KR20090039589A

KR20090039589A - 극단 자외광 광원 장치 및 극단 자외광 발생 방법

Info

Publication number: KR20090039589A
Application number: KR1020080074629A
Authority: KR
Inventors: 도모나오 호소카이; 가즈히코 호리오카; 교헤이 세키; 히로시 미조코시
Original assignee: 도오쿄 인스티튜드 오브 테크놀로지; 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2007-10-17
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2009-04-22
Also published as: JP2009099390A; TW200919525A; US20090127479A1; EP2051140A1

Abstract

방전 채널의 위치를 획정 가능하게 하고, 당해 방전 채널에 있어서의 고온 플라즈마 원료의 밀도를 적절히 설정할 수 있도록 하는 것이다.

고온 플라즈마 원료(21)를 예를 들면 적하하여 레이저 빔(23)을 조사해서 기화시킨다. 레이저 빔(23)은 1쌍의 전극(11, 12) 사이의 방전 영역을 통과하여 고온 플라즈마 원료(21)에 조사되고, 기화된 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달하였을 때, 방전 전류가 소정의 임계치가 되도록 전극(11, 12) 사이에 펄스 전력을 인가한다. 이에 의해, 전극 사이에서 방전이 개시되고, 플라즈마가 가열 여기되어 EUV 방사가 행해진다. 방사된 EUV 방사는 포일 트랩(3)을 통과하여 EUV 집광경(2)에 의해 집광되어 취출된다. 레이저 빔(23)을 조사하고 있으므로, 고온 플라즈마 원료의 공간 밀도 분포를 소정의 분포로 설정하는 것이 가능해지고, 또 방전 채널의 위치를 획정하는 것이 가능해진다.

Description

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

본 발명은, 방전에 의해 생성된 플라즈마로부터 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 기화하고, 기화 후의 고온 플라즈마 원료에서 방전에 의해 생성된 플라즈마로부터 극단 자외광을 발생시키는 극단 자외광 광원 장치 및 극단 자외광 발생 방법에 관한 것이다.

반도체 집적 회로의 미세화, 고집적화에 따라, 그 제조용의 투영 노광 장치에 있어서는 해상력의 향상이 요청되고 있다. 그 요청에 따르기 위해, 노광용 광원의 단파장화가 진행되어, 엑시머 레이저 장치로 이어지는 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, EUV광을 발생시키는 방법은 몇 가지 알려져 있지만, 그 중 하나로 EUV 방사종의 가열 여기에 의해 고온 플라즈마를 발생시켜, 이 플라즈마로부터 방사되는 EUV광을 취출하는 방법이 있다.

이러한 방법을 채용하는 EUV 광원 장치는, 고온 플라즈마의 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 나누어진다(예를 들면 비특허 문헌 1 참조).

LPP 방식 EUV 광원 장치는, 고체, 액체, 기체 등의 타깃을 펄스 레이저로 조사하여 발생하는 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 EUV광을 방출하는 방사종, 즉, EUV 발생용 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 13.5nm의 EUV광 방사 강도의 비인 변환 효율이 Xe보다 수배 크다.

최근, 고온 플라즈마의 생성 방식으로서, 고온 플라즈마 원료에 대해, 레이저 빔의 조사와, 방전에 의거한 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, 개략을 설명한다.

특허 문헌 1에 기재된 EUV 광원 장치에 있어서의 하이브리드 방식은, 이하의 순서로 행해진다. 특허 문헌 1의 도 4C는, 하이브리드 방식을 채용한 EUV 광원 장치의 설명도이다.

상기 도면에 있어서, 접지되어 있는 외측 전극은 방전 용기를 형성하고 있다. 외측 전극의 내측에는 절연체가 설치되고, 또한 절연체의 내측에 고전압측의 내측 전극이 설치된다. 고온 플라즈마 원료로서는, 예를 들면, 크세논(Xe) 가스, 혹은 크세논(Xe)과 헬륨(He)의 혼합 가스가 이용된다. 이러한 고온 플라즈마 원료 가스는, 내측 전극에 설치된 가스 경로로부터 방전 용기 내로 공급된다. 방전 용기 내에는, 고온 플라즈마 원료 가스를 예비 전리하기 위한 RF 플레이온화 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 플레이온화 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 부근에서 분해된다.

다음에, 외측 전극, 내측 전극 사이에 펄스 전력이 인가되어 방전이 발생한다. 방전에 의한 핀치 효과에 의해, 고온 플라즈마 원료가 가열 여기되어 고온 플라즈마가 생성되고, 이 고온 플라즈마로부터 EUV 방사가 발생한다.

여기에서, 레이저 초점 근방에서는, 전자 방출에 의해 도전률이 저하되고 있다. 따라서, 방전 영역(전극 사이의 방전이 발생하는 공간)에 있어서의 방전 채널의 위치는, 레이저 초점을 설정한 위치로 획정된다. 즉, 플라즈마 핀치 위치는, 레이저 빔에 의해 획정된다. 그 때문에, EUV 방사의 발생점의 위치 안정성이 향상된다.

EUV 광원 장치가, 노광용 광원으로서 사용되는 경우, 발광점의 포인팅 스터빌리티의 고정밀도화가 요청된다. 특허 문헌 1에 기재된 하이브리드 방식의 EUV 광원 장치는, 상기 요청에 따른 예라고 할 수 있다.

또한, 전극 사이에 있어서의 방전은, 비교적 넓은 영역에서 진공 아크 방전으로부터 개시되고, 연료 공급에 따라 가스 방전(핀치 방전을 포함한다)으로 성장되지만, 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 증대되어 진공 아크 방전으로 이행할 때, 방전 칼럼 중에서 방전 구동 전류가 지배적으로 흐르고 있는 전류 밀도가 높은 공간 영역을 「방전 채널」이라고 정의한다. 여기에서, 방전 채널이 방전 구동 전류가 지배적으로 흐르고 있는 영역이므로, 이 방전 채널을 방전 경로라고도 한다.

[비특허 문헌 1] 「리소그래피용 EUV(극단 자외) 광원 연구의 현재 상황과 장래 전망」J.Plasma Fusion Res.Vol.79.No.3, P219-260, 2003년3월

[특허 문헌 1] 일본국 특허공표 2005-522839호

[특허 문헌 2] 일본국 특허공개 2004-214656호 공보

그러나, 특허 문헌 1에 나타난 바와 같은 장치의 구성에서는, 다음과 같은 문제가 있다.

상기 EUV 광원 장치에 의하면, 레이저 빔의 조사에 의해, 방전 채널의 위치가 획정된다. 그러나, 효율이 좋은 EUV 방사의 생성을 실현하기 위해서는, 방전 채널에 있어서의 고온 플라즈마 원료(가스) 분포를 소정의 공간 밀도 분포로 설정할 필요가 있다.

즉, 방전 채널의 위치가 획정되었다고 해도, 예를 들면, 방전 채널에 있어서의 고온 플라즈마 원료(가스)의 밀도 분포가 소정의 공간 밀도 분포가 아니면, 방전에 의해 생성된 플라즈마로부터 파장 13.5nm의 EUV 광이 발생되지 않는다.

특허 문헌 1의 EUV 광원 장치에 있어서는, 원료 가스는, 내측 전극에 설치된 가스 경로로부터 방전 용기 내로 공급된다. 그러나, 능동적으로 방전 채널에 있어서의 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.

본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 방전 채널의 위치가 획정 가능함과 더불어, 당해 방전 채널에 있어서의 고온 플라즈마 원료(가스)의 밀도를 적절히 설정하는 것이 가능한 EUV 광원 장치, 및 EUV 발생 방법을 제공하고자 하는 것을 과제로 한다.

본 발명의 EUV 광원 장치는, 파장 13.5nm의 EUV광을 방출하는 방사종, 즉, 고온 플라즈마용 원료인 고체 혹은 액체의 Sn이나 Li 등에 대해, 에너지 빔을 조사함으로써 기화된다. 기화된 고온 플라즈마 원료는, 에너지 빔이 입사되는 고온 플라즈마 원료 표면의 법선 방향을 중심으로 하여, 소정의 속도로 확산된다.

따라서, 에너지 빔의 조사에 의해 기화되어 소정의 속도로 확산되는 고온 플라즈마 원료는, 방전 영역과 원료의 위치, 원료로의 에너지 빔의 조사 방향, 에너지 빔의 조사 에너지 등을 적절히 설정함으로써, 방전 영역에 공급된다.

에너지 빔으로서는, 레이저 빔, 이온 빔, 전자 빔 등을 채용할 수 있다.

즉, 에너지 빔의 강도(에너지), 조사 방향을 적절히 설정함으로써, 방전 영역에 있어서의 기화된 고온 플라즈마 원료의 공간 밀도 분포를 소정의 분포로 설정하는 것이 가능해진다.

또한, 이 에너지 빔을 방전 영역의 소정의 위치에 조사함으로써, 방전이 개시됨과 더불어, 방전 채널의 위치를 에너지 빔의 조사 위치로 획정하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 에너지 빔이 레이저 빔일 때, 레이저 빔을 방전 영역의 소정의 위치를 소정의 파워 밀도로 통과시킴으로써, 방전 채널의 위치는, 레이저 빔이 통과한 위치로 획정하는 것이 가능해진다. 그 때문에, EUV 방사의 발생점의 위치 안정성이 향상된다.

또, 상기한 바와 같이, 에너지 빔이 방전 영역의 소정의 위치에 조사된 시점에서 방전이 개시되므로, 에너지 빔의 조사 타이밍을 제어함으로써, 방전의 개시 타이밍을 제어하는 것이 가능해진다.

여기에서, 에너지 빔의 조사에 의해 위치가 획정되는 방전 채널에 있어서, 소정의 공간 밀도 분포를 갖는 기화 원료의 적어도 일부가 당해 방전 채널에 도달하였을 때, 방전 영역에서 발생한 방전의 방전 전류의 크기가, 소정 강도의 EUV 방사를 얻기 위해 필요한 방전 전류치의 하한 이상이 되어 있도록, 에너지 빔의 조사 타이밍과 전극 사이로의 펄스 전력의 인가 타이밍을 적절히 설정하는 것이 가능해진다. 이 결과, 효율이 좋은 EUV 방사가 실현 가능해진다.

이하, (1) 에너지 빔의 조사 타이밍, (2) 전극 위치, 원료 공급 위치, 에너지 빔의 조사 위치의 상호 관계, (3) 에너지 빔의 에너지에 대해 설명한다. 이하, 에너지 빔으로서는, 레이저 빔을 예로 취한다.

(1) 타이밍

이하, 타이밍 차트를 이용하여, 본 명세서에 있어서의 EUV 생성 방식을 설명한다.

도 1은, 본 발명에 있어서의 EUV 생성 방식을 설명하기 위한 타이밍 차트이다.

우선, 한 쌍의 전극 사이에 펄스 전력을 인가하는 펄스 전력 공급 수단의 스위칭 수단(예를 들면, IGBT)에 트리거 신호가 입력(시각 Td)되고, 스위칭 수단은 on 상태로 한다(도 1의 (a)).

Δtd 후에, 전극간 전압이 임계치 Vp에 도달한다(도 1의 (b)).

이 임계치 Vp는, 방전이 발생했을 때에 흐르는 방전 전류의 값이 임계치 Ip(임계치 Ip에 관한 설명은 후술한다) 이상이 되는 경우의 전압치이다. 즉, 임계치 Vp 미만에서 방전이 발생한 경우, 방전 전류의 피크치는 임계치 Ip에 도달하지 않는다.

또한, 가령 이대로 방전이 발생하지 않는 경우, 전극간 전압은 최대 전압에 도달하여 유지된다(도 1의 (b)의 파선).

전극간 전압이 임계치 Vp에 도달한 시점(Td+Δtd) 이후의 시점 TL에 있어서, 레이저 빔이 방전 영역에 조사된다(도 1의 (c)).

방전이 개시되어, Δti 후에, 방전 전류의 크기가 상기한 임계치 Ip에 도달한다(도 1의 (d)).

이 임계치 Ip는, 소정 강도의 EUV 방사를 얻기 위해 필요한 방전 전류치의 하한이다. 또한, 방전 전류치가 임계치 Ip 이상인 기간을 Δtp로 한다.

이 시점(TL+Δti) 이후의 Δtp 기간 중에, 방전 영역을 통과 후 고온 플라즈마 원료에 조사된 레이저 빔에 의해 기화되어 소정의 속도로 확산되는 고온 플라즈마 원료 중, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달하고, 이에 의해 EUV광이 방사된다(도 1의(e) (f)).

여기에서, 레이저 빔이 방전 영역에 조사되는 시점과 레이저 빔이 고온 플라즈마 원료에 조사되는 시점의 지연 시간은 매우 작기 때문에, 실질적으로, 동시라고 간주해도 지장이 없다. 따라서, 레이저 빔이 고온 플라즈마 원료에 조사되는 시점도, 레이저 빔이 방전 영역에 조사되는 시점과 동일하게 TL로 한다.

레이저 빔이 원료에 조사된 시점으로부터 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달할 때까지의 시간을 Δtg로 할 때, TL+Δti≤TL+Δtg≤TL+Δti+Δtp인 관계가 성립된다(도 1의 (e)).

(2) 전극 위치, 원료 공급 위치, 레이저 빔의 조사 위치의 상호 관계에 대해

상기한 바와 같이, 본 발명의 EUV 광원 장치에서는, 하나의 레이저 빔에 의해, 방전 영역으로의 기화 원료의 공급, 방전의 시동, 방전 영역의 획정을 실시한다. 그 위치 관계의 예를 이하에 나타낸다.

예로서, 레이저 빔의 타깃이 되는 고온 플라즈마 원료의 공급을, 드롭렛형상으로 하여 적하하는 경우에 대해 나타낸다. 또한, 고온 플라즈마 원료의 공급 방법은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 와이어형상의 고온 플라즈마 원료를 공급하도록 해도 된다.

도 2, 도 3은, 상기 위치 관계를 설명하기 위한 개략 구성도이다. 상기 도면에 있어서, 판형상의 한 쌍의 전극(11, 12)이 소정 간격 이간되어 배치된다. 방전 영역은 한 쌍의 전극(11, 12)의 이간 공간 내에 위치한다. 고온 플라즈마 원료(21)는, 원료 공급 수단(도시 생략)에 의해, 한 쌍의 전극(11, 12)과 극단 자외광 집광경(이하, EUV 집광경이라고도 한다, 여기에서는 도시되어 있지 않음) 사이의 공간이고, 또한, 방전 영역 근방에 대해 중력 방향으로 공급된다.

본 발명의 EUV 광원 장치는, 레이저원으로부터 방출되는 레이저 빔이 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 사이의 방전 영역을 통과하여, 고온 플라즈마 원료(21)에 조사되도록 구성된다.

도 2는, 레이저 빔(23)을 집광 광학계(23c)에 의해 점집광시키는 예를 나타 낸다. 집광 광학계(23c)로서는, 예를 들면, 볼록 렌즈가 사용된다. 또, 전극으로서는 한 쌍의 회전 전극이 예시되어 있다.

여기에서, 방전 영역을 통과하는 레이저 빔(23)의 집광 강도가 비교적 큰 경우, 전극(11, 12) 사이의 절연 파괴가 유발된다. 이에 의해, 방전 채널은, 레이저 빔(23)의 광축을 포함하는 공간으로 획정된다.

또한, 방전 영역을 통과한 레이저 빔(23)이 소정의 집광 강도로 고온 플라즈마 원료(21)에 조사되면, 고온 플라즈마 원료(21)는 기화된다. 기화된 고온 플라즈마 원료는, 레이저 빔(23)이 입사되는 고온 플라즈마 원료 표면의 법선 방향을 중심으로 하여 확산된다.

레이저 빔(23)은 방전 영역을 통과하여 고온 플라즈마 원료(21)에 조사되므로, 조사 위치는, 고온 플라즈마 원료 표면의 방전 영역에 면하는 측이 된다. 따라서, 기화된 고온 플라즈마 원료는, 방전 영역의 방향으로 확산된다.

여기에서, 기화된 고온 플라즈마 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달하여, 방전 영역에 있어서 고온 플라즈마 원료가 소정의 공간 밀도 분포로 존재하는 동안에, 방전 후의 방전 전류가 소정의 값에 도달하면, 소정 강도의 EUV 방사가 얻어진다.

즉, 레이저 빔(23)이 방전 영역을 통과할 때의 타이밍과 고온 플라즈마 원료(21)에 조사되는 타이밍, 방전 영역에 있어서의 레이저 빔(23)의 집광 강도, 고온 플라즈마 원료(21)에 조사되는 위치에서의 레이저 빔(23)의 에너지, 레이저 빔(23)의 조사 방향, 방전 영역과 고온 플라즈마 원료(21)의 위치 관계 등을 적절 히 설정함으로써, 소정 강도의 EUV 방사가 얻어진다.

또, 방전 채널이 레이저 빔의 광축을 포함하는 공간으로 획정되므로, EUV 방사의 발생점의 위치 안정성이 향상된다.

도 2에 나타낸 예에 있어서는, 비교적 긴 초점 거리의 집광 광학계를 사용함으로써, 방전 영역에 있어서의 레이저 빔의 집광 강도와, 고온 플라즈마 원료 상의 레이저 빔의 집광 강도의 사이에, 큰 차가 없는 배치를 실현하는 것이 가능해진다.

예를 들면, 레이저 빔의 초점 위치를 고온 플라즈마 원료 상으로 하고, 집광 광학계의 레일리 길이(Rayleigh range)를 방전 영역의 중심과 고온 플라즈마 원료의 중심의 거리로 하면 된다. 또한, 당연하지만, 이 경우도 레이저 빔의 조사 방향이나 에너지 등이 적절히 설정된다.

도 3은, 레이저 빔을 집광 광학계(23c)에 의해 선집광하는 예를 나타낸다. 집광 광학계(23c)로서는, 예를 들면, 2장의 실린드리컬 렌즈(231, 232)가 사용된다. 도 3에 나타낸 2장의 실린드리컬 렌즈(231, 232)는, 레이저 빔(23)을 집속하는 축방향이 서로 직교하도록 배치되어 있다.

도 3에 나타낸 배치예는, 도 2에 나타낸 배치예와 동일하게, 레이저원(23a)으로부터 방출되는 레이저 빔(23)이 제1 회전 전극(11)과 제2 회전 전극(12) 사이의 방전 영역을 통과하여, 고온 플라즈마 원료(21)에 조사되도록 구성된 EUV 광원 장치를 나타낸다.

도 3에 나타낸 배치예에 있어서도, 방전 영역을 통과하는 레이저 빔의 집광 강도가 비교적 큰 경우, 전극(11, 12) 사이의 절연 파괴가 유발된다. 특히, 전극 근방인 방전 영역의 소정의 지점에 대해, 레이저 빔(23)을 선형상으로 집광함으로써, 방전 채널의 위치는 레이저 빔(23)의 집광선 상으로 획정된다.

레이저 빔(23)은 방전 영역을 통과하여 고온 플라즈마 원료(21)에 조사되므로, 상기한 바와 같이, 기화된 고온 플라즈마 원료는 방전 영역의 방향으로 확산된다.

기화된 고온 플라즈마 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달하여, 방전 영역에 있어서 고온 플라즈마 원료가 소정의 공간 밀도 분포로 존재하는 동안에, 방전 후의 방전 전류가 소정의 값에 도달하면, 소정 강도의 EUV 방사가 얻어진다.

즉, 도 2에 나타낸 배치예일 때와 동일하게, 레이저 빔(23)이 방전 영역을 통과할 때의 타이밍과 고온 플라즈마 원료(21)에 조사되는 타이밍, 방전 영역에 있어서의 레이저 빔(23)의 집광 강도, 고온 플라즈마 원료(21)에 조사되는 위치에서의 레이저 빔(23)의 에너지, 레이저 빔(23)의 조사 방향, 방전 영역과 고온 플라즈마 원료(21)의 위치 관계 등을 적절히 설정함으로써, 소정 강도의 EUV 방사가 얻어진다.

또, 방전 채널이 레이저 빔의 집광선 상으로 획정되므로, EUV 방사의 발생점의 위치 안정성이 향상된다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 레이저 빔(23)을 집속하는 축방향이 서로 직교하도록 배치되어 있는 2장의 실린드리컬 렌즈(231, 232)의 곡률을 서로 상이하도록 설정해도 된다. 이와 같이 2장의 실린드리컬 렌즈를 구성함으로써, 레이저 빔(23)을, 방전 영역에서는 방전 방향으로 가늘고 길게, 원료 상에서는 비교 적 원형의 작은 스폿형상으로 집광하는 것이 가능해진다. 따라서, 효율적으로 방전 채널의 획정, 및 기화 원료의 방전 영역으로의 공급을 실현하는 것이 가능해진다. 또한, 당연하지만, 이 경우도 레이저 빔의 조사 방향이나 에너지 등이 적절히 설정된다.

(3) 레이저 빔의 에너지에 대해

도 1로 되돌아가, 레이저 빔이 원료에 조사된 시점으로부터 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달할 때까지의 시간 Δtg는, 방전 영역과 레이저 빔이 조사된 원료의 거리, 및 기화된 고온 플라즈마 원료가 확산되는 속도에 의해 구해진다.

여기에서, 방전 영역과 레이저 빔이 조사되는 고온 플라즈마 원료의 거리는, 레이저 빔의 조사 시에 있어서의 원료의 위치 및 고온 플라즈마 원료로의 레이저 빔의 조사 방향에 의존한다.

한편, 상기한 바와 같이, 레이저 빔의 조사에 의해 기화된 고온 플라즈마 원료는, 레이저 빔이 입사되는 고온 플라즈마 원료 표면의 법선 방향을 중심으로 하여, 소정의 속도로 확산된다. 상기 소정의 속도는, 원료에 조사되는 레이저 빔의 조사 에너지에 의존한다.

결국, 레이저 빔이 원료에 조사된 시점으로부터 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달할 때까지의 시간 Δtg는, 방전 영역과 원료의 위치, 원료로의 레이저 빔의 조사 방향, 레이저 빔의 조사 에너지에 의존하고, 이들 파라미터를 적절히 설정함으로써, 소정의 시간으로 설정된다.

이상 정리하면,

Td+Δtd≤TL (26)

TL+Δti≤TL+Δtg≤TL+Δti+Δtp (27)

인 관계가 성립되도록, 방전 영역과 원료의 위치, 원료로의 레이저 빔의 조사 방향, 레이저 빔의 조사 에너지, 레이저 빔의 조사 타이밍 등을 설정함으로써, 소정 강도의 EUV 방사가 얻어진다. 또, EUV 방사의 발생점의 위치 안정성이 향상된다.

이상에 의거하여, 본 발명에 있어서는, 이하와 같이 하여 상기 과제를 해결한다.

(1) 용기와, 이 용기 내에 극단 자외광을 방사시키기 위한 액체 또는 고체의 원료를 공급하는 원료 공급 수단과, 에너지 빔을 상기 원료에 조사하여 당해 원료를 기화하는 에너지 빔 조사 수단과, 기화된 상기 원료를 방전에 의해 상기 용기 내에서 가열 여기하여 고온 플라즈마를 발생시키기 위한, 소정 거리만큼 이간된 한 쌍의 전극과, 전극에 펄스 전력을 공급하는 펄스 전력 공급 수단과, 상기 한 쌍의 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 에너지 빔 조사 수단은, 상기 방전 영역을 제외한 공간이며, 상기 기화된 원료가 방전 영역에 도달할 수 있는 공간 내에 공급된 원료에 대해, 전력이 인가된 전극 사이를 통해 레이저 빔을 조사한다. 그리고, 전력이 인가된 전극 사이를 통과하는 상기 레이저 빔 에 의해, 상기 방전 영역 내에서 방전을 시동하고, 또한, 방전 영역의 소정의 위치에 방전 채널을 획정한다.

(2) 상기 (1)에 있어서, 에너지 빔 조사 수단으로부터 에너지 빔을 조사하였을 때, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화된 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달한 타이밍에서, 방전 영역에서 발생한 방전의 방전 전류가 소정의 임계치 이상이 되도록, 에너지 빔이 방전 영역을 통과할 때의 타이밍과 고온 플라즈마 원료에 조사되는 타이밍, 방전 영역에 있어서의 에너지 빔의 에너지, 고온 플라즈마 원료에 조사되는 위치에서의 에너지 빔의 에너지, 에너지 빔의 조사 방향, 방전 영역에 대한 고온 플라즈마 원료의 공급 위치를 설정한다.

(3) 상기 (1) (2)에 있어서, 원료 공급 수단에 의한 원료 공급은, 원료를 드롭렛형상으로 하여 중력 방향으로 적하함으로써 행해진다.

(4) 상기 (1) (2)에 있어서, 원료 공급 수단에 의한 원료 공급은, 상기 원료를 선형상 원료로 하고, 당해 선형상 원료를 연속적으로 이동함으로써 행해진다.

(5) 상기 (1) (2)에 있어서, 원료 공급 수단이 원료 공급 원반을 구비하고, 원료 공급 수단에 의한 원료 공급은, 상기 원료를 액체 원료로 하고, 당해 액체 원료를 상기 원료 공급 원반에 공급하며, 상기 액체 원료가 공급된 원료 공급 원반을 회전시켜 상기 원료 공급 원반의 액체 원료의 공급부를 에너지 빔의 조사 위치까지 이동시킴으로써 행해진다.

(6) 상기 (1) (2)에 있어서, 상기 원료 공급 수단이 캐필러리를 구비하고, 원료 공급 수단에 의한 원료 공급은, 상기 원료를 액체 원료로 하고, 당해 액체 원 료를 상기 캐필러리를 통해 에너지 빔의 조사 위치에 공급함으로써 행해진다.

(7) 상기 (1) (2)에 있어서, 원료의 에너지 빔 조사 위치에 관형상 노즐을 설치하고, 에너지 빔의 조사에 의해 기화된 원료의 적어도 일부를 상기 관형상 노즐로부터 분출시킨다.

(8) 상기 (7)에 있어서, 관형상 노즐 내부의 일부에 협착부를 설치한다.

(9) 상기 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)에 있어서, 방전 영역에 대해, 상기 한 쌍의 전극 사이에서 발생하는 방전 방향과 대략 평행하게 자장을 인가하는 자장 인가 수단을 더 설치한다.

(10) 상기 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)에 있어서, 상기 한 쌍의 전극을 원반형상의 전극으로 하고, 전극 표면에 있어서의 방전 발생 위치가 변화하도록 회전 구동한다.

(11) 상기 (10)에 있어서, 상기 원반형상인 한 쌍의 전극을, 양 전극의 둘레 가장자리부의 에지 부분이, 소정 거리만큼 이간되어 서로 마주 보도록 배치한다.

(12) 상기 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11)에 있어서, 에너지 빔으로서 레이저 빔을 이용한다.

(13) 내부에 한 쌍의 전극을 포함하는 용기 내에 공급되는 극단 자외광을 방사시키기 위한 액체 또는 고체의 원료에 에너지 빔을 조사하여 기화하고, 기화된 상기 원료를 상기 한 쌍의 전극에 의한 방전에 의해 가열 여기해서 고온 플라즈마를 생성하여 극단 자외광을 발생시키는 극단 자외광 발생 방법에 있어서, 상기 에너지 빔을, 상기 방전 영역을 제외한 공간이며, 상기 기화된 원료가 방전 영역에 도달할 수 있는 공간 내에 공급된 원료에 대해 조사하고, 전력이 인가된 전극 사이를 통과하는 상기 레이저 빔에 의해, 상기 방전 영역 내에서 방전을 시동시키며, 또한, 방전 영역의 소정의 위치에 방전 채널을 획정시킨다.

(14) 상기 (13)에 있어서, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화된 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달한 타이밍에서, 방전 영역에서 발생한 방전의 방전 전류가 소정의 임계치 이상이 되도록, 에너지 빔이 방전 영역을 통과할 때의 타이밍과 고온 플라즈마 원료에 조사되는 타이밍, 방전 영역에 있어서의 에너지 빔의 에너지, 고온 플라즈마 원료에 조사되는 위치에서의 에너지 빔의 에너지, 에너지 빔의 조사 방향, 방전 영역에 대한 고온 플라즈마 원료의 공급 위치를 설정한다.

(15) 상기 (14)에 있어서, 방전 개시 타이밍의 시간 데이터와 방전 전류가 소정의 임계치에 도달하는 타이밍의 시간 데이터를 취득하고, 양 시간 데이터에 의거하여, 에너지 빔의 조사 타이밍을 수정한다.

(16) 상기 (14) (15)에 있어서, 조사 타이밍이 설정된 에너지 빔의 조사에 앞서, 한 쌍의 전극에 의한 방전을 휴지한 상태로 에너지 빔을 상기 원료에 1회 이상 조사한다.

본 발명에 있어서는, 이하의 효과를 얻을 수 있다.

(1) 1개의 에너지 빔의 조사에 의해, 방전이 개시되어 방전 영역에 있어서의 방전 채널의 위치가 획정됨과 더불어, 위치가 획정되는 방전 채널에 있어서 원료가 소정의 공간 밀도 분포로 유지되어 있는 타이밍에서, 방전 후의 방전 전류가 소정 의 값에 도달하도록 하고 있으므로, 효율이 좋은 EUV 방사가 실현 가능해진다.

또, 방전 채널이 에너지 빔의 집광선 상으로 획정되므로, EUV 방사의 발생점의 위치 안정성이 향상된다.

(2) 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화된 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달한 타이밍에서, 방전 영역에서 발생한 방전의 방전 전류가 소정의 임계치 이상이 되도록, 에너지 빔이 방전 영역을 통과할 때의 타이밍과 고온 플라즈마 원료에 조사되는 타이밍, 방전 영역에 있어서의 에너지 빔의 에너지, 고온 플라즈마 원료에 조사되는 위치에서의 에너지 빔의 에너지, 에너지 빔의 조사 방향, 방전 영역에 대한 고온 플라즈마 원료의 공급 위치를 설정함으로써, 효율이 좋은 EUV 방사가 가능해진다.

(3) 방전 영역에 대해, 상기 한 쌍의 전극 사이에서 발생하는 방전 방향과 대략 평행하게 자장을 인가하는 자장 인가 수단을 설치함으로써, EUV를 방사하는 고온 플라즈마의 사이즈를 작게 할 수 있고, EUV의 방사 시간을 길게 하는 것이 가능해진다.

(4) 한 쌍의 전극을 원반형상의 전극으로 하고, 전극 표면에 있어서의 방전 발생 위치가 변화하도록 회전 구동함으로써, 전극의 마모 스피드가 감소되고, 전극 수명의 장기화가 가능해진다.

(5) 방전 개시 타이밍의 시간 데이터와 방전 전류가 소정의 임계치에 도달하는 타이밍의 시간 데이터를 취득하고, 양 시간 데이터에 의거하여, 에너지 빔의 조사 타이밍을 수정함으로써, 확실히 효율이 좋은 EUV 방사를 실현할 수 있다.

또, 예를 들면, 펄스 전력 공급 수단의 스위칭 수단인 고체 스위치 SW로서 사용되는 IGBT 등의 반도체 스위칭 소자의 동작에 편차가 생겼다고 해도, 확실히 효율이 좋은 EUV 방사를 실현하는 것이 가능해진다.

(6) 조사 타이밍이 설정된 에너지 빔의 조사에 앞서, 한 쌍의 전극에 의한 방전을 휴지한 상태로 에너지 빔을 상기 원료에 1회 이상 조사함으로써, 방전 전극 사이에서 방전이 발생하기 쉬워져, 원하는 타이밍에서 확실히 방전을 발생시킬 수 있다.

1. 실시예

도 4, 도 5에, 본 발명의 실시예의 극단 자외광(EUV) 광원 장치의 구성(단면도)을 나타낸다. 도 4는 본 실시예의 EUV 광원 장치의 정면도이고, EUV 방사는 이 도면 좌측에서부터 취출된다. 도 5는, 본 실시예의 EUV 광원 장치의 상면도이다.

도 4, 도 5에 나타낸 EUV광 광원 장치는, 방전 용기인 챔버(1)를 갖는다. 챔버(1)는, 개구를 갖는 격벽(1c)을 통해, 크게 2개의 공간으로 분할된다. 한 쪽의 공간에는 방전부가 배치된다. 방전부는, EUV 방사종을 포함하는 고온 플라즈마 원료를 가열하여 여기하는 가열 여기 수단이다. 방전부는, 한 쌍의 전극(11, 12) 등에 의해 구성된다.

다른 쪽의 공간에는, 고온 플라즈마 원료가 가열 여기되어 생성된 고온 플라즈마로부터 방출되는 EUV광을 집광하여, 챔버(1)에 설치된 EUV 취출부(7)로부터 도시를 생략한 노광 장치의 조사 광학계로 인도하는 EUV 집광경(2), 및 방전에 의한 플라즈마 생성의 결과 생기는 데브리가 EUV광의 집광부로 이동하는 것을 억제하기 위한 데브리 트랩이 배치된다. 본 실시예에 있어서는, 도 4, 도 5에 나타낸 바와 같이 데브리 트랩은, 가스 커튼(13b) 및 포일 트랩(3)으로 구성된다.

이하, 방전부가 배치되는 공간을 방전 공간(1a), EUV 집광경이 배치되는 공간을 집광 공간(1b)이라고 부르기로 한다.

방전 공간(1a)에는 진공 배기 장치(4), 집광 공간(1b)에는 진공 배기 장치(5)가 연결된다. 또한, 포일 트랩(3)은, 예를 들면, 포일 트랩 유지용 격벽(3a)에 의해 챔버(1)의 집광 공간(1b) 내로 유지된다. 즉, 도 4, 도 5에 나타낸 예에서는, 집광 공간(1b)은 포일 트랩 유지용 격벽(3a)에 의해, 2개의 공간으로 더 분할되어 있다.

또한, 도 4, 도 5에 있어서는, 방전부가 EUV 집광부보다 크도록 나타나 있지만, 이것은 이해를 용이하게 하기 위한 것이고, 실제의 대소 관계는 도 4, 도 5와 같지는 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 제1 방전 전극(11), 동일하게 금속제의 원반형상 부재인 제2 방전 전극(12)으로 이루어진다. 제1 및 제2 방전 전극(11, 12)은, 예를 들면, 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈 등의 고융점 금속으로 이루어지고, 소정 거리만큼 이간되어 서로 마주 보도록 배치된다. 여기에서, 2개의 전극(11, 12) 중 한쪽이 접지측 전극이고, 다른 쪽이 고전압측 전극이다.

양 전극(11, 12)의 표면은 동일 평면 상에 배치해도 되지만, 도 5에 나타낸 바와 같이, 방전이 발생하기 쉽도록, 전력 인가시에 전계가 집중되는 둘레 가장자리부의 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 주변 가장자리부의 에지 부분간 거리가 가장 짧은 부분에서의 거리이다.

후술하는 바와 같이, 양 전극(11, 12)에 펄스 전력 발생기(8)로부터 펄스 전력이 인가되면, 상기 둘레 가장자리부의 에지 부분에 있어서 방전이 발생한다. 일반적으로는, 양 전극(11, 12)의 둘레 가장자리부의 에지 부분간 거리가 가장 짧은 부분에서 많이 방전이 발생한다.

가령, 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 당해 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 5와 같이, 각 전극(11, 12)의 둘레 가장자리부의 에지 부분이 소정 거리만큼 이간되어 서로 마주 보도록 배치하면, 상기한 바와 같이 양 전극(11, 12)의 둘레 가장자리부의 에지 부분간 거리가 가장 짧은 부분에서 많이 방전이 발생하 므로, 방전 위치가 안정된다. 이하, 양 전극간의 방전이 발생하는 공간을 방전 영역이라고 부르기로 한다.

상기한 바와 같이, 각 전극(11, 12)의 둘레 가장자리부의 에지 부분이 소정 거리만큼 이간되어 서로 마주 보도록 배치한 경우, 도 5에 나타낸 바와 같이 위쪽에서 내려다보면, 제1 및 제2 방전 전극(11, 12)의 표면을 포함하는 가상 평면이 교차하는 위치를 중심으로 하여, 양 전극은 방사형상으로 배치되게 된다. 도 5에 있어서는, 방사형상으로 배치되어 있는 양 전극의 둘레 가장자리부의 에지 부분간 거리가 가장 긴 부분은, 상기 가상 평면의 교차 위치를 중심으로 했을 때, 후술하는 EUV 집광경과는 반대측에 위치하도록 설치되어 있다.

여기에서, 방사형상으로 배치되어 있는 양 전극(11, 12)의 둘레 가장자리부의 에지 부분간 거리가 가장 긴 부분은, 상기 가상 평면의 교차 위치를 중심으로 했을 때, EUV 집광경(2)과 동일한 측에 위치하도록 설치하는 것도 가능하다. 그러나 이 경우, 방전 영역와 EUV 집광경(2)의 거리가 길어져 버려, 그 만큼, EUV 집광 효율도 저하하므로 실제적이지는 않다.

본 실시예의 하이브리드 방식의 EUV 광원 장치는, 레이저 빔의 조사에 의해 기화된 고온 플라즈마 원료를 방전에 의한 전류 구동에 의해 생성한 고온 플라즈마로부터의 EUV 방사광을 이용하는 것이다. 고온 플라즈마 원료의 가열 여기 수단은, 한 쌍의 전극(11, 12) 사이에 발생한 방전에 의한 대전류이다. 따라서, 전극(11, 12)은 방전에 따른 큰 열적 부하를 받는다. 또, 고온 플라즈마는 방전 전극 근방에 발생하므로, 전극(11, 12)은 이 플라즈마로부터도 열적 부하를 받는다. 이러한 열적 부하에 의해 전극은 서서히 마모되어 금속 데브리가 발생한다.

EUV 광원 장치는, 노광 장치의 광원 장치로서 사용되는 경우, 고온 플라즈마로부터 방출되는 EUV 방사를 EUV 집광경(2)으로부터 집광하여, 이 집광한 EUV 방사를 노광 장치측으로 방출한다. 금속 데브리는, EUV 집광경(2)에 손상을 주고, EUV 집광경(2)에 있어서의 EUV광 반사율을 열화시킨다.

또, 전극(11, 12)은 서서히 마모됨으로써, 전극 형상이 변화된다. 이에 의해, 한 쌍의 전극(11, 12) 사이에서 발생하는 방전이 서서히 불안정해지고, 그 결과, EUV광의 발생도 불안정해진다.

상기한 하이브리드 방식의 EUV광 광원 장치를 양산형의 반도체 노광 장치의 광원으로 이용하는 경우, 상기한 바와 같은 전극의 소모를 억제하여, 전극 수명을 가능한 한 길게 하는 것이 필요해진다.

이러한 요구에 대응하기 위해, 도 4, 도 5에 나타낸 EUV 광원 장치에 있어서는, 제1 전극(11), 제2 전극(12)의 형상을 원반 상으로 하고, 또한, 적어도 방전 시에 회전하도록 구성되어 있다. 즉, 제1 및 제2 전극(11, 12)을 회전시킴으로써, 양 전극에 있어서 펄스 방전이 발생하는 위치는 펄스마다 변화한다. 따라서, 제1 및 제2 전극(11, 12)이 받는 열적 부하는 작아지고, 전극(11, 12)의 마모 스피드가 감소하여, 전극의 장수명화가 가능해진다. 이하, 제1 전극(11)을 제1 회전 전극, 제2 전극(12)을 제2 회전 전극이라고도 한다.

구체적으로는, 원반 상의 제1 회전 전극(11), 제2 회전 전극(12)의 대략 중심부에는, 각각, 제1 모터(22a)의 회전축(22e), 제2 모터(22b)의 회전축(22f)이 부 착되어 있다. 제1 모터(22a), 제2 모터(22b)가, 각각 회전축(22e, 22f)을 회전시킴으로써, 제1 회전 전극(11), 제2 회전 전극(12)은 회전한다. 또한, 회전의 방향은 특별히 규제되지 않는다. 여기에서, 회전축(22e, 22f)은, 예를 들면, 메커니컬 시일(22c, 22d)을 통해 챔버(1) 내로 도입된다. 메커니컬 시일(22c, 22d)은, 챔버(1) 내의 감압 분위기를 유지하면서, 회전축의 회전을 허용한다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 제1 회전 전극(11)은, 그 일부가 도전성의 급전용 용융 금속(11a)을 수용하는 도전성의 제1 컨테이너(11b) 내에 침지되도록 배치된다. 동일하게, 제2 회전 전극(12)은, 그 일부가 도전성의 급전용 용융 금속(12a)을 수용하는 도전성의 제2 컨테이너(12b) 내에 침지되도록 배치된다.

제1 컨테이너(11b) 및 제2 컨테이너(12b)는, 챔버(1) 내의 감압 분위기를 유지 가능한 절연성의 전력 도입부(11c, 12c)를 통해, 펄스 전력 공급 수단으로서도 기능하는 펄스 전력 발생기(8)와 접속된다. 상기한 바와 같이, 제1, 제2 컨테이너(11b, 12b), 및 급전용 용융 금속(11a, 12a)은 도전성이고, 제1 회전 전극(11)의 일부 및 제2 회전 전극(12)의 일부는, 상기 급전용 용융 금속(11a, 12a)에 침지되어 있으므로, 제1 컨테이너(11b) 및 제2 컨테이너(12b) 사이에 펄스 전력 발생기(8)로부터 펄스 전력을 인가함으로써, 제1 회전 전극(11) 및 제2 회전 전극(12) 사이에 펄스 전력이 인가된다.

또한, 급전용 용융 금속(11a, 12a)으로서는, 방전 시, EUV 방사에 영향을 미치지 않는 금속이 채용된다. 또, 급전용 용융 금속(11a, 12a)은, 각 회전 전극(11, 12)의 방전 부위의 냉각 수단으로서도 기능한다. 또한, 도시를 생략하였지 만, 제1 컨테이너(11b), 제2 컨테이너(12b)에는, 용융 금속을 용융 상태로 유지하는 온도 조절 수단이 구비되어 있다.

(2) 방전 시동 기구

본 실시예의 EUV 광원 장치에 있어서는, 고온 플라즈마 원료와 방전 영역의 소정의 지점에 레이저 빔(23)을 조사하는 레이저원(23a) 및 당해 레이저원(23a)의 동작을 제어하는 레이저 제어부(23b)를 설치한다.

상기한 바와 같이, 각 회전 전극(11, 12)의 둘레 가장자리부의 에지 부분이 소정 거리만큼 이간되어 서로 마주보도록 배치하였으므로, 양 전극(11, 12)의 둘레 가장자리부의 에지 부분간 거리가 가장 짧은 부분에서 많이 방전이 발생한다. 따라서, 방전 위치가 안정된다. 그러나, 방전에 의한 마모 등으로 에지 부분의 변형이 발생하면, 방전 위치의 안정성은 저하한다.

여기에서, 방전 영역의 소정의 위치에 레이저 빔(23)을 집광하면, 레이저 초점 근방에서는, 전자 방출에 의해 도전률이 저하되고 있다. 따라서, 방전 채널의 위치는, 레이저 초점을 설정한 위치로 획정된다. 그 때문에 EUV 방사의 발생점의 위치 안정성이 향상된다.

레이저 빔(23)을 방출하는 레이저원(23a)으로서는, 예를 들면, 탄산가스 레이저원이나, YAG 레이저, YVO₄ 레이저, YLF 레이저 등의 고체 레이저원, ArF 레이저, KrF 레이저, XeCl 레이저 등의 엑시머 레이저원 등을 채용할 수 있다.

또 본 실시예에서는, 방전 영역의 소정의 지점에 조사하는 에너지 빔으로서 레이저 빔을 조사하고 있지만, 레이저 빔 대신에 이온 빔, 전자 빔을 고온 플라즈마 원료에 조사하도록 해도 된다.

상기 도 2는, 비교적 긴 초점 거리를 갖는 볼록 렌즈에 의해 점집광하는 예를 나타낸다.

전극(11, 12) 근방인 방전 영역의 소정의 지점에 대해, 레이저 빔(23)을 점형상으로 집광함으로써, 전극(11, 12)간의 절연 파괴가 유발된다. 여기에서, 레이저 초점(집광점) 근방에서는, 전자 방출에 의해 도전률이 저하되고 있다. 따라서, 방전 채널의 위치는, 레이저의 집광점을 설정한 위치로 획정된다.

또 상기 도 3은, 2장의 실리드리컬 렌즈(231, 232)에 의해 선집광하는 예를 나타낸다. 2장의 실린드리컬 렌즈(231, 232)는, 레이저 빔(23)을 집속하는 축방향이 서로 직교하도록 배치되어 있다.

이와 같이 하여, 전극(11, 12) 근방인 방전 영역의 소정의 지점에 대해, 레이저 빔(23)을 선형상으로 집광함으로써, 전극(11, 12)간의 절연 파괴가 유발된다. 점집광일 때와 동일하게, 방전 채널의 위치는 레이저의 집광선 상으로 획정된다.

즉, 레이저 빔(23)의 선집광 위치를 레이저 조사로 고정함으로써, 방전 채널의 위치가 방전 영역의 국소적인 영역으로 고정된다. 그 때문에, EUV 방사의 발생점의 위치 안정성이 향상된다.

(3) 펄스 전력 발생기

펄스 전력 발생기(8)는, 콘덴서와 자기 스위치로 이루어지는 자기 펄스 압축 회로부를 통해, 부하인 제1 컨테이너(11b)와 제2 컨테이너(12b), 즉, 제1 회전 전 극(11)과 제2 회전 전극(12)의 사이에 펄스폭이 짧은 펄스 전력을 인가한다.

도 4, 도 5에 펄스 전력 발생기의 구성예를 나타낸다.

도 4, 도 5의 펄스 전력 발생기는, 가포화 리액터로 이루어지는 2개의 자기 스위치 SR2, SR3을 이용한 2단의 자기 펄스 압축 회로를 갖는다. 콘덴서 C1, 제1 자기 스위치 SR2, 콘덴서 C2, 제2 자기 스위치 SR3에 의해 2단의 자기 펄스 압축 회로를 구성하고 있다.

자기 스위치 SR1은, IGBT 등의 반도체 스위칭 소자인 고체 스위치 SW에서의 스위칭 로스의 저감용의 것이며 자기 어시스트라고도 불린다. 또한, 고체 스위치 SW는, 전술한 스위칭 수단이고, 이하에서는 스위칭 수단이라고도 한다.

도 4, 도 5에 따라 회로의 구성과 동작을 이하에 설명한다. 우선, 충전기 CH의 충전 전압이 소정의 값 Vin로 조정되고, 주콘덴서 C0이 충전기 CH에 의해 충전된다. 이 때, IGBT 등의 고체 스위치 SW는 off로 되어 있다.

주콘덴서 C0의 충전이 완료되어, 고체 스위치 SW가 on이 되었을 때, 고체 스위치 SW 양단에 걸리는 전압은 주로 자기 스위치 SR1의 양단에 걸린다.

자기 스위치 SR1의 양단에 걸리는 주콘덴서 C0의 충전 전압 V0의 시간 적분치가 자기 스위치 SR1의 특성으로 정해지는 한계치에 도달하면, 자기 스위치 SR1이 포화되어 자기 스위치가 켜져, 주콘덴서 C0, 자기 스위치 SR1, 승압 트랜스 Tr1의 1차측, 고체 스위치 SW의 루프에 전류가 흐른다. 동시에, 승압 트랜스 Tr1의 2차측, 콘덴서 C1의 루프에 전류가 흐르고, 주콘덴서 C0에 축적된 전하가 이행되어 콘덴서 C1에 충전된다.

이 후, 콘덴서 C1에 있어서의 전압 V1의 시간 적분치가 자기 스위치 SR2의 특성으로 정해지는 한계치에 도달하면, 자기 스위치 SR2가 포화되어 자기 스위치가 켜져, 콘덴서 C1, 자기 스위치 SR2, 콘덴서 C2의 루프에 전류가 흐르고, 콘덴서 C1에 축적된 전하가 이행되어 콘덴서 C2에 충전된다.

또한 이 후, 콘덴서 C2에 있어서의 전압 V2의 시간 적분치가 자기 스위치 SR3의 특성으로 정해지는 한계치에 도달하면, 자기 스위치 SR3이 포화되어 자기 스위치가 켜져, 제1 컨테이너와 제2 컨테이너, 즉, 제1 회전 전극과 제2 회전 전극의 사이에 고전압 펄스가 인가된다.

여기에서, 자기 스위치 SR2, SR3 및 콘덴서 C1, C2로 구성되는 각 단의 용량 이행형 회로의 인덕턴스를 후단으로 향함에 따라 작아지도록 설정함으로써, 각 단을 흐르는 전류 펄스의 펄스폭이 순차적으로 좁아지는 펄스 압축 동작이 행해져, 제1 회전 전극과 제2 회전 전극간에 있어서 단펄스의 강한 방전을 실현하는 것이 가능해지고, 플라즈마로의 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 고체의 상태로, 방전 영역(제1 회전 전극(11)의 둘레 가장자리부의 에지 부분과 제2 회전 전극(12)의 둘레 가장자리부의 에지 부분 사이의 공간이며, 방전이 발생하는 공간) 근방에 공급된다. 구체적으로는, 고온 플라즈마 원료(21)는, 방전 영역을 제외한 공간이며, 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, 드롭렛형상으로 하여 공급(적하)된다.

드롭렛형상으로 하여 공급되는 고온 플라즈마 원료는, 적하되어 방전 영역 근방의 공간에 도달했을 때, 레이저원(23a)으로부터 방출되는 레이저 빔(23)에 의해 조사되어 기화된다.

상기한 바와 같이, 레이저 빔(23)의 조사에 의해 기화된 고온 플라즈마 원료는, 레이저 빔(23)이 입사되는 고온 플라즈마 원료 표면의 법선 방향을 중심으로 하여 확산된다.

여기에서, 레이저 빔(23)의 조사에 의해 방전 영역에 공급된 기화 후의 고온 플라즈마 원료 중, 방전에 의한 고온 플라즈마 형성에 기여하지 않은 것의 일부, 혹은, 플라즈마 형성의 결과 분해 생성되는 원자형상 가스의 클러스터의 일부는, 데브리로서 EUV 광원 장치 내의 저온부와 접촉하여 퇴적된다.

그러나, 레이저 빔(23)은, 고온 플라즈마 원료(21)뿐만 아니라, 방전 영역의 소정의 지점에도 조사되기 때문에, 방전 전극(11, 12)측으로부터 조사되게 된다. 따라서, 기화 후의 고온 플라즈마 원료는, 방전 전극(11, 12)의 방향, 즉 방전 영역의 방향으로 확산되므로, 데브리가 EUV 집광경(2)으로 진행되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.

상기한 바와 같이, 레이저 빔(23)의 조사에 의해 기화된 고온 플라즈마 원료는 레이저 빔(23)이 입사되는 고온 플라즈마 원료 표면의 법선 방향을 중심으로 하 여 확산된다. 상세하게는, 레이저 빔(23)의 조사에 의해 기화하여 비산되는 고온 플라즈마 원료의 밀도는, 상기 법선 방향이 가장 고밀도가 되고, 상기 법선 방향으로 각도가 늘어날 때마다 낮아진다.

상기에 의거하여, 방전 영역에 대한 고온 플라즈마 원료(21)의 공급 위치, 및 레이저 빔(23)의 조사 에너지 등의 조사 조건은, 방전 영역에 공급되는 기화 후의 고온 플라즈마 원료의 공간 밀도 분포가, 방전 영역에 있어서 고온 플라즈마 원료가 가열 여기 후, 효율적으로 EUV 방사가 취출되는 조건이 되도록 적절히 설정된다.

또한, 고온 플라즈마 원료가 공급되는 공간의 아래쪽에는, 기화되지 않은 고온 플라즈마 원료를 회수하는 원료 회수 수단(25)을 설치해도 된다.

(5) EUV광 집광부

방전부에 의해 방출되는 EUV광은, EUV광 집광부에 설치된 경사 입사형의 EUV 집광경(2)에 의해 집광되고, 챔버(1)에 설치된 EUV광 취출부(7)로부터 도시를 생략한 노광 장치의 조사 광학계로 인도된다.

이 경사 입사형의 EUV 집광경(2)은, 일반적으로, 복수장의 얇은 오목면 미러를 네스트형상으로 고정밀도로 배치한 구조이다. 각 오목면 미러의 반사면의 형상은, 예를 들면, 회전 타원면 형상, 회전 포물면 형상, 월터형 형상이고, 각 오목면 미러는 회전체 형상이다. 여기에서, 월터형 형상이란, 광 입사면이, 광 입사측으로부터 순서대로 회전 쌍곡면과 회전 타원면, 혹은, 회전 쌍곡면과 회전 방물면으로 이루어지는 오목면 형상이다.

상기한 각 오목면 미러의 기체(基體) 재료는, 예를 들면, 니켈(Ni) 등이다. 파장이 매우 짧은 EUV광을 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 집광경은, 0°∼25°의 경사 입사 각도의 EUV광을 양호하게 반사하고, 또한, 집광하는 것이 가능해진다.

(6) 데브리 트랩

상기한 방전부와 EUV광 집광부의 사이에는, EUV 집광경(2)의 손상을 방지하기 위해, 방전 후 생성되는 고온 플라즈마와 접하는 제1, 제2 회전 전극(11, 12)의 둘레 가장자리부가 당해 고온 플라즈마에 의해 스퍼터되어 생성되는 금속분 등의 데브리나, 고온 플라즈마 원료 중의 EUV 방사종인 Sn이나 Li 등에 기인하는 데브리 등을 포착하여 EUV광만을 통과시키기 위한 데브리 트랩이 설치된다.

상기한 바와 같이, 도 4, 5에 나타낸 본 실시예의 EUV 광원 장치에 있어서는, 데브리 트랩은 가스 커튼(13b) 및 포일 트랩(3)으로 구성되어 있다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 가스 커튼(13b)은, 가스 공급 유닛(13)으로부터 노즐(13a)을 통해 챔버(1) 내로 공급되는 가스에 의해 구성된다. 노즐(13a)은, 직육면체 형상이고, 가스가 방출되는 개구는 가늘고 긴 사각 형상으로 되어 있다. 가스 공급 유닛(13)으로부터 노즐(13a)에 가스가 공급되면, 노즐(13a)의 개구로부터 시트형상의 가스가 방출되어, 가스 커튼(13b)이 형성된다. 가스 커튼(13b)은, 상기 데브리의 진행 방향을 변화시켜, 데브리가 EUV 집광경(2)에 도달하는 것을 억제한다.

여기에서 가스 커튼(13b)에 사용되는 가스는, EUV광에 대해 투과율이 높은 가스가 바람직하고, 예를 들면, 헬륨(He), 아르곤(Ar) 등의 희가스나 수소(H₂) 등이 이용된다.

또한, 가스 커튼(13b)과 EUV 집광경(2)의 사이에는, 포일 트랩(3)이 설치된다. 포일 트랩(3)에 대해서는, 예를 들면, 특허 문헌 2에 「포일 트랩」으로서 기재되어 있다. 포일 트랩(3)은, 고온 플라즈마로부터 방사되는 EUV광을 차단하지 않도록, 고온 플라즈마 발생 영역의 직경 방향으로 설치되는 복수의 플레이트와, 그 플레이트를 지지하는 링형상의 지지체로 구성되어 있다.

가스 커튼(13b)과 EUV 집광경(2) 사이에 이러한 포일 트랩(3)을 설치하면, 고밀도 고온 플라즈마와 포일 트랩(3) 사이의 압력이 증가한다. 압력이 증가하면, 그 장소에 존재하는 가스 커튼의 가스 밀도가 증가하여, 가스 원자와 데브리의 충돌이 증가한다. 데브리는 충돌을 반복함으로써, 운동 에너지를 감소한다. 따라서, EUV 집광경(2)에 데브리가 충돌할 때의 에너지가 감소하여, EUV 집광경(2)의 손상을 감소시키는 것이 가능해진다.

또한, 챔버(1)의 집광 공간(1b)측에, 가스 공급 유닛(14)을 접속하여, EUV광의 발광에 관계가 없는 버퍼 가스를 도입해도 된다. 가스 공급 유닛(14)에서 공급된 버퍼 가스는 EUV 집광경(2)측으로부터, 포일 트랩(3)을 통과하여, 포일 트랩 유 지용 격벽(3a)과 격벽(1c) 사이의 공간을 통해 진공 배기 장치(4)로부터 배기된다. 이러한 가스의 흐름이 발생함으로써, 포일 트랩(3)에서는 포착되지 않았던 데브리가 EUV 집광경(2)측으로 흘러드는 것을 방지하여, 데브리에 의한 EUV 집광경(2)의 손상을 적게 할 수 있다.

여기에서, 버퍼 가스에 더하여, 염소(Cl₂) 등의 할로겐 가스나 수소 라디칼을 가스 공급 유닛(14)으로부터 집광 공간에 공급해도 된다. 이들 가스는, 데브리 트랩에서 제거되지 않고 EUV 집광경(2)에 퇴적된 데브리와 반응하여 당해 데브리를 제거하는 클리닝 가스로서 기능한다. 따라서, 데브리 퇴적에 의한 EUV 집광경(2)의 반사율 저하와 같은 기능 저하를 억제하는 것이 가능해진다.

(7) 격벽

방전 공간(1a)의 압력은, 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, 데브리 트랩에서 데브리의 운동 에너지를 작게 할 필요가 있으므로, 데브리 트랩 부분에서 소정의 압력을 유지할 필요가 있다.

도 4, 도 5에서는, 가스 커튼으로부터 소정의 가스를 흐르게 하고, 포일 트랩(3)에서 소정의 압력을 유지하여, 데브리의 운동 에너지를 작게 한다. 그 때문에, 집광 공간(1b)은, 결과적으로 수 100Pa 정도 압력의 감압 분위기로 유지할 필요가 있다.

여기에서, 본 발명의 EUV 광원 장치에 있어서는, 챔버(1) 내를 방전 공간(1a)과 집광 공간(1b)으로 구획하는 격벽(1c)이 설치되어 있다. 이 격벽(1c)에는, 양 공간을 공간적으로 연결하는 개구가 설치된다. 개구는 압력 저항으로서 기능하므로, 방전 공간을 진공 배기 장치(4), 집광 공간을 진공 배기 장치(5)로 각각 배기할 때, 가스 커튼(13b)으로부터의 가스 유량, 개구의 크기, 각 진공 배기 장치의 배기 능력 등을 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)으로부터 드롭렛형상으로 하여 적하되는 원료(21)의 위치를 모니터한다. 예를 들면, 도 6에 나타낸 바와 같이, 원료 공급 유닛(20)으로부터 적하되는 원료(21)가, 원료 모니터(20a) 근방의 위치 P1에 도달한 시점을 모니터한다. 후술하는 바와 같이, 이 모니터 결과에 의해, 원료(21)가 위치 P1에 도달한 시점으로부터 레이저 빔(23)이 조사되는 위치 P2에 도달할 때까지의 시간이 구해진다. 모니터링은, 예를 들면, 공지의 레이저 계측법을 이용하여 행해진다. 원료의 검출 신호는, 원료 공급 모니터(20a)로부터 제어부(26)로 송신된다. 상기한 바와 같이 원료(21)는 드롭렛형상으로 하여 적하되므로, 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 7, 도 8은 본 실시예의 동작을 나타낸 흐름도, 도 9는 타임 차트이며, 이하 도 7-도 9에 의해, 본 실시예의 동작을 설명한다.

EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 도 1에 나타낸 시간 데이터 Δtd, Δti, Δtg를 기억하고 있다.

즉, Δtd는, 펄스 전력 공급 수단(펄스 전력 발생기(8))의 스위칭 수단에 트리거 신호가 입력된 시점(시각 Td)으로부터, 스위칭 수단이 on 상태가 되어 전극간 전압이 임계치 Vp에 도달할 때까지의 시간이다. Δti는, 방전 개시 후, 전극(11, 12)간을 흐르는 전류의 크기가 임계치 Ip에 도달할 때까지의 시간이다. Δtg는, 레이저 빔(23)이 원료(21)에 조사된 시점으로부터 기화 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달할 때까지의 시간이다.

일반적으로, 방전 전극에 인가되는 전압 V가 크면, 방전 전극간의 전압 파형의 상승은 빨라진다. 따라서, 상기한 Δtd는, 방전 전극에 인가되는 전압 V에 의존하게 된다. EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 미리 실험 등으로 구한 전압 V와 시간 Δtd의 관계를 테이블로서 기억하고 있다.

또, EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 원료(21)가 소정의 위치(예를 들면, 도 6의 P1)에 도달한 시점으로부터, 레이저 빔(23)이 원료(21)에 조사되는 위치(예를 들면, 도 6의 P2)에 도달할 때까지의 시간 Δtm을 기억하고 있다.

또한, 제어부(26)는, 보정 시간 γ, ε 및 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단에 주트리거 신호가 출력되는 시점으로부터, 당해 주트리거 신호가 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단에 입력되어 스위칭 수단이 on이 되는 시점까지의 지연 시간 d1을 기억하고 있다. 이 보정 시간 γ, ε에 대해서는 후술한다.

우선, EUV 광원 장치의 제어부(26)로부터의 스탠바이 지령이, 진공 배기 장치(5), 진공 배기 장치(4), 가스 공급 유닛(13), 가스 공급 유닛(14), 제1 모터(22a), 제2 모터(22b)에 송신된다(도 7의 단계 S501, 도 9의 S601).

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 동작하여, 방전 공간이 진공 분위기가 된다. 한편, 진공 배기 장치(5)가 동작함과 더불어, 가스 공급 유닛(13)이 동작하여 가스 커튼(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. 또, 제1 모터(22a), 제2 모터(22b)가 동작하여, 제1 회전 전극(11), 제2 회전 전극(12)이 회전한다. 이하, 상기한 동작 상태를 총칭하여 스탠바이 상태라고 부른다(도 7의 단계 S502, 도 9의 S602).

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 7의 단계 S503, 도 9의 S603).

동작 개시 지령 신호를 수신한 원료 공급 유닛(20)은, EUV 방사를 행하기 위한 액체형상 또는 고체형상의 고온 플라즈마 원료(21)(예를 들면 액체형상의 주석)를 드롭렛형상으로 하여 적하를 개시한다. 한편, 동작 개시 지령 신호를 수신한 원료 모니터(20a)는 모니터링 동작을 개시하여, 후술하는 도 6의 위치 P1에 원료(21)가 도달했을 때, 원료 검출 신호를 EUV 광원 장치의 제어부(26)에 송신한다 (도 7의 단계 S504, 도 9의 S604).

또한, 이 시점에서는, 적하하는 원료(21)는 레이저 빔(23)에 조사되어 있지 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 7의 단계 S505, 도 9의 S605).

스탠바이 완료 신호를 수신한 노광 장치의 제어부(27)로부터, 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 7의 단계 S506, 도 9의 S606).

EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 충전 제어 신호를 펄스 전력 발생기(8)의 충전기 CH에 송신한다. 충전 제어 신호는, 예를 들면, 방전 개시 타이밍 데이터 신호 등으로 이루어진다. 상기한 바와 같이, 노광 장치의 제어부(27)로부터의 발광 지령에 EUV 방사의 강도 데이터가 포함되는 경우, 주콘덴서 C0으로의 충전 전압 데이터 신호도 상기 충전 제어 신호에 포함된다.

예를 들면, 미리, EUV 방사 강도와 주콘덴서 C0으로의 충전 전압의 관계가 실험 등에 의해 구해지고, 양자의 상관을 저장한 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 의거하여, 테이블로부터 주콘덴서 C0의 충전 전압 데이터를 호출한다. 그리고 호출한 충전 전압 데이터에 의거하여, EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 주콘덴서 C0으로의 충전 전압 데이터 신호 를 포함하는 충전 제어 신호를 펄스 전력 발생기(8)의 충전기 CH에 송신한다(도 7의 단계 S507, 도 9의 S607).

충전기 CH는 상기한 바와 같이 주콘덴서 C0의 충전을 행한다(도 7의 단계 S508).

EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 운전을 개시한 후 최초의 EUV광 발생(첫 회 펄스라고 한다)인지를 판정하여(도 7의 단계 S509), 첫 회 펄스인 경우에는, 단계 S509에서 단계 S510으로 이행한다. 또 첫 회 펄스가 아닌 경우에는, 단계 S516으로 이행한다.

단계 S510에서, EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단에 주트리거 신호를 출력하는 타이밍, 레이저원(23a)의 동작을 제어하는 레이저 제어부(23b)로의 트리거 신호의 송출 타이밍을 계산한다.

첫 회 펄스의 경우는, 후술하는 전압 카운터, 전류 카운터의 카운트치를 사용할 수 없고, 후술하는 피드백 보정을 할 수 없기 때문에, 미리 기억하고 있는 시간 데이터 Δtd, Δti, Δtm, d1, γ에 의거하여, 상기 타이밍을 결정한다.

또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 실제는, 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단에 주트리거 신호가 입력되어 스위칭 수단이 on이 되는 시점 Td를 기준으로 하여, 레이저 빔이 조사되는 시간 TL을 설정하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서는, 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단에 주트리거 신호를 출력하는 시점 Td'로부터, 당해 주트리거 신호가 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단에 입력되어 스위칭 수단이 on이 되는 시점 Td까지의 지연 시간 d1을 미리 구해 둔 다. 그리고, 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단에 주트리거 신호를 출력한 시점 Td'를 상기 지연 시간 d1로 보정하여, 스위칭 수단이 on이 되는 시점 Td를 구한다.

한편, 트리거 신호가 송출된 시점 TL'로부터 레이저 빔(23)이 조사될 때까지의 지연 시간 dL은, ns 오더로 무시할 수 있을 정도로 작기 때문에, 여기에서는 생각하지 않기로 한다.

레이저원(23a)이, 예를 들면 Q스위치식 Nd : YAG 레이저 장치인 경우, 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단에 주트리거 신호를 출력한 시점 Td'를 기준으로 하여, 레이저원(23a)의 동작을 제어하는 레이저 제어부(23b)로의 트리거 신호의 송출 타이밍 TL'을 설정함으로써, 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단에 주트리거 신호가 입력된 시점 Td를 기준으로 한 레이저 빔이 조사되는 시간 TL의 설정이 실현된다.

주트리거 신호를 송신하는 시점을 기준(시각 Td')으로 할 때, 레이저 제어부(23b)로의 트리거 신호의 송출 타이밍 TL'는 이하와 같이 구해진다.

도 1로부터 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 레이저 빔이 조사되는 타이밍 TL은, 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단이 on이 되는 시점 Td를 기준으로 했을 때,

TL≥Td+Δtd…(26)

이 된다.

따라서, 주트리거 신호를 송신하는 시점 Td'를 기준으로 했을 때의 레이저원(23a)의 동작을 제어하는 레이저 제어부로의 트리거 신호의 송출 타이밍 TL'는

TL'+dL≥(Td'+d1)+Δtd…(28)

이 된다. 여기에서, 지연 시간 dL은 무시할 수 있을 정도로 작기 때문에, 트리거 신호의 송출 타이밍 TL'는

TL'≥Td'+d1+Δtd…(29)

가 된다.

여기에서, 전극간 전압이 확실히 임계치 Vp를 넘는 시점에서, 레이저 빔(23)이 조사되도록, 레이저 빔(23)이 조사되는 시점을, Δtd보다 약간 지연시켜도 된다. 이 지연 시간을 보정 시간 γ로 정의하고, 식 (29)를 변형하면,

TL'≥Td'+d1+Δtd+γ…(30)

이 된다.

본 실시예에서는,

TL'=Td'+d1+Δtd+γ…(31)

로 한다. 또한, 당연하지만, TL'의 설정은, (31) 식에 한정되는 것이 아니라, (30) 식을 만족하면 된다. 예를 들면, TL'=Td'+d1+Δtd로 해도 된다.

상기한 바와 같이, 레이저 빔(23)이 원료(21)에 조사된 시점으로부터 기화 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달할 때까지의 시간 Δtg와 레이저 빔(23)이 고온 플라즈마 원료(21)에 조사되는 시점 TL은,

TL+Δti≤TL+Δtg≤TL+Δti+Δtp…(27)

인 관계가 성립될 필요가 있다. 여기에서, (27) 식에 있어서는, 레이저 빔이 고온 플라즈마 원료에 조사되는 시점과 레이저 빔이 방전 영역에 조사되는 시점 은, 실질적으로 동시라고 간주하고 있다.

(27) 식을 레이저 제어부로의 트리거 신호의 송출 타이밍 TL'와 Δtg의 관계식으로 변형하면, 하기 (32) 식과 같이 된다.

TL'+Δti≤TL'+Δtg≤TL'+Δti+Δtp…(32)

즉, Δtg와 Δti의 관계는,

Δti≤Δtg≤Δti+Δtp…(33)

이 된다.

상기한 바와 같이, Δtg는, 방전 영역과 원료의 위치, 원료(21)로의 레이저 빔(23)의 조사 방향, 레이저 빔(23)의 조사 에너지에 의존한다. 이들 파라미터는, (33) 식이 성립되도록 적절히 설정된다.

본 실시예에서는, 방전 전류가 확실하게 임계치 Ip를 넘는 시점에서, 기화 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달하도록 Δtg를 설정한다. 즉, Δtg의 길이를 Δti보다 약간 길게 설정한다. 이 보정 시간 ε으로 정의하면, Δti와 Δtg의 관계는 이하와 같이 된다.

Δtg=Δti+ε (ε≤Δtp)…(34)

즉, 방전 영역과 원료의 위치, 원료로의 레이저 빔의 조사 방향, 레이저 빔의 조사 에너지와 같은 파라미터는, (34) 식이 성립되도록 적절히 설정된다.

상기한 바와 같이, 주트리거 신호를 송신하는 시점 Td'를 기준으로 했을 때의 트리거 신호의 송출 타이밍 TL'는, (31) 식으로 나타내어진다.

여기에서, 본 실시예에 있어서의 EUV 광원 장치는, 원료를 드롭렛형상으로 하여 적하함으로써 공급된다. 따라서, 적하되는 원료가 도 6에 있어서의 레이저 빔의 조사 위치 P2에 도달하고 있는 시점과, 상기한 주트리거 신호를 송신하는 시점 Td', 트리거 신호의 송출 타이밍 TL'는 동기하고 있을 필요가 있다.

도 6에 있어서의 원료가 위치 P1에 도달한 시점을 Tm, Tm으로부터 Δtm 후에 원료가 조사 위치 P2에 도달하는 것으로 하면, 원료가 조사 위치 P2에 도달하는 시점은, Tm+Δtm이 된다.

즉, 시점 Tm을 기준으로 하는 경우,

TL=Tm+Δtm…(35)

가 성립되고 있을 필요가 있다.

(32) 식을, 트리거 신호의 송출 타이밍 TL'의 식으로 변형하면,

(TL'+dL)=Tm+Δtm…(36)

이 된다. 여기에서, 지연 시간 dL은 무시할 수 있을 정도로 작기 때문에, (36) 식은,

TL'=Tm+Δtm…(37)

이 된다.

따라서, 시점 Tm을 기준으로 하면, 주트리거 신호를 송신하는 시점 Td', 레이저 제어부(23b)로의 트리거 신호의 송출 타이밍 TL'는 이하와 같이 구해진다.

Td'=Tm+(Δtm-Δtd)-d1-γ…(38)

TL'=Tm+Δtm…(37)

여기에서, Δtm은, 도 6으로부터 이하와 같이 구해진다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 원료 공급 유닛(20)의 원료 배출부의 위치를 P0, 원료 모니터(20a)가 원료(21)를 모니터하는 위치를 P1, 레이저 빔의 조사 위치를 P2로 하고, P0과 P1의 거리를 L, P0과 P2의 거리를 Lp로 한다.

또, 원료가 P0에 위치하는 시간을 원점으로 하고, 상기한 바와 같이, 원료가 P1에 도달한 시점을 Tm, 원료가 조사 위치 P2에 도달한 시점을 Tm+Δtm으로 한다.

위치 P0에 있어서의 원료의 적하 속도를 0, 중력 가속도를 G로 하면,

L=(1/2)GTm²…(17)

Lp=(1/2)G(Tm+Δtm)²…(18)

이 된다. (17) (18) 식으로부터, Δtm은 (19) 식과 같이 구해진다.

Δtm=(2Lp/G)^1/2-(2L/G)^1/2…(19)

즉, 단계 S510에 있어서, EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 미리 기억하고 있는 시간 데이터 Δtd, Δti, Δtm, d1, γ에 의거하여, 식 (38) (37) (19)에 의해, 시점 Tm을 기준으로 했을 때의 주트리거 신호를 송신하는 타이밍 Td', 레이저 제어부로의 트리거 신호의 송출 타이밍 TL'를 구한다(도 9의 S608).

여기에서, 시간 데이터 Δtd는, 전압 V와 시간 Δtd의 대응을 저장하는 테이블로부터 호출된다. 방전 전극에 인가하는 전압 V의 데이터는, 예를 들면, 단계 S507에서 충전 제어 신호를 펄스 전력 발생기(8)의 충전기 CH에 송신할 때에 EUV 방사 강도와 주콘덴서 C0으로의 충전 전압의 상관을 저장한 테이블로부터 호출한 주콘덴서 C0의 충전 전압 데이터를 그대로 사용한다.

EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 주콘덴서 C0의 충전이 안정될 때까지의 시간인 차저 충전 안정 시간 tst가 경과한 시점으로부터, 최초로 원료 모니터로부터의 원료 검지 신호를 검지한 시점을 기준 시점 Tm으로 한다(도 7의 단계 S511, 도 9의 S604, S607). 또한, 기준 시점 Tm의 설정은, 차저 충전 안정 시간 tst 경과한 시점으로부터, 최초로 원료 검지 신호를 검지한 시점으로 한정할 필요는 없다. 예를 들면, 시간 tst 경과한 시점으로부터, 소정 회수 원료 검지 신호를 검지한 시점을 기준 시점 Tm으로 설정해도 된다.

EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 단계 S511에서 설정한 기준 시점 Tm을 기준으로 하여, 식 (38) (37) (19)에 의해 구한, 시점 Tm을 기준으로 했을 때의 주트리거 신호를 송신하는 타이밍 Td', 레이저 제어부(23b)로의 트리거 신호의 송출 타이밍 TL'에서, 주트리거 신호, 트리거 신호를, 각각, 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단, 레이저 제어부(23b)로 송신한다(도 7의 단계 S512, 도 9의 S609, S613).

EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 주트리거 신호의 출력 개시로 전극간 전압이 임계치 Vp까지 도달할 때까지를 계측하는 전압 카운터를 동작시킨다.

또, 트리거 신호의 출력 개시로 방전 전류가 임계치 Ip까지 도달할 때까지를 계측하는 전류 카운터를 동작시킨다(도 8의 단계 S513, 도 9의 S612, S616). 또한, 전압 카운터와, 전류 카운터는, 노광 장치의 제어부(27)로부터 발광 지령 신호가 입력되었을 때, 0 클리어되고 있다.

전압 카운터는, 주트리거 신호의 출력 후, 전극간 전압이 임계치 Vp에 도달할 때까지의 시간을 일정하게 하기 위해 피드백 제어하기 위한 것이다. 한편, 전 류 카운터는, 트리거 신호의 출력 후, Δtg와 Δti의 관계가 (34) 식을 만족하고 있는지의 여부를 확인하기 위한 것이다.

즉, 시점 Tm을 기준으로 했을 때의 주트리거 신호를 송신하는 타이밍 Td', 레이저 제어부로의 트리거 신호의 송출 타이밍 TL'는, 최초의 1회째(첫 회 펄스)는, 상기와 같이, 식 (38) (37) (19)에 의거하여 결정되지만, 2번째 이후는, 후술하는 바와 같이 상기 식 (38) (37) (19)를, 상기 전압 카운터의 카운트치에 의거하여 보정한 값에 의거하여 결정된다.

EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 도 4, 도 5에 도시 생략의 전압 모니터에 의해 전극간 전압이 임계치 Vp에 도달한 타이밍을 검출하여, 전압 카운터를 정지시킨다. 또, 도시 생략의 전류 모니터에 의해 방전 전류가 임계치 Ip에 도달한 타이밍을 검출하여, 전류 카운터를 정지시킨다(도 8의 단계 S514, 도 9의 S612, S616).

단계 S512에 있어서, (38) 식에 의거한 타이밍 Td'에서 주트리거 신호가 송출되고, 당해 주트리거 신호가 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단에 입력된 후 지연 시간 d1 경과하면, 스위칭 수단(예를 들면, IGBT)이 on이 된다(도 9의 S609, S610).

스위칭 수단이 on이 되면, 제1 회전 전극(11), 제2 회전 전극(12)간의 전압이 상승되고, 시간 Δtd 후에, 전극간 전압이 임계치 Vp에 도달한다. 상기한 바와 같이, 이 임계치 Vp는, 방전이 발생했을 때에 흐르는 방전 전류의 값이 임계치 Ip 이상이 되는 경우의 전압치이다(도 9의 S610, S611).

상기한 바와 같이, 단계 S512에 있어서, (37) 식에 의거한 타이밍 TL'에서, 트리거 신호가 레이저 제어부(23b)로 송출된다. 그 결과, 전극간 전압이 임계치 Vp에 도달한 시점(Td+Δtd) 이후의 시점 TL에 있어서, 레이저 빔이 방전 영역에 조사된다(도 9의 S613, S614).

레이저 빔이 방전 영역에 조사되어, 방전 영역에서 방전이 개시된다. 방전 개시 후, Δti 후에, 방전 전류의 크기가 상기한 임계치 Ip에 도달한다(도 9의 S614, S615). 이 임계치 Ip는, 소정 강도의 EUV 방사를 얻기 위해 필요한 방전 전류치의 하한이다. 또한, 방전 전류치가 임계치 Ip 이상인 기간을 Δtp로 한다.

한편, 레이저 빔(23)이 방전 영역을 통과할 때의 타이밍과 고온 플라즈마 원료(21)에 조사되는 타이밍은 거의 동시라고 간주해도 된다. 여기에서, 고온 플라즈마 원료(21)에 조사되는 위치에서의 레이저 빔(23)의 에너지, 레이저 빔(23)의 조사 방향, 방전 영역과 고온 플라즈마 원료(21)의 위치 관계가 (26) 식, (27) 식을 만족하도록 적절히 설정되어 있다.

따라서, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화 원료의 적어도 일부는, 방전 전류의 크기가 소정 강도의 EUV 방사를 얻기 위해 필요한 방전 전류치의 하한 이상이 되어 있는 기간 중에 도달한다(도 9의 S617).

즉, 단계 S512에서 EUV 광원 장치의 제어부(26)가 각 트리거 신호를 송신한 결과, 방전 채널의 위치가 소정의 위치로 획정된다. 또, 위치가 획정되는 방전 채널에 있어서, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화 원료의 적어도 일부가 방전 채널에 도달하고 있는 상태로, 방전 전류의 크기가 소정 강도의 EUV 방사를 얻기 위해 필요한 방전 전류치의 하한 이상이 되어 있도록 방전이 발생한다.

방전은, 제1 회전 전극(11), 제2 회전 전극(12)의 둘레 가장자리부의 에지 부분 사이에서 발생하여, 플라즈마가 형성된다. 플라즈마를 흐르는 펄스형상의 대전류에 의해 플라즈마가 가열 여기되어 고온화되면, 이 고온 플라즈마로부터 파장 13.5nm의 EUV 방사가 발생한다(도 8의 단계 S515).

또한, 상기한 소정의 공간 밀도 분포는, EUV 방사가 가능한 한 효율적으로 발생하도록 설정되어 있다. 구체적으로는, 방전 영역에 대한 고온 플라즈마 원료(21)의 공급 위치, 고온 플라즈마 원료(21)로의 레이저 빔(23)의 조사 방향, 레이저 빔(23)의 조사 에너지 등이, EUV 방사가 가능한 한 효율적으로 발생하도록 적절히 설정된다.

또, 방전 채널의 위치가, 레이저 빔(23)의 조사에 의해 소정의 위치로 획정되어, 플라즈마가 생성되는 위치의 위치 안정성은 향상된다.

즉, EUV 광원 장치의 제어부(26)가 각 트리거 신호를 송신한 결과, 효율이 좋은 EUV 방사의 발생, 및 EUV 방사의 발생 위치의 안정화가 실현된다.

플라즈마로부터 방사된 EUV 방사는, 격벽(1c)에 설치된 개구, 포일 트랩(3)을 통과하여 집광 공간에 배치된 경사 입사형의 EUV 집광경(2)에 의해 집광되고, 챔버(1)에 설치된 EUV광 취출부(7)로부터 도시를 생략한 노광 장치의 조사 광학계로 인도된다.

이상과 같이 첫 회의 EUV 방사가 끝나면, 다음에, 단계 S506으로 되돌아가, 노광 장치로부터의 발광 지령을 대기한다.

발광 지령 수신 후, 상기한 단계 S507, S508을 거쳐, 단계 S509로 이행한다. 다음번의 EUV 방사는, 첫 회의 펄스가 아니므로, 단계 S509로부터 단계 S516으로 이행한다.

단계 S516에 있어서, EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 단계 S514에 있어서 계측한 주트리거 신호의 출력 개시 후 전극간 전압이 임계치 Vp까지 도달할 때까지의 시간인 전압 카운터의 값, 및 트리거 신호의 출력 개시 후 방전 전류가 임계치 Ip까지 도달할 때까지의 시간인 전류 카운터의 값을 기초로, 레이저 제어부로의 트리거 신호의 송출 타이밍 TL'의 피드백 연산을 이하의 식에 의해 행한다.

tvcal=(d1+Δtd)-tvc…(20)

tical=Δti-tic…(21)

여기에서, tvcal은, 주트리거 신호의 출력 개시 후 전극간 전압이 임계치 Vp까지 도달할 때까지의 시간의 보정치이며, tvc는 전압 카운터로 계측한 시간이다. 또, tical은, 트리거 신호의 출력 개시 후 방전 전류가 임계치 Ip까지 도달할 때까지의 시간의 보정치이며, tic는 전류 카운터로 계측한 시간이다(도 7의 단계 S516, 도 9의 S608).

또한, (20) 식으로부터 명확하게 알 수 있는 바와 같이, tvcal은, 주트리거 신호를 출력하는 시점 Td'로부터, 당해 주트리거 신호가 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단에 입력되어 스위칭 수단이 on이 되는 시점 Td까지의 지연 시간 d1과, 스위칭 수단이 on이 되는 시점 Td로부터 전극간 전압이 임계치 Vp까지 도달할 때까지의 시간의 총합의 보정치이다.

상기한 바와 같이, 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단인 고체 스위치 SW는, 대전류를 흐르게 하는 것이 가능한 IGBT 등의 반도체 스위칭 소자가 사용되는 경우가 많다.

이러한 IGBT 등의 반도체 스위칭 소자는, 게이트 신호(본 실시예의 주트리거 신호에 상당)가 입력되어 실제로 on이 되는 시간은 어느 정도 편차가 생긴다. 즉, (20) 식은, 스위칭 소자의 편차의 보정도 고려된 것이다.

EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 단계 S516에 있어서 구한 보정치를 고려하여, 시점 Tm을 기준으로 했을 때의 주트리거 신호를 송신하는 타이밍 Td', 레이저 제어부(23b)로의 트리거 신호의 송출 타이밍 TL'를 다음 식에 의해 결정한다(단계 S517, 도 9의 S608).

Td'=Tm+(Δtm-Δtd)-d1-γ-tvcal…(39)

TL'=Tm+Δtm…(37)

Δtm=(2Lp/G)^1/2-(2L/G)^1/2…(19)

EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 주콘덴서 C0의 충전이 안정될 때까지의 시간인 차저 충전 안정 시간 tst가 경과한 시점으로부터, 최초로 원료 모니터(20a)로부터의 원료 검지 신호를 검지한 시점을 기준 시점 Tm으로 한다(도 7의 단계 S518, 도 9의 S604, S607). 또한, 기준 시점 Tm의 설정은, 차저 충전 안정 시간 tst 경과한 시점으로부터, 최초로 원료 검지 신호를 검지한 시점으로 한정할 필요는 없다. 예를 들면, 시간 tst 경과한 시점으로부터, 소정 회수 원료 검지 신호를 검지한 시점을 기준 시점 Tm으로 설정해도 된다.

다음에, 단계 S5185로 이행하여, EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 트리거 신호의 출력 개시 후 방전 전류가 임계치 Ip까지 도달할 때까지의 시간의 보정치 tical로 보정한 Δti와 Δtg의 관계를 검정한다.

즉, Δti+tical과 Δtg의 대소를 검정한다. 검정의 결과, Δtg<Δti+tical일 때, 단계 S5186으로 이행한다. 한편, Δtg≥Δti+tical일 때 단계 S519로 이행한다.

Δtg<Δti+tical인 경우, 방전 전류가 임계치 Ip에 도달하기 이전에, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달해 버린다. 그 때문에, 상기 기화 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달한 후 방전 전류가 임계치 Ip에 도달할 때까지의 기간, 원하지 않는 발광이 발생한다. 결과적으로, 방전 영역으로부터 방사되는 EUV 방사에, 파장 13.5nm 이외의 대역외광이 포함되어 버린다. 즉, EUV 광원 장치로부터 방출되는 EUV 방사의 스펙트럼 순도가 악화된다. 단계 S5186에 있어서, EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 노광 장치의 제어부(27)에, 스펙트럼 순도의 악화를 나타내는 경고 신호를 송신한다(도 9의 S618).

경고 신호의 송신 후도 EUV 광원 장치의 가동을 속행하는 경우는, 단계 S519로 이행한다.

또한, 스펙트럼 순도의 악화를 검출 후, EUV 광원 장치의 가동을 정지하는 경우는, 상기 단계 S5186에 있어서 EUV 광원 장치의 가동을 정지한다. 그리고, 방전 영역과 원료의 위치, 원료로의 레이저 빔의 조사 방향, 레이저 빔의 조사 에너지와 같은 파라미터를 재설정하여, (34) 식이 성립되도록 한다.

본 실시예에 있어서는, 경고 신호의 송신 후도 EUV 광원 장치의 가동을 속행하는 것으로 한다. 한편, 단계 S5185에 있어서, Δtg≥Δti+tical인 경우는, 방전 전류가 임계치 Ip에 도달한 시점 이후에, 기화 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달하게 된다. 따라서, 스펙트럼 순도가 악화되는 경우도 없으므로, 그대로, 도 7의 단계 S519로 이행한다.

상기한 단계 S5185의 검정은, 방전 개시 후, 전극 사이를 흐르는 전류의 크기가 임계치 Ip에 도달할 때까지의 시간 Δti의 지터의 영향을 배제하기 위한 것이다. (34) 식에 있어서의 보정 시간 ε(ε≤Δtp)이, 상기 지터의 크기보다 충분히 크다고 판명되어 있는 경우에는, 단계 S5185의 검정을 생략하는 것이 가능해진다.

도 7의 단계 S519에 있어서, EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 단계 S518에서 설정한 기준 시점 Tm을 기준으로 하여, 식 (39) (37) (19)에 의해 구한, 시점 Tm을 기준으로 했을 때의 주트리거 신호를 송신하는 타이밍 Td', 레이저 제어부로의 트리거 신호의 송출 타이밍 TL'에서, 주트리거 신호, 트리거 신호를, 각각, 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단, 레이저 제어부로 송신한다(도 9의 S609, S613).

다음에, 도 8의 단계 S513으로 이행하여, EUV 광원 장치의 제어부(23)는, 주트리거 신호의 출력 개시로 전극간 전압이 임계치 Vp까지 도달할 때까지를 계측하는 전압 카운터를 동작시킨다. 또, 제2 트리거 신호의 출력 개시로 방전 전류가 임계치 Ip까지 도달할 때까지를 계측하는 전류 카운터를 동작시킨다(도 9의 S612, S616). 또한, 상기한 바와 같이, 전압 카운터와, 전류 카운터는, 노광 장치의 제어부로부터 발광 지령 신호가 입력되었을 때, 0 클리어되고 있다.

EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 도 4, 5에 도시 생략의 전압 모니터에 의해 전극간 전압이 임계치 Vp에 도달한 타이밍을 검출하여, 전압 카운터를 정지시킨다. 또, 도시 생략의 전류 모니터에 의해 방전 전류가 임계치 Ip에 도달한 타이밍을 검출하여, 전류 카운터를 정지시킨다(도 8의 단계 S514, 도 9의 S612, S616).

단계 S519에 있어서, (39) 식에 의거한 타이밍 Td'에서 주트리거 신호가 송출되고, 당해 주트리거 신호가 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단에 입력된 후 지연 시간 d1 경과하면, 스위칭 수단(예를 들면, IGBT)이 on이 된다(도 9의 S609, S610).

스위칭 수단이 on이 되면, 제1 회전 전극(11), 제2 회전 전극(12)간의 전압이 상승되고, 시간 Δtd 후에, 전극간 전압이 임계치 Vp에 도달한다(도 9의 S610, S611).

상기한 바와 같이, 단계 S519에 있어서, (37) 식에 의거한 타이밍 TL'에서, 트리거 신호가 레이저 제어부로 송출된다. 그 결과, 전극간 전압이 임계치 Vp에 도달한 시점(Td+Δtd) 이후의 시점 TL에 있어서, 레이저 빔(23)이 방전 영역에 조사된다(도 9의 S613, S614).

레이저 빔(23)이 방전 영역에 조사되어, 방전 영역에서 방전이 개시된다. 방전 개시 후, Δti 후에, 방전 전류의 크기가 상기한 임계치 Ip에 도달한다(도 9의 S614, S615). 이 임계치 Ip는, 소정 강도의 EUV 방사를 얻기 위해 필요한 방전 전류치의 하한이다. 또한, 방전 전류치가 임계치 Ip 이상인 기간을 Δtp로 한다.

한편, 레이저 빔(23)이 방전 영역을 통과할 때의 타이밍과 고온 플라즈마 원 료(21)에 조사되는 타이밍은 거의 동시라고 간주해도 된다. 여기에서, 고온 플라즈마 원료(21)에 조사되는 위치에서의 레이저 빔(23)의 에너지, 레이저 빔(23)의 조사 방향, 방전 영역과 고온 플라즈마 원료의 위치 관계가 (26) 식, (27) 식을 만족하도록 적절히 설정되어 있다.

즉, 단계 S519에서 EUV 광원 장치의 제어부(26)가 각 트리거 신호를 송신한 결과, 방전 채널의 위치가 소정의 위치로 획정된다. 또, 위치가 획정되는 방전 채널에 있어서, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화 원료의 적어도 일부가 방전 채널에 도달하고 있는 상태로, 방전 전류의 크기가 소정 강도의 EUV 방사를 얻기 위해 필요한 방전 전류치의 하한 이상이 되어 있도록 방전이 발생한다.

또한, 상기한 소정의 공간 밀도 분포는, EUV 방사가 가능한 한 효율적으로 발생하도록 설정되어 있다.

또, 방전 채널의 위치가, 레이저 빔의 조사에 의해 소정의 위치로 획정되어, 플라즈마가 생성되는 위치의 위치 안정성은 향상된다.

즉, EUV 광원 장치의 제어부가 각 트리거 신호를 송신한 결과, 효율이 좋은 EUV 방사의 발생, 및 EUV 방사의 발생 위치의 안정화가 실현된다.

플라즈마로부터 방사된 EUV 방사는, 격벽에 설치된 개구, 포일 트랩을 통과하여 집광 공간에 배치된 경사 입사형의 EUV 집광경에 의해 집광되고, 챔버에 설치된 EUV광 취출부로부터 도시를 생략한 노광 장치의 조사 광학계로 인도된다.

이하, 노광 공정이 계속되는 동안은, 단계 S506 내지 단계 S515 사이의 공정이 반복된다. 노광 공정이 종료되는 경우는, 단계 S515 후, 엔드가 된다.

이상과 같이 동작시킴으로써, 레이저 빔(23)이 방전 영역을 통과할 때의 타이밍과 고온 플라즈마 원료(21)에 조사되는 타이밍, 방전 영역에 있어서의 레이저 빔(23)의 집광 강도, 고온 플라즈마 원료(21)에 조사되는 위치에서의 레이저 빔(23)의 에너지, 레이저 빔(23)의 조사 방향, 방전 영역과 고온 플라즈마 원료(21)의 위치 관계 등이 적절히 설정된다.

따라서, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화된 고온 플라즈마 원료(21)의 적어도 일부가 방전 영역에 도달하여, 방전 영역에 있어서 고온 플라즈마 원료(21)가 소정의 공간 밀도 분포로 존재하는 동안에, 레이저 빔(21)의 조사에 의해 개시된 방전의 방전 전류가 소정의 값에 도달하여, 소정 강도의 EUV 방사가 얻어진다.

즉, 본 실시예에 있어서는, 1개의 레이저 빔의 조사에 의해, 방전이 개시되어 방전 영역에 있어서의 방전 채널의 위치가 획정됨과 더불어, 위치가 획정되는 방전 채널에 있어서 원료가 소정의 공간 밀도 분포로 유지되어 있는 타이밍에서 방전 후의 방전 전류가 소정의 값에 도달한다. 따라서, 효율이 좋은 EUV 방사가 실 현 가능해진다.

특히, 본 실시예에서는, 주트리거 신호의 출력 후 전극간 전압이 임계치 Vp에 도달할 때까지의 시간이 일정해지도록 피드백 제어를 행하고 있다. 그 때문에, 예를 들면, 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단인 고체 스위치 SW로서 사용되는 IGBT 등의 반도체 스위칭 소자의 동작에 편차가 생겼다고 해도, 확실히 효율이 좋은 EUV 방사를 실현하는 것이 가능해진다.

또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, 플라즈마가 생성되는 방전 영역 근방에 자석(6)을 설치하고, 플라즈마에 대해 자장을 걸어도 된다.

여기에서, 제1 및 제2 회전 전극(11, 12) 사이에서 발생하는 방전 방향과 대략 평행하게 균일한 자장을 인가하면, EUV를 방사하는 고온 플라즈마의 사이즈(즉, EUV 광원의 사이즈)가 작아져, EUV의 방사 시간을 길게 하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명의 EUV 광원 장치는, 자장을 인가함으로써, 노광용 광원으로서 보다 바람직해진다.

2. 상기 실시예의 변형예

본 발명의 EUV 광원 장치는, 극단 자외광을 방사하기 위한 고온 플라즈마 원료는, 액체 또는 고체의 상태로, 방전 영역 근방에 공급된다.

상기 실시예의 EUV 광원 장치에 있어서는, 상기 원료는, 드롭렛형상으로 하여 공급된다. 그러나, 당연하지만, 고온 플라즈마 원료의 공급 기구는, 이 구성에 한정되는 것은 아니다.

이하, 고온 플라즈마 원료의 원료 공급 유닛의 그 밖의 예에 대해 서술한다.

(1) 제1 변형예

도 10, 도 11은 실시예의 제1 변형예를 설명하기 위한 도면이다. 상세하게는, 도 10은 본 발명의 EUV 광원 장치의 정면도이고, EUV 방사는 이 도면 좌측으로 취출된다. 즉, 도 10은, 도 4에 나타낸 EUV 광원 장치에 있어서, 원료 공급 유닛의 부분을 치환한 것을 나타내고 있다. 또한, 이해를 용이하게 하기 위해, 도 10은, 원료 공급 유닛의 배치, 구성에 중점을 두고 나타낸 것이고, EUV 광원 장치의 일부는 생략되어 있다. 또한, 생략된 부분은, 도 4와 동등하다.

한편, 도 11은 본 발명의 EUV 광원 장치의 상면도이고, 도 10과 동일하게, EUV 광원 장치의 일부는 생략되어 있다.

도 10, 도 11에 나타낸 변형예에 있어서는, 고온 플라즈마 원료로서 선형상 원료(31)가 사용된다. 구체적으로는, 극단 자외광 방사종을 포함하는 금속 와이어이고, 예를 들면, Sn(주석)을 포함한다.

제1 변형예에 있어서의 원료 공급 유닛(30)은, 선형상 원료(31)를 소정의 공간에 공급하는 기능을 갖는다. 당해 원료 공급 유닛(30)은, 릴(30a), 릴(30e), 위치 결정 수단(30b), 위치 결정 수단(30c), 선형상 원료(31), 구동 기구(30d)로 구성된다. 또한, 구동 기구(30d)는, 도 10, 도 11에 있어서 도시를 생략한 제어부에 의해 구동 제어된다.

선형상 원료(31)는, 릴(30a) 및 릴(30e)에 감겨져 있다. 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, 레이저원(23a)으로부터 방출되는 레이저 빔(23)이 조사되었을 때 기화된다. 상기한 바와 같이, 기화된 고온 플라즈마용 원료가 확산되는 방향은, 레이저 빔(23)의 원료(31)로의 입사 위치에 의존한다.

따라서, 선형상 원료(31)로의 레이저 빔(23)의 입사 위치가 방전 영역을 향하도록, 선형상 원료(31)는, 위치 결정 수단(30b), 위치 결정 수단(30c)에 의해 위치 결정된다. 또한, 이 위치 결정된 위치는, 선형상 원료(31)에 레이저 빔(23)이 조사됨으로써 기화된 원료가, 방전 영역에 도달 가능한 위치이다.

그리고, 선형상 원료(31)가 공급되고, 또한, 선형상 원료(31)에 레이저 빔(23)을 조사하였을 때, 기화 후의 고온 플라즈마 원료(액체 원료)가 방전 영역의 방향으로 확산되도록, 레이저원(23a)으로부터 방출되는 레이저 빔(23)의 광축, 및 레이저 빔(23)의 에너지가 조정된다.

여기에서, 방전 영역과 선형상 원료(31)의 거리는, 레이저 빔 조사에 의해 방전 영역의 방향으로 확산되는 기화 후의 고온 플라즈마 원료가, 소정의 공간 밀도 분포로 방전 영역에 도달하도록 설정된다.

또한, 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 선형상 원료(31)는, 한 쌍의 전극(11, 12)과 EUV 집광경(2) 사이의 공간에 대해 공급하는 것이 바람직하다.

이와 같이 공급된 선형상 원료(31)에 대해, 레이저 빔(23)을 상기와 같이 선형상 원료 표면의 방전 영역에 면하는 측에 대해 조사하면, 기화 후의 선형상 원료는 방전 영역의 방향으로 확산되지만, EUV 집광경(2)의 방향으로 확산되지 않는다.

즉, 상기한 바와 같이 방전 영역에 대한 선형상 원료(31)의 공급 위치, 및 레이저 빔(23)의 조사 위치를 설정함으로써, 데브리가 EUV 집광경(2)으로 진행되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.

(2) 제2 변형예

도 12, 도 13, 도 14는 상기 실시예의 제2 변형예를 설명하기 위한 도면이다. 상세하게는, 도 12는 본 실시예의 EUV 광원 장치의 정면도이고, EUV 방사는 이 도면 좌측으로부터 취출된다. 즉, 도 12는, 도 4에 나타낸 실시예의 EUV 광원 장치에 있어서, 원료 공급 유닛(20)의 부분을 치환한 것을 나타내고 있다.

또한, 이해를 용이하게 하기 위해, 도 12는, 원료 공급 유닛의 배치, 구성에 중점을 두고 나타낸 것이고, EUV 광원 장치의 일부는 생략되어 있다. 또한, 생략된 부분은 도 6과 동등하다.

한편, 도 13은 본 발명의 EUV 광원 장치의 상면도, 도 14는 본 발명의 EUV 광원 장치의 측면도이고, 도 12와 동일하게, EUV 광원 장치의 일부는 생략되어 있다.

도 12, 도 13, 도 14에 나타낸 제2 변형예에 있어서는, 고온 플라즈마 원료로서 액체 원료가 사용된다. 구체적으로는, 극단 자외광 방사종을 포함하는 액체 원료이고, 예를 들면, Sn(주석)을 포함한다.

제2 변형예에 있어서의 원료 공급 유닛(40)은, 액체 원료를 소정의 공간에 공급하는 기능을 갖는다. 당해 원료 공급 유닛(40)은, 액체 원료 공급 수단(40a), 원료 공급 원반(40b), 제3 모터(40c)로 구성된다. 또한, 액체 원료 공급 수단(40a), 도시를 생략한 제3 모터 구동 기구는, 도 12, 도 13, 도 14에 있어서 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. 다음에, 원료 공급 원반(40b)을 제3 모터(40c)에 의해 한 방향으로 회전시킨다. 홈부에 공급된 액체 원료는, 홈부의 회전과 함께 이동한다.

홈부에 공급된 액체 원료는, 레이저원(23a)으로부터 방출되는 레이저 빔(23)이 조사되었을 때 기화된다. 상기한 바와 같이, 기화된 고온 플라즈마용 원료가 확산되는 방향은, 레이저 빔(23)의 원료로의 입사 위치에 의존한다. 따라서, 홈부에 공급된 액체 원료로의 레이저 빔(23)의 입사 위치가 방전 영역을 향하도록, 원료 공급용 원반(40b)은 방전 영역에 대해 배치된다.

구체적으로는, 홈부가 설치된 측면부가 방전 영역을 향하도록 원료 공급용 원반(40b)은 배치된다. 또한, 원료 공급용 원반(40b)이 배치되는 위치는, 홈부에 공급된 액체 원료에 레이저 빔(23)이 조사됨으로써 기화된 원료가, 방전 영역에 도달 가능한 위치이다.

그리고, 액체 원료가 공급되고, 또한, 방전 영역을 향하는 홈부로 레이저 빔(23)을 조사하였을 때, 기화 후의 고온 플라즈마 원료(액체 원료)가 방전 영역의 방향으로 확산되도록, 레이저원(23a)으로부터 방출되는 레이저 빔(23)의 광축, 및 레이저 빔(23)의 에너지가 조정된다.

방전 영역과 원료 공급용 원반(40b)의 거리는, 레이저 빔(23)의 조사에 의해 방전 영역의 방향으로 확산되는 기화 후의 고온 플라즈마 원료가, 소정의 공간 밀도 분포로 방전 영역에 도달하도록 설정된다.

여기에서, 홈부에 공급된 액체 원료는 홈부의 회전과 함께 이동하므로, 액체 원료 공급 수단(40a)에 의해 홈부 내에 액체 원료를 연속적으로 공급함으로써, 소정의 레이저 빔(23)의 조사 위치에 연속적으로 공급하는 것이 가능해진다.

또한, 도 12, 도 13, 도 14에 나타낸 바와 같이, 제2 변형예의 구성에 있어서는, 홈부에 공급된 액체 원료는 광축에 대해 수직인 평면 상의 공간이고, 또한, 방전 영역 근방에 대해 이동하며, 레이저 빔(23)은, 광축과 수직인 방향으로부터 홈부에 공급된 액체 원료에 대해 조사된다. 그 때문에, 기화 후의 고온 플라즈마 원료(액체 원료)는, EUV 집광경(2)의 방향으로는 확산되지 않는다. 따라서, 고온 플라즈마 원료로의 레이저 빔(23)의 조사, 및 전극 사이에서 발생하는 방전에 의해 생성되는 데브리는, EUV 집광경(2)에 대해 거의 진행되지 않는다.

(3) 제3 변형예

도 15, 도 16은 실시예의 제3 변형예를 설명하기 위한 도면이다. 상세하게는, 도 15는 본 발명의 EUV 광원 장치의 상면도이고, EUV 방사는 이 도면 좌측으로 취출된다. 한편, 도 16은, EUV 광원 장치의 측면도이다.

도 15, 도 16은, 도 4에 나타낸 EUV 광원 장치에 있어서, 원료 공급 유 닛(20)의 부분 및 전극을 치환한 것을 나타내고 있다. 또한, 이해를 용이하게 하기 위해, 도 15는, 원료 공급 유닛의 배치, 구성에 중점을 두고 나타낸 것이고, EUV 광원 장치의 일부는 생략되어 있다. 또한, 생략된 부분은, 도 4와 동등하다.

도 15, 도 16에 나타낸 제3 변형예에 있어서는, 고온 플라즈마 원료로서 액체 원료가 사용된다. 구체적으로는, 극단 자외광 방사종을 포함하는 액체 원료이고, 예를 들면, Sn(주석)을 포함한다.

제3 변형예에 있어서의 원료 공급 유닛(50)은, 액체 원료를 소정의 공간에 공급하는 기능을 갖는다. 당해 원료 공급 유닛(50)은, 액체 원료 버스(50a), 캐필러리(50b), 히터(50c), 액체 원료 버스 제어부(50d), 히터용 전원(50e)으로 구성된다. 또한, 액체 원료 버스 제어부(50d), 히터용 전원(50e)은, 도 15, 도 16에 있어서 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. 제3 변형예에 있어서의 원료 공급 유닛(50)에 있어서는, 액체 원료 버스(50a)에 수용되는 액체 원료는, 모세관 현상에 의해, 캐필러리(50b) 내부로 수송되어 캐필러리(50b) 선단으로 인도된다.

액체 원료 버스(50a)에 수용되는 극단 자외광 방사종을 포함하는 액체 원료로서는, 예를 들면, Sn(주석)이 이용된다. 액체 원료 버스의 온도는, Sn이 액체 상태를 유지하도록, 액체 원료 버스 제어부(50d)에 의해 제어된다. 또, 캐필러 리(50b)는, 관 내에서의 액체 원료의 고체화를 회피하기 위해, 히터(50c)에 의해 가열된다. 히터(50c)로의 전력 공급은, 히터용 전원(50e)에 의해 행해진다.

캐필러리(50b)의 선단에 도달한 액체 원료에 레이저원(23a)으로부터 방출되는 레이저 빔(23)이 조사되었을 때, 액체 원료는 기화된다. 상기한 바와 같이, 기화된 고온 플라즈마용 원료가 확산되는 방향은, 레이저 빔(23)의 원료로의 입사 위치에 의존한다.

따라서, 캐필러리(50b) 선단에 도달한 액체 원료로의 레이저 빔(23)의 입사 위치가 방전 영역을 향하도록, 캐필러리(50b)의 선단은 배치된다. 또한, 캐필러리(50b)의 선단이 배치되는 위치는, 캐필러리(50b) 선단에 공급된 액체 원료에 레이저 빔(23)이 조사됨으로써 기화된 원료가, 방전 영역에 도달 가능한 위치이다.

그리고, 액체 원료가 캐필러리(50b) 선단에 공급되고, 또한, 캐필러리 선단에 레이저 빔(23)을 조사하였을 때, 기화 후의 고온 플라즈마 원료(액체 원료)가 방전 영역의 방향으로 확산되도록, 레이저원(23a)으로부터 방출되는 레이저 빔의 광축, 및 레이저 빔(23)의 파워가 조정된다.

여기에서, 방전 영역과 캐필러리(50b) 선단의 거리는, 레이저 빔 조사에 의해 방전 영역의 방향으로 확산되는 기화 후의 고온 플라즈마 원료가, 소정의 공간 밀도 분포로 방전 영역에 도달하도록 설정된다.

또, 캐필러리(50b) 선단에 공급되는 액체 원료는 모세관 현상에 의해 액체 원료 버스(50a)로부터 이동하므로, 소정의 레이저 빔(23)의 조사 위치에 연속적으로 공급하는 것이 가능해진다.

또한, 도 15, 16에 나타낸 제3 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.

또, 도 15, 도 16에 나타낸 바와 같이, 제3 변형예의 구성에 있어서는, 액체 원료가 공급되는 캐필러리(50b) 선단은 광축에 대해 수직인 평면 상의 공간에 위치하고, 레이저 빔(23)은, 상기 위치에 배치된 캐필러리(50b) 선단에 공급된 액체 원료에 대해 조사된다. 그 때문에, 기화 후의 고온 플라즈마 원료(액체 원료)는, EUV 집광경(2)의 방향으로는 확산되지 않는다. 따라서, 고온 플라즈마 원료로의 레이저 빔의 조사, 및 전극 사이에서 발생하는 방전에 의해 생성되는 데브리는, EUV 집광경(2)에 대해 거의 진행되지 않는다.

(4) 실시예의 변형예에 있어서의 EUV 광원 장치의 동작

상기한 여러 가지 실시예의 변형예에 있어서는, 레이저 빔 조사 위치에 고온 플라즈마 원료가 연속적으로 공급된다. 따라서, 이들 실시예의 변형예에 있어서의 EUV 광원 장치의 동작예는, 상기 실시예에 있어서의 EUV 광원 장치의 동작예와 약간 상이하다. 이하, 제1 변형예를 예로 들어, EUV 광원 장치의 동작예를 나타낸다.

도 17, 도 18은 본 실시예의 동작을 나타낸 흐름도, 도 19는 타임 차트이고, 이하 도 17-도 19에 의해, 본 실시예의 동작을 설명한다. 또한, 본 변형예와, 앞서 설명한 실시예에서는, 그 동작에 큰 차이는 없고, 여기에서는, 전술한 것과 동 일한 부분에 대해서는 간단하게 설명한다.

EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 상기한 바와 같이 도 1에 나타낸 시간 데이터 Δtd, Δti, Δtg를 기억하고 있다. 즉, Δtd는, 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단에 트리거 신호가 입력된 시점(시각 Td)으로부터, 스위칭 수단이 on 상태가 되어 전극간 전압이 임계치 Vp에 도달할 때까지의 시간, Δti는, 방전 개시 후, 전극 사이를 흐르는 전류의 크기가 임계치 Ip에 도달할 때까지의 시간이고, Δtg는, 레이저 빔이 원료에 조사된 시점으로부터 기화 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달할 때까지의 시간이다.

전술한 바와 같이, 방전 전극에 인가되는 전압 V가 크면, 방전 전극간의 전압 파형의 상승은 빨라지므로, 상기한 Δtd는 방전 전극에 인가되는 전압 V에 의존하게 된다.

전술한 바와 같이 EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 미리 실험 등으로 구한 전압 V와 시간 Δtd의 관계를 테이블로서 기억하고 있다. 또, EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 보정 시간 γ, ε, 및 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단에 주트리거 신호가 출력되는 시점으로부터, 당해 주트리거 신호가 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단에 입력되어 스위칭 수단이 on이 되는 시점까지의 지연 시간 d1을 기억하고 있다.

우선, EUV 광원 장치의 제어부(26)로부터의 스탠바이 지령이, 진공 배기 장치(4, 5), 가스 공급 유닛(13, 14), 제1 모터(22a), 제2 모터(22b), 구동 기구(30d)에 송신된다(도 17의 단계 S701, 도 19의 S801).

전술한 바와 같이, 스탠바이 지령을 수신한 진공 배기 장치(4, 5), 가스 공급 유닛(13, 14), 제1 모터(22a), 제2 모터(22b), 구동 기구(30d)가 동작을 개시한다. 이에 의해, 방전 공간(1a)이 진공 분위기가 된다. 또, 가스 커튼이 형성되고, 집광 공간(1b) 내에 버퍼 가스, 클리닝 가스를 공급받아, 집광 공간(1b)이 소정의 압력에 도달한다.

또, 제1 모터(22a), 제2 모터(22b)가 동작하여, 제1 회전 전극(11), 제2 회전 전극(12)이 회전한다. 또한, 구동 기구(30d)에 의해 릴(30e)이 회전 구동됨으로써, 릴(30a)로부터 송출되어, 스탠바이 상태가 된다(도 17의 단계 S702, 도 19의 S802).

EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 노광 장치의 제어부(27)에 스탠바이 완료 신호를 송신한다(도 17의 단계 S705, 도 19의 S805).

EUV 광원 장치의 제어부(26)는 노광 장치의 제어부(27)로부터, 발광 지령을 수신한다. 또한, EUV 방사의 강도를 노광 장치측이 컨트롤하는 경우, 본 발광 지령에는, EUV 방사의 강도 데이터도 포함된다(도 17의 단계 S706, 도 19의 S806).

전술한 바와 같이, 미리, EUV 방사 강도와 주콘덴서 C0으로의 충전 전압의 관계가 실험 등에 의해 구해지고, 양자의 상관을 저장한 테이블이 작성된다. EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 이 테이블을 기억하고 있으며, 노광 장치의 제어부(27)로부터 수신한 발광 지령에 포함되는 EUV 방사의 강도 데이터에 의거하여, 상기 테이블로부터 주콘덴서 C0의 충전 전압 데이터를 호출하고, 이 충전 전압 데이터에 의거하여, EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 주콘덴서 C0으로의 충전 전압 데이터 신호를 포함하는 충전 제어 신호를 펄스 전력 발생기(8)의 충전기 CH에 송신한다(도 17의 단계 S707, 도 19의 S807).

충전기 CH는 상기한 바와 같이 주콘덴서 C0의 충전을 행한다(도 17의 단계 S708).

EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 운전을 개시한 후 최초의 EUV광 발생(첫 회 펄스라고 한다)인지를 판정하여(도 17의 단계 S709), 첫 회 펄스인 경우에는, 단계 S709로부터 단계 S710으로 이행한다. 또 첫 회 펄스가 아닌 경우에는, 단계 S716으로 이행한다.

단계 S710에서, EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 레이저원(23a)의 동작을 제어하는 레이저 제어부(23b)로의 트리거 신호의 송출 타이밍을 계산한다.

첫 회 펄스인 경우는, 후술하는 전압 카운터, 전류 카운터의 카운트치를 사용할 수 없고, 후술하는 피드백 보정을 할 수 없기 때문에, 미리 기억하고 있는 시간 데이터 Δtd, Δti, Δtg, d1, γ에 의거하여, 상기 타이밍을 결정한다.

또한, 전술한 도 1에 나타낸 바와 같이, 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단에 주트리거 신호가 입력되어 스위칭 수단이 on이 되는 시점 Td를 기준으로 하여, 레이저 빔(23)이 조사되는 시간 TL을 설정하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서는, 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단에 주트리거 신호를 출력하는 시점 Td'로부터, 당해 주트리거 신호가 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단에 입력되어 스위칭 수단이 on이 되는 시점 Td까지의 지연 시간 d1을 미리 구해 두고, 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단에 주트리거 신호를 출력한 시점 Td'를 상기 지연 시간 d1로 보정하여, 스위칭 수단이 on이 되는 시점 Td를 구한다.

한편, 트리거 신호가 송출된 시점 TL'로부터 레이저 빔이 조사될 때까지의 지연 시간 dL은, ns 오더로 무시할 수 있을 정도로 작기 때문에, 여기에서는 생각하지 않는다.

즉, 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단에 주트리거 신호를 출력한 시점 Td'를 기준으로 하여, 레이저원(23a)의 동작을 제어하는 레이저 제어부(23b)로의 트리거 신호의 송출 타이밍 TL'를 설정함으로써, 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단에 주트리거 신호가 입력된 시점 Td를 기준으로 한 레이저 빔(23)이 조사되는 시간 TL의 설정이 실현된다.

전술한 바와 같이, 레이저 빔이 조사되는 타이밍 TL은, 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단이 on이 되는 시점 Td를 기준으로 했을 때, 상기 (26) 식이 성립되고, 주트리거 신호를 송신하는 시점 Td'를 기준으로 했을 때의 레이저원의 동작을 제어하는 레이저 제어부로의 트리거 신호의 송출 타이밍 TL'는, (28) 식이 되지만, 전술한 바와 같이, 지연 시간 dL이 무시할 수 있을 정도로 작기 때문에, 트리거 신호의 송출 타이밍 TL'는

TL'≥Td'+d1+Δtd…(29)

가 된다. 여기에서, 전술한 바와 같이, 전극간 전압이 확실히 임계치 Vp를 넘는 시점에서, 레이저 빔이 조사되도록, 레이저 빔(23)이 조사되는 시점을, Δtd보다 약간 지연시켜도 된다. 이 지연 시간을 보정 시간 γ로 정의하고, 식 (29)를 변형하면,

TL'≥Td'+d1+Δtd+γ…(30)이 된다.

본 실시예에서도 전술한 바와 같이,

TL'=Td'+d1+Δtd+γ…(31)

로 한다. 또한, 당연하지만, TL'의 설정은, (31) 식에 한정되는 것이 아니라, (30) 식을 만족하면 된다. 예를 들면, 전술한 바와 같이, TL'=Td'+d1+Δtd로 해도 된다.

상기한 바와 같이, 레이저 빔(23)이 원료(31)에 조사된 시점으로부터 기화 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달할 때까지의 시간 Δtg와 레이저 빔이 고온 플라즈마 원료에 조사되는 시점 TL은, 상기 (27) 식의 관계가 성립될 필요가 있다.

(27) 식을 레이저 제어부로의 트리거 신호의 송출 타이밍 TL'와 Δtg의 관계식으로 변형하면, 상기 (32) 식과 같이 되어, Δtg와 Δti의 관계는 상기한 바와 같이

Δti≤Δtg≤Δti+Δtp…(33)

이 된다.

상기한 바와 같이, Δtg는, 방전 영역과 원료의 위치, 원료로의 레이저 빔의 조사 방향, 레이저 빔의 조사 에너지에 의존한다. 이들 파라미터는, (33) 식이 성립되도록 적절히 설정된다.

본 실시예에서도, 방전 전류가 확실히 임계치 Ip를 넘는 시점에서, 기화 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달하도록 Δtg를 설정한다. 즉, 상기한 바와 같이 Δtg의 길이를 Δti보다 약간 길게 설정하고, 이 보정 시간 ε으로 정의하면, Δti와 Δtg의 관계는 이하와 같이 된다.

Δtg=Δti+ε (ε≤Δtp)…(34)

즉, 단계 S710에 있어서, EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 미리 기억하고 있는 시간 데이터 Δtd, d1, γ에 의거하여, 식 (31)에 의해, 주트리거 신호를 송신하는 타이밍 Td'를 기준으로 했을 때의 레이저 제어부(23b)로의 트리거 신호의 송출 타이밍 TL'를 구한다(도 19의 S808).

여기에서, 시간 데이터 Δtd는, 전압 V와 시간 Δtd의 대응을 저장하는 테이블로부터 호출된다. 방전 전극(11, 12)에 인가하는 전압 V의 데이터는, 예를 들면, 단계 S707에서 충전 제어 신호를 펄스 전력 발생기(8)의 충전기 CH에 송신할 때에 EUV 방사 강도와 주콘덴서 C0으로의 충전 전압의 상관을 저장한 테이블로부터 호출한 주콘덴서 C0의 충전 전압 데이터를 그대로 사용한다.

EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 주콘덴서 C0의 충전이 안정될 때까지의 시간인 차저 충전 안정 시간 tst가 경과한 시점 후, 주트리거 신호를 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단에 송신한다. 그 때의 타이밍을 Td'로 한다(도 17의 단계 S711, 도 19의 S809).

EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 단계 S711에서 주트리거 신호를 송신한 시점 Td'를 기준으로 하여, 식 (31)에 의해 구한, 시점 Td'를 기준으로 했을 때의 레이저 제어부(23b)로의 트리거 신호의 송출 타이밍 TL'에서, 트리거 신호를 레이저 제어부(23b)로 송신한다(도 17의 단계 S712, 도 19의 S813).

EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 주트리거 신호의 출력 개시로 전극간 전압이 임계치 Vp까지 도달할 때까지를 계측하는 전압 카운터를 동작시킨다. 또, 트리거 신호의 출력 개시로 방전 전류가 임계치 Ip까지 도달할 때까지를 계측하는 전류 카운터를 동작시킨다(도 18의 단계 S713, 도 19의 S812, S816).

또한, 전술한 바와 같이 전압 카운터와, 전류 카운터는, 노광 장치의 제어부로부터 발광 지령 신호가 입력되었을 때 0 클리어되고 있다. 전압 카운터는, 전술한 바와 같이 주트리거 신호의 출력 후, 전극간 전압이 임계치 Vp에 도달할 때까지의 시간을 일정하게 하기 위해 피드백 제어하기 위한 것이고, 전류 카운터는, 트리거 신호의 출력 후, Δtg와 Δti의 관계가 (34) 식을 만족하고 있는지의 여부를 확인하기 위한 것이다.

즉, 주트리거 신호를 송신한 시점 Td'를 기준으로 했을 때의 레이저 제어부(23b)로의 트리거 신호의 송출 타이밍 TL'는, 최초의 1회째(첫 회 펄스)는, 상기와 같이, 식 (31)에 의거하여 결정되지만, 2번째 이후는, 후술하는 바와 같이 상기 식 (31)을, 상기 전압 카운터, 전류 카운터의 카운트치에 의거해 보정한 값에 의거하여 결정된다.

EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 도시 생략의 전압 모니터에 의해 전극간 전압이 임계치 Vp에 도달한 타이밍을 검출하여, 전압 카운터를 정지시킨다. 또, 도시 생략의 전류 모니터에 의해 방전 전류가 임계치 Ip에 도달한 타이밍을 검출하여, 전류 카운터를 정지시킨다(도 18의 단계 S714, 도 19의 S812, S816).

단계 S711에 있어서, 타이밍 Td'에서 주트리거 신호가 송출되고, 당해 주트리거 신호가 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단에 입력된 후 지연 시간 d1 경과하면, 스위칭 수단(예를 들면, IGBT)이 on이 된다(도 19의 S809, S810).

스위칭 수단이 on이 되면, 제1 회전 전극(11), 제2 회전 전극(12)간의 전압이 상승하고, 시간 Δtd 후에, 전극간 전압이 임계치 Vp에 도달한다. 상기한 바와 같이, 이 임계치 Vp는, 방전이 발생했을 때에 흐르는 방전 전류의 값이 임계치 Ip 이상이 되는 경우의 전압치이다(도 19의 S810, S811).

상기한 바와 같이, 단계 S712에 있어서, (31) 식에 의거한 타이밍 TL'에서, 트리거 신호가 레이저 제어부(23b)로 송출된다. 그 결과, 전극간 전압이 임계치 Vp에 도달한 시점(Td+Δtd) 이후의 시점 TL에 있어서, 레이저 빔(23)이 방전 영역에 조사된다(도 19의 S813, S814).

레이저 빔(23)이 방전 영역에 조사되어, 방전 영역에서 방전이 개시된다. 방전 개시 후, Δti 후에, 방전 전류의 크기가 상기한 임계치 Ip에 도달한다(도 19의 S814, S815). 이 임계치 Ip는, 소정 강도의 EUV 방사를 얻기 위해 필요한 방전 전류치의 하한이다. 또한, 방전 전류치가 임계치 Ip 이상인 기간을 Δtp로 한다.

한편, 레이저 빔(23)이 방전 영역을 통과할 때의 타이밍과 고온 플라즈마 원료(31)에 조사되는 타이밍은 거의 동시라고 간주해도 된다. 여기에서, 고온 플라즈마 원료(31)에 조사되는 위치에서의 레이저 빔(23)의 에너지, 레이저 빔(23)의 조사 방향, 방전 영역과 고온 플라즈마 원료(31)의 위치 관계가 (26) 식, (27) 식을 만족하도록 적절히 설정되어 있다.

따라서, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화 원료의 적어도 일부는, 방전 전류의 크기가 소정 강도의 EUV 방사를 얻기 위해 필요한 방전 전류치의 하한 이상이 되어 있는 기간 중에 도달한다(도 19의 S817).

즉, 단계 S711, S712에서 EUV 광원 장치의 제어부(26)가 각 트리거 신호를 송신한 결과, 방전 채널의 위치가 소정의 위치로 획정된다. 또, 위치가 획정되는 방전 채널에 있어서, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화 원료의 적어도 일부가 방전 채널에 도달하고 있는 상태로, 방전 전류의 크기가 소정 강도의 EUV 방사를 얻기 위해 필요한 방전 전류치의 하한 이상이 되어 있도록 방전이 발생한다.

방전은, 제1 회전 전극(11), 제2 회전 전극(12)의 둘레 가장자리부의 에지 부분 사이에서 발생하여, 플라즈마가 형성된다. 플라즈마를 흐르는 펄스형상의 대전류에 의해 플라즈마가 가열 여기되어 고온화되면, 이 고온 플라즈마로부터 파장 13.5nm의 EUV 방사가 발생한다(도 18의 단계 S715).

또한, 상기한 소정의 공간 밀도 분포는, EUV 방사가 가능한 한 효율적으로 발생하도록 설정되어 있다. 구체적으로는, 방전 영역에 대한 원료의 공급 위치, 원료로의 레이저 빔의 조사 방향, 레이저 빔의 조사 에너지 등이, EUV 방사가 가능한 한 효율적으로 발생하도록 적절히 설정된다.

이상과 같이 첫 회의 EUV 방사가 끝나면, 다음에, 단계 S706으로 되돌아가, 노광 장치로부터의 발광 지령을 대기한다. 발광 지령 수신 후, 상기한 단계 S707, S708을 거쳐, 단계 S709로 이행한다. 다음번의 EUV 방사는, 첫 회의 펄스가 아니므로, 단계 S709로부터 단계 S716으로 이행한다.

단계 S716에 있어서, EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 단계 S714에 있어서 계측한 주트리거 신호의 출력 개시 후 전극간 전압이 임계치 Vp까지 도달할 때까지의 시간인 전압 카운터의 값, 및 트리거 신호의 출력 개시 후 방전 전류가 임계치 Ip까지 도달할 때까지의 시간인 전류 카운터의 값을 기초로, 레이저 제어부로의 트리 거 신호의 송출 타이밍 TL'의 피드백 연산을 상기 (20) (21) 식으로부터 행한다.

tvcal=(d1+Δtd)-tvc…(20)

tical=Δti-tic…(21)

여기에서, 상기한 바와 같이 tvcal은, 주트리거 신호의 출력 개시 후 전극간 전압이 임계치 Vp까지 도달할 때까지의 시간의 보정치이고, tvc는 전압 카운터로 계측한 시간이다. 또, tical은, 트리거 신호의 출력 개시 후 방전 전류가 임계치 Ip까지 도달할 때까지의 시간의 보정치이고, tic는 전류 카운터로 계측한 시간이다(도 17의 단계 S716, 도 19의 S808).

상기한 바와 같이, 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단인 고체 스위치 SW는, 대전류를 흐르게 하는 것이 가능한 IGBT 등의 반도체 스위칭 소자가 사용되는 경우가 많다. 이러한 IGBT 등의 반도체 스위칭 소자는, 게이트 신호(본 실시예의 주트리거 신호에 상당)가 입력되어 실제로 on이 되는 시간은 어느 정도 편차가 생긴다. 즉, (20) 식은, 스위칭 소자의 편차의 보정도 고려된 것이다.

EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 단계 S716에 있어서 구한 보정치를 고려하여, 주트리거 신호를 송신한 시점 Td'를 기준으로 했을 때의 레이저 제어부로의 트 리거 신호의 송출 타이밍 TL'를 다음 식에 의해 결정한다(도 17의 단계 S717, 도 19의 S808).

TL'=Td'+d1+Δtd+γ+tvcal (40)

또, EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 주콘덴서 C0의 충전이 안정될 때까지의 시간인 차저 충전 안정 시간 tst가 경과한 시점 후, 주트리거 신호를 송신한다. 그 때의 타이밍을 Td'로 한다(도 17의 단계 S718, 도 19의 S809).

다음에, 단계 S7185로 이행하여, EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 트리거 신호의 출력 개시 후 방전 전류가 임계치 Ip까지 도달할 때까지의 시간의 보정치 tical로 보정한 Δti와 Δtg의 관계를 검정한다. 즉, Δti+tical과 Δtg의 대소를 검정한다. 검정의 결과, Δtg<Δti+tical일 때, 단계 S7186으로 이행한다. 한편, Δtg≥Δti+tical일 때 단계 S719로 이행한다.

Δtg<Δti+tical인 경우, 방전 전류가 임계치 Ip에 도달하기 이전에, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달해 버린다. 그 때문에, 상기 기화 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달한 후 방전 전류가 임계치 Ip에 도달할 때까지의 기간, 원하지 않는 발광이 발생한다.

결과적으로, 방전 영역으로부터 방사되는 EUV 방사에, 파장 13.5nm 이외의 대역 외광이 포함되어 버린다. 즉, EUV 광원 장치로부터 방출되는 EUV 방사의 스펙트럼 순도가 악화된다. 단계 S7186에 있어서, EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 노광 장치의 제어부(27)에, 스펙트럼 순도의 악화를 나타내는 경고 신호를 송신한다(도 19의 S818).

경고 신호의 송신 후도 EUV 광원 장치의 가동을 속행하는 경우는, 단계 S719로 이행한다.

또한, 스펙트럼 순도의 악화를 검출 후, EUV 광원 장치의 가동을 정지하는 경우는, 상기 단계 S7186에 있어서 EUV 광원 장치의 가동을 정지한다. 그리고, 방전 영역과 원료의 위치, 원료로의 레이저 빔의 조사 방향, 레이저 빔의 조사 에너지와 같은 파라미터를 재설정하여, (34) 식이 성립되도록 한다.

본 실시예에 있어서는, 경고 신호의 송신 후도 EUV 광원 장치의 가동을 속행하는 것으로 한다.

한편, 단계 S7185에 있어서, Δtg≥Δti+tical의 경우는, 방전 전류가 임계치 Ip에 도달한 시점 이후에, 기화 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달하게 된다. 따라서, 스펙트럼 순도가 악화되는 경우도 없기 때문에, 그대로 단계 S719로 이행한다.

상기한 단계 S7185의 검정은, 전술한 바와 같이, 방전 개시 후, 전극 사이를 흐르는 전류의 크기가 임계치 Ip에 도달할 때까지의 시간 Δti의 지터의 영향을 배제하기 위한 것이다. (34) 식에 있어서의 보정 시간 ε(ε≤Δtp)이, 상기 지터의 크기보다 충분히 크다고 판명되어 있는 경우에는, 단계 S7185의 검정을 생략하는 것이 가능해진다.

단계 S719에 있어서, EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 단계 S718에서 주트리거 신호를 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단에 송신한 시점 Td'를 기준으로 하여, 식 (40)에 의해 구한, 시점 Td'를 기준으로 했을 때의 레이저 제어부로의 트리 거 신호의 송출 타이밍 TL'를, 레이저 제어부로 송신한다(도 17의 단계 S719, 도 19의 S813).

다음에, 도 18의 단계 S713으로 이행하여, EUV 광원 장치의 제어부(26)는, 주트리거 신호의 출력 개시로 전극간 전압이 임계치 Vp까지 도달할 때까지를 계측하는 전압 카운터를 동작시킨다. 또, 제2 트리거 신호의 출력 개시로 방전 전류가 임계치 Ip까지 도달할 때까지를 계측하는 전류 카운터를 동작시킨다(도 19의 S812, S816). 또한, 상기한 바와 같이, 전압 카운터와, 전류 카운터는, 노광 장치의 제어부(27)로부터 발광 지령 신호가 입력되었을 때, 0 클리어되고 있다.

EUV 광원 장치의 제어부(26)는 전술한 바와 같이, 도시 생략의 전압 모니터에 의해 전극간 전압이 임계치 Vp에 도달한 타이밍을 검출하여, 전압 카운터를 정지시킨다. 또, 도시 생략의 전류 모니터에 의해 방전 전류가 임계치 Ip에 도달한 타이밍을 검출하여, 전류 카운터를 정지시킨다(도 18의 단계 S714, 도 19의 S812, S816).

단계 S718에 있어서, 타이밍 Td'에서 주트리거 신호가 송출되고, 당해 주트리거 신호가 펄스 전력 발생기(8)의 스위칭 수단에 입력된 후 지연 시간 d1 경과하면, 스위칭 수단이 on이 되어(도 19의 S809, S810), 제1 회전 전극(11), 제2 회전 전극(12)간의 전압이 상승하고, 시간 Δtd 후에, 전극간 전압이 임계치 Vp에 도달한다(도 19의 S810, S811).

상기한 바와 같이, 단계 S719에 있어서, (40) 식에 의거한 타이밍 TL'에서, 트리거 신호가 레이저 제어부(23b)로 송출된다. 그 결과, 전극간 전압이 임계치 Vp에 도달한 시점(Td+Δtd) 이후의 시점 TL에 있어서, 레이저 빔(23)이 방전 영역에 조사된다(도 19의 S813, S814).

한편, 레이저 빔(23)이 방전 영역을 통과할 때의 타이밍과 고온 플라즈마 원료에 조사되는 타이밍은 거의 동시라고 간주해도 된다. 여기에서, 고온 플라즈마 원료에 조사되는 위치에서의 레이저 빔의 에너지, 레이저 빔의 조사 방향, 방전 영역과 고온 플라즈마 원료의 위치 관계가 (26) 식, (27) 식을 만족하도록 적절히 설정되어 있다.

즉, 단계 S718, S719에서 EUV 광원 장치의 제어부(26)가 각 트리거 신호를 송신한 결과, 방전 채널의 위치가 소정의 위치로 획정된다. 또, 위치가 획정되는 방전 채널에 있어서, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화 원료의 적어도 일부가 방전 채널에 도달하고 있는 상태로, 방전 전류의 크기가 소정 강도의 EUV 방사를 얻기 위해 필요한 방전 전류치의 하한 이상이 되어 있도록 방전이 발생한다.

방전은, 제1 회전 전극(11), 제2 회전 전극(12)의 둘레 가장자리부의 에지 부분 사이에서 발생하여, 플라즈마가 형성된다. 플라즈마를 흐르는 펄스형상의 대전류에 의해 플라즈마가 가열 여기되어 고온화되면, 이 고온 플라즈마로부터 파장 13.5nm의 EUV 방사가 발생한다(도 17의 단계 S715).

또한, 상기한 소정의 공간 밀도 분포는, EUV 방사가 가능한 한 효율적으로 발생하도록 설정되어 있다. 또, 방전 채널의 위치가 소정의 위치로 획정되므로, 플라즈마가 생성되는 위치의 위치 안정성은 향상된다.

즉, 단계 S718, S719에서 EUV 광원 장치의 제어부(26)가 각 트리거 신호를 송신한 결과, 효율이 좋은 EUV 방사의 발생, 및 EUV 방사의 발생 위치의 안정화가 실현된다.

플라즈마로부터 방사된 EUV 방사는, 격벽(1c)에 설치된 개구, 포일 트랩(3)을 통과하여 집광 공간(1b)에 배치된 경사 입사형의 EUV 집광경(2)에 의해 집광되고, 챔버(1)에 설치된 EUV광 취출부(7)로부터 도시를 생략한 노광 장치의 조사 광학계로 인도된다.

이하, 노광 공정이 계속되는 동안은, 단계 S706 내지 단계 S715 사이의 공정이 반복된다. 노광 공정이 종료되는 경우는, 단계 S715 후, 엔드가 된다.

이상과 같이 동작시킴으로써, 레이저 빔이 방전 영역을 통과할 때의 타이밍과 고온 플라즈마 원료에 조사되는 타이밍, 방전 영역에 있어서의 레이저 빔의 집광 강도, 고온 플라즈마 원료에 조사되는 위치에서의 레이저 빔의 에너지, 레이저 빔의 조사 방향, 방전 영역과 고온 플라즈마 원료의 위치 관계 등이 적절히 설정된다.

따라서, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화된 고온 플라즈마 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달하고, 방전 영역에 있어서 고온 플라즈마 원료가 소정의 공간 밀도 분포로 존재하는 동안에, 방전 후의 방전 전류가 소정 값에 도달하여, 소정 강도의 EUV 방사가 얻어진다.

즉, 실시예의 변형예에 있어서도, 1개의 레이저 빔의 조사에 의해, 방전 영역에 있어서의 방전 채널의 위치가 획정됨과 더불어, 위치가 획정되는 방전 채널에 있어서 원료가 소정의 공간 밀도 분포로 유지되어 있는 타이밍에서 방전 후의 방전 전류가 소정의 값에 도달한다. 따라서, 효율이 좋은 EUV 방사가 실현 가능해진다.

(5) 기화 원료 방출 노즐

에너지 빔(레이저 빔)의 조사에 의해 방전 영역 방향으로 확산되는 고온 플라즈마 원료는, 가능한 한 많이 방전 영역에 도달하는 쪽이 바람직하다. 방전 영역 이외에 도달한 고온 플라즈마 원료가 많으면, 공급한 고온 플라즈마 원료로부터의 EUV 방사의 취출 효율이 저하하여 바람직하지 않다. 또, 방전 영역 이외에 도 달한 고온 플라즈마 원료의 일부는, 데브리로서 EUV 광원 장치 내의 저온부와 접촉하여 퇴적할 가능성도 있다.

그래서, 도 20에 나타낸 바와 같이, 고온 플라즈마 원료(61)의 에너지 빔 조사 위치에 원료 분출용의 관형상 노즐(60a)을 부착해도 된다. 도 20은 관형상 노즐(60a)을 사용한 경우의 개념도이다.

도 20의 (a)에 나타낸 바와 같이, 에너지 빔(레이저 빔(23))은, 관형상 노즐(60a)의 관통구멍을 통과한다. 관형상 노즐(60a)을 통과한 에너지 빔이 고온 플라즈마 원료(61)에 조사되면, 원료는 기화된다. 도 20의 (b)에 나타낸 바와 같이, 기화 원료는, 관형상 노즐(60a)을 통과하여, 관형상 노즐(60a)로부터 분출된다.

관형상 노즐(60a)로부터 분출되는 기화 원료(61')는, 관형상 노즐(60a)에 의해 분사 각도가 제한된다. 그 때문에, 지향성이 양호하고 고밀도인 기화 원료를 방전 영역에 공급하는 것이 가능해진다.

또한, 관형상 노즐의 형상은, 도 20에 나타낸 바와 같은 직관 형상으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 21에 나타낸 개념도와 같이, 노즐 내부의 일부에 협착부(62)를 설치한 고속 분사용 노즐(60b)의 형상이어도 된다.

도 21의 (a)에 나타낸 바와 같이, 에너지 빔은, 고속 분사용 노즐(60b)의 관통구멍을 통과한다. 고속 분사용 노즐(60b)을 통과한 에너지 빔이 고온 플라즈마 원료(61)에 조사되면, 원료(61)는 기화된다. 여기에서, 고속 분사용 노즐(60b) 내부에 협착부(62)가 설치되어 있으므로, 당해 협착부(62)와, 고온 플라즈마 원료(61)의 에너지 빔이 조사되는 부분 사이의 공간(도 21의 (b)의 압력 상승부(63)) 내는, 기화된 원료에 의해 압력이 급격하게 상승한다. 그리고, 도 21의 (b)에 나타낸 바와 같이, 기화 원료(61')는, 협착부(62)의 개구 부분으로부터 가속되고, 또한, 지향성이 좋은 고속 가스류로서 분사된다.

여기에서, 고속 가스류의 분사 방향은, 고속 분사용 노즐(60b)의 방향에 의존한다. 즉, 기화 원료의 진행 방향은, 에너지 빔의 고온 플라즈마 원료(61)로의 입사 방향에는 의존하지 않는다.

또한, 협착부(62)의 개구는 단면적이 작기 때문에, 에너지 빔이 고온 플라즈마 원료(61)에 조사되지 않는 시간이 길면, 고온 플라즈마 원료(61)가 고체화되어, 개구가 폐색되어 버리는 경우도 생각할 수 있다. 따라서, 도 21의 (c)에 나타낸 바와 같이, 고온 플라즈마 원료(61)가 고속 분사용 노즐(60b) 내부에서 고체화되지 않도록, 고속 분사용 노즐(60b)을 히터(64) 등으로 가열해도 된다.

또한, 도 20, 도 21에 나타낸 관형상 노즐(60a), 고속 분사용 노즐(60b)은, 실시예나 각 변형예에 적용 가능하다. 그러나, 관형상 노즐(60a), 고속 분사용 노즐(60b)은, 가능한 한 고온 플라즈마 원료(61)에 근접한 쪽이 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(61)의 에너지 빔이 조사되는 부분 사이의 공간은, 가능한 한 기밀한 공간으로서 구성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 22에 나타낸 바와 같이, 고온 플라즈마 원료(61)를 수용하는 원료 수용부(60c)와 고속 분사용 노즐(60b)을 일체로 구성한 원료 공급 유닛(60)을 사용하는 것이 바람직하다.

이상과 같이, 본 발명의 EUV 광원 장치에 있어서는, 1개의 에너지 빔의 조사에 의해, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 고온 플라즈마 원료의 방전 영역으로의 공급, 방전의 시동, 방전 채널의 획정을 실시하는 것이 가능해진다.

이 경우, 에너지 빔이 방전 영역을 통과할 때의 타이밍과 고온 플라즈마 원료에 조사되는 타이밍, 방전 영역에 있어서의 에너지 빔의 강도(에너지), 고온 플라즈마 원료에 조사되는 위치에서의 에너지 빔의 에너지, 에너지 빔의 조사 방향, 방전 영역과 고온 플라즈마 원료의 위치 관계(방전 영역에 대한 고온 플라즈마 원료의 공급 위치) 등을 적절히 설정함으로써, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화된 고온 플라즈마 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달했을 때, 방전 영역에서 발생한 방전의 방전 전류가 소정의 임계치 이상이도록 설정하는 것이 가능해진다. 따라서, 효율이 좋은 EUV 방사가 실현 가능해진다.

(6) 조정 조사

여기에서, 방전 전극 사이에서 방전이 발생하기 쉽도록, 에너지 빔의 조정 조사를 행해도 된다. 이하, 이러한 방전의 시동성의 개선책에 대해, 간단히 설명한다.

예로서, 실시예에 나타낸 EUV 광원 장치에 있어서, 조정 조사의 실시 순서를 설명한다.

본 순서에 있어서는, 예를 들면 상기 도 4, 도 5에 있어서, 제1 방전 전극(11), 제2 방전 전극(12)으로의 펄스 전력의 인가를 하지 않은 상태로, 레이저 빔(23)을 고온 플라즈마 원료(21)에 1회 이상 조사하는 것이다. 이러한 레이저 빔 의 조사를 조정 조사라고 부르기로 한다.

조정 조사가 실시되면, 기화된 고온 플라즈마 원료(21)가 방전 영역에 도달한다. 방전 영역에 도달한 기화된 고온 플라즈마 원료의 일부는, 제1 방전 전극(11), 제2 방전 전극(12)에 부착된다.

이러한 상태로, 제1 방전 전극(11), 제2 방전 전극(12)으로의 펄스 전력의 인가를 행하여, 에너지 빔이 방전 영역의 소정 위치에 조사되면, 방전 영역 근방에 위치하는 상기 제1 방전 전극(11), 제2 방전 전극(12)에 부착된 고온 플라즈마 원료의 일부가 기화된다. 기화된 원료는 방전에 기여하므로, 방전 전극 사이에서 방전이 확실히 발생하기 쉬워진다. 즉, 방전의 시동성이 개선된다.

또한, 방전 전극에 부착된 고온 플라즈마 원료의 일부가 기화되기 위해서는, 에너지 빔의 적어도 일부가, 방전 전극의 고온 플라즈마 원료가 부착된 부분에 조사될 필요가 있다.

도 1은 본 발명에 있어서의 EUV 생성을 설명하는 타이밍 차트(1)이다.

도 2는 전극, 원료 공급 위치, 레이저 빔의 조사 위치의 상호 관계를 설명하기 위한 개략도(1)이다.

도 3은 전극, 원료 공급 위치, 레이저 빔의 조사 위치의 상호 관계를 설명하기 위한 개략도(2)이다.

도 4는 본 발명의 실시예의 EUV 광원 장치의 단면 구성(정면도)을 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예의 EUV 광원 장치의 단면 구성(상면도)을 도시한 도면이다.

도 6은 원료 공급 유닛으로부터 적하되는 원료의 위치 모니터링을 설명하는 도면이다.

도 7은 도 4, 도 5에 나타낸 실시예의 동작을 도시한 흐름도(1)이다.

도 8은 도 4, 도 5에 나타낸 실시예의 동작을 도시한 흐름도(2)이다.

도 9는 도 4, 도 5에 나타낸 실시예의 동작을 도시한 타임 차트이다.

도 10은 도 4, 도 5에 나타낸 실시예의 EUV 광원 장치의 제1 변형예(정면도)를 도시한 도면이다.

도 11은 도 4, 도 5에 나타낸 실시예의 EUV 광원 장치의 제1 변형예(상면도)를 도시한 도면이다.

도 12는 도 4, 도 5에 나타낸 실시예의 EUV 광원 장치의 제2 변형예(정면도) 를 도시한 도면이다.

도 13은 도 4, 도 5에 나타낸 실시예의 EUV 광원 장치의 제2 변형예(상면도)를 도시한 도면이다.

도 14는 도 4, 도 5에 나타낸 실시예의 EUV 광원 장치의 제2 변형예(측면도)를 도시한 도면이다.

도 15는 도 4, 도 5에 나타낸 실시예의 EUV 광원 장치의 제3 변형예(상면도)를 도시한 도면이다.

도 16은 도 4, 도 5에 나타낸 실시예의 EUV 광원 장치의 제3 변형예(측면도)를 도시한 도면이다.

도 17은 도 4, 도 5에 나타낸 실시예의 EUV 광원 장치의 제1 변형예의 동작을 도시한 흐름도(1)이다.

도 18은 도 4, 도 5에 나타낸 실시예의 EUV 광원 장치의 제1 변형예의 동작을 도시한 흐름도(2)이다.

도 19는 도 4, 도 5에 나타낸 실시예의 EUV 광원 장치의 제1 변형예의 동작을 도시한 타임 차트이다.

도 20은 에너지 빔의 조사 위치에 원료 분출용의 관형상 노즐을 부착한 경우의 개념도이다.

도 21은 에너지 빔의 조사 위치에 원료 분출용의 고속 분사용 노즐을 설치하고, 노즐 내부의 일부에 협착부를 설치한 경우를 도시한 도면이다.

도 22는 고온 플라즈마 원료를 수용하는 원료 수용부와 고속 분사용 노즐을 일체로 구성한 경우를 도시한 도면이다.

[부호의 설명]

1 : 챔버 1a : 방전 공간

1b : 집광 공간 1c : 격벽

2 : EUV 집광경 3 : 포일 트랩

4, 5 : 진공 배기 장치 6 : 자석

7 : EUV 취출부 8 : 펄스 전력 발생기

11, 12 : 방전 전극(회전 전극) 11a, 12a : 급전용 용융 금속

11b, 12b : 컨테이너 11c, 12c : 전력 도입부

13, 14 : 가스 공급 유닛 13a : 노즐

13b : 가스 커튼 20 : 원료 공급 유닛

20a : 원료 모니터 21 : 원료

22a, 22b : 모터 22c, 22d : 메커니컬 시일

22e, 22f : 회전축 23 : 레이저 빔

23a : 레이저원 23b : 레이저 제어부

25 : 원료 회수 수단 26 : 제어부

27 : 노광 장치(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 전원 60a : 관형상 노즐

60b : 고속 분사용 노즐 61 : 원료

62 : 협착부 63 : 압력 상승부

64 : 히터

Claims

용기와, 이 용기 내에 극단 자외광을 방사시키기 위한, 액체 또는 고체의 원료를 공급하는 원료 공급 수단과,

에너지 빔을 상기 원료에 조사하여 당해 원료를 기화하는 에너지 빔 조사 수단과, 기화된 상기 원료를 방전에 의해 상기 용기 내에서 가열 여기하여 고온 플라즈마를 발생시키기 위한, 소정 거리만큼 이간된 한 쌍의 전극과, 전극에 펄스 전력을 공급하는 펄스 전력 공급 수단과,

상기 한 쌍의 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 에너지 빔 조사 수단은, 상기 방전 영역을 제외한 공간이며, 상기 기화된 원료가 방전 영역에 도달할 수 있는 공간 내에 공급된 원료에 대해, 전력이 인가된 전극 사이를 통해 레이저 빔을 조사하는 것으로서,

상기 에너지 빔 조사 수단은, 전력이 인가된 전극 사이를 통과하는 상기 레이저 빔에 의해, 상기 방전 영역 내에서 방전을 시동하고, 또한, 방전 영역의 소정의 위치에 방전 채널을 획정하는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.
청구항 1에 있어서,

에너지 빔 조사 수단으로부터 에너지 빔을 조사하였을 때, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화된 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달한 타이밍에서, 방전 영역에서 발생한 방전의 방전 전류가 소정의 임계치 이상이 되도록,

에너지 빔이 방전 영역을 통과할 때의 타이밍과 고온 플라즈마 원료에 조사되는 타이밍, 방전 영역에 있어서의 에너지 빔의 에너지, 고온 플라즈마 원료에 조사되는 위치에서의 에너지 빔의 에너지, 에너지 빔의 조사 방향, 및 방전 영역에 대한 고온 플라즈마 원료의 공급 위치가 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 원료 공급 수단에 의한 원료 공급은, 상기 원료를 드롭렛형상으로 하여 중력 방향으로 적하함으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 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.
청구항 1 또는 청구항 2에 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 회전시켜 상기 원료 공급 원반의 액체 원료의 공급부를 에너지 빔의 조사 위치까지 이동시킴으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 원료 공급 수단은 캐필러리를 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.
청구항 1 또는 청구항 2에 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.
청구항 7에 있어서,

상기 관형상 노즐 내부의 일부에 협착부를 설치한 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,

상기 방전 영역에 대해, 상기 한 쌍의 전극 사이에서 발생하는 방전 방향과 대략 평행하게 자장을 인가하는 자장 인가 수단을 더 설치한 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,

상기 한 쌍의 전극은 원반형상의 전극이고, 전극 표면에 있어서의 방전 발생 위치가 변화하도록 회전 구동되고 있는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.
청구항 10에 있어서,

상기 원반형상인 한 쌍의 전극은, 양 전극의 둘레 가장자리부의 에지 부분이, 소정 거리만큼 이간되어 서로 마주 보도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.
청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,

상기 에너지 빔이 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 극단 자외광 광원 장치.
내부에 한 쌍의 전극을 포함하는 용기 내에 공급되는 극단 자외광을 방사시 키기 위한 액체 또는 고체의 원료에 에너지 빔을 조사하여 기화하고, 기화된 상기 원료를 상기 한 쌍의 전극에 의한 방전에 의해 가열 여기해서 고온 플라즈마를 생성하여 극단 자외광을 발생시키는 극단 자외광 발생 방법에 있어서,

상기 에너지 빔은, 상기 방전 영역을 제외한 공간이며, 상기 기화된 원료가 방전 영역에 도달할 수 있는 공간 내에 공급된 원료에 대해 전력이 인가된 전극 사이를 통해 조사되는 것이고,

전력이 인가된 전극 사이를 통과하는 상기 레이저 빔에 의해, 상기 방전 영역 내에서 방전이 시동되며, 또한, 방전 영역의 소정의 위치에 방전 채널이 획정되는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 발생 방법.
청구항 13에 있어서,

에너지 빔이 조사되었을 때, 공간 밀도 분포가 소정의 분포인 기화된 원료의 적어도 일부가 방전 영역에 도달한 타이밍에서, 방전 영역에서 발생한 방전의 방전 전류가 소정의 임계치 이상이 되도록,

에너지 빔이 방전 영역을 통과할 때의 타이밍과 고온 플라즈마 원료에 조사되는 타이밍, 방전 영역에 있어서의 에너지 빔의 에너지, 고온 플라즈마 원료에 조사되는 위치에서의 에너지 빔의 에너지, 에너지 빔의 조사 방향, 및 방전 영역에 대한 고온 플라즈마 원료의 공급 위치가 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 발생 방법.
청구항 14에 있어서,

방전 개시 타이밍의 시간 데이터를 취득하고, 당해 시간 데이터에 의거하여, 에너지 빔의 조사 타이밍을 수정하는 것을 특징으로 극단 자외광 발생 방법.
청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,

상기와 같이 조사 타이밍이 설정된 에너지 빔의 조사에 앞서, 한 쌍의 전극에 의한 방전을 휴지한 상태로 에너지 빔을 상기 원료에 1회 이상 조사하는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 발생 방법.