JP6135410B2 - ホイルトラップ及びこのホイルトラップを用いた光源装置 - Google Patents
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Description
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EUV光源装置とDPP(Discharge Produced Plasma:放電生成プラズマ)方式EUV光源装置とに大きく分けられる。
図12は、特許文献1記載されたDPP方式のEUV光源装置を簡易的に説明するための図である。
EUV光源装置は、放電容器であるチャンバ1を有する。チャンバ1内には、一対の円板状の放電電極2a,2bなどが収容される放電部1aと、ホイルトラップ5や集光光学手段であるEUV集光鏡9などが収容されるEUV集光部1bとを備えている。
1cは、放電部1a、EUV集光部1bを排気して、チャンバ1内を真空状態にするためのガス排気ユニットである。
2a,2bは円盤状の電極である。電極2a,2bは所定間隔だけ互いに離間しており、それぞれ回転モータ16a,16bが回転することにより、16c,16dを回転軸として回転する。
14は、波長13.5nmのEUV光を放射する高温プラズマ原料である。高温プラズマ原料14は、加熱された溶融金属(melted metal)例えば液体状のスズ(Sn)であり、コンテナ15a、15bに収容される。
電極2a,2bに、電力供給手段3からパルス電圧が印加された後、高温プラズマ原料14がレ−ザ光17の照射により気化されることにより、両電極2a,2b間にパルス放電が開始し、高温プラズマ原料14によるプラズマPが形成される。放電時に流れる大電流によりプラズマが加熱励起され高温化すると、この高温プラズマPからEUVが放射される。
高温プラズマPから放射したEUV光は、EUV集光鏡9により集光鏡9の集光点(中間集光点ともいう)fに集められ、EUV光取出部8から出射し、EUV光源装置に接続された点線で示した露光機50に入射する。
図13は、LPP方式のEUV光源装置を簡易的に説明するための図である。
LPP方式のEUV光源装置は、光源チャンバ1を有する。光源チャンバ1には、EUV放射種である原料(高温プラズマ原料)を供給するための原料供給ユニット10および原料供給ノズル20が設けられている。原料供給ノズル20からは、原料として、例えば液滴状のスズ(Sn)が放出される。
光源チャンバ1の内部は、真空ポンプ等で構成されたガス排気ユニット1cにより真空状態に維持されている。
また、高温プラズマ生成用のレーザ光22は、迷光としてEUV光取出部に到達することもある。よって、EUV光取出部の前方(高温プラズマ側)にEUV光を透過して、レーザ光22を透過させない不図示のスペクトル純度フィルタを配置することもある。
上述したEUV光源装置において、高温プラズマPからは種々のデブリが発生する。それは、例えば、高温プラズマPと接する金属(例えば、一対の円板状の放電電極2a,2b)が上記プラズマによってスパッタされて生成する金属粉等のデブリや、高温プラズマ原料14であるSnに起因するデブリである。
これらのデブリは、プラズマの収縮・膨張過程を経て、大きな運動エネルギーを得る。すなわち、高温プラズマPから発生するデブリは高速で移動するイオンや中性原子であり、このようなデブリはEUV集光鏡9にぶつかって反射面を削ったり、反射面上に堆積したりして、EUV光の反射率を低下させる。
図14に、特許文献2に示されるようなホイルトラップの概略構成を示す。
ホイルトラップ5は、ホイルトラップ5の中心軸(図14ではEUV光の光軸に一致)を中心として、半径方向に放射状に配置された、複数の薄膜(ホイル)または薄い平板(プレート)(以下薄膜と平板を合せて「ホイル5a」と呼ぶ)と、この複数のホイル5aを支持する、同心円状に配置された中心支柱5bとリング状支持体である外側リング5cのとから構成されている。
ホイル5aは、その平面がEUV光の光軸に平行になるように配置され支持されている。そのため、ホイルトラップ5を極端紫外光源(高温プラズマP)側から見ると、中心支柱5bと外側リング5cの支持体の部分を除けば、ホイル5aの厚みしか見えない。したがって、高温プラズマPからのEUV光のほとんどは、ホイルトラップ5を通過することができる。
なお、ホイルトラップは、高温プラズマの近くに配置されるので、受ける熱負荷も大きい。よって、ホイルトラップを構成するホイルやコーンは、例えば、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、モリブデン合金などの高耐熱材料から形成される。
近年、特許文献4に記載されているように、ホイルトラップを2つ、直列に設けるとともに、一方のホイルトラップを回転させる構成が知られている。
図15に概略構成を示す。図15に示す例では、高温プラズマPに近い方のホイルトラップが回転する機能を有する。以下、この回転機能を有するホイルトラップを回転式ホイルトラップ、回転せず固定型のホイルトラップを固定式ホイルトラップとも言う。
回転式ホイルトラップ4の各ホイル、は、コーン4cに固定されており、各ホイル4aはコーン4cの回転駆動軸を中心に放射状に伸びる。なお、回転式ホイルトラップ4は、コーン4cに固定されていればよい。
具体的には、回転式ホイルトラップはプラズマからの大きな熱負荷に常に曝された状態で動作しており、実用に耐えうるホイル材料、中心支柱材料、そしてホイルと中心支柱の接合部分の構造や方法が問題となった。特に回転式ホイルトラップでは、回転にともないホイルに遠心力が加わるため、高温条件下におけるホイルと中心支柱の接合部分の引張強度(tensile strength)を大きくする必要が生じた。
このような構造をそのまま回転式ホイルトラップに採用すると、高温条件下におけるホイルと中心支柱の接合部分の引張強度を大きくすることは困難となる。
また、プラズマへの入力電力が増加するとともに、プラズマから回転式ホイルトラップに入力される熱負荷も増加する。すると、ホイルの温度が上昇し、ホイルを構成するモリブデンの再結晶化という問題が生じた。また、後で示すように、本願発明においてはホイルと中心支柱の接合部分の強度を大きくするため、ホイルと中心支柱とをろう付けしている。しかし、上記したようにホイルの温度が上昇すると、ホイルと中心支柱とを結合しているろう材が劣化し、回転式ホイルトラップの寿命が短縮されるという新たな問題が生じた。
すなわち、中心支柱の側面に設けた複数の溝部のそれぞれに各ホイルの一端部を挿入し、中心支柱と上記各ホイルとをろう付けにより固定する。これにより、中心支柱に各ホイルを強固に固定することができ、EUV光源が高入力動作時においても十分な寿命を確保することができる。その際のろう材としては金ろうを用いるのが望ましいことが分かった。また、上記中心支柱を円錐台形状にすることで、円柱形状とする場合に比べ、ホイルの温度勾配が緩和され、ホイルを取り付けるための溝加工が容易になる。さらに、上記において、ホイルの板厚を0.2mm〜0.5mmとすることが望ましいことが分かった。ホイルの板厚を上記範囲内とすることで、ホイルの温度勾配が大きくなってもホイルが変形してEUV光の透過率の低下を防ぐことができる。また板厚を上記範囲内とするとことにより、回転式ホイルトラップを回転駆動する回転駆動機構への重量的負荷を小さくすることもできる。
また、上記中心支柱の内部に内側管部および外側管部からなる二重管構造の管路を設けて、熱交換用の流体を一方の管部から流入させ他方の管部より流出させることにより、各ホイルの温度を上記プラズマの原料の融点以上、蒸発温度以下であって、上記ホイルを構成する材料の再結晶温度以下に維持させることができるとともに、ろう材の劣化を防ぐことができる。
さらに、回転式ホイルトラップの外周部側であって、EUV光の光路外の部分を包囲するカバー部材を設ければ、上記熱交換用の流体が漏れたとしても、上記カバー部材で回収することが可能となり、プラズマが発生する真空容器内が上記流体で汚染されることが抑制される。ここで、ホイルトラップとカバー部材の隙間を小さくすれば、回転式ホイルトラップの中心支柱がその回転駆動軸から外れそうになっても、ホイルトラップがカバー部材に接触して止まるので、ホイルトラップが脱落するのを防ぐことができる。
また、中心支柱と回転駆動軸をねじにより連結し、中心支柱のねじ部側端部または上記回転駆動軸のねじ部側端部にOリング溝を設けて当該Oリング溝部にOリングを設置することにより、回転式ホイルトラップの中心支柱と回転駆動軸との勘合部分からの流体のリークを防止することができる。その際、上記カバー部材の内面と上記ホイルの端部との間の隙間を、上記第Oリングのつぶし代となる直径の30%以下とすることで、上記ねじが緩んでも、中心支柱と回転駆動軸との間に生じる隙間は上記Oリングのつぶし代以下となり、上記熱交換用の流体の漏出を防ぐことができる。
さらに、カバー部材を設けることにより、ホイルトラップとカバー部材との隙間におけるコンダクタンスが下がり、プラズマから放出されるデブリを補足しやすくすることもできる。
具体的には、本発明においては、以下のように回転式ホイルトラップを構成するとともに、この回転式ホイルトラップを用いて光源装置を構成する。
(1)光を放出するプラズマの近傍に配置され、主軸から放射状に伸びる複数のホイルを備え、上記光は通過するが上記プラズマからのデブリは捕捉するホイルトラップであって、上記複数のホイルが主軸上に配置された中心支柱により支持されていて、上記中心支柱と連結した回転機構により上記中心支柱を回転駆動軸として回転可能に構成されている回転式ホイルトラップにおいて、上記中心支柱の側面に設けた複数の溝部のそれぞれに各ホイルの一端部が挿入され、上記中心支柱と上記各ホイルとがろう付けにより固定されている。
(2)上記(1)において、ホイルと中心支柱とを接合するろう材には金ろうが用いられる。
(3)上記(1)、(2)において、ホイルと中心支柱はモリブデン、タングステン、モリブデンまたはタングステンを含む合金からなる。
(4)上記(3)において、各ホイルの板厚を0.2mm〜0.5mmの範囲とする。
(5)上記(1)、(2)、(3)、(4)において、中心支柱の形状が円錐台形状である。
(6)上記(1)、(2)、(3)、(4)、(5)において、中心支柱の内部に内側管部および外側管部からなる二重管構造の管路を設け、流体を一方の管部から流入し、他方の管部より流出させ、上記中心支柱に固定されている各ホイルの温度が上記プラズマの原料の融点以上、蒸発温度以下であって、上記ホイルを構成する材料の再結晶温度以下に維持する。
(7)上記(6)において、上記流体は、上記管路の外側管部に設けられた流入口から流入し、外側管部、内側管部の順に経由して、上記内側管部に設けられた流出口から流出するように、上記二重管構造の管路に供給されていて、上記内側管部における外側管部を経由した流体が流入する側の端部に、上記外側管部側に傾斜した傾斜部が設けられている。
(8)上記(6)、(7)において、上記流体が水であって、中心支柱内部において管路から供給される水と接触する部分に耐食性材料からなるコーティングが施されている
(9)上記(8)において、上記耐食性材料が、ニッケル(Ni)または窒化チタニウム(TiN)である。
(10)上記(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)において、上記中心支柱の回転軸に沿って第1のねじ部を設け、上記回転機構の回転駆動軸に上記第1のねじ部に勘合可能な第2のねじ部を設け、両ねじ部を勘合することにより回転式ホイルトラップと上記回転機構とが連結する。
(11)上記(10)において、回転式ホイルトラップの回転方向が上記第1のねじ部と上記第2のねじ部の締結方向と逆向きである。
(12)上記(10)、(11)において、上記第1のねじ部と上記第2のねじ部との勘合部分に緩み止め機構を設ける。
(13)上記(10)、(11)、(12)において、上記中心支柱のねじ部側端部または上記回転駆動軸のねじ部側端部にはOリング溝を設けて当該Oリング溝部にOリングを設置し、上記回転式ホイルトラップの外周部側であって、EUV光の光路外の部分を包囲するカバー部材を設け、上記カバー部材の内面と上記ホイルの端部との間の隙間を、上記Oリングの直径の30%以下とする。
(14)上記(10)、(11)、(12)において、上記回転式ホイルトラップの外周部側であって、EUV光の光路外の部分を包囲するカバー部材を設け、上記カバー部材の内面と上記ホイルの端部との間の隙間を、1.5mm以下とする。
(15)上記(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、(11)、(12)、(13)、(14)の回転式ホイルトラップを、容器と、上記容器内にプラズマ原料を供給するプラズマ原料供給手段と、上記プラズマ原料を加熱して励起しプラズマを発生させる一対の放電電極からなる放電部材と、上記プラズマから放射される光を集光する集光ミラーと、上記放電部材と上記集光ミラーとの間に設けられるホイルトラップと、上記集光された光を取り出す上記容器に形成された光取り出し部と、上記容器内を排気し容器内の圧力を調整する排気手段とを備えた光源装置に適用する。
(16)上記(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、(11)、(12)、(13)、(14)の回転式ホイルトラップを、容器と、上記容器内にプラズマ原料を供給するプラズマ原料供給手段と、上記プラズマ原料にレーザビームを照射して当該プラズマ原料を加熱して励起し高温プラズマを発生させるレーザビーム照射手段と、上記プラズマから放射される光を集光する集光ミラーと、上記高温プラズマと上記集光ミラーとの間に設けられるホイルトラップと、上記集光された光を取り出す上記容器に形成された光取り出し部と、上記容器内を排気し容器内の圧力を調整する排気手段とを備えた光源装置に適用する。
(1)本発明のホイルトラップは、中心支柱の側面に設けた複数の溝部のそれぞれに各ホイルの一端部が挿入され、上記中心支柱と上記各ホイルとをろう付けにより固定している。よって、特許文献1のような内部リングに設けられた溝にホイルの内縁部を単に挿入した構造と比較すると、強固に各ホイルと中心支柱とを固定することが可能となる。
また、各ホイルや中心支柱は、高耐熱かつ低膨張率であるモリブデン、タングステン、およびモリブデンまたはタングステンを含む合金のいずれかの材質で構成される。そのため、各ホイルや中心支柱は、プラズマ近傍に配置される回転式ホイルトラップが受ける熱負荷に対して耐熱性が良好であり、変形等の不具合の発生が抑制される。よって、回転式ホイルトラップにおいて、プラズマからの光の通過量が回転式ホイルトラップの変形により減少するという不具合も発生しない。
一方、中心支柱の形状が、上部に円錐台部、下部に円柱部を有する結合形状である場合、当該結合形状の稜線は同一平面上にない。このため、溝部の深さが一定になるように加工する場合、中心支柱の傾きを調整しながら、2回の加工を実施することが必要となる。
すなわち、中心支柱の形状が円錐台形形状である場合、1つの溝部の形成に1回の加工を実施すればよいので、製造コストを削減することが可能となる。
(7)上記中心支の回転軸に沿って第1のねじ部を設け、上記回転機構の回転駆動軸に上記第1のねじ部に勘合可能な第2のねじ部が設け、両ねじ部を勘合して回転式ホイルトラップと上記回転機構とを連結する構造とすることにより、取り付けおよび取り外しが比較的容易となる。また、ねじ径を大きくすることで、締め付けトルクを高めることが可能なため、駆動機構が故障などで急停止した場合にも慣性で回転式ホイルトラップが外れる危険性が低い。
(9)また、第1のねじ部と上記第2のねじ部との勘合部分に緩み止め機構を設けることにより、両者の緩みが抑制され、より確実に回転式ホイルトラップと上記回転機構とが連結される。
また、回転式ホイルトラップと回転駆動部との連結が緩んだ場合においても、カバー部材に回転式ホイルトラップが接触して停止し、回転式ホイルトラップが真空容器内に落下することはない。
また、中心支柱のねじ部側端部または上記回転駆動軸のねじ部側端部にOリング溝を設けて当該Oリング溝部にOリングを設置することにより、回転式ホイルトラップの中心支柱と回転駆動軸との勘合部分からの流体のリークを防止することができる。
特に、上記カバー部材の内面と上記ホイルの端部との間の隙間を上記Oリングの直径の30%以下とすることにより、上記カバー部材に接触して上記回転式ホイルトラップが停止した際においてもOリングの中心支柱および回転駆動軸へ接触した状態は保持されるので、中心支柱と回転駆動軸との勘合部からから漏れる温度調整用の流体の量を少なくできる。
(11)また、上記カバー部材の内面と上記ホイルの端部との間の隙間を1.5mm以下にすることにより、その隙間におけるコンダクタンスが下がり圧力が上がるので、プラズマから放出されるデブリを捕捉しやすくなる。
図1に本発明の実施例の回転式ホイルトラップの概略構成図を示す。本実施例の回転式ホイルトラップは、複数枚のホイル4aが中心支柱4cに固定された構造であり、図1(c)に示すように、当該中心支柱4cの回転軸4eを中心に放射状に伸びている。また、各ホイル4aの外周部分は、図1(a)に示すように外側リング6に接続されている。外側リング6は各ホイル4aの間隔が略等間隔となるように各ホイルを保持する。なおここでの「間隔」とは、外側リング6とホイルとの各接続部分において、隣り合う部分同士の間隔である。
回転式ホイルトラップは、中心支柱4cが図示を省略したドライブユニット(回転駆動機構)の回転駆動軸と同軸状に接続されている。そして、ドライブユニットの回転駆動軸が回転すると、上記回転式ホイルトラップは中心支柱4cの回転軸4eを中心に回転する。
中心支柱4cとホイル4aの接合に使われるろうの材質としては、例えば金ろうがよい。回転式ホイルトラップ用途に求められるろう材の特性としては、引っ張り強度と高温での安定性である。銀ろうは、回転式ホイルトラップが曝される熱負荷では融解したり、また遠心力に耐えうる引っ張り強度が期待できない。一方、パラジウムろうや白金ろうは耐熱性は十分だが、中心支柱4cとホイル4aをろう付けする際のろう付け温度としては1000度以上の高温が必要となる。中心支柱4cやホイル4aを構成するモリブデン等の高融点材料は、再結晶化温度以上になると再結晶化が進行して脆くなることが知られている。例えば、モリブデンの再結晶化は800°C〜1200°Cといわれており、パラジウムろうや白金ろうによるろう付けの際、ホイル4aの再結晶化が進行しやすい。そのため、ろう付け材料としてパラジウムろうや白金ろうは使用できない。
なお、金ろうとしては、ろう付けの作業性、高温時の機械強度等からAu−Ni系が好ましい。
中心支柱4cおよびホイル4aを構成する材質は、ろう材の選定にも影響を及ぼすことは上記の通りである。回転式ホイルトラップはプラズマに近く、大きな熱負荷が加わるため、中心支柱4cとホイル4aには、高耐熱かつ低膨張率であるモリブデン、タングステンおよびそれらを含む高融点金属が使われる。特に、中心支柱4cには、ホイル4aを挿入するために溝を刻むなど、複雑かつ精密な機械加工が必要となる。一般的に純モリブデンや純タングステンは非常に脆く、加工が困難である。したがって、例えば、加工性が比較的良いTZM(チタン・ジルコニウム・モリブデン)などの合金を使用した方がよい。
また、各ホイル4aや中心支柱4cは、高耐熱かつ低膨張率であるモリブデン、タングステン、およびモリブデンまたはタングステンを含む合金のいずれかの材質で構成される。そのため、各ホイル4aや中心支柱4cは、プラズマ近傍に配置される回転式ホイルトラップが受ける熱負荷に対して耐熱性が良好であり、変形等の不具合が発生が抑制される。よって、回転式ホイルトラップにおいて、プラズマからの光の通過量が回転式ホイルトラップの変形により減少するという不具合も発生しない。特に、ろう材を金ろうとしたので、ロウ付け部分の十分な引っ張り強度を実現でき、またプラズマから受ける熱負荷に対して溶解するということもない。また、ろう付け後に高融点材料からなるホイル4aの再結晶化は見られておらず、ホイル自体が脆くなることはない。
ホイル4aの厚みは、EUV光源の出力、座屈による光学的透過率低下の度合い、板厚によるホイルトラップの光学的透過率低下の度合いの3点のバランスを考慮して決める必要がある。
ホイル自体の厚み、すなわちホイル4aの体積が増えると、ホイル1枚あたりの熱容量も増える。すなわち、回転式ホイルトラップへの熱入力が一定であるとすると、ホイル4aの厚みが増すにつれ回転式ホイルトラップの到達温度は下がる。
発明者らが実験を行なった結果、各ホイル4aの板厚は0.2〜0.5mmの範囲内にあるとき、回転式ホイルトラップの高熱入力に対する耐性と光学的透過率のバランスが最適であることが分った。
同図の菱形(◇)はMo製で板厚0.1mm、四角(□)はMo製で板厚0.2mm、三角(△)はMo製で板厚0.25mm、逆三角(▽)はMo製で板厚0.3mm、黒四角(■)はW製で板厚0.2mm、黒丸(●)はMo−La製で板厚0.1mmである。
試験用ホイル30の温度は、熱電対を用いて測定した。ここで、測定場所は、ヒーター直近のホイル30の裏面(加熱される面の反対側の面)である。一方、最大座屈は図3の矢印Aの方向から、観測窓部を介してレーザ計を用いて測定した。
また、試験用ホイル30がモリブデン製であるとき、当該試験用ホイル30の板厚が0.2mmの場合は、試験用ホイル30の温度の増加に対し、最大座屈の値はあまり増加していない。これは試験用ホイル30がタングステン製である場合も同様である。
更に、試験用ホイル30がモリブデン製であるとき、当該試験用ホイル30の板厚が0.25mm、0.3mmの場合は、試験用ホイル30の温度が増加しても座屈自体が発生していない。
上記結果から明らかなように、回転式ホイルトラップを構成する各ホイル4aの板厚は、0.2mm以上あれば、上記した座屈の影響を抑制することが可能となることが分った。
図4に結果を示す。図4において、横軸はプラズマへの入力パワー(kW)を示し、縦軸はIF通過後のEUV出力である。なお、EUV出力の単位は任意単位(a.u.)である。また、同図において、丸(○)は板厚が0.2mm、黒丸(●)は板厚が0.1mmの場合を示す。
板厚が0.1mmのホイル4aからなる回転式ホイルトラップを使用した場合に上記EUV出力が飽和傾向にあるのは、プラズマへの入力パワーが増加するにつれ座屈が大きくなり、回転式ホイルトラップの光学的透過率が徐々に低下していったものと考えられる。これは、図3に示す結果とも符合している。
以上のように、モリブデン、タングステンおよびそれらを含む高融点金属からなるホイル4aの板厚は0.2mm以上であることが好ましいことが分かった。
t=0.1mmの回転式ホイルトラップの透過率は、まず予備実験でプラズマへの入力パワーが座屈の発生が無視できる程度に調整して実測した。座屈が発生しない場合、回転式ホイルトラップの透過率は低下しないとし、この実測値をプラズマへの入力パワーが0のときの透過率とした。このときの透過率は89%であった。
そして、図4に示す座屈が発生せず透過率が変わらないと仮定したときのプラズマへの入力パワーとIF通過後のEUV出力との関係と、t=0.1mmのときのプラズマへの入力パワーとIF通過後のEUV出力との関係とを比較した結果と上記実測値とから、回転式ホイルトラップのEUV透過率を逆算して求めた。
中心支柱4cは、ホイルトラップの背後に位置する集光鏡の集光範囲を妨げない形状および配置としなければならない。図6に中心支柱形状の例を示す。図6(a)は円錐台(circular truncated cone)形状、図6(b−1)(b−2)は上部に円錐台部、下部に円柱部を有する結合(combined)形状の例を示し、図6(c)は円柱(cylinder)形状の例を示す。なお、図6(b−1)は斜視図、図6(b−2)は中心支柱の中心軸を通る平面で切った断面図である。
上記したように、本発明の回転式ホイルトラップにおいては、中心支柱4cの側面にホイル挿入用の溝部4dを設ける。ここで溝加工を行なう際、レーザー加工、放電加工などいずれの方法を用いても、1回の加工につき直線状に同じ深さの溝しか作れない。
そのため、中心支柱の側面部の稜線は、図6(a)もしくは図6(c)に示す中心支柱形状のように、同一平面上にあることが望ましい。
よって、中心支柱4cの形状としては、側面部の溝部4dの製造コスト、および、熱容量の観点から図6(a)に示す円錐台形状とすることが望ましい。
回転式ホイルトラップでは、プラズマから飛来する高温プラズマ原料であるスズ(デブリ)を回転する各ホイル4aで捕捉する。そのとき、ホイル4aの温度をスズの融点以上(235°C以上)に保つと、捕捉したスズはホイル上で液状となり、遠心力により回転式ホイルトラップの外部に弾き出される。よって、スズが回転式ホイルトラップに堆積してEUV光の透過を妨げることがなくなる。しかしながら、ホイル4aの温度がスズの蒸発温度(1200°C程度)以上になると、ホイル4a上でスズが蒸発し、EUV集光鏡を汚染する可能性がある。したがって、ホイル4aの温度は、スズの融点以上であって、スズの蒸発温度以下に調整することが望ましい。
ここで、回転式ホイルトラップが受ける熱負荷により、各ホイル4aの温度が当該ホイル4aを構成する材料の再結晶化温度以上の高温になると、各ホイル4aを構成する材料の再結晶化が始まり、当該材料の強度が低下することが知られている。回転中のホイル4aは常に遠心力が加わっており、ホイル自体の強度が低下した場合、上記ホイル4aが破損する可能性もあるため、ホイル4aの再結晶化は避けなければならない。
中心支柱4cは、図示を省略したドライブユニット(回転駆動機構)の回転駆動軸41と同軸状に接続されている。この回転駆動軸41および中心支柱4cの内部には、内側管部43と外側管部44、とからなる二重管式の管路42が設けられる。そして流体を一方の管部(図7(a)では内側管部43)側から流入させ、他方の管部(図7(a)では外側管部44)から流出させる。その結果、中心支柱4c内部の管路42から供給される流体と上記中心支柱4cとの間で熱交換が発生し、中心支柱4cの温度が調整される。
なお、図7(a)は、流体を内側管部43から流入させ、外側管部44から流出させる例、図7(b)は、流体を外側管部44から流入させ、内側管部43から流出させる例を示す。図7(a)においては、内側管部43から流入した流体は中心支柱4c内において内側管部43から流出して外側管部44に流入する。図7(b)においては、外側管部444から流入した流体は中心支柱4c内において外側管部44から流出して内側管部43に流入する。
図8にモデル図を示す。図8(a)は内側管部43の端部に傾斜部を設けない場合、図8(b)は内側管部43の端部に傾斜部Cを設ける場合を示す。
外側管部44の一方の端部(中心支柱4cが取り付けられた端部とは反対側の端部)には流体が供給される流入管部44aが設けられ、内側管部43の一方の端部であって上記流入管部44a側には、流体が排出される流出管部43aが設けられているものとした。
二重管式管路42を構成する内側管部43、外側管部44を構成する冷却配管は、ステンレス製とし、SUS304の物性値を用いた。また、配管長を220mmとし、外側管部44を流れる流体の断面積と内側管部を流れる流体の断面積とがほぼ同じになるように、両管部の肉厚を1.0mm、外側管部44の外径を22.0mm、内側管部43の外径を14.5mmとした。
また、中心支柱側が高温になることを考慮し、外側管部44の端部のうち、流入管部44aが設けられている側と反対側(図8の入熱面E側)に、300Kの熱量で入熱が行われるものとした。
流体は水とし、流入管部44aより温度22°C、全圧0.3MPaで流入するものとした。なお、流体の流速は3m/s程度となるので、配管−冷却用流体間の伝熱は考慮するが、流体の運動量は考慮しないものとした。
中央支柱4c側に相当する、外側管部44の入熱側端部の温度を計算したところ、ケースAとケースBとでは温度に差は殆ど無かった。
図8(b)に示すモデルにおける外側管部44の入熱側端部の温度は、図8(a)に示すモデルにおける温度より約40K低かった。すなわち、流体を外側管部44から流入させて内側管部43から流出させて冷却する場合、内側管部43の端部に傾斜部Cを設けることが効果的であることが分かった。
このような効果の差が発生したのは、図8(a)に示すモデルでは流体が、中央支柱4c側の外側管部44の内側角部Dには十分供給されずよどみが生じ、外側管部44の入熱側端部が十分に冷却されなかったのに対して、図8(b)に示すモデルでは、流体が内側管部43の端部に設けられた傾斜部Cにより上記角部Dに効果的に供給された結果、外側管部44の入熱側端部が十分に冷却されたものと考えられる。
上記のように、ドライブユニット(回転駆動機構)の回転駆動軸内および回転式ホイルトラップの中心支柱内に流路を設けて温度調整する場合、回転駆動機構と回転式ホイルトラップの接続部分(すなわち、上記回転駆動軸41と上記中心支柱4cとの接続部分)から、プラズマが生成される真空雰囲気の容器(真空容器)内に流体を構成する媒質が漏れ出すことがないようにする必要がある。図9は、この接続部分をネジ状とした例である。
図示を省略したドライブユニット(回転駆動機構)への回転式ホイルトラップの取り付けは、専用工具等で固定した回転駆動機構の回転駆動軸41に回転式ホイルトラップをねじ込むことで取り付ける。
このようなねじ込み方式の利点としては、双方が単純な形状となるため、取り付けおよび取り外しが比較的容易である。また、ねじ径を大きくすることで、締め付けトルクを高めることが可能なため、駆動機構が故障などで急停止した場合にも慣性で回転式ホイルトラップが外れる危険性が低い。
ねじ部が緩み流体が漏洩すると、上記真空容器を汚染するだけでなく当該容器に接続される排気装置が故障する恐れもある。したがって、そのような事態は絶対に避けなければならない。そこで、ネジ状の接続部分に緩み止め機構を付加することで、信頼性を高めた方がよい。図10は、回転駆動軸側にセットねじ45を設け、回転式ホイルトラップのねじ部を緩みにくくした例である。
ここで、このカバー部材46と回転式ホイルトラップとの隙間は、Oリングの直径の30%以下とした方が好ましい。
1a 放電部
1b EUV集光部
1c ガス排気ユニット
2a,2b 放電電極
3 電力供給手段
4 回転式ホイルトラップ
4a ホイル
4b ロウ付け部分
4c コ−ン(中心支柱)
4d 溝部
4e 回転軸
5 固定式ホイルトラップ
8 EUV光取出部
9 EUV集光鏡
10 原料供給ユニット
11 ホイルトラップカバー
14 高温プラズマ原料
15 コンテナ
16a,16b 回転モ−タ
16c,16d 回転駆動軸
17 レ−ザ光
17a レ−ザ源
20 原料供給ノズル
22 レ−ザ光
21 励起用レ−ザ光発生装置
22 レ−ザ光(レ−ザビ−ム)
23 レ−ザ光入射窓部
24 レ−ザ光集光手段
30 試験用ホイル
31 真空容器
32 ヒータ
33 冷却クランプ
34a,34b 案内スリット
41 回転駆動軸
41a 第1のねじ部(雄ねじ部)
41b 第2のねじ部(雌ねじ部)
41c 第1のねじ部(雌ねじ部)
41d 第2のねじ部(雌ねじ部)
41e Oリング
41f Oリング溝
42 管路
43 内側管部
43a 流出管部
44 外側管部
44b 流入管部
45 セットねじ
46 カバー部材
50 露光機
P 高温プラズマ
Claims (16)
- 光を放出するプラズマの近傍に配置され、主軸から放射状に伸びる複数のホイルを備え、上記光は通過するが上記プラズマからのデブリは捕捉するホイルトラップであって、
上記複数のホイルが主軸上に配置された中心支柱により支持されていて、上記中心支柱と連結した回転機構により上記中心支柱を回転軸として回転可能に構成されている回転式ホイルトラップにおいて、
上記中心支柱の側面には複数の溝部が設けられ、
当該溝部のそれぞれに各ホイルの一端部が挿入され、
上記中心支柱と上記各ホイルとはろう付けにより固定されている
ことを特徴とする回転式ホイルトラップ。 - 上記ろう付けに使用されるろう付け部材として、金ろうが用いられている
ことを特徴とする請求項1に記載の回転式ホイルトラップ。 - 上記ホイルおよび上記中心部材の材質が、モリブデン、タングステン、およびモリブデンまたはタングステンを含む合金のいずれかである
ことを特徴とする請求項1または請求項2のいずれか一項に記載の回転式ホイルトラップ。 - 各々のホイルの板厚が0.2mm乃至0.5mmの範囲内にあることを特徴とする
ことを特徴とする請求項3に記載の回転式ホイルトラップ。 - 上記中心支柱の形状が円錐台形状である
ことを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3または請求項4のいずれか一項に記載の回転式ホイルトラップ。 - 上記中心支柱の内部には内側管部および外側管部からなる二重管構造の管路が設けられていて、流体が一方の管部から流入し他方の管部より流出し、上記中心支柱に固定されている各ホイルの温度が上記プラズマの原料の融点以上、蒸発温度以下であって、上記ホイルを構成する材料の再結晶温度以下に維持されている
ことを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3、請求項4または請求項5のいずれか一項に記載の回転式ホイルトラップ。 - 上記流体は、上記管路の外側管部に設けられた流入口から流入し、外側管部、内側管部の順に経由して、上記内側管部に設けられた流出口から流出するように、上記二重管構造の管路に供給されていて、
上記内側管部における外側管部を経由した流体が流入する側の端部に、上記外側管部側に傾斜した傾斜部が設けられている
ことを特徴とする請求項6に記載の回転式ホイルトラップ。 - 上記流体が水であって、中心支柱内部において管路から供給される水と接触する部分に耐食性材料からなるコーティングが施されている
ことを特徴とする請求項6または請求項7のいずれか一項に記載の回転式ホイルトラップ。 - 上記耐食性材料が、ニッケル(Ni)または窒化チタニウム(TiN)である
ことを特徴とする請求項8に記載の回転式ホイルトラップ。 - 上記中心支柱の回転軸に沿って第1のねじ部が設けられ、上記回転機構の回転駆動軸に上記第1のねじ部に勘合可能な第2のねじ部が設けられ、
上記回転式ホイルトラップと上記回転機構とは、上記第1のねじ部と上記第2のねじ部とが勘合することにより連結される
ことを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8または請求項9のいずれか一項に記載の回転式ホイルトラップ。 - 上記回転式ホイルトラップの回転方向が、上記第1のねじ部と上記第2のねじ部の締結方向と逆向きである
ことを特徴とする請求項10に記載の回転式ホイルトラップ。 - 上記第1のねじ部と上記第2のねじ部との勘合部分に緩み止め機構を設けた
ことを特徴とする請求項10または請求項11のいずれか一項に記載の回転式ホイルトラップ。 - 上記中心支柱のねじ部側端部または上記回転駆動軸のねじ部側端部にはOリング溝が設けられ、上記Oリング溝部にはOリングが設置され、
上記回転式ホイルトラップの外周部側であって、EUV光の光路外の部分を包囲するカバー部材を設け、
上記カバー部材の内面と上記ホイルの端部との間の隙間がOリングの直径の30%以下に設定されている
ことを特徴とする請求項10、請求項11または請求項12のいずれか一項に記載の回転式ホイルトラップ。 - 上記回転式ホイルトラップの外周部側であって、EUV光の光路外の部分を包囲するカバー部材を設け、
上記カバー部材の内面と上記ホイルの端部との間の隙間が1.5mm以下に設定されている
ことを特徴とする請求項10、請求項11または請求項12のいずれか一項に記載の回転式ホイルトラップ。 - 容器と、上記容器内にプラズマ原料を供給するプラズマ原料供給手段と、上記プラズマ原料を加熱して励起しプラズマを発生させる一対の放電電極からなる放電部材と、上記プラズマから放射される光を集光する集光ミラーと、上記放電部材と上記集光ミラーとの間に設けられるホイルトラップと、上記集光された光を取り出す上記容器に形成された光取り出し部と、上記容器内を排気し容器内の圧力を調整する排気手段とを備えた光源装置において、
上記ホイルトラップは、請求項1、請求項2、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8、請求項9、請求項10、請求項11、請求項12、請求項13または請求項14のいずれか一項に記載の回転式ホイルトラップであることを特徴とする光源装置。 - 容器と、上記容器内にプラズマ原料を供給するプラズマ原料供給手段と、上記プラズマ原料にレーザビームを照射して当該プラズマ原料を加熱して励起し高温プラズマを発生させるレーザビーム照射手段と、上記プラズマから放射される光を集光する集光ミラーと、上記高温プラズマと上記集光ミラーとの間に設けられるホイルトラップと、上記集光された光を取り出す上記容器に形成された光取り出し部と、上記容器内を排気し容器内の圧力を調整する排気手段とを備えた光源装置において、
上記ホイルトラップは、請求項1、請求項2、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8、請求項9、請求項10、請求項11、請求項12、請求項13または請求項14のいずれか一項に記載の回転式ホイルトラップであることを特徴とする光源装置。
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