JP2001042098A - プラズマフォーカス高エネルギフォトン源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 プラズマフォーカス高エネルギフォトン源を
提供する。 【解決手段】 高エネルギフォトン源。一対のプラズマ
フォーカス電極が真空室の中に設置される。希バッファ
ガス及び活性ガスを含む作動ガスが所望のスペクトルラ
インを提供するために選択される。パルスパワー源は、
該活性ガスのスペクトル線を持つ放射を供給する該機能
ガス中で、非常に高温高密度のプラズマフォーカスを産
生する電極間に、放電を生じるのに十分な高電圧で電気
パルスを供給する。外側反射放射収集器−指向器が、プ
ラズマ絞り込みで作り出される放射を収集し、放射を所
望の方向に差し向ける。好ましい実施形態では、活性ガ
スはリチウムであり、バッファガスはヘリウムであり、
放射収集器−指向器は電極のために使用される材料で被
覆される。材料の好ましい選択はタングステンである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本出願は、１９９９年３月１５日に出願さ
れた米国特許出願番号０９／２６８２４３と現在は米国
特許番号５，７６３，９３０である出願番号０８／８５
４５０７の一部継続出願である１９９８年６月８日に出
願された米国特許出願番号０９／０９３４１６との一部
継続出願である。

【０００２】

【発明の属する技術分野】本発明は、高エネルギフォト
ン源、特に高信頼性のｘ線及び高エネルギ紫外線源に関
する。

【０００３】

【従来の技術】半導体産業によってリソグラフィー技術
は発展を続けており、該技術によりますます小寸法の集
積回路がプリント可能になっている。これらのシステム
は、高信頼性、費用効果的な処理能力比及び適度の処理
許容範囲を備えていなければならない。集積回路製造産
業は、現在、水銀のＧ線（４３６ナノメートル）及びＩ
線（３６５ナノメートル）露光源から２４８ナノメート
ル及び１９３ナノメートルのエキシマレーザフォトン源
へと変わりつつある。この変遷は、焦点深度の損失を最
小にする高リソグラフィー分解能の必要によって促進さ
れてきた。

【０００４】集積回路産業の需要はやがて１９３ナノメ
ートルの露光源の分解能を超え、１９３ナノメートルよ
り遥かに短い波長の信頼性のある露光源の必要性を生じ
るであろう。あるエキシマ線は１５７ナノメートルのと
ころにあるが、この波長で十分な透過率を持ちかつ十分
な光学性能を持つ光学材料は得難いのである。それ故
に、全反射結像システムが必要となろう。全反射光学シ
ステムは透過システムより小さな開口数が求められる。
該小開口数による分解能の損失は波長を大きく減少しな
ければ補償できない。したがって、光学リソグラフィー
の分解能を１９３ナノメートルまたは１５７ナノメート
ルで得られる分解能以上に改良しなけれならないとすれ
ば、１０ナノメートルの範囲の光源が必要となる。

【０００５】高エネルギ紫外線及びｘ線源の現在の技術
的水準では、種々の標的物質にレーザビーム、電子その
他の粒子を衝突させて作ったプラズマを利用している。
固体標的が使用されてきたが、固体標的のアブレーショ
ンによって生じた砕屑が、流れ作業操業を意図したシス
テムの種々の部品に有害な結果をもたらす。砕屑問題で
提案されている解決法に、凍結液体あるいは凍結ガス標
的を使用して光学装置の表面に付着しないようにするも
のがある。しかし、これらのシステムのいずれも、流れ
作業操業で実用できることは証明されていない。

【０００６】ｘ線及び高エネルギ紫外線が、プラズマ絞
り込み操作で産生できることは久しく周知であった。プ
ラズマ絞り込み部では、可能な幾つかの構成の一つ、例
えば電流によって生じる磁場がプラズマ中の電子やイオ
ンを加速して、イオンの外側の電子を殆どはぎ取り、そ
の結果ｘ線や高エネルギ紫外線を産生するのに十分なエ
ネルギを持った小容積に形成するような構成にして、電
流をプラズマ中に通している。プラズマフォーカス、即
ち、絞り込みによって高エネルギ放射を産生する種々の
従来技術は、以下の特許で説明されている。 ・ドーソン（Ｊ．Ｍ．Ｄａｗｓｏｎ）、「ｘ線発生器」
米国特許番号３，９６１，１９７、１９７６年６月１日 ・ロバーツ（Ｔ．Ｇ．Ｒｏｂｅｒｔｓ）ほか、「強力
な、高エネルギ電子ビームを援用したｘ線発生器」米国
特許番号３，９６９，６２８、１９７６年７月１３日 ・リー（Ｊ．Ｈ．Ｌｅｅ）「内転サイクロイド絞り込み
デバイス」米国特許番号４，０４２，８４８、１９７７
年８月１６日 ・カーツ（Ｌ．Ｃａｒｔｚ）ほか、「レーザビームプラ
ズマフォーカスｘ線システム」米国特許番号４，５０
４，９６４、１９８５年３月１２日 ・ワイス（Ａ．Ｗｅｉｓｓ）ほか、「プラズマフォーカ
スｘ線装置」米国特許番号４，５３６，８８４、１９８
５年８月２０日 ・イワマツ（Ｓ．Ｉｗａｍａｔｕ）「ｘ線源」米国特許
番号４，５３８，２９１、１９８５年８月２７日 ・ワイス（Ａ．Ｗｅｉｓｓ）ほか、「ｘ線リソグラフィ
ーシステム」米国特許番号４，６１８，９７１、１９８
６年１０月２１日 ・ワイス（Ａ．Ｗｅｉｓｓ）ほか、「プラズマフォーカ
スｘ線法」米国特許番号４，６３３，４９２、１９８６
年１２月３０日 ・オカダ（Ｉ．Ｏｋａｄａ）及びサイトウ（Ｙ．Ｓａｉ
ｔｏｈ）「ｘ線源及びｘ線リソグラフィー法」米国特許
番号４，６３５，２８２、１９８７年１月６日 ・グプタ（Ｒ．Ｐ．Ｇｕｐｔａ）ほか、「多真空アーク
由来プラズマフォーカスｘ線源」米国特許番号４，７５
１，７２３、１９８８年６月１４日 ・グプタ（Ｒ．Ｐ．Ｇｕｐｔａ）ほか、「ガス排出由来
環状プラズマフォーカスｘ線源」米国特許番号４，７５
２，９４６、１９８８年６月２１日 ・リオダン（Ｊ．Ｃ．Ｒｉｏｄａｎ．）及びペリマン
（Ｊ．Ｓ．Ｐｅａｒｉｍａｎ）「ｘ線源とともに用いる
フィルター装置」米国特許番号４，８３７，７９４、１
９８９年６月６日 ・ハマー（Ｄ．Ａ．Ｈａｍｍｅｒ）及びカランター
（Ｄ．Ｈ．Ｋａｌａｎｔａｒ）、「ｘ線絞り込みｘ線源
を使うマイクロリソグラフィーのための方法及び装置」
米国特許番号５，１０２，７７６、１９９２年４月７日 ・マックゲオック（Ｍ．Ｗ．ＭｃＧｅｏｃｈ）「プラズ
マｘ線源」米国特許番号５，５０４，７９５、１９９６
年４月２日

【０００７】一般的な従来技術のプラズマフォーカスデ
バイスでは、近ｘ線リソグラフィーに適した多量の放射
を発生することができたが、パルスあたりの大きな電気
エネルギの要求と短命な内部部品のために反復速度が限
られている。これらのシステムのための貯蔵電気エネル
ギの要求量は、１キロジュールから１０キロジュールの
範囲にある。一般的に反復速度は秒あたり２−３回を超
えなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】必要なものは、高反復
速度で動作し、砕屑形成に関連する従来技術の問題を回
避する、高エネルギ紫外線及びｘ線放射を産生できる流
れ作業用の信頼性のある簡単なシステムである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は高エネルギフォ
トン源を提供する。一対のプラズマ絞り込み電極が、真
空室内に取り付けられている。該室は機能ガス内包して
おり、該ガスは所要のスペクトル線が得られるように選
ばれた緩衝貴ガス及び活性ガスを含んでいる。パルスパ
ワー源は、電極間に放電を生じるのに十分な高電圧の電
気パルスを供給して、機能ガス中に活性ガスのスペクト
ル線で放射を供給する非常に高温高密度のプラズマ絞り
込みを産生する。外部反射放射収集−指向器は、プラズ
マ絞り込みで作られた放射を収集し、放射を所望の方向
に差し向ける。

【００１０】好適な実施態様では、活性ガスはリチウム
蒸気であり、緩衝ガスはヘリウムであり、放射収集器は
微小入射角に対し高い反射率を持つ物質でできているか
コーティングされている。反射体材料として良好な物
は、モリブデン、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、
金またはタングステンである。

【００１１】他の好適な実施態様では、緩衝ガスはアル
ゴンであり、リチウムガスは同軸電極構造の中央電極の
軸線に沿った孔に容れられた固体または液体のリチウム
の蒸発によって発生させる。好適な実施例では、砕屑
は、該絞り込み部から延伸して放射収集指向器へ向けら
れる光線と一直線にそろった表面を持つ円錐形の入れ子
式砕屑収集器によって収集される。該入れ子式砕屑収集
器及び該放射収集指向器は約４００℃の範囲に保たれる
が、この温度はリチウムの融解温度より高く、タングス
テンの融解温度より実質的に低い。タングステンとリチ
ウム蒸気の双方とも該砕屑収集器上に収集されるが、該
リチウムは該砕屑収集器及び収集指向器から蒸発し去
り、他方該タングステンは該砕屑収集器上に永久的にと
どまり、それゆえ集まって該放射収集指向器の反射性能
を損なうことはない。該反射放射収集指向器及び該円錐
形の入れ子式砕屑収集器は一つの部品として一緒に組み
立てられることもできるし、或いはそれらは、互いに及
び該絞り込み部と一直線に並んだ、別の部品とすること
もできる。

【００１２】好ましい実施形態では、超紫外線光は伝導
するが可視光線を含む低エネルギ光線は反射する、独特
の室内のぞき窓を備え付けることができる。この窓は、
約１０°でビームが入ってくるグレーティング入射角を
提供するように取り付けられたシリコンまたはベリリウ
ムのような物質からからなる非常に薄い小口径の窓であ
ることが望ましい。

【００１３】出願人はここで、全ソリッドステートのパ
ルスパワー駆動を採用した超紫外線（EUV)リソグラフィ
ー用光源として、出願人及びその同僚作業者が製作した
高密度プラズマフォーカス（ＤＰＦ）プロトタイプ装置
を説明する。シリコンフォトダイオードによる測定と組
み合わせた、真空格子分光計から得た結果を利用し、出
願人は、モリブデン／シリコン鏡の反射帯域内の放射の
相当量が、２価にイオン化したリチウムの１３．５ナノ
メートルの輝線スペクトルを利用して発生することがで
きることを発見した。本プロトタイプ高密度プラズマフ
ォーカス（ＤＰＦ）は、パルスあたり２５ジュールの蓄
積電気エネルギを、４πステラジアン中へ放出される約
０．７６ジュールの帯域内１３．５ナノメートル放射に
変換する。このデバイスのパルス反復速度性能は、直流
電源の限界の２００ヘルツまで上がることが観察されて
きた。この反復速度に至るまでに、パルスあたりの超紫
外線出力の重大な落ち込みは観察されていない。２００
ヘルツでは、測定されたパルス間のエネルギ安定性はσ
＝６％であり、パルスの欠落はみられない。本プロトタ
イプ高密度プラズマフォーカス（ＤＰＦ）装置の電気回
路及び作動は、安定性、効率及び性能の改善を意図した
幾つかの好ましい変形実施態様の説明に沿って示されて
いる。

【００１４】本発明は、該モリブデン／シリコンまたは
モリブデン／ベリリウム鏡システムの反射帯域によく一
致した放出特性をを備えた、信頼性のある高輝度超紫外
線光源（ＥＵＶ）中での超紫外線リソグラフィーの実際
の使用を提供するものである。この提案の全反射超紫外
線（ＥＵＶ）リソグラフィー装置は、スリット走査に基
づくシステムであるから、本発明は高反復速度性能を備
えた超紫外線（ＥＵＶ）光源を提供するものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】（第一の好ましい実施態様）高エ
ネルギ紫外線光源の簡単な図を図１に示す。主要な構成
部品は、プラズマ絞り込みユニット２、高エネルギフォ
トン収集器４、及び光伝送管６である。該プラズマ絞り
込み光源は、低インダクタンス・パルスパワー回路１０
によって電力を供給される同軸電極８を有する。本好ま
しい実施態様中の該パルスパワー回路は、高電圧かつ十
分なエネルギの回路であり、１キロジュールないし２キ
ロジュールの範囲で約５マイクロ秒のパルスを１，００
０ヘルツの速度で同軸電極８に供給することができる。

【００１６】ヘリウム及びリチウム蒸気の混合物などの
少量の機能ガスが、図１に示すように電極８の基部の近
くに存在する。高電圧のパルスがかかるごとに、プレイ
オン化または自己降伏のいずれかによって、同軸電極８
の内部及び外部電極間に電子雪崩降伏が起きる。緩衝ガ
ス中で起きる該雪崩降伏過程で、該ガスがイオン化さ
れ、該電極基部で電極間に電導性プラズマを生じる。ひ
とたび電導性プラズマが生じれば、内部及び外部電極間
に電流が流れる。本好ましい実施態様では、内部電極は
高正電位であり、外部電極は地電位である。電流は内部
電極から外部電極へと流れ、従って電子は中央へ向かっ
て流れ、正イオンは中央から流れ出る。この電流の流れ
が磁場を発生し、それが流動する電荷担体を加速して同
軸電極８の基部から遠ざける。

【００１７】プラズマが中央電極の先端に到達すると、
プラズマにかかる電界及び磁界の力が、該中央電極の中
心線に沿いかつその先端のわずか先の点１０のあたりの
「焦点」にプラズマを絞り込んで、該プラズマの圧力と
温度は急速に上昇し極度の高温、場合によっては太陽表
面温度より遥かに高い温度に達する。該電極の寸法及び
該回路の全電気エネルギは、好ましくはプラズマ中で所
要の黒体温度を生じるように最適化される。１３ナノメ
ートル領域での放射を発生するためには、２０ないし１
００電子ボルトを超える黒体温度が必要である。一般的
には、特定の同軸構造の場合、温度は、電気パルスの電
位の上昇に伴って上昇する。放射点の形は、軸線方向に
はいくらか不規則で、半径方向にはほぼガウス型であ
る。該光源の一般的な半径寸法は３００ミクロンであ
り、長さはほぼ４ミリメートルである。

【００１８】技術文書で説明される殆どの従来技術のプ
ラズマフォーカスユニットでは、放射点は黒体にごく近
似したスペクトルで全方向に放射を発する。機能ガス中
のリチウムの目的は、放射点からの放射のスペクトルを
狭めることである。

【００１９】（リチウム蒸気）２価にイオン化されたリ
チウムは、１３．５ナノメートルで電子遷移を示し、ヘ
リウム緩衝ガス中で放射源原子として機能する。２価に
イオン化されたリチウムは、二つの理由から優れた選択
肢である。第一はリチウムの低融点と高蒸気圧である。
放射点から放出されたリチウムが、真空室壁面及び収集
光学機器の表面を単に１８０℃以上に熱するだけで、こ
れらの表面に付着するのを防ぐことができるのである。
そして気相のリチウムは、普通のターボ分子汲み上げ技
術を使って、ヘリウム緩衝ガスとともに該真空室から汲
み出すことができる。また、リチウムは、単にこれら２
気体を冷やすことで該ヘリウムから容易に分離できる。
１３．５ナノメートルで良好な反射を行うためにコーテ
ィング材料が利用される。図８は公表されたモリブデン
／シリコンの反射率と関連させてリチウムの放出ピーク
を示している。

【００２０】リチウムを放射源原子として利用する第三
の利点は、非イオン化リチウムは１３．５ナノメートル
の放射に対して低い吸収断面を持つことである。さら
に、放射点から放出されたイオン化リチウムは、穏和な
電界で容易に一掃できる。残余の非イオン化リチウム
は、１３．５ナノメートルの放射に対し殆ど無影響であ
る。１３ナノメートル領域で現在提唱されている最も一
般的な放射源は、レーザで融除したキセノンの凍結ジェ
ットである。このようなシステムは、キセノンの１３ナ
ノメートルでの吸収断面積が大きいので、次のパルスが
でる前に事実上すべての放出キセノンを捕獲しなければ
ならない。

【００２１】（放射収集器）該放射点で産生された放射
は、全４πステラジアン中へ均一に放出される。あるタ
イプの収集光学素子では、この放射を捕獲してリソグラ
フィー機器へと向ける必要がある。これまでに提案され
た１３ナノメートルの光源は、多層電気絶縁被覆鏡に基
づく収集光学素子を示唆していた。多層電気絶縁被覆鏡
は、大角度の領域で高い収集効率を得るために用いられ
た。砕屑を生む放射源は、該絶縁鏡を被覆してその反射
率を低下させ、そのため該放射源から出る収集出力を弱
めたであろう。好ましい本システムは、電極の浸食を受
け、時間の経過とともに放射点の近傍に置かれたどのよ
うな絶縁鏡をも品質低下させたであろう。

【００２２】１３．５ナノメートルの紫外線の小さな入
射角では高反射率を持つ幾つかの物質が、利用可能であ
る。これらの幾つかに対するグラフが、図１１に示され
ている。良好な選択肢には、モリブデン、ロジウム及び
タングステンがある。収集器はこれらの材料で構成する
ことができ、ニッケルのような基体構造物質に被覆とし
てそれらを塗布するのが好適である。この円錐部分は、
取り外し可能なマンドレル上にニッケル電気メッキによ
って調えられる。

【００２３】大きな円錐角を受容できる収集器を作るた
めには、幾つかの円錐部分を互いに他の内部に入れ子に
することができる。各円錐部分は、その部分の放射円錐
を所望の方向へ向け変えるために、該放射を一回以上反
射することがある。微小入射角での作動のための収集の
設計をすれば、浸食された電極物質の堆積に最もよく耐
える収集器を作ることになる。このような鏡のきわめて
小さい入射角の反射率は、該鏡の表面の粗さに依存す
る。表面の粗さへの依存度は入射角が微小入射角に近づ
くにつれて減少する。我々は少なくとも２５度の固定角
を超えて放射される該１３ナノメートルの放射を、収集
して方向を定めることができると見積もっている。放射
を光伝送管へと向ける好適な収集器を図１，２，及び３
に示した。

【００２４】（タングステン電極−収集器のタングステ
ン被覆）外面反射収集器の材料を選択する好適な方法
は、収集器の被覆材料を電極物質と同一にすることであ
る。タングステンは、電極としての性能と１３ナノメー
トルでの屈折率が０．９４５であるという実際の性質と
を示してきたので、有望な候補である。該電極及び該鏡
被覆に同一物質を使えば、浸食された電極物質が該収集
鏡の上を被覆する際、鏡の反射率の低下を最小化するこ
とができるのである。

【００２５】（銀電極及び被覆）銀もまた１３ナノメー
トルで低い屈折率を持ち、かつ高い反復速度操作を可能
とする高い熱伝導性を持つので、電極及び被覆として優
れた選択肢である。

【００２６】（円錐入れ子式砕屑収集器）別の好適な実
施態様では、収集指向器は、すべてのタングステン蒸気
をそれが収集指向器に到着する前に集めてしまう砕屑収
集器５によって、蒸発電極物質による汚染から保護され
る。図９はプラズマ絞り込みから生じる砕屑を集める円
錐入れ子式砕屑収集器５を示す。砕屑収集器５は、該絞
り込み部の中心から延伸して、収集指向器４に向けられ
る光線と一直線にそろった表面を持つ円錐入れ子式の部
分からなっている。

【００２７】集められた砕屑は、タングステン電極から
出た蒸発タングステン及び蒸発リチウムを含んでいる。
該砕屑収集器は、放射収集指向器４に取り付けられてい
るかまたはその一部である。収集器は双方ともニッケル
メッキした基体からできている。該放射収集指向器４
は、非常に高い反射率を持つようにモリブデンまたはロ
ジウムで被覆される。好ましくは、双方の収集器とも約
４００℃に加熱されるが、この温度はリチウムの融点よ
りかなり高く、かつタングステンの融点より実質的に低
い。リチウム蒸気もタングステン蒸気もともに砕屑収集
器５の表面に集まるが、リチウムは蒸発して去り、該リ
チウムが収集指向器４に集まっても、その後すぐに蒸発
し去る。ひとたび砕屑収集器５に集まったタングステン
は、永久的にそこにとどまる。

【００２８】図７は出願人が設計した収集器の光学的特
徴を示す。該収集器は５つの入れ子式微小入射角パラボ
ラ反射鏡で成り立っているが、５つの反射鏡のうち３つ
のみが示されている。内側の２つの反射鏡は図示されて
いない。この設計では収集角は０．４ステラジアンであ
る。以下で検討するように、該収集器表面は被覆され、
リチウムの堆積を防ぐために加熱される。この設計で並
行ビームが産生される。図１，３，及び１０に示すよう
な他の好適な設計はビームを一点に集める。該収集器
は、１３．５ナノメートル波長領域で高い微小入射角反
射率を持つ物質で被覆するべきである。２つのその様な
物質はパラジウムとルテニウムである。

【００２９】（光伝送管）堆積物質をリソグラフィー機
器の照明光学素子に近づけないことが重要である。した
がって、光伝送管６は、この分離を一層確実にすること
が望ましい。該光伝送管６は、その内部表面が外側へほ
ぼ全反射するようになった中空の光伝送管である。基本
的な収集光学素子は、収集された放射の円錐角を小さく
して、中空光伝送管の受容角に合わせるように設計摺る
ことができる。この概念は図１に示されている。図１に
示すようにタングステン、銀あるいはリチウム原子は、
中空光伝送管を流れる緩衝ガスに逆らって上流へと拡散
するはずなので、リソグラフィー機器の絶縁鏡は電極砕
屑から非常によく保護されよう。

【００３０】（パルスパワーユニット）好適なパルスパ
ワーユニット１０は、ソリッドステートトリガー及び米
国特許５，１４２，１６６号に記載したパルスパワーユ
ニットのような磁気スイッチ回路を使用したソリッドス
テート高周波高電圧パルスパワーユニットである。これ
らのユニットは高信頼性があり、数ヶ月かつ数十億パル
スを経る間殆どメインテナンスなしに連続操業すること
ができる。米国特許５，１４２，１６６号の教示を引用
によりここに援用する。

【００３１】図４はパルスパワーを供給する簡単な電気
回路を示している。好適な実施例は、エキシマレーザに
用いるコマンド共振充電供給型の直流電源４０を含んで
いる。Ｃ₀は既製のコンデンサのバンクであり、併合キ
ャパシタンスが６５マイクロファラデーであり、ピーキ
ングコンデンサＣ₁もまた既製のコンデンサのバンクで
あり、併合キャパシタンスが６５マイクロファラデーで
ある。可飽和インダクタ４２は約１．５ナノファラデー
の飽和励振インダクタンスを持つ。トリガー４４は、絶
縁ゲートバイポーラトランジスタである。ダイオード４
６とインダクタ４８は、米国特許５，７２９，５６２号
で説明するものに似たエネルギ回収回路を形成し、１パ
ルスから出た反射電気エネルギを次のパルスがくる前に
Ｃ₀に蓄積する働きをする。

【００３２】（システム―第１の好ましい実施態様）し
たがって、図１に図示するように、最初の好適な実施例
で、ヘリウム及びリチウム蒸気の混合機能ガスは、同軸
電極８中へ放出される。パルスパワーユニット１０から
の電気パルスは、十分な高温高圧で高密度のプラズマフ
ォーカスを作り出し、機能ガス中のリチウム原子を２価
にイオン化して、波長約１３．５ナノメートルの紫外線
放射を産生する。

【００３３】この光は、外面全反射収集器４に集めら
れ、中空光伝送管６へ向けられ、そこで該光はさらにリ
ソグラフィー機器（図示せず）へ向けられる。放電室１
は、ターボ吸入ポンプ１２で約４トルの真空に保たれ
る。機能ガス中のヘリウムガスのいくらかはヘリウム分
離器１４で分離され、図１の１６にに図示するように該
光伝送管を清掃するのに用いられる。該光伝送管中のヘ
リウムの圧力は、好ましくは通常低圧もしくは真空に保
たれるリソグラフィー機器の所要圧力と釣り合う。機能
ガスの温度は、熱交換機２０によって所望の温度に保た
れ、該ガスは静電フィルター２２によって清浄化され
る。該ガスは、図１に図示するように該同軸電極空間に
放出される。

【００３４】（プロトタイプユニット）出願人及び同僚
作業者によって製作されテストされたプロトタイプのプ
ラズマ絞り込みユニットの図が、図５に示されている。
主要素子はＣ₁コンデンサデック、Ｃ₀コンデンサデッ
ク、絶縁ゲートバイポーラトランジスタスイッチ、可飽
和インダクタ４２、真空容器３，及び同軸電極８であ
る。

【００３５】（テスト結果）図６は出願人が図５に図示
する該ユニットで測定した典型パルス形を示す。出願人
は、Ｃ₁の電圧Ｃ₁の電流及び１３．５ナノメートルでの
輝度を８マイクロ秒間にわたって記録した。この代表的
パルスの全エネルギは、約０．８ジュールであった。パ
ルス幅は（半値全幅で）約２８０ナノ秒であった。降伏
前のＣ₁の該電圧は１キロボルトより僅かに小さかっ
た。この実施例のプロトタイプは、２００ヘルツまでの
パルス速度で操作可能である。２００ヘルツでの平均帯
域内１３．５ナノメートル放射の測定値は、４πステラ
ジアンで１５２ワットである。１シグマでのエネルギ安
定性は、６％である。出願人は該エネルギの３．２％
が、図１に図示する収集器４で有用な１３．５ナノメー
トルビーム中へ向けることができると見積もっている。

【００３６】（第二の好ましいプラズマ絞り込みユニッ
ト）図２に第二の好適なプラズマ絞り込みユニットが示
されている。このユニットは米国特許４，０４２，８４
８号で説明されたプラズマフォーカスデバイスと似てい
る。このユニットは２つの外部円盤型電極３０，３２及
び内部円盤型電極３６を有している。該絞り込みは、特
許４，０４２，８４８号で説明され図２で指摘されたよ
うに、３方向から形成される。該絞り込みは、電極の周
辺近くから始まり、中央に向かって進み、そして図２の
３４に図示するように放射点が対称軸に沿い内部電極の
中心に発現される。図１の実施例に関連して説明したよ
うに、放射は収集され方向付けられる。しかし、図２に
図示するように放射を該ユニットの両側からでてくる２
方向で捕獲することが可能である。さらに、絶縁鏡を点
３８に設置して、始め左へ反射された該放射の相当な割
合を放射点を通して反射することも可能であろう。これ
は右側への放射を強めるはずである。

【００３７】（第三の好ましい実施態様）第三の好まし
い実施態様は、図３を引用して説明できる。この実施態
様は第一の好ましいな実施態様に似ている。この実施態
様では、しかし、緩衝ガスはアルゴンである。ヘリウム
は、１３ナノメートルの放射に対して比較的無影響であ
るという好ましい性質を持っているが、原子量が小さい
という望ましくない性質を持っている。小原子量のた
め、我々は該システムを２ないし４トルの圧力環境で操
作しなければならない。ヘリウムの小原子量の他の欠点
は、電気的励振回路のタイミングに加速距離を合わせる
ために必要な電極の長さである。ヘリウムは軽いので、
該励振回路を通る電流がピークに達すると同時にヘリウ
ムが電極の先端から離れるように、電極を望ましいもの
より長くしなければならないのである。

【００３８】アルゴンのようなより重い原子は、所与の
圧力ではヘリウムより伝導性が低いが、原子量が大きい
のでより低圧でも安定した絞り込みを作り出せる。アル
ゴンの低操作圧力は、アルゴンの吸収性向の増加を償っ
てあまりある。加えて、必要な電極の長さが、原子量の
大きさのために減少する。短い電極は２つの理由で有利
である。第一は短電極を使ったときに起きる回路インダ
クタンスの減少である。インダクタンスが小さければ励
振回路が効率的になり、したがって必要な電気ポンプエ
ネルギを減少させられる。短電極の第二の利点は、電極
の先端から基部までの熱伝導経路距離の減少である。電
極に与える熱エネルギの大部分は、先端で起こり、電極
の伝導冷却は、主として基部で起きる（放射冷却もまた
起きる）。短電極では、熱い先端から冷たい基部までの
長さに沿った温度低下が小さくなる。パルスあたりのポ
ンプエネルギの小ささと改善された冷却経路の両方によ
って、該システムはより高い反復速度で動作する。反復
速度の増加は、直接に該システムの平均光学出力能力を
増加させる。該出力能力を反復速度の増加で評価するこ
とは、パルスあたりのエネルギの増加と対照して、リソ
グラフィー光源の平均出力能力の場合、最も望ましい方
法である。

【００３９】この好適な実施態様では、第一第二の実施
態様と違ってリチウムを気相で真空室に注入しない。そ
のかわりに、図３に図示するように固体リチウムが中央
電極の中心の孔に入れられる。電極から出る熱が、該リ
チウムを蒸発温度に上昇させる。該電極の熱い先端に対
するリチウムの高さを調節することで、電極先端付近の
リチウムの分圧を制御できる。これを行う好適な実施例
が図３に示されている。該電極先端に対して該リチウム
棒の先端を調節する機構が与えられている。同軸電極８
の解放端が上に来て、融解リチウムが単に中央電極の先
端付近でどろどろになっていればよいように、該システ
ムを垂直に設置するのが望ましい。ビームは図５に示す
ように垂直方向にまっすぐに出る。（代替的方法は、リ
チウムが液体で加えられるように、該電極をリチウムの
融点以上の温度に熱することである）。

【００４０】電極中央に通った孔は、別の重要な利点を
もたらす。該プラズマの絞り込みは、中央電極の先端の
中心付近に形成されるので、エネルギの多くはこの領域
で消散する。この点の付近の電極物質は、融除されて圧
力容器内部の他の表面を機能阻害する。中央孔のある電
極を採用すれば、浸食される物質が大いに減少する。加
えて、出願人の実験は、この領域におけるリチウム蒸気
の存在は、電極物質の浸食速度をさらに減少することを
示している。蛇腹その他の適切なシール法を使用して、
電極装置が真空室に入る場所の良好なシールを維持すべ
きである。固体リチウムを十分に備えた取り替え用電極
は、容易かつ安価に製造でき、かつ該真空室内で容易に
取り替えできる。

【００４１】（真空室内小窓）該絞り込み部は、超紫外
線（EUV)から分離しなければならない大量の可視光線を
発生する。また、窓は、リソグラフィー光学素子がリチ
ウムやタングステンで汚染されないことを、加えて確実
にするものが望ましい。本発明によって産生される超紫
外線ビームは、固体によって非常によく吸収される。そ
れゆえビームに窓を付けるのは困難な問題である。出願
人が好適とする窓問題の解決法は、超紫外線（EUV)を通
し、可視光線を反射する非常に薄い箔を使用することで
ある。出願人が好適とする窓は、入射ビームの軸線と約
１０°の入射角で傾いたベリリウムの箔（約１０ないし
１５ミクロン）である。この配置で殆ど全部の可視光線
は反射され、約５０ないし８０％の超紫外線（EUV)は透
過する。もちろんこのような薄い窓はあまり強くない。
したがって、出願人は非常に直径の小さいベリリウムの
窓を使い、該ビームは該小窓を通して絞り込まれる。好
ましくは該薄ベリリウム窓の直径は、約１０ミリメート
ルである。該小窓の加熱を考慮しなければならず、高反
復速度には特別の該窓冷却が必要である。設計によって
は、この構成部品は、単にビーム分割装置として設計さ
れ、該薄光学素子を挟む圧力の差異がないので該設計は
簡単になる。

【００４２】図１０はビーム９を厚さ０．５ミクロン、
直径１ミリメートルのベリリウムの窓７を通して絞り込
むために、収集器延長部４Ａによって放射収集器４が延
長される好適な実施態様を示す。

【００４３】（プレイオン化）出願人の実験では、プレ
イオン化なしでも良好な結果が得られるが、プレイオン
化で性能が改善することが示された。図５に示す該プロ
トタイプユニットは、電極間のガスをプレイオン化する
直流駆動火花ギャッププレイオン化装置を有する。出願
人はこれらのエネルギ安定値を大いに改善し、かつ改善
プレイオン化技術によって他の性能パラメータを改善で
きるであろう。プレイオン化は、エキシマレーザの性能
を改善するために、出願人や他の人々によって使われる
よく発達した技術である。好適なプレイオン化技術が含
むのは １） 直流駆動火花ギャップ ２） 高周波駆動火花ギャップ ３） 高周波駆動表面放電 ４） コロナ放電 ５） プレイオン化と組み合わせたスパイカー回路 これらの技術は、エキシマレーザに関する科学文献によ
く説明されており、かつよく知られている。

【００４４】上記の実施態様は、本発明の原理の適用例
を示し得る多くの可能な特定の実施態様のほんの２，３
に過ぎないことが理解できよう。例えば、機能ガスを再
循環する代わりに、単にリチウムを捕捉してヘリウムを
放出する方が望ましいこともある。タングステンと銀で
はなく、他の電極と被覆の組み合わせの使用も可能であ
る。例えば、銅か白金の電極や被覆も利用可能であろ
う。該プラズマ絞り込みを発生する他の技術が、説明し
た特定の実施態様に代えて使用できよう。これら他の技
術のうちあるものは、本明細書の従来の技術の部で引用
した特許に記載されており、これらの記載はすべて引用
としてここに援用される。多くの高周波高圧の電気パル
スの発生法が、入手可能であり、使用できる。光伝送管
を室温に保ち、該リチウム及びタングステンが光伝送管
の全長を通過しようとする時、凝結させて取り出すのも
代替手段となろう。さらに、この凝結取りだしの考え方
は、原子が光伝送管壁への衝撃で永久的に付着するの
で、リソグラフィー機器に使われる光学部品に届く砕屑
の量を減少させるであろう。リソグラフィー機器光学素
子上への電極物質の堆積は、該収集光学素子を、放射点
を第一放電室の小さな孔を通して再結像させ、作動ポン
プ設備を使用するように設計することにより避けること
ができる。ヘリウムやアルゴンは、第二室から該開口を
通して第一室へ供給することができる。この機構は、銅
蒸気レーザの出力窓への物質堆積を防ぐのに効果的であ
ることが示されてきた。リチウムの代わりにリチウム水
素化物を使用することができる。該ユニットは、該電極
を通して流れる該機能ガスを使用しない、静的充填シス
テムを使用しても機能するであろう。言うまでもなく、
単一パルスから秒あたり５パルスないし数百数千パルス
まで広い範囲にわたる反復速度が可能である。必要であ
れば、固体リチウムの位置を調節する調節機構は、該中
央電極の先端の位置が該先端の浸食を考慮して調節可能
となるように修正することも可能であろう。

【００４５】上記で説明した以外にも、多くの電極配置
が可能である。例えば、外側電極は図示するような円筒
形でなく、該絞り込み側の直径が大きい円錐形とするこ
とができる。また、実施態様によっては、該内部電極を
外部電極の先端を超えるように突出させれば性能が改善
されることがある。これはスパークプラグその他該技術
で周知のプレイオン化装置で可能になろう。他の好もし
い実施態様では、該外側電極の代わりに一般的に円筒形
または円錐形を形成するように配置した電極棒の使用が
ある。この方法は、結果的に生じるインダクションがバ
ラストの役目をするので、電極軸線に沿って中心軸のあ
る対称形の絞り込み部を維持するのに役立つ。

【００４６】したがって、読者は該発明の範囲を、所与
の態様によらず、添付する請求項及びその法的均等物に
よって決定することが必要である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施態様を示す高エネルギフォ
トン源の図である。

【図２】円盤形電極を持つ三次元プラズマ絞り込み装置
の図である。

【図３】本発明の第三の好適な実施態様の図である。

【図４】本発明の好適な実施態様に対する好適な回路図
である。

【図５】出願人及びその同僚作業者が製作したプロトタ
イプユニットの図である。

【図６】プロトタイプユニットで産生されたプラズマの
形である。

【図７】双曲線形収集器によって生じた超紫外線（ＥＵ
Ｖ）ビームの一部を示す。

【図８】モリブデンシリコン被覆の反射率に対する１
３．５ナノメートルにおけるリチウムのピークを示す。

【図９】入れ子式円錐形砕屑収集器を示す。

【図１０】可視光線を反射し超紫外線（ＥＵＶ）を透過
する薄いベリリウム窓を示す。

【図１１】１３．５ナノメートルの紫外線放射に対する
種々の物質の反射率を示すグラフである。

【符号の説明】

２ 絞り込みユニット ４ 高エネルギフォトン収集器 ６ 光伝送管 ８ 同軸電極 １０ パルスパワーユニット １２ ターボ吸入ポンプ １４ ヘリウム分離器 ２０ 熱交換機 ２２ 静電フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イーゴル ヴィー フォメンコフ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92129 サン ディエゴ ジャーナル ウ ェイ 14390 (72)発明者 ダニエル エル バークス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94561 オークリー ルート 175ディー クリスモア レーン 3300

Claims (37)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ａ． 真空室と、 Ｂ． 前記真空室内に設置され、電気放電領域を規定
   し、かつ放電上の絞り込み部に高周波プラズマ絞り込み
   が生じるように配置された少なくとも２つの電極と、 Ｃ． 少なくとも１つのスペクトル線を持つ光を供給す
   るように選択された活性ガス、及び貴ガスである緩衝ガ
   スを含む機能ガスと、 Ｄ． 前記放電領域に機能ガスを供給する機能ガス供給
   システムと、 Ｅ． 前記少なくとも１対の電極間に放電を生じさせる
   に十分な電気パルス及び高電圧を供給するパルスパワー
   源と、 Ｆ． 前記プラズマ絞り込みで作り出された放射を収集
   し、前記放射を所望の方向に差し向けるための外部反射
   放射収集−指向器と、を有することを特徴とする高エネ
   ルギフォトン源。
2. 【請求項２】絞り込み部から放射収集−指向器にむかっ
   て広がる光線と整合した表面を備える円錐入れ子式デブ
   リス収集器を更に有することを特徴とする、請求項１に
   記載の高エネルギフォトン源。
3. 【請求項３】前記円錐入れ子式デブリス収集器が、前記
   放射収集−指向器の一部として製造されたことを特徴と
   する、請求項２に記載の高エネルギフォトン源。
4. 【請求項４】前記活性化ガスが、融点である金属の蒸気
   であり、前記金属の融点を超える温度で前記放射収集器
   及び前記デブリス収集器を維持するための加熱手段をさ
   らに有することを特徴とする、請求項２に記載の高エネ
   ルギフォトン源。
5. 【請求項５】前記金属がリチウムであることを特徴とす
   る、請求項４に記載の高エネルギフォトン源。
6. 【請求項６】前記パルス電源が、少なくとも５Ｈｚの周
   波数で電気パルスを提供するようにプログラム可能であ
   ることを特徴とする、請求項１に記載の高エネルギフォ
   トン源。
7. 【請求項７】前記活性化ガスが固体材料を加熱すること
   によって作り出されることを特徴とする、請求項１に記
   載の高エネルギフォトン源。
8. 【請求項８】前記固体材料が固体リチウムであることを
   特徴とする、請求項３に記載の高エネルギフォトン源。
9. 【請求項９】前記固体リチウムが前記２つの電極の一方
   に配置されたことを特徴とする、請求項４に記載の高エ
   ネルギフォトン源。
10. 【請求項１０】前記２つの電極が、軸線と中心チップと
    を構成する中心電極を構成するように同軸に構成され、
    前記固体リチウムが前記軸線に沿って位置決めされたこ
    とを特徴とする、請求項８に記載の高エネルギフォトン
    源。
11. 【請求項１１】前記リチウムを前記中心電極チップに対
    して調節するための位置調節手段を更に有することを特
    徴とする、請求項１０に記載の高エネルギフォトン源。
12. 【請求項１２】前記活性化ガスがリチウム蒸気であるこ
    とを特徴とする、請求項１に記載の高エネルギフォトン
    源。
13. 【請求項１３】前記活性がガスが、水素化リチウムであ
    ることを特徴とする、請求項１に記載の高エネルギフォ
    トン源。
14. 【請求項１４】前記収集器−指向器によって収集及び指
    向された放射を伝播するように配置された光パイプを更
    に有することを特徴とする、請求項１に記載の高エネル
    ギフォトン源。
15. 【請求項１５】前記電極が電極材料からなり、前記収集
    −指向器が同じ電極材料で被覆されていることを特徴と
    する、請求項１に記載の高エネルギフォトン源。
16. 【請求項１６】前記電極材料がタングステンであること
    を特徴とする、請求項１５に記載の高エネルギフォトン
    源。
17. 【請求項１７】前記電極材料が銀であることを特徴とす
    る、請求項１５に記載の高エネルギフォトン源。
18. 【請求項１８】前記バッファガスがヘリウムであること
    を特徴とする、請求項１に記載の高エネルギフォトン
    源。
19. 【請求項１９】前記バッファガスがアルゴンであること
    を特徴とする、請求項１に記載の高エネルギフォトン
    源。
20. 【請求項２０】前記バッファガスがラドンであることを
    特徴とする、請求項１に記載の高エネルギフォトン源。
21. 【請求項２１】前記少なくとも２つの電極が、２つの外
    側電極と１つの内側電極とを構成する３つのディスク形
    状電極であり、作動中に前記２つの外側電極が前記内側
    電極の対極にあることを特徴とする、請求項１に記載の
    高エネルギフォトン源。
22. 【請求項２２】前記２つの電極が、軸線と、ロッドのア
    レイからなる外側電極とを構成する中心電極を構成する
    ように同軸に構成されたことを特徴とする、請求項１に
    記載の高エネルギフォトン源。
23. 【請求項２３】前記ロッドのアレイが、全体的には円柱
    形状に形成されるように配列されたことを特徴とする、
    請求項２２に記載の高エネルギフォトン源。
24. 【請求項２４】前記ロッドのアレイが、全体的には円錐
    形状に形成されるように配列されたことを特徴とする、
    請求項２２に記載の高エネルギフォトン源。
25. 【請求項２５】前記作動ガスをプレイオン化するための
    プレイオン化装置を更に有することを特徴とする、請求
    項１に記載の高エネルギフォトン源。
26. 【請求項２６】前記プレイオン化装置が直流スパークギ
    ャップイオン化装置であることを特徴とする、請求項２
    ５に記載の高エネルギフォトン源。
27. 【請求項２７】前記プレイオン化装置がＲＦ駆動スパー
    クギャップであることを特徴とする、請求項２５に記載
    の高エネルギフォトン源。
28. 【請求項２８】前記プレイオン化装置がＲＦ駆動表面放
    電であることを特徴とする、請求項２６に記載の高エネ
    ルギフォトン源。
29. 【請求項２９】前記プレイオン化装置がコロナ放電であ
    ることを特徴とする、請求項２６に記載の高エネルギフ
    ォトン源。
30. 【請求項３０】前記プレイオン化装置がスパイク回路を
    包含することを特徴とする、請求項２５に記載の高エネ
    ルギフォトン源。
31. 【請求項３１】超紫外線放射を透過し、可視光を反射す
    る、真空チャンバ窓を更に有することを特徴とする、請
    求項１に記載の高エネルギフォトン源。
32. 【請求項３２】前記窓が、１ミクロンより薄い固体材料
    のシートからなることを特徴とする、請求項３１に記載
    の高エネルギフォトン源。
33. 【請求項３３】前記材料が、ベリリウム及びシリコンか
    らなる材料のグループから選択されることを特徴とす
    る、請求項３１に記載の高エネルギフォトン源。
34. 【請求項３４】前記放射を前記ウィンドウに焦点合わせ
    するための焦点合わせ手段を更に有することを特徴とす
    る、請求項３１に記載の高エネルギフォトン源。
35. 【請求項３５】超紫外線放射を透過し、可視光を反射す
    る、ビームスプリッタを更に有することを特徴とする、
    請求項１に記載の高エネルギフォトン源。
36. 【請求項３６】前記窓が、１ミクロンより薄い固体材料
    のシートからなることを特徴とする、請求項３５に記載
    の高エネルギフォトン源。
37. 【請求項３７】前記材料が、ベリリウム及びシリコンか
    らなる材料のグループから選択されることを特徴とす
    る、請求項３５に記載の高エネルギフォトン源。