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JP5426317B2 - 極端紫外光光源装置 - Google Patents

極端紫外光光源装置 Download PDF

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JP5426317B2 JP2009242868A JP2009242868A JP5426317B2 JP 5426317 B2 JP5426317 B2 JP 5426317B2 JP 2009242868 A JP2009242868 A JP 2009242868A JP 2009242868 A JP2009242868 A JP 2009242868A JP 5426317 B2 JP5426317 B2 JP 5426317B2
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Description

この発明は、ターゲットにレーザ光を照射してプラズマを生成し該プラズマから放射された極端紫外光を出力する極端紫外光光源装置に関する。
近年、半導体装置の微細化に伴って、半導体プロセスの光リソグラフィにおける転写パターンの微細化が急速に進展している。次世代においては、７０ｎｍ〜４５ｎｍの微細加工、さらには３２ｎｍ以下の微細加工が要求されるようになる。このため、たとえば３２ｎｍ以下の微細加工の要求に応えるべく、波長１３ｎｍ程度の極端紫外光（ＥＵＶ）光源と縮小投影反射光学系とを組み合わせた露光装置の開発が期待されている。
ＥＵＶ光源としては、ターゲットにレーザビームを照射することによって生成されるプラズマを用いたＬＰＰ（Laser Produced Plasma：レーザ励起プラズマ）光源と、放電によって生成されるプラズマを用いたＤＰＰ（Discharge Produced Plasma）光源と、軌道放射光を用いたＳＲ（Synchrotron Radiation）光源との３種類がある。これらのうち、ＬＰＰ光源は、ＤＰＰ光源やＳＲ光源と比較してプラズマ密度を大きくできるので、黒体輻射に近い極めて高い輝度が得られるという利点を有する。また、ＬＰＰ光源は、ターゲット物質を選択することによって、所望の波長帯の強い光を得ることが可能であるという利点を有する。さらに、ＬＰＰ光源は、光源の周囲に電極等の構造物がなく、ほぼ等方的な角度分布をもつ点光源であるので、極めて大きな捕集立体角の確保が可能である等の利点を有する。これらのような利点を有するＬＰＰ光源は、数十から数百ワット以上のパワーが要求されるＥＵＶリソグラフィ用の光源として注目されている。
このＬＰＰ方式によるＥＵＶ光光源装置は、まず、真空チャンバ内に供給されるターゲット物質に対してレーザ光を照射することにより、ターゲット物質を励起させてプラズマ化する。すると、このプラズマからＥＵＶ光を含む様々な波長成分よりなる光が放射される。そこでＥＵＶ光光源装置は、所望の波長成分、たとえば１３．５ｎｍの波長成分のＥＵＶ光を選択的に反射するＥＵＶ光集光ミラーを用いてＥＵＶ光を反射して集光する。集光されたＥＵＶ光は、露光装置に入力される。ＥＵＶ光集光ミラーの反射面には、たとえば、モリブデン（Ｍｏ）の薄膜とシリコン（Ｓｉ）の薄膜とが交互に積層された構造を持つ多層膜（Ｍｏ／Ｓｉ多層膜）が形成されている。この多層膜は、波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光に対して高反射率（約６０％から７０％）を示す。
ここで、上述したように、ターゲットへのレーザ光照射によってプラズマが生成されるが、このプラズマの発生時に、ガス状のイオン粒子および中性粒子やプラズマになりきれなかった微粒子（金属クラスター）などの粒子（デブリ）が、プラズマ発生点からその周辺に飛び出す。デブリは、それぞれ真空チャンバ内に配置されたＥＵＶ光集光ミラーや、ターゲットにレーザ光を集光するための集光用ミラーや、その他のＥＵＶ光強度計測光学系などの各種光学素子の表面に向けて飛んでいく。このため、比較的エネルギーの高い高速イオンデブリは、光学素子の表面を侵食してこの表面の反射膜を破壊する。この結果、光学素子の表面は、ターゲット物質である金属成分となる。また、比較的エネルギーの低い低速イオンデブリや中性粒子デブリは、光学素子の表面に堆積する。この結果、光学素子の表面に、ターゲット物質である金属との化合物の層が形成される。このように、デブリの照射によって各光学素子の反射膜が破壊されたり光学素子の表面に化合物層が形成されたりすると、光学素子の反射率もしくは透過率が低下して使用に耐えないものとなってしまう。
そこで、特許文献１は、電流が供給されたときに集光光学系内に磁場を発生させる磁場発生手段を設けることで、プラズマから放出されたイオンデブリをトラップする技術を開示する。この技術によれば、磁場内にＥＵＶ光の発光点を配置しておくことで、発光点周辺に発生したプラズマから放出されるイオンデブリが磁場によるローレンツ力を受けて磁界方向へ収束される。この結果、周辺の光学素子にデブリが付着したり光学素子が損傷されたりすることが低減される。
ただし、上記特許文献１では、ターゲットノズルが磁界方向と同軸上に配置されるため、磁界方向に移動する高速イオンデブリがターゲットノズルに衝突してしまう。この結果、ターゲットノズルの先端がイオン衝突によってスパッタリングされることで、ノズル先端の形状が変化してしまう。ターゲットノズルの先端形状が変形してしまうと、例えばターゲットをドロップレットとしてプラズマ発生点に供給する場合に、ドロップレットの位置安定性が悪化してしまう。また、ノズルのスパッタリングは、これによって放出されるノズル材の物質が光学素子に付着するという、新たな光学素子の汚染要因になる。
上記のような問題を解決する技術として、例えば特許文献２は、磁界方向と垂直な方向にノズルを配置することによって、ノズルとドロップレット供給方向に配置される光学素子とへのデブリの衝突を低減する構成が開示されている。
特開２００５−１９７４５６号公報 特開２００７−２０７５７４号公報
しかしながら、特許文献２が開示する極端紫外光光源装置では、プラズマ発光点を臨むようにノズルに対向配置され且つノズルから供給されたドロップレットのうちプラズマ発生に寄与しなかった残りのドロップレットである残存ドロップレットを回収する回収部と、磁場方向に設けてイオンデブリを回収する回収部と、が直交配置される。それに加え、この極端紫外光光源装置では、イオンデブリの回収部が排気のための構造を備える。このため、装置構成が複雑で、大型化するという問題があった。
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、磁場トラップによるデブリ拡散防止およびデブリの回収と残存ターゲットの回収とをそれぞれ簡易な構成で実現することができる極端紫外光光源装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる極端紫外光光源装置は、ターゲットにレーザ光を照射してプラズマを生成し該プラズマから極端紫外光を発生する極端紫外光光源装置において、前記ターゲットをノズルから供給するターゲット供給部と、前記ノズルに対向する位置に配置され、前記プラズマの生成に寄与しなかったターゲットである残存ターゲットを回収するターゲット回収部と、前記プラズマが生成されるプラズマ領域を通る磁界方向軸周辺に磁場領域を形成し該プラズマ領域から放出されるイオンを含む荷電粒子を該磁界方向へ収束する磁場生成部と、前記磁場により収束された前記荷電粒子を回収するために、前記磁場領域の磁界方向軸両端側に設けられた荷電粒子回収部と、を備え、前記ノズルは、極紫外光発生チャンバ内であって、前記磁場領域内で前記荷電粒子が収束される収束領域外に配置され、前記ターゲット回収部と該ターゲット回収部側に配置された前記荷電粒子回収部とが同一の回収部であることを特徴とする。
また、この発明にかかる極端紫外光光源装置は、ターゲットにレーザ光を照射してプラズマを生成し該プラズマから極端紫外光を発生する極端紫外光光源装置において、前記ターゲットをノズルから供給するターゲット供給部と、前記ノズルに対向する位置に配置され、前記プラズマの生成に寄与しなかったターゲットである残存ターゲットを回収するターゲット回収部と、前記プラズマが生成されるプラズマ領域を通る磁界方向軸周辺に磁場領域を形成し該プラズマ領域から放出されるイオンを含む荷電粒子を該磁界方向へ収束する磁場生成部と、前記磁場により収束された前記荷電粒子を回収するために、前記磁場領域の磁界方向軸両端側に設けられた荷電粒子回収部と、を備え、前記ノズルは、極紫外光発生チャンバ内であって、前記磁場領域内で前記荷電粒子が収束される収束領域外に配置され、前記磁界方向の軸と前記ターゲットの供給軸とは傾いて形成され、各軸間の傾斜角は、前記ターゲットが前記磁場領域を通過する際に生じるローレンツ力による該ターゲットの変位に対して前記レーザ光の該ターゲットへの照射制御が可能な最大傾斜角内であることを特徴とする。
また、この発明にかかる極端紫外光光源装置は、ターゲットにレーザ光を照射してプラズマを生成し該プラズマから極端紫外光を発生する極端紫外光光源装置において、前記ターゲットをノズルから供給するターゲット供給部と、前記ノズルに対向する位置に配置され、前記プラズマの生成に寄与しなかったターゲットである残存ターゲットを回収するターゲット回収部と、前記プラズマが生成されるプラズマ領域を通る磁界方向軸周辺に磁場領域を形成し該プラズマ領域から放出されるイオンを含む荷電粒子を該磁界方向へ収束する磁場生成部と、前記磁場により収束された前記荷電粒子を回収するために、前記磁場領域の磁界方向軸両端側に設けられた荷電粒子回収部と、を備え、前記ノズルは、極紫外光発生チャンバ内であって、前記磁場領域内で前記荷電粒子が収束される収束領域外に配置され、前記ノズルは、ノズル先端領域に電場を発生させる電場発生部を含み、前記荷電粒子の軌道は、前記ノズル先端領域に発生した電場によって前記ノズル先端からそらされることを特徴とする。
また、この発明にかかる極端紫外光光源装置は、上記の発明において、前記電場発生部が、前記ターゲットの供給開口を除いてノズル先端領域を覆う静電グリッドを含むことを特徴とする。
また、この発明にかかる極端紫外光光源装置は、上記の発明において、前記電場発生部によって軌道がそれた荷電粒子を回収する回収部をさらに備えたことを特徴とする。
また、この発明にかかる極端紫外光光源装置は、ターゲットにレーザ光を照射してプラズマを生成し該プラズマから極端紫外光を発生する極端紫外光光源装置において、前記ターゲットをノズルから供給するターゲット供給部と、前記ノズルに対向する位置に配置され、前記プラズマの生成に寄与しなかったターゲットである残存ターゲットを回収するターゲット回収部と、前記プラズマが生成されるプラズマ領域を通る磁界方向軸周辺に磁場領域を形成し該プラズマ領域から放出されるイオンを含む荷電粒子を該磁界方向へ収束する磁場生成部と、前記磁場により収束された前記荷電粒子を回収するために、前記磁場領域の磁界方向軸両端側に設けられた荷電粒子回収部と、を備え、前記ノズルは、極紫外光発生チャンバ内であって、前記磁場領域内で前記荷電粒子が収束される収束領域外に配置され、少なくとも前記ノズルの先端は、前記プラズマから放射されたＥＵＶ光のオブスキュレーション領域内に配置されたことを特徴とする。
また、この発明にかかる極端紫外光光源装置は、ターゲットにレーザ光を照射してプラズマを生成し該プラズマから極端紫外光を発生する極端紫外光光源装置において、前記ターゲットをノズルから供給するターゲット供給部と、前記ノズルに対向する位置に配置され、前記プラズマの生成に寄与しなかったターゲットである残存ターゲットを回収するターゲット回収部と、前記プラズマが生成されるプラズマ領域を通る磁界方向軸周辺に磁場領域を形成し該プラズマ領域から放出されるイオンを含む荷電粒子を該磁界方向へ収束する磁場生成部と、前記磁場により収束された前記荷電粒子を回収するために、前記磁場領域の磁界方向軸両端側に設けられた荷電粒子回収部と、を備え、前記ノズルは、極紫外光発生チャンバ内であって、前記磁場領域内で前記荷電粒子が収束される収束領域外に配置され、前記ターゲット回収部の少なくとも一部は、前記プラズマから放射されたＥＵＶ光のオブスキュレーション領域内に配置されたことを特徴とする。
この発明によれば、ノズルが、極紫外光発生チャンバ内であって、磁場領域内で荷電粒子が磁界によるローレンツ力で収束される収束領域外に配置されるようにしているので、磁場トラップによってデブリ拡散が防止されたデブリの回収と残存ターゲットの回収とを近接して行うことができ、結果的に、デブリの回収と残存ターゲットの回収とを簡易な構成で行うことができる。
図１は、この発明の実施の形態１による極端紫外光光源装置をＥＵＶ光の光軸と垂直な面で切断した際の垂直断面図である。 図２は、この実施の形態１による極端紫外光光源装置をＥＵＶ光の光軸を含む面で切断した際の垂直断面図である。 図３は、プラズマ発光点近傍の状態を示す模式図である。 図４は、ノズルの傾斜角を説明する模式図である。 図５は、ノズルと収束部と回収筒との関係を説明する模式図である。 図６は、ラーマ半径を説明する模式図である。 図７は、磁界内のドロップレットの運動を示す模式図である。 図８は、出射されたドロップレットの磁界内の運動を説明する模式図である。 図９は、磁界内におけるドロップレットの変位量を説明する模式図である。 図１０は、この発明の実施の形態２による極端紫外光光源装置をＥＵＶ光の光軸と垂直な面で切断した際の垂直断面図である。 図１１は、この発明の実施の形態３による極端紫外光光源装置のノズル先端部近傍の構成を示す断面図である。 図１２は、この実施の形態３による極端紫外光光源装置のノズル先端部近傍の構成を示す模式図である。 図１３Ａは、この実施の形態３の変形例１による極端紫外光光源装置のノズル先端部近傍の構成を示す側面図である。 図１３Ｂは、この実施の形態３の変形例１による極端紫外光光源装置のノズル先端部近傍の構成を示す断面図である。 図１４は、この実施の形態３の変形例２による極端紫外光光源装置のノズル先端部近傍の構成を示す縦断面図である。 図１５Ａは、この実施の形態３の変形例２による極端紫外光光源装置のノズル先端部近傍の構成を示す側面図である。 図１５Ｂは、この実施の形態３の変形例２による極端紫外光光源装置のノズル先端部近傍の構成を示す横断面図である。 図１６は、この発明の実施の形態４による極端紫外光光源装置をＥＵＶ光の光軸を含む面で切断した際の垂直断面図である。 図１７は、図１６におけるＡ−Ａ面に転写されたファーフィールドパターンの一例を示す図である。 図１８は、この発明の実施の形態５による極端紫外光光源装置をＥＵＶ光の光軸を含む面で切断した際の垂直断面図である。 図１９は、図１８におけるＢ−Ｂ面に転写されたファーフィールドパターンの一例を示す図である。
以下、この発明の各実施の形態による極端紫外光光源装置について、図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
まず、図１は、この発明の実施の形態１による極端紫外光光源装置をＥＵＶ光の光軸と垂直な面で切断した際の垂直断面図である。図２は、この発明の実施の形態１による極端紫外光光源装置をＥＵＶ光の光軸を含む面で切断した際の垂直断面図である。図３は、プラズマ発光点近傍の状態を示す模式図である。図１〜図３において、この極端紫外光光源装置１０は、プラズマ発光点Ｐ１が中心部分に配置された真空チャンバ１を有する。真空チャンバ１の外部に設けられた駆動レーザ２から出射されたＣＯ２パルスレーザ光Ｌａは、真空チャンバ１のレーザ光入力用のウィンド１ａを介して真空チャンバ１内に入力される。このＣＯ２パルスレーザ光Ｌａは、真空チャンバ１内の集光光学系３およびＥＵＶ光集光ミラー８の穴部８ａを介してプラズマ発光点Ｐ１に集光される。
また、真空チャンバ１の外部に設けられたＳｎタンク５は、Ｓｎの溶融金属を蓄えており、供給管６を介してノズル７からターゲットであるＳｎのドロップレット１７を出射する。ノズル７は、ドロップレット１７がプラズマ発光点Ｐ１を通過するように出射する。ここで、プラズマ発生点Ｐ１において各ドロップレット１７にＣＯ２パルスレーザ光Ｌａが照射されるように、各ドロップレット１７の出射タイミングとＣＯ２パルスレーザ光Ｌａのパルスタイミングとが図示しない制御部によって同期制御される。レーザダンパ１８は、駆動レーザ２のレーザ光を吸収するために設置されている。
真空チャンバ１内には、ＥＵＶ光集光ミラー８が設けられる。ＥＵＶ光集光ミラー８は、ドロップレット１７にＣＯ２パルスレーザ光Ｌａが照射されることによって生じたプラズマから放射されるＥＵＶ光Ｌｂを集光するように反射する。反射されたＥＵＶ光Ｌｂは、真空バルブ１ｂを介して図示しない外部の露光装置へ出力される。ここで、真空バルブ１ｂの代わりに、所望の波長のＥＵＶ光のみを透過するスペクトルフィルタを設置してもよい。具体的なスペクトルフィルタの例としては、Ｚｒ等の薄膜フィルタがある。
ここで、真空チャンバ１内には、プラズマ発光点Ｐ１を挟む１対のマグネット１１ａ，１１ｂが設けられる。マグネット１１ａ，１１ｂは、プラズマ発光点Ｐ１で生成されたイオンを含む荷電粒子の移動方向を制御するための、プラズマ発光点Ｐ１を通る軸方向の磁界を発生させる。ここで言うマグネットとは、超電導磁石または電磁コイルである。Ｓｎプラズマから拡散したＳｎ＋イオンや電子などの荷電粒子（イオンデブリともいう）は、その価数とエネルギーと存在位置にかかる磁束密度とに応じて、磁界方向に沿った向きのある範囲内に収束する。
収束領域Ｅ２内に収束された荷電粒子は、プラズマ発光点Ｐ１を通る磁界印加方向の両端部に設けられた荷電粒子回収筒１２ａ，１２ｂによって回収される。また、ノズル７から出射されたもののＥＵＶ光Ｌｂの発生に寄与しなかったドロップレットはプラズマ発光点Ｐ１を挟んで対向する位置に配置されたターゲット回収筒１４によって回収される。
ここで、本実施の形態におけるＥＵＶ光Ｌｂの発生に寄与しなかったドロップレットとは、以下の２つの何れかに該当するドロプレットを指す。第１に、ドロップレットにレーザが照射されたが、ＥＵＶ発光に寄与しなかったターゲット材料（変形したドロップレット、飛散微粒子等）である。第２に、レーザ光が照射されなかったドロップレットである。なお、第２のドロップレットとは、ドロプレットの軌道（ドロップレットの軌道Ｃ１：図３参照）がレーザの照射位置（プラズマ発光点Ｐ１）を通過しない場合や、照射位置を通過したとしてもレーザ光を照射しなかった場合のドロップレット（ターゲット材料）である。
荷電粒子回収筒１２ａ，１２ｂおよびターゲット回収筒１４は、それぞれ回収したＳｎを真空チャンバ１の外部に排出するための排出管１３ａ，１３ｂ，１５を備えてもよい。回収したＳｎは、排出しやすくするために溶融されてもよい。この場合、排出されたＳｎは、再生処理によって再びＳｎタンク５に供給されてもよい。
なお、ノズル７、供給管６、荷電粒子回収筒１２ａ，１２ｂ、ターゲット回収筒１４、および排出管１３ａ，１３ｂ，１５は、例えばＥＵＶ光集光ミラー８とマグネット１１ａ，１１ｂとの間の空間内に配置される。ただし、これに限定されず、ノズル７、供給管６、荷電粒子回収筒１２ａ，１２ｂ、ターゲット回収筒１４、および排出管１３ａ，１３ｂ，１５は、ＥＵＶ光Ｌｂの発生・集光を妨げないような位置に配置されればよい。この際、ノズル７、供給管６、荷電粒子回収筒１２ａ，１２ｂ、ターゲット回収筒１４、および排出管１３ａ，１３ｂ，１５は、プラズマ発光点Ｐ１に近い位置に設けられることが好ましい。
ここで、ノズル７は、収束領域Ｅ２外であって、荷電粒子回収筒１２ａの近傍に設けられる。また、荷電粒子回収筒１２ｂとターゲット回収筒１４とは、兼用であってもよい。すなわち、１つの回収筒で荷電粒子およびドロップレットを回収してもよい。これは、ノズル７が荷電粒子回収筒１２ａの近傍に配置されることによって、ノズル７に対向するターゲット回収筒１４が荷電粒子回収筒１２ｂの近傍に配置されるからである。これによって、荷電粒子回収筒１２ａ，１２ｂで回収される荷電粒子がノズル７に衝突することを低減でき、結果、ノズル７の劣化が防止される。なお、荷電粒子回収筒１２ｂとターゲット回収筒１４とを兼用とした場合、排出管１３ｂ，１５を１つの排出管とすることができる。また、荷電粒子回収筒１２ａ，１２ｂ、ターゲット回収筒１４、および排出管１３ａ，１３ｂ，１５は、荷電粒子回収筒１２ａ，１２ｂおよびターゲット回収筒１４に溜まったＳｎを溶融させるために、３００℃程度の高温に加熱しておくことが好ましい。これにより、荷電粒子回収筒１２ａ，１２ｂおよびターゲット回収筒１４に溜まったＳｎを液体状にして排出管１３ａ，１３ｂ，１５から外部へ容易に排出することが可能となる。
しかも、この実施の形態１では、図３に示すように、磁界方向軸Ｃ２とドロップレット１７の出射方向軸Ｃ１とが略同一方向を向き且つ交差するように斜めに配置されるので、ドロップレット１７が帯電されている場合、磁界領域Ｅ１を通過するドロップレット１７がローレンツ力によってドロップレット１７の出射方向軸Ｃ１から位置ずれすることがほとんどなくなる。この結果、ＣＯ２パルスレーザ光のドロップレット１７に対する照射精度を高くすることができるとともに、ドロップレット１７への照射を容易に制御することができる。
つぎに、磁界方向軸Ｃ２とドロップレット１７の出射方向軸Ｃ１とがなす角度（傾斜角）について説明する。図４は、ノズルの傾斜角を説明する模式図である。図５は、ノズルの傾斜を説明する模式図である。図６は、ラーマ半径を説明する模式図である。図７は、磁界内のドロップレットの運動を示す模式図である。図８は、出射されたドロップレットの磁界内の運動を説明する模式図である。図９は、磁界内におけるドロップレットの変位量を説明する模式図である。まず、図４に示すように、ノズル７からプラズマ発光点Ｐ１までの距離をＬ、収束領域Ｅ２の幅をＷ、傾斜角をθとすると、傾斜角θは、以下の式１で表される。
θ＝arcsin（Ｗ／２Ｌ） ・・・（式１）
ここで、磁束密度をＢ、荷電粒子（イオン）のエネルギーをＥ、荷電粒子の質量をｍ、イオン価数をｎ、電荷をｑとすると、図６に示すように、イオンの軌道ＴＲによって求められるラーマ半径ＲＬは、以下の式２で表される。
ＲＬ＝SQRT（（２ｍＥ）／（ｎＱＢ）） ・・・（式２）
ここで、幅Ｗ＝４ＲＬであるので、ノズル７が収束領域Ｅ２の外部に位置する最小の傾斜角θminは、以下の式３で求まる。
θmin＝arcsin（２・SQRT（２ｍＥ）／（ｎＱＢＬ）） ・・・（式３）
したがって、上述したノズル７の傾斜角θ、すなわちドロップレット１７の出射方向軸Ｃ１と磁界領域Ｅ１の磁界方向軸Ｃ２とのなす角度は、図４に示すように、傾斜角θmin以上とすればよい。
たとえば、磁界密度Ｂ＝１Ｔ、エネルギーＥ＝０．６ＫｅＶ、イオン価数ｎ＝２．５、距離Ｌ＝２５０ｍｍである場合、θmin＝９．１ｄｅｇになる。すなわち、この場合、ドロップレット１７の出射方向軸Ｃ１と磁界領域Ｅ１の磁界方向軸Ｃ２との傾斜角θを９．１ｄｅｇより大きな角度とすることで、荷電粒子がノズル７に衝突することを防止できる。
ここで、ドロップレット１７が特定のドロップレットの引き抜きなどを行うために帯電されている場合、この帯電されたドロップレット１７は、ローレンツ力の影響を受ける。すなわち、帯電されたドロップレット１７は、自身の速度方向のうち、磁界方向に垂直な成分Ｖｖによって影響を受ける。例として、質量ｍ、荷電量ｑのドロップレット１７が磁束密度Ｂ内で等速円運動をする場合を考察する。この場合、図７に示すように、磁界方向に垂直に距離ｌを進むとき、ドロップレット１７は、ローレンツ力によって以下の式４で表される変位量ｈ分の影響を受ける。
ｈ＝（ｌ２・ｑ・Ｂ）／（２・ｍ・Ｖｖ） ・・・（式４）
したがって、図８に示すように、ドロップレット１７が磁界方向軸Ｃ２に対して傾斜角θで出射された場合、初速Ｖの磁界方向軸Ｃ２に対する垂直成分Ｖｖおよび水平成分Ｖｈは以下の式５で表され、また、ドロップレット１７がプラズマ発光点Ｐ１までの距離Ｌを進むことによりドロップレット１７が磁界を横切る距離ｌは、以下の式６で表されることから、図９に示すように、ドロップレット１７が磁界方向軸Ｃ２に対して直角な方向へ受ける変位量ｈは、以下の式７のようになる。
Ｖｖ＝Ｖsinθ
Ｖｈ＝Ｖcosθ ・・・（式５）
ｌ＝Ｌsinθ ・・・（式６）
ｈ＝（Ｌ２・ｑ・Ｂsinθ）／（Ｖ・２・ｍ） ・・・（式７）
ここで、ＣＯ２パルスレーザ光のプラズマ発光点Ｐ１への位置制御が可能な最大変位量をｈ’とすると、傾斜角θの最大角度θmaxは、以下の式８となる。
θmax＝arcsin（（Ｖ・２・ｍ・ｈ’）／（Ｌ２・ｑ・Ｂ）） ・・・（式８）
すなわち、傾斜角θを最大角度θmaxまで傾けてよいことになる。以上のことから、傾斜角θは、θmin＜θ＜θmaxを満足すればよいことが求まる。
（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、ノズル７、供給管６、荷電粒子回収筒１２ａ，１２ｂ、ターゲット回収筒１４、および排出管１３ａ，１３ｂ，１５が、ＥＵＶ光集光ミラー８とマグネット１１ａ，１１ｂとの間の空間内に配置された。一方、この実施の形態２では、図１０に示すように、ノズル２７、供給管２６の一部、荷電粒子回収筒２２ａ、荷電粒子およびターゲットの両方を回収する回収筒２４、および排出管２３ａ，２５の一部が、マグネット１１ａ，１１ｂのボア１１ｃ，１１ｄ内に配置される。なお、図１０は、この発明の実施の形態２による極端紫外光光源装置をＥＵＶ光の光軸と垂直な面で切断した際の垂直断面図である。
この実施の形態２では、ノズル２７、荷電粒子回収筒２２ａ、回収筒２４などをボア１１ｃ，１１ｄ内に配置しているので、マグネット１１ａ，１１ｂ間の間隔を短くすることができる。この結果、マグネット１１ａ，１１ｂの小型化、ひいては極端紫外光光源装置自体の更なる小型化が可能となる。
（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。この実施の形態３では、図１１および図１２に示すように、ノズル先端部３７ａの周辺に電場発生部を設ける。これにより、ノズルに対する荷電粒子の衝突がさらに低減されるため、ノズルの劣化をより効果的に防止することができる。なお、図１１は、この発明の実施の形態３による極端紫外光光源装置のノズル先端部近傍の構成を示す断面図である。図１２は、この発明の実施の形態３による極端紫外光光源装置のノズル先端部近傍の構成を示す模式図である。
通常、プラズマ発光点Ｐ１近辺の磁界によって収束した荷電粒子は、荷電粒子回収筒３２で回収される。しかしながら、想定以上に荷電粒子が高いエネルギーを持っていた場合、この高エネルギーの荷電粒子が磁界内に収束されずにノズル先端部３７ａ方向へ飛び出してしまう可能性がある。そこで、この実施の形態３では、電源３９によってノズル先端部３７ａに正電位を印加するとともに、ノズル先端部３７ａを包む荷電粒子回収筒３８を負電位または接地電位とする。これにより、ノズル先端部３７ａから径外方向に電場が形成されこの磁場と荷電粒子とのクーロン力によって正の電荷を持つ荷電粒子がノズル先端部３７ａに対して反発する。この結果、正の電荷を持つ荷電粒子とノズル先端部３７ａとの衝突が防止される。また、荷電粒子の速度を減速させてノズル先端部３７ａのスパッタリングを防止することも可能となる。
クーロン力によってノズル先端部３７ａへの軌道から外れた荷電粒子（Ｓｎ＋）は、荷電粒子回収筒３８の内壁に付着し、その後、回収される。ノズル先端部３７ａの基部は、周辺構造物との絶縁のため絶縁部３７ｂに覆われているのが望ましい。
なお、図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、荷電粒子回収筒３８および排出管４１の外周に温調器４０を設け、この温調器４０を用いて荷電粒子回収筒３８の内壁に付着したＳｎを溶融温度以上に加熱してもよい。これによって、付着したＳｎが溶融した溶融Ｓｎ４２として液化して排出管４１から外部に排出されるため、Ｓｎを容易に回収することができる。図１３Ａは、この発明の実施の形態３の変形例１による極端紫外光光源装置のノズル先端部近傍の構成を示す側面図であり、図１３Ｂは、この実施の形態３の変形例１による極端紫外光光源装置のノズル先端近傍の構成を示す断面図である。溶融Ｓｎ４２は、溶融Ｓｎリザーバ４３からノズル管４４を介して供給される。
また、図１４、図１５Ａおよび図１５Ｂに示すように、ノズル先端部３７ａの周辺にドロップレット１７を射出するための射出口５０ａが形成された静電グリッド５０を設け、この静電グリッド５０に正電位を印加してもよい。これにより、ノズル先端部３７ａに直接正電位を印加した場合と同様に、静電グリッド５０から荷電粒子回収筒３８に向けて電場が形成されるため、静電グリッド５０は、荷電粒子の軌道を反発するクーロン力によって荷電粒子のノズル先端部３７ａ方向の軌道から逸らすことが可能となる。この結果、ノズル先端部３７ａ方向へ飛び出した荷電粒子を荷電粒子回収筒３８の内壁に付着させることができる。また、たとえ荷電粒子の軌道を逸らしきれずに荷電粒子が静電グリッド５０に到達したとしても、この静電グリッド５０で荷電粒子を捕獲することができる。さらに、静電グリッド５０を温調することで、静電グリッド５０に付着した荷電粒子（Ｓｎ＋）の堆積物を溶融し、溶融Ｓｎ４２として外部に排出して回収することができる。なお、図１４は、この発明の実施の形態３の変形例２による極端紫外光光源装置のノズル先端部近傍の構成を示す縦断面図である。図１５は、この発明の実施の形態３の変形例２による極端紫外光光源装置のノズル先端部近傍の構成を示す側面図であり、図１５Ｂは、この実施の形態３の変形例２による極端紫外光光源装置のノズル先端部近傍の構成を示す断面図である。溶融Ｓｎ４２は、溶融Ｓｎリザーバ４３からノズル管４４を介して供給される。
（実施の形態４）
つぎに、この発明の実施の形態４について、図面を用いて詳細に説明する。図１６は、本発明の実施の形態４による極端紫外光光源装置をＥＵＶ光の光軸を含む面で切断した際の垂直断面図である。図１７は、図１６におけるＡ−Ａ面に形成されたファーフィールドパターンの一例を示す図である。なお、以下の説明におけるファーフィールドパターンとは、ＥＵＶ光集光ミラー８によって反射されたＥＵＶ光ＬｂがＥＵＶ露光器２１内の集光点Ｐ２を通過した後に例えばＡ−Ａ面（図１６参照）に形成するパターンを指す。
ここで、本実施の形態による極端紫外光光源装置２０を説明するにあたり、オブスキュレーション領域について説明する。オブスキュレーション領域とは、ＥＵＶ集光ミラー４によって集光されるＥＵＶ光ＬｂがＥＵＶ露光機１１において利用されない角度範囲に対応する領域Ｅのことをいう。すなわち、発光点Ｐ１から放射されたＥＵＶ光は、ＥＵＶ集光ミラー４によって集光点Ｐ２に集光される。この説明においては、この集光点Ｐ２において露光機１１において利用されない角度範囲に対応する３次元的な体積領域をオブスキレーション領域ＯＢと定義する。通常、このオブスキュレーション領域ＯＢのＥＵＶ光は、ＥＵＶ露光機１１における露光に用いられない。そのため、このオブスキレーション領域ＯＢにおけるＥＵＶ光が露光装置に入力されなくても、露光装置の露光性能やスループットに影響を与えることはない。
そこで、本実施の形態では、後述において詳述するように、このオブスキュレーション領域ＯＢ内にノズル７の先端（供給管６を含んでもよい）を配置する。この構成により、ノズル７の先端とプラズマ発光点Ｐ１との距離を短くすることが可能となるため、ドロップレット１７の通過位置安定性を向上することが可能となる。この結果、安定した強度のＥＵＶ光Ｌｂを生成することが可能となる。
なお、ノズル７等をオブスキュレーション領域ＯＢ内に配置させる構成では、ファーフィールドパターン（図１７参照）における露光に使用しない領域（オブスキュレーション領域ＯＢの転写パターン）のエネルギー（光量）のみが変化するため、この変化がＥＵＶ露光器２１での露光に影響を与えることはない。
続いて、本実施の形態による極端紫外光光源装置２０について説明する。図１６に示すように、極端紫外光光源装置２０は、上記実施の形態１による極端紫外光光源装置１０（例えば図１参照）と同様の構成を備える。ただし、図１６および図１７に示すように、本実施の形態による極端紫外光光源装置２０では、少なくともノズル７の先端が真空チャンバ１内のオブスキュレーション領域ＯＢ内にプラズマ発光点Ｐ１へ向いた状態で配置される。ただし、ノズル７の先端に限らず、ノズル７全体や供給管６の一部または全部がオブスキュレーション領域ＯＢ内に配置されてもよい。また、ターゲット回収筒１４は、ノズル７の先端とプラズマ発光点Ｐ１とを結ぶ直線Ｃ１の延長上に配置される。この際、ノズル７の先端とターゲット回収筒１４とを結ぶ線、すなわちドロップレット１７の出射方向軸Ｃ１が、ＥＵＶ光Ｌｂの光軸Ａ１と磁界方向Ｃ２とが形成する面内に含まれるように、ノズル７の先端およびターゲット回収筒１４が配置される。したがって、出射方向軸Ｃ１は、磁界方向Ｃ２に対して光軸Ａ１方向へ傾いている。
より具体的には、ノズル７の先端は、収束領域Ｅ２（図３参照）外であって、できる限りプラズマ発光点Ｐ１の近傍に配置されることが好ましい。このように、ノズル７の先端を収束領域Ｅ２外に配置することで、上述した実施の形態と同様に、ノズル７がプラズマ発光点Ｐ１のＳｎプラズマから拡散したＳｎ＋イオンや電子などの荷電粒子によって損傷を受けることを防止できる。また、ノズル７の先端をできる限りプラズマ発光点Ｐ１に近づけることで、ノズル７の先端から吐出されるドロップレット１７に精度良くプラズマ発光点Ｐ１を通過させることや、ドロップレット１７がプラズマ発光点Ｐ１を通過するタイミングを制御することが容易となる。すなわち、本実施の形態によれば、ＥＵＶ露光器２１での露光に有効なＥＵＶ光Ｌｂのエネルギー（光量）を低下させることなく、ドロップレット１７の通過位置安定性の向上が可能となり、この結果、安定した強度のＥＵＶ光Ｌｂを生成することが可能となる。
さらに、ターゲット回収筒１４も、少なくとも一部または全部がオブスキュレーション領域ＯＢ内に配置されることが好ましい。この際、ノズル７と同様に、ターゲット回収筒１４は、収束領域Ｅ２（図３参照）外であって、できる限りプラズマ発光点Ｐ１の近傍に配置されることが好ましい。このように、ターゲット回収筒１４を収束領域Ｅ２外に配置することで、ターゲット回収筒１４がプラズマ発光点Ｐ１からの荷電粒子によって損傷を受けることを防止できる。また、ターゲット回収筒１４をできる限りプラズマ発光点Ｐ１に近づけることで、ノズル７の先端とターゲット回収筒１４との距離を短くすることが可能となるため、例えばＥＵＶ光Ｌｂの生成に寄与しなかった残存ドロップレット等のデブリをより確実にターゲット回収筒１４で回収することが可能となる。この結果、より安定した強度のＥＵＶ光Ｌｂを生成することが可能となる。なお、この際も、ＥＵＶ露光器２１での露光に有効なＥＵＶ光Ｌｂのエネルギー（光量）を低下させることはない。
なお、本実施の形態では、ノズル７の先端およびターゲット回収筒１４がオブスキュレーション領域ＯＢ内であって収束領域Ｅ２外に配置される場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されず、ノズル７の先端および／またはターゲット回収筒１４は、オブスキュレーション領域ＯＢ内であって磁界領域Ｅ１から可能な限り遠ざけて配置されてもよい。これにより、たとえ磁界領域Ｅ１から飛び出した荷電粒子が存在したとしても、ノズル７の先端および／またはターゲット回収筒１４が損傷を受けることをより確実に回避できる。
また、本実施の形態では、図上、ＥＵＶ光Ｌｂの光軸Ａ１の上側に配置されたノズル７から同光軸Ａ１（例えば図２参照）の下側に配置されたターゲット回収筒１４へ向けてプラズマ発光点Ｐ１を通るようにドロップレット１７を吐出する場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されず、ＥＵＶ光Ｌｂの光軸Ａ１の下側に配置されたノズル７から同光軸Ａ１の上側に配置されたターゲット回収筒１４へ向けてプラズマ発光点Ｐ１を通るようにドロップレット１７を吐出してもよい。
（実施の形態５）
つぎに、この発明の実施の形態５について、図面を用いて詳細に説明する。図１８は、本発明の実施の形態５による極端紫外光光源装置をＥＵＶ光の光軸を含む面で切断した際の垂直断面図である。図１９は、図１８におけるＢ−Ｂ面に転写されたファーフィールドパターンの一例を示す図である。
図１８に示すように、本実施の形態による極端紫外光光源装置２０Ａは、上記実施の形態４による極端紫外光光源装置２０と同様の構成を備える。ただし、図１８および図１９に示すように、本実施の形態による極端紫外光光源装置２０Ａでは、図上、ＥＵＶ光Ｌｂの光軸Ａ１の下側に配置されたノズル７から同光軸Ａ１（例えば図２参照）の上側に配置されたターゲット回収筒１４へ向けてプラズマ発光点Ｐ１を通るようにドロップレット１７を吐出する構成において、ノズル７および／または供給管６がＥＵＶ光集光ミラー８に形成された貫通孔８ｂに挿設され、少なくともノズル７の先端がＥＵＶ光集光ミラー８の反射面からプラズマ発光点Ｐ１へ向けて突出している。
貫通孔８ｂの一方の開口部は、ＥＵＶ光集光ミラー８の反射面におけるオブスキュレーション領域ＯＢと対応する領域に形成される。また、貫通孔８ｂの他方の開口部は、ＥＵＶ光集光ミラー８の背面（反射面と反対側の面）に形成される。すなわち、貫通孔８ｂは、例えばＥＵＶ光集光ミラー８の裏面（反射面と反対側）から反射面まで貫通する。ただし、これに限定されず、ＥＵＶ光集光ミラー８の側面から反射面まで貫通する貫通孔であってもよいし、ＥＵＶ光集光ミラー８における反射面の縁に形成された切欠きであってもよい。
このように、少なくともノズル７の先端がＥＵＶ光集光ミラー８の反射面におけるオブスキュレーション領域ＯＢと対応する領域から突出する構成とすることで、上記した実施の形態４と同様の効果を奏することが可能となる。加えて、本実施の形態では、ＥＵＶ光集光ミラー８とプラズマ発光点Ｐ１とをより近づけることが可能となるため、プラズマ発光点Ｐ１から放射されたＥＵＶ光Ｌｂに対する反射立体角、すなわち放出されたＥＵＶ光Ｌｂに対する反射割合を大きくすることが可能となると共に、真空チャンバ１の小型化が可能となる。この結果、極端紫外光光源装置２０Ａの高出力化および小型化が可能になる。
なお、本実施の形態では、図上、ＥＵＶ光Ｌｂの光軸Ａ１の下側に配置されたノズル７から同光軸Ａ１（例えば図２参照）の上側に配置されたターゲット回収筒１４へ向けてプラズマ発光点Ｐ１を通るようにドロップレット１７を吐出する場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されず、ＥＵＶ光Ｌｂの光軸Ａ１の上側に配置されたノズル７から同光軸Ａ１の下側に配置されたターゲット回収筒１４へ向けてプラズマ発光点Ｐ１を通るようにドロップレット１７を吐出してもよい。この場合、ノズル７および／または供給管６に代えてターゲット回収筒１４および／または排出管１５がＥＵＶ光集光ミラー８に形成された貫通孔または切欠きに挿設され、ターゲット回収筒１４がＥＵＶ光集光ミラー８の反射面からプラズマ発光点Ｐ１へ向けて突出する。
なお、上述した実施の形態１〜５において、荷電粒子回収筒１２ａ，１２ｂは、荷電粒子を単に付着させるようにしていたが、さらに、排出管１３ａ，１３ｂを介して吸引するようにしてもよい。
また、収束領域Ｅ２内の中性粒子等はイオン化されていないが、この中性粒子等をイオン化するためのＸ照射、電子照射、紫外線照射、マイクロ波照射、ＥＵＶ光照射等のイオン化手段を設けてもよい。これにより、中性粒子等のデブリの捕獲を促進することが可能となる。
１ 真空チャンバ
１ａ ウィンド
１ｂ 真空バルブ
２ 駆動レーザ
３ 集光光学系
５ Ｓｎタンク
６，２６ 供給管
７，２７，３７ ノズル
８ ＥＵＶ光集光ミラー
８ａ 穴部
８ｂ 貫通孔
１０，２０，２０Ａ 極端紫外光光源装置
１１ａ，１１ｂ マグネット
１１ｃ，１１ｄ ボア
１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂ，３２，３８ 荷電粒子回収筒
１３ａ，１３ｂ，１５，２３ａ，２５，４１ 排出管
１４ ターゲット回収筒
１７ ドロップレット
１８ レーザダンパ
２１ ＥＵＶ露光器
２４ 回収筒
３２ａ 内壁
３７ａ ノズル先端部
３７ｂ 絶縁部
３９ 電源
４０ 温調器
４２ 溶融Ｓｎ
４３ 溶融Ｓｎリザーバ
４４ ノズル管
５０ 静電グリッド
５０ａ 射出口
Ｐ１ プラズマ発光点
Ｅ１ 磁界領域
Ｅ２ 収束領域
Ｃ１ ドロップレット出射方向軸
Ｃ２ 磁界方向軸
Ｌａ ＣＯ２パルスレーザ光
Ｌｂ ＥＵＶ光
ＯＢ オブスキュレージョン領域

Claims (7)

  1. ターゲットにレーザ光を照射してプラズマを生成し該プラズマから極端紫外光を発生する極端紫外光光源装置において、
    前記ターゲットをノズルから供給するターゲット供給部と、
    前記ノズルに対向する位置に配置され、前記プラズマの生成に寄与しなかったターゲットである残存ターゲットを回収するターゲット回収部と、
    前記プラズマが生成されるプラズマ領域を通る磁界方向軸周辺に磁場領域を形成し該プラズマ領域から放出されるイオンを含む荷電粒子を該磁界方向へ収束する磁場生成部と、
    前記磁場により収束された前記荷電粒子を回収するために、前記磁場領域の磁界方向軸両端側に設けられた荷電粒子回収部と、
    を備え、
    前記ノズルは、極紫外光発生チャンバ内であって、前記磁場領域内で前記荷電粒子が収束される収束領域外に配置され、
    前記ターゲット回収部と該ターゲット回収部側に配置された前記荷電粒子回収部とは、同一の回収部である
    ことを特徴とする極端紫外光光源装置。
  2. ターゲットにレーザ光を照射してプラズマを生成し該プラズマから極端紫外光を発生する極端紫外光光源装置において、
    前記ターゲットをノズルから供給するターゲット供給部と、
    前記ノズルに対向する位置に配置され、前記プラズマの生成に寄与しなかったターゲットである残存ターゲットを回収するターゲット回収部と、
    前記プラズマが生成されるプラズマ領域を通る磁界方向軸周辺に磁場領域を形成し該プラズマ領域から放出されるイオンを含む荷電粒子を該磁界方向へ収束する磁場生成部と、
    前記磁場により収束された前記荷電粒子を回収するために、前記磁場領域の磁界方向軸両端側に設けられた荷電粒子回収部と、
    を備え、前記ノズルは、極紫外光発生チャンバ内であって、前記磁場領域内で前記荷電粒子が収束される収束領域外に配置され、
    前記磁界方向の軸と前記ターゲットの供給軸とは傾いて形成され、
    各軸間の傾斜角は、前記ターゲットが前記磁場領域を通過する際に生じるローレンツ力による該ターゲットの変位に対して前記レーザ光の該ターゲットへの照射制御が可能な最大傾斜角内である
    ことを特徴とする極端紫外光光源装置。
  3. ターゲットにレーザ光を照射してプラズマを生成し該プラズマから極端紫外光を発生する極端紫外光光源装置において、
    前記ターゲットをノズルから供給するターゲット供給部と、
    前記ノズルに対向する位置に配置され、前記プラズマの生成に寄与しなかったターゲットである残存ターゲットを回収するターゲット回収部と、
    前記プラズマが生成されるプラズマ領域を通る磁界方向軸周辺に磁場領域を形成し該プラズマ領域から放出されるイオンを含む荷電粒子を該磁界方向へ収束する磁場生成部と、
    前記磁場により収束された前記荷電粒子を回収するために、前記磁場領域の磁界方向軸両端側に設けられた荷電粒子回収部と、
    を備え、前記ノズルは、極紫外光発生チャンバ内であって、前記磁場領域内で前記荷電粒子が収束される収束領域外に配置され、
    前記ノズルは、ノズル先端領域に電場を発生させる電場発生部を含み、
    前記荷電粒子の軌道は、前記ノズル先端領域に発生した電場によって前記ノズル先端からそらされる
    ことを特徴とする極端紫外光光源装置。
  4. 前記電場発生部は、前記ターゲットの供給開口を除いてノズル先端領域を覆う静電グリッドを含むことを特徴とする請求項３に記載の極端紫外光光源装置。
  5. 前記電場発生部によって軌道がそれた荷電粒子を回収する回収部をさらに備えたことを特徴とする請求項３または４に記載の極端紫外光光源装置。
  6. ターゲットにレーザ光を照射してプラズマを生成し該プラズマから極端紫外光を発生する極端紫外光光源装置において、
    前記ターゲットをノズルから供給するターゲット供給部と、
    前記ノズルに対向する位置に配置され、前記プラズマの生成に寄与しなかったターゲットである残存ターゲットを回収するターゲット回収部と、
    前記プラズマが生成されるプラズマ領域を通る磁界方向軸周辺に磁場領域を形成し該プラズマ領域から放出されるイオンを含む荷電粒子を該磁界方向へ収束する磁場生成部と、
    前記磁場により収束された前記荷電粒子を回収するために、前記磁場領域の磁界方向軸両端側に設けられた荷電粒子回収部と、
    を備え、前記ノズルは、極紫外光発生チャンバ内であって、前記磁場領域内で前記荷電粒子が収束される収束領域外に配置され、
    少なくとも前記ノズルの先端は、前記プラズマから放射されたＥＵＶ光のオブスキュレーション領域内に配置された
    ことを特徴とする極端紫外光光源装置。
  7. ターゲットにレーザ光を照射してプラズマを生成し該プラズマから極端紫外光を発生する極端紫外光光源装置において、
    前記ターゲットをノズルから供給するターゲット供給部と、
    前記ノズルに対向する位置に配置され、前記プラズマの生成に寄与しなかったターゲットである残存ターゲットを回収するターゲット回収部と、
    前記プラズマが生成されるプラズマ領域を通る磁界方向軸周辺に磁場領域を形成し該プラズマ領域から放出されるイオンを含む荷電粒子を該磁界方向へ収束する磁場生成部と、
    前記磁場により収束された前記荷電粒子を回収するために、前記磁場領域の磁界方向軸両端側に設けられた荷電粒子回収部と、
    を備え、前記ノズルは、極紫外光発生チャンバ内であって、前記磁場領域内で前記荷電粒子が収束される収束領域外に配置され、
    前記ターゲット回収部の少なくとも一部は、前記プラズマから放射されたＥＵＶ光のオブスキュレーション領域内に配置された
    ことを特徴とする極端紫外光光源装置。
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