WO2022038921A1 - 極端紫外光光源装置 - Google Patents

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WO2022038921A1
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debris
plasma
shield plate
light source
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則孝 芦澤
泰伸 藪田
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ウシオ電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an extreme ultraviolet light source device.
  • EUV light source device As a next-generation semiconductor exposure light source, an extreme ultraviolet light source device (hereinafter, also referred to as an EUV light source device) that emits extreme ultraviolet light having a wavelength of 13.5 nm (hereinafter, also referred to as EUV (Extreme Ultra Violet) light). Development is underway.
  • EUV radiation extreme ultraviolet light
  • One of these methods is a method of generating high-temperature plasma by heating and exciting extreme ultraviolet light emission species (hereinafter, also referred to as EUV emission species), and extracting EUV light from the high-temperature plasma.
  • the EUV light source device that employs such a method is divided into an LPP (Laser Produced Plasma) method and a DPP (Discharge Produced Plasma) method according to the high temperature plasma generation method.
  • the DPP type EUV light source device applies a high voltage to the gap between the electrodes to which the discharge gas containing the EUV emission species (gas phase plasma raw material) is supplied, and generates high-density high-temperature plasma by the discharge, from which high-density high-temperature plasma is generated. It utilizes the emitted extreme ultraviolet light.
  • a liquid high-temperature plasma raw material for example, Sn (tin)
  • a laser beam is applied to the raw material.
  • a method has been proposed in which the raw material is vaporized by irradiating it with an energy beam such as the above, and then a high-temperature plasma is generated by electric discharge.
  • Such a method is sometimes called an LDP (Laser Assisted Discharge Plasma) method.
  • the EUV light source device is used as a light source device for a lithography device in semiconductor device manufacturing.
  • the EUV light source device is used as a light source device for a mask inspection device used for lithography. That is, the EUV light source device is used as a light source device for another optical system device (utilization device) that uses EUV light. Since EUV light is easily attenuated in the atmosphere, the plasma and the equipment used are placed in a depressurized atmosphere, that is, a vacuum environment.
  • the debris trap divides the arranged space into small pieces by a plurality of foils, and works to lower the conductance of the part and increase the pressure.
  • the debris slows down due to the increased probability of collision with the atmospheric gas in this pressure-increased region, and the debris traveling direction deviates from the EUV light ray direction.
  • a debris trap a fixed foil trap (foil trap) in which the positions of a plurality of foils are fixed, and a low-speed debris having a relatively large mass are rotated in a direction orthogonal to the debris traveling direction.
  • a rotary foil trap that captures debris. Both the rotary foil trap and the fixed foil trap may be provided in one device, or one of them may be provided.
  • a heat shield is placed between the debris trap and the plasma.
  • the heat shield plate is formed with an opening (aperture) through which EUV light traveling toward the utilization device passes. When the debris accumulated on the heat shield plate reaches a certain amount, it becomes droplets, collects under the heat shield plate due to gravity, and falls into the debris storage container (tin recovery container).
  • the heat emitted from the plasma also increases, which may cause the debris trap to overheat and be damaged.
  • the debris trap emits secondary heat radiation emitted by the heat shield heated by the radiation from the plasma, in addition to the direct radiation emitted from the plasma and passing through the opening of the heat shield to reach the debris trap. receive. Therefore, in order to reduce the heat load of the debris trap, the temperature of the heat shield plate may be lowered. However, if the heat shield is excessively cooled, debris will solidify and accumulate on the heat shield. It is desirable that the debris that reaches the heat shield plate becomes a liquid, collects under the heat shield plate due to gravity, and falls into the debris storage container.
  • an object of the present invention is to provide an extreme ultraviolet light source device that prevents overheating of the debris trap and does not hinder the stable operation of the device due to debris accumulated on the heat shield plate.
  • the extreme ultraviolet light source device is a vacuum casing arranged between a light source unit that generates plasma that emits extreme ultraviolet light, a utilization device that utilizes the extreme ultraviolet light, and the light source unit.
  • the debris trap arranged inside the vacuum housing, and the debris trap that diverts the traveling direction of the debris emitted from the plasma toward the utilization device from the light source of the extreme ultraviolet light, and inside the vacuum housing.
  • It includes a heat shield structure arranged between the plasma and the debris trap, and a cooling mechanism for cooling the heat shield structure.
  • the heat shield structure has a first heat shield and a second heat shield that overlaps the first heat shield at intervals.
  • the second heat shield plate is arranged between the first heat shield plate and the plasma.
  • the first heat shield plate is configured to be cooled by the cooling mechanism.
  • the first heat shield plate far from the plasma is separated from the second heat shield plate.
  • the temperature of the second heat shield plate close to the plasma and the debris accumulated therein becomes high due to the radiation from the plasma
  • the first heat shield plate far from the plasma is separated from the second heat shield plate.
  • the cooling mechanism has a water cooling pipe for cooling the vacuum housing and a holding member which is brought into contact with the vacuum housing to hold the first heat shield plate.
  • the heat of the first heat shield plate is conducted to the vacuum housing cooled by the water-cooled pipe via the holding member, and the first heat shield plate is cooled.
  • the second heat shield is separated from the vacuum housing and the cooling mechanism, and is not directly connected to the first heat shield.
  • the second heat shield since the second heat shield does not have direct heat conduction with the vacuum housing, the first heat shield and the cooling mechanism, the second heat shield receives radiation from the plasma. When it is, it is maintained at a high temperature.
  • the second heat shield has a tungsten central portion and a molybdenum peripheral portion surrounding the central portion, and the central portion and the peripheral portion are interchangeably coupled.
  • the durability of the second heat shield plate is improved by forming the central portion, which is close to the plasma and tends to have a high temperature, from tungsten having a higher melting point.
  • the peripheral portion is made of molybdenum, which is cheaper than tungsten, the cost of the second heat shield can be reduced.
  • the peripheral portion is made of highly flexible molybdenum, it is easy to bend the peripheral portion so as to adapt to the arrangement of the surrounding members. Further, since the central portion and the peripheral portion are interchangeably connected, if the central portion is damaged at a high temperature, only the central portion can be replaced and the peripheral portion can be reused.
  • the debris accumulated on the heat shield plate can be maintained at a high temperature and the debris trap can be prevented from overheating.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram which shows the extreme ultraviolet light source apparatus which concerns on embodiment of this invention. It is a side sectional view which shows a part of the extreme ultraviolet light source apparatus which concerns on embodiment. It is a front view of the rotary foil trap of the extreme ultraviolet light source apparatus which concerns on embodiment. It is sectional drawing seen from the side of the heat shield plate structure which concerns on embodiment. It is sectional drawing seen from the top of the heat shield plate structure which concerns on embodiment. It is a perspective view of the heat shield structure which concerns on embodiment. It is a perspective view of the 1st heat shield plate of the heat shield plate structure which concerns on embodiment. It is a perspective view of the 2nd heat shield plate of the heat shield plate structure which concerns on embodiment.
  • the extreme ultraviolet light source device (EUV light source device) 1 can be used as a light source device for a lithography device in semiconductor device manufacturing or a light source device for an inspection device for a lithography mask, for example, extreme ultraviolet light (EUV light) having a wavelength of 13.5 nm. It is a device that emits light.
  • the EUV light source device 1 according to the embodiment is an LDP type EUV light source device. More specifically, the EUV light source device irradiates the plasma raw material of the liquid phase supplied to the surface of the pair of electrodes that generate electric discharge with an energy beam such as a laser beam to vaporize the plasma raw material, and then between the electrodes. High temperature plasma is generated by the discharge of. EUV light is emitted from the plasma.
  • the EUV light source device 1 has a chamber 11 that internally generates plasma.
  • the chamber 11 is made of a rigid body, for example metal.
  • the inside of the chamber (vacuum housing) 11 is evacuated to suppress the attenuation of EUV light.
  • the depiction of the inside of the chamber 11 in FIG. 1 is a plan view of the inside of the chamber 11.
  • the light source unit 12 has a pair of discharge electrodes 21a and 21b.
  • the discharge electrodes 21a and 21b are disks of the same shape and size, and the discharge electrode 21a is used as a cathode and the discharge electrode 21b is used as an anode.
  • the discharge electrodes 21a and 21b are formed of, for example, refractory metals such as tungsten, molybdenum, and tantalum.
  • the discharge electrodes 21a and 21b are arranged at positions separated from each other, and the peripheral portions of the discharge electrodes 21a and 21b are close to each other.
  • discharge region D the gap between the cathode 21a and the anode 21b where the peripheral edge portion of the cathode 21a and the peripheral edge portion of the anode 21b are closest to each other.
  • the cathode 21a is connected to the rotation shaft 23a of the motor 22a and rotates around the axis of the cathode 21a.
  • the anode 21b is connected to the rotation shaft 23b of the motor 22b and rotates around the axis of the anode 21b.
  • the motors 22a and 22b are arranged outside the chamber 11, and the rotation shafts 23a and 23b extend from the outside of the chamber 11 to the inside.
  • the gap between the rotating shaft 23a and the wall of the chamber 11 is sealed with a sealing member such as, for example, a mechanical seal 24a, and the gap between the rotating shaft 23b and the wall of the chamber 11 is also, for example, the mechanical seal 24b. It is sealed with a sealing member such as.
  • the sealing member allows the rotation shafts 23a and 23b to rotate while maintaining the reduced pressure atmosphere in the chamber 11.
  • the discharge electrodes 21a and 21b are driven by separate motors 22a and 22b, respectively.
  • the rotation of these motors 22a and 22b is controlled by the control unit 15.
  • a container 26a in which the liquid phase plasma raw material 25a is stored and a container 26b in which the liquid phase plasma raw material 25b is stored are arranged inside the chamber 11.
  • the heated liquid phase plasma raw materials 25a and 25b are supplied to the containers 26a and 26b.
  • the plasma raw materials 25a and 25b of the liquid phase are, for example, tin (Sn).
  • the lower portion of the cathode 21a is immersed in the plasma raw material 25a in the container 26a, and the lower portion of the anode 21b is immersed in the plasma raw material 25b in the container 26b. Therefore, the plasma raw material adheres to the discharge electrodes 21a and 21b.
  • the discharge electrodes 21a and 21b rotate, the liquid phase plasma raw materials 25a and 25b are transported to the discharge region D where the high temperature plasma should be generated.
  • a laser (energy beam irradiator) 28 for irradiating the plasma raw material 25a coated on the cathode 21a with an energy beam to vaporize the plasma raw material 25a is arranged outside the chamber 11.
  • the laser 28 is, for example, an Nd: YVO 4 laser (Neodymium-doped Yttrium Orthovanadate laser) and emits an infrared laser beam L.
  • the energy beam irradiation device may be a device that emits a beam other than the laser beam that can vaporize the plasma raw material 25a.
  • the irradiation timing of the laser beam by the laser 28 is controlled by the control unit 15.
  • the infrared laser beam L emitted from the laser 28 is guided to the movable mirror 31.
  • Condensing means is typically arranged between the laser 28 and the movable mirror 31.
  • the condensing means includes, for example, a condensing lens 29.
  • the infrared laser beam L is reflected by the movable mirror 31 arranged outside the chamber 11, passes through the transparent window 30 provided on the wall of the chamber 11, and reaches the outer peripheral surface of the cathode 21a near the discharge region D. Be irradiated.
  • the axes of the discharge electrodes 21a and 21b are not parallel in order to facilitate irradiating the outer peripheral surface of the cathode 21a with the infrared laser beam L.
  • the distance between the rotating shafts 23a and 23b is narrow on the motor side and wide on the electrode side.
  • the anode 21b is arranged between the cathode 21a and the movable mirror 31.
  • the infrared laser beam L reflected by the movable mirror 31 passes near the outer peripheral surface of the anode 21b and then reaches the outer peripheral surface of the cathode 21a.
  • the anode 21b is retracted from the cathode 21a to the left side of FIG. 1 so as not to interfere with the progress of the infrared laser beam L.
  • the liquid phase plasma raw material 25a coated on the outer peripheral surface of the cathode 21a near the discharge region D is vaporized by irradiation with the infrared laser beam L, and the gas phase plasma raw material is generated in the discharge region D.
  • the pulse power supply unit 35 supplies power to the cathode 21a and the anode 21b, and discharges between the cathode 21a and the anode 21b.
  • the pulse power supply unit 35 periodically supplies pulse power to the discharge electrodes 21a and 21b.
  • the pulse power supply unit 35 is arranged outside the chamber 11.
  • the feeder line extending from the pulse power supply unit 35 passes through the seal member 36 which is embedded in the wall of the chamber 11 and maintains the reduced pressure atmosphere in the chamber 11, and extends to the inside of the chamber 11.
  • the two feeders extending from the pulse power supply unit 35 are connected to the containers 26a and 26b, respectively.
  • the containers 26a and 26b are made of a conductive material, and the plasma raw materials 25a and 25b inside the containers 26a and 26b are also conductive materials and tin.
  • the discharge electrodes 21a and 21b are immersed in the plasma raw materials 25a and 25b inside the containers 26a and 26b. Therefore, when the pulse power supply unit 35 supplies the pulse power to the containers 26a and 26b, the pulse power is eventually supplied to the discharge electrodes 21a and 21b.
  • the plasma material of the gas phase in the discharge region D is heated and excited by a large current, and a high temperature plasma is generated. Further, due to the high heat, the plasma raw material 25b of the liquid phase coated on the outer peripheral surface of the anode 21b near the discharge region D is also turned into plasma.
  • EUV light E is emitted from the high temperature plasma.
  • the EUV light E is used in a utilization device 40 (lithography device or mask inspection device) which is another optical system device.
  • a connection chamber (vacuum housing) 42 is arranged between the chamber 11 and the utilization device 40.
  • the internal space of the connecting chamber 42 communicates with the chamber 11 through a window 43, which is a through hole formed in the wall of the chamber 11. Further, the connection chamber 42 communicates with the utilization device 40.
  • a window 43 which is a through hole formed in the wall of the chamber 11.
  • the connection chamber 42 communicates with the utilization device 40.
  • the utilization device 40 In the drawing, only a part of the utilization device 40 is shown. Further, in FIG. 1, the details of the connection chamber 42 are not shown. As shown in the side sectional view of FIG.
  • a window 44 which is a through hole is formed in the wall of the connection chamber 42, and the internal space of the connection chamber 42 communicates with the utilization device 40 through the window 44. ..
  • the inside of the connection chamber 42 is also evacuated to suppress the attenuation of EUV light E.
  • the EUV light E emitted from the plasma in the discharge region D is introduced into the utilization device 40 through the windows 43 and 44.
  • debris 46 is emitted from the plasma together with EUV light.
  • the debris 46 contains tin particles, which are raw materials for high-temperature plasma, and material particles of the discharge electrodes 21a and 21b, which are slightly damaged by being irradiated with an energy beam.
  • the debris 46 may damage or contaminate the reflective film of the optical element in the utilization device and deteriorate the performance. Therefore, to prevent the debris 46 from entering the utilization device 40, the traveling direction of the debris 46 is EUV.
  • a debris trap is provided in the connecting chamber 42 to divert the light from the direction of the light beam.
  • the debris trap has a rotary foil trap 50 that captures the debris 46 by rotational motion.
  • a fixed foil trap may be provided on the path of EUV light in the connecting chamber 42.
  • the rotary foil trap 50 has the configuration disclosed in Patent Document 1. Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, the rotary foil trap 50 has a central hub 51, a large number of outer rings 52 concentric with the hub 51, and a large number arranged between the hub 51 and the outer ring 52. It has a foil 53. Each foil 53 is a thin film or a thin flat plate. The foils 53 are arranged radially at equal angular intervals. Each foil 53 is on a plane containing the central axis of the hub 51.
  • the material of the rotary foil trap 50 is a refractory metal such as tungsten and / or molybdenum.
  • the hub 51 is connected to the rotation shaft 55 of the motor (rotation drive device) 54, and the central axis of the hub 51 coincides with the center axis of the rotation shaft 55.
  • the rotary shaft 55 can be regarded as the rotary shaft of the rotary foil trap 50.
  • the rotary foil trap 50 rotates, and the rotating foil 53 catches the incoming debris 46 and prevents the debris 46 from entering the utilization device 40.
  • the rotary foil trap 50 is located inside the connection chamber 42, whereas the motor 54 is located outside the connection chamber 42.
  • a through hole 56 through which the rotation shaft 55 passes is formed in the wall of the connection chamber 42.
  • the gap between the rotating shaft 55 and the wall of the connecting chamber 42 is sealed with a sealing member such as, for example, a mechanical seal 57.
  • the rotary shaft 55 may be made hollow and cooling water may be circulated for cooling. Further, in order to prevent the motor 54 itself from burning, a water cooling pipe 59 is wound around the motor 54. Water is flowing through the water cooling pipe 59, and heat is taken from the motor 54 by heat exchange. Further, in order to reduce radiation from the plasma to the rotary foil trap 50 and prevent overheating, a heat shield structure 60 formed of a refractory metal is arranged in the connection chamber 42. The heat shield structure 60 is interposed between the plasma and the rotary foil trap 50. The heat shield structure 60 is formed with an opening 60a that penetrates. The opening 60a is located between the window 44 and the plasma.
  • EUV light E is emitted from the plasma in various directions.
  • a part of EUV light E is introduced into the utilization device 40 through the window 43 of the chamber 11, the opening 60a of the heat shield structure 60, the gaps between the plurality of foils 53 of the rotary foil trap 50, and the window 44.
  • the plurality of foils 53 of the rotary foil trap 50 are arranged parallel to the light ray direction of the EUV light E traveling toward the window 44 so as not to block the EUV light E traveling toward the window 44 from the plasma (light emitting point). Ru. That is, in the case of the rotary foil trap 50 in which each foil 53 is arranged on a plane including the central axis of the hub 51 as shown in FIG.
  • a motor 54 for rotating the rotary foil trap 50 is arranged outside the connection chamber 42 in which the rotary foil trap 50 is located. Therefore, it is easy to inspect and repair the motor 54, the wirings 54a and 54b of the motor 54, and the water cooling pipe 59. Further, since the wirings 54a and 54b of the motor 54 and the water cooling pipe 59 are arranged outside the connection chamber 42, the number of sealing points of the connection chamber 42 can be reduced as compared with the case where the wirings 54a and 54b of the motor 54 are arranged inside the connection chamber 42. can.
  • the motor 54 is arranged outside the connection chamber 42, the motor 54 can be easily cooled.
  • debris 46 is also emitted from the plasma in various directions.
  • a portion of the debris 46 penetrates the connecting chamber 42 through the window 43 of the chamber 11.
  • a debris storage container 64 into which the debris 46 falls is arranged below the connection chamber 42.
  • a part of the debris 46 that has entered the connection chamber 42 is deposited on the heat shield structure 60. They are melted by the radiation applied to the heat shield structure 60 from the plasma, and eventually become droplets when a certain amount is reached. Then, the droplets gather below the heat shield structure 60 due to gravity and fall into the debris storage container 64. In this way, the heat shield structure 60 reduces the debris 46 that advances toward the rotary foil trap 50.
  • a part of the debris 46 that has entered the connection chamber 42 and the plasma raw material that has leaked from the containers 26a and 26b are guided by the receiving plate 65 installed in the connection chamber 42 and heated by the heater and fall into the debris storage container 64.
  • the debris 46 that has entered the connection chamber 42 and passed through the opening 60a of the heat shield structure 60 is captured by the foil 53 of the rotary foil trap 50 and then falls into the debris storage container 64.
  • the debris storage container 64 is arranged outside the connection chamber 42.
  • a through hole 66 is formed in the bottom wall of the connection chamber 42 to communicate the internal space of the debris storage container 64 and the internal space of the connection chamber 42.
  • the debris storage container 64 has a flange 64A at the top.
  • the opening of the debris storage container 64 surrounded by the flange 64A is overlapped with the through hole 66, and the flange 64A is fixed to the bottom wall of the connection chamber 42, for example, with a screw.
  • the gap between the flange 64A and the bottom wall of the connecting chamber 42 is sealed by a gasket 68 provided here.
  • the debris storage container 64 can also be referred to as a tin recovery container.
  • a heater wiring 69 for heating the debris storage container 64 is wound around the debris storage container 64.
  • the inside of the debris storage container 64 is heated to the melting point (about 232 ° C.) or higher of tin by the heater wiring 69, and the tin accumulated inside the debris storage container 64 is made into a liquid phase.
  • the reason why the tin inside the debris storage container 64 is used as the liquid phase is that when the solid debris 46 accumulates, the accumulation grows at the point where the debris 46 easily falls, as if it were a stalagmite in a limestone cave. Because it will go.
  • the debris accumulation grows like a stalagmite, it may come into contact with, for example, the rotary foil trap 50, which may hinder the rotation of the rotary foil trap 50 or damage the rotary foil trap 50.
  • the deposit may reach the optical path of the EUV light E traveling toward the window 44 and block the EUV light E.
  • the tin inside the debris storage container 64 into a liquid phase, the tin is flattened in the debris storage container 64, and tin can be efficiently stored.
  • the heating by the heater wiring 69 is stopped, the debris storage container 64 returns to room temperature, and then the inside of the connection chamber 42 is returned to atmospheric pressure.
  • the debris storage container 64 is removed from the connection chamber 42, and a new (tin-free) debris storage container 64 is attached to the connection chamber 42.
  • a new (tin-free) debris storage container 64 is attached to the connection chamber 42.
  • the tin inside the debris storage container 64 removed from the connection chamber 42 is in a solid phase, it can be removed from the debris storage container 64 by reheating.
  • the debris 46 captured by the rotary foil trap 50 falls into the debris storage container 64 through the through hole 66 formed in the wall of the connection chamber 42.
  • the debris storage container 64 is arranged outside the connection chamber 42. Therefore, the debris 46 does not adhere to the heater wiring 69 that heats the debris storage container 64, and the heater wiring 69 can be easily inspected and repaired. Further, since the debris storage container 64 can be easily removed from the connection chamber 42, it is easy to replace the debris storage container 64 with a new debris storage container 64. Further, after the tin is taken out from the removed debris storage container 64, the debris storage container 64 can be reused.
  • a monitoring device 70 for monitoring EUV light E is arranged outside the connection chamber 42.
  • the monitoring device 70 is a detector that detects the presence of EUV light E or a measuring device that measures the intensity of EUV light E.
  • An extreme ultraviolet light guide hole 71 which is a through hole through which EUV light E passes, is formed on the wall of the connection chamber 42, and EUV light E leaks between the extreme ultraviolet light guide hole 71 and the monitoring device 70.
  • a pipe 72 is provided through which the tube 72 passes through.
  • An opening 60b is formed in the heat shield structure 60, and a monitoring device 70, an extreme ultraviolet light guide hole 71, and a tube 72 are arranged on an extension of a straight line connecting the plasma and the opening 60b. Therefore, a part of the EUV light E emitted from the plasma is the window 43 of the chamber 11, the opening 60b of the heat shield structure 60, the gaps between the plurality of foils 53 of the rotary foil trap 50, and the wall of the connecting chamber 42. It passes through the lumen of the extreme ultraviolet light guide hole 71 and the tube 72 to reach the monitoring device 70. In this way, the EUV light E can be monitored by the monitoring device 70.
  • the monitoring device 70 Since the monitoring device 70 is arranged outside the connection chamber 42, it is easier to inspect and repair the wiring 70a and 70b of the monitoring device 70 and the monitoring device 70 as compared with the case where the monitoring device 70 is arranged inside the connection chamber 42. Further, since the wirings 70a and 70b of the monitoring device 70 are arranged outside the connection chamber 42, there are fewer sealing points of the connection chamber 42 as compared with the case where the wiring 70a and 70b are arranged inside the connection chamber 42. Further, since the monitoring device 70 is arranged outside the connection chamber 42, a cooling mechanism can be easily added as needed, so that overheating of the monitoring device 70 can be suppressed.
  • the heat shield structure 60 has a composite structure having two heat shield plates. Specifically, the heat shield structure 60 has a first heat shield plate 75 and a second heat shield plate 76. The second heat shield plate 76 is arranged between the first heat shield plate 75 and the plasma, and is superposed on the first heat shield plate 75 at intervals. The second heat shield plate 76 is interchangeably coupled by a plurality of screws 79 on a plurality of columns 91 attached to the support frame 90. The support column 91 passes through a through hole 78 provided in the first heat shield plate 75. The support frame 90 that supports the second heat shield plate 76 is connected on the connection chamber 42 at a location (not shown).
  • the diameter of the through hole 78 is larger than the diameter of the support column 91, and the first heat shield plate 75 and the support column 91 are arranged so as not to come into contact with each other.
  • the first heat shield plate 75 is connected to the connection chamber 42 via a plurality of holding portions 77 (see FIGS. 5 to 7 described later).
  • the through hole 78 of the first heat shield plate 76 is provided so as not to come into contact with the first heat shield plate 76 without directly attaching the second heat shield plate 76 and the first heat shield plate 75.
  • the support frame 90 and the support 91 are made of a metal material such as titanium or stainless steel having a relatively low thermal conductivity, or ceramics such as alumina (Al 2 O 3 ) or zirconia (ZrO 2 ).
  • the through hole 75a of the first heat shield plate 75 and the through hole 76a of the central portion 80 of the second heat shield plate 76 are positioned to form the above opening 60a.
  • the opening 60a allows the EUV light E to travel from the plasma to the utilization device 40.
  • the through hole 75b of the first heat shield plate 75 and the through hole 76b of the central portion 80 of the second heat shield plate 76 are also positioned to form the above opening 60b.
  • the opening 60b allows the EUV light E to travel from the plasma to the monitoring device 70.
  • the debris that reach the plane including the first heat shield plate 75 is defined by the through holes 76a and 76b on the second heat shield plate 76. ..
  • the through holes 75a and 75b are sized and shaped to completely cover the debris reach on the first heat shield 75.
  • the first heat shield plate 75 is the second heat shield. It is better to select the size and shape of the through holes 75a and 75b so that they cannot be seen in the shadow of the plate 76. This is because the debris 46 travels straight from the plasma together with the EUV light E, but when the first heat shield plate 75 is exposed in a region that is not in the shadow of the second heat shield plate 76, the first heat shield plate 75 becomes the first heat shield plate 75. This is because debris accumulates directly.
  • the periphery of the through holes 75a and 75b is not in the shadow of the second heat shield plate 76.
  • Debris accumulates.
  • the debris 46 continues to accumulate without melting.
  • the first heat shield plate 75 and the second heat shield plate 76 are connected by the accumulated debris to generate heat conduction, so that the temperature of the second heat shield plate 76 drops and the second heat shield plate 76 is generated. Debris also accumulates on 76.
  • the support frame 90 not only supports the second heat shield plate 76, but is also captured by the rotary foil trap 50 and moves radially on the foil of the rotary foil trap 50 by centrifugal force to end the foil. It has a function of preventing debris separated from the portion from being scattered inside the connection chamber 42. Therefore, the rotary foil trap 50 is entirely covered by the support frame 90.
  • An opening is provided in the front wall of the support frame 90 (the wall on the heat shield structure 60 side), and the through hole 90a, in the rear wall of the support frame 90 (the wall opposite to the heat shield structure 60). 90b is formed.
  • the through hole 90a is between the opening 60a and the window 44, allowing EUV light E to travel to the utilization device 40.
  • the through hole 90b is between the opening 60b and the extreme ultraviolet light guide hole 71 and allows EUV light E to advance to the monitoring device 70.
  • a debris discharge hole 90c is formed at the lower end of the support frame 90. The debris separated from the rotary foil trap 50 falls through the discharge hole 90c and is received by the debris storage container 64 through the through hole 66.
  • the first heat shield plate 75 is configured to remove heat by a cooling mechanism.
  • the cooling mechanism includes a water cooling pipe 88 (see FIGS. 4 and 5) that cools the connection chamber 42, and a holding portion 77 (described later) that is connected to the connection chamber 42 and holds the first heat shield plate 75. (See FIGS. 5 to 7).
  • the water-cooled pipe 88 is arranged inside the wall of the connection chamber 42 in the embodiment, it may be arranged outside or inside the connection chamber 42 and brought into contact with the wall of the connection chamber 42. In any case, the heat of the first heat shield plate 75 is conducted to the connection chamber 42 cooled by the water-cooled pipe 88 via the holding portion 77. Therefore, the first heat shield plate 75 is cooled.
  • the second heat shield plate 76 is separated from the connection chamber 42 and the cooling mechanism (water cooling pipe 88 and the holding portion 77), and is spaced from the first heat shield plate 75. Moreover, the second heat shield plate 76 is not connected to the first heat shield plate 75, but is fixed on the support column 91 attached to the support frame 90. Therefore, since the first heat shield plate 75 and the second heat shield plate 76 do not have direct heat conduction, the second heat shield plate 76 is maintained at a high temperature. The second heat shield plate 75, which is far from the plasma, is cooled instead of the second heat shield plate 76 close to the plasma, and the temperature is lower than that of the second heat shield plate 76.
  • the debris trap (rotary foil trap 50 in this embodiment) behind the first heat shield plate 75 is overheated. Can be prevented.
  • the second heat shield plate 76 since the second heat shield plate 76 is not cooled by heat conduction, it receives radiation from plasma and is maintained at a high temperature. Therefore, the debris deposited on the second heat shield plate 76 eventually becomes droplets when it reaches a certain amount. Then, the droplets gather below the heat shield structure 60 due to gravity and fall into the debris storage container 64. Since the debris storage container 64 is heated to the melting point (about 232 ° C.) or higher of tin by the heater wiring, the accumulated tin-based debris is flattened and stored as a liquid without being locally present. ..
  • the first heat shield plate 75 is a plate having a thickness of several mm and has the shape of a disk from which the upper end and the lower end are removed.
  • the material of the first heat shield plate 75 is molybdenum.
  • the melting point of molybdenum is about 2600 ° C.
  • the first heat shield plate 75 has high heat resistance.
  • two through holes 75a and 75b having a shape that do not obstruct the optical path of EUV light E from the plasma (light emitting point) to the monitoring device 70 and the utilization device 40 are formed, respectively.
  • holding portions 77 for connecting and holding the first heat shield plate 75 to the connection chamber 42 are formed.
  • the holding portion 77 for holding the first heat shield plate 75 is formed as an integral structure on the first heat shield plate 75, but the holding portion 77 is the first heat shield.
  • a member separate from the first heat shield plate 75 may be attached by welding, brazing, screwing, or the like.
  • the holding portion 77 may be a metal having good thermal conductivity such as tungsten, molybdenum, aluminum or copper, or heat such as silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN) or boron nitride (BN). Ceramics having good conductivity may be used.
  • a plurality of circular through holes 78 are formed in the first heat shield plate 75.
  • the diameter of each through hole 78 is made larger than the outer diameter of the columnar column 91 for holding the second heat shield plate 76 on the support frame 90 behind, and the column 91 is placed on the inner peripheral surface of the through hole 78. Avoid contact.
  • the shape of the through hole 78 does not necessarily have to be circular, and similarly, the shape of the support column 91 does not have to be cylindrical.
  • the second heat shield plate 76 has a central portion 80 and a peripheral portion 81 surrounding the central portion 80.
  • the central portion 80 and the peripheral portion 81 are interchangeably connected by a plurality of screws 82.
  • the central portion 80 is a tungsten disk having a thickness of several mm.
  • the peripheral portion 81 is a disk made of molybdenum having a thickness of several mm, and has an outer diameter much larger than the outer diameter of the central portion 80.
  • An opening 81A penetrating the peripheral portion 81 is formed in the center of the peripheral portion 81.
  • the outer diameter of the central portion 80 is larger than the outer diameter of the opening 81A, and the central portion 80 covers the opening 81A.
  • Two through holes 76a and 76b are formed in the central portion 80.
  • a plurality of through holes 81b are formed in the peripheral portion 81 of the second heat shield plate 76.
  • the position of the through hole 81b is a position corresponding to the through hole 78 of the first heat shield plate 75 and the support column 91 attached to the support frame 90.
  • the screw 79 passes through the through hole 81b and is fastened to the screw hole of the support column 91.
  • the durability of the second heat shield plate 76 is improved by forming the central portion 80, which has a linear distance from the plasma closer to the peripheral portion 81 and becomes hotter than the peripheral portion 81, from tungsten having a higher melting point. improves. Since the peripheral portion 81 is made of molybdenum, which is cheaper than tungsten, the cost of the second heat shield plate 76 can be reduced. Since the peripheral portion 81 is made of highly flexible molybdenum, it is easy to bend the peripheral portion 81 so as to adapt to the arrangement of the surrounding members.
  • the upper portion 84 and the lower portion 85 of the peripheral portion 81 are bent, and the heat shield structure 60 can be arranged without interfering with the shape inside the connection chamber 42.
  • the central portion 80 and the peripheral portion 81 are interchangeably coupled to each other, if the central portion 80 is damaged at a high temperature, only the central portion 80 can be replaced and the peripheral portion 81 can be reused. Can be reduced.
  • the cooling mechanism of the heat shield structure 60 is a water cooling pipe 88 for cooling the connection chamber 42 and a holding portion 77 for holding the first heat shield plate 75.
  • the heat shield structure 60 may be a water-cooled pipe or an air-cooled pipe (not shown) that contacts the first heat shield plate 75 so as to cool the first heat shield plate 75.
  • the second heat shield plate 76 is composed of two types of members, a central portion 80 and a peripheral portion 81. However, the entire second heat shield plate 76 may be made of one kind of member made of tungsten.
  • the heat shield structure 60 has two heat shield plates 75 and 76. However, the heat shield structure 60 may have more heat shields.
  • EUV light source device Extreme ultraviolet light source device
  • Light source unit Utilization device
  • Connection chamber vacuum housing
  • Debris Rotary Foil Trap (Debris Trap)
  • Heat shield structure 60a Opening 60b Opening 64
  • Debris storage container 70
  • Monitoring device 75
  • First heat shield plate 76
  • Second heat shield plate 77
  • Holding part (cooling mechanism) 80
  • Central 81
  • Peripheral 88 Water cooling piping (cooling mechanism)

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Abstract

極端紫外光光源装置は、極端紫外光を放出するプラズマを発生させる光源部と、極端紫外光が利用される利用装置と光源部の間に配置された真空筐体と、真空筐体の内部に配置され、プラズマから利用装置に向けて放散されたデブリの進行方向を極端紫外光の光線方向からそらすデブリトラップと、真空筐体の内部に配置され、プラズマとデブリトラップの間に配置された遮熱板構造体と、遮熱板構造体を冷却する冷却機構を備える。遮熱板構造体は、第1の遮熱板と、第1の遮熱板に間隔をおいて重なる第2の遮熱板を有する。第2の遮熱板は、第1の遮熱板とプラズマの間に配置されている。第1の遮熱板は、冷却機構によって冷却されている。

Description

極端紫外光光源装置
 本発明は、極端紫外光光源装置に関する。
 近年、半導体集積回路の微細化および高集積化につれて、露光用光源の短波長化が進められている。次世代の半導体露光用光源としては、特に波長13.5nmの極端紫外光(以下、EUV(Extreme Ultra Violet)光ともいう)を放射する極端紫外光光源装置(以下、EUV光源装置ともいう)の開発が進められている。
 EUV光源装置において、EUV光(EUV放射)を発生させる方法はいくつか知られている。それらの方法のうちの一つに、極端紫外光放射種(以下、EUV放射種ともいう)を加熱して励起することにより高温プラズマを発生させ、その高温プラズマからEUV光を取り出す方法がある。
 このような方法を採用するEUV光源装置は、高温プラズマの生成方式により、LPP(Laser Produced Plasma:レーザ生成プラズマ)方式と、DPP(Discharge Produced Plasma:放電生成プラズマ)方式とに分けられる。
 DPP方式のEUV光源装置は、EUV放射種(気相のプラズマ原料)を含む放電ガスが供給された電極間の間隙に高電圧を印加して、放電により高密度高温プラズマを生成し、そこから放射される極端紫外光を利用するものである。DPP方式としては、例えば、特許文献1に記載されているように、放電を発生させる電極表面に液体状の高温プラズマ原料(例えば、Sn(スズ))を供給し、当該原料に対してレーザビーム等のエネルギービームを照射して当該原料を気化し、その後、放電によって高温プラズマを生成する方法が提案されている。このような方式は、LDP(Laser Assisted Discharge Plasma)方式と呼ばれることもある。
 EUV光源装置は、半導体デバイス製造におけるリソグラフィ装置の光源装置として使用される。あるいは、EUV光源装置は、リソグラフィに使用されるマスクの検査装置の光源装置として使用される。つまり、EUV光源装置は、EUV光を利用する他の光学系装置(利用装置)の光源装置として使用される。
 EUV光は大気中では減衰しやすいので、プラズマから利用装置までは、減圧雰囲気つまり真空環境におかれている。
 一方、LDP方式で生成されたプラズマからはデブリが高速で放散される。デブリは、高温プラズマ原料であるスズ粒子、およびエネルギービームの照射を受けることによって僅かに欠損した放電電極の材料粒子を含む。デブリは利用装置に到達すると利用装置内の光学素子の反射膜を損傷または汚染させ性能を低下させることがあるので、デブリが利用装置に侵入しないように、放散されたデブリの進行方向をそらすデブリトラップが提案されている(特許文献1)。
 デブリトラップは、複数のホイルにより、配置された空間を細かく分割し、その部分のコンダクタンスを下げて圧力を上げる働きをする。デブリは、この圧力が上がった領域で雰囲気ガスとの衝突確率が上がるために速度が低下するとともに、デブリ進行方向がEUV光の光線方向からそれる。デブリトラップとしては、複数のホイルの位置が固定された固定式ホイルトラップ(foil trap)と、比較的質量が大きい低速のデブリに対して、デブリ進行方向と直交する向きにホイルを回転運動させてデブリを捕捉する回転式ホイルトラップがある。1つの装置に、回転式ホイルトラップと固定式ホイルトラップの両方を設けてもよいし、一方を設けてもよい。
 デブリトラップとプラズマの間には、遮熱板が配置される。遮熱板を配置する目的の一つは、デブリトラップが、プラズマからの放射によって高温になって破損することを防ぐことにある。遮熱板を配置するもう一つの目的は、デブリトラップに向けて進行するデブリをできるだけ少なくし、デブリトラップの負荷を減少させることにある。遮熱板には、利用装置に向けて進行するEUV光が通過する開口(アパーチャ)が形成されている。
 遮熱板に堆積したデブリは、やがてある程度の量に達すると液滴となり重力により遮熱板の下方に集まり、デブリ収容容器(スズ回収容器)に落下する。
特開2017-219698号公報
 EUV光源の高出力化にともないプラズマから放出される熱も増加するので、デブリトラップが過熱され破損することがある。デブリトラップは、プラズマから放出され遮熱板の開口を通過してデブリトラップに到達する直接的な放射の他に、プラズマからの放射によって加熱された遮熱板が発する二次的な熱輻射を受ける。したがって、デブリトラップの熱負荷を低減するためには、遮熱板の温度を下げればよい。
 しかし、遮熱板を過度に冷却すると、デブリは遮熱板上で固化し、堆積してしまう。遮熱板上に到達したデブリは、液体となって重力により遮熱板の下方に集まり、デブリ収容容器に落下するのが望ましい。デブリが固体となって堆積する場合には、デブリが、あたかも鍾乳洞の石筍のように成長する。デブリの堆積物が成長すると、遮熱板の開口を塞いだり、他の部品に干渉したりして、光源の安定稼働を妨げることがある。したがって、光源が発光中は、遮熱板の温度をデブリの大部分であるスズの融点(約232℃)以上に維持しなければならない。
 そこで、本発明は、デブリトラップの過熱を防止し、かつ遮熱板に堆積するデブリによって装置の安定稼働が妨げられない極端紫外光光源装置を提供することを目的とする。
 本発明のある態様に係る極端紫外光光源装置は、極端紫外光を放出するプラズマを発生させる光源部と、前記極端紫外光が利用される利用装置と前記光源部の間に配置された真空筐体と、前記真空筐体の内部に配置され、前記プラズマから前記利用装置に向けて放散されたデブリの進行方向を前記極端紫外光の光線方向からそらすデブリトラップと、前記真空筐体の内部に配置され、前記プラズマと前記デブリトラップの間に配置された遮熱板構造体と、前記遮熱板構造体を冷却する冷却機構を備える。前記遮熱板構造体は、第1の遮熱板と、前記第1の遮熱板に間隔をおいて重なる第2の遮熱板を有する。前記第2の遮熱板は、前記第1の遮熱板と前記プラズマの間に配置されている。前記第1の遮熱板は、前記冷却機構によって冷却されるよう構成されている。
 この態様においては、プラズマからの放射により、プラズマに近い第2の遮熱板およびそこに堆積するデブリが高温になっても、プラズマから遠い第1の遮熱板を第2の遮熱板より低温にすることによって、第1の遮熱板の背後にあるデブリトラップの過熱を防止することができる。
 好ましくは、前記冷却機構は、前記真空筐体を冷却する水冷配管と、前記真空筐体に接触させられ前記第1の遮熱板を保持する保持部材を有する。
 この場合には、水冷配管で冷却された真空筐体に保持部材を介して第1の遮熱板の熱が伝導し、第1の遮熱板が冷却される。
 さらに好ましくは、前記第2の遮熱板は、前記真空筐体および前記冷却機構とは離隔しており、前記第1の遮熱板に直接接続されていない。
 この場合には、第2の遮熱板は、真空筐体、第1の遮熱板および冷却機構とは直接的な熱伝導がないので、第2の遮熱板はプラズマからの放射を受けたとき、高温に維持される。
 好ましくは、前記第2の遮熱板は、タングステン製の中央部と、前記中央部を囲むモリブデン製の周辺部を有し、中央部と周辺部が交換可能に結合されている。
 この場合には、プラズマからの距離が近く温度が高くなりやすい中央部を、より高い融点を有するタングステンから形成することにより、第2の遮熱板の耐久性が向上する。周辺部は、タングステンより廉価なモリブデンから形成されているので、第2の遮熱板のコストを低減することができる。周辺部は、可撓性が高いモリブデンから形成されているので、周辺部を周囲の部材の配置に順応するように曲げ加工するのが容易である。また、中央部と周辺部が交換可能に結合されているので、中央部が高温で損傷した場合には、中央部のみを交換し周辺部を再利用することも可能となる。
 本発明の態様においては、遮熱板に堆積するデブリを高温に維持し、かつデブリトラップの過熱を防止することができる。
本発明の実施形態に係る極端紫外光光源装置を示す概略図である。 実施形態に係る極端紫外光光源装置の一部を示す側面断面図である。 実施形態に係る極端紫外光光源装置の回転式ホイルトラップの正面図である。 実施形態に係る遮熱板構造体の横から見た断面図である。 実施形態に係る遮熱板構造体の上から見た断面図である。 実施形態に係る遮熱板構造体の斜視図である。 実施形態に係る遮熱板構造体の第1の遮熱板の斜視図である。 実施形態に係る遮熱板構造体の第2の遮熱板の斜視図である。
 以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る実施の形態を説明する。図面の縮尺は必ずしも正確ではなく、一部の特徴は誇張または省略されることもある。
 極端紫外光光源装置(EUV光源装置)1は、半導体デバイス製造におけるリソグラフィ装置の光源装置またはリソグラフィ用マスクの検査装置の光源装置として使用可能な、例えば波長13.5nmの極端紫外光(EUV光)を放出する装置である。
 実施形態に係るEUV光源装置1は、LDP方式のEUV光源装置である。より具体的には、EUV光源装置は、放電を発生させる一対の電極の表面に供給された液相のプラズマ原料にレーザビーム等のエネルギービームを照射してプラズマ原料を気化し、その後、電極間の放電によって高温プラズマを発生させる。プラズマからはEUV光が放出される。
 図1に示すように、EUV光源装置1は、内部でプラズマを発生させるチャンバ11を有する。チャンバ11は、剛体、例えば金属から形成されている。チャンバ(真空筐体)11の内部は、EUV光の減衰を抑制するため真空にされる。
 図1におけるチャンバ11の内部の描写は、チャンバ11の内部の平面図である。
 チャンバ11の内部には、極端紫外光を放出するプラズマを発生させる光源部12が配置されている。光源部12は、一対の放電電極21a,21bを有する。放電電極21a,21bは、同形同大の円板であり、放電電極21aがカソードとして使用され、放電電極21bがアノードとして使用される。放電電極21a,21bは、例えば、タングステン、モリブデン、タンタル等の高融点金属から形成されている。
 放電電極21a,21bは、互いに離隔した位置に配置されており、放電電極21a,21bの周縁部が近接している。カソード21aの周縁部とアノード21bの周縁部が最も接近した位置で、カソード21aとアノード21bの間の間隙では、放電が発生し、これに伴い高温プラズマが発生する。以下、カソード21aの周縁部とアノード21bの周縁部が最も接近した位置にあるカソード21aとアノード21bの間の間隙を「放電領域D」と呼ぶ。
 カソード21aは、モータ22aの回転軸23aに連結されており、カソード21aの軸線周りに回転する。アノード21bは、モータ22bの回転軸23bに連結されており、アノード21bの軸線周りに回転する。モータ22a,22bはチャンバ11の外部に配置されており、回転軸23a,23bはチャンバ11の外部から内部に延びている。回転軸23aとチャンバ11の壁の間の隙間は、例えば、メカニカルシール24aのようなシール部材で封止されており、回転軸23bとチャンバ11の壁の間の隙間も、例えば、メカニカルシール24bのようなシール部材で封止されている。シール部材は、チャンバ11内の減圧雰囲気を維持しつつ、回転軸23a,23bの回転を許容する。
 このように放電電極21a,21bは、別個のモータ22a,22bによってそれぞれ駆動される。これらのモータ22a,22bの回転は、制御部15によって制御される。
 チャンバ11の内部には、液相のプラズマ原料25aが貯留されたコンテナ26aと、液相のプラズマ原料25bが貯留されたコンテナ26bが配置されている。コンテナ26a,26bには、加熱された液相のプラズマ原料25a,25bが供給される。液相のプラズマ原料25a,25bは、例えばスズ(Sn)である。
 カソード21aの下部は、コンテナ26a内のプラズマ原料25aに浸されており、アノード21bの下部は、コンテナ26b内のプラズマ原料25bに浸されている。したがって、放電電極21a,21bには、プラズマ原料が付着する。放電電極21a,21bの回転に伴って、液相のプラズマ原料25a,25bは、高温プラズマを発生させるべき放電領域Dに輸送される。
 チャンバ11の外部には、カソード21aにコートされたプラズマ原料25aにエネルギービームを照射して、プラズマ原料25aを気化させるレーザ(エネルギービーム照射装置)28が配置されている。レーザ28は、例えばNd:YVOレーザ(Neodymium-doped Yttrium Orthovanadate レーザ)であり、赤外レーザビームLを発する。但し、エネルギービーム照射装置は、プラズマ原料25aを気化させることができるレーザビーム以外のビームを発する装置であってもよい。
 レーザ28によるレーザビームの照射タイミングは、制御部15によって制御される。
 レーザ28から放出された赤外レーザビームLは、可動ミラー31に導かれる。レーザ28と可動ミラー31の間には、典型的には、集光手段が配置される。集光手段は、例えば集光レンズ29を有する。
 赤外レーザビームLは、チャンバ11の外部に配置された可動ミラー31により反射されて、チャンバ11の壁に設けられた透明窓30を通過して、放電領域D付近のカソード21aの外周面に照射される。
 カソード21aの外周面に赤外レーザビームLを照射するのを容易にするため、放電電極21a,21bの軸線は平行ではない。回転軸23a,23bの間隔は、モータ側が狭く、電極側が広くなっている。
 アノード21bは、カソード21aと可動ミラー31の間に配置されている。換言すれば、可動ミラー31で反射された赤外レーザビームLは、アノード21bの外周面付近を通過した後に、カソード21aの外周面に到達する。赤外レーザビームLの進行を邪魔しないように、アノード21bはカソード21aより、図1の左側に退避している。
 放電領域D付近のカソード21aの外周面にコートされた液相のプラズマ原料25aは、赤外レーザビームLの照射により気化して、気相のプラズマ原料が放電領域Dに発生する。
 放電領域Dで高温プラズマを発生させるため(気相のプラズマ原料をプラズマ化するため)、パルス電力供給部35がカソード21aとアノード21bに電力を供給し、カソード21aとアノード21bの間で放電を生じさせる。パルス電力供給部35は、周期的にパルス電力を放電電極21a,21bに供給する。
 パルス電力供給部35は、チャンバ11の外部に配置されている。パルス電力供給部35から延びる給電線は、チャンバ11の壁に埋設されてチャンバ11内の減圧雰囲気を維持するシール部材36を通過して、チャンバ11の内部に延びている。
 この実施形態では、パルス電力供給部35から延びる2つの給電線は、それぞれコンテナ26a,26bに接続されている。コンテナ26a,26bは、導電性材料から形成されており、コンテナ26a,26bの内部のプラズマ原料25a,25bも導電性材料、スズである。コンテナ26a,26bの内部のプラズマ原料25a,25bには、放電電極21a,21bが浸されている。したがって、パルス電力供給部35がコンテナ26a,26bにパルス電力を供給すると、結果的にパルス電力が放電電極21a,21bに供給される。
 カソード21aとアノード21bの間で放電が発生すると、放電領域Dにおける気相のプラズマ材料が、大電流により加熱励起されて、高温プラズマが発生する。また、高熱により、放電領域D付近のアノード21bの外周面にコートされた液相のプラズマ原料25bもプラズマ化される。
 高温プラズマからはEUV光Eが放出される。EUV光Eは、他の光学系装置である利用装置40(リソグラフィ装置またはマスク検査装置)で利用される。チャンバ11と利用装置40の間には、接続チャンバ(真空筐体)42が配置されている。接続チャンバ42の内部空間は、チャンバ11の壁に形成された貫通孔である窓43を介してチャンバ11と連通する。また、接続チャンバ42は利用装置40に連通する。図面では、利用装置40の一部のみを示す。また図1では、接続チャンバ42の詳細の図示は省略する。
 図2の側面断面図に示すように、接続チャンバ42の壁には、貫通孔である窓44が形成されており、接続チャンバ42の内部空間は、窓44を介して利用装置40と連通する。接続チャンバ42の内部も、EUV光Eの減衰を抑制するため真空にされる。放電領域Dのプラズマから放出されたEUV光Eは、窓43,44を通じて、利用装置40に導入される。
 一方、プラズマからはEUV光とともにデブリ46が放散される。デブリ46は、高温プラズマ原料であるスズ粒子、およびエネルギービームの照射を受けることによって僅かに欠損した放電電極21a,21bの材料粒子を含む。デブリ46は利用装置に到達すると利用装置内の光学素子の反射膜を損傷または汚染させ性能を低下させることがあるので、デブリ46が利用装置40に侵入しないように、デブリ46の進行方向をEUV光の光線方向からそらすためにデブリトラップが接続チャンバ42内に設けられている。この実施形態では、デブリトラップは、回転運動によりデブリ46を捕捉する回転式ホイルトラップ50を有する。図示しないが、固定式ホイルトラップを接続チャンバ42内のEUV光の光路上に設けてもよい。
 回転式ホイルトラップ50は、特許文献1に開示された構成を有する。具体的には、図2および図3に示すように、回転式ホイルトラップ50は、中心のハブ51、ハブ51に同心の外側リング52、ハブ51と外側リング52の間に配置された多数のホイル53を有する。各ホイル53は、薄膜または薄い平板である。ホイル53は、等しい角間隔をおいて放射状に配置されている。各ホイル53は、ハブ51の中心軸線を含む平面上にある。回転式ホイルトラップ50の材料は、例えばタングステンおよび/またはモリブデンのような高融点金属である。
 ハブ51は、モータ(回転駆動装置)54の回転軸55に連結されており、ハブ51の中心軸線は回転軸55の中心軸線に合致する。回転軸55は回転式ホイルトラップ50の回転軸とみなすことができる。モータ54に駆動されて、回転式ホイルトラップ50は回転し、回転するホイル53は到来するデブリ46を捕捉して、デブリ46が利用装置40に侵入するのを阻止する。
 回転式ホイルトラップ50が接続チャンバ42内に配置されているのに対して、モータ54は接続チャンバ42の外に配置されている。接続チャンバ42の壁には、回転軸55が通過する貫通孔56が形成されている。回転軸55と接続チャンバ42の壁の間の隙間は、例えば、メカニカルシール57のようなシール部材で封止されている。
 回転式ホイルトラップ50は、プラズマからの放射により高温となるため、過熱を防止するために、回転軸55を中空にして冷却水を流通させ冷却を行なうことがある。また、モータ54自体の焼損を防止するために、モータ54の周囲には水冷配管59が巻き付けられている。水冷配管59には、水が流されており、熱交換によりモータ54から熱を奪う。
 また、プラズマから回転式ホイルトラップ50への放射を低減し過熱を防止するため、接続チャンバ42内には、高融点金属から形成された遮熱板構造体60が配置されている。遮熱板構造体60は、プラズマと回転式ホイルトラップ50の間に介在する。遮熱板構造体60には貫通する開口60aが形成されている。開口60aは、窓44とプラズマの間に位置する。
 プラズマからは様々な方向にEUV光Eが放出される。EUV光Eの一部は、チャンバ11の窓43、遮熱板構造体60の開口60a、回転式ホイルトラップ50の複数のホイル53の隙間、窓44を通過して、利用装置40に導入される。回転式ホイルトラップ50の複数のホイル53は、プラズマ(発光点)から窓44に向かって進むEUV光Eを遮らないように、窓44に向かって進むEUV光Eの光線方向に平行に配置される。すなわち、図2のように各ホイル53がハブ51の中心軸線を含む平面上に配置された回転式ホイルトラップ50の場合、ハブ51の中心軸線の延長線上にプラズマ(発光点)が存在するように配置すれば、各ホイル53で遮蔽されずに回転式ホイルトラップ50を通過するEUV光の割合(透過率ともいう)を最大にすることができる。
 この実施形態においては、回転式ホイルトラップ50が内在する接続チャンバ42の外部に、回転式ホイルトラップ50を回転させるモータ54が配置されている。したがって、モータ54およびモータ54の配線54a,54bと水冷配管59の点検および修理が容易である。また、モータ54の配線54a,54bと水冷配管59が接続チャンバ42の外部に配置されるので、接続チャンバ42の内部に配置される場合に比べて、接続チャンバ42の封止箇所を減らすことができる。真空の封止箇所が減ると、組み立て時および保守作業時に行なう真空リークの検査箇所が減り、また経年劣化による真空リークのリスクもなくなるため、装置の信頼性を改善することができる。さらに、モータ54が接続チャンバ42の外部に配置されるので、モータ54の冷却を容易に行うことができる。
 一方、プラズマからは様々な方向にデブリ46も放出される。デブリ46の一部は、チャンバ11の窓43を通じて接続チャンバ42に侵入する。接続チャンバ42の下方には、デブリ46が落下するデブリ収容容器64が配置されている。接続チャンバ42に侵入したデブリ46の一部は、遮熱板構造体60に堆積する。それらはプラズマからの遮熱板構造体60に加わる放射により溶融し、やがてある程度の量に達すると液滴となる。そして、その液滴は重力により遮熱板構造体60の下方に集まり、デブリ収容容器64に落下する。このように遮熱板構造体60は、回転式ホイルトラップ50に向けて進行するデブリ46を減少させる。接続チャンバ42に侵入したデブリ46の一部やコンテナ26a、26bから漏出したプラズマ原料は、接続チャンバ42内に設置されヒーターで加熱された受け板65に導かれてデブリ収容容器64に落下する。接続チャンバ42に侵入し遮熱板構造体60の開口60aを通過したデブリ46は、回転式ホイルトラップ50のホイル53に捕捉された後、デブリ収容容器64に落下する。
 デブリ収容容器64は、接続チャンバ42の外部に配置されている。接続チャンバ42の底壁には、デブリ収容容器64の内部空間と接続チャンバ42の内部空間を連通させる貫通孔66が形成されている。デブリ収容容器64は、上部にフランジ64Aを有している。フランジ64Aで囲まれたデブリ収容容器64の開口部が貫通孔66に重ねられ、フランジ64Aが接続チャンバ42の底壁に、例えばネジで固定されている。フランジ64Aと接続チャンバ42の底壁の間の間隙は、ここに設けられたガスケット68により封止されている。
 デブリ46の大部分はスズであるので、デブリ収容容器64はスズ回収容器と呼ぶこともできる。デブリ収容容器64の周囲には、デブリ収容容器64を加熱するヒーター配線69が巻き付けられている。EUV光源装置1の使用の間、ヒーター配線69によって、デブリ収容容器64の内部はスズの融点(約232℃)以上に加熱され、デブリ収容容器64内部に蓄積されたスズは液相にされている。デブリ収容容器64の内部のスズを液相とする理由は、固体のデブリ46が蓄積する場合には、デブリ46が落下しやすい地点で蓄積物が、あたかも鍾乳洞の石筍のように、成長してゆくからである。デブリの蓄積物が石筍状に成長すると、例えば回転式ホイルトラップ50に接触して、回転式ホイルトラップ50の回転を妨げたり回転式ホイルトラップ50を損傷したりすることがある。あるいは、窓44に向かって進むEUV光Eの光路に蓄積物が達して、EUV光Eを遮ることもある。デブリ収容容器64の内部のスズを液相にすることで、スズがデブリ収納容器64内で平坦化され、効率よくスズを貯蔵することが可能となる。
 デブリ収容容器64に蓄積されたスズを回収する場合には、ヒーター配線69による加熱を停止した後、デブリ収容容器64が常温に戻ってから、接続チャンバ42内部を大気圧に戻す。その後、デブリ収容容器64を接続チャンバ42から取り外し、新しい(スズの溜まっていない)デブリ収容容器64を接続チャンバ42に取り付ける。
 接続チャンバ42から取り外されたデブリ収容容器64の内部のスズは固相になっているが、再加熱することによってデブリ収容容器64から取り出すことができる。
 この実施形態においては、回転式ホイルトラップ50で捕捉されたデブリ46が接続チャンバ42の壁に形成された貫通孔66を通じて、デブリ収容容器64に落下する。デブリ収容容器64は、接続チャンバ42の外部に配置されている。したがって、デブリ収容容器64を加熱するヒーター配線69にデブリ46が付着することがなく、ヒーター配線69の点検および修理が容易である。また、デブリ収容容器64を容易に接続チャンバ42から取り外すことができるので、デブリ収容容器64を新しいデブリ収容容器64に交換するのが容易である。また、取り外したデブリ収容容器64からスズを取り出した後、デブリ収容容器64は再利用することができる。
 さらに、接続チャンバ42の外部には、EUV光Eを監視する監視装置70が配置されている。監視装置70は、EUV光Eの存在を検出する検出器またはEUV光Eの強度を測定する測定器である。
 接続チャンバ42の壁には、EUV光Eが通過する貫通孔である極端紫外光案内孔71が形成されており、極端紫外光案内孔71と監視装置70の間には、EUV光Eが漏れずに通過する管72が設けられている。
 上記の遮熱板構造体60には、貫通する開口60bが形成され、プラズマと開口60bを結ぶ直線の延長線上に監視装置70、極端紫外光案内孔71および管72が配置されている。したがって、プラズマから放出されるEUV光Eの一部は、チャンバ11の窓43、遮熱板構造体60の開口60b、回転式ホイルトラップ50の複数のホイル53の隙間、接続チャンバ42の壁の極端紫外光案内孔71、管72の内腔を通過して、監視装置70に到達する。
 このようにして、EUV光Eを監視装置70によって監視することができる。監視装置70は接続チャンバ42の外部に配置されるので、接続チャンバ42の内部に配置される場合に比べて、監視装置70および監視装置70の配線70a,70bの点検および修理が容易である。また、監視装置70の配線70a,70bが接続チャンバ42の外部に配置されるので、接続チャンバ42の内部に配置される場合に比べて、接続チャンバ42の封止箇所が少ない。さらに、監視装置70が接続チャンバ42の外部に配置されるので、必要に応じて容易に冷却機構を付加することができるため、監視装置70の過熱を抑制することができる。
 次に遮熱板構造体60を詳述する。
 図4から図6に示すように、遮熱板構造体60は、2枚の遮熱板を有する複合構造を有する。具体的には、遮熱板構造体60は、第1の遮熱板75と第2の遮熱板76を有する。第2の遮熱板76は、第1の遮熱板75とプラズマの間に配置され、第1の遮熱板75に間隔をおいて重ねられている。
 第2の遮熱板76は、支持フレーム90に取り付けられた複数の支柱91上に複数のネジ79によって交換可能に結合されている。支柱91は、第1の遮熱板75に設けられている貫通孔78を通過する。第2の遮熱板76を支持する支持フレーム90は、図示しない箇所で接続チャンバ42上に接続されている。後述するように、貫通孔78の直径は、支柱91の直径より大きくなっており、第1の遮熱板75と支柱91とは互いに接触しないように配置されている。
 一方、第1の遮熱板75は、複数の保持部77(後述、図5~図7参照)を介して、接続チャンバ42に接続されている。このように、第2の遮熱板76と第1の遮熱板75とを直接取り付けずに、第1の遮熱板76に接触しないように第1の遮熱板76の貫通孔78を通過する支柱91を介して、第2の遮熱板76を支持フレーム90に取り付けることで、第2の遮熱板76と第1の遮熱板75の間の熱伝導を抑制することができる。ここで、支持フレーム90と支柱91は、熱伝導率が比較的小さいチタンやステンレスなどの金属材料や、アルミナ(Al)やジルコニア(ZrO)などのセラミックスで構成される。
 第1の遮熱板75の貫通孔75aおよび第2の遮熱板76の中央部80の貫通孔76aは位置決めされ、上記の開口60aを構成する。開口60aは、プラズマから利用装置40へのEUV光Eの進行を許容する。
 同様にして、第1の遮熱板75の貫通孔75bおよび第2の遮熱板76の中央部80の貫通孔76bもまた位置決めされ、上記の開口60bを構成する。開口60bは、プラズマから監視装置70へのEUV光Eの進行を許容する。
 プラズマ(発光点)を始点として放散されるデブリのうち、第1の遮熱板75を含む平面上に到達するデブリは、第2の遮熱板76上の貫通孔76aおよび76bによって規定される。好ましくは、貫通孔75aおよび75bは、この第1の遮熱板75上のデブリ到達範囲を完全に包含するような大きさおよび形状であった方がよい。言い換えると、プラズマ(発光点)から第2の遮熱板76上の貫通孔76aおよび76bを通して第1の遮熱板75を見込んだ際に、第1の遮熱板75が第2の遮熱板76の影に入って見えなくなるように、貫通孔75aおよび75bの大きさおよび形状を選定した方がよい。なぜなら、プラズマからEUV光Eとともにデブリ46は直進するが、第2の遮熱板76の影とならない領域に第1の遮熱板75が露出していると、第1の遮熱板75に直接デブリが堆積するからである。例えば、貫通孔75aと76a、貫通孔75bと76bがそれぞれ同心同径で光軸上に配置されている場合、貫通孔75a、75bの周囲は第2の遮熱板76の影に入らないので、デブリが堆積する。その場合、第1の遮熱板75は後述の通り冷却されているため、デブリ46は溶融することなく堆積し続ける。やがて、第1の遮熱板75と第2の遮熱板76は堆積したデブリにより連結され熱伝導が生じるため、第2の遮熱板76の温度が低下して、第2の遮熱板76上にもデブリが堆積してしまう。
 支持フレーム90は、第2の遮熱板76を支持するだけでなく、回転式ホイルトラップ50で捕捉され、遠心力により回転式ホイルトラップ50のホイル上を径方向に移動し、前記ホイルの端部から離脱したデブリが接続チャンバ42の内部に飛散するのを防止する機能を有する。したがって、回転式ホイルトラップ50は、支持フレーム90によって全周を覆われる。支持フレーム90の前壁(遮熱板構造体60側の壁)には開口が設けられ、支持フレーム90の後壁(遮熱板構造体60と反対側の壁)には、貫通孔90a,90bが形成されている。貫通孔90aは、開口60aと窓44の間にあって、EUV光Eが利用装置40に進行するのを許容する。貫通孔90bは、開口60bと極端紫外光案内孔71の間にあって、EUV光Eが監視装置70に進行するのを許容する。支持フレーム90の下端には、デブリの排出孔90cが形成されている。回転式ホイルトラップ50から離脱したデブリは、排出孔90cを通じて落下し、貫通孔66を通じてデブリ収容容器64に受け止められる。
 第1の遮熱板75は、冷却機構によって除熱されるように構成されている。この実施形態では、冷却機構は、接続チャンバ42を冷却する水冷配管88(図4、図5参照)と、接続チャンバ42に接続され第1の遮熱板75を保持する保持部77(後述、図5~図7参照)を有する。水冷配管88は、実施形態では、接続チャンバ42の壁内に配置されているが、接続チャンバ42の外側または内側に配置して接続チャンバ42の壁に接触させてもよい。いずれにせよ、水冷配管88で冷却された接続チャンバ42に、保持部77を介して第1の遮熱板75の熱が伝導する。したがって、第1の遮熱板75が冷却される。
 他方、第2の遮熱板76は、接続チャンバ42および冷却機構(水冷配管88と保持部77)とは離隔しており、第1の遮熱板75と間隔をおいている。しかも、第2の遮熱板76は第1の遮熱板75に接続されず、支持フレーム90に取り付けられた支柱91上に固定されている。したがって、第1の遮熱板75と第2の遮熱板76とは直接的な熱伝導がないため、第2の遮熱板76は高温に維持される。
 プラズマに近い第2の遮熱板76ではなく、プラズマから遠い第1の遮熱板75を冷却し、第2の遮熱板76より低温にすることによって、プラズマによって高温になった第2の遮熱板76からの二次的な熱輻射を第1の遮熱板75で遮蔽し、第1の遮熱板75の背後にあるデブリトラップ(この実施形態では回転式ホイルトラップ50)の過熱を防止することができる。その際、第2の遮熱板76は、熱伝導による冷却を受けないので、プラズマからの放射を受け高温に維持される。したがって、第2の遮熱板76上に堆積したデブリは、やがてある程度の量に達すると液滴となる。そして、その液滴は重力により遮熱板構造体60の下方に集まりデブリ収容容器64に落下する。デブリ収容容器64はヒーター配線によりスズの融点(約232℃)以上に加熱されているので、蓄積されるスズを主とするデブリは局所的に存在することなく液体として平坦化されて貯蔵される。
 図7に示すように、第1の遮熱板75は、厚さが数mmの板であって、上端と下端が除去された円板の形状を有する。第1の遮熱板75の材料はモリブデンである。モリブデンの融点は約2600℃であり、第1の遮熱板75は高い耐熱性を有する。第1の遮熱板75の中央には、プラズマ(発光点)から監視装置70および利用装置40へのEUV光Eの光路を妨げない形状を持つ2つの貫通孔75a,75bがそれぞれ形成されている。
 第1の遮熱板75の四隅には、接続チャンバ42に第1の遮熱板75を接続し保持するための保持部77が形成されている。このように、この実施形態では、第1の遮熱板75を保持する保持部77が第1の遮熱板75上に一体構造として形成されているが、保持部77は第1の遮熱板75との熱伝導が良好であればよく、第1の遮熱板75とは別個の部材を、溶接、ロウ付け、ネジ止め等で取り付けてもよい。その場合、保持部77はタングステンやモリブデン、アルミニウムや銅などの熱伝導率が良好な金属であってもよいし、炭化ケイ素(SiC)や窒化アルミニウム(AlN)、窒化ホウ素(BN)などの熱伝導が良好なセラミックスであってもよい。
 第1の遮熱板75には、複数の円形の貫通孔78が形成されている。各貫通孔78の直径は、背後の支持フレーム90に第2の遮熱板76を保持するための円柱状の支柱91の外径より大きくして、支柱91が貫通孔78の内周面に接触しないようにする。なお、貫通孔78の形状は必ずしも円形である必要はなく、同様に支柱91の形状は円柱状でなくともよい。
 図8に示すように、第2の遮熱板76は、中央部80と、中央部80を囲む周辺部81を有する。中央部80と周辺部81は、複数のネジ82によって交換可能に結合されている。中央部80は、厚さが数mmのタングステン製の円板である。周辺部81は、厚さが数mmのモリブデン製の円板であり、中央部80の外径よりはるかに大きい外径を有する。
 周辺部81の中央には、周辺部81を貫通する開口81Aが形成されている。中央部80の外径は開口81Aの外径より大きく、中央部80は開口81Aを覆う。中央部80には、2つの貫通孔76a,76bが形成されている。
 第2の遮熱板76の周辺部81には、複数の貫通孔81bが形成されている。貫通孔81bの位置は、第1の遮熱板75の貫通孔78および支持フレーム90に取り付けられた支柱91に対応する位置である。ネジ79は、貫通孔81bを通過し、支柱91のネジ穴に締結されている。
 第2の遮熱板76において、プラズマからの直線距離が周辺部81より近く高温になる中央部80を、より高融点のタングステンから形成することにより、第2の遮熱板76の耐久性が向上する。周辺部81は、タングステンより廉価なモリブデンから形成されているので、第2の遮熱板76のコストを低減することができる。周辺部81は、可撓性が高いモリブデンから形成されているので、周辺部81を周囲の部材の配置に順応するように曲げ加工するのが容易である。例えば、この実施形態では、周辺部81の上部84と下部85が曲げ加工されており、遮熱板構造体60が接続チャンバ42内部の形状に干渉することなく配置可能である。また、中央部80と周辺部81が交換可能に結合されているので、中央部80が高温で損傷した場合には、中央部80のみを交換して周辺部81は再利用できるので、コストを低減することができる。
 以上、本発明の好ましい実施形態を参照しながら本発明を図示して説明したが、当業者にとって特許請求の範囲に記載された発明の範囲から逸脱することなく、形式および詳細の変更が可能であることが理解されるであろう。このような変更、改変および修正は本発明の範囲に包含されるはずである。
 例えば、上記の実施形態においては、遮熱板構造体60の冷却機構は、接続チャンバ42を冷却する水冷配管88と、第1の遮熱板75を保持する保持部77である。しかし、遮熱板構造体60は、第1の遮熱板75を冷却するように第1の遮熱板75に接触する水冷配管または空冷配管(図示せず)でもよい。
 上記の実施形態では、第2の遮熱板76が中央部80と周辺部81の二種類の部材から構成されている。しかし、第2の遮熱板76全体を、タングステン製の一種類の部材により構成してもよい。
 上記の実施形態では、遮熱板構造体60は、2枚の遮熱板75,76を有する。但し、遮熱板構造体60はさらに多くの遮熱板を有してもよい。
1 極端紫外光光源装置(EUV光源装置)
12 光源部
40 利用装置
42 接続チャンバ(真空筐体)
46 デブリ
50 回転式ホイルトラップ(デブリトラップ)
60 遮熱板構造体
60a 開口
60b 開口
64 デブリ収容容器
70 監視装置
75 第1の遮熱板
76 第2の遮熱板
77 保持部(冷却機構)
80 中央部
81 周辺部
88 水冷配管(冷却機構)

Claims (4)

  1.  極端紫外光を放出するプラズマを発生させる光源部と、
     前記極端紫外光が利用される利用装置と前記光源部の間に配置された真空筐体と、
     前記真空筐体の内部に配置され、前記プラズマから前記利用装置に向けて放散されたデブリの進行方向を前記極端紫外光の光線方向からそらすデブリトラップと、
     前記真空筐体の内部に配置され、前記プラズマと前記デブリトラップの間に配置された遮熱板構造体と、
     前記遮熱板構造体を冷却する冷却機構を備え、
     前記遮熱板構造体は、第1の遮熱板と、前記第1の遮熱板に間隔をおいて重なる第2の遮熱板を有し、
     前記第2の遮熱板は、前記第1の遮熱板と前記プラズマの間に配置され、
     前記第1の遮熱板は、前記冷却機構によって冷却されていることを特徴とする
    極端紫外光光源装置。
  2.  前記冷却機構は、前記真空筐体を冷却する水冷配管と、前記真空筐体に接触させられ前記第1の遮熱板を保持する保持部材を有する
    ことを特徴とする請求項1に記載の極端紫外光光源装置。
  3.  前記第2の遮熱板は、前記真空筐体および前記冷却機構とは離隔しており、前記第1の遮熱板に接続されていない
    ことを特徴とする請求項2に記載の極端紫外光光源装置。
  4.  前記第2の遮熱板は、タングステン製の中央部と、前記中央部を囲むモリブデン製の周辺部を有し、中央部と周辺部が交換可能に結合されている
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の極端紫外光光源装置。
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