JP5379953B2 - 電気的に作動するガス放電による極紫外線発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気的に作動するガス放電による極紫外線発生装置に関する。当該装置は、極紫外線を放出するプラズマを形成するためのガス放電の放電領域を有する放電チャンバ、第１ディスク型電極及び第２ディスク型電極（これら電極の少なくとも１つは回転できるように設置されている）、ガス放電により生じる電極材料のロスを補償するための溶融金属で濡らされるべきエッジ領域、極紫外線を生成するのに使用されるエミッタ材料を蒸発させるためのプリイオン化ビームを提供するためのエネルギービーム源、及びエミッタ材料に極紫外線を放出させるためにガス放電を開始させる高電圧パルスを生成する電極に接続した放電回路を有する。

Ｚピンチ電極、中空カソード電極、プラズマフォーカス電極又はスターピンチ電極などのガス放電源のための多数の電極形状について実行された研究によれば、このようにして形成される電極の寿命はＥＵＶプロジェクションリソグラフィーには十分でない。

しかしながら、いわゆる回転電極は、ガス放電源の寿命をかなり長くするための非常に有望な解決法であることが判明した。特にディスク形状のこれらの電極を冷却することで、１つの利点が増大される。さらに、不可避の電極侵食による寿命の短縮は電極表面を連続的に交換することで除去される。

特許文献１に記載の先に知られた装置は、溶融金属（例えば、スズ）を含む容器に浸された回転電極を使用する。電極表面に適用される金属はレーザ放射線により蒸発させられ、蒸発はプラズマを形成するためにガス放電により開始される。

この技術は、特に、適用される材料の所望の層厚さを調節することが困難な点でのみ不都合である。さらに、一方で、ある回転速度まで高くなると、ディスク型電極が溶融金属内に部分的に浸されるときにスパッタが生じ、材料が浴から出る。他方で、回転速度が低すぎると、電極の消費されていない部分は徐々に放電領域に引き込まれ、プラズマ生成の不安定性を生じさせる。この問題は、アプリケーションが数キロヘルツの反復率を要するときに特に重大である。

放電領域として連続的に作用する電極上の２つの領域間の距離を調節でき、この距離は、放電領域として作用する電極表面上の領域の半径よりも大きいと望ましい。

ＷＯ２００５／０２５２８０Ａ２

ゆえに、本発明の目的は、溶融金属を電極表面に適用する際に層厚さの調節の改良を実現し、電極の回転速度の増加に関連した溶融金属の環境への制御されない広がりに抗するより良好な保護を与えることである。特に、電極の消費されない放電領域が数キロヘルツの反復率において放電領域に常に位置する程度に回転速度を増加させることを可能とする。

この目的は、前記のタイプの電気的に作動するガス放電による極紫外線発生装置において、保護層として機能する溶融金属で濡らされるべきエッジ領域が、電極のエッジに沿う閉じた周囲トラックとして電極表面上に広がる少なくとも１つの受容領域を有し、受容領域が溶融金属で濡れるように構成され、第１電極又は第２電極の回転の間溶融金属を液体ジェットとして受容領域に適用するために、溶融金属を連続的に適用するための液体供給ノズルが受容領域にガイドされていることで達成される。

本発明に従う装置の特に適切で有利な構成及びさらなる発展形は従属請求項に示される。

溶融金属材料は放電領域において固体状態でなければならないので、溶融金属を適用するための液体供給ノズルは好ましくは、回転軸に対して放電領域の反対側に位置する領域において電極表面にガイドされる。

本発明の特に有利なさらなる実施形態は次の点にある。つまり、第１電極及び第２電極が円形ディスクの形状をし、互いから距離を置いて回転軸に固定連結され、第１電極及び第２電極の対称軸と一致する共通の回転軸周りに回転するように設置され、第１電極及び第２電極が互いに面する電極の表面上に少なくとも１つの受容領域を有し、受容領域が溶融金属のために濡れるように構成され、受容領域を保護層として機能する溶融金属で濡らすための液体供給ノズルが受容領域にガイドされている。

溶融金属が塗布される電極領域のショートを防ぐために、ディスク型絶縁ボディが２つの第１電極と第２電極の間の中間スペースに入っていると有利である。

本発明の別な構成では、中央の対称軸に一致する回転軸周りに回転するように第１電極が設けられ、第２電極が固定される。回転可能に設置された第１電極は、固定した第２電極より小さい直径を有し、第２電極の切欠に偏心して埋設される。液体供給ノズルは、第２電極の切欠の開口を介して第１電極の電極表面上の少なくとも１つの受容領域にガイドされる。受容領域は、プリイオン化ビームが向けられるエミッタ材料としての溶融金属で濡れるように構成される。出口チャネルは、切欠に導入され、回転可能に設置された第１電極の周囲を囲む環状溝から溶融金属のためのリザーバに延びる。それで、回転を受けた溶融金属はリザーバに流れ、再利用に使用される。

エミッタ材料のプリイオン化、特に電極間に注入される有利なエミッタ材料の液滴の蒸発はプラズマの点火に有利である。

この目的のために、一方では、ガス放電の周波数に対応する繰り返し率で、第１電極及び第２電極から距離を置いて放電領域にエミッタ材料を注入するために、極紫外線を生成する働きをする一連の個々のボリュームのエミッタ材料を供給するための注入装置が放電領域にガイドされ、個々のボリュームで放電領域に注入されるエミッタ材料は放電の後完全に気体位相になるように、個々のボリュームは量を制限される。他方で、エネルギービーム源で供給されるプリイオン化ビームは、ガス放電の周波数に時間的に同期して、第１電極及び第２電極から距離を置いて設けられた放電領域のプラズマ生成位置に適用される。プラズマ生成位置に個々のボリュームのエミッタ材料が到達し、プリイオン化ビームにより連続的にイオン化される。

それに代えて、連続的に適用される溶融金属が極紫外線を生成するためのエミッタ材料であり、エミッタ材料にエネルギービーム源で供給されるプリイオン化ビームが放電領域のガス放電の周波数に時間的に同期して適用されることで、プラズマの点火が開始されても良い。

ＥＵＶ範囲で放射するプラズマが形成される放電プロセスのために、プラズマの影響の領域における適用層の部分は電極表面上で蒸発するか、溶けて押出される。これは、パルス当たり約１０〜７グラムから１０〜６の数倍のグラムになる。この多くのロスは溶融金属の連続供給により補償され、数キロヘルツの繰り返し率の放電条件下でも絶え間ない保護層が電極表面に残る。

２つの回転電極がそれらの水平配置のために特に低いインダクタンスを有する放電回路に接触するので、本発明に従う溶融金属の適用は特に有利な効果を有する。

ゆえに、本発明の別な構成では、第１電極及び第２電極が、溶融金属のリング形状浴に浸された、回転軸と同軸に配置された接触要素と電気接触する。浴は互いに電気的に分離し、高電圧電源の放電回路と連絡している。

別の構成では、第１電極及び第２電極の電気接触が液体供給ノズル及び液体ジェットによって実現されてもよい。

本発明を概略図面に関連して以下により完全に説明する。

本発明の原理を示す図１では、電極の対称軸が回転軸Ｒ−Ｒと一致するようにディスク型電極１が回転軸２に固定連結している。電極表面の円周の周りに延びるエッジトラックが、溶融金属、例えばスズ又はスズ合金の受容領域３として機能し、この物質のために濡れるように構成されている。エッジトラックのためのウェット表面は、例えば銅、クロム、ニッケル又は金を有する。

残りの電極表面又は受容領域に隣接する電極表面の少なくとも一部はエミッタ材料のために濡れてはならない。溶融金属の塗布はここでは望まれないからである。適切な非ウェット表面は、例えばＰＴＦＥ、ステンレス鋼、ガラス又はセラミックを有する。

液体ジェネレータの液体供給ノズル４は受容領域３にガイドされ、電極１の回転の間溶融金属を液体ジェット５として連続的に受容領域３に塗布する。塗布される溶融金属は遠心力で電極のエッジに向かって前進するので、分離する溶融金属が制御されず所望でなく広がるのを防がれるように、飛沫保護６を設ける必要がある。

供給すべき溶融金属の量、電極の回転速度、電極の直径、溶融金属の温度及び電極の温度に依存して、０．１μｍ〜１００μｍのエミッタ層が適用される。当業者は適当な解決法を見出せるので、この目的に必要な適切な制御装置はここでは議論を要しない。

プリイオン化ビーム７として働くエネルギービーム、例えばレーザビームは放電領域８において有利なエミッタ材料の注入液滴に適用され、それを蒸発させる。

図２に示された構成では、第１ディスク型電極１及び第２ディスク型電極９が回転可能に設けられた軸２に互いに距離を置いて固定連結しており、電極１，９の対称軸は軸２の回転軸（Ｒ−Ｒ）と一致している。電極１，９のそれぞれは他の電極表面に面するその表面に、受容領域３，１０を有する。この領域はエッジトラックとして構成され、溶融金属のために濡れるように機能する。これに液体供給ノズル４，１１がガイドされている。受容領域３，１０は互いに向き合って位置するように電極表面に配置される。

溶融金属の液体ジェット５，１２を介した電極１，９の間のショートを防ぐために、ディスク型絶縁ボディ１３、特に電気的に絶縁したセラミックプレートが設けられ、溶融金属を塗布するために具備された電極領域の２つの電極１，９の間の中間スペースに入れられる。

図２に示されるように、２つの液体供給ノズル４，１１は反対の側面から電気絶縁セラミックプレートを通ってガイドされ、一方の液体供給ノズル４は重力の方向に作用し、他方の液体供給ノズル１１は重力と反対方向に作用する。

図３に示されるように、本発明の別な構成は一組の電極を有し、その電極の１つだけ、カソード電極１４が回転可能に設けられる。カソード電極は他の固定電極（アノード電極１５）より小さい直径を有する。カソード電極１４は切欠１６に偏心して押し込まれ、その回転軸Ｒ’−Ｒ’はアノード電極１５の対称軸Ｓ−Ｓに偏心して平行に指向している。カソード１４は適当なベアリングで受けられた軸１７に固定締結されている。軸の駆動手段は放電チャンバの外側にある。

２つの電極１４，１５は、放電が真空断熱によってプラズマ生成の所望の位置（ピンチ位置）に達するのを防ぐように寸法決めされた互いの距離だけ離れて位置することで、絶縁破壊に抵抗するように互いに関して絶縁される。この位置は、アノード電極１５に設けられた生成放射線のための出力開口１８の領域の放電領域内にある。液体供給ノズル２０は、切欠１６の開口１９を介して、カソード電極１４の電極表面のエッジトラック上のウェット受容領域に導かれている。

さらに、カソード電極１４の周囲を取り囲む環状溝２１が切欠１６に導入され、出口チャネル２２が環状溝２１から溶融金属のリザーバ２３に通じている。環状溝２１は非ウェット表面でコーティングされると好ましい。

図４に示される線源は、真空ポンプ２４，２５により排気される放電チャンバ２６内に図２に従う回転電極装置を有する。電極への電気供給１，９は、例えばスズ又は例えばガリウムなどの他の低融点金属などの溶融金属の、リング形の電気的に分離した浴２７，２８を介して行われると好ましい。浴に電極１，９が接触要素２９，３０を介して浸漬している。接触要素２９，３０は複数の個々の接触部（接触要素２９）を有する。これらの接触部は一方の電極９上にリングに沿って配置され、他方のリング１の開口３１を通って電気的に絶縁されてガイドされるか、閉じたシリンダリングとして形成される（接触要素３０）。内側に曲がった外壁３２，３３の形状の溶融浴２７，２８の適切な部分カバーが、外側に押される溶融金属が溶融浴２７，２８のための容器から出るのを防ぐ。

上述のタイプの装置は水平に配置された電極１，９と垂直に指向した回転軸Ｒ−Ｒを必要とするので、溶融金属が重力に抗して電極１，９に塗布されないため、本公知の技術と比べて、本発明によりもたらされる溶融金属を塗布する技術は特に有利である。

本発明に従う回転電極装置により、磨耗なくとりわけ低インダクタンスで電流パルスが電極１，９に供給される。さらに、この目的のために、溶融浴２７，２８は、放電チャンバ２６から電気真空フィードスルー３４〜３７を介してコンデンサ要素３８，３９に電気接続している。コンデンサ要素３８，３９は放電回路の一部である。放電回路は、１〜２０Ｈｚの繰り返し率で高電圧パルスを生成して十分なパルス量によって、放電が放電ガスで満たされた放電領域８において開始され、エミッタ材料をプリイオン化する高電流密度が生成され、それで所望の波長の放射線（ＥＵＶ放射線）が形成されるプラズマ４０により放出されることを保証する。

デブリ保護装置４１を通過した後、放出される放射線は、放射線を放電チャンバ２６におけるビーム出力開口４３に導くコレクタ光学系４２に到達する。コレクタ光学系４２によりプラズマ４０をイメージングすることで、ビーム出力開口４３において又は付近に局所化される中間焦点ＺＦが生成される。中間焦点は、好ましくはＥＵＶ波長領域のために構成される線源が設けられる半導体照射設備における照射光学系とのインターフェースとして機能する。

プラズマ４０の点火は、電極１，９の間に注入される有利なエミッタ材料の液滴の蒸発によって特に有利に開始される。前記の種類の有利なエミッタ材料はキセノン、スズ、スズ合金、スズ溶液又はリチウムである。図１に既に示されたように、時間に関してガス放電の頻度（周波数）に同期するように放電領域８の注入液滴に適用されるエネルギービーム７が、エミッタ材料のプリイオン化のために使用されると好ましい。

ゆえに、図５に従う別な構成では、エミッタ材料は、個々のボリューム４４の形状で放電領域８に、特にプラズマが生成される電極１，９から距離を置いて与えられる放電領域８の位置に導入される。個々のボリューム４４は、放電領域８にガイドされた注入装置４５によりガス放電の周波数に対応する繰り返し率で濃い固体又は液体の形状で連続流れの液滴として供給されると好ましい。それぞれの個々のボリュームは、それが放電後に完全にガス状態にあり、容易に排出できるように量を制限される。エネルギービーム源４６で供給されるパルスプリイオン化ビーム７、好ましくはレーザ線源のレーザビームは、時間に関してガス放電の周波数に同期するように放電領域８のプラズマ生成位置に適用され、液滴の形状の個々のボリューム４４を蒸発させる。

電極１，９に連続的に適用される溶融金属がエミッタ材料であるとき、エミッタ材料のプリイオン化のためのエネルギービーム７はガス放電の周波数に時間的に同期して、すなわち電極１又は９の一方だけに、又は両方の電極１，９に同時に、又は一方の電極次いで他方の電極１又は９に交互に適用されても良い。

回転電極表面上のトラックに沿って溶融金属の所定の薄層を塗布する本発明の原理を示す。 溶融金属を、互いに固定して連結し共通の軸周りに回転するように設置された２つの電極の対向する電極表面に塗布するための装置を示す。 溶融金属を、固定電極に埋設された回転可能に設置された電極に塗布する装置を示す。 本発明に従う回転電極装置を有する線源の第１の構成を示す。 本発明に従う回転電極装置を備えた線源の第２の構成を示す。

１ 電極
２ 回転軸
３ 受容領域
４ 液体供給ノズル
５ 液体ジェット
６ 飛沫保護
７ プリイオン化ビーム
８ 放電領域
９ 電極
１０ 受容領域
１１ 液体供給ノズル
１２ 液体ジェット
１３ ディスク型絶縁ボディ
１４ カソード電極
１５ アノード電極
１６ 切欠
１７ 軸
１８ 出力開口
１９ 開口
２０ 液体供給ノズル
２１ 環状溝
２２ 出口チャネル
２３ リザーバ
２４，２５ 真空ポンプ
２６ 放電チャンバ
２７，２８ 溶融浴
２９，３０ 接触要素
３１ 開口
３２，３３ 外壁
３４，３５，３６，３７ 電気真空フィードスルー
３８，３９ コンデンサ要素
４０ プラズマ
４１ デブリ保護装置
４２ コレクタ光学系
４３ ビーム出力開口
４４ ボリューム
４５ 注入装置
４６ エネルギービーム源

Claims (18)

1. 極紫外線を放出するプラズマを形成するためにガス放電のための放電領域を有する放電チャンバ、
   ディスク型の第１電極（１，１４）及びディスク型の第２電極（９，１５）、これら電極の少なくとも１つが回転可能に設けられ且つガス放電により生じる電極材料のロスを補償するための溶融金属で濡らされるべきエッジ領域を有し、
   極紫外線を生成するのに使用されるエミッタ材料を蒸発させるためのプリイオン化ビームを供するエネルギービーム源、及び
   エミッタ材料に極紫外線を放出させるためにガス放電を開始させる高電圧パルスを生成するために電極に接続した放電回路を有する、電気的に作動するガス放電による極紫外線発生装置であって、
   保護層として機能する溶融金属で濡らされるべきエッジ領域が、電極のエッジに沿う閉じた周囲トラックとして電極表面上に広がる少なくとも１つの受容領域（３）を有し、受容領域が溶融金属で濡れるように構成され、
   第１電極（１，１４）又は第２電極（９，１５）の回転の間溶融金属を液体ジェット（５，１２）として受容領域（３）に適用するために、溶融金属を連続的に適用するための液体供給ノズル（４，１１，２０）が受容領域（３）にガイドされていることを特徴とする装置。
2. 溶融金属を適用するための液体供給ノズル（４，１１，２０）が、回転軸（Ｒ−Ｒ，Ｒ’−Ｒ’）に対して放電領域（８）の反対側に位置する領域において電極表面にガイドされることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 第１電極（１）及び第２電極（９）が円形ディスクの形状をし、互いから距離を置いて回転軸（Ｒ−Ｒ）に固定連結され、第１電極（１）及び第２電極（９）の対称軸と一致する共通の回転軸（Ｒ−Ｒ）周りに回転するように設置され、第１電極（１）及び第２電極（９）が互いに面する電極の表面上に少なくとも１つの受容領域（３）を有し、受容領域（３）が溶融金属のために濡れるように構成され、受容領域（３）を保護層として機能する溶融金属で濡らすための液体供給ノズル（４，１１）が受容領域（３）にガイドされていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 溶融金属が塗布される電極領域のショートを防ぐために、ディスク型絶縁ボディ（１３）が２つの第１電極（１）と第２電極（９）の間の中間スペースに入っていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. ２つの第１電極（１）及び第２電極（９）の互いに面する電極表面にガイドされた液体供給ノズル（４，１１）が、ディスク型絶縁ボディ（１３）の反対側の側面からディスク型絶縁ボディ（１３）を通ってガイドされることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 第１電極（１）及び第２電極（９）が、溶融金属のリング形状浴（２７，２８）に浸された、回転軸（Ｒ−Ｒ）と同軸に指向した接触要素（３２，３３）と電気接触し、浴は互いから電気的に分離し、高電圧電源の放電回路と連絡していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 第１電極（１）及び第２電極（９）の電気接触が、液体供給ノズル（４，１１）及び液体供給ノズル（４，１１）で供給される液体ジェット（５，１２）によって実現されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
8. 第１電極（１４）が中央の対称軸に一致する回転軸（Ｒ’−Ｒ’）周りに回転するように設けられ、第２電極（１５）が固定され、
   回転可能に設置された第１電極（１４）は、固定した第２電極（１５）より小さい直径を有し、第２電極（１５）の切欠（１６）に偏心して埋設され、
   液体供給ノズル（２０）は、第２電極（１５）の切欠（１６）の開口（１９）を介して第１電極（１４）の電極表面上の少なくとも１つの受容領域（３）にガイドされ、受容領域（３）は、プリイオン化ビームが向けられるエミッタ材料としての溶融金属で濡れるように構成されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
9. 環状溝（２１）が切欠（１６）に導入され、回転可能に設置された第１電極（１４）の周囲を囲み、環状溝から出口チャネル（２２）が溶融金属のためのリザーバに通じていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 銅、クロム、ニッケル又は金が受容領域（３）を濡らすためのウェット手段として供給されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. 受容領域（３）に隣接する電極表面の少なくとも一部が溶融金属で濡れないことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 受容領域（３）に隣接する電極表面の一部が、ＰＴＦＥ（テフロン）、ステンレス鋼、ガラス又はセラミックを有することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. ガス放電の周波数に対応する繰り返し率で、第１電極（１，１４）及び第２電極（９，１５）から距離を置いて放電領域（８）にエミッタ材料を注入するために、極紫外線を生成する働きをする一連の個々のボリューム（４４）のエミッタ材料を供給するための注入装置（４５）が放電領域（８）にガイドされ、個々のボリューム（４４）で放電領域（８）に注入されるエミッタ材料が放電後に完全に気体位相になるように、個々のボリューム（４４）は量を制限されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
14. エネルギービーム源（４６）で供給されるプリイオン化ビーム（７）が、ガス放電の周波数に時間的に同期して、第１電極（１，１４）及び第２電極（９，１５）から距離を置いて放電領域に設けられたプラズマ生成位置に適用され、プラズマ生成位置に個々のボリューム（４４）のエミッタ材料が到達し、プリイオン化ビーム（７）により連続的にイオン化されることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 連続的に適用される溶融金属が極紫外線を生成するためのエミッタ材料であり、エミッタ材料にエネルギービーム源（４６）で供給されるプリイオン化ビーム（７）が放電領域（８）のガス放電の周波数に時間的に同期して適用されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
16. エミッタ材料としての溶融金属が連続的に適用される第１電極（１，１４）及び第２電極（９，１５）に、プリイオン化ビーム（７）が交互に適用されることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
17. エミッタ材料としての溶融金属が連続的に適用される第１電極（１，１４）及び第２電極（９，１５）に、プリイオン化ビーム（７）が同時に適用されることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
18. キセノン、スズ、スズ合金、スズ溶液又はリチウムがエミッタ材料として供給されることを特徴とする請求項１〜７，９〜１４のいずれか一項に記載の装置。