TWI499358B - 電漿光源及電漿光產生方法 - Google Patents

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Description

電漿光源及電漿光產生方法
本發明係關於一種EUV(Extreme Ultra violet，極紫外光)放射用之電漿光源及電漿光產生方法。
為了進行次世代半導體之微細加工，期待一種使用極紫外光源之微影技術。微影技術係透過描繪有電路圖案之遮罩將光或光束縮小投影在矽基板上，以使阻劑材料感光，藉此形成電子電路之技術。由光微影技術所形成之電路的最小加工尺寸，基本上係取決於光源之波長。因此，次世代之半導體開發必須進行光源之短波長化，以針對該光源開發進行研究。
作為次世代微影技術光源被視為最有力者係極紫外光(EUV,Extreme Ultra violet)，其意指大約1至10nm之波長區域的光。該區域之光對於所有物質具有高的吸收率，無法利用透鏡等穿透型光學系統，因此係使用反射型光學系統。再者，極紫外光區域之光學系統的開發非常困難，且只有有限之波長會顯現反射特性。
現在，開發有一種於13.5nm具有感度之Mo/Si多層膜反射鏡，若開發出組合該波長之光與反射鏡之微影技術，則吾人預測可實現30nm以下之加工尺寸。為了實現更進一步之微細加工技術，波長13.5nm之微影光源的開發為當務之急，而來自高能量密度電漿的輻射光則受到矚目。
光源電漿產生可大致區別為雷射照射方式(LPP：Laser Produced Plasma；雷射產生電漿)及由脈衝功率技術所驅動之氣體放電方式(DPP：Discharge-Produced-Plasma；放電激發電漿)。DPP係將所投入之電力直接轉換為電漿能量，因此與LPP相比較其轉換效率較佳，而有裝置小型且低成本之優點。
從電漿轉換為有效波長區域(in-band)之放射光的轉換效率(Plasma conversion efficiency：P.C.E)係如下式(1)所示。
P.C.E=(Pinband×τ)/E…(1)
在此，Pinband係為有效波長區域之EUV放射光輸出，τ係為放射持續時間，E係為投入於電漿之能量。
就在有效波長區域具有放射光譜之元素而言，係以Xe、Sn、Li等為代表，從實驗之容易度、處理容易度來看，開發初期係以Xe為中心進行研究。然而，近年來Sn因高輸出、高效率而受到矚目正進行研究中。此外，對於在in-band區域剛好具有Lyman-α共鳴線的類氫Li離子(Li2+ )之期待亦高。
來自高溫高密度電漿之放射光譜，基本上係由靶材物質之溫度及密度所決定，依據計算電漿之原子過程的結果，為了作成EUV放射區域之電漿，在Sn之情形，電子溫度、電子密度係分別以10至30eV、1018 cm-3 左右較佳，在Li之情形，電子溫度、電子密度係分別以20eV、1018 cm-3 左右較佳。
再者，上述之電漿光源係揭示在非專利文獻1、2及專利文獻1。
(非專利文獻1)：佐藤弘人等、「微影技術用放電電漿EUV光源」、OQD-08-28
(非專利文獻2)：Jeroen Jonkers,“high power extreme ultra-violet(EUV) light sources for future lithography”,Plasma Sources Scienen and technology,15(2006) S8-S16
(專利文獻1)日本特開2004-226244號公報，「極紫外光源及半導體曝光裝置」
EUV微影光源係被要求高平均輸出、微小之光源尺寸、飛散粒子(碎屑，debris)少等。在現狀中，EUV發光量相對於要求輸出係極低，高輸出化乃成為很大之課題之一，另一方面為了達到高輸出化而增大輸入能量時，因熱負荷而產生之損傷會造成電漿產生裝置或光學系統之壽命的降低。因此，為了達到高EUV輸出及低熱負荷兩者，必須要有高的能量轉換效率。
在電漿形成初期，因加熱或電離消耗了許多能量，可放射EUV之高溫高密度狀態的電漿通常會急速膨脹，因此放射持續時間τ極短。因此，為了改善轉換效率，重要的是將長時間(μSec等級)電漿維持在適合進行EUV放射之高溫高密度狀態下。
Sn或Li等常溫固體之媒體的光譜轉換效率雖高，但在電漿產生時會伴隨溶融、蒸發等相變化，因此因中性粒子等之碎屑(隨著放電產生之衍生物)所導致之裝置內污染的影響會變大。因此，亦同樣對於靶材供給、回收系統的強化有所要求。
現在之一般EUV電漿光源的放射時間係為100nsec左右，輸出極為不足。為了同時達成產業應用所需之高轉換效率及高平均輸出，必須達成1發射為1至5μsec之EUV放射時間。亦即，為了開發具有高轉換效率之電漿光源，必須將適合各個靶材之溫度密度狀態的電漿限制在1至5μsec(至少1μsec以上)，以達成穩定之EUV放射。
再者，在習知之毛細管放電中，由於電漿會被關在毛細管內，因此亦會有有效之放射立體角小之缺點。
本發明係鑑於上述問題點而研創者。亦即，本發明之目的在於提供一種電漿光源及電漿光產生方法，其係可長時間(μSec等級)穩定地使EUV放射用之電漿光產生，可減小因構成機器之熱負荷所造成之損傷，並增大所產生之電漿光的有效放射立體角，而可連續地供給電漿媒體。
依據本發明，提供一種電漿光源，其特徵為具備：相對向配置之一對同軸狀電極；放電環境保持裝置，將電漿媒體供給至該同軸狀電極內，且保持適合電漿產生之溫度及壓力；及電壓施加裝置，對各同軸狀電極施加使極性反轉之放電電壓；並且在一對同軸狀電極間形成管狀放電，以將電漿朝軸方向封入。
依據本發明之較佳實施形態，前述各同軸狀電極係由在單一軸線上延伸之棒狀的中心電極、隔著一定間隔圍繞該中心電極之管狀的導引電極、及位於中心電極與導引電極之間並將兩者之間予以絕緣之環狀的絕緣體所構成，一對同軸狀電極之各中心電極係位在前述同一軸線上，且彼此隔著一定之間隔對稱配置。
前述電壓施加裝置係具有：正電壓源，對一方同軸狀電極之中心電極施加比其導引電極高之正的放電電壓；負電壓源，對另一方同軸狀電極之中心電極施加比其導引電極低之負的放電電壓；及觸發開關，對各個同軸狀電極同時施加前述正電壓源及負電壓源。
依據本發明之其他較佳實施形態，前述絕緣體係為多孔質陶瓷，並且具備透過該多孔質陶瓷將電漿媒體供給至同軸狀電極內的電漿媒體供給裝置，該電漿媒體供給裝置係由在內部保有電漿媒體之貯槽(reservoir)、及使電漿媒體液化之加熱裝置所構成。
此外，依據本發明之其他較佳實施形態，具備與放電電壓之施加時序同步地對前述一對同軸狀電極之絕緣體表面照射雷射光的點火用雷射裝置。
前述點火用雷射裝置較佳為，將雷射光多點照射在前述各絕緣體表面之複數部位。
此外，依據本發明，提供一種電漿光產生方法，其特徵為：相對向配置一對同軸狀電極，將電漿媒體供給至前述同軸狀電極內，且保持適合電漿產生之溫度及壓力，並對各同軸狀電極施加使極性反轉之放電電壓，而使面狀放電分別產生在一對同軸狀電極，藉由該面狀放電在各同軸狀電極之相對向的中間位置形成電漿，接著將前述面狀放電接續地轉換為一對同軸狀電極間之管狀放電，以形成將前述電漿封入之磁場。
依據本發明之裝置及方法，具備相對向配置之一對同軸狀電極，使面狀之放電電流(面狀放電)分別產生在一對同軸狀電極，藉由該面狀放電在各同軸狀電極之相對向的中間位置形成電漿，接著將前述面狀放電接續地轉換為一對同軸狀電極間之管狀放電，以形成將前述電漿封入之磁場(磁氣瓶)，因此可長時間(μSec等級)穩定地使EUV放射用之電漿光產生。
再者，比較習知之毛細管放電或真空放電金屬電漿時，由於可在一對同軸狀電極之相對向的中間位置形成電漿，且加大幅改善能量轉換效率，因此電漿形成中之各電極的熱負荷會變小，而可大幅減低因構成機器之熱負荷所造成之損傷。
此外，由於在一對同軸狀電極之相對向的中間位置形成有屬於電漿光之發光源的電漿，因此可使所產生之電漿光的有效放射立體角增大。
此外，絕緣體係為多孔質陶瓷且具備透過該多孔質陶瓷將電漿媒體供給至同軸狀電極內的電漿媒體供給裝置之構成，藉此即可連續地供給電漿媒體。
以下，參照附圖詳細說明本發明之較佳實施形態。再者，在各圖中，對於共通之部分標記同一符號，並省略其重複之說明。
第1圖係本發明之電漿光源之第1實施形態圖。
在第1圖中，本發明之電漿光源係具有一對同軸狀電極10、放電環境保持裝置20、及電壓施加裝置30。
一對同軸狀電極10係以對稱面1為中心相對向配置。
各同軸狀電極10係由棒狀之中心電極12、管狀之導引電極14及環狀之絕緣體16所構成。
棒狀之中心電極12係延伸在單一軸線Z-Z上的導電性電極。在本例中，在中心電極12之與對稱面1相對向之端面設置有凹孔12a，以使後述之面狀放電電流2與管狀放電4穩定化。此外，該構成並非必要者，中心電極12之與對稱面1相對向之端面可為圓弧狀，亦可為平面。
管狀之導引電極14係隔著一定之間隔圍繞中心電極12，在其之間保有電漿媒體。電漿媒體較佳為Xe(氙)、Sn(錫)、Li(鋰)等之氣體。再者，導引電極14之與對稱面1相對向之端面可為圓弧狀，亦可為平面。
環狀之絕緣體16係位在中心電極12與導引電極14之間的中空圓筒形狀的電性絕緣體，將中心電極12與導引電極14之間予以電性絕緣。
絕緣體16之形狀並不限定於此例，只要將中心電極12與導引電極14之間予以電性絕緣，亦可為其他形狀。
上述之一對同軸狀電極10之各中心電極12係位在同一軸線Z-Z上，且彼此隔著一定之間隔對稱配置。
放電環境保持裝置20係將電漿媒體供給至同軸狀電極10內，且將同軸狀電極10保持在適合電漿產生之溫度及壓力。
放電環境保持裝置20係可由例如真空腔室、溫度調節器、真空裝置及電漿媒體供給裝置所構成。該構成並非必要者，亦可為其他構成。
電壓施加裝置30係對各同軸狀電極10施加使極性反轉之放電電壓。
在本例中，電壓施加裝置30係由正電壓源32、負電壓源34及觸發開關36所構成。
正電壓源32係對一方(在本例中為左側)之同軸狀電極10之中心電極12施加比其導引電極14更高之正的放電電壓。
負電壓源34係對另一方(在本例中為右側)之同軸狀電極10之中心電極12施加比其導引電極14更低之負的放電電壓。
觸發開關36係使正電壓源32及負電壓源34同時動作，並對各個同軸狀電極12同時施加正負之放電電壓。
藉由該構成，本發明之電漿光源係在一對同軸狀電極10間形成管狀放電(如後述)而將電漿朝軸方向封入。
第2A圖至第2D圖係第1圖之電漿光源之動作說明圖。第2A圖係顯示面狀放電之發生時，第2B圖係顯示面狀放電之移動中，第2C圖係顯示面狀放電之形成時，第2D圖係顯示電漿封入磁場之形成時。
以下，參照第2A圖至第2D圖說明本發明之電漿光產生方法。
本發明之電漿光產生方法係相對向配置上述之一對同軸狀電極10，藉由放電環境保持裝置20將電漿媒體供給至同軸狀電極10內，且保持適合電漿產生之溫度及壓力，並藉由電壓施加裝置30對各同軸狀電極10施加使極性反轉之放電電壓。
如第2A圖所示，藉由該電壓施加，一對同軸狀電極10會在絕緣體16之表面分別產生面狀之放電電流(以下稱面狀放電2)。面狀放電2係流通於中心電極12與導引電極14之間，從同軸狀電極10之軸方向觀看時係為二維性擴展之面狀的放電電流，在後述之實施例中稱為「電流片」。
再者，此時左側之同軸狀電極10之中心電極12係被施加正電壓(+)，導引電極14係被施加負電壓(-)，右側之同軸狀電極10的中心電極12係被施加正電壓(-)，其導引電極14係被施加正電壓(+)。
此外，亦可使兩方之導引電極14接地而保持為0V，對一方中心電極12施加正電壓(+)，對另一方中心電極12施加負電壓(-)。
如第2B圖所示，面狀放電2係藉由自我磁場朝從電極排出之方向(圖中朝中心之方向)移動。
如第2C圖所示，當面狀放電2到達一對同軸狀電極10之前端時，夾持在一對面狀放電2之間的電漿媒體6係成為高密度、高溫，在各同軸狀電極10之相對向的中間位置(中心電極12之對稱面1)形成有單一之電漿3。此外，「單一之電漿3」之「單一」係指電漿3在受限之小區域擴展。該電漿3之擴展區域例如從軸線Z-Z之方向觀看時，看起來為點狀。就一例而言，電漿3之擴展區域係在與軸線Z-Z之方向正交之方向擴展達約1至2mm左右，在軸線Z-Z之方向擴展達約3至4mm左右。然而，該區域之尺寸係依據同軸狀電極10之尺寸或其他放電條件等而不同。
再者，在該狀態下，相對向之一對中心電極12係正電壓(+)與負電壓(-)，同樣地相對向之一對導引電極14亦為正電壓(+)與負電壓(-)，因此如第2D圖所示，面狀放電2係在相對向之一對中心電極12彼此、及相對向之一對導引電極14之間接續轉換為放電的管狀放電4。在此，管狀放電4係指包圍軸線Z-Z之中空圓筒狀的放電電流。
在形成該管狀放電4時，形成有圖中以符號5所示之電漿封入磁場(磁氣瓶)，可將電漿3朝半徑方向及軸方向封入。
亦即，磁氣瓶5係因電漿3之壓力，中央部會變大而其兩側會變小，而形成有朝電漿3之軸方向的磁氣壓斜率，因該磁氣壓斜率，電漿3係被拘束在中間位置。再者，藉由電漿電流之自我磁場，電漿3係朝中心方向被壓縮(Z尖縮)，因自我磁場產生之拘束亦會作用在半徑方向。
在該狀態下，若持續從電壓施加裝置30供給相當於電漿3之發光能量的能量，即能以高的能量轉換效率長時間穩定地使電漿光8(EUV)產生。
依據上述之本發明之裝置及方法，具備相對向配置之1對同軸狀電極10，使面狀之放電電流(面狀放電2)分別產生在一對同軸狀電極10，藉由面狀放電2在各同軸狀電極10之相對向的中間位置形成單一之電漿3，接著將面狀放電2接續轉換為一對同軸狀電極10間的管狀放電4，而形成封入電漿3之電漿封入磁場5(磁氣瓶5)，因而可長時間(μSec等級)穩定地使EUV放射用之電漿光產生。
再者，比較習知之毛細管放電或真空放電金屬電漿時，由於在一對同軸狀電極10之相對向的中間位置形成有單一之電漿3，而可大幅地(10倍以上)改善能量轉換效率，因此在電漿形成中之各電極的熱負荷會變小，可大幅地減低因構成機器之熱負荷所造成之損傷。
此外，由於在一對同軸狀電極10之相對向的中間位置形成有屬於電漿光之發光源的電漿3，因此可使所產生之電漿光的有效放射立體角增大。
第3圖係本發明之電漿光源之第2實施形態圖。
在本例中，環狀之絕緣體16係多孔質陶瓷。再者，本發明之電漿光源復具備電漿媒體供給裝置18。
電漿媒體供給裝置18係密接設置在多孔質陶瓷16之外表面，透過多孔質陶瓷16將電漿媒體供給至同軸狀電極10內(中心電極12與導引電極14之間)。
電漿媒體供給裝置18在本例中，係由在內部保有電漿媒體6之貯槽18a(例如坩堝)、及使電漿媒體液化之加熱裝置18b所構成。電漿媒體在本例中可為Sn、Li等在常溫為固體之電漿媒體。
其他構成係與第1實施形態相同。
利用第3圖之電漿光源，在本發明之電漿光產生方法中，將多孔質陶瓷16加熱維持在電漿媒體6(Sn、Li等)之蒸氣壓成為適合電漿產生之壓力(Torr等級)的溫度，而將同軸狀電極10內(中心電極12與導引電極14之間)作成為Torr等級之電漿媒體6的蒸氣環境。
此外，將電極導體(中心電極12與導引電極14)維持在電漿媒體6之蒸氣不會凝聚之高溫。
藉由上述構成，可連續地將電漿媒體6供給至同軸狀電極10內，且可長時間(μSec等級)穩定地使EUV放射用之電漿光產生。
第4圖係本發明之電漿光源之第3實施形態圖。
在本例中，本發明之電漿光源復具備點火用雷射裝置40。
在本例中，點火用雷射裝置40係由2台之雷射振盪器42及時序控制裝置44所構成，與以電壓施加裝置30施加放電電壓之時序同步地將雷射光7照射在一對同軸狀電極10之絕緣體16的表面。
此外，在第4圖中，14a係為用以供雷射光7通過而設置在導引電極14之開口。亦可用供雷射光7通過的透明體(例如石英玻璃)閉塞該開口14a。
在第4圖中，電壓施加裝置30係為脈衝高電壓電源38，且對一對同軸狀電極10之中心電極12與導引電極14施加使極性左右反轉之放電電壓。此外，電壓施加裝置30亦可為第1圖所示之構成。
其他構成係與第1實施形態相同。
藉由上述之構成，與放電電壓施加之時序同步地將雷射光7照射在絕緣體16之表面，藉此可減低放電顫震(jitter)，使相對向之同軸狀電極10的放電開始之時序一致。
第5A圖及第5B圖係本發明之電漿光源之第4實施形態圖。
第5A圖係一對同軸狀電極10之一方，第5B圖係B-B線之剖面圖。
在本例中，點火用雷射裝置40將雷射光7多點照射在各絕緣體16的表面之複數部位。多點照射之位置係為在各絕緣體16之周方向等間隔分離之位置，在本例中係周方向8部位。此外，為了在複數部位分割雷射光7，係使用例如光束分離器，且使光路長度一致。
如此，藉由分割雷射光7，以等間隔將雷射光7多點照射在各絕緣體16之周方向，即可減低周方向之放電顫震，使放電開始之周方向的時序一致。
(實施例1)
1.初期電流分佈與光源電漿的長脈衝化
(以毛細管放電進行之實驗)
就DPP產生方法而言最簡單者為毛細管放電。毛細管放電係在圓筒狀之絕緣體細管的兩端設置電極，並對電極間施加高電壓，藉此在細管內形成放電電漿者。
本發明之發明人等係改變毛細管形狀，調查初期電流分佈對EUV電漿之持續時間造成的影響。
(實驗裝置)
第6A圖、第6B圖及第6C圖係毛細管放電裝置之概要圖。
第6A圖係實驗裝置之概要圖，第6B圖係直線型毛細管之示意圖，第6C圖係錐型毛細管之示意圖。
直線型毛細管(第6B圖)之長度係10mm，內徑係3mm。錐型毛細管(第6C圖)之長度係10mm，陽極側及陰極側之內徑係分別為2mm、8mm。此外，毛細管係具有拉瓦噴嘴(Laval nozzle)構造，藉由電子控制之閥供給至毛細管內的氙氣(Xe gas)係在噴嘴內加速為超音速。由於以脈衝方式進行氣體之投入，因此可在將腔室內保持為10-6 torr程度之真空的狀態下驅動DPP。EUV信號係利用放置在毛細管軸方向之光電二極體(IRD公司製，AXUV20HSI)來測量。
(結果與考查)
第7A圖及第7B圖係顯示初期電流分佈之EUV信號之效果的圖。第7A圖係顯示直線型之典型的EUV信號。第7B圖係顯示錐型之典型的EUV信號。在各圖中，A係為輸入電流，B係為EUV信號。
由第7A圖及第7B圖得知，錐型之EUV信號B之持續時間會增加。通常使用在DPP之直線型毛細管放電中，係藉由毛細管沿面之電漿電流的自我磁場使電漿朝中心方向壓縮(Z尖縮)。藉由該Z尖縮而被壓縮加熱的電漿係成為高溫、高密度狀態，而在最大壓縮後因增加之壓力而急速地膨脹。因此，處於EUV放射狀態之電漿係只有在短時間存在。
自我磁場之強度PB 係以下式(2)表示。
在此，I為電漿電流，r為電漿半徑。在軸方向具有斜率之錐型毛細管放電電漿中，在電漿半徑r小之陽極側，自我磁場會變強，因毛細管內之軸方向的斜率，電漿會朝半徑方向被壓縮，同時從陽極側往陰極側於中心軸上漂移。移動於毛細管內之電漿係連續地被加熱，而可長時間維持高溫高密度狀態。
然而，即使在錐型毛細管放電之情形中，由於被Z尖縮之電漿係朝軸方向移動，放出至毛細管外部而自然膨脹，因此EUV之放射時間係僅獲得約300nsec左右。再者，由於在毛細管內產生電漿，因此有效之立體角並不夠大，而難以達成所要求之光源性能。
(實施例2) 2.利用尖點磁場(cusp magnetic field)之實驗
由前述之實驗結果可確認，若在電流之半徑方向有傾斜，則磁氣壓會產生差異且亦可在軸方向控制電漿。電漿之膨脹速度(熱速度)係為1cm/μsec左右，因此在考慮光源電漿之尺寸時，為了進行μsec之封閉，除了半徑方向之封閉以外，亦必須實現軸方向之電漿的封閉。因此，若獲得兩電極側之半徑小且在電極間中心之半徑最大之電流分佈，且可進行適合於該電流分佈之電流波形的驅動，則由自我磁場所產生之拘束力會作用在半徑方向，且由磁氣壓斜率所產生之拘束力會作用在軸方向，因此可進行電漿之長時間拘束。
第8圖係尖點磁場導引放電實驗的示意圖。
第8圖係顯示以施加磁場進行之電流分佈控制的概念。如圖所示，在兩電極之周圍設置永久磁鐵，而嘗試以尖點型磁場進行初期電流路之控制。在對電極施加高電壓之瞬間，從陰極飛出之電子係一面由電場與尖點型磁通所控制而移動至陽極，一面引起電子雪崩。結果，期待如圖所示之形狀的電流分佈的形成。
使用在原理實證實驗之電極直徑為2mm，電極間距離為4mm，具有表面磁通密度1.25T的磁鐵係內徑24mm外徑50mm，磁鐵間距離為8mm。
原理實證實驗的結果，藉由被導引至磁場B，而可在電極間中心附近觀測到更強之發光。再者，雖藉由進行預備電離而成功地進行略為穩定之放電，但再現性低而無法獲得穩定之結果。這可能是由於電流路徑之形成強烈地依存於初期之不確定的電子雪崩的路徑之故。EUV光源係為了獲得輸出而以1至10kHz之高重複為前提，因此電漿形成之不穩定性係造成輸出、效率的減低。
(實施例3) 3.以相對向電漿聚焦機構所進行之Z尖縮
第9圖係相對向電漿聚焦裝置的示意構成圖。第10A圖、第10B圖及第10C圖係顯示藉由電流之重新連接而期待之電漿的動作之圖。
為了確立穩定之EUV電漿之生成及封閉方法，提案一種使電漿聚焦機構相對向之DPP形成方法。如第9圖所示，使同軸狀之電漿聚焦電極相對向。兩者皆是使外側之導引電極14接地，並於內側電極(中心電極12)施加正與負之電壓。當對同軸狀電極(導引電極14與中心電極12)施加高電壓時，在絕緣體16(參照第10A圖、第10B圖及第10C圖)之沿面開始放電。在絕緣體面形成之電流片(面狀放電2)係藉由自我磁場而朝從電極排出之方向被推出。
藉由設置金屬觸發器/銷等對絕緣體表面施以對策，若可使同軸電極間之放電開始電壓的臨限值遠比施加電壓小，放電顫震即會變小。在此，放電顫震係指從施加電壓之施加至放電開始為止之延遲時間。
若放電顫震遠比電極間間隙中之電流片進展時間小，即可能產生在電極中心附近之撞擊。當電流片在電極間中心撞擊時，若電流路徑與磁場暫時崩壊而引起重新連接，即可期待第10A圖、第10B圖及第10C圖所示之電漿動作及能夠進行長時間電漿拘束的形狀。
在此，重新連接(接續地變換)係指電流路徑及磁場從在內側電極(中心電極12)與外側電極(導引電極14)之間的放電(第10A圖之狀態)變化為在相對向之一對內側電極(中心電極12)之間、及相對向之一對外側電極(導引電極14)之間的放電(第10B圖之狀態)。該重新連接係可依據一對同軸狀電極間的間隔調節、放電電壓之變化等自動地進行。
電流波形係可由電路參數所控制。在重新連接成功後，若可藉由最適當之電流波形使電漿之壓力斜率與半徑方向、軸方向之磁氣壓斜率平衡，即可進行μsec之電漿的拘束。
本實驗之重要點係為放電開始之同時性、電流片之均勻性、及達成上述特性時之電流片的重新連接。為了進行均勻之電流片的撞擊，首先進行用以確認均勻之電流片之排出的實驗。
(實驗裝置)
第11圖係具有同軸狀電極之電漿光源之實驗裝置的示意圖。
在第11圖中，中心電極12之電極徑為5mm，外側之導引電極14的內徑為10mm，並且為了防止在前端之放電開始，而對電極邊緣賦予曲率。同軸之電極(中心電極12與導引電極14)係由絕緣體(未圖示)所隔開，並設置針狀之觸發器/銷，俾在絕緣體表面開始均勻且穩定之放電。
同軸狀電極之深度(從絕緣體表面至同軸狀電極前端之距離)係可藉由改變絕緣體之長度而變化。電容器電容為1μF，施加電壓為10至15kV，電路阻抗為0.4μH。為了確認電流片之整體動作，係在軸方向設置高速分幅攝影機(framing camera，DRS HADLAND公司製，IMACON468)而在可見光區域進行觀測。
(結果與考查)
第12A圖及第12B圖係顯示電流片在同軸狀電極擴展之實驗結果。第12A圖及第12B圖係相當於第1圖之構成中從軸線Z-Z方向觀看之圖。在第12A圖及第12B圖中，「中心電極」係表示棒狀之中心電極12，「外側電極」係表示管狀之導引電極14。
第12A圖及第12B圖係對中心電極施加為-15kV且以正弦波形(週期4μsec)之電流進行驅動時之模樣。此時之放電峰值電流為4kA，初期氣體壓力為110mtorr(Ar)，曝光時間為100nsec。第12A圖係顯示剛好在放電開始後之電漿擴展的狀況，第12B圖係顯示從放電開始經過某時間(約400ns)後之電漿擴展的狀況。亦即，在該等圖中，以箭頭S所示之區域係電漿之擴展。
再者，在第12A圖及第12B圖中，方位角θ係為表示中心電極12周邊之周方向位置的旋轉角，並圖示θ=0°之位置與θ=±180°之位置。由圖得知，從一個部位(亦即θ=0°之位置)開始之放電到達峰值電流之時間為止，看得出朝方位角θ方向進行180度以上的擴展。由上述結果得知，同軸電極內之電流片係有朝θ方向擴展之傾向。亦即，在上述放電條件中，藉由在2個部位以上開始放電，即可獲得電流片之均勻性。
由第12B圖及第1圖之構造得知，由於本發明係可作成為在電漿之(相對於軸線Z-Z)半徑方向外側無遮蔽物之構造，因此可使電漿光之有效放射立體角增大。
在使電極深度變化而觀測電漿之排出時，在電極深度20mm可確認到電漿之排出。以從電漿之放電開始至排出之時間及電極深度的觀點來看，在上述之條件下，電流片的速度係成為約1cm/μsec左右。由於電極間間隙係為5至10mm左右，因此兩電極之放電開始的差異之可容許之程度係為約100nsec左右。
由以上實驗，可針對放電開始之同時性、電流片之均勻性獲得電流片撞擊用之指標。放電顫震係在裝置之性能上可實現之值，對於2個部位以上之放電開始點的形成，可藉由設置觸發器/銷來解決。
如上所述，本發明之發明人等係測量使用錐型毛細管之Xe電漿之EUV放射，並與習知之毛細管放電作比較。進行電流波形之操作且確認出EUV之發光時間會變長。與在以相同之放電條件下動作的直線型毛細管之情形相比較，使用錐型毛細管時放射繼續時間係延長為約1.5倍。吾人並了解到，放電電流之操作對放射時間之延長為重要之事。再者，雖延長為1.5倍，但300nsec之放射時間對於達成輸出提升、效率提升之目標尚不足。
為了解決上述問題，就具有可操作初期電流分佈之可能性的方法而言，係進行將尖點磁場用作為放出電子之導引的實驗。雖以實驗確認出因磁場所帶來之導引效果，但錐型毛細管之導引效果並非有效，無法確認出穩定之電漿形狀。這可能是電漿形成過於依存於不穩定之初期放出電子之路徑之故。
為了達成穩定之EUV電漿之產生與封閉的方法，提案一種使極性反轉之一對電漿聚焦相對向之方法。若放電之同時性、電流片之均勻性、以及電流片之重新連接成功，則電漿係朝軸方向被壓縮，並且由自我磁場所維持，而可形成適合於EUV之長時間放射之穩定配位的電漿形狀。藉由形成被空間性、時間性地控制之光源電漿，可改善EUV電漿光源之能量轉換效率。
此外，本發明並不限定在上述實施形態，而是由申請專利範圍所記載所限定，且包含與申請專利範圍之記載均等之意義及範圍內之所有變更。
1．．．對稱面
2．．．面狀放電電流(面狀放電)
3．．．電漿
4．．．管狀放電電流(管狀放電)
5．．．電漿封入磁場(磁氣瓶)
6．．．電漿媒體
7．．．雷射光
10．．．同軸狀電極
12．．．中心電極
12a．．．凹孔
14．．．導引電極
14a．．．開口
16．．．絕緣體(多孔質陶瓷)
18．．．電漿媒體供給裝置
18a．．．貯槽
20．．．放電環境保持裝置
30．．．電壓施加裝置
32．．．正電壓源
34．．．負電壓源
36．．．觸發開關
38．．．脈衝高電壓電源
40．．．點火用雷射裝置
第1圖係本發明之電漿光源之第1實施形態圖。
第2A圖係顯示面狀放電之發生時。
第2B圖係顯示面狀放電之移動中。
第2C圖係顯示面狀放電之形成時。
第2D圖係顯示電漿封入磁場之形成時。
第3圖係本發明之電漿光源之第2實施形態圖。
第4圖係本發明之電漿光源之第3實施形態圖。
第5A圖係本發明之電漿光源之第4實施形態圖。
第5B圖係第5A圖之B-B線的剖面圖。
第6A圖係實驗裝置之概要圖。
第6B圖係直線型毛細管之示意圖。
第6C圖係錐型毛細管之示意圖。
第7A圖係顯示直線型之典型的EUV信號。
第7B圖係顯示錐型之典型的EUV信號。
第8圖係尖點磁場導引放電實驗的示意圖。
第9圖係相對向電漿聚焦裝置的示意構成圖。
第10A圖係顯示電流片在電極間中心撞擊時。
第10B圖係顯示電漿封入磁場之形成時。
第10C圖係顯示EUV之發光時。
第11圖係具有同軸狀電極之電漿光源之實驗裝置的示意圖。
第12A圖係顯示電流片在同軸狀電極擴展之實驗結果。
第12B圖係顯示電流片在同軸狀電極擴展之其他實驗結果。
1．．．對稱面
10．．．同軸狀電極
12．．．中心電極
12a．．．凹孔
14．．．導引電極
16．．．絕緣體(多孔質陶瓷)
20．．．放電環境保持裝置
30．．．電壓施加裝置
32．．．正電壓源
34．．．負電壓源
36．．．觸發開關

Claims (7)

  1. 一種電漿光源，其特徵為具備：相對向配置之一對同軸狀電極；放電環境保持裝置，將電漿媒體供給至該同軸狀電極內，且保持適合電漿產生之溫度及壓力；及電壓施加裝置，對各同軸狀電極施加使極性反轉之放電電壓；其中，前述各同軸狀電極係具有中心電極、及隔著間隔圍繞該中心電極的導引電極，並構成為，以前述電壓施加裝置對各同軸狀電極施加使極性反轉之放電電壓，而使一對同軸狀電極分別產生面狀放電，該各面狀放電係朝前述同軸狀電極之前端側移動，藉由該各面狀放電，在各同軸狀電極之相對向的中間位置形成單一之電漿，該面狀放電係接續地轉換為一對同軸狀電極間之管狀放電，而在一對同軸狀電極間形成該管狀放電，並將電漿朝軸方向與半徑方向封入，前述管狀放電係包含：於前述一對同軸狀電極中之一方的同軸狀電極的前述中心電極與前述一對同軸狀電極中之另一方的同軸狀電極的前述中心電極之間發生的管狀放電；以及於前述一方的同軸狀電極的前述導引電極與前述另一方的同軸狀電極的前述導引電極之間發生的管狀放電。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿光源，其中，前述各同 軸狀電極的前述中心電極係在單一軸線上延伸，前述各同軸狀電極係具有位於中心電極與導引電極之間並將兩者之間予以絕緣之環狀的絕緣體，一對同軸狀電極之各中心電極係位在前述同一軸線上，且彼此隔著一定之間隔對稱配置。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之電漿光源，其中，前述電壓施加裝置係具有：正電壓源，對一方同軸狀電極之中心電極施加比其導引電極高之正的放電電壓；負電壓源，對另一方同軸狀電極之中心電極施加比其導引電極低之負的放電電壓；及觸發開關，對各個同軸狀電極同時施加前述正電壓源及負電壓源。
  4. 如申請專利範圍第2項之電漿光源，其中，前述絕緣體係為多孔質陶瓷，並且具備透過該多孔質陶瓷將電漿媒體供給至同軸狀電極內的電漿媒體供給裝置，該電漿媒體供給裝置係由在內部保有電漿媒體之貯槽、及使電漿媒體液化之加熱裝置所構成。
  5. 如申請專利範圍第1項之電漿光源，其中，具備與放電電壓之施加時序同步地對前述一對同軸狀電極之絕緣體表面照射雷射光的點火用雷射裝置。
  6. 如申請專利範圍第5項之電漿光源，其中，前述點火用雷射裝置係將雷射光多點照射在前述各絕緣體表面之複數部位。
  7. 一種電漿光產生方法，其特徵為： 準備一對的同軸狀電極，該對同軸狀電極係分別具有中心電極、隔著間隔圍繞該中心電極的導引電極；以及相對向配置一對同軸狀電極，將電漿媒體供給至前述同軸狀電極內，且保持適合電漿產生之溫度及壓力，並對各同軸狀電極施加使極性反轉之放電電壓，而使一對同軸狀電極分別產生面狀放電，該各面狀放電係朝前述同軸狀電極之前端側移動，藉由該各面狀放電在各同軸狀電極之相對向的中間位置形成單一之電漿，接著將前述面狀放電接續地轉換為一對同軸狀電極間之管狀放電，以形成將前述電漿朝軸方向與半徑方向封入之磁場，前述管狀放電係包含：於前述一對同軸狀電極中之一方的同軸狀電極的前述中心電極與前述一對同軸狀電極中之另一方的同軸狀電極的前述中心電極之間發生的管狀放電；以及於前述一方的同軸狀電極的前述導引電極與前述另一方的同軸狀電極的前述導引電極之間發生的管狀放電。
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