KR20080088392A - 극단 자외광 광원 장치 및 극단 자외광 발생 방법 - Google Patents

극단 자외광 광원 장치 및 극단 자외광 발생 방법 Download PDF

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KR20080088392A
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도모나오 호소카이
가즈히코 호리오카
히로시 미조코시
다쿠마 요코야마
교헤이 세키
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도오쿄 인스티튜드 오브 테크놀로지
우시오덴키 가부시키가이샤
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Abstract

방전 채널의 위치를 획정 가능하게 하고, 방전 채널에 있어서의 고온 플라즈마 원료의 밀도를 적절히 설정할 수 있도록 하고, 또한, 롱 펄스화를 가능하게 하는 것으로서, 고온 플라즈마 원료(21)에 제1의 에너지 빔(23)을 조사하여 기화시킨다. 기화된 원료가 방전 영역에 도달했을 때, 전극(11, 12) 간에 펄스 전력을 인가하는 동시에 제2의 에너지 빔(24)을 조사한다. 이에 따라, 플라즈마가 가열 여기되어 EUV 방사가 행해진다. 방사된 EUV 방사는 EUV 집광 거울(2)에 의해 집광되어 취출된다. 제1, 제2의 레이저 빔(23, 24)을 조사하고 있으므로, 고온 플라즈마 원료의 공간 밀도 분포를 소정의 분포로 설정하는 동시에, 방전 채널의 위치를 획정하는 것이 가능해진다. 또한, 방전 경로에 이온 밀도가 극단 자외광 방사 조건에 있어서의 이온 밀도와 거의 같은 원료 가스를 공급함으로써, EUV 방사의 롱 펄스화가 가능해진다.

Description

극단 자외광 광원 장치 및 극단 자외광 발생 방법 {EXTREME ULTRAVIOLET LIGHT SOURCE APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING EXTREME ULTRAVIOLET LIGHT}
본 발명은, 방전에 의해 생성된 플라즈마에서 극단 자외광을 발생시키는 극단 자외광 광원 장치 및 극단 자외광 발생 방법에 관한 것으로, 특히 방전 전극 근방에 공급된 극단 자외광 발생용 고온 플라즈마 원료에 에너지 빔을 조사하여 기화시키고, 기화 후의 고온 플라즈마 원료로부터 방전에 의해 생성된 플라즈마에서 극단 자외광을 발생시키는 극단 자외광 광원 장치 및 극단 자외광 발생 방법에 관한 것이다.
반도체 집적 회로의 미세화, 고 집적화에 따라, 그 제조용 투영 노광 장치에 있어서는 해상력의 향상이 요청된다. 그 요청에 부응하기 위해, 노광용 광원의 단파장화가 진행되어, 엑시머 레이저 장치를 잇는 차세대의 반도체 노광용 광원으로서 파장 13~14nm, 특히 파장 13.5nm의 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, EUV 광을 발생시키는 방법은 몇가지 알려져 있으 나, 그 중의 하나로 EUV 방사종의 가열 여기에 의해 고온 플라즈마를 발생시키고, 이 플라즈마로부터 방사되는 EUV 광을 취출하는 방법이 있다.
이러한 방법을 채용하는 EUV 광원 장치는, 고온 플라즈마 생성 방식에 따라, LPP(Laser Produced Plasma:레이저 생성 플라즈마) 방식 EUV 광원 장치와 DPP(Discharge Produced Plasma:방전 생성 플라즈마) 방식 EUV 광원 장치로 크게 나눌 수 있다(예를 들면 비특허 문헌 1 참조).
LPP 방식 EUV 광원 장치는, 고체, 액체, 기체 등의 타겟을 펄스 레이저로 조사하여 발생되는 고온 플라즈마로부터의 EUV 방사광을 이용한다. 한편, DPP 방식 EUV 광원 장치는, 전류 구동에 의해 생성된 고온 플라즈마로부터의 EUV 방사광을 이용한다.
상기한 양 방식의 EUV 광원 장치에 있어서, 파장 13.5nm의 EUV 광을 방출하는 방사종, 즉 EUV 발생용 고온 플라즈마 원료로서 현재 10가 전후의 Xe(크세논) 이온이 알려져 있는데, 보다 강한 방사 강도를 얻기 위한 고온 플라즈마 원료로서 Li(리튬) 이온과 Sn(주석) 이온이 주목받고 있다. 예를 들면, Sn은, 고온 플라즈마를 발생시키기 위한 입력 에너지에 대한 파장 13.5nm의 EUV 광 방사 강도의 비인 변환 효율이 Xe보다 몇배 크다.
최근 고온 플라즈마의 생성 방식으로서, 고온 플라즈마 원료에 대해, 레이저 빔의 조사와, 방전에 의거하는 대전류에 의한 가열을 조합하는 방식(이하, 하이브리드 방식이라고도 한다)이 제안되어 있다.
하이브리드 방식을 채용한 EUV 광원 장치에 대해서는, 예를 들면 특허 문헌 1에 기재되어 있다. 이하, 개략적인 것을 설명한다.
특허 문헌 1에 기재된 EUV 광원 장치에서의 하이브리드 방식은, 이하의 순서로 행해진다. 특허 문헌 1의 도 4c는, 하이브리드 방식을 채용한 EUV 광원 장치의 설명도이다.
동 도면에 있어서, 접지되는 외측 전극은 방전 용기를 형성하고 있다. 외측 전극의 내측에는 절연체가 설치되고, 절연체의 내측에 고전압측의 내측 전극이 더 설치된다. 고온 플라즈마 원료로는, 예를 들면 크세논(Xe) 가스, 또는 크세논(Xe)과 헬륨(He)의 혼합 가스가 사용된다. 이러한 고온 플라즈마 원료 가스는, 내측 전극에 설치된 가스 경로로부터 방전 용기 내에 공급된다. 방전 용기 내에는, 고온 플라즈마 원료 가스를 예비 전리하기 위한 RF 프리 이온화 코일, 레이저 빔을 집속하기 위한 집속 렌즈 등이 배치된다.
EUV 방사의 발생은, 이하와 같이 하여 행해진다.
우선, 방전 용기 내에 도입된 고온 플라즈마 원료인 원료 가스가, RF 프리 이온화 코일에 펄스 전력이 공급됨으로써 예비 전리된다. 다음에, 집광 렌즈를 통과한 레이저 빔이 방전 용기 내의 소정의 영역에 집광된다. 고온 플라즈마 원료 가스는 예비 전리되어 있기 때문에, 레이저 초점 근처에서 분해된다.
이어서, 외측 전극, 내측 전극 간에 펄스 전력이 인가되어 방전이 발생한다. 방전에 의한 핀치 효과에 의해, 고온 플라즈마 원료가 가열 여기되어 고온 플라즈마가 생성되고, 이 고온 플라즈마로부터 EUV 방사가 발생한다.
여기서, 레이저 초점 근방에서는, 전자 방출에 의해 도전율이 저하되어 있 다. 따라서, 방전 영역(전극 간의 방전이 발생하는 공간)에서의 방전 채널의 위치는, 레이저 초점을 설정한 위치에 획정된다. 즉, 플라즈마 핀치 위치는, 레이저 빔에 의해 획정된다. 이 때문에, EUV 방사의 발생점의 위치 안정성이 향상된다.
EUV 광원 장치가 노광용 광원으로서 사용되는 경우, 발광점의 포인팅 안정성의 고 정밀화가 요구된다. 특허 문헌 1에 기재된 하이브리드 방식의 EUV 광원 장치는, 상기 요구에 부응하는 예라고 할 수 있다.
또, 최근에는 EUV 발생용 고온 플라즈마 원료(이하, 고온 플라즈마 원료라고도 한다)에 대해, 레이저 빔의 조사에 의한 기화와, 방전에 의거하는 대전류에 의한 가열을 조합하여 고온 플라즈마를 생성하고, 상기 고온 플라즈마로부터 EUV 방사를 발생시키는 방식이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 3, 특허 문헌 4, 특허 문헌 5 등 참조). 이하 이 방식을 LAGDPP(Laser Assisted Gas Discharge Produce d Plasma) 방식이라고 칭한다.
상기한 각 방식의 EUV 광원 장치에 있어서, 파장 13.5nm의 EUV 광을 방출하는 방사종, 즉 고온 플라즈마 원료로서 현재 10가 전후의 Xe(크세논) 이온이 알려져 있는데, 보다 강한 방사 강도를 얻기 위한 고온 플라즈마 원료로서 Li(리튬) 이온과 Sn(주석) 이온이 주목받고 있다. 예를 들면, Sn은, 고온 플라즈마를 발생시키기 위한 입력 에너지에 대한 파장 13.5nm의 EUV 광 방사 강도의 비인 변환 효율이 Xe보다 몇배 크다.
다음에, 도 38을 이용하여, 상기한 각 방식에 기초하는 EUV 방사에 이르는 메커니즘을 간단하게 설명한다.
도 38은, 고온 플라즈마 원료(도 38에서는 예로서 연료 고체라고 기재되어 있다)가, 어떠한 상태 변화의 경로를 거쳐 EUV 방사의 조건을 만족하는 조건에 이르는지를 도시한 도면이다.
동 도면에 있어서, 세로축은 이온 밀도(cm-3)이며, 가로축은 전자 온도(eV)이다. 동 도면은, 세로축 아래방향으로 진행되면, 고온 플라즈마 원료는 팽창하여 이온 밀도가 감소하고, 윗방향으로 진행되면 압축되어 이온 밀도가 증가하는 것을 나타내고 있다. 또, 가로축 우측방향으로 진행되면, 고온 플라즈마 원료는 가열되어 전자 온도가 상승하는 것을 나타내고 있다.
LPP 방식에서는, 예를 들면 Sn이나 Li라고 하는 고온 플라즈마 원료의 고체나 액체 등의 타겟(도 38 좌측 위에 연료 고체로서 나타낸다. 고체 상태에서는, Sn이나 Li와 같은 금속의 이온 밀도는 대략 1022cm-3이며, 전자 온도는 1eV 이하이다)에 대해서 강한 레이저 빔을 조사한다. 레이저 빔이 조사된 고온 플라즈마 원료는, 예를 들면 전자 온도가 300eV를 넘을 때까지 단번에 가열되어 기화되어, 고온 플라즈마가 생성된다. 생성된 고온 플라즈마는 팽창하여, 이윽고 고온 플라즈마 내의 이온 밀도는 1017~1020cm-3 정도, 전자 온도가 20~30eV 정도가 된다. 이러한 상태에 도달한 고온 플라즈마에서는, EUV가 방사된다.(도 38의 경로 1)
즉, LPP 방식에서는, 레이저 빔으로 가열되어 생성된 플라즈마가 팽창함으로써, 상기 플라즈마는, 상기한 바와 같은 EUV 방사 조건(즉, 이온 밀도 1017~1020cm-3, 전자 온도가 20~30eV)을 충족한다.
한편, DPP 방식에서는,예를 들면 내부에 전극이 배치된 방전 용기 내를 가스상태의 고온 플라즈마 원료 분위기로 하고, 상기 분위기 내의 전극 간에서 방전을 발생시켜 초기 플라즈마를 생성한다.
예를 들면 고온 플라즈마 원료인 Sn은, 스타넌(stannane)(SnH4)이라는 기체 상태에서 방전 용기 내에 공급되고, 방전에 의해 초기 플라즈마가 형성된다. 초기 플라즈마에서의 이온 밀도는, 예를 들면 1016cm-3 정도, 전자 온도는 예를 들면 1eV 이하 정도이며, 상기한 바와 같은 EUV 방사 조건(즉, 이온 밀도 1017~1020cm-3, 전자 온도가 20~30eV)을 충족하지 않는다(도 38의 핀치의 초기 상태).
여기서, 방전에 의해 전극 간에 흐르는 직류 전류의 자기 자장의 작용에 의해, 상기한 초기 플라즈마는 방전 유로 직경 방향으로 수축된다. 이에 따라 초기 플라즈마의 밀도는 높아지고, 플라즈마 온도도 급격히 상승한다. 이러한 작용을, 이하 핀치 효과라고 칭한다. 핀치 효과에 의한 가열에 의해, 고온이 된 플라즈마의 이온 밀도는 1017~1020cm-3, 전자 온도는 20~30eV 정도에 도달하고, 이 고온 플라즈마로부터 EUV가 방사된다(도 38의 경로 2)
즉, DPP 방식에서는, 생성된 플라즈마가 압축됨으로써, 상기 플라즈마는 상기한 바와 같은 EUV 방사 조건(즉, 이온 밀도 1017~1020cm-3, 전자 온도 20~30eV)을 충족한다.
또, LAGDPP 방식에서는, 고체나 액체 등의 타겟(고온 플라즈마 원료)에 대해서 레이저 빔을 조사하고, 원료를 기화시켜 가스상태의 고온 플라즈마 원료 분위기(초기 플라즈마)를 생성한다. DPP 방식과 마찬가지로, 초기 플라즈마에서의 이온 밀도는, 예를 들면 1016cm-3 정도, 전자 온도는 예를 들면 1eV 이하 정도이며, 상기한 바와 같은 EUV 방사 조건(즉, 이온 밀도 1017~1020cm-3, 전자 온도가 20~30eV)을 충족하지 않는다(도 38의 핀치의 초기 상태). 그 후, 방전 전류 구동에 의한 압축과 가열에 의해, 고온이 된 플라즈마 이온 밀도는 1017~1020cm-3, 전자 온도는 20~30eV 정도에 도달하고, 이 고온 플라즈마로부터 EUV가 방사된다.
LAGDPP의 예는, 특허 문헌 3, 특허 문헌 4, 특허 문헌 5에 기재되어 있다. 모두, 레이저 조사로 고온 플라즈마 원료를 기화시켜 「찬 플라즈마」를 생성하고, 방전 전류에 의한 핀치 효과를 이용해 고온 플라즈마를 생성하여, 상기 고온 플라즈마로부터 EUV를 방사시키는 것이 기재되어 있다. 즉, 종래예에 의하면, LAGDPP 방식에서의 방전 전류 구동에 의한 가열은, DPP 방식과 마찬가지로 핀치 효과가 이용되고 있다. 즉, 도 38에서, 경로 3→경로 2를 경유하여 EUV 방사 조건을 충족하는 고온 플라즈마가 형성된다.
LPP 방식의 경우, 고온 플라즈마 원료에 레이저 빔을 조사하여 생성된 고온 플라즈마는 단시간 내에 팽창이 진행되어 냉각된다. 따라서, EUV 방사 조건에 도달한 고온 플라즈마는, 단시간(예를 들면 10ns) 내에 냉각되어 EUV 방사 조건을 충족하지 않게 되어, 플라즈마로부터의 EUV 방사가 정지한다.
한편, DPP 방식이나 LAGDPP 방식의 경우는 상기한 바와 같이 방전 전극 간에펄스형상의 방전 전류가 흐르고, 고온 플라즈마 원료의 초기 플라즈마는, 핀치 효과에 의해 압축 가열되어 EUV 방사 조건에 도달한다.
그러나, 방전 유로 직경 방향으로 수축된 고온 플라즈마는, 방전 전류의 급속한 감소에 따라 단시간 내에 방전 경로 방향으로 급격하게 팽창하여 핀치 효과가 소실되어, 밀도가 저하함과 더불어 냉각된다. 그 결과, 방전 영역에서의 플라즈마는 EUV 방사 조건을 충족하지 않게 되므로, 플라즈마로부터의 EUV 방사가 정지한다.
또한, 전극 간에서의 방전은, 비교적 넓은 영역에서의 레이저 트리거에 의한 진공 아크 방전부터 개시되고, 고온 플라즈마 원료 공급에 따라 가스 방전(핀치 방전도 포함한다)으로 이행한다. 그 후, 방전 칼럼(플라즈마 기둥)이 형성되는데, 본 명세서에서 「방전 영역」이란, 그 모든 방전 현상을 포함한 공간으로 정의한다.
또, 상기의 방전 영역 내에서, 방전이 방전 칼럼(플라즈마 기둥)의 성장에 따라 내부의 전류 밀도가 증대하여 가스 방전으로 이행할 때, 방전 칼럼 내에서 방전 구동 전류가 지배적으로 흐르고 있는 전류 밀도가 높은 공간 영역을 「방전 채널」이라고 정의한다. 여기서, 방전 채널은 방전 구동 전류가 지배적으로 흐르고 있는 영역인 점에서, 이 방전 채널을 방전 경로 또는 방전 전류 경로라고도 한다.
다음에, EUV 방사의 롱 펄스화에 대해 설명한다.
상기한 것처럼, EUV 방사는 단시간 내에 펄스형상으로 발생한다. 따라서, 에너지 변환 효율은 현저히 작다. 반도체 노광용 광원으로서 EUV 광원 장치를 사용하는 경우, EUV 광원 장치에는, 가능한 한 고효율과 고출력을 양립시킨 가동이 요구된다. 고효율의 EUV 발생 조건을 장시간 유지할 수 있으면 고효율 고출력의 EUV 광원이 가능해진다. 결과적으로, 발광 펄스폭의 롱 펄스화가 기대된다.
특허 문헌 6, 특허 문헌 7에는, DPP 방식의 EUV 발생 장치에 있어서, EUV 방사를 롱 펄스화하는 방법이 개시되어 있다. 이하, 특허 문헌 6, 7에 기초해, 종래의 롱 펄스화 방법에 대해 도 39, 도 40을 사용해 설명한다.
도 39, 도 40은 모두, 방전 개시부터의 경과 시간에 대해, (a) 플라즈마 전류 I, (b) 플라즈마 반경 기둥의 r, (c) EUV 방사 출력의 관계를 도시한 도면이며, 가로축에 시간, 세로축에 플라즈마 전류 I, 플라즈마 기둥의 반경 r, EUV 방사 출력을 나타낸 것이다.
특허 문헌 6, 7에서의 EUV 방사의 롱 펄스화는, DPP 방식의 EUV 발생 장치에 있어서, 플라즈마의 가열 및 압축 공정과 고온 고압 상태의 유지 공정을 분리하여 제어함으로써 실현된다.
종래의 DPP 방식에 있어서는, 도 39에 도시한 바와 같이, 1쌍의 전극 간에 형성된 일정한 플라즈마 기둥의 내부를 흐르는 플라즈마 전류(I)의 파형은, 방전 개시 후 시간 경과와 함께 증가하고, 피크를 넘으면 감소하는 파형이다. 이하, 이해를 용이하게 하기 위해 전류(I)의 파형을 정현파형으로 한다.
플라즈마 전류(I)의 증대와 함께 플라즈마의 가열 및 압축이 발생한다. 즉, 발생한 플라즈마 기둥의 반경(r)은, 플라즈마 전류(I)가 흐르는데 따라 핀치 효과 에 의해 서서히 작아져, 플라즈마 전류(I)의 값이 피크를 넘어 내려가기 시작했을 때 최소가 된다.
플라즈마 전류(I) 파형의 피크 근방에서, 플라즈마 온도 및 이온 밀도가 소정의 범위 내(예를 들면 도 38에 도시한 바와 같이, 전자 온도가 5~200eV, 이온 밀도가 1017~1020cm-3 정도)에 도달하는 기간(A) 동안, EUV 방사가 발생한다.
그러나, 플라즈마 전류(I) 파형의 피크를 넘으면, 전류치가 시간 경과와 함께 감소하므로, 핀치 효과도 약해지고, 플라즈마가 팽창하여 플라즈마 온도가 저하한다. 팽창하는 플라즈마는 큰 운동 에너지를 가지고, 방전 영역으로부터 신속하게 이탈한다. 결과적으로, EUV 방사는 종료된다. EUV 방사의 지속 시간은, 예를 들면 불과 10ns 정도이다.
한편, 특허 문헌 6, 7에 기재된 방법은, 1쌍의 전극 간을 흐르는 플라즈마 전류(I)의 파형이 도 40에 도시한 파형이 되도록 구성하는 것이다. 즉, 플라즈마 전류(I)의 파형을, 방전 개시 후 시간 경과와 함께 증가시키고, 피크를 넘은 근방(예를 들면, 플라즈마가 핀치되어 EUV 방사가 개시되는 시점 근방)에서, 시간 경과와 함께 더욱 증가시킨 것이다.
도 40에 도시한 바와 같이, 플라즈마 전류(I)의 파형은, 가열 전류 파형부(M)와 그에 연속하는 가둠 전류 파형부(N)로 이루어지도록 구성된다. 가열 전류 파형부(M)는, 도 39에 도시한 플라즈마 전류(I)의 파형과 어느 시점까지 동등하다. 도 40에서는, 이해를 용이하게 하기 위해서, 가열 전류 파형부(M)는 정현파형으로 서 도시된다.
가열 전류 파형부(M)의 기간 내에서는, 플라즈마 전류(I)의 증대와 함께 플라즈마의 가열 및 압축이 발생한다. 즉, 발생한 플라즈마의 반경(r)은, 플라즈마 전류(I)가 흐르는데 따라 핀치 효과에 의해 서서히 작아져, 플라즈마 전류(I)의 값이 피크를 넘어 내려가기 시작했을 때 최소가 된다. 플라즈마 전류(I) 파형의 피크 근방에서, 플라즈마 온도 및 이온 밀도가 소정의 범위 내(예를 들면 도 38에 나타낸 바와 같이, 전자 온도가 5~200eV, 이온 밀도가 1017~1020cm-3 정도)에 도달하여, EUV 방사가 발생된다.
EUV 방사의 발생 후, 플라즈마 전류(I)의 파형은, 가둠 전류 파형부(N)로 이행한다.
상기한 것처럼, 핀치 효과에 의해 압축된 플라즈마는, 큰 운동 에너지로 팽창하려 한다. 여기서, 플라즈마 전류(I)의 세기를 크게 하여 자기 자장의 작용을 강력하게 하면, 팽창하려는 플라즈마를 압축 상태로 유지하는 것이 가능해진다.
상기와 같은 핀치 상태에 있는 플라즈마의 압력을 Ppp, 플라즈마의 밀도를 npp, 볼츠만 계수를 k, 플라즈마의 온도를 Tpp로 할 때, 핀치 상태의 플라즈마의 압력 Ppp는 nppkTpp에 비례한다.
PPP ∝nppkTpp (101)
한편, 플라즈마 전류(I)가 만드는 자기 자장(B)에 의한 압축 압력(PB)은, 진 공 중의 투자율을 μo, 플라즈마 반경을 r로 할 때,
PB=μoI2/2πr (102)
이 된다. 여기서,
PB≥PPP (103)
인 조건을 만족하면, 플라즈마는 핀치 상태가 유지된다. 여기서, 핀치 상태의 플라즈마는, 플라즈마 밀도 nPP 및 플라즈마 온도 TPP가 큰 고온 플라즈마가 되어 있으므로, (103)식이 성립하기 위해서는 플라즈마 전류(I)를 크게 할 필요가 있다.
즉, 플라즈마가 핀치되고 나서 플라즈마 전류(I)를 증대시키고, 그 후 전류치를 일정하게 유지함으로써 핀치 효과를 유지하여, 플라즈마 온도 및 이온 밀도가 소정의 범위 내에 있는 상태(플라즈마 반경이 작은 상태)를 유지한다.
이론적으로는, 플라즈마 온도 및 이온 밀도가 소정의 범위 내에 있는 상태가 유지되는 동안(도 40의 기간 B) EUV 방사는 계속된다. 즉, EUV 방사의 롱 펄스화가 가능해진다.
도 40에서는, 플라즈마가 핀치되어 플라즈마 반경이 최소가 되는 시점을, 가열 전류 파형부(M)로부터 가둠 전류 파형부(N)로의 이행점으로 한 예가 도시되어 있다.
또한, 실제로는, 가열 전류 파형부(M)의 피크를 넘는 전류치 피크를 유지하는 가둠 전류 파형부(N)를 갖는 플라즈마 전류(I)라도, 유체 불안정성이 커짐에 의한 플라즈마 기둥의 붕괴 등의 이유에 의해 고온 플라즈마를 장시간 압축한 상태로 유지하기는 어렵다. 이 때문에, 가둠 전류 파형부(N)는 이윽고 시간의 경과와 함께 감소하여 핀치 효과도 약해지고, 플라즈마가 팽창하여, 플라즈마 온도가 저하한다. 결과적으로, EUV 방사는 종료된다. 특허 문헌 6의 예에서는, EUV 출력의 유지 시간(고온 플라즈마의 유지 시간)을 30ns 정도로 롱 펄스화할 수 있다고 기재되어 있다.
도 41은, 특허 문헌 6, 7에 기재된 EUV 방사의 롱 펄스화 방법을 실현하기 위한 DPP 방식 EUV 광원 장치의 구성예이다.
방전 용기인 챔버(1) 내에, 원료 공급·배기 유닛(16)으로부터 고온 플라즈마 원료가 도입된다. 고온 플라즈마 원료는, 챔버(1) 내의 고온 플라즈마 발생부(10)에서 파장 13.5nm의 EUV 방사를 방출하는 방사종을 형성하기 위한 원료이며, 예를 들면 크세논(Xe)이나 Sn 증기 등이다. 도입된 고온 플라즈마 원료는 챔버(1) 내를 흘러 가스 배출구(17)에 도달한다.
원료 공급·배기 유닛(16)은 진공 펌프 등의 배기 수단(도시하지 않음)을 갖고 있고, 배기 수단은 챔버의 가스 배출구(17)와 접속되어 있다.
즉 가스 배출구(17)에 도달한 고온 플라즈마 원료는, 원료 배기·공급 유닛(16)이 구비하는 배기 수단에 의해 배기된다.
챔버(1) 내에는 링형상의 제1 주 방전 전극(캐소드)(11)과 제2 주 방전 전극(애노드)(12)이 절연재(1f)를 사이에 끼고 배치된다. 챔버(1)는 도전재로 형성된 제1 주 방전 전극측의 제1 용기(1d)와, 마찬가지로 도전재로 형성된 제2 주 방전 전극측의 제2 용기(1e)로 구성된다. 이들 제1 용기(1d)와 제2 용기(1e)는, 상 기 절연재(1f)에 의해 분리, 절연되어 있다.
챔버(1)의 상기 제2 용기(1d)와 제2 주 방전 전극(12)은 접지되고, 상기 제1 용기(1d)와 제1 주 방전 전극(11)에는, 펄스 전력 발생부(5)로부터 대략 -5kV~-20kV 의 전압이 인가된다. 그 결과, 링형상의 제1, 제2 각 주 방전 전극(11, 12)간의 고온 플라즈마 발생부(10)에는 방전이 발생하고, 상기한 것과 같은 핀치 효과에 의해 고온 플라즈마가 생성되고, 이 고온 플라즈마로부터 파장 13.5nm의 EUV 방사가 발생한다. 발생한 EUV 방사는, 제2 주 방전 전극(12)측에 설치된 EUV 집광 거울(2)에 의해 반사되어 EUV 광 취출부(7)로부터 도시하지 않은 조사부에 출사된다.
그런데, 도 40의 (a)에 도시한 플라즈마 전류(방전 전류) 파형은, 예를 들면 이하와 같이 하여 얻어진다. 정현파형을 갖는 전류에, 다른 정현파형이 아닌 다른 전류를 겹친다. 즉, 가열 전류 파형부(M)를 갖는 전류에, 가열 전류 파형부(M)와는 다른 패턴의 전류를 겹쳐, 가둠 전류 파형부(N)를 형성한다.
이러한 전류 파형을 얻기 위해서, 고전압 펄스 발생부(5)를, 예를 들면 도 41과 같이 독립된 스위칭 소자(SW1, SW2)를 갖는 방전 회로부를 병렬로 구성한다.
도 41에 도시한 펄스 전력 발생부(5)는, 콘덴서(C1), 스위치(SW1)의 직렬 회로로 이루어지는 방전 회로부(A1)와, 콘덴서(C2), 스위치(SW2)의 직렬 회로로부터 방전 회로부(A2)가, 부하(제1 주 방전 전극(11), 제2 주 방전 전극(12))에 대해서 병렬로 접속되어 구성된다. 여기서, 고전압 전원(CH)은 콘덴서(C1, C2)를 충전하기 위한 것이다. 또, 코일(L1)은, 콘덴서(C1)의 기생 인덕턴스 및 콘덴서(C1), 스 위치 (SW1), 부하가 만드는 회로 루프의 인덕턴스를 합성한 인덕턴스 성분을 나타낸다. 마찬가지로 코일(L2)은, 콘덴서(C2)의 기생 인덕턴스 및 콘덴서(C2), 스위치(SW2), 부하가 만드는 회로 루프의 인덕턴스를 합성한 인덕턴스 성분을 나타낸다. 또, 각 다이오드(D1, D2)는, 각 콘덴서(C1, C2)에 축적된 전기 에너지가 부하로만 이행하도록 전류 방향을 규제하기 위한 것이다.
도 41에 도시한 고전압 펄스 발생부는, 이하와 같이 동작한다. 우선 고전압 전원(CH)에 의해, 각 다이오드(D1, D2)를 통해 각 방전 회로부의 콘덴서(C1, C2)를 충전한다. 다음에, 방전 회로부(1)의 제1 스위치(SW1)를 ON으로 하여 제1 콘덴서(C1)에 축적된 전기 에너지를 제1 주 방전 전극(11), 제2 주 방전 전극(12)에 인가하여 방전을 개시한다. 이 때, 제1 방전 전극(11)과 제2 방전 전극(12) 간에 흐르는 전류는, 플라즈마의 핀치에 이용된다. 즉, 핀치 효과에 의한 주울 가열에 의해, 고온 플라즈마가 생성된다. 이 전류는, 도 40(a)의 파형에 있어서는 가열 전류 파형부(M)에 상당한다.
이어서 플라즈마의 핀치 효과에 의해 파장 13.5nm인 EUV 광의 방출이 개시된 시점에서, 방전 회로부(A2)의 제2 스위치(SW2)를 ON으로 하여 제2 콘덴서(C2)에 축적된 전기 에너지를 제1 주 방전 전극(11), 제2 주 방전 전극(2b) 간에 인가하면, 제1 방전 전극(11)과 제2 방전 전극(2b) 간에 흐르는 전류에, 제2 콘덴서(C2)로부터의 전류가 가산된다. 이 전류가 고온 고밀도 플라즈마의 핀치 상태를 유지하기 위한 전류로서 이용된다. 도 40(a)의 파형에 있어서는, 가둠 전류 파형부(N)에 상 당한다.
또한, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2)의 제어, 원료 공급·배기 유닛(16)의 제어는 메인 컨트롤러(26)에 의해 행해진다. 메인 컨트롤러(26)는, 노광기의 제어부(27)로부터의 동작 지령 신호에 의거해 상기 제어 요소를 제어한다.
(비특허 문헌 1) 「리소그래피용 EUV(극단 자외) 광원 연구의 현상황과 장래 전망」 J. Plasma Fusion Res. Vol. 79. No. 3, P219-260, 2003년 3월
(특허 문헌 1) 일본 특허공표 2005-522839호
(특허 문헌 2) 일본 특허공개 2004-214656호 공보
(특허 문헌 3) 일본 특허공표 2007-515741호 공보
(특허 문헌 4) 일본 특허공표 2007-505460호 공보
(특허 문헌 5) 국제 공허공개 제2005/101924 팜플렛
(특허 문헌 6) 국제 공허공개 제2006/120942 팜플렛
(특허 문헌 7) 일본 특허공개 2007-123138호 공보
(특허 문헌 8) 일본 특허공표 2002-504746호 공보
그러나, 특허 문헌 1에 기재된 장치의 구성에서는, 다음과 같은 문제가 있다.
상기 EUV 광원 장치에 의하면, 레이저 빔 조사에 의해 방전 채널의 위치가 획정된다. 그러나, 효율좋은 EUV 방사의 생성을 실현하기 위해서는, 방전 채널에서의 고온 플라즈마 원료(가스) 분포를 소정의 공간 밀도 분포로 설정할 필요가 있다.
즉, 방전 채널의 위치가 획정되었다고 해도, 예를 들면 방전 채널에서의 고온 플라즈마 원료(가스)의 밀도 분포가 소정의 공간 밀도 분포가 아니면, 방전에 의해 생성된 플라즈마로부터 파장 13.5nm의 EUV 광이 발생하지 않는다.
특허 문헌 1의 EUV 광원 장치에 있어서, 원료 가스는 내측 전극에 설치된 가스 경로로부터 방전 용기 내에 공급된다. 그렇지만, 능동적으로 방전 채널에서의 고온 플라즈마 원료(가스)의 공간 밀도 분포를 컨트롤하는 것은 불가능하기 때문에, 반드시 방전 채널에 있어서 EUV 방사에 적합한 고온 플라즈마 원료(가스)의 공간 밀도 분포가 얻어지는 것은 아니다.
한편, 상기한 종래 기술의 EUV 방사의 롱 펄스화 방법에 있어서, 특허 문헌 6, 7에 기재된 EUV 방사의 롱 펄스화는, DPP 방식의 EUV 발생 장치에 있어서, 플라즈마의 가열 및 압축 공정과 고온 고압 상태의 유지 공정을 분리하여 제어함으로써 실현된다. 즉, 플라즈마의 핀치 상태를 유지하기 위해서, 도 40(a)에 도시한 바와 같이, 종래의 DPP 방식과 비교해, 플라즈마가 핀치 상태에 도달한 후의 플라즈마 전류(I)의 값이, 플라즈마가 핀치 상태에 도달하기 전의 플라즈마 전류(I)의 값보다 커지도록, 방전 공간에 에너지를 공급할 필요가 있다.
EUV 방사의 종료 후, 방전 공간에 공급한 에너지는 열로 변환된다. 종래의 롱 펄스화 방법을 채용한 DPP 방식의 EUV 발생 장치에 있어서는, 플라즈마의 핀치 상태를 유지하기 때문에, 롱 펄스화 기술을 채용하지 않는 일반적인 DPP 방식보다 큰 방전 전류가 흐른다. 이 때문에, 이러한 EUV 발생 장치에서는, 종래의 DPP 방식의 EUV 발생 장치와 비교해, 전극으로의 열입력이 커져 버린다. 이 때문에, 열부하에 의해 전극의 일부가 용융, 증발하거나, 또는 스퍼터되어 잔해(debris)로 되고, 상기 잔해가 EUV 집광 거울에 손상을 주는 문제가 발생하기 쉬워진다.
또, 플라즈마의 핀치 상태를 유지하기 위해서, 도 40(a)에 도시한 바와 같이 플라즈마 전류(I)의 파형을 변화시킬 필요가 있다. 여기서, 도 40(a)에 도시하는 플라즈마 전류(I) 파형의 가열 전류 파형부(M)에 의해, 플라즈마가 고온 상태로 핀치되는 시간은 약 10ns이며, 핀치 상태를 유지하기 위해서는, 이 기간 내에 플라즈마 전류(I) 파형의 가둠 전류 파형부(N)가 생성되도록 플라즈마 전류(I)를 흐르게할 필요가 있다.
즉, 전류 파형의 가둠 전류 파형부(N)를 생성하기 위한 전류를 흐르게 하는 시간의 허용 오차는 약 10ns 이하로 하지 않으면 안되, 스위치(SW1, SW2)의 동작 타이밍의 동기에는 고 정밀의 제어가 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 제1의 과제는, 방전 채널의 위치를 획정 가능함과 더불어, 당해 방전 채널에서의 고온 플라즈마 원료(가스)의 밀도를 적절하게 설정하는 것이 가능한 EUV 광원 장치 및 EUV 발생 방법을 제공하는 것에 있다.
또, 본 발명의 제2의 과제는, 상기 제1의 과제를 달성할 수 있고, 또한 종래처럼 전극에 큰 열부하를 주지 않고, 또한 고 정밀의 제어를 필요로 하지 않으며 EUV 방사의 롱 펄스화를 실현하는 것이 가능한 극단 자외광 발생 방법 및 극단 자외광 광원 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 EUV 광원 장치는, 파장 13.5nm의 EUV 광을 방출하는 방사종, 즉 고온 플라즈마용 원료인 고체 또는 액체의 Sn이나 Li 등에 대해서, 제1 에너지 빔을 조사함으로써 기화된다. 기화된 고온 플라즈마 원료는, 에너지 빔이 입사하는 고온 플라즈마 원료 표면의 법선 방향을 중심으로 하여, 소정의 속도로 퍼진다.
따라서, 제1 에너지 빔의 조사에 의해 기화되어 소정의 속도로 퍼지는 고온 플라즈마 원료는, 방전 영역과 원료의 위치, 원료에 대한 제1 레이저 빔의 조사 방향, 제1 에너지의 조사 에너지 등을 적절하게 설정함으로써, 방전 영역에 공급된다.
에너지 빔으로서는, 레이저 빔, 이온 빔, 전자 빔 등을 채용할 수 있다.
여기서 제1 에너지 빔의 강도(에너지), 조사 방향을 적절하게 설정함으로써, 방전 영역에서의 기화된 고온 플라즈마 원료의 공간 밀도 분포를 소정의 분포로 설정하는 것이 가능해진다.
한편, 제2 에너지 빔을 방전 영역의 소정의 위치에 조사함으로써, 방전이 개시됨과 더불어, 방전 채널의 위치를 제2 에너지 빔의 조사 위치에 획정하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 제2 에너지 빔이 레이저 빔일 때, 레이저 빔(시동용 레이저 빔)을 방전 영역의 소정의 위치에 집광함으로써, 방전 채널의 위치는 레이저 초점을 설정한 위치에 획정하는 것이 가능해진다. 이 때문에, EUV 방사의 발생점의 위치 안정성이 향상된다.
또, 상기한 바와 같이, 제2 에너지 빔이 방전 영역의 소정 위치에 조사된 시점에서 방전이 개시되므로, 제2 에너지 빔의 조사 타이밍을 제어함으로써, 방전의 개시 타이밍을 제어하는 것이 가능해진다.
여기서 제1 에너지 빔의 조사 타이밍과 제2 에너지 빔의 조사 타이밍을 적절하게 설정함으로써, 위치가 획정되는 방전 채널에 있어서, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화 원료의 적어도 일부가 당해 방전 채널에 도달해 있는 상태에서, 방전 전류의 크기가 소정 강도의 EUV 방사를 얻기 위해서 필요한 방전 전류치의 하한 이상이 되도록, 방전을 발생시키는 것이 가능해진다.
그 결과, 효율좋은 EUV 방사가 실현 가능해진다.
이하, (1) 제1 에너지 빔(원료용 에너지 빔), 제2 에너지 빔(시동용 에너지 빔)의 조사 타이밍, (2) 전극 위치, 원료 공급 위치, 원료용 에너지 빔의 조사 위치의 상호 관계, (3) 원료용 에너지 빔의 에너지에 대해 설명한다. 이하, 에너지 빔으로는, 레이저 빔을 예로 든다.
(1) 타이밍
이하, 타이밍 차트를 사용해, 본 발명에서의 EUV 생성 방식을 설명한다.
도 1, 도 2는, 본 발명에서의 EUV 생성 방식을 설명하기 위한 타이밍 차트이며, 도 1은 제1 레이저 빔이 제2 레이저 빔보다 빠르게 조사되는 경우를 나타내고, 도 2는 제1 레이저 빔이 제2 레이저 빔보다 느리게 조사되는 경우를 나타낸다.
우선, 도 1, 도 2에 도시한 바와 같이 1쌍의 전극 간에 펄스 전력을 인가하는 펄스 전력 공급 수단의 스위칭 수단(예를 들면, IGBT)에 트리거 신호를 입력(시각 Td)하고, 스위칭 수단을 on 상태로 한다(도 1, 도 2(a) 참조).
Δtd 후에, 전극간 전압이 임계치(Vp)에 도달한다(동 도면(b) 참조). 이 임계치(Vp)는, 방전이 발생했을 때 흐르는 방전 전류의 값이 임계치(Ip)(임계치(Ip)에 관한 설명은 후술한다) 이상이 되는 경우의 전압치이다. 즉, 임계치(Vp) 미만에서 방전이 발생한 경우, 방전 전류의 피크치는 임계치(Ip)에 도달하지 않는다.
또한, 만일 이대로 방전이 발생하지 않는 경우, 전극간 전압은 최대 전압에 도달하여 유지된다(동 도면 (b)의 파선).
전극간 전압이 임계치(Vp)에 도달한 시점 이후의 시점 T2(T2=Td＋Δtd)에 있어서, 제2 레이저 빔(시동용 레이저 빔)이 방전 영역에 조사된다(동 도면 (c) 참조). 또한, 제2 레이저 빔은 1쌍의 전극중 어느 한쪽의 전극에 조사해도 된다. 이하, 방전 영역은 전극 표면도 포함하는 것으로 한다.
제2 레이저 빔(시동용 레이저 빔)의 조사에 의해 방전이 개시되고, Δti 후에, 방전 전류의 크기가 상기한 임계치(Ip)에 도달한다(동 도면 (d) 참조). 이 임계치(Ip)는, 소정 강도의 EUV 방사를 얻기 위해서 필요한 방전 전류치의 하한이다. 또한, 방전 전류치가 임계치(Ip) 이상인 기간을 Δtp로 한다.
이 시점(T2＋Δti) 이후의 Δtp 기간 중에, 제1 레이저 빔(원료용 레이저 빔)에 의해 기화되고, 소정의 속도로 퍼지는 고온 플라즈마 원료 중, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달하도록, 제1 레이저 빔이 원료에 조사된다.
제1 레이저 빔이 원료에 조사된 시점부터 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달하기 까지의 시간을 Δtg로 할 때, (T2＋Δti－Δtg)~(T2＋Δti＋Δtp－Δtg) 기간 중의 시점(T1)에서 원료용 레이저 빔은 조사된다(동 도면 (e) 참조). 이에 따라, EUV 광이 방사된다(동 도면 (f) 참조).
여기서, 도 1은, 방전 전류의 상승이 빠르고, 제1의 레이저 빔(원료용 레이저 빔) 조사 후, 제2의 레이저 빔(시동용 레이저 빔)이 조사되는 예를 나타낸다.
한편, 도 2는, 방전 전류의 상승이 느리고, 제2의 레이저 빔 조사 후, 제1의 레이저 빔이 조사되는 예를 나타낸다.
(2) 전극 위치, 원료 공급 위치, 원료용 레이저 빔의 조사 위치의 상호 관계에 대해서 상기한 것처럼, 본 발명의 EUV 광원 장치에서는, 제1의 레이저 빔(원료용 레이저 빔)에 의해서 기화된 고온 플라즈마 원료를 방전 영역에 도달시킨다. 그 위치 관계의 예를 이하에 나타낸다.
예로서 제1의 레이저 빔의 타겟이 되는 고온 플라즈마 원료의 공급을, 물방울 형상으로 하여 떨어트리는 경우에 대해서 나타낸다. 또한, 고온 플라즈마 원료 의 공급 방법은, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 다음에 나타내는 바와같이, 와이어형상의 고온 플라즈마 원료를 공급해도 된다.
도 3은, 상기 위치 관계를 설명하기 위한 개략 구성도이며, 도 3(a)는 상면 도, 도 3(b)는 정면도이다. 즉, 도 3(b)는, 도 3(a)을 화살표 방향에서 본 도면이다. 동 도면에 있어서, 11은 전극(애노드), 12는 전극(캐소드), 2는 극단 자외광집광 거울(이하, EUV 집광 거울이라고도 한다), 20은 원료 공급 수단, 21은 원료, 23은 제1의 레이저 빔(원료용 레이저 빔)이다.
제1의 레이저 빔(23)은, 떨어진 고온 플라즈마 원료(21)에 대해서 조사된다. 조사 위치는, 떨어진 고온 플라즈마 원료(21)가 방전 영역 근방에 도달한 위치이다.
도 3에 도시하는 예에서는,판형상의 1쌍의 전극(11, 12)이 소정 간격 이간하여 배치된다. 방전 영역은 1쌍의 전극(11, 12)의 이간 공간 내에 위치한다. 고온 플라즈마 원료(21)는 원료 공급 수단(20)에 의해서, 1쌍의 전극(11, 12)과 극단 자외광 집광 거울(2)과의 사이의 공간이며, 또한, 방전 영역 근방에 대해서 중력 방향으로 공급된다.
고온 플라즈마 원료(21)가, 방전 영역 근방에 도달했을 때, 제1의 레이저 빔(23)이 고온 플라즈마 원료(21)에 대해서 조사된다. 제1의 레이저 빔(23)의 조사에 의해 기화된 고온 플라즈마 원료는, 제1의 레이저 빔(23)이 입사되는 고온 플라즈마 원료 표면의 법선 방향을 중심으로 하여 퍼진다.
이 때문에, 제1의 레이저 빔(23)을, 원료 공급 수단(20)에 의해 공급되는 고 온 플라즈마 원료(21) 표면의 방전 영역을 향하는 측에 대해 조사하면, 기화된 고온 플라즈마 원료(21’)는 방전 영역의 방향으로 퍼진다.
여기서, 상기한 EUV 집광 거울(2)은 광축이 한방향이 되도록 집광 방향을 설정하는 경사 입사 광학계를 구성하는 경우가 많다. 이러한 경사 입사 광학계를 구성하기 위해서는, 일반적으로, 복수매의 얇은 오목면 거울을 포개논 상자형상으로 고 정밀도로 배치한 구조의 EUV 집광 거울이 이용된다. 이러한 구조의 EUV 집광 거울은 광축에 대략 일치하는 지주 및 상기 지주로부터 방사형상으로 연장되는 지지체에 의해, 상기한 복수매의 얇은 오목면 거울이 지지된다.
도 3에 있어서는, 제1의 레이저 빔(23)을 집광 거울(2)로 규정되는 광축 방향으로부터 도입하여 고온 플라즈마 원료(21)에 조사한다. 이 때문에, 제1의 레이저 빔(23)의 조사 위치와 고온 플라즈마 원료 위치(21)의 동기에 편차가 생기면, 제1의 레이저 빔(23)은 EUV 집광 거울(2)에 조사되어 버리고, 경우에 따라서는, EUV 집광 거울(2)에 손상을 줄 가능성도 있다.
이와 같이, 제1의 레이저 빔(23)의 오조사 시에 제1의 레이저 빔(23)이 EUV 집광 거울(2)에 도달하지 않게 할 필요가 있는 경우는, 도 4(a)(b)에 도시하는 바와같이, 제1의 레이저 빔(23)의 진행 방향을 EUV 집광 거울(2)에 도달하지 않는 방향으로 조정해도 된다.
그런데, 상기한 바와같이 제1의 레이저 빔(23)의 조사에 의해 기화된 고온 플라즈마 원료는, 제1의 레이저 빔(23)이 입사되는 고온 플라즈마 원료 표면의 법선 방향을 중심으로 하여 퍼진다. 따라서, 제1의 레이저 빔(23)을 고온 플라즈마 원료(21) 표면의 방전 영역을 향하는 측에 대해 조사하면, 기화 후의 고온 플라즈마 원료(21’)는 방전 영역의 방향으로 퍼진다.
여기서, 제1의 레이저 빔(23)의 조사에 의해 방전 영역에 공급된 기화 후의 고온 플라즈마 원료(21’) 중, 방전에 의한 고온 플라즈마 형성에 기여하지 않는 일부, 혹은, 플라즈마 형성의 결과 분해 생성되는 원자상태 가스의 클러스터(Cluster)의 일부는, 잔해로서 EUV 광원 장치 내의 저온부와 접촉하여, 퇴적된다.
예를 들면, 고온 플라즈마 원료가 Sn인 경우, 고온 플라즈마 형성에 기여하지 않은 일부, 혹은, 플라즈마 형성의 결과 분해 생성되는 원자상태 가스의 Sn, Snx인 금속 클러스터의 일부는, 잔해로서 EUV 광원 장치 내의 저온부와 접촉하여 주석 거울을 만든다.
여기서, 도 4(b)에 도시하는 바와같이, 원료 공급 수단에 의해서, 고온 플라즈마 원료(21)가 1쌍의 전극(11, 12)의 EUV 집광 거울(2)을 향하지 않는 공간측에 공급된 경우, 제1의 레이저 빔(23)은, 기화 후의 고온 플라즈마 원료(21’)가 방전 영역에 공급되도록, EUV 집광 거울(2)측으로부터 고온 플라즈마 원료(21)에 대해서 조사된다.
이 경우, 제1의 레이저 빔(23)의 조사에 의해 기화된 고온 플라즈마 원료는, 방전 영역 및 EUV 집광 거울(2)의 방향으로 퍼진다. 즉, 고온 플라즈마 원료(21)에의 제1의 레이저 빔(23)의 조사, 및, 전극(11, 12)간에서 발생하는 방전에 의해, EUV 집광 거울(2)에 대해서 잔해가 방출된다. 잔해가 EUV 집광 거울(2)에 퇴적된 경우, EUV 집광 거울(2)의 13.5nm에 대한 반사율이 저하하고, EUV 광원 장치의 장치 성능이 열화되어 버린다.
여기서, 도 3 및 도 4(a)에 도시하는 바와같이, 고온 플라즈마 원료를 1쌍의 전극(11, 12)과 EUV 집광 거울(2)과의 사이의 공간에, 또한, 방전 영역 근방의 공간에 대해서 공급하는 것이 바람직하다.
이와 같이 공급된 고온 플라즈마 원료(21)에 대해, 제1의 레이저 빔(23)을 상기와 같이 고온 플라즈마 원료 표면의 방전 영역을 향하는 측에 대해 조사하면, 기화 후의 고온 플라즈마 원료(21’)는 방전 영역의 방향으로 퍼지는데, EUV 집광 거울(2)의 방향으로는 퍼지지 않는다. 즉, 상기한 것처럼 고온 플라즈마 원료(21)의 공급, 및, 제1의 레이저 빔(23)의 조사 위치를 설정함으로써, 잔해가 EUV 집광 거울(2)로 진행하는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
여기서, 소정 거리만큼 이간되는 1쌍의 전극이, 도 5에 도시하는 바와같이 기둥 형상인 경우를 생각한다. 여기서, 도 5(a)는 상면도, 도 5(b)는 정면도이다. 즉, 도 5(b)는, 도 5(a)를 화살표 방향에서 본 도면이다.
이 경우, 고온 플라즈마 원료(21)를, 광축에 대해 수직인 평면상의 공간으로, 또한, 방전 영역 근방에 대해서 공급하고, 제1의 레이저 빔(23)을 광축과 수직인 방향으로부터 고온 플라즈마 원료(21)에 대해서 조사하도록 해도, 기화 후의 고온 플라즈마 원료(21’)는, EUV 집광 거울(2)의 방향으로는 퍼지지 않는다. 따라서, 고온 플라즈마 원료(21)에의 제1의 레이저 빔(23)의 조사, 및, 전극(11’, 12’)간에서 발생하는 방전에 의해 생성되는 잔해는 EUV 집광 거울(2)에 대해서 거의 진행하지 않는다.
또한, 당연히, 소정 거리만큼 이간되는 1쌍의 전극이 기둥 형상인 경우에 있어서도, 도 3 및 도 4(a)에 도시하는 바와같이, 고온 플라즈마 원료를, 원료 공급 수단에 의해서, 1쌍의 전극과 EUV 집광 거울과의 사이의 공간으로, 또한, 방전 영역 근방의 공간에 대해서 공급해도 된다.
(3) 원료용 레이저 빔의 에너지에 대해
제1의 레이저 빔(원료용 레이저 빔)(23)이 원료에 조사된 시점부터 기화 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달하기 까지의 시간 Δtg는, 방전 영역과 제1의 레이저 빔(23)이 조사된 원료와의 거리, 및, 기화된 원료가 퍼지는 속도에 의해 구해진다.
여기서, 방전 영역과 제1의 레이저 빔이 조사된 원료(21)와의 거리는, 제1의 레이저 빔(23)의 조사 시에서의 방전 영역과 원료(21)의 위치 및 원료(21)에의 제1의 레이저 빔(23)의 조사 방향에 의존한다.
한편, 상기한 바와같이, 제1의 레이저 빔(23)의 조사에 의해 기화된 고온 플라즈마 원료(21’)는, 제1의 레이저 빔(23)이 입사되는 고온 플라즈마 원료 표면의 법선 방향을 중심으로 하여, 소정의 속도로 퍼진다. 상기 소정의 속도는, 원료(21)에 조사하는 제1의 레이저 빔(23)의 조사 에너지에 의존한다.
결국, 제1의 레이저 빔(23)이 원료에 조사된 시점부터 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달하기까지의 시간 Δtg는, 방전 영역과 원료(21)의 위치, 원료(21)에의 제1의 레이저 빔(23)의 조사 방향, 제 1의 레이저 빔(23)의 조사 에너지에 의존하고, 이들 파라미터를 적절히 설정함으로써, 소정의 시간에 설정된다.
또한, 이들 파라미터를 적절히 설정함으로써, 기화된 고온 플라즈마 원료의 공간 밀도 분포를 소정의 분포로 설정하는 것도 가능해진다.
상술한 제1의 레이저 빔(원료용 레이저 빔)(23)을 원료에 조사해 기화시키는데 있어, 제1의 레이저 빔의 조사 조건 및 방전 전류를 적절히 선정함으로써, 전술한 롱 펄스화도 가능해진다.
즉, 핀치 효과에 의한 플라즈마의 압축 상태를 유지하기 위해서 대전류를 방전 영역에 흐르지 않게 하고, 상기한 것과 같은 EUV 방사 조건(즉, 이온 밀도 1017~1020㎝-3, 전자 온도가 20~30eV 정도)을 충족하는 고온 플라즈마를 유지하여, EUV 방사의 롱 펄스화를 실현한다.
도 6을 이용하여, 본 발명의 DPP 방식에서의 고온 플라즈마 생성에 대해서 설명한다. 또한, 도 6의 세로축과 가로축은 도 38과 같다.
방전 영역 외에 배치된 고체나 액체의 고온 플라즈마 원료(도 6에서는, 예로서 연료 고체라고 기재되어 있다)에 대해서, 에너지 빔을 조사한다. 에너지 빔으로는, 예를 들면, 레이저 빔을 사용한다. 이하, 레이저 빔을 예로 들어 설명한다.
레이저 빔이 조사된 고체나 액체의 고온 플라즈마 원료는, 가열되어 기화하고, 방전 영역이 미리 형성되어 있는 방전 채널에 이른다. 여기서, 기화된 고온 플라즈마 원료는, 방전 영역에 이르렀을 때의 플라즈마 내의 이온 밀도가 1017~1020 ㎝-3 정도, 전자 온도가 1eV 이하 정도인 저온 플라즈마 가스가 되도록, 레이저 빔의 조사 에너지를 적절히 설정해 둔다. 즉, 고온 플라즈마 원료에 레이저 빔을 조사함으로써, 플라즈마 내의 이온 밀도는 EUV 방사 조건을 충족하지만 전자 온도가 저온인 저온 플라즈마 가스를 형성한다(도 6의 경로(Ⅰ)).
상기 저온 플라즈마가, 전극간의 방전 영역에 미리 형성되어 있는 방전 채널에 공급되어 당해 저온 플라즈마가 방전 전류에 의해 가열된다. 여기서, 저온 플라즈마 가스의 이온 밀도에 관해서는 이미 EUV 방사 조건을 충족하고 있으므로, 종래의 DPP 방식과 같은 핀치 효과에 의한 압축의 효과는 작아도 된다. 즉, 전극간을 흐르는 전류는, 주로 저온 플라즈마의 가열에만 기여한다. 가열에 의해 플라즈마의 전자 온도가 20~30eV에 도달하고, EUV 방사 조건이 된 고온 플라즈마로부터 EUV가 방사된다(도 6의 경로(Ⅱ).
여기서, 상기한 저온 플라즈마 가스를, 미리 전극간에 형성해 둔 방전 채널에 연속적으로 공급함으로써, EUV 방사의 롱 펄스화를 실현하는 것이 가능해진다. 이하, 도 7, 도 8을 이용하여, 롱 펄스화 방법에 대해서 설명한다.
또한, 도 7은 멀티 핀치 방식, 도 8은 비핀치 방식의 경우를 각각 도시한다.
도 7은 멀티 핀치 방식인 경우의 플라즈마 전류, 저온 플라즈마 반경, EUV 방사를 설명하는 도면이다.
전극 간에 전력을 공급하고, t=to의 시점에서(트리거를 걸어) 진공 방전이 개시하여 전류가 흐르기 시작하고, 방전 채널(방전 전류 경로)이 형성된다(도 7(a)). 전류(Ⅰ)가 후술하는 임계치(Ip)에 도달한 시점(tp)에서, 방전 채널의 단면 사이즈는, 전류의 자기 자장의 영향을 받아 가늘어진다.
한편, 상기한 시점(tp)에서, 레이저 빔이 조사되어 기화된 고온 플라즈마 원료(즉, EUV 방사 조건에 상당하는 이온 밀도로서 전자 온도가 낮은 저온 플라즈마 가스)가 방전 영역을 흐르는 가는 방전 채널에 선택적으로 도달하게 한다.
여기서, 전류의 임계치(Ip)는, 전류의 자기 자장에 의한 압축 압력을 PB, 플라즈마의 압력(PP)으로 할 때,
PB, ≫ PP (104)
가 되도록 설정된다. 즉, 자기 자장에 의해 저온 플라즈마 가스를 충분히 압축 가능한 전류치로 해둔다.
또한, 상기 임계치(IP)는, 저온 플라즈마 가스(플라즈마 내의 이온 밀도가 1017~1020㎝-3 정도, 전자 온도가 1eV 이하 정도)의 전자 온도를 20~30eV 혹은 그 이상으로 가열하는 것이 가능한 에너지를 가지는 전류치이기도 하다.
상기한 가는 방전 채널에 선택적으로 공급되는 저온 플라즈마는, 상기한 바와같이, 고체 또는 액체상태의 고온 플라즈마 원료에 레이저 빔을 조사함으로써 생성된다. 레이저 빔의 조사 조건은, 방전 영역 외에 배치된 고온 플라즈마 원료로부터 방전 영역까지의 거리 등에 의거해 적절히 설정된다. 조사 에너지는, 고체 또는 액체상태의 고온 플라즈마 원료를 기화시키는데, 전자 온도를 너무 상승시키 지 않을 정도의 에너지(※도 6에 도시하는 바와같이, 레이저 조사에 의해 전자 온도는 약간 상승한다), 예를 들면 105W/㎠~1016W/㎠의 범위이다.
이러한 레이저 빔을 고체 또는 액체상태의 고온 플라즈마 원료에 조사함으로써, EUV 방사 조건에 상당하는 이온 밀도로서 전자 온도가 낮은 고온 플라즈마 원료(저온 플라즈마 가스)를, 10μs 정도의 기간 연속적으로 전극간에 공급할 수 있다.
일반적으로, 종래의 DPP 방식, LAGDPP 방식에서의 방전 지속 시간은 2μs 정도이다. 즉, 종래의 방전 지속 시간과 비교하면, 상기한 저온 플라즈마 가스의 공급은 정상적 연속 공급으로 볼 수 있다.
저온 플라즈마 가스가 상기한 가는 방전 채널에 선택적으로 도달하도록, 레이저 빔의 조사 조건, 고온 플라즈마 원료의 배치 등의 조건을 적절히 조정한다. 이러한 조정에 의해, 지향성이 양호한 기화된 고온 플라즈마 원료(저온 플라즈마 가스) 플로우를 구성하고, 상기 플로우가 가는 방전 채널 부근에 집중하여 공급되도록 설정한다. 이와 같이 구성함으로써, 저온 플라즈마 가스가 가는 방전 채널에 대해서 선택적으로 연속 공급된다.
또한, 고체 또는 액체의 고온 플라즈마 원료를 방전 영역내에 배치하여, 방전에 의한 에너지가 고온 플라즈마 원료에 직접 작용하고, 고온 플라즈마 원료를 기화시키는 조건이 시시각각 변화한다. 이 때문에, EUV 방사 조건에 상당하는 이온 밀도로서 전자 온도가 낮은 저온 플라즈마 가스를 가는 방전 채널에 대해서 선 택적으로 연속 공급하는 것은 불가능하다.
가는 방전 채널에 공급된 저온 플라즈마 가스는, 임계치(IP) 이상의 값의 전류에 의한 핀치 효과 혹은 자기 자장에 의한 가둠 효과에 의해 가열되어 고온 플라즈마가 되고, 이 고온 플라즈마로부터 EUV가 방사된다.
여기서 EUV의 방사는, 도 6의 (II)의 경로를 거쳐 실현되므로, 핀치 효과에 의한 압축 작용은 작고, 자기 자장에 의한 가둠 효과와 줄 가열에 의한 가열 공정이 차지하는 비율은 커진다. 즉, 종래의 DPP 방식, LAGDPP 방식과 같은 대전류가 아니라, 비교적 소전류를 방전 영역에 흐르게 해도 EUV 방사가 가능해진다. 또한, 종래와 같이, 방전 전류의 고속 단펄스화를 실시하지 않아도, 효율적으로 플라즈마에 에너지를 입력(즉, 가열)하는 것이 가능해진다. 따라서, 방전 전류 펄스를 종래와 비교해 길게 설정하는 것이 가능해진다.
또한, 압축된 상기 고온 플라즈마는, 최대 압축 직후에 방전 채널 축방향의 플라즈마 밀도 구배에 따라서 밀려 나와, 주로 방전 채널의 축방향으로 이탈한다. 동시에 방전 채널은 직경 방향으로 확대되고, 그 결과, 급격하게 방전 채널 내부의 플라즈마 밀도와 전자 온도가 내려간다. 종래는 이 시점에서 EUV 방사가 종료했다.
그러나, 상기한 것처럼, 방전 채널의 주위에는, 저온 플라즈마 가스의 정상류가 존재하므로, 방전 채널 내의 플라즈마 밀도가 내려간 공간에, 시간차 없이 저온 플라즈마 가스가 공급된다. 따라서, 방전 채널의 직경이 그다지 확대되기 전 에, 핀치 효과 혹은 자기 자장에 의한 가둠 효과에 의해, 방전 채널이 다시 가늘어지고, 저온 플라즈마 가스가 가열되어, 상기한 것과 같은 메카니즘으로 EUV 방사가 계속된다(도 7의(b)(c)).
이러한 핀치 효과 혹은 자기 자장에 의한 가둠 효과의 반복은, 방전 전류가 계속되는 동안 지속된다.
또한, 상기한 바와같이, 본 발명에 있어서는 전류의 고속 단펄스화를 필요로 하지 않으므로, 방전 전류 펄스를 종래와 비교해 길게 설정하는 것이 가능해진다. 즉, 연속적으로 핀치 효과 혹은 자기 자장에 의한 가둠 효과의 반복을 장기간 유지할 수 있으므로, EUV 방사의 롱 펄스화를 실현할 수 있다. 또한, 연속적인 핀치 효과를 이용하는 본 방식을, 이하, 멀티 핀치 방식이라고 부르기로 한다.
종래의 핀치 효과를 이용한 DPP 방식은, 낮은 이온 밀도의 고온 플라즈마 원료 가스가 방전 영역에 공급된다(도 6의 핀치의 초기 상태). 저밀도 가스는, 방전 용기(방전 영역) 전체에 일정하게 충만되어 있다. 저밀도 가스 분위기에서 방전에 의해서 생성되는 초기 플라즈마에 의한 방전 채널은 초기 상태에서는 방전 용기의 직경 정도로 굵기 때문에, 핀치 효과에 의해 방전 채널을 가늘게 하고, 초기 플라즈마를 고온 플라즈마로 하기 위해서는, 큰 파워의 전류 펄스가 필요하다. 또한, 방전에 의한 플라즈마에의 에너지 입력 효율을 높게 하기 위해서는 방전 전류의 고속 단펄스화가 행해지지 않으면 안된다. 따라서, EUV 방사는 1회의 핀치 효과를 가지고 종료되고, EUV 방사의 펄스폭은 기껏해야 200ns정도가 된다(도 38의 경로 2).
또한, 종래의 DPP 방식에서는, 1회째의 핀치가 종료하고, 방전 채널 내부의 플라즈마 밀도가 내려간 영역에, 방전 용기 내의 저밀도 가스(고온 플라즈마 원료)가 침입하므로, 방전 채널은 굵어져, 1회째의 핀치 효과에서의 초기 상태일 때의 방전 채널의 직경까지 되돌아온다. 따라서, 만일 멀티 핀치를 실시하고자 하면, 1회째의 핀치일 때와 마찬가지로, 대전류가 필요하다. 실제는, 상기한 바와같이, 방전 전류는 고속 단펄스이므로, 1회째의 핀치 종료 후의 남은 시간에, 2회째의 핀치를 실시하는 것은 불가능하다.
LAGDPP 방식에 있어서도, 핀치 효과를 사용하고, 도 38의 경로 3을 거쳐, 경로 2를 경유하여 EUV 방사가 발생한다. 즉, 고온 플라즈마 원료에의 레이저 조사에 의해, 저밀도의 고온 플라즈마 원료 가스가 방전 영역에 공급된다.
이하, DPP 방식일 때와 마찬가지로, 저밀도 가스 분위기에서 방전에 의해 초기 플라즈마가 생성되고, 핀치 효과에 의해 초기 플라즈마를 고온 플라즈마로 하기 위해서, 큰 파워의 전류 펄스가 필요하고, 또한, 방전 전류의 고속 단펄스화를 실현할 필요가 있다. 따라서, EUV 방사는 1회의 핀치 효과로 종료된다.
또한, 특허 문헌 5에 있는 바와같이, LAGDPP 방식에서는, 레이저 빔의 조사에 의한 고온 플라즈마 원료 가스의 방출 후에 방전을 발생시키므로, 가열되지 않고 방전 영역으로부터 이탈하는 고온 플라즈마 원료 가스의 비율이 커져, 효율적이지 않다.
즉, 종래의 DPP 방식, LAGDPP 방식에 있어서, EUV 방사의 롱 펄스를 실현하기 위해서는, 특허 문헌 6 혹은 특허 문헌 7과 같이, 플라즈마의 가열 및 압축 공 정과 압축 유지 공정을 분리하여 제어하고, 플라즈마가 핀치 상태에 도달 후의 플라즈마 전류의 값이, 플라즈마가 핀치 상태에 도달하기 전의 플라즈마 전류의 값보다 커지도록, 방전 공간에 에너지를 공급하는 방법을 채용하지 않을 수 없다.
그런데, 전류의 자기 자장에 의한 압축 압력을 PB, 플라즈마의 압력 PP로 할 때, 전류의 임계치를,
PB ≥ PP (105)
가 되는 값(Ip2)으로 설정하고, 자기 자장에 의해 저온 플라즈마 가스를 약하게 압축하는 (저온 플라즈마 가스가 팽창하여 이온 밀도가 감소하지 않을 정도로 유지되는) 전류치로 한 경우에 있어서도, EUV 방사의 롱 펄스화를 실현할 수 있다.
또한, 상기 임계치(Ip2)는, 저온 플라즈마 가스(플라즈마 내의 이온 밀도가 1017~1020㎝-3 정도, 전자 온도가 1eV 이하 정도)의 전자 온도를 20~30eV 혹은 그 이상으로 가열하는 것이 가능한 에너지를 가지는 전류치이기도 하다.
도 8은 비핀치 방식인 경우의 플라즈마 전류, 저온 플라즈마 반경, EUV 방사를 설명하는 도면으로, 이하, 도 8을 이용해 비핀치 방식에 대해 설명한다.
전극간에 전력이 공급되어, t=tO의 시점에서 방전이 개시하여 전류가 흐르기 시작한다(도 8(a)). 전류(Ⅰ)가 임계치(Ip2)에 도달한 시점(tp)에 있어서, 방전 채널의 단면 사이즈는, 전류의 자기 자장의 영향을 받아 가늘어진다. 또한, 멀티 핀치 효과를 사용하는 경우의 전류의 임계치(Ip)와 상기 임계치(Ip2)를 비교하면, Ip＞ Ip2가 되므로, 방전 채널의 단면 사이즈는, 멀티 핀치 효과를 사용하는 경우 보다 크다.
한편, 상기한 시점(tp)에 있어서, 멀티 핀치 효과를 사용하는 경우와 마찬가지로, EUV 방사 조건에 상당하는 이온 밀도로서 전자 온도가 낮은 저온 플라마 가스가 방전 영역을 흐르는 가는 방전 채널에 선택적으로 도달하게 한다. 또한, 상기와 마찬가지로, 저온 플라즈마 가스는, 가는 방전 채널에 대해서 선택적으로 연속 공급되도록 구성한다.
가는 방전 채널에 공급된 저온 플라즈마 가스는, 임계치(Ip2) 이상의 값의 전류에 의해, 거의 압축되지 않고, 상기 저온 플라즈마 가스가 팽창하여 이온 밀도가 감소하지 않을 정도로 유지된 상태에서 가열되어 고온 플라즈마가 되고, 이 고온 플라즈마로부터 EUV가 방사된다. 즉, 저온 플라즈마 가스의 이온 밀도는 당초부터 EUV 방사 조건을 만족하므로, 이온 농도를 유지하면서 가열함으로써, EUV의 방사가 실현된다(도 6의 (II)의 경로).
따라서, 종래의 DPP 방식, LAGDPP 방식과 같은 대전류가 아니라, 비교적 소전류를 방전 영역에 흐르게 해도 EUV 방사가 가능해진다. 또한, 종래와 같이, 방전 전류의 고속 단펄스화를 실시하지 않아도, 효율적으로 플라즈마에 에너지를 입력(즉, 가열)하는 것이 가능해진다. 따라서, 방전 전류 펄스를 종래와 비교해 길게 설정하는 것이 가능해진다.
여기서, 방전 채널의 주위에는 저온 플라즈마 가스의 정상류가 존재하므로, 방전 채널에는, 소정의 이온 밀도를 가지는 저온 플라즈마 가스가 정상적으로 공급된다. 따라서, 방전 전류가 계속되는 동안, 방전 채널 내에서 저온 플라즈마 가스 의 가열이 유지되어, EUV 방사가 계속된다(도 8의(b)(c)).
이 경우에 있어서도, 전류의 고속 단펄스화를 필요로 하지 않으므로, 방전 전류 펄스를 종래와 비교해 길게 설정하는 것이 가능해진다. 즉, 연속적인 저온 플라즈마 가스의 가열 및 고온 플라즈마의 생성을 장기간 유지할 수 있으므로, EUV 방사의 롱 펄스화를 실현할 수 있다.
본 방식에서는, 전류의 임계치(Ip2)를, 자기 자장에 의해 저온 플라즈마 가스를 약하게 압축하는(저온 플라즈마 가스가 팽창하여 이온 밀도가 감소하지 않을 정도로 유지되는) 전류치로 하고 있으므로, 저온 플라즈마는, 외관형상 수축하지 않고 가열되어, 고온 플라즈마가 된다. 따라서, 본 방식을 이하, 비핀치 방식이라고 부르기로 한다.
여기서, 전술한 멀티 핀치 방식인지 비핀치 방식인지는, 구동 전류치가 같으면 방전 채널의 굵기에 따라 정해지고, 방전 전극의 형상, 조사하는 레이저 광의 빔 직경 등을 선택하여, 방전 채널이 가늘어지도록 하면 멀티 핀치 방식이 되고, 방전 채널이 굵어지도록 하면 비핀치 방식이 된다.
또한, 비핀치 방식에서는, 방전 채널의 직경이 멀티 핀치 방식보다 크기 때문에, 고온 플라즈마의 사이즈도 멀티 핀치 방식보다 커진다. 즉, EUV 방사원으로서의 사이즈가 멀티 핀치 방식보다 커지므로, 본 발명을 노광용 EUV 광원 장치에 적용하는 경우는, 비핀치 방식보다 멀티 핀치 방식을 채용하는 편이, EUV 방사원의 사이즈를 보다 작게 할 수 있으므로 바람직하다.
EUV광의 취출을 멀티 핀치 방식으로 행하는 경우, 동등한 에너지 변환 효율 로 동등한 EUV 출력을 1회의 핀치로 취출하는 경우에 비해서, 1회의 핀치에서의 피크 파워 입력이 작아진다. 따라서, 전극에의 피크 파워 입력을 억제하는 것이 가능하게 되어, 전극의 스퍼터링에 의한 잔해 발생을 저감시킬 수 있다. 또한, 1회의 핀치에서의 EUV의 발광에 기여하는 이온의 수는 적다. 따라서 광원 사이즈를 작게 할 수 있으므로, 노광 광학계의 설계에 있어서 유리하게 된다.
이상과 같이, 본 발명에서는 이하와 같이 하여 EUV 방사의 롱 펄스화를 실현한다.
(i) 미리, 방전 영역에 가는 방전 채널을 생성한다.
(ⅱ) 방전 영역 외에서, 고체 또는 액체의 고온 플라즈마 원료에 에너지 빔을 조사하여 기화시키고, EUV 방사 조건에 상당하는 이온 밀도로서 전자 온도가 낮은 저온 플라즈마 가스(도 6의 연료 증기 : 이온 밀도가 1017~1020㎝-3 정도, 전자 온도가 1eV 이하 정도)를 형성한다.
(ⅲ) 그리고, 방전 전류의 값이 소정의 임계치(Ip 또는 Ip2)에 도달한 시점에서, 상기 저온 플라즈마 가스가 상기 가는 방전 채널에 도달하도록, 가는 방전 채널에 대해서, 선택적으로 저온 플라즈마 가스의 정상류를 공급한다. 그 결과, 저온 플라즈마에 방전이 작용하여 전자 온도가 상승하고, 도 6의 경로 II를 통과하고, EUV 방사 조건을 만족한 고온 플라즈마가 형성되어 EUV 방사가 발생한다.
(ⅳ) 여기서, 미리 형성한 방전 채널에 대해서 저온 플라즈마 가스를 공급하므로, 방전 전류 펄스는 대전류·고속 단펄스일 필요는 없고, 전류 펄스를 종래의 전류 펄스보다 상승이 느린 롱 펄스로해도 지장없다. EUV 방사는, 어느 정도 가는 방전 채널이 지속되는 동안 계속된다. 따라서, 방전 전류 펄스가 종래의 DPP 방식, LAGDPP 방식보다 길어지도록 방전 회로를 구성하여 방전 전류 펄스를 롱 펄스화함으로써, 가는 방전 채널의 지속 시간을 종래와 비교해 길게 하는 것이 가능해지고, 그 결과 EUV 방사의 롱 펄스화가 실현된다.
(v) 또한, 멀티 핀치 방식으로서, 전류의 임계치를 Ip가 되도록 설정했을 때는, 방전 전류 펄스가 계속되는 시간 내에서, 가는 방전 채널의 직경은 맥동하지만 상대적으로 가는 상태로 유지된 채로, 저온 플라즈마의 핀치가 반복해 행해지고, EUV 방사가 발생한다.
또한, 비핀치 방식으로서 전류의 임계치를 Ip2가 되도록 설정했을 때는, 방전 전류 펄스가 계속되는 시간 내에서, 가는 방전 채널의 직경은 멀티 핀치 방식의 경우보다는 굵지만 상대적으로 가는 상태로 유지된 채로, 저온 플라즈마의 가열이 지속되고, EUV 방사에 필요한 플라즈마의 온도 및 밀도가 유지되어, EUV 방사가 발생한다.
또한, 비핀치 방식에서는, 전술한 것처럼, 방전 채널의 직경이 멀티 핀치 방식보다 크기 때문에, 고온 플라즈마의 사이즈도 멀티 핀치 방식보다 커진다.
이상에 의거해, 본 발명에서는, 이하와 같이 하여 상기 과제를 해결한다.
(1) 액체 또는 고체의 원료를 공급하는 원료 공급 수단과, 제1의 에너지 빔을 상기 원료에 조사하여 상기 원료를 기화하는 제1의 에너지 빔 조사 수단과, 기화된 상기 원료를 방전에 의해 상기 용기 내에서 가열 여기하여 고온 플라즈마를 발생시키기 위한, 소정 거리만큼 이간된 1쌍의 전극과, 전극에 펄스 전력을 공급하는 펄스 전력 공급 수단과, 상기 1쌍의 전극에 의한 방전의 방전 영역 내에서 생성된 상기 고온 플라즈마로부터 방사되는 극단 자외광을 집광하는 집광 광학 수단과, 상기 집광되는 극단 자외광을 취출하는 극단 자외광 취출부를 가지는 극단 자외광 광원 장치에 있어서, 전력이 인가된 전극간에 제2의 에너지 빔을 조사함으로써, 상기 방전 영역 내에서 방전을 시동하고, 또한, 방전 영역의 소정의 위치에 방전 경로를 획정하는 제2의 에너지 빔 조사 수단을 형성하다.
상기 제1의 에너지 빔 조사 수단은, 상기 방전 영역을 제외하는 공간으로서, 상기 기화된 원료가 방전 영역에 도달할 수 있는 공간 내에 공급된 원료에 대해서, 제1의 에너지 빔을 조사한다.
(2) 액체 또는 고체의 원료를 공급하는 원료 공급 수단과, 제1의 에너지 빔을 상기 원료에 조사하여 상기 원료를 기화하는 제1의 에너지 빔 조사 수단과, 기화된 상기 원료를 방전에 의해 상기 용기 내에서 가열 여기하여 고온 플라즈마를 발생시키기 위한, 소정 거리만큼 이간된 1쌍의 전극과, 전극에 1μs 이상의 펄스 전력을 공급하는 펄스 전력 공급 수단과, 상기 1쌍의 전극에 의한 방전의 방전 영역 내에서 생성된 상기 고온 플라즈마로부터 방사되는 극단 자외광을 집광하는 집 광 광학 수단과, 상기 집광되는 극단 자외광을 취출하는 극단 자외광 취출부를 가지는 극단 자외광 광원 장치에 있어서, 전력이 인가된 전극간에 제2의 에너지 빔을 조사함으로써, 상기 방전 영역 내에서 방전을 시동하고, 또한, 방전 영역의 소정의 위치에 방전 경로를 획정하는 제2의 에너지 빔 조사 수단을 형성한다.
상기 제 1의 에너지 빔 조사 수단은, 상기 방전 경로 외의 공간으로서, 기화된 원료가 방전 경로에 도달할 수 있는 공간 내에 배치된 원료에, 제1의 에너지 빔을 조사하고, 상기 전극간에 방전 경로가 획정된 후, 상기 방전 경로에, 이온 밀도가 극단 자외광 방사 조건에 있어서의 이온 밀도에 거의 동일한 원료 가스를 공급한다.
(3) 상기(1)(2)에 있어서, 제1의 에너지 빔 조사 수단과 제2의 에너지 빔 조사 수단은, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화된 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달한 타이밍으로, 방전 영역에서 발생한 방전의 방전 전류가 소정의 임계치 이상이도록, 각각의 동작 타이밍을 설정한다.
(4) 상기(1)(2)(3)에 있어서, 원료 공급 수단에 의한 원료 공급은, 원료를 물방울 형상으로 하여 중력 방향으로 떨어트림으로써 행해진다.
(5) 상기(1)(2)(3)에 있어서, 원료 공급 수단에 의한 원료 공급은, 상기 원료를 선형상 원료로 하고, 상기 선형상 원료를 연속적으로 이동함으로써 행해진다.
(6) 상기(1)(2)(3)에 있어서, 원료 공급 수단이 원료 공급 원반을 구비하고, 원료 공급 수단에 의한 원료 공급은, 상기 원료를 액체 원료로 하여 상기 액체 원료를 상기 원료 공급 원반에 공급하고, 상기 액체 원료가 공급된 원료 공급 원반을 회전시켜 상기 원료 공급 원반의 액체 원료의 공급부를 에너지 빔의 조사 위치까지 이동시킴으로써 행해진다.
(7) 상기(1)(2)(3)에 있어서, 상기 원료 공급 수단이 캐필러리를 구비하고, 원료 공급 수단에 의한 원료 공급은, 상기 원료를 액체 원료로 하여 상기 액체 원 료를 상기 캐필러리를 통해 에너지 빔의 조사 위치에 공급함으로써 행해진다.
(8) 상기(1)(2)(3)에 있어서, 원료의 에너지 빔 조사 위치에 관형상 노즐을 설치하고, 에너지 빔의 조사에 의해 기화된 원료의 적어도 일부를 상기 관형상 노즐로부터 분출시킨다.
(9) 상기(8)에 있어서, 관형상 노즐 내부의 일부에 협착부를 형성한다.
(10) 상기(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)에 있어서, 방전 영역에 대해서, 상기 1쌍의 전극간에서 발생하는 방전 방향과 대략 평행하게 자장을 인가하는 자장 인가 수단을 더 구비한다.
(11) 상기(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)에 있어서, 상기 1쌍의 전극을 원반형상의 전극으로 하고, 전극 표면에서의 방전 발생 위치가 변화하도록 회전 구동한다.
(12) 상기(11)에 있어서, 상기 원반형상인 1쌍의 전극은, 양 전극의 주가장자리부의 에지 부분이, 소정 거리만큼 이간되어 서로 마주 보도록 배치되어 있다.
(13) 상기(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)에 있어서, 에너지 빔으로서 레이저 빔을 이용한다.
(14) 내부에 1쌍의 전극을 포함하는 용기 내에 공급되는 극단 자외광을 방사시키기 위한 액체 또는 고체의 원료에 제1의 에너지 빔을 조사하여 기화하고, 기화된 상기 원료를 상기 1쌍의 전극에 의한 방전에 의해 가열 여기하여 고온 플라즈마를 생성하여 극단 자외광을 발생시키는 극단 자외광 발생 방법에 있어서, 상기 제1의 에너지 빔을, 상기 방전 영역을 제외한 공간으로서, 상기 기화된 원료가 방전 영역에 도달할 수 있는 공간 내에 공급된 원료에 대해서 조사하고, 방전 영역에 조사되는 제2의 에너지 빔에 의해 상기 1쌍의 전극에 의한 방전의 방전 영역 내에서 방전을 시동시키고, 또한, 방전 영역의 소정의 위치에 방전 경로를 획정한다.
(15) 내부에 1쌍의 전극을 포함하는 용기 내에 공급되는 극단 자외광을 방사시키기 위한 액체 또는 고체의 원료에 제1의 에너지 빔을 조사하여 기화하고, 기화된 상기 원료를 상기 1쌍의 전극에 의한 방전에 의해 가열 여기하여 고온 플라즈마를 생성해 극단 자외광을 발생시키는 극단 자외광 발생 방법에 있어서, 상기 제1의 에너지 빔은 상기 방전 영역을 제외한 공간으로서, 상기 기화된 원료가 방전 영역에 도달할 수 있는 공간 내에 공급된 원료에 대해서 조사하고, 방전 영역에 조사되는 제2의 에너지 빔에 의해, 상기 1쌍의 전극에 의한 방전의 방전 영역 내에서 방전이 시동되고, 또한, 방전 영역의 소정의 위치에 방전 경로를 획정하고, 상기 전극간에 방전 경로가 획정된 후, 상기 제1의 에너지 빔에 의해, 상기 방전 경로에, 이온 밀도가 극단 자외광 방사 조건에서의 이온 밀도에 거의 같은 원료 가스를 공급하고, 방전에 의해, 상기 원료 가스를 극단 자외광 방사 조건을 만족하는 온도까지 가열하고, 연속적으로 200ns 이상의 극단 자외광을 발생시킨다.
(16) 상기(15)에 있어서, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화된 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달한 타이밍에서, 방전 영역에서 발생한 방전의 방전 전류가 소정의 임계치 이상이도록, 제1의 에너지 빔과 제2의 에너지 빔의 조사 타이밍을 각각 설정한다.
(17) 상기 (16)에 있어서, 방전 개시 타이밍의 시간 데이터와 방전 전류가 소정의 임계치에 도달하는 타이밍의 시간 데이터를 취득하고, 양 시간 데이터에 의거해, 제1의 에너지 빔과 제2의 에너지 빔의 조사 타이밍을 수정한다.
(18) 상기(16)(17)에 있어서, 조사 타이밍이 설정된 제1의 에너지 빔과 제2의 에너지 빔의 조사에 앞서, 제1의 에너지 빔을 상기 원료에 1회 이상 조사한다.
본 발명에 있어서는, 이하의 효과를 얻을 수 있다.
(1) 제1의 에너지 빔의 강도, 조사 방향을 적절히 설정함으로써, 방전 영역에서의 기화된 고온 플라즈마 원료의 공간 밀도 분포를 소정의 분포로 설정하는 것이 가능해진다.
또한, 제2의 에너지 빔을 방전 영역의 소정의 위치에 조사함으로써, 방전 채널의 위치를 획정하는 것이 가능해지고, EUV 방사의 발생점의 위치 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 제2의 에너지 빔의 조사 타이밍을 제어함으로써, 방전의 개시 타이밍을 제어하는 것이 가능해진다.
(2) 제1의 에너지 빔의 조사에 의해, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화된 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달하고, 또한, 방전 영역에서 발생한 방전의 방전 전류가 소정의 임계치 이상이 되는 타이밍에서 제2의 에너지 빔이 조사되도록, 제1의 에너지 빔과 제2의 에너지 빔의 조사 타이밍을 설정함으로써, 효율 좋은 EUV 방사가 가능해진다.
(3) 방전 영역에 대해서, 상기 1쌍의 전극간에서 발생하는 방전 방향과 대략 평행하게 자장을 인가하는 자장 인가 수단을 설치함으로써, EUV를 방사하는 고온 플라즈마의 사이즈를 작게 할 수 있어 EUV의 방사 시간을 길게 하는 것이 가능해진다.
(4) 1쌍의 전극을 원반상의 전극으로 하고, 전극 표면에서의 방전 발생 위치가 변화하도록 회전 구동함으로써, 전극의 마모 스피드를 감소시켜, 전극의 장기 수명화가 가능해진다.
(5) 방전 개시 타이밍 시간 데이터와 방전 전류가 소정의 임계치에 도달하는 타이밍의 시간 데이터를 취득하고, 양 시간 데이터에 의거해, 제1의 에너지 빔과 제2의 에너지 빔의 조사 타이밍을 수정함으로써, 확실히 효율 좋은 EUV 방사를 실현할 수 있다.
(6) 조사 타이밍이 설정된 제1의 에너지 빔과 제2의 에너지 빔의 조사에 앞서, 제1의 에너지 빔을 상기 원료에 1회 이상 조사함으로써, 방전 전극간에서 방전이 발생하기 쉬워져, 원하는 타이밍에 확실하게 방전을 발생시킬 수 있다.
(7) 미리 방전 영역에 가는 방전 채널을 생성하고, 방전 영역 외로부터, 이 가는 방전 채널에 대해서 EUV 방사 조건에 상당하는 이온 밀도로서 전자 온도가 낮은 저온 플라즈마 가스의 정상류를 선택적으로 공급하고, 저온 플라즈마 가스에 방전을 작용시켜, EUV 방사를 발생시키므로, 방전 전류는 종래의 DPP 방식, LAGDPP 방식과 같은 대전류일 필요는 없고, 비교적 소전류를 방전 영역에 흐르게 해도 EUV 방사가 가능해진다.
또한, 종래와 같이, 방전 전류의 고속 단펄스화를 실시하지 않아도, 효율적으로 플라즈마에 에너지를 입력하는 것이 가능해진다. 따라서, 방전 전류 펄스를 종래와 비교해 길게 설정하는 것이 가능해진다.
또한, 방전 전류 펄스가 종래의 DPP 방식, LAGDPP 방식보다 길어지도록 방전 회로를 구성해 방전 전류 펄스를 롱 펄스화함으로써, 가는 방전 채널의 지속 시간을 종래와 비교해 길게 하는 것이 가능해지고, 그 결과 EUV 방사의 롱 펄스화가 실현된다.
예를 들면, 방전 채널의 계속 시간을 적어도 1μs 이상으로 했을 때, 방전 채널이 계속되는 시간을 확실하게 200ns보다 길게 할 수 있다. 즉, 방전 채널의 계속 시간을 1μs 이상으로 설정하면, 확실하게 EUV 방사의 계속 시간을, 종래의 EUV 방사의 계속 시간(200ns)보다 길게 하는 것이 가능해진다.
(8) 롱 펄스화에 있어서, 방전 전류가 종래의 DPP 방식, LAGDPP 방식과 같은 대전류일 필요는 없고, 또한, 방전 전류의 고속 단펄스화를 실시할 필요는 없다. 따라서, 전극에게 부여하는 열부하를 종래와 비교해 작게 하는 것이 가능해지고, 잔해의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
(9) 종래의 롱 펄스화 기술과 같이, 고온 플라즈마의 핀치 상태를 유지하도록 플라즈마 전류 파형을 제어할 필요가 없으므로, 방전 공간에 대전류를 흐르게할 필요가 없다. 또한, 핀치 효과를 유지하기 위해서, 플라즈마 전류의 파형을 변화시킬 필요가 없으므로, 고정밀의 동기 제어나 전류 제어를 필요로 하지 않는다.
(10) 방전 경로(방전 채널)에 방전 경로 고정용 에너지 빔을 조사하고, 상기 에너지 빔에 의해 방전 경로를 고정함으로써 EUV 방사의 발생점의 위치 안정성을 향상시킬 수 있다.
1. 실시예
도 9, 도 10에, 본 발명의 실시예의 극단 자외광(EUV) 광원 장치의 구성(단면도)을 도시한다. 도 9는 본 실시예의 EUV 광원 장치의 정면도이며, EUV 방사는 동 도면 좌측으로부터 취출된다. 도 10은 본 실시예의 EUV 광원 장치의 상면도이다.
도 9, 도 10에 도시하는 EUV 광 광원 장치는 방전 용기인 챔버(1)를 가진다. 챔버(1)는 개구를 가지는 격벽(1c)을 통해, 크게 2개의 공간으로 분할된다. 한쪽 공간에는 방전부가 배치된다. 방전부는, EUV 방사종을 포함하는 고온 플라즈마 원료를 가열하여 여기하는 가열 여기 수단이다. 방전부는, 1쌍의 전극(11, 12) 등에 의해 구성된다.
다른쪽 공간에는, 고온 플라즈마 원료가 가열 여기되어 생성된 고온 플라즈마로부터 방출되는 EUV광을 집광하고, 챔버(1)에 설치된 EUV 취출부(7)에서 도시를 생략한 노광 장치의 조사 광학계로 인도하는 EUV 집광 거울(2) 및, 방전에 의한 플라즈마 생성의 결과 생기는 잔해가 EUV광의 집광부로 이동하는 것을 억제하기 위한 잔해 트랩이 배치된다. 본 실시예에 있어서는, 도 9, 도 10에 도시하는 바와같이 잔해 트랩은 가스 커텐(13b) 및 포일 트랩(3)으로 구성된다.
이하, 방전부가 배치되는 공간을 방전 공간(1a), EUV 집광 거울이 배치되는 공간을 집광 공간(1b)으로 부르기로 한다.
방전 공간(1a)에는 진공 배기 장치(4), 집광 공간(1b)에는 진공 배기 장 치(5)가 연결된다. 또한, 포일 트랩(3)은, 예를 들면, 포일 트랩 지지용 격벽(3a)에 의해 챔버(1)의 집광 공간(1b) 내에 지지된다. 즉, 도 9, 도 10에 도시하는 예에서, 집광 공간(1b)은 포일 트랩 지지용 격벽(3a)에 의해, 다시 2개의 공간으로 분할되어 있다.
또한, 도 9, 도 10에 있어서는, 방전부가 EUV 집광부보다 크게 나타나 있는데, 이는 이해를 용이하게 하기 위한 것이고, 실제의 대소 관계는 도 9, 도 10과 같지 않다. 실제는, EUV 집광부가 방전부보다 크다. 즉, 집광 공간(1b)이 방전 공간(1a)보다 크다.
이하, 본 실시예의 EUV 광원 장치의 각 부 및 그 동작에 대해 설명한다.
(1) 방전부
방전부는, 금속제의 원반형상 부재인 제1의 방전 전극(11), 마찬가지로 금속제의 원반상 부재인 제2의 방전 전극(12)으로 이루어진다. 제1 및 제2의 방전 전극(11, 12)은 예를 들면, 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈 등의 고융점 금속으로 이루어지고, 소정 거리만큼 이간되어 마주 보도록 배치된다. 여기서, 2개의 전극(11, 12)중 한쪽이 접지측 전극이며, 다른쪽이 고전압측 전극이다.
양 전극(11, 12)의 표면은 동일 평면 상에 배치해도 되지만, 도 10에 도시하는 바와같이, 방전이 발생하기 쉽게, 전력 인가 시에 전계가 집중하는 주가장자리부의 에지 부분이, 소정 거리만큼 이간되어 서로 마주 보도록 배치하는 것이 바람직하다. 즉, 각 전극 표면을 포함하는 가상 평면이 교차하도록 각 전극을 배치하는 것이 바람직하다. 또한 상기 소정 거리는, 양 전극의 주가장자리부의 에지 부 분간 거리가 가장 짧은 부분에서의 거리이다.
후술하는 바와같이, 양 전극(11, 12)에 펄스 전력 공급 수단에서 펄스 전력이 인가되면, 상기 주가장자리부의 에지 부분에서 방전이 발생한다. 일반적으로는, 양 전극(11, 12)의 주가장자리부의 에지 부분간 거리가 가장 짧은 부분에서 방전이 많이 발생한다.
만일, 양 전극(11, 12)의 표면을 동일 평면 상에 배치하는 경우를 생각한다. 이 경우, 상기 소정 거리는, 각 전극의 측면간의 거리가 가장 짧은 부분에서의 거리가 된다. 이 경우, 방전의 발생 위치는, 원반형상 전극의 측면과 상기 측면에 수직인 가상 평면을 접촉했을 때에 생기는 가상 접촉선 상이 된다. 방전은, 각 전극의 가상 접촉선 상의 임의의 위치에서 발생할 수 있다. 따라서, 양 전극 표면을 동일 평면 상에 배치하는 경우는, 방전 위치가 안정되지 않을 가능성이 있다.
한편, 도 10과 같이, 각 전극(11, 12)의 주가장자리부의 에지 부분이 소정 거리만큼 이간하여 서로 마주보도록 배치하면, 상기한 것처럼 양 전극(11, 12)의 주가장자리부의 에지 부분간 거리가 가장 짧은 부분에서 방전이 많이 발생하므로, 방전 위치가 안정된다. 이하, 양 전극간의 방전이 발생하는 공간을 방전 영역으로 부르기로 한다.
상기한 것처럼, 각 전극(11, 12)의 주가장자리부의 에지 부분이 소정 거리만큼 이간해 서로 마주 보도록 배치한 경우, 도 10에 도시하는 바와같이 윗쪽으로부터 부감하면, 제1 및 제2의 방전 전극의 표면을 포함하는 가상 평면이 교차하는 위치를 중심으로 하여 양 전극은 방사상으로 배치되게 된다. 도 10에 있어서는, 방 사상으로 배치되어 있는 양 전극의 주가장자리부의 에지 부분간 거리가 가장 긴 부분은, 상기 가상 평면의 교차 위치를 중심으로 했을 때, 후술하는 EUV 집광 거울과 반대측에 위치하도록 설치되어 있다.
여기서, 방사상으로 배치되어 있는 양 전극(11, 12)의 주가장자리부의 에지 부분간 거리가 가장 긴 부분은, 상기 가상 평면의 교차 위치를 중심으로 했을 때, EUV 집광 거울(2)과 같은 측에 위치하도록 설치하는 것도 가능하다. 그러나 이 경우, 방전 영역과 EUV 집광 거울(2)과의 거리가 길어지고, 그 만큼, EUV 집광 효율도 저하하므로 실제적이지 않다.
본 실시예의 하이브리드 방식의 EUV 광원 장치는, 제1의 레이저 빔(원료용 레이저 빔)의 조사에 의해 기화된 고온 플라즈마 원료를 방전에 의한 전류 구동에 의해서 생성된 고온 플라즈마로부터의 EUV 방사광을 이용하는 것이다. 고온 플라즈마 원료의 가열 여기 수단은, 1쌍의 전극(11, 12)간에 발생한 방전에 의한 대전류이다. 따라서, 전극(11, 12)은 방전에 수반하는 큰 열적 부하를 받는다. 또한, 고온 플라즈마는 방전 전극 근방에 발생하므로, 전극(11, 12)은 이 플라즈마로부터도 열적 부하를 받는다. 이러한 열적 부하에 의해 전극은 서서히 마모하여 금속 잔해가 발생한다.
EUV 광원 장치는, 노광 장치의 광원 장치로서 사용되는 경우, 고온 플라즈마로부터 방출되는 EUV 방사를 EUV 집광 거울(2)에서 집광하고, 이 집광한 EUV 방사를 노광 장치측에 방출한다. 금속 잔해는 EUV 집광 거울(2)에 손상을 주어 EUV 집광 거울(2)에서의 EUV 광 반사율을 열화시킨다.
또한, 전극(11, 12)은 서서히 마모함으로써, 전극 형상이 변화한다. 이에 따라, 1쌍의 전극(11, 12)간에서 발생하는 방전이 서서히 불안정하게 되고, 그 결과, EUV광의 발생도 불안정하게 된다.
상기한 하이브리드 방식의 EUV 광 광원 장치를 양산형의 반도체 노광 장치의 광원으로서 이용하는 경우, 상기한 것 같은 전극의 소모를 억제하여, 전극 수명을 가능한 한 길게 하는 것이 필요하다.
이러한 요구에 대응하기 위해, 도 9, 도 10에 도시하는 EUV 광원 장치에 있어서는, 제1의 전극(11), 제2의 전극(12)의 형상을 원반상으로 하고, 또한, 적어도 방전 시에 회전하도록 구성되어 있다. 즉, 제1 및 제2의 전극(11, 12)을 회전시킴으로써, 양 전극에서 펄스 방전이 발생하는 위치는 펄스마다 변화한다. 따라서, 제1 및 제2의 전극(11, 12)이 받는 열적 부하는 작아지고, 전극(11, 12)의 마모 스피드가 감소하여, 전극의 장기 수명화가 가능해진다. 이하, 제1의 전극(11)을 제1의 회전 전극, 제2의 전극(12)을 제2의 회전 전극이라고도 한다.
구체적으로는, 원반형상의 제1의 회전 전극(11), 제2의 회전 전극(12)의 대략 중심부에는, 각각, 제1의 모터(22a)의 회전축(22e), 제2의 모터(22b)의 회전축(22f)이 장착되어 있다. 제1의 모터(22a), 제2의 모터(22b)가, 각각 회전축(22e, 22f)을 회전시킴으로써, 제1의 회전 전극(11), 제2의 회전 전극(12)은 회전한다. 또한, 회전의 방향은 특별히 규제되지 않는다. 여기서, 회전축(22e, 22f)은 예를 들면, 메커니컬 시일(22c, 22d)을 통해 챔버(1) 내에 도입된다. 메커니컬 시일(22c, 22d)은 챔버(1) 내의 감압 분위기를 유지하면서, 회전축의 회전을 허용한다.
도 9에 도시하는 바와같이, 제1의 회전 전극(11)은 그 일부가 도전성의 급전용 용융 금속(11a)을 수용하는 도전성의 제1의 컨테이너(11b) 내에 침지되도록 배치된다. 마찬가지로 제2의 회전 전극(12)은 그 일부가 도전성의 급전용 용융 금속(12a)을 수용하는 도전성의 제2의 컨테이너(12b) 내에 침지되도록 배치된다.
제1의 컨테이너(11b) 및 제2의 컨테이너(12b)는, 챔버(1) 내의 감압 분위기를 유지 가능한 절연성의 전력 도입부(11c, 12c)를 통해, 펄스 전력 공급 수단인 전력 발생기(8)와 접속된다. 상기한 것처럼, 제1, 제2의 컨테이너(11b, 12b) 및 급전용 용융 금속(11a, 12a)은 도전성이며, 제1의 회전 전극(11)의 일부 및 제2의 회전 전극(12)의 일부는, 상기 급전용 용융 금속(11a, 12a)에 침지되어 있으므로, 제1의 컨테이너(11b) 및 제2의 컨테이너(12b) 간에 펄스 전력 발생기(8)로부터 펄스 전력을 인가함으로써, 제1의 회전 전극(11) 및 제2의 회전 전극(12) 간에 펄스 전력이 인가된다.
또한, 급전용 용융 금속(11a, 12a)으로는, 방전 시, EUV 방사에 영향을 미치지 않는 금속이 채용된다. 또한, 급전용 용융 금속(11a, 12a)은 각 회전 전극(11, 12)의 방전 부위의 냉각 수단으로서도 기능한다. 또한, 도시를 생략했지만, 제1의 컨테이너(11b), 제2의 컨테이너(12b)에는, 용융 금속을 용융 상태로 유지하는 온도 조절 수단이 구비되어 있다.
(2) 방전 시동 기구
본 실시예의 EUV 광원 장치에서는, 방전 영역의 소정의 지점에 제2의 레이저 빔(시동용 레이저 빔)(24)을 조사하는 제2의 레이저원(24a) 및 상기 제2의 레이저원(24b)의 동작을 제어하는 제2의 레이저 제어부(24b)를 형성한다.
상기한 것처럼, 각 회전 전극(11, 12)의 주가장자리부의 에지 부분이 소정 거리만큼 이간되어 서로 마주보도록 배치했으므로, 양 전극(11, 12)의 주가장자리부의 에지 부분간 거리가 가장 짧은 부분에서 많은 방전이 발생한다. 따라서, 방전 위치가 안정된다. 그러나, 방전에 의한 마모 등으로 에지 부분의 변형이 발생하면, 방전 위치의 안정성은 저하한다.
여기서, 방전 영역의 소정의 위치에 시동용 레이저 빔(24)을 집광하면, 레이저 초점 근방에서는, 전자 방출에 의해 도전율이 저하된다. 따라서, 방전 채널의 위치는, 레이저 초점을 설정한 위치에 획정된다. 이 때문에, EUV 방사의 발생점의 위치 안정성이 향상된다.
제2의 레이저 빔(시동용 레이저 빔)(24)을 방출하는 제2의 레이저원(24a)으로는, 예를 들면, 탄산 가스 레이저원이나, YAG 레이저, YVO4 레이저, YLF 레이저 등의 고체 레이저원, ArF 레이저원, KrF 레이저, XeCl 레이저 등의 엑시머 레이저원 등을 채용할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 방전 영역의 소정의 지점에 조사하는 에너지 빔으로서 레이저 빔을 조사하고 있는데, 레이저 빔 대신에 이온 빔, 전자빔을 고온 플라즈마 원료에 조사해도 된다.
도 11에 제2의 레이저 빔(시동용 레이저 빔)(24)의 집광예에 대해 도시한다. 도 11(a)은, 제2의 레이저 빔(24)을, 방전 영역의 소정의 지점에 대해서 점 집광하는 예이다. 집광 광학계(24c)로는, 예를 들면, 볼록 렌즈(24d)가 사용된다. 전극 근방인 방전 영역의 소정의 지점에 대해서, 제2의 레이저 빔(24)을 점형상으로 집광함으로써, 전극간의 절연 파괴가 유발된다. 여기서, 레이저 초점(집광점) 근방에서는, 전자 방출에 의해 도전율이 저하된다. 따라서, 방전 채널의 위치는, 레이저의 집광점을 설정한 위치에 획정된다.
즉, 절연 파괴의 발생점을 레이저 조사로 고정함으로써, 방전 채널의 위치가 방전 영역의 국소적 영역에 고정된다. 이 때문에, EUV 방사의 발생점의 위치 안정성이 향상된다. 특히, 점 집광함으로써, EUV 방사의 발생점을 작게 하는 것이 가능해진다.
도 11(b)는 제2의 레이저 빔(24)을, 방전 영역의 소정의 지점에 대해 선 집광하는 예이다. 집광 광학계(24b)로는, 예를 들면, 2매의 실린드리컬 렌즈(24e, 24f)가 사용된다. 주지와 같이, 실린드리컬 렌즈는, 1축 방향으로만 광을 집속, 혹은, 확산하는 기능을 가진다. 도 11(b)에 도시하는 2매의 실린드리컬 렌즈(24e, 24f)는, 모두 1축 방향으로 제2의 레이저 빔(24)을 집속하는 기능을 가지는 것이다. 또한, 2매의 실린드리컬 렌즈는, 시동용 레이저 빔(24)을 집속하는 축 방향이 서로 직교하도록 배치되어 있다.
전극 근방인 방전 영역의 소정의 지점에 대해서, 제2의 레이저 빔(24)을 선형상으로 집광함으로써, 전극간의 절연 파괴가 유발된다. 점 집광 시와 마찬가지로, 방전 채널의 위치는 레이저의 집광선 상에 획정된다.
즉, 제2의 레이저 빔(24)의 선 집광 위치를 레이저 조사로 고정함으로써, 방전 채널의 위치가 방전 영역의 국소적 영역에 고정된다. 이 때문에, EUV 방사의 발생점의 위치 안정성이 향상된다.
(3) 펄스 전력 발생기
펄스 전력 공급 수단인 펄스 전력 발생기(8)는 콘덴서와 자기 스위치로 이루어지는 자기 펄스 압축 회로부를 통해, 부하인 제1의 컨테이너(11b)와 제2의 컨테이너(12b), 즉, 제1의 회전 전극(11)과 제2의 회전 전극(12)과의 사이에 펄스폭이 짧은 펄스 전력을 인가한다.
도 9, 도 10에 펄스 전력 발생기의 구성예를 도시한다.
도 9, 도 10의 펄스 전력 발생기는, 가포화 리액터로 이루어지는 2개의 자기 스위치(SR2, SR3)를 이용한 2단의 자기 펄스 압축 회로를 가진다. 콘덴서(C1), 제1의 자기 스위치(SR2), 콘덴서(C2), 제2의 자기 스위치(SR3)에 의해 2단의 자기 펄스 압축 회로를 구성한다.
자기 스위치(SR1)는, IGBT 등의 반도체 스위칭 소자인 고체 스위치(SW)에서의 스위칭 로스의 저감용이며 자기 어시스트라고도 불린다. 또한, 고체 스위치(SW)는, 전술한 스위칭 수단이며, 이하에서는 스위칭 수단이라고도 한다.
도 9, 도 10에 따라서 회로의 구성과 동작을 이하에 설명한다. 우선, 충전기(CH)의 충전 전압이 소정의 값(Vin)으로 조정되고, 주 콘덴서(CO)가 충전기(CH)에 의해 충전된다. 이 때, IGBT 등의 고체 스위치(SW)는 off로 되어 있다.
주 콘덴서(CO)의 충전이 완료하고, 고체 스위치(SW)가 on으로 되었을 때, 고 체 스위치(SW) 양단에 걸리는 전압은 주로 자기 스위치(SR1)의 양단에 걸린다.
자기 스위치(SR1)의 양단에 걸리는 주 콘덴서(CO)의 충전 전압(VO)의 시간 적분치가 자기 스위치(SR1)의 특성으로 정해지는 한계치에 이르면, 자기 스위치(SR1)가 포화되어 자기 스위치가 들어가고, 주 콘덴서(CO), 자기 스위치(SR1), 승압 트랜스(Tr1)의 1차측, 고체 스위치(SW)의 루프에 전류가 흐른다. 동시에, 승압 트랜스(Tr1)의 2차측, 콘덴서(C1)의 루프에 전류가 흐르고, 주 콘덴서(CO)에 축적된 전하가 이행하여 콘덴서(C1)에 충전된다.
이 후, 콘덴서(C1)에서의 전압(V1)의 시간 적분치가 자기 스위치(SR2)의 특성으로 정해지는 한계치에 이르면, 자기 스위치(SR2)가 포화하여 자기 스위치가 들어가고, 콘덴서(C1), 자기 스위치(SR2), 콘덴서(C2)의 루프에 전류가 흐르고, 콘덴서(C1)에 축적된 전하가 이행하여 콘덴서(C2)에 충전된다.
또한 이 후, 콘덴서(C2)에서의 전압(V2)의 시간 적분치가 자기 스위치(SR3)의 특성으로 정해지는 한계치에 이르면, 자기 스위치(SR3)가 포화하여 자기 스위치가 들어가고, 제1의 컨테이너와 제2의 컨테이너, 즉, 제1의 회전 전극과 제2의 회전 전극과의 사이에 고전압 펄스가 인가된다.
여기서, 자기 스위치(SR2, SR3) 및 콘덴서(C1, C2)로 구성되는 각 단의 용량 이행형 회로의 인덕턴스를 후단으로 감에 따라 작아지도록 설정함으로써, 각 단을 흐르는 전류 펄스의 펄스폭이 순차 좁아지는 펄스 압축 동작이 행해지고, 제1의 회전 전극과 제2의 회전 전극간에서 단 펄스가 강한 방전을 실현하는 것이 가능해지고, 플라즈마에의 입력 에너지도 커진다.
(4) 원료 공급 및 원료 기화 기구
극단 자외광을 방사하기 위한 고온 플라즈마 원료(21)는, 챔버(1)에 설치한 원료 공급 유닛(20)으로부터 액체 또는 고체 상태로, 방전 영역(제1의 회전 전극(11)의 주가장자리부의 에지 부분과 제2의 회전 전극(12)의 주가장자리부의 에지 부분과의 사이의 공간이며, 방전이 발생하는 공간) 근방에 공급된다. 구체적으로, 고온 플라즈마 원료(21)는 방전 영역을 제외한 공간으로서, 기화된 고온 플라즈마 원료가 방전 영역에 도달할 수 있는 공간에 공급된다.
상기 원료 공급 유닛(20)은, 예를 들면, 챔버(1)의 상부벽에 설치되고, 고온 플라즈마 원료(21)는 상기 방전 영역 근방의 공간에, 물방울 형상으로 하여 공급(적하)된다.
물방울 형상으로 하여 공급되는 고온 플라즈마 원료는, 아래로 떨어져 방전 영역 근방의 공간에 도달했을 때, 제1의 레이저원(23a)으로부터 방출되는 제1의 레이저 빔(원료용 레이저 빔)(23)에 의해 조사되어 기화한다.
제1의 레이저 빔(23)을 방출하는 제1의 레이저원(23a)으로는, 예를 들면, 탄산 가스 레이저원이나, YAG 레이저, YVO4 레이저, YLF 레이저 등의 고체 레이저원, ArF 레이저, KrF 레이저, XeCl 레이저 등의 엑시머 레이저원 등을 채용할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 고온 플라즈마 원료(21)에 조사하는 에너지 빔으로서 레이저 빔을 조사하는데, 레이저 빔 대신에 이온 빔, 전자빔을 고온 플라즈마 원료에 조사해도 된다.
상기한 것처럼, 제1의 레이저 빔(23)의 조사에 의해 기화한 고온 플라즈마 원료는, 제1의 레이저 빔(23)이 입사하는 고온 플라즈마 원료 표면의 법선 방향을 중심으로 하여 퍼진다. 따라서, 제1의 레이저 빔(23)은, 기화 후의 고온 플라즈마 원료가 방전 영역의 방향으로 퍼지도록, 고온 플라즈마 원료 표면의 방전 영역을 향하는 측에 대해 조사할 필요가 있다.
여기서, 제1의 레이저 빔(23)의 조사에 의해 방전 영역에 공급된 기화 후의 고온 플라즈마 원료 중, 방전에 의한 고온 플라즈마 형성에 기여하지 않은 일부, 혹은, 플라즈마 형성의 결과 분해 생성하는 원자상 가스의 클러스터의 일부는, 잔해로서 EUV 광원 장치 내의 저온부와 접촉하여, 퇴적한다.
이 때문에, 기화 후의 고온 플라즈마 원료가 EUV 집광 거울의 방향으로 퍼지지 않도록, 고온 플라즈마 원료(21)를 공급하고, 또한, 제1의 레이저 빔(23)을 고온 플라즈마 원료(21)에 조사하는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 고온 플라즈마 원료(21)가 1쌍의 전극(11, 12)과 EUV 집광 거울(2)과의 사이의 공간이며, 또한, 방전 영역을 제외한 공간으로서, 기화된 고온 플라즈마 원료가 방전 영역에 도달할 수 있는 공간에 대해서 공급되도록 원료 공급 유닛(20)이 조정된다. 또한, 제1의 레이저 빔(23)이 이 공간에 공급된 원료에 대해, 기화 후의 고온 플라즈마 원료가 방전 영역의 방향으로 퍼지도록 고온 플라즈마 원료 표면의 방전 영역을 향하는 측에 대해 조사되도록, 제1의 레이저원(23)이 조정된다.
이상과 같이 조정함으로써, 잔해가 EUV 집광 거울(2)로 진행하는 것을 억제 하는 것이 가능해진다.
상기한 것처럼, 제1의 레이저 빔(23)의 조사에 의해 기화된 고온 플라즈마 원료는 제1의 레이저 빔(23)이 입사하는 고온 플라즈마 원료 표면의 법선 방향을 중심으로 하여 퍼진다. 상세하게는, 제1의 레이저 빔(23)의 조사에 의해 기화하여 비산하는 고온 플라즈마 원료의 밀도는 상기 법선 방향이 가장 고밀도로 되고, 상기 법선 방향으로부터 각도가 증기할 때 마다 낮아진다.
상기를 감안하여, 방전 영역에 대한 고온 플라즈마 원료(21)의 공급 위치, 및, 제1의 레이저 빔(23)의 조사 에너지 등의 조사 조건은, 방전 영역에 공급되는 기화 후의 고온 플라즈마 원료의 공간 밀도 분포가, 방전 영역에서 고온 플라즈마 원료가 가열 여기 후 효율적으로 EUV 방사가 취출되는 조건이 되도록, 적절히 설정된다.
또한, 고온 플라즈마 원료가 공급되는 공간의 아래쪽에는, 기화하지 않은 고온 플라즈마 원료를 회수하는 원료 회수 수단(25)을 설치해도 된다.
(5) EUV 광 집광부
방전부에 의해 방출되는 EUV 광은, EUV 광 집광부에 설치된 경사 입사형의 EUV 집광 거울(2)에 의해 집광되고, 챔버(1)에 설치된 EUV 광 취출부(7)에서 도시를 생략한 노광 장치의 조사 광학계로 인도된다.
이 경사 입사형의 EUV 집광 거울(2)은 일반적으로 복수매의 얇은 오목면 미러를 차례대로 포갠 상자형상으로 고 정밀도로 배치한 구조이다. 각 오목면 미러의 반사면의 형상은, 예를 들면, 회전 타원면 형상, 회전 포물면 형상, 월터형 형 상이며, 각 오목면 미러는 회전체 형상이다. 여기서, 월터형 형상이란, 광 입사면이, 광 입사측으로부터 순서대로 회전 쌍곡면과 회전 타원면, 혹은, 회전 쌍곡면과 회전 포물면으로 이루어지는 오목면 형상이다.
상기한 각 오목면 미러의 기체 재료는, 예를 들면, 니켈(Ni) 등이다. 파장이 매우 짧은 EUV 광을 반사시키므로, 오목면 미러의 반사면은, 매우 양호한 평활면으로서 구성된다. 이 평활면에 실시되는 반사재는, 예를 들면, 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 및 로듐(Rh) 등의 금속막이다. 각 오목면 미러의 반사면에는, 이러한 금속막이 치밀하게 코팅된다.
이와 같이 구성함으로써, EUV 집광 거울은, 0°~25°의 경사 입사 각도의 EUV광을 양호하게 반사하고, 또한, 집광하는 것이 가능해진다.
(6) 잔해 트랩
상기한 방전부와 EUV 광 집광부와의 사이에는, EUV 집광 거울(2)의 손상을 막기 위해서, 방전 후 생성하는 고온 플라즈마와 접하는 제1, 제2의 회전 전극(11, 12)의 주가장자리부가 상기 고온 플라즈마에 의해서 스퍼터되어 생성하는 금속분말 등의 잔해나, 고온 플라즈마 원료 중의 EUV 방사종인 Sn이나 Li 등에 기인하는 잔해 등을 포착하여 EUV광만을 통과시키기 위한 잔해 트랩이 설치된다.
상기한 것처럼, 도 9, 7에 도시하는 본 실시예의 EUV 광원 장치에 있어서는, 잔해 트랩은 가스 커텐(13b) 및 포일 트랩(3)으로 구성되어 있다.
가스 커텐(13b)은 가스 공급 유닛(13)으로부터 노즐(13a)을 통해 챔버(1) 내에 공급되는 가스에 의해 구성된다.
도 9에, 가스 커텐 기구가 도시되어 있다. 노즐(13a)은 직방체 형상이며, 가스가 방출되는 개구는 가늘고 긴 4각형상으로 되어 있다. 가스 공급 유닛(13)으로부터 노즐(13a)에 가스가 공급되면, 노즐(13a)의 개구로부터 시트형상의 가스가 방출되어, 가스 커텐(13b)이 형성된다. 가스 커텐(13b)은 상기 잔해의 진행 방향을 변화시켜, 잔해가 EUV 집광 거울(2)에 도달하는 것을 억제한다. 여기서 가스 커텐(13b)에 사용되는 가스는, EUV광에 대해서 투과율이 높은 가스가 바람직하고, 예를 들면, 헬륨(He), 아르곤(Ar) 등의 희가스나 수소(H2) 등이 이용된다.
또한, 가스 커텐(13b)과 EUV 집광 거울(2)과의 사이에는, 포일 트랩(3)이 설치된다. 포일 트랩(3)에 대해서는, 예를 들면, 특허 문헌 8에 「포일 트랩」으로서 기재되어 있다. 포일 트랩(3)은, 고온 플라즈마로부터 방사되는 EUV 광을 차단하지 않도록, 고온 플라즈마 발생 영역의 직경 방향에 설치되는 복수의 플레이트와, 그 플레이트를 지지하는 링 형상의 지지체로 구성되어 있다.
가스 커텐(13b)과 EUV 집광 거울(2)과의 사이에 이러한 포일 트랩(3)을 설치하면, 고온 플라즈마와 포일 트랩(3)과의 사이의 압력이 증가한다. 압력이 증가하면, 그 장에 존재하는 가스 커텐의 가스 밀도가 증가하고, 가스 원자와 잔해의 충돌이 증가한다. 잔해은 충돌을 반복함으로써, 운동 에너지를 감소한다. 따라서, EUV 집광 거울(2)에 잔해가 충돌할 때의 에너지가 감소하여, EUV 집광 거울(2)의 손상을 감소시키는 것이 가능해진다.
또한, 챔버(1)의 집광 공간(1b)측에, 가스 공급 유닛(14)을 접속하고, EUV광 의 발광에 관계없는 버퍼 가스를 도입해도 된다. 가스 공급 유닛(14)으로부터 공급된 버퍼 가스는 EUV 집광 거울(2)측으로부터, 포일 트랩(3)을 통과하고, 포일 트랩 지지용 격벽(3a)과 격벽(1c)의 사이의 공간을 지나 진공 배기 장치(4)로부터 배기된다. 이러한 가스의 흐름이 생김으로써, 포일 트랩(3)에서는 포착할 수 없었던 잔해가 EUV 집광 거울(2)측으로 흘러드는 것을 막아, 잔해에 의한 EUV 집광 거울(2)의 손상을 줄일 수 있다.
여기서, 버퍼 가스에 추가하여, 염소(C12) 등의 할로겐 가스나 수소 래디컬을 가스 공급 유닛(14)으로부터 집광 공간에 공급해도 된다. 이들 가스는, 잔해 트랩에서 제거되지 않고 EUV 집광 거울(2)에 퇴적한 잔해와 반응하여 상기 잔해를 제거하는 클리닝 가스로서 기능한다. 따라서, 잔해 퇴적에 의한 EUV 집광 거울의 반사율 저하라는 기능 저하를 억제하는 것이 가능해진다.
(7) 격벽
방전 공간(1a)의 압력은, 원료용 레이저 빔 조사에 의해 기화된 고온 플라즈마 원료를 가열 여기하기 위한 방전이 양호하게 발생하도록 설정되고, 어느 정도 이하의 진공 분위기로 유지할 필요가 있다.
한편, 집광 공간(1b)은 잔해 트랩에서 잔해의 운동 에너지를 작게 할 필요가 있으므로, 잔해 트랩 부분에서 소정의 압력을 유지할 필요가 있다.
도 9, 도 10에서는, 가스 커텐으로부터 소정의 가스를 흐르게 하고, 포일 트랩(3)에서 소정의 압력을 유지하여, 잔해의 운동 에너지를 작게 한다. 이를 위해, 집광 공간은, 결과적으로 수백Pa 정도의 압력의 감압 분위기로 유지할 필요가 있다.
여기서, 본 발명의 EUV 광원 장치에서는, 챔버(1) 내를 방전 공간과 집 광 공간으로 구획하는 격벽(1c)이 설치되어 있다. 이 격벽(1c)에는, 양 공간을 공간적으로 연결하는 개구가 형성된다. 개구는 압력 저항으로서 기능하므로, 방전 공간을 진공 배기 장치(4), 집광 공간을 진공 배기 장치(5)로 각각 배기할 때, 가스 카텐(13b)으로부터의 가스 유량, 개구의 크기, 각 진공 배기 장치의 배기 능력등을 적절히 고려함으로써 방전 공간(1a)을 수 Pa, 집광 공간(1b)을 적절한 압력으로 유지하는 것이 가능해진다.
(8) 원료 모니터
원료 모니터(20a)는, 상기한 원료 공급 유닛(20)에서 물방울 형상으로 하여 떨어트려지는 원료의 위치를 모니터한다. 예를 들면, 도 9에 도시하는 바와같이, 원료 공급 유닛(20)으로부터 아래로 떨어지는 원료가, 원료 모니터(20a) 근방의 위치(P1)에 도달한 시점을 모니터한다. 후술하는 바와같이, 이 모니터 결과에 의해, 원료가 위치(P1)에 도달한 시점으로부터 제1의 레이저 빔(원료용 레이저 빔)(23)이 조사되는 위치(P2)에 도달할 때까지의 시간이 구해진다. 모니터링은, 예를 들면, 공지의 레이저 계측법을 이용해 행해진다. 원료의 검출 신호는, 원료 공급 모니터(20a)에서 제어부(26)로 송신된다. 상기한 것처럼 원료(21)는 물방울 형상으로 하여 아래로 떨어지므로 원료의 검출 신호는 단속적인 펄스 신호가 된다.
(9) 극단 자외광(EUV) 광원 장치의 동작
본 실시예의 EUV 광원 장치는, 노광용 광원으로서 이용되는 경우, 예를 들면, 이하와 같이 동작한다. 도 13, 도 14는 본 실시예의 동작을 나타내는 플로우 차트, 도 15는 타임 차트이며, 이하 도 13-도 15에 의해, 본 실시예의 동작을 설명한다.
EUV 광원 장치의 제어부(26)는 도 1, 2에 도시한 시간 데이터 Δtd, Δti, Δtg를 기억한다.
즉, Δtd는, 펄스 전력 공급 수단(펄스 전력 발생기(8))의 스위칭 수단에 트리거 신호가 입력된 시점(시각 Td)으로부터, 스위칭 수단이 on 상태에서 전극간 전압이 임계치(Vp)에 도달할 때까지의 시간이다. Δti는, 방전 개시 후, 전극간을 흐르는 전류의 크기가 임계치(Ip)에 도달하기까지의 시간이다. Δtg는 제1의 레이저 빔이 원료에 조사된 시점으로부터 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달하기까지의 시간이다.
일반적으로, 방전 전극(11, 12)에 인가되는 전압(V)이 크면, 방전 전극간의 전압 파형의 상승은 빨라진다. 따라서, 상기한 Δtd는, 방전 전극(11, 12)에 인가되는 전압(V)에 의존하게 된다. EUV 광원 장치의 제어부(26)는 미리 실험 등으로 구한 전압(V)과 시간 Δtd의 관계를 테이블로서 기억하고 있다.
또한, EUV 광원 장치의 제어부(26)는 원료가 소정의 위치(예를 들면, 도 12의 P1)에 도달한 시점으로부터, 제1의 레이저 빔(원료용 레이저 빔)(23)이 원료(21)에 조사되는 위치(예를 들면, 도 12의 P2)에 도달하기까지의 시간 Δtm을 기억한다.
또한, 제어부(26)는 보정 시간(α, β) 및 펄스 전력 공급 수단의 스위칭 수단에 주 트리거 신호가 출력되는 시점으로부터, 상기 주 트리거 신호가 펄스 전력 공급 수단의 스위칭 수단에 입력하여 스위칭 수단이 on이 되는 시점까지의 지연 시간(d1)을 기억한다. 이 보정 시간(α, β)에 대해서는 후술한다.
우선, EUV 광원 장치의 제어부로부터의 스탠바이 지령이, 진공 배기 장치(5), 진공 배기 장치(4), 가스 공급 유닛(13), 가스 공급 유닛(14), 제1의 모터(22a), 제2의 모터(22b)에 송신된다(도 13의 스텝 S101, 도 15의 S201).
스탠바이 지령을 수신한, 진공 배기 장치(5), 진공 배기 장치(4) 및, 가스 공급 유닛(13), 가스 공급 유닛(14)은 동작을 개시한다. 즉, 진공 배기 장치(4)가 동작하고, 방전 공간이 진공 분위기가 된다. 한편, 진공 배기 장치(5)가 동작함과 더불어, 가스 공급 유닛(13)이 동작하여 가스 커텐(13b)이 형성되고, 가스 공급 유닛(14)이 동작하여 집광 공간(1b) 내에 버퍼 가스, 클리닝 가스가 공급된다. 그 결과, 집광 공간(1b)이 소정의 압력에 도달한다. 또한, 제1의 모터(22a), 제2의 모터(22b)가 동작하고, 제1의 회전 전극(11), 제2의 회전 전극(12)이 회전한다. 이하, 상기한 동작 상태를 총칭하여 스탠바이 상태라고 부른다(도 13의 스텝 S102, 도 15의 S202).
EUV 광원 장치의 제어부(26)는 이러한 스탠바이 상태 후, 원료 공급 유닛(20) 및 원료 모니터(20a)에 동작 개시 지령 신호를 송신한다(도 13의 스텝 S103, 도 15의 S203).
동작 개시 지령 신호를 수신한 원료 공급 유닛(20)은, EUV 방사를 행하기 위 한 액체상태 또는 고체상태의 고온 플라즈마 원료(예를 들면 액체상태의 주석)를 물방울 형상으로 하여 아래로 떨어트리기 시작한다. 한편, 동작 개시 지령 신호를 수신한 원료 모니터(20a)는 모니터링 동작을 개시하고, 후술하는 위치(P1)에 원료가 도달했을 때, 원료 검출 신호를 EUV 광원 장치의 제어부(26)에 송신한다(도 13의 스텝 S104, 도 15의 S204).
또한, 이 시점에서는, 아래로 떨어지는 원료(21)는 제1의 레이저 빔(원료용 레이저 빔)(23)에 조사되지 않으므로, 그대로 원료 회수 수단(25)에 의해 회수된다.
EUV 광원 장치의 제어부(26)는 노광 장치의 제어부(27)에 스탠바이 완료 신호를 송신한다(도 13의 스텝 S105, 도 15의 S205).
스탠바이 완료 신호를 수신한 노광 장치의 제어부(27)에서, EUV 광원 장치의 제어부(26)는 발광 지령을 수신한다. 또한, EUV 방사의 강도를 노광 장치측이 컨트롤하는 경우, 본 발광 지령에는, EUV 방사의 강도 데이터도 포함된다(도 13의 스텝 S106, 도 15의 S206).
EUV 광원 장치의 제어부(26)는 충전 제어 신호를 펄스 전력 발생기(8)의 충전기(CH)에 송신한다. 충전 제어 신호는, 예를 들면, 방전 개시 타이밍 데이터 신호 등으로 이루어진다. 상기한 바와같이, 노광 장치의 제어부(27)로부터의 발광 지령에 EUV 방사의 강도 데이터가 포함되는 경우, 주 콘덴서(CO)에의 충전 전압 데이터 신호도 상기 충전 제어 신호에 포함된다.
예를 들면, 미리, EUV 방사 강도와 주 콘덴서(CO)에의 충전 전압과의 관계가 실험 등에 의해 구해지고, 양자의 상관을 격납한 테이블이 작성된다. EUV 광원 장치의 제어부(26)는 이 테이블을 기억하고 있고, 노광 장치의 제어부(27)로부터 수신한 발광 지령에 포함되는 EUV 방사의 강도 데이터에 의거해, 테이블에서 주 콘덴서(CO)의 충전 전압 데이터를 호출한다. 그리고 호출한 충전 전압 데이터에 의거해, EUV 광원 장치의 제어부(26)는 주 콘덴서(C0)에의 충전 전압 데이터 신호를 포함한 충전 제어 신호를 펄스 전력 발생기의 충전기(CH)에 송신한다(도 13의 스텝 S107, 도 15의 S207).
충전기(CH)는 상기한 것처럼 주 콘덴서(CO)의 충전을 행한다(도 13의 스텝 S108).
EUV 광원 장치의 제어부(26)는 운전을 개시하고 나서 최초의 EUV 광 발생(첫회 펄스라고 한다)인지를 판정하고(도 13의 스텝 S109), 첫회 펄스인 경우에는, 스텝 S109로부터 스텝 S110으로 간다. 또한, 첫회 펄스가 아닌 경우에는, 스텝 S116으로 간다.
스텝 S110에서, EUV 광원 장치의 제어부(26)는 펄스 전력 공급 수단의 스위칭 수단에 주 트리거 신호를 출력하는 타이밍, 제1의 레이저원(23a)의 동작을 제어하는 제1의 레이저 제어부(23b)에의 제1 트리거 신호의 송출 타이밍, 제2의 레이저원(24a)의 동작을 제어하는 제2의 레이저 제어부(24b)에의 제2 트리거 신호의 송출 타이밍을 계산한다.
첫회 펄스인 경우는, 후술하는 전압 카운터, 전류 카운터의 카운트치를 사용할 수 없고, 후술하는 피드백 보정을 할 수 없으므로, 미리 기억하고 있는 시간 데 이터 Δtd, Δti,Δtg, Δtm, d1, α, β에 의거해, 상기 타이밍을 획정한다.
또한, 도 1, 도 2에 도시하는 바와같이, 실제는, 펄스 전력 공급 수단(펄스 전력 발생기(8))의 스위칭 수단에 주 트리거 신호가 입력되어 스위칭 수단이 on이 되는 시점(Td)을 기준으로 하여, 제1의 레이저 빔, 제2의 레이저 빔(24)이 조사되는 시간(T1, T2)을 설정하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는, 펄스 전력 공급 수단의 스위칭 수단에 주 트리거 신호를 출력하는 시점(Td′)으로부터, 상기 주 트리거 신호가 펄스 전력 공급 수단의 스위칭 수단에 입력되어 스위칭 수단이 on이 되는 시점(Td)까지의 지연 시간(d1)을 미리 구해 둔다. 그리고, 펄스 전력 공급 수단의 스위칭 수단에 주 트리거 신호를 출력한 시점(Td′)을 상기 지연 시간(d1)으로 보정하고, 스위칭 수단이 on이 되는 시점(Td)을 구한다.
한편, 제1 트리거 신호가 송출된 시점(T1′)으로부터 제1의 레이저 빔(원료용 레이저 빔)(23)이 조사되기까지의 지연 시간(d2), 제2 트리거 신호가 송출된 시점(T2′)으로부터 제2의 레이저 빔(시동용 레이저 빔)(24)이 조사되기까지의 지연 시간(d3)은 ns 오더로 무시할 수 있을 만큼 작기 때문에, 여기에서는, 생각하지 않기로 한다.
제1의 레이저원(23a), 제2의 레이저원(24a)이 예를 들면 Q 스위치식 YAG 레이저 장치 등인 경우, 펄스 전력 공급 수단의 스위칭 수단에 주 트리거 신호를 출력한 시점(Td′)을 기준으로 하여, 제1의 레이저원(23a)의 동작을 제어하는 제1의 레이저 제어부(23b)에의 제1 트리거 신호의 송출 타이밍(T1′), 제2의 레이저 원(24a)의 동작을 제어하는 제2의 레이저 제어부(24b)에의 제2 트리거 신호의 송출 타이밍(T2′)을 설정함으로써, 펄스 전력 공급 수단의 스위칭 수단에 주 트리거 신호가 입력된 시점(Td)을 기준으로 한 제1의 레이저 빔(23), 제2의 레이저 빔(24)이 조사되는 시간(T1, T2)의 설정이 실현된다.
주 트리거 신호를 송신하는 시점을 기준(시각 Td′)으로 할 때, 제1의 레이저 제어부(23b)에의 제1 트리거 신호의 송출 타이밍(T1′), 제2의 레이저원(24a)의 동작을 제어하는 제2의 레이저 제어부(24b)에의 제2 트리거 신호의 송출 타이밍(T2′)은 이하와 같이 구해진다.
도 1, 도 2에서 명백한 바와같이, 제2의 레이저 빔(23)이 조사되는 타이밍(T2)은 펄스 전력 공급 수단의 스위칭 수단이 on이 되는 시점(Td)을 기준으로 했을 때,
T2≥Td＋Δt … (1)
이 된다.
따라서, 주 트리거 신호를 송신하는 시점(Td′)을 기준으로 했을 때의 제2의 레이저원의 동작을 제어하는 제2의 레이저 제어부에의 제2 트리거 신호의 송출 타이밍(T2′)은
T2′＋d3 ≥ (Td′＋d1)＋Δtd … (2)
가 된다. 여기서, 지연 시간(d3)은 무시할 수 있을정도로 작기 때문에, 제2 트리거 신호의 송출 타이밍(T2′)은
T2′ ≥ Td′＋d1＋Δtd … (3)
이 된다.
여기서, 전극간 전압이 확실하게 임계치(Vp)를 넘은 시점에서, 제2의 레이저 빔이 조사되도록, 제2의 레이저 빔이 조사되는 시점을, Δtd보다 약간 지연시켜도 된다.
이 지연 시간을 보정 시간(α)로 정의하고, 식(3)을 변형하면,
T2′≥Td′＋d1＋Δtd＋α … (4)가 된다.
본 실시예에서는,
T2′＝Td′＋d1＋Δtd＋α … (5)로 한다.
또한, 당연히, T2′의 설정은, (5)식에 한정되는 것이 아니라, (4)식을 만족하면 된다. 예를 들면, T2′=Td′＋d1＋Δtd로 해도 된다.
한편, 도 1, 도 2에서, 제1의 레이저 빔(23)이 조사되는 타이밍(T1)과, 제2 의 레이저 빔(24)이 조사되는 타이밍(T2)은 이하의 관계가 된다.
T2＋Δti≤T1＋Δtg≤T2＋Δti＋Δtp (6)
본 실시예에서는, 방전 전류가 확실하게 임계치(Ip)를 넘은 시점에서, 제1의 레이저 빔(23)이 조사되도록 제1의 레이저 빔(23)이 조사되는 시점을 Δti보다 약간 지연시킨다. 이 지연 시간을 보정 시간(β)로 정의하고, 타이밍(T1)과 (T2)의 관계를 설정하면,
T2＋Δti＋β=T1＋Δtg …(7)이 된다.
여기서, 보정 시간(β)은
0≤β≤Δtp …(8)이 된다.
또한, 당연히, 타이밍(T1)와 (T2)와의 관계의 설정은, (7)식에 한정되는 것이 아니라, (6)식을 만족하면 된다. 예를 들면, T2＋Δti=T1＋Δtg여도 되고, T2＋Δti＋Δtp=T1＋Δtg여도 된다.
(7)식을, 제1 트리거 신호의 송출 타이밍(T1′)과 제2 트리거 신호의 송출 타이밍(T2′)과의 관계로 변형하면,
(T2′＋d3)＋Δti＋β＝(T1′＋d2)＋Δtg … (9)가 된다.
여기서, 지연 시간(d2, d3)은 무시할 수 있을 정도로 작기 때문에, (9)식은
T2′＋Δti＋β＝T1′＋Δtg
T1′＝T2′＋Δti＋β－Δtg … (10)이 된다.
(10)식에 (5)식을 대입하면,
T1′＝(Td′＋d1＋Δtd＋α)＋Δti＋β－Δtg
＝Td′＋d1＋(Δtd＋Δti－Δtg)＋(α＋β) …(11)
이 된다.
상기한 것처럼, 주 트리거 신호를 송신하는 시점(Td′)을 기준으로 했을 때의 제1의 트리거 신호의 송출 타이밍(T1′), 제2의 트리거 신호의 송출 타이밍(T2′)는, 각각 (11)식, (5)식으로 표시된다.
여기서, 본 실시예에서의 EUV 광원 장치는, 원료를 물방울 형상으로 하여 아래로 떨어트려 공급된다. 따라서, 아래로 떨어지는 원료가 도 12에서의 제1의 레이저 빔의 조사 위치(P2)에 도달하는 시점과, 상기한 주 트리거 신호를 송신하는 시점(Td′), 제1의 트리거 신호의 송출 타이밍(T1′), 제2의 트리거 신호의 송출 타이밍(T2′)은 동기할 필요가 있다.
도 12에서의 원료가 위치(P1)에 도달한 시점을 Tm, Tm으로부터 Δtm 후에 원료가 조사 위치(P2)에 도달하는 것으로 하면, 원료가 조사 위치(P2)에 도달하는 시점은 Tm＋Δtm이 된다.
즉, 시점 Tm를 기준으로 하는 경우,
T1＝Tm＋Δtm …(12)가 성립할 필요가 있다.
(12)식을, 제1 트리거 신호의 송출 타이밍(T1′)의 식으로 변형하면,
(T1′＋d2)＝Tm＋Δtm … (13)이 된다.
여기서, 지연 시간(d2)은 무시할 수 있을만큼 작기 때문에, (13)식은,
T1′＝Tm＋Δtm … (14)가 된다.
따라서, 시점(Tm)을 기준으로 하면, 주 트리거 신호를 송신하는 시점(Td′), 제1의 레이저 제어부에의 제1 트리거 신호의 송출 타이밍(T1′), 제2의 레이저원의 동작을 제어하는 제2의 레이저 제어부에의 제2 트리거 신호의 송출 타이밍(T2′)은 이하와 같이 구해진다.
Td′＝Tm＋(Δtm－Δtd－Δti＋Δtg)－d1－(α＋β) … (15)
T1′＝Tm＋Δtm … (14)
T2′＝Tm＋(Δtm＋Δtg－Δti)－β … (16)
여기서, Δtm은 도 12에서, 이하와 같이 구해진다.
도 12에 도시하는 바와같이, 원료 공급 유닛(20)의 원료 배출부의 위치를 PO, 원료 모니터(20a)가 원료를 모니터하는 위치를 P1, 제1의 레이저 빔(23)의 조 사 위치를 P2로 하고, PO와 P1의 거리를 L, PO와 P2의 거리를 Lp로 한다.
또한, 원료(21)가 PO에 위치하는 시간을 원점으로 하여, 상기한 것처럼, 원료(21)가 P1에 도달한 시점을 Tm, 원료(21)가 조사 위치(P2)에 도달한 시점을 Tm＋Δtm으로 한다.
위치(PO)에 있어서의 원료의 낙하 속도를 O, 중력 가속도를 G로 하면,
L＝(1/2) GT㎡ …(17)
Lp＝(1/2) G(Tm＋Δtm)2 … (18)이 된다. (18)(19)식에서, Δtm은 (19) 식과 같이 구해진다.
Δtm＝(2Lp/G)1/2－(2L/G)1/2 … (19)
즉, 도 13의 스텝 S110에서, EUV 광원 장치의 제어부(26)는 미리 기억하는 시간 데이터 Δtd, Δti, Δtg, Δtm, d1, α, β에 의거해, 식(15)(14)(16)(19)에 의해, 시점(tm)을 기준으로 했을 때의 주 트리거 신호를 송신하는 타이밍(Td′), 제1의 레이저 제어부(23b)에의 제1 트리거 신호의 송출 타이밍(T1′), 제2의 레이저원(24a)의 동작을 제어하는 제2의 레이저 제어부(24b)에의 제2 트리거 신호의 송출 타이밍(T2′)을 구한다(도 15의 S208).
여기서, 시간 데이터 Δtd는, 전압(V)과 시간(Δtd)과의 대응을 격납하는 테이블에서 호출된다. 방전 전극에 인가하는 전압(V)의 데이터는, 예를 들면, 스텝 S107에서 충전 제어 신호를 펄스 전력 발생기의 충전기(CH)에 송신할 때에 EUV 방사 강도와 주 콘덴서(CO)에의 충전 전압과의 상관을 격납한 테이블로부터 호출한 주 콘덴서(C0)의 충전 전압 데이터를 그대로 사용한다.
EUV 광원 장치의 제어부(26)는 주 콘덴서(CO)의 충전이 안정되기까지의 시간인 챠저(charger) 충전 안정 시간(tst)이 경과한 시점으로부터, 최초로 원료 모니터(20a)로부터의 원료 검지 신호를 검지한 시점을 기준 시점(Tm)으로 한다(도 13의 스텝 S111, 도 15의 S204, S207). 또한, 기준 시점(Tm)의 설정은, 챠저 충전 안정 시간(tst) 경과한 시점으로부터, 최초로 원료 검지 신호를 검지한 시점에 한정할 필요는 없다. 예를 들면, 시간(tst) 경과한 시점으로부터, 소정 회수 원료 검지 신호를 검지한 시점을 기준 시점(Tm)으로 설정해도 된다.
EUV 광원 장치의 제어부(26)는 스텝 S111에서 설정한 기준 시점(Tm)을 기준으로 하여 식(15)(14)(16)(19)에 의해 구한, 시점(Tm)을 기준으로 했을 때의 주트리거 신호를 송신하는 타이밍(Td′), 제1의 레이저 제어부(23b)에의 제1 트리거 신호의 송출 타이밍(T1′), 제2의 레이저원(24a)의 동작을 제어하는 제2의 레이저 제어부(24b)에의 제2 트리거 신호의 송출 타이밍(T2′)에서, 주 트리거 신호, 제1 트리거 신호, 제 2 트리거 신호를, 각각, 펄스 전력 공급 수단(펄스 전력 발생기(8))의 스위칭 수단, 제1의 레이저 제어부(23b), 제2의 레이저 제어부(24b)에 송신한다(도 13의 스텝 S112, 도 15의 S209, S213, S217).
EUV 광원 장치의 제어부(26)는 주 트리거 신호의 출력 개시에서 전극간 전압이 임계치(Vp)까지 도달하기까지를 계측하는 전압 카운터(도시하지 않음)를 동작시킨다. 또한, 제2 트리거 신호의 출력 개시에서 방전 전류가 임계치(Ip)까지 도달하기까지를 계측하는 전류 카운터(도시하지 않음)를 동작시킨다(도 14의 스텝 S113, 도 15의 S212, S216).
또한, 전압 카운터와 전류 카운터는, 노광기의 제어부(27)로부터 발광 지령 신호가 입력되었을 때, 0클리어되어 있다. 전압 카운터는, 주 트리거 신호의 출력 후, 전극간 전압이 임계치(Vp)에 도달하기 까지의 시간을 일정하게 하기 위해서 피드백 제어하기 위한 것이다. 한편, 전류 카운터는, 제2 트리거 신호의 출력 후, 방전 전류가 임계치(Ip)에 도달하기까지의 시간을 일정하게 하기 위해서 피드백 제어하기 위한 것이다.
즉, 시점(Tm)을 기준으로 했을 때의 주 트리거 신호를 송신하는 타이밍(Td′), 제1의 레이저 제어부에의 제1 트리거 신호의 송출 타이밍(T1′), 제2의 레이저원의 동작을 제어하는 제2의 레이저 제어부에의 제2 트리거 신호의 송출 타이밍(T2′)은 최초의 1회째(첫회 펄스)는, 상기와 같이, 식(15)(14)(16)(19)에 의거해서 획정하지만, 2번째 이후는 후술하는 바와같이 상기식 (15)(14)(16)(19)를, 상기 전압 카운터, 전류 카운터의 카운트치에 의거해 보정한 값에 의거해 획정한다.
EUV 광원 장치의 제어부(26)는 도 9, 7에 도시하지 않은 전압 모니터에 의해 전극간 전압이 임계치(Vp)에 도달한 타이밍을 검출하여, 전압 카운터를 정지시킨다. 또한, 도시하지 않은 전류 모니터에 의해 방전 전류가 임계치(Ip)에 도달한 타이밍을 검출하고, 전류 카운터를 정지시킨다(도 14의 스텝 S114, 도 15의 S212, S216).
도 13의 스텝 S112에서, (15)식에 의거하는 타이밍(Td′)에서 주 트리거 신호가 송출되고, 상기 주 트리거 신호가 펄스 전력 공급 수단의 스위칭 수단에 입력 되고나서 지연 시간(d1) 경과하면, 스위칭 수단(예를 들면, IGBT)은 on이 된다(도 15의 S209, S210).
스위칭 수단이 on이 되면, 제1의 회전 전극(11), 제2의 회전 전극(12)간의 전압이 상승하고, 시간 Δtd 후에, 전극간 전압이 임계치(Vp)에 도달한다. 상기한 것처럼, 이 임계치(Vp)는, 방전이 발생했을 때에 흐르는 방전 전류의 값이 임계치(Ip) 이상이 되는 경우의 전압치이다(도 15의 S210, S211).
상기한 것처럼, 스텝 S112에서, (16)식에 의거하는 타이밍(T2′)에서, 제2 트리거 신호가 제2의 레이저 제어부(24b)에 송출된다. 그 결과, 전극간 전압이 임계치(Vp)에 도달한 시점 (Td＋Δd) 이후의 시점(T2)에서, 제2의 레이저 빔(시동용 레이저 빔)(24)이 방전 영역에 조사된다(도 15의 S213, S214).
제2의 레이저 빔(24)이 방전 영역에 조사되고, 방전 영역에서 방전이 개시된다. 방전 개시 후, Δti 후에, 방전 전류의 크기가 상기한 임계치(Ip)에 이른다(도 15의 S214, S215). 이 임계치(Ip)는, 소정 강도의 EUV 방사를 얻기 위해서 필요한 방전 전류치의 하한이다. 또한, 방전 전류치가 임계치(Ip) 이상인 기간을 Δtp로 한다.
또한, 상기한 것처럼, 스텝 S112에서, (14)식에 의거하는 타이밍(T1′)에서 제1 트리거 신호가 제1의 레이저 제어부(23b)에 송출된다. 그 결과, (T2＋Δti－Δtg)~(T2＋Δti＋Δtp－Δtg) 기간 중의 시점(T1)에서 제1의 레이저 빔(원료용 레이저 빔)(23)이 조사된다(도 15의 S215, S217, S218).
즉, 스텝 S112에서 EUV 광원 장치의 제어부(26)가 각 트리거 신호를 송신한 결과, 방전 채널의 위치가 소정의 위치에 획정된다. 또한, 위치가 획정되는 방전 채널에 있어서, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화 원료의 적어도 일부가 방전 채널에 도달한 상태에서, 방전 전류의 크기가 소정 강도의 EUV 방사를 얻기 위해서 필요한 방전 전류치의 하한 이상이 되도록, 방전이 발생한다.
방전은, 제1의 회전 전극(11), 제2의 회전 전극(12)의 주가장자리부의 에지 부분간에서 발생하고, 플라즈마가 형성된다. 플라즈마를 흐르는 펄스형상의 대전류에 의해 플라즈마가 가열 여기되어 고온화하면, 이 고온 플라즈마로부터 파장 13.5nm의 EUV 방사가 발생한다(도 14의 스텝 S115, 도 15의 S219).
또한, 상기한 소정의 공간 밀도 분포는, EUV 방사가 가능한 한 효율적으로 발생하도록 설정되어 있다. 구체적으로는, 방전 영역에 대한 고온 플라즈마 원료의 공급 위치, 고온 플라즈마 원료에의 제1의 레이저 빔(23)의 조사 방향, 제1의 레이저 빔(23)의 조사 에너지 등이 상기한 것과 같은 매우 적합한 공간 밀도 분포가 설정되도록 적절히 설정된다.
또한, 방전 채널의 위치가, 제2의 레이저 빔(24)의 조사에 의해 소정의 위치에 획정되므로, 플라즈마가 생성되는 위치의 위치 안정성이 향상된다.
즉, EUV 광원 장치의 제어부(26)가 각 트리거 신호를 송신한 결과, 효율 좋은 EUV 방사의 발생, 및, EUV 방사의 발생 위치의 안정화가 실현된다.
플라즈마로부터 방사된 EUV 방사는, 격벽(1c)에 형성된 개구, 포일 트랩(3)을 통과하여 집광 공간(1b)에 배치된 경사 입사형의 EUV 집광 거울(2)에 의해 집광되고, 챔버(1)에 설치된 EUV 광 취출부(7)에서, 도시를 생략한 노광 장치의 조사 광 학계에 인도된다.
이상과 같이 첫회의 EUV 방사가 끝나면, 이어서, 도 13의 스텝 S106로 되돌아가, 노광 장치로부터의 발광 지령을 대기한다.
발광 지령 수신 후, 상기한 스텝 S107, S108를 거쳐, 스텝 S109로 이행한다. 다음회의 EUV 방사는, 첫회의 펄스는 아니므로, 스텝 S109로부터 스텝 S116으로 간다. 스텝 S116에서, EUV 광원 장치의 제어부(26)는 스텝 S114에 있어서 계측한 주 트리거 신호의 출력 개시 후 전극간 전압이 임계치(Vp)까지 도달하기까지의 시간인 전압 카운터의 값, 및, 제2 트리거 신호의 출력 개시 후 방전 전류가 임계치(Ip)까지 도달하기까지의 시간인 전류 카운터의 값을 기초로, 제1의 레이저 제어부(23b)에의 제1 트리거 신호의 송출 타이밍(T1′), 제2의 레이저원(24a)의 동작을 제어하는 제2의 레이저 제어부(24b)에의 제2 트리거 신호의 송출 타이밍(T2′)의 피드백 연산을 이하의 식에서 행한다.
tvca1＝(d1＋Δtd)－tvc … (20)
tical＝Δti－tic … (21)
여기서, tvca1는, 주 트리거 신호의 출력 개시 후 전극간 전압이 임계치(Vp)까지 도달하기까지의 시간의 보정치이며, tvc는 전압 카운터로 계측한 시간이다. 또한, tical은 제2 트리거 신호의 출력 개시 후 방전 전류가 임계치(Ip)까지 도달하기까지의 시간의 보정치이며, tic는 전류 카운터로 계측한 시간이다(도 13의 스텝 S116, 도 15의 S208).
또한, (20)식에서 명백한 바와같이, tvcal은 주 트리거 신호를 출력하는 시 점(Td′)으로부터, 상기 주 트리거 신호가 펄스 전력 공급 수단의 스위칭 수단에 입력해 스위칭 수단이 on이 되는 시점(Td)까지의 지연 시간(d1)과, 스위칭 수단이 on이 되는 시점(Td)으로부터 전극간 전압이 임계치(Vp)까지 도달하기까지의 시간의 총 합의 보정치이다.
상기한 것처럼, 펄스 전력 공급 수단의 스위칭 수단인 고체 스위치(SW)는, 대전류를 흐르게 하는 것이 가능한 IGBT 등의 반도체 스위칭 소자가 사용되는 경우가 많다. 이러한 IGBT 등의 반도체 스위칭 소자는, 게이트 신호(본 실시예의 주 트리거 신호에 상당)가 입력하여 실제로 on이 되는 시간은 어느 정도 편차가 있다. 즉, (20)식은, 스위칭 소자의 편차의 보정도 고려된 것이다.
EUV 광원 장치의 제어부(26)는 스텝 S116에서 구한 보정치를 고려하여, 시점(Tm)을 기준으로 했을 때의 주 트리거 신호를 송신하는 타이밍(Td′), 제1의 레이저 제어부(23b)에의 제1 트리거 신호의 송출 타이밍(T1′), 제2의 레이저원(24a)의 동작을 제어하는 제2의 레이저 제어부(24b)에의 제2 트리거 신호의 송출 타이밍(T2′)을 다음 식에 의해 결정한다(도 13의 스텝 S117, 도 15의 S208).
Td′＝Tm＋(Δtm－Δtd－Δti＋Δtg)－d1－(α＋β)－(tcva1＋tical) …(22)
T1′＝Tm＋Δtm … (14)
T2′＝Tm＋(Δtm＋Δtg－Δti)－β－tical … (23)
Δtm＝(2Lp/G)1/2－(2L/G)1/2 … (19)
EUV 광원 장치의 제어부(26)는 주 콘덴서(CO)의 충전이 안정되기까지의 시간 인 챠저 충전 안정 시간(tst)이 경과한 시점으로부터, 최초로 원료 모니터나 20a 등의 원료 검지 신호를 검지한 시점을 기준 시점(Tm)으로 한다(도 13의 스텝 S118, 도 15의 S204, S207).
또한, 기준 시점(Tm)의 설정은, 챠저 충전 안정 시간(tst) 경과한 시점부터, 최초로 원료 검지 신호를 검지한 시점에 한정할 필요는 없다. 예를 들면, 시간(tst) 경과한 시점으로부터, 소정 회수 원료 검지 신호를 검지한 시점을 기준 시점(Tm)으로 설정해도 된다.
다음에, EUV 광원 장치의 제어부(26)는 스텝 S118에서 설정한 기준 시점(Tm)를 기준으로 하여 식(22)(14)(23)(19)에 의해 구한, 시점(Tm)을 기준으로 했을 때의 주 트리거 신호를 송신하는 타이밍(Td′), 제1의 레이저 제어부(23b)에의 제1 트리가 신호의 송출 타이밍(T1′), 제2의 레이저원(24a)의 동작을 제어하는 제2의 레이저 제어부(24b)에의 제2 트리거 신호의 송출 타이밍(T2′)에서, 주 트리거 신호, 제1 트리거 신호, 제2 트리거 신호를, 각각, 펄스 전력 공급 수단의 스위칭 수단, 제1의 레이저 제어부(23b), 제2의 레이저 제어부(24b)에 송신한다(도 13의 스텝 S119, 도 15의 S209, S214, S217).
이어서, 도 14의 스텝 S113로 이행하고, EUV 광원 장치의 제어부(26)는 주 트리거 신호의 출력 개시에서 전극간 전압이 임계치(Vp)까지 도달하기까지를 계측하는 전압 카운터를 동작시킨다. 또한, 제2 트리거 신호의 출력 개시에서 방전 전류가 임계치(Ip)까지 도달하기까지를 계측하는 전류 카운터를 동작시킨다(도 15의 S212, S216). 또한, 상기한 것처럼, 전압 카운터와, 전류 카운터는, 노광기의 제 어부로부터 발광 지령 신호가 입력되었을 때, 0으로 클리어되어 있다.
EUV 광원 장치의 제어부(26)는 도 9, 도 10에 도시하지 않은 전압 모니터에 의해 전극간 전압이 임계치(Vp)에 도달한 타이밍을 검출하고, 전압 카운터를 정지시킨다. 또한, 도시하지 않은 전류 모니터에 의해 방전 전류가 임계치(Ip)에 도달한 타이밍을 검출하여, 전류 카운터를 정지시킨다(도 14의 스텝 S114, 도 15의 S212, S216).
스텝 S112에서, (22)식에 의거하는 타이밍(Td′)에서 주 트리거 신호가 송출되고, 상기 주 트리거 신호가 펄스 전력 공급 수단의 스위칭 수단에 입력되고 나서 지연 시간(d1) 경과하면, 스위칭 수단이 on으로 된다(도 14의 S209, S210).
스위칭 수단이 on이 되면, 제1의 회전 전극(11), 제2의 회전 전극(12)간의 전압이 상승하고, 시간 Δtd 후에, 전극간 전압이 임계치(Vp)에 도달한다(도 15의 S210, S211).
상기한 것처럼, 스텝 S112에서, (23)식에 의거하는 타이밍(T2′)에서, 제2 트리거 신호가 제2의 레이저 제어부(24b)에 송출된다. 그 결과, 전극간 전압이 임계치(Vp)에 도달한 시점 (Td＋Δtd) 이후의 시점(T2)에서, 제2의 레이저 빔(시동용 레이저 빔)(24)이 방전 영역에 조사된다(도 15의 S213, S214).
제2의 레이저 빔(24)이 방전 영역에 조사되고, 방전 영역에서 방전이 개시된다. 방전 개시 후, Δti 후에, 방전 전류의 크기가 상기한 임계치(Ip)에 이른다(도 15의 S214, S215).
상기한 것처럼, 스텝 S112에서, (14)식에 의거하는 타이밍(T1′)에서, 제1 트리거 신호가 제1의 레이저 제어부(23b)에 송출된다. 그 결과, (T2＋Δti－Δtg)~(T2＋Δti＋Δtp－Δtg) 기간 중의 시점(T1)에서 제1의 레이저 빔(원료용 레이저 빔)이 조사된다(도 15의 S215, S217, S218).
즉, 스텝 S119에서 EUV 광원 장치의 제어부(26)가 각 트리거 신호를 송신한 결과, 방전 채널의 위치가 소정의 위치에 획정된다. 또한, 위치가 획정되는 방전 채널에서 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화 원료의 적어도 일부가 상기 방전 채널에 도달하는 상태에서, 방전 전류의 크기가 소정 강도의 EUV 방사를 얻기 위해서 필요한 방전 전류치의 하한 이상이 되도록, 방전이 발생한다.
방전은, 제1의 회전 전극(11), 제2의 회전 전극(12)의 주가장자리부의 에지 부분간에서 발생하여, 플라즈마가 형성된다. 플라즈마를 흐르는 펄스상의 대전류에 의해 플라즈마가 가열 여기되어 고온화하면, 이 고온 플라즈마로부터 파장 13.5nm의 EUV 방사가 발생한다(도 14의 스텝 S115, 도 15의 S219).
또한, 상기한 소정의 공간 밀도 분포는, EUV 방사가 가능한 한 효율적으로 발생하도록 설정되어 있다.
또, 방전 채널의 위치가 소정의 위치에 획정되므로, 플라즈마가 생성되는 위치의 위치 안정성이 향상된다.
즉, 스텝 S119에서 EUV 광원 장치의 제어부가 각 트리거 신호를 송신한 결과, 효율 좋은 EUV 방사의 발생, 및 EUV 방사의 발생 위치의 안정화가 실현된다.
플라즈마로부터 방사된 EUV 방사는, 격벽(1c)에 형성된 개구, 포일 트랩(3)을 통과하여 집광 공간에 배치된 경사 입사형의 EUV 집광 거울(2)에 의해 집광되 고, 챔버(1)에 설치된 EUV 광 취출부(7)에서 도시를 생략한 노광 장치의 조사 광학계로 인도된다.
이하, 노광 공정이 계속되는 동안은, 스텝 S106 내지 스텝 S115간의 공정이 반복된다. 노광 공정이 종료하는 경우는 스텝 S115의 후, 종료된다.
이상과 같이 동작시킴으로써, 제1의 레이저 빔(23)의 조사에 의해 방전 영역에 공급되는 기화된 고온 플라즈마 원료의 공간 밀도 분포는, EUV 방사가 가능한 한 효율적으로 발생하도록 설정된다. 또한, 제1의 레이저 빔(23)의 조사 결과, 이러한 매우 적합한 공간 밀도 분포가 설정되도록, 방전 영역에 대한 원료의 공급 위치, 원료에의 제1의 레이저 빔(23)의 조사 방향, 제1의 레이저 빔(23)의 조사 에너지 등이 미리 적절히 설정된다.
한편, 제2의 레이저 빔(24)을 방전 영역의 소정의 위치에 집광함으로써, 방전이 개시됨과 더불어, 방전 채널의 위치가 레이저 초점을 설정한 위치에 획정된다. 이 때문에, EUV 방사의 발생점의 위치 안정성이 향상된다.
여기서, 제1의 레이저 빔(23)의 조사 타이밍과 제2의 레이저 빔(24)의 조사 타이밍을 상기와 같이 설정하고 있으므로, 위치가 획정되는 방전 채널에 있어서, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화 원료의 적어도 일부가 상기 방전 채널에 도달하는 상태에서, 방전 전류의 크기가 소정 강도의 EUV 방사를 얻기 위해서 필요한 방전 전류치의 하한 이상이 되도록, 방전이 발생한다.
이 결과, 효율 좋은 EUV 방사가 실현 가능해진다.
특히, 본 실시예에서는, 주 트리거 신호의 출력 후 전극간 전압이 임계 치(Vp)에 도달하기까지의 시간 및, 제2 트리거 신호의 출력 후, 방전 전류가 임계치(Ip)에 도달하기까지의 시간이 일정하게 되도록 피드백 제어를 행한다. 이 때문에, 예를 들면, 펄스 전력 공급 수단의 스위칭 수단인 고체 스위치(SW)로서 사용되는 IGBT 등의 반도체 스위칭 소자의 동작에 편차가 발생해도, 확실하게 효율 좋은 EUV 방사를 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 도 10에 도시하는 바와같이, 플라즈마가 생성되는 방전 영역 근방에 자석(6)을 설치하여, 플라즈마에 대해 자장을 걸어도 된다.
상기한 것처럼, 본 발명의 EUV 광원 장치에 있어서는, 진공 분위기에 있는 방전 공간의 방전 영역 근방의 공간에 고온 플라즈마 원료를 공급하고, 공급한 고온 플라즈마 원료에 레이저 빔을 조사하여 상기 고온 플라즈마 원료를 기화시켜 기화 후의 고온 플라즈마 원료를 방전 영역에 공급한다. 이어서, 방전 영역에 기화된 가스가 공급된 시점에서 방전을 발생시켜 EUV 방사를 행하는 플라즈마를 생성한다. 이와 같이 하여 발생한 플라즈마는, 방전 영역에서의 기화 후의 고온 플라즈마 원료의 입자 밀도 구배를 위해서 확산하고, 소실된다고 생각된다. 즉, 플라즈마가 확산하므로, 플라즈마 사이즈는 커진다고 생각된다.
여기서, 제1 및 제2의 회전 전극간에 발생하는 방전 방향과 대략 평행하게 일정한 자장을 인가한 경우를 생각한다.
일정한 자장 중에 있는 하전 입자는 로렌츠력을 받는다. 로렌츠력은 자장에 수직인 방향으로 작용하므로, 자장에 수직인 평면에서 하전 입자는 등속 원운동을 한다. 한편, 자장에 평행한 방향에서, 하전 입자는 외력을 받지 않으므로 초기 속 도 그대로 등속도 운동을 한다. 따라서, 하전 입자의 운동은 상기를 합성한 운동이 되므로 자계에 따라서(자계 방향으로), 일정한 피치의 나선 운동을 한다.
따라서, 제1 및 제2의 회전 전극(11, 12)간에서 발생하는 방전 방향과 대략 평행하게 일정한 자장을 인가할 때, 자력선의 주위를 나선 운동하는 하전 입자의 선회 반경이 충분히 작아지는 자장을 인가한 경우는, 상기한 플라즈마의 확산량을 줄일 수 있다고 추정된다. 즉, 자장을 인가하지 않은 경우와 비교하면, 플라즈마 사이즈를 작게 할 수 있다고 생각된다. 또한, 플라즈마 수명은 확산되어 자연 소실하기 보다는 긴 시간을 유지할 수 있다고 생각되므로, 상기와 같이 자장을 인가하면, 상기 자장을 인가하지 않은 경우와 비교하여, EUV를 보다 길게 방사시키는 것이 가능해진다고 생각된다.
즉, 자장을 상기와 같이 인가하면, EUV를 방사하는 고온 플라즈마의 사이즈(즉, EUV 광원의 사이즈)를 작게 하고, EUV의 방사 시간을 길게 하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명의 EUV 광원 장치는, 자양을 인가함으로써, 노광용 광원으로서 보다 바람직하게 된다.
또, 상기한 하전 입자의 선회 반경이, 플라즈마 생성 위치로부터 EUV 집광 거울(2)까지의 최단 거리보다 충분히 작은 경우에는, 고온 플라즈마 원료에 기인하는 잔해 중 고속 이온인 잔해는, 이 선회 반경에서 나선 운동을 하여 집광 거울까지 도달하지 않는다. 즉, 자장을 인가함으로써 이온인 잔해의 비산량을 줄일 수 있다고 추정된다.
2. 도 9, 도 10에 도시한 실시예의 변형예
본 발명의 EUV 광원 장치에 있어서, 극단 자외광을 방사하기 위한 고온 플라즈마 원료는, 액체 또는 고체 상태로, 방전 영역 근방에 공급된다. 상기 실시예 1에 나타내는 EUV 광원 장치에 있어서, 상기 원료는, 물방울 형상으로 하여 공급된다.
당연히, 고온 플라즈마 원료의 공급 기구는, 상기 실시예에 나타내는 구성에 한정되지 않는다. 이하, 고온 플라즈마 원료의 원료 공급 유닛의 그 밖의 예에 대해 기술한다.
(1) 제1의 변형예
도 16, 도 17은 상기 실시예의 제1의 변형예를 설명하기 위한 도면이다. 상세하게는, 도 16은 본 발명의 EUV 광원 장치의 정면도이며, EUV 방사는 동 도면 좌측에서 취출된다. 즉, 도 16은, 도 9에 도시하는 실시예의 EUV 광원 장치에 있어서, 원료 공급 유닛의 부분을 치환한 것을 나타낸다. 또한, 이해를 용이하게 하기 위해서, 도 16은, 원료 공급 유닛의 배치, 구성에 중점을 두고 나타낸 것이며, EUV 광원 장치의 일부는 생략되어 있다. 또한, 생략된 부분은 도 9와 동등하다.
한편, 도 17은 본 실시예의 EUV 광원 장치의 상면도이며, 도 16과 마찬가지로, EUV 광원 장치의 일부는 생략되어 있다.
도 16, 도 17에 도시하는 변형예에 있어서는, 고온 플라즈마 원료로서 선형상 원료(31)가 사용된다. 구체적으로는, 극단 자외광 방사종을 포함하는 금속 와이어이며, 예를 들면, Sn(주석)을 포함한다.
제1의 변형예에서의 원료 공급 유닛(30)은, 선형상 원료(31)를 소정의 공간 에 공급하는 기능을 가진다. 상기 원료 공급 유닛(30)은, 릴(30a), 릴(30e), 위치 획정 수단(30b), 위치 획정 수단(30c), 선형상 원료(31), 구동 기구(30d)로 구성된다. 또한, 구동 기구(30d)는, 도 16, 도 17에서 도시를 생략한 제어부에 의해 구동 제어된다.
선형상 원료(31)는 릴(30a) 및 릴(30e)에 감겨있다. 릴(30a)은 선형상 원료(31)를 송출하는 상류측의 릴이다. 한편, 릴(30e)은 릴(30a)로부터 송출되는 선형상 원료(31)를 감는 하류측의 릴이다. 선형상 원료(31)는 구동 기구(30d)에 의해 릴(30e)이 회전 구동됨으로써 릴(30a)로부터 송출된다.
릴(30a)로부터 송출된 선형상 원료(31)는 제1의 레이저원(23a)으로부터 방출되는 제1의 레이저 빔(원료용 레이저 빔)(23)이 조사되었을 때 기화한다. 상기한 것처럼, 기화한 고온 플라즈마용 원료가 퍼지는 방향은, 제1의 레이저 빔(23)의 원료(31)로의 입사 위치에 의존한다.
따라서, 선형상 원료(31)로의 제1의 레이저 빔(23)의 입사 위치가 방전 영역을 향하도록, 선형상 원료(31)는 위치 획정 수단(30b), 위치 획정 수단(30c)에 의해 위치 획정된다. 또한, 이 위치 획정된 위치는, 선형상 원료(31)에 제1의 레이저 빔(23)이 조사됨으로써 기화한 원료가, 방전 영역에 도달 가능한 위치이다.
그리고, 선형상 원료(31)가 공급되고, 또한, 선형상 원료(31)에 제1의 레이저 빔(23)을 조사했을 때, 기화 후의 고온 플라즈마 원료(액체 원료)가 방전 영역의 방향으로 퍼지도록, 제1의 레이저원(23a)으로부터 방출되는 제1의 레이저 빔(23)의 광 축, 및, 제1의 레이저 빔(23)의 에너지가 조정된다.
여기서, 방전 영역과 선형상 원료(31)와의 거리는, 레이저 빔 조사에 의해 방전 영역의 방향으로 퍼지는 기화 후의 고온 플라즈마 원료가, 소정의 공간 밀도 분포로 방전 영역에 도달하도록 설정된다.
또한, 도 16 및 도 17에 도시하는 바와같이, 선형상 원료(31)는 1쌍의 전극(11, 12)과 EUV 집광 거울(2)의 사이의 공간에 대해서 공급하는 것이 바람직하다.
이와 같이 공급된 선형상 원료(31)에 대해, 제1의 레이저 빔(23)을 상기와 같이 선형상 원료 표면의 방전 영역을 향하는 측에 대해 조사하면, 기화 후의 선형상 원료는 방전 영역의 방향으로 퍼지지만, EUV 집광 거울(2)의 방향으로는 퍼지지 않는다.
즉, 상기한 것처럼 방전 영역에 대한 선형상 원료(31)의 공급 위치, 및, 제1의 레이저 빔(23)의 조사 위치를 설정함으로써, 잔해가 EUV 집광 거울(2)로 진행하는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
(2) 제2의 변형예
도 18, 도 19, 도 20은 상기 실시예의 제2의 변형예를 설명하기 위한 도면이다. 상세하게는, 도 18은 본 실시예의 EUV 광원 장치의 정면도이며, EUV 방사는 동 도면 좌측에서 취출된다. 즉, 도 18은, 도 9에 나타내는 실시예의 EUV 광원 장치에 있어서, 원료 공급 유닛(20)의 부분을 치환한 것을 나타낸다.
또한, 이해를 용이하게 하기 위해서, 도 18은, 원료 공급 유닛의 배치, 구성에 중점을 두어 나타낸 것이며, EUV 광원 장치의 일부는 생략되어 있다. 또한, 생 략된 부분은 도 9와 동등하다.
한편, 도 19는 본 발명의 EUV 광원 장치의 상면도, 도 20은 본 발명의 EUV 광원 장치의 측면도이며, 도 18과 마찬가지로, EUV 광원 장치의 일부는 생략되어 있다. 또한, 도 19에서는, 슬라이드자를 통해 전극(11, 12)에 급전하는 경우를 나타내고 있고, 예를 들면, 전극(12)에의 펄스 전력의 급전은, 동 도면에 도시하는 바와같이, 전력 도입부(12c)로부터 슬라이드자(12d)를 통해 행해진다.
도 18, 도 19, 도 20에 도시하는 제2의 변형예에서는, 고온 플라즈마 원료로서 액체 원료가 사용된다. 구체적으로는, 극단 자외광 방사종을 포함하는 액체 원료이며, 예를 들면, Sn(주석)을 포함한다.
제2의 변형예에서의 원료 공급 유닛(40)은, 액체 원료를 소정의 공간에 공급하는 기능을 가진다. 상기 원료 공급 유닛(40)은, 액체 원료 공급 수단(40a), 원료 공급 원반(40b), 제3의 모터(40c)로 구성된다. 또한, 액체 원료 공급 수단(40a), 도시를 생략한 제3의 모터 구동 기구는, 도 18, 도 19, 도 20에서 도시를 생략한 제어부에 의해 구동 제어된다.
원료 공급용 원반(40b)의 측면부에는 홈부가 설치된다. 우선, 액체 원료는, 액체 원료 공급 수단(40a)에 의해 상기 홈부 내에 공급된다. 이어서, 원료 공급 원반(40b)을 제3의 모터(40c)에 의해 한방향으로 회전시킨다. 홈부에 공급된 액체 원료는 홈부의 회전과 함께 이동한다.
홈부에 공급된 액체 원료는, 제1의 레이저원(23a)으로부터 방출되는 제1의 레이저 빔(원료용 레이저 빔)(23)이 조사되었을 때 기화된다. 상기한 것처럼, 기 화된 고온 플라즈마용 원료가 퍼지는 방향은, 제1의 레이저 빔(23)의 원료로의 입사 위치에 의존한다. 따라서, 홈부에 공급된 액체 원료로의 제1의 레이저 빔(23)의 입사 위치가 방전 영역을 향하도록, 원료 공급용 원반(40b)은 방전 영역에 대해서 배치된다.
구체적으로는, 홈부가 설치된 측면부가 방전 영역을 향하도록 원료 공급용 원반(40b)이 배치된다. 또한, 원료 공급용 원반(40b)이 배치되는 위치는, 홈부에 공급된 액체 원료에 제1의 레이저 빔(23)이 조사됨으로써 기화된 원료가, 방전 영역에 도달 가능한 위치이다.
그리고, 액체 원료가 공급되고, 또한, 방전 영역을 향하는 홈부에 제1의 레이저 빔(23)을 조사했을 때, 기화 후의 고온 플라즈마 원료(액체 원료)가 방전 영역의 방향으로 퍼지도록, 제1의 레이저원(23a)으로부터 방출되는 제1의 레이저 빔(23)의 광 축, 및, 제1의 레이저 빔(23)의 에너지가 조정된다.
방전 영역과 원료 공급용 원반(40b)과의 거리는, 제1의 레이저 빔(23)의 조사에 의해 방전 영역의 방향으로 퍼지는 기화 후의 고온 플라즈마 원료가, 소정의 공간 밀도 분포로 방전 영역에 도달하도록 설정된다.
여기서, 홈부에 공급된 액체 원료는 홈부의 회전과 함께 이동하므로, 액체 원료 공급 수단(40a)에 의해 홈부 내에 액체 원료를 연속적으로 공급함으로써, 소정의 제1의 레이저 빔(23)의 조사 위치에 연속적으로 공급하는 것이 가능해진다.
또한, 도 18, 도 19, 도 20에 도시하는 바와같이, 제2의 변형예의 구성에 있어서는, 홈부에 공급된 액체 원료는 광축에 대해 수직인 평면상의 공간이며, 또한, 방전 영역 근방에 대해서 이동하고, 제1의 레이저 빔(23)은, 광축과 수직인 방향으로부토 홈부에 공급된 액체 원료에 대해서 조사된다. 이 때문에, 기화 후의 고온 플라즈마 원료(액체 원료)는, EUV 집광 거울(2)의 방향으로는 퍼지지 않는다. 따라서, 고온 플라즈마 원료로의 제1의 레이저 빔(23)의 조사 및 전극간에서 발생하는 방전에 의해 생성되는 잔해는 EUV 집광 거울(2)에 대해서 거의 진행하지 않는다.
(3) 제3의 변형예
도 21, 도 22는 상기 실시예의 제3의 변형예를 설명하기 위한 도면이다. 상세하게는, 도 21은 본 실시예의 EUV 광원 장치의 상면도이며, EUV 방사는 동 도면 좌측에서 취출된다. 한편, 도 22는, 본 발명의 EUV 광원 장치의 측면도이다.
도 21, 도 22는, 도 9에 도시하는 실시예의 EUV 광원 장치에 있어서, 원료 공급 유닛(20)의 부분 및 전극을 치환한 것을 나타내고 있다. 또한, 이해를 용이하게 하기 위해서, 도 21은 원료 공급 유닛의 배치, 구성에 중점을 두어 도시한 것이고, EUV 광원 장치의 일부는 생략되어 있다. 또한, 생략된 부분은, 도 9와 동등하다.
도 21, 도 22에 도시하는 제3의 변형예에 있어서는, 고온 플라즈마 원료로서 액체 원료가 사용된다. 구체적으로는, 극단 자외광 방사종을 포함하는 액체 원료이며, 예를 들면, Sn(주석)을 포함한다.
제3의 변형예에 있어서의 원료 공급 유닛(50)은, 액체 원료를 소정의 공간에 공급하는 기능을 가진다. 상기 원료 공급 유닛(50)은, 액체 원료 버스(50a), 캐필 러리(50b), 히터(50c), 액체 원료 버스 제어부(50d), 히터용 전원(50e)으로 구성된다. 또한, 액체 원료 버스 제어부(50d), 히터용 전원(50e)은 도 21, 도 22에서 도시를 생략한 제어부에 의해 구동 제어된다.
액체 원료 버스(50a)는, 극단 자외광 방사종을 포함하는 액체 원료를 수용하는 것이다. 액체 원료 버스(50a)에는, 극세관인 캐필러리(50b)가 설치되어 있다. 캐필러리(50b)는, 액체 원료 버스(50a)의 액체 원료 수용부에 관통되어 있다. 제3의 변형예에서의 원료 공급 유닛(50)에 있어서는, 액체 원료 버스(50a)에 수용되는 액체 원료는, 모세관 현상에 의해, 캐필러리(50b) 내부에 수송되어 캐필러리(50b) 선단으로 인도된다.
액체 원료 버스(50a)에 수용되는 극단 자외광 방사종을 포함하는 액체 원료로는, 예를 들면, Sn(주석)이 이용된다. 액체 원료 버스의 온도는, Sn이 액체 상태를 유지하도록, 액체 원료 버스 제어부(50d)에 의해 제어된다. 또한, 캐필러리(50b)는, 관 내에서의 액체 원료의 고체화를 회피하기 위해서, 히터(50c)에 의해 가열된다. 히터(50c)로의 전력 공급은, 히터용 전원(50e)에 의해 행해진다.
캐필러리(50b)의 선단에 도달한 액체 원료에 제1의 레이저원(23a)으로부터 방출되는 제1의 레이저 빔(원료용 레이저 빔)(23)이 조사되었을 때, 액체 원료는 기화된다. 상기한 바와같이, 기화된 고온 플라즈마용 원료가 퍼지는 방향은, 제1의 레이저 빔(23)의 원료로의 입사 위치에 의존한다.
따라서, 캐필러리(50b) 선단에 도달한 액체 원료로의 제1의 레이저 빔(23)의 입사 위치가 방전 영역을 향하도록, 캐필러리(50b)의 선단은 배치된다. 또한, 캐 필러리(50b)의 선단이 배치되는 위치는, 캐필러리(50b) 선단에 공급된 액체 원료에 제1의 레이저 빔(23)이 조사됨으로써 기화된 원료가, 방전 영역에 도달 가능한 위치이다.
그리고, 액체 원료가 캐필러리(50b) 선단에 공급되고, 또한, 캐필러리 선단에 제1의 레이저 빔(23)을 조사했을 때, 기화 후의 고온 플라즈마 원료(액체 원료)가 방전 영역의 방향으로 퍼지도록, 제1의 레이저원(23a)으로부터 방출되는 레이저 빔의 광 축 및 제1의 레이저 빔(23)의 파워가 조정된다.
여기서, 방전 영역과 캐필러리(50b) 선단과의 거리는, 레이저 빔 조사에 의해 방전 영역의 방향으로 퍼지는 기화 후의 고온 플라즈마 원료가, 소정의 공간 밀도 분포로 방전 영역에 도달하도록 설정된다.
또한, 캐필러리(50b) 선단에 공급되는 액체 원료는 모세관 현상에 의해 액체 원료 버스(50a)에서 이동하므로, 소정의 원료용 레이저 빔(23)의 조사 위치에 연속적으로 공급하는 것이 가능해진다.
또한, 도 21, 도 22에 도시하는 제3의 변형예에 있어서는, 기둥형상 전극인 제1 전극(11’), 제2 전극(12’)이 채용되어 있다. 이들 제1 전극(11’), 제2 전극(12’)은 소정 거리만큼 이간되어 배치되고, 양자는 펄스 전력 발생기(8)에 접속된다. 물론, 전극으로서 회전 전극을 채용하는 것도 가능하다.
또한, 도 21, 도 22에 도시하는 바와같이, 제3의 변형예의 구성에 있어서는, 액체 원료가 공급되는 캐필러리(50b) 선단은 광축에 대해 수직인 평면상의 공간에 위치하고, 제1의 레이저 빔(23)은, 상기 위치에 배치된 캐필러리(50b) 선단에 공급 된 액체 원료에 대해서 조사된다. 이 때문에, 기화 후의 고온 플라즈마 원료(액체 원료)는, EUV 집광 거울(2)의 방향으로는 퍼지지 않는다. 따라서, 고온 플라즈마 원료로의 원료용 레이저 빔의 조사, 및, 전극간에 발생하는 방전에 의해 생성되는 잔해는, EUV 집광 거울(2)에 대해 거의 진행하지 않는다.
(4) 기화 원료 방출 노즐
상기한 것처럼, 본 발명에 있어서는, 고온 플라즈마 원료에 제1의 에너지 빔(원료용 에너지 빔)(23)을 조사하여 기화시킨다. 기화된 고온 플라즈마 원료는 소정의 속도로 퍼진다. 방전 영역에 대한 원료의 공급 위치, 원료로의 제1의 에너지 빔(23)의 조사 방향, 제1의 에너지 빔(23)의 조사 에너지 등을 적절히 설정함으로써, 방전 영역 내에, 기화된 고온 플라즈마 원료가 공급된다. 또한, 상기 설정에 의해 방전 영역에서의 기화된 고온 플라즈마 원료의 공간 밀도 분포를 소정의 분포로 설정하는 것이 가능해진다.
이 때, 제1의 에너지 빔의 조사에 의해 방전 영역 방향으로 퍼지는 고온 플라즈마 원료는, 가능한 한 많이 방전 영역에 도달하는 쪽이 바람직하다. 방전 영역 이외에 도달한 고온 플라즈마 원료가 많으면, 공급된 고온 플라즈마 원료로부터의 EUV 방사의 취출 효율이 저하해 바람직하지 않다. 또한, 방전 영역 이외에 도달한 고온 플라즈마 원료의 일부는 잔해로서 EUV 광원 장치 내의 저온부와 접촉하여, 퇴적할 가능성도 있다.
여기서, 도 23에 도시하는 바와같이, 고온 플라즈마 원료의 제1의 에너지 빔(23)의 조사 위치에 원료 분출용의 관형상 노즐을 부착해도 된다.
도 23은 관형상 노즐을 사용한 경우의 개념도이다.
도 23(a)에 도시하는 바와같이, 제1의 에너지 빔(23)은, 관형상 노즐(60a)의 관통공을 통과한다. 관형상 노즐(60a)을 통과한 제1의 에너지 빔(23)이 고온 플라즈마 원료(21)에 조사되면, 원료는 기화된다. 도 23(b)에 도시하는 바와같이, 기화 원료(21’)는 관형상 노즐(60a)을 통과하여, 관형상 노즐(60a)에서 분출된다.
관형상 노즐(60a)에서 분출되는 기화 원료(21’)는 관형상 노즐(60a)에 의해 분사 각도가 제한된다. 이 때문에, 지향성이 양호하고 고 밀도의 기화 원료를 방전 영역에 공급하는 것이 가능해진다.
또한, 관형상 노즐의 형상은, 도 23에 도시하는 직관 형상에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 24에 도시하는 개념도와 같이, 노즐 내부의 일부에 협착부를 설치한 고속 분사용 노즐 형상이어도 된다.
도 24(a)에 도시하는 바와같이, 제1의 에너지 빔(23)은, 고속 분사용 노즐(60b)의 관통공을 통과한다. 고속 분사용 노즐(6Ob)을 통과한 제1의 에너지 빔(23)이 고온 플라즈마 원료(21)에 조사되면, 원료는 기화된다. 여기서, 고속 분사용 노즐(60b) 내부에 협착부(62)가 설치되어 있으므로, 상기 협착부(62)와, 고온 플라즈마 원료(21)의 제1의 에너지 빔(23)이 조사되는 부분과의 사이의 공간(도 24(b)의 압력 상승부(63)) 내는, 기화된 원료에 의해 압력이 급격하게 상승한다. 그리고, 도 24(b)에 도시하는 바와같이, 기화 원료는, 협착부(62)의 개구 부분으로부터 가속되고, 또한, 지향성이 좋은 고속 가스류로서 분사된다.
여기서, 고속 가스류의 분사 방향은, 고속 분사용 노즐(60b)의 방향에 의존 한다. 즉, 기화 원료(21’)의 진행 방향은, 제1의 에너지 빔(23)의 고온 플라즈마 원료(21)로의 입사 방향에는 의존하지 않는다.
또한, 협착부(62)의 통로는 단면적이 작으므로, 제1의 에너지 빔(23)이 고온 플라즈마 원료(21)에 조사되지 않는 시간이 길면, 고온 플라즈마 원료(21)가 고화되고, 개구가 폐색되는 것도 생각할 수 있다. 따라서, 도 24(c)에 도시하는 바와같이, 고온 플라즈마 원료(21)가 고속 분사용 노즐(60b) 내부에서 고화하지 않도록, 고속 분사용 노즐(60b)을 히터(64) 등으로 가열해도 된다.
도 23, 도 24에 도시한 관형상 노즐(60a), 고속 분사용 노즐(60b)은 상기한 실시예나 각 변형예에 적용 가능하다. 그러나, 관형상 노즐(60a), 고속 분사용 노즐(60b)은 가능한 한 고온 플라즈마 원료(21)에 근접하는 것이 보다 효과적이다.
특히, 고속 분사용 노즐(60b)은 압력 상승부(63)를 구성할 필요가 있으므로, 고속 분사용 노즐(60b) 내부에 협착부(62)와, 고온 플라즈마 원료(21)의 제1의 에너지 빔(23)이 조사되는 부분과의 사이의 공간은, 가능한 한 기밀한 공간으로서 구성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 25에 도시하는 바와같이, 고온 플라즈마 원료(21)를 수용하는 원료 수용부(60c)와 고속 분사용 노즐(60b)을 일체로 구성한 원료 공급 유닛(60)을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 정류 기구는 상기한 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 고체상태의 고온 플라즈마 원료(21)에 있어서, 도 26과 같이, 레이저 빔(23)이 조사되는 위치에 미리 오목부(61a)를 형성하도록 해도 된다.
레이저 빔(23)이 고온 플라즈마 원료(21)의 오목부(61a)에 조사되면, 고온 플라즈마 원료(21)는 기화되어, 저온 플라즈마 가스(21’)가 생성된다. 여기서, 오목부(61a)에서 분출하는 저온 플라즈마 가스(21’)는 상기 오목부(8a)의 벽형상 노즐에 의해 분사 각도가 제한된다. 이 때문에, 지향성이 양호한 저온 플라즈마 가스 플로우를 방전 채널에 선택적으로 연속 공급하는 것이 가능해진다.
(5) 상기 실시예의 변형예에서의 EUV 광원 장치의 동작
상기한 다양한 변형예에 있어서는, 제1의 레이저 빔(원료용 레이저 빔)(23)의 조사 위치에 고온 플라즈마 원료가 연속적으로 공급된다. 따라서, 이들 변형예에서의 EUV 광원 장치의 동작예는, 상기 실시예에서의 EUV 광원 장치의 동작예와 약간 상이하다.
이하, 제1의 변형예를 예로들어, EUV 광원 장치의 동작을 설명한다.
도 27, 도 28은 본 실시예의 동작을 나타내는 플로우 차트, 도 29는 타임 차트이며, 이하 도 27-도 29에 의해, 본 실시예의 동작을 설명한다. 또한, 본 변형예와, 앞서 설명한 실시예에서는, 그 동작에 큰 차이가 없으므로, 상기 도 13-도 15에서 설명한 것과 동일한 부분에 대해서는 간단하게 설명한다.
EUV 광원 장치의 제어부(26)는 상기한 바와같이 시간 데이터(Δtd, Δti,Δtg)를 기억한다. 또한, 전술한 것처럼 Δtd는, 펄스 전력 공급 수단의 스위칭 수단에 트리거 신호가 입력된 시점(시각 Td)으로부터, 스위칭 수단이 on 상태에서 전극간 전압이 임계치(Vp)에 도달하기까지의 시간, Δti는, 방전 개시 후, 전극간을 흐르는 전류의 크기가 임계치(Ip)에 도달하기까지의 시간, Δtg는 제1의 레이저 빔이 원료에 조사된 시점으로부터 기화 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달하기 까지의 시간이다.
또한, 미리 실험 등으로 구한 전압(V)과 시간(Δtd)의 관계를 테이블로서 기억하고, 또한, 상기한 보정 시간(α, β) 및 펄스 전력 공급 수단의 스위칭 수단에 주 트리거 신호가 출력되는 시점부터 스위칭 수단이 on이 되는 시점까지의 지연 시간(d1)을 기억하고 있다.
우선, EUV 광원 장치의 제어부(26)로부터의 스탠바이 지령이 송신되고(도 27의 스텝 S301, 도 29의 S401), 전술한 것처럼, 스탠바이 지령을 수신한 진공 배기 장치(4, 5), 가스 공급 유닛(13, 14) 등이 동작을 개시한다. 이에 따라, 방전 공간(1a)이 진공 분위기로 된다. 또한, 집광 공간(1b) 내에 버퍼 가스, 클리닝 가스가 공급되고, 집광 공간(1b)이 소정의 압력에 도달한다. 또한, 제1의 모터(22a), 제2의 모터(22b)가 동작하고, 제1의 회전 전극(11), 제2의 회전 전극(12)이 회전한다. 또한, 구동 기구(30d)에 의해서 릴(30e)이 회전 구동됨으로써, 릴(30a)로부터 송출되어 스탠바이 상태로 된다(도 27의 스텝 S302, 도 29의 S402).
EUV 광원 장치의 제어부(26)는 노광 장치의 제어부(27)에 스탠바이 완료 신호를 송신한다(도 27의 스텝 S305, 도 29의 S405).
EUV 광원 장치의 제어부(26)는 노광 장치의 제어부(27)에서 발광 지령을 수신한다(도 27의 스텝 S306, 도 29의 S406).
스탠바이 상태 실현 후, EUV 광원 장치의 제어부(26)는 충전 제어 신호를 펄스 전력 발생기(8)의 충전기(CH)에 송신한다. 충전 제어 신호는, 예를 들면, 방전 개시 타이밍 데이터 신호 등으로 이루어지고, 주 콘덴서(CO)로의 충전 전압 데이터 신호도 상기 충전 제어 신호에 포함된다. EUV 광원 장치의 제어부(26)는 전술한 것처럼 EUV 방사 강도와 주 콘덴서(CO)에의 충전 전압과의 관계를 격납한 테이블을 참조하여, 주 콘덴서(CO)의 충전 전압 데이터를 구하고, 주 콘덴서(CO)로의 충전 전압 데이터 신호를 포함한 충전 제어 신호를 펄스 전력 발생기의 충전기(CH)에 송신한다(도 27의 스텝 S307, 도 29의 S407).
충전기(CH)는 상기한 것처럼 주 콘덴서(CO)의 충전을 행한다(도 27의 스텝 S308).
이어서, EUV 광원 장치의 제어부(26)는 운전을 개시하고 나서 최초의 EUV 광 발생(첫회 펄스라고 한다)인지를 판정하고(도 27의 스텝 S309), 첫회 펄스인 경우에는 스텝 S309로부터 스텝 S310으로 간다.
또 첫회 펄스가 아닌 경우에는, 스텝 S316으로 간다.
스텝 S310에서, EUV 광원 장치의 제어부(26)는 제1의 레이저원(23a)의 동작을 제어하는 제1의 레이저 제어부(23b)로의 제1 트리거 신호의 송출 타이밍, 제2의 레이저원(24a)의 동작을 제어하는 제2의 레이저 제어부(24b)로의 제2 트리거 신호의 송출 타이밍을 계산한다.
첫회 펄스의 경우는 전술한 것처럼 피드백 보정을 할 수 없으므로, 미리 기억하고 있는 시간 데이터 Δtd, Δti, Δtg, d1, α, β에 의거해, 상기 타이밍을 획정한다.
즉, 전술한 것처럼 펄스 전력 공급 수단의 스위칭 수단에 주 트리거 신호를 출력하는 시점(Td′)을 기준으로 하여, 상기 (11)식, (5)식으로부터, 제1의 레이저 원(23a)의 동작을 제어하는 제1의 레이저 제어부(23b)로의 제1 트리거 신호의 송출 타이밍(T1′), 제2의 레이저원(24a)의 동작을 제어하는 제2의 레이저 제어부(24b)로의 제2 트리거 신호의 송출 타이밍(T2′)을 구한다(도 29의 S408).
이에 따라, 펄스 전력 공급 수단의 스위칭 수단에 주 트리거 신호가 입력된 시점(Td)을 기준으로 한 제1의 레이저 빔, 제2의 레이저 빔이 조사되는 시간(T1, T2)을 설정할 수 있다.
다음에 EUV 광원 장치의 제어부(26)는 주 콘덴서(CO)의 충전이 안정되기까지의 시간인 챠저 충전 안정 시간(tst)이 경과한 시점 후, 주 트리거 신호를 펄스 전력 공급 수단의 스위칭 수단에 송신한다. 이 때의 타이밍을 Td′로 한다(도 27의 스텝 S311, 도 29의 S409).
EUV 광원 장치의 제어부(26)는 주 트리거 신호를 송신한 시점(Td′)을 기준으로 하여, 식(5)(11)에 의해 스텝 S310에서 구한, 제1의 레이저 제어부(23b)로의 제1 트리거 신호의 송출 타이밍(T1′), 제2의 레이저 제어부(24b)로의 제2 트리거 신호의 송출 타이밍(T2′)에서, 제1 트리거 신호, 제2 트리거 신호를, 각각, 제1의 레이저 제어부(23b), 제2의 레이저 제어부(24b)에 송신한다(도 27의 스텝 S312, 도 29의 S413, S417).
또한, 전술한 것처럼 EUV 광원 장치의 제어부(26)는 주 트리거 신호의 출력 개시에서 전극간 전압이 임계치(Vp)까지 도달하기까지를 계측하는 전압 카운터와, 제2 트리거 신호의 출력 개시에서 방전 전류가 임계치(Ip)까지 도달하기까지를 계측하는 전류 카운터를 동작시킨다(도 28 의 스텝 S313, 도 29의 S410, S412).
또한, 전압 카운터와 전류 카운터는, 전술한 것처럼, 주 트리거 신호의 출력 후, 전극간 전압이 임계치(Vp)에 도달하기까지의 시간, 및 제2 트리거 신호의 출력 후, 방전 전류가 임계치(Ip)에 도달하기까지의 시간을 일정하게 하기 위해서 피드백 제어하기 위한 것이다. 즉, 제1 트리거 신호의 송출 타이밍(T1′), 제2 트리거 신호의 송출 타이밍(T2′)은 최초의 1회째(첫회 펄스)는, 상기와 같이, 식(5)(11)에 의거해 획정되는데, 2회째 이후는, 상기 식(5)(11)을, 상기 전압 카운터, 전류 카운터의 카운트치에 의거해 보정한 값에 의해서 획정한다.
EUV 광원 장치의 제어부(26)는 도시하지 않은 전압 모니터에 의해 전극간 전압이 임계치(Vp)에 도달한 타이밍을 검출하여, 전압 카운터를 정지시키고, 또한, 도시하지 않은 전류 모니터에 의해 방전 전류가 임계치(Ip)에 도달한 타이밍을 검출하여, 전류 카운터를 정지시킨다(도 28 의 스텝 S314, 도 29의 S412, S416).
여기서, 스텝 S311에 있어서, 타이밍(Td′)에서 주 트리거 신호가 송출되면, 상기 주 트리거 신호가 펄스 전력 공급 수단의 스위칭 수단에 입력되고 나서 지연 시간(d1) 경과 후, 스위칭 수단(예를 들면, IGBT)이 on이 된다(도 29의 S409, S410).
스위칭 수단이 on이 되면, 제1의 회전 전극(11), 제2의 회전 전극(12)간의 전압이 상승하고, 시간 Δtd 후에, 전극간 전압이 임계치(Vp)에 도달한다. 상기한 것처럼, 이 임계치(Vp)는, 방전이 발생했을 때에 흐르는 방전 전류의 값이 임계치(Ip) 이상이 되는 경우의 전압치이다(도 29의 S410, S411).
상기한 것처럼, 스텝 S312에 있어서, (5)식에 의거하는 타이밍(T2′)에서, 제2 트리거 신호가 제2의 레이저 제어부(24b)에 송출된다. 그 결과, 전극간 전압이 임계치(Vp)에 도달한 시점(Td＋Δtd) 이후의 시점(T2)에서, 제2의 레이저 빔(시동용 레이저 빔)(24)이 방전 영역에 조사된다(도 29의 S413, S414).
제2의 레이저 빔(24)이 방전 영역에 조사되고, 방전 영역에서 방전이 개시된다. 방전 개시 후, Δti 후에, 방전 전류의 크기가 상기한 임계치(Ip)에 이른다(도 29의 S414 , S415). 이 임계치(Ip)는, 소정 강도의 EUV 방사를 얻기 위해서 필요한 방전 전류치의 하한이다.
상기한 것처럼, 스텝 S312에 있어서, (11)식에 의거하는 타이밍(T1′)에서, 제1 트리거 신호가 제1의 레이저 제어부(23b)에 송출된다. 그 결과, (T2＋Δti－Δtg)~(T2＋Δti＋Δtp－Δtg) 기간 중의 시점(T1)에서 제1의 레이저 빔(원료용 레특더 빔)(23)은 조사된다(도 29의 S415, S417~S418).
즉, EUV 광원 장치의 제어부(26)가, 스텝 S311에서 주 트리거 신호를 송신하고, 스텝 S312에서 제1 트리거 신호, 제2 트리거 신호를 송신한 결과, 방전 채널의 위치가 소정의 위치에 획정된다. 또한, 위치가 획정되는 방전 채널에 있어서, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화 원료의 적어도 일부가 상기 방전 채널에 도달하는 상태에서, 방전 전류의 크기가 소정 강도의 EUV 방사를 얻기 위해서 필요한 방전 전류치의 하한 이상이 되도록, 방전이 발생한다.
이에 따라, 플라즈마가 형성되고, 플라즈마를 흐르는 펄스형상의 대전류에 의해 플라즈마가 가열 여기되어 고온화되면, 이 고온 플라즈마로부터 파장 13.5nm의 EUV 방사가 발생한다(도 28의 스텝 S315, 도 29의 S419).
플라즈마로부터 방사된 EUV 방사는, 상기한 바와같이, 격벽(1c)에 설치된 개구, 포일 트랩(3)을 통과해 집광 공간(1b)에 배치된 경사 입사형의 EUV 집광 거울(2)에 의해 집광 되고, 챔버(1)에 설치된 EUV 광 취출부(7)에서 도시를 생략한 노광 장치의 조사 광학계에 인도된다.
이상과 같이 첫회의 EUV 방사가 끝나면, 이어서, 스텝 S306로 돌아가, 노광 장치로부터의 발광 지령을 대기한다. 발광 지령 수신 후, 상기한 스텝 S307, S308를 거쳐, 스텝 S309로 이행한다. 차회의 EUV 방사는, 첫회의 펄스는 아니므로, 스텝 S109로부터 스텝 S316로 간다. 스텝 S316에서, EUV 광원 장치의 제어부(26)는 전압 카운터의 값, 및, 전류 카운터의 값을 기초로, 제1의 레이저 제어부로의 제1 트리거 신호의 송출 타이밍(T1′), 제2의 레이저원의 동작을 제어하는 제2의 레이저 제어부로의 제2 트리거 신호의 송출 타이밍(T2′)의 피드백 연산을 상기 (20)(21)식으로 행한다(도 27의 스텝 S316, 도 29의 S408).
EUV 광원 장치의 제어부(26)는 스텝 S316에서 구한 보정치를 고려하여, 주 트리거 신호를 송신한 시점(Td′)을 기준으로 했을 때의 제1의 레이저 제어부(23b)로의 제1 트리거 신호의 송출 타이밍(T1′), 제2의 레이저원(24a)의 동작을 제어하는 제2의 레이저 제어부(24b)로의 제2 트리거 신호의 송출 타이밍(T2′)을 다음 식에 의해 결정한다(도 27의 스텝 S317, 도 29의 S408).
T2′＝Td′＋d1＋Δtd＋α＋tvcal … (24)
T1′＝Td′＋d1＋(Δtd＋Δti－Δtg)＋(α＋β)＋(tvcal＋tica1) …(25)
EUV 광원 장치의 제어부(26)는 주 콘덴서(CO)의 충전이 안정되기까지의 시간 인 챠저 충전 안정 시간(tst)이 경과한 시점 후, 주 트리거 신호를 송신한다. 이 때의 타이밍을 Td′로 한다(도 27의 스텝 S318, 도 29의 S409).
그리고, 주 트리거 신호를 펄스 전력 공급 수단의 스위칭 수단에 송신한 시점(Td′)을 기준으로 하여, 식(24)(25)에 의해 구한, 시점(Td′)을 기준으로 했을 때의 제1의 레이저 제어부(23b)로의 제1 트리거 신호의 송출 타이밍(T1′), 제2의 레이저원(24a)의 동작을 제어하는 제2의 레이저 제어부(24b)로의 제2 트리거 신호의 송출 타이밍(T2′)에서, 제1 트리거 신호, 제2 트리거 신호를, 각각, 제1의 레이저 제어부(23b), 제2의 레이저 제어부(24b)에 송신한다(도 27의 스텝 S319, 도 29의 S413, S417).
이어서, 도 28의 스텝 S313로 이행하고, 전술한 것처럼, 주 트리거 신호의 출력 개시에서 전극간 전압이 임계치(Vp)까지 도달하기까지를 계측하는 전압 카운터를 동작시키고, 또한, 제2 트리거 신호의 출력 개시에 방전 전류가 임계치(Ip)까지 도달하기까지를 계측하는 전류 카운터를 동작시킨다(도 29의 S410, S412).
그리고, 도시하지 않은 전압 모니터에 의해 전극간 전압이 임계치(Vp)에 도달한 타이밍을 검출하여, 전압 카운터를 정지시킨다. 또한, 도시하지 않은 전류 모니터에 의해 방전 전류가 임계치(Ip)에 도달한 타이밍을 검출하고, 전류 카운터를 정지시킨다(도 28의 스텝 S314, 도 29의 S412, S416).
여기서, 스텝 S311에서, 타이밍(Td′)에서 주 트리거 신호가 송출되면, 전술한 것처럼 스위칭 수단이 on으로 되고(도 29의 S409, S410), 시간 Δtd 후에, 전극간 전압이 임계치(Vp)에 도달한다(도 29의 S410, S411).
스텝 S312에서, (5)식에 의거하는 타이밍(T2′)에서, 제2 트리거 신호가 제2의 레이저 제어부(24b)에 송출되고, 전극간 전압이 임계치(Vp)에 도달한 시점(Td＋Δtd) 이후의 시점(T2)에서, 제2의 레이저 빔(시동용 레이저 빔)(24)이 방전 영역에 조사된다(도 29의 S413, S414).
제2의 레이저 빔이 방전 영역에 조사되고, 방전 영역에서 방전이 개시되고, 방전 개시 후, Δti 후에, 방전 전류의 크기가 상기한 임계치(Ip)에 이른다(도 29의 S414, S415).
상기한 것처럼, 스텝 S312에서, (11)식에 의거하는 타이밍(T1′)에서, 제1 트리거 신호가 제1의 레이저 제어부(23b)에 송출된다. 그 결과, (T2＋Δti－Δtg)~(T2＋Δti＋Δtp－Δtg) 기간 중의 시점(T1)에서 제1의 레이저 빔(원료용 레이저 빔)(23)이 조사된다(도 29의 S415, S417, S418).
이에 따라, 스텝 S318 및 S319에서 EUV 광원 장치의 제어부가 각 트리거 신호를 송신한 결과, 방전 채널의 위치가 소정의 위치에 획정된다.
또한, 위치가 획정되는 방전 채널에 있어서, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화 원료의 적어도 일부가 상기 방전 채널에 도달하는 상태에서, 방전 전류의 크기가 소정 강도의 EUV 방사를 얻기 위해서 필요한 방전 전류치의 하한 이상이 되도록, 방전이 발생한다.
방전은, 제1의 회전 전극(11), 제2의 회전 전극(12)의 둘레 가장자리부의 에지 부분간에서 발생하여, 플라즈마가 형성된다. 플라즈마에 흐르는 펄스형상의 대전류에 의해 플라즈마가 가열 여기되어 고온화되면, 이 고온 플라즈마로부터 파장 13.5㎚의 EUV 방사가 발생한다(도 28의 스텝 S315, 도 29의 S419).
플라즈마로부터 방사된 EUV 방사는, 격벽(1c)에 설치된 개구, 포일 트랩(3)을 통과하여 집광 공간(1b)에 배치된 경사 입사형의 EUV 집광 거울(2)에 의해 집광되고, 챔버(1)에 설치된 EUV 광 취출부(7)에서 도시를 생략한 노광 장치의 조사 광 학계로 인도된다.
이하, 노광 공정이 계속되는 동안은 스텝 S306 내지 스텝 S315간의 공정이 반복된다. 노광 공정이 종료하는 경우는, 스텝 S315의 후, 종료가 된다.
이상과 같이 동작시킴으로써, 전술한 것처럼, 제1의 레이저 빔(23)의 조사에 의해, 방전 영역에 공급되는 기화된 원료의 공간 밀도 분포는, EUV 방사가 가능한 효율적으로 발생하도록 설정된다. 또한, 제2의 레이저 빔(24)을 방전 영역의 소정의 위치에 집광함으로써, 방전 채널의 위치가 레이저 초점을 설정한 위치에 획정된다. 이 때문에, EUV 방사의 발생점의 위치 안정성이 향상된다.
제1의 레이저 빔(23)의 조사 타이밍과 제2의 레이저 빔(24)의 조사 타이밍을 상기와 같이 설정하고 있으므로, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화 원료의 적어도 일부가 상기 방전 채널에 도달하는 상태에서, 방전 전류의 크기가 소정 강도의 EUV 방사를 얻기 위해서 필요한 방전 전류치의 하한 이상이 되어 있을 때 방전이 발생한다. 이 결과, 효율이 좋은 EUV 방사가 실현 가능해진다.
또한, 전술한 것처럼 주 트리거 신호의 출력 후 전극간 전압이 임계치(Vp)에 도달하기까지의 시간, 및, 제2 트리거 신호의 출력 후, 방전 전류가 임계치(Ip)에 도달하기까지의 시간이 일정해지도록 피드백 제어를 행하므로, 펄스 전력 공급 수 단의 스위칭 수단인 고체 스위치(SW)로서 사용되는 반도체 스위칭 소자의 동작에 편차가 생겼다고 해도, 확실하게 효율이 좋은 EUV 방사를 실현하는 것이 가능해진다.
(6) 조정 조사
방전 전극간에 방전이 발생하기 쉽도록, 제1의 에너지 빔(23)의 조정 조사를 행해도 된다. 이하, 이러한 방전의 시동성의 개선책에 대해서 간단하게 설명한다.
예로서 상기 도 9, 도 10의 실시예에 나타내는 EUV 광원 장치에 있어서, 조정 조사의 실시 순서를 설명한다. 도 30에 조정 조사를 실시하는 경우의 타이밍 챠트를 도시한다.
상기한 것처럼, 상기 실시예에 나타내는 EUV 광원 장치에 있어서는, 원료 공급용의 제1의 레이저 빔(원료용 레이저 빔)(23)과 방전 시동용의 제2의 에너지 빔(시동용 레이저 빔)(24)의 조사 타이밍을 적절히 설정함으로써, 소정의 공간 밀도 분포인 기화된 고온 플라즈마 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달한 타이밍에서, 방전 영역에서 발생한 방전의 방전 전류가 소정의 임계치 이상이도록 설정한다.
본 순서에 있어서는, 제2의 레이저 빔(24)과의 조사 타이밍이 적절하게 설정된 제1의 레이저 빔(원료용 레이저 빔)(23)을 조사하는데 앞서, 상기 제1의 레이저 빔(23)을 고온 플라즈마 원료에 1회 이상 조사한다.
도 30에 도시하는 예에서는, 제2의 레이저 빔(24)과의 조사 타이밍이 적절하게 설정된 제1의 레이저 빔(23) 전에, 3회, 제1의 레이저 빔(23)이 조사된다. 이 러한 레이저 빔의 조사를 조정 조사라고 부르기로 한다.
조정 조사가 실시되면, 기화된 고온 플라즈마 원료가 방전 영역에 도달한다. 조정 조사되는 제1의 레이저 빔(원료용 레이저 빔)(23)은 방전 시동용의 제2의 레이저 빔(24)과는 상관 관계가 없고, 또한, 제2의 레이저 빔(24)은 조사되지 않으므로, 방전 영역에 도달한 기화된 고온 플라즈마 원료의 일부는, 제1의 방전 전극(11), 제2의 방전 전극(12)에 부착된다.
이러한 상태에서, 제2의 에너지 빔(23)이 방전 영역의 소정의 위치에 조사되면, 방전 영역 근방에 위치하는 상기 제 1의 방전 전극(11), 제2의 방전 전극(12)에 부착된 고온 플라즈마 원료의 일부가 기화된다. 기화된 원료는 방전에 기여하므로, 방전 전극간에 방전이 확실히 발생하기 쉬워진다. 즉, 방전의 시동성이 개선된다.
또한, 방전 전극(11, 12)에 부착된 고온 플라즈마 원료의 일부가 기화하기 위해서는, 제2의 에너지 빔(24)의 적어도 일부가, 방전 전극(11, 12)의 고온 플라즈마 원료가 부착된 부분에 조사될 필요가 있다.
3. 롱 펄스화
다음에, 본 발명에서의 EUV 방사의 롱 펄스화에 대해 설명한다.
이하에서는 (1) 본 발명의 EUV 발생 방법을 실시하는 EUV 광원 장치의 기본 구성예, (2) 본 발명의 EUV 발생 순서, (3) 에너지 빔(레이저 빔)의 조사 타이밍, (4) 원료 공급 시스템, (5) 정류 기구, (6) 전극 위치, 고온 플라즈마 원료 공급 위치, 에너지 빔(레이저 빔) 조사 위치의 상호 관계, (7) 원료 기화용 에너지 빔의 에너지, (8) 구체적인 구성예에 대해서 설명한다. 이하, 에너지 빔으로는 레이저 빔을 예로들어 설명하는데, 에너지 빔이 전자빔 등이어도 된다.
(1) 본 발명의 EUV 발생 방법을 실시하는 EUV 광원 장치의 기본 구성예
우선, 기본 구성예에 대해서 설명한다. 도 31에, 본 발명에 의거하는 롱 펄스화된 EUV 광원 장치의 기본 구성예를 나타낸다.
동 도면에 있어서, 방전 용기인 챔버(1)의 내부에 제1의 전극(11) 및 제2의 전극(12)이 설치되어 있다. 예를 들면, 제1의 전극(11)은 캐소드이며, 제2의 전극(12)은 애노드로서, 제2의 전극(12)은 접지된다. 즉, 양 전극간에는, 음극성의 고전압이 인가된다.
양 전극에는, 펄스 전력 공급 수단(15)이 접속된다. 펄스 전력 공급 수단(15)은 양 전극간에 펄스폭이 긴 전류를 흐르게 하기 위해서 예를 들면, PFN(Pulse Forming Network) 회로 방식이 채용된다.
또한, 상기한 1쌍의 전극의 근방이지만 방전 영역 외에, 고온 플라즈마 원료(8)가 설치된다. 고온 플라즈마 원료(21)로는, 예를 들면, 주석(Sn), 리튬(Li) 등의 금속이 이용된다. 이들은, 고체거나 액체여도 된다. 도 31에서는, 고온 플라즈마 원료(21)가 고체 금속인 예를 모식적으로 나타내고 있다.
저온 플라즈마(기화된 고온 플라즈마 원료)를 생성하기 위해서, 레이저원(23a)이 이용된다. 레이저원(23a)으로부터 방출되는 레이저 빔(23)은, 챔버(1) 내부에 도광되어 고체 혹은 액체의 고온 플라즈마 원료(21)에 조사된다. 레이저의 조사 에너지는, 고체 또는 액체상태의 고온 플라즈마 원료를 기화시키는데, 전자 온도를 그다지 상승시키지 않는 정도의 에너지이며, 예를 들면 108W/㎠~1019W/㎠의 범위이다.
고온 플라즈마 원료(21)에 레이저 빔이 조사되면, 고온 플라즈마 원료(21)의 적어도 일부가 기화되고, 저온 플라즈마 가스(21’)로 되어 분출한다. 조사하는 레이저 빔의 조건을 적절히 설정함으로써, 예를 들면, 고체상태의 고온 플라즈마 원료(21)에서 10μs 정도의 기간, 연속적으로 기화된 고온 플라즈마 원료(저온 플라즈마 가스(21’))가 분출된다.
상기한 것처럼, 저온 플라즈마 가스는, 플라즈마 내의 이온 밀도가 1017~1020cm-3 정도, 전자 온도가 1eV 이하 정도의 상태에서, 미리 전극간에서 형성되어 있는 방전 채널에 대해서 선택적으로 공급하도록 구성된다.
또한, 방전 채널은 방전 전류의 자기 자장에서 가늘어진다. 일반적으로, 레이저 빔의 조사에 의해, 고체 재료 혹은 액체 재료로부터 분출하는 재료 증기는 3차원 방향으로 팽창하면서 진행한다. 따라서, 고온 플라즈마 원료(21)로부터 분출하는 저온 플라즈마 가스는, 도시를 생략한 정류 기구에 의해, 지향성이 좋은 정상류로 정류된다. 또한, 정류 기구의 예는 다음에 기술한다.
(2) 본 발명의 EUV 발생 순서
도 32에 도시하는 타이밍 차트를 이용하여, 본 발명에서의 EUV 생성 방식을 설명한다. 예를 들어 멀티 핀치 방식을 예로 든다.
우선, 1쌍의 전극(11, 12)간에 펄스 전력을 인가하는 펄스 전력 공급 수 단(15)의 스위칭 수단(예를 들면, IGBT)에 트리거 신호가 입력(시점(Td))되고(도 32의(a)), 스위칭 수단은 on 상태로 된다.
이에 따라, 전극간 전압이 상승한다(도 32의(b)). 그리고 전압이 어느 임계치(Vp)에 도달한 시점(T1)(＝Td＋Δtd)에서 방전을 발생시킨다(도 32의(c)). 방전 발생은 도 31에서 도시를 생략한 방전 시동 수단의 동작에 의해 행해진다. 이 임계치(Vp)는, 방전이 발생했을 때에 흐르는 방전 전류의 값이 임계치(Ip) 이상(혹은, 비핀치 방식인 경우(Ip2) 이상)이 되는 경우의 전압치이다. 즉, 임계치(Vp) 미만에서 방전이 발생한 경우, 방전 전류의 피크치는 임계치(Ip 혹은 Ip2)에 도달하지 않는다.
시점(T1)에서 전극간에 방전 전류가 흐르기 시작하여, 방전 채널이 형성된다. 그리고, Δti 경과한 시점(T1＋Δti)에서, 방전 전류의 값은 임계치(Ip)에 도달한다. 이 임계치(Ip)는, 상기한 바와같이, 전류의 자기 자장에 의한 압축 압력을 PB, 플라즈마의 압력을 PP로 할 때, PB ≫ PP(상기 (104)식)가 되도록 설정된다. 즉, 자기 자장에 의해 저온 플라즈마 가스는 충분히 압축 가능한 전류치가 된다.
또한, 상기 임계치(Ip)는, 저온 플라즈마 가스(플라즈마 내의 이온 밀도가 1017~1020cm-3 정도, 전자 온도가 1eV 이하 정도)의 전자 온도를 20~3OeV 혹은 그 이상으로 가열하는 것이 가능한 에너지를 가지는 전류치이기도 하다.
또한, 시점(T1＋Δti)에서, 방전 영역을 흐르는 방전 채널의 직경은 충분히 가늘어진다.
이 시점(T1＋Δti) 이후에 EUV 방사 조건에 상당하는 이온 밀도로서 전자 온도가 낮은 저온 플라즈마 가스의 적어도 일부가 선택적으로 가는 방전 채널에 도달하도록, 레이저 빔이 방전 영역 외에 배치된 고온 플라즈마 원료에 조사된다(도 32 의(d)). 레이저 빔이 고온 플라즈마 원료에 조사된 시점부터 저온 플라즈마 가스의 적어도 일부가 방전 채널에 도달하기까지의 시간을 Δtg로 할 때, 시점(T1＋Δti－Δtg) 혹은 그 이후의 시점(T2)에서 레이저 빔은 고온 플라즈마 원료에 조사된다. 도 32에서는, 시점 T2＝T1＋Δti－Δtg인 경우를 도시한다.
시점(T1＋Δti＝T2＋Δtg)으로부터 시간(τheat) 후에, 저온 플라즈마 가스에 방전이 작용해 전자 온도는 20~30eV에 도달하여 고온 플라즈마로 되고, 상기 고온 플라즈마로부터의 EUV 방사가 개시된다(도 32의(e)).
가는 방전 채널에는 상기 EUV 방사 조건에 상당하는 이온 밀도로서 전자 온도가 낮은 저온 플라즈마 가스가 연속적으로 공급되고 있으므로, 핀치 효과 혹은 자기 자장에 의한 가둠 효과가 반복해 행해진다. 따라서, 가는 방전 채널의 직경은 가늘어지거나 넓어지거나 맥동형상의 거동을 나타내지만 상대적으로 가는 상태로 유지된다. 즉, 저온 플라즈마의 핀치가 반복하여 행해져 EUV 방사가 계속된다.
방전 영역에서 발생한 EUV 방사는, EUV 집광 거울에 의해 반사되고, EUV 광 취출부(7)에서 도시하지 않은 조사부에 출사된다.
여기서, 종래의 핀치 효과를 이용한 DPP 방식, LAGDPP 방식에서는, EUV 방사가 유지되는 시간은, 예를 들면, 200ns 이하이므로, 전류치가 Ip인 방전 채널이 계 속되는 시간이, 가는 방전 채널에 저온 플라즈마 가스의 일부가 도달하는 시점(T1＋Δti＝T2＋Δtg)부터 (200ns＋τheat) 이상 계속되도록, 펄스 전력 공급 수단(15) 및 1쌍의 전극(제1의 전극(11) 및 제2의 전극(12))으로 이루어지는 방전 회로를 설정함으로써, 종래의 핀치 효과를 이용한 DPP 방식, LAGDPP 방식과 비교해 EUV 방사의 롱 펄스화를 실현하는 것이 가능해진다.
종래의 핀치 효과를 이용한 DPP 방식, LAGDPP 방식에서는, 방전 채널의 계속 시간은 길어도 1μs 이하이며, 또한, 초기 플라즈마를 핀치로서 EUV 방사가 계속되는 시간(도 10의 기간 A)은 길어도 200ns 이하였다.
발명자 들의 실험에 의한 검증의 결과, 본 발명에 있어서는, 방전 채널의 계속 시간을 적어도 1μs 이상으로 했을 때, 전류치가 Ip 이상 또는 Ip2 이상인 방전 채널이 계속되는 시간을 확실하게 200ns보다 길게 할 수 있는 것이 판명되었다. 즉, 방전 채널의 계속 시간을 1μs 이상으로 설정하면, 확실하게 EUV 방사의 계속 시간을, 종래의 EUV 방사의 계속 시간(200ns)보다 길게 하는 것이 가능해졌다.
또한, 비핀치 방식인 경우도 임계치를 Ip2가 되도록 설정하면, 상기와 동일한 메카니즘으로 EUV 방사의 롱 펄스화가 실현되므로, 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에서는, 플라즈마의 핀치 상태를 유지하도록 플라즈마 전류 파형을 제어하는 특허 문헌 6, 7에서의 EUV 방사의 롱 펄스화 방법과 같이, 방전 공간에 대전류를 흐르게할 필요는 없다. 또한, 핀치 효과를 유지하기 위해서, 도 40(a)에 도시하는 바와같이 플라즈마 전류(I)의 파형을 변화시킬 필요가 없으므로, 본 방식 에 있어서의 방전 전류(플라즈마 전류) 파형은 변극점을 갖지 않는다.
(3) 에너지 빔(레이저 빔)의 조사 타이밍
상기한 EUV 발생 순서에서는, 방전 전류의 값이 임계치(Ip)에 도달한 시점 이후에 저온 플라즈마 가스의 적어도 일부가 가는 방전 채널에 도달하도록, 레이저 빔이 고온 플라즈마 원료에 조사되는 타이밍을 설정한다.
여기서, 방전 발생 후 방전 전류의 값이 임계치(Ip)에 도달하는 시점 이전에 저온 플라즈마 가스의 적어도 일부가 방전 채널에 도달하는 경우(케이스 A), 혹은, 방전 발생 전에 저온 플라즈마 가스의 적어도 일부가, 방전 후에 방전 채널이 생성되는 영역에 도달하는 경우(케이스 B)를 생각한다.
케이스 A나 케이스 B에서는, 방전 전류의 값이 임계치(Ip)에 도달하기 까지는, 저온 플라즈마의 가열이 충분히 행해지지 않고, 결과적으로, EUV 발광에 기여하지 않는 저온 플라즈마의 비율이 증가하게 되어, EUV 방사 효율이 저하되어 버린다.
또, 케이스 A나 케이스 B에서는, 방전 전류의 값이 임계치(Ip)에 도달하기까지의 사이에 방전 후 방전 채널이 생성되는 영역에, 정상류로서 선택적으로 공급된 고온 플라즈마 원료인 저온 플라즈마 가스가 팽창되어 밀도가 저하되어 버린다. 따라서, 방전 영역에서의 고온 플라즈마 원료의 밀도는, 도 38의 핀치의 초기 조건에 근접한다. 이러한 상태에서는 방전 채널의 직경이 굵어지므로, 방전 채널을 가늘게 하여 고온 플라즈마로 하기 위해서는, 방전 전류로는 대전류가 필요하다.
특히, 케이스 B에서는, 방전 전에 저온 플라즈마 가스가 공급되므로, 팽창하 여 밀도가 저하된 고온 플라즈마 원료 가스의 가스 방전에 의해 방전 채널이 형성되고, 방전 채널의 직경은 케이스 A보다 굵어진다. 따라서, 방전 채널을 가늘게 하여, 핀치 효과에 의해 초기 플라즈마를 고온 플라즈마로 하기 위해서는, DPP 방식과 마찬가지로, 어느 정도 대파워이고, 고속 단펄스인 전류 펄스가 필요해진다(도 38의 경로 2에 가까워진다).
본 발명에서는, 상기한 것처럼, 방전 채널의 계속 시간을 길게 하도록 방전 회로를 형성하고 있으므로, 케이스 B에서 필요한 전류 펄스를 실현하는 것은 곤란해진다.
따라서, 적어도 방전이 개시된 후(케이스 A), 바람직하게는, 도 32에 도시하는 바와같이, 방전 전류의 값이 임계치(Ip)에 도달한 시점 이후에 저온 플라즈마 가스의 적어도 일부가 가는 방전 채널에 도달하도록, 레이저 빔이 고온 플라즈마 원료에 조사되는 타이밍을 설정하는 것이 중요해진다.
(4) 원료 공급 시스템
상기한 것처럼, 본 발명은, 고온 플라즈마 원료에 레이저 빔 등의 에너지 빔을 조사하고, EUV 방사 조건에 상당하는 이온 밀도로서 전자 온도가 낮은 저온 플라즈마 가스(플라즈마 내의 이온 밀도가 1017~1020cm-3 정도, 전자 온도가 1eV 이하 정도)를 생성하여 상기 저온 플라즈마를 방전 영역에 공급한다. 도 31에서는 고온 플라즈마 원료가 고체 금속인 예를 모식적으로 나타내는데, 상기한 것처럼, 고온 플라즈마 재료는 액체 상태여도 된다.
고체상태의 고온 플라즈마 원료를 이용해 저온 플라즈마 가스를 방전 영역에 공급하는 원료 공급 시스템의 구성예로는, 예를 들면 도 31에 모식적으로 도시하는 바와같이, 방전 영역 근방의 소정 영역에 고체 금속(예를 들면, Sn)을 설치하여 레이저 빔을 조사하도록 구성한다.
그 밖의 예로는, 와이어형상으로 성형한 고온 플라즈마 원료를 2그룹의 릴을 이용하여, 레이저 빔이 조사되었을 때 생성되는 저온 플라즈마 가스가 소정 영역에 도달할 수 있는 공간에 공급하고, 상기 와이어형상의 고온 플라즈마 원료에 레이저 빔을 조사하도록 구성한다.
한편, 액체상태의 고온 플라즈마 원료를 이용해 저온 플라즈마 가스를 방전 채널에 공급하는 원료 공급 시스템의 구성예로는, 예를 들면, 액체상태의 고온 플라즈마 원료, 물방울 형상으로 하여, 레이저 빔이 조사되었을 때 생성되는 저온 플라즈마 가스가 소정 영역에 도달할 수 있는 공간을 향해 떨어트려 공급하고, 상기 물방울 형상의 고온 플라즈마 원료가 상기 공간에 도달했을 때 레이저 빔을 상기 물방울 형상의 고온 플라즈마 원료에 조사하도록 구성한다.
또한, 고체상태의 고온 플라즈마 원료를 이용하는 예로서 특허 문헌 6에 기재되어 있는 바와같이, 전극 자체를 고체의 고온 플라즈마 원료(예를 들면, Li)로 구성하고, 상기 전극에 레이저 빔을 조사하여 저온 플라즈마 가스를 생성하여 상기 저온 플라즈마 가스를 방전 채널에 공급하는 것도 생각할 수 있다.
또한, 액체상태의 고온 플라즈마 원료를 이용하는 예로서, 특허 문헌 4에 기재되어 있는 구조를 생각할 수 있다. 즉, 전극을 회전 전극 구조로 하고, 가열된 용융 금속(metal melt)인 액체상태 고온 플라즈마 원료를 컨테이너에 수용한다. 그리고 회전 전극의 일부(주변부)가 액체상태 고온 플라즈마 원료를 수용하는 상기 컨테이너 내에 침지되도록 배치한다. 그리고, 전극을 회전시킴으로써, 전극의 주변부 표면에 부착된 액체상태 고온 플라즈마 원료가 방전 영역에 수송된다. 이 수송된 액체상태 고온 플라즈마 원료에 레이저 빔을 조사함으로써 저온 플라즈마 가스가 생성되고, 상기 저온 플라즈마가 방전 채널에 공급된다.
그러나, 이 구성은 고온 플라즈마 원료를 방전 영역 내에 배치하는 것으로, 이러한 방식에 의거하는 저온 플라즈마 가스의 생성 및 방전 채널로의 공급은 이하의 이유로 바람직하지 않다.
특허 문헌 4, 6에 기재되어 있는 구성의 경우, 레이저 빔이 전극 표면에 조사했을 때에 생성되는 플라즈마(혹은 중성 증기)가 매개로 되어 방전이 개시된다. 따라서, 저온 플라즈마 가스의 공급은 방전에 앞서 행해지게 되고, 상기한 것처럼 EUV 발광에 기여하지 않는 저온 플라즈마의 비율이 증가하게 되어, EUV 방사 효율이 저하되어 버린다.
또한, 방전 전에 저온 플라즈마 가스가 공급되므로, 팽창하여 밀도가 저하된 고온 플라즈마 원료 가스 방전에 의해 방전 채널이 형성되고, 방전 채널의 직경은 굵어진다. 따라서, 방전 채널을 가늘게 하여 고온 플라즈마를 형성하기 위해서는, 어느 정도 대파워의 전류가 필요해진다.
또한, 저온 플라즈마 가스의 방전 채널로의 공급은, 레이저 빔의 조사에 의한 공급에 추가하여, 방전의 진전에 수반되는 구동 전류에 의한 전극의 온도 상승 으로 전극 자신(혹은, 전극에 부착되어 있는 액체상태 고온 플라즈마 원료)이 증발함에 의한 공급도 있다.
따라서, 저온 플라즈마 가스의 파라미터는 방전 전류에 의존해 시시각각 변화하고, EUV 방사의 출력은 변동된다. 또한, 방전 중의 방전 채널의 변동에 의해, 고온 플라즈마의 위치가 변동되어, 외관형상 고온 플라즈마의 사이즈가 커져 버린다.
상기한 문제는 고온 플라즈마 원료와 전극이 일체화하고, 저온 플라즈마 가스의 공급이 레이저 빔의 조사와 방전 전류(플라즈마 전류)의 양쪽에 의존하게 되므로 발생하는 것이다.
따라서, 본 발명에서는, 고온 플라즈마 원료와 전극과는 별체이며, 저온 플라즈마 가스의 공급이 레이저 빔의 조사에만 의존하고, 방전 전류로부터 독립되어 있다. 즉, 도 31에 도시하는 구성예나 그 밖의 기술의 구성예(와이어형상, 물방울 형상)와 같이, 저온 플라즈마 가스의 공급 제어와 전극간을 흐르는 구동 전류의 제어가 서로 독립되도록, 원료 공급 시스템을 구성한다.
(5) 정류 기구
상기한 것처럼, 저온 플라즈마 가스는, 전극간에서 방전이 발생 후, 방전 전류의 자기 자장에서 가늘어진 방전 채널에 대해서 선택적으로 공급하도록 구성된다. 통상, 레이저 빔의 조사에 의해 고체 재료 혹은 액체 재료로부터 분출하는 재료 증기는, 3차원 방향으로 팽창하면서 진행한다. 따라서, 고체 혹은 액체의 고온 플라즈마 원료에 레이저 빔을 조사하여 저온 플라즈마 가스를 분출시킬 때는, 분출 하는 저온 플라즈마 가스의 플로우를 정류하고, 지향성이 양호한 플로우를 구성하여, 상기 플로우가 가는 방전 채널 부근에 집중하여 연속 공급되도록 설정한다.
상기 분출되는 저온 플라즈마 가스의 플로우를 정류하기 위한 정류 기구로는, 상기 도 23~도 25에 도시한 것을 이용할 수 있다. 또한, 도 26과 같이 구성해도 된다.
(6) 전극 위치, 고온 플라즈마 원료 위치, 에너지 빔(레이저 빔) 조사 위치의 상호 관계
상기한 것처럼, 본 발명에서는, 레이저 빔에 의해서 저온 플라즈마 가스를 방전 채널에 도달시킨다. 그 위치 관계는 예를 들면 상기 도 4에 도시한 것과 같이 된다.
즉, 판형상의 1쌍의 전극(11, 12)이 소정 간격 이간되어 배치된다. 방전 채널은 1쌍의 전극(11, 12)의 이간 공간에 위치하는 방전 영역 내에 생성된다.
레이저 빔(23)의 고온 플라즈마 원료(21)로의 조사에 의해 기화하고, 생성된 저온 플라즈마 가스(21’)는 레이저 빔이 입사하는 방향측으로 퍼진다. 이 때문에, 레이저 빔(23)을, 고온 플라즈마 원료(21)의 방전 영역에 대면하는 면에 대해서 조사함으로써, 저온 플라즈마 가스(21’)는, 방전 영역에 생성되는 방전 채널에 공급된다.
상기 기술한 것처럼, 레이저 빔의 조사에 의해 방전 채널에 공급된 저온 플라즈마 가스 중, 고온 플라즈마 형성에 기여하지 않는 일부, 혹은, 고온 플라즈마 형성의 결과 분해 생성되는 원자상태 가스의 클러스터의 일부는, 잔해로서 EUV 광 원 장치 내의 저온부와 접촉하여 퇴적된다.
여기서 도 4(b)에 도시하는 바와같이, 고온 플라즈마 원료(21)가 1쌍의 전극(11, 12)에 대해서 EUV 집광 거울(2)을 향하지 않는 공간측으로 공급된 경우, 전술한 것처럼, 레이저 빔(23)의 조사에 의해 생성된 저온 플라즈마 가스(21’)는 방전 채널 및 EUV 집광 거울(2)의 방향으로 퍼지고, EUV 집광 거울(2)에 대해서 잔해가 방출된다. 여기서, 도 4(a)에 도시하는 바와같이, 고온 플라즈마 원료(21)를 1쌍의 전극(11, 12)과 EUV 집광 거울(2)과의 사이의 공간이며, 또한, 방전 영역 근방의 공간에 대해서 배치하는 것이 바람직하다.
이와 같이 배치된 고온 플라즈마 원료(21)에 대해서, 레이저 빔(23)을 상기와 같이 고온 플라즈마 원료 표면의 방전 영역을 향하는 측에 대해 조사하면, 저온 플라즈마 가스(21’)는 방전 영역의 방향으로 퍼지지만, EUV 집광 거울(2)의 방향으로는 퍼지지 않는다.
또한, 도 5에 도시한 것처럼, 고온 플라즈마 원료(21)를, 광축에 대해 수직인 평면상의 공간이며, 또한, 방전 영역 근방에 대해서 배치하고, 레이저 빔(23)을 광축과 수직인 방향으로부터 고온 플라즈마 원료(21)에 대해서 조사하도록 해도, 저온 플라즈마 가스(21’)는 EUV 집광 거울(2)의 방향으로는 퍼지지 않는다. 따라서, 고온 플라즈마 원료(21)로의 레이저 빔의 조사 및 전극(11, 12)간에 발생하는 방전에 의해 생성되는 잔해는 EUV 집광 거울(2)에 대해서 거의 진행되지 않는다.
(7) 원료 기화용 에너지 빔의 에너지
전술한 것처럼, 레이저 빔이 고온 플라즈마 원료에 조사된 시점부터 저온 플 라즈마 가스의 적어도 일부가 방전 채널에 도달하기까지의 시간(Δtg)은 방전 채널과 고온 플라즈마 원료의 위치, 고온 플라즈마 원료로의 레이저 빔의 조사 방향, 레이저 빔의 조사 에너지에 의존하고, 이들 파라미터를 적절히 설정함으로써, 소정의 시간으로 설정된다.
이상 설명한 것처럼, 본 실시예의 롱 펄스화한 EUV 발생 방법은, 미리, 방전 영역에 가는 방전 채널을 생성하고, 방전 영역 바깥으로부터, 이 가는 방전 채널에 대해서 EUV 방사 조건에 상당하는 이온 밀도로서 전자 온도가 낮은 저온 플라즈마 가스(이온 밀도가 1017~1020cm-3 정도, 전자 온도가 1eV 이하 정도)의 정상류를 선택적으로 공급한다.
여기서, 저온 플라즈마 가스의 공급 타이밍은 방전 전류의 값이 소정의 임계치(Ip 또는 Ip2)에 도달한 시점 이후에, 저온 플라즈마 가스(이온 밀도가 1017~1020cm-3 정도, 전자 온도가 1eV 이하 정도)가 가는 방전 채널에 도달하도록 설정된다.
그 결과, 저온 플라즈마 가스에 방전이 작용하고, 도 9의 경로(II)를 통과해 EUV 방사 조건을 만족하는 고온 플라즈마가 형성되어 EUV 방사가 발생한다.
여기서, 방전 채널에 대해서 저온 플라즈마 가스를 공급하고, EUV의 방사는, 도 6의 (II)의 경로를 거쳐 실현되므로, 방전 전류는 종래의 DPP 방식, LAGDPP 방식과 같은 대전류일 필요는 없고, 비교적 소전류를 방전 영역에 흐르게 해도 EUV 방사가 가능해진다. 또한, 종래와 같이, 방전 전류의 고속 단펄스화를 실시하지 않아도, 효율적으로 플라즈마에 에너지를 입력하는 것이 가능해진다. 따라서, 방전 전류 펄스를 종래와 비교해 길게 설정하는 것이 가능해진다.
EUV 방사는, 어느 정도 가는 방전 채널이 지속되는 동안 계속된다. 따라서, 방전 전류 펄스가 종래의 DPP 방식, LAGDPP 방식보다 길어지도록 방전 회로를 구성하여 방전 전류 펄스를 롱 펄스화함으로써, 가는 방전 채널의 지속 시간을 종래와 비교해 길게 하는 것이 가능해지고, 그 결과 EUV 방사의 롱 펄스화가 실현된다.
멀티 핀치 방식에 있어서, 임계치(Ip)는, 전류의 자기 자장에 의한 압축 압력을 PB, 플라즈마의 압력을 PP로 할 때, 상기 (104)식에 표시한 것처럼 PB≫PP가 되도록 설정된다.
즉, 임계치(Ip)는 자기 자장에 의해 저온 플라즈마 가스를 충분히 압축 가능한 전류치로 된다. 또한, 상기 임계치(Ip)는, 저온 플라즈마 가스의 전자 온도를 20~30eV 혹은 그 이상으로 가열하는 것이 가능한 에너지를 가지는 전류치이기도 하다. 여기서, 방전 전류의 값이 Ip로 된 시점에서, 방전 영역을 흐르는 방전 채널의 직경은 충분히 가늘어진다.
가는 방전 채널로의 저온 플라즈마 가스의 연속적인 공급에 의해, 핀치 효과 혹은 자기 자장에 의한 가둠 효과가 반복해 행해진다. 이 때, 가는 방전 채널의 직경은 가늘어지거나 넓어지는 맥동형상의 거동을 나타내지만 상대적으로 가는 상태로 유지된다.
이러한 저온 플라즈마 가스의 핀치 효과 혹은 자기 자장에 의한 가둠 효과의 반복은 방전 전류가 계속되는한 지속된다.
상기한 것처럼, 본 발명에서는, 방전 전류 펄스를 종래와 비교해 길게 설정하는 것이 가능하고, 연속적인 핀치 혹은 자기 자장에 의한 가둠 효과를 장기간 유지할 수 있으므로, EUV 방사의 롱 펄스화를 실현할 수 있다(멀티 핀치 방식).
또한, 비핀치 방식에 있어서, 임계치(Ip2)는, 상기 (105)식에 표시한 것처럼 PB≫PP가 되도록 설정된다. 즉, 임계치(Ip2)는 자기 자장에 의해 저온 플라즈마 가스를 약하게 압축하는 (저온 플라즈마 가스가 팽창하여 이온 밀도가 감소하지 않을 정도로 유지된다) 전류치가 된다. 또한, 상기 임계치(Ip2)는, 저온 플라즈마 가스의 전자 온도를 20~30eV 혹은 그 이상으로 가열하는 것이 가능한 에너지를 가지는 전류치이기도 하다. 여기서, 방전 전류의 값이 (Ip2)가 된 시점에서, 방전 영역을 흐르는 방전 채널의 직경은 가늘어진다.
가는 방전 채널로의 저온 플라즈마 가스의 연속적인 공급에 의해, 저온 플라즈마 가스는, 팽창하여 이온 밀도가 감소하지 않을 정도로 유지된 상태로 가열되어 고온 플라즈마가 되고, 이 고온 플라즈마로부터 EUV가 방사된다.
이러한 저온 플라즈마 가스의 이온 농도를 유지하면서 가열은, 방전 전류가 계속되는 동안 지속된다. 상기한 것처럼, 본 발명에서는, 방전 전류 펄스를 종래와 비교해 길게 설정하는 것이 가능하고, 저온 플라즈마의 가열을 지속하여 EUV 방사에 필요한 플라즈마의 온도 및 밀도를 장기간 유지할 수 있으므로, EUV 방사의 롱 펄스화를 실현할 수 있다(비핀치 방식).
또한, 비핀치 방식에서는, 방전 채널의 직경이 멀티 핀치 방식보다 크기 때문에, 고온 플라즈마의 사이즈도 멀티 핀치 방식보다 커진다.
발명자 들의 실험에 의한 검증 결과, 본 발명에서는, 방전 채널의 계속 시간을 적어도 1μs 이상으로 했을 때, 전류치가 Ip 이상 또는 Ip2 이상인 방전 채널이 계속되는 시간을 확실하게 200ns보다 길게 할 수 있는 것이 판명되었다. 즉, 방전 채널의 계속 시간을 1μs 이상으로 설정하면, 확실하게 EUV 방사의 계속 시간을 종래의 EUV 방사의 계속 시간(200ns)보다 길게 하는 것이 가능해진다.
상기한 것처럼, 방전 전류는 종래의 DPP 방식, LAGDPP 방식과 같은 대전류일 필요는 없고, 또한, 방전 전류의 고속 단펄스화를 실시할 필요는 없다. 따라서, 전극에 부여하는 열부하를 종래와 비교해 작게 하는 것이 가능해져, 잔해의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에서는, 종래의 롱 펄스화 기술과 같이, 고온 플라즈마의 핀치 상태를 유지하도록 플라즈마 전류 파형을 제어할 필요가 없으므로, 방전 공간에 대전류를 흐르게 할 필요가 없다. 또한, 핀치 효과를 유지하기 위해서, 플라즈마 전류의 파형을 변화시킬 필요가 없으므로, 고 정밀의 전류 제어를 필요로 하지 않는다. 즉, 본 방식에서의 방전 전류(플라즈마 전류) 파형은 변극점을 가지지 않는다.
또한, 저온 플라즈마 가스의 공급 제어와 전극간을 흐르는 구동 전류의 제어가 서로 독립하도록, 원료 공급 시스템을 구성하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성함으로써, 저온 플라즈마의 공급이 방전 전류(플라즈마 전류) 의 영향을 받지 않으므로, EUV 방사의 안정성이 향상된다.
또한, 고온 플라즈마 원료를 1쌍의 전극과 EUV 집광 거울과의 사이의 공간에 배치(혹은 공급)하고, 레이저 빔을 고온 플라즈마 원료 표면의 방전 영역을 향하는 측에 대해 조사하는 것이 바람직하다.
이와 같이 함으로써, 저온 플라즈마 가스는 방전 영역의 방향으로 퍼지는데, EUV 집광 거울의 방향으로는 퍼지지 않는다. 따라서, 잔해가 EUV 집광 거울로 진행하는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
다음에, 롱 펄스화한 EUV 광원 장치의 구체적인 구성예에 대해서 설명한다.
상기한 것처럼, 본 실시예의 EUV 방사 방법은, 미리 규정한 가는 방전 채널에, 정상적으로 저온 플라즈마 가스를 공급하고, 방전 전류 펄스폭을 종래보다 길게 설정함으로써 EUV 방사의 펄스폭을 롱 펄스화하는 것이다.
따라서, 진공 아크 방전은, 저온 플라즈마 가스가 도달한 시점부터 서서히 가스 방전으로 이행한다. 즉, 최종적으로는 가스 방전이 가는 방전 채널이 확립되고, 상기 가스 방전의 가는 방전 채널에 대해서 선택적으로 저온 가스 플라즈마가 공급된다.
여기서, 가스 방전의 방전 채널의 형성 위치는, 반드시 진공 아크의 방전 채널이 형성된 위치와 동일한 것은 아니다. 진공 아크 방전으로부터 가스 방전으로 이행함에 따라, 가스 방전 채널의 위치가 변동하는 경우가 있다.
즉, 가스 방전의 방전 채널은, 진공 아크 방전의 방전 채널 위치의 근방에 형성되는데, 가스 방전 채널의 위치의 안정성은 반드시 고 정밀도는 아니다.
EUV 광원을 노광용 광원으로서 사용하는 경우는, EUV 방사원의 높은 안정성이 요구된다. 즉, 가스 방전에서의 방전 채널의 위치 안정성의 고 정밀화가 한층 더 요구된다.
도 33은 본 실시예에서의 전극간의 방전의 시동의 모습을 도시하는 도면이고, 본 실시예에서는, 전극간 방전의 시동을 저온 플라즈마 가스의 적어도 일부가 도달한 시점에서 행한다.
도 33에 도시하는 바와같이, 고온 플라즈마 원료에 제1의 레이저 빔을 조사하여 생성한 저온 플라즈마 가스의 일부가 방전 영역에 도달하고, 방전 영역이 어느 정도 농도가 낮은 저온 플라즈마 가스로 채워진 상태가 된 시점에서, 제2의 레이저 빔을 방전 영역의 소정에 위치에 집광하여 방전을 시동한다. 상기한 것처럼, 방전 영역 내는 농도가 낮은 저온 플라즈마 가스로 채워져 있으므로, 이 시점에 있어서의 방전은 가스 방전이 된다.
여기서, 제2의 레이저 빔의 초점 근방에서는, 전자 방출에 의해 도전율이 증가한다. 따라서, 가스 방전의 방전 채널의 위치가 레이저 초점을 설정한 위치에 획정된다. 즉, 가스 방전의 위치는, 제2의 레이저 빔에 의해 획정된다.
이와 같이 본 실시예에 나타내는 EUV 방사 방식에 있어서는, 가스 방전의 방전 채널 자체의 위치를 획정하고 있으므로, 가스 방전에서의 방전 채널의 위치 안정성의 고 정밀화를 실현할 수 있다.
(8) 본 발명에서의 롱 펄스화된 EUV 광원 장치의 실시예
도 34, 도 35에, 본 발명의 극단 자외광(EUV) 발생 방법을 채용한 EUV 광원 장치의 실시예를 도시한다.
도 34는 상기 EUV 광원 장치의 구성도이며, EUV 방사는 동 도면 우측에서 취출된다.
도 35는, 도 34에 있어서의 전력 공급 수단의 구성예이다.
도 34에 도시하는 EUV 광원 장치는, 방전 용기인 챔버(1)를 가진다. 챔버(1) 내에는, 상기한 저온 플라즈마 가스에 파워를 입력하여 고온 플라즈마를 생성하는 방전 공간(1a) 및 고온 플라즈마로부터 방출되는 EUV 광을 집광하여, 챔버(1)에 설치된 EUV 광 취출부(7)에서 도시를 생략한 노광 장치의 조사 광학계로 인도하는 EUV 광 집광 공간(1b)을 가진다. 챔버(1)는 배기 장치(5)와 접속되어 있고, 챔버(1) 내부는 이 배기 장치에 의해 감압 분위기로 된다.
이하, 각 부의 구성에 대해서 설명한다.
(a) 방전부
방전부(1a)는, 금속제의 원반형상 부재인 제1의 방전 전극(11)과, 마찬가지로 금속제의 원반형상 부재인 제2의 방전 전극(12)이 절연재(110)를 사이에 두고 배치된 구조이다. 제1의 방전 전극(11)의 중심과 제2의 방전 전극(12)의 중심은 대략 동 축 상에 배치되고, 제1의 방전 전극(11)과 제2의 방전 전극(12)은 절연재(110)의 두께만큼 이간된 위치에 고정된다. 여기서, 제2의 방전 전극(12)의 직경은, 제1의 방전 전극(11)의 직경보다 크다. 또한, 제1의 방전 전극(11)과 제2의 방전 전극(12)은 회전하므로, 이하에서는, 회전 전극이라고도 부른다.
제2의 방전 전극(12)에는, 모터(22a)의 회전 샤프트(회전축)(22e)가 장착되 어 있다. 여기서, 회전 샤프트(22e)는, 제1의 방전 전극(11)의 중심과 제2의 방전 전극(12)의 중심이 회전 샤프트(22e)의 대략 동축 상에 위치하도록, 제2의 방전 전극(12)의 대략 중심에 장착된다.
회전 샤프트(22e)는, 예를 들면, 메커니컬 시일(22c)을 통해 챔버(1) 내에 도입된다. 메커니컬 시일(22c)은 챔버(1) 내의 감압 분위기를 유지하면서, 회전 샤프트(22e)의 회전을 허용한다.
제2의 방전 전극(12)의 아래쪽에는, 예를 들면 카본 브러쉬 등으로 구성되는 제1의 슬라이드자(22g) 및 제2의 슬라이드자(22h)가 설치되어 있다. 제2의 슬라이드자(22h)는 제2의 방전 전극(12)과 전기적으로 접속된다. 한편, 제1의 슬라이드자(22g)는 제2의 방전 전극(12)을 관통하는 관통공(22i)을 통해 제1의 방전 전극(11)과 전기적으로 접속된다.
또한, 도시를 생략한 절연 기구에 의해, 제1의 방전 전극(11)과 전기적으로 접속되는 제1의 슬라이드자(22g)와 제2의 방전 전극(12)과의 사이에서는 절연 파괴가 발생하지 않도록 구성되어 있다.
제1의 슬라이드자(22g)와 제2의 슬라이드자(22h)는 슬라이드하면서도 전기 적 접속을 유지하는 전기 접점이며, 펄스 전력 공급 수단(15)과 접속된다. 펄스 전력 공급 수단(15)은 제1의 슬라이드자(22d), 제2의 슬라이드자(22e)를 통해 제1의 방전 전극(11)과 제2의 방전 전극(12)과의 사이에 전력을 공급한다.
즉, 모터(22a)가 동작하여 제1의 방전 전극(11)과 제2의 방전 전극(12)이 회전해도, 제1의 방전 전극(11)과 제2의 방전 전극(12)의 사이에는, 제1의 슬라이드 자(22g), 제2의 슬라이드자(22h)를 통해, 펄스 전력 공급 수단(15)에서 전력이 인가된다.
펄스 전력 공급 수단(15)은 도 31에 도시하는 바와같이, PFN 회로부를 포함하고, 부하인 제1의 방전 전극(11)과 제2의 방전 전극(12)의 사이에, 예를 들면, 비교적 펄스폭이 긴 펄스 전력을 인가한다. 또한, 전력 공급 수단(15)으로부터 제1의 슬라이드자(22g), 제2의 슬라이드자(22h)의 배선은, 도시를 생략한 절연성의 전류 도입 단자를 통해 이루어진다. 전류 도입 단자는, 챔버(1)에 장착되고, 챔버(1) 내의 감압 분위기를 유지하면서, 전력 공급 수단으로부터 제1의 슬라이드자, 제2의 슬라이드자와의 전기적 접속을 가능하게 한다.
금속제의 원반형상 부재인 제1의 방전 전극(11), 제2의 방전 전극(12)의 주변부는 에지 형상으로 구성된다. 후에 나타내는 바와같이, 전력 공급 수단(15)에서 제1의 방전 전극(11), 제2 의 방전 전극(12)에 전력이 인가되면, 양 전극의 에지 형상 부분간에서 방전이 발생한다. 방전이 발생하면, 양 전극은 고온이 되므로, 제1의 방전 전극(11), 제2의 방전 전극(12)은 예를 들면, 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈 등의 고융점 금속으로 이루어진다. 또한, 절연재(20c)는, 예를 들면, 질화규소, 질화알루미늄, 다이아몬드 등으로 이루어진다.
EUV 방사를 발생시키기 위해서 방전을 발생시킬 때, 제1 및 제2의 방전 전극(11, 12)를 회전시킨다. 이에 따라, 양 전극에서 방전이 발생하는 위치는 펄스마다 변화한다. 따라서, 제1 및 제2의 방전 전극(11, 12)이 받는 열적 부하는 작아지고, 방전 전극의 마모 스피드가 감소하여, 방전 전극의 장기 수명화가 가능해 진다.
(b) 전력 공급 수단
도 35에 전력 공급 수단(15)의 등가 회로의 구성예를 도시한다. 도 35에 도시하는 전력 공급 수단(15)의 등가 회로는, 충전기(CH1), 고체 스위치(SW), 콘덴서(C)와 코일(L)의 그룹을 n단에 캐스캐이드(cascade) 접속한 LC 분포 정수 회로 구성의 PFN 회로부, 스위치(SW1)로 구성된다.
전력 공급 수단의 동작예는 이하와 같다. 우선, 충전기(CH1)의 설정 충전 전압이 소정치(Vin)로 조정된다. 그리고, 고체 스위치(SW)가 on으로 되었을 때, PFN 회로부를 구성하는 n개의 콘덴서(C)가 충전되고, 스위치(SW1)가 on으로 되면 제1의 주 방전 전극, 제2의 주 방전 전극간에 전압이 인가된다.
그 후, 전극간에서 방전이 발생하면, 전극간에 전류가 흐른다. 여기서, 각 콘덴서(C)와 부하가 만드는 회로 루프는, 각각 인덕턴스가 다르므로, 각 회로 루프를 흐르는 전류의 주기는 서로 상이하다. 전극간을 흐르는 전류는 각 회로 루프를 흐르는 전류를 겹친 것이므로, 결과적으로, 전극간에는, 펄스폭이 긴 전류 펄스가 흐른다.
(c) 저온 플라즈마 가스 공급 수단
도 34에서, 저온 플라즈마 가스를 공급하는 수단은, 고온 플라즈마 원료(21), 이 고온 플라즈마 원료(21)에 레이저 빔(23)을 조사하는 레이저원(23a), 레이저 빔이 조사된 고온 플라즈마 원료(21)로부터 분출되는 저온 플라즈마 가스를 지향성이 좋은 정상류로 정류하는 정류 수단인 고속 분사용 노즐(60b)로 구성된다.
고온 플라즈마 원료(21)는 후에 기술하는 EUV 집광 거울(2)의 광축에 대해 대략 수직인 평면상의 공간으로서, 제1의 방전 전극(11), 제2의 방전 전극간(12)의 방전 영역의 가까이에 배치된다. 고속 분사용 노즐(60b)은 노즐로부터 분출되는 저온 플라즈마 가스가, 방전 영역 내의 가는 방전 채널이 생성되는 영역에 선택적으로 공급되도록 배치가 설정된다.
이와 같이 고온 플라즈마 원료(21) 및 고속 분사용 노즐(60b)을 배치함으로써, 방전 채널에 공급되는 저온 플라즈마 가스는, EUV 집광 거울(2)의 방향으로는 퍼지지 않는다. 따라서, 고온 플라즈마 원료(21)로의 레이저 빔(23)의 조사, 및, 전극간에 발생하는 방전에 의해 생성하는 잔해는 EUV 집광 거울(2)에 대해서 거의 진행하지 않는다.
고속 분사용 노즐(60b)은 도 24(a)에 도시한 것처럼 내부에 협착부가 설치된 통형상 부재이다. 고속 분사용 노즐 내를 통과한 레이저 빔(23)이 고온 플라즈마 원료(21)에 조사되면, 고온 플라즈마 원료(21)는 기화되고, 저온 플라즈마 가스를 생성한다. 여기서, 고속 분사용 노즐(60b) 내부에 협착부가 설치되어 있으므로, 상기 협착부와, 고온 플라즈마 원료의 레이저 빔이 조사되는 부분과의 사이의 공간내는 저온 플라즈마 가스에 의해 압력이 급격하게 상승한다. 그리고, 저온 플라즈마 가스는 협착부의 개구 부분으로부터 가속되고, 또한, 지향성이 좋은 고속 가스류로서 분사된다. 여기서, 고속 가스류의 분사 방향은, 고속 분사용 노즐의 방향에 의존한다. 즉, 기화 원료의 진행 방향은 레이저 빔의 고온 플라즈마 원료로의 입사 방향에는 의존하지 않는다.
레이저원(23a)으로부터 방출되는 레이저 빔(23)은, 하프 미러(23e), 집광 수단(23c), 챔버(1)에 설치된 입사 윈도우부(23d)를 통해, 고온 플라즈마 원료(21)에 입사된다.
또한, 제2 레이저원(24a)으로부터 방출되는 제2의 레이저 빔(24)의 파장은, 상기한 하프 미러(23e)를 투과하는 파장역에 설정되고, 제2의 레이저 빔(24)은 하프 미러(23e)를 투과하여, 집광 수단(23c), 챔버(1)에 설치된 입사 윈도우부(23d)를 통해, 방전 공간의 소정 위치에 집광된다.
대략 45도로 기울여 배치한 하프 미러(23e)에 대해, 파장을 하프 미러의 반사 파장으로 설정한 제1의 레이저 빔(23)을 반사시킨다. 그리고, 파장을 하프 미러(23e)의 투과 파장으로 설정한 제2의 레이저 빔(24)의 하프 미러(23e)로의 입사 방향을, 제1의 레이저 빔(23)의 반사 방향과 거의 같은 방향으로 함으로써, 챔버(1)에 설치하는 입사 윈도우부(23d)를 1개로 하는 것이 가능해진다.
제1의 레이저 빔(23)을 방출하는 제1의 레이저원(23a), 제2의 레이저 빔을 방출하는 제2의 레이저원(24a)으로는, 예를 들면, Q 스위치식 ND＋－YAG 레이저 장치가 이용된다. 제1의 레이저 빔(23)의 파장, 제2의 레이저 빔(24)의 파장중 어느 한쪽은 예를 들면, 파장 변환 소자에 의해 파장 변환된다.
전술한 것처럼, 고온 플라즈마 원료(21)에 제1의 레이저 빔(23)을 조사하여 생성한 저온 플라즈마 가스의 일부가 방전 영역에 도달하고, 방전 영역이 어느 정도 농도가 낮은 저온 플라즈마 가스로 채워진 상태가 된 시점에서, 제2의 레이저 빔(24)을 방전 영역의 소정 위치에 집광하여 방전을 시동한다.
따라서, 방전에 앞서 제1의 레이저 빔(23)을 고온 플라즈마 재료(21)에 조사할 필요가 있어, 제1의 방전 전극(11)과 제2의 방전 전극(12)과의 사이에 전력 공급 수단(15)으로부터 고전압이 인가된 상태로 제1의 레이저 빔(23)을 고온 플라즈마 재료(21)에 조사한 경우, 제1의 레이저 빔(23)의 트리거에 의해 방전이 발생하는 경우가 있다. 이 때문에, 제1의 방전 전극과 제2의 방전 전극과의 사이에의 고전압의 인가는, 제1의 레이저 빔이 제1의 레이저원으로부터 방출된 후에 행할 필요가 있다.
(d) EUV 방사 집광부
방전 공간(1a)에 의해 방출되는 EUV 방사는, EUV 방사 집광 공간(1b)에 설치된 경사 입사형의 EUV 집광 거울(2)에 의해 집광되고, 챔버(1)에 설치된 EUV 광 취출부(7)에서 도시를 생략한 노광 장치의 조사 광학계에 인도된다.
EUV 집광 거울(2)은 예를 들면, 직경이 다른 회전 타원체, 또는, 회전 포물체 형상의 미러를 복수매 구비한다. 이들 미러는 동일 축상에 초점 위치가 대략 일치하도록 회전 중심축을 겹쳐 배치되고, 예를 들면, 니켈(Ni) 등으로 이루어지는 평활면을 가지는 기체 재료의 반사면측에, 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 및 로듐(Rh) 등의 금속막을 치밀하게 코팅함으로써, 0°~25°의 경사 입사 각도의 EUV광을 양호하게 반사할 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 도 34에서, 방전 공간(1a)이 EUV 광 집광 공간(1b)보다 크게 나타나ㄴ는데, 이는 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 실제의 대소 관계는 도 34대로는 아니다. 실제는, EUV 광 집광 공간(1b)이 방전 공간(1a)보다 크다.
(e) 잔해 트랩
상기한 방전 공간(1a)과 EUV 광 집광 공간(1b)의 사이에는, EUV 집광 거울(2)의 손상을 막기 위해서, 고온 플라즈마와 접하는 제1, 제2의 방전 전극(11, 12)의 주변부가 고온 플라즈마에 의해서 스퍼터되어 생성하는 금속 분말 등의 잔해나, 방사종인 Sn 또는 Li에 기인하는 잔해 등을 포착하여 EUV광만을 통과시키기 위한 잔해 트랩이 설치된다.
도 34에 도시하는 EUV 광원 장치에 있어서는, 잔해 트랩으로서 포일 트랩(3)이 채용되어 있다. 포일 트랩(3)에 대해서는, 예를 들면, 특허 문헌 8에 「포일 트랩」으로서 기재되어 있다. 포일 트랩은, 고온 플라즈마로부터 방사되는 EUV를 차단하지 않도록, 고온 플라즈마 발생 영역의 직경 방향으로 설치되는 복수의 플레이트와, 그 플레이트를 지지하는 링형상의 지지체로 구성되어 있다. 포일 트랩(3)은 방전 공간(1a)과 EUV 집광 거울(2)의 사이에 설치된다. 포일 트랩(3) 내는, 주위의 분위기보다 압력이 증가하므로, 포일 트랩을 통과하는 잔해는, 상기 압력의 영향에 의해 운동 에너지를 감소시킨다. 따라서, EUV 집광 거울에 잔해가 충돌하기까지의 에너지가 감소하고, EUV 집광 거울의 손상을 감소시키는 것이 가능해진다.
이하, 도 36, 도 37을 이용하여, 상기한 EUV 광원 장치의 동작에 대해 설명한다. 예를 들어 멀티 핀치 방식을 예로 든다.
EUV 광원 장치의 제어부(26)는 시간 데이터 Δtd, Δtg, Δts, γ, δ를 기 억하고 있다.
Δtd는, 전력 공급 수단(15)의 스위칭 수단인 SW1에 트리거 신호가 입력된 시점(시각(Td))부터, 스위칭 수단이 on 상태에서 전극간 전압이 임계치(Vp)에 도달하기까지의 시간이다. Δtg는, 제1의 레이저 빔이 고온 플라즈마 원료에 조사된 시점부터 저온 플라즈마 가스의 적어도 일부가 방전 영역에 도달하기까지의 시간이다. Δts는, 저온 플라즈마 가스의 적어도 일부가 방전 영역에 도달한 시점을 기준으로 하여 방전 영역에서의 저온 플라즈마 가스의 밀도가 레이저 트리거에 의한 가스 방전을 시동 가능한 범위 내인 시간이다.
한편, γ, δ는 보정 시간이며, 자세한 것은 후에 설명한다.
일반적으로, 방전 전극(11, 12)에 인가되는 전압(V)이 크면, 방전 전극(11, 12)간의 전압 파형의 상승은 빨라진다. 따라서, 상기한 Δtd는, 방전 전극(11, 12)에 인가되는 전압(V)에 의존하게 된다. EUV 광원 장치의 제어부(26)는 미리 실험 등으로 구한 전압(V)과 시간(Δtd)의 관계를 테이블로서 기억하고 있다.
또한, 제어부(26)는 펄스 전력 공급 수단(15)의 스위칭 수단인 스위치(SW1)에 주 트리거 신호가 출력되는 시점부터, 스위칭 수단이 on이 되는 시점까지의 지연 시간(d1)을 기억하고 있다.
우선, EUV 광원 장치의 제어부(26)로부터의 스탠바이 지령이, 배기 장치(5), 모터(22a)에 송신된다(도 36의 스텝 S501, 도 37의 S601).
스탠바이 지령을 수신한, 배기 장치(5)는 동작을 개시한다. 즉, 배기 장치(5)가 동작하고, 챔버(1) 내가 감압 분위기로 된다. 또한, 모터(22a)가 동작하 고, 제1의 회전(방전) 전극(11), 제2의 회전(방전) 전극(12)이 회전한다. 이하, 상기한 동작 상태를 총칭하여 스탠바이 상태라고 부른다(도 36의 스텝 S502, 도 37의 S602).
EUV 광원 장치의 제어부(26)는 노광 장치의 제어부(27)에 스탠바이 완료 신호를 송신한다(도 36의 스텝 S503, 도 37의 S603).
스탠바이 완료 신호를 수신한 노광 장치의 제어부(27)에서, EUV 광원 장치의 제어부(26)는 발광 지령을 수신한다. 또한, EUV 방사의 강도를 노광 장치측이 컨트롤하는 경우, 본 발광 지령에는, EUV 방사의 강도 데이터도 포함된다(도 36의 스텝 S504, 도 37의 S604).
EUV 광원 장치의 제어부(26)는 충전 제어 신호를 전력 공급 수단(15)의 충전기(CH1)에 송신한다. 충전 제어 신호는, 예를 들면, 방전 개시 타이밍 데이터 신호 등으로 이루어진다. 상기한 것처럼, 노광 장치의 제어부(27)로부터의 발광 지령에 EUV 방사의 강도 데이터가 포함되는 경우, 전력 공급 수단(15)의 PFN 회로부의 각 콘덴서(C)의 충전 전압 데이터 신호도 상기 충전 제어 신호에 포함된다.
예를 들면, 미리, EUV 방사 강도와 각 콘덴서(C)로의 충전 전압과의 관계가 실험 등에 의해 구해지고, 양자의 상관을 격납한 테이블이 작성된다. EUV 광원 장치의 제어부(26)는 이 테이블을 기억하고 있어, 노광 장치의 제어부(27)로부터 수신한 발광 지령에 포함되는 EUV 방사의 강도 데이터에 의거해, 테이블에서 PFN 회로부의 각 콘덴서(C)의 충전 전압 데이터를 호출한다. 그리고 호출한 충전 전압 데이터에 의거해, EUV 광원 장치의 제어부(26)는 각 콘덴서(C)로의 충전 전압 데이 터 신호를 포함하는 충전 제어 신호를 전력 공급 수단의 충전기(CH1)에 송신한다(도 36의 스텝 S505, 도 37의 S605).
충전기(CH1)는 상기한 것처럼 각 콘덴서(C)의 충전을 행한다(도 36의 스텝 S506).
EUV 광원 장치의 제어부(26)는 제1 레이저원(23a)으로의 제1 트리거 신호를 출력하는 타이밍을 기준으로 하여 전력 공급 수단(15)의 스위치(SW1)에 주 트리거 신호를 출력하는 타이밍을 계산한다. 상기 타이밍은, 미리 기억하고 있는 시간 데이터(d1)에 의거해 획정된다. 또한, EUV 광원 장치의 제어부(26)는 제1 레이저원(23a)으로의 제1 트리거 신호를 출력하는 타이밍을 기준으로 하여 제2 레이저원(24a)에 제2 트리거 신호를 출력하는 타이밍을 계산한다. 상기 타이밍은, 미리 기억하고 있는 시간 데이터(d1, Δtg, Δts, Δtd)에 의거해 획정한다(도 36의 스텝 S507, 도 37의 S606).
또한, 실제로는, 제1 레이저원(23a)에 제1 트리거 신호를 출력하여 제1 레이저원(23a)으로부터 제1의 레이저 빔이 방출되는 시점(TL1)을 기준으로 하여 전력 공급 수단(15)의 스위칭 수단인 스위치(SW1)가 on이 되는 시점(Td), 제2 레이저원으로부터 제2의 레이저 빔이 방출되는 시점(TL2)을 설정하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는, 전력 공급 수단(15)의 스위칭 수단에 주 트리거 신호를 출력하는 시점(Td′)으로부터, 상기 주 트리거 신호가 펄스 전력 공급 수단(15)의 스위칭 수단에 입력되어 스위칭 수단이 on이 되는 시점(Td)까지의 지연 시간(d1)을 미리 구해둔다. 그리고, 전력 공급 수단(15)의 스위칭 수단에 주 트리거 신호를 출력한 시점(Td′)을 상기 지연 시간(d1)으로 보정하고, 스위칭 수단이 on이 되는 시점(Td)을 구한다.
한편, 제1 트리거 신호가 송출되는 시점(TL1′)으로부터 제1의 레이저 빔이 조사되기까지의 지연 시간(d2)은 제1의 레이저원(23a)이 Q 스위치식 Nd＋－YAG 레이저인 경우, ns 오더로 무시할 수 있을만큼 작으므로, 여기서는 생각하지 않는다. 또한, 제2 트리거 신호가 송출되는 시점(TL1′)으로부터 제1의 레이저 빔(23)이 조사되기까지의 지연 시간(d3)은 제1의 레이저원(23a)이 Q 스위치식 Nd＋－YAG 레이저인 경우, ns오더로 무시할 수 있을만큼 작으므로, 여기서는 생각하지 않는다. 즉, 시점 TL1′＝TL1, 시점 TL2′＝TL2로 간주한다.
즉, 제1 레이저원(23a)에 제1 트리거 신호를 출력한 시점(TL1′)을 기준으로 하여 전력 공급 수단(15)의 스위치(SW1)에 주 트리거 신호를 출력하는 타이밍(Td′), 제2 레이저원(24a)에 제2 트리거 신호를 출력하는 시점(TL2′)을 설정함으로써, 실질적으로, 제1 레이저원(23a)으로부터 제1의 레이저 빔이 방출되는 시점(TL1)을 기준으로 한 전력 공급 수단(15)의 스위칭 수단인 스위치(SW1)가 on이 되는 시점(Td), 제2 레이저원(24a)으로부터 제2의 레이저 빔이 방출되는 시점(TL2)의 설정이 실현된다.
제1 트리거 신호를 송신하는 시점(TL1′)을 기준으로 할 때, 전력 공급 수단(15)의 스위치(SW1)에 주 트리거 신호를 출력하는 타이밍(Td′)은 이하와 같이 구해진다.
본 실시예에서는, 고온 플라즈마 원료(21)에 제1의 레이저 빔(23)을 조사하여 생성한 저온 플라즈마 가스의 일부가 방전 영역에 도달하고, 방전 영역이 어느 정도 농도가 낮은 저온 플라즈마 가스로 채워진 상태로 된 시점에서, 제2의 레이저 빔(24)을 방전 영역의 소정 위치에 집광하여 방전을 시동한다.
따라서, 방전에 앞서 제1의 레이저 빔(23)을 고온 플라즈마 재료(21)에 조사할 필요가 있다. 여기서, 부하인 제1의 방전 전극(11)과 제2의 방전 전극(12)과의 사이에 전력 공급 수단으로부터 고전압이 인가된 상태로 제1의 레이저 빔(23)을 고온 플라즈마 재료(21)에 조사한 경우, 제1의 레이저 빔(23)은 방전 영역 근방을 통과하므로, 제1의 레이저 빔(23)의 트리거에 의해 방전이 발생하는 경우가 있다. 즉, 제1의 레이저 빔(23)의 일부가 방전 전극(11, 12)에 조사된 경우, 조사된 방전 전극으로부터 열전자가 방출되어 방전이 시동된다.
이 때문에, 제1의 방전 전극(11)과 제2의 방전 전극(12)과의 사이에의 고전압의 인가는 제1의 레이저 빔(23)이 제1의 레이저원(23a)으로부터 방출된 후에 행할 필요가 있다.
즉, 전력 공급 수단(15)의 스위칭 수단인 스위치(SW1)가 on이 되는 시점(Td)은 제1 레이저원(23a)으로부터 제1의 레이저 빔(23)이 방출되는 시점(TL1)을 기준으로 할 때, Td≥TL1 …(30)이 된다.
따라서, 제1 트리거 신호를 송신하는 시점(TL1′)을 기준으로 했을 때의 전력 공급 수단의 스위치(SW1)로의 주 트리거 신호 송출 타이밍(Td′)은
Td′＋d1≥TL1′＋d2 (31)가 된다. 여기서, 지연 시간(d2)은 무시 할 수 있을만큼 작으므로, 상기 주 트리거 신호 송출 타이밍(Td′)은
Td′＋d1≥TL1′(32)이 된다.
본 실시예에서는, 제1 트리거 신호가 송신되어 제1의 레이저 빔(23)이 확실하게 방출되고 나서 전압이 인가되도록, 주 트리거 신호가 송신되어 스위치(SW1)가 on이 되는 시점(Td)이, 제1 레이저 빔(23)이 방출되는 시점(TL1)보다 약간 지연하도록 설정하는 것으로 한다. 이 때의 지연 시간을 보정 시간(γ)으로 정의하여, 식(32)을 변형하면
Td′＋d1＝TL1′＋γ (33)가 된다. 즉, 제1 트리거 신호를 송신하는 시점(TL1′)을 기준으로 할 때, 전력 공급 수단의 스위치(SW1)에 주 트리거 신호를 출력하는 타이밍(Td′)은
Td′＝TL1′＋γ－d1 (34)가 된다.
주 트리거 신호가 송신되어 스위치(SW1)가 on 상태로 되면, 전극간 전압이 상승한다. 여기서 방전은, 전극간 전압이 어느 임계치(Vp)에 도달한 시점 T1(＝Td＋Δtd) 이후에 발생시킬 필요가 있다. 상기한 것처럼, 임계치(Vp)는, 방전이 발생했을 때에 흐르는 방전 전류의 값이 임계치(Ip) 이상 혹은 (Ip2) 이상이 되는 경우의 전압치이다.
즉, 임계치(Vp) 미만에서 방전이 발생한 경우, 방전 전류의 피크치는, 임계치(Ip 혹은 Ip2)에 도달하지 않는다.
본 실시예에서는, 제2의 레이저 빔을 방전 영역의 소정 위치에 집광하여 방전을 시동한다. 따라서, 제2의 레이저 빔의 방출 타이밍(TL2)은 전극간 전압이 임 계치(Vp)에 도달한 시점(T1) 이후로 설정할 필요가 있다.
즉, TL2≥Td＋Δtd (35)가 된다.
따라서, 제2의 트리거 신호를 송출하는 타이밍(TL2′)과 주 트리거 신호를 송출하는 타이밍(Td′)의 관계는,
TL2′≥Td′＋d1＋Δtd (36)이 된다.
한편, 본 실시예에서는, 고온 플라즈마 원료(21)에 제1의 레이저 빔(23)을 조사하여 생성한 저온 플라즈마 가스의 일부가 방전 영역에 도달하고, 방전 영역이 어느 정도 농도가 낮은 저온 플라즈마 가스로 채워진 상태로 된 시점에서, 제2의 레이저 빔(24)을 방전 영역의 소정에 위치에 집광하여 방전을 시동한다. 상기한 것처럼, 제1의 레이저 빔(23)의 조사에 의해 고온 플라즈마 원료(21)로부터 저온 플라즈마 가스의 정상류가 발생한다.
방전 영역에 저온 플라즈마 가스의 정상류의 선두가 도착한 시점(방전 영역에 저온 플라즈마 가스의 적어도 일부가 도달한 시점) 직후는, 방전 영역을 차지하는 저온 플라즈마 가스의 밀도는 작고, 제2의 레이저 빔(24)의 조사에 의한 레이저 트리거에 의해 가스 방전 플라즈마가 발생한다.
그러나, 정상류가 계속 흐름으로써, 방전 영역을 차지하는 저온 플라즈마 가스의 밀도는 시간의 경과에 수반해 증가하여, 어느 소정의 값(예를 들면, 이온 밀도 1017㎤~1020㎤)에 도달한다. 이 경우, 제2의 레이저 빔(24)을 트리거로 해도 가스 방전은 발생하기 어려워, 방전이 발생하지 않거나, 혹은, 전압의 상승에 의한 불꽃 방전이 발생한다. 즉, 제2의 레이저 빔(24)에 의한 방전의 시동을 제어할 수 없어, 방전 채널의 위치를 획정할 수 없다.
따라서, 제2의 레이저 빔(24)의 조사는, 방전 영역을 차지하는 저온 플라즈마 가스의 밀도가 어느 정도 작은 시간대에 행할 필요가 있다.
저온 플라즈마 가스의 적어도 일부가 방전 영역에 도달한 시점을 기준으로 하여 방전 영역에서의 저온 플라즈마 가스의 밀도가, 레이저 트리거에 의한 가스 방전을 시동 가능한 범위 내인 시간을 Δts, 제1의 레이저 빔이 고온 플라즈마 원료에 조사된 시점으로부터 저온 플라즈마 가스의 적어도 일부가 방전 영역에 도달하기까지의 시간을 Δtg로 할 때, 제2의 레이저 빔(24)의 방출 타이밍(TL2)은 이하의 식을 만족할 필요가 있다.
TL1＋Δtg≤TL2≤TL1＋Δtg＋Δts (37)
따라서, 제2의 트리거 신호를 송출하는 타이밍(TL2′)과 제1의 트리거 신호를 송출하는 타이밍(TL1′)의 관계는
TL1′＋Δtg≤TL2′≤TL1′＋Δtg＋Δts (38)이 된다.
즉, 제2의 트리거 신호를 송출하는 타이밍(TL2′)은 이하의 식을 만족하도록 설정할 필요가 있다.
TL2′≥Td′＋d1＋Δtd (36)
TL1′＋Δtg≤TL2′≤TL1′＋Δtg＋Δts (38)
여기서, 이해를 용이하게 하기 위해서,
TL2′＝Td′＋d1＋Δtd (39)로 한다.
(39)식은, 식(34)를 대입함으로써, 이하와 같이 된다.
TL2′＝TL1′＋γ＋Δtd (40)
또한, 제2의 트리거 신호를 송출하는 타이밍(TL2′)은 저온 플라즈마 가스의 적어도 일부가 방전 영역에 도달한 시점(TL1′＋Δtg)으로부터 보정 시간(ε) 경과후(0＜ε＜Δts)의 시점에 일치하도록 설정하기로 한다.
즉,
TL2′＝TL1′＋γ＋Δtd (40)
TL2′＝TL1′＋Δtg＋ε(0＜ε＜Δts) (41)
보정 시간(ε)과 보정 시간(γ)의 관계는,
ε＝γ＋Δtd－Δtg (42)가 된다.
즉, 본 실시예에서는, 제2 트리거 신호의 송출 타이밍(TL2′)을 이하와 같이 설정한다.
TL2′＝TL1′＋Δtg＋ε(0＜ε＜Δts, ε＝γ＋Δtd－Δtg) (43)
제2 트리거 신호의 송출 타이밍(TL2′)을 식(43)과 같이 설정함으로써, 제2의 레이저 빔은 전극간 전압이 Vp에 도달하고, 또한, 방전 영역에서의 저온 플라즈마 가스의 밀도가 레이저 트리거에 의한 가스 방전을 시동 가능한 상태인 시간 범위 내에 조사된다.
EUV 광원 장치의 제어부(26)는 각 콘덴서(C)의 충전이 안정되기까지의 시간인 챠저 충전 안정 시간(tst)이 경과한 시점 이후의 시점(TL1′)을 설정하고, 상기 시점(TL1′)에서, 제1 레이저원(23a)에 대해서 제1 트리거 신호를 송신한다(도 36 의 스텝 S508, 도 37의 S605, S607).
EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 스텝 S607에서 설정한, 시점(TL1′)을 기준으로 했을 때의 주 트리거 신호를 송신하는 타이밍(Td′)에서, 주 트리거 신호를 전력 공급 수단(15)의 스위치(SW1)에 송신한다. 또한, 시점(TL1′)을 기준으로 했을 때의 제2 트리거 신호를 송신하는 타이밍(TL2′)에서, 제2 트리거 신호를 제2의 레이저원(24a)에 송신한다(도 36의 스텝 S509, 도 37의 S610, S613).
스텝 S608에서 제1 트리거 신호가 송출됨과 거의 동시에 제1의 레이저 빔(24)이 고온 플라즈마 원료(21)에 조사된다(도 36의 S607, S608).
제1의 레이저 빔이 고온 플라즈마 원료에 조사되면, 고온 플라즈마 원료로부터 저온 플라즈마 가스의 정상류가 발생하고, 시간 Δtg 후에, 저온 플라즈마 가스의 적어도 일부가 방전 영역에 도달한다(도 37의 S609).
상기한 것처럼, 스텝 609에서, (34)식에 의거하는 타이밍(Td′)에서, 주 트리거 신호가 전력 공급 수단(15)의 스위치(SW1)에 송출된다. 그 결과, 시간(d1) 후에 스위치(SW1)가 on 상태로 되고, 제1의 회전 전극(11), 제2의 회전 전극(12)간의 전압이 상승하고, 시간 Δtd 후에, 전극간 전압이 임계치(Vp)에 도달한다. 상기한 것처럼, 이 임계치(Vp)는, 방전이 발생했을 때에 흐르는 방전 전류의 값이 임계치(Ip) 이상이 되는 경우의 전압치이다(도 37의 S610, S611, S612).
한편, 상기한 것처럼, 스텝 S609에서, (43)식에 의거하는 타이밍(TL2′)에서, 제2 트리거 신호가 제2 레이저원(24a)에 송출된다.
그 결과, 제2의 레이저 빔(24)이, 전극간 전압이 Vp에 도달하고, 또한, 방전 영역에서의 저온 플라즈마 가스의 밀도가 레이저 트리거에 의한 가스 방전을 시동 가능한 상태인 시간 범위 내에, 방전 영역의 소정의 위치에 집광된다.
그 결과, 방전 영역 내에서 가스 방전이 발생한다. 상기한 것처럼, 제2의 레이저 빔(24)의 초점 근방에서는 전자 방출에 의해 도전율이 증가한다. 따라서, 가스 방전의 방전 채널의 위치가 레이저 초점을 설정한 위치에 획정된다. 즉, 가스 방전의 위치는, 제2의 레이저 빔에 의해 획정된다(도 37의 S613, S614).
방전 개시 후, Δti 경과한 시점에서, 방전 전류의 크기가 상기한 임계치(Ip)에 이른다(도 37의 S615).
시점 T1＋τheat(＞T1＋Δti)에서, 저온 플라즈마 가스의 전자 온도는 20~30eV에 도달하여 고온 플라즈마로 되고, 상기 고온 플라즈마로부터의 EUV 방사가 개시된다(도 36의 스텝 S510, 도 37의 S616).
저온 플라즈마 가스는 방전 개시 전부터 방전 영역으로의 공급이 개시되고, 가스 방전의 가는 방전 채널이 형성된 후도, 상기 가스 방전의 가는 방전 채널에 저온 플라즈마 가스가 연속적으로 공급되므로, 핀치 효과 혹은 자기 자장에 의한 가둠 효과가 반복해 행해진다. 따라서, 가는 방전 채널의 직경은, 가늘어지거나 넓어지는 맥동형상의 거동을 나타내는데 상대적으로 가는 상태로 유지된다. 즉, 저온 플라즈마의 핀치가 반복 행해져 EUV 방사가 계속된다.
여기서, 종래의 핀치 효과를 이용한 DPP 방식, LAGDPP 방식에서는, EUV 방사가 유지되는 시간은, 예를 들면, 200ns 이하이므로, 전류치가 Ip이상인 방전 채널 이 계속되는 시간이, 가는 방전 채널로의 저온 플라즈마 가스의 공급이 방전 개시시점(T1)부터 (200ns＋τheat) 이상 계속되도록, 펄스 전력 공급 수단(15) 및 1쌍의 전극(제1의 전극(11) 및 제2의 전극(12))으로 이루어지는 방전 회로를 설정함으로써, 종래의 핀치 효과를 이용한 DPP 방식, LAGDPP 방식과 비교해 EUV 방사의 롱 펄스화를 실현하는 것이 가능해진다.
고온 플라즈마로부터 방사된 EUV 방사는, 포일 트랩(3)을 통과하여 집광 공간에 배치된 경사 입사형의 EUV 집광 거울(2)에 의해 집광되고, 챔버(1)에 설치된 EUV 광 취출부(7)에서 도시를 생략한 노광 장치의 조사 광학계에 인도된다.
본 실시예의 EUV 발생 방법에서는, 실시예 1의 EUV 발생 방법과 마찬가지로, 멀티 핀치 방식, 비핀치 방식에 의해 EUV 방사의 롱 펄스화를 실현할 수 있다.
또한, 전극에 부여하는 열부하를 종래와 비교해 작게 하는 것이 가능해지고, 잔해의 발생을 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 종래의 롱 펄스화 기술과 같이, 방전 공간에 대전류를 흐르게하고, 또한, 핀치 효과를 유지하기 위해서 방전 전류의 파형을 변화시킬 필요가 없다. 즉, 고정밀의 전류 제어를 필요로 하지 않는다.
특히 본 실시예에서는, 고온 플라즈마 원료에 제1의 레이저 빔을 조사하여 생성한 저온 플라즈마 가스의 일부가 방전 영역에 도달하고, 방전 영역이 어느 정도 농도가 낮은 저온 플라즈마 가스로 채워진 상태로 된 시점에서, 제2의 레이저 빔을 방전 영역의 소정 위치에 집광하고, 진공 아크 방전이 아니라 가스 방전을 시동한다.
여기서, 제2의 레이저 빔의 초점 근방에서는, 전자 방출에 의해 도전율이 증가한다. 따라서, 가스 방전의 방전 채널의 위치가 레이저 초점을 설정한 위치에 획정된다. 즉, 가스 방전의 위치는, 제2의 레이저 빔에 의해 획정된다.
이와 같이 본 실시예에 나타내는 EUV 방사 방식에서는, 가스 방전의 방전 채널 자체의 위치를 획정하고 있으므로, 가스 방전에서의 방전 채널의 위치 안정성의 고 정밀화를 실현할 수 있다.
또한, 가스 방전의 방전 채널 위치를 획정하는 제2의 레이저 빔의 펄스폭은, 어느 정도 단펄스인 것이 바람직하다. 제2의 레이저 빔의 펄스폭이 단펄스이면, 제2의 레이저 빔의 피크 파워가 커진다. 즉, 제2의 레이저 빔이 집광되는 영역의 이온의 드리프트가 작아지고, 또한, 전리도가 커진다. 따라서, 방전 채널의 직경은 보다 가늘어지고, 또한, 방전 채널의 경계가 명확하게 된다. 즉, EUV 방사원이 되는 고온 플라즈마의 직경이 작아져, 노광용 광원으로서 매우 적합한 EUV 광원 장치를 제공하는 것이 가능해진다. 상기 펄스폭은, 예를 들면, 1ns 이하가 바람직하다.
도 1은 본 발명에 있어서의 EUV 생성을 설명하는 타이밍 차트(1)이다.
도 2는 본 발명에 있어서의 EUV 생성을 설명하는 타이밍 차트(2)이다.
도 3은 전극, 원료 공급 위치, 원료용 레이저 빔의 조사 위치의 상호 관계를 설명하기 위한 개략도(1)이다.
도 4는 전극, 원료 공급 위치, 원료용 레이저 빔의 조사 위치의 상호 관계를 설명하기 위한 개략도(2)이다.
도 5는 전극, 원료 공급 위치, 원료용 레이저 빔의 조사 위치의 상호 관계를 설명하기 위한 개략도(3)이다.
도 6은 본 발명에 있어서 고온 플라즈마 원료가 EUV 방사의 조건을 만족하는 조건에 이르기까지의 경로를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 롱 펄스화(멀티 핀치 방식) 방법을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 롱 펄스화(비핀치 방식) 방법을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예의 EUV 광원 장치의 단면 구성(정면도)을 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예의 EUV 광원 장치의 단면 구성(상면도)을 도시하는 도면이다.
도 11은 제2의 레이저 빔(시동용 레이저 빔)의 집광예를 도시하는 도면이다.
도 12는 원료 공급 유닛에서 떨어지는 원료 위치의 모니터링을 설명하는 도면이다.
도 13은 도 9, 도 10에 도시하는 실시예의 동작을 나타내는 플로우 차트(1)이다.
도 14는 도 9, 도 10에 도시하는 실시예의 동작을 나타내는 플로우 차트(2)이다.
도 15는 도 9, 도 10에 도시하는 실시예의 동작을 나타내는 타임 차트이다.
도 16은 도 9, 도 10에 도시하는 실시예의 EUV 광원 장치의 제1의 변형예(정면도)를 나타내는 도면이다.
도 17은 도 9, 도 10에 도시하는 실시예의 EUV 광원 장치의 제1의 변형예(상면도)를 나타내는 도면이다.
도 18은 도 9, 도 10에 도시하는 실시예의 EUV 광원 장치의 제2의 변형예(정면도)를 나타내는 도면이다.
도 19는 도 9, 도 10에 도시하는 실시예의 EUV 광원 장치의 제2의 변형예(상면도)를 나타내는 도면이다.
도 20은 도 9, 도 10에 도시하는 실시예의 EUV 광원 장치의 제2의 변형예(측면도)를 나타내는 도면이다.
도 21은 도 9, 도 10에 도시하는 실시예의 EUV 광원 장치의 제3의 변형예(상면도)를 나타내는 도면이다.
도 22는 도 9, 도 10에 도시하는 실시예의 EUV 광원 장치의 제3의 변형예(측면도)를 나타내는 도면이다.
도 23은 제1의 에너지 빔의 조사 위치에 원료 분출용의 관형상 노즐을 부착 한 경우의 개념도이다.
도 24는 제1의 에너지 빔의 조사 위치에 원료 분출용의 고속 분사용 노즐을 설치하고, 노즐 내부의 일부에 협착부를 설치한 경우를 나타내는 도면이다.
도 25는 고온 플라즈마 원료를 수용하는 원료 수용부와 고속 분사용 노즐을 일체로 구성한 경우를 나타내는 도면이다.
도 26은 고온 플라즈마 원료의 빔이 조사되는 위치에 오목부를 형성한 경우를 나타내는 도면이다.
도 27은 도 9, 도 10에 도시하는 실시예의 EUV 광원 장치의 제1의 변형예의 동작을 나타내는 플로우 차트(1)이다.
도 28은 도 9, 도 10에 도시하는 실시예의 EUV 광원 장치의 제1의 변형예의 동작을 나타내는 플로우 차트(2)이다.
도 29는 도 9, 도 10에 도시하는 실시예의 EUV 광원 장치의 제1의 변형예의 동작을 나타내는 타임 차트이다.
도 30은 조정 조사를 설명하는 도면이다.
도 31은 본 발명에 의거해 롱 펄스화한 EUV 광원 장치의 기본 구성예를 나타내는 도면이다.
도 32는 도 31에 도시하는 EUV 광원 장치의 동작을 설명하기 위한 타임 차트이다.
도 33은 롱 펄스화된 본 발명의 실시예의 EUV 광원 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 34는 롱 펄스화된 EUV 광원 장치의 실시예의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 35는 전력 공급 수단의 등가 회로의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 36은 도 34에 도시하는 실시예의 동작을 나타내는 플로우 챠트이다.
도 37은 도 34에 도시하는 실시예의 동작을 나타내는 타임 차트이다.
도 38은 고온 플라즈마 원료가 EUV 방사의 조건을 만족하는 조건에 이르기까지의 경로를 설명하는 도면이다.
도 39는 종래의 DPP 방식의 EUV 발생 장치에서의 플라즈마 전류(I), 플라즈마 기둥의 반경(r), EUV 방사 출력의 관계를 도시하는 도면이다.
도 40은 종래의 DPP 방식의 EUV 발생 장치에서 롱 펄스화된 경우의 플라즈마 전류(I), 플라즈마 기둥의 반경(r), EUV 방사 출력의 관계를 도시하는 도면이다.
도 41은 EUV 방사의 롱 펄스화 방법을 실현하기 위한 종래의 DPP 방식 EUV 광원 장치의 구성예를 도시하는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 챔버 1a : 방전 공간
1b : 집광 공간 1c : 격벽
2 : EUV 집광 거울 3 : 포일 트랩
4, 5 : 진공 배기 장치 6 : 자석
7 : EUV 취출부 8 : 펄스 전력 발생기
11, 12 : 방전 전극 11a, 12a : 급전용 용융 금속
11b, 12b : 컨테이너 11c, 12c : 전력 도입부
13, 14 : 가스 공급 유닛 13a : 노즐
13b : 가스 커텐 15 : 펄스 전력 공급 수단
20 : 원료 공급 유닛 20a : 원료 모니터
21 : 원료 22a, 22b : 모터
22c, 22d : 메커니컬 시일 22e, 22f : 회전축
23 : 원료용 레이저 빔(제1 레이저 빔)
23a : 제1 레이저원 23b : 제1 레이저 제어부
24 : 시동용 레이저 빔(제2 레이저 빔)
24a : 제2 레이저원 24b : 제2 레이저 제어부
25 : 원료 회수 수단 26 : 제어부
27 : 노광기(제어부) 30 : 원료 공급 유닛
31 : 선형상 원료 40 : 원료 공급 유닛
40a : 액체 원료 공급 수단 40b : 원료 공급용 원반
40c : 모터 50 : 원료 공급 유닛
50a : 액체 원료 버스 50b : 캐필러리
50c : 히터 50d : 액체 원료 버스 제어부
50e : 히터용 전극 60a : 관형상 노즐
60b : 고속 분사용 노즐 62 : 협착부
63 : 압력 상승부 64 : 히터

Claims (18)

  1. 용기와, 이 용기 내에 극단 자외광을 방사시키기 위한, 액체 또는 고체의 원료를 공급하는 원료 공급 수단과,
    제1 에너지 빔을 상기 원료에 조사하여 당해 원료를 기화시키는 제1 에너지 빔 조사 수단과, 기화된 상기 원료를 방전에 의해 상기 용기 내에서 가열 여기하여 고온 플라즈마를 발생시키기 위한, 소정 거리만큼 이간(離間)된 1쌍의 전극과, 전극에 펄스 전력을 공급하는 펄스 전력 공급 수단과,
    상기 1쌍의 전극에 의한 방전의 방전 영역 내에서 생성된 상기 고온 플라즈마로부터 방사되는 극단 자외광을 집광하는 집광 광학 수단과, 상기 집광되는 극단 자외광을 취출하는 극단 자외광 취출부를 갖는 극단 자외광 광원 장치에 있어서,
    상기 극단 자외광 광원 장치는, 전력이 인가된 전극 간에 제2 에너지 빔을 조사함으로써, 상기 방전 영역 내에서 방전을 시동하고, 또한, 방전 영역의 소정의 위치에 방전 경로를 획정하는 제2 에너지 빔 조사 수단을 더 가지고,
    상기 제1 에너지 빔 조사 수단은, 상기 방전 영역을 제외한 공간으로서, 상기 기화된 원료가 방전 영역에 도달할 수 있는 공간 내에 공급된 원료에 대해서, 제1 에너지 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.
  2. 용기와, 이 용기 내에 극단 자외광을 방사시키기 위한, 액체 또는 고체의 원료를 공급하는 원료 공급 수단과,
    제1 에너지 빔을 상기 원료에 조사하여 당해 원료를 기화시키는 제1 에너지 빔 조사 수단과, 기화된 상기 원료를 방전에 의해 상기 용기 내에서 가열 여기하여 고온 플라즈마를 발생시키기 위한, 소정 거리만큼 이간된 1쌍의 전극과, 전극에 1㎲ 이상의 펄스 전력을 공급하는 펄스 전력 공급 수단과,
    상기 1쌍의 전극에 의한 방전의 방전 영역 내에서 생성된 상기 고온 플라즈마로부터 방사되는 극단 자외광을 집광하는 집광 광학 수단과, 상기 집광되는 극단 자외광을 취출하는 극단 자외광 취출부를 갖는 극단 자외광 광원 장치에 있어서,
    상기 극단 자외광 광원 장치는, 전력이 인가된 전극 간에 제2 에너지 빔을 조사함으로써, 상기 방전 영역 내에서 방전을 시동하고, 또한, 방전 영역의 소정의 위치에 방전 경로를 획정하는 제2 에너지 빔 조사 수단을 더 가지고,
    상기 제1 에너지 빔 조사 수단은, 상기 방전 경로 외의 공간으로서, 기화된 원료가 방전 경로에 도달할 수 있는 공간 내에 배치된 원료에, 제1 에너지 빔을 조사하고, 상기 전극 간에 방전 경로가 획정된 후, 상기 방전 경로에, 이온 밀도가 극단 자외광 방사 조건에 있어서의 이온 밀도와 거의 같은 원료 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 에너지 빔 조사 수단과 제2 에너지 빔 조사 수단은, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화된 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달한 타이밍에서, 방전 영역에서 발생한 방전의 방전 전류가 소정의 임계치 이상이도록, 각각의 동작 타이밍이 설정되는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.
  4. 청구항 1, 2 또는 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료 공급 수단에 의한 원료 공급은, 상기 원료를 물방울(droplet) 형상으로 하여 중력 방향으로 떨어트림으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.
  5. 청구항 1, 2 또는 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료 공급 수단에 의한 원료 공급은, 상기 원료를 선형상 원료로 하고, 당해 선형상 원료를 연속적으로 이동함으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.
  6. 청구항 1, 2 또는 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료 공급 수단은 원료 공급 원반을 구비하고,
    상기 원료 공급 수단에 의한 원료 공급은, 상기 원료를 액체 원료로 하고, 당해 액체 원료를 상기 원료 공급 원반에 공급하고, 상기 액체 원료가 공급된 원료 공급 원반을 회전시켜서 상기 원료 공급 원반의 액체 원료의 공급부를 에너지 빔의 조사 위치까지 이동시킴으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.
  7. 청구항 1, 2 또는 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료 공급 수단은 캐필러리(capillary)를 구비하고,
    상기 원료 공급 수단에 의한 원료 공급은, 상기 원료를 액체 원료로 하고, 당해 액체 원료를 상기 캐필러리를 통해 에너지 빔의 조사 위치에 공급함으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.
  8. 청구항 1, 2 또는 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료의 에너지 빔 조사 위치에 관형상 노즐을 설치하고,
    에너지 빔의 조사에 의해 기화된 원료의 적어도 일부가 상기 관형상 노즐로부터 분출되는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 관형상 노즐의 내부의 일부에 협착부를 설치한 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방전 영역에 대해서, 상기 1쌍의 전극 간에 발생하는 방전 방향과 대략 평행으로 자장을 인가하는 자장 인가 수단을 더 설치한 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1쌍의 전극은 원반형상의 전극이고, 전극 표면에서의 방전 발생 위치가 변화하도록 회전 구동되는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 원반형상인 1쌍의 전극은, 양 전극의 주연(周緣)부의 에지 부분이, 소정 거리만큼 이간하여 서로 마주 보도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 빔이 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.
  14. 내부에 1쌍의 전극을 포함하는 용기 내에 공급되는 극단 자외광을 방사시키기 위한 액체 또는 고체의 원료에 제1 에너지 빔을 조사하여 기화시키고, 기화된 상기 원료를 상기 1쌍의 전극에 의한 방전에 의해 가열 여기하여 고온 플라즈마를 생성하여 극단 자외광을 발생시키는 극단 자외광 발생 방법에 있어서,
    상기 제1 에너지 빔은, 상기 방전 영역을 제외한 공간으로서, 상기 기화된 원료가 방전 영역에 도달할 수 있는 공간 내에 공급된 원료에 대해서 조사되는 것이며,
    방전 영역에 조사되는 제2 에너지 빔에 의해, 상기 1쌍의 전극에 의한 방전 의 방전 영역 내에서 방전이 시동되고, 또한 방전 영역의 소정의 위치에 방전 경로가 획정되는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 발생 방법.
  15. 내부에 1쌍의 전극을 포함하는 용기 내에 공급되는 극단 자외광을 방사시키기 위한 액체 또는 고체의 원료에 제1 에너지 빔을 조사하여 기화시키고, 기화된 상기 원료를 상기 1쌍의 전극에 의한 방전에 의해 가열 여기하여 고온 플라즈마를 생성하여 극단 자외광을 발생시키는 극단 자외광 발생 방법에 있어서,
    상기 제1 에너지 빔은, 상기 방전 영역을 제외한 공간으로서, 상기 기화된 원료가 방전 영역에 도달할 수 있는 공간 내에 공급된 원료에 대해서 조사되는 것이며,
    방전 영역에 조사되는 제2 에너지 빔에 의해, 상기 1쌍의 전극에 의한 방전의 방전 영역 내에서 방전이 시동되고, 또한, 방전 영역의 소정의 위치에 방전 경로를 획정하고,
    상기 전극 간에 방전 경로가 획정된 후, 상기 제1 에너지 빔에 의해, 상기 방전 경로에, 이온 밀도가 극단 자외광 방사 조건에서의 이온 밀도와 거의 같은 원료 가스를 공급하고,
    방전에 의해, 상기 원료 가스를 극단 자외광 방사 조건을 만족하는 온도까지 가열하여, 연속적으로 200ns 이상의 극단 자외광을 발생시키는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 발생 방법.
  16. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화된 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달한 타이밍에서, 방전 영역에서 발생한 방전의 방전 전류가 소정의 임계치 이상이도록, 제1 에너지 빔과 제2의 에너지 빔의 조사 타이밍이 각각 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 발생 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    방전 개시 타이밍의 시간 데이터와 방전 전류가 소정의 임계치에 도달하는 타이밍의 시간 데이터를 취득하고, 양 시간 데이터에 의거해, 제1 에너지 빔과 제2 에너지 빔의 조사 타이밍을 수정하는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 발생 방법.
  18. 청구항 14 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기와 같이 조사 타이밍이 설정된 제1 에너지 빔과 제2 에너지 빔의 조사에 앞서, 제1 에너지 빔을 상기 원료에 1회 이상 조사하는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 발생 방법.
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