KR20230141433A - 광원 장치 - Google Patents

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KR20230141433A
KR20230141433A KR1020230005268A KR20230005268A KR20230141433A KR 20230141433 A KR20230141433 A KR 20230141433A KR 1020230005268 A KR1020230005268 A KR 1020230005268A KR 20230005268 A KR20230005268 A KR 20230005268A KR 20230141433 A KR20230141433 A KR 20230141433A
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plasma
light source
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KR1020230005268A
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유스케 데라모토
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우시오덴키 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 에너지 빔에 의해 생성되는 플라스마의 발광 효율을 향상시키는 것이 가능한 광원 장치를 제공하는 것이다.
(해결 수단) 본 발명의 일 양태에 따른 광원 장치는, 에너지 빔에 의해 액체 원료를 플라스마화하여 방사선을 취출하는 광원 장치로서, 회전체와, 원료 공급부와, 막 두께 조정부를 구비한다. 상기 회전체는, 상기 에너지 빔이 입사하는 위치에 배치되며, 상기 에너지 빔의 입사 영역과 겹치도록 형성된 홈부를 갖는다. 상기 원료 공급부는, 상기 홈부에 상기 액체 원료를 공급한다. 상기 막 두께 조정부는, 상기 에너지 빔의 입사 영역에 있어서 상기 액체 원료의 표면이 상기 홈부에 따른 오목면이 되도록 상기 액체 원료의 막 두께를 조정한다.

Description

광원 장치{LIGHT SOURCE DEVICE}
본 발명은, X선이나 극단 자외광 등의 출사에 적용 가능한 광원 장치에 관한 것이다.
종래, X선은, 의료용 용도, 공업용 용도, 연구용 용도로 이용되어 왔다.
의료용 분야에 있어서는, X선은, 흉부 X선 사진 촬영, 치과 X선 사진 촬영이나, CT(Computer Tomogram)와 같은 용도로 이용된다.
공업용 분야에 있어서는, X선은, 구조물이나 용접부 등의 물질 내부를 관찰하는 비파괴 검사, 단층 비파괴 검사와 같은 용도로 이용된다.
연구용 분야에 있어서는, X선은, 물질의 결정 구조를 해석하기 위한 X선 회절, 물질의 구성 원소를 분석하기 위한 X선 분광(형광 X선 분석)과 같은 용도로 이용된다.
X선은, X선관을 이용하여 발생시킬 수 있다.
X선관은, 그 내부에 한 쌍의 전극(양극, 음극)을 갖는다. 음극 필라멘트에 전류를 흐르게 하여 가열해 두고, 양극과 음극 간에 고전압을 인가하면, 필라멘트로부터 발생하는 마이너스의 열전자가 양극 표면에 있는 타겟에 고속으로 충돌하여, 당해 타겟으로부터 X선이 발생한다.
또 X선관에 있어서, 양극측의 타겟을 액체 금속 제트로 하여, 이 타겟에 전자 빔을 조사함으로써, 고휘도의 X선을 취출(取出)하는 기술도 알려져 있다.
X선 중 비교적 파장이 긴 연질 X선 영역에 있는 파장 13.5nm의 극단 자외광(이하, 「EUV(Extreme Ultra Violet)광」이라고도 한다)은, 최근 노광광으로서 사용되고 있다.
여기서, 미세 패턴이 구성되어 있는 EUV 리소그래피용의 마스크의 기재는, 적층 구조로서, 저열팽창성 유리로 이루어지는 기판 상에, EUV광을 반사시키기 위한 다층막(예를 들면, 몰리브덴과 실리콘)이 형성되어 이루어지는 반사 미러이다.
그리고, 다층막 상에 파장 13.5nm의 방사선을 흡수하는 재료를 패터닝함으로써, EUV 마스크가 구성된다.
EUV 마스크에 있어서의 허용할 수 없는 결함의 크기는, 종래의 ArF 마스크의 경우에 비하면 큰 폭으로 작아져 있어 검출하는 것이 곤란해지고 있다.
이에, EUV 마스크의 검사로서, 통상은 액티닉 검사(Actinic inspection)로 불리는, 리소그래피의 작업 파장과 일치하는 파장의 방사선을 이용한 검사가 행해진다.
예를 들면, 파장 13.5nm의 방사선을 이용하여 검사를 행하면, l0nm보다 양호한 분해능으로 결함을 검출하는 것이 가능해진다.
일반적으로 EUV 광원 장치로는, DPP(Discharge Produced Plasma) 광원 장치, LDP(Laser Assisted Discharge Produced Plasma) 광원 장치, 및 LPP(Laser Produced Plasma) 광원 장치를 들 수 있다.
DPP 방식의 EUV 광원 장치는, EUV 방사종(기상의 플라스마 원료)을 포함하는 방전 가스가 공급된 전극 간에 고전압을 인가하고, 방전에 의해 고밀도 고온 플라스마를 생성하여, 이로부터 방사되는 극단 자외광을 이용하는 것이다.
LDP 광원 장치는, DPP 광원 장치가 개량된 것이며, 예를 들면, 방전을 발생시키는 전극(방전 전극) 표면에 EUV 방사종을 포함하는 액체 형상의 고온 플라스마 원료(예를 들면, Sn(주석)이나 Li(리튬) 등)를 공급하고, 당해 원료에 대해 레이저 빔 등의 에너지 빔(예를 들면, 전자 빔이나 레이저 빔 등)을 조사하여 당해 원료를 기화하고, 그 후, 방전에 의해 고온 플라스마를 생성하는 것이다.
LPP 광원 장치는, EUV 방사용 타겟 재료인 미소한 액적 형상으로 분출된 주석(Sn), 또는, 리튬(Li) 등의 드롭렛에 대해, 레이저광을 집광함으로써 당해 타겟 재료를 여기하여 플라스마를 발생시키는 것이다.
이와 같이, 연질 X선 영역에 있는 EUV광을 발생시키는 EUV 광원 장치로서, DPP 방식(LDP 방식)이나, LPP 방식의 광원 장치를 사용하는 것이 가능하다.
한편, EUV 광원 장치에 있어서, DPP 방식(LDP 방식)의 것은, 최종적으로는 전극 간의 방전에 의해 플라스마를 생성하고 있으므로, EUV 원료에 기인하는 데브리(debris)가 발생하기 쉽다.
LPP 방식의 것은, EUV 원료인 미세한 주석의 드롭렛을 타겟으로 하여, 거기에 여기용 레이저광을 집광시키기 때문에, 광원의 구조가 복잡하다. 또, 주석의 드롭렛을 안정적으로 낙하·공급하는 것이 어려워, EUV광을 안정적으로 생성하는 것이 곤란하다.
특허 문헌 1에는, 원반 형상의 회전체에 액체 형상의 X선 발생용의 타겟 원료를 도포하고, 당해 도포된 액체 형상 원료에 에너지 빔(레이저 빔)을 조사하여 X선을 얻는 방법이 제안되어 있다. 이 방법에 의하면, 비교적 간이한 구성으로, 고휘도의 X선을 얻는 것이 가능해진다.
특허 문헌 1에 기재된 방법을 EUV 광원 장치에 적용한 경우, 소위 LPP 방식에 상당하나, 액체 형상의 EUV 원료를 드롭렛으로서 공급할 필요가 없다. 그 때문에, EUV 원료 공급이 용이하고, 또한, 확실히 액체 형상의 EUV 원료에 레이저 빔을 조사하는 것이 가능해져, 비교적 간이한 구성의 장치로 EUV 방사를 얻는 것이 가능해진다.
일본 특허 제6658324호 공보 일본 특허 제4893730호 공보
에너지 빔을 이용하여 원료를 기화시켜 플라스마를 발생시키는 경우, 기화한 원료의 공간적인 확산 등이 방사선의 강도와 관계되는 경우가 있다.
예를 들면 특허 문헌 2에 기재된 LDP 방식의 광원 장치에서는, 2개의 방전 전극의 사이에서 에너지 빔에 의해 원료가 기화되고, 각 전극에 고전압을 걸어 방전 플라스마가 생성된다. 이 때, 에너지 빔이나 봉 형상 부재를 사용하여 원료의 표면에 오목한 곳을 형성함으로써, 기화하는 원료의 공간적인 확산을 억제하여, 효율적으로 방전 플라스마를 발생시키고 있다.
한편, 특허 문헌 1과 같이 회전체를 이용한 LPP 방식에서는, 에너지 빔에 의해 액체 형상 원료를 기화시키고, 그 기화한 원료에 계속해서 에너지 빔을 조사함으로써 원료를 가열 여기하여 고온 플라스마가 생성된다. 이 고온 플라스마의 밀도가 낮으면, 발광 효율이 저하되는 것이 생각된다. 이 때문에, 에너지 빔에 의해 생성되는 플라스마의 발광 효율을 향상시키는 기술이 요구되고 있다.
이상과 같은 사정을 감안하여, 본 발명의 목적은, 에너지 빔에 의해 생성되는 플라스마의 발광 효율을 향상시키는 것이 가능한 광원 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 양태에 따른 광원 장치는, 에너지 빔에 의해 액체 원료를 플라스마화하여 방사선을 취출하는 광원 장치로서, 회전체와, 원료 공급부와, 막 두께 조정부를 구비한다.
상기 회전체는, 상기 에너지 빔이 입사하는 위치에 배치되며, 상기 에너지 빔의 입사 영역과 겹치도록 형성된 홈부를 갖는다.
상기 원료 공급부는, 상기 홈부에 상기 액체 원료를 공급한다.
상기 막 두께 조정부는, 상기 에너지 빔의 입사 영역에 있어서 상기 액체 원료의 표면이 상기 홈부에 따른 오목면이 되도록 상기 액체 원료의 막 두께를 조정한다.
이 광원 장치에서는, 에너지 빔이 입사하는 위치에 배치된 회전체에, 에너지 빔의 입사 영역과 겹치도록 홈부가 형성되고, 홈부에는 액체 원료가 공급된다. 이 액체 원료의 막 두께가 조정되어, 에너지 빔의 입사 영역에서는, 액체 원료의 표면에 홈부에 따른 오목면이 형성된다. 이 오목면에 의해 원료가 기화했을 때에 팽창하는 방향이 규제되어, 에너지 빔에 의해 생성되는 플라스마의 발광 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
상기 홈부는, 상기 회전체의 회전축에 면한 위치에 형성되어도 된다.
상기 회전체는, 원반 형상의 회전체 본체를 가져도 된다. 이 경우, 상기 홈부는, 상기 회전체 본체의 한쪽의 주면에 형성되어도 된다.
상기 홈부는, 상기 회전체 본체의 경방향(徑方向)을 따른 단면 형상이, 삼각 형상, 직사각형 형상, 또는 원호 형상이 되는 환상의 홈이어도 된다.
상기 막 두께 조정부는, 상기 홈부의 바로 위쪽에 상기 회전체로부터 독립적으로 고정되어, 상기 회전체와 함께 회전하는 상기 액체 원료의 일부를 긁어내는 스키머를 포함해도 된다.
상기 스키머는, 상기 회전체의 외연을 사이에 끼워 넣는 채널 구조의 부재여도 된다.
상기 스키머는, 상기 홈부가 형성된 상기 회전체의 표면에 접촉하여 배치되어도 된다.
상기 막 두께 조정부는, 상기 회전체를 회전시키는 구동부를 제어하는 회전 제어부를 포함해도 된다.
상기 회전체는, 원반 형상의 회전체 본체와, 상기 회전체 본체의 한쪽의 주면에 당해 주면으로부터 소정의 간격을 두고 배치되며, 상기 에너지 빔을 통과시키기 위한 개구부가 환상으로 형성된 커버부를 포함해도 된다.
상기 홈부는, 상기 회전체 본체의 상기 커버부가 배치된 주면에 형성되어도 된다. 이 경우, 상기 커버부의 개구부는, 상기 홈부와 겹치도록 배치되어도 된다.
상기 회전체 본체의 상기 커버부가 배치된 주면은, 평탄면이어도 된다. 이 경우, 상기 홈부는, 상기 커버부의 개구부여도 된다.
상기 홈부의 개구 폭은, 상기 에너지 빔의 스폿 사이즈의 1배 이상 10배 이하의 범위에서 설정되어도 된다.
상기 회전체는, 회전축을 둘러싸는 내주면을 가져도 된다. 이 경우, 상기 홈부는, 상기 내주면에 형성되어도 된다.
상기 광원 장치는, 추가로, 상기 에너지 빔 및 상기 방사선의 경로가 개구되어 상기 회전체를 수용하는 케이스부를 구비해도 된다.
상기 방사선은, X선 또는 극단 자외광이어도 된다.
본 발명에 의하면, 에너지 빔에 의해 생성되는 플라스마의 발광 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일실시 형태에 따른 광원 장치의 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 2는 원료 공급 기구의 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 3은 광원 장치에 적용 가능한 컨테이너의 다른 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 4는 회전체의 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 5는 회전체에 공급된 플라스마 원료의 분포에 대해서 설명하기 위한 모식도이다.
도 6은 고온 플라스마의 분포에 대해서 설명하기 위한 모식도이다.
도 7은 홈부의 단면 형상의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 8은 홈부의 단면 형상과 에너지 빔의 관계를 나타내는 모식도이다.
도 9는 스키머 외의 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 10은 스키머의 평면 구성의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 11은 커버부를 구비한 회전체의 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 12는 커버부를 구비한 회전체의 다른 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 13은 다른 실시 형태에 따른 회전체의 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 14는 다른 실시 형태에 따른 회전체의 구성예를 나타내는 모식도이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태를 설명한다.
［광원 장치의 기본 구성]
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 광원 장치의 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 1은, 광원 장치(1)를 설치면으로부터 소정의 높이의 위치에서 수평 방향을 따라 절단한 경우의 모식적인 단면을, 상방에서 본 경우의 도이다.
도 1에서는, 광원 장치(1)의 구성 및 동작을 이해하기 쉽도록, 단면의 구성 등을 설명할 필요가 없는 부분에 대해서는, 단면의 도시를 생략하고 있다.
이하, X방향을 좌우 방향(X축의 양측이 우측, 음측이 좌측), Y방향을 전후 방향(Y축의 양측이 전방측, 음측이 후방측), Z방향을 높이 방향(Z축의 양측이 상방측, 음측이 하방측)으로 하여 설명을 행한다.
물론, 본 기술의 적용에 대해서, 광원 장치(1)가 사용되는 방향 등이 한정되는 것은 아니다.
광원 장치(1)는, 에너지 빔(EB)에 의해 플라스마 원료(23)를 플라스마화하여 방사선(R)을 취출하는 LPP 방식의 광원 장치이다. 광원 장치(1)는, 예를 들면 파장 30nm 이하의 경질 X선부터 연질 X선(EUV광을 포함한다)까지의 방사선(R)을 방출하는 것이 가능하다.
따라서 광원 장치(1)를, X선 발생 장치, 또는 EUV 광원 장치(EUV 방사 발생 장치)로서 사용하는 것이 가능하다. 물론, 다른 파장 대역의 방사선을 출사하는 광원 장치에, 본 기술을 적용하는 것도 가능하다.
광원 장치(1)는, 하우징(2)과, 진공 챔버(3)와, 에너지 빔 입사 챔버(4)와, 방사선 출사 챔버(5)와, 원료 공급 기구(6)와, 제어부(7)를 포함한다.
하우징(2)은, 대략의 외형이 정육면체 형상이 되도록 구성된다.
하우징(2)은, 전방면에 형성되는 출사 구멍(8)과, 우측면에 형성되는 입사 구멍(9)과, 후방면에 형성되는 2개의 관통 구멍(10 및 11)과, 좌측면에 형성되는 관통 구멍(12)을 갖는다.
하우징(2)의 재료는 한정되지 않고, 예를 들면 금속제의 하우징이 이용된다.
본 실시 형태에서는, 전방면의 출사 구멍(8)을 통과하여, Y방향(전후 방향)으로 연장되도록, 방사선(R)의 출사축(EA)이 설정된다. X선이나 EUV광 등의 방사선(R)은, 출사축(EA)을 따라 출사되어, 출사 구멍(8)으로부터 전방측을 향하여 방출된다.
또 본 실시 형태에서는, 우측면의 입사 구멍(9)으로부터, 후방측을 향하여 좌측으로 비스듬하게 연장되도록, 에너지 빔(EB)의 입사축(IA)이 설정된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 하우징(2)의 외부에, 에너지 빔(EB)을 출사하는 빔원(13)이 설치된다. 빔원(13)은, 입사축(IA)을 따라 에너지 빔(EB)이 하우징(2)의 내부에 입사하도록 설치된다.
에너지 빔(EB)으로는, 전자 빔이나 레이저 빔을 사용하는 것이 가능하다. 빔원(13)의 구성으로는, 이들 에너지 빔(EB)을 출사 가능한 임의의 구성이 채용되어도 된다.
진공 챔버(3), 에너지 빔 입사 챔버(이하, 간단히 입사 챔버라고 기재한다)(4), 및 방사선 출사 챔버(이하, 간단히 출사 챔버라고 기재한다)(5)는, 서로 공간적으로 접속된다. 즉, 진공 챔버(3)와 입사 챔버(4)는 서로 연결된다. 마찬가지로, 진공 챔버(3)와 출사 챔버(5)는 서로 연결된다.
본 실시 형태에서는, 챔버 본체(14)와, 챔버 본체(14)의 전방면에서 전방측으로 돌출하는 외측 돌출부(15)와, 챔버 본체(14)의 내주면에서 내부측으로 돌출하는 2개의 내측 돌출부(16 및 17)에 의해, 진공 챔버(3)와, 입사 챔버(4)와, 출사 챔버(5)가 구성된다.
챔버 본체(14), 외측 돌출부(15), 및 2개의 내측 돌출부(16 및 17)의 재료로는, 예를 들면 금속 재료가 이용된다.
챔버 본체(14)는, 대략의 외형이 직육면체 형상이 되도록 구성되고, 전후좌우의 각 면이, 하우징(2)의 전후좌우의 각 면과 각각 대향하도록 배치된다.
또, 챔버 본체(14)는, 전방면과 우측면 사이의 우측 전방 모서리부가, 에너지 빔(EB)의 입사축(IA) 상에 위치하도록 배치된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 챔버 본체(14)의 전방면에는, 출사 구멍(18)이 형성된다. 출사 구멍(18)은, 방사선(R)의 출사축(EA) 상에서, 하우징(2)의 전방면의 출사 구멍(8)과 늘어서는 위치에 형성된다.
챔버 본체(14)의 출사 구멍(18)의 주연부로부터, 전방측으로 돌출하도록 외측 돌출부(15)가 구성된다. 외측 돌출부(15)는, 하우징(2)의 출사 구멍(8)에 내접하도록, 하우징(2)의 출사 구멍(8)보다 전방측으로 크게 돌출하도록 구성된다.
또, 챔버 본체(14)의 내부측에 있어서, 출사 구멍(18)의 주연부로부터 내부측으로 돌출하도록, 내측 돌출부(16)가 구성된다.
외측 돌출부(15) 및 내측 돌출부(16)에 둘러싸인 공간이, 출사 챔버(5)로서 기능한다. 출사 챔버(5)를 구성하는 부재인 외측 돌출부(15) 및 내측 돌출부(16) 자체를, 출사 챔버로 부르는 것도 가능하다.
외측 돌출부(15) 및 내측 돌출부(16)는, 챔버 본체(14)와 일체적으로 형성되어도 되고, 별개로 형성된 후에 챔버 본체(14)에 접속되어도 된다.
출사 챔버(5)는, 방사선(R)의 출사축(EA)을 중심축으로 하여, 콘 형상이 되도록 구성된다. 출사 챔버(5)는, 방사선(R)의 출사축(EA)의 방향에 있어서, 중앙 부분의 단면적이 크고, 전후의 단부에 가까워짐에 따라 단면적이 작아지도록 구성된다. 즉, 출사 챔버(5)는, 전후의 단부에 가까워짐에 따라 좁혀지는 형상이 된다.
챔버 본체(14)의 우측 전방 모서리부에는, 입사창(19)이 형성된다. 입사창(19)은, 에너지 빔(EB)의 입사축(IA) 상에서, 하우징(2)의 우측면의 입사 구멍(9)과 늘어서는 위치에 형성된다.
또, 챔버 본체(14)의 우측 전방 모서리부의 내부측에 있어서, 입사창(19)을 둘러싸는 위치로부터 에너지 빔(EB)의 입사축(IA)의 방향을 따라 돌출하도록, 내측 돌출부(17)가 구성된다.
챔버 본체(14)의 내부 공간 중, 내측 돌출부(17)에 둘러싸인 공간이, 입사 챔버(4)로서 기능한다. 입사 챔버(4)를 구성하는 내측 돌출부(17) 및 챔버 본체(14)의 우측 전방 모서리부의 부분 자체를, 입사 챔버로 부르는 것도 가능하다.
내측 돌출부(17)는, 챔버 본체(14)와 일체적으로 형성되어도 되고, 별개로 형성된 후에 챔버 본체(14)에 접속되어도 된다.
입사 챔버(4)는, 에너지 빔(EB)의 입사축(IA)을 중심축으로 하여, 콘 형상이 되도록 구성된다. 입사 챔버(4)는, 에너지 빔(EB)의 입사축(IA)의 방향에 있어서, 챔버 본체(14)의 내부측의 단부에 가까워짐에 따라 단면적이 작아지도록 구성된다. 즉, 입사 챔버(4)는, 내부측의 단부에 가까워짐에 따라 좁혀지는 형상이 된다.
챔버 본체(14)의 내부 공간 중, 출사 챔버(5)로서 기능하는 내측 돌출부(16)의 내부 공간, 및 입사 챔버(4)로서 기능하는 내측 돌출부(17)의 내부 공간을 제외한 공간이, 진공 챔버(3)로서 기능한다. 진공 챔버(3)를 구성하는 부분 자체를, 진공 챔버로 부르는 것도 가능하다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 챔버 본체(14)는, 하우징(2)의 좌측면의 관통 구멍(12)으로부터 하우징(2)의 외부로 돌출하는 부분을 갖고, 그 선단이 배기용 펌프(20)에 접속된다.
배기용 펌프(20)에 의해 진공 챔버(3) 내가 배기되어, 진공 챔버(3)가 감압된다. 이에 따라, 진공 챔버(3) 내에서 생성되는 방사선(R)의 감쇠가 억제된다.
진공 챔버(3) 내는, 입사 챔버(4) 및 출사 챔버(5)에 대해 감압 분위기이면 되고, 반드시 진공 분위기가 아니어도 된다. 또, 진공 챔버(3) 내에 불활성 가스가 공급되어 있어도 된다.
배기용 펌프(20)의 구체적인 구성은 한정되지 않고, 진공 펌프 등의 임의의 펌프가 이용되어도 된다.
원료 공급 기구(6)는, 진공 챔버(3) 내의 플라스마 생성 영역(21)에서 플라스마(P)를 생성하고, 방사선(R)(X선, EUV광)를 방출하기 위한 기구이다.
원료 공급 기구(6)는, 진공 챔버(3)의 내부에 배치되는, 원료 공급용의 원반 형상의 회전체(50), 및 액상의 플라스마 원료(방사선 원료)(23)를 수용하는 컨테이너(24)를 포함한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 원반 형상의 회전체(50)에는, 에너지 빔(EB)이 입사하는 입사 영역(25)이 설정되어 있다. 회전체(50)는, 입사 영역(25)이 입사축(IA)과 출사축(EA)의 교점의 위치에 배치되도록, 진공 챔버(3) 내에 배치된다.
회전체(50)의 입사 영역(25)에는 플라스마 원료(23)가 공급되고, 입사 영역(25)에 에너지 빔(EB)이 입사함으로써, 플라스마(P)가 생성된다.
진공 챔버(3) 내의 플라스마(P)가 생성되는 영역(공간)이, 플라스마 생성 영역(21)이 된다. 따라서, 플라스마 생성 영역(21)은, 회전체(50)의 입사 영역(25)의 위치에 대응한 영역이 된다.
원료 공급 기구(6)의 상세에 대해서는, 후술한다.
제어부(7)는, 광원 장치(1)가 갖는 각 구성 요소의 동작을 제어한다.
예를 들면, 제어부(7)에 의해, 빔원(13)이나 배기용 펌프(20)의 동작이 제어된다. 또 제어부(7)에 의해, 나중에 설명하는 각종 모터, 플라스마 원료 순환 장치, 외부 전압원 등의 동작이 제어된다.
제어부(7)는, 예를 들면 CPU나 메모리(RAM, ROM) 등의 컴퓨터에 필요한 하드웨어 회로를 갖는다. CPU가 메모리에 기억되어 있는 제어 프로그램을 RAM에 로드하여 실행함으로써, 다양한 처리가 실행된다.
제어부(7)로서, 예를 들면 FPGA(Field Programmable Gate Array) 등의 PLD(Programmable Logic Device), 그 외 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등의 디바이스가 이용되어도 된다.
도 1에서는, 제어부(7)는 기능 블록으로서 모식적으로 도시되어 있으나, 제어부(7)가 구성되는 위치 등은 임의로 설계되어도 된다.
본 실시 형태에서는, 제어부(7)의 CPU가 본 실시 형태에 따른 프로그램을 실행함으로써, 본 실시 형태에 따른 플라스마 생성 방법 및 방사선 출사 방법이 실행된다.
이하, 광원 장치(1)를 구성하는 각종 챔버, 및 원료 공급 기구(6)에 대해서, 상세하게 설명한다.
[입사 챔버]
입사 챔버(4)는, 챔버 본체(14)의 우측 전방 모서리부에 있어서, 내측 돌출부(17)에 의해 구성된다. 챔버 본체(14)의 우측 전방 모서리부에는 입사창(19)이 배치되고, 빔원(13)으로부터 출사되는 에너지 빔(EB)은, 입사창(19)을 통과하여, 입사축(IA)을 따라, 입사 챔버(4)의 내부에 입사한다.
또한, 에너지 빔(EB)의 입사축(IA)은, 입사 챔버(4)의 내부에 입사하는 에너지 빔(EB)의 광축(주축)이라고도 할 수 있다.
입사창(19)은, 에너지 빔(EB)을 투과 가능한 재료로 이루어지며, 입사 챔버(4)의 내외의 압력차에 견딜 수 있는 두께로 설계된다.
에너지 빔(EB)이 전자 빔인 경우, 예를 들면, 티탄이나 알루미늄과 같은 금속의 막을 이용할 수 있다.
에너지 빔(EB)이 레이저 빔인 경우, 예를 들면, 유리 재료(석영 유리)를 이용할 수 있다.
그 외, 에너지 빔(EB)을 투과 가능한 임의의 재료가 이용되어도 된다.
내측 돌출부(17)는, 회전체(50)의 표면(51a)의 입사 영역(25)을 향하여 돌출되며, 돌출측의 선단에 입사측 애퍼처(26)가 형성된다.
입사측 애퍼처(26)는, 에너지 빔(EB)의 입사축(IA) 상에서, 입사창(19)과 늘어서도록 배치된다.
입사측 애퍼처(26)는, 에너지 빔(EB)을 입사 챔버(4)로부터 진공 챔버(3) 내에 입사한다. 즉 입사창(19)으로부터 입사축(IA)을 따라 진행하는 에너지 빔(EB)은, 입사측 애퍼처(26)를 통과하여, 진공 챔버(3) 내에 배치된 회전체(50)에 입사한다.
입사 챔버(4)의 내부에는, 비산한 플라스마 원료(23)나 데브리를 포착하기 위한 포착 기구가 배치된다.
도 1에 나타내는 예에서는, 보충 기구로서, 에너지 빔(EB)을 투과하여, 플라스마 원료(23)나 데브리를 포착하는 판 형상의 회전 부재인 회전식 창(27)이 배치된다. 회전식 창(27)은, 예를 들면, 원반 형상으로 구성된다.
회전식 창(27) 중심부에는, 도시를 생략한 모터의 회전축이 장착되어 있다. 모터가 회전축을 회전시킴으로써, 회전식 창(27)은 회전한다. 모터는, 제어부(7)에 의해 구동 제어된다.
모터는, 하우징(2)의 외부에 형성되어, 하우징(2) 및 챔버 본체(14)에 형성된 도시하지 않은 관통 구멍을 통과하여 회전축이 회전식 창(27)에 접속된다. 챔버 본체(14)에 회전축을 도입할 때에는 메카니컬 시일이 이용되며, 입사 챔버(4) 내의 분위기(후술하는 가스 분위기)를 유지하면서, 회전식 창(27)의 회전이 허용된다.
또, 회전식 창(27)을 회전시키는 회전축은, 에너지 빔(EB)의 입사축(IA)과는 오프셋된 위치에 배치된다. 이에 따라, 에너지 빔(EB)은, 회전식 창(27)의 회전축에 간섭되지 않고, 회전식 창(27)의 빔 투과 영역을 통과하여 진행하는 것이 가능해진다.
회전식 창(27)을 회전시킴으로써, 회전식 창(27)의 빔 투과 영역의 실질적인 면적을 증대시키는 것이 가능해져, 회전식 창(27)의 장수명화를 도모하는 것이 가능해지고, 회전식 창(27)의 교환 빈도를 저감시키는 것이 가능해진다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 챔버 본체(14)에는, 입사 챔버(4)에 연결하도록, 가스 주입로(28)가 설치된다. 가스 주입로(28)를 통하여, 도시를 생략한 가스 공급 장치로부터, 입사 챔버(4) 내에 가스가 공급된다.
공급되는 가스는, 에너지 빔(EB)에 대해 투과율이 높은 가스이며, 예를 들면 아르곤(Ar)이나 헬륨(He)과 같은 희가스 등이 채용된다.
가스는, 입사 챔버(4)의 내부의 압력을 증가시키기 위해 공급된다. 즉 가스 주입로(28)로부터 입사 챔버(4) 내에 가스가 공급됨으로써, 입사 챔버(4)의 내부 압력을, 진공 챔버(3)의 내부 압력보다 충분히 높은 압력으로 유지하는 것이 가능해진다.
내측 돌출부(17)는, 돌출측(입사측 애퍼처(26)가 형성되어 있는 측)으로 진행함에 따라 단면적이 작아지는 콘 형상으로 이루어진다. 그리고, 그 선단부에는 입사측 애퍼처(26)가 설치되어 있다. 이에 따라, 가스를 공급하여 입사 챔버(4)의 내부 압력을 증가시키는 것에 유리한 구성으로 되어 있다.
또 내측 돌출부(17)가 콘 형상으로 구성됨으로써, 챔버 본체(14) 내에 있어서 내측 돌출부(17)가 차지하는 공간을 작게 하는 것이 가능해져, 다른 부재의 배치 설계 등의 자유도를 향상시키는 것이 가능해진다. 이 결과, 장치의 소형화를 도모하는 것이 가능해진다.
[출사 챔버]
출사 챔버(5)는, 출사축(EA)을 중심축으로 하는 콘 형상으로 이루어지며, 전방측의 단부(외측 돌출부(15)의 전방측의 단부)에 마스크 검사 장치 등의 이용 장치가 접속된다. 도 1에 나타내는 예에서는, 이용 장치의 일부를 이루는 챔버로서, 어플리케이션 챔버(30)가 접속된다.
어플리케이션 챔버(30) 내의 압력은 대기압이어도 된다. 또, 어플리케이션 챔버(30)의 내부는, 필요에 따라 가스 주입로(31)로부터 가스(예를 들면, 불활성 가스)를 도입하여 퍼지해도 된다. 또 어플리케이션 챔버(30)의 내부의 가스는 도시를 생략한 배기 수단에 의해 배기되어 있어도 된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 외측 돌출부(15)에는, 출사 챔버(5)에 연결하도록, 가스 주입로(32)가 설치된다. 가스 주입로(32)를 통하여, 도시를 생략한 가스 공급 장치로부터, 출사 챔버(5) 내에 가스가 공급된다.
공급되는 가스는, 방사선(R)에 대해 투과율이 높은 가스이며, 예를 들면 아르곤이나 헬륨과 같은 희가스 등이 채용된다.
아르곤이나 헬륨은, 에너지 빔(EB) 및 방사선(R)의 양쪽에 대해 투과율이 높은 가스로서 이용하는 것이 가능하다. 따라서, 입사 챔버(4) 및 출사 챔버(5)의 양쪽에 같은 가스가 공급되어도 된다.
이 경우, 가스 공급 장치를 공통적으로 이용하는 것이 가능해지므로, 장치의 간소화를 도모하는 것이 가능하다. 물론 입사 챔버(4)에 공급되는 가스와, 출사 챔버(5)에 공급되는 가스로서, 서로 상이한 가스가 이용되어도 된다.
가스는, 출사 챔버(5)의 내부의 압력을 증가시키기 위해 공급된다. 즉, 가스 주입로(32)로부터 출사 챔버(5) 내에 가스가 공급됨으로써, 출사 챔버(5)의 내부 압력을, 진공 챔버(3)의 내부 압력보다 충분히 높은 압력으로 유지하는 것이 가능해진다.
출사 챔버(5)의 내부에는, 출사 챔버(5) 중에 입사한 방사선(R)을 이용 장치 내(어플리케이션 챔버(30) 내)에 도광하여 집광하기 위한 컬렉터(집광경)(33)가 배치되어 있다. 도 1에서는, 출사 챔버(5)에 입사하여 집광되는 방사선(R)의 성분이 해칭으로 도시되어 있다.
컬렉터(33)의 외표면은, 냉각과 위치 맞춤의 목적으로 출사 챔버(5)의 내면(외측 돌출부(15)의 내면)에 접촉하고 있다.
컬렉터(33)로는, 예를 들면, 단일 셸의 경사입사 반사경이 이용된다. 컬렉터(33) 본체는, 금속 부재(예를 들면 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 스테인리스)로 구성된다.
컬렉터(33)의 내측의 반사면의 반사 코팅은 임의이지만, 방사선(R)을 반사하는 반사 코팅 재료로는, 예를 들면 루테늄(Ru)이 적합하다.
또한, 컬렉터(33)를, 본체에 고가의 Ru를 코팅한 구조로 하는 대신에, 본체를 유리(이산화 규소： SiO2)로 하고, 내측을 연마하여 방사선 반사면을 형성하도록 구성해도 된다.
이 유리제 컬렉터는, 반사면의 반사율은 Ru 코팅이 실시된 금속 부재제 컬렉터와 비교하면 반사율은 낮기는 하지만, 당해 Ru 코팅 컬렉터와 비교하면 재료 비용이 매우 낮아, 빈번한 교환이 가능해진다.
출사 챔버(5)를 구성하는 내측 돌출부(16)는, 회전체(50)의 표면(51a)의 입사 영역(25)을 향하여 돌출되며, 돌출측의 선단에 출사측 애퍼처(34)가 형성된다.
출사측 애퍼처(34)는, 방사선(R)의 출사축(EA) 상에서, 챔버 본체(14)의 출사 구멍(18), 및 하우징(2)의 출사 구멍(8)과 늘어서도록 배치된다.
출사측 애퍼처(34)는, 방사선(R)을 진공 챔버(3)로부터 출사 챔버(5) 내에 입사시킨다. 즉, 플라스마(P)로부터 방출되는 방사선(R)의 일부가, 출사측 애퍼처(34)를 통과하여 컬렉터(33)에 입사한다. 컬렉터(33)에 의해 방사선(R)이 도광되어, 어플리케이션 챔버(30) 내에서 집광된다.
출사측 애퍼처(34)의 개구 면적을 적절히 설계함으로써, 컬렉터(33)에 입사하는 방사선(R)의 개구각을 제어하는 것이 가능해진다.
또한, 방사선(R)의 출사축(EA)은, 플라스마(P)로부터 출사 챔버(5) 내에 도입되는 방사선(R)의 광축(주축)이라고도 할 수 있다.
내측 돌출부(16)는, 돌출측(출사측 애퍼처(34)가 형성되어 있는 측)으로 진행함에 따라 단면적이 작아지는 콘 형상으로 이루어진다. 따라서, 내측 돌출부(16)을 컬렉터 콘으로 부르는 것도 가능하다.
콘 형상으로 이루어지는 내측 돌출부(16)의 선단부에는 출사측 애퍼처(34)가 설치되어 있으므로, 가스를 공급하여 출사 챔버(5)의 내부 압력을 증가시키는 것에 유리한 구성으로 되어 있다.
또 내측 돌출부(16)가 콘 형상으로 구성됨으로써, 챔버 본체(14) 내에 있어서 내측 돌출부(16)가 차지하는 공간을 작게 하는 것이 가능해져, 다른 부재의 배치 설계 등의 자유도를 향상시키는 것이 가능해진다. 이 결과, 장치의 소형화를 도모하는 것이 가능해진다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 출사 챔버(5)와 어플리케이션 챔버(30) 사이에는, 필터막(35)이 설치된다.
필터막(35)은, 진공 챔버(3) 내의 플라스마 생성 영역(21)과, 어플리케이션 챔버(30)를 물리적으로 분리하기(물리적으로 공간을 분리하기) 위한 것이며, 비산하는 플라스마 원료(23)나 데브리의 어플리케이션 챔버(30)로의 진입을 방지한다.
필터막(35)은, 플라스마 생성 영역(21)에서 발생하는 방사선(R)을 투과하는 재료로 이루어진다. 방사선(R)이 X선인 경우, 필터막(35)은 예를 들면, X선에 대한 투과율이 매우 높은 베릴륨 박막에 의해 구성된다. 방사선(R)이 EUV광인 경우는, 예를 들면, 지르코늄(Zr)에 의해 구성된다.
또한, 출사 챔버(5) 내는 가스가 공급되지만 진공 챔버(3)와 공간적으로 접속되므로 감압 분위기이다. 한편, 어플리케이션 챔버(30) 내는, 상기한 바와 같이 대기압이어도 된다.
이 경우, 출사 챔버(5)와 어플리케이션 챔버(30) 사이에는 압력차가 생긴다. 따라서, 필터막(35)의 두께는, 이 압력차에 견딜 수 있는 두께가 된다. 즉, 필터막(35)은, 진공 챔버(3)와 공간적으로 접속되는 출사 챔버(5) 내의 감압 분위기를 파괴하지 않도록 구성된다.
출사 챔버(5)의 내부에는, 차폐 부재(중앙 엄폐)(36)가 배치된다.
차폐 부재(36)는, 방사선(R)의 출사축(EA) 상에서, 챔버 본체(14)의 출사 구멍(18), 하우징(2)의 출사 구멍(8), 및 필터막(35)과 늘어서도록 배치된다.
플라스마(P)로부터 방출되어 출사 챔버(5)에 입사하는 방사선(R) 중에는, 컬렉터(33)에 의해 집광되지 않고, 출사 챔버(5) 내를 진행하는 방사선 성분도 존재할 수 있다. 이 집광되지 않는 방사성 성분 중 적어도 일부는 확산되면서 진행한다. 이와 같은 방사선 성분은, 통상, 이용 장치에서는 이용되지 않아, 불필요한 경우가 많다.
본 실시 형태에서는, 차폐 부재(36)에 의해, 컬렉터(33)에 의해 집광되지 않는 방사선 성분을 차광하는 것이 가능하다.
또 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 입사 챔버(4)의 후방측에, 좌우 방향으로 연장되도록 가스 노즐(37)이 설치된다. 가스 노즐(37)은, 챔버 본체(14)의 우측면에, 시일 부재 등을 통하여 설치된다.
가스 노즐(37)은, 도시를 생략한 가스 공급 장치 접속되고, 챔버 본체(14) 내에 가스를 공급한다.
도 1에 나타내는 예에서는, 가스 노즐(37)로부터, 입사축(IA)과 출사축(EA) 사이의 축간 영역의 우측에서 좌우 방향을 따라 좌측을 향하여 가스가 뿜어내어진다. 이에 따라, 입사 영역(25)으로부터 방출되는 데브리를, 입사축(IA) 및 출사축(EA)으로부터 멀어지는 방향으로 이동시키는 것이 가능해진다.
［원료 공급 기구]
도 2는, 원료 공급 기구(6)의 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 2에는, 도 1의 화살표 A의 방향에서 회전체(50) 및 컨테이너(24)를 본 경우가 도시되어 있다. 따라서 도 2에는, 회전체(50)의 표면(51a)측이 도시되어 있다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 원료 공급 기구(6)는, 회전체(50)와, 컨테이너(24)와, 모터(38)와, 축부(39)와, 스키머(40)와, 플라스마 원료 순환 장치(41)를 포함한다.
회전체(50)는, 회전축(O)을 중심으로 회전함으로써, 플라스마 생성 영역(21)에 플라스마 원료(23)를 공급하는 부재이며, 에너지 빔(EB)이 입사하는 위치에 배치된다. 구체적으로는, 회전축(O)은, 에너지 빔(EB)의 입사축(IA)과 교차하도록 배치된다.
또 원반 형상의 회전체(50)는, 표면(51a) 및 이면(51b)을 갖고, 표면(51a)의 소정의 위치에, 에너지 빔(EB)이 입사하는 입사 영역(25)이 설정된다.
또한 회전체(50)는, 홈부(55)를 갖는다. 홈부(55)는, 회전체(50)에 형성된 홈 형상의 구조 부분이며, 에너지 빔(EB)의 입사 영역(25)과 겹치도록 설치된다.
본 실시 형태에서는, 홈부(55)는, 에너지 빔(EB)이 입사하는 회전체(50)의 표면(51a)의 입사 영역(25)과 겹치는 위치에 배치된다. 또 홈부(55)는, 회전체(50)의 회전축(O)을 중심으로 하는 원환상의 홈으로서 형성된다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 회전체(50)의 표면(51a)의 주연부의 근방에, 에너지 빔(EB)이 입사하는 입사 영역(25)이 설정된다. 이 입사 영역(25)을 통과하도록, 원환상의 홈부(55)가 형성된다. 따라서, 회전체(50)가 회전하고 있는 동안, 입사 영역(25)에는 원환상의 홈부(55)가 상시 겹치게 된다.
회전체(50)는, 예를 들면 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta) 등의 고융점 금속을 이용하여 구성된다.
회전체(50)는, 하방측의 일부가, 컨테이너(24)에 저류된 플라스마 원료(23)에 침지되어 있다. 이 때, 회전체(50)의 위치나, 컨테이너(24) 내의 플라스마 원료(23)의 저류량은, 적어도 홈부(55)가 플라스마 원료(23)에 잠기도록 설정된다.
방사선(R)으로서 X선이 출사되는 경우는, 플라스마 원료(23)로서 X선 원료가 이용된다. X선 원료는 상온에서 액체 형상인 금속이며, 예를 들면, 갈륨(Ga)이나, 갈륨, 인듐(In) 및 주석(Sn)의 공정 합금인 갈린스탄(등록상표) 등의 갈륨 합금을 이용할 수 있다.
방사선(R)으로서 EUV광이 출사되는 경우는, 플라스마 원료(23)로서 EUV 원료가 이용된다. EUV광을 방출하기 위한 원료로는, 예를 들면, 액체 형상의 주석(Sn)이나 리튬(Li)이 이용된다.
Sn, Li는 상온에서는 고체이므로, 컨테이너(24)에는 도시를 생략한 온도 조절 수단이 설치된다. 예를 들면, EUV 원료가 Sn인 경우는, 컨테이너(24)는 Sn의 융점 이상의 온도로 유지된다.
회전체(50)의 이면(51b)의 중심부에는, 모터(38)의 축부(39)가 접속된다. 제어부(7)에 의해 모터(38)의 동작이 제어되어 축부(39)를 통하여 회전체(50)가 회전된다.
축부(39)는, 회전체(50)의 표면(51a)에 직교하는 방향으로 연장되는 기둥 형상의 부재이며, 그 중심축이 회전체(50) 및 모터(38)의 회전축(O)이 된다.
축부(39)는, 하우징(2)의 관통 구멍(10)을 통과하여, 메카니컬 시일(42)을 통하여, 진공 챔버(3) 내에 도입된다. 메카니컬 시일(42)은, 진공 챔버(3) 내의 감압 분위기를 유지하면서, 축부(39)의 회전을 허용한다.
상기한 바와 같이, 회전체(50)는, 컨테이너(24)에 저류된 플라스마 원료(23)에 원환상의 홈부(55)가 침지하도록 배치된다. 이 상태에서, 회전체(50)가 축부(39)를 중심으로 회전하면, 표면(51a)의 홈부(55)나 그 주변에 친숙해진 플라스마 원료(23)가 컨테이너(24)로부터 끌어 올려진다. 이 방식에 의해, 원환상의 홈부(55)의 전체 둘레에 걸쳐 플라스마 원료(23)가 도포된다. 또, 홈부(55)에 도포된 플라스마 원료(23)는, 회전체(50)의 회전과 함께, 에너지 빔(EB)의 입사 영역(25)에 수송된다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 컨테이너(24), 모터(38), 및 축부(39)에 의해, 회전체(50)의 홈부(55)에 플라스마 원료(23)가 공급된다. 본 실시 형태에서는, 컨테이너(24), 모터(38), 및 축부(39)에 의해, 원료 공급부가 실현된다.
스키머(40)는, 회전체(50)에 도포된 플라스마 원료(23)의 막 두께를 조정하기 위한 부재이다. 스키머(40)는, 홈부(55)의 바로 위쪽에 회전체(50)로부터 독립적으로 고정되어, 회전체(50)와 함께 회전하는 플라스마 원료(23)의 일부를 긁어낸다.
예를 들면, 회전체(50)와는 따로 설치된 유지구(도시 생략)에 의해, 회전체(50)의 표면(51a)에 형성된 홈부(55)에 근접 또는 접촉하도록 스키머(40)가 고정된다. 이 상태에서, 회전체(50)가 회전하면, 스키머(40)에 의해 차단된 플라스마 원료(23)가 회전체(50)의 표면으로부터 제거된다. 또한, 스키머(40)의 구조나 위치는, 플라스마 원료(23)가 회전체(50)의 표면(51a)에 남도록 설정된다. 이와 같이, 스키머(40)는, 회전체(50) 상의 플라스마 원료(23)를 부분적으로 긁어내는 스크레이퍼로서 기능한다.
도 1에 나타내는 예에서는, 스키머(40)는, 회전체(50)의 외연을 사이에 끼워 넣는 채널 구조의 부재이다. 이 경우, 스키머(40)는, U형의 단면 형상을 갖는 구조체이다. 스키머(40)는, 그 내측에 회전체(50)를 사이에 끼우도록, 회전체(50)의 표면(51a)으로부터 소정의 간극을 두고 배치된다. 이에 따라, 회전체(50)의 표면(51a)(홈부(55)) 중, 입사 영역(25)에 있어서의 플라스마 원료(23)의 막 두께를 조정하는 것이 가능해진다.
회전체(50)에 대한 스키머(40)의 위치는, 고정되어 있어도 되고, 가변이어도 된다. 또, 스키머(40)의 구조는, 채널 구조에 한정되지 않고, 다른 구조의 스키머(40)를 이용하는 것도 가능하다.
스키머(40)에 의해 막 두께가 조정된 홈부(55) 상의 플라스마 원료(23)는, 회전체(50)의 회전과 함께 에너지 빔(EB)이 입사하는 입사 영역(25)에 수송된다. 즉, 회전체(50)의 회전 방향은, 홈부(55) 상의 플라스마 원료(23)가 스키머(40)를 통과 후, 입사 영역(25)에 수송되는 방향이다. 그리고, 입사 영역(25)에 있어서, 홈부(55) 상의 플라스마 원료(23)에 에너지 빔(EB)이 조사되어, 플라스마(P)가 발생된다.
회전체(50) 및 스키머(40)의 동작에 대해서는, 나중에 상세히 설명한다.
플라스마 원료 순환 장치(41)는, 방사선(R)의 발생 동작에 의해 플라스마 원료(23)가 소비된 경우에, 적절히 컨테이너(24)에 플라스마 원료(23)를 보충한다. 또, 플라스마 원료 순환 장치(41)는, 플라스마 원료(23)의 온도 조정 기구(냉각 기구)로서도 기능한다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 플라스마 원료 순환 장치(41)는, 원료 유입 관로(44)와, 원료 배출 관로(45)와, 원료 저류조(46)와, 원료 구동부(펌프)(47)와, 온도 조정 기구(48)를 포함한다.
원료 저류조(46)에는, 플라스마 원료(23)가 저류된다.
원료 유입 관로(44) 및 원료 배출 관로(45)는, 원료 저류조(46)와 컨테이너(24)를 연통하도록, 원료 저류조(46)와 컨테이너(24) 사이에 설치된다.
원료 구동부(47)는, 원료 유입 관로(44)에 설치된다. 원료 구동부(47)가 구동함으로써, 원료 저류조(46)에 저류된 플라스마 원료(23)가 원료 유입 관로(44)에 유출되고, 원료 저류조(46), 원료 유입 관로(44), 컨테이너(24), 및 원료 배출 관로(45)의 순환계에서, 플라스마 원료(23)를 순환시키는 것이 가능해진다.
원료 구동부(47)로는, 예를 들면 자력에 의해 액체 금속(플라스마 원료(23))을 수송하는 것이 가능한 전자 펌프가 이용된다. 물론, 다른 종류의 펌프가 이용되어도 된다.
본 실시 형태에서는, 원료 저류조(46) 및 원료 구동부(47)는, 진공 챔버(3)의 외부이며, 또한 하우징(2)의 외부에 배치된다.
플라스마 원료 순환 장치(41)로부터 컨테이너(24)로 연장되는 원료 유입 관로(44) 및 원료 배출 관로(45)는, 하우징(2)의 관통 구멍(11)을 통과하여, 시일 부재(49)를 통하여 진공 챔버(3) 내에 도입되어, 컨테이너(24)에 접속된다.
시일 부재(49)는, 진공 챔버(3) 내의 감압 분위기를 유지하면서, 원료 유입 관로(44) 및 원료 배출 관로(45)를 진공 챔버(3)의 외측에서 내측으로 관통하는 것을 허용한다.
회전체(50)의 표면(51a)(홈부(55))에 도포된 플라스마 원료(23) 중, 에너지 빔(EB)이 조사된 부분은 소비된다. 그 때문에, 방사선(R)(X선 또는 EUV광)의 발생 동작을 장기간 안정적으로 행하기 위해서는, 대용량의 플라스마 원료(23)를 컨테이너(24)에 저류시킬 필요가 있다.
한편, 광원 장치(1)의 진공 챔버(3)의 크기와의 균형을 위해, 진공 챔버(3)의 내부에 수용 가능한 컨테이너(24)의 크기에는 제약이 있어, 대용량의 플라스마 원료(23)를 컨테이너(24)에 저류하는 것이 곤란한 경우도 많다.
이에, 대용량의 플라스마 원료(23)를 저류 가능한 원료 저류조(46)를 진공 챔버(3)의 외부에 설치하고, 원료 유입 관로(44)를 통하여 컨테이너(24)의 원료 저류 부분에 플라스마 원료(23)를 보충 가능하게 구성한다.
이에 따라, 컨테이너(24)의 원료 저류 부분의 플라스마 원료(23)의 양은 장기간 일정하게 유지되고, 결과적으로 방사선(R)의 발생 동작을 장기간 안정적으로 행하는 것이 가능해진다.
즉, 플라스마 원료 순환 장치(41)는, 컨테이너(24)의 원료 저류 부분의 플라스마 원료(23)의 양이 일정해지도록, 컨테이너(24)의 원료 저류 부분과 원료 저류조(46) 사이에서 플라스마 원료(23)를 순환시킨다.
또, 회전체(50)의 표면(51a)(홈부(55))에 도포된 플라스마 원료(23)에 에너지 빔(EB)이 조사되면, 당해 플라스마 원료(23)(타겟)로부터 방사선(R)이 발생함과 동시에, 회전체(50) 자체가 가열된다. 이 가열된 회전체(50)는, 플라스마 원료(23)가 저류되어 있는 컨테이너(24)의 원료 저류 부분을 통과할 때마다, 컨테이너(24) 내의 플라스마 원료(23) 사이에서 열교환을 행한다.
그 때문에, 그 상태로는 컨테이너(24) 내의 플라스마 원료(23)의 온도는 서서히 변화해 버린다. 플라스마 원료(23)의 점도가 온도에 의해 변화하는 경우, 플라스마 원료(23)의 온도의 변화에 의해 플라스마 원료(23)에 대한 회전체(50)의 젖음성이 변화하여, 회전체(50)로의 플라스마 원료(23)의 부착 상태가 변화한다. 그 결과, 방사선(R)의 출력도 변화할 우려가 있다.
본 실시 형태에 따른 플라스마 원료 순환 장치(41)는, 비교적 대형의 원료 저류조(46)를 진공 챔버(3)의 외부(하우징(2)의 외부)에 구비한다.
그 때문에, 컨테이너(24)의 원료 저류 부분에 있어서 온도 변화한 플라스마 원료(23)가 원료 배출 관로(45)를 통하여 원료 저류조(46)에 유입했다고 해도, 원료 저류조(46) 내의 플라스마 원료(23)의 온도는 그다지 변화하지 않고, 거의 일정하게 유지된다.
그리고, 거의 일정하게 온도가 유지된 플라스마 원료(23)가, 원료 유입 관로(44)를 통하여 컨테이너(24)에 유입된다.
이와 같이, 플라스마 원료 순환 장치(41)에 의해 플라스마 원료(23)를 순환시킴으로써, 컨테이너(24) 내의 플라스마 원료(23)의 온도는 거의 일정하게 유지된다. 따라서, 회전체(50)로의 플라스마 원료(23)의 부착 상태도 안정되어, 방사선(R)의 출력을 안정시키는 것이 가능해진다.
또한, 원료 저류조(46) 내의 플라스마 원료(23)의 온도가, 원료 저류조(46)의 내부에 설치된 온도 조정 기구(48)에 의해 조정되어도 된다.
원료 저류조(46)는, 진공 챔버(3)의 외부(하우징(2)의 외부)에 설치되어 있기 때문에, 진공 챔버(3)의 크기에 좌우되지 않는 대용량의 온도 조정 기구(48)를 이용할 수 있다. 이에 따라, 플라스마 원료(23)의 온도를 단시간에 확실히 소정의 온도로 조정하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 온도 조정 기구(48)를 갖는 플라스마 원료 순환 장치(41)를 이용함으로써, 플라스마 원료(23)의 온도를 일정하게 유지한 채로, 컨테이너(24)의 원료 저류 부분에 플라스마 원료(23)를 공급하는 것이 가능해진다.
예를 들면, 액체 상태에 있어서의 온도가 상온보다 높은 액체 금속이, 플라스마 원료(23)로서 이용되는 것으로 한다. 이 경우에도, 상온보다 낮은 온도로 유지한 채로, 액상의 플라스마 원료(23)를, 컨테이너(24)에 공급하는 것이 가능하다.
또, 액체 상태에 있어서의 온도가 상온보다 낮은 액체 금속이, 플라스마 원료(23)로서 이용되는 것으로 한다. 이 경우에도, 상온보다 높은 온도로 유지한 채로, 액상의 플라스마 원료(23)를, 컨테이너(24)에 공급하는 것이 가능하다.
도 3은, 광원 장치(1)에 적용 가능한 컨테이너의 다른 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 3에 나타내는 예에서는, 컨테이너(24)가 커버 형상 구조체로서 구성되어 있어, 회전체(50)의 거의 전체를 둘러싸는 것이 가능하다. 즉 컨테이너(24)는, 회전체(50)를 수용하는 케이스로서 기능한다고도 할 수 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 컨테이너(24)에는, 회전체(50)의 표면(51a)에 설정되는 입사 영역(25)에 대응하는 위치에, 개구부(58)가 형성된다. 개구부(58)를 통하여, 입사 영역(25)에 에너지 빔(EB)이 입사되고, 플라스마(P)가 생성된다. 또 개구부(58)를 통하여 플라스마(P)로부터 방사선(R)이 출사되어, 출사 챔버(5)를 통하여 출사된다.
이와 같이, 컨테이너(24)는, 에너지 빔(EB) 및 방사선(R)의 경로가 개구되어 회전체(50)를 수용한다. 본 실시 형태는, 컨테이너(24)는, 케이스부에 상당한다.
컨테이너(24)를 커버 형상 구조체로서 구성함으로써, 회전체(50)로부터 비산한 플라스마 원료(23)는, 컨테이너(24)의 개구부(58)를 제외하고, 컨테이너(24)의 내벽에 부착된다. 그리고, 내벽에 부착된 플라스마 원료(23)는, 컨테이너(24) 하부의 원료 저류 부분으로 이동한다.
따라서, 컨테이너(24)의 외부이며, 진공 챔버(3)의 내부인 공간에는, 플라스마 원료(23)가 비산하는 경우는 거의 없다. 이 결과, 비산한 플라스마 원료(23)가 진공 챔버(3)의 내벽에 부착되는 것을 충분히 억제하는 것이 가능해진다.
또, 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 챔버 본체(14)의 전면측에서, 진공 챔버(3)와 공간적으로 접속되는 영역에, 방사선 진단부(29)가 구성된다.
방사선 진단부(29)는, 방사선(R)의 출사축(EA)과는 상이한 방향으로 방사되는 방사선(R)이 입사하는 위치에 구성된다.
방사선 진단부(29)는, 방사선(R)의 물리적 상태를 진단하는 부분이며, 예를 들면, 방사선(R)의 유무를 검출하는 검출기나, 방사선의 출력을 측정하는 측정기에 의해 구성된다.
또, 도 1에 나타내는 바와 같이, 외부 전압원(59)을 설치하고, 내측 돌출부(16)에 대해 양전압 또는 음전압을 인가 가능해도 된다. 내측 돌출부(16)에 전압을 인가함으로써, 발생하는 전기장에 의해 이온성의 데브리를 내측 돌출부(16)로부터 반발시키거나, 데브리의 진행 방향을 출사 챔버(5) 내로 진입하는 방향에서 벗어나게 하는 것이 가능해진다.
이 경우, 내측 돌출부(16)는, 세라믹스 재료 등으로 이루어지는 도시하지 않은 절연체에 의해, 진공 챔버(3) 등의 다른 부품으로부터 전기적으로 절연되어 있다. 또, 외부 전압원(59)의 동작은, 제어부(7)에 의해 제어된다.
［방사선(R)의 발생 프로세스]
［원료 공급]
회전체(50)의 하방측이며 홈부(55)가 형성되는 부분이 컨테이너(24)에 저류된 플라스마 원료(23)에 침지한 상태에서, 당해 회전체(50)가 축부(39)를 중심으로 회전한다.
플라스마 원료(23)는, 회전체(50)의 표면(51a)과의 젖음성에 의해 회전체(50)의 표면(51a)에 친화되도록 컨테이너(24)의 원료 저류 부분으로부터 끌어 올려진다. 이 때 표면(51a)에 형성된 홈부(55)에, 플라스마 원료(23)가 도포된다. 그리고, 플라스마 원료(23)는 홈부(55)에 도포된 상태에서, 에너지 빔(EB)이 입사하는 입사 영역(25)에 수송된다.
회전체(50)의 회전 방향은, 도 2나 도 3에 나타내는 바와 같이, 회전체(50)에 붙은 플라스마 원료(23)가 컨테이너(24)의 원료 저류 부분으로부터 끌어 올려진 후, 스키머(40)를 통과하여 플라스마 생성 영역(21)(입사 영역(25))에 도달하는 방향이다.
[플라스마 생성]
스키머(40)를 통과하여 회전체(50) 상에서의 막 두께가 조정된 플라스마 원료(23)가, 회전체(50)의 입사 영역(25)에 도달한다. 빔원(13)으로부터 입사축(IA)을 따라, 입사 영역(25)을 향하여 에너지 빔(EB)이 출사된다. 에너지 빔(EB)은, 입사 구멍(9), 입사창(19), 회전식 창(27), 입사측 애퍼처(26)를 통과하여, 플라스마 원료(23)가 공급된 홈부(55)가 있는 입사 영역(25)에 입사한다.
입사 영역(25)으로 에너지 빔(EB)이 입사하면, 홈부(55)에 존재하는 플라스마 원료(23)가 에너지 빔(EB)에 의해 기화된다. 또한 기화된 플라스마 원료(2)는, 계속해서 에너지 빔(EB)에 의해 가열 여기되어, 고온 플라스마(P)가 생성된다. 그리고, 플라스마 생성 영역(21)에 생성되는 고온 플라스마(P)로부터, 소정의 파장의 방사선(R)이 방출된다.
[방사선(R)의 취출]
고온 플라스마(P)로부터 방출되는 방사선(R)은, 다양한 방향을 향하여 진행된다. 이 중, 출사 챔버(5)에 입사한 방사선(R)은, 출사 챔버(5)를 통과하여 마스크 검사 장치 등의 이용 장치(어플리케이션 챔버(30))에 도광된다. 즉, 고온 플라스마(P)로부터 방출되는 방사선(R) 중, 출사 챔버(5)에 입사한 성분이, 출사축(EA)을 따라 외부로 취출된다.
[회전체의 구성]
도 4는, 회전체(50)의 구성예를 나타내는 모식도이다. 도 4a는, 회전체(50)에 있어서 에너지 빔(EB)이 입사하는 표면(51a)을 회전축(O)의 방향에서 본 회전체(50)의 평면도이다. 도 4b는, 도 4a에 나타내는 aa선으로 절단한 회전체(50)의 단면도이다.
우선, 홈부(55)의 배치에 대해서 설명한다.
상기한 바와 같이, 회전체(50)에는, 에너지 빔(EB)의 입사 영역(25)과 겹치도록 홈부(55)가 형성된다. 전형적으로는, 홈부(55)는, 회전체(50)의 회전축(O)에 면한 위치에 형성된다. 여기서, 회전축(O)에 면한 위치란, 회전체(50)에 있어서, 회전축(O)이 보이는 위치이다. 따라서, 홈부(55)는, 회전체(50)에 있어서 회전축(O)이 보이는 면에 형성된다.
예를 들면, 평판형의 회전체(50)에 있어서, 회전축(O)과 교차하는 회전체(50)의 주면은, 회전축(O)이 보이는 면이 된다. 또, 회전축(O)을 중심으로 하는 환상 구조를 갖는 회전체(50)가 이용되는 경우(도 13 및 14 등 참조), 환상 구조 중 회전축(O)을 향하는 내주면은, 회전축(O)이 보이는 면이 된다. 또한, 홈부(55)가 형성되는 면은, 회전축(O)이 직접 보이는 면일 필요는 없고, 예를 들면 회전축 사이에 차폐물 등이 있어도 회전축(O)을 향하는 면이면 된다.
한편, 평판형의 회전체(50)에 있어서 두 개의 주면을 접속하는 단면은, 회전축(O)이 보이지 않는 면이 된다. 또 환상 구조를 갖는 회전체(50)에 있어서 회전축(O)과는 반대측(외측)을 항하게 되는 외주면은, 회전축(O)이 보이지 않는 면이 된다.
회전체(50)가 회전하면, 회전체(50) 상의 플라스마 원료(23)에는, 회전체(50)의 회전에 따른 원심력이 작용한다. 원심력이 작용함으로써, 회전체(50) 상의 플라스마 원료(23)는, 회전축(O)으로부터 멀어지는 방향으로 이동하려고 한다.
예를 들면, 회전축(O)이 보이는 면에서는, 그 면을 따라 플라스마 원료(23)가 확산되기 때문에, 플라스마 원료(23)의 막 두께는 원심력에 따른 막 두께가 된다. 이 때문에, 회전축(O)이 보이는 면에서는, 원심력의 강약(회전체(50)의 회전 속도)에 따른 막 두께를 용이하게 실현 가능하다.
한편, 회전축(O)이 보이지 않는 면에서는, 원심력이 클수록, 플라스마 원료(23)가 집합하여 막 두께가 증가하는 것이 생각된다. 또한 원심력이 증가하면, 플라스마 원료(23)가 회전체(50)로부터 벗겨져 외측으로 비산하는 것도 생각된다. 이 때문에, 회전축(O)이 보이지 않는 면에서는, 막 두께가 안정되지 않을 가능성이 있다.
이와 같이, 회전축(O)에 면한 위치에 홈부(55)를 형성함으로써, 홈부(55)에 공급된 플라스마 원료(23)의 막 두께를, 원심력을 이용하여 정밀도 있게 조정하는 것이 가능해진다. 따라서, 예를 들면 회전체(50)를 회전시키는 모터(38)의 회전 속도를 제어함으로써, 막 두께의 조정을 용이하게 행할 수 있다. 또 모터(38)의 회전 속도를 일정하게 유지함으로써, 홈부(55)에 있어서의 플라스마 원료(23)의 막 두께를 안정적으로 유지하는 것도 가능하다.
도 4에 나타내는 회전체(50)는, 회전체 본체(51)에 의해 구성된다. 회전체 본체(51)는, 회전체(50)의 본체가 되는 일체적인 부재이다. 예를 들면 금속 재료를 일체적으로 성형(成型)한 원반이, 회전체 본체(51)로서 이용된다. 회전체 본체(51)의 2개의 주면 중, 한쪽의 주면은, 에너지 빔(EB)이 입사하는 표면(51a)이 되고, 다른쪽의 주면은, 이면(51b)이 된다. 회전체 본체(51)(회전체(50))는, 예를 들면 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta) 등의 고융점 금속으로 구성된다.
도 4에 나타내는 회전체 본체(51)는, 평판 형상의 부재이며, 표면(51a) 및 이면(51b)은, 모두 회전축(O)과 직교하는 평면이 된다. 이에 한정되지 않고, 예를 들면 표면(51a) 및 이면(51b)은, 중심부가 돌출된 볼록면이나, 중심부가 오목한 오목면으로서 구성되어도 된다. 또 표면(51a) 및 이면(51b)이, 임의의 회전 곡면으로서 구성되어도 된다.
또, 복수의 부재를 이용하여 회전체(50)를 구성하는 것도 가능하다. 이 경우, 예를 들면 회전체 본체(51)에 다른 부재를 장착하여 회전체(50)가 구성되어도 된다(도 11 및 도 12 참조).
홈부(55)는, 회전체 본체(51)의 한쪽의 주면인 표면(51a)에 형성된다. 상기한 바와 같이, 회전체 본체(51)의 표면(51a)은, 회전축(O)이 보이는 면이다. 따라서 표면(51a)에 홈부(55)를 형성함으로써, 홈부(55)에 공급된 플라스마 원료의 막 두께를 정밀도 있게 조정하는 것이 가능해진다.
홈부(55)는, 회전체 본체(51)의 표면(51a)에 소정의 폭으로 형성된 원환상의 홈이며, 회전축(O)에 대해 대략 동일축 형상으로 배치된다.
홈부(55)의 반경은, 입사 영역(25)과 겹치도록 설정된다. 여기서, 홈부(55)의 반경이란, 예를 들면 회전체 본체(51)의 표면(51a)의 중심점으로부터 홈부(55)의 폭의 중심 위치까지의 거리이다. 또 홈부(55)의 폭은, 입사 영역(25)에 있어서의 에너지 빔의 빔경(스폿경)보다 크게 설정된다. 여기서, 홈부(55)의 폭이란, 회전체 본체(51)의 반경 방향에 있어서의 홈부(55)의 폭이며, 홈부(55)의 내측의 단연(내연) 및 외측의 단연(외연)의 사이의 거리이다.
도 4a에 나타내는 바와 같이, 홈부(55)(입사 영역(25))는, 회전체 본체(51)의 표면(51a)의 외측에 배치된다. 예를 들면 홈부(55)의 반경은, 회전체 본체(51)의 반경의 절반 이상의 크기로 설정된다. 홈부(55)(입사 영역(25))를 표면(51a)의 외측에 배치함으로써, 1회전당 에너지 빔(EB)이 조사되는 영역의 면적이 넓어진다. 이에 따라, 에너지 빔(EB)의 조사에 수반하는 온도의 상승이나 회전체 본체(51)로의 데미지 등을 억제하는 것이 가능해진다.
또 도 4a 및 도 4b에 나타내는 예에서는, 회전체 본체(51)의 반경 방향을 따른 홈부(55)의 단면 형상은, 쐐기형(삼각 형상)이 되어 있다. 즉 홈부(55)는, 회전체 본체(51)의 반경 방향에 있어서, 반경 방향의 내측 및 외측에서 최심부를 향하여 표면(51a)을 비스듬하게 절입(切入)한 구조로 되어 있다. 또한, 홈부(55)의 단면 형상은, 쐐기형에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 사각 형상이나, 반구면 형상이나, 반타원 형상 등이어도 된다. 홈부(55)의 형상 등에 대해서는, 도 7 및 도 8 등을 참조하여 후술한다.
[플라스마 원료의 막 두께의 조정]
도 5는, 회전체(50)에 공급된 플라스마 원료(23)의 분포에 대해서 설명하기 위한 모식도이다. 도 5a는, 컨테이너(24)에 침지된 회전체(50)를 표면(51a)측에서 본 모식도이다. 여기에서는, 플라스마 원료 순환 장치(41) 등의 도시를 생략하고 있다. 도 5b 및 도 5c는, 도 5a에 나타내는 bb선 및 cc선으로 절단한 회전체(50)의 단면도이다. bb선은, 회전체(50)의 중심과 스키머(40)를 통과하는 선이다. 또 cc선은, 회전체(50)의 중심과 에너지 빔(EB)의 입사 영역(25)을 통과하는 선이다.
이하에서는, 도 5를 참조하여, 플라스마 원료(23)의 막 두께의 조정에 대해서 설명한다.
광원 장치(1)에는, 에너지 빔(EB)의 입사 영역(25)에 있어서 플라스마 원료(23)의 표면이 홈부(55)에 따른 오목면이 되도록 플라스마 원료(23)의 막 두께를 조정하는 막 두께 조정부가 설치된다.
막 두께 조정부는, 입사 영역(25)에 있어서의 플라스마 원료(23)의 막 두께를 조정하기 위한 기구이다. 막 두께를 조정하는 방법은 한정되지 않고, 막 두께를 조정하는 것이 가능한 임의의 기구가 막 두께 조정부로서 이용되어도 된다. 광원 장치(1)에는, 이와 같이 플라스마 원료(23)의 막 두께를 조정 가능한 기구가 적어도 1개 설치된다.
[스키머에 의한 막 두께 조정]
본 실시 형태에서는, 상기한 스키머(40)가, 막 두께 조정부로서 기능한다.
도 5a에 나타내는 바와 같이, 컨테이너(24)로부터 끌어 올려져 플라스마 원료(23)가 공급된 홈부(55)는, 입사 영역(25)에 도달하기 전에, 스키머(40)를 통과한다. 이 때, 스키머(40)에 의해 여분의 플라스마 원료(23)가 긁어내어진다.
도 5b에는, 채널형의 스키머(40)에 의해, 플라스마 원료(23)가 긁어내어지는 모습이 모식적으로 도시되어 있다. 스키머(40)에는, 회전체(50)를 사이에 끼워 넣는 간극이 형성된다. 이 간극의 내면 중, 회전체(50)의 표면(51a)(홈부(55))을 향하는 면이, 플라스마 원료(23)의 막 두께를 조정하는 조정면(56)이 된다. 조정면(56)은, 전형적으로는 회전체(50)의 표면(51a)과 평행하게 배치된다. 스키머(40)의 조정면(56)과 회전체(50)의 표면(51a)의 간격을 적절히 설정함으로써, 입사 영역(25)에 수송되는 플라스마 원료(23)의 막 두께를 조정할 수 있다.
스키머(40)의 조정면(56)에 의해 막 두께가 조정된 후, 액체 형상의 플라스마 원료(23)에는 계속해서 원심력이 작용한다. 이 때문에, 플라스마 원료(23)는, 예를 들면 표면(51a)의 외측을 향하여 잡아당겨져, 홈부(55)의 형상을 따라 분포한다. 이 결과, 도 5c에 나타내는 바와 같이, 에너지 빔(EB)의 입사 영역(25)에 있어서, 플라스마 원료(23)의 표면은, 홈부(55)의 형상을 따른 오목면이 된다.
또한, 입사 영역(25)에 도달했을 때의 플라스마 원료(23)의 막 두께가 너무 두꺼운 경우 등에는, 플라스마 원료(23)의 표면이 홈부(55)의 형상을 따른 오목면이 되지 않을 수 있다. 따라서, 스키머(40)는, 플라스마 원료(23)가 입사 영역(25)에 도달한 시점에서, 플라스마 원료(23)의 표면이 홈부(55)의 형상을 따른 오목면이 되도록, 여분의 플라스마 원료(23)를 제거하여, 홈부(55)의 주변에 있는 플라스마 원료(23)를 미리 적절한 막 두께로 조정하는 기구라고 할 수 있다.
또 스키머(40)를 이용함으로써, 예를 들면 입사 영역(25)에 거의 균일한 막 두께의 플라스마 원료(23)를 공급하는 것이 가능해진다. 즉, 홈부(55)에 있어서의 플라스마 원료(23)의 막 두께가 안정된다. 입사 영역(25)에 있어서의 플라스마 원료(23)의 막 두께를 안정시킴으로써, 플라스마(P)로부터 방사되는 방사선(R)의 강도를 안정시키는 것이 가능해진다.
[제어부에 의한 막 두께 조정]
또, 본 실시 형태에서는, 도 1에 나타내는 제어부(7)에 의해, 회전체(50)를 회전시키는 모터(38)가 제어된다. 이 제어부(7)를 이용하여, 회전체(50) 상의 플라스마 원료(23)의 막 두께가 조정되어도 된다. 이 경우, 제어부(7)가, 막 두께 조정부로서 기능한다.
본 실시 형태에서는, 모터(38)는, 회전체를 회전시키는 구동부에 상당하고, 제어부(7)는, 구동부를 제어하는 회전 제어부에 상당한다.
회전체(50) 상의 플라스마 원료(23)에는, 회전체(50)의 회전 속도에 따른 원심력이 작용한다. 따라서, 회전체(50)의 회전 속도가 빠를수록, 원심력이 강해져, 회전체(50)의 표면(51a)(이면(51b))에서는, 플라스마 원료(23)의 막 두께가 얇아진다고 생각된다.
제어부(7)에서는, 에너지 빔(EB)의 입사 영역(25)에 있어서, 플라스마 원료(23)의 표면이 홈부(55)의 형상을 따른 오목면이 되도록, 회전체(50)(모터(38))의 회전 속도가 제어된다.
예를 들면, 스키머(40)의 조정면(56)을 회전체(50)의 표면(51a)에 충분히 접근시키는 것이 어려운 경우 등에는, 플라스마 원료(23)의 막 두께를 충분히 얇게 할 수 없을 가능성도 있다. 이와 같은 경우에는, 회전체(50)의 회전 속도를 빠르게 하여, 플라스마 원료(23)의 막 두께를 얇게 하는 것 같은 제어가 가능하다. 이에 따라, 입사 영역(25)에 도달하기까지, 플라스마 원료(23)의 막 두께가 충분히 얇아져, 입사 영역(25)에 있어서의 플라스마 원료(23)의 표면이 홈부(55)의 형상을 따른 오목면이 된다.
또 제어부(7)를 이용하여 회전체(50)의 회전 속도를 제어함으로써, 플라스마 원료(23)의 막 두께를 정밀도 있게, 또한 용이하게 조정하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 예를 들면 스키머(40)의 위치가 어긋난 경우나, 플라스마 원료(23)의 점성이 변화한 경우여도, 플라스마 원료(23)의 막 두께를 적절히 유지하는 것이 가능해진다.
[다른 방법에 의한 막 두께 조정]
스키머(40)나 제어부(7) 외에도, 플라스마 원료(23)의 막 두께를 조정 가능한 임의의 방법을 이용하는 것이 가능하다.
상기한 바와 같이, 컨테이너(24)에 접속된 플라스마 원료 순환 장치(41)에는, 플라스마 원료(23)의 온도를 조정하는 온도 조정 기구(48)가 설치된다. 이 온도 조정 기구(48)를 이용하여, 회전체(50) 상의 플라스마 원료(23)의 막 두께가 조정되어도 된다. 이 경우, 온도 조정 기구(48)가, 막 두께 조정부로서 기능한다.
예를 들면 플라스마 원료(23)의 온도가 변화하면, 플라스마 원료(23)의 점성이 변화한다. 일반적으로, 플라스마 원료(23)의 온도가 높을수록, 그 점성이 낮아진다. 따라서, 예를 들면 회전체(50)가 일정한 회전 속도로 회전하고 있는 경우, 회전체(50) 상의 플라스마 원료(23)의 온도가 높을수록, 즉 점성이 낮을수록, 플라스마 원료(23)는 표면(51a)을 따라 확산되기 쉬워져, 플라스마 원료(23)의 막 두께가 얇아진다.
온도 조정 기구(48)에서는, 에너지 빔(EB)의 입사 영역(25)에 있어서, 플라스마 원료(23)의 표면이 홈부(55)의 형상을 따른 오목면이 되도록, 플라스마 원료(23)의 온도가 제어된다. 이와 같이, 플라스마 원료(23)에 대한 온도 조절에 의해 그 막 두께가 제어되어도 된다.
광원 장치(1)에서는, 스키머(40)에 의한 막 두께 조정, 제어부(7)에 의한 회전 속도를 제어하는 막 두께 조정, 및 온도 조정 기구(48)에 의한 온도 조절을 이용한 막 두께 조정 중, 적어도 하나가 실행된다. 또, 이들 방법을 임의로 조합한 막 두께 조정이 실행되어도 된다.
[고온 플라스마의 분포]
도 6은, 고온 플라스마(P)의 분포에 대해서 설명하기 위한 모식도이다.
도 6a 및 도 6b에는, 회전체(50)의 표면(51a)에 홈부(55)가 없는 경우 및 회전체(50)의 표면(51a)에 홈부(55)가 있는 경우에 있어서의 고온 플라스마(P)의 생성 상태가 각각 모식적으로 도시되어 있다. 각 도면에 있어서, 회전체(50)의 표면(51a)에는 액체 형상의 플라스마 원료(23)가 도포되어 있다.
또, 도 6a 및 도 6b에는, 에너지 빔(EB)의 입사축(IA), 회전체(50)의 표면(51a)에 대한 법선축(NA), 방사선(R)의 출사축(EA)이, 2점 쇄선의 화살표, 점선의 화살표, 및 실선의 화살표를 이용하여 각각 모식적으로 도시되어 있다.
도 6a에 나타내는 바와 같이, 회전체(50)의 표면(51a)에 홈부(55)가 형성되어 있지 않은 경우, 에너지 빔(EB)의 입사 영역(25)에는, 회전체(50)의 표면(51a)을 따라 평면적으로 플라스마 원료(23)가 분포하고 있다.
에너지 빔(EB)이 조사되면, 입사 영역(25)에 존재하는 액체 형상의 플라스마 원료(23)가 즉시 기화하여, 평면적으로 분포하는 플라스마 원료(23)의 표면을 따라 팽창한다.
이 기화 팽창한 플라스마 원료(23)(기화 원료)에 에너지 빔(EB)이 계속해서 조사되어, 기화 원료가 가열 여기되어 플라스마화한다. 이 결과, 최종적으로는 에너지 빔(EB)의 입사 지점으로부터 등방적으로 확산되는 고온 플라스마(P)가 생성된다.
도 6a에서는, 평면적으로 분포한 플라스마 원료(23)의 표면을 따라 기화 팽창이 생긴다. 따라서, 기화 원료는, 플라스마 원료(23)의 표면 등에 차단되지 않고 등방적으로 광범위하게 확산된다. 이 때문에, 에너지 빔(EB)에 의해 가열 여기되는 기화 원료의 밀도가 작아지는 경향이 있어, 효율적으로 고온 플라스마(P)를 생성하는 것이 어려운 경우가 있다.
이에 반해, 도 6b에서는, 회전체(50)의 표면(51a)에 홈부(55)가 형성되어 있다. 또한, 상기한 스키머(40) 등의 막 두께 조정부를 이용하여 플라스마 원료(23)의 막 두께가 제어되어 있다. 이 때문에, 에너지 빔(EB)의 입사 영역(25)에서는, 플라스마 원료(23)의 표면은 홈부(55)에 따른 오목면을 형성한다.
홈부(55)(입사 영역(25))를 향하여 에너지 빔(EB)이 조사되면, 도 6a의 경우와 마찬가지로, 홈부(55)에 공급된 액체 형상의 플라스마 원료(23)가 즉시 기화하여, 홈부(55)에 따른 오목면을 형성하는 플라스마 원료(23)의 표면을 따라 팽창한다.
이와 같이, 홈부(55)에 따른 오목면을 따라 기화 팽창한 플라스마 원료(23)(기화 원료)에 에너지 빔(EB)이 계속해서 조사되어, 기화 원료가 가열 여기되어 고온 플라스마(P)가 생성된다.
상기한 대로, 에너지 빔(EB)의 조사에 의해 발생한 기화 원료는, 플라스마 원료(23)의 표면을 따라 팽창한다. 즉, 기화 원료는, 그 팽창 방향이 플라스마 원료(23)의 표면의 형상을 따라 규제된다.
도 6b에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따른 회전체(50)에서는, 입사 영역(25)에 있어서의 플라스마 원료(23)의 표면의 형상은, 홈부(55)에 따른 오목면이 되어 있다. 이 오목면에 의해 기화한 플라스마 원료(23)(기화 원료)의 팽창 방향이 규제된다. 예를 들면 도 6b에서는, 입사 영역(25)에 있어서의 플라스마 원료(23)의 표면은, 쐐기형의 홈부(55)를 따라 패인 형상이 된다. 이에 따라, 회전체(50)의 경방향에 있어서의 기화 원료의 확산이 규제된다.
기화 원료의 확산이 규제됨으로써, 에너지 빔(EB)에 의해 가열 여기되는 기화 원료의 밀도는, 홈부(55)를 형성하지 않는 경우에 비해 커진다. 이와 같이, 밀도가 큰 기화 원료가 플라스마화되기 때문에, 효율적으로 고온 플라스마(P)를 생성하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 고온 플라스마(P)의 밀도를 향상시키는 것이 가능해져, 에너지 빔(EB)에 의해 생성되는 고온 플라스마(P)의 발광 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
또 예를 들면, 플라스마 원료가 고체인 경우에는, 에너지 빔(EB)을 조사하여 원료를 기화하는데 시간이 걸리는 경우가 있다. 이 때문에, 상기한 바와 같은 효과가 충분히 얻어지기 전에 에너지 빔(EB)에 의한 원료의 가열 여기가 종료될 가능성이 있다. 또, 플라스마 원료가 고체인 경우에는, 그 막 두께를 제어하여 홈부에 따른 오목면을 형성한다는 것이 어려워, 예를 들면 미리 원료의 표면에 오목면을 형성하게 된다. 그러나, 고체 원료가 소비되면 표면에 형성된 오목면도 변형하는 것이 생각되고, 장기간에 걸쳐 효율적으로 고온 플라스마를 발생시키는 것이 어렵다.
따라서, 홈부(55)를 형성하는 것에 의한 상기의 효과는, 에너지 빔(EB)이 조사되는 플라스마 원료(23)가 액체 원료일 때에 현저해진다. 예를 들면, 액체 원료인 플라스마 원료(23)는, 그 표면의 형상을 상시 제어하는 것이 가능하다. 이에 따라, 발광 효율이 높은 고온 플라스마(P)를 장기간 유지하는 것이 가능해진다.
[홈부의 구성예]
도 7은, 홈부의 단면 형상의 일례를 나타내는 모식도이다.
여기에서는, 회전체 본체(51)(회전체(50))의 경방향을 따른 홈부(55)의 단면 형상에 대해서 설명한다. 도 7a~도 7d의 각 도면에 있어서, 도면 중의 좌우 방향이 회전체 본체(51)의 경방향에 대응하고 있다. 또 각 홈부(55)에 대한 에너지 빔(EB)의 입사 방향(입사축(IA))은 임의로 설정 가능하다.
도 7a에 나타내는 홈부(55)는, 단면 형상이, 삼각 형상이 되는 환상의 홈이다. 이것은, 도 1, 도 4~도 7에 나타내는 홈부(55)의 단면 형상이다. 삼각 형상의 홈부(55)는, 비교적 작성이 용이하다. 또 홈부(55)는 표면(51a)에 접속하는 경사면에 의해 구성되어 있으며, 예를 들면 회전체(50)의 회전 속도에 따라 막 두께를 변화시키기 쉽다.
도 7b에 나타내는 홈부(55)는, 단면 형상이, 직사각형 형상이 되는 환상의 홈이다. 직사각형 형상의 홈부(55)는, 비교적 작성이 용이하다. 또 홈부(55)에는 저면과 저면을 사이에 두고 대향하는 2개의 측면이 형성된다. 예를 들면 이 2개의 측면에 의해, 플라스마 원료(23)가 기화했을 때에 경방향으로 퍼지는 팽창을 충분히 억제하는 것이 가능해진다.
도 7c에 나타내는 홈부(55)는, 단면 형상이, 원호 형상이 되는 환상의 홈이다. 원호 형상의 홈부(55)에서는, 예를 들면 회전체(50)의 경방향을 따라 에너지 빔(EB)의 입사 각도가 변화해도, 홈부(55)의 내면에 대한 에너지 빔(EB)의 스폿 형상이 대부분 변화하지 않는다. 이에 따라, 에너지 빔(EB)의 입사축(IA)을 비교적 자유롭게 설정하는 것이 가능해진다. 또, 회전체(50)의 배치 등을 조정한 경우 등에도, 발광 특성이 크게 변화한다는 사태를 회피하는 것이 가능하다.
도 7d에 나타내는 홈부(55)는, 단면 형상이, 저면측이 넓은 사다리꼴 형상이 되는 환상의 홈이다. 이와 같은 사다리꼴 형상의 홈부(55)에서는, 에너지 빔(EB)이 입사하는 개구측이 좁아져 있다. 이 구조에 의해, 플라스마 원료(23)가 기화했을 때에 경방향으로 퍼지는 팽창을 충분히 억제하는 것이 가능해진다.
이 외에, 홈부(55)의 단면 형상은, 임의의 형상으로 설정되어도 된다.
또 도 7a~도 7d에는, 홈부(55)의 개구 폭(W)과, 홈부(55)의 깊이(D)가 화살표를 이용하여 도시되어 있다. 여기서, 개구 폭(W)은, 홈부(55)에 있어서의 개구 부분의 경방향의 폭이다. 또 깊이(D)는, 표면(51a)에 대한 홈부(55)의 최심부의 깊이이다.
홈부(55)의 개구 폭(W)은, 에너지 빔(EB)의 스폿 사이즈의 1배 이상 10배 이하의 범위에서 설정된다. 또 홈부(55)의 깊이(D)는, 예를 들면 개구 폭(W)과 동일한 정도로 설정된다. 이와 같은 범위에서 개구 폭(W)을 설정함으로써, 에너지 빔(EB)에 의해 기화되는 플라스마 원료(23)(기화 원료)가 팽창하는 방향을 충분히 억제하는 것이 가능해진다.
또, 바람직하게는, 개구 폭(W)은, 에너지 빔(EB)의 스폿 사이즈의 3배 이상 5배 이하의 범위에서 설정된다. 이에 따라, 에너지 빔(EB)의 스폿과 홈부(55)의 위치 맞춤을 비교적 용이하게 행하는 것이 가능하고, 또한 기화 원료의 팽창을 확실히 억제하는 것이 가능해진다.
에너지 빔(EB)의 스폿의 직경은, 예를 들면 10μm에서 100μm까지의 범위에서 설정된다. 이 경우, 개구 폭(W)은, 예를 들면 50μm에서 100μm 정도로 설정된다. 물론, 이에 한정되지 않고, 홈부(55)의 개구 폭(W)이나 깊이(D)는, 사용하는 에너지 빔(EB)의 스폿 사이즈 등에 따라 적절히 설정되어도 된다.
도 8은, 홈부의 단면 형상과 에너지 빔의 관계를 나타내는 모식도이다.
여기에서는, 홈부(55)를 구성하는 각 면에 대한 에너지 빔(EB)의 각도에 대해서 설명한다. 또한, 도 8a~도 8d의 각 도면에 있어서, 각 홈부(55)에 대한 에너지 빔(EB)의 입사 방향은 고정되어 있는 것으로 한다.
도 8a에 나타내는 홈부(55)의 단면 형상은, 삼각 형상이다. 에너지 빔(EB)은, 홈부(55)를 구성하는 한쪽의 경사면(Sa)에 입사하고, 입사축(IA)과 경사면(Sa)이 직교한다.
이에 따라, 경사면(Sa)에 투영되는 에너지 빔(EB)의 스폿 사이즈가 최소가 된다. 이 때문에, 경사면(Sa)을 따라 분포하는 플라스마 원료(23)에 대해, 에너지 빔(EB)을 높은 밀도로 조사하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 고온 플라스마(P)를 충분히 효율적으로 발생시키는 것이 가능해진다.
도 8b에 나타내는 홈부(55)의 단면 형상은, 삼각 형상이다. 에너지 빔(EB)은, 홈부(55)를 구성하는 한쪽의 경사면(Sb)에 대해 비스듬하게 입사한다. 따라서 입사축(IA)과 경사면(Sb) 사이의 각도는 90° 미만이다.
예를 들면, 에너지 빔(EB)을 플라스마 원료(23)에 조사함으로써 생기는 데브리의 방출량은, 입사 위치에 있어서의 회전체(50)의 법선 방향에 있어서 가장 많아지는 경향이 있다.
도 8b에 나타내는 구성에서는, 에너지 빔(EB)의 입사축(IA)과, 경사면(Sb)의 법선의 방향이 상이하다. 즉, 에너지 빔(EB)의 입사 방향과, 데브리의 방출량이 많은 방향을 나누는 것이 가능해져, 예를 들면 도 1에 나타내는 입사 챔버(4)에 도달하는 데브리를 줄이는 것이 가능해진다.
도 8c에 나타내는 홈부(55)의 단면 형상은, 삼각 형상이다. 에너지 빔(EB)은, 홈부(55)의 저부를 향하여 조사되고, 저부를 사이에 두고 구성된 경사면(Sc) 및 경사면(Sd)에 대해 비스듬하게 입사한다. 경사면(Sc) 및 경사면(Sd)과 입사축(IA)의 각도는 모두 90° 미만이다.
이 구성에서는, 경사면(Sc) 및 경사면(Sd)을 따라 분포하는 플라스마 원료(23)의 표면에 의해, 기화 원료의 팽창을 충분히 규제하는 것이 가능해져, 고온 플라스마(P)의 밀도를 충분히 높이는 것이 가능해진다. 또, 데브리가 방출되는 방향이 분산되어, 한 방향으로만 데브리가 집중한다는 사태를 회피하는 것이 가능해진다.
도 8d에 나타내는 홈부(55)의 단면 형상은, 직사각형 형상이다. 에너지 빔(EB)은, 홈부(55)의 한쪽의 모서리를 향하여 조사되고, 저면(Se) 및 측면(Sf)에 대해 비스듬하게 입사한다.
이 구성에 의해, 예를 들면 도 8c에 나타내는 홈부(55)와 마찬가지로, 저면(Se) 및 측면(Sf)을 따라 분포하는 플라스마 원료(23)의 표면에 의해, 기화 원료의 팽창을 충분히 규제하는 것이 가능해진다. 또한, 측면(Sf)에 대항하는 측면(Sg)이 있음으로써, 기화 원료를 가두는 효과가 증대한다. 또 측면(Sg)에 의해, 측면(Sf)으로부터 비산한 데브리 등을 재흡수하는 것도 가능하고, 데브리의 방출량을 억제하는 것이 가능해진다.
이 외에, 에너지 빔(EB)에 대한 홈부(55)의 구성은 한정되지 않고, 장치에 요구되는 발광 효율이나 데브리의 억제 정도 등에 따라 적절히 설정되어도 된다.
[스키머의 구성예]
도 9는, 스키머 외의 구성예를 나타내는 모식도이다.
여기에서는, 스키머(40)의 다른 구성예에 대해서 설명한다. 도 9a 및 도 9b의 좌측의 도면은, 스키머(40)가 작용한 회전체(50)의 상태를 나타내는 모식적인 단면도이며, 우측의 도면은, 스키머(40)를 통과한 후의 회전체(50)의 상태를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 9a에서는, 한쪽 면용의 스키머(40a)가 이용된다. 스키머(40a)는, 예를 들면 한 면에 조정면(56)이 형성된 판 형상, 또는 블록 형상의 부재이다. 좌측의 도면에 나타내는 바와 같이, 스키머(40a)는, 회전체(50)의 표면(51a)에 조정면(56)을 향하게 하고, 표면(51a)과 조정면(56) 사이에 소정의 간격을 두고, 홈부(55)의 바로 위쪽에 배치된다. 스키머(40a)가 작용함으로써, 홈부(55)의 주변에 도포된 플라스마 원료(23)가 긁어내어져 막 두께가 조정된다.
스키머(40a)를 통과한 후, 회전체(50) 상에 남아 있는 플라스마 원료(23)에는 원심력이 작용하여 외측을 향하여 유동한다. 이 결과, 우측의 도면에 나타내는 바와 같이, 홈부(55)의 바로 위쪽에 있는 플라스마 원료(23)의 표면의 형상은, 홈부(55)에 따른 오목면이 된다.
이와 같이, 상기한 채널형의 스키머(40) 대신에, 한쪽 면용의 스키머(40a)가 이용되어도 된다.
도 9b에 나타내는 한쪽 면용의 스키머(40b)는, 홈부가 형성된 회전체(50)의 표면(51a)에 접촉하여 배치된다. 즉, 스키머(40b)는, 회전체(50)에 접촉하는 컨택트 스키머이다. 좌측의 도면에 나타내는 바와 같이, 스키머(40b)는, 회전체(50)의 표면(51a)에 조정면(56)을 접촉시키고, 홈부(55)의 바로 위쪽에 배치된다. 이 상태에서 회전체(50)가 회전함으로써, 홈부(55)의 내측에 있는 플라스마 원료(23)를 남기고, 홈부(55)의 주변의 플라스마 원료(23)가 대부분 긁어내어진다.
스키머(40b)를 통과한 후, 홈부(55)의 내측에 남아 있는 플라스마 원료(23)에는 원심력이 작용하여, 그 일부는 표면(51a)을 향하여 홈부(55)의 외측으로 유동한다. 이 결과, 우측의 도면에 나타내는 바와 같이, 홈부(55)에 남아 있는 플라스마 원료(23)의 표면의 형상은, 홈부(55)의 형상을 따라 패인 오목면이 된다.
이와 같이, 접촉형의 스키머(40b)를 이용함으로써, 에너지 빔(EB)의 입사 영역(25)에 여분의 플라스마 원료(23)가 수송되지 않게 되어, 데브리의 발생을 충분히 억제하는 것이 가능해진다.
도 10은, 스키머의 평면 구성의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 10에 나타내는 스키머(40c)는, 도 2 등을 참조하여 설명한 스키머(40)보다 넓은 범위에 걸쳐 설치된다. 스키머(40c)는, 원환상의 홈부(55) 중, 컨테이너(24)에 저류된 플라스마 원료(23)로부터 끌어 올려지는 위치로부터, 에너지 빔(EB)의 입사 영역(25)의 바로 앞의 위치까지를 덮도록 구성된다.
여기에서는, 회전축(O)을 따라 본 평면 형상이 원호 형상인 스키머(40c)가 이용되나, 상기한 범위를 커버할 수 있는 형상이면, 스키머(40c)의 형상은 한정되지 않는다. 또 스키머(40c)는, 채널형이어도 되고, 한쪽 면형이어도 된다. 또 스키머(40c)는 컨택트 스키머로서 구성되어도 된다.
이와 같이, 스키머(40c)의 작용면을 크게 하여, 플라스마 원료(23)로부터 끌어 올려진 직후부터 스키머(40c)를 작용시키고, 추가로 스키머(40c)의 종단부를 에너지 빔(EB)이 입사하는 입사 영역(25)(플라스마 생성점)과 가까운 곳까지 설정함으로써, 상기 플라스마 생성점에 있어서의 플라스마 원료의 막 두께를 원하는 막 두께로 제어하는 것이 용이해진다. 또 회전체(50)의 회전수가 빠른 경우 등에는, 주변에 플라스마 원료(23)가 비산하는 것이 생각된다. 이와 같은 경우여도, 스키머(40c)를 이용함으로써, 플라스마 원료(23)의 비산을 충분히 억제하는 것이 가능하다.
[회전체의 구성예]
상기에서는, 회전체가 단체의 부재(회전체 본체)에 의해 구성되는 경우에 대해서 설명했지만, 복수의 부재로 구성된 회전체를 이용하는 것도 가능하다.
이하에서는, 회전체 본체에 커버부가 설치된 구성에 대해서 설명한다.
도 11은, 커버부를 구비한 회전체의 구성예를 나타내는 모식도이다. 도 11에 나타내는 회전체(60)는, 회전체 본체(61)와, 커버부(62)와, 고정구(63)를 갖는다. 또 회전체(60)의 근방에는, 스키머(40d)가 설치된다.
도 11a는, 스키머(40d)가 작용한 회전체(60)의 상태를 나타내는 모식적인 단면도이며, 도 11b는, 스키머(40d)를 통과한 후의 회전체(60)의 상태를 나타내는 모식적인 단면도이다.
회전체 본체(61)는, 회전체(60)의 본체를 구성하는 원반 형상의 부재이다. 회전체 본체(61)의 중심축은, 회전체(60)의 회전축(O)이 된다. 또 회전체 본체(61)의 한쪽의 주면은, 에너지 빔(EB)이 입사하는 표면(61a)이 되고, 다른쪽의 주면은, 이면(61b)이 된다.
또 회전체 본체(61)의 표면(61a)에는, 홈부(55)가 형성된다. 홈부(55)는, 회전체 본체(61)의 중심축(회전축(O))과 대략 동일축 형상으로 구성된 원환상의 홈이다. 도 11에서는, 단면 형상이 직사각형 형상이 되는 홈부(55)가 형성되어 있다. 또한. 홈부(55)의 단면 형상은, 다른 형상이어도 된다.
커버부(62)는, 회전체 본체(61)의 표면(61a)을 덮는 판 형상의 부재이며, 회전체 본체(61)의 표면(61a)에 표면(61a)으로부터 소정의 간격을 두고 배치된다. 따라서, 회전체 본체(61)와, 커버부(62)의 사이에는 간극이 형성된다. 이하에서는, 커버부(62)에 있어서 회전체 본체(61)와는 반대측이 되는 면을 커버 표면(62a)으로 기재하고, 커버 표면(62a)과는 반대측이 되는 면을 커버 이면(62b)으로 기재한다.
고정구(63)는, 회전체 본체(61)에 커버부(62)를 고정하기 위한 부재이며, 예를 들면 나사 등이 이용된다. 도 11에 나타내는 예에서는, 회전체 본체(61)의 홈부(55)보다 외측에 형성된 구멍에, 커버부(62)를 관통한 고정구(63)를 끼워넣음으로써, 회전체 본체(61)에 커버부(62)가 고정된다.
또 커버부(62)에는, 에너지 빔(EB)을 통과시키기 위한 개구부(64)가 환상으로 형성된다. 개구부(64)는, 커버부(62)에 일정한 폭으로 원환상으로 형성된 슬릿(절입)이며, 홈부(55)와 겹치도록 배치된다.
개구부(64)는, 예를 들면 전체 둘레에 걸쳐 연속한 원환상의 슬릿으로서 구성된다. 이 경우, 커버부(62)는, 개구부(64)를 사이에 두고, 내측에 배치되는 원형상의 부재와 외측에 배치되는 원환상의 부재로 나눌 수 있다. 이 경우, 외측의 부재는 상기한 고정구(63)에 의해 고정되고, 내측의 부재는 도시하지 않은 다른 고정구를 이용하여 고정된다.
또한, 개구부(64)는, 반드시 전체 둘레에 걸쳐 연속하고 있을 필요는 없고, 예를 들면 원환이 부분적으로 닫혀 있는 슬릿으로서 구성되어도 된다.
또 개구부(64)의 폭은, 예를 들면 에너지 빔(EB)의 스폿경보다 크고, 또한 홈부(55)의 폭보다 작게 설정된다. 이 외에, 개구부(64)의 폭은, 에너지 빔(EB)을 홈부(55)측으로 통과시키는 것이 가능한 범위에서 적절히 설정되어도 된다.
도 11a에 나타내는 바와 같이, 스키머(40d)는, 컨택트 스키머이다. 스키머(40d)는, 커버부(62)의 개구부(64)를 덮도록, 커버부(62)의 커버 표면(62a)에 접촉하여 배치된다. 이 스키머(40d)에 의해, 개구부(64)의 주변에 있어서 커버 표면(62a)에 붙은 플라스마 원료(23)가 긁어내어진다.
또한, 커버부(62)와 회전체 본체(61) 사이의 공간(개구부(64)의 내측, 커버부(62)와 회전체 본체(61)의 간극, 및 홈부(55)의 내측)은, 플라스마 원료(23)로 채워져 있다.
스키머(40d)를 통과한 후, 커버부(62)와 회전체 본체(61) 사이에 남아 있던 플라스마 원료(23)는, 원심력에 의해 회전체 본체(61)의 외주측으로 유동한다. 이 결과, 도 11b에 나타내는 바와 같이, 홈부(55)의 바로 위쪽(개구부(64)의 바로 아래)에서는, 플라스마 원료(23)의 표면의 형상은, 홈부(55)의 형상을 따라 패인 오목면이 된다.
예를 들면 회전체 본체(61)의 표면(61a)과 커버부(62)의 커버 이면(62b) 사이에 끼워진 공간에는, 플라스마 원료(23)에 대해 각 면으로부터의 표면 장력 등이 작용함으로써, 플라스마 원료(23)가 잔류한다. 이에 반해, 개구부(64)에 면한 홈부(55)의 바로 위쪽의 영역에서는, 커버 이면(62b)으로부터의 표면 장력 등이 작용하지 않기 때문에, 오목면이 형성된다.
이에 따라, 에너지 빔(EB)에 의해 기화한 플라스마 원료(23)의 팽창은, 플라스마 원료(23)의 표면에 형성된 오목면에 더하여, 커버부(62)의 개구부(64)에 의해 규제된다. 이에 따라, 기화 원료를 충분히 좁은 범위에 가두는 것이 가능해져, 고온 플라스마(P)를 매우 효율적으로 생성하는 것이 가능해진다. 이 결과, 고온 플라스마(P)의 발광 효율을 충분히 향상시키는 것이 가능해진다.
또, 상기한 바와 같이, 개구부(64)의 폭은, 에너지 빔(EB)의 스폿경보다 크고, 또한 홈부(55)의 폭보다 작다. 이에 따라, 기화 원료를 가두는 효과가 향상된다. 또 에너지 빔(EB)을 조사했을 때에 비산하는 데브리 등을 커버부(62)에 의해 차폐하는 것이 가능해져, 데브리를 저감시키는 것이 가능해진다.
도 12는, 커버부를 구비한 회전체의 다른 구성예를 나타내는 모식도이다. 도 12에 나타내는 회전체(70)는, 원반 형상의 회전체 본체(71)에, 커버부(72)가 고정구(73)을 이용하여 고정된다.
회전체 본체(71)의 한쪽의 주면은, 에너지 빔(EB)이 입사하는 표면(71a)이 되고, 다른쪽의 주면은, 이면(71b)이 된다. 이 중, 표면(71a)을 덮도록 소정의 간격을 두고 커버부(72)가 배치된다.
또, 커버부(72)에는, 에너지 빔(EB)을 통과시키기 위한 개구부(74)가 환상으로 형성된다. 커버부(72)는, 예를 들면 도 11에 나타내는 커버부(62)와 동일하게 구성된다.
도 12에 나타내는 예에서는, 회전체 본체(71)의 커버부(72)가 배치된 주면인 표면(71a)은 평탄면이다. 즉, 표면(71a)에는, 원환상의 홈 등은 형성되지 않는다. 이 경우, 커버부(72)의 개구부(74)가, 회전체(70)에 있어서의 홈부(55)로서 기능한다.
회전체(70)에서는, 도 11a와 마찬가지로 컨택트 스키머를 이용하여, 커버부(72)에 붙은 여분의 플라스마 원료(23)가 긁어내어진다. 도 12에는, 컨택트 스키머를 통과한 후의 회전체(70)의 상태가 모식적으로 도시되어 있다.
컨택트 스키머를 통과한 후, 회전체 본체(71)와 커버부(72) 사이에 남은 플라스마 원료(23)는, 원심력에 의해 회전체 본체(71)의 외주측으로 유동한다. 이 때, 개구부(74)의 플라스마 원료(23)에 면하는 부분(벽)에서는 원심력에 대한 항력(반작용)이 발생하므로, 플라스마 원료(23)가 상기 벽부분을 따르도록 존재하고, 결과적으로 플라스마 원료(23)의 표면은 오목면이 된다.
이와 같이, 회전체 본체(71)에 홈부(55)를 형성하지 않는 경우여도, 플라스마 원료(23)의 표면에 개구부(74)에 따른 오목면을 형성하는 것이 가능하다. 이에 따라, 에너지 빔(EB)에 의해 기화한 플라스마 원료(23)의 팽창을 규제하는 것이 가능하다.
또 회전체 본체(71)에 홈부(55)를 형성할 필요가 없기 때문에, 제조 공정을 간략화하는 것이 가능하다.
이상, 본 실시 형태에 따른 광원 장치(1)에서는, 에너지 빔(EB)이 입사하는 위치에 배치된 회전체에, 에너지 빔(EB)의 입사 영역(25)과 겹치도록 홈부(55)가 형성되고, 홈부(55)에는 플라스마 원료(23)가 공급된다. 이 플라스마 원료(23)의 막 두께가 조정되고, 에너지 빔(EB)의 입사 영역(25)에서는, 플라스마 원료(23)의 표면에 홈부(55)에 따른 오목면이 형성된다. 이 오목면에 의해 플라스마 원료(23)가 기화했을 때에 팽창하는 방향이 규제되어, 에너지 빔(EB)에 의해 생성되는 고온 플라스마(P)의 발광 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
＜그 외의 실시 형태＞
본 발명은, 이상 설명한 실시 형태에 한정되지 않고, 다른 다양한 실시 형태를 실현할 수 있다.
상기의 실시 형태에서는, 원반 형상의 회전체에 있어서 평면 부분이 되는 주면에 에너지 빔(EB)이 조사되고, 평면 부분의 에너지 빔(EB)의 입사 영역에 홈부를 형성하는 구조에 대해서 설명했다. 홈부를 형성하는 위치는 회전체의 주면에 한정되지 않는다.
예를 들면, 회전체에 내주면이 형성되어 있고, 그 내주면에 플라스마 원료를 공급하는 구성도 생각된다. 여기서 회전체의 내주면은, 회전체의 회전축(O)을 둘러싸는 면이며, 회전축(O)을 중심으로 하는 회전 대상인 곡면 부분이다. 이 경우, 홈부는, 내주면에 형성된다.
도 13 및 도 14는, 다른 실시 형태에 따른 회전체의 구성예를 나타내는 모식도이다. 도 13 및 도 14에는, 회전체(80) 및 회전체(90)을 회전축(O)을 따라 절단한 단면도가 모식적으로 도시되어 있다. 회전체(80) 및 회전체(90)에는, 각각 내주면이 형성되고, 그 내주면 상에 액체 형상의 플라스마 원료(23)가 공급된다. 또 회전체(80) 및 회전체(90)는, 전형적으로는, 회전축(O)이 연직 방향이 되도록 배치하여 이용된다.
도 13에 나타내는 회전체(80)에서는, 원반 형상의 기체(81)의 한쪽의 면에 환상 홈(82)이 형성된다. 환상 홈(82)은, 기체(81)로부터 돌출된 외벽과 내벽으로 둘러싸인 영역이며, 덮개부(83)에 의해 닫혀진다. 환상 홈(82)은, 플라스마 원료(23)를 수용하기 위한 공간으로서 이용된다.
또 환상 홈(82)의 내벽에는, 에너지 빔(EB)을 도입하기 위한 입사용의 개구부와, 환상 홈(82)에서 발생한 방사선(R)을 취출하기 위한 출사용의 개구부가 형성된다.
또한, 환상 홈(82)의 외벽의 측면(Sh)에는, 에너지 빔(EB)의 입사 영역과 겹치도록 홈부(55)가 형성된다. 측면(Sh)은, 회전체(80)에 있어서의 내주면이 된다.
회전체(80)가 회전축(O)을 중심으로 회전하면, 환상 홈(82)에 수용된 플라스마 원료(23)는, 환상 홈(82)의 외측의 측면(Sh)에 밀어붙여지듯이 분포한다. 또 측면(Sh)은, 회전축(O)측으로 경사져 있다. 이 때문에, 플라스마 원료(23)는, 측면(Sh)의 밑측에 모이기 쉬우나, 충분한 회전 속도로 회전시킴으로써, 측면(Sh) 전체에 플라스마 원료(23)가 분포한다. 이에 따라, 에너지 빔(EB)의 입사 영역에서는, 플라스마 원료(23)의 표면이 홈부(55)에 따른 오목면이 된다.
도 14에 나타내는 회전체(90)에서는, 원반 형상의 기체(91)의 한쪽의 면에 쐐기형의 환상 홈(92)이 형성된다. 또 환상 홈(92)의 외측에는 환상 홈(92)에 접속하는 수직벽을 구성하는 외벽부(93)가 형성된다. 쐐기형의 환상 홈(92)에는, 플라스마 원료(23)가 공급된다. 또 환상 홈(92)에는 회전축(O)측으로부터 에너지 빔(EB)이 도입된다.
또한, 환상 홈(92)의 외측의 측면(Si)에는, 에너지 빔(EB)의 입사 영역과 겹치도록 홈부(55)가 형성된다. 측면(Si)은, 회전체(90)에 있어서의 내주면이 된다.
회전체(90)가 회전축(O)을 중심으로 회전하면, 환상 홈(92)에 수용된 플라스마 원료(23)는, 외측으로 경사진 측면(Si)을 따라 분포한다. 플라스마 원료(23)는, 측면(Si)으로부터 외벽부(93)를 향하여 확산된다. 이 때문에, 회전체(90)가 충분한 회전 속도인 경우, 측면(Si) 상의 플라스마 원료(23)의 막 두께가 충분히 얇아져, 플라스마 원료(23)는, 홈부(55)의 형상을 따라 분포한다. 이에 따라, 에너지 빔(EB)의 입사 영역에서는, 플라스마 원료(23)의 표면이 홈부(55)에 따른 오목면이 된다.
이와 같이, 내주면(측면(Sh 및 Si))에 홈부(55)가 형성되는 경우여도, 내주면 상에 있는 플라스마 원료(23)의 표면을 패이게 하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 에너지 빔(EB)에 의해 기화한 플라스마 원료(23)의 팽창이 규제되어, 고온 플라스마(P)를 효율적으로 생성하여, 발광 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
또, 홈부(55)의 바로 위쪽에 스키머를 설치하여, 내주면 상의 플라스마 원료의 막 두께를 조정해도 된다. 스키머에 의한 막 두께 조정을 행함으로써, 플라스마 원료(23)의 표면을 홈부(55)의 형상에 맞추어 용이하게 패이게 하는 것이 가능해진다.
본 개시에 있어서, 설명의 이해를 용이하게 하기 위해, 「대략」, 「거의」, 「대체로」 등의 문언이 적절히 사용되고 있다. 한편, 이들 「대략」, 「거의」, 「대체로」 등의 문언을 사용하는 경우와 사용하지 않는 경우에서, 명확한 차이가 규정되는 것은 아니다.
즉, 본 개시에 있어서, 「중심」, 「중앙」, 「균일」, 「동일하다」, 「같다」, 「직교」, 「평행」, 「대칭」, 「연장」, 「축 방향」, 「원기둥 형상」, 「원통 형상」, 「링 형상」, 「원환 형상」 등의, 형상, 사이즈, 위치 관계, 상태 등을 규정하는 개념은, 「실질적으로 중심」, 「실질적으로 중앙」, 「실질적으로 균일」, 「실질적으로 동일하다」, 「실질적으로 같다」, 「실질적으로 직교」, 「실질적으로 평행」, 「실질적으로 대칭」, 「실질적으로 연장」, 「실질적으로 축 방향」, 「실질적으로 원기둥 형상」, 「실질적으로 원통 형상」, 「실질적으로 링 형상」, 「실질적으로 원환 형상」 등을 포함하는 개념으로 한다.
예를 들면 「완전하게 중심」, 「완전하게 중앙」, 「완전하게 균일」, 「완전하게 동일하다」, 「완전하게 같다」, 「완전하게 직교」, 「완전하게 평행」, 「완전에 대칭」, 「완전하게 연장」, 「완전하게 축 방향」, 「완전하게 원기둥 형상」, 「완전하게 원통 형상」, 「완전하게 링 형상」, 「완전하게 원환 형상」 등을 기준으로 한 소정의 범위(예를 들면 ±10%의 범위)에 포함되는 상태도 포함된다.
따라서, 「대략」, 「거의」, 「대체로」 등의 문언이 부가되어 있지 않은 경우에도, 이른바 「대략」, 「거의」, 「대체로」 등을 부가하여 표현될 수 있는 개념이 포함될 수 있다. 반대로, 「대략」, 「거의」, 「대체로」 등을 부가하여 표현된 상태에 대해서, 완전한 상태가 반드시 배제된다는 것은 아니다.
본 개시에 있어서, 「A보다 크다」, 「A보다 작다」와 같은 「보다」를 사용한 표현은, A와 동등한 경우를 포함하는 개념과, A와 동등한 경우를 포함하지 않는 개념의 양쪽을 포괄적으로 포함하는 표현이다. 예를 들면 「A보다 크다」는, A와 동등한 것은 포함하지 않는 경우에 한정되지 않고, 「A 이상」도 포함한다. 또 「A보다 작다」는, 「A 미만」에 한정되지 않고, 「A 이하」도 포함한다.
본 기술을 실시할 때에는, 상기에서 설명한 효과가 발휘되도록, 「A보다 크다」 및 「A보다 작다」 포함되는 개념으로부터, 구체적인 설정 등을 적절히 채용하면 된다.
이상 설명한 본 기술에 따른 특징 부분 중, 적어도 2개의 특징 부분을 조합하는 것도 가능하다. 즉 각 실시 형태에서 설명한 다양한 특징 부분은, 각 실시 형태의 구별 없이, 임의로 조합되어도 된다. 또 상기에서 기재한 다양한 효과는, 어디까지나 예시이며 한정되는 것이 아니라, 또 다른 효과가 발휘되어도 된다.
EB 에너지 빔 R 방사선
IA 입사축 EA 출사축
P 고온 플라스마 O 회전축
1 광원 장치 6 원료 공급 기구
7 제어부 23 플라스마 원료
24 컨테이너 25 입사 영역
38 모터 39 축부
40, 40a~40d 스키머 50, 60, 70, 80, 90 회전체
51, 61, 71 회전체 본체 51a 표면
51b 이면 55 홈부
56 조정면 58 개구부

Claims (15)

  1. 에너지 빔에 의해 액체 원료를 플라스마화하여 방사선을 취출(取出)하는 광원 장치로서,
    상기 에너지 빔이 입사하는 위치에 배치되어, 상기 에너지 빔의 입사 영역과 겹치도록 형성된 홈부를 가지는 회전체와,
    상기 홈부에 상기 액체 원료를 공급하는 원료 공급부와,
    상기 에너지 빔의 입사 영역에 있어서 상기 액체 원료의 표면이 상기 홈부에 따른 오목면이 되도록 상기 액체 원료의 막두께를 조정하는 막두께 조정부
    를 구비하는 광원 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 홈부는, 상기 회전체의 회전축에 면한 위치에 형성되는,
    광원 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 회전체는, 원반 형상의 회전체 본체를 갖고,
    상기 홈부는, 상기 회전체 본체 한쪽의 주면에 형성되는,
    광원 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 홈부는, 상기 회전체 본체의 경방향(徑方向)을 따른 단면 형상이, 삼각형 형상, 직사각형 형상, 또는 원호 형상이 되는 환상의 홈인,
    광원 장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 막두께 조정부는, 상기 홈부의 바로 위에 상기 회전체로부터 독립적으로 고정되어, 상기 회전체와 함께 회전하는 상기 액체 원료의 일부를 긁어내는 스키머를 포함하는,
    광원 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 스키머는, 상기 회전체의 외연을 사이에 끼워 넣는 채널 구조의 부재인,
    광원 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 스키머는, 상기 홈부가 형성된 상기 회전체의 표면에 접촉하여 배치되는,
    광원 장치.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 막두께 조정부는, 상기 회전체를 회전시키는 구동부를 제어하는 회전 제어부를 포함하는,
    광원 장치.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 회전체는, 원반 형상의 회전체 본체와, 상기 회전체 본체의 한쪽의 주면에 당해 주면으로부터 소정의 간격을 두고 배치되며, 상기 에너지 빔을 통과시키기 위한 개구부가 환상으로 형성된 커버부를 포함하는,
    광원 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 홈부는, 상기 회전체 본체의 상기 커버부가 배치된 주면에 형성되고,
    상기 커버부의 개구부는, 상기 홈부와 겹치도록 배치되는,
    광원 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 회전체 본체의 상기 커버부가 배치된 주면은, 평탄면이며,
    상기 홈부는, 상기 커버부의 개구부인,
    광원 장치.
  12. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 홈부의 개구 폭은, 상기 에너지 빔의 스폿 사이즈의 1배 이상 10배 이하의 범위에서 설정되는,
    광원 장치.
  13. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 회전체는, 회전축을 둘러싸는 내주면을 갖고,
    상기 홈부는, 상기 내주면에 형성되는,
    광원 장치.
  14. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    추가로, 상기 에너지 빔 및 상기 방사선의 경로가 개구되어 상기 회전체를 수용하는 케이스부를 구비하는,
    광원 장치.
  15. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 방사선은, X선 또는 극단 자외광인,
    광원 장치.
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