのを防いでいる。
上部電磁コイル30及び下部電磁コイル32は、EUVチャンバ10の外部に配置されている。上部磁心34の先端部は、上部電磁コイル30の端面から突出し、EUVチャンバ10内に延在している。また、下部磁心36の先端部は、下部電磁コイル32の端面から突出し、EUVチャンバ10内に延在している。EUVチャンバ10内において、上部磁心34の先端部と下部磁心36の先端部とが、プラズマ発光点を挟んで対向するように配置されている。
上部磁心34及び下部磁心36は、中空構造を有しており、上部磁心34内にはターゲット供給装置12が配置され、下部磁心36内にはターゲット回収装置14が配置されている。上部磁心34の先端部は、ターゲット供給装置12の先端付近まで延在し、下部磁心36の先端部は、ターゲット回収装置14の先端付近まで延在している。上部磁心34及び下部磁心36は、小型化のために、強磁性体材料などの飽和磁束密度の高い材料で形成される。
プラズマの生成に先立って、電源33が上部電磁コイル30及び下部電磁コイル32に電流を供給することにより、上部磁心34及び下部磁心36が励磁され、ターゲット物質の軌道に沿って、少なくともターゲット物質の軌道とEUV集光ミラーとの間に、ミラー型の磁場38を形成する。プラズマ発光点を挟んで対向する上部磁心34及び下部磁心36によって、小さなギャップでプラズマ付近にのみ局所的に磁場が発生するので、従来技術と比較して小さな電磁コイルにより従来技術と同程度の強さの磁場をプラズマ周辺に発生させることができる。また、EUVチャンバ10内部に延在する上部磁心34及び下部磁心36によって、上部電磁コイル30及び下部電磁コイル32から離れた場所に磁場38を発生させることができるので、上部電磁コイル30及び下部電磁コイル32をEUVチャンバ10の外に配置することが可能である。
プラズマ発生とほぼ同時に高速イオンが発生するが、高速イオンは、プラズマ周辺の磁場に捕集され、図1における上下方向に排出される。その後、高速イオンは、磁力線の放出点である上部磁心34及び下部磁心36に衝突し、あるいは、ターゲット回収装置14によって捕集される。上部磁心34及び下部磁心36は、このようにイオンの衝突を受けるので、上部磁心34及び下部磁心36の内部に冷却用の冷媒を循環させるための冷媒通路40及び44が形成されている。冷媒通路40及び44は、冷却装置42及び46に連結されており、冷却装置42及び46が冷媒を冷却することにより上部磁心34及び下部磁心36を冷却する。また、イオン衝突によって損傷されにくい材料を、上部磁心34及び下部磁心36の表面にコーティングすることが望ましい。
コーティング材料としては、高硬度であり耐スパッタ性のあるTiN、Si、BN、Al、TiO、MgAl、炭素(C)、チタン(Ti)等が適している。特に、ターゲット物質として錫(Sn)を用いる場合には、液体の錫に対して高い濡れ性を有すると共に比較的高い耐スパッタ性を有するチタン(Ti)をコーティング材料として用いることが好ましい。さらに、多孔質(ポーラス)のチタンを磁心にコーティングする場合には、錫イオンが磁心に到達して錫が磁心に付着したとしても、多孔質のチタンの孔に錫がしみ込むので、磁心に衝突する高速イオンによって錫が再びスパッタされることを防止できる。
(実施形態2)
図2は、本発明の第2の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す図である。図2の(A)は側面図であり、図2の(B)は底面図である。
高速イオンを偏向させるために発生される磁場38は、ターゲット物質の軌道とEUV集光ミラー16との間で強くなるような分布を持つようにしてもよい。そこで、第2の実施形態においては、上部磁心34及び下部磁心36を、ターゲット供給装置12及びターゲット回収装置14のEUV集光ミラー側にのみ設けることにより、ターゲット物質の軌道とEUV集光ミラー16との間に強い磁場を形成する。その他の点に関しては、第1の実施形態と同様である。
第2の実施形態においては、ターゲット物質の軌道のEUV集光ミラー側に強い磁場が発生するので、プラズマから発生したイオンがEUV集光ミラー16に衝突するのを防止できる。その上、上部磁心34及び下部磁心36がEUV捕集光路28を遮る断面積が小さいので、第1の実施形態に比べてEUV捕集光量が多いという利点がある。
(実施形態3)
図3は、本発明の第3の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す図である。図3の(A)は側面図であり、図3の(B)及び(C)は底面図であり、図3の(D)は平面図である。第3の実施形態においては、上部電磁コイル30及び上部磁心34が、ターゲット供給装置12から分離され、下部電磁コイル32及び下部磁心36が、ターゲット回収装置14から分離されている。その他の点に関しては、第2の実施形態と同様である。
第3の実施形態においても、第2の実施形態と同様に、ターゲット物質の軌道とEUV集光ミラー16との間に強い磁場を形成することができる。さらに、第3の実施形態においては、磁心の形状を比較的自由に形成することができる。例えば、図3の(C)に示すように、上部磁心34及び下部磁心36を平板状に形成すると、広い範囲にわたってイオンを防御することができるようになる。
上部磁心34及び下部磁心36の形状は、平板に制限されること無く、円弧状に湾曲していてもよい。このように磁心の形状を比較的自由に形成できるので、EUV集光ミラー16の大きさやEUVチャンバ10内の構造物の配置に合わせて磁場を形成することが可能となる。例えば、図3の(D)に示すように、EUV集光ミラー16と共に、EUV光量センサー47やレーザ集光光学系48やターゲット位置モニタ装置49等の光学素子を保護対象とし、それらをプラズマから遮蔽するように磁場38を形成することができる。
(実施形態4)
図4は、本発明の第4の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す図である。図4の(A)は側面図であり、図4の(B)は底面図である。第4の実施形態においては、上部磁心34及び下部磁心36に補助リング35及び37をそれぞれ付加することにより、プラズマ26を覆うような磁場38が形成される。補助リング35及び37は、磁性材料によって形成される。その他の点に関しては、第2の実施形態と同様である。
この場合には、第1実施形態とほぼ同様に、プラズマ26から発生するイオンをほぼ全方位に亘って捕集でき、なおかつ、EUV光路に形成される磁心の影は最小限に抑えることができる。
このように、磁心の形状を自由に形成することができるので、EUVチャンバ10内の構造物の配置に合わせて磁場38を効果的に作用させることができる。磁場38は局所的なものとなるので、従来のように大きな電磁コイルは必要ない。また、第1実施形態の場合と同様に、上部磁心34及び下部磁心36を冷却したり、上部磁心34及び下部磁心36にコーティングを施してもよい。
(実施形態5)
図5は、本発明の第5の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す側面図である。第5の実施形態は、第1の実施形態の変形例である。第5の実施形態においては、高速イオンを偏向させるために発生される磁場38が、ターゲット物質軌道のターゲット供給装置側で強くなるような分布を持つ。
第1から第4の実施形態は、上下にほぼ対称な磁場を発生させるものであった。即ち、ターゲット供給装置側とターゲット回収装置側とにおいて、ほぼ対称な磁場が発生される。しかし、上下にほぼ対称な磁場によると、磁場に捕獲されたイオンは、ターゲット供給装置側とターゲット回収装置側とに均等に収束される。このような状態で長期間運転が行われると、ターゲット供給装置12のターゲットノズル13は、イオンの衝突により変形して、ターゲット物質の軌道が変わってしまうという問題が生じる。ターゲットノズル13の前面に耐イオンコーティング等を施して耐久性を向上させてもよいが、イオンは磁力線の疎な空間に排出されやすいので、ターゲット供給装置側に強い磁場を形成することにより、相対的にターゲットノズル13に対するイオンの衝突量を低減することができる。
そこで、第5の実施形態においては、ターゲット回収装置側の下部磁心36に厚みを持たせて、下部磁心36の端面における磁束密度を低減している。相対的にターゲット供給装置側の上部磁心34においては、磁束密度が高くなるので、イオンが到達しにくい。
(実施形態6)
図6は、本発明の第6の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す側面図である。第6の実施形態は、第5の実施形態の変形例である。第6の実施形態においては、ターゲット回収装置側の下部磁心36を、ターゲット供給装置12とターゲット回収装置14の中心軸であるターゲット物質の軌道から遠ざけ、磁場38に勾配を持たせている。ターゲット供給装置側においては、ターゲット供給装置12に磁場が近接するので、イオンが到達しにくい。
(実施形態7)
図7は、本発明の第7の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す側面図である。第7の実施形態は、第6の実施形態の変形例である。第7の実施形態においては、ターゲット回収装置側の下部磁心36を下部磁気コイル32ごとターゲット回収装置14から遠ざけることにより、さらにターゲット回収装置側の磁場38を弱くしている。
(実施形態8)
図8は、本発明の第8の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す図である。図8の(A)は側面図であり、図8の(B)は平面図である。また、図9は、本発明の第8の実施形態の変形例に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す図である。図9の(A)は側面図であり、図9の(B)は平面図である。第8の実施形態及びその変形例においては、磁性体であるヨークを用いて、上下の磁心が磁気的に連結されている。
上部磁心34及び下部磁心36をヨーク52、54、56で連結すると、磁力線はプラズマ26を挟むギャップを除いて、ほぼ全て磁性体の中を通過する。これにより、磁性体外部への洩れ磁場が殆ど無い構成が実現できる。この構成によれば、EUVチャンバ10内の他の構造物の材料の選定に注意する必要が無く、磁気シールドが不要となる。更に、場合によっては、電磁コイルの数を低減できる。また、電磁コイル50は、図8の(A)及び(B)、又は、図9の(A)及び(B)に示すように、磁気回路中の任意の位置に取り付け可能であり、設計自由度が向上する。
さらに、イオン衝突によって損傷されにくい材料を、ヨーク52、54、56の内の少なくとも1つの表面にコーティングしてもよい。コーティング材料としては、高硬度であり耐スパッタ性のあるTiN、Si、BN、Al、TiO、MgAl、炭素(C)、チタン(Ti)等が適している。特に、ターゲと物質として錫(Sn)を用いる場合には、多孔質(ポーラス)のチタンをコーティングするのが好ましい。
(実施形態9)
図10は、本発明の第9の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す平面図である。第9の実施形態においては、上部磁心34及び下部磁心36の先端部分を円錐状に形成して、EUV捕集光路28に形成される上部磁心34及び下部磁心36の影を小さくしている。
EUV捕集光路28を遮る部分は、ターゲットノズル13の先端部とターゲット回収装置14の先端部の周辺だけになるので、EUV光の取得効率が向上する。また、図10においては、ターゲット供給装置12とターゲット回収装置14を水平に設置して、ターゲット物質を水平に射出することによりターゲット物質軌道を水平方向にセットしている。このようにターゲット物質の軌道の方向が変わっても、ターゲット噴射能力が保証できれば、ターゲットの運動やイオン排除機能に差はない。
(実施形態10)
図11−13は、本発明の第10の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す側面図である。第10の実施形態においては、電磁コイル50の軸部を通り、プラズマ発光点にギャップが形成された磁心58によって、磁気回路が構成される。磁心58は、EUV集光ミラー16を貫通しても良い。
プラズマ発光点にギャップが形成された磁心58を使用すると、プラズマ26から放射されるイオンは磁場に捕らえられて磁心58に衝突するので、ターゲットノズル13が保護される。なおかつ、プラズマ26を囲むように磁場が形成されるので、EUV集光ミラー16に向かうイオンも減少し、EUV集光ミラー16も保護される。更に、磁力線の殆どが磁心58を通過するので、外部への洩れ磁場も非常に少ない。
図11及び12は、レーザ光24の入射方向と磁心58との位置関係に関するバリエーションを示す。図11に示すように、EUV集光ミラー16の中心軸に磁心58を貫通させて、EUV捕集光路28への磁心58の影を最小としても良い。あるいは、図12に示すように、アライメントの容易さを重視して、EUV集光ミラー16の中心軸にレーザ光24を入射させて、磁心58はEUV集光ミラー16の中心軸を避けるように配置しても良い。
さらに、図13に示すように、プラズマ発光点を挟む磁心58の一部に空洞を形成し、空洞をレーザ光24の入射路として使っても良い。図13に示す配置によれば、EUV捕集光路28に形成される磁心58の影も最小にすることができ、レーザ光入射軸のアライメントも容易である。但し、レーザ光入射軸にイオンが排出されるため、このままではレーザ集光光学系にイオンが衝突しダメージを与える。これを避けるため、イオン捕集用のバイアス電極62と、バイアス電極62に直流電圧を供給する直流電源64等を設けることが望ましい。
(実施形態11)
図14−16は、本発明の第11の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す側面図である。イオンは磁場のみならず電場によっても影響を受けるので、これを利用して電場を併用してもよい。第11の実施形態においては、電場の作用を併用することにより、EUV集光ミラーのイオン防御効果が増進される。その他の点に関しては、第1の実施形態と同様である。
図14は、EUV集光ミラー16の背面にイオンを反発する電極66を形成することによりイオン防御効果を更に高めたEUV光源装置の一部の構成を示す。EUV集光ミラー16の背面に電極66が設けられ、直流電源68が、電極66に、イオンと同極性の電圧を供給する。これにより、EUV集光ミラー16の前面にイオンを反発する電場が形成され、磁場38を通過してきた高エネルギーのイオンがEUV集光ミラー16に到達するのを防止することができる。
図15は、上部磁心34及び下部磁心36を電極として利用するEUV光源装置の一部の構成を示す。直流電源70が、上部磁心34及び下部磁心36に、イオンと逆極性の電圧を印加する。これにより、イオンを積極的に上部磁心34及び下部磁心36に衝突させ、EUV集光ミラー16には衝突させないようにして、EUV集光ミラー16を防御することができる。この場合には、上部磁心34及び下部磁心36にコーティング等のイオン防御措置を施すことが望ましい。
図16は、図14に示す構成と図15に示す構成とを併用したEUV光源装置の一部の構成を示す。直流電源68が、EUV集光ミラー16の背面に形成された電極66にイオンと同じ極性の電圧を印加してイオンを反発させると共に、直流電源70が、上部磁心34及び下部磁心36にイオンと異なる極性の電圧を印加してイオンを吸収する。したがって、図16に示した構成によれば、イオンがEUV集光ミラー16に衝突する確率は更に低くなる。
(実施形態12)
図17は、本発明の第12の実施形態に係る極端紫外光源装置の構成を示す側面図である。第12の実施形態においても、電場の作用を併用してEUV集光ミラーのイオン防御効果が増進される。
このEUV光源装置は、プラズマ発光点の周辺にミラー磁場38を形成してプラズマ26から放射されるイオンによるEUV集光ミラー16のスパッタリングを防止する機能に加えて、プラズマ発光点に電場を形成して、イオンがEUV集光ミラー16に向かわないようにする機能を有する。その他の点に関しては、第1の実施形態と同様である。
図17に示すように、中空構造を有する電極棒76をレーザ光24の光路に配置すると共に、プラズマ発光点を挟んで対極の電極棒74を配置し、電極棒76と電極棒74との間に直流電源72が直流電圧を供給する。これにより、磁場38に捕集されずにEUV集光ミラー側に放出されたイオンは、イオンと逆極性の電位を有する電極棒76によって捕集される。この場合には、チューブ状の電極棒76の内面もイオン衝突面になるため、単位面積当たりのイオン衝突量が減り、上部磁心34及び下部磁心36のダメージを低減できる。電極棒76の孔を通過してくるイオンはごく少量になるので、レーザ集光光学系がイオンの衝突にさらされる可能性も低い。
この実施形態ではレーザ光路を兼ねる電極棒76の電位をイオンと逆極性としたが、電極棒76の電位をイオンと同極性とし、対向する電極棒74の電位をイオンと逆極性とし、対向電極棒74にイオンを衝突させるようにしても良い。
(実施形態13)
図18は、本発明の第13の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す側面図である。第13の実施形態においては、プラズマから放射される粒子を積極的に帯電させて、磁場及び/又は電場の作用を利用して排除することにより、EUV集光ミラーのイオン防御効果が増進される。その他の点に関しては、第11の実施形態と同様である。
このEUV光源装置は、EUV集光ミラー16の裏面に形成された電極66に直流電圧を印加する直流電源68と、上部磁心34及び下部磁心36に直流電圧を印加する直流電源70と、プラズマから放射される粒子を帯電させる電子銃やマイクロ波源などの帯電装置78と、帯電装置78に電圧を印加する電源80とを有している。
ターゲット物質やレーザ光等の条件により、プラズマから放射される粒子のイオン化率が低い場合がある。このような場合に、帯電装置78が、プラズマから放射される粒子を積極的に帯電させる。粒子を帯電させることができれば、上部電磁コイル30及び下部電磁コイル32によって生成されるミラー磁場、及び/又は、電極66、上部磁心34及び下部磁心36によって生成される電場の作用を利用して、荷電粒子の捕集が可能となる。したがって、イオン化率が低い場合にも、プラズマから放射される粒子を効果的に捕集して、EUV集光ミラー16を保護することができる。
(実施形態14)
図19は、本発明の第14の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す図である。図19の(A)は上面から見た平面図であり、図19の(B)は側面図である。第14の実施形態においては、ターゲット物質の軌道と磁場の方向とが略直交するように各部が配置されている。また、磁気源として電磁コイルの替わりに磁石が用いられる。その他の点に関しては、第1の実施形態と同様である。
図19の(A)に示すように、EUV光源装置は、磁石30aと、磁石32aと、磁石30aによって励磁される磁心(磁性体)34aと、磁石32aによって励磁される磁心(磁性体)36aとを有している。円筒を形成する磁心34aは、磁石30aの内壁に沿って配置され、円筒を形成する磁心36aは、磁石32aの内壁に沿って配置される。磁心34aによって形成される円筒の内側には、イオン回収装置81が設けられ、磁心36aによって形成される円筒の内側には、イオン回収装置82が設けられている。イオン回収装置81及び82は、磁場に捕獲され水平方向に排出されるイオンを回収する。
図19の(B)に示すように、このEUV光源装置においては、ターゲット供給装置12のターゲットノズル13から、ターゲット22が噴射される。ターゲットノズル13は、ターゲット供給装置12から供給されたターゲット物質を噴射することにより、EUVチャンバ10内の所定の位置(プラズマ発光点)に液滴状のターゲット22を供給する。
ドライバレーザ23は、ターゲット22を照射することによりプラズマ化させるためのレーザ光24を射出する。また、集光レンズ25は、レーザ装置から射出されたレーザ光24を集光し、プラズマ発光点に照射させる。レーザ光24は、ドライバレーザ23から集光レンズ25及びレーザ光入射窓20を通してターゲット22に照射される。これにより、ターゲット22が励起されてプラズマ26が生成され、このプラズマ26から、波長13.5nmのEUV光を含む様々な光が放射される。
EUV集光ミラー16は、プラズマ26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)を集光する。このEUV集光ミラー16により、EUV光は、EUV捕集光路28に沿って所定の方向に反射集光され、露光機インターフェイス18を通して露光機に出力される。
ターゲット回収装置14は、プラズマ発光点を挟みターゲットノズル13に対向する位置に配置されている。ターゲット回収装置14は、ターゲットノズル13から噴射されたにもかかわらず、レーザ光が照射されることなくプラズマ化しなかったターゲット物質や、レーザ光が照射されたターゲット物質の残渣を回収する。
再び図19の(A)を参照すると、磁石30a及び32aは、EUVチャンバ10の外部に配置されている。磁心34aの先端部は、磁石30aの端面から突出し、EUVチャンバ10内に延在している。また、磁心36aの先端部は、磁石32aの端面から突出し、EUVチャンバ10内に延在している。EUVチャンバ10内において、磁心34aの先端部と磁心36aの先端部とが、プラズマ発光点を挟んで対向するように配置されている。
磁石30a及び32aによって磁心34a及び36aが励磁され、ターゲット物質の軌道に沿って、少なくともターゲット物質の軌道とEUV集光ミラーとの間に、ミラー型の磁場38を形成する。プラズマ発光点を挟んで対向する磁心34a及び36aによって、小さなギャップでプラズマ付近にのみ局所的に磁場が発生するので、小さな磁石によりある程度の強さの磁場をプラズマ周辺に発生させることができる。また、EUVチャンバ10内部に延在する磁心34a及び36aによって、磁石30a及び32aから離れた場所に磁場38を発生させることができるので、磁石30a及び32aをEUVチャンバ10の外に配置することが可能である。
プラズマ発生とほぼ同時に高速イオンが発生するが、高速イオンは、プラズマ周辺の磁場に捕集され、水平方向に排出される。その後、高速イオンは、磁力線の放出点である磁心34a及び36aに衝突し、あるいは、イオン回収装置81及び82によって捕集される。
第14の実施形態によれば、ターゲットノズル13にイオンが衝突しないので、ターゲットノズル13がスパッタされず、ターゲット22を安定に供給することができる。また、ターゲットノズル13の寿命が改善される。ターゲット回収装置14には、レーザ光が照射されなかったターゲット等も回収されるので、大量のターゲットが蓄積される。ターゲット回収装置14に蓄積されているターゲットに高速イオンが入射すると、ターゲット物質がスパッタされて噴出する。第14の実施形態に係るEUV光源装置は、この現象を防ぐことができる。
第14の実施形態においては、磁石をEUVチャンバ10の外部に配置しているが、本発明はこの実施形態に限定されることなく、磁石30a及び32a、又は、イオン回収装置81及び82を、EUVチャンバ10の内部に配置してもよい。
(実施形態15)
図20は、本発明の第15の実施形態に係る極端紫外光源装置の一部の構成を示す平面図である。第15の実施形態は、第14の実施形態の変形例である。第15の実施形態においては、磁心及び/又はイオン回収装置の表面に、スパッタを防ぐための材料がコーティングされる。
プラズマ26の周辺における磁場強度を強くするために、磁心34a及び36aは、プラズマ26にできるだけ近い位置まで延在する必要がある。しかしながら、プラズマ26から放射される高速イオンが磁心34a及び36aに衝突して、磁心の材料をスパッタしてしまう。このスパッタされた磁心の材料は、EUVチャンバ10(図19)内の光学素子(例えば、レーザ光入射窓20及びEUV集光ミラー16)に付着して、それぞれ、レーザ光及びEUV光の集光効率を低下させる。
そこで、このスパッタを防止するために、イオン衝突によって損傷されにくい材料を、磁心34a及び36aの表面にコーティングして、コーティング層91を形成することが望ましい。コーティング材料としては、高硬度であり耐スパッタ性のあるTiN、Si、BN、Al、TiO、MgAl、炭素(C)、チタン(Ti)等が適している。特に、ターゲット物質として錫(Sn)を用いる場合には、液体の錫に対して高い濡れ性を有すると共に比較的高い耐スパッタ性を有するチタン(Ti)をコーティング材料として用いることが好ましい。さらに、多孔質(ポーラス)のチタンを磁心にコーティングする場合には、錫イオンが磁心に到達して錫が磁心に付着したとしても、多孔質のチタンの孔に錫がしみ込むので、磁心に衝突する高速イオンによって錫が再びスパッタされることを防止できる。
また、上記のようなコーティング材料をイオン回収装置81及び82の表面にコーティングして、コーティング層92を形成するようにしてもよい。これにより、プラズマ26から放射される高速イオンがイオン回収装置81及び82の表面に衝突しても、イオン回収装置81及び82の表面がスパッタされ難くなる。
さらに、磁石30a及び32aをEUVチャンバ10内に設置する場合には、上記のようなコーティング材料を磁石30a及び32aの表面にコーティングしてもよい。
以上述べた第1〜13の実施形態において、磁気源として電磁コイルの替わりに磁石を用いても良いし、第14〜15の実施形態において、磁気源として磁石の替わりに電磁コイルを用いても良い。
本発明は、露光装置の光源として用いられる極端紫外光源装置において利用することが可能である。
10・・・EUVチャンバ、12・・・ターゲット供給装置、13・・・ターゲットノズル、14・・・ターゲット回収装置、16・・・EUV集光ミラー、18・・・露光機インターフェイス、20・・・レーザ光入射窓、22・・・ターゲット、24・・・レーザ光、26・・・プラズマ、28・・・EUV捕集光路、30・・・上部電磁コイル、30a,32a・・・磁石、32・・・下部電磁コイル、34・・・上部磁心、34a,36a,58・・・磁心、35,37・・・補助リング、36・・・下部磁心、38・・・磁場、40,44・・・冷媒配管、42,46・・・冷却装置、47・・・EUV光量センサー、48・・・レーザ集光光学系、49・・・ターゲット位置モニタ装置、50・・・電磁コイル、52,54,56・・・ヨーク、62・・・バイアス電極、64・・・直流電源、66・・・電極、68,70,72・・・直流電源、74,76・・・電極棒、78・・・帯電装置、80・・・電源

Claims (15)

  1. レーザ光をターゲット物質に照射することによりターゲット物質をプラズマ化して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、
    前記チャンバ内の所定のプラズマ発光点に向けてターゲット物質を噴射するターゲットノズルと、
    前記プラズマ発光点においてターゲット物質にレーザ光を照射してプラズマを生成するドライバレーザと、
    前記プラズマから放射される極端紫外光を集光する集光ミラーと、
    少なくとも1つの磁気源と、前記少なくとも1つの磁気源によって励磁される少なくとも1つの磁性体とを含む磁場形成手段であって、前記少なくとも1つの磁性体が、前記少なくとも1つの磁気源から突出して前記プラズマ発光点を挟んで対向する2つの先端部を有し、ターゲット物質の軌道と前記集光ミラーとの間に磁場を形成する、前記磁場形成手段と、
    を具備する極端紫外光源装置。
  2. 前記磁場形成手段が、2つの磁気源と、前記2つの磁気源によってそれぞれ励磁される2つの磁性体とを含み、前記2つの磁性体が、前記2つの磁気源から突出して前記プラズマ発光点を挟んで対向する2つの先端部をそれぞれ有する、請求項1記載の極端紫外光源装置。
  3. 前記少なくとも1つの磁性体が、前記少なくとも1つの磁気源の軸部を通りギャップが形成されたリング状の磁心として形成され、前記磁心の端面が、前記プラズマ発光点を挟んで対向する、請求項1記載の極端紫外光源装置。
  4. 前記2つの磁性体が、ターゲット物質の軌道と前記集光ミラーとの間に配置される、請求項2記載の極端紫外光源装置。
  5. 前記2つの磁性体が、前記ターゲットノズルにターゲット物質を供給する配管を囲む円筒を形成する第1の磁性体と、ターゲット物質を回収するターゲット回収筒を囲む円筒を形成する第2の磁性体とを含む、請求項2記載の極端紫外光源装置。
  6. 前記第1の磁性体の端面の面積が、前記第2の磁性体の端面の面積よりも小さく、前記第1の磁性体の端面における磁束密度が、前記第2の磁性体の端面における磁束密度よりも大きい、請求項5記載の極端紫外光源装置。
  7. 前記少なくとも1つの磁性体の内部に、冷媒を循環させるための通路が形成されている、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2つの磁性体の内の一方に、レーザ光が通過する貫通孔が形成されている、請求項2記載の極端紫外光源装置。
  9. 前記少なくとも1つの磁気源が、前記チャンバ外に設置されている、請求項1〜8のいずれか1項記載の極端紫外光源装置。
  10. 前記少なくとも1つの磁性体が、前記チャンバ内に配置される光学素子に前記プラズマ発光点から放射されるイオンが到達しないようにする磁場を形成するように配置されている、請求項1〜9のいずれか1項記載の極端紫外光源装置。
  11. 前記集光ミラーの裏面に形成された電極と、
    前記電極に前記プラズマ発光点から放射されるイオンと同極性の電圧を印加して、該イオンが前記集光ミラーから反発されるようにする電源と、
    をさらに具備する、請求項1〜10のいずれか1項記載の極端紫外光源装置。
  12. 前記少なくとも1つの磁性体に前記プラズマ発光点から放射されるイオンと異なる極性の電圧を印加して、該イオンを前記少なくとも1つの磁性体が捕捉するようにする電源をさらに具備する、請求項1〜11のいずれか1項記載の極端紫外光源装置。
  13. 前記プラズマ発光点を挟んで対向する2つの電極と、
    前記2つの電極に電圧を印加して、前記プラズマ発光点から放射されるイオンが前記集光ミラーに衝突しにくくする電源と、
    をさらに具備する、請求項1〜12のいずれか1項記載の極端紫外光源装置。
  14. 前記2つの電極の内の一方に、前記レーザ光が通過する貫通孔が形成されている、請求項13記載の極端紫外光源装置。
  15. 前記プラズマから放射される粒子を帯電する帯電装置をさらに具備する、請求項11〜14のいずれか1項記載の極端紫外光源装置。
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