JP6663823B2 - Plasma light source - Google Patents
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Description
本発明は、極端紫外光を発生させるプラズマ光源に関する。 The present invention relates to a plasma light source that generates extreme ultraviolet light.
当該分野の技術として、特許文献1に記載されたプラズマ光源が知られている。このプラズマ光源は、中心電極と外部電極との間に電位差を発生させている状態において、中心電極と外部電極との間にプラズマ媒質の蒸気を供給して放電を発生させる。特許文献1では、この蒸気の原料となるプラズマ媒質は、中心電極の側面に配置されている。 As a technique in this field, a plasma light source described in Patent Literature 1 is known. The plasma light source generates a discharge by supplying vapor of a plasma medium between the center electrode and the external electrode in a state where a potential difference is generated between the center electrode and the external electrode. In Patent Literature 1, the plasma medium serving as the raw material of the vapor is disposed on the side surface of the center electrode.
ところで、プラズマ媒質の蒸気は、固体又は液体のプラズマ媒質にレーザ光が照射されることで、プラズマ媒質から蒸発して発生する。中心電極及び外部電極を備える同軸状電極は、プラズマを発生させるプラズマ源として機能する。中心電極と外部電極との間にプラズマ媒質の蒸気が供給されて、発生した初期プラズマは、電磁力によって中心電極の先端に移動して収束し高温・高密度状態になる。 The vapor of the plasma medium is generated by evaporating from the plasma medium by irradiating the solid or liquid plasma medium with the laser light. The coaxial electrode including the center electrode and the external electrode functions as a plasma source that generates plasma. The vapor of the plasma medium is supplied between the center electrode and the external electrode, and the generated initial plasma moves to the tip of the center electrode by electromagnetic force and converges to a high temperature and high density state.
特許文献1に記載の従来技術は、対向型プラズマフォーカス方式が適用され、一対の同軸状電極が中心電極の軸線方向に対向して配置されている。この特許文献1では、両側から中心電極の先端に到達したプラズマを衝突させて、プラズマをより高温・高密度の状態として、極端紫外光を発生させている。このような従来技術では、一対の同軸状電極において、プラズマ媒質の蒸気が供給されるタイミングにずれが生じると、初期プラズマが電極の先端に到達する時間にずれが生じ、極端紫外光の発光量の低下を招くおそれがある。 In the conventional technique described in Patent Document 1, a facing-type plasma focus method is applied, and a pair of coaxial electrodes are arranged to face each other in the axial direction of a center electrode. In Patent Literature 1, extreme ultraviolet light is generated by colliding plasma that has reached the tip of a center electrode from both sides to make the plasma have a higher temperature and a higher density. In such a conventional technique, when a difference occurs in the timing at which the vapor of the plasma medium is supplied to the pair of coaxial electrodes, a difference occurs in the time when the initial plasma reaches the tip of the electrode. May be reduced.
本発明は、軸線方向の両側から移動して衝突する初期プラズマの到達時間のずれを低減して、極端紫外光の発光量を増大させることが可能なプラズマ光源を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a plasma light source capable of reducing the difference in arrival time of initial plasma moving from both sides in the axial direction and colliding, thereby increasing the amount of emitted extreme ultraviolet light.
本発明のプラズマ光源は、中央面を挟んで対向する一対の同軸状電極を備えたプラズマ光源であって、同軸状電極は、中央面と直交する方向に延在する中心電極と、中心電極の軸線を中心とする仮想円の周方向に離間し、中央面に向かって延在する複数の外部電極と、を備え、プラズマ光源は、中央面上であり、周方向に隣り合う外部電極を結ぶ仮想線よりも外側に配置され、プラズマ媒質を保持するプラズマ媒質保持部と、プラズマ媒質保持部に保持されたプラズマ媒質にレーザを照射するレーザ照射部と、仮想円の径方向において、プラズマ媒質保持部と外部電極との間に配置され、プラズマ媒質保持部で蒸発した媒質蒸気が拡散する方向を制限する制限部と、を備える。 The plasma light source of the present invention is a plasma light source including a pair of coaxial electrodes opposed to each other with a central plane therebetween, wherein the coaxial electrode has a center electrode extending in a direction orthogonal to the central plane, A plurality of external electrodes spaced apart in the circumferential direction of the imaginary circle centered on the axis and extending toward the center plane, and the plasma light source connects the external electrodes on the center plane and adjacent in the circumferential direction. A plasma medium holding unit that is disposed outside the virtual line and holds the plasma medium; a laser irradiation unit that irradiates the laser to the plasma medium held by the plasma medium holding unit; and a plasma medium holding unit that holds the plasma medium in the radial direction of the virtual circle. A restriction unit disposed between the unit and the external electrode, the restriction unit restricting the direction in which the medium vapor evaporated in the plasma medium holding unit diffuses.
このプラズマ光源では、プラズマ媒質保持部で蒸発した媒質蒸気は、制限部によって拡散する方向が制限されるので、放電開始位置(所望の位置)に好適に供給される。また、このプラズマ光源では、中央面上に媒質保持部が配置されているので、中央面を挟んで対向する一対の同軸状電極に対して、互いに等しい距離となるようにプラズマ媒質が保持される。これにより、プラズマ媒質から蒸発した媒質蒸気が一対の同軸状電極に供給されるまでの時間差を、小さく抑えることができる。そのため、プラズマ光源では、一対の同軸状電極で発生した初期プラズマが中央面に到達するまでの到達時間のずれを抑制することができる。また、このプラズマ光源では、周方向に隣り合う外部電極同士を結ぶ仮想線より外側に、媒質保持部が配置されているので、仮想円の径方向において、媒質保持部と中心電極との距離を確保することができる。これにより、プラズマ媒質から蒸発した媒質蒸気が、中心電極と外部電極との間に供給されるまでに、中心電極の周方向に均一に拡散されやすくなる。そのため中心電極の周囲に形成されるリング状の初期プラズマの周方向の分布を均一化させ易くなる。このプラズマ光源では、初期プラズマの中央面への到達時間のずれが抑制されることに加えて、周方向に均一化されたリング状の初期プラズマを中心電極の先端部に収束させることで、プラズマの高温化及び高密度化が促進され、極端紫外光の発光量を増大させることができる。 In this plasma light source, the diffusion direction of the medium vapor evaporated in the plasma medium holding unit is restricted by the restriction unit, so that the medium vapor is suitably supplied to the discharge start position (desired position). Further, in this plasma light source, since the medium holding portion is arranged on the center plane, the plasma medium is held at a distance equal to a pair of coaxial electrodes opposed to each other across the center plane. . Thereby, the time difference until the medium vapor evaporated from the plasma medium is supplied to the pair of coaxial electrodes can be reduced. Therefore, in the plasma light source, it is possible to suppress a shift in the arrival time until the initial plasma generated by the pair of coaxial electrodes reaches the center plane. Further, in this plasma light source, since the medium holding portion is disposed outside a virtual line connecting external electrodes adjacent in the circumferential direction, the distance between the medium holding portion and the center electrode in the radial direction of the virtual circle is reduced. Can be secured. Thus, the medium vapor evaporated from the plasma medium is easily diffused uniformly in the circumferential direction of the center electrode before being supplied between the center electrode and the external electrode. Therefore, it is easy to make the circumferential distribution of the ring-shaped initial plasma formed around the center electrode uniform. In this plasma light source, in addition to suppressing the deviation of the arrival time of the initial plasma to the center plane, the plasma is also obtained by converging the ring-shaped initial plasma uniformized in the circumferential direction to the tip of the center electrode. Temperature and density are promoted, and the amount of emitted extreme ultraviolet light can be increased.
また、制限部には、媒質蒸気を通過させる一対の貫通孔が形成されており、制限部は、貫通孔の周囲に配置され媒質蒸気を遮蔽する遮蔽部を備え、一対の貫通孔は、中央面を挟んで対称に形成されている構成でもよい。この構成によれば、対向する一対の同軸状電極に対して、対称性を高めて媒質蒸気を供給することができ、周方向に均一化されたリング状の初期プラズマを同時に発生させ易くなる。発生した初期プラズマは、その後において同時に進行し、最終的なプラズマの収束が同時に行われ、プラズマの高温化及び高密度化が促進される。また、この構成によれば、遮蔽部によって媒質蒸気が遮蔽されるので、放電開始位置以外の位置への媒質蒸気の拡散が防止される。これにより、媒質蒸気による汚れを抑制することができる。 The restricting portion has a pair of through-holes through which the medium vapor passes.The restricting portion includes a shielding portion disposed around the through-hole to shield the medium vapor. It may be configured to be symmetrical with respect to the surface. According to this configuration, the medium vapor can be supplied to the pair of opposing coaxial electrodes with increased symmetry, and it is easy to simultaneously generate a ring-shaped initial plasma that is uniform in the circumferential direction. The generated initial plasma subsequently proceeds at the same time, the final plasma converges at the same time, and the temperature and density of the plasma are promoted. Further, according to this configuration, since the medium vapor is shielded by the shielding portion, diffusion of the medium vapor to a position other than the discharge start position is prevented. Thus, contamination due to the medium vapor can be suppressed.
また、一対の貫通孔は、軸線と交差する方向に延びる矩形状のスリットであってもよい。これにより、軸線が延在する方向において、媒質蒸気の拡散を制限することができると共に、軸線と交差する方向において、媒質蒸気の拡散を確保することができる。その結果、初期プラズマの周方向における分布を均一化させ易くなる。 Further, the pair of through holes may be rectangular slits extending in a direction intersecting the axis. Thereby, the diffusion of the medium vapor can be restricted in the direction in which the axis extends, and the diffusion of the medium vapor can be ensured in the direction intersecting the axis. As a result, the distribution of the initial plasma in the circumferential direction can be easily made uniform.
また、貫通孔の中央面側の部分の開口幅が、貫通孔の中央面とは反対側の部分の開口幅よりも狭い構成でもよい。この構成によれば、軸線が延在する方向において、放電開始位置より先端側に、比較的濃度が薄い媒質蒸気を供給することができる。これにより、放電開始位置で発生した初期プラズマが中心電極の先端側に移動するまでに、さらに媒質蒸気を供給し、プラズマの密度を高くすることができる。 Further, the opening width of the portion on the center surface side of the through hole may be narrower than the opening width of the portion on the side opposite to the center surface of the through hole. According to this configuration, it is possible to supply the medium vapor having a relatively low concentration to the tip side from the discharge start position in the direction in which the axis extends. Thereby, the medium vapor can be further supplied until the initial plasma generated at the discharge start position moves to the tip side of the center electrode, and the density of the plasma can be increased.
本発明によれば、軸線方向の両側から移動して衝突する初期プラズマの到達時間のずれを低減して、極端紫外光の発光量を増大させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the shift | offset | difference of the arrival time of the initial plasma which moves from both sides of an axial direction and collides can be reduced, and the light emission amount of extreme ultraviolet light can be increased.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each of the drawings, the same or corresponding portions have the same reference characters allotted, and overlapping description will be omitted.
図1に示されたプラズマ光源1は、たとえば、半導体素子を製造するための露光装置に適用される。プラズマ光源1は、たとえば波長13.5nmの極端紫外光(EUV光)を発生可能に構成されている。プラズマ光源1は、EUV光を発生させることにより、微細なパターンを形成するフォトリソグラフィを可能にする。 The plasma light source 1 shown in FIG. 1 is applied to, for example, an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device. The plasma light source 1 is configured to generate, for example, extreme ultraviolet light (EUV light) having a wavelength of 13.5 nm. The plasma light source 1 enables photolithography to form a fine pattern by generating EUV light.
プラズマ光源1は、いわゆる対向型プラズマフォーカス方式が採用されたものである。プラズマ光源1は、プラズマを発生させる一対の同軸状電極10と、同軸状電極10に電位差を生じさせる電圧印加装置20(電圧印加部)と、媒質蒸気を形成する一対の媒質蒸気形成部30と、プラズマ媒質43を保持するプラズマ媒質供給部41と、を備える。
The plasma light source 1 employs a so-called opposed plasma focus method. The plasma light source 1 includes a pair of
一対の同軸状電極10は、チャンバ2内に収容されており、軸線A上において互いに対面するように配置されている。一対の同軸状電極10は、仮想の中央面(対称面)Pに関して面対称に配置されている。一対の同軸状電極10の間には、一定の間隔(空間)が設けられている。チャンバ2には一又は複数の排気管3が設けられており、排気管3には真空ポンプ等(図示せず)が接続される。チャンバ2内は所定の真空度に維持される。また、チャンバ2は接地されている。
The pair of
同軸状電極10は、1本の中心電極11と、複数の外部電極12と、1つの絶縁体13とを備える。中心電極11は、軸線A上に沿って延びる棒状の導電体である。一対の同軸状電極10の中心電極11は、軸線A上で互いに対向して配置されている。そして、中央面Pを挟んで、中心電極11の先端部11a同士が対向して配置されている(図3参照)。
The
中心電極11は、高温に対して耐性の高い金属からなることが望ましい。中心電極11は、たとえばタングステン(W)やモリブデン(Mo)等の高融点金属からなる。中心電極11の軸線Aは、上記した中央面Pに直交する。中央面Pに対面する中心電極11の先端部11aは、たとえば半球状をなしている。中心電極11の側面11bは、たとえば円錐状をなしている。
The
外部電極12は、対向する同軸状電極10に向かって延びる棒状の導電体である。外部電極12は、軸線Aに対して傾いた方向に延びている構成でもよい。例えば、円錐状をなす中心電極11の側面11bから外部電極12までの距離が常に一定になるように、外部電極12は側面11bに対して平行である方向に延びていてもよい。外部電極12は、高温に対して耐性の高い金属からなることが望ましい。外部電極12は、たとえばタングステン(W)やモリブデン(Mo)等の高融点金属からなる。中央面Pに対面する外部電極12の端面は、曲面であってもよく、平面であってもよい。
The
また、外部電極12は、図2に示されるように、中心電極11の周囲に配置されている。外部電極12は、中心電極11に対して所定の間隔を有している。複数の外部電極12は、軸線Aを中心とする仮想円Fの周方向において等間隔に(すなわち回転対称に)配置されている。同軸状電極10は、6本の外部電極12を有する。6本の外部電極12は、軸線Aを基準として60°毎に配置されている。なお、外部電極12の本数は6本に限定されず、中心電極11および外部電極12の大きさや形状、これらの間隔などに応じて適宜設定され得る。中心電極11のまわりに複数の外部電極12が配置されることにより、初期放電(たとえば沿面放電、アーク放電)が、中心電極11と外部電極12との間に発生する。この初期放電は、面状放電6に至る(図5参照)。
The
図1に示される絶縁体13は、たとえば円板状をなすセラミックス板である。絶縁体13は、中心電極11と外部電極12の基部を支持し、これらの間隔を規定する。絶縁体13は、中心電極11と外部電極12とを電気的に絶縁する。
The
電圧印加装置20は、同軸状電極10に同極性又は逆極性の放電電圧を印加することにより、電位差を生じさせる。電圧印加装置20は、たとえば2台の高圧電源(HV Charging Device)21,22を備える。高圧電源は1台でもよく、3台以上でもよい。第1高圧電源21の出力側は、一方の(たとえば図示左側の)同軸状電極10の中心電極11に接続されている。第1高圧電源21は、その中心電極11に対応する外部電極12よりも高い正の放電電圧を印加する。なお、第1高圧電源21は、その中心電極11に対応する外部電極12よりも低い負の放電電圧を印加してもよい。第2高圧電源22の出力側は、他方の(たとえば図示右側の)同軸状電極10の中心電極11に接続されている。第2高圧電源22は、その中心電極11に対応する外部電極12よりも高い正の放電電圧を印加する。なお、第2高圧電源22は、その中心電極11に対応する外部電極12よりも低い負の放電電圧を印加してもよい。いずれの外部電極12も接地されていてもよい。以下の説明では、第1高圧電源21を単に電源21という。同様に、第2高圧電源22を単に電源22という。
The
なお、たとえば電源21,22のコモン側(リターン側)には、ロゴスキーコイル等を用いて誘導結合された線路が設けられてもよい。これらの線路により、中心電極11を経由した電流(すなわち、すべての放電電流)をオシロスコープ(Oscilloscope)で観察することができる。 For example, a line inductively coupled using a Rogowski coil or the like may be provided on the common side (return side) of the power supplies 21 and 22. With these lines, the current passing through the center electrode 11 (ie, all discharge currents) can be observed with an oscilloscope.
プラズマ光源1は、さらに、電圧印加装置20からの放電電圧を放電エネルギとして外部電極12毎に蓄積するエネルギ蓄積回路26を備えている。エネルギ蓄積回路26は、中心電極11と外部電極12との間を個別に接続する複数のコンデンサCを含む。コンデンサCは、電源21,22の出力側及びコモン側に接続されている。放電エネルギを蓄積するコンデンサCが外部電極12毎に設けられることにより、すべての外部電極12において放電が発生し得る。すなわち、中心電極11の周方向における放電分布に偏りが生じて、偏在的に多くの放電エネルギが消費されることが防止される。エネルギ蓄積回路26を備えることにより、同軸状電極10において、中心電極11の全周に亘って発生する理想的な面状放電6が得られる。
The plasma light source 1 further includes an
プラズマ光源1は、さらに、電圧印加装置20に放電電流が帰還することを阻止する放電電流阻止回路28を備えている。放電電流阻止回路28は、外部電極12と電圧印加装置20(具体的には電源21,22のコモン側)との間を接続するインダクタLを含む。インダクタLは、放電電流に対して十分に高いインピーダンスを有するため、中心電極11及び外部電極12を経由した放電電流は、その発生源であるエネルギ蓄積回路26に戻され得る。これにより、コンデンサCに蓄積された放電エネルギが当該コンデンサCに直結した外部電極12以外の外部電極12に供給されることを防止できる。その結果、中心電極11の周方向における放電の発生分布に偏りが生じることを防止できる。
The plasma light source 1 further includes a discharge
媒質蒸気形成部30は、レーザ装置(レーザ照射部)31を備える。また、媒質蒸気形成部30は、図示しないビームスプリッタ(ハーフミラー)及びミラーを含む。レーザ装置31から出射されたレーザ光32は、ビームスプリッタ及びミラーを介してプラズマ媒質供給部41に照射される。このレーザ光32の照射によって、プラズマ媒質43のアブレーションが発生し、プラズマ媒質43の蒸気(媒質蒸気V)が発生する。レーザ装置31はたとえばYAGレーザであり、アブレーションを行うために基本波又は基本波の二倍波を短パルスのレーザ光として出力する。
The medium
レーザ装置31は、レーザ光32を出射する。レーザ光32は、ビームスプリッタやミラー等の光学素子により、2本のレーザ光32a,32aに分岐され、プラズマ媒質供給部41に照射される。レーザ光32a,32aが照射されたプラズマ媒質43の表面(照射面)では、アブレーションによってプラズマ媒質43の一部が媒質蒸気Vとなって放出される。ここで媒質蒸気Vは、中性ガス又はイオンを含む。
The
また、レーザ光32の照射時には、同軸状電極10の中心電極11と外部電極12に電圧印加装置20による放電電圧が既に印加されている。従って、上述のアブレーションが発生すると、中心電極11と外部電極12との間において放電が誘発される。さらに、この放電によって面状放電6が形成される。
At the time of irradiation with the
放電の発生箇所は、媒質蒸気Vの供給領域及びその近傍に制限される可能性がある。従って、レーザ光32は軸線Aの周方向に沿って間隔を置いて、複数且つ同時に照射することが好ましく、その数は少なくとも2箇所である。これは、誘発された放電の領域が、中心電極11の軸を基点に180度以上の開き角があった実験結果に基づいている。この結果を考慮すると、照射箇所の数が少ないほど中心電極11に対して回転対称な位置にレーザ光32aを照射することが望ましい。なお、複数のレーザ光32の同時照射は、ビームスプリッタ及びミラー等の光学素子を用いて光路長を合わせた複数の光路を形成することで容易に達成できる。
There is a possibility that the location where the discharge occurs is limited to the supply region of the medium vapor V and its vicinity. Therefore, it is preferable to irradiate a plurality of
図1〜図3に示されるように、プラズマ媒質供給部41は、プラズマ光の発生に用いられるプラズマ媒質43を保持するものである。プラズマ媒質供給部41は、固体又は液体であるプラズマ媒質43と、当該プラズマ媒質43を保持する保持部(プラズマ媒質保持部)42と、を備える。プラズマ媒質43は、必要とされる光の波長に応じて選択され得る。たとえば、13.5nmの紫外光が必要な場合は、プラズマ媒質43は、リチウム(Li)、キセノン(Xe)、スズ(Sn)等が用いられる。また、6.7nmの紫外光が必要な場合は、プラズマ媒質43は、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)等の少なくとも1つが用いられる。また、プラズマ媒質43は固体、液体、気体のいずれであってもよく、発生させたい光の波長によって選択される。プラズマ光源1では、プラズマ媒質43として、液体又は固体のリチウムを用いることができる。
As shown in FIGS. 1 to 3, the plasma
プラズマ光源1は、一対の同軸状電極10に対して共通のプラズマ媒質供給部41を備える。プラズマ光源1は、中央面P上で軸線Aを挟んで対向する一対のプラズマ媒質供給部41を含む。図1及び図3に示されるように、一対のプラズマ媒質供給部41は、軸線Aが延在する方向において、対向する一対の中心電極11の先端部11aから等しい距離に配置されている。なお、プラズマ媒質供給部41の個数は2個に限定されず、同軸状電極10の大きさや形状などに応じて適宜設定され得る。
The plasma light source 1 includes a common plasma
図2に示されるように、一対のプラズマ媒質供給部41は、同軸状電極10の周囲に配置されている。具体的には、一対のプラズマ媒質供給部41は、軸線Aのまわりに180度の間隔をもって配置されている。換言すると、一対のプラズマ媒質供給部41は、軸線Aに対して点対称に配置されている。また、一対のプラズマ媒質供給部41は、軸線Aからの距離が互いに等しい位置に配置されている。さらに、一対のプラズマ媒質供給部41は、軸線Aを中心とする仮想円Fの周方向において、等間隔に配置されている。
As shown in FIG. 2, the pair of plasma
プラズマ媒質供給部41は、中心電極11及び外部電極12と物理的に接触していない。図1に示されるように、軸線Aに直交する仮想平面P2を規定し、この仮想平面Pにおける同軸状電極10の端面が図2に示されている。図2では、軸線Aが延在する方向において、外側から中央面P側を見た場合のプラズマ媒質供給部41の配置も図示されている。
The plasma
そして、仮想円Fの周方向に隣り合う外部電極12の軸線Bを通る仮想線B2を規定する。そうすると、同軸状電極10では、6本の仮想線B2が規定され、これら6本の仮想線B2に囲まれた六角形状の領域BSが規定されている。中心電極11は、この領域BSの中心に配置される。一方、プラズマ媒質供給部41は、この領域BSの外側に配置されている。要するに、プラズマ媒質供給部41は、すべての外部電極12を含むと共に中心電極11を囲む閉じた領域BSの外側に配置される。また、プラズマ媒質供給部41と中心電極11とは、仮想線B2を挟んで配置されるとも言える。
Then, a virtual line B2 passing through the axis B of the
ここで、プラズマ媒質供給部41は、保持部42で蒸発した媒質蒸気Vが拡散する方向を制限する制限部51を備える。制限部51は、軸線Aと直交する方向(仮想円の径方向)において、保持部42と同軸状電極10との間に配置されている。なお、図2では、制限部51の図示を省略している。
Here, the plasma
制限部51は、板状を成す制限板52を含む。制限板52の厚み方向は、中央面Pに沿う方向に配置されている。制限板52は、中央面Pに直交するように配置されている。制限板52は、図4(a)に示されるように、矩形状を成すように形成されている。制限板52の長手方向は、軸線Aが延在する方向に沿うように配置されている。
The restricting
また、制限板52には、一対のスリット(貫通孔)53が設けられている。一対のスリット53は、中央面Pを挟んで対称に形成されている。スリット53では、軸線Aと交差する方向に延びる辺53aが軸線Aに沿う方向に配置された辺53bよりも長い矩形状を成している。一対のスリット53の大きさ及び位置は、このスリット53を通過した媒質蒸気Vが所望の位置(放電開始位置H)に到達できるように設定される。
The
具体的には、図3に示されるように、プラズマ媒質43におけるレーザ照射位置43aと、放電開始位置Hとを結ぶ直線LV上に、スリット53が配置されている。また、スリット53の開口の大きさは、媒質蒸気Vを分布させたい範囲を考慮して決定される。スリット53の軸線Aに沿う方向の長さを大きくすることで、媒質蒸気Vが分布される範囲を軸線A方向に広げることができる。スリット53の軸線Aと交差する方向の長さを大きくすることで、媒質蒸気Vが分布される範囲を軸線Aと交差する方向に広げることができる。
Specifically, as shown in FIG. 3, the
また、制限板52をプラズマ媒質43に接近させるほど、スリット53の開口の大きさを小さく設定することができると共に、制限板52の面積を小さくすることができる。
In addition, the closer the limiting
また、制限部51は、制限板52の周囲を囲むように配置された側壁(不図示)を備える構成でもよい。側壁は、制限板52の4辺からプラズマ媒質供給部41側に延びるように配置されている。このような側壁によって、プラズマ媒質供給部41で蒸発した媒質蒸気Vの側方への拡散を防止することができる。ここでの「側方」とは、プラズマ媒質43の表面に沿う方向をいう。また、制限板52及び側壁の材質としては、レーザ光を透過可能なものでもよく、レーザ光を透過しないものでもよい。制限板52及び側壁は、媒質蒸気Vの拡散を抑制できればよい。
Further, the restricting
また、図3に示されるように、軸線Aが延在する方向において、放電開始位置Hと中央面Pとの距離L1は、たとえば15mmである。放電開始位置Hは、媒質蒸気Vが供給されて放電が開始されて、初期プラズマが発生する位置である。放電開始位置Hは、初期プラズマが加速されて所望のエネルギが得られるように設定される。距離L1を長くすることにより、初期プラズマが加速される距離を増加させることができる。 Further, as shown in FIG. 3, in the direction in which the axis A extends, the distance L 1 between the discharge start position H and the central plane P is, for example, 15 mm. The discharge start position H is a position where the medium vapor V is supplied and the discharge is started to generate initial plasma. The discharge start position H is set so that the initial plasma is accelerated to obtain a desired energy. By increasing the distance L 1, it is possible to increase the distance the initial plasma is accelerated.
また、プラズマ媒質43の照射面(レーザ照射位置43a)と、軸線Aとの距離L2が短い場合には、チャンバ2の小型化を図ることができる。距離L2が長い場合には、同軸状電極10までの距離を確保することができ、媒質蒸気Vを中心電極の周方向に均一に分布させやすくなる。
The irradiation surface of the plasma medium 43 (the
次に、プラズマ光源1の動作について説明する。 Next, the operation of the plasma light source 1 will be described.
まず、チャンバ2内は、プラズマ(初期プラズマ)の発生に適した温度及び圧力に保持される。放電前の同軸状電極10には、電圧印加装置20により放電電圧が印加される。電圧印加装置20は、電源21,22によりコンデンサCに電荷を予め蓄積(充電)し、同軸状電極10に放電電圧を印加する。
First, the inside of the
放電電圧が印加された状態で、プラズマ媒質供給部41のプラズマ媒質43にレーザ光32aが照射される。これにより、プラズマ媒質43の表面のレーザ照射位置43aでプラズマ媒質43が蒸発して、媒質蒸気Vが発生する。媒質蒸気Vは、プラズマ媒質43の表面の法線方向に拡散する。たとえば法線を中心として、余弦則に沿って拡散することが想定される。
In a state where the discharge voltage is applied, the
プラズマ媒質43から蒸発した媒質蒸気Vの一部は、制限板(遮蔽部)52によって遮蔽される。これにより、媒質蒸気Vが拡散する方向が制限される。媒質蒸気Vの残りの一部は、一対のスリット53を通過して、直線LVに沿って進行して、一対の同軸状電極10に向かって進行する。媒質蒸気Vは、設定された放電開始位置Hに向かって移動する。
Part of the medium vapor V evaporated from the
そして、媒質蒸気Vが、放電開始位置H近傍に到達し、中心電極11と外部電極12との間における媒質蒸気Vの濃度が上昇すると、図5に示されるように、電圧印加装置20において、電流経路Kが形成され、コンデンサCの正極側から負極側へ電流が流れる。この電流は、コンデンサCに蓄積された電荷量に相当する電流が電気回路の時定数に従ってパルス的に流れる。つまり、電荷は、電流経路Kにおいて、中心電極11、面状放電6、及び外部電極12の順に流れ、最終的にコンデンサCの負極側に戻る。このようにして、放電開始位置Hにおいて放電が開始され、中心電極11の周方向に沿うリング状(面状)の面状放電6が生じる。
Then, when the medium vapor V reaches the vicinity of the discharge start position H and the concentration of the medium vapor V between the
このとき、プラズマ媒質43から一対の同軸状電極10までの距離が等しく、共通のプラズマ媒質43から媒質蒸気Vが発生して放電開始位置Hに向かって移動するので、一対の同軸状電極10において、媒質蒸気Vの濃度が同様に上昇し、一対の同軸状電極10において同時に面状放電6が発生する。
At this time, the distance between the
そして、面状放電6は、中心電極11と外部電極12との間で放電しながら、自己磁場(電磁力)によって、軸線A方向に中心電極11の先端に向かって移動する。換言すると、一対の同軸状電極10で発生した初期プラズマは、中央面Pに向かって両側から進行する。
The
また、プラズマ光源1はエネルギ蓄積回路26を備えているため、エネルギ蓄積回路26と複数の外部電極12との協働により、面状放電6の発生確率が高められている。間隔をあけて非連続的に配置される複数の外部電極12は、連続した管状(筒状)の外部電極が採用される場合に比して、面状放電6の形成を容易にするという観点で有利である。
Further, since the plasma light source 1 includes the
そして、面状放電6に伴うプラズマは同軸状電極10の先端に達する。面状放電6が中心電極11の先端に達したことで、その放電電流の出発点は中心電極11の側面11bから先端部11aに移行する。この電流の移行によって、一対の面状放電6に伴って移動してきたプラズマは収束し、高密度かつ高温になる。
Then, the plasma accompanying the
この現象は中央面Pを挟んだ同軸状電極10で進行するため、初期プラズマは、一方の同軸状電極10から他方の同軸状電極10に向かって押し出される。その結果、初期プラズマは、軸線Aに沿う両方向からの圧力を受けて同軸状電極10が対面する中間位置(すなわち中央面Pの位置)に移動し、プラズマ媒質を成分とする単一のプラズマが形成される。そして、プラズマが形成された後も、面状放電6を通じて電流が流れ続け、プラズマを全体的に包囲し、プラズマを一対の中心電極11の中間付近に保持する。
Since this phenomenon proceeds with the
面状放電6が発生している間は、プラズマの高密度化および高温化が進行し、イオンの電離が進行する。その結果、プラズマ媒質に応じた光を含むプラズマ光が放射される。この状態において、面状放電6を通じて電流が流れ続けることにより、長時間に亘って、プラズマ光が発生し得る。
While the
このプラズマ光源1では、保持部42で蒸発した媒質蒸気Vは、制限板52によって拡散する方向が制限されて放電開始位置Hに好適に供給される。また、このプラズマ光源1では、中央面P上に保持部42が配置されているので、中央面Pを挟んで対向する一対の同軸状電極10に対して、互いに等しい距離となるようにプラズマ媒質43が保持される。これにより、プラズマ媒質43から蒸発した媒質蒸気Vが、一対の同軸状電極10に供給されるまでの時間差を小さくすることができる。そのため、プラズマ光源1では、一対の同軸状電極10で発生した初期プラズマが中央面Pに到達するまでの到達時間のずれが抑制される。
In the plasma light source 1, the diffusion direction of the medium vapor V evaporated in the holding
また、このプラズマ光源1では、保持部42と中心電極11との距離を従来と比較して長くすることができる。これにより、プラズマ媒質43から蒸発した媒質蒸気Vが、放電開始位置Hにおいて、中心電極11と外部電極12との間に供給されるまでに、中心電極11の周方向に均一に拡散されやすくなる。そのため中心電極11の周囲に形成されるリング状の初期プラズマの周方向の分布が均一化される。その結果、周方向に均一化されたリング状の初期プラズマを中心電極11の先端部11aに収束させて、プラズマの高温化及び高密度化を促進することができ、極端紫外光の発光量を増大させることができる。
Further, in this plasma light source 1, the distance between the holding
次に、図4(b)〜図4(d)を参照して変形例に係る制限板52B〜52Dについて説明する。制限板52B〜52Dが、制限板52と違う点は貫通孔56〜58の形状が異なっている点である。貫通孔56〜58では、中央面Pに近い方の部分が、中央面Pより遠い方の部分よりも開口幅(軸線Aと交差する方向の長さ)が狭くなっている。
Next, with reference to FIGS. 4B to 4D, limiting
図4(b)に示される第1変形例の制限板52Bの貫通孔56は、中央面Pに近い方にスリット部分59よりも開口幅が狭い拡張部分60が形成されている。この拡張部分60は、平面視(厚み方向から見て)において矩形状を成している。
In the through
第2変形例の制限板52Cの貫通孔57は、中央面Pに近い方にスリット部分59よりも開口幅が狭い部分を含む拡張部分61が形成されている。この拡張部分61は、平面視において三角形を成している。
In the through
第3変形例の制限板52Dの貫通孔58は、中央面Pに近い方にスリット部分59よりも開口幅が狭い部分を含む拡張部分62が形成されている。この拡張部分62は、平面視において半円状(半楕円状)を成している。
In the through
このように、貫通孔56〜58の中央面P側の拡張部分60〜62の開口幅が、貫通孔56〜58の中央面Pとは反対側に配置されたスリット部分59の開口幅よりも狭くなっていると、軸線Aが延在する方向において、放電開始位置Hより先端部11a側に、放電開始位置Hと比較して濃度が薄い媒質蒸気Vを供給することができる。これにより、放電開始位置Hで発生した初期プラズマが中心電極11の先端部11aに移動するまでに、さらに媒質蒸気Vを供給し、プラズマの密度を高くすることができる。この結果、プラズマのエネルギを増大させて、極端紫外光の発光量を増大させることができる。
As described above, the opening width of the
また、制限板は平板状に形成されているものに限定されず、図6に示されているように、屈曲されたものでもよく、湾曲しているものでもよい。図6(a)に示される第4変形例に係る制限板52Eは、屈曲されて山型を成すように形成されている。図6(b)にしめされる第5変形例に係る制限板52Fは、湾曲されて円弧状を成すように形成されている。
Further, the limiting plate is not limited to a plate formed in a flat plate shape, and may be bent or curved as shown in FIG. The limiting
本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で下記のような種々の変形が可能である。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications as described below are possible without departing from the gist of the present invention.
上記の実施形態では、制限部51が制限板52を備える構成としているが、制限部51は制限板52を備えるもの限定されず、例えば、ブロック体に貫通孔が形成されているものでもよい。
In the above embodiment, the restricting
また、制限部51は、板状の部材に貫通孔が形成された構成となっているが、複数の板状の部材を組み合わせて、媒質蒸気Vが拡散される方向を制限するようにしてもよい。また、上記の実施形態では、制限部51に一対の貫通孔が形成されているが、中央面Pを挟んで、複数対の貫通孔が形成されている構成でもよい。また、貫通孔はスリット53を含むものに限定されず、円形などその他の形状のものでもよい。
Further, the limiting
また、プラズマ媒質保持部は、中央面P上に配置されているとは、プラズマ媒質保持部に保持されたプラズマ媒質が中央面P上で保持されることを含み、レーザ照射位置43aが中央面P上に存在することを含む。
The phrase “the plasma medium holding unit is arranged on the center plane P” means that the plasma medium held by the plasma medium holding unit is held on the center plane P, and the
また、放電開始位置Hにおいて、中心電極11の側面から外部電極12に向かって突出する突出部が形成されている構成でもよい。同様に放電開始位置Hにおいて、外部電極12の側面から中心電極11に向かって突出する突出部が形成されている構成でもよい。
Further, at the discharge start position H, a protruding portion that protrudes from the side surface of the
1 プラズマ光源
2 チャンバ
3 排気管
6 面状放電(初期プラズマ)
10 同軸状電極
11 中心電極
11a 中心電極の先端部
11b 中心電極の側面
12 外部電極
13 絶縁体
20 電圧印加装置
21 第1高圧電源
22 第2高圧電源
30 媒質蒸気形成部
31 レーザ装置(レーザ照射部)
32、32a レーザ光
41 プラズマ媒質供給部
42 保持部(プラズマ媒質保持部)
43 プラズマ媒質
43a レーザ照射位置
51 制限部
52、52B、52C、52D、52E、52F 制限板(遮蔽部)
53 スリット(貫通孔)
56〜58 貫通孔
59 スリット部分
60〜62 拡張部分
A 軸線(中心電極の軸線)
B 軸線
B2 仮想線
BS 領域
F 仮想円
H 放電開始位置
K 電流経路
L1 放電開始位置Hと中央面Pとの距離
L2 プラズマ媒質の照射面と軸線Aとの距離
Lv 直線(プラズマ媒質におけるレーザ照射位置と、放電開始位置Hとを結ぶ直線)
P 中央面(対称面)
P2 仮想平面
V 媒質蒸気
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma
32,
43
53 slit (through hole)
56-58 Through-
Laser at a distance Lv linear (plasma medium between the irradiation surface and the axis A of the distance L 2 plasma medium with B axis B2 virtual line BS region F imaginary circle H discharge starting position K current path L 1 discharging start position H and the central plane P A straight line connecting the irradiation position and the discharge start position H)
P center plane (symmetric plane)
P2 Virtual plane V Medium vapor
Claims (4)
前記同軸状電極は、前記中央面と直交する方向に延在する中心電極と、
前記中心電極の軸線を中心とする仮想円の周方向に離間し、前記中央面に向かって延在する複数の外部電極と、を備え、
前記プラズマ光源は、前記中央面上であり、前記周方向に隣り合う外部電極を結ぶ仮想線よりも外側に配置され、プラズマ媒質を保持するプラズマ媒質保持部と、
前記プラズマ媒質保持部に保持された前記プラズマ媒質にレーザを照射するレーザ照射部と、
前記仮想円の径方向において、前記プラズマ媒質保持部と前記外部電極との間に配置され、前記プラズマ媒質保持部で蒸発した媒質蒸気が拡散する方向を制限する制限部と、を備えるプラズマ光源。 A plasma light source including a pair of coaxial electrodes opposed to each other with a central surface therebetween,
The coaxial electrode, a central electrode extending in a direction orthogonal to the central plane,
A plurality of external electrodes extending in the circumferential direction of an imaginary circle centered on the axis of the center electrode and extending toward the central plane,
The plasma light source is on the central plane, and is disposed outside a virtual line connecting the external electrodes adjacent in the circumferential direction, and a plasma medium holding unit that holds a plasma medium.
A laser irradiation unit that irradiates a laser to the plasma medium held by the plasma medium holding unit,
A limiting portion disposed between the plasma medium holding portion and the external electrode in a radial direction of the virtual circle, and configured to limit a direction in which the medium vapor evaporated in the plasma medium holding portion is diffused.
前記制限部は、前記貫通孔の周囲に配置され前記媒質蒸気を遮蔽する遮蔽部を備え、
前記一対の貫通孔は、前記中央面を挟んで対称に形成されている請求項1に記載のプラズマ光源。 The restriction portion has a pair of through holes through which the medium vapor passes,
The restriction unit includes a shielding unit that is disposed around the through hole and shields the medium vapor.
The plasma light source according to claim 1, wherein the pair of through holes are formed symmetrically with respect to the center plane.
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