KR20230097183A - 회전식 포일 트랩 및 광원 장치 - Google Patents

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KR20230097183A
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히로노부 야부타
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우시오덴키 가부시키가이샤
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Abstract

포일의 파단과 같은 문제가 단기간에 발생하지 않고, 비교적 장기간의 가동 수명을 갖는 회전식 포일 트랩, 및 그것을 구비한 광원 장치를 개시한다.
회전식 포일 트랩(22)은, 플라스마 발생부가 발생시키는 플라스마(P)의 근방에 배치되어 회전 동작하며, 플라스마(P)로부터 방사되는 광을 투과하고, 당해 플라스마(P)로부터 방출되는 데브리를 포착한다. 회전식 포일 트랩(22)은, 복수의 포일(51)과, 포일(51)을 지지하는 지지 부재(허브)(53)를 갖는다. 포일(51)은, 압연에 의해 인장 가공된 압연 박판이며, 회전 동작에 의해 당해 포일(51)에 걸리는 원심력의 방향과, 포일(51)의 인장 가공된 방향인 압연 방향이 일치 또는 대략 일치하고 있다.

Description

회전식 포일 트랩 및 광원 장치
본 발명은, 고온 플라스마로부터 방출되는 데브리를 포착하는 회전식 포일 트랩, 및 그 회전식 포일 트랩을 구비하는 광원 장치에 관한 것이다.
최근, 반도체 집적 회로의 미세화 및 고집적화에 따라, 노광용 광원의 단파장화가 진행되고 있다. 차세대 반도체 노광용 광원으로는, 특히 파장 13.5nm의 극단 자외광(이하, 「EUV(Extreme Ultra Violet)광」이라고도 한다.)을 방사하는 극단 자외광 광원 장치(이하, 「EUV 광원 장치」라고도 한다.)의 개발이 진행되고 있다.
EUV 광원 장치에 있어서, EUV광(EUV 방사)을 발생시키는 방법은 몇가지가 알려져 있다. 그들 방법 중 하나로, 극단 자외광 방사종(이하, 「EUV 방사종」이라고도 한다.)을 가열하여 여기함으로써 고온 플라스마를 발생시키고, 그 고온 플라스마로부터 EUV광을 취출하는 방법이 있다.
이와 같은 방법을 채용하는 EUV 광원 장치는, 고온 플라스마의 생성 방식에 의해, LPP(Laser Produced Plasma： 레이저 생성 플라스마) 방식과, DPP(Discharge Produced Plasma： 방전 생성 플라스마) 방식으로 나눌 수 있다.
DPP 방식의 EUV 광원 장치는, EUV 방사종(기상의 플라스마 원료)을 포함하는 방전 가스가 공급된 전극 간의 극간에 고전압을 인가하여, 방전에 의해 고밀도 고온 플라스마를 생성하고, 거기로부터 방사되는 극단 자외광을 이용하는 것이다. DPP 방식으로는, 예를 들면, 특허 문헌 1(일본 특허 공개 2017-219698호 공보)에 기재되어 있는 바와 같이, 방전을 발생시키는 전극 표면에 액체형의 고온 플라스마 원료(예를 들면, Sn(주석))를 공급하고, 당해 원료에 대해 레이저 빔 등의 에너지 빔을 조사하여 당해 원료를 기화시키고, 그 후, 방전에 의해 고온 플라스마를 생성하는 방법이 제안되어 있다. 이와 같은 방식은, LDP(Laser Assisted Discharge Plasma) 방식으로 불리는 경우도 있다.
EUV 광원 장치는, 반도체 디바이스 제조에 있어서의 리소그래피 장치의 광원 장치로서 사용된다. 혹은, EUV 광원 장치는, 리소그래피에 사용되는 마스크의 검사 장치의 광원 장치로서 사용된다. 즉, EUV 광원 장치는, EUV광을 이용하는 다른 광학계 장치(이용 장치)의 광원 장치로서 사용된다.
EUV광은 대기 중에서는 감쇠하기 쉽기 때문에, 플라스마부터 이용 장치까지는, 감압 분위기 즉 진공 환경에 놓여 있다.
한편, LDP 방식으로 생성된 플라스마로부터는 데브리가 고속으로 방산된다. 데브리는, 고온 플라스마 원료의 입자(플라스마 원료가 주석인 경우는, 주석 입자), 및 플라스마의 발생에 따라 스퍼터링되는 방전 전극의 재료 입자를 포함한다. 데브리는, 이용 장치에 도달하면, 이용 장치 내의 광학 소자의 반사막을 손상 또는 오염시켜 성능을 저하시키는 경우가 있다. 그 때문에, 데브리가 이용 장치에 침입하지 않도록, 방산된 데브리를 포착하는 데브리 저감 장치(DMT(Debris Mitigation Tool)라고도 한다.)가 제안되어 있다(특허 문헌 1(일본 특허 공개 2017-219698호 공보)).
데브리 저감 장치는, 공간을 세밀하게 분할하도록 배치되어 있는 복수의 포일(박막이나 얇은 평판)을 갖는 포일 트랩(foil trap)을 구비한다.
복수의 포일에 의해 세밀하게 분할된 각 공간에 있어서는, 당해 공간에서의 컨덕턴스를 낮추고 압력을 올리는 기능이 발휘된다. 데브리가 이들 포일에 의해 분할된 각 공간(압력이 상승한 영역)을 진행하면, 이 압력이 상승한 영역에 있어서의 데브리와 분위기 가스의 충돌 확률이 올라간다. 그 결과, 데브리의 비산 속도가 저하되고, 또 데브리의 진행 방향이 바뀌기 때문에, 데브리는 데브리 저감 장치에 포착된다.
포일 트랩으로는, 복수의 포일의 위치가 고정된 고정식 포일 트랩과, 복수의 포일이 데브리와 능동적으로 충돌하는 작용을 더한 회전식 포일 트랩이 있다. 회전식 포일 트랩은, 중앙에 배치된 회전축을 중심으로 하여, 반경 방향으로 방사상으로 배치된 복수의 포일을 구비하고, 상기 회전축을 중심으로 복수의 포일을 회전시킴으로써 플라스마로부터 날아오는 데브리와 당해 포일을 충돌시킨다.
또한, 하나의 데브리 저감 장치는, 회전식 포일 트랩과 고정식 포일 트랩의 쌍방을 구비하고 있어도 되고, 어느 한쪽 만을 구비하고 있어도 된다.
일본 특허 공개 2017-219698호 공보
본 발명자는, EUV 광원 장치를 가동하여, 데브리 저감 장치를 구성하는 회전식 포일 트랩의 회전 동작에 의한 데브리 저감 동작을 실시 중에, 회전식 포일 트랩에 따라서는, 당해 회전식 포일 트랩을 구성하는 복수의 포일의 일부가 비교적 단시간의 가동으로 파단한다는 문제가 발생하는 것에 주목했다.
상기 문제는, 일부의 회전식 포일 트랩에서만 발생하며, 비교적 대부분의 회전식 포일 트랩에서는, 상기 문제가 발생한 회전식 포일 트랩보다 수배의 사용 시간을 거쳐도 상기 문제는 발생하지 않았다.
따라서, 상기 문제는 회전식 포일 트랩의 가동 수명에 의한 것으로는 생각하기 어렵고, 어느 특정의 동일 로트에서 제조한 회전식 포일 트랩에 있어서 일어나는 문제가 아닌지 생각했다.
이에, 동일 로트에서 제조한 복수의 회전식 포일 트랩에 대해서, 문제의 발생 정도를 조사했다. 그 결과, 이 문제는 동일 로트에서 제조한 모든 회전식 포일 트랩(특히, 동일 로트에서 제조한 포일)에서 발생하는 것은 아닌 것을 알 수 있었다. 구체적으로는, 동일 로트에서 제조한 회전식 포일 트랩 중, 어느 회전식 포일 트랩에서는 약 44시간 후에 포일의 일부가 파단되었지만, 약 2개월 가동해도 일절 포일의 파단이 발생하지 않는 회전식 포일 트랩도 존재했다.
본 발명은, 플라스마의 근방에 배치되어 당해 플라스마로부터 방사되는 광을 투과하여, 당해 플라스마로부터 방출되는 데브리를 포착하는 회전식 포일 트랩으로서, 포일의 파단과 같은 문제가 단기간에 발생하지 않고, 비교적 장기간의 가동 수명을 갖는 회전식 포일 트랩, 및 그것을 구비한 광원 장치를 제공하는 것을 과제로 하고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 회전식 포일 트랩의 일 양태는, 플라스마 발생부가 발생시키는 플라스마의 근방에 배치되어 회전 동작하며, 상기 플라스마로부터 방사되는 광을 투과하고, 당해 플라스마로부터 방출되는 데브리를 포착하는 회전식 포일 트랩으로서, 복수의 포일과, 상기 포일을 지지하는 지지 부재를 갖고, 상기 포일은, 압연에 의해 인장 가공된 압연 박판이며, 상기 회전 동작에 의해 당해 포일에 걸리는 원심력의 방향과 상기 포일의 상기 인장 가공된 방향인 압연 방향이 일치 또는 대략 일치하고 있다.
이와 같이, 포일의 압연 방향을 원심력 방향과 일치 또는 대략 일치시킴으로써, 플라스마로부터의 열방사나 데브리의 충돌, 광의 조사와 같은 다양한 부하를 받는 환경 하에서의 회전식 포일 트랩의 회전 동작에 따른 포일의 파단 등의 문제의 발생을 억제할 수 있다.
또, 상기의 회전식 포일 트랩에 있어서, 상기 원심력의 방향과 상기 압연 방향이 이루는 각은, 0° 이상 20° 이하여도 된다.
이 경우, 회전식 포일 트랩의 회전 동작에 따른 포일의 파단 등의 문제의 발생을 확실히 억제할 수 있다.
또한, 상기의 회전식 포일 트랩에 있어서, 상기 플라스마 발생부는, 상기 광을 방사하는 원료를 여기하여, 상기 플라스마를 발생시키도록 구성되어 있으며, 상기 포일은, 상기 원료의 융점에 상당하는 온도 이상의 상태에서 회전 동작해도 된다.
이 경우, 포일에 부착된 원료(데브리)가 액화하여, 액적이 된 데브리가 회전하는 포일 상을 원심력에 의해 회전의 반경 방향으로 이동하여 포일 밖으로 이탈하기 때문에, 포일 상에 데브리가 퇴적하지 않도록 할 수 있다. 그리고, 이와 같은 고온 환경 하에서 회전식 포일 트랩을 회전 동작시킨 경우여도, 당해 회전 동작에 따른 포일의 파단 등의 문제의 발생을 적절히 억제할 수 있다.
또, 상기의 회전식 포일 트랩에 있어서, 상기 압연 방향은, 상기 압연 박판을 구성하는 결정립이 신장되어 있는 방향으로 할 수 있다.
이 경우, 결정립의 장경 방향이 원심력 방향과 일치 또는 대략 일치하도록 구성할 수 있다. 포일의 압연 방향은, SEM(Scanning Electron Microscope) 등에 의해 용이하게 판단할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광원 장치의 일 양태는, 상기의 회전식 포일 트랩과, 상기 플라스마 발생부를 구비한다. 여기서, 플라스마 발생부로부터 방사되는 광은, 극단 자외광이 포함되어도 된다.
이에 따라, 비교적 장기간의 가동 수명을 갖는 회전식 포일 트랩을 구비한 광원 장치(극단 자외광 광원 장치)로 할 수 있다.
본 발명의 회전식 포일 트랩은, 플라스마의 근방에 배치되고, 당해 플라스마로부터 방출되는 데브리를 포착하는 회전식 포일 트랩으로서, 포일의 파단과 같은 문제가 단기간에 발생하지 않아, 비교적 장기간의 가동 수명을 가질 수 있다.
상기한 본 발명의 목적, 양태 및 효과 그리고 상기되지 않은 본 발명의 목적, 양태 및 효과는, 당업자라면 첨부 도면 및 청구의 범위의 기재를 참조함으로써 하기의 발명을 실시하기 위한 형태(발명의 상세한 설명)로부터 이해할 수 있을 것이다.
도 1은, 본 실시 형태에 따른 극단 자외광 광원 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는, 극단 자외광 광원 장치의 일부를 나타내는 측면 단면도이다.
도 3은, 회전식 포일 트랩의 정면도이다.
도 4는, 고정식 포일 트랩의 포일의 상면도이다.
도 5는, 고정식 포일 트랩의 정면도이다.
도 6은, 포일의 압연 방향을 설명하는 도면이다.
도 7은, 포일의 길이 방향과 폭 방향을 설명하는 도면이다.
도 8a는, 시료의 압연 방향의 인장 시험에 대해서 설명하는 도면이다.
도 8b는, 시료의 압연 방향과 직교하는 방향의 인장 시험에 대해서 설명하는 도면이다.
도 9는, 압연 방향과 원심력 방향의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은, 압연 방향과 원심력 방향이 이루는 각을 나타내는 도면이다.
도 11은, 압연 방향과 원심력 방향이 이루는 각의 허용 범위의 조사 결과이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태를 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태는 본 발명을 한정하는 것이 아니라, 실시 형태에서 설명되어 있는 특징의 조합 모두가 본 발명의 구성에 필수인 것이라고는 할 수 없다. 실시 형태의 구성은, 본 발명이 적용되는 장치의 사양이나 각종 조건(사용 조건, 사용 환경 등)에 따라 적절히 수정 또는 변경될 수 있다. 본 발명의 기술적 범위는, 특허 청구의 범위에 의해 확정되며, 이하의 개별 실시 형태에 의해 한정되지 않는다. 또, 이하의 설명에 이용하는 도면은, 각 구성을 알기 쉽게 하기 위해, 실제의 구조와 축척 및 형상 등과 상이한 경우가 있다.
도 1은, 실시 형태에 따른 극단 자외광 광원 장치의 챔버 내 및 접속 챔버 내를 수평 방향으로 절단하여 나타내는 단면도, 도 2는, 실시 형태에 따른 데브리 저감부 및 데브리 수용부의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 또한, 본 실시 형태에서는, LDP 방식의 극단 자외광 광원 장치(EUV 광원 장치)를 예로 든다.
도 1에 있어서, EUV 광원 장치(1)는, 극단 자외광(EUV광)을 방출한다. 이 극단 자외광의 파장은, 예를 들면, 13.5nm이다.
구체적으로는, EUV 광원 장치(1)는, 방전을 발생시키는 한 쌍의 방전 전극(EA, EB)의 표면에 각각 공급된 액상의 플라스마 원료(SA, SB)에 레이저 빔(LB) 등의 에너지 빔을 조사하여 당해 플라스마 원료(SA, SB)를 기화시킨다. 그 후, 방전 전극(EA, EB) 간의 방전 영역(D)의 방전에 의해 플라스마(P)를 발생시킨다. 플라스마(P)로부터는 EUV광이 방출된다.
EUV 광원 장치(1)는, 예를 들면, 반도체 디바이스 제조에 있어서의 리소그래피 장치의 광원 장치 또는 리소그래피에 사용되는 마스크의 검사 장치의 광원 장치로서 사용 가능하다. 예를 들면, EUV 광원 장치(1)가 마스크 검사 장치용의 광원 장치로 사용되는 경우, 플라스마(P)로부터 방출되는 EUV광의 일부가 취출되어, 마스크 검사 장치에 도광된다. 마스크 검사 장치는, EUV 광원 장치(1)로부터 방출되는 EUV광을 검사광으로 하여, 마스크의 블랭크 검사 또는 패턴 검사를 행한다. 여기서, EUV광을 이용함으로써, 5~7nm 프로세스에 대응할 수 있다. 또한, EUV 광원 장치(1)로부터 취출되는 EUV광은, 도 2의 차열판(23)에 형성된 개구부(KA)에 의해 규정된다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, EUV 광원 장치(1)는, 광원부(2), 데브리 저감부(3) 및 데브리 수용부(4)를 구비한다. 광원부(2)는, LDP 방식에 의거하여 EUV광을 발생시킨다. 데브리 저감부(3)는, 광원부(2)로부터 방사되는 EUV광과 함께 비산하는 데브리를 포착한다. 데브리 수용부(4)는, 광원부(2)에서 발생한 데브리 및 데브리 저감부(3)에서 포착된 데브리 등을 수용한다.
또, EUV 광원 장치(1)는, 내부에서 발생되는 플라스마(P)를 외부와 격리하는 챔버(11)를 구비한다. 챔버(11)는, 강체, 예를 들면, 금속으로 형성된다. 챔버(11)는, 진공 하우징이며, 그 내부는, 플라스마 원료(SA, SB)를 가열 여기하기 위한 방전을 양호하게 발생시켜, EUV광의 감쇠를 억제하기 때문에 감압 분위기가 된다.
광원부(2)는, 챔버(11) 내부에 배치된다. 광원부(2)는, 한 쌍의 방전 전극(EA, EB)을 구비한다. 방전 전극(EA, EB)은, 동일 형상 동일 크기의 원판 형상 부재이며, 예를 들면, 방전 전극(EA)이 캐소드로서 사용되고, 방전 전극(EB)이 애노드로서 사용된다. 방전 전극(EA, EB)은, 예를 들면, 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 또는 탄탈(Ta) 등의 고융점 금속으로 형성된다. 방전 전극(EA, EB)은, 서로 이격한 위치에 배치되며, 방전 전극(EA, EB)의 주연부가 근접하고 있다. 이 때, 플라스마(P)가 생성되는 방전 영역(D)은, 방전 전극(EA, EB)의 주연부가 서로 가장 접근한 방전 전극(EA, EB) 간의 극간에 위치한다.
펄스 전력 공급부(13)로부터 방전 전극(EA, EB)에 전력을 급전함으로써, 방전 영역(D)에서 방전이 발생한다. 그리고, 각 방전 전극(EA, EB)의 회전에 의거하여 방전 영역(D)에 수송된 플라스마 원료(SA, SB)는, 방전 시에 방전 전극(EA, EB) 간에 흐르는 전류에 의해 가열 여기되어, EUV광을 방출하는 플라스마(P)가 발생한다.
방전 전극(EA)은, 모터(MA)의 회전축(JA)에 연결되어, 방전 전극(EA)의 축선 둘레로 회전한다. 방전 전극(EB)은, 모터(MB)의 회전축(JB)에 연결되어, 방전 전극(EB)의 축선 둘레로 회전한다. 모터(MA, MB)는, 챔버(11)의 외부에 배치되고, 각 모터(MA, MB)의 회전축(JA, JB)은, 챔버(11)의 외부에서 내부로 연장된다. 회전축(JA)과 챔버(11)의 벽 사이의 극간은, 시일 부재(PA)로 봉지(封止)되고, 회전축(JB)과 챔버(11)의 벽 사이의 극간은, 시일 부재(PB)로 봉지된다. 시일 부재(PA, PB)는, 예를 들면, 메카니컬 시일이다. 각 시일 부재(PA, PB)는, 챔버(11) 내의 감압 분위기를 유지하면서, 회전축(JA, JB)을 회전 가능하게 지지한다.
이와 같이 각 방전 전극(EA, EB)은, 개별의 모터(MA, MB)에 의해 회전축(JA, JB)을 통하여 각각 구동된다. 이들 모터(MA, MB)의 회전 구동은, 제어부(12)에 의해 제어된다.
챔버(11)의 내부에는, 액상의 플라스마 원료(SA)가 저류되는 컨테이너(CA)와, 액상의 플라스마 원료(SB)가 저류되는 컨테이너(CB)가 배치된다. 각 컨테이너(CA, CB)에는, 가열된 액상의 플라스마 원료(SA, SB)가 공급된다. 액상의 플라스마 원료(SA, SB)는, 예를 들면, 주석이다.
컨테이너(CA)는, 방전 전극(EA)의 하부가 액상의 플라스마 원료(SA)에 담그어지도록 플라스마 원료(SA)를 수용한다. 컨테이너(CB)는, 방전 전극(EB)의 하부가 액상의 플라스마 원료(SB)에 담그어지도록 플라스마 원료(SB)를 수용한다. 따라서, 방전 전극(EA, EB)의 하부에는, 액상의 플라스마 원료(SA, SB)가 부착된다. 방전 전극(EA, EB)의 하부에 부착된 액상의 플라스마 원료(SA, SB)는, 방전 전극(EA, EB)의 회전에 따라, 플라스마(P)가 발생되는 방전 영역(D)에 수송된다.
챔버(11)의 외부에는, 레이저원(에너지 빔 조사 장치)(14)가 배치된다. 레이저원(14)은, 방전 영역(D)에 수송된 방전 전극(EA)에 부착된 플라스마 원료(SA)에 에너지 빔을 조사하고, 당해 플라스마 원료(SA)를 기화시킨다. 레이저원(14)은, 예를 들면, Nd： YVO4(Neodymium-doped Yttrium Orthovanadate) 레이저 장치이다. 이 때, 레이저원(14)은, 파장 1064nm의 적외 영역의 레이저 빔(LB)을 발한다. 단, 에너지 빔 조사 장치는, 플라스마 원료(SA)의 기화가 가능하면, 레이저 빔(LB) 이외의 에너지 빔을 발하는 장치여도 된다.
레이저원(14)에 의한 레이저 빔(LB)의 조사 타이밍은, 제어부(12)에 의해 제어된다. 레이저원(14)으로부터 방출된 레이저 빔(LB)은, 예를 들면, 집광 렌즈(15)를 포함하는 집광 수단을 통하여 가동 미러(16)에 이끌린다. 집광 수단은, 방전 전극(EA)의 레이저 빔 조사 위치에 있어서의 레이저 빔(LB)의 스폿 직경을 조정한다. 집광 렌즈(15) 및 가동 미러(16)는, 챔버(11)의 외부에 배치된다.
집광 렌즈(15)에서 집광된 레이저 빔(LB)은, 가동 미러(16)에 의해 반사되어, 챔버(11)의 벽에 설치된 투명창(20)을 통과하여, 방전 영역(D) 부근의 방전 전극(EA)의 주연부에 조사된다.
여기서, 가동 미러(16)의 자세를 조정함으로써, 방전 전극(EA)에 있어서의 적외 레이저 빔(LB)의 조사 위치가 조정된다. 가동 미러(16)의 자세의 조정은, 작업원이 수동으로 행해도 되고, 후술하는 감시 장치(43)로부터의 EUV광의 강도 정보에 의거하여, 제어부(12)가 가동 미러(16)의 자세 제어를 행해도 된다. 이 경우, 가동 미러(16)는, 도시를 생략한 가동 미러 구동부에 의해 구동된다.
방전 영역(D) 부근의 방전 전극(EA)의 주연부에 레이저 빔(LB)을 조사하는 것을 용이하게 하기 위해, 방전 전극(EA, EB)의 축선은 평행은 아니다. 회전축(JA, JB)의 간격은, 모터(MA, MB)측이 좁고, 방전 전극(EA, EB)측이 넓어져 있다. 이에 따라, 방전 전극(EA, EB)의 대향면측을 접근시키면서, 방전 전극(EA, EB)의 대향면측과 반대측을 레이저 빔(LB)의 조사 경로로부터 퇴피시킬 수 있어, 방전 영역(D) 부근의 방전 전극(EA)의 주연부에 레이저 빔(LB)을 조사하는 것을 용이하게 할 수 있다.
방전 전극(EB)은, 방전 전극(EA)과 가동 미러(16)의 사이에 배치된다. 가동 미러(16)에서 반사된 레이저 빔(LB)은, 방전 전극(EB)의 외주면 부근을 통과한 후, 방전 전극(EA)의 외주면에 도달한다. 이 때, 레이저 빔(LB)이 방전 전극(EB)에서 차광되지 않도록, 방전 전극(EB)은, 방전 전극(EA)보다, 모터(MB)측의 방향(도 1의 좌측)으로 퇴피된다.
방전 영역(D) 부근의 방전 전극(EA)의 외주면에 부착된 액상의 플라스마 원료(SA)는, 레이저 빔(LB)의 조사에 의해 기화되어, 기상의 플라스마 원료(SA)로서 방전 영역(D)에 공급된다.
방전 영역(D)에서 플라스마(P)를 발생시키기 위해(기상의 플라스마 원료(SA)를 플라스마화하기 위해), 펄스 전력 공급부(13)는, 방전 전극(EA, EB)에 전력을 공급한다. 그리고, 레이저 빔(LB)의 조사에 의해 방전 영역(D)에 기상의 플라스마 원료(SA)가 공급되면, 방전 영역(D)에 있어서의 방전 전극(EA, EB) 간에서 방전이 발생한다. 이 때, 펄스 전력 공급부(13)는, 펄스 전력을 주기적으로 방전 전극(EA, EB)에 공급한다.
펄스 전력 공급부(13)는, 챔버(11)의 외부에 배치된다. 펄스 전력 공급부(13)로부터 연장되는 급전선은, 피드스루(FA, FB)를 통과하여, 챔버(11)의 내부로 연장된다. 피드스루(FA, FB)는, 챔버(11)의 벽에 매설되어 챔버(11) 내의 감압 분위기를 유지하는 시일 부재이다. 또한, 플라스마(P)를 발생시키기 위한 레이저원(14)의 동작 및 펄스 전력 공급부(13)의 동작은, 제어부(12)에 의해 제어된다.
펄스 전력 공급부(13)로부터 연장되는 2개의 급전선은, 피드스루(FA, FB)를 통하여 각각 컨테이너(CA, CB)에 접속된다. 컨테이너(CA, CB)는, 도전성 재료로 형성되고, 각 컨테이너(CA, CB)의 내부에 수용되는 플라스마 원료(SA, SB)도 주석 등의 도전성 재료이다. 각 컨테이너(CA, CB)의 내부에 수용되어 있는 플라스마 원료(SA, SB)에는, 방전 전극(EA, EB)의 하부가 각각 담궈져 있다. 따라서, 펄스 전력 공급부(13)로부터 펄스 전력이 컨테이너(CA, CB)에 공급되면, 그 펄스 전력은, 플라스마 원료(SA, SB)를 각각 통하여 방전 전극(EA, EB)에 공급된다. 방전 전극(EA, EB) 간에서 방전이 발생하면, 방전 영역(D)에 있어서의 기상의 플라스마 재료(SA)가 전류에 의해 가열 여기되여, 플라스마(P)가 발생한다.
플라스마(P)로부터는 EUV광이 방출된다. EUV광은, 다른 광학계 장치인 이용 장치(리소그래피 장치 또는 마스크 검사 장치)에서 이용된다. 본 실시 형태에 있어서는, EUV광은 마스크 검사 장치에서 이용된다.
챔버(11)와 이용 장치의 사이에는, 접속 챔버(21)가 배치된다. 접속 챔버(21)는, 강체, 예를 들면, 금속으로 형성되어 있다. 접속 챔버(21)는, 진공 하우징이며, 그 내부도, 챔버(11)의 내부와 마찬가지로, EUV광의 감쇠를 억제하기 위해 감압 분위기가 된다.
접속 챔버(21)의 내부 공간은, 챔버(11)의 벽에 형성된 관통 구멍인 창부(17)를 통하여 챔버(11)와 연통한다. 또, 접속 챔버(21)의 내부 공간은, 접속 챔버(21)의 벽에 형성된 관통 구멍인 창부(27)를 통하여 이용 장치(마스크 검사 장치)(42)와 연통한다. 도 2에서는, 이용 장치(42)의 일부 만을 나타낸다. 방전 영역(D)의 플라스마(P)로부터 방출된 EUV광은, 창부(17, 27)를 통해서 이용 장치(마스크 검사 장치)(42)에 도입된다.
한편, 플라스마(P)로부터는 EUV광과 함께 데브리(DB)가 고속으로 다양한 방향으로 방산된다. 데브리(DB)는, 플라스마 원료(SA, SB)인 주석 입자 및 플라스마(P)의 발생에 따라 스퍼터링되는 방전 전극(EA, EB)의 재료 입자를 포함한다.
이들 데브리(DB)는, 플라스마(P)의 수축 및 팽창 과정을 거쳐, 큰 운동 에너지를 얻는다. 즉, 플라스마(P)로부터 발생하는 데브리(DB)는, 고속으로 이동하는 이온, 중성 원자 및 전자를 포함하고, 이와 같은 데브리(DB)는, 이용 장치(42)에 도달하면, 이용 장치(42) 내의 광학 소자의 반사막을 손상 또는 오염시켜, 성능을 저하시키는 경우가 있다.
그 때문에, 데브리(DB)가 이용 장치(42)에 침입하지 않도록, 데브리(DB)를 포착하는 데브리 저감부(3)가 접속 챔버(21) 내에 설치된다. 데브리 저감부(3)는, 복수의 포일의 위치가 고정된 고정식 포일 트랩(24)과, 포일이 데브리와 능동적으로 충돌하는 작용을 더한 회전식 포일 트랩(22)을 구비한다. 고정식 포일 트랩(24)은, 접속 챔버(21)로부터 이용 장치(마스크 검사 장치)(42)로 진행하는 EUV광의 광로 상에 있어서, 회전식 포일 트랩(22)과 이용 장치(24) 사이에 설치된다. 또한, 하나의 데브리 저감부(3)에 있어서는, 회전식 포일 트랩(22)과 고정식 포일 트랩(24)의 쌍방을 설치해도 되고, 어느 한쪽을 설치해도 된다.
도 3은, 도 2의 회전식 포일 트랩의 구성예를 나타내는 정면도이다.
도 3에 있어서, 회전식 포일 트랩(22)은, 복수의 포일(블레이드)(51)과, 외측 링(52)과, 중심의 허브(지지 부재)(53)를 구비한다. 외측 링(52)은 허브(53)에 동심이며, 각 블레이드(51)는, 외측 링(52)과 허브(53)의 사이에 배치되어 있다. 여기서, 각 블레이드(51)는, 박막 또는 얇은 평판이다. 각 블레이드(51)는, 거의 동일한 각 간격을 두고 방사상으로 배치된다. 각 블레이드(51)는, 허브(53)의 중심축선(JM)을 포함하는 평면 상에 있다. 회전식 포일 트랩(22)의 재료는, 예를 들면, 텅스텐 및/또는 몰리브덴 등의 고융점 금속이다.
회전식 포일 트랩(22)의 복수의 블레이드(51)는, 플라스마(P)(발광점)로부터 창부(27)를 향해 진행하는 EUV광을 차단하지 않도록, 창부(27)를 향해 진행하는 EUV광의 광선 방향에 평행하게 배치된다.
즉, 도 2에 나타내는 바와 같이, 각 블레이드(51)가 허브(53)의 중심축선(JM)을 포함하는 평면 상에 배치된 회전식 포일 트랩(22)은, 허브(53)의 중심축선(JM)의 연장선 상에 플라스마(P)(발광점)가 존재하도록 배치된다. 이에 따라, 허브(53) 및 외측 링(52)을 제외하면, EUV광은 각 블레이드(51)의 두께의 분만큼 차광되어, 회전식 포일 트랩(22)을 통과하는 EUV광의 비율(투과율이라고도 한다)을 최대로 하는 것이 가능해진다.
허브(53)는, 모터(회전 구동 장치)(MC)의 회전축(JC)에 연결되고, 허브(53)의 중심축선(JM)은, 회전축(JC)의 중심축선에 합치한다. 이 때, 모터(MC)의 회전축(JC)은, 회전식 포일 트랩(22)의 회전축으로 간주할 수 있다. 회전식 포일 트랩(22)은, 모터(MC)에 구동되어 회전하고, 회전하는 블레이드(51)는, 플라스마(P)로부터 도래하는 데브리(DB)에 충돌하여 데브리(DB)를 포착하여, 당해 데브리(DB)가 이용 장치(42)에 침입하는 것을 저지한다.
회전식 포일 트랩(22)은, 접속 챔버(21) 내에 배치되는데 반해, 모터(MC)는, 접속 챔버(21)의 밖에 배치된다. 접속 챔버(21)의 벽에는, 회전축(JC)이 통과하는 관통 구멍이 형성되어 있다. 회전축(JC)과 접속 챔버(21)의 벽 사이의 극간은, 예를 들면, 메카니컬 시일로 이루어지는 시일 부재(PC)로 봉지된다. 시일 부재(PC)는, 접속 챔버(21) 내의 감압 분위기를 유지하면서, 모터(MC)의 회전축(JC)을 회전 가능하게 지지한다.
회전식 포일 트랩(22)은, 플라스마(P)로부터의 방사에 의해 고온이 된다. 이 때문에, 회전식 포일 트랩(22)의 과열을 방지하기 위해, 회전축(JC)을 중공으로 하여 냉각수를 유통시켜, 회전식 포일 트랩(22)을 냉각하는 경우가 있다. 또, 회전 시의 모터(MC) 자체도 발열하기 때문에, 모터(MC)의 주위에 수냉 배관(41)을 감아 제열(除熱)해도 된다. 수냉 배관(41)에는 물이 흘러, 열교환에 의해 모터(MC)를 냉각한다.
또, 플라스마(P)로부터 회전식 포일 트랩(22)으로의 방사를 저감하여, 회전식 포일 트랩(22)의 과열을 방지하기 위해, 접속 챔버(21) 내에는 차열판(23)이 배치된다. 차열판(23)은, 플라스마(P)로부터 방출되는 EUV광의 일부를 취출하기 위한 임의의 형상(예를 들면, 원형)의 개구부(KA)를 구비한다. 차열판(23)은, 플라스마(P)의 근방에 배치되기 때문에, 예를 들면, 몰리브덴 또는 텅스텐 등의 고융점 재료로 구성된다.
개구부(KA)는, 회전식 포일 트랩(22)의 회전축(JM)으로부터 편심한 위치에 형성된다. 이 때, 플라스마(P)로부터 방출되는 EUV광의 일부는, 개구부(KA)를 통하여, 회전식 포일 트랩(22)의 회전축 방향(도 2에 있어서의 좌우 방향)에 대해 경사 각도를 갖고 소정의 입체각으로 차열판(23)으로부터 취출된다.
회전식 포일 트랩(22)은, 차열판(23)의 개구부(KA)를 통과한 EUV광의 광선속(이하, EUV 취출광이라고도 한다.)의 주광선(UL) 상에 블레이드(51)가 위치하도록 배치되어 있다. 차열판(23)의 개구부(KA)로부터 취출된 EUV광은, 데브리 저감부(3)를 통과하여, 창부(27)를 통하여 이용 장치(마스크 검사 장치)(42)에 도입된다.
회전식 포일 트랩(22)은, 플라스마(P)로부터 방산되는 데브리(DB) 중 비교적 저속의 데브리(DB)를 포착하나, 고정식 포일 트랩(24)은, 플라스마(P)로부터 방산되는 데브리(DB) 중, 회전식 포일 트랩(22)에서 포착할 수 없었던 고속으로 진행하는 데브리(DB)를 포착한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 고정식 포일 트랩(24)은, EUV 취출광의 주광선(UL) 상에 배치된다.
또, 고정식 포일 트랩(24)은, 차열판(23)의 개구부(KA)에 의해 진행 방향이 제한된 EUV광인 EUV 취출광이 통과하는 영역에 대응시킨 형상을 구비한다.
도 4는, 도 2의 고정식 포일 트랩의 구성예를 나타내는 상면도, 도 5는, 도 2의 고정식 포일 트랩의 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 4 및 도 5에 있어서, 고정식 포일 트랩(24)은, 복수의 포일(61)과, 포일(61)을 지지하는 고정 틀(고정 부재)(60)을 구비한다.
포일(61)은, 도 5에 나타내는 바와 같이, EUV 취출광의 주광선(UL) 방향에 직교하는 단면에 있어서, 각각 등간격으로 배치된다. 또, 고정 틀(60)은, 예를 들면, 정면에서 보아 직사각형 형상이 되어 있다. 또한, 고정 틀(60)의 외형은, 임의의 형상이면 된다. 또한, 복수의 포일(61)은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 주광선(UL) 방향에 직교하는 방향에서 보면, EUV 취출광의 광선 방향으로 신장하도록 방사상으로 배치된다.
고정식 포일 트랩(24)의 복수의 포일(61)은, 고정식 포일 트랩(24)이 배치된 공간을 세밀하게 분할함으로써, 그 부분의 컨덕턴스를 낮춰 압력을 국소적으로 올리는 기능을 한다. 고정식 포일 트랩(24)에 가스를 적절히 공급함으로써, 고정식 포일 트랩(24)에 있어서의 압력을 올리도록 한다. 바꾸어 말하면, 접속 챔버(21) 내에 있어서, 고정식 포일 트랩(24) 내에 가스를 국재화시켜 압력이 비교적 높은 부분을 설정한다. 여기서, 고정식 포일 트랩(24)에 공급하는 가스는, EUV광에 대해 투과율이 높은 가스가 바람직하고, 예를 들면, 헬륨(He), 아르곤(Ar) 등의 희가스 또는 수소(H2) 등이 이용된다.
회전식 포일 트랩(22)에서 포착할 수 없었던 고속의 데브리(DB)는, 고정식 포일 트랩(24)에 있어서의 압력이 오른 영역에서 가스와의 충돌 확률이 오르기 때문에 속도가 저하된다. 또, 가스와의 충돌에 의해 데브리(DB)의 진행 방향도 바뀐다. 고정식 포일 트랩(24)은, 이와 같이 하여 속도가 저하되어 진행 방향이 바뀐 데브리(DB)를, 포일(61) 또는 고정 틀(60)에 의해 포착한다.
또, 접속 챔버(21) 내에는, 커버 부재(25)가 배치된다. 커버 부재(25)는, 회전식 포일 트랩(22)을 포위하여, 회전식 포일 트랩(22)에 의해 포착된 데브리(DB)가 접속 챔버(21)의 내부에 비산하는 것을 방지한다. 커버 부재(25)는, 입사측 개구부(KI) 및 출사측 개구부(KOA, KOB)를 구비한다. 입사측 개구부(KI)는, 회전식 포일 트랩(22)에 입사하는 EUV광이 차광되지 않는 위치에 형성된다. 출사측 개구부(KOA)는, 입사측 개구부(KI) 및 회전식 포일 트랩(22)을 통과하여 고정식 포일 트랩(24)에 입사하는 EUV광이 차광되지 않는 위치에 형성된다. 출사측 개구부(KOB)는, 입사측 개구부(KI) 및 회전식 포일 트랩(22)을 통과하여 감시 장치(43)에 입사하는 EUV광이 차광되지 않는 위치에 형성된다.
회전식 포일 트랩(22)에 의해 포착된 데브리(DB) 중 적어도 일부는, 원심력에 의해 회전식 포일 트랩(22)의 블레이드(51) 상을 경방향으로 이동하여, 블레이드(51)의 단부로부터 이탈하고, 커버 부재(25)의 내면에 부착된다.
커버 부재(25)는, 도시를 생략한 가열 수단 또는 EUV 방사를 받는 차열판(23)으로부터의 이차 복사에 의해 가열되고, 당해 가열에 의해 커버 부재(25)의 내면에 부착된 데브리(DB)는 고체화되지 않고, 액상 상태를 유지한다. 커버 부재(25)의 내면에 부착된 데브리(DB)는, 중력에 의해 커버 부재(25)의 하부에 모여, 커버 부재(25)의 하부로부터 배출관(26)을 통하여 커버 부재(25)의 밖으로 배출되어 폐원료가 되고, 데브리 수용부(4)에 수용된다. 이에 따라, 커버 부재(25)는, 회전식 포일 트랩(22)의 블레이드(51)의 단부로부터 이탈한 데브리(DB)가 접속 챔버(21)의 내부에 비산하는 것을 방지할 수 있다.
데브리 수용부(4)는, 데브리 수용 용기(31)를 구비한다. 데브리 수용 용기(31)는, 접속 챔버(21)의 외부에 배치되어, 접속 챔버(21)에 장착된다. 데브리 수용 용기(31)는, 데브리(DB) 및 폐원료를 포함하는 수용물(SU)을 저장한다.
접속 챔버(21)의 저벽에는, 데브리 수용 용기(31)의 내부 공간과 접속 챔버(21)의 내부 공간을 연통시키는 관통 구멍(37)이 형성되어 있다. 데브리 수용 용기(31)는, 상부에 플랜지(32)를 구비한다. 플랜지(32)로 둘러싸인 데브리 수용 용기(31)의 개구부는, 접속 챔버(21)의 관통 구멍(37)에 겹쳐진다. 그리고, 플랜지(32)가 접속 챔버(21)의 저벽에, 예를 들면, 나사로 고정됨으로써, 데브리 수용 용기(31)가 접속 챔버(21)에 장착된다. 플랜지(32)와 접속 챔버(21)의 저벽 사이의 극간은, 개스킷(33)에 의해 봉지된다. 차열판(23)은, 직립한 상태에서 관통 구멍(37)의 상방에 배치된다. 배출관(26)의 배출구는, 관통 구멍(37)의 상방에 배치된다. 이 때, 차열판(23) 및 배출관(26)으로부터의 데브리(DB)의 낙하 위치에 데브리 수용 용기(32)가 배치된다.
배출관(26)을 통하여 커버 부재(25)의 밖으로 배출된 폐원료는, 중력 방향으로 낙하하여, 접속 챔버(21)의 하방(도 2의 하측)에 배치되어 있는 데브리 수용 용기(31)에 모인다. 한편, 플라스마(P)로부터 다양한 방향으로 방산되는 데브리(DB)의 일부는, 챔버(11)의 창부(17)를 통해서 접속 챔버(21)에 침입하면, 차열판(23)의 창부(17)와 대면하는 면에 퇴적한다. 차열판(23)에 퇴적한 데브리(DB)는, 플라스마(P)로부터의 방사에 의해 용융되어, 어느 정도의 양에 이르면, 액적이 되어 중력에 의해 차열판(23)의 하방으로 이동한다. 그리고, 차열판(23)의 하방으로 이동한 데브리(DB)가 차열판(23)으로부터 이탈하여, 접속 챔버(21)의 하방으로 낙하함으로써, 데브리 수용 용기(31)에 수용된다.
이와 같이 차열판(23)은, 플라스마(P)로부터 회전식 포일 트랩(22)으로의 EUV 방사를 제한하여 회전식 포일 트랩(22)의 과열을 방지하거나, 개구부(KA)에 의해 플라스마(P)로부터 방출되는 EUV광의 일부를 취출할 뿐만 아니라, 회전식 포일 트랩(22)을 향해 진행하는 데브리(DB)를 가능한 한 줄여, 회전식 포일 트랩(22)의 부하를 감소시킨다.
또, LDP 방식의 EUV 광원 장치(1)에 있어서는, 방전부(방전 전극(EA, EB) 등)에 공급되는 플라스마 원료(주석)(SA, SB)의 일부가 누출되는 경우가 있다. 예를 들면, 플라스마 원료(SA, SB)의 일부는, 컨테이너(CA, CB)로부터 누출되는 경우가 있다. 누출된 플라스마 원료(SA, SB)는, 플라스마(P)의 발생에 기여하지 않기 때문에, 폐원료가 된다. 상기한 방전부로부터 누출된 플라스마 원료(SA, SB)는, 도시를 생략한 포위 부재에 의해 포집된다.
포위 부재에 의해 폐원료로서 포집된 플라스마 원료(SA, SB)를 데브리 수용 용기(31)로 이끌기 위해, 접속 챔버(21) 내에는 받침판 부재(shovel)(18)가 설치된다. 받침판 부재(18)는, 창부(17)로부터 관통 구멍(37)에 걸쳐 건너질러지도록 경사 자세로 지지된다. 받침판 부재(18)는, 폐원료로서 포집된 플라스마 원료(SA, SB)가 받침판 부재(18) 상에서 융점 이상으로 유지되도록, 도시를 생략한 가열 수단(히터)으로 가열된다. 그리고, 포위 부재에 의해 폐원료로서 포집된 플라스마 원료(SA, SB) 및 접속 챔버(21)에 침입한 데브리(DB)의 일부는, 받침판 부재(18)에 이끌려 데브리 수용 용기(31)에 낙하한다.
여기서, 데브리(DB)의 대부분은 주석이며, 폐재료도 주석이므로, 데브리 수용 용기(31)는, 주석 회수 용기라고 부를 수도 있다. 데브리 수용 용기(31)의 주위에는, 데브리 수용 용기(31)를 가열하는 가열 수단으로서의 히터 배선(34)이 감겨져 있다. 가열 수단은, 데브리 수용 용기(31) 본체에 매설되어 있어도 된다.
EUV 광원 장치(1)의 가동 중에서는, 히터 배선(34)에 급전함으로써, 데브리 수용 용기의 내부는, 주석의 융점 이상으로 가열되어, 데브리 수용 용기(31) 내부에 축적된 주석은 액상이 된다.
데브리 수용 용기(31)의 내부의 주석을 액상으로 하는 이유는, 데브리 수용 용기(31)의 내부에 축적되는 데브리(DB)가 고체화되면, 데브리(DB)가 낙하하기 쉬운 지점에서의 축적물이, 마치 석회동굴의 석순과 같이 성장하기 때문이다. 데브리(DB)의 축적물이 석순 형상으로 성장하면, 예를 들면, 커버 부재(25)의 배출관(26)이 데브리(DB)에 의해 봉쇄되어 커버 부재(25) 내에 데브리(DB)가 축적된다. 이 때, 커버 부재(25) 내에 축적된 데브리(DB) 중 적어도 일부가 회전식 포일 트랩(22)에 접촉하여, 회전식 포일 트랩(22)의 회전을 방해하거나, 회전식 포일 트랩(22)을 손상시키는 경우가 있다.
혹은, 커버 부재(25)에 형성되어 있는 출사측 개구부(KOA, KOB)의 일부가 커버 부재(25) 내에 축적된 데브리(DB)에 의해 봉쇄되어, 출사측 개구부(KOA, KOB)를 통과하는 EUV광의 일부가 차단되는 경우도 있다.
따라서, 데브리 수용 용기(31)의 내부의 수용물인 주석을 액상으로 함으로써, 데브리 수납 용기(31) 내에서 주석을 평탄화하여, 석순과 같은 성장을 회피하면서 데브리 수납 용기(31) 내에 주석을 저장하는 것이 가능해진다.
데브리 수용 용기(31)에 축적된 주석을 회수하는 경우, 히터 배선(34)으로의 급전을 멈추어 데브리 수용 용기(31) 내부의 가열을 정지한다. 그리고, 데브리 수용 용기(31)의 온도가 상온에 도달하여 데브리 수용 용기(31)에 저장되는 주석을 고체화시킨 후, 접속 챔버(21) 내부를 대기압으로 되돌린다. 그 후, 데브리 수용 용기(31)를 접속 챔버(21)로부터 떼어내고, 주석이 모이지 않은 새로운 데브리 수용 용기를 접속 챔버(21)에 장착한다.
접속 챔버(21)로부터 떼어내진 데브리 수용 용기(31)의 내부의 주석은 고상이 되어 있지만, 그 데브리 수용 용기(31)를 재가열하여 내부의 주석을 재차 액상으로 함으로써, 데브리 수용 용기(31)로부터 주석을 취출할 수 있다. 접속 챔버(21)로부터 떼어내고, 내부로부터 주석을 제거한 데브리 수용 용기(31)는 재이용할 수 있다.
또한, 접속 챔버(21)의 외부에는, EUV광을 감시하는 감시 장치(43)가 배치된다. 감시 장치(43)는, EUV광을 검출하는 검출기 또는 EUV광의 강도를 측정하는 측정기이다. 접속 챔버(21)의 벽에는, EUV광이 통과하는 관통 구멍인 EUV광 안내 구멍(28)이 형성되고, EUV광 안내 구멍(28)과 감시 장치(43) 사이에는, EUV광이 접속 챔버(21)의 밖로 누출되지 않고 통과하는 안내관(29)이 설치되어 있다.
차열판(23)에는, 개구부(KA)와는 다른 위치에, 플라스마(P)로부터 방출되는 EUV광의 일부를 취출하기 위한 임의의 형상(예를 들면, 원형)의 개구부(KB)가 형성된다.
플라스마(P)와 개구부(KB)의 중심부를 잇는 직선의 연장선 상에는, 감시 장치(43), EUV광 안내 구멍(28) 및 안내관(29)이 배치되어 있다. 따라서, 플라스마(P)로부터 방출되는 EUV광의 일부는, 챔버(11)의 창부(17), 차열판(23)의 개구부(KB), 커버 부재(25)의 입사측 개구부(KI), 회전식 포일 트랩(22)의 복수의 블레이드(51)의 극간, 커버 부재(25)의 출사측 개구부(KOB), 접속 챔버(21)의 벽의 EUV광 안내 구멍(28) 및 안내관(29)의 내강을 순차로 통과하여, 감시 장치(43)에 도달한다. 이와 같이 하여, EUV광을 감시 장치(43)에 의해 감시할 수 있다.
상술한 바와 같이, 회전식 포일 트랩(22)은, 거의 동일한 각 간격을 두고 방사상으로 배치된 복수의 포일(블레이드)(51)을 갖는다. 각 블레이드(51)는, 고융점 금속에 의해 구성되는 박막 또는 얇은 평판이다. 보다 상세하게는, 각 블레이드(51)는, 예를 들면 복수회의 압연에 의한 인장 가공에 의해 제조된 몰리브덴 박판으로 이루어지며, 그 두께는, 예를 들면 0.1~0.3mm이다. 또한, 블레이드(51)는, 텅스텐으로 이루어지는 압연 박판으로 구성할 수도 있다.
종래, 상기와 같이 복수의 포일(블레이드)을 갖는 회전식 포일 트랩에 있어서는, 비교적 단시간의 가동으로, 블레이드의 일부가, 예를 들면 허브(회전축) 근방에서 파단한다는 문제가 발생하는 경우가 있었다. 또한, 여기서 말하는 가동이란, EUV 광원 장치에 있어서의 EUV 발광 동작 중에 회전식 포일 트랩을 회전 동작시켜, 데브리를 포착하는 동작을 행하는 것을 말한다.
상기 문제는, 일부의 회전식 포일 트랩에서만 발생하며, 비교적 대부분의 회전식 포일 트랩에서는, 상기 문제가 발생한 회전식 포일 트랩보다 수배의 사용 시간을 거쳐도 문제가 발생하지 않았다. 그 때문에, 상기 문제는 회전식 포일 트랩의 가동 수명에 의한 것으로는 생각하기 어렵고, 본 발명자는, 어느 특정의 동일 로트에서 제조된 회전식 포일 트랩에 있어서 일어나는 문제가 아닌지 생각했다.
이에, 본 발명자는, 동일 로트에서 제조된 복수의 회전식 포일 트랩에 대해서, 문제의 발생 정도를 조사했다. 그 결과, 이 문제는 동일 로트에서 제조된 모든 회전식 포일 트랩(특히, 동일 로트에서 제조한 블레이드)에서 발생하는 것은 아닌 것을 알 수 있었다.
본 발명자는, 동일 로트에서 제조된 회전식 포일 트랩을 추가로 조사하여, 블레이드를 구성하는 고융점 금속제의 압연 박판의 압연 방향과, 블레이드의 형상의 관계를 조사했다.
또한, 여기에서는, 압연에 의해 인장 가공된 방향을 「압연 방향」이라고 칭하는 것으로 한다. 보다 구체적으로는, 「압연 방향」이란, 도 6에 나타내는 바와 같이, 금속제 압연 박판(100)의 결정립(101)이 신장되어 있는 방향(결정립(101)의 장경 방향)을 말한다. 인장 가공하는 방향을 바꾸어 복수회의 압연을 행하고 있는 경우에는, 보다 결정립(101)이 신장되어 있는 방향을 압연 방향이라고 한다.
금속제 압연 박판(100)의 결정 구조는, SEM(Scanning Electron Microscope) 등에 의해 용이하게 관찰하는 것이 가능하다.
동일 로트에서 제조된 몰리브덴제의 압연 박판으로부터 얻은 블레이드(장편)에 대해서 조사한 결과, 블레이드의 길이 방향과 압연 방향이 일치하고 있는 블레이드와, 블레이드의 폭 방향과 압연 방향이 일치하고 있는 블레이드가 혼재하고 있는 것이 판명되었다.
여기서, 도 7에 회전식 포일 트랩(22A)을 모식적으로 나타내는 바와 같이, 블레이드의 길이 방향이란, 블레이드(51A)의 장변 방향이며, 회전식 포일 트랩(22A)의 회전축(JM)에 거의 직교하는 방향(A)이다. 또, 블레이드의 폭 방향이란, 블레이드(51A)의 단변 방향이며, 회전식 포일 트랩의 회전축(JM)에 거의 평행한 방향(B)이다.
그리고, 동일 로트에서 제조된 복수의 회전식 포일 트랩에 대해서, 문제가 발생한 블레이드를 조사했더니, 파단 등의 문제가 발생한 어느 블레이드도 압연 방향이 블레이드폭 방향과 대략 일치하고 있는 것을 알 수 있었다.
회전식 포일 트랩의 회전 동작 중에, 회전식 포일 트랩의 각 블레이드에 걸리는 힘은 원심력이다. 여기서, 원심력의 방향은, 블레이드 길이 방향(A)과 평행한 방향이다. 도 7에 나타내는 회전식 포일 트랩(22A)과 같이 블레이드 길이 방향(A)이 회전축(JM)에 대해 직교하는 경우, 원심력의 방향은, 회전축(JM)에 대해 직교하며, 회전축(JM)으로부터 바깥쪽으로 향하는 방향(F)이 된다.
즉, 블레이드의 압연 방향이, 회전식 포일 트랩이 회전 동작했을 때에 블레이드에 작용하는 원심력 방향(F)과 거의 직교하는 경우에, 회전식 포일 트랩의 회전 동작에 따른 블레이드의 파단 등의 문제가 발생하고 있는 것을 알 수 있었다.
이로부터, 회전식 포일 트랩의 블레이드가 고융점 금속제의 압연 박판으로 이루어지는 경우, 당해 블레이드를 구성하는 압연 박판의 압연 방향과, 회전식 포일 트랩이 회전 동작했을 때에 블레이드에 작용하는 원심력 방향이 가능한 한 일치하는 것이, 상기의 양 방향이 일치하지 않는(예를 들면 서로 직교하는) 경우보다, 상기 문제의 발생을 억제할 수 있을 가능성이 높다고 추측된다.
상기 가설을 검증하기 위해, 압연에 의한 인장 가공으로 형성한 고융점 금속제의 압연 박판에 대해서, 압연으로 인장 가공된 방향(압연 방향)의 인장 시험과, 압연 방향이 아닌 방향의 인장 시험을 실시하여, 각각의 인장 강도를 조사했다. 또한, 이 인장 시험에 있어서, 압연 방향이 아닌 방향은, 압연 방향과 직교하는 방향으로 했다. 또, 인장 시험의 시험 시료로 하는 금속제 압연 박판으로는, 몰리브덴으로 이루어지는 두께 0.15mm의 압연 박판을 이용했다.
도 8a는, 금속제 압연 박판(100)의 압연 방향(R)의 인장 시험, 도 8b는, 금속제 압연 박판(100)의 압연 방향(R)과 직교하는 방향의 인장 시험을 나타내는 도면이다.
도 8a에 나타내는 바와 같이, 압연 방향(R)의 인장 시험을 행한 결과, 금속제 압연 박판(100)이 파단에 이르기까지의 인장 시험력(T)의 최대치는 1.22kN, 인장 강도는 801MPa였다. 한편, 도 8b에 나타내는 바와 같이, 압연 방향(R)에 직교하는 방향의 인장 시험을 행한 결과, 금속제 압연 박판(100)이 파단에 이르기까지의 인장 시험력(T)의 최대치는 1.04kN, 인장 강도는 680MPa였다.
즉, 압연 방향(R)의 인장 강도는, 압연 방향(R)에 직교하는 방향의 인장 강도보다 약 120MPa 강한 것을 알 수 있었다.
또한 동시에, 압연 방향(R)의 인장 시험력(T)의 최대치인 1.22kN 뿐만 아니라, 압연 방향(R)에 직교하는 방향의 인장 시험력(T)의 최대치인 1.04kN은, 회전식 포일 트랩의 회전 동작 중에 각 블레이드에 걸리는 원심력의 크기보다 분명하게 큰 것도 알 수 있었다.
회전식 포일 트랩의 회전 동작 중에 각 블레이드에 걸리는 원심력의 크기는, 계산 상, 약 60N이다.
따라서, 상기 문제는, 단순한 원심력 만에 의한 것이 아니라, EUV 광원 장치 특유의 발광 중에 발생하는 문제라고 생각된다.
실제로, EUV 발광 동작을 하지 않고 회전식 포일 트랩을 단독으로 회전시키고 문제의 발생 상황을 조사했더니, 블레이드에 작용하는 원심력 방향(F)과 블레이드의 압연 방향(R)이 일치하고 있지 않아도(직교하고 있어도), 블레이드의 파단 등의 문제는 확인되지 않았다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 데브리 저감 장치의 일부인 회전식 포일 트랩(22)은, 접속 챔버(21) 내에 배치된다. 그 위치는, 챔버(11) 내에서 발생하는 플라스마(P)에 비교적 가까워, 회전식 포일 트랩(22)은 플라스마(P)로부터 방사되는 열을 받는다. 그 때문에, EUV 광원 장치(1)의 가동 중에 있어서는, 회전식 포일 트랩(22)의 온도는 고온이 된다.
상기와 같이, 회전식 포일 트랩(22)의 과열을 방지하기 위해, 접속 챔버(21) 내에는 차열판(23)이 배치되어 있다. EUV 광원 장치(1)의 정지 후, 회전식 포일 트랩(22)의 몰리브덴(Mo)제의 각 블레이드(51)를 관찰했더니, Mo의 재결정화에는 이르지 않았다. 이로부터, 차열판(23)에 의해, 회전식 포일 트랩(22)의 온도는, Mo의 재결정화 온도 미만으로 억제되어 있는 것을 알 수 있다.
한편, 각 블레이드(51)가 포착한 데브리(주석)은, 고체화되지 않고 원심력에 의해 회전식 포일 트랩(22)의 블레이드(51) 상을 경방향 외측으로 이동하여, 블레이드(51)의 단부로부터 이탈하고, 커버 부재(25)의 내면에 부착된다. 따라서, 회전식 포일 트랩(22)은, 주석의 융점(약 232℃)보다 높은 온도로 유지되어 있다.
즉, 회전식 포일 트랩(22)의 온도는 250~800℃가 되어 있는 것으로 생각된다.
또, 상기와 같이, 회전식 포일 트랩(22)의 각 블레이드(51)는, 데브리와 충돌한다. 데브리는, 플라스마(P)의 수축 및 팽창 과정을 거쳐 큰 운동 에너지를 얻고 있어, 데브리에 포함되는 고속의 중성 원자 등이 각 블레이드(51)에 충돌한다.
또한, 플라스마(P)는, 전극 간의 방전에 의해 플라스마 원료(주석)에 전기 에너지가 주입되고, 플라스마 원료가 여기됨으로써 생성된다. 그 때, 플라스마 원료는 다양한 준위로 여기되므로, 플라스마(P)로부터는 EUV광 뿐만 아니라, 다양한 파장의 광이 방사된다.
이와 같이, EUV 광원 장치의 가동 중은, 회전식 포일 트랩의 각 블레이드는, 플라스마(P)로부터의 열방사, 고속 중성 원자(주석)를 포함하는 데브리의 충돌, EUV광 및 그 이외의 파장의 광의 조사라는 다양한 부하를 받는다.
그 때문에, 블레이드에 작용하는 원심력 방향이 블레이드의 압연 방향과는 상이한 방향(예를 들면 압연 방향에 직교하는 방향)인 경우에는, 인장 강도가 비교적 약한 것에 더하여 상기 부하의 영향을 받음으로써, 비교적 단시간의 가동으로 블레이드가 파단한다는 문제가 발생한 것이라고 생각된다. 또, 블레이드의 파단은, EUV광이 직접 닿지 않는 허브(회전축) 근방에서 발생하고 있는 점에서, 상기 부하 중, 열과 데브리(특히 열)의 영향이 큰 것이라고 생각된다.
이상과 같이, 본 발명자는, 플라스마의 근방의 고온 환경 하에 배치되어 회전 동작하며, 당해 플라스마로부터 방사되는 광을 투과하고, 당해 플라스마로부터 방출되는 데브리를 포착하는 회전식 포일 트랩에 있어서, 블레이드의 압연 방향과 블레이드에 작용하는 원심력 방향이 상이한(직교 또는 대략 직교하는) 경우에, 포일의 파단과 같은 특유의 문제가 단기간에 발생한다는 새로운 지견을 얻었다. 그리고, 상기 문제는, 블레이드의 압연 방향과 블레이드에 작용하는 원심력 방향을 일치시킴으로써 억제할 수 있는 것도 발견했다.
또한, 회전식 포일 트랩은, 반드시 도 7에 나타내는 바와 같이 블레이드 길이 방향(A)이 회전축(JM)과 직교하도록 구성되는 것은 아니다.
예를 들면 도 9의 실선으로 나타내는 회전식 포일 트랩(22)과 같이, 블레이드 길이 방향(A)이 회전축(JM)에 대해 비스듬해지도록 블레이드(51)가 배치되는 경우도 있다. 이 경우에도, 도 9에 나타내는 바와 같이, 블레이드(51)의 압연 방향(R)은, 블레이드(51)에 작용하는 원심력 방향(F)(블레이드 길이 방향(A))과 일치하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 블레이드 길이 방향(A)이 회전축(JM)에 대해 비스듬해지도록 블레이드(51)가 배치되는 구성의 회전식 포일 트랩(22)의 경우, 도 7에 나타내는 회전식 포일 트랩(22A)과 비교하여, 회전축(JM)으로부터 먼 지점에 있어서의 블레이드에 의한 데브리의 포착 확률을 높일 수 있다. 이하, 이 점에 대해서 설명한다.
도 9의 실선으로 나타내는 바와 같이 블레이드 길이 방향이 회전축(JM)에 대해 비스듬해지도록 구성된 블레이드(51)에서는, 도 9의 파선으로 나타내는 바와 같이 블레이드 길이 방향이 회전축(JM)과 직교하도록 구성된 블레이드(51A)와 비교하여, 블레이드의 플라스마(P)측 단부가 플라스마(P)에 보다 가까워진다. 이 때, 회전축(JM)에 가까운 지점에서는, 플라스마(P)로부터 블레이드(51A)의 플라스마(P)측 단부까지의 거리(Pd1＇)와, 플라스마(P)로부터 블레이드(51)의 플라스마(P)측 단부까지의 거리(Pd1)의 차는 작지만, 회전축(JM)에 먼 지점에서는, 거리(Pd2＇)에 대해 거리(Pd2)가 큰 폭으로 짧아진다.
그 때문에, 도 9의 실선으로 나타내는 바와 같이 블레이드 길이 방향이 회전축(JM)에 대해 비스듬해지도록 구성되어 있는 경우, 회전축(JM)보다 먼 지점에서의 서로 이웃하는 블레이드 간의 간격은, 플라스마(P)로부터 바라보면, 도 9의 파선으로 나타내는 바와 같이 블레이드 길이 방향이 회전축(JM)과 직교하도록 구성되어 있는 경우보다, 더욱 좁아진다. 따라서, 회전축(JM)으로부터 먼 지점에 있어서의 블레이드에 의한 데브리의 포착 확률을 높일 수 있다.
이상과 같이, 회전식 포일 트랩을 구성하는 압연 박판인 블레이드의 압연 방향과, 회전식 포일 트랩의 회전 동작 시에 블레이드에 걸리는 원심력 방향은 일치하고 있는 것이 바람직하다. 그러나, 각 블레이드의 제조 상, 각 블레이드의 형상과 압연 방향의 관계가 반드시 원하는 관계가 된다고는 할 수 없다.
여기서, 원하는 관계란, 각 블레이드를 회전식 포일 트랩에 장착하여 회전 동작을 시켰을 때, 블레이드의 압연 방향과 블레이드에 작용하는 원심력 방향이 일치하는 관계이다.
이에, 블레이드의 압연 방향과 블레이드에 작용하는 원심력 방향의 불일치가 어느 정도까지 허용되는지를 조사했다. 그 결과를 도 11에 나타낸다.
도 11에 있어서, θ는, 블레이드의 압연 방향과 블레이드에 작용하는 원심력 방향의 어긋남 정도를 나타내고 있으며, 도 10에 나타내는 바와 같이, 압연 방향(R)과 원심력 방향(F)이 이루는 각도로 정의했다. 또, 이 도 11에 있어서, 「0」는 블레이드의 파단이 발생하지 않은 경우, 「×」는 블레이드의 파단이 발생한 경우를 나타낸다.
또한, 가동 조건은, 전극으로의 입력 전력을 9kW, 1일당 가동 시간을 8h로 했다.
도 11에 나타내는 바와 같이, θ=82°, θ=90°인 경우, 블레이드의 일부에 파단이 발생했다. 구체적으로는, θ=82°인 경우, 누적 가동 시간이 약 64시간에 블레이드의 파단이 발생하고, θ=90°인 경우는, 누적 가동 시간이 약 44시간에 블레이드의 파단이 발생했다.
한편, θ=0°, θ=8°, θ=20°인 경우는, 누적 가동 시간이 약 64시간에 도달해도 파단은 발생하지 않았다. 이들 3개의 수준에 있어서는, 또한 누적 가동 시간이 약 2개월이 될 때까지 계속했지만, 문제는 발생하지 않았다.
이와 같이, 적어도 θ가 0° 이상 20° 이하인 경우는, 상기 문제가 확실히 억제되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 압연 방향(R)과 원심력 방향(F)이 이루는 각도 θ는, 0° 이상 20° 이하로 하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 회전식 포일 트랩(22)은, 플라스마 발생부인 광원부(2)가 발생시키는 플라스마(P)의 근방에 배치되어 회전 동작하며, 플라스마(P)로부터 방사되는 광을 투과하고, 당해 플라스마(P)로부터 방출되는 데브리를 포착한다. 회전식 포일 트랩(22)은, 플라스마(P)를 통과하는 축을 회전축으로 하여 회전 가능한 복수의 포일(51)과, 회전축 상에 배치되어 포일(블레이드)(51)을 지지하는 허브(지지 부재)(53)를 갖는다.
그리고, 블레이드(51)는, 압연에 의해 인장 가공된 압연 박판이며, 회전 동작에 의해 당해 블레이드(51)에 걸리는 원심력 방향(F)과, 블레이드(51)의 압연 방향(R)이 일치 또는 대략 일치하도록 구성되어 있다. 여기서, 원심력 방향(F)과 압연 방향(R)이 이루는 각은, 0° 이상 20° 이하인 것이 바람직하다.
이에 따라, 플라스마(P)로부터의 열방사나 데브리의 충돌, 광의 조사와 같은 다양한 부하를 받는 환경 하에서의 회전식 포일 트랩(22)의 회전 동작에 따른 블레이드(51)의 파단 등의 문제의 발생을 적절히 억제할 수 있다.
또한, 블레이드(51)의 파단 등의 문제를 회피하기 위해서는, 블레이드(51)의 두께를 두껍게 하여 강도를 올리는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 회전식 포일 트랩(22)에 있어서는, EUV광은 각 블레이드(51)의 두께분만큼 차광된다. 그 때문에, 회전식 포일 트랩(22)을 통과하는 EUV광의 비율(투과율)을, 예를 들면 90%와 같은 높은 투과율로 유지하기 위해서는, 각 블레이드(51)의 두께를 두껍게 할 수 없다.
본 실시 형태에 있어서의 회전식 포일 트랩(22)은, 블레이드(51)의 두께를 예를 들면 0.15mm로 함으로써 EUV광이 높은 투과율을 유지하면서, 포일(블레이드)의 파단과 같은 문제의 발생이 억제된, 비교적 장기간의 가동 수명을 갖는 회전식 포일 트랩으로 할 수 있다.
(변형예)
상기 실시 형태에 있어서는, 고온 플라스마 원료에 조사하는 에너지 빔으로서 레이저를 이용하는 경우에 대해서 설명했지만, 레이저 대신에 이온 빔이나 전자빔 등을 이용할 수도 있다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, DPP 방식의 EUV 광원 장치에 적용하는 경우에 대해서 설명했지만, LPP 방식의 EUV 광원 장치에도 적용 가능하다. 또한, LPP 방식이란, 플라스마 생성용 드라이버 레이저를 타겟 재료에 조사하여, 당해 타겟 재료를 여기시켜 플라스마를 생성하는 방식이다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 회전식 포일 트랩(22)을 구비하는 광원 장치가 EUV 광원 장치인 경우에 대해서 설명했지만, 당해 광원 장치는, VUV(진공 자외광)를 취출하는 VUV 광원 장치나, X선을 취출하는 X선 발생 장치여도 된다.
광원 장치를 VUV 광원 장치로서 기능시키는 경우, 이 VUV 광원 장치는, 기판의 표면 개질용 광원, 오존 발생용 광원, 기판의 합착용 광원으로서 이용할 수도 있다.
한편, 광원 장치를 X선 발생 장치로서 기능시키는 경우, 이 X선 발생 장치는, 의료용 분야에 있어서는, 흉부 X선 사진 촬영이나, 치과 X선 사진 촬영, CT(Computer Tomogram)와 같은 용도로 이용할 수도 있다. 또, 이 X선 발생 장치는, 공업용 분야에 있어서는, 구조물이나 용접부 등의 물질 내부를 관찰하는 비파괴 검사, 단층 비파괴 검사와 같은 용도로 이용할 수도 있다. 또한, 이 X선 발생 장치는, 연구용 분야에 있어서는, 물질의 결정 구조를 해석하기 위한 X선 해석, 물질의 구성 원소를 분석하기 위한 X선 분광(형광 X선 분석)과 같은 용도로 이용할 수도 있다.
또한, 상기에 있어서 특정의 실시 형태가 설명되고 있지만, 당해 실시 형태는 단순한 예시이며, 본 발명의 범위를 한정하려는 의도는 없다. 본 명세서에 기재된 장치 및 방법은 상기한 이외의 형태에 있어서 구현화할 수 있다. 또, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고, 상기한 실시 형태에 대해서 적절히, 생략, 치환 및 변경을 이룰 수도 있다. 이와 같은 생략, 치환 및 변경을 이룬 형태는, 청구의 범위에 기재된 것 및 이들의 균등물의 범주에 포함되며, 본 발명의 기술적 범위에 속한다.
1: 극단 자외광 광원 장치(EUV 광원 장치) 2: 광원부
3: 데브리 저감부 4: 데브리 수용부
11: 챔버 21: 접속 챔버
22: 회전식 포일 트랩 23: 차열판
24: 고정식 포일 트랩 31: 데브리 수용 용기
51: 포일 52: 외측 링
53: 허브 DB: 데브리
F: 원심력 방향 R: 압연 방향

Claims (6)

  1. 플라스마 발생부가 발생시키는 플라스마의 근방에 배치되어 회전 동작하며, 상기 플라스마로부터 방사되는 광을 투과하여, 당해 플라스마로부터 방출되는 데브리를 포착하는 회전식 포일 트랩으로서,
    복수의 포일과,
    상기 포일을 지지하는 지지 부재를 갖고,
    상기 포일은, 압연에 의해 인장 가공된 압연 박판이며,
    상기 회전 동작에 의해 당해 포일에 걸리는 원심력의 방향과, 상기 포일의 상기 인장 가공된 방향인 압연 방향이 일치 또는 대략 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 회전식 포일 트랩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 원심력의 방향과 상기 압연 방향이 이루는 각이 0° 이상 20° 이하인 것을 특징으로 하는 회전식 포일 트랩.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 플라스마 발생부는, 상기 광을 방사하는 원료를 여기하여, 상기 플라스마를 발생시키도록 구성되어 있으며,
    상기 포일은, 상기 원료의 융점에 상당하는 온도 이상인 상태에서 회전 동작하는 것을 특징으로 하는 회전식 포일 트랩.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 압연 방향은, 상기 압연 박판을 구성하는 결정립이 신장되어 있는 방향인 것을 특징으로 하는 회전식 포일 트랩.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 회전식 포일 트랩과,
    상기 플라스마 발생부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 광은, 극단 자외광을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
KR1020237018961A 2020-11-25 2021-08-23 회전식 포일 트랩 및 광원 장치 KR20230097183A (ko)

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