(57)【要約】【課題】  極端紫外光発生装置において、高温になる部分における高融点材料の使用と、冷却を行なうための加工の容易性を兼ね備えた電極構造を実現すること。【解決手段】  放電電極１１と接地電極１２のそれぞれの電極を、プラズマに直接さらされる放電部１，４と冷却部２，５の２つの部分から構成し、放電電極１１と接地電極１２を、絶縁材１３の両側に密着させて取り付け、電極を構成する。冷却部２，５は、銅またはアルミニウム等の容易な加工性と、良好な熱伝導性を兼ね備えた材料を用い、内部に冷却用流体か通過する通路を形成し、この通路に冷却用流体を流す。放電部１，４は、高融点材料であるタングステン、タンタル、レニウム、モリブデンまたはそれらを主成分とする合金のいずれかを用いて形成する。上記放電部１，４は高温高密度プラズマ発生部に面する側に設けられ、冷却部２，５の内壁に、その外壁を密着させて設ける。【選択図】          図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電電圧印加電極と、接地電極と、上記放電電圧印加電極と接地電極とに接して設けられた絶縁材とから構成される放電電極間にプラズマを発生させ、該発生したプラズマから極端紫外光を取り出す極端紫外光発生装置の電極部において、
上記放電電圧印加電極と接地電極のそれぞれは、
銅またはアルミニウムまたはそれらを主成分とする容易な加工性と良好な熱伝導性を兼ね備えた材料を用い、冷却用流体が通過する空洞が形成された冷却部と、
該冷却部の表面に密着して設けられた、高融点材料であるタングステン、タンタル、レニウム、モリブデンまたはそれらを主成分とする合金のいずれかを用いた放電部とから構成されている
ことを特徴とする極端紫外光発生装置の電極部。
【請求項２】
上記接地電極と、上記絶縁材とは、いずれもリング状であって同軸上に配置され、
上記接地電極の放電部はリング状であり、接地電極のリング状の冷却部の内壁に、上記リング状の放電部の外壁を密着させて設けられる
ことを特徴とする請求項１の極端紫外光発生装置の電極部。
【請求項３】
上記冷却部は、複数の部材を組み合わせて構成され、
内部に冷却用流体が通過する流路が形成されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２の極端紫外光発生装置の電極部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス放電に基づいて極端紫外光を発生させるための極端紫外光発生装置の電極部の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化のために、露光（リソグラフィ）技術においてはより短い波長の放射線が必要とされている。現在、極端紫外光（以下ＥＵＶ光という）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光を発生させる方法はいくつか知られているが、その内の一つに放電により高温高密度のプラズマを発生させ、該プラズマからＥＵＶ光を取り出す方法がある。その方法を適用した装置の例として、特許文献１の記載のものがある。
図７に、プラズマからＥＵＶ光を取り出す極端紫外光発生装置（以下ＥＵＶ光発生装置という）の概略構成を示す。
１０はプラズマを発生させる高温高密度プラズマ発生部であり、リング状の第１の主放電電極（放電電圧印加電極：カソード）１１と第２の主放電電極（接地電極：アノード）１２とが、絶縁材１３を介して配置される。リングの孔の径はφ５〜２０ｍｍ程度である。
放電容器であるチャンバ１４はカソード側の第１の容器１４ａと、アノード側の第２の容器１４ｂに分かれており、両者は絶縁材１３により分離絶縁されている。放電用ガスである例えばキセノン（Ｘｅ）ガスは、ガス供給ユニット２０が接続された第１の容器１４ａのガス導入口１４ｃから導入され、ガス排気口１４ｄから第２の容器１４ｂに接続されたガス排気ユニット（図示せず）へ排気される。
【０００３】
高温高密度プラズマ発生部１０の圧力は、第２の容器１４ｂ側に設けられた１〜２０Ｐａに調整される。
第２の主放電電極（アノード）１２は接地され、第１の主放電電極（カソード）１１には、高電圧パルス発生部２１からおよそ−５ｋＶ〜−２０ｋＶの放電電圧が印加される。  この両極間にキセノン（Ｘｅ）などの放電ガスが流されると、電極１１，１２のリングの内側部分に高温高密度のプラズマ放電が１〜１０ｋＨｚで発生し、該プラズマから波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光が放射される。
放射されたＥＵＶ光は、第２の容器１４ｂに設けられた集束光学系（ＥＵＶ集光鏡１５）により、光出射部１６に導かれる。
第２の主放電電極（アノード）１２を接地するのは、その近傍に設けられる集束光学系（ＥＵＶ集光鏡１５）の光学部品との間で放電が生じないようにするためである。光学部品はチェンバー容器に取り付けられ、容器とともに接地電位にある。
【特許文献１】特開２００３−２１８０２５号公報
【特許文献２】特開２００１−２９３５７６号公報
【特許文献３】特開平１１−１９０７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記極端紫外光発生装置においては、放電時、放電電圧印加電極（カソード）と接地電極（アノード）は、プラズマにさらされ非常な高温になる。そのため、電極の材料としてタングステンのような高融点材料を使用することや、電極を冷却媒体で冷却することが知られている。
前記特許文献１においても、図２、図３では、各電極ケースの外周に放熱用のリブ２５を形成し、冷却媒体容器２７からリブ２５の間に冷却媒体を供給し電極を冷却する構造が示されている。
しかし、実際に電極を製作する場合、次のような問題がある。
(i) 例えば、電極全体をタングステンのような高融点材料で形成しようとすると、加工が困難で非常に高価になる。
(ii)高融点材料は一般に硬度の高いものが多い。例えば硬さの目安であるヤング率は、アルミを１とすると、銅は約１．７、鉄は約３．２、タングステンは約５．６になる。そのため、上記公報に示されたような放熱用のリブを形成するどころか、内部に冷却水を通すような流路の加工を行なうことも困難である。
(iii) 一方、加工を行いやすい材料、例えば銅を用いれば、熱伝導率も良いので冷却効率も良くなるが、加工が容易な材料は概して融点が低く、高温高密度のプラズマにさらされるとすぐに溶けてしまう。
【０００５】
以上のように、極端紫外光発生装置の電極部はプラズマにさらされ非常な高温になるため、高融点の材料を用い、さらに電極を冷却できる構造とする必要があり、製作が極めて困難であり、また、高価であった。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、高温になる部分における高融点材料の使用と、冷却を行なうための加工の容易性を兼ね備えた電極構造を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を本発明においては、次のように解決する。
（１）放電電極と接地電極のそれぞれの電極を、プラズマに直接さらされる放電部と、そうではない冷却部の２つの部分から構成し、冷却部を有する上記放電電極と接地電極を、絶縁材の両側に密着させて取り付け、電極を構成する。
冷却部は、銅またはアルミニウムまたはそれらを主成分とする容易な加工性と、良好な熱伝導性を兼ね備えた材料を用い、内部に冷却用流体か通過する空洞を形成する。
放電部は、高融点材料であるタングステン、タンタル、レニウム、モリブデンまたはそれらを主成分とする合金のいずれかを用いて形成する。
（２）上記接地電極と絶縁材をリング状とし、同軸上に配置する。また、上記放電部をリング状とし、高温高密度プラズマ発生部に面する側に設け、リング状の接地電極の冷却部の内壁に、その外壁を密着させて設ける。
（３）上記冷却部を、複数の部材を組み合わせて構成し、その内部に冷却用流体が通過する流路を形成する。
すなわち、上記冷却部を第１の部材と第２の部材から構成し、第１の部材を、径が異なり中心に円形の孔が設けられた２枚の円盤状部材を、筒状部材の両側の開放端に連結した形状とし、上記円盤状部材の円形の孔の内径と、筒状部材の内径とを放電部の外径に等しくし、２枚の円盤状部材の中心を通る軸と上記筒状部材の中心を通る軸を一致させる。
また、第２の部材は、上記第１の部材の一方の円盤状部材と径が等しいリング状部材と、該リング部材の一方の開放端を覆うように設けられ、中央に第１の部材の他方の円盤状部材がはめ込まれる円形の孔を有する円盤状部材を連結した形状とする。
そして、上記第１の部材と第２の部材を、第１の部材の一方の円盤状部材と第２の部材のリング状部材が対向し、かつ、第１の部材の他方の円盤状部材が、第２の部材の円盤状部材の孔に嵌合するように合わせて接合し、内部に冷却水の通路となる環状の空洞を有するリング状の冷却部を構成する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）高温高密度のプラズマにさらされる電極の部分（放電部）は、高融点材料であるタンタル、レニウム、モリブデンで形成するので、電極が溶けるという問題を防ぐことができる。
一方、直接にプラズマにはさらされない部分（冷却部）は、銅またはアルミニウムを主成分とする容易な加工性と、良好な熱伝導性を兼ね備えた材料で形成するので、内部に冷却水（冷却用流体）を流すための加工を容易に行なことができ、またその表面に密着している放電部も効率よく冷却することができる。
（２）上記冷却部を有する電極を、絶縁材の両面に密着させて取り付けているので、絶縁材をも効率的に冷却することができる。
（３）冷却部を複数の部材を組み合せて構成することにより、冷却水を流すための流路を容易に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明であるＥＵＶ光発生装置の電極の概略構成について説明する。
図１は、放電電圧を印加する放電電圧印加電極（以下カソードという）の概略構成を示す図であり、同図（ａ）は組み立てられたカソード１１の断面構造を示し、同図（ｂ）は、カソード１１を構成する部材を分解して示した図である。
同図に示すようにカソード１１は、リング状の放電部１とリング状の冷却部２とからなる。
放電部１は、高融点材料であるタンタル、レニウム、モリブデン、またはそれらを主成分とする合金で形成する。本実施例ではタングステンを使用した。同図に示すように、放電部１は凹凸のない単純な筒型形状であるので、多少硬くても加工は可能である。
冷却部２は、銅またはアルミニウムまたはそれらを主成分とする容易な加工性と、良好な熱伝導性を兼ね備えた材料で形成する。本実施例では銅を使用したが、アルミニウムを使用することもできる。また、銅に若干の銀を混ぜた材料も使用することができる。
【０００９】
冷却部２は、第１の部材２１と第２の部材２２とを組み合わせて構成されている。
第１の部材２１は、径が異なり中心に円形の孔が設けられた２枚の円盤状部材２１ａ，２１ｂを、筒状部材２１ｃの両側の開放端に連結した形状をしており、２枚の円盤状部材２１ａ，２１ｂの中心を通る軸と上記筒状部材２１ｃの中心を通る軸は一致している。
上記２枚の円盤状部材２１ａ，２１ｂの円形の孔の径と上記筒状部材２１ｃを貫通する貫通孔の内径は等しく、その内径は筒状の放電部１の外径と等しい。
第２の部材２２は、上記円盤状部材２１ａと径が等しいリング状部材２２ａと、該リング部材２２ａの一方の開放端を覆うように設けられ、中央に第１の部材２１の円盤状部材２１ｂがはめ込まれる円形の孔を有する円盤状部材２２ｂを連結した形状である。
上記第１の部材２１、第２の部材２２は、それぞれ一体で形成されるが、複数の部材を接合して構成してもよい。
上記第１の部材２１と第２の部材２２を、円盤状部材２１ａとリング状部材２２ａが対向し、かつ、円盤状部材２１ｂが円盤状部材２２ｂの孔に嵌合するように合わせて接合することにより、内部に冷却水の通路となる環状の空洞を有するリング状の冷却部２が構成される。上記第１の部材２１と第２の部材２２とは、例えば銀ロー溶接により接合される。なお、同図では冷却部への配管は省略している。
【００１０】
さらに、この冷却部２の中央に形成された貫通孔に上記放電部１を嵌入することにより、図１（ａ）の断面図に示すような形状のカソード１１が構成される。
上記第１の部材２１の中央に設けられた貫通孔の軸方向の長さは、放電部１の軸方向の長さと等しく、該貫通孔に放電部１を嵌入することにより、貫通孔の内面は、放電部１で覆われる。
上記放電部１の外壁と冷却部２の孔２ａの内壁とは密着させる。密着させる方法としては、焼き嵌め、銀ロウ付け、圧入接合（例えば特許文献２参照）あるいは直接接合（例えば特許文献３参照）などの方法がある。
以上のように、本実施例の冷却部２は、中央に放電部１が嵌入される貫通孔を有するリング状の部材で形成され、リング状の部材の内部には、リングの形状に沿って冷却水の通路となる環状の空洞が形成されている。そして、冷却部２の中央の貫通穴にリング状（円筒状）の放電部１を嵌入し、貫通孔の内面に放電部１を密着させて取り付けることで、本実施例のカソードが構成される。
【００１１】
図２は本実施例の接地電極１２（以下アノードという）の概略構成を示す図であり、同図（ａ）は組み立てられたアノード１２の断面構造を示し、同図（ｂ）は、アノード１２を構成する部材を分解して示した図である。
アノード１２も、カソード１１と同様に、リング状の放電部４と、リング状の冷却部５とからなる。ただし、放電により生じた高温高密度のプラズマから発生するＥＵＶ光はアノード側から出射するので、この光を遮ることがないように、光の広がりに合せた切り欠き６が形成されている。
放電部４の材料はタングステン、冷却部５の材料は銅であり、上記のカソード１１の場合と同じである。また、冷却部５もカソード１１と同様に、複数の部材、即ち第１の部材５１と第２の部材５２とにより構成されたリング状であり、内部に冷却水の通路となる環状の空洞が形成されている。
【００１２】
第１の部材５１は、カソード１１と同様に、径が異なり中心に円形の孔が設けられた２枚の円盤状部材５１ａ，５１ｂを、筒状部材５１ｃの両側の開放端に連結した形状をしており、２枚の円盤状部材５１ａ，５１ｂの中心を通る軸と上記筒状部材５１ｃの中心を通る軸は一致している。
上記２枚の円盤状部材５１ａ，５１ｂの円形の孔の径と上記筒状部材５１ｃを貫通する貫通孔の内径は等しく、その内径は筒状の放電部４の外径と等しい。
なお、上記円盤状部材５１ａには、後述する絶縁材を嵌め込むための凹部５１ｄが形成され、また上記筒状部材５１ｃの貫通孔の円盤状部材５１ｂ側には、前記切り欠き６が形成されている。
第２の部材５２は、前記カソード１１の第２の部材２２と同様に、上記円盤状部材５１ａと径が等しいリング状部材５２ａと、該リング部材５２ａの一方の開放端を覆うように設けられ、中央に第１の部材５１の円盤状部材５１ｂがはめ込まれる円形の孔を有する円盤状部材５２ｂを連結した形状である。
上記第１の部材５１、第２の部材５２は、それぞれ一体で形成されるが、複数の部材を接合して構成してもよい。
【００１３】
上記第１の部材５１と第２の部材５２を、円盤状部材５１ａとリング状部材５２ａが対向し、かつ、円盤状部材５１ｂが円盤状部材５２ｂの孔に嵌合するように合わせることにより、内部に冷却水の通路を有するリング状の冷却部５が構成される。上記第１の部材５１と第２の部材５２とは、前記したように例えば銀ロー溶接により接合される。なお、カソード１１と同様、同図では冷却部への配管は省略している。
さらに、この冷却部５の中央に形成された貫通孔に上記放電部４を嵌入することにより、図２（ａ）の断面図に示すような形状のアノード１２が構成される。
上記放電部４の外壁と冷却部５の貫通孔の内壁とは、前記したように焼き嵌め、銀ロウ付け、圧入接合あるいは直接接合などで密着させる。
以上のように、本実施例の冷却部５は、中央に放電部４が嵌入される貫通孔を有するリング状の部材で形成され、リング状の部材の内部には、リングの形状に沿って冷却水の通路となる環状の空洞が形成されている。そして、冷却部５の中央の貫通穴にリング状（円筒状）の放電部４を嵌入し、貫通孔の内面に放電部４を密着させて取り付けることで、本実施例のアノードが構成される。
【００１４】
図３は、上記カソードとアノードから構成される本実施例の電極部の基本的な構成を示す図であり、同図（ａ）は組み立てられた電極の断面構造を示し、（ｂ）は電極を構成する部材を分解して示した図である。
同図（ａ）（ｂ）に示すように、上記のようにして製作したリング状のカソード１１とアノード１２により、リング状の絶縁材１３を狭持する。カソード１１、絶縁材１３、アノード１２は同軸上に配置される。
絶縁材１３の表面には、カソード１１を嵌め込むための凹部１３ａが形成されており、カソード１１を絶縁材１３の凹部１３ａに嵌め込み、絶縁材１３をアノード１２の凹部５１ｄに嵌め込む。
これにより絶縁材１３は、図３（ａ）に示すようにカソード１１とアノード１２とによって挟持され、一対の電極となる。
【００１５】
図４は、本実施例のＥＵＶ光発生装置の電極部分の概略構成図である。
図３に示したように、リング状のカソード１１とアノード１２により絶縁材１３は狭持されている。放電部１，４は前記したように高融点材料（例えばタングステン）で形成され、カソード１１とアノード１２の冷却部２，５は高熱伝導材料（例えば銅）で形成され、絶縁材１３は例えばセラミックスで形成される。
カソード１１側からリングの内部である高温高密度プラズマ発生部１０にプラズマ放電用のガス材料が供給される。
アノード１２側には、前記図７に示したように真空チャンバー（第２の容器１４ｂ）が取り付けられ、真空チャンバー内は真空ポンプ２２で排気される。また、真空チャンバー１４ｂ内にはミラーなどの光学系（不図示）が設けられる。
アノード１２の冷却部５は接地され、カソード１１の冷却部２とアノード１２の冷却部５間には高電圧パルス発生部２１が接続され、カソード１１の冷却部２にはパルス状の放電電圧が印加される。
【００１６】
それぞれの放電部１，４の外壁は、それぞれの冷却部２，５の孔の内壁に密着して設けられているので、放電部１と冷却部２、放電部４と冷却部５とは、良好な導通関係にあり、また、良好な熱伝導関係にある。
カソード１１の冷却部２およびアノード１２の冷却部５には冷却装置２３からの配管２３ａが接続され、冷却用流体、本実施例の場合は水が供給され、供給された冷却用流体はリング状の冷却部２，５の内部に形成された環状の冷却水の通路を還流してカソード１１，アノード１２を冷却し、冷却装置２３に戻る。
【００１７】
次に、本実施例の電極を用いたＥＵＶ発生装置の動作について説明する。
(i) カソード１１側から電極のリング内に放電ガス材料が供給され、高電圧パルス発生部２１からカソード１１の放電部１に放電電圧が印加されると、カソード１１の放電部１とアノード１２の放電部４との間で放電が開始され、リング内部である高温高密度プラズマ発生部１０にプラズマが発生する。
(ii)一方、カソード１１及びアノード１２の冷却部２，５には、冷却装置２３からそれぞれに冷却水が供給され、冷却部２，５が冷却されることにより、放電部１，４及び絶縁材料１３が冷却される。
(iii) 発生したプラズマからのＥＵＶ光は、真空チェンバー１４ｂ側に放射され、チェンバー１４ｂ内に設けられた光学系（不図示）により光出射部に導かれる。
(iv)発生したプラズマにより、カソード１１及びアノード１２のリング内壁は高温にさらされるが、この部分は例えばタングステン等の高融点材料で形成されてた放電部１及び放電部４が挿入されているので容易に溶けることはない。
(v) また、放電部１，４と密着している冷却部２，５は熱伝導性の良い材料であり水冷されているので、放電部１，４を効率良く冷却し、放電部１，４が非常に高い温度になるのを防ぐ。
(vi)カソード１１とアノード１２に狭持されている絶縁材１３も、プラズマにより内壁が高温にさらされるが、液冷されている冷却部２，５により広い面積で接するように狭持されているので、効率よく冷却される。
【００１８】
次に電極部の他の実施例について説明する。
図５，６は、高温高密度プラズマ発生部の他の実施例を示す図であり、それぞれ電極部を光軸を通る平面で切った断面構成を示している。
上記の実施例では、カソード１１や放電部１の形状がリング状であるが、カソードの形状は、発生したプラズマから放射される光の光軸に対し、線対称な構造であれば良く、図５のような円柱形状や、図６のような円錐形状も考えられる。
図５は、カソード１１のリング状の冷却部２の貫通孔に、中実の高融点材料で形成される円柱状の放電部１ａを密着して取り付け、絶縁材１３にプラズマ放電ガス材料を供給するための流路１３ｂを設けたものである。
そして、ガス導入口１３ｃから上記流路１３ｂを介して、放電ガス材料を上記放電部１とリング状の絶縁材１３とアノード１２の放電部４で形成される空間に導入し、カソード１１とアノード１２間に高電圧パルスを印加して、上記空間内部にプラズマを発生させる。
【００１９】
図６は、カソード１１の冷却部２を、内部に冷却水の通路を有する円盤状とし、該円盤状の冷却部２に、高融点材料で形成される円錐状の放電部１を密着して取り付け、また、絶縁材１３にプラズマ放電ガス材料を供給するための流路１３ｂを設けたものである。
そして、ガス導入口１３ｃから上記流路１３ｂを介して、放電ガス材料を上記円錐状の放電部１とリング状の絶縁材１３とアノード１２で形成される空間に導入し、カソード１１とアノード１２間に高電圧パルスを印加して、上記空間内部にプラズマを発生させる。
なお、図５、図６においては、上記放電部１を構成する円柱または円錐の先端部（プラズマが発生する空間に面した部分）近傍のみを高融点材料で形成してもよい。
図５、図６に示した実施例においても、前記図４に示したようにカソード１１とアノード１２の冷却部２，５内に形成された冷却水通路に、冷却装置から冷却水が供給され、冷却部２，５が冷却されることにより、放電部１，４及び絶縁材料１３が冷却される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例の放電電圧印加電極（カソード）の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例の接地電極（アノード）の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例の電極部の基本的な構成を示す図である。
【図４】本発明の実施例の電極部を用いたＥＵＶ光発生装置の電極部分の概略構成図である。
【図５】本発明の実施例の電極部の他の構成例（１）を示す図である。
【図６】本発明の実施例の電極部の他の構成例（２）を示す図である。
【図７】ＥＵＶ光源装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
１，４    放電部
２，５    冷却部
１１      放電電圧印加電極（カソード）
１２      接地電極（アノード）
１３      絶縁材
１４ｂ    真空チャンバー
２１      高電圧パルス発生部
２２      真空ポンプ
２３      冷却装置
【図１】
2006324173.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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