(57)【要約】【課題】デブリによるコレクターの損傷を効果的に抑制することを可能にする極紫外光発生装置を提供する。【解決手段】放電ガスをキャピラリ１１Ｃに供給する放電ガス導入路１０と、同軸円筒状のキャピラリ１１Ｃが中心部に配置されその周囲は絶縁体で作られたキャピラリ構造体１１と、前記キャピラリ１１Ｃの両端と接続する陽極１２及び陰極１３とを備えており、前記キャピラリ１１Ｃの軸上前方にノズル１７及びデフューザ１８を設け、前記ノズル１７からカーテンガスを送出し前記デフューザ１８で前記カーテンガスを回収するデブリシールド機構を前記キャピラリ１１Ｃの近傍に設けたことを特徴とする。【選択図】図１
2006054270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電ガスをキャピラリに供給する放電ガス導入路と、前記キャピラリが中心部に配置されその周囲は絶縁体で作られたキャピラリ構造体と、前記キャピラリの両端と接続する陽極及び陰極とを備えており、前記キャピラリの軸上前方にノズル及びデフューザを設け、前記ノズルからカーテンガスを送出し前記デフューザで前記カーテンガスを回収するデブリシールド機構を前記キャピラリの近傍に設けたことを特徴とする極紫外光発生装置。
【請求項２】
環状断面を有する第１のガス流通路とその内側に第２のガス流通路を備えたノズルと、前記第１及び第２のガス流通路に対向して設けられたデフューザとを備え、前記ノズル及び前記デフューザを放電電極として構成したことを特徴とする極紫外光発生装置。
【請求項３】
ノズル及びデフューザが同軸上に配置されると共に、その軸上であって前記ノズルの一端近傍に予備電離機構を更に備えていることを特徴とする請求項２記載の極紫外光発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電生成プラズマ方式を用いた極紫外光（ＥＵＶ）発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長１０ｎｍ乃至１３ｎｍ程度の極紫外光（ＥＵＶ）を発生させる方式の一つとして、放電生成プラズマ方式（ディスチャージ・プロデュースド・プラズマ、以下、「ＤＰＰ方式」という。）を利用したものが知られている。
【０００３】
図５は、典型的な従来のＤＰＰ方式の極紫外光発生装置の一例を示すもので、特に放電部周辺の一部断面図を示している。同図において、放電ガス導入路１００から例えばキセノンガス（Ｘｅ）を、セラミックスなどの絶縁体で作られたキャピラリ（細管）構造体１０１の中心部に配置されたキャピラリ１０１Ｃに導入し、陽極１０２及び陰極１０３に高電圧を印加すると、キャピラリ内部を介して両電極間にプラズマが発生し、極紫外光が発生する。放電部となるキャピラリ１０１Ｃは高温になるので、冷却水導入口１０４、冷却水排出口１０５及び装置内部に冷却水循環通路１０６を設け冷却水を循環させる。極紫外光は一定の集光角α（より正確には立体角である）で放射し、集光ミラーなどが設けられた集光系（不図示）で集められる。なお、極紫外光は中性気体により吸収・減衰されやすいため、集光系は高真空下に置かれる。
【０００４】
例えば、特許文献１は極端紫外光光源について開示しており、放電部の構造は概ね上記構成と同様と考えられる。
【０００５】
なお、本発明に係る極紫外光発生装置はいずれも放電生成プラズマ（ＤＰＰ）を前提としているが、これとは異なり、特許文献２にはレーザ生成プラズマ（レーザ・プロデュースド・プラズマ、以下、「ＬＰＰ方式」という。）の極紫外光発生装置に用いられるノズル構造について開示されている。これについては後述する。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２８８９９８号公報
【特許文献２】特開２００１−３１９８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来のＤＰＰ方式の極紫外光発生装置の問題点は、キャピラリ構造体が放電によって極めて高温となり、そのためキャピラリ構造体の一部が蒸発し有害塵（デブリ）が発生し、集光ミラー（コレクター）に衝突及び集積し、ミラーを損傷して反射率を著しく低下させることである。
【０００８】
本発明は、デブリによるコレクターの損傷を効果的に抑制することを可能にする極紫外光発生装置を提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る第１の極紫外光発生装置１は、放電ガスをキャピラリ１１Ｃに供給する放電ガス導入路１０と、同軸円筒状のキャピラリ１１Ｃが中心部に配置されその周囲は絶縁体で作られたキャピラリ構造体１１と、前記キャピラリ１１Ｃの両端と接続する陽極１２及び陰極１３とを備えており、前記キャピラリ１１Ｃの軸上前方にノズル１７及びデフューザ１８を設け、前記ノズル１７からカーテンガスを送出し前記デフューザ１８で前記カーテンガスを回収するデブリシールド機構を前記キャピラリ１１Ｃの近傍に設けたことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る第２の極紫外光発生装置２０は、環状断面を有する第１のガス流通路２４とその内側に第２のガス流通路２５を備えたノズル２１と、前記第１及び第２のガス流通路に対向して設けられたデフューザ２２とを備え、前記ノズル２１及び前記デフューザ２２を放電電極として構成したことを特徴とする。この装置はノズルとデフューザを電極として放電するため、従来のように主放電には放電管を用いる必要がなく、デブリ発生を効果的に低減することができる。
【００１１】
この装置は、ノズル２１及びデフューザ２２が同軸上に配置されると共に、その軸上であって前記ノズルの一端近傍に予備電離機構２３を更に備えていることが好ましい。このようにすると、放電気体が流通する第２のガス流通路にプラズマジェットが形成され、確実に主放電を開始させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る第１の極紫外光発生装置によると、放電部で生成されたデブリが効果的に除去される。
また、本発明に係る第２の極紫外光発生装置によると、カーテンガスと放電ガスとが干渉しにくく、圧力整合を取りやすい。しかも、キャピラリ構造体の軸方向に対して半径方向から集光するため、広い集光角を得ることが可能となる。従って、より多くの極紫外光を露光装置などが設置された集光系（照明光学系）に送り出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１の実施形態）−ダイナミックガスカーテン方式−
第１の実施形態として、放電部の軸上前方にヘリウム等のカーテンガスによるデブリシールド機構を設けることにより、デブリを除去するという方法が挙げられる。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態の一つを示すＤＰＰ方式の極紫外光発生装置の一例を示すもので、特に放電部周辺の一部断面図を示している。放電部の構造自体は従来のものと同様の構成を採用することができるが、デブリが集光系に拡散することを防止するためのデブリシールド機構が設けられている点が特徴である。
【００１５】
図１において、放電ガス導入路１０から放電ガス、例えばキセノンガス（Ｘｅ）を、周囲を絶縁体で作られたキャピラリ（細管）構造体１１の中心部に配置されたキャピラリ１１Ｃに導入し、陽極１２及び陰極１３に高電圧を印加すると、キャピラリ内部を介して両電極間にプラズマが発生し、極紫外光が発生する。放電部となるキャピラリ１１Ｃは高温になるので、冷却水導入口１４、冷却水排出口１５及び装置内部に冷却水循環通路１６を設け冷却水を循環させて冷却する。
【００１６】
更に、キャピラリ１１Ｃの軸上前方にノズル１７及びデフューザ１８を設け、前記ノズル１７からヘリウムガスなどのカーテンガスを送出すると共に前記デフューザ１８で前記カーテンガスを回収するデブリシールド機構を設けている。デフューザはターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）などの真空ポンプ（不図示）によって常に排気されるようにして使用する。
【００１７】
ノズル１７はカーテンガスを高速で送り出すことができるようなものであることが必要であり、デフューザ１８はノズル側とポンプ側とで圧力が変換されるように傾斜勾配の異なる面が対向して設けられる構成とすることが好ましい。このような構成により、デフューザで圧力を回復することができ、排気能力が小さいポンプでも高速のガスを連続して回収できるからである。
【００１８】
カーテンガスを連続的に流し続けることにより、デブリシールドとなるガスカーテン１９を形成する。このガスカーテン１９は、高真空に排気された集光系と接して設けられるため、ある程度高速でカーテンガスを流し続けることが必要である。例えば、カーテンガスの流速は条件により種々の値を取り得るが、少なくとも音速の数倍（マッハ５程度の速度）が必要と考えられる。また、カーテンガスはＥＵＶ光を吸収しないガス、例えばヘリウムガスなどの不活性ガスが好ましい。
【００１９】
これらのデブリシールド機構は、ガスカーテンが放電部の軸方向に対して垂直になるように設け、ガスカーテン１９は例えば図２（ａ）に示すようにある程度の幅を持った柱状（１９ａ）、あるいは、ノズル及びデフューザの形状を工夫して図２（ｂ）に示すように平面的なシート状（１９ｂ）に構成することが好ましい。また、ＥＵＶ放射光の立体角よりも広い範囲でデブリを完全に遮断するものが好ましい。
【００２０】
以上のような構成により、放電部でデブリが生成されても、ガスカーテン１９によってデブリが集光系に混入することを防止できる。
【００２１】
（第２の実施形態）−二重同軸ノズル方式−
上述した第１の実施形態で説明した方式では、集光角を大きくするために放電部に近接してガスカーテンを設けると、放電気体（キセノンガスなど）とカーテンガス（ヘリウムガスなど）とが干渉し、圧力整合を取ることが非常に難しくなり、逆に、ガスカーテンと放電部との距離を大きくすると、大きな集光角が得るためにはガスカーテンの幅を大きくしなければならない。そうすると、大量のカーテンガスを消費すると共に、幅広で安定した一様なガスカーテンを発生するためのノズルの設計が困難となる。そこで考え出されたのが本実施形態で説明する方式である。
【００２２】
図３は、本発明の第２の実施形態に係るＤＰＰ方式の極紫外光発生装置の一例を示すもので、特に放電部周辺を示している。放電部の構造は従来のものとは全く異なる新規な構成を採用している。図３（ａ）は、装置の正面図を示しており、図３（ｂ）はその一部断面図を示している。
【００２３】
図３（ａ）及び（ｂ）に示す極紫外光発生装置２０は、二種類のガスがそれぞれ通過する第１及び第２のガス流通路２４，２５を備えたノズル２１と、これらの二種類のガスを回収するデフューザ２２とを備えており、必要により、予備電離放電管２３がノズル２１の一端近傍（放電ガス導入側）に設けられている。
【００２４】
図４（ａ）は、図３（ｂ）におけるＸ−Ｘ断面図を、図４（ｂ）は、図３（ｂ）におけるＹ−Ｙ断面図を示している。図３及び図４に示されるように、このノズル２１は、略円筒状であって、その円筒の中心軸に垂直な切断した一断面が円環状である第１のガス流通路２４と、その内周部に中心軸を含む円筒状の第２のガス流通路２５を備えている。
【００２５】
カーテンガス導入口２４ａ及び放電ガス導入口２５aから導入されたそれぞれのガスはそれぞれのガス流通路２４，２５を通り、反対側のガス排出口２４ｂ、２５ｂから排出される。
【００２６】
一方、これら二種類のガスは図３に示すような位置関係でノズル２１と対向して設置されたデフューザ２２によってガス回収口２６ａから回収される。回収したガスはガス流通路２６を通り、ガス排出口２６ｂから排気される。このように同軸上かつ同方向にガスが流れるような系の場合、比較的小型の真空ポンプでガスの供給及び排気系の定常運転が可能となる。
【００２７】
−放電のメカニズムについて−
従来のキャピラリを用いたＤＰＰ方式とは異なり、この実施形態では、ノズル２１及びデフューザ２２がそれぞれ電極の役割を兼ね備えている。まず、ノズル２１から放電ガス及びカーテンガスを流すことにより、外側に筒状のガスカーテンを形成しながらその中心部を所定の圧力となるように調整する。カーテンガスの流速は例えばマッハ５程度とし、放電気体の流速は内圧が所定の放電圧力（例えば、６６．５Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）乃至６６５Ｐａ（５Ｔｏｒｒ））となる程度とする。このように、周囲に高速のガス流を形成すると、中心部のガス密度の低下が抑えられる。
【００２８】
この状態で、例えば、ノズル２１を陰極としデフューザ２２を陽極として、所定の放電回路を用いて両電極の両端に電圧を印加すると、ノズル２１とデフューザ２２との間に高温高密度のピンチプラズマＰが発生し、ノズル及びデフューザの中心軸に対して半径方向（すなわち中心軸に対して垂直な全方向）に極紫外光が放射される。なお、ノズル２１及びデフューザ２２は電極として用いるので、金属など導電性の部材で構成されていることが必要である。なお、両電極の距離は放電条件により異なるが、例えば最端部で約１０ｍｍ程度離間するように設けるとよい。
【００２９】
上述した放電メカニズムにより高周波数のパルス放電を行う場合、放電管が存在しない（放電管に相当するのは円筒状の高速のガス流である）ため、放電が開始しにくい。そこで、放電の開始効率を高めるために、必要により予備電離放電機構（予備電離放電管及び予備電離回路）を設け、ノズル２１の放電ガス導入口２５ａ近傍に予備放電管２３を設けることが好ましい。このようにすると、放電気体がノズルの中心軸上で一直線にプラズマジェットを形成するため、確実に放電（予備放電に対し「主放電」という）を開始させることができる。
【００３０】
具体的には、予備電離放電管として直流放電管を設け主放電回路の放電電極（ノズル２１とデフューザ２２の両端）にパルス電圧を印加すると、主放電のピンチプラズマでは少なくとも１０ｋＨｚ程度のパルス放電を行うことができる。もちろん、周波数が低い間は予備電離放電と主放電とを同期させ両方ともパルス放電としても構わない。
【００３１】
このようにカーテンガスにより形成される筒状の空間の内部に放電気体を閉じこめて高温高密度ピンチプラズマを発生させるため、ガスカーテンがいわば放電管の役割を果たすこととなる。すなわち、キャピラリ構造体のような放電管を必要としないため、放電部から発生するデブリの発生が抑えられ、万一何らかの原因により主放電部からデブリが発生しても、放電部をガスカーテンがすっぽりと包み込んでいるため、放電部からデブリが外部（集光系）に漏れ出るという心配がない。
【００３２】
更に、発光はノズルとデフューザの中心軸に対して半径方向の全方位に放射されるため、集光角が極めて大きい。また、音速レベルのガスカーテンが放電気体を完全に包囲するため、放電気体とガスカーテンの干渉が殆ど起こらない。
【００３３】
更に、カーテンガスは例えばマッハ５のような高速で流れているため、電極部（ノズル２１及びデフューザ２２）の冷却効果も期待され、ゆえに電極から発生するデブリもそれほど多く発生しないと考えられる。
【００３４】
なお、上述したようにレーザ生成プラズマ（ＬＰＰ方式）の場合にも、本発明の第２の実施形態と似た構造の、２つのガス流通路を備えたノズルが知られているが（上掲特許文献２参照）、環状断面を有するガス流通路（同文献における「第２のチャネル」）は中心部を流れる第１のガス流の横方向の膨張を制限するためのものであり、本発明のようにガスカーテンを生成するためのものではない。ＬＰＰ方式の場合、プラズマ発生のためには外部からレーザを照射しなければならず、ノズル及びデフューザを電極として用いるものでもない。また、ＬＰＰ方式の場合、予備電離機構は不要である。更に、レーザにより励起するため、デブリ発生の問題はＤＰＰ方式ほど深刻な問題とはならない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る極紫外光発生装置によると、デブリの発生を従来よりも大幅に抑えることができる。特に、第２の実施形態で説明した極紫外光発生装置は、従来とは異なる全く新しい放電生成プラズマ発生方式を提案するものであり、デブリの発生を最小限に抑えるだけでなく、広い集光角が得られるという意味において、その技術上の意義は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明の実施形態の一つを示すＤＰＰ方式の極紫外光発生装置の一例を示すもので、特に放電部周辺の一部断面図を示している。
【図２】図２はキャピラリ１１Ｃから極紫外光と共に発生したデブリがガスカーテン１９により遮断される様子を示す模式図である。（ａ）は柱状のガスカーテン１９ａを、（ｂ）は平板状のガスカーテン１９ｂを示している。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態に係るＤＰＰ方式の極紫外光発生装置の一例を示すもので、特に放電部周辺の構造を示している。（ａ）は装置の正面図、（ｂ）は断面図を示している。
【図４】図４（ａ）は、図３（ｂ）におけるＸ−Ｘ断面図を、図４（ｂ）は、図３（ｂ）におけるＹ−Ｙ断面図を示している。
【図５】典型的な従来のＤＰＰ方式の極紫外光発生装置の一例を示すもので、特に放電部周辺の一部断面図を示している。
【符号の説明】
【００３７】
１  第２の実施形態に係る極紫外光発生装置
１０  放電ガス導入路
１１  キャピラリ（細管）構造体
１１Ｃ  キャピラリ
１２  陽極
１３  陰極
１４  却水導入口
１５  冷却水排出口
１７  ノズル
１８  デフューザ
２０  第１の実施形態に係る極紫外光発生装置
２１  ノズル（電極）
２２  デフューザ（電極）
２３  予備電離放電管
２４  第１のガス流通路
２５  第２のガス流通路
【図１】
2006054270.tif 000003
【図２】
2006054270.tif 000004
【図３】
2006054270.tif 000005
【図４】
2006054270.tif 000006
【図５】
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