KR101228776B1

KR101228776B1 - 집광경 어셈블리 및 이 집광경 어셈블리를 이용한 극단 자외광 광원 장치

Info

Publication number: KR101228776B1
Application number: KR1020127023489A
Authority: KR
Inventors: 히로토 사토
Original assignee: 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2013-01-31
Also published as: EP2546864A4; US9029815B2; KR20120106903A; JP5093267B2; EP2546864A1; JP2011187875A; US20120326058A1; WO2011111582A1

Abstract

극단 자외광 광원 장치에 있어서, 집광경 어셈블리의 열변형에 의한 집광 성능의 악화를 방지하는 것.　 극단 자외광 광원 장치에 이용되는 집광경 어셈블리는, 직경이 다른 회전 타원면 또는 회전 쌍곡면 형상의 복수의 반사 쉘(21)로 구성되고, 이 반사 쉘(21)이 네스트 형상으로 배치되고, 그 단부가 유지 구조체(22)로 유지되어 있다. 반사 쉘(21)에는 냉매를 흘려 보내는 냉각 채널이, 반사면의 이면측의 면상이며 반사 쉘의 축방향으로 부착되어 있다. 이 냉각 채널이 보강재의 기능을 하고, 반사 쉘(21)의 열변형을 억제할 수 있다. 또한, 반사 쉘(21)의 재질로서 몰리브덴을 이용함으로써 더 열변형을 억제할 수 있고, 유지 구조체(22)에 냉각 채널을 설치함으로써, 더 효과적으로 집광경 어셈블리를 냉각하고, 그 열변형을 억제할 수 있다.

Description

집광경 어셈블리 및 이 집광경 어셈블리를 이용한 극단 자외광 광원 장치{COLLECTOR MIRROR ASSEMBLY AND EXTREME ULTRAVIOLET LIGHT SOURCE DEVICE USING SAID COLLECTOR MIRROR ASSEMBLY}

본 발명은, 고온 플라즈마로부터 방사되는 극단 자외광을 집광하는 집광경 어셈블리 및 이 집광경 어셈블리를 이용한 극단 자외광 광원 장치에 관한 것이며, 특히 집광경 어셈블리의 냉각 채널 구조에 관한 것이다.

반도체 집적회로의 미세화, 고집적화에 따라, 그 제조용의 투영 노광 장치에 있어서는 해상력의 향상이 요청되고 있다. 그 요청에 응하기 위해, 노광용 광원의 단파장화가 진행되고, 차세대의 반도체 노광용 광원으로서 파장 13~14㎚, 특히 파장 13.5㎚의 극단 자외광(이하, EUV(Extreme　Ultra　Violet)광이라고도 한다)을 방출하는 극단 자외광 광원 장치(이하, EUV 광원 장치라고도 한다)가 개발되어 있다.

EUV 광원 장치에 있어서, EUV광을 발생시키는 방법은 몇 개 알려져 있지만, 그 중의 하나로 EUV 방사종의 가열 여기에 의해 고온 플라즈마를 발생시키고, 이 플라즈마로부터 방사되는 EUV광을 취출하는 방법이 있다.

이러한 방법을 채용하는 EUV 광원 장치의 종류 중 하나로, DPP(Discharge　Produced　Plasma：방전 생성 플라즈마) 방식 EUV 광원 장치가 있다. DPP 방식 EUV 광원 장치는, 전류 구동에 의해 생성한 고온 플라즈마로부터의 EUV 방사광을 이용하는 것이다.

EUV 광원 장치에 있어서, 강한 방사 강도의 파장 13.5㎚의 EUV광을 방출하는 방사종, 즉, EUV 발생용 고온 플라즈마 원료로서, Li(리튬)와 Sn(주석)이 주목받고 있다.

이하, DPP 방식에 기초하는 EUV 방사의 메커니즘을 간단하게 설명한다.

DPP 방식으로는, 예를 들면 내부에 전극이 배치된 방전 용기 내를 가스형상의 고온 플라즈마 원료 분위기로 하고, 상기 분위기 중의 전극 간에 있어서 방전을 발생시켜 초기 플라즈마를 생성한다. 여기서, 방전에 의해 전극 간을 흐르는 직류 전류의 자기 자장의 작용에 의해, 상기한 초기 플라즈마는 수축된다. 이로 인해 초기 플라즈마의 밀도는 높아지고, 플라즈마 온도가 급격하게 상승한다. 이러한 작용을, 이하 핀치 효과라고 칭한다. 핀치 효과에 의한 가열에 의해, 고온이 된 플라즈마의 이온 밀도는 1017~1020㎝^-3, 전자 온도는 20~30eV정도로 도달하고, 이 고온 플라즈마로부터 EUV광이 방사된다.

근래, DPP 방식에 있어서, 방전이 발생하는 전극 표면에 공급된 고체 혹은 액체의 주석이나 리튬에 레이저 등의 에너지 빔을 조사하여 기화시키고, 그 후, 방전에 의해 고온 플라즈마를 생성하는 방법이 특허 문헌 1에 있어서 제안되어 있다. 이하, 에너지 빔이 레이저인 경우를 설명한다. 또, 상기한 이 방식을 LAGDPP(Laser　Assisted　Gas　Discharge　Produced　Plasma) 방식이라고 칭하기로 한다.

이하, LAGDPP 방식의 EUV 광원 장치에 대해서, 도 11을 이용하여 설명한다.

도 11에 나타내는 EUV광 광원 장치는, 방전 용기인 챔버(1)를 갖는다. 챔버(1)는, 개구를 갖는 격벽(1c)을 개재하여, 크게 2개의 공간으로 분할된다. 한쪽의 공간에는 방전부가 배치된다. 방전부는, EUV 방사종을 포함하는 고온 플라즈마 원료를 가열하여 여기하는 가열 여기 수단이다. 방전부는, 한 쌍의 전극(11, 12) 등에 의해 구성된다.

다른 쪽의 공간에는, 고온 플라즈마 원료가 가열 여기되어 생성한 고온 플라즈마로부터 방출되는 EUV광을 집광하여, 챔버(1)에 설치된 EUV광 취출부(7)로부터 도시를 생략한 노광 장치의 조사광학계로 이끄는 EUV 집광경(2), 및, 방전에 의한 플라즈마 생성의 결과 발생하는 데브리가 EUV광의 집광부로 이동하는 것을 억제하기 위한 데브리 트랩(3)이 배치된다.

11, 12는 원반형상의 전극이다. 전극(11, 12)은 소정 간격만큼 서로 이간되어 있고, 각각 회전 모터(16a, 16b)가 회전함으로써, 16c, 16d를 회전축으로 하여 회전한다.

14는, 파장 13.5㎚의 EUV광을 방사하는 고온 플라즈마 원료이다. 고온 플라즈마 원료(14)는, 가열된 용융 금속(melted　metal) 예를 들면 액체형상의 주석이며, 컨테이너(15)에 수용된다.

상기 전극(11, 12)은, 그 일부가 고온 플라즈마 원료(14)를 수용하는 컨테이너(15) 중에 잠기도록 배치된다. 전극(11, 12)의 표면 상에 실린 액체형상의 고온 플라즈마 원료(14)는, 전극(11, 12)이 회전함으로써, 방전 공간에 수송된다. 상방전 공간에 수송된 고온 플라즈마 원료(14)에 대해서 레이저원(17a)으로부터 레이저광(17)이 조사된다. 레이저광(17)이 조사된 고온 플라즈마 원료(14)는 기화된다.

고온 플라즈마 원료(14)가 레이저광(17)의 조사에 의해 기화된 상태에서, 전극(11, 12)에, 전력 공급 수단(8)으로부터 펄스 전력이 인가됨으로써, 양전극(11, 12) 간에 펄스 방전이 개시되고, 고온 플라즈마 원료에 의한 플라즈마(P)가 형성된다. 방전시에 흐르는 대전류에 의해 플라즈마(P)가 가열 여기되고 고온화되면, 이 고온 플라즈마로부터 EUV 방사가 발생한다.

고온 플라즈마(P)로부터 방사된 EUV광은, EUV 집광경(2)에 의해 집광되고, EUV 취출부(7)로부터 도시를 생략한 노광기에 취출된다.

상기와 같이, 발광점인 고온 플라즈마로부터 방사된 극단 자외광을 집광경(2)에 의해 집광하고, 개구(EUV광 취출부)(7)로부터 극단 자외광을 취출한다. 여기서, 집광경(2)은, 고온 플라즈마로부터 방사된 극단 자외광을 반사하는 반사 쉘과, 이 반사 쉘을 광원 장치 내에서 지지하는 반사 쉘 유지 구조체를 구비한다. 이후 이것을 집광경 어셈블리(20)라고 부른다.

집광경 어셈블리로서 동일축 상에, 초점 위치가 대략 일치하도록 회전 중심축을 겹쳐 배치한, 직경이 다른, 회전 타원면 또는 회전 쌍곡면 형상의 반사 쉘을 복수 네스트(nest) 형상으로 배치하고, 이것을 유지 구조체에 의해 유지한 경사 입사형 집광경 어셈블리가 알려져 있다. 이 반사 쉘은, 기재의 편측 표면에 극단 자외광을 반사하는 반사층을 설치한 것이다. 반사 쉘의 기재의 재질로서는, 기계적 강도와 열전도성을 고려하여 금속재료가 선택된다.

특허 문헌 1에는 집광경의 재료로서 니켈, 알루미늄, 동, 니켈-코발트 합금을 적합한 재료로서 들고 있다. 또, 반사층은 극단 자외광, 전형적으로는 파장 13.5㎚의 극단 자외광의 높은 반사율을 얻을 수 있는 재료가 선택된다. 특허 문헌 1에는 반사층의 적합한 재료로서 팔라듐, 이리듐, 백금, 몰리브덴, 로듐, 루테늄을 들고 있다.

고온 플라즈마로부터 발광된 광이나 고속 이온 등이 집광경 어셈블리에 입사하고, 그들의 일부는 흡수되고, 열부하가 된다. 그 때문에 발광 동작 중은 집광경 어셈블리 각부의 온도가 상승한다.

온도 상승에 따라, 집광경 어셈블리를 구성하는 반사 쉘이 열변형되고, 이상적인 반사면형상으로부터 벗어난다. 또, 온도 상승에 따라 반사 쉘 유지 구조체도 열변형되고, 각 반사 쉘과 발광점의 위치 관계가 이상적인 상태로부터 벗어난다. 이들 결과, 집광 성능이 악화된다. 또, 온도 상승이 현저하면 산화 등의 반사막의 열화가 진행되어 극단 자외광의 반사율이 저하되고, 결국 집광 성능이 악화된다.

극단 자외광을 이용한 노광 장치에 있어서는, 광원 장치와 노광 장치 본체는 작은 개구(애퍼처, 도 11의 EUV광 취출부(7))로 구획된다. 애퍼처를 설치하는 이유는, 광원 장치측 챔버와 노광 장치 본체측 챔버의 진공 상태가 가능한 한 서로 간섭하지 않도록 공간 분리하기 위해서와, 노광에 실제로 기여하지 않는 불필요한 광을 차단하기 위해서이다. 통상, 애퍼처는, 집광경 어셈블리로부터의 사출광의 공간적 분포가 가장 좁아지는 위치(집광점)에 설치된다.

집광경 어셈블리의 집광 성능이 악화되면, 집광점 위치에 있어서의 광의 공간적 강도 분포가 넓어지기 때문에, 본래 투과해야 할 광까지 애퍼처로 차광되어 버리고, 노광에 필요한 파워를 얻을 수 없게 되는 일이 있다. 또, 집광 성능의 악화는 애퍼처 투과 후의 광의 각도 분포 특성을 나쁘게 하고, 노광 품질 저하의 한 요인이 된다. 이와 같이, 집광 성능의 악화는 광원 출력의 저하나 광강도 분포의 균일성 저하 등, 광원 장치로서의 성능 저하를 초래한다.

집광 성능 악화의 원인이 되는 집광경 어셈블리의 온도 상승을 억제하기 위해서, 반사 쉘을 냉각하기 위한 냉각 채널이 설치된다. 예를 들면, 특허 문헌 2에는, 유체를 흘려 보내기 위한 유로를 반사 쉘의 비반사면에 구비하고, 물 등의 냉각 유체를 흘려 보냄으로써 제열하는 집광경 어셈블리가 나타내어져 있다.

국제 공개 제2009/095220호 팜플렛 일본특허 제4105616호 공보

냉각 채널을 사용하여 반사 쉘을 냉각함으로써, 집광경 어셈블리의 온도 상승은 어느 정도 억제되지만, 완전하게 억제할 수 없다. 특히, 집광경의 냉각 채널이 설치되어 있지 않은 부분의 온도 상승은 피할 수 없다. 종래 기술에 의한 집광경 어셈블리에서는, 온도 상승에 따른 집광경 어셈블리의 열변형에 의해 집광 성능이 악화된다. 그 결과, 광원 장치로서의 성능이 저하된다. 특히, 고출력 타입의 광원 장치에서는 집광경 어셈블리에 대한 열부하가 높아지고, 열변형에 의한 집광 성능의 저하가 더 현저해진다.

본 발명은, 상기한 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 본 발명의 목적은, 집광경 어셈블리의 열변형에 의한 집광 성능의 악화를 방지하는 것이다.

본 발명에 있어서는, 반사 쉘을 냉각하기 위한 냉매를 흘려 보내는 냉각 채널을, 집광경 어셈블리의 반사 쉘의 반사면의 이면측의 면상이며, 또한, 반사 쉘의 축방향으로 부착한다. 이하에서는, 상기 반사 쉘의 면상이며 반사 쉘의 축방향을 모선 방향이라고도 한다.

상기 반사 쉘의 기재의 재질로서, 몰리브덴을 이용하는 것이 바람직하고, 또, 상기 반사 셀을 지지하는 지지 구조체에 냉각 채널을 설치함으로써, 더 효과적으로 집광경 어셈블리를 냉각할 수 있다.

즉, 본 발명에 있어서는, 이하와 같이 하여 상기 과제를 해결한다.

(1) 동일축 상에, 초점 위치가 대략 일치하도록 회전 중심축을 겹쳐 배치한 직경이 다른 회전 타원면 또는 회전 쌍곡면 형상의 복수의 경사 입사형 반사 쉘과, 상기 복수의 반사 쉘을 지지하는 반사 쉘 유지 구조체를 구비한, 극단 자외광을 반사하여 집광하는 집광경 어셈블리에 있어서, 상기 반사 쉘에, 상기 반사 쉘을 냉각하는 냉각 매체가 통과하는 냉각 채널을 반사 쉘의 모선의 방향을 따라 형성한다.

(2) 상기 (1)에 있어서, 반사 쉘은, 기재의 편측 표면에 극단 자외광을 반사하는 반사층을 설치한 것이며, 상기 기재의 재질을 몰리브덴으로 한다.

(3) 상기 (1), (2)에 있어서, 반사 쉘 유지 구조체에, 상기 유지 구조체를 냉각하는 냉각 매체가 통과하는 냉각 채널을 형성한다.

(4) 상기 (1), (2), (3)의 집광경 어셈블리를, 극단 자외광 방사종을 가열하여 여기하고 고온 플라즈마를 발생시키는 한 쌍의 방전 전극으로 이루어지는 방전부와, 상기 방전부에서 발생한 상기 고온 플라즈마로부터 방사되는 극단 자외광을 집광하는 집광 수단과, 상기 집광된 극단 자외광을 취출하는 광 취출부를 구비한 극단 자외광 광원 장치의 집광 수단으로서 이용한다.

본 발명에 있어서는, 이하의 효과를 얻을 수 있다.

(1) 열부하에 의해 반사 쉘의 온도가 상승해도, 기재의 모선 방향으로 달리는 냉각 채널이 보강재의 기능을 하므로 모선과 수직 방향의 반사 쉘의 열변형이 억제된다.

그 때문에, 집광 성능의 저하가 억제된다.

(2) 반사 쉘 기재의 재질을 몰리브덴으로 함으로써, 반사 쉘의 열변형량을 작게 할 수 있고, 집광 성능의 저하가 억제된다.

(3) 반사 쉘 유지 구조체를 냉각함으로써 온도 상승이 억제되므로, 반사 쉘 유지 구조체의 열변형량이 작아진다. 그 때문에, 각 반사 쉘과 발광점의 위치 관계가 이상적인 위치로부터 벗어나지 않기 때문에 집광 성능의 저하가 한층 더 억제된다.

도 1은 집광경 어셈블리의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 반사 쉘에 설치한 냉각 채널 구조의 예를 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예의 냉각 채널이 설치된 반사 쉘의 구체적 구성예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예 3의 집광경 어셈블리의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 5는 열변형 전과, 종래예의 열변형 후와, 본 발명의 실시예 2의 열변형 후의 방사 조도 분포를 나타내는 도면이다.
도 6은 종래예 및 본 발명의 실시예 1-4의 직경 방향의 방사 조도 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 7은 종래예와 본 발명의 실시예 1-4에 있어서의 집광률의 비교를 나타내는 도면이다.
도 8은 집광점에 설치한 애퍼처 투과 후의 극단 자외광 원시야상을 나타내는 도면이다.
도 9는 애퍼처 투과광의 각도 분포 특성의 비교를 나타내는 도면이다.
도 10은 종래예와, 본 발명의 실시예 1의 열변형 전후의 반사 쉘의 형상 변화를 나타내는 도면이다.
도 11은 LAGDPP 방식의 EUV 광원 장치의 구성예를 나타내는 도면이다.

도 1에 집광경 어셈블리(20)의 구성을 나타낸다. 도 1의 (a)는 집광경 어셈블리를 유지 구조체측에서 본 도면, (b)는 집광경 어셈블리의 축을 통과하는 평면에서 자른 단면도(도 1의 (a)의 A-A 단면도)이다. 또한, 도 1의 (b)에 있어서는, 지면 좌측으로부터 입사한 EUV광이 집광되어 지면 우측으로부터 출사한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 집광경 어셈블리(20)는, 제1~제n의 복수의 반사 쉘(21)과, 유지 구조체(22)로 구성된다.

집광경 어셈블리(20)는, 동일축 상에 초점 위치가 대략 일치하도록 회전 중심축을 겹쳐 배치한, 직경이 다른, 회전 타원면 또는 회전 쌍곡면 형상의 복수 매의 반사 쉘(21)을 가지며, 이 반사 쉘(21)이 네스트 형상으로 배치되어 있다.

반사 쉘(21)은, 기재의 편측 표면(광입사면)에 극단 자외광을 반사하는 반사층을 설치한 것이며, 본 실시예에 있어서는, 반사층으로서 루테늄으로 이루어지는 반사막이 설치되어 있다. 극단 자외광의 높은 반사율을 얻기 위해서, 이 반사막의 표면은 매우 매끄럽게 되어 있고, 제곱 평균 표면 거칠기가, 예를 들면 2㎚ 이하로 제어된다.

각 반사 쉘(21)은 그 단부에서 유지 구조체(22)의 유지판(22a)에 고정되고, 유지판(22a)은 또한 외측과 내측의 링형상의 외측 유지 구조체(22b), 내측 유지 구조체(22c)에 고정되어 있다. 이하, 반사 쉘의 단부를 유지하는 유지판(22a)과 유지판을 고정하는 링의 구조체(22b, 22c)를 맞추고, 반사 쉘의 유지 구조체(22), 혹은 단지 유지 구조체(22)라고 부른다.

또한, 도 1은 집광경 어셈블리(20) 전체의 구성을 모식적으로 나타낸 것이며, 반사 쉘(21)의 냉각 채널을 나타내고 있지 않고, 또, 반사 쉘(21)은 일부 밖에 나타내어져 있지 않다.

도 2에, 반사 쉘에 설치한 냉각 채널 구조의 예를 나타낸다. 도 2의 (a), (b)는 각각, 본 발명에 있어서의 반사 쉘의 냉각 채널(23)의 배치와 종래의 반사 쉘의 냉각 채널(23)을 모식적으로 나타낸 것이다.

본 발명의 실시예에 있어서는, 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 냉각수 입구(23a)와 냉각수 출구(23b)를 갖는 냉각 채널(23)이 반사 쉘의 모선 방향으로 형성되어 있다. 한편, 종래 기술에 의한 집광 어셈블리에 있어서는, 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이 냉각 채널(23)이 반사 쉘(21)의 둘레 방향으로 형성되어 있다.

여기서, 도 2의 (c)에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 있어서는, 상기한 바와 같이 반사 쉘의 면상이며, 또한, 반사 쉘의 축(Cs)(회전 타원면 또는 회전 쌍곡면 형상의 반사 쉘의 회전축) 방향을 모선 방향(S)이라고 하고, 반사 셀의 면상이며, 상기 축과 직교하는 방향을 둘레 방향(R)이라고 한다.

도 3에 냉각 채널이 설치된 반사 쉘의 구체적 구성예를 나타낸다.

도 3은, 반사 쉘(21)의 하나를 나타낸 것이며, 회전 타원면 또는 회전 쌍곡면 형상의 반사 쉘의 내측의 면에 반사면이 형성되고, 그 이면측인 외측의 면의 모선 방향으로 냉각 채널(23)이 설치된다. 이 냉각 채널은, 예를 들면, 반사 쉘과 같은 재료로 형성된 관 형상의 부재를 반사 쉘(21)의 표면에 부착한 것이며, 도시를 생략한 공급원으로부터 공급되는 냉각수 등의 냉매가 흐르고, 반사 쉘(21)을 냉각한다.

상기 반사 쉘(21)의 기재로서는, 예를 들면, 니켈(Ni)을 이용할 수 있지만, 몰리브덴(Mo)을 이용함으로써, 니켈과 이용하는 경우에 비해, 열변형을 작게 할 수 있다.

이하에서는, 반사 쉘에 모선 방향으로 냉각 채널을 설치한 것(기재의 재료는 상관없지만 예를 들면 니켈을 사용)을 실시예 1로 하고, 상기와 같이, 반사 쉘에 모선 방향으로 냉각 채널을 설치하고, 기재의 재료로서 몰리브덴을 사용한 것을 실시예 2로 한다.

도 4는, 본 발명의 실시예 3의 집광경 어셈블리의 구성을 나타내는 도면이다. 도 4의 (a)는 집광경 어셈블리를 유지 구조체측에서 본 도면, (b)는 집광경 어셈블리의 축을 통과하는 평면에서 자른 단면도(도 4의 (a)의 B-B 단면도)이다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 집광경 어셈블리(20)는, 제1~제n의 복수의 반사 쉘(21)과, 유지 구조체(22)로 구성된다.

반사 쉘(21)은, 상기한 바와 같이, 직경이 다른 회전 타원면 또는 회전 쌍곡면 형상을 가지며, 이들 복수 매의 반사 쉘(21)이 네스트 형상으로 배치되고, 각 반사 쉘에는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 모선 방향으로 냉각 채널이 설치되어 있다.

이들 반사 쉘(21)은, 그 단부에서 유지 구조체(22)의 유지판(22a)에 고정되고, 유지판(22a)은 또한 외측과 내측의 링형상의 외측 유지 구조체(22b), 내측 유지 구조체(22c)에 고정되어 있다.

상기 유지 구조체(22)에는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 유지판 냉각 채널(24)이 설치되어 있다. 유지판 냉각 채널(24)은 유지 구조체(22)의 유지판(22a)을 따라 배치되어 있고, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 냉각수 등의 냉각 매체는, 유지판 냉각 채널(24)의 한쪽에 설치한 입구(23a)로부터 유입되고, 다른 쪽의 출구(23b)로부터 유출되고, 유지 구조체(22)를 냉각한다.

냉각 채널을 반사 쉘(21)의 모선 방향을 따르게 함과 더불어, 도 4에 나타내는 바와 같이, 반사 쉘(21)의 유지 구조체(22)의 유지판(22a)을 따라 냉각 채널(24)을 설치하고 냉각함으로써 온도 상승을 억제하고, 유지판(22a)의 열변형량을 작게 할 수 있다.

상기 구조의 집광경 어셈블리에 있어서, 반사 쉘(21) 등의 기재로서는, 예를 들면, 니켈(Ni)을 이용할 수 있지만, 상기한 바와 같이, 몰리브덴(Mo)을 이용함으로써, 니켈과 이용하는 경우에 비해, 열변형을 작게 할 수 있다.

이하에서는, 상기 구조의 집광경 어셈블리(기재의 재료는 상관없지만 예를 들면 니켈을 사용)를 실시예 3으로 하고, 상기 구조의 집광경 어셈블리에 있어서, 기재의 재료로서 몰리브덴을 사용한 것을 실시예 4로 한다.

이상을 정리하면, 종래예 및 본 발명의 실시예는 이하의 표 1에 나타내는 바와 같이 된다. 또한, 종래예, 실시예 1, 3에 있어서의 반사 쉘의 기재의 재료는 니켈에 한정되는 것은 아니지만, 이하에 설명하는 검증은 니켈(Ni)을 이용하여 행했다.

상기 실시예 1-4에 나타낸 집광경 어셈블리는, 상기 도 11에 나타낸, 예를 들면 Li(리튬), 주석(Sn) 등의 극단 자외광 방사종을 가열하여 여기하고, 고온 플라즈마를 발생시키는 한 쌍의 방전 전극으로 이루어지는 방전부와, 이 방전부에서 발생한 상기 고온 플라즈마로부터 방사되는 극단 자외광을 집광하는 집광 수단과, 집광된 극단 자외광을 취출하는 광 취출부를 구비한 LAGDPP 방식의 EUV 광원 장치나, 상술한 DPP 방식의 EUV 광원 장치의 집광 수단으로서 이용할 수 있고, 본 실시예의 집광경 어셈블리를 이용함으로써, 집광경 어셈블리의 온도 상승에 대해서 집광 성능의 저하를 억제한 EUV 광원 장치를 얻을 수 있다.

본 발명의 효과를 검증하기 위해, 상기 종래예 및 실시예 1-4에 대해서, 집광경 어셈블리의 각부에 열부하를 주었을 때의 온도 분포와 열변형량을 유한 요소 해석에 의해 구하고, 열변형 후의 집광경 어셈블리에 대해 광선 추적법을 이용하여 집광 특성을 계산했다. 그리고 열변형 전, 후에서의 집광 성능의 변화의 정도를 본 발명과 종래 기술로 비교, 검증했다. 상세한 순서는 이하와 같다.

(가) 열변형 전의 집광경 어셈블리에 대해서, 광선 추적법을 이용하고, 시뮬레이션에 의해 집광 특성을 계산한다. 여기에서는, 집광경 어셈블리의 반사 쉘 매수를 9매로 하고, 발광점 플라즈마의 형상은 직경 1㎜, 길이 1.3㎜의 축대칭 가우스형, 방사 강도 분포는 등방적으로 상정했다. 집광 시뮬레이션에 의해, 집광점을 포함하는 면에 있어서의 방사 조도 분포나, 집광점 방사 각도 분포 등의 집광 특성과 함께, 집광경 어셈블리의 각부에서 흡수되는 파워도 얻을 수 있고, 각부에 대한 열부하를 산출할 수 있다.

표 2에, 집광 시뮬레이션의 결과로부터 산출한 집광경 어셈블리 각부에 대한 열부하(집광경 어셈블리 각부에서 흡수되는 파워)를 나타낸다. 다만, 발광점 플라즈마로부터 입체각 2π 공간에 방출되는, 방사 파워를 11㎾, 고속 이온 등의 운동 에너지로서 방출되는 비방사 파워를 5.3㎾로 했다.

(나) 절차(가)에서 산출한 열부하가 가해졌을 때의 집광경 어셈블리 각부의 온도 변화를, 유한 요소법을 이용한 온도 해석에 의해 구한다.

(다) 절차(나)에서 구한 온도 변화에 의한 집광경 어셈블리 각부의 열변형량을, 유한 요소법을 이용한 구조 해석에 의해 구한다.

(라) 절차(다)에서 구한 열변형 후의 집광경 어셈블리에 대해서, 절차(가)와 같이 하여 집광 시뮬레이션을 행하고, 집광 특성을 계산한다.

(마) 절차(가)에서 얻어진 열변형 전의 집광 특성과, 절차(나)에서 얻어진 열변형 후의 집광 특성을 비교하고, 열변형에 의한 집광 성능의 변화의 정도를 평가한다.

상기 표 1에 나타낸 종래예와 상기 실시예 1-4의 5개의 케이스에 대해서, 반사 쉘의 형상과 열부하 조건을 모두 공통으로 하고, 상기 순서에 따라 열변형 후의 집광 성능을 시뮬레이션하고, 비교했다.

도 5에, 집광 시뮬레이션에서 얻은 열변형 전(도 5의 (a))과, 종래예의 경우의 열변형 후(도 5의 (b))와, 본 발명의 실시예 2(냉각 채널을 모선 방향으로 설치하고, 기재의 재료에 몰리브덴을 사용)의 경우의 열변형 후(도 5의 (c))의 집광점을 포함하는 평면 내의 방사 조도 분포의 비교를 나타낸다. 또한, 도 5는 방사 조도 분포의 강도를 등고선으로 나타낸 것이며, 중심에 가까워질수록, 방사 조도 분포는 커진다.

또, 도 6에 종래예 및 실시예 1-4의 직경 방향의 방사 조도 프로파일(위치에 대한 조도의 변화)의 비교를 각각 나타낸다. 또한, 도 6은, 중심으로부터의 거리(㎜)에 따른 방사 조도(임의 단위)를 그래프로 나타낸 것이다.

도 5로부터 분명한 바와 같이, 종래예의 열변형 후에 있어서는, 집광경 어셈블리의 열변형에 의해 집광점상의 흐림이 커지고, 방사 조도 분포는 완만해지지만, 본 발명의 실시예에서는, 종래예와 비교하여 열변형 전후에서의 방사 조도 분포의 변화가 작다.

또, 도 6으로부터 분명한 바와 같이, 종래예의 열변형 후에 비하여, 본 발명의 실시예 1-4에서는 열변형 전후에서의 방사 조도 프로파일의 변화가 작다.

도 7은, 종래예와 본 발명의 실시예 1-4에 있어서의 집광률의 비교를 나타낸 그래프이다. 여기에서는, 집광률을, 발광점으로부터 입체각 2π 공간으로 방사된 극단 자외광 파워에 대한, 집광점에 있어서의 반경 3㎜ 원 내에 들어가는 극단 자외광 파워의 비율로 정의했다.

도 7로부터 분명한 바와 같이, 종래예에서는 열변형에 의해 집광률이 크게 저하하는데 반해, 본 발명의 실시예 1-4에서는 집광률의 저하가 작다. 즉, 종래 기술에 의한 집광경 어셈블리를 구비한 광원 장치에서는, 광원 동작에 따라 집광경 어셈블리가 열변형되면, 애퍼처로부터 밖으로 취출할 수 있는 극단 자외광 파워가 상당히 작아져 버리는데 반해, 본 발명의 집광경 어셈블리를 구비한 광원 장치에서는 그다지 저하하지 않는다.

도 8은 상기 집광 시뮬레이션에서 얻어진, 집광점에 설치한 애퍼처 투과 후의 극단 자외광 원시야상의 비교를 나타낸다. 또한, 도 8은 원시야상을 등고선으로 나타낸 것이며, 열변형 전(도 8의 (a))과, 종래예의 경우의 열변형 후(도 8의 (b))와, 본 발명의 실시예 2(냉각 채널을 모선 방향으로 설치하고, 기재의 재료에 몰리브덴을 사용)의 경우의 열변형 후(도 8의 (c))의 원시야상을 나타낸다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 종래예에 있어서는, 집광경 어셈블리의 열변형에 의해 열변형 후의 원시야상의 강도 분포 균일성이 악화되지만, 본 발명의 실시예 2에서는, 종래예와 비교하여 열변형 전후에서의 원시야상 균일성의 변화가 작다.

도 9에 애퍼처 투과광의 각도 분포 특성의 비교를 나타낸다. 도 9의 횡축은 광축으로부터의 각도(deg)를 나타내고, 종축은 방사 강도(임의 단위)를 나타내고, 도 9의 (a)는 열변형 전과, 종래예의 열변형 후와, 본 발명의 실시예 1, 2의 열변형 후를 나타내고, 도 9의 (b)는, 열변형 전과, 종래예의 열변형 후와, 본 발명의 실시예 3, 4의 열변형 후를 나타낸다. 또한, 이 도면에서는 광축으로부터의 각도 4도 이상의 영역만을 나타내고 있다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 종래예에서는, 열변형에 의해 강도가 0이 되어 버리는 각도역이 복수 출현하는데 반해, 본 발명의 실시예에서는 열변형 전후에서의 각도 분포 특성의 변화가 작다. 즉, 종래 기술에 의한 집광경 어셈블리를 구비한 광원 장치에서는, 광원 동작에 따라 집광경 어셈블리가 열변형되면, 애퍼처로부터 밖으로 취출한 극단 자외광의 각도 분포가 상당히 악화되어 버리는데 반해, 본 발명의 집광경 어셈블리를 구비한 광원 장치에서는 그다지 변화하지 않는다.

도 10은, 종래예와 실시예 1의 열변형 전후의 형상 변화를 나타내는 도면이며, 도 10의 (a)는 종래예의 열변형 전후의 형상 변화를 나타내고, 도 10의 (b)는 실시예 1(냉각 채널을 모선 방향으로 설치한 경우)의 열변형 전후의 반사 쉘의 형상 변화를 나타낸다. 도 10은, 변형량의 확대율을 500배로 하여 표시한 것이며, 열변형 전의 외형선을 점선으로 나타내고, 열변형 후의 외형선을 실선으로 나타내고 있다.

도 10에 있어서의 종래예와 실시예 1의 변형 상태를 비교하면, 종래예에서는, 반사 쉘의 열변형전의 단면 형상 A-B와 열변형 후의 단면 형상 A＇-B＇가 상당히 다르다. 즉, 반사 쉘의 단부일수록 외측으로 부풀어 오르는 변형량이 크고, 휘는 변형을 하고 있다. B＇-C＇에 대해서도 마찬가지이다. 그에 대해, 실시예 1에서는 열변형에 의해 반사 쉘 전체가 직경 방향으로 부풀어 오르지만, 변형 후의 단면 형상 A＇-B＇는 변형 전의 단면 형상 A-B와 거의 비슷하다. B＇-C＇의 변형량도 종래예보다 작다.

이것은, 반사 쉘의 모선 방향을 따라 설치된 냉각 채널이, 모선과 수직인 방향의 변형을 억제하는 보강재의 역할을 하고 있기 때문이라고 생각된다.

반사 쉘에 입사해 온 광은 그 반사면과의 각도에 의해 반사 후의 진행 방향이 정해지는 것이기 때문에, 반사면의 형상이 변화되고, 반사면에의 광의 입사각도가 설계로부터 벗어나면, 당연히, 집광 성능이 악화되게 된다. 따라서, 실시예 1은 종래예 1보다 열변형에 의한 집광 성능의 저하가 억제된다.

또한, 이 도면에는 나타내고 있지 않지만, 종래예와 실시예 2(냉각 채널을 모선 방향으로 설치하고 기재의 재료에 몰리브덴을 사용)의 변형 상태를 비교하면, 실시예 2에서는 변형 전후의 단면 형상의 상사성은 약간 무너지지만, 변형량 그 자체가 종래예보다 작고, 상기와 같은 이유에 의해, 종래예보다 열변형에 의한 집광 성능의 저하가 억제되었다.

종래예보다 실시예 2의 변형량이 작은 이유는, 반사 쉘 기재의 물성치의 차이에 의한 것이다.

구체적으로는, 온도 300K에서의 열팽창 계수가 종래예의 니켈에서는 약 13.7×10^-6［1/K］인데 반해, 실시예 2의 몰리브덴에서는 약 4.8×10^-6［1/K］로 작다. 또, 온도 300K에서의 열전도율이 니켈이 약 91［W/(m·K)］인데 반해, 몰리브덴이 약 138［W/(m·K)］로 크다.

형상이나 구조, 열부하 등 다른 조건이 동일하면, 열팽창 계수가 작은 쪽이 같은 온도 상승에 대해서 열변형량은 작아지고, 열전도율이 큰 쪽이 온도 상승 그 자체가 작아진다. 몰리브덴은 니켈보다 열팽창 계수가 작고, 또한, 열전도율이 크기 때문에, 반사 쉘의 재질로서 이용한 경우에는 열변형량이 상당히 작아진다. 또한, 종래 기술의 반사 쉘 기재로 이용되는 알루미늄이나 동은 니켈보다 열전도율이 크지만, 열팽창 계수도 크기 때문에, 역시 열변형량이 크다.

또한, 실시예 1(냉각 채널을 모선 방향으로 설치한 경우)과 실시예 4(냉각 채널을 모선 방향으로 설치함과 더불어 유지판 냉각 채널(22d)을 설치하고, 기재의 재료로서 몰리브덴을 이용한 경우)의 열변형 상태를 시뮬레이션에 의해 비교했다.

그 결과, 실시예 1에서는, 유지판의 온도가 상승함으로써 열변형되므로, 유지판에 일단이 고정되어 있는 반사 쉘은, 이 유지판의 변형에 따라 변위되고, 각 반사 쉘과 발광점의 위치 관계가 설계상의 상태, 즉 최적인 상태로부터 벗어나고, 집광 성능의 악화를 초래하는 것을 알았다.

이에 대해, 실시예 4에서는, 유지판을 냉각하고 있으므로, 광원 동작시의 유지판의 온도 상승이 작아지고, 유지판 냉각이 없는 실시예 1보다, 유지판의 변형이 작고 열변형에 의한 집광 성능의 저하가 억제된다.

이와 같이, 본 발명의 집광경 어셈블리를 이용함으로써, 광원의 동작 중에 걸쳐 안정인 극단 자외광의 파워 및 각도 분포 특성을 얻을 수 있다.　

1: 챔버 1c: 격벽
2: EUV 집광경 3: 데브리 트랩
7: EUV광 취출부(애퍼처) 11, 12: 전극
14: 고온 플라즈마 원료 15: 컨테이너
16a, 16b: 회전 모터 17: 레이저광
17a: 레이저원 20: 집광경 어셈블리
21: 반사 쉘 22: 유지 구조체
22a: 유지판 22b: 외측 유지 구조체
22c: 내측 유지 구조체 23: 냉각 채널
23a: 냉각수 입구 23b: 냉각수 출구
24: 유지판 냉각 채널 C: 광축
P: 플라즈마

Claims

동일축 상에, 초점 위치가 일치하도록 회전 중심축을 겹쳐 배치한 직경이 다른 회전 타원면 또는 회전 쌍곡면 형상의 복수의 경사 입사형 반사 쉘과, 상기 복수의 반사 쉘을 지지하는 반사 쉘 유지 구조체를 구비한, 극단 자외광을 반사하여 집광하는 집광경 어셈블리에 있어서,
상기 반사 쉘에는, 상기 반사 쉘을 냉각하는 냉각 매체가 통과하는 냉각 채널이, 반사 쉘의 모선의 방향을 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 집광경 어셈블리.
청구항 1에 있어서,
상기 반사 쉘은, 기재의 편측 표면에 극단 자외광을 반사하는 반사층을 설치한 것이며, 상기 기재의 재질이 몰리브덴인 것을 특징으로 하는 집광경 어셈블리.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 반사 쉘 유지 구조체에, 상기 유지 구조체를 냉각하는 냉각 매체가 통과하는 냉각 채널이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 집광경 어셈블리.
극단 자외광 방사종을 가열하여 여기하고 고온 플라즈마를 발생시키는 한 쌍의 방전 전극으로 이루어지는 방전부와,
상기 방전부에서 발생한 상기 고온 플라즈마로부터 방사되는 극단 자외광을 집광하는 집광 수단과,
상기 집광된 극단 자외광을 취출하는 광 취출부를 구비한 극단 자외광 광원 장치에 있어서,
상기 집광 수단은, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 집광경 어셈블리인 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.