JPWO2006035748A1 - Ｅｕｖ発生装置 - Google Patents

Abstract

チャンバー３０内に、第１の電極１と第２の電極２が設けられ、両電極間にプラズマ放電を発生させることで、ＥＵＶ光を発生するＥＵＶ発生装置において、予備電離ユニット５として電子線発生装置を用い、電子線透過膜５ｂを介してチャンバー３０内に電子線を放射する。チャンバー３０は、絶縁材３により第１の容器３０ａ、第２の容器３０ｂに分割され、上記電子線透過膜５ｂは、上記チャンバー３０の第１の電極１及び容器３０ｂと同電位であり、第２の容器３０ｂと第２の電極は接地電位とされ、第１の電極１に放電電圧印加回路５０からマイナスの高電圧を印加し、予備電離電源１１０から予備電離ユニット５のカソードにマイナスの高電圧を印加する。

Description

本発明は、ガス放電に基づいて極紫外線（ＥＵＶ）を発生させるためのＥＵＶ発生装置に関する。

半導体集積回路の微細化のために、露光技術（リソグラフィ）においてはより短い波長の光が必要とされている。現在、極紫外線（ＥＵＶ）と呼ばれる波長１１〜１４ｎｍの光を放射する光源装置の開発が行なわれている。
上記ＥＵＶを発生させる方法はいくつか知られているが、その内の一つに高温高密度のプラズマを発生させ、該プラズマからＥＵＶを取り出す方法がある（例えば非特許文献１参照）。
図４に、上記のプラズマを利用したＥＵＶ発生装置の概略構成を示す。
放電容器であるチャンバー３０内に、ガス導入口１０から放電を生じさせる気体（例えばキセノンＸｅ）が導入される。導入された気体は、チャンバー３０内を流れて、真空ポンプ（図示せず）が取り付けられた排気口１１から排気される。チャンバー３０内の高温高密度プラズマ発生部３１の圧力は、１Ｐａ〜２０Ｐａに調節される。

チャンバー３０内にはリング状の第１の主放電電極（カソード）１と第２の主放電電極（アノード）２が絶縁材３を介して配置される。チャンバー３０は導電材で形成された第１の主放電電極１側の第１の容器３０ａと、主放電電極２側の第２の容器３０ｂから構成され、第１の容器３０ａと第２の容器３０ｂは、上記絶縁材３により分離、絶縁されている。
チャンバー３０の上記第２の容器３０ｂと放電電極２は接地され、上記第２の容器３０ａと電極１には、放電電圧印加回路１００から、およそ−５ｋＶ〜−２０ｋＶの放電電圧が印加され、リング状の両電極１，２間の高温高密度プラズマ発生部３１には高温高密度のプラズマ放電が発生し、該プラズマからＥＵＶ光が放射される。
放射されたＥＵＶ光は、電極２側に設けられたＥＵＶ集光鏡４により反射され、フィルタ６を介して、照射部（図示せず）に出射する。

放電電圧印加回路１００は、上記電極１および２に放電電圧を印加するとともに、予備電離ユニット４０に予備電離パルスを供給する。
放電電圧印加回路１００は、通常の放電回路と基本的に同じであり、スイッチＳＷ１が開閉することにより、電源１０１からコンデンサＣ０を介してトランスＴＲ１にパルス状の電圧が供給され、トランスＴＲ１の二次側に発生する電圧がコンデンサＣ１、可飽和リアクトルＬ１およびコンデンサＣ２、可飽和リアクトルＬ２からなる磁気パルス圧縮回路を介して、電極１，２に供給される。これにより、前記したように、−２０ｋＶの放電電圧が印加され、約１０Ｊ／ｓｈｏｔのエネルギーが数ｋＨｚの周波数で電極１，２に与えられる。したがって、放電電極１，２には数十ｋＷのエネルギーが入力される。また、上記放電電圧印加回路１００のトランスＴＲ１の２次側には直列にトランスＴＲ２が接続され、トランスＴＲ２から上記予備電離ユニット４０に予備電離パルスが供給される。

従来、ＥＵＶを発生させるための高温高密度のプラズマは、直径Φ５〜６ｍｍ程度の細管（キャピラリー）の中で発生され維持されており、したがって電極１および２の径もそれに応じていた（キャピラリーを使った放電方法については、上記非特許文献１のＰ２４７等に説明されている）。
しかし、上記したように電極には数十ｋＷ電力が入力されるので、電極の径が現状のΦ５〜６ｍｍのままでは、電極や絶縁材が激しく発熱し、実用に耐えられるほどの長時間の寿命を保てない。
電極の発熱を抑え、長寿命化を図るためには、電極の径をΦ１０ｍｍ程度に広げキャピラリーを太くしなければならない。しかし、高温高密度プラズマ発生部３１からＥＵＶを発生させるのに適した初期ガスが、上記したような１Ｐａ〜２０Ｐａという低い圧力下では、電極間隔が広くなると安定した放電が起きにくくなり、光の出力が不安定になる。
放電が起きにくい条件下で、安定した放電を生じさせるためには予備電離が必要になる。このため、図４に示すように、予備電離ユニット４０が設けられている。予備電離ユニット４０に、放電電圧印加回路１００からトランスＴＲ２を介して高電圧を印加することにより、図４に示すように、滑り放電が発生し、作動ガスの電離を促進する。
ＥＵＶ発生装置に予備電離ユニットを組み合せた例については、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に記載のものにおいては、ＥＵＶ発生装置のチャンバー内に予備電離ユニット５が設けられている。
特開２００３−２１８０２５公報 堀田栄喜「５．放電生成プラズマ光源−５．１放電生成プラズマ光源研究の現状」J.Plasma Fusion Res.Vol.79.No.3 ，P245-251,2003 年３月

しかし、前記図４に示した予備電離ユニット４０を備えたＥＵＶ発生装置には、次のような問題がある。
(i) 上記したように、チャンバー内の高温高密度プラズマ発生部３１は１Ｐａ〜２０Ｐａという低い圧力であり、予備電離も紫外線を使う方法などでは効果が少なく、すべり放電などを利用した予備電離ユニットが必要となる。このため、従来においては、図４に示したように、チャンバー３０内に予備電離ユニット４０を設けていた。
このため、予備電離ユニットの放電時に予備電離ユニットから飛散する物質によるチャンバー３０への汚染、また、主放電時の電極から生じる物質による予備電離ユニットへの汚染の心配がある。
(ii)予備電離ユニットがチャンバー３０内に設けられているので、予備電離ユニットを簡単に取り外すことができず、予備電離ユニットの交換、点検等を簡単に行なうことはできない。
本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、予備電離ユニットから飛散する物質によるＥＵＶ発生装置への汚染や、ＥＵＶ発生装置の電極から飛散する物質による予備電離ユニットへの汚染を防止することができ、また、予備電離ユニットの交換、保守点検などが容易で、効率よく予備電離を行なうことができる予備電離ユニットを備えたＥＵＶ装置を提供することを目的とする。

本発明においては、上記課題を次のように解決する。
（１）気体の導入口と排気口とが設けられたチャンバーと、気体の導入口側に設けられた放電電圧が印加されるリング状の第１の電極と、第１の電極に対して絶縁材を介し排気口側に設けられた接地されたリング状の第２の電極と、第２の電極側に設けられたミラーとを備えたＥＵＶ発生装置において、予備電離ユニットとして電子線発生装置を用い、電子線は透過するが汚染物質を透過させない透過窓を介してチャンバー内に電子線を放射する。
（２）上記チャンバーの気体の導入口側と排気口側を、上記絶縁材により電気的に絶縁し、上記気体導入側のチャンバーに開口が設け、この開口に、上記透過窓を介してチャンバー内に電子線を放射する予備電離ユニットを設ける。
そして、上記透過窓と気体導入側のチャンバーと第１の電極を電気的に同電位になるように接続し、上記第１の電極と第２の電極の間に高電圧を印加するための第１の電源を接続し、上記第１の電極と上記予備電離ユニットの電子線放射源との間、もしくは、上記第２の電極と予備電離ユニットの間に、高電圧を印加するための第２の電源を接続する。

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）予備電離ユニットとして電子線発生装置を用いるので、低い圧力における予備電離のために効率の良い電子線を利用することができる。
（２）ＥＵＶ発生装置の第１、第２の電極と、予備電離ユニットとの間に、電子線は透過するが汚染物質を透過させない透過窓を設けているので、互いの汚染の影響がない。
（３）チャンバーに開口を設けて、該開口部分に予備電離ユニットとして電子線発生装置を取り付け、上記透過窓を介して、上記開口からチャンバー内に電子線を照射するように構成したので、上記透過窓の交換や予備電離ユニットの交換、保守点検を簡単に行なうことが可能となる。
（４）チャンバーの気体の導入口側と排気口側を、上記絶縁材により電気的に絶縁し、上記気体導入側のチャンバーに開口を設け、この開口に透過窓を介してチャンバー内に電子線を放射する予備電離ユニットを設け、上記透過窓と気体導入側のチャンバーと第１の電極を電気的に同電位になるように接続したので、放電電極と透過窓との間に放電が発生するのを防ぐことができ、透過窓の破損を防ぐことができる。
また、上記第１の電極と第２の電極の間に高電圧を印加するための第１の電源を接続し、上記第１の電極と上記予備電離ユニットの電子線放射源との間、もしくは、上記第２の電極と予備電離ユニットの間に、高電圧を印加するための第２の電源が接続したので、予備電離ユニットから効果的に電子線をチャンバー内に照射することができる。

本発明の実施例のＥＵＶ装置の構成を示す図である。 電子線発生装置の構成と電源回路との接続を示す図である。 本発明の実施例の変形例を示す図である。 予備電離ユニットを有する従来のＥＵＶ装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１，２ 主放電電極
３ 絶縁材
４ ＥＵＶ集光鏡
６ フィルタ
５ 予備電離ユニット
１０ ガス導入口
１１ ガス排気口
３０ チャンバー
３０ａ 第１の容器
３０ｂ 第２の容器
３１ 高温高密度プラズマ発生部
５０ 放電電圧印加回路
１１０ 予備電離電源

図１に、本発明の実施例の予備電離ユニットを備えたＥＵＶ発生装置の構成を示す。
放電容器であるチャンバー３０内にはリング状の主放電電極１と主放電電極２が絶縁材３を介して配置される。チャンバー３０は導電材で形成された主放電電極１側の第１の容器３０ａと主放電電極２側の第２の容器３０ｂから構成され、第１の容器３０ａと第２の容器３０ｂは、上記絶縁材３により分離、絶縁されている。
チャンバー３０には、ガス導入口１０が設けられ、ガス導入口１０から放電を生じさせる気体（例えばキセノンＸｅ）が導入される。導入された気体は、チャンバー３０内を流れて、真空ポンプ（図示せず）が取り付けられた排気口１１から排気され、前記したようにチャンバー３０内の高温高密度プラズマ発生部３１の圧力は、１Ｐａ〜２０Ｐａに調節される。
上記第２の容器３０ｂと主放電電極２は接地され、上記第２の容器３０ａ、主放電電極１と、上記第２の容器３０ｂ間には、放電電圧印加回路５０が接続されている。
放電電圧印加回路５０は、放電電圧に充電されるコンデンサＣ０とスイッチＳＷ１の直列回路と、この直列回路に並列接続された抵抗ＲとリアクトルＬの並列回路から構成される。なお、リアクトルＬを用いず、抵抗Ｒのみの並列回路でもよい。なお、上記コンデンサＣ０を放電電圧に充電する回路については、同図では図示していないが、前記図４に示した放電電圧印加回路１００と同様の回路を用いることができる。

主放電電極１，２に放電電圧を印加しないときは、上記スイッチＳＷ１は開いており、第１の主放電電極１及び第１の容器３０ａは、抵抗Ｒ，リアクトルＬを介して接地され、接地電位となる。なお、リアクトルＬを用いず、抵抗Ｒのみの場合は、設置電位に近い値となる。スイッチＳＷ１が閉じると、上記コンデンサＣ０に充電されていたマイナスの高電圧が上記主放電電極１及び第１の容器３０ａに印加され、第１の主放電電極１と第２の主放電電極２間には、−数十ｋＶのパルス状の放電電圧が印加される。これにより、リング状の両電極１，２間には高温高密度のプラズマ放電が発生し、該プラズマからＥＵＶ光が放射される。
放射されたＥＵＶ光は、主放電電極２側に設けられたＥＵＶ集光鏡４により反射集光され、フィルタ６を介して、照射部（図示せず）に出射する。
上記のようにチャンバー３０を絶縁材３で第１の容器３０ａと第２の容器３０ｂに分け、これらの容器３０ａ，３０ｂを導電材としたので、主放電電極１と第１の容器３０ａは同電位となり、また、主放電電極２と第２の容器３０ｂは接地電位となる。このため、容器３０ａと主放電電極１及び容器３０ｂと主放電電極２の間で放電が発生することはない。

チャンバー３０の第１の電極１側には開口３１が設けられ、この開口３１からチャンバー３０内に電子線が照射できるように、予備電離ユニット５として、電子線を発生する電子線発生装置が設けられる。
このような電子線発生装置としては、例えば特表平１０−５１２０９２号公報に記載されている電子線発生装置を用いることができる。
図２に上記電子線発生装置の構成例を示す。
電子線発生装置は、図２に示すように、ガラスなどの絶縁部材で構成された絶縁容器５ａ内に、電子線源であるフィラメントヒータ５ｃと、カソード５ｄを設け、フィラメントヒータ５ｃとカソード５ｄからの引き出し線を導入ピン５ｅ，５ｆ，５ｇを介して外部に導出したものである。上記導入ピン５ｅ，５ｆ，５ｇには、電源１２０が接続される。
絶縁容器５ａには、電子線透過させる電子線透過膜５ｂが設けられ、絶縁容器５ａは密閉され、内部は真空に保たれる。上記電子線透過膜５ｂは導電性である。

導入ピン５ｅ，５ｆを介して、電源１２０のフィラメント電源トランス１１１から上記フィラメントヒータ５ｃに電流を供給して、フィラメントヒータを加熱し、導入ピン５ｇを介して昇圧回路１１２からカソード５ｄに−３０ｋＶ〜−６０ｋＶ電圧のマイナスの高電圧を印加し、電子線透過窓５ｂを接地電位とすることより、上記電子線透過膜５ｂを介して、同図の点線矢印に示すように、電子線が放射される。
上記電子線透過膜５ｂの材質は、珪素Ｓｉが使用されるが、他にも窒化珪素（ＳｉＮ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ベリリウム（Ｂｅ）などが使用できる。
予備電離ユニット５の内部は、フィラメントヒータ５ｃから放出された電子が吸収されないように、通常例えば１×１０^-4Ｐａ（１×１０^-6Ｔｏｒｒ）以下の低い圧力に設定されている。したがって、電子線透過膜５ｂとカソード５ｄとの絶縁も確保できる。

予備電離ユニットとして、上記電子線発生装置を用いれば、従来例のようチャンバー内にすべり放電による予備電離ユニットを設けることなく、チャンバー３０内が低い圧力であっても、効果的に予備電離を行なうことができる。
なお、前記特許文献１の段落００３３には、予備電離パルス発生装置６により滑り放電が発生し、滑り放電は、赤外線放射からＸ線放射までの放射線のほかに高速の荷電粒子（高速電子）が発生し、作動ガスの電離を促進すると記載されているが、滑り放電により発生するのは主として紫外線放射からＸ線放射までの放射線であり、上記高速の荷電粒子の予備電離への寄与は低いものと考えられる。

ところで、図２に示した電子線発生装置を、ＥＵＶ装置の予備電離ユニットとして使用する場合、次のような次のような問題が生ずる。
前記図１において、光を取り出すＥＵＶ集光鏡４が設けられる側の主放電電極２は、上記ＥＵＶ集光鏡４等との間で放電が生じないようにするため接地電位とするので、主放電電極１およびチャンバー３０の容器３０ａに−数十ｋＶの高電圧−ＨＶ１が印加されることになる。
このため、ＥＵＶ装置の予備電離ユニットとして、図２に示した電子線発生装置を用い、この電子線発生装置を予備電離ユニットとし、直接ＥＵＶ発生装置のチャンバー３０に直接取り付けようとしても、チャンバー３０の主放電電極１側の容器３０ａの電位はマイナスの高電圧−ＨＶ１となるため、電子線発生装置の電子線透過膜５ｂを図２に示すように接地電位に出来ない。

なお、電子線透過膜５ｂを接地電位にし、絶縁材を介して電子線発生装置をチャンバー３０の容器３０ａに取り付けることも考えられるが、この状態で主放電電極１、容器３０ａにマイナスの高電圧が印加されると、主放電電極１または容器３０ａと電子線透過膜５ｂとの間で放電が生ずることがある。特に、主放電電極１と電子線透過膜５ｂとの間で放電が発生すると、電子線透過膜５ｂが破損し、装置のトラブルを引き起こす場合がある。 また、主放電電極１、容器３０ａがマイナスの高電圧であると、接地電位に設定された電子線透過膜５ｂを透過した電子線は減速され、チャンバー３０内に効果的に電子線が照射されない。

そこで、本実施例では、図１に示すように、主放電電極１および主放電電極１側の容器３０ａと、電子線発生装置の電子線透過膜５ｂを同電位とし、電子線発生装置（予備電離ユニット５）のカソード５ｄに予備電離電源１１０の昇圧回路１１２から上記マイナスの高電圧−ＨＶ１よりマイナス側により高い電圧−ＨＶ２（｜ＨＶ１｜＜｜ＨＶ２｜）を印加した。なお、予備電離電源１１０の構成は、前記図２に示したものと同じであり、フィラメントヒータ５ｃに電流を供給するフィラメント電源トランス１１１と、カソードにマイナスの高電圧を印加する昇圧回路１１２を備えている。
これにより、電子線透過膜５ｂと、主放電電極１および容器３０ａとの間で放電が生じるのを防ぐことができるとともに、電子線発生装置（予備電離ユニット５）から効果的に、チャンバー３０内に電子線を照射することができる。
なお、電子線発生装置の電子線透過膜５ｂは、前記図２や特表平１０−５１２０９２号公報に記載されているように、通常は接地電位にして使用されるものであるが、カソード５ｄには、およそ−６０ｋＶまで印加することができるので、カソード５ｄに印加される電圧を、主放電電極１に印加されるマイナスの高電圧よりマイナス側に大きくしても、問題なく電子線を発生させることができる。

図１に示したＥＵＶ装置は次のように動作する。
気体導入口１０から、キセノンが導入されるとともに、排気口１１から真空ポンプにより排気される。キセノンガスは、チャンバー３０内を、主放電電極１側から主放電電極２側に向かって流れる。差動排気によりチャンバー３０の内部は減圧され、所定の圧力に設定される。
予備電離ユニット５（電子線発生装置）のカソード５ｄにはマイナスの高電圧−ＨＶ２、例えば−６０ｋＶが印加され、電子線が、電子線透過膜５ｂを透過してチャンバー３０内に照射される。また、前記したように、主放電電極１，２に放電電圧を印加しないときは、放電電圧印加回路５０のスイッチＳＷ１は開いており、第１の主放電電極１及び第１の容器３０ａは、抵抗Ｒ，リアクトルＬを介して接地され、接地電位である。
上記スイッチＳＷ１が閉じると、上記コンデンサＣ０に充電されていたマイナスの高電圧が上記主放電電極１及び第１の容器３０ａに印加され、第１の主放電電極１と第２の主放電電極２間には、放電電圧であるマイナスの高電圧−ＨＶ１、例えば−２０ｋＶが印加される。予備電離ユニット５の電子線透過膜５ｂは、チャンバー３０の容器３０ａに取り付けられているため、容器３０ａおよび主放電電極１と同電位になる。

チャンバー３０内のキセノンが、予備電離ユニット５から照射される電子線により予備電離され、主放電電極１と主放電電極２にパルス状のマイナスの高電圧が印加されると、その間でプラズマ放電が発生し、ＥＵＶ光が放射される。
放射されたＥＵＶ光は、ＥＵＶ集光鏡４で集光され、フィルタ６を介して照射部に出射される。
なお、主放電電極１にマイナスの高電圧が印加されると、予備電離ユニット５のカソード５ｄと電子線透過膜５ｂとの間の電位差は小さくなり、チャンバー３０内への電子線の照射量は小さくなるが、電子により予備電離を起こさせるのは、主放電の立ち上がりの瞬間であり、主放電電極１にマイナスの高電圧が印加されたとき、電子の照射量が多少少なくなっても、問題は生じない。
本実施例によれば、チャンバー３０内の放電空間と予備電離ユニット５とが電子線透過膜５ｂにより隔てられているために、例えば、主放電電極１，２からスパッタにより飛散する物質が、予備電離ユニット５内に侵入せず、予備電離ユニットが汚染されることがない。また、逆に、予備電離ユニット５によるチャンバー内の汚染も防ぐことができるので、装置の長寿命化を図ることができる。
また、予備電離ユニット５がチャンバー３０の外側に取り付けられているので、予備電離ユニット５の交換、保守点検を容易に行うことができる。

図３は、上記実施例の変形例であり、本実施例では、上記予備電離電源１１０を放電電圧印加回路１００とは電位的に切り離された電源とし、予備電離電源１１０のプラス側と、放電電圧印加回路１００のマイナス側を接続したものであり、その他の構成は、前記図１と同じである。
上記構成とすることで、予備電離電源１１０の出力電圧を、図１の場合より低くすることができ、例えば、前記した図１において−ＨＶ１＝−２０ｋＶ、−ＨＶ２＝−６０ｋＶとする場合、図３の構成とすることで、−ＨＶ１＝−２０ｋＶ、−ＨＶ２＝−４０ｋＶとすることができる。

なお、上記実施例では、予備電離ユニット５をチャンバー３０の外側に取り付ける場合について説明したが、予備電離ユニットをチャンバー内に組み込んでもよい。このように構成すると、図１の場合より予備電離ユニットの交換、保守点検などは難しくなるが、図１に示したように電子線透過膜を介して、チャンバー内に電子線を照射するように構成することで、図１の実施例と同様に、予備電離ユニットの汚染、チャンバー内の汚染を防ぐことができる。
また、上記実施例では、特表平１０−５１２０９２号公報に記載される電子線発生装置を用いる場合について説明したが、その他の構成の電子線発生装置をもちいることもできる。

Claims (2)

1. 気体の導入口と排気口とが設けられたチャンバーと、
   上記チャンバー内であって、上記気体の導入口側に設けられた放電電圧が印加されるリング状の第１の電極と、
   上記第１の電極に対して絶縁材を介し排気口側に設けられた接地されたリング状の第２の電極と、
   上記第２の電極側に設けられた集光鏡とを備えたＥＵＶ発生装置において、
   上記第１の電極側のチャンバーに透過窓を介して電子線を放射する予備電離ユニットが設けられている
   ことを特徴とするＥＵＶ発生装置。
2. 上記チャンバーは、上記絶縁材により気体の導入口側と排気口側が電気的に絶縁されており、
   上記気体導入側のチャンバーに開口が設けられ、該開口に、透過窓を介してチャンバー内に電子線を放射する予備電離ユニットが設けられ、
   上記透過窓と気体導入側のチャンバーと第１の電極は電気的に同電位になるように接続され、上記第１の電極と第２の電極の間に高電圧を印加するための第１の電源が接続され、上記第１の電極と上記予備電離ユニットの電子線放射源との間、もしくは、上記第２の電極と予備電離ユニットの間に、高電圧を印加するための第２の電源が接続されている
   ことを特徴とする請求項１記載のＥＵＶ発生装置。
   

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