JPWO2006120942A1 - プラズマ発生装置及びプラズマ発生方法 - Google Patents
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Abstract
Description
Extreme Ultraviolet Radiation Conversion Efficiency of Xenon
Plasma,Jap.J.App1.Phys.,Vo1.43,No.12,(2004))がある。
(2)また、本発明は、発光を効率的に行えるプラズマを発生することにある。
(3)また、本発明は、極端紫外光(EUV)の変換効率を改善することにある。
(4)また、本発明は、プラズマ発生部分の熱負荷を緩和することにある。
(5)また、本発明は、発光スペクトル効率の改善によって、反射光学系の熱負荷を緩和することにある。
(6)また、本発明は、放電派生物(デブリ)を低減することにある。
(7)また、本発明は、駆動電源の容量を低減することにある。
図5(a)及び(b)は、いずれも横軸に経過時間、縦軸にプラズマ電流とEUVの発光出力を表したものであり、本発明の解決原理を説明するための図である。図5(a)は、従来の電流波形を破線で表し、それによるEUV出力を実線で表している。図5(a)に示すように、従来の電流波形は三角関数を基本とする電流波形であるため、放電が開始すると時間と共にプラズマ電流Ipが増大し、ピークを過ぎると今度は減少に転ずる波形であった。このため、電流値Ipの増大とともに加熱及び圧縮(及びこれに伴う磁気閉じ込め)が起こり、電流値のピーク近傍でプラズマ温度が閾値を超えるとEUVが現れるが、最大収縮後はプラズマ圧力に対して磁気閉じ込めの効果が相対的に小さくなるため、プラズマが膨張してプラズマ温度が低下する。その結果、EUVの出力も急速に低下していた。
プラズマ発生装置は、プラズマを発生し、プラズマ状態を保持するものである。特に、本件のプラズマ発生装置は、プラズマから発するスペクトルの放射効率を高めるものであり、特に、なるべくプラズマ状態を最適な状態に維持して、特定波長領域の放射効率を高めるものである。プラズマからのスペクトルの放射特性は、プラズマの密度と温度の関数である。そこで、プラズマの温度と密度と磁場を制御して、プラズマ維持時間を調整し、プラズマを準定常状態に維持して、放射効率を高めるものである。プラズマ発生装置は、プラズマから発するスペクトルの放射効率を高める発光装置に適用でき、特に、極端紫外光(EUV)を高効率で発光する光源に適用できる。
図6(a)は、電源装置の容量型多重放電回路の概略図を示している。図6(a)は、独立したスイッチング素子S1、S2で駆動される。スイッチング素子Sとしては、例えば磁気スイッチや半導体スイッチ(サイリスタ等)或いは放電式スイッチ(サイラトロン等)などが用いられる。放電部(プラズマ光源部)Zには第1電極30と第2電極32が配置されている。第1のスイッチをオンにして第1のコンデンサC1から放電を開始すると、第1の放電電流I1は、コイルLと第1電極30と第2電極32を介して、放電部(プラズマ光源部)Zに流れる。放電部(プラズマ光源部)Zに流れる電流I1はプラズマの加熱に用いられる。次いで第2のスイッチS1をオンにすると、放電部Zに流れる電流は、電流I1に第2のコンデンサC2からの放電電流I2が加算され、これが高温高密度状態のプラズマを磁気閉じ込めにより維持するための閉じ込め電流として用いられる。もちろん、図6(b)に示すように、2段に限らず、n段としてより精密に電流制御を行っても良い。スイッチング素子S1、S2、・・Snは、制御部52によりスイッチング制御される。この制御により、任意の波形を形成することができる。
図7は、電源装置のn段の誘導型多重放電回路の概略図を示している。図7の場合、磁性体10に対して、一次側コイルの電極12と二次側コイルの電極30、32が配置されている。一次側コイルの電極12にスイッチング素子Sを介して電圧が印加される。スイッチング素子Sをオンにして、一次側コイルの電極12に電圧を印加すると、二次側コイルの第1電極30と第2電極32間の放電部Zに電圧が誘導される。図7の場合、二次側の第1電極30の周囲にn個の磁性体10、10、・・・が配置されている。スイッチング素子S1、S2、・・Snを制御部52によりオンオフ制御すると、オンとなったスイッチング素子Sに対応する磁性体に二次電圧が発生し、それらの二次電圧が重ね合わされ、二次側コイルの第1電極30と第2電極32間の放電部Zに合成された電圧が誘導される。即ち、第1の一次側コイルに電流I1を流して誘導電圧を第1電極30と第2電極32間に印加してプラズマ38に電流を流す。この電流はプラズマ38を加熱する。次いで第2の一次側コイルに電流I2を流して誘導電圧を第1電極30と第2電極32間に印加してプラズマ38に電流を流す。これにより、第1の誘導電圧による電流I1に第2の誘導電圧による電流I2が加算される。この合成された電流は、高温高密度状態のプラズマを閉じ込めるための閉じ込め電流として用いられる。2段に限らず、必要に応じて、n段の誘導電圧を第1電極30と第2電極32間に印加することができる。放電部Zの位置は、放電部Zに二次電圧が誘導され、プラズマ38に電流が流れれば、任意の場所で良い。スイッチング素子S1、S2、・・Snは、制御部52によりスイッチング制御され、任意の波形を作成することができる。
プラズマ発生装置は、プラズマを挟んだ電極に放電電流を流し、放電電流によって磁場を形成し、プラズマに磁場を作用すると共に、放電電流によってプラズマを加熱する。このプラズマの放電電流によって発生する磁場を自己磁場と呼ぶ。また、放電電流によって発生するプラズマの加熱を自己加熱と呼ぶ。プラズマ発生装置は、プラズマに外部から磁場を付与する外部磁場発生装置を備えている。プラズマ発生装置は、プラズマを自己磁場で拘束し、更に、外部磁場でも拘束する。これにより、プラズマの密度と温度と磁場を制御する。プラズマ発生装置は、放電電流によって自己加熱し、加熱が不足する場合、外部加熱でプラズマの温度を制御する。そのために、プラズマ発生装置は、必要に応じて、プラズマを外部から加熱する外部加熱装置を備えている。このように、プラズマ発生装置は、プラズマの磁場と温度を制御して、プラズマを閉じ込め、プラズマを所定の温度と密度に維持して、プラズマから発光するスペクトルの放射効率を高める。プラズマ媒体は、キセノンXe、すずSn、リチウムLiなどプラズマとなるものであれば、どのような物質でもよい。一例として、以下に主にリチウム媒体について説明する。プラズマ媒体としてリチウムを使用した場合、プラズマ発生装置は、13.5nmのリチウムスペクトルを含む有効帯域(波長帯域)に強力なスペクトル線を発生する。この状態のプラズマの電子温度は、5eV〜30eVが好ましく、プラズマの電子密度は、1017cm−3〜1020cm−3を維持することが好ましい。なお、13.5nmのリチウムスペクトルを含む波長帯域は、反射に対しても吸収の少ない波長範囲であり、この波長帯域の光源は、露光装置や検査装置などに有効に利用できるものである。この波長帯域は、13.5nmを基準に、特に±1%の範囲が好ましい。
プラズマを発生する方法は、図6又は図7の電源装置を用いたプラズマを例にとって説明する。先ず、放電部Zのプラズマに第1の放電電流I1を流し、プラズマを加熱すると共に、プラズマを磁気により閉じ込める第1のステップと、第1の放電電流I1とは異なるパターンの第2の放電電流I2を重ね合わせる第2のステップを取ることにより、プラズマの維持時間を制御することができる。2段に限らずn段にすることにより、より複雑な電流波形をプラズマに付与し、高精度にプラズマ制御を行うことができる。
図12は、プラズマ半径を400μmとした時のキセノンXeプラズマのスペクトルの典型的な放射強度分布を示しており、横軸が波長λ(nm)であり、縦軸が出力強度(W/cm2)である。図12(A)は、プラズマ状態のキセノンの電子密度が1018/ccの場合のEUVのスペクトルを示している。図12(B)は、プラズマ状態のキセノンの電子密度が1019/ccの場合のEUVのスペクトルを示している。このように、プラズマ状態のキセノンは、波長13.5nm付近の有効帯域のスペクトル強度の割合が極めて小さく、その有効帯域より短い波長の領域に強いスペクトル強度を放射していることを示している。
図15(B)は、次のようにして求められる。プラズマから発する光の中、有効な波長(13.5nm±1%をλ2%と表示している)の変換効率CEは、以下の数1の式(1)のように求められる。分母はプラズマへの入力エネルギーを示し、分子は有効な波長領域の放射エネルギーを示している。式(1)において、Mλは積分スペクトル放射強度、Spは放射プラズマの表面積、τは放射時間、Eはプラズマの加熱とイオン化に消費されるエネルギーを示している。
[技術分野]
[0001]
本発明は、プラズマからの極端紫外光の発生に関するものである。
[背景技術]
[0002]
波長10nm乃至13nm程度の極端紫外光(EUV)は、次世代超微細半導体集積回路のリソグラフィー光源など、産業的に利用価値の高い光源として期待されている。EUVを発生させる方式の一つとして、放電生成プラズマ方式(ディスチャージ・プロデュースド・プラズマ、以下「DPP方式」という。)を利用したものが知られている。
[0003]
図1(a)は、従来のDPP方式によるプラズマ発生装置の等価回路を表している(但し、電源部は省略している。)。すなわち、等価回路は、コイルL(回路インダクタンス)とコンデンサCの直列回路にスイッチSとプラズマ放電部Zが接続されたものである。プラズマ放電部Zは、例えばキャピラリ(細管)とよばれる直径数ミリメートル程度の細長い放電管が用いられる。コンデンサCを充電して、スイッチSをONにして、放電を開始すると、放電部ZにはLCの平方根(ルートLC)に比例する角周波数ωの三角関数で表される単純な電流波形ip(t)が現れる。
[0004]
図1(b)は、放電中の電流波形ip(t)と放電電圧Vp(t)を同一時間スケールで表したものである。なお、横軸の時間tは1div当たり2μsであり、縦軸の放電電流ipは1div当たり1.6kAであり、縦軸の放電電圧Vpは1div当たり5.0kVである。実際には、放電電流ipは抵抗成分のために完全な三角関数ではなく滅衰する。
[0005]
図1(c)は、プラズマ放電の様子を示す図である。図1(c)に示すように、放電が開始すると、プラズマPは、波長λの光を放出しながら放電管の中心軸Aに対し円筒状に成長する。プラズマ半径rp及びプラズマの長さは、プラズマの圧力と周囲の磁界の影響を受け、時間とともに変化する。
[0006]
図2(a)は、プラズマの電子温度(eV)(横軸)とイオン密度(cm−3)(縦軸)の関係を示す図である。この図から明らかなように、一般にプラズマ放電によるEUV光源を得
Claims (13)
- 放電室内にプラズマを発生するプラズマ発生装置において、
放電室内に配置された複数の電極と、
電極間に放電電流を流し、電極間のプラズマを自己加熱すると共にプラズマに自己磁場を付与する電源装置と、
電源装置を制御する制御部と、を備え、
制御部により電源装置を制御してプラズマを空間に閉じ込める、プラズマ発生装置。 - 請求項1に記載のプラズマ発生装置において、
制御部は、電源装置を制御して電極間に流す電流量を変化させる、プラズマ発生装置。 - 請求項2に記載のプラズマ発生装置において、
電源装置は、スイッチング素子で駆動される複数系統の放電回路を有し、
制御部は、スイッチング素子を制御して、各放電回路を駆動する、プラズマ発生装置。 - 請求項3に記載のプラズマ発生装置において、
放電回路は、容量型放電回路又は誘導型放電回路である、プラズマ発生装置。 - 請求項1に記載のプラズマ発生装置において、
プラズマに外部磁場を付与する外部磁場発生装置を備え、
制御部は、外部磁場発生装置を制御して、プラズマに付与する磁場を変化させる、プラズマ発生装置。 - 請求項5に記載のプラズマ発生装置において、
プラズマの温度を外部から制御する温度制御装置を備え、
制御部は、外部磁場発生装置と温度制御装置とを制御し、プラズマに付与する磁場とプラズマ温度を変化させる、プラズマ発生装置。 - 請求項1に記載のプラズマ発生装置において、
プラズマ媒体は、リチウムである、プラズマ発生装置。 - 請求項7に記載のプラズマ発生装置において、
制御部は、電源装置を制御して電極間に流す電流量を変化させる、プラズマ発生装置。 - 請求項7に記載のプラズマ発生装置において、
プラズマに外部磁場を付与する外部磁場発生装置を備え、
制御部は、外部磁場発生装置を制御して、プラズマに付与する磁場を変化させる、プラズマ発生装置。 - 請求項7に記載のプラズマ発生装置において、
放電電流を流す電極をリチウム金属とし、リチウム金属から放電室内にリチウムのプラズマ媒体を供給する、プラズマ発生装置。 - 請求項7に記載のプラズマ発生装置において、
リチウムプラズマは、電子温度が5eV〜30eVであり、電子密度が1017cm−3〜1020cm−3である、プラズマ発生装置。 - 放電室内にプラズマを発生するプラズマ発生方法において、
プラズマに第1の放電電流を流し、プラズマを加熱すると共に、プラズマを磁気により閉じ込めるステップと、
第1の放電電流とは異なるパターンの第2の放電電流を重ね合わせるステップと、を備え、
プラズマ維持時間を制御する、プラズマ発生方法。 - 放電室内にプラズマを発生するプラズマ発生方法において、
プラズマに外部磁場を付与するステップと、
プラズマに放電電流を流し、プラズマを自己加熱すると共にプラズマに自己磁場を付与するステップと、を備え、
外部磁場を制御して、プラズマ維持時間を制御する、プラズマ発生方法。
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US20090091273A1 (en) | 2009-04-09 |
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