(57)【要約】【課題】ガス放電プラズマによる強力短波長放射線の発生装置を提供する。【解決手段】本発明はガス放電プラズマによる強力短波長放射線の発生装置に関する。本発明の目的は、ガス放電プラズマによって強力短波長放射線、特に極紫外線を発生させるための新規の可能性を見出すことであり、それにより放電装置の寸法を実質的に増加させることなく、放電源の高い全効率を伴う長い耐用年数を有する電極装置がもたらされる。この目的は本発明によって次のように達成される、すなわち、ガス圧力（ｐ）とカソード（２１）およびアノード（２２）の間の電極間距離（ｄ）との積に応じて形成される、環状間隙の形状を有する専用に成形された真空絶縁領域（１３；１４）が設けられ、円筒対称的な電極配置において前記カソード（２１）およびアノード（２２）を互いに絶縁して電子アークの確実な抑制を行なう。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソードおよびアノードが円筒対称的に配置され、予備イオン化作動ガスがカソード端部に供給される、ガス放電プラズマによる極紫外線の発生装置であって、ガス圧力（ｐ）とカソード（２１）およびアノード（２２）の間の電極間距離（ｄ）との積に応じて形成される、環状間隙の形状を有する専用に適して成形された真空絶縁領域（１３、１４）が設けられ、前記カソード（２１）およびアノード（２２）を互いに絶縁して電子アークの確実な抑制を行なうことを特徴とする、装置。
【請求項２】
前記作動ガスの予備イオン化のためのデバイス（５）が、中心に配置されたカソード（２１）の内部に設けられることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記アノード（２２）が、電極間距離（ｄ）を近接させた状態で少なくとも前記カソード端部、ならびに放電チャンバ（１２）を囲むリング電極であることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記作動ガスの予備イオン化のために突出管状絶縁体（５２）を有する予備イオン化電極（５１）が前記カソード（２１）の内部に中心対称的に配置され、前記カソード（２１）のキャビティ（２５）内へ開口し、前記予備イオン化電極（５１）と前記カソード（２１）との間の予備イオン化パルスによって表面スライディング放電（５３）が前記絶縁体（５２）において発生されることが可能であり、このようにしてイオン化される前記作動ガスが前記キャビティ（２５）から前記カソード端部の少なくとも１つの通しチャネル（２４）を介して前記放電チャンバ（１２）に流入し、それが主放電パルスによって高密度の高温プラズマ（７）に変換されることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
通しチャネル（２４）が同軸状におよび中心に配置されることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
複数の均一に配置された通しチャネル（２４）が、対称軸（１１）上の共通点（Ｐ）を通って同心円状に円錐外面に沿って前記アノード（２２）の内面へ誘導されることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記通しチャネル（２４）が変質して環状間隙（２６）を形成することを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記カソード（２１）に、前記放電チャンバ（１２）を囲む前記アノード（２２）の内部に突出する丸い電極カラー（２３）がその端部に設けられ、前記アノード（２２）およびカソード（２１）の間に配置された前記真空絶縁領域（１４；１３）が前記プラズマ（７）からのデブリ粒子に対しておよび電極の消費に対して前記電極カラー（２３）によって保護されることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項９】
前記電極カラー（２３）の内部の前記カソード端部が、凹形状を有し、前記高密度の高温プラズマ（７）が形成される位置であることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
ポケット孔（２８）が前記カソード（２１）の凹形湾曲の中心に組み込まれることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記カソード（２１）が小さなキャビティ（２５）と長い通しチャネル（２４）とを有し、前記通しチャネル（２４）が同軸状に配置され、前記放電チャンバ（１２）内の前記カソード端部において、一次導電イオン化チャネル（１６）が前記放電チャンバ（１２）の対称軸（１１）上の共通点（Ｐ）を通って前記アノード（２２）の表面へ誘導されるように成形されることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項１２】
前記カソード（２１）が大きなキャビティ（２５）と短い通しチャネル（２４）とを有し、前記キャビティ（２５）が凹形カソード端部の近傍まで延在し、一次導電イオン化チャネル（１６）が、前記放電チャンバ（１２）に流入する前記イオン化作動ガスから、前記放電チャンバ（１２）の対称軸（１１）上の共通点（Ｐ）を通って、前記アノード（２２）の表面へ誘導されるように前記通しチャネル（２４）が配置されることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項１３】
前記作動ガスの前記予備イオン化のために設けられる前記表面放電（５３）が絶縁体（５２）の内側に提供され、前記予備イオン化電極（５１）が前記管状絶縁体（５２）より短く、前記管状絶縁体（５２）の内部の中心ガス入口（６１）と共に配置されることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項１４】
前記作動ガスの前記予備イオン化のために使用される前記表面放電（５３）が前記絶縁体（５２）の外側に提供され、前記カソード（２１）の前記キャビティ（２５）内に突出する前記予備イオン化電極（５１）が中心ガス入口（６１）および外側に位置付けられた管状絶縁体（５２）と共に配置されることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項１５】
前記カソード（２１）の前記キャビティ（２５）が、球形フードの形状において幅を広げられ、凹形カソード端部の上に短い通しチャネル（２４）が設けられ、前記通しチャネルは、共通点（Ｐ）を通って前記アノード（２２）の内面へ誘導されることを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記カソード（２１）の前記キャビティ（２５）が、前記カソード端部に向かって円錐形にテーパーをつけるように成形され、直接に前記ガス入口（６１）を設けられ、かつ凹形カソード端部に円形開口を有し、前記予備イオン化電極（５１）がこの開口に同軸状にインサートされて、前記放電チャンバ（１２）の対称軸（１１）上の共通点（Ｐ）を通って円錐外面の形状に一次導電イオン化チャネル（１６）において前記作動ガスが前記アノード（２２）の内面へ誘導される前記放電チャンバ（１２）に対して環状間隙（２６）が開放状態にされることを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記予備イオン化電極（５１）が、前記放電チャンバ（１２）に面するその表面に対称軸（１１）においてポケット孔（２８）を有し、かつ、それ自体の冷却チャネルを有することを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記カソード（２１）の前記キャビティ（２５）が前記カソード端部に向かって円錐形にテーパーをつけ、かつ凹形カソード端部に円形開口を有し、前記予備イオン化電極（５１）が内側および外側絶縁体（５５，５６）と共にその中に好適にインサートされ、前記予備イオン化電極（５１）が、対称軸（１１）上の共通点（Ｐ）を経由して前記内側および外側絶縁体（５５，５６）を通って通しチャネル（２４）として前記アノード（２２）の表面に誘導される複数のガス入口（６１）を有することを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
【請求項１９】
前記カソード（２１）から絶縁されている補助電極（５４）が前記カソード（２１）の前記キャビティ（２５）にインサートされ、前記補助電極（５４）が前記作動ガスの前記予備イオン化のために設けられた前記キャビティ（２５）を有し、外側絶縁体（５２）を有する前記予備イオン化電極（５１）が前記キャビティ（２５）に突出するように配置され、少なくとも１つの相応する通しチャネル（２４）が、前記放電チャンバ（１２）への前記予備イオン化作動ガスの出口として前記カソード（２１）および補助電極（５４）に設けられることを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
【請求項２０】
前記キャビティ（２５）から前記放電チャンバ（１２）内へ一次イオン化チャネル（１６）を形成するために複数の通しチャネル（２４）が円錐外面に沿って前記補助電極（５４）および前記カソード（２１）に配置され、前記通しチャネル（２４）が、前記放電チャンバ（１２）の対称軸（１１）上の共通点（Ｐ）を通って前記アノード（２２）の内面に誘導されることを特徴とする、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記補助電極（５４）は、別のキャビティ（２７）によって前記カソード端部から絶縁され、前記別のキャビティ（２７）内において前記イオン化作動ガスを加速するための電圧パルスが前記補助電極（５４）と前記カソード（２１）との間にさらに印加されうることを特徴とする、請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
特に前記真空絶縁空間（１３）の電極間距離（ｄ）をより大きくして、真空絶縁の耐電圧を増加させるために磁場（Ｂベクトル；Ｂベクトル１，Ｂベクトル２）を発生させるための手段が設けられ、前記磁場の力線が前記アノード（２２）およびカソード（２１）の間の電場の力線に直交して方向付けされることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
同心磁石リング（８１，８２）が前記真空絶縁空間（１３）の内側および外側に配置されて、前記磁場がそれらの間に半径方向に形成され、前記アノード（２２）およびカソード（２１）の間の前記電場の不均一性を防ぐために物体（８３）が移行領域（１４）の方に配置されることを特徴とする、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
同心磁石リング（８１，８２）が前記真空絶縁空間（１３）の内側および外側に配置されて、それらの周囲に２つの対向した円形に広がる磁場（Ｂベクトル１，Ｂベクトル２）が形成され、物体（８３）が移行領域（１４）の方に配置され、移行領域（１４）の前記アノード（２２）およびカソード（２１）の間の前記電場の不均一性を防ぐことを特徴とする、請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
複数の単独永久磁石を備えて成る同心磁石リング（８１，８２）が、前記磁場（Ｂベクトル；Ｂベクトル１，Ｂベクトル２）を発生させるために配置されることを特徴とする、請求項２２に記載の装置。
【請求項２６】
前記同心磁石リング（８１，８２）が複数の単独ＮｄＦｅＢ磁石を備えて成ることを特徴とする、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
複数の単独電磁石を備えて成る同心磁石リング（８１，８２）が前記磁場を発生させるために配置されることを特徴とする、請求項２２に記載の装置。
【請求項２８】
予備イオン化装置（５）が、前記真空絶縁空間（１３）および放電チャンバ（１２）の間の間隙状移行領域（１４）への通しチャネル（２４）を有し、このようにして予備イオン化される前記作動ガスが、前記カソード（２１）およびアノード（２２）の間の前記真空絶縁の前記移行領域（１４）を通って前記放電チャンバ（１２）に導入され、前記主電流パルスによって収縮されて前記高温、高密度のプラズマ（７）を形成することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項２９】
前記ガス入口（６１）が、前記カソード（２１）およびアノード（２２）の間の電極間距離（ｄ）を大きくした外側真空絶縁空間（１３）に配置され、前記環状真空絶縁空間（１３）において前記作動ガスの自発点火を達成するために、使用される作動ガスのためのガス圧力（ｐ）と電極間距離（ｄ）との積が規定値を超えるように前記ガス圧力（ｐ）および電極間距離（ｄ）が調節されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３０】
前記カソード（２１）およびアノード（２２）の対向して配置された電極表面の少なくとも１つに前記外側真空絶縁空間（１３）において溝（２９）または同様な構造物が組み込まれてガス圧力（ｐ）と電極間距離（ｄ）との積の局部的な増加のために前記電極間距離を増加させ、複数の一次イオン化チャネル（１６）において自発点火を開始させることを特徴とする、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
プラズマ発生ガス放電のための前記電極（２）、カソード（２１）およびアノード（２２）が、冷却のための冷却チャネル（１５）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３２】
前記作動ガスの予備イオン化のために設けられる付加的な補助電極（５１；５４）に冷却チャネル（１５）が設けられることを特徴とする、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
脱イオン水が冷却剤として用いられることを特徴とする、請求項２１または３２に記載の装置。
【請求項３４】
キセノン、リチウム蒸気またはスズ蒸気、または気体スズ化合物が作動ガスとして用いられることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、好ましくは極紫外線源としての、ガス放電プラズマによる強力短波長放射線の発生装置に関する。本発明は、特に、半導体チップの工業的製造方法において長い耐用年数を有する電極を備えた放射線源を必要とする極紫外線リソグラフィのための強力放射線源において適用される。
【背景技術】
【０００２】
半導体技術において、構造物がますます小型化する傾向があり、これらの構造物のリソグラフィによる形成のためにますます短い波長の放射線が必要とされている。現在、最も有望なリソグラフィツールとみなされている極紫外線源が開発されている。基本的に、レーザー（ＬＰＰ）によっておよびガス放電（ＧＤＰＰ）によって放射プラズマを発生させる２つの異なった方法がある。
【０００３】
様々な装置、すなわち、Ｚピンチ、プラズマフォーカス、スターピンチ、中空−カソード放電装置、およびキャピラリ放電装置が、ガス放電による極紫外線源に関連する先行技術から公知である。さらに、異なった放電タイプの要素を組合わせる上述の放電タイプ（例えば内サイクロイドピンチ放電（ｈｙｐｏｃｙｃｌｏｉｄａｌ  ｐｉｎｃｈ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ））および装置の変型がある。これらの装置の全てにおいて、＞１０ｋＡのパルス強力放電が決定濃度のガス中で点火され、非常に高温（ｋＴ＞３０ｅＶ）の高密度プラズマが、イオン化ガス中の磁力および散逸された力の結果として局部的に形成される。
【０００４】
しかしながら、放射線源は、製造条件下で極紫外線リソグラフィにおいて使用するための厳密に規定された要求条件を満たさなければならない。
１．波長  １３．５ｎｍ±１％
２．中間集光点においての放射線出力  １１５Ｗ
３．繰り返し周波数  ７〜１０ｋＨｚ
４．線量の安定性（５０パルスについて平均された）  ０．３％
５．収集光学素子（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ  ｏｐｔｉｃｓ）の耐用年数  ６ヶ月
６．電極システムの耐用年数  ６ヶ月
【０００５】
上述のタイプの強力極紫外線ガス放電源が電極間の絶縁体として特殊セラミックディスクまたは円筒を有することが標準的である。例えば、特許文献１には、短波長放射線がガス放電プラズマから発生される方法および装置が開示されており、紫外線および高速電子を放射するセラミック表面上のスライディング放電として作動ガスの予備イオン化が同軸電極の間で行なわれ、電極の一方の軸方向開口を通してイオン化ガスがガス放電領域内に誘導され、そこにおいてそれは主放電を点火する。
【０００６】
特許文献２には、１２〜１４ｎｍの範囲の極紫外線を発生させる別の高エネルギー光子源が開示されている。電極の、特に中心電極の浸蝕を限定するために、従って、電極の耐用年数を増加させるために、円筒形絶縁体が中心電極の側壁に配置され、放電電流は、ピンチ点火した後、より大きな領域にわたって電極の別の部分にシフトされる。中心電極が絶縁管材料で内側および外側を覆われることが特に有利であると記載されている。
【０００７】
特許文献３には、外側電極の内壁に同様に付加される同様な管状絶縁体構成が記載されている。さらに、異なった材料もまた、この目的のために示されている。これらの絶縁管の全てが電極の浸蝕を決められた表面領域に限定する一方で、絶縁体／電極構成の耐用年数が特に、極紫外線ガス放電源の高パルス繰返し周波数によって、亀裂および金属化のためにかなり短くなることは明らかである。
【０００８】
様々な理由のために、上述の装置は常に、上述の要求条件（１〜７）をいくつかの点で満たすにすぎない。これは、それ自体は有利であるスターピンチ放電の実施例を用いて説明することができる。プラズマと壁との間の距離が比較的大きいので（もしそうでない場合、小さな寸法のために他の装置の全てにおいて重大な問題となる）、スターピンチ装置は、長い電極耐用年数を特徴とする。しかしながら、スターピンチ放電の大きい寸法は、５ｍｍを超える長さの発光プラズマを生じさせる。これは、収集光学素子（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ  ｏｐｔｉｃｓ）の効率、従って、中間集光点の出力と放電のために印加された電力の商としての全効率をかなり低減する。プラズマの一定した安定な発生を改良するために、それらの距離が短いので付加的な絶縁管を使用する電極配置は、大体において、絶縁体の早期不良を起こす。
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，４１４，４３８Ｂ１号明細書
【特許文献２】国際公開第０３／０８７８６７Ａ１号パンフレット
【特許文献３】ＤＥ１０１５１０８０Ｃ１号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、ガス放電プラズマによって強力短波長放射線、特に極紫外線を発生させるための新規の可能性を見出すことであり、それにより放電装置の寸法を実質的に増加させることなく、放電源の高い全効率を伴う長い耐用年数を有する電極がもたらされる。
【００１１】
カソードおよびアノードが円筒対称的に配置され、予備イオン化作動ガスがカソード端部に供給されるガス放電プラズマによる極紫外線の発生装置において、この目的は本発明によって次のように達成される、すなわち、ガス圧力とカソードおよびアノードの電極間距離との積に応じて形成される、環状間隙の形状を有する専用に成形された真空絶縁領域が電子アークの確実な抑制のために設けられ、カソードおよびアノードを互いに絶縁する。
【００１２】
作動ガスの予備イオン化のためのデバイスは有利には、中心に配置されたカソード内に設けられる。アノードは、電極間距離を小さくした状態で少なくともカソード端部、ならびに放電チャンバを囲む環状電極であるのが好ましい。
【００１３】
作動ガスの予備イオン化のために、突出する管状絶縁体を有する予備イオン化電極がカソードの内部に中心対称的に適切に配置され、カソードのキャビティ内へ開口する。予備イオン化電極とカソードとの間の予備イオン化パルスによって表面スライディング放電を絶縁体において発生させることが可能であり、このようにしてイオン化される作動ガスがキャビティからカソード端部の少なくとも１つの通しチャネルによって放電チャンバに流入し、それが主放電パルスによって高密度の高温プラズマに変換される。この関連で、表面スライディング放電のために必要とされる予備イオン化電極のセラミック絶縁体は、予備イオン化の間に放電毎に散逸される電気エネルギー（約１０ｍＪ）が主放電の散逸パルスエネルギー（＞１０Ｊ）の約１０００分の１にすぎないので、比較的ごくわずかしか電気応力を受けないことが指摘されるべきである。
【００１４】
基本的な変型において、１つだけの通しチャネルが放電空間の対称軸に対して同軸に設けられる。しかしながら、複数の均一に配置された通しチャネルが、対称軸上の共通点を通って円錐外面に沿ってアノードの内面へ誘導される。また、通しチャネルを組合わせて環状間隙を形成することができる。
【００１５】
カソード端部は、放電チャンバを囲むアノードの内部に突出する丸い電極カラーが適切に設けられる。アノードおよびカソードの間に配置された真空絶縁領域は、プラズマからのデブリ粒子に対しておよび電極の消費に対して電極カラーによって保護される。
【００１６】
さらに、電極カラーの内部のカソード端部が、凹形状を有し、高密度の高温プラズマが形成される位置であるのが有利である。ポケット孔または通し孔がカソードの凹形湾曲の中心に適切に組み込まれ、プラズマから出るイオンビームをより大きな表面に分散させる。
【００１７】
カソードは有利には、予備イオン化チャンバとして小さなキャビティと、放電チャンバ内のカソード端部において、一次導電イオン化チャネルが放電チャンバの対称軸上の共通点を通ってアノードの表面へ誘導されるように成形され、同軸状に配置されている長い通しチャネルとを有する。交点は発光プラズマの好ましい位置を決定する。
【００１８】
別の有利な構成において、カソードは、大きなキャビティと短い通しチャネルとを有する。前記キャビティは、凹形カソード端部の近傍まで延在し、一次導電イオン化チャネルが、放電チャンバに流入するイオン化作動ガスから放電チャンバの対称軸上の共通点を通ってアノードの表面へ誘導されるように、前記通しチャネルが配置される。
【００１９】
第１の変型において、作動ガスの予備イオン化のために使用される表面放電が絶縁体の内側に適切に提供され、予備イオン化電極が、管状絶縁体より短いように、かつ管状絶縁体の内部の中心ガス入口と共に構成される。
【００２０】
第２の変型において、作動ガスの予備イオン化のために使用される表面放電が有利には絶縁体の外側に提供され、カソードのキャビティ内に突出する予備イオン化電極が中心ガス入口および外側に位置付けられた管状絶縁体と共に構成される。
【００２１】
別の変型において、カソードのキャビティが、球形フードの形状において幅を広げられ、凹形カソード端部の上に、対称軸の共通点に誘導される短い通しチャネルが設けられる。
【００２２】
別の有利な構成において、カソードのキャビティが、カソード端部に向かって円錐形にテーパーをつけるように成形され、直接にガス入口が設けられ、かつ凹形カソード端部に円形開口を有する。予備イオン化電極が、この開口に同軸状にインサートされて、作動ガスが対称軸上の一点に円錐外面の形状に一次導電イオン化チャネルにおいて誘導される放電チャンバに対して環状間隙を開放状態にする。
【００２３】
この場合、予備イオン化電極が放電チャンバに面するその表面に対称軸においてポケット孔を有し、また有利には、それ自体の冷却チャネルを有する。
【００２４】
カソード端部に向かって円錐形にテーパーをつけるキャビティとカソードの円形開口とを有する別の構成において、予備イオン化電極は有利には、内側および外側絶縁体と共に前記開口に好適にインサートされる。予備イオン化電極は、放電チャンバの対称軸上の共通点を通って内側および外側絶縁体の間の通しチャネルとしてアノードの表面に誘導される複数のガス入口を有する。
【００２５】
別の構成において、カソードから絶縁されている補助電極は有利にはカソードのキャビティにインサートされる。補助電極は、作動ガスの予備イオン化のために設けられたキャビティを有し、外側絶縁体を有する予備イオン化電極が補助電極のキャビティに突出するように配置され、少なくとも１つの相応する通しチャネルが予備イオン化作動ガスの出口としてカソードおよび補助電極に設けられる。
【００２６】
この目的のために、複数の相応する通しチャネルが有利には、その先端が放電チャンバの対称軸上にある円錐外面に沿ってキャビティから放電チャンバへ、補助電極およびカソードに配置され、放電チャンバ内に一次イオン化チャネルを形成する。さらに、補助電極は、別のキャビティによってカソード端部から絶縁される。
【００２７】
特に電極間距離をより大きくして、真空絶縁の耐電圧を増加させるために、（より大きな寸法を有する）真空絶縁空間が、磁場を発生させるための付加的な手段を有し、磁場の力線がアノードおよびカソードの間の電場の力線に直交して方向付けされる。
【００２８】
この目的のために、同心磁石リングが有利には、その間で磁場が半径方向に形成される真空絶縁空間の内側および外側に配置される。アノードおよびカソードの間の電場の不均一性を防ぐために物体（body）が移行領域の方に電極の一方（例えば、アノード）の側に形成される。
【００２９】
第２の実施態様の形において、同心磁石リングを真空絶縁空間の内側および外側に配置し、それらの周囲に２つの対向した円形に広がる磁場が形成され、物体を同様に内側磁石リングに形成して移行領域の電場の不均一性を防ぐ。
【００３０】
適した強度の磁場を発生させるために、同心磁石リングは有利には、複数の単独の、環状に配置された永久磁石、好ましくはＮｄＦｅＢ磁石の形で構成される。しかしながら、同心磁石リングはまた、複数の環状に配置された電磁石として構成されてもよい。
【００３１】
別の実施態様の形において、予備イオン化装置は、真空絶縁空間と放電チャンバとの間の移行領域への通しチャネルを有し、このようにして予備イオン化される作動ガスが、カソードおよびアノードの間の真空絶縁の狭い移行領域を通って放電チャンバに導入され、主電流パルスによって収縮されて高温、高密度のプラズマを形成する。
【００３２】
本発明の別の有利な構成において、ガス入口が、カソードおよびアノードの間の大きな電極間距離を有する外側真空絶縁空間に配置され、自発点火がいわゆるパッシェン（Ｐａｓｃｈｅｎ）曲線の左側でだけ行なわれるようにガス圧力および電極間距離が調節され、破壊電圧が、使用される作動ガスに依存する最小値を超えるようにガス圧力と電極間距離との積が選択される。
【００３３】
有利な方法において、カソードおよびアノードの対向して配置された電極表面の少なくとも１つに外側真空絶縁空間において溝または同様な構造物をさらに組み込んで、ガス圧力と電極間距離との積の局部的な増加のために電極間距離を局部的に増加させ、複数の一次イオン化チャネルにおいて自発点火を開始させる。
【００３４】
本発明の先行の構成の全てにおいて、少なくともカソードおよびアノードが冷却のための冷却チャネルを備えている場合、有利である。付加的な補助電極が作動ガスの予備イオン化のために設けられる装置において、これらの補助電極もまた、少なくとも、それらが直接に放電チャンバまで延在する場合、有利な方法において冷却チャネルを設けられる。脱イオン水が冷却剤として用いられるのが好ましい。
【００３５】
１３．５ｎｍの範囲の放射線のガス放電ポンプ式発生装置は、有利には、キセノン、リチウム蒸気またはスズ蒸気、または気体スズ化合物を作動ガスとして使用する。
【００３６】
本発明の基本的な考えは、ガス放電による放射線源の電極システムの耐用年数は、電極消費を特定の領域に限定する一方で、高い熱負荷のために比較的短時間で亀裂を形成するかまたは浸蝕された電極材料によってスパッタされるので導電表面を獲得するセラミック絶縁体によっては著しく延長され得ず、電極システムを交換しなければならないという問題から生まれている。この事実に基づいて、本発明は電極の真空絶縁を設ける。しかしながら、破壊電圧は電極間距離と圧力レベルとの積に依存するので、ガス供給ラインのために、適した圧力および電極間距離が用いられなければならない。放電チャンバ内に誘導されるイオン化作動ガスの一次（導電）イオン化チャネルの形で予備イオン化を生じるための多数の適した形の励起が以下に記載される。
【００３７】
本発明は、放射線源の高い全効率および放電装置の同じような寸法を有して電極システムの耐用年数をかなり延長させることができる、ガス放電プラズマによる、強力短波長放射線、特に極紫外線の発生装置を提供することを可能にする。
【００３８】
以下において、本発明はより詳細に記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
図１に示されるように、本発明による基本装置は、主電極２（カソード２１およびアノード２２）と適した冷却剤が流れる冷却ジャケット１５とによって形成される放電チャンバ１と、主電極２に接続されている、高電圧ガス放電のための主パルス発生器３と、予備イオン化電極５１と主電極２の一方（主パルス発生器３の極性に依存してカソード２１またはアノード２２）との間に接続されている（主放電を開始するための）予備イオン化のための予備イオン化パルス発生器４と、作動ガスを真空チャンバ１に供給するためのガス供給装置６とを備える。主パルス発生器３は、カソード２１およびアノード２２の極性を容易に変えることができるように構成される低インダクタンス放電回路（図示せず）を有する。
【００４０】
本発明によると、カソード２１とアノード２２との間の絶縁は、放電空間１２と真空絶縁空間１３との間に配置されかつ円錐外面として成形される排気された移行部１４によってのみ達成される。移行領域１４において＜１ｍｍの電極間距離が調節される。
【００４１】
円錐移行領域１４の前の放電チャンバ１２内で大きな半径の丸い形状である中心電極（カソード２１またはアノード２２）の少なくとも１つの丸い電極カラー２３によって、真空絶縁空間１３にまで通じている排気された領域に電極消費から生じる粒子が可能な限り入らないようにする。これは、エッジにおいての過度の場の強さを防ぐ。外側電極（極性に依存する、アノード２２またはカソード２１）もまた、丸いエッジを有するのが好ましい。
【００４２】
カソード２１およびアノード２２は各々、少なくとも１つの開口を備える。カソード２１の開口は、スライディング放電５３（予備イオン化プロセス）によって形成された紫外線、高エネルギーイオンおよび電子、ならびに他の作動ガスが放電空間１２に入るのを可能にし、アノード２２の開口は、所望の極紫外線の出口のための自由立体角を形成する。
【００４３】
電極配置を有する全真空チャンバ１は、（図面平面内に配置された軸の）対称軸１１に対して円筒対称的に構成される。
【００４４】
主パルス発生器２によって供給された電流は、抵抗加熱および磁力によって非常に高温（ｋＴ＞３０ｅＶ）および高密度のプラズマ７を発生させる。このプラズマ７は、所望のスペクトル領域（例えば、１２．５ｎｍ〜１４ｎｍの極紫外線領域）の放射線を放射する。
【００４５】
予備イオン化パルス発生器４および予備イオン化電極５１および主電極２（好ましくはカソード２１）は、以下の例と同様な電極のいずれの所望の形状で用いられてもよい。キセノン、スズ蒸気またはリチウム蒸気、または気体スズ化合物およびリチウム化合物は、全ての場合において作動ガスとして用いられてもよい。さらに、第１の収集光学素子（ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ  ｏｐｔｉｃｓ）（図示せず）の保護を改良するために、緩衝ガスを適切に混合して、一方で極紫外線製造の効率を増加させ、他方でプラズマ７からの高速粒子の有利な減速を達成する。
【００４６】
（主放電を開始するために）予備イオン化のための予備イオン化電極５１およびカソード２１に予備イオン化パルス発生器４によって供給される予備イオン化電圧を印加した後、表面スライディング放電５３が管状セラミック絶縁体５２を介して行なわれる。表面放電５３が円筒形絶縁体５２の内側に位置される。それは、高強度電子放射線、紫外線、およびエックス線放射線を発生し、カソード２１の通しチャネル２４内のガスを予備イオン化してそれを放電チャンバ１２内で導電予備プラズマに変化させる。
【００４７】
放電チャンバ１２内に形成された導電予備プラズマは、磁気圧縮によって主放電の間、必要とされる温度ｋＴ＞３０ｅＶに加熱され、発光プラズマ７を形成する。
【００４８】
放電チャンバ１２と真空絶縁空間１３との間の排気された円錐移行領域１４（圧力ｐ＜１５Ｐａ、電極間距離ｄ＞０．５ｍｍ）によって全電極絶縁が確実にされる。
【００４９】
カソード２１の丸い電極カラー２３は、その形状のため鋭いエッジにおいての過度の場の強さを防ぎ、カソード２１のスパッタ粒子が放電チャンバ１２から真空絶縁の排気された円錐移行部１４および真空絶縁空間１３に入らないようにする。
【００５０】
図２〜図５に示された構成の両方において、カソード２１はキャビティ２５を有する。このキャビティ２５は、特に放電チャンバ１２への通しチャネル２４において適した方法で電気力線を形成するのに役立つ。通しチャネル２４によって、主放電電流がそれに沿って流れる（破線で示された）一次導電イオン化チャネル１６が放電チャンバ１２内に形成される。通常の中空カソード装置（例えば、国際公開第０２／０８２８７１Ａ１号パンフレットまたは国際公開第２００４／１０１９６６２号パンフレットの装置）と対照的に、主放電パルスの点火のための画定されたイオン化チャネル１６を形成する、通しチャネル２４（例えば、図３）によってまたは環状間隙２６（例えば、図６を参照）によってキャビティ２５と放電空間１２との間の接続が当該装置において実施される。単位面積当たりの熱負荷を低減するためにこれらの通しチャネル２４が、十分に大きな円形外周上に配置される。同じ条件はまた、キャビティ２５から放電チャンバ１２への環状間隙２６の形状に適用される。
【００５１】
図１を参照して記載されたように、カソード２１およびアノード２２は、放電チャンバ１２に通じている真空絶縁空間１３と排気された移行領域１４とを備えて成る真空絶縁によって隔てられ、カソード２１は丸い電極カラー２３が設けられ、浸蝕された電極材料が移行領域１４および真空絶縁空間１３に入らないようにする。
【００５２】
図３は、比較的小さなキャビティ２５から放電チャンバ１２への長い通しチャネル２４を有するカソード２１を示す。予備イオン化電圧を予備イオン化電極５１に印加した後、円筒形絶縁体５２の外面の予備イオン化電極５１とカソード２１との間に表面放電５３（スライディング放電）が行なわれる。それは、高強度電子放射線、紫外線、およびエックス線放射線を発生し、通しチャネル２４およびキャビティ２５内の作動ガスを予備イオン化する。ほとんど完全にイオン化された予備プラズマが、主放電の間、通しチャネル２４に形成される。このように発生される電子線は、対称軸１１上の点Ｐにおいて放電チャンバ１２内で交わってアノード２２の対向した表面に誘導される一次導電イオン化チャネル１６を発生させる。
【００５３】
主放電の強い電流位相の間、電流がこれらのイオン化チャネル１６を流れ、流れる予備イオン化作動ガスの加熱によってプラズマ７を発生させる。
【００５４】
図４の図面は、小さなキャビティ２５と幾何学的に短い通しチャネル２４とを備えている放電チャンバ１２内のカソード２１を示す。上述の第２の実施態様の実施例と対照的に、予備イオン化電極５１が管状絶縁体５２の内部に配置されるので、表面放電５３が円筒形絶縁体５２の内側で行なわれる。他の点において、その運転は第２の実施態様の実施例の運転に相応する。
【００５５】
図５による実施態様の形態において、カソード２１は、より大きいキャビティ２５および（複数の通しチャネル２４の特殊構成として）幾何学的に短い環状間隙２６を有する。この場合、ウェブ（webs）Ｓがカソード２１の中間領域を保持するために配置され、同時に、カソード２１の高度に熱負荷された中心領域の冷却の改良を助ける。他の点において、構成および運転は図３による実施例に相応する。
【００５６】
（絶縁体５２を有する）予備イオン化電極５１をカソード２１の中心対称円錐ボアホールにインサートしてカソード２１の曲線状表面を補うように放電チャンバ１２へのカソード２１のキャビティ２５の接続が環状間隙２６として形成されるという点において、図６の実施態様の実施例は、先行の実施態様の実施例（図３〜５）と異なる。したがって、カソード２１のボアホール内に予備イオン化電極５１を回転対称に方向付けするために、均一な環状間隙２６をその間隙幅に関していずれかの所望の方法で正確に調節することができる。
【００５７】
放電順序は、図３および図５を参照して記載されたのと全く同じ方法で行なわれる。
【００５８】
図７および図８は、表面放電５３（および得られた電子線）を直接に利用して絶縁体５２を介して予備イオン化電極５１とカソード２１との間に放電チャンバ１２内に一次イオン化チャネル１６を発生させる装置を示す。この目的のために、放電チャンバ１２が絶縁体５２においての表面放電５３を「視認」できることが必要である。これは、絶縁体５２の表面接線が共通点Ｐに面しなければならないことを意味する。図８は、通しチャネル２４が内側および外側絶縁体５６および５５によって形成され、他方、カソード２１の方に表面放電５３を発生させるために、予備イオン化電極５１に個々に配置されるガス入口６１がセラミック通しチャネル２４に直接に組み込まれるという特徴がある。
【００５９】
図９において、図５とは対照的に、付加的な補助電極５４が、拡大されたキャビティ２５内にカソード２１の内部に配置される。図４のカソード２１と全く同じに作用する別のキャビティ２７が補助電極５４の内部に設けられる。この装置は、３つの異なった高電圧電位を有する。
１．セラミック絶縁体５２を介して表面放電５３を発生させるための予備イオン化電極５１と補助電極５４との間のパルス電圧
２．補助電極５４とカソード２１との間のパルス電圧。このパルス電圧は、カソード２１内の通しチャネル２４の方に補助電極５４の通しチャネル２４に始動する電子を加速する。
３．カソード２１とアノード２２との間の主放電のためのパルス高電圧。加速電子が、アノード２２の表面の方向に面すると共に放電チャンバ１２の対称軸１１上の点Ｐにおいて交わる主放電のための一次イオン化チャネル１６を発生させる。また、補助電極５４およびカソード２１の通しチャネル２４はスリット形であってもよい。
【００６０】
図１０および１１は、図３に示された装置の改良を示す。アノード２１とカソード２２との間の電場の方向に垂直な力線の向きを有する少なくとも１つの磁場が真空絶縁空間１３にさらに配置される。磁場の機能を以下に説明する。
【００６１】
アノード２２とカソード２１との間に理想真空が存在する場合、真空絶縁においての電気アーク放電についての問題はない。カソード２１とアノード２２との間の破壊電圧は積ｐ−ｄ（ガス圧力ｐ×電極間距離ｄ）に依存し、本明細書に記載された実施例の全てにおいてｐ−ｄ値が増加するとき、破壊電圧が低下する（パッシェン曲線の左側）。
【００６２】
ガス放電源は（作動ガスとしておよび／またはデブリの軽減のための付加的なガス流入として）ガスをさらに充填されるので、有効なｐ−ｄ値は、ガス圧力が増加する時に破壊電圧が減少するｐ−ｄ値である。しかしながら、設計関連の理由のために（例えば、真空ポンプ１７に接続するための受け接続のために）、電極間距離ｄを低減することによって真空絶縁空間１３（最大の電極間距離ｄの領域）において無制限にｐ−ｄ値の増加を緩和することはできない。初期の実験は、これらの条件下で特に真空絶縁空間１３において耐電圧の制限が達せられることを示した。
【００６３】
しかしながら、Ｂ力線がＥ力線に垂直である磁場
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（適した材料の電磁石、永久磁石）を設けることによって、当該幾何学配置（例えば、５ｍｍの電極間距離）およびガスの存在する作動圧力（例えば、１５Ｐａ）のための破壊電圧は＞５倍増加されうる。これは、ガス原子との相互作用につながる電子の加速路長が電場の方向に急激に低減されるようにアノード２２とカソード２１との間の電場を加速するカソード２１から出る電子が磁場Ｂベクトルのために減少されるからである。従って、電子の平均運動エネルギーは比較的低い。
【００６４】
研究によって、およそ１Ｔ（テスラ）の場の強さを有するＢ場が十分であることが示された。また、これらの場の強さを永久磁石（例えば、ＮｄＦｅＢ磁石）によって達成することができる。磁場は有利には、最大のｐ−ｄ値を有する位置に、例えば、真空絶縁空間１３に、すなわち、大きな電極間距離を有する領域にかまたはガス入口開口６１の近傍に配置されるのがよい。
【００６５】
図１０は、２つの磁石リング８を有する変型を示し、それらの間に磁場Ｂベクトルが放電チャンバ１２の、および全電極配置の対称軸１１に対して半径方向に形成される。磁場Ｂベクトルは、この実施例においてほとんど全真空絶縁空間１３にわたって広がる。
【００６６】
これらの位置の破壊電圧は距離ｄの低減のために自動的に増加されるので、内側および外側磁石リング８１および８２の周りの領域は重要ではない。しかしながら、移行領域１４から磁石リング８１まで電極間距離ｄを適合させることによってアノード２２とカソード２１との間の電場の不均一性を防ぐために内側磁石リング８１上の電極（この場合、アノード２２）に物体８３を配置することが有用である。あるいは、磁石リング８１および８２はまた、カソード２１に配置されてもよい。電磁石もまた、永久磁石の代わりに用いられてもよい。
【００６７】
図１１の構成において、耐電圧を増加させることに対して同じ効果を有するように、そして磁力線の円形の向きを有するように、２つの磁石リング８１および８２がアノード２２に配置される。この変型において、互いに反対方向の２つの円形磁場Ｂベクトル１およびＢベクトル２は、それぞれ磁石リング８１および８２の内部に形成される。磁場Ｂベクトル２は磁石リング８１および８２の間で強化され、全体にわたり、図１０に示された半径方向の形状の磁場よりも均質である。場Ｂベクトル２の円形形状はまた、半径方向の磁場の場合よりも効率的に電荷担体を真空絶縁空間１３から除去する。
【００６８】
図１２および１３の構成変型は、予備プラズマの点火（イオン化チャネル１６の発生）は、高電圧の主パルスをカソード２１およびアノード２２に印加した後に真空絶縁空間１３および排気された移行領域１４において行なわれることを特徴とする。先行の実施例の全てと同様に、真空絶縁空間１３は、放電チャンバ１２と真空絶縁空間１３との間の真空絶縁の移行領域１４と比較してより大きな電極間距離ｄを有する。
【００６９】
図１２に示された構成において、（図３〜図６を参照して記載されたような）環状予備放電を予備イオン化によって開始し、予備イオン化されたガスを、通しチャネル２４によって真空絶縁空間１３と放電チャンバ１２との間の移行領域１４に導入する。この実施例において、主放電のために一次絶縁チャネル１６を形成する機能を有する真空絶縁移行領域１４が主放電を点火するために用いられる。この場合また、このように形成される導電環状領域は、放電空間１２の対称軸１１の方向に、主電流パルスを印加する間、磁力のために収縮して高密度の高温プラズマ７を形成する。
【００７０】
図１３によって、作動ガスのためのガス入口６１が外側から広い真空絶縁空間１３に直接に接続される。真空チャンバ１は、気密であり、ガス放電がパッシェン曲線の左側で行なわれるように排気されるので、図１３の場合のように、（例えば、予備イオン化による）付加的な放電の開始がない時にガス圧力ｐと電極間距離との積が大きくなった領域において放電が始まる。規定値を超える電圧に対して環状真空絶縁空間１３においてだけ自発点火が行なわれるようにガス圧力が調節される。
【００７１】
局部の半径方向に誘導された一次イオン化チャネル１６を生成することによって多チャネル点火を達成するために、付加的な、対向して配置された溝２９がカソード２１およびアノード２２に設けられる。規定値を超える電圧において特にこれらの溝２９内でプラズマの自発点火を可能にするために、これらの溝２９は、真空絶縁空間１３の適した位置においてガス圧力ｐと電極間距離ｄとの積のさらなる増加を局部的にもたらす。
【００７２】
このように真空絶縁空間１３に形成された溝２９内の電流リングまたは局部イオン化チャネル１６は、円錐移行部１４を通って放電空間１２に、放電チャンバ１２の対称軸１１の方向に半径方向に主放電電流の磁力のために収縮される。次に、このように形成され、カソード端部のポケット孔２８の下に対称軸１１に沿って生じる導電領域を主電流パルスによって加熱して極紫外線を放射するプラズマ７を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明による装置の基本図を示す。
【図２】先行技術を示す。
【図３】作動ガスを予備イオン化するのに役立つ著しいカソードキャビティと放電チャンバへの通し孔とを有する本発明の変型を示し、規定された方法で方向付けされる導電チャネルが主放電のために放電チャンバ内に形成される。
【図４】大きくされたカソードキャビティと、放電空間へのより短い通し孔とを有する図３に対して改良された構成を示し、予備イオン化のための表面放電がセラミック管の内側のガス供給装置内で既に行なわれている。
【図５】放電空間の中心の周りに球対称に特殊成形されるカソードキャビティを有すると共に、放電空間への非常に短い通し孔を有する図３に対して変更を加えられた変型を示す。
【図６】図３から大幅に改良されている変型を示し、カソードキャビティが、予備イオン化電極が中心対称ロッドとしてカソードキャビティに挿入される環状チャンバとして形成され、放電空間への通し孔が相応して円錐環状間隙に変化される。
【図７】図６による構成の改良を示し、外側セラミック管を有する予備イオン化電極が、放電空間の中心に対して直接視野方向に円筒外面として方向付けされるスライディング放電表面を生成する。
【図８】図６の構成の別の改良を示し、予備イオン化電極が、放電空間への通しチャネルを備えたセラミック部分を有し、スライディング放電が、放電空間の中心を「視認」できる通しチャネルの表面に沿って行なわれる。
【図９】図５の改良を示し、補助電極がカソードの内部に配置され、カソードキャビティを形成し、主放電電極、アノードおよびカソードの予備イオン化のために電極の分離を可能にする。
【図１０】大きな電極間距離を有する真空絶縁領域内に半径方向に方向付けされた磁場を設けることによって破壊電圧が増加される構成の変型を示す。
【図１１】大きな電極間距離を有する真空絶縁領域内に２つの対向して配置された円形に方向付けされた磁場を配置することによって破壊電圧が増加される構成の変型を示す。
【図１２】真空絶縁の狭い移行領域を用いて一次イオン化チャネルを放電チャンバに導入し、予備イオン化装置の通しチャネルを移行領域に導入する、本発明の別の構成を示す。
【図１３】予備イオン化を行なわない本発明の構成を示し、（大きな電極間距離を有する）真空絶縁空間が、それに流入する作動ガスの自発点火を達成するために局部的に慎重に拡大される。
【符号の説明】
【００７４】
１  真空チャンバ
２  電極
３  主パルス発生器
４  予備イオン化パルス発生器
５  予備イオン化装置
６  ガス供給装置
７  プラズマ
８  磁石リング
１１  対称軸
１２  放電チャンバ
１３  真空絶縁空間
１４  （排気された）移行領域
１５  冷却チャネル
１６  一次（導電）イオン化チャネル
１７  真空ポンプ
２１  カソード
２２  アノード
２３  丸い電極カラー
２４  通しチャネル
２５  キャビティ
２６  環状間隙
２７  付加的なキャビティ
２８  ポケット孔
２９  溝
５１  予備イオン化電極
５２  （管状）絶縁体
５３  表面放電
５４  補助電極
５５  内側、外側絶縁体
５６  内側、外側絶縁体
６１  ガス入口
８１  内側磁石リング
８２  外側磁石リング
８３  物体
Ｂベクトル  磁場
Ｂベクトル１  （反対方向の）磁場
Ｂベクトル２  （反対方向の）磁場
ｄ  電極間距離
ｐ  ガス圧力
Ｐ  共通点（イオン化チャネルの交点）
Ｓ  ウェブ
【図１】
2006339645.tif 000004
【図２】
2006339645.tif 000005
【図３】
2006339645.tif 000006
【図４】
2006339645.tif 000007
【図５】
2006339645.tif 000008
【図６】
2006339645.tif 000009
【図７】
2006339645.tif 000010
【図８】
2006339645.tif 000011
【図９】
2006339645.tif 000012
【図１０】
2006339645.tif 000013
【図１１】
2006339645.tif 000014
【図１２】
2006339645.tif 000015
【図１３】
2006339645.tif 000016
【外国語明細書】
2006339645000001.pdf
2006339645000002.pdf
2006339645000003.pdf
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