(57)【要約】この発明は、超紫外線範囲で使用するためのおよび／または軟Ｘ線を生成するためのガス放電ランプに関する。前記ランプは少なくとも2個の電極を有し、電極間に位置する放電チャンバー内に放射線放出プラズマを提供する。この発明によれば、電極の一方は、隣接する外側領域に導く連続開口をもち、そこで、開口を介して放電チャンバーに輸送される荷電担体を生成することができる。この発明は、電極開口が外側領域に向かって先細をなすことを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線放出プラズマを、介在する放電スペース内で発生させるため少なくとも２個の電極をもち、該電極のうちの一方の電極が、隣接する外側領域に向かって連続開口を有し、荷電担体を、前記外側領域内で発生させることができかつ前記開口を通じて前記放電スペース内に輸送することができるように構成した、超紫外線および／または軟Ｘ線の波長範囲用のガス放電ランプにおいて、
前記電極開口が、前記外側領域の方向に狭くなることを特徴とするガス放電ランプ。
【請求項２】
前記外側領域内に、ガスを予めイオン化するための手段を設けることを特徴とする請求項１記載のガス放電ランプ。
【請求項３】
前記電極は、それらの開口領域内で、残余の電極材料よりも腐食する傾向が少ない材料から製造されることを特徴とする請求項１または２記載のガス放電ランプ。
【請求項４】
電極開口に連続的またはステップ状の遷移部を設ける請求項１〜３のいずれか１項記載のガス放電ランプ。
【請求項５】
前記電極開口の内側に、くびれが存在することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のガス放電ランプ。
【請求項６】
カソードに、連続的に狭くなる開口を設けることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のガス放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、請求項１の序文に規定されているように、超紫外線および／または軟Ｘ線を発生させるためのガス放電ランプに関する。好適な適用分野は、およそ１〜２０ｎｍ、特に約１３ｎｍの波長範囲で超紫外線（ＥＵＶ）放射または軟Ｘ線放射を必要とする分野、例えば、ＥＵＶリソグラフィーまたはＸ線顕微鏡法の分野である。
【背景技術】
【０００２】
高密度熱プラズマ（dense hot plasma）を、ＥＵＶおよび／または軟Ｘ線を発生させるための放射線放出媒体（radiation-emitting medium）として用いることは一般に知られている。ガス放電ランプは、そのとき、典型的にはアノードとカソードをもつ電極システムによって形成され、かかるシステムは電流パルス発生器に接続される。電極間に位置する放電スペースには、およそ１〜１００Ｐａの範囲の圧力でガスを充填する。いわゆるピンチプラズマ（pinch plasma）は、最大１００ｋＰａまでの調整されたキロアンペア範囲の電流の強さと、１０ｎｓから数百ｎｓまでのパルス持続時間をもつパルス電流によって放電スペース内に発生し、このプラズマは、オーム加熱や圧縮によって、数十ｅＶの温度およびパルス電流による密度をもたらし、その結果、それは、興味のあるスペクトル範囲で用いられる機能ガスの放射特性を発する。
【０００３】
放射線放出プラズマ（radiation-emitting plasma）を利用できるようにするため、荷電担体をアノードとカソード間の放電スペース内に導入するか、または、荷電担体をそこで生成させることが必要である。このためには、例えば、表面放電トリガー、高誘電性トリガー、強誘電性トリガーまたはグロー放電トリガーのような、ガスを予めイオン化するための好適な手段が必要である。
【０００４】
さらに、図１に線図的に示されているように、荷電担体をホローカソードプラズマを介して利用可能にすることは知られている。電極システムは、ここでは、アノード１およびカソード２によって形成され、それぞれ相互に対向する開口３および４と、それらの間に位置する電気絶縁体５とを有する。プラズマチャネル（plasma channel）８は、一点鎖線で示される対称軸線７上の放電スペース６内に存在する。プラズマは、矢印によって示される放射線を放出する。カソード２は、特に電子のような荷電担体が適当な予備イオン化手段によって発生するところのホロースペース９をさらに有する。予備イオン化手段による始動電子（starting electrons）の積極的な提供のための代案として、始動電子が自発的な崩壊（spontaneous breakdown）によって作りだされるところの操作が提供されてもよい。ここで、自発的な崩壊は、スペース９内でトリガー電極によって制御することができ、これによって、放射線パルスが正しいテンポで正確に生じさせることができる。そのとき、およそ１〜１００Ｐａのガス圧が放電スペース内に存在する。ガス圧および電極のジオメトリーは、プラズマの点火がパッシェンカーブ（Paschen curve）の左ブランチ（left-hand branch）上で起こるように選択される。そのとき、点火は、孔３および４の領域内で生じる長い電界の向きの線の領域内で起こる。放射線放出プラズマを利用可能にするため、ガスのイオン化が、前記孔の領域内で電界の向きの線に沿って最初に起こる。この相はホローカソード内でプラズマを形成するために必要な条件を提供し、それゆえ、ホローカソードプラズマと呼ばれる。このプラズマは、その後、電極間のスペース内の低オームチャネルをもたらす。パルス電流はこのチャネルを通過し、電流はキャパシタ・バンク（capacitor bank）１０内に蓄積された電気エネルギーの放電を通じて発生する。その電流は、使用される放電ガスのＥＵＶ範囲特性内で放射線の効率的な放出のため必要とされる条件が達成されるように、プラズマの圧縮と加熱を引き起こす。
【０００５】
この原理に従って作動するガス放電ランプは、例えば、国際公開第99/29145号公報および同第01/01736号公報に記載されている。それらのうち、後者の刊行物は、供給される電気エネルギーの放射エネルギーへの変換効率を増加させるための種々の補助的な手段を提供し、加えて、アノードに円錐形断面の非連続開口を選択することもまた必要である。このアノード凹部の幾何学的形成は、放射効率を増加させると言われている。
【０００６】
国際公開第02/07484号公報は、ピンチプラズマが対称軸線上に生成され、プラズマが適切なスペクトル範囲内で放射線を放出するところのガス放電ランプを記載する。この刊行物は、予備イオン化がパルス表面放電によって外側領域内に実現され、そのとき、そのようにして生成された荷電担体が両電極のうちの一方の電極内の軸方向開口を介して放電領域に到達することを教示する。ここでは、予備イオン化領域がピンチプラズマチャネルの軸線と光学上のつながりがないように設けられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明の目的は、ガス放電ランプに、放射線放出の改良された安定性をもつＥＵＶおよび／または軟Ｘ線の波長範囲で放出するプラズマを提供するための技術的課題を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この技術的課題は、独立クレームである請求項１記載の特徴部分によって解決される。更に有利な実施形態は、従属クレームに示される。
この発明は、上記技術的課題が、電極の連続開口が外側領域の方向に狭くなるところのガス放電ランプの提供を通じて解決されるとの認識の基づく。言い換えれば、電極開口の直径が、放電スペースから離れて面する側よりも、放電スペースに面する側で大きくすべきである。
【０００９】
外側領域は、荷電担体を発生させ、その後、連続開口を通って放電スペース内に荷電担体を輸送することができる空間領域であると理解すべきである。
【００１０】
この発明は、放射線放出の安定性の増加、すなわち、一方のパルスから他のパルスへの放出の改良された不変性は、ガス放電スペース内および外側領域内のプロセスが、可能な限り互いから切り離されるという点で達成されるという認識に基づく。荷電担体を発生させるための外側領域における予備イオン化プロセスは、実際に中央スペースにおける放電プロセスに影響を及ぼしかつ放射線放出を不安定にする。より少ない荷電担体が、外側領域から、例えばホローカソードから電極間の中央スペース内に輸送されるという点で、予想される保持電圧に到達した、すなわち、いわゆる自発崩壊前のアノードとカソード間の放電スペース内での放電形成（discharge build-up）の欠点を減少させることができることを見出した。この目的は、外側領域の方向に狭くなる連続開口を、アノードまたはカソードの電極に設けることによって達成される。さらに、この方法で改良された電極システムの電圧安定性は、最大繰返し周波数または最大繰返し率の増加を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明に従うガス放電ランプは、自発崩壊モードで用いてもよく、あるいは、択一的な付加的手段が予備イオン化のために設けてもよい。そのような発火装置は、用途がこれを必要とするならば、放射パルスが正確にテンポよく生じるのを達成することができる。狭くなるカソード開口は、種々の幾何学的形状にすることができる。このことは、図２〜図７の好適な実施形態に示されており、これらの図は、図１の破線で取り囲まれる領域を拡大スケールで示してある。図２〜図７に拡大して示される領域は、図１に対して９０°だけ時計回りに回転させた。
【００１２】
図２および図４〜図７の開口における連続的またはステップ状の遷移部は、例えば図３のようなくびれをもつ開口、すなわち、直径増加に引き続く直径減少の開口を提供することも可能である。外側領域の方向に狭くなる電極開口は、さらに、電極表面の腐食（erosion）に関して利点を有する。実際に、ピンチプラズマの生成は、典型的には、２、３ジュールのパルスエネルギーを数十ジュールに変換する。このエネルギーの実質的な比率は、電極に熱負荷をもたらすピンチプラズマ内に集中させる。ここで、熱負荷は、放射線の放出や、例えば、イオンのような高温粒子の放出を通じて生じる。この状況を明確にするため、アノードとカソード間の距離は、典型的にはわずか２、３ミリメートルであり、かつ放電側の電極開口の直径は、典型的には８ｍｍと２０ｍｍの間であることに気づく。
【００１３】
カソードは、好ましくは連続的に狭くなる開口を有するホローカソードとして構成される。この場合、ホローカソードのホロースペースは、ガスが供給できるように放電スペースに接続される。このことは、ホローカソードプラズマの点火を可能にする。
【００１４】
電極表面とピンチプラズマ間の距離を可能な限り大きくすることは、熱負荷を減少させるために有利であろう。２個の電極の開口のための典型的な直径は、２、３ミリメートルから２、３十ミリメートルまでの範囲内にある。しかしながら、より大きな開口の選択は、EUVおよび/または軟X線の予測されるスペクトル範囲内で放出するピンチプラズマをもはや生成しないという結果を生じやすくするであろう。なぜなら、達成可能なプラズマ温度は、直径が大きくなるのに比例して低くなるからである。加えて、アノード開口からつながれる放射線が、幅広い観察角度からピンチプラズマまでもまた、可能な限り光学的に接近可能なように、できるだけ大きなアノード開口を選択すべきである。
【００１５】
実験は、およそ２のファクターによって外側領域に向かって狭くなるようにカソード開口の直径を選択するのに有益であることを示した。
【００１６】
さらに、カソードがその他の領域における材料以外の開口領域における材料からなるように設けてもよい。そのようにして、開口領域は、例えばタングステン、モリブデン、または他の低腐食合金のような低腐食材料を有し、より少ない摩滅または腐食を実現してもよい。カソードの残余領域は、例えば、銅のような良好な熱伝導性の材料を有してもよい。
【００１７】
この発明のさらなる面は、アノード開口が、放電スペースに面する側でカソード開口よりも小さな直径を有することを見出したことである。パッシェンカーブの左ブランチ上で作動するガス放電において、実際に、これは、前記電界の向きの線が、そのとき開口内、例えば図4のカソード開口内のステップまで達するようなより長い電界の向きの線をもたらす。このことは、放電スペース内のガス圧を低減することを可能にし、言い換えると、ガス放電ランプの繰返し周波数の増加を可能にする。繰返し周波数の増加は、放出されうる大量の放射エネルギーをもたらす。
【００１８】
この発明のさらなる実施形態では、狭くなるカソード開口の使用は、ガス放電ランプにおけるより簡単なモードの作動を可能にする。専門家は、狭くするカソード開口の場合には、２つの直径の総和、すなわち、放電スペースに面する側のカソード開口直径と外側領域に面する側のカソード開口直径との総和を選択しなければならない。２つの直径の選択に依存するとき、専門家は、設備の作動におけるさらなる自由度が得られ、これによって、適当な作動パラメータを選択しやすくなる。
【００１９】
実際に、そのときの適用の要件に応じて、より高い圧力が必要であることが生じるかもしれない。放電スペースから外側領域に向かう方向に狭くなるカソード開口は、多くの場合、より高い作動圧力をもたらし、その結果、そのような場合の専門家は、所定のパルスエネルギーのためのＥＵＶ出力を最大にすることができる。
【００２０】
しかしながら、他の実験状況では、まさに正反対のこと、すなわち、作動圧力を低減することが要求されるかもしれない。このことは、最大達成可能繰返し率が、典型的にはプラズマの荷電担体が再結合するところの時間の関数である点を明確にするかもしれない。実験において、カソード直径の増加は、より低い作動圧の選択を可能にし、そして、これはより高い繰返し率を可能にすることを実験において示した。それゆえ、全体的に見れば、作動パラメータのより簡単な調整は、特有の適用要件に応じて可能であるだろう。
【図１】
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【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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【国際調査報告】
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