KR20090033787A

KR20090033787A - 극단 자외광 발생 방법 및 극단 자외광 광원 장치

Info

Publication number: KR20090033787A
Application number: KR1020080081261A
Authority: KR
Inventors: 도모나오 호소카이; 가즈히코 호리오카; 교헤이 세키; 다쿠마 요코야마
Original assignee: 도오쿄 인스티튜드 오브 테크놀로지; 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2007-10-01
Filing date: 2008-08-20
Publication date: 2009-04-06
Also published as: DE602008002194D1; US20090084992A1; EP2046100A1; EP2046100B1; JP2009087807A; TW200926905A

Abstract

(과제)종래와 같이 전극에 큰 열부하를 부여하지 않고, 또한, 고정밀도의 제어를 필요로 하는 일 없이, EUV 방사의 롱 펄스화를 실현하는 것.

(해결 수단)챔버(1)의 내부에 설치된 제1, 제2의 전극(2a, 2b)간에 펄스 전력을 공하고 전극간에 방전 채널을 형성한다. 또, 레이저원(7)으로부터 방출되는 레이저 빔(L1)이 고온 플라즈마 원료(8)에 조사되고, 이온 밀도가 10¹⁷~10²⁰㎝^-3 정도의 저온 플라즈마 가스가, 전극(2a, 2b)간에 형성되어 있는 가는 방전 채널에 공급된다. 저온 플라즈마 가스에 방전이 작용하고 전자 온도가 상승하여 고온 플라즈마가 되고 EUV 방사가 개시된다. 방전 채널에는 상기 저온 플라즈마 가스가 연속적으로 공급되므로, 핀치 효과 혹은 자기 자장에 의한 봉입 효과가 반복해서 행해져 EUV 방사가 계속된다. 이 EUV 방사는 EUV 집광경(4)에 의해 집광되고, EUV광 취출부(5)로부터 출사한다.

Description

극단 자외광 발생 방법 및 극단 자외광 광원 장치{METHOD OF GENERATING EXTREME ULTRAVIOLET LIGHT AND LIGHT SOURCE APPARATUS OF THE EXTREME ULTRAVIOLET LIGHT}

본 발명은, 파장 13~14㎚, 특히 파장 13.5㎚의 극단 자외광(이하, EUV(Extreme Ultra Violet)광이라고도 한다) 광을 방출하기 위한 극단 자외광 발생 방법 및 극단 자외광 광원 장치에 관한 것이다.

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

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

이러한 방법을 채용하는 EUV 광원 장치는 고온 플라즈마의 생성 방식에 의해, LPP(Laser Produced Plasma：레이저 생성 플라즈마) 방식 EUV 광원 장치와 DPP(Discharge Produced Plasma：방전 생성 플라즈마) 방식 EUV 광원 장치로 크게 나뉜다.(예를 들면 비특허 문헌 1 참조)

LPP 방식 EUV 광원 장치는, 고체, 액체, 기체 등의 타겟을 펄스 레이저로 조사하여 발생하는 고온 플라즈마로부터의 EUV 방사광을 이용하는 것이다.

한편, DPP 방식 EUV 광원 장치는, 전류 구동에 의해서 생성한 고온 플라즈마로부터의 EUV 방사광을 이용하는 것이다.

또, 최근에는, EUV 발생용 고온 플라즈마 원료(이하, 고온 플라즈마 원료라고도 한다)에 대해, 레이저 빔의 조사에 의한 기화와, 방전에 기초하는 대전류에 의한 가열을 조합하여 고온 플라즈마를 생성하고, 당해 고온 플라즈마로부터 EUV 방사를 발생시키는 방식이 제안되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1, 특허 문헌 2, 특허 문헌 3 참조). 이하 이 방식을 LAGDPP(Laser Assisted Gas Discharge Produced Plasma) 방식이라고 한다.

상기한 각 방식의 EUV 광원 장치에 있어서, 파장 13.5㎚의 EUV광을 방출하는 방사종, 즉, 고온 플라즈마 원료로서, 현재 10가 전후의 Xe(크세논) 이온이 알려져 있지만, 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 13.5㎚의 EUV광 방사 강도의 비인 변환 효율이 Xe보다 몇 배 크다.

다음에, 도 20을 이용하여, 상기한 각 방식에 기초하는 EUV 방사에 이르는 메커니즘을 간단하게 설명한다.

도 20은 고온 플라즈마 원료(도 20에서는 예로서 연료 고체라고 기재되어 있다)가, 어떠한 상태 변화의 경로를 취해 EUV 방사의 조건을 만족하는 조건에 이르는지를 나타내는 도면이다.

도 20에 있어서, 세로축은 이온 밀도(㎝^-3)이며, 가로축은 전자 온도(eV)이다. 도 20은, 세로축을 아래쪽 방향으로 진행하면, 고온 플라즈마 원료는 팽창하여 이온 밀도가 감소하고, 윗쪽 방향으로 진행하면, 압축되어 이온 밀도가 증가하는 것을 나타내고 있다. 또, 가로축을 오른쪽 방향으로 진행하면, 고온 플라즈마 원료는 가열되어 전자 온도가 상승하는 것을 나타내고 있다.

LPP 방식으로는, 예를 들면 Sn이나 Li와 같은 고온 플라즈마 원료의 고체나 액체 등의 타겟(도 20 왼쪽 상방에 연료 고체로서 나타낸다. 고체 상태에 있어서는, Sn이나 Li와 같은 금속의 이온 밀도는 대략 10²²㎝^-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 기화하고, 고온 플라즈마가 생성된다. 생성된 고온 플라즈마는 팽창하여, 이윽고 고온 플라즈마 내의 이온 밀도는 10¹⁷~10²⁰㎝^-3 정도, 전자 온도가 20~30eV 정도가 된다. 이러한 상태에 도달한 고온 플라즈마에서는, EUV가 방사된다.(도 20의 경로 1)

즉, LPP 방식으로는, 레이저 빔으로 가열되어 생성한 플라즈마가 팽창함으로 써, 당해 플라즈마는, 상기한 바와 같은 EUV 방사 조건(즉, 이온 밀도 10¹⁷~10²⁰㎝^-3, 전자 온도가 20~30eV)을 충족한다.

한편, DPP 방식으로는, 예를 들면 내부에 전극이 배치된 방전 용기 내를 가스 상태의 고온 플라즈마 원료 분위기로 하고, 당해 분위기 중의 전극간에 있어서 방전을 발생시켜 초기 플라즈마를 생성한다.

예를 들면 고온 플라즈마 원료인 Sn은, 스타난(stannane)(SnH4)이라고 하는 기체 상태로 방전 용기 내에 공급되고, 방전에 의해 초기 플라즈마가 형성된다. 초기 플라즈마에 있어서의 이온 밀도는, 예를 들면, 10¹⁶㎝^-3 정도, 전자 온도는, 예를 들면, 1eV 이하 정도이며, 상기한 바와 같은 EUV 방사 조건(즉, 이온 밀도 10¹⁷~10²⁰㎝^-3, 전자 온도가 20~30eV)을 충족하고 있지 않는다(도 20의 핀치의 초기 상태).

여기서, 방전에 의해 전극간을 흐르는 직류 전류의 자기 자장의 작용에 의해 상기한 초기 플라즈마는 방전 유로 직경 방향으로 수축된다. 이로 인해 초기 플라즈마의 밀도는 높아지고, 플라즈마 온도도 급격하게 상승한다. 이러한 작용을, 이하 핀치 효과라고 칭한다. 핀치 효과에 의한 가열에 의해서, 고온이 된 플라즈마의 이온 밀도는 10¹⁷~10²⁰㎝^-3, 전자 온도는 20~30eV 정도에 도달하고, 이 고온 플라즈마로부터 EUV가 방사된다.(도 20의 경로 2)

즉, DPP 방식으로는, 생성한 플라즈마가 압축됨으로써, 당해 플라즈마는, 상 기한 바와 같은 EUV 방사 조건(즉, 이온 밀도 10¹⁷~10²⁰㎝^-3, 전자 온도가 20~30eV)을 충족한다.

또, LAGDPP 방식으로는, 고체나 액체 등의 타겟(고온 플라즈마 원료)에 대해서 레이저 빔을 조사하고, 원료를 기화해 가스 상태의 고온 플라즈마 원료 분위기(초기 플라즈마)를 생성한다. DPP 방식과 같이, 초기 플라즈마에 있어서의 이온 밀도는, 예를 들면, 10¹⁶㎝^-3 정도, 전자 온도는, 예를 들면 1eV 이하 정도이며, 상기한 바와 같은 EUV 방사 조건(즉, 이온 밀도는 10¹⁷~10²⁰㎝^-3, 전자 온도가 20~30eV)을 충족하고 있지 않는다(도 20의 핀치의 초기 상태). 그 후, 방전 전류 구동에 의한 압축과 가열에 의해서, 고온이 된 플라즈마의 이온 밀도는 10¹⁷~10²⁰㎝^-3, 전자 온도는 20~30eV 정도에 도달하고, 이 고온 플라즈마로부터 EUV가 방사된다.

LAGDPP의 예는, 특허 문헌 1, 특허 문헌 2, 특허 문헌 3에 기재되어 있다. 모두, 레이저 조사에서 고온 플라즈마 원료를 기화하여 「차가운 플라즈마」를 생성하고, 방전 전류에 의한 핀치 효과를 이용하여 고온 플라즈마를 생성하고, 당해 고온 플라즈마로부터 EUV를 방사시키는 것이 기재되어 있다. 즉, 종래예에 의하면, LAGDPP 방식에 있어서의 방전 전류 구동에 의한 가열은, DPP 방식과 같이, 핀치 효과가 이용되고 있다. 즉, 도 20에 있어서, 경로 3→경로 2를 경유해 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 이른 고온 플라즈마는, 단시간(예를 들면 10㎱) 내에 냉각되어 EUV 방사 조건을 충족하지 않게 되고, 플라즈마로부터의 EUV 방사가 정지한다.

한편, DPP 방식이나 LAGDPP 방식의 경우는, 상기한 바와 같이, 방전전극간에 펄스형상의 방전 전류가 흐르고, 고온 플라즈마 원료의 초기 플라즈마는, 핀치 효과에 의해 압축 가열되어 EUV 방사 조건에 이른다.

그러나, 방전 유로 직경 방향으로 수축된 고온 플라즈마는, 방전 전류의 급속한 감소에 따라 단시간 내에 방전 유로 방향으로 급격하게 팽창하여 핀치 효과가 소실되고, 밀도가 저하하는 것과 동시에 냉각된다. 그 결과, 방전 영역에 있어서의 플라즈마는, EUV 방사 조건을 충족하지 않게 되므로, 플라즈마로부터의 EUV 방사가 정지한다.

또한, 전극간에 있어서의 방전은, 비교적 넓은 영역에서의 레이저 트리거에 의한 진공 아크 방전으로부터 개시되고, 고온 플라즈마 원료 공급에 따라 가스 방전(핀치 방전도 포함한다)으로 이행한다. 그 후, 방전 칼럼(플라즈마 기둥)이 형성되지만, 본 명세서에서는 「방전 영역」이란, 그 모든 방전 현상을 포함하는 공간으로 정의한다.

또, 상기의 방전 영역 내에 있어서, 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」(이하에서는 방전 경로 혹은 방전 전류 경로라고도 한다)로 정의한다.

다음에, EUV 방사의 롱 펄스화에 대해 설명한다.

상기한 바와 같이, EUV 방사는 단시간 내에 펄스형상으로 발생한다. 따라서, 에너지 변환 효율은 현저하게 작다. 반도체 노광용 광원으로서 EUV 광원 장치를 사용하는 경우, EUV 광원 장치에는, 가능한 한 고효율과 고출력을 양립한 가동이 요구된다. 고효율의 EUV 발생 조건을 장시간 유지할 수 있으면 고효율 고출력의 EUV 광원이 가능해진다. 결과적으로, 발광 펄스 폭의 롱 펄스화가 기대된다.

특허 문헌 4, 특허 문헌 5에는, DPP 방식의 EUV 발생 장치에 있어서, EUV 방사를 롱 펄스화하는 방법이 개시되어 있다. 이하, 특허 문헌 4, 5에 기초하여, 종래의 롱 펄스화 방법에 있어서, 도 21, 도 22를 이용해 설명한다.

도 21, 도 22는, 모두, 방전 개시로부터의 경과시간에 대해서, (a)플라즈마 전류(I), (b)플라즈마 기둥의 반경(r), (c)EUV 방사 출력의 관계를 나타낸 도면이며, 가로축에 시간, 세로축에 플라즈마 전류(I), 플라즈마 기둥의 반경(r), EUV 방사 출력을 나타내는 것이다.

특허 문헌 4, 5에 있어서의 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 21에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 전극간에 형성된 일정한 플라즈마 기둥의 내부를 흐르는 플라즈마 전류(I)의 파형은, 방전 개시 후 시간 경과와 더불어 증가하고, 피크를 지나면 감소하는 파형이다. 이하, 이해를 용이하게 하기 위해, 전류(I)의 파형을 정현파형으로 한다.

플라즈마 전류(I)의 증대와 더불어 플라즈마의 가열 및 압축이 발생한다. 즉, 발생한 플라즈마 기둥의 반경(r)은, 플라즈마 전류(I)가 흐름에 따라 핀치 효과에 의해 서서히 작아지고, 플라즈마 전류(I)의 값이 피크를 넘어 내려가기 시작했을 때에 최소가 된다.

플라즈마 전류(I)의 파형의 피크 근방에서, 플라즈마 온도 및 이온 밀도가 소정의 범위 내(예를 들면 도 20에 나타내는 바와 같이, 전자 온도가 5~200eV, 이온 밀도가 10¹⁷~10²⁰㎝^-3 정도)에 도달해 있는 기간(A) 동안, EUV 방사가 발생한다.

그러나, 플라즈마 전류(I)의 파형의 피크를 지나면, 전류값이 시간 경과와 더불어 감소하므로, 핀치 효과도 약해지고, 플라즈마가 팽창하여 플라즈마 온도가 저하한다. 팽창하는 플라즈마는 큰 운동 에너지를 가지며, 방전 영역으로부터 빠르게 이탈한다.

결과적으로, EUV 방사는 종료한다. EUV 방사의 지속 시간은, 예를 들면, 겨우 10㎱ 정도이다.

한편, 특허 문헌 4, 5에 기재된 방법은, 한 쌍의 전극간을 흐르는 플라즈마 전류(I)의 파형이 도 22에 나타내는 파형이 되도록 구성하는 것이다. 즉, 플라즈마 전류(I)의 파형을, 방전 개시 후 시간 경과와 더불어 증가하고, 피크를 지난 근방(예를 들면, 플라즈마가 핀치되어 EUV 방사가 개시하는 시점 근방)에서, 또한 시간 경과와 더불어 증가하도록 한 것이다.

도 22에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 전류(I)의 파형은, 가열 전류 파형 부(M)와 거기에 계속되는 봉입 전류 파형부(N)로 이루어지도록 구성된다. 가열 전류 파형부(M)는, 도 21에 나타내는 플라즈마 전류(I)의 파형과 어느 시점까지 동등하다. 도 22에서는, 이해를 용이하게 하기 위해서, 가열 전류 파형부(M)는 정현파형으로서 나타내어진다.

가열 전류 파형부(M)의 기간 내에서는, 플라즈마 전류(I)의 증대와 더불어 플라즈마의 가열 및 압축이 발생한다. 즉, 발생한 플라즈마의 반경(r)은, 플라즈마 전류(I)가 흐름에 따라 핀치 효과에 의해 서서히 작아지고, 플라즈마 전류(I)의 값이 피크를 넘어 내려가기 시작했을 때에 최소가 된다. 플라즈마 전류(I)의 파형의 피크 근방에서, 플라즈마 온도 및 이온 밀도가 소정의 범위 내(예를 들면 도 20에 나타내는 바와 같이, 전자 온도가 5~200eV, 이온 밀도가 10¹⁷~10²⁰㎝^-3 정도)에 도달하고, EUV 방사가 발생한다.

EUV 방사가 발생 후, 플라즈마 전류(I)의 파형은, 봉입 전류 파형부(N)로 이행한다.

상기한 바와 같이, 핀치 효과에 의해 압축된 플라즈마는, 큰 운동 에너지로 팽창하려고 한다. 여기서, 플라즈마 전류(I)의 강도를 크게 하여 자기 자장의 작용을 강력하게 하면, 팽창하려고 하는 플라즈마를 압축 상태로 유지하는 것이 가능해진다.

상기한 바와 같은 핀치 상태에 있는 플라즈마의 압력을 P_PP, 플라즈마의 밀도를 n_PP, 볼츠만 계수를 k, 플라즈마의 온도를 T_PP로 할 때, 핀치 상태의 플라즈마 의 압력 P_PP은, n_PPk T_PP에 비례한다.

P_PP∝n_PPkT_PP (1)

한편, 플라즈마 전류(I)가 만드는 자기 자장(B)에 의한 압축 압력(P_B)은, 진공 중의 투자율을μo, 플라즈마 반경을 r로 할 때,

P_B=μoI²/2πr (2)

가 된다. 여기서,

P_B≥P_PP (3)

이 되는 조건을 만족하면, 플라즈마는 핀치 상태가 유지된다. 여기서, 핀치 상태의 플라즈마는, 플라즈마 밀도(n_PP) 및 플라즈마 온도(T_PP)가 큰 고밀도 고온 플라즈마가 되어 있으므로, (3)식을 성립하기 위해서는, 플라즈마 전류(I)를 크게 할 필요가 있다.

즉, 플라즈마가 핀치되고 나서 플라즈마 전류(I)를 증대시켜, 그 후 전류값을 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 유지되고 있는 동안(도 22의 기간B)은, EUV 방사는 계속된다. 즉, EUV 방사의 롱 펄스화가 가능해진다.

도 22에서는, 플라즈마가 핀치되어 플라즈마 반경이 최소가 되는 시점을, 가 열전류 파형부(M)로부터 봉입 전류 파형부(N)로의 이행점으로 한 예가 나타내어져 있다.

또한, 실제로는, 가열 전류 파형부(M)의 피크를 넘는 전류값 피크를 유지하는 봉입 전류 파형부(N)를 갖는 플라즈마 전류(I)라도, 유체 불안정성의 성장에 의한 플라즈마 기둥의 붕괴 등의 이유에 의해 고온 플라즈마를 장시간 압축한 상태로 유지하는 것은 어렵다. 그 때문에 봉입 전류 파형부(N)는 결국 시간의 경과와 더불어 감소하고, 핀치 효과도 약해지고, 플라즈마가 팽창하여, 플라즈마 온도가 저하한다. 결과적으로, EUV 방사는 종료한다. 특허 문헌 4의 예에서는, EUV 출력의 유지 시간(고온 플라즈마의 유지 시간)을 30㎱ 정도로 롱 펄스화할 수 있었다고 기재되어 있다.

도 23은, 특허 문헌 4, 5에 기재된 EUV 방사의 롱 펄스화 방법을 실현하기 위한 DPP 방식 EUV 광원 장치의 구성예이다.

방전 용기인 챔버(1) 내에, 원료 공급·배기 유닛(12)으로부터 고온 플라즈마 원료가 도입된다. 고온 플라즈마 원료는, 챔버(1) 내의 고온 플라즈마 발생부(3)에서 파장 13.5㎚의 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(6)에 도달한다.

원료 공급·배기 유닛(12)은, 진공 펌프 등의 배기 수단(도시 생략)을 갖고 있고, 배기 수단은, 챔버의 가스 배출구(6)와 접속되어 있다.

즉 가스 배출구(6)에 도달한 고온 플라즈마 원료는, 원료 배기·공급 유 닛(12)이 구비하는 배기 수단에 의해 배기된다.

챔버(1) 내에는 링형상의 제1의 주방전 전극(캐소드)(2a)과 제2의 주방전 전극(애노드)(2b)이 절연재(2c)를 통해 배치된다. 챔버(1)는 도전재로 형성된 제1의 주방전 전극측의 제1의 용기(1a)와, 같은 도전재로 형성된 제2의 주방전 전극측의 제2의 용기(1b)로 구성된다. 이들의 제1의 용기(1a)와 제2의 용기(1b)는, 상기 절연재에 의해 분리, 절연되어 있다.

챔버(1)의 상기 제2의 용기(1b)와 제2의 주방전 전극(2b)은 접지되고, 상기 제1의 용기(1a)와 제1의 주방전 전극(2a)에는, 고전압 펄스 발생부(11)로부터 대략 -5kV~-20kV의 전압이 인가된다. 그 결과, 링형상의 제1, 제2의 각 주방전 전극(2a, 2b)간의 고온 플라즈마 발생부(3)에는, 방전이 발생하고, 상기한 바와 같은 핀치 효과에 의해 고온 플라즈마가 생성되고, 이 고온 플라즈마로부터 파장 13.5㎚의 EUV 방사가 발생한다. 발생한 EUV 방사는, 제2의 주방전 전극(2b)측에 설치된 EUV 집광경(4)에 의해 반사되고, EUV광 취출부(5)로부터 도시하지 않은 조사부에 출사된다.

그러나, 도 22의 (a)에 나타내는 플라즈마 전류(방전 전류) 파형은, 예를 들면, 이하와 같이 하여 얻어진다. 정현파형을 갖는 전류에, 다른 정현파형이 아닌 다른 전류를 중첩시킨다. 즉, 가열 전류 파형부(M)를 갖는 전류에, 가열 전류 파형부(M)와는 상이한 패턴의 전류를 중첩하여, 봉입 전류 파형부(N)를 형성한다.

이러한 전류 파형을 얻기 위해서, 고전압 펄스 발생부(11)를, 예를 들면, 도 23과 같이 독립한 스위칭 소자(SW1, SW2)를 갖는 방전 회로부를 병렬로 구성한다.

도 23에 나타내는 고전압 펄스 발생부(11)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(제1의 주방전 전극(2a), 제2의 주방전 전극(2b))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), 스위치(SW1), 부하가 만드는 회로 루프의 인덕턴스를 합성한 인덕턴스 성분을 나타내고 있다. 마찬가지로, 코일(L2)은, 콘덴서(C2)의 기생 인덕턴스 및 콘덴서(C2), 스위치(SW2), 부하가 만드는 회로 루프의 인덕턴스를 합성한 인덕턴스 성분을 나타내고 있다. 또, 각 다이오드(D₁, D₂)는, 각 콘덴서(C1, C2)에 축적된 전기 에너지가 부하로만 이행하도록 전류 방향을 규제하기 위한 것이다.

도 23에 나타내는 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 제1의 스위치(SW1)를 ON으로 하여 제1의 콘덴서(C1)에 축적된 전기 에너지를 제1의 주방전 전극(2a), 제2의 주방전 전극(2b)간에 인가해 방전을 개시한다. 이때, 제1의 방전 전극(2a)과 제2의 방전 전극(2b)간에 흐르는 전류는, 플라즈마의 핀치에 이용된다. 즉, 핀치 효과에 의한 줄(joule) 가열에 의해, 고밀도 고온 플라즈마가 생성된다. 이 전류는, 도 22의 (a)의 파형에 있어서는 가열 전류 파형부(M)에 상당한다.

다음에 플라즈마의 핀치 효과에 의해 파장 13.5㎚의 EUV광의 방출이 개시한 시점에서, 방전 회로부(A2)의 제2의 스위치(SW2)를 ON으로 하여 제2의 콘덴서(C2)에 축적된 전기 에너지를 제1의 주방전 전극(2a), 제2의 주방전 전극(2b)간에 인가로 하면, 제1의 방전 전극(2a)과 제2의 방전 전극(2b)간에 흐르는 전류에, 제2의 콘덴서(C2)로부터의 전류가 가산된다. 이 전류가 고온 고밀도 플라즈마의 핀치 상태를 유지하기 위한 전류로서 이용된다. 도 22의 (a)의 파형에 있어서는, 봉입 전류 파형부(N)에 상당한다.

또한, 제1의 스위치(SW1), 제2의 스위치(SW2)의 제어, 원료 공급·배기 유닛(12)의 제어는, 메인 콘트롤러(21)에 의해 행해진다. 메인 콘트롤러(21)는, 노광기의 제어부(22)로부터의 동작 지령 신호에 기초하여, 상기 제어 요소를 제어한다.

[비특허 문헌 1:「리소그래피용 EUV(극단자외) 광원 연구의 현상과 장래 전망」 J.Plasma Fusion Res. Vo1. 79. No. 3, P219-260, 2003년 3월]

[특허 문헌1:일본국 특허공표 2007-515741호 공보]

[특허 문헌2:일본국 특허공표 2007-505460호 공보]

[특허 문헌3:국제 공개 제2005/101924 팜플렛]

[특허 문헌4:국제 공개 제2006/120942 팜플렛]

[특허 문헌5:일본국 특허공개 2007-123138호 공보]

[특허 문헌6:일본국 특허공표 2002-504746호 공보]

상기한 종래 기술의 EUV 방사의 롱 펄스화 방법에 있어서, 특허 문헌 4, 5에 나타내어지는 EUV 방사의 롱 펄스화는, DPP 방식의 EUV 발생 장치에 있어서, 플라즈마의 가열 및 압축 공정과 고온 고압 상태의 유지 공정을 분리해 제어함으로써 실현된다.

즉, 플라즈마의 핀치 상태를 유지하기 위해, 도 22의 (a)에 나타내는 바와 같이, 종래의 DPP방식과 비교하여, 플라즈마가 핀치 상태에 도달 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 위해서, 롱 펄스화 기술을 채용하지 않는 일반적인 DPP 방식보다 큰 방전 전류가 흐른다. 그 때문에, 이러한 EUV 발생 장치에서는, 종래의 DPP 방식의 EUV 발생 장치와 비교하여, 전극으로의 열입력이 커져 버린다. 그 때문에, 전극의 일부가 용해, 증발하고, 혹은 스퍼터되어 데브리(debris)가 되고, 당해 데브리가 EUV 집광경에 손상을 준다는 문제가 발생하기 쉬워진다.

또, 플라즈마의 핀치 상태를 유지하기 위해서, 도 22의 (a)에 나타내는 바와 같이 플라즈마 전류(I)의 파형을 변화시킬 필요가 있다. 여기서, 도 22의 (a)에 나타내는 플라즈마 전류(I)의 파형의 가열 전류 파형부(M)에 의해서, 플라즈마가 고온 상태로 핀치되어 있는 시간은 약 10㎱이며, 핀치 상태를 유지하기 위해서는, 이 기간 내에 플라즈마 전류(I)의 파형의 봉입 전류 파형부(N)가 생성되도록 플라즈마 전류(I)를 흐르게 할 필요가 있다.

즉, 전류 파형의 봉입 전류 파형부(N)가 생성하기 위한 전류를 흐르게 하는 시간의 허용 오차는 약 10㎱ 이하로 하지 않으면 안되고, 스위치(SW1, SW2)의 동작 타이밍의 동기에는, 고정밀도의 제어가 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 과제는, 종래와 같이 전극에 큰 열부하를 부여하지 않고, 또한, 고정밀도의 제어를 필요로 하는 일 없이, EUV 방사의 롱 펄스화를 실현하는 것이 가능한 극단 자외광 발생 방법 및 극단 자외광 광원장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 극단 자외광 발생 방법(EUV 방사 발생 방법)은, 기본적으로는 DPP 방식을 채용한다. 그러나, 종래와 같이 핀치 효과에 의한 플라즈마의 압축 상태를 유지하기 위해서 대전류를 방전 영역에 흐르게 하는 일 없이, 상기한 바와 같은 EUV 방사 조건(즉, 이온 밀도 10¹⁷~10²⁰㎝^-3, 전자 온도가 20~30eV 정도)을 충족하는 고온 플라즈마를 유지하여, EUV 방사의 롱 펄스화를 실현하는 것이다.

도 1을 이용하여, 본 발명의 DPP 방식에 있어서의 고온 플라즈마 생성에 대해 설명한다. 또한, 도 1의 세로축과 가로축은 도 20과 같다.

방전 영역 외에 배치된 고체나 액체의 고온 플라즈마 원료(도 1에서는, 예로 서 연료 고체로 기재되어 있다)에 대해서, 에너지 빔을 조사한다. 에너지 빔으로서는, 예를 들면, 레이저 빔을 사용한다. 이하, 레이저 빔을 예를 들어 설명한다.

레이저 빔이 조사된 고체나 액체의 고온 플라즈마 원료는, 가열되어 기화하고, 방전 영역의 미리 형성되어 있는 방전 채널에 이른다. 여기서, 기화한 고온 플라즈마 원료는, 방전 영역에 이르렀을 때의 플라즈마 내의 이온 밀도가 10¹⁷~10²⁰㎝^-3정도, 전자 온도가 1eV 이하 정도의 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 1의 경로(I))

상기 저온 플라즈마가, 전극 간의 방전 영역에 미리 형성되어 있는 방전 채널에 공급되고, 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 1의 경로(Ⅱ))

여기서, 상기한 저온 플라즈마 가스를, 미리 전극간에 형성해 둔 방전 채널에 연속적으로 공급함으로써, EUV 방사의 롱 펄스화를 실현하는 것이 가능해진다. 이하, 도 2, 도 3을 이용하여, 롱 펄스화 방법에 대해서 설명한다.

또한, 도 2는 멀티 핀치 방식, 도 3은 비핀치 방식의 경우를 각각 나타낸다.

도 2는 멀티핀치 방식의 경우의 플라즈마 전류, 저온 플라즈마 반경, EUV 방사를 설명하는 도면이다.

전극간에 전력을 공급하고, t=to의 시점에서(트리거를 걸침으로써) 진공 방전이 개시하여 전류가 흐르기 시작하고, 방전 채널(방전 전류 경로)이 형성된다(도 2의 (a)). 전류(I)가 후술하는 임계값(Ip)에 도달한 시점(tp)에 있어서, 방전 채널의 단면 사이즈는, 전류의 자기 자장의 영향을 받아 가늘게 되어 있다.

한편, 상기한 시점(tp)에 있어서, 레이저 빔이 조사되어 기화한 고온 플라즈마 원료(즉, EUV 방사 조건에 상당하는 이온 밀도로서 전자 온도가 낮은 저온 플라즈마 가스)가 방전 영역을 흐르는 가는 방전 채널에 선택적으로 도달하도록 한다.

여기서, 전류의 임계값(Ip)은, 전류의 자기 자장에 의한 압축압력을 P_B, 플라즈마의 압력을 P_P로 할 때,

P_B》P_P (4)

가 되도록 설정된다. 즉, 자기 자장에 의해 저온 플라즈마 가스를 충분히 압축 가능한 전류값으로 해둔다.

또한, 상기 임계값(Ip)은, 저온 플라즈마 가스(플라즈마 내의 이온 밀도가 10¹⁷~10²⁰㎝^-3 정도, 전자 온도가 1eV 이하 정도)인 전자 온도를 20~30eV 혹은 그 이상으로 가열하는 것이 가능한 에너지를 갖는 전류값이기도 하다.

상기한 가는 방전 채널에 선택적으로 공급되는 저온 플라즈마는, 상기한 바 와 같이, 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 기초하여 적절히 설정된다. 조사 에너지는, 고체 또는 액체상태의 고온 플라즈마 원료를 기화시키지만, 전자 온도를 너무 상승시키지 않는 정도의 에너지이며(※도 1에 나타내는 바와 같이, 레이저 조사에 의해 전자 온도는 약간 상승되어 있다), 예를 들면 10⁵W/㎠~10¹⁶W/㎠의 범위이다.

이러한 레이저 빔을 고체 또는 액체상태의 고온 플라즈마 원료에 조사함으로써, EUV 방사 조건에 상당하는 이온 밀도이며 전자 온도가 낮은 고온 플라즈마 원료(저온 플라즈마 가스)를, 10㎲ 정도의 기간 연속적으로 전극간에 공급할 수 있다.

일반적으로, 종래의 DPP 방식, LAGDPP 방식에 있어서의 방전 지속 시간은, 2㎲ 정도이다. 즉, 종래의 방전 지속 시간과 비교하면, 상기한 저온 플라즈마 가스의 공급은 정상적인 연속 공급이라고 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 기화한 고온 플라즈마 원료(저온 플라즈마 가스) 플로를 구성하여, 당해 플로가 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 영역 내에 배치한 것에서는, 방전에 의한 에너지가 고온 플라즈마 원료에 직접 작용하고, 고온 플라즈마 원료를 기화시키는 조건이 시시각각 변화한다. 그 때문에, EUV 방사 조건에 상당하는 이온 밀도이며 전자 온도가 낮은 저온 플라즈마 가스를 가는 방전 채널에 대해서 선택적으로 연속 공급할 수 없다.

가는 방전 채널에 공급된 저온 플라즈마 가스는, 임계값(Ip) 이상의 값의 전류에 의한 핀치 효과 혹은 자기 자장에 의한 봉입 효과에 의해 가열되어 고온 플라즈마가 되고, 이 고온 플라즈마로부터 EUV가 방사된다.

여기서, EUV의 방사는, 도 1의 (Ⅱ)의 경로를 거쳐 실현되므로, 핀치 효과에 의한 압축 작용은 작고, 자기 자장에 의한 봉입 효과와 주울 가열에 의한 가열 공정이 차지하는 비율이 커진다. 즉, 종래의 DPP 방식, LAGDPP 방식과 같은 대전류가 아니라, 비교적 소전류를 방전 영역에 흐르게 해도 EUV 방사가 가능해진다. 또, 종래와 같이, 방전 전류의 고속 단펄스화를 실시하지 않더라도, 효율적으로 플라즈마에 에너지를 입력(즉, 가열)하는 것이 가능해진다. 따라서, 방전 전류 펄스를 종래와 비교해 길게 설정하는 것이 가능해진다.

그런데, 압축되어 있던 상기 고온 플라즈마는, 최대 압축 직후에 방전 채널축 방향의 플라즈마 밀도 구배를 따라서 밀려나고, 주로 방전 채널의 축 방향으로 이탈한다. 동시에 방전 채널은 직경 방향으로 확대되고, 그 결과, 급격하게 방전 채널 내부의 플라즈마 밀도와 전자 온도가 내려간다. 종래는 이 시점에서 EUV 방사가 종료하고 있었다.

그러나, 상기한 바와 같이, 방전 채널의 주위에는, 저온 플라즈마 가스의 정상류가 존재하므로, 방전 채널 내의 플라즈마 밀도가 내려간 공간에, 시간차 없이 저온 플라즈마 가스가 공급되어 온다. 따라서, 방전 채널 내의 직경이 그만큼 확대되기 전에, 핀치 효과 혹은 자기 자장에 의한 봉입 효과에 의해, 방전 채널이 다시 가늘어지고, 저온 플라즈마 가스가 가열되어, 상기한 바와 같은 메커니즘으로 EUV 방사가 계속된다.(도 2의 (b)(c))

이러한 핀치 효과 혹은 자기 자장에 의한 봉입 효과의 반복은, 방전 전류가 계속되고 있는 동안 지속한다.

또한, 상기한 바와 같이, 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 봉입 효과의 반복을 장기간 유지할 수 있으므로, EUV 방사의 롱 펄스화를 실현할 수 있다. 또한, 연속적인 핀치 효과를 이용하는 본 방식을, 이하, 멀티 핀치 방식이라고 하기로 한다.

종래의 핀치 효과를 이용한 DPP 방식은, 낮은 이온 밀도의 고온 플라즈마 원료 가스가 방전 영역에 공급된다. (도 1의 핀치의 초기 상태). 저밀도 가스는, 방전 용기(방전 영역) 전체에 일정하게 충만되어 있다. 저밀도 가스 분위기로 방전에 의해서 생성하는 초기 플라즈마에 의한 방전 채널은 초기 상태에서는 방전 용기의 직경 정도로 굵기 때문에, 피치 효과에 의해 방전 채널을 가늘게 하고, 초기 플라즈마를 고온 플라즈마로 하기 위해서는, 큰 파워의 전류 펄스가 필요하다. 또, 방전에 의한 플라즈마로의 에너지 입력 효율을 높게 하기 위해서는, 방전 전류의 고속 단펄스화가 행해지지 않으면 안 된다. 따라서, EUV 방사는 1회의 핀치 효과로 종료하고, EUV 방사의 펄스폭은 겨우 200㎱ 정도가 된다.(도 20의 경로 2)

또, 종래의 DPP 방식으로는, 1회째의 핀치가 종료하고, 방전 채널 내부의 플라즈마 밀도가 내려간 영역에, 방전 용기 내의 저밀도 가스(고온 플라즈마 원료)가 침입해 오므로, 방전 채널은 굵어지고, 1회째의 핀치 효과에 있어서의 초기 상태일 때의 방전 채널의 직경까지 되돌아온다. 따라서, 만일 멀티 핀치를 실시하고자 하면, 1회째의 핀치일 때와 같이, 대전류가 필요하다. 실제는, 상기한 바와 같이, 방전 전류는 고속 단펄스이므로, 1회째의 핀치 종료 후의 남은 시간으로, 2번째의 핀치를 실시하는 것은 불가능해진다.

LAGDPP 방식에 있어서도, 핀치 효과를 사용하고 있고, 도 20의 경로 3을 거쳐, 경로 2를 경유해 EUV 방사가 발생한다. 즉, 고온 플라즈마 원료로의 레이저 조사에 의해, 저밀도의 고온 플라즈마 원료 가스가 방전 영역에 공급된다.

이하, DPP 방식일 때와 같이, 저밀도 가스 분위기로 방전에 의해 초기 플라즈마가 생성되고, 핀치 효과에 의해 초기 플라즈마를 고온 플라즈마로 하기 위해서, 큰 파워의 전류 펄스가 필요하고, 또, 방전 전류의 고속 단펄스화를 실현할 필요가 있다. 따라서, EUV 방사는 1회의 핀치 효과로 종료한다.

또, 특허 문헌 3에 있는 바와 같이, LAGDPP 방식으로는, 레이저 빔의 조사에 의한 고온 플라즈마 원료 가스의 방출 후에 방전을 발생시키고 있으므로, 가열되지 않고 자전영역으로부터 이탈하는 고온 플라즈마 원료 가스의 비율이 커지고, 효율적이지 아니다.

즉, 종래의 DPP 방식, LAGDPP 방식에 있어서, EUV 방사의 롱 펄스를 실현하기 위해서는, 특허 문헌 4 혹은 특허 문헌 5와 같이, 플라즈마의 가열 및 압축 공정과 압축 유지 공정을 분리해 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 P_B, 플라즈마의 압력을 P_P로 할 때, 전류의 임계값을,

P_B≥P_P (5)

가 되는 값(Ip2)으로 설정하고, 자기 자장에 의해 저온 플라즈마 가스를 약하게 압축하는(저온 플라즈마 가스가 팽창하여 이온 밀도가 감소하지 않을 정도로 유지된다) 전류값으로 한 경우에 있어서도, EUV 방사의 롱 펄스화를 실현할 수 있다.

또한, 상기 임계값(Ip2)은, 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 갖는 전류값이기도 하다.

도 3은 비핀치 방식의 경우의 플라즈마 전류, 저온 플라즈마 반경, EUV 방사를 설명하는 도면이며, 이하, 도 3을 이용해 비핀치 방식에 대해 설명한다.

전극간에 전력이 공급되고, t=to인 시점에서 방전이 개시해 전류가 흐르기 시작한다(도 3의 (a)). 전류(I)가 임계값(Ip2)에 도달한 시점(tp)에 있어서, 방전 채널의 단면 사이즈는, 전류의 자기 자장의 영향을 받아 가늘게 되어 있다. 또한, 멀티 핀치 효과를 사용하는 경우의 전류의 임계값(Ip)과 상기 임계값(Ip2)을 비교하면, Ip＞Ip2가 되므로, 방전 채널의 단면 사이즈는, 멀티 핀치 효과를 사용하는 경우보다는 크다.

한편, 상기한 시점(tp)에 있어서, 멀티 핀치 효과를 사용하는 경우와 같이, EUV 방사 조건에 상당하는 이온 밀도이며 전자 온도가 낮은 저온 플라즈마 가스가 방전 영역을 흐르는 가는 방전 채널에 선택적으로 도달하도록 한다. 또한, 상기와 같이, 저온 플라즈마 가스는 가는 방전 채널에 대해서 선택적으로 연속 공급되도록 구성한다.

가는 방전 채널에 공급된 저온 플라즈마 가스는, 임계값(Ip2) 이상의 값의 전류에 의해, 거의 압축되는 일 없이, 당해 저온 플라즈마가 팽창하여 이온 밀도가 감소하지 않을 정도로 유지된 상태로 가열되어 온도 플라즈마가 되고, 이 고온 플라즈마로부터 EUV가 방사된다. 즉, 저온 플라즈마 가스의 이온 밀도는 당초부터 EUV 방상 조건을 만족하고 있으므로, 이온 밀도를 유지하면서 가열함으로써, EUV의 방사가 실현된다.(도 1의 (Ⅱ)의 경로)

따라서, 종래의 DPP 방식, LAGDPP 방식과 같은 대전류가 아니라, 비교적 소전류를 방전영역에 흐르게 해도 EUV 방사가 가능해진다. 또, 종래와 같이, 방전 전류의 고속 단펄스화를 실시하지 않더라도, 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 갖는 저온 플라즈마 가스가 정상적으로 공급된다. 따라서, 방전 전류가 계속되고 있는 동안, 방전 채널 내에서 저온 플라즈마 가스의 가열이 유지되고, EUV 방사가 계속된다.(도 3의 (b)(c))

이 경우에 있어서도, 전류의 고속 단펄스화를 필요로 하지 않기 때문에, 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 임계값(Ip2)을, 자기 자장에 의해 저온 플라즈마 가스를 약하게 압축하는(저온 플라즈마 가스가 팽창하여 이온 밀도가 감소하지 않을 정도로 유지되는 것) 전류값으로 하고 있으므로, 저온 플라즈마는, 외관상 수축하지 않고 가열되어, 고온 플라즈마가 된다. 따라서, 본 방식을 이하, 비핀치 방식이라고 하기로 한다.

여기서, 전술한 멀티 핀치 방식인지 비핀치 방식인지는, 구동 전류값이 같으면 방전 채널의 굵기에 의해 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 방식에 있어서는, 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 장치 에 적용하는 경우는, 비핀치 방식보다 멀티핀치 방식을 채용한 쪽이, EUV 방사원의 사이즈를 보다 작게 할 수 있으므로 바람직하다.

EUV광의 취출을 멀티 핀치 방식으로 행하는 경우, 동등한 에너지 변환 효율로 동등한 EUV 출력을 1회의 핀치로 취출하는 경우와 비교해서, 1회의 핀치에 있어서의 피크 파워 입력이 작아진다. 따라서, 전극으로의 피크 파워 입력을 억제하는 것이 가능해지고, 전극의 스퍼터링에 의한 데브리 발생을 저감시킬 수 있다. 또, 1회의 핀치에 있어서의 EUV의 발광에 기여하는 이온의 수는 적다. 따라서 광원 사이즈를 작게 할 수 있으므로, 노광 광학계의 설계에 있어서 유리해진다.

이상과 같이, 본 발명에 있어서는, 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 밀도이며, 전자 온도가 낮은 저온 플라즈마 가스(도 1의 연료 증기:이온 밀도가 10¹⁷~10²⁰㎝^-3 정도, 전자 온도가 1eV 이하 정도)를 형성한다.

(ⅲ)그리고, 방전 전류의 값이 소정의 임계값(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 1의 경로(Ⅱ)를 통과하 여, 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 출발이 느린 롱 펄스로 해도 지장 없다. 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 방식으로 하여, 전류의 임계값를 Ip가 되도록 설정했을 때는, 방전 전류 펄스가 계속되고 있는 시간 내에 있어서, 가는 방전 채널의 직경은 맥동하지만 상대적으로 가는 상태로 유지된 채로, 저온 플라즈마의 핀치가 반복해서 행해지고, EUV 방사가 발생한다.

또, 비핀치 방식으로서, 전류의 임계값을 Ip2가 되도록 설정했을 때는, 방전 전류 펄스가 계속되고 있는 시간 내에 있어서, 가는 방전 채널의 직경은 멀티 핀치 방식의 경우보다는 굵기는 하지만 상대적으로 가는 상태로 유지된 채로, 저온 플라즈마의 가열이 지속되고, EV 방사에 필요한 플라즈마의 온도 및 밀도가 유지되어, EUV 방사가 발생한다.

또한, 비핀치 방식에 있어서는, 상술한 바와 같이, 방전 채널의 직경이 멀티 핀치 방식보다 크기 때문에, 고온 플라즈마의 사이즈도 멀티 핀치 방식보다 커진다.

이상에 기초하여, 본 발명에 있어서는, 다음과 같이 하여 상기 과제를 해결한다.

(1)방전 영역 외에서, 원료에 원료 기화용 에너지 빔을 조사하여 기화시키고, 그 기화시킨 원료 가스에 방전에 의해서 에너지를 주입하여 고온 플라즈마를 생성하고, 그 고온 플라즈마로부터 극단 자외광을 발생시키는 방법에 있어서, 방전 영역에 방전 경로(방전 채널)를 형성하고, 그 형성된 방전 경로에, 상기 기화시킨 원료 가스를 공급하여, 고온 플라즈마를 생성한다.

(2)상기 (1)에 있어서, 방전 경로(방전 채널)에 방전 경로 고정용 에너지 빔을 조사하고, 그 에너지 빔에 의해 방전 경로를 고정한다.

(3)상기 (1), (2)에 있어서, 상기 방전 경로(방전 채널)에 공급되는 원료 가스의 이온 밀도는, 극단 자외광 방사 조건에 있어서의 이온 밀도와 거의 같고(이온 밀도10¹⁷~10²⁰㎝^-3), 방전에 의해, 상기 원료 가스를 극단 자외광 방사 조건을 만족하는 온도까지 가열하고, 연속적으로 200㎱ 이상의 극단 자외광을 발생시킨다.

(4)상기 (1), (2), (3)에 있어서, 방전을, 전극간에 전류 펄스를 공급함으로써 발생시키며, 그 전류 펄스가 공급되어 있는 기간을 포함하는, 그 전류 펄스의 폭보다 긴 기간, 상기 원료 가스를 상기 방전 경로(방전 채널)에 공급한다.

(5)상기 (1), (2), (3), (4)에 있어서, 에너지 빔으로서 레이저 빔을 사용한다.

(6)용기와, 이 용기 내에 설치되고, 소정 거리만큼 이간한 한 쌍의 전극과, 그 전극에 펄스 전력을 공급하는 펄스 전력 공급 수단과, 상기 전극간에 형성된 방전 경로에, 극단 자외광을 방사시키기 위한 기화된 원료 가스를 공급하는 원료 공급 수단과, 상기 방전 경로에서 생성되는 고온 플라즈마로부터 방사되는 극단 자외광을 집광하는 집광 광학 수단과, 상기 집광되는 극단 자외광을 취출하는 극단 자외광 취출부를 갖는 극단 자외광 광원 장치에 있어서, 상기 펄스 전력 공급 수단에 의해, 상기 전극간에 1㎲ 이상의 펄스 전력을 공급하여 방전 경로(방전 채널)를 형성한다. 상기 원료 공급 수단은, 상기 방전 경로 외의 공간으로서, 기화된 원료가 방전 경로에 도달할 수 있는 공간 내에 배치된 원료에 에너지 빔을 조사하여, 그 원료를 기화시키는 에너지 빔 조사 수단을 구비하고, 상기 방전 경로(방전 채널)에, 이온 밀도가 극단 자외광 방사 조건에 있어서의 이온 밀도와 거의 같은 원료 가스를 공급한다.

(7)상기 (6)에 있어서, 제2의 에너지 빔 조사 수단을 구비하고, 상기 방전 경로(방전 채널)에, 제2의 에너지 빔 조사 수단으로부터 방전 경로 고정용 에너지 빔을 조사하여, 그 에너지 빔에 의해 방전 경로(방전 채널)를 고정한다.

(8)상기 (6), (7)에 있어서, 시동용의 원료를 상기 전극의 가까이에 배치하고, 방전에 앞서 시동용의 원료를 상기 방전이 발생하는 영역에 공급한다.

(9)상기 (6), (7), (8)에 있어서, 에너지 빔으로서 레이저 빔을 이용한다.

본 발명에 있어서는, 이하의 효과가 얻어진다.

(1)미리 방전 영역에 가는 방전 채널을 생성하고, 방전 영역 외로부터, 이 가는 방전 채널에 대해서 EUV 방사 조건에 상당하는 이온 밀도이며 전자 온도가 낮은 저온 플라즈마 가스의 정상류를 선택적으로 공급하고, 저온 플라즈마 가스에 방전을 작용시키고, 도 1의 경로(Ⅱ)를 경유시켜 EUV 방사 조건을 만족하는 고온 플라즈마를 형성하고, EUV 방사를 발생시키고 있으므로, 방전 전류는 종래의 DPP 방식, LAGDPP 방식과 같은 대전류일 필요는 없고, 비교적 소전류를 방전 영역에 흐르게 해도 EUV 방사가 가능해진다.

또, 종래와 같이, 방전 전류의 고속 단펄스화를 실시하지 않더라도, 효율적으로 플라즈마에 에너지를 입력하는 것이 가능해진다. 따라서, 방전 전류 펄스를 종래와 비교해 길게 설정하는 것이 가능해진다.

(2)EUV 방사는, 어느 정도 가는 방전 채널이 지속되는 동안 계속된다. 따라서, 방전 전류 펄스가 종래의 DPP 방식, LAGDPP 방식보다 길어지도록 방전 회로를 구성하고 방전 전류 펄스를 롱 펄스화함으로써, 가는 방전 채널의 지속 시간을 종래와 비교해 길게 하는 것이 가능해지고, 그 결과 EUV 방사의 롱 펄스화가 실현된다.

본 발명에 있어서, 방전 채널의 계속 시간을 적어도 1㎲ 이상으로 했을 때, 방전 채널이 계속되는 시간을 확실히 200㎱보다 길게 할 수 있다. 즉, 방전 채널의 계속 시간을 1㎲ 이상으로 설정하면, 확실히 EUV 방사의 계속 시간을, 종래의 EUV 방사의 계속 시간(200㎱)보다 길게 하는 것이 가능해진다.

(3)방전 전류가 종래의 DPP 방식, LAGDPP 방식과 같은 대전류일 필요는 없고, 또, 방전 전류의 고속 단펄스화를 실시할 필요는 없다. 따라서, 전극에 부여 하는 열부하를 종래와 비교해 작게 하는 것이 가능해지고, 데브리의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.

(4)종래의 롱 펄스화 기술과 같이, 고온 플라즈마의 핀치 상태를 유지하도록, 플라즈마 전류 파형을 제어할 필요가 없기 때문에, 방전 공간에 대전류를 흐르게 할 필요가 없다. 또, 핀치 효과를 유지하기 위해서, 플라즈마 전류의 파형을 변화시킬 필요가 없기 때문에, 고정밀도의 동기 제어나 전류 제어를 필요로 하지 않는다.

(5)방전 경로(방전 채널)에 방전 경로 고정용 에너지 빔을 조사하고, 그 에너지 빔에 의해 방전 경로를 고정함으로써, EUV 방사의 발생점의 위치 안정성을 향상시킬 수 있다.

우선, 본 발명의 기본 구성예에 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 에너지에 대해 설명한다. 이하, 에너지 빔으로서는 레이저 빔을 예로 들어 설명하지만, 에너지 빔이 전자빔 등이어도 된다.

(1)본 발명의 EUV 발생 방법을 실시하는 EUV 광원 장치의 기본 구성예

도 4에, 본 발명에 기초하는 EUV 광원 장치의 기본 구성예를 나타낸다.

이 도면에 있어서, 방전 용기인 챔버(1)의 내부에 제1의 전극(2a) 및 제2의 전극(2b)이 설치되어 있다. 예를 들면, 제1의 전극(2a)은 캐소드이며, 제2의 전극(2b)은 애노드이며, 제2의 전극(2b)은 접지된다. 즉, 두 전극간에는, 부극성의 고전압이 인가된다.

두 전극에는, 펄스 전력 공급 수단(13)이 접속된다. 펄스 전력 공급 수단(13)은, 두 전극간에 펄스폭이 긴 전류를 흐르게 하기 위해서, 예를 들면, PFN(Pulse Forming Network) 회로 방식이 채용된다.

또, 상기한 한 쌍의 전극의 근방이지만 방전 영역 외에, 고온 플라즈마 원료(8)가 설치된다. 고온 플라즈마 원료(8)로서는, 예를 들면, 주석(Sn), 리튬(Li) 등의 금속이 이용된다. 이것들은, 고체여도 액체여도 된다. 도 4에서는, 고온 플라즈마 원료(8)가 고체 금속인 예를 모식적으로 나타내고 있다.

저온 플라즈마(기화한 고온 플라즈마 원료)를 생성하기 위해서, 레이저원(7)이 이용된다. 레이저원(7)으로부터 방출되는 레이저 빔(L1)은, 챔버(1) 내부에 도 광되어 고체 혹은 액체의 고온 플라즈마 원료(8)에 조사된다. 레이저의 조사 에너지는, 고체 또는 액체상태의 고온 플라즈마 원료를 기화시키지만, 전자 온도를 너무 상승시키지 않는 정도의 에너지이며, 예를 들면 10⁵W/㎠~10¹⁶W/㎠의 범위이다.

고온 플라즈마 원료(8)에 레이저 빔이 조사되면, 고온 플라즈마 원료(8)의 적어도 일부가 기화하고, 저온 플라즈마 가스(8＇)가 되어 분출한다. 조사하는 레이저 빔의 조건을 적절히 설정함으로써, 예를 들면 고체상태의 고온 플라즈마 원 료(8)로부터 10㎲ 정도의 기간, 연속적으로 기화한 고온 플라즈마 원료(저온 플라즈마 가스(8＇))가 분출된다.

상기한 바와 같이, 저온 플라즈마 가스는, 플라즈마 내의 이온 밀도가 10¹⁷~10²⁰㎝^-3 정도, 전자 온도가 1eV 이하 정도의 상태로, 미리 전극간에 있어서 형성되어 있는 방전 채널에 대해서 선택적으로 공급하도록 구성된다.

또한, 방전 채널은 방전 전류의 자기 자장에서 가늘게 되어 있다. 일반적으로, 레이저 빔의 조사에 의해, 고체 재료 혹은 액체 재료로부터 분출하는 재료 증기는, 삼차원 방향으로 팽창하면서 진행한다. 따라서, 고온 플라즈마 원료(8)로부터 분출하는 저온 플라즈마 가스는, 도시를 생략한 정류 기구에 의해, 지향성이 좋은 정상류로 정류된다. 또한, 정류 기구의 예는 다음에서 설명한다.

(2)본 발명의 EUV 발생 순서

도 5에 나타내는 타이밍 차트를 이용하여, 본 발명에 있어서의 EUV 생성 방식을 설명한다. 예로서 멀티 핀치 방식을 예로 취한다.

우선, 한 쌍의 전극(2a, 2b) 간에 펄스 전력을 인가하는 펄스 전력 공급 수단(13)의 스위칭 수단(예를 들면, IGBT)에 트리거 신호가 입력(시점 Td)하고(도 5의 (a)), 스위칭 수단은 on 상태가 된다.

그에 따라, 전극간 전압이 상승한다(도 5의(b)). 그리고 전압이 어떤 임계값(Vp)에 도달한 시점 T1(=Td+△td)에서 방전을 발생시킨다(도 5의 (c)). 방전 발생은, 도 4에서 도시를 생략한 방전 시동 수단의 동작에 의해 행해진다. 이 임계 값(Vp)은, 방전이 발생했을 때에 흐르는 방전 전류의 값이 임계값(Ip) 이상(혹은, 비핀치 방식의 경우 Ip2 이상)이 되는 경우의 전압값이다. 즉, 임계값 Vp 미만으로 방전이 발생한 경우, 방전 전류의 피크값은, 임계값(Ip) 혹은 Ip2에 도달하지 않는다.

시점 T1보다 전극간에서 방전 전류가 흐르기 시작하고, 방전 채널이 형성된다. 그리고, △ti 경과한 시점(T1+△ti)에서, 방전 전류의 값은, 임계값(Ip)에 도달한다. 이 임계값(Ip)는, 상기한 바와 같이, 전류의 자기 자장에 의한 압축 압력을 P_B, 플라즈마의 압력을 P_P로 할 때, P_B》P_P(상기 (4)식)가 되도록 설정된다. 즉, 자기 자장에 의해 저온 플라즈마 가스를 충분히 압축 가능한 전류값이 된다.

또한, 상기 임계값(Ip)은, 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 갖는 전류값이기도 하다.

또, 시점(T1＋△ti)에 있어서, 방전 영역을 흐르는 방전 채널의 직경은 충분히 가늘게 되어 있다.

이 시점(T1＋△ti) 이후에 EUV 방사 조건에 상당하는 이온 밀도이며 전자 온도가 낮은 저온 플라즈마 가스의 적어도 일부가 선택적으로 가는 방전 채널에 도달하고 있도록, 레이저 빔이 방전 영역 외에 배치된 고온 플라즈마 원료로 조사된다(도 5의 (d)). 레이저 빔이 고온 플라즈마 원료에 조사된 시점으로부터 저온 플라즈마 가스의 적어도 일부가 방전 채널에 도달할 때까지의 시간을 △tg로 할 때, 시 점(T1＋△ti-△tg) 혹은 그 이후의 시점 T2에서 레이저 빔은 고온 플라즈마 원료에 조사된다. 도 5에서는, 시점 T2=T1+△ti-△tg의 경우를 나타내고 있다.

시점(T1+△ti=T2+△tg)으로부터 시간 τ_heat 후에, 저온 플라즈마 가스에 방전이 작용하고 전자 온도는 20~30eV에 도달해 고온 플라즈마가 되고, 당해 고온 플라즈마로부터의 EUV 방사가 개시된다(도 5의 (e)).

가는 방전 채널에는 상기 EUV 방사 조건에 상당하는 이온 밀도이며 전자 온도가 낮은 저온 플라즈마 가스가 연속적으로 공급되어 있으므로, 핀치 효과 혹은 자기 자장에 의한 봉입 효과가 반복해서 행해진다. 따라서, 가는 방전 채널의 직경은, 가늘어지거나 넓어지거나 맥동형상의 거동을 나타내지만 상대적으로 가는 상태로 유지된다. 즉, 저온 플라즈마의 핀치가 반복해서 행해지고, EUV 방사가 계속된다.

방전 영역에서 발생한 EUV 방사는, EUV 집광경(4)에 의해 반사되고, EUV광 취출부(5)로부터 도시하지 않은 조사부에 출사된다.

여기서, 종래의 핀치 효과를 이용한 DPP 방식, LAGDPP 방식으로는, EUV 방사가 유지하는 시간은, 예를 들면, 200㎱ 이하이므로, 전류값이 Ip인 방전 채널이 계속되는 시간이, 가는 방전 채널에 저온 플라즈마 가스의 일부가 도달하는 시점(T1＋△ti=T2＋△tg)으로부터 (200㎱+τ_heat) 이상 계속되도록, 펄스 전력 공급 수단(13) 및 한 쌍의 전극(제1의 전극(2a) 및 제2의 전극(2b))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 방식으로는, 방전 채널의 계속 시간은 길어도 1㎲ 이하이며, 또한, 초기 플라즈마를 핀치하여 EUV 방사가 계속되는 시간(도 2의 기간 A)은 길어도 200㎱ 이하였다.

발명자들의 실험에 의한 검증의 결과, 본 발명에 있어서는, 방전 채널의 계속 시간을 적어도 1㎲ 이상으로 했을 때, 전류값이 Ip 이상 또는 Ip2 이상인 방전 채널이 계속되는 시간을 확실히 200㎱보다 길게 할 수 있는 것이 판명되었다. 즉, 방전 채널의 계속 시간을 1㎲ 이상으로 설정하면, 확실히 EUV 방사의 계속 시간을, 종래의 EUV 방사의 계속 시간(200㎱)보다 길게 하는 것이 가능해졌다.

또한 비핀치 방식의 경우도 임계값을 Ip2가 되도록 설정하면, 상기와 같은 메커니즘으로 EUV 방사의 롱 펄스화가 실현되므로, 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에서는, 플라즈마의 핀치 상태를 유지하도록 플라즈마 전류 파형을 제어하는 특허 문헌 4, 5에 있어서의 EUV 방사의 롱 펄스화 방법과 같이, 방전 공간에 대전류를 흐르게 할 필요가 없다. 또, 핀치 효과를 유지하기 위해서, 도 22의(a)에 나타내는 바와 같이 플라즈마 전류(I)의 파형을 변화시킬 필요가 없기 때문에, 본 방식에 있어서의 방전 전류(플라즈마 전류) 파형은 변극점을 갖지 않다.

(3)에너지 빔(레이저 빔)의 조사 타이밍

상기한 EUV 발생 순서에서는, 방전 전류의 값이 임계값(Ip)에 도달한 시점 이후에 저온 플라즈마 가스의 적어도 일부가 가는 방전 채널에 도달하고 있도록, 레이저 빔이 고온 플라즈마 원료로 조사되는 타이밍을 설정하고 있다.

여기서, 방전 발생 후 방전 전류의 값이 임계값(Ip)에 도달하는 시점 이전에 저온 플라즈마 가스의 적어도 일부가 방전 채널에 도달되어 있는 경우(케이스 A), 혹은, 방전 발생 전에 저온 플라즈마 가스의 적어도 일부가, 방전 후에 방전 채널이 생성되는 영역에 도달되어 있는 경우(케이스 B)를 생각한다.

케이스 A나 케이스 B에 있어서는, 방전 전류의 값이 임계값(Ip)에 도달할 때까지는, 저온 플라즈마의 가열이 충분히 행해지지 않고, 결과적으로, EUV 발광에 기여하지 않는 저온 플라즈마의 비율이 증가하게 되고, EUV 방사 효율이 저하해 버린다.

또, 케이스 A나 케이스 B에 있어서는, 방전 전류의 값이 임계값(Ip)에 도달할 때까지의 사이에 방전 후 방전 채널이 생성되는 영역에, 정상류로서 선택적으로 공급된 고온 플라즈마 원료인 저온 플라즈마 가스가 팽창하여 밀도가 저하해 버린다. 따라서, 방전 영역에 있어서의 고온 플라즈마 원료의 밀도는, 도 20의 핀치의 초기조건에 가까워진다. 이러한 상태에 있어서는 방전 채널의 직경이 굵어지므로, 방전 채널을 가늘게 하여 고온 플라즈마로 하기 위해서는, 방전 전류로서는 대전류가 필요해진다.

특히, 케이스 B에 있어서는, 방전 전에 저온 플라즈마 가스가 공급되므로, 팽창하여 밀도가 저하한 고온 플라즈마 원료 가스의 가스 방전에 의해 방전 채널이 형성되고, 방전 채널의 직경은 케이스 A보다 굵어진다. 따라서, 방전 채널을 가늘게 하고, 핀치 효과에 의해 초기 플라즈마를 고온 플라즈마로 하기 위해서는, DPP 방식과 같이, 어느 정도 대파워로, 고속 단펄스의 전류 펄스가 필요해진다.(도 20 의 경로 2에 가까워진다.)

본 발명에 있어서는, 상기한 바와 같이, 방전 채널의 계속 시간을 길게 하도록 방전 회로를 형성하고 있으므로, 케이스 B에 있어서 필요하게 되는 전류 펄스를 실현하는 것은 곤란해진다.

따라서, 적어도 방전이 개시된 뒤(케이스 A), 바람직하게는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 방전 전류의 값이 임계값(Ip)에 도달한 시점 이후에 저온 플라즈마 가스 중 적어도 일부가 가는 방전 채널에 도달하고 있도록, 레이저 빔이 고온 플라즈마 원료로 조사되는 타이밍을 설정하는 것이 중요해진다.

(4)원료 공급 시스템

상기한 바와 같이, 본 발명은, 고온 플라즈마 원료에 레이저 빔 등의 에너지 빔을 조사하여, EUV 방사 조건에 상당하는 이온 밀도이며 전자 온도가 낮은 저온 플라즈마 가스(플라즈마 내의 이온 밀도가 10¹⁷~10²⁰㎝^-3 정도, 전자 온도가 1eV 이하 정도)를 생성하고, 당해 저온 플라즈마를 방전 영역에 공급한다. 도 4에서는, 고온 플라즈마 원료가 고체 금속인 예를 모식적으로 나타내고 있지만, 상기한 바와 같이, 고온 플라즈마 재료는 액체 상태라도 된다.

고체상태의 고온 플라즈마 원료를 이용해 저온 플라즈마 가스를 방전 영역에 공급하는 원료 공급 시스템의 구성예로서는, 예를 들면 도 4에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 방전 영역의 근방의 소정 영역에 고체 금속(예를 들면, Sn)을 설치하여 레이저 빔을 조사하도록 구성한다.

그 외의 예로서는, 와이어형상으로 성형한 고온 플라즈마 원료를 2조의 릴을 이용하여, 레이저 빔이 조사되었을 때 생성되는 저온 플라즈마 가스가 소정 영역에 도달할 수 있는 공간에 공급하여, 당해 와이어형상의 고온 플라즈마 원료에 레이저 빔을 조사하도록 구성한다.

한편, 액체상태의 고온 플라즈마 원료를 이용해 저온 플라즈마 가스를 방전 채널에 공급하는 원료 공급 시스템의 구성예로서는, 예를 들면, 액체상태의 고온 플라즈마 원료, 작은 물방울형상으로 하여, 레이저 빔이 조사되었을 때 생성되는 저온 플라즈마 가스가 소정 영역에 도달할 수 있는 공간을 향해서 적하하여 공급하고, 상기 작은 물방울형상의 고온 플라즈마 원료가 상기 공간에 도달했을 때 레이저 빔을 당해 작은 물방울형상의 고온 플라즈마 원료에 조사하도록 구성한다.

또한, 고체상태의 고온 플라즈마 원료를 이용하는 예로서, 특허 문헌 4에 기재되어 있는 바와 같이, 전극 자체를 고체의 고온 플라즈마 원료(예를 들면, Li)로 구성하고, 당해 전극에 레이저 빔을 조사해 저온 플라즈마 가스를 생성하고 당해 저온 플라즈마 가스를 방전 채널에 공급하는 것도 생각할 수 있다.

또, 액체상태의 고온 플라즈마 원료를 이용하는 예로서, 특허 문헌 2에 기재되어 있는 구조가 생각된다. 즉, 전극을 회전 전극 구조로 하고, 가열된 용해 금속(metal melt)인 액체상태 고온 플라즈마 원료를 컨테이너에 수용한다. 그리고 회전 전극의 일부(주변부)가 액체상태 고온 플라즈마 원료를 수용하는 상기 컨테이너 속에 잠기도록 배치한다. 그리고, 전극을 회전시킴으로써, 전극의 주변부 표면에 부착한 액체상태 고온 플라즈마 원료가 방전 영역에 수송된다. 이 수송된 액체 상태 고온 플라즈마 원료에 레이저 빔을 조사함으로써 저온 플라즈마 가스가 생성되고, 당해 저온 플라즈마가 방전 채널에 공급된다.

그러나, 이 구성은 고온 플라즈마 원료를 방전 영역 내에 배치하는 것이며, 이러한 방식에 기초하는 저온 플라즈마 가스의 생성 및 방전 채널로의 공급은, 이하의 이유로 바람직하지 않다.

특허 문헌 2, 4에 기재되어 있는 구성의 경우, 레이저 빔이 전극 표면에 조사했을 때에 생성되는 플라즈마(혹은 중성 증기)가 매개가 되어 방전이 개시된다. 따라서, 저온 플라즈마 가스의 공급은 방전에 앞서 행해지게 되고, 상기한 바와 같이 EUV 발광에 기여하지 않는 저온 플라즈마의 비율이 증가하게 되고, EUV 방사 효율이 저하해 버린다.

또, 방전 전에 저온 플라즈마 가스가 공급되므로, 팽창하여 밀도가 저하한 고온 플라즈마 원료 가스 방전에 의해 방전 채널이 형성되고, 방전 채널의 직경은 굵어진다. 따라서, 방전 채널을 가늘게 하여 고온 플라즈마를 형성하기 위해서는, 어느 정도 큰 파워의 전류가 필요해져 버린다.

또, 저온 플라즈마 가스의 방전 채널에의 공급은, 레이저 빔의 조사에 의한 공급에 더하여, 방전의 진전에 따르는 구동 전류에 의한 전극의 온도 상승으로 전극 자신(혹은, 전극에 부착되어 있는 액체상태 고온 플라즈마 원료)이 증발하는 것에 의한 공급도 있다.

따라서, 저온 플라즈마 가스의 파라미터는 방전 전류에 의존해 시시각각 변화하고, EUV 방사의 출력은 변동한다. 또, 방전 중의 방전 채널의 변동에 의해, 고온 플라즈마의 위치가 변동해 버리고, 외관상 고온 플라즈마의 사이즈가 커져 버린다.

상기한 결함은, 고온 플라즈마 원료와 전극이 일체화하고, 저온 플라즈마 가스의 공급이 레이저 빔의 조사와 방전 전류(플라즈마 전류)의 양쪽에 의존하게 되기 때문에 발생하는 것이다.

따라서, 본 발명에 있어서는, 고온 플라즈마 원료와 전극은 별체이며, 저온 플라즈마 가스의 공급이 레이저 빔의 조사에만 의존하고, 방전 전류로부터 독립해 있다. 즉, 도 4에 나타내는 구성예나 그 외 이미 설명한 구성예(와이어형상, 작은 물방울형상)와 같이, 저온 플라즈마 가스의 공급 제어와 전극간을 흐르는 구동 전류의 제어가 서로 독립적이도록, 원료 공급 시즈템을 구성한다.

(5)정류 기구

상기한 바와 같이, 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, 삼차원 방향으로 팽창하면서 진행한다. 따라서, 고체 혹은 액체의 고온 플라즈마 원료에 레이저 빔을 조사해 저온 플라즈마 가스를 분출시킬 때는, 분출하는 저온 플라즈마 가스의 플로를 정류하여, 지향성이 양호한 플로를 구성하고, 당해 플로가 가는 방전 채널 부근에 집중해 연속 공급되도록 설정한다. 이하, 정류 기구의 예에 대해 설명한다.

도 6은, 정류 기구로서, 고온 플라즈마 원료의 레이저 빔 조사 위치에 원료 분출용의 관형상 노즐을 설치한 예를 나타낸다. 여기서, 도 6은 관형상 노즐을 사용한 경우의 개념도이다. 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이, 레이저 빔(L1)은, 관형상 노즐(9a)의 관통구멍을 통과한다. 관형상 노즐(9a)을 통과한 레이저 빔이 고온 플라즈마 원료(8)에 조사되면, 고온 플라즈마 원료(8)는 기화하고, 저온 플라즈마 가스(8＇)를 생성한다.

도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 저온 플라즈마 가스(8＇)는, 관형상 노즐(9a)을 통과하고, 관형상 노즐(9a)로부터 분출한다.

관형상 노즐(9a)로부터 분출하는 저온 플라즈마 가스(8＇)는, 관형상 노즐(9a)에 의해 분사 각도가 제한된다. 그 때문에, 지향성이 양호한 저온 플라즈마 가스 플로를 방전 채널에 선택적으로 연속 공급하는 것이 가능해진다.

또한, 관형상 노즐의 형상은, 도 6에 나타내는 직관형상으로 한정하는 것은 아니다. 예를 들면, 도 7에 나타내는 개념도와 같이, 노즐 내부의 일부에 협착부(9c)를 설치한 고속 분사용 노즐(9b)의 형상이어도 된다.

도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 레이저 빔(L1)은, 고속 분사용 노즐(9b)의 관통 구멍을 통과한다. 고속 분사용 노즐(9b)을 통과한 레이저 빔이 고온 플라즈마 원료(8)에 조사되면, 고온 플라즈마 원료(8)는 기화하고, 저온 플라즈마 가스(8＇)를 생성한다.

여기서, 고속 분사용 노즐(9b) 내부에 협착부(9c)가 설치되어 있으므로, 당해 협착부(9c)와, 고온 플라즈마 원료(8)의 레이저 빔(L1)이 조사되는 부분의 사이의 공간(도 7의 (b)의 압력 상승부(9d)) 내는, 저온 플라즈마 가스(8＇)에 의해 압 력이 급격하게 상승한다. 그리고, 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 저온 플라즈마 가스(8＇)는, 협착부(9c)의 개구 부분으로부터 가속되고, 또한, 지향성이 좋은 고속 가스류로서 분사된다.

여기서, 고속 가스류의 분사 방향은 고속 분사용 노즐(9b)의 방향에 의존한다. 즉, 기화 원료의 진행 방향은 레이저 빔의 고온 플라즈마 원료로의 입사 방향에는 의존하지 않는다.

또한, 협착부(9c)의 개구는 단면적이 작기 때문에, 레이저 빔이 고온 플라즈마 원료(8)에 조사되지 않는 시간이 길면, 고온 플라즈마 원료(8)가 굳어지고, 개구가 폐색해 버리는 것도 생각할 수 있다. 따라서, 도 7의 (c)에 나타내는 바와 같이, 고온 플라즈마 원료(8)가 고속 분사용 노즐(9b) 내부에서 굳어지지 않도록, 고속 분사용 노즐을 히터(9e) 등으로 가열해도 된다.

관형상 노즐(9a), 고속 분사용 노즐(9b)은, 가능한 한 고온 플라즈마 원료(8)에 근접하는 것이 보다 효과적이다.

특히, 고속 분사용 노즐(9b)은, 압력 상승부(9d)를 구성할 필요가 있으므로, 고속 분사용 노즐(9b) 내부에 협착부(9d)와, 고온 플라즈마 원료(8)의 레이저 빔(L1)이 조사되는 부분의 사이의 공간은, 가능한 한 기밀인 공간으로서 구성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 8에 나타내는 바와 같이, 고온 플라즈마 원료(8)를 수용하는 원료 수용부(9f)와 고속 분사용 노즐(9b)을 일체로 구성한 원료 공급 유닛(10)을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 정류 기구는 상기한 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 고체상 의 고온 플라즈마 원료(8)에 있어서, 도 9의 (a), (b)와 같이, 레이저 빔(L1)이 조사되는 위치에 미리 오목부(8a)를 형성하도록 해도 된다.

레이저 빔(L1)이 고온 플라즈마 원료(8)의 오목부(8a)에 조사되면, 고온 플라즈마 원료(8)는 기화하고, 저온 플라즈마 가스(8＇)가 생성된다. 여기서,오목부(8a)로부터 분출하는 저온 플라즈마 가스(8＇)는 당해 오목부(8a)의 벽형상 노즐에 의해 분사 각도가 제한된다. 그 때문에, 지향성이 양호한 저온 플라즈마 가스 플로를 방전 채널에 선택적으로 연속 공급하는 것이 가능해진다.

(6)전극 위치, 고온 플라즈마 원료 위치, 에너지 빔(레이저 빔) 조사 위치의 상호 관계

상기한 바와 같이, 본 발명에 있어서는, 레이저 빔에 의해서 저온 플라즈마 가스를 방전 채널에 도달시킨다. 그 위치 관계의 예를, 도 10에 나타낸다.

도 10은, 상기 위치 관계를 설명하기 위한 개략 구성도이다. 또한, 이해를 용이하게 하기 위해서, 고온 플라즈마 원료(8)는 모식적으로 원으로 나타내고, 정류 기구는 생략되어 있다.

도 10에 나타내는 예에서는, 판형상의 한 쌍의 전극(2a, 2b)이 소정 간격 이간해서 배치된다. 방전 채널은 한 쌍의 전극(2a, 2b)의 이간 공간에 위치하는 방전 영역 내에 생성된다.

레이저 빔(L1)의 고온 플라즈마 원료(8)로의 조사에 의해 기화하고, 생성된 저온 플라즈마 가스(8＇)는, 레이저 빔이 입사하는 방향측으로 퍼진다. 그 때문에, 레이저 빔(L1)을, 고온 플라즈마 원료(8)의 방전 영역에 대면하는 면에 대해서 조사함으로써, 저온 플라즈마 가스(8＇)는, 방전 영역에 생성되는 방전 채널에 공급된다.

상기 전극(2a, 2b)의 광출사측에는, EUV 집광경(4)이 배치된다. 이 EUV 집광경(4)은, 광축이 한 방향이 되도록 집광 방향을 설정하는 경사 입사 광학계를 구성하는 경우가 많다. 이러한 경사 입사 광학계를 구성하려면, 일반적으로, 복수장의 얇은 오목면 미러를 포개 넣은 형상으로 고정밀도로 배치한 구조의 EUV 집광경이 이용된다.

이러한 구조의 EUV 집광경은 광축에 대략 일치한 지주 및 당해 지주로부터 방사형상으로 연장되는 지지체에 의해, 상기한 복수장의 얇은 오목면 미러가 지지된다.

여기서, 레이저 빔의 조사에 의해 방전 채널에 공급된 저온 플라즈마 가스 중, 고온 플라즈마 형성에 기여하지 않는 것의 일부, 혹은, 고온 플라즈마 형성의 결과 분해 생성하는 원자형상 가스의 클러스터의 일부는, 데브리로서 EUV 광원 장치 내의 저온부와 접촉하고, 퇴적한다. 예를 들면, 고온 플라즈마 원료가 Sn인 경우, 저온 플라즈마 형성에 기여하지 않는 것의 일부, 혹은, 플라즈마 형성의 결과 분해 생성하는 원자형상 가스의 Sn, Sn_x와 같은 금속 클러스터의 일부는, 데브리로서 EUV 광원 장치 내의 저온부와 접촉해 주석거울을 만든다.

여기서, 도 10의 (b)에 나타내는 바와 같이, 고온 플라즈마 원료(8)가 한 쌍의 전극(2, 2b)에 대해서 EUV 집광경(4)을 향하지 않는 공간측에 공급된 경우, 레 이저 빔(L1)은, 저온 플라즈마 가스(8＇)가 방전 채널에 공급되도록, EUV 집광경(4)측으로부터 고온 플라즈마 원료(8)에 대해서 조사된다.

이 경우, 레이저 빔(L1)의 조사에 의해 생성한 저온 플라즈마 가스(8')는, 방전 채널 및 EUV 집광경(4)의 방향으로 퍼진다. 즉, 고온 플라즈마 원료(8)로의 레이저 빔(L1)의 조사, 및, 전극간(2a, 2b)에서 발생하는 방전에 의해, EUV 집광경(4)에 대해서 데브리가 방출된다. 데브리가 EUV 집광경(4)에 퇴적한 경우, EUV 집광경(4)의 13.5㎚에 대한 반사율이 저하하고, EUV 광원 장치의 장치 성능이 열화해 버린다.

그래서, 도 10의 (a)에 나타내는 바와 같이, 고온 플라즈마 원료(8)를 한 쌍의 전극(2a, 2b)과 EUV 집광경(4)의 사이의 공간이며, 또한, 방전 영역 근방의 공간에 대해서 배치하는 것이 바람직하다.

이와 같이 배치된 고온 플라즈마 원료(8)에 대해, 레이저 빔(L1)을 상기와 같이 고온 플라즈마 원료 표면의 방전 영역에 접하는 측에 대해 조사하면, 저온 플라즈마 가스(8＇)는 방전 영역의 방향으로 퍼지지만, EUV 집광경(4)의 방향으로 퍼지지 않는다.

즉, 상기한 바와 같이 고온 플라즈마 원료(8)의 위치, 및, 레이저 빔(L1)의 조사 위치를 설정함으로써, 데브리가 EUV 집광경(4)에 진행하는 것을 억제하는 것이 가능해진다.

여기서, 소정 거리만큼 이간하는 한 쌍의 전극(2a, 2b)이, 도 11에 나타내는 바와 같이 기둥형상인 경우를 생각한다. 여기서, 도 11의 (a)은 상면도, 도 11의 (b)는 정면도이다.

이 경우는, 고온 플라즈마 원료(8)를, 광축에 대해 수직인 평면상의 공간이며, 또한, 방전 영역 근방에 대해서 배치하고, 레이저 빔(L1)을 광축과 수직인 방향으로부터 고온 플라즈마 원료(8)에 대해서 조사하도록 해도, 저온 플라즈마 가스(8＇)는 EUV 집광경(4)의 방향으로는 퍼지지 않는다. 따라서, 고온 플라즈마 원료(8)로의 레이저 빔의 조사, 및, 전극(2a, 2b)간에서 발생하는 방전에 의해 생성하는 데브리는, EUV 집광경(4)에 대해서 거의 진행하지 않는다.

또한, 당연히, 소정 거리만큼 이간하는 한 쌍의 전극(2a, 2b)이 기둥형상인 경우에 있어서도, 도 10에 나타내는 바와 같이, 고온 플라즈마 원료(8)를, 한 쌍의 전극(2a, 2b)과 EUV 집광경(4)의 사이의 공간이며, 또한, 방전 영역 근방의 공간에 대해서 배치해도 된다.

(7)원료 기화용 에너지 빔의 에너지

레이저 빔이 고온 플라즈마 원료에 조사된 시점으로부터 저온 플라즈마 가스의 적어도 일부가 방전 채널에 도달할 때까지의 시간(△tg)은, 방전 채널과 레이저 빔이 조사되는 고온 플라즈마 원료의 거리, 및, 저온 플라즈마 가스가 퍼지는 속도에 의해 구해진다.

여기서, 방전 채널과 레이저 빔이 조사된 고온 플라즈마 원료의 거리는, 레이저 빔의 조사시에 있어서의 방전 채널과 고온 플라즈마 원료의 위치 및 고온 플라즈마 원료로의 레이저 빔의 조사 방향에 의존한다.

한편, 상기한 바와 같이, 레이저 빔의 조사에 의해 생성한 저온 플라즈마 가 스는, 레이저 빔이 입사한 측에 소정의 속도로 퍼진다. 상기 소정의 속도는, 고온 플라즈마 원료에 조사하는 레이저 빔의 조사 에너지에 의존한다.

결국, 레이저 빔이 고온 플라즈마 원료에 조사된 시점으로부터 저온 플라즈마 가스 중 적어도 일부가 방전 채널에 도달할 때까지의 시간(△tg)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 바와 같이, 본 발명의 EUV 발생 방법은, 미리, 방전 영역에 가는 방전 채널을 생성하고, 방전 영역외로부터, 이 가는 방전 채널에 대해서 EUV 방사 조건에 상당하는 이온 밀도이며 전자 온도가 낮은 저온 플라즈마 가스(이온 밀도가 10¹⁷~10²⁰㎝^-3 정도, 전자 온도가 1eV 이하 정도)의 정상류를 선택적으로 공급한다.

여기서, 저온 플라즈마 가스의 공급 타이밍은, 방전 전류의 값이 소정의 임계값(Ip 또는 Ip2)에 도달한 시점 이후에서, 저온 플라즈마 가스(이온 밀도가 10¹⁷~10²⁰㎝^-3 정도, 전자 온도가 1eV 이하 정도)가 가는 방전 채널에 도달하도록 설정한다.

그 결과, 저온 플라즈마 가스에 방전이 작용하고, 도 1의 경로(Ⅱ)를 통과하여 EUV 방사 조건을 만족하는 고온 플라즈마가 형성되어 EUV 방사가 발생한다.

여기서, 방전 채널에 대해서 저온 플라즈마 가스를 공급하고, EUV의 방사는, 도 1의 (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. 또, 종래와 같이, 방전 전류의 고속 단펄스화를 실시하지 않더라도, 효율적으로 플라즈마에 에너지를 입력하는 것이 가능해진다. 따라서, 방전 전류 펄스를 종래와 비교해 길게 설정하는 것이 가능해진다.

EUV 방사는, 어느 정도 가는 방전 채널이 지속하는 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, 임계값(Ip)은, 전류의 자기 자장에 의한 압축 압력을 P_B, 플라즈마의 압력을 P_P로 할 때, 상기 (4)식에 나타낸 바와 같이 P_B》P_P가 되도록 설정된다.

즉, 임계값(Ip)은 자기 자장에 의해 저온 플라즈마 가스를 충분히 압축 가능한 전류값이 된다. 또한, 상기 임계값(Ip)은, 저온 플라즈마 가스의 전자 온도를 20~30eV 혹은 그 이상으로 가열하는 것이 가능한 에너지를 갖는 전류값이기도 하다. 여기서, 방전 전류의 값이 Ip가 된 시점에 있어서, 방전 영역을 흐르는 방전 채널의 직경은 충분히 가늘게 되어 있다.

가는 방전 채널로의 저온 플라즈마 가스의 연속적인 공급에 따라, 핀치 효과 혹은 자기 자장에 의한 봉입 효과가 반복해서 행해진다. 이때, 가는 방전 채널의 직경은, 가늘어지거나 넓어지거나 맥동형상의 거동을 나타내지만 상대적으로 가는 상태로 유지된다.

이러한 저온 플라즈마 가스의 핀치 효과 혹은 자기 자장에 의한 봉입 효과의 반복은, 방전 전류가 계속되고 있는 동안 지속된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는, 방전 전류 펄스를 종래와 비교해서 길게 설정하는 것이 가능하며, 연속적인 핀치 혹은 자기 자장에 의한 봉입 효과를 장기간 유지할 수 있으므로, EUV 방사의 롱 펄스화를 실현할 수 있다(멀티 핀치 방식).

또, 비핀치 방식에 있어서, 임계값(Ip2)은, 상기 (5)식에 나타낸 바와 같이 P_B≥P_P가 되도록 설정된다. 즉, 임계값(Ip2)은 자기 자장에 의해 저온 플라즈마 가스를 약하게 압축하는(저온 플라즈마 가스가 팽창해 이온 밀도가 감소하지 않는 정도로 유지된다) 전류값이 된다. 또한, 상기 임계값(Ip2)은, 저온 플라즈마 가스의 전자 온도를 20~30eV 혹은 그 이상으로 가열하는 것이 가능한 에너지를 갖는 전류값이기도 하다. 여기서, 방전 전류의 값이 Ip2가 된 시점에 있어서, 방전 영역을 흐르는 방전 채널의 직경은 가늘게 되어 있다.

가는 방전 채널로의 저온 플라즈마 가스의 연속적인 공급에 의해, 저온 플라즈마 가스는, 팽창되어 있는 이온 밀도가 감소하지 않는 정도로 유지된 상태로 가열되어 고온 프라즈마가 되고, 이 고온 플라즈마로부터 EUV가 방사된다.

이러한 저온 플라즈마 가스의 이온 농도를 유지하면서 가열은, 방전 전류가 계속되고 있는 동안 지속된다. 상기한 바와 같이, 본 발명에서는, 방전 전류 펄스 를 종래와 비교하여 길게 설정하는 것이 가능하고, 저온 플라즈마의 가열을 지속해 EUV 방사에 필요한 플라즈마의 온도 및 밀도를 장기간 유지할 수 있으므로, EUV 방사의 롱 펄스화를 실현할 수 있다(비핀치 방식).

또한, 비핀치 방식에 있어서는, 방전 채널의 직경이 멀티 핀치 방식보다 크기 때문에, 고온 플라즈마의 사이즈도 멀티 핀치 방식보다 커진다.

발명자들의 실험에 의한 검증결과, 본 발명에 있어서는, 방전 채널의 계속 시간을 적어도 1㎲ 이상으로 했을 때, 전류값이 Ip 이상 또는 Ip2 이상인 방전 채널이 계속되는 시간을 확실히 200㎱보다 길게 할 수 있는 것이 판명되었다. 즉, 방전 채널의 계속 시간을 1㎲ 이상으로 설정하면, 확실히 EUV 방사의 계속 시간을, 종래의 EUV 방사의 계속 시간(200㎱)보다 길게 하는 것이 가능해졌다.

상기한 바와 같이, 방전 전류는 종래의 DPP 방식, LAGDPP 방식과 같은 대전류일 필요는 없고, 또, 방전 전류의 고속 단펄스화를 실시할 필요는 없다. 따라서, 전극에 부여하는 열부하를 종래와 비교해 작게 하는 것이 가능해지고, 데브리의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.

또, 본 발명에 있어서는, 종래의 롱 펄스화 기술과 같이, 고온 플라즈마의 핀치 상태를 유지하도록 플라즈마 전류 파형을 제어할 필요가 없기 때문에, 방전 공간에 대전류를 흐르게 할 필요가 없다. 또, 핀치 효과를 유지하기 위해서, 플라즈마 전류의 파형을 변화시킬 필요가 없기 때문에, 고정밀도의 전류 제어를 필요로 하지 않는다. 즉, 본 방식에 있어서의 방전 전류(플라즈마 전류) 파형은 변극점을 갖지 않는다.

또, 저온 플라즈마 가스의 공급 제어와 전극간을 흐르는 구동 전류의 제어가 서로 독립적이도록, 원료 공급 시스템을 구성하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성함으로써, 저온 플라즈마의 공급이 방전 전류(플라즈마 전류)의 영향을 받지 않기 때문에, EUV 방사의 안정성이 향상된다.

또한, 고온 플라즈마 원료를 한 쌍의 전극과 EUV 집광경의 사이의 공간에 배치(혹은 공급)하고, 레이저 빔을 고온 플라즈마 원료 표면의 방전 영역을 향하는 측에 대해서 조사하는 것이 바람직하다.

이와 같이 함으로써, 저온 플라즈마 가스는 방전 영역의 방향으로 퍼지지만, EUV 집광경의 방향으로 퍼지지 않는다. 따라서, 데브리가 EUV 집광경으로 진행하는 것을 억제하는 것이 가능해진다.

이하, 본 발명의 EUV 광원 장치의 구체적인 구성예에 대해 설명한다.

(1)실시예 1

도 12, 도 13에, 본 발명의 극단 자외광(EUV) 발생 방법을 채용한 EUV 광원 장치의 실시예 1의 구성예를 나타낸다.

도 12는 상기 EUV 광원 장치의 개략 구성도이며, EUV 방사는 그 도면 우측으로부터 취출된다. 도 13은, 도 12에 있어서의 전력 공급 수단의 구성예이다.

도 12에 나타내는 EUV 광원 장치는, 방전 용기인 챔버(1)를 갖는다. 챔버(1) 내에는, 상기한 저온 플라즈마 가스에 파워를 입력해 고온 플라즈마를 생성하는 방전부(20), 및, 고온 플라즈마로부터 방출되는 EUV광을 집광하여, 챔버(1)에 설치된 EUV광 취출부(5)로부터 도시를 생략한 노광 장치의 조사 광학계로 이끄는 EUV 광집광부(40)를 갖는다. 챔버(1)는 배기 장치(17)와 접속되어 있어, 챔버(1) 내부는 이 배기 장치에 의해 감압 분위기가 된다.

이하, 각부의 구성에 대해 설명한다.

(a)방전부

방전부(20)는, 금속제의 원반형상 부재인 제1의 방전 전극(20a)과, 같은 금속제의 원반형상 부재인 제2의 방전 전극(20b)이 절연재(20c)를 사이에 두도록 배치된 구조이다. 제1의 방전 전극(20a)의 중심과 제2의 방전 전극(20b)의 중심은 대략 같은 축 상에 배치되고, 제1의 방전 전극(20a)과 제2의 방전 전극(20b)은, 절연재(20c)의 두께의 정도만큼 이간한 위치에 고정된다. 여기서, 제2의 방전 전극(20b)의 직경은, 제1의 방전 전극(20a)의 직경보다 크다. 또한, 제1의 방전 전극(20a)과 제2의 방전 전극(20b)은 회전하므로, 이하에서는, 회전 전극이라고 하는 경우도 있다.

제2의 방전 전극(20b)에는, 모터(20d)의 회전 샤프트(회전축)(20e)가 장착되어 있다. 여기서, 회전 샤프트(20e)는, 제1의 방전 전극(20a)의 중심과 제2의 방전 전극(20b)의 중심이 회전 샤프트(20e)의 대략 같은 축 상에 위치하도록, 제2의 방전 전극(20b)의 대략 중심에 장착된다.

회전 샤프트(20e)는, 예를 들면, 메커니컬시일(20h)을 통해 챔버(1) 내에 도입된다. 메커니컬시일(20h)은, 챔버(1) 내의 감압 분위기를 유지하면서, 회전 샤프트(20e)의 회전을 허용한다.

제2의 방전 전극(20b)의 아래쪽에는, 예를 들면 카본 브러쉬 등으로 구성되 는 제1의 접동자(20f) 및 제2의 접동자(20g)가 설치되어 있다. 제2의 접동자(20g)는 제2의 방전 전극(20b)과 전기적으로 접속된다. 한편, 제1의 접동자(20f)는 제2의 방전 전극(20b)을 관통하는 관통 구멍(20i)을 통해 제1의 방전 전극(20a)과 전기적으로 접속된다.

또한, 도시를 생략한 절연 기구에 의해, 제1의 방전 전극(20a)과 전기적으로 접속되는 제1의 접동자(20f)와 제2의 방전 전극(20g) 사이에서는 절연 파괴가 발생하지 않도록 구성되어 있다.

제1의 접동자(20f)와 제2의 접동자(20g)는 접동하면서도 전기적 접속을 유지하는 전기 접점이며, 펄스 전력 공급 수단(13)과 접속된다. 펄스 전력 공급 수단(13)은, 제1의 접동자(20f), 제2의 접동자(20g)를 통해, 제1의 방전 전극(20a)과 제2의 방전 전극(20b)의 사이에 전력을 공급한다.

즉, 모터(20d)가 동작하여 제1의 방전 전극(20a)과 제2의 방전 전극(20b)이 회전하고 있어도, 제1의 방전 전극(20a)과 제2의 방전 전극(20b)의 사이에는, 제1의 접동자(20f), 제2의 접동자(20g)를 통해, 펄스 전력 공급 수단(13)으로부터 전력이 인가된다.

펄스 전력 공급 수단(13)은, 도 13에 나타내는 바와 같이, PFN 회로부를 포함하고, 부하인 제1의 방전 전극(20a)과 제2의 방전 전극(20b)의 사이에, 예를 들면, 비교적 펄스폭이 긴 펄스 전력을 인가한다. 또한, 전력 공급 수단(13)으로부터 제1의 접동자(20f), 제2의 접동자(20g)와의 배선은, 도시를 생략한 절연성의 전류 도입 단자를 통해 이루어진다. 전류 도입 단자는, 챔버(1)에 장착되고, 챔 버(1) 내의 감압 분위기를 유지하면서, 전력 공급 수단으로부터 제1의 접동자, 제2의 접동자와의 전기적 접속을 가능하게 한다.

금속제의 원반형상 부재인 제1의 방전 전극(20a), 제2의 방전 전극(20b)의 주변부는 엣지형상으로 구성된다. 다음에 나타내는 바와 같이, 전력 공급 수단(13)으로부터 제1의 방전 전극(20a), 제2의 방전 전극(20b)에 전력이 인가되면, 양 전극의 엣지형상 부분간에서 방전이 발생한다. 방전이 발생하면, 양 전극은 고온이 되므로, 제1의 방전 전극(20a), 제2의 방전 전극(20b)은, 예를 들면, 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈 등의 고융점 금속으로 이루어진다. 또, 절연재(20c)는, 예를 들면, 질화 규소, 질화 알루미늄, 다이아몬드 등으로 이루어진다.

EUV 방사를 발생시키기 위해서 방전을 발생시킬 때, 제1 및 제2의 방전 전극(20a, 20b)을 회전시킨다. 이로 인해, 양 전극에 있어서 방전이 발생하는 위치는 펄스마다 변화한다. 따라서, 제1 및 제2의 방전 전극(20a, 20b)이 받는 열적 부하는 작아지고, 방전 전극의 마모 스피드가 감소하고, 방전 전극의 장기 수명화가 가능해진다.

미리 방전 영역에 방전 채널을 형성하기 위해서, 구체적으로는 전극간에 진공 아크 방전을 발생시킨다. 그래서, 진공 아크 방전을 발생시키기 위한 시동용 원료로서 고체 Sn이나 고체 Li가, 방전 전극(20b)에 공급된다. 원료 공급은, 미리, 홈부에 고체 Sn이나 고체 Li를 배치하도록 해도 되고, 도 12에 나타내는 바와 같이, 시동용 원료 공급 유닛(14)으로부터 공급하도록 해도 된다. 여기서, 시동용 원료는, 전극간에서 방전을 발생시키고, 가는 방전 채널을 생성하기 위한 것이며, EUV 방사로의 기여는 거의 없다.

원료 공급 유닛을 이용하는 경우, 예를 들면, 특허 문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이, 원료 공급 유닛을 원료가 되는 Sn이나 Li를 가열에 의해 액화시키는 구조로 하고, 이 액화한 원료를 제2의 방전 전극(20b)의 홈부가 통과하도록 구성해도 된다. 이 경우, EUV 광원 장치는, 원료 공급 유닛이 아래쪽에, EUV광 취출부가 윗쪽에 위치하도록 구성된다. 즉, 도 12에 나타내는 EUV 광원 장치를, 반시계 둘레로 90도 회전한 구성이 된다.

혹은, 원료 공급 유닛은, 고형의 Sn이나 Li를 정기적으로 제2의 방전 전극(20b)의 홈부에 공급하도록 구성해도 된다.

제2의 방전 전극(20b)의 홈부에 배치 혹은 공급된 Sn 또는 Li는, 제2의 방전 전극(20b)의 회전에 의해 방전부(20)에 있어서의 EUV광 출사측인 EUV광 집광부(40)측에 이동한다.

(b)전력 공급 수단

도 13에 전력 공급 수단(13)의 등가 회로의 구성예를 나타낸다. 도 13에 나타내는 전력 공급 수단(13)의 등가 회로는, 충전기(CH1), 고체 스위치(SW), 콘덴서(C)와 코일(L)의 조를 n단에 종속접속한 LC 분포 정수 회로 구성의 PFN 회로부, 스위치(SW1)로 구성된다.

전력 공급 수단의 동작예는 이하와 같다. 우선, 충전기(CH1)의 설정 충전 전압이 소정값(Vin)으로 조정된다. 그리고, 고체 스위치(SW)가 on이 되었을 때, PFN 회로부를 구성하는 n개의 콘덴서(C)가 충전되고, 스위치(SW1)가 on이 되면 제1 의 주방전 전극, 제2의 주방전 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 상위하다. 전극간을 흐르는 전류는 각 회로 루프를 흐르는 전류를 중첩한 것이므로, 결과적으로, 전극간에는, 펄스폭이 긴 전류 펄스가 흐른다.

(c)저온 플라즈마 가스 공급 수단

도 12에 있어서, 저온 플라즈마 가스를 공급하는 수단은, 고온 플라즈마 원료(8), 이 고온 플라즈마 원료(8)에 레이저 빔(L1)을 조사하는 레이저원(7), 레이저 빔이 조사된 고온 플라즈마 원료(8)로부터 분출되는 저온 플라즈마 가스를 지향성이 좋은 정상류에 정류하는 정류 수단인 고속 분사용 노즐(9b)로 구성된다.

고온 플라즈마 원료(8)는, 다음에서 말하는 EUV 집광경(4)의 광축에 대해서 대략 수직인 평면 상의 공간으로서, 제1의 방전 전극(20a), 제2의 방전 전극간(20b)의 방전 영역의 가까이에 배치된다. 고속 분사용 노즐(9b)은, 노즐로부터 분출되는 저온 플라즈마 가스가, 방전 영역 내의 가는 방전 채널이 생성되는 영역으로 선택적으로 공급되도록, 배치가 설정된다.

이와 같이 고온 플라즈마 원료(8) 및 고속 분사용 노즐(9b)을 배치함으로써, 방전 채널에 공급되는 저온 플라즈마 가스는, EUV 집광경(4)의 방향으로는 퍼지지 않는다. 따라서, 고온 플라즈마 원료(8)로의 레이저 빔(L1)의 조사, 및, 전극간에서 발생하는 방전에 의해 생성하는 데브리는, EUV 집광경(4)에 대해서 거의 진행하 지 않는다.

고속 분사용 노즐(9b)은, 도 7의 (a)에 나타낸 바와 같이 내부에 협착부가 설치된 통형상의 부재이다. 고속 분사용 노즐 내를 통과한 레이저 빔(L1)이 고온 플라즈마 원료(8)에 조사되면, 고온 플라즈마 원료(8)는 기화하고, 저온 플라즈마 가스를 생성한다. 여기서, 고속 분사용 노즐(9b) 내부에 협착부가 설치되어 있으므로, 당해 협착부와, 고온 플라즈마 원료의 레이저 빔이 조사되는 부분의 사이의 공간 내는, 저온 플라즈마 가스에 의해 압력이 급격하게 상승한다. 그리고, 저온 플라즈마 가스는, 협착부의 개구 부분으부터 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(7)으로부터 방출되는 레이저 빔(L1)은, 집광 수단(7a), 챔버(1)에 설치된 입사창부(7b)를 통해, 고온 플라즈마 원료(8)에 입사된다.

여기서, 레이저 빔(L1)은, 당해 레이저 빔의 일부가 제2의 방전 전극(20b)에 공급된 시동용 원료를 조사하고, 레이저 빔(L1)의 나머지가 고온 플라즈마 원료(8)에 조사되도록 얼라이먼트된다. 여기서, 상기한 바와 같이, 제2의 방전 전극(20b)의 직경은, 제1의 방전 전극(20a)의 직경보다 크다. 따라서, 레이저 빔(L1)은 제1의 방전 전극(20a)의 측면을 통과하여 제2의 방전 전극(20b)에 공급된 시동용 원료에 조사되도록 용이하게 얼라이먼트할 수 있다.

여기서, 레이저 빔(L1)의 일부를 시동용 원료에 조사하는 것은, 전극간에서 방전을 개시시키고, 가는 방전 채널을 형성하기 위해서이다.

전력 공급 수단(13)으로부터 제1의 주방전 전극(20a), 제2의 주방전 전극(20b)간에 전압이 인가되고, 전극간 전압이 임계값(Vp)에 도달한 시점(상기 도 5의 Td＋△td)에서 제2의 전극(20b)에 공급된 시동용 원료(8")에 레이저 빔(L1)이 조사되면, 시동용 원료(8")가 기화해 전극간에 전류가 흐르기 시작해 방전이 발생한다. 시동용 원료(8")는, 전극간을 흐르는 전류에 의한 가열에 의해, 기화 및 가열이 진행되고, 플라즈마가 된다. 전극간을 흐르는 방전 전류가 증대함에 따라, 방전 영역에 생성되는 방전 채널은, 상기한 방전 전류에 의한 자기 자장으로부터 받는 영향이 커지고, 가늘어진다. 즉, 시동용 원료(8")에 조사되는 레이저 빔(L1)의 일부는, 방전 시동 수단(레이저 트리거 수단)으로서 기능하고, 가는 방전 채널의 생성에 기여한다.

상기한 바와 같은 구성에 의해, 레이저 빔(L1)은, 방전 시동 수단(레이저 트리거 수단) 및 저온 플라즈마 가스 공급 수단의 구성 요소로서 겸용된다.

(d)EUV 방사 집광부

방전부(20)에 의해 방출되는 EUV 방사는, EUV 방사 집광부(40)에 설치된 경사 입사형의 EUV 집광경(4)에 의해 집광되고, 챔버(1)에 설치된 EUV광 취출부(5)로부터 도시를 생략한 노광 장치의 조사 광학계로 인도된다.

EUV 집광경(4)은, 예를 들면, 직경이 다른 회전 타원체, 또는, 회전 포물체형상의 미러를 복수장 구비한다. 이들 미러는, 동일 축 상에, 초점 위치가 대략 일치하도록 회전 중심축을 겹쳐 배치되고, 예를 들면, 니켈(Ni) 등으로 이루어지는 평활면을 갖는 기체 재료의 반사면측에, 르테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 및 로듐(Rh) 등의 금속막을 치밀하게 코팅함으로써, 0°~25°의 경사 입사각도의 EUV광을 양호하게 반사할 수 있도록 구성되어 있다.

또한, 도 12에 있어서, 방전부(20)가 EUV광 집광부(40)보다 크도록 나타내어져 있지만, 이것은 이해를 용이하게 하기 위한 것이며, 실제의 대소 관계는 도 12대로는 아니다. 실제는, EUV광 집광부(40)가 방전부(20)보다 크다.

(e)데브리 트랩

상기한 방전부(20)와 EUV광 집광부(40)의 사이에는, EUV 집광경(4)의 손상을 막기 위해서, 고온 플라즈마와 접하는 제1, 제2의 방전 전극(20a, 20b)의 주변부가 고온 플라즈마에 의해서 스퍼터되어 생성하는 금속 분말 등의 데브리나, 방사종인 Sn 또는 Li에 기인하는 데브리 등을 포착하여 EUV광만을 통과시키기 위한 데브리 트랩이 설치된다.

도 12에 나타내는 EUV 광원 장치에 있어서는, 데브리 트랩으로서 호일 트랩(16)이 채용되어 있다. 호일 트랩(16)에 대해서는, 예를 들면, 특허 문헌 6에 「호일 트랩」으로서 기재되어 있다. 호일 트랩은, 고온 플라즈마로부터 방사되는 EUV를 차단하지 않도록, 고온 플라즈마 발생 영역의 직경 방향으로 설치되는 복수의 플레이트와, 그 플레이트를 지지하는 링형상의 지지체로 구성되어 있다. 호일 트랩은 방전부와 EUV 집광경의 사이에 설치된다. 호일 트랩 내는, 주위의 분위기로부터 압력이 증가하고 있으므로, 호일 트랩을 통과하는 데브리는, 당해 압력의 영향에 의해 운동 에너지를 감소한다. 따라서, EUV 집광경에 데브리가 충돌할 때 의 에너지가 감소하고, EUV 집광경의 손상을 감소시키는 것이 가능해진다.

이하, 도 14, 도 15를 이용해, 상기한 EUV 광원 장치의 동작에 대해서 설명한다. 예로서 멀티 핀치 방식을 예로 든다.

EUV 광원 장치의 제어부(21)는, 시간 데이터(△td)를 기억하고 있다.

△td는, 전력 공급 수단(13)의 스위칭 수단인 SW1에 트리거 신호가 입력한 시점(시각 Td)으로부터, 스위칭 수단(SW1)이 on 상태로 전극간 전압이 임계값(Vp)에 도달할 때까지의 시간이다.

일반적으로, 방전 전극에 인가되는 전압(V)이 크면, 방전 전극간의 전압 파형의 출발은 빨라진다. 따라서, 상기한 △td는, 방전 전극에 인가되는 전압(V)에 의존하게 된다. EUV 광원 장치의 제어부(21)는, 미리 실험 등으로 구한 전압(V)과 시간(△td)의 관계를 테이블로서 기억하고 있다.

또한, 제어부(21)는, 펄스 전력 공급 수단(13)의 스위칭 수단인 스위치(SW1)에 주트리거 신호가 출력되는 시점으로부터, 스위칭 수단이 on이 되는 시점까지의 지연 시간(d1)을 기억하고 있다.

우선, EUV 광원 장치의 제어부로부터의 스탠바이 지령이, 배기 장치, 시동용 원료 공급 유닛, 모터에 송신된다(도 14의 단계 S101, 도 15의 S201).

스탠바이 지령을 수신한, 배기 장치(17), 및, 시동용 원료 공급 유닛(14)은 동작을 개시한다. 즉, 배기 장치(17)가 동작하고, 챔버 내가 감압 분위기가 된다. 또, 모터(20d)가 동작하여, 제1의 방전 전극(회전 전극)(20a), 제2의 방전 전극(회전 전극)(20b)이 회전한다. 또한, 시동용 원료 공급 유닛(14)은, 방전 시동용 원 료의 제2의 방전 전극(20b)으로의 공급을 개시한다. 이하, 상기한 동작 상태를 총칭하여 스탠바이상태라고 한다(도 14의 단계 S102, 도 15의 S202).

EUV 광원 장치의 제어부(21)는, 노광 장치의 제어부(22)에 스탠바이 완료 신호를 송신한다(도 14의 단계 S103, 도 15의 S203).

스탠바이 완료 신호를 수신한 노광 장치의 제어부(22)로부터, EUV 광원 장치의 제어부(21)는, 발광 지령을 수신한다. 또한, EUV 방사의 강도를 노광 장치측이 컨트롤하는 경우, 본 발광 지령에는, EUV 방사의 강도 데이터도 포함된다.(도 14의 단계 S104, 도 15의 S204).

EUV 광원 장치의 제어부(21)는, 충전 제어 신호를 전력 공급 지령 수단의 충전기(CH1)에 송신한다. 충전 제어 신호는, 예를 들면, 방전 개시 타이밍 데이터 신호 등으로 이루어진다. 상기한 바와 같이, 노광 장치의 제어부(22)로부터의 발광 지령에 EUV 방사의 강도 데이터가 포함되는 경우, 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 전압의 관계가 실험 등에 의해 구해지고, 양자의 상관을 저장한 테이블이 작성된다. EUV 광원 장치의 제어부(21)는, 이 테이블을 기억하고 있고, 노광 장치의 제어부(22)로부터 수신한 발광 지령에 포함되는 EUV 방사의 강도 데이터에 기초하여, 테이블로부터 PFN 회로부의 각 콘덴서(C)의 충전 전압 데이터를 호출한다. 그리고 호출한 충전 전압 데이터에 기초하여, EUV 광원 장치의 제어부(21)는, 각 콘덴서(C)로의 충전 전압 데이터 신호를 포함하는 충전 제어 신호를 전력 공급 수단(13)의 충전기(CH1)에 송 신한다(도 14의 단계 S105, 도 15의 S205.).

충전기(CH1)는 상기한 바와 같이 각 콘덴서(C)의 충전을 행한다.(도 14의 단계 S106).

EUV 광원 장치의 제어부(21)는, 전력 공급 수단(13)의 스위치(SW1)에 주트리거 신호를 출력하는 타이밍을 기준로 하여, 레이저원(7)으로의 트리거 신호의 송출 타이밍을 계산한다. 상기 타이밍은, 미리 기억하고 있는 시간 데이터(△td, d1)에 기초하여 결정한다(도 14의 단계 S107, 도 15의 S206).

또한, 실제는, 전력 공급 수단(13)의 스위치(SW1)에 주트리거 신호가 입력되고 스위치(SW1)가 on이 되는 시점(Td)를 기준으로 하여, 레이저 빔(L1)이 조사되는 시간(TL)을 설정하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서는, 전력 공급 수단(13)의 스위칭 수단에 주트리거 신호를 출력하는 시점(Td＇)으로부터, 당해 주트리거 신호를 펄스 전력 공급 수단(13)의 스위칭 수단에 입력하여 스위칭 수단(13)이 on이 되는 시점(Td)까지의 지연 시간(d1)을 미리 구해 둔다. 그리고, 전력 공급 수단의 스위칭 수단(13)에 주트리거 신호를 출력한 시점(Td')을 상기 지연 시간(d1)으로 보정하여, 스위칭 수단이 on이 되는 시점(Td)을 구한다.

한편, 트리거 신호가 송출된 시점(TL＇)으로부터 레이저 빔(L1)이 조사될 때까지의 지연 시간(d2)은, 레이저원(7)이 Q 스위치식 Nd⁺-YAG 레이저인 경우, ns오더로 무시할 수 있을 정도로 작기 때문에, 여기에서는 생각하지 않는다.

즉, 전력 공급 수단(13)의 스위치(SW1)에 주트리거 신호를 출력한 시점(Td＇)을 기준으로 하여, 레이저원(7)으로의 트리거 신호의 송출 타이밍(TL＇)을 설정함으로써, 전력 공급 수단(13)의 스위치(SW1)에 주트리거 신호가 입력되고 스위치(SW1)가 on이 되는 시점(Td)을 기준으로 한 레이저 빔(L1)이 조사되는 시간(TL)의 설정이 실현된다.

주트리거 신호를 송신하는 시점을 기준(시각(Td'))으로 할 때, 레이저원(7)으로의 트리거 신호의 송출 타이밍(TL＇)은 이하와 같이 구해진다.

상기한 바와 같이, 레이저 빔(L1)은 방전 시동 수단(레이저 트리거 수단)으로서 기능시키므로, 전극간 전압이 임계값(Vp)에 도달한 시간 이후에 조사될 필요가 있다. 레이저 빔(L1)이 조사되는 타이밍(TL)은, 펄스 전력 공급 수단(13)의 스위칭 수단이 on이 되는 시점(Td)을 기준으로 했을 때,

TL≥Td+△td (6)

이 된다. 따라서, 주트리거 신호를 송신하는 시점(Td＇)을 기준으로 했을 때의 레이저원의 동작을 제어하는 레이저원으로의 트리거 신호의 송출 타이밍(TL＇)은

TL＇+d2≥(Td＇+d1)+△tdl (7)

이 된다. 여기서, 지연 시간(d2)은 무시할 수 있을 정도로 작기 때문에, 트리거 신호의 송출 타이밍(TL＇)은

TL＇≥Td'+d1+△td (8)

이 된다.

본 실시예에서는, TL＇=Td＇＋d1＋△td (9)로 한다.

또한, 전극간 전압이 확실히 임계값(Vp)을 넘은 시점에서, 레이저 빔(L1)이 조사되도록, 레이저 빔이 조사되는 시점을, △td보다 약간 지연시켜도 된다. 이 지연 시간을 α로 정의하고, 식(9)를 변형하면,

TL＇=Td＇+d1+△td+α (10)

이 된다.

한편, 레이저 빔(L1)은 저온 플라즈마 가스 공급 수단으로서도 기능한다. 즉, 방전 전류의 값이 임계값(Ip)에 도달한 시점에서, 저온 플라즈마 가스 중 적어도 일부가 선택적으로 가는 방전 채널에 도달되어 있도록, 레이저 빔(L1)은 고온 플라즈마 원료로 조사될 필요가 있다.

여기서 임계값(Ip)은, 상기한 바와 같이, 전류의 자기 자장에 의한 압축 압력을 P_B, 플라즈마의 압력을 P_P로 할 때, P_B》P_P(상기 (4)식)가 되도록 설정된다. 즉, 자기 자장에 의해 저온 플라즈마 가스를 충분히 압축 가능한 전류값이 된다.

레이저 빔의 조사 시점(TL)이 방전 개시 시점(T1)이 되고, 방전 개시 후, 전극간을 흐르는 전류의 크기가 임계값(Ip)에 도달할 때까지의 시간을 △ti로 할 때, 시점(T1+△ti)에 있어서, 방전 영역을 흐르는 방전 채널의 직경은 충분히 가늘게 되어 있다.

방전 전류의 값이 임계값(Ip)에 도달한 시점에서, 저온 플라즈마 가스 중 적어도 일부가 선택적으로 가는 방전 채널에 도달되어 있도록 하기 위해서는, 레이저 빔이 고온 플라즈마 원료에 조사된 시점으로부터 저온 플라즈마 가스의 적어도 일부가 방전 채널에 도달할 때까지의 시간을 △tg로 할 때,

T1+△ti≤TL+△tg (11)

T1=TL이므로,

△ti≤△tg (12)

가 되도록, △tg를 설정해 둘 필요가 있다. 즉, 상기 식이 성립하도록, 방전 채널과 고온 플라즈마 원료(8)의 위치, 고온 플라즈마 원료(8)로의 레이저 빔의 조사 방향, 레이저 빔의 조사 에너지와 같은 파라미터를 미리 적절히 설정해 둔다.

본 실시예에서는, 이해를 용이하게 하기 위해서

△ti=△tg (13)

이 되도록 상기 파라미터가 적절히 설정되어 있는 것으로 한다.

또한, 방전 전류의 값이 확실히 임계값(Ip)을 넘은 시점에서, 저온 플라즈마 가스 중 적어도 일부가 선택적으로 가는 방전 채널에 도달되어 있도록, 방전 개시로부터 방전 전류의 값이 임계값(Ip)에 도달하는 시점(T1＋△Ti)보다, 레이저 빔 조사로부터 저온 플라즈마 가스 중 적어도 일부가 선택적으로 가는 방전 채널에 도달하는 시점을 약간 지연시키도록 해도 된다. 이 지연 시간을 β로 정의하고, 식(14)를 변형하면,

T1+△ti+β=TL+△tg (15)

T1=TL이므로,

△ti+β=△tg (16)

이 된다. 즉, 상기 식이 성립하도록, 방전 채널과 고온 플라즈마 원료(8)의 위치, 고온 플라즈마 원료(8)로의 레이저 빔의 조사 방향, 레이저 빔의 조사 에너지와 같은 파라미터를 미리 적절히 설정한다.

EUV 광원 장치의 제어부(21)는, 각 콘덴서(C)의 충전이 안정될 때까지의 시간인 챠저(charger) 충전 안정 시간(tst)이 경과한 시점 이후의 시점(Td＇)을 설정하고, 당해 시점(Td＇) 시점에 있어서, 펄스 전력 공급 수단(13)의 스위치(SW1)에 대해서 주트리거 신호를 송신한다(도 14의 단계 S108, 도 15의 S205, S207).

EUV 광원 장치의 제어부(21)는, 단계 S109에서 설정한, 시점(Td＇)을 기준으로 했을 때의 트리거 신호를 송신하는 타이밍(TL＇)에서, 트리거 신호를 레이저원(7)으로 송신한다(도 14의 단계 S109, 도 15의 S210).

단계 S108에 있어서 주트리거 신호가 송출되고, 당해 주트리거 신호가 전력 공급 수단(13)의 스위치(SW)에 입력되고 나서 지연 시간(d1) 경과하면, 스위치(SW1)(예를 들면, IGBT)가 on이 된다(도 15의 S207, S208).

스위치(SW1)가 on이 되면, 제1의 방전 전극(20a), 제2의 방전 전극(20b)간의 전압이 상승하고, 시간 △td 후에, 전극간 전압이 임계값(Vp)에 도달한다. 상기한 바와 같이, 이 임계값(Vp)은, 감전이 발생했을 때에 흐르는 방전 전류의 값이 임계값(Ip) 이상이 되는 경우의 전압값이다(도 15의 S208, S209).

상기한 바와 같이, 단계 S107에 있어서, (9)식에 기초하는 타이밍(TL＇)에서, 트리거 신호가 레이저원(7)으로 송출된다. 그 결과, 전극간 전압이 임계값(Vp)에 도달한 시점(Td＋△td) 이후의 시점(TL)에 있어서 레이저 빔(L1)이 제2의 전극(20b)에 공급된 시동용 원료(8") 및 고온 플라즈마 재료(8)에 조사된다(도 15의 S210, S211).

레이저 빔이 제2의 전극(20b)에 공급된 시동용 원료(8")에 조사되면, 방전, 및, 시동용 원료 가스의 플라즈마가 발생하고, 전극(20a, 20b)간을 흐르는 방전 전류의 증대에 따라 가는 방전 채널이 형성된다. 상기한 바와 같이, 트리거 신호 송출 시점(TL＇), 레이저 빔 방출 시점(TL), 방전 발생시점(T1)은, 거의 동일 시점이라고 볼 수 있다. 또, 실제 상, 레이저 빔(L1)이 시동용 원료(8")에 조사되는 시점, 레이저 빔(L1)이 고온 플라즈마 원료(8)에 조사되는 시점도, 시점 TL＇, TL, T1과 거의 동일 시점이라고 볼 수 있다.

방전 개시 후, △ti 경과한 시점에서, 방전 전류의 크기가 상기한 임계값(Ip)에 이른다(도 15의 S211, S212).

한편, 레이저 빔(L1)이 시동용 원료(8")에 조사되는 것과 거의 동시에, 레이저 빔은 고온 플라즈마 원료(8)에 조사된다. 레이저 빔이 조사된 고온 플라즈마 원료(8)로부터는, 고속 분사용 노즐(9b)을 통해, 저온 플라즈마 가스의 지향성이 좋은 정상류가 가는 방전 채널에 대해서 분출한다. 저온 가스의 적어도 일부는, 방전 전류의 값이 임계값(Ip)에 도달한 시점(T1＋△ti) 이후에 있어서, 가는 방전 채널에 도달한다(도 15의 S212, S213).

또한, 상기한 바와 같이, 방전 개시 후, 전극간을 흐르는 전류의 크기가 임계값(Ip)에 도달할 때까지의 시간(△ti)과, 레이저 빔이 고온 플라즈마 원료에 조사된 시점으로부터 저온 플라즈마 중 적어도 일부가 방전 채널에 도달할 때까지의 시간(△tg)은 동일해지도록 설정되어 있다.

시점(T1+△ti=T1+△tg)으로부터 시간 τ_heat 후에, 저온 플라즈마 가스의 전자 온도는 20~30eV에 도달해 고온 플라즈마가 되고, 당해 고온 플라즈마로부터의 EUV 방사가 개시된다.(도 14의 단계 S110, 도 15의 S211).

가는 방전 채널에는 저온 플라즈마 가스가 연속적으로 공급되어 있으므로, 핀치 효과 혹은 자기 자장에 의한 봉입 효과가 반복해서 행해진다. 따라서, 가는 방전 채널의 직경은, 가늘어지거나 넓어지거나 맥동형상의 거동을 나타내지만 상대적으로 가는 상태로 유지된다. 즉, 저온 플라즈마의 핀치가 반복해서 행해지고, EUV 방사가 계속된다.

여기서, 종래의 핀치 효과를 이용한 DPP 방식, LAGDPP 방식으로는, EUV 방사가 유지하는 시간은, 예를 들면, 200㎱ 이하이므로, 전류값이 Ip 이상인 방전 채널이 계속하는 시간이, 가는 방전 채널에 저온 플라즈마 가스 중 일부가 도달하는 시점(T1＋△ti=TL＋△tg)으로부터 (200㎱＋τ_heat) 이상 계속되도록, 펄스 전력 공급 수단 및 한 쌍의 전극(제1의 전극(20a) 및 제2의 전극(20b))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, 호일 트랩(16)을 통과해 집광 공간에 배치된 경사 입사형의 EUV 집광경(4)에 의해 집광되고, 챔버(1)에 설치된 EUV광 취출부로부터 도시를 생략한 노광 장치의 조사 광학계로 인도된다.

본 실시예의 EUV 발생 방법에 있어서는, 상기한 바와 같이, 미리 방전 영역에 생성한 가는 방전 채널에 저온 플라즈마 가스의 정상류를 선택적으로 공급하고 있으므로, 종래와 비교해 펄스폭이 길고, 또, 비교적 전류값이 작은 전류를 방전 영역에 흐르게 해도 EUV 방사가 가능해진다.

EUV 방사는, 어느 정도 가는 방전 채널이 지속되는 동안 계속되므로, 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.

또, 방전 전류의 값이 임계값(Ip)에 도달한 시점 이후에 저온 플라즈마 가스 중 적어도 일부가 방전 채널에 도달하도록 설정함으로써, 저온 플라즈마 가스의 핀치 효과 혹은 자기 자장에 의한 봉입 효과가 반복해서 행해진다. 이러한 반복은, 방전 전류가 계속되고 있는 동안 지속된다. 본 실시예에서는, 방전 전류 펄스를 종래와 비교해 길게 설정하는 것이 가능하고, 연속적인 핀치 효과를 장기간 유지할 수 있으므로, EUV 방사의 롱 펄스화를 실현할 수 있다(멀티 핀치 방식).

또한, 방전 전류에 임계값을 Ip2로 설정하면, 저온 플라즈마 가스는, 팽창해 이온 밀도가 감소하지 않는 정도로 유지된 상태로 가열되어 고온 플라즈마가 된다. 이와 같은 저온 플라즈마 가스의 이온 농도를 유지하면서 가열은, 방전 전류가 계 속되고 있는 동안 지속된다.

본 실시예에서는, 방전 전류 펄스를 종래와 비교해 길게 설정하는 것이 가능하고, 저온 플라즈마의 가열을 지속해 EUV 방사에 필요한 플라즈마의 온도 및 밀도를 장기간 유지할 수 있으므로, EUV 방사의 롱 펄스화를 실현할 수 있다(비핀치 방식).

본 실시예에서는, 비교적 전류값이 작은 전류를 방전 영역에 흐르게 할 수 있으므로, 전극에 부여하는 열부하를 종래와 비교해 작게 하는 것이 가능해지고, 데브리의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.

또, 종래의 롱 펄스화 기술과 같이, 고온 플라즈마의 핀치 상태를 유지하도록 플라즈마 전류 파형을 제어할 필요가 없기 때문에, 방전 공간에 대전류를 흐르게 하고, 또한, 핀치 효과를 유지하기 위해서 방전 전류의 파형을 변화시킬 필요가 없다. 따라서, 고정밀도의 전류 제어를 필요로 하지 않는다.

특히 본 실시예에 있어서는, 레이저 빔을 방전 시동 수단(레이저 트리거 수단) 및 저온 플라즈마 가스 공급 수단의 구성요소로서 겸용하고 있다. 그 때문에, 별도, 방전 시동 수단을 구성할 필요가 없고, 장치를 컴팩트하게 구성하는 것이 가능해진다.

(2)실시예 2

실시예 1에 있어서는, 방전의 시동은 고온 플라즈마 원료의 기화용의 레이저 빔의 일부를 제2의 방전 전극의 시동용 원료로 조사함으로써 행하고 있다. 방전 개시 후, 시동용 원료로부터 가는 방전 채널이 형성된다. 그 후, 방전 전류의 값 이 소정의 임계값에 도달한 시점 이후에 저온 플라즈마 가스 중 적어도 일부가 방전 채널에 도달하도록 설정함에 따라, 비교적 가는 방전 채널의 직경이 어느 범위 내에 유지되어, 멀티 핀치 방식에 의한 EUV 방사나 비핀치 방식에 의한 EUV 방사가 행해진다.

여기서, 시동용 원료로부터 방출되는 가스의 양은 미량이며, 시동용 원료로부터 형성된 방전 채널은, 진공 아크 방전의 방전 채널이다. 이러한 방전 채널에 저온 플라즈마 가스가 선택적으로 공급되면, 진공 아크 방전은 가스 방전으로 이행 한다. 즉, EUV 방사시의 방전 채널은 가스 방전의 방전 채널이다.

여기서, 방전 시동시의 진공 아크 방전은, 제2의 방전 전극에 있어서의 시동용 원료의 레이저 빔 조사 위치의 근방에 형성되나 위치의 안정성이 부족하다. EUV 방사를 반복해 발생시키는 멀티 핀치 방식의 경우, 레이저 빔의 시동용 원료로의 조사 위치를 일정하게 유지했다고 해도, 진공 아크 방전이 발생하는 위치, 즉, 진공 아크 방전의 방전 채널의 위치는, EUV 방사마다 어긋난다.

진공 아크 방전의 방전 채널의 위치가 어긋나면, 결과적으로는, EUV 방사시의 가스 방전의 방전 채널의 위치도 안정되지 않게 된다. 그 때문에, EUV 방사의 안정성이 부족해진다.

실시예 2에 나타내는 EUV 발생 방식은, 이러한 과제를 개선하는 것이다.

구체적으로는, 도 16에 나타내는 바와 같이, 상기한 바와 같은 방전 시동 수단(레이저 트리거 수단)에 의한 방전 개시 직후에, 레이저 트리거 수단에 사용된 제1의 레이저 빔(L1)과는 다른 제2의 레이저 빔(L2)을, 방전 영역의 소정의 위치에 집광한다. 상기 소정의 위치란, 예를 들면, 제1의 방전 전극(20a)과 제2의 방전 전극(20b)의 사이의 공간에 있어서, 제1의 레이저 빔(L1)의 일부가 시동용 원료(8")에 조사되는 위치의 근방의 위치이다.

여기서, 제2의 레이저 빔(L2)의 초점 근방에서는, 전자 방출에 의해 도전율이 증가되어 있다. 따라서, 방전 채널(CH)의 위치는, 레이저 초점을 설정한 위치에 획정된다. 즉, 진공 아크 방전의 위치는, 제2의 레이저 빔(L2)에 의해 획정된다. 그 때문에, 실시예 1에 나타내는 EUV 방사 방식을 채용한 EUV 광원 장치와 비교하면, EUV 방사의 발생점의 위치 안정성이 향상된다.

도 17에, 본 발명의 EUV 발생 방법을 채용한 EUV 광원 장치의 실시예 2의 구성예를 나타낸다.

도 17은 상기 EUV 광원 장치의 개략 구성도이며, EUV 방사는 그 도면 우측으로부터 취출된다.

도 17에 나타내는 EUV 광원 장치는, 실시예 1의 EUV 발생 방법을 채용한, 도 12에 나타내는 EUV 광원 장치에, 진공 아크시의 방전 채널 위치를 획정하는 제2의 레이저 빔(L2)을 방출하는 제2 레이저원(15), 하프 미러(7c)를 추가한 것이다.

즉, 제2의 레이저 빔(L2)의 방사 수단 이외의 구성요소는 실시예 1의 것과 동등하므로, 여기에서는, 제2의 레이저 빔(L2)의 방사 수단에 대해서만 설명한다.

또한, 실시예 1에 있어서 나타낸 고온 플라즈마 원료(8)를 조사하는 레이저 빔(L1)은, 실시예 2에 나타내는 진공 아크시의 방전 채널 위치를 획정하는 제2 레이저 빔(L2)과는 상위하다. 따라서, 이해를 용이하게 하기 위해서, 실시예 2에 있 어서 고온 플라즈마 원료(8)를 기화시키기 위해서 조사하는 레이저 빔을 제1의 레이저 빔(L1)이라고 하기로 한다.

상기한 바와 같이, 제1의 레이저 빔(L1)은, 방전 시동 수단(레이저 트리거 수단) 및 저온 플라즈마 가스 공급 수단의 구성요소로서 겸용된다. 제1 레이저원(7)으로부터 방출되는 제1의 레이저 빔(L1)은, 하프미러(7c)로 되접어 꺾이고, 집광 수단(7a), 챔버(1)에 설치된 입사창부(7b)를 통해, 고온 플라즈마 원료(8)에 입사된다. 여기서, 제1의 레이저 빔(L1)은, 당해 제1의 레이저 빔(L1)의 일부가 제2의 방전 전극(2b)에 공급된 시동용 원료(8")를 조사하고, 제1의 레이저 빔(L1)의 나머지가 고온 플라즈마 원료(8)에 조사되도록 얼라이먼트된다.

진공 아크시의 방전 채널 위치를 획정하는 제2 레이저 빔(L2)은 제2의 레이저원(15)으로부터 방출된다. 제2의 레이저 빔(L2)의 파장은, 상기한 하프 미러(7c)를 투과하는 파장역에 설정된다. 즉, 제2 레이저원(15)으로부터 방출되는 제2의 레이저 빔(L2)은, 하프 미러(7c)를 투과하고, 집광 수단(7a), 챔버(1)에 설치된 입사창부(7b)를 통해, 방전 공간의 소정의 위치에 집광된다.

대략 45도로 기울여 배치한 하프 미러(7c)에 대해, 파장을 하프 미러의 반사파장으로 설정한 제1의 레이저 빔(L1)을 반사시킨다. 그리고, 파장을 하프 미러(7c)의 투과 파장으로 설정한 제2의 레이저 빔(L2)의 하프 미러(7c)로의 입사 방향을, 제1의 레이저 빔(L1)의 반사 방향과 거의 같은 방향으로 함으로써, 챔버(1)에 설치하는 입사창부(7b)를 1개로 하는 것이 가능해진다.

제1의 레이저 빔(L1)을 방출하는 제1의 레이저원(7), 제2의 레이저 빔을 방 출하는 제2의 레이저원(15)으로서는, 예를 들면, Q 스위치식 ND^＋-YAG 레이저 장치가 이용된다. 제1의 레이저 빔(L1)의 파장, 제2의 레이저 빔(L2)의 파장 중 어느 한쪽은 , 예를 들면, 파장 변환 소자에 의해 파장 변환된다.

이하, 도 18, 도 19를 이용하여, 상기한 EUV 광원 장치의 동작에 대해 설명한다. 예로서 멀티 핀치 방식을 예로 든다.

EUV 광원 장치의 제어부(21)는, 시간 데이터(△td, △tL)를 기억하고 있다.

△td는, 펄스 전력 공급 수단(13)의 스위칭 수단인 SW1에 트리거 신호가 입력한 시점(시각 Td)으로부터, 스위칭 수단이 on 상태로 전극간 전압이 임계값(Vp)에 도달할 때까지의 시간이다. 한편, △tL은, 제1의 레이저 빔이 조사되는 시점으로부터 제2의 레이저 빔이 조사될 때까지의 지연 시간이다.

또한, 제어부(21)는, 펄스 전력 공급 수단(13)의 스위칭 수단인 스위치(SW1)에 주트리거 신호가 출력되는 시점으로부터 스위칭 수단이 on이 되는 시점까지의 지연 시간(d1)을 기억하고 있다.

우선, EUV 광원 장치의 제어부(21)로부터의 스탠바이 지령이, 배기 장치(17), 시동용 원료 공급 유닛(14), 모터(20d)에 송신된다(도 18의 단계 S301, 도 19의 S401).

스탠바이 지령을 수신한, 배기 장치(17), 및, 시동용 원료 공급 유닛(14)은 동작을 개시한다. 즉, 배기 장치(17)가 동작하고, 챔버(1) 내가 감압 분위기가 된다. 또, 모터(20d)가 동작하여, 제1의 방전 전극(회전 전극)(20a), 제2의 방전 전극(회전 전극)(20b)이 회전한다. 또한, 시동용 원료 공급 유닛(14)은, 방전 시동용 원료(8")의 제2의 방전 전극(20b)으로의 공급을 개시한다. 이하, 상기한 동작 상태를 총칭해 스탠바이 상태라고 한다(도 18의 단계 S302, 도 19의 S402).

EUV 광원 장치의 제어부(21)는, 노광 장치의 제어부(22)에 스탠바이 완료 신호를 송신한다(도 18의 단계 S303, 도 19의 S403).

스탠바이 완료 신호를 수신한 노광 장치의 제어부(22)로부터, EUV 광원 장치의 제어부(21)은, 발광 지령을 수신한다. 또한, EUV 방사의 강도를 노광 장치측이 컨트롤하는 경우, 본 발광 지령에는, EUV 방사의 강도 데이터도 포함된다.(도 18의 단계 S304 , 도 19의 S404).

EUV 광원 장치의 제어부(21)는, 충전 제어 신호를 전력 공급 수단(13)의 충전기(CH1)에 송신한다. 충전 제어 신호는, 예를 들면, 방전 개시 타이밍 데이터 신호 등으로 이루어진다. 상기한 바와 같이, 노광 장치의 제어부(22)로부터의 발광 지령에 EUV 방사의 강도 데이터가 포함되는 경우, 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 전압의 관계가 실험 등에 의해 구해지고, 양자의 상관을 저장한 테이블이 작성된다. EUV 광원 장치 의 제어부(21)는, 이 테이블을 기억하고 있고, 노광 장치의 제어부(22)로부터 수신한 발광 지령에 포함되는 EUV 방사의 강도 데이터에 기초하여, 테이블로부터 PFN 회로부의 각 콘덴서(C)의 충전 전압 데이터를 호출한다. 그리고 호출한 충전 전압 데이터에 기초하여, EUV 광원 장치의 제어부(21)는, 각 콘덴서(C)로의 충전 전압 데이터 신호를 포함하는 충전 제어 신호를 전력 공급 수단(13)의 충전기(CH1)에 송신한다(도 18의 단계 S305, 도 19의 S405).

충전기(CH1)는 상기한 바와 같이 각 콘덴서(C)의 충전을 행한다.(도 18의 단계 S306).

EUV 광원 장치의 제어부(21)는, 전력 공급 수단(13)의 스위치(SW1)에 주트리거 신호를 출력하는 타이밍을 기준으로 하여, 제1 레이저원(7)으로의 제1 트리거 신호의 송출 타이밍을 계산한다. 상기 타이밍은, 미리 기억하고 있는 시간 데이터(△td, d1)에 기초해 결정한다. 또, EUV 광원 장치의 제어부(21)는, 산출한 제1 트리거 신호의 송출 타이밍과, 미리 기억하고 있는 시간 데이터(△tL)에 기초하여, 제2 레이저원(15)으로의 제2 트리거 신호의 송출 타이밍을 계산한다(도 18의 단계 S307, 도 19의 S406).

또한, 실제는, 펄스 전력 공급 수단(13)의 스위치(SW1)에 주트리거 신호가 입력되고 스위치(SW1)가 on이 되는 시점(Td)을 기준으로 하여, 제1의 레이저 빔(L1)이 조사되는 시간(TL1)을 설정하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서는, 펄스 전력 공급 수단(13)의 스위칭 수단에 주트리거 신호를 출력하는 시점(Td＇)으로부터, 당해 주트리거 신호가 펄스 전력 공급 수단(13) 의 스위칭 수단에 입력되고 스위칭 수단이 on이 되는 시점(Td)까지의 지연 시간(d1)을 미리 구해 둔다. 그리고, 상기 전력 공급 수단(13)의 스위칭 수단에 주트리거 신호를 출력한 시점(Td＇)을 상기 지연 시간(d1)으로 보정하여, 스위칭 수단이 on이 되는 시점(Td)를 구한다.

한편, 제1 트리거 신호가 송출된 시점(TL1＇)으로부터 제1의 레이저 빔이 조사될 때까지의 지연 시간(d2)은, 제1의 레이저원이 Q 스위치식 Nd^＋-YAG 레이저인 경우, ns 오더로 무시할 수 있을 정도로 작기 때문에, 여기에서는 생각하지 않는다.

즉, 전력 공급 수단(13)의 스위치(SW1)에 주트리거 신호를 출력한 시점(Td＇)을 기준으로 하여, 제1 레이저원(7)으로의 트리거 신호의 송출 타이밍(TL1')을 설정함으로써, 전력 공급 수단(13)의 스위치(SW1)에 주트리거 신호가 입력되고 스위치(SW1)가 on이 되는 시점(Td)을 기준으로 한 제1의 레이저 빔이 조사되는 시간(TL1)의 설정이 실현된다.

주트리거 신호를 송신하는 시점을 기준(시각(Td'))으로 할 때, 레이저원(7)으로의 트리거 신호의 송출 타이밍(TL1＇)은 이하와 같이 구해진다.

상기한 바와 같이, 제1의 레이저 빔(L1)은 방전 시동 수단(레이저 트리거 수단)으로서 기능시키므로, 전극간 전압이 임계값(Vp)에 도달한 시간 이후에 조사될 필요가 있다. 제1의 레이저 빔(L1)이 조사되는 타이밍(TL1)은, 펄스 전력 공급 수단(13)의 스위칭 수단이 on이 되는 시점(Td)을 기준으로 했을 때, TL1≥Td+△td …(17)가 된다.

따라서, 주트리거 신호를 송신하는 시점(Td')을 기준으로 했을 때의 제1 레이저원(7)의 동작을 제어하는 제1 레이저원(7)으로의 제1 트리거 신호의 송출 타이밍(TL1＇)은, TL1＇＋d2≥(Td＇+d1)+△td…(18)이 된다.

여기서, 지연 시간(d2)은 무시할 수 있을 정도로 작기 때문에, 제1 트리거 신호의 송출 타이밍(TL＇)은, TL1＇≥Td＇+d1+△td…(19)가 된다.

본 실시예에서는, TL1＇=Td＇+d1+△td…(20)로 한다.

또한, 전극간 전압이 확실히 임계값(Vp)을 넘은 시점에서, 제1의 레이저 빔이 조사되도록, 제1의 레이저 빔이 조사되는 시점을, △td보다 약간 지연시켜도 된다. 이 지연 시간을 α로 정의하고, 식(19)을 변형하면,

TL1＇=Td＇+d1+△td+α…(21)이 된다.

한편, 본 실시예에서는, 진공 아크 방전의 방전 채널의 위치를 획정시키기 위해서, 제2의 레이저빔(L2)을 방전 영역의 소정의 위치에 집광한다. 상기 소정의 위치란, 예를 들면, 제1의 방전 전극(20a)과 제2의 방전 전극(20b)의 사이의 공간에 있어서, 제1의 레이저 빔(L1)의 일부가 시동용 원료(8")에 조사되는 위치의 근방의 위치이다.

여기서, 제2의 레이저 빔(L2)은, 진공 아크 방전의 방전 채널의 위치를 획정시키는 것이기 때문에, 제2의 레이저 빔(L2)의 조사 타이밍(TL2)은, 방전 개시 후에 설정할 필요가 있다. 한편, 방전이 개시해 전류가 증가하고, 어느 정도 방전 채널이 확립해 버린 후에 제2의 레이저 빔을 조사해도, 방전 채널의 위치를 획정하 는 것은 곤란해진다. 즉, 제2의 레이저 빔은, 방전 개시 후이며, 방전 채널이 확립하기 전의 시점(TL2)에서 상기 소정의 위치에 조사할 필요가 있다.

여기서, 실제 상, 제1의 레이저 빔(L1)의 방출 시점(TL1)은, 제1의 레이저 빔(L1)이 제2의 전극(20b)의 시동용 원료(8")에 조사되어 방전 발생하는 방전 발생시점(T1)과 거의 동일 시점이라고 볼 수 있다. 상기한 바와 같이, 제1 트리거 신호가 송출된 시점(TL1＇)으로부터 제1의 레이저 빔(L1)이 조사될 때까지의 지연 시간(d2)은 무시할 수 있을 정도로 작기 때문에, 결국, 제1 트리거 신호 송출 시점(TL1＇), 제1 레이저 빔 방출 시점(TL1), 방전 발생 시점(T1)은, 거의 동일 시점이라고 볼 수 있다.

따라서, 제2의 레이저 빔(L2)의 방출 시점(TL2)은, 제1 트리거 신호 송출 시점(TL1＇)을 기준으로 하여 설정된다.

여기서, 제2 트리거 신호가 송출된 시점(TL2＇)으로부터 제2의 레이저 빔(L2)이 조사될 때까지의 지연 시간(d3)은, 제2의 레이저원이 Q스위치식 Nd^＋-YAG 레이저인 경우, ㎱ 오더로 무시할 수 있을 정도로 작기 때문에, 여기에서는 생각하지 않는다. 즉, 제1 트리거 신호 송출 시점(TL1＇)을 기준으로 하여, 제2 트리거 신호 송출 시점(TL2＇)을 적절히 설정함으로써, 레이저 빔의 방출 시점(TL2)을 설정하는 것이 가능해진다.

상기한 바와 같이, EUV 광원 장치의 제어부(21)는, 제1의 레이저 빔(L1)이 조사되는 시점으로부터 제2의 레이저 빔(L2)이 조사될 때까지의 지연 시간(△tL)을 기억하고 있다. 따라서, 제2 트리거 신호 송출 시점(TL2＇)은, 이하의 식으로 구해진다.

TL2＇=TL1＇+△tL (22)

여기서, 식(22)에 식(20)을 대입시킴으로써, 제2 트리거 신호 송출 타이밍(TL2＇)을, 주트리거 신호를 송신하는 시점(Td＇)을 기준으로 하여 구할 수 있다.

TL2＇=Td＇+d1+△td+△tL (23)

또한, 전극간 전압이 확실히 임계값(Vp)을 넘은 시점에서, 제1의 레이저 빔(L1)이 조사되도록 설정한 경우는, 제2 트리거 신호 송출 타이밍은, 식(22)에 식(21)을 대입함으로써, 주트리거 신호를 송신하는 시점(Td＇)을 기준으로 하여 요구된다.

TL2＇=Td＇+d1+△td+△tL+α (24)

제2 트리거 신호의 송출 타이밍(TL2＇)을 상기와 같이 설정함으로써, 제2의 레이저 빔은, 방전 개시 후이며, 방전 채널이 확립하기 전의 시점(TL2)에서, 상기 소정의 위치에 집광된다. 방전 채널의 위치는, 레이저 초점을 설정한 위치에 획정된다. 즉, 진공 아크 방전의 위치는, 제2의 레이저 빔에 의해 획정된다.

그런데, 제1의 레이저 빔(L1)은 저온 플라즈마 가스 공급 수단으로서도 기능한다. 즉, 방전 전류의 값이 임계값(Ip)에 도달한 시점에서, 저온 플라즈마 가스 중 적어도 일부가 선택적으로 가는 방전 채널에 도달되어 있으므로, 제1의 레이저 빔은 고온 플라즈마 원료로 조사될 필요가 있다.

여기서 임계값(Ip)은, 상기한 바와 같이, 전류의 자기 자장에 의한 압축 압력을 P_B, 플라즈마의 압력을 P_P로 할 때, P_B》P_P(상기 (4)식)이 되도록 설정된다. 즉, 자기 자장에 의해 저온 플라즈마 가스를 충분히 압축 가능한 전류값이 된다.

제1의 레이저 빔의 조사 시점(TL1)이 방전 개시 시점(T1)이 되고, 방전 개시 후, 전극간을 흐르는 전류의 크기가 임계값(Ip)에 도달할 때까지의 시간을 △ti로 할 때, 시점(T1＋△ti)에 있어서, 방전 영역을 흐르는 방전 채널의 직경은 충분히 가늘게 되어 있다.

방전 전류의 값이 임계값(Ip)에 도달한 시점에서, 저온 플라즈마 가스의 적어도 일부가 선택적으로 가는 방전 채널에 도달되어 있도록 하기 위해서는, 제1의 레이저 빔이 고온 플라즈마 원료에 조사된 시점으로부터 저온 플라즈마 가스 중 적어도 일부가 방전 채널에 도달할 때까지의 시간을 △tg로 할 때,

T1+△ti≤TL1+△tg (25)

T1=TL1이므로,

△ti≤△tg (26)

이 되도록, △tg를 설정해 둘 필요가 있다. 즉, 상기 식이 성립하도록, 방전 채널과 고온 플라즈마 원료의 위치, 고온 플라즈마 원료로의 제1의 레이저 빔의 조사 방향, 제1의 레이저 빔의 조사 에너지와 같은 파라미터를 미리 적절히 설정해 둔다.

본 실시예에서는, 이해를 용이하게 하기 위해서

△ti=△tg (27)

또한, 방전 전류의 값이 확실히 임계값(Ip)을 넘은 시점에서, 저온 플라즈마 가스 중 적어도 일부가 선택적으로 가는 방전 채널에 도달되어 있도록, 방전 개시로부터 방전 전류의 값이 임계값(Ip)에 도달하는 시점(T1＋△Ti)보다, 제1의 레이저 빔 조사로부터 저온 플라즈마 가스 중 적어도 일부가 선택적으로 가는 방전 채널에 도달하는 시점을 약간 지연시키도록 해도 된다. 이 지연 시간을 β로 정의하고, 식(22)를 변형하면,

T1+△ti+β=TL1+△tg (28)

T1=TL1이므로,

△ti+β=△tg (29)

가 된다. 즉, 상기 식이 성립하도록, 방전 채널과 고온 플라즈마 원료의 위치, 고온 플라즈마 원료로의 레이저 빔의 조사 방향, 레이저 빔의 조사 에너지와 같은 파라미터를 미리 적절히 설정한다.

EUV 광원 장치의 제어부(21)는, 각 콘덴서(C)의 충전이 안정될 때까지의 시간인 챠저 충전 안정 시간(tst)이 경과한 시점 이후의 시점(Td＇)을 설정하고, 당해 시점(Td＇)에 있어서, 고압 발생 수단의 스위치(SW1)에 대해서 주트리거 신호를 송신한다(도 18의 단계 S308, 도 19의 S405, S407).

다음에, EUV 광원 장치의 제어부(21)는, 단계 S307에서 설정한, 시점(Td＇)을 기준으로 했을 때의 제1 트리거 신호를 송신하는 타이밍(TL1＇)에서, 제1 트리거 신호를 레이저원에 송신한다. 또, 시점(Td＇)을 기준으로 했을 때의 제2 트리거 신호를 송신하는 타이밍(TL2＇)에서, 제2 트리거 신호를 제2의 레이저원(15)으로 송신한다.(도 18의 단계 S309, 도 19의 S410, S412).

단계 S308에 있어서 주트리거 신호가 송출되고, 당해 주트리거 신호가 전력 공급 수단(13)의 스위치(SW1)에 입력되고 나서 지연 시간(d1) 경과하면, 스위치(SW1)(예를 들면, IGBT)가 on이 된다(도 19의 S407, S408).

스위치(SW1)가 on이 되면, 제1의 회전 전극(20a), 제2의 회전 전극(20b)간의 전압이 상승하고, 시간(△td) 후에, 전극간 전압이 임계값(Vp)에 도달한다. 상기한 바와 같이, 이 임계값(Vp)은, 방전이 발생했을 때에 흐르는 방전 전류의 값이 임계값(Ip) 이상이 되는 경우의 전압값이다(도 19의 S408, S409).

상기한 바와 같이, 단계 S309에 있어서, (20)식에 기초하는 타이밍(TL1＇)에서, 제1 트리거 신호가 제1 레이저원에 송출된다. 그 결과, 전극간 전압이 임계값(Vp)에 도달한 시점(Td＋△td) 이후의 시점(TL1)에 있어서, 제1의 레이저 빔이 제2의 전극에 공급된 시동용 원료(8") 및 고온 플라즈마 재료(8)에 조사된다(도 19의 S410, S411).

제1의 레이저 빔(L1)이 제2의 전극(20b)에 공급된 시동용 원료(8")에 조사되면, 방전, 및, 시동용 원료 가스의 플라즈마가 발생하고, 전극간을 흐르는 방전 전 류의 증대에 따라 가는 방전 채널이 형성된다.

상기한 바와 같이, 제1 트리거 신호 송출 시점(TL'), 제1 레이저 빔 방출 시점(TL1), 방전 발생 시점(T1)은, 거의 동일 시점이라고 볼 수 있다. 또, 실제 상, 제1의 레이저 빔(L1)이 시동용 원료(8")에 조사되는 시점, 제1의 레이저 빔(L1)이 고온 플라즈마 원료(8)에 조사되는 시점도, 시점(TL', TL, T1)과 거의 동일 시점이라고 볼 수 있다.

또, 상기한 바와 같이, 단계 S309에 있어서, (23)식에 기초하는 타이밍(TL2＇)에서, 제2 트리거 신호가 제2 레이저원(15)에 송출된다. 그 결과, 방전 개시 시점(T1) 후이며, 방전 채널이 확립하기 전의 시점(TL2)에서 상기 소정의 위치에 제2의 레이저 빔(L2)이 집광된다. 방전 채널의 위치는, 레이저 초점을 설정한 위치에 획정된다. 즉, 진공 아크 방전의 위치는, 제2의 레이저 빔(L2)에 의해 획정된다 (도 19의 S412, S413).

방전 개시 후, △ti 경과한 시점에서, 방전 전류의 크기가 상기한 임계값(Ip)에 이른다(도 19의 S411, S414).

한편, 제1의 레이저 빔(L1)이 시동용 원료(8")에 조사되는 것과 거의 동시에, 제1의 레이저 빔(L1)은 고온 플라즈마 원료(8)에 조사된다. 제1의 레이저 빔(L1)이 조사된 고온 플라즈마 원료(8)로부터는, 고속 분사용 노즐을 통해, 저온 플라즈마 가스의 지향성이 좋은 정상류가 가는 방전 채널에 대해서 분출한다. 저온 가스의 적어도 일부는, 방전 전류의 값이 임계값(Ip)에 도달한 시점(T1+△ti) 이후에 있어서, 가는 방전 채널에 도달한다(도 19의 S414, S415).

또한, 상기한 바와 같이, 방전 개시 후, 전극간을 흐르는 전류의 크기가 임계값(Ip)에 도달할 때까지의 시간(△ti)과, 레이저 빔(L1)이 고온 플라즈마 원료에 조사된 시점으로부터 저온 플라즈마 가스 중 적어도 일부가 방전 채널에 도달할 때까지의 시간(△tg)은 동일해지도록 설정되어 있다.

시점(T1+△ti=T1+△tg)으로부터 시간 τ_heat 후에, 저온 플라즈마 가스의 전자 온도는 20~30eV에 도달해 고온 플라즈마가 되고, 당해 고온 플라즈마로부터의 EUV 방사가 개시된다.(도 18의 단계 S310, 도 19의 S416).

여기서, 종래의 핀치 효과를 이용한 DPP 방식, LAGDPP 방식으로는, EUV 방사가 유지하는 시간은, 예를 들면, 200㎱ 이하이므로, 전류값이 Ip 이상인 방전 채널이 계속되는 시간이, 가는 방전 채널에 저온 플라즈마 가스의 일부가 도달하는 시점(T1+△ti=TL+△tg)으로부터 (200㎱＋τ_heat) 이상 계속하도록, 펄스 전력 공급 수단 및 한 쌍의 전극(제1의 전극 및 제2의 전극)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, 호일 트랩(16)을 통과해 집광 공간에 배치된 경사 입사형의 EUV 집광경(4)에 의해 집광되고, 챔버(1)에 설치된 EUV광 취출부(5)로부터 도시를 생략한 노광 장치의 조사 광학계에 인도된다.

본 실시예의 EUV 발생 방법에 있어서는, 실시예 1의 EUV 발생 방법과 같이, 멀티핀치 방식, 비핀치 방식에 의해, EUV 방사의 롱 펄스화를 실현할 수 있다.

또, 전극에 부여하는 열부하를 종래와 비교해 작게 하는 것이 가능해 지고, 데브리의 발생을 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 종래의 롱 펄스화 기술과 같이, 방전 공간에 대전류를 흐르게 하고, 또한, 핀치 효과를 유지하기 위해서 방전 전류의 파형을 변화시킬 필요가 없다. 즉, 고정밀도의 전류 제어를 필요로 하지 않는다.

특히 본 실시예에 있어서는, 제1의 레이저 빔(L1)과는 다른 제2의 레이저 빔(L2)을, 방전 영역의 소정의 위치에 집광한다. 상기 소정의 위치란, 예를 들면, 제1의 방전 전극(20a)과 제2의 방전 전극(20b)의 사이의 공간에 있어서, 제1의 레이저 빔(L1)의 일부가 시동용 원료(8")에 조사되는 위치 근방의 위치이다.

이로 인해, 진공 아크의 방전 채널의 위치를, 레이저 초점을 설정한 위치로 획정할 수 있다. 즉, 진공 아크 방전의 위치를, 제2의 레이저 빔(L2)에 의해 획정함으로써, 실시예 1에 나타내는 EUV 방사 방식을 채용한 EUV 광원 장치와 비교하여, EUV 방사의 발생점의 위치 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한, 가스 방전의 방전 채널 위치를 획정하는 제2의 레이저 빔(L2)의 펄스폭은, 어느 정도 단펄스인 것이 바람직하다. 제2의 레이저 빔(L2)의 펄스폭이 단 펄스이면, 제2의 레이저 빔의 피크 파워가 커진다. 즉, 제2의 레이저 빔(L2)이 집광되는 영역의 이온의 드리프트가 작아지고, 또한, 전리도가 커진다. 따라서, 방전 채널의 직경은 보다 가늘어지고, 또한 방전 채널의 경계가 명확해진다. 상기 펄스 폭은, 예를 들면, 1㎱ 이하가 바람직하다.

도 1은 본 발명에 있어서 고온 플라즈마 원료가 EUV 방사의 조건을 만족하는 조건에 이를 때까지의 경로를 설명하는 도면이다.

도 2는 본 발명의 롱 펄스화(멀티 핀치 방식) 방법을 설명하는 도면이다.

도 3은 본 발명의 롱 펄스화(비핀치 방식) 방법을 설명하는 도면이다.

도 4는 본 발명에 기초하는 EUV 광원 장치의 기본 구성예를 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명에 있어서의 EUV 생성 방식을 설명하는 타임 차트이다.

도 6은 본 발명에 있어서의 정류 기구의 예를 나타내는 도면(1)이다.

도 7은 본 발명에 있어서의 정류 기구의 예를 나타내는 도면(2)이다.

도 8은 본 발명에 있어서의 정류 기구의 예를 나타내는 도면(3)이다.

도 9는 본 발명에 있어서의 정류 기구의 예를 나타내는 도면(4)이다.

도 10은 전극 위치, 고온 플라즈마 원료 위치, 에너지 빔(레이저 빔) 조사 위치의 위치 관계를 나타내는 도면(1)이다.

도 11은 전극 위치, 고온 플라즈마 원료 위치, 에너지 빔(레이저 빔) 조사 위치의 위치 관계를 나타내는 도면(2)이다.

도 12는 본 발명의 극단 자외광(EUV) 발생 방법을 채용한 EUV 광원 장치의 실시예 1의 구성예를 나타내는 도면이다.

도 13은 전력 공급 수단의 등가 회로의 구성예를 나타내는 도면이다.

도 14는 실시예 1의 동작을 나타내는 플로차트이다.

도 15는 실시예 1의 동작을 나타내는 타임 차트이다.

도 16은 본 발명의 실시예 2를 설명하는 도면이다.

도 17은 본 발명의 극단 자외광(EUV) 발생 방법을 채용한 EUV 광원 장치의 실시예 2의 구성예를 나타내는 도면이다.

도 18은 실시예 2의 동작을 나타내는 플로차트이다.

도 19는 실시예 2의 동작을 나타내는 타임 차트이다.

도 20은 고온 플라즈마 원료가 EUV 방사의 조건을 만족하는 조건에 이를 때까지의 경로를 설명하는 도면이다.

도 21은 종래의 DPP 방식의 EUV 발생 장치에 있어서의 플라즈마 전류(I), 플라즈마 기둥의 반경(r), EUV 방사 출력의 관계를 나타내는 도면이다.

도 22는 종래의 DPP 방식의 EUV 발생 장치에 있어서 롱 펄스화했을 경우의 플라즈마 전류(I), 플라즈마 기둥의 반경(r), EUV 방사 출력의 관계를 나타내는 도면이다.

도 23은 EUV 방사의 롱 펄스화 방법을 실현하기 위한 종래의 DPP 방식 EUV 광원 장치의 구성예

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1:챔버 2a:제1의 전극

2b:제2의 전극 4:EUV 집광경

5:EUV광 취출구 7:제1의 레이저원

8:고온 플라즈마 원료 8":저온 플라즈마 가스

9a:관형상 노즐 9b:고속 분사 노즐

13:펄스 전력 공급 수단 14:시동용 원료 공급 유닛

15:제2의 레이저원 16:호일 트랩

17:배기 장치 20a:제1의 방전 전극

20b:제2의 방전 전극 20c:절연재

20d:모터 20e:회전 샤프트

20f:제2의 접동자 20g:제1의 접동자

20h:메커니컬실 21:제어부

22:노광기의 제어부 L1, L2:레이저 빔

Claims

방전 영역 외에서, 원료에 원료 기화용 에너지 빔을 조사하여 기화시키고, 그 기화시킨 원료 가스에 방전에 의해서 에너지를 주입하여 고온 플라즈마를 생성하고, 그 고온 플라즈마로부터 극단 자외광을 발생시키는 방법에 있어서,

방전 영역에 방전 경로를 형성하고, 그 형성된 방전 경로에, 상기 기화시킨 원료 가스를 공급하여, 고온 플라즈마를 생성하는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 발생 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 방전 경로에 방전 경로 고정용 에너지 빔을 조사하고, 그 에너지 빔에 의해 방전 경로를 고정하는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 발생 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 방전 경로에 공급되는 원료 가스의 이온 밀도는, 극단 자외광 방사 조건에 있어서의 이온 밀도와 거의 같고,

방전에 의해, 상기 원료 가스를 극단 자외광 방사 조건을 만족하는 온도까지 가열하고, 연속적으로 200㎱ 이상의 극단 자외광을 발생시키는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 발생 방법.
청구항 1, 2 또는 청구항 3에 있어서,

상기 방전은, 전극간에 전류 펄스를 공급함으로써 발생하는 것이며, 그 전류 펄스가 공급되어 있는 기간을 포함하는, 그 전류 펄스의 폭보다 긴 기간, 상기 원료 가스를 상기 방전 경로에 공급하는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 발생 방법.
청구항 1, 2, 3 또는 청구항 4에 있어서,

상기 에너지 빔이 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 극단 자외광 발생 방법.
용기와, 이 용기 내에 설치되고, 소정 거리만큼 이간한 한 쌍의 전극과, 그 전극에 펄스 전력을 공급하는 펄스 전력 공급 수단과,

상기 전극간에 형성된 방전 경로에, 극단 자외광을 방사시키기 위한 기화된 원료 가스를 공급하는 원료 공급 수단과,

상기 방전 경로에서 생성되는 고온 플라즈마로부터 방사되는 극단 자외광을 집광하는 집광 광학 수단과,

상기 집광되는 극단 자외광을 취출하는 극단 자외광 취출부를 갖는 극단 자외광 광원 장치로서,

상기 펄스 전력 공급 수단은, 상기 전극간에 1㎲ 이상의 펄스 전력을 공급하여 방전 경로를 형성하고,

상기 원료 공급 수단은,

상기 방전 경로 외의 공간으로서, 기화된 원료가 방전 경로에 도달할 수 있 는 공간 내에 배치된 원료에 에너지 빔을 조사하여, 그 원료를 기화시키는 에너지 빔 조사 수단을 구비하고, 상기 방전 경로에, 이온 밀도가 극단 자외광 방사 조건에 있어서의 이온 밀도와 거의 같은 원료 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.
청구항 6에 있어서,

제2의 에너지 빔 조사 수단을 구비하고,

상기 방전 경로에, 제2의 에너지 빔 조사 수단으로부터 방전 경로 고정용 에너지 빔을 조사하여, 그 에너지 빔에 의해 방전 경로를 고정하는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.
청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,

시동용의 원료를 상기 전극의 가까이에 배치하고, 방전에 앞서 시동용의 원료를 상기 방전이 발생하는 영역에 공급하는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.
청구항 6, 7 또는 청구항 8에 있어서,

상기 에너지 빔이 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.